JP2004077005A

JP2004077005A - Continuous nonoxidization furnace and its control method

Info

Publication number: JP2004077005A
Application number: JP2002236829A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Fujii; 藤井　良基; Tatsuya Shimada; 島田　達哉; Koichi Takashi; 高士　弘一; Takamitsu Kusada; 艸田　隆充
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2002-08-15
Publication date: 2004-03-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a continuous nonoxidation furnace and its control method high in energy efficiency, and capable of stably performing an incomplete combustion of fuel in a furnace body. <P>SOLUTION: This furnace continuously processes an object to be heated in a nonoxidation atmosphere gas generated by incompletely burning fuel. The inside of the furnace body 10 is divided into a plurality of zones composed of at least one zone for generating the nonoxidation atmosphere gas and at least one zone for secondarily burning the nonoxidation atmosphere gas generated in the zone in the advancing direction of the heating object. Combustion equipment 11 for incompletely burning fuel is arranged in a heating zone B for generating the nonoxidation atmosphere gas. Radiant tubes 12 and 13 being a secondary combustion chamber are arranged in a preheating zone A and a soaking zone C for secondarily burning the nonoxidation atmosphere gas. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を不完全燃焼させることにより発生させた無酸化雰囲気ガス中で被加熱物を連続的に処理する連続亜鉛めっき設備の無酸化炉や連続焼鈍設備の直火還元炉などに適用される連続無酸化炉及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の加熱炉においては、スケールの発生を防止するために、空気比１．０未満で燃料を不完全燃焼させて不完全燃焼ガスを炉内に充満させ、この不完全燃焼ガス（無酸化雰囲気ガス）により鋼材を加熱する場合ある。しかし、上記のようにして生成させた無酸化雰囲気ガスには未燃分や一酸化炭素などの可燃性及び毒性を有するガスが含まれており、炉外へ排出された際に、ガス爆発の危険性があったり、又、そのガスの漏洩によってガス中毒が発生する危険性があるため、炉から排出される無酸化雰囲気ガスを燃焼させる処理、いわゆるアフタバーニング（２次燃焼）が行われている。
【０００３】
図５は従来の無酸化炉の構成を示す図である。図５において、７０は被加熱物である鋼材Ｘを加熱するための炉本体、７１は炉本体に備えているバーナ、７２はアフタバーニングを行う２次燃焼室、７３は２次燃焼室のバーナ、７４は燃焼用空気ファンである。８０は火炎を示す。
【０００４】
上記の無酸化炉による鋼材の加熱は次のように行われる。炉本体のバーナ７１に燃料と共に空気比１．０未満の燃焼用空気を供給することにより燃焼させて無酸化雰囲気ガスを生成させ、その無酸化雰囲気ガスにより炉内を所定温度に保ち、鋼材Ｘが所定温度に加熱されるようにする。炉本体７０から排出された無酸化雰囲気ガスは２次燃焼室７２へ導入されて未燃分の燃焼が行われた後、放散される。２次燃焼室７２においては、無酸化雰囲気ガスが低発熱量のガスであって、このガスを単独で燃焼させることは困難であるので、バーナ７３に多量の燃料を供給し、低発熱量のガスでも酸化できる温度まで２次燃焼室の温度を上昇させて燃焼させている。
【０００５】
ところで、無酸化雰囲気ガスを炉本体から排出させた後に燃焼させることにより、加熱炉へ供給した燃料が有していたエネルギーが鋼材の加熱に使用されずに廃棄されてしまうという問題に対処し、従来から、無酸化雰囲気ガスを炉本体内で燃焼させることの検討が行われている。例えば、特公昭６３−６００９４号公報においては、空気比１．０未満で燃焼させた燃焼ガスで被加熱物を囲み、又、この燃焼で発生した未燃分を上記燃焼ガスで囲んだ領域で燃焼させる方法が提案されている。すなわち、この方法においては、空気比１．０未満で燃焼させた無酸化雰囲気ガスで被加熱物を囲んで加熱し、その無酸化雰囲気領域の外側に酸化性ガスを吹き込んで無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させている。
【０００６】
しかし、上記従来の加熱炉においては、無酸化雰囲気の領域と２次燃焼領域の間に境界が設けられている訳ではないので、燃焼負荷が変化して炉内ガスの流速が変化した場合、あるいは加熱炉自体に燃焼ガスや酸化性ガスの流れを妨げる構造物がある場合には、炉内ガスの乱れが起こって、２次燃焼で生成した酸化雰囲気のガスが被加熱物に接触し、スケール発生防止の機能が損なわれるようになる。
【０００７】
このように、上記従来の加熱炉は、特定の条件下において完全な無酸化雰囲気を形成することができる手段が取り入れられたものであって、この手段を一般の無酸化炉に適用し、被加熱物の周囲に完全な無酸化雰囲気を形成させることは困難である。このため、現状においては、基本的な構成が図５に示す無酸化炉が使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す構成の無酸化炉には、次のような問題点がある。無酸化炉内で生成した無酸化雰囲気ガス（不完全燃焼ガス）を炉外へ取り出して２次燃焼させているので、２次燃焼で発生する熱エネルギーが排ガスの顕熱となって大気放散されてしまい、エネルギー効率が低い。
【０００９】
しかも、無酸化炉から排出される無酸化雰囲気ガスは単独では燃焼できない低発熱量のガスであるため、その燃焼のために低発熱量のガスでも酸化できる温度まで２次燃焼室の温度を上昇させることが必要であり、別途に多量の燃料を必要とする。このため、エネルギー効率は一層低くなる。
【００１０】
又、従来の加熱炉には、燃料と燃焼用空気を予め混合した予混合気をバーナに吹き込むプレミックス型、あるいは燃料と燃焼用空気をバーナ内に別々に吹き込んでバーナ内及びその前方で拡散混合させるノズルミックス型のものが設けられているが、これらのバーナを使用した場合、ススが発生しやすい。特に、燃料を不完全燃焼させる無酸化炉の燃焼においては、空気比が非常に低い範囲で燃料の燃焼をしなければならないので、燃焼が不安定になり、ススが発生する。このため、ススが発生する燃焼が行われることにより、供給した燃料のエネルギーが有効に利用されない。又、発生したススにより鋼材や炉内が汚染されるという問題も発生する。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決し、エネルギー効率が高く、かつ炉本体内における燃料の不完全燃焼を安定的に行うことができる連続無酸化炉及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る連続無酸化炉は、燃料を不完全燃焼させることにより発生させた無酸化雰囲気ガス中で被加熱物を連続的に処理する炉であって、炉本体内が、被加熱物の進行方向に向かって、無酸化雰囲気ガスを発生させる少なくとも一つのゾーンと該ゾーンで発生した無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させる少なくとも一つのゾーンからなる複数のゾーンに区分され、前記無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンには燃料を不完全燃焼させる燃焼装置が設けられ、前記無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内には隔壁で囲われて形成された２次燃焼室が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
本発明においては、無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーンが設けられており、無酸化雰囲気ガスの２次燃焼を炉内で行うが、その燃焼は２次燃焼させるゾーン内に設けられた２次燃焼室で行われるので、被加熱物を加熱する無酸化雰囲気ガスに酸化雰囲気ガスである２次燃焼ガスが混じることがなく、炉本体内の雰囲気が確実に無酸化雰囲気に維持される。又、２次燃焼室の隔壁からは放射熱によって炉本体内へ熱の還流が行われ、被加熱物の加熱熱源の一部として利用されるので、エネルギー効率が向上する。
【００１４】
請求項２に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１に記載の発明において、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンに設けられる燃焼装置が管状火炎バーナであることを特徴としている。
【００１５】
本発明において、管状火炎バーナとは、基本的な構成が特開平１１−２８１０１５号公報に記載されているものと同じであって、図４に示すようなバーナを指す。このバーナは管状の燃焼室内で燃料と酸素含有ガスが旋回しながら燃焼して管状の火炎を形成し、燃焼ガスが燃焼室の端部から排出されるように構成されている。このバーナを使用すれば、安定した火炎を形成することができ、火炎各所の燃焼領域においては燃料や酸素の濃度が均一な状態で安定な燃焼が行われる。このため、局所的な低温領域ができることがなく、ススが生成しない。
【００１６】
請求項３に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、２次燃焼室がラジアントチューブであることを特徴としている。
【００１７】
高温の炉内で２次燃焼を行うための２次燃焼室を設けるに際し、その隔壁が熱衝撃に対する強度の維持が容易なものの一つとしてラジアントチューブが採用されている。ラジアントチューブとしては、Ｕ字状、Ｗ字状などのものがあるが、どのような形状でもよい。
【００１８】
請求項４に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、２次燃焼室の燃焼装置が管状火炎バーナであることを特徴としている。
【００１９】
本発明においては、２次燃焼させる燃焼装置として管状火炎バーナを採用する。無酸化雰囲気ガスは燃料ガス成分が非常に希薄な極低発熱量のガスであるので、通常のバーナでは単独で燃焼させることはできないが、管状火炎バーナによれば、燃焼させることができる。管状火炎バーナは燃料と酸素含有ガスとの混合性が良好であって、酸素利用効率が高く、余分な酸素を供給する必要がないので、燃焼温度を高くすることができる。このため、定常の操業状態においては、単独燃焼させることができ、２次燃焼用の燃料を供給する必要がない。これにより、エネルギー効率が大幅に向上する。
【００２０】
請求項５に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、２次燃焼室がラジアントボックスであることを特徴としている。
【００２１】
本発明において、ラジアントボックスとは箱型状、中空楕円筒体状などのものであって、ラジアントチューブのように内部の燃焼ガスの流れが既定されるではなく、内面の各面から他の一面を直接的に指向することができる形状をなすものを指す。
【００２２】
請求項６に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項５に記載の発明において、ラジアントボックスには無酸化雰囲気ガスを導入する少なくとも１つのガス導入部と排ガスの顕熱を蓄積する少なくとも２つの蓄熱部を有する燃焼装置が設けられていることを特徴としている。
【００２３】
２次燃焼室をラジアントボックスにすることで、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。又、複数の蓄熱式燃焼装置を１つのラジアントボックスに配置することができるので、蓄熱式燃焼装置の燃焼切り替え時に発生する圧力変動が低減する。このため、ラジアントボックスの繰り返し応力が低減され、ラジアントボックスの寿命が延長される。
【００２４】
本発明においては、通常のバーナでは単独で燃焼させることはできない極低発熱量の無酸化雰囲気ガスを燃焼させるために、２次燃焼室の燃焼装置として蓄熱式の燃焼装置を備えている。燃焼用空気を燃焼排ガスと熱交換させて予熱する蓄熱式の燃焼装置によれば、高温燃焼することができるので、定常の操業状態においては、単独燃焼させることができる。これにより、定常の操業状態においては、２次燃焼用の燃料供給が不要になり、エネルギー効率が大幅に向上する。
【００２５】
請求項７に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１〜請求項６の何れかに記載の発明において、２次燃焼室の燃焼装置に接続された無酸化雰囲気ガスの配管に燃料配管が接続され、２次燃焼室の燃焼装置へ導入される無酸化雰囲気ガスに補助燃料の供給が可能に構成されたことを特徴としている。
【００２６】
２次燃焼室の燃焼装置への燃料供給を可能にしておくことにより、加熱手段として２次燃焼室を設けたゾーンに熱量の不足が起こった場合、補助燃料を供給することにより、上記熱量不足に対処することができる。
【００２７】
又、炉の立ち上げ時あるいは２次燃焼室の無酸化雰囲気ガスの温度が燃焼可能な範囲を下回る領域まで低下した場合には、少量の補助燃料を供給することにより、２次燃焼室へ導入された無酸化雰囲気ガスの温度を、常に燃焼可能な温度範囲に維持することができる。
【００２８】
又、補助燃料を燃焼装置へ導入される前の無酸化雰囲気ガス中に供給して混合させることにより、補助燃料用の燃焼装置が不要になるので、燃焼装置の構造の単純化を図ることができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１〜請求項７の何れかに記載の発明において、２次燃焼室から排出される排ガスの顕熱を回収する熱回収装置が設けられ、この熱回収装置へ燃焼用空気を導入して予熱するように構成されたことを特徴としている。
【００３０】
排ガスと燃焼用空気との熱交換を行わせる熱回収装置が設けられており、排ガスの顕熱が回収されて炉本体内へ還流されるので、エネルギー効率がさらに向上する。
【００３１】
ところで、上記各発明の連続無酸化炉の操業において、被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際には、炉内温度を速やかに上昇させる必要がある。次に記載する各発明は、上記操業条件への移行を速やかに行うための方法に係るものである。
【００３２】
請求項９に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉において被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、２次燃焼室へ導入する無酸化雰囲気ガスと共に補助燃料を供給することを特徴としている。
【００３３】
本発明においては、２次燃焼室で無酸化雰囲気ガスを燃焼させることにより、２次燃焼室が設けられているゾーン内を加熱しているが、処理温度の変更に際し、無酸化雰囲気ガスが保有するＣＯ、Ｈ_２　などの未燃焼成分の潜熱のみでは、２次燃焼室で発生する燃焼熱が不足し、被加熱物の必要な加熱条件、目標炉内温度が維持できない場合、すなわち、目標温度まで上昇させることができない場合には、補助燃料を供給し設定炉内温度を維持するものである。
【００３４】
請求項１０に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項９に記載の連続無酸化炉の発明において、補助燃料を無酸化雰囲気ガスと混合して供給することを特徴としている。
【００３５】
補助燃料を無酸化雰囲気ガスと混合して供給すると、補助燃料用の燃焼装置が不要になるので、２次燃焼室に備える燃焼装置の構造の単純化を図ることができる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉において被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンにおける燃料の燃焼量を増加させることにより、無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内の２次燃焼室における燃焼量を増加させ、この２次燃焼させるゾーン内の温度を所定温度まで上昇させることを特徴としている。
