WO2018109900A1

WO2018109900A1 - 燃料供給システム

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Publication number: WO2018109900A1
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Inventors: 博竹▲崎▼
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Abstract

燃料供給システムは、高炉１の送風管４に設けられた取付部に取付可能な筒状部材３０、筒状部材３０の内部に回転自在に収容され、その基端部分から内部に燃料が供給される中空形状の回転部材４０、回転部材４０における高炉１側の端縁に取り付けられ、その先端部分から燃料が高炉１内に供給されるパイプ部材２０、および回転部材４０を回転駆動させる駆動部（例えば、中空ステッピングモータ９０）を有する燃料供給装置１０と、燃料供給装置１０とは別に設けられ、回転部材４０およびパイプ部材２０を回転させるよう燃料供給装置１０の駆動部を制御する制御装置１０２とを備えている。

Description

燃料供給システム

　本発明は、高炉の羽口から炉内へ微粉炭等の燃料を吹き込むためのバーナー等の燃料供給装置を備えた燃料供給システムに関する。

　高炉では、コークス使用量を低減するために微粉炭や重油、廃プラスチック等の燃料を羽口から炉内に吹き込んで燃焼させることが行われている。このような微粉炭等の燃料は、羽口に取り付けられた送風管を貫通する状態で設置されたＰＣバーナー（以下、単にバーナーともいう）を通じて熱風とともに高炉内へ吹き込まれるようになっている。

　従来のバーナーは、高温にさらされるため耐熱性の高い材料、例えばＳＵＳ材や特殊金属材料等から形成されていたが、それでもバーナーのランスパイプが熱により曲がってしまう等のトラブルが生じ、そのため羽口を傷つけたり燃焼効率が低下したりする等の問題があった。これに対し、従来ではランスパイプにトラブルが生じるたびに変形したランスパイプを新しいものと交換していたため、ランスパイプの消費量が多くなってしまい、また、バーナーの取り換えには高炉の操業を止めて減風して取り換えなければならないため経済的に大きな負担となっていた。

　このような問題を解決するために、特許第５１０５２９３号に開示されるバーナーでは、変形の生じやすいランスパイプを、バネの押す力を少し弱くすることにより軸周りに回転させることができるようにしている。このようなバーナーでは、熱によりランスパイプの曲がりが生じかけたときは、気密状態を保ったままでランスパイプを適宜回転させて曲がり部分の位置を変化させることができ、このためランスパイプの同じ方向の曲がりが進行することを防止することができ、長時間にわたってランスパイプをほぼ直線状に維持できるため、羽口の損傷や燃焼効率の低下を効果的に防止することができる。

　特許第５１０５２９３号に開示されるバーナーを用いた場合には、現場作業員は高炉の現場で視孔窓を直接覗いてランスパイプの状態を確認し、ランスパイプが曲がっている場合には現場作業員は手作業によりランスパイプを回転させて曲がり部分の位置を変化させていた。しかしながら、このような高炉の現場での作業は現場作業員にとって面倒であり、現場作業員の作業負荷が増大してしまうという問題があった。より詳細に説明すると、特許第５１０５２９３号に開示されるバーナーでは、ランスパイプを回転させるにあたり、フランジ部材とスリーブのねじを緩める必要がある。そして、フランジ部材とスリーブのねじを緩めると、アダプターが軸周りに回転可能となるので、当該アダプターを所定角度だけ回転させる。これによりランスパイプも回転するので所望の量だけ回転させた後、再度フランジ部材のねじを締め付ける。すなわち、スリーブを回転させて当該スリーブのねじをフランジ部材に締め付ける。このように、現場作業員が高炉の現場で手作業によりランスパイプを回転させて曲がり部分の位置を変化させる場合には、当該作業は現場作業員にとって面倒であるという問題があった。

　本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、燃料供給装置とは別に設けられた制御装置によって、パイプ部材を駆動部により回転させるよう当該駆動部を制御することができるため、現場作業員は高炉の現場で手作業によりパイプ部材を回転させる必要がなくなり、よって現場作業員の負荷を軽減することができる燃料供給システムを提供することを目的とする。

　本発明の燃料供給システムは、高炉の送風管に設けられた取付部に取付可能な筒状部材、前記筒状部材の内部に回転自在に収容され、その基端部分から内部に燃料が供給される中空形状の回転部材、前記回転部材における前記高炉側の端縁に取り付けられ、その先端部分から燃料が前記高炉内に供給されるパイプ部材、および前記回転部材を回転駆動させる駆動部を有する燃料供給装置と、前記燃料供給装置とは別に設けられ、前記回転部材および前記パイプ部材を回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

　本発明の燃料供給システムは、前記高炉の前記送風管の内部における前記燃料供給装置の前記パイプ部材を撮像する撮像装置を更に備えていてもよい。

　この場合、前記制御装置は、前記燃料供給装置の前記駆動部を制御する制御部と、前記撮像装置により撮像された前記パイプ部材の画像を表示する表示部と、作業者により操作される操作部とを有しており、前記パイプ部材を回転させる旨の指令が前記操作部により入力されたときに、前記制御部は前記回転部材および前記パイプ部材を回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御するようになっていてもよい。

