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JP7347675B2 - 撮像装置付きバーナー、該バーナーを備える電気炉、及び、該電気炉を用いた溶鉄の製造方法 - Google Patents

撮像装置付きバーナー、該バーナーを備える電気炉、及び、該電気炉を用いた溶鉄の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、撮像装置付きバーナーに関し、特に、冷鉄源を溶解して溶鉄を得る様子を観察しながらバーナーを操作することのできる、撮像装置付きバーナーに関する。また、本発明は、該撮像装置付きバーナーを備え、冷鉄源を溶解して溶鉄を効率的に得ることのできる電気炉に関する。更に、本発明は、該電気炉を用いて、溶鉄を効率的に得ることのできる溶鉄の製造方法に関する。本発明の撮像装置付きバーナーは、冷鉄源から溶鉄を得るための電気炉に好適に設置することができる。
電気炉を使用して鉄系スクラップなどの冷鉄源を溶解して溶鉄を得る場合、溶解室内において、電極周辺の冷鉄源は早く溶解するが、電極から離れた場所、いわゆるコールドスポットにある冷鉄源は溶解が遅く、溶解室内での冷鉄源の溶解速度が不均一となることがある。これに起因して、電気炉による全体の操業時間が、コールドスポットに存在する冷鉄源の溶解速度に律速されるという問題がある。
そこで、このような冷鉄源の溶解速度の不均一を解消し、溶解室内全体の冷鉄源をバランス良く溶解させるべく、コールドスポットが生じ易い位置にバーナー（助燃バーナ―）を設置し、このバーナーにより、コールドスポットに存在する冷鉄源の溶解を促進する方法が採られている。
例えば、特許文献１には、中心部より不燃物の飛散用及びスクラップのカッティング用酸素ガスを噴出し、この酸素ガスの外周部より燃料を噴出し、またこの燃料の外周部より燃焼用酸素ガスを噴出する三重管構成の電気炉用助燃バーナーが開示されている。特許文献１の助燃バーナーでは、中心部より噴出する酸素ガスの速度を高速とするために、中心部の酸素ガス噴出管の先端に絞り部を設けるとともに、最外周より噴出する燃焼用酸素ガスに旋回を付与するために、燃料噴出管と燃焼用酸素ガス噴出管とで形成される環状空間に旋回羽根を設けている。
特許文献１に記載された助燃バーナーを用いることで、溶解室内の冷鉄源をより均一に溶解し得る。しかし、助燃バーナーの操作にあたり溶解室内の冷鉄源の様子を視覚的に確認することができないため、冷鉄源が十分に溶解されたかの判定は、オペレーターの経験に依存する。例えば、助燃バーナーを利用した際に、コールドスポットに存在する冷鉄源がなお未溶解であると、溶解効率を十分に高めることができない。また、コールドスポットに存在する冷鉄源を過剰に熱すると、コールドスポットを解消するどころかホットスポットを助長してしまい、かえって溶解室内の溶鉄温度が不均一になってしまう。
溶解室内の様子は、もちろん、出滓用扉、炉蓋などを開けて確認することが考えられるが、開放時に炉外から炉内へと余分な空気が侵入し、大きな熱ロスを招く。更には、オペレーターが炉体近くまで近寄る必要があり、溶鉄又はスラグの突沸時には災害になりかねない。したがって、バーナーを点火・消火するタイミングの最適化は、事実上困難であり、溶鉄の効率的な製造には課題があった。
一方、炉内を観察するための手法として、特許文献２には、炉内をテレビカメラで撮像し、内部の状況をテレビ画像で監視するための炉内監視装置が提案されている。
特開平１０－９５２４号公報 特開平０７－１０３６７０号公報
しかしながら、本発明者らが、特許文献２に開示される監視装置を電気炉内に実際に挿入して、コールドスポットに存在する冷鉄源がバーナーで溶解される様子を観察しようと試みたところ、電気炉内の高温環境では監視装置のレンズ先端が焼損してしまった。また、レンズ先端が突沸した溶融スラグで覆われてしまい、監視を継続できない事態も確認された。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バーナーで被加熱物を加熱する際に、該被加熱物が加熱される炉内の様子を鮮明に観察可能な、撮像装置付きバーナーを提供することを目的とする。また、本発明は、該撮像装置付きバーナーを備え、冷鉄源から溶鉄を効率的に得ることのできる電気炉、及び、該電気炉を用いて、溶鉄を効率的に得ることのできる溶鉄の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らが、上記課題について検討を重ねた結果、バーナーがレンズ及び撮像装置を有する所定の多重管構造であれば、バーナーで被加熱物が加熱される炉内の様子を視覚的に良好に確認しながら、該バーナーを効率的に使用可能であることを見出した。また、このようにバーナーを効率的に使用して冷鉄源から溶鉄を製造すれば、製造効率を高め、製造に要する電力原単位を低減可能であることが判明した。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
１．気体燃料を燃焼させて火炎を形成するバーナーであって、
レンズと、
前記レンズの撮像対象物側を前方とし、光軸方向に前記撮像対象物とは反対側を後方としたときに、
前記レンズの後方に設けられた撮像装置と、
前記レンズを内包する内管と、
