JPH09122429A - 金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気炉の集塵設備に異常を生じた場合でも、
異常を迅速に検知して、ＣＯガスの異常燃焼などの不具
合発生を未然に防止することのできる電気炉の集塵設備
の異常判定方法および装置を提供する。 【解決手段】 異常判定装置１は、電気炉１０から排出
される排ガスと空気とを吸引する誘引ファン１６と、排
ガスと空気とを反応させて燃焼させる燃焼手段１１と、
燃焼排ガスを採取するサンプルプローブ３と、採取した
燃焼排ガスの成分濃度を連続的に測定するガス分析計４
と、燃焼排ガスの成分濃度のしきい値を予め定める値に
設定する設定手段５と、燃焼排ガスの成分濃度と設定手
段５によって設定されたしきい値とを対比し、燃焼排ガ
スの成分濃度がしきい値に達したとき集塵設備が異常で
あると判断する判定手段６と、判定手段６によって集塵
設備２が異常であると判定されたとき警報を発する警報
手段７とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属溶解炉から排
出される排ガス中のダストを除去する集塵設備、特にス
クラップ予熱装置を備える金属溶解炉の集塵設備の異常
判定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の金属材料や金属類や鉱石などの溶
解、溶融、精錬または製錬工程、特にステンレス鋼等を
含む特殊鋼や、高合金鉄などを溶製する製鉄や製鋼工程
においては、様々な金属溶解炉や金属溶解溶融炉や金属
製錬炉などが用いられる。このうちの電気炉では、主
に、スクラップやフェロアロイや鉱石など種々の金属分
を含有する主原料と、主に、精錬やスラグ塩基度調整用
としての造滓材や加炭材や還元材などを含む副原料など
から成る原料の溶解または溶融、さらに精錬などに用い
られる。現在、使用されている電気炉は、その多くが次
第に大形化され、大容量を有し、交流電源または直流電
源を用いるアーク加熱式電気炉である。このような電気
炉内には、通常、前述のように、種々の主副原料が配合
された固体原料が装入される。電気炉に備えられている
電極に通電するとアーク放電が始まり、このアーク放電
により発生した熱によって固体原料が溶解または溶融さ
れて種々の金属や合金などの溶湯、溶銑または溶鋼な
ど、すなわち広義の金属溶湯とスラグとが溶解または溶
融されて溶製される。原料の溶解および溶融時には、主
原料中や加炭材のコークス中に含まれるカーボンは、ク
ロム鉱石等の酸化物中の酸素および炉内の空気中酸素と
反応して、ＣＯガスを発生する。このため、電気炉から
排出される排ガス中には、ＣＯガスが含まれる。

【０００３】近年、電気炉には、集塵設備およびスクラ
ップ予熱装置を付帯設備として設ける事例が多くなって
いる。集塵設備は、電気炉から排出される排ガス中のダ
ストを除去する環境対策用の設備であり、スクラップ予
熱装置は排ガスの顕熱を利用して省エネルギを図るため
の装置である。前記設備が設けられている場合には、電
気炉から排出される排ガスは空気とともに吸引され、排
ガス中のＣＯガスと空気中の酸素との酸化反応によって
高温の燃焼排ガスを生成する。この高温の燃焼排ガスは
スクラップ予熱装置に導かれ、排ガスの顕熱によってス
クラップを予熱した後、集塵設備でダストを除去されて
外部に排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、集塵設
備およびスクラップ予熱装置を備える電気炉において
は、排ガス中のダスト除去およびスクラップの予熱を行
うことができるので、良好な作業環境の下で省エネルギ
操業を行うことができる。しかしながら、電気炉操業中
に集塵設備が異常を生じたとき、たとえばダストの詰ま
り等で空気取込口が小さくなり、前記空気の吸引が不充
分となった場合、空気の吸引量不足によって電気炉から
排出される排ガス中のＣＯガスが完全燃焼しない場合が
ある。従来の電気炉操業においては、前記異常を検知す
ることができないので、前記ＣＯガスが未燃のままスク
ラップ予熱装置に流入して、装置内に滞留し、スクラッ
プ予熱装置内の温度上昇に伴い、前記未燃ＣＯガスが空
気中の酸素と反応し、ＣＯガスの異常燃焼を生じて設備
を破損する恐れがある。

【０００５】また、集塵設備のガスクーラがダストで詰
まったり、集塵設備の配管が破損したりした場合には、
集塵設備の集塵能力が低下するので、電気炉から発生す
る排ガスおよびダストを充分に吸引することができなく
なり、電気炉の電極挿通孔などの開口部などから排ガス
およびダストが炉外へ排出することとなる。このような
場合、作業場がダストで覆われ、作業環境が悪化するば
かりでなく、電気炉をハウスで覆っている場合には、Ｃ
Ｏガスがハウス内に滞留し、ＣＯガス中毒の発生する恐
れもある。

【０００６】本発明の目的は、前記問題を解決し、電気
炉など金属溶解炉の集塵設備に異常を生じた場合でも、
異常を迅速に検知して、ＣＯガスの異常燃焼などの不具
合発生を未然に防止することのできる金属溶解炉の集塵
設備の異常判定方法および装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属溶解炉か
ら排出される排ガス中のダストを除去する集塵設備が金
属溶解炉に設けられており、前記排ガスと空気とを吸引
して排ガスと空気とを反応させて燃焼し、燃焼排ガスを
採取して、燃焼排ガス中の所定成分の濃度を連続的に測
定し、燃焼排ガス中の所定成分の濃度が予め定めるしき
い値に達したとき、金属溶解炉の集塵設備が異常である
と判断することを特徴とする金属溶解炉の集塵設備の異
常判定方法である。本発明に従えば、金属溶解炉の集塵
設備の異常判定は、集塵設備の状況に対応して変動する
前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度によって集塵設備の
状況を連続的に把握し、集塵設備の異常発生と対応する
値に設定されている予め定めるしきい値に基づいて集塵
設備の異常を判定することによって行われるので、前記
異常判定を正確、かつ確実に行うことができる。

