JPH10122753A - Combustion control method of melting furnace, and rotary melting furnace - Google Patents

Combustion control method of melting furnace, and rotary melting furnace

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JPH10122753A
JPH10122753A JP5567897A JP5567897A JPH10122753A JP H10122753 A JPH10122753 A JP H10122753A JP 5567897 A JP5567897 A JP 5567897A JP 5567897 A JP5567897 A JP 5567897A JP H10122753 A JPH10122753 A JP H10122753A
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JP
Japan
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oxygen
fuel
gas
furnace
concentration
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Application number
JP5567897A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Kimura
洋一 木村
Yuichi Kusada
祐一 草田
Ryoji Mukai
良二 向井
Masahiro Sato
正博 佐藤
Kohei Imanishi
幸平 今西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion control method and a rotary melting furnace in which the heat efficiency is improved by making effective use of the chemical reaction between the combustion gas in the melting furnace and the raw material to be melted to reduce the melting time. SOLUTION: In a combustion control method of a melting furnace in with the raw material 8 to be melted comprising the iron source raw material and the composition regulating material is charged and burned with the fuel 32 and oxygen 33 to achieve the heating and melting, the in-furnace gas composition is directly detected, or the chemical reaction model to obtain the relationship of the chemical reaction of the in-furnace combustion gas with the raw material 8 to be melted in advance is prepared, and in the actual melting, the temperature of the raw material 8 to be melted is estimated on the basis of the chemical reaction model from the detected value of the discharged gas, and at least one of the feed quantity of the fuel 32 and oxygen 33 is determined so that the in-furnace reaction is the exothermic reaction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は溶解炉に関するもの
であり、特に酸素と燃料を炉内で燃焼し、その燃焼熱に
て炉内に装入した溶解原材料を加熱溶解する回転溶解炉
に適した燃焼制御方法及び回転溶解炉に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a melting furnace, and more particularly, to a rotary melting furnace in which oxygen and fuel are burned in a furnace, and the heat of combustion heats and melts a raw material charged in the furnace. A combustion control method and a rotary melting furnace.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶解炉の1つに回転溶解炉がある。これ
は横置きにされ中心軸まわりに回転する円筒状の炉本
体、炉体駆動装置、バーナーから主として構成され、装
入された原材料がバーナーで生じた火炎と、火炎により
加熱蓄熱された回転する耐火壁からの伝熱で加熱溶解さ
れるものである。近年バーナー燃料として、プロパン等
の流体燃料に純酸素を併用したものが、エネルギー効率
向上、排ガス問題、原材料の使用範囲拡大という点で普
及しつつある。前記回転溶解炉におけるバーナーの燃焼
調整は、バーナーに接続されている燃料又は酸素バルブ
の開度を調節することで行なわれる。例えば鋳鉄用溶解
の場合、装入する溶解原材料のうち鉄原材料と副資材の
配合割合から、操業を通じて経験的に得た流量となるよ
うに燃料と酸素の各バルブ開度を調整している。燃料と
酸素の流量は、全溶解過程を通じて一定とする場合もあ
れば、変化させる場合もあるが、変化させても数段階で
あり、予め定めた状態にステップ的に変化させる程度の
ものである。ここで副資材とは、溶湯の成分および炉内
雰囲気を調整するために鉄原材料と共に装入されるもの
を言う。
2. Description of the Related Art One of melting furnaces is a rotary melting furnace. It is mainly composed of a cylindrical furnace main body, a furnace body driving device, and a burner which are placed horizontally and rotate around the central axis, and the charged raw material rotates with the flame generated by the burner and the heat stored by the flame. It is heated and melted by heat transfer from the refractory wall. In recent years, as a burner fuel, a fuel in which pure oxygen is used in combination with a fluid fuel such as propane is becoming widespread in terms of improving energy efficiency, reducing exhaust gas, and expanding the range of use of raw materials. The combustion adjustment of the burner in the rotary melting furnace is performed by adjusting the opening of a fuel or oxygen valve connected to the burner. For example, in the case of melting for cast iron, the valve opening of each of the fuel and oxygen is adjusted so that the flow rates obtained empirically through the operation are adjusted based on the mixing ratio of the iron raw material and the auxiliary material among the molten raw materials to be charged. The flow rates of fuel and oxygen may be constant throughout the entire dissolution process or may be varied, but are varied in several steps, and are only stepwise changed to a predetermined state. . Here, the auxiliary material refers to a material charged together with the iron raw material in order to adjust the components of the molten metal and the atmosphere in the furnace.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図5に鋳鉄溶解の場合
の回転溶解炉に装入した鉄原材料及び副資材全体に含ま
れていたFe、C、Si、Mn各成分の重量と、溶解完
了後の溶湯内に残ったこれら成分ならびに損失した重量
の例を示す。特にCの損失割合が大きく、ほぼ装入した
副資材中の加炭材の全量に匹敵する重量が燃料及び酸素
と反応した結果消費される。関連する化学反応について
は後述するが、消費分はCOあるいはCO2として排出
され、この時の吸熱反応と発熱反応の程度が溶解効率に
大きな影響を与えることになる。したがって溶解効率を
高めるには、この加炭材の反応が発熱反応を促すように
燃料又は酸素流量をバーナーに供給することが重要であ
る。しかし、反応形態と反応速度は温度や炉内雰囲気ガ
スの組成で大きく変化するため、従来の燃焼調整方法で
は対応できない。本発明は、溶解炉内の燃焼状況に応じ
て、燃焼効率を高く維持する燃焼制御方法およびこれを
用いる回転溶解炉を提供することを目的とする。
FIG. 5 shows the weights of Fe, C, Si and Mn components contained in the entire iron raw material and auxiliary materials charged in the rotary melting furnace in the case of melting cast iron, and the completion of melting. Examples of these components left behind in the melt as well as the weight lost are shown. In particular, the loss ratio of C is large, and a weight almost equivalent to the total amount of the carburized material in the added auxiliary material is consumed as a result of reacting with the fuel and oxygen. Although the related chemical reaction will be described later, the consumed amount is discharged as CO or CO 2 , and the degree of the endothermic reaction and the exothermic reaction at this time greatly affects the dissolution efficiency. Therefore, in order to enhance the dissolution efficiency, it is important to supply a fuel or oxygen flow rate to the burner so that the reaction of the carburized material promotes an exothermic reaction. However, the reaction mode and the reaction rate vary greatly depending on the temperature and the composition of the atmosphere gas in the furnace. An object of the present invention is to provide a combustion control method for maintaining a high combustion efficiency in accordance with a combustion state in a melting furnace, and a rotary melting furnace using the same.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の溶解炉の燃焼制
御方法は、溶解原材料を装入して燃料及び酸素を燃焼し
て加熱溶解する溶解炉の燃焼制御方法において、燃料と
酸素の供給流量と、炉内のCOとH2ガスのうち少なく
ともCOガス濃度とをもとに、炉内の反応が発熱反応に
なるように燃料または酸素の少なくとも一方の供給流量
を決定することを特徴としている。なお、COとH2
発生する高温状態では、COのガス濃度はH2のガス濃
度よりも大きくなる関係があるため、上記に示すように
相対的に濃度の大きなCOのみの濃度を用いてもよい
が、COとH2ガスの両方の濃度をもとに炉内の反応が
発熱反応になるように燃料または酸素の少なくとも一方
の供給流量を決定することが好ましい。また本発明の溶
解炉の燃焼制御方法は、溶解原材料を装入して燃料及び
酸素を燃焼して加熱溶解する溶解炉の燃焼制御方法にお
いて、炉内のCO、H2、O2ガスのうち、COあるいは
2濃度が設定値以上の場合は、燃料と酸素の供給流量
と、COとH2ガスのうち少なくともCOガス濃度とを
もとに炉内の反応が発熱反応になるように燃料または酸
素の少なくとも一方の供給流量を決定し、また設定値よ
り少ない場合はO2濃度が設定値以上あるかどうかを比
較し、設定値以上の場合は、燃料と酸素の供給流量およ
び炉内ガス中のO2の濃度から未反応O2量を計算してO
2濃度が減少するように燃料または酸素の少なくとも一
方の供給流量を決定することを特徴とする。なお上記で
は、COあるいはH2濃度の判定を最初に行い、COあ
るいはH2濃度が判定基準値を下回っていたときにO2
度の判定の処理を行うよう述べているが、ガス濃度計の
応答特性がガスの種類により異なり、O2濃度検出の方
が早いような場合等にはO2濃度の判定を最初に行うよ
うにしても良い。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a combustion control method for a melting furnace, in which a raw material is charged and a fuel and oxygen are burned to melt by heating. Determining a supply flow rate of at least one of fuel and oxygen based on the flow rate and at least the CO gas concentration of CO and H 2 gas in the furnace so that the reaction in the furnace becomes an exothermic reaction. I have. In a high-temperature state in which CO and H 2 are generated, there is a relationship that the gas concentration of CO is higher than the gas concentration of H 2. However, the supply flow rate of at least one of fuel and oxygen is preferably determined based on the concentrations of both CO and H 2 gas so that the reaction in the furnace becomes an exothermic reaction. Further, the combustion control method for a melting furnace of the present invention is a combustion control method for a melting furnace in which a melting raw material is charged and fuel and oxygen are burned to heat and melt, wherein CO, H 2 , and O 2 gas in the furnace are , when CO or concentration of H 2 is equal to or higher than a set value, the fuel so that the supply flow rate of fuel and oxygen, the reaction in the furnace on the basis of at least CO gas concentration of CO and H 2 gas is an exothermic reaction Or, determine the supply flow rate of at least one of oxygen, and if it is less than the set value, compare whether the O 2 concentration is equal to or more than the set value. The amount of unreacted O 2 is calculated from the concentration of O 2 in
(2) The method is characterized in that the supply flow rate of at least one of fuel and oxygen is determined so as to decrease the concentration. Note in the above, first a determination is CO or concentration of H 2, although said to perform the process of determination of the O 2 concentration when CO or concentration of H 2 was below the determination reference value, the gas concentration meter If the response characteristics differ depending on the type of gas and the O 2 concentration detection is faster, the O 2 concentration determination may be performed first.

【0005】また本発明の溶解炉の燃焼制御方法は、溶
解原材料を装入して燃料及び酸素を燃焼して加熱溶解す
る溶解炉において、炉内燃焼ガスと溶解原材料の化学反
応の関係を求める化学反応モデルを予め作成し、検出し
た排出ガスの組成から前記化学反応モデルをもとに溶解
原材料の温度と炉内ガスの組成を計算し、炉内の反応が
発熱反応になるように、燃料または酸素の少なくとも一
方の供給流量を決定することを特徴としている。なお、
排出ガスのCOとCO2濃度を検出し、その比から化学
反応モデルをもとに溶解原材料の温度と炉内ガスの組成
を計算することが好ましい。また本発明の溶解炉の燃焼
制御方法は、溶解原材料を装入して燃料及び酸素を燃焼
して加熱溶解する溶解炉の燃焼制御方法において、炉内
燃焼ガスと溶解原材料の化学反応の関係を求める化学反
応モデルを予め作成し、排出ガスのCO、CO2、およ
びO2の濃度を検出して、CO濃度が設定値以上の場合
はCOとCO2濃度の比から前記化学反応モデルをもと
に溶解原材料の温度と炉内ガスの組成を計算して炉内の
反応が発熱反応になるように、また設定値より少ない場
合はO2濃度を設定値と比較し、設定値以上の場合は燃
料と酸素の供給流量および排出ガス中のCO2とO2の濃
度から未反応O2量を計算してO2濃度が減少するように
燃料と酸素の供給流量をもとに燃料または酸素の少なく
とも一方の供給量を決定することを特徴としている。な
お上記では、CO濃度の判定を最初に行い、CO濃度が
判定基準値を下回っていたときにO2濃度の判定の処理
を行うよう述べているが、ガス濃度計の応答特性がガス
の種類により異なり、O2濃度検出の方が早いような場
合等にはO2濃度の判定を最初に行うようにしても良
い。
Further, the method for controlling combustion of a melting furnace according to the present invention finds the relationship between the combustion gas in the furnace and the chemical reaction of the melting raw material in the melting furnace in which the raw material is charged and the fuel and oxygen are burned and heated and melted. A chemical reaction model is created in advance, and the temperature of the dissolved raw material and the composition of the gas in the furnace are calculated based on the composition of the detected exhaust gas based on the chemical reaction model, so that the fuel in the furnace becomes an exothermic reaction. Alternatively, at least one of the supply flow rates of oxygen is determined. In addition,
It is preferable to detect the CO and CO 2 concentrations of the exhaust gas and calculate the temperature of the dissolved raw material and the composition of the gas in the furnace from the ratio based on a chemical reaction model. Further, the combustion control method for a melting furnace according to the present invention is a combustion control method for a melting furnace in which a melting raw material is charged and fuel and oxygen are burned and heated and melted, wherein a relationship between a combustion gas in the furnace and a chemical reaction of the melting raw material is determined. The chemical reaction model to be obtained is created in advance, and the concentrations of CO, CO 2 , and O 2 in the exhaust gas are detected. When the CO concentration is equal to or higher than the set value, the chemical reaction model is also obtained from the ratio of the CO and CO 2 concentrations. In addition, the temperature of the dissolved raw materials and the composition of the gas in the furnace are calculated so that the reaction in the furnace becomes an exothermic reaction.If the reaction is less than the set value, the O 2 concentration is compared with the set value, and if it is higher than the set value, Calculates the amount of unreacted O 2 from the supply flow rates of fuel and oxygen and the concentration of CO 2 and O 2 in the exhaust gas, and calculates the amount of fuel or oxygen based on the supply flow rates of fuel and oxygen so that the O 2 concentration decreases. Determining the supply amount of at least one of That. In the above description, it is described that the determination of the CO concentration is performed first, and the process of determining the O 2 concentration is performed when the CO concentration is lower than the determination reference value. For example, when the O 2 concentration detection is earlier, the O 2 concentration determination may be performed first.

