[実施例1](本発明の基本構成の効果の確認)
 本発明の効果の確証のため、図1に示す排ガ ス処理装置を用いた実験が行われた。この実 施例1では、輻射式熱交換器2として、内径1.55 m、長さ8.2m、伝熱面積40m ² の、ステンレス鋼製の鋼板で構成した内筒22� ��、厚さ50mmの炭化珪素系耐火物(SiC含有量60質 量%、残部主としてAl ₂ O ₃ 、SiO ₂ )からなり、前記内筒22の内面を覆うようにキ ャスタにより内張りされた耐火物23とを備え� ��ものが用いられた。また、排ガス冷却塔4に は、排ガス中への散水と常温空気の導入とを 行うものが用いられた。

 前記回転炉床炉1からは約1,450℃の排ガスが� ��11,600Nm ³ /hの流量で排出され、この排ガス中に常温の� ��気が約1,130Nm ³ /hの流量で導入されることにより前記排ガス� ��温度が約1,350℃に調整され、この温度調整� �の排ガスが前記熱交換器2に導入された。熱� ��換器2内では、冷媒として常温の空気が約13, 130Nm ³ /hで流された。また、排ガス冷却塔4の入口に おける排ガス温度は800℃以上の温度に制御さ れ、当該排ガス冷却塔4の出口における排ガ� �温度は180℃以下の温度に制御された。排ガ� �冷却塔4内では、排ガスの温度が1,070℃から17 0℃まで約2秒で降下するように当該排ガスが� ��速冷却された。

 前記条件にて約190日間操業が継続され、� ��の間における、熱交換器2の総括伝熱係数お よび予熱空気温度の変化が調査された。その 調査結果を図3および4に示す。これらの図中� ��「60%」の表示は炭化珪素系耐火物のSiC含有� ��が60質量%であることを示し、(I)の表示があ� ��ものは、回転炉床炉が雰囲気温度維持のた� ��の加熱だけを行って塊成化物を装入してい� ��いアイドリング時のデータを示し、(O)の表� ��のあるものは、回転炉床炉に塊成化物を装� ��して実際に還元鉄の製造を行っている還元� ��業時のデータをそれぞれ示している(後記図 5および6においても同様)。

 これらの図から明らかなように、長期間� ��操業後においても、熱交換器の総括伝熱係� ��および予熱空気温度に大きな変化は見られ� ��かった。また、前記約190日間の操業後に、� ��交換器2の内筒内部を目視観察したところ、 炭化珪素系耐火物の脱落は見られず、また、 該耐火物表面に薄く付着層が形成されている ものの、この付着層は作業員が手作業で金棒 にてつつくことで容易に除去できることを確 認した。

 これらの結果より、熱交換器の内筒の内� ��面(伝熱面)を覆うように高熱伝導性耐火物� �施工することで、伝熱面への付着による排� �ス流路の閉塞および伝熱面の腐食を防止し� �つ、排ガス顕熱を有効に回収できることが� �認できた。

 また、バグフィルタからなる集塵機5の出 口における排ガスの成分を分析した結果、ダ イオキシンの合成(再合成)は認められなかっ� ��。この合成の防止には前記排ガス冷却塔4内 の急速冷却が寄与しているものと考えられる 。

[実施例2](炭化珪素系耐火物のSiC含有量の影� �の確認)
 実施例2として、前記実施例1に係る排ガス� �理装置において、熱交換器2の内筒22の内側� �施工される炭化珪素系耐火物として、前記� �SiC含有量60質量%のものに代え、当該SiC含有� �が80質量%のものが用いられ、当該実施例1と� ��様の操業条件にて約190日間操業が継続され� ��。

 図5および図6は、前記操業期間中での熱交� �器2の総括伝熱係数および予熱空気温度の変� ��を示す。図5において、約150日経過以降の還 元操業時のデータに総括伝熱係数が低めのも のが含まれているが、このことは、伝熱性能 の劣化を示すものではなく、予熱空気量が前 記基準量(約13,130Nm ³ /h)より少ない条件で熱交換を実施した結果、 熱交換量が少なくなったことに起因する。

