JP4082092B2 - 熱風炉の保熱方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱風炉の補修時、あるいは、高炉の休止に伴う熱風炉の休止時における熱風炉の保熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱風炉は、高炉に高温の空気を送風するための設備であり、主に、燃焼室と蓄熱室から構成され、前記燃焼室で燃料ガスを燃焼し、その顕熱を前記蓄熱室に蓄熱する燃焼蓄熱過程と、蓄熱した蓄熱室に空気を供給して熱交換させ、高温となった空気を高炉に送風する送風過程を周期的に繰り返している。
【０００３】
熱風炉の前記燃焼室および蓄熱室の内部は、高温の所で１４００℃を超える温度であって、この高温度に耐えるために、高温での熱膨張率が安定している珪石煉瓦を使用している。この珪石煉瓦は、低温になると結晶の転移で熱膨張率が急に下がったり、煉瓦自身崩壊する虞があるために、高炉の長期休止や、熱風炉の補修等で長期休止する場合には、前記珪石煉瓦を保護するために保熱する必要がある。
【０００４】
一般的に、前記珪石煉瓦の保熱条件は、熱膨張率が安定する６００℃以上となっている。一方、これら煉瓦を支えている煉瓦受金物は耐熱鋳物製であることからその強度低下を防止するために３５０℃以下で温度管理する必要がある。
従って、前記珪石煉瓦の６００℃以上の保熱条件と、煉瓦受金物の３５０℃以下の管理を同時に満たすために、珪石煉瓦と受金物間に６００℃前後乃至それ以下で熱膨張率の安定する高アルミナ煉瓦を介在させている。
【０００５】
このようなことから、燃焼室に保熱バーナを設置して保温を行う場合、予め定められた温度管理位置での温度を監視しながら、所定温度に入るように燃料ガス量、燃焼空気量等の燃焼条件を調整していた。
【０００６】
しかしながら、この燃焼条件の調整方法は、該当位置での測定温度を確認して燃焼条件の調整を行っているため、該当位置での温度を安定させることが難しい。その理由は、特に熱風炉内補修の際は、開口部からの空気漏れ込みがあり、その漏れ込み空気により保熱バーナでの燃焼温度が低下し、結果として煉瓦温度も低下することになるからである。また、補修の状況により空気の漏れ込み量が変化するため、保熱バーナでの燃焼条件も空気の漏れ込み量に合わせて変化させねばならないからである。
【０００７】
しかし、これまでの保熱方法では、空気の漏れ込みについての認識も無く、また、認識されたとしても対応が取れなかったために、漏れ込み空気量の変化により過度の保熱になったり、保熱不足に陥ることがあった。
保熱不足の場合は、珪石煉瓦の温度が低下し煉瓦損傷を引き起こし、保熱過度の場合は、煉瓦受金物の温度上昇が早くなる。煉瓦受金物の温度上昇は煉瓦受金物強度の低下やその寿命低下となるため、保熱を一時中断し、冷風を送り込むことにより受金物温度を降下させるが、この冷風送風作業は炉内補修者の炉外退避、保熱バーナの消火等の冷風送風前の準備作業や送風後の炉内残留の燃焼俳ガス分析、炉内温度調整等の作業を新たに要し、炉内補修期間の延長原因となる。
【０００８】
よって、保熱温度を適性にすることが、珪石煉瓦や煉瓦受金物にとって重要であると共に炉内補修の期間短縮面からも重要であった。
【０００９】
熱風炉の補修時の保熱方法としては、特開2000-104107 号がある。これは、燃焼室に仮設燃焼バーナを設けると共に煉瓦受金物の下方に仮設送風配管を設置し保熱時に煉瓦受金物に冷風を吹き付けて温度上昇を抑制する方法である。煉瓦受金物の温度上昇を抑制できるので、冷風送風作業の頻度が少なくなり、結果的に補修期間の短縮が可能となる。
【００１０】
また、特開平9-202908号は、保熱バーナ等の燃焼設備を新規に設置せずに保熱を行う方法で、補修熱風炉とそれ以外の熱風炉の間に新たな配管を増設して、高炉に供給する熱風の一部を補修熱風炉に吹き込んで保熱を行う方法であり、燃焼設備を増設する必要が無いという利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は、熱風炉の保熱という観点からすると、必ずしも十分であるとは言い難たい。
特開2000-104107 号では、冷風送風配管等を新たに設置するための費用が必要となる。また、燃焼による煉瓦温度の監視、煉瓦温度による保熱燃焼条件を制御するために保熱過剰や保熱不足に陥る可能性があるが、これらが解決されていない。すなわち、熱風炉の保熱状態は炉内への空気の漏れ込み量により左右されるが、この漏れ込み量は補修の状況により大きく変化するという問題、さらに、その結果として熱風炉の熱管理が安定せず保熱用の燃料ガス量も多く使用するという問題がある。
【００１２】
また、特開平9-202908号は、燃焼設備を増設しなくともよい利点はあるが、高炉に供給する熱風の温度はその時の高炉の操業状況に影響されるため、その熱風の１部をそのまま補修している熱風炉に導入するやり方は、燃焼設備のような細かい温度調整には向かず、熱風炉を最適な保熱状態に維持することが難しいという問題がある。また、この方法の場合も３〜４基ある各熱風炉間に熱風配管を増設する必要があるため、配管工事規模が大きくなり効率的な方法とはいえない。
【００１３】
本発明は、上記したような問題を解決せんとしてなされたものであり、熱風炉の補修時、あるいは、高炉の休止に伴う熱風炉の休止時に保熱温度に過不足のない熱風炉の保熱方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る熱風炉の保熱方法は、燃焼室に設けた保熱バーナの燃焼排ガス中酸素濃度より求まる実質燃焼温度Ｔ（℃）と、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3／H・m2）との下記１式で示す関係式を満たすよう、保熱バーナにおける燃料ガス量および燃焼空気量、もしくは燃料ガス量、または燃焼空気量のいずれかを調整することとしている。
1100＜（Ｔ＋2922×Ｖ）＜1300 ・・・・ １式
【００１５】
ここで、保熱バーナの燃焼排ガス中酸素濃度より求まる実質燃焼温度Ｔ（℃）とは、保熱バーナでの燃焼の際に供給される酸素のうちの完全燃焼されない余剰酸素と、保熱バーナ外から自然と混入される空気の漏れ込みに伴う酸素等の排ガス中の全酸素量を指し、これら全酸素量から求める空気の漏れ込み量を考慮に入れた燃焼温度Ｔ（℃）であり、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）とは、保熱バーナでの燃焼による排ガスと、保熱バーナ外から自然と混入される空気の漏れ込み量を１時間当たりの加算した全排ガス量を、各熱風炉により定まった蓄熱室における蓄熱面積で除算した値である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明方法を実施するための熱風炉の概略説明図を示し、図２は、最適な燃焼条件を示す図である。
