(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶解炉から排出される排ガス中のダストを除去する集塵設備が金属溶解炉に設けられており、
前記排ガスと空気とを吸引して排ガスと空気とを反応させて燃焼し、
燃焼排ガスを採取して、燃焼排ガス中の所定成分の濃度を連続的に測定し、
燃焼排ガス中の所定成分の濃度が予め定めるしきい値に達したとき、金属溶解炉の集塵設備が異常であると判断することを特徴とする金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法。
【請求項２】
前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度としてＣＯ濃度を測定し、このＣＯ濃度が３％以上になったとき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴とする請求項１記載の金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法。
【請求項３】
前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度としてＯ２  濃度を測定し、このＯ２  濃度が５％以下になったとき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴とする請求項１記載の金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法。
【請求項４】
前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であり、かつ前記燃焼排ガス中のＯ２  濃度が５％以下であるとき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴とする請求項１記載の金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法。
【請求項５】
金属溶解炉から排出される排ガス中のダストを除去する集塵設備が金属溶解炉に設けられており、
電気炉から排出される排ガスと空気とを吸引する吸引手段と、
排ガスと空気とを反応させて燃焼させる燃焼手段と、
燃焼手段の出側に設けられ、燃焼排ガスを採取するサンプルプローブと、
サンプルプローブで採取した燃焼排ガス中の成分濃度を連続的に測定するガス分析手段と、
燃焼排ガス中の成分濃度のしきい値を予め定める値に設定する設定手段と、
ガス分析手段の出力に応答し、燃焼排ガス中の成分濃度と設定手段によって設定されたしきい値とを対比し、燃焼排ガス中の成分濃度がしきい値に達したとき金属溶解炉の集塵設備が異常であると判断する判定手段と、
判定手段によって前記集塵設備が異常であると判断されたとき警報を発する警報手段とを含むことを特徴とする金属溶解炉の集塵設備の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属溶解炉から排出される排ガス中のダストを除去する集塵設備、特にスクラップ予熱装置を備える金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の金属材料や金属類や鉱石などの溶解、溶融、精錬または製錬工程、特にステンレス鋼等を含む特殊鋼や、高合金鉄などを溶製する製鉄や製鋼工程においては、様々な金属溶解炉や金属溶解溶融炉や金属製錬炉などが用いられる。このうちの電気炉では、主に、スクラップやフェロアロイや鉱石など種々の金属分を含有する主原料と、主に、精錬やスラグ塩基度調整用としての造滓材や加炭材や還元材などを含む副原料などから成る原料の溶解または溶融、さらに精錬などに用いられる。現在、使用されている電気炉は、その多くが次第に大形化され、大容量を有し、交流電源または直流電源を用いるアーク加熱式電気炉である。このような電気炉内には、通常、前述のように、種々の主副原料が配合された固体原料が装入される。電気炉に備えられている電極に通電するとアーク放電が始まり、このアーク放電により発生した熱によって固体原料が溶解または溶融されて種々の金属や合金などの溶湯、溶銑または溶鋼など、すなわち広義の金属溶湯とスラグとが溶解または溶融されて溶製される。原料の溶解および溶融時には、主原料中や加炭材のコークス中に含まれるカーボンは、クロム鉱石等の酸化物中の酸素および炉内の空気中酸素と反応して、ＣＯガスを発生する。このため、電気炉から排出される排ガス中には、ＣＯガスが含まれる。
【０００３】
近年、電気炉には、集塵設備およびスクラップ予熱装置を付帯設備として設ける事例が多くなっている。集塵設備は、電気炉から排出される排ガス中のダストを除去する環境対策用の設備であり、スクラップ予熱装置は排ガスの顕熱を利用して省エネルギを図るための装置である。前記設備が設けられている場合には、電気炉から排出される排ガスは空気とともに吸引され、排ガス中のＣＯガスと空気中の酸素との酸化反応によって高温の燃焼排ガスを生成する。この高温の燃焼排ガスはスクラップ予熱装置に導かれ、排ガスの顕熱によってスクラップを予熱した後、集塵設備でダストを除去されて外部に排出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、集塵設備およびスクラップ予熱装置を備える電気炉においては、排ガス中のダスト除去およびスクラップの予熱を行うことができるので、良好な作業環境の下で省エネルギ操業を行うことができる。しかしながら、電気炉操業中に集塵設備が異常を生じたとき、たとえばダストの詰まり等で空気取込口が小さくなり、前記空気の吸引が不充分となった場合、空気の吸引量不足によって電気炉から排出される排ガス中のＣＯガスが完全燃焼しない場合がある。従来の電気炉操業においては、前記異常を検知することができないので、前記ＣＯガスが未燃のままスクラップ予熱装置に流入して、装置内に滞留し、スクラップ予熱装置内の温度上昇に伴い、前記未燃ＣＯガスが空気中の酸素と反応し、ＣＯガスの異常燃焼を生じて設備を破損する恐れがある。