前記内管よりも径が大きく、前記内管との間にレンズ冷却媒体用通路を隔てて前記内管を内包する外管と、
前記外管の径方向外側に設けられた、前記気体燃料を前記レンズの前方方向に噴射する気体燃料管、及び、支燃性気体を前記レンズの前方方向に噴射する支燃性気体管と、
前記気体燃料管及び前記支燃性気体管を内包し、最外部に設けられた冷却管と、
を有する多重管構造である、撮像装置付きバーナー。
なお、上述した本発明において、レンズの前方とは、撮像対象物側、つまり、バーナーで加熱される被加熱物が存在する側であり、バーナーから火炎が形成される方向でもある。例えば本発明のバーナーを電気炉の炉壁に貫通させて設置する場合は、該電気炉の炉内側に向かう方向である。また、レンズの後方とは、上記撮像対象物とはレンズの光軸方向に反対側であり、例えば本発明のバーナーを電気炉の炉壁に貫通させて設置する場合は、該電気炉の炉外側に向かう方向である。
２．前記気体燃料管が、前記外管よりも径が大きく、前記外管との間に気体燃料用通路を隔てて前記外管を内包し、
前記支燃性気体管が、前記気体燃料管よりも径が大きく、前記気体燃料管との間に支燃性気体用通路を隔てて前記気体燃料管を内包し、
前記冷却管が、前記支燃性気体管よりも径が大きく、前記支燃性気体管との間にバーナー本体冷却媒体用通路を隔てて前記支燃性気体管を内包し、
前記内管、前記外管、前記気体燃料管、前記支燃性気体管及び前記冷却管が同軸状に配置される、前記１に記載の撮像装置付きバーナー。
３．管の軸方向における開口部が、前記内管、前記外管、前記気体燃料管の順に、前記レンズの前方方向に位置する、前記２に記載の撮像装置付きバーナー。
４．前記１～３のいずれかに記載の撮像装置付きバーナーを備え、冷鉄源を溶解して溶鉄を得る電気炉。
５．前記１～３のいずれかに記載の撮像装置付きバーナーを備えた電気炉を用いて、冷鉄源を溶解して溶鉄を得る方法であって、
前記撮像装置付きバーナーから得られた視覚情報に基づき前記撮像装置付きバーナーの操作条件を制御する、溶鉄の製造方法。
６．前記撮像装置付きバーナーから得られた視覚情報により、前記レンズの前面に付着物が存在することが確認された場合に、前記支燃性気体管からの前記支燃性気体の噴射、を行うか、又は、前記支燃性気体管からの前記支燃性気体の噴射及び前記気体燃料管からの前記気体燃料の噴射を行い、前記付着物を前記レンズから取り除く、前記５に記載の溶鉄の製造方法。
本発明によれば、バーナーで被加熱物を加熱する際に、該被加熱物（撮像対象物）が加熱される炉内の様子を鮮明に観察することができる。
被加熱物が加熱される炉内の様子を観察しながらバーナーを操作できれば、例えば、電気炉で冷鉄源を溶解して溶鉄を得る際に、コールドスポットに存在する冷鉄源を効率的に溶解して溶鉄温度を均一に制御できるので、製造コストの低減に有効であり、産業上格別の効果を奏する。
本発明の一実施形態に従った撮像装置付きバーナーを側面から見た縦断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従った撮像装置付きバーナーを前方から見た縦断面図であり、図２Ａは各管が同軸状に配置された例、図２Ｂは気体燃料管及び支燃性気体管が非同軸状に配置された例を示す。 本発明の一実施形態に従った撮像装置付きバーナーが、電気炉に設置された一例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に従った撮像装置付きバーナーが、電気炉に設置された一例を示す横断面図である。
本発明の実施形態について、具体的に説明する。
以下の実施形態は、本発明の好適な一例を示すものであり、これらの例によって何ら限定されるものではない。
（バーナー）
本発明の撮像装置付きバーナーは、レンズと、撮像装置と、レンズを内包する内管と、内管を内包する外管と、気体燃料を噴射する気体燃料管と、支燃性気体を噴射する支燃性気体管と、最外部に設けられた冷却管とを有する所定の多重管構造である。本発明の撮像装置付きバーナーが上記所定の構造であることにより、１０００℃を超える非常に高温下であっても、バーナーで被加熱物が加熱される様子を鮮明に観察することができる。したがって、本発明のバーナーでは、例えば、電気炉などの非常に高温下において、このバーナーによる加熱状況を視覚的に確認しながら操作条件を制御することができる。その結果、例えば、電気炉において冷鉄源から溶鉄を製造するにあたり、バーナーによる冷鉄源の溶解効率を向上させ、製造コストを低減することができる。本発明のバーナーは、電気炉において冷鉄源から溶鉄を製造する際に、いわゆるコールドスポットに存在する未溶解の冷鉄源の溶解を促進させる、助燃バーナーとして、とりわけ好適に使用可能である。
以下、本発明のバーナーの好適な実施形態について、図を参照して詳述する。
［レンズ］
バーナー１は、レンズ７及びレンズ７の後方に撮像装置８を有する。レンズ７は、複数のレンズからなるリレーレンズであることが好ましい。リレーレンズであれば、軸方向の長さを利用して、レンズ７の前面と撮像装置８とを離間させることができる。これにより、例えば、バーナー１を電気炉９０に設置する際に、撮像対象物を炉内で鮮明に捉えるべくレンズ７の前面を炉内に位置させつつ、撮像装置８を高熱から守り、メンテナンスも簡易にすべく撮像装置８を炉外に位置させるように設置することができる。
［撮像装置］
