(57)【要約】【課題】従来の電気炉揺動式助燃バーナ装置の、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間にスプラッシュが浸入する、又は炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することができないという問題を両方の同時に解決する。【解決手段】本発明の電気炉の助燃バーナ装置は、炉壁とバーナジャケットを貫通して電気炉炉内に先端を出した助燃バーナの、該先端を支点に後端側を左右に回動する揺動手段を炉外に設けた構造とした。これにより、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間を小さくし、スプラッシュの浸入防止を可能としたばかりではなく、溶解が促進されにくい、炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することも可能とした。【選択図】　　図１
2004053129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉壁とバーナジャケットを貫通して電気炉炉内に先端を出した助燃バーナの、該先端を支点に後端側を左右に回動する揺動手段を炉外に設けたことを特徴とする電気炉の助燃バーナ装置。
【請求項２】
助燃バーナの先端を球とし、バーナジャケットの電気炉炉内側の穴形状を該球の直径より嵌合余裕代分大き目の円としたことにより、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間を嵌合余裕代分のみとし、炉内からのスプラッシュの浸入を防止したことを特徴とする請求項１の電気炉の助燃バーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉の助燃バーナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気炉のスクラップ溶解エネルギーの主体は電力であるが、電気炉炉内に電力では溶解が促進されにくい部分が発生する。その部分の溶解を促進し、溶解時間を短縮するため、従来から各種の助燃バーナ装置が電気炉に設置されている。
【０００３】
図７は従来の助燃バーナ装置の一例である。助燃バーナ１は炉壁１１の外側に固定した架台７に取り付けられている。助燃バーナ１の先端は炉壁１１とバーナジャケット１２を貫通して電気炉２１の炉内に出ている。図８は図７の助燃バーナ装置３台を電気炉２１に取り付けた例を示している。電極１５によるスクラップ１７の溶解は、電極１５に近い部分は早いが、遠い部分すなわち炉壁１１に近い側は遅くなる。そのため助燃バーナ１はなるべく炉壁１１側に向け、電極１５で溶けにくい部分の溶解を促進している。しかしながら、電気炉２１に取り付ける助燃バーナ１の数には限界があるため、図８に示すように火炎１６が届かない場所のスクラップは溶解に時間がかかり、溶解の終了を遅らせている。
【０００４】
以上の問題を解決するための対策として、従来から助燃バーナの火炎を左右に揺動する装置が発明されている。図９は揺動する助燃バーナ装置３台を電気炉２１に取り付けた例を示している。助燃バーナ１を左右に揺動することにより炉壁１１に近い側のスクラップ１７を広範囲に溶解することが可能になる。しかしながら、従来の揺動式助燃バーナ装置には問題があり、必ずしも適用に際し満足するものではなかった。以下、従来の揺動式助燃バーナ装置の問題について、二つの例を用いて説明する。
【０００５】
図１０は従来の揺動式助燃バーナ装置の一例である。助燃バーナ１は炉壁１１の外側に固定した架台７に、揺動手段２２を介して取り付けられている。揺動手段２２はシリンダー２３、ラック１４、ピニオン６、回転軸１８、バーナ取り付け台２から構成されている。シリンダー２３を伸縮することにより、それに取り付けられたラック１４がピニオン６を正逆回転させる。ピニオン６の正逆回転は回転軸１８、バーナ取り付け台２を介して助燃バーナ１を左右に揺動させる。しかしこの場合、揺動の機構上図１１の平面図に示すように、助燃バーナ１とバーナジャケット１２間には大きな隙間が生じてしまう。そのため炉内からのスプラッシュがその隙間に浸入し、揺動を阻害するという問題があった。
【０００６】
以上の問題を解決している従来の揺動式助燃バーナ装置として、特開昭５５−１０７８７８の発明（以下先願発明と呼ぶ）がある。この発明は、助燃バーナ先端から噴出する火炎の噴出角度を助燃バーナ本体の軸線に対し任意の角度屈折させるように形成したノズルと、助燃バーナの後部に配置され、助燃バーナ本体をその軸線の周囲に正転および逆転させることのできる回転駆動装置とを有し、助燃バーナの燃焼の間、助燃バーナ本体を任意の角度正転および逆転を一定時間毎に繰返すように構成したことを特徴としたものである。
【０００７】
しかし先願発明には、助燃バーナ本体を中立位置から回転するに従い、火炎の角度が上向いて行くという欠点を有する。図１２は先願発明でいう取付角度３０°、偏心ノズル角度１５°の条件で、助燃バーナ１が揺動の中立位置にある場合の状態を示す。この位置では火炎１６の下向き角度は、取付角度３０°と偏心ノズル角度１５°を加算した４５°と大きな角度となるため、炉壁側炉底１９上のスクラップ（図示なし）は溶解され、上部のスクラップ１７が崩落し溶解が促進される。しかし助燃バーナ１が正転方向又は逆転方向に最大の９０°回転した場合、先願発明の明細書でいう扇子状の溶解角度（以下揺動角度と呼ぶ）は、偏心ノズル角度の１５°分左右に広がるものの、火炎１６の下向き角度は減少し、図１３に示すように、取付角度と一致の３０°となってしまう。そのため炉壁側炉底１９上のスクラップ１７は溶解に時間がかかり、上部のスクラップ１７の崩落までの時間が伸びることになる。すなわち先願発明には、扇子状の揺動角度を大きくとると、角度が大きい程溶解に時間がかかるという欠点を有する。
