JP6743966B2 - 面燃焼バーナ、複合バーナ、および焼結機用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガス、液化石油ガス、都市ガスおよび副生ガス等を燃料とする面燃焼バーナに関し、特に、バーナ表面の燃焼部における流路閉塞を防止して長寿命化した面燃焼バーナに関する。

産業一般において、加熱工程は、生産対象物の化学反応等を開始するプロセスとして重要である。対象物を加熱する手段は様々であるが、バーナが用いられることが多い。バーナでは、燃料ガスおよび燃焼用空気が先端のノズルから吐出され、前記燃料ガスを連続的に燃焼させることで火炎が形成される。

バーナには様々なタイプのものがあるが、そのうちの一つに、面燃焼バーナがある。一般的な面燃焼バーナは、耐熱性の高い特殊な金属繊維で編んだ金属繊維製編物や多孔質セラミック（以下、バーナマットと総称する）を備えており、前記バーナマットの内部または表面付近で燃料ガスを燃焼させる（例えば、特許文献１）。

この面燃焼バーナは、均一加熱が可能であるという特徴を有し、繊維業や製紙業、そして製鉄業など様々な産業分野で用いられている（例えば特許文献２、３）。

これらの産業分野においては、加熱対象として、繊維状あるいは粉体状の原料を使用することが多いため、使用環境には多くのダストが存在する。例えば、特許文献２に記載されているように、繊維業や製紙業などでは、面燃焼バーナが、乾燥用バーナとして埃（ダスト）の多い環境下で使用される。その場合、燃焼面を形成するバーナマットの裏面に埃が堆積し、赤熱不良や燃焼不良の原因になるため、バーナマットを取り外しての掃除が必要になる。そこで、特許文献２では、バーナマットの簡易な着脱構造について提案されている。

また、特許文献３では、製鉄業において、焼結原料を製造するための焼結機の燃料着火バーナとして面燃焼バーナを用いることが提案されている。

特開2001-235117号公報 特開2002-22120号公報 特開2013-194991号公報

しかし、特許文献２で提案されているように、バーナマットの取り外しが容易である構造を採用したとしても、清掃または交換を高い頻度で行う必要があることには変わりなく、そのための手間および費用が必要である。そのため、面燃焼バーナにおける流路閉塞の問題を根本的に解決することが求められている。

本発明の目的は、ダストによる燃焼部の流路閉塞の問題を解消し、長期にわたり安定燃焼が可能な面燃焼バーナを提供することにある。

上記の特許文献２には、使用環境における埃などのダストがバーナマットの裏面に堆積することが問題として掲げられている。この点、特許文献３に開示される、焼結機の燃料着火バーナとして面燃焼バーナを用いる場合、ノズルからバーナの燃焼部に吐出される燃焼ガスや空気には、ダストが含まれることが少ないにも関わらず、やはり燃焼部の閉塞が問題になっていた。

発明者等が、実際の焼結機の使用環境でのバーナ燃焼部の状態を観察したところ、ダストの付着は燃焼部の裏面ではなく表面に集中していることが判明した。さらに、この付着ダストは、焼結機内におけるバーナの下流側から飛来した鉄鉱石の微粉に起因するものであることが分かった。すなわち、鉄鉱石の微粉がバーナマットの表面に付着し、焼結されて固着堆積することによって、バーナマットの流路が閉塞される。そこで、燃焼部の表面に鉱石微粉のようなダストが飛来する場合にあっても流路の閉塞を回避するための方途について鋭意究明した。

燃焼部の流路がダストで閉塞するのを回避するには、ダストが付着、堆積してもなお流路を確保できるように、流路を広くすることが考えられる。しかし、流路を広げた場合、高温のダストがバーナ内部へ侵入したり、バーナ外部からの輻射熱により、バーナの外から内へ向かう火炎、いわゆる逆火が発生したりするおそれがある。そのため、流路を広げると、かえってバーナの安定燃焼を阻害することになる。したがって、流路の大きさは適正に維持したまま、流路の閉塞を回避する手段が求められる。発明者等は、特定の構造を有する積層体を用いることにより前記課題を解決できることを知見し、本発明を完成するに到った。

