CN100338236C - 具有蓄热式烧嘴的加热炉及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

对于防止空气侵入加热炉内的炉压控制方法、蓄热式烧嘴低燃烧负荷时的稳定操作方法、加热炉内气氛气体的浓度测定方法提出方案。将用附设有蓄热体的烧嘴所回收的热量用来加热燃烧时烧嘴的燃烧用空气时，根据整个加热炉的燃烧负荷调节从上述烧嘴吸入蓄热体内的废气吸引率，这样来控制炉压。根据加热炉的废气烟道的换热器入口侧的废气温度和加热炉的燃烧负荷，调节稀释空气的流量，这样来控制炉压。打开加热炉的抽出炉门时，通过使配置在炉子抽出端下部区域的加热用烧嘴的火焰在抽出口宽度方向上沿着该开口宽度延长，用烧嘴火焰隔断从抽出口侵入空气的侵入路，这样来抑制炉内氧浓度的上升。在蓄热式烧嘴的燃烧负荷较小的情况下，将热风供给吸引装置，该吸引装置用于从上述非燃烧时的烧嘴、通过蓄热体吸引炉内的废气。将所回收的热量用于加热燃烧时烧嘴的燃烧用空气，进行加热炉的操作时，将从上述烧嘴所吸引的一部分废气导入分析器，对废气中的成分浓度进行测定。

Description

具有蓄热式烧嘴的加热炉及其操作方法
技术领域
该发明涉及最合适地控制加热炉的炉压的方法。该发明涉及加热炉的气氛控制、特别是涉及抑制气氛中的氧浓度上升的方法。该发明涉及具有蓄热式烧嘴的加热炉的操作方法和加热炉、特别是涉及为有利地进行蓄热式烧嘴的成对烧嘴交替燃烧的操作方法及在该操作中直接使用的加热炉。该发明涉及加热炉内的气氛气体浓度的测定方法及加热炉。
技术背景
钢材的加热炉是以为将开坯厂粗轧的钢坯和连铸的铸坯轧制成最终产品而再加热成适合于这种轧制的规定温度为目的使用的。这种加热炉大体上分为分批式加热炉和连续式加热炉。由于各自具有长处和短处，故根据其目的选择使用。连续式加热炉适合于近年来的大批量生产，故钢铁厂大多使用这种加热炉。
图1所示为连续式加热炉的剖面图的代表例。一般从钢材的装入侧起依次由预热带1、加热带2及均热带3构成。至少加热带2和均热带3通过烧嘴4加热到规定温度进行保温。从装入炉门1a导入预热带1的钢材5在输送路6上面移动，经过加热带2然后均热带3加热到规定温度，从均热带3出口侧的抽出炉门3a搬出到炉外。通过烧嘴4的燃烧所产生的废气从设在预热带1的入口侧的烟道7排出到炉外。另外，7a是将烟道7的废气显热热交换成烧嘴燃烧用空气的显热用的换热器及7b是控制炉压用的烟道闸板。
在此，连续式加热炉必须将钢材加热到适合于其后的轧制工序的温度。如果连续式加热炉所加热的钢材的温度低于规定的轧制合适温度下限，则会轧制操作和产品质量带来不良影响。另外，如果从加热炉抽出的钢材的温度高于需要温度，则连续加热炉的热损失大，故在连续式加热炉中，以必须的最低限的燃料将钢材加热到轧制合适温度是重要的。并且，还要求在加热炉中调整加热时间，以便与轧制工序的轧制周期相对应地从加热炉依次地供给加热好的钢材。
在连续式加热炉中，热损失、特别是加热带的辐射能损失大。通过在加热带的入口、出口侧配置预热带和均热带，将炉内分隔为3个区域，这样来抑制热损失。
装入连续式加热炉的钢材，有冷却到常温的铸坯和连续铸造后直接直送到轧制工序的热装炉材等，在加热炉入口侧的温度是高低不同的。其加热温度是高低不同的，并且在加热炉中进行加热的钢材的处理量也有变化。必须根据这种种条件控制加热炉内的温度。增减烧嘴的燃烧量来调整加热温度。这时，由于烧嘴燃烧量的变化，炉内压力产生变化。
如果炉内压力比炉外压力低，则外部空气从加热炉的开口部即装入炉门和抽出炉门侵入炉内。若空气侵入炉内，则炉内温度降低，故增加烧嘴的燃烧量。因燃料单耗增加，使成本上升。若空气侵入炉内，则炉内气氛的氧浓度上升，故促进装入炉内的钢材等表面的氧化、氮化或脱碳等。其结果，引起钢材表面质量降低。
因此，必须适当地控制加热炉内的压力。关于炉压控制，提出了各种提案。例如，特开昭61-119987号公报揭示了这样的方法，即根据炉内废气发生量，将加热炉均热带的设定炉压相对于炉外压力控制为正压(以下简称为正压)，防止从装入炉门和抽出炉门侵入空气。按照这种方法，可以将以炉内的输送路线为界的上部区域(以下称为上部带)的炉压控制为正压。但是，在整个加热炉的燃烧负荷小的情况下，以炉内输送路线为界的下部区域(以下称为下部带)的炉压相对于炉外的压力为负压(以下称为负压)。确实地防止从装入炉门和抽出炉门的下部间隙侵入空气是困难的。这些炉门难以确实地防止从梳齿状地啮合闭合的、被称为叉式(extrafork)开口部进入空气。所谓梳齿状的叉式开口部是图14所示的3C处。
另外，特开平9-209032号公报揭示了这样的方法，即均热带的上部，通过设在加热炉的废气通过的烟道内的炉压闸板，根据加热炉的燃烧负荷量，最佳地控制炉压。但是，燃烧负荷量小时，烟道的气流(draft)比炉内到烟道的废气流造成的压力损失大。所谓气流，是指在烟道和炉内被加热的气体产生浮力而成为负压。在这种情况下，难以利用炉压闸板使直至下部带成为正压。难以确实地防止从装入炉门和抽出炉门侵入空气。
