JP2018119700A

JP2018119700A - 耐火物容器内部の加熱装置及び加熱方法

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Publication number: JP2018119700A
Application number: JP2017009688A
Authority: JP
Inventors: 健一友澤; Kenichi Tomosawa; 祐作河本; Yusaku Kawamoto; 智樹片山; Tomoki Katayama; 驍騰丁; Xiaoteng Ding
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-01-23
Also published as: TWI729207B; WO2018135024A1; KR20190056444A; CN110249195B; KR102201569B1; TW201827142A; JP6632555B2; CN110249195A

Abstract

【課題】内面側が耐火物で構成された耐火物容器の内部を加熱させるにあたり、耐火物容器内部の温度上昇を適切に制御し、耐火物容器の内部全体を適切に加熱できるようにする。
【解決手段】少なくとも内面側が耐火物11で構成された耐火物容器10の上面の開口部分の上を、隙間Sを介して覆うように蓋材20を配置させ、この蓋材を貫通するようにして設けたバーナー21によって耐火物容器の内部を加熱させるにあたり、このバーナーにより燃料を連続燃焼させながら燃焼量を調整する連続燃焼制御機構31と、バーナーによる燃料の燃焼と停止との切換え時間及び燃焼量を調整するオン・オフ燃焼制御機構32とを設けると共に、バーナーによる燃焼を、前記の連続燃焼制御機構とオン・オフ燃焼制御機構との間で切り換える切換え装置33を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶湯容器、タンデッシュ等に使用される少なくとも内面側が耐火物で構成された耐火物容器内部の加熱装置及び加熱方法に関するものである。特に、前記のような耐火物容器の内部を加熱させるにあたり、耐火物容器内部の温度上昇を適切に制御し、耐火物容器の内部全体を適切に加熱できるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、溶湯容器、タンデッシュ等に使用される少なくとも内面側が耐火物で構成された耐火物容器においては、定期的にその内面側における耐火物を張り換えることが行われている。

そして、このように耐火物容器の内面側における耐火物を張り換えた場合、耐火物容器の上に蓋材を設けると共に、この蓋材に耐火物容器の内部を加熱させるバーナーを設けるようにし、耐火物容器の内部をバーナーによって加熱させて乾燥させることが行われている。

このとき、耐火物容器の外面上部の縁には、溶湯を出し入れする際に付着した地金が固着していて凹凸ができているため、蓋材は密着できず、蓋材は若干の隙間を有するように設けられている。

ここで、このように耐火物容器の内部を、前記のバーナーによって加熱させて乾燥させるにあたり、耐火物容器の内部を加熱させる状態（温度や昇温速度など）を適切に設定することが必要になり、例えば、バーナーにおける火炎が大きくなるように燃焼量を多くして、耐火物容器の内部全体を連続して速やかに加熱させるようにすると、耐火物容器の内面側における耐火物に含まれる水分が急激に加熱されて、耐火物の内部で発生した水蒸気によって耐火物が爆裂を生じたりする等の問題があった。一方、バーナーにおける燃焼量を少なくして火炎の大きさを小さくすると、耐火物容器内部の底部を十分に加熱させることが困難になり、耐火物容器の内部全体を加熱するのに時間がかかる等の問題があった。

また、従来においては、前記のような耐火物容器の内部に溶融金属等を注入させる前に、耐火物容器の内部を前記のバーナーによって加熱させて、溶融金属と耐火物容器の内部との温度差を少なくすることも行われており、この場合においても、前記のように耐火物容器の内部を加熱させる状態を適切に設定することが必要になり、同様の問題が存在していた。

ここで、従来においては、特許文献１に示されるように、前記のような耐火物容器の上に若干の隙間を有するようにして蓋材を設けると共に、この蓋材に耐火物容器の内部を加熱させる加熱バーナーを設け、耐火物容器の内面側における耐火物に含まれる水分量を連続的に測定しながら、加熱バーナーの燃焼ガス量を制御して乾燥を行い、耐火物に含まれる水分量が略ゼロになった時点から、加熱バーナーの燃焼ガス量を増加させて、耐火物の焼成を行うようにしたものが提案されている。

しかし、前記の特許文献１に示されるように、耐火物容器の内面側における耐火物に含まれる水分量を連続的に測定しながら、加熱バーナーの燃焼ガス量を制御して乾燥を行うことは非常に制御が面倒であり、設備コスト等が非常に高くつくと共に、耐火物容器の内面側における耐火物を速やかに加熱させることが困難になり、また耐火物容器の内面側における耐火物の温度の変化を適切に制御することも困難になる等の問題があった。