撮像装置８は、レンズ７の後方に設けられ、レンズ７によって結像された対象物の像を撮像及び必要に応じて記録する。例えばバーナー１が電気炉９０に設置される場合は、上述のとおり、撮像装置８は電気炉９０の炉外に設置されることが好ましい。撮像装置８は、通常、カメラであり、ハウジング８３により保護することが好ましい。また、撮像装置８を電気炉９０の熱から更に保護するため、ハウジング８３の任意の位置に設けられた冷却媒体供給口８１及び冷却媒体排出口８２を通じて、撮像装置冷却媒体８０を流すことが好ましい。撮像装置冷却媒体８０は、水などの液体でも任意の気体でもよいが、取扱の容易性からは気体であることが好ましく、空気、又は、窒素などの不活性ガスがより好ましい。
撮像装置８で取り込んだ映像は、一般的には、ケーブル（図示せず）を介して、オペレーターが操作する操作室のモニターや記録装置（いずれも、図示せず）へ繋ぐ。
［内管］
内管６は、レンズ７を内包する。内管６がレンズ７を内包することにより、レンズ７を固定するとともに、レンズ７を熱や付着物等の周辺環境から物理的に保護することができる。内管６は、ハウジング８３と接続されて撮像装置８を更に固定してもよい。内管６の外径は特に限定されないが、後述するレンズ冷却媒体７０の流量を確保しつつコストを抑える観点からは、１００ｍｍ以下とすることが好ましく、通常２０ｍｍ以上とすることができる。
内管６は管形状とすることができ、材質は使用する雰囲気温度と設置する場所の強度との関係で適切に選択すればよい。コストの観点からは、炭素鋼、ステンレス鋼などを選ぶのが望ましい。
レンズ７がリレーレンズの場合、内管６とレンズ７とは同軸状に配置されることが好ましい。
［外管］
外管５は、内管６よりも径が大きく、内管６との間にレンズ冷却媒体用通路を隔てて内管６を内包する。外管５が内管６を内包した多重管構造とすることにより、レンズ７を高熱の周辺環境からより保護することができる。また、外管５がレンズ冷却媒体用通路を隔てて内管６を内包することにより、この通路を通じて内管６と外管５との間の空間にレンズ冷却媒体７０を流し、レンズ７を高熱の周辺環境から一層保護することができる。例えば、外管５の図１に示す位置に設けられた冷却媒体供給口７１及び冷却媒体吐出口７２を通じて、レンズ冷却媒体７０をレンズ７の前方方向に吐出させれば、電気炉９０の炉内から飛散してくる溶鉄９６や溶融スラグを吹き飛ばして、これらがレンズ前面に付着・堆積することを回避するのに有効に利用することもできる。
例えば電気炉９０内の溶鉄９６の成分に影響を与えることなく、電気炉９０内にレンズ冷却媒体７０を吐出するためには、レンズ冷却媒体７０は気体であることが好ましく、空気、又は、窒素などの不活性ガスがより好適に挙げられる。レンズ冷却媒体７０の流量は、５０ＮＬ／分以上が好ましい。なお、単位「ＮＬ／分」とは、本発明の技術分野において一般に用いられる流量の単位であり、通常、「Ｌ／分」として扱うことができる。
外管５は、ハウジング８３と接続されて撮像装置８を更に固定してもよい。外管５の内径及び外径は特に限定されないが、レンズ冷却媒体７０の流量を確保しつつコストを抑える観点からは、内径を１２０ｍｍ以下とすることが好ましく、３０ｍｍ以上とすることができる。また、後述する気体燃料４０の流量を確保しつつコストを抑える観点からは、外径を４０ｍｍ以上とすることが好ましい。
外管５は管形状とすることができ、材質は使用する雰囲気温度と設置する場所の強度との関係で適切に選択すればよい。コストの観点からは、炭素鋼、ステンレス鋼などを選ぶのが望ましい。
レンズ７がリレーレンズの場合、外管５と内管６とレンズ７とは同軸状に配置されることが好ましい。また、外管５の軸方向における開口部（図１の外管５の紙面左側先端）は、内管６の軸方向における開口部（図１の内管６の紙面左側先端）よりも、レンズ７の前方方向に位置することが好ましい。このように、レンズ７の前面を奥まらせることにより、例えば電気炉９０の炉内から飛散してくる溶鉄９６や溶融スラグがレンズ前面に付着・堆積することをより良好に回避できる。
［気体燃料管］
気体燃料管４は、外管５の径方向外側に設けられ、気体燃料４０をレンズ７の前方方向に噴射する。この噴射された気体燃料４０が例えば電気炉９０内で燃焼されることにより、バーナー１から火炎が形成されて、未溶解の冷鉄源９４を狙って溶解させることができる。
気体燃料管４は、図１及び図２Ａに例示するように、外管５よりも径が大きく、外管５との間に気体燃料用通路を隔てて外管５を内包するように配置してもよいし、図２Ｂに例示するように、外管５の外周近傍に単数又は複数配置してもよい。中でも、図１及び図２Ａに例示する配置が好ましい。気体燃料管４が外管５を更に内包した多重管構造とすることにより、レンズ７を高熱の周辺環境から更に保護することができる。また、気体燃料管４が気体燃料用通路を隔てて外管５を内包することにより、この通路を通じて外管５と気体燃料管４との間の空間に外管５を囲むように気体燃料４０を噴射できるので、例えば、電気炉９０の炉内から飛散してくる溶鉄９６や溶融スラグを気体燃料４０でも吹き飛ばして、これらがレンズ前面に付着・堆積することを回避するのに有効に利用することもできる。気体燃料４０は、例えば、気体燃料管４の図１に示す位置に設けられた気体燃料供給口４１及び気体燃料噴射口４２を通じて、レンズ７の前方方向に噴射させることができる。