特开平7-316645号公报揭示了在烟道的热交换器出口侧连接气体供给配管系统，将空气等气体吹入烟道控制炉压的方法。这种方法为了控制炉压，必须新设鼓风机和各种配管、以及控制系统。存在设备费用高、其维修烦杂的问题。而且，加热炉周围复杂地安装有管道和附设设备，故没有配置空间，难以新设控制系统。
防止空气侵入加热炉内，这从产品质量上和加热炉的操作上考虑是极为重要的。为实现这一点的技术有各种提案。例如，在特开平11-172326号公报中提出了这样的方案，即为了防止从加热炉抽出口侵入空气，从与炉内的加热烧嘴分开设在抽出口附近的喷嘴喷出可燃性气体，通过这时的燃烧来消耗侵入空气中的氧。
但是，必须在抽出口附近设专用的可燃性气体喷出喷嘴，需花设备费。另外，对于从喷出喷嘴的设置位置上方侵入空气是有效的，但对于从该喷出喷嘴的设置位置下方侵入空气的效果小。由于下方的炉压为负压，故不能避免空气向这里侵入。特别是难以确实地防止从叉式开口部侵入空气。
近年来，在连续式加热炉上，其加热源采用蓄热式烧嘴，进行将废气中的热再利用于烧嘴的燃烧用空气的预热的、热损失少的加热炉的操作。图2A和图2B是表示蓄热式烧嘴的构造的例子。如图2A和图2B的例子所示，蓄热式烧嘴由以下部分构成：在加热炉均热体3的两侧壁之间相对地配置的一对烧嘴40a和40b；从炉外将燃烧用空气导入各烧嘴并将炉内的废气通过各烧嘴导入炉外用的兼用通路41a和41b；在图示例中配设在各通路的烧嘴侧开口处的蓄热体42a和42b。使该蓄热式烧嘴的一对烧嘴交替地燃烧。例如，如图2A所示，从兼用通路41a将燃烧用空气供给烧嘴40a，与此同时供给燃料43a，使烧嘴40a燃烧时，从与它相向的烧嘴40b吸入炉内废气，该废气通过蓄热体42b而回收热量以后，导入兼用通路41b，排出到炉外。
然后，转换烧嘴的燃烧运转，并且这时转换兼用通路41a和41b的转换阀44，改变与上述的空气和废气的导管的连接之后，如图2B所示，将燃烧用空气从兼用通路41b、通过蓄热体42b供给烧嘴40b时，边利用在前面图2A所示的工艺过程中蓄热体42b所回收的热量，预热燃烧用空气，边供给该空气，同时供给燃料43b，使烧嘴40b燃烧。同时，从与它相向的烧嘴40a吸入炉内的废气，该废气通过蓄热体42a回收热量以后，导入兼用通路41a，并排到炉外。
通过例如每数十秒钟反复进行以上图2A和图2B所示烧嘴的交替燃烧，可进行热损失少的加热炉操作。
在此，对从非燃烧时的烧嘴排出的废气的吸引，例如如图2A和图2B所示，在从烧嘴40a或40b通过蓄热体42a或42b吸引的通路45的末端配设例如由吸引风扇构成的吸引装置8，驱动该吸引装置8，便吸引从烧嘴排出的废气。
但是，在使用以上蓄热式烧嘴的加热炉的操作中，在开始进行烧嘴燃烧后至达到设定温度的期间和(或)将炉内的气氛气体控制为800℃左右的低温区域的情况下，从烧嘴吸引出来并通过蓄热体的废气的温度也降低。其结果，在蓄热体的废气出口侧和与其连接的上述通路45处，废气中所含的水分和硫分凝结。因凝结产生的液体、即所谓的冷凝水往往滞留在蓄热体的废气出口侧。在该状态下，转换烧嘴的燃烧运转而成为燃烧状态时，冷凝水混入燃烧用空气中的结果，带来燃烧火焰温度下降的问题。因冷凝水引起的燃烧火焰温度的降低，使加热炉的热效率降低，并且也有妨碍低温运转的情况。
另外，在设有多个蓄热式烧嘴的加热炉上，将从烧嘴出来通过蓄热体而成为低温的废气导入吸引装置的通路较长。往往冷凝水不仅在蓄热体出口侧产生，在上述通路途中也产生。在该通路上产生的冷凝水会腐蚀吸引装置的叶轮。冷凝水中所含的固态部分磨损损伤叶轮时，会发展成为重大的事故。因此，现在，对具有蓄热式烧嘴的加热炉频繁地进行废气吸引装置的检查。另外，吸引装置的叶轮更换等频繁修补所需要费用的增加也是个问题。
对于上述的关于冷凝水的各种问题，在特开平10-30812号公报中揭示了图3所示的装置。使加热炉内(例如均热带3)的废气通过旁通管51流入废气配管路50内，该旁通管与通过烧嘴40a和废气配管路50排出炉外的通路分开设置。揭示了通过这样的方法便可使废气配管路50内的温度保持在废气的露点以上。
但是，为了使钢材厚度方向的温度均匀，在以比较低的温度花较长时间进行加热的场合和产生设备故障而不可进行高负荷燃烧的场合等，必须以极低的负荷使烧嘴燃烧。在这种情况下，使吸引装置(风扇)降低到其吸引能力的例如不是10％进行运转的结果，往往会使吸引装置的运转不稳定。不能用风扇的整个叶片稳定地获得旋转流，因失速而产生不能获得旋转流的部位。于是，不仅难以使从烧嘴吸入的废气吸引量保持一定，而且叶片会产生异常振动，有时叶片会破损。
如上所述，特开平10-30812号公报所述的技术虽然解决了关于以低负荷燃烧时的冷凝水的各种问题，但没有解决吸引装置的运转不稳定的问题。另外，由于该公报所述的废气管路50和旁通管51各自具有控制阀，故还有其控制复杂的问题。
