JP2759645B2 - タンディッシュの予熱に供せられる排熱回収式バーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の目的＞ 産業上の利用分野 本発明はタンディッシュの予熱に供せられる排熱回収
式バーナに係り、詳しくは、タンディッシュを予熱装置
によって予熱する時に、予熱用バーナをタンディッシュ
に着装して燃焼させることによってタンディッシュを予
熱し、予熱した後は離脱される構造に構成される一方、
タンディッシュ内で発生する燃焼排ガスの顕熱（平らた
く云うと、高温排ガスの保有熱）により、燃焼ガスの燃
焼に要求される燃焼用空気を予熱できる排熱回収式バー
ナに係る。 従来の技術 従来から、タンディッシュ予熱用バーナの一つとし
て、排熱回収式バーナが用いられている。 この型式のバーナは、第３図ならびに第４図に示すと
おり、先端に所謂バーナチップが取付けられ、その内部
に燃焼室が形成され、中心流として送られる燃料ガスの
周囲から燃焼用空気が噴射されて混合気が形成され、こ
の混合気がバーナチップ内の燃焼室で着火燃焼される。
また、燃焼室の外周、つまり、バーナチップの外周に燃
焼時に生成する排ガスをバーナ本体内に吸引する排ガス
吸引通路が設け、この排ガスの顕熱によって燃焼用空気
が混合される前に予熱される。 その代表的なものとして、第２図ならびに第３図によ
りさらに詳しく示すと、次のとおりである。 第２図ならびに第３図に示すように、タンディッシュ
蓋などにバーナ孔5aが形成されており、そのバーナ孔5a
の壁部５に排熱回収式バーナが取付けられ、このバーナ
によってタンディッシュの内部は予熱される。 すなわち、この型式のバーナには、燃料ガスを供給す
る燃料通路７の周囲に環状の空気通路８が設けられてい
る。ちなみに、第２図に示す例では周囲に２つの空気通
路８、第３図に示す例では１つの空気通路８が設けられ
ている。 第２図に示す例では、この空気通路８からの燃焼用空
気と燃料通路７からの燃料ガスとは混合室３で混合す
る。この混合促進のために、燃料通路７の先端は絞って
ガスノズル14が形成され、燃料ガスは絞られて高速で吐
出し、周囲から吐出する燃焼用空気と良好に混合する。 混合室３の先端も絞られてスロート部２が形成され
て、混合室３内で形成された混合気はスロート部２で絞
られてバーナチップの燃焼室１内に吐出する。混合気は
燃焼室１内で着火燃焼され、高温火炎はタンディッシュ
等内に向けて吐出する。 第３図に示す例は、第２図に示す例と相違して混合室
が設けられていない。この例では、燃料ガスの燃焼を混
合気形成と着火に分けて行なうことなく、バーナチップ
の燃焼室１内で燃料ガスと燃焼用空気と混合しかつ着火
燃焼させ、タンディッシュ内部に火炎を吐出させてい
る。 これら何れの型式のものであっても、排熱回収の方式
は、燃焼室１の外周に近接させて排ガスの吸引口6aを設
け、この吸引口6aに連結して排ガス通路６を設け、排ガ
ス通路６の他端からエゼクタ９により排ガスを吸引する
ように、構成されている。このように構成すると、排ガ
スの顕熱によって空気通路８内の燃焼用空気を予熱でき
る。 この排熱回収方式をとると、燃料ガスと燃焼用空気の
混合を促進し急速に燃焼させかつ火炎の安定化を達成す
るために設けた先端の燃焼室１が排ガスによっても加熱
されてきわめて高温になるため、後記の通りの点が問題
になる。 すなわち、先端の燃焼室１からの高温火炎によって排
ガス吸引口6aが閉塞又は短絡され易く、これの防止のた
めに、燃焼室１の先端は少なくとも炉蓋の内側面４のレ
ベルまでは延ばされ、これによって排ガスが吸引口6aか
ら円滑に吸引されるようになっている。 また、燃焼室１の口径を広く構成し、この広口の広が
り部分で渦流を発生させて燃料ガス・空気の混合を促進