【０００５】
また、集塵設備のガスクーラがダストで詰まったり、集塵設備の配管が破損したりした場合には、集塵設備の集塵能力が低下するので、電気炉から発生する排ガスおよびダストを充分に吸引することができなくなり、電気炉の電極挿通孔などの開口部などから排ガスおよびダストが炉外へ排出することとなる。このような場合、作業場がダストで覆われ、作業環境が悪化するばかりでなく、電気炉をハウスで覆っている場合には、ＣＯガスがハウス内に滞留し、ＣＯガス中毒の発生する恐れもある。
【０００６】
本発明の目的は、前記問題を解決し、電気炉など金属溶解炉の集塵設備に異常を生じた場合でも、異常を迅速に検知して、ＣＯガスの異常燃焼などの不具合発生を未然に防止することのできる金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属溶解炉から排出される排ガス中のダストを除去する集塵設備が金属溶解炉に設けられており、
前記排ガスと空気とを吸引して排ガスと空気とを反応させて燃焼し、
燃焼排ガスを採取して、燃焼排ガス中の所定成分の濃度を連続的に測定し、
燃焼排ガス中の所定成分の濃度が予め定めるしきい値に達したとき、金属溶解炉の集塵設備が異常であると判断することを特徴とする金属溶解炉の集塵設備の異常判定方法である。
本発明に従えば、金属溶解炉の集塵設備の異常判定は、集塵設備の状況に対応して変動する前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度によって集塵設備の状況を連続的に把握し、集塵設備の異常発生と対応する値に設定されている予め定めるしきい値に基づいて集塵設備の異常を判定することによって行われるので、前記異常判定を正確、かつ確実に行うことができる。
【０００８】
また本発明は、前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度としてＣＯ濃度を測定し、このＣＯ濃度が３％以上になったとき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴とする。
本発明に従えば、燃焼排ガス中のＣＯ濃度のしきい値が金属溶解炉の集塵設備の異常発生と対応する値であり、かつ燃焼排ガスの最高温度域におけるＣＯガスの爆発限界濃度とほぼ一致する値に選ばれているので、金属溶解炉の集塵設備の異常判定を正確、かつ確実に行うことができ、さらにＣＯガスの異常燃焼を確実に防止することができる。
【０００９】
また本発明は、前記燃焼排ガス中の所定成分の濃度としてＯ２  濃度を測定し、このＯ２  濃度が５％以下になったとき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴とする。
本発明に従えば、燃焼排ガス中のＯ２  濃度のしきい値が、金属溶解炉の集塵設備の異常発生と対応する適正な値に選ばれているので、金属溶解炉の集塵設備の異常判定を確実に行うことができる。
【００１０】
また本発明は、前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であり、かつ前記燃焼排ガス中のＯ２  濃度が５％以下であるとき、前記集塵設備が異常であると判断することを特徴とする。
本発明に従えば、金属溶解炉の集塵設備が異常であると判定するには、燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２  濃度のしきい値をともに満たす必要があるので、前記ＣＯ濃度およびＯ２  濃度の異常値による誤判定が防止され、前記異常判定を適正かつ確実に行うことができる。
【００１１】
また本発明は、金属溶解炉から排出される排ガス中のダストを除去する集塵設備が金属溶解炉に設けられており、
電気炉から排出される排ガスと空気とを吸引する吸引手段と、
排ガスと空気とを反応させて燃焼させる燃焼手段と、
燃焼手段の出側に設けられ、燃焼排ガスを採取するサンプルプローブと、
サンプルプローブで採取した燃焼排ガス中の成分濃度を連続的に測定するガス分析手段と、
燃焼排ガス中の成分濃度のしきい値を予め定める値に設定する設定手段と、
ガス分析手段の出力に応答し、燃焼排ガス中の成分濃度と設定手段によって設定されたしきい値とを対比し、燃焼排ガス中の成分濃度がしきい値に達したとき金属溶解炉の集塵設備が異常であると判断する判定手段と、
判定手段によって前記集塵設備が異常であると判断されたとき警報を発する警報手段とを含むことを特徴とする金属溶解炉の集塵設備の異常判定装置である。
本発明に従えば、金属溶解炉の集塵設備の異常判定装置は、ガス分析手段によって連続的に測定した燃焼排ガス中の成分濃度と、設定手段によって集塵設備の異常発生と対応する値に設定されている予め定める前記成分濃度のしきい値とに基づいて、判定手段によって金属溶解炉の集塵設備の異常判定を行うことができるので、前記異常判定が正確かつ確実に行われ、異常を迅速に検知することができる。このため、ＣＯガスの異常燃焼による設備破損などを未然に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である金属溶解炉の集塵設備の異常判定装置（以後、「異常判定装置」と略称することがある）の構成を簡略化して示す系統図である。図１には、金属溶解炉、たとえばステンレス鋼を溶解する電気炉１０ならびに電気炉１０に付帯して設けられている集塵設備２およびスクラップ予熱装置１９の系統図も併せて示している。
【００１３】
