JP3570101B2 - タンディッシュの無酸化保熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続鋳造（以下、単に連鋳とも記す）用のタンディッシュを繰り返し使用するために、当該タンディッシュを無酸化状態で保熱する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼を取鍋から受け取って鋳型へ分配するタンディッシュは、それ自体が発熱体を持たないため、使用に際しては、別途に加熱手段で加熱して、鋳込み可能な温度を確保する必要がある。また、複数台のタンディッシュを交換しながら連続して鋳造を行う（以下、連・連鋳とも記す）場合には、例えば鋼種が変更されるようなときに、待機中のタンディッシュと交換し、それまで使用されていたものは次の再使用時まで待機させるといったようなタンディッシュの使用法があるが、このように待機中のタンディッシュについても、少なくとも使用に供する前に同じく鋳込み可能な温度への加熱が必要となる。
【０００３】
このようにタンディッシュを加熱する場合、従来一般には、タンディッシュの予熱カバーに設けたガスバーナを加熱手段として用い、このガスバーナに、例えばコークスガスのような燃料ガスとその理論必要量の１１０〜１２０％の燃焼空気とを混合したものを送給し、これを当該ガスバーナ内で燃焼させて当該タンディッシュ内面を１２００〜１３００度℃に加熱するようにしている。
【０００４】
ところが、この場合、高温のタンディッシュ中に多量のＯ２ が投入されるため、先の使用（前チャージ）による残鋼・残滓が次チャージ時の予熱の際に酸化されてＦｅＯやＦｅ３ Ｏ４ 等の酸化鉄が生成される。この生成され残存する酸化鉄のＯ成分は、次チャージ時の鋼中成分のＡｌと反応してＡｌ２ Ｏ３ が生成され、その結果、硬質なＡｌ２ Ｏ３ が下工程においてホットヘゲ・フクレ等の品質欠陥を招く要因となる。
【０００５】
このような、所謂ＦｅＯピックアップを抑制防止する技術の確立が求められて、現在では種々の提案がなされている。その一例として、例えば特開平４−２２５６７号公報には、予熱用ガスバーナに供給する燃焼空気量を、供給される燃料ガス量の理論必要量の７０〜１００％とすることにより、タンディッシュ内の雰囲気酸素濃度を従来より低くして残鋼の酸化を抑制防止するというタンディッシュ予熱方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平２−３７９４９号公報には、前述のようなタンディッシュ内の予熱終了に伴い、燃料ガス及び燃焼空気の送給を停止すると同時に不活性ガスであるＡｒでバーナ内に残留しているこれらの残留成分や燃焼排ガスの残留分を払い出して（パージして）、必要に応じて燃料ガス及び燃焼空気を前記予熱カバー内で燃焼せしめ、もって当該タンディッシュ内を短時間でＡｒでパージすることにより残鋼の酸化を抑制防止するタンディッシュ内のガス置換技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平４−２２５６７号公報、特開平２−３７９４９号公報に記載されるタンディッシュの加熱方法そのものは、何れもタンディッシュの使用に際して、それを鋳込み可能な温度まで加熱する手段として、空気と混合した燃料ガスを当該タンディッシュ内で燃焼させて、その内壁を１２００〜１３００℃に保熱又は加熱することを前提としている。ここで、例えば前記特開平４−２２５６７号公報では、燃焼空気の送給量を、燃料ガス送給量の７０〜１００％まで抑制しているが、このような高温下では、残存するＯ２ 成分及び生成される燃焼排ガス中の酸化性成分であるＣＯ２ やＨ２ ＯのＯ成分が残鋼と結合して酸化鉄が生成されてしまい、残鋼の酸化そのものは十分に抑制できないという問題がある。
【０００８】
これを極力抑制するため、前記特開平２−３７９４９号公報に記載されるタンディッシュの加熱方法では、予熱終了後に、わざわざ不活性ガスであるＡｒをタンディッシュ内に吹き込んで燃料ガスと残留酸素とをパージし、これにより非酸化雰囲気に置換するという方法をとっている。しかし、例え不活性ガスのパージ方法を改善して前記予熱終了後のガス置換完了までの所要時間を多少ならず短縮できたとしても、この不活性ガスパージによりタンディッシュ内壁温度が低下して熱損失が生じてしまうし、また加熱中の過剰酸素による残滓の酸化までもは防止できないという問題がある。
【０００９】
これに対して、前記特開平４−２２５６７号公報に記載されるタンディッシュの加熱方法では、予熱ガスバーナへの空気量を理論必要量以下にすることにより、不活性ガスパージを行わずに残鋼の酸化を抑制するものであるから、前者のような問題は生じないとしても、前述のような燃焼排ガスによる当該タンディッシュ内の残鋼の酸化を完全に防止するためにはバーナに供給される燃焼空気量を、燃料ガスの理論空気量の５０％以下にする必要がある。ところが、このように燃焼空気の供給量を極端に低減してしまうと、燃焼時のＯ２ 不足による不完全燃焼という問題が発生し、加熱コストがかかると共に、未燃ガスの処置に防爆やＣＯ中毒対策等の安全上の問題が生じる。
【００１０】
本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、例えば複数台の蓄熱式予熱器を交互に切り替えて不活性ガスを高温に加熱し、これをタンディッシュ内に送給して当該タンディッシュ内を効率的に無酸化状態で保熱するタンディッシュの無酸化保熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明のうち請求項１に係るタンディッシュの無酸化保熱装置は、内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再使用するにあたり、当該タンディッシュに接続された複数の蓄熱式予熱器のうちの何れかから加熱した不活性ガスを当該タンディッシュ内に投入し、残りの蓄熱式予熱器から当該タンディッシュ内に投入された不活性ガスを吸引するタンディッシュの無酸化保熱装置であって、前記各蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部にシール装置を介装し、当該シール装置は、シールを必要とする面間に伸縮性と耐熱性とを有するシール部材を介装し、且つこのシールを必要とする何れか一方又は双方の面を前記シール部材に所定の押圧力で押圧する押圧装置を設けて構成されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に係るタンディッシュの無酸化保熱装置は、内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再使用するにあたり、当該タンディッシュに接続された複数の蓄熱式予熱器のうちの何れかから加熱した不活性ガスを当該タンディッシュ内に投入し、残りの蓄熱式予熱器から当該タンディッシュ内に投入された不活性ガスを吸引するタンディッシュの無酸化保熱装置であって、前記各蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部にシール装置を介装し、当該シール装置は、シールを必要とする面間に伸縮性と耐熱性とを有するシール部材を介装し、且つこのシールを必要とする何れか一方又は双方の面の半体面に、当該シールを必要とする何れか一方又は双方の面を前記シール部材に所定の弾性力で押圧する弾性耐熱部材を配設して構成されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のうち請求項３に係るタンディッシュの無酸化保熱装置は、前記シール装置の周囲を不活性ガスでパージすることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、先に述べたような再使用タンディッシュの鋳込み可能温度確保に関する従来の諸問題を解決する方策として、前述のようなタンディッシュ内での燃焼を伴わないで当該タンディッシュを再使用する、即ち無予熱無酸化再使用プロセスの実現に向けて種々の実験を重ねつつ検討を続けてきた。
【００１６】
本発明者等の実験によると、通常、鋳造中のタンディッシュ内表面温度は溶鋼温度とほぼ等しい１５４０〜１５７０℃程度まで上昇するが、鋳造終了と同時に温度降下が始まり、そのまま待機させると、例えば７０ｔのタンディッシュの場合には凡そ６時間経過後に１１００℃を下回り、１４時間経過後には８５０℃以下になってしまう。
【００１７】
このタンディッシュ内表面温度８５０℃以下の温度では、例えノズル下方から酸素を吹き込んで当該ノズルを連通状態にするための酸素洗浄を行っても、取鍋からタンディッシュに移した溶鋼を当該タンディッシュ底部のノズルから鋳型に注入することは困難である。また、待機中のタンディッシュの温度が低下すると、タンディッシュに溶鋼を注入した際の溶鋼温度の降下量が大きくなるので、鋳造初期の溶鋼温度を確保するには、当該注入時の溶鋼温度を高くするために転炉出鋼温度を高くする必要が生じる。しかし、出鋼温度を高くすることは転炉炉壁寿命の低下につながる不都合もさりながら、このように溶鋼温度を高くすると、鋳造後期にタンディッシュの温度が上昇し過ぎて連続鋳造での必要以上に溶鋼温度が高くなり過ぎ、鋳造速度の低下を余儀なくされて生産性の低下を来したり、ブレークアウトの発生原因になったりする。このため、実際上８５０℃が待機中のタンディッシュの再使用温度下限であることも同時に実験で確認された。
【００１８】
しかも、温度低下に伴ってタンディッシュ内圧力が減少し、これにより外部の空気（大気）が侵入すると、タンディッシュ内酸素濃度が増加することになる。タンディッシュの再使用にあたって残鋼の酸化を防止するには、待機中のタンディッシュ内酸素濃度を、基本的に“０”にする必要のあることが分かっている。そのため、不活性ガスでタンディッシュ内をパージすることなく、待機中のタンディッシュ温度低下を伴う酸素侵入を防止するには、タンディッシュをほぼ完全密閉にしておかなければならない。前述した待機中タンディッシュの温度降下のデータは、この密閉状態での値である。
【００１９】
しかし、完全密閉といっても、温度降下に伴って収縮を続けるタンディッシュ内への外部からの空気の侵入を“０”にすることは実際問題として不可能であるから、このタンディッシュ密閉のみでの完全無酸化の達成は困難である。その対応策としては、不活性ガス（例えばＮ２ ）の連続パージでタンディッシュ外部からの酸素侵入を防止することが考えられる。その可能性を検討すべく、同じく７０ｔタンディッシュについて行った本発明者等の実験によると、１２０Ｎｍ３ ／Ｈの割合で連続的にＮ２ をタンディッシュ内に供給しながら待機させた場合の温度降下は、先のパージ無しの場合よりも急激であり、凡そ３時間で１１００℃、８〜９時間には８５０℃に低下してしまう上、タンディッシュ内のＯ２ 濃度も１〜２％までしか低減できないことが判明した。
【００２０】
こうした結果を踏まえて、本発明者等は、タンディッシュを再使用するにあたり、タンディッシュ外で予め加熱した不活性ガスで当該タンディッシュ内をパージし続けることにより、当該タンディッシュ内表面温度を前記鋳込み可能温度の下限である８５０℃以上に保てば、従来のタンディッシュ内燃焼ガスによる予熱を省いて、無予熱で且つ酸化を防止しつつタンディッシュを再使用に供することが可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２１】
このタンディッシュ外部に設けられ且つ燃焼排ガスや大気をタンディッシュ内部に送給することのない加熱手段としては、種々のものが考えられるが、本発明者等は特に蓄熱式予熱器は少量の燃焼ガスを用いながら、効率よく不活性ガスを加熱することができることに着目したものである。即ち、複数の蓄熱式予熱器をタンディッシュに接続し、何れかの蓄熱式予熱器で不活性ガスを加熱しながらタンディッシュ内にそれを投入し、残りの蓄熱式予熱器でタンディッシュ内の不活性ガスを吸引（リサイクル）しながら燃焼バーナで蓄熱体を加熱するようにすれば、燃焼排ガスや大気がタンディッシュ内に流れ込むことがなく、従って残鋼の酸化を確実に抑制防止しながら、各蓄熱式予熱器のバーナ容量を小さくすることができるから、これを小型化して常時タンディッシュに取付けておくことも可能となる。
【００２２】
また、この複数の蓄熱式予熱器を交互に燃焼させて不活性ガスの投入／吸引を行うタンディッシュの無酸化保熱装置において、特に不活性ガスを投入する際に、ガス流が周りの大気を巻き込んでしまう，所謂エジェクター効果が発生する虞れがあるから、当該蓄熱式予熱器から突設された接続管をタンディッシュの開口部の内部まで挿入することにより、このエジェクター効果による大気の流れ込みを抑制防止して、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００２３】
また、例えばシールしたい面間に介装した伸縮性耐熱性シール部材を押圧装置や弾性部材で当該シールしたい面に押圧したりして構成されるシール装置を、前記蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部に介装してやることで、前述のようなタンディッシュ内への大気の流れ込みを抑制防止して、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００２４】
また、前述のようなシール装置の周囲を不活性ガスでパージすることにより、万が一、当該シール装置によるシール効果が低減したときにも、不活性ガスがタンディッシュ内に流れ込むだけで大気の流れ込みは抑制防止されるから、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００２５】
【実施例】
次に本発明に係るタンディッシュの無酸化保熱方法及びその装置の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
まず、図１に本実施例のタンディッシュの無酸化保熱方法を実施化した無酸化保熱装置の全体構成を示す。タンディッシュ１には、その蓋１ａの開口部１ｂ，１ｃの夫々に、蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂを連結する。これらの蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂには、例えば伝熱面積を大きくするために、球状やパイプ状にしたセラミックスや金属等からなる蓄熱体を充填した蓄熱室３Ａ，３Ｂと、この蓄熱室３Ａ，３Ｂの蓄熱体を加熱するための燃焼室４Ａ，４Ｂとを互いに隣接して一連に備え、挿入管（接続管）７Ａ，７Ｂを介して各燃焼室４Ａ，４Ｂを前記タンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃに夫々連結し、各燃焼室４Ａ，４Ｂ内にはメインバーナ５Ａ，５Ｂ及びパイロットバーナ６Ａ，６Ｂを配設する。なお、前記挿入管７Ａ，７Ｂと前記タンディッシュ１の各開口部１ｂ，１ｃとの間には、タンディッシュ１内部を無酸化状態にするために、後述するシール装置５０Ａ，５０Ｂが介装されている。また、タンディッシュ底部の各ノズルは図示を省略している。
【００２７】
次に互いに類似する前記各蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂへの配管状態を説明するために、このうちの一方の蓄熱式予熱器２Ａを用いて説明すると、まず当該蓄熱式予熱器２Ａの燃焼室４Ａには、当該燃焼室４Ａ内の温度を検出する燃焼室内温度検出器３１Ａと、当該燃焼室４Ａ内の圧力を検出する燃焼室内圧力検出器３３Ａとが取付けられている。また、当該蓄熱式予熱器２Ａの蓄熱室３Ａの出側には、当該蓄熱室３Ａの出側温度を検出する蓄熱室出側温度検出器３７Ａが取付けられ、当該蓄熱室出側温度検出器３７Ａの出力に基づいて作動する温度スイッチ（ＴＳ）３９Ａが設けられている。
【００２８】
そして、前記メインバーナ５Ａは、Ｍガス弁８Ａ，Ｍガス遮断弁５２Ａ，Ｍガス流量調整弁９Ａ及びＭガスオリフィス１０Ａを介して、図示されないＭガス供給源に連結すると共に、同じくＭガス弁８Ａ，Ｍガスパージ用Ｎ２ 遮断弁１１Ａ及びＮ２ 減圧弁１２を介して図示されないＮ２ 供給源に連結されている。ここで、Ｍガスとは燃料ガスであり、例えば転炉で発生する転炉（ＬＤ）ガスとコークス炉で発生するコークス炉（Ｃ）ガスとの混合ガスや、Ｃガスと高炉で発生する高炉（Ｂ）ガスとの混合ガスのことである。また、これらに代えて、ＬＰＧ等の燃料ガス又は液体燃料を用いることも可能である。また、都市ガス，粉体燃料等であっても構わない。なお、このＭガスが供給されるオリフィス１０Ａには、Ｍガス流量検出器２６Ａが設けられている。また、前記Ｍガス弁８ＡとＭガス遮断弁５２Ａ又はＭガスパージ用Ｎ２ 遮断弁１１Ａとの間の配管には放散弁５１Ａが分岐接続され、その反分岐接続端は大気開放されている。
【００２９】
また、前記メインバーナ５Ａは、空気弁１３Ａ，空気流量調整弁１４Ａ，空気オリフィス１５Ａを介して空気供給ファン１６に連結されている。この空気供給ファン１６から燃焼空気が供給される空気オリフィス１５Ａには空気流量検出器２９Ａが設けられている。
【００３０】