【００３７】
請求項１２に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉において被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーン及び無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内の被加熱物の温度を測定し、これらの温度測定値に基づいて、前記各ゾーン内の被加熱物の温度が所定値になるように、前記各ゾーンにおける燃料の燃焼量を調節することを特徴としている。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の一例を示す図であり、連続焼鈍ラインに配置される連続無酸化炉に適用した場合の構成を示す。図１において、１０は被加熱物である鋼帯Ｘを加熱するための炉本体で、その内部が鋼帯Ｘの進行方向に向かって、予熱帯Ａ、加熱帯Ｂ、均熱帯Ｃ、冷却帯Ｄの４ゾーンに区分されている。上記ゾーンのうち、加熱帯Ｂには、燃料を不完全燃焼させて無酸化雰囲気ガスを発生させる燃焼装置１１として、図４に示す管状火炎バーナが設けられている。この管状火炎バーナについては後述する。
【００３９】
又、予熱帯Ａ及び均熱帯Ｃには、加熱手段として、それぞれ管状火炎バーナを備えたラジアントチューブ１２、１３が設けられている。１４、１５はラジアントチューブ１２、１３に備えた管状火炎バーナである。この管状火炎バーナバ１４、１５には、加熱帯Ｂの排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９に繋がる無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７、１８が接続されており、加熱帯Ｂから排出された無酸化雰囲気ガスが導入されるようになっている。このため、ラジアントチューブ１２、１３が無酸化雰囲気ガスの２次燃焼室になっている。
【００４０】
又、ラジアントチューブに備えた管状火炎バーナ１４、１５に接続された無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７、１８には、それぞれ燃料配管の分岐管１９、２０が接続されており、状況に応じて、管状火炎バーナへ導入される前の無酸化雰囲気ガスに補助燃料を混合することが可能になっている。
【００４１】
図中、４５は燃焼用空気との熱交換を行って排ガスの顕熱を回収する熱回収装置、４６は燃焼用空気ファン、４７は排ガス吸引ファンである。
【００４２】
次に、炉本体１０に備える管状火炎バーナについて詳述する。図４は本発明の連続無酸化炉に備える管状火炎バーナの基本的な構成を示す図である。（ａ）図は一部を切り欠いた側面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ矢視の断面図である。５０は管状の燃焼室であり、一端が開放されて燃焼ガスの排気口になっている。この燃焼室５０の周囲には、燃料と酸素含有ガスを別々に吹き込むノズル、あるいは燃料ガスと酸素含有ガスよりなる予混合気を吹き込むノズルが設けられている。このノズル５１は噴射口が燃焼室の内面に開口し、噴射方向が燃焼室の内周面の略接線方向と一致するように向けられている。このため、燃料や酸素含有ガスの吹き込みによって、燃焼室５０内に旋回流が形成されるようになっている。そして、ノズル５１の先端部の形状を扁平に形成し、かつその開口面積を絞ることにより、燃焼室内に高速の旋回流を形成することができる。５２は点火プラグ、６０は火炎を示す。
【００４３】
なお、図４においては、ノズル５１が複数設けられたものが示されているが、ノズルは、必ずしも、複数でなければならない訳ではなく、１基だけのものであってもよい。
【００４４】
上記のように構成されたバーナにおいて、ノズル５１から吹き込まれて旋回流を形成している混合気に点火すると、燃焼室５０内のガスが密度差によって層別され、火炎の両側に密度の異なるガス層ができる。すなわち、旋回速度の小さい軸心側には高温の燃焼ガスが存在し、旋回速度の大きい内壁側には未燃焼のガスが存在するようになる。
【００４５】
又、内壁近傍では、旋回速度が火炎伝播速度を上回っており、火炎が内壁近傍までは伝播しないので、燃焼室５０内には火炎が管状の形になって生成する。又、燃焼室の内壁付近には未燃焼のガスが存在しているので、燃焼室５０の壁面が直接的に加熱されて高温に曝されることはない。燃焼室５０内のガスは旋回しながら下流側へ流れ、その間に、内壁側のガスが順次燃焼して軸心側へ移動し、開放端部から排出される。
【００４６】
上記の構成による管状火炎バーナは多くの利点を有するが、そのうち、本発明に関わる利点を挙げれば、次の通りである。燃料及び酸素含有ガスが高速で吹き込まれても、燃焼室５０内の中央部は旋回速度が小さいので、常に安定な火炎が形成される。このため、火炎各所の燃焼領域においては、燃料濃度や温度の差が生じない燃焼が行われ、局所的な低温領域ができることがないので、ススが生成しない。
【００４７】
又、燃料及び酸素含有ガスを高速で吹き込んで旋回流を形成させるため、燃料と酸素含有ガスとの混合性が良好であって、酸素利用効率が高く、余分な酸素を供給する必要がないので、燃焼温度を高くすることができる。
【００４８】
上記の構成による連続無酸化炉の操業は次のように行われる。加熱帯Ｂに設けられた管状火炎バーナ１１には、燃料配管から燃料が供給され、又、空気配管から、通常、空気比が０．４５〜０．９８の範囲内の所定値になるように流量調節された燃焼用空気が供給され、バーナ１１内で燃料の燃焼が行われる。この燃焼は空気比１．０未満で行う不完全燃焼であるので、炉本体１０内が無酸化雰囲気になる。
【００４９】
加熱帯Ｂの排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９から排気された無酸化雰囲気ガスは、２分されて、分岐配管１７，１８からラジアントチューブに設けられた管状火炎バーナバ１４，１５へ導入され、予熱された燃焼用空気が供給されて燃焼する。この燃焼により、ラジアントチューブ１２、１３の隔壁から放射熱が放散されて予熱帯Ａ、均熱帯Ｃが加熱される。この際、無酸化雰囲気ガスの燃焼がラジアントチューブ１２，１３内で行われるので、予熱帯Ａ、均熱帯Ｃにおいては、無酸化雰囲気ガスに酸化雰囲気ガスである２次燃焼ガスが混じるようなことは起こらず、各ゾーン内の雰囲気が確実に無酸化雰囲気に維持される。
【００５０】
ラジアントチューブ１２，１３から排出された排ガスは熱回収装置４５へ導入され、燃焼用空気との熱交換によって熱回収された後、放散される。予熱された燃焼用空気は加熱帯Ｂの管状火炎バーナ１１及びラジアントチューブに備えた管状火炎バーナ１４，１５へ供給される。
【００５１】
なお、予熱帯Ａ、均熱帯Ｃに設けられたラジアントチューブの管状火炎バーナ１４，１５に導入する無酸化雰囲気ガスには、補助燃料を混合することが可能になっているので、次のような場合には、状況に応じて、少量の補助燃料の供給を行う。例えば、炉の立ち上げ時や、ラジアントチューブ内の温度が低下して管状火炎バーナによっても燃焼できない領域に達することが予想される場合、又は予熱帯Ａあるいは均熱帯Ｃに熱量の不足が生じた場合に補助燃料の供給を行う。
【００５２】
図２は本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の他の例を示す図であり、連続焼鈍ラインに配置される連続無酸化炉に適用した場合の構成を示す。図２において、図１と同じ構成の部分については、同一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態においては、予熱帯Ａと均熱帯Ｃ内に、それぞれ隔壁で囲われて箱型状に形成されたラジアントボックス３０，３１が設けられている。ラジアントボックス３０，３１は加熱帯Ｂで発生させた無酸化雰囲気ガスを燃焼させる２次燃焼室であると共に、予熱帯Ａと均熱帯Ｃの加熱手段である。そして、ラジアントボックス３０，３１には、無酸化雰囲気ガスを導入する少なくとも１つのガス導入部と排ガスの顕熱を蓄熱する少なくとも２つの蓄熱部を有する燃焼装置３２、３３が設けられている。３４，３５はガス導入部、３６ａ，３６ｂと３７ａ，３７ｂは蓄熱部、３８は蓄熱体である。
【００５３】
予熱帯Ａと均熱帯Ｃのラジアントボックス３０，３１に設けられているガス導入部３４，３５には、加熱帯Ｂの排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９に繋がる無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７，１８が接続されており、加熱帯Ｂから排出された無酸化雰囲気ガスが導入され、燃焼される。
【００５４】
蓄熱部３６ａ，３６ｂと蓄熱部３７ａ，３７ｂには燃焼用の空気配管と燃焼排ガスの配管が接続されており、それぞれの配管に備えている切替弁を開閉させることにより、蓄熱部が燃焼用空気の導入部又は燃焼排ガスの排出部として交互に切替えて使用される。
【００５５】
又、ラジアントボックスに設けられたガス導入部３４，３５に接続された無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７、１８には、それぞれ燃料配管の分岐管１９，２０が接続されており、燃焼装置へ導入される前の無酸化雰囲気ガスに補助燃料を混合することが可能になっている。
【００５６】
なお、この実施の形態においては、均熱帯Ｃのガス導入部３５が管状火炎バーナであるが、均熱帯Ｃのガス導入部３５が管状火炎バーナに限定されるものではない。
【００５７】
図２の構成による連続無酸化炉の操業において、燃料を不完全燃焼させることにより発生させた加熱帯Ｂの無酸化雰囲気ガスは排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９から排出された後、２分されて、分岐配管１７，１８からラジアントボックスのガス導入部３４，３５へ導入される。そして、蓄熱部３６ａ，３６ｂの何れか一方と、蓄熱部３７ａ，３７ｂの何れか一方から予熱された燃焼用空気が供給され、ラジアントボックス３４，３５内で混合され、燃焼する。燃焼排ガスはそれぞれ他の蓄熱部から排出される。蓄熱部においては、燃焼排ガスにより蓄熱体が加熱されて蓄熱される。所定時間経過後、蓄熱部の切替えを行い、それぞれ蓄熱された蓄熱部へ燃焼用空気を導入し、他の蓄熱部から燃焼排ガスを排出させる。この燃焼により、ラジアントボックス３４，３５の隔壁から放射熱が放散され、予熱帯Ａ、均熱帯Ｃが加熱される。
【００５８】
ラジアントボックス３４，３５においては、蓄熱部で加熱された高温の燃焼用空気が導入されることにより、高温の火炎が発生するので、通常のバーナでは単独で燃焼させることはできない極低発熱量の無酸化雰囲気ガスを燃焼させることができる。このため、定常の操業状態においては、補助燃料を供給する必要がない。
【００５９】
図３は本発明の連続無酸化炉における炉内温度制御に係る実施の形態の一例を示す図である。図３において、図１で説明済みの部分については、同一の符号を付し説明を省略する。
【００６０】
図３に記す２１，２２，２３は、それぞれ予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計、２４，２５，２６は、予熱ゾーンＡの出口部、加熱ゾーンＢの出口部、均熱ゾーンＣの出口部のそれぞれにおける被加熱物の温度を測定する温度計である。
【００６１】
又、２７は加熱ゾーンＢの管状火炎バーナ１１に供給する燃料の流量調節装置、２８は加熱ゾーンＢの管状火炎バーナ１１に供給する燃焼用空気の流量調節装置、４２は予熱ゾーンＡの管状火炎バーナ１４に供給する燃焼用空気の流量調節装置、４３は均熱ゾーンＣの管状火炎バーナ１５に供給する燃焼用空気の流量調節装置、４０，４１は補助燃料の流量調節装置である。
【００６２】
そして、４４は炉内温度を測定する温度計による測定値又は被加熱物の温度を測定する温度計による測定値に基づいて、燃料及び／又は燃焼用空気の流量を調節する制御器である。
【００６３】
上記の構成による連続無酸化炉における加熱処理は次のように行われる。加熱ゾーンＢに設けられた管状火炎バーナ１１には、燃料配管から燃料が供給され、又、空気配管から、通常、空気比が０．４５〜０．９８の範囲内の所定値になるように流量調節された燃焼用空気が供給され、バーナ１１内で燃料の燃焼が行われる。この燃焼は空気比１．０未満で行う不完全燃焼であるので、炉本体１０内が無酸化雰囲気になる。
【００６４】
加熱ゾーンＢの無酸化雰囲気ガスは排気口１６及び予熱ゾーンＡの排気口３９から排出された後、分岐配管１７，１８からラジアントチューブに設けられた管状火炎バーナバ１４，１５へ導入され、予熱された燃焼用空気が供給されて燃焼する。この燃焼により、ラジアントチューブ１２，１３の隔壁から放射熱が放散されて予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣが加熱される。
【００６５】
制御器４４においては、予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計２１，２２、２３、又は予熱ゾーンＡの出口部、加熱ゾーンＢの出口部、均熱ゾーンＣの出口部における被加熱物の温度を測定する温度計２４，２５，２６の測定値に基づいて、管状火炎バーナ１１及び管状火炎バーナ１４，１５に供給する燃料と燃焼用空気の流量を変更する指示信号が発信され、これにより、各バーナの燃焼量の調節が行われる。
【００６６】
上記のようにして、被加熱物が所定温度になるように、予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの加熱が行われる。
【００６７】
次に、被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際の昇温方法について説明する。無酸化雰囲気ガスの燃焼熱により加熱されている予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣにおける加熱量が不足している場合、次の何れかの方法により、その加熱量の不足を補う操作を行う。
【００６８】
▲１▼　補助燃料の流量調節装置４０，４１の弁を開いて、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの管状火炎バーナ１４，１５へ導入する無酸化雰囲気ガス中に補助燃料の供給を開始し、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣのラジアントチューブ１２，１３内の燃焼量を増加させる。この補助燃料の供給は予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度が所定温度に達するまで継続し、その供給流量は予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計２１，２３の測定値に基づいて調節される。
【００６９】
▲２▼　加熱ゾーンＢに設けられた管状火炎バーナ１１へ供給する燃料と燃焼用空気の流量を増加させる。これにより、無酸化雰囲気ガスの発生量が増加し、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣのラジアントチューブ１２，１３内の燃焼量が増加する。加熱ゾーンＢの管状火炎バーナ１１における燃焼量を増加させる処置は、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度が所定温度に達するまで継続し、その燃料及び燃焼用空気の供給量は予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計２１，２３の測定値に基づいて調節される。
【００７０】
又、次の方法によれば、被加熱物を精度よく昇温させることができると共に、昇温操作を一体的に行うことができる。
【００７１】
被加熱物の目標加熱温度を各ゾーン毎に設定し、予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの出口部における被加熱物の温度を測定する温度計２４，２５，２６の測定値が、それぞれ所定値になるように、管状火炎バーナ１１及び管状火炎バーナ１４，１５に供給する燃料と燃焼用空気の供給量を調節する。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、エネルギー効率が高く、かつ炉本体内における燃料の不完全燃焼を安定的に継続することができる。又、被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更時には、炉内温度を速やかに上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の一例を示す図である。
【図２】本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の他の例を示す図である。
【図３】図３は本発明の連続無酸化炉における炉内温度制御に係る実施の形態の一例を示す図である。
【図４】本発明の連続無酸化炉に備える管状火炎バーナの基本的な構成を示す図である。
【図５】従来の無酸化炉の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０　炉本体
