JP6886063B2 - 予熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼工程に用いられる取鍋やタンディッシュ等の耐熱容器に溶湯を投入する前に、耐熱容器を予熱する予熱装置に関する。

従来、製鋼工程に用いられる取鍋やタンディッシュ等の耐熱容器に溶湯を投入する前に、空の耐熱容器を予熱する予熱装置は引用文献１、２に開示されており、予熱装置は、蓋体に加熱用のバーナと温度測定用の熱電対が取り付けられている構成を有し、耐熱容器の上部に隙間（排気用）をあけて保持された状態で、蓋体に取り付けられたバーナの火炎によって耐熱容器の内部を予熱するようになっている。そして、バーナの燃焼量の制御は、蓋体に取り付けられた熱電対の計測値に基づいて行われている。なお、耐熱容器の実際の温度を測定できればよいが、耐熱容器は溶湯を注入されて使用に供されるものであり、耐熱容器自体に熱電対を取り付けることは難しく、蓋体に取り付けているのが現状である。

そして、耐熱容器を均一に加熱する方法として、引用文献３に示されるように、予熱装置のバーナへの燃料の投入量を制御する方法や、引用文献４に示されるように、予熱装置のバーナのＯＮ／ＯＦＦを制御する方法が開示されている。

特開２０１９−１６６５３０号公報 実公昭５６−２０１３９号公報 特開２００３−２６０５４３号公報 特開２０１８−１１９７００号公報

しかし、予熱装置は繰り返し使用されるため、上記のいずれの方法においても、複数の耐熱容器を連続して予熱する場合、蓋体が常温まで冷めないうちに次の耐熱容器の予熱を開始することになる。具体的には、１回目の予熱によって蓋体の温度が常温よりも上昇してしまった状態で、２回目の予熱を開始し、蓋体に熱電対が取り付けられていることから、予熱を開始してしばらくの間は、蓋体に取り付けられた熱電対は蓋体からの放熱を受けて、耐熱容器の実際の内部温度より高い温度を示す。したがって、バーナの燃焼量は、必要より少なく制御されることになり、耐熱容器に対して十分な予熱が行われないことがあり、また、耐熱容器の予熱に時間がかかるという課題が存在する。

そこで本発明では、予熱装置を連続使用し、予熱装置の蓋体の温度が高い状態であっても、耐熱容器を適切に予熱することができる予熱装置を提供することを目的とする。

本発明は、耐熱容器を予熱する予熱装置であって、
前記耐熱容器に取り付けられる蓋体と、
前記蓋体に取り付けられ、前記耐熱容器を予熱するバーナと、
前記蓋体に取り付けられ、前記耐熱容器の内部の温度を測定する温度センサと、
前記バーナの燃焼を制御する制御装置と、を備えており、
前記制御装置は、前記耐熱容器及び前記蓋体が通常温度から目標温度まで加熱されたときの前記バーナの加熱燃焼パターンで前記バーナを燃焼させる。

前記構成によれば、予熱装置を連続使用し、予熱装置の蓋体の温度が高い状態であっても、耐熱容器及び蓋体が通常温度から目標温度まで加熱されたときの加熱燃焼パターンでバーナを燃焼させるので、耐熱容器を適切に予熱することができる。なお、目標温度とは、予熱装置で予熱する上での耐熱容器の内部の目標内部温度である。

本発明は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

（１）前記制御装置は、前記耐熱容器及び前記蓋体が通常温度から前記目標温度まで加熱するときに、前記加熱燃焼パターンで所定温度まで前記バーナを燃焼させ、前記所定温度に達した後は、前記温度センサの検出結果に基づき前記バーナを燃焼させる。

（２）前記構成（１）において、前記所定温度とは、前記耐熱容器の内部を前記通常温度から前記目標温度まで加熱されたときの設定温度グラフと前記温度センサの測定温度とが一致した温度とする。

（３）前記加熱燃焼パターンは、前記バーナへの燃料供給量の時間変化で示される。

（４）前記通常温度とは、前記予熱装置が最初に予熱に供されるときの前記耐熱容器及び前記蓋体の初期温度である。

前記構成（１）によれば、予熱装置を連続使用し、予熱装置の蓋体の温度が高い状態であっても、所定温度までは耐熱容器及び蓋体が通常温度から目標温度まで加熱されたときの加熱燃焼パターンでバーナを燃焼させるので、耐熱容器を適切に予熱することができる。なお、所定温度とは、目標温度よりも低い所定の温度である。また、加熱燃焼パターンが終了した後は、温度センサの検出結果に基づきバーナを燃焼させるので、耐熱容器の温度管理を容易に行うことができる。

