(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火ブロック(１２)と、燃料供給系統(１８)と、酸化剤供給系統(２０)とを有したバーナー組立体(１０)による燃焼発生方法であって、
前記耐火ブロックは、燃料入口から燃料出口に延びた少なくとも１つの燃料通路(２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ)を第１の面に沿って形成し、酸化剤入口から酸化剤出口（４６Ａ、４６Ｂ）に延びた少なくとも１つの酸化剤通路（４２Ａ、４２Ｂ）を第２の面に沿って形成し、前記第１の面と前記第２の面とは、前記燃料並びに酸化剤出口を越えたところにある１つのラインに沿って交差し、
前記酸化剤
供給系統は、第１の酸化剤の源に接続される入口を有した内部酸化剤供給手段(５８Ａ、５８Ｂ)と、前記内部酸化剤供給手段を少なくとも部分的に取り囲むとともに、第２の酸化剤の源に接続される入口を有した外部酸化剤供給手段とを有し、
前記内部酸化剤供給手段及び前記外部酸化剤供給手段は、前記少なくとも１つの酸化剤通路中に少なくとも部分的に延び、前記酸化剤供給系統は、前記少なくとも１つの酸化剤通路の出口に、前記第１の酸化剤と前記第２の酸化剤との少なくとも一方を供給可能に構成され、
この方法は、
（ａ）前記内部酸化剤供給手段から、耐火ブロック(１２)に形成された前記酸化剤通路(４２Ａ、４２Ｂ)に前記第１の酸化剤を選択的に供給し、
（ｂ）前記外部酸化剤供給手段から、前記酸化剤通路(４２Ａ、４２Ｂ)に第２の酸化剤を選択的に供給し、
（ｃ）前記内部酸化剤供給手段からの前記第１の酸化剤だけの供給と、前記外部酸化剤供給手段からの前記第２の酸化剤だけの供給と、前記内部酸化剤供給手段からの前記第１の酸化剤と前記外部酸化剤供給手段からの前記第２の酸化剤との組み合わせの供給との間で、前記少なくとも１つの酸化剤通路への前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤の供給の比率を変え、
（ｄ）前記第１の酸化剤と第２の酸化剤との少なくとも一方を、前記バーナー組立体(１０)の下流で、燃料と共に燃焼させるように燃料に向かわせる、
ことを含む燃焼発生方法。
【請求項２】
（ｃ’）前記少なくとも１つの燃料通路(２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ)に燃料を供給し、前記少なくとも１つの燃料通路(２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ)の燃料出口を通して前記燃料を射出させることさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の酸化剤は、体積比で７０％以上の酸素を含み、前記第２の酸化剤は、体積比で２５％未満の酸素を含んでいる請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の酸化剤と第２の酸化剤との少なくとも一方を向かわせる前記工程で、前記酸化剤は、前記バーナー組立体の下流で酸化剤と共の燃焼のために燃料に向かわされ、前記第１の酸化剤は、前記第１の面に対して第１の角度を形成する第１の方向に沿って向かわされ、前記第２の酸化剤は、前記第１の面に対して第２の角度を形成する第２の方向に沿って向かわされ、前記第１の角度は、前記第２の角度よりも大きい請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
【請求項５】
前記内部酸化剤供給手段(５８Ａ、５８Ｂ)は、当該内部酸化剤供給手段の出口と前記酸化剤出口のオリフィスとの間に延びた前記酸化剤通路(４２Ａ、４２Ｂ)の部分の長さが前記第１の酸化剤を前記第２の酸化剤と予混合する混合室(４２Ｃ、４２Ｄ)を規定するように、前記酸化剤出口(４６Ａ、４６Ｂ)に達しない短さに形成された請求項１乃至４のいずれか１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの酸化剤通路(４２Ａ、４２Ｂ)は、前記耐火ブロック(１２)内で、前記少なくとも１つの燃料通路(２８Ａ、２８Ｂ、２９Ｃ)の上方に位置された請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸素供給系統(２０)は、前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤の、前記酸化剤通路への流量を制御する手段をさらに備えた請求項1乃至６のいずれか１に記載の方法。
【請求項８】
複数の酸化剤通路(４２Ａ、４２Ｂ)及び複数の燃料通路(２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ)を備え、各酸化剤通路と各燃料通路とは、セットをなし、これらセットは、前記第１並びに第２の面に沿って離れており、前記第１並びに第２の酸化剤の少なくとも一方が、前記ラインに沿って前記燃料に交わり、前記ラインの前から前記耐火ブロック(１２)を離れる向きに実質的に面状の炎を生じさせるように、各セットの前記酸化剤通路は前記燃料通路の上方に位置された請求項１乃至７のいずれか１に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料通路 (２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ)は、取り囲む隙間を有した燃料注入ノズルを備え、前記酸化剤供給系統(２０)からの酸化剤の一部を、前記燃料通路の隙間に流出させる手段(４８、６８)が設けられ、前記酸化剤流出手段は、前記流出させた酸化剤を、前記燃料注入ノズルの外部を取り囲むシールドの形で送ることが可能に構成された請求項１乃至８のいずれか１に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化剤流出手段は、前記内部酸化剤供給手段と前記燃料通路(４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ)の隙間との間にあり、前記酸化剤供給系統(２０)が前記第１の酸化剤を前記少なくとも１つの酸化剤通路(４２Ａ、４２Ｂ)の出口(４６Ａ、４６Ｂ)に供給する時、前記燃料通路の隙間に前記第１の酸化剤の一部を流出させる第１の結合(６８)を備え、前記酸化剤流出手段は、前記外部酸化剤供給手段と前記燃料通路の隙間との間にあり、前記酸化剤供給系統が前記第２の酸化剤を前記少なくとも１つの酸化剤通路の出口に供給する時、前記燃料通路の隙間に前記第２の酸化剤の一部を流出させる第２の結合(４８)をさらに備えた請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料は、天然ガス、重油、又は粉末の炭化水素燃料、のような炭化水素燃料を含む請求項１乃至１０のいずれか１に記載の方法。