为了将连续式加热炉的加热中钢材的表面维持在良好的状态，严格地控制炉内的气氛是重要的。例如，炉内气氛的氧浓度上升，则促进装入炉内的钢材等被加热材料的表面氧化、氮化或脱碳等，若直接进行轧制，则产品的表面质量降低。为提高或维持产品质量，必须抑制炉内气氛的氧浓度上升。因此，正确地测定炉内气氛的氧浓度是重要的。
除了氧浓度以外，对炉内气氛中的一氧化碳和氮氧化物等也一样，正确地测定其浓度是重要的。氮对钢材表面的氮化有影响，一氧化碳可用来检测烧嘴的不完全燃烧，氮氧化物在环境排出标准值的管理上是必须考虑的。
在此，在特开昭62-40312号公报中揭示了以下方法，即将测定加热炉内氧浓度和一氧化碳浓度用的各种测头设成移动自如的方式，在数个测定位置测定浓度，通过求出平均浓度值来修正控制烧嘴的空气比。
但是，为了测定浓度，必须新设驱动系统和控制系统，故设备费用高。存在维修烦杂等问题，而且加热炉复杂地安装有管道和附加设备类，故大多数情况是没有配置空间，难以新设驱动系统和控制系统。
另外，特开平9-53120号公报揭示了这样的加热炉，即在加热炉抽出侧的炉壁内侧且在滑道的下侧，沿着炉宽方向设置间隔壁，在该间隔壁与抽出侧炉壁之间具有氧浓度计和将气氛气体排出到炉外用的排气管。揭示了在该加热炉上边用上述氧浓度计测定氧浓度、边进行排气管内的流量控制。
但是，为了用设在间隔壁与抽出侧炉壁之间的氧浓度计进行测定，必须从炉底或炉壁插入测头。若从炉底插入测头，则由于铁皮等落下并且堆积起来，测头产生破损和堵塞，故难以长时间地进行可靠性高的浓度测定。另外，若从炉壁插入测头，则测头暴露在炉内的高温区域而产生弯曲，测定点会错位或会产生损伤。
发明的揭示
本发明的目的之一在于提出一种可确实地防止空气侵入加热炉内的炉压控制方法。
发明者们对于炉内成为负压时的空气的侵入潜心地进行了研究。空气从装入炉门和抽出炉门两方侵入炉内。如图1所示，在装入炉门1a的后面设有烟道7。从装入炉门1a侵入的空气直接抽到烟道7内并排出到炉外。判明了从装入炉门1a侵入的空气难以成为引起炉内氧浓度上升和炉内温度降低的重要原因。为了避免炉内氧浓度上升和炉内温度降低，避免从抽出炉门侵入空气是重要的。因此，得出这样的见解，即适当地控制设有抽出炉门的均热带的炉压是很重要的。
另外，如上所述，通过开闭设在烟道内的闸板来控制炉压，这特别在燃烧负荷较小的情况下，难以使均热带的输送路下方区域的炉压成为正压。这是因为废气的发生量减少，从炉内直至从烟道排出之前的废气的压力损失减少，另外，在炉内越向下方、气流越大。炉压分布相对地随着向加热炉下方靠近而渐渐地降低，在下部带，与废气的压力损失相比，气流增大，容易成为负压。
连续式加热炉的加热源使用蓄热式烧嘴，可进行将废气中的热再利用来预热烧嘴的燃烧用空气的、热损失少的加热炉操作。对于使用蓄热式烧嘴的加热炉的炉压控制进行了研究。发现了特别是在均热带的下部区域使用蓄热式烧嘴作为加热源的情况下，通过利用蓄热式烧嘴特有的机构，可进行严格的炉压控制，于是完成了本发明。
即，本发明是一种利用蓄热式烧嘴的炉压控制方法，其特征在于，在使用蓄热式烧嘴的加热炉上，根据整个加热炉的燃烧负荷，调节从上述烧嘴吸到蓄热体的废气吸引率，来控制均热带的炉压。
另外，发明者们对于燃烧负荷较小时也可使均热带的输送路下方区域的炉压成为正压的方法锐意地进行了研究发现为了保护设在烟道内的换热器，可利用供给烟道的换热器入口侧的稀释空气控制炉压。
即，本发明是一种加热炉的炉压控制方法，其特征在于，在将加热炉内的废气导向炉外的烟道途中配置换热器，用该换热器预热供给加热炉的加热源即烧嘴的燃烧用空气时，为了保护换热器不受高温气氛的损害，在烟道的换热器入口侧供给稀释空气时，根据换热器入口侧的废气温度和加热炉的燃烧负荷，来调节稀释空气的流量，控制炉压。
本发明的目的之一是对于可确定地防止从抽出炉门向加热炉内侵入空气的方法提出方案。另外，本发明的目的之一在于提供该方法使用的加热炉。
发明者们对于炉内成为负压时的空气的侵入锐意地进行了研究，判明在这种情况下，空气从装入炉门和抽出炉门两方侵入炉内，但如图1所示，由于在装入炉门1a的后面设有烟道7，故从装入炉门侵入的空气直接抽入烟道7内并排出炉外，国此不会成为引起炉内氧浓度上升和炉内温度降低的主要原因。因而，为了避免炉内氧浓度上升和炉内温度降低，避免从抽出口侵入空气是重要的。因此，认识到在抽出端确实地隔断空气侵入是重要的。
本发明的目的之一是对于即使在蓄热式烧嘴的燃烧负荷较小的情况下，废气吸引装置的运转也不会不稳定的加热炉的操作方法提出方案。另外，本发明的目的之一在于提供该加热炉的操作方法使用的加热炉。
发明者们对蓄热式烧嘴的燃烧负荷减小，使废气的吸引装置不得不以例如小于10％的负荷运转时，提高该吸引装置的运转负荷的方法镜意地进行了研究，发现从将加热炉的废气导向炉外的烟道将废气导入吸引装置是极为有利的，从而完成了本发明。
本发明的目的之一是对利用既有设备可正确地进行加热炉内气氛中的成分气体的浓度测定的方法提出方案。本发明的另一目的在于提供可进行加热炉内气氛中的成分气体的浓度测定的加热炉。
在使用蓄热式烧嘴的加热炉操作中，是通过例如每隔数十秒钟反复进行图2A和图2B所示的工艺过程来进行加热，实现热损失少的加热炉操作。