【０００８】また本発明は、前記燃焼排ガス中の所定成
分の濃度としてＣＯ濃度を測定し、このＣＯ濃度が３％
以上になったとき、前記集塵設備が異常であると判断す
ることを特徴とする。本発明に従えば、燃焼排ガス中の
ＣＯ濃度のしきい値が金属溶解炉の集塵設備の異常発生
と対応する値であり、かつ燃焼排ガスの最高温度域にお
けるＣＯガスの爆発限界濃度とほぼ一致する値に選ばれ
ているので、金属溶解炉の集塵設備の異常判定を正確、
かつ確実に行うことができ、さらにＣＯガスの異常燃焼
を確実に防止することができる。

【０００９】また本発明は、前記燃焼排ガス中の所定成
分の濃度としてＯ₂ 濃度を測定し、このＯ₂ 濃度が５％
以下になったとき、前記集塵設備が異常であると判断す
ることを特徴とする。本発明に従えば、燃焼排ガス中の
Ｏ₂ 濃度のしきい値が、金属溶解炉の集塵設備の異常発
生と対応する適正な値に選ばれているので、金属溶解炉
の集塵設備の異常判定を確実に行うことができる。

【００１０】また本発明は、前記燃焼排ガス中のＣＯ濃
度が３％以上であり、かつ前記燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度
が５％以下であるとき、前記集塵設備が異常であると判
断することを特徴とする。本発明に従えば、金属溶解炉
の集塵設備が異常であると判定するには、燃焼排ガス中
のＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度のしきい値をともに満たす必
要があるので、前記ＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度の異常値に
よる誤判定が防止され、前記異常判定を適正かつ確実に
行うことができる。

【００１１】また本発明は、金属溶解炉から排出される
排ガス中のダストを除去する集塵設備が金属溶解炉に設
けられており、電気炉から排出される排ガスと空気とを
吸引する吸引手段と、排ガスと空気とを反応させて燃焼
させる燃焼手段と、燃焼手段の出側に設けられ、燃焼排
ガスを採取するサンプルプローブと、サンプルプローブ
で採取した燃焼排ガス中の成分濃度を連続的に測定する
ガス分析手段と、燃焼排ガス中の成分濃度のしきい値を
予め定める値に設定する設定手段と、ガス分析手段の出
力に応答し、燃焼排ガス中の成分濃度と設定手段によっ
て設定されたしきい値とを対比し、燃焼排ガス中の成分
濃度がしきい値に達したとき金属溶解炉の集塵設備が異
常であると判断する判定手段と、判定手段によって前記
集塵設備が異常であると判断されたとき警報を発する警
報手段とを含むことを特徴とする金属溶解炉の集塵設備
の異常判定装置である。本発明に従えば、金属溶解炉の
集塵設備の異常判定装置は、ガス分析手段によって連続
的に測定した燃焼排ガス中の成分濃度と、設定手段によ
って集塵設備の異常発生と対応する値に設定されている
予め定める前記成分濃度のしきい値とに基づいて、判定
手段によって金属溶解炉の集塵設備の異常判定を行うこ
とができるので、前記異常判定が正確かつ確実に行わ
れ、異常を迅速に検知することができる。このため、Ｃ
Ｏガスの異常燃焼による設備破損などを未然に防止する
ことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある金属溶解炉の集塵設備の異常判定装置（以後、「異
常判定装置」と略称することがある）の構成を簡略化し
て示す系統図である。図１には、金属溶解炉、たとえば
ステンレス鋼を溶解する電気炉１０ならびに電気炉１０
に付帯して設けられている集塵設備２およびスクラップ
予熱装置１９の系統図も併せて示している。

【００１３】異常判定装置１は、電気炉１０から排出さ
れる排ガスと空気とを吸引する吸引手段１６と、排ガス
と空気とを反応させて燃焼させる燃焼手段１１と、燃焼
手段１１の下流側に設けられ、燃焼排ガスを採取するサ
ンプルプローブ３と、サンプルプローブ３で採取した燃
焼排ガスの成分濃度を連続的に測定するガス分析手段で
あるガス分析計４と、燃焼排ガスの成分濃度のしきい値
を予め定める値に設定する設定手段５と、燃焼排ガスの
成分濃度としきい値とに基づいて電気炉１０の集塵設備
２の異常判定を行う判定手段６と、判定手段６によって
集塵設備２が異常であると判定されたとき警報を発する
警報手段７とを含んで構成される。

【００１４】前記吸引手段１６は誘引ファンによって実
現され、誘引ファン１６は常時、一定流量で排ガスを吸
引して、集塵設備全体に排ガスの流れを形成する。前記
燃焼手段１１は燃焼塔によって実現され、燃焼塔１１は
電気炉１０から排出される排ガス中の未燃ガスであるＣ
Ｏガスを空気中の酸素と反応させて燃焼し、高温の燃焼
排ガスを生成させる。

【００１５】前記集塵設備２は、電気炉１０から排出さ
れるダストを捕集する集塵機２６と、排ガスを冷却する
ガスクーラ２５と、排ガスを導く第１集塵ダクト１４ａ
〜第５集塵ダクト１４ｅ（集塵ダクト１４と総称するこ
とがある）と、集塵ダクト１４を通過する排ガスの流量
を調整する第１ダンパ１８ａ〜第４ダンパ１８ｄとを含
んで構成される。

【００１６】前記スクラップ予熱装置１９は、断熱材料
を内張りしたバスケット２０と、バスケット２０を収容
するスクラップ予熱装置本体２１と、バスケット２０の
上部に昇降自在に乗載されるフード２２と、フード２２
を昇降させる昇降手段２３とを含んで構成される。スク
ラップはバスケット２０に装入され、そのままスクラッ
プ予熱装置本体２１内に収容された後、フード２２で覆
われ、前記燃焼塔１１から排出される燃焼排ガスによっ
て予熱される。

