JP2017141493A - Heating apparatus for steel material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼材の加熱装置に関する。 The present invention relates to a steel material heating apparatus.
熱延工場等ではスラブやビレット等の鋼材を連続式又はバッチ式の加熱炉で加熱した後に熱間圧延が行われる。また、厚板工場等では厚板等の鋼材を連続式又はバッチ式の熱処理炉で加熱した後、熱処理が行われる。例えば厚板工場において厚板を製造する場合、連続式鋳造機で鋳造されたスラブが、台車等により搬送され、加熱炉の手前でストックヤードに一時的に保管される。この保管中にスラグの温度は最大で室温(約25℃)まで低下する。このため、このスラブは熱処理スケジュールに応じ順次ストックヤードから加熱炉に装入され、1200℃程度の温度まで加熱された後、圧延機へ送られ圧延処理される。 In a hot rolling factory or the like, hot rolling is performed after heating a steel material such as a slab or billet in a continuous or batch heating furnace. In a thick plate factory or the like, a steel material such as a thick plate is heated in a continuous or batch heat treatment furnace, and then heat treatment is performed. For example, when manufacturing a thick plate in a thick plate factory, a slab cast by a continuous casting machine is transported by a carriage or the like and temporarily stored in a stock yard in front of a heating furnace. During this storage, the temperature of the slag decreases to a maximum of room temperature (about 25 ° C.). For this reason, this slab is sequentially charged from a stock yard into a heating furnace according to a heat treatment schedule, heated to a temperature of about 1200 ° C., and then sent to a rolling mill for rolling.
このような加熱炉としては、スラブを装入側から抽出側まで搬送するウォーキングビーム式の搬送装置が配設され、この搬送装置の経路の上下に配設された複数のバーナーにより燃料ガスを燃焼させてスラブを加熱する加熱炉が公知である。上記バーナーには燃焼空気用ブロワにより燃焼用空気が供給され、燃料ガスが燃焼される。燃料ガスの燃焼後の排ガスは、加熱炉装入端部である炉尻から炉尻煙道を通り煙突へ送られ外部へ排気される。この加熱炉から排気される排ガスの顕熱は、リジェネバーナーやレキュペレーター等の熱交換器によりその一部が回収されて燃焼用空気の予熱に利用されるが、大半は煙突から排気される。従って、例えばレキュペレーター付属の加熱炉のエネルギー効率は50%程度に留まる。このため、例えば生産規模が200t/hの加熱炉であれば、300Mcal/t程度の燃料原単位を必要とする。 As such a heating furnace, a walking beam type conveying device for conveying the slab from the charging side to the extracting side is disposed, and the fuel gas is burned by a plurality of burners disposed above and below the path of the conveying device. A heating furnace that heats the slab is known. Combustion air is supplied to the burner by a combustion air blower, and fuel gas is combusted. The exhaust gas after the combustion of the fuel gas is sent from the furnace bottom, which is the heating furnace charging end, through the furnace bottom flue to the chimney and exhausted to the outside. Part of the sensible heat of the exhaust gas exhausted from this heating furnace is recovered by a heat exchanger such as a regenerative burner or a recuperator and used for preheating combustion air, but most is exhausted from the chimney. . Therefore, for example, the energy efficiency of the heating furnace attached to the recuperator is only about 50%. For this reason, for example, if the production scale is a heating furnace of 200 t / h, a fuel intensity of about 300 Mcal / t is required.
このエネルギー効率を向上させるために加熱炉から排気される排ガスによりスラブ等の鋼材の予熱を行う予熱炉を備えた加熱装置が提案されている(特開2014−219139号公報及び特開2011−196615号公報参照)。 In order to improve the energy efficiency, a heating apparatus including a preheating furnace that preheats a steel material such as a slab with exhaust gas exhausted from the heating furnace has been proposed (Japanese Unexamined Patent Application Publication Nos. 2014-219139 and 2011-196615). Issue gazette).
この従来の加熱装置は、加熱炉から排気される排ガスを全て予熱炉へ供給する。ところが、予熱炉に装入される前の鋼材の温度はストックヤードでの保管時間に依存してばらつきがある。このため、この従来の加熱装置では、例えば予熱炉に比較的温度の高い鋼材が装入された場合、予熱炉に導入された排ガスとの温度差が小さく排ガスの顕熱を十分に回収できないため、燃焼用空気を予熱する熱交換器へ排ガスを供給する場合よりもエネルギー効率がかえって低下するおそれがある。 This conventional heating apparatus supplies all the exhaust gas exhausted from the heating furnace to the preheating furnace. However, the temperature of the steel before being charged into the preheating furnace varies depending on the storage time in the stockyard. For this reason, in this conventional heating device, for example, when a steel material having a relatively high temperature is charged into the preheating furnace, the temperature difference from the exhaust gas introduced into the preheating furnace is small and the sensible heat of the exhaust gas cannot be sufficiently recovered. There is a possibility that the energy efficiency may be lowered rather than when exhaust gas is supplied to a heat exchanger that preheats combustion air.
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、エネルギー効率の高い鋼材の加熱装置を提供することである。 This invention is made | formed based on the above situations, and the objective of this invention is to provide the heating apparatus of steel materials with high energy efficiency.
上記課題を解決するためになされた発明は、熱間加工又は熱処理用の鋼材の加熱装置であって、上記鋼材をバーナーから噴出される燃焼ガスにより加熱する加熱炉と、上記加熱炉へ装入される前の鋼材を予熱ガスにより予熱する予熱炉と、上記バーナーに供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器と、上記加熱炉から排出される排ガスを上記予熱炉の予熱ガスとして供給する第1排ガス流路と、上記第1排ガス流路とは並列して設けられ、上記加熱炉から排出される排ガスを上記熱交換器の予熱ガスとして供給する第2排ガス流路とを備える。 The invention made to solve the above-mentioned problems is a steel material heating apparatus for hot working or heat treatment, wherein the steel material is heated by a combustion gas ejected from a burner, and charged into the heating furnace. A preheating furnace for preheating the steel before being heated with a preheating gas, a heat exchanger for preheating combustion air supplied to the burner, and an exhaust gas discharged from the heating furnace as a preheating gas for the preheating furnace The first exhaust gas flow path and the first exhaust gas flow path are provided in parallel, and include a second exhaust gas flow path that supplies the exhaust gas discharged from the heating furnace as a preheating gas for the heat exchanger.
当該加熱装置は、第1排ガス流路及び第2排ガス流路により加熱炉から排気される排ガスを予熱炉の予熱ガスと熱交換器の予熱ガスとに分配して供給できる。このため、当該加熱装置は、予熱ガスの顕熱を予熱炉及び熱交換器それぞれで回収できるので、予熱炉又は熱交換器のいずれか一方で回収する場合に比べて、多くの予熱ガスの顕熱が回収できる。予熱炉及び熱交換器に排ガスを供給する方法として、例えば予熱炉で鋼材の予熱に利用された排ガスを燃焼用空気の予熱に利用する方法も考えられる。しかし、この場合には空気を予熱する熱交換器へ供給される排ガスの温度が加熱炉から排気される排ガスの温度より低下するため、排ガスと燃焼用空気との温度差が小さくなり、排ガスから燃焼用空気への伝熱量が十分ではない。これに対し、当該加熱装置は加熱炉から排気される排ガスを予熱炉及び熱交換器に並列に供給するので、加熱炉から排気される排ガスの温度を大きく低下させることなく、上記予熱炉及び上記熱交換器に予熱ガスを供給できる。このため、当該加熱装置は、供給される予熱ガスと鋼材や燃焼用空気との温度差が確保し易いので、予熱ガスから鋼材や燃焼用空気への伝熱効率がよい。従って、当該加熱装置はエネルギー効率が高い。 The heating device can distribute and supply the exhaust gas exhausted from the heating furnace through the first exhaust gas channel and the second exhaust gas channel to the preheating gas of the preheating furnace and the preheating gas of the heat exchanger. For this reason, the heating device can recover the sensible heat of the preheating gas in each of the preheating furnace and the heat exchanger. Heat can be recovered. As a method of supplying the exhaust gas to the preheating furnace and the heat exchanger, for example, a method of using the exhaust gas used for preheating the steel material in the preheating furnace for preheating the combustion air is also conceivable. However, in this case, since the temperature of the exhaust gas supplied to the heat exchanger that preheats the air is lower than the temperature of the exhaust gas exhausted from the heating furnace, the temperature difference between the exhaust gas and the combustion air becomes small, and The amount of heat transferred to the combustion air is not sufficient. On the other hand, the heating device supplies the exhaust gas exhausted from the heating furnace in parallel to the preheating furnace and the heat exchanger, so that the temperature of the exhaust gas exhausted from the heating furnace is not greatly reduced, and the preheating furnace and the above Preheat gas can be supplied to the heat exchanger. For this reason, since the said heating apparatus is easy to ensure the temperature difference of the supplied preheating gas, steel materials, and combustion air, the heat transfer efficiency from preheating gas to steel materials and combustion air is good. Therefore, the heating device is energy efficient.