本発明の要旨構成は次の通りである。

１．燃料ガスおよび燃焼用空気を吐出するノズルと、
前記ノズルの先端に設けられた、積層された複数枚の網状板を含む積層体とを備え、
前記積層体は、前記網状板の少なくともいずれかの隣接相互間にて網目がずれた配置を有する部分を含む、面燃焼バーナ。

２．前記積層体の開口率が８％以下である上記１に記載の面燃焼バーナ。

３．前記網状板の開口率が３０％以上８５％以下である上記１または２に記載の面燃焼バーナ。

４．前記積層体は、前記網状板の積層間隔が積層板の板厚中心間の距離で２ｍｍ以下である上記１から３のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。

５．前記網状板は、網の線径が０．２〜２ｍｍである上記１から４のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。

６．前記網状板の開口は、平均径が１〜５ｍｍである上記１から５のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。

７．前記積層体は、前記網状板を４枚以上有する上記１から６のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。

８．前記網状板が金網である上記１から７のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。

９．さらに、前記積層体の前記ノズル側に、金属繊維製編物を備える上記１から８のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。

１０．さらに、前記積層体の前記ノズル側に耐熱材を備える上記１から９のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。

１１．前記耐熱材の厚さが３〜２０mmである上記１０に記載の面燃焼バーナ。

１２．上記１から１１のいずれか一項に記載の面燃焼バーナと、燃料ガスを吐出するノズルと、燃焼用空気を吐出するノズルとを備える複合バーナ。

１３．鉄鉱石原料を焼結させる焼結機用の点火装置であって、上記１２に記載の複合バーナを備える焼結機用点火装置。

本発明によれば、ダスト付着による流路の閉塞を抑制し、長期にわたってバーナの安定燃焼を保証することができる。また、従来の面燃焼バーナでは、定期的に燃焼部のバーナマットを取り外して清掃する必要があったが、本発明の面燃焼バーナでは、この清掃周期は大幅に延長されるため、保全負荷を軽減することができる。

本発明の一実施形態におけるバーナの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるバーナの構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における積層体の構造を示す図である。 本発明の一実施形態における網状板の構造を示す図である。 燃焼部におけるダストの付着を示す模式図である。 他の実施形態における積層体の構成を示す図である。 他の実施形態における積層体の構成を示す図である。 実施に供したバーナの構造を示す図である。 各バーナにおけるバーナ前圧の変化を示す図である。 本発明の一実施形態における複合バーナの構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における複合バーナの構造を示す断面図である。 各バーナにおけるバーナ前圧の変化を示す図である。

図１および図２に、本発明の一実施形態における面燃焼バーナの構造を示す。面燃焼バーナ１は、燃料ガス２を導入して吐出するノズル２０および、燃焼用空気３を導入して吐出するノズル３０を有し、これらノズル２０および３０の燃料ガス２および燃焼用空気３の吐出側に、燃焼部としての積層体４を有する。本実施形態では、ノズル３０の内側にノズル２０が設けられている。ノズル２０のノズル孔２１から吐出される燃料ガス２とノズル３０内に導入された燃焼用空気３とは、ノズル３０内で混合された後、ノズル孔３１から積層体４に向けて吐出される。燃料ガス２と燃焼用空気３との混合ガスは、積層体４を通って外部、例えば焼結炉内、へ供給され、積層体４の表面において火炎５を形成する。なお、ノズル２０および３０の各々から積層体４へ向けて燃料ガス２および燃焼用空気３を直接供給してもよい。

［積層体］
面燃焼バーナ１において、積層体４は、複数枚の網状板を少なくとも隣接相互間にて網目がずれた配置の下に重ね合わせた積層体を含むことが肝要である。この積層体の一例を図３に示す。燃焼部である積層体４は、図４に示す網状板４０を複数枚で重ねた積層構造を有する。網状板４０を複数枚で重ねるに際して、図３に示すように、網状板４０の少なくとも隣接相互間にて網目がずれる配置の下に積層する必要がある。図３に示す積層体４は、２枚の網状板４０を重ねて積層した事例であり、３枚以上の網状板４０の積層である場合には少なくとも隣接相互間で図３に示すような網目のずれがあればよい。勿論、３枚以上の網状板４０の全ての網目が相互にずれていてもよい。