在使用这种蓄热式烧嘴的加热炉操作中，由于高速进行蓄热式烧嘴的废气吸引，故在大范围内，吸引分布在炉宽方向上的废气。发明者们着眼于该现象，发现由蓄热式烧嘴吸引的炉内废气良好地再现炉内气氛，故如果对蓄热式烧嘴所吸引的废气进行成分浓度的测定，则可正确地测定炉内气氛的成分浓度，从而完成了本发明。
本发明的要点如下。
1.一种利用蓄热式烧嘴的炉压控制方法，其特征在于，在具有预热带、加热带及均热带并设有数组蓄热式烧嘴的加热炉上，该蓄热式烧嘴作为均热带的热源，相对地配置附设有蓄热体的成对烧嘴，使蓄热式烧嘴的各对烧嘴交替地燃烧，并且在不燃烧时从烧嘴吸引炉内的废气，将废气导入上述蓄热体，将废气中的热量回收到蓄热体内，将所回收的热量用于加热燃烧时的烧嘴的燃烧用空气，在进行加热炉的操作时，根据整个加热炉的燃烧负荷来调节从上述烧嘴吸入蓄热体的废气吸引率，控制均热带的炉压。
2.一种加热炉的炉压控制方法，其特征在于，在将加热炉内的废气导向炉外的烟道的途中设有换热器，用该换热器预热供给加热炉的加热源即烧嘴的燃烧用空气时，为了保护换热器不受高温气氛的损害，在烟道的换热器入口侧供给稀释空气时，根据换热器入口侧的废气温度和加热炉的燃烧负荷来调节稀释空气的流量，控制炉压。
3.一种加热炉的气氛控制方法，其特征在于，打开加热炉的抽出炉门时，对配设在该加热炉内的数个加热用烧嘴之中的、配置在炉子抽出端的下部区域的加热用烧嘴的燃烧独立地进行控制，使该烧嘴的火焰在抽出口的宽度方向上沿着该开口宽度延长，用烧嘴火焰隔断从抽出口侵入空气的侵入路，抑制炉内氧浓度的上升。
4.一种加热炉的气氛控制方法，其特征在于，在3中，在配置在炉子抽出端的加热用烧嘴的炉内侧，设有从炉底上直立的间隔壁，形成沿着该间隔壁的上升气流，使从抽出口侵入的空气进入上述上升气流中。
5.一种加热炉的气氛控制方法，其特征在于，在3或4中，使配置在炉子抽出端的加热用烧嘴在低空气比条件下进行燃烧运转。
6.一种具有蓄热式烧嘴的加热炉操作方法，其特征在于，在具有相对地配设附带有蓄热体的成对烧嘴的蓄热式烧嘴作为加热源的加热炉上，使蓄热式烧嘴的各对烧嘴交替地燃烧，并且从非燃烧时的烧嘴吸引炉内的废气，将废气导入上述蓄热体，将废气中的热量回收到蓄热体内，将该回收的热量利用来加热燃烧时的烧嘴的燃烧用空气，在进行加热炉的操作时，蓄热式烧嘴的燃烧负荷较小的情况下，将热风供给吸引装置，该吸引装置用于从上述非燃烧时的烧嘴通过蓄热体吸引炉内的废气。
7.在6中所述的加热炉的操作方法，其特征在于，热风是将加热炉内的废气导向炉外的烟道内的废气。
8.一种加热炉内气氛气体浓度的测定方法，其特征在于，在具有相对地配设附带有蓄热体的成对烧嘴的蓄热式烧嘴作为加热源的加热炉上，使蓄热烧嘴的各对烧嘴交替地燃烧，并且从非燃烧时的烧嘴吸引炉内的废气，将废气导入上述蓄热体，将废气中的热量回收到蓄热体内，将该回收的热量用于加热燃烧时的燃嘴的燃烧用空气，在进行加热炉操作时，将从上述烧嘴吸引的一部分废气导入分析器，对废气中的成分浓度进行测定。
9.一种加热炉内的气氛气体浓度的测定方法，其特征在于，将8中从蓄热式烧嘴吸引的废气的成分浓度测定值用来作为设有该蓄热式烧嘴的加热炉内的带的成分浓度的代表值。
10.一种加热炉，具有相对地配设附带有蓄热体的成对烧嘴的数个蓄热式烧嘴作为加热源，使该蓄热式烧嘴的各对烧嘴交替地燃烧，并且从非燃烧时的烧嘴吸引炉内废气，将废气导入上述蓄热体，将废气中的热量回收到蓄热体内，将该回收的热量用于加热燃烧时的烧嘴的燃烧用空气，这样进行操作的加热炉，其特征在于，至少配置在加热炉抽出端的下部区域的蓄热式烧嘴具有与其它蓄热式烧嘴分开的独立的燃烧控制系统。
11.一种加热炉，其特征在于，在10中，在与加热炉抽出炉门之间夹入具有独立的燃烧控制系统的蓄热式烧嘴的位置上，设有从炉底上直立的间隔壁。
12.一种加热炉，将具有相对地配设附带有蓄热体的成对烧嘴的数个蓄热式烧嘴作为加热源，使该蓄热式烧嘴的各对烧嘴交替地燃烧，并且从非燃烧时的烧嘴吸引炉内废气，将废气导入上述蓄热体，将废气中的热量回收到蓄热体内，将该回收的热量用于加热燃烧时的烧嘴的燃烧用空气，这样进行操作的加热炉，其特征在于，在从非燃烧时的烧嘴、通过蓄热体吸引该加热炉内废气的通路的末端设有吸引装置，在该通路的吸引装置入口侧设有通过开闭阀将热风导入吸引装置的管路。
13.在12中所述的加热炉，其特征在于，管路与将加热炉内的废气导向炉外的烟道相连接，引导作为热风的加热炉内的废气。
14.一种加热炉，在12或13中，在烟道的管路的上游侧设有换热器。
15.一种加热炉，将具有相对地配设附带有蓄热体的成对烧嘴的数个蓄热式烧嘴作为加热源，使该蓄热烧嘴的的各对烧嘴交替地燃烧，并且从非燃烧时的烧嘴吸引炉内废气，将废气导入上述蓄热体，将废气中的热量回收到蓄热体内，将该回收的热量用于加热燃烧时的烧嘴的燃烧用空气，这样进行操作的加热炉，其特征在于，在从非燃烧时的烧嘴、通过蓄热体排出该加热炉内废气的通路的途中，设有采集一部分废气的测头和对所采集的废气的成分浓度进行测定的分析器。