上記第1排ガス流路に供給する排ガスの流量と、上記第2排ガス流路に供給する排ガスの流量とを調整する機構をさらに備えるとよい。このように第1排ガス流路に供給する排ガスの流量と、第2排ガス流路に供給する排ガスの流量とを調整する機構を備えることで、エネルギー効率がさらに高まる。 A mechanism for adjusting the flow rate of the exhaust gas supplied to the first exhaust gas channel and the flow rate of the exhaust gas supplied to the second exhaust gas channel may be further provided. By providing a mechanism for adjusting the flow rate of the exhaust gas supplied to the first exhaust gas channel and the flow rate of the exhaust gas supplied to the second exhaust gas channel in this way, energy efficiency is further increased.
上記排ガス流量調整機構が上記第1排ガス流路に配設されているとよい。このように上記排ガス流量調整機構を上記第1排ガス流路に配設することで、例えば排ガスから鋼材への伝熱量が少ない場合に予熱炉へ供給する排ガスの流量を絞ることができる。これにより、エネルギー効率がさらに高まる。 The exhaust gas flow rate adjusting mechanism may be disposed in the first exhaust gas flow path. By arranging the exhaust gas flow rate adjusting mechanism in the first exhaust gas flow path as described above, the flow rate of the exhaust gas supplied to the preheating furnace can be reduced, for example, when the heat transfer amount from the exhaust gas to the steel material is small. This further increases energy efficiency.
上記排ガス流量調整機構が上記第2排ガス流路に配設されているとよい。このように上記排ガス流量調整機構を上記第2排ガス流路に配設することで、熱交換器に導入する排ガスの流量を精度よく調整できる。これにより、エネルギー効率がさらに高まる。 The exhaust gas flow rate adjusting mechanism may be disposed in the second exhaust gas flow path. Thus, by arranging the exhaust gas flow rate adjusting mechanism in the second exhaust gas flow path, the flow rate of the exhaust gas introduced into the heat exchanger can be accurately adjusted. This further increases energy efficiency.
上記予熱炉へ装入される鋼材の重量を測定する重量計、上記加熱炉へ装入される鋼材の重量を測定する重量計、予熱後の鋼材の温度を測定する温度計、上記加熱炉へ供給する燃料の流量を測定する流量計、及び上記熱交換器へ流入する燃焼用空気の流量を測定する流量計と、上記重量計、温度計及び流量計の測定結果に基づき上記排ガス流量調整機構を用いてエネルギー効率が最大化されるように上記予熱炉及び上記熱交換器へ供給する排ガス流量比を制御する機構とをさらに備えるとよい。このように上記重量計、温度計及び流量計とこれらの測定器の測定結果に基づいて排ガス流量比を制御する機構とをさらに備えることで、エネルギー効率が最大となる排ガス流量比を見積り、この見積りに基づいて、排ガス流量調整機構を用いて排ガスの流量比を調整することができる。これにより、エネルギー効率がさらに高まる。 A weigh scale that measures the weight of the steel material charged into the preheating furnace, a weigh scale that measures the weight of the steel material charged into the heating furnace, a thermometer that measures the temperature of the steel material after preheating, and the heating furnace A flow meter for measuring the flow rate of the supplied fuel, a flow meter for measuring the flow rate of combustion air flowing into the heat exchanger, and the exhaust gas flow rate adjusting mechanism based on the measurement results of the weight meter, the thermometer, and the flow meter And a mechanism for controlling the exhaust gas flow rate ratio supplied to the preheating furnace and the heat exchanger so that energy efficiency is maximized. In this way, by further comprising the above-described weigh scale, thermometer and flow meter and a mechanism for controlling the exhaust gas flow ratio based on the measurement results of these measuring instruments, the exhaust gas flow ratio at which energy efficiency is maximized is estimated, and this Based on the estimate, the exhaust gas flow rate adjustment mechanism can be used to adjust the exhaust gas flow rate ratio. This further increases energy efficiency.
上記加熱炉から排気される排ガスの温度を測定する温度計をさらに備えるとよい。このように上記加熱炉から排気される排ガスの温度を測定する温度計をさらに備えることで、エネルギー効率が最大となる排ガス流量比の見積り精度が向上する。これにより、エネルギー効率がさらに高まる。 A thermometer for measuring the temperature of the exhaust gas exhausted from the heating furnace may be further provided. As described above, by further including a thermometer for measuring the temperature of the exhaust gas exhausted from the heating furnace, the estimation accuracy of the exhaust gas flow rate ratio at which the energy efficiency is maximized is improved. This further increases energy efficiency.
加熱前の鋼材の温度を測定する温度計と、上記温度計の測定結果に基づき上記予熱炉へ装入する鋼材を選択する機構とを備えるとよい。加熱前の鋼材の温度が比較的高い鋼材を予熱炉へ装入すると、排ガス温度と鋼材との温度差が小さいため排ガスから鋼材への伝熱効率が低下する。このため、例えば一定量の排ガスの顕熱を回収するには加熱前の鋼材の温度が低い鋼材を予熱する場合に比べ、加熱前の鋼材の温度が高い鋼材を予熱する場合の方が、鋼材を予熱路内に長く滞在させる必要があり、生産性が低下する。従って、加熱前の鋼材の温度により予熱炉へ装入する鋼材を選択することで生産性の低下が抑止でき、燃料原単位を減らすことができる。 It is good to provide the thermometer which measures the temperature of the steel materials before a heating, and the mechanism which selects the steel materials inserted into the said preheating furnace based on the measurement result of the said thermometer. When a steel material having a relatively high temperature before heating is charged into the preheating furnace, the temperature difference between the exhaust gas temperature and the steel material is small, so the heat transfer efficiency from the exhaust gas to the steel material is reduced. For this reason, for example, when recovering a sensible heat of a certain amount of exhaust gas, compared to preheating a steel material with a low temperature before heating, preheating a steel material with a high temperature before heating is more Needs to stay in the preheating path for a long time, and productivity is reduced. Therefore, by selecting the steel material to be charged into the preheating furnace according to the temperature of the steel material before heating, the reduction in productivity can be suppressed and the fuel consumption rate can be reduced.
上記予熱炉から排気される排ガスの温度を測定する温度計と、上記温度計の測定結果に基づく上記予熱炉へ装入する鋼材の選択により上記予熱炉から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する機構とを備えるとよい。このように予熱炉から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する機構を備えることで、排ガスの酸露点腐食による予熱炉等の設備の劣化や破損を抑止できる。このため、エネルギー効率を高めつつ、安定した操業ができる。 By selecting a thermometer for measuring the temperature of the exhaust gas exhausted from the preheating furnace and a steel material charged into the preheating furnace based on the measurement result of the thermometer, the exhaust gas exhausted from the preheating furnace becomes a predetermined temperature or higher. And a mechanism for controlling the exhaust gas temperature. By providing a mechanism for controlling the exhaust gas temperature so that the exhaust gas exhausted from the preheating furnace becomes a predetermined temperature or more, it is possible to suppress deterioration and damage of equipment such as the preheating furnace due to acid dew point corrosion of the exhaust gas. For this reason, stable operation can be performed while improving energy efficiency.
上記熱交換器を迂回させる燃焼用空気のバイパス流路を備え、上記熱交換器から排気される排ガスの温度を測定する温度計と、上記温度計の測定結果に基づき燃焼用空気の一部又は全部を上記バイパス流路へ流すことにより上記熱交換器から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する機構とを備えるとよい。このように熱交換器から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する機構を備えることで、酸露点腐食による熱交換器等の設備の劣化や破損を抑止できる。このため、エネルギー効率を高めつつ、安定した操業ができる。 Combustion air bypass passage for bypassing the heat exchanger, a thermometer for measuring the temperature of exhaust gas exhausted from the heat exchanger, and a part of the combustion air based on the measurement result of the thermometer or It is preferable to provide a mechanism for controlling the exhaust gas temperature so that the exhaust gas exhausted from the heat exchanger becomes equal to or higher than a predetermined temperature by flowing all through the bypass channel. By providing a mechanism for controlling the exhaust gas temperature so that the exhaust gas exhausted from the heat exchanger becomes equal to or higher than a predetermined temperature in this way, it is possible to suppress deterioration and damage of equipment such as a heat exchanger due to acid dew point corrosion. For this reason, stable operation can be performed while improving energy efficiency.
上記バーナーに供給される燃料ガスの流量を調整する機構と、加熱後の鋼材の温度が所定範囲内となるように上記燃料ガス流量調整機構を用いて上記燃料ガス流量を制御する機構とを備えるとよい。このように燃料ガス流量調整機構と、この燃料ガス流量調整機構を用いて燃料ガス流量を制御する機構とを備えることで、加熱炉から抽出される鋼材の温度を所望の温度に調整し易い。このため、エネルギー効率を高めつつ、安定した操業ができる。 A mechanism for adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the burner; and a mechanism for controlling the fuel gas flow rate using the fuel gas flow rate adjustment mechanism so that the temperature of the heated steel material is within a predetermined range. Good. Thus, by providing the fuel gas flow rate adjusting mechanism and the mechanism for controlling the fuel gas flow rate using the fuel gas flow rate adjusting mechanism, it is easy to adjust the temperature of the steel material extracted from the heating furnace to a desired temperature. For this reason, stable operation can be performed while improving energy efficiency.
ここで、「酸露点腐食」とは、排ガス中に含まれる硫黄分等が水分との結合により硫酸等の酸となって凝縮(酸凝縮)し、金属を腐食させることをいう。また、「排ガスの流量比」とは、排ガスの総量に対する予熱炉へ供給する排ガスの比及び排ガスの総量に対する熱交換器へ供給する排ガスの比を意味する。 Here, “acid dew point corrosion” means that sulfur contained in exhaust gas is condensed (acid condensed) into an acid such as sulfuric acid by binding with moisture, and corrodes the metal. The “flow rate ratio of exhaust gas” means the ratio of exhaust gas supplied to the preheating furnace with respect to the total amount of exhaust gas and the ratio of exhaust gas supplied to the heat exchanger with respect to the total amount of exhaust gas.
