(57)【要約】【課題】バーナの構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスのほとんど全てを燃焼空間へ噴出して被加熱物又は溶湯を加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスのエネルギーを有効活用することができる加熱炉を提供すること。【解決手段】自己排熱回収型バーナ１は、耐火炉７の外部から燃焼用空気Ａを流入させるための外部ボディ２と、耐火炉７内から燃焼排ガスＧ２を回収するための内部筒３と、外部ボディ２内へ流入した燃焼用空気Ａを通過させて耐火炉７内へ噴出させるための燃焼筒４と、燃焼筒４内に配置され燃焼用空気Ａと燃焼させるための燃料ガスＦを通過させて耐火炉７内へ噴出させるためのガスパイプ５とを有している。燃焼筒４の先端部４１は、テーパ状に縮径しており、この縮径した先端部４１は、耐火炉７の内側壁面７１から燃焼空間１０１へ突出している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に開口部を備え、溶湯を貯留するための器形状を有するるつぼと、該るつぼを上記開口部を上方に開放した状態で収容する耐火炉と、該耐火炉の側壁に配設し、上記るつぼと上記耐火炉との間に形成された燃焼空間へ火炎形成後の燃焼ガスを供給するためのバーナとを有する加熱炉において、
上記バーナは、上記耐火炉内を加熱した後の燃焼排ガスを自己回収し、該燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナであり、
該自己排熱回収型バーナは、上記耐火炉の外部から上記燃焼用空気を流入させるための外部ボディと、該外部ボディ内に配置され上記耐火炉内から上記燃焼排ガスを回収させるための内部筒と、該内部筒内に配置され上記外部ボディ内へ流入した上記燃焼用空気を通過させて上記耐火炉内へ噴出させるための燃焼筒と、該燃焼筒内に配置され上記燃焼用空気と燃焼させるための燃料ガスを通過させて上記耐火炉内へ噴出させるためのガスパイプとを有しており、
上記燃焼筒の先端部は、テーパ状に縮径しており、該縮径した先端部は、上記耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出していることを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
請求項１において、上記燃焼筒の先端部が上記耐火炉の内側壁面から突出する長さであって、上記ガスパイプにおける燃料ガスの通過方向における最大長さは、１０ｍｍ以上であることを特徴とする加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火炉に収容したるつぼ内の被加熱物を加熱するバーナを有する加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム、亜鉛等の溶解炉、保持炉等の加熱炉においては、器形状のるつぼを耐火炉内に収容し、るつぼと耐火炉との間に形成された燃焼空間へ、バーナの燃焼による火炎を形成すると共にその燃焼ガスを供給することが行われている。また、バーナとしては、耐火炉内を加熱した後の燃焼排ガスを自己回収し、燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナが用いられることがある。
例えば、自己排熱回収型バーナを用いる加熱炉としては、特許文献１の非鉄金属溶解炉が開示されている。この非鉄金属溶解炉においては、円筒形炉内の中央に鉄鍋又はるつぼを配置し、炉壁に貫設した排熱回収型バーナにより炉壁の内周面に沿って火炎を噴射させると共に排気を吸引させて、排気の熱により燃焼空気を予熱するようにしている。
【０００３】