【０００８】
取付角度をθ、偏心ノズル角度をγ、助燃バーナの回転角度をαとすれば、火炎の下向き角度はθ＋γ×ｃｏｓα、扇子状の揺動角度はγ×ｓｉｎαとなる。火炎の下向き角度を溶解促進上、最低４０°確保したいとすれば、偏心ノズル角度１５°の場合、助燃バーナの最大回転角度は±４８．２°となり、この場合の扇子状の揺動角度は±１１．２°という小さな値にしかならない。
【０００９】
なお先願発明の明細書中に記載されている、扇子状の揺動角度を左右３０°、４５°にするためには、明細書中に記載されている偏心ノズル角度が１５°では実現できない。偏心ノズル角度そのものを３０°、４５°にし、助燃バーナの最大回転角度を９０°する必要があるが、火炎の下向き角度を確保するためには助燃バーナの最大回転角度は９０°には到底ならず、よって先願発明で言っている扇子状の揺動角度を左右３０°、４５°にすることは不可能である。
【００１０】
ではここで、偏心ノズル角度が３０°、４５°の場合、実際には扇子状の揺動角度がいくらになるのかを計算してみる。バーナジャケットの下にある水冷ジャケットの溶損防止を配慮すると、火炎の下向き角度は先願発明の例の４５°が適当と思われる。よって火炎の下向き角度を４５°とするためには偏心ノズル角度が３０°、４５°の場合、取付角度は１５°、０°となる。前述の偏心ノズル角度が１５°の場合と同様に、助燃バーナの下向き角度を最低４０°確保したいとすれば、偏心ノズル角度３０°、４５°の場合、助燃バーナの最大回転角度は±３３．６°、±２７．３°、この場合の扇子状の揺動角度は±１６．６°、±２０．６°となる。偏心ノズル角度が大きくなるにつれ扇子状の揺動角度が大きくなる傾向にはあるが、到底満足できる値ではない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上説明した従来の揺動式助燃バーナ装置の課題を解決するものである。すなわちスプラッシュが浸入しないように助燃バーナとバーナジャケット間の隙間を小さくし、かつ炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することを可能とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明の電気炉の助燃バーナ装置は、炉壁とバーナジャケットを貫通して電気炉炉内に先端を出した助燃バーナの、該先端を支点に後端側を左右に回動する揺動手段を炉外に設けた構造とした。
【００１３】
【実施例】
以下本発明を、実施例をもとに説明する。まず本発明の請求項１について、その構造から説明する。図１は本発明の請求項１の実施例を示す側面図で、図２はその平面図である。助燃バーナ１は、炉壁１１とバーナジャケット１２を貫通して電気炉２１の炉内に先端を出した状態で、炉壁１１の外側に固定した架台７に、揺動手段２２を介して取り付けられている。揺動手段２２はバーナ取り付け台２、内揺動ブロック３、外揺動ブロック４、ピニオン６、モータ５、内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９、円弧状ギア１０から構成されている。炉壁１１の外側に設けたバーナ取り付け台２には、内揺動ブロック３と、外揺動ブロック４と、ピニオン６と、該ピニオン６を駆動するモータ５とを取り付けている。炉壁１１の外側に固定した架台７には、前記内揺動ブロック３、外揺動ブロック４が把持する内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９と、前記ピニオン６が噛み合う円弧状ギア１０とを、助燃バーナ１の先端がそれぞれの円弧の中心となるように取り付けている。
【００１４】
次に本発明の請求項１の動作について説明する。架台７と内円弧状ガイドレール８と外円弧状ガイドレール９と円弧状ギア１０は固定で、バーナ取り付け台２と助燃バーナ１と内揺動ブロック３と外揺動ブロック４とピニオン６とモータ５はモータ５の駆動により助燃バーナ１の先端を支点に回動する。ピニオン６はモータ５の駆動により自転しながら、それと噛み合う円弧状ギア１０の周りを公転する。円弧状ギア１０は内円弧状ガイドレール８や外円弧状ガイドレール９と同様に、その曲率半径の中心を、助燃バーナ１の先端に一致するように配置している。そのため、バーナ取り付け台２はピニオン６と円弧状ギア１０の噛み合いと、内揺動ブロック３、外揺動ブロック４と内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９の摺動によって円滑に移動することができ、それに取り付けた助燃バーナ１はその先端を支点に回動する。内円弧状ガイドレール８と外円弧状ガイドレール９の断面は鉄道レールのような形状をしており、内揺動ブロック３と外揺動ブロック４は隙間が小さい状態でそれらを把持する構造となっているので、バーナ取り付け台２に力かかっても助燃バーナ１の回動の軸がずれにくい。
【００１５】
次に本発明の請求項１の燃焼方法について説明する。図１、図２の実施例では助燃バーナ１を±４５°の範囲で揺動させている。助燃バーナ１が燃焼の間、±４５°の範囲を連続的に往復することも可能であるし、例えば５°毎に一定時間停止しながら、±４５°の範囲を往復することも可能である。又、その停止時間を角度によって変えることも可能である。例えば火炎１６が電極に向く角度では、停止時間を短くし電極の損耗を防止することも有効である。電気炉２１内のスクラップの種類やスクラップの溶解進行段階により、最適な燃焼方法を選択すれば良い。
