JP2022052753A - 炉内温度を測定するためのシステム及び炉の内部の燃焼を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内温度を測定するためのシステム及び炉の内部の燃焼を制御するための方法を提供する。【解決手段】本発明は、炉の内部の温度を測定するためのシステム、及び炉内の燃焼を制御するための方法に言及する。燃焼炉は、材料が加熱されることになっている加熱室を画定する容器と、開閉式扉と、燃料及び気体状酸化剤を燃やすように構成された少なくとも１つのバーナであって、各バーナが、材料を加熱する加熱室の内部で炎を生成する、バーナと、排出炎が加熱室から外へ伸びる煙道とを備える。本システムは、炉に結合された少なくとも１つの多波長高温計を備え、多波長高温計は、加熱される材料と直接接触せず、加熱室の耐火ライニングの一部分に向けられる。多波長高温計は、炉の動作中に耐火ライニングの対応する部分の温度を測定するように構成される。【選択図】なし

Description

本発明は、一般に、少なくとも１つの多波長高温計を利用する、炉の内部、例えば、とりわけ、回転炉、傾斜回転炉又は反射炉の中の温度を測定するためのシステム、及び、少なくとも多波長高温計によって炉の内部で測定された温度に基づく、そのような炉の内部の燃焼を制御するための方法に関する。本発明は、好ましくは、鉄及び非鉄金属製造部門で使用されるものである。

好ましくは、その融解温度まで、材料が加熱される炉は、大量のエネルギーを消費する。そのうえ、材料が炉の内部で加熱される温度は、結果として生じる製品の品質、及び（材料が加熱される炉の容器によって画定される閉鎖空間を意味する）炉の加熱室の内面を覆う耐火ライニングの寿命に対する重要な要因である。加熱プロセスに対してより良い制御を行うために炉の内部の温度を測定するいくつかの試みがなされてきた。いくつかの解決策は、炉の容器の外面に取り付けられた熱電対を使用する。しかしながら、これらの熱電対によって測定される温度は、厳密に容器の内部の温度ではなく近似値である。いくつかの他の解決策は、容器の壁及び耐火ライニングにドリル穴を含み、その中に、熱電対又は温度計などの異なる加熱測定装置が、加熱室の内部の材料により近くなるように挿入される。しかしながら、これらの温度測定装置は、加熱されている材料と決して直接接触せず、少なくとも一層の耐火材料が介在するので、これらの解決策もまた、ただ材料の温度の近似値を得ることができるにすぎない。加えて、そのような解決策で容器に作られたドリル穴は、耐火ライニングを著しく弱め、それは、容器の耐火ライニング全体の破局的故障及び不必要な又は早過ぎる改修につながる場合がある。

いくつかの他の解決策は、容器のダウンタイム期間中に、換言すれば、容器が空のときに、容器の外部からその開口部を通して耐火ライニングの温度の測定を遂行する。その測定から、炉の動作中に材料が到達する温度を推定することができる。再び、得られた温度は、耐火材料に到達する温度の近似値と考えることができるだけである。そのうえ、これらの解決策は、容器が空のときに測定が行われなければならないので時間がかかり、温度測定を遂行するためにダウンタイム期間が延長される限り、全体的なプロセスの生産性を低下させる。

耐火材料、ひいては炉の内部で加熱されている材料に到達する温度に対する正確な制御の欠如により、工業製品の最終的な特性及び品質に関して本当に制御することができず、非常に高温に到達することに起因して酸化された材料（ドロス）の割合を増加させる一因ともなる。

そのうえに、炉の内部の温度に対する制御の欠如は、加熱室の内部で起きている燃料及び酸化剤の燃焼に対する制御の欠如を同様に生み出す場合があり、それは、炉内での多量の一酸化炭素、及びメタン又は水素などの他の望ましくないガスの形成につながる場合がある。一酸化炭素は、空気よりも少し密度が低く、人間及び動物に非常に有毒な、無色、無臭、及び無味の可燃性ガスである。炉内で一酸化炭素が形成されるメカニズムは、燃料の不完全燃焼、炉内で加熱すべき材料を同様に燃焼させるように意図している場合の可燃材料の不完全燃焼、及び／又は加熱すべき材料の中又は上に存在している炭素質材料の変換を含む。そのような変換の実施例は、炭素質材料の熱分解及び／又は不完全燃焼を含む。

吸収体への一酸化炭素の吸収、又は一酸化炭素と反応してそれを中和するオフガスへの反応物質の付加など、炉から出る気体状オフガスから一酸化炭素を除去するためにさまざまな技術が存在する。そのような技術は、費用並びに実装及び制御の難しさなどの欠点を呈する。

したがって、炉の内部で加熱されている材料に到達する本当の温度に対する制御の欠如により、加熱、融解、又は燃焼すべき材料を加熱するために炉の内部で燃やされている燃料及び酸化剤の燃焼を効率的に制御することができない。

本発明は、炉の動作中に加熱室の内部の耐火材料の本当の現在の温度を正確に測定することができ、加熱プロセスを最適化して耐火材料の最高使用温度で稼働することを可能にする、単純かつ効率的なシステムを提供する。それは、材料を加熱するために使用される燃料及び気体状酸化剤の消費を最適化し、同様に炉からの一酸化炭素の排出を回避するか、又は少なくとも最小化する、炉の内部の燃焼を制御するための方法をさらに提供する。それはさらに、効率性及び生産速度を改善することを可能にし、工業製品の特性及び品質に対するより良い制御を提供する。

本発明の第１の目的は、炉の内部の温度を測定するためのシステムである。炉は、材料が加熱される加熱室を画定する容器を備える。炉は、開閉式扉と、燃料及び気体状酸化剤を燃やすように構成された少なくとも１つのバーナと、排出炎が加熱室から外へ伸びる煙道とをさらに備える。炉のバーナの１つ１つが、材料を加熱する加熱室の内部で対応する炎を生成する。燃料は、ガス、液体又は液化ガスの形態で炉に到達することができるが、バーナによって燃やされるとき、燃料は気体状態にある。追加の酸化剤が、加熱すべき材料中の炭素質材料の存在により余分に必要となる場合、バーナそれ自体の近くに置かれた１つの余分の酸化剤ランスを通して提供され得る。

システムは、炉に結合された少なくとも１つの多波長高温計をさらに備える。少なくとも１つの多波長高温計は、加熱される材料と直接接触していない容器の耐火ライニングの一部分に向けられており、それにより、多波長高温計によって放出されるビームは、加熱室の耐火ライニングの前記部分に直接投射される。この種類の高温計は、鉄又は非鉄材料が加熱されるとき、これらの炉において現れる典型的な雰囲気のように濃い煙及び浮遊状態の金属粒子を伴う雰囲気で稼働するとき、従来の単波長高温計よりも精密な温度測定能力を提供することができる。少なくとも１つの多波長高温計は、炉の動作中に、換言すれば、炉の少なくとも１つのバーナによって遂行される加熱室の内部の材料の加熱中に、耐火ライニングの対応する部分の温度を測定するように構成される。多波長高温計は、同じ時間及び前記部分内の場所において広い波長で耐火ライニングによって放出されるスペクトルの放射を捕捉することによって、耐火ライニングの部分の温度を決定することができる。温度は、それから、耐火ライニングの部分の現在の温度を与えるこれらの信号の比率によって定められる。耐火ライニングの部分のこの温度は、加熱されている材料が到達する温度についての確実な情報を提供する。