１１　炉本体に設けられた管状火炎バーナ
１２，１３　ラジアントチューブ
１４，１５　ラジアントチューブに設けられた管状火炎バーナ
１６，３９　排気口
１７，１８　無酸化雰囲気ガスの分岐配管
１９，２０　燃料配管の分岐管
２１，２２，２３　炉内温度を測定する温度計
２４，２５，２６　被加熱物の温度を測定する温度計
２７，４０，４１　燃料の流量調節装置
２８，４２，４３　燃焼用空気の流量調節装置
３０，３１　ラジアントボックス
３２、３３　ラジアントボックスの燃焼装置
３４，３５　ガス導入部
３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ　蓄熱部
３８　蓄熱体
４４　制御器
４５　熱回収装置
４６　燃焼用空気ファン
４７　排ガス吸引ファン
５０　管状火炎バーナの燃焼室
５１　管状火炎バーナの吹き込みノズル
６０　管状火炎バーナの火炎[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied to a non-oxidizing furnace of a continuous galvanizing facility or a direct-fired reducing furnace of a continuous annealing facility for continuously treating a heated object in a non-oxidizing atmosphere gas generated by incomplete combustion of a fuel. And a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
In a steel heating furnace, in order to prevent the generation of scale, the fuel is incompletely burned at an air ratio of less than 1.0 to fill the furnace with incomplete combustion gas. Gas) may heat the steel. However, the non-oxidizing atmosphere gas generated as described above contains flammable and toxic gases such as unburned components and carbon monoxide. Because of the danger and the risk of gas poisoning due to the leakage of the gas, a process of burning the non-oxidizing atmosphere gas discharged from the furnace, so-called afterburning (secondary combustion) is performed. I have.
[0003]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional non-oxidizing furnace. In FIG. 5, reference numeral 70 denotes a furnace main body for heating a steel material X to be heated, 71 denotes a burner provided in the furnace main body, 72 denotes a secondary combustion chamber for performing afterburning, and 73 denotes a burner for the secondary combustion chamber. , 74 are combustion air fans. 80 indicates a flame.
[0004]
The heating of the steel material by the above-described non-oxidizing furnace is performed as follows. By supplying combustion air having an air ratio of less than 1.0 to the burner 71 of the furnace main body together with fuel to burn it, an oxidizing atmosphere gas is generated, and the inside of the furnace is maintained at a predetermined temperature by the oxidizing atmosphere gas. Is heated to a predetermined temperature. The non-oxidizing atmosphere gas discharged from the furnace body 70 is introduced into the secondary combustion chamber 72, where the unburned portion is burned, and then is released. In the secondary combustion chamber 72, since the non-oxidizing atmosphere gas is a gas having a low calorific value and it is difficult to burn this gas alone, a large amount of fuel is supplied to the burner 73 and a low calorific value gas is supplied. The temperature of the secondary combustion chamber is raised to a temperature at which even gas can be oxidized, and combustion is performed.
[0005]
By the way, by combusting after the non-oxidizing atmosphere gas is discharged from the furnace body, the problem that the energy that the fuel supplied to the heating furnace had was discarded without being used for heating the steel material was addressed. Conventionally, studies have been made on burning non-oxidizing atmosphere gas in a furnace body. For example, in Japanese Patent Publication No. 63-60094, an object to be heated is surrounded by a combustion gas burned at an air ratio of less than 1.0, and an unburned portion generated by this combustion is surrounded by the combustion gas. Combustion methods have been proposed. That is, in this method, the object to be heated is surrounded and heated by a non-oxidizing atmosphere gas burned at an air ratio of less than 1.0, and the oxidizing gas is blown outside the non-oxidizing atmosphere region to discharge the non-oxidizing atmosphere gas. Secondary burning.
[0006]
However, in the conventional heating furnace, since a boundary is not provided between the non-oxidizing atmosphere region and the secondary combustion region, when the combustion load changes and the flow rate of the gas in the furnace changes, Alternatively, if the heating furnace itself has a structure that impedes the flow of the combustion gas or oxidizing gas, the gas in the furnace is disturbed, and the gas in the oxidizing atmosphere generated by the secondary combustion contacts the object to be heated, The function of preventing scale generation is impaired.
[0007]
As described above, the above-described conventional heating furnace incorporates a means capable of forming a completely non-oxidizing atmosphere under a specific condition, and this means is applied to a general non-oxidizing furnace, It is difficult to form a completely non-oxidizing atmosphere around the heating object. Therefore, at present, a non-oxidizing furnace having a basic configuration shown in FIG. 5 is used.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The non-oxidizing furnace having the configuration shown in FIG. 5 has the following problems. Since the non-oxidizing atmosphere gas (incomplete combustion gas) generated in the non-oxidizing furnace is taken out of the furnace and subjected to secondary combustion, the heat energy generated in the secondary combustion becomes sensible heat of the exhaust gas and is radiated to the atmosphere. Energy efficiency is low.
[0009]
Moreover, since the non-oxidizing atmosphere gas discharged from the non-oxidizing furnace is a gas having a low calorific value that cannot be burned alone, the temperature of the secondary combustion chamber is raised to a temperature at which even a gas having a low calorific value can be oxidized due to the combustion. And a large amount of fuel is required separately. For this reason, energy efficiency is further reduced.
[0010]
In addition, the conventional heating furnace has a premix type in which a premixed air in which fuel and combustion air are premixed is blown into a burner, or fuel and combustion air are separately blown into a burner and diffused in the burner and in front of the burner. Although a nozzle mix type for mixing is provided, when these burners are used, soot is easily generated. In particular, in the combustion in a non-oxidizing furnace for incomplete combustion of fuel, the fuel must be burned in a range where the air ratio is very low, so that the combustion becomes unstable and soot is generated. For this reason, the combustion of the soot is performed, so that the energy of the supplied fuel is not effectively used. In addition, there is a problem that the soot generated contaminates the steel material and the inside of the furnace.
[0011]
An object of the present invention is to provide a continuous non-oxidizing furnace capable of solving the above-mentioned problems, having high energy efficiency and stably performing incomplete combustion of fuel in the furnace main body, and a control method thereof. .
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the continuous non-oxidizing furnace according to the first aspect of the present invention continuously processes a heated object in a non-oxidizing atmosphere gas generated by incompletely burning fuel. A furnace, wherein at least one zone for generating a non-oxidizing atmosphere gas and at least one zone for performing secondary combustion of the non-oxidizing atmosphere gas generated in the furnace main body in a traveling direction of an object to be heated. The zone for generating the non-oxidizing atmosphere gas is provided with a combustion device for incompletely burning the fuel, and the zone for secondary burning of the non-oxidizing atmosphere gas is surrounded by a partition. And a secondary combustion chamber formed by forming the secondary combustion chamber.
[0013]