 これらの図からも明らかなように、前記� ��施例1と同様、長期間の操業後においても、 熱交換器の総括伝熱係数および予熱空気温度 に大きな変化は見られなかった。また、前記 約190日間の操業後に、熱交換器2の内筒内部� �目視観察したところ、炭化珪素系耐火物の� �落は見られず、また、該耐火物表面に薄く� �着層が形成されているものの、作業員が手� �業にて金棒でつつくことで容易に除去でき� �ことは前記実施例1と同様であった。

 下記表1は、図3~6に示す各期間中における 、総括伝熱係数および予熱温度の平均値を対 比して示したものである。

 この表1より明らかなように、炭化珪素系 耐火物のSiC含有量を60質量%から80質量%に増加 させることにより、還元操業時における、熱 交換器の総括伝熱係数が約2倍に上昇し、予� �空気温度が約150℃も上昇しており、SiC含有� �を高めるほど伝熱効率が良くなることがわ� �る。

 次に、SiC含有量80質量%の炭化珪素系耐火� ��を施工した場合について、還元操業時にお� ��る、熱交換器2の伝熱面近傍における温度プ ロフィルを推算した結果を図7に示す。この� �7から、該耐火物表面温度は常に850℃以下、� ��筒鋼板の内表面温度は常に650℃以下である� ��推定することができ、各材質の耐熱温度を� ��分に下回ることを確認することができる。

[実施例3](炭化珪素系耐火物の厚みの影響に� �いて)
 前記実施例1,2では、炭化珪素系耐火物の厚� ��が50mmであるが、該耐火物厚みが100mmである� ��、厚み50mmの場合を基準として熱交換量が約 15%低下し、前記厚みが200mmであると、厚み50mm の場合を基準として熱交換量が約27%低下する と試算される。従って、高熱伝導性耐火物の 厚みは、施工可能な範囲でできるだけ薄くす るのが良い。

[実施例4](熱交換器入口における排ガス温度� �調整手段の影響の確認)
 前記実施例2では、熱交換器入口における排 ガス温度の調整が常温空気の導入により行わ れ、その結果、熱交換器入口における温度調 整後の排ガス組成は、容量%で、O ₂ :3.6%、CO ₂ :7.6%、H ₂ O:14.6%、N ₂ :74.2%であった。

 これに対し、実施例4では、熱交換器入口に おける排ガス温度の調整が、冷却後の燃焼排 ガスの導入により行われた。具体的には、前 記実施例2と同じく回転炉床炉1から約11,600Nm ³ /hの流量で排出される約1,450℃の排ガスに対� �、前記実施例2とは異なり、誘引ファン6の出 側から取り出した冷却・除塵後の排ガス(組� �は、容量%で、O ₂ :9.3%,CO ₂ :5.0%,H ₂ O:28.6%、N ₂ :57.1%、温度は170℃)が約1,150Nm ³ /hの流量で導入されることにより、当該排ガ� ��の温度が約1,350℃に調整され、この温度調� �後の排ガスが熱交換器2に導入された。

 この実験の結果、該温度調整後の排ガス中� ��おける輻射率の高いCO ₂ およびH ₂ O成分の含有率が増加したことにより、前記� �施例2で得られた予熱空気の還元操業時の平� ��温度(375℃)よりも高い約400℃の平均温度を� �ることができ、その予熱空気の量も前記実� �例2と比較して約25%増量することを確認する� ��とができた。

 さらに、このような条件下での還元操業運� ��とは別に、定期的にアイドリング運転(熱交 換器2の入口温度を意図的に下げる運転)を行� ��ことにより、ダストを有効に除去すること� ��できることが確認された。具体的には、熱� ��換器入口の排ガス流量及び予熱空気量をと� ��に6,000Nm ³ /hにして当該熱交換器入口の排ガス温度を1,05 0℃まで下げる運転を12時間行うことにより、 前記熱交換器2内の高熱伝導性耐火物23の表面 に付着したダスト層に亀裂が生じて当該ダス ト層が剥離し、当該ダスト層を除去するため のつつき作業が不要になった。

[比較例1]
 比較例では、図8に示す排ガス処理装置、す なわち、回転炉床炉1、水冷ダクト13、排ガス 冷却塔4、熱交換器12、集塵機5、誘引ファン6� ��及び煙突7を備えた排ガス処理装置が用いら れ、その熱交換器12には、プレート型熱交換� ��(伝熱面積350m ² )が用いられた。このプレート型の熱交換器12 では、その伝熱面上に耐火物が施工されてい ないので、当該伝熱面上での付着層の形成お よび伝熱面の腐食を抑制するために、熱交換 器12の入口の排ガス温度が400~600℃になるよう に排ガス冷却塔4で排ガスの冷却を行う必要� �あった。