ここで、「網状板４０の隣接相互間にて網目がずれる」とは、図３に示した積層体では図４に示した網状板４０の２枚を重ねる際に、同じ寸法、形状の網目４１が積層方向で完全に重ならない配置、言い換えると、一方の網状板４０の網目４１内に、他方の網状板４０の網線部４２が僅かでも存在する相互配置とすることである。好ましくは、図３に示した通り、一方の網状板４０の網目４１内に、他方の網状板４０の網線部４２が横切る相互配置としたり、一方の網状板４０の網目（空孔部）４１によって形成される気体の流路を、他方の網状板４０によって、２以上の流路に分割する相互配置としたりすることが、ダストによる流路の閉塞を防ぐのに有効である。

特に、図３に示した例では、網状板４０ａの網目４１の開口範囲に、積層する網状板４０ｂの網線部４２の交差部分が位置し、積層方向でみたときに、網状板４０ａと４０ｂとの各網目４１の中に４か所の隙間４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが存在する状態になり、ダストによる流路の閉塞を防ぐのに好適である。この他にも、隣接相互間で積層方向を軸として回転させる等の種々の形態で網目をずらして配置することが好ましい。

前記網状板としては、板面に垂直な方向に気体が流通しうる流路としての開口、すなわち、板厚方向に貫通した孔を複数備えている板を用いればよい。前記網状板は、２次元的に広がる網状の構造物であってもよく、また、３次元的に構成された網状の構造物であってもよい。例えば、前記網状板は、複数の線材を組み合わせて網状とした金網状の板であってもよく、板材に切れ目を入れた後に引き延ばして作成されるエキスパンドメタル（expanded metal）であってもよい。また、前記網状板としては、パンチングメタルを用いることもできる。

網状板の板面に平行な方向での断面形状は、網状板の内部で板厚方向に異なっていることが好ましい。このような網状板では、複数枚の網状板を網目がずれた配置で重ねたときに積層方向に気体の流路が形成されやすく、かつ、後述するように、飛来したダストを付着させやすい。これに対して、パンチングメタルのように、板面に平行な断面の形状が板内部で同じである網状板では、積層した際に形成される流路が直線的になりやすい。そのため、板面に平行な方向での断面形状が網状板の内部で板厚方向に異なっている網状板を用いることが好ましく、より具体的には、エキスパンドメタル、および複数の線材を組み合わせて構成された金網状の板のいずれか一方または両方を用いることが好ましい。

前記網状板が有する開口の形状は特に限定されず、任意の形状とすることができる。前記開口の形状は、例えば、多角形または円形とすることができる。前記多角形としては、三角形、四角形、六角形など、任意の多角形を用いることができる。前記開口の形状は、例えば、図３に示したように、菱形の開口とすることもできる。本発明においては、開口の形状にかかわらず、上述した効果を得ることができる。

また、重ねる網状板の網目の寸法や形状を異ならせて、一方の網状板の網目内に他方の網状板の網線部を配置して積層体とすることも可能である。

次に、バーナの燃焼部の構造がダストによる流路閉塞に及ぼす影響について、図５を参照して説明する。ここで、図５（ａ）は燃焼部に金属繊維製編物（メタルニット）６を適用した場合、図５（ｂ）は燃焼部に４枚の網状板４０を網目が一致する配置で重ねた積層体を適用した場合、そして図５（ｃ）は燃焼部に４枚の網状板４０を隣接相互間にて網目がずれる配置で重ねた積層体を適用した場合である。

まず、バーナの燃焼部の外側（図５の下側）からダスト７が飛来した際、図５（ａ）の金属繊維製編物６では、繊維が細くその間隔がダストの大きさに比べて細かいためにダスト７のほぼ全てが表面に付着し、それが次々と堆積する結果、流路の閉塞が早期に起きることなる。