また、特許文献２においては、現在加熱しようとする耐火物施工体と同種の耐火物施工体の過去の複数回の加熱履歴から、耐火物施工体の温度が特定の温度近傍に安定したときの安定温度と加熱用ガス流量の平均値を求める計算を、複数の異なった特定の温度に対して行うことによって、それぞれの特定の温度に対応する加熱用ガス流量の対を求め、前記のようにして得られた複数の特定の温度と加熱用ガス流量の対に基づいて現在の加熱における目標温度パターンに対応する加熱用ガス流量の設定値を定め、前記加熱用ガスの流量が前記設定値となるように制御しつつ前記耐火物施工体を加熱し、前記耐火物施工体が加熱されて一定の温度を維持するときの温度測定値と前記目標温度との温度差を算出し、前記温度差に応じて前記加熱用ガスの流量を変化させることによって、前記耐火物施工体を前記目標温度に加熱して、前記耐火物を乾燥させるようにしたものが提案されている。

しかし、前記の特許文献２に示されるものにおいても、耐火物施工体を所定の目標温度になるように加熱させて乾燥させるためには非常に制御が面倒であり、設備コスト等が非常に高くつくと共に、前記の特許文献１に示されるように、耐火物施工体と蓋との間に隙間を設けると、温度が上がりにくくなり、耐火物施工体の内部における耐火物を速やかに加熱させることが困難になり、また耐火物施工体の内部における耐火物の温度の変化を適切に制御することも困難になる等の問題があった。

特開平１１−９２２３６号公報特開２００３−２４０４４６号公報

本発明は、少なくとも内面側が耐火物で構成された耐火物容器の内部を加熱させる場合における前記のような問題を解決することを課題とするものであり、前記の耐火物容器の内部を加熱させるにあたり、耐火物容器内部の温度上昇を適切に制御し、耐火物容器内部全体を適切に加熱できるようにすることを課題とするものである。

本発明に係る耐火物容器内部の加熱装置においては、前記のような課題を解決するために、少なくとも内面側が耐火物で構成された耐火物容器の上面の開口部分の上に、隙間を介して覆うように蓋材を配置させると共に、この蓋材を貫通するようにして耐火物容器の内部を加熱させるバーナーを設けた耐火物容器内部の加熱装置において、前記のバーナーにより燃料を連続燃焼させながら燃焼量を調整する連続燃焼制御機構と、前記のバーナーによる燃料の燃焼と停止との切換え時間及び燃焼量を調整するオン・オフ燃焼制御機構とを設けると共に、前記のバーナーによる燃焼を、前記の連続燃焼制御機構とオン・オフ燃焼制御機構との間で切り換える切換え装置を設けた。

このようにすると、耐火物容器の内部を前記のバーナーによる燃焼によって加熱させるにあたり、耐火物容器の内部を加熱させる条件に応じて、前記の切換え装置により、バーナーによる燃焼を連続燃焼制御機構とオン・オフ燃焼制御機構との間で適切に切り換えることができるようになる。

また、本発明に係る耐火物容器内部の加熱装置においては、前記の蓋材に温度測定装置を設け、この温度測定装置によって測定された温度に基づいて、前記のように切換え装置により、前記のバーナーによる燃焼を、前記の連続燃焼制御機構とオン・オフ燃焼制御機構との間で切り換えるようにすることができる。

また、本発明に係る耐火物容器内部の加熱方法においては、耐火物容器内部が所定温度に上昇するまで（伝熱形態が、対流が支配的となる低温域）、前記の切換え装置により、前記のバーナーによる燃焼を前記のオン・オフ燃焼制御機構によって行い、耐火物容器の内部を対流伝熱させる一方、耐火物容器内部が所定温度以上になった場合（伝熱形態が、輻射が支配的となる高温域）に、前記の切換え装置により、前記のバーナーによる燃焼を前記の連続燃焼制御機構によって行い、耐火物容器内部を輻射伝熱させるようにする。このように、耐火物容器の内部が所定温度に上昇するまで、前記のバーナーによる燃焼を、前記のオン・オフ燃焼制御機構によって行い、耐火物容器内部を対流伝熱させるようにすると、前記のように蓋材に温度測定装置を設けた場合においても、耐火物容器の内部全体の温度を均一かつ効率的に測定できるようになる。