また、前記パイロットバーナ６Ａは、前記パイロットバーナ用Ｍガス遮断弁５４を介して前記Ｍガス供給源に連結されると共に、前記パイロットバーナ用Ｎ２ 遮断弁５３及びＮ２ 減圧弁１２を介して前記Ｎ２ 供給源に接続されている。
【００３１】
一方、前記蓄熱室３Ａは、Ｎ２ 弁１７Ａ，Ｎ２ 流量調整弁１９，Ｎ２ オリフィス１８及び前記Ｎ２ 減圧弁１２を介して前記Ｎ２ 供給源に接続されると共に、前記Ｎ２ 弁１７Ａ，Ｈ２ 弁７２，Ｈ２ 流量調整弁７１，Ｈ２ オリフィス７０を介して図示されないＨ２ 供給源に接続され、更に排気弁２０Ａ及び排気流量又は圧力調整弁２１Ａを介して排気ファン２２に接続されている。そして、前記Ｎ２ オリフィス１８には前記Ｎ２ 供給源から供給されるＮ２ の流量を検出するＮ２ 流量検出器４２が設けられ、前記Ｈ２ オリフィス７０には前記Ｈ２ 供給源から供給されるＨ２ の流量を検出するＨ２ 流量検出器７３が取付けられている。また、前記蓄熱室３Ａと排気弁２０Ａとの間には当該蓄熱室３Ａからの排気流量を検出する排気流量又は圧力検出器３５Ａが取付けられ、更に前記排気流量又は圧力調整弁２１Ａと排気ファン２２との間には排気温度を検出する排気温度検出器３８Ａが取付けられ、この排気温度検出器３８Ａの出力に基づいて作動する温度スイッチ４０Ａが設けられている。また、前記蓄熱室３Ａと排気弁２０Ａとの間の配管にはダイリューション弁２３Ａが分岐接続され、その反分岐接続端は、手動又は自動の流量調節バルブ２４Ａを介して大気開放されている（実際の制御上では、後述するように、蓄熱室３Ａからの排気が行われているときにだけダイリューション弁２３Ａが開操作されるために、当該蓄熱室３Ａの排気が前記手動又は自動の流量調節バルブ２４Ａを介して大気開放されることはない）。なお、前記排気弁２０Ａと排気流量又は圧力調整弁２１Ａとの間に接続された排気ガス分析器４１Ａは、当該排気内のＣＯ濃度等を分析検出するためのものである。
【００３２】
そして、前記Ｍガス流量調整弁９ＡのＭガス流量はＭガス流量指示調節計（ＦＩＣ）２７Ａにより、また前記空気流量調整弁１４Ａの空気流量は空気流量指示調節計（ＦＩＣ）３０Ａによって夫々流量制御されるが、両ＦＩＣ２７Ａ，３０Ａは互いに情報の授受を可能とし、従って前記ＭガスＦＩＣ２７Ａは、前記Ｍガス流量検出器２６Ａからの出力に応じたＭガス流量検出値及び燃焼室内温度検出器３１Ａからの出力に応じた燃焼室内温度検出値及び空気ＦＩＣ３０Ａからの制御情報に応じて後述のようにＭガス流量調整弁９ＡのＭガス流量制御を行い、一方、前記空気ＦＩＣ３０Ａは前記空気流量検出器２９Ａからの出力に応じた空気流量検出値及び前記ＭガスＦＩＣ２７Ａの制御情報に応じて後述のように空気流量調整弁１４Ａの空気流量制御を行う。
【００３３】
また、前記排気流量又は圧力制御弁２１Ａの排気流量又は圧力は、前記燃焼室内圧力検出器３３Ａからの出力に応じた燃焼室内圧力検出値及び前記排気流量又は圧力検出器３５Ａからの出力に応じた排気流量又は圧力検出値を読込んだ排気流量又は圧力指示調節計（Ｆ／ＰＩＣ）３４Ａによって後述のように流量又は圧力制御される。
【００３４】
なお、前記蓄熱室出側温度検出器３７Ａからの出力に応じて作動する温度スイッチ３９Ａの出力は、図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、後述する蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂの切替え制御や、後述する不活性ガスであるＮ２ ガスの前記Ｎ２ 流量調整弁９Ａによる投入流量制御等に使用される。また、前記排気ファン２２の近傍に設けられた排気温度検出器３８Ａからの出力に応じて作動する温度スイッチ４０Ａの出力も、図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、排気中に大気を取込む前記流量調節弁２４Ａ（自動制御の場合のみ）の開度調整制御等に使用される。また、前記各開閉弁，例えばＭガス弁８Ａ，空気弁１３Ａ，Ｎ２ 弁１７Ａ，排気弁２０Ａ，ダイリューション弁２３Ａ，Ｈ２ 弁７２等には、夫々の開閉端で作動する図示されないリミットスイッチが設けられており、当該リミットスイッチの出力も、図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、後述するシーケンス制御に用いられる。
【００３５】
一方、他方の蓄熱式予熱器２Ｂ側に関しても、前述の蓄熱式予熱器２Ａと同様に構成され、即ち、メインバーナ５Ｂは、Ｍガス弁８ＢやＭガス流量調節弁９Ｂ等を介して前記Ｍガス供給源に接続されると共に、Ｍガスパージ用Ｎ２ 遮断弁１１Ｂや前記Ｎ２ 減圧弁１２等を介して前記Ｎ２ 供給源に接続される。また、パイロットバーナ６Ｂは、前記パイロットバーナ用Ｍガス遮断弁５４等を介して前記Ｍガス供給源に接続されると共に、前記パイロットバーナ用Ｎ２ 遮断弁５３や前記Ｎ２ 減圧弁１２等を介して前記Ｎ２ 供給源に接続される。また、燃焼室４Ｂは、空気弁１３Ｂや空気流量調整弁１４Ｂ等を介して前記空気供給ファン１６に接続される。また、前記蓄熱室３Ｂは、Ｎ２ 弁１７Ｂや前記Ｎ２ 流量調整弁１９やＮ２ 減圧弁１２等を介して前記Ｎ２ 供給源に接続されると共に、排気弁２０Ｂや排気流量／圧力調整弁２１Ｂ等を介して前記排気ファン２２に接続され、この排気系にはダイリューション弁２３Ｂや手動弁２４Ｂが分岐接続される。その他の詳細な構成についても、前記一方の蓄熱式予熱器２Ａ側と同様であるため、同様の構成要素には同一符号にサフィックスＢを附して、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
次に、前記蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ及びそれらとタンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ａ，５０Ｂについて、図２を用いながら説明する。この蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂやシール装置５０Ａ，５０Ｂは、互いに同等の構成を有するものであるから、ここでは前記他方の蓄熱式予熱器２Ｂ及びそれとタンディッシュ１の開口部１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ｂに代表して、その構成を説明する。
【００３７】
同図において、蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）内に設けられた前記蓄熱室３Ｂ（３Ａ）及び燃焼室４Ｂ（４Ａ）の周囲は、共に高い耐熱性や断熱性を有するが互いに素材の異なる複数の壁部材が積層されており、同図のハッチングの違いがそれらの壁部材の違いを表示している。また、蓄熱室３Ｂ（３Ａ）内の符号３０１が前記蓄熱体であり、ここでは蓄熱体３０１を球状に形成している。この蓄熱体３０１は、前記した蓄熱室３Ｂ（３Ａ）の配管接続部３０３の上方に斜めに配設された耐熱性網部材３０２の上方に多数蓄積されており、蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）が図示の状態にあるときは、これらの蓄熱体３０１の上面は、その安息角に従って同図の二点鎖線ａで示すような状態になる。しかしながら、本実施例の蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）は、排滓時にタンディッシュ１と共に同図の矢印方向に傾転されるために、前記球状の蓄熱体３０１は自重で転がって同図の二点鎖線ｂで示す安息角で安定する。このため、本実施例の蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）の蓄熱室３Ｂ（３Ａ）には、同図のような堰３０４，３０５が形成されている。ちなみに、この蓄熱室３Ｂ（３Ａ）出側（図中ＴＣＡ（ＴＣＢ））の許容上限温度は、主として前記耐熱性網部材３０２の耐熱上限温度に依存する。
【００３８】
一方、この蓄熱室３Ｂ（３Ａ）に隣接する燃焼室４Ｂ（４Ａ）には、前述のようにメインバーナ５Ｂ（５Ａ）のバーナ口が開口され、これに前記Ｍガスと燃焼空気とが供給される。また、このメインバーナ５Ｂ（５Ａ）のバーナ口には、パイロットバーナ６Ｂ（６Ａ）のバーナ口が開口され、このパイロットバーナ６Ｂ（６Ａ）に供給されるＭガス火炎を種火として、前記メインバーナ５Ｂ（５Ａ）を点火する。
【００３９】
さて、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）から下方に延設された挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部は、前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入され、この開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ蓋１ａの上面と前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲で且つ燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間に、シール装置５０Ｂ（５０Ａ）としてリング上に形成された耐熱性チューブ５０１が介装されている。この耐熱性チューブ５０１にはＮ２ 給気口５０２が設けられ、このＮ２ 給気口５０２からＮ２ を加圧供給することで当該耐熱性チューブ５０１が膨らんで、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面とタンディッシュ１の蓋１ａの上面とに密着し、もって挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性，ひいては燃焼室４Ｂ（４Ａ）とタンディッシュ１内部との気密性を維持する。なお、５０３は、前記耐熱性チューブ５０１内のＮ２ 気圧を検出するための検出孔であり、この検出孔５０３で当該耐熱性チューブ５０１の内圧を監視又は制御する。また、図中の５０４は防熱リングであり、蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）とタンディッシュ１との不必要な熱の授受を抑制防止する。また、前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部を開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入していないと、万が一、前記耐熱性チューブ５０１からなるシール装置５０Ｂ（５０Ａ）による挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性（シール性）が低下したとき、燃焼室４Ｂ（４Ａ）から加熱されたＮ２ をタンディッシュ１内部に吹き込む際に、その気体流に沿って生じるエジェクター効果でＯ２ 成分を含む大気がタンディッシュ１内部に流れ込み、もってタンディッシュ１内部を無酸化状態に維持できなくなる虞れがある。そこで、本実施例では挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部を開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入することにより、Ｎ２ 気体流のエジェクター効果による大気の流れ込みを抑制防止できるようにしている。また、上記開口部１ｃ（１ｂ）への挿入は、挿入管７Ｂ（７１）の先端部を開口部１ｃ（１ｂ）内に臨ませればよいが、好ましくは挿入管７Ｂ（７Ａ）と開口部１ｃ（１ｂ）との間隙量よりも多く内部まで挿入することにより確実に大気の流れ込みを抑制することができる。
【００４０】
次に、前記Ｎ２ 流量調整弁１９の開度制御に関するＮ２ の投入流量とリサイクル流量との設定手法について説明する。
まず、図３は前記配管系のうち排気に係る蓄熱式予熱器周辺を抜粋したものであるが、同図において、前記燃焼室内温度検出器３１Ａ，３１Ｂで検出される燃焼室内温度をＴ１ 、前記蓄熱室出側温度検出器３７Ａ，３７Ｂで検出される蓄熱室出側温度をＴ２ としたとき、この蓄熱式予熱器の燃焼時に蓄熱体に蓄えられる熱エネルギーとして、当該蓄熱体の単位時間当たりの受熱量ＱＧ は下記４式で表わされる。
【００４１】
ＱＧ ＝（Ｖ１ ＋Ｖ２ ）×ＣＰＧ×（Ｔ１ −Ｔ２ ） ……… （４）
但し、
ＣＰＧ：燃焼排ガスとリサイクルＮ２ ガスとの混合ガス（排ガス）の比熱
Ｖ１ ：燃焼排ガスの流量
Ｖ２ ：リサイクルＮ２ の流量
である。
【００４２】
また、同図において蓄熱室から外部への単位時間当たりの放散熱量はＱ１ であるから、実質の蓄熱体の単位時間当たりの蓄熱量Ｑ’ Ｇ は下記５式で表れる。
Ｑ’ Ｇ ＝（Ｖ１ ＋Ｖ２ ）×ＣＰＧ×（Ｔ１ −Ｔ２ ）−Ｑ１ ……… （５）
さて、不活性ガスである前記Ｎ２ 投入時の投入流量を設定する際、前述のように蓄熱体に蓄えられた熱量をＮ２ と全量、熱交換しなければ、例えば前記蓄熱体３０１の下方の耐熱性網部材３０２等、蓄熱体の下部温度が上昇して、装置構造の耐熱上の問題が生じる。一方、Ｎ２ 量を必要以上投入することは、当該投入Ｎ２ ガス温度の低下を招き、加熱目的としてのガス供給に支障をきたす，つまり加熱物が加熱されないという問題が発生する。以上より、熱交換上で投入Ｎ２ の温度ＴＮ は前記燃焼室内温度Ｔ１ 以下となるから、熱交換前のＮ２ 温度をＴＮ０とすると、最も有効な投入Ｎ２ 流量ＶＮ は下記６式を満足すればよく、従って前記３式を用いて整理すると下記７式のようになる。ここで、燃焼排ガス流量Ｖ１ は燃焼室の温度によって制御されるため、下記７式はリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ と投入Ｎ２ 流量ＶＮ の設定値を決める際の制約条件になる。
【００４３】
Ｑ’ Ｇ ＝ＶＮ ×ＣＰＮ×（Ｔ１ −ＴＮ０） ……… （６）
∴ＶＮ ＝（ＶＧ ×ＣＰＧ×（Ｔ１ −Ｔ２ ）−Ｑ１ ）／（ＣＰＮ×（Ｔ１ −ＴＮ０））……… （７）
但し、
ＣＰＮ：Ｎ２ の比熱
である。
【００４４】
次に、前記ロジックにおける通常燃焼時間における排ガス流量調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度制御に関する排ガス流量設定手法について説明する。
まず、図４も前記配管系のうち排気に係る蓄熱式予熱器周辺を抜粋したものであるが、同図において、前記燃焼室内圧力検出器３１Ａ，３１Ｂで検出される燃焼室内圧力をＰ１ ，前記排気流量／圧力検出器３５Ａ，３５Ｂで検出される排気圧力（同図では配管内圧力）をＰ３ ，前記ダイリューション弁２３Ａ，２３Ｂから希釈ガスとして用いられる空気の供給圧（即ち，大気圧）をＰ０ とし、更に図示されないタンディッシュ内圧力検出器等で検出されるタンディッシュ内圧力（同図では炉内又はＴ／Ｄ内圧力）をＰ２ としたとき、排ガス流量Ｖは、燃焼排ガス流量Ｖ１ とリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ と希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ との総和，つまりＶ＝Ｖ１ ＋Ｖ２ ＋Ｖ３ となり、このうち、燃焼排ガス流量Ｖ１ は下記８式で表わされる。
【００４５】
Ｖ１ ＝Ｖｍ（Ｇ０ ＋（ｍ−１）Ａ０ ） ……… （８）
但し、
Ｖｍ：総燃料ガス流量
Ｇ０ ：理論燃焼ガス量
Ａ０ ：理論空気量
ｍ ：空気比
である。
【００４６】
また、前記希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ は希釈ガス供給圧（大気圧）Ｐ０ と排気圧力（配管内圧力）Ｐ３ との差圧（Ｐ０ −Ｐ３ ）で決定するから、例えば図５に示すように予め希釈ガス供給圧（＝大気圧）Ｐ０ 及び排気圧力（配管内圧力）Ｐ３ の差圧（Ｐ０ −Ｐ３ ）と希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ との関係を調査しておき、前記検出されたそのときの希釈ガス供給圧（大気圧）Ｐ０ 及び排気圧力（配管内圧力）Ｐ３ の差圧（Ｐ０ −Ｐ３ ）から前記希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ を得ることができる。
【００４７】
一方、前述したようにリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ と投入Ｎ２ 流量ＶＮ との関係は前記７式によって決定されるから、この投入Ｎ２ 流量ＶＮ を決めるとリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ は求まる。ここで、投入Ｎ２ 流量ＶＮ はタンディッシュの加熱に必要な熱量から決まるから、例えば下記９式及び１０式で表される熱バランス式から下記１１式を導出して当該投入Ｎ２ 流量ＶＮ を設定することができる。
【００４８】
ＱＴＤ＝ＡＴＤ×α×（ＴＧＯＵＴ−ＴＴＤ） ……… （９）
但し、
ＱＴＤ ：タンディッシュの受熱量
ＡＴＤ ：タンディッシュの内表面積
α ：タンディッシュ内表面と投入Ｎ２ 間の熱伝達係数
