JP2002081865A - 炉の運転方法 - Google Patents

炉の運転方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 立ち上げ時の炉体の昇温を効率よく行うこと
ができ、被加熱物の加熱溶解も効果的に行うことができ
る炉の運転方法を提供する。 【解決手段】 炉の昇温時には、バーナー火炎の輻射伝
熱能力を利用して炉内の昇温を行い、被加熱物の加熱溶
解時には、バーナ火炎の対流伝熱能力を利用して被加熱
物の溶解を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炉の運転方法に関
し、詳しくは、化石燃料、特に液体燃料を支燃性ガスで
燃焼させるバーナ火炎の対流伝熱能力を利用して直接加
熱方式で被加熱物を加熱溶解することを主目的とした炉
の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】各種工業炉の加熱源として、化石燃料を
支燃性ガスで燃焼させるバーナが広く用いられている。
バーナの使用目的としては、立ち上げ時の炉体の昇温に
始まり、操業時における被加熱物の昇温、溶解、反応
等、多岐にわたっている。さらに、バーナに求められる
伝熱性能も、金属溶解炉のように直接加熱による溶解を
主目的としたものでは対流伝熱性能が、ガラス溶解炉の
ような反射炉においては輻射伝熱性能が、それぞれ求め
られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】対流伝熱性能を主とす
るバーナを設置した直接加熱方式の耐火物製金属溶解炉
では、立ち上げ時の炉体の昇温にも同じバーナを使用し
ているが、その際、バーナ火炎が耐火物に直接衝突する
部分では、耐火物の摩耗が激しくなり、炉体の寿命が短
くなるという問題がある。
【0004】一方、このような金属溶解炉に輻射伝熱性
能を主とするバーナを設置した場合は、伝熱形態が間接
加熱となるため、耐火物の摩耗はほとんど生じないが、
被加熱物(金属原料)を装入したときの加熱溶解性能が
十分に得られなくなってしまう。
【0005】そこで本発明は、立ち上げ時の炉体の昇温
を効率よく行うことができ、被加熱物の加熱溶解も効果
的に行うことができる炉の運転方法を提供することを目
的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の炉の運転方法は、被加熱物をバーナー火炎
の対流伝熱能力を利用して加熱・溶解する炉の運転方法
において、前記炉の昇温時には、バーナー火炎の輻射伝
熱能力を利用して炉内の昇温を行い、被加熱物の溶解時
には、バーナ火炎の前記対流伝熱能力を利用することを
特徴としている。
【0007】さらに、前記バーナー火炎は、一つの液体
燃料バーナから得られる火炎であり、対流伝熱能力を利
用するときの火炎と、輻射伝熱能力を利用するときの火
炎とは、該液体燃料バーナから噴出させる液体燃料の噴
霧状態を調節することによって切換えることを特徴と
し、特に、前記液体燃料用バーナは、液体燃料と噴霧流
体とを混合して噴霧口から液体燃料を霧状に噴出する燃
料噴霧室と、前記噴霧口を中心とする円周部に設けられ
た支燃性ガス噴出口とを備えるとともに、前記噴霧流体
の流量を調節する流量調節手段を備えていることを特徴
としている。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の炉の運転方法を
実施するための工業炉の一例を示す概略図である。この
工業炉は、例えば金属原料を溶解するためのものであっ
て、炉1の一側に、被加熱物である金属原料2を装入す
るための原料装入部3を兼ねる排気口4を設けるととも
に、炉の他側に、加熱源となる火炎を形成するための液
体燃料バーナ11を設置している。また、金属原料2の
炉内への装入は、駆動源であるモータ5を有する金属原
料投入装置6を使用しており、炉1の天井部には、炉内
温度を測定するための温度測定手段7が設けられてい
る。
【0009】液体燃料用バーナ11には、各種構造のも
のを使用可能であるが、例えば、図2の断面側面図及び
図3の正面図に示すように、酸素や空気、水蒸気等の噴
霧流体によって重油や灯油等の液体燃料を噴霧する構造
のノズルを用いた液体燃料用バーナが最適である。この
液体燃料用バーナ11は、液体燃料流路12と、噴霧流
体流路13と、支燃性ガス流路14とを同心状に設けた
多重管構造を有しており、液体燃料流路12及び噴霧流
