JPH09295125A - タンディッシュの無酸化保熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃焼ガスをタンディッシュ内で燃焼させる従来
の予熱を省き、残鋼の酸化を防止すると共にタンディッ
シュ再使用までの待機可能時間を延長する。 【解決手段】内壁に残鋼を生じたタンディッシュ１を再
使用するに当たり、タンディッシュ１の外部に設けられ
た二つの蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂの何れか一方から不活
性ガスであるＮ₂ を加熱してタンディッシュ１内に投入
し、他方からＮ₂をリサイクルすると共に燃焼バーナ５
Ａ，５Ｂで蓄熱体を加熱し、これを交互に繰返してタン
ディッシュ１内を通過する高温Ｎ₂ の対流熱伝達で当該
タンディッシュ１を加熱して鋳造可能な温度に保持す
る。また、不活性ガスＮ₂ 中に、爆発限界以下の微量の
Ｈ₂ を添加することによって、タンディッシュ１内を還
元雰囲気とし、既に酸化している残鋼まで還元してＡｌ
₂ Ｏ₃ の生成を抑制防止する。また、タンディッシュ１
内が負圧にならないように給排気量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続鋳造（以下、単
に連鋳とも記す）用のタンディッシュを繰り返し使用す
るために、当該タンディッシュを無酸化状態で保熱する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼を取鍋から受け取って鋳型へ分配す
るタンディッシュは、それ自体が発熱体を持たないた
め、使用に際しては、別途に加熱手段で加熱して、鋳込
み可能な温度を確保する必要がある。また、複数台のタ
ンディッシュを交換しながら連続して鋳造を行う（以
下、連・連鋳とも記す）場合には、例えば鋼種が変更さ
れるようなときに、待機中のタンディッシュと交換し、
それまで使用されていたものは次の再使用時まで待機さ
せるといったようなタンディッシュの使用法があるが、
このように待機中のタンディッシュについても、少なく
とも使用に供する前に同じく鋳込み可能な温度への加熱
が必要となる。

【０００３】このようにタンディッシュを加熱する場
合、従来一般には、タンディッシュの予熱カバーに設け
たガスバーナを加熱手段として用い、このガスバーナ
に、例えばコークスガスのような燃料ガスとその理論必
要量の１１０〜１２０％の燃焼空気とを混合したものを
送給し、これを当該ガスバーナ内で燃焼させて当該タン
ディッシュ内面を１２００〜１３００度℃に加熱するよ
うにしている。

【０００４】ところが、この場合、高温のタンディッシ
ュ中に多量のＯ₂ が投入されるため、先の使用（前チャ
ージ）による残鋼・残滓が次チャージ時の予熱の際に酸
化されてＦｅＯやＦｅ₃ Ｏ₄ 等の酸化鉄が生成される。
この生成され残存する酸化鉄のＯ成分は、次チャージ時
の鋼中成分のＡｌと反応してＡｌ₂ Ｏ₃ が生成され、そ
の結果、硬質なＡｌ₂ Ｏ₃ が下工程においてホットヘゲ
・フクレ等の品質欠陥を招く要因となる。

【０００５】このような、所謂ＦｅＯピックアップを抑
制防止する技術の確立が求められて、現在では種々の提
案がなされている。その一例として、例えば特開平４−
２２５６７号公報には、予熱用ガスバーナに供給する燃
焼空気量を、供給される燃料ガス量の理論必要量の７０
〜１００％とすることにより、タンディッシュ内の雰囲
気酸素濃度を従来より低くして残鋼の酸化を抑制防止す
るというタンディッシュ予熱方法が開示されている。

【０００６】また、特開平２−３７９４９号公報には、
前述のようなタンディッシュ内の予熱終了に伴い、燃料
ガス及び燃焼空気の送給を停止すると同時に不活性ガス
であるＡｒでバーナ内に残留しているこれらの残留成分
や燃焼排ガスの残留分を払い出して（パージして）、必
要に応じて燃料ガス及び燃焼空気を前記予熱カバー内で
燃焼せしめ、もって当該タンディッシュ内を短時間でＡ
ｒでパージすることにより残鋼の酸化を抑制防止するタ
ンディッシュ内のガス置換技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平４−２２５６７号公報、特開平２−３７９４９号公
報に記載されるタンディッシュの加熱方法そのものは、
何れもタンディッシュの使用に際して、それを鋳込み可
能な温度まで加熱する手段として、空気と混合した燃料
ガスを当該タンディッシュ内で燃焼させて、その内壁を
１２００〜１３００℃に保熱又は加熱することを前提と
している。ここで、例えば前記特開平４−２２５６７号
公報では、燃焼空気の送給量を、燃料ガス送給量の７０
〜１００％まで抑制しているが、このような高温下で
は、残存するＯ₂ 成分の他、生成される燃焼排ガス中の
酸化性成分であるＣＯ₂ やＨ₂ ＯのＯ成分が残鋼と結合
して酸化鉄が生成されてしまい、残鋼の酸化そのものは
十分に抑制できないという問題がある。

【０００８】これを極力抑制するため、前記特開平２−
３７９４９号公報に記載されるタンディッシュの加熱方
法では、予熱終了後に、わざわざ不活性ガスであるＡｒ
をタンディッシュ内に吹き込んで燃料ガスと残留酸素と
をパージし、これにより非酸化雰囲気に置換するという
方法をとっている。しかし、例え不活性ガスのパージ方
法を改善して前記予熱終了後のガス置換完了までの所要
時間を多少ならず短縮できたとしても、この不活性ガス
パージによりタンディッシュ内壁温度が低下して熱損失
が生じてしまうし、また加熱中の過剰酸素による残滓の
酸化までもは防止できないという問題がある。

【０００９】これに対して、前記特開平４−２２５６７
号公報に記載されるタンディッシュの加熱方法では、予
熱ガスバーナへの空気量を理論必要量以下にすることに
より、不活性ガスパージを行わずに残鋼の酸化を抑制す
るものであるから、前者のような問題は生じないとして
も、前述のような燃焼排ガスによる当該タンディッシュ
内の残鋼の酸化を完全に防止するためにはバーナに供給
される燃焼空気量を、燃料ガスの理論空気量の５０％以
下にする必要がある。ところが、このように燃焼空気の
供給量を極端に低減してしまうと、燃焼時のＯ₂ 不足に
よる不完全燃焼という問題が発生し、加熱コストがかか
ると共に、未燃ガスの処置に防爆やＣＯ中毒対策等の安
全上の問題が生じる。

【００１０】本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発さ
れたものであり、例えば複数台の蓄熱式予熱器を交互に
切り替えて不活性ガスを高温に加熱し、これをタンディ
ッシュ内に送給して当該タンディッシュ内を効率的に無
酸化状態で保熱すると共に、更に既に酸化されてしまっ
ている残鋼までも還元して酸化鉄をより積極的に除去で
きるタンディッシュの無酸化保熱方法を提供することを
目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明のうち請求項１に係るタンディッシュの無酸
化保熱方法は、内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再
使用するに当たり、タンディッシュ外部に設けられた加
熱手段で少なくとも８５０℃以上に加熱した不活性ガス
を用いてタンディッシュ内を保熱し、次回使用に供する
ことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明のうち請求項２に係るタンデ
ィッシュの無酸化保熱方法は、前記不活性ガスに加えて
爆発限界以下の微量の還元性ガスをタンディッシュ内に
導入して、当該タンディッシュ内雰囲気を無酸化及び還
元雰囲気にすることを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明のうち請求項３に係るタンデ
ィッシュの無酸化保熱方法は、前記還元性ガスがＨ₂ ガ
スであることを特徴とするものである。また、本発明の
うち請求項４に係るタンディッシュの無酸化保熱方法
は、前記加熱手段が蓄熱式予熱器であることを特徴とす
るものである。

【００１４】また、本発明のうち請求項５に係るタンデ
ィッシュの無酸化保熱方法は、前記加熱手段が電気抵抗
加熱器又は誘導加熱器又はプラズマトーチであることを
特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者等は、先に述べたような
再使用タンディッシュの鋳込み可能温度確保に関する従
来の諸問題を解決する方策として、前述のようなタンデ
ィッシュ内での燃焼を伴わないで当該タンディッシュを
再使用する、即ち無予熱無酸化再使用プロセスの実現に
向けて種々の実験を重ねつつ検討を続けてきた。

【００１６】本発明者等の実験によると、通常、鋳造中
のタンディッシュ内表面温度は溶鋼温度とほぼ等しい１
５４０〜１５７０℃程度まで上昇するが、鋳造終了と同
時に温度降下が始まり、そのまま待機させると、例えば
７０ｔのタンディッシュの場合には凡そ６時間経過後に
１１００℃を下回り、１４時間経過後には８５０℃以下
になってしまう。

【００１７】このタンディッシュ内表面温度８５０℃以
下の温度では、例えノズル下方から酸素を吹き込んで当
該ノズルを連通状態にするためのバブリングを行って
も、取鍋からタンディッシュに移した溶鋼を当該タンデ
ィッシュ底部のノズルから鋳型に注入することは困難で
ある。また、待機中のタンディッシュの温度が低下する
と、タンディッシュに溶鋼を注入した際の溶鋼温度の降
下量が大きくなるので、鋳造初期の溶鋼温度を確保する
には、当該注入時の溶鋼温度を高くする必要が生じる。
しかし、このように溶鋼温度が高いと、鋳造後期にタン
ディッシュの温度が上昇し過ぎて必要以上に溶鋼温度が
高くなり過ぎ、鋳造速度が低下したりブレークアウトが
発生したりする原因になる。このため、実際上８５０℃
が待機中のタンディッシュの再使用温度下限であること
も同時に実験で確認された。

【００１８】しかも、温度低下に伴ってタンディッシュ
内圧力が減少し、これにより外部の空気（大気）が侵入
すると、タンディッシュ内酸素濃度が増加することにな
る。タンディッシュの再使用にあたって残鋼の酸化を防
止するには、待機中のタンディッシュ内酸素濃度を、望
ましくは“０”にする必要のあることが分かっている。
そのため、不活性ガスでタンディッシュ内をパージする
ことなく、待機中のタンディッシュ温度低下を伴う酸素
侵入を防止するには、タンディッシュをほぼ完全密閉に
しておかなければならない。前述した待機中タンディッ
シュの温度降下のデータは、この密閉状態での値であ
る。

【００１９】しかし、完全密閉といっても、温度降下に
伴って収縮を続けるタンディッシュ内への外部からの空
気の侵入を“０”にすることは実際問題として不可能で
あるから、このタンディッシュ密閉のみでの完全無酸化
の達成は困難である。その対応策としては、不活性ガス
（例えばＮ₂ ）の連続パージでタンディッシュ外部から
の酸素侵入を防止することが考えられる。その可能性を
検討すべく、同じく７０ｔタンディッシュについて行っ
た本発明者等の実験によると、１２０Ｎｍ³ ／Ｈの割合
で連続的にＮ₂ をタンディッシュ内に供給しながら待機
させた場合の温度降下は、先のパージ無しの場合よりも
急激であり、凡そ３時間で１１００℃、８〜９時間には
８５０℃に低下してしまう上、タンディッシュの温度低
下による内部気体の収縮で大気侵入が生じ、当該タンデ
ィッシュ内のＯ₂ 濃度も１〜２％までしか低減できない
ことが判明した。

