JP2009216359A - 加熱炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】バーナの構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスのほとんど全てを燃焼空間へ噴出して被加熱物又は溶湯を加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスのエネルギーを有効活用することができる加熱炉を提供すること。
【解決手段】自己排熱回収型バーナ1は、耐火炉7の外部から燃焼用空気Aを流入させるための外部ボディ2と、耐火炉7内から燃焼排ガスG2を回収するための内部筒3と、外部ボディ2内へ流入した燃焼用空気Aを通過させて耐火炉7内へ噴出させるための燃焼筒4と、燃焼筒4内に配置され燃焼用空気Aと燃焼させるための燃料ガスFを通過させて耐火炉7内へ噴出させるためのガスパイプ5とを有している。燃焼筒4の先端部41は、テーパ状に縮径しており、この縮径した先端部41は、耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間101へ突出している。
【選択図】図3
【解決手段】自己排熱回収型バーナ1は、耐火炉7の外部から燃焼用空気Aを流入させるための外部ボディ2と、耐火炉7内から燃焼排ガスG2を回収するための内部筒3と、外部ボディ2内へ流入した燃焼用空気Aを通過させて耐火炉7内へ噴出させるための燃焼筒4と、燃焼筒4内に配置され燃焼用空気Aと燃焼させるための燃料ガスFを通過させて耐火炉7内へ噴出させるためのガスパイプ5とを有している。燃焼筒4の先端部41は、テーパ状に縮径しており、この縮径した先端部41は、耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間101へ突出している。
【選択図】図3
Description
本発明は、耐火炉に収容したるつぼ内の被加熱物を加熱するバーナを有する加熱炉に関する。
アルミニウム、亜鉛等の溶解炉、保持炉等の加熱炉においては、器形状のるつぼを耐火炉内に収容し、るつぼと耐火炉との間に形成された燃焼空間へ、バーナの燃焼による火炎を形成すると共にその燃焼ガスを供給することが行われている。また、バーナとしては、耐火炉内を加熱した後の燃焼排ガスを自己回収し、燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナが用いられることがある。
例えば、自己排熱回収型バーナを用いる加熱炉としては、特許文献1の非鉄金属溶解炉が開示されている。この非鉄金属溶解炉においては、円筒形炉内の中央に鉄鍋又はるつぼを配置し、炉壁に貫設した排熱回収型バーナにより炉壁の内周面に沿って火炎を噴射させると共に排気を吸引させて、排気の熱により燃焼空気を予熱するようにしている。
例えば、自己排熱回収型バーナを用いる加熱炉としては、特許文献1の非鉄金属溶解炉が開示されている。この非鉄金属溶解炉においては、円筒形炉内の中央に鉄鍋又はるつぼを配置し、炉壁に貫設した排熱回収型バーナにより炉壁の内周面に沿って火炎を噴射させると共に排気を吸引させて、排気の熱により燃焼空気を予熱するようにしている。
しかしながら、自己排熱回収型バーナを用いる場合には、燃料ノズル等の火炎形成部の周辺に、耐火炉内の燃焼排ガスが流入する。このとき、火炎の一部が燃焼排ガスとともに排気流路へ流れて排気ガス温度が上昇し、バーナの構成物の過熱を招くおそれがある。また、燃焼ガスの有効利用ができず、エネルギー効率を向上させるためには十分ではなかった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、バーナの構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスのほとんど全てを燃焼空間へ噴出して被加熱物又は溶湯を加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスのエネルギーを有効活用することができる加熱炉を提供しようとするものである。
本発明は、上方に開口部を備え、溶湯を貯留するための器形状を有するるつぼと、該るつぼを上記開口部を上方に開放した状態で収容する耐火炉と、該耐火炉の側壁に配設し、上記るつぼと上記耐火炉との間に形成された燃焼空間へ火炎形成後の燃焼ガスを供給するためのバーナとを有する加熱炉において、
上記バーナは、上記耐火炉内を加熱した後の燃焼排ガスを自己回収し、該燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナであり、
該自己排熱回収型バーナは、上記耐火炉の外部から上記燃焼用空気を流入させるための外部ボディと、該外部ボディ内に配置され上記耐火炉内から上記燃焼排ガスを回収させるための内部筒と、該内部筒内に配置され上記外部ボディ内へ流入した上記燃焼用空気を通過させて上記耐火炉内へ噴出させるための燃焼筒と、該燃焼筒内に配置され上記燃焼用空気と燃焼させるための燃料ガスを通過させて上記耐火炉内へ噴出させるためのガスパイプとを有しており、