　あるいは、前記制御装置は、前記撮像装置により撮像された前記パイプ部材の画像に基づいて前記パイプ部材が所定の状態であるか否かを判断するようになっており、当該制御装置は、前記パイプ部材が所定の状態ではないと判断したときに前記回転部材および前記パイプ部材を回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御するようになっていてもよい。

　あるいは、前記制御装置は、所定期間が経過する度に前記回転部材および前記パイプ部材を所定角度だけ回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御するようになっていてもよい。

　本発明の燃料供給システムにおいては、前記駆動部は中空ステッピングモータを含み、前記燃料供給装置の前記回転部材に設けられた作動部材が前記中空ステッピングモータの中空部分に装入されることによって前記回転部材が前記中空ステッピングモータにより回転させられるようになっていてもよい。

本発明の実施の形態による高炉および中央操作室の構成を概略的に示す概略構成図である。図１に示す高炉に微粉炭等の燃料を供給する燃料供給システムの構成を示す構成図である。図２に示す燃料供給システムにおける燃料供給装置の構成の一例を示す側面図である。図３に示す燃料供給装置の内部構成を拡大して示す縦断面図である。図３に示す燃料供給装置の各構成部材の分解図である。図３に示す燃料供給装置の筒状部材に蓋部材が取り付けられる前の状態を示す斜視図である。図３に示す燃料供給装置の筒状部材に蓋部材が取り付けられたときの状態を示す斜視図である。図３に示す燃料供給装置のパイプ部材の先端が高炉の羽口内で曲がってしまったときの状態を示す縦断面図である。図３に示す燃料供給装置の中空ステッピングモータの構成を示す斜視図である。図２に示す燃料供給システムにおける燃料供給装置の構成の他の例を示す縦断面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図９は、本実施の形態に係る燃料供給システムや当該燃料供給システムにより微粉炭等の燃料が供給される高炉を示す図である。このうち、図１は、本実施の形態による高炉および中央操作室の構成を概略的に示す概略構成図であり、図２は、図１に示す高炉に微粉炭等の燃料を供給する燃料供給システムの構成を示す構成図である。また、図３は、図２に示す燃料供給システムにおける燃料供給装置の構成の一例を示す側面図である。また、図４は、図３に示す燃料供給装置の内部構成を拡大して示す縦断面図であり、図５は、図３に示す燃料供給装置の各構成部材の分解図である。また、図６は、図３に示す燃料供給装置の筒状部材に蓋部材が取り付けられる前の状態を示す斜視図であり、図７は、図３に示す燃料供給装置の筒状部材に蓋部材が取り付けられたときの状態を示す斜視図である。また、図８は、図３に示す燃料供給装置のパイプ部材の先端が高炉の羽口内で曲がってしまったときの状態を示す縦断面図である。また、図９は、図３に示す燃料供給装置の中空ステッピングモータの構成を示す斜視図である。

　まず、本実施の形態による燃料供給システムにより微粉炭等の燃料が供給される高炉１の構成について図１を用いて説明する。高炉１は、外部を鋼板製の鉄皮で覆い、内部を耐火物で内張りした竪型円筒状の構造物である。このような高炉１の炉床の側壁部には、熱風炉３および熱風管等の送風管４を経由してきた熱風を炉内に吹き込む水冷銅製の羽口２が２０本～５０本ほど放射状に取り付けられている。なお、溶銑や溶滓を取り出す出銑口や出滓口は、羽口２の下部に別に設けられている。このような羽口２から後述する燃料供給装置１０（ＰＣバーナー）によって微粉炭等の燃料が炉内に吹き込まれるようになっている。具体的には、図２に示すように、高炉１の羽口２に設けられた送風管４の内部に燃料供給装置１０のパイプ部材２０（後述）が差し込まれ、当該パイプ部材２０の先端部分が羽口２から炉内に臨むように配置されるようになる。

　より詳細には、図２に示すように、送風管４には、燃料供給装置１０の各突起部３２（後述）が取り付けられるフランジ等の取付部５が設けられており、当該取付部５に燃料供給装置１０の各突起部３２が取り付けられると、燃料供給装置１０のパイプ部材２０（後述）が送風管４の内部に差し込まれるようになっている。また、送風管４には透明なガラス等から構成される視孔窓６が設けられており、当該視孔窓６により送風管４の内部を視認することができるようになっている。また、この視孔窓６の外側には、送風管４の内部を撮像するＣＣＤカメラ等の撮像装置８が設けられている。このような撮像装置８は、送風管４の内部に差し込まれた燃料供給装置１０のパイプ部材２０も撮像するようになっている。また、撮像装置８により撮像された画像や映像は後述する制御装置１０２の制御部１０８に送られるようになっている。