図５（ｂ）の積層体では、飛来したダストが直線状に延びる流路内に付着して堆積して流路の閉塞が発生しやすい上、特に焼結機などの環境で存在する高温のダスト７ａが燃焼部の内側へ侵入しやすいことが問題になる。同様に、焼結機などの環境で発生する輻射熱８も燃焼部の内側へ影響を与えて、いわゆる逆火のリスクが高くなる。

一方、図５（ｃ）の積層体では、通路が積層方向へ直線状に延びることなく折れ曲がりを伴って延びているため、飛来したダスト７は複数の層に分散して付着する。その結果、流路を閉塞するまでダストが堆積するのに長期間を要する。また、高温のスト７ａのバーナ１内部への侵入および輻射熱８の影響を防ぐことができるため、安全性の観点からも優れている。

網目をずらして積層される網状板４０の枚数が増えるほど、ダスト７の侵入および輻射熱８を防ぐことができる。そのため、積層体は、４枚以上の網状板４０を備えることが好ましい。特に、粒径５０μｍ〜０．５ｍｍのダストが、積層体４の表層から４層目までの網状板４０にほぼ均等に付着し、積層体の流路が詰まるまでの時間をさらに長くすることができる。一方、積層体４における通路の閉塞を回避する効果は、網状板４０が１０枚を超えると飽和するため、網状板４０の枚数は１０枚以下とすることが好ましい。ただし、この層数は例えばダストの粒径分布によって他の構造を取ることも可能である。

上記の通り、網状板の隣接相互間にて網目がずれる配置で積層することによって、積層体の開口率は網状板の開口率より小さくなる。また、開口率が異なる複数の網状体を積層した場合は、得られる積層体の開口率は網状板の最小開口率より小さくなる。ここで、網状板の最小開口率とは、積層された各網状板の開口率のうち、最小のものを指す。また、積層体の開口率とは、積層体をその積層方向に投影したときの、積層体全体の面積に対する、開口部分面積の比を意味する。積層体の開口率は、網状板の最大開口率の１／１０以下になるように、積層する網状板相互の網目のずれを調整することが好ましい。

また、積層体の開口率は、８％以下とすることが好ましく、５％以下とすることがより好ましい。前記開口率を８％以下とすることにより、高温のダストが通過することをより効果的に抑制することができる。一方、前記開口率の下限は特に限定されない。すなわち、積層体の開口率は気体が通過できるように０％より大きければよい。しかし、開口率を０．１％以上とすれば、積層体の圧力損失を低減し、ガス流量の確保がより容易となる。そのため、前記開口率は、０．１％以上とすることが好ましく、０．５％以上とすることがより好ましい。

網状板の開口率は３０％以上８５％以下であることが好ましい。網状板の開口率が３０％以上であれば、積層体の厚さ方向におけるダストの付着位置をより均一化し、閉塞までにかかる時間をさらに長くすることができる。一方、網状板の開口率が８５％以下であれば、高温のダストの通過をさらに抑制することができる。

また、積層体４は、網状板４０の積層間隔が２ｍｍ以下であることが好ましい。積層間隔が２ｍｍ以下であれば、好適な開口率を実現するために必要な積層体の厚さを低減することができる。なお、ここで網状板の積層間隔とは、積層体の厚さ方向における、隣接する網状板の中心間距離である。

網状板４０は、網の線径が０．２〜２ｍｍであることが好ましい。ここで、「網の線径」とは、網線部４２の太さを指し、線の断面が円形でない場合には、該断面に内接する円の直径を網の線径とする。網線部４２の太さが０．２ｍｍ未満では網状板の開口率を３０％以上８５％以下とした場合に網状板が脆弱になりやすく、一方、太さが２ｍｍを超えると、積層体の厚みが大きくなりすぎる。

網状板４０の開口４１は平均径が１〜５ｍｍであることが好ましい。すなわち、開口４１の平均径が１ｍｍ未満では、ダストのほとんどが積層体４の表層に付着して開口４１を閉塞しやすくなる。一方、平均径が５ｍｍを超えると、ダストが開口４１を通過しやすくなる。

