JP2003214603A - 還元燃焼バーナー装置および無酸化焼成炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃焼用空気供給量が低レベルであっても安定し
た燃焼が維持でき、極低酸素の雰囲気を生成できる。 【解決手段】ＬＮＧガスなどの燃料を燃焼用空気で燃焼
させ、焼成炉内を還元雰囲気下で加熱するためのバーナ
ー装置であって、焼成炉１に配設されたバーナー装置の
バーナー本体１１に供給される燃焼用空気に、供給量を
制御した雰囲気ガスを混合するよう、外気開閉弁２１、
送風機２２、燃焼用空気量調整弁２３を経てバーナー本
体１１に至る燃焼用空気供給ラインの前記送風機２２の
外気吸込み側に、雰囲気ガスとしての窒素ガスを供給す
るための窒素ガス供給源（図示せず）から延びる窒素ガ
ス配管が、窒素ガス調整弁３１を通じて接続されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボン質レンガ
のような、酸素を含まない雰囲気中で焼成するのが好ま
しい材料の焼成に供される還元燃焼バーナー装置および
無酸化焼成炉に関する。

【０００２】従来、アルミナ・グラファイト質やマグネ
シア・グラファイト質などのカーボン質レンガは、焼成
中の酸化を防止するためコークス粉体で覆って焼成する
という、いわゆる埋め焼きにより焼成されていた。しか
し、この方法では、コークス粉体の熱伝導性が悪いため
に数十時間という長い焼成時間を要するうえ、製品の窯
詰め、窯出しに手間がかかり、生産性が悪いという問題
があった。

【０００３】また、焼成炉内を還元雰囲気に維持するた
め還元燃焼ガスバーナーが用いられるが、燃料に対する
酸素量を低量に抑える必要があるため、燃焼させながら
燃焼用空気量を可能な限り絞ることになる。この結果、
バーナーから噴出する全ガス量（燃料ガス＋燃焼用空
気）が低下し、バーナー固有の必要流量を下回り、混合
が不充分となるから、しばしば燃焼状態が不安定とな
る。このため、燃焼が断続して炉内に酸素濃度が変動
し、好ましい低濃度を維持できないという問題があっ
た。また、前記カーボン質レンガの焼成においては、焼
成初期の低温時から還元雰囲気で加熱することが好まし
いのであるが、低温時の還元燃焼バーナーの挙動が特に
不安定であり、可燃ガスが炉内で小爆発を引き起こすな
どの不具合があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、燃焼用空気供
給量が低レベルであっても安定した燃焼が維持でき、極
低酸素の雰囲気を生成できる還元燃焼バーナー装置を提
供する。さらに併せて、安定した還元雰囲気で被焼成物
を焼成でき、生産性にすぐれた無酸化焼成炉を提供す
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（第１発明）上記の問題
は、燃料を燃焼用空気で燃焼させ、炉内を還元雰囲気下
で加熱するためのバーナー本体に供給される燃焼用空気
に、供給量を制御した雰囲気ガスを混合して、燃焼用空
気中の酸素濃度を調整可能としたことを特徴とする、本
発明の第１発明である還元燃焼バーナー装置によって、
解決することができる。そして、この発明は、燃焼用空
気を供給するための送風機の外気吸込み側に雰囲気ガス
である窒素ガス供給配管を接続した形態の還元燃焼バー
ナー装置として、好ましく具体化され得る。

【０００６】（第２発明）また、上記の問題は、還元燃
焼バーナー装置を備え、側壁と天井で囲まれた内部を加
熱室とし、下面を開口部とした炉本体と、被焼成物をカ
ートップ上に積載した焼成台車を前記炉本体の下方から
上昇させて、被焼成物を前記加熱室内に収容し焼成した
後、焼成台車を降下させ取り出せるようにした昇降可能
な焼成焼成台車とを具備し、かつ焼成焼成台車のカート
ップには炉内ガスの排気口を配設したことを特徴とす
る、本発明の第２発明である無酸化焼成炉によって解決
される。また、この第２発明は、前記焼成焼成台車がテ
ーブルリフタにより昇降可能とされた形態に具体化され
る。