上記燃焼筒の先端部は、テーパ状に縮径しており、該縮径した先端部は、上記耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出していることを特徴とする加熱炉にある(請求項1)。
上記バーナは、上記耐火炉内を加熱した後の燃焼排ガスを自己回収し、該燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナであり、
該自己排熱回収型バーナは、上記耐火炉の外部から上記燃焼用空気を流入させるための外部ボディと、該外部ボディ内に配置され上記耐火炉内から上記燃焼排ガスを回収させるための内部筒と、該内部筒内に配置され上記外部ボディ内へ流入した上記燃焼用空気を通過させて上記耐火炉内へ噴出させるための燃焼筒と、該燃焼筒内に配置され上記燃焼用空気と燃焼させるための燃料ガスを通過させて上記耐火炉内へ噴出させるためのガスパイプとを有しており、
上記燃焼筒の先端部は、テーパ状に縮径しており、該縮径した先端部は、上記耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出していることを特徴とする加熱炉にある(請求項1)。
本発明の加熱炉は、バーナとして、自己が生成した燃焼ガスによる加熱後の燃焼排ガスを回収するよう構成した自己排熱回収バーナを用いる場合に、このバーナにおいて安定して燃焼を行うための工夫を行っている。
具体的には、本発明のバーナにおいては、燃焼用空気を耐火炉内(燃焼空間)へ噴出させるための燃焼筒の先端部を、テーパ状に縮径させている。そして、この縮径させた先端部を、耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出させている。
具体的には、本発明のバーナにおいては、燃焼用空気を耐火炉内(燃焼空間)へ噴出させるための燃焼筒の先端部を、テーパ状に縮径させている。そして、この縮径させた先端部を、耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出させている。
これにより、火炎の一部が燃焼排ガスとともに内部筒内の排気流路へ流れてしまう短絡現象を効果的に抑制することができる。
それ故、本発明の加熱炉によれば、バーナの構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスのほとんど全てを燃焼空間へ噴出して被加熱物又は溶湯を加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスのエネルギーを有効活用することができる。
それ故、本発明の加熱炉によれば、バーナの構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスのほとんど全てを燃焼空間へ噴出して被加熱物又は溶湯を加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスのエネルギーを有効活用することができる。
上述した本発明の加熱炉における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記燃焼筒の先端部が上記耐火炉の内側壁面から突出する長さであって、上記ガスパイプにおける燃料ガスの通過方向における最大長さは、10mm以上とすることが好ましい(請求項2)。
この場合には、燃焼筒の先端部が耐火炉の内側壁面から突出する長さが適切であり、火炎の失火防止及びエネルギー効率の向上をより効果的に行うことができる。
本発明において、上記燃焼筒の先端部が上記耐火炉の内側壁面から突出する長さであって、上記ガスパイプにおける燃料ガスの通過方向における最大長さは、10mm以上とすることが好ましい(請求項2)。
この場合には、燃焼筒の先端部が耐火炉の内側壁面から突出する長さが適切であり、火炎の失火防止及びエネルギー効率の向上をより効果的に行うことができる。
以下に、本発明の加熱炉にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の加熱炉10は、図1、図2に示すごとく、上方に開口部80を備え、溶湯Xを貯留するための器形状を有するるつぼ8と、るつぼ8を開口部80を上方に開放した状態で収容する耐火炉7と、耐火炉7の側壁70に配設し、るつぼ8と耐火炉7との間に形成された燃焼空間101へ火炎形成後の燃焼ガスG1を供給するためのバーナ1とを有している。
本例のバーナ1は、耐火炉7内を加熱した後の燃焼排ガスG2を自己回収し、燃焼排ガスG2の排熱を利用して燃焼に用いる空気Aの予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナである。また、バーナ1は、耐火炉7の下部から燃焼空間101へ燃焼ガスG1を供給するよう構成してある。