気体燃料４０としては、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）、水素、製鉄所副生ガス（Ｃガス、Ｂガス等）、これらの２種以上の混合ガスなどが挙げられ、これらを単独で又は組み合わせて用いることができる。
気体燃料４０の流量は、１５０ＮＬ／分以上が好ましい。気体燃料管４は、外管５と接続して固定してもよい。気体燃料管４の内径及び外径は特に限定されないが、気体燃料管４が外管５を内包する場合、気体燃料４０の流量を確保しつつコストを抑える観点からは、内径を１４０ｍｍ以下とすることが好ましく、４０ｍｍ超とすることができる。また、後述する支燃性気体３０の流量を確保しつつコストを抑える観点からは、外径を５０ｍｍ以上とすることが好ましい。
気体燃料管４は管形状とすることができ、材質は使用する雰囲気温度と設置する場所の強度との関係で適切に選択すればよい。コストの観点からは、炭素鋼、ステンレス鋼などを選ぶのが望ましい。
レンズ７がリレーレンズの場合、気体燃料管４と外管５と内管６とレンズ７とは同軸状に配置されることが好ましい。また、気体燃料管４の軸方向における開口部（図１の気体燃料管４の紙面左側先端）は、外管５の軸方向における開口部（図１の外管５の紙面左側先端）よりも更に、レンズ７の前方方向に位置することが好ましい。このように、レンズ７の前面を更に奥まらせることにより、例えば電気炉９０の炉内から飛散してくる溶鉄９６や溶融スラグがレンズ前面に付着・堆積することを更に良好に回避できる。
［支燃性気体管］
支燃性気体管３は、外管５の径方向外側に設けられ、支燃性気体３０をレンズ７の前方方向に噴射する。この噴射された支燃性気体３０が上述の気体燃料４０の燃焼を促進し、例えば電気炉９０内で気体燃料４０を燃焼されることにより、バーナー１から火炎が形成されて、未溶解の冷鉄源９４を狙って溶解させることができる。
支燃性気体管３は、図１及び図２Ａに例示するように、気体燃料管４よりも径が大きく、気体燃料管４との間に支燃性気体用通路を隔てて気体燃料管４を内包するように配置してもよいし、図２Ｂに例示するように、外管５の外周近傍に単数又は複数配置してもよい。中でも、図１及び図２Ａに例示する配置が好ましい。支燃性気体管３が気体燃料管４を更に内包した四重管構造とすることにより、レンズ７を高熱の周辺環境から更に保護することができる。また、支燃性気体管３が支燃性気体用通路を隔てて気体燃料管４を内包することにより、この通路を通じて気体燃料管４と支燃性気体管３との間の空間に気体燃料管４を囲むように支燃性気体３０を噴射できるので、例えば、電気炉９０の炉内から飛散してくる溶鉄９６や溶融スラグを支燃性気体３０で吹き飛ばしてレンズ前面に付着・堆積することを良好に回避することもできる。支燃性気体３０は、例えば、支燃性気体管３の図１に示す位置に設けられた支燃性気体供給口３１及び支燃性気体噴射口３２を通じて、レンズ７の前方方向に噴射させることができる。
支燃性気体３０としては、純酸素（工業用酸素）、酸素富化空気、空気のいずれを用いてもよいが、電気炉９０で冷鉄源９４を溶解させる場合には純酸素を用いることが好ましい。
支燃性気体３０の流量は、３００ＮＬ／分以上が好ましい。支燃性気体管３は、気体燃料管４と接続して固定してもよい。支燃性気体管３の内径及び外径は特に限定されないが、支燃性気体管３が気体燃料管４を内包する場合、支燃性気体３０の流量を確保しつつコストを抑える観点からは、内径を１５０ｍｍ以下とすることが好ましく、５０ｍｍ超とすることができる。
支燃性気体管３は管形状とすることができ、材質は使用する雰囲気温度と設置する場所の強度との関係で適切に選択すればよい。コストの観点からは、炭素鋼、ステンレス鋼などを選ぶのが望ましい。
レンズ７がリレーレンズの場合、支燃性気体管３と、気体燃料管４と外管５と内管６とレンズ７とは同軸状に配置されることが好ましい。
［冷却管］
冷却管２は、気体燃料管４及び支燃性気体管３を内包し、バーナー本体の最外部に設けられる。例えば、冷却管２の図１に示す位置に設けられた冷却媒体供給口２１及び冷却媒体排出口２２を通じて、バーナー本体冷却媒体２０を流せば、電気炉９０などの高温環境下でもバーナー本体を冷却しながら使用することができる。例えば電気炉９０で冷鉄源９４から溶鉄９６を得る際でも、冷却媒体排出口２２を通じてバーナー本体冷却媒体２０を炉外に排出することができるので、冷却効率の観点からは、バーナー本体冷却媒体２０が液体であることが好ましく、水が好適に用いられる。
なお、バーナー１を高温下で使用する際には、冷却管２の前方先端から氷柱状の塊が形成される場合がある。このような場合であっても、バーナー１の火炎により氷柱状の塊を溶かし消すことができるので、映像視野を鮮明に保つことができる。
冷却管２の材質は使用する雰囲気温度と設置する場所の強度との関係で適切に選択すればよい。コストの観点からは、炭素鋼、ステンレス鋼などを選ぶのが望ましい。
（電気炉）
本発明の電気炉は、冷鉄源を溶解して溶鉄を得るための電気炉であり、上述した撮像装置付きバーナーを備えることを特徴とする。電気炉が所定の撮像装置付きバーナーを備えることにより、コールドスポットに存在する冷鉄源がバーナーで溶解される様子を視覚的に確認しながらバーナーを操作することができる。したがって、バーナーによる不十分な溶解及び過剰な溶解を防ぎ、溶解効率を高め、製造コストを低減することができる。
