JP2005315519A - 混銑車耐火物の乾燥方法と乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混銑車の耐火物の乾燥・焼結時に生じる排煙を極力少なくする。
【解決手段】混銑車耐火物の乾燥方法において、（ａ）耐火物２内の水分を蒸発させる乾燥工程、（ｂ）耐火物２内に存する有機物を煙として外部に排出させる排煙工程、（ｃ）耐火物２を焼結させると共に混銑車１内に残留する排煙を燃焼させる焼成工程の３つの工程を順次行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、混銑車炉体の内壁に設けられた有機物を含有する耐火物を火炎により乾燥・焼成する乾燥方法と乾燥装置に関するものである。

従来から、混銑車の炉体内壁の有機物を含有する耐火物を乾燥・焼成する場合、混銑車炉体を回転させて受銑口を横向きにし、この受銑口から乾燥装置のバーナーを挿入してその先端部を炉体内部の略中央まで差し込んだ上で、バーナーで火炎を発生させ耐火物を高温にしていた。
耐火物に爆裂を生じさせたりせず均一に乾燥させるためには、様々な技術が開発されており、特許文献１や特許文献２に示すものがすでに開示されている。
特許文献１には、乾燥・焼成時における取鍋の内張耐火物の破損を防ぐために、測定した耐火物表面温度と、予め設定された温度パターンと、予め設定された空気比パターンに基づいて燃焼制御を行う技術が開示されている。

また、特許文献２には、混銑車内の黒鉛を含有する不定形耐火物を、爆裂を生じさせることなく乾燥するための方法が開示されており、耐火物を、まず４００ ℃以下の気体で加熱することにより該混合物中の自由水を除去し、次いで、直火でさらに加熱を続けることにより、この混合物中に含有する結晶水を除去するようにしている。
特開平６−１０６３３３号公報（第２頁〜第３頁、図３） 特開２０００−１６１８６２号公報（第３頁〜第５頁、図２）

しかしながら、耐火物の乾燥・焼結時には、耐火物内に存在するバインダーすなわち有機物が煙となり混銑車炉体内に充満するようになる。乾燥・焼成方法を適切なものとしない場合、かかる排煙の量が非常に多くなり、混銑車周辺に排煙を拡散させることがある。環境保全の観点より、多量の排煙拡散は問題である。
また、前述の混銑車耐火物の乾燥装置は、多くの場合、火炎の失火状況を遠隔で検出する火炎検出装置を備えており、この火炎検出装置は、混銑車内に充満する多量の排煙により誤作動することがしばしばあった。

ところが、特許文献１や特許文献２に記載された技術では、耐火物から多量の煙が発生することを防げないことが現場の実績から判明しており、現状、耐火物乾燥時における排煙問題に悩まされている。
そこで、本発明は、混銑車の耐火物の乾燥・焼結時に生じる排煙を極力少なくするような混銑車耐火物の乾燥方法と乾燥装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明方法における課題解決のための技術的手段は、混銑車内の有機物を含有する耐火物を乾燥させ且つ焼成させる混銑車耐火物の乾燥方法において、
前記耐火物を乾燥・焼成させる工程を、
（ａ）耐火物内の水分を蒸発させる乾燥工程
（ｂ）耐火物内に存する有機物を煙として外部に排出させる排煙工程
（ｃ）耐火物を焼結させると共に混銑車内に残留する排煙を燃焼させる焼成工程
の３つの工程に分け、（ａ）〜（ｃ）の各工程を順次行うことを特徴とする。

耐火物の乾燥・焼成において、短期間に混銑車内の温度を上昇させると、ほとんどの有機物が集中的に煙となって多量の排煙が生じ、混銑車炉体内に煙が充満して火炎検出装置の誤作動を防ぐことができない状況となる。
排煙の総量は、耐火物内の有機物総量により決まっており減少させることはできないものの、耐火物をあまり高温にせず長時間保持しすることで、長い期間に亘り少しずつ煙を出させるようにし、炉体内に煙が充満する状況を回避可能となる。
このような技術思想に基づいて、耐火物を乾燥・焼成させる工程を、乾燥工程→排煙工程→焼成工程と順次行うことにより、耐火物から徐々に排煙させることができるようになり、炉体内に煙が充満する状況を回避することが可能となる。