本例の加熱炉10は、図1、図2に示すごとく、上方に開口部80を備え、溶湯Xを貯留するための器形状を有するるつぼ8と、るつぼ8を開口部80を上方に開放した状態で収容する耐火炉7と、耐火炉7の側壁70に配設し、るつぼ8と耐火炉7との間に形成された燃焼空間101へ火炎形成後の燃焼ガスG1を供給するためのバーナ1とを有している。
本例のバーナ1は、耐火炉7内を加熱した後の燃焼排ガスG2を自己回収し、燃焼排ガスG2の排熱を利用して燃焼に用いる空気Aの予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナである。また、バーナ1は、耐火炉7の下部から燃焼空間101へ燃焼ガスG1を供給するよう構成してある。
図1、図2に示すごとく、本例のバーナ1は、耐火炉7の外部から燃焼用空気Aを流入させるための外部ボディ2と、外部ボディ2内に配置され耐火炉7内(燃焼空間101)から燃焼排ガスG2を回収するための内部筒3と、内部筒3内に配置され外部ボディ2内へ流入した燃焼用空気Aを通過させて耐火炉7内(燃焼空間101)へ噴出させるための燃焼筒4と、燃焼筒4内に配置され燃焼用空気Aと燃焼させるための燃料ガスFを通過させて耐火炉7内(燃焼空間101)へ噴出させるためのガスパイプ5とを有している。
図3に示すごとく、燃焼筒4の先端部41は、テーパ状に縮径しており、この縮径した先端部41は、耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間101へ突出している。
図3に示すごとく、燃焼筒4の先端部41は、テーパ状に縮径しており、この縮径した先端部41は、耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間101へ突出している。
以下に、本例の加熱炉10につき、図1〜図3を参照して詳説する。
図1、図2に示すごとく、本例の加熱炉10は、被加熱物としてアルミニウム、亜鉛等の金属材料のインゴットをるつぼ8内に配置し、バーナ1による加熱によって、上記インゴットを溶解して溶湯Xにすると共に、上記加熱を継続して、るつぼ8内に溶湯Xを貯留するものである。
本例のるつぼ8は、黒鉛材料から形成してあり、本例の耐火炉7は、セラミックス等の耐火材料から形成してある。なお、るつぼ8は、鉄材料から形成することもできる。
図1、図2に示すごとく、本例の加熱炉10は、被加熱物としてアルミニウム、亜鉛等の金属材料のインゴットをるつぼ8内に配置し、バーナ1による加熱によって、上記インゴットを溶解して溶湯Xにすると共に、上記加熱を継続して、るつぼ8内に溶湯Xを貯留するものである。
本例のるつぼ8は、黒鉛材料から形成してあり、本例の耐火炉7は、セラミックス等の耐火材料から形成してある。なお、るつぼ8は、鉄材料から形成することもできる。
本例のるつぼ8は、円筒形状の側部81を有しており、耐火炉7の内側壁面71は、水平方向における断面が円形状を有している。本例のるつぼ8は、耐火炉7の底面72の中心部に配置した台座75上に載置してあり、燃焼空間101は、その全体において円環状に形成されている。また、耐火炉7は、その中心軸線を鉛直方向に配置して形成されている。
なお、るつぼ8の上方の開口部80に、径方向Rに拡径するフランジ部を形成した場合には、フランジ部を耐火炉7の側壁70の上面に載置することにより、台座75は使用しないこともできる。この場合には、るつぼ8の側部81と耐火炉7の内側壁面71との間に、環状の燃焼空間101が形成される。
なお、るつぼ8の上方の開口部80に、径方向Rに拡径するフランジ部を形成した場合には、フランジ部を耐火炉7の側壁70の上面に載置することにより、台座75は使用しないこともできる。この場合には、るつぼ8の側部81と耐火炉7の内側壁面71との間に、環状の燃焼空間101が形成される。
図3に示すごとく、本例のバーナ1は、外部ボディ2を耐火炉7の外部に配置し、燃焼筒4の先端部41を耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間101へ突出させてなる。燃焼筒4は、燃焼空間101の円環形状(周方向C)に対する接線方向に火炎Hを形成する状態で配置されている。本例においては、燃焼筒4の先端部41が耐火炉7の内側壁面71から突出する長さであって、ガスパイプ5における燃料ガスFの通過方向Lにおける最大突出長さL1は、10mm以上としてある。なお、最大突出長さL1は、耐火炉7の寸法上の制約より、100mm以下、より好ましくは50mm以下とすることができる。
バーナ1の燃焼筒4が燃焼空間101の円環形状に対する接線方向に向けて配置されていることにより、燃焼筒4の先端部41は、耐火炉7の内側壁面71に対して傾斜した状態で燃焼空間101へ突出している。そのため、燃焼筒4の先端部41は、燃焼空間101における燃焼ガスG1及び燃焼排ガスG2の旋回方向に対向する側が最も長く突出している。