電気炉９０は、所定のバーナー１を備えること以外は特に限定されず、通常の電気炉を用いることができる。図３には、電気炉９０の溶解室内で冷鉄源９４が電極９２から発生する熱及びバーナー１の火炎によって溶解されて溶鉄９６となる様子を模式的に示す。溶解室のうち電極９２から比較的離れたコールドスポットでは、冷鉄源９４が電極９２からの熱を十分に受けられず、未溶解のままとなることがある。本発明の電気炉は所定のバーナーを備えているので、このような未溶解の冷鉄源９４の存在の有無を良好に確認しながら、バーナーを必要なタイミングのみ使用することができる。
バーナー１が設置される位置は、コールドスポットに存在する冷鉄源９４が視野に入る位置であれば特に限定されず、図３に例示するように、溶解室の炉壁を貫通させて設置することが好ましい。このように設置すれば、冷鉄源９４を炉内で鮮明に捉えるべくレンズ７の前面を炉内に位置させつつ、撮像装置８を高熱から守ってメンテナンスも簡易にすべく撮像装置８を炉外に位置させることができる。冷鉄源９４を鮮明に捉えることができるように、バーナー１を設置する角度及び高さを適切に設定する。
更に、バーナー１は、後述する酸素吹込みランス９７及び炭材吹込みランス９８の少なくとも一方、より好適には両方とも視野に入る位置に設置されることが好ましい。バーナー１によって酸素吹込みランス９７及び／又は炭材吹込みランス９８の様子をも視覚的に確認できれば、酸素吹込みランス９７及び／又は炭材吹込みランス９８の操作条件も更に効率的に制御することができる。例えば、冷鉄源９４が十分に溶解されていることが確認された場合、酸素吹込みランス９７及び／又は炭材吹込みランス９８からの吹込み量を低減する、又は、吹込みを停止することができる。バーナー１が酸素吹込みランス９７及び／又は炭材吹込みランス９８の様子をも撮像可能とするには、バーナー１の視野を広げてもよいし、酸素吹込みランス９７・炭材吹込みランス９８の監視用に新たな撮像装置付きバーナーを設置してもよい。
（溶鉄の製造方法）
本発明の製造方法は、冷鉄源を溶解して溶鉄を得る方法であり、上述した撮像装置付きバーナーから得られた視覚情報に基づきバーナーの操作条件を制御することを特徴とする。そして、本発明の製造方法では、上述した本発明の電気炉と同様の効果が得られる。
製造方法は、所定の撮像装置付きバーナーを備えた電気炉を用いて撮像装置付きバーナーからの視覚情報を利用すること以外は特に限定されず、通常の製法に従うことができる。図４に、バーナー１を複数備えた電気炉９０を用いて溶鉄９６を得る様子を模式的に示す。冷鉄源９４を電気炉９０の溶解室に供給し、電極９２から発生する熱により冷鉄源９４を溶解して溶鉄９６にする。冷鉄源９４を予熱してから溶解室に供給すれば、溶解効率を高めることができる。溶解に際しては、補助熱源としての炭材を炭材吹込みランス９８から更に供給することができ、脱炭用の酸素を酸素吹込みランス９７から更に供給することができる。また、コールドスポットに存在する未溶解の冷鉄源９４は、バーナー１を用いて集中的に溶解させることにより、溶鉄９６を効率的に製造する。溶解室に溜まった溶鉄９６は、溶鉄出鋼側の任意の出鋼口から炉外へ出すことができる。また、溶鉄９６とともに生成した溶融スラグは、スラグ排滓側の任意の排滓口から炉外へ出すことができる。
本発明では、バーナー１から得られた視覚情報に基づいて、例えば、冷鉄源９４の溶解状態について確認しながらバーナー１を操作できるため、危険な作業を伴うことなくバーナー１の操作条件を最適化することができる。したがって、溶鉄製造プロセスにおいて、製造効率を高め、製造コストを低減するのに有用である。
具体的には、例えば、バーナー１から得られた視覚情報により、未溶解の冷鉄源９４が確認された場合は、バーナー１の燃焼量を上げて溶解を促進させることが好ましい。一方、バーナー１から得られた視覚情報により、コールドスポットでの冷鉄源９４が既に溶解していることが確認された場合は、バーナー１の燃焼量を下げるか、又は、バーナー１を消火することで過加熱による無駄な消費電力を抑制するとともに、鉄の酸化を抑止することが好ましい。
従来のバーナーは撮像装置８を有さず、バーナーを操作しながら冷鉄源９４の溶解状態を実際に確認することはできなかった。したがって、従来技術では、オペレーターの経験によってバーナーを操作しており、未溶解の冷鉄源を残さないようにバーナーを過剰に使用する傾向があった。しかしながら本発明では、冷鉄源の溶解状態を視覚的に確認しながらバーナーの操作条件を適時制御できるので、バーナーの操作条件を最適化し、未溶解の冷鉄源９４に対して高効率に対処することが可能となった。
また、溶鉄の製造に際しては、炉内で溶鉄９６や溶融スラグが突沸してバーナー１のレンズ前面に付着、堆積し、得られる映像の視野が狭まることがある。このように、バーナー１から得られた視覚情報により、レンズの前面に付着物が存在することが確認された場合は、支燃性気体管３から支燃性気体３０を噴射するか、又は、これに加えて気体燃料管４から気体燃料４０を更に噴射して、付着物をレンズから取り除くことが好ましい。例えば、レンズ前面にスラグが付着又は堆積したことを確認した場合は、まず、支燃性気体３０のみを噴射し、スラグ中の鉄分を酸化させて酸化反応熱を生じさせ、これにより付着・堆積したスラグを再び溶融させて取り除くことができる。これによってもなおスラグの付着・堆積が取り除けない場合は、支燃性気体３０に加えて気体燃料４０をも噴射し、形成された火炎の燃焼熱でスラグを更に溶融させて、付着・堆積したスラグを取り除くことができる。このように、冷鉄源９４の様子を常時監視しながらバーナーによる溶解効率を最適化することが可能である。