In the present invention, a zone for secondary combustion of the non-oxidizing atmosphere gas is provided, and the secondary combustion of the non-oxidizing atmosphere gas is performed in the furnace, and the combustion is performed in the secondary combustion zone provided for the secondary combustion. Since it is performed in the next combustion chamber, the secondary combustion gas, which is the oxidizing atmosphere gas, is not mixed with the non-oxidizing atmosphere gas for heating the object to be heated, and the atmosphere in the furnace body is reliably maintained in the non-oxidizing atmosphere. In addition, heat is recirculated from the partition wall of the secondary combustion chamber into the furnace main body by radiant heat and is used as a part of a heating heat source for the object to be heated, so that energy efficiency is improved.
[0014]
A continuous non-oxidizing furnace according to a second aspect of the present invention is the continuous non-oxidizing furnace according to the first aspect, wherein the combustion device provided in the zone for generating the non-oxidizing atmosphere gas is a tubular flame burner.
[0015]
In the present invention, the tubular flame burner has the same basic configuration as that described in JP-A-11-281015, and refers to a burner as shown in FIG. The burner is configured such that fuel and oxygen-containing gas are swirled and burn in a tubular combustion chamber to form a tubular flame, and the combustion gas is discharged from an end of the combustion chamber. If this burner is used, a stable flame can be formed, and stable combustion can be performed in a combustion region of each flame with a uniform concentration of fuel and oxygen. Therefore, a local low-temperature region is not formed, and soot is not generated.
[0016]
A continuous non-oxidizing furnace according to a third aspect of the present invention is the continuous non-oxidizing furnace according to the first or second aspect, wherein the secondary combustion chamber is a radiant tube.
[0017]
When providing a secondary combustion chamber for performing secondary combustion in a high-temperature furnace, a radiant tube is used as one of the partitions whose strength against thermal shock is easily maintained. The radiant tube includes a U-shaped tube and a W-shaped tube, but may have any shape.
[0018]
A continuous non-oxidizing furnace according to a fourth aspect of the present invention is the continuous non-oxidizing furnace according to any one of the first to third aspects, wherein the combustion device of the secondary combustion chamber is a tubular flame burner.
[0019]
In the present invention, a tubular flame burner is employed as a combustion device for performing secondary combustion. Since the non-oxidizing atmosphere gas is a gas having an extremely low calorific value, the fuel gas component is very dilute, it cannot be burned by a normal burner alone, but can be burned by a tubular flame burner. Since the tubular flame burner has a good mixability between the fuel and the oxygen-containing gas, has a high oxygen utilization efficiency, and does not need to supply extra oxygen, the combustion temperature can be raised. For this reason, in a steady operation state, it is possible to perform single combustion, and it is not necessary to supply fuel for secondary combustion. This greatly improves energy efficiency.
[0020]
The continuous non-oxidizing furnace according to the invention described in claim 5 is characterized in that, in the invention described in claim 1 or 2, the secondary combustion chamber is a radiant box.
[0021]
In the present invention, the radiant box has a box shape, a hollow elliptical cylindrical shape, or the like, and the flow of the internal combustion gas is not predetermined as in a radiant tube, but is different from each inner surface to another surface. Is a shape that can directly direct
[0022]
A continuous non-oxidizing furnace according to a sixth aspect of the present invention is the continuous non-oxidizing furnace according to the fifth aspect, wherein the radiant box has at least one gas introduction part for introducing a non-oxidizing atmosphere gas and at least sensible heat of the exhaust gas. A combustion device having two heat storage units is provided.
[0023]
By making the secondary combustion chamber a radiant box, low NOx combustion becomes possible. Further, since a plurality of regenerative combustion devices can be arranged in one radiant box, pressure fluctuations generated when the regenerative combustion devices switch combustion are reduced. For this reason, the repetitive stress of the radiant box is reduced, and the life of the radiant box is extended.
[0024]
In the present invention, a regenerative combustion device is provided as a combustion device for the secondary combustion chamber in order to burn non-oxidizing atmosphere gas having an extremely low calorific value, which cannot be burned by a normal burner alone. According to the regenerative combustion device that preheats the combustion air by exchanging heat with the combustion exhaust gas, high-temperature combustion can be performed, and therefore, in a steady operation state, single combustion can be performed. This eliminates the need for fuel supply for secondary combustion in a steady operation state, and greatly improves energy efficiency.
[0025]
A continuous non-oxidizing furnace according to a seventh aspect of the present invention is the continuous non-oxidizing furnace according to any one of the first to sixth aspects, wherein fuel is supplied to a non-oxidizing atmosphere gas pipe connected to a combustion device of a secondary combustion chamber. A pipe is connected, and the auxiliary fuel can be supplied to the non-oxidizing atmosphere gas introduced into the combustion device of the secondary combustion chamber.
[0026]
By making it possible to supply fuel to the combustion device in the secondary combustion chamber, if the amount of heat is insufficient in the zone in which the secondary combustion chamber is provided as a heating means, the auxiliary heat is supplied to supply the auxiliary heat. Can be dealt with.
[0027]
Also, when the furnace is started up or when the temperature of the non-oxidizing atmosphere gas in the secondary combustion chamber falls to a range below the combustible range, a small amount of auxiliary fuel is supplied to introduce it into the secondary combustion chamber. The temperature of the obtained non-oxidizing atmosphere gas can always be maintained in a temperature range in which combustion is possible.
[0028]
Further, by supplying and mixing the auxiliary fuel into the non-oxidizing atmosphere gas before being introduced into the combustion device, the combustion device for the auxiliary fuel becomes unnecessary, so that the structure of the combustion device can be simplified. it can.
[0029]
The continuous non-oxidizing furnace according to the invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat recovery device that recovers sensible heat of exhaust gas discharged from the secondary combustion chamber is provided. The heat recovery device is provided so as to be preheated by introducing combustion air into the heat recovery device.
[0030]
A heat recovery device for exchanging heat between the exhaust gas and the combustion air is provided, and the sensible heat of the exhaust gas is recovered and returned to the furnace body, so that the energy efficiency is further improved.
[0031]
By the way, in the operation of the continuous non-oxidizing furnace of each of the above-mentioned inventions, when changing the operating conditions for increasing the processing temperature of the object to be heated, it is necessary to raise the furnace temperature quickly. The inventions described below relate to a method for promptly shifting to the above operating conditions.