【請求項１２】
溶融工程又は溶融炉における請求項１乃至１１のいずれか１に記載の方法の使用。
【請求項１３】
レードルの予熱工程における請求項１乃至１１のいずれか１に記載の方法の使用。
【請求項１４】
請求項１乃至１１のいずれか１に記載の方法を使用した炉内で投入物を溶融させる工程であって、燃料が酸化剤と燃焼することで１つ以上のバーナー組立体から熱が供給され、
前記工程は、
・投入フェーズ、
・溶融フェーズ、
・微細化フェーズ、そして、
・排出フェーズ、
を含み、
・前記溶融フェーズの開始では、体積比で５０％以上の酸化剤が、前記第１の酸化剤の源に入口が接続された前記内部酸化剤供給手段により供給される第１の酸化剤であるように前記１つ以上のバーナー組立体(１０)が操作され、
・前記溶融フェーズの最後では、（ａ）前記外部酸化剤供給手段を通る前記第２の酸化剤の流れと、（ｂ）前記内部酸化剤供給手段を通る前記第１の酸化剤の流れと、の比率を増加され、
・微細化フェーズでは、体積比で５０％以上の酸化剤が、前記第２の酸化剤の源に入口が接続された前記外部酸化剤供給手段により供給される第２の酸化剤であるように前記１つ以上のバーナー組立体が操作される、方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１１のいずれか１に記載の方法を使用した、レードル容器を有したレードルの予熱工程であって、燃料が酸化剤と燃焼することで１つ以上のバーナー組立体から熱が供給され、前記工程は、
・初期の加熱フェーズ、
・後続の恒温フェーズ、
を含み、
・前記加熱フェーズでは、体積比で５０％以上の酸化剤が、前記第１の酸化剤の源に入口が接続された前記内部酸化剤供給手段により供給される第１の酸化剤であるように前記１つ以上のバーナー組立体(１０)が操作され、
・前記恒温フェーズでは、体積比で５０％以上の酸化剤が、前記第２の酸化剤の源に入口が接続された前記外部酸化剤供給手段により供給される第２の酸化剤であるように前記１つ以上のバーナー組立体が操作される、方法。
【請求項１６】
耐火ブロック(１２)と、燃料供給系統(１８)と、酸化剤供給系統(２０)とを有し、前記耐火ブロックは、燃料入口から燃料出口に第１の面に沿って延びた少なくとも１つの燃料通路(２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ)と、酸化剤入口から酸化剤出口（４６Ａ、４６Ｂ）に第２の面に沿って延びた少なくとも１つの酸化剤通路（４２Ａ、４２Ｂ）とを規定し、前記第１の面と前記第２の面とは、前記出口らを越えたところにある１つのラインに沿って交差し、前記酸化剤供給系統は、第１の酸化剤の源に接続可能な入口を有した内部酸化剤供給手段と、内部酸化剤供給手段を少なくとも部分的に取り囲むとともに、第２の酸化剤の源に接続可能な入口を有した外部酸化剤供給手段とを有し、前記酸化剤供給系統は、前記少なくとも１つの酸化剤通路の出口に、前記第１の酸化剤と前記第２の酸化剤との少なくとも一方を供給可能に構成され、前記内部酸化剤供給手段及び前記外部酸化剤供給手段は、前記少なくとも１つの酸化剤通路内に少なくとも部分的に延び、前記内部酸化剤供給手段は、前記第１の酸化剤を第１の方向に沿って向かわせるように規定された下流端部を有し、この第１の方向は、前記少なくとも１つの燃料通路が沿う前記第１の面に対して第１の角度を形成し、前記少なくとも１つの酸化物通路は、前記第２の酸化剤を第２の方向に沿って向かわせるように規定された下流端部を有し、この第２の方向は、前記第１の面に対して第２の角度を形成し、前記第１の角度は、前記第２の角度よりも大きいことを特徴とするバーナー組立体(１０)。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、炉内の燃焼発生方法と、そのためのバーナー組立体に関し、バーナー組立体は、耐火ブロックと、燃料供給系統(fuel supply system)と、酸素供給系統(oxidant supply system)とを含み、耐火ブロックの下流に炎を発生させるように構成されている。
【０００２】
本発明は、溶融工程(melting processes)で使用されるのに特に適している。これに限定されるものではないが、２次金属溶融(secondary metal, melting)、特に２次アルミニウム溶融(secondary aluminium melting)とレードル(ladle)の予熱に使用されるのに特に適している。
【０００３】
溶融工程は、一般的に、いくつかのフェーズ(phase)又はステージ(stage)：
・固体原料が炉に送られる装填(loading)又は投入(charge)フェーズ、
・溶融材料となるように固体原料が溶かされる溶融フェーズ、
・均質性が必要レベルに達するまで溶融材料が溶融状態に保たれる維持(maintenance)、細密化(fining)又は精製(refining)フェーズ、
・精製された溶融材料が後工程のために炉から取り出される湯出し(tapping)又は放出(discharge)フェーズ、
を含む。
【０００４】
溶融フェーズや細密化フェーズでは、温度やエネルギーなどの必要条件が異なる。最も大きなパワー(power)やエネルギー（材料の重さあたり）が溶融フェーズでは必要であり、一方で、相対的に小さなパワーやエネルギー（材料の重さあたり）が細密化フェーズでは必要である。
【０００５】
レードルは、溶融材料を運ぶのに、特に溶融炉からレードル精製装置や鋳造装置のような下流の装置に溶融材料を運ぶのに用いることができる。これらレードルは、通常、耐火性の内張り(lining)への熱的な衝撃や損傷を最小化するため、及びレードル内での温度低下を減らすために予熱される。
【０００６】
レードルの予熱工程は、同様に、一般的に、いくつかのフェーズ又はステージ：
・レードル容器を高温まで加熱する初期(initial)又は一次(primary)フェーズ、
・レードル容器が高温に維持され、耐火材料の全体に亘り温度分布を均一化させる保持(holding)又は恒温(temperature equilibrating)フェーズ、
を含む。
【０００７】
２次溶融業(secondary melting industries)のような溶融業は、コスト削減を促す力を、主に２つの軸：運転費用(operation costs)の削減と、工程制御(process control)の改善とに沿って注目している。重要なパラメータは、
・エネルギー費用の削減
・生産性の向上
・下記を含む工程制御の改善
