JP2003183727A - 蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 蓄熱バーナ式加熱炉の炉巾方向温度分布を改
善する。 【解決手段】 非燃焼ゾーン３、加熱ゾーン４、均熱ゾ
ーン５を順次有するとともに、各ゾーン３，４，５の間
に仕切壁２及び仕切壁１３を設けた蓄熱バーナ式加熱炉
の仕切壁構造において、非燃焼ゾーン３と加熱ゾーン４
との間の仕切壁２の加熱炉両側壁近接部分を切り欠いて
排ガス通路１２を形成した蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁
構造。加熱ゾーンと均熱ゾーンの間では、仕切壁１３の
中央部分を切り欠いて排ガス通路を形成してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼用加熱炉など
の蓄熱バーナ式加熱炉の非燃焼ゾーン、加熱ゾーン、均
熱ゾーンの各ゾーンを仕切る、蓄熱バーナ式加熱炉の仕
切壁構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に鉄鋼用加熱炉など加熱炉内は複
数の燃焼制御ゾーンに区分され、各ゾーン毎に異なる炉
温の設定を行い鋼材を圧延可能な温度まで加熱してい
る。この各ゾーンの異なる設定温度を維持しやすくする
ために各ゾーンの間には耐火煉瓦や不定形耐火物等を用
いて仕切り壁を設置している。

【０００３】従来の加熱炉では蓄熱切替燃焼を行わず連
続的に燃焼するバーナを設置しており、各ゾーンで生成
した燃焼排ガスは順次装入側のゾーンへ流れ込み、最終
的には排ガス全量が装入側の非燃焼ゾーンから煙道・煙
突へ排出される。また、炉内圧力を制御するために煙道
に設置したダンパーを使用している。この従来バーナの
場合、フレームは比較的シャープであるが、フレーム長
さがせいぜい３〜４ｍ程度であり、燃焼排ガスが全て装
入側の煙道へ流れるためバーナフレームが曲げられやす
いため、炉巾が広くなると炉巾方向中央付近の温度が低
下する。

【０００４】そのため、燃焼排ガス量の変動により炉内
排ガス流れが変化し、炉内温度分布や炉内圧力が不均一
となるため、特開昭６０−３６６１６号公報のように仕
切壁を可動式として燃焼排ガス流れを制御する方法が提
案されている。

【０００５】しかしながら、仕切壁は高温の炉内に設置
されるため、可動式とした場合、耐火材で構成された炉
壁を貫通する摺動部分が必ず必要となり、この部分のシ
ール性や耐久性が問題となり実用とされてはいない。

【０００６】また、近年高温の予熱空気が得られるた
め、省エネルギーを達成できる蓄熱式バーナが加熱炉へ
適用されるようになってきている。

【０００７】図７は従来の仕切壁構造を備えた蓄熱バー
ナ式加熱炉の平断面図である。

【０００８】加熱炉は、スキッドレール１を挟んで上下
に形成されている仕切壁２によって、非燃焼ゾーン３、
加熱ゾーン４、均熱ゾーン５が順次形成されている。図
１に示される加熱処理する鋼材６は、非燃焼ゾーン３側
から装入し、スキッドレール１上を加熱ゾーン４、均熱
ゾーン５を移動して加熱処理される。排ガスは、鋼材６
の移動方向と逆に、均熱ゾーン５から加熱ゾーン４、非
燃焼ゾーン３を流れて排出される。加熱ゾーン４及び均
熱ゾーン５の両側の側壁１０には複数の蓄熱式バーナ１
１が間隔をおいて２段に配置されている。