【００１７】原料の溶解中、電気炉１０から排出される
ダストを含む排ガスは、電気炉１０の天井蓋１３に設け
られている集塵エルボ１２から炉外に排出され、集塵エ
ルボ１２と対向して間隔をあけて設けられている第１集
塵ダクト１４ａ内に吸引される。この吸引力は、前記誘
引ファン１６によってもたらされるものであり、前記排
ガスを吸引するばかりでなく、前記集塵エルボ１２と第
１集塵ダクト１４ａとの間隙に形成される空気取り入れ
口１５から空気を第１集塵ダクト１４ａ内に吸引する。
第１集塵ダクト１４ａ内に吸引された前記排ガスおよび
空気は、前記燃焼塔１１に導かれ、第１集塵ダクト１４
ａ内および燃焼塔１１内で酸化反応する。前記酸化反応
熱で高温となった燃焼排ガスは、大部分第１ダンパ１８
ａを備える第２集塵ダクト１４ｂを経て、前記スクラッ
プ予熱装置１９にフード２２から導かれ、バスケット２
０に装入されているスクラップを予熱する。スクラップ
を予熱した排ガスは、スクラップ予熱装置１９の出側の
第３ダンパ１８ｃを備える第４集塵ダクト１４ｄに導か
れる。

【００１８】燃焼塔１１から排出される排ガスの一部
は、スクラップ予熱装置１９をとおらないで第２ダンバ
１８ｂを備える第３集塵ダクト１４ｃを経て、前記第４
集塵ダクト１４ｄに導かれる。なお、前記サンプルプロ
ーブ３は、第３集塵ダクト１４ｃに設置されており、設
置位置は第２ダンバ１８ｂの上流側である。また、サン
プルプローブ３の上流側には、近接して燃焼排ガスの温
度を測定する温度センサ１７が設けられている。第４集
塵ダクト１４ｄに導かれたダストを含む排ガスはガスク
ーラ２５で冷却され、集塵機２６においてバグフィルタ
によって除塵され、集塵機２６の下流側に設けられてい
る前記誘引ファン１６によって外部に排出される。電気
炉１０の天井蓋１３開放時や、後記出湯口３７開放時
や、スクラップ予熱装置１９のフード２２開放時などに
発生するダストを含む排ガスは、電気炉１０を覆うハウ
ス２４ａおよびスクラップ予熱装置１９を覆うハウス２
４ｂの上部に設けられているフード２７ａ，２７ｂを介
して、第４ダンパ１８ｄを備える第５集塵ダクト１４ｅ
に前記誘引ファン１６の吸引力によって導かれ、集塵機
２６を経て外部へ排出される。

【００１９】前記集塵設備２には、前記空気取り入れ
口１５のダストによる目詰まり、スクラップ予熱装置
１９のシール性劣化、ガスクーラ２５のダストによる
目詰まり、集塵ダクト１４の破損、などの異常が発生
することがある。前記の異常が発生した場合には、空
気取り入れ口１５から吸引される空気量が不足するの
で、燃焼塔１１において電気炉１０から排出された排ガ
ス中のＣＯガスが完全燃焼しない。このため、ＣＯガス
が未燃のまま前記スクラップ予熱装置１９内に流入し
て、滞留し、ＣＯ濃度が高い場合には、ＣＯガスの爆発
限界に達し、スクラップ予熱装置１９内に流入する酸素
と反応してＣＯガスの異常燃焼を生じ、設備を破損する
恐れがある。前記〜の異常が発生した場合には、集
塵設備２の集塵能力が低下するので、電気炉１０から発
生する排ガスおよび空気取り入れ口１５からの空気を充
分に吸引することができなくなる。このため、前記と
同様の問題が発生するばかりでなく、電気炉１０から発
生する排ガスが電気炉１０の電極挿通孔などの開口部な
どから炉外に排出され、電気炉１０を覆っているハウス
２４ａ内にＣＯガスが滞留し、ＣＯガス中毒の発生する
恐れがある。さらに、作業場がダストで覆われ、作業環
境が悪化する。

【００２０】図２は電気炉の構成を簡略化して示す正面
から見た断面図であり、図３は図２に示す電気炉の天井
蓋の平面図である。電気炉１０は、天井蓋１３と炉本体
３０とを含み、天井蓋１３には自在に昇降する電極４０
と、同心円状に配置されている水冷管３１と、電気炉の
排ガスを炉外に導く集塵エルボ１２とが設けられてい
る。炉本体３０は、大略的に円筒状の炉壁３３と炉床３
４とを有しており、炉床３４には撹拌用ガスを吹き込む
ためのガス吹込用ノズル３８が設けられている。炉壁３
３の下部および炉床３４の内表面には、耐火物層が設け
られており、外表面には鉄皮３５が設けられている。炉
壁３３の上部には、水冷管３１が配設されており、酸素
吹精用ランスなどを装入する作業口３６、および溶湯を
出湯する出湯口３７が設けられている。炉壁３３と炉床
３４とで形成される内部空間３９には、スクラップなど
各種原料が装入され、電極４０への通電によって各種原
料が溶解、溶融して、ステンレス溶鋼４１およびスラグ
４３が貯留される。原料を溶解、溶融するに伴い、原料
中のカーボン源および加炭材であるコークスが、原料中
の酸化物および炉内酸素と反応して、ＣＯガスなどの排
ガスが発生する。

