JP4395994B2 - 蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式バーナが取り付けられた鍋蓋で取鍋の上部開口を塞いで該取鍋を加熱する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の取鍋の加熱方法としては、例えば特開平７−１１２２６９号公報に記載のものが知られている。
この取鍋の加熱方法は、燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出とを蓄熱体を通して交互に行う一対のバーナ部が取り付けられた鍋蓋で取鍋の上部開口を塞ぎ、この状態で取鍋内で一対のバーナ部を交互に燃焼させると共に、燃焼停止中のバーナ部側の蓄熱体を通して燃焼排ガスを排気配管を介して排出して回収するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
蓄熱式バーナの特徴として定常状態での燃焼時には、回収する燃焼排ガス量と燃焼空気量はほぼ等しい。この理由は、回収する燃焼排ガス量を燃焼空気量よりも多くすると、蓄熱体出側の燃焼排ガス温度が異常に高くなって蓄熱体を支持する部材や排気配管に介在された切換え用開閉弁や排気ファンの耐熱温度を越えてしまうことになり、設備上成立しない。従って、現状では、燃焼空気量とほぼ同等の燃焼排ガス量を燃焼開始から終了まで回収するように制御している。
【０００４】
しかしながら、このような制御方法においては、燃焼開始段階では排気配管から回収される燃焼排ガスは蓄熱体自身の温度上昇により消費されるため、蓄熱体を通過し熱交換した燃焼空気の温度は取鍋から回収した燃焼排ガス温度よりもかなり低い温度になり、熱回収率は低下する。上記制御方法を採用する蓄熱式バーナにおいては、燃焼開始段階での燃焼用空気の高温化ができないため、燃焼ガス温度の高温化が図れず、短時間の急速加熱への適用は難しい。
【０００５】
本発明はかかる技術的背景を鑑みてなされたものであり、蓄熱体出側の燃焼排ガス温度が蓄熱体を支持する部材や排気配管に介在された切換え用開閉弁等の耐熱温度を越えることなく、取鍋内の雰囲気温度を高温することを可能にして取鍋の加熱効率の向上を図ることができる蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１に係る蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法は、燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出とを蓄熱体を通して交互に行う一対のバーナ部が取り付けられた鍋蓋で取鍋の上部開口を塞ぎ、この状態で前記取鍋内で前記一対のバーナ部を交互に燃焼させると共に、燃焼停止中のバーナ部側の蓄熱体を通して燃焼排ガスを排気配管を介して排出して回収し、これにより、前記取鍋を急速加熱する方法において、
予め前記蓄熱体の出側の燃焼排ガスの温度と該燃焼排ガスの回収量との関係に基づいて前記排気配管を流れる燃焼排ガスの流量パターンを設定して該流量パターンとなるように前記排気配管に介在された流量調整弁を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法は、請求項１において、前記蓄熱式バーナのバーナ部を燃焼させる前に該蓄熱式バーナに既設のパイロットバーナを燃焼させて前記蓄熱体を予熱することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は転炉操業の一例を説明するための説明図、図２は本発明の実施の形態の一例である蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法を説明するための説明図、図３は図２の平面図、図４は蓄熱式バーナの作動を説明するための概略図、図５は燃料ガス量と時間との関係を示すグラフ図、図６は取鍋内での燃焼排ガス量と時間との関係を示すグラフ図、図７は蓄熱体出側排ガス温度と時間との関係を示すグラフ図、図８は回収ガス量と時間との関係を示すグラフ図、図９は取鍋内での燃焼ガス温度と時間との関係を示すグラフ図、図１０は取鍋に対する加熱量と時間との関係を示すグラフ図である。
【００１０】
図１を参照して、転炉操業に用いられる取鍋１は、連続鋳造後、クレーン２等によって排滓領域Ｂ２に移動し、該排滓領域Ｂ２では取鍋１を傾動することにより内部に残存するスラグを排滓する。次いで、保守点検領域（図示せず。）に移動し、該保守点検領域でスライディングノズルの洗浄又は交換を行った後、保熱領域Ｃ２に移動する。該保熱領域Ｃ２では、取鍋１の上部開口を鍋蓋１ａで覆って該取鍋１を保熱する。
【００１１】
次いで、取鍋１をクレーン２等によって受鋼台車５上に載置し、この状態で転炉３の受鋼領域Ｄ２まで搬送する。受鋼領域Ｄ２に搬送された取鍋１は受鋼台車５上で所定時間待機状態とされ、該待機中に取鍋１の乾燥及び転炉３から受鋼する溶鋼の温度低下量を補償する目的で蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２を用いて取鍋１の急速加熱を行う。
【００１２】
急速加熱後、直ちに転炉３から溶鋼を受鋼し、受鋼後、取鍋１を受鋼台車５によって二次精錬領域（図示せず。）に搬送し、二次精錬領域では取鍋１中の溶鋼をＲＨ法等によって二次精錬する。
次いで、受鋼台車５上の取鍋１をクレーン２等によって連続鋳造領域Ａ２に移動し、連続鋳造領域Ａ２では、既存の連続鋳造機に取鍋１を設置し、取鍋１の下方に設けられているスライディングノズルを開度操作することで、必要な流量の溶鋼を連続的にタンディッシュに供給して連続鋳造を行い、該連続鋳造後、上述した各工程を繰り返して操業する。
【００１３】
次に、図２〜図４を参照して、受鋼領域Ｄ２で待機中の受鋼台車５上の取鍋１を蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２によって急速加熱する方法を説明する。