【０００９】この蓄熱式バーナを適用した加熱炉では従
来の加熱炉とは異なり各ゾーンで生成した燃焼排ガスの
９０〜８０％が直接各ゾーンのバーナから排気され、残
りの１０〜２０％だけが順次装入側のゾーンへ流れ煙道
・煙突から排出される。このため、燃焼排ガス量の変動
による炉内排ガス流れの影響は軽微であり、炉内温度分
布や炉内圧力が燃焼排ガス量の変動により受ける影響も
少ないため、あえて可動式の仕切壁を設置する必要はな
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、蓄熱式バーナ
では高温の予熱空気によるＮＯｘの上昇を抑えるため、
空気２段燃焼やバーナ近傍での炉内排ガス巻き込み量を
増加させる等の手法により緩慢燃焼を行っており、同じ
バーナ容量の従来バーナに比べフレームが長くなる。ま
た従来バーナに比べ燃焼しているバーナ数は実質半分と
なるためバーナ１本あたりの容量が従来バーナの倍近く
なり、さらにフレームは長くなる。この結果バーナ近傍
で火炎が不在となるために従来のバーナを使用した加熱
炉に比べ側壁付近の炉内温度が低くなる。他方、燃焼排
ガスの約２０％だけが装入側の煙道へ流れるためフレー
ムの直進性がよく、そのために加熱炉の炉巾方向中央付
近の温度が高くなり、また、緩慢燃焼であるためバーナ
ー軸心から近い位置にスッキドレールをささえるための
スキッドパイプや仕切壁等の障害物があると、その障害
物近傍で燃焼が促進されやすく、流速が比較的遅くなる
加熱炉中央付近で特に燃焼が促進される傾向が顕著とな
り、炉巾が広いにもかかわらず炉巾方向中央付近の温度
が高くなる。このように従来の蓄熱バーナ式加熱炉は、
炉巾方向の中央部が高く、両側壁付近が低い炉内温度分
布になるという問題がある。

【００１１】そこで、本発明は、蓄熱バーナ式加熱炉の
炉巾方向炉内温度分布を改善することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の蓄熱バーナ式加
熱炉の仕切壁構造は、非燃焼ゾーン、加熱ゾーン、均熱
ゾーンを順次有するとともに、前記各ゾーンの間に仕切
壁を設けた蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁構造において、
前記非燃焼ゾーンと加熱ゾーンとの間の仕切壁の加熱炉
両側壁近接部分を切り欠いて排ガス通路を形成したこと
を特徴とする。

【００１３】前記加熱ゾーンと均熱ゾーンの間では、仕
切壁の中央部分を切り欠いて排ガス通路を形成してもよ
い。

【００１４】また、本発明は、前記加熱ゾーンを更に複
数の加熱ゾーンに分割する蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁
構造にあって、鋼材抽出側に位置する分割加熱ゾーンの
炉温が、該分割加熱ゾーンに隣接し且つ鋼材装入側に位
置する分割加熱ゾーンの炉温よりも高い場合は、仕切壁
の加熱炉両側壁近接部分を切り欠いて排ガス通路を形成
し、逆に鋼材抽出側に位置する分割加熱ゾーンの炉温
が、該分割加熱ゾーンに隣接し且つ鋼材装入側に位置す
る分割加熱ゾーンの炉温よりも低い場合は、仕切壁の中
央部分を切り欠いて排ガス通路を形成することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】特にバーナ容量が大きくなるた
め、炉巾方向の中央部の炉温が高くなり両側壁付近の炉
温が低くなるという温度分布が最も顕著に現れる装入側
の加熱ゾーンと非燃焼ゾーンの間の仕切壁の両側壁側に
排ガス通路を形成するのが好適である。

【００１６】非燃焼ゾーンと加熱ゾーンとの間の仕切壁
の加熱炉両側壁近接部分を切り欠いて排ガス通路を形成
することにより、加熱ゾーンの高温の排ガスを側壁側か
ら非燃焼ゾーンへ流れるように導くことができる。これ
により加熱ゾーンにおいて温度の低い側壁側の温度が上
昇し、炉巾方向温度分布を改善することができる。ま
た、非燃焼ゾーンにおいては加熱ゾーンからの高温排ガ
スが、仕切壁の両側壁近接部分の排ガス通路から流れ込
んでくるため、側壁側の温度が高い分布となるため加熱
ゾーンでの温度分布改善と相まって、抽出鋼材の温度分
布を改善することが出来る。