图的简单说明
图1是表示连续式加热炉的构造之图。
图2A是表示蓄热式烧嘴的结构之图。
图2B是表示蓄热式烧嘴的结构之图。
图3是表示现有加热炉的废气排出通路之图。
图4是表示本发明加热炉的废气排出通路之图。
图5是表示本发明所使用的连续式加热炉的构造之图。
图6是表示废气吸引率与炉压的关系之图。
图7是表示炉压与侵入空气量的关系之图。
图8是表示本发明所使用的连续式加热炉的构造之图。
图9是表示稀释空气的流量调节阀开度与炉压的关系之图。
图10是表示炉压控制方法与炉压和炉内氧浓度的关系之图。
图11是表示炉压控制方法与炉压的关系之图。
图12是表示炉压控制方法与炉内氧浓度的关系之图。
图13是表示加热用烧嘴的炉内配置之图。
图14是表示加热炉的抽出口之图。
图15是表示加热炉抽出端附近的空气流之图。
图16是表示加热用烧嘴的空气比与进入空气的燃烧量的关系之图。
图17是表示从蓄热式烧嘴排出的废气的排出通路之图。
图18是用各种方法测定炉内氧浓度的测定值与炉内平均氧浓度进行比较之图。
实施发明的最佳形式
以下，参照附图对本发明的方法加以详细说明。图5表示本发明方法直接使用的连续式加热炉。该加热炉与图1所示的炉子基本上相同。但，是至少在均热带3的输送路5的下部配置数组图2A和图2B所示的蓄热式烧嘴40a和40b的例子。在图5中，包括兼用通路和蓄热体在内的符号和40a和40b表示。该加热炉的操作，根据整个加热炉的燃烧负荷，调节从上述烧嘴40a和40b吸入蓄热体42a和42b内的废气吸引率来控制炉压。具体地说，其特征在于将下部带的炉压控制成为正压。
即，上述加热炉的操作，用设置在均热带下部的炉压计实测炉压，根据目标炉压，用流量调节阀调节通过蓄热式烧嘴的蓄热体的废气流量，控制废气吸引率，这样，将下部带、特别是均热带下部的炉压控制为目标炉压。
图6表示废气吸引率与炉压的关系。表示用上述方法，根据燃烧负荷调节废气吸引率时的均热带下部的炉压与废气吸引率的关系。废气吸引率与炉压大致成反比的关系。通过调节废气吸引率，可严格地控制炉压。所谓废气吸引率，系指蓄热式烧嘴吸入的废气量与蓄热式烧嘴的燃烧所产生的废气量之比。通过用设置在蓄热式烧嘴的废气管道上的废气流量计实测废气流量便可求出。
另外，炉压，通过上述废气吸引率的调节，最好将均热带下部的炉压控制在0～0.5mmAq范围内。如果将均热带下部的炉压控制在0.5mmAq以上，则均热带上部的炉压过高，炉内气体向炉外吹出，会损伤抽出炉门。燃料单耗也提高。
图8表示本发明方法直接使用的连续式加热炉。该加热炉与图1所示的加热炉的构造基本上相同。这种加热炉具有以下结构，即导入热交换器7a的炉内废气超过热交换器7a的耐热温度上限时，将稀释空气8供给烟道7的热交换器7a的入口侧，以保护热交换器7a。
在这种构造的加热炉的操作中，除了在废气温度超过热交换器7a的耐热温度时以外，在均热带3的特别是下部的炉压比目标值低时也供给稀释空气8。其特征在于，通过供给规定流量的稀释空气8，将均热带3的下部区域的炉压控制成为正压。
即，如图8所示，用运算器9a对用设置在均热带3的下部区域的炉压计3b测定的炉压测定值P·I和目标炉压(正压)进行比较。根据其结果，首先由运算器9a进行炉压控制用的闸板7b的开度设定，从而进行炉压控制。
在该通常操作中，用运算器9b对用设在烟道7的热交换器7a入口侧的温度计7c测定的温度测定值T.I同该位置的废气目标温度即热交换器7a的耐热温度上限进行比较。如果温度测定值T.I接近热交换器7a的耐热温度上限，则根据运算器9b发出的指令，对供给稀释空气8用的送风风扇8a和流量调节阀8b分别给予适当的风扇转速和流量调节阀开度。通过将规定流量的稀释空气8供给烟道7，将稀释空气8混入废气中，便将导入换热器7a的废气温度降低到允许范围。温度测定值T.I与上述目标温度相等时，固定风扇转速和流量调整阀开度。
另外，在上述通常操作中，例如烧嘴的燃烧负荷减小，炉压计3b测定的炉压测定值P.I偏离目标炉压而成为负压侧时，由运算器9a对送风风扇8a和流量调节阀8b分别给予适当的风扇转速和流量调节阀开度，将规定流量的稀释空气8供给烟道7，以使炉压上升。即，将稀释空气8供给烟道7时，通过烟道7的气体流量增加，故烟道7的压力损失增大，炉压上升。其结果，可避免均热带3的下部区域的炉压成为负压。炉压测定值P.I与上述目标炉压相等时，固定风扇转速和流量调节阀开度。
图9表示稀释空气8的流量调节阀开度与均热带3的下部区域的炉压的关系。通过稀释空气8的流量调节，炉压的控制范围极大。即使在烧嘴的燃烧负荷小的情况下，通过供给稀释空气8也可容易地使均热带3的下部区域的炉压变为正压。而且，由于利用现有的设备，不需进行新的设备投资。
在图1所示的连续式加热炉上，在配设在其炉内的数个加热用烧嘴4之中，对配设在炉子抽出端的下部区域的加热用烧嘴40采用与其它加热用烧嘴4不同的独立的控制系统，独立地控制该加热用烧嘴40的燃烧。