更には、バーナー１を用いて、酸素吹込みランス９７及び炭材吹込みランス９８の少なくとも一方、より好適には両方ともの様子を確認し、未溶解の冷鉄源９４が確認された場合は、酸素吹込みランス９７及び／又は炭材吹込みランス９８からの吹込み量を上げて溶解を更に促進させることがより好ましい。一方、バーナー１を用いて、冷鉄源９４が既に溶解していることが確認された場合は、酸素吹込みランス９７及び／又は炭材吹込みランス９８からの吹込み量を低減する、又は、吹込みを停止することがより好ましい。
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。また、以下の実施例は、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、そのような態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
発明例１
図１に示すバーナー１を図３及び４に模式的に示すように設置した電気炉９０を用いて、冷鉄源９４を溶解して溶鉄９６を製造した。電気炉９０は、炉径が約６．３ｍ、炉高が４．１ｍ、出鋼量が約１２０トンであり、水冷式の酸素吹込みランス９７及び炭材吹込みランス９８が上方から炉内に設置され、炉の水平方向略中心に電極９２が１本設置された直流タイプを用いた。バーナー１（♯１，♯２，♯３）は、炉壁を貫通させて、炉体の外周を略３等分した計３か所に１基ずつ設置した（図３を参照）。
電気炉の基本的な操業条件を以下に示す。
冷鉄源の１チャージ当たりの供給量：約１３０トン
冷鉄源の１回当たりの供給量：約６５トン
冷鉄源の１チャージ当たりの供給回数：２回
冷鉄源の種類：ヘビーＨ２（日本鉄源協会「鉄系スクラップ検収統一規格」より）
１チャージ分の出鋼量：約１２０トン
目標出鋼温度：１５８０℃
目標出鋼炭素濃度：０．０６０％
コークス塊の供給量（副原料）：１０００ｋｇ
石灰の供給量（副原料）：５００ｋｇ
酸素吹込み流量（純酸素）：０～５０００Ｎｍ３／ｈｒ
炭材吹込み速度（粉コークス）：０～１００ｋｇ／ｍｉｎ、炭材搬送ガス流量（空気）：約３５０Ｎｍ３／ｈｒ
バーナー１基あたりの気体燃料の流量（ＬＮＧ）：０～３５０Ｎｍ３／ｈｒ
バーナー１基あたりの支燃性気体の流量（純酸素）：０～７７０Ｎｍ３／ｈｒ
バーナー１基あたりのレンズ冷却媒体の流量（空気）：８Ｎｍ３／ｈｒ
冷鉄源９４を、操業前及び操業中の２回に分けて、バケットから電気炉９０内へと供給した。また、操業前に、副原料として、補助燃料であるコークス塊、及び、造滓材である石灰を副原料投入シュート（図示せず）から電気炉９０内へ供給した。
酸素吹込みランス９７及び炭材吹込みランス９８から、それぞれ純酸素及び粉コークスを供給しながら、冷鉄源９４を溶解した。
ここで、溶解プロセス中は、バーナー１により、電極９２から離れたコールドスポット３箇所に存在する冷鉄源９４を観察し、その視覚情報に基づいてバーナー１の操作条件を適宜変更した。具体的には、未溶解の冷鉄源９４が確認された場合は、この未溶解の冷鉄源９４を撮像したバーナー１の気体燃料４０の流量及び／又は支燃性気体３０の流量を上記範囲内で高めて、冷鉄源９４が全て溶解されることが確認されるまで、バーナー１の燃焼量を高めた。一方、冷鉄源９４が全て溶解して溶鉄９６となったことが確認された場合は、この溶鉄９６を撮像したバーナー１の気体燃料４０の流量及び／又は支燃性気体３０の流量を上記範囲内で低めて、バーナー１の燃焼量を低める、又は、消火した。
また、バーナー１からの視覚情報により、レンズ７上に付着物が確認された場合は、この付着物を撮像したバーナー１の支燃性気体３０の流量、及び必要に応じて気体燃料４０の流量を上記範囲内で高めて、付着物が取り除かれたことが確認されるまで噴射した。これにより、操業中を通じて鮮明な映像視野を確保できた。
このようにして、１２０トンの溶鉄９６が生成した段階で１チャージ分の溶解プロセスを終了させ、溶鉄９６を出鋼口から炉外の取鍋に取り出した。これを２０チャージ繰り返した。出鋼時の溶鉄９６の目標温度が約１５８０℃、出鋼された溶鉄９６中の目標炭素濃度が０．０６０質量％であるところ、発明例１では、出鋼時の平均溶鉄温度が１６００℃、平均炭素濃度が０．０５６質量％であった。
製造時間、電力原単位、酸素原単位、炭材原単位、バーナー１基あたりの気体燃料原単位及び支燃性気体原単位の平均を算出した。結果を表１に示す。ここで、各原単位は、出鋼された溶鉄の容量１トン当たりの各使用量として算出可能である。
発明例２
発明例２では、以下の点を除いて発明例１と同様の条件で溶鉄９６を２０チャージ分製造した。すなわち、発明例２では、溶解プロセス中に更に、バーナー１により、酸素吹込みランス９７及び炭材吹込みランス９８周辺の冷鉄源９４も観察し、その視覚情報に基づいて酸素吹込みランス９７及び炭材吹込みランス９８の操作条件も適宜変更した。具体的には、未溶解の冷鉄源９４が確認された場合は、酸素吹込みランス９７からの吹込み流量及び炭材吹込みランス９８からの吹込み速度を上記範囲内で高めた。一方、冷鉄源９４が全て溶解して溶鉄９６となったことが確認された場合は、酸素吹込みランス９７からの吹込み流量及び炭材吹込みランス９８からの吹込み速度を上記範囲内で低める、又は、吹込みを停止した。
