厚板工場熱設備の
省エネ機能向上対策

１． テーマの概要

　当所厚板工場では、主に圧力容器用鋼板や造船用鋼板などを製造しているが、その製造工程の中で熱設備を9基保有している。
　ここ数年、熱設備の老朽化が目立ち始め、品質の厳格化と合わせ燃料多量消費の傾向となり原単位が悪化していた。また、平成8年は増産が予測され、炉の処理能力の問題も含めた熱設備の機能向上が最大の課題となっていた。そこで、増産体制を機に各熱設備の問題を究明し、もてる潜在能力をフル発揮させ、最新鋭に負けない熱設備への変身を図るため、診断技術を駆使した改善活動に取り組むことにした。

　

エネルギー年間使用量（８年度実績）
　　 　　　燃料（原油換算）　　　３．５５×１０　9ＫＬ
　　 　　　電力　　　　　　　　　　 ２．５０×１０　9ＫＷＨ

２．改善の施策と事例

２−１連続熱処理炉ラジアントチューブ破れ検知

（１） 検知の必要性
　　ＲＴの破れは、酸化と熱負荷変形で起こるが、破れが発生すると熱焼排ガス中のＯ2が炉内に侵入し、ロールに酸化スケールを発生ロール上に鋼板にアバタ疵を付けることである。対応策は、アバタ疵が出る前にＲＴの小さな破れを発見するこであるが、３５０本 のバーナの内１本を特定しない限り生産障害となる。（図―６）
（１） 検知方法
　　炉内に侵入した排ガス検知にはＯ₂分析法を採用することにした。 方法として、炉外からＲＴ１本毎診断するには、労力と時間を要するため、長尺に送り込む方式で検知を実施した。この方式は、100mのSUSパイプの先端を鋼板に固定し、炉内へ送り込みながら雰囲気ガスを吸引分析するものであるが、圧損による応答遅れや作業性に難がある。またこの方法は、破れたＲＴの前後３本程度に絞り込むことができるが、破れたＲＴ１本の特定が困難であるため、センサーを炉内に入れる検知方式に改善することにした。

（３）センサーによる破れ検知
　　炉内に漏れた排ガスＯ₂を、瞬時に計測検知するため、製鋼工場で使用している溶鋼溶存酸素計を改良し、高温還元雰囲気内の微量Ｏ₂を検知する方式を試みた。電気炉でオフラインテストを実施し精度の検証を行った。その結果、微量Ｏ₂に反応はするが出力値 が小さいことから、ジルコニア出力線を改善して増幅させることで、９００℃下での微量Ｏ₂　５００ppmの検出を成功させた。

（１） 検知センサーセット位置の探索
　　長さ5mのＲＴの内、破れ位置がどこであるのかを把握するため、過去の大修繕で交換したＲＴの調査を実施した。その結果ＲＴの破れはバーナー側から１ｍの位置で、最も熱負荷の高い部分に集中していることが分かった。（図―９）

（１） センサー設置場所および検診方法 ＲＴバーナは鋼板を中心に、上下・千鳥に配列されていることから、センサーはバーナから1mの位置にじょう上下２箇所ずつ、計４個所設置することにした。上下の破れを同時に検出する方法としては、鋼板に５０mmΦの孔を開け、ハースロール間に滞留している排ガスを検知する構造とし、最終的には図―１０に示す上下同時センサーを考案した。この方法により、鋼板に搭載したセンサーを炉内に送り込むだけで直接ＲＴの破れを検出して、検出信号を炉外に取り出すことに成功した。 その結果、３５０本ものＲＴをワンパスで診断する、ＲＴリーク検知技術を確立することができた。

（６）センサーのコードレス化
　　出力コードを用いた破れ検知法は、ラインを一時休止させて信号線を炉内に送り込むという欠点がある。そこで、操業中の破れ検知を可能とする、コードレス検知技術に取り組むことにした。収録計を炉内へ入れる方法として、水冷ボックスを考えたが、炉温９０ ０℃・９０分の条件で、収録計の温度４０℃以下を満足させるためには大型となり実用的ではない。 そこで、氷の融解熱を利用した冷却ボックスのコンパクト化を考えた。その結果、鋼板上に収録計を内蔵した冷却ボックスを搭載し、破れを検知する方式でコードレス化に成功した。これにより、ＲＴリーグ診断時の休止ロスを改善することができた。