在这里，加热炉内的燃烧用烧嘴4如图13所示，在加热炉的两侧壁之间相对地配设成对的4a和4b是一般的例子。对于配置在炉子抽出端的下部区域的加热用烧嘴40也将烧嘴40a和40b成对地进行配置。
为了将加热炉所加热的被加热材抽出炉外，打开加热炉的抽出炉门3a时，独立地控制加热用烧嘴40a和40b的燃烧。如图2A和图2B所示，在抽出炉门3a打开期间加热用烧嘴40a和40b的烧嘴火焰在抽出口3b的宽度方向上沿着开口宽度延伸地进行燃烧运转。若这样形成沿着抽出口3b的开口宽度的烧嘴火焰，则从抽出口3b进入炉内的空气，首先被烧嘴火焰隔断，不能进一步进入炉内。而且，侵入空气中的氧被该烧嘴火焰消耗掉，故可避免因侵入空气而造成的炉内氧浓度的上升。
特别是如图14所示，在抽出口3b的下部具有梳齿形的叉式开口部3c的抽出炉门，容易从该叉式开口部3c进入空气，故以配置在炉子抽出端的下部区域的加热用烧嘴40a和40b的烧嘴火焰来隔断空气侵入通路是极为有效的。另外，加热用烧嘴不成对配置的场合，进行使单独的加热用烧嘴的烧嘴火焰向炉宽方向延伸的燃烧控制即可。
在此，加热用烧嘴40a和40b的烧嘴火焰的形成位置，在炉长方向上，在烧嘴火焰不触及抽出口下部的结构物的范围内，并且最好尽量地靠近抽出口。另外，在炉子的高度方向上，烧嘴火焰在可堵住叉式开口部的位置，并且最好在不接触炉底的范围内。
另外，如图15所示，最好在加热用烧嘴40a和40b的炉内侧，设有从炉底直立的间隔壁8，并且以加热用烧嘴40a和40b的烧嘴火焰隔断空气进入通路。
在这里，炉内的压力分布如图15所示，以输送路6为界，上部相对于炉外的压力(大体上为大气压)为正压，但下部为负压。即，通常在炉内，越到下方气流越大，故炉压呈现这样的分布，随着向下方靠近而降低。在这样的加热炉上，如果使炉内全部区域成为正压，则炉内上部达到比较高的压力，结果，炉内气体会从各开口部喷出。因此，用闸板7b(参照图1)进行控制，使在输送路6的高度位置上炉压与大气压相等。
从抽出口3b特别是从叉式开口部3c侵入的空气向输送路6下部流动，大部分被加热用烧嘴40a和40b的烧嘴火焰吸入。由于侵入空气与炉内温度相比是低温，故在图15中如虚线所示，侵入空气的一部分向混入炉底的方向流入。由于该侵入空气从加热用烧嘴40a和40b的背面侧向炉内深部流入，故虽然量少，但容易侵入炉内。
若设间隔壁8，则从上述加热用烧嘴40a和40b的背面侧侵入的空气被间隔壁8堵住。在这里渐渐地被加热而成为沿着间隔壁8的上升流，到达输送路6上部的正压区域，故从输送路6上部排出到炉外。这样，对于从加热用烧嘴40a和40b背面侧侵入的空气也可防止其侵入炉内。
另外，在以加热用烧嘴40a和40b的烧嘴火焰隔断空气侵入通路时，最好使加热用烧嘴40a和40b在低空气比的条件下进行燃烧运转。图16表示抽出端的加热用烧嘴的空气比与侵入的空气在该加热用烧嘴上的燃烧量的关系。由该图可知，若加热用烧嘴的空气比下降，则侵入空气在加热用烧嘴上的燃烧量增加。如果使加热用烧嘴40a和40b在低空气比条件下进行燃烧运转，则可以使从抽出口3b侵入的空气中的氧直接燃烧而消耗掉，对使炉内气氛保持在低氧浓度是有效的。另外，间隔壁8在炉子两侧壁之间的尺寸，在不干扰炉内的输送装置类的范围内，增大在炉底上的高度，对隔断侵入空气和形成上升气流是有利的。
图4表示直接用于本发明方法的连续式加热炉的废气排出通路。在从图2A和图2B所示的烧嘴40a或40b通过蓄热体42a或42b到图4所示的吸引装置8的通路45与烟道7之间设有管路10。特征在于，在吸引装置8的入口侧与将加热炉内的废气导向炉外的烟道7之间，设有通过开闭阀9将烟道7内的废气导入吸引装置8的配管路10。在通路45上，在吸引装置8的入口侧，管路10的连接部的上游侧设有流量计45a，用于测定从烧嘴吸入废气吸引量，判断开闭阀9的开闭时间。另外，在管路10和通路45的连接部与吸引装置8之间设有流量调节阀45b，用于将合计流量调节为规定量。
在具有以上废气排出通路的加热炉上，在蓄热式烧嘴的燃烧负荷减小，使吸引装置8的例如小于10％的负荷运转的状态下，将上述管路10的开闭阀9打开，将烟道7内的废气导入通路45的吸引装置8入口侧，使吸引装置8的运转负荷增加。
具体地说，将烟道7内的废气导入通路45时，要使烟道内废气与通过蓄热体的低温废气混合后的废气温度不超过吸引装置8的特别是叶轮的耐用温度的上限。选择管路10的管径，控制废气的流量，同时使混合点的烟道内废气和通过蓄热体的低温废气的压力损失相等，再将混合废气导入吸引装置8。
通过这种操作，可简单地实现使吸引装置8的运转负荷上升到例如10％以上，可解决极低负荷燃烧时的上述各种问题。
然后，在烧嘴的吸引量超过必要的最低流量时，使通过管路10的烟道内废气的供给停止。即，关闭管路10的开闭阀9。所谓必要的最低流量系指设计风扇时的稳定运转区域下限。
另外，导入上述吸引装置8的废气的流量控制也可以通过将管路10的开闭阀9作为流量调节阀来进行。但是，流量调节阀的操作烦杂，而且其结构也复杂，设置费也高。在本发明中，采用简单地开闭规定管径的管路10的简便方法。