・炉内雰囲気の安定性向上
・ＮＯｘ、及び、塵埃のような不純物を含む黒煙、のような汚濁の大きな低減
である。
【０００８】
２次アルミニウム溶鉱炉のための特定のパラメータは、浮きかす(dross)（塩、泥、酸化アルミニウム、溶融アルミニウムの表面に形成されるエントラップ金属性アルミニウム(entrapped metallic aluminium)の混合物）の削減である。
【０００９】
エネルギー消費が最も大きな溶融フェーズでは、放射で大きな熱を原料に与えるように、酸素を多く含む酸化剤を用いることが有益であり、これは、溶融工程の加速、エネルギー効率の向上、エネルギー消費の低減をもたらす。
【００１０】
溶湯材料の内部温度均質化(inter alia temperature homogenization)が行われる微細化フェーズでは、エネルギーがあまり必要なく、燃料消費が極めて小さい。このフェーズでは、燃料及び酸素のそれぞれの価格に基づき、酸素の小さな関与で（すなわち、酸化剤の低い酸素濃度で）、作業費用の最小化を行うことができる。
【００１１】
溶融フェーズで酸化燃焼(oxycombustion)が用いられ、保持フェーズで大気燃焼(air combustion)が用いられたアルミニウムの製錬工程が、ＤＥ−Ａ−１００４６５６９に記載されている。
【００１２】
さらに、下記に示すように、空気のような酸素濃度が小さな酸化剤を微細化フェーズで用いることで、２次アルミニウム製錬のような一定の溶融工程で、他の利益を得ることができる。
【００１３】
レードルの予熱の場合、高酸素の酸化剤(oxidiser)を１次フェーズで用いることは有益であり、これは要望される温度に可能な限り速く達することができ、その結果、全体のエネルギー消費を低減することができる。第２の恒温フェーズでは、工程のこの部分の必要エネルギーは小さいので、空気のような低酸素の安価な酸化剤を用いるのが好適である。燃料及び酸素のそれぞれの価格に基づいて、作業費用の最小化を行うことができる。
【００１４】
さらなる背景情報を読み手が参照するためのバーナー組立体の先行技術の一群が、ＥＰ−Ａ２−０７５４９１２に開示されている。この技術状況システム(state-of-the-art system)では、大きな発光炎で燃料が酸化剤と燃焼するように、燃料及び酸化剤は、バーナー組立体内の離れた空間を通って炉内に供給され、これにより、燃料と酸化剤の燃焼で生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量が低減される。このような先行技術のバーナー装置は、良好なエネルギー効率と、汚濁物（ＮＯｘ）の生成の低減の両方を実現することができる。ＥＰ−Ａ２−０７５４９１２に記載されたこの装置のひとつの問題は、酸素モル濃度が少なくとも５０％のガス状の酸化剤で行う作業に制限されることである。この最低酸素量の必要条件は、装置の柔軟性を制限する。
【００１５】
ＵＳ−Ａ−２００１／０２３０５３は、バーナーブロックを置き換えることなく、酸素燃料(oxy-fuel)、空気燃料(air-fuel)、又は酸素が豊富な空気燃料(oxygen enriched air-fuel)の作業を許すバーナーブロック組立体を開示している。しかしながら、酸素燃料作業から空気燃料作業又は酸素が豊富な空気燃料の作業に切り替える時、燃焼が中断され、バーナー口の構成が修正される必要がある。ＵＳＡ−Ａ−２００３／０１５７４５０は、予熱燃料と予熱酸素とによる燃焼のためのバーナーブロック組立体の上記タイプの特定の形態を開示している。この形態の一つの側面によれば、バーナーブロック組立体は、予熱酸素導管(conduit)を取り囲み、周囲温度流体が流される環状部分を有したプレナム(plenum)を通って延び、予熱酸素を運ぶのに用いられる導管を有し、これにより、バーナー部品の熱ストレス及び正味熱損失の最小化を図る。予熱酸素導管を取り囲む環状部分に流された周囲温度流体は、それ自身が酸素であり、特に、予熱酸素とは異なる組成の酸素である。
【００１６】
ＵＳ−Ａ−４５４７１５０は、中央燃料注入口と、同軸状に取り囲む酸素注入口とを備え、これにより、酸化剤の酸素含有物を、酸素が豊富でない状態（空気燃料燃焼）から、酸素が豊富な異なるレベルの状態に変えることができるバーナー組立体を開示している。
【００１７】
ＤＥ−Ａ−１００４６５６９及びＵＳ−Ａ−ＵＳ２００２１９２６１３は、燃料注入口と空気注入口が同心にあり、燃料と酸化剤の予混合室が燃料注入口の下流にあり、２種類の異なる酸化剤が使用されるパイプ−イン−パイプバーナー(pipe-in-pipe burner)を開示している。
【００１８】
ＪＰ−Ａ−２０００１４６１２９は、中央燃料ガス通路と、同心状に取り囲んだ空気供給通路とを有し、複数のチューブ体が燃料ガス通路を取り囲み、空気供給通路と同軸上に位置した酸素濃度可変バーナーを開示している。
【００１９】
本発明の目的は、バーナー組立体（“バーナー”とも参照される）による燃焼発生の改善された方法、特に、酸化剤の酸素濃度に柔軟性を有した方法を提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、バーナー組立体による燃焼発生の改善された方法、特に、酸化剤の酸素濃度に柔軟性を有し、幅広な炎(wide flame)と低ＮＯｘ燃焼を可能にする方法を提供することである。
【００２１】
本発明は、上述の方法に用いるのに特に適した改善されたバーナー組立体にも関連する。
【００２２】
従って、本発明は、バーナー組立体による燃焼発生方法を提供するものであり、前記バーナー組立体は、耐火ブロックと、燃料供給系統と、酸化剤供給系統とを有する。前記耐火ブロックは、燃料入口から燃料出口に延びた少なくとも１つの燃料通路に沿う１つの面（以下、第１の面と参照される）と、酸化剤入口から酸化剤出口に延びた少なくとも１つの酸化剤通路に実質的に沿う別の第２の面とを規定し、前記第１の面と前記第２の面とは、前記出口らを越えたところにある、すなわち下流側にある、１つのラインに沿って交わる。前記酸化剤供給系統は、一対の分かれた酸化剤供給手段：内部酸化剤給手段と、外部酸化剤供給手段とを有する。前記内部酸化剤供給手段は、第１の酸化剤の源に使用時に接続された入口を有する。前記外部酸化剤供給手段は、前記内部酸化剤供給手段を少なくとも部分的に取り囲むとともに、第２の酸化剤の源に使用時に接続された入口を有する。前記内部酸化剤供給手段及び前記外部酸化剤供給手段は、前記少なくとも１つの酸化剤通路内に少なくとも部分的に延び、前記酸化剤供給系統は、前記少なくとも１つの酸化剤通路の出口に使用時に、前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤のうちの１つ、又はそれら２つの組み合わせ(combination)のいずれかを供給可能に構成されている。