　また、図１および図２に示すように、高炉１の現場とは別に設けられた中央操作室１００には、燃料供給装置１０の制御を行う制御装置１０２が設けられている。制御装置１０２は、キーボード等の操作部１０４と、大型パネル等の表示部１０６と、ＣＰＵ等の制御部１０８とを有しており、撮像装置８により撮像された画像や映像が制御装置１０２の表示部１０６に表示されるようになっている。ここで、本実施の形態では、高炉１の炉床の側壁部に２０本～５０本ほどの羽口２が放射状に取り付けられており、各羽口２に設けられた送風管４の各々に撮像装置８が設置されている。そして、制御装置１０２の表示部１０６には、各々の撮像装置８により撮像された複数の画像や映像が同時にまたは切換方式で表示されるようになっている。また、現場作業員は操作部１０４により制御部１０８に様々な指令を入力することができるようになっている。

　次に、本実施の形態による燃料供給システムにおける燃料供給装置１０（ＰＣバーナー）の構成について図３乃至図９を用いて説明する。本実施の形態による燃料供給装置１０は、高炉１の送風管４に設けられたフランジ等の取付部５に取付可能な筒状部材３０（スリーブ）と、筒状部材３０の内部に回転自在に収容され、その基端部分から内部に燃料が供給される中空形状の回転部材４０（アダプター）と、回転部材４０における高炉１側の端縁に着脱自在に取り付けられ、その先端部分から燃料が高炉１内に供給されるパイプ部材２０（ランスパイプ）と、筒状部材３０に着脱自在に取付可能となっており、回転部材４０を筒状部材３０の内部に収容する蓋部材６０とを備えている。また、筒状部材３０の内部には、回転部材４０の第２シール面４４（後述）を筒状部材３０の第１シール面３４（後述）に向かって付勢する付勢部材としてスプリング５０が設けられている。また、回転部材４０を回転させるための作動部材７０が当該回転部材４０に例えば溶接により取り付けられている。このような燃料供給装置１０の各構成部材について以下に詳しく説明する。

　パイプ部材２０（ランスパイプ）はステンレス鋼等の耐熱材から形成される細長いパイプである。このようなパイプ部材２０の基端部分（すなわち、回転部材４０に取り付けられる部分）の外周面にはネジ山等の雄ネジ部分２２（第２係合部）が形成されている（図４参照）。また、後述する中空形状の回転部材４０における先端部分（すなわち、高炉１に近い側の部分）の内周面には、パイプ部材２０のネジ山等の雄ネジ部分２２が螺合されるネジ穴等の雌ネジ部分４２（第２被係合部）が形成されている。このことにより、回転部材４０における高炉１側の端縁にパイプ部材２０が着脱自在に取り付けられるようになり、パイプ部材２０が回転部材４０に取り付けられたときにはこのパイプ部材２０の内部空間と回転部材４０の内部空間とが連通するようになる。

　筒状部材３０（スリーブ）の外周面には、高炉１の送風管４に設けられたフランジ等の取付部５に取り付けられるようにするための複数（例えば、３つ）の突起部３２が、当該筒状部材３０の外周面における高炉１側の端縁の近傍から放射状に延びるよう取り付けられている。このような複数の突起部３２が筒状部材３０に設けられていることにより、各突起部３２を取付部５の穴に差し込んで回転させることにより筒状部材３０を高炉１の送風管４に固定することができるようになる。なお、筒状部材３０を高炉１の送風管４に固定する際に、各突起部３２を取付部５の穴に差し込んで回転させる代わりに、コッター等のクサビにより筒状部材３０を高炉１の送風管４に固定してもよい。また、筒状部材３０の外周面には複数（例えば、４つ）の羽根３８が放射状に延びるよう取り付けられている。また、筒状部材３０の内部には全周にわたって第１シール面３４が設けられている。この第１シール面３４は筒状部材３０の長手方向（すなわち、図４や図５における左右方向）に対して傾斜した傾斜面となっている。また、筒状部材３０の外周面における基端部分（すなわち、高炉１から遠い側の部分）の近傍には、当該筒状部材３０に取り付けられる蓋部材６０を棒状のロックピン６６により係合状態でロックするための２つのロック穴３９が形成されている（図６および図７参照）。

　図４や図５に示すように、中空形状の回転部材４０（アダプター）の外周面における長手方向の中間位置には、筒状部材３０の内部に収容されたときに第１シール面３４に接触することにより当該第１シール面３４との間でシールする第２シール面４４が設けられている。この第２シール面４４は回転部材４０の長手方向（すなわち、図４や図５における左右方向）に対して傾斜した傾斜面となっている。筒状部材３０の内部に回転部材４０が収容されたときに、第１シール面３４および第２シール面４４が密着することにより、ガスや粉塵が筒状部材３０と回転部材４０との間から漏れてしまい筒状部材３０の外部に流出してしまうことを防止することができるようになっている。また、回転部材４０の基端部分（すなわち、高炉１から遠い側の端部）には、後述する作動部材７０が例えば溶接により取り付けられるようになっており、この作動部材７０により回転部材４０を筒状部材３０の内部で回転させることができるようになっている。