し、また、口径が大きくなることによって燃料ガス・空
気の混合流の流速を低下させて、これら２つの条件をも
って火炎の安定燃焼を確保する一方、上記のように燃焼
室１を長くすることによって高温火炎の排ガス吸引口6a
への短絡を防止する。これが燃焼室１の役目でもある。 しかしながら、このように燃焼室１は火炎の安定確保
のために必要なものであるが、燃焼室を設けることによ
って、燃焼室の中では混合気が燃焼するために、燃焼熱
の影響を受けるとともに、燃焼室１の外壁は排ガスの対
流伝熱の影響を受けることになり、その上、タンディッ
シュ内から熱輻射を受けることにもなって、燃焼室１は
きわめて高温になる。 とくに、このように高温になる燃焼室１は一体なもの
としてセラミックス製（耐熱性がよい）として構成され
るが、セラミックス製であるために、次のような欠点が
ある。 （１）燃焼室１の口径を広く構成すると、それに応じ
て、炉蓋５のバーナ孔5aに占める割合が大きくなり、こ
れに併せて、火炎の吐出速度も小さくなる。 このように燃焼室１からの火炎の吐出速度が小さくな
ると、高温火炎によって排ガス吸引口6aへの短絡がおこ
り易く、これを防止するには、バーナ孔5aの大きさを一
層大きくすることが必要となる。 しかし、バーナ孔5aを大きくすると、バーナの設置面
積が大きくなって、設置すべきバーナの本数が制限され
て好ましくない。 （２）バーナを着脱するときに、燃焼室のバーナチップ
を急熱および急冷すると、熱スポールにより破損され易
い。 （３）セラミックスそのものが高温にさらされるから、
寿命が短い。 （４）混合室３の先端金物などにセラミックスの燃焼室
１のバーナチップを固定するときに、バーナチップのセ
ラミックスに固定用穴を開けると、その部分から亀裂が
入り破損し易い。 （５）燃焼室を構成するバーナチップがセラミッスクか
らなっていると、その内側と外側の温度差が大きく、内
・外面方向での温度勾配が大きくなり、この温度勾配が
大きいことから破損し易い。 （６）振動の大きい所で使用する場合、振動によってバ
ーナチップが破損し易い。 （７）バーナ着装時に衝撃により破損し易い。 （８）バーナチップを長くして、高温火炎の排ガス吸引
口6aへの短絡を防止しようとすれば、バーナチップの重
量が大きくなり、横置式の場合には、バーナチップの金
物が変形し易く、バーナの性能が損なわれる。 さらに、先端に燃焼室１を構成するバーナチップを設
けると、この排熱回収式バーナを鉄鋼その他の金属の連
続鋳造機のタンディッシュの予熱に用いると、予熱毎に
着脱するために、次のとおりの問題がある。 すなわち、第４図はタンディッシュの予熱装置として
従来例の排熱回収式バーナを用いるときの全体図であっ
て、第４図から明らかな如く、予熱時には、被加熱物の
タンディッシュ15がクレーン（図示せず）によって架台
（図示せず）の上に載せられ、排熱回収式バーナ11は点
線位置と実線位置との間で旋回し、上部からタンディッ
シュ蓋５の装着孔5aに装着される。この場合では、排熱
回収式バーナ11は上記の如く旋回移動し、予熱毎にタン
ディッシュ15がクレーンによって移動し、これら移動に
よってバーナ着脱時に大きな振動、衝撃をうけ、内部に
燃焼室１を有するバーナチップはセラミックスから構成
されていることもあって、破損する。 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、従
来例のものは、混合気の形成ならびに火炎の安定性等か
らセラミックス製のバーナチップによって燃焼室が設け
られているが、これにもとずく欠陥を除去するために、
バーナチップによって燃焼室を設けない。 すなわち、従来例の排熱回収式バーナは、上記の如
く、火炎の安定燃焼のために、バーナチップを設け、そ
の内部に燃焼室を構成する。その上、この燃焼室は、炉