【００２３】
本発明の方法では、前記バーナー組立体は、前記第１の酸化剤だけで、前記第２の酸化剤だけで、又は前記第１の酸化剤と前記第２の酸化剤との組み合わせで、操作され、燃焼を発生させることが可能になっている。
【００２４】
前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤は、典型的には、異なる酸素濃度（酸素の容積パーセントで示される）を有する。従って、前記バーナー組立体の使用は、燃焼工程で前記バーナーにより供給される酸化剤の酸素含有量を、前記第１の酸化剤の酸素含有量から前記第２の酸化剤の酸素含有量まで、及びそれら酸素含有量の間の値らに、変えることができる。
【００２５】
本文脈で、「酸化剤(oxidant)」及び「酸化剤(oxidiser)」又は「酸化剤(oxidizer)」という用語は、同義である。
【００２６】
本発明を参照すれば、「酸化剤(oxidant)」又は「酸化剤(oxidiser)」という用語が、形容詞「第１の」又は「第２の」を伴わない時は、その用語は、バーナーにより燃料領域に注入される全ての「酸化剤」を参照し、これにより「酸化剤」は、（ａ）第１の酸化剤だけがバーナーに供給されている時は「第１の酸化剤」に対応し、（ｂ）第２の酸化剤だけがバーナーに供給されている時は「第２の酸化剤」に対応し、（ｃ）第１及び第２の酸化剤の両方がバーナーに送られている時は「第１」及び「第２の酸化剤」の組み合わせに対応する。
【００２７】
典型的には、前記第２の酸化剤は、空気のような、酸素濃度が体積で２５％未満の酸化剤である。前記第１の酸化剤は、好都合には、酸素濃度が体積で７０％から１００％、好ましくは体積で９０％から１００％、より好ましくは体積で９５％から１００％、の酸素が豊富な酸化剤である。
【００２８】
前記第１の酸化剤及び／又は前記第２の酸化剤は、周囲温度であるか、又は予熱されている。一般的に、それらは、両方が周囲温度であるか、両方が予熱されるか、いずれかである。
【００２９】
本発明の利点は、酸素と空気、又は酸素と空気の混合又は組み合わせ、の間で、酸化剤の構成を変えることができる新しい方法が提供することである。これにより、酸化剤の酸素濃度を体積で２１％（空気）と、体積で１００％（純粋酸素）又は体積でほとんど１００％との間で効果的に変えるために、空気の一部をそれぞれの酸素と酸化剤内で引き合わせることが可能である。
【００３０】
本発明の特別な利点は、前記酸化剤の組成の変更が、燃焼工程を中断することなく行うことができることである。
【００３１】
前記内部酸化剤供給手段は、前記酸化剤通路が前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤の両方を供給するとき、前記内部酸化剤供給手段の出口と前記酸化剤出口のオリフィスとの間に延びた前記酸化剤通路の長さが、前記第１の酸化剤と前記第２の酸化剤とが予混合される混合室を規定するように、前記酸化剤出口に達しない短さに形成されている。
【００３２】
前記少なくとも１つの酸化剤通路の内部では、前記内部酸化剤供給手段及び前記外部酸化剤供給手段は、好ましくは実質的に同心状である。
【００３３】
前記バーナー組立体の酸化剤供給系統は、さらに、前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤の少なくとも１つの、好ましくは両方の、より好ましくは個別に両方の、前記酸化剤通路への流量を制御する手段をさらに備える。
【００３４】
前記バーナー組立体は、複数の酸化剤通路、及び複数の燃料通路を備えてもよく、これら両方の通路セットは、それぞれの面に沿って離れ、前記面らが交差する前記ラインに沿って前記酸化剤が前記燃料に交わるように、前記酸化剤通路は前記燃料通路の上方に位置し、前記交差するラインの前から前記耐火ブロックを離れる向きに実質的に面状の炎を発生させる。
【００３５】
前記燃料通路、又は前記各燃料通路は、それを取り囲む隙間又は通路を有した燃料注入ノズルを備えてもよい。特に、前記酸化剤供給系統から、前記燃料通路に、より特別には前記取り囲む隙間又は通路に、酸化剤の一部を流出させ、この流出した酸化剤が前記燃料注入ノズルの外部を取り囲むシールドの形で注入され、これにより、前記流出した酸化剤の前記流出した部分が使用時に前記燃料出口を通して前記燃料注入ノズルの周りに注入される手段が設けられていてもよい。これによれば、炎の安定性が向上する。
【００３６】
前記酸化剤流出手段は、典型的には、前記酸化剤供給システムを前記燃料通路又は前記燃料通路らの隙間に流体接続(fluidly connecting)する１つ以上のチューブ、配管、又は通路である。
【００３７】
前記内部酸化剤供給手段及び前記外部酸化剤供給手段の１つ又は各々は、前記燃料供給手段に、特に前記燃料供給手段の燃料注入器を取り囲む隙間又は通路に、酸化剤の流出を供給可能に構成されていてもよい。前記酸化剤流出手段は、特に、
・前記内部酸化剤供給手段と前記燃料通路の隙間との間にあり、前記酸化剤供給系統が前記少なくとも１つの酸化剤通路の出口に前記第１の酸化剤を供給する時に、前記隙間に前記第１の酸化剤の一部を流出させる第１の流体接続と、
・前記外部酸化剤供給手段と前記燃料通路の隙間との間にあり、前記酸化剤供給系統が前記少なくとも１つの酸化剤通路の出口に前記第２の酸化剤を供給する時に、前記隙間に前記第２の酸化剤の一部を流出させる第２の流体接続と、
を備えてもよい。
【００３８】
前記酸化剤供給系統が、前記第１の酸化剤と前記第２の酸化剤との組み合わせにより構成された酸化剤を、前記少なくとも１つの酸化剤通路の出口に供給する時に、上述の酸化剤流出手段は、同様に、前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤の組み合わせを前記隙間に流出させる。
【００３９】
前記バーナーは、複数の燃料通路を有してもよい。各燃料通路は、同一の燃料を注入するための燃料注入器を備えていてもよく、これに代えて、２つの前記燃料通路は、異なる燃料を注入するために構成された燃料注入器を備えていてもよい。
【００４０】
前記燃料は、天然ガス又は重油のような炭化水素燃料でもよい。この燃料は、粉末固形燃料でもよい。
【００４１】
本発明の燃焼発生方法は、上記形態のいずれか１つに係るバーナー装置により燃焼を発生させ、
（ａ）前記耐火ブロックの酸化剤通路の内部酸化剤供給手段に第１の酸化剤を選択的に供給し、この第１の酸化剤は、好都合には体積で７０％以上、好ましくは体積で９０％以上、より好ましくは体積で９５％以上の酸素を含み、