【００２０】こうした結果を踏まえて、本発明者等は、
タンディッシュを再使用するにあたり、タンディッシュ
外で加熱した不活性ガスで当該タンディッシュ内をパー
ジし続けることにより、当該タンディッシュ内表面温度
を前記鋳込み可能温度の下限である８５０℃以上に保て
ば、従来のタンディッシュ内燃焼ガスによる予熱を省い
て、無予熱で且つ酸化を防止しつつタンディッシュを再
使用に供することが可能なことを見出し、本発明を完成
するに至った。

【００２１】このタンディッシュ外部に設けられ且つ燃
焼排ガスや大気をタンディッシュ内部に送給することの
ない加熱手段としては、蓄熱式予熱器や電気抵抗加熱
器，誘導加熱器，プラズマトーチ等の電気加熱装置を用
いることができる。特に蓄熱式予熱器は少量の燃焼ガス
を用いながら、効率よく不活性ガスを加熱することがで
き、また複数の蓄熱式予熱器を配設し、何れかの蓄熱式
予熱器で不活性ガスを加熱しながらタンディッシュ内に
それを投入し、残りの蓄熱式予熱器でタンディッシュ内
の不活性ガスを吸引（リサイクル）しながら燃焼バーナ
で蓄熱体を加熱するようにすれば、各蓄熱式予熱器のバ
ーナ容量を小さくすることができるから、これを小型化
して常時タンディッシュに取付けておくことも可能とな
る。

【００２２】また、この不活性ガスと共に、Ｈ₂ やＣＯ
のような還元性ガスを、爆発限界以下の微量、タンディ
ッシュ内に導入することで、当該タンディッシュ内を無
酸化で且つ還元雰囲気とすることができるから、残鋼の
酸化をより一層抑制防止できるばかりでなく、既に酸化
した残鋼も還元してＡｌ₂ Ｏ₃ の生成を積極的に防止す
ることができる。また、この還元性ガスにＨ₂ ガスを用
いれば、爆発限界以下の微量で効率よくタンディッシュ
内を無酸化還元雰囲気とすることができると共に、炭素
Ｃ系の還元性ガスで発生する遊離Ｃ，つまりすすを考慮
する必要がなくなる。

【００２３】

【実施例】次に本発明に係るタンディッシュの無酸化保
熱方法の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２４】まず、図１に本実施例のタンディッシュの
無酸化保熱方法を実施化した無酸化保熱装置の全体構成
を示す。タンディッシュ１には、その蓋１ａの開口部１
ｂ，１ｃの夫々に、蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂを連結す
る。これらの蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂには、例えば伝熱
面積を大きくするために、球状やパイプ状にしたセラミ
ックスや金属等からなる蓄熱体を充填した蓄熱室３Ａ，
３Ｂと、この蓄熱室３Ａ，３Ｂの蓄熱体を加熱するため
の燃焼室４Ａ，４Ｂとを互いに隣接して一連に備え、挿
入管７Ａ，７Ｂを介して各燃焼室４Ａ，４Ｂを前記タン
ディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃに夫々連結し、各燃焼
室４Ａ，４Ｂ内にはメインバーナ５Ａ，５Ｂ及びパイロ
ットバーナ６Ａ，６Ｂを配設する。なお、前記挿入管７
Ａ，７Ｂと前記タンディッシュ１の各開口部１ｂ，１ｃ
との間には、タンディッシュ１内部を無酸化状態にする
ために、後述するシール装置５０Ａ，５０Ｂが介装され
ている。また、タンディッシュ底部の各ノズルは図示を
省略している。

【００２５】次に互いに類似する前記各蓄熱式予熱器２
Ａ，２Ｂへの配管状態を説明するために、このうちの一
方の蓄熱式予熱器２Ａを用いて説明すると、まず当該蓄
熱式予熱器２Ａの燃焼室４Ａには、当該燃焼室４Ａ内の
温度を検出する燃焼室内温度検出器３１Ａと、当該燃焼
室４Ａ内の圧力を検出する燃焼室内圧力検出器３３Ａと
が取付けられている。また、当該蓄熱式予熱器２Ａの蓄
熱室３Ａの出側には、当該蓄熱室３Ａの出側温度を検出
する蓄熱室出側温度検出器３７Ａが取付けられ、当該蓄
熱室出側温度検出器３７Ａの出力に基づいて作動する温
度スイッチ（ＴＳ）３９Ａが設けられている。

【００２６】そして、前記メインバーナ５Ａは、Ｍガス
弁８Ａ，Ｍガス遮断弁５２Ａ，Ｍガス流量調整弁９Ａ及
びＭガスオリフィス１０Ａを介して、図示されないＭガ
ス供給源に連結すると共に、同じくＭガス弁８Ａ，Ｍガ
スパージ用Ｎ₂ 遮断弁１１Ａ及びＮ₂ 減圧弁１２を介し
て図示されないＮ₂ 供給源に連結されている。ここで、
Ｍガスとは燃料ガスであり、例えば転炉で発生する転炉
（ＬＤ）ガスとコークス炉で発生するコークス炉（Ｃ）
ガスとの混合ガスや、Ｃガスと高炉で発生する高炉
（Ｂ）ガスとの混合ガスのことである。また、これらに
代えて、ＬＰＧ等の燃料ガス又は液体燃料を用いること
も可能である。なお、このＭガスが供給されるオリフィ
ス１０Ａには、Ｍガス流量検出器２６Ａが設けられてい
る。また、前記Ｍガス弁８ＡとＭガス遮断弁５２Ａ又は
Ｍガスパージ用Ｎ₂ 遮断弁１１Ａとの間の配管には放散
弁５１Ａが分岐接続され、その反分岐接続端は大気開放
されている。

【００２７】また、前記メインバーナ５Ａは、空気弁１
３Ａ，空気流量調整弁１４Ａ，空気オリフィス１５Ａを
介して空気供給ファン１６に連結されている。この空気
供給ファン１６から燃焼空気が供給される空気オリフィ
ス１５Ａには空気流量検出器２９Ａが設けられている。

【００２８】また、前記パイロットバーナ６Ａは、前記
パイロットバーナ用Ｍガス遮断弁５４を介して前記Ｍガ
ス供給源に連結されると共に、前記パイロットバーナ用
Ｎ₂遮断弁５３及びＮ₂ 減圧弁１２を介して前記Ｎ₂ 供
給源に接続されている。

【００２９】一方、前記蓄熱室３Ａは、Ｎ₂ 弁１７Ａ，
Ｎ₂ 流量調整弁１９，Ｎ₂ オリフィス１８及び前記Ｎ₂
減圧弁１２を介して前記Ｎ₂ 供給源に接続されると共
に、前記Ｎ₂ 弁１７Ａ，Ｈ₂ 弁７２，Ｈ₂ 流量調整弁７
１，Ｈ₂ オリフィス７０を介して図示されないＨ₂ 供給
源に接続され、更に排気弁２０Ａ及び排気流量又は圧力
調整弁２１Ａを介して排気ファン２２に接続されてい
る。そして、前記Ｎ₂ オリフィス１８には前記Ｎ₂ 供給
源から供給されるＮ₂ の流量を検出するＮ₂ 流量検出器
４２が設けられ、前記Ｈ₂ オリフィス７０には前記Ｈ₂
供給源から供給されるＨ₂ の流量を検出するＨ₂ 流量検
出器７３が取付けられている。また、前記蓄熱室３Ａと
排気弁２０Ａとの間には当該蓄熱室３Ａからの排気流量
を検出する排気流量又は圧力検出器３５Ａが取付けら
れ、更に前記排気流量又は圧力調整弁２１Ａと排気ファ
ン２２との間には排気温度を検出する排気温度検出器３
８Ａが取付けられ、この排気温度検出器３８Ａの出力に
基づいて作動する温度スイッチ４０Ａが設けられてい
る。また、前記蓄熱室３Ａと排気弁２０Ａとの間の配管
にはダイリューション弁２３Ａが分岐接続され、その反
分岐接続端は、手動又は自動の流量調節バルブ２４Ａを
介して大気開放されている（実際の制御上では、後述す
るように、蓄熱室３Ａからの排気が行われているときに
だけダイリューション弁２３Ａが開操作されるために、
当該蓄熱室３Ａの排気が前記手動又は自動の流量調節バ
ルブ２４Ａを介して大気開放されることはない）。な
お、前記排気弁２０Ａと排気流量又は圧力調整弁２１Ａ
との間に接続された排気ガス分析器４１Ａは、当該排気
内のＣＯ濃度等を分析検出するためのものである。

【００３０】そして、前記Ｍガス流量調整弁９ＡのＭガ
ス流量はＭガス流量指示調節計（ＦＩＣ）２７Ａによ
り、また前記空気流量調整弁１４Ａの空気流量は空気流
量指示調節計（ＦＩＣ）３０Ａによって夫々流量制御さ
れるが、両ＦＩＣ２７Ａ，３０Ａは互いに情報の授受を
可能とし、従って前記ＭガスＦＩＣ２７Ａは、前記Ｍガ
ス流量検出器２６Ａからの出力に応じたＭガス流量検出
値及び燃焼室内温度検出器３１Ａからの出力に応じた燃
焼室内温度検出値及び空気ＦＩＣ３０Ａからの制御情報
に応じて後述のようにＭガス流量調整弁９ＡのＭガス流
量制御を行い、一方、前記空気ＦＩＣ３０Ａは前記空気
流量検出器２９Ａからの出力に応じた空気流量検出値及
び前記ＭガスＦＩＣ２７Ａの制御情報に応じて後述のよ
うに空気流量調整弁１４Ａの空気流量制御を行う。

【００３１】また、前記排気流量又は圧力制御弁２１Ａ
の排気流量又は圧力は、前記燃焼室内圧力検出器３３Ａ
からの出力に応じた燃焼室内圧力検出値及び前記排気流
量又は圧力検出器３５Ａからの出力に応じた排気流量又
は圧力検出値を読込んだ排気流量又は圧力指示調節計
（Ｆ／ＰＩＣ）３４Ａによって後述のように流量又は圧
力制御される。

【００３２】なお、前記蓄熱室出側温度検出器３７Ａか
らの出力に応じて作動する温度スイッチ３９Ａの出力
は、図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、
後述する蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂの切替制御や、後述す
る不活性ガスであるＮ₂ ガスの前記Ｎ₂ 流量調整弁９Ａ
による投入流量制御等に使用される。また、前記排気フ
ァン２２の近傍に設けられた排気温度検出器３８Ａから
の出力に応じて作動する温度スイッチ４０Ａの出力も、
図示されないシステム全体の制御装置に取込まれ、排気
中に大気を取込む前記流量調節弁２４Ａ（自動制御の場
合のみ）の開度調整制御等に使用される。また、前記各
開閉弁，例えばＭガス弁８Ａ，空気弁１３Ａ，Ｎ₂ 弁１
７Ａ，排気弁２０Ａ，ダイリューション弁２３Ａ，Ｈ₂
弁７２等には、夫々の開閉端で作動する図示されないリ
ミットスイッチが設けられており、当該リミットスイッ
チの出力も、図示されないシステム全体の制御装置に取
込まれ、後述するシーケンス制御に用いられる。