また、本発明に係る耐火物容器内部の加熱方法において、前記の耐火物容器内部が所定温度以上になった場合に、前記のバーナーによる燃焼を前記の連続燃焼制御機構によって行い、耐火物容器内部を輻射伝熱により一定温度で維持させるにあたり、前記のバーナーに供給する燃料の量がターンダウン限界に達した場合には、前記のバーナーにおける燃焼を、前記の切換え装置により、前記の連続燃焼制御機構からオン・オフ燃焼制御機構に切り換えて燃料の量を減らし、バーナーのターンダウン限界に達しないようにして燃焼を制御することができる。

本発明における耐火物容器内部の加熱装置においては、前記のように耐火物容器の内部をバーナーにより燃料を燃焼させて加熱させるにあたり、耐火物容器の内部を加熱させる条件に応じて、前記のバーナーによる燃焼を、前記の切換え装置により、連続燃焼制御機構とオン・オフ燃焼制御機構との間で適切に切り換えることにより、耐火物容器の内部の温度上昇を適切に制御し、耐火物容器の内部全体を適切に加熱できるようになる。

そして、本発明における耐火物容器内部の加熱方法のように、耐火物容器の内部が所定温度に上昇するまで、前記の切換え装置により、バーナーによる燃焼を前記のオン・オフ燃焼制御機構によって行い、耐火物容器内部を対流伝熱させるようにすると、バーナーにおける火炎が大きくなるように燃焼量を多くして、耐火物容器の内部全体を加熱させる場合でも、火炎がオフになる状態があることにより、耐火物容器の内面側における耐火物に含まれる水分が急激に加熱されて、耐火物の爆裂が生じたりするということがなくなる。また、耐火物容器の内部が所定温度以上になった場合に、前記の切換え装置により、バーナーによる燃焼を連続燃焼制御機構によって連続して行い、耐火物容器内部を輻射伝熱させるようにすると、耐火物容器の上面と蓋材との間に隙間が有っても、耐火物容器の内部の温度を適切に上昇又は維持させることができるようになる。

本発明の一実施形態に係る耐火物容器内部の加熱装置を示した概略説明図である。前記の実施形態に係る耐火物容器内部の加熱装置において、切換え装置により、耐火物容器の内部を加熱させるバーナーにおける燃焼を、オン・オフ燃焼制御機構によって制御する状態を示し、（Ａ）はオン・オフ燃焼制御機構により燃焼量を大きくして燃焼を行う状態を示した概略説明図、（Ｂ）はオン・オフ燃焼制御機構によって前記の燃焼を停止させた状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係る耐火物容器内部の加熱装置において、切換え装置により、耐火物容器の内部を加熱させるバーナーにおける燃焼を、連続燃焼制御機構によって制御する状態を示し、（Ａ）は連続燃焼制御機構により燃焼量を小さくして燃焼を行う状態を示した概略説明図、（Ｂ）は連続燃焼制御機構により燃焼量を大きくして燃焼を行う状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係る耐火物容器内部の加熱装置において、耐火物容器の内部を加熱させるバーナーにおける燃焼がターンダウンしないようにして、切換え装置により、バーナーにおける燃焼をオン・オフ燃焼制御機構によって制御する状態を示し、（Ａ）は燃焼量を小さくして燃焼を行う状態を示した概略説明図、（Ｂ）は前記の燃焼を停止させた状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係る耐火物容器内部の加熱装置を用いて、耐火物容器の内部の温度を目標温度線に沿うように制御するために、切換え装置により、耐火物容器の内部を加熱させるバーナーを、オン・オフ燃焼制御機構と連続燃焼制御機構とに切り換えて制御する例を示した概略説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る耐火物容器内部の加熱装置及び加熱方法を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る耐火物容器内部の加熱装置及び加熱方法は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

この実施形態に係る耐火物容器内部の加熱装置においては、図１等に示すように、耐火物容器１０として、上面が開口された鍋状であって、鋼材等で構成された外壁部１１の内面に耐火物１２が設けられたものを用いている。

そして、この耐火物容器１０の上面の開口部分の上に、隙間ｓ（およそ１０〜２０ｃｍ）を介して覆うように蓋材２０を配置させると共に、この蓋材２０を貫通するようにして耐火物容器１０の内部を加熱させるバーナー２１を設けると共に、耐火物容器１０の内部の温度を測定する温度測定装置２２を設け、この温度測定装置２２によって測定された耐火物容器１０の内部の温度を制御装置３０に出力するようにしている。

また、この実施形態においては、前記のバーナー２１に対して、バーナー２１により燃料を連続燃焼させながら燃焼量を調整する連続燃焼制御機構３１と、バーナー２１による燃料の燃焼と停止との切換え時間及び燃焼量を調整するオン・オフ燃焼制御機構３２とを設けると共に、前記のバーナー２１による燃焼を、前記の連続燃焼制御機構３１とオン・オフ燃焼制御機構３２との間で切り換える切換え装置３３を設けている。