（ｂ）同じ前記酸化剤通路の同心状の外部酸化剤供給手段に第２の酸化剤を選択的に供給し、この第２の酸化剤は、好ましくは体積で２５％未満の酸素を含み、好都合には空気であり、
（ｃ）前記内部酸化剤供給手段への前記第１の酸化剤だけの供給（前記外部酸化剤供給手段には前記第２の酸化剤を供給せず）と、同心状の前記外部酸化剤供給手段への前記第２の酸化剤だけの供給（前記内部酸化剤供給手段には前記第１の酸化剤を供給せず）と、前記内部酸化剤供給手段への前記第１の酸化剤と同心状の前記外部酸化剤供給手段への前記第２の酸化剤との組み合わせの供給との間で、前記少なくとも１つの酸化剤通路への前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤の間の供給の比率を変え、
（ｄ）前記酸化剤又は前記酸化剤らを、前記バーナーの下流でこれらが伴う燃焼のために燃料に向かわせる、
ことを含む。
【００４２】
前記燃焼発生方法は、さらに、
（ｃ’）少なくとも１つの燃料通路に燃料を供給し、前記少なくとも１つの燃料通路の燃料出口を通して前記燃料を注入する。
【００４３】
実際には、炉内の投入物から放たれた、他の燃料供給手段で注入された、又は不完全な燃焼で残った十分な量の燃焼性物質を炉内雰囲気が含む時、燃焼は、前記燃料出口を通る燃料の注入を伴わずに生じることもある。
【００４４】
本発明は、溶融工程での前記燃焼発生方法の使用、特に２次アルミニウム製錬工程のような２次溶融での使用を包括(cover)し、さらに、レードルの予熱工程での前記燃焼発生方法の使用を包括する。
【００４５】
本発明は、前記燃焼発生方法との間係で上述した改善されたバーナー組立体にも関連する。
【００４６】
本発明は、さらに、本発明に係るバーナーを少なくとも１つ備えた炉にも関連する。この炉は、特に回転又は反射炉、例えばアルミニウム製錬機であってもよい。
【００４７】
本発明は、以下に、付随する図面を参照した例を用いて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼発生方法に使用されるバーナー組立体の斜視図である。
【図２】図２は、図１のバーナー組立体の背面図である。
【図３】図３は、図１のバーナー組立体の正面図である。
【図４】図４は、燃料注入口を露出させるために部分的に切断された、図１のバーナー組立体の側面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃焼発生方法に使用されるバーナー組立体の正面図ある。
【図６】図６は、図５の正面図のＡ−Ａ線に沿う断面である。
【図７】図７は、図５のバーナー組立体の斜視図である。
【図８】図８は、図５のバーナー組立体の背面図である。
【図９】図９は、本発明の方法を用いたバーナーの異なるレンジの操作での、バーナー組立体のパワーＰ（Ｐは、ＭＷで示される）の関数としての、バーナー組立体のパワーに対するバーナー全運動量の比率Ｉ／Ｐ（Ｉ／Ｐは、Ｎで示される）を概略的に示したグラフである。
【００４９】
図９のライン１は、酸化剤として実質的に純粋な酸素（第１の酸化剤）だけを用いた本発明の方法によるバーナー組立体の操作を示し、ライン２は、酸化剤として空気（第２の酸化剤）だけを用いた本発明の方法によるバーナー組立体の操作を示し、領域３は、第１の酸化剤及び第２の酸化剤の組み合わせを用いた本発明の方法によるバーナー組立体の操作を示す。
【００５０】
図に示すように、バーナー組立体１０は、耐火ブロック１２を有し、この耐火ブロック１２を通って一連の通路が規定されている。耐火ブロック１２は、分離されたブロック(separate block)でもよく、ブロックの組立体(assembly of blocks)でもよく、例えばセラミックである。耐火ブロック１２は、炉の壁と一体でもよい。
【００５１】
耐火ブロック１２の後ろに取り付けられているものは、取付用ブラケット１４、燃料供給系統１８、及び酸化剤供給系統２０である。
【００５２】
図示された実施形態では、取付用ブラケットは、点火器１６も支持している。点火器の有無は選択可能であり、特に、ガラス溶融炉のような、燃料と酸化剤とによる自然発火が起こるような炉内雰囲気の温度が十分に高い炉では必要ではない。
【００５３】
点火器１６は、炉に面する耐火ブロック１２の前面で、噴出制動オリフィス２４(pilot jet orifice)に点火通路２２を通じてパイロットライト(pilot light)／点火炎を供給可能に構成されている。
【００５４】
図示された実施形態では、取付ブラケットは、炎検出器５０、典型的には、耐火ブロック１２を通る分離炎検出通路５２(separate flame detection)を通じてバーナーの下流の炎の有無を検出可能なＵＶ炎検出器も支持している。このような炎検出器の存在は、同様に、選択可能である。
【００５５】
燃料供給系統１８は、耐火ブロック１２を通って規定された１つ又は複数の通路に燃料を導く燃料入口２８を有する。
【００５６】
図１乃至図４に示されたこれに限定されない実施形態では、耐火ブロック１２を面Ｐ１で通り、耐火ブロック１２の下半部を横切って設けられ、図３のＡ−Ａで示され、図４に関連して示された、１つの燃料通路２８Ｂが設けられている。燃料通路２８Ｂは、面Ｐ１で、耐火ブロック１２の中央を真っ直ぐに延びており、それに沿って位置された液体燃料噴霧器３０を有する。燃料噴霧器３０のための霧状のガスの入口は、燃料入口２８の近傍に設けられている。使用時には、液体燃料は、中央通路２８Ｂに沿って中央に合わされた燃料噴霧器３０により霧状にされて供給され、燃料通路２８Ｂが設けられた同じ面Ｐ１に沿って耐火ブロック１２から離れて炉内に向かう。
【００５７】
図５乃至図８に示されたこれに限定されない実施形態では、ガス状の燃料のための３つの燃料通路２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃが設けられている。これら３つの全ては、耐火ブロック１２を実質的に同じ水平面Ｐ１で通り、耐火ブロック１２の下半部を横切って設けられ、図５のＡ−Ａで示されている。これらの中の１つの燃料通路２８Ｂは、面Ｐ１で、耐火ブロック１２の中央を真っ直ぐに延びている。外側の２つの燃料通路２８Ａ、２８Ｃは、入口２８から離れるに従い、同じ面Ｐ１で、水平方向の外側へ枝分かれし、中央燃料通路２８Ｂの両側で、耐火ブロック１２の前面２６から出ている。使用時には、ガス状の燃料は、燃料通路２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃが設けられた同じ面Ｐ１に沿ってシートを形成するように、耐火ブロック１２から離れて炉内に向かう。
【００５８】