以上説明したように、本発明の加熱装置は鋼材の加熱におけるエネルギー効率を高められる。 As described above, the heating device of the present invention can increase the energy efficiency in heating the steel material.
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しつつ詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[第1実施形態]
図1に示す加熱装置1は、本発明の一実施形態にかかる熱間加工又は熱処理用の鋼材の加熱装置であり、厚板工場、形鋼工場、熱延工場等でのスラブ、ビレット等の鋼材の加熱に用いることができる。当該加熱装置1は、上記鋼材をバーナーから噴出される燃焼ガスにより加熱する加熱炉2と、上記加熱炉2へ装入される前の鋼材を予熱ガスにより予熱する予熱炉3と、上記バーナーに供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器4とを主に備える。
[First Embodiment]
A
また、当該加熱装置1は、3つの搬送装置(第1搬送装置5a、第2搬送装置5b、及び第3搬送装置5c)を備える。上記第1搬送装置5aは、加熱前の鋼材が一時的に保管されているストックヤードXの抽出口、予熱炉3の抽出口、加熱炉2の装入口、及び第3搬送装置5cに鋼材を搬送できる。また、上記第2搬送装置5bは、第1搬送装置5aにより搬送された鋼材を第3搬送装置5cへ搬送できる。さらに、上記第3搬送装置5cは、第2搬送装置5bにより搬送された鋼材を加熱炉2の抽出口、予熱炉3の装入口、及び当該加熱装置1の鋼材搬出口に搬送できる。
Moreover, the said
また、当該加熱装置1は、4つの排ガス流路(第1排ガス流路6a、第2排ガス流路6b、第3排ガス流路6c、及び第4排ガス流路6d)と排ガスを外部に排出する煙突7とを備える。上記第1排ガス流路6aは、加熱炉2から排出される排ガスを上記予熱炉3の予熱ガスとして供給する流路である。また、上記第2排ガス流路6bは、上記第1排ガス流路6aとは並列して設けられ、上記加熱炉2から排出される排ガスを上記熱交換器4の予熱ガスとして供給する流路である。当該加熱装置1は、これらの第1排ガス流路6a及び第2排ガス流路6bにより、上記加熱炉2から排気される排ガスを上記予熱炉3の排ガスと上記熱交換器4の排ガスとに分配して供給できる。また、上記第3排ガス流路6c及び第4排ガス流路6dは、それぞれ上記予熱炉3及び上記熱交換器4から排気される排ガスを回収し、回収された排ガスは、煙突7から外部へ排気される。
In addition, the
また、当該加熱装置1は、上記予熱炉3又は熱交換器4に供給する排ガスの流量を調整する2つの排ガス流量調整弁(第1排ガス流量調整弁8a及び第2排ガス流量調整弁8b)を備える。上記第1排ガス流量調整弁8aは、上記予熱炉3へ排ガスを分配供給する第1流路6aに配設される。また、上記第2排ガス流量調整弁8bは、上記熱交換器4へ排ガスを分配供給する第2流路6bに配設される。
In addition, the
また、当該加熱装置1は、加熱炉2のバーナーへ供給される燃料ガスを加熱炉2へ流入させる燃料ガス流路9を備える。また、当該加熱装置1は、上記燃料ガス流路9に配設され、加熱炉2へ流入する燃料ガス流量を調整する燃料ガス流量調整弁10を備える。
In addition, the
また、当該加熱装置1は、熱交換器4を介して加熱炉2へ燃焼用空気を流入させる燃焼用空気流路11と、熱交換器4を迂回させる燃焼用空気のバイパス流路12とを備える。また、当該加熱装置1は、上記バイパス流路12に配設され、熱交換器4を迂回させる燃焼用空気流量を調整するバイパス流量調整弁13を備える。
In addition, the
また、当該加熱装置1は、予熱炉3へ装入される鋼材の重量M1を測定する重量計14a、加熱炉2へ装入される鋼材の重量M2を測定する重量計14b、加熱前の鋼材の温度T1を測定する温度計14c、予熱後の鋼材の温度T2を測定する温度計14d、上記予熱炉3から排気される排ガスの温度T3を測定する温度計14e、上記熱交換器4から排気される排ガスの温度T4を測定する温度計14f、加熱炉2から排気される排ガスの温度T5を測定する温度計14g、加熱後の鋼材の温度T6を測定する温度計14h、加熱炉へ供給する燃料の流量QFを測定する流量計14i、及び熱交換器へ流入する燃焼用空気の流量QAを測定する流量計14jを備える。また、当該加熱装置1は、上記測定器の測定結果に基づき上記排ガス流量調整弁、燃料ガス流量調整弁10及びバイパス流量調整弁13の開閉量を調整する制御機構15を備える。
The
(ストックヤード)
ストックヤードXは、加熱前の鋼材を一時的に保管する。当該加熱装置1にはこのストックヤードXから抽出された鋼材が供給され、当該加熱装置1により加熱される。ストックヤードXに保管されている鋼材の温度は、鋼材が保管されている時間及び加熱前の鋼材の処理条件に依存して変わるが、通常25℃以上600℃以下の範囲である。
(Stockyard)
The stockyard X temporarily stores the steel material before heating. The
<加熱炉>
加熱炉2は、第1搬送装置5aにより装入口に装入された鋼材を所定温度まで加熱し、抽出口から鋼材を抽出する。具体的には、加熱炉2は、燃料ガス流路9から供給される燃料ガスを燃焼用空気流路11から供給される燃焼用空気と混合してバーナーにより燃焼し、その燃焼ガスを用いて鋼材を加熱する。
<Heating furnace>
The
鋼材の加熱後の温度としては、特に限定されないが、例えば1100℃以上1300℃以下とできる。また、上記燃料ガスとしては、特に限定されないが、例えばコークス炉ガス(Cガス)、コークス炉ガスと高炉ガスとの混合ガス(Mガス)等を用いることができる。 Although it does not specifically limit as temperature after heating a steel material, For example, it can be set as 1100 degreeC or more and 1300 degrees C or less. The fuel gas is not particularly limited, and for example, coke oven gas (C gas), mixed gas of coke oven gas and blast furnace gas (M gas), or the like can be used.
加熱炉2としては、公知の加熱炉を用いることができる。公知の加熱炉としては、例えばウォーキングビーム式の搬送装置が配設され、鋼材が加熱炉2の装入側端部から抽出側端部まで移動する間に、鋼材の上下に配設された複数のバーナーで燃料ガスを燃焼させ、装入側から順に予熱帯、加熱帯及び均熱帯で鋼材の温度を制御する加熱炉を挙げることができる。上記加熱炉は、急速な加熱によって歪みが生じないように予熱帯で比較的緩やかな温度上昇速度で鋼材を加熱した後、加熱帯で目標の温度となるように比較的高い温度上昇速度で鋼材を加熱し、均熱帯で温度むらを解消するように緩やかに鋼材を加熱する。
As the
また、当該加熱装置1は、鋼材の加熱に用いられた後の燃焼ガス、すなわち排ガスを第1排ガス流路6a及び第2排ガス流路6bを介して、予熱炉3の排ガスと熱交換器4の排ガスとに分配して供給することができる。この排ガスの第1排ガス流路6a及び第2排ガス流路6bへの取出口は、加熱炉2の装入口側に配設することが好ましい。上記取出口を装入口側に配設することで、燃焼ガスの流れる方向と鋼材の搬送方向とが対向するので、鋼材を効率的に加熱することができる。この排ガスの温度としては、燃料ガスの燃焼条件等により決まるが、例えば500℃以上900℃以下である。また、排ガスの流量としては、燃料ガスの燃焼条件等により決まるが、例えば10000Nm3/h以上50000Nm3/h以下である。
Further, the
加熱炉2で加熱される鋼材の量(流量)としては、操業条件等に依存して決まるが、例えば100t/h以上250t/h以下とできる。
The amount (flow rate) of the steel material heated in the
<予熱炉>
予熱炉3は、第3搬送装置5cにより予熱炉3の装入口から装入された鋼材を予熱する。具体的には、予熱炉3は、加熱炉2から排気される排ガスのうち第1排ガス流路6aを介して供給される排ガスを予熱ガスとして用いて鋼材を予熱する。また、予熱に用いた後の排ガスは、第3排ガス流路6cにより回収され、煙突7から排気される。予熱後の鋼材は、予熱炉3の抽出口から第1搬送装置5aへ抽出される。
<Preheating furnace>
The preheating furnace 3 preheats the steel material charged from the charging port of the preheating furnace 3 by the
予熱炉3としては、予熱ガス(排ガス)と鋼材との間で熱交換ができるものであれば、特に限定されない。例えば予熱炉3は、耐火煉瓦等の断熱材で形成された炉体と、この炉体内を予熱炉3の装入口から抽出口へ鋼材を搬送する機構とを備え、炉体内部を搬送される鋼材と接するように予熱ガスを炉体内部に流通させることで熱交換を行う予熱炉を用いることができる。 The preheating furnace 3 is not particularly limited as long as it can exchange heat between the preheating gas (exhaust gas) and the steel material. For example, the preheating furnace 3 includes a furnace body formed of a heat insulating material such as a refractory brick, and a mechanism for transporting the steel material from the loading port of the preheating furnace 3 to the extraction port in the furnace body, and is transported inside the furnace body. A preheating furnace that performs heat exchange by circulating a preheating gas inside the furnace body so as to be in contact with the steel material can be used.