図１に示す熱風炉は、コッパース外燃式の熱風炉であり燃焼室１と蓄熱室２が個別に形成され、その各ドームが連通されている。
燃焼室１は、その下端に燃焼室燃料ガス受入口ａと燃焼用空気受入口ｂが設けられ、その各受入口の上方で燃料ガスと燃焼用空気が混合され、燃焼される。 また、燃焼室１の側方には、熱風供給管ｈが接続され熱風を高炉に供給する送風本管ｆに連通している。ｇは、熱風を送風本管ｆに供給する過程で、熱風炉からの熱風温度の調整用に冷風を混合するための冷風供給管を示す。
【００１７】
蓄熱室２には、熱を蓄えるためにギッタ煉瓦が充填され、その下方にはギッタ煉瓦を支える煉瓦受金物２１が設けられている。上部ギッタ煉瓦２２には、高温での熱膨張率が安定している珪石煉瓦を使用し、下部ギッタ煉瓦２３は、６００℃前後乃至それ以下で熱膨張率の安定する高アルミナ煉瓦を使用し、煉瓦受金物２１は耐熱性に優れた耐熱鋳物製である。そして蓄熱室２の下端は、一方が燃焼排ガスを煙突ｄに排出する煙道ｃにつながり、他方には該蓄熱室２に空気を送り込む空気送込口ｅが設けられている。
【００１８】
なお、燃焼室燃料ガス受入口ａには燃料ガスの供給開閉用に燃料弁ｉを、煙道ｃにはその開閉用に煙道弁ｊを、蓄熱室２下端の空気送込口ｅにはその開閉用に送風弁ｋを、燃焼室１から送風本管ｆに至るまでの熱風供給管ｈにはその開閉用に熱風弁ｍを、また、冷風供給管ｇには混冷弁ｎをそれぞれ介在させている。
【００１９】
このような構成の熱風炉では、燃焼室燃料ガス受入口ａからの燃料ガスと燃焼用空気受入口ｂからの空気を受け入れて、燃焼室１内で燃焼し、高温の燃焼排ガスは、燃焼室１内を上昇してドーム部に至り、さらに蓄熱室２内を下降して、その顕熱を前記蓄熱室２の上部ギッタ煉瓦２２、下部ギッタ煉瓦２３に伝熱し、比較的低温となった燃焼排ガスは、煙道ｃを通って煙突ｄから排出される。
【００２０】
一定時間蓄熱されると、今度は燃焼室１内での燃焼を停止し、蓄熱した蓄熱室に空気送入口ｅから空気を供給してギッタ煉瓦で蓄熱した熱を送入空気と熱交換させ、熱風となった空気は燃焼室１内に入り熱風供給管ｈを流れて高炉の送風本管ｆに供給される。なお、この燃焼蓄熱過程と送風過程との切り替え時には各々弁ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｎを開閉操作している。
【００２１】
このように、熱風炉は、通常、燃焼蓄熱過程と送風過程を交互に繰り返しているため、煉瓦受金物２１にとってみれば、燃焼蓄熱過程で昇熱されると次の送風過程で冷却され、また、珪石からなる上部ギッタ煉瓦２２にとってみれば、送風過程で冷却され温度が低下してくると、今度は燃焼蓄熱過程で昇熱され、煉瓦受金物２１も上部ギッタ煉瓦２２も共に常に最適温度範囲に維持されていることになっている。
【００２２】
ところが、図１に示した補修個所Ａを補修する場合、作業者が炉内部に入る必要から開口部が必要となるため、そこから熱風炉内へ外気が侵入し、燃焼室１および蓄熱室２の珪石煉瓦温度が低下してしまう。それを防止するため、補修個所Ａの上部に保熱バーナ３を設置し、燃焼を行うことで保熱する。保熱バーナ３による燃焼排ガスは燃焼蓄熱過程の時と同じ流れを通り、燃焼室１、蓄熱室２、煙道ｃを通って煙道ｄから排出される。なお、Ｂは、燃焼室１上部の高温域と下部の補修域を断熱して区切るための補修時に使用する取り外し容易な隔壁装置である。
【００２３】
そして、蓄熱室２下方にある耐熱鋳物製の煉瓦受金物２１は、保熱時には蓄熱室２上部から高温の燃焼排ガスが流入してくるため、補修中は徐々に温度が上昇する。煉瓦受金物２１は、３５０℃以上になると強度が大きく低下し、煉瓦受金物２１が座屈する可能性がある。
【００２４】
従って、補修中に煉瓦受金物２１の温度が３００℃以上に達する場合は、前記強度低下の回避のために、一時的に補修作業を中断し、煉瓦受金物２１を冷却させるために擬似送風と称する作業を行う。
この作業は、まず、保熱バーナ３を消火した後に、これまで燃焼排ガスの排出口であった煙道弁ｊ側から送風機にて外気を熱風炉内に送り込み、煉瓦受金物２１を冷却するものである。煉瓦受金物２１の温度低下を確認したのち擬似送風を終了し、再び補修を再開する。なお、２５は、煉瓦受金物２１の測温用に設けられた受金物温度計、２４は、保熱時に上部ギッタ煉瓦２２の下端の最も温度の低い位置での温度を監視するために設けられたギッタ煉瓦温度計、１１は、燃焼室ドーム温度計である。また、弁ｉ、ｋ、ｎは閉状態を示し、弁ｊ、ｍは開状態を示している。
【００２５】
つまり、長期間に亘り熱風炉内を補修する場合は、上部ギッタ煉瓦２２を保熱しつつ補修を行う過程と、煉瓦受金物２１を冷却する擬似送風の過程を交互に繰り返しながら、上部ギッタ煉瓦２２及び煉瓦受金物２１の温度を管理温度以上あるいは以下に保持していかなければならない。
ここで、擬似送風を行う判断となるのは、煉瓦受金物２１の温度であるため、煉瓦受金物２１の温度上昇を抑制することが、擬似送風の回数を低減させるために重要である。
【００２６】
保熱バーナによる燃焼温度は、ギッタ煉瓦を保熱するために十分な燃焼温度に設定される。しかし、その温度は、バーナ先端での理論燃焼温度であり、実際の炉内温度を反映していない。なぜなら、補修開口部からの漏れ込み空気が存在し、それが炉内で燃焼排ガスと混合され、実際の炉内温度（以下、実質燃焼温度と称する）は理論燃焼温度よりも低くなるからである。実質燃焼温度を知るためには、漏れ込み空気量を把握する必要があるが、漏れ込み空気量は補修の状況により変化するため継続的に検出することは行われていなかった。
【００２７】
そのため、補修の状況により漏れ込み空気量が増加した場合は、実質燃焼温度が低下しギッタ煉瓦の温度が下がるため、その温度を回復させるために保熱バーナーにおける燃料ガス量等の大きなアクションをとり、結果として保熱過多になり受金物温度の上昇が速くなってしまうことがある。
【００２８】
そこで本発明者らは、蓄熱室の上部ギッタ煉瓦温度を維持し、かつ、受金物温度の上昇温度を抑制することのできる保熱バーナの燃焼条件を検討することにした。