【0006】また本発明の溶解炉の燃焼制御方法は、前
記発明のいづれかの燃焼制御方法にて決定された溶解開
始からの燃料と酸素の供給過程を記憶装置に記憶してお
き、記憶した後の溶解では前記記憶した燃料と酸素の供
給過程を再生して燃料または酸素を供給することを特徴
としている。また前記の溶解原材料は、鉄原材料と少な
くとも加炭材を含んでいる副資材とするとよい。また本
発明の回転溶解炉は、溶解原材料を装入して燃料及び酸
素を燃焼して加熱溶解する回転溶解炉において、炉内で
発生したガスの濃度を検出するガス濃度計、前記燃料及
び酸素の流量を検出する検出器、燃料及び酸素の流量を
制御する流量制御バルブ、前記検出器の信号を入力し流
量制御バルブに開度制御指令を出力する流量制御バルブ
調整器、前記ガス濃度計の検出値を入力し燃料または酸
素の少なくとも一方の供給流量指令値を演算処理し、前
記流量制御バルブ調整器に出力する演算制御装置を備え
たことを特徴としている。また前記演算制御装置は、燃
料または酸素の少なくとも一方の供給流量指令値を前記
流量制御バルブ調整器に出力するとともに、出力過程を
記憶し、その後の溶解に出力過程を再生することが望ま
しい。
Further, according to the present invention, there is provided a combustion control method for a melting furnace, in which a supply process of fuel and oxygen from the start of melting determined by any one of the combustion control methods of the present invention is stored in a storage device. Is characterized in that the stored fuel and oxygen supply process is regenerated to supply fuel or oxygen. Further, it is preferable that the above-mentioned dissolved raw material is an auxiliary raw material containing an iron raw material and at least a carburizing material. Further, the rotary melting furnace of the present invention is a rotary melting furnace in which a melting raw material is charged and fuel and oxygen are burned to be heated and melted. In the rotary melting furnace, a gas concentration meter for detecting the concentration of gas generated in the furnace is provided. A flow rate control valve for controlling the flow rate of fuel and oxygen, a flow rate control valve regulator for inputting a signal of the detector and outputting an opening control command to the flow rate control valve, An arithmetic and control unit is provided which inputs a detected value, performs an arithmetic processing on a supply flow rate command value of at least one of fuel and oxygen, and outputs it to the flow control valve regulator. It is preferable that the arithmetic and control unit outputs a supply flow rate command value of at least one of fuel and oxygen to the flow rate control valve regulator, stores an output process, and reproduces the output process in the subsequent dissolution.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、鋳鉄を回転溶解炉で溶解す
る場合を例に実施の形態を説明する。 (実施の形態1)図1は、回転溶解炉の横断面とガスバ
ーナーの燃焼制御系を示している。円筒状胴部1及びそ
の両端に連接された円錐状部2、3を有し、中心軸まわ
りに回転する炉体5と、炉体5内に装入された溶解原材
料を酸素で流体燃料を燃焼させて溶解させるバーナー6
と、燃焼排ガスを外部に逃がす煙突状排気路7と、炉体
5内に溶解原材料8等を装入する投入機(図示せず)を
備えている。本説明ではバーナー燃料はプロパンガスと
酸素とするが、プロパンガスの代わりにメタンガス、ブ
タンガス、灯油を用いることもできる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to a case where cast iron is melted in a rotary melting furnace. (Embodiment 1) FIG. 1 shows a cross section of a rotary melting furnace and a combustion control system of a gas burner. A furnace body 5 having a cylindrical body 1 and conical parts 2 and 3 connected to both ends thereof and rotating around a central axis, and a molten fuel charged in the furnace body 5 is supplied with a fluid fuel by oxygen. Burner 6 to burn and melt
And a chimney-shaped exhaust passage 7 for allowing combustion exhaust gas to escape to the outside, and a charging machine (not shown) for charging the raw material 8 and the like into the furnace body 5. In this description, propane gas and oxygen are used as burner fuels, but methane gas, butane gas, or kerosene may be used instead of propane gas.

【0008】炉体5の一端開口部9はバーナー取付口と
なり、炉体5の他端開口部10は溶解原材料8の装入
口、排ガス出口となる。11は、炉体5の円錐状部3に
設けられた出湯孔であり、出湯時以外は閉栓されてい
る。また、他端開口部10側には炉内のCO、H2、お
よびO2のガス濃度を検出する検出部40が取り付けら
れ、信号線41で変換器42に接続されている。変換器
42は検出部40と組み合わせてガス濃度計を構成する
もので、検出部40で検出された信号をガスの濃度値に
変換し、外部に出力する。
An opening 9 at one end of the furnace body 5 serves as a burner mounting port, and an opening 10 at the other end of the furnace body 5 serves as a charging port for the melting raw material 8 and an exhaust gas outlet. Reference numeral 11 denotes a tap hole provided in the conical portion 3 of the furnace body 5, which is closed except when tapping. A detector 40 for detecting the gas concentrations of CO, H 2 , and O 2 in the furnace is attached to the other end opening 10 side, and connected to a converter 42 via a signal line 41. The converter 42 constitutes a gas concentration meter in combination with the detection unit 40, and converts a signal detected by the detection unit 40 into a gas concentration value and outputs the gas to the outside.

【0009】ここでは、バーナー6としては、中央に燃
料吹き込み口を有し、外周に酸素供給口を設けた構造の
ものを使用している。バーナー6の上流側に燃料及び酸
素の供給系統が接続されており、各々酸素供給系統の酸
素用流量制御バルブ30と燃料供給系統の燃料用流量制
御バルブ31とが接続されている。酸素用流量制御バル
ブ30の上流側には酸素供給源32が、燃料用流量制御
バルブ31の上流側には燃料供給源33が接続されてい
る。
Here, the burner 6 has a structure having a fuel injection port in the center and an oxygen supply port on the outer periphery. A fuel and oxygen supply system is connected upstream of the burner 6, and an oxygen flow control valve 30 of the oxygen supply system and a fuel flow control valve 31 of the fuel supply system are connected to each other. An oxygen supply source 32 is connected upstream of the oxygen flow control valve 30, and a fuel supply source 33 is connected upstream of the fuel flow control valve 31.

【0010】酸素用流量制御バルブ30、燃料用流量制
御バルブ31には各々流量制御バルブ調整器34、35
が接続されており、各流量制御バルブ調整器34、35
には演算制御装置20からの流量指示信号線36、37
が接続されている。演算制御装置20は、ガス濃度計の
変換器42と信号線43で接続されており、検出された
ガス濃度をもとに後述する方法にて回転溶解炉に供給す
る酸素流量及び燃料流量の指令値を算出し出力する。流
量制御バルブ調整器34、35は、演算制御装置20か
らの流量指令値に対し、酸素配管40と燃料ガス配管4
1に設けた各流量検出器38、39からの実際の流量値
をフィードバックし、酸素用流量制御バルブ30及び燃
料用流量制御バルブ31の開度を制御している。そし
て、かかる開度の制御によって、バーナー6へ供給する
酸素流量及び燃料ガス流量を高精度に制御し、ひいては
炉内のバーナーへの燃焼発熱量と燃焼ガス組成を制御し
ているのである。
The oxygen flow control valve 30 and the fuel flow control valve 31 have flow control valve regulators 34 and 35, respectively.
Are connected, and each flow control valve regulator 34, 35
Are flow rate instruction signal lines 36 and 37 from the arithmetic and control unit 20.
Is connected. The arithmetic and control unit 20 is connected to a converter 42 of the gas concentration meter by a signal line 43, and based on the detected gas concentration, a command for an oxygen flow rate and a fuel flow rate to be supplied to the rotary melting furnace by a method described later. Calculate and output the value. The flow control valve regulators 34 and 35 respond to the flow command value from the arithmetic and control unit 20 with the oxygen pipe 40 and the fuel gas pipe 4.
The actual flow value from each of the flow detectors 38 and 39 provided in 1 is fed back to control the opening of the oxygen flow control valve 30 and the fuel flow control valve 31. Then, by controlling the opening degree, the flow rate of oxygen and the flow rate of fuel gas supplied to the burner 6 are controlled with high accuracy, and the calorific value and the composition of combustion gas to the burner in the furnace are controlled.

【0011】次に上述した回転溶解炉を使用して鋳鉄用
溶湯を得るための溶解工程と回転溶解炉内の燃焼ガスの
反応について述べる。まず溶解工程について説明する。
最初に所定量の鋳鉄や鋼屑等の鉄原材料及び副資材を開
口部10より炉体5内に装入する。開口部10に煙突状
排気路7を取り付けた後、炉体5の一端の開口部9にバ
ーナー6をセットして点火し、溶解を開始する。鉄原材
料はバーナー火炎で加熱された耐火材12からの主とし
て輻射熱と伝導熱、及びバーナー火炎からの輻射熱等で
加熱されることにより溶解する。溶解開始時のバーナー
の設定は、炉に応じて定められた基準燃料ガス流量とそ
れを完全燃焼する酸素流量とする。
Next, a melting step for obtaining a molten metal for cast iron using the above-mentioned rotary melting furnace and a reaction of combustion gas in the rotary melting furnace will be described. First, the dissolving step will be described.
First, a predetermined amount of iron raw materials such as cast iron and steel chips and auxiliary materials are charged into the furnace body 5 through the opening 10. After attaching the chimney-shaped exhaust passage 7 to the opening 10, the burner 6 is set to the opening 9 at one end of the furnace body 5, ignited, and melting is started. The iron raw material is dissolved by being heated mainly by radiant heat and conduction heat from the refractory material 12 heated by the burner flame, radiant heat from the burner flame, and the like. The setting of the burner at the start of melting is a reference fuel gas flow rate determined according to the furnace and an oxygen flow rate for completely burning the reference fuel gas flow rate.

【0012】次に、回転溶解炉内の溶解に関連する燃焼
ガスの反応について述べる。燃料がプロパンガスでは、
混合比が1.0すなわち完全燃焼の場合、燃料と酸素の
反応は数1で表される。
Next, the reaction of the combustion gas related to melting in the rotary melting furnace will be described. If the fuel is propane gas,
When the mixing ratio is 1.0, that is, in the case of complete combustion, the reaction between fuel and oxygen is represented by the following equation (1).