【００１６】
本発明の第一の特徴は、スプラッシュが浸入しないように助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の隙間を小さくするため、図２に示すように回動の支点を助燃バーナ１の先端にしたことである。従来の揺動式助燃バーナ装置は、図１０に示したように回動のための回転軸１８を有していた。回転軸１８はどうしても炉壁１１の外側に置かなくてはならないため、図１１に示すように助燃バーナ１とバーナジャケット１２間には大きな隙間が発生していた。図５は図１の助燃バーナ１とバーナジャケット１２の部分のみを表す正面図であり、回動の支点を助燃バーナ１の先端にしたことにより、図１１に比べ隙間が大幅に減少していることが判る。
【００１７】
図１に示すように、回動の支点を助燃バーナ１の先端にする場合、そこは電気炉２１の炉内なので、そこに回転軸を設けることはできない。そのため本発明の実施例では内揺動ブロック３、外揺動ブロック４と内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９の摺動によってそれを実現した。すなわち図２に示すように、内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９を、それぞれの曲率半径の中心を、助燃バーナ１の先端に一致するように配置したことにより実現した。
【００１８】
本発明の第ニの特徴は、炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することを可能としたことである。本発明の火炎の下向き角度は常に一定であり、先願発明のように助燃バーナを中立位置から回転するに従い、火炎の角度が上向いて行くという問題はない。そのため助燃バーナの揺動範囲に特に制限は生じず、炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することが可能である。ただし、大きすぎると火炎が図１に示す水冷ジャケット１３に近づき、それを溶損させるという問題があるので、図２の実施例では前述のように±４５°の範囲を揺動させている。
【００１９】
以上、本発明の請求項１の実施例について図１、図２を用いて説明した。しかし、本発明の請求項１にはこれ以外にもたくさんの構造があり得る。図１４はその例を示す側面図で、図１５はその平面図である。まずその構造について説明する。助燃バーナ１は、図１、図２と同様に、炉壁１１の外側に固定した架台７に、揺動手段２２を介して取り付けられている。揺動手段２２はバーナ取り付け台２、内揺動ローラ２５、外揺動ローラ２６、シリンダー２３、円弧状ガイドプレート２４から構成されている。炉壁１１の外側に設けたバーナ取り付け台２には、内揺動ローラ２５と、外揺動ローラ２６と、該バーナ取り付け台２を揺動するシリンダー２３のロッド先端とを取り付けている。炉壁１１の外側に固定した架台７には、前記内揺動ローラ２５、外揺動ローラ２６を挟持するための内円弧状溝２７、外円弧状溝２８を加工した円弧状ガイドプレート２４を取り付けている。なお前記内円弧状溝２７、外円弧状溝２８はそれぞれ、助燃バーナ１の先端が円弧の中心となるように加工されている。シリンダー２３のシリンダー部は炉壁１１又は架台７に固定する。次に動作について説明する。シリンダー２３を駆動することにより、内揺動ローラ２５、外揺動ローラ２６が、円弧状ガイドプレート２４に加工した内円弧状溝２７、外円弧状溝２８に添って摺動し、それにともない、助燃バーナ１はその先端を支点に回動する。
【００２０】
以上説明したように、本発明の請求項１の要件である、助燃バーナの、該先端を支点にした回動機構は、図１や図１４はほんの一例に過ぎず、これ以外にもたくさんの構造があり得る。又、回動の駆動源も図１に示したモータ５は電動、油圧、エアーのいずれの方式も適用可能で、図１４に示したシリンダー５も油圧、エアーのいずれの方式適用可能である。又、回動機構と駆動源の接続方法は、図１のようにモータ５が移動する方法が好ましくなければ、モータ５とピニオン６を架台７に、円弧状ギア１０をバーナ取り付け台２に取り付け、モータ５を移動しない方法もある。この場合、内揺動ブロック３、外揺動ブロック４を架台７に、内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９をバーナ取り付け台２に取り付けても良い。図１では、内揺動ブロック３と内円弧状ガイドレール８、外揺動ブロック４と外円弧状ガイドレール９という二組の回動機構を設置したが、何組の回動機構を設置しても構わない。又、図１では、内揺動ブロック３と外揺動ブロック４を、回動の円弧方向にそれぞれ１個のみ設けているが、複数個設けても構わない。又、図１、図１４では、揺動手段２２は、架台７を介して電気炉２１の炉壁１１に取り付けているが、電気炉２１本体の外部に取り付ける方法もある。又、図１、図１４では助燃バーナ１は常時、電気炉炉内に先端を出したままであるが、燃焼終了時やメンテナンス時のために、炉外に引き出す機構を設けても良い。以上説明したように、本発明の請求項１は図１や図１４の実施例に限定されるものではなく、いろいろな構造がその権利化の範囲に含まれる。
【００２１】