【００３３】一方、他方の蓄熱式予熱器２Ｂ側に関して
も、前述の蓄熱式予熱器２Ａと同様に構成され、即ち、
メインバーナ５Ｂは、Ｍガス弁８ＢやＭガス流量調節弁
９Ｂ等を介して前記Ｍガス供給源に接続されると共に、
Ｍガスパージ用Ｎ₂ 遮断弁１１Ｂや前記Ｎ₂ 減圧弁１２
等を介して前記Ｎ₂ 供給源に接続される。また、パイロ
ットバーナ６Ｂは、前記パイロットバーナ用Ｍガス遮断
弁５４等を介して前記Ｍガス供給源に接続されると共
に、前記パイロットバーナ用Ｎ₂ 遮断弁５３や前記Ｎ₂
減圧弁１２等を介して前記Ｎ₂ 供給源に接続される。ま
た、燃焼室４Ｂは、空気弁１３Ｂや空気流量調整弁１４
Ｂ等を介して前記空気供給ファン１６に接続される。ま
た、前記蓄熱室３Ｂは、Ｎ₂ 弁１７Ｂや前記Ｎ₂ 流量調
整弁１９やＮ₂ 減圧弁１２等を介して前記Ｎ₂ 供給源に
接続されると共に、排気弁２０Ｂや排気流量／圧力調整
弁２１Ｂ等を介して前記排気ファン２２に接続され、こ
の排気系にはダイリューション弁２３Ｂや手動弁２４Ｂ
が分岐接続される。その他の詳細な構成についても、前
記一方の蓄熱式予熱器２Ａ側と同様であるため、同様の
構成要素には同一符号にサフィックスＢを附して、その
詳細な説明を省略する。

【００３４】次に、前記蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ及びそ
れらとタンディッシュ１の開口部１ｂ，１ｃとの間に介
装されたシール装置５０Ａ，５０Ｂについて、図２を用
いながら簡潔に説明する。この蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂ
やシール装置５０Ａ，５０Ｂは、同図に示したように挿
入管７Ａ，７Ｂの外周を囲って密封する機能を有してい
る。また、蓄熱室３Ｂ（３Ａ）内の符号３０１が前記蓄
熱体であり、ここでは蓄熱体３０１を球状に形成してい
る。この蓄熱体３０１は、前記した蓄熱室３Ｂ（３Ａ）
の配管接続部３０３の上方に斜めに配設された耐熱性網
部材３０２の上方に多数蓄積されており、蓄熱式予熱器
２Ｂ（２Ａ）が図示の状態にあるときは、これらの蓄熱
体３０１の上面は、その安息角に従って同図の二点鎖線
ａで示すような状態になる。しかしながら、本実施例の
蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）は、排滓時にタンディッシュ
１と共に同図の矢印方向に傾転されるために、前記球状
の蓄熱体３０１は自重で転がって同図の二点鎖線ｂで示
す安息角で安定する。このため、本実施例の蓄熱式予熱
器２Ｂ（２Ａ）の蓄熱室３Ｂ（３Ａ）には、同図のよう
な堰３０４，３０５が形成されている。ちなみに、この
蓄熱室３Ｂ（３Ａ）出側（図中ＴＣＡ（ＴＣＢ））の許
容上限温度は、主として前記耐熱性網部材３０２の耐熱
上限温度に依存する。

【００３５】一方、この蓄熱室３Ｂ（３Ａ）に隣接する
燃焼室４Ｂ（４Ａ）には、前述のようにメインバーナ５
Ｂ（５Ａ）のバーナ口が開口され、これに前記Ｍガスと
燃焼空気とが供給される。また、このメインバーナ５Ｂ
（５Ａ）のバーナ口には、パイロットバーナ６Ｂ（６
Ａ）のバーナ口が開口され、このパイロットバーナ６Ｂ
（６Ａ）に供給されるＭガス火炎を種火として、前記メ
インバーナ５Ｂ（５Ａ）を点火する。このうち、メイン
バーナ５Ｂ（５Ａ）の点火及び消火については、後段の
シーケンス図を用いて詳細に説明するが、ここではパイ
ロットバーナ６Ｂ（６Ａ）の点火手順について簡潔に説
明する。既知のように、この種のパイロットバーナ６Ｂ
（６Ａ）を点火する際には、その周囲が十分に爆発しな
い環境にあることが前提となる。より具体的には、蓄熱
室３Ｂ（３Ａ）や燃焼室４Ｂ（４Ａ）内は勿論、各配管
内まで非燃焼状態とするために、これらの内容積中に前
記不活性ガスであるＮ₂ ガスを充填（或いはＮ₂ ガスで
パージ）する必要がある。そこで、当該パイロットバー
ナ６Ｂ（６Ａ）を点火する前に、前記Ｍガス遮断弁５２
Ｂ（５２Ａ）及び放散弁５１Ｂ（５１Ａ）が閉じ且つＭ
ガス弁８Ｂ（８Ａ）を開にして、Ｍガスパージ用Ｎ₂ 遮
断弁１１Ｂ（１１Ａ）を開いてメインバーナ５Ｂ（５
Ａ）への配管内をＮ₂ でパージする。その後、前記パイ
ロットバーナ用Ｍガス遮断弁５４を閉じている状態でパ
イロットバーナ用Ｎ₂ 遮断弁５３を開いてパイロットバ
ーナ６Ｂ（６Ａ）への配管内をＮ₂ でパージする。勿
論、この間、前記Ｎ₂ 弁１７Ｂ（１７Ａ）及びダイリュ
ーション弁２３Ｂ（２３Ａ）を閉じた状態で排気弁２０
Ｂ（２０Ａ）を開いて、燃焼室４Ｂ（４Ａ）及び蓄熱室
３Ｂ（３Ａ）並びに排気管内をＮ₂ でパージする。この
ようにして、パイロットバーナ６Ｂ（６Ａ）の環境が全
てＮ₂ でパージされた後に、前記パイロットバーナ用Ｎ
₂ 遮断弁５３を閉じ且つパイロットバーナ用Ｍガス遮断
弁５４を開いて、パイロットバーナ６Ｂ（６Ａ）を点火
する。このようにすることにより、安全且つ確実にパイ
ロットバーナ６Ｂ（６Ａ）を点火することができる。

【００３６】さて、前記燃焼室４Ｂ（４Ａ）から下方に
延設された挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部は、前記タンデ
ィッシュ１の蓋１ａの開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿
入され、この開口部１ｃ（１ｂ）の周囲で且つ蓋１ａの
上面と前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の周囲で且つ燃焼室４Ｂ
（４Ａ）の下面との間に、前述したシール装置５０Ｂ
（５０Ａ）が設けられている。なお、図中の５０４は防
熱リングであり、蓄熱式予熱器２Ｂ（２Ａ）とタンディ
ッシュ１との不必要な熱の授受を抑制防止する。また、
前記挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部を開口部１ｃ（１ｂ）
の内部まで挿入していないと、万が一、前記シール装置
５０Ｂ（５０Ａ）による挿入管７Ｂ（７Ａ）とタンディ
ッシュ１の開口部１ｃ（１ｂ）との気密性（シール性）
が低下したとき、燃焼室４Ｂ（４Ａ）から加熱されたＮ
₂ をタンディッシュ１内部に吹き込む際に、その気体流
に沿って生じるエジェクター効果でＯ₂ 成分を含む大気
がタンディッシュ１内部に流れ込み、もってタンディッ
シュ１内部を無酸化状態に維持できなくなる虞れがあ
る。そこで、本実施例では挿入管７Ｂ（７Ａ）の先端部
を開口部１ｃ（１ｂ）の内部まで挿入することにより、
Ｎ₂ 気体流のエジェクター効果による大気の流れ込みを
抑制防止できるようにしている。

【００３７】次に、本実施例で実行されるタンディッシ
ュ無酸化保熱方法の概要について図３を用いながら簡潔
に説明する。このタンディッシュ無酸化保熱方法は、
今、仮にＡ系の蓄熱式予熱器Ａの蓄熱室内の蓄熱体が十
分に加熱されているとして、当該蓄熱式予熱器Ａの蓄熱
体に不活性ガスであるＮ₂ を供給しながら、他方Ｂ系の
蓄熱式予熱器Ｂの蓄熱室から排気を行う。このとき、蓄
熱式予熱器Ａの燃焼室ではメインバーナにはＭガスや燃
焼空気を供給しないでそれらを燃焼させずにおき、他方
の蓄熱式予熱器Ｂの燃焼室ではメインバーナにＭガス及
び燃焼空気を供給してそれらを燃焼させておく。する
と、蓄熱式予熱器Ａの前記蓄熱体の隙間を通過して十分
に昇熱されたＮ₂ がタンディッシュ（図ではＴ／Ｄ）に
投入され、他方の蓄熱式予熱器Ｂが強制排気しているた
めに、当該蓄熱式予熱器Ｂの燃焼室内に吸入（図ではリ
サイクル）され、このタンディッシュを通過する間に対
流熱伝達によって当該タンディッシュを加熱する。一
方、前記他方の蓄熱式予熱器ＢにリサイクルされたＮ₂
は、前記タンディッシュへの熱伝達によって熱エネルギ
ー，即ち温度が低下しているが、当該燃焼室でメインバ
ーナのＭガスが燃焼しているから、その燃焼排ガスの熱
エネルギーと自身（リサイクルＮ₂ ）の熱エネルギーと
で隣接する蓄熱室の蓄熱体を加熱し、蓄熱体を加熱した
後の当該燃焼排ガスとリサイクルＮ₂ ガスとの混合ガス
からなる排ガスは既に十分に温度が低下しているから、
これを排気する。

【００３８】ところが、前述のように加熱される蓄熱式
予熱器Ｂの蓄熱室の排気側（出側）にも許容上限温度が
あるから、当該蓄熱室出側の温度が許容上限温度に達す
るか或いはその前に、Ｎ₂ 及び排気の流れを逆転し、更
にＢ系の蓄熱式予熱器Ｂの燃焼室のメインバーナを消火
し、Ａ系の蓄熱式予熱器Ａの燃焼室のメインバーナに点
火する。従って、今度は十分に加熱されたＢ系の蓄熱式
予熱器Ｂの蓄熱体の隙間を通って十分に昇熱されたＮ₂
がタンディッシュ内を通って当該タンディッシュを熱伝
達によって加熱し、Ａ系の燃焼室の燃焼排ガスの熱エネ
ルギーと当該Ｎ ₂ の残留熱エネルギーとで当該蓄熱室内
の蓄熱体を加熱してから排気される。これを繰返すこと
により、燃焼排ガスや大気に含まれるＯ成分がタンディ
ッシュ内に流れ込むことはないから、当該タンディッシ
ュ内部を無酸化に近い状態で加熱して当該タンディッシ
ュの保熱時間を長じると共に、燃料として投入されるエ
ネルギーのほぼ１００％をタンディッシュへの投入Ｎ₂
の顕熱に転換してエネルギー効率を高くできる。以下
は、このような効果を如何様にして高めるかといった技
術である。また、二つの蓄熱式予熱器で交互にタンディ
ッシュの加熱と蓄熱体の加熱とを短い時間（２０〜１２
０秒）で繰返すために、各蓄熱式予熱器の蓄熱体全体の
熱容量が小さくてもよく、従って各蓄熱式予熱器を小型
化することができる。