異常判定装置１は、電気炉１０から排出される排ガスと空気とを吸引する吸引手段１６と、排ガスと空気とを反応させて燃焼させる燃焼手段１１と、燃焼手段１１の下流側に設けられ、燃焼排ガスを採取するサンプルプローブ３と、サンプルプローブ３で採取した燃焼排ガスの成分濃度を連続的に測定するガス分析手段であるガス分析計４と、燃焼排ガスの成分濃度のしきい値を予め定める値に設定する設定手段５と、燃焼排ガスの成分濃度としきい値とに基づいて電気炉１０の集塵設備２の異常判定を行う判定手段６と、判定手段６によって集塵設備２が異常であると判定されたとき警報を発する警報手段７とを含んで構成される。
【００１４】
前記吸引手段１６は誘引ファンによって実現され、誘引ファン１６は常時、一定流量で排ガスを吸引して、集塵設備全体に排ガスの流れを形成する。前記燃焼手段１１は燃焼塔によって実現され、燃焼塔１１は電気炉１０から排出される排ガス中の未燃ガスであるＣＯガスを空気中の酸素と反応させて燃焼し、高温の燃焼排ガスを生成させる。
【００１５】
前記集塵設備２は、電気炉１０から排出されるダストを捕集する集塵機２６と、排ガスを冷却するガスクーラ２５と、排ガスを導く第１集塵ダクト１４ａ〜第５集塵ダクト１４ｅ（集塵ダクト１４と総称することがある）と、集塵ダクト１４を通過する排ガスの流量を調整する第１ダンパ１８ａ〜第４ダンパ１８ｄとを含んで構成される。
【００１６】
前記スクラップ予熱装置１９は、断熱材料を内張りしたバスケット２０と、バスケット２０を収容するスクラップ予熱装置本体２１と、バスケット２０の上部に昇降自在に乗載されるフード２２と、フード２２を昇降させる昇降手段２３とを含んで構成される。スクラップはバスケット２０に装入され、そのままスクラップ予熱装置本体２１内に収容された後、フード２２で覆われ、前記燃焼塔１１から排出される燃焼排ガスによって予熱される。
【００１７】
原料の溶解中、電気炉１０から排出されるダストを含む排ガスは、電気炉１０の天井蓋１３に設けられている集塵エルボ１２から炉外に排出され、集塵エルボ１２と対向して間隔をあけて設けられている第１集塵ダクト１４ａ内に吸引される。この吸引力は、前記誘引ファン１６によってもたらされるものであり、前記排ガスを吸引するばかりでなく、前記集塵エルボ１２と第１集塵ダクト１４ａとの間隙に形成される空気取り入れ口１５から空気を第１集塵ダクト１４ａ内に吸引する。第１集塵ダクト１４ａ内に吸引された前記排ガスおよび空気は、前記燃焼塔１１に導かれ、第１集塵ダクト１４ａ内および燃焼塔１１内で酸化反応する。前記酸化反応熱で高温となった燃焼排ガスは、大部分第１ダンパ１８ａを備える第２集塵ダクト１４ｂを経て、前記スクラップ予熱装置１９にフード２２から導かれ、バスケット２０に装入されているスクラップを予熱する。スクラップを予熱した排ガスは、スクラップ予熱装置１９の出側の第３ダンパ１８ｃを備える第４集塵ダクト１４ｄに導かれる。
【００１８】
燃焼塔１１から排出される排ガスの一部は、スクラップ予熱装置１９をとおらないで第２ダンバ１８ｂを備える第３集塵ダクト１４ｃを経て、前記第４集塵ダクト１４ｄに導かれる。なお、前記サンプルプローブ３は、第３集塵ダクト１４ｃに設置されており、設置位置は第２ダンバ１８ｂの上流側である。また、サンプルプローブ３の上流側には、近接して燃焼排ガスの温度を測定する温度センサ１７が設けられている。第４集塵ダクト１４ｄに導かれたダストを含む排ガスはガスクーラ２５で冷却され、集塵機２６においてバグフィルタによって除塵され、集塵機２６の下流側に設けられている前記誘引ファン１６によって外部に排出される。電気炉１０の天井蓋１３開放時や、後記出湯口３７開放時や、スクラップ予熱装置１９のフード２２開放時などに発生するダストを含む排ガスは、電気炉１０を覆うハウス２４ａおよびスクラップ予熱装置１９を覆うハウス２４ｂの上部に設けられているフード２７ａ，２７ｂを介して、第４ダンパ１８ｄを備える第５集塵ダクト１４ｅに前記誘引ファン１６の吸引力によって導かれ、集塵機２６を経て外部へ排出される。
【００１９】
前記集塵設備２には、▲１▼前記空気取り入れ口１５のダストによる目詰まり、▲２▼スクラップ予熱装置１９のシール性劣化、▲３▼ガスクーラ２５のダストによる目詰まり、▲４▼集塵ダクト１４の破損、などの異常が発生することがある。前記▲１▼の異常が発生した場合には、空気取り入れ口１５から吸引される空気量が不足するので、燃焼塔１１において電気炉１０から排出された排ガス中のＣＯガスが完全燃焼しない。このため、ＣＯガスが未燃のまま前記スクラップ予熱装置１９内に流入して、滞留し、ＣＯ濃度が高い場合には、ＣＯガスの爆発限界に達し、スクラップ予熱装置１９内に流入する酸素と反応してＣＯガスの異常燃焼を生じ、設備を破損する恐れがある。前記▲２▼〜▲４▼の異常が発生した場合には、集塵設備２の集塵能力が低下するので、電気炉１０から発生する排ガスおよび空気取り入れ口１５からの空気を充分に吸引することができなくなる。このため、前記▲１▼と同様の問題が発生するばかりでなく、電気炉１０から発生する排ガスが電気炉１０の電極挿通孔などの開口部などから炉外に排出され、電気炉１０を覆っているハウス２４ａ内にＣＯガスが滞留し、ＣＯガス中毒の発生する恐れがある。さらに、作業場がダストで覆われ、作業環境が悪化する。
【００２０】
図２は電気炉の構成を簡略化して示す正面から見た断面図であり、図３は図２に示す電気炉の天井蓋の平面図である。電気炉１０は、天井蓋１３と炉本体３０とを含み、天井蓋１３には自在に昇降する電極４０と、同心円状に配置されている水冷管３１と、電気炉の排ガスを炉外に導く集塵エルボ１２とが設けられている。炉本体３０は、大略的に円筒状の炉壁３３と炉床３４とを有しており、炉床３４には撹拌用ガスを吹き込むためのガス吹込用ノズル３８が設けられている。炉壁３３の下部および炉床３４の内表面には、耐火物層が設けられており、外表面には鉄皮３５が設けられている。炉壁３３の上部には、水冷管３１が配設されており、酸素吹精用ランスなどを装入する作業口３６、および溶湯を出湯する出湯口３７が設けられている。炉壁３３と炉床３４とで形成される内部空間３９には、スクラップなど各種原料が装入され、電極４０への通電によって各種原料が溶解、溶融して、ステンレス溶鋼４１およびスラグ４３が貯留される。原料を溶解、溶融するに伴い、原料中のカーボン源および加炭材であるコークスが、原料中の酸化物および炉内酸素と反応して、ＣＯガスなどの排ガスが発生する。
