JP6627805B2 - バーナー - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所等において用いるバーナーに関するものである。

例えば、製鉄所の製鋼工程では、使用している鍋（溶銑鍋、溶講鍋）の補修を行う際、鍋の内壁に付着している地金を除去しなければならない。この地金の除去には、地金を溶解する必要があり、鍋の口から下方に向かってバーナーで鍋の内壁を高温に加熱する工程が必須となっている。なお、バーナーの燃料ガスとしては、製鉄所の副生ガス（例えば、ＣＯを主成分とするガス）が用いられることが多い。

ただし、その際に、何らかの原因でバーナーが失火して、そのまま気が付かなかった場合は、折角途中まで加熱した鍋が冷えてしまい、再度加熱し直すことが必要になって、操業スケジュールに支障をきたす可能性がある。

そこで、その対策として、バーナーに、火炎の有無を検知する火炎検知装置（言い換えれば、失火検知装置）を設置することが提案されており、その方式として、火炎の紫外線を検知する光電管を用いる方式（特許文献１）、火炎の導電作用を利用するフレームロッドを用いる方式（特許文献２）、火炎直近の温度を熱電対により直接測定する方式（特許文献３）が開示されている。

特開平８−１７０８２３号公報 特開平２−４０４１５号公報 特開平８−２８５２７５号公報

しかしながら、上記の特許文献１〜３はそれぞれに次のような問題点や難点がある。

まず、特許文献１のように、紫外線を用いた火炎検出方式（失火検知方式）は、紫外線の放射強度や紫外線センサーの視野角に依存する。例えば、紫外線は燃料ガス（例えば、ＣＯガス）の紫外線吸収により紫外線放射強度が低下してしまい、誤検知の原因となり得る。また、紫外線センサーの視野角が十分でないと、燃料ガスの流量変化によって火炎の形成位置が変化することや、火炎の揺らぎによって、火炎が紫外線センサーの視野角から外れてしまって、誤検知の原因となり得る。

また、文献２や特許文献３のように、火炎に直接センサー（フレームロッド、熱電対）が接触する方法では、応答性や寿命に問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄所等において用いるバーナーとして、高精度で、応答性よく、長期間安定して、自らの失火を検知することが可能なバーナーを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］バーナー本体の側面に、バーナー本体の後端側から先端側に向かって順に、バーナー本体に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給口と、バーナー本体に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口とを備えているとともに、バーナー本体の後端に、当該バーナーの失火を検知するための赤外線式失火検知装置を備えていることを特徴とするバーナー。

［２］赤外線式失火検知装置は、波長４．４±０．１μｍにおける赤外線放射強度と、波長３．８±０．１μｍまたは５．２±０．１μｍにおける赤外線放射強度とを比較して、当該バーナーの失火を検知することを特徴とする前記［１］に記載のバーナー。

［３］バーナー本体の側面に、燃料ガス供給口からさらにバーナー本体の先端側の位置に、バーナー本体に固体燃料を供給するための固体燃料供給口を備えていることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のバーナー。

本発明においては、製鉄所等において用いるバーナーとして、高精度で、応答性よく、長期間安定して、自らの失火を検知することが可能なバーナーを提供することができる。

本発明の実施形態１を示す図である。 火炎の赤外線放射強度分布と高温物体の赤外線放射強度分布を比較した図である。 本発明の実施形態２を示す図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、製鉄所の製鋼工程で使用している鍋（溶銑鍋、溶講鍋）の補修を行う際に、鍋の口から下方に向かってバーナーで鍋の内壁を高温に加熱する場合を念頭において述べる。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１におけるバーナー１を示す図である。

図１に示すように、この実施形態１におけるバーナー１は、バーナー本体２の側面に、バーナー本体２の後端側から先端側に向かって順に、バーナー本体２に酸素含有ガス（例えば、燃焼用空気）を供給するための酸素含有ガス供給口３と、バーナー本体２に燃料ガス（例えば、ＣＯガス）を供給するための燃料ガス供給口４とを備えているとともに、バーナー本体２の後端に、バーナー２自身の失火を検知するための開口部６と赤外線式失火検知装置７とを備えている。

これにより、酸素含有ガス供給口３からバーナー本体２に供給された酸素含有ガスと、燃料ガス供給口４からバーナー本体２に供給された燃料ガスとが混合して燃焼し、火炎５が形成される。そして、開口部６を通過してきた赤外線を赤外線式失火検知装置７が感知することで、火炎５の有無を検知するようになっている。

ここで、図２は、火炎の赤外線放射強度分布（分光特性）と、火炎を伴わない高温物体の赤外線放射強度分布（分光特性）とを比較した図である。なお、図２では、ピーク値を１とした相対強度で表している。

まず、火炎を伴わない高温物体（図２では、７００Ｋの物体、１４００Ｋの物体）の赤外線放射強度分布は、下記の（１）式に示すプランクの法則に従い、図２に示すように、比較的なだらかな分布パターンとなる。

これに対して、火炎の赤外線放射強度分布は、（１）式のプランクの法則に従わず、ＣＯ_２共鳴放射現象によって、図２に示すように、波長４．４μｍで急激にピークとなる急峻な分布パターンとなる。

したがって、赤外線式失火検知装置７が感知した赤外線放射強度分布が急峻な分布パターンであれば、火炎５から放射された赤外線を感知しており、火炎５が存在し、失火していないと判断される。

これに対して、赤外線式失火検知装置７が感知した赤外線放射強度分布が比較的なだらかな分布パターンであれば、高温物体（例えば、加熱中の鍋の内壁レンガ）から放射された赤外線を感知しており、火炎５が存在せず、失火していると判断される。