【００２１】図４は、サンプルプローブの構成を簡略化
して示す系統図である。サンプルプローブ３は、排ガス
を採取するサンプルプローブ本体４５と、排ガス中のダ
ストを捕集する焼結フィルタ４７と、ガス分析計４に採
取ガスを導くガス輸送管路４６と、焼結フィルタ４７の
外側に洗浄ガスを吹き付ける外側洗浄ノズル４８ａと、
焼結フィルタ４７の内側に洗浄ガスを吹き付ける内側洗
浄ノズル４８ｂと、外側洗浄ノズル４８ａと内側洗浄ノ
ズル４８ｂとに洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給手段４
９と、タイマ５３とを含んで構成される。洗浄ガス供給
手段４９は、洗浄ガス供給源５０と、外側洗浄用管路５
１と、内側洗浄用管路５２と、外側洗浄用電磁弁５１ａ
と、内側洗浄用電磁弁５２ａとを含んで構成される。焼
結フィルタ４７は、金属製、たとえば耐熱性および除塵
性の優れたチタン製のフィルタであり、サンプルプロー
ブ本体４５と、ガス輸送管路４６との接続部に設けられ
る。

【００２２】電気炉１０において、原料の溶解が行われ
ているときには、サンプルプローブ３によって排ガスの
採取が行われる。排ガスは、サンプルプローブ本体４５
内に吸引され、焼結フィルタ４７によってダストを捕集
され、電磁弁４６ａを備えたガス輸送管路４６を経てガ
ス分析計４に導かれる。排ガスの吸引は、ガス分析計４
の内部に設置された後記吸引ポンプ５６によって行われ
る。電気炉１０において、原料の装入が行われていると
きには、サンプルプローブ３の焼結フィルタ４７の洗浄
が行われる。洗浄は、洗浄ガスである高圧窒素ガスを焼
結フィルタ４７に次のような手順で吹き付け、付着ダス
トを吹払除去することによって行われる。なお、窒素ガ
スの吹き付け圧力は、たとえば２ｋｇ／ｃｍ²である。

【００２３】高圧窒素ガスの吹き付けは、外側洗浄用管
路５１の電磁弁５１ａを開いて高圧窒素ガスを外側洗浄
ノズル４８ａに供給し、焼結フィルタ４７の外側に窒素
ガスを吹き付けた後、内側洗浄用管路５２の電磁弁５２
ａと前記電磁弁５１ａとの開閉を逆に切換え、高圧窒素
ガスを内側洗浄ノズル４８ｂに供給し、焼結フィルタ４
７の内側に窒素ガスを吹き付けることによって行われ
る。なお、前記操作は複数回、たとえば３回繰り返さ
れ、電磁弁５１ａ，５２ａの切換えは、タイマ５３によ
って行われる。

【００２４】このように、サンプルプローブ３の焼結フ
ィルタ４７は、電気炉１０において原料の装入が行われ
る毎に、外側および内側の両方から高圧窒素ガスによる
洗浄が行われるので、サンプルプローブ３によって排ガ
スを極めて長期間にわたって連続して採取することがで
きる。なお、サンプルプローブ３の排ガスの連続採取可
能期間は、たとえば１０ケ月であり、ダストの捕集を行
わない従来のサンプルプローブの排ガスの連続採取可能
期間は、たとえば１〜３チャージである。

【００２５】図５は、ガス分析計の構成を簡略化して示
す系統図である。ガス分析計４は、フィルタ５５と、吸
引ポンプ５６と、電磁弁５７と、ＣＯ／ＣＯ₂ 濃度計５
８と、Ｏ₂ 濃度計５９とを含んで構成される。吸引ポン
プ５６によって吸引された排ガスは、吸引ポンプ５６の
上流側に設けられている２個のフィルタ５５によって
０．２μｍ以上のダストを除去され、直列に配置されて
いるＯ₂ 濃度計５９およびＣＯ／ＣＯ₂ 濃度計５８の両
方にこの順序で導入され、排ガスの成分濃度分析後、外
部へ排出される。各濃度計５８，５９への排ガスの導入
は、電磁弁５７の開閉によって行われる。ＣＯ／ＣＯ₂
濃度計５８は、赤外線吸収式濃度計であり、排ガス中の
ＣＯガスおよびＣＯ₂ ガス濃度を同時に測定することが
できる。ＣＯ／ＣＯ₂ 濃度計５８の仕様は、表１に示す
とおりである。Ｏ₂ 濃度計５９は、磁気流量比式濃度計
であり、排ガス中のＯ₂ ガス濃度を測定することができ
る。Ｏ₂ 濃度計５９の仕様は、表２に示すとおりであ
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】電気炉１０の実操業中、原料の装入時期を
除いて、燃焼排ガス中のＣＯ、ＣＯ₂およびＯ₂濃度が、
前記ガス分析計４によって連続的に測定される。前記集
塵設備２の異常発生時には、前述のように燃焼塔１１に
おける空気吸引量が不足し、電気炉から排出された排ガ
ス中のＣＯガスの酸化反応が抑制されるので、燃焼塔１
１の出側における燃焼排ガス中には未燃ＣＯガスが残存
する。また、前記集塵設備２の異常の程度が大きくなる
につれて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が上昇し、Ｏ₂濃度
が低下するので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ₂濃
度を連続的に測定することによって、前記集塵設備２の
異常発生状況を連続的に把握することができる。なお、
燃焼排ガス中のＣＯ₂ 濃度を測定するのは、ＣＯガスの
酸化反応によって生成するＣＯ₂ 濃度の測定によって、
電気炉１０から発生したＣＯガスに対する未燃ＣＯガス
量の割合を把握することができるからである。

【００２９】前記設定手段５は、パーソナルコンピュー
タなどによって実現され、燃焼排ガスの成分濃度のしき
い値を予め定める値に設定する。燃焼排ガスの成分濃度
のしきい値は、前記集塵設備２の異常発生と対応する燃
焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度を事前に把握する
ことによって、燃焼排ガスの成分毎に後述する予め定め
る値に設定される。

【００３０】前記判定手段６は、プロセスコンピュータ
などによって実現され、ガス分析計４の出力に応答し、
排ガスの成分濃度と、設定手段５によって設定されたし
きい値とを対比し、排ガスの成分濃度がしきい値に達し
たとき集塵設備が異常であると判断する。前記警報手段
７は、ブザーなどによって実現される。

