JP2005188774A - 管状火炎バーナ及び加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、管状火炎バーナおよびそれを用いた加熱炉を提供する。
【解決手段】両端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込む複数のノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致し、必要に応じて、更に、燃焼室内のノズルの少なくとも一方の端部近傍において、燃焼室内に板状部材を所望の面積で突出させる閉塞装置を備えている管状火炎バーナ。前記管状火炎バーナの燃焼室の両側のそれぞれに加熱室を有し、前記燃焼室の両端の開放部は前記加熱室に導通し、必要に応じて炉内に２次燃焼用酸素含有ガスを供給する供給手段と、該２次燃焼用酸素含有ガスを予め燃焼排ガスと熱交換させるための回転式蓄熱体とを備える加熱炉。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼室内に管状の火炎を形成する管状火炎バーナおよびそれを設置した炉に関し、特に被加熱物を左右対称に加熱し、加熱変形を防止するのに好適なものに関する。

鉄鋼製品を熱処理する加熱炉用に種々の構造の加熱バーナが提案され、その一つに管状火炎バーナがある。特許文献１はその代表的なものに関し、一端が開放された管状の燃焼室を有し、この燃焼室の閉塞端部近傍に燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが、前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて設けられている管状火炎バーナが示されている。 この管状火炎バーナは、高速の旋回流中で安定な管状の火炎がバーナ内に形成されるので、燃焼設備の小型化が達成されると共に、燃焼火炎の温度のバラツキが小さく、局所的な高温領域が形成されない上に、酸素比又は空気比を下げることもできるので、ＮＯｘなどの有害物質、炭化水素等の未燃焼分、煤煙といった環境汚染源を低減することが可能となる。
特開平１１−２８１０１５号公報

しかし、上記の管状火炎バーナを炉に取り付けて、被加熱物を加熱する場合に以下のような問題がある。

すなわち、上記の管状火炎バーナは、火炎の噴出方向が一方向となるので、Ｈ形鋼、山形鋼、凹形鋼（異形鋼）、およびレール等左右または上下対称の断面形状の被加熱物を加熱による熱歪を少なく加熱しようとすると、複数の管状加熱バーナを配置しなければならず、燃料や燃焼用酸素含有ガスの供給配管レイアウトを含む加熱装置の構造や、操業方法が複雑となる。生産量を確保するため熱処理量を増加させるためには複数の加熱装置が必要となる。図１１に複数の管状加熱バーナ１０１ａ，１０１ｂを配置し、対称断面の被加熱物１０２を加熱する加熱炉１００を示す。
本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので、噴出する火炎が左右対称となる加熱バーナおよび構造や操業方法が簡便で、かつ高能率な加熱炉を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成できる。
１ 両端が開放された管状の燃焼室と、前記燃焼室内に、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込む複数のノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナ。
２ １記載の管状火炎バーナに、更にその燃焼室内に、板状部材を、燃焼室内において所望の面積となるように、且つ該板状部材により区分される左右の燃焼室内の少なくとも一方にノズルが位置するように管軸直角方向に突出させる閉塞装置を設けたことを特徴とする管状火炎バーナ。
３ １または２の管状火炎バーナと、前記管状火炎バーナの燃焼室の両端部のそれぞれに設けられた加熱室と、燃料、酸素含有ガスを別々にあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路を有することを特徴とする加熱炉。
４ １または２の管状火炎バーナと、前記管状火炎バーナの燃焼室の両端部のそれぞれに設けられた加熱室と、前記加熱室から排出される燃焼排ガスと、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものとを熱交換する熱交換器と、前記熱交換器により燃焼排ガスと熱交換した後、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路とを有していることを特徴とする加熱炉。
５ １または２の管状火炎バーナと、前記管状火炎バーナの燃焼室の両端部のそれぞれに設けられた加熱室と、前記加熱室から排出される燃焼排ガスと、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものとを熱交換する熱交換器と、前記熱交換器により燃焼排ガスと熱交換した後、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路と燃焼排ガスと熱交換せずに燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路とを有することを特徴とする加熱炉。

本発明によれば、管状火炎バーナの両端部から噴出する火炎量を左右で調節できるので、Ｈ形鋼、山形鋼、および凹形鋼のように断面形状が左右対称となる被加熱物や、左右非対称の断面形状の被加熱物も均等に加熱することができ、加熱により発生する歪量を抑制することが可能で、工業上、極めて有用である。

本発明は、管軸方向に導通する複数の燃焼室を有する管状火炎バーナで、それぞれの燃焼室の端部から外に向けて火炎を噴出することを特徴とする。 以下、図を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナの構造およびその燃焼状態を説明する概略断面図で、図において１は管状火炎バーナ、１０は管状火炎バーナ１の管胴部、１１ａは管状火炎バーナ１の一方の燃焼室、１１ｂは他方の燃焼室、１２は未反応ガス、１３は燃焼排ガス、１４は火炎、１５は燃焼用酸素含有ガス２と燃料３による旋回流、１６はノズルで、本図では燃料２または燃焼用酸素含有ガス３を別々に燃焼室に吹き込む時を示す。燃料２と燃焼用酸素含有ガス３を予混合してノズル１６から燃焼室に吹き込んでも良い。

