JP6246455B2

JP6246455B2 - 焼結機点火炉用バーナ

Info

Publication number: JP6246455B2
Application number: JP2012062609A
Authority: JP
Inventors: 好司岩田; 幹夫越智; 建太苅部
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2013194991A

Description

本発明は、焼結機点火炉用バーナに対し、袖火用バーナを設置することで、バーナの火炎を安定させて、高効率に焼結鉱への着火を達成する焼結機の点火炉用バーナに関するものである。

焼結機では、パレット上に原料と粉コークス等の燃料とを混合して装入する。その後、点火炉において、原料層表面の粉コークスにバーナを用いて着火させたのち、ウインドボックスの負圧によってパレット上より大気を吸引する。層内では、粉コークスの燃焼が下層に移行して原料の焼結化が進行する。
従来、前記点火炉用のバーナとしてはラインバーナや面燃焼バーナが使用されてきた。

ラインバーナとは、特許文献１に示されているように、焼結機のパレットの幅方向に延長する燃料ガスおよび燃焼用空気通路を具え、これらの通路から、燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流が互いに交会するように指向して開口する多数の対のノズル孔が、前記通路の長さ方向に沿ってそれぞれ離間して設けられるものである。
また、前記ノズル孔の孔径は、前記通路の長さ方向において、中央部から各両端部に向けて少なくとも３段階に、順次大きくなるように設置されており、ノズル孔から噴出された燃料ガスと燃焼用空気は燃焼されて拡散火炎となり幅方向に均一フレームを形成し、焼結鉱の焼けムラを防止することができる。

面燃焼バーナとは、引用文献２に示されているように、燃料ガスと燃焼用空気との混合気が多孔質体を通じて噴出し燃焼することでその多孔質体に生じる幅射熱と、燃焼によるフレームとによって均一な加熱を行うことで、焼結鉱の焼けムラを防止することができる、というものである。なお、多孔質パネルとしては、セラミックス製や金属製のものが使用される。

ここで、焼結鉱への着火性を向上させるためにはバーナでの火炎温度を上昇させることが重要である。製鉄所で使われるCガス（コークス炉ガス）では、理論火炎温度が2100℃程度であり、他方、CガスとBガス（高炉ガス）を混合したMガスでは、理論火炎温度が1900℃程度である。
すなわち、理論上はCガスを燃焼する方が理論火炎温度を高くすることができるため、Cガス燃焼を用いる方が、粉コークスの着火に要する時間を短縮することができるので加熱効率が良い。

特公昭６２−４８７９６号公報実公平２−３０７１８号公報

前述したように、点火炉での着火性を向上させ加熱効率を高めるためには火炎温度を上昇させることが重要である。特に、近年では、焼結鉱の生産量の増加や短納期化などにより、加熱効率を上げる重要性が高まっている。
しかし、特許文献１に開示された技術では、ラインバーナにより適正なフレームを形成することで、焼結鉱表面を対流加熱および放射加熱により効率的に加熱させることができるものの、燃料ガス流量をさらに増加させた場合には、燃焼速度と流速のつり合いが破れてしまい、火炎が下流に吹き飛ばされ火炎が吹消える、いわゆる火炎の吹消えが発生する。
上記のような火炎の吹消えが発生しても、ラインバーナの場合は、点火トーチ着火や電気スパーク着火によって、手動で再点火するしかなかった。そのため、ラインバーナだけでは操業が安定しないという問題があった。