図２及び図３において符号１１は門型フレームであり、この門型フレーム１１は受鋼領域Ｄ２の受鋼台車５の待機位置で該受鋼台車５の搬送路を跨ぐように配置されている。門型フレーム１１には受鋼台車５上の取鍋１の上部開口を覆う円形の鍋蓋１２が昇降装置１００によって昇降自在に支持されており、この鍋蓋１２には蓄熱式バーナ１０が取り付けられている。
【００１４】
まず、昇降装置１００から説明すると、この昇降装置１００は鍋蓋１２の上面を受鋼台車５の幅方向に離間した二カ所で支持して該鍋蓋１２を昇降自在に吊り下げる２本のチェーン１０１，１０２を備えており、各チェーン１０１，１０２は鍋蓋１２上面から上方に延びた後、門型フレーム１１の上部に取り付けられたスプロケット１０３，１０４を介して受鋼台車５の幅方向に水平に延びてその先端が連結部材１０５に接続されている。
【００１５】
連結部材１０５には１本のチェーン１０６が接続されており、該チェーン１０６はチェーン１０１，１０２から離間する側に水平方向に延びた後、門型フレーム１１の上部に取り付けられたスプロケット１０７を介して下方に延びてその先端がカウンターウェイト１０８に接続されている。カウンターウェイト１０８は蓄熱式バーナ１０を含めた鍋蓋１２の重量とバランスする重さとされている。
【００１６】
また、スプロケット１０７は駆動モータ１０９によって回転駆動されるようになっており、該駆動モータ１０９を正逆駆動させることにより、鍋蓋１２が蓄熱式バーナ１０と共に昇降するようになっている。そして、かかる昇降時には、鍋蓋１２の上面に４本突設されたスライド棒１１０が門型フレーム１１の上部に該スライド棒１１０の数に対応して取り付けられたガイド筒１１１によって上下方向に案内されるようになっている。
【００１７】
次に、蓄熱式バーナ１０について説明すると、この蓄熱式バーナ１０は鍋蓋１２の上面に受鋼台車５の搬送方向に離間して取り付けられた一対のバーナ部１１２ａ，１１２ｂを備えており、該バーナ部１１２ａ，１１２ｂにはセラミックス等からなる蓄熱体１１３ａ，１１３ｂが一体に取り付けられている。蓄熱体１１３ａ，１１３ｂにはそれぞれ燃焼用空気の供給配管１１４ａ，１１４ｂ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ａ，１２１ｂが接続されている。
【００１８】
供給配管１１４ａ，１１４ｂには切換え用の開閉弁１１５ａ，１１５ｂが介在されており、また、供給配管１１４ａ，１１４ｂは上流側で合流して１本の供給配管１１６とされている。該供給配管１１６には、上流側に向けて流量調整弁１１７及び流量計（オリフィス）１１８が順次介在されており、上流端が門型フレーム１１の上部に取り付けられた供給ファン１１９に達している。また、供給配管１１６は、図２に示すように、上下方向に延びる部分を有しており、該部分には鍋蓋１２の昇降を可能にすべく蛇腹１２０が介在されている。
【００１９】
一方、排気配管１２１ａ，１２１ｂには切換え用の開閉弁１２２ａ，１２２ｂが介在されており、開閉弁１２２ａ，１２２ｂの上流側には蓄熱体１１３ａ，１１３ｂの出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔa ，Ｔb が取り付けられている。また、排気配管１２１ａ，１２１ｂは下流側で合流して１本の排気配管１２３とされており、該排気配管１２３には下流側に向けて流量計（オリフィス）１２４及び流量調整弁１２５が順次介在されている。排気配管１２３の下流端は、門型フレーム１１の上部に取り付けられた排気ファン１２６に達している。また、排気配管１２３は、図２に示すように、上下方向に延びる部分を有しており、該部分には鍋蓋１２の昇降を可能にすべく蛇腹１２７が介在されている。
【００２０】
バーナ部１１２ａ，１１２ｂには燃料ガスの供給配管１２８ａ，１２８ｂが接続されており、該供給配管１２８ａ，１２８ｂには切換え用の開閉弁１２９ａ，１２９ｂが介在されている。また、供給配管１２８ａ，１２８ｂは上流側で合流して１本の供給配管１３０とされており、該供給配管１３０には、上流側に向けて流量調整弁１３１及び流量計（オリフィス）１３２が順次介在されている。供給配管１３０は、図２に示すように、上下方向に延びる部分を有しており、該部分には鍋蓋１２の昇降を可能にすべく蛇腹１３３が介在されている。なお、図４において符号Ｔc は取鍋１内の温度を測定する温度計である。
【００２１】
次に、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２を用いて取鍋１を急速加熱する方法を説明する。
取鍋１を載せた受鋼台車５が転炉３の受鋼領域Ｄ２まで搬送されて門型フレーム１１の所定位置に停止すると、これを門型フレーム１１の柱等に取り付けられた位置検出センサ（図示せず。）が検知し、該検知信号に基づいて門型フレーム１１の上部に取り付けられた駆動モータ１０９がスプロケット１０７をカウンターウェイト１０８が上昇する方向に回転駆動させ、これにより、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２が下降して取鍋１の上部開口を閉塞する。かかる閉塞時には、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２はカウンターウェイト１０８によってバランスされているため、鍋蓋１２が取鍋１の上部開口縁に当接した際の衝撃を緩和することができ、該上部開口縁の破損を良好に防止することができる。
【００２２】
次いで、この状態でバーナ部１１２ａ，１１２ｂを交互に燃焼させて、受鋼台車５の待機時間内に取鍋１の急速加熱を行う。