出鋼時の溶鉄９６の目標温度が約１５８０℃、出鋼された溶鉄９６中の目標炭素濃度が０．０６０質量％であるところ、発明例２では、出鋼時の平均溶鉄温度が１５９０℃、平均炭素濃度が０．０５８質量％であった。
製造時間、電力原単位、酸素原単位、炭材原単位、バーナー１基あたりの気体燃料原単位及び支燃性気体原単位の平均を算出した。結果を表１に示す。
比較例
バーナー１の撮像装置８を使用せず、冷鉄源９４の溶解状態を視覚的に確認することなく、オペレーターの経験によってバーナー１の操作条件を制御した。それ以外は発明例と同様の条件で溶鉄９６を２０チャージ分製造した。
出鋼時の溶鉄９６の目標温度が約１５８０℃、出鋼された溶鉄９６中の目標炭素濃度が０．０６０質量％であるところ、比較例では、出鋼時の平均溶鉄温度が１６４０℃、平均炭素濃度が０．０５４質量％であった。
製造時間、電力原単位、酸素原単位、炭材原単位、バーナー１基あたりの気体燃料原単位及び支燃性気体原単位の平均を算出した。結果を表１に示す。
Figure 0007347675000001
表１から明らかなように、比較例に比して発明例１及び２では、製造時間を短縮し、電力原単位を低減することができた。また、発明例１及び２では、酸素原単位、炭材原単位、バーナーの気体燃料原単位、バーナーの支燃性気体原単位もそれぞれ低減することができた。これは、発明例１及び２では、炉内の状況を映像で確認しながら操業することができるため、特にコールドスポットにおける冷鉄源の溶け落ちを迅速に確認・判定して、バーナーの操作条件を即座に制御し、バーナーの無駄吹きを効果的に抑制できたことによる。
また、冷鉄源の溶け落ちを迅速に確認できたことにより、連続操業に際して冷鉄源の追加供給を適切なタイミングで行えたことにもよる。冷鉄源の追加供給は製造時間及び電力原単位に影響を与える。冷鉄源の追加供給のタイミングが早すぎる場合、炉内の冷鉄源が半溶融状態又は未溶融状態であるにもかかわらず、その上から新たな冷鉄源が供給され、冷鉄源同士が融着して大塊化することがある。これにより溶解の進行が阻害されるため、結果的に製造時間及び電力原単位が悪化してしまう。また、冷鉄源の追加供給のタイミングが遅すぎる場合、無駄なエネルギーを消費して溶鉄が過剰に加熱されてしまう。これによってもまた製造時間及び電力原単位が悪化してしまう。
そして、発明例１及び２では、バーナーとレンズ及び撮像装置とが一体化しているため、バーナーからの熱のおかげで、スラグ等の付着・堆積物がレンズ前面を覆う事態を良好に回避できた。更には、仮に、スラグ等の付着・堆積物がレンズ前面に付着した場合であっても、撮像装置によってバーナーのレンズ前面の状態を常に確認することができるため、支燃性気体及び必要に応じて気体燃料を即座に噴射して、スラグ等の付着・堆積物による映像視野の閉塞を解消しながら操業することができた。このようにして、操業中、常に炉内の冷鉄源の様子を監視可能であった。
更に、発明例２では、バーナーからの視覚情報に基づき、酸素吹込みランス９７及び炭材吹込みランス９８の操作条件をも調整したため、溶解効率を一層高めることができた。具体的には、酸素と炭材とを吹き込むと、炭材の燃焼によってＣＯガスが発生し、このＣＯガスによって溶融スラグが泡立つ、いわゆる「スラグフォーミング」が促進される。このスラグフォーミングはアークの輻射熱を軽減させて、冷鉄源の溶解効率を向上させる効果を有するところ、バーナーで撮像された溶鉄及び溶融スラグの様子から、酸素及び炭材の過剰な吹込みを防止し、スラブフォーミングを良好に発生・維持することができた。この結果、溶解効率を一層向上させて、消費電力及び製造時間の更なる短縮に繋がった。
本発明によれば、バーナーで被加熱物を加熱する際に、該被加熱物が加熱される炉内の様子を鮮明に観察できるので、炉における製造コストを低減することができる。
１ （撮像装置付き）バーナー
２ 冷却管
２０ バーナー本体冷却媒体
２１ 冷却媒体供給口
２２ 冷却媒体排出口
３ 支燃性気体管
３０ 支燃性気体
３１ 支燃性気体供給口
３２ 支燃性気体噴射口
４ 気体燃料管
４０ 気体燃料
４１ 気体燃料供給口
４２ 気体燃料噴射口
５ 外管
６ 内管
７ レンズ
７０ レンズ冷却媒体
７１ 冷却媒体供給口
７２ 冷却媒体吐出口
８ 撮像装置
８０ 撮像装置冷却媒体
８１ 冷却媒体供給口
８２ 冷却媒体排出口
８３ ハウジング
９０ 電気炉
９２ 電極
９４ 冷鉄源
９６ 溶鉄
９７ 酸素吹込みランス
９８ 炭材吹込みランス

Claims (5)

  1. 気体燃料を燃焼させて火炎を形成するバーナーであって、
    レンズと、
    前記レンズの撮像対象物側を前方とし、光軸方向に前記撮像対象物とは反対側を後方としたときに、
    前記レンズの後方に設けられた撮像装置と、
    前記レンズを内包する内管と、
    前記内管よりも径が大きく、前記内管との間にレンズ冷却媒体用通路を隔てて前記内管を内包する外管と、
    前記外管の径方向外側に設けられた、前記気体燃料を前記レンズの前方方向に噴射する気体燃料管、及び、支燃性気体を前記レンズの前方方向に噴射する支燃性気体管と、
