(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内室（11）を有する高温度溶解炉のための冷却可能なアーチ状屋根であって、
耐火煉瓦の少なくとも１つの層（1）を含み、少なくとも複数の層（2,3,4）が、前記炉内室（11）から離れた前記耐火煉瓦の少なくとも１つの層（1）の一面側に配置されており、前記複数の層は、
前記炉内室（11）からのガスが貫通して排出されないようにシールするために用いられるシーリング層（2）と、断熱作用を呈する絶縁層（3）と、冷却流体を伝達するように構成される冷却層（4）とを有し、
前記シーリング層（2）は、前記冷却層（4）よりも前記炉内室（11）の近くに配置され、前記シーリング層（2）は、前記絶縁層（3）によって前記冷却層（4）から分離されていることを特徴とするアーチ状屋根。
【請求項２】
前記複数の層の厚さ及び材料と、前記冷却流体によって生じる熱の消散のいずれか一方または両方は、耐火煉瓦における平均温度が、所定温度を越えないように選択されることを特徴とする請求項１記載のアーチ状屋根。
【請求項３】
前記耐火煉瓦の所定温度は、1300〜1600℃の間にあることを特徴とする請求項２記載のアーチ状屋根。
【請求項４】
前記複数の層の厚さ及び材料と、前記冷却流体によって生じた熱の消散のいずれか一方または両方は、シーリング層（2）が所定の最低温度以下とならないように選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアーチ状屋根。
【請求項５】
前記シーリング層（2）の最低温度は、100〜300℃の間にあることを特徴とする請求項４記載のアーチ状屋根。
【請求項６】
前記シーリング層（2）は、金属薄膜からなり、この金属薄膜は、50〜300ミクロン（μｍ）の厚さを有する鋼箔であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアーチ状屋根。
【請求項７】
前記シーリング層（2）は、前記金属薄膜に結合されるガラス繊維を含んでいることを特徴とする請求項６記載のアーチ状屋根。
【請求項８】
前記絶縁層（3）は、50〜200ｍｍの間の厚さを有し、かつ0.05〜0.2Ｗ／ｍＫの範囲内の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアーチ状屋根。
【請求項９】
前記絶縁層（3）は、絶縁織物または石綿ベースのフェルトからなることを特徴とする請求項８記載のアーチ状屋根。
【請求項１０】
前記冷却層（4）は、前記絶縁層（3）上に配置されかつ熱伝導材料から作られる少なくとも１つの被膜層（5）と、熱ブリッジを介して前記被膜層に連結される冷却流体のためのパイプ（7）を含んでいることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のアーチ状屋根。
【請求項１１】
前記パイプ（7）は、前記被膜層（5）に平行に伸びる熱伝導性の接触要素（6）に連結されかつこの接触要素が前記被膜層（5）の広い範囲に接触していることを特徴とする請求項１０記載のアーチ状屋根。
【請求項１２】
前記被膜層（5）は、ガラス繊維によって強化される金属薄膜であることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のアーチ状屋根。
【請求項１３】
冷却流体は、水であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のアーチ状屋根。
【請求項１４】
前記冷却流体によって生じた熱の消散は、1000〜5000ｗ/ｍ2の間にあることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のアーチ状屋根。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１つに記載のアーチ状屋根を有することを特徴とする溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１に従う高温度溶解炉のための冷却可能なアーチ状屋根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、高温度溶解炉、例えば、ガラス溶解釜または電気炉のためのアーチ状屋根は、耐火煉瓦の１つの層、通常複数の層からなっている。これらは、例えば、炭化けい素、耐火粘土、高アルミナおよび／または塩化クロムコランダム(chromium corundum)からなっている。特に、支持されていないアーチ状屋根の場合、耐火煉瓦は、長時間の温度負荷の下においても、屋根を確実に保持するために、寸法的に安定していなければならない。