 そこで、前記実施例1,2と同じく約11,600Nm ³ /hの流量で回転炉床炉1から排出された約1,450� ��の排ガスに対し、排ガス冷却塔4内で直ちに 散水と希釈空気の導入とが行われることによ り、当該排ガスの温度が約500℃まで温度を低 下させ、その後に当該排ガスがプレート型熱 交換器12に導入され、約13,130Nm ³ /hの流量の常温空気と熱交換した。この結果� ��約350℃の予熱空気が得られたが、熱交換器1 2入口での排ガス温度が低いため、伝熱面積� �さらに拡大しても、予熱空気の温度をさら� �高めることが困難であることが確認された� �

 これに対して、実施例1及び実施例2では、� �ずれも伝熱面積40m ² で、それぞれ227℃、375℃という還元操業時の 予熱空気の平均温度が得られている。しかも 、熱交換器2の入口での排ガス温度が十分高� �(約1,350℃)ことから、その伝熱面積を拡大す� ��ことで、予熱空気温度をさらに高めること� ��可能である。具体的に、実施例1については 伝熱面積を75m ² 程度まで拡大し、実施例2では伝熱面積を45m ² 程度まで拡大することで、いずれも容易に400 ℃の予熱空気温度を得ることが可能である。

 また、実施例1及び実施例2では、熱交換� �2の出口から排ガス冷却塔4の出口に至るまで の排ガス流路に臨む金属面(具体的には耐火� �ダクト3のダクト本体の内面及び排ガス冷却� ��4の内面)を覆うように耐火物が施工される� �とにより、380日間の連続運転にかかわらず� �該金属面の腐食が生じなかった。これに対� �、前記金属面を覆うような耐火物が前記水� �ダクト13及び排ガス冷却塔4に施工されてい� �い比較例では、その金属面(排ガスと直接接� ��する金属面)に腐食が生じた。この腐食は酸 腐食であり、前記排ガスの偏流等に起因して 局部的に排ガス温度が酸の露点を下回る領域 で発生したものと推察される。

 前記実施例1~4及び比較例との対比で明ら� ��なように、熱交換器の伝熱面上に耐火物が� ��工されておらず当該伝熱面が露出する従来� ��排ガス冷却装置では、当該伝熱面へのダス� ��等の付着や伝熱面の腐食の抑制のために、� ��該熱交換器内に導入される排ガスの温度を� ��下させる必要があることから、前記熱交換� ��での伝熱効率が極端に低下する問題がある� ��に対し、本発明に係る排ガス冷却装置では� ��前記伝熱面を覆うように高熱伝導性耐火物� ��施工されることにより、伝熱面への付着や� ��熱面の腐食の抑制と、伝熱効率の維持ない� ��向上との両立を容易に実現することが可能� ��ある。

 すなわち、本発明に係る排ガス処理装置� ��、前記回転炉床式還元炉から排出される排� ��スが導入される輻射式熱交換器を備え、こ� ��輻射式熱交換器は、前記排ガスが流通する� ��間を囲む内筒と、この内筒の径方向外側に� ��置され、この内筒との間に前記排ガスと熱� ��換するための冷媒が流通するための流路を� ��成する外筒と、前記内筒の内面を覆うよう� ��配置される高熱伝導性耐火物とを有するも� ��であるので、金属製の内筒の内面が露出す� ��従来装置の当該内面に対するダストの付着� ��度に比べて前記高熱伝導性耐火物へのダス� ��の付着強度が低く、当該ダストが剥離しや� ��い。従って、このダスト付着による閉塞が� ��止される。また、前記高熱伝導性耐火物は� ��腐食性を有するダストが金属製の内筒に直� ��接触するのを阻止することにより、当該内� ��の腐食劣化を防止することができる。

 さらに、前記高熱伝導性耐火物の表面の� ��度を還元操業時の当該表面の温度よりも一� ��的に下げることにより、当該表面に付着し� ��ダスト層にその剥離を促進する亀裂を生じ� ��せることが可能であり、これにより、前記� ��スト層の除去を容易に行うことが可能であ� ��。