第1排ガス流路6aからの排ガスの取込口は、予熱炉3の抽出口側に配設することが好ましい。また、第3排ガス流路6cへの排ガスの排気口は、予熱炉3の装入口側に配設することが好ましい。このように排ガスの取込口及び排気口を配設することで、排ガスの流れる方向と鋼材の搬送方向とが対向するので、鋼材を効率的に予熱することができる。
The exhaust gas intake port from the first
予熱炉3での予熱後の鋼材の温度の下限としては、150℃が好ましく、200℃がより好ましい。一方、予熱炉3での予熱後の鋼材の温度の上限としては、700℃が好ましく、600℃がより好ましい。予熱炉3での予熱後の鋼材の温度が上記下限未満である場合、予熱炉3の抽出口付近においても鋼材の温度が低いため、予熱炉3内で排ガスから鋼材への総伝熱量が多くなる。このため、排ガス温度が酸露点温度以下に低下し易く、排ガスの酸露点腐食による予熱炉3の設備の劣化や破損が発生するおそれがある。逆に、予熱炉3での予熱後の鋼材の温度が上記上限を超える場合、排ガスと鋼材との温度差が小さくなるため、排ガスから鋼材への総伝熱量が小さくなる。このため、当該加熱装置1のエネルギー効率が低下するおそれがある。なお、この酸凝縮は排ガスの温度が低下した際に発生し、酸凝縮が始まる温度を「酸露点温度」という。
As a minimum of the temperature of the steel material after the preheating in the preheating furnace 3, 150 degreeC is preferable and 200 degreeC is more preferable. On the other hand, the upper limit of the temperature of the steel material after preheating in the preheating furnace 3 is preferably 700 ° C, more preferably 600 ° C. When the temperature of the steel material after preheating in the preheating furnace 3 is less than the above lower limit, the temperature of the steel material is low in the vicinity of the extraction port of the preheating furnace 3, so that the total heat transfer amount from the exhaust gas to the steel material is large in the preheating furnace 3. Become. For this reason, the exhaust gas temperature is likely to fall below the acid dew point temperature, and there is a possibility that the equipment of the preheating furnace 3 is deteriorated or broken due to the acid dew point corrosion of the exhaust gas. Conversely, when the temperature of the steel material after preheating in the preheating furnace 3 exceeds the above upper limit, the temperature difference between the exhaust gas and the steel material becomes small, so the total heat transfer amount from the exhaust gas to the steel material becomes small. For this reason, there exists a possibility that the energy efficiency of the said
予熱炉3での鋼材の予熱前後の温度差の下限としては、100℃が好ましく、150℃がより好ましい。一方、予熱炉3での鋼材の予熱前後の温度差の上限としては、400℃が好ましく、300℃がより好ましい。上記予熱前後の温度差が上記下限未満である場合、排ガスから鋼材への総伝熱量が小さくなり、当該加熱装置1のエネルギー効率が低下するおそれがある。逆に、上記予熱前後の温度差が上記上限を超える場合、排ガス温度が酸露点温度以下に低下し易く、排ガスの酸露点腐食による予熱炉3の設備の劣化や破損が発生するおそれがある。
As a minimum of the temperature difference before and behind preheating of steel materials in preheating
<熱交換器>
熱交換器4は、加熱炉2のバーナーに供給する燃焼用空気を予熱する。具体的には、熱交換器4は、加熱炉2から排気される排ガスのうち第2排ガス流路6bを介して供給される排ガスと燃焼用空気流路11を介して供給される燃焼用空気との間で熱交換を行うことで燃焼用空気を予熱する。
<Heat exchanger>
The heat exchanger 4 preheats the combustion air supplied to the burner of the
熱交換器4としては、燃焼用空気を予熱できる限り特に限定されないが、例えば公知のレキュペレーターやリジェネバーナー等を用いることができる。 The heat exchanger 4 is not particularly limited as long as the combustion air can be preheated. For example, a known recuperator or regenerative burner can be used.
熱交換器4での予熱後の燃焼用空気の温度の下限としては、150℃が好ましく、200℃がより好ましい。一方、熱交換器4での予熱後の燃焼用空気の温度の上限としては、700℃が好ましく、600℃がより好ましい。熱交換器4での予熱後の燃焼用空気の温度が上記下限未満である場合、熱交換器4の出口付近においても燃焼用空気の温度が低いため、熱交換器4内で排ガスから燃焼用空気への総伝熱量が多くなる。このため、排ガス温度が酸露点温度以下に低下し、排ガスの酸露点腐食による熱交換器4の設備の劣化や破損が発生するおそれがある。逆に、熱交換器4での予熱後の燃焼用空気の温度が上記上限を超える場合、排ガスと燃焼用空気との温度差が小さくなるため、排ガスから燃焼用空気への総伝熱量が小さくなる。このため、エネルギー効率が低下するおそれがある。 As a minimum of the temperature of the combustion air after preheating in heat exchanger 4, 150 ° C is preferred and 200 ° C is more preferred. On the other hand, the upper limit of the temperature of the combustion air after preheating in the heat exchanger 4 is preferably 700 ° C., more preferably 600 ° C. When the temperature of the combustion air after preheating in the heat exchanger 4 is less than the lower limit, the temperature of the combustion air is low even in the vicinity of the outlet of the heat exchanger 4, so Increases total heat transfer to the air. For this reason, exhaust gas temperature falls below an acid dew point temperature, and there exists a possibility that the deterioration and damage of the equipment of the heat exchanger 4 by the acid dew point corrosion of waste gas may generate | occur | produce. Conversely, when the temperature of the combustion air after preheating in the heat exchanger 4 exceeds the upper limit, the temperature difference between the exhaust gas and the combustion air becomes small, so the total heat transfer amount from the exhaust gas to the combustion air is small. Become. For this reason, there exists a possibility that energy efficiency may fall.
<搬送装置>
搬送装置は、鋼材をストックヤードXから抽出し、予熱炉3及び加熱炉2を経由して当該加熱装置1の鋼材搬出口へ搬送することができる。具体的には、まず第1搬送装置5aはストックヤードXから抽出された鋼材を第2搬送装置5bへ搬送し、第2搬送装置5bが上記鋼材を第3搬送装置5cへ搬送する。そして第3搬送装置5cは上記鋼材を予熱炉3の装入口に搬送し、上記鋼材が予熱炉3に装入される。次に、第1搬送装置5aは、予熱炉3の抽出口から抽出された予熱済みの鋼材を加熱炉2の装入口に搬送し、上記鋼材が加熱炉2に装入される。最後に、第3搬送装置5cは、加熱炉2の抽出口から抽出された加熱済みの鋼材を当該加熱装置1から次工程の装置、例えば圧延機へ搬出する。
<Conveyor>
The conveying device can extract the steel material from the stockyard X, and can convey the steel material to the steel material unloading port of the
ここで第1搬送装置5aにより鋼材を搬送できるストックヤードX、予熱炉3の抽出口、加熱炉2の装入口、及び第3搬送装置5cが第1搬送装置5aの搬送方向に沿ってこの順に配設されるとよい。また、第3搬送装置5cにより鋼材を搬送できる第2搬送装置5b、加熱炉2の抽出口、予熱炉3の装入口、及び当該加熱装置1の鋼材搬出口が第2搬送装置5bの搬送方向に沿ってこの順に配設されるとよい。このように配設することで、例えばストックヤードXから第2搬送装置5bへ鋼材を搬送する方向と、予熱炉3の抽出口から加熱炉2の装入口へ装入する方向とが一致する。従って、第1搬送装置5a、第2搬送装置5b及び第3搬送装置5cは、鋼材を同一方向に搬送する簡便な構成とできる。また、鋼材の搬送方向が同一であるので、当該加熱装置1は、鋼材を連続して処理することができる。なお、第1搬送装置5a、第2搬送装置5b及び第3搬送装置5cが双方向に搬送可能である場合は、上述の配置には限定されない。
Here, the stock yard X capable of transporting the steel material by the
上記搬送装置としては、特に限定されず、公知の搬送装置、例えばローラコンベア等を用いることができる。 The transport device is not particularly limited, and a known transport device such as a roller conveyor can be used.
<排ガス流量調整弁>
第1排ガス流量調整弁8aは、上記第1排ガス流路6aに供給する排ガスの流量を主に調整する。また、第2排ガス流量調整弁8bは、上記第2排ガス流路6bに供給する排ガスの流量を主に調整する。これら第1排ガス流量調整弁8a及び第2排ガス流量調整弁8bの開閉量を調整することで、当該加熱装置1は、予熱炉3及び熱交換器4へ供給する排ガス流量を精度よく調整することができる。なお、この開閉量の調整は、後述する制御機構15により行われる。
<Exhaust gas flow rate adjustment valve>
The first exhaust gas flow
上記排ガス流量調整弁としては、特に限定されないが、例えば公知のダンパ等を用いることができる。 The exhaust gas flow rate adjustment valve is not particularly limited, and for example, a known damper or the like can be used.