バーナ1の燃焼筒4が燃焼空間101の円環形状に対する接線方向に向けて配置されていることにより、燃焼筒4の先端部41は、耐火炉7の内側壁面71に対して傾斜した状態で燃焼空間101へ突出している。そのため、燃焼筒4の先端部41は、燃焼空間101における燃焼ガスG1及び燃焼排ガスG2の旋回方向に対向する側が最も長く突出している。
本例のガスパイプ5の先端部には、燃料ガスFを噴射するための火炎形成ノズル51が設けてある。また、燃焼筒4内には、燃焼用空気Aを通過させるための空気流路40が形成されており、内部筒3内には、燃焼排ガスG2を回収するための排気流路30が形成されている。また、排気流路30は、耐火炉7に形成したバーナ配置口76と燃焼筒4との間にも形成されている。
図2に示すごとく、外部ボディ2の上部には、外部ボディ2内へ流入させる燃焼用空気Aを通過させるための流入通路と、排気流路30内を通過した燃焼排ガスG2を排気するための排気通路とを、熱交換体61を介して隣接形成してなる熱交換ボディ6が設けてある。本例の熱交換体61は、金属製の向流プレート式のものとした。これ以外にも、熱交換体61としては種々の構造のものを用いることができる。
図2に示すごとく、外部ボディ2の上部には、外部ボディ2内へ流入させる燃焼用空気Aを通過させるための流入通路と、排気流路30内を通過した燃焼排ガスG2を排気するための排気通路とを、熱交換体61を介して隣接形成してなる熱交換ボディ6が設けてある。本例の熱交換体61は、金属製の向流プレート式のものとした。これ以外にも、熱交換体61としては種々の構造のものを用いることができる。
本例のバーナ1は、火炎Hの形成方向(ガスパイプ5、燃焼筒4及び内部筒3の軸方向L)を、略水平方向に向けて耐火炉7に配設して用いる。なお、バーナ1は、略水平方向よりも若干上に(例えば10°以下の範囲で)傾斜させて耐火炉7に配設することもできる。そして、バーナ1の燃焼筒4の先端部における火炎Hの形成と共に燃焼空間101へ噴出された燃焼ガスG1は、燃焼空間101の周方向Cに旋回して耐火炉7内を加熱した後、燃焼排ガスG2として排気流路30へ回収される。
本例の加熱炉10は、バーナ1として、自己が生成した燃焼ガスG1による加熱後の燃焼排ガスG2を回収するよう構成した自己排熱回収バーナを用いる場合に、このバーナ1において安定して燃焼を行うための工夫を行っている。
具体的には、本例のバーナ1においては、燃焼用空気Aを耐火炉7内(燃焼空間10)へ噴出させるための燃焼筒4の先端部41を、テーパ状に縮径させている。そして、この縮径させた先端部41を、耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間10へ突出させている。
具体的には、本例のバーナ1においては、燃焼用空気Aを耐火炉7内(燃焼空間10)へ噴出させるための燃焼筒4の先端部41を、テーパ状に縮径させている。そして、この縮径させた先端部41を、耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間10へ突出させている。
そして、バーナ1の燃焼筒4の先端部41における火炎Hの形成と共に燃焼空間101へ噴出された燃焼ガスG1は、燃焼空間101の周方向Cに旋回して耐火炉7内を加熱した後、燃焼排ガスG2として排気流路30へ回収される。このとき、上記燃焼筒4のテーパ形状の先端部41を突出させていることにより、燃焼筒4の先端部41に形成される火炎Hの一部が燃焼排ガスG2とともに排気流路30へ流れてしまう短絡現象を効果的に抑制することができる。
それ故、本例の加熱炉10によれば、バーナ1の構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスG1のほとんど全てを燃焼空間101へ噴出して被加熱物又は溶湯Xを加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスG1のエネルギーを有効活用することができる。
(確認試験)
本確認試験においては、燃焼筒4の先端部41の最大突出長さL1を変更したときに、燃焼排ガスG2の温度がどのように変化するかのシミュレーションを行った。
図4は、このシミュレーションの結果を示すグラフであり、横軸に燃焼筒4の先端部41の最大突出長さL1(mm)をとり、縦軸に燃焼排ガスG2の温度(K)及び耐火炉7内に設置するるつぼ8内部へ伝熱された熱量である入熱量(kW)をとって、これらの関係を示すグラフである。同図において、最大突出長さL1がマイナスである状態は、耐火炉7の内側壁面71よりも燃焼筒4の先端部41が引っ込んでいることを示す。同図より、燃焼筒4の先端部41を耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間101内に突出させたときには、燃焼排ガスG2の温度を低くできると共に、入熱量を多くできることがわかる。