在此，管路10的管径例如可以按照下式(A)和(B)进行设计。
(废气露点)≤Ta≤Tb...(A)
ΔP1＝ΔP2...(B)
式中，
Ta：为V2＝V1+V3的混合废气的温度
Tb：吸引装置(以轴承为代表)耐用温度上限值
在此，
V1：烧嘴最低燃烧(极低负荷)时的废气吸引量
V2：为使吸引装置稳定运转的废气的必要最低流量
V3：为补充V2-V1的差分的废气量
ΔP1：通路45上的烧嘴与管路合流点之间的压力损失
ΔP2：管路10上的压力损失
另外，如图4所示，在烟道7的管路10的上游侧设有换热器7a。通过将炉内废气通入换热器7a，这样，将变成低温的废气供给管路10，这对延长吸引装置8的耐用寿命比较理想。
上述实施形式，不是将加热炉内的废气直接混合到从烧嘴排出的废气中，而是将烟道内废气混合到从烧嘴排出的废气中，故对于加热炉的炉内压力来说不会受到外界干扰。
混入从烧嘴排出的废气中的气体，不必局限于烟道内废气，可以是高温的气体即热风。例如，可以是被加热到高温的空气，或者也可以另外设燃烧装置，用该燃烧装置产生的燃烧废气进行混合。
如图2A和2B所示，在蓄热式烧嘴上，由烧嘴40a或40b所吸引的废气通过兼用通路41a或41b导向炉外。该废气的吸引是用图17所示的通路进行的。即，将从数组蓄热式烧嘴延伸的兼用通路41a和41b集约在分别设于炉壁的一侧和另一侧的每个烧嘴组上的废气管道8a和8b上，并且将废气管道8a和8b集约在1根导管9上，使该导管9通过吸引风扇10、与加热炉的烟道7连通。利用吸引风扇10的吸引力，通过兼用通路41a和41b、废气管道8a和8b、以及导管9，将废气导向烟道7，排出到炉外。
在以上的废气排出通路上，在图17所示的例中在导管9的途中插入测头11。由该测头11采集在导管9中流动的一部分废气，用分析器12对该采集的废气测定各种成分的浓度。这样所得到的各种测定浓度值良好地表示了炉内气氛的特别是炉宽方向的分布。可以将它作为设置蓄热式烧嘴的炉内位置、例如均热带3的成分浓度的代表值。
在此，对于采集从上述蓄热式烧嘴吸引的废气来测定氧浓度的场合和通过从炉壁插入的测头来测定氧浓度的场合，调查了相对于炉内平均氧浓度的误差。其结果示于图18。由该图可知，采集从蓄热式烧嘴吸引的废气来测定氧浓度的场合，与实际的炉内平均氧浓度之差极小。即，通过调查从蓄热式烧嘴吸引的废气，可以测定实际的炉内气氛的成分浓度。另外，炉内平均氧浓度是关闭抽出炉门和装入炉门、在侵入炉内空气为0Nm3/h的炉压设定条件下，根据投入烧嘴的气体流量、气体成分和空气比，从理论上求出的计算值。其它条件在后述的实施例中详细表示。
另外，采集从蓄热式烧嘴吸引的废气的位置如图17所示，最好在蓄热式烧嘴的热体的下游侧。通过蓄热体回收热量后的废气温度，当然比炉内温度低。在蓄热体的下游侧插入测头，测头不会暴露在高温气氛中，可延长其使用寿命。
以上事例说明了使用连续式加热炉的情况，分批式加热炉和环形加热炉等也可采用该发明。
实施例1
用图5所示的连续式加热炉(输送路线高度：离炉底0.5m)，装入厚度为220mm、宽度为1200mm及长度为9800mm的钢板坯，进行从室温加热到1230℃的加热操作。配置在加热炉均热带的4组蓄热式烧嘴的规格如下。
燃烧容量：20000000(Kcal/H·烧嘴)
一对烧嘴间的燃烧转换时间：60s/次
废气吸引率：0.4～0.8(一)
上述加热炉的操作如表1所示，根据整个加热炉的燃烧负荷量，对烧嘴的废气吸引率进行各种调节来控制炉压。另外，为作比较，还进行了将废气吸引率设为一定的现有操作。其结果，在加热炉实际操作时的各种燃烧负荷条件下，可稳定控制炉压，如表2所示，与现有方法相比，炉内氧浓度大大减少，可减少燃料单耗和板坯不良率。
另外，将在上述操作时的均热带下部炉压与侵入空气量的关系经整理平均地示于图7。
实施例2
用图8所示的连续式加热炉(输送路线高度：离炉底0.5m)，装入厚度为220mm、宽度为1200mm及长度为9800mm的钢板坯，进行从室温加热至1230℃的操作。操作条件如下。
加热炉(烧嘴)燃烧负荷：10～100％
稀释空气流量：0～50000(Nm3/H)
换热器入口侧废气温度：750℃以下
烟道的闸板开度：5～100％
在上述加热炉操作中，换热器入口侧废气温度为750℃以上时、或均热带的下部区域的炉压为0mmAq以下时，以换热器入口侧废气温度≤750℃并且均热带下部炉压＞0mmAq的条件供给稀释空气。另外，为了作比较，还进行了不用稀释空气进行炉压控制的操作。
在这些操作中，对将加热炉的燃烧负荷作种种变化时的、抽出炉门为关闭状态的均热带下部区域的炉压及该区域的氧浓度进行了测定。其测定结果如图10所示，用稀释空气进行炉压控制，可以使炉压保持正压，并且可以使氧浓度也保持低水平。与此相比，只用现有闸板控制炉压，炉压和氧浓度都产生很大的变化。
另外，在同样的操作中，对开闭抽出炉门时的炉压和氧浓度同样地进行了测定，其测定结果分别如图11和图12所示，即使在开闭抽出炉门的情况下，由于用稀释空气进行炉压控制，也可使炉压保持正压，并且使氧浓度也保持低水平。