前記構成（２）によれば、所定温度を耐熱容器及び蓋体が通常温度から加熱されたときの耐熱容器及び蓋体の設定温度グラフと蓋体の測定温度とが一致した温度とすることによって、早期に温度センサの検出結果に基づくバーナ燃焼管理に移行することができる。

前記構成（３）によれば、燃料供給量の時間変化によって加熱燃焼パターンを規定するので、加熱燃焼パターンの特定が容易である。

前記構成（４）によれば、通常温度を予熱装置が最初に予熱に供されるときの耐熱容器及び蓋体の初期温度とすることによって、加熱燃焼パターンの特定が容易である。

本発明によると、予熱装置を連続使用し、予熱装置の蓋体の温度が高い状態であっても、耐熱容器を適切に予熱することができる予熱装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る予熱装置の概略図である。 耐熱容器及び蓋体が通常温度から目標温度まで加熱されたときの時間に対する各温度及び燃料供給量の変化を示すグラフである。 一旦加熱に供された蓋体を使用して、耐熱容器が通常温度から目標温度又は所定温度まで加熱されたときの時間に対する各温度及び燃料供給量の変化を示すグラフである。 一旦加熱に供された蓋体を使用した場合の従来の時間に対する各温度及び燃料供給量の変化を示すグラフである。

図１は、本発明の実施形態に係る予熱装置１の概略図である。図１に示されるように、予熱装置１は、溶湯が投入される取鍋やタンディッシュ等の耐熱容器１０の上部に間隔を有して取り付けられる蓋体２を備えている。耐熱容器１０は、上面が開口された鍋状であって、鋼材等で構成された外壁部１１の内面に耐火物１２が設けられて構成されている。

蓋体２には、耐熱容器１０の内部を予熱（加熱）するバーナ３と、耐熱容器１０の内部の温度を測定する温度センサ（熱電対）４が取り付けられている。

バーナ３は、耐熱容器１０を予熱するために、蓋体２を貫通し、その先端部が耐熱容器１０の内部に位置するよう設けられている。

温度センサ４は、耐熱容器１０の内部の温度を測定するために、蓋体２を貫通し、その先端部が耐熱容器１０の内部に位置するようになっている。

予熱装置１はさらに、バーナ３の燃焼を制御する制御装置５を備えている。具体的には、制御装置５は、バーナ３の燃焼及び停止の切り換え及びバーナ３への燃料供給量の調整を行って、バーナ３の燃焼を管理する。

制御装置５は、耐熱容器１０の内部の温度が通常温度から目標温度まで加熱されたときのバーナ３の加熱燃焼パターンを予め記憶し、そのパターンでバーナ３を燃焼させる「パターン燃焼機構５１」と、温度センサ４の検出結果に基づきバーナ３を燃焼させる「温度管理燃焼機構５２」と、を備えている。制御装置５は、パターン燃焼機構５１と温度管理燃焼機構５２とを切り換えて、バーナ３の燃焼を調節するようになっている。ここで、通常温度とは、予熱装置１と耐熱容器１０とが長時間放置され、完全に冷めきった状態から図１のようにセッティングされて初めて使用する予熱装置１が最初に予熱に供されるときの耐熱容器１０の内部の初期温度であり、例えば、予熱装置１及び耐熱容器１０が配置される工場の室温や現場の気温に相当する。そして、目標温度とは、予熱装置１で予熱する上での耐熱容器１０の目標内部温度である。

（制御装置５によるバーナ３の燃焼の制御）
以下、制御装置５によるバーナ３の燃焼の制御について説明する。

図２は、耐熱容器１０の内部が通常温度から目標温度まで加熱されたときの時間に対する温度Ｔ及び燃料供給量Ｑの変化を示すグラフである。図２において、横軸は時間ｔ、縦軸は温度Ｔ及び燃料供給量Ｑを示している。そして、温度Ｔの変化を示すグラフにおいて、設定温度（Ｓｖ）グラフは、加熱時に制御装置５に設定する所望の耐熱容器１０の内部の温度変化であり、実線で示されている。測定温度（Ｐｖ）グラフは、温度センサ４の測定による耐熱容器１０の内部の実際の温度の変化であり、一点鎖線で示されている。内部温度（Ｔｘ）グラフは、測定されていないが、耐熱容器１０の実際の内部温度の変化を想定したものであり、二点鎖線で示されている。

図２に示されるように、初回に耐熱容器１０及び蓋体２が通常温度（Ｔａ）から目標温度（Ｔｇ）まで加熱される場合、設定温度（Ｓｖ）、蓋体２の測定温度（Ｐｖ）及び耐熱容器１０の内部温度（Ｔｘ）は互いに等しい状態で変化する。ここで、制御装置５は、耐熱容器１０の内部を目標温度Ｔｇまで加熱するため、一定の燃料供給量Ｑ１をバーナ３に供給する。なお、設定温度（Ｓｖ）、測定温度（Ｐｖ）及び内部温度（Ｔｘ）のグラフを並べて表記しているのは、それぞれが同じ温度であることを示している。

