(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機のパレットの幅方向にわたって延びる燃料ガス用通路と、
該燃料ガス用通路を挟んでその両側に延在する空気用通路と、
前記燃料ガス用通路からの燃料ガスの噴出流と前記空気用通路からの燃焼用空気の噴出流が交会する向きに開口させた多数対のノズル孔が、前記燃料ガス用通路および前記空気用通路の長さ方向に沿い離間して設けられたバーナーと、
前記ノズル孔より下の燃焼雰囲気を覆うバーナーフードと、
を有し、
前記バーナーがステンレス製鋼板を溶接加工したバーナーである、
焼結機の点火装置。
【請求項２】
前記燃料ガスの噴出流と燃焼用空気の噴出流が30度以上60度以下の角度で交会する請求項１に記載の焼結機の点火装置。
【請求項３】
前記バーナーはバーナー本体とバーナーチップとからなり、該バーナー本体と該バーナーチップが一体構造である請求項１に記載の焼結機の点火装置。
【請求項４】
前記多数対のノズル孔が燃料ガスノズル孔と空気ノズル孔とからなり、
該燃料ガスノズル孔はバーナーの中心側に設けられ、外側を指向する向きに開口し、
該空気ノズル孔はバーナーの外側に内向きに開口している、
請求項１に記載の焼結機の点火装置。
【請求項５】
焼結機のパレットの幅方向に、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の焼結機の点火装置を、熱伸びを吸収する間隙を設けて複数並べ、点火炉内温度雰囲気において隣接するバーナーの端部が熱膨張により密接するように設けられた焼結機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結鉱を製造するための焼結機に使用される点火装置、および該点火装置を設置した焼結機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、焼結鉱を製造するための焼結機の点火装置は、パレット上に装入された焼結原料層上面に向けて、バーナーから、重油、コークス炉ガスあるいはコークス炉ガスと高炉ガスとの混合ガス等の燃料、および空気を噴射させて燃焼火炎を形成し、かかる燃焼火炎で焼結原料層を加熱して焼結原料層中のコークスを燃焼させるために用いられる。【０００３】
図６は、本発明に係わる点火装置を設置する焼結機を示す。図中、１はパレット(pallet)、２はウインドボックス、３は点火装置(ignition apparatus)であって、主として点火炉(ignition furnace)３ａとバーナー３ｂとからなり、４は床敷(hearth layer)用ホッパー、５は原料ホッパーを示す。【０００４】
特開昭５９−２００１８３号公報（特許文献１）に開示されている点火装置は、焼結機のパレットの幅方向に延びる燃料ガス通路および燃焼用空気通路と、これらの通路から供給された燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流が互いに交会する向きに開口した多数対のノズル孔を、前記各通路の長さ方向に沿って離間して設けたバーナーと、を備えている。また、特許文献１には、燃料ガスと空気とを小径のノズル孔より交差するよう噴射させることで火炎を短くし、エネルギーロスを大幅に改善する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１のように、燃焼室が小さくバーナー高さが低いと、炉体放散熱が少なく燃料使用量を抑制する長所がある一方で、焼結原料層を加熱した際に赤熱した焼結原料からバーナーへの輻射熱および火炎自体の熱により、バーナー本体を損傷する可能性がある。【０００５】
これに対し、特開平４−２８８２６号公報（特許文献２）には、耐熱鋳鋼製のバーナーチップの線膨張係数が軟鋼と比して大きいため操業時のバーナーチップの伸びが大きく、操業−休止を繰り返すうちにバーナーチップに割れが入り寿命を短くする課題に対して、バーナーチップをパレット幅方向に複数個に分割することで熱膨張吸収代を設け、膨張収縮に伴なう割れを防止する技術が開示されている。特許文献２には、燃料ガスと空気とを直角に交差するよう噴射させることでフレームが短炎になること、およびパレット両端郎の通気過多の部分に対して、ノズル孔径を中央部より端部を段階的に大きくして幅方向の均一着火を可能にすることが開示されている。【０００６】
しかしながら、焼結機の突発停止等の要因により操業−休止を頻繁に繰り返す使用環境下では、依然としてバーナーノズルの熱変形、亀裂発生が起こり、バーナー寿命の短縮化に対する対策は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−２００１８３公報