次に本発明の請求項２について説明する。図３は本発明の請求項２の実施例を示す側面図、図４はその平面図、図６は図３の助燃バーナ１とバーナジャケット１２の部分のみを表す正面図である。請求項１との相違点は、助燃バーナ１の先端を球とし、バーナジャケット１２の電気炉２１炉内側の穴形状をその球の直径より嵌合余裕代分大き目の円としたことである。これにより、助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の隙間を必要最低限の嵌合余裕代分のみとし、請求項１に対しさらに小さくすることができた。これにより助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の隙間へのスプラッシュの浸入は皆無となった。
【００２２】
隙間の値を定量的に比較する。図５に示した請求項１の場合、揺動範囲を±４５°、助燃バーナ１の先端直径をＤ、嵌合余裕代をｔとすると、助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の左右の隙間は、片側で（√２×Ｄ−Ｄ）／２＋ｔとなる。先端直径Ｄを９０ｍｍ、嵌合余裕代ｔを５ｍｍとすると隙間は片側で２３．６ｍｍとなる。一方請求項２の場合、隙間は嵌合余裕代ｔのみであるから、片側５ｍｍと小さな値となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は電気炉炉内の電力では溶解が促進されにくい部分の溶解を促進し、溶解時間を短縮するための助燃バーナ装置に関するものである。電力で溶解が促進されにくい部分を広範囲に溶解する技術として、従来から助燃バーナの火炎を左右に揺動する方法が発明されている。しかし、溶解が促進されにくい部分を広範囲に溶解することと、助燃バーナとバーナジャケット間へのスプラッシュの浸入を防止することの両方の要件を満足している技術は存在しなかった。
【００２４】
本発明の電気炉の助燃バーナ装置は、炉壁とバーナジャケットを貫通して電気炉炉内に先端を出した助燃バーナの、該先端を支点に後端側を左右に回動する揺動手段を炉外に設けた構造とした。これにより、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間を小さくし、スプラッシュの浸入防止を可能としたばかりではなく、溶解が促進されにくい、炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することも可能とした。さらには助燃バーナの先端を球とし、バーナジャケットの電気炉炉内側の穴形状をその球の直径より嵌合余裕代分大き目の円としたことにより、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間をさらに減少させ、その間へのスプラッシュの浸入を皆無とすることができた。本発明の適用により電気炉のスクラップ溶解時間が短縮したので、電気炉の生産能率が向上し、生産量増加とコスト低減を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１の実施例を示す側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の請求項２の実施例を示す側面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】図１の助燃バーナとバーナジャケットの部分のみを表す表面図である。
【図６】図３の助燃バーナとバーナジャケットの部分のみを表す表面図である。
【図７】従来の助燃バーナ装置の一例を示す側面図である。
【図８】図７の助燃バーナ装置３台を電気炉に取り付けた例を示す平面図である。
【図９】揺動する助燃バーナ装置３台を電気炉に取り付けた例を示す平面図である。
【図１０】従来の揺動式助燃バーナ装置の一例を示す側面図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】先願発明で、助燃バーナが揺動の中立位置にある場合の状態を示す側面図である。
【図１３】図１２の先願発明で、助燃バーナが最大９０°回転した場合の状態を示す側面図である。
【図１４】本発明の請求項１の実施例を示す側面図である。
【図１５】図１４の平面図である。
【符号の説明】
１　助燃バーナ
２　バーナ取り付け台
３　内揺動ブロック
４　外揺動ブロック
５　モータ
６　ピニオン
７　架台
８　内円弧状ガイドレール
９　外円弧状ガイドレール
１０　円弧状ギア
１１　炉壁
１２　バーナジャケット
１３　水冷ジャケット
１４　ラック
１５　電極
１６　火炎
１７　スクラップ
１８　回転軸
１９　炉壁側炉底
２１　電気炉
２２　揺動手段
２３　シリンダー
２４　円弧状ガイドプレート
２５　内揺動ローラ
２６　外揺動ローラ
２７　内円弧状溝
２８　外円弧状溝
【図１】
2004053129.tif 000003
【図２】
2004053129.tif 000004
【図３】
2004053129.tif 000005
【図４】
2004053129.tif 000006
【図５】
2004053129.tif 000007
【図６】
2004053129.tif 000008
【図７】
2004053129.tif 000009
【図８】
2004053129.tif 000010
【図９】
2004053129.tif 000011
【図１０】
2004053129.tif 000012
【図１１】
2004053129.tif 000013
【図１２】
2004053129.tif 000014
【図１３】
2004053129.tif 000015