内側に延長することによって、側部の排ガス吸引口から
の排ガスの吸引が短絡しないように防止している。 また、燃焼室を設けるために、バーナチップを介在さ
せると、バーナチップは炉内側に突出させることもあっ
て、燃焼ガスの火炎の燃焼熱、排ガス側からの対流伝熱
による影響を受けて高温化し、このためにセラミックス
からなる燃焼室は熱的に破壊され易く、更に、バーナチ
ップが炉内側に突出するために、タンディッシュの予熱
用として着脱式として構成する場合には、バーナチップ
が着脱時の障害になり、実用上使用に耐え得ない。 そこで、燃焼室を形成するためのバーナチップを除去
できれば、タンディッシュ予熱用として容易に着脱式と
して構成できるが、燃焼室の除去は、安定火炎燃焼が得
られないし、更に、炉内なタンディッシュ炉蓋内部に突
出するバーナチップが介在しないために、吐出する混合
気によって、高温の排ガスを側部の吸引口からの吸引が
短絡され、加熱効率が著しく低下し、バーナ本体の過
熱、溶損が生じ、これによってバーナ寿命の低下を引き
起こす危険がある。 要するに、本発明は、混合室の先端にセラミックス等
から成るバーナチップによる燃焼室を設けることなく、
容易に着脱できる形式に構成するのにも拘らず、燃焼室
を設けないことに起因する上記問題をことごとく解決し
た排熱回収式バーナを提案するものである。 ＜発明の構成＞ 問題点を解決するための手段ならびにその作用 すなわち、本発明は、燃料ガスを供給する燃料通路
と、その外周に設けられて燃焼用空気を供給する空気通
路と、この空気通路の外周に設けられて燃焼排ガスを吸
引して排出しこの排ガスにより空気通路内の燃焼用空気
を予熱する排ガス通路とが設けられているタンディッシ
ュの予熱に供せられる排熱回収式バーナにおいて、空気
通路をおおう外とうの先端を燃料通路の先端より長く延
長しかつこの延長部を絞って燃料ガスに燃焼用空気を混
合して混合気を形成しこの混合気を燃料通路の外周囲に
設けたパイロットバーナにより着火する混合室を設ける
一方、この混合室の先端に、混合気を燃焼させる燃焼室
を設けることなく、混合室の縦断面積より小さい縦断面
積を有し長さ（ｌ）ならびに内径（Ｄ）が長さ（ｌ）／
内径（Ｄ）＝0.05〜1.0になるよう構成されたスロート
部を設けて成ることを特徴とする。 そこで、これら手段たる構成ならびにその作用を図面
によって更に説明すると、次の通りである。 まず、第１図は本発明の一つの実施例に係る排熱回収
式バーナの一部を断面で示す側面図である。この排熱回
収式バーナはタンディッシュ予熱装置として用いること
ができる。 第１図において符号11は本発明に係る排熱回収式バー
ナを一般的に示し、更に５はタンディッシュの炉蓋、5a
はバーナ孔、４は炉蓋５の内壁面、6aは排ガス吸引口、
６は排ガス通路、７は燃料通路、８は空気通路、９はエ
ゼクタ、10はシール材をそれぞれ示す。 この排熱回収式バーナ11は、燃料ガスの供給口7aから
燃料通路７に燃料ガスが送られる一方、空気の供給口8a
からの燃焼用空気は空気通路８を経て送られ、この燃焼
用空気によって燃料ガスは燃焼される。 炉蓋５によって閉じられて予熱されるタンディッシュ
内の燃焼排ガスはエゼクタ９によって排ガス通路６を経
て吸引され、空気通路８内の燃焼用空気は予熱される。 この燃料通路７の先端を絞ってガスノズル14を形成
し、このノズル14の先端と燃料空気を供給する空気通路
８の先端とに混合室３を設け、更に、混合室３の先端に
は、混合室３の断面より小さい断面のスロート部２を設
ける。 換言すると、混合室３の先端に設けたスロート部２は
混合室の断面より小さい断面に形成するが、このスロー
ト部２の先端には第２図に示す従来例と相違して所謂バ
ーナチップ等の燃焼室を設けない。 すなわち、このバーナ11においては、スロート部２の