【００３９】次いで、前記配管系の各バルブの制御を説
明する前に、前記図１の配管系で、前述のタンディッシ
ュ無酸化保熱方法に直接関与しないバルブの作用につい
て簡潔に説明する。前記パイロットバーナ用Ｍガス遮断
弁５４及びパイロットバーナ用Ｎ₂ 遮断弁５３は、共に
前記パイロットバーナ６Ａ，６Ｂを点火及び消火すると
きに使用される。また、前述のようにメインバーナ配管
内をＮ₂ でパージしてから前記Ｍガスパージ用Ｎ₂ 遮断
弁１１Ａ，１１Ｂは閉じ、前記Ｍガス弁８Ａ，８Ｂを閉
じた後に、パイロットバーナ６Ａ，６Ｂに点火する。ま
た、前記放散弁５１Ａ，５１Ｂは、各メインバーナ５
Ａ，５Ｂの消火停止時には前記Ｍガス弁８Ａ，８ＢやＭ
ガス遮断弁５２Ａ，５２Ｂが閉とされるが、各遮断弁は
リークの可能性があるため、仮に前記Ｍガス遮断弁５２
Ａ，５２Ｂでリークが発生しても、この放散弁５１Ａ，
５１Ｂで圧抜きをすることにより、Ｍガス弁８Ａ，８Ｂ
よりも下流側，つまり予熱器内にＭガスが流れ込まない
ようにするための安全弁としての機能を有する。また、
同様にパイロットバーナ６Ａ，６Ｂに点火したら、メイ
ンバーナ５Ａ，５ＢへのＭガス供給はＭガス弁８Ａ，８
Ｂで開閉制御され、前記Ｍガス遮断弁５２Ａ，５２Ｂは
常時開状態に維持される。また、前記ダイリューション
弁２３Ａ，２３Ｂの入側に配設された手動又は自動の流
量調節バルブ２４Ａ，２４Ｂは、本実施例の前記タンデ
ィッシュ無酸化予熱方法では、常時設定開度に維持され
る。

【００４０】次に、前記配管系の各バルブの制御ロジッ
クを図４のシーケンスチャートに従って説明する。ここ
では、既に前記二つの蓄熱式予熱器で交互にタンディッ
シュの加熱と蓄熱体の加熱とを繰返す状態を継続してい
るものとする。

【００４１】まず、時刻ｔ₀ で、前記Ｂ系の蓄熱式予熱
器２ＢからＮ₂ を投入し且つＡ系の蓄熱式予熱器２Ａか
らＮ₂ をリサイクルするモードに移行するものとして、
前記Ｂ系のＮ₂ 弁１７Ｂが閉状態から開動作される。そ
して、この時刻ｔ₀ から所定時間Ｔ１０１後にＡ系のＮ
₂ 弁１７Ａが開状態から閉動作される。このとき、重要
なのは、後述するように二つのＮ₂ 弁１７Ａ，１７Ｂが
同時に閉状態となってタンディッシュ１内が負圧になら
ないようにすることであり、従って前記時刻ｔ ₀ からＢ
系のＮ₂ 弁１７Ｂが開状態になるまでの所要時間Ｔ２０
０が、同じく時刻ｔ₀ からＡ系のＮ₂ 弁１７Ａが閉状態
になるまでの所要時間Ｔ１０２より短くなるように前記
所定時間Ｔ１０１を設定する必要がある。つまり、この
所要時間Ｔ１０２が、前記Ｎ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ₂ リサ
イクル」の切替所要時間になる。このタイマー処理の作
用について更に詳細に説明すれば、このようにＢ系のＮ
₂弁１７Ｂを閉から開とし、Ａ系のＮ₂ 弁を開から閉と
する動作において、基本的には当該Ｂ系のＮ₂ 弁１７Ｂ
の前記リミットスイッチからの開信号を確認してから、
前記Ａ系のＮ₂ 弁１７Ａに開指令を出力するロジックを
用いるのが順当であるが、下記１式及び２式から明らか
なようにこの切替所要時間を短縮することは燃焼時間率
を高めることになり、燃焼時間率を高めれば単位燃焼時
間当たりの燃焼量，即ちバーナ容量を低減できることに
なるから、予熱器を小型化且つ軽量化してコンパクトと
し、その設置費用や設置スペースの面から有利となるた
めに、前述のようなタイマー処理が必要とされるのであ
る。

【００４２】 燃焼時間率＝θ_B ／（θ_B ＋θ_C ） ……… (1) 但し、θ_C ：切替所要時間（Ｍガス弁の閉時間） θ_B ：燃焼時間（Ｍガス弁の開時間） 必要燃焼量／θ_B ＝単位燃焼時間当たりの燃焼量 ……… (2) また、この間、Ａ系の排気弁２０Ａ，ダイリューション
弁２３Ａ，空気弁１３Ａ，Ｍガス弁８Ａは閉状態、同じ
くＡ系の排気流量又は圧力調整弁２１Ａは所定開度に設
定されている。また、Ｈ₂ 弁７２は閉状態，Ｎ₂ 流量調
整弁１９は、後述するタンディッシュ内正圧保持制御に
応じた所定開度に設定されている。ここで、前記切替時
にＨ₂ 弁７２を閉じるのは、この切替時に何らかのトラ
ブルが発生してＮ₂ 流量を確保できなくなり、投入Ｎ₂
中のＨ₂ 濃度が異常に上昇してしまうような場合を想定
し、これを回避して安全性を確保するためである。従っ
て、投入されるＮ₂ 中のＨ₂ 濃度に上限値を設定し、こ
れを越えた場合にＨ₂ 弁が閉じるようなロジックを採用
すれば、当該Ｈ₂ 弁は基本的に常時開とすることも可能
である。なお、前記Ｎ₂ 流量調整弁１９の設定状態は可
変であり、その制御内容は後段に詳述する。一方、Ｂ系
の排気弁２０Ｂ，ダイリューション弁２３Ｂ，空気弁１
３Ｂ，Ｍガス弁８Ｂは何れも閉状態であり、同じくＢ系
の排気流量又は圧力調整弁２１Ｂは所定開度に設定され
ている。

【００４３】次に、前記Ａ系のＮ₂ 弁１７Ａが閉状態と
なるタイミングに合わせて、ダイリューション弁２３Ａ
とＨ₂ 弁７２を開動作させ、その後、所定時間Ｔ１０３
後に排気弁２０Ａを開動作させる。ここでは、排気弁２
０Ａよりもダイリューション弁２３Ａを先に開けること
により、当該排気弁２０Ａの開動作によって生じる圧力
波を緩和することができる。そして、前記Ａ系の排気弁
２０Ａが開状態となってから所定時間Ｔ１０４後に同じ
くＡ系の空気弁１３Ａを開動作させ、当該空気弁１３Ａ
が開状態となってから所定時間Ｔ１０５後に、燃焼空気
量確保のために前回空気比制御終了時の空気量と同等と
なるようにＡ系の空気流量調整弁１４Ａによる燃焼空気
流量の制御を開始する。その後、所定時間Ｔ１０６後に
排気流量又は圧力調整弁２１Ａによる排気流量又は圧力
制御を開始し（その制御内容は後段に詳述する）、その
後、所定時間Ｔ１０７後に同じくＡ系のＭガス弁８Ａを
開動作させてＡ系のメインバーナ５Ａの燃焼を実際に開
始させる。このＡ系のＭガス弁８Ａが開状態となってか
ら、更に所定時間Ｔ１０８後に前記Ｍガス流量調整弁９
ＡによるＭガス流量制御を開始すると同時に前記Ａ系の
空気流量調整弁１４Ａによる空気の流量制御を、単なる
流量制御からＭガス空気比制御に変更設定する。また、
前記Ｍガス流量制御と同時に前記Ｎ₂ 流量調整弁１９Ａ
を所定開度だけ閉動作させ（その制御内容は後段に詳述
する）、それから所定時間Ｔ１０９後に、前記Ｎ₂ 流量
調整弁１９によるＮ₂ 流量制御を開始する。ちなみに、
本実施例のＭガス弁８Ａ，８Ｂは共に、その他のバルブ
よりゆっくりと開かれるように設定してある。これは、
当該Ｍガス弁８Ａ，８Ｂが短時間で開いた直後に、設定
値よりも多くのＭガスがメインバーナ５Ａ，５Ｂに流入
されて、不完全燃焼が発生するのを防止するためであ
る。

【００４４】この燃焼状態を継続する間、前述のように
Ｂ系の蓄熱式予熱器２Ｂから昇熱されたＮ₂ がタンディ
ッシュ内に投入され、前記Ａ系の蓄熱式予熱器２Ａにリ
サイクルされたＮ₂ は、燃焼排ガスの熱エネルギーと共
に当該蓄熱式予熱器２Ａの蓄熱室３Ａの蓄熱体３０１を
加熱し、前記排気弁２０Ａ及び排気流量又は圧力調整弁
２１Ａを通って排気される。そして、実際には、前記Ａ
系の蓄熱室出側温度検出器３７Ａ及び温度スイッチ（Ｔ
Ｓ）３９Ａで検出される蓄熱室出側温度でフィードバッ
ク制御される。ここで、安定燃焼時間は、Ｍガスと空気
の制御が共に行われている時間Ｔ１０９と時間Ｔ１１０
との和で表される。この所定時間Ｔ１１０経過後、切替
動作のため、まず前記Ａ系の空気流量調整弁１４Ａによ
るＭガス空気比制御を停止してその開度を所定開度に固
定し、その後、所定時間Ｔ１１１後に同じくＡ系の排気
流量又は圧力制御弁２１Ａによる排気流量又は圧力制御
と同じくＡ系のＭガス流量調整弁９ＡによるＭガス流量
制御とを停止する。また、これと同時に、所定時間Ｔ１
１２後に前記Ｎ₂ 流量調整弁１９によるＮ₂ 流量制御を
停止してその開度を所定開度だけ開動作させる。その
後、所定時間Ｔ１１３後に、前記Ａ系のＭガス弁８Ａを
閉動作させ、当該Ｍガス弁８Ａが閉状態となってから所
定時間Ｔ１１４後に同じくＡ系の空気弁１３Ａを閉動作
させる。

【００４５】次に、前記Ａ系の空気弁１３Ａが閉状態に
移行してから、後述する最適化された排ガスパージ時間
から求めた所定時間Ｔ１１５後に同じくＡ系のダイリュ
ーション弁２３Ａと排気弁２０Ａとを同時に閉動作させ
る。そして、前記Ａ系の排気弁２０Ａの閉動作に同期し
てＨ₂ 弁７２も閉動作させる。この一連のＮ₂ 投入／
「燃焼＋Ｎ₂ リサイクル」の切替シーケンスの中で、前
記Ａ系の排気流量又は圧力調整弁２１Ａの開度及びＮ₂
弁１９の開度を適切に設定することにより、前記Ｍガス
と空気との燃焼排ガスがタンディッシュ１内に流入する
ことはなく、また燃焼ガスであるＭガスが排ガス内に直
接流入することもなくなる。