ここで、図１に示すように、熱風炉における燃焼排ガスが流れる煙道ｃ内に排ガス酸素濃度計４と排ガス流量計５を設置し、排ガス中の酸素濃度と排ガスの流量を測定し、また、珪石ギッタ煉瓦の温度はその最も温度の低下する位置にギッタ煉瓦温度計２４を設け、煉瓦受金物２１の温度は受金物温度計２５を設けて測定している。さらに、保熱バーナ３に設けている燃焼ガス量調節弁３１、燃焼空気量調節弁３２にて、それぞれを調整できるようにしている。
【００２９】
図２は、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（以下、単に燃焼排ガス量Ｖとする）（Nm3/H・m2）と実質燃焼温度Ｔ（℃）の相関関係を示すものである。漏れ込み空気量のない状態では、一定の条件で保熱バーナで燃焼すると、一定の発熱量でその際発生する排ガス量も一定で変動することがない。そして、一層燃焼させ発熱量が増加し、実質燃焼温度Ｔ（℃）が上昇する分燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）も増加することになる。しかし、空気の流れ込み量が増えてくると、空気の流れ込み分燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が増え、実質燃焼温度Ｔ（℃）が低下する。
【００３０】
そして、珪石ギッタ煉瓦温度を 600℃以上に保つためには、実質燃焼温度Ｔを600 ℃以上としなければならない。
ここに、実質燃焼温度Ｔ（℃）が 600℃に相当する分が、排出される燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）との相関関係で燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が 0.171以上に燃焼しなければならず、この時のＴ＝ 600℃とＶ＝ 0.171Nm3/H・m2との関係はＴ＝(-2922Ｖ+1100)に相当し、したがって、Ｔ＞ -2922Ｖ+1100 となる。
【００３１】
一方、受金物については、実質燃焼温度Ｔ（℃）を 350℃以下に保持せねばならず、350 ℃に相当する燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）との相関関係で燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が0.325 以下でなければならず、この時のＴ＝ 350℃とＶ＝ 0.325Nm3/H・m2との関係はＴ＝ -2922Ｖ+1300 に相当し、したがって、Ｔ＜ -2922Ｖ+1300 となる。
よって、実質燃焼温度Ｔ（℃）は、図２における範囲、-2922 Ｖ+1100 ＜Ｔ＜ -2922Ｖ+1300 となる。
【００３２】
ところで、実質燃焼温度Ｔ（℃）は、下記式で算出される。
Ｔ＝（Ｔf Ｃf Ｖf ＋Ｔair Ｃair ＶL ）／（ＶL ＋Ｖf ）Ｃm ・・２式
Ｔf ：バーナー先端理論燃焼温度（℃）
Ｃf ：バーナー先端での燃焼後ガス比熱（kcal/Nm3・ ℃）
Ｖf ：バーナー先端での燃焼後の排ガス量（ Nm3/H）
Ｔair ：大気温度（℃）
Ｃair ：空気比熱（kcal/Nm3・ ℃）
ＶL ：漏れ込み空気量（Nm3/H ）
Ｃm ：排ガス比熱（kcal/Nm3・ ℃）
【００３３】
上記漏れ込み空気量Ｖ L は、下記式で算出される。
ＶL＝（ＶbＯR−ＶfＯf）／Ｏair ・・・・・・ ３式
Ｏf ：バーナー先端での燃焼後排ガス中酸素濃度（％）
Ｏair ：空気中酸素濃度（％）
ＯR ：排ガス中酸素濃度（％）
Ｖb ：出口排ガス量（Nm3／H）
【００３４】
保熱バーナ先端での燃焼後排ガス中酸素濃度Ｏf は、バーナに供給される燃料ガス量と燃焼空気量により計算される燃焼後の理論酸素残存量で定まり、空気中酸素濃度Ｏair は、空気中21％と一定であり、排ガス中酸素濃度ＯR は、煙道内に設けた排ガス酸素濃度計４で計測され、出口排ガス量Ｖb は、煙道内に設けた排ガス流量計５で計測された値から算出され、これらによって、３式から漏れ込み空気量ＶL は算出できる。なお、出口排ガス量Ｖb を１式で使用する場合、蓄熱室の蓄熱面積（m2) で除算しなければならない。
【００３５】
２式において、大気温度Ｔair 、空気比熱Ｃair は、既知の値であり、また、バーナ先端理論燃焼温度Ｔf 、バーナ先端での燃焼後ガス比熱Ｃf 、バーナ先端での燃焼後ガス量Ｖf 、排ガス比熱Ｃm 等はバーナに供給される燃料ガス量と燃焼空気量等により計算され、３式より求まる漏れ込み空気量ＶL と合わせて実質燃焼温度Ｔ（℃）は、求めることができる。
【００３６】
すなわち、２式、３式において、保熱バーナで使用される燃料ガスの種類と燃料ガス供給量と燃焼空気量、および、煙道における排ガス中酸素濃度と排ガス量がわかれば、実質燃焼温度Ｔ（℃）を知ることができる。
逆に、保熱バーナで使用される燃料ガスの種類が一定のもとで、実質燃焼温度Ｔ（℃）が望みの温度となるように、保熱バーナに供給する燃料ガス量、燃焼空気量を調整することができる。
【００３７】
本発明は、本発明者らの上記知見に基づいてなされたものであり、熱風炉の保熱方法において、燃焼室に設けた保熱バーナの燃焼排ガス中酸素濃度より求まる実質燃焼温度Ｔ（℃）と、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3／H・m2）との下記関係式を満たすよう、保熱バーナにおける燃料ガス量および燃焼空気量、もしくは燃料ガス量、または燃焼空気量のいずれかを調整することを要旨とするものである。
1100＜（Ｔ＋2922×Ｖ）＜1300
そしてこのようにすることで、熱風炉の補修時、あるいは、高炉の休止に伴う熱風炉の休止時に、熱風炉の保熱に過不足がなく安定して、熱風炉を構成する燃焼室や蓄熱室の珪石煉瓦やそれを支える煉瓦受金物の寿命を延長させることができる。
【００３８】
【実施例】
（従来例１）
以下、熱風炉の保熱方法を図面を基に説明する。
この従来例における熱風炉は、2700m3の高炉に通常操業時の送風温度1250℃、送風時間60分、送風量3500〜4200Ｎm3／分の条件に適した熱風炉である。熱風炉の保熱温度は燃焼室ドーム温度計の値（実質燃焼温度Ｔ℃）で1100℃を目標にし、別途保熱用に設けた保熱バーナにその空燃比を１に設定して燃料ガスとして約4500kcal/ Ｎm3コークス炉ガスを使用して燃焼室内で燃焼させた。その時の蓄熱室ギッタ煉瓦温度と、煉瓦受金物温度の各実測値の推移を図３に表した。