材料の加熱動作中に、耐火ライニングは加熱される材料に莫大な量の熱を伝導するので、耐火ライニング温度の正確な制御を有することは、この種類の炉の重要な側面である。したがって、前記耐火ライニングを損傷することなく、耐火材料が到達する温度が高いほど、加熱される材料への熱伝達は大きくなる。それゆえ、耐火ライニングの温度を制御することによって、炉内の加熱プロセスのより良い制御が得られる。

本明細書で使用する「容器」という用語は、高温で、例えば、材料の融解点よりも高い温度で材料を保持するように設計された、さまざまな大きさ及び形状の入れ物を意味する。これらの容器は、多くの工業用途で、例えば、金属製造部門で広く使用されている。当該技術分野で知られているように、これらの容器は、通常、金属で作られており、その中に置かれる高温材料から容器の金属部品を保護するために、（容器の内面を内張りするレンガ形態で設置され得るか、又は容器の内面に直接打設され得る）耐火材料で内張されている。例えば、容器の内側保護層として設置するために使用される耐火材料は、さまざまなマグネシア凝集物、及び、最終的にいくつかの結合剤を取り込むマグネシア（ＭｇＯ）ベースの耐火材料であってもよい。他の耐火材料としては、アンダルサイト（Ａｌ_２ＳｉＯ_５）ベースの耐火材料、炭素ベースの耐火材料と組み合わせたマグネシアなどであってもよい。耐火材料の使用温度は、２０００℃、又はさらに高温に到達し得る。特に、鉄鋼製造業での耐火材料の使用温度は、１５００～１８００℃の間に及び得る。

本明細書で使用する「材料」という用語は、炉内で加熱することができる任意の材料又は物質を意味し得る。そのような材料の実施例は、金属（例えば、鉄及び鉄鋼などの鉄系金属）、金属鉱石（例えば、鉄鉱石）、並びに他の金属化合物、金属化合物の組合せ又は金属化合物と非金属化合物との組合せを含む。これらの金属材料は、最終製品だけでなくスクラップを含む。材料の追加の実施例は、最終製品だけでなくスクラップを含む、アルミニウム及び銅などの非鉄金属、及び鉱石並びにそれらの他の化合物を含む。そのような材料を加熱することによって、それらを後続の化学的及び／又は物理的処理ステップのために準備する。

本明細書で使用する「加熱室」という用語は、材料が加熱される容器の壁によって確定される閉鎖空間を意味する。加熱室の内部で到達する温度は、材料を加熱し、材料を融解させ、又は材料を燃焼させるのに十分な高さとすることができる。

いくつかの実施形態で、炉は、加熱室の内部の材料を加熱するために抵抗をさらに備え得る。このようにして、バーナと抵抗の組合せ効果により、加熱プロセスを加速することができる。

いくつかの実施形態で、炉のバーナによって燃やされるために使用される燃料は、天然ガス、プロパン、ブタン、重油、軽油、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、溶鉱炉ガス（ＢＦＧ）、バイオガス、さまざまな組成を持つ他の合成ガス、及びそれらの任意の組合せを含む群から選択することができる。燃料は、同様に、燃えることによって熱又は力を作り出す能力を持つその他の物質又は物質の組合せとすることができる。

いくつかの実施形態で、気体状酸化剤は、純酸素、低純度酸素、酸素を富化した空気、又はそれらの任意の組合せを含む群から選択することができる。気体状酸化剤は、同様に、酸素を含み、酸化還元反応中に他の反応物から、好ましくは燃料から、電子を除去する能力を有するその他の気体状反応物であってもよい。

いくつかの実施形態で、炉は、水平に配置された炉であり、少なくとも１つの多波長高温計は、加熱室の終端に、加熱される材料の液体形態が到達するレベルから距離を置いて位置する、耐火ライニングの一部分に向けられる。本明細書で使用される「水平に配置された炉（水平に方向づけられた炉）」という用語は、その炉の前後軸が、それが設置されている工業施設の床と実質的に平行であるか、又は傾斜回転炉のように小さい傾斜角の下にある炉を意味する。好ましくは、少なくとも１つの多波長高温計は、加熱室の終端に、材料の表面に近接して、例えば、材料表面の上方２０～３０ｃｍで、材料の表面に垂直な軸に対して－６０°から６０°の角度で画定される領域内に位置している、耐火ライニングの一部分上の温度を測定するために赤外線ビームを投射する。容器の終端に位置する耐火ライニングの領域は、より高い温度に通常到達する耐火材料の領域であり、したがって、耐火材料の使用温度を超え得る温度に到達しないように前記領域の温度を測定することが推奨できる可能性がある。そのうえ、加熱される材料にごく近接している耐火ライニングの領域の温度を測定することによって、これらの領域は加熱されている材料の最も高い熱伝達率を提示するので、推奨できる場合がある。

いくつかのより好ましい実施形態で、炉は、とりわけ、回転炉、傾斜回転炉及び反射炉を含む群から選択される。これらすべての炉は、それらが位置している施設の床に対して実質的に水平に方向づけられる。特に、回転炉は、その前後軸に対して回転する実質的に水平の炉を意味する。傾斜回転炉は、その前後軸に対して垂直方向に傾く能力を有する回転炉である。反射炉は、加熱又は処理される材料を燃料との接触から隔離するが、燃焼ガスとの接触からは隔離しない、水平に配置された炉である。ある場合には、反射炉は、既に融解した材料の移動プロセス中に同様に垂直に傾くことができ、材料が移された時点で、炉はその水平に配置された位置を回復する。

いくつかの実施形態で、少なくとも１つの多波長高温計は、２色赤外線温度計である。２色赤外線温度計は、２つの隣接した赤外線スペクトルバンドで、それが投射される耐火ライニングの部分によって放出されるエネルギーを同時に測定する。それらは、典型的には、２つの別個の信号を得るために、デュアルフォトダイオードを持つ層状の「サンドウィッチ」検出器を使う。２色赤外線温度計は、たとえ検出器によってピックアップされる放射が、浮遊状態の粒子、埃、煙などによって生成される視覚的障害物に起因して最大９０％まで弱められるとしても、正しい温度読取りを得ることができる。このことにより、これらの温度計は、このタイプの炉の加熱室などの環境に特に有用になる。

いくつかの実施形態で、少なくとも１つの多波長高温計は、開閉式扉又は容器の壁に結合されている。いくつかの実施形態で、炉の開閉式扉に結合された少なくとも１つの多波長高温計、及び、炉の壁に結合された少なくとももう１つの多波長高温計があり得る。多波長高温計は、対応するポートホールの介在によって加熱室と接続されている、開閉式扉及び／又は容器の壁に位置する穴に挿入することができ、高温計によって生成されたビームは、そのポートホールを通して送受することができる。

いくつかの実施形態で、システムは、得られた測定値の信頼性を改善するために、冗長な温度測定を遂行する２つ以上の多波長高温計を備える。そのような実施形態で、多波長高温計は、耐火ライニングの同じ部分に向けてもよく、耐火ライニングの隣接した部分に向けてもよく、又は耐火ライニングの分離された部分に向けてもよい。ただし、前記分離された部分は、材料の表面にごく近接し、材料の表面に垂直な軸に対して－６０°～６０°の角度で区切られている、加熱室の終端に位置する領域内にある。システムは、多波長高温計のすべて又は一部によって測定された温度の算術平均を計算して、より正確で信頼性の高い測定値を得ることができる。