例えばバーナ部１１２ａを燃焼させる場合は、燃焼用空気の供給配管１１４ａの開閉弁１１５ａ、燃料ガスの供給配管１２８ａの開閉弁１２９ａ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ｂの開閉弁１２２ｂを開くと共に、燃焼用空気の供給配管１１４ｂの開閉弁１１５ｂ、燃料ガスの供給配管１２８ｂの開閉弁１２９ｂ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ａの開閉弁１２２ａを閉じ、これにより、バーナ部１１２ａを燃焼させて火炎及び燃焼ガスの輻射熱によって取鍋１を加熱すると共に、該燃焼時の排ガスを蓄熱体１１３ｂ及び排気配管１２１ｂ，１２３を通して排出する。
【００２３】
反対にバーナ部１１２ｂを燃焼させる場合は、燃焼用空気の供給配管１１４ｂの開閉弁１１５ｂ、燃料ガスの供給配管１２８ｂの開閉弁１２９ｂ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ａの開閉弁１２２ａを開くと共に、燃焼用空気の供給配管１１４ａの開閉弁１１５ａ、燃料ガスの供給配管１２８ａの開閉弁１２９ａ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ｂの開閉弁１２２ｂを閉じ、これにより、バーナ部１１２ｂを燃焼させて火炎及び燃焼ガスの輻射熱によって取鍋１を加熱すると共に、該燃焼時の排ガスを蓄熱体１１３ａ及び排気配管１２１ａ，１２３を通して排出する。なお、開閉弁１１５ａ，１１５ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，１２９ａ，１２９ｂの切換え及び流量計１１８，１２４，１３２の測定値に応じた流量調整弁１１７，１２５，１３１の開度は図示しない加熱制御装置によってシーケンス制御されるようになっている。
【００２４】
このようにバーナ部１１２ａ，１１２ｂを交互に燃焼させることにより、バーナ部１１２ａ，１１２ｂに供給される燃焼用空気は蓄熱体１１３ａ，１１３ｂとの直接接触によって予熱されて排ガス温度に近い高温となり、従って、燃料ガスと混合されたときに少ない燃料で安定燃焼して高温の燃焼ガスが得られ、これにより、取鍋１の急速加熱が行われる。
【００２５】
ここで、この実施の形態では、かかる急速加熱時の取鍋１の加熱効率の向上を図るべく、加熱開始の際にバーナ部１１２ａ（１１２ｂ）を燃焼させる場合は、バーナ部１１２ｂ（１１２ａ）側の蓄熱体１１３ｂ（１１３ａ）の出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔb （Ｔa ）の測定値に基づいて、排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して燃焼排ガスの回収量を制御するようにしている。なお、加熱開始の際にバーナ部１１２ａ及びバーナ部１１２ｂの何れを燃焼させる場合も同一であるので、ここでは加熱開始の際にバーナ部１１２ａを燃焼させる場合について説明する。
【００２６】
図５及び図６を参照して、加熱開始時においては、燃料ガスの供給配管１２８ａからバーナ部１１２ａへは一定量ＶG の燃料ガスが供給され、取鍋１内の燃焼排ガス量ＶE （＝ＶG ×（Ｇ0 ＋Ａ0 （ｍ−１））：Ｇ0 は理論排ガス量、Ａ0 は理論空気量、ｍは空気比）も一定とされている。
この場合、バーナ部１１２ｂ側の蓄熱体１１３ｂを通って回収される燃焼排ガスの回収量を取鍋１内での燃焼排ガス量ＶE と同等とすると、蓄熱体の温度が急速に上がるため、この蓄熱体を通過する燃焼用空気温度も高温化でき、短時間で燃焼ガス温度の高温化が図れるため、取鍋１の加熱効率を向上させることができる。しかしながら、このように燃焼排ガスの回収量を常時燃焼排ガス量ＶE とすると、蓄熱体１１３ｂ出側の燃焼排ガス温度が異常に高くなって蓄熱体１１３ｂを支持する部材や排気配管１２１ｂに介在された切換え用開閉弁１２２ｂや排気ファン１２６の耐熱温度を越えてしまうことになる。従って、従来では蓄熱体１１３ｂ出側の燃焼排ガス温度を設備の耐熱温度ＴMAX を越えないようにするために蓄熱体における燃焼排ガスと燃焼空気量が下記（１）式の関係となるように、燃焼排ガスの回収ガス量ＶR （図８の破線部参照）を蓄熱体１１３ｂ及排気配管１２１ｂ，１２３を介して燃焼開始から終了まで回収するようにしており、上述した取鍋１の加熱効率向上の妨げになっている。
【００２７】
ｍＶG Ａ0 （ＴA2−ＴA1）ＣpAir≧ＶR （ＴG1−ＴG2）Ｃpgas …（１）
但し、
ＴA2：燃焼空気の蓄熱体出側での温度（Ｔa ′，Ｔb ′での計測温度）
ＴA1：燃焼空気の蓄熱体入側での温度（Ｔa ，Ｔb での計測温度）
ＴG1：燃焼排ガスの蓄熱体入側での温度（Ｔa ′，Ｔb ′での計測温度）
ＴG2：燃焼排ガスの蓄熱体出側での温度（Ｔa ，Ｔb での計測温度）
ＣpAir：燃焼空気の比熱
Ｃpgas：燃焼排ガスの比熱
ここで、本発明者等が鋭意検討した結果、加熱の初期において、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度の上限値ＴMAX を越えない範囲で燃焼排ガスの回収量を増加すれば、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度が蓄熱体１１３ｂを支持する部材や排気配管１２１ｂに介在された切換え用開閉弁１２２ｂの耐熱温度を越えることなく、上述した取鍋１の加熱効率の向上を図ることができるという知見を得、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００２８】