【特許文献２】特開平４−２８８２６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、操業−休止を頻繁に繰り返す使用環境下においても熱応力に耐性がある点火装置を提供すること、および、焼結機の点火装置の寿命を延ばし補修頻度を下げることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
［１］
焼結機のパレットの幅方向にわたって延びる燃料ガス用通路と、
該燃料ガス用通路を挟んでその両側に延在する空気用通路と、
前記燃料ガス用通路からの燃料ガスの噴出流と前記空気用通路からの燃焼用空気の噴出流が交会する向きに開口させた多数対のノズル孔が、前記燃料ガス用通路および前記空気用通路の長さ方向に沿い離間して設けられたバーナーと、
前記ノズル孔より下の燃焼雰囲気を覆うバーナーフードと、
を有し、
前記バーナーがステンレス製鋼板を溶接加工したバーナーである、
焼結機の点火装置。
［２］前記燃料ガスの噴出流と燃焼用空気の噴出流が30度以上60度以下の角度で交会する［１］に記載の焼結機の点火装置。
［３］前記バーナーはバーナー本体とバーナーチップとからなり、該バーナー本体と該バーナーチップが一体構造である［１］に記載の焼結機の点火装置。
［４］前記多数対のノズル孔が燃料ガスノズル孔と空気ノズル孔とからなり、
該燃料ガスノズル孔はバーナーの中心側に設けられ、外側を指向する向きに開口し、
該空気ノズル孔はバーナーの外側に内向きに開口している、
［１］に記載の焼結機の点火装置。【００１０】
［５］焼結機のパレットの幅方向に、［１］乃至［４］の何れかに記載の焼結機の点火装置を、熱伸びを吸収する間隙を設けて複数並べ、点火炉内温度雰囲気において隣接するバーナーの端部が熱膨張により密接するように設けられた焼結機。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、焼結機パレット幅方向に均一な着火強度が得られ、燃料原単位が低い焼結機の点火装置であり、操業−休止を頻繁に繰り返す使用環境下においても熱応力に耐性がある点火装置を提供可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による点火装置の断面図である。
【図２】焼結機パレットと点火装置の一部を断面として示す正面図である。
【図３】従来の点火装置の断面図である。
【図４】バーナー先端から焼結原料層表面までの距離と火炎温度の関係を表す図である。
【図５】バーナー先端部のノズル配列を表す図である。
【図６】本発明装置を設置する焼結機の概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
従来の耐熱鋳鋼製バーナーは、その材質や加工方法の制約から、バーナー本体とバーナーノズルに分割することが必要であり、バーナー本体とバーナーノズルを接続するフランジ面の繰り返し熱変形により、フランジ部の歪み、また、パッキンの劣化、切断による燃料ガス、燃焼空気漏れが生じることが問題であった。本発明者らが鋭意検討した結果、バーナーを耐熱鋳鋼製の分割式から、バーナー本体とバーナーノズルを一体構造としたステンレス製とすることにより操業−休止を頻繁に繰り返す使用環境下においても熱応力に耐性がある点火装置を提供可能であることを見出した。【００１４】
表１は、材質変更の効果を比較した結果である。バーナーの材質を耐熱鋳鋼から、バーナー本体とバーナーノズルが一体構造のステンレス製に変更したので、フランジ部の歪みに起因した燃料漏れは無くなった。そして、バーナー、ノズルの肉厚を薄くすることで、残留応力およびバーナーの歪みを低減した。その結果、操業−休止を頻繁に繰り返す使用環境下においても長期間使用可能なバーナーとなった。【００１５】
【表１】
0005387803.tif 000002
【００１６】
さらに、燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流が互いに交会する角度について検討した結果、その角度を６０度以下とすることにより、ノズル部の温度を下げることが可能であり、ノズル部の亀裂発生防止効果があることを見出した。以下、表２と図４により説明する。【００１７】
表２は、実験用燃焼炉にバーナー幅５００ｍｍの実験バーナーを設置し、耐久性を評価した結果である。炉内のバーナーの対向面には鉄板を敷いてバーナーが下からの輻射熱を受ける構造とした。鉄板温度は、通常の焼結機操業と同等の１３００℃の条件と、焼結機操業が変動した場合を想定した１３５０℃の条件で昇温、３０分の指定温度キープ、降温を繰り返し、バーナーの損傷状況を観察した。【００１８】