いくつかの実施形態で、システムは、少なくとも１つの多波長高温計及び少なくとも１つのバーナに通信可能に結合された加熱制御モジュールをさらに備える。加熱制御モジュールは、少なくとも１つの多波長高温計から測定された温度を受け取り、受け取った温度測定値に基づいて、加熱室内で少なくとも１つのバーナによって燃やされる燃料の量、及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更するように構成される。そうするために、加熱制御モジュールは、受け取った測定値を予め定められた温度と比較し、前記比較の結果に基づいて燃やすべき燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節することができる。

好ましくは、予め定められた温度は、耐火ライニングの最高使用温度である。この最高使用温度は、耐火材料が熱によってその特性を劣化させられることなく到達し得る最高温度である。耐火ライニングの最高使用温度を使うことによって、材料の処理時間、並びに、燃料消費量及び酸化剤消費量が著しく減少し、それは加熱プロセス最適化の向上を伴う。

例えば、加熱制御システムは、前記バーナに供給される燃料の量に対する気体状酸化剤の量を増加又は減少させることによって、バーナによって燃やされるために炉に届けられる気体状酸化剤、例えば酸素の量を調節することができる。代わりに、加熱制御システムは、前記バーナに供給される気体状酸化剤の量に対する燃料の量を増加又は減少させることによって、バーナによって燃やされるために炉内で利用可能な燃料、例えば天然ガスの量を調節することができる。それゆえ、加熱制御モジュールは、測定された温度に基づいて、バーナによって燃やされるために注入される燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節する。好ましくは、加熱制御モジュールは、測定された温度に基づき、燃料と酸化剤との間の対応する化学量論的関係を維持して、炉内で燃やされる燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節する。このようにして、燃焼炉の内部の温度を上げるか又は下げるように燃焼室の内部の炎の加熱力を変更するために、燃料及び気体状酸化剤のうちの少なくとも１つの量を増加又は減少させることができる。したがって、加熱プロセスは、加熱プロセス中にいつでも耐火材料を事前設定温度にさらして、最適化することができる。加えて、加熱プロセス中に燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節することによって、燃焼炉のエネルギー消費量を最適化することができる。そのうえ、加熱プロセスを最適化することによって、耐火ライニング及び材料は、（耐火材料が初めて予め定められた温度に到達するまでの期間を除いて）加熱プロセスのほとんどの間、実質的に一定の温度にさらされ、最終製品の品質又は特性に影響を及ぼすおそれがある温度のピーク又は低下の存在を回避する。

いくつかの実施形態で、システムは、炉の外部に位置するか、又は開閉式扉若しくは容器の壁に取り付けられた、少なくとも１つのデジタルカメラを備える。これらのカメラは、加熱室の内部の炎及び／又は排出炎の画像を撮るように構成される。好ましくは、炉の外部に位置するカメラは、排出炎の画像を撮るように構成され、一方、炉に取り付けられたカメラは、加熱室の内部でバーナによって生成された炎のうちの少なくとも１つの画像を撮るように構成される。開閉式扉及び／又は壁は、それぞれのカメラが挿入される対応するポートホールを備えたドリル穴を有し得る。

いくつかの実施形態で、加熱制御モジュールは、カメラから炎の画像を受け取り、画像中の炎の少なくとも１つのパラメータに基づいて炎中の一酸化炭素濃度を決定するように構成される。例えば、少なくとも１つのパラメータは、炎の強度、炎の面積、炎の長さ、炎の色座標（Ｕ、Ｖ）及びそれらの任意の組合せを含む群から選択され得る。

いくつかの実施形態で、加熱制御モジュールは、測定温度と、加熱室の内部の炎及び排出炎のうちの少なくとも１つにおける一酸化炭素濃度との組合せに基づいて、加熱室内で少なくとも１つのバーナによって燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更するように構成される。

それゆえ、加熱制御モジュールは、測定された温度のみに基づいて、又は炎の画像から決定された、一酸化炭素の量とともに測定された温度の組合せに基づいて、バーナによって燃やされるために注入される燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節することができる。そのような実施形態で、加熱制御モジュールは、耐火材料の温度が予め定められた温度に可能な限り近く、同時に一酸化炭素の排出が最小化されるような方法で、加熱室内で燃焼させる燃料の量と気体状酸化剤の量との間の折合いを見出すように構成される。好ましくは、耐火材料の現在の温度が可能な限り予め定められた温度に近いという条件で、一酸化炭素の排出は、ゼロに向かうべきである。

加熱室内で形成され、煙道を介して前記加熱室を出て行く一酸化炭素は、バーナでの燃料の不完全燃焼、炉内で加熱すべき材料を同様に燃焼させるように意図している場合の可燃材料の不完全燃焼、及び／又は、加熱すべき材料の中又は上にある炭素質材料の変換などの、いくつかの可能なメカニズムのうちのいずれか１つ又は複数によって作り出される可能性があり、そのような変換の実施例は、炭素質材料の熱分解又は不完全燃焼を含む。加熱すべき材料が炭素質材料を含む場合、そのような炭素質物は、有機化合物であり得る。例えば、アルミニウム、銅、鉄及び／又は鉄鋼を含むスクラップは、塗料又は他の有機コーティング、有機食品及び／又はし尿などの炭素質物が、その上に付着している場合がある。ガラス製造材料に存在しているカレットは、それがカレットとしてリサイクルされる前に、カレット上に存在していた食品又は他の有機物の残留物である有機材料が、その上に付着している場合がある。

いくつかの実施形態で、燃焼炉の燃焼室内で加熱すべき材料は、金属を含む。

いくつかの実施形態で、炉内で加熱される材料の少なくとも一部分が燃焼又は融解する。それらの場合、材料の少なくとも一部分が融解し、炉は融解炉と考えることができる。例えば、融解すべき材料は、鉄、鉄鋼、金属酸化物及び他の金属化合物などの任意の金属を含み得る。他の実施例は、溶融ガラスを形成するために、ガラス製造炉でともに融解する製品を含み、そのような材料は、カレットとして知られているリサイクルガラス片、及びガラスを作るためにともに溶融されるバッチとして知られている原材料を含み、そのような材料は、典型的には、酸化ナトリウム、酸化カリウム、並びにナトリウム及びカリウムのケイ酸塩を含む。そのような操作の別の実施例は、セメントキルンであり、その中で、典型的には石灰又は石灰岩、及びシリカ及び／又はアルミノケイ酸塩（粘土）及び他の所望の添加物を含む原材料がともに加熱されることによって、それらが融解し互いに反応して、セメントを構成する化合物を形成する。材料の一部分又はすべてを燃焼させることになっている場合、炉は焼却炉と考えることができる。燃焼させるために加熱することができる材料は、炭素質燃料、及び固形廃棄物などのすべての可燃性の製品を含む。

本発明の第２の目的は、炉内の燃焼を制御するための方法である。本方法は、前述のようなシステムを提供することと、炉の動作中に少なくとも１つの多波長高温計を用いて加熱室の耐火ライニングの一部分の温度を測定することとを含む。それから、加熱制御モジュールは、測定された温度を受け取り、それを耐火ライニングの事前設定温度と比較する。比較の結果に基づいて、加熱制御モジュールは、加熱室内でバーナによって燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを調節する。好ましくは、予め定められた温度は、耐火ライニングの最高使用温度である。