【００３９】
図３において、高温側の実線はギッタ煉瓦の温度であり、低温側は煉瓦受金物の温度を表したものであって、この図３から判るように、時間の経過と共に煉瓦受金物の温度が上昇し12時間で 300℃を超える状態となる。この図３では、1 時間後には煉瓦受金物の限界温度 350℃に達すると予想されるため、図中↓印で示す 300℃に達する前に擬似送風を行い煉瓦受金物の温度を50℃まで冷却している。
【００４０】
この場合、煙道における排ガス流量の実測値と、この熱風炉の蓄熱面積とから算出される燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）は0.1 であった。そして、実質燃焼温度Ｔ（℃）を1100℃として、本発明の式にこの値を代入してみると、Ｔ＋2922×Ｖ＝1392となり、本発明の上限値を超える高温状態で保熱していたことが判る。
【００４１】
（従来例２）
図４も、従来例の場合であり、熱風炉の大きさは、従来例１と同じである。 保熱温度を従来例１よりも低い 950℃（燃焼室ドーム温度計の値：実質燃焼温度Ｔ℃）を目標にして燃焼室内で保熱バーナを燃焼し、ギッタ煉瓦温度と、煉瓦受金物温度の各実測値の推移を表したものである。
【００４２】
この場合も、高温側の実線はギッタ煉瓦の温度であり、低温側は煉瓦受金物の温度を表したもので、図４からも判るようギッタ煉瓦温度の実測値が熱量不足のために時間の経過と共に低下している。そして、ギッタ煉瓦の保温下限値の 600℃を下回ると予想されたため、熱量不足を補うために途中の図４のＡ地点から保熱バーナでの加熱温度を実質燃焼温度Ｔ（℃）が1200℃となるように保熱を強化した例である。
【００４３】
しかしながら、ギッタ煉瓦の温度が上昇を始めることで、保温下限値が解消されるものの、同時に受金物の温度上昇も加速し始め、保熱を強化してから３時間後には今度は受金物の限界温度 350℃を超えると予想された。そこで、図４に↓印で示す時に擬似送風を行い煉瓦受金物の温度を50℃まで冷却した。前回の擬似送風から16時間後のことである。なお、図中Ｂ地点は、保熱バーナでの加熱が過保熱と思われたために、加熱温度を実質燃焼温度Ｔ（℃）が1200℃から1100℃となるように変更した地点である。
【００４４】
この場合、排ガス流量計の実測値と、この熱風炉の蓄熱面積とから算出される燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）と実質燃焼温度Ｔ（℃）の値は、初期にあっては、Ｔ＝ 950℃、Ｖ＝0.03で本発明の式にこの値を代入してみると、Ｔ＋2922×Ｖ＝1037となり保熱不足の状態であり、途中からはＴ＝1200℃、Ｖ＝0.12でＴ＋2922×Ｖ＝1551となり保熱過多となったため煉瓦受金物の温度上昇速度が速まった。
【００４５】
（実施例１）
図５は、本発明例の場合であり、熱風炉の大きさ等は、従来例と同じである。保熱温度を1100℃（燃焼室ドーム温度計の値：実質燃焼温度Ｔ℃）と定め燃焼室内で保熱バーナを燃焼した。その際のギッタ煉瓦温度と、煉瓦受金物温度の各実測値の推移を図５に表す。高温側の実線はギッタ煉瓦の温度、低温側は煉瓦受金物の温度を表したものである。
このときの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が0.04となっている。この場合、Ｔ＋2922×Ｖ＝1217となり、本発明の 1100 ＜（Ｔ＋2922×Ｖ）＜1300の範囲に入っていることから煉瓦受金物の温度は従来方法のようには上昇せず、擬似送風（↓印で表示）を行い煉瓦受金物の温度を冷却するのは、前回の擬似送風を行ってから20時間以上経過した後のことであった。
この時間は、従来例の場合に比べると約４〜８時間の延長になっている。
【００４６】
（実施例２）
表１は、従来例１、２、実施例１と同じ熱風炉における例であり、本発明例を熱風炉の全補修期間について従来例と共に表したものである。この実施例では、少なくともギッタ煉瓦温度の実測値は 600℃以上を確保し、煉瓦受金物温度の実測値は 350℃以下を確保している。
本発明例によると、１回当たりの擬似送風間隔が延長できたことにより、従来全補修期間に43回、38回あった擬似送風回数が23回と従来の約６割に低減し、これに伴って補修時間も約１割の時間短縮となった。また、補修時間中の保熱時間には差がないが、擬似送風回数の低減に伴って総ガス使用量が４〜17％の節約が可能となった。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の保熱方法によれば、漏れ込み空気量を考慮した保熱燃焼であるため、補修状況の変化により漏れ込み空気量が大きく変化した場合も即座に最適な保熱条件にすることができる。
また、従来のように、珪石ギッタ煉瓦温度に対するフィードバックではないので長時間に亘り珪石ギッタ煉瓦の温度を６００℃以上に保ちつつ、煉瓦受金物の温度上昇を抑制することができる。その結果、煉瓦受金物の冷却のための擬似送風の回数を少なくすることができ、補修期間の短縮と保熱用燃料の節減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための熱風炉の概略説明図である。
【図２】最適な燃焼条件を示す図である。
【図３】従来例における蓄熱室ギッタ煉瓦温度と煉瓦受金物温度の推移を表した図である。
【図４】他の従来例における蓄熱室ギッタ煉瓦温度と煉瓦受金物温度の推移を表した図である。
【図５】本発明例における蓄熱室ギッタ煉瓦温度と煉瓦受金物温度の推移を表した図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
１１ 燃焼室ドーム温度計
２ 蓄熱室
２１ 煉瓦受金物
２２ 上部ギッタ煉瓦
２３ 下部ギッタ煉瓦
２４ ギッタ煉瓦温度計
２５ 受金物温度計
３ 保熱バーナ
３１ 燃料ガス量調節弁
３２ 燃焼空気調節弁
４ 排ガス酸素濃度計
５ 排ガス流量計
Ａ 補修個所
Ｂ 隔壁装置
ａ 燃焼室燃料ガス受入口
ｂ 燃焼用空気受入口
ｃ 煙道
ｄ 煙突
ｅ 空気送込口
ｆ 送風本館
ｇ 冷風供給管
ｈ 熱風供給管