しかしながら、自己排熱回収型バーナを用いる場合には、燃料ノズル等の火炎形成部の周辺に、耐火炉内の燃焼排ガスが流入する。このとき、火炎の一部が燃焼排ガスとともに排気流路へ流れて排気ガス温度が上昇し、バーナの構成物の過熱を招くおそれがある。また、燃焼ガスの有効利用ができず、エネルギー効率を向上させるためには十分ではなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、バーナの構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスのほとんど全てを燃焼空間へ噴出して被加熱物又は溶湯を加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスのエネルギーを有効活用することができる加熱炉を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上方に開口部を備え、溶湯を貯留するための器形状を有するるつぼと、該るつぼを上記開口部を上方に開放した状態で収容する耐火炉と、該耐火炉の側壁に配設し、上記るつぼと上記耐火炉との間に形成された燃焼空間へ火炎形成後の燃焼ガスを供給するためのバーナとを有する加熱炉において、
上記バーナは、上記耐火炉内を加熱した後の燃焼排ガスを自己回収し、該燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナであり、
該自己排熱回収型バーナは、上記耐火炉の外部から上記燃焼用空気を流入させるための外部ボディと、該外部ボディ内に配置され上記耐火炉内から上記燃焼排ガスを回収させるための内部筒と、該内部筒内に配置され上記外部ボディ内へ流入した上記燃焼用空気を通過させて上記耐火炉内へ噴出させるための燃焼筒と、該燃焼筒内に配置され上記燃焼用空気と燃焼させるための燃料ガスを通過させて上記耐火炉内へ噴出させるためのガスパイプとを有しており、
上記燃焼筒の先端部は、テーパ状に縮径しており、該縮径した先端部は、上記耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出していることを特徴とする加熱炉にある（請求項１）。
【０００７】
本発明の加熱炉は、バーナとして、自己が生成した燃焼ガスによる加熱後の燃焼排ガスを回収するよう構成した自己排熱回収バーナを用いる場合に、このバーナにおいて安定して燃焼を行うための工夫を行っている。
具体的には、本発明のバーナにおいては、燃焼用空気を耐火炉内（燃焼空間）へ噴出させるための燃焼筒の先端部を、テーパ状に縮径させている。そして、この縮径させた先端部を、耐火炉の内側壁面から燃焼空間へ突出させている。
【０００８】
これにより、火炎の一部が燃焼排ガスとともに内部筒内の排気流路へ流れてしまう短絡現象を効果的に抑制することができる。
それ故、本発明の加熱炉によれば、バーナの構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスのほとんど全てを燃焼空間へ噴出して被加熱物又は溶湯を加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスのエネルギーを有効活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上述した本発明の加熱炉における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記燃焼筒の先端部が上記耐火炉の内側壁面から突出する長さであって、上記ガスパイプにおける燃料ガスの通過方向における最大長さは、１０ｍｍ以上とすることが好ましい（請求項２）。
この場合には、燃焼筒の先端部が耐火炉の内側壁面から突出する長さが適切であり、火炎の失火防止及びエネルギー効率の向上をより効果的に行うことができる。
【実施例】
【００１０】
以下に、本発明の加熱炉にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の加熱炉１０は、図１、図２に示すごとく、上方に開口部８０を備え、溶湯Ｘを貯留するための器形状を有するるつぼ８と、るつぼ８を開口部８０を上方に開放した状態で収容する耐火炉７と、耐火炉７の側壁７０に配設し、るつぼ８と耐火炉７との間に形成された燃焼空間１０１へ火炎形成後の燃焼ガスＧ１を供給するためのバーナ１とを有している。