体流路13の先端部に、液体燃料を霧状に噴出するため
の燃料噴霧室15が設けられている。
【0010】燃料噴霧室15は、バーナ軸線を中心軸と
した円筒状に形成されており、バーナ基端部側には、液
体燃料流路12に連通する燃料供給ノズル16の先端が
軸線方向に挿入され、該燃料供給ノズル16の先端外周
と燃料噴霧室15の内周との間に、前記噴霧流体流路1
3に連通する噴霧流体通路17が形成されている。
【0011】前記燃料噴霧室15の先端部中央には、燃
料噴霧室15内で噴霧流体と混合した液体燃料を霧状に
噴出する噴霧口18がバーナ軸線方向に設けられてお
り、この噴霧口18の周囲には、該噴霧口18を中心と
する円周上に、前記支燃性ガス流路14に連通する支燃
ガス性ガス噴出口19が設けられている。
【0012】さらに、前記噴霧口18及び及び支燃性ガ
ス噴出口19を有するバーナノズル11aを含む液体燃
料用バーナ11の先端側外周は、冷却水が供給される二
重円筒状の冷却ジャケット20により覆われている。該
冷却ジャケット20の先端は、前記バーナノズル11a
の先端より前方に突出した状態で配置されており、バー
ナノズル11aの先端側に、冷却ジャケット20の内周
面で囲まれた円筒状の燃焼室21を形成している。
【0013】そして、図1に示すように、前記液体燃料
流路12、噴霧流体流路13及び支燃性ガス流路14に
液体燃料、噴霧流体、支燃性ガスをそれぞれ供給する経
路31,41,51には、流量計32,42,52と流
量制御弁33,43,53とを備えた流量制御装置3
4,44,54がそれぞれ設けられており、液体燃料、
噴霧流体及び支燃性ガスの流量を、個別に制御できるよ
うに形成されている。なお、冷却ジャケット20に冷却
水を供給する経路の図示は省略する。
【0014】さらに、液体燃料の流量制御装置34と噴
霧流体の流量制御装置44とには、火炎特性を制御する
ための火炎特性制御回路61が接続され、液体燃料の流
量制御装置34と支燃性ガスの流量制御装置54とに
は、燃焼量を制御するための燃焼量制御回路62が接続
されるとともに、前記金属原料投入装置6のモータ5か
らの作動信号63が火炎特性制御回路61に入力され、
温度測定手段7からの温度信号64が火炎特性制御回路
61と燃焼量制御回路62とに入力されている。
【0015】前述のように、液体燃料と噴霧流体とを燃
料噴霧室15で混合して噴霧口18から噴出させるよう
に形成した液体燃料バーナ11は、液体燃料と噴霧流体
との流量比を調節することにより、火炎の伝熱特性を制
御することができる。すなわち、液体燃料流量(QL)
に対する噴霧流体流量(QG)の流量比(QG/QL)
を調節し、この流量比(QG/QL)を小さくすること
により、噴霧口18から噴出する液体燃料の液滴径が大
きくなるので、比較的緩慢に燃焼する状態となり、輻射
伝熱特性に優れた火炎が得られる。逆に流量比(QG/
QL)を大きくすると、液体燃料の液滴径が小さくなる
ので、燃焼速度が速くなって対流伝熱特性に優れた火炎
が得られる。
【0016】したがって、炉内を昇温する際、すなわ
ち、前記温度測定手段7の測定温度が所定温度以下の場
合には、温度測定手段7からの温度信号64が火炎特性
制御回路61と燃焼量制御回路62とに入力され、火炎
特性制御回路61では、炉内の昇温に適した輻射伝熱特
性に優れた火炎を発生させるため、液体燃料流量(Q
L)に対する噴霧流体流量(QG)の流量比(QG/Q
L)が小さくなるように液体燃料の流量制御装置34と
噴霧流体の流量制御装置44とを制御する。これによ
り、液体燃料バーナ11から炉内に輻射伝熱特性に優れ
た火炎が投入されるので、炉1を構成する耐火物に損傷
を与えることなく、炉体の昇温を速やかに行うことがで
きる。このとき、燃焼量制御回路62は、液体燃料流量
に応じた流量で支燃性ガスを供給するように、支燃性ガ
スの流量制御装置54に指示を与える。
【0017】炉内が所定温度に昇温すると、金属原料投
入装置6が作動して金属原料2を炉内に装入するととも
に、モータ5の作動信号63が火炎特性制御回路61に
入力され、火炎特性制御回路61は、金属原料の加熱溶
解に適した対流伝熱特性に優れた火炎を発生させるた
め、液体燃料流量(QL)に対する噴霧流体流量(Q
G)の流量比(QG/QL)が大きくなるように液体燃
料の流量制御装置34と噴霧流体の流量制御装置44と
を制御する。これにより、液体燃料バーナ11から炉内
に対流伝熱特性に優れた火炎が投入されるので、金属原
料2を迅速に溶解することができる。