[0032]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a continuous non-oxidizing furnace, wherein operating conditions for increasing a processing temperature of an object to be heated are changed in the continuous non-oxidizing furnace according to any one of the first to eighth aspects. In this case, an auxiliary fuel is supplied together with the non-oxidizing atmosphere gas introduced into the secondary combustion chamber.
[0033]
In the present invention, the zone in which the secondary combustion chamber is provided is heated by burning the non-oxidizing atmosphere gas in the secondary combustion chamber. CO, with only the latent heat of unburnt components such as H ₂ which, combustion heat is insufficient to occur in the secondary combustion chamber, the required heating condition of the article to be heated, when the target furnace temperature can not be maintained, i.e., the target temperature If the temperature cannot be increased, auxiliary fuel is supplied to maintain the set furnace temperature.
[0034]
A method for controlling a continuous non-oxidizing furnace according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that, in the continuous non-oxidizing furnace according to the ninth aspect, an auxiliary fuel is mixed with a non-oxidizing atmosphere gas and supplied. .
[0035]
When the auxiliary fuel is mixed with the non-oxidizing atmosphere gas and supplied, a combustion device for the auxiliary fuel is not required, so that the structure of the combustion device provided in the secondary combustion chamber can be simplified.
[0036]
According to a method for controlling a continuous non-oxidizing furnace according to the invention of claim 11, in the continuous non-oxidizing furnace according to any one of claims 1 to 8, the operating condition for increasing the processing temperature of the object to be heated is changed. At this time, by increasing the amount of fuel combustion in the zone where the non-oxidizing atmosphere gas is generated, the amount of combustion in the secondary combustion chamber in the zone where the non-oxidizing atmosphere gas is secondarily burned is increased, and the secondary combustion is performed. The temperature in the zone is raised to a predetermined temperature.
[0037]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a continuous non-oxidizing furnace, wherein operating conditions for increasing a processing temperature of an object to be heated are changed in the continuous non-oxidizing furnace according to any one of the first to eighth aspects. At this time, the temperatures of the objects to be heated in the zone where the non-oxidizing atmosphere gas is generated and the zone where the non-oxidizing atmosphere gas is secondarily burned are measured, and based on these temperature measurement values, the objects to be heated in each of the zones are measured. The combustion amount of fuel in each of the zones is adjusted so that the temperature of the fuel cell reaches a predetermined value.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a view showing an example of an embodiment relating to a configuration of a continuous non-oxidizing furnace of the present invention, and shows a configuration applied to a continuous non-oxidizing furnace arranged in a continuous annealing line. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a furnace main body for heating a steel strip X, which is an object to be heated, the inside of which has a pre-tropical zone A, a heating zone B, a solitary zone C, and a cooling zone in the traveling direction of the steel strip X. D is divided into four zones. In the heating zone B of the above zones, a tubular flame burner shown in FIG. 4 is provided as a combustion device 11 for incompletely burning fuel to generate a non-oxidizing atmosphere gas. This tubular flame burner will be described later.
[0039]
Further, radiant tubes 12 and 13 each having a tubular flame burner are provided as heating means in the pre-tropical zone A and the solitary zone C. Reference numerals 14 and 15 are tubular flame burners provided on the radiant tubes 12 and 13, respectively. The tubular flame burners 14 and 15 are connected to branch pipes 17 and 18 of non-oxidizing atmosphere gas which are connected to the exhaust port 16 of the heating zone B and the exhaust port 39 of the pre-tropical zone A, and are discharged from the heating zone B. A non-oxidizing atmosphere gas is introduced. For this reason, the radiant tubes 12 and 13 are secondary combustion chambers for the non-oxidizing atmosphere gas.
[0040]
In addition, branch pipes 19 and 20 of fuel pipes are connected to branch pipes 17 and 18 of the non-oxidizing atmosphere gas connected to the tubular flame burners 14 and 15 provided on the radiant tube, respectively. The auxiliary fuel can be mixed with the non-oxidizing atmosphere gas before being introduced into the tubular flame burner.
[0041]
In the drawing, reference numeral 45 denotes a heat recovery device that exchanges heat with combustion air to recover sensible heat of exhaust gas, 46 denotes a combustion air fan, and 47 denotes an exhaust gas suction fan.
[0042]
Next, the tubular flame burner provided in the furnace body 10 will be described in detail. FIG. 4 is a view showing a basic configuration of a tubular flame burner provided in the continuous non-oxidizing furnace of the present invention. (A) is a side view with a part cut away, and (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in (a). Reference numeral 50 denotes a tubular combustion chamber, one end of which is opened to serve as an exhaust port for combustion gas. Around the combustion chamber 50, nozzles for separately blowing the fuel and the oxygen-containing gas or nozzles for blowing a premixed gas composed of the fuel gas and the oxygen-containing gas are provided. The nozzle 51 has an injection port opened on the inner surface of the combustion chamber, and is oriented such that the injection direction is substantially tangential to the inner peripheral surface of the combustion chamber. Therefore, a swirling flow is formed in the combustion chamber 50 by blowing the fuel or the oxygen-containing gas. Then, by forming the shape of the tip end portion of the nozzle 51 to be flat and narrowing the opening area, a high-speed swirling flow can be formed in the combustion chamber. 52 indicates a spark plug, and 60 indicates a flame.
[0043]
Although FIG. 4 shows a case where a plurality of nozzles 51 are provided, the number of nozzles does not necessarily have to be plural, but may be only one.
[0044]
In the burner configured as described above, when the air-fuel mixture blown from the nozzle 51 and forming a swirling flow is ignited, the gas in the combustion chamber 50 is stratified by the density difference, and the density differs on both sides of the flame. A gas layer is formed. That is, high-temperature combustion gas exists on the axis side where the swirling speed is low, and unburned gas exists on the inner wall side where the swirling speed is high.
[0045]
Further, in the vicinity of the inner wall, the swirling speed is higher than the flame propagation speed, and the flame does not propagate to the vicinity of the inner wall, so that the flame is generated in the combustion chamber 50 in a tubular shape. Further, since unburned gas exists near the inner wall of the combustion chamber, the wall surface of the combustion chamber 50 is not directly heated and is not exposed to a high temperature. The gas in the combustion chamber 50 flows to the downstream side while swirling, during which the gas on the inner wall side burns sequentially, moves to the axial center side, and is discharged from the open end.
[0046]