【００３１】このように異常判定装置１は、電気炉１０
から排出される排ガスを空気と反応させて燃焼後、燃焼
排ガスをサンプルプローブ３によって採取し、前記集塵
設備２の状況に応じて変化する排ガス中の所定成分の濃
度をガス分析計４によって連続的に測定し、排ガスの所
定成分の濃度が設定手段５によって設定される予め定め
るしきい値に達したとき、判定手段６によって前記集塵
設備２が異常であると判断し、警報手段７などによって
警報を発することができる。このため、異常判定装置１
の判定は、正確かつ確実に行われ、集塵設備２の異常を
迅速に検知することができる。また、スクラップ予熱装
置１９における前記ＣＯガスの異常燃焼、およびハウス
２４ａ内における前記ＣＯガス中毒などの発生を未然に
防止することが可能となり、電気炉１０の操業安全性を
大幅に向上させることができる。

【００３２】図６は、異常燃焼の発生した電気炉の実操
業における燃焼塔出側の燃焼排ガスの成分濃度変化を示
す推移図である。図６には、前記温度センサ１７によっ
て測定した燃焼塔１１出側の燃焼排ガスの温度変化も併
せて示している。推移線Ｇ１は、燃焼排ガス中のＣＯ濃
度の推移を示しており、推移線Ｇ２は燃焼排ガス中のＯ
₂ 濃度の推移を示しており、推移線Ｔ１は燃焼排ガスの
温度の推移を示している。

【００３３】時刻ｔ１では、電気炉１０に原料の初期装
入が行われ、通電が開始される。原料の溶解が進行する
に伴い、原料中のカーボンおよびコークスが原料中の酸
化物および酸素と反応して、ＣＯガスが発生する。ＣＯ
ガスの発生量は、溶解初期には反応が活発で多く、溶解
が進行するにつれて減少する。通常、電気炉１０から排
出された排ガス中のＣＯガスは、燃焼塔１１において吸
引された空気中の酸素と反応して完全燃焼するので、燃
焼塔１１出側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度はほぼ０％であ
る。しかしながら、図６に示す電気炉の実操業において
は、空気取り入れ口１５の目詰まりなどの集塵設備２の
異常発生によって空気の吸引量が少なくなり、ＣＯガス
を完全燃焼させることができない。このため、燃焼排ガ
ス中のＣＯ濃度が極めて高濃度になっており、最大１０
％に達している。一方、燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度は、空
気の吸引量が少ない状態で、ＣＯの酸化反応によって酸
素が消費されるので、極めて低濃度になっており、最小
０％に達している。また、燃焼塔１１出側の燃焼排ガス
の温度は、ＣＯガスの酸化反応熱によって高温になって
おり、９００〜１１００℃の温度範囲で推移している。
なお、前記ＣＯ濃度、Ｏ₂ 濃度および燃焼排ガス温度の
変動が激しいのは、集塵設備２の異常発生に伴う吸引力
低下に起因するものである。

【００３４】時刻ｔ２では、原料の追加装入が行われ、
再度通電が開始される。原料の追加装入量は、初期装入
量よりも少なく、ＣＯガスの発生量が少ないので、空気
の吸引量が少なくともＣＯガスは、燃焼塔１１において
ほぼ完全燃焼する。このため、燃焼排ガス中のＣＯ濃度
はほぼ０％であり、それに対応して燃焼排ガス中のＯ₂
濃度は空気中の酸素の濃度である約２０％を示す。ま
た、燃焼排ガス温度は、ＣＯガスの発生量が少ないの
で、低下して６００〜８００℃の温度範囲で推移する。
時刻ｔ３では、追加装入した原料が溶解したと判断さ
れ、溶湯の温度調整およびスラグ中酸化クロムの還元精
錬などが行われ、時刻ｔ４で出湯が行われる。時刻ｔ３
以後の燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度ならびに
燃焼排ガス温度の推移は、時刻ｔ２からｔ３における推
移と同様である。

【００３５】このように、燃焼塔１１の出側において燃
焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度を連続的に測定す
ることによって、集塵設備２の異常発生を検知すること
ができる。

【００３６】図７は、ＣＯガスの爆発限界濃度の温度依
存性を示す特性図である。曲線Ｌ１はＣＯガスの爆発限
界濃度の下限界線を示し、曲線Ｕ１は上限界線を示す。
図７において、斜線を施した領域が爆発危険領域であ
る。図７から燃焼塔１１の燃焼排ガス最高温度域である
９００〜１１００℃におけるＣＯガスの爆発限界濃度の
下限界は３〜４％であるので、前記図６の時刻ｔ１から
時刻ｔ２間においては、ＣＯガスの異常燃焼が発生する
ことが判る。

【００３７】図８は、図６に示す実操業と同一の条件に
おける集塵設備の状況と燃焼塔出側の燃焼排ガス中のＣ
Ｏ濃度との関係を示す特性図である。記号Ｗ，Ｂ，Ｇ
は、集塵設備の状況を表す記号であり、その内容は表３
に示す通りである。図８中に示す○印は、電気炉の通電
開始からの経過時間が３０分未満の操業初期におけるデ
ータであることを示す記号であり、×印は、電気炉の通
電開始から３０分間以上経過した時刻におけるデータで
あることを示す記号である。

【００３８】

【表３】

【００３９】図８から集塵設備２の状況が記号Ｗの状況
である場合、すなわち空気取り入れ口１５の隙間がダス
トの詰まりやすい３０ｍｍであり、かつガスクーラ２５
のダスト詰まりなどで集塵能力が低下している状態で
は、空気の吸引量が大幅に不足し、ＣＯガスの酸化反応
が抑制されるので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が非常に高
くなり、７〜２２％の範囲で変動することが判る。ま
た、図８から集塵設備２の状況が記号Ｂの状況である場
合、すなわち空気取り入れ口１５の隙間は、ダスト詰ま
りの恐れのない１００ｍｍであるけれども、ガスクーラ
２５のダスト詰まりなどで集塵能力が低下している状態
では、空気の吸引量が不足し、ＣＯガスの酸化反応が抑
制されるので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高くなり、３
〜８％の範囲で変動することが判る。なお、前記集塵設
備２の状況が記号Ｗおよび記号Ｂの状況である場合に
は、図７からＣＯガスの異常燃焼が生じる恐れがある。
さらにまた図８から、集塵設備２の状況が記号Ｇの状況
である場合、すなわち空気取り入れ口１５の隙間がダス
ト詰まりの恐れのない１００ｍｍであり、かつ集塵能力
が充分に確保されている状態では、燃焼排ガス中のＣＯ
濃度が極めて低く、ほぼ０％であることが判る。このた
め、空気取り入れ口１５の隙間は、１００ｍｍに設定す
ることが好ましい。