【００１７】これは加熱ゾーンを複数に分割して設けた
加熱炉の場合も同様であり、隣接する加熱ゾーンにおい
て、鋼材抽出側に位置する加熱ゾーンの炉温が鋼材装入
側に位置する加熱ゾーンの炉温よりも高い場合にも、こ
の隣接する加熱ゾーン間の仕切壁の両側壁側に排ガス通
路を形成することで同様な温度分布改善効果がある。

【００１８】排ガス通路の大きさが小さい場合には側壁
側通路を流れる排ガス量が少なく炉巾方向中央部の温度
が高い排ガスが側壁側へ十分吸引されず、温度分布の改
善効果が小さくなる。排ガス通路の大きさが大きすぎる
場合には排ガス通路の吸引力が小さくなり、また炉巾中
央部の温度が高い排ガスが側壁から遠い位置で排ガス通
路を通過することになり温度分布の改善効果が小さくな
る。また、仕切壁による熱輻射の遮断効果が小さくな
り、非燃焼ゾーンの温度が高くなるため燃料原単位が悪
化する。

【００１９】

【実施例】図１（ａ）は本発明の仕切壁構造を備えた蓄
熱バーナ式加熱炉の平断面図、（ｂ）は同正断面図、
（ｃ）は側断面図である。

【００２０】加熱炉は、スキッドレール１を挟んで上下
に形成されている仕切壁２及び仕切壁１３によって、非
燃焼ゾーン３、加熱ゾーン４、均熱ゾーン５が順次形成
されている。加熱処理する鋼材６は、非燃焼ゾーン３側
から装入し、スキッドレール１上を加熱ゾーン４、均熱
ゾーン５を移動して加熱処理される。排ガスは、鋼材６
の移動方向と逆に、均熱ゾーン５から加熱ゾーン４、非
燃焼ゾーン３へ流れ、煙道７を通って煙突８から排出さ
れる。煙道７と煙突８の間には、炉内圧を制御するため
にダンパー９が設けられている。

【００２１】加熱ゾーン４及び均熱ゾーン５の両側の側
壁１０には複数の蓄熱式バーナ１１が間隔をおいて２段
に配置されている。

【００２２】非燃焼ゾーン３と加熱ゾーン４との仕切壁
２の加熱炉両側壁近接部分を切り欠いて側壁側排ガス通
路１２を形成する。

【００２３】図２は側壁側排ガス通路の有無による炉幅
方向の炉温分布の変化を示すグラフで（ａ）は非燃焼ゾ
ーン、（ｂ）は加熱ゾーン炉温分布を示すグラフ、図３
は炉長方向の炉温と鋼材の温度変化を示すグラフであ
る。

【００２４】従来のように、非燃焼ゾーン３と加熱ゾー
ン４の間の仕切壁２を、炉巾方向全体に亘って設けた場
合、前述した蓄熱式バーナの燃焼の特性により、図２
（ｂ）に示すように加熱ゾーン４では、炉巾方向中央部
で大きく炉温が上昇してしまい、炉巾方向での温度差が
大きくなっていた。この影響を受け、図２（ａ）に示す
ように、非燃焼ゾーン３でも同様に炉巾中央部の炉温が
高くなっていた。

