問題 17

次の各文章及び表の【1】～【16】の中に入れるべき最も適切な字句又は式をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【2】及び【9】は2箇所あるが、それぞれ同じ記号が入る。(配点計40点) (1) 次の表は、各種産業分野に用いられる主な工業炉について、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。 **表 各種産業分野に用いられる主な工業炉** | 分野 | 工業炉の例 | 例示した工業炉の主な機能と特徴 | | :--- | :--- | :--- | | 製鉄・非鉄金属 | 高炉 | 溶鉱炉とも呼ばれ、鉄鉱石を鉄源とし、コークスを熱源及び【 1 】剤として炉上部より装入して、溶融状態の鉄を製造する一つの反応塔である。 | | | 【 2 】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【 2 】を利用して鉄スクラップ、銅、アルミなどの溶解を行うものである。 | | | 鋼片加熱炉 | 鋼片を鋼板、棒鋼、形鋼、鋼管などに加工するために加熱する炉である。【 3 】に必要な温度、1150～1250℃程度に加熱する。 | | 自動車・機械等 | 【 4 】炉 | 主に焼きなまし、焼入れ、焼き戻しなどを行う炉である。 | | 窯業 | 【 5 】炉 | 耐火物、陶磁器、タイルなどの被加熱物材を台車に載せて、トンネル状の連続窯を移送する方式が多く用いられている。 |

(2) 工業炉の性能を表すものとして熱効率があり、次式で示される。 熱効率 = $\frac{【 6 】}{供給熱量} \times 100$[%] 熱効率を高めるためには、次のような検討項目が挙げられる。 ① 加熱後の被加熱物の温度偏差を極力少なくする、あるいは炉内温度の不均一に伴う抽出温度の温度分布の幅を極力少なくするよう検討する。抽出温度を目標の温度に近づけるためには【 7 】マークの低減や高速バーナなどによる炉内温度分布の均一化が対策となる。 ② 燃料の燃焼熱のうち、燃焼排ガスが炉から排気されるときの排ガス顕熱を少なくして省エネルギー化を図ることを検討する。通常、燃料の燃焼が理論空気量より若干空気過剰状態となるように操業される。このとき、排ガスからの熱損失を抑制するためには、必要以上に過剰な【 8 】で燃焼しないように注意が必要である。 ③ 排ガス量の低減のために【 9 】燃焼や【 9 】富化燃焼の導入を検討する。 ④ 炉体や炉壁からの放熱の低減策として、断熱強化が重要である。生産調整等で炉が休止されたときは、再立ち上げ時に再昇温する必要があるが、このような再昇温が頻繁に行われる場合には、【 10 】の少ない断熱材、例えば、セラミックファイバを使うことを検討する。

(3) 各種の耐火物及び断熱(保温)材について考える。 1) れんがの表面の温度が急激に上昇すると熱応力が生じることにより、れんが表面に変形や亀裂などが発生して脱落等の危険が生じることがある。れんがが、このような急加熱や急冷却に対して安定した性質を有することを、耐【 12 】に優れているという。 2) シリカを主成分としているけい石れんがは、機械的強度が高いだけでなく、圧縮荷重をかけて加熱した場合、最初に膨張してその後収縮を始める【 13 】が1580℃以上と、使用中に収縮しにくい特長を持つ。 3) 一般に、耐火断熱れんがは多孔質であるため通気性を持っている。そのため、雰囲気ガス中の【 14 】や$H_2$の浸透により、成分であるシリカがSiOとなって蒸発して崩壊するおそれがあるので、注意が必要である。 4) 溶融金属に濡れにくいことから金属冶金用るつぼなどに用いられる【 15 】れんがは、熱伝導率が大きく、熱膨張率が非常に小さいという特長を持つ。 5) 配管などの保温施工では、保温材中に【 16 】が浸入するとそれが伝熱媒体となって、保温材の断熱性を著しく損なうので注意が必要である。