　蓋部材６０は、筒状部材３０の基端部分（すなわち、高炉１から遠い側の端部）に着脱自在に取付可能となっており、当該筒状部材３０に蓋部材６０が取り付けられたときに回転部材４０が筒状部材３０の内部に収容されるようになっている。より詳細には、図５や図６に示すように、蓋部材６０の先端部分（すなわち、高炉１に近い側の部分）の外周面にはネジ山等の雄ネジ部分６２（第１係合部）が形成されている。また、筒状部材３０の基端部分の内周面には、蓋部材６０のネジ山等の雄ネジ部分６２が螺合されるネジ穴等の雌ネジ部分３６（第１被係合部）が形成されている。このことにより、筒状部材３０の基端部分に蓋部材６０を着脱自在に取り付けることができるようになる。また、図７に示すように、蓋部材６０が筒状部材３０に取り付けられている状態で２つのロック穴３９に棒状のロックピン６６を差し込むことにより筒状部材３０に取り付けられる蓋部材６０を係合状態でロックすることができるようになっている（図７参照）。本実施の形態では、これらのロック穴３９およびロックピン６６により、筒状部材３０と蓋部材６０とを係合状態でロックするロック部が構成されている。

　図４に示すように、スプリング５０は、筒状部材３０の内部において回転部材４０の周囲に収容されるようになっており、このスプリング５０の一端は蓋部材６０に接触するようになっている。ここで、回転部材４０およびスプリング５０が筒状部材３０の内部に収容され、蓋部材６０が筒状部材３０の基端部分に取り付けられると、当該スプリング５０は圧縮状態となり、このスプリング５０の圧縮状態からの復元力によって回転部材４０は図４における左方向に押圧されるようになっている。このことにより、回転部材４０の第２シール面４４は筒状部材３０の第１シール面３４に向かって押圧されるようになり、これらの第１シール面３４および第２シール面４４はより強固に密着するようになる。このように、スプリング５０は、回転部材４０の第２シール面４４を筒状部材３０の第１シール面３４に向かって付勢する付勢部材として機能するようになり、このような付勢部材としてのスプリング５０により第１シール面３４および第２シール面４４がより強固に密着するようになるためこの第１シール面３４と第２シール面４４との間からガスや粉塵が漏れることをより一層確実に防止することができるようになる。

　作動部材７０は中空形状のものからなり、この作動部材７０は回転部材４０の基端部分（すなわち、高炉１から遠い側の部分）に例えば溶接により取り付けられるようになっている。また、作動部材７０の内部空間と回転部材４０の内部空間は連通している。また、作動部材７０には図９に示すような中空ステッピングモータ９０が取り付けられており、当該中空ステッピングモータ９０により作動部材７０が回転させられるようになっている。より詳細には、作動部材７０は、断面が円形形状となっている被作動部分７２を有しており、この被作動部分７２が中空ステッピングモータ９０の中空部分９２に挿入されるようになっている。このことにより、中空ステッピングモータ９０は作動部材７０の被作動部分７２を回転させるようになる。また、中空ステッピングモータ９０は制御装置１０２の制御部１０８に信号線等により接続されており、制御部１０８から中空ステッピングモータ９０に制御信号が送られると当該中空ステッピングモータ９０は作動部材７０の被作動部分７２を回転させるようになっている。また、作動部材７０には燃料供給用のホース８０が接続されるようになっており、このホース８０から作動部材７０の内部空間に微粉炭等の燃料が供給されるようになっている。なお、作動部材７０にホース８０を直接接続する代わりに、作動部材７０に中空管を取り付けた後にこの中空管にホース８０を取り付けてもよく、あるいは作動部材７０にバルブを取り付けた後にこのバルブにホース８０を取り付けてもよい。また、作動部材７０にフレキシブルホースを直接接続し、このフレキシブルホースから燃料を作動部材７０の内部空間に供給してもよい。

　回転部材４０に取り付けられた作動部材７０を回転駆動させる駆動部として中空ステッピングモータ９０を用いた場合には、パイプ部材２０や回転部材４０の正確な位置決め制御を行うことができるようになる。また、中空ステッピングモータ９０は、パイプ部材２０、回転部材４０および作動部材７０を左右のどちらの方向にも回転させることができるようになる。また、このような中空ステッピングモータ９０は作動部材７０の被作動部分７２の周囲に設けられるようになるため、省スペースで燃料供給装置１０を設計することができるようになる。

　次に、このような燃料供給装置１０の組立方法について図５乃至図７を用いて説明する。なお、図６および図７では図面を見やすくするためのパイプ部材２０やホース８０の図示を省略している。

　燃料供給装置１０を組み立てるにあたり、まず、回転部材４０およびスプリング５０を筒状部材３０の内部に収容する。この際に、スプリング５０が回転部材４０の周囲に収容されるようにする。図６は、回転部材４０およびスプリング５０が筒状部材３０の内部に収容されているときの状態を示す図である。その後、蓋部材６０を筒状部材３０の基端部分に取り付けて、回転部材４０およびスプリング５０が筒状部材３０の基端部分から外部に出ないようにする。具体的には、筒状部材３０のネジ穴等の雌ネジ部分３６に蓋部材６０のネジ山等の雄ネジ部分６２を螺合させる。その後、燃料供給用のホース８０が取り付けられている作動部材７０を回転部材４０の基端部分に例えば溶接により取り付ける。なお、図７は、蓋部材６０が筒状部材３０の基端部分に取り付けられたときの状態を示す図である。最後に、パイプ部材２０の基端部分を回転部材４０の先端部分に取り付ける。具体的には、回転部材４０のネジ穴等の雌ネジ部分４２にパイプ部材２０のネジ山等の雄ネジ部分２２を螺合させる。このようにして、図３や図４に示すような燃料供給装置１０が組み立てられるようになる。