【００２１】
図４は、サンプルプローブの構成を簡略化して示す系統図である。サンプルプローブ３は、排ガスを採取するサンプルプローブ本体４５と、排ガス中のダストを捕集する焼結フィルタ４７と、ガス分析計４に採取ガスを導くガス輸送管路４６と、焼結フィルタ４７の外側に洗浄ガスを吹き付ける外側洗浄ノズル４８ａと、焼結フィルタ４７の内側に洗浄ガスを吹き付ける内側洗浄ノズル４８ｂと、外側洗浄ノズル４８ａと内側洗浄ノズル４８ｂとに洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給手段４９と、タイマ５３とを含んで構成される。洗浄ガス供給手段４９は、洗浄ガス供給源５０と、外側洗浄用管路５１と、内側洗浄用管路５２と、外側洗浄用電磁弁５１ａと、内側洗浄用電磁弁５２ａとを含んで構成される。焼結フィルタ４７は、金属製、たとえば耐熱性および除塵性の優れたチタン製のフィルタであり、サンプルプローブ本体４５と、ガス輸送管路４６との接続部に設けられる。
【００２２】
電気炉１０において、原料の溶解が行われているときには、サンプルプローブ３によって排ガスの採取が行われる。排ガスは、サンプルプローブ本体４５内に吸引され、焼結フィルタ４７によってダストを捕集され、電磁弁４６ａを備えたガス輸送管路４６を経てガス分析計４に導かれる。排ガスの吸引は、ガス分析計４の内部に設置された後記吸引ポンプ５６によって行われる。電気炉１０において、原料の装入が行われているときには、サンプルプローブ３の焼結フィルタ４７の洗浄が行われる。洗浄は、洗浄ガスである高圧窒素ガスを焼結フィルタ４７に次のような手順で吹き付け、付着ダストを吹払除去することによって行われる。なお、窒素ガスの吹き付け圧力は、たとえば２ｋｇ／ｃｍ２である。
【００２３】
高圧窒素ガスの吹き付けは、外側洗浄用管路５１の電磁弁５１ａを開いて高圧窒素ガスを外側洗浄ノズル４８ａに供給し、焼結フィルタ４７の外側に窒素ガスを吹き付けた後、内側洗浄用管路５２の電磁弁５２ａと前記電磁弁５１ａとの開閉を逆に切換え、高圧窒素ガスを内側洗浄ノズル４８ｂに供給し、焼結フィルタ４７の内側に窒素ガスを吹き付けることによって行われる。なお、前記操作は複数回、たとえば３回繰り返され、電磁弁５１ａ，５２ａの切換えは、タイマ５３によって行われる。
【００２４】
このように、サンプルプローブ３の焼結フィルタ４７は、電気炉１０において原料の装入が行われる毎に、外側および内側の両方から高圧窒素ガスによる洗浄が行われるので、サンプルプローブ３によって排ガスを極めて長期間にわたって連続して採取することができる。なお、サンプルプローブ３の排ガスの連続採取可能期間は、たとえば１０ケ月であり、ダストの捕集を行わない従来のサンプルプローブの排ガスの連続採取可能期間は、たとえば１〜３チャージである。
【００２５】
図５は、ガス分析計の構成を簡略化して示す系統図である。ガス分析計４は、フィルタ５５と、吸引ポンプ５６と、電磁弁５７と、ＣＯ／ＣＯ２  濃度計５８と、Ｏ２  濃度計５９とを含んで構成される。吸引ポンプ５６によって吸引された排ガスは、吸引ポンプ５６の上流側に設けられている２個のフィルタ５５によって０．２μｍ以上のダストを除去され、直列に配置されているＯ２  濃度計５９およびＣＯ／ＣＯ２  濃度計５８の両方にこの順序で導入され、排ガスの成分濃度分析後、外部へ排出される。各濃度計５８，５９への排ガスの導入は、電磁弁５７の開閉によって行われる。ＣＯ／ＣＯ２  濃度計５８は、赤外線吸収式濃度計であり、排ガス中のＣＯガスおよびＣＯ２  ガス濃度を同時に測定することができる。ＣＯ／ＣＯ２  濃度計５８の仕様は、表１に示すとおりである。Ｏ２  濃度計５９は、磁気流量比式濃度計であり、排ガス中のＯ２  ガス濃度を測定することができる。Ｏ２  濃度計５９の仕様は、表２に示すとおりである。
【００２６】
【表１】
0003569363.tif 000002
【００２７】
【表２】
0003569363.tif 000003
【００２８】
電気炉１０の実操業中、原料の装入時期を除いて、燃焼排ガス中のＣＯ、ＣＯ２およびＯ２濃度が、前記ガス分析計４によって連続的に測定される。前記集塵設備２の異常発生時には、前述のように燃焼塔１１における空気吸引量が不足し、電気炉から排出された排ガス中のＣＯガスの酸化反応が抑制されるので、燃焼塔１１の出側における燃焼排ガス中には未燃ＣＯガスが残存する。また、前記集塵設備２の異常の程度が大きくなるにつれて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が上昇し、Ｏ２濃度が低下するので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２濃度を連続的に測定することによって、前記集塵設備２の異常発生状況を連続的に把握することができる。なお、燃焼排ガス中のＣＯ２  濃度を測定するのは、ＣＯガスの酸化反応によって生成するＣＯ２  濃度の測定によって、電気炉１０から発生したＣＯガスに対する未燃ＣＯガス量の割合を把握することができるからである。
【００２９】
前記設定手段５は、パーソナルコンピュータなどによって実現され、燃焼排ガスの成分濃度のしきい値を予め定める値に設定する。燃焼排ガスの成分濃度のしきい値は、前記集塵設備２の異常発生と対応する燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２  濃度を事前に把握することによって、燃焼排ガスの成分毎に後述する予め定める値に設定される。
【００３０】