【０００７】さらに、これら第２発明の無酸化焼成炉
は、炉内に雰囲気ガスが供給可能な供給口を少なくとも
側壁と天井に設けるとともに、炉外の排気流路には、開
口面積を全開または全閉に切り替え操作する開閉ダンパ
と、解雇売面積を任意に可変できる調節ダンパを並設
し、かつ前記排気流路から分岐して前記雰囲気ガスが供
給可能な供給口に連通する排気ガス循環ラインを配設し
たことを特徴とする無酸化焼成炉として、具体化され
る。

【０００８】さらに、この第２発明は、前記排気ガス循
環ラインには、熱交換器を設けて排気ガスを冷却するよ
うにした形態や、前記焼成焼成台車上には、被焼成物を
収容する耐火性容器を配置するとともに、その耐火性容
器内に直接、雰囲気ガスを供給可能とした形態の無酸化
焼成炉として、好ましく具体化され得る。また、この第
２発明は、前記第１の還元燃焼バーナー装置を適用する
ことにより、より好ましいものとなる。

【０００９】なお、本発明では、如上のごとく雰囲気ガ
スの供給量を調整して燃焼に供する酸素量を制御して、
炉内雰囲気の酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下の極低酸素
濃度に維持する点を重要な前提としており、本発明にお
いて無酸素なる用語は、このような極低酸素濃度の状態
を意味するものとして用いられている。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の還元燃焼バーナー
装置および無酸化焼成炉および無酸化焼成炉に係る実施
形態について、図１、２、３を参照しながら説明する。 （第１発明）第１発明の還元燃焼バーナー装置は、ＬＮ
Ｇガスなどの燃料を燃焼用空気で燃焼させ、焼成炉内を
還元雰囲気下で加熱するためのバーナー装置である点は
従来と特に変わるところはない。

【００１１】そして、本発明では、焼成炉１に配設され
たバーナー装置のバーナー本体１１に供給される燃焼用
空気に、供給量を制御した雰囲気ガスを混合するよう、
図１に例示するように、外気開閉弁２１、送風機２２、
燃焼用空気量調整弁２３を経てバーナー本体１１に至る
燃焼用空気供給ラインに、例えば、前記送風機２２の外
気吸込み側に、雰囲気ガスとしての窒素ガスを供給する
ための窒素ガス供給源（図示せず）から延びる窒素ガス
配管が、窒素ガス調整弁３１を通じて接続されている点
にその要点がある。なお、ＬＰＧなどの燃料は燃料源
（図示せず）から燃料弁２４を経てバーナー本体１１に
供給される。

【００１２】また、本発明の還元燃焼バーナー装置で
は、窒素ガス配管を燃焼用空気供給ラインに接続する位
置は、前記位置に限定されないが、前記送風機２２の外
気吸込み側に位置させると、窒素ガス供給用ブロワを別
個に設けなくても良い利点がある。また、雰囲気ガスと
しては、化学的に不活性で酸化作用のない窒素ガスが好
ましいので、以下の説明では、窒素ガスを持って代表さ
せるが、その他に同様な性質を持つ窒素−水素混合気、
アルゴンなどのガスも適宜に応用可能である。

【００１３】かくして、燃焼用空気に混合される窒素ガ
スは、その窒素ガス調整弁３１によって供給量が制御さ
れ、バーナー本体１１に送られる燃焼用空気中の酸素濃
度を任意に調整できる利点が得られる。そして、空気と
窒素ガスの混合ガスの全体の供給量は、燃焼用空気量調
整弁２３によって、調節されることになる。なお、図１
では、説明の都合上、バーナー本体１１が単数本で表さ
れているが、複数本の場合を含むのいうまでもことであ
る。