【００４６】一方、前記Ａ系の排気弁２０Ａが閉状態と
なってから所定時間Ｔ１１６後に、同じくＡ系のＮ₂ 弁
１７Ａを開動作させ、それから所定時間Ｔ２０１後にＢ
系のＮ₂ 弁１７Ｂを閉動作させる。このときも、前述と
同様に、Ａ系のＮ₂ 弁１７Ａが開状態になるまでの所要
時間Ｔ１００が、当該Ａ系のＮ₂ 弁１７Ａが開動作を開
始してからＢ系のＮ₂ 弁１７Ｂが閉状態になるまでの所
要時間Ｔ２０２より短くなるように前記所定時間Ｔ２０
１を設定する必要がある。

【００４７】次に、前記Ｂ系のＮ₂ 弁１７Ｂが閉状態と
なるタイミングに合わせて、前述と同様にダイリューシ
ョン弁２３ＢとＨ₂ 弁７２を開動作させ、その後、所定
時間Ｔ２０３後に排気弁２０Ｂを開動作させる。そし
て、前記Ｂ系の排気弁２０Ｂが開状態となってから所定
時間Ｔ２０４後に同じくＢ系の空気弁１３Ｂを開動作さ
せ、当該空気弁１３Ｂが開状態となってから所定時間Ｔ
２０５後に、前述と同様にＢ系の空気流量調整弁１４Ｂ
による燃焼空気流量の制御を開始する。その後、所定時
間Ｔ２０６後に前述と同様に排気流量又は圧力調整弁２
１Ｂによる排気流量又は圧力制御を開始し、その後、所
定時間Ｔ２０７後に同じくＢ系のＭガス弁８Ｂを開動作
させてＢ系のメインバーナ５Ｂの燃焼を実際に開始さ
せ、このＢ系のＭガス弁８Ｂが開状態となってから、更
に所定時間Ｔ２０８後に前記Ｍガス流量調整弁９Ｂによ
るＭガス流量制御を開始すると同時に前記Ｂ系の空気流
量調整弁１４Ｂによる空気の流量制御を、単なる流量制
御からＭガス空気比制御に変更設定する。また、前記Ｍ
ガス流量制御と同時に前記Ｎ₂ 流量調整弁１９Ｂを所定
開度だけ閉動作させ、それから所定時間Ｔ２０９後に、
前記Ｎ₂ 流量調整弁１９によるＮ₂ 流量制御を開始す
る。

【００４８】この燃焼状態を継続する間、前述のように
Ａ系の蓄熱式予熱器２Ａから昇熱されたＮ₂ がタンディ
ッシュ内に投入され、前記Ｂ系の蓄熱式予熱器２Ｂにリ
サイクルされたＮ₂ は、燃焼排ガスの熱エネルギーと共
に当該蓄熱式予熱器２Ｂの蓄熱室３Ｂの蓄熱体３０１を
加熱し、前記排気弁２０Ａ及び排気流量又は圧力調整弁
２１Ａを通って排気される。そして、前述と同様に、そ
の安定燃焼時間Ｔ２１０経過後、前記Ｂ系の空気流量調
整弁１４ＢによるＭガス空気比制御を停止してその開度
を所定開度に固定し、その後、所定時間Ｔ２１１後に同
じくＢ系の排気流量又は圧力制御弁２１Ｂによる排気流
量又は圧力制御と同じくＢ系のＭガス流量調整弁９Ｂに
よるＭガス流量制御とを停止する。また、これと同時
に、所定時間Ｔ２１２後に前記Ｎ₂ 流量調整弁１９によ
るＮ₂ 流量制御を停止してその開度を所定開度だけ開動
作させる。その後、所定時間Ｔ２１３後に、前記Ｂ系の
Ｍガス弁８Ｂを閉動作させ、当該Ｍガス弁８Ｂが閉状態
となってから所定時間Ｔ１１４後に同じくＢ系の空気弁
１３Ｂを閉動作させ、更にそれから、最適化された排ガ
スパージ時間から求めた所定時間Ｔ２１５後に同じくＢ
系のダイリューション弁２３Ｂと排気弁２０Ｂとを同時
に閉動作させ、当該排気弁２０Ｂの閉動作に同期してＨ
₂ 弁７２も閉動作させる。この一連のＮ₂ 投入／「燃焼
＋Ｎ₂ リサイクル」の切替シーケンスの中でも、前記Ｂ
系の排気流量又は圧力調整弁２１Ｂの開度及びＮ₂ 弁１
９の開度を適切に設定することにより、前記Ｍガスと空
気との燃焼排ガスがタンディッシュ１内に流入すること
はなく、また燃焼ガスであるＭガスが排ガス内に直接流
入することもなくなる。

【００４９】なお、前記各蓄熱式予熱器２Ａ，２Ｂのメ
インバーナ５Ａ，５Ｂの燃焼を夫々一時停止する場合
に、前記空気流量調整弁１４Ａ，１４Ｂによる空気流量
制御の停止を先行するのは、空気流量がＭガス流量のカ
スケード制御になっているためであり、その燃焼を再開
する場合の順序は空気流量と排ガス流量の制御を安定化
した後に安全に燃焼を開始するためである。また、前記
定常状態におけるＮ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ₂ リサイクル」
の切替は、所謂タイマーによる設定時間経過時である
が、それ以外にも非定常にこの切替指令が出力されるパ
ターンは、（１）排ガス温度が上限値を越えたときに排
ガスファンを保護し且つ熱効率を維持する場合、（２）
蓄熱室出側温度が上限値を越えたときに装置そのものを
保護する場合、（３）燃焼室温度が上限値を越えたとき
に装置そのものを保護する場合、の３パターンがあり、
このうち（１）の切替パターンはダイリューションによ
って排ガス温度を低下させているために異常と見なされ
ないが、（２）及び（３）の切替パターンは異常時にお
けるインターロックの作用をなす。

【００５０】次に、前記ロジックにおける燃焼排ガスパ
ージ時間の設定や各気体の流量／圧力制御手法等につい
て説明する。まず、前記各蓄熱式予熱器の燃焼室での燃
焼を終了し、Ｎ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ ₂ リサイクル」のモ
ードを切替えるときに、次にＮ₂ を投入する側の蓄熱式
予熱器やその配管系に燃焼排ガスが残存していたので
は、当該Ｎ₂ と共に燃焼排ガスもタンディッシュ内に投
入されてしまう。この燃焼排ガス内にはＣＯ₂ やＨ₂ Ｏ
等の酸化性ガス成分が多分に含有されているから、これ
が残鋼と結合し、更に次の鋳造開始時には前述のように
Ａｌ₂ Ｏ₃ を形成してしまう。従って、この燃焼排ガス
を十分にパージしてからＮ₂ の投入を開始する必要があ
る。ところが、前記各蓄熱式予熱器の燃焼室での燃焼を
終了したとき、当該燃焼室及び蓄熱室及び排気配管内に
は未だ燃焼排ガスが充満しており、各部位での排ガス温
度は大きく異なっている。また、各部位における温度
は、燃焼排ガス流量・投入Ｎ₂ 流量・リサイクルＮ₂ 流
量に左右されるため、実際の運転パターンで必要な燃焼
排ガスパージ時間を設定する必要がある。ここでは、下
記３式に従って前記燃焼排ガスパージ時間ｔを設定し
た。

【００５１】 ｔ＝ｔ_F ＋ｔ_R ＋ｔ_W ……… (3) 但し、 ｔ_F ＝Ｖ_F ／（Ｖ_G ×（２７３＋Ｔ_F ）／２７３）×α₁ ｔ_R ＝Ｖ_R ／（Ｖ_G ×（２７３＋Ｔ_R ）／２７３）×α₂ ｔ_W ＝Ｖ_W ／（Ｖ_G ×（２７３＋Ｔ_W ）／２７３）×α₃ であり、 Ｖ_G （Ｎｍ³ ／sec.） ：排ガス流量 Ｔ_F （℃）・Ｖ_F （ｍ³ ）：燃焼室温度・体積 Ｔ_R （℃）・Ｖ_R （ｍ³ ）：蓄熱室温度・体積 Ｔ_W （℃）・Ｖ_W （ｍ³ ）：配管内温度・体積 α₁ 〜α₃ ：定数 である。

【００５２】ここで、燃焼室体積Ｖ_F ，蓄熱室体積
Ｖ_R ，配管内体積Ｖ_W は既知であり、前記ロジックにお
いて前記蓄熱室内許容温度からＮ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ₂
リサイクル」モードを切替える際の燃焼室温度Ｔ_F ，蓄
熱室温度Ｔ_R ，配管内温度Ｔ_W はほぼ安定しているか
ら、これを実験等によってサンプリングすると、排ガス
流量Ｖ_G をパラメータとし且つ当該排ガス流量Ｖ_G の増
加と共にリニアに減少する燃焼排ガスパージ時間ｔが算
出される。従って、想定される実際の排ガス流量Ｖ_Gか
ら燃焼排ガスパージ時間ｔを最適化することができる。

【００５３】次に、前記ロジックにおける通常燃焼時，
即ち前記安定燃焼時間Ｔ１１０，Ｔ２１０と制御終了ま
での所定時間Ｔ１１１，Ｔ２１１との和で表される制御
時間において、Ｎ₂ 流量調整弁１９の開度制御に関する
Ｎ₂ の投入流量とリサイクル流量との設定手法について
説明する。実際のＮ₂ の投入流量は、後述する排ガス流
量等にも鑑みて精緻に設定される必要があるが、ここで
は熱エネルギーの授受からのみ考察する。

【００５４】まず、図５は前記配管系のうち排気に係る
蓄熱式予熱器周辺を抜粋したものであるが、同図におい
て、前記燃焼室内温度検出器３１Ａ，３１Ｂで検出され
る燃焼室内温度をＴ₁ 、前記蓄熱室出側温度検出器３７
Ａ，３７Ｂで検出される蓄熱室出側温度をＴ₂ としたと
き、この蓄熱式予熱器の燃焼時に蓄熱体に蓄えられる熱
エネルギーとして、当該蓄熱体の単位時間当たりの受熱
量Ｑ_G は下記４式で表わされる。

【００５５】 Ｑ_G ＝（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）×Ｃ_PG×（Ｔ₁ −Ｔ₂ ） ……… (4) 但し、 Ｃ_PG：燃焼排ガスとリサイクルＮ₂ ガスとの混合ガス
（排ガス）の比熱 Ｖ₁ ：燃焼排ガスの流量 Ｖ₂ ：リサイクルＮ₂ の流量 である。