　本実施の形態では、このような燃料供給装置１０、撮像装置８および制御装置１０２により、高炉１の羽口２から炉内へ微粉炭等の燃料を吹き込む燃料供給システムが構成されている。

　次に、燃料供給装置１０の使用方法について説明する。燃料供給装置１０を用いて微粉炭等の燃料を高炉１の炉内に供給するにあたり、まず高炉１の送風管４に設けられたフランジ等の取付部５に筒状部材３０の各突起部３２を取り付ける。この際に、高炉１の羽口２に設けられた送風管４の内部に燃料供給装置１０のパイプ部材２０が差し込まれるようにする。このことにより、パイプ部材２０の先端部分が羽口２から炉内に臨むように配置されるようになる。そして、燃料供給用のホース８０により作動部材７０の内部空間に微粉炭等の燃料を供給する。このことにより、作動部材７０の内部空間、回転部材４０の内部空間およびパイプ部材２０の内部空間をこの順に通って燃料がパイプ部材２０の先端部分から高炉１の炉内に吹き込まれるようになる。

　ここで、燃料供給装置１０のパイプ部材２０を長期間使用した場合には、図８に示すように熱によりパイプ部材２０が曲がってしまい、羽口２等に接触してしまうおそれがある。これに対し、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ等の撮像装置８により撮像されたパイプ部材２０の画像や映像が中央操作室１００に設置された制御装置１０２の表示部１０６に表示されることにより、現場作業員はパイプ部材２０に曲がりが生じかけていることを認識することができるようになる。この場合には、現場作業員は制御装置１０２の操作部１０４により中空ステッピングモータ９０を駆動させる旨の指令を入力することにより、中空ステッピングモータ９０により作動部材７０が回転駆動されるようになる。このことにより、パイプ部材２０および回転部材４０を一体的に回転させることができるようになり、よってパイプ部材２０の先端部分における高熱にさらされる部分の位置を変えることができるようになる。このように、現場作業員は制御装置１０２の操作部１０４によりパイプ部材２０を適宜回転させることにより、パイプ部材２０の周方向における全域が均等に加熱されることになり、一方向への曲がり等の高温雰囲気における自重によるパイプ部材２０の変形を抑制することができるようになる。

　次に、燃料供給装置１０のメンテナンス方法について述べる。本実施の形態による燃料供給装置１０では、パイプ部材２０のとりわけ先端部分が高炉１内で熱にさらさせることにより損傷しやすいため時々交換するようになっている。このようなパイプ部材２０を交換するにあたり、当該パイプ部材２０は回転部材４０に対して着脱自在となっているため、蓋部材６０を筒状部材３０から取り外すことなく回転部材４０を筒状部材３０の内部に収容させた状態でパイプ部材２０のみを取り外すことができるようになる。このことにより、筒状部材３０の第１シール面３４および回転部材４０の第２シール面４４が互いに密着した状態でパイプ部材２０を交換することができるため、第１シール面３４や第２シール面４４にゴミが付着したりこれらの第１シール面３４や第２シール面４４に傷が生じてしまったりすることを防止することができるようになる。

　一方、本実施の形態による燃料供給装置１０では、回転部材４０は摩耗により概ね一年に一度交換するようになっている。このような回転部材４０を交換するにあたり、蓋部材６０は筒状部材３０に対して着脱自在となっているため、蓋部材６０を筒状部材３０から取り外すだけで回転部材４０を交換することができるようになり、現場作業員にとっての筒状部材３０の交換作業の負荷を低減することができるようになる。

　以上のような構成からなる本実施の形態の燃料供給システムによれば、燃料供給装置１０において先端部分から燃料が高炉１内に供給されるパイプ部材２０が中空形状の回転部材４０における高炉１側の端縁に取り付けられており、この回転部材４０が筒状部材３０の内部に回転自在に収容されている。また、回転部材４０は中空ステッピングモータ９０により回転駆動されるようになっている。また、燃料供給装置１０とは別に設けられた制御装置１０２により、回転部材４０およびパイプ部材２０を回転させるよう中空ステッピングモータ９０が制御されるようになっている。このような燃料供給システムによれば、パイプ部材２０が熱により曲がりが生じかけたときには気密状態を保ったままで当該パイプ部材２０を中空ステッピングモータ９０によって回転させて曲がり部の位置を変化させることによりパイプ部材２０を長時間にわたってほぼ直線状に維持することができるため、高炉１の羽口２の損傷や燃焼効率の低下を効果的に防止することができる。また、燃料供給装置１０とは別に設けられた制御装置１０２によって、パイプ部材２０を中空ステッピングモータ９０により回転させるよう当該中空ステッピングモータ９０を制御することができるため、現場作業員は高炉の現場で手作業によりパイプ部材２０を回転させる必要がなくなり、よって現場作業員の負荷を軽減することができる。とりわけ、制御装置１０２が中央操作室１００に設置される場合には、燃料供給装置１０におけるパイプ部材２０の回転動作を現場作業員は中央操作室１００で遠隔操作することができるようになる。