【図１４】
2004053129.tif 000016
【図１５】
2004053129.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月29日(2003.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】炉壁とバーナジャケットを貫通して電気炉炉内に先端を出した助燃バーナの、該先端を支点に後端側を左右に回動する揺動手段を炉外に設けたことを特徴とする電気炉の助燃バーナ装置。
【請求項２】助燃バーナの先端を球とし、バーナジャケットの電気炉炉内側の穴形状を該球の直径より嵌合余裕代分大き目の円としたことにより、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間を嵌合余裕代分のみとし、炉内からのスプラッシュの浸入を防止したことを特徴とする請求項１の電気炉の助燃バーナ装置。
【請求項３】助燃バーナの先端を円柱とし、バーナジャケットの電気炉炉内側の穴形状を、助燃バーナとバーナジャケットの間が嵌合余裕代分だけの隙間ができる形状とし、炉内からのスプラッシュの浸入を防止したことを特徴とする請求項１の電気炉の助燃バーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉の助燃バーナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気炉のスクラップ溶解エネルギーの主体は電力であるが、電気炉炉内に電力では溶解が促進されにくい部分が発生する。その部分の溶解を促進し、溶解時間を短縮するため、従来から各種の助燃バーナ装置が電気炉に設置されている。
【０００３】
図７は従来の助燃バーナ装置の一例である。助燃バーナ１は炉壁１１の外側に固定した架台７に取り付けられている。助燃バーナ１の先端は炉壁１１とバーナジャケット１２を貫通して電気炉２１の炉内に出ている。図８は図７の助燃バーナ装置３台を電気炉２１に取り付けた例を示している。電極１５によるスクラップ１７の溶解は、電極１５に近い部分は早いが、遠い部分すなわち炉壁１１に近い側は遅くなる。そのため助燃バーナ１はなるべく炉壁１１側に向け、電極１５で溶けにくい部分の溶解を促進している。しかしながら、電気炉２１に取り付ける助燃バーナ１の数には限界があるため、図８に示すように火炎１６が届かない場所のスクラップは溶解に時間がかかり、溶解の終了を遅らせている。
【０００４】
以上の問題を解決するための対策として、従来から助燃バーナの火炎を左右に揺動する装置が発明されている。図９は揺動する助燃バーナ装置３台を電気炉２１に取り付けた例を示している。助燃バーナ１を左右に揺動することにより炉壁１１に近い側のスクラップ１７を広範囲に溶解することが可能になる。しかしながら、従来の揺動式助燃バーナ装置には問題があり、必ずしも適用に際し満足するものではなかった。以下、従来の揺動式助燃バーナ装置の問題について、二つの例を用いて説明する。
【０００５】
図１０は従来の揺動式助燃バーナ装置の一例である。助燃バーナ１は炉壁１１の外側に固定した架台７に、揺動手段２２を介して取り付けられている。揺動手段２２はシリンダー２３、ラック１４、ピニオン６、回転軸１８、バーナ取り付け台２から構成されている。シリンダー２３を伸縮することにより、それに取り付けられたラック１４がピニオン６を正逆回転させる。ピニオン６の正逆回転は回転軸１８、バーナ取り付け台２を介して助燃バーナ１を左右に揺動させる。しかしこの場合、揺動の機構上図１１の平面図に示すように、助燃バーナ１とバーナジャケット１２間には大きな隙間が生じてしまう。そのため炉内からのスプラッシュがその隙間に浸入し、揺動を阻害するという問題があった。
【０００６】
以上の問題を解決している従来の揺動式助燃バーナ装置として、特開昭５５−１０７８７８の発明（以下先願発明と呼ぶ）がある。この発明は、助燃バーナ先端から噴出する火炎の噴出角度を助燃バーナ本体の軸線に対し任意の角度屈折させるように形成したノズルと、助燃バーナの後部に配置され、助燃バーナ本体をその軸線の周囲に正転および逆転させることのできる回転駆動装置とを有し、助燃バーナの燃焼の間、助燃バーナ本体を任意の角度正転および逆転を一定時間毎に繰返すように構成したことを特徴としたものである。
【０００７】
しかし先願発明には、助燃バーナ本体を中立位置から回転するに従い、火炎の角度が上向いて行くという欠点を有する。図１２は先願発明でいう取付角度３０°、偏心ノズル角度１５°の条件で、助燃バーナ１が揺動の中立位置にある場合の状態を示す。この位置では火炎１６の下向き角度は、取付角度３０°と偏心ノズル角度１５°を加算した４５°と大きな角度となるため、炉壁側炉底１９上のスクラップ（図示なし）は溶解され、上部のスクラップ１７が崩落し溶解が促進される。しかし助燃バーナ１が正転方向又は逆転方向に最大の９０°回転した場合、先願発明の明細書でいう扇子状の溶解角度（以下揺動角度と呼ぶ）は、偏心ノズル角度の１５°分左右に広がるものの、火炎１６の下向き角度は減少し、図１３に示すように、取付角度と一致の３０°となってしまう。そのため炉壁側炉底１９上のスクラップ１７は溶解に時間がかかり、上部のスクラップ１７の崩落までの時間が伸びることになる。すなわち先願発明には、扇子状の揺動角度を大きくとると、角度が大きい程溶解に時間がかかるという欠点を有する。
【０００８】