【００２５】一方、本発明においては、非燃焼ゾーン３
と加熱ゾーン４の間の仕切壁２の両側壁側に排ガス通路
１２を形成することにより、加熱ゾーン４の高温燃焼排
ガスの多くが、この側壁側排ガス通路１２に向かって流
れていくため、加熱ゾーン４において、従来に比べて炉
巾方向両端部の炉温が上昇するとともに、中央部の炉温
が下降し、図２（ｂ）に示すように炉巾方向の温度差が
小さくなる。更に、バーナを持たない非燃焼ゾーン３に
おいては、加熱ゾーン４からの高温の燃焼排ガスの流れ
の影響を大きく受けるため、仕切壁２の両側壁側から、
加熱ゾーンの高温の燃焼排ガスが多く流れ込むことによ
り、図２（ａ）に示すように炉巾方向の両側壁側の温度
が上昇する。従って、この２つのゾーンでの炉巾方向の
温度分布改善により鋼材６の炉巾方向温度分布を均一に
近づけることができる。

【００２６】図４は本発明の蓄熱バーナ式加熱炉の別実
施例を示し、図１（ａ）と同一部材には同一符号を付し
説明は省略する。図４は加熱ゾーン４と均熱ゾーン５の
間の仕切壁１３の中央部分を切り欠いて排ガス通路１４
を形成したものである。

【００２７】通常、加熱炉の炉長方向の温度分布は図３
に示すように、加熱ゾーン４の方が均熱ゾーン５よりも
高い炉温設定となっている。従って、加熱ゾーン４と均
熱ゾーン５の間の仕切壁１３の炉巾方向中央部分を切り
欠いて排ガス通路１４を形成することにより、加熱ゾー
ン４の炉巾方向中央部に、加熱ゾーン４よりも温度の低
い均熱ゾーン５の燃焼排ガスが流入し、これにより、加
熱ゾーン４の炉巾方向中央部の炉温をさらに下降させる
ことが可能になる。従って、前述した非燃焼ゾーン３と
加熱ゾーン４の間に設けた仕切壁２の両側壁の排ガス通
路１２によって形成された燃焼排ガス流れによる作用効
果と相まって、更に加熱ゾーン４における炉巾方向の温
度分布を均一に近づけることができる。

【００２８】図５は本発明の蓄熱バーナー式加熱炉の別
実施例であり、より大きな加熱能力が必要な場合、例え
ば図５のように加熱ゾーンを、第一加熱ゾーン４−１、
第二加熱ゾーン４−２、第三加熱ゾーン４−３の複数に
分割する揚合がある。ここでは、炉温が、第一加熱ゾー
ン４−１＜第二加熱ゾーン４−２＜第三加熱ゾーン４−
３という場合の加熱炉の仕切壁構造の実施例を示す。図
１（ａ）と同一部材には同一符号を付し説明は省賂す
る。非燃焼ゾーン３と第一加熱ゾーン４−１との間の仕
切壁２の加熱炉両側壁近接部分を切り欠いて側壁側排ガ
ス通路１２を形成している。これにより第一加熱ゾーン
４−１の高温燃焼排ガスの多くが、側壁側排ガス通路に
向かって流れて行くため、第一加熱ゾーン４−１におい
て、炉巾方向両端部の炉温が上昇すると共に、中央部の
炉温が下降する。

【００２９】また、非燃焼ゾーン３においては、第一加
熱ゾーン４−１からの高温燃焼排ガスが仕切壁２の両側
壁近接部分の排ガス通路１２から流れ込んでくるため、
側壁部分の温度が高い温度分布となるため、加熱ゾーン
での温度分布改善と相まって、鋼材の均一加熱に効果が
ある。