　また、本実施の形態の燃料供給システムにおいては、上述したように、高炉１の送風管４の内部における燃料供給装置１０のパイプ部材２０を撮像する撮像装置８が設けられている。この場合には、高炉１の送風管４の内部における燃料供給装置１０のパイプ部材２０の状態を監視することができるようになる。

　また、本実施の形態の燃料供給システムにおいては、上述したように、制御装置１０２は、燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を制御する制御部１０８と、撮像装置８により撮像されたパイプ部材２０の画像を表示する表示部１０６と、現場作業員等の作業者により操作される操作部１０４とを有しており、パイプ部材２０を回転させる旨の指令が操作部１０４により入力されたときに、制御部１０８は回転部材４０およびパイプ部材２０を回転させるよう燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を制御するようになっている。この場合には、現場作業員は、制御装置１０２の表示部１０６に表示される、撮像装置８により撮像されたパイプ部材２０の画像を見ることによって当該パイプ部材２０の状態を把握することができるようになり、パイプ部材２０が曲がってしまったことを現場作業員が認識すると、当該現場作業員は制御装置１０２の操作部１０４により中空ステッピングモータ９０を駆動させる旨の指令を入力するようになる。このようにして、中空ステッピングモータ９０により作動部材７０が回転駆動されると、パイプ部材２０および回転部材４０を一体的に回転させることができるようになり、よってパイプ部材２０の先端部分の高熱によりさらされる部分の位置を変えることができるようになる。なお、本実施の形態では、表示部１０６に表示される「画像」とは、パイプ部材２０の静止画のみならずパイプ部材２０の映像（動画）も含む概念とする。

　また、本実施の形態の燃料供給システムにおける燃料供給装置１０によれば、その基端部分から内部に燃料が供給される中空形状の回転部材４０が筒状部材３０の内部に回転自在に収容されるとともに、その先端部分から燃料が高炉１内に供給されるパイプ部材２０が回転部材４０における高炉１側の端縁に着脱自在に取り付けられており、しかも、回転部材４０を筒状部材３０の内部に収容する蓋部材６０が筒状部材３０に着脱自在に取付可能となっている。この場合には、高炉１の送風管４に設けられたフランジ等の取付部５に取り付けられた筒状部材３０と回転部材４０との間に設けられるシール面（具体的には、第１シール面３４および第２シール面４４）を露出させることなくパイプ部材２０のみを交換することができるため現場作業員にとっての負荷を低減することができる。すなわち、蓋部材６０は、第１シール面３４や第２シール面４４を保護するカバーとして機能するようになる。

　なお、本実施の形態による燃料供給システムは、上述したような態様に限定されることはなく、様々な変更を加えることができる。

　例えば、燃料供給装置１０の作動部材７０を回転駆動させる駆動部は中空ステッピングモータ９０に限定されることはない。作動部材７０を回転駆動させることができるのであれば、駆動部として中空ステッピングモータ９０以外のものを用いてもよい。例えば、作動部材７０の被作動部分７２を歯車状に加工し、駆動部としてラックアンドピニオン方式で当該被作動部分７２を回転駆動させるようなものが用いられてもよい。

　また、撮像装置８はＣＣＤカメラに限定されることはない。送風管４の内部に差し込まれた燃料供給装置１０のパイプ部材２０を撮像することができるものであれば、撮像装置８としてＣＣＤカメラ以外のものが用いられてもよい。

　また、制御装置１０２は、キーボード等の操作部１０４および大型パネル等の表示部１０６を有するものに限定されることはない。他の例として、制御装置１０２にタッチパネルが設けられており、当該タッチパネルが操作部１０４および表示部１０６の両方の機能を兼ねるようになっていてもよい。また、制御装置１０２は中央操作室１００に設置されることに限定されることはない。このような制御装置１０２が高炉１の現場における送風管４の近傍に設置されていてもよい。また、制御装置１０２として、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯情報端末が用いられてもよい。

