問題 17

次の各文章及び表の【1】～【13】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、【1】、【4】、【6】及び【13】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) 次の表1及び表2は、各種産業に用いられる工業炉について、その例と例示した工業炉の機能や特徴を示したものである。 1) 製鉄及び非鉄金属関係の炉について表1に示す。 **表1** | 分野 | 工業炉の例 | 例示した工業炉の主な機能と特徴 | | :--- | :--- | :--- | | 製鉄 | 【 1 】炉 | 電気炉の一種で、電流が正極・負極間の気体中を高密度で流れる際の【 1 】を利用して、鉄スクラップの溶解を行うものである。 | | | 鋼片加熱炉 | 鋼片を棒鋼・形鋼・鋼管などに加工するために加熱する炉である。【 2 】に必要な温度、1150～1250℃程度に加熱する。 | | 非鉄金属 | 【 3 】炉 | バーナからの火炎により天井や炉内面を加熱して、その面からの熱放射を利用して銅鉱や電気銅と電線スクラップとの混合物などを溶解する炉である。 |

2) その他産業関係の炉について表2に示す。 **表2** | 分野 | 工業炉の例 | 例示した工業炉の主な機能と特徴 | | :--- | :--- | :--- | | 自動車・機械 | 【 4 】炉 | 自動車や各種機械の歯車や機械部品など鋼材部品の多くは、加工した後に焼き入れや焼き戻しなどの【 4 】を施す。 | | 【 5 】 | ロータリーキルン | 内部に耐火材をライニングした横置き円筒形の炉で、緩やかな勾配を保って緩速回転する。原料として石灰石や粘土、けい砂を1500℃以上の温度で焼成してクリンカを作り、その後粉砕して【 5 】とする。 | | 環境 | 廃棄物処理炉 | 減容化、無害化、安定化、資源化を目的として廃棄物の焼却処理を行う炉である。
【 6 】炉は、【 6 】で廃棄物を支持して、燃焼用空気を【 6 】の下から送風して廃棄物を焼却する。一方、流動床炉はけい砂などの流動媒体を充てんして、下方から熱風を供給することで、流動化した媒体中で廃棄物を焼却する。 |

(2) 燃焼炉の熱効率について考える。 1) 連続式加熱炉において、被加熱材料の装入温度(装入時の含熱量)を変えずに、抽出温度を1200℃から1150℃まで低減できた場合について考える。ここで、抽出した被加熱材料の含熱量、気体燃料の低発熱量、及び加熱炉の熱効率の定義を次に示す。 ・抽出被加熱材料の含熱量(0℃基準) | 抽出温度[℃] | 抽出被加熱材料の含熱量[kJ/kg] | | :--- | :--- | | 1150 | 738.8 | | 1200 | 771.5 | ・気体燃料の低発熱量：41.7MJ/$m^3_N$ ($m^3_N$は気体燃料の標準状態における体積) ・熱効率 = (抽出被加熱材料の含熱量 - 装入被加熱材料の含熱量) / 供給熱量 × 100 [%] ただし熱効率は72%であるとし、供給熱量は気体燃料の燃焼熱量のみとする。 i) 抽出被加熱材料の1t当たりの含熱量は【 7 】[MJ/t]減少する。 ii) 抽出温度低減による被加熱材料1t当たりの燃料削減量は約【 8 】[$m^3_N$/t]となる。

2) 炉の効率低下の要因には、操業負荷の変動のように、炉の機能や現場の操業改善では解決できないものもある。特に高温炉では、炉自体の昇熱、保熱にも多量の熱が必要であり、待ち時間や負荷の変動が増エネルギーの要因となる。炉の昇温や降温を頻繁に行うバッチ炉や断続操業の炉では、この対策として気孔率が大きいとされるセラミックファイバを使って、炉壁の【 9 】の低減を図ることが効果的である。ただし、高気孔率のセラミックファイバは浸食を受けやすく、特にアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物とは【 10 】の化合物を作るため注意が必要である。

(3) 各種の耐火物及び断熱材について考える。 1) セラミックファイバの施工方法として、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【 11 】ブランケットを短冊状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【 12 】がある。このように、様々な施工法が開発されており、セラミックファイバは急速に普及している。

2) 配管などの保温施工では、保温材の中に【 13 】が入ると、あたかもヒートパイプの中の伝熱媒体のような働きをするため、伝熱量が大幅に増加して断熱性を著しく損なう。施工後に外部から保温材に【 13 】が侵入しないように施工・保守管理をすることが必要である。