（７）空気比適正化による排ガスロスの低減
　　ＲＴの破れを検知することができたので、消火バーナが少なくなり適正な空気比燃焼　 が可能となった。３５０本の燃焼調整を実施することで、Ｏ2バラツキを安定化させ燃 料原単位の低減を図った。（図―１２）

  ２−２　バッチ加熱炉燃焼空気リーク対策

（１） リーク箇所の特定
　　レキュの損傷状態について、ＲＴリーク検知で得られた知見をもとに、長尺ＳＵＳパイプを煙突上部から挿入し、リーク部位を特定する調査を行ったところ、エキスパンションの一部に破れが発生していることを突き止めた。このことから、工事時の内部点検が不 要となり３日間の工期短縮を図ることができた。（図―１３）

（１） レキュペレータの機能回復
　　レキュの補修で、予熱空気のリークが皆無となり予熱空気温度が１１０℃も上昇しほぼ設計仕様まで回復することができ、燃料原単位を３％向上することができた。

（１） ブロワー１台運転による省電力
　　この設備には、燃焼空気用ブロワーが１台ずつ設置されていたが、レキュリークの大幅減少に伴い、１台共用運転の可能性について検討した。 ブロワー供給能力を診断した結果、１号ブロワー１台で最大燃焼負荷時に必要な燃焼空気量を満足していることが分かり、バイパス配管を設置して省電力を図った。

２−２　連続加熱炉レキュペレーター性能向上
（１） 伝熱管の状況
　　レキュの構造は、図―１６のように煙道吊下げ式チャンネル型であり、44mmΦの伝熱管が１３６０本設置されている。 管内部を燃焼空気が流れ、外部は排ガスとの接触面となっているが、伝熱管の表面は高温側はダストの付着、低温側は酸露点による腐食が進行している。また、伝熱管付根部分は熱歪みによる亀裂で送風量の焼く１０％がリークしていた。（図―１６）

（２） レキュペレーターのクリーニング 伝熱管円周方向全面の付着物除去には、ピアノ線を活用した治具を自家製作し、伝熱管の隙間に挿入しクリーニングを実施した。 クリーニング後の予熱空気温度は８０℃上昇し、温度効率は設計値に近いところまで回復した。クリーニングは人力に頼らざる得なかったが、現在自動化を検討中であり、他の熱設備でテスト予定である。（図―１７）

（３） リーク部シール対策
　　レキュ本体のリーク部分は、溶接と耐熱シール材にて補修を実施したが、その結果、改善前と比較してリークは大幅に減少させることができた。従来、燃焼空気供給不足のため大型ブロワーに加え小型ブロワーを稼働し、操業していたが、本来機能の大型ブロワー１台運転に復帰させ省電力を図った。

２−４　バッチ熱処理炉の省エネルギー

（１） 多点式温度監視システムの導入
　　連続熱処理炉と同時に、バッチ炉のバーナ燃焼調整を実施した。燃焼ガスの圧力測定孔がなく、またフル生産下での炉開放は、昇温時の燃料増加と生産能力を落とすことから、操業中に炉内状況が把握できる監視カメラにより診断することにした。
　　炉奥壁に設置した監視カメラにより、炉内フレームをモニターしながら各バーナの燃焼ガス量を調整した。このカメラは放射温度計が内蔵されており、鋼板表面温度を実測しながら調整し、成品が管理温度から外れないようにした。特に１号炉は老朽化が著しい炉であるため、省エネ・品質管理両面から常時監視が必要と判断し本システムの設備化を図った。（図―１９）

3． 対策後の効果

　以上の改善により、厚板工場において以下の成果を達成した。



省エネ診断技術確立による省エネルギー効果 　1. ラジアントチューブ破れ検知技術の確立 　アバタ疵起因の品質欠陥 …… ｢ゼロ｣ 　燃料原単位低減 …… ｢5.2％｣ 　2. 排熱回収機能の向上 　レキュペレーター性能回復による燃料原単位低減 …… ｢5.6％｣ 　電力原単位低減 …… ｢38％｣ 　3. その他の効果 　・CO2排出量 …… 470 Ton/年の削減 　・還元ガス量 (AX＋N2ガス) …… 442万Nm3/年の削減