本発明における「燃料」という単語は、液体又はガス状の炭化水素燃料を含む。これは、室温（摂氏２５度(２５ ＤＥＧ Ｃ)）及び予熱された状態のどちらからで（ガス状でもよく、液状でもよく）、例えばメタン、天然ガス、プロパン、霧状にされたオイルなどを意味する。「燃料」は、粉末化された固体燃料でもよい。
【００５９】
これに代わる実施形態は、関連した噴霧器又は固体燃料ランス(solid fuel lances)を伴ういくつかの燃料通路、又は、１つ以上のガス状の燃料通路を伴う１つの燃料通路又は１つ以上の液体燃料通路の組み合わせなどを備えてもよく、これによりいくつかの燃料通路が存在する場合、これらは同一面Ｐ１で好都合な位置に設けられてもよい。
【００６０】
酸化剤供給系統２０に戻ると、酸化剤入口３４は、取付ブラケット１４で、燃料入口２８の上方に位置し、例えば空気である酸化剤（以後、第２の酸化剤と参照される）を供給するための酸化剤源（以後、第２の酸化剤源と参照される）に接続可能に構成されている。
【００６１】
入口配管３４は、Ｙ字状に外側に枝分かれし、径が小さくなった一対の枝配管４０Ａ，４０Ｂを形成し、取付ブラケット１４の後側へ引き回され、この枝配管４０Ａ，４０Ｂは、取付ブラケット１４を通り、耐火ブロック１２の後面４４を通り、耐火ブロック１２内で背面４４から前面２６まで規定された一対の酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂの中に導かれている。
【００６２】
酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂは、入口配管３４の中心線と同一平面の中心線に沿って耐火ブロック１２を略半分通り、これにより、燃料通路２８Ｂの面Ｐ１、又は燃料通路２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの面Ｐ１と実質的に平行な面に位置している。
【００６３】
耐火ブロック１２の略途中のポイント６０で、酸化剤通路は、下に向いて曲がり、酸化剤出口４６Ａ、４６Ｂを通り、耐火ブロック１２の前面２６から出ている。酸化剤出口の中心線の下方に向いた傾きは、耐火ブロック１２の前面２６から離れたポイントで、燃料通路２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの面Ｐ１と交差する面Ｐ２に沿っている。これは、出口２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、４６Ａ、４６Ｂを超えたところの位置で、酸化剤の供給が燃料の供給と交わることを確実にする。面Ｐ２は、図４のポイント６０の左で、一点鎖線Ｂ−Ｂで示されている。Ｐ２は、例えば５度の下方を向いた角度でもよい。
【００６４】
大口径のパイプ３４には、酸化剤流出配管４８(oxidant bleed pipe)の形で、注ぎ口(tapping out)が設けられており、酸化剤流出配管４８は、酸化剤パイプ３４から燃料ボックス１８（“燃料ブロック”又は“燃料供給系統”として知られている）まで下方に、酸化剤の一部を流出(bleed)させることが可能に構成されている。流出した酸化剤は、作業の柔軟性と炎の安定性とを最大化するために、霧化された液体燃料、ガス状の燃料、又は粉末状の固形燃料の注入が、燃料通路２８Ｂから又は燃料通路２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃのそれぞれから出てくる時に、その注入を取り囲むのに用いられる。
【００６５】
酸化剤供給系統は、第２の酸化剤供給３４、４０Ａ、４０Ｂとして同一の酸化剤供給通路４２Ａ、４２Ｂに沿って、さらなる酸化剤源（以後、第１の酸化剤源と参照される）から酸化剤を供給可能に構成された、追加的で分離された酸化剤供給手段をさらに備える。
【００６６】
本装置は、分離された第１の酸化剤供給（第１の酸化剤源によって供給され、以後「第１の酸化剤」と参照され、第２の酸化剤よりも酸素をより多く含んだ酸化剤）を、各酸化剤枝配管４０Ａ、４０Ｂに１つずつ位置した内部酸化剤ランス(inner oxidant lance)５８Ａ、５８Ｂの形で送るのに用いられる。
【００６７】
図示された実施形態によれば、設置場所で、酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂは、真っ直ぐであり、酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂの中で、酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂが下向きに折れ曲がったポイント６０を超えて延びている。各酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂの出口は、関連する酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂの長さの少なくとも一部と実質的に同心状であるが、上記下向きの曲げにより、酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂの出口は、これら通路４２Ａ、４２Ｂの中で高くなっている。これは、図４を参照することで特によく理解することができる。
【００６８】
酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂが最小限だけ下方に向いているこのような実施形態は、投入物(a charge)を含み、バーナーの下方に位置し、望ましくない酸化剤に影響されやすい炉で特に使い勝手がよい。この場合、本発明に係るバーナーが、空気のような酸素含有量の小さい第２の酸化剤だけが炉に注入される時、この第２の酸化剤は、投入物に向けて下向きに注入され、これにより、投入物への対流熱移動を増加させる。第２の酸化剤は、酸素含有量が低いので、投入物での酸化はほとんど又は全く生じない。一方で、酸素含有量の大きい第１の酸化剤だけが炉に注入される時、第１の酸化剤が投入物に向けてわずかだけ傾いているので、第１の酸化剤と投入物との間の直接な接触がほとんど又は全く生じず、この酸化剤による投入物の酸化は制限又は防止され、第１の酸化剤の全部又はほとんど全部は、投入物に達する前に燃料の燃焼で消費される。第１の酸化剤と第２の酸化剤の混合物が注入される場合、酸化剤全体の酸素濃度は第１の酸化剤の酸素濃度と第２の酸化剤の酸素濃度の間にあり、酸化剤全体の注入方向は、同様に、第１の酸化剤だけが注入された場合の注入方向と、第２の酸化剤だけが注入された場合の注入方向の間になる。これは、望ましくない酸化剤に影響されない又は少しだけしか影響されない投入物を炉が含む場合、酸化剤通路と酸化剤ランスの両方は、対流熱移動を増加させるために、投入物に向かって（下方に）向いていると評価される。