本例のバーナ１は、耐火炉７内を加熱した後の燃焼排ガスＧ２を自己回収し、燃焼排ガスＧ２の排熱を利用して燃焼に用いる空気Ａの予熱を行うよう構成した自己排熱回収型バーナである。また、バーナ１は、耐火炉７の下部から燃焼空間１０１へ燃焼ガスＧ１を供給するよう構成してある。
【００１１】
図１、図２に示すごとく、本例のバーナ１は、耐火炉７の外部から燃焼用空気Ａを流入させるための外部ボディ２と、外部ボディ２内に配置され耐火炉７内（燃焼空間１０１）から燃焼排ガスＧ２を回収するための内部筒３と、内部筒３内に配置され外部ボディ２内へ流入した燃焼用空気Ａを通過させて耐火炉７内（燃焼空間１０１）へ噴出させるための燃焼筒４と、燃焼筒４内に配置され燃焼用空気Ａと燃焼させるための燃料ガスＦを通過させて耐火炉７内（燃焼空間１０１）へ噴出させるためのガスパイプ５とを有している。
図３に示すごとく、燃焼筒４の先端部４１は、テーパ状に縮径しており、この縮径した先端部４１は、耐火炉７の内側壁面７１から燃焼空間１０１へ突出している。
【００１２】
以下に、本例の加熱炉１０につき、図１〜図３を参照して詳説する。
図１、図２に示すごとく、本例の加熱炉１０は、被加熱物としてアルミニウム、亜鉛等の金属材料のインゴットをるつぼ８内に配置し、バーナ１による加熱によって、上記インゴットを溶解して溶湯Ｘにすると共に、上記加熱を継続して、るつぼ８内に溶湯Ｘを貯留するものである。
本例のるつぼ８は、黒鉛材料から形成してあり、本例の耐火炉７は、セラミックス等の耐火材料から形成してある。なお、るつぼ８は、鉄材料から形成することもできる。
【００１３】
本例のるつぼ８は、円筒形状の側部８１を有しており、耐火炉７の内側壁面７１は、水平方向における断面が円形状を有している。本例のるつぼ８は、耐火炉７の底面７２の中心部に配置した台座７５上に載置してあり、燃焼空間１０１は、その全体において円環状に形成されている。また、耐火炉７は、その中心軸線を鉛直方向に配置して形成されている。
なお、るつぼ８の上方の開口部８０に、径方向Ｒに拡径するフランジ部を形成した場合には、フランジ部を耐火炉７の側壁７０の上面に載置することにより、台座７５は使用しないこともできる。この場合には、るつぼ８の側部８１と耐火炉７の内側壁面７１との間に、環状の燃焼空間１０１が形成される。
【００１４】
図３に示すごとく、本例のバーナ１は、外部ボディ２を耐火炉７の外部に配置し、燃焼筒４の先端部４１を耐火炉７の内側壁面７１から燃焼空間１０１へ突出させてなる。燃焼筒４は、燃焼空間１０１の円環形状（周方向Ｃ）に対する接線方向に火炎Ｈを形成する状態で配置されている。本例においては、燃焼筒４の先端部４１が耐火炉７の内側壁面７１から突出する長さであって、ガスパイプ５における燃料ガスＦの通過方向Ｌにおける最大突出長さＬ１は、１０ｍｍ以上としてある。なお、最大突出長さＬ１は、耐火炉７の寸法上の制約より、１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下とすることができる。
バーナ１の燃焼筒４が燃焼空間１０１の円環形状に対する接線方向に向けて配置されていることにより、燃焼筒４の先端部４１は、耐火炉７の内側壁面７１に対して傾斜した状態で燃焼空間１０１へ突出している。そのため、燃焼筒４の先端部４１は、燃焼空間１０１における燃焼ガスＧ１及び燃焼排ガスＧ２の旋回方向に対向する側が最も長く突出している。
【００１５】
本例のガスパイプ５の先端部には、燃料ガスＦを噴射するための火炎形成ノズル５１が設けてある。また、燃焼筒４内には、燃焼用空気Ａを通過させるための空気流路４０が形成されており、内部筒３内には、燃焼排ガスＧ２を回収するための排気流路３０が形成されている。また、排気流路３０は、耐火炉７に形成したバーナ配置口７６と燃焼筒４との間にも形成されている。
図２に示すごとく、外部ボディ２の上部には、外部ボディ２内へ流入させる燃焼用空気Ａを通過させるための流入通路と、排気流路３０内を通過した燃焼排ガスＧ２を排気するための排気通路とを、熱交換体６１を介して隣接形成してなる熱交換ボディ６が設けてある。本例の熱交換体６１は、金属製の向流プレート式のものとした。これ以外にも、熱交換体６１としては種々の構造のものを用いることができる。