また、第1排ガス流量調整弁8aは、予熱炉3に供給する排ガスを遮断できるとよい。このように第1排ガス流量調整弁8aにより予熱炉3に供給する排ガスを遮断することで、当該加熱装置1は、排ガスの全量を熱交換器4に供給することができる。このため、例えば予熱炉3に鋼材が装入されておらず予熱炉3へ排ガスを供給する必要がない場合、排ガスの全量を熱交換器4に供給することで、当該加熱装置1のエネルギー効率を高められる。
Further, the first exhaust gas flow
<燃料ガス流量調整弁>
燃料ガス流量調整弁10は、加熱炉2へ流入する燃料ガス流量を調整する。この燃料ガス流量調整弁10の開閉度を調整することで、当該加熱装置1は、加熱炉2から抽出される鋼材の温度を調整できる。なお、この開閉量の調整は、後述する制御機構15により行われる。
<Fuel gas flow control valve>
The fuel gas flow
上記燃料ガス流量調整弁10としては、特に限定されないが、例えば公知のダンパ等を用いることができる。
The fuel gas flow
<バイパス流量調整弁>
バイパス流量調整弁13は、熱交換器4を迂回させる燃焼用空気の流量を調整する。このバイパス流量調整弁13により当該加熱装置1は燃焼用空気の一部を上記バイパス流路12へ流すことができる。
<Bypass flow control valve>
The bypass flow
上記バイパス流量調整弁13としては、特に限定されないが、例えば公知のダンパ等を用いることができる。
The bypass flow
また、バイパス流量調整弁13は、バイパス流路12に迂回させる燃焼用空気を遮断できるとよい。このようにバイパス流路12に迂回させる燃焼用空気を遮断することで、燃焼用空気の全量を熱交換器4に供給できる。このため、例えば燃焼用空気への伝熱後も排ガスの温度が酸露点温度以下とならない場合、燃焼用空気の全量を熱交換器4に供給することで、当該加熱装置1のエネルギー効率を高められる。
Further, the bypass flow
<測定器>
測定器14は、上述の重量計、温度計、及び流量計により、予熱炉3へ装入される鋼材の重量M1、加熱炉2へ装入される鋼材の重量M2、加熱前の鋼材の温度T1、予熱後の鋼材の温度T2、上記予熱炉3から排気される排ガスの温度T3、上記熱交換器4から排気される排ガスの温度T4、加熱炉2から排気される排ガスの温度T5、加熱後の鋼材の温度T6、加熱炉2へ供給する燃料の流量QF、及び熱交換器4へ流入する燃焼用空気の流量QAを測定する。上記測定器14の測定結果は、後述する制御機構15に送られる。
<Measurement device>
The measuring
予熱炉3へ装入される鋼材の重量M1及び加熱炉2へ装入される鋼材の重量M2を測定する重量計としては、例えば公知のロードセル等を用いることができる。また、予熱炉3へ装入される鋼材の重量M1の測定位置は、予熱炉3へ鋼材が装入されるより前であれば特に限定されないが、例えば第3搬送装置5cの予熱炉3の装入口手前とできる。加熱炉2へ装入される鋼材の重量M2の測定位置は、加熱炉2へ鋼材が装入されるより前であれば特に限定されないが、例えば第1搬送装置5aの加熱炉2の装入口手前とできる。
As a scale for measuring the weight M1 of the steel material charged into the preheating furnace 3 and the weight M2 of the steel material charged into the
加熱前の鋼材の温度T1、予熱後の鋼材の温度T2、上記予熱炉3から排気される排ガスの温度T3、上記熱交換器4から排気される排ガスの温度T4、及び加熱炉2から排気される排ガスの温度T5を測定する温度計としては、例えば公知の放射温度計等を用いることができる。また、加熱前の鋼材の温度T1の測定位置は、特に限定されないが、例えば第1搬送装置5aのストックヤードXからの鋼材抽出口の下流側とできる。予熱後の鋼材の温度T2の測定位置は、特に限定されないが、例えば第1搬送装置5aの予熱炉3の抽出口の下流側とできる。予熱炉3から排気される排ガスの温度T3の測定位置は、特に限定されないが、例えば第3排ガス流路6cの予熱炉3の排ガス排気口の下流側とできる。熱交換器4から排気される排ガスの温度T4の測定位置は、特に限定されないが、例えば第4排ガス流路6dの熱交換器4の排ガス排気口の下流側とできる。加熱炉2から排気される排ガスの温度T5の測定位置は、特に限定されないが、例えば排ガスの第1排ガス流路6a及び第2排ガス流路6bへの取出口を結ぶ直線上とできる。加熱後の鋼材の温度T6の測定位置は、特に限定されないが、例えば第3搬送装置5cの加熱炉2の抽出口の下流側とできる。
The temperature T1 of the steel material before heating, the temperature T2 of the steel material after preheating, the temperature T3 of the exhaust gas exhausted from the preheating furnace 3, the temperature T4 of the exhaust gas exhausted from the heat exchanger 4, and the exhaust gas exhausted from the
加熱炉2へ供給する燃料の流量QF、及び熱交換器4へ流入する燃焼用空気の流量QAを測定する流量計としては、例えば公知の電磁流量計等を用いることができる。また、加熱炉2へ供給する燃料の流量QFの測定位置は、特に限定されないが、例えば燃料ガス流路9の燃料ガス流量調整弁10の上流側とできる。熱交換器4へ流入する燃焼用空気の流量QAの測定位置は、特に限定されないが、例えば燃焼用空気流路11の熱交換器4の上流側とできる。
As a flow meter for measuring the flow rate QF of the fuel supplied to the
<制御機構>
制御機構15は、上記測定器14の測定結果に基づき、予熱炉3の排ガスの予測温度及び熱交換器4の排ガスの予測温度が酸露点温度以下とならない範囲で、上記排ガス流量調整機構すなわち上記排ガス流量調整弁を用いてエネルギー効率が最大化されるように予熱炉3及び熱交換器4へ供給する排ガス流量比を制御する。
<Control mechanism>
Based on the measurement result of the measuring
具体的には、まず、ある排ガスの流量比を仮定し、予熱炉3の排ガスの予測温度及び熱交換器4の排ガスの予測温度を算出する。上記予測温度の算出には、以下に示す熱交換器4のエネルギー効率η1を算出する計算式(1)、及び予熱炉3のエネルギー効率η2を算出する計算式(2)を用いる。
さらに詳細に述べると、予熱炉3の排ガスの予測温度及び熱交換器4の排ガスの予測温度は、式(1)及び式(2)を用いてT3及びT4の値を求めることで算出する。ここで、予熱炉3へ装入される鋼材の重量M1、予熱後の鋼材の温度T2、及び加熱炉2から排気される排ガスの温度T5は、測定器で測定された測定結果を用いる。また、Qex−air及びQex−steelの算出に必要な加熱炉2へ供給する燃料の流量QF及び熱交換器4へ流入する燃焼用空気の流量QAも、測定器で測定された測定結果を用いる。また、加熱前の鋼材の温度T1及び予熱後の鋼材の温度T2は、測定器の測定結果を用いてもよいが、操業条件から想定される温度(固定値)を用いてもよい。熱交換器4のエネルギー効率η1、予熱炉3のエネルギー効率η2、及び予熱後の燃焼用空気の温度Tairは、操業条件から想定されるエネルギー効率や温度(いずれも固定値)を用いる。なお、実際には流量比を変え排ガスの流量Qex−air又はQex−steelを変更するとT2やTairの温度が変化する。そこで上記式(1)、(2)を繰り返し計算することで収束解を得るようにするとよい。このように収束解を得ることで、T3及びT4の算出精度が向上する。
More specifically, the predicted temperature of the exhaust gas from the preheating furnace 3 and the predicted temperature of the exhaust gas from the heat exchanger 4 are calculated by obtaining the values of T3 and T4 using the equations (1) and (2). Here, for the weight M1 of the steel material charged into the preheating furnace 3, the temperature T2 of the steel material after preheating, and the temperature T5 of the exhaust gas exhausted from the
次に、当該加熱装置1全体のエネルギー効率Rを算出する。上記エネルギー効率Rの算出には、以下に示す当該加熱装置1全体のエネルギー効率Rの計算式(3)を用いる。
さらに詳細に述べると、エネルギー効率Rは、予熱炉3へ装入される鋼材の重量M1、加熱炉2へ装入される鋼材の重量M2、加熱前の鋼材の温度T1、予熱後の鋼材の温度T2、及び加熱炉2へ供給する燃料の流量QFを上記式(3)に代入することで算出できる。これらの重量及び温度は、測定器により測定される重量や温度を用いることができる。
More specifically, the energy efficiency R is defined by the weight M1 of the steel material charged into the preheating furnace 3, the weight M2 of the steel material charged into the
また、上記式(3)では、予熱及び加熱によって鋼材が得た熱量を元にエネルギー効率Rを算出したが、有効に使われた排ガス顕熱と予熱及び加熱によって鋼材が得た熱量とが等しいと考えられることを利用して、上記エネルギー効率Rは下記式(4)により算出してもよい。
制御機構15は、上述の予熱炉3の排ガスの予測温度及び熱交換器4の排ガスの予測温度並びにエネルギー効率計算を流量比を変化させて行う。これらの計算結果から制御機構15は、予熱炉3の排ガスの予測温度及び熱交換器4の排ガスの予測温度が酸露点温度以下とならない範囲で当該加熱装置1のエネルギー効率Rが最大化されるように上記排ガス流量調整弁の開閉量を調節する。なお、酸露点温度は、排ガスに含まれる湿度等にも依存するが、通常140℃以上160℃以下である。
The
また、「エネルギー効率が最大化されるように予熱炉及び熱交換器へ供給する排ガス流量比を調整する」とは、エネルギー効率が最大となる排ガス流量比の理論値に対して、排ガス流量比が一定の差分内に収まるように排ガス流量比を調整することをいう。制御機構15により調整された排ガス流量比と上記理論値との差分の上限としては、10%が好ましく、5%がより好ましい。上記差分が上記上限を超える場合、エネルギー効率が不十分となるおそれがある。一方、上記差分の下限は特に限定されず、0%である。
In addition, “adjusting the exhaust gas flow ratio supplied to the preheating furnace and heat exchanger so that the energy efficiency is maximized” means that the exhaust gas flow ratio relative to the theoretical value of the exhaust gas flow ratio at which the energy efficiency is maximized. Is to adjust the exhaust gas flow rate ratio so as to be within a certain difference. The upper limit of the difference between the exhaust gas flow rate ratio adjusted by the
流量比を変化させてエネルギー効率Rが最大となる流量比を探索する方法としては、特に限定されないが、例えば予熱炉へ供給する排ガスの流量の排ガス全体の流量に対する比を離散的に複数設定し、その流量比におけるエネルギー効率Rの算出結果からエネルギー効率Rを流量比の多項次関数として近似し、その関数が最大となる流量比を算出する方法を用いることができる。また、エネルギー効率Rが最大となる流量比は、二分木探索等の公知の収束計算によって算出してもよい。 The method of searching for the flow rate ratio at which the energy efficiency R is maximized by changing the flow rate ratio is not particularly limited. For example, a plurality of ratios of the exhaust gas flow rate supplied to the preheating furnace to the overall exhaust gas flow rate are set discretely. A method of approximating the energy efficiency R as a polynomial function of the flow rate ratio from the calculation result of the energy efficiency R at the flow rate ratio and calculating the flow rate ratio at which the function becomes maximum can be used. Further, the flow rate ratio at which the energy efficiency R is maximized may be calculated by a known convergence calculation such as a binary tree search.