【００３０】さらに、本実施例では、第一加熱ゾーン４
−１と第二加熱ゾーン４−２の仕切壁１５、第二加熱ゾ
ーン４−２と第三加熱ゾーン４−３の仕切壁１６とも
に、加熱炉両側壁近傍部分を切り欠いて側壁側排ガス通
路１２を形成している。従って、第三加熱ゾーン４−３
から第二加熱ゾーン４−２へ、第二加熱ゾーン４−２か
ら第一加熱ゾーン４−１へと、鋼材抽出側に位置する加
熱ゾーンから、これに隣接した鋼材装入側に位置する加
熱ゾーンに向かって、順次高温の燃焼排ガスの多くが、
加熱炉の両側壁側を通って流れ込んで行くため、各々の
加熱ゾーンにおいて炉巾方向両端部の炉温が上昇すると
共に、中央部の炉温が下降し、各加熱ゾーンにおいて炉
巾方向の炉温分布を均一に近づけることができる。ま
た、第三加熱ゾーン４−３と均熱ゾーン５の間では、仕
切壁１３の中央部分を切り欠いて排ガス通路１４を形成
することにより、第三加熱ゾーン４−３よりも炉温の低
い均熱ゾーン５の燃焼排ガスの多くが炉巾方向中央部に
向かって流れこんでくるため、これにより、第三加熱ゾ
ーン４−３の炉巾方向中央部の炉温を更に下降させ、炉
巾方向の炉温分布を均一に近づけることができる。

【００３１】図６は、図５と同様に大きな加熱能力が必
要な揚合に、加熱ゾーンを複数に分割した実施例を示し
ており、加熱ゾーンの炉温が、第一加熱ゾーン４−１＜
第二加熱ゾーン４−２＞第三加熱ゾーン４−３の場合の
加熱炉の仕切壁構造の実施例を示す。非燃焼ゾーン３と
第一加熱ゾーン４−１の仕切壁２、第三加熱ゾーン４−
３と均熱ゾーン５の仕切壁１３は図５の実施例と同様の
構成及び作用効果であるため、説明を省略する。

【００３２】図６の実施例の場合、鋼材抽出側に位置す
る第二加熱ゾーン４−２の炉温が、これに隣接した鋼材
装入側に位置する第一加熱ゾーン４−１の炉温よりも高
いため、仕切壁１５の加熱炉両側壁近傍部分を切り欠い
て排ガス通路１２を形成することにより、第二加熱ゾー
ン４−２の高温燃焼排ガスの多くがこの通路から第一加
熱ゾーン４−１に流れ込み、第一加熱ゾーン４−１にお
いて炉巾方向両端部の炉温が上昇すると共に、中央部の
炉温が下降し、結果として炉巾方向の温度分布を均一に
近づけることができる。

【００３３】また、鋼材抽出側に位置する第三加熱ゾー
ン４−３の炉温が、これに隣接した鋼材装入側に位置す
る第二加熱ゾーン４−２の炉温よりも低いため、仕切壁
１６の中央部分を切り欠いて排ガス通路１４を形成する
ことにより、第三加熱ゾーン４−３の燃焼排ガスの多く
がこの通路から第二加熱ゾーン４−２に流れ込み、第二
加熱ゾーン４−２において炉巾方向中央部の炉温が下降
し、結果として炉巾方向の温度分布を均一に近づけるこ
とができる。

【００３４】このように、加熱ゾーンを複数分割して設
ける揚合は、鋼材抽出側に位置する分割加熱ゾーンの炉
温が、この分割加熱ゾーンに隣接し且つ鋼材装入側に位
置する分割加熱ゾーンの炉温よりも高い時は、仕切壁の
両側壁近傍部分を切り欠いて排ガス通路を形成し、逆に
鋼材抽出側に位置する分割加熱ゾーンの炉温が、この分
割加熱ゾーンに隣接し且つ鋼材装入側に位置する分割加
熱ゾーンの炉温よりも低い時は、仕切壁の中央部分を切
り欠いて排ガス通路を形成するとよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、非燃焼ゾーンと加熱ゾーンと
の間に設置する炉内仕切壁の両側壁に近い部分に排ガス
通路を形成することにより、従来の炉巾方向全長に渡り
仕切壁を設置した場合に比べ、炉巾方向の温度分布不均
一が半減した。

【００３６】更に、加熱ゾーンと均熱ゾーンとの間の仕
切壁の中央部分を切り欠いて排ガス通路を形成したこと
により、加熱ゾーンよりも温度の低い均熱ゾーンの燃焼
排ガスが、加熱ゾーンの炉巾方向中央部分に流れ込んで
くるため、加熱ゾーンの炉巾方向中央部の温度上昇を抑
止し、結果として加熱ゾーンの炉巾方向の温度分布不均
一を更に小さくすることができる。