【００６９】
酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂは、酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂの出口に達しない短さに形成され、酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂの端部と酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂとの間にある酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂの領域は、それぞれ予混合室４２Ｃ、４２Ｄを規定する。予混合室４２Ｃ、４２Ｄは、両方の酸化剤が同時に使用されるため供給される場合に、排気される前に分かれて出された２つの酸化剤の混合物を均質化させるように働く。
【００７０】
各酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂの供給側は、口径が大きな入口３４に供給する酸化剤供給とは別れて設けられた酸化剤供給手段６２に接続されている。上記分かれた酸化剤供給との接続は、枝配管４０Ａ、４０Ｂの上に水平方向に亘るログマニホールド６６(log manifold)に中央部で接続されたチューブ状差込口６４の形状をしている。
【００７１】
酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂは、それら自身がＬ字状のチューブ形状であり、ログマニホールド６６の端部領域から下方に下がり、枝配管４０Ａ、４０Ｂが真っ直ぐに延び、酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂの中に入る位置において、枝配管４０Ａ、４０Ｂの内部に延びている。このような構成により、酸化剤ランス５８Ａ、５８Ｂは、酸化剤通路４２Ａ、４２Ｂに沿って向きを変えるのに、ひとつのＬ形部だけしか必要としない。
【００７２】
ログマニホールド６６に接続された口径が小さな配管６８が設けられ、この配管６８は、燃料ボックス１８内まで下方に下がっている。口径が大きな配管３４から取り出された酸化剤流出配管４８と同様の形式で、この口径が小さな配管は、ログマニホールドから分かれた第１の酸化剤の一部を燃料ボックス１８まで下方に流出可能に構成されている。他の注入配管４８と共に、口径の細い流出配管で流出した酸化剤は、炎の安定性と作業の柔軟性を改善するように、霧化された液体燃料又はガス状の燃料が、燃料通路２８Ｂから又は燃料通路２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃのそれぞれから出てくる時に、その注入を取り囲むのに用いられる。
【００７３】
各酸化剤供給に酸化剤流出配管４８、６８を設けることで、好ましい実施形態の構造は、いずれか１つ又は他との組み合わせの、どの酸化剤供給が使用されるかに関わらず、炎の安定性のためにガス状の燃料の周りに流出した酸化剤を常に供給することを確実にする。この場合の炎の安定性は、燃料注入器及び燃料注入器から少し離れた残留物の周りに酸化剤のいくらかを注入することで達成される。
【００７４】
特定の仕様のバーナーを用いた本発明の方法は、
（ａ）第１の酸化剤及び第２の酸化剤の間の比率を制御することで、酸化剤の酸素含有量を変え、
（ｂ）第１の酸化剤だけ、第２の酸化剤だけ、又はそれら両方の酸化剤の組み合わせのいずれが注入されるかに関わらず、酸化剤の注入速度を制御し、
（ｃ）複合の酸化剤通路により、投入物を包む幅広(wide)で、それゆえより均質な炎を得て、
（ｄ）このタイプのバーナー仕様において、窒素酸化剤（ＮＯｘ）の放出をとても小さくする低輝度燃焼反応(low intensity combustion reaction)を実現する。
【００７５】
酸化剤が本質的に純粋な酸素からなるとき、ＮＯｘの放出は最小となるが、酸化剤の酸素レベルを減らすと、窒素レベルは対応して大きくなる傾向にある。
【００７６】
本発明は、炉内に２つの別の酸化剤を供給し、それら酸化剤の、全くの１つ又は他の、又はそれら２つの混合物のいずれか、酸化剤らの柔軟な使用を可能にする物理的な構造を提供する。一つの酸化剤は例えば空気であり、他の酸化剤は酸素であり、２１％の酸素濃度（空気単体）から、１００％の酸素又は実質的に１００％の酸素で作業を行うことができる。
【００７７】
アルミニウムの使用は、近年、他の金属に比べて増加しており、今後長くに亘り、他の金属に比べて増加傾向が大きいと予想されている。今日では、アルミニウムの全世界の生産量の３０％近くがリサイクルから得られる。
【００７８】
２次アルミニウム溶融は、反射又は回転炉で行われ、特に燃料の値段が高く、特に欧州や日本で、酸素燃焼の使用の注目を高めている。実際に、これまでにない高い燃料の値段は、エネルギー消費量及び関連コストを減らすために、溶融炉における酸素や、酸素が豊富な空気の使用がますます正当になっている。
【００７９】
本発明によれば、アルミニウム製錬、特に、２次アルミニウム製錬のひと続き(a batch)の工程は、下記のように行われてもよい。
【００８０】
製錬工程は、本発明に係るバーナー組立体を１つ以上備えた炉で行われる。
【００８１】
第１の酸化剤は、少なくとも体積で７０％、好ましくは少なくとも体積で９０％、より好ましくは少なくとも体積で９５％の酸素を含んだ酸素豊富なガスである。
【００８２】
第２の酸化剤は、体積で２５％以下(not more than 25%)の酸素を含み、好ましくは空気である。
【００８３】
上記工程は、下記のフェーズを含む。
【００８４】
・投入フェーズ
・溶融フェーズ
・微細化フェーズ、そして、
・排出フェーズ
温度やエネルギーなどの異なる必要条件が、溶融及び維持フェーズにある。最も大きなパワーやエネルギー（材料の重さあたり）が溶融フェーズで必要であり、一方で、相対的に小さなパワーやエネルギー（材料の重さあたり）が微細化フェーズで必要である。
【００８５】
本発明によれば、溶融フェーズの最初には、酸化剤の多く（すなわち、体積で５０％以上、好都合には体積で７０％以上）が第１の酸化剤で構成されるように１つ以上のバーナー組立体が操作される。換言すれば、酸化剤の主部（体積で５０％以上、好都合には体積で７０％以上）が、第１の酸化剤の源に入口が接続された内部酸化剤供給手段から供給される。好ましくは、酸化剤の全部が、第１の酸化剤によって構成される。換言すれば、酸化剤の全部が、酸素豊富な第１の酸化剤ガスを供給する上記内部酸化剤供給手段によって供給される。
【００８６】