【数1】C38+5O2→3CO2+4H2O+[+Q1] ここで[ ]内は反応熱を示し、+は発熱反応、−は吸
熱反応であることを示す。回転溶解炉の場合、溶解原材
料の温度が上昇するにつれて、副資材の1つである加炭
材と、燃焼ガスすなわちCO2および水蒸気との間で数
2〜3で示す可逆反応の右方向への反応が活発に起こる
ようになる。
[Formula 1] C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O + [+ Q1] Here, [] indicates the heat of reaction, + indicates an exothermic reaction, and − indicates an endothermic reaction. In the case of a rotary melting furnace, as the temperature of the melting raw material increases, the rightward direction of the reversible reaction represented by Formulas 2 and 3 between the carburizing material, one of the auxiliary materials, and the combustion gas, that is, CO 2 and steam, is increased. The reaction becomes active.

【数2】C+CO2⇔2CO+[−Q2] 上記⇔は可逆反応を表す記号として用いる。以降同様で
ある。
## EQU2 ## C + CO 2 {2CO + [− Q2] ”is used as a symbol representing a reversible reaction. The same applies hereinafter.

【数3】C+H2O⇔CO+H2+[−Q3] 数2、数3の右方向への反応は吸熱反応である。すなわ
ち、周囲から熱を奪うため、熱効率を低下させるように
作用する。
## EQU3 ## C + H 2 O 方向 CO + H 2 + [− Q3] The reaction to the right in Equations 2 and 3 is an endothermic reaction. That is, since heat is taken from the surroundings, the heat efficiency is reduced.

【0013】ここで、バーナー燃料の混合比が1.0以
下の酸素不足の場合は、一部のプロパンガスが未反応と
なるため、燃料が燃焼して発生する全発熱量が少なくな
り、併せて燃焼ガスと加炭材が数2、数3の吸熱反応を
起こすため、さらに熱効率が低下し、溶解時間が長くな
る。一方、混合比を1.0以上にすると、前記数2、数
3の反応と同時に燃料との燃焼反応で残った余剰酸素が
炉内に混流するようになり、この酸素が加炭材に達する
と数4に示す反応の右方向の発熱反応が起こるようにな
る。
Here, when the mixing ratio of the burner fuel is insufficient for oxygen of 1.0 or less, some of the propane gas becomes unreacted, so that the total calorific value generated by burning the fuel decreases. As a result, the combustion gas and the carburizing agent cause endothermic reactions of Formulas 2 and 3, which further lowers the thermal efficiency and prolongs the melting time. On the other hand, if the mixing ratio is 1.0 or more, the excess oxygen remaining in the combustion reaction with the fuel at the same time as the reactions of Equations 2 and 3 will flow into the furnace, and this oxygen reaches the carburizing material. Then, an exothermic reaction to the right of the reaction shown in Expression 4 occurs.

【数4】2C+O2⇔2CO+[+Q4] さらに、高温状態の炉内では数2〜数4で発生したC
O、H2と余剰酸素との間で数5、数6の反応の右方向
の発熱反応が起こる。
[Formula 4] 2C + O 2 ⇔2CO + [+ Q4] Furthermore, in the furnace in a high temperature state, C generated in Formulas 2 to 4 is obtained.
An exothermic reaction occurs between O, H 2 and surplus oxygen in the right direction of the reaction of Formulas 5 and 6.

【数5】2CO+O2⇔2CO2+[+Q5]## EQU5 ## 2CO + O 2 ⇔2CO 2 + [+ Q5]

【数6】2H2+O2⇔2H2O+[+Q6] 前記数5にてCOがO2と反応してCO2に変化するとき
に発生する熱量Q5は、数2の反応で同一モル容積のC
Oが生成される際に吸収する熱量Q2よりも大きい。ま
た、数6にてH2が水蒸気に変化するときに発生する熱
量Q6は、数3の反応で同一モル容積のH2が生成され
る際に吸収する熱量Q3よりも大きい。したがって、燃
料ガスと酸素ガスの混合比を1.0より大きくした場
合、加炭材近傍では数4の発熱反応を促し、さらに加炭
材から離れたガス領域では、数2〜数4の反応で生成さ
れるCOとH2がO2と反応して、数5、数6の発熱反応
が起こるようになる。
[6] 2H 2 + O 2 ⇔2H 2 O + [+ Q6] heat Q5 to CO by the number 5 occurs when reacts with O 2 vary in CO 2 is the same molar volume with number 2 reaction C
It is larger than the heat quantity Q2 absorbed when O is generated. Further, the amount of heat Q6 generated when H 2 changes to steam in Equation 6 is larger than the amount of heat Q3 absorbed when H 2 having the same molar volume is generated by the reaction of Equation 3. Therefore, when the mixture ratio of the fuel gas and the oxygen gas is set to be larger than 1.0, the exothermic reaction of Formula 4 is promoted in the vicinity of the carburized material, and the reaction of Formula 2 to Formula 4 is performed in the gas region far from the carburized material. CO and H 2 generated by the above react with O 2, and the exothermic reactions of Formulas 5 and 6 occur.

【0014】数2〜数6の反応の方向と速度は、後述す
るように溶解原材料温度、ガスの温度及びガス分圧の影
響を受ける。一方、バーナー6から数5、数6の反応に
対して必要以上の酸素を供給することは、無駄に排出さ
れる酸素の加熱に熱を消費することになるため、混合比
を高め過ぎた場合も熱効率が低下する。また、溶解原材
料の余分な酸化反応が発生するため、溶解原材料の歩留
が低下することにもなる。
The direction and speed of the reaction of Formulas 2 to 6 are affected by the temperature of the dissolved raw material, the temperature of the gas, and the gas partial pressure, as described later. On the other hand, supplying excessive oxygen from the burner 6 to the reactions of Equations 5 and 6 consumes heat for heating the wastefully discharged oxygen. Also the thermal efficiency decreases. Further, since an excessive oxidation reaction of the dissolved raw material occurs, the yield of the dissolved raw material is reduced.

【0015】燃焼効率を上げるには、温度およびガス組
成と共に変化する炉内の反応特性に合せて、数4から数
6の発熱反応を有効に利用できる最適な燃料と酸素量を
供給する必要がある。炉内に発生したCOとH2ガスに
対し、数5、数6の化学反応を起こすのに必要な酸素流
量は、その時点でのプロパンガスと酸素の供給流量、お
よび炉内のCOとH2のガス濃度が分かれば求まる。前
記したように、燃焼ガスと加炭材の反応により炉内ガス
中にCOとH2が発生する場合には、CO濃度とH2濃度
を検出して数5、数6の発熱反応に必要な酸素の増加流
量を決定するが、加炭材が消失あるいは酸素供給流量が
過剰となって未反応酸素が残存するようになった場合に
は、酸素の減少流量を決定し、バーナーに常に最適な燃
料と酸素を供給する。以下その考え方について述べる
In order to increase the combustion efficiency, it is necessary to supply optimal amounts of fuel and oxygen that can effectively utilize the exothermic reaction of Formulas 4 to 6 in accordance with the reaction characteristics in the furnace that change with temperature and gas composition. is there. The oxygen flow rate required to cause the chemical reaction of Formulas 5 and 6 with respect to CO and H 2 gas generated in the furnace depends on the supply flow rates of propane gas and oxygen at that time, and CO and H in the furnace. It can be obtained by knowing the gas concentration of 2 . As described above, when CO and H 2 are generated in the furnace gas due to the reaction between the combustion gas and the carburizing material, the CO concentration and the H 2 concentration are detected and necessary for the exothermic reactions of Formulas 5 and 6. Determine the increase flow rate of oxygen, but if the carburized material disappears or the oxygen supply flow rate becomes excessive and unreacted oxygen remains, determine the decrease flow rate of oxygen and always optimize the burner. Supplying fuel and oxygen. The concept is described below.

【0016】酸素が全て反応して未反応酸素が存在しな
い状態では、プロパンガスの供給流量、酸素ガスの供給
流量を各々g、wモル/sとすると、炉内を流れる総合
ガス流量Vモル/sは化学量論的に概ね数7で表わされ
る。
In the state where all the oxygen has reacted and no unreacted oxygen exists, if the supply flow rate of the propane gas and the supply flow rate of the oxygen gas are respectively g and w mol / s, the total gas flow rate flowing in the furnace V mol / s s is stoichiometrically approximately represented by equation (7).

【数7】V=7・g+w−5・g バーナーへの酸素ガスの修正増加量Δwは、炉内ガス中
のCOガス濃度[CO]とH2ガス濃度[H2]をもと
に、数8で求めることができる。
V = 7 · g + w−5 · g The corrected increase amount Δw of the oxygen gas into the burner is calculated based on the CO gas concentration [CO] and the H 2 gas concentration [H 2 ] in the furnace gas. It can be obtained by Expression 8.

【数8】Δw=0.5([CO]+[H2])・V したがって、現在の酸素ガス供給流量に、数8で計算さ
れた修正増加量を加えた値に、酸素用流量制御バルブ3
0の開度を制御すれば良い。なお、鋳鉄用回転炉におい
て数2および数3の反応にてCOとH2が発生する高温
状態では、COのガス濃度はH2のガス濃度よりも大き
くなる関係がある。このため、相対的に濃度の大きなC
Oのみの濃度を用いて数8を計算して酸素供給流量を増
加しても発熱反応の効果を得ることができる。この時は
2ガス濃度の項は0にすればよい。
Equation 8] Δw = 0.5 ([CO] + [H 2]) · V Accordingly, the current of the oxygen gas supply flow rate, the value obtained by adding the correction increment calculated by the number 8, the oxygen flow control Valve 3
The opening degree of 0 may be controlled. In a high-temperature state in which CO and H 2 are generated by the reactions of Equations 2 and 3 in a rotary furnace for cast iron, the CO gas concentration is higher than the H 2 gas concentration. For this reason, C having a relatively large concentration
Even when the oxygen supply flow rate is increased by calculating Equation 8 using the concentration of only O, the effect of the exothermic reaction can be obtained. At this time, the term of the H 2 gas concentration may be set to zero.

【0017】また、溶解途中で加炭材が反応の結果消
失、あるいは燃料ガスと酸素ガスの混合比が大きくなり
すぎてCOが無くなり、過剰O2が排出されるようにな
った状態での酸素供給流量の減少方法について述べる。
プロパンガスの供給流量、加炭材の反応量、未反応O2
流量を各々g、u、vモル/sとすると、酸素が過剰状
態では炉内の反応は化学量論的に数9〜数11の関係で
表わされる。
Further, dissolution middle pressure results loss of carbonaceous material reaction or too large mixing ratio of fuel gas and oxygen gas eliminates the CO, oxygen in a state where excess O 2 is adapted to be discharged A method for reducing the supply flow rate will be described.
Propane gas supply flow rate, reaction amount of carburizing material, unreacted O 2
Assuming that the flow rates are g, u, and v mol / s, the reaction in the furnace in an excess oxygen state is stoichiometrically represented by the relationship of Formulas 9 to 11.

【数9】 (Equation 9)

【数10】 (Equation 10)

【数11】 プロパンガスと燃焼反応しない酸素流量(u+v)モル
/sは、プロパンガスの供給量gとバーナー燃料の混合比
λを用いると数12で表わされる。
[Equation 11] Oxygen flow rate (u + v) mol that does not react with propane gas
/ s is expressed by Equation 12 using the mixing amount λ of the propane gas supply amount g and the burner fuel.

【数12】u+v=5g(λ−1.0) 炉内ガスに占めるO2の割合[O2]は、数9〜数12の
関係から数13となる。
Equation 12] ratio of u + v = 5g (λ- 1.0) occupying the furnace gas O 2 [O 2] is a number 13 on the relationship number 9 number 12.

【数13】[O2]=v/(7g+u+v)=v/{7
g+5g(λ−1.0)} 未反応O2量vモル/sは、既知であるバーナー燃料供給
量と排ガス中のO2濃度検出値をもとに数14で求める
ことができる。
[O 2 ] = v / (7g + u + v) = v / {7
g + 5 g (λ−1.0)} The unreacted O 2 amount vmol / s can be obtained by Expression 14 based on the known burner fuel supply amount and the detected O 2 concentration value in the exhaust gas.