なお、前記乾燥工程は、混銑車内の温度を約２００℃に保つとよい。
さらに、前記排煙工程は、混銑車内の温度を３５０℃〜４５０℃とし、６時間〜１２時間に亘りその温度を保持するとよい。
以上のような乾燥・焼成させる工程を採用することで、混銑車の耐火物から発生する排煙を極力少なくすることができるようになり、乾燥装置に備えられた火炎検出装置が誤作動することも同時に防ぐことが可能となる。
しかしながら、よりいっそうの誤作動防止を図るために、本発明物における課題解決のための技術的手段は、混銑車内の有機物を含有する耐火物を火炎により乾燥させ且つ焼成させると共に、前記火炎の失火状況を遠隔で検出する火炎検出装置を備えている混銑車耐火物の乾燥装置において、前記火炎検出装置は、先端側に開口部を有すると共にこの開口部が前記火炎を向くように配置されている筒管と、この筒管の基端側に取付けられ前記火炎を遠隔で検知可能な火炎検出手段とを備えていて、前記火炎検出装置には、筒管内に耐火物から発生した煙が侵入することを防ぐべく、筒管内の基端側から先端側に向けて空気を送風する送風手段が設けられていることを特徴とする。

これによれば、耐火物からの排煙が筒管内に進入したとしても、送風手段により基端側から先端側に向けて送風された空気によって、排煙が吹き飛ばされるようになり、火炎からの光線が確実に火炎検出手段に到達するようになる。したがって、火炎検出装置の誤作動が確実に防止できる。

本発明によれば、混銑車の耐火物の乾燥・焼結時に生じる排煙を極力少なくすることができる。

以下、本発明にかかる混銑車耐火物の乾燥方法と乾燥装置とを、図を基に説明する。
図１に示すように、混銑車１は、有機物をバインダーとして含有する耐火物２で内張りされると共に外張りが鉄皮２５からなる中空樽形状の炉体３を有しており、この炉体３がボギー台車１ａ上に配設されている。炉体３はその長手方向を向く軸芯回りに回動自在であって、炉体３の上部に形成された受銑口４が横向きになり、炉体３内の溶銑を排出可能となっている。
炉体３の内壁には、粘土質や高アルミナ質からなる定形の耐火物２（耐火レンガ）が貼り付けられており、受銑口４近傍には不定形耐火物２が内張りされている。

これらの耐火物２は、高温の溶銑に常時曝されるため劣化が激しく、所定期間使用した後には、補修したり張り替えたりする。
張り替えの際には、定形耐火レンガは半乾き（生焼け）状態であり、耐火レンガ同士の間には、水と混練された不定形耐火物２が注入される。また、受銑口４には半乾きの不定形耐火物２が受銑口４の形状に合わせて流し込まれるものとなっている。
これら未焼成の耐火物２を乾燥させた上で焼成するために、図２に示すように、混銑車１の炉体３を回転させて受銑口４を横向きにし、乾燥装置２４を用いてその内部を乾燥するようにする。

詳しくは、乾燥装置２４は火炎５を発生するバーナー６を有し、このバーナー６を炉体３の略中心まで差し入れる。前記火炎５により炉体３内部を高温にし、耐火物２の乾燥・焼成を行うようにしている。
前記バーナー６は、外管には空気２３が、内管には燃料が流送される二重管構造を有しており（図示せず）、バーナ本体の先端側に、Ｔ字状に一対の着火筒部８が設けられるものとなっている。バーナー６は基台９の上に配置された移動台車１０上に水平配置され、この移動台車１０により前記着火筒部８が混銑車１の受銑口４から炉体３内部に出退自在となっている。すなわち、移動台車１０は、その底部に備えられた車輪２２により混銑車１に対して遠近方向に移動可能となっている。

前記移動台車１０の前端部には、バーナー６を炉体３内部に挿入した際に、混銑車１の受銑口４を閉塞可能とする遮蔽板１１が立設するように備えられている。前記バーナー６を炉体３内に差し入れた際に、かかる遮蔽板１１と受銑口４との間には所定の空隙が形成されるようになっており、ぴったりと閉塞されることはない。この空隙から後述する排煙が大気中に放散されるようになる。
さらに、前記バーナー６の近傍には、図２、図３に示す如く、火炎検出装置１２が設けられている。

詳しくは、断面楕円状で長尺の筒管１３が、前記バーナー本体７と略平行に配置されており、筒管１３は、遮蔽板１１に垂直に取り付けられている筒基管１４と、筒基管１４の先端にフランジにより連結されている筒本管１５とから構成されている。筒本管１５の先端に設けられた開口部１６は、バーナー６の着火筒部８の先端で燃えている火炎５を向くようになっている。
筒本管１５と筒基管１４とは、その内部が互いに連通し、筒基管１４の内側は、遮蔽板１１の外側に設けられた筒状の延長管１７と連通するようになっている。この延長管１７内には、火炎５からの光線（赤外線や紫外線等の放射電磁波）を遠隔で受光して電気信号等に変える火炎検出手段１８が備えられている。本実施形態の場合は、火炎検出手段１８としては、火炎５から発せられる紫外線に反応する光電管を用いている。