前記判定手段６は、プロセスコンピュータなどによって実現され、ガス分析計４の出力に応答し、排ガスの成分濃度と、設定手段５によって設定されたしきい値とを対比し、排ガスの成分濃度がしきい値に達したとき集塵設備が異常であると判断する。前記警報手段７は、ブザーなどによって実現される。
【００３１】
このように異常判定装置１は、電気炉１０から排出される排ガスを空気と反応させて燃焼後、燃焼排ガスをサンプルプローブ３によって採取し、前記集塵設備２の状況に応じて変化する排ガス中の所定成分の濃度をガス分析計４によって連続的に測定し、排ガスの所定成分の濃度が設定手段５によって設定される予め定めるしきい値に達したとき、判定手段６によって前記集塵設備２が異常であると判断し、警報手段７などによって警報を発することができる。このため、異常判定装置１の判定は、正確かつ確実に行われ、集塵設備２の異常を迅速に検知することができる。また、スクラップ予熱装置１９における前記ＣＯガスの異常燃焼、およびハウス２４ａ内における前記ＣＯガス中毒などの発生を未然に防止することが可能となり、電気炉１０の操業安全性を大幅に向上させることができる。
【００３２】
図６は、異常燃焼の発生した電気炉の実操業における燃焼塔出側の燃焼排ガスの成分濃度変化を示す推移図である。図６には、前記温度センサ１７によって測定した燃焼塔１１出側の燃焼排ガスの温度変化も併せて示している。推移線Ｇ１は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度の推移を示しており、推移線Ｇ２は燃焼排ガス中のＯ２  濃度の推移を示しており、推移線Ｔ１は燃焼排ガスの温度の推移を示している。
【００３３】
時刻ｔ１では、電気炉１０に原料の初期装入が行われ、通電が開始される。原料の溶解が進行するに伴い、原料中のカーボンおよびコークスが原料中の酸化物および酸素と反応して、ＣＯガスが発生する。ＣＯガスの発生量は、溶解初期には反応が活発で多く、溶解が進行するにつれて減少する。通常、電気炉１０から排出された排ガス中のＣＯガスは、燃焼塔１１において吸引された空気中の酸素と反応して完全燃焼するので、燃焼塔１１出側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度はほぼ０％である。しかしながら、図６に示す電気炉の実操業においては、空気取り入れ口１５の目詰まりなどの集塵設備２の異常発生によって空気の吸引量が少なくなり、ＣＯガスを完全燃焼させることができない。このため、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が極めて高濃度になっており、最大１０％に達している。一方、燃焼排ガス中のＯ２  濃度は、空気の吸引量が少ない状態で、ＣＯの酸化反応によって酸素が消費されるので、極めて低濃度になっており、最小０％に達している。また、燃焼塔１１出側の燃焼排ガスの温度は、ＣＯガスの酸化反応熱によって高温になっており、９００〜１１００℃の温度範囲で推移している。なお、前記ＣＯ濃度、Ｏ２  濃度および燃焼排ガス温度の変動が激しいのは、集塵設備２の異常発生に伴う吸引力低下に起因するものである。
【００３４】
時刻ｔ２では、原料の追加装入が行われ、再度通電が開始される。原料の追加装入量は、初期装入量よりも少なく、ＣＯガスの発生量が少ないので、空気の吸引量が少なくともＣＯガスは、燃焼塔１１においてほぼ完全燃焼する。このため、燃焼排ガス中のＣＯ濃度はほぼ０％であり、それに対応して燃焼排ガス中のＯ２  濃度は空気中の酸素の濃度である約２０％を示す。また、燃焼排ガス温度は、ＣＯガスの発生量が少ないので、低下して６００〜８００℃の温度範囲で推移する。時刻ｔ３では、追加装入した原料が溶解したと判断され、溶湯の温度調整およびスラグ中酸化クロムの還元精錬などが行われ、時刻ｔ４で出湯が行われる。時刻ｔ３以後の燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２  濃度ならびに燃焼排ガス温度の推移は、時刻ｔ２からｔ３における推移と同様である。
【００３５】
このように、燃焼塔１１の出側において燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２  濃度を連続的に測定することによって、集塵設備２の異常発生を検知することができる。
【００３６】
図７は、ＣＯガスの爆発限界濃度の温度依存性を示す特性図である。曲線Ｌ１はＣＯガスの爆発限界濃度の下限界線を示し、曲線Ｕ１は上限界線を示す。図７において、斜線を施した領域が爆発危険領域である。図７から燃焼塔１１の燃焼排ガス最高温度域である９００〜１１００℃におけるＣＯガスの爆発限界濃度の下限界は３〜４％であるので、前記図６の時刻ｔ１から時刻ｔ２間においては、ＣＯガスの異常燃焼が発生することが判る。
【００３７】
図８は、図６に示す実操業と同一の条件における集塵設備の状況と燃焼塔出側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度との関係を示す特性図である。記号Ｗ，Ｂ，Ｇは、集塵設備の状況を表す記号であり、その内容は表３に示す通りである。図８中に示す○印は、電気炉の通電開始からの経過時間が３０分未満の操業初期におけるデータであることを示す記号であり、×印は、電気炉の通電開始から３０分間以上経過した時刻におけるデータであることを示す記号である。
【００３８】
【表３】
0003569363.tif 000004
【００３９】