ＴＧＯＵＴ：投入Ｎ２ がタンディッシュから出るときの温度
ＴＴＤ ：タンディッシュ内表面温度
ＱＧ ＝ＶＮ ×ＣＰ ×（ＴＧＩＮ −ＴＧＯＵＴ） ………（１０）
但し、
ＱＧ ：投入Ｎ２ がタンディッシュに放出した熱量
ＣＰ ：投入Ｎ２ の平均比熱
ＴＧＩＮ ：投入Ｎ２ の温度
ここで、ＱＴＤ＝ＱＧ であることから、
ＶＮ ＝ＡＴＤ×α×（ＴＧＯＵＴ−ＴＴＤ）／（ＣＰ ×（ＴＧＩＮ −ＴＧＯＵＴ））………（１１）
このようにして得られた各流量Ｖ１ 〜Ｖ３ の総和から排ガス流量Ｖを設定し、この排ガス流量Ｖが達成されるように前記制御時間の排ガス流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度を制御すればよい。
【００４９】
なお、前記リサイクルＮ２ 流量Ｖ２ は以下のようにして設定することもできる。即ち、前述のようにタンディッシュ内圧力Ｐ２ を検出することができれば、このタンディッシュ内からのリサイクルＮ２ 流量を確保するための必要十分条件は、タンディッシュ内圧力Ｐ２ と燃焼室内圧力Ｐ１ との差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）が正値であることになる。ここで、タンディッシュ内圧力Ｐ２ 及び燃焼室内圧力Ｐ１ の差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）とリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ とは、同等の温度及び圧力下で、一意の関係にあり、従って例えば図６に示すように予め当該タンディッシュ内圧力Ｐ２ 及び燃焼室内圧力Ｐ１ の差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）とリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ との関係を調査しておき、前記検出されたタンディッシュ内圧力Ｐ２ 及び燃焼室内圧力Ｐ１ の差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）を満足するように当該燃焼室内圧力Ｐ１ を制御するために前記リサイクルＮ２ 流量Ｖ２ を設定するようにしてもよく、これに応じて前記前記排ガス流量Ｖを設定すると共に前記前記制御時間の排ガス流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度を制御すればよい。
【００５０】
このような各気体の流量制御を行うことで、少なくとも定常的なＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードにおけるタンディッシュ内圧力を正圧に保持することが可能となろう。しかしながら、Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時には、当該タンディッシュ内圧力を正圧に保持することができなくなる可能性がある。即ち、例えば前記Ｍガス弁８Ａの閉からＭガス弁８Ｂの開までの切替え所要時間では燃焼排ガス流量Ｖ１ は理論的に“０”であり、従って著しい場合には前記リサイクルＮ２ 流量Ｖ２ ＝（排ガス流量Ｖ−ダイリューション流量Ｖ３ ）になってしまう虞れがあり、そのような場合に前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ や排ガス流量Ｖを前記Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの定常時と同様に設定していたのでは、タンディッシュ内圧力が負圧となって、燃焼排ガスや大気をタンディッシュ内に吸引してしまう。
【００５１】
そこで、このようなＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時には、前述のようにＮ２ 流量調整弁１９の開度を開いて投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加させたり、排気流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度を閉じて排ガス流量Ｖを減少させたりすることで、タンディッシュ内圧力を正圧に保持する。より具体的に、例えば投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加させる際の増加投入Ｎ２ 流量ΔＶＮ の設定手法について説明すると、例えばＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」のモード切替え時に燃焼ガス流量Ｖ１ が“０”となるため、当該切替え時におけるリサイクルＮ２ 流量Ｖ２Ｃは、定常時のリサイクルＮ２ 流量Ｖ２Ｓに対して下記１２式で表される。
【００５２】
Ｖ２Ｃ＝Ｖ１ ＋Ｖ２Ｓ ………（１２）
一方、タンディッシュ内の圧力はタンディッシュ開口部（排滓口、ノズル口等）からの放散Ｎ２ 流量ＶＷ に依存する（ＶＷ が多いほどタンディッシュ内の圧力は高くできる）。従ってこの放散Ｎ２ 流量ＶＷ は下記１３式で表される。
【００５３】
ＶＷ ＝ＶＮ −Ｖ２Ｓ ………（１３）
従って、この放散Ｎ２ 流量ＶＷ を切替え時に一定にするためには、前記１２式及び１３式を等号で結んで、整理すれば明らかなように、基本的には燃焼ガス流量Ｖ１ 分だけ投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加すればよい。実際には、定常運転時のリサイクルＮ２ 流量Ｖ２Ｓはタンディッシュ内圧が余裕をもって正圧になるように、限界値よりも小さい値が設定される。従って、定常運転時に設定可能なリサイクルＮ２ 流量の上限値を「Ｖ２Ｓ上限」とし、両者の関係を予め調査しておけば、増加リサイクルＮ２ 流量ΔＶ２ を用いて下記１４式が成立する。
【００５４】
Ｖ２Ｓ上限＝Ｖ２Ｓ＋ΔＶ２ ………（１４）
但し、ΔＶ２ ＞０
また、タンディッシュ内圧を正圧とするために最低限必要な放散Ｎ２ 流量の下限値「ＶＷ 下限」は下記１５式で表される。
【００５５】
ＶＷ 下限＝ＶＮ −Ｖ２Ｓ上限 ………（１５）
従って、前記１４式及び１５式から下記１６式を得、この１６式と前記１２式とから下記１７式を得る。
【００５６】
ＶＷ 下限＝ＶＮ −（Ｖ２Ｓ＋ΔＶ２ ） ………（１６）
ＶＷ 下限＝ＶＮ −（Ｖ２Ｃ−Ｖ１ ）−ΔＶ２
＝ＶＮ −Ｖ２Ｃ＋Ｖ１ −ΔＶ２ ………（１７）
従って、この１７式から、タンディッシュの内圧を正圧にするためには、少なくとも「Ｖ１ −ΔＶ２ 」だけ投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加してやればよいから、この関係は下記１８式を満足するように増加投入Ｎ２ 流量ΔＶＮ を設定してやればよい。
【００５７】
ΔＶＮ ≧Ｖ１ −ΔＶ２ ＝Ｖ１ −（Ｖ２Ｓ上限−Ｖ２Ｓ） ………（１８）
なお、この切替え時に排ガス流量を減少した場合には、前記増加投入Ｎ２ 流量ΔＶＮ を更に小さくすることができる。このことは、排ガス流量の減少分をＶ１ 減少分と考えれば明らかである。
【００５８】
本実施例では、投入Ｎ２ 流量ＶＮ の増加と排ガス流量Ｖの減少とが上記の条件を同時に満足するようにバランス良く同時に行われることで、前記タンディッシュ内圧力Ｐ２ が確実に正圧保持されるように設定している。勿論、当該タンディッシュ内圧力Ｐ２ を前述のように検出可能な場合には、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ の増加量や排ガス流量Ｖの減少量を変更設定することが可能となる。
【００５９】
前述のような制御内容を組合わせて実施することで、タンディッシュ内への燃焼排ガスや大気の吸引を抑制防止することができるから、残鋼の更なる酸化は確実に抑制防止することができる。ところで、本実施例では、更に前記タンディッシュ内を還元雰囲気にすることによって、残鋼酸化を殆ど皆無にしようとする。
【００６０】
ここで、例えばタンディッシュ内を還元雰囲気にするための還元性ガスにＨ２ を用いたときに、当該Ｈ２ が酸化鉄Ｆｅ３ Ｏ４ やＦｅＯのＯ成分と結合して鉄を還元したり、或いはＨ２ ＯのＯ成分が鉄を酸化して酸化鉄Ｆｅ３ Ｏ４ やＦｅＯになったりする状態を、Ｈ２ 濃度及びＨ２ Ｏ濃度と温度とに依存する酸化還元平衡曲線として図７に示す。
【００６１】
この酸化還元平衡曲線をＨ２ ／Ｈ２ Ｏ濃度比に置換し、温度に依存する鉄の酸化還元平衡曲線として図８に示す。また、同図には、同じく還元雰囲気を達成可能な還元性ガスとしてＣＯを用いた場合に、このＣＯ／ＣＯ２ 濃度比の温度に依存する鉄の酸化還元平衡曲線も合わせて示す。この場合、タンディッシュの保熱目標温度は凡そ１０００℃以上であるから、このような高温の前記Ｎ２ 雰囲気では、同図から、鉄を還元可能なＨ２ ／Ｈ２ Ｏ濃度非は約１．５程度であることが分かる。従って、還元性ガスとしてＨ２ を用いる方がＨ２ の投入量が少量でもよいことから、後述するように投入される還元性ガス濃度を爆発限界（可燃限界）濃度以下に抑制する上で有利であることが伺われる。
【００６２】
ここで、既知のように空気中にリークした場合におけるＨ２ の可燃限界は４％程度以下であることから、当該Ｈ２ の添加条件について考察する。
今、タンディッシュ内の平均Ｏ２ 濃度をＣＯ ，タンディッシュ内への前記投入Ｎ２ 流量をＶＮ ，同じくタンディッシュ内への添加Ｈ２ 流量をＶＨ としたとき、タンディッシュ内へ侵入したＯ２ と反応するＨ２ 量（＝生成するＨ２ Ｏ量）ＶＨ２０ は下記１９式で与えられる。
【００６３】
ＶＨ２０ ＝２×ＶＮ ×ＣＯ ………（１９）
従って、タンディッシュ内に点火されたＨ２ のうち、Ｏと反応しないＨ２ 量ＶＨｒは下記２０式で与えられる。
【００６４】
ＶＨｒ＝ＶＨ −ＶＨ２０ ＝ＶＨ −２×ＶＮ ×ＣＯ ………（２０）
従って、ここで生成されるＨ２ Ｏ量ＶＨ２Ｏ に対する実際の投入Ｈ２ 量ＶＨｒの濃度比Ｈ２ ／Ｈ２ Ｏは下記２１式の左辺で表されることから、これが前記所定濃度比１．５以上となればよいことになり、これを解いて得られる必要な平均Ｏ２ 濃度ＣＯ ，投入Ｎ２ 流量ＶＮ ，添加Ｈ２ 流量ＶＨ の関係が２２式となる。
【００６５】
（ＶＨ −２×ＶＮ ×ＣＯ ）／（２×ＶＮ ×ＣＯ ）≧１．５ ………（２１）
∴ＶＨ ≧５×ＶＮ ×ＣＯ ………（２２）
一方、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ における添加Ｈ２ 流量ＶＨ の可燃限界範囲は下記２３式で表れるから、これを解いて得られる投入Ｎ２ 流量ＶＮ ，添加Ｈ２ 流量ＶＨ の関係が２４式となる。
【００６６】
ＶＨ ／（ＶＮ ＋ＶＨ ）≦０．０４ ………（２３）
∴ＶＨ ≦ＶＮ ／２４ ………（２４）
この２４式の関係を図９にＨ２ 可燃下限曲線として実線で示し、更にこのＨ２ 可燃下限曲線の上下に、前記２２式で与えられる平均Ｏ２ 濃度ＣＯ をパラメータとしたＮ２ 投入量−Ｈ２ 添加量の関係を二点鎖線で示す。これより、前記Ｈ２ 可燃下限曲線より上方が、本実施例のＮ２ 雰囲気Ｈ２ ガス（図ではＨＮガス）の可燃範囲になるため、このＨ２ 可燃下限曲線より上方になるような平均Ｏ２ 濃度≧０．７％では安全上の問題が発生する。更に、前述のようにして設定された投入Ｎ２ 流量ＶＮ 下で、タンディッシュ内への燃焼排ガスや大気の吸引がなく、かつ効率よく酸化鉄の還元が促進されれば、前記Ｈ２ 添加は極めて微量でよく、例えば本実施例のＮ２ 投入量１０００Ｎｍ３ ／Ｈにおいて、添加Ｈ２ の流量ＶＨ はわずか１０Ｎｍ３ ／Ｈ程度でよいことが判明している。
【００６７】
さて、このようにして実施された本実施例の作用について説明する。まず、前記Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることにより（ここでは前記還元性ガスＨ２ の添加は行っていない）、本実施例では図１０ａに示すようにタンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内圧力を常時“０”より高い、即ち正圧に保持することができた。これに対して、Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、ダイリューション流量を調整したりすることのない従来例では、図１０ｂに示すようにタンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内圧力が一時的にではあるが“０”より低い、所謂負圧になってしまい、従って前述のように燃焼排ガスや大気がタンディッシュ内に吸引されてしまうことが想定される。
【００６８】
また、このようにＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることによる（ここでも前記還元性ガスＨ２ の添加は行っていない）本実施例のタンディッシュ内（Ｔ／Ｄ）内酸素濃度を図１１ａに示す。同図から明らかなように、当該タンディッシュ内酸素濃度は、前記初回のＮ２ 投入／リサイクルモード切替え時に若干のピークが表れるものの、その他は安定して目標上限値以下に保たれていることが分かる。一方、このような制御態様が全く行われない従来例によるタンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内酸素濃度は図１１ｂに示すように、各Ｎ２ 投入／リサイクルモード切替え時毎にピークが表れ、それは常に目標上限値を上回ってしまっていることが分かる。
【００６９】
更に、前述のようなＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることにより（ここでも前記還元性ガスＨ２ の添加は行っていない）図１２に示すようにタンディッシュ内平均Ｏ２ 濃度を従来から大幅に低減することができ、従って残鋼の酸化量を大幅に低減することができた。ちなみに、前記図１１ａや図１２に示すタンディッシュ内酸素濃度は、前述の還元性ガスＨ２ の添加を行わない場合のものであり、実際に還元性ガスＨ２ を添加した場合のタンディッシュ内酸素濃度は常時“０”（ガス分析計の測定可能限界以下）となることが分かっている。
【００７０】
そして、このようにしてほぼ完全な無酸化状態で且つ残鋼の酸化量も大幅に低減された状態で保熱されたタンディッシュを実際の鋳造に供したところ、図１３に示すように、１Ｃｈ（チャージ）目の鋳造における総ホットヘゲ発生率は、従来を１００としたとき、還元性ガスＨ２ を添加しない場合で凡そ３２．０程度、還元性ガスＨ２ を添加した場合には凡そ３．５程度まで減少させることができ、また、再使用タンディッシュによる鋳造開始直後の１本目と２本目のスラブでの総ホットヘゲ発生率は、従来を１００としたとき、還元性ガスＨ２ を添加しない場合で凡そ２７．９程度、還元性ガスＨ２ を添加した場合には凡そ１．１程度まで減少させることができた。
【００７１】
勿論、図１４に示すように、本実施例のＮ２ 蓄熱式予熱器（図ではバーナ）を用いることにより、タンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内温度を前記開孔限界以上に保持する鋳込み終了からの経過時間を、従来から大幅に長じることができ、連連数を大幅に延長することができた。
【００７２】
次に、前記蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ及びそれらとタンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ａ，５０Ｂの他の実施例について、図１５を用いながら説明する。この蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂそのものの構造は前記図２の実施例のものと同様又はほぼ同様であるから、同等の構成部材については同等の符号を附して、その詳細な説明を省略する。またここでも、蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂやシール装置５０Ａ，５０Ｂは、互いに同等の構成を有するものであるから、ここでは前記他方の蓄熱式予熱器２Ｂ及びそれとタンディッシュ１の開口部１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ｂに代表して、その構成を説明する。
【００７３】