【００５６】また、同図において蓄熱室から外部への単
位時間当たりの放散熱量はＱ₁ であるから、実質の蓄熱
体の単位時間当たりの蓄熱量Ｑ' _G は下記５式で表れ
る。 Ｑ' _G ＝（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）×Ｃ_PG×（Ｔ₁ −Ｔ₂ ）−Ｑ₁ ……… (5) さて、不活性ガスである前記Ｎ₂ 投入時の投入流量を設
定する際、前述のように蓄熱体に蓄えられた熱量をＮ₂
と全量、熱交換しなければ、例えば前記蓄熱体３０１の
下方の耐熱性網部材３０２等、蓄熱体の下部温度が上昇
して、装置構造の耐熱上の問題が生じる。一方、Ｎ₂ 量
を必要以上投入することは、当該投入Ｎ ₂ ガス温度の低
下を招き、加熱目的としてのガス供給に支障をきたす，
つまり加熱物が加熱されないという問題が発生する。以
上より、熱交換上で投入Ｎ₂ の温度Ｔ_N は前記燃焼室内
温度Ｔ₁ 以下となるから、熱交換前のＮ₂ 温度をＴ_N0と
すると、最も有効な投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N は下記６式を満足
すればよく、従って前記３式を用いて整理すると下記７
式のようになる。ここで、燃焼排ガス流量Ｖ₁ は燃焼室
の温度によって制御されるため、下記７式はリサイクル
Ｎ₂ 流量Ｖ₂ と投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N の設定値を決める際の
制約条件になる。

【００５７】 Ｑ' _G ＝Ｖ_N ×Ｃ_PN×（Ｔ₁ −Ｔ_N0） ……… (6) ∴Ｖ_N ＝（Ｖ_G ×Ｃ_PG×（Ｔ₁ −Ｔ₂ ）−Ｑ₁ ）／（Ｃ_PN×（Ｔ₁ −Ｔ_N0)) ……… (7) 但し、 Ｃ_PN：Ｎ₂ の比熱 である。

【００５８】次に、前記ロジックにおける通常燃焼時間
における排ガス流量調整弁２１Ａ，２１Ｂの開度制御に
関する排ガス流量設定手法について説明する。まず、図
６も前記配管系のうち排気に係る蓄熱式予熱器周辺を抜
粋したものであるが、同図において、前記燃焼室内圧力
検出器３１Ａ，３１Ｂで検出される燃焼室内圧力を
Ｐ₁ ，前記排気流量／圧力検出器３５Ａ，３５Ｂで検出
される排気圧力（同図では配管内圧力）をＰ₃ ，前記ダ
イリューション弁２３Ａ，２３Ｂから希釈ガスとして用
いられる空気の供給圧（即ち，大気圧）をＰ₀ とし、更
に図示されないタンディッシュ内圧力検出器等で検出さ
れるタンディッシュ内圧力（同図では炉内又はＴ／Ｄ内
圧力）をＰ₂ としたとき、排ガス流量Ｖは、燃焼排ガス
流量Ｖ₁ とリサイクルＮ₂ 流量Ｖ₂ と希釈ガス（ダイリ
ューション）流量Ｖ₃との総和，つまりＶ＝Ｖ₁ ＋Ｖ₂
＋Ｖ₃ となり、このうち、燃焼排ガス流量Ｖ₁は下記８
式で表わされる。

【００５９】 Ｖ₁ ＝Ｖｍ（Ｇ₀ ＋（ｍ−１）Ａ₀ ） ……… (8) 但し、 Ｖｍ：総燃料ガス流量 Ｇ₀ ：理論燃焼ガス量 Ａ₀ ：理論空気量 ｍ ：空気比 である。

【００６０】また、前記希釈ガス（ダイリューション）
流量Ｖ₃ は希釈ガス供給圧（大気圧）Ｐ₀ と排気圧力
（配管内圧力）Ｐ₃ との差圧（Ｐ₀ −Ｐ₃ ）で決定する
から、例えば図７に示すように予め希釈ガス供給圧（＝
大気圧）Ｐ₀ 及び排気圧力（配管内圧力）Ｐ₃ の差圧
（Ｐ₀ −Ｐ₃ ）と希釈ガス（ダイリューション）流量Ｖ
₃との関係を調査しておき、前記検出されたそのときの
希釈ガス供給圧（大気圧）Ｐ₀ 及び排気圧力（配管内圧
力）Ｐ₃ の差圧（Ｐ₀ −Ｐ₃ ）から前記希釈ガス（ダイ
リューション）流量Ｖ₃ を得ることができる。

【００６１】一方、前述したようにリサイクルＮ₂ 流量
Ｖ₂ と投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N との関係は前記７式によって決
定されるから、この投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N を決めるとリサイ
クルＮ₂ 流量Ｖ₂ は求まる。ここで、投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N
はタンディッシュの加熱に必要な熱量から決まるから、
例えば下記９式及び１０式で表される熱バランス式から
下記１１式を導出して当該投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N を設定する
ことができる。

【００６２】 Ｑ_TD＝Ａ_TD×α×（Ｔ_GOUT−Ｔ_TD） ……… (9) 但し、 Ｑ_TD ：タンディッシュの受熱量 Ａ_TD ：タンディッシュの内表面積 α ：タンディッシュ内表面と投入Ｎ₂ 間の熱伝達係
数 Ｔ_GOUT：投入Ｎ₂ がタンディッシュから出るときの温度 Ｔ_TD ：タンディッシュ内表面温度 Ｑ_G ＝Ｖ_N ×Ｃ_P ×（Ｔ_GIN −Ｔ_GOUT） ………(10) 但し、 Ｑ_G ：投入Ｎ2 がタンディッシュに放出した熱量 Ｃ_P ：投入Ｎ2 の平均比熱 Ｔ_GIN ：投入Ｎ2 の温度 ここで、Ｑ_TD＝Ｑ_G であることから、 Ｖ_N ＝Ａ_TD×α×（Ｔ_GOUT−Ｔ_TD）／（Ｃ_P ×（Ｔ_GIN −Ｔ_GOUT）） ………(11) このようにして得られた各流量Ｖ₁ 〜Ｖ₃ の総和から排
ガス流量Ｖを設定し、この排ガス流量Ｖが達成されるよ
うに前記制御時間の排ガス流量又は圧力調整弁２１Ａ，
２１Ｂの開度を制御すればよい。

【００６３】なお、前記リサイクルＮ₂ 流量Ｖ₂ は以下
のようにして設定することもできる。即ち、前述のよう
にタンディッシュ内圧力Ｐ₂ を検出することができれ
ば、このタンディッシュ内からのリサイクルＮ₂ 量を確
保するための必要十分条件は、タンディッシュ内圧力Ｐ
₂ と燃焼室内圧力Ｐ₁ との差圧（Ｐ₂ −Ｐ₁ ）が正値で
あることになる。ここで、タンディッシュ内圧力Ｐ₂ 及
び燃焼室内圧力Ｐ₁ の差圧（Ｐ₂ −Ｐ₁ ）とリサイクル
Ｎ₂ 流量Ｖ₂ とは、同等の温度及び圧力下で、一意の関
係にあり、従って例えば図８に示すように予め当該タン
ディッシュ内圧力Ｐ₂ 及び燃焼室内圧力Ｐ₁ の差圧（Ｐ
₂ −Ｐ₁ ）とリサイクルＮ₂ 流量Ｖ₂ との関係を調査し
ておき、前記検出されたタンディッシュ内圧力Ｐ₂ 及び
燃焼室内圧力Ｐ₁ の差圧（Ｐ₂ −Ｐ₁ ）を満足するよう
に当該燃焼室内圧力Ｐ₁ を制御するために前記リサイク
ルＮ₂ 流量Ｖ₂ を設定するようにしてもよく、これに応
じて前記前記排ガス流量Ｖを設定すると共に前記前記制
御時間の排ガス流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの開
度を制御すればよい。

【００６４】このような各気体の流量制御を行うこと
で、少なくとも定常的なＮ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ₂ リサイ
クル」モードにおけるタンディッシュ内圧力を正圧に保
持することが可能となろう。しかしながら、Ｎ₂ 投入／
「燃焼＋Ｎ₂ リサイクル」モードの切替え時には、当該
タンディッシュ内圧力を正圧に保持することができなく
なる可能性がある。即ち、例えば前記図４のシーケンス
チャートにおけるＭガス弁８Ａの閉からＭガス弁８Ｂの
開までの切替え所要時間では、燃焼排ガス流量Ｖ ₁ は理
論的に“０”であり、従って著しい場合には前記リサイ
クルＮ₂ 流量Ｖ₂＝（排ガス流量Ｖ−ダイリューション
流量Ｖ₃ ）になってしまう虞れがあり、そのような場合
に前記投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N や排ガス流量Ｖを前記Ｎ₂ 投入
／「燃焼＋Ｎ₂ リサイクル」モードの定常時と同様に設
定していたのでは、タンディッシュ内圧力が負圧となっ
て、燃焼排ガスや大気をタンディッシュ内に吸引してし
まう。

【００６５】そこで、このようなＮ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ
₂ リサイクル」モードの切替え時には、前述のようにＮ
₂ 流量調整弁１９の開度を開いて投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N を増
加させたり、排気流量又は圧力調整弁２１Ａ，２１Ｂの
開度を閉じて排ガス流量Ｖを減少させたりすることで、
タンディッシュ内圧力を正圧に保持する。より具体的
に、例えば投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N を増加させる際の増加投入
Ｎ₂ 流量ΔＶ_N の設定手法について説明すると、例えば
Ｎ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ₂ リサイクル」のモード切替え時
に燃焼ガス流量Ｖ₁ が“０”となるため、当該切替え時
におけるリサイクルＮ₂ 流量Ｖ_2Cは、定常時のリサイク
ルＮ₂ 流量Ｖ_2Sに対して下記１２式で表される。

【００６６】 Ｖ_2C＝Ｖ₁ ＋Ｖ_2S ………(12) 一方、タンディッシュ内の圧力はタンディッシュ開口部
（排滓口、ノズル口等）からの放散Ｎ₂ 流量Ｖ_W に依存
する（Ｖ_W が多いほどタンディッシュ内の圧力は高くで
きる）。従ってこの放散Ｎ₂ 流量Ｖ_W は下記１３式で表
される。

【００６７】 Ｖ_W ＝Ｖ_N −Ｖ_2S ………(13) 従って、この放散Ｎ₂ 流量Ｖ_W を切替え時に一定にする
ためには、前記１２式及び１３式を等号で結んで、整理
すれば明らかなように、基本的には燃焼ガス流量Ｖ₁ 分
だけ投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N を増加すればよい。実際には、定
常運転時のリサイクルＮ₂ 流量Ｖ_2Sはタンディッシュ内
圧が余裕をもって正圧になるように、限界値よりも小さ
い値が設定される。従って、定常運転時に設定可能なリ
サイクルＮ₂ 流量の上限値を「Ｖ_2S上限」とし、両者の
関係を予め調査しておけば、増加リサイクルＮ₂ 流量Δ
Ｖ₂ を用いて下記１４式が成立する。

【００６８】 Ｖ_2S上限＝Ｖ_2S＋ΔＶ₂ ………(14) 但し、ΔＶ₂ ＞０ また、タンディッシュ内圧を正圧とするために最低限必
要な放散Ｎ₂ 流量の下限値「Ｖ_W 下限」は下記１５式で
表される。

【００６９】 Ｖ_W 下限＝Ｖ_N −Ｖ_2S上限 ………(15) 従って、前記１４式及び１５式から下記１６式を得、こ
の１６式と前記１２式とから下記１７式を得る。