図８から集塵設備２の状況が記号Ｗの状況である場合、すなわち空気取り入れ口１５の隙間がダストの詰まりやすい３０ｍｍであり、かつガスクーラ２５のダスト詰まりなどで集塵能力が低下している状態では、空気の吸引量が大幅に不足し、ＣＯガスの酸化反応が抑制されるので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が非常に高くなり、７〜２２％の範囲で変動することが判る。また、図８から集塵設備２の状況が記号Ｂの状況である場合、すなわち空気取り入れ口１５の隙間は、ダスト詰まりの恐れのない１００ｍｍであるけれども、ガスクーラ２５のダスト詰まりなどで集塵能力が低下している状態では、空気の吸引量が不足し、ＣＯガスの酸化反応が抑制されるので、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高くなり、３〜８％の範囲で変動することが判る。なお、前記集塵設備２の状況が記号Ｗおよび記号Ｂの状況である場合には、図７からＣＯガスの異常燃焼が生じる恐れがある。さらにまた図８から、集塵設備２の状況が記号Ｇの状況である場合、すなわち空気取り入れ口１５の隙間がダスト詰まりの恐れのない１００ｍｍであり、かつ集塵能力が充分に確保されている状態では、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が極めて低く、ほぼ０％であることが判る。このため、空気取り入れ口１５の隙間は、１００ｍｍに設定することが好ましい。
【００４０】
このように、集塵設備２の状況によって燃焼排ガス中のＣＯ濃度が変動するので、逆に燃焼排ガス中のＣＯ濃度から集塵設備２の異常発生を検知することができる。たとえば、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上のときには、ガスクーラ２５のダスト詰まりや、集塵ダクト１４の穴開きなど集塵能力の低下をもたらす集塵設備２の異常が発生していることが検知され、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が８％以上のときには、前記異常に加えてさらに空気取り入れ口１５のダスト詰まりが発生していることが検知される。このため、前記設定手段５によって設定される燃焼排ガス中のＣＯ濃度の前記予め定めるしきい値は、３％に選ばれることが好ましい。これによって、前記異常判定装置１は、ガス分析計４によって測定された燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上のとき、集塵設備２が異常であると、正確かつ確実に判断することができる。
【００４１】
なお、集塵設備２が異常であると判断する他の判断基準として、燃焼排ガス中のＯ２濃度を用いてもよい。前記Ｏ２濃度の予め定めるしきい値は、５％に選ばれることが好ましい。これは、前記図６に示すように燃焼排ガス中のＯ２  濃度が５％以下のとき、前記ＣＯ濃度が３％以上であることによるものである。これによって、前記異常判定装置１は、前記ＣＯ濃度を判定基準とする場合と同様に、燃焼排ガス中のＯ２  濃度が５％以下のとき、集塵設備２が異常であると正確かつ確実に判断することができる。
【００４２】
さらにまた、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であり、かつ燃焼排ガス中のＯ２  濃度が５％以下であるとき、集塵設備２が異常であると判断してもよい。この判断基準によって、集塵設備２が異常であると判定するには、燃焼排ガス中のＣＯおよびＯ２  のしきい値をともに満たす必要があるので、前記ＣＯ濃度およびＯ２  濃度の異常値による誤判定が防止され、前記異常判定を適正かつ確実に行うことができる。
【００４３】
図９は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度による集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャートである。ステップａ１では、電気炉１０に原料が装入され、通電が開始される。装入原料としては、フェロニッケルと、フェロクロムおよびステンレス鋼屑などが主として用いられる。通電開始後、原料の加熱および溶解に伴ってＣＯガスが発生する。電気炉１０から発生したＣＯガスを含む排ガスは、前記誘引ファン１６の吸引力によって燃焼塔１１に導かれ、前記空気取り入れ口１５から吸引された空気と反応して燃焼する。前述のように、空気取り入れ口１５の隙間および集塵設備２の集塵能力が充分に確保されている場合には、空気が充分吸引されるので、前記排ガス中のＣＯガスは燃焼塔１１において完全燃焼し、燃焼塔１１出側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度がほぼ０％になる。しかしながら、ガスクーラ２５のダスト詰まりなど集塵設備２に異常が発生している場合には、空気の吸引量が不足するので、前記ＣＯガスの酸化反応が抑制され、前記燃焼排ガス中には、未燃ＣＯガスが残存する。ステップａ２では、燃焼塔１１の出側において燃焼排ガス中のＣＯ濃度が測定される。この測定は、前記サンプルプローブ３によって採取された燃焼排ガスを用いて、前記ＣＯ／ＣＯ２  濃度計５８によって行われ、通電中連続して測定される。
【００４４】
ステップａ３では、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が予め定めるしきい値以上であるか否かが判断される。このしきい値は、前述のように集塵設備２が異常であると判断される燃焼排ガス中のＣＯ濃度のしきい値であり、設定手段５によって３％に設定されている。ステップａ３における判断が否定の場合には、集塵設備２が異常なしと判断され、ステップａ６に進む。ステップａ３における判断が肯定の場合には、集塵設備２が異常であると判断され、警報手段７により警報が出された後、ステップａ４に進む。ステップａ４では、集塵設備２の異常対策が行われる。異常対策は、集塵設備２を正常状態へ復帰させるために集塵能力の向上を図る方向で行われる。すなわち、前記誘引ファン１６、第２ダンパ１８ｂおよび第３ダンパ１８ｃを、次のような順序で操作することによって集塵能力を段階的に向上させる。なお、第２ダンパ１８ｂは、燃焼塔１１から排出される燃焼排ガスのうち、スクラップ予熱装置１９を通過しない燃焼排ガスの流量を調整するダンパであり、第３ダンパ１８ｃは、第２ダンパ１８ｂとスクラップ予熱装置１９とを通過した燃焼排ガスの流量を調整するダンパである。