本実施例でも、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）から下方に延設された挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部は、前記図２の実施例と同様に、後述するシール装置５０Ｂ（５０Ａ）のシール性をサポートし且つ投入Ｎ２ による大気エジェクター効果を抑制防止するために、前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入されており、この開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ蓋１ａの上面と前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲で且つ燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間に、シール装置５０Ｂ（５０Ａ）が介装されている。このシール装置５０Ｂ（５０Ａ）は、大きく押圧装置５１０とシール部材層５１１とに分割される。まず、このシール部材層５１１は、比較的軟質で伸縮性のある比較的肉厚のシート状のリング状耐熱性シール部材５１２を複数重ね合わせ、その最下層のシール部材５１２を、当該リングの内側を通って最上層に折り返して構成され、これが前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ当該蓋１ａの上面に載置する。なお、前記耐熱性シール部材５１２は、断熱材や耐火物で構成される。一方、前記押圧装置５１０は、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３から所定距離だけ離間した下方で且つ内孔内に前記挿入管７Ｂ（７Ａ）を緊密に挿通して当該挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲に配設された円板状の押圧ディスク５１４を備え、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３から突設されたボルト部材５１５に押圧スプリング５１６を被嵌し、当該ボルト部材５１５の下方先端部を前記押圧ディスク５１４に貫通してその下方まで突出させ、更に当該ボルト部材５１５の押圧ディスク５１４から突出する下方端部にダブルナット５１７を螺合締付けて当該押圧ディスク５１４を位置決めするように構成されている。なお、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３と押圧ディスク５１４との間の空間の周囲は周壁５１５で覆われ、ある程度の気密性が維持されるようにしてあると共に、この周壁５１５にＮ２ 給気口５１９が配設されている。
【００７４】
従って、前記押圧装置５１０の押圧ディスク５１４の下面を前記シール部材層５１１の上面に当接し、この状態で前記蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）ごと押圧ディスク５１４をシール部材層５１１の上面に押付けると、前記押圧スプリング５１６が収縮し、その変位に応じた弾性力が前記押圧ディスク５１４をシール部材層５１１に押圧する押圧力として作用する。このとき、前述のように伸縮性を有するシール部材５１２はこの押圧力で弾性変形し、シール部材層５１１全体が前記押圧ディスク５１４の下面とタンディッシュ１の蓋１ａの上面とに密着し、もって挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性，ひいては燃焼室４Ｂ（４Ａ）とタンディッシュ１内部との気密性を維持する。また、このときスライドする押圧ディスク５１４と周壁５１８との間の気密性は前述のように完全ではないために、前記Ｎ２ 給気口５１９から、前記押圧ディスク５１４と燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間の空間に、不活性ガスであるＮ２ を供給し、当該空間をＮ２ でパージすることにより、前記押圧ディスク５１４と周壁５１８との間の隙間を通って、更に押圧ディスク５１４と挿入管７Ｂ（７Ａ）との隙間からタンディッシュ１内に流れ込もうとする大気を遮断することができる。また、万が一、前記シール装置５０Ｂ（５０Ａ）のシール性が低下した場合にも、当該シール装置５０Ｂ（５０Ａ）の周囲が不活性ガスであるＮ２ でパージされているために、タンディッシュ１内への大気の流れ込みは抑制される。なお、所望するシール面，特に前記タンディッシュ１の蓋１ａの上面に多少の異物があった場合でも、前記シール部材５１２が軟質で且つ伸縮性を有するために、この異物を覆い込むように変形することにより当該シール面にシール部材が密着して気密性を確保する。また、この異物が大きい場合で且つシール部材５１２の変形だけでは気密性（シール性）を確保し切れないような場合でも、前記押圧スプリング５１６の収縮により押圧ディスク５１４が傾斜し、適切な押圧力をシール部材５１２からなるシール部材層５１１に付与してシール性を確保可能とする。
【００７５】
次に、前記蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ及びそれらとタンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ａ，５０Ｂの更に他の実施例について、図１６を用いながら説明する。ここでも、図２の蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂと同等の構成部材については同等の符号を附して、その詳細な説明を省略する。また、前記他方の蓄熱式予熱器２Ｂ及びそれとタンディッシュ１の開口部１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ｂに代表して、その構成を説明する。
【００７６】
本実施例でも、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）から下方に延設された挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部が前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入されている点と、その効果は前述と同様である。そして、この開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ蓋１ａの上面と前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲で且つ燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間に介装されたシール装置５０Ｂ（５０Ａ）は、前記図１５の説明と同様に、大きく押圧部５２０とシール部材層５２１とに分割される。そして、本実施例のシール部材層５２１は、比較的軟質で伸縮性のある断熱材や耐火物からなる比較的肉厚のシート状のリング状耐熱性シール部材５２２を複数重ね合わせ、その上下面間にセットしたエキスパンドメタル等の耐熱性網部材５２３間にボルト部材５２４を挿通し、その上下突出端部にナットを螺合締付けて構成され、これが前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ当該蓋１ａの上面に載置する。一方、前記押圧部５２０は、前記図１５の説明と同様に、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３から所定距離だけ離間した下方で且つ内孔内に前記挿入管７Ｂ（７Ａ）を緊密に挿通して当該挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲に配設された円板状の押圧ディスク５１４を備え、この押圧ディスク５１４の上面と前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面１３との間の空間にも、伸縮性を有する肉厚のリング状耐熱シール部材５２５を積層し、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下端面５１３から突設されたボルト部材５１５の下方先端部を前記押圧ディスク５１４に貫通してその下方まで突出させ、更に当該ボルト部材５１５の押圧ディスク５１４から突出する下方端部にダブルナット５１７を螺合締付けて当該押圧ディスク５１４及び積層された耐熱性シール部材５２５を位置決めするように構成されている。また、前記図１５の説明と同様に、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下端面５１３と押圧ディスク５１４との間の空間の周囲は周壁５１５で覆われ、ある程度の気密性が維持されるようにしてあると共に、この周壁５１５にＮ２ 給気口５１９が配設されている。更に、前記図２の説明と同様に、前記周壁５１５の下方端部には防熱リング５０４が配設されている。
【００７７】
従って、前記押圧部５２０の押圧ディスク５１４の下面を前記シール部材層５２１の上面に当接し、この状態で前記蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）ごと押圧ディスク５１４をシール部材層５２１の上面に押付けると、前記伸縮性を有する耐熱性シール部材５２５が収縮し、その変位に応じた弾性力が前記押圧ディスク５１４をシール部材層５２１に押圧する押圧力として作用する。従って、この押圧力により前記エキスパンドメタル等からなる耐熱性網部材５２３から押し出された伸縮性を有するシール部材５２２の積層からなるシール部材層５２１全体が前記押圧ディスク５１４の下面とタンディッシュ１の蓋１ａの上面とに密着し、もって挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性が維持され、同時に前記積層されたシール部材５２５が押圧ディスク５１４の上面と燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３とに密着して挿入管７Ｂ（７Ａ）と当該燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３との気密性が維持されるため、全体としては燃焼室４Ｂ（４Ａ）とタンディッシュ１内部との気密性を維持する。また、前記図１５の説明と同様に、前記Ｎ２ 給気口５１９から、前記押圧ディスク５１４と燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間の空間に、不活性ガスであるＮ２ を供給し、当該空間をＮ２ でパージすることにより、前記押圧ディスク５１４と周壁５１８との間の隙間を通って、更に押圧ディスク５１４と挿入管７Ｂ（７Ａ）との隙間からタンディッシュ１内に流れ込もうとする大気を遮断することができる。また、万が一、前記シール装置５０Ｂ（５０Ａ）のシール性が低下した場合にも、当該シール装置５０Ｂ（５０Ａ）の周囲が不活性ガスであるＮ２ でパージされているために、タンディッシュ１内への大気の流れ込みは抑制される。
【００７８】
なお、前記実施例では不活性ガスとしてＮ２ ，タンディッシュ内の還元性ガスとしてＨ２ を用いた場合及びそれを用いることの優位性についてのみ詳述したが、不活性ガスとしてＡｒ，還元性ガスとして前述のＣＯを始めとする各種の炭酸ガスや重炭化水素を用いることも勿論可能である。但し、このような炭素Ｃ系の還元性ガスを用いる場合には、前述のような可燃範囲に入ってしまう可能性があるため、別途安全対策を講じる必要があるばかりでなく、固体Ｃの遊離，即ちすすの発生を抑制防止する必要があり、これを判定するために熱力学的な検討等を細かく実施して炭素Ｃ系の還元性ガス添加流量を設定しなければならない点に留意したい。
【００７９】
また、前記実施例では、不活性ガスであるＮ２ の供給配管に還元性ガスであるＨ２ を供給する場合についてのみ詳述したが、前述のように酸素濃度が極めて低い場合の投入Ｈ２ 流量は極く微量でよいから、これを大幅に加熱することなく、前記蓄熱式予熱器やタンディッシュそのものの内部に直接供給してもよく、これによってタンディッシュの温度降下に殆ど影響のないことも発明者等は実験によって確認している。
【００８０】
また、前記還元性ガスとしてＨ２ 等を添加する場合には、Ｎ２ 等の不活性ガスが投入される側の予熱器のパイロットバーナを消火することにより、更に高いレベルの還元状態を得易くなる。即ち、実施例におけるタンディッシュ加熱の場合には、パイロットバーナの燃焼排ガス流量は、投入するＮ２ ＋Ｈ２ （不活性ガス＋還元性ガス）の１％以下であり、ＣＯ２ やＨ２ Ｏ等の酸化性ガス成分が０．２％程度になるため、パイロットバーナを消火しなくとも実用上の問題はないが、前記投入するＮ２ ＋Ｈ２ （不活性ガス＋還元性ガス）の流量が少ない場合には、それら投入側の予熱器のパイロットバーナを消火することにより、高いレベルの無酸化又は還元状態を得ることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のタンディッシュの無酸化保熱装置によれば、複数の蓄熱式予熱器を交互に燃焼させて不活性ガスの投入／吸引を行うタンディッシュの無酸化保熱装置において、シールしたい面間に介装した伸縮性耐熱性シール部材を押圧装置や弾性部材で当該シールしたい面に押圧したりして構成されるシール装置を、前記蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部に介装してやることで、前述のようなタンディッシュ内への大気の流れ込みを抑制防止して、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００８３】
また、前述のようなシール装置の周囲を不活性ガスでパージすることにより、万が一、当該シール装置によるシール効果が低減したときにも、不活性ガスがタンディッシュ内に流れ込むだけで大気の流れ込みは抑制防止されるから、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタンディッシュの無酸化保熱方法を実施化したタンディッシュ無酸化保熱装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の蓄熱式予熱器及びシール装置の一例を示す断面図である。
【図３】投入Ｎ２ 流量を設定するための説明図である。
【図４】排ガス流量を設定するための説明図である。
【図５】排ガス流量の設定のために用いられる希釈ガス流量の説明図である。
【図６】排ガス流量の設定のために用いられるリサイクルＮ２ 流量の説明図である。
【図７】Ｈ２ −Ｈ２ Ｏ雰囲気における鉄の酸化還元平衡の説明図である。
【図８】鉄の酸化還元平衡の説明図である。
【図９】Ｈ２ の添加条件の説明図である。
【図１０】タンディッシュ内圧力の説明図である。
【図１１】タンディッシュ内酸素濃度の説明図である。
【図１２】タンディッシュ内残鋼酸化量の説明図である。
【図１３】ホットヘゲ発生率の説明図である。
【図１４】タンディッシュ内温度の説明図である。
【図１５】図１の蓄熱式予熱器及びそのシール装置の他の例を示す断面図である。
【図１６】図１の蓄熱式予熱器及びそのシール装置の更に他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１はタンディッシュ
２Ａ，２Ｂは蓄熱式予熱器（加熱手段）
３Ａ，３Ｂは蓄熱室
４Ａ，４Ｂは燃焼室
５Ａ，５Ｂはメインバーナ
６Ａ，６Ｂはパイロットバーナ
７Ａ，７Ｂは挿入管
８Ａ，８ＢはＭガス弁（燃料ガス弁）
９Ａ，９ＢはＭガス流量調整弁（燃料ガス流量調整弁）
１３Ａ，１３Ｂは空気弁
１４Ａ，１４Ｂは空気流量調整弁
１６は空気供給ファン
１７Ａ，１７ＢはＮ２ 弁（不活性ガス弁）
１９はＮ２ 流量調整弁（不活性ガス流量調整弁）
２０Ａ，２０Ｂは排気弁
２１Ａ，２１Ｂは排気流量調整弁
２２は排気ファン
２３Ａ，２３Ｂはダイリューション弁
５０Ａ，５０Ｂはシール装置
７１はＨ２ 流量調整弁（還元性ガス流量調整弁）
７２はＨ２ 弁（還元性ガス弁）
３０１は蓄熱体
３０２は耐熱性網部材
５０１は耐熱性チューブ
５０２はＮ２ 給気口（不活性ガス給気口）
５１０は押圧装置
５１１はシール部材層
５１２はシール部材
５１３は燃焼室下面
５１４は押圧ディスク
５１８は周壁
５１９はＮ２ 給気口（不活性ガス給気口）
５２０は押圧部
５２１はシール部材層
５２２はシール部材
５２３は耐熱性網部材
５２５はシール部材
【発明の属する技術分野】
本発明は連続鋳造（以下、単に連鋳とも記す）用のタンディッシュを繰り返し使用するために、当該タンディッシュを無酸化状態で保熱する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼を取鍋から受け取って鋳型へ分配するタンディッシュは、それ自体が発熱体を持たないため、使用に際しては、別途に加熱手段で加熱して、鋳込み可能な温度を確保する必要がある。また、複数台のタンディッシュを交換しながら連続して鋳造を行う（以下、連・連鋳とも記す）場合には、例えば鋼種が変更されるようなときに、待機中のタンディッシュと交換し、それまで使用されていたものは次の再使用時まで待機させるといったようなタンディッシュの使用法があるが、このように待機中のタンディッシュについても、少なくとも使用に供する前に同じく鋳込み可能な温度への加熱が必要となる。
【０００３】
このようにタンディッシュを加熱する場合、従来一般には、タンディッシュの予熱カバーに設けたガスバーナを加熱手段として用い、このガスバーナに、例えばコークスガスのような燃料ガスとその理論必要量の１１０〜１２０％の燃焼空気とを混合したものを送給し、これを当該ガスバーナ内で燃焼させて当該タンディッシュ内面を１２００〜１３００度℃に加熱するようにしている。
【０００４】