即ち、図７及び図８を参照して、加熱の初期においては、バーナ部１１２ｂ側の蓄熱体１１３ｂを通って回収される燃焼排ガスの回収量ＶR を〔ｍＶG Ａ0 （ＴA2−ＴA1）ＣpAir〕／〔（ＴG1−ＴG2）Ｃpgas〕≦ＶR ≦ＶE の範囲で取鍋１内の燃焼ガス温度（雰囲気温度）が最大となるＶR とし、その後、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔb の測定値が上限値ＴMAX を越えないように、該測定値に基づいて排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して、燃焼排ガスの回収量をＶE 〜〔ｍＶG Ａ0 （ＴA2−ＴA1）ＣpAir〕／〔（ＴG1−ＴG2）Ｃpgas〕の範囲に制御し、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度が従来より速く上限値ＴMAX に達するようにしている（図７参照）。
【００２９】
これにより、図９及び図１０に示すように、蓄熱体１１３ｂを支持する部材や排気配管１２１ｂに介在された切換え用開閉弁１２２ｂの耐熱温度を越えることなく、取鍋１内の燃焼ガスの温度及び取鍋１に対する加熱量を従来に比べて大幅に上げることができ、この結果、取鍋１の急速加熱時に取鍋１内の雰囲気温度を短い時間で高温することが可能になって取鍋１の加熱効率を向上させることができる。
【００３０】
そして、急速加熱後、門型フレーム１１の上部に取り付けられた駆動モータ１０９がスプロケット１０７をカウンターウェイト１０８が下降する方向に回転駆動させ、これにより、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２が上昇して取鍋１の上部開口を開き、この状態で直ちに受鋼位置に移動して転炉３から溶鋼を受鋼し、受鋼後、取鍋１を受鋼台車５によって二次精錬領域（図示せず。）に搬送して二次精錬を行うと共に、二次精錬後、受鋼台車５上の取鍋１をクレーン２等によって連続鋳造領域Ａ２に移動して連続鋳造を行う。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、蓄熱体１１３ｂ（１１３ａ）の出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔb（Ｔa）の測定値に基づいて、排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して燃焼排ガスの回収量を制御するようにしているが、請求項１に係る発明では、これに代えて、予め蓄熱体１１３ｂ（１１３ａ）の出側の燃焼排ガス温度と該燃焼排ガスの回収量との関係に基づいて、図８に示すような燃焼排ガスの回収ガス量の流量パターンを設定してこれを加熱制御装置の記憶領域に格納しておき、加熱初期に該流量パターンとなるように排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して制御の容易化を図るようにする。
【００３２】
また、蓄熱式バーナ１０のバーナ部１１２ａ，１１２ｂにパイロットバーナ（図示せず。）が取り付けられている場合には、加熱開始段階でバーナ部１１２ａ又は１１２ｂを燃焼させる前に、即ち、この実施の形態では、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２を下降させる前に、パイロットバーナを燃焼させて蓄熱体１１３ｂ，１１３ａを予熱するようにしてもよい。
【００３３】
この場合、排気配管１２１ａ，１２１ｂの開閉弁１２２ａ，１２２ｂを開とした状態で排気ファン１２６を駆動させるようにすると、パイロットバーナの燃焼ガスを蓄熱体１１３ｂ，１１３ａに導くことができるため、該蓄熱体１１３ｂ，１１３ａの予熱を効果的に行うことができる。
そして、このように加熱開始段階でバーナ部１１２ａ又は１１２ｂを燃焼させる前に、パイロットバーナを燃焼させて蓄熱体１１３ｂ，１１３ａの予熱を行うことにより、蓄熱体１１３ｂ（又は蓄熱体１１３ａ）の出側の排ガス温度をより速く上限値ＴMAX に到達させることができ（図７の一点鎖線参照）、この結果、取鍋１の加熱効率の更なる向上を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、蓄熱体出側の燃焼排ガス温度が蓄熱体を支持する部材や排気配管に介在された切換え用開閉弁の耐熱温度を越えることなく、取鍋内の雰囲気温度を高温することを可能にして取鍋の加熱効率の向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉操業の一例を説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例である蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法を説明するための説明図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】蓄熱式バーナの作動を説明するための概略図である。
【図５】燃料ガス量と時間との関係を示すグラフ図である。
【図６】取鍋内での燃焼排ガス量と時間との関係を示すグラフ図である。
【図７】蓄熱体出側排ガス温度と時間との関係を示すグラフ図である。
【図８】回収ガス量と時間との関係を示すグラフ図である。
【図９】取鍋内での燃焼ガス温度と時間との関係を示すグラフ図である。
【図１０】取鍋に対する加熱量と時間との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…取鍋
３…転炉
５…受鋼台車
１０…蓄熱式バーナ
１２…鍋蓋
１１２ａ，１１２ｂ…バーナ部
１１３ａ，１１３ｂ…蓄熱体
１１４ａ，１１４ｂ，１１６…燃焼用空気の供給配管
１２１ａ，１２１ｂ，１２３…燃焼排ガスの排気配管
１２２ａ，１２２ｂ…排気配管の切換え用開閉弁
１２５…流量調整弁
Ｔa ，Ｔb …蓄熱体出側温度計
Ｔa ′，Ｔb ′…蓄熱体入側温度計
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式バーナが取り付けられた鍋蓋で取鍋の上部開口を塞いで該取鍋を加熱する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の取鍋の加熱方法としては、例えば特開平７−１１２２６９号公報に記載のものが知られている。