【００１４】この第１発明の還元燃焼バーナー装置によ
れば、バーナー本体１１に供給される燃焼用空気には、
供給量を制御した雰囲気ガスである窒素ガスを混合する
ので、燃焼時の全ガス量（燃料ガス＋空気＋窒素ガス）
をバーナーの燃焼特性に適合した供給量にすることがで
きるので、混合が十分に行われ、燃焼状態が安定する利
点が得られる。従って、低温状態の燃焼初期の段階から
還元燃焼が安全に達成できるうえ、窒素ガスの供給量を
調整して燃焼に供する酸素量を制御できるから、炉内雰
囲気の酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下の極低酸素濃度に
維持できる利点が得られるのである。

【００１５】（第２発明、実施形態１）次いで、第２発
明の無酸化焼成炉について、図２を参照して説明する
と、この焼成炉の炉本体１０は、還元燃焼可能な還元燃
焼バーナー装置を備え、側壁１３と天井１２で囲まれた
内部を加熱室１４とし、下面を開口部とした構造で構築
されている。

【００１６】そして、この炉本体１０に対して、被焼成
物４１をカートップ４２上に積載した焼成台車４を下方
から上昇させて、そのカートップ４２の外周縁面４２ａ
を炉本体１０の側壁下端部１３ａに嵌合状態に当接さ
せ、炉内を外気からシールするとともに、被焼成物４１
を前記加熱室１４で焼成した後、焼成台車４を降下させ
取り出せるように、焼成台車４を昇降可能なものとして
配設している。

【００１７】なお、この昇降装置としては、油圧駆動の
プッシャーまたはギヤ駆動の昇降機構を備え、上面に水
平方向移動用ガイドレール（図示せず）が敷設されたテ
ーブルリフタが適当であり、焼成台車４が降下したとき
には、昇降機構はピット５１に収納され、焼成台車４は
前記ガイドレール上を移動して、図２左側に例示するよ
うに、外部に引き出せるよう配慮されている。

【００１８】さらに、本発明は、炉本体１０と焼成台車
４の位置関係に加えて、この焼成台車１０では、図１に
示すように、焼成台車４のカートップ４２には炉内ガス
の排気口４２ｂが設けられ、炉内ガスを外部に取り出さ
れるよう排気流路４２ｃが設けられている点に要点があ
る。

【００１９】この第２発明の実施形態によれば、焼成焼
成台車を下方から、テーブルリフタなどで押し上げて被
焼成物４１を炉本体１０の加熱室１４に収容するように
したので、焼成焼成台車の外周縁面４２ａと加熱室側壁
下端部１３ａとを当接させてシールできるから、シール
が確実で外気の侵入や燃焼ガスの漏洩が効果的に防止で
きる。同時に、さらに焼成焼成台車のカートップ４２に
は炉内ガスの排気口４２ｂを配設したので、冷却運転時
には炉内温度以下の高密度の外気が侵入して被焼成物に
触れるのを防止できるなどの利点がある。

【００２０】（第２発明、実施形態２）本願第２発明
は、以下の実施形態２に好ましく具体化できる。この実
施形態は、図１に示すように、先ず、少なくとも側壁１
３と天井１２には、窒素ガス供給口１２ｂ、１３ｂが設
けられ、窒素ガス供給源（図示せず）から延びる窒素ガ
ス配管が、窒素ガス調整弁３２を通じて接続されて、炉
内に窒素ガスを直接パージするなど供給可能に構成され
ている。

【００２１】さらに、前記カートップ４２に設けられた
排気流路４２ｃに連通する炉外の排気流路５１には、開
口面積を全開または全閉に切り替え操作する全開閉ダン
パ５２と、開口面積を任意に可変できる調節ダンパ５３
を並設している。さらに、この排気流路５１から分岐し
て、排気ガスを前記窒素ガス供給口１２ｂ、１３ｂに送
給する排気ガス循環ラインを配設した点を特徴ある構成
としている。