【数14】v=g(2+5λ)[O2V = g (2 + 5λ) [O 2 ]

【0018】次に、実際の溶解作業において、ガス濃度
計で検出された炉内ガスのCO、H2、およびO2濃度を
もとに、酸素ガス供給流量を修正調整して燃焼制御する
方法について、図2のフローチャートを用いて説明す
る。まず開始にあたり、演算制御装置20に対して、装
入した鉄原材料と加炭材の量から定めているバーナーの
燃料ガスの基準流量、およびCO濃度とO2濃度の判定
基準値p1、p2を入力、記憶させる。自動燃焼制御を
スタートさせると、演算制御装置20はスタート前に入
力された基準の燃料流量値と、燃料に対して混合比が
1.0の酸素の流量値を、燃料流量制御バルブ調整器3
5と酸素流量制御バルブ調整器34に出力する(ステッ
プ101)。そして制御周期Tcに相当する時間タイム
カウントする(ステップ102)。次いで、検出部40と
変換器42からなるガス濃度計を用いて炉内ガス中のC
O、H2、O2の濃度を計測し(ステップ103)、最初に
COが判定基準値p1以上存在しているかを判断する
(ステップ104)。
Next, in an actual melting operation, a method of correcting and adjusting the oxygen gas supply flow rate based on the CO, H 2 , and O 2 concentrations of the furnace gas detected by the gas concentration meter to control combustion. Will be described with reference to the flowchart of FIG. First, at the start, the reference flow rate of the fuel gas of the burner, which is determined based on the amounts of the iron raw material and the carburizing material charged, and the determination reference values p1 and p2 of the CO concentration and the O 2 concentration are sent to the arithmetic and control unit 20. Input and memorize. When the automatic combustion control is started, the arithmetic and control unit 20 calculates the reference fuel flow rate value input before the start and the flow rate value of the oxygen having a mixing ratio of 1.0 with respect to the fuel by the fuel flow rate control valve regulator 3.
5 and output to the oxygen flow control valve regulator 34 (step 101). Then, time counting is performed for a time corresponding to the control cycle Tc (step 102). Next, C in the gas in the furnace is measured using a gas concentration meter including the detection unit 40 and the converter 42.
The concentrations of O, H 2 , and O 2 are measured (step 103), and it is first determined whether CO is present at or above the determination reference value p1.
(Step 104).

【0019】COが判定基準値p1以上検出された場合
は以下の処理を行う。前ステップで計測されたCOとH
2のガス濃度、およびバーナーへの燃料と酸素の供給流
量を用いて、数5、数6の反応に必要な酸素流量、すな
わち現在の酸素供給量に対する増加流量を計算し(ステ
ップ105)、酸素流量制御バルブ調整器34への出力
値を修正する(ステップ106)。
When CO is detected equal to or greater than the determination reference value p1, the following processing is performed. CO and H measured in the previous step
Using the gas concentration of 2 and the supply flow rates of fuel and oxygen to the burner, calculate the oxygen flow rate required for the reactions of Equations 5 and 6, that is, the increase flow rate relative to the current oxygen supply rate (Step 105). The output value to the flow control valve adjuster 34 is corrected (step 106).

【0020】一方、ステップ104にて判定基準値p1
以上のCO濃度が検出されなかった場合は、未反応O2
が判定基準値p2以上存在するかを判定する(ステップ
107)。O2濃度が判定基準値p2以上検出された場
合は、O2濃度、およびバーナーへの燃料と酸素の供給
流量値を用いて数9〜数14にて過剰酸素流量を計算し
(ステップ108)、酸素流量制御バルブ調整器34への
出力値を修正する(ステップ106)。他方、ステップ1
07にてO2濃度が判定基準値p2以上検出されなかっ
た場合は、現在の燃料と酸素の供給流量を維持する。そ
して、制御周期であるタイムカウント処理に戻る。
On the other hand, at step 104, the judgment reference value p1
If the above CO concentration is not detected, unreacted O 2
It is determined whether or not is greater than or equal to the determination reference value p2 (step 107). When the O 2 concentration is detected to be equal to or greater than the determination reference value p2, the excess oxygen flow rate is calculated in Equations 9 to 14 using the O 2 concentration and the flow rates of the fuel and oxygen supplied to the burner.
(Step 108), the output value to the oxygen flow control valve regulator 34 is corrected (Step 106). On the other hand, Step 1
O 2 concentration if not detected criterion value p2 higher, to maintain the supply flow rate of the present fuel and oxygen at 07. Then, the process returns to the time count process which is the control cycle.

【0021】なお、制御周期Tcは、対象溶解炉に合わ
せて例えばTc=1minなどとし、酸素用流量制御バ
ルブ30からの酸素流量が、演算制御装置20が酸素流
量制御バルブ調整器34に与えた流量値に達し、炉内ガ
スの状態が操作結果の反映された定常状態に達する時間
にする。また、CO濃度とO2濃度の判定基準値p1、
p2は例えば1%および2%などとし、ガス濃度計が安
定に検出できる値を考慮した値にする。また、COに比
して濃度が低くはなるが、ステップ104の判定をH2
濃度で行っても良い。
The control cycle Tc is set to, for example, Tc = 1 min in accordance with the target melting furnace. The oxygen flow rate from the oxygen flow rate control valve 30 is given to the oxygen flow rate control valve regulator 34 by the arithmetic and control unit 20. The time is reached when the flow rate value is reached and the state of the furnace gas reaches a steady state reflecting the operation result. Further, the reference values p1 for determining the CO concentration and the O 2 concentration,
p2 is, for example, 1% or 2%, and is set to a value in consideration of a value that can be stably detected by the gas concentration meter. Further, although the concentration is lower than that of CO, the determination in step 104 is H 2
The concentration may be performed.

【0022】図2のフローチャートで説明した処理を、
溶解原材料の温度が鉄が溶解して出湯可能な温度、例え
ば1520℃になるまで繰り返す。次に、溶湯の一部を
取り出して成分分析を行ない、必要に応じて成分調整を
行なう。そして、温度と成分が満足されればバーナー6
を停止し、出湯口11を開栓して出湯する。
The processing described in the flowchart of FIG.
The process is repeated until the temperature of the melting raw material reaches a temperature at which iron can be melted and the hot water can be discharged, for example, 1520 ° C. Next, a part of the molten metal is taken out and subjected to component analysis, and component adjustment is performed as necessary. If the temperature and components are satisfied, the burner 6
Is stopped, and the tap hole 11 is opened to discharge the tap water.

【0023】(実施の形態2)前記実施の形態1では、
炉内に発生しているガスの濃度を検出してこれをもとに
燃料または酸素の少なくとも一方の供給流量を決定する
方法を説明したが、以下実施の形態2では、炉内のガス
の代わりに排出ガスの濃度を検出して、予め作成した化
学反応モデルをもとに炉内に発生するガスの組成を計算
し、これをもとに燃料または酸素の少なくとも一方の供
給流量を決定する方法を説明する。図3に本実施の形態
における回転溶解炉と燃焼制御系を示す。排ガス出口開
口部10から出たところにガス採取管16が取り付けら
れ、パイプ17を介してCO、CO2、およびO2のガス
濃度計19に接続されている。ガス濃度計19は、ガス
採取管16から取り入れた排ガスから水分を冷却除湿
し、乾き状態での各ガスの濃度を計測する。演算制御装
置20は後述する化学反応モデルを内蔵し、前述のガス
濃度計19と信号線18で接続されており、化学反応モ
デル及び検出されたガス濃度をもとに回転溶解炉に供給
する酸素流量及び燃料流量を算出する。その他の構成は
実施の形態1と同じであり、同一記号で示す。
(Embodiment 2) In Embodiment 1 described above,
The method of detecting the concentration of the gas generated in the furnace and determining the supply flow rate of at least one of the fuel and oxygen based on the detected gas concentration has been described. A method of detecting the concentration of exhaust gas, calculating the composition of gas generated in the furnace based on a chemical reaction model created in advance, and determining the supply flow rate of at least one of fuel and oxygen based on this Will be described. FIG. 3 shows a rotary melting furnace and a combustion control system according to the present embodiment. A gas sampling pipe 16 is attached to the outlet of the exhaust gas outlet 10 and connected to a gas concentration meter 19 for CO, CO 2 and O 2 via a pipe 17. The gas concentration meter 19 cools and dehumidifies moisture from the exhaust gas taken in from the gas sampling pipe 16 and measures the concentration of each gas in a dry state. The arithmetic and control unit 20 has a built-in chemical reaction model, which will be described later, and is connected to the above-mentioned gas concentration meter 19 via a signal line 18. Based on the chemical reaction model and the detected gas concentration, the oxygen supplied to the rotary melting furnace is controlled. Calculate the flow rate and fuel flow rate. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and are denoted by the same symbols.

【0024】CO2とCOの大気中の濃度は低いため、
ガス採取管16に入る排ガスが大気で薄められ、あるい
は全体採取ガスから水蒸気分が除去されても、その比は
ほとんど変化しない。そこで、実施の形態2では、加炭
材と燃焼ガスとの反応が始まり、O2が不足してCOが
検出されている状態では、排ガス中のCO濃度とCO2
濃度を検出してその比を求め、後述する化学反応モデル
から同一比の状態になる炉内の原材料温度と真の炉内ガ
スの全組成を求めることにより、必要な酸素の供給流量
を演算補正し、修正出力する。また、加炭材が消失ある
いは燃料ガスと酸素ガスの混合比を大きくしすぎてCO
が無くなり、過剰O2が検出されるようになった状態で
は排ガス中のO2、CO2濃度の検出値から、サンプルガ
スへの空気の混入を考慮して過剰酸素供給流量を演算
し、修正出力する。以下、化学反応モデル、及び化学反
応モデルと排ガス中のCO濃度とCO2濃度を検出して
その比を用い、数5、数6の発熱反応に必要な酸素流量
を決定する方法、および酸素過剰時にはCO2とO2の濃
度検出値を用いて酸素供給流量を減少する方法について
具体的に説明する。
Since the concentration of CO 2 and CO in the atmosphere is low,
Even if the exhaust gas entering the gas sampling pipe 16 is diluted with the atmosphere or the water vapor is removed from the entire sampling gas, the ratio hardly changes. Therefore, in the second embodiment, the reaction between the carburizing material and the combustion gas starts, and in a state where O 2 is insufficient and CO is detected, the CO concentration in the exhaust gas and the CO 2
Calculate and correct the required oxygen supply flow rate by detecting the concentration and calculating the ratio, and calculating the raw material temperature in the furnace and the total composition of the true gas in the furnace at the same ratio from the chemical reaction model described later. And output the correction. Also, if the carburized material disappears or the mixing ratio of fuel gas and oxygen gas becomes too large, CO
When the excess O 2 has been detected and the excess O 2 has been detected, the excess oxygen supply flow rate is calculated and corrected from the detected values of the O 2 and CO 2 concentrations in the exhaust gas, taking into account the mixing of air into the sample gas. Output. Hereinafter, a chemical reaction model, a method of detecting a CO concentration and a CO 2 concentration in an exhaust gas, a chemical reaction model, and an exhaust gas, and using the ratio to determine an oxygen flow rate necessary for an exothermic reaction of Formulas 5 and 6, and an oxygen excess A method for reducing the oxygen supply flow rate by using the detected values of CO 2 and O 2 sometimes will be specifically described.