また、制御機構15は、予熱炉3へ装入する鋼材の選択により予熱炉3から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する。具体的には、制御機構15は、温度計により測定される予熱炉3の排ガス温度T3が例えば酸露点温度未満まで低下している場合、予熱炉3への鋼材の装入を行わず直接加熱炉2へ鋼材を装入する。又は、制御機構15は予熱炉3の排ガス温度T3が酸露点温度以上となるように上記排ガス流量調整弁の開閉量を調節してもよいし、予熱炉3へ装入する鋼材の選択と上記排ガス流量の調整との両方を行ってもよい。
Further, the
このように制御機構15が予熱炉3から排気される排ガスが酸露点温度以上となるように排ガス温度を制御する機構を備えることで、排ガスの酸露点腐食による予熱炉3等の設備の劣化や破損を抑止できる。
In this way, the
また、制御機構15は、燃焼用空気の一部をバイパス流路12へ流すことにより熱交換器4から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する。具体的には、温度計により測定される熱交換器4の排ガス温度T4が例えば酸露点温度未満まで低下している場合、制御機構15はバイパス流量調整弁13の開閉量を調整して、バイパス流路12を流れる燃焼用空気の量を増加させる。又は、制御機構15は予熱炉3の排ガス温度T3が酸露点温度以上となるように上記排ガス流量調整弁の開閉量を調節してもよいし、バイパス流路12へ流す燃焼量空気の量の調整と上記排ガス流量の調整との両方を行ってもよい。
Further, the
このように熱交換器4から排気される排ガスが酸露点温度以上となるように排ガス温度を制御する機構を備えることで、酸露点腐食による熱交換器4等の設備の劣化や破損を抑止できる。 Thus, by providing a mechanism for controlling the exhaust gas temperature so that the exhaust gas exhausted from the heat exchanger 4 becomes equal to or higher than the acid dew point temperature, it is possible to suppress deterioration and damage of equipment such as the heat exchanger 4 due to acid dew point corrosion. .
また、制御機構15は、加熱後の鋼材の温度が所定範囲内となるように上記燃料ガス流量調整機構を用いて上記燃料ガス流量を制御する。具体的には温度計により測定される加熱後の鋼材の温度T6が所望の温度、例えば1200℃未満まで低下している場合、制御機構15は燃料ガス流量調整弁10の開閉量を調整して、燃料ガス流路9を流れる燃料ガスの量を増加させる。一方、温度計により測定される加熱後の鋼材の温度T6が所望の温度を超えている場合、制御機構15は燃料ガス流量調整弁10の開閉量を調整して、燃料ガス流路9を流れる燃料ガスの量を減少させる。
Further, the
このように燃料ガス流量調整弁10の開閉量を調節することで、予熱炉3及び熱交換器4へ供給する排ガス流量比が変化した場合においても加熱炉2から抽出される鋼材の温度を所望の温度に調整できる。このため、当該加熱装置1は、エネルギー効率を高めつつ、安定した操業ができる。
By adjusting the opening / closing amount of the fuel gas flow
また、制御機構15は、加熱前の鋼材の温度T1により予熱炉3へ装入する鋼材を選択する機構を備える。具体的には、加熱前の鋼材の温度T1を測定する温度計の測定結果に基づき、加熱前の鋼材の温度T1が所定温度未満である場合に鋼材を予熱炉3へ装入し、加熱前の鋼材の温度T1が上記所定温度以上である場合には鋼材が予熱炉3を経由せず直接加熱炉2に装入されるように制御機構15が第1搬送装置5aを制御する。加熱前の鋼材の温度が比較的高い鋼材を予熱炉3へ装入すると、排ガス温度と鋼材との温度差が小さいため排ガスから鋼材への伝熱効率が低下する。このため、一定量の排ガスの顕熱を回収するには加熱前の鋼材の温度が低い場合に比べ、鋼材を予熱路内に長く滞在させる必要があり、生産性が低下する。従って、加熱前の鋼材の温度により予熱炉3へ装入する鋼材を選択することで生産性の低下が抑止でき、燃料原単位を減らすことができる。
Moreover, the
鋼材を予熱炉3へ装入するか否かを選択する基準となる温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。上記基準温度が上記上限を超える場合、排ガスの顕熱を回収するために鋼材を予熱炉3内に長く滞在させる必要があり、生産性が低下するおそれがある。一方、上記基準温度の下限は、特に限定されない。 The upper limit of the temperature serving as a reference for selecting whether or not the steel material is charged into the preheating furnace 3 is preferably 200 ° C, and more preferably 150 ° C. When the reference temperature exceeds the upper limit, it is necessary to make the steel material stay in the preheating furnace 3 long in order to recover the sensible heat of the exhaust gas, which may reduce productivity. On the other hand, the lower limit of the reference temperature is not particularly limited.
<鋼材の加熱方法>
当該加熱装置1を用いた鋼材の加熱方法は、鋼材を予熱炉により予熱する工程と、鋼材を加熱炉により加熱する工程と、排ガスの流量を調整する工程とを備える。
<Method of heating steel>
The method for heating a steel material using the
予熱工程では、鋼材を予熱する。具体的には、まず、搬送装置を用いて鋼材をストックヤードXから抽出し、予熱炉へ装入する。次に、予熱炉内で装入された鋼材を排ガスにより予熱する。最後に、予熱後の鋼材を予熱炉の抽出口から抽出する。 In the preheating process, the steel material is preheated. Specifically, first, a steel material is extracted from the stockyard X using a transport device, and charged into a preheating furnace. Next, the steel material charged in the preheating furnace is preheated with exhaust gas. Finally, the preheated steel is extracted from the extraction port of the preheating furnace.