この取鍋の加熱方法は、燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出とを蓄熱体を通して交互に行う一対のバーナ部が取り付けられた鍋蓋で取鍋の上部開口を塞ぎ、この状態で取鍋内で一対のバーナ部を交互に燃焼させると共に、燃焼停止中のバーナ部側の蓄熱体を通して燃焼排ガスを排気配管を介して排出して回収するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
蓄熱式バーナの特徴として定常状態での燃焼時には、回収する燃焼排ガス量と燃焼空気量はほぼ等しい。この理由は、回収する燃焼排ガス量を燃焼空気量よりも多くすると、蓄熱体出側の燃焼排ガス温度が異常に高くなって蓄熱体を支持する部材や排気配管に介在された切換え用開閉弁や排気ファンの耐熱温度を越えてしまうことになり、設備上成立しない。従って、現状では、燃焼空気量とほぼ同等の燃焼排ガス量を燃焼開始から終了まで回収するように制御している。
【０００４】
しかしながら、このような制御方法においては、燃焼開始段階では排気配管から回収される燃焼排ガスは蓄熱体自身の温度上昇により消費されるため、蓄熱体を通過し熱交換した燃焼空気の温度は取鍋から回収した燃焼排ガス温度よりもかなり低い温度になり、熱回収率は低下する。上記制御方法を採用する蓄熱式バーナにおいては、燃焼開始段階での燃焼用空気の高温化ができないため、燃焼ガス温度の高温化が図れず、短時間の急速加熱への適用は難しい。
【０００５】
本発明はかかる技術的背景を鑑みてなされたものであり、蓄熱体出側の燃焼排ガス温度が蓄熱体を支持する部材や排気配管に介在された切換え用開閉弁等の耐熱温度を越えることなく、取鍋内の雰囲気温度を高温することを可能にして取鍋の加熱効率の向上を図ることができる蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１に係る蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法は、燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出とを蓄熱体を通して交互に行う一対のバーナ部が取り付けられた鍋蓋で取鍋の上部開口を塞ぎ、この状態で前記取鍋内で前記一対のバーナ部を交互に燃焼させると共に、燃焼停止中のバーナ部側の蓄熱体を通して燃焼排ガスを排気配管を介して排出して回収し、これにより、前記取鍋を急速加熱する方法において、
予め前記蓄熱体の出側の燃焼排ガスの温度と該燃焼排ガスの回収量との関係に基づいて前記排気配管を流れる燃焼排ガスの流量パターンを設定して該流量パターンとなるように前記排気配管に介在された流量調整弁を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法は、請求項１において、前記蓄熱式バーナのバーナ部を燃焼させる前に該蓄熱式バーナに既設のパイロットバーナを燃焼させて前記蓄熱体を予熱することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は転炉操業の一例を説明するための説明図、図２は本発明の実施の形態の一例である蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法を説明するための説明図、図３は図２の平面図、図４は蓄熱式バーナの作動を説明するための概略図、図５は燃料ガス量と時間との関係を示すグラフ図、図６は取鍋内での燃焼排ガス量と時間との関係を示すグラフ図、図７は蓄熱体出側排ガス温度と時間との関係を示すグラフ図、図８は回収ガス量と時間との関係を示すグラフ図、図９は取鍋内での燃焼ガス温度と時間との関係を示すグラフ図、図１０は取鍋に対する加熱量と時間との関係を示すグラフ図である。
【００１０】
図１を参照して、転炉操業に用いられる取鍋１は、連続鋳造後、クレーン２等によって排滓領域Ｂ２に移動し、該排滓領域Ｂ２では取鍋１を傾動することにより内部に残存するスラグを排滓する。次いで、保守点検領域（図示せず。）に移動し、該保守点検領域でスライディングノズルの洗浄又は交換を行った後、保熱領域Ｃ２に移動する。該保熱領域Ｃ２では、取鍋１の上部開口を鍋蓋１ａで覆って該取鍋１を保熱する。
【００１１】
次いで、取鍋１をクレーン２等によって受鋼台車５上に載置し、この状態で転炉３の受鋼領域Ｄ２まで搬送する。受鋼領域Ｄ２に搬送された取鍋１は受鋼台車５上で所定時間待機状態とされ、該待機中に取鍋１の乾燥及び転炉３から受鋼する溶鋼の温度低下量を補償する目的で蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２を用いて取鍋１の急速加熱を行う。
【００１２】
急速加熱後、直ちに転炉３から溶鋼を受鋼し、受鋼後、取鍋１を受鋼台車５によって二次精錬領域（図示せず。）に搬送し、二次精錬領域では取鍋１中の溶鋼をＲＨ法等によって二次精錬する。
次いで、受鋼台車５上の取鍋１をクレーン２等によって連続鋳造領域Ａ２に移動し、連続鋳造領域Ａ２では、既存の連続鋳造機に取鍋１を設置し、取鍋１の下方に設けられているスライディングノズルを開度操作することで、必要な流量の溶鋼を連続的にタンディッシュに供給して連続鋳造を行い、該連続鋳造後、上述した各工程を繰り返して操業する。
【００１３】
次に、図２〜図４を参照して、受鋼領域Ｄ２で待機中の受鋼台車５上の取鍋１を蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２によって急速加熱する方法を説明する。
図２及び図３において符号１１は門型フレームであり、この門型フレーム１１は受鋼領域Ｄ２の受鋼台車５の待機位置で該受鋼台車５の搬送路を跨ぐように配置されている。門型フレーム１１には受鋼台車５上の取鍋１の上部開口を覆う円形の鍋蓋１２が昇降装置１００によって昇降自在に支持されており、この鍋蓋１２には蓄熱式バーナ１０が取り付けられている。