いくつかの実施形態で、加熱制御システムは、前記バーナに供給される燃料の量に対する気体状酸化剤の量を増加又は減少させることによって、バーナによって燃やされるために炉内で利用可能な気体状酸化剤、例えば酸素の量を調節することができる。いくつかの他の実施形態で、加熱制御システムは、前記バーナに供給される気体状酸化剤の量に対する燃料の量を増加又は減少させることによって、バーナによって燃やされるための燃料の量を調節することができる。それゆえ、加熱制御モジュールは、測定された温度に基づいて、ひいては測定された温度と事前設定温度との差に基づいて、バーナによって燃やされるために注入される燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節する。好ましくは、加熱制御モジュールは、測定された温度に基づき、燃料と酸化剤との間の対応する化学量論的関係を維持して、バーナによって燃やされるために注入される燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節することになる。

いくつかの実施形態で、測定された温度が事前設定温度を超えるとき、本方法は、燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを、所定の期間事前設定温度と等しくなるように耐火ライニングの温度を下げるために効果的な量に変更することを含む。

いくつかの実施形態で、測定された温度が事前設定温度よりも低いとき、本方法は、燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを、所定の期間事前設定温度と等しくなるように耐火材料の温度を上げるために効果的な量に変更することを含む。

いくつかの実施形態で、加熱制御モジュールは、少なくとも１つのデジタルカメラから、加熱室の内部の炎及び排出炎のうちの少なくとも１つの画像を受け取る。炉の各バーナが、加熱室の内部の材料を加熱する炎を生成する。例えば、加熱制御モジュールは、排出炎の画像を撮る外部カメラの画像のみを受け取ってもよく、又は、加熱室の内部の１つ若しくは複数の炎の写真を撮る、炉に結合された１つ若しくは複数のカメラから画像を受け取るのみでもよく、又は排出炎と加熱室の内部の炎の両方の画像を受け取ってもよい。

それから、加熱制御モジュールは、画像中の炎の少なくとも１つのパラメータに基づいて炎中の一酸化炭素濃度を決定し、決定された一酸化炭素濃度を事前設定された一酸化濃度と比較する。炎の前記少なくとも１つのパラメータは、パラメータの中でも特に、炎の強度、炎の面積、炎の長さ、炎の色座標（Ｕ、Ｖ）及びそれらの任意の組合せとすることができる。その後に、加熱制御モジュールは、少なくとも１つのバーナに、温度の比較の結果と一酸化炭素濃度の比較の結果との組合せに基づいて、加熱室内で燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更させる。

より具体的には、加熱制御モジュールは、耐火ライニングの温度が予め定められた温度に可能な限り近く、同時に一酸化炭素の排出が最小化されるような方法で、加熱室内で燃焼させる燃料の量と気体状酸化剤の量との間の折合いを見出すように構成される。このようにして、一酸化炭素濃度が最小化されると同時に加熱プロセスが最適化される。

いくつかの実施形態で、測定された温度が事前設定温度を超え、及び／又は一酸化炭素濃度が事前設定された一酸化炭素濃度を超えるとき、本方法は、加熱室内で燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを、所定の期間耐火ライニングの温度が事前設定温度に可能な限り近い限り、加熱室内の一酸化炭素濃度を下げるために効果的な量に変更することを含む。

いくつかの実施形態で、測定された温度が事前設定温度よりも低く、及び／又は一酸化炭素濃度が事前設定された一酸化炭素濃度を超えるとき、本方法は、加熱室内で燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを、所定の期間耐火ライニングの温度が事前設定温度に可能な限り近い限り、加熱室内の一酸化炭素濃度を下げるために効果的な量に変更することを含む。

本明細書で説明される、炉の内部の温度を測定するためのシステム、及び炉の加熱室の内部の燃焼を制御するための方法は、従来の装置及び技法と比較していくつかの利点及び／又は相違点を提示する。特に、この解決策が、炉の動作中に加熱室の内部の耐火ライニングの現在の温度を正確に測定することができるものとする。炉の内部の燃焼を制御するための方法は、全加熱プロセスの間中、予め定められた使用温度で耐火材料を維持することによって、材料を加熱するために使用される燃料及び気体状酸化剤の消費を最適化することができ、それは同様に炉からの一酸化炭素の排出を回避するか、又は少なくとも最小化することができる。それはさらに、加熱プロセスの効率性及び生産速度を改善することを可能にし、工業製品の特性及び品質に対するより良い制御を提供する。

説明を完了するため、及び本発明へのより良い理解を提供するために、一式の図面を提供する。前記図面は、説明の必須部分を形成し、発明のさまざまな実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を限定していると解釈されるべきではなく、ただ発明がどのように遂行され得るかの実施例と解釈されるべきである。
図面は以下の図を含む。

本発明の特定の実施形態による、回転炉の内部の温度を測定するためのシステムを示す。 本発明の特定の実施形態による、回転炉の内部の一酸化炭素濃度を同様に測定する、回転炉の内部の温度を測定するためのシステムを示す。 本発明の特定の実施形態による、反射炉の内部の温度を測定するためのシステムを示す。 本発明の特定の実施形態による、炉内の燃焼を制御するための方法のフローダイヤグラムを示す。

図１は、回転炉１０１の内部の温度を測定するためのシステム１００を示す。図１のシステム１００が追加の構成要素を含み得ることと、本明細書で説明される構成要素のうちのいくつかが、説明されるシステム１００の範囲を逸脱することなく除去及び／又は変更され得ることとを理解すべきである。そのうえに、システム１００の実装は、かかる実施形態に限定されない。

この実施形態に描写された炉１０１は、その前後軸の周りを回転することができる炉に特有な形状を持つ回転炉であるが、本発明は、水平に配置された炉を含む、その他のタイプの炉、及び異なる形状を持つ炉で同様に上手く実践され得る。

回転炉１０１は、材料１０４、例えば鉄が、その融解温度（およそ１５４０℃）より高温に加熱される加熱室１０３を画定する容器１０２を備える。炉１０１は、原材料が導入される開閉式扉１０５、化学量論的関係（例えば、燃焼動作を最適化するために、天然ガス１モルあたりで２．１モルのＯ_２）で燃料（例えば、天然ガス）及び気体状酸化剤（例えば、酸素）を燃やして、材料１０４を加熱する加熱炎１０８を生成する１つのバーナ１０６、並びに、排出炎１０９が加熱室１０３から伸びる、開閉式扉１０５に結合された煙道又は煙突１０７をさらに備える。煙道１０７を通して、加熱室１０３の内部で生成されたオフガスが同様に排出炎１０９とともに出て行く。図１の回転炉１０１は、開閉式扉１０５内に位置するただ１つのバーナ１０６を描写するが、炉１０１は、開閉式扉内及び／又は炉の壁内に位置し得る、加熱室内で対応する数の加熱炎を生成する、異なる数のバーナを備えてもよい。バーナ１０６は、この図に示されていないそれぞれの供給源から燃料及び気体状酸化剤を受け取る。

容器１０２及び開閉式扉１０５は、非常に高い温度に耐えることが可能な金属又は金属合金で作られており、それらの内面は、容器１０２の内面を内張りするレンガ形態で設置され得るか、又は容器１０２の内面に直接打設され得る、耐火ライニング１１０の層で内張りされている。耐火ライニング１１０、例えば、ＭｇＯベースの耐火材料からなるこの層は、容器１０２及び開閉式扉１０５を、その中に置かれた加熱溶融材料によってもたらされる熱、圧力及び化学的侵食から保護する。耐火ライニング１１０の層は、容器１０２の内面及び開閉式扉１０５の内面を実質的に覆う。ＭｇＯベースの耐火材料は、２０００℃の最高動作温度を有する。