また、引用文献２に開示された技術では、多孔質パネルの材質が加熱性能に大きく影響を及ぼす。
セラミックスのパネルでは、操業トラブルはもとより、近年の小ロット多品種生産では、炉を頻繁に停止することがある。そのような場合には、熱応力が頻繁に発生することになり、パネルが短期間で破損してしまう。一方、金属製のパネルではその耐熱性のためパネル表面温度の上限が1200℃程度である。そのため、前記した近年の加熱効率向上の要請に合わせて、焼結鉱の温度を上げようとするとパネルが溶損してしまうといった問題がある。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結機の点火炉用バーナにおいて、近年の加熱効率向上の要請に合わせて、火炎の温度を上げた場合で有っても、火炎を安定させて焼結鉱への着火性を改善することができる焼結機点火炉用バーナを提案することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、ラインバーナにおいて、袖火を用いること、また燃料ガスと燃料用空気の混合気を使用して多孔質を通して噴射させ燃焼させる面燃焼バーナを用いることなどの手段を講じることで、火炎温度を上昇させて焼結鉱への着火性を大幅に改善しつつ加熱効率が高まることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．燃料ガスの噴出用主ノズル孔と、燃焼用空気の噴出用主ノズル孔とからなる点火用主バーナを備える焼結機点火炉用バーナであって、該点火用主バーナの燃焼を助勢する袖火用バーナを有し、該袖火用バーナは、該点火用主バーナの内部にて、該燃料ガスの噴出用主ノズル孔の外側に設けられ、該袖火用バーナのガス吐出面は、該燃料ガスの噴出用主ノズル孔に近い端が吐出される燃料ガスの上流側に位置し、該燃料ガスの噴出用主ノズル孔から遠い端が吐出される燃料ガスの下流側になるように、吐出される燃料ガスの流れに対し傾斜して配置され、さらに該袖火用バーナは、該点火用主バーナとは別に該袖火用バーナ専用の燃料ガスおよび燃焼用空気の供給系統をそなえることを特徴とする焼結機点火炉用バーナ。

２．前記袖火用バーナが、面燃焼バーナであることを特徴とする前記１に記載の焼結機点火炉用バーナ。

３．前記面燃焼バーナのノズル孔が、多孔質セラミックスからなることを特徴とした前記２に記載の焼結機点火炉用バーナ。

４．前記燃焼用空気の噴出用主ノズル孔に燃焼用空気を導く通路に、さらに酸素供給通路を具えたことを特徴とした前記１〜３のいずれかに記載の焼結機点火炉用バーナ。

５．前記燃料ガスの噴出用主ノズル孔に燃料ガスを導く通路に、さらに酸素供給通路を具えたことを特徴とした前記１〜４のいずれかに記載の焼結機点火炉用バーナ。

本発明によれば、火炎温度を上昇させても、焼結機の点火炉用バーナを安定して使用することができるので、焼結鉱への着火性が改善し、高効率に焼結鉱への着火を行うことができる。

本発明の一実施形態に従う焼結機点火炉用バーナの断面図である。本発明の一実施形態に従う焼結機点火炉用バーナの下面図である。本発明の他の実施形態に従う焼結機点火炉用バーナの断面図である。実施例における燃料原単位を示す図である。

以下、本発明を、図を用いて具体的に説明する。
本発明に従う焼結機点火炉用バーナは、図１に示すように、燃料ガスの噴出用主ノズル孔３と、燃焼用空気の噴出用主ノズル孔４とからなる点火用主バーナを備えていて、この点火用主バーナの燃焼を助勢する袖火用バーナ７を有している。なお、図１中、１は燃料ガス通路、２は燃焼用空気通路、３は燃料ガスの噴出用主ノズル孔、４は燃焼用空気の噴出用主ノズル孔、５は燃料ガス（袖火用）、６は燃焼用空気（袖火用）、７は面燃焼バーナ（袖火用）および８は袖火用バーナ孔である。

図２には、図１に記載の焼結機点火炉用バーナを下面（焼結鉱と対峙している側）から見た図を示す。
同図に示したように、長手方向の内側から燃料ガスの噴出用主ノズル孔３、袖火用バーナ孔８、燃焼用空気の噴出用主ノズル孔４の順で並んでいることが好ましい。ただし、設置条件によっては、上記の順番を変えることも可能である。なお、上記の焼結機点火炉用バーナの長手方向の長さは、任意に決めることができ、複数個の組み合わせとしてもよい。
また、焼結機点火炉用バーナを、円形状、例えば、中心に燃料ガス主ノズル孔３を配し、その外側に袖火用バーナ孔８と燃焼用空気の噴出用主ノズル孔４を順に配してもよく、この円形状の焼結機点火炉用バーナを、長手方向に複数個並べて配置することも可能である。