バーナーを従来の耐熱鋳鋼製分割構造から比較的薄いステンレス鋼板の溶接一体構造とすることにより熱変形が無くなった。通常の焼結機操業では、焼結原料層表面温度（試験時炉内温度に相当）は１３００℃であり、通常の操業範囲内ではバーナー材質をステンレス製とすることで亀裂発生を防止することが可能である。焼結機操業の変動により炉内温度が１３５０℃に上昇したとしても、燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流が互いに交会する角度を従来の９０度から６０度、４０度と鋭角に交会させてノズル部温度を下げることにより、ノズル部の亀裂頻度を低下できることがわかった。表２に示すように、９０度では試験回数３回で亀裂が発生したのに対して、６０度では６回、４０度では１０回と耐久性が向上した。即ち、燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流が互いに交会する角度を６０度以下とすることにより、ノズル部の温度を下げることができるので、ノズル部の亀裂発生防止効果があることを見出した。【００１９】
【表２】
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【００２０】
バーナーノズルからの距離と火炎温度の関係を図４に示した。燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流が互いに交会する角度を鋭角にするに従い、温度が１３００℃以上である火炎部分は長くなり、バーナーと加熱面との距離を長くする必要が有る。噴出流が互いに交会する角度が３０度から６０度の範囲では、バーナーノズルから１００ｍｍまでの温度が大きく低下するのでノズル部温度を下げ、ノズル部の亀裂発生を防止するのに好適である。
噴出流の互いに交会する角度が３０度未満ではバーナー火炎長さが８５０ｍｍ超えと長くなり、バーナーフードが大型化しエネルギーロスが増えるので好ましくない。【００２１】
本発明のステンレス製鋼板を溶接加工して製作したバーナーは、焼結機の幅方向に複数台並べて使用することが好ましい。幅方向に複数のバーナーを並べることにより、焼結機幅方向の燃焼条件を操業時の温度分布を見て個々に変更・調整可能となり、原料層厚の分布が変わるなどの操業条件が変化しても幅方向の温度分布の調整が可能となる。【００２２】
本発明では複数のバーナー間に熱膨張吸収代を設けることが好ましい。熱膨張代の大きさは、操業中の点火炉内温度雰囲気において隣接するバーナーの端部が熱膨張により密接するように設ければ、操業中に、この膨張代から周囲の空気を吸引し点火フレームに乱れが生じることがない。【００２３】
また、バーナーにステンレス鋼板を用い薄肉化したことによりバーナーが軽量化された為、バーナー支持構造の簡素化が可能になると共に設置工事も容易となった。【００２４】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
図２に焼結機パレットと点火装置の一部を断面として示す。Ｂｂはバーナー本体、Ｂｔはバーナーチップ、Ｆは火炎、Ｌはバーナー先端から焼結原料層表面までの距離を示している。燃料ガス供給管８および空気供給管９がパレットの幅全体に亘って設けられ、燃料ガス管６および燃焼用空気管７を備えた複数のバーナーが燃料ガス供給管８および空気供給管９とほぼ平行となるように熱膨張代分の間隙を設けて並べられている。ガス管６とガス供給管８とは短管１０を介して、また空気管７と空気供給管９とは短管１１を介して夫々個別に連通されている。燃料ガス供給管８と空気供給管９は、ガーダー２６によって支持されている。【００２５】
バーナー下部には、上記バーナーの燃料ガス供給管８および空気供給管９とにそれぞれ対応する多数のノズル孔２０、２０’、２１、２１’が図５に示すように小口径のノズル孔が管軸線方向に多数組列設されている。【００２６】
上記燃料ガスノズル孔２０、２０’は、両外側を指向する向きに、また上記空気ノズル孔２１、２１’の方は逆に内向きに開口させてあり、燃料ガスノズル２１(２１’)と空気ノズル２０(２０’)の噴射方向が互いに交会するように配置してフレームを短炎とすることが好ましい。【００２７】
図１に本発明による点火装置の断面図を示す。上記のように、バーナー本体とバーナーチップを一体構造としている。なお、この図では燃料ガスとしてＣＯＧを例示している。図中のθは、燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流が互いに交会する角度を示す。その際に、噴射方向が互いに交会する角度は大きい方がバーナー火炎長さが短くなり、パレット上焼結原料層上面とバーナーとの間隔を狭めることでエネルギーロスを小さくするのに有利である。一方、噴射方向が互いに交会する角度が小さいとバーナー火炎長さが長くなるが、ノズル部の温度が低くなり、ノズル部亀裂発生や熱変形の問題が生じ難い。以上により、噴射方向が互いに交会する角度は、３０度以上６０度以下が好ましい。さらに熱影響を小さくするために、ノズルが配列されるバーナー先端部以外のバーナー表面を、耐火断熱材で被覆することがより好ましい。【００２８】
ノズル孔２１、２１’の両脇からは、前記ノズル孔より下の燃焼雰囲気を覆うバーナーフード２４ａが伸びている。バーナーフードを小型化し高温の範囲を囲うことで、エネルギーロスを低減し低い燃料原単位での操業が可能となる。【００２９】