【００４５】
（１）誘引ファン１６の出力を１００％にアップする。なお、第２ダンパ１８ｂおよび第３ダンパ１８ｃのダンパ開度は、ともに正常時のダンパ開度である１５％のままである。
（２）第２ダンパ１８ｂのダンパ開度を２５％、５０％、１００％の順序で段階的に増大させる。なお、誘引ファン１６の出力および第３ダンパ１８ｃのダンパ開度は、それぞれ１００％、１５％のままである。
（３）第３ダンパ１８ｃのダンパ開度を２５％、５０％、１００％の順序で段階的に増大させる。なお、誘引ファン１６の出力および第２ダンパ１８ｂのダンパ開度は、ともに１００％のままである。
【００４６】
ステップａ５では、再度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であるか否かが判断される。この判断が肯定であれば、前記異常対策によって集塵設備２が正常状態に復帰していないと判断され、警報が出された後、再度ステップａ４に戻り、前記異常対策よりもさらに集塵能力を向上させた次段階の異常対策が行われる。この処理ループは、ステップａ５における判断が否定になるまで繰り返される。ステップａ５における判断が否定であれば、ステップａ６に進む。ステップａ６では、電気炉１０の通電が終了しているか否かが判断される。この判断が否定であれば、再度ステップａ３に戻り、前記処理が繰り返される。ステップａ６における判断が肯定であれば、本通電期間中における集塵設備２の異常判定を終了する。なお、前記異常対策は、あくまでも緊急避難的な措置であり、長期にわたる継続は、熱ロスが増大するので好ましくない。このため、直近の定期修理時期に集塵設備２の異常個所の点検、補修を行うことが必要である。
【００４７】
このように本実施の形態によれば、集塵設備２の異常判定は、電気炉１０の通電中、集塵設備２の状況に対応して変動する燃焼排ガス中のＣＯ濃度によって集塵設備２の状況を連続的に把握し、集塵能力の低下などの集塵設備２の異常発生と対応する値に設定されている予め定めるしきい値に基づいて、集塵設備２の異常を判定する方法によって行われるので、集塵設備２の異常判定を正確かつ確実に行うことができる。これによって、異常判定時には、集塵能力を向上させるための異常対策を迅速に実施することができるので、空気の吸引量不足に基づくスクラップ予熱装置１９における前記ＣＯガスの異常燃焼の発生、および集塵能力低下に基づくハウス２４ａ内における前記ＣＯガス中毒の発生などを未然に防止することが可能となり、電気炉１０の操業安全性を大幅に向上することができる。
【００４８】
図１０は、燃焼排ガス中のＯ２  濃度による集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャートである。本フローチャートの構成は、図９に示すフローチャートの構成と基本的には同一であり、両者の相違点は測定ガスがＣＯガスでなくＯ２  ガスである点と、異常判定のしきい値が異なる点とである。このため、図１０の説明は、重複を避けるために省略する。これによって、Ｏ２  濃度による集塵設備の異常判定を正確かつ確実に行うことができるので、ＣＯ濃度による場合と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
図１１は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２  濃度による集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャートである。ステップｃ１では、電気炉１０に原料が装入され、通電が開始される。通電開始後の電気炉１０における排ガス発生状況および燃焼塔１１における燃焼排ガス発生状況は、前記図９に示すフローチャートのステップａ１において述べたとおりである。ステップｃ２では、燃焼塔１１の出側において、燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２  濃度が測定される。これらの測定は、前記サンプルプローブ３によって採取された燃焼排ガスを用いて前記ＣＯ／ＣＯ２  濃度計５８によって行われ、通電中連続して測定される。ステップｃ３では、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であるか否かが判断される。この判断が否定の場合には、集塵設備２が異常なしと判断され、ステップｃ８に進む。ステップｃ３における判断が肯定の場合には、ステップｃ４に進む。ステップｃ４では、燃焼排ガス中のＯ２  濃度が５％以下であるか否かが判断される。この判断が否定の場合には、集塵設備２が異常なしと判断され、ステップｃ８に進む。ステップｃ４における判断が肯定の場合には、集塵設備２が異常であると判断され、警報が出された後、ステップｃ５に進む。
【００５０】
ステップｃ５では、集塵設備２の異常対策が実施される。異常対策の内容は、前記図９に示すフローチャートのステップａ４と全く同一である。ステップｃ６では、再度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、前記異常対策によって集塵設備２が正常状態に復帰していると判断され、ステップｃ８に進む。ステップｃ６における判断が肯定であれば、ステップｃ７に進む。ステップｃ７では、再度燃焼排ガス中のＯ２  濃度が５％以下であるか否かが判断される。この判断が肯定であれば、前記異常対策によって集塵設備２が正常状態に復帰していないと判断され、警報が出された後、再度ステップｃ５に戻り、前記異常対策よりもさらに集塵能力を向上させた次段階の異常対策が行われる。この処理ループは、ステップｃ６またはステップｃ７のいずれかにおける判断が否定になるまで繰り返される。ステップｃ７における判断が否定であれば、ステップｃ８に進む。ステップｃ８では、電気炉１０の通電が終了しているか否かが判断される。この判断が否定であれば、再度ステップｃ３に戻り、前記処理が繰り返される。ステップｃ８における判断が肯定であれば、本通電期間中における集塵設備２の異常判定を終了する。