これにより、燃焼筒4の先端部41を耐火炉7の内側壁面71から突出させることにより、加熱炉10におけるエネルギー効率を効果的に向上できることがわかる。
本確認試験においては、燃焼筒4の先端部41の最大突出長さL1を変更したときに、燃焼排ガスG2の温度がどのように変化するかのシミュレーションを行った。
図4は、このシミュレーションの結果を示すグラフであり、横軸に燃焼筒4の先端部41の最大突出長さL1(mm)をとり、縦軸に燃焼排ガスG2の温度(K)及び耐火炉7内に設置するるつぼ8内部へ伝熱された熱量である入熱量(kW)をとって、これらの関係を示すグラフである。同図において、最大突出長さL1がマイナスである状態は、耐火炉7の内側壁面71よりも燃焼筒4の先端部41が引っ込んでいることを示す。同図より、燃焼筒4の先端部41を耐火炉7の内側壁面71から燃焼空間101内に突出させたときには、燃焼排ガスG2の温度を低くできると共に、入熱量を多くできることがわかる。
これにより、燃焼筒4の先端部41を耐火炉7の内側壁面71から突出させることにより、加熱炉10におけるエネルギー効率を効果的に向上できることがわかる。
10 加熱炉
101 燃焼空間
1 バーナ
2 外部ボディ
3 内部筒
30 排気流路
4 燃焼筒
5 ガスパイプ
7 耐火炉
70 側壁
71 内側壁面
8 るつぼ
80 開口部
A 燃焼用空気
F 燃料ガス
G1 燃焼ガス
G2 燃焼排ガス
H 火炎
101 燃焼空間
1 バーナ
2 外部ボディ
3 内部筒
30 排気流路
4 燃焼筒
5 ガスパイプ
7 耐火炉
70 側壁
71 内側壁面
8 るつぼ
80 開口部
A 燃焼用空気
F 燃料ガス
G1 燃焼ガス
G2 燃焼排ガス
H 火炎
Claims (2)
- 上方に開口部を備え、溶湯を貯留するための器形状を有するるつぼと、該るつぼを上記開口部を上方に開放した状態で収容する耐火炉と、該耐火炉の側壁に配設し、上記るつぼと上記耐火炉との間に形成された燃焼空間へ火炎形成後の燃焼ガスを供給するためのバーナとを有する加熱炉において、
上記バーナは、上記耐火炉内を加熱した後の燃焼排ガスを自己回収し、該燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナであり、
該自己排熱回収型バーナは、上記耐火炉の外部から上記燃焼用空気を流入させるための外部ボディと、該外部ボディ内に配置され上記耐火炉内から上記燃焼排ガスを回収させるための内部筒と、該内部筒内に配置され上記外部ボディ内へ流入した上記燃焼用空気を通過させて上記耐火炉内へ噴出させるための燃焼筒と、該燃焼筒内に配置され上記燃焼用空気と燃焼させるための燃料ガスを通過させて上記耐火炉内へ噴出させるためのガスパイプとを有しており、
上記燃焼筒の先端部は、テーパ状に縮径しており、該縮径した先端部は、上記耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出していることを特徴とする加熱炉。 - 請求項1において、上記燃焼筒の先端部が上記耐火炉の内側壁面から突出する長さであって、上記ガスパイプにおける燃料ガスの通過方向における最大長さは、10mm以上であることを特徴とする加熱炉。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008063272A JP2009216359A (ja) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | 加熱炉 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008063272A JP2009216359A (ja) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | 加熱炉 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009216359A true JP2009216359A (ja) | 2009-09-24 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008063272A Pending JP2009216359A (ja) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | 加熱炉 |
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- 2008-03-12 JP JP2008063272A patent/JP2009216359A/ja active Pending
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