【0025】まず化学反応モデルについて述べる。化学
反応モデルは、炉内の燃焼ガスおよび溶解原材料の間で
起る化学反応に対し、関係物質の量論的関係を数式化し
たものである。対象となる化学反応は、基本的には数2
〜数6で示す通りであるが、各化学反応の反応進行速度
は各々の化学反応速度や物質移動速度で律速されるた
め、個別の化学反応をもとにして炉内全体の化学反応を
数式化することは単純にはできない。しかし,本説明に
おける回転溶解炉では、バーナーで燃料が燃焼して発生
する燃焼ガスは、常にバーナー側から出口に向かっての
流動状態にあり、炉内で加炭材と反応しても絶えず撹袢
混合されて流出していくため、炉内ガス成分の変動はき
わめて緩やかである。このため、炉内の雰囲気は化学熱
力学平衡状態への過渡状態の一時期として捉えられるこ
と、さらに昇温・溶解過程は化学反応速度に比してはる
かに長時間の現象であり、炉内ガス成分の変化は溶解材
料の温度の関数として関係付けられることから,燃焼ガ
スと加炭材の炉内全体の化学反応を化学熱力学的平衡論
を用いて近似的に数式化する。本来の化学熱力学的平衡
論は、ある温度における関係物質の反応の最終的な平衡
状態を与えるものであり、反応の進行速度を規定するも
のではないが、バーナーから燃焼流入して炉内を流動し
ている燃焼ガス全量に対し、溶解原材料と反応するガス
の割合(以降、反応率と称す)を規定することにより、反
応が平衡状態に至る過渡段階の関係物質の量論的関係を
決定できる。なお、反応率は実際の溶解炉の反応状態を
計測すれば同定できる。すなわち,化学反応モデルと
は,燃料ガスと酸素ガスが回転溶解炉内のバーナーで燃
焼し,前記各ガスの流量に応じたCO2,H2O,O2
組成となって炉内の一端側からに流入したあと、反対側
から流れ出ていく間に溶解原材料,特に加炭材と全体の
どれだけの量が反応して,最終的に如何なるガス組成の
状態に変化するかの関係を溶解原材料の温度の関数とし
て,対象とする回転溶解炉およびその使用する溶解原材
料の配合状態に適合するように表わしたものである。
First, a chemical reaction model will be described. The chemical reaction model is a mathematical expression of a stoichiometric relationship of related substances with respect to a chemical reaction occurring between a combustion gas and a dissolved raw material in a furnace. The chemical reaction of interest is basically
Although the reaction progress rate of each chemical reaction is limited by each chemical reaction rate and mass transfer rate, the chemical reaction of the entire furnace in the individual furnace is based on the individual chemical reaction. Cannot simply be done. However, in the rotary melting furnace described in this description, the combustion gas generated by burning the fuel in the burner is always flowing from the burner side to the outlet, and is constantly stirred even if it reacts with the carbonized material in the furnace. Fluctuations in the gas components in the furnace are extremely gentle because they flow out after mixing under the bath. For this reason, the atmosphere in the furnace is regarded as a period of transition to the chemical thermodynamic equilibrium state, and the temperature rise and melting process is a phenomenon that is much longer than the chemical reaction rate. Since the change in the components is related as a function of the temperature of the molten material, the chemical reaction of the combustion gas and the carburized material in the entire furnace is approximately formulated using chemical thermodynamic equilibrium theory. The original chemical thermodynamic equilibrium theory gives the final equilibrium state of the reaction of related substances at a certain temperature and does not specify the progress rate of the reaction, but it burns from the burner and flows through the furnace. Determines the stoichiometric relationship of related substances in the transient stage when the reaction reaches an equilibrium state by specifying the ratio of gas reacting with dissolved raw materials to the total amount of flowing combustion gas (hereinafter referred to as reaction rate) it can. The reaction rate can be identified by measuring the actual reaction state of the melting furnace. In other words, the chemical reaction model means that fuel gas and oxygen gas are burned by a burner in a rotary melting furnace, and the composition of CO 2 , H 2 O, and O 2 according to the flow rate of each gas is converted to one end of the furnace. Dissolves the relationship between how much of the whole reacts with the dissolved raw material, especially the carburized material, while flowing out from the opposite side after flowing in from the opposite side, and finally changes to the state of the gas composition. It is expressed as a function of the temperature of the raw materials to be compatible with the intended rotary melting furnace and the blending conditions of the melting raw materials used.

【0026】次に化学反応モデルにより、炉内ガス組成
を求める方法について述べる。化学反応モデルでは、炉
内をガス層と原材料層との2つの層で考える。回転溶解
炉の場合は、炉内容積に反応率を掛けた底部側領域を原
材料層、残りをガス層と見なし、各層が雰囲気温度と初
期存在ガスの分圧に応じた化学熱力学平衡状態になると
考える。具体的には次の処理を行う。 層内のガスと原材料の温度tg1を与える。 バーナーへ供給している流量の燃料と酸素の燃焼ガス
が炉内に入り、均一混合した場合の炉内のO2、H2O、
CO2、CO、H2のガス量、モル分率を求める。 炉内全体の燃焼ガスから一定割合α(反応率)を原材料
層に移動し、温度tg1におけるガス−加炭材間の化学
反応の化学熱力学平衡状態を求める。 上記化学熱力学平衡状態に達した反応ガスをガス層に
戻し、未反応ガスと均一混合した場合の各ガスの中間モ
ル数を求める。 の組成ガスの、温度tg1における化学反応の化学
熱力学平衡状態を求める。 以上の処理により、炉内温度tg1と燃焼バーナーへの
燃料と酸素の供給流量および反応率に応じた炉内ガスの
組成が求まる。
Next, a method of obtaining the gas composition in the furnace using a chemical reaction model will be described. In the chemical reaction model, the inside of the furnace is considered as two layers, a gas layer and a raw material layer. In the case of a rotary melting furnace, the bottom side area obtained by multiplying the reactor volume by the reaction rate is regarded as the raw material layer, and the rest is regarded as the gas layer. I think it will be. Specifically, the following processing is performed. The gas in the layer and the temperature tg1 of the raw material are given. O 2 , H 2 O, and O 2 in the furnace when the flow rate of fuel and the combustion gas of oxygen supplied to the burner enter the furnace and are uniformly mixed.
The CO 2 , CO, and H 2 gas amounts and mole fractions are determined. A constant ratio α (reaction rate) is transferred from the combustion gas in the entire furnace to the raw material layer, and a chemical thermodynamic equilibrium state of the chemical reaction between the gas and the carburized material at the temperature tg1 is obtained. The reaction gas that has reached the above-mentioned chemical thermodynamic equilibrium state is returned to the gas layer, and the intermediate mole number of each gas when uniformly mixed with the unreacted gas is determined. A chemical thermodynamic equilibrium state of a chemical reaction of the composition gas at the temperature tg1 is determined. By the above processing, the composition of the furnace gas according to the furnace temperature tg1 and the supply flow rate and the reaction rate of the fuel and oxygen to the combustion burner is obtained.

【0027】次に、化学反応モデルの基本的考えである
化学熱力学平衡について述べる。まず、原材料層の反応
モデル(前記項)について述べる。化学熱力学的平衡論
からは、数2から数6の炉内反応に関係するガス成分
の、ガス分圧を求める上で必要な独立な反応式は数15
から数17で示したの3つに集約できる。なお、関係ガ
ス成分の独立な関係が得られる組合わせであれば、下記
3式の組合わせに限定されないことは言うまでもない。
Next, chemical thermodynamic equilibrium, which is a basic idea of a chemical reaction model, will be described. First, the reaction model of the raw material layer (described above) will be described. From the chemical thermodynamic equilibrium theory, the independent reaction equation required to determine the gas partial pressure of the gas components related to the in-furnace reaction of Equations 2 to 6 is given by Equation 15
From Equation 17 can be summarized into three. It is needless to say that the combination is not limited to the combination of the following three formulas as long as the combination can provide an independent relationship between the related gas components.

【数15】C+CO2⇔2CO[Equation 15] C + CO 2 ⇔2CO

【数16】C+O2⇔CO2 [Formula 16] C + O 2 ⇔CO 2

【数17】H2+1/2・O2⇔H2O 数15、数16、数17の各反応の平衡定数をK1、K
2、K3、また対象ガスCO2、H2O、O2、CO、H2
のガス分圧をPco2、Ph2o、Po2、Pco、Ph2で表わす
と、ファント・ホッフの等温式と標準自由エネルギー変
化から数18〜数20の関係式が成り立つ。
H 2 + / · O 2 ⇔H 2 O The equilibrium constants of the respective reactions of Equations (15), (16) and (17) are represented by K1 and K, respectively.
2, K3, and target gases CO 2 , H 2 O, O 2 , CO, H 2
Is expressed by Pco 2 , Ph 2 o, Po 2 , Pco, Ph 2 , the relational expressions of Expressions 18 to 20 are established from the van Hoff-Hoff isotherm and the standard free energy change.

【数18】 K1=(Pco)2/Pco2 =exp{−(170710−174.5T)/RT}K1 = (Pco) 2 / Pco 2 = exp {− (170710−174.5T) / RT}

【数19】 K2=Pco2/Po2 =exp{−(−394577−1.13T)/RT}K2 = Pco 2 / Po 2 = exp {− (− 394577−1.13T) / RT}

【数20】 K3=(Ph2o)2/((Ph2)2 Po2) =exp{−(−492698+109.84T)/RT} ここでRは気体定数、Tは絶対温度である。すなわち温
度が決定されれば、その温度における平衡定数が求ま
る。
Equation 20] K3 = (Ph 2 o) 2 / ((Ph 2) 2 · Po 2) = exp {- (- 492698 + 109.84T) / RT} where R is the gas constant, T is the absolute temperature. That is, once the temperature is determined, the equilibrium constant at that temperature is determined.

【0028】Pco2、Ph2o、Po2、Pco、Ph2は炉内全
圧が1atmであること、及び燃料ガスの供給流量の初期
条件から以下の方法で決定する。CO2、H2O、O2
CO、H2の各ガスの炉内モル数を各々A、B、C、
D、Eで表わし、化学反応モデルにて炉内ガスの原材料
層に移動すると見なす割合(反応率)をαとする。そし
て、CO2、H2O、O2、CO、H2の反応前のモル数を
各々a(=α・A)、b(=α・B)、c(=α・C)、d
(=α・D)、e(=α・E)とし、数15、数16、数1
7の反応の方向と反応量(モル数)を数21、数22、数
23のように定めると、反応後の各ガスの分圧とモル数
の関係は数24〜数28となる。
Pco 2 , Ph 2 o, Po 2 , Pco, Ph 2 are determined by the following method from the condition that the total pressure in the furnace is 1 atm and the initial condition of the supply flow rate of the fuel gas. CO 2 , H 2 O, O 2 ,
The mole numbers of CO, H 2 gases in the furnace are A, B, C,
The ratio (reaction rate) represented by D and E and regarded as moving to the raw material layer of the gas in the furnace in the chemical reaction model is defined as α. Then, the numbers of moles of CO 2 , H 2 O, O 2 , CO, and H 2 before the reaction are represented by a (= α · A), b (= α · B), c (= α · C), and d, respectively.
(= Α · D) and e (= α · E), and Equation 15, Equation 16, and Equation 1
When the reaction direction and the reaction amount (number of moles) of 7 are determined as in Equations 21, 22, and 23, the relationship between the partial pressure of each gas after the reaction and the number of moles is as shown in Equations 24 to 28.

【数21】C+CO2 → 2CO : xモル## EQU21 ## C + CO 2 → 2CO: x mole

【数22】C+O2 ← CO2 : yモル## EQU22 ## C + O 2 ← CO 2 : y mol

【数23】H2+1/2・O2 ← H2O : zモルH 2 + 1/2 · O 2 ← H 2 O: z mol

【数24】Pco2=(a−x−y)/(a+b+c+d+e
+1/2・z+x)
## EQU24 ## Pco 2 = (a-xy) / (a + b + c + d + e)
+ 1 / 2.z + x)

【数25】 Ph2o=(b−z)/(a+b+c+d+e+1/2・z+x)## EQU25 ## Ph 2 o = (b−z) / (a + b + c + d + e + 1/2 · z + x)

【数26】Po2=(c+y+1/2・z)/(a+b+c+d
+e+1/2・z+x)
## EQU26 ## Po 2 = (c + y + 1 / 2.z) / (a + b + c + d)
+ E + 1 / 2.z + x)

【数27】Pco=(d+2x)/(a+b+c+d+e+1
/2・z+x)
## EQU27 ## Pco = (d + 2x) / (a + b + c + d + e + 1)
/ 2z + x)

【数28】 Ph2=(e+z)/(a+b+c+d+e+1/2・z+x) 数24〜数28を数18〜数20に代入することにより
数29〜数31の関係が求まる。
[Expression 28] Ph 2 = (e + z) / (a + b + c + d + e + 1/2 · z + x) By substituting Expressions 24 to 28 into Expressions 18 to 20, the relationship of Expressions 29 to 31 is obtained.