【００１４】
まず、昇降装置１００から説明すると、この昇降装置１００は鍋蓋１２の上面を受鋼台車５の幅方向に離間した二カ所で支持して該鍋蓋１２を昇降自在に吊り下げる２本のチェーン１０１，１０２を備えており、各チェーン１０１，１０２は鍋蓋１２上面から上方に延びた後、門型フレーム１１の上部に取り付けられたスプロケット１０３，１０４を介して受鋼台車５の幅方向に水平に延びてその先端が連結部材１０５に接続されている。
【００１５】
連結部材１０５には１本のチェーン１０６が接続されており、該チェーン１０６はチェーン１０１，１０２から離間する側に水平方向に延びた後、門型フレーム１１の上部に取り付けられたスプロケット１０７を介して下方に延びてその先端がカウンターウェイト１０８に接続されている。カウンターウェイト１０８は蓄熱式バーナ１０を含めた鍋蓋１２の重量とバランスする重さとされている。
【００１６】
また、スプロケット１０７は駆動モータ１０９によって回転駆動されるようになっており、該駆動モータ１０９を正逆駆動させることにより、鍋蓋１２が蓄熱式バーナ１０と共に昇降するようになっている。そして、かかる昇降時には、鍋蓋１２の上面に４本突設されたスライド棒１１０が門型フレーム１１の上部に該スライド棒１１０の数に対応して取り付けられたガイド筒１１１によって上下方向に案内されるようになっている。
【００１７】
次に、蓄熱式バーナ１０について説明すると、この蓄熱式バーナ１０は鍋蓋１２の上面に受鋼台車５の搬送方向に離間して取り付けられた一対のバーナ部１１２ａ，１１２ｂを備えており、該バーナ部１１２ａ，１１２ｂにはセラミックス等からなる蓄熱体１１３ａ，１１３ｂが一体に取り付けられている。蓄熱体１１３ａ，１１３ｂにはそれぞれ燃焼用空気の供給配管１１４ａ，１１４ｂ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ａ，１２１ｂが接続されている。
【００１８】
供給配管１１４ａ，１１４ｂには切換え用の開閉弁１１５ａ，１１５ｂが介在されており、また、供給配管１１４ａ，１１４ｂは上流側で合流して１本の供給配管１１６とされている。該供給配管１１６には、上流側に向けて流量調整弁１１７及び流量計（オリフィス）１１８が順次介在されており、上流端が門型フレーム１１の上部に取り付けられた供給ファン１１９に達している。また、供給配管１１６は、図２に示すように、上下方向に延びる部分を有しており、該部分には鍋蓋１２の昇降を可能にすべく蛇腹１２０が介在されている。
【００１９】
一方、排気配管１２１ａ，１２１ｂには切換え用の開閉弁１２２ａ，１２２ｂが介在されており、開閉弁１２２ａ，１２２ｂの上流側には蓄熱体１１３ａ，１１３ｂの出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔa ，Ｔb が取り付けられている。また、排気配管１２１ａ，１２１ｂは下流側で合流して１本の排気配管１２３とされており、該排気配管１２３には下流側に向けて流量計（オリフィス）１２４及び流量調整弁１２５が順次介在されている。排気配管１２３の下流端は、門型フレーム１１の上部に取り付けられた排気ファン１２６に達している。また、排気配管１２３は、図２に示すように、上下方向に延びる部分を有しており、該部分には鍋蓋１２の昇降を可能にすべく蛇腹１２７が介在されている。
【００２０】
バーナ部１１２ａ，１１２ｂには燃料ガスの供給配管１２８ａ，１２８ｂが接続されており、該供給配管１２８ａ，１２８ｂには切換え用の開閉弁１２９ａ，１２９ｂが介在されている。また、供給配管１２８ａ，１２８ｂは上流側で合流して１本の供給配管１３０とされており、該供給配管１３０には、上流側に向けて流量調整弁１３１及び流量計（オリフィス）１３２が順次介在されている。供給配管１３０は、図２に示すように、上下方向に延びる部分を有しており、該部分には鍋蓋１２の昇降を可能にすべく蛇腹１３３が介在されている。なお、図４において符号Ｔc は取鍋１内の温度を測定する温度計である。
【００２１】
次に、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２を用いて取鍋１を急速加熱する方法を説明する。
取鍋１を載せた受鋼台車５が転炉３の受鋼領域Ｄ２まで搬送されて門型フレーム１１の所定位置に停止すると、これを門型フレーム１１の柱等に取り付けられた位置検出センサ（図示せず。）が検知し、該検知信号に基づいて門型フレーム１１の上部に取り付けられた駆動モータ１０９がスプロケット１０７をカウンターウェイト１０８が上昇する方向に回転駆動させ、これにより、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２が下降して取鍋１の上部開口を閉塞する。かかる閉塞時には、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２はカウンターウェイト１０８によってバランスされているため、鍋蓋１２が取鍋１の上部開口縁に当接した際の衝撃を緩和することができ、該上部開口縁の破損を良好に防止することができる。
【００２２】
次いで、この状態でバーナ部１１２ａ，１１２ｂを交互に燃焼させて、受鋼台車５の待機時間内に取鍋１の急速加熱を行う。
例えばバーナ部１１２ａを燃焼させる場合は、燃焼用空気の供給配管１１４ａの開閉弁１１５ａ、燃料ガスの供給配管１２８ａの開閉弁１２９ａ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ｂの開閉弁１２２ｂを開くと共に、燃焼用空気の供給配管１１４ｂの開閉弁１１５ｂ、燃料ガスの供給配管１２８ｂの開閉弁１２９ｂ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ａの開閉弁１２２ａを閉じ、これにより、バーナ部１１２ａを燃焼させて火炎及び燃焼ガスの輻射熱によって取鍋１を加熱すると共に、該燃焼時の排ガスを蓄熱体１１３ｂ及び排気配管１２１ｂ，１２３を通して排出する。