【００５１】
このように本実施の形態では、集塵設備２が異常であると判断するには、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が３％以上であり、かつＯ２  濃度が５％以下でなければならないので、前記ＣＯ濃度およびＯ２  濃度の異常値による誤判定が防止され、集塵設備２の異常判定を適正かつ確実に行うことができる。
【００５２】
【実施例】
図２および図３に示す９０トン電気炉を用いて、ステンレス鋼を溶製した。ＳＵＳ３０４系のステンレス鋼を溶製する場合の主原料配合を、表４に示す。長期間にわたる溶製によって得られた結果を、表５に示す。本発明の実施例については、集塵設備２の異常判定は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度に基づいて行い、図１に示す異常判定装置１を用いて図９に示すフローチャートの手順に従って行った。従来法の比較例については、集塵設備２の異常判定は行わなかった。
【００５３】
表５から、本発明の実施例は、比較例に比べて、ＣＯの異常燃焼の発生が皆無になったこと、ガスクーラ２５の清掃時期を、燃焼排ガス中のＣＯ濃度の推移により管理することができるので、清掃頻度を低減することができること、ＣＯの異常燃焼の発生を防止することができるので、スクラップ予熱装置１９の稼働率を増加することができること、スクラップ予熱装置１９の稼働率増加によって電力原単位が低下し、省エネルギを図ることができることなどが判る。
【００５４】
【表４】
0003569363.tif 000005
【００５５】
【表５】
0003569363.tif 000006
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、次に示すような効果が得られる。
（ａ）空気取り入れ口１５のダスト詰まり、ガスクーラ２５のダスト詰まりおよび集塵ダクト１４の破損など集塵設備２の異常発生を正確かつ確実に検知することができるので、集塵能力を向上させるための異常対策を迅速に行うことが可能となり、空気の吸引量不足に基づくＣＯの異常燃焼の発生を未然に防止することができる。このため、スクラップ予熱装置などの設備破損が防止され、電気炉１０の操業安全性が大幅に向上する。
（ｂ）前記異常対策の実施により、集塵設備２の集塵能力低下に基づく電気炉１０の開口部からの排ガスの排出を防止することができるので、電気炉１０を覆っているハウス２４ａ内にＣＯガスが滞留し、ＣＯガス中毒の発生する危険性を未然に回避することができる。また、作業場がダストで覆われる作業環境の悪化も防止することができる。
（ｃ）スクラップ予熱装置におけるＣＯの異常燃焼が防止されるので、スクラップ予熱装置の稼働率を増加させることができる。このため、電力原単位が低下し、省エネルギを図ることができる。
（ｄ）ガスクーラの清掃時期を合理的に決定することができるので、過剰な清掃作業を排除することが可能となり、清掃頻度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である電気炉の集塵設備の異常判定装置の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】電気炉の構成を簡略化して示す正面から見た断面図である。
【図３】図２に示す電気炉の天井蓋の平面図である。
【図４】サンプルプローブの構成を簡略化して示す系統図である。
【図５】ガス分析計の構成を簡略化して示す系統図である。
【図６】異常燃焼の発生した電気炉の実操業における燃焼塔出側の燃焼排ガスの成分濃度変化を示す推移図である。
【図７】ＣＯガスの爆発限界濃度の温度依存性を示す特性図である。
【図８】図６に示す実操業と同一の条件における集塵設備の状況と燃焼塔出側の燃焼排ガス中のＣＯ濃度との関係を示す特性図である。
【図９】燃焼排ガス中のＣＯ濃度による集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】燃焼排ガス中のＯ２  濃度による集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】燃焼排ガス中のＣＯ濃度およびＯ２  濃度による集塵設備の異常判定方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  電気炉の集塵設備の異常判定装置
２  集塵設備
３  サンプルプローブ
４  ガス分析計
５  設定手段
６  判定手段
７  警報手段
１０  電気炉
１１  燃焼塔
１５  空気取り入れ口
１６  誘引ファン
１９  スクラップ予熱装置
２４ａ  ハウス
２５  ガスクーラ
２６  集塵機
【図１】
0003569363.tif 000007
【図２】
0003569363.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003569363.tif 000011
【図６】
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【図７】
0003569363.tif 000013
【図８】
0003569363.tif 000014
【図９】
0003569363.tif 000015
【図１０】
0003569363.tif 000016
【図１１】
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