【数29】K1=(d+2x)2/{(a+b+c+d+e
+1/2・z+x)(a−x−y)}
K1 = (d + 2x) 2 / {(a + b + c + d + e)
+ 1 / 2.z + x) (a-xy)}

【数30】K2=(a−x−y)/(c+y+1/2・z)K2 = (a-xy) / (c + y + 1 / 2.z)

【数31】K3=(b−z)2(a+b+c+1/2・z+x)
/{(e+z)2(c+y+1/2・z)} 温度が決まればK1、K2、K3は数18〜数20から
一義的に定まる。したがって、変数がx、y、zの3つ
に対し関係式が3つであることから解が求まり、平衡状
態でのCO2、H2O、O2、CO、H2のモル数と分圧の
関係が求まる。
K3 = (b−z) 2 (a + b + c + 1/2 · z + x)
/ {(E + z) 2 (c + y + 1/2 · z)} If the temperature is determined, K1, K2, and K3 are uniquely determined from Expressions 18 to 20. Therefore, a solution can be obtained from three relational expressions for three variables x, y, and z, and the number of moles of CO 2 , H 2 O, O 2 , CO, and H 2 in the equilibrium state can be determined. The pressure relationship is determined.

【0029】次に、ガス層での反応モデル(前記項)に
ついて述べる。対象反応式は数5と数6の2つである。
数5、数6の各反応の平衡定数をK4、K5で表わす
と、原材料層と同様にして次の関係式が成り立つ。
Next, a reaction model in the gas layer (described above) will be described. The target reaction formulas are Equations 5 and 6.
When the equilibrium constants of the respective reactions of Equations 5 and 6 are represented by K4 and K5, the following relational expression is established as in the case of the raw material layer.

【数32】 K4=Pco2/(Pco・(Po2)1/2) =exp{−(−282420+86.82T)/RT}K4 = Pco 2 / (Pco · (Po 2 ) 1/2 ) = exp {− (− 282420 + 86.82T) / RT}

【数33】 K5=Ph2o/(Ph2・(Po2)1/2) =exp{−(−239530+18.74TlogT−9.247T)/RT}P
co2、Ph2o、Po2、Pco、Ph2は炉内全圧が1atmであ
ることと、燃料ガスの供給流量の初期条件から以下の方
法で決定する。CO2、H2O、O2、CO、H2の反応前
のモル数は各々a1(=(1−α)・A+(a−x−y))、
b1(=(1−α)・B+(b−z))、c1(=(1−α)・C
+(c+y+1/2・z))、d1(=(1−α)・D+(d+2
・x))、e1(=(1−α)・E+(e+z))とし、数5、
数6の反応の方向と反応量(モル数)を数34、数35の
ように定めると、反応後の各ガスの分圧とモル数の関係
は数36〜数40となる。
K5 = Ph 2 o / (Ph 2 · (Po 2 ) 1/2 ) = exp {− (− 239530 + 18.74TlogT−9.247T) / RT} P
co 2 , Ph 2 o, Po 2 , Pco, and Ph 2 are determined by the following method from the condition that the total pressure in the furnace is 1 atm and the initial condition of the supply flow rate of the fuel gas. The number of moles of CO 2 , H 2 O, O 2 , CO and H 2 before the reaction is a1 (= (1−α) · A + (a−x−y)),
b1 (= (1-α) · B + (b−z)), c1 (= (1-α) · C
+ (C + y + 1/2 · z)), d1 (= (1−α) · D + (d + 2
X)), e1 (= (1−α) · E + (e + z)).
When the reaction direction and the reaction amount (molar number) in Equation 6 are determined as in Equations 34 and 35, the relationship between the partial pressure of each gas after the reaction and the number of moles is as shown in Equations 36 to 40.

【数34】 CO+1/2・O2 → CO2 : x1モル[Formula 34] CO + 1/2 · O 2 → CO 2 : x1 mol

【数35】 H2O+1/2・O2 → CO2 : y1モルH 2 O + 1/2 · O 2 → CO 2 : y1 mol

【数36】Pco2=(a1+x1)/A[Expression 36] Pco 2 = (a1 + x1) / A

【数37】Pco=(b1−x1)/A[Formula 37] Pco = (b1−x1) / A

【数38】Ph2o=(c1+y1)/A[Equation 38] Ph 2 o = (c1 + y1) / A

【数39】Ph2=(d1−y1)/A[Formula 39] Ph 2 = (d1-y1) / A

【数40】Po2=(e1−x1/2−y1/2)/A ただし、数36から数40においてAは炉内ガスの反応
後の総モル数であり、数41である。
Po 2 = (e 1 −x 1/2 −y 1/2) / A where A is the total number of moles of the gas in the furnace after the reaction in the equations 36 to 40, and is the equation 41.

【数41】 A=a1+b1+c1+d1+e1−(x1+y1)/2 数36〜数40を数32、数33に代入することにより
数42、数43の関係が求まる。
A = a1 + b1 + c1 + d1 + e1- (x1 + y1) / 2 By substituting Equations 36 to 40 into Equations 32 and 33, the relation of Equations 42 and 43 is obtained.

【数42】K4={(a1+x1)/A}/[{(b1−x1)/A}
・{(e1−x1/2−y1/2)/A}1/2]
K4 = {(a1 + x1) / A} / [{(b1−x1) / A}
・ {(E1-x1 / 2-y1 / 2) / A} 1/2 ]

【数43】K5={(c1+y1)/A}/[{(d1−y1)/A}
・{(e1−x1/2−y1/2)/A}1/2] 温度が決まればK4、K5は数32、数33から一義的
に定まる。以上により変数がx1、y1の2つに対し関係
式が2つあることから解が求まり、炉内の最終的なCO
2、H2O、O2、CO、H2のモル数と分圧が求まる。炉
内圧は全圧が1atmであるから、分圧はガス濃度に等し
い。
K5 = {(c1 + y1) / A} / [{(d1-y1) / A}
[{(E1-x1 / 2-y1 / 2) / A} 1/2 ] If the temperature is determined, K4 and K5 are uniquely determined from Equations 32 and 33. From the above, a solution is obtained because there are two relational expressions for two variables x1 and y1, and the final CO in the furnace is obtained.
2 , the number of moles of H 2 O, O 2 , CO and H 2 and the partial pressure are determined. Since the furnace pressure has a total pressure of 1 atm, the partial pressure is equal to the gas concentration.

【0030】炉内全体のガスに対して原材料層のガス量
を決定する化学反応モデルの反応率αは、実炉のモデル
操業におけるCOとCO2のガス濃度と原材料の温度変
化を計測することで同定できる。実炉モデル操業の燃料
ガス供給条件に対し、前記化学反応モデルの反応率を変
動パラメータとして、原材料温度と水蒸気分を除去した
COとCO2のガス濃度の関係を計算で求め、実際の計
測値変化と最も近い反応率を、その燃料ガス供給条件で
の反応率とするのである。実際の回転溶解炉の原材料に
ついて、異なる燃料の混合比に対してモデル溶解を行っ
た結果、原材料の温度、加炭材の装入量、および反応率
の関係を図6のようにすれば、設置した回転溶解炉の炉
内の反応をモデル化できることが分かった。一旦化学反
応モデルが作成できれば、燃料と酸素の供給過程が変化
しても、溶解原材料の温度に対応した炉内のガス組成を
計算で求めることが可能になる。
The reaction rate α of the chemical reaction model for determining the gas amount of the raw material layer with respect to the entire gas in the furnace is to measure the CO and CO 2 gas concentrations and the temperature change of the raw materials in the model operation of the actual furnace. Can be identified. To the fuel gas supply conditions of the actual furnace model operation, the as chemical reactions fluctuation parameter response rates model, determined by calculating the relationship between the raw material temperature and gas concentration of CO and CO 2 that the water vapor partial removal, the actual measured value The reaction rate closest to the change is defined as the reaction rate under the fuel gas supply conditions. As a result of performing model melting for the raw material of the actual rotary melting furnace with respect to the mixing ratio of different fuels, if the relationship between the temperature of the raw material, the charged amount of the carburizing material, and the reaction rate is as shown in FIG. It was found that the reaction inside the installed rotary melting furnace could be modeled. Once a chemical reaction model can be created, even if the supply process of fuel and oxygen changes, it becomes possible to calculate the gas composition in the furnace corresponding to the temperature of the dissolved raw material.

【0031】次に、化学反応モデルをもとにCOとCO
2の濃度比を用い、数5、数6の発熱反応に必要な酸素
流量を決定する方法について説明する。図7に燃料のプ
ロパンガスと酸素の混合比が1.0の場合について、実
際の溶解実験結果から同定した反応率を用いて、化学反
応モデルをもとに求めたCOガス濃度[CO]とCO2
ス濃度[CO2]の比と原材料温度の関係を示す。[CO]
/[CO2]比は、原材料温度の上昇とともに0から増加
する。すなわち、混合比が1.0の場合は、最初COは
存在せず、原材料の温度が上昇して燃焼ガスと加炭材と
の反応が盛んになる発生するようになり、温度上昇と共
に増加する。プロパンガスに対して酸素が過剰の混合比
でも、値は異なるが右上がりの変化に違いはなく、原材
料温度と[CO]/[CO2]比は1:1の対応関係があ
る。したがって、検出したガス濃度から[CO]/[C
2]比が求めれば炉内の原材料の温度を推定することが
でき、化学反応モデルからCOガスとH2ガスの炉内の
モル容積、分圧、およびガス濃度を求めることができ
る。すなわち、数5、数6の反応に必要な酸素量が求ま
る。
Next, CO and CO are calculated based on the chemical reaction model.
A method of determining the oxygen flow rate required for the exothermic reactions of Equations 5 and 6 using the concentration ratio of 2 will be described. FIG. 7 shows a case where the mixing ratio of propane gas to oxygen is 1.0, and the CO gas concentration [CO] obtained based on the chemical reaction model using the reaction rate identified from the actual dissolution experiment results. The relationship between the ratio of the CO 2 gas concentration [CO 2 ] and the raw material temperature is shown. [CO]
The / [CO 2 ] ratio increases from 0 with increasing raw material temperature. That is, when the mixing ratio is 1.0, CO is not present at first, and the temperature of the raw material rises, and the reaction between the combustion gas and the carburizing material becomes active, and increases with the temperature rise. . Even if the mixing ratio of oxygen is excessive with respect to propane gas, the value is different, but there is no difference in the upward slope, and there is a 1: 1 correspondence between the raw material temperature and the [CO] / [CO 2 ] ratio. Therefore, [CO] / [C
If the O 2 ] ratio is determined, the temperature of the raw material in the furnace can be estimated, and the molar volume, partial pressure, and gas concentration of CO gas and H 2 gas in the furnace can be determined from the chemical reaction model. That is, the amount of oxygen necessary for the reactions of Equations 5 and 6 is obtained.

【0032】次いで、溶解途中で加炭材が反応の結果消
失、あるいは燃料ガスと酸素ガスの混合比が大きくなり
すぎてCOが無くなり、過剰O2が排出されるようにな
った状態での酸素供給量の減少方法について述べる。プ
ロパンガスの供給流量、加炭材の反応量、未反応O2
量を各々g、u、vモル/sとすると、O2が過剰状態
では炉内の反応は化学量論的に前記数9〜数11の関係
で表わされる。
[0032] Next, dissolution middle carburization material eliminates CO to the mixing ratio becomes too large results disappearance, or fuel gas and oxygen gas in the reaction, oxygen in the state of excess O 2 is adapted to be discharged The method of reducing the supply will be described. Assuming that the supply flow rate of propane gas, the reaction amount of the carburizing material, and the unreacted O 2 flow rate are g, u, and v mol / s, respectively, the reaction in the furnace is stoichiometrically in the case of excess O 2 when 11 11

【0033】ガス採取管への空気の混入率をβとすると
すると、混入率βは乾きガスのCO 2濃度[CO2]とO
2濃度[O2]から数44で求まる。
Assuming that the mixing ratio of air into the gas sampling tube is β,
Then, the mixing ratio β is the dry gas CO TwoConcentration [COTwo] And O
TwoConcentration [OTwo] From Expression 44.

【数44】β=[1−([CO2]+[O2])]/
[0.79−{1−([CO2]+[O2])}] これより、空気の混入を考慮した未反応O2量vモル
は、空気の混入率βとO2濃度[O2]から数45で求め
られる。
Β = [1-([CO 2 ] + [O 2 ])] /
[0.79- {1 - ([CO 2] + [O 2])}] From this, unreacted O 2 amount v moles in consideration of the contamination of the air mixing ratio β and O 2 concentration in the air [O 2 ] from Equation 45.

【数45】v=g(5λ−2)(1+β){[O2]−
0.21β/(1+β)} したがって、数45で計算された酸素量をバーナー燃料
から減ずれば、過剰酸素を無くすことができる。
V = g (5λ-2) (1 + β) {[O 2 ] −
0.21β / (1 + β)} Therefore, if the oxygen amount calculated in Equation 45 is reduced from the burner fuel, excess oxygen can be eliminated.