本発明において、袖火用バーナの種類は、ノズルミックスバーナやプレミックスバーナ等ガスバーナを用いることができるが、特に、面燃焼バーナとすることが好ましい。
というのは、面燃焼バーナは、1000℃程度の低温、すなわち袖火程度の温度であれば、その燃焼は極めて安定しているからである。

本発明における面燃焼バーナのノズル孔、すなわち図１の符号８で示される袖火用バーナ孔には、従来公知のフィルタを配することができるが、セラミックスを用いる場合には、アルミナ系（Al₂O₃）、炭化珪素系（SiC）およびジルコニア系（ZrO₂）等が挙げられ、また金属を用いる場合には、SUS316、Ni-Al合金、Ni-Mo-Cr合金およびTi合金等が挙げられる。より好ましくは、SiC製多孔質セラミックスである。SiC製多孔質セラミックスは、耐熱性に優れているからである。

また、本発明に従う焼結機点火炉用バーナは、図３に示すように、燃焼用空気および／または燃料ガスの噴出用主ノズル孔に、それぞれ燃焼用空気および／または燃料ガスを導く通路に、さらに酸素供給通路を具えることができる。

しかしながら、酸素の混合量を増やすと燃焼が促進され、火炎温度が上昇することでバーナ構造物の寿命が短くなる。そのため、バーナ構造物の寿命を考慮すると、酸素の混入量は空気体積流量の10％程度が限界である。そのため、燃焼空気中への酸素の混入量は燃焼空気流量に対して０〜10％の範囲が好ましい。また、燃料ガスへの酸素の混入量は燃料ガス流量に対して０〜10％である。
ここで、上記の％表示はvol％である。また、以下の％表示も特に断らない限りvol％である。

なお、本発明に用いるコークス炉ガス、すなわち、H₂：56.2％、CO：6.5％、CH₄：28.0％、N₂：3.8％の組成からなるガスの、空気中での爆発範囲は4.8〜36.2％であり、酸素中での爆発範囲は4.6〜69.7％である。

〔実施例１〕
以下に、この発明における焼結機の点火炉用バーナ（以下単にバーナとも言う）の詳細を、燃料としてＣガスを使用した場合の一例を図に基づいて説明する。ここで、前掲した図１はこの発明の点火炉用バーナの断面図、前掲した図３はこの発明の酸素を含む配管系統図、そして図４は各実施例におけるそれぞれの燃料原単位を示している。
実施例１で用いるバーナは、袖火をラインバーナとした。使用している燃料はコークス炉ガスである。ここで使用するコークス炉ガスはH₂：56.2％、CO：6.5％、CH₄：28.0％、N₂：3.8％で、その発熱量は18.8MJ／Nm³である。なお、上記ガス組成は、ガスクロマトグラフィーを用いて測定し、発熱量はガス組成から算出した。

図４に示した結果より、燃料ガスの使用原単位が従来33.OMJ／t-Sinterであったものを、29.3MJ／t-Sinterに削減できることが分かる。
すなわち、本発明に従うバーナを使用することにより、適正な火炎を形成することで火炎温度を上昇させることができる。
また、燃料ガス流量が増加した場合には主炎の根元に配置した袖火用バーナにより低速の安定した火炎を形成し、さらに袖火用バーナから主炎の基部に熱とＯ，ＨおよびOHなどの活性化学種を供給することによって高速の主炎を保持することができる。

〔実施例２〕
実施例２で用いるバーナは、図１に示したような袖火として面燃焼バーナを有しているバーナである。
図４に示した結果より、燃料ガスの使用原単位を28.5MJ／t-Sinterに削減することができることが分かる。すなわち、袖火用バーナとして面燃焼バーナを備えた、本発明に従うバーナを用いることにより火炎温度を上昇させて焼結鉱への着火性が改善されることが確認された。