【００２３】
反対にバーナ部１１２ｂを燃焼させる場合は、燃焼用空気の供給配管１１４ｂの開閉弁１１５ｂ、燃料ガスの供給配管１２８ｂの開閉弁１２９ｂ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ａの開閉弁１２２ａを開くと共に、燃焼用空気の供給配管１１４ａの開閉弁１１５ａ、燃料ガスの供給配管１２８ａの開閉弁１２９ａ及び燃焼排ガスの排気配管１２１ｂの開閉弁１２２ｂを閉じ、これにより、バーナ部１１２ｂを燃焼させて火炎及び燃焼ガスの輻射熱によって取鍋１を加熱すると共に、該燃焼時の排ガスを蓄熱体１１３ａ及び排気配管１２１ａ，１２３を通して排出する。なお、開閉弁１１５ａ，１１５ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，１２９ａ，１２９ｂの切換え及び流量計１１８，１２４，１３２の測定値に応じた流量調整弁１１７，１２５，１３１の開度は図示しない加熱制御装置によってシーケンス制御されるようになっている。
【００２４】
このようにバーナ部１１２ａ，１１２ｂを交互に燃焼させることにより、バーナ部１１２ａ，１１２ｂに供給される燃焼用空気は蓄熱体１１３ａ，１１３ｂとの直接接触によって予熱されて排ガス温度に近い高温となり、従って、燃料ガスと混合されたときに少ない燃料で安定燃焼して高温の燃焼ガスが得られ、これにより、取鍋１の急速加熱が行われる。
【００２５】
ここで、この実施の形態では、かかる急速加熱時の取鍋１の加熱効率の向上を図るべく、加熱開始の際にバーナ部１１２ａ（１１２ｂ）を燃焼させる場合は、バーナ部１１２ｂ（１１２ａ）側の蓄熱体１１３ｂ（１１３ａ）の出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔb （Ｔa ）の測定値に基づいて、排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して燃焼排ガスの回収量を制御するようにしている。なお、加熱開始の際にバーナ部１１２ａ及びバーナ部１１２ｂの何れを燃焼させる場合も同一であるので、ここでは加熱開始の際にバーナ部１１２ａを燃焼させる場合について説明する。
【００２６】
図５及び図６を参照して、加熱開始時においては、燃料ガスの供給配管１２８ａからバーナ部１１２ａへは一定量ＶG の燃料ガスが供給され、取鍋１内の燃焼排ガス量ＶE （＝ＶG ×（Ｇ0 ＋Ａ0 （ｍ−１））：Ｇ0 は理論排ガス量、Ａ0 は理論空気量、ｍは空気比）も一定とされている。
この場合、バーナ部１１２ｂ側の蓄熱体１１３ｂを通って回収される燃焼排ガスの回収量を取鍋１内での燃焼排ガス量ＶE と同等とすると、蓄熱体の温度が急速に上がるため、この蓄熱体を通過する燃焼用空気温度も高温化でき、短時間で燃焼ガス温度の高温化が図れるため、取鍋１の加熱効率を向上させることができる。しかしながら、このように燃焼排ガスの回収量を常時燃焼排ガス量ＶE とすると、蓄熱体１１３ｂ出側の燃焼排ガス温度が異常に高くなって蓄熱体１１３ｂを支持する部材や排気配管１２１ｂに介在された切換え用開閉弁１２２ｂや排気ファン１２６の耐熱温度を越えてしまうことになる。従って、従来では蓄熱体１１３ｂ出側の燃焼排ガス温度を設備の耐熱温度ＴMAX を越えないようにするために蓄熱体における燃焼排ガスと燃焼空気量が下記（１）式の関係となるように、燃焼排ガスの回収ガス量ＶR （図８の破線部参照）を蓄熱体１１３ｂ及排気配管１２１ｂ，１２３を介して燃焼開始から終了まで回収するようにしており、上述した取鍋１の加熱効率向上の妨げになっている。
【００２７】
ｍＶG Ａ0 （ＴA2−ＴA1）ＣpAir≧ＶR （ＴG1−ＴG2）Ｃpgas …（１）
但し、
ＴA2：燃焼空気の蓄熱体出側での温度（Ｔa ′，Ｔb ′での計測温度）
ＴA1：燃焼空気の蓄熱体入側での温度（Ｔa ，Ｔb での計測温度）
ＴG1：燃焼排ガスの蓄熱体入側での温度（Ｔa ′，Ｔb ′での計測温度）
ＴG2：燃焼排ガスの蓄熱体出側での温度（Ｔa ，Ｔb での計測温度）
ＣpAir：燃焼空気の比熱
Ｃpgas：燃焼排ガスの比熱
ここで、本発明者等が鋭意検討した結果、加熱の初期において、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度の上限値ＴMAX を越えない範囲で燃焼排ガスの回収量を増加すれば、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度が蓄熱体１１３ｂを支持する部材や排気配管１２１ｂに介在された切換え用開閉弁１２２ｂの耐熱温度を越えることなく、上述した取鍋１の加熱効率の向上を図ることができるという知見を得、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００２８】
即ち、図７及び図８を参照して、加熱の初期においては、バーナ部１１２ｂ側の蓄熱体１１３ｂを通って回収される燃焼排ガスの回収量ＶR を〔ｍＶG Ａ0 （ＴA2−ＴA1）ＣpAir〕／〔（ＴG1−ＴG2）Ｃpgas〕≦ＶR ≦ＶE の範囲で取鍋１内の燃焼ガス温度（雰囲気温度）が最大となるＶR とし、その後、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔb の測定値が上限値ＴMAX を越えないように、該測定値に基づいて排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して、燃焼排ガスの回収量をＶE 〜〔ｍＶG Ａ0 （ＴA2−ＴA1）ＣpAir〕／〔（ＴG1−ＴG2）Ｃpgas〕の範囲に制御し、蓄熱体１１３ｂの出側の排ガス温度が従来より速く上限値ＴMAX に達するようにしている（図７参照）。
【００２９】