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱風炉の補修時、あるいは、高炉の休止に伴う熱風炉の休止時における熱風炉の保熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱風炉は、高炉に高温の空気を送風するための設備であり、主に、燃焼室と蓄熱室から構成され、前記燃焼室で燃料ガスを燃焼し、その顕熱を前記蓄熱室に蓄熱する燃焼蓄熱過程と、蓄熱した蓄熱室に空気を供給して熱交換させ、高温となった空気を高炉に送風する送風過程を周期的に繰り返している。
【０００３】
熱風炉の前記燃焼室および蓄熱室の内部は、高温の所で１４００℃を超える温度であって、この高温度に耐えるために、高温での熱膨張率が安定している珪石煉瓦を使用している。この珪石煉瓦は、低温になると結晶の転移で熱膨張率が急に下がったり、煉瓦自身崩壊する虞があるために、高炉の長期休止や、熱風炉の補修等で長期休止する場合には、前記珪石煉瓦を保護するために保熱する必要がある。
【０００４】
一般的に、前記珪石煉瓦の保熱条件は、熱膨張率が安定する６００℃以上となっている。一方、これら煉瓦を支えている煉瓦受金物は耐熱鋳物製であることからその強度低下を防止するために３５０℃以下で温度管理する必要がある。
従って、前記珪石煉瓦の６００℃以上の保熱条件と、煉瓦受金物の３５０℃以下の管理を同時に満たすために、珪石煉瓦と受金物間に６００℃前後乃至それ以下で熱膨張率の安定する高アルミナ煉瓦を介在させている。
【０００５】
このようなことから、燃焼室に保熱バーナを設置して保温を行う場合、予め定められた温度管理位置での温度を監視しながら、所定温度に入るように燃料ガス量、燃焼空気量等の燃焼条件を調整していた。
【０００６】
しかしながら、この燃焼条件の調整方法は、該当位置での測定温度を確認して燃焼条件の調整を行っているため、該当位置での温度を安定させることが難しい。その理由は、特に熱風炉内補修の際は、開口部からの空気漏れ込みがあり、その漏れ込み空気により保熱バーナでの燃焼温度が低下し、結果として煉瓦温度も低下することになるからである。また、補修の状況により空気の漏れ込み量が変化するため、保熱バーナでの燃焼条件も空気の漏れ込み量に合わせて変化させねばならないからである。
【０００７】
しかし、これまでの保熱方法では、空気の漏れ込みについての認識も無く、また、認識されたとしても対応が取れなかったために、漏れ込み空気量の変化により過度の保熱になったり、保熱不足に陥ることがあった。
保熱不足の場合は、珪石煉瓦の温度が低下し煉瓦損傷を引き起こし、保熱過度の場合は、煉瓦受金物の温度上昇が早くなる。煉瓦受金物の温度上昇は煉瓦受金物強度の低下やその寿命低下となるため、保熱を一時中断し、冷風を送り込むことにより受金物温度を降下させるが、この冷風送風作業は炉内補修者の炉外退避、保熱バーナの消火等の冷風送風前の準備作業や送風後の炉内残留の燃焼俳ガス分析、炉内温度調整等の作業を新たに要し、炉内補修期間の延長原因となる。
【０００８】
よって、保熱温度を適性にすることが、珪石煉瓦や煉瓦受金物にとって重要であると共に炉内補修の期間短縮面からも重要であった。
【０００９】
熱風炉の補修時の保熱方法としては、特開2000-104107 号がある。これは、燃焼室に仮設燃焼バーナを設けると共に煉瓦受金物の下方に仮設送風配管を設置し保熱時に煉瓦受金物に冷風を吹き付けて温度上昇を抑制する方法である。煉瓦受金物の温度上昇を抑制できるので、冷風送風作業の頻度が少なくなり、結果的に補修期間の短縮が可能となる。
【００１０】
また、特開平9-202908号は、保熱バーナ等の燃焼設備を新規に設置せずに保熱を行う方法で、補修熱風炉とそれ以外の熱風炉の間に新たな配管を増設して、高炉に供給する熱風の一部を補修熱風炉に吹き込んで保熱を行う方法であり、燃焼設備を増設する必要が無いという利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は、熱風炉の保熱という観点からすると、必ずしも十分であるとは言い難たい。
特開2000-104107 号では、冷風送風配管等を新たに設置するための費用が必要となる。また、燃焼による煉瓦温度の監視、煉瓦温度による保熱燃焼条件を制御するために保熱過剰や保熱不足に陥る可能性があるが、これらが解決されていない。すなわち、熱風炉の保熱状態は炉内への空気の漏れ込み量により左右されるが、この漏れ込み量は補修の状況により大きく変化するという問題、さらに、その結果として熱風炉の熱管理が安定せず保熱用の燃料ガス量も多く使用するという問題がある。
【００１２】
また、特開平9-202908号は、燃焼設備を増設しなくともよい利点はあるが、高炉に供給する熱風の温度はその時の高炉の操業状況に影響されるため、その熱風の１部をそのまま補修している熱風炉に導入するやり方は、燃焼設備のような細かい温度調整には向かず、熱風炉を最適な保熱状態に維持することが難しいという問題がある。また、この方法の場合も３〜４基ある各熱風炉間に熱風配管を増設する必要があるため、配管工事規模が大きくなり効率的な方法とはいえない。
【００１３】
本発明は、上記したような問題を解決せんとしてなされたものであり、熱風炉の補修時、あるいは、高炉の休止に伴う熱風炉の休止時に保熱温度に過不足のない熱風炉の保熱方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る熱風炉の保熱方法は、燃焼室に設けた保熱バーナの燃焼排ガス中酸素濃度より求まる実質燃焼温度Ｔ（℃）と、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3／H・m2）との下記１式で示す関係式を満たすよう、保熱バーナにおける燃料ガス量および燃焼空気量、もしくは燃料ガス量、または燃焼空気量のいずれかを調整することとしている。
1100＜（Ｔ＋2922×Ｖ）＜1300 ・・・・ １式
【００１５】
ここで、保熱バーナの燃焼排ガス中酸素濃度より求まる実質燃焼温度Ｔ（℃）とは、保熱バーナでの燃焼の際に供給される酸素のうちの完全燃焼されない余剰酸素と、保熱バーナ外から自然と混入される空気の漏れ込みに伴う酸素等の排ガス中の全酸素量を指し、これら全酸素量から求める空気の漏れ込み量を考慮に入れた燃焼温度Ｔ（℃）であり、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）とは、保熱バーナでの燃焼による排ガスと、保熱バーナ外から自然と混入される空気の漏れ込み量を１時間当たりの加算した全排ガス量を、各熱風炉により定まった蓄熱室における蓄熱面積で除算した値である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明方法を実施するための熱風炉の概略説明図を示し、図２は、最適な燃焼条件を示す図である。