ここで、開口４１の平均径とは、図４に示した網目の形状が四角形であれば、対角線ｔ１およびｔ２の合計の１／２であり、三角形および五角形以上の多角形の場合や不定形の場合は外接円の直径とする。

また、網状板は、金属やセラミックなどからなる網を用いることができる。中でも、金属製の金網を用いることが好ましい。すなわち、網状板４０は、金属製であることが、網状板４０を積層設置する際に溶接により固定できる点で好ましい。特に、ステンレス鋼、Ni-Al合金、Ni-Mo-Cr合金、Ni-Mo-Cr-Nb合金、Ti合金など、耐熱性の高い特殊金属製であることが、火炎が直接触れるために好ましい。

さらに、積層体においてバーナのノズル側に、金属繊維製編物を有することが好ましい。言い換えると、積層体とノズルとの間に金属繊維製編物を有することが好ましい。すなわち、図６に示すように、金属繊維製編物６のノズル側表面に積層体４を設置すれば、積層体４が表層の閉塞を防ぎ、かつ目の細かい金属繊維製編物６がバーナ１内部へのダスト７の侵入および輻射熱８をほぼ完全に防ぐことができる。

金属繊維製編物を設ける場合、さらに前記金属繊維製編物のノズル側に、第２の積層体を設けることもできる。前記第２の積層体は、積層体４（第１の積層体）と同様に、積層された複数枚の網状板を含む積層体である。ただし、前記第２の積層体を構成する網状板は、網目がずれた配置を有する部分を含んでいても、含んでいなくてもよい。

さらにまた、図７に示すように、積層体４のノズル側に、耐熱材９を有することが好ましい。耐熱材９は、例えば、気体透過性の耐熱材層であることが好ましい。耐熱材９の例としては、粒状の耐熱材を層状に配置したもの、多孔質のシート状耐熱材などが挙げられる。

耐熱材９を設けた場合、高温となった耐熱材９が着火源として機能するため、火炎の安定性がさらに向上する。また、バーナ１内部での燃料ガス２および燃焼用空気３の混合が不十分であったとしても、耐熱材９により混合が補助されるため、火炎の安定性がさらに向上する。

粒状の耐熱材を使用する場合、前記粒状の耐熱材の１個あたりの大きさ（外接球の直径）は１〜１５ｍｍが好ましく、１．５〜５ｍｍがより好ましい。すなわち、粒状の耐熱材９の大きさが１ｍｍ以下では、該耐熱材が積層体４の開口を通って落下するおそれや、積層体の流路に詰まってしまうおそれがある。一方、前記粒状の耐熱材の１個あたりの大きさが１５ｍｍを超えると、混合促進の効果が十分に得られなくなる。中でも、１．５〜５ｍｍの耐熱材９を使用することで、粒度のバラつきが小さくなり、均一な火炎が形成されてより好ましい。耐熱材９は、ボール状、円筒状、角状などが考えられるが、形状は問わない。耐熱材９の厚み（粒子層の厚みまたはシート状耐熱材の厚み）は、３〜２０ｍｍが好適である。

耐熱材を設ける場合、さらに前記耐熱材のノズル側に、第２の積層体を設けることもできる。前記第２の積層体は、積層体４（第１の積層体）と同様に、積層された複数枚の網状板を含む積層体である。ただし、前記第２の積層体を構成する網状板は、網目がずれた配置を有する部分を含んでいても、含んでいなくてもよい。

バーナが、金属繊維製編物と耐熱材の両者を備える場合には、ノズルと積層体との間に、金属繊維製編物と耐熱材を任意の順序で設置することができる。例えば、積層体のノズル側に金属繊維製編物を設置し、前記金属繊維製編物のノズル側に耐熱材を設置することもできる。また、積層体のノズル側に耐熱材を設置し、前記耐熱材のノズル側に金属繊維製編物を設置することもできる。何れの場合にも、さらにノズルと接する表面に、第２の積層体を設けることができる。