そして、この実施形態においては、前記のように温度測定装置２２によって測定された耐火物容器１０の内部の温度を制御装置３０に出力し、耐火物容器１０の内部を加熱させる条件に応じて、この制御装置３０により、前記の切換え装置３３を制御して、バーナー２１による燃焼を、前記の連続燃焼制御機構３１とオン・オフ燃焼制御機構３２との間で切り換えるようにしている。

ここで、この実施形態において、例えば、前記の温度測定装置２２によって測定された耐火物容器１０の内部の温度が所定温度に達するまでは、前記の制御装置３０によって前記の切換え装置３３を制御し、オン・オフ燃焼制御機構３２によってバーナー２１による燃料の燃焼と停止との切換え時間及び燃焼量を調整させるようにし、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、バーナー２１における燃焼量を大きくし、火炎が大きくなるようにして燃焼を行う状態と、このような燃焼を停止させる状態とを適度なタイミングで切り換えるようにする。

このようにすると、図２（Ａ）に示すように、バーナー２１における燃焼量を大きくし、火炎が大きくなるようにして燃焼させる状態においては、耐火物容器１０の内部全体が加熱されて対流伝熱されるようになる一方、図２（Ｂ）に示すように、前記のように燃焼を適度なタイミングで停止させることにより、耐火物容器１０の内部全体が過剰に加熱されて、耐火物容器１０の内面側における耐火物１２に含まれる水分が急激に加熱されて、耐火物の爆裂が生じたりするということがなくなる。

また、図２（Ａ）に示すように、バーナー２１における燃焼量を大きくし、火炎が大きくなるようにして燃焼させる時間に対して、図２（Ｂ）に示すように、燃焼を適度なタイミングで停止させる時間を長くすると、耐火物容器１０の内部全体が過剰に加熱されるということがなく、耐火物容器１０の内部全体が一定の温度になるように、対流伝熱により耐火物容器１０の内部を加熱させることができるようになる。

また、前記のようにして耐火物容器１０の内部全体が一定の温度になるように加熱させた後、耐火物容器１０の内部をさらに加熱させるように、前記の制御装置３０によって前記の切換え装置３３を制御し、連続燃焼制御機構３１によってバーナー２１により燃料を連続燃焼させながら燃焼量を調整し、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、バーナー２１における燃焼量を少なくし、火炎を小さくして、耐火物容器１０の内部の温度を一定に保つようにして連続燃焼させたり、バーナー２１における燃焼量を多くし、火炎を大きくして、耐火物容器１０の内部の温度を所定の温度まで上昇させるように連続燃焼させたりすることができる。なお、前記のように連続燃焼制御機構３１によってバーナー２１により燃料を連続燃焼させているので、耐火物容器１０の上面と前記の蓋材２０との間の隙間ｓを通して、外気が耐火物容器１０内に流れ込むこともなく、耐火物容器１０の内部の温度が低下するのを防止できるようになる。

また、前記の図３（Ａ）に示すように、バーナー２１における燃焼量を少なくし、火炎を小さくして、耐火物容器１０の内部の温度を一定に保つようにして連続燃焼させる場合において、さらにバーナー２１における燃焼量を少なくなくする必要が生じ、連続燃焼させるバーナー２１のターンダウン下限を超えるような場合には、前記の制御装置３０によって切換え装置３３を制御し、前記の連続燃焼制御機構３１からオン・オフ燃焼制御機構３２に切り換え、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、ターンダウン下限を超えない程度にバーナー２１における燃焼量及び火炎を小さくして燃焼させる状態と、このような燃焼を停止させる状態とを適度なタイミングで切り換えるようにすることができる。

また、前記の耐火物容器内部の加熱装置を用いて、耐火物容器１０の内部の温度を、図５に示す目標温度線に沿うように制御する例を説明する。

ここで、前記の耐火物容器内部の加熱装置を用い、バーナー２１により耐火物容器１０の内部を加熱させて、耐火物容器１０の内部の温度を、図５に示す目標温度線に示すように制御するにあたり、当初は、前記の図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、バーナー２１における燃焼量を大きくし、火炎が大きくなるようにして燃焼を行う状態（オン）と、このような燃焼を停止させる状態（オフ）とを適度なタイミングで切り換え、対流伝熱により耐火物容器１０の内部の温度を所定の昇温速度で昇温させ、耐火物容器１０における耐火物１２に含まれる水分によって耐火物が爆裂しないようにして、耐火物容器１０の内部を第１の所定温度まで昇温させる。その後、前記の昇温時よりもバーナー２１における燃焼を停止させる時間を長くして、対流伝熱により耐火物容器１０の内部全体が第１の所定温度に均一になるように制御させる。なお、これらの制御は、実際には長時間かけてオン・オフを多数回行うが、図５では簡略化して示している。