先端には混合室３を設けるが、混合室３にはスロート部
２を設けて、スロート部２は一対のシール材10が当接さ
れる炉蓋５の外面より内部に入ることなく、つまり、炉
蓋５のバーナ孔5a内に入ることなく設けられる。このた
め、混合室３先端のスロート部２には燃焼室などは設け
ていないため、バーナ11の着脱のときには、バーナ11の
先端が炉蓋５内に入ることがない。このため、それによ
って着脱時にも問題が生じない。 更に、燃料通路７の外周には点火用のパイロットバー
ナ13が設けられ、このパイロットバーナ13によって混合
室３内で形成される混合気にこの混合気に着火点をつく
る。 また、以上の構成に係るバーナ11において、混合室３
の先端にはスロート部２を設けるが、従来例のように燃
焼室を設けないことから、混合室３ならびにスロート部
２は次のとおり構成する。 すなわち、混合室３は、第１図に示すように、空気通
路８を包囲する外とう8aの先端を燃料通路７の先端より
延長する一方、この延長部分を絞って、その先端に一定
の内径（Ｄ）を持つ長さ（ｌ）のスカート部２を設け
る。 また、スロート部２は混合室３の流路断面積よりも小
さい流路断面積を有し、スロート部２はその長さ（ｌ）
とスロート部２の内径（Ｄ）の比、つまり、l/Dが0.05
〜1.0、望ましくは0.3〜1.0となるよう、構成する。 このように構成すると、使用上および耐久性に大きな
困難を発生させるバーナチップ等の燃焼室１を除去する
ことができる。 すなわち、混合室３に連結されるスロート部２が設け
られ、その内径と長さとが上記のように構成されると、
混合室で形成される混合気は一部に点火されて膨脹され
てから、断面積の小さいスロート部２に入ると、適当に
圧縮されて、着火された混合気は高速で直線的に吐出さ
せることができ、これによっての排ガスの吸引口6aへの
短絡は起こらないし、バーナ本体の溶損等の事故を回避
することができる。 なお、スロート部２の長さ（ｌ）や内径（Ｄ）を上記
の如く範囲に調整すると、CO等の未燃焼ガスの発生を抑
制し、燃焼を安定させるとともに、スロート部２の過
熱、溶損といった事故を防止することができる。 すなわち、第５図は本発明の一つの実施例に係る排熱
回収式バーナにおけるスロート部２を拡大して示す縦断
面図であって、先端の混合室３において燃料ガスはガス
ノズル14より吐出されると同時に、燃焼用空気の一部と
混合し、この混合気の一部にパイロットバーナ13により
着火させる。 混合室３の先端にはバーナチップ等の燃焼室が存在し
ないが、スロート部２が存在し、このスロート部２の長
さ（ｌ）はある程度長く、タンディッシュの予熱を行な
うなら火炎は安定化する。 しかし、スロート部２の長さ（ｌ）を長くすると、混
合室３で着火された混合気がスロート部２内で燃焼する
割合がふえて、スロート部２が燃焼室のようになって、
この燃焼熱によりスロート部２は過熱し、溶損する。 この点について、スロート部２について試験を行なっ
たところ、スロート部２の燃焼の程度は長さ（ｌ）と内
径（Ｄ）との比が関係し、とくに、一定の範囲におさえ
られた安定した燃焼を行ない、かつ、スロート部２の過
熱溶損を発生させないのには最適範囲が存在することが
わかった。 第６図は炉温900℃、1100℃、1300℃の各ケースにお
けるスロート部２の温度と長さ（ｌ）／内径（Ｄ）との
関係を示すグラフであり、負荷が○印100％、×印75
％、△印50％を示す。第６図から明らかなように、スロ
ート部２の長さ（ｌ）と内径（Ｄ）の比l/Dが1.7以上の
部分では、炉温1300℃に対し、スロート部２は1200℃以
上となり、金属の耐熱温度をはるかに越えることがわか
り、更に、一般的な耐熱合金の耐熱温度から、l/Dは1.0
以下とするのが望ましい。ここで、負荷とはバーナの最