これにより、バーナー６の火炎５から発せられる光線が、筒管１３内を通って火炎検出手段１８に到達し、火炎検出手段１８は火炎５が存在することを検知するようになる。火炎検出手段１８が光電管の場合、火炎５から放射される紫外線が当該光電管に達し、その強度に応じた電圧又は電流が出力されるようになっている。
本実施形態の場合、図４に示すように、筒管１３は断面視で縦長の楕円形である。これにより火炎５の観測視野が広がるものとなっている。
前述の如く、火炎検出手段１８を筒管１３で覆うことにより、火炎５以外からの光線の進入を阻止することができると共に、この筒管１３で耐火物２から発生する排煙を避けることができるため、火炎検知が行いやすくなり、精度の高い火炎検出が可能となっている。

しかしながら、有機物を含有する耐火物２から発生する排煙の量が多くなった場合、筒管１３内に侵入し、火炎からの光線を遮って火炎５の有無を誤って判定することがある。そのような状況に対応するために、本実施形態の火炎検出装置１２は、誤作動防止装置１９を備えている。この誤作動防止装置１９は、前記火炎検出装置１２の筒管１３内に耐火物２から発生した煙が侵入することを防ぐべく、筒管１３内の基端側から先端側に向けて空気２３を送風する送風手段２０を有している。
この送風手段２０は、筒基管１４の上部に上方側から連結され且つ連通している送風管２１を有しており、この送風管２１を通じて、コンプレッサ（図示せず）などから圧縮空気２３が供給されるようになっている。供給された空気２３は、筒管１３の基端側から先端側へと吹き抜けるようになる（図２の矢印Ａ）。

この空気２３は、筒管１３内に入り込む排煙を筒管１３外へ吹き飛ばす（パージする）パージ空気２３であり、これにより、筒管１３内に煙が入り込んで充満することを防ぐことができ、火炎５からの光線が排煙により邪魔されず確実に光電管に達するようになる。空気２３の流速は、筒管１３内に入り込む排煙を吹き飛ばすに必要十分なものであればよく、バーナー６の火炎５を吹き消したり揺らいだりさせるほど強風にする必要はない。好ましくは、流速＝１ｍ／ｓ程度がよい。
かかる送風手段２０のパージ空気２３により、火炎検出装置１２は、排煙による誤作動を確実に防ぐことができるようになる。

なお、筒管１３及び送風管２１は、炉体内温度が１０００℃程度まで高くなることを鑑み、ステンレスで製作することが好ましい。
一方、本実施形態では、前記火炎検出装置１２の誤作動防止対策として、前記送風手段２０を用いると共に、以下に述べる耐火物２の焼成方法を採用している。
図６には、従来から行われている有機物を含有する耐火物２の焼成方法を示している。図６の横軸は、乾燥・焼成時間であり、縦軸は炉体３内の温度並びに火炎検出信号の強度を示している。

炉体３内に設けられている半乾きの耐火物２は、水分（自由水ならびに水和水）と有機物からなるバインダーとを含んでおり、従来例のように短期間に混銑車１内の温度を上昇させると、ほとんどのバインダーが集中的に煙となって多量の排煙が生じ、混銑車１炉内に煙が充満して火炎検出装置１２からの信号がほぼ零となり、火炎は存在するにもかかわらず、「失火状態」であると誤判定をすることになっていた。
換言すれば、従来の乾燥・焼成方法は、炉体内温度を１００℃〜２００℃にホールドして、前記水分を徐々に蒸発させる乾燥期間（本発明の乾燥工程に相当）と、５００℃程度で水和水を飛ばし焼結を行わせる焼成期間（本発明の焼成工程に相当）とを有しており、昇温曲線は、１５０℃〜２００℃で温度一定であって、その後、温度が５００℃以上に短時間で上昇するようなものとなっていた。

この昇温の際、耐火物２のバインダー（つなぎ）として数パーセント程度含まれる有機物は、温度が２００℃程度になると炉体３内に排煙として放出され、焼成期間で炉体３内温度が急激に上昇したときには、多量の排煙に変わり炉体３内に充満していた。
この状態では、前述の送風手段２０が如何にパージ空気２３を吹き出したとしても、筒管１３の開口部１６と火炎５との間には、常に排煙が存在し、誤作動を起こす状況下にあった。図６において、焼成期間で炉体内温度が急激に上がった際に、火炎検出手段１８からの信号出力が急激に減少し、失火状況となったことが示されている。