 また、前記耐火物は高熱伝導性を有する� ��め、熱交換器の総括伝熱係数を著しく低下� ��せることがない。そればかりか、排ガスと� ��接接触する部分が金属より耐熱温度の高い� ��火物により構成されることは、前記熱交換� ��に導入される排ガスの許容温度を高めるた� ��、排ガスと空気との伝熱速度を従来と同様� ��しくはこれよりも高くすることが可能であ� ��。このことは、排ガス顕熱を回転炉床式還� ��炉のバーナ燃焼用空気の予熱に有効に利用� ��ることも可能にする。

 また、前記耐火物は、前記内筒の腐食や� ��該内筒へのダストの付着によるトラブルを� ��制することにより、設備寿命の延長、稼働� ��の上昇による生産能力の向上、熱ロスの低� ��による運転費の低減、保全コストの低減等� ��効果を生じさせる。

 さらに、これらの効果は、既存の熱交換� ��の内筒の内側に高熱伝導性耐火物を施工す� ��だけで得ることが可能であるから、還元炉� ��に廃熱ボイラ等の余分の設備を設ける必要� ��なく、設備コストの過度の上昇を招くこと� ��ない。

 前記高熱伝導性耐火物としては、SiC、ZrB ₂ 、BNのいずれかを主体として含有するものが� ��好適であり、特に、SiCを主体として含有す� ��炭化珪素系耐火物が好ましい。さらに、こ� ��炭化珪素系耐火物のSiC含有量が60質量%以上� ��あれば、高い伝熱効率を確保することがで� ��る。

 この排ガス処理装置では、熱交換器に導� ��される排ガスの許容温度が高いため、その� ��際の温度を高くすることで、熱回収率を高� ��ることができる。具体的には、前記熱交換� ��の入口における排ガスの温度を1100℃以上で ある目標温度に制御する熱交換器入口ガス温 度制御手段を備えることが、好ましい。さら に、この熱交換器入口ガス温度制御手段は、 前記熱交換器の入口における排ガスの温度を 1200℃以上の目標温度に制御することが、よ� �好ましい。

 具体的に、前記熱交換器入口ガス温度制� ��手段は、例えば、前記回転炉床式還元炉か� ��の排ガス中に空気や冷却後の燃焼排ガスを� ��入することにより、前記熱交換器の入口に� ��ける排ガスの温度を制御することができる� ��

 さらに、前記熱交換器の後段に設けられ� ��該熱交換器の出口から排出された排ガスを� ��制冷却するための排ガス冷却塔を備えたも� ��では、その強制冷却によってダイオキシン� ��合成(再合成)を有効に抑止することができ� �。

 さらに、前記熱交換器の出口から前記排� ��ス冷却塔に至る耐火物ダクトを備え、この� ��火物ダクトが、金属製のダクト本体と、こ� ��ダクト本体の内面の少なくとも一部を覆う� ��うに施工される耐火物とを有するものでは� ��当該耐火物が前記ダクト本体の高温腐食及� ��酸腐食の双方を防ぐことができる。

 また本発明は、回転炉床式還元炉から排� ��される排ガスを処理するための排ガス処理� ��法であって、前記回転炉床式還元炉から排� ��される排ガスを熱交換器に導入して当該排� ��スと空気とを熱交換させることにより当該� ��気を予熱することを含み、前記熱交換器に� ��、前記排ガスが流通するための空間を囲む� ��筒と、この内筒の径方向外側に配置され、� ��の内筒との間に前記空気が流通するための� ��路を形成する外筒と、前記内筒の内面を覆� ��ように配置される高熱伝導性耐火物とを有� ��る輻射式熱交換器を用いるものである。

 この方法では、前記熱交換器の入口にお� ��る排ガスの温度を1100℃以上である目標温度 に制御することが好ましく、当該目標温度は 1200℃以上であることが、より好ましい。

 また、前記熱交換器では、当該熱交換器� ��出口における排ガス温度が当該熱交換器の� ��口における排ガス温度よりも低い温度であ� ��て600℃以上の温度まで低下するように当該� ��ガスと空気との間で熱交換を行わせ、さら� ��、前記熱交換器から排出される排ガスを排� ��ス冷却塔内に導入して当該排ガスの温度を5 秒以内で600℃から200℃まで降下させるような 強制冷却を行うことが、より好ましい。