大燃焼量に対するその時の燃焼量の比を示す。 第７図にスロート部２の長さ（ｌ）を変化させたとき
の発生する排ガス中のCO濃度の値を示す、横軸をl/Dと
して示し、負荷は○印100％、×印75％、△印50％であ
る。l/Dが1.0以上であれば、CO濃度は0.01％以下と計測
不能なほど小さく、あるいは全く発生しなくなる。l/D
が0.5以下となると、急激にCOが発生し始め、0.05以下
では１％以上となる。これはスロート部２の長さが小さ
くなると、燃料ガスは燃焼用空気と十分混合する前に、
スロート部２から吐出するため完全燃焼しないことによ
るものと思われる。従って、未燃焼ガスの発生を抑制
し、バーナの加熱効率を低下させないためには、少なく
ともl/Dに0.05以上のスロート部２の長さが必要と判断
される。望ましくは0.3以上にする必要があり、この
時、COの発生は0.02以下に抑制することが可能であると
考えられる。 実 施 例 まず、第１図ならびに第５図に示す如く、本発明に係
る排熱回収式バーナを構成し、このバーナを容量50tの
大型タンディッシュの予熱装置に第８図に示す如く適用
した。なお、第８図において符号２はスロート部、５は
タンディッシュ炉蓋、6aは排ガス吸引口、7aは燃料ガス
供給口、8aは燃焼用空気供給口、９はエゼクタ、10はシ
ール材、11は本発明に係るバーナ、12は軸線、13はパイ
ロットバーナを示し、このバーナ容量は60万Kcal/h、燃
料ガス発熱量は4500Kcal/m³（０℃、１気圧）である。 この際、スロート部２の長さ（ｌ）は70mm、内径
（Ｄ）は100mmでl/D＝0.7であり、燃焼条件は15〜60万K
cal/h（負荷25〜100％）である。 本条件により、タンディッシュの加熱実験を繰り返し
たところ、スロート部２先端の温度は1200〜1300℃の炉
温に対し、940〜1000℃であり、排ガス顕熱による予熱
空気温度は雰囲気1200℃で540〜560℃という結果を得
た。タンディッシュ内部の加熱状況は非常に良好で、内
面全体にほぼ均一な温度分布が得られ、特に、問題とな
るタンディッシュ両端に設けられた溶鋼が通過し、モー
ルドへ落ちるノズルの設置位置のキャスタブル耐火物の
加熱に対しては著しい効果を示し、燃料ガスの削減率は
40〜45％に達した。 なお、第８図に示すように混合室３の先端部をスロー
ト部２で絞るようにすれば、混合室３の圧力は燃料ガス
の背圧として作用するため、空気比の変動を予熱空気温
度の変化にも拘らず小さくすることができた。 ＜発明の効果＞ 以上詳しく説明した通り、本発明は、燃料ガスを供給
する燃料通路と、その外周に設けられて燃焼用空気を供
給する空気通路と、この空気通路の外周に設けられて燃
焼排ガスを吸引して排出しこの排ガスにより空気通路内
の燃焼用空気を予熱する排ガス通路とが設けられていて
タンディッシュの予熱に供せられる排熱回収式バーナに
おいて、空気通路をおおう外とうの先端を燃料通路の先
端より長く延長しかつこの延長部を絞って燃料ガスに燃
焼用空気を混合して混合気を形成しこの混合気を燃料通
路の外周囲に設けたパイロットバーナにより着火する混
合室を設ける一方、この混合室の先端に、混合気を燃焼
させる燃焼室を設けることなく、混合室の縦断面積より
小さい縦断面積を有し長さ（ｌ）ならびに内径（Ｄ）が
長さ（ｌ）／内径（Ｄ）＝0.05〜1.0になるよう構成さ
れたスロート部を設けて成ることを特徴とする。 従って、本発明に係る排熱回収式バーナは、従来例の
排熱回収式バーナでは実用上非常に困難であったタンデ
ィッシュ予熱装置に対しても問題なく使用でき、高負荷
で加熱効率の非常に悪かった該予熱装置の排熱回収、燃
料の大幅な削減を行なうことが可能となる。 すなわち、本発明に係る排熱回収式バーナによれば、
燃料ガスと燃焼用空気を混合する混合室の先端に、バー