ところが、この場合、高温のタンディッシュ中に多量のＯ２ が投入されるため、先の使用（前チャージ）による残鋼・残滓が次チャージ時の予熱の際に酸化されてＦｅＯやＦｅ３ Ｏ４ 等の酸化鉄が生成される。この生成され残存する酸化鉄のＯ成分は、次チャージ時の鋼中成分のＡｌと反応してＡｌ２ Ｏ３ が生成され、その結果、硬質なＡｌ２ Ｏ３ が下工程においてホットヘゲ・フクレ等の品質欠陥を招く要因となる。
【０００５】
このような、所謂ＦｅＯピックアップを抑制防止する技術の確立が求められて、現在では種々の提案がなされている。その一例として、例えば特開平４−２２５６７号公報には、予熱用ガスバーナに供給する燃焼空気量を、供給される燃料ガス量の理論必要量の７０〜１００％とすることにより、タンディッシュ内の雰囲気酸素濃度を従来より低くして残鋼の酸化を抑制防止するというタンディッシュ予熱方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平２−３７９４９号公報には、前述のようなタンディッシュ内の予熱終了に伴い、燃料ガス及び燃焼空気の送給を停止すると同時に不活性ガスであるＡｒでバーナ内に残留しているこれらの残留成分や燃焼排ガスの残留分を払い出して（パージして）、必要に応じて燃料ガス及び燃焼空気を前記予熱カバー内で燃焼せしめ、もって当該タンディッシュ内を短時間でＡｒでパージすることにより残鋼の酸化を抑制防止するタンディッシュ内のガス置換技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平４−２２５６７号公報、特開平２−３７９４９号公報に記載されるタンディッシュの加熱方法そのものは、何れもタンディッシュの使用に際して、それを鋳込み可能な温度まで加熱する手段として、空気と混合した燃料ガスを当該タンディッシュ内で燃焼させて、その内壁を１２００〜１３００℃に保熱又は加熱することを前提としている。ここで、例えば前記特開平４−２２５６７号公報では、燃焼空気の送給量を、燃料ガス送給量の７０〜１００％まで抑制しているが、このような高温下では、残存するＯ２ 成分及び生成される燃焼排ガス中の酸化性成分であるＣＯ２ やＨ２ ＯのＯ成分が残鋼と結合して酸化鉄が生成されてしまい、残鋼の酸化そのものは十分に抑制できないという問題がある。
【０００８】
これを極力抑制するため、前記特開平２−３７９４９号公報に記載されるタンディッシュの加熱方法では、予熱終了後に、わざわざ不活性ガスであるＡｒをタンディッシュ内に吹き込んで燃料ガスと残留酸素とをパージし、これにより非酸化雰囲気に置換するという方法をとっている。しかし、例え不活性ガスのパージ方法を改善して前記予熱終了後のガス置換完了までの所要時間を多少ならず短縮できたとしても、この不活性ガスパージによりタンディッシュ内壁温度が低下して熱損失が生じてしまうし、また加熱中の過剰酸素による残滓の酸化までもは防止できないという問題がある。
【０００９】
これに対して、前記特開平４−２２５６７号公報に記載されるタンディッシュの加熱方法では、予熱ガスバーナへの空気量を理論必要量以下にすることにより、不活性ガスパージを行わずに残鋼の酸化を抑制するものであるから、前者のような問題は生じないとしても、前述のような燃焼排ガスによる当該タンディッシュ内の残鋼の酸化を完全に防止するためにはバーナに供給される燃焼空気量を、燃料ガスの理論空気量の５０％以下にする必要がある。ところが、このように燃焼空気の供給量を極端に低減してしまうと、燃焼時のＯ２ 不足による不完全燃焼という問題が発生し、加熱コストがかかると共に、未燃ガスの処置に防爆やＣＯ中毒対策等の安全上の問題が生じる。
【００１０】
本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、例えば複数台の蓄熱式予熱器を交互に切り替えて不活性ガスを高温に加熱し、これをタンディッシュ内に送給して当該タンディッシュ内を効率的に無酸化状態で保熱するタンディッシュの無酸化保熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明のうち請求項１に係るタンディッシュの無酸化保熱装置は、内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再使用するにあたり、当該タンディッシュに接続された複数の蓄熱式予熱器のうちの何れかから加熱した不活性ガスを当該タンディッシュ内に投入し、残りの蓄熱式予熱器から当該タンディッシュ内に投入された不活性ガスを吸引するタンディッシュの無酸化保熱装置であって、前記各蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部にシール装置を介装し、当該シール装置は、シールを必要とする面間に伸縮性と耐熱性とを有するシール部材を介装し、且つこのシールを必要とする何れか一方又は双方の面を前記シール部材に所定の押圧力で押圧する押圧装置を設けて構成されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に係るタンディッシュの無酸化保熱装置は、内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再使用するにあたり、当該タンディッシュに接続された複数の蓄熱式予熱器のうちの何れかから加熱した不活性ガスを当該タンディッシュ内に投入し、残りの蓄熱式予熱器から当該タンディッシュ内に投入された不活性ガスを吸引するタンディッシュの無酸化保熱装置であって、前記各蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部にシール装置を介装し、当該シール装置は、シールを必要とする面間に伸縮性と耐熱性とを有するシール部材を介装し、且つこのシールを必要とする何れか一方又は双方の面の半体面に、当該シールを必要とする何れか一方又は双方の面を前記シール部材に所定の弾性力で押圧する弾性耐熱部材を配設して構成されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のうち請求項３に係るタンディッシュの無酸化保熱装置は、前記シール装置の周囲を不活性ガスでパージすることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、先に述べたような再使用タンディッシュの鋳込み可能温度確保に関する従来の諸問題を解決する方策として、前述のようなタンディッシュ内での燃焼を伴わないで当該タンディッシュを再使用する、即ち無予熱無酸化再使用プロセスの実現に向けて種々の実験を重ねつつ検討を続けてきた。
【００１６】
本発明者等の実験によると、通常、鋳造中のタンディッシュ内表面温度は溶鋼温度とほぼ等しい１５４０〜１５７０℃程度まで上昇するが、鋳造終了と同時に温度降下が始まり、そのまま待機させると、例えば７０ｔのタンディッシュの場合には凡そ６時間経過後に１１００℃を下回り、１４時間経過後には８５０℃以下になってしまう。
【００１７】
このタンディッシュ内表面温度８５０℃以下の温度では、例えノズル下方から酸素を吹き込んで当該ノズルを連通状態にするための酸素洗浄を行っても、取鍋からタンディッシュに移した溶鋼を当該タンディッシュ底部のノズルから鋳型に注入することは困難である。また、待機中のタンディッシュの温度が低下すると、タンディッシュに溶鋼を注入した際の溶鋼温度の降下量が大きくなるので、鋳造初期の溶鋼温度を確保するには、当該注入時の溶鋼温度を高くするために転炉出鋼温度を高くする必要が生じる。しかし、出鋼温度を高くすることは転炉炉壁寿命の低下につながる不都合もさりながら、このように溶鋼温度を高くすると、鋳造後期にタンディッシュの温度が上昇し過ぎて連続鋳造での必要以上に溶鋼温度が高くなり過ぎ、鋳造速度の低下を余儀なくされて生産性の低下を来したり、ブレークアウトの発生原因になったりする。このため、実際上８５０℃が待機中のタンディッシュの再使用温度下限であることも同時に実験で確認された。
【００１８】
しかも、温度低下に伴ってタンディッシュ内圧力が減少し、これにより外部の空気（大気）が侵入すると、タンディッシュ内酸素濃度が増加することになる。タンディッシュの再使用にあたって残鋼の酸化を防止するには、待機中のタンディッシュ内酸素濃度を、基本的に“０”にする必要のあることが分かっている。そのため、不活性ガスでタンディッシュ内をパージすることなく、待機中のタンディッシュ温度低下を伴う酸素侵入を防止するには、タンディッシュをほぼ完全密閉にしておかなければならない。前述した待機中タンディッシュの温度降下のデータは、この密閉状態での値である。
【００１９】
しかし、完全密閉といっても、温度降下に伴って収縮を続けるタンディッシュ内への外部からの空気の侵入を“０”にすることは実際問題として不可能であるから、このタンディッシュ密閉のみでの完全無酸化の達成は困難である。その対応策としては、不活性ガス（例えばＮ２ ）の連続パージでタンディッシュ外部からの酸素侵入を防止することが考えられる。その可能性を検討すべく、同じく７０ｔタンディッシュについて行った本発明者等の実験によると、１２０Ｎｍ３ ／Ｈの割合で連続的にＮ２ をタンディッシュ内に供給しながら待機させた場合の温度降下は、先のパージ無しの場合よりも急激であり、凡そ３時間で１１００℃、８〜９時間には８５０℃に低下してしまう上、タンディッシュ内のＯ２ 濃度も１〜２％までしか低減できないことが判明した。
【００２０】
こうした結果を踏まえて、本発明者等は、タンディッシュを再使用するにあたり、タンディッシュ外で予め加熱した不活性ガスで当該タンディッシュ内をパージし続けることにより、当該タンディッシュ内表面温度を前記鋳込み可能温度の下限である８５０℃以上に保てば、従来のタンディッシュ内燃焼ガスによる予熱を省いて、無予熱で且つ酸化を防止しつつタンディッシュを再使用に供することが可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２１】
このタンディッシュ外部に設けられ且つ燃焼排ガスや大気をタンディッシュ内部に送給することのない加熱手段としては、種々のものが考えられるが、本発明者等は特に蓄熱式予熱器は少量の燃焼ガスを用いながら、効率よく不活性ガスを加熱することができることに着目したものである。即ち、複数の蓄熱式予熱器をタンディッシュに接続し、何れかの蓄熱式予熱器で不活性ガスを加熱しながらタンディッシュ内にそれを投入し、残りの蓄熱式予熱器でタンディッシュ内の不活性ガスを吸引（リサイクル）しながら燃焼バーナで蓄熱体を加熱するようにすれば、燃焼排ガスや大気がタンディッシュ内に流れ込むことがなく、従って残鋼の酸化を確実に抑制防止しながら、各蓄熱式予熱器のバーナ容量を小さくすることができるから、これを小型化して常時タンディッシュに取付けておくことも可能となる。
【００２２】
また、この複数の蓄熱式予熱器を交互に燃焼させて不活性ガスの投入／吸引を行うタンディッシュの無酸化保熱装置において、特に不活性ガスを投入する際に、ガス流が周りの大気を巻き込んでしまう，所謂エジェクター効果が発生する虞れがあるから、当該蓄熱式予熱器から突設された接続管をタンディッシュの開口部の内部まで挿入することにより、このエジェクター効果による大気の流れ込みを抑制防止して、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００２３】
また、例えばシールしたい面間に介装した伸縮性耐熱性シール部材を押圧装置や弾性部材で当該シールしたい面に押圧したりして構成されるシール装置を、前記蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部に介装してやることで、前述のようなタンディッシュ内への大気の流れ込みを抑制防止して、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００２４】
また、前述のようなシール装置の周囲を不活性ガスでパージすることにより、万が一、当該シール装置によるシール効果が低減したときにも、不活性ガスがタンディッシュ内に流れ込むだけで大気の流れ込みは抑制防止されるから、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００２５】
【実施例】
次に本発明に係るタンディッシュの無酸化保熱方法及びその装置の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
まず、図１に本実施例のタンディッシュの無酸化保熱方法を実施化した無酸化保熱装置の全体構成を示す。タンディッシュ１には、その蓋１ａの開口部１ｂ，１ｃの夫々に、蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂを連結する。これらの蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂには、例えば伝熱面積を大きくするために、球状やパイプ状にしたセラミックスや金属等からなる蓄熱体を充填した蓄熱室３Ａ，３Ｂと、この蓄熱室３Ａ，３Ｂの蓄熱体を加熱するための燃焼室４Ａ，４Ｂとを互いに隣接して一連に備え、挿入管（接続管）７Ａ，７Ｂを介して各燃焼室４Ａ，４Ｂを前記タンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃに夫々連結し、各燃焼室４Ａ，４Ｂ内にはメインバーナ５Ａ，５Ｂ及びパイロットバーナ６Ａ，６Ｂを配設する。なお、前記挿入管７Ａ，７Ｂと前記タンディッシュ１の各開口部１ｂ，１ｃとの間には、タンディッシュ１内部を無酸化状態にするために、後述するシール装置５０Ａ，５０Ｂが介装されている。また、タンディッシュ底部の各ノズルは図示を省略している。
【００２７】
次に互いに類似する前記各蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂへの配管状態を説明するために、このうちの一方の蓄熱式予熱器２Ａを用いて説明すると、まず当該蓄熱式予熱器２Ａの燃焼室４Ａには、当該燃焼室４Ａ内の温度を検出する燃焼室内温度検出器３１Ａと、当該燃焼室４Ａ内の圧力を検出する燃焼室内圧力検出器３３Ａとが取付けられている。また、当該蓄熱式予熱器２Ａの蓄熱室３Ａの出側には、当該蓄熱室３Ａの出側温度を検出する蓄熱室出側温度検出器３７Ａが取付けられ、当該蓄熱室出側温度検出器３７Ａの出力に基づいて作動する温度スイッチ（ＴＳ）３９Ａが設けられている。
【００２８】
そして、前記メインバーナ５Ａは、Ｍガス弁８Ａ，Ｍガス遮断弁５２Ａ，Ｍガス流量調整弁９Ａ及びＭガスオリフィス１０Ａを介して、図示されないＭガス供給源に連結すると共に、同じくＭガス弁８Ａ，Ｍガスパージ用Ｎ２ 遮断弁１１Ａ及びＮ２ 減圧弁１２を介して図示されないＮ２ 供給源に連結されている。ここで、Ｍガスとは燃料ガスであり、例えば転炉で発生する転炉（ＬＤ）ガスとコークス炉で発生するコークス炉（Ｃ）ガスとの混合ガスや、Ｃガスと高炉で発生する高炉（Ｂ）ガスとの混合ガスのことである。また、これらに代えて、ＬＰＧ等の燃料ガス又は液体燃料を用いることも可能である。また、都市ガス，粉体燃料等であっても構わない。なお、このＭガスが供給されるオリフィス１０Ａには、Ｍガス流量検出器２６Ａが設けられている。また、前記Ｍガス弁８ＡとＭガス遮断弁５２Ａ又はＭガスパージ用Ｎ２ 遮断弁１１Ａとの間の配管には放散弁５１Ａが分岐接続され、その反分岐接続端は大気開放されている。
【００２９】
また、前記メインバーナ５Ａは、空気弁１３Ａ，空気流量調整弁１４Ａ，空気オリフィス１５Ａを介して空気供給ファン１６に連結されている。この空気供給ファン１６から燃焼空気が供給される空気オリフィス１５Ａには空気流量検出器２９Ａが設けられている。
【００３０】
また、前記パイロットバーナ６Ａは、前記パイロットバーナ用Ｍガス遮断弁５４を介して前記Ｍガス供給源に連結されると共に、前記パイロットバーナ用Ｎ２ 遮断弁５３及びＮ２ 減圧弁１２を介して前記Ｎ２ 供給源に接続されている。
【００３１】
一方、前記蓄熱室３Ａは、Ｎ２ 弁１７Ａ，Ｎ２ 流量調整弁１９，Ｎ２ オリフィス１８及び前記Ｎ２ 減圧弁１２を介して前記Ｎ２ 供給源に接続されると共に、前記Ｎ２ 弁１７Ａ，Ｈ２ 弁７２，Ｈ２ 流量調整弁７１，Ｈ２ オリフィス７０を介して図示されないＨ２ 供給源に接続され、更に排気弁２０Ａ及び排気流量又は圧力調整弁２１Ａを介して排気ファン２２に接続されている。そして、前記Ｎ２ オリフィス１８には前記Ｎ２ 供給源から供給されるＮ２ の流量を検出するＮ２ 流量検出器４２が設けられ、前記Ｈ２ オリフィス７０には前記Ｈ２ 供給源から供給されるＨ２ の流量を検出するＨ２ 流量検出器７３が取付けられている。また、前記蓄熱室３Ａと排気弁２０Ａとの間には当該蓄熱室３Ａからの排気流量を検出する排気流量又は圧力検出器３５Ａが取付けられ、更に前記排気流量又は圧力調整弁２１Ａと排気ファン２２との間には排気温度を検出する排気温度検出器３８Ａが取付けられ、この排気温度検出器３８Ａの出力に基づいて作動する温度スイッチ４０Ａが設けられている。また、前記蓄熱室３Ａと排気弁２０Ａとの間の配管にはダイリューション弁２３Ａが分岐接続され、その反分岐接続端は、手動又は自動の流量調節バルブ２４Ａを介して大気開放されている（実際の制御上では、後述するように、蓄熱室３Ａからの排気が行われているときにだけダイリューション弁２３Ａが開操作されるために、当該蓄熱室３Ａの排気が前記手動又は自動の流量調節バルブ２４Ａを介して大気開放されることはない）。なお、前記排気弁２０Ａと排気流量又は圧力調整弁２１Ａとの間に接続された排気ガス分析器４１Ａは、当該排気内のＣＯ濃度等を分析検出するためのものである。