図１に示す熱風炉は、コッパース外燃式の熱風炉であり燃焼室１と蓄熱室２が個別に形成され、その各ドームが連通されている。
燃焼室１は、その下端に燃焼室燃料ガス受入口ａと燃焼用空気受入口ｂが設けられ、その各受入口の上方で燃料ガスと燃焼用空気が混合され、燃焼される。 また、燃焼室１の側方には、熱風供給管ｈが接続され熱風を高炉に供給する送風本管ｆに連通している。ｇは、熱風を送風本管ｆに供給する過程で、熱風炉からの熱風温度の調整用に冷風を混合するための冷風供給管を示す。
【００１７】
蓄熱室２には、熱を蓄えるためにギッタ煉瓦が充填され、その下方にはギッタ煉瓦を支える煉瓦受金物２１が設けられている。上部ギッタ煉瓦２２には、高温での熱膨張率が安定している珪石煉瓦を使用し、下部ギッタ煉瓦２３は、６００℃前後乃至それ以下で熱膨張率の安定する高アルミナ煉瓦を使用し、煉瓦受金物２１は耐熱性に優れた耐熱鋳物製である。そして蓄熱室２の下端は、一方が燃焼排ガスを煙突ｄに排出する煙道ｃにつながり、他方には該蓄熱室２に空気を送り込む空気送込口ｅが設けられている。
【００１８】
なお、燃焼室燃料ガス受入口ａには燃料ガスの供給開閉用に燃料弁ｉを、煙道ｃにはその開閉用に煙道弁ｊを、蓄熱室２下端の空気送込口ｅにはその開閉用に送風弁ｋを、燃焼室１から送風本管ｆに至るまでの熱風供給管ｈにはその開閉用に熱風弁ｍを、また、冷風供給管ｇには混冷弁ｎをそれぞれ介在させている。
【００１９】
このような構成の熱風炉では、燃焼室燃料ガス受入口ａからの燃料ガスと燃焼用空気受入口ｂからの空気を受け入れて、燃焼室１内で燃焼し、高温の燃焼排ガスは、燃焼室１内を上昇してドーム部に至り、さらに蓄熱室２内を下降して、その顕熱を前記蓄熱室２の上部ギッタ煉瓦２２、下部ギッタ煉瓦２３に伝熱し、比較的低温となった燃焼排ガスは、煙道ｃを通って煙突ｄから排出される。
【００２０】
一定時間蓄熱されると、今度は燃焼室１内での燃焼を停止し、蓄熱した蓄熱室に空気送入口ｅから空気を供給してギッタ煉瓦で蓄熱した熱を送入空気と熱交換させ、熱風となった空気は燃焼室１内に入り熱風供給管ｈを流れて高炉の送風本管ｆに供給される。なお、この燃焼蓄熱過程と送風過程との切り替え時には各々弁ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｎを開閉操作している。
【００２１】
このように、熱風炉は、通常、燃焼蓄熱過程と送風過程を交互に繰り返しているため、煉瓦受金物２１にとってみれば、燃焼蓄熱過程で昇熱されると次の送風過程で冷却され、また、珪石からなる上部ギッタ煉瓦２２にとってみれば、送風過程で冷却され温度が低下してくると、今度は燃焼蓄熱過程で昇熱され、煉瓦受金物２１も上部ギッタ煉瓦２２も共に常に最適温度範囲に維持されていることになっている。
【００２２】
ところが、図１に示した補修個所Ａを補修する場合、作業者が炉内部に入る必要から開口部が必要となるため、そこから熱風炉内へ外気が侵入し、燃焼室１および蓄熱室２の珪石煉瓦温度が低下してしまう。それを防止するため、補修個所Ａの上部に保熱バーナ３を設置し、燃焼を行うことで保熱する。保熱バーナ３による燃焼排ガスは燃焼蓄熱過程の時と同じ流れを通り、燃焼室１、蓄熱室２、煙道ｃを通って煙道ｄから排出される。なお、Ｂは、燃焼室１上部の高温域と下部の補修域を断熱して区切るための補修時に使用する取り外し容易な隔壁装置である。
【００２３】
そして、蓄熱室２下方にある耐熱鋳物製の煉瓦受金物２１は、保熱時には蓄熱室２上部から高温の燃焼排ガスが流入してくるため、補修中は徐々に温度が上昇する。煉瓦受金物２１は、３５０℃以上になると強度が大きく低下し、煉瓦受金物２１が座屈する可能性がある。
【００２４】
従って、補修中に煉瓦受金物２１の温度が３００℃以上に達する場合は、前記強度低下の回避のために、一時的に補修作業を中断し、煉瓦受金物２１を冷却させるために擬似送風と称する作業を行う。
この作業は、まず、保熱バーナ３を消火した後に、これまで燃焼排ガスの排出口であった煙道弁ｊ側から送風機にて外気を熱風炉内に送り込み、煉瓦受金物２１を冷却するものである。煉瓦受金物２１の温度低下を確認したのち擬似送風を終了し、再び補修を再開する。なお、２５は、煉瓦受金物２１の測温用に設けられた受金物温度計、２４は、保熱時に上部ギッタ煉瓦２２の下端の最も温度の低い位置での温度を監視するために設けられたギッタ煉瓦温度計、１１は、燃焼室ドーム温度計である。また、弁ｉ、ｋ、ｎは閉状態を示し、弁ｊ、ｍは開状態を示している。
【００２５】
つまり、長期間に亘り熱風炉内を補修する場合は、上部ギッタ煉瓦２２を保熱しつつ補修を行う過程と、煉瓦受金物２１を冷却する擬似送風の過程を交互に繰り返しながら、上部ギッタ煉瓦２２及び煉瓦受金物２１の温度を管理温度以上あるいは以下に保持していかなければならない。
ここで、擬似送風を行う判断となるのは、煉瓦受金物２１の温度であるため、煉瓦受金物２１の温度上昇を抑制することが、擬似送風の回数を低減させるために重要である。
【００２６】
保熱バーナによる燃焼温度は、ギッタ煉瓦を保熱するために十分な燃焼温度に設定される。しかし、その温度は、バーナ先端での理論燃焼温度であり、実際の炉内温度を反映していない。なぜなら、補修開口部からの漏れ込み空気が存在し、それが炉内で燃焼排ガスと混合され、実際の炉内温度（以下、実質燃焼温度と称する）は理論燃焼温度よりも低くなるからである。実質燃焼温度を知るためには、漏れ込み空気量を把握する必要があるが、漏れ込み空気量は補修の状況により変化するため継続的に検出することは行われていなかった。
【００２７】
そのため、補修の状況により漏れ込み空気量が増加した場合は、実質燃焼温度が低下しギッタ煉瓦の温度が下がるため、その温度を回復させるために保熱バーナーにおける燃料ガス量等の大きなアクションをとり、結果として保熱過多になり受金物温度の上昇が速くなってしまうことがある。
【００２８】
そこで本発明者らは、蓄熱室の上部ギッタ煉瓦温度を維持し、かつ、受金物温度の上昇温度を抑制することのできる保熱バーナの燃焼条件を検討することにした。
ここで、図１に示すように、熱風炉における燃焼排ガスが流れる煙道ｃ内に排ガス酸素濃度計４と排ガス流量計５を設置し、排ガス中の酸素濃度と排ガスの流量を測定し、また、珪石ギッタ煉瓦の温度はその最も温度の低下する位置にギッタ煉瓦温度計２４を設け、煉瓦受金物２１の温度は受金物温度計２５を設けて測定している。さらに、保熱バーナ３に設けている燃焼ガス量調節弁３１、燃焼空気量調節弁３２にて、それぞれを調整できるようにしている。