　また、上記の説明では、回転部材４０およびパイプ部材２０を回転させる旨の指令が操作部１０４により入力されたときに、制御部１０８は回転部材４０およびパイプ部材２０を回転させるよう燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を制御するような例について述べたが、燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を制御する方法はこのような方法に限定されることはない。他の例として、現場作業員等の操作者が操作部１０４により指令を入力しなくても、撮像装置８により撮像された燃料供給装置１０のパイプ部材２０の画像に基づいて当該パイプ部材２０が所定の状態（具体的には、直線状に延びる状態）であるか否かが制御部１０８により判断され、燃料供給装置１０のパイプ部材２０が所定の状態ではないと制御部１０８により判断された場合に当該制御部１０８が自動で燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を駆動するようになっていてもよい。具体的には、撮像装置８により撮像された燃料供給装置１０のパイプ部材２０の画像に基づいて、当該パイプ部材２０に曲がりが生じかけていると制御部１０８により判断された場合に当該制御部１０８が自動で燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を駆動するようになっていてもよい。より詳細に説明すると、制御装置１０２には、送風管４の内部に差し込まれた燃料供給装置１０のパイプ部材２０が所定の状態であるときの（すなわち、直線状に延びる状態であるときの）当該パイプ部材２０の画像を記憶する記憶部（図示せず）が設けられている。そして、制御部１０８は、撮像装置８により撮像された燃料供給装置１０のパイプ部材２０の画像と、記憶部に記憶されているパイプ部材２０の画像とを比較し、両者の画像が大きく乖離したときに燃料供給装置１０のパイプ部材２０が所定の状態ではない（すなわち、曲がりが生じかけている）と判断するようになる。また、この場合には、制御装置１０２に操作部１０４や表示部１０６を設ける必要がなくなる。

　また、燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を制御する更に別の方法として、現場作業員等の操作者が操作部１０４により指令を入力しなくても、所定期間が経過する度に回転部材４０およびパイプ部材２０を所定角度だけ回転させるよう制御装置１０２が燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を制御するようになっていてもよい。具体的には、制御装置１０２は、例えば２４時間毎に回転部材４０およびパイプ部材２０を例えば３０°だけ回転させるよう燃料供給装置１０の中空ステッピングモータ９０を制御するようになっている。この場合には、現場作業員等の操作者が管理しなくても、パイプ部材２０を中空ステッピングモータ９０によって所定期間が経過する度に所定角度ずつ回転させて曲がり部の位置を変化させることによりパイプ部材２０を長時間にわたってほぼ直線状に維持することができる。また、この場合には、制御装置１０２に操作部１０４や表示部１０６を設ける必要がなくなるとともに、撮像装置８の設置を省略することもできるようになる。

　また、本実施の形態による燃料供給システムに用いられる燃料供給装置は図３乃至図７に示すような構成のものに限定されることはない。本実施の形態による燃料供給システムに用いられる燃料供給装置の他の例について図１０を用いて説明する。図１０は、図２に示す燃料供給システムにおける燃料供給装置の構成の他の例を示す縦断面図である。

　図１０に示す燃料供給装置２０１（ＰＣバーナー）は、中心部に直線状の細い管からなるパイプ部材２０２（ランスパイプ）と、このパイプ部材２０２の外側に設けられたランスパイプガイド（図示せず）と、ランスパイプガイドの前後中間部から後部よりに設けられた外筒（図示せず）とを有しており、燃料供給装置２０１の後端部には接続部２０５が設けられている。

　パイプ部材２０２はステンレス鋼等の耐熱材で作られた細長いパイプであり、中間部にはランスパイプガイドの中心部に位置するように支持する放射状の突起部２０７が設けられている。ここで、送風管４に設けられたフランジ等の取付部５に燃料供給装置２０１の各突起部２０７が取り付けられると、燃料供給装置２０１のパイプ部材２０２が送風管４の内部に差し込まれ、パイプ部材２０２の先端部は羽口２から高炉１内に臨むようになる。

　図１０に示すように、パイプ部材２０２の後端部は接続部２０５に接続されている。接続部２０５は、スリーブ２１０、フランジ部材２１２およびアダプター２１４を有している。スリーブ２１０の内面にはフランジ部材２１２を螺着するための雌ねじ２１０ａが形成されている。

　フランジ部材２１２は、芯部にパイプ部材２０２の径よりも大径の通孔が形成され、前端部にはフランジ２１６が設けられている。このフランジ２１６の後部にはねじ筒２１７が一体に設けられている。ねじ筒２１７の雄ねじ２１７ａは、スリーブ２１０の雌ねじ２１０ａに螺合する。

　アダプター２１４は従来のレデユーサに該当するもので、芯部に通孔２１８が形成され、前端部にはパイプ部材２０２が嵌着される拡径部２１４ａが設けられている。通孔２１８の前後中間部から後部は、後側がしだいに大径となるテ―パ孔となっている。アダプター２１４の後端部には、原料である微粉炭を供給するためのホース２３０が接続される大径の口部２１４ｂが形成されている。

　アダプター２１４の外周部前端部にはフランジ２１４ｃが設けられている。このフランジ２１４ｃとスリーブ２１０の後端部との間にはアダプター２１４を前向き（図１０の左向き）に押圧するスプリング２２２が外嵌されている。図１０に示す例では、アダプター２１４はスリーブ２１０内で前後動可能である。なお、図１０に示すように、アダプター２１４の外周部にはスラストベアリング２２０が嵌装されている。このスラストベアリング２２０は、アダプター２１４とスリーブ２１０との付きまわりを防止するためのものである。