ナチップ等の燃焼室を設けなくとも、タンディッシュ内
で混合気は良好に燃焼できるため、問題となるバーナチ
ップ等の燃焼室の耐熱性やタンディッシュへの装着等に
全く注意をはらう必要がない。更に詳しく説明すると、
バーナ着脱時の燃焼室の衝突、破損や急熱急冷による熱
スポール破損の可能性およびこれらの問題あるいは保守
点検に要する設備費、保守費や工数を一切考慮する必要
がない。 また、本発明では、断面積の小さいスロート部より高
温火炎を高速で直線的に吐出させることができるため、
高温火炎の排ガス吸引口への短絡を防止し、バーナ本体
の溶損といった事故を回避することができる。更に、ス
ロート部の長さや内径は上記範囲にあるため、CO等の未
燃焼ガスの発生を抑制し燃焼を安定させるとともに、ス
ロート部の過熱溶損といった事故を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一つの実施例に係る排熱回収式バーナ
の一部を断面で示す側面図、第２図ならびに第３図は従
来例に係る排熱回収式バーナの各縦断面図、第４図は従
来例に係る排熱回収式バーナをタンディッシュの予熱に
適用した例の説明図、第５図は第１図に示す排熱回収式
バーナの一部を拡大して示す断面図、第６図はスロート
部の長さ（ｌ）／内径（Ｄ）とスロート部温度との関係
を示すグラフ、第７図はスロート部の長さ（ｌ）／内径
（Ｄ）と排ガス中のCO濃度との関係を示すグラフ、第８
図は本発明に係る排熱回収式バーナによってタンディッ
シュの予熱を行なった例の説明図である。 符号１……燃焼室 ２……スロート部 ３……混合室 ４……炉蓋の内壁面 ５……タンディッシュの炉蓋 ６……排ガス通路 ７……燃料通路 ８……空気通路 ９……エゼクタ 10……シール材 13……パイロットバーナ 15……タンディッシュ 16……ガスノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 浩樹 倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 浅野 孝志 倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 秋山 鉄夫 大阪市西区京町堀２丁目４番７号 中外 炉工業株式会社内 (72)発明者 永井 精和 大阪市西区京町堀２丁目４番７号 中外 炉工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−28492（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−129735（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．燃料ガスを供給する燃料通路と、その外周に設けら
   れて燃焼用空気を供給する空気通路と、この空気通路の
   外周に設けられて燃焼排ガスを吸引して排出しこの排ガ
   スにより前記空気通路内の燃焼用空気を予熱する排ガス
   通路とが設けられていてタンディッシュの予熱に供せら
   れる排熱回収式バーナにおいて、 前記空気通路をおおう外とうの先端を前記燃料通路の先
   端より長く延長しかつこの延長部を絞って前記燃料ガス
   に前記燃焼用空気を混合して混合気を形成しこの混合気
   を前記燃料通路の外周囲に設けたパイロットバーナによ
   り着火する混合室を設ける一方、この混合室の先端に、
   混合気を燃焼させる燃焼室を設けることなく、前記混合
   室の縦断面積より小さい縦断面積を有し長さ（ｌ）なら
   びに内径（Ｄ）が長さ（ｌ）／内径（Ｄ）＝0.05〜1.0
   になるよう構成されたスロート部を設けて成ることを特
   徴とするタンディッシュの予熱に供せられる排熱回収式
   バーナ。