〔実施例３〕
実施例３で用いるバーナは、図３に示したようなバーナを用いて燃焼用空気中に酸素を混合することができるバーナである。
図４に示した結果より、燃料ガスの使用原単位を27.2MJ／t-Sinterに削減することができることが分かる。すなわち、燃焼用空気に酸素を混合することにより火炎温度を上昇させて焼結鉱への着火性が改善されることが確認された。

〔実施例４〕
実施例４で用いるバーナは、実施例３と同じバーナを用いて燃料ガス中に酸素を混合したバーナである。
図４に示した結果より、燃料ガスの使用原単位を26.4MJ／t-Sinterに削減することができることが分かる。すなわち、燃料ガスに酸素を混合することにより火炎温度を上昇させて焼結鉱への着火性が改善されることが確認された。

〔実施例５〕
実施例５で用いるバーナは、実施例３と同じバーナを用いて燃焼用空気および燃料ガス中に酸素を混合したバーナである。
図４に示した結果より、燃料ガスの使用原単位を25.1MJ／t-Sinterに削減することができることが分かる。すなわち、燃焼用空気および燃料ガスに酸素を混合することにより火炎温度を上昇させて焼結鉱への着火性が改善されることが確認された。

なお、上記した実施例は、袖火用バーナとしてラインバーナおよび面燃焼バーナを用いた場合を説明しているが、ノズルミックスバーナやプレミックスバーナを袖火用バーナとしても同様の効果、すなわち、火炎温度を上昇させて焼結鉱の着火性を改善する効果が得られる。

本発明の技術は、焼結炉に限定されるものではなく、CGLの焼鈍炉や合金化炉等の層状のバーナを使用している箇所であれば、いずれも好適に用いることができる。

１燃料ガス通路
２燃焼用空気通路
３燃料ガスの噴出用主ノズル孔
４燃焼用空気の噴出用主ノズル孔
５燃料ガス（袖火用）
６燃焼用空気（袖火用）
７バーナ（袖火用）
８袖火用バーナ孔

Claims

燃料ガスの噴出用主ノズル孔と、燃焼用空気の噴出用主ノズル孔とからなる点火用主バーナを備える焼結機点火炉用バーナであって、
前記点火用主バーナに形成される主炎の根元に配置され、該点火用主バーナの燃焼を助勢する袖火用バーナを有し、
該袖火用バーナは、該点火用主バーナの内部にて、該燃料ガスの噴出用主ノズル孔の外側に設けられ、該袖火用バーナの外側に前記燃焼用空気の噴出用主ノズル孔が設けられており、
前記燃料ガスの噴出用主ノズル孔と、前記燃焼用空気の噴出用主ノズル孔とは、燃料ガス及び燃焼用空気の噴出流が互いに交差するよう配置されており、
該袖火用バーナのガス吐出面は、該燃料ガスの噴出用主ノズル孔に近い端が吐出される燃料ガスの上流側に位置し、該燃料ガスの噴出用主ノズル孔から遠い端が吐出される燃料ガスの下流側になるように、吐出される燃料ガスの流れに対し傾斜して配置され、
さらに該袖火用バーナは、該点火用主バーナとは別に該袖火用バーナ専用の燃料ガスおよび燃焼用空気の供給系統をそなえ、
該点火用主バーナにおいては、該袖火用バーナよりも高速の火炎を保持することを特徴とする焼結機点火炉用バーナ。
前記袖火用バーナが、面燃焼バーナであることを特徴とする請求項１に記載の焼結機点火炉用バーナ。
前記面燃焼バーナのノズル孔が、多孔質セラミックスからなることを特徴とした請求項２に記載の焼結機点火炉用バーナ。
前記燃焼用空気の噴出用主ノズル孔に燃焼用空気を導く通路に、さらに酸素供給通路を具えたことを特徴とした請求項１〜３のいずれかに記載の焼結機点火炉用バーナ。
前記燃料ガスの噴出用主ノズル孔に燃料ガスを導く通路に、さらに酸素供給通路を具えたことを特徴とした請求項１〜４のいずれかに記載の焼結機点火炉用バーナ。