【０００３】
耐火煉瓦の付加的な負荷は、永久的に作用するものではないが、例えば、ごみ焼却プラントの還元溶解炉の設置時に、熱による耐火煉瓦の収縮及び膨張の結果として生じる。それゆえ、耐火煉瓦の耐用寿命が短くなることを防止するために、製造業者によって明記されている層全体における最大平均温度を観察することが重要である。
【０００４】
アーチ状屋根において、炉内室は、外側および内側の両方からシールされなければならないという付加的な問題がある。例えば、還元溶解炉(reduction melting furnace) において、炉内室における還元雰囲気を悪化することなく、また、既に還元された金属が酸化しないようにするために、炉内に外側から酸素が入らないようにしなければならない。さらに、還元ガスは、外側に貫通しないようにしなければならず、それは、このガスが、冷却器、特に金属製部品上に凝結すると、これらの部品の腐食を増大させる。さらに、高レベルの熱的負荷および煉瓦組立の変形を導く熱変動によって生じる耐火煉瓦の磨耗により、耐火煉瓦の層によって作られたシールが弱められる。
【０００５】
ドイツ特許第2758755号には、耐火煉瓦の耐用寿命を増大させるために水冷されたアーチ状屋根が開示されている。このアーチ状屋根は、アーチ状リングからなり、このリング上に冷却剤が供給されるパイプフレーム構造を有する。この耐火煉瓦は、パイプに対して漠然と横たわっている。冷却により、耐火煉瓦は、過度の熱的負荷から逃れることができる。しかし、アーチ状屋根はシールされておらず、さらに、これらのパイプは、直接炉内に露出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、ガスが漏れないように、炉内室を二重にシールするアーチ状屋根及びこれを用いた溶解炉を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明は、炉内室を有する高温度溶解炉のための冷却可能なアーチ状屋根であって、
耐火煉瓦の少なくとも１つの層を含み、少なくとも複数の層が、前記炉内室から離れた前記耐火煉瓦の少なくとも１つの層の一面側に配置されており、前記複数の層は、前記炉内室からのガスが貫通して排出されないようにシールするために用いられるシーリング層と、断熱作用を呈する絶縁層と、冷却流体を伝達するように構成される冷却層とを有し、
前記シーリング層は、前記冷却層よりも前記炉内室の近くに配置され、前記シーリング層は、前記絶縁層によって前記冷却層から分離されていることを特徴としている。
【０００８】
シーリング層は、ガスの漏れに対して炉内室をシールするのに用いられる。このシーリング層は、好ましくは、金属薄膜から成る。この金属薄膜は、ガラス繊維織物によって強化された鋼箔が特に好ましい。このタイプのシーリング層は、炉内室の反対側に位置する耐火煉瓦の一端面に拡がる温度が100〜450℃の間では、燃えないしかつ溶けない。また、炉内室における過度の圧力にも耐えることができる。
【０００９】
このシーリング層は、耐火煉瓦層内にも配置することができる。例えば、耐火煉瓦および軽量耐火煉瓦または軽量耐火プレートからなる層構造の場合、これらの部材から形成されるサブレイヤーの間にシーリング層を配置することもでき、この場合、シーリング層は、絶縁層としても作用する。
【００１０】
炉からの過度の熱損失を防止するために、シーリング層は、絶縁層によって冷却層から分離される。この絶縁層は、炉の外部と内部の間及び耐火煉瓦とその周囲との間において、所定の温度差を維持するのに用いられる。シーリング層を所定の温度範囲内に維持することは、付加的に、予め決められた最低温度以下に低下しないように保つことであり、これにより、シーリング層に反応性ガスを凝結させないようにする。所定の熱量は、冷却層における冷却流体によってアーチ状屋根を介して消散される。
【００１１】
それゆえ、本発明のアーチ状屋根において、上記複数の層は、非常に有益な方法で相互に作用し合い、その結果、炉の最大耐用寿命にわたってアーチ状屋根の二重性およびシールを確実にする。本発明において、特に、耐火煉瓦の平均温度は、目標とされた熱の消散及び内部から外側への温度勾配を作り上げることによって制御される。
【００１２】