加熱工程では、鋼材を加熱する。具体的には、まず予熱後の鋼材又はストックヤードXから抽出した鋼材を搬送装置を用いて加熱炉へ装入する。次に、加熱路内で装入された鋼材をバーナーから噴出される燃焼ガスにより加熱する。最後に、加熱後の鋼材を加熱炉の抽出口から抽出し、当該加熱装置1から次工程の装置、例えば圧延機へ搬出する。
In the heating step, the steel material is heated. Specifically, first, the steel material after preheating or the steel material extracted from the stockyard X is charged into a heating furnace using a transport device. Next, the steel material charged in the heating path is heated by the combustion gas ejected from the burner. Finally, the heated steel material is extracted from the extraction port of the heating furnace, and is transported from the
排ガス流量調整工程では、制御機構15により排ガスの流量を調整する。この排ガス流量調整工程は、図2に示すように加熱前の鋼材の温度に基づいて予熱炉へ装入する鋼材を選択する工程(S1)と、エネルギー効率が最大化されるように上記予熱炉及び上記熱交換器へ供給する排ガス流量比を調整する工程(S2)と、予熱炉へ装入する鋼材の選択により上記予熱炉から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を調整する工程(S3)と、燃焼用空気の一部又は全部を上記バイパス流路へ流すことにより上記熱交換器から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を調整する工程(S4)と、加熱後の鋼材の温度が所定範囲内となるように燃料ガス流量を調整する工程(S5)とを備える。
In the exhaust gas flow rate adjustment step, the flow rate of the exhaust gas is adjusted by the
まず、鋼材の予熱炉への装入選択工程(S1)において、制御機構15の鋼材選択機構により、加熱前の鋼材の温度T1に基づいて鋼材を予熱炉3を経ずに加熱炉2へ装入するか否かを選択する。
First, in the charging selection step (S1) of the steel material to the preheating furnace, the steel material selection mechanism of the
次に、排ガス流量比調整工程(S2)において、制御機構15の排ガス流量比制御機構により、測定器の測定結果に基づいて予熱炉3の排ガスの予測温度及び熱交換器4の排ガスの予測温度を算出する。この算出結果に基づき制御機構15はさらに上記予測温度が酸露点温度より大きく、かつエネルギー効率が最大となる流量比を算定する。そして算定した流量比となるように排ガス流量調整弁の開閉量を調節する。
Next, in the exhaust gas flow rate ratio adjusting step (S2), the exhaust gas flow rate control mechanism of the
次に、予熱炉の排ガス温度調整工程(S3)において、制御機構15の予熱器3から排気される排ガス温度の制御機構により、予熱器3の排ガス温度T3に基づいて鋼材を予熱炉3を経ずに加熱炉2へ装入するか否かを選択する。具体的には、温度計により測定される予熱炉3の排ガス温度T3が例えば酸露点温度未満まで低下している場合、制御機構15により予熱炉3への鋼材の装入を行わず直接加熱炉2へ鋼材を装入する。これにより予熱炉3で排ガスから鋼材に回収される顕熱が減少するので、予熱炉3から排気される排ガスの温度が高まる。従って、排ガス温度T3が酸露点温度以上となるように調整できる。
Next, in the exhaust gas temperature adjustment step (S3) of the preheating furnace, the steel material passes through the preheating furnace 3 based on the exhaust gas temperature T3 of the preheater 3 by the control mechanism of the exhaust gas temperature exhausted from the preheater 3 of the
次に、熱交換器の排ガス温度調整工程(S4)において、制御機構15の熱交換器4から排気される排ガス温度の制御機構により、熱交換器4の排ガス温度T4に基づいてバイパス流量調整弁13の開閉量の調整する。これにより制御機構15は、バイパス流路12を流れる燃焼用空気の量を調整する。具体的には、温度計により測定される熱交換器4の排ガス温度T4が例えば酸露点温度未満まで低下している場合、制御機構15によりバイパス流路12を流れる燃焼用空気の量を増加させる。これにより熱交換器4で排ガスから燃焼用空気に回収される顕熱が減少するので、熱交換器4から排気される排ガスの温度が高まる。従って、熱交換器4から排気される排ガス温度が酸露点温度以上となるように調整できる。
Next, in the exhaust gas temperature adjusting step (S4) of the heat exchanger, the bypass flow rate adjusting valve is controlled based on the exhaust gas temperature T4 of the heat exchanger 4 by the exhaust gas temperature control mechanism exhausted from the heat exchanger 4 of the
次に、燃料ガス流量調整工程(S5)において、制御機構15の燃料ガス流量調整弁10の開閉量調節機構により、燃料ガス流路9に供給される燃料ガスの量を調整する。具体的には、加熱後の鋼材の温度が所定温度より低い場合は制御機構15により燃料ガスの量を増加させ、加熱後の鋼材の温度が所定温度より高い場合は制御機構15により燃料ガスの量を減少させる。
Next, in the fuel gas flow rate adjustment step (S5), the amount of fuel gas supplied to the fuel
上記排ガス流量比調整工程(S2)から燃料ガス流量調整工程(S5)までの工程は、鋼材が予備炉3及び加熱炉2に装入されるごとに行われる。
The steps from the exhaust gas flow rate ratio adjusting step (S2) to the fuel gas flow rate adjusting step (S5) are performed each time the steel material is charged into the preliminary furnace 3 and the
<利点>
当該加熱装置1は、第1排ガス流路6a及び第2排ガス流路6bにより加熱炉から排気される排ガスを予熱炉3の予熱ガスと熱交換器4の予熱ガスとに分配して供給できる。このため、当該加熱装置1は、予熱ガスの顕熱を予熱炉3及び熱交換器4それぞれで回収できるので、予熱炉3又は熱交換器4のいずれか一方で回収する場合に比べて、多くの予熱ガスの顕熱が回収できる。また、当該加熱装置1は加熱炉2から排気される排ガスを予熱炉3及び熱交換器4に並列に供給するので、加熱炉2から排気される排ガスの温度を大きく低下させることなく、上記予熱炉3及び上記熱交換器4に予熱ガスを供給できる。このため、当該加熱装置1は、供給される予熱ガスと鋼材や燃焼用空気との温度差が確保し易いので、予熱ガスから鋼材や燃焼用空気への伝熱効率がよい。従って、当該加熱装置1はエネルギー効率が高い。
<Advantages>
The
[第2実施形態]
図2に示す加熱装置20は、2基の加熱炉(第1加熱炉2a及び第2加熱炉2b)と2基の予熱炉(第1予熱炉3a及び第2予熱炉3b)と2基の熱交換器(第1熱交換器4a及び第2熱交換器4b)とを備える。上記第1加熱炉2aから排気される排ガスは第1予熱炉3a及び第1熱交換器4aに供給され、上記第1熱交換器4aにより予熱された燃焼用空気は第1加熱器2aに供給される。また、上記第2加熱炉2bから排気される排ガスは第2予熱炉3b及び第2熱交換器4bに供給され、上記第2熱交換器4bにより予熱された燃焼用空気は第2加熱器2bに供給される。
[Second Embodiment]
2 includes two heating furnaces (
また、当該加熱装置20は、2基の予熱炉に供給する排ガスの流量をそれぞれ調整する排ガス流量調整弁(第1排ガス流量調整弁8c及び第2排ガス流量調整弁8d)を備える。上記第1排ガス流量調整弁8cは、上記第1加熱炉2aから第1予熱炉3aへ排ガスを分配供給する第1排ガス流路6aに配設される。また、上記第2排ガス流量調整弁8dは、上記第2加熱炉2bから第2予熱炉3bへ排ガスを分配供給する第1排ガス流路6aに配設される。
In addition, the
また、当該加熱装置20は、第1予熱炉3aへ装入される鋼材の重量M11を測定する重量計21a、第2予熱炉3bへ装入される鋼材の重量M12を測定する重量計21b、第1加熱炉2aへ装入される鋼材の重量M21を測定する重量計21c、第2加熱炉2bへ装入される鋼材の重量M22を測定する重量計21d、加熱前の鋼材の温度T1を測定する温度計21e、第1予熱炉3aでの予熱後の鋼材の温度T21を測定する温度計21f、第2予熱炉3bでの予熱後の鋼材の温度T22を測定する温度計21g、第1予熱炉3aから排気される排ガスの温度T31を測定する温度計21h、第2予熱炉3bから排気される排ガスの温度T32を測定する温度計21i、第1熱交換器4aから排気される排ガスの温度T41を測定する温度計21j、第2熱交換器4bから排気される排ガスの温度T42を測定する温度計21k、第1加熱炉2aへ装入される鋼材の温度T51を測定する温度計21l、第2加熱炉2bへ装入される鋼材の温度T52を測定する温度計21m、第1加熱炉2aへ供給する燃料の流量QF1を測定する流量計21n、第2加熱炉2bへ供給する燃料の流量QF2を測定する流量計21o、第1熱交換器4aへ流入する燃焼用空気の流量QA1を測定する流量計21p、及び第2熱交換器4bへ流入する燃焼用空気の流量QA2を測定する流量計21qを備える。また、当該加熱装置20は、上記重量計、温度計及び流量計の測定結果に基づき上記排ガス流量調整弁の開閉量を調整する制御機構22を備える。
Further, the
搬送装置、排ガス流路、煙突7、燃料ガス流路9、及び燃焼用空気流路11については、第1実施形態の加熱装置1と同様のため、同一符合を付して説明を省略する。また、個々の加熱炉、予熱炉、及び熱交換器については、第1実施形態の加熱装置1の加熱炉2、予熱炉3、及び熱交換器4と同様のため、説明を省略する。
Since the transfer device, the exhaust gas flow channel, the chimney 7, the fuel
<測定器>
測定器は上述の緒量を重量計、温度計及び流量計により測定する。上記測定器の測定結果は、後述する制御機構22に送られる。上記重量計、温度計及び流量計は、第1実施形態の測定器と同様のものを用いることができる。
<Measurement device>
The measuring instrument measures the above-mentioned amount with a weight meter, a thermometer and a flow meter. The measurement result of the measuring device is sent to the
第1加熱炉2aへ装入される鋼材の温度T51の測定位置としては、第1搬送装置5aの第1加熱炉2aの装入口の上流側とできる。また、第2加熱炉2bへ装入される鋼材の温度T52の測定位置としては、第1搬送装置5aの第2加熱炉2bの装入口の上流側とできる。加熱炉2へ装入される鋼材の温度T51、T52以外の温度、重量及び流量の測定位置は、第1実施形態の測定器の測定位置と同様とできる。
The measurement position of the temperature T51 of the steel material charged into the
<制御機構>
制御機構22は、加熱前の鋼材の温度T1により予熱炉3へ装入する鋼材を選択する機構を備える。具体的には、加熱前の鋼材の温度T1を測定する測定器21の測定結果に基づき、制御機構22が加熱前の鋼材の温度T1が所定温度未満である場合、鋼材は予熱炉を経由して加熱炉へ装入される。加熱前の鋼材の温度T1が上記所定温度以上である場合には、鋼材が予熱炉を経由せず直接加熱炉に装入されるように第1搬送装置5aを制御する。なお、予熱炉へ装入される鋼材は第1予熱炉3aで予熱された後、第2予熱炉3bへ装入され、さらに予熱される。一方、予熱後の鋼材又は予熱炉を経由しない鋼材は、第1加熱炉2a又は第2加熱炉2bのいずれかに装入される。
<Control mechanism>
The
また、制御機構22は、上記測定器21の測定結果に基づき、上記排ガス流量調整弁の開閉量の調節により予熱炉及び熱交換器へ供給する排ガス流量比を制御する機構を備える。具体的には、第1予熱炉3a、第2予熱炉3b、第1熱交換器4a、及び第2熱交換器4bに対して第1実施形態で述べた熱交換器4のエネルギー効率の計算式(1)及び予熱炉3のエネルギー効率の計算式(2)を連立し、当該加熱装置20全体のエネルギー効率が最大となるように逐次加速緩和法(SOR法;Successive Over Relaxation法)等を用いて集束計算を行うことで、上記排ガス流量調整弁の開閉量を決定できる。なお、第2実施形態では、測定器21は加熱炉2から排気される排ガスの温度を測定しない。この場合、計算式(1)及び計算式(2)に用いられる加熱炉から排気される排ガスの温度T51、T52としては、操業条件から想定される温度(固定値)を用いる。例えば加熱炉から排気される排ガスの温度T51、T52としては、鋼材の加熱温度が1200℃である場合、800℃とできる。