【００２２】この排気ガス循環ラインは、図１の事例で
は、排気流路５１から分岐して、循環弁５１ａ、送風機
２２、循環弁５１ｂを経て窒素ガス供給口１２ｂ、１３
ｂに送給されるよう具体化されている。もちろん、この
排気ガス循環ラインが作動するときは、バーナー燃焼時
に用いられる外気開閉弁２１、燃焼用空気量調整弁２
３、窒素ガス調整弁３１および窒素ガスを直接パージす
るための窒素ガス調整弁３２は閉じられる。

【００２３】この排気ガス循環ラインおよび排気流路５
１に設けた全開閉ダンパ５２と、調節ダンパ５３などの
機能について説明する。この焼成炉を燃焼運転から冷却
運転に移行する場合、燃焼中は開いていた全開閉ダンパ
５２、その他外気開閉弁２１、燃焼用空気量調整弁２
３、窒素ガス調整弁３１を閉じ、前記排気ガス循環ライ
ンを開く。すなわち、カートップ４２の排気口４２ｂ、
排気流路４２ｃ、排気流路５１、循環弁５１ａ、送風機
２２、循環弁５１ｂを経て窒素ガス供給口１２ｂ、１３
ｂに至る循環ラインが開かれると、炉内温度が低下する
間、還元雰囲気がそもまま循環することになるので、窒
素ガスを外気に無駄に放出することを避けることができ
る。従って、窒素ガスの消費量を低減し、ランニングコ
ストを節約できる利点が得られる。

【００２４】なお、この排気ガス循環ラインには、循環
する排気ガスを冷却する熱交換器５１ｃを設ければ、炉
内の冷却をコントロールできるとともに、余熱が活用で
きる利点が得られる。また、この冷却運転においては、
排気流路５１に設けた調節ダンパ５３を調節することに
より、炉内圧を適正に維持するのがよい。また、排気ガ
ス循環ラインを用いた冷却運転において、窒素ガス濃度
が低下する場合には、窒素ガス供給配管とこの循環ライ
ンの間に設けた窒素ガス調整弁３３を開いてこの排気ガ
ス循環ラインに窒素ガスを補給するのがよい。

【００２５】（第２発明、実施形態３）本願第２発明
は、図３に例示する実施形態３の形態に好ましく具体化
される。すなわち、前記焼成台車１上において、被焼成
物４１は露出した状態で焼成雰囲気に直接接触するので
はなく、被焼成物４１を収容する耐火性容器４１ａ、い
わゆるマッフルを配置し、例えば、カートップ４２内に
設けた送給流路（図示せず）からマッフル内に直接、窒
素ガスなど雰囲気ガスを供給できるようにするのがよ
い。

【００２６】かくして、マッフル内の雰囲気ガスをプラ
ス圧に保持することにより、外側の燃焼ガスが製品に接
触しないようにできるから、燃焼ガス中の水蒸気や二酸
化炭素の熱解離による酸化現象を防止できる。また、マ
ッフルを用いれば炉内全体を雰囲気ガスで置換する必要
がなくなり、雰囲気ガスの使用量を削減できるなどの利
点が得られる。

【００２７】なお、第２発明の各実施形態では、通常の
還元燃焼バーナーを用いている形態をもとに説明した
が、第２発明の無酸化焼成炉は、前記した構成の第１発
明の還元燃焼バーナー装置を応用すると、最も好ましい
ものとなる。すなわち、焼成炉内を極低酸素の雰囲気に
保持することができ、還元雰囲気焼成が効果的に行える
うえ、雰囲気ガスを循環使用することもできるなど、総
合的に優れたシステムが得られる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の還元燃焼バーナー装置は、以上
説明したように構成されているので、燃焼用空気供給量
が低レベルであっても安定した燃焼が維持でき、焼成炉
内を極低酸素の雰囲気に保持することが可能となり、ア
ルミナグラファイトレンガのようなカーボン質レンガを
高品質に焼成することができる。