ちなみに、火炎５が存在する場合は、赤外線式失火検知装置７が感知する赤外線放射の強度は、火炎５からの赤外線の方が高温物体（例えば、加熱中の鍋の内壁レンガ）からの赤外線よりも格段に強いので、赤外線式失火検知装置７が感知する赤外線放射強度分布に及ぼす高温物体（例えば、加熱中の鍋の内壁レンガ）からの赤外線の影響は非常に小さくなる。

また、火炎の赤外線放射強度分布では、波長４．４μｍで急激にピーク値となり、そこから少し短くなった波長（例えば、波長３．８μｍ）では非常に小さな値（例えば、相対強度が０．０１程度）になることから、波長４．４μｍにおける赤外線放射強度と、赤外線放射強度が非常に小さな値になる波長（例えば、波長３．８μｍ）における赤外線放射強度とを比較して、バーナーの失火を検知するようにしてもよい。

例えば、波長４．４μｍにおける赤外線放射強度をＷａとし、波長３．８μｍにおける赤外線放射強度をＷｂとして、その比Ｗａ／Ｗｂが所定の値（閾値）以上であれば、火炎が存在しており失火していないと判断し、その比Ｗａ／Ｗｂが所定の値（閾値）未満であれば、火炎が存在せず失火していると判断する。

なお、上記の閾値については、図２に示すように、火炎の場合は、Ｗａ／Ｗｂが１００程度であるのに対して、火炎を伴わない高温物体の場合はＷａ／Ｗｂが０．７〜１．０程度であることから、閾値を１０程度とすることが考えられる。あるいは、予め実験等によって閾値を定めておいてもよい。

ちなみに、図２に示すように、赤外線放射強度がピーク値になる波長（波長４．４μｍ）から少し長くなった波長（例えば、波長５．２μｍ）でも非常に小さな値（例えば、相対強度が０．０１程度）になることから、波長３．８μｍに替えて波長５．２μｍを採用するようにしてもよい。

そして、赤外線式失火検知装置７の検出精度等を考慮して、赤外線放射強度がピーク値になる波長（波長４．４μｍ）と、赤外線放射強度が非常に小さな値になる波長（波長３．８μｍまたは５．２μｍ）については、それぞれに検出波長範囲を設定することが好ましい。具体的には、赤外線放射強度がピーク値（または、赤外線放射強度が非常に大きな値）になる波長を４．４±０．１μｍとし、赤外線放射強度が非常に小さな値になる波長を３．８±０．１μｍまたは５．２±０．１μｍとすることが好ましい。

このようにして、この実施形態１においては、赤外線式失火検知装置７を用いて失火検知を行うことで、特許文献１のような、燃料ガス（例えば、ＣＯガス）の紫外線吸収による誤検知が防止される。また、バーナー本体２の軸線上に赤外線式失火検知装置７が位置していることに加えて、酸素含有ガス供給口３から供給された清浄な酸素含有ガスで粉塵などの付着や汚れが防止されることによって、赤外線式失火検知装置７の視野を充分に確保することができる。しかも、供給された酸素含有ガスで赤外線式失火検知装置７が冷却されることによって、火炎５の熱風による寿命低下を防ぐことができる。また、文献２や特許文献３のように、火炎に直接センサー（フレームロッド、熱電対）が接触するわけではないので、応答性や寿命の問題は生じない。

したがって、この実施形態１におけるバーナー１は、高精度で、応答性よく、長期間安定して、自らの失火を検知することができる。

［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２におけるバーナー１１を示す図である。

図３に示すように、この実施形態２におけるバーナー１１は、基本的な構成は、上記の実施形態１におけるバーナー１と同じであるが、それに加えて、バーナー本体２の側面に、燃料ガス供給口４からさらにバーナー本体２の先端側の位置に、バーナー本体２に固体燃料（例えば、微粉炭）を供給するための固体燃料供給口１２を備えている。

これによって、この実施形態２におけるバーナー１１は、上記の実施形態１におけるバーナー１と同様に、高精度で、応答性よく、長期間安定して、自らの失火を検知することができることに加えて、製鉄所等で生じる燃料化可能な固体（例えば、微粉炭）を有効活用することができる。

なお、上記の実施形態１、２においては、鍋（溶銑鍋、溶講鍋）をバーナーで高温に加熱する場合を念頭において述べたが、もちろん、本発明はそれに限定されるものではない。

また、バーナー本体２の軸線を下方に向けていたが、上方、水平方向、斜め方向のいずれの方向に向けてもよい。

１ バーナー
２ バーナー本体
３ 酸素含有ガス供給口
４ 燃料ガス供給口
５ 火炎
６ 開口部
７ 赤外線式失火検知装置
１１ バーナー
１２ 固体燃料供給口

Claims (3)

1. バーナー本体の側面に、バーナー本体の後端側から先端側に向かって順に、バーナー本体に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給口と、バーナー本体に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口とを備えているとともに、バーナー本体の後端に、当該バーナーの失火を検知するための赤外線式失火検知装置を備え、
   該赤外線式失火検知装置は、バーナー本体の軸線上であって酸素含有ガス供給口よりも後端側に位置しており、
   前記赤外線式失火検知装置には、酸素含有ガス供給口から酸素が供給される
   ことを特徴とするバーナー。
2. 赤外線式失火検知装置は、波長４．４±０．１μｍにおける赤外線放射強度と、波長３．８±０．１μｍまたは５．２±０．１μｍにおける赤外線放射強度とを比較して、当該バーナーの失火を検知することを特徴とする請求項１に記載のバーナー。
3. バーナー本体の側面に、燃料ガス供給口からさらにバーナー本体の先端側の位置に、バーナー本体に固体燃料を供給するための固体燃料供給口を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のバーナー。