The
<鋼材の加熱方法>
当該加熱装置20を用いた鋼材の加熱は、鋼材を予熱炉により予熱する工程と、鋼材を加熱炉により加熱する工程と、排ガスの流量を調整する工程とを備える加熱方法により行える。予熱工程及び加熱工程は第1実施形態における予熱工程及び加熱工程と同様であるので説明を省略する。
<Method of heating steel>
Heating of the steel material using the
排ガス流量調整工程は、制御機構22により排ガスの流量を調整する。この排ガス流量調整工程は、鋼材の予熱炉への装入選択工程及び排ガス流量比調整工程を備える。
In the exhaust gas flow rate adjusting step, the flow rate of the exhaust gas is adjusted by the
まず、鋼材の予熱炉への装入選択工程において、制御機構22の鋼材選択機構により、加熱前の鋼材の温度T1に基づいて鋼材を予熱炉を経ずに加熱炉へ装入するか否かを選択する。
First, in the charging selection process of the steel material to the preheating furnace, whether the steel material is charged into the heating furnace without passing through the preheating furnace based on the temperature T1 of the steel material before heating by the steel material selection mechanism of the
次に、排ガス流量比調整工程において、制御機構22の排ガス流量比制御機構により、測定器の測定結果に基づいて予熱炉の排ガスの予測温度及び熱交換器の排ガスの予測温度を算出する。この算出結果に基づき制御機構22はさらに上記予測温度が酸露点温度より大きく、かつエネルギー効率が最大となる流量比を算定する。そして算定した流量比となるように排ガス流量調整弁の開閉量を調節する。
Next, in the exhaust gas flow ratio adjustment step, the exhaust gas flow rate control mechanism of the
<利点>
当該加熱装置20は、2基の加熱炉2、予熱炉3及び熱交換器4を用い、それぞれの排ガスの流量比を制御するので、エネルギー効率をさらに高めることができる。
<Advantages>
Since the said
[その他の実施形態]
本発明の加熱装置は、上記実施形態に限定されるものではない。
[Other Embodiments]
The heating device of the present invention is not limited to the above embodiment.
上記実施形態では、制御機構が加熱前の鋼材の温度により予熱炉へ装入する鋼材を選択する機構を備える場合を説明したが、この選択機構は必須の構成ではなく、省略可能である。この選択機能を省略する場合、例えばストックヤードから抽出された鋼材は全て予熱炉へ装入される。また、上記選択機構を省略する場合、加熱前の鋼材の温度T1を測定する温度計を省略することができる。 In the above embodiment, the case where the control mechanism includes a mechanism for selecting a steel material to be charged into the preheating furnace according to the temperature of the steel material before heating has been described, but this selection mechanism is not an essential configuration and can be omitted. When this selection function is omitted, for example, all the steel material extracted from the stockyard is charged into the preheating furnace. Moreover, when abbreviate | omitting the said selection mechanism, the thermometer which measures temperature T1 of the steel materials before a heating can be abbreviate | omitted.
また、当該加熱装置が予熱後の燃焼用空気の温度を測定する温度計を備えてもよい。上記温度計により予熱後の燃焼用空気の温度を測定することで、制御機構が予熱炉及び熱交換器へ供給する排ガス流量比を調整する際の精度が向上する。 Moreover, the said heating apparatus may be equipped with the thermometer which measures the temperature of the combustion air after preheating. By measuring the temperature of the combustion air after preheating with the thermometer, the accuracy when adjusting the exhaust gas flow ratio supplied to the preheating furnace and the heat exchanger by the control mechanism is improved.
上記第1実施形態では、燃焼用空気の一部をバイパス流路へ流すことにより熱交換器から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を調整する方法を説明したが、燃焼用空気流路のバイパス流路への分岐と熱交換器への供給口との間に燃焼用空気を遮断できる流量調整弁を設け、上記流量調整弁の遮断により燃焼用空気の全部をバイパス流路へ流すことができる構成としてもよい。また、バイパス流量調整弁を3方弁とし、燃焼用空気の流入先を燃焼用空気流路又はバイパス流路のいずれかに切り換えられるように構成してもよい。 In the first embodiment, the method for adjusting the exhaust gas temperature so that the exhaust gas exhausted from the heat exchanger becomes equal to or higher than the predetermined temperature by flowing part of the combustion air to the bypass flow path has been described. A flow control valve capable of shutting off combustion air is provided between the branch of the air flow path to the bypass flow path and the supply port to the heat exchanger, and all of the combustion air is bypassed by shutting off the flow control valve. It is good also as a structure which can be poured into Alternatively, the bypass flow rate adjusting valve may be a three-way valve, and the combustion air inflow destination may be switched to either the combustion air flow path or the bypass flow path.
また、上記実施形態では、排ガス流量比を制御する機構を備える場合を説明したが、排ガス流量比制御機構は必須の構成要件ではなく、省略可能である。排ガス流量比制御機構を省略する場合は、第1排ガス流路と第2排ガス流路との流路の断面積比率や操業条件等により定まる流量比で加熱炉から排出される排ガスが予熱器と熱交換器とに分配される。なお、排ガス流量比制御機構を省略する場合、排ガス流量調整機構や、予熱炉へ装入される鋼材の重量を測定する重量計、上記加熱炉へ装入される鋼材の重量を測定する重量計、予熱後の鋼材の温度を測定する温度計、上記加熱炉へ供給する燃料の流量を測定する流量計、及び上記熱交換器へ流入する燃焼用空気の流量を測定する流量計を合わせて省略することができる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the mechanism which controls exhaust gas flow ratio was provided, the exhaust gas flow ratio control mechanism is not an essential structural requirement, and can be abbreviate | omitted. When the exhaust gas flow rate control mechanism is omitted, the exhaust gas discharged from the heating furnace at the flow rate ratio determined by the cross-sectional area ratio of the first exhaust gas flow channel and the second exhaust gas flow channel, the operating conditions, etc. Distributed to the heat exchanger. When the exhaust gas flow rate control mechanism is omitted, the exhaust gas flow rate adjusting mechanism, the weigh scale for measuring the weight of the steel material charged into the preheating furnace, or the weigh scale for measuring the weight of the steel material charged into the heating furnace. , A thermometer that measures the temperature of the steel material after preheating, a flow meter that measures the flow rate of fuel supplied to the heating furnace, and a flow meter that measures the flow rate of combustion air flowing into the heat exchanger are omitted. can do.
また、上記第1実施形態では、排ガス流量調整弁が第1排ガス流路及び第2排ガス流路に配設される場合を説明し、上記第2実施形態では排ガス流量調整弁が第1排ガス流路のみに配設される場合を説明したが、排ガス流量調整弁が第2排ガス流路のみに配設される加熱装置や、排ガス流量調整弁を備えない加熱装置も本発明の意図するところである。 In the first embodiment, the case where the exhaust gas flow rate adjustment valve is disposed in the first exhaust gas flow channel and the second exhaust gas flow channel will be described. In the second embodiment, the exhaust gas flow rate adjustment valve is provided in the first exhaust gas flow rate. The case where the exhaust gas flow rate adjustment valve is provided only in the second exhaust gas flow path, and the heating device that does not include the exhaust gas flow rate adjustment valve are also intended by the present invention. .
また、予熱炉や加熱炉の数は上記実施形態に限定されるものではなく、3基以上あってもよい。また、当該加熱装置が予熱炉の数と加熱炉の数とが異なる構成であってもよい。 Further, the number of preheating furnaces and heating furnaces is not limited to the above embodiment, and there may be three or more. Further, the heating apparatus may have a configuration in which the number of preheating furnaces and the number of heating furnaces are different.
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
まず、図1に示す加熱装置においてシミュレーションにより予熱前の鋼材温度と、予熱後の鋼材の受熱量、鋼材温度、及び予熱