問題 17

次の各文章の【1】～【16】の中に入れるべき最も適切な字句、式又は記述をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。 また、【A ab.c】及び【B ab.c】に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の一つ下の位で四捨五入すること。(配点計40点) (1) 工業炉は熱源で分類すると燃焼炉と電気炉に分けられる。 1) 燃焼炉は、直接加熱方式と間接加熱方式に分類される。直接加熱方式は、火炎及び生成ガスからの放射や【 1 】により加熱され、鉄鋼プロセスでは【 2 】などで用いられている。 間接加熱方式は燃焼室と加熱室が隔壁で隔てられており、加熱室の雰囲気を調節することができるので、【 3 】などで用いられている。

2) 電気炉は、燃焼炉では大きな損失源となる【 4 】がなく、クリーンな炉である。また、【 5 】が容易であり急速加熱が可能である。さらに、雰囲気加熱に適した構造にしやすく、鋼材の熱処理などに用いられる炉で、酸化や脱炭などを起こさず光輝性のある仕上がりが期待できる【 6 】がその例として挙げられる。 一般的に電気抵抗を用いた間接加熱方式では、炉を構成している断熱材の電気抵抗は温度上昇とともに低下するので、高温域での【 7 】が起こらないように注意する必要がある。

(2) リジェネレイティブバーナは、高性能工業炉を実現する大きな要素である。図は、その蓄熱体の高温端部の温度の時間的履歴である。 (図は省略) 1) このバーナの特徴は、図に示すように蓄熱過程と放熱過程が【 8 】て、蓄熱過程で排ガス顕熱を回収して、放熱過程で燃焼用空気を加熱することにより、高い効率で燃焼用空気を高温予熱できることである。 ここで、図の最高温度Tₕは排ガス温度に等しく、かつ予熱後の空気の平均温度は放熱過程での平均温度Tₐに等しい、すなわち排ガス温度がTₕ、予熱後の空気の平均温度がTₐであるものとして、回収熱量等について解析してみることとする。

2) 低温側流体としての燃焼用空気の入口温度tₐを20℃、予熱後の燃焼用空気の平均温度Tₐを1060℃、燃焼用空気量Vₐを11.0m³ₙ/minとし、高温側流体としての燃焼排ガス温度Tₕを1150℃、燃焼排ガス量Vₕを12.0m³ₙ/minとしたときの、蓄熱体を介した熱交換について考える。ここで、排ガスの平均定圧比熱cₚₕを1.55kJ/(m³ₙ·K)、空気の平均定圧比熱cₚₐを1.42kJ/(m³ₙ·K)とし、それぞれ温度によらず一定とする。 このとき、低温側空気の予熱後の出口温度をTₐ'とみなし、高温側排ガスの入口温度をTₕ'とみなせば、空気側の温度効率[%]は、式【 9 】で計算され、その値は[%]となる。 また、排ガス顕熱のうち空気予熱で回収された割合[%]は、式【 10 】で計算され、その値は[%]となる。

(3) 不定形耐火物炉壁の施工法について考える。 1) 不定形耐火物炉壁は、【 11 】一体構造としての特徴を持っている。代表的な不定形耐火物炉壁であるキャスタブル炉壁の施工方法としては、流し込み施工が採用されているが、この場合、炉壁の厚みが比較的【 12 】、流し込みが困難な場合や、流し込み用【 13 】を造れない場合には、【 14 】施工や吹付け施工が採用される。

2) 不定形耐火物炉壁のキャスタブル炉壁は、レンガ積み構造では必要となる【 15 】はあまり必要としないが、壁厚が厚く面積の広い炉の場合は、1～2m間隔に設ける。また、補強用に耐熱鋼製のアンカスタッドやYスタッドが用いられる。 一方、不定形耐火物炉壁のプラスチック炉壁は、高温用として使われることが多いので、補強用として【 16 】を用いることが多い。その配置や間隔は壁厚、その他の条件によって決められる。