システム１００は、開閉式扉１０５に結合されている２色赤外線温度計１１１をさらに備える。より具体的には、２色赤外線温度計１１１は、開閉式扉１０５の（この図に示されていない）観測ポートに挿入される。２色赤外線温度計１１１は、温度計１１１によって放出される赤外線ビームが、加熱される材料１０４と直接接触していない耐火ライニング１１０の一部分１１２に投射されるように、容器１０２に対して方向づけられる。２色赤外線温度計１１１は、同じ時間及び部分１１２内の場所において、２波長でデュアルフォトダイオードを用いて、耐火ライニング１１０の部分１１２によって放出される赤外線放射を捕捉する。それから、耐火ライニング１１０の部分１１２の温度は、これらの２つの信号（２つの異なる波長でデュアルフォトダイオードによって捕捉された２つの信号の各信号）の比率によって定められる。好ましくは、部分１１２は、容器１０２の終端に位置することになり、換言すれば、部分１１２は、耐火ライニング１１０のこの領域が最も高い温度に到達するので、開閉式扉１０５の前に、加熱される材料１０４の表面１１３から距離「ｄ」を置いて位置することになる。この部分は、材料１０４の表面１１３への垂直軸１１４に対する角度「－α」～「α」で区切られた表面によって同様に決定されることになる。より好ましくは、距離「ｄ」は、２０ｃｍから３０ｃｍの間の範囲にあることになり、角度「α」は、３０°から６０°の間の範囲にあることになる。

システム１００は、２色赤外線温度計１１１及びバーナ１０６に通信可能に結合された、加熱制御モジュール１１５をさらに備える。加熱制御モジュール１１５は、２色赤外線温度計１１１によって測定された温度を受け取り、受け取った測定値に基づいて加熱室１０３内でバーナ１０６によって燃やされる天然ガスの量及び／又は酸素の量を変更する。そうするために、加熱制御モジュール１１５は、受け取った測定値を予め定められた温度と比較し、前記比較の結果に基づいて燃やすべき天然ガス及び／又は酸素の量を調節する。例として、予め定められた温度は、ＭｇＯベースの耐火材料の最高動作温度、すなわち２０００℃、又は、１９００℃若しくは１９５０℃などの、この最高動作温度よりも低いがそれに近いその他の温度とすることができる。鉄の融解温度はおよそ１５４０℃であるから、耐火ライニングのこれらの使用温度（加熱室の内部の温度は耐火材料の温度と類似することになる）は、鉄を融解させるのに十分高いことになる。

例えば、加熱制御モジュール１１５は、耐火ライニング１１０の現在の温度を事前設定温度に調節するために、燃やされる天然ガスの量を増加又は減少させることができる。同時に、又は代わりに、加熱制御モジュール１１５は、耐火ライニング１１０の現在の温度を事前設定温度に調節するために、燃やされる酸素の量を増加又は減少させることができる。好ましくは、加熱制御モジュール１１５は、酸素と天然ガスとの間の化学量論的関係を維持して、耐火ライニング１１０の現在の温度を事前設定温度に調節するために、燃やされる酸素又は天然ガスの量を増加又は減少させることができる。

システム１００は、バーナ１０６への（又はシステム１００が２つ以上のバーナ１０６を備える場合複数のバーナへの）酸素及び燃料の流量を制御するように構成された（図に示されていない）注入制御モジュールを備え得る。注入制御モジュールは、加熱室１０３の内部で燃やされる燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節するために、バーナ１０６の（図示されていない）燃料注入器及び酸化剤注入器のそれぞれの弁に作用し得る。

材料１０４の加熱プロセス中に、耐火ライニング１１０の部分１１２の温度は、２色赤外線温度計１１１によって測定され、バーナ１０６の出力は、それが炉１０１にエネルギーを提供して加熱室１０３内で材料１０４の融解を促進し続けるように、前記測定値に基づいて調節される。耐火ライニング１１０が事前設定温度（好ましくは、耐火ライニング１１０の最高動作温度）に到達したとき、バーナ１０６の出力は、事前設定温度又は前記事前設定温度の上若しくは下の一定のマージンを超えたり下回ったりしないように調節される。特に、温度が前記事前設定温度又はマージンを超える場合、バーナ１０６は、（例えば燃やされる燃料及び酸化剤の量を減少させることによって）その出力を最小まで減少させることになるか、又は停止することさえあり、温度が前記事前設定温度又はマージンを下回る場合、バーナ１０６は、（例えば燃やされる燃料及び酸化剤の量を増加させることによって）その出力を増加させることになる。

図２は、炉２０１の加熱室２０３の内部の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を同様に測定する、回転炉２０１の内部の温度を測定するためのシステム２００を示す。図２のシステム２００が、追加の構成要素を含み得ることと、本明細書で説明される構成要素のうちのいくつかが、説明されるシステム２００の範囲を逸脱することなく除去及び／又は変更され得ることとを理解すべきである。そのうえに、システム２００の実装は、かかる実施形態に限定されない。

システム２００は、図１のシステム１００のすべての要素と、炉２０１の外側に位置し、カメラ２１７の絞りを排出炎２０９に向けて前記排出炎２０９の画像を撮るように炉２０１に対して配置された、デジタルカメラ２１７とを備える。システム２００は、容器２０２の壁内に観測ポートを同様に備え、それを通して、加熱室２０３の内部の加熱炎２０８は、前記加熱炎２０８の画像を撮る別のデジタルカメラ２１８によって観察される。両方のカメラ２１７及び２１８は、撮った画像を加熱制御モジュール２１５に送ることができるように加熱制御モジュール２１５に通信可能に結合されている。

カメラ２１７及び２１８の絞り及び露出は、炎２０８及び２０９によって放出された高い光強度に起因する画像のブルーミングを防止するように、手動で又は自動的に調節することができる。カメラ２１７及び２１８は、炎２０８及び２０９の強度などの、炎の少なくとも１つのパラメータに基づいて、炎２０８及び２０９のデジタル電子画像を作成する。電子画像は、加熱制御モジュール２１５にカメラ２１７及び２１８によって電子的に伝送される。

加熱制御モジュール２１５は、炎２０８及び２０９の画像に対応するデジタル信号を、炎の強度又は強度の変化を表し、カメラ２１７及び２１８の視野内にある炎の領域に関するさまざまな値を含み得る、１つ又は複数の値に変換する。強度は検出され、検出強度に対応する一連の値を作成するためにデジタル方式で表現される。検出強度パラメータと炎中に存在している一酸化炭素の濃度との間に直接関係がある。同じく、炎の面積、炎の大きさ、色座標（Ｕ、Ｖ）などの炎の他のパラメータと、炎中の一酸化炭素の濃度との間に、使用され得る直接関係がある。そのうえ、言及した炎のパラメータのいくつかの組合せと、同じ炎のＣＯ濃度との間に他の直接関係がある。それゆえ、これらの他のパラメータ又はパラメータの組合せは、ＣＯ濃度を得るために使用され得る。