取付角度をθ、偏心ノズル角度をγ、助燃バーナの回転角度をαとすれば、火炎の下向き角度はθ＋γ×ｃｏｓα、扇子状の揺動角度はγ×ｓｉｎαとなる。火炎の下向き角度を溶解促進上、最低４０°確保したいとすれば、偏心ノズル角度１５°の場合、助燃バーナの最大回転角度は±４８．２°となり、この場合の扇子状の揺動角度は±１１．２°という小さな値にしかならない。
【０００９】
なお先願発明の明細書中に記載されている、扇子状の揺動角度を左右３０°、４５°にするためには、明細書中に記載されている偏心ノズル角度が１５°では実現できない。偏心ノズル角度そのものを３０°、４５°にし、助燃バーナの最大回転角度を９０°する必要があるが、火炎の下向き角度を確保するためには助燃バーナの最大回転角度は９０°には到底ならず、よって先願発明で言っている扇子状の揺動角度を左右３０°、４５°にすることは不可能である。
【００１０】
ではここで、偏心ノズル角度が３０°、４５°の場合、実際には扇子状の揺動角度がいくらになるのかを計算してみる。バーナジャケットの下にある水冷ジャケットの溶損防止を配慮すると、火炎の下向き角度は先願発明の例の４５°が適当と思われる。よって火炎の下向き角度を４５°とするためには偏心ノズル角度が３０°、４５°の場合、取付角度は１５°、０°となる。前述の偏心ノズル角度が１５°の場合と同様に、助燃バーナの下向き角度を最低４０°確保したいとすれば、偏心ノズル角度３０°、４５°の場合、助燃バーナの最大回転角度は±３３．６°、±２７．３°、この場合の扇子状の揺動角度は±１６．６°、±２０．６°となる。偏心ノズル角度が大きくなるにつれ扇子状の揺動角度が大きくなる傾向にはあるが、到底満足できる値ではない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上説明した従来の揺動式助燃バーナ装置の課題を解決するものである。すなわちスプラッシュが浸入しないように助燃バーナとバーナジャケット間の隙間を小さくし、かつ炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することを可能とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明の電気炉の助燃バーナ装置は、炉壁とバーナジャケットを貫通して電気炉炉内に先端を出した助燃バーナの、該先端を支点に後端側を左右に回動する揺動手段を炉外に設けた構造とした。
【００１３】
【実施例】
以下本発明を、実施例をもとに説明する。まず本発明の請求項１について、その構造から説明する。図１は本発明の請求項１の実施例を示す側面図で、図２はその平面図である。助燃バーナ１は、炉壁１１とバーナジャケット１２を貫通して電気炉２１の炉内に先端を出した状態で、炉壁１１の外側に固定した架台７に、揺動手段２２を介して取り付けられている。揺動手段２２はバーナ取り付け台２、内揺動ブロック３、外揺動ブロック４、ピニオン６、モータ５、内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９、円弧状ギア１０から構成されている。炉壁１１の外側に設けたバーナ取り付け台２には、内揺動ブロック３と、外揺動ブロック４と、ピニオン６と、該ピニオン６を駆動するモータ５とを取り付けている。炉壁１１の外側に固定した架台７には、前記内揺動ブロック３、外揺動ブロック４が把持する内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９と、前記ピニオン６が噛み合う円弧状ギア１０とを、助燃バーナ１の先端がそれぞれの円弧の中心となるように取り付けている。
【００１４】
次に本発明の請求項１の動作について説明する。架台７と内円弧状ガイドレール８と外円弧状ガイドレール９と円弧状ギア１０は固定で、バーナ取り付け台２と助燃バーナ１と内揺動ブロック３と外揺動ブロック４とピニオン６とモータ５はモータ５の駆動により助燃バーナ１の先端を支点に回動する。ピニオン６はモータ５の駆動により自転しながら、それと噛み合う円弧状ギア１０の周りを公転する。円弧状ギア１０は内円弧状ガイドレール８や外円弧状ガイドレール９と同様に、その曲率半径の中心を、助燃バーナ１の先端に一致するように配置している。そのため、バーナ取り付け台２はピニオン６と円弧状ギア１０の噛み合いと、内揺動ブロック３、外揺動ブロック４と内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９の摺動によって円滑に移動することができ、それに取り付けた助燃バーナ１はその先端を支点に回動する。内円弧状ガイドレール８と外円弧状ガイドレール９の断面は鉄道レールのような形状をしており、内揺動ブロック３と外揺動ブロック４は隙間が小さい状態でそれらを把持する構造となっているので、バーナ取り付け台２に力かかっても助燃バーナ１の回動の軸がずれにくい。
【００１５】
次に本発明の請求項１の燃焼方法について説明する。図１、図２の実施例では助燃バーナ１を±４５°の範囲で揺動させている。助燃バーナ１が燃焼の間、±４５°の範囲を連続的に往復することも可能であるし、例えば５°毎に一定時間停止しながら、±４５°の範囲を往復することも可能である。又、その停止時間を角度によって変えることも可能である。例えば火炎１６が電極に向く角度では、停止時間を短くし電極の損耗を防止することも有効である。電気炉２１内のスクラップの種類やスクラップの溶解進行段階により、最適な燃焼方法を選択すれば良い。
【００１６】