　アダプター２１４の前端外周部には全周にわたって面取り状の傾斜面２２５が形成されるとともに、フランジ部材２１２のねじ筒２１７の後端内周部には全周にわたって擂り鉢状の傾斜面２２６が形成されている。これらの傾斜面２２５、２２６は互いに密着するシール面であり、両者が密着することによって気体の流通を防止するシール材（メタルパッキン）として機能するようになっている。なお、アダプター２１４側に擂り鉢状の傾斜面を形成し、フランジ部材２１２側に面取り状の傾斜面を形成することにより、上記とオスメス逆のシール材（メタルパッキン）を形成しておいてもよい。また、アダプター２１４の後部には微粉炭供給用のホース２３０が接続される。

　図１０に示すような組立て状態では、フランジ部材２１２のフランジ２１６の背面がスリーブ２１０の前端面に当接し、フランジ部材２１２の後端部はアダプター２１４の前端部に当接した状態となる。この状態では、フランジ部材２１２の傾斜面２２６とアダプター２１４の傾斜面２２５とが全周にわたって密着し、ガスや粉塵の流通を防止する。

　また、この組立て状態では、スプリング２２２の押圧力により、アダプター２１４とフランジ部材２１２との密着状態が維持される。なお、図１０のようにスラストベアリング２２０が介装されている場合は、スプリング２２２の押圧力は当該スラストベアリング２２０を介してアダプター２１４に作用することになる。

　高炉１の運転中はパイプ部材２０２の内部を通して微粉炭や重油、廃プラスチック等の燃料が供給され、送風管４の内部の気流とともに炉内へ噴出される。

　また、アダプター２１４には図９に示すような中空ステッピングモータ９０と同様の構成の中空ステッピングモータ２９０が取り付けられており、当該中空ステッピングモータ２９０によりアダプター２１４が回転させられるようになっている。より詳細には、アダプター２１４は、断面が円形形状となっている被作動部分２１４ｄを有しており、この被作動部分２１４ｄが、中空ステッピングモータ２９０の中空部分に挿入されるようになっている。このことにより、中空ステッピングモータ２９０はアダプター２１４の被作動部分２１４ｄを回転させるようになる。また、中空ステッピングモータ２９０は制御装置１０２の制御部１０８に信号線等により接続されており、制御部１０８から中空ステッピングモータ２９０に制御信号が送られると当該中空ステッピングモータ２９０はアダプター２１４の被作動部分２１４ｄを回転させるようになっている。

　このような燃料供給装置２０１を用いた場合にも、図３乃至図７に示す燃料供給装置１０を用いた場合と同様に、燃料供給装置２０１とは別に設けられた制御装置１０２により、アダプター２１４およびパイプ部材２０２を回転させるよう中空ステッピングモータ２９０が制御されるようになっている。このような燃料供給システムによれば、燃料供給装置２０１とは別に設けられた制御装置１０２によって、パイプ部材２０２を中空ステッピングモータ２９０により回転させるよう当該中空ステッピングモータ２９０を制御することができるため、現場作業員は高炉の現場で手作業によりパイプ部材２０２を回転させる必要がなくなり、よって現場作業員の負荷を軽減することができる。

Claims

　高炉の送風管に設けられた取付部に取付可能な筒状部材、前記筒状部材の内部に回転自在に収容され、その基端部分から内部に燃料が供給される中空形状の回転部材、前記回転部材における前記高炉側の端縁に取り付けられ、その先端部分から燃料が前記高炉内に供給されるパイプ部材、および前記回転部材を回転駆動させる駆動部を有する燃料供給装置と、
　前記燃料供給装置とは別に設けられ、前記回転部材および前記パイプ部材を回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御する制御装置と、
　を備えた、燃料供給システム。
　前記高炉の前記送風管の内部における前記燃料供給装置の前記パイプ部材を撮像する撮像装置を更に備えた、請求項１記載の燃料供給システム。
　前記制御装置は、前記燃料供給装置の前記駆動部を制御する制御部と、前記撮像装置により撮像された前記パイプ部材の画像を表示する表示部と、作業者により操作される操作部とを有しており、前記パイプ部材を回転させる旨の指令が前記操作部により入力されたときに、前記制御部は前記回転部材および前記パイプ部材を回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御するようになっている、請求項２記載の燃料供給システム。
　前記制御装置は、前記撮像装置により撮像された前記パイプ部材の画像に基づいて前記パイプ部材が所定の状態であるか否かを判断するようになっており、当該制御装置は、前記パイプ部材が所定の状態ではないと判断したときに前記回転部材および前記パイプ部材を回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御する、請求項２記載の燃料供給システム。
　前記制御装置は、所定期間が経過する度に前記回転部材および前記パイプ部材を所定角度だけ回転させるよう前記燃料供給装置の前記駆動部を制御する、請求項１記載の燃料供給システム。
　前記駆動部は中空ステッピングモータを含み、前記燃料供給装置の前記回転部材に設けられた作動部材が前記中空ステッピングモータの中空部分に装入されることによって前記回転部材が前記中空ステッピングモータにより回転させられるようになっている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料供給システム。