［複合バーナ］
次に、上記面燃焼バーナを備える複合バーナについて説明する。本発明の面燃焼バーナは、図１０や図１１に断面図を示すように、燃料ガスを吐出するノズル１２１と、燃焼用空気を吐出するノズル１３１と組み合わせて一体の複合バーナ１００とすることができる。複合バーナ１００では、ノズル１２１から吐出される燃料ガスを、ノズル１３１から吐出される燃焼用空気を用いて燃焼させることにより主炎が形成される。前記主炎を形成するためのノズル１２１およびノズル１３１を含む部分を主バーナという。一方、複合バーナ１００に含まれる面燃焼バーナは、前記ノズル１２１から吐出される燃料ガスに着火するため、または前記主バーナで形成される主炎を助勢するために用いられる。したがって、ノズル１２１は主バーナ用燃料ガス吐出ノズルであり、ノズル１３１は主バーナ用燃焼用空気吐出ノズルである。

図１０に示した複合バーナ１００では、主バーナの燃料ガス２を吐出するノズル１２１と、主バーナの燃焼用空気を吐出するノズル１３１とが、面燃焼バーナの積層体４の両側に配置される。図１１の複合バーナは２つの面燃焼バーナの積層体４の間に主バーナの燃料ガス２を吐出するノズル１２１と、主バーナの燃焼用空気を吐出するノズル１３１が配置される。

なお、図１０においては、便宜上、面燃焼バーナの積層体４のみを示しており、面燃焼バーナのノズルは省略している。しかし、積層体４の上流側には、図１に示した面燃焼バーナ１と同様、燃料ガス２を吐出するノズル２０および、燃焼用空気３を吐出するノズル３０が設けられており、積層体４とともに面燃焼バーナを構成している。

また、図１１では、面燃焼バーナの積層体４の上流側に図１の３１と同じノズル孔構造を有する（図示は省略）。そして、燃焼用空気３を供給する流路から積層体４に至る部分が図１の燃焼用空気を吐出するノズル３０に相当する。また、燃料ガス２を供給する流路からその先端に設けられたノズル孔２１に至る部分が図１の燃料ガスを吐出するノズル２０に相当する。そして、ノズル孔２１の下流側で燃料ガス２と燃焼用空気３が混合され、積層体４に導かれる。なお、面燃焼バーナのノズル孔２１は１つの面燃焼バーナにつき１つとしてもよいし、図１のように複数のノズル孔２１を設けてもよい。

上述した構造を有する複合バーナを用いることによって、高速の燃料ガスを吐出した場合でも、面燃焼バーナの火炎によって、安定な高速の火炎が維持でき、複合バーナから離れた位置にある物体を効果的に加熱することができる。

前記複合バーナは、例えば、鉄鉱石原料に混合した燃料を燃焼させて該鉄鉱石原料を焼結する焼結機における点火装置として、好適に用いることができる。すなわち、焼結機の点火装置の内部では、原料中のダストが多く飛散しており、バーナの閉塞が問題となっている。また、焼結機内温度が１０００℃を超えることが多く、さらに２４時間操業を行っているため、本発明の面燃焼バーナを用いることによる保全負荷低減の効果は極めて大きい。

図８に示す面燃焼バーナを作成した。各面燃焼バーナの積層体の仕様は、表１に示す通りとした。発明例１において使用した網状体は、表２に示した網線部の太さ（径）を有するステンレス鋼（ＳＵＳ）製のワイヤからなり、菱形の開口を有している。前記開口の平均径は、表２に示した通りとした。また、積層された網状板の少なくともいずれかの隣接相互間にて網目がずれた配置を有する部分を含む場合には、「網目」を「不一致」、網目がずれた配置を有する部分を含まない場合は「一致」とした。

作成した面燃焼バーナの実機の粉塵環境での詰まりやすさを定量的に評価するために、面燃焼バーナを焼結機点火炉の内部、従来型のスリットバーナの近くに追加設置して同時に燃焼を行う実験をした際の、燃料ガスの配管とバーナとの接続部における圧力（以降、バーナ前圧という）を定期的に測定した。ここで、従来型のスリットバーナとは、あらかじめ混合した燃料ガスと燃焼用空気を燃焼させる予混合式のバーナである。前記測定においては、燃料ガスおよび燃焼用空気の流量は一定とした。バーナが詰まるに従いバーナ前圧が上昇する。なお、図８に示す面燃焼バーナは、符号２２で示すバーナ前圧測定孔が追加されている点以外は、上述の図１に示したところと同じバーナ構造を有する。