本発明の第一の特徴は、スプラッシュが浸入しないように助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の隙間を小さくするため、図２に示すように回動の支点を助燃バーナ１の先端にしたことである。従来の揺動式助燃バーナ装置は、図１０に示したように回動のための回転軸１８を有していた。回転軸１８はどうしても炉壁１１の外側に置かなくてはならないため、図１１に示すように助燃バーナ１とバーナジャケット１２間には大きな隙間が発生していた。図５は図１の助燃バーナ１とバーナジャケット１２の部分のみを表す正面図であり、回動の支点を助燃バーナ１の先端にしたことにより、図１１に比べ隙間が大幅に減少していることが判る。
【００１７】
図１に示すように、回動の支点を助燃バーナ１の先端にする場合、そこは電気炉２１の炉内なので、そこに回転軸を設けることはできない。そのため本発明の実施例では内揺動ブロック３、外揺動ブロック４と内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９の摺動によってそれを実現した。すなわち図２に示すように、内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９を、それぞれの曲率半径の中心を、助燃バーナ１の先端に一致するように配置したことにより実現した。
【００１８】
本発明の第ニの特徴は、炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することを可能としたことである。本発明の火炎の下向き角度は常に一定であり、先願発明のように助燃バーナを中立位置から回転するに従い、火炎の角度が上向いて行くという問題はない。そのため助燃バーナの揺動範囲に特に制限は生じず、炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することが可能である。ただし、大きすぎると火炎が図１に示す水冷ジャケット１３に近づき、それを溶損させるという問題があるので、図２の実施例では前述のように±４５°の範囲を揺動させている。
【００１９】
以上、本発明の請求項１の実施例について図１、図２を用いて説明した。しかし、本発明の請求項１にはこれ以外にもたくさんの構造があり得る。図１４はその例を示す側面図で、図１５はその平面図である。まずその構造について説明する。助燃バーナ１は、図１、図２と同様に、炉壁１１の外側に固定した架台７に、揺動手段２２を介して取り付けられている。揺動手段２２はバーナ取り付け台２、内揺動ローラ２５、外揺動ローラ２６、シリンダー２３、円弧状ガイドプレート２４から構成されている。炉壁１１の外側に設けたバーナ取り付け台２には、内揺動ローラ２５と、外揺動ローラ２６と、該バーナ取り付け台２を揺動するシリンダー２３のロッド先端とを取り付けている。炉壁１１の外側に固定した架台７には、前記内揺動ローラ２５、外揺動ローラ２６を挟持するための内円弧状溝２７、外円弧状溝２８を加工した円弧状ガイドプレート２４を取り付けている。なお前記内円弧状溝２７、外円弧状溝２８はそれぞれ、助燃バーナ１の先端が円弧の中心となるように加工されている。シリンダー２３のシリンダー部は炉壁１１又は架台７に固定する。次に動作について説明する。シリンダー２３を駆動することにより、内揺動ローラ２５、外揺動ローラ２６が、円弧状ガイドプレート２４に加工した内円弧状溝２７、外円弧状溝２８に添って摺動し、それにともない、助燃バーナ１はその先端を支点に回動する。
【００２０】
以上説明したように、本発明の請求項１の要件である、助燃バーナの、該先端を支点にした回動機構は、図１や図１４はほんの一例に過ぎず、これ以外にもたくさんの構造があり得る。又、回動の駆動源も図１に示したモータ５は電動、油圧、エアーのいずれの方式も適用可能で、図１４に示したシリンダー５も油圧、エアーのいずれの方式適用可能である。又、回動機構と駆動源の接続方法は、図１のようにモータ５が移動する方法が好ましくなければ、モータ５とピニオン６を架台７に、円弧状ギア１０をバーナ取り付け台２に取り付け、モータ５を移動しない方法もある。この場合、内揺動ブロック３、外揺動ブロック４を架台７に、内円弧状ガイドレール８、外円弧状ガイドレール９をバーナ取り付け台２に取り付けても良い。図１では、内揺動ブロック３と内円弧状ガイドレール８、外揺動ブロック４と外円弧状ガイドレール９という二組の回動機構を設置したが、何組の回動機構を設置しても構わない。又、図１では、内揺動ブロック３と外揺動ブロック４を、回動の円弧方向にそれぞれ１個のみ設けているが、複数個設けても構わない。又、図１、図１４では、揺動手段２２は、架台７を介して電気炉２１の炉壁１１に取り付けているが、電気炉２１本体の外部に取り付ける方法もある。又、図１、図１４では助燃バーナ１は常時、電気炉炉内に先端を出したままであるが、燃焼終了時やメンテナンス時のために、炉外に引き出す機構を設けても良い。以上説明したように、本発明の請求項１は図１や図１４の実施例に限定されるものではなく、いろいろな構造がその権利化の範囲に含まれる。
【００２１】
次に本発明の請求項２について説明する。図３は本発明の請求項２の実施例を示す側面図、図４はその平面図、図６は図３の助燃バーナ１とバーナジャケット１２の部分のみを表す正面図である。請求項１との相違点は、助燃バーナ１の先端を球とし、バーナジャケット１２の電気炉２１炉内側の穴形状をその球の直径より嵌合余裕代分大き目の円としたことである。これにより、助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の隙間を必要最低限の嵌合余裕代分のみとし、請求項１に対しさらに小さくすることができた。これにより助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の隙間へのスプラッシュの浸入は皆無となった。