そこで、本願出願人は、排煙の総量は、耐火物２内の有機物総量により決まっており減少させることはできないものの、耐火物２をあまり高温にせず長時間保持し、長い期間に亘り少しずつ煙を出させることで、炉体３内に煙が充満する状況が回避可能となる、と考えるに至った。
このような技術思想に基づいて、火炎５で混銑車１内の耐火物２を乾燥させる際に、耐火物２を乾燥・焼成させる工程を、
（ａ）耐火物２内の水分を蒸発させる乾燥工程
（ｂ）耐火物２内に存する有機物を煙として外部に排出させる排煙工程
（ｃ）耐火物２を焼結させると共に混銑車１内に残留する排煙を燃焼させる焼成工程
の３つの工程に分け、（ａ）〜（ｃ）の各工程を順次行うようにしている。

すなわち、図５に示すように、乾燥工程として、混銑車１内の温度を約２００℃に保ち、この状態を約２０時間保持するようにする。
この乾燥工程では、耐火物２中の自由水が蒸発すると共に、耐火物２表面から熱が内部に伝導し、耐火物表面から厚み方向（炉体３の内部側から鉄皮２５側を向く方向）で一定範囲が約２００℃の温度となる。この領域からは有機物が排煙として外部（炉体３内）に排出されるようになる。
しかしながら、耐火物２の厚み方向全体が２００℃になることはなく、耐火物２の鉄皮２５側（深部）は２００℃以下となっている。そのため、煙となる有機物も多量ではなく、炉体３内が排煙で充満するといった状況は回避できる。

その後、排煙工程として、混銑車１内の温度を３５０℃〜４５０℃とし、６時間〜１２時間に亘りその温度を保持するようにする。
この工程中においては、耐火物２の厚み方向に伝熱が徐々に進み、耐火物２の最深部まで比較的長い時間をかけて２００℃以上になる。ゆえに、耐火物２内の有機物は、６時間〜１２時間に亘って徐々に煙となり、受銑口４から大気中に抜けるようになるため、炉体３内に排煙が蔓延することはない。
その後、焼成工程として、１５時間〜３０時間かけて、炉体内温度を８００℃程度まで上昇させる。これにより、耐火物２を焼結させると共に混銑車１内に残留する排煙を燃焼させるようにする。炉体内温度が６００℃以上になると排煙が燃焼する。

以上のように、耐火物２を乾燥・焼成する際に、排煙工程を設けることにより、耐火物２からの排煙状況を緩やかにし、受銑口４から余裕を持って排出できるようになる。ついては、多量の排煙が発生し、火炎検出手段１８への光線の到達を邪魔することがなくなり、火炎検出装置１２の誤作動を確実に防止できるようになる。
一方、炉体３内の温度には空間分布があり、発生した排煙は炉体３内の特に温度の低いところで凝縮する傾向がある。そのため、焼成工程になった場合、再蒸発した排煙や低温領域に漂っている排煙はなかなか着火温度に達せず、いつまでも煙状態で炉体３内に存在することになる。

ところが、本実施形態の場合は、排煙工程を有しており、この工程中に耐火物２が蓄熱するため、焼成工程において、炉体３内のいかなる場所であっても、温度が短期間に５００℃を超える。したがって、耐火物２の有機分（約５００℃で着火）がその表面や目地で着火燃焼するため、焼成工程の初期段階においても、煙の発生量が抑制される効果がある。
以上述べたように、送風手段２０により、筒管１３内にパージ空気２３を送風しつつ、排煙工程を有するような炉体３内の昇温方法を採用することにより、図５に示す如く、いかなる状況下でも、火炎検出装置１２の出力信号（火炎検知信号）が低下しないことわかる。特に、焼成工程になった際の出力信号の低下が少なく誤作動を起こさないことがわかる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、上述した実施形態では、火炎検出装置１２の誤作動を防止するために、送風手段２０を作動させつつ、排煙工程を有する耐火物２の乾燥・焼結を行っているが、必ずしも両者を同時に行う必要はない。送風手段２０を働かせながら、従来の耐火物の乾燥・焼結手法を用いてもよく、逆に、筒管１３内にパージ空気を送らずに、本発明にかかる排煙工程を有する耐火物２の乾燥・焼結手法を用いてもよい。
また、筒管１３は断面円径であってもよく、筒状の耐火レンガ等で形成されてもよい。筒管１３は、筒本管１５と筒基管１４とから構成される必要はなく、１本の管であってもよい。