【００７０】 Ｖ_W 下限＝Ｖ_N −（Ｖ_2S＋ΔＶ₂ ） ………(16) Ｖ_W 下限＝Ｖ_N −（Ｖ_2C−Ｖ₁ ）−ΔＶ₂ ＝Ｖ_N −Ｖ_2C＋Ｖ₁ −ΔＶ₂ ………(17) 従って、この１７式から、タンディッシュの内圧を正圧
にするためには、少なくとも「Ｖ₁ −ΔＶ₂ 」だけ投入
Ｎ₂ 流量Ｖ_N を増加してやればよいから、この関係は下
記１８式を満足するように増加投入Ｎ₂ 流量ΔＶ_N を設
定してやればよい。

【００７１】 ΔＶ_N ≧Ｖ₁ −ΔＶ₂ ＝Ｖ₁ −（Ｖ_2S上限−Ｖ_2S） ………(18) なお、この切替え時に排ガス流量を減少した場合には、
前記増加投入Ｎ₂ 流量ΔＶ_N を更に小さくすることがで
きる。このことは、排ガス流量の減少分をＶ₁減少分と
考えれば明らかである。

【００７２】本実施例では、投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N の増加と
排ガス流量Ｖの減少とが上記の条件を同時に満足するよ
うにバランス良く同時に行われることで、前記タンディ
ッシュ内圧力Ｐ₂ が確実に正圧保持されるように設定し
ている。勿論、当該タンディッシュ内圧力Ｐ₂ を前述の
ように検出可能な場合には、前記投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N の増
加量や排ガス流量Ｖの減少量を変更設定することが可能
となる。

【００７３】前述のような制御内容を組合わせて実施す
ることで、タンディッシュ内への燃焼排ガスや大気の吸
引を抑制防止することができるから、残鋼の更なる酸化
は確実に抑制防止することができる。ところで、本実施
例では、更に前記タンディッシュ内を還元雰囲気にする
ことによって、残鋼酸化を殆ど皆無にしようとする。

【００７４】ここで、例えばタンディッシュ内を還元雰
囲気にするための還元性ガスにＨ₂を用いたときに、当
該Ｈ₂ が酸化鉄Ｆｅ₃ Ｏ₄ やＦｅＯのＯ成分と結合して
鉄を還元したり、或いはＨ₂ ＯのＯ成分が鉄を酸化して
酸化鉄Ｆｅ₃ Ｏ₄ やＦｅＯになったりする状態を、Ｈ₂
濃度及びＨ₂ Ｏ濃度と温度とに依存する酸化還元平衡曲
線として図９に示す。

【００７５】この酸化還元平衡曲線をＨ₂ ／Ｈ₂ Ｏ濃度
比に置換し、温度に依存する鉄の酸化還元平衡曲線とし
て図１０に示す。また、同図には、同じく還元雰囲気を
達成可能な還元性ガスとしてＣＯを用いた場合に、この
ＣＯ／ＣＯ₂ 濃度比の温度に依存する鉄の酸化還元平衡
曲線も合わせて示す。この場合、タンディッシュの保熱
目標温度は凡そ１０００℃以上であるから、このような
高温の前記Ｎ₂ 雰囲気では、同図から、鉄を還元可能な
Ｈ₂ ／Ｈ₂ Ｏ濃度非は約１．５程度であることが分か
る。従って、還元性ガスとしてＨ₂ を用いる方がＨ₂ の
投入量が少量でもよいことから、後述するように投入さ
れる還元性ガス濃度を爆発限界（可燃限界）濃度以下に
抑制する上で有利であることが伺われる。

【００７６】ここで、既知のように空気中にリークした
場合におけるＨ₂ の可燃限界は４％程度以下であること
から、当該Ｈ₂ の添加条件について考察する。今、タン
ディッシュ内の平均Ｏ₂ 濃度をＣ_O ，タンディッシュ内
への前記投入Ｎ₂ 流量をＶ_N ，同じくタンディッシュ内
への添加Ｈ₂ 流量をＶ_H としたとき、タンディッシュ内
へ侵入したＯ₂ と反応するＨ₂ 量（＝生成するＨ₂ Ｏ
量）Ｖ_{H2 0} は下記１９式で与えられる。

【００７７】 Ｖ_H20 ＝２×Ｖ_N ×Ｃ_O ………(19) 従って、タンディッシュ内に点火されたＨ₂ のうち、Ｏ
と反応しないＨ₂ 量Ｖ _Hrは下記２０式で与えられる。

【００７８】 Ｖ_Hr＝Ｖ_H −Ｖ_H20 ＝Ｖ_H −２×Ｖ_N ×Ｃ_O ………(20) 従って、ここで生成されるＨ₂ Ｏ量Ｖ_H2O に対する実際
の投入Ｈ₂ 量Ｖ_Hrの濃度比Ｈ₂ ／Ｈ₂ Ｏは下記２１式の
左辺で表されることから、これが前記所定濃度比１．５
以上となればよいことになり、これを解いて得られる必
要な平均Ｏ₂ 濃度Ｃ_O ，投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N ，添加Ｈ₂ 流
量Ｖ_H の関係が２２式となる。

【００７９】 （Ｖ_H −２×Ｖ_N ×Ｃ_O ）／（２×Ｖ_N ×Ｃ_O ）≧１．５ ………(21) ∴Ｖ_H ≧５×Ｖ_N ×Ｃ_O ………(22) 一方、前記投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N における添加Ｈ₂ 流量Ｖ_H
の可燃限界範囲は下記２３式で表れるから、これを解い
て得られる投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N ，添加Ｈ₂ 流量Ｖ _H の関係
が２４式となる。

【００８０】 Ｖ_H ／（Ｖ_N ＋Ｖ_H ）≦０．０４ ………(23) ∴Ｖ_H ≦Ｖ_N ／２４ ………(24) この２４式の関係を図１１にＨ₂ 可燃下限曲線として実
線で示し、更にこのＨ ₂ 可燃下限曲線の上下に、前記２
２式で与えられる平均Ｏ₂ 濃度Ｃ_O をパラメータとした
Ｎ₂ 投入量−Ｈ₂ 添加量の関係を二点鎖線で示す。これ
より、前記Ｈ₂可燃下限曲線より上方が、本実施例のＮ
₂ 雰囲気Ｈ₂ ガス（図ではＨＮガス）の可燃範囲になる
ため、このＨ₂ 可燃下限曲線より上方になるような平均
Ｏ₂ 濃度≧０．７％では安全上の問題が発生する。更
に、前述のようにして設定された投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N 下
で、タンディッシュ内への燃焼排ガスや大気の吸引がな
く、かつ効率よく酸化鉄の還元が促進されれば、前記Ｈ
₂ 添加は極めて微量でよく、例えば本実施例のＮ₂ 投入
量１０００Ｎｍ³ ／Ｈにおいて、添加Ｈ₂ の流量Ｖ_H は
わずか１０Ｎｍ³ ／Ｈ程度でよいことが判明している。

【００８１】さて、このようにして実施された本実施例
の作用について説明する。まず、前記Ｎ₂ 投入／「燃焼
＋Ｎ₂ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガ
スパージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ₂ 流量Ｖ
_N を一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調
整弁２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることにより
（ここでは前記還元性ガスＨ₂ の添加は行っていな
い）、本実施例では図１２ａに示すようにタンディッシ
ュ（Ｔ／Ｄ）内圧力を常時“０”より高い、即ち正圧に
保持することができた。これに対して、Ｎ₂ 投入／「燃
焼＋Ｎ₂ リサイクル」モードの切替え時に前記燃焼排ガ
スパージ時間を最適に設定したり、投入Ｎ₂流量Ｖ_N を
一時的に増加したり、ダイリューション流量を調整した
りすることのない従来例では、図１２ｂに示すようにタ
ンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内圧力が一時的にではあるが
“０”より低い、所謂負圧になってしまい、従って前述
のように燃焼排ガスや大気がタンディッシュ内に吸引さ
れてしまうことが想定される。

【００８２】また、このようにＮ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ₂
リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパー
ジ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N を一
時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁２
４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることによる（ここ
でも前記還元性ガスＨ₂ の添加は行っていない）本実施
例のタンディッシュ内（Ｔ／Ｄ）内酸素濃度を図１３ａ
に示す。同図から明らかなように、当該タンディッシュ
内酸素濃度は、前記初回のＮ₂ 投入／リサイクルモード
切替え時に若干のピークが表れるものの、その他は安定
して目標上限値以下に保たれていることが分かる。一
方、このような制御態様が全く行われない従来例による
タンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内酸素濃度は図１３ｂに示す
ように、各Ｎ₂ 投入／リサイクルモード切替え時毎にピ
ークが表れ、それは常に目標上限値を上回ってしまって
いることが分かる。

【００８３】更に、前述のようなＮ₂ 投入／「燃焼＋Ｎ
₂ リサイクル」モードの切替え時に、前記燃焼排ガスパ
ージ時間を最適に設定したり、前記投入Ｎ₂ 流量Ｖ_N を
一時的に増加したり、前記ダイリューション流量調整弁
２４Ａ，２４Ｂの開度を調整したりすることにより（こ
こでも前記還元性ガスＨ₂ の添加は行っていない）図１
４に示すようにタンディッシュ内平均Ｏ₂ 濃度を従来か
ら大幅に低減することができ、従って残鋼の酸化量を大
幅に低減することができた。ちなみに、前記図１３ａや
図１４に示すタンディッシュ内酸素濃度は、前述の還元
性ガスＨ₂ の添加を行わない場合のものであり、実際に
還元性ガスＨ₂ を添加した場合のタンディッシュ内酸素
濃度は常時“０”（ガス分析計の測定可能限界以下）と
なることが分かっている。

【００８４】そして、このようにしてほぼ完全な無酸化
状態で且つ残鋼の酸化量も大幅に低減された状態で保熱
されたタンディッシュを実際の鋳造に供したところ、図
１５に示すように、１Ｃｈ（チャージ）目の鋳造におけ
る総ホットヘゲ発生率は、従来を１００としたとき、還
元性ガスＨ₂ を添加しない場合で凡そ３２．０程度、還
元性ガスＨ₂ を添加した場合には凡そ３．５程度まで減
少させることができ、また、再使用タンディッシュによ
る鋳造開始直後の１本目と２本目のスラブでの総ホット
ヘゲ発生率は、従来を１００としたとき、還元性ガスＨ
₂ を添加しない場合で凡そ２７．９程度、還元性ガスＨ
₂ を添加した場合には凡そ１．１程度まで減少させるこ
とができた。

【００８５】勿論、図１６に示すように、本実施例のＮ
₂ 蓄熱式予熱器（図ではバーナ）を用いることにより、
タンディッシュ（Ｔ／Ｄ）内温度を前記開孔限界以上に
保持する鋳込み終了からの経過時間を、従来から大幅に
長じることができ、連連数を大幅に延長することができ
た。

【００８６】なお、前記実施例では不活性ガスとしてＮ
₂ ，タンディッシュ内の還元性ガスとしてＨ₂ を用いた
場合及びそれを用いることの優位性についてのみ詳述し
たが、不活性ガスとしてＡｒ，還元性ガスとして前述の
ＣＯを始めとする各種の炭酸ガスや重炭化水素を用いる
ことも勿論可能である。但し、このような炭素Ｃ系の還
元性ガスを用いる場合には、前述のような可燃範囲に入
ってしまう可能性があるため、別途安全対策を講じる必
要があるばかりでなく、固体Ｃの遊離，即ちすすの発生
を抑制防止する必要があり、これを判定するために熱力
学的な検討等を細かく実施して炭素Ｃ系の還元性ガス添
加流量を設定しなければならない点に留意したい。