【００２２】
隙間の値を定量的に比較する。図５に示した請求項１の場合、揺動範囲を±４５°、助燃バーナ１の先端直径をＤ、嵌合余裕代をｔとすると、助燃バーナ１とバーナジャケット１２間の左右の隙間は、片側で（√２×Ｄ−Ｄ）／２＋ｔとなる。先端直径Ｄを９０ｍｍ、嵌合余裕代ｔを５ｍｍとすると隙間は片側で２３．６ｍｍとなる。一方請求項２の場合、隙間は嵌合余裕代ｔのみであるから、片側５ｍｍと小さな値となる。
【００２３】
次に本発明の請求項３について説明する。図１６は本発明の請求項３の実施例を示す図である。請求項２との相違点は、助燃バーナ１の先端を円柱とした点である。バーナジャケット１２の電気炉炉内側の穴形状を、助燃バーナ１先端の円柱とバーナジャケット１２の間が嵌合余裕代分だけの隙間ができる形状とし、炉内からのスプラッシュの浸入を防止したことを特徴とする。この場合、バーナジャケット１２の穴形状は上辺が下辺より若干大きい、左右対称な台形となる。
【００２４】
以上説明したように、助燃バーナ先端の形状を、本発明の請求項２は球、請求項３は円柱とした。その目的とするところは、助燃バーナを、該先端を支点に左右に回動した時に、助燃バーナとバーナジャケットとの間の隙間が小さな状態に保たれることである。よって助燃バーナが回動した時に、最低限、助燃バーナ先端のバーナジャケットから電気炉炉内側に出る部分の側面が、球又は円柱形状であれば良いわけであり、本発明の請求項２、請求項３はそういう助燃バーナとバーナジャケットの形状も包含するものである。例えば本発明の請求項２の場合、上下面が平面である形状も包含するものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は電気炉炉内の電力では溶解が促進されにくい部分の溶解を促進し、溶解時間を短縮するための助燃バーナ装置に関するものである。電力で溶解が促進されにくい部分を広範囲に溶解する技術として、従来から助燃バーナの火炎を左右に揺動する方法が発明されている。しかし、溶解が促進されにくい部分を広範囲に溶解することと、助燃バーナとバーナジャケット間へのスプラッシュの浸入を防止することの両方の要件を満足している技術は存在しなかった。
【００２６】
本発明の電気炉の助燃バーナ装置は、炉壁とバーナジャケットを貫通して電気炉炉内に先端を出した助燃バーナの、該先端を支点に後端側を左右に回動する揺動手段を炉外に設けた構造とした。これにより、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間を小さくし、スプラッシュの浸入防止を可能としたばかりではなく、溶解が促進されにくい、炉壁に近い側のスクラップを広範囲に溶解することも可能とした。さらには助燃バーナの先端を球とし、バーナジャケットの電気炉炉内側の穴形状をその球の直径より嵌合余裕代分大き目の円としたことにより、助燃バーナとバーナジャケット間の隙間をさらに減少させ、その間へのスプラッシュの浸入を皆無とすることができた。本発明の適用により電気炉のスクラップ溶解時間が短縮したので、電気炉の生産能率が向上し、生産量増加とコスト低減を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１の実施例を示す側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の請求項２の実施例を示す側面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】図１の助燃バーナとバーナジャケットの部分のみを表す表面図である。
【図６】図３の助燃バーナとバーナジャケットの部分のみを表す表面図である。
【図７】従来の助燃バーナ装置の一例を示す側面図である。
【図８】図７の助燃バーナ装置３台を電気炉に取り付けた例を示す平面図である。
【図９】揺動する助燃バーナ装置３台を電気炉に取り付けた例を示す平面図である。
【図１０】従来の揺動式助燃バーナ装置の一例を示す側面図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】先願発明で、助燃バーナが揺動の中立位置にある場合の状態を示す側面図である。
【図１３】図１２の先願発明で、助燃バーナが最大９０°回転した場合の状態を示す側面図である。
【図１４】本発明の請求項１の実施例を示す側面図である。
【図１５】図１４の平面図である。
【図１６】本発明の請求項３の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１　助燃バーナ
２　バーナ取り付け台
３　内揺動ブロック
４　外揺動ブロック
５　モータ
６　ピニオン
７　架台
８　内円弧状ガイドレール
９　外円弧状ガイドレール
１０　円弧状ギア
１１　炉壁
１２　バーナジャケット
１３　水冷ジャケット
１４　ラック
１５　電極
１６　火炎
１７　スクラップ
１８　回転軸
１９　炉壁側炉底
２１　電気炉
２２　揺動手段
２３　シリンダー
２４　円弧状ガイドプレート
２５　内揺動ローラ
２６　外揺動ローラ
２７　内円弧状溝
２８　外円弧状溝
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004053129.tif 000018
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図１６】
2004053129.tif 000019