【0034】次に、実際の溶解作業において、ガス濃度
計19で検出された排ガスのCO、CO2、およびO2
度をもとに、内蔵した化学反応モデルを用い、酸素ガス
供給量を修正調整して燃焼制御する方法について、図4
のフローチャートを用いて説明する。まず開始にあた
り、演算制御装置20に対して、装入した鉄原材料と加
炭材の量、および原材料の量から定めているバーナーの
燃料ガスの基準流量、およびCO濃度とO2濃度の判定
基準値p1、p2を入力、記憶させる。自動燃焼制御を
スタートさせると、演算制御装置20はスタート前に入
力された基準の燃料流量値と、燃料に対して混合比が
1.0の酸素の流量値を、燃料流量制御バルブ調整器3
5と酸素流量制御バルブ調整器34に出力する(ステッ
プ201)。そして制御周期Tcに相当する時間タイム
カウントする(ステップ202)。次いで、ガス濃度計1
9を用いて排ガス中のCO、CO2、O2の濃度を計測し
(ステップ203)、最初にCOが判定基準値p1以上存
在しているかを判断する(ステップ204)。
Next, in the actual melting operation, based on the CO, CO 2 , and O 2 concentrations of the exhaust gas detected by the gas concentration meter 19, the supply amount of oxygen gas is corrected using a built-in chemical reaction model. FIG. 4 shows a method of adjusting and controlling combustion.
This will be described with reference to the flowchart of FIG. First, at the start, a reference flow rate of the burner fuel gas determined from the amounts of the iron raw material and the carburized material charged, and the amounts of the raw materials, and a determination standard of the CO concentration and the O 2 concentration are given to the arithmetic and control unit 20. The values p1 and p2 are input and stored. When the automatic combustion control is started, the arithmetic and control unit 20 calculates the reference fuel flow rate value input before the start and the flow rate value of the oxygen having a mixing ratio of 1.0 with respect to the fuel by the fuel flow rate control valve regulator 3.
5 and output to the oxygen flow control valve regulator 34 (step 201). Then, a time is counted for a time corresponding to the control cycle Tc (step 202). Next, gas concentration meter 1
9 to measure the concentration of CO, CO 2 and O 2 in the exhaust gas
(Step 203) First, it is determined whether or not CO is present at or above the determination reference value p1 (Step 204).

【0035】COが判定基準値p1以上検出された場合
は以下の処理を行う。まずCO濃度とCO2の濃度比[C
O]/[CO2]=rを計算する(ステップ205)。そし
て、内蔵させた化学反応モデルに基づき、現在の燃料と
酸素供給流量の混合比から適用する反応率αを決定後、
CO濃度とCO2の濃度比がrとなる原材料温度trを
求め、そのときの炉内のH2Oをも含んだCOとH2のガ
ス濃度を計算する(ステップ206)。そして、前ステッ
プで計算されたCOとH2のガス濃度、およびバーナー
への燃料と酸素の供給流量を用いて、数5、数6の反応
に必要な酸素流量、すなわち現在の酸素供給量に対する
増加流量を計算し(ステップ207)、酸素流量制御バル
ブ調整器34への出力値を修正する(ステップ208)。
When CO is detected equal to or more than the determination reference value p1, the following processing is performed. First, the concentration ratio between CO concentration and CO 2 [C
O] / [CO 2 ] = r is calculated (step 205). Then, based on the built-in chemical reaction model, after determining the reaction rate α to be applied from the current mixing ratio of fuel and oxygen supply flow rate,
A raw material temperature tr at which the ratio of the CO concentration to the CO 2 concentration is r is obtained, and the gas concentrations of CO and H 2 including H 2 O in the furnace at that time are calculated (step 206). Then, using the gas concentrations of CO and H 2 calculated in the previous step and the supply flow rates of fuel and oxygen to the burner, the oxygen flow rate required for the reactions of Equations 5 and 6, ie, the current oxygen supply rate, The increase flow rate is calculated (step 207), and the output value to the oxygen flow control valve regulator 34 is corrected (step 208).

【0036】一方、ステップ204にて判定基準値p1
以上のCO濃度が検出されなかった場合は、未反応O2
が判定基準値p2以上存在するかを判定する(ステップ
209)。O2が判定基準値p2以上検出された場合
は、O2濃度、およびバーナーへの燃料と酸素の供給流
量値を用いて数44〜数45にて過剰酸素流量を計算し
(ステップ210)、酸素流量制御バルブ調整器34への
出力値を修正する(ステップ208)。他方、ステップ2
09にてO2濃度が判定基準値p2以上検出されなかっ
た場合は、現在の燃料と酸素の供給量を維持する。そし
て、制御周期であるタイムカウント処理に戻る。
On the other hand, at step 204, the judgment reference value p1
If the above CO concentration is not detected, unreacted O 2
It is determined whether or not is greater than or equal to the determination reference value p2 (step 209). If O 2 is detected at or above the determination reference value p 2 , the excess oxygen flow rate is calculated in Equations 44 to 45 using the O 2 concentration and the supply flow rates of fuel and oxygen to the burner.
(Step 210), the output value to the oxygen flow control valve regulator 34 is corrected (Step 208). On the other hand, step 2
If the O 2 concentration is not detected criterion value p2 higher at 09, maintaining the supply amount of the current fuel and oxygen. Then, the process returns to the time count process which is the control cycle.

【0037】なお、制御周期Tc、CO濃度とO2濃度
の判定基準値p1、p2は実施の形態1と同様に、燃料
と酸素の流量制御バルブ系の応答、ガス濃度計の安定検
出、あるいはガス採取管への大気の混入の影響等を考慮
した値にする。図4のフローチャートで説明した処理
を、溶解原材料の温度が鉄が溶解して出湯可能な温度に
なるまで繰り返し、必要に応じて成分調整を行なって、
温度と成分が満足されればバーナー6を停止し、出湯口
11を開栓して出湯する。以上のように化学反応モデル
を適用し、排ガス中のCOとCO2の濃度を検出して燃
焼バーナーの酸素の供給流量を制御することにより、炉
内の化学反応状態に合わせて最大の熱効率が得られるバ
ーナーの燃焼制御が実現できる。なお、前記説明では化
学反応モデルに熱力学平衡論を適用したが、チャーある
いはコークスに対して報告されているように、化学反応
抵抗と流体境膜内拡散抵抗の総括反応速度からなるモデ
ルを用いても良い。
The control cycle Tc, the reference values p1 and p2 for the CO concentration and the O 2 concentration are the same as in the first embodiment, the response of the fuel and oxygen flow control valve system, the stable detection of the gas concentration meter, or Use a value that takes into account the effects of air mixing into the gas sampling pipe. The process described in the flowchart of FIG. 4 is repeated until the temperature of the dissolving raw material reaches a temperature at which iron can be melted and discharged, and component adjustment is performed as necessary.
When the temperature and components are satisfied, the burner 6 is stopped, the tap 11 is opened, and the tap water is discharged. By applying the chemical reaction model as described above, detecting the concentration of CO and CO 2 in the exhaust gas and controlling the supply flow rate of oxygen to the combustion burner, the maximum thermal efficiency can be adjusted according to the chemical reaction state in the furnace. The resulting burner combustion control can be realized. In the above description, thermodynamic equilibrium was applied to the chemical reaction model, but as reported for char or coke, a model consisting of the overall reaction rate of the chemical reaction resistance and the diffusion resistance in the fluid film was used. May be.

【0038】実施の形態1および2において、制御する
酸素はバーナーに供給しているもので説明したが、別に
補助の酸素供給経路を設けてもよい。また、バーナーへ
の酸素の最大供給量に制限があり、酸素供給量を最大値
にしてもCOが残存する場合は、燃料の流量を減少して
もよい。さらには、常に酸素流量は一定にして燃料を増
減しても良い。いずれも数1の燃料と酸素の関係を用い
れば、本発明で述べた方法で容易に実施できる。また、
本実施の形態1および2ではCO濃度の判定を最初に行
い、CO濃度が判定基準値を下回っていたときにO2
度の判定の処理を行うようにしているが、ガス濃度計の
応答特性がガスの種類により異なり、O2濃度検出の方
が早いような場合等にはO2濃度の判定を最初に行うよ
うにしても良い。
In the first and second embodiments, the controlled oxygen is supplied to the burner. However, an auxiliary oxygen supply path may be provided separately. In addition, the maximum supply amount of oxygen to the burner is limited, and if CO remains even when the oxygen supply amount is set to the maximum value, the flow rate of the fuel may be reduced. Further, the fuel may be increased or decreased while the oxygen flow rate is kept constant. In any case, if the relationship between fuel and oxygen of the formula 1 is used, the method can be easily implemented by the method described in the present invention. Also,
In the first and second embodiments, the determination of the CO concentration is performed first, and the process of determining the O 2 concentration is performed when the CO concentration is lower than the determination reference value. However, depending on the type of gas, if the O 2 concentration detection is faster, the O 2 concentration determination may be performed first.

【0039】さらに、装入する溶解原材料の配合が同じ
である溶解が繰り返される場合には、最初は実施の形態
1あるいは2で説明のガス濃度検出を用いた燃焼制御方
法で溶解を行うと同時に、そのときの燃焼バーナーへの
燃料と酸素の供給過程を演算制御装置20のメモリに記
憶しておき、その後の溶解は、溶解原材料の配合が同じ
である記憶した燃料と酸素の供給過程のデータを溶解時
間の経過に合せて逐次読出し、燃料と酸素の流量制御を
行う方法を用いても良い。本方法によれば、ガス濃度計
測を常時行う必要がなくなるため、耐熱性を要求される
ため高価になるガス採取管の熱損耗の低減、およびガス
濃度計のダストフィルタや基準ガスの保守、点検作業の
低減を図ることができる。
Further, in the case where the dissolution in which the mixing of the dissolving raw materials to be charged is the same is repeated, the dissolution is first performed by the combustion control method using the gas concentration detection described in the first or second embodiment, and at the same time, The process of supplying fuel and oxygen to the combustion burner at that time is stored in the memory of the arithmetic and control unit 20, and the subsequent dissolution is performed using the stored data of the process of supplying fuel and oxygen having the same blending of the dissolved raw materials. May be sequentially read out as the dissolution time elapses, and a method of controlling the flow rates of fuel and oxygen may be used. According to this method, since it is not necessary to measure the gas concentration at all times, heat resistance is required to reduce the heat loss of the gas sampling tube, which is expensive, and the maintenance and inspection of the dust filter and the reference gas of the gas concentration meter. Work can be reduced.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明を用いた溶解炉では、炉内ガスの
CO及びH2の濃度を検出して、これらの酸化発熱反応
に必要な燃料と酸素の供給流量を決定する。また、酸素
が過剰な状態ではCO2とO2の濃度を検出して過剰酸素
を抑制する。その結果、常に炉内の発熱反応を最大効率
で行わせるため、総合的な熱効率を高めることができる
ことから、溶解時間が短縮し、原材料の余分な酸化が防
止されて歩留が向上する。また、炉内部のガス成分、お
よび溶解原材料の温度を直接計測することが困難な溶解
炉であっても、燃焼ガスと溶解原材料の化学反応モデル
を予め作成することにより、採取後に水蒸気分が結露、
除湿されたあとの排ガスのCO、CO2およびO2の検出
濃度値から炉内部の水蒸気を含めたガス組成の推定が可
能になり、最大熱効率を実現するバーナーへの燃料と酸
素の供給流量を決定することができる。また、溶解条件
が同一の場合は、前に行ったガス濃度検出による燃焼制
御溶解でのバーナーへの燃料と酸素供給流量パターンを
再生して溶解することが可能になることから、最適な溶
解条件での繰返し操業、ならびに溶湯成分と原材料歩留
の安定化を図ることができる。
In the melting furnace according to the present invention, the concentrations of CO and H 2 in the furnace gas are detected to determine the supply flow rates of fuel and oxygen required for the oxidative exothermic reaction. When oxygen is excessive, the concentrations of CO 2 and O 2 are detected to suppress excess oxygen. As a result, since the exothermic reaction in the furnace is always performed at the maximum efficiency, the overall thermal efficiency can be increased, so that the melting time is shortened, the raw material is prevented from being excessively oxidized, and the yield is improved. Even in melting furnaces where it is difficult to directly measure the temperature of the gas components inside the furnace and the melting raw materials, by creating a chemical reaction model of the combustion gas and the melting raw materials in advance, water vapor condenses after sampling. ,
From the detected concentration values of CO, CO 2 and O 2 in the exhaust gas after dehumidification, it is possible to estimate the gas composition including the water vapor inside the furnace, and to determine the fuel and oxygen supply flow rates to the burner to achieve the maximum thermal efficiency. Can be determined. In addition, when the melting conditions are the same, it is possible to regenerate and melt the flow pattern of the fuel and oxygen supply to the burner in the combustion control melting performed by the gas concentration detection performed earlier. Operation, and stabilization of the molten metal component and the raw material yield can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1を説明する鋳鉄用溶解炉
略図と燃焼制御装置の系統図
FIG. 1 is a schematic diagram of a melting furnace for cast iron and a system diagram of a combustion control device for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1の燃焼制御方法を説明す
るためのフローチャート
FIG. 2 is a flowchart illustrating a combustion control method according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の実施の形態2を説明する鋳鉄用溶解炉
略図と燃焼制御装置の系統図
FIG. 3 is a schematic diagram of a melting furnace for cast iron and a system diagram of a combustion control device for explaining Embodiment 2 of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態2の燃焼制御方法を説明す
るためのフローチャート
FIG. 4 is a flowchart illustrating a combustion control method according to a second embodiment of the present invention;

【図5】本発明対象の回転溶解炉での装入成分、溶湯成
分、および損失成分の重量例
FIG. 5 shows examples of weights of charged components, molten metal components, and lost components in the rotary melting furnace according to the present invention.