The tubular flame burner having the above configuration has many advantages. Among them, the advantages relating to the present invention are as follows. Even when the fuel and the oxygen-containing gas are blown at a high speed, a stable flame is always formed because the swirling speed is low in the central portion in the combustion chamber 50. For this reason, in the combustion region of each part of the flame, combustion is performed in which there is no difference between the fuel concentration and the temperature, and there is no local low-temperature region, so that no soot is generated.
[0047]
In addition, since the fuel and the oxygen-containing gas are blown at a high speed to form a swirling flow, the mixing property between the fuel and the oxygen-containing gas is good, the oxygen use efficiency is high, and there is no need to supply extra oxygen. , The combustion temperature can be increased.
[0048]
The operation of the continuous non-oxidizing furnace having the above configuration is performed as follows. Fuel is supplied from a fuel pipe to the tubular flame burner 11 provided in the heating zone B, and the air ratio is usually set to a predetermined value within a range of 0.45 to 0.98 from an air pipe. The combustion air whose flow rate has been adjusted is supplied, and the fuel is burned in the burner 11. Since this combustion is an incomplete combustion performed at an air ratio of less than 1.0, the inside of the furnace main body 10 becomes a non-oxidizing atmosphere.
[0049]
The non-oxidizing atmosphere gas exhausted from the exhaust port 16 of the heating zone B and the exhaust port 39 of the pre-tropical zone A is split into two and introduced into the tubular flame burners 14 and 15 provided in the radiant tubes from the branch pipes 17 and 18. Then, preheated combustion air is supplied to burn. By this combustion, the radiant heat is radiated from the partition walls of the radiant tubes 12 and 13, and the pre-tropical zone A and the solitary zone C are heated. At this time, since the combustion of the non-oxidizing atmosphere gas is performed in the radiant tubes 12 and 13, in the pre-tropical zone A and the solitary tropical zone C, the non-oxidizing atmosphere gas is mixed with the secondary combustion gas which is the oxidizing atmospheric gas. Does not occur, and the atmosphere in each zone is reliably maintained in a non-oxidizing atmosphere.
[0050]
The exhaust gas discharged from the radiant tubes 12 and 13 is introduced into the heat recovery device 45, and after being recovered by heat exchange with the combustion air, is discharged. The preheated combustion air is supplied to the tubular flame burner 11 in the heating zone B and the tubular flame burners 14 and 15 provided in the radiant tube.
[0051]
The non-oxidizing atmosphere gas introduced into the tubular flame burners 14 and 15 of the radiant tubes provided in the pre-tropical zone A and the solitary zone C can be mixed with an auxiliary fuel. In some cases, a small amount of auxiliary fuel is supplied according to the situation. For example, when starting the furnace, when it is expected that the temperature in the radiant tube decreases and reaches a region where it cannot be burned even by the tubular flame burner, or there is a shortage of heat in the pre-tropical zone A or the isotropical zone C In some cases, supplemental fuel is supplied.
[0052]
FIG. 2 is a view showing another example of the embodiment relating to the configuration of the continuous non-oxidizing furnace of the present invention, and shows a configuration applied to a continuous non-oxidizing furnace arranged in a continuous annealing line. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, radiant boxes 30 and 31 each formed in a box shape and surrounded by a partition wall are provided in the pre-tropical zone A and the solitary zone C, respectively. The radiant boxes 30 and 31 are secondary combustion chambers for burning the non-oxidizing atmosphere gas generated in the heating zone B, and are heating means for the pretropical zone A and the solitary zone C. The radiant boxes 30 and 31 are provided with combustion devices 32 and 33 having at least one gas introduction unit for introducing a non-oxidizing atmosphere gas and at least two heat storage units for storing sensible heat of exhaust gas. Numerals 34 and 35 denote gas introduction parts, 36a and 36b and 37a and 37b denote heat storage parts, and 38 denotes a heat storage body.
[0053]
The gas introduction portions 34 and 35 provided in the radiant boxes 30 and 31 of the pre-tropical zone A and the solitary zone C branch the non-oxidizing atmosphere gas connected to the exhaust port 16 of the heating zone B and the exhaust port 39 of the pre-tropical zone A. The pipes 17 and 18 are connected, and the non-oxidizing atmosphere gas discharged from the heating zone B is introduced and burned.
[0054]
Combustion air pipes and combustion exhaust pipes are connected to the heat storage sections 36a and 36b and the heat storage sections 37a and 37b. By opening and closing a switching valve provided in each of the pipes, the heat storage section causes the combustion air to flow. It is used by alternately switching as an introduction part or a combustion exhaust gas discharge part.
[0055]
In addition, branch pipes 19 and 20 of fuel pipes are connected to branch pipes 17 and 18 of the non-oxidizing atmosphere gas connected to gas introduction sections 34 and 35 provided in the radiant box, respectively, and introduced into the combustion device. It is possible to mix the auxiliary fuel with the non-oxidizing atmosphere gas before the gas is discharged.
[0056]
In this embodiment, the gas introduction part 35 of the solitary C is a tubular flame burner, but the gas introduction part 35 of the soother C is not limited to a tubular flame burner.
[0057]
In the operation of the continuous non-oxidizing furnace having the configuration of FIG. 2, the non-oxidizing atmosphere gas in the heating zone B generated by incompletely burning the fuel is discharged from the exhaust port 16 and the exhaust port 39 of the pre-tropical A, After being divided into two, they are introduced from the branch pipes 17 and 18 into the gas introduction parts 34 and 35 of the radiant box. Then, combustion air preheated from one of the heat storage units 36a and 36b and one of the heat storage units 37a and 37b is supplied, mixed in the radiant boxes 34 and 35, and burned. The combustion exhaust gas is discharged from each of the other heat storage units. In the heat storage section, the heat storage body is heated by the combustion exhaust gas to store heat. After a lapse of a predetermined time, the heat storage units are switched, the combustion air is introduced into the heat storage units in which the heat is stored, and the combustion exhaust gas is discharged from the other heat storage units. By this combustion, radiant heat is radiated from the partition walls of the radiant boxes 34 and 35, and the pre-tropical zone A and the solitary zone C are heated.
[0058]
In the radiant boxes 34 and 35, a high-temperature flame is generated by introducing the high-temperature combustion air heated in the heat storage unit. A non-oxidizing atmosphere gas can be burned. For this reason, there is no need to supply auxiliary fuel in a steady operation state.
[0059]
FIG. 3 is a diagram showing an example of an embodiment relating to furnace temperature control in the continuous non-oxidizing furnace of the present invention. In FIG. 3, the same reference numerals are given to the portions described in FIG. 1 and the description is omitted.
[0060]