【００２９】また、本発明の無酸化焼成炉によれば、外
気とのシール性能が高いので還元雰囲気焼成が特に効果
的であるうえ、低温時の還元焼成による爆発現象が防止
できる、また冷却時に雰囲気ガスを循環使用することに
よってランニングコストを削減できるなどの優れた効果
ある。よって本発明は、従来の問題点を解消した還元燃
焼バーナー装置および無酸化焼成炉として、工業的価値
はきわめて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の還元燃焼バーナー装置を説明するため
のシステムフロー図。

【図２】本発明の無酸化焼成炉を説明するための要部断
面図。

【図３】本発明の無酸化焼成炉の他の実施形態を説明す
るための要部断面図。

【符号の説明】 １ 焼成炉１、１１ バーナー本体、２１ 外気開閉
弁、２２ 送風機、２３燃焼用空気量調整弁、２４ 燃
料弁、３１ 窒素ガス調整弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中浴 運雄 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 3K065 TA19 TB01 TD05 TD10 TE01 TH02 TH16 TL02 TL05 TM03 TN04 TN13 4K055 AA00 GA00 HA00 HA01 4K056 AA11 AA12 BB01 CA06 CA07 DA02 DA22 DB05 DC05 4K063 AA06 AA15 BA04 BA08 BA09 CA01 CA03 CA06 DA13 DA15

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を燃焼用空気で燃焼させ、炉内を還
   元雰囲気下で加熱するためのバーナー本体に供給される
   燃焼用空気に、供給量を制御した雰囲気ガスを混合し
   て、燃焼用空気中の酸素濃度を調整可能としたことを特
   徴とする還元燃焼バーナー装置。
2. 【請求項２】 燃焼用空気を供給するための送風機の外
   気吸込み側に雰囲気ガスである窒素ガス供給配管を接続
   した請求項１に記載の還元燃焼バーナー装置。
3. 【請求項３】 還元燃焼バーナー装置を備え、側壁と天
   井で囲まれた内部を加熱室とし、下面を開口部とした炉
   本体と、被焼成物をカートップ上に積載した焼成台車を
   前記炉本体の下方から上昇させて、被焼成物を前記加熱
   室内に収容して焼成した後、焼成台車を降下させ取り出
   せるようにした昇降可能な焼成焼成台車とを具備し、か
   つ焼成焼成台車のカートップには炉内ガスの排気口を配
   設したことを特徴とする無酸化焼成炉。
4. 【請求項４】 前記焼成焼成台車がテーブルリフタによ
   り昇降可能とされた請求項３に記載の無酸化焼成炉。
5. 【請求項５】 炉内に雰囲気ガスが供給可能な供給口を
   少なくとも側壁と天井に設けるとともに、炉外の排気流
   路には、開口面積を全開または全閉に切り替え操作する
   開閉ダンパと、開口面積を任意に可変できる調節ダンパ
   を並設し、かつ前記排気流路から分岐して前記雰囲気ガ
   スが供給可能な供給口に連通する排気ガス循環ラインを
   配設したことを特徴とする請求項３または４に記載の無
   酸化焼成炉。
6. 【請求項６】 前記排気ガス循環ラインには、熱交換器
   を設けて排気ガスを冷却するようにした請求項５に記載
   の無酸化焼成炉。
7. 【請求項７】 前記焼成焼成台車上には、被焼成物を収
   容する耐火性容器を配置するとともに、その耐火性容器
   内に直接、雰囲気ガスを供給可能とした請求項５または
   ６に記載の無酸化焼成炉。
8. 【請求項８】 請求項１または２に記載の還元燃焼バー
   ナー装置を備えた請求項３〜７のいずれかに記載の無酸
   化焼成炉。