問題 17

次の各文章の【1】～【18】の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【4】、【5】及び【10】は複数箇所あるが、それぞれ同じ記号が入る。(配点計40点) (1) 工業炉は、熱源や操業方式などにより分類される。 1) 工業炉を熱源で大別すると、燃焼炉と電気炉に分けられる。 燃焼炉の燃料としては、気体燃料、液体燃料及び固体燃料が用いられる。気体燃料には、都市ガスや天然ガスの他に、コークス製造工場で得られるコークス炉ガスや下水処理工程の汚泥から嫌気性発酵によって得られる【 1 】などがある。 電気炉では、加熱にジュール熱を用いるものがあり、直接電源につながれた被加熱物に電流を流して加熱する【 2 】加熱や、加熱目的に応じて周波数や加熱電力密度を選択することによって表面加熱や全体加熱を選択することができる【 3 】加熱があり、被加熱物を内部から昇温させることができる。これらの電気加熱は、急速加熱ができ、温度制御が容易であるという特徴を有する。

2) 工業炉を操業方式で大別すると、被加熱材が炉の一方の口から入って炉内を搬送される間に加熱ないしは加熱・冷却が行われて他方の口から出る【 4 】式と、被加熱材が装入されてから加熱ないしは加熱・冷却が行われる間、概して炉内に置かれたままで、装入口と抽出口が同じである【 5 】式に分けられる。一般に、【 4 】式は、少品種で多量生産される材料の加熱に用いられ、【 5 】式は、ロットの小さい材料を加熱するのに用いられる。

3) 種々の用途の工業炉のうち、硫化金属鉱を高温雰囲気により空気で酸化して亜硫酸ガスと酸化金属にする炉を【 6 】といい、主原料である石灰石をはじめ、粘土、珪石、スラグなどを配合してクリンカと呼ばれるセメントの材料を焼成する回転式の炉は、ロータリー【 7 】と呼ばれる。

(2) 工業炉の省エネルギーについて考える。 1) 工業炉の省エネルギーについて、「エネルギーの使用の合理化等に関する法律」に基づく「工場等におけるエネルギーの使用の合理化に関する事業者の判断の基準」(以降『工場等判断基準』と略す)において、燃料の燃焼の管理では、【 8 】の基準値、廃熱の回収利用の基準では、廃ガス温度及び廃熱回収率の基準値、断熱の基準では、【 9 】の基準値を定めている。 代表的な工業炉の性能を表すものとして熱効率と【 10 】がある。熱効率は、供給した熱量に対して被加熱物が受けた熱量の割合を示している。一方、単位量の材料を加熱、熱処理するために要した供給熱量は、【 10 】と呼ばれる。 『工場等判断基準』では、複数の燃焼設備を使用するときは、燃焼設備全体としての熱効率が高くなるように管理標準を設定し、それぞれの燃焼設備の燃焼負荷を調整すること、加熱、熱処理等を行う工業炉については、設備の構造、被加熱物の特性、加熱、熱処理等の前後の工程等に応じて、熱効率を向上させるように管理標準を設定し、被加熱物の温度の時間の経過に対応した変化の態様である【 11 】を改善すること、が求められている。

2) 燃焼炉の廃熱回収効率を高める設備として、近年では小型化された蓄熱式の熱交換器を装着した蓄熱式バーナが多く採用されており、高温の排ガスの顕熱から高温の燃焼用空気を得ている。 このバーナは2基で一対となって設置され、交互に燃焼運転させる時間を概ね【 12 】間隔とすることにより、高温排ガスからの蓄熱と燃焼用空気への放熱(予熱)とを繰り返す仕組みとなっている。高温空気を炉内に高速に噴射して炉内既燃ガスとの混合を促進させることによって、燃焼場での酸素濃度を低下させて【 13 】の発生を抑制させている。

(3) 断熱性が良好な熱設備材料としてセラミックファイバ材料が広く使用されている。 1) セラミックファイバは、【 14 】と【 15 】を主成分とした人造鉱物繊維の総称であり、高温で溶融した後にブローイングと呼ばれる高速気流の吹き付けによる方法やスピニング法と呼ばれる高速回転するロータを利用する方法で繊維化して製造される。そのため、急冷されることによって【 16 】を多く含んでいる。

2) セラミックファイバは、1000℃以上の高温域でも使用できる耐火材・断熱材で、鉄鋼・窯業・石油・化学などの高温工業界において広く使用されている。他の耐火物に比べ、断熱性が高く、軽量で【 17 】が小さいので、省エネルギーの観点から、特に断続操業の炉の場合等に対して非常に優れた炉材である。

3) セラミックファイバの施工法として、板状に加工したセラミックファイバのボードを貼り付けるボードライニングや壁紙のように断熱材を層状に重ねて施工するペーパーライニング、ブランケットを短冊上に切断して炉殻面と直角方向になるように積層するスタックライニングや、既設炉の炉内面にセラミックファイバ層を貼り付ける【 18 】がある。様々な施工法が開発されており、急速に普及している。