管状火炎バーナ１は、燃焼室１１ａ，１１ｂ内にノズル１６を、管胴部１０の管軸方向の中央部に、管端部からの距離を揃えて、同心円状に少なくとも一つ以上備える。
ノズル１６はノズル噴射口が燃焼室の内面で内周面の接線方向となるように開口させる。管状火炎バーナ１の管軸直角方向の横断面において、ノズル１６の取り付け位置は特に規定せず、噴出する火炎１４が安定するように取り付け位置を選定することができる。また、ノズル１６の数も規定しない。燃料２と燃焼用酸素含有ガス３を混合したものを吹き込む場合は一つでも良い。尚、噴出する火炎１４の安定性は、燃料種や、噴出させる火炎の長さによって影響を受ける。
ノズル１６を上述したように取り付けて、燃料２と燃焼用酸素含有ガス３を管端部に向けて進行する旋回流１５として燃焼室１１ａ，１１ｂに供給する。燃料２と燃焼用酸素含有ガス３は別々にあるいは予混合した後にノズル１６に供給する。
管状火炎バーナ１における燃焼は、管軸直角方向の円形断面において、管胴１０に接する最外縁部が燃料３と燃焼用酸素含有ガス２からなる未反応ガス１２、その内側が火炎１４、中心部が高温の燃焼排ガス１３で、燃焼室１１ａ、１１ｂのそれぞれの端部から外側に向けて噴出する。
管状火炎バーナの管軸方向の両端から噴出する燃焼排ガス１３の量を調節する場合、閉塞装置を使用する。
図２は、本発明の他の実施形態に係る管状火炎バーナで、閉塞装置の働きを説明する管軸方向の概略断面図である。 図２において４、４ａは閉塞装置、１７は閉塞装置の移動方向を示し、その他の符号は図１と共通とする。
図２はノズル１６（図中の矢印２、３の位置に設けられている）の端部近傍の両端部に閉塞装置４、４ａを設置し、閉塞装置４はノズル１６と燃焼室１１ａの間を開放し、閉塞装置４ａはノズル１６と燃焼室１１ｂの間を閉じている状態（図中点線）を示す。
燃焼室１１ａ，１１ｂからの燃焼排ガスの噴出量は閉塞装置４、４ａにより板状部材を燃焼室１１ａ，１１ｂ内において突出させる面積を調整して行う。燃焼排ガスはノズル１６との間が開放されている燃焼室１１ａからは噴出するが、ノズル１６との間が閉じている燃焼室１１ｂからは噴出しない。
このように、板状部材を燃焼室に突出させる場合、板状部材によって区分される燃焼室の左右のいずれか一方にノズル１６が位置するように管軸直角方向に突出させるので、燃焼排ガスの噴出量の調整が可能である。本発明で区分とは完全に遮断されなくても部分的に遮断される場合も含む。
図３は閉塞装置４として用いられ板状部材の一例を示すもので、板状部材４１、４２は燃焼室の内周面と同じ曲率の円弧状の切欠部を有している。閉塞装置４で燃焼室とノズル端部の間を開放する場合は、板状部材４１を上方に、燃焼室の内周面と切欠部が一致するように引き上げる。板状部材４２は同様に下方に引き下げる。閉塞する場合は燃焼室が横断面で閉止状態となるまで板状部材４１を下降させるか、板状部材４２を引き上げる。
図４は閉塞装置４として用いられる板状部材の他の例を示すもので、板状部材４３は、燃焼室の内断面と一致する面積の丸孔ｂを有している。燃焼室とノズルとの間を閉じる場合は板状部材４３の個所ａが燃焼室内となるようにする。
本発明では閉塞装置４の構成は特に限定しないが、板状部材の場合、燃焼室内に突出する面積を連続的に調整できるように構成すれば、燃焼室から外に向けて噴出する燃焼排ガスの量を連続的に調整することができ好ましい。
また、閉塞装置４は管状火炎バーナの外部に燃料、燃焼用酸素含有ガス、燃焼排ガスを漏洩しない構造とし、火炎の輻射熱などの影響を受けないように水冷または断熱構造とすることが望ましい。
図５は複数のノズル１６を有する管状火炎バーナに、閉塞装置４を複数設置し、燃焼排ガスを調整する状況を説明する図で、閉塞装置４、４ａ，４ｂの開閉量を調整して、噴出量を調整して燃焼排ガスを一方の端部から噴出させたり、両方の端部から噴出させたりすることが可能である。
図６に本発明の１実施形態に係る加熱炉で、図１に示した構造の管状火炎バーナを用いた加熱炉を示す。図６において５は加熱炉、５１ａ、５１ｂは加熱室，６は対称断面を有する形鋼などの被加熱物、６ａ，６ｂは被加熱部６の加熱部を示し、その他の符号は図１と同じとする。
本発明に係る管状火炎バーナを用いると、１台のバーナで被加熱物６の複数の個所を加熱できるので、加熱部６ａ，６ｂの対称性が損なわれず、加熱による変形を抑制することが可能となる。
図７は本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示す。管状火炎バーナの燃焼室の先端を曲管とし、加熱設備の両端部から燃焼排ガスを吹き込むようにしたもので、被加熱物を均一に加熱することが可能である。曲管の曲げ角度は所望の角度とすることが可能である。
図８は本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示し、本発明に係る管状火炎バーナが両端部間で導通していることを利用し、燃焼室内に被加熱物を挿通させて加熱することを特徴とする、棒鋼、パイプ、レールなど長尺なものを加熱を均一に加熱することが可能となる。
図９は、本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示し、炉内に２次燃焼用酸素含有ガスを供給する供給手段と、該２次燃焼用酸素含有ガスを予め燃焼排ガスと熱交換させるための熱交換器として回転式蓄熱体７とを設け、燃焼効率を向上させたものである。
図１０は、本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示し、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものと燃焼排ガスとで熱交換する熱交換器７と、熱交換器７を通過後に、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものを燃焼室及び／または加熱室に吹き込む経路（配管系）を有している。図中の矢印は燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものの移動方向を示す。
前記経路から、予熱された燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものを燃焼室に吹き込む場合、ノズル１６を用いたり、新たなノズル１６ａを燃焼室１１ａ内に設ける。加熱室に吹き込む場合は、前記経路を加熱室内でノズルなどで開口させる。
尚、管状火炎バーナ１や加熱室５１ａ，５１ｂに、燃焼排ガスと熱交換せずに燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものを吹き込む経路（図中点線で表示）と併用することも可能である。また、熱交換器を用いず、前記経路のみとすることも可能である。尚、本発明に係る加熱炉に用いる管状火炎バーナは、閉塞装置があってもなくても良く、特に限定しない。