【００２９】
図２は、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（以下、単に燃焼排ガス量Ｖとする）（Nm3/H・m2）と実質燃焼温度Ｔ（℃）の相関関係を示すものである。漏れ込み空気量のない状態では、一定の条件で保熱バーナで燃焼すると、一定の発熱量でその際発生する排ガス量も一定で変動することがない。そして、一層燃焼させ発熱量が増加し、実質燃焼温度Ｔ（℃）が上昇する分燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）も増加することになる。しかし、空気の流れ込み量が増えてくると、空気の流れ込み分燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が増え、実質燃焼温度Ｔ（℃）が低下する。
【００３０】
そして、珪石ギッタ煉瓦温度を 600℃以上に保つためには、実質燃焼温度Ｔを600 ℃以上としなければならない。
ここに、実質燃焼温度Ｔ（℃）が 600℃に相当する分が、排出される燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）との相関関係で燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が 0.171以上に燃焼しなければならず、この時のＴ＝ 600℃とＶ＝ 0.171Nm3/H・m2との関係はＴ＝(-2922Ｖ+1100)に相当し、したがって、Ｔ＞ -2922Ｖ+1100 となる。
【００３１】
一方、受金物については、実質燃焼温度Ｔ（℃）を 350℃以下に保持せねばならず、350 ℃に相当する燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）との相関関係で燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が0.325 以下でなければならず、この時のＴ＝ 350℃とＶ＝ 0.325Nm3/H・m2との関係はＴ＝ -2922Ｖ+1300 に相当し、したがって、Ｔ＜ -2922Ｖ+1300 となる。
よって、実質燃焼温度Ｔ（℃）は、図２における範囲、-2922 Ｖ+1100 ＜Ｔ＜ -2922Ｖ+1300 となる。
【００３２】
ところで、実質燃焼温度Ｔ（℃）は、下記式で算出される。
Ｔ＝（Ｔf Ｃf Ｖf ＋Ｔair Ｃair ＶL ）／（ＶL ＋Ｖf ）Ｃm ・・２式
Ｔf ：バーナー先端理論燃焼温度（℃）
Ｃf ：バーナー先端での燃焼後ガス比熱（kcal/Nm3・ ℃）
Ｖf ：バーナー先端での燃焼後の排ガス量（ Nm3/H）
Ｔair ：大気温度（℃）
Ｃair ：空気比熱（kcal/Nm3・ ℃）
ＶL ：漏れ込み空気量（Nm3/H ）
Ｃm ：排ガス比熱（kcal/Nm3・ ℃）
【００３３】
上記漏れ込み空気量Ｖ L は、下記式で算出される。
ＶL＝（ＶbＯR−ＶfＯf）／Ｏair ・・・・・・ ３式
Ｏf ：バーナー先端での燃焼後排ガス中酸素濃度（％）
Ｏair ：空気中酸素濃度（％）
ＯR ：排ガス中酸素濃度（％）
Ｖb ：出口排ガス量（Nm3／H）
【００３４】
保熱バーナ先端での燃焼後排ガス中酸素濃度Ｏf は、バーナに供給される燃料ガス量と燃焼空気量により計算される燃焼後の理論酸素残存量で定まり、空気中酸素濃度Ｏair は、空気中21％と一定であり、排ガス中酸素濃度ＯR は、煙道内に設けた排ガス酸素濃度計４で計測され、出口排ガス量Ｖb は、煙道内に設けた排ガス流量計５で計測された値から算出され、これらによって、３式から漏れ込み空気量ＶL は算出できる。なお、出口排ガス量Ｖb を１式で使用する場合、蓄熱室の蓄熱面積（m2) で除算しなければならない。
【００３５】
２式において、大気温度Ｔair 、空気比熱Ｃair は、既知の値であり、また、バーナ先端理論燃焼温度Ｔf 、バーナ先端での燃焼後ガス比熱Ｃf 、バーナ先端での燃焼後ガス量Ｖf 、排ガス比熱Ｃm 等はバーナに供給される燃料ガス量と燃焼空気量等により計算され、３式より求まる漏れ込み空気量ＶL と合わせて実質燃焼温度Ｔ（℃）は、求めることができる。
【００３６】
すなわち、２式、３式において、保熱バーナで使用される燃料ガスの種類と燃料ガス供給量と燃焼空気量、および、煙道における排ガス中酸素濃度と排ガス量がわかれば、実質燃焼温度Ｔ（℃）を知ることができる。
逆に、保熱バーナで使用される燃料ガスの種類が一定のもとで、実質燃焼温度Ｔ（℃）が望みの温度となるように、保熱バーナに供給する燃料ガス量、燃焼空気量を調整することができる。
【００３７】
本発明は、本発明者らの上記知見に基づいてなされたものであり、熱風炉の保熱方法において、燃焼室に設けた保熱バーナの燃焼排ガス中酸素濃度より求まる実質燃焼温度Ｔ（℃）と、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3／H・m2）との下記関係式を満たすよう、保熱バーナにおける燃料ガス量および燃焼空気量、もしくは燃料ガス量、または燃焼空気量のいずれかを調整することを要旨とするものである。
1100＜（Ｔ＋2922×Ｖ）＜1300
そしてこのようにすることで、熱風炉の補修時、あるいは、高炉の休止に伴う熱風炉の休止時に、熱風炉の保熱に過不足がなく安定して、熱風炉を構成する燃焼室や蓄熱室の珪石煉瓦やそれを支える煉瓦受金物の寿命を延長させることができる。
【００３８】
【実施例】
（従来例１）
以下、熱風炉の保熱方法を図面を基に説明する。
この従来例における熱風炉は、2700m3の高炉に通常操業時の送風温度1250℃、送風時間60分、送風量3500〜4200Ｎm3／分の条件に適した熱風炉である。熱風炉の保熱温度は燃焼室ドーム温度計の値（実質燃焼温度Ｔ℃）で1100℃を目標にし、別途保熱用に設けた保熱バーナにその空燃比を１に設定して燃料ガスとして約4500kcal/ Ｎm3コークス炉ガスを使用して燃焼室内で燃焼させた。その時の蓄熱室ギッタ煉瓦温度と、煉瓦受金物温度の各実測値の推移を図３に表した。
【００３９】
図３において、高温側の実線はギッタ煉瓦の温度であり、低温側は煉瓦受金物の温度を表したものであって、この図３から判るように、時間の経過と共に煉瓦受金物の温度が上昇し12時間で 300℃を超える状態となる。この図３では、1 時間後には煉瓦受金物の限界温度 350℃に達すると予想されるため、図中↓印で示す 300℃に達する前に擬似送風を行い煉瓦受金物の温度を50℃まで冷却している。