【００３７】また、加熱ゾーンを複数に分割した場合、
鋼材抽出側に位置する加熱ゾーンの炉温が、この加熱ゾ
ーンに隣接し且つ鋼材装入側に位置する加熱ゾーンの炉
温よりも高い場合は、仕切壁の加熱炉両側壁近接部分を
切り欠いて排ガス通路を形成し、逆に鋼材抽出側に位置
する加熱ゾーンの炉温が、この加熱ゾーンに隣接し且つ
鋼材装入側に位置する加熱ゾーンの炉温よりも低い揚合
は、仕切壁の中央部分を切り欠いて徘ガス通路を形成す
ることにより、加熱ゾーンが複数に分割されているよう
な場合でも加熱ゾーンの炉巾方向中央部の温度上昇を抑
止し、加熱ゾーンの炉巾方向の温度不均一を小さくする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄熱バーナ式加熱炉の平断面図、
（ｂ）は同正断面図、（ｃ）は側断面図である。

【図２】側壁側排ガス通路の有無による炉幅方向の炉温
分布の変化を示すグラフで、（ａ）は非燃焼ゾーン、
（ｂ）は加熱ゾーン炉温分布を示すグラフである。

【図３】炉長方向の鋼材の温度変化を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の蓄熱バーナ式加熱炉の別の実施例を示
す平断面図である。

【図５】本発明の蓄熱バーナ式加熱炉の別の実施例を示
す平断面図である。

【図６】本発明の蓄熱バーナ式加熱炉の別の実施例を示
す平断面図である。

【図７】従来の蓄熱バーナ式加熱炉の平断面図である。

【符号の説明】

１：スキッドレール ２：仕切壁 ３：非燃焼ゾーン ４：加熱ゾーン ４−１：第一加熱ゾーン ４−２：第二加熱ゾーン ４−３：第三加熱ゾーン ５：均熱ゾーン ６：鋼材 ７：煙道 ８：煙突 ９：ダンパー １０：側壁 １１：蓄熱式バーナ １２：側壁側排ガス通路 １３：仕切壁 １４：排ガス通路 １５：仕切壁 １６：仕切壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K023 QA03 QB02 QB18 QC05 SA04 4K050 AA01 BA02 CA09 CA13 CD02 CG16 EA08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非燃焼ゾーン、加熱ゾーン、均熱ゾーン
   を順次有するとともに、前記各ゾーンの間に仕切壁を設
   けた蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁構造において、前記非
   燃焼ゾーンと加熱ゾーンとの間の仕切壁の加熱炉両側壁
   近接部分を切り欠いて排ガス通路を形成したことを特徴
   とする蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁構造。
2. 【請求項２】 前記加熱ゾーンと均熱ゾーンの間の仕切
   壁の中央部分を切り欠いて排ガス通路を形成したことを
   特徴とする請求項１記載の蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁
   構造。
3. 【請求項３】 前記加熱ゾーンを更に複数の加熱ゾーン
   に分割する蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁構造にあって、
   鋼材抽出側に位置する分割加熱ゾーンの炉温が、該分割
   加熱ゾーンに隣接し且つ鋼材装入側に位置する分割加熱
   ゾーンの炉温よりも高い場合は、仕切壁の加熱炉両側壁
   近接部分を切り欠いて排ガス通路を形成し、逆に鋼材抽
   出側に位置する分割加熱ゾーンの炉温が、該分割加熱ゾ
   ーンに隣接し且つ鋼材装入側に位置する分割加熱ゾーン
   の炉温よりも低い場合は、仕切壁の中央部分を切り欠い
   て排ガス通路を形成したことを特徴とする請求項１また
   は２に記載の蓄熱バーナ式加熱炉の仕切壁構造。