溶融フェーズの最後では、第２の酸化剤（すなわち空気）により構成される酸化剤の部分が増加することで、酸化剤の酸素含有量は低下する。これは、（ａ）外部酸化剤供給手段を通る第２の酸化剤の供給（又は流れ(flow)、流量(flow rate)）と、（ｂ）内部酸化剤供給手段を通る第１の酸化剤の供給（又は流れ(flow)、流量(flow rate)）との比率を増加させることで実現される。この増加は、段階的な増加でもよく、緩やかな、又は急激な増加でもよい。バーナー組立体が使用されることで、それぞれの流れが制御される。緩やかな増加は、炎の安定性の理由で好ましい。
【００８７】
微細化フェーズでは、酸化剤の多く（すなわち、体積で５０％以上、好都合には体積で７５％以上）が第２の酸化剤、すなわち空気で構成されるように１つ以上のバーナー組立体が操作される。換言すれば、酸化剤の主部（体積で５０％以上、好都合には体積で７５％）が、第２の酸化剤／空気の源に入口が接続された外部酸化剤供給手段から供給される。微細化フェーズでは、好ましくは酸化剤の全部が、第２の酸化剤によって構成される。換言すれば、相対的に酸素含有量が小さな第２の酸化剤、特に空気を供給する上記外部酸化剤供給手段によって供給された空気である。
【００８８】
原料が可燃性物質、例えば廃棄材料のペンキ(paint)及び油分、塗料(lacquer)、を含む場合、この可燃性物質は、溶融工程の初期の段階で燃料として作用する。この溶融工程の初期段階では、一方の、１つ以上の燃料出口を通り１つ以上のバーナー組立体から供給される燃料の量（流れ又は流量）と、他方の、１つ以上の酸化剤出口を通る酸化剤の一部として供給される酸素の量（流れ又は流量）との比率は、一時的に減少する。このように、原料の燃料燃焼は考慮される。
【００８９】
本発明の上述の方法を用いる場合、温度は、溶融フェーズの初期で急激に上昇し、溶融がより急激に生じる。エネルギー効率も、高放射炎により増加し、連続的な高放射エネルギーが投入物に移動する。
【００９０】
微細化フェーズでは、アルミニウムは、溶融状態になり、高温であり、結果として、大きな酸化リスクと、それによる浮きかす(dross)形成による材料の大きな消失リスクが生じる。
【００９１】
材料の消失リスクは、炉の投入物上(above the charge)の雰囲気の実質的な均質化又は温度プロフィール(temperature profile)の一様化によって減らすことができる。
【００９２】
実際には、微細化段階における材料消失の低減は、微細化段階で、１つ以上のバーナー組立体を、酸化剤の大部分、好ましくは全てを空気で構成するように操作することで実現される。これは、図９のライン２で示されるように、１つ以上のバーナー組立体の、パワー（Ｐ）に対するモーメント（Ｉ）の比率を高くすることになる。上記微細化段階で、１つ以上のバーナー組立体は、酸化剤として空気を用いて有効に操作可能であり、投入物上の実質的な均質性燃焼と、それゆえの、炉内の投入物上での温度プロフィールの実質的な均質化及び一様化を実現することができる。
【００９３】
微細化フェーズでは、エネルギーの必要性が低いので、このフェーズでは、溶融工程の全体効率を落とすことなく、酸化剤として空気を使用することができる。
【００９４】
微細化フェーズにおける酸化剤としての空気の使用は、この段階の炉内雰囲気の窒素の存在を伴う。しかしながら、これは、酸素燃料炎の極めて高い温度と比較して、空気燃料炎の温度が低いため、実質的なＮＯｘの形成を導かない。
【００９５】
本発明の工程は、アルミニウム溶融工程についてここでは述べたが、これは、溶融フェーズ及び微細化フェーズを含む他の溶融工程、例えばガラス溶融工程、特に一続き(batch)のガラス溶融工程でも有益である。
【００９６】
本発明によれば、レードルの予熱工程は、次によって構成されてもよい：高温までレードル容器を加熱する目的の初期フェーズ。このフェーズでは、工程のエネルギー強度(energy intensity)を高め、これによりプロセスステップに必要な時間を短縮するために、酸化剤の酸素含有量は、高めに選択される。初期フェーズに続く第２のフェーズは、レードル容器が高温に維持され、耐火材料の全体に一様な温度が広がるようにする保持フェーズである。この第２フェーズでは、入力エネルギーは、要望される温度を維持するためだけに減らされる。燃料、酸素、及び空気の変化しやすいコストに基づき、酸素と空気の最適な混合が、全作業コストを可能な限り最低限にするために選択されることができる。
【００９７】
本発明によれば、初期フェーズの開始時に、酸化剤の多く（すなわち、体積で５０％以上、好都合には体積で７５％以上）が第１の酸化剤で構成されるように１つ以上のバーナー組立体が操作される。換言すれば、酸化剤の主部（体積で５０％以上、好都合には体積で７５％以上）が、第１の酸化剤の源に入口が接続された内部酸化剤供給手段から供給される。好ましくは、酸化剤の全部が、第１の酸化剤によって構成される。換言すれば、酸素豊富な第１の酸化剤ガスを供給する上述の内部酸化剤供給手段によって、酸化剤の全部が供給され、これによりレードル容器の予熱が加速される。
【００９８】
エネルギーの必要性が小さな、後続の恒温フェーズでは、酸化剤の多く（すなわち、体積で５０％以上、好都合には体積で７５％以上）が第２の酸化剤、すなわち空気で構成されるように１つ以上のバーナー組立体が操作される。換言すれば、酸化剤の主部（体積で５０％以上、好都合には体積で７５％以上）が、第２の酸化剤／空気の源に入口が接続された外部酸化剤供給手段から供給される。このフェーズでは、好ましくは、酸化剤の全部が、第２の酸化剤によって構成される。換言すれば、酸化剤の全部は、相対的に酸素含有量が小さな第２の酸化剤、特に空気を供給する上述の外部酸化剤供給手段によって供給された空気である。
【００９９】
本発明は、それゆれ、例えば溶融サイクルの炉荷重やパワー要求(power requirement)のような、サイクル性の要求(cycle requirement)への酸化剤構成のより良い適用をユーザーに許容する。これに加えて、又はこれに代えて、炉は、例えば燃料が高価な時は１００％酸素、燃料が安価な時は１００％空気又はそれら２者の混合物といったように、酸化剤及び燃料のそのときの市場価格に対して最適化されることもできる。
【０１００】
また、ここで開示された構成は、位置は不変であり、それゆえバーナー組立体の作業を妨げることなく、供給され、段階的又は急激な変化が生じる酸化剤間の取り替えを行うために、物理的な接続を作り直す必要がないことにも留意する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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