そして、設定温度（Ｓｖ）、測定温度（Ｐｖ）及び耐熱容器１０の内部温度（Ｔｘ）（以下、「各温度」という）が目標温度Ｔｇに近くなると（ｔ０以降）、各温度が目標温度Ｔｇを超えないように、バーナ３への燃料供給量を減少させる。そして、各温度が目標温度Ｔｇに達すると、所定時間（ｔ１〜ｔ２）の間、各温度は目標温度Ｔｇで維持される。ここで、各温度は目標温度Ｔｇで維持されるので、バーナ３への燃料供給量は、温度上昇させる場合の燃料供給量Ｑ１と比べて小さい燃料供給量Ｑ２で一定に維持される。ここで、制御装置５は、耐熱容器１０及び蓋体２が通常温度から目標温度まで加熱されたときのバーナ３の加熱燃焼パターン、すなわち燃料供給量パターンを記憶する。ここで、「燃料供給パターンを記憶する」としているが、電子的な記録だけでなく、作業者がデータを採取した記録を元に行ってもよい。なお、燃料供給量は、図２ではｔ０まで、便宜上直線で示されているが、実際には階段状に増加させたり、減少させたりする場合も含まれる。また、ｔ１からｔ２の間でもＱ２が微調整される場合も含まれる。このことは、図３及び図４にも適用される。その後、ｔ２で加熱（予熱）が終了すると、予熱装置１は耐熱容器１０から外され、耐熱容器１０は受鋼のために移送される。そして、バーナ３の燃焼が停止され、耐熱容器１０のなくなった温度センサ４の温度は、蓋体２に蓄熱された熱の放熱を受けてＰｖ’で示されるように徐々に下降する。２回目に使用するときには、まだＴｐまでしか温度が下がっていない。

図３は、一旦加熱に供された蓋体２を使用して、通常温度の耐熱容器１０の内部が所定温度を経て目標温度まで加熱されたときの時間ｔに対する温度Ｔ及び燃料供給量Ｑの変化を示すグラフである。図３における横軸、縦軸及びグラフの説明は、図２と同様である。

次に、通常温度の耐熱容器１０及び一旦加熱に供された蓋体２が目標温度まで加熱される場合、つまり、初回の次の回以降は、初回であれば設定温度（Ｓｖ）及び耐熱容器１０の内部温度（Ｔｘ）は等しく変化し、両温度は、通常温度から目標温度Ｔｇまで上昇する。しかし、蓋体２は一旦加熱に供されているので、蓋体２に取り付けられた温度センサ４がその影響を受けて、測定温度（Ｐｖ）は、設定温度（Ｓｖ）及び耐熱容器１０の内部温度（Ｔｘ）より高い温度（一旦加熱に供された蓋体２を使用した場合の加熱初期測定温度）Ｔｐが制御装置５に入力されて、バーナ３の加熱が開始される。

ここで、初回と同様にバーナ３の加熱が蓋体２の温度センサ４による測定温度（Ｐｖ）に基づき行われると、図４に示されるように、測定温度（Ｐｖ）が設定温度（Ｓｖ）を上回るため、バーナ３は燃焼量を低く制御してしまう（図４参照）。したがって、耐熱容器１０に対して十分な予熱が行われなかったり予熱に時間がかかったりするという問題が生じる。すなわち、測定温度（Ｐｖ）と設定温度（Ｓｖ）とが一致する時間ｔ３１になってようやく、バーナ３は、燃料供給量Ｑ１に増加するが、実際の内部温度（Ｔｘ）は、設定値よりも低いままで上昇している。また、ＰｖとＳｖとがＴｇになって燃料供給量をＱ１に減少させたときでも、実際の内部温度ＴｘはＳｖよりも上昇せず、時間ｔ４になってようやく追いつく。このように、２回目以降の実際の内部温度Ｔｘは、所望の設定温度Ｓｖで加熱が行われず、予熱が不十分となってしまう。そこで、本実施形態では、図３に示されるように、測定温度（Ｐｖ）に関わらず、少なくとも測定温度（Ｐｖ）が設定温度（Ｓｖ）に等しくなる所定温度Ｔｓまで、制御装置５は、パターン燃焼機構５１を作動させ、上記初回で記憶した耐熱容器１０の内部が通常温度から目標温度Ｔｇまで加熱されたときのバーナの加熱燃焼パターン（燃料供給量パターン）でバーナ３を燃焼させる。そうすることにより、バーナ３はＱ１で燃焼されるので、通常温度Ｔａの耐熱容器１０は初回と同様に昇温される。なお、パターン燃焼機構５１の作動は、作業者がデータを採取した記録を元に手動で調整してもよい。