ノズル孔２０、２０’、２１、２１’の孔径およびピッチは、燃料ガスの種類、燃料ガスおよび空気の流量に応じて適宜調整されるべきものであるが、孔径は５〜３０ｍｍ、ピッチは１０〜４０ｍｍが好ましい。ピッチが広すぎる場合は火炎間に温度が低い部分が発生し焼結鉱に焼けむらができる問題が発生する。【００３０】
燃料ガスは、２〜２５ｋｃａｌ/Ｎｍ３の発熱量のガスを使用するのが好ましい。例えば、製鉄所で通常使用されるＭガス（高炉ガスとコークス炉ガスの混合ガス）、Ｃガス（コークス炉ガス）、液化天然ガス、プロパンガス等が使用可能である。燃料ガスの発熱量が２ｋｃａｌ/Ｎｍ３未満では、燃料使用量が増加するので不経済である。燃焼用のガス・空気で内側から冷却させる自己冷却機能の点からは、発熱量が１５ｋｃａｌ/Ｎｍ３以下の燃料ガスを使用するのがより好ましい。【００３１】
バーナーのノズル孔径、配置を最適化する際には、従来の耐熱鋳鋼製ではノズルチップを型から再製作が必要であったが、ステンレス製鋼板の溶接構造としたことによりノズル部分のみをドリルで再加工、溶接すればよく、調整が安価で短期間に可能となると共に、たとえ、バーナーに亀裂や割れが生じたとしても溶接で容易に補修が可能となった。また、熱変形が軽微であれば、薄肉のステンレス製鋼板を採用したことから、熱変形の矯正による短時間の補修で再使用可能となった。【００３２】
焼結機ベッドの幅方向通過風量の分布に合わせて孔径を調整することも均一加熱の面で好ましいが、複数台並べたバーナー毎に燃料ガスおよび空気流量を調整すれば幅方向の均一着火を可能とできる。さらに、操業時の温度分布を見て、燃焼条件をバーナー毎に変更、調整できるようになり、原料層厚の分布が変わるなどの操業条件が変化したとしても、幅方向の温度分布が調整可能となる。【００３３】
また、各バーナーを上下角度変更可能に構成してもよい。各バーナーを昇降及び傾動することにより、焼結原料層表面とフレーム先端の接触面積を可変にできるから、均一着火の精度を高めることが可能となる。焼結原料層厚の変化、パレットスピードの変化、原料性状、原料中水分の変化などに応じて、バーナーを昇降及び傾動することで、焼結鉱の品質、歩留りの向上、燃料節減などの顕著な効果が得られる。
【実施例】
【００３４】
１日当り１１０００ｔの焼結鉱生産量の焼結工場において、耐熱鋳鋼製の点火バーナーからステンレス鋼板（ＳＵＳ３１６）を溶接加工したバーナーに変更した。耐熱鋳鋼製のバーナーは焼結機幅３９５０ｍｍ全体にわたり一体成型されたバーナーであったが、ステンレス鋼板を溶接加工したバーナーは、８００ｍｍ幅のバーナーを焼結機パレット横方向に５台並べて設置した。
燃料ガスおよび燃焼用空気の噴出流の角度は、耐熱鋳鋼製のバーナーでは９０度であったが、ステンレス鋼板製のバーナーでは４０度に変更した。
燃料ガスにはＭガスを使用し、焼結原料層表面温度が１３００℃となるように操業した。【００３５】
上記の点火装置による操業の結果、耐熱鋳鋼製バーナー使用時は、６回／年の熱変形の矯正および亀裂の補修が必要で、補修時間は４８時間／年であったが、ステンレス鋼板を溶接加工したバーナーに変更後は、１回／年の熱変形の矯正を実施したのみで、補修時間は４０時間／年に短縮でき、補修頻度および補修時間を大幅に低下することができた。尚、補修時間はバーナー以外の焼結機設備の補修も含む補修時間である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｂｂ バーナー本体
Ｂｔ バーナーチップ
Ｆ   火炎
Ｌ    バーナー先端から焼結原料層表面までの距離
１ パレット
２ ウインドボックス
３ 点火装置
３ａ  点火炉
３ｂ  バーナー
４ 床敷用ホッパー
５ 原料ホッパー
６ 燃料ガス管
７ 燃焼用空気管
８ 燃料ガス供給管
８ａ燃料ガス管内中心流路
９ 空気供給管
９ａ空気管の管状流路
10、11 短管
17、17’ フランジ
20、20′、21、21′ ノズル孔
24（24ａ、24ｂ） バーナーフード
26  ガーダー
【要約】
焼結機のパレットの幅方向にわたって延びる燃料ガス用通路と、該燃料ガス用通路を挟んでその両側に延在する空気用通路と、前記燃料ガス用通路からの燃料ガスの噴出流と前記空気用通路からの燃焼用空気の噴出流が交会する向きに開口させた多数対のノズル孔が、前記燃料ガス用通路および前記空気用通路の長さ方向に沿い離間して設けられたバーナーと、前記ノズル孔より下の燃焼雰囲気を覆うバーナーフードと、を有し、前記バーナーがステンレス製鋼板を溶接加工したバーナーである、焼結機の点火装置。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005387803.tif 000007
【図５】
0005387803.tif 000008
【図６】
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