【図6】本発明対象の回転溶解炉での燃料の混合比と反
応率の関係
FIG. 6 shows the relationship between the mixing ratio of fuel and the reaction rate in the rotary melting furnace of the present invention.

【図7】本発明対象の回転溶解炉での原材料温度と(C
Oガス濃度)/(CO2ガス濃度)の関係の一例
FIG. 7: Raw material temperature and (C) in the rotary melting furnace of the present invention.
Example of the relationship of O gas concentration / (CO 2 gas concentration)

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…溶解炉本体 6…バーナー 19…ガス濃度計 20…演算制御装置 30…酸素用流量制御バルブ 31…燃料用流量制御バルブ 34…酸素流量制御バルブ調整器 35…燃料流量制御バルブ調整器 38…酸素流量検出器 39…燃料流量検出器 40…ガス濃度計の検出部 42…ガス濃度計の変換器 5 Melting furnace body 6 Burner 19 Gas concentration meter 20 Arithmetic controller 30 Flow control valve for oxygen 31 Flow control valve for fuel 34 Oxygen flow control valve adjuster 35 Fuel flow control valve adjuster 38 Oxygen flow detector 39 ... Fuel flow detector 40 ... Detector of gas concentration meter 42 ... Transformer of gas concentration meter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 正博 三重県桑名市大福2番地 日立金属株式会 社桑名工場内 (72)発明者 今西 幸平 福岡県京都郡苅田町長浜町35番地 日立金 属株式会社九州工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masahiro Sato 2nd Daifuku, Kuwana-shi, Mie Hitachi Metals Co., Ltd. Kuwana Plant (72) Inventor Kohei Imanishi 35 Nagahama-cho, Kanda-cho, Kyoto-gun, Fukuoka Prefecture Hitachi Metals, Ltd. Kyushu factory

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶解原材料を装入して燃料及び酸素を燃
焼して加熱溶解する溶解炉の燃焼制御方法において、燃
料と酸素の供給流量と、炉内のCOとH2ガスのうち少
なくともCOガス濃度とをもとに、炉内の反応が発熱反
応になるように燃料または酸素の少なくとも一方の供給
流量を決定することを特徴とする溶解炉の燃焼制御方
法。
In a combustion control method for a melting furnace, in which a raw material is charged and fuel and oxygen are burned to heat and melt, a supply flow rate of fuel and oxygen, and at least CO 2 of CO and H 2 gas in the furnace. A combustion control method for a melting furnace, comprising: determining a supply flow rate of at least one of fuel and oxygen based on a gas concentration so that a reaction in the furnace becomes an exothermic reaction.
【請求項2】 溶解原材料を装入して燃料及び酸素を燃
焼して加熱溶解する溶解炉の燃焼制御方法において、炉
内のCO、H2、O2ガスのうち、COあるいはH2濃度
が設定値以上の場合は、燃料と酸素の供給流量と、CO
とH2ガスのうち少なくともCOガス濃度とをもとに炉
内の反応が発熱反応になるように燃料または酸素の少な
くとも一方の供給流量を決定し、また設定値より少ない
場合はO2濃度が設定値以上あるかどうかを比較し、設
定値以上の場合は、燃料と酸素の供給流量および炉内ガ
ス中のO2の濃度から未反応O2量を計算してO2濃度が
減少するように燃料または酸素の少なくとも一方の供給
流量を決定することを特徴とする溶解炉の燃焼制御方
法。
2. A combustion control method for a melting furnace in which a melting raw material is charged and a fuel and oxygen are burned and heated and melted, wherein CO or H 2 concentration of CO, H 2 and O 2 gas in the furnace is reduced. If the set value is exceeded, the supply flow rates of fuel and oxygen and CO
Is at least CO gas concentration and based on furnace of reaction is determined at least one of the supply flow rate of fuel or oxygen so that the exothermic reaction and O 2 concentration is less than the set value of the H 2 gas Compare with the set value or not, and if it is not less than the set value, calculate the amount of unreacted O 2 from the supply flow rate of fuel and oxygen and the concentration of O 2 in the furnace gas so that the O 2 concentration decreases. Determining a supply flow rate of at least one of fuel and oxygen.
【請求項3】 溶解原材料を装入して燃料及び酸素を燃
焼して加熱溶解する溶解炉の燃焼制御方法において、炉
内燃焼ガスと溶解原材料の化学反応の関係を求める化学
反応モデルを予め作成し、検出した排出ガスの組成から
前記化学反応モデルをもとに溶解原材料の温度と炉内ガ
スの組成を計算し、燃料と酸素の供給流量をもとに炉内
の反応が発熱反応になるように、燃料または酸素の少な
くとも一方の供給流量を決定することを特徴とする溶解
炉の燃焼制御方法。
3. A combustion control method for a melting furnace in which a molten raw material is charged and a fuel and oxygen are burned and heated and melted, and a chemical reaction model for obtaining a relationship between a combustion gas in the furnace and a chemical reaction between the molten raw material is created in advance. Then, the temperature of the dissolved raw material and the composition of the furnace gas are calculated based on the chemical reaction model from the detected composition of the exhaust gas, and the reaction in the furnace becomes an exothermic reaction based on the supply flow rates of the fuel and oxygen. Thus, a method for controlling combustion in a melting furnace, comprising determining the supply flow rate of at least one of fuel and oxygen.
【請求項4】 排出ガスのCOとCO2濃度を検出し、
その比から化学反応モデルをもとに溶解原材料の温度と
炉内ガスの組成を計算する請求項3に記載の溶解炉の燃
焼制御方法。
4. Detecting CO and CO 2 concentration of exhaust gas,
4. The combustion control method for a melting furnace according to claim 3, wherein the temperature of the melting raw material and the composition of the gas in the furnace are calculated from the ratio based on a chemical reaction model.
【請求項5】 溶解原材料を装入して燃料及び酸素を燃
焼して加熱溶解する溶解炉の燃焼制御方法において、炉
内燃焼ガスと溶解原材料の化学反応の関係を求める化学
反応モデルを予め作成し、排出ガスのCO、CO2、お
よびO2の濃度を検出して、CO濃度が設定値以上の場
合はCOとCO2濃度の比から前記化学反応モデルをも
とに溶解原材料の温度と炉内ガスの組成を計算して炉内
の反応が発熱反応になるように、また設定値より少ない
場合はO2濃度を設定値と比較し、設定値以上の場合は
燃料と酸素の供給流量および排出ガス中のCO2とO2
濃度から未反応O2量を計算してO2濃度が減少するよう
に燃料と酸素の供給流量をもとに燃料または酸素の少な
くとも一方の供給量を決定することを特徴とする溶解炉
の燃焼制御方法。
5. In a combustion control method for a melting furnace in which a melted raw material is charged and fuel and oxygen are burned and heated and melted, a chemical reaction model for obtaining a relationship between a combustion gas in the furnace and a chemical reaction between the melted raw material is created in advance. Then, the concentrations of CO, CO 2 , and O 2 in the exhaust gas are detected, and when the CO concentration is equal to or higher than the set value, the temperature of the dissolved raw material is determined based on the chemical reaction model from the ratio of CO and CO 2 concentrations. as to calculate the composition of the in-furnace gas reaction in the furnace is an exothermic reaction, and if less than the set value is compared with a set value of O 2 concentration, the supply flow rate of fuel and oxygen in the case of more than the set value And calculating the amount of unreacted O 2 from the concentrations of CO 2 and O 2 in the exhaust gas and reducing the supply amount of fuel or oxygen based on the supply flow rates of fuel and oxygen so that the O 2 concentration decreases. A method for controlling combustion in a melting furnace, comprising:
【請求項6】 溶解開始からの一連の燃料と酸素の供給
過程を記憶装置に記憶しておき、その後の溶解では前記
記憶した燃料と酸素の供給過程を再生して燃料または酸
素を供給することを特徴とする前記請求項1乃至5のう
ちいづれか1つに記載の溶解炉の燃焼制御方法。
6. A series of fuel and oxygen supply steps from the start of melting are stored in a storage device, and in the subsequent melting, the stored fuel and oxygen supply steps are regenerated to supply fuel or oxygen. The combustion control method for a melting furnace according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
【請求項7】 溶解原材料は鉄原材料と少なくとも加炭
材を含んでいる副資材であることをことを特徴とする請
求項1乃至6のうちいづれか1つに記載の溶解炉の燃焼
制御方法。
7. The combustion control method for a melting furnace according to claim 1, wherein the melting raw material is an auxiliary material containing an iron raw material and at least a carburizing material.
【請求項8】 溶解原材料を装入して燃料及び酸素を燃
焼して加熱溶解する回転溶解炉において、炉内で発生し
たガスの濃度を検出するガス濃度計、前記燃料及び酸素
の流量を検出する検出器、燃料及び酸素の流量を制御す
る流量制御バルブ、前記検出器の信号を入力し流量制御
バルブに開度制御指令を出力する流量制御バルブ調整
器、前記ガス濃度計の検出値を入力し燃料または酸素の
少なくとも一方の供給流量指令値を演算処理し、前記流
量制御バルブ調整器に出力する演算制御装置を備えたこ
とを特徴とする回転溶解炉。
8. In a rotary melting furnace for heating and melting fuel and oxygen by charging melted raw materials, a gas concentration meter for detecting the concentration of gas generated in the furnace, and detecting the flow rates of the fuel and oxygen. Detector, a flow control valve for controlling the flow rates of fuel and oxygen, a flow control valve regulator for inputting a signal of the detector and outputting an opening control command to the flow control valve, and inputting a detection value of the gas concentration meter. A rotary melting furnace, comprising: an arithmetic and control unit for arithmetically processing a supply flow rate command value of at least one of fuel and oxygen and outputting the command value to the flow rate control valve regulator.
【請求項9】 前記演算制御装置は、燃料または酸素の
少なくとも一方の供給流量指令値を前記流量制御バルブ
調整器に出力するとともに、出力過程を記憶し、その後
の溶解に出力過程を再生することを特徴とする請求項8
記載の回転溶解炉。
9. The arithmetic and control unit outputs a supply flow command value of at least one of fuel and oxygen to the flow control valve regulator, stores an output process, and reproduces the output process in the subsequent dissolution. 9. The method according to claim 8, wherein
The rotary melting furnace described.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006275335A (en) * 2005-03-28 2006-10-12 Osaka Gas Co Ltd Burner for melting furnace and melting furnace
JP2021025882A (en) * 2019-08-06 2021-02-22 日本エア・リキード合同会社 Method for controlling furnace, and analyzer for implementing the same

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