また、火炎検出手段１８として、硫化カドミウムセル（ＣｄＳセル）、硫化鉛セル（ＰｂＳセル）などを用いることもできる。
以上、混銑車耐火物２の乾燥方法と乾燥装置２４に関する最良の実施形態を述べ、さらに、本乾燥方法を用いることで、乾燥装置２４に設けられた火炎検出装置１２の誤作動防止を行うこともできることを述べた。
したがって、本願発明を、混銑車１内の耐火物２を乾燥させ且つ焼成させる火炎５の失火状況を遠隔で検知する火炎検出装置１２の誤作動防止方法において、
前記耐火物２を乾燥・焼成させる工程を、
（ａ）耐火物２内の水分を蒸発させる乾燥工程
（ｂ）耐火物２内に存する有機物を煙として外部に排出させる排煙工程
（ｃ）耐火物２を焼結させると共に混銑車１内に残留する排煙を燃焼させる焼成工程
の３つの工程に分け、（ａ）〜（ｃ）の各工程を順次行うことにより、耐火物２からの排煙による火炎検出装置１２の誤作動を防止すると、考えることも可能である。

この誤作動防止方法において、前記乾燥工程は、混銑車１内の温度を約２００℃に保つことを特徴とする。
また、この誤作動防止方法において、前記排煙工程は、混銑車１内の温度を３５０℃〜４５０℃とし、６時間〜１２時間に亘りその温度を保持することを特徴とする。
前記誤作動防止装置１９に関しては、火炎検出装置１２は、先端側に開口部１６を有すると共に前記開口部１６が混銑車１内の耐火物２を乾燥させる火炎５を向くように配置されている筒管１３と、この筒管１３の基端側に取付けられ前記火炎５を遠隔で検知可能な火炎検出手段１８とを備えていて、前記火炎検出装置１２の筒管１３内に耐火物２から発生した煙が侵入することを防ぐべく、筒管１３内の基端側から先端側に向けて空気２３を送風するようにしていることを特徴とすると考えることもできる。

前記空気パージのために、火炎検出装置１２には、前記筒管１３内に耐火物２から発生した煙が侵入することを防ぐべく、筒管１３内の基端側から先端側に向けて空気２３を送風する送風手段２０が設けられている。

混銑車の正面図である。 混銑車内部の耐火物を乾燥・焼成している様子を示す概略図である。 燃焼装置と火炎検出装置と火炎検出装置の誤作動防止装置を示した図である。 筒管の断面図である。 炉体内の昇温曲線と火炎検出装置の出力信号とを示した図である。 従来例における炉体内の昇温曲線と火炎検出装置の出力信号とを示した図である。

符号の説明

１ 混銑車
２ 耐火物
５ 火炎
１２ 火炎検出装置
１３ 筒管
１６ 開口部
１８ 火炎検出手段
２０ 送風手段
２３ 空気

Claims (4)

1. 混銑車（１）内の有機物を含有する耐火物（２）を乾燥させ且つ焼成させる混銑車耐火物の乾燥方法において、
   前記耐火物（２）を乾燥・焼成させる工程を、
   （ａ）耐火物（２）内の水分を蒸発させる乾燥工程
   （ｂ）耐火物（２）内に存する有機物を煙として外部に排出させる排煙工程
   （ｃ）耐火物（２）を焼結させると共に混銑車（１）内に残留する排煙を燃焼させる焼成工程
   の３つの工程に分け、（ａ）〜（ｃ）の各工程を順次行うことを特徴とする混銑車耐火物の乾燥方法。
2. 前記乾燥工程は、混銑車（１）内の温度を約２００℃に保つことを特徴とする請求項１に記載の混銑車耐火物の乾燥方法。
3. 前記排煙工程は、混銑車（１）内の温度を３５０℃〜４５０℃とし、６時間〜１２時間に亘りその温度を保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の混銑車耐火物の乾燥方法。
4. 混銑車（１）内の有機物を含有する耐火物（２）を火炎（５）により乾燥させ且つ焼成させると共に、前記火炎の失火状況を遠隔で検出する火炎検出装置（１２）を備えている混銑車耐火物の乾燥装置において、
   前記火炎検出装置（１２）は、先端側に開口部（１６）を有すると共にこの開口部（１６）が前記火炎（５）を向くように配置されている筒管（１３）と、この筒管（１３）の基端側に取付けられ前記火炎（５）を遠隔で検知可能な火炎検出手段（１８）とを備えていて、
   前記火炎検出装置（１２）には、筒管（１３）内に耐火物（２）から発生した煙が侵入することを防ぐべく、筒管（１３）内の基端側から先端側に向けて空気（２３）を送風する送風手段（２０）が設けられていることを特徴とする混銑車耐火物の乾燥装置。

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