【００３２】
そして、前記Ｍガス流量調整弁９ＡのＭガス流量はＭガス流量指示調節計（ＦＩＣ）２７Ａにより、また前記空気流量調整弁１４Ａの空気流量は空気流量指示調節計（ＦＩＣ）３０Ａによって夫々流量制御されるが、両ＦＩＣ２７Ａ，３０Ａは互いに情報の授受を可能とし、従って前記ＭガスＦＩＣ２７Ａは、前記Ｍガス流量検出器２６Ａからの出力に応じたＭガス流量検出値及び燃焼室内温度検出器３１Ａからの出力に応じた燃焼室内温度検出値及び空気ＦＩＣ３０Ａからの制御情報に応じて後述のようにＭガス流量調整弁９ＡのＭガス流量制御を行い、一方、前記空気ＦＩＣ３０Ａは前記空気流量検出器２９Ａからの出力に応じた空気流量検出値及び前記ＭガスＦＩＣ２７Ａの制御情報に応じて後述のように空気流量調整弁１４Ａの空気流量制御を行う。
【００３３】
また、前記排気流量又は圧力制御弁２１Ａの排気流量又は圧力は、前記燃焼室内圧力検出器３３Ａからの出力に応じた燃焼室内圧力検出値及び前記排気流量又は圧力検出器３５Ａからの出力に応じた排気流量又は圧力検出値を読込んだ排気流量又は圧力指示調節計（Ｆ／ＰＩＣ）３４Ａによって後述のように流量又は圧力制御される。
【００３４】
なお、前記蓄熱室出側温度検出器３７Ａからの出力に応じて作動する温度スイッチ３９Ａの出力は、図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、後述する蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂの切替え制御や、後述する不活性ガスであるＮ２ ガスの前記Ｎ２ 流量調整弁９Ａによる投入流量制御等に使用される。また、前記排気ファン２２の近傍に設けられた排気温度検出器３８Ａからの出力に応じて作動する温度スイッチ４０Ａの出力も、図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、排気中に大気を取込む前記流量調節弁２４Ａ（自動制御の場合のみ）の開度調整制御等に使用される。また、前記各開閉弁，例えばＭガス弁８Ａ，空気弁１３Ａ，Ｎ２ 弁１７Ａ，排気弁２０Ａ，ダイリューション弁２３Ａ，Ｈ２ 弁７２等には、夫々の開閉端で作動する図示されないリミットスイッチが設けられており、当該リミットスイッチの出力も、図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、後述するシーケンス制御に用いられる。
【００３５】
一方、他方の蓄熱式予熱器２Ｂ側に関しても、前述の蓄熱式予熱器２Ａと同様に構成され、即ち、メインバーナ５Ｂは、Ｍガス弁８ＢやＭガス流量調節弁９Ｂ等を介して前記Ｍガス供給源に接続されると共に、Ｍガスパージ用Ｎ２ 遮断弁１１Ｂや前記Ｎ２ 減圧弁１２等を介して前記Ｎ２ 供給源に接続される。また、パイロットバーナ６Ｂは、前記パイロットバーナ用Ｍガス遮断弁５４等を介して前記Ｍガス供給源に接続されると共に、前記パイロットバーナ用Ｎ２ 遮断弁５３や前記Ｎ２ 減圧弁１２等を介して前記Ｎ２ 供給源に接続される。また、燃焼室４Ｂは、空気弁１３Ｂや空気流量調整弁１４Ｂ等を介して前記空気供給ファン１６に接続される。また、前記蓄熱室３Ｂは、Ｎ２ 弁１７Ｂや前記Ｎ２ 流量調整弁１９やＮ２ 減圧弁１２等を介して前記Ｎ２ 供給源に接続されると共に、排気弁２０Ｂや排気流量／圧力調整弁２１Ｂ等を介して前記排気ファン２２に接続され、この排気系にはダイリューション弁２３Ｂや手動弁２４Ｂが分岐接続される。その他の詳細な構成についても、前記一方の蓄熱式予熱器２Ａ側と同様であるため、同様の構成要素には同一符号にサフィックスＢを附して、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
次に、前記蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ及びそれらとタンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ａ，５０Ｂについて、図２を用いながら説明する。この蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂやシール装置５０Ａ，５０Ｂは、互いに同等の構成を有するものであるから、ここでは前記他方の蓄熱式予熱器２Ｂ及びそれとタンディッシュ１の開口部１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ｂに代表して、その構成を説明する。
【００３７】
同図において、蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）内に設けられた前記蓄熱室３Ｂ（３Ａ）及び燃焼室４Ｂ（４Ａ）の周囲は、共に高い耐熱性や断熱性を有するが互いに素材の異なる複数の壁部材が積層されており、同図のハッチングの違いがそれらの壁部材の違いを表示している。また、蓄熱室３Ｂ（３Ａ）内の符号３０１が前記蓄熱体であり、ここでは蓄熱体３０１を球状に形成している。この蓄熱体３０１は、前記した蓄熱室３Ｂ（３Ａ）の配管接続部３０３の上方に斜めに配設された耐熱性網部材３０２の上方に多数蓄積されており、蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）が図示の状態にあるときは、これらの蓄熱体３０１の上面は、その安息角に従って同図の二点鎖線ａで示すような状態になる。しかしながら、本実施例の蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）は、排滓時にタンディッシュ１と共に同図の矢印方向に傾転されるために、前記球状の蓄熱体３０１は自重で転がって同図の二点鎖線ｂで示す安息角で安定する。このため、本実施例の蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）の蓄熱室３Ｂ（３Ａ）には、同図のような堰３０４，３０５が形成されている。ちなみに、この蓄熱室３Ｂ（３Ａ）出側（図中ＴＣＡ（ＴＣＢ））の許容上限温度は、主として前記耐熱性網部材３０２の耐熱上限温度に依存する。
【００３８】
一方、この蓄熱室３Ｂ（３Ａ）に隣接する燃焼室４Ｂ（４Ａ）には、前述のようにメインバーナ５Ｂ（５Ａ）のバーナ口が開口され、これに前記Ｍガスと燃焼空気とが供給される。また、このメインバーナ５Ｂ（５Ａ）のバーナ口には、パイロットバーナ６Ｂ（６Ａ）のバーナ口が開口され、このパイロットバーナ６Ｂ（６Ａ）に供給されるＭガス火炎を種火として、前記メインバーナ５Ｂ（５Ａ）を点火する。
【００３９】
さて、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）から下方に延設された挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部は、前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入され、この開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ蓋１ａの上面と前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲で且つ燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間に、シール装置５０Ｂ（５０Ａ）としてリング上に形成された耐熱性チューブ５０１が介装されている。この耐熱性チューブ５０１にはＮ２ 給気口５０２が設けられ、このＮ２ 給気口５０２からＮ２ を加圧供給することで当該耐熱性チューブ５０１が膨らんで、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面とタンディッシュ１の蓋１ａの上面とに密着し、もって挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性，ひいては燃焼室４Ｂ（４Ａ）とタンディッシュ１内部との気密性を維持する。なお、５０３は、前記耐熱性チューブ５０１内のＮ２ 気圧を検出するための検出孔であり、この検出孔５０３で当該耐熱性チューブ５０１の内圧を監視又は制御する。また、図中の５０４は防熱リングであり、蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）とタンディッシュ１との不必要な熱の授受を抑制防止する。また、前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部を開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入していないと、万が一、前記耐熱性チューブ５０１からなるシール装置５０Ｂ（５０Ａ）による挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性（シール性）が低下したとき、燃焼室４Ｂ（４Ａ）から加熱されたＮ２ をタンディッシュ１内部に吹き込む際に、その気体流に沿って生じるエジェクター効果でＯ２ 成分を含む大気がタンディッシュ１内部に流れ込み、もってタンディッシュ１内部を無酸化状態に維持できなくなる虞れがある。そこで、本実施例では挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部を開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入することにより、Ｎ２ 気体流のエジェクター効果による大気の流れ込みを抑制防止できるようにしている。また、上記開口部１ｃ（１ｂ）への挿入は、挿入管７Ｂ（７１）の先端部を開口部１ｃ（１ｂ）内に臨ませればよいが、好ましくは挿入管７Ｂ（７Ａ）と開口部１ｃ（１ｂ）との間隙量よりも多く内部まで挿入することにより確実に大気の流れ込みを抑制することができる。
【００４０】
次に、前記Ｎ２ 流量調整弁１９の開度制御に関するＮ２ の投入流量とリサイクル流量との設定手法について説明する。
まず、図３は前記配管系のうち排気に係る蓄熱式予熱器周辺を抜粋したものであるが、同図において、前記燃焼室内温度検出器３１Ａ，３１Ｂで検出される燃焼室内温度をＴ１ 、前記蓄熱室出側温度検出器３７Ａ，３７Ｂで検出される蓄熱室出側温度をＴ２ としたとき、この蓄熱式予熱器の燃焼時に蓄熱体に蓄えられる熱エネルギーとして、当該蓄熱体の単位時間当たりの受熱量ＱＧ は下記４式で表わされる。
【００４１】
ＱＧ ＝（Ｖ１ ＋Ｖ２ ）×ＣＰＧ×（Ｔ１ −Ｔ２ ） ……… （４）
但し、
ＣＰＧ：燃焼排ガスとリサイクルＮ２ ガスとの混合ガス（排ガス）の比熱
Ｖ１ ：燃焼排ガスの流量
Ｖ２ ：リサイクルＮ２ の流量
である。
【００４２】
また、同図において蓄熱室から外部への単位時間当たりの放散熱量はＱ１ であるから、実質の蓄熱体の単位時間当たりの蓄熱量Ｑ’ Ｇ は下記５式で表れる。
Ｑ’ Ｇ ＝（Ｖ１ ＋Ｖ２ ）×ＣＰＧ×（Ｔ１ −Ｔ２ ）−Ｑ１ ……… （５）
さて、不活性ガスである前記Ｎ２ 投入時の投入流量を設定する際、前述のように蓄熱体に蓄えられた熱量をＮ２ と全量、熱交換しなければ、例えば前記蓄熱体３０１の下方の耐熱性網部材３０２等、蓄熱体の下部温度が上昇して、装置構造の耐熱上の問題が生じる。一方、Ｎ２ 量を必要以上投入することは、当該投入Ｎ２ ガス温度の低下を招き、加熱目的としてのガス供給に支障をきたす，つまり加熱物が加熱されないという問題が発生する。以上より、熱交換上で投入Ｎ２ の温度ＴＮ は前記燃焼室内温度Ｔ１ 以下となるから、熱交換前のＮ２ 温度をＴＮ０とすると、最も有効な投入Ｎ２ 流量ＶＮ は下記６式を満足すればよく、従って前記３式を用いて整理すると下記７式のようになる。ここで、燃焼排ガス流量Ｖ１ は燃焼室の温度によって制御されるため、下記７式はリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ と投入Ｎ２ 流量ＶＮ の設定値を決める際の制約条件になる。
【００４３】
Ｑ’ Ｇ ＝ＶＮ ×ＣＰＮ×（Ｔ１ −ＴＮ０） ……… （６）
∴ＶＮ ＝（ＶＧ ×ＣＰＧ×（Ｔ１ −Ｔ２ ）−Ｑ１ ）／（ＣＰＮ×（Ｔ１ −ＴＮ０））……… （７）
但し、
ＣＰＮ：Ｎ２ の比熱
である。
【００４４】
次に、前記ロジックにおける通常燃焼時間における排ガス流量調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度制御に関する排ガス流量設定手法について説明する。
まず、図４も前記配管系のうち排気に係る蓄熱式予熱器周辺を抜粋したものであるが、同図において、前記燃焼室内圧力検出器３１Ａ，３１Ｂで検出される燃焼室内圧力をＰ１ ，前記排気流量／圧力検出器３５Ａ，３５Ｂで検出される排気圧力（同図では配管内圧力）をＰ３ ，前記ダイリューション弁２３Ａ，２３Ｂから希釈ガスとして用いられる空気の供給圧（即ち，大気圧）をＰ０ とし、更に図示されないタンディッシュ内圧力検出器等で検出されるタンディッシュ内圧力（同図では炉内又はＴ／Ｄ内圧力）をＰ２ としたとき、排ガス流量Ｖは、燃焼排ガス流量Ｖ１ とリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ と希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ との総和，つまりＶ＝Ｖ１ ＋Ｖ２ ＋Ｖ３ となり、このうち、燃焼排ガス流量Ｖ１ は下記８式で表わされる。
【００４５】
Ｖ１ ＝Ｖｍ（Ｇ０ ＋（ｍ−１）Ａ０ ） ……… （８）
但し、
Ｖｍ：総燃料ガス流量
Ｇ０ ：理論燃焼ガス量
Ａ０ ：理論空気量
ｍ ：空気比
である。
【００４６】
また、前記希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ は希釈ガス供給圧（大気圧）Ｐ０ と排気圧力（配管内圧力）Ｐ３ との差圧（Ｐ０ −Ｐ３ ）で決定するから、例えば図５に示すように予め希釈ガス供給圧（＝大気圧）Ｐ０ 及び排気圧力（配管内圧力）Ｐ３ の差圧（Ｐ０ −Ｐ３ ）と希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ との関係を調査しておき、前記検出されたそのときの希釈ガス供給圧（大気圧）Ｐ０ 及び排気圧力（配管内圧力）Ｐ３ の差圧（Ｐ０ −Ｐ３ ）から前記希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ３ を得ることができる。
【００４７】
一方、前述したようにリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ と投入Ｎ２ 流量ＶＮ との関係は前記７式によって決定されるから、この投入Ｎ２ 流量ＶＮ を決めるとリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ は求まる。ここで、投入Ｎ２ 流量ＶＮ はタンディッシュの加熱に必要な熱量から決まるから、例えば下記９式及び１０式で表される熱バランス式から下記１１式を導出して当該投入Ｎ２ 流量ＶＮ を設定することができる。
【００４８】
ＱＴＤ＝ＡＴＤ×α×（ＴＧＯＵＴ−ＴＴＤ） ……… （９）
但し、
ＱＴＤ ：タンディッシュの受熱量
ＡＴＤ ：タンディッシュの内表面積
α ：タンディッシュ内表面と投入Ｎ２ 間の熱伝達係数
ＴＧＯＵＴ：投入Ｎ２ がタンディッシュから出るときの温度
ＴＴＤ ：タンディッシュ内表面温度
ＱＧ ＝ＶＮ ×ＣＰ ×（ＴＧＩＮ −ＴＧＯＵＴ） ………（１０）
但し、
ＱＧ ：投入Ｎ２ がタンディッシュに放出した熱量
ＣＰ ：投入Ｎ２ の平均比熱
ＴＧＩＮ ：投入Ｎ２ の温度
ここで、ＱＴＤ＝ＱＧ であることから、
ＶＮ ＝ＡＴＤ×α×（ＴＧＯＵＴ−ＴＴＤ）／（ＣＰ ×（ＴＧＩＮ −ＴＧＯＵＴ））………（１１）
このようにして得られた各流量Ｖ１ 〜Ｖ３ の総和から排ガス流量Ｖを設定し、この排ガス流量Ｖが達成されるように前記制御時間の排ガス流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度を制御すればよい。
【００４９】