【００４０】このように、集塵設備２の状況によって燃
焼排ガス中のＣＯ濃度が変動するので、逆に燃焼排ガス
中のＣＯ濃度から集塵設備２の異常発生を検知すること
ができる。たとえば、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以
上のときには、ガスクーラ２５のダスト詰まりや、集塵
ダクト１４の穴開きなど集塵能力の低下をもたらす集塵
設備２の異常が発生していることが検知され、燃焼排ガ
ス中のＣＯ濃度が８％以上のときには、前記異常に加え
てさらに空気取り入れ口１５のダスト詰まりが発生して
いることが検知される。このため、前記設定手段５によ
って設定される燃焼排ガス中のＣＯ濃度の前記予め定め
るしきい値は、３％に選ばれることが好ましい。これに
よって、前記異常判定装置１は、ガス分析計４によって
測定された燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上のとき、
集塵設備２が異常であると、正確かつ確実に判断するこ
とができる。

【００４１】なお、集塵設備２が異常であると判断する
他の判断基準として、燃焼排ガス中のＯ₂濃度を用いて
もよい。前記Ｏ₂濃度の予め定めるしきい値は、５％に
選ばれることが好ましい。これは、前記図６に示すよう
に燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度が５％以下のとき、前記ＣＯ
濃度が３％以上であることによるものである。これによ
って、前記異常判定装置１は、前記ＣＯ濃度を判定基準
とする場合と同様に、燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度が５％以
下のとき、集塵設備２が異常であると正確かつ確実に判
断することができる。

【００４２】さらにまた、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３
％以上であり、かつ燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度が５％以下
であるとき、集塵設備２が異常であると判断してもよ
い。この判断基準によって、集塵設備２が異常であると
判定するには、燃焼排ガス中のＣＯおよびＯ₂ のしきい
値をともに満たす必要があるので、前記ＣＯ濃度および
Ｏ₂ 濃度の異常値による誤判定が防止され、前記異常判
定を適正かつ確実に行うことができる。

【００４３】図９は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度による集
塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャート
である。ステップａ１では、電気炉１０に原料が装入さ
れ、通電が開始される。装入原料としては、フェロニッ
ケルと、フェロクロムおよびステンレス鋼屑などが主と
して用いられる。通電開始後、原料の加熱および溶解に
伴ってＣＯガスが発生する。電気炉１０から発生したＣ
Ｏガスを含む排ガスは、前記誘引ファン１６の吸引力に
よって燃焼塔１１に導かれ、前記空気取り入れ口１５か
ら吸引された空気と反応して燃焼する。前述のように、
空気取り入れ口１５の隙間および集塵設備２の集塵能力
が充分に確保されている場合には、空気が充分吸引され
るので、前記排ガス中のＣＯガスは燃焼塔１１において
完全燃焼し、燃焼塔１１出側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度
がほぼ０％になる。しかしながら、ガスクーラ２５のダ
スト詰まりなど集塵設備２に異常が発生している場合に
は、空気の吸引量が不足するので、前記ＣＯガスの酸化
反応が抑制され、前記燃焼排ガス中には、未燃ＣＯガス
が残存する。ステップａ２では、燃焼塔１１の出側にお
いて燃焼排ガス中のＣＯ濃度が測定される。この測定
は、前記サンプルプローブ３によって採取された燃焼排
ガスを用いて、前記ＣＯ／ＣＯ₂ 濃度計５８によって行
われ、通電中連続して測定される。

【００４４】ステップａ３では、燃焼排ガス中のＣＯ濃
度が予め定めるしきい値以上であるか否かが判断され
る。このしきい値は、前述のように集塵設備２が異常で
あると判断される燃焼排ガス中のＣＯ濃度のしきい値で
あり、設定手段５によって３％に設定されている。ステ
ップａ３における判断が否定の場合には、集塵設備２が
異常なしと判断され、ステップａ６に進む。ステップａ
３における判断が肯定の場合には、集塵設備２が異常で
あると判断され、警報手段７により警報が出された後、
ステップａ４に進む。ステップａ４では、集塵設備２の
異常対策が行われる。異常対策は、集塵設備２を正常状
態へ復帰させるために集塵能力の向上を図る方向で行わ
れる。すなわち、前記誘引ファン１６、第２ダンパ１８
ｂおよび第３ダンパ１８ｃを、次のような順序で操作す
ることによって集塵能力を段階的に向上させる。なお、
第２ダンパ１８ｂは、燃焼塔１１から排出される燃焼排
ガスのうち、スクラップ予熱装置１９を通過しない燃焼
排ガスの流量を調整するダンパであり、第３ダンパ１８
ｃは、第２ダンパ１８ｂとスクラップ予熱装置１９とを
通過した燃焼排ガスの流量を調整するダンパである。

【００４５】（１）誘引ファン１６の出力を１００％に
アップする。なお、第２ダンパ１８ｂおよび第３ダンパ
１８ｃのダンパ開度は、ともに正常時のダンパ開度であ
る１５％のままである。 （２）第２ダンパ１８ｂのダンパ開度を２５％、５０
％、１００％の順序で段階的に増大させる。なお、誘引
ファン１６の出力および第３ダンパ１８ｃのダンパ開度
は、それぞれ１００％、１５％のままである。 （３）第３ダンパ１８ｃのダンパ開度を２５％、５０
％、１００％の順序で段階的に増大させる。なお、誘引
ファン１６の出力および第２ダンパ１８ｂのダンパ開度
は、ともに１００％のままである。