实施例3
在图1所示的连续式加热炉中，进行了将钢板坯从室温加热到1150℃的操作。将加热后的钢板坯从抽出炉门3a抽出时，抽出端的加热用烧嘴40a和40b在表3所示的条件下进行燃烧运转。另外，在图1所示的连续式加热炉上按以下规格设有图15所示的间隔壁8，在用这样的连续式加热炉的操作中，在表3的示的条件下抽出钢板坯。并且为了作比较，还进行了使抽出端的加热用烧嘴40a和40b与其它的加热用烧嘴4在同样的条件下进行燃烧运转的原有加热炉操作。
对以上各种操作中侵入加热炉内的空气量和均热带气氛的氧浓度进行了测定，结果列入表3。
间隔壁高度：炉底以上1.2m
宽度：与炉宽相同
实施例4
用图1所示的连续式加热炉(输送路线高度：炉底以上0.5m)，装入厚度为220mm、宽度为1200mm及长度为9800mm的钢板坯，进行从室温加热到1230℃的操作。配置在加热炉均热带的4组蓄热式烧嘴的规格如下。
燃烧容量：2000000(Kcal/H·烧嘴)
燃烧负荷：10～100％
一对烧嘴间的燃烧转换时间：60s/次
废气吸引率：60～90％
在上述加热炉的操作中，从蓄热式烧嘴吸引的废气通过蓄热体后，由插入导管9途中的测头采集一部分废气，用分析器12对所采集的废气测定氧浓度。炉内氧浓度测定范围为0～21Vol％，导管9的管内气氛温度为200℃。另外，为了作比较，通过从均热带的炉壁插入的测头，测定了氧浓度。
将这些测定浓度值与炉内平均氧浓度作对比的结果，如图18所示，根据本发明，用从蓄热式烧嘴吸引的废气进行测定的场合，与炉内平均氧浓度值的误差小于0.5％。而通过从炉壁插入的测头测定氧浓度的场合，与炉内平均氧浓度值的误差为1～3％。
产业上利用的可能性
如上所述，根据本发明可严格地进行炉压控制。通过该炉压控制，可确实地防止空气从抽出炉门进入加热炉内。可防止被加热材料的质量降低。可降低加热炉的燃料单耗。根据本发明，即使在蓄热式烧嘴的燃烧负荷较小的情况下，废气吸引装置的运转也不会不稳定。由于不产生冷凝水，故加热炉的操作稳定。根据本发明，可正确地测定加热炉内气氛的成分浓度。通过根据该测定值而进行的炉内气氛控制，可生产出高质量的产品。本发明的测定加热炉内气氛的成分浓度的测定方法，可以利用既有的设备来进行，故不需要新的设备投资，可以以较低的成本实现。
表1
  操作 整个加热炉的燃烧负荷(％)   发明例   原有例
  废气吸引率(一)   均热带下部炉压(mmAq)   废气吸引率(一)   均热带下部炉压(mmAq)
  1   20   0.4   0   0.8   -1.4
  2   30   0.4   0   0.8   -1.0
  3   40   0.5   0   0.8   -0.7
  4   50   0.5   0.1   0.8   -0.5
  5   60   0.6   0.1   0.8   -0.3
  6   70   0.6   0.2   0.8   -0.1
  7   80   0.7   0.2   0.8   0
  8   90   0.7   0.3   0.8   0.1
  9   100   0.8   0.3   0.8   0.3
表2
  侵入炉内空气量(Nm3/   均热带炉内氧浓度(vol％)   燃料单耗(*)(指数)   不良率(*)(指数)
  发明例   小于500   小于1   0.95   小于0.1
  原有例   约50000   5～10   1.0   1.0
(*)：以原有例的结果为1时的指数表示
(数值越小成绩越好)
表3
  操作   燃烧负荷(％)   空气比 间隔壁   侵入空气量(Nm3/H) 氧浓度(vol％) 备注
  抽出端烧嘴   其它烧嘴   抽出端烧嘴   其它烧嘴
  1   100   80   0.8   1.05   无   500   ≤1.0   发明例
  2   100   50   0.8   1.05   无   600   ≤1.5   发明例
  3   100   50   0.8   1.05   有   300   ≤1.0   发明例
  4   60   1.0   无   5000   5～10   原有例

Claims (1)

1.一种利用蓄热式烧嘴的炉压控制方法，其特征在于，在具有预热带、加热带及均热带，并设有数组蓄热式烧嘴的加热炉中，该蓄热式烧嘴作为均热带的热源，相对地配置附设有蓄热体的成对烧嘴，使蓄热式烧嘴的各对烧嘴交替地燃烧，并且在不燃烧时从烧嘴吸引炉内的废气，将废气导入上述蓄热体，将废气中的热量回收到蓄热体内，把所回收的热量用于加热燃烧时的烧嘴的燃烧用空气，在进行加热炉的操作时，根据整个加热炉的燃烧负荷来调节从上述烧嘴吸入蓄热体的废气吸引率，控制均热带的炉压，所述废气吸引率是蓄热式烧嘴吸入的废气量与蓄热式烧嘴燃烧时所产生的废气量之比。
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