なお、前記リサイクルＮ２ 流量Ｖ２ は以下のようにして設定することもできる。即ち、前述のようにタンディッシュ内圧力Ｐ２ を検出することができれば、このタンディッシュ内からのリサイクルＮ２ 流量を確保するための必要十分条件は、タンディッシュ内圧力Ｐ２ と燃焼室内圧力Ｐ１ との差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）が正値であることになる。ここで、タンディッシュ内圧力Ｐ２ 及び燃焼室内圧力Ｐ１ の差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）とリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ とは、同等の温度及び圧力下で、一意の関係にあり、従って例えば図６に示すように予め当該タンディッシュ内圧力Ｐ２ 及び燃焼室内圧力Ｐ１ の差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）とリサイクルＮ２ 流量Ｖ２ との関係を調査しておき、前記検出されたタンディッシュ内圧力Ｐ２ 及び燃焼室内圧力Ｐ１ の差圧（Ｐ２ −Ｐ１ ）を満足するように当該燃焼室内圧力Ｐ１ を制御するために前記リサイクルＮ２ 流量Ｖ２ を設定するようにしてもよく、これに応じて前記前記排ガス流量Ｖを設定すると共に前記前記制御時間の排ガス流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度を制御すればよい。
【００５０】
このような各気体の流量制御を行うことで、少なくとも定常的なＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードにおけるタンディッシュ内圧力を正圧に保持することが可能となろう。しかしながら、Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時には、当該タンディッシュ内圧力を正圧に保持することができなくなる可能性がある。即ち、例えば前記Ｍガス弁８Ａの閉からＭガス弁８Ｂの開までの切替え所要時間では燃焼排ガス流量Ｖ１ は理論的に“０”であり、従って著しい場合には前記リサイクルＮ２ 流量Ｖ２ ＝（排ガス流量Ｖ−ダイリューション流量Ｖ３ ）になってしまう虞れがあり、そのような場合に前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ や排ガス流量Ｖを前記Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの定常時と同様に設定していたのでは、タンディッシュ内圧力が負圧となって、燃焼排ガスや大気をタンディッシュ内に吸引してしまう。
【００５１】
そこで、このようなＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時には、前述のようにＮ２ 流量調整弁１９の開度を開いて投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加させたり、排気流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度を閉じて排ガス流量Ｖを減少させたりすることで、タンディッシュ内圧力を正圧に保持する。より具体的に、例えば投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加させる際の増加投入Ｎ２ 流量ΔＶＮ の設定手法について説明すると、例えばＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」のモード切替え時に燃焼ガス流量Ｖ１ が“０”となるため、当該切替え時におけるリサイクルＮ２ 流量Ｖ２Ｃは、定常時のリサイクルＮ２ 流量Ｖ２Ｓに対して下記１２式で表される。
【００５２】
Ｖ２Ｃ＝Ｖ１ ＋Ｖ２Ｓ ………（１２）
一方、タンディッシュ内の圧力はタンディッシュ開口部（排滓口、ノズル口等）からの放散Ｎ２ 流量ＶＷ に依存する（ＶＷ が多いほどタンディッシュ内の圧力は高くできる）。従ってこの放散Ｎ２ 流量ＶＷ は下記１３式で表される。
【００５３】
ＶＷ ＝ＶＮ −Ｖ２Ｓ ………（１３）
従って、この放散Ｎ２ 流量ＶＷ を切替え時に一定にするためには、前記１２式及び１３式を等号で結んで、整理すれば明らかなように、基本的には燃焼ガス流量Ｖ１ 分だけ投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加すればよい。実際には、定常運転時のリサイクルＮ２ 流量Ｖ２Ｓはタンディッシュ内圧が余裕をもって正圧になるように、限界値よりも小さい値が設定される。従って、定常運転時に設定可能なリサイクルＮ２ 流量の上限値を「Ｖ２Ｓ上限」とし、両者の関係を予め調査しておけば、増加リサイクルＮ２ 流量ΔＶ２ を用いて下記１４式が成立する。
【００５４】
Ｖ２Ｓ上限＝Ｖ２Ｓ＋ΔＶ２ ………（１４）
但し、ΔＶ２ ＞０
また、タンディッシュ内圧を正圧とするために最低限必要な放散Ｎ２ 流量の下限値「ＶＷ 下限」は下記１５式で表される。
【００５５】
ＶＷ 下限＝ＶＮ −Ｖ２Ｓ上限 ………（１５）
従って、前記１４式及び１５式から下記１６式を得、この１６式と前記１２式とから下記１７式を得る。
【００５６】
ＶＷ 下限＝ＶＮ −（Ｖ２Ｓ＋ΔＶ２ ） ………（１６）
ＶＷ 下限＝ＶＮ −（Ｖ２Ｃ−Ｖ１ ）−ΔＶ２
＝ＶＮ −Ｖ２Ｃ＋Ｖ１ −ΔＶ２ ………（１７）
従って、この１７式から、タンディッシュの内圧を正圧にするためには、少なくとも「Ｖ１ −ΔＶ２ 」だけ投入Ｎ２ 流量ＶＮ を増加してやればよいから、この関係は下記１８式を満足するように増加投入Ｎ２ 流量ΔＶＮ を設定してやればよい。
【００５７】
ΔＶＮ ≧Ｖ１ −ΔＶ２ ＝Ｖ１ −（Ｖ２Ｓ上限−Ｖ２Ｓ） ………（１８）
なお、この切替え時に排ガス流量を減少した場合には、前記増加投入Ｎ２ 流量ΔＶＮ を更に小さくすることができる。このことは、排ガス流量の減少分をＶ１ 減少分と考えれば明らかである。
【００５８】
本実施例では、投入Ｎ２ 流量ＶＮ の増加と排ガス流量Ｖの減少とが上記の条件を同時に満足するようにバランス良く同時に行われることで、前記タンディッシュ内圧力Ｐ２ が確実に正圧保持されるように設定している。勿論、当該タンディッシュ内圧力Ｐ２ を前述のように検出可能な場合には、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ の増加量や排ガス流量Ｖの減少量を変更設定することが可能となる。
【００５９】
前述のような制御内容を組合わせて実施することで、タンディッシュ内への燃焼排ガスや大気の吸引を抑制防止することができるから、残鋼の更なる酸化は確実に抑制防止することができる。ところで、本実施例では、更に前記タンディッシュ内を還元雰囲気にすることによって、残鋼酸化を殆ど皆無にしようとする。
【００６０】
ここで、例えばタンディッシュ内を還元雰囲気にするための還元性ガスにＨ２ を用いたときに、当該Ｈ２ が酸化鉄Ｆｅ３ Ｏ４ やＦｅＯのＯ成分と結合して鉄を還元したり、或いはＨ２ ＯのＯ成分が鉄を酸化して酸化鉄Ｆｅ３ Ｏ４ やＦｅＯになったりする状態を、Ｈ２ 濃度及びＨ２ Ｏ濃度と温度とに依存する酸化還元平衡曲線として図７に示す。
【００６１】
この酸化還元平衡曲線をＨ２ ／Ｈ２ Ｏ濃度比に置換し、温度に依存する鉄の酸化還元平衡曲線として図８に示す。また、同図には、同じく還元雰囲気を達成可能な還元性ガスとしてＣＯを用いた場合に、このＣＯ／ＣＯ２ 濃度比の温度に依存する鉄の酸化還元平衡曲線も合わせて示す。この場合、タンディッシュの保熱目標温度は凡そ１０００℃以上であるから、このような高温の前記Ｎ２ 雰囲気では、同図から、鉄を還元可能なＨ２ ／Ｈ２ Ｏ濃度非は約１．５程度であることが分かる。従って、還元性ガスとしてＨ２ を用いる方がＨ２ の投入量が少量でもよいことから、後述するように投入される還元性ガス濃度を爆発限界（可燃限界）濃度以下に抑制する上で有利であることが伺われる。
【００６２】
ここで、既知のように空気中にリークした場合におけるＨ２ の可燃限界は４％程度以下であることから、当該Ｈ２ の添加条件について考察する。
今、タンディッシュ内の平均Ｏ２ 濃度をＣＯ ，タンディッシュ内への前記投入Ｎ２ 流量をＶＮ ，同じくタンディッシュ内への添加Ｈ２ 流量をＶＨ としたとき、タンディッシュ内へ侵入したＯ２ と反応するＨ２ 量（＝生成するＨ２ Ｏ量）ＶＨ２０ は下記１９式で与えられる。
【００６３】
ＶＨ２０ ＝２×ＶＮ ×ＣＯ ………（１９）
従って、タンディッシュ内に点火されたＨ２ のうち、Ｏと反応しないＨ２ 量ＶＨｒは下記２０式で与えられる。
【００６４】
ＶＨｒ＝ＶＨ −ＶＨ２０ ＝ＶＨ −２×ＶＮ ×ＣＯ ………（２０）
従って、ここで生成されるＨ２ Ｏ量ＶＨ２Ｏ に対する実際の投入Ｈ２ 量ＶＨｒの濃度比Ｈ２ ／Ｈ２ Ｏは下記２１式の左辺で表されることから、これが前記所定濃度比１．５以上となればよいことになり、これを解いて得られる必要な平均Ｏ２ 濃度ＣＯ ，投入Ｎ２ 流量ＶＮ ，添加Ｈ２ 流量ＶＨ の関係が２２式となる。
【００６５】
（ＶＨ −２×ＶＮ ×ＣＯ ）／（２×ＶＮ ×ＣＯ ）≧１．５ ………（２１）
∴ＶＨ ≧５×ＶＮ ×ＣＯ ………（２２）
一方、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ における添加Ｈ２ 流量ＶＨ の可燃限界範囲は下記２３式で表れるから、これを解いて得られる投入Ｎ２ 流量ＶＮ ，添加Ｈ２ 流量ＶＨ の関係が２４式となる。
【００６６】
ＶＨ ／（ＶＮ ＋ＶＨ ）≦０．０４ ………（２３）
∴ＶＨ ≦ＶＮ ／２４ ………（２４）
この２４式の関係を図９にＨ２ 可燃下限曲線として実線で示し、更にこのＨ２ 可燃下限曲線の上下に、前記２２式で与えられる平均Ｏ２ 濃度ＣＯ をパラメータとしたＮ２ 投入量−Ｈ２ 添加量の関係を二点鎖線で示す。これより、前記Ｈ２ 可燃下限曲線より上方が、本実施例のＮ２ 雰囲気Ｈ２ ガス（図ではＨＮガス）の可燃範囲になるため、このＨ２ 可燃下限曲線より上方になるような平均Ｏ２ 濃度≧０．７％では安全上の問題が発生する。更に、前述のようにして設定された投入Ｎ２ 流量ＶＮ 下で、タンディッシュ内への燃焼排ガスや大気の吸引がなく、かつ効率よく酸化鉄の還元が促進されれば、前記Ｈ２ 添加は極めて微量でよく、例えば本実施例のＮ２ 投入量１０００Ｎｍ３ ／Ｈにおいて、添加Ｈ２ の流量ＶＨ はわずか１０Ｎｍ３ ／Ｈ程度でよいことが判明している。
【００６７】
さて、このようにして実施された本実施例の作用について説明する。まず、前記Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることにより（ここでは前記還元性ガスＨ２ の添加は行っていない）、本実施例では図１０ａに示すようにタンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内圧力を常時“０”より高い、即ち正圧に保持することができた。これに対して、Ｎ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、ダイリューション流量を調整したりすることのない従来例では、図１０ｂに示すようにタンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内圧力が一時的にではあるが“０”より低い、所謂負圧になってしまい、従って前述のように燃焼排ガスや大気がタンディッシュ内に吸引されてしまうことが想定される。
【００６８】
また、このようにＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることによる（ここでも前記還元性ガスＨ２ の添加は行っていない）本実施例のタンディッシュ内（Ｔ／Ｄ）内酸素濃度を図１１ａに示す。同図から明らかなように、当該タンディッシュ内酸素濃度は、前記初回のＮ２ 投入／リサイクルモード切替え時に若干のピークが表れるものの、その他は安定して目標上限値以下に保たれていることが分かる。一方、このような制御態様が全く行われない従来例によるタンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内酸素濃度は図１１ｂに示すように、各Ｎ２ 投入／リサイクルモード切替え時毎にピークが表れ、それは常に目標上限値を上回ってしまっていることが分かる。
【００６９】
更に、前述のようなＮ２ 投入／「燃焼＋Ｎ２ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ２ 流量ＶＮ を一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることにより（ここでも前記還元性ガスＨ２ の添加は行っていない）図１２に示すようにタンディッシュ内平均Ｏ２ 濃度を従来から大幅に低減することができ、従って残鋼の酸化量を大幅に低減することができた。ちなみに、前記図１１ａや図１２に示すタンディッシュ内酸素濃度は、前述の還元性ガスＨ２ の添加を行わない場合のものであり、実際に還元性ガスＨ２ を添加した場合のタンディッシュ内酸素濃度は常時“０”（ガス分析計の測定可能限界以下）となることが分かっている。
【００７０】
そして、このようにしてほぼ完全な無酸化状態で且つ残鋼の酸化量も大幅に低減された状態で保熱されたタンディッシュを実際の鋳造に供したところ、図１３に示すように、１Ｃｈ（チャージ）目の鋳造における総ホットヘゲ発生率は、従来を１００としたとき、還元性ガスＨ２ を添加しない場合で凡そ３２．０程度、還元性ガスＨ２ を添加した場合には凡そ３．５程度まで減少させることができ、また、再使用タンディッシュによる鋳造開始直後の１本目と２本目のスラブでの総ホットヘゲ発生率は、従来を１００としたとき、還元性ガスＨ２ を添加しない場合で凡そ２７．９程度、還元性ガスＨ２ を添加した場合には凡そ１．１程度まで減少させることができた。
【００７１】
勿論、図１４に示すように、本実施例のＮ２ 蓄熱式予熱器（図ではバーナ）を用いることにより、タンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内温度を前記開孔限界以上に保持する鋳込み終了からの経過時間を、従来から大幅に長じることができ、連連数を大幅に延長することができた。
【００７２】
次に、前記蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ及びそれらとタンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ａ，５０Ｂの他の実施例について、図１５を用いながら説明する。この蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂそのものの構造は前記図２の実施例のものと同様又はほぼ同様であるから、同等の構成部材については同等の符号を附して、その詳細な説明を省略する。またここでも、蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂやシール装置５０Ａ，５０Ｂは、互いに同等の構成を有するものであるから、ここでは前記他方の蓄熱式予熱器２Ｂ及びそれとタンディッシュ１の開口部１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ｂに代表して、その構成を説明する。
【００７３】
本実施例でも、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）から下方に延設された挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部は、前記図２の実施例と同様に、後述するシール装置５０Ｂ（５０Ａ）のシール性をサポートし且つ投入Ｎ２ による大気エジェクター効果を抑制防止するために、前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入されており、この開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ蓋１ａの上面と前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲で且つ燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間に、シール装置５０Ｂ（５０Ａ）が介装されている。このシール装置５０Ｂ（５０Ａ）は、大きく押圧装置５１０とシール部材層５１１とに分割される。まず、このシール部材層５１１は、比較的軟質で伸縮性のある比較的肉厚のシート状のリング状耐熱性シール部材５１２を複数重ね合わせ、その最下層のシール部材５１２を、当該リングの内側を通って最上層に折り返して構成され、これが前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ当該蓋１ａの上面に載置する。なお、前記耐熱性シール部材５１２は、断熱材や耐火物で構成される。一方、前記押圧装置５１０は、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３から所定距離だけ離間した下方で且つ内孔内に前記挿入管７Ｂ（７Ａ）を緊密に挿通して当該挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲に配設された円板状の押圧ディスク５１４を備え、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３から突設されたボルト部材５１５に押圧スプリング５１６を被嵌し、当該ボルト部材５１５の下方先端部を前記押圧ディスク５１４に貫通してその下方まで突出させ、更に当該ボルト部材５１５の押圧ディスク５１４から突出する下方端部にダブルナット５１７を螺合締付けて当該押圧ディスク５１４を位置決めするように構成されている。なお、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３と押圧ディスク５１４との間の空間の周囲は周壁５１５で覆われ、ある程度の気密性が維持されるようにしてあると共に、この周壁５１５にＮ２ 給気口５１９が配設されている。