【0018】このように、炉体昇温時と金属原料溶解時
とで火炎特性を切換えることにより、炉体の昇温に要す
る時間を短縮でき、炉の運転効率を高めることができる
とともに、重油等の液体燃料の使用量を削減することが
できる。
【0019】なお、設備コストの上昇等を問題にしない
場合は、輻射伝熱特性に優れた火炎を形成するバーナ
と、対流伝熱特性に優れた火炎を形成するバーナとを設
置したり、これらのバーナを交換可能に設置したりし
て、炉体昇温時と金属原料溶解時とで切換使用すること
も可能である。
【0020】
【実施例】図1に示す構成の炉に図2,図3に示した構
造のバーナを設置し、同じ炉で同じ燃焼量のバーナで、
同じ量の金属原料を溶解するにあたり、炉体の昇温を輻
射伝熱特性に優れた火炎を利用して行った場合と対流伝
熱特性に優れた火炎を利用して行った場合との比較、及
び、金属原料の溶解を対流伝熱特性に優れた火炎を利用
して行った場合と輻射伝熱特性に優れた火炎を利用して
行った場合との比較をそれぞれ行った。なお、液体燃料
には重油を使用し、毎時70リットルで供給した。噴霧
流体及び支燃性ガスには純酸素を使用し、支燃性ガスの
酸素量は、燃料に対する酸素比が1.0になるように設
定した。なお、燃焼量は20万kcal/hである。炉
体昇温時における結果を表1に、金属原料溶解時におけ
る結果を表2にそれぞれ示す。
【0021】
【表1】
【表2】
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の炉の運転
方法によれば、炉体の昇温を短時間で効率よく行えると
ともに、溶解時間も短縮することができるので、液体燃
料の使用量の削減を図れるだけでなく、生産性を大幅に
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の炉の運転方法を実施するための工業
炉の一例を示す概略図である。
【図2】 液体燃料バーナの一例を示す断面側面図であ
る。
【図3】 同じく正面図である。
【符号の説明】
1…炉、2…金属原料、3…原料装入部、4…排気口、
5…モータ、6…金属原料投入装置、7…温度測定手
段、11…液体燃料用バーナ、11a…バーナノズル、
12…液体燃料流路、13…噴霧流体流路、14…支燃
性ガス流路、15…燃料噴霧室、16…燃料供給ノズ
ル、17…噴霧流体通路、18…噴霧口、19…支燃ガ
ス性ガス噴出口、20…冷却ジャケット、21…燃焼
室、22…ポンプ、23…冷却水経路、31…液体燃料
経路、41…噴霧流体経路、51…支燃性ガス経路、3
2,42,52…流量計、33,43,53…流量制御
弁、34,44,54…流量制御装置、61…火炎特性
制御回路、62…燃焼量制御回路、63…作動信号、6
4…温度信号
フロントページの続き Fターム(参考) 3K052 GB03 GB10 GC01 GC03 GC07 GE01 KA04 3K056 AA10 AB05 AC01 AC03 AD01 AE03 BA01 4K045 AA03 BA01 BA08 RB12 RB13 4K063 AA04 AA13 BA02 BA03 BA06 CA01 DA08 DA14 DA32

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加熱物をバーナー火炎の対流伝熱能力
    を利用して加熱・溶解する炉の運転方法において、前記
    炉の昇温時には、バーナー火炎の輻射伝熱能力を利用し
    て炉内の昇温を行い、被加熱物の溶解時には、バーナ火
    炎の前記対流伝熱能力を利用することを特徴とする炉の
    運転方法。
  2. 【請求項2】 前記バーナー火炎は、一つの液体燃料バ
    ーナから得られる火炎であり、対流伝熱能力を利用する
    ときの火炎と、輻射伝熱能力を利用するときの火炎と
    は、該液体燃料バーナから噴出させる液体燃料の噴霧状
    態を調節することによって切換えることを特徴とする請
    求項1記載の炉の運転方法。
  3. 【請求項3】 前記液体燃料用バーナは、液体燃料と噴
    霧流体とを混合して噴霧口から液体燃料を霧状に噴出す
    る燃料噴霧室と、前記噴霧口を中心とする円周部に設け
    られた支燃性ガス噴出口とを備えるとともに、前記噴霧
    流体の流量を調節する流量調節手段を備えていることを
    特徴とする請求項2記載の炉の運転方法。
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