複数の層の厚さおよび材料と、冷却流体によって生じる熱の消散のいずれか一方または両方に対して、耐火煉瓦における平均温度が所定の温度を越えないように選択することが望ましい。この所定温度は、1300〜1600℃の間にあり、好ましくは、約1450℃である。シーリング層は、反応性ガスの露点温度以上である所定の温度範囲内に保持される。この最低温度は、好ましくは、1 5 0〜250℃であり、特に200℃が好ましい。
【００１３】
絶縁層は、好ましくは、100〜300℃の温度差に維持することができ、望ましくは200℃である。この絶縁層の表面は、広範囲に100〜200℃の温度とすることが望ましい。冷却層は、この絶縁層表面全体に接触することが好ましい。この目的のために、冷却層は、接触要素を介して直接的または間接的に連結される被膜層と複数のパイプを含むことが望ましい。冷却層は、所定の熱量を消散する。
【００１４】
本発明は、支持されないアーチ状屋根を有する炉に対して特にふさわしい。この場合、安定性の理由から、耐火煉瓦における所定の平均温度を維持することが特に重要である。さらに、本発明は、炉内室におけるガス雰囲気を特に十分制御することが、炉において望ましい。例えば、還元溶解炉において、特に、ごみ焼却においてスラッグを処理するのに用いられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るアーチ状屋根のレイヤー構造を示している。支持用のアーチは、４つのサブレイヤー１a〜１ｄからなる耐火煉瓦の層１によって形成される。耐火煉瓦８による第１のサブレイヤー１aの上方に軽量耐火煉瓦９による第２のサブレイヤー１ｂがある。この層には、さらに軽量耐火プレート１０の２つのサブレイヤー１ｃ、１ｄが接合する。この耐火プレートは、特に良好な断熱作用を有する。炉内室１１をガス気密性にシールするシーリング層２は、最上段のサブレイヤー１ｄ上に配置される。シーリング層２の上には、絶縁層３が設けられ、この絶縁層は、断熱作用を有し、シーリング層２が規定の最低温度以下に冷却されないようにする。
【００１６】
絶縁層３は、冷却層４に隣接し、この冷却層は、この例では、薄膜の２つの層５a、５ｂから形成される被膜層５を含んでいる。被膜層５は、熱伝導性である。冷却流体用のパイプ７が接触要素６に連結されており、この接触要素は、プレート形状で、被膜層５及びパイプ７または冷却流体の間で、熱の伝達を確実にする。接触要素６の形状は、アーチ状屋根の形状に整合させており、その結果、大きな面積の接触が生じる。
【００１７】
接触要素６と同様に、パイプ７は、高熱伝導性を有する金属からなり、好ましくは接触要素６に溶接されている。また、接触要素６とパイプ７は、一体に形成することもできる。使用する冷却流体は、好ましくは水である。また、空気を用いることも可能であるが、これは、熱容量が低いという欠点がある。
【００１８】
第１のサブレイヤー１aは、その厚さが、例えば、200〜400ｍｍであり、好ましくは約300ｍｍである。耐火煉瓦８は、例えば、概略Al2O3が60％、SiO2が3％、Fe2O3が0.3％、及びCr2O3が30％から成っている。この耐火煉瓦の熱伝導率は、１〜５ｗ/ｍＫの間にあることが望ましい。また、例えば、好ましくは、概略、３ｗ/ｍＫ（700℃）または、2.8ｗ/ｍＫ（1000℃）である。例として、炉内室１１内の温度では、第１のサブレイヤーは、1400〜1500℃の範囲の平均温度を有する。
【００１９】
第２のサブレイヤー１ｂは、その厚さが、例えば、40〜90ｍｍであり、好ましくは65ｍｍである。軽量耐火煉瓦９は、例えば、概略Al2O3が68％、SiO2が30％、Fe2O3が0.4％、及びCaOが0.4％から成っている。この軽量耐火煉瓦の熱伝導率は、0.2〜1.0ｗ/ｍＫの間にあることが望ましい。また、例えば、好ましくは、概略、0.32ｗ/ｍＫ（400℃）または、0.41ｗ/ｍＫ（1200℃）である。それゆえ、第２のサブレイヤーは、すでに熱伝導率が減じており、その平均温度は、概略950〜1050℃の範囲の平均温度を有する。
【００２０】
第３または第４のサブレイヤー１ｃ、１ｄの各々は、その厚さが、例えば、20〜60ｍｍであり、好ましくは約40ｍｍである。軽量耐火煉瓦１０は、例えば、概略Al2O3が43％、SiO2が51％、Fe2O3が1.3％、及びCaOが0.3％から成っている。この軽量耐火煉瓦の熱伝導率は、１〜５ｗ/ｍＫの間にあることが望ましい。また、例えば、好ましくは、概略、0.29ｗ/ｍＫ（400℃）または、0.37ｗ/ｍＫ（1000℃）である。すなわち、このサブレイヤーは、さらに、熱伝導率が減じており、一般的に、熱伝導率は、0.2〜1.0ｗ/ｍＫの間にあることが望ましい。第３のサブレイヤー平均温度は、概略600〜700℃であり、第４のサブレイヤーの平均温度は、概略250〜450℃である。