【００７４】
従って、前記押圧装置５１０の押圧ディスク５１４の下面を前記シール部材層５１１の上面に当接し、この状態で前記蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）ごと押圧ディスク５１４をシール部材層５１１の上面に押付けると、前記押圧スプリング５１６が収縮し、その変位に応じた弾性力が前記押圧ディスク５１４をシール部材層５１１に押圧する押圧力として作用する。このとき、前述のように伸縮性を有するシール部材５１２はこの押圧力で弾性変形し、シール部材層５１１全体が前記押圧ディスク５１４の下面とタンディッシュ１の蓋１ａの上面とに密着し、もって挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性，ひいては燃焼室４Ｂ（４Ａ）とタンディッシュ１内部との気密性を維持する。また、このときスライドする押圧ディスク５１４と周壁５１８との間の気密性は前述のように完全ではないために、前記Ｎ２ 給気口５１９から、前記押圧ディスク５１４と燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間の空間に、不活性ガスであるＮ２ を供給し、当該空間をＮ２ でパージすることにより、前記押圧ディスク５１４と周壁５１８との間の隙間を通って、更に押圧ディスク５１４と挿入管７Ｂ（７Ａ）との隙間からタンディッシュ１内に流れ込もうとする大気を遮断することができる。また、万が一、前記シール装置５０Ｂ（５０Ａ）のシール性が低下した場合にも、当該シール装置５０Ｂ（５０Ａ）の周囲が不活性ガスであるＮ２ でパージされているために、タンディッシュ１内への大気の流れ込みは抑制される。なお、所望するシール面，特に前記タンディッシュ１の蓋１ａの上面に多少の異物があった場合でも、前記シール部材５１２が軟質で且つ伸縮性を有するために、この異物を覆い込むように変形することにより当該シール面にシール部材が密着して気密性を確保する。また、この異物が大きい場合で且つシール部材５１２の変形だけでは気密性（シール性）を確保し切れないような場合でも、前記押圧スプリング５１６の収縮により押圧ディスク５１４が傾斜し、適切な押圧力をシール部材５１２からなるシール部材層５１１に付与してシール性を確保可能とする。
【００７５】
次に、前記蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ及びそれらとタンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ａ，５０Ｂの更に他の実施例について、図１６を用いながら説明する。ここでも、図２の蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂと同等の構成部材については同等の符号を附して、その詳細な説明を省略する。また、前記他方の蓄熱式予熱器２Ｂ及びそれとタンディッシュ１の開口部１ｃとの間に介装されたシール装置５０Ｂに代表して、その構成を説明する。
【００７６】
本実施例でも、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）から下方に延設された挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部が前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入されている点と、その効果は前述と同様である。そして、この開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ蓋１ａの上面と前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲で且つ燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間に介装されたシール装置５０Ｂ（５０Ａ）は、前記図１５の説明と同様に、大きく押圧部５２０とシール部材層５２１とに分割される。そして、本実施例のシール部材層５２１は、比較的軟質で伸縮性のある断熱材や耐火物からなる比較的肉厚のシート状のリング状耐熱性シール部材５２２を複数重ね合わせ、その上下面間にセットしたエキスパンドメタル等の耐熱性網部材５２３間にボルト部材５２４を挿通し、その上下突出端部にナットを螺合締付けて構成され、これが前記タンディッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ当該蓋１ａの上面に載置する。一方、前記押圧部５２０は、前記図１５の説明と同様に、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３から所定距離だけ離間した下方で且つ内孔内に前記挿入管７Ｂ（７Ａ）を緊密に挿通して当該挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲に配設された円板状の押圧ディスク５１４を備え、この押圧ディスク５１４の上面と前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面１３との間の空間にも、伸縮性を有する肉厚のリング状耐熱シール部材５２５を積層し、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下端面５１３から突設されたボルト部材５１５の下方先端部を前記押圧ディスク５１４に貫通してその下方まで突出させ、更に当該ボルト部材５１５の押圧ディスク５１４から突出する下方端部にダブルナット５１７を螺合締付けて当該押圧ディスク５１４及び積層された耐熱性シール部材５２５を位置決めするように構成されている。また、前記図１５の説明と同様に、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下端面５１３と押圧ディスク５１４との間の空間の周囲は周壁５１５で覆われ、ある程度の気密性が維持されるようにしてあると共に、この周壁５１５にＮ２ 給気口５１９が配設されている。更に、前記図２の説明と同様に、前記周壁５１５の下方端部には防熱リング５０４が配設されている。
【００７７】
従って、前記押圧部５２０の押圧ディスク５１４の下面を前記シール部材層５２１の上面に当接し、この状態で前記蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）ごと押圧ディスク５１４をシール部材層５２１の上面に押付けると、前記伸縮性を有する耐熱性シール部材５２５が収縮し、その変位に応じた弾性力が前記押圧ディスク５１４をシール部材層５２１に押圧する押圧力として作用する。従って、この押圧力により前記エキスパンドメタル等からなる耐熱性網部材５２３から押し出された伸縮性を有するシール部材５２２の積層からなるシール部材層５２１全体が前記押圧ディスク５１４の下面とタンディッシュ１の蓋１ａの上面とに密着し、もって挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性が維持され、同時に前記積層されたシール部材５２５が押圧ディスク５１４の上面と燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３とに密着して挿入管７Ｂ（７Ａ）と当該燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面５１３との気密性が維持されるため、全体としては燃焼室４Ｂ（４Ａ）とタンディッシュ１内部との気密性を維持する。また、前記図１５の説明と同様に、前記Ｎ２ 給気口５１９から、前記押圧ディスク５１４と燃焼室４Ｂ（４Ａ）の下面との間の空間に、不活性ガスであるＮ２ を供給し、当該空間をＮ２ でパージすることにより、前記押圧ディスク５１４と周壁５１８との間の隙間を通って、更に押圧ディスク５１４と挿入管７Ｂ（７Ａ）との隙間からタンディッシュ１内に流れ込もうとする大気を遮断することができる。また、万が一、前記シール装置５０Ｂ（５０Ａ）のシール性が低下した場合にも、当該シール装置５０Ｂ（５０Ａ）の周囲が不活性ガスであるＮ２ でパージされているために、タンディッシュ１内への大気の流れ込みは抑制される。
【００７８】
なお、前記実施例では不活性ガスとしてＮ２ ，タンディッシュ内の還元性ガスとしてＨ２ を用いた場合及びそれを用いることの優位性についてのみ詳述したが、不活性ガスとしてＡｒ，還元性ガスとして前述のＣＯを始めとする各種の炭酸ガスや重炭化水素を用いることも勿論可能である。但し、このような炭素Ｃ系の還元性ガスを用いる場合には、前述のような可燃範囲に入ってしまう可能性があるため、別途安全対策を講じる必要があるばかりでなく、固体Ｃの遊離，即ちすすの発生を抑制防止する必要があり、これを判定するために熱力学的な検討等を細かく実施して炭素Ｃ系の還元性ガス添加流量を設定しなければならない点に留意したい。
【００７９】
また、前記実施例では、不活性ガスであるＮ２ の供給配管に還元性ガスであるＨ２ を供給する場合についてのみ詳述したが、前述のように酸素濃度が極めて低い場合の投入Ｈ２ 流量は極く微量でよいから、これを大幅に加熱することなく、前記蓄熱式予熱器やタンディッシュそのものの内部に直接供給してもよく、これによってタンディッシュの温度降下に殆ど影響のないことも発明者等は実験によって確認している。
【００８０】
また、前記還元性ガスとしてＨ２ 等を添加する場合には、Ｎ２ 等の不活性ガスが投入される側の予熱器のパイロットバーナを消火することにより、更に高いレベルの還元状態を得易くなる。即ち、実施例におけるタンディッシュ加熱の場合には、パイロットバーナの燃焼排ガス流量は、投入するＮ２ ＋Ｈ２ （不活性ガス＋還元性ガス）の１％以下であり、ＣＯ２ やＨ２ Ｏ等の酸化性ガス成分が０．２％程度になるため、パイロットバーナを消火しなくとも実用上の問題はないが、前記投入するＮ２ ＋Ｈ２ （不活性ガス＋還元性ガス）の流量が少ない場合には、それら投入側の予熱器のパイロットバーナを消火することにより、高いレベルの無酸化又は還元状態を得ることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のタンディッシュの無酸化保熱装置によれば、複数の蓄熱式予熱器を交互に燃焼させて不活性ガスの投入／吸引を行うタンディッシュの無酸化保熱装置において、シールしたい面間に介装した伸縮性耐熱性シール部材を押圧装置や弾性部材で当該シールしたい面に押圧したりして構成されるシール装置を、前記蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部に介装してやることで、前述のようなタンディッシュ内への大気の流れ込みを抑制防止して、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【００８３】
また、前述のようなシール装置の周囲を不活性ガスでパージすることにより、万が一、当該シール装置によるシール効果が低減したときにも、不活性ガスがタンディッシュ内に流れ込むだけで大気の流れ込みは抑制防止されるから、タンディッシュ内の残鋼の酸化をより一層抑制防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタンディッシュの無酸化保熱方法を実施化したタンディッシュ無酸化保熱装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の蓄熱式予熱器及びシール装置の一例を示す断面図である。
【図３】投入Ｎ２ 流量を設定するための説明図である。
【図４】排ガス流量を設定するための説明図である。
【図５】排ガス流量の設定のために用いられる希釈ガス流量の説明図である。
【図６】排ガス流量の設定のために用いられるリサイクルＮ２ 流量の説明図である。
【図７】Ｈ２ −Ｈ２ Ｏ雰囲気における鉄の酸化還元平衡の説明図である。
【図８】鉄の酸化還元平衡の説明図である。
【図９】Ｈ２ の添加条件の説明図である。
【図１０】タンディッシュ内圧力の説明図である。
【図１１】タンディッシュ内酸素濃度の説明図である。
【図１２】タンディッシュ内残鋼酸化量の説明図である。
【図１３】ホットヘゲ発生率の説明図である。
【図１４】タンディッシュ内温度の説明図である。
【図１５】図１の蓄熱式予熱器及びそのシール装置の他の例を示す断面図である。
【図１６】図１の蓄熱式予熱器及びそのシール装置の更に他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１はタンディッシュ
２Ａ，２Ｂは蓄熱式予熱器（加熱手段）
３Ａ，３Ｂは蓄熱室
４Ａ，４Ｂは燃焼室
５Ａ，５Ｂはメインバーナ
６Ａ，６Ｂはパイロットバーナ
７Ａ，７Ｂは挿入管
８Ａ，８ＢはＭガス弁（燃料ガス弁）
９Ａ，９ＢはＭガス流量調整弁（燃料ガス流量調整弁）
１３Ａ，１３Ｂは空気弁
１４Ａ，１４Ｂは空気流量調整弁
１６は空気供給ファン
１７Ａ，１７ＢはＮ２ 弁（不活性ガス弁）
１９はＮ２ 流量調整弁（不活性ガス流量調整弁）
２０Ａ，２０Ｂは排気弁
２１Ａ，２１Ｂは排気流量調整弁
２２は排気ファン
２３Ａ，２３Ｂはダイリューション弁
５０Ａ，５０Ｂはシール装置
７１はＨ２ 流量調整弁（還元性ガス流量調整弁）
７２はＨ２ 弁（還元性ガス弁）
３０１は蓄熱体
３０２は耐熱性網部材
５０１は耐熱性チューブ
５０２はＮ２ 給気口（不活性ガス給気口）
５１０は押圧装置
５１１はシール部材層
５１２はシール部材
５１３は燃焼室下面
５１４は押圧ディスク
５１８は周壁
５１９はＮ２ 給気口（不活性ガス給気口）
５２０は押圧部
５２１はシール部材層
５２２はシール部材
５２３は耐熱性網部材
５２５はシール部材
Claims (3)
- 内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再使用するにあたり、当該タンディッシュに接続された複数の蓄熱式予熱器のうちの何れかから加熱した不活性ガスを当該タンディッシュ内に投入し、残りの蓄熱式予熱器から当該タンディッシュ内に投入された不活性ガスを吸引するタンディッシュの無酸化保熱装置であって、前記各蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部にシール装置を介装し、当該シール装置は、シールを必要とする面間に伸縮性と耐熱性とを有するシール部材を介装し、且つこのシールを必要とする何れか一方又は双方の面を前記シール部材に所定の押圧力で押圧する押圧装置を設けて構成されることを特徴とするタンディッシュの無酸化保熱装置。
- 内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再使用するにあたり、当該タンディッシュに接続された複数の蓄熱式予熱器のうちの何れかから加熱した不活性ガスを当該タンディッシュ内に投入し、残りの蓄熱式予熱器から当該タンディッシュ内に投入された不活性ガスを吸引するタンディッシュの無酸化保熱装置であって、前記各蓄熱式予熱器とタンディッシュとの接続部にシール装置を介装し、当該シール装置は、シールを必要とする面間に伸縮性と耐熱性とを有するシール部材を介装し、且つこのシールを必要とする何れか一方又は双方の面の半体面に、当該シールを必要とする何れか一方又は双方の面を前記シール部材に所定の弾性力で押圧する弾性耐熱部材を配設して構成されることを特徴とするタンディッシュの無酸化保熱装置。
- 前記シール装置の周囲を不活性ガスでパージすることを特徴とする請求項１又は２に記載のタンディッシュの無酸化保熱装置。
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| JP20060496A JP3570101B2 (ja) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | タンディッシュの無酸化保熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP20060496A JP3570101B2 (ja) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | タンディッシュの無酸化保熱装置 |
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- 1996-07-30 JP JP20060496A patent/JP3570101B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH1043844A (ja) | 1998-02-17 |
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