In FIG. 3, reference numerals 21, 22, and 23 denote thermometers for measuring the furnace temperatures in the preheating zone A, the heating zone B, and the soaking zone C, respectively, and reference numerals 24, 25, and 26 denote the outlet of the preheating zone A and the heating zone, respectively. The thermometer measures the temperature of the object to be heated at each of the outlet section B and the outlet section of the soaking zone C.
[0061]
Reference numeral 27 denotes a device for controlling the flow rate of fuel supplied to the tubular flame burner 11 in the heating zone B, reference numeral 28 denotes a device for controlling the flow rate of combustion air supplied to the tubular flame burner 11 in the heating zone B, and reference numeral 42 denotes a tubular flame in the preheating zone A. Reference numeral 43 denotes a combustion air flow control device supplied to the burner 14, 43 denotes a combustion air flow control device supplied to the tubular flame burner 15 in the soaking zone C, and 40 and 41 denote auxiliary fuel flow control devices.
[0062]
Reference numeral 44 denotes a controller that adjusts the flow rate of fuel and / or combustion air based on a value measured by a thermometer for measuring the temperature in the furnace or a value measured by a thermometer for measuring the temperature of the object to be heated.
[0063]
The heat treatment in the continuous non-oxidizing furnace having the above configuration is performed as follows. Fuel is supplied from a fuel pipe to the tubular flame burner 11 provided in the heating zone B, and from the air pipe, the air ratio is usually set to a predetermined value in the range of 0.45 to 0.98. The combustion air whose flow rate has been adjusted is supplied, and the fuel is burned in the burner 11. Since this combustion is an incomplete combustion performed at an air ratio of less than 1.0, the inside of the furnace main body 10 becomes a non-oxidizing atmosphere.
[0064]
After the non-oxidizing atmosphere gas in the heating zone B is exhausted from the exhaust port 16 and the exhaust port 39 in the preheating zone A, it is introduced from the branch pipes 17 and 18 into the tubular flame burners 14 and 15 provided in the radiant tube, and is preheated. The combustion air is supplied and burns. By this combustion, radiant heat is radiated from the partition walls of the radiant tubes 12 and 13, and the preheating zone A and the soaking zone C are heated.
[0065]
In the controller 44, the thermometers 21, 22, and 23 for measuring the furnace temperature in the preheating zone A, the heating zone B, and the soaking zone C, or the outlet of the preheating zone A, the outlet of the heating zone B, and the soaking Based on the measured values of the thermometers 24, 25 and 26 for measuring the temperature of the object to be heated at the outlet of the zone C, the flow rates of the fuel and the combustion air supplied to the tubular flame burner 11 and the tubular flame burners 14 and 15 are determined. An instruction signal to be changed is transmitted, whereby the combustion amount of each burner is adjusted.
[0066]
As described above, the preheating zone A, the heating zone B, and the soaking zone C are heated so that the object to be heated has a predetermined temperature.
[0067]
Next, a description will be given of a method of raising the temperature when changing the operating conditions for raising the processing temperature of the object to be heated. When the amount of heating in the preheating zone A and the soaking zone C, which are heated by the combustion heat of the non-oxidizing atmosphere gas, is insufficient, an operation to compensate for the insufficient amount of heating is performed by any of the following methods.
[0068]
{Circle around (1)} The valves of the auxiliary fuel flow control devices 40 and 41 are opened, and the supply of auxiliary fuel is started into the non-oxidizing atmosphere gas introduced into the tubular flame burners 14 and 15 of the preheating zone A and the soaking zone C, The combustion amount in the radiant tubes 12 and 13 in the preheating zone A and the soaking zone C is increased. The supply of the auxiliary fuel is continued until the furnace temperature in the preheating zone A and the soaking zone C reaches a predetermined temperature, and the supply flow rate is a thermometer 21 that measures the furnace temperature in the preheating zone A and the soaking zone C. Adjusted based on 23 measurements.
[0069]
{Circle around (2)} Increase the flow rates of fuel and combustion air supplied to the tubular flame burner 11 provided in the heating zone B. As a result, the amount of generation of the non-oxidizing atmosphere gas increases, and the amount of combustion in the radiant tubes 12 and 13 in the preheating zone A and the soaking zone C increases. The treatment for increasing the combustion amount in the tubular flame burner 11 in the heating zone B is continued until the temperature in the furnace of the preheating zone A and the soaking zone C reaches a predetermined temperature, and the supply amounts of the fuel and the combustion air are changed to the preheating zone. A, It is adjusted based on the measurement values of the thermometers 21 and 23 for measuring the furnace temperature in the soaking zone C.
[0070]
Further, according to the following method, the temperature of the object to be heated can be accurately raised, and the temperature raising operation can be performed integrally.
[0071]
The target heating temperature of the object to be heated is set for each zone, and the measurement values of the thermometers 24, 25, and 26 for measuring the temperatures of the object to be heated at the outlets of the preheating zone A, the heating zone B, and the soaking zone C are obtained. The supply amounts of the fuel and the combustion air to be supplied to the tubular flame burner 11 and the tubular flame burners 14 and 15 are adjusted so as to be respectively predetermined values.
[0072]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention mentioned above, energy efficiency is high and incomplete combustion of the fuel in a furnace main body can be continued stably. Further, when the operating conditions for raising the processing temperature of the object to be heated are changed, the furnace temperature can be raised quickly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment according to a configuration of a continuous non-oxidizing furnace of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another example of the embodiment relating to the configuration of the continuous non-oxidizing furnace of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an embodiment relating to furnace temperature control in a continuous non-oxidizing furnace of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of a tubular flame burner provided in the continuous non-oxidizing furnace of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional non-oxidizing furnace.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Furnace main body 11 Tubular flame burner 12, 13 provided in furnace main body Radiant tube 14, 15 Tubular flame burner 16, 39 provided in radiant tube Exhaust port 17, 18 Branch pipe 19, 20 for non-oxidizing atmosphere gas Fuel pipe Branch pipes 21, 22, 23 Thermometers 24, 25, 26 for measuring the temperature in the furnace Thermometers 27, 40, 41 for measuring the temperature of the object to be heated Fuel flow control devices 28, 42, 43 Flow control devices 30, 31 Radiant boxes 32, 33 Radiant box combustion devices 34, 35 Gas introduction units 36a, 36b, 37a, 37b Heat storage unit 38 Heat storage unit 44 Controller 45 Heat recovery device 46 Combustion air fan 47 Exhaust gas suction fan Reference Signs List 50 Combustion chamber of tubular flame burner 51 Injection nozzle of tubular flame burner 60 Flame of tubular flame burner

Claims

A furnace for continuously treating an object to be heated in a non-oxidizing atmosphere gas generated by incomplete combustion of a fuel. Is divided into a plurality of zones consisting of at least one zone for generating non-oxidizing atmosphere gas and at least one zone for secondary burning of the non-oxidizing atmosphere gas generated in the zone. A continuous non-oxidizing furnace, comprising: a combustion device for burning, and a secondary combustion chamber surrounded by a partition wall is provided in a zone for secondary burning of the non-oxidizing atmosphere gas.

The continuous non-oxidizing furnace according to claim 1, wherein the combustion device provided in the zone for generating the non-oxidizing atmosphere gas is a tubular flame burner.

The continuous non-oxidizing furnace according to claim 1 or 2, wherein the secondary combustion chamber is a radiant tube.

The continuous non-oxidizing furnace according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion device of the secondary combustion chamber is a tubular flame burner.

The continuous non-oxidizing furnace according to claim 1 or 2, wherein the secondary combustion chamber is a radiant box.

The combustion device having at least one gas introduction part for introducing a non-oxidizing atmosphere gas and at least two heat storage parts for storing sensible heat of exhaust gas is provided in the secondary combustion chamber. The continuous non-oxidizing furnace according to claim 5.

A fuel pipe is connected to a pipe of the non-oxidizing atmosphere gas connected to the combustion device of the secondary combustion chamber, so that auxiliary fuel can be supplied to the non-oxidizing atmosphere gas introduced to the combustion device of the secondary combustion chamber. The continuous non-oxidizing furnace according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:

A heat recovery device for recovering sensible heat of exhaust gas discharged from the secondary combustion chamber is provided, and combustion air is introduced into the heat recovery device and preheated. The continuous non-oxidizing furnace according to claim 7.

9. The auxiliary fuel is supplied together with a non-oxidizing atmosphere gas introduced into the secondary combustion chamber when the operating conditions for increasing the processing temperature of the object to be heated are changed. A method for controlling a continuous non-oxidizing furnace as described in the above.

The method for controlling a continuous non-oxidizing furnace according to claim 9, wherein the auxiliary fuel is supplied by being mixed with a non-oxidizing atmosphere gas.

When changing the operating conditions for raising the processing temperature of the object to be heated, by increasing the amount of fuel combustion in the zone where the non-oxidizing atmosphere gas is generated, the secondary in the zone where the non-oxidizing atmosphere gas is secondarily burned is increased. The method for controlling a continuous non-oxidizing furnace according to any one of claims 1 to 8, wherein the amount of combustion in the combustion chamber is increased, and the temperature in the zone where the secondary combustion is performed is increased to a predetermined temperature.

When changing the operating conditions to raise the processing temperature of the object to be heated, the temperatures of the object to be heated in the zone for generating the non-oxidizing atmosphere gas and the zone for secondary burning of the non-oxidizing atmosphere gas are measured, and these temperatures are measured. 9. The fuel combustion amount in each of the zones is adjusted based on the measured value such that the temperature of the object to be heated in each of the zones becomes a predetermined value. 3. The method for controlling a continuous non-oxidizing furnace according to item 1.