そして、このように耐火物の爆裂が生じないようにして、耐火物容器１０の内部全体を第１の所定温度に加熱させた後は、前記のように制御装置３０によって切換え装置３３を制御し、連続燃焼制御機構３１により、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、バーナー２１によって燃料を連続燃焼させる燃焼量を調整し、耐火物容器１０の内部の温度を所定の昇温速度で第２の所定温度まで上昇させ、その後は、耐火物容器１０の内部の温度が第２の所定温度で維持されるようにする。ここで、このように連続燃焼制御機構３１により、バーナー２１によって燃料を連続燃焼させているので、前記のように耐火物容器１０の上面と蓋材２０との間の隙間ｓを通して、外気が耐火物容器１０内に流れ込むこともなく、耐火物容器１０の内部の温度が低下するのを防止できるようになる。

また、このようにバーナー２１によって燃料を連続燃焼させて第２の所定温度で維持させるにあたり、バーナー２１におけるターンダウン限界の燃焼量が大きくて、第２の所定温度で維持させることが困難になり、連続燃焼させるバーナー２１のターンダウン下限を超えるようにすることが必要になる場合には、前記の連続燃焼制御機構３１からオン・オフ燃焼制御機構３２に切り換え、前記の図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、ターンダウン下限を超えない程度にバーナー２１における燃焼量及び火炎を小さくして燃焼を行う状態と、このような燃焼を停止させる状態と、を適度なタイミングで切り換えて、第２の所定温度で維持させるようにしている。

１０：耐火物容器
１１：外壁部
１２：耐火物
２０：蓋材
２１：バーナー
２２：温度測定装置
３０：制御装置
３１：連続燃焼制御機構
３２：オン・オフ燃焼制御機構
３３：切換え装置
ｓ：隙間

Claims

少なくとも内面側が耐火物で構成された耐火物容器の上面の開口部分の上に、隙間を介して覆うように蓋材を配置させると共に、この蓋材を貫通するようにして耐火物容器の内部を加熱させるバーナーを設けた耐火物容器内部の加熱装置において、前記のバーナーにより燃料を連続燃焼させながら燃焼量を調整する連続燃焼制御機構と、前記のバーナーによる燃料の燃焼と停止との切換え時間及び燃焼量を調整するオン・オフ燃焼制御機構とを設けると共に、前記のバーナーによる燃焼を、前記の連続燃焼制御機構とオン・オフ燃焼制御機構との間で切り換える切換え装置を設けたことを特徴とする耐火物容器内部の加熱装置。
請求項１に記載の耐火物容器内部の加熱装置において、前記の蓋材に温度測定装置を設け、この温度測定装置によって測定された温度に基づいて、前記の切換え装置により、前記のバーナーによる燃焼を、前記の連続燃焼制御機構とオン・オフ燃焼制御機構との間で切り換えることを特徴とする耐火物容器内部の加熱装置。
請求項１又は請求項２に記載の耐火物容器内部の加熱装置を用いた耐火物容器内部の加熱方法において、耐火物容器内部が所定温度に上昇するまで、前記の切換え装置により、前記のバーナーによる燃焼を前記のオン・オフ燃焼制御機構によって行い、耐火物容器内部を対流伝熱させる一方、耐火物容器内部が所定温度以上になった場合に、前記の切換え装置により、前記のバーナーによる燃焼を前記の連続燃焼制御機構によって行い、耐火物容器内部を輻射伝熱させることを特徴とする耐火物容器内部の加熱方法。
請求項３に記載の耐火物容器内部の加熱方法において、前記の耐火物容器内部が所定温度以上になった場合に、前記のバーナーによる燃焼を前記の連続燃焼制御機構によって行い、耐火物容器内部を輻射伝熱により一定温度で維持させるにあたり、前記のバーナーに供給する燃料の量がターンダウン限界に達した場合には、前記の切換え装置により、前記のバーナーによる燃焼を、前記の切換え装置により、前記のオン・オフ燃焼制御機構に切り換えて、バーナーのターンダウン限界に達しない状態で燃焼を制御することを特徴とする耐火物容器内部の加熱方法。