    前記気体燃料管及び前記支燃性気体管を内包し、最外部に設けられた冷却管と、
    を有する多重管構造であり、
    前記気体燃料管が、前記外管よりも径が大きく、前記外管との間に気体燃料用通路を隔てて前記外管を内包し、
    前記支燃性気体管が、前記気体燃料管よりも径が大きく、前記気体燃料管との間に支燃性気体用通路を隔てて前記気体燃料管を内包し、
    前記冷却管が、前記支燃性気体管よりも径が大きく、前記支燃性気体管との間にバーナー本体冷却媒体用通路を隔てて前記支燃性気体管を内包し、
    前記内管、前記外管、前記気体燃料管、前記支燃性気体管及び前記冷却管が同軸状に配置される、撮像装置付きバーナー。
  2. 管の軸方向における開口部が、前記内管、前記外管、前記気体燃料管の順に、前記レンズの前方方向に位置する、請求項１に記載の撮像装置付きバーナー。
  3. 請求項１又は２に記載の撮像装置付きバーナーを備え、冷鉄源を溶解して溶鉄を得る電気炉。
  4. 請求項１又は２に記載の撮像装置付きバーナーを備えた電気炉を用いて、冷鉄源を溶解して溶鉄を得る方法であって、
    前記撮像装置付きバーナーから得られた視覚情報に基づき前記撮像装置付きバーナーの操作条件を制御する、溶鉄の製造方法。
  5. 前記撮像装置付きバーナーから得られた視覚情報により、前記レンズの前面に付着物が存在することが確認された場合に、前記支燃性気体管からの前記支燃性気体の噴射を行うか、又は、前記支燃性気体管からの前記支燃性気体の噴射及び前記気体燃料管からの前記気体燃料の噴射を行い、前記付着物を前記レンズから取り除く、請求項４に記載の溶鉄の製造方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006035570A1 (ja) 2004-09-29 2006-04-06 Nippon Crucible Co., Ltd. 加熱処理装置及び加熱処理方法
WO2014007153A1 (ja) 2012-07-03 2014-01-09 クラリオン株式会社 車両周囲監視装置
CN105043123A (zh) 2015-07-28 2015-11-11 安徽科达洁能股份有限公司 燃烧器及工业炉监控系统
WO2016120943A1 (ja) 2015-01-27 2016-08-04 Ｊｆｅスチール株式会社 電気炉による溶鉄の製造方法
WO2018074166A1 (ja) 2016-10-21 2018-04-26 Ｊｆｅスチール株式会社 電気炉用助燃バーナー

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5036299B1 (ja) * 1970-08-08 1975-11-22
JPS595000U (ja) * 1982-07-01 1984-01-13 東洋ガラス株式会社 炉内監視用テレビジヨンカメラの保護装置
JPH0539078U (ja) * 1991-10-25 1993-05-25 株式会社富士通ゼネラル テレビカメラ装置
JP3390501B2 (ja) 1993-10-08 2003-03-24 株式会社日立国際電気 炉内挿入用光学系及び炉内監視装置
JP3181222B2 (ja) 1996-06-20 2001-07-03 住友金属工業株式会社 電気炉用高速純酸素助燃バーナ
JP2002090070A (ja) * 2000-09-19 2002-03-27 Nittetsu Yahata Eng Kk 高温炉内の観察方法及びそれに用いる観察ランス
BE1015414A3 (fr) * 2003-03-14 2005-03-01 Ct Rech Metallurgiques Asbl Dispositif d'observati0n de la charge d'un four electrique d'acierie.
JP2007127359A (ja) * 2005-11-07 2007-05-24 Hitachi Zosen Corp 燃焼炉における燃焼室内観察装置
CN201199717Y (zh) * 2008-04-25 2009-02-25 天津三泰晟驰科技股份有限公司 精炼炉炉内摄像装置
KR102144983B1 (ko) * 2019-02-12 2020-08-14 한국수력원자력 주식회사 감시 카메라 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006035570A1 (ja) 2004-09-29 2006-04-06 Nippon Crucible Co., Ltd. 加熱処理装置及び加熱処理方法
WO2014007153A1 (ja) 2012-07-03 2014-01-09 クラリオン株式会社 車両周囲監視装置
WO2016120943A1 (ja) 2015-01-27 2016-08-04 Ｊｆｅスチール株式会社 電気炉による溶鉄の製造方法
CN105043123A (zh) 2015-07-28 2015-11-11 安徽科达洁能股份有限公司 燃烧器及工业炉监控系统
WO2018074166A1 (ja) 2016-10-21 2018-04-26 Ｊｆｅスチール株式会社 電気炉用助燃バーナー

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