【００１６】
本例のバーナ１は、火炎Ｈの形成方向（ガスパイプ５、燃焼筒４及び内部筒３の軸方向Ｌ）を、略水平方向に向けて耐火炉７に配設して用いる。なお、バーナ１は、略水平方向よりも若干上に（例えば１０°以下の範囲で）傾斜させて耐火炉７に配設することもできる。そして、バーナ１の燃焼筒４の先端部における火炎Ｈの形成と共に燃焼空間１０１へ噴出された燃焼ガスＧ１は、燃焼空間１０１の周方向Ｃに旋回して耐火炉７内を加熱した後、燃焼排ガスＧ２として排気流路３０へ回収される。
【００１７】
本例の加熱炉１０は、バーナ１として、自己が生成した燃焼ガスＧ１による加熱後の燃焼排ガスＧ２を回収するよう構成した自己排熱回収バーナを用いる場合に、このバーナ１において安定して燃焼を行うための工夫を行っている。
具体的には、本例のバーナ１においては、燃焼用空気Ａを耐火炉７内（燃焼空間１０）へ噴出させるための燃焼筒４の先端部４１を、テーパ状に縮径させている。そして、この縮径させた先端部４１を、耐火炉７の内側壁面７１から燃焼空間１０へ突出させている。
【００１８】
そして、バーナ１の燃焼筒４の先端部４１における火炎Ｈの形成と共に燃焼空間１０１へ噴出された燃焼ガスＧ１は、燃焼空間１０１の周方向Ｃに旋回して耐火炉７内を加熱した後、燃焼排ガスＧ２として排気流路３０へ回収される。このとき、上記燃焼筒４のテーパ形状の先端部４１を突出させていることにより、燃焼筒４の先端部４１に形成される火炎Ｈの一部が燃焼排ガスＧ２とともに排気流路３０へ流れてしまう短絡現象を効果的に抑制することができる。
【００１９】
それ故、本例の加熱炉１０によれば、バーナ１の構成物の過熱を防止すると共に、燃焼ガスＧ１のほとんど全てを燃焼空間１０１へ噴出して被加熱物又は溶湯Ｘを加熱した後に排熱回収することにより、燃焼ガスＧ１のエネルギーを有効活用することができる。
【００２０】
（確認試験）
本確認試験においては、燃焼筒４の先端部４１の最大突出長さＬ１を変更したときに、燃焼排ガスＧ２の温度がどのように変化するかのシミュレーションを行った。
図４は、このシミュレーションの結果を示すグラフであり、横軸に燃焼筒４の先端部４１の最大突出長さＬ１（ｍｍ）をとり、縦軸に燃焼排ガスＧ２の温度（Ｋ）及び耐火炉７内に設置するるつぼ８内部へ伝熱された熱量である入熱量（ｋＷ）をとって、これらの関係を示すグラフである。同図において、最大突出長さＬ１がマイナスである状態は、耐火炉７の内側壁面７１よりも燃焼筒４の先端部４１が引っ込んでいることを示す。同図より、燃焼筒４の先端部４１を耐火炉７の内側壁面７１から燃焼空間１０１内に突出させたときには、燃焼排ガスＧ２の温度を低くできると共に、入熱量を多くできることがわかる。
これにより、燃焼筒４の先端部４１を耐火炉７の内側壁面７１から突出させることにより、加熱炉１０におけるエネルギー効率を効果的に向上できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例における、バーナを設けた加熱炉を上方から見た状態で示す断面説明図。
【図２】実施例における、バーナを設けた加熱炉を側方から見た状態で示す断面説明図。
【図３】実施例における、燃焼筒の先端部の周辺を、上方から見た状態で拡大して示す断面説明図。
【図４】確認試験における、横軸に燃焼筒の先端部の最大突出長さをとり、縦軸に燃焼排ガスの温度をとって、両者の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２２】
１０  加熱炉
１０１  燃焼空間
１  バーナ
２  外部ボディ
３  内部筒
３０  排気流路
４  燃焼筒
５  ガスパイプ
７  耐火炉
７０  側壁
７１  内側壁面
８  るつぼ
８０  開口部
Ａ  燃焼用空気
Ｆ  燃料ガス
Ｇ１  燃焼ガス
Ｇ２  燃焼排ガス
Ｈ  火炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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