【００２１】
シーリング層２は、その厚さが50〜300ミクロン（μｍ）、好ましくは250μｍの厚さを有する鋼箔からなる。この鋼箔は、0.5〜1ｍｍの厚さのガラス繊維織物によって強化される。
【００２２】
炉内室における温度が、1500〜1700℃であるとき、最上段のサブレイヤー１ｄまたはシーリング層２での温度は、100〜300℃であることが望ましい。
50〜200ｍｍの厚さを有する絶縁層３は、好ましくは、概略100ｍｍであり、シーリング層と冷却層４との間で概略200℃の温度差を維持することができる絶縁材料からなる。この絶縁層の熱伝導率は、好ましくは、0.05〜0.2ｗ/ｍＫの間である。材料は、例えば、絶縁織物または石綿ベースのフェルトである。
【００２３】
例として、被膜層５は、各々の厚さが50〜300μｍの２層のアルミニウムホイルが用いられ、また、同様に、ガラス繊維で強化することができる。被膜層５の温度は、20〜50℃の範囲である。
【００２４】
パイプ７は、このように配置されかつ寸法付けられている。また冷却流体とその流れの速度は、概算3000ｗ/ｍ2の熱流束が消散されるように選択される。従って、冷却流体によって生じた熱の消散は、1000〜5000ｗ/ｍ2の間にあり、好ましくは、3000ｗ/ｍ2である。
【００２５】
図２は、本発明に係る還元溶解炉におけるアーチ状屋根の断面を示す。図１と同様に、耐火煉瓦の層１の次に絶縁層が接触している。むしろ、絶縁層３が、軽量耐火プレート１０の最上段のサブレイヤー１ｄに作られている。上述したように、軽量耐火煉瓦は、熱絶縁機能を既に有している。従って、シーリング層２は、第２のサブレイヤー１ｃと最上段のサブレイヤー１ｄとの間に配置されている。冷却層４は、絶縁層３（最上段のサブレイヤー１ｄ）上に直接配置されている。
【００２６】
アーチ状屋根は、自己支持型でかつ両側に配置されており、アーチの両側壁１４に支持されている。外部構造１５は、溶解電極１２を保持するのに用いられる。溶解電極は、アーチ状屋根に設けた開口１３を介して上方から導かれて炉内室１１に入る。そして、この図では図示されていないメルト（melt)に接触している。開口１３は、図２に示されていないガス気密状態で閉鎖されている。例として、圧力リリーフ弁として同時に役立つ水リュートが適当である。アーチ状屋根のガス気密性を増加させるために、シーリング層２、すなわちこの層のために使用されるホイルが、耐火煉瓦１と絶縁層３に対して横方向に突出している。また、突出エッジ領域２ａによってアーチに対して外部から固定されている。
【００２７】
図３は、アーチ状屋根または冷却層４の平面図を示す。この冷却層４は、多数の分離したパイプループ１６の形式であるパイプ７からなっている。各パイプループ１６は、冷却剤供給ラインと、冷却剤放出ラインの両方に接続されている。この結果、有効な熱の消散が生じ、各パイプループ１６内の冷却剤の熱により低い温度レベルに保持される。これらのパイプは、絶縁層３上にあるプレートの形式で接触要素６に連結される。電極１２のための開口１３が切り開かれている。さらに、絶縁層（図示略）は、冷却層４上に配置することができる。
【００２８】
以上説明したことから明らかなように、本発明に係る高温度溶解炉用の冷却可能なアーチ状屋根は、炉内室の反対側の、耐火煉瓦の層の一面側に、少なくとも複数の層を有しており、該複数の層は、炉内室からのガスが貫通して排出されないようにシールするシーリング層と、断熱作用を呈する絶縁層と、冷却流体を伝達するように構成される冷却層とを含んでいる。これらの層の配置により、本発明は、ガス気密性を向上させ、耐火煉瓦の早期の老化を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るアーチ状屋根のレイヤー構造を図解的に示す図である。
【図２】図２は、アーチ状屋根の一部分を断面で示す図である。
【図３】図３は、冷却層の平面図である。
【符号の説明】
１    層
２    シーリング層
３    絶縁層
４    冷却層
５    被膜層
６    接触要素
７    パイプ
８    耐火煉瓦
９    軽量耐火煉瓦
１０    耐火煉瓦プレート
１１    炉内室
１２    溶解電極
１３    開口
【図１】
0004370454.tif 000002
【図２】
0004370454.tif 000003
【図３】
0004370454.tif 000004