かかる実施形態で、加熱制御モジュール２１５は、検出強度パラメータを、炎２０８及び２０９中のＣＯの実際の濃度に対する強度パラメータの事前設定相互関係と比較する。これらの事前設定相互関係強度－ＣＯ濃度は、同時に、ガス採取プローブを使用するガス採取などの確立された技法を介して炎中のＣＯの濃度を測定し、続いて採取されたガスの分析、又は連続的な放出監視を行うこと、及びカメラによって検出されるような強度に基づく値から導出される表現されたパラメータの値を観察すること、並びに測定濃度及びパラメータ値を、コンピュータ内又は書面のカタログ内などの、それらをともに読み出すことができるところにともに記録することによって、前もって確立することができる。このようにして、システムによって表現される各強度パラメータが炎中のＣＯの実際の濃度値に対応する。表現されたパラメータと測定されたＣＯ濃度との間の既存の相互関係の決定は、炉におけるシステムの初期設定中に、既に遂行されている可能性があり、普通は炉を動作させるたびに所与の炉において繰り返す必要がない。しかしながら、オペレータは、異なる炉のためだけでなく、所与の炉を動作させるはずである条件が著しく異なることになる状況で所与の炉において、相互関係の新しいセットを確立することが好ましいと気づくことができる。

システム２００は、追加の酸化剤を加熱室２０３に入れる必要があるとき加熱室２０３に補充の酸化剤を注入するためのランス２１６をさらに備える。この追加の酸化剤は加熱室２０３内で既存のＣＯと反応するために使用されるので、その濃度が低下する。ランス２１６を通した酸化剤の流れは、バーナ２０６の注入を管理する同じ注入制御モジュールによって、又は独立した注入制御モジュールによって制御され得る。注入制御モジュールは、加熱制御モジュール２１５によってすべて管理される。ランス２１６を通過する酸化剤は、酸素、空気、酸素富化空気、又は、少なくとも５０体積％、さらには少なくとも９０体積％の酸素含有量を有する、より高純度の酸化剤とすることができる。ランス２１６を通して炉２０１内に供給される酸化剤の酸素含有量は、バーナ２０６に供給される酸化剤の酸素含有量に対して同じであっても異なっていてもよい。

材料２０４の加熱プロセス中に、耐火ライニング２１０の部分２１２の温度は測定され、バーナ２０６の出力は、それが炉２０１にエネルギーを提供して加熱室２０３内で材料２０４の融解を促進し続けるように、調節される。耐火ライニング２１０が事前設定温度に到達したとき、バーナ２０６の出力は、事前設定温度又は前記事前設定温度の上若しくは下の一定のマージンを超えたり下回ったりしないように（増加されるか又は下げられて）調節される。したがって、バーナによって燃やされるために注入される燃料及び／又は気体状酸化剤の量は、融解プロセス中に図１の実施形態について説明したように調節されることになる。

前の段落で説明したように耐火ライニング２１０の温度が制御されている同じ時に、ＣＯ濃度は加熱制御モジュール２１５によって同様に測定される。炎中のＣＯの濃度の値が前もって設定され、それにより、その事前設定値より高いＣＯ濃度値は、許容可能でないと考えられ、下げられるべきである。例えば、３体積％以上のＣＯ濃度が、危険である、環境に有害である、環境規制に違反する、又は炉の経済的及び熱力学的条件の望ましくない不均衡を示すなどの、いくつかの理由で許容し難いと考えることができる。

炎２０８、２０９の検出及び処理された強度パラメータが、事前設定閾値を超える実際のＣＯ濃度に対応するとき、システムは、炉２０１内でランス２１６を介して追加の酸化剤を注入するという結果をもたらす行為を行うので、検出された過剰のＣＯの少なくとも一部が炉２０１の内部で燃やされ、煙道２０７を介して炉２０１から出るＣＯがより少なくなるように、追加の酸素は加熱室２０３内に存在しているＣＯと反応するはずである。この余分の酸化剤は、燃料を燃やすために必要とされる酸化剤と無関係であり、検出されるＣＯのレベルに適するようにいつでも変えることができる。通常、ＣＯは加熱プロセスの第１のフェーズ中に生成される。特に、ＣＯは、通常、原材料の装填及び炭素質材料が燃やされるときの加熱の始まりに対応する最初の１５～２０分の間に生成される。残りの時間は、すべての炭素質材料が既に燃やされているので、普通はＣＯが生成されない。

好ましくは、システムは、オペレータが、バーナ２０６を通して供給される酸化剤及び燃料の化学量論比を調節しなくてもよいように、検出された過剰のＣＯと反応するために炉２０１内に追加の酸化剤を提供するためのランス２１６を有することになるが、追加の酸化剤を注入する他の方法を使用することができる。例えば、加熱制御モジュール２１５は、燃料の流量を増加させることなくバーナ２０６及び／又はランス２１６を使用して炉２０１内に供給される酸化剤の量を増加させてもよい。代わりに、加熱制御モジュール２１５は、炉２０１内に供給される酸化剤の量を減少させることなく、炉内に供給される燃料の量を減少させてもよい。

追加の酸化剤の注入は、炎中のＣＯ濃度を表している検出及び処理された値が前述の事前設定閾値以下の値に下がるまで続くことになる。より好ましくは、追加の酸化剤の注入を遂行しなければならない回数を最小化するために、追加の酸化剤は、検出及び処理された値が、事前設定閾値を０．５％から２％下回るなどの、事前設定閾値未満になるまで提供されるべきである。

例として、天然ガスが燃料として使用され、酸素が気体状酸化剤として使用されるとき、天然ガス１モルあたり２．１モルの酸素の化学量論的関係が使用され得る。この化学量論的関係ですべての天然ガスが炉２０１の内部で燃やされ、（理論的に）ＣＯ排出がない。しかしながら、加熱される材料２０４中の炭素質材料の存在又は他の原因により、過剰のＣＯが検出される可能性がある。そのとき、追加の酸素がＣＯ過剰分と反応して、それが燃やされるように、加熱室２０３内の酸素の量を増加させるべきである。したがって、加熱制御モジュール２１５は、ランス２１６を通して前記追加の酸素を注入して、ある期間、天然ガス１モルあたり２．２（又はより高い）モルの酸素に化学量論的関係を増加させることができる。これは、バーナ２０６によって燃やされている燃料を増加又は減少させることなくＣＯを燃やすことを可能にするので、耐火ライニング２１０の温度は、予め定められた温度で維持することができる。追加の酸化剤の注入は、バーナと無関係であるから、耐火ライニング２１０の温度を管理するためのバーナの化学量論的関係及びＣＯ濃度を下げるための追加の酸化剤の注入は、加熱制御モジュール２１５によって別々に管理され得る。

図３は、本発明の特定の実施形態による、反射炉３０１の内部の温度を測定するためのシステム３００を示す。図３のシステム３００が、追加の構成要素を含み得ることと、本明細書で説明される構成要素のうちのいくつかが、説明されるシステム３００の範囲を逸脱することなく除去及び／又は変更され得ることとを理解すべきである。そのうえに、システム３００の実装は、かかる実施形態に限定されない。