【００４０】
この場合、煙道における排ガス流量の実測値と、この熱風炉の蓄熱面積とから算出される燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）は0.1 であった。そして、実質燃焼温度Ｔ（℃）を1100℃として、本発明の式にこの値を代入してみると、Ｔ＋2922×Ｖ＝1392となり、本発明の上限値を超える高温状態で保熱していたことが判る。
【００４１】
（従来例２）
図４も、従来例の場合であり、熱風炉の大きさは、従来例１と同じである。 保熱温度を従来例１よりも低い 950℃（燃焼室ドーム温度計の値：実質燃焼温度Ｔ℃）を目標にして燃焼室内で保熱バーナを燃焼し、ギッタ煉瓦温度と、煉瓦受金物温度の各実測値の推移を表したものである。
【００４２】
この場合も、高温側の実線はギッタ煉瓦の温度であり、低温側は煉瓦受金物の温度を表したもので、図４からも判るようギッタ煉瓦温度の実測値が熱量不足のために時間の経過と共に低下している。そして、ギッタ煉瓦の保温下限値の 600℃を下回ると予想されたため、熱量不足を補うために途中の図４のＡ地点から保熱バーナでの加熱温度を実質燃焼温度Ｔ（℃）が1200℃となるように保熱を強化した例である。
【００４３】
しかしながら、ギッタ煉瓦の温度が上昇を始めることで、保温下限値が解消されるものの、同時に受金物の温度上昇も加速し始め、保熱を強化してから３時間後には今度は受金物の限界温度 350℃を超えると予想された。そこで、図４に↓印で示す時に擬似送風を行い煉瓦受金物の温度を50℃まで冷却した。前回の擬似送風から16時間後のことである。なお、図中Ｂ地点は、保熱バーナでの加熱が過保熱と思われたために、加熱温度を実質燃焼温度Ｔ（℃）が1200℃から1100℃となるように変更した地点である。
【００４４】
この場合、排ガス流量計の実測値と、この熱風炉の蓄熱面積とから算出される燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）と実質燃焼温度Ｔ（℃）の値は、初期にあっては、Ｔ＝ 950℃、Ｖ＝0.03で本発明の式にこの値を代入してみると、Ｔ＋2922×Ｖ＝1037となり保熱不足の状態であり、途中からはＴ＝1200℃、Ｖ＝0.12でＴ＋2922×Ｖ＝1551となり保熱過多となったため煉瓦受金物の温度上昇速度が速まった。
【００４５】
（実施例１）
図５は、本発明例の場合であり、熱風炉の大きさ等は、従来例と同じである。保熱温度を1100℃（燃焼室ドーム温度計の値：実質燃焼温度Ｔ℃）と定め燃焼室内で保熱バーナを燃焼した。その際のギッタ煉瓦温度と、煉瓦受金物温度の各実測値の推移を図５に表す。高温側の実線はギッタ煉瓦の温度、低温側は煉瓦受金物の温度を表したものである。
このときの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3/H・m2）が0.04となっている。この場合、Ｔ＋2922×Ｖ＝1217となり、本発明の 1100 ＜（Ｔ＋2922×Ｖ）＜1300の範囲に入っていることから煉瓦受金物の温度は従来方法のようには上昇せず、擬似送風（↓印で表示）を行い煉瓦受金物の温度を冷却するのは、前回の擬似送風を行ってから20時間以上経過した後のことであった。
この時間は、従来例の場合に比べると約４〜８時間の延長になっている。
【００４６】
（実施例２）
表１は、従来例１、２、実施例１と同じ熱風炉における例であり、本発明例を熱風炉の全補修期間について従来例と共に表したものである。この実施例では、少なくともギッタ煉瓦温度の実測値は 600℃以上を確保し、煉瓦受金物温度の実測値は 350℃以下を確保している。
本発明例によると、１回当たりの擬似送風間隔が延長できたことにより、従来全補修期間に43回、38回あった擬似送風回数が23回と従来の約６割に低減し、これに伴って補修時間も約１割の時間短縮となった。また、補修時間中の保熱時間には差がないが、擬似送風回数の低減に伴って総ガス使用量が４〜17％の節約が可能となった。
【００４７】
【表１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の保熱方法によれば、漏れ込み空気量を考慮した保熱燃焼であるため、補修状況の変化により漏れ込み空気量が大きく変化した場合も即座に最適な保熱条件にすることができる。
また、従来のように、珪石ギッタ煉瓦温度に対するフィードバックではないので長時間に亘り珪石ギッタ煉瓦の温度を６００℃以上に保ちつつ、煉瓦受金物の温度上昇を抑制することができる。その結果、煉瓦受金物の冷却のための擬似送風の回数を少なくすることができ、補修期間の短縮と保熱用燃料の節減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための熱風炉の概略説明図である。
【図２】最適な燃焼条件を示す図である。
【図３】従来例における蓄熱室ギッタ煉瓦温度と煉瓦受金物温度の推移を表した図である。
【図４】他の従来例における蓄熱室ギッタ煉瓦温度と煉瓦受金物温度の推移を表した図である。
【図５】本発明例における蓄熱室ギッタ煉瓦温度と煉瓦受金物温度の推移を表した図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
１１ 燃焼室ドーム温度計
２ 蓄熱室
２１ 煉瓦受金物
２２ 上部ギッタ煉瓦
２３ 下部ギッタ煉瓦
２４ ギッタ煉瓦温度計
２５ 受金物温度計
３ 保熱バーナ
３１ 燃料ガス量調節弁
３２ 燃焼空気調節弁
４ 排ガス酸素濃度計
５ 排ガス流量計
Ａ 補修個所
Ｂ 隔壁装置
ａ 燃焼室燃料ガス受入口
ｂ 燃焼用空気受入口
ｃ 煙道
ｄ 煙突
ｅ 空気送込口
ｆ 送風本館
ｇ 冷風供給管
ｈ 熱風供給管
Claims (1)
- 熱風炉の保熱方法において、
燃焼室に設けた保熱バーナの燃焼排ガス中酸素濃度より求まる実質燃焼温度Ｔ（℃）と、単位蓄熱面積当たりの燃焼排ガス量Ｖ（Nm3／H・m2）との下記関係式を満たすよう、
保熱バーナにおける燃料ガス量および燃焼空気量、もしくは燃料ガス量、または燃焼空気量のいずれかを調整することを特徴とする熱風炉の保熱方法。
1100＜（Ｔ＋2922×Ｖ）＜1300
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