燃料ガスとしては、製鉄所内の副生ガスであるＭガス（コークス炉ガスと高炉ガスの混合ガス）を使用した。前記Ｍガスの主成分は、Ｈ₂：２６．５％、ＣＯ：１７．６％、ＣＨ₄：９．１％、Ｎ₂：３０．９％である。

また、比較として、従来の金属繊維製編物（耐熱性金属Fecralloy製メタルニット）を用いたバーナ（従来例）、および全ての網状板の網目を揃えて６層積層した積層体を用いたバーナ（比較例）についても、バーナ前圧を調査した。これらの調査結果は、前記従来例のバーナの使用開始時におけるバーナ前圧を１としたときの指数で評価した。その結果を図９に示す。

図９に示した結果から、従来例の面燃焼バーナ（Ｎｏ．１）では、バーナ前圧が急激に上昇し、使用開始後４ヶ月でガスの供給圧に達し、必要量のガスが流れなくなった。比較例の面燃焼バーナ（Ｎｏ．２）では、使用開始後１８か月でガスの供給圧に達し、必要量のガスが流れなくなった。一方、Ｎｏ．３の発明バーナでは、２４ヶ月経過後もバーナ前圧の変化はほとんどなく、十分に長い間、ガス流量を維持することが可能であった。

図１０に示した構造の複合バーナを焼結機の点火用バーナとして使用し、使用に伴うバーナの詰まりを評価した。図１０の複合バーナにおいては、既に述べたように、面燃焼バーナが、主バーナの燃焼を助勢する袖火バーナとして用いられる。面燃焼バーナの積層体４および積層体４を構成する網状板の仕様は、表２に示す通りとした。なお、表２の網目平均径（ｍｍ）欄には、用いた網状板の対角線の長さ（ｍｍ）もカッコ内に併せて示した。

バーナの詰まりは、燃料ガスおよび燃焼用空気の流量を一定にし、燃料ガスの配管とバーナの接続部における圧力（以降、バーナ前圧という）を定期的に測定することにより評価した。燃料ガスとしては、実施例１同様、製鉄所内の副生ガスであるＭガスを使用した。

また、比較のため、面燃焼バーナの積層体４として、従来の金属繊維製編物（耐熱性金属Fecralloy製メタルニット）を用いた複合バーナ（従来例）、および全ての網状板の網目を揃えて５層積層した積層体を用いた複合バーナ（比較例）についても、バーナ前圧を調査した。これらの調査結果は、従来のバーナの使用開始時におけるバーナ前圧を１としたときの指数で評価した。その結果を図１２に示す。

Ｎｏ．１の従来例は、袖火バーナに耐熱性金属Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ製のメタルニットを用いていたが、４ヶ月程度の使用で、詰まりによるガス流量低下が原因で火炎が不安定となり、メインバーナの吹き消えを防止するために流速を落として操業せざるを得ず、燃料ガスの使用原単位が悪化していた。そのため、４ヶ月毎にバーナを取り外して清掃が必要であり保全負荷が大きかった。Ｎｏ．３のバーナ（発明例２）を用いることによって、図１２に示すように、流量低下までの期間が２年となり、保全負荷を軽減することができた。一方、Ｎｏ．２の比較バーナでは、８箇月程度の使用にて、Ｎｏ．１のバーナ同様、メインバーナの吹き消えを防止するために流速を落として操業せざるを得ず、燃料ガスの使用原単位が悪化していた。そのため、８箇月毎にバーナを取り外して清掃が必要であり保全負荷が大きかった。

図１１に示した構造の複合バーナを用いた点以外は上記実施例２と同様の条件で、使用に伴うバーナの詰まりを評価した。面燃焼バーナの積層体４および積層体４を構成する網状板の仕様は、表３に示す通りとした。なお、表３の網目平均径（ｍｍ）欄には、用いた網状板の対角線の長さ（ｍｍ）もカッコ内に併せて示した。