システム３００は、図１及び図２のシステム１００、２００と類似し得るが、図３の反射炉３０１に設置され得る。反射炉３０１は、加熱又は処理される材料を燃料との接触から隔離するが、燃焼ガスとの接触からは隔離しない。炉３０１は、６つのバーナ、４つの空気－燃料バーナ３０６ａ及び２つの酸素－燃料バーナ３０６ｂを備える。かかる実施形態で、排出炎３０９の画像を撮るために容器３０２の外部に位置するカメラ３１７と、加熱炎３０８の観測ポートを通して画像を撮るために容器３０２に結合されるか又は近接して位置するカメラ３１８とがある。特に、前記カメラ３１８は、加熱炎が煙道３０７を通って出て行く前に、６つのバーナ３０６ａ～ｂによって生成される炎３０８のマージの結果として生じる、加熱炎の画像を撮る。煙道は、開閉式扉３０５に結合される代わりに容器３０２に流体結合される。両方のカメラ３１７及び３１８は、撮った画像を加熱制御モジュール３１５に送ることができるように加熱制御モジュール３１５に通信可能に結合されており、その画像から、加熱制御モジュール３１５は、加熱室３０３の内部のＣＯ濃度を導出することができる。２色赤外線温度計３１１は、同様に、炉３０１の動作中に加熱室３０３内の耐火ライニング３１０の部分３１２の温度を測定するように構成される。

部分３１２の測定温度及び炎３０８、３０９中のＣＯ濃度、並びにそれぞれの事前設定温度及び最大ＣＯ濃度からの対応する偏差に基づいて、加熱制御モジュール３１５は、図２の実施形態のために解説したように、加熱室３０３内でバーナ３０６ａ～ｂによって燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更することができる。

図４は、本発明の特定の実施形態による、炉内の燃焼を制御するための方法４００のフローダイヤグラムを示す。図４は、図１のシステムを参照して解説されることになるが、炉内の燃焼を制御するための方法４００は、図２及び図３のシステムで実装されてもよい。

方法４００のステップ４０１において、炉１０１の内部の温度を測定するためのシステム１００が提供される。方法４００は、さらに、その他のタイプの水平に配置された炉、及び異なる形状を持つ炉で同様に上手く実践され得る。

方法４００のステップ４０２において、多波長高温計１１１は、炉１０１の動作中に加熱室１０３内の耐火ライニング１１０の部分１１２の温度を測定する。耐火ライニング１１０の異なる部分を測定する２つ以上の多波長高温計１１１があってもよく、結果として生じる温度は、すべての測定温度の平均であってもよい。

方法４００のステップ４０３において、加熱制御モジュール１１５は、測定された温度を受け取り、それを事前設定温度と比較する。この事前設定温度は、耐火ライニングの耐火材料の最高動作温度以下とし得る。

方法４００のステップ４０４において、加熱制御モジュールは、比較の結果に基づいて、加熱室１０３内でバーナ１０６によって燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを調節する。

いくつかの実施形態で、加熱制御モジュール１１５は、前記バーナ１０６に供給される燃料の量に対する気体状酸化剤の量を増加又は減少させることによって、バーナ１０６によって燃やされるために炉１０１内で利用可能な気体状酸化剤、例えば酸素の量を調節することができる。いくつかの他の実施形態で、加熱制御モジュール１１５は、前記バーナ１０６に供給される気体状酸化剤の量に対する燃料の量を増加又は減少させることによって、バーナ１０６によって燃やされるために炉１０１内で利用可能な炉内の燃料の量を調節することができる。それゆえ、加熱制御モジュール１１５は、測定された温度に基づいて、ひいては測定された温度と事前設定温度との差に基づいて、バーナ１０６によって燃やされるために注入される燃料及び／又は気体状酸化剤の量を調節する。

いくつかの実施形態で、測定された温度が事前設定温度を超えるとき、本方法は、燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを、所定の期間事前設定温度と等しくなるように耐火ライニング１１０の温度、ひいては加熱室１０３内の温度を下げるために効果的な量に変更することを含む。

いくつかの実施形態で、測定された温度が事前設定温度よりも低いとき、本方法は、燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを、所定の期間事前設定温度と等しくなるように耐火ライニング１１０の温度、ひいては加熱室１０３内の温度を上げるために効果的な量に変更することを含む。

いくつかの実施形態で、加熱制御モジュールは、少なくとも１つのデジタルカメラから、加熱室の内部の炎及び排出炎のうちの少なくとも１つの画像を受け取る。炉の各バーナが、加熱室の内部の材料を加熱する炎を生成する。例えば、加熱制御モジュールは、排出炎の画像を撮る外部カメラの画像のみを受け取ってもよく、又は、加熱室の内部の１つ若しくは複数の炎の写真を撮る、炉に結合された１つ若しくは複数のカメラから画像を受け取るのみでもよく、又は排出炎と加熱室の内部の炎の両方の画像を受け取ってもよい。

いくつかの実施形態で、本方法は、加熱制御モジュールにおいて、少なくとも１つのカメラから加熱室の内部の炎及び排出炎のうちの少なくとも１つの画像を受け取ることと、加熱制御モジュールによって、画像中の炎の少なくとも１つのパラメータに基づいて炎中のＣＯ濃度を決定することとを含む。炎中のＣＯ濃度は、加熱室内のＣＯ濃度に対応する。それから、加熱制御モジュールは、決定されたＣＯ濃度を事前設定されたＣＯ濃度と比較し、少なくとも１つのバーナに、温度の比較の結果と一酸化炭素濃度の比較の結果との組合せに基づいて、加熱室内で燃やされる燃料の量及び気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更させる。好ましくは、加熱制御モジュールは、耐火材料の温度が予め定められた温度に可能な限り近く、同時に一酸化炭素の排出が最小化されるような方法で、加熱室内で燃焼させる燃料の量と気体状酸化剤の量との間の折合いを見出すように構成されることになる。好ましくは、耐火材料の現在の温度が可能な限り予め定められた温度に近いという条件で、一酸化炭素の排出は、ゼロに向かうべきである。

加熱制御モジュール１１５、２１５は、上述の機能を行うハードウェア及びソフトウェアロジックを含む。より具体的には、加熱制御モジュール１１５、２１５は、中央処理装置（ＣＰＵ）、半導体ベースのマイクロプロセッサ、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、命令を検索及び実行するように構成されたフィールドプログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、機械可読記憶媒体に記憶された命令の検索及び実行に適した他の電子回路部品、又はそれらの組合せのうちの少なくとも１つであり得る処理装置を統合し得る。処理装置は、上述の機能を行うために機械可読記憶媒体に記憶された命令を取り出し、デコードし、実行することができる。機械可読記憶媒体は、加熱制御モジュール１１５、２１５内に位置してもよく、又は実行のために（例えば、コンピュータネットワークを介して）加熱制御モジュール１１５、２１５から離れているがアクセス可能に位置してもよい。本明細書で使用するとき、「機械可読記憶媒体」は、実行可能命令、データなどの情報を収納又は記憶するための任意の電子式、磁気式、光学式、又は他の物理的記憶装置とし得る。

この文書で、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語及びその派生（「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、など）は、除外する意味で理解されるべきでなく、すなわち、これらの用語は、説明及び定義されているものがさらなる要素、ステップなどを含み得る可能性を除外すると解釈されるべきでない。本明細書で使用する「別の」という用語は、少なくとも第２の又はそれ以上の、と定義される。本明細書で使用する「結合される」という用語は、別段の指示がない限り、何も介在要素なく直接的にであるか、少なくとも１つの介在要素を用いて間接的にであるかにかかわらず、接続されると定義される。２つの要素は、機械的、電気的に結合することができ、又は通信チャネル、経路、ネットワーク、又はシステムを通して通信可能にリンクすることができる。