そして、温度センサ４の測定温度（Ｐｖ）が設定温度（Ｓｖ）に等しくなった時点で、制御装置５は、パターン燃焼機構５１を温度管理燃焼機構５２に切り換える。すなわち、温度センサ４によって測定された蓋体２の測定温度（Ｐｖ）に基づき、バーナ３への燃料供給量を制御する。そして、設定温度（Ｓｖ）、測定温度（Ｐｖ）及び内部温度（Ｔｘ）（以下、「各温度」という）が目標温度Ｔｇに近くなると（ｔ０以降）、各温度が目標温度Ｔｇを超えないように、バーナ３への燃料供給量を減少させる。その後、各温度が目標温度Ｔｇに達すると、所定時間の間、目標温度Ｔｇで維持される。ここで、各温度は目標温度Ｔｇで維持されるので、バーナ３への燃料供給量は、温度上昇させる場合の燃料供給量Ｑ１と比べて小さい燃料供給量Ｑ２で一定に維持される。その後、加熱が終了すると、予熱装置１は耐熱容器１０から外され、耐熱容器１０は受鋼のために移送される。

前記構成の予熱装置１によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）予熱装置１を連続使用し、予熱装置１の蓋体２の温度センサ４の温度が高い状態であっても、耐熱容器１０の内部が通常温度から目標温度Ｔｇまで加熱されたときの加熱燃焼パターンでバーナ３を燃焼させるので、耐熱容器１０を適切に予熱することができる。

（２）予熱装置１を連続使用し、予熱装置１の蓋体２の温度センサ４の温度が高い状態であっても、所定温度までは、耐熱容器１０の内部が通常温度から目標温度Ｔｇまで加熱されたときの加熱燃焼パターンでバーナ３を燃焼させ、所定温度Ｔｓまで加熱燃焼パターンでバーナ３を燃焼させた後は、温度センサ４の検出結果に基づきバーナ３を燃焼させるので、耐熱容器１０の内部の温度制御を正確に行うことができる。

（３）燃料供給量Ｑの時間変化によって加熱燃焼パターンを規定するので、加熱燃焼パターンの特定が容易である。

（４）所定温度Ｔｓを耐熱容器１０の内部の温度が通常温度から目標温度Ｔｇまで加熱されたときの設定温度（Ｓｖ）グラフと温度センサ４の測定温度（Ｐｖ）とが一致した温度とすることによって、早期に温度センサ４の検出結果に基づくバーナ燃焼制御、すなわち温度管理燃焼機構５２によるバーナ３の燃焼制御に移行することができる。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

本発明では、予熱装置を連続使用し、予熱装置の蓋体の温度が高い状態であっても、耐熱容器を適切に予熱することができる予熱装置を提供できるので、産業上の利用価値が大である。

１ 予熱装置
２ 蓋体
３ バーナ
４ 温度センサ
５ 制御装置
５１ パターン燃焼機構
５２ 温度管理燃焼機構
１０ 耐熱容器
１１ 外壁部
１２ 耐火物
ｔ、ｔ１、ｔ２ 時間
Ｔ 温度
Ｓｖ 設定温度
Ｐｖ 測定温度
Ｔｘ 内部温度
Ｔｇ 目標温度
Ｔｓ 所定温度
Ｔｐ 一旦加熱に供された蓋体を使用した場合の加熱初期測定温度
Ｔａ 通常温度
Ｑ 燃料供給量
Ｑ１、Ｑ２ 燃料供給量

Claims (1)

1. 複数の耐熱容器を連続して予熱する予熱装置であって、
   前記耐熱容器に取り付けられる蓋体と、
   前記蓋体に取り付けられ、前記耐熱容器を予熱するバーナと、
   前記蓋体に取り付けられ、前記耐熱容器の内部の温度を測定する温度センサと、
   前記バーナの燃焼を制御する制御装置と、を備えており、
   前記制御装置は、前記予熱装置が初回に予熱に供されるときの前記耐熱容器及び前記蓋体が室温から目標温度まで加熱されたときの前記目標温度より低い所定温度までの前記バーナへの燃料供給量の時間変化で示されるパターンで、予熱する２回目以降の前記耐熱容器及び前記蓋体について前記所定温度まで前記バーナを燃焼させ、前記所定温度に達した後は、前記温度センサの検出結果に基づき前記バーナを燃焼させるようになっており、
   前記所定温度は、予熱する初回の前記耐熱容器の内部が室温から前記目標温度まで加熱されたときの設定温度グラフと、予熱する２回目以降の前記耐熱容器及び前記蓋体についての前記バーナの燃焼において前記温度センサの測定温度とが最初に一致した温度である、予熱装置。

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