これにより、図９及び図１０に示すように、蓄熱体１１３ｂを支持する部材や排気配管１２１ｂに介在された切換え用開閉弁１２２ｂの耐熱温度を越えることなく、取鍋１内の燃焼ガスの温度及び取鍋１に対する加熱量を従来に比べて大幅に上げることができ、この結果、取鍋１の急速加熱時に取鍋１内の雰囲気温度を短い時間で高温することが可能になって取鍋１の加熱効率を向上させることができる。
【００３０】
そして、急速加熱後、門型フレーム１１の上部に取り付けられた駆動モータ１０９がスプロケット１０７をカウンターウェイト１０８が下降する方向に回転駆動させ、これにより、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２が上昇して取鍋１の上部開口を開き、この状態で直ちに受鋼位置に移動して転炉３から溶鋼を受鋼し、受鋼後、取鍋１を受鋼台車５によって二次精錬領域（図示せず。）に搬送して二次精錬を行うと共に、二次精錬後、受鋼台車５上の取鍋１をクレーン２等によって連続鋳造領域Ａ２に移動して連続鋳造を行う。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、蓄熱体１１３ｂ（１１３ａ）の出側の排ガス温度を測定する温度計Ｔb（Ｔa）の測定値に基づいて、排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して燃焼排ガスの回収量を制御するようにしているが、請求項１に係る発明では、これに代えて、予め蓄熱体１１３ｂ（１１３ａ）の出側の燃焼排ガス温度と該燃焼排ガスの回収量との関係に基づいて、図８に示すような燃焼排ガスの回収ガス量の流量パターンを設定してこれを加熱制御装置の記憶領域に格納しておき、加熱初期に該流量パターンとなるように排気配管１２３に介在された流量調整弁１２５を制御して制御の容易化を図るようにする。
【００３２】
また、蓄熱式バーナ１０のバーナ部１１２ａ，１１２ｂにパイロットバーナ（図示せず。）が取り付けられている場合には、加熱開始段階でバーナ部１１２ａ又は１１２ｂを燃焼させる前に、即ち、この実施の形態では、蓄熱式バーナ１０が取り付けられた鍋蓋１２を下降させる前に、パイロットバーナを燃焼させて蓄熱体１１３ｂ，１１３ａを予熱するようにしてもよい。
【００３３】
この場合、排気配管１２１ａ，１２１ｂの開閉弁１２２ａ，１２２ｂを開とした状態で排気ファン１２６を駆動させるようにすると、パイロットバーナの燃焼ガスを蓄熱体１１３ｂ，１１３ａに導くことができるため、該蓄熱体１１３ｂ，１１３ａの予熱を効果的に行うことができる。
そして、このように加熱開始段階でバーナ部１１２ａ又は１１２ｂを燃焼させる前に、パイロットバーナを燃焼させて蓄熱体１１３ｂ，１１３ａの予熱を行うことにより、蓄熱体１１３ｂ（又は蓄熱体１１３ａ）の出側の排ガス温度をより速く上限値ＴMAX に到達させることができ（図７の一点鎖線参照）、この結果、取鍋１の加熱効率の更なる向上を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、蓄熱体出側の燃焼排ガス温度が蓄熱体を支持する部材や排気配管に介在された切換え用開閉弁の耐熱温度を越えることなく、取鍋内の雰囲気温度を高温することを可能にして取鍋の加熱効率の向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉操業の一例を説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例である蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法を説明するための説明図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】蓄熱式バーナの作動を説明するための概略図である。
【図５】燃料ガス量と時間との関係を示すグラフ図である。
【図６】取鍋内での燃焼排ガス量と時間との関係を示すグラフ図である。
【図７】蓄熱体出側排ガス温度と時間との関係を示すグラフ図である。
【図８】回収ガス量と時間との関係を示すグラフ図である。
【図９】取鍋内での燃焼ガス温度と時間との関係を示すグラフ図である。
【図１０】取鍋に対する加熱量と時間との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…取鍋
３…転炉
５…受鋼台車
１０…蓄熱式バーナ
１２…鍋蓋
１１２ａ，１１２ｂ…バーナ部
１１３ａ，１１３ｂ…蓄熱体
１１４ａ，１１４ｂ，１１６…燃焼用空気の供給配管
１２１ａ，１２１ｂ，１２３…燃焼排ガスの排気配管
１２２ａ，１２２ｂ…排気配管の切換え用開閉弁
１２５…流量調整弁
Ｔa ，Ｔb …蓄熱体出側温度計
Ｔa ′，Ｔb ′…蓄熱体入側温度計
Claims (2)
- 燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出とを蓄熱体を通して交互に行う一対のバーナ部が取り付けられた鍋蓋で取鍋の上部開口を塞ぎ、この状態で前記取鍋内で前記一対のバーナ部を交互に燃焼させると共に、燃焼停止中のバーナ部側の蓄熱体を通して燃焼排ガスを排気配管を介して排出して回収し、これにより、前記取鍋を急速加熱する方法において、
予め前記蓄熱体の出側の燃焼排ガスの温度と該燃焼排ガスの回収量との関係に基づいて前記排気配管を流れる燃焼排ガスの流量パターンを設定して該流量パターンとなるように前記排気配管に介在された流量調整弁を制御することを特徴とする蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法。 - 前記蓄熱式バーナのバーナ部を燃焼させる前に該蓄熱式バーナに既設のパイロットバーナを燃焼させて前記蓄熱体を予熱することを特徴とする請求項１記載の蓄熱式バーナを用いた取鍋の急速加熱方法。
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