本発明は、明らかに、本明細書に説明された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に定められた本発明の全体的な範囲内で、（例えば、材料、寸法、構成要素、構成などの選択に関して）当業者によって考慮され得る任意の変形形態を同様に網羅する。

１００、２００、３００ システム
１０１、２０１、３０１ 炉
１０２、２０２、３０２ 容器
１０３、２０３、３０３ 加熱室
１０４、２０４ 材料
１０５、２０５、３０５ 開閉式扉
１０６、２０６、３０６ バーナ
１０７、２０７、３０７ 煙道
１０８、２０８、３０８ 炎／加熱炎
１０９、２０９、３０９ 排出炎
１１０、２１０、３１０ 耐火ライニング
１１１ 多波長高温計／２色赤外線温度計
１１２、２１２、３１２ 部分
１１３ 表面
１１４ 垂直軸
１１５、２１５、３１５ 加熱制御モジュール
２１６ ランス
２１７、２１８、３１７、３１８ カメラ
３１１ ２色赤外線温度計
４００ 方法
４０１、４０２、４０３、４０４ ステップ

Claims (15)

1. 炉（１０１）の内部の温度を測定するためのシステム（１００）であって、前記炉（１０１）は、
   材料（１０４）が加熱される加熱室（１０３）を画定する容器（１０２）と、
   開閉式扉（１０５）と、
   燃料及び気体状酸化剤を燃やすように構成された少なくとも１つのバーナ（１０６）であって、各バーナ（１０６）が、前記材料（１０４）を加熱する前記加熱室（１０３）の内部で炎（１０８）を生成する、バーナ（１０６）と、
   排出炎（１０９）が前記加熱室（１０３）から外へ伸びる煙道（１０７）と、
   を備え、
   前記システム（１００）が、前記炉（１０１）に結合された少なくとも１つの多波長高温計（１１１）を備え、前記少なくとも１つの多波長高温計（１１１）は、前記材料（１０４）と直接接触していない、前記加熱室（１０３）の耐火ライニング（１１０）の一部分（１１２）に向けられており、それにより、前記少なくとも１つの多波長高温計（１１１）が、前記炉（１０１）の動作中に前記耐火ライニング（１１０）の前記対応する部分（１１２）の前記温度を測定するように構成されることを特徴とする、
   システム（１００）。
2. 前記炉（１０１）は、水平に配置された炉であり、前記少なくとも１つの多波長高温計（１１１）は、前記加熱室（１０３）の終端に、前記材料（１０４）が液体になるときに前記材料（１０４）の表面（１１３）の上方に距離（ｄ）を置いて位置する、前記耐火ライニング（１１０）の一部分（１１２）に向けられる、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記炉（１０１）は、回転炉、傾斜回転炉及び反射炉を含む群から選択される、請求項１又は２に記載のシステム（１００）。
4. 前記少なくとも１つの多波長高温計（１１１）は、２色赤外線温度計である、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
5. 前記少なくとも１つの多波長高温計（１１１）は、前記開閉式扉（１０５）又は前記容器（１０２）の壁に結合されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
6. 前記少なくとも１つの多波長高温計（１１１）及び前記少なくとも１つのバーナ（１０６）に通信可能に結合された、加熱制御モジュール（１１５）を備え、前記加熱制御モジュール（１１５）は、
   前記少なくとも１つの多波長高温計（１１１）から前記耐火ライニング（１１０）の前記部分（１１２）の前記測定温度を受け取り、
   前記測定温度に基づいて前記加熱室（１０３）内で前記少なくとも１つのバーナ（１０６）によって燃やされる前記燃料の量及び前記気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更する
   ように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
7. 前記炉（２０１）の外部に位置するか、又は前記開閉式扉（２０５）若しくは前記容器（２０２）の前記壁に取り付けられた、少なくとも１つのカメラ（２１７、２１８）を備え、前記少なくとも１つのカメラ（２１７、２１８）は、前記加熱室（２０３）の内部の前記炎（２０８）及び前記排出炎（２０９）のうちの少なくとも１つの画像を撮るように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム（２００）。
8. 前記加熱制御モジュール（２１５）は、
   前記少なくとも１つのカメラ（２１７、２１８）から前記炎（２０８、２０９）の前記画像を受け取り、
   前記画像中の前記炎（２０８、２０９）の少なくとも１つのパラメータに基づいて前記炎（２０８、２０９）中の一酸化炭素濃度を決定する
   ように構成される、請求項７に記載のシステム（２００）。
9. 前記少なくとも１つのパラメータは、炎の強度、炎の面積、炎の長さ、前記炎の色座標（Ｕ、Ｖ）及びそれらの任意の組合せを含む群から選択される、請求項８に記載のシステム（２００）。
10. 前記加熱制御モジュール（２１５）は、前記測定温度と、前記加熱室（２０３）の内部の前記炎（２０８）及び前記排出炎（２０９）のうちの少なくとも１つにおける一酸化炭素濃度との組合せに基づいて、前記加熱室（２０３）内で前記少なくとも１つのバーナ（２０６）によって燃やされる前記燃料の前記量及び前記気体状酸化剤の前記量のうちの前記少なくとも１つを変更するように構成される、請求項８又は９のいずれか一項に記載のシステム（２００）。
11. 炉内の燃焼を制御するための方法（４００）であって、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム（１００、２００）を提供すること（４０１）と、
    前記炉の動作中に前記少なくとも１つの多波長高温計を用いて前記加熱室の前記耐火ライニングの一部分の温度を測定すること（４０２）と、
    加熱制御モジュールによって、前記測定温度を前記耐火ライニングの事前設定温度と比較すること（４０３）と、
    前記比較の結果に基づいて前記加熱室内で燃やされる前記燃料の量及び前記気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更すること（４０４）と、
    を含む、方法（４００）。
12. 前記事前設定温度は、前記耐火ライニングの耐火材料の最高使用温度である、請求項１１に記載の方法（４００）。
13. 前記測定された温度が前記事前設定温度を超えるとき、前記方法（４００）は、前記加熱制御モジュールによって、燃料の前記量及び気体状酸化剤の前記量のうちの少なくとも１つを、所定の期間で、前記事前設定温度と等しくなるように、前記耐火ライニングの前記温度を下げるために効果的な前記量に変更することを含む、請求項１１又は１２に記載の方法（４００）。
14. 前記測定された温度が前記事前設定温度よりも低いとき、前記方法（４００）は、前記加熱制御モジュールによって、燃料の前記量及び気体状酸化剤の前記量のうちの少なくとも１つを、所定の期間で、前記事前設定温度と等しくなるように、前記耐火ライニングの前記温度を上げるために効果的な前記量に変更することを含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法（４００）。
15. 前記加熱制御モジュールにおいて、前記少なくとも１つのカメラから前記加熱室の内部の前記炎及び前記排出炎のうちの少なくとも１つの画像を受け取ることと、
    前記加熱制御モジュールによって、前記画像中の前記炎の少なくとも１つのパラメータに基づいて前記炎中の一酸化炭素濃度を決定することと、
    前記加熱制御モジュールによって、前記決定された一酸化炭素濃度を事前設定された一酸化炭素濃度と比較することと、
    前記加熱制御モジュールによって、前記少なくとも１つのバーナに、温度の前記比較の結果と一酸化炭素濃度の前記比較の結果との組合せに基づいて、前記加熱室内で燃やされる前記燃料の量及び前記気体状酸化剤の量のうちの少なくとも１つを変更させることと、
    を含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法（４００）。

Images