【００８７】また、前記実施例では、不活性ガスである
Ｎ₂ の供給配管に還元性ガスであるＨ₂ を供給する場合
についてのみ詳述したが、前述のように酸素濃度が極め
て低い場合の投入Ｈ₂ 流量は極く微量でよいから、これ
を大幅に加熱することなく、前記蓄熱式予熱器やタンデ
ィッシュそのものの内部に直接供給してもよく、これに
よってタンディッシュの温度降下に殆ど影響のないこと
も発明者等は実験によって確認している。

【００８８】また、前記還元性ガスとしてＨ₂ 等を添加
する場合には、Ｎ₂ 等の不活性ガスが投入される側の予
熱器のパイロットバーナを消火することにより、更に高
いレベルの還元状態を得易くなる。即ち、実施例におけ
るタンディッシュ加熱の場合には、パイロットバーナの
燃焼排ガス流量は、投入するＮ₂ ＋Ｈ₂ （不活性ガス＋
還元性ガス）の１％以下であり、ＣＯ₂ やＨ₂ Ｏ等の酸
化性ガス成分が０．２％程度になるため、パイロットバ
ーナを消火しなくとも実用上の問題はないが、前記投入
するＮ₂ ＋Ｈ₂ （不活性ガス＋還元性ガス）の流量が少
ない場合には、それら投入側の予熱器のパイロットバー
ナを消火することにより、高いレベルの無酸化又は還元
状態を得ることができる。

【００８９】次に、図１７には、本発明のタンディッシ
ュ無酸化保熱用の不活性ガスの加熱手段の更に他の実施
例を示す。これは、不活性ガスの加熱手段としてノント
ランスファータイプのプラズマトーチ１２０を用いてい
る。このタイプのプラズマトーチ１２０は、陰極１２１
と共にトーチ自体に陽極１２２を有しており、陰極１２
１を経てトーチに供給される不活性ガス又はそれと還元
性ガスとの混合ガス流を両電極１２１，１２２の放電に
よりプラズマ化し、これにより得られた高温のプラズマ
２３によりタンディッシュ１の内壁表面を加熱する。こ
のプラズマガスとしてはＡｒ，Ｎ₂ 等を用い、前記ＨＮ
ガスを併用することも可能である。

【００９０】一般的なプラズマジェット加熱にあっては
プラズマ温度３０００〜１００００℃が用いられている
が、本実施例ではプラズマ噴流にタンディッシュ内の雰
囲気ガスを巻き込ませることにより、２０００℃以下ま
で温度を下げた高温噴流ガスにしてタンディッシュ耐火
物に吹きつけるようにし、無酸化雰囲気での１０００〜
１３００℃の加熱を行うものである。即ち、タンディッ
シュ１の蓋１ａに取付けたプラズマトーチ１２０でタン
ディッシュ１内に送給する不活性ガス又はそれと還元性
ガスとの混合ガスをプラズマ化してタンディッシュ１の
底部に吹き付ける。この加熱時の熱移動は、高温ガス流
からの対流熱伝達と、それによって加熱されたタンディ
ッシュ底面から他面への放射熱伝達の形態をとる。

【００９１】但し、プラズマジェット加熱の場合は、ラ
ンニングコスト低減のため、タンディッシュの再使用前
にタンディッシュ内表面温度１３００℃を確保するのに
必要な時間だけ加熱するものとし、それ以外の待機時間
中は無予熱待機とした。

【００９２】図１８に断熱材の厚さ３０ｍｍの断熱タン
ディッシュを用いて鋳造する場合の、プラズマトーチ１
２０によるタンディッシュの無酸化保熱実験を実施した
結果を示す。鋳造中１５７０℃の温度であったタンディ
ッシュを無予熱待機させたところ、待機時間７時間でタ
ンディッシュ内表面温度が１１００℃以下に低下した。
続いてプラズマトーチ１２０を用いたＮ₂ ガスプラズマ
ジェットによるタンディッシュ内無酸化加熱を開始し、
４時間後にタンディッシュ内表面温度が目標の１３００
℃に到達して再使用可能となった。合計待機時間は１１
時間であり、その間に他のタンディッシュで１チャージ
４０分の鋳造を１６チャージ行うことができた。

【００９３】なお、前記実施例ではタンディッシュの無
酸化保熱方法における不活性ガスの電気加熱手段とし
て、プラズマトーチを用いた場合を説明した。その他に
電気誘導加熱器や電気抵抗加熱器を用いてもよいが、ガ
スを高温に加熱するという点，耐久性，ランニングコス
ト等の面で不利ではある。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のタンディ
ッシュの無酸化保熱方法によれば、再使用に係るタンデ
ィッシュの待機中に少なくとも８５０℃以上に加熱した
不活性ガスを送給して当該タンディッシュを保熱するも
のとしたために、燃焼ガスをタンディッシュ内で燃焼さ
せるという従来の予熱を省くことができ、その結果、残
鋼の酸化を大幅に抑制防止できると共に、タンディッシ
ュ再使用までの待機可能時間を大幅に延長できるという
効果が得られる。

【００９５】また、前記不活性ガスに加えて、爆発限界
以下の微量の還元性ガスをタンディッシュ内に導入すれ
ば、タンディッシュ内雰囲気を還元雰囲気として残鋼の
酸化をより一層抑制防止できると共に、既に酸化してい
る残鋼まで還元してＡｌ₂ Ｏ ₃ の生成を積極的に低減す
ることができる。また、この還元性ガスにＨ₂ ガスを用
いれば、前記爆発限界以下の極く微量で効率よく還元雰
囲気を得ることができると共に、炭素Ｃ系の還元性ガス
のように遊離Ｃの発生を考慮する必要がなくなる。

【００９６】また、不活性ガスの加熱手段に蓄熱式予熱
器を用いれば、熱効率よく、しかも残鋼酸化のないタン
ディッシュ無酸化保熱が実現する。また、不活性ガスの
加熱手段にプラズマトーチ等の電気加熱装置を用いれ
ば、不活性ガスの加熱温度をガス加熱に比して高くでき
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタンディッシュの無酸化保熱方法を実
施化したタンディッシュ無酸化保熱装置を示す全体構成
図である。

【図２】図１の蓄熱式予熱器の一例を示す断面図であ
る。

【図３】本発明のタンディッシュの無酸化保熱方法の概
要説明図である。

【図４】本発明のタンディッシュの無酸化保熱方法の一
実施例を示すバルブ開閉制御のシーケンスチャートであ
る。

【図５】投入Ｎ₂ 流量を設定するための説明図である。

【図６】排ガス流量を設定するための説明図である。

【図７】排ガス流量の設定のために用いられる希釈ガス
流量の説明図である。

【図８】排ガス流量の設定のために用いられるリサイク
ルＮ₂ 流量の説明図である。

【図９】Ｈ₂ −Ｈ₂ Ｏ雰囲気における鉄の酸化還元平衡
の説明図である。

【図１０】鉄の酸化還元平衡の説明図である。

【図１１】Ｈ₂ の添加条件の説明図である。

【図１２】タンディッシュ内圧力の説明図である。

【図１３】タンディッシュ内酸素濃度の説明図である。

【図１４】タンディッシュ内残鋼酸化量の説明図であ
る。

【図１５】ホットヘゲ発生率の説明図である。

【図１６】タンディッシュ内温度の説明図である。

【図１７】本発明のタンディッシュの無酸化保熱方法の
更に他の実施例を示す概念図である。

【図１８】図１７に示すタンディッシュの無酸化保熱方
法におけるタンディッシュ温度の推移の説明図である。

【符号の説明】

１はタンディッシュ ２Ａ，２Ｂは蓄熱式予熱器（加熱手段） ３Ａ，３Ｂは蓄熱室 ４Ａ，４Ｂは燃焼室 ５Ａ，５Ｂはメインバーナ ６Ａ，６Ｂはパイロットバーナ ７Ａ，７Ｂは挿入管 ８Ａ，８ＢはＭガス弁（燃料ガス弁） ９Ａ，９ＢはＭガス流量調整弁（燃料ガス流量調整弁） １３Ａ，１３Ｂは空気弁 １４Ａ，１４Ｂは空気流量調整弁 １６は空気供給ファン １７Ａ，１７ＢはＮ₂ 弁（不活性ガス弁） １９はＮ₂ 流量調整弁（不活性ガス流量調整弁） ２０Ａ，２０Ｂは排気弁 ２１Ａ，２１Ｂは排気流量又は圧力調整弁 ２２は排気ファン ２３Ａ，２３Ｂはダイリューション弁 ２６Ａ，２６ＢはＭガス流量検出器（燃料ガス流量検出
器） ２７Ａ，２７ＢはＭガス流量指示調節計（燃料ガス流量
指示調節計） ２９Ａ，２９Ｂは空気流量検出器 ３０Ａ，３０Ｂは空気流量指示調節計 ３１Ａ，３１Ｂは燃焼室内温度検出器 ３３Ａ，３３Ｂは燃焼室内圧力検出器 ３４Ａ，３４Ｂは排ガス流量／圧力指示調節計 ３５Ａ，３５Ｂは排ガス流量検出器 ３７Ａ，３７Ｂは蓄熱室出側温度検出器 ３８Ａ，３８Ｂは排ガス温度検出器 ４２はＮ₂ 流量検出器（不活性ガス流量検出器） ４３はＮ₂ 流量指示調節計（不活性ガス流量指示調節
計） ５０Ａ，５０Ｂはシール装置 ５１Ａ，５１Ｂは放散弁 ７１はＨ₂ 流量調整弁（還元性ガス流量調整弁） ７２はＨ₂ 弁（還元性ガス弁） ７３はＨ₂ 流量検出器（還元性ガス流量検出器） ７４はＨ₂ 流量指示調節計（還元性ガス流量指示調節
計） １２０はプラズマトーチ １２３はプラズマ ３０１は蓄熱体 ３０２は耐熱性網部材 ３０４は堰 ３０５は堰

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山内 寿 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 蓮沼 純一 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 山本 武美 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 原 一晃 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再
   使用するに当たり、タンディッシュ外部に設けられた加
   熱手段で少なくとも８５０℃以上に加熱した不活性ガス
   を用いてタンディッシュ内を保熱し、次回使用に供する
   ことを特徴とするタンディッシュの無酸化保熱方法。
2. 【請求項２】 前記不活性ガスに加えて爆発限界以下の
   微量の還元性ガスをタンディッシュ内に導入して、当該
   タンディッシュ内雰囲気を無酸化及び還元雰囲気にする
   ことを特徴とする請求項１に記載のタンディッシュの無
   酸化保熱方法。
3. 【請求項３】 前記還元性ガスがＨ₂ ガスであることを
   特徴とする請求項２に記載のタンディッシュの無酸化保
   熱方法。
4. 【請求項４】 前記加熱手段が蓄熱式予熱器であること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のタンディ
   ッシュの無酸化保熱方法。
5. 【請求項５】 前記加熱手段が電気抵抗加熱器又は誘導
   加熱器又はプラズマトーチであることを特徴とする請求
   項１乃至３の何れかに記載のタンディッシュの無酸化保
   熱方法。