【００４６】ステップａ５では、再度、燃焼排ガス中の
ＣＯ濃度が３％以上であるか否かが判断される。この判
断が肯定であれば、前記異常対策によって集塵設備２が
正常状態に復帰していないと判断され、警報が出された
後、再度ステップａ４に戻り、前記異常対策よりもさら
に集塵能力を向上させた次段階の異常対策が行われる。
この処理ループは、ステップａ５における判断が否定に
なるまで繰り返される。ステップａ５における判断が否
定であれば、ステップａ６に進む。ステップａ６では、
電気炉１０の通電が終了しているか否かが判断される。
この判断が否定であれば、再度ステップａ３に戻り、前
記処理が繰り返される。ステップａ６における判断が肯
定であれば、本通電期間中における集塵設備２の異常判
定を終了する。なお、前記異常対策は、あくまでも緊急
避難的な措置であり、長期にわたる継続は、熱ロスが増
大するので好ましくない。このため、直近の定期修理時
期に集塵設備２の異常個所の点検、補修を行うことが必
要である。

【００４７】このように本実施の形態によれば、集塵設
備２の異常判定は、電気炉１０の通電中、集塵設備２の
状況に対応して変動する燃焼排ガス中のＣＯ濃度によっ
て集塵設備２の状況を連続的に把握し、集塵能力の低下
などの集塵設備２の異常発生と対応する値に設定されて
いる予め定めるしきい値に基づいて、集塵設備２の異常
を判定する方法によって行われるので、集塵設備２の異
常判定を正確かつ確実に行うことができる。これによっ
て、異常判定時には、集塵能力を向上させるための異常
対策を迅速に実施することができるので、空気の吸引量
不足に基づくスクラップ予熱装置１９における前記ＣＯ
ガスの異常燃焼の発生、および集塵能力低下に基づくハ
ウス２４ａ内における前記ＣＯガス中毒の発生などを未
然に防止することが可能となり、電気炉１０の操業安全
性を大幅に向上することができる。

【００４８】図１０は、燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度による
集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャー
トである。本フローチャートの構成は、図９に示すフロ
ーチャートの構成と基本的には同一であり、両者の相違
点は測定ガスがＣＯガスでなくＯ₂ ガスである点と、異
常判定のしきい値が異なる点とである。このため、図１
０の説明は、重複を避けるために省略する。これによっ
て、Ｏ₂ 濃度による集塵設備の異常判定を正確かつ確実
に行うことができるので、ＣＯ濃度による場合と同様の
効果を得ることができる。

【００４９】図１１は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度および
Ｏ₂ 濃度による集塵設備の異常判定方法を説明するため
のフローチャートである。ステップｃ１では、電気炉１
０に原料が装入され、通電が開始される。通電開始後の
電気炉１０における排ガス発生状況および燃焼塔１１に
おける燃焼排ガス発生状況は、前記図９に示すフローチ
ャートのステップａ１において述べたとおりである。ス
テップｃ２では、燃焼塔１１の出側において、燃焼排ガ
ス中のＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度が測定される。これらの
測定は、前記サンプルプローブ３によって採取された燃
焼排ガスを用いて前記ＣＯ／ＣＯ₂ 濃度計５８によって
行われ、通電中連続して測定される。ステップｃ３で
は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であるか否かが
判断される。この判断が否定の場合には、集塵設備２が
異常なしと判断され、ステップｃ８に進む。ステップｃ
３における判断が肯定の場合には、ステップｃ４に進
む。ステップｃ４では、燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度が５％
以下であるか否かが判断される。この判断が否定の場合
には、集塵設備２が異常なしと判断され、ステップｃ８
に進む。ステップｃ４における判断が肯定の場合には、
集塵設備２が異常であると判断され、警報が出された
後、ステップｃ５に進む。

【００５０】ステップｃ５では、集塵設備２の異常対策
が実施される。異常対策の内容は、前記図９に示すフロ
ーチャートのステップａ４と全く同一である。ステップ
ｃ６では、再度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上で
あるか否かが判断される。この判断が否定であれば、前
記異常対策によって集塵設備２が正常状態に復帰してい
ると判断され、ステップｃ８に進む。ステップｃ６にお
ける判断が肯定であれば、ステップｃ７に進む。ステッ
プｃ７では、再度燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度が５％以下で
あるか否かが判断される。この判断が肯定であれば、前
記異常対策によって集塵設備２が正常状態に復帰してい
ないと判断され、警報が出された後、再度ステップｃ５
に戻り、前記異常対策よりもさらに集塵能力を向上させ
た次段階の異常対策が行われる。この処理ループは、ス
テップｃ６またはステップｃ７のいずれかにおける判断
が否定になるまで繰り返される。ステップｃ７における
判断が否定であれば、ステップｃ８に進む。ステップｃ
８では、電気炉１０の通電が終了しているか否かが判断
される。この判断が否定であれば、再度ステップｃ３に
戻り、前記処理が繰り返される。ステップｃ８における
判断が肯定であれば、本通電期間中における集塵設備２
の異常判定を終了する。

【００５１】このように本実施の形態では、集塵設備２
が異常であると判断するには、燃焼排ガス中のＣＯ濃度
が３％以上であり、かつＯ₂ 濃度が５％以下でなければ
ならないので、前記ＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度の異常値に
よる誤判定が防止され、集塵設備２の異常判定を適正か
つ確実に行うことができる。

【００５２】

【実施例】図２および図３に示す９０トン電気炉を用い
て、ステンレス鋼を溶製した。ＳＵＳ３０４系のステン
レス鋼を溶製する場合の主原料配合を、表４に示す。長
期間にわたる溶製によって得られた結果を、表５に示
す。本発明の実施例については、集塵設備２の異常判定
は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度に基づいて行い、図１に示
す異常判定装置１を用いて図９に示すフローチャートの
手順に従って行った。従来法の比較例については、集塵
設備２の異常判定は行わなかった。

【００５３】表５から、本発明の実施例は、比較例に比
べて、ＣＯの異常燃焼の発生が皆無になったこと、ガス
クーラ２５の清掃時期を、燃焼排ガス中のＣＯ濃度の推
移により管理することができるので、清掃頻度を低減す
ることができること、ＣＯの異常燃焼の発生を防止する
ことができるので、スクラップ予熱装置１９の稼働率を
増加することができること、スクラップ予熱装置１９の
稼働率増加によって電力原単位が低下し、省エネルギを
図ることができることなどが判る。

【００５４】

【表４】

【００５５】

【表５】

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次に示す
ような効果が得られる。 （ａ）空気取り入れ口１５のダスト詰まり、ガスクーラ
２５のダスト詰まりおよび集塵ダクト１４の破損など集
塵設備２の異常発生を正確かつ確実に検知することがで
きるので、集塵能力を向上させるための異常対策を迅速
に行うことが可能となり、空気の吸引量不足に基づくＣ
Ｏの異常燃焼の発生を未然に防止することができる。こ
のため、スクラップ予熱装置などの設備破損が防止さ
れ、電気炉１０の操業安全性が大幅に向上する。 （ｂ）前記異常対策の実施により、集塵設備２の集塵能
力低下に基づく電気炉１０の開口部からの排ガスの排出
を防止することができるので、電気炉１０を覆っている
ハウス２４ａ内にＣＯガスが滞留し、ＣＯガス中毒の発
生する危険性を未然に回避することができる。また、作
業場がダストで覆われる作業環境の悪化も防止すること
ができる。 （ｃ）スクラップ予熱装置におけるＣＯの異常燃焼が防
止されるので、スクラップ予熱装置の稼働率を増加させ
ることができる。このため、電力原単位が低下し、省エ
ネルギを図ることができる。 （ｄ）ガスクーラの清掃時期を合理的に決定することが
できるので、過剰な清掃作業を排除することが可能とな
り、清掃頻度を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である電気炉の集塵設備
の異常判定装置の構成を簡略化して示す系統図である。

【図２】電気炉の構成を簡略化して示す正面から見た断
面図である。

【図３】図２に示す電気炉の天井蓋の平面図である。

【図４】サンプルプローブの構成を簡略化して示す系統
図である。

【図５】ガス分析計の構成を簡略化して示す系統図であ
る。

【図６】異常燃焼の発生した電気炉の実操業における燃
焼塔出側の燃焼排ガスの成分濃度変化を示す推移図であ
る。

【図７】ＣＯガスの爆発限界濃度の温度依存性を示す特
性図である。

【図８】図６に示す実操業と同一の条件における集塵設
備の状況と燃焼塔出側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度との関
係を示す特性図である。

【図９】燃焼排ガス中のＣＯ濃度による集塵設備の異常
判定方法を説明するためのフローチャートである。

【図１０】燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度による集塵設備の異
常判定方法を説明するためのフローチャートである。

【図１１】燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ₂ 濃度によ
る集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 電気炉の集塵設備の異常判定装置 ２ 集塵設備 ３ サンプルプローブ ４ ガス分析計 ５ 設定手段 ６ 判定手段 ７ 警報手段 １０ 電気炉 １１ 燃焼塔 １５ 空気取り入れ口 １６ 誘引ファン １９ スクラップ予熱装置 ２４ａ ハウス ２５ ガスクーラ ２６ 集塵機

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属溶解炉から排出される排ガス中のダ
   ストを除去する集塵設備が金属溶解炉に設けられてお
   り、 前記排ガスと空気とを吸引して排ガスと空気とを反応さ
   せて燃焼し、 燃焼排ガスを採取して、燃焼排ガス中の所定成分の濃度
   を連続的に測定し、 燃焼排ガス中の所定成分の濃度が予め定めるしきい値に
   達したとき、金属溶解炉の集塵設備が異常であると判断
   することを特徴とする金属溶解炉の集塵設備の異常判定
   方法。
2. 【請求項２】 前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度とし
   てＣＯ濃度を測定し、このＣＯ濃度が３％以上になった
   とき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴
   とする請求項１記載の金属溶解炉の集塵設備の異常判定
   方法。
3. 【請求項３】 前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度とし
   てＯ₂ 濃度を測定し、このＯ₂ 濃度が５％以下になった
   とき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴
   とする請求項１記載の金属溶解炉の集塵設備の異常判定
   方法。
4. 【請求項４】 前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上
   であり、かつ前記燃焼排ガス中のＯ₂ 濃度が５％以下で
   あるとき、前記集塵設備が異常であると判断することを
   特徴とする請求項１記載の金属溶解炉の集塵設備の異常
   判定方法。
5. 【請求項５】 金属溶解炉から排出される排ガス中のダ
   ストを除去する集塵設備が金属溶解炉に設けられてお
   り、 電気炉から排出される排ガスと空気とを吸引する吸引手
   段と、 排ガスと空気とを反応させて燃焼させる燃焼手段と、 燃焼手段の出側に設けられ、燃焼排ガスを採取するサン
   プルプローブと、 サンプルプローブで採取した燃焼排ガス中の成分濃度を
   連続的に測定するガス分析手段と、 燃焼排ガス中の成分濃度のしきい値を予め定める値に設
   定する設定手段と、 ガス分析手段の出力に応答し、燃焼排ガス中の成分濃度
   と設定手段によって設定されたしきい値とを対比し、燃
   焼排ガス中の成分濃度がしきい値に達したとき金属溶解
   炉の集塵設備が異常であると判断する判定手段と、 判定手段によって前記集塵設備が異常であると判断され
   たとき警報を発する警報手段とを含むことを特徴とする
   金属溶解炉の集塵設備の異常判定装置。