また、比較のため、面燃焼バーナの積層体４として、従来の金属繊維製編物（耐熱性金属Fecralloy製メタルニット）を用いた複合バーナ（従来例）、および全ての網状板の網目を揃えて５層積層した積層体を用いた複合バーナ（比較例）についても、バーナ前圧を調査した。これらの調査結果は、従来のバーナの使用開始時におけるバーナ前圧を１としたときの指数で評価した。その結果を図１２に示す。

Ｎｏ．１の従来例は、袖火バーナに耐熱性金属Fecralloy製のメタルニットを用いていたが、４箇月程度の使用で、詰まりによるガス流量低下が原因で火炎が不安定となり、メインバーナの吹き消えを防止するために流速を落として操業せざるを得ず、燃料ガスの使用原単位が悪化していた。そのため、４箇月毎にバーナを取り外して清掃が必要であり保全負荷が大きかった。Ｎｏ．３および４のバーナ（発明例３、４）を用いることによって、図１２に示すように、３年を経過しても流量低下が認められず、保全負荷を大幅に軽減することができた。Ｎｏ．５のバーナ（発明例５）は、開口率が高いため、Ｎｏ．３および４のバーナよりも劣る結果となったが、従来例に対しては十分な効果が認められた。一方、Ｎｏ．２の比較バーナでは、８箇月程度の使用で、Ｎｏ．１のバーナ同様、メインバーナの吹き消えを防止するために流速を落として操業せざるを得ず、燃料ガスの使用原単位が悪化していた。そのため、８箇月毎にバーナを取り外して清掃が必要であり保全負荷が大きかった。

１ 面燃焼バーナ
２ 燃料ガス
３ 燃焼用空気
４ 積層体（燃焼部）
５ 火炎
６ 金属繊維製編物
７ ダスト
８ 輻射熱
９ 耐熱材
２０ ノズル
２１ ノズル孔
３０ ノズル
３１ ノズル孔
４０ 網状板
４１ 開口
４２ 網線部
１００ 複合バーナ
１２１ ノズル
１３１ ノズル

Claims (11)

1. 燃料ガスおよび燃焼用空気を吐出するノズルと、
   前記ノズルの先端に設けられた、４枚以上の網状板を積層した積層体とを備え、
   前記積層体は、前記網状板の少なくともいずれかの隣接相互間にて網目がずれた配置を有する部分を含む、面燃焼バーナであって、-
   前記積層体を構成する４枚以上の網状板のすべてが、エキスパンドメタルおよび金網の一方または両方からなり、
   前記積層体が前記面燃焼バーナの表面に設けられており、前記積層体の表面で火炎が形成される面燃焼バーナ。
2. 前記積層体をその積層方向に投影したときの、前記積層体の全体の面積に対する、前記積層体の開口部分の面積の比である前記積層体の開口率が８％以下である請求項１に記載の面燃焼バーナ。
3. 前記網状板の開口率が３０％以上８５％以下である請求項１または２に記載の面燃焼バーナ。
4. 前記積層体は、前記網状板の積層間隔が、積層された前記網状板の板厚中心間の距離で２ｍｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。
5. 前記網状板は、網の線径が０．２〜２ｍｍである請求項１から４のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。
6. 前記網状板の開口は、平均径が１〜５ｍｍである請求項１から５のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。
7. さらに、前記積層体の前記ノズル側に、金属繊維製編物を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。
8. さらに、前記積層体の前記ノズル側に耐熱材を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の面燃焼バーナ。
9. 前記耐熱材の厚さが３〜２０ｍｍである請求項８に記載の面燃焼バーナ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の面燃焼バーナと、燃料ガスを吐出するノズルと、燃焼用空気を吐出するノズルとを備える複合バーナ。
11. 鉄鉱石原料を焼結させる焼結機用の点火装置であって、請求項１０に記載の複合バーナを備える焼結機用点火装置。
    
    

Images