本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナの内部構造を説明する概略断面図。 本発明の他の実施形態に係る管状火炎バーナの内部構造を説明する概略断面図。 本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナに設置した閉塞装置の板状部材の一例を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナに設置した閉塞装置の板状部材の一例を示す模式図。 本発明の他の実施形態に係る管状火炎バーナを示す概略断面図。 本発明の一実施形態に係る加熱炉の内部構造を説明する概略図。 本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示す概略図。 本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示す概略図。 本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示す概略図。 本発明の他の実施形態に係る加熱炉を示す概略図。 従来例。

符号の説明

１ 管状火炎バーナ
１０ 管状火炎バーナ１の管胴部
１１ａ管状火炎バーナ１の一の燃焼室
１１ｂ他の燃焼室
１２未反応ガス
１３，１３ａ，１３ｂ燃焼排ガス
１４火炎
１５燃焼用酸素含有ガス３と燃料２による旋回流、
１６、１６ａノズル
１７閉塞装置の移動方向を示す矢印
２ 燃料
３ 燃焼用酸素含有ガス
４、４ａ，４ｂ 閉塞装置
４１、４２、４３板状部材
５ 加熱炉
５１ａ，５１ｂ加熱室
６ 被加熱物
７ 熱交換器
１００加熱炉（従来例）
１０１ａ，ｂ管状火炎バーナ（従来例）
１０２被加熱物（従来例）

Claims (5)

1. 両端が開放された管状の燃焼室と、前記燃焼室内に、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込む複数のノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナ。
2. 請求項１記載の管状火炎バーナに、更にその燃焼室内に、板状部材を、燃焼室内において所望の面積となるように、且つ該板状部材により区分される左右の燃焼室内の少なくとも一方にノズルが位置するように管軸直角方向に突出させる閉塞装置を設けたことを特徴とする管状火炎バーナ。
3. 請求項１または２の管状火炎バーナと、前記管状火炎バーナの燃焼室の両端部のそれぞれに設けられた加熱室と、燃料、酸素含有ガスを別々にあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路を有することを特徴とする加熱炉。
4. 請求項１または２の管状火炎バーナと、前記管状火炎バーナの燃焼室の両端部のそれぞれに設けられた加熱室と、前記加熱室から排出される燃焼排ガスと、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものとを熱交換する熱交換器と、前記熱交換器により燃焼排ガスと熱交換した後、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路とを有していることを特徴とする加熱炉。
5. 請求項１または２の管状火炎バーナと、前記管状火炎バーナの燃焼室の両端部のそれぞれに設けられた加熱室と、前記加熱室から排出される燃焼排ガスと、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合したものとを熱交換する熱交換器と、前記熱交換器により燃焼排ガスと熱交換した後、燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路と燃焼排ガスと熱交換せずに燃料、酸素含有ガスあるいはこれらを予混合して燃焼室及び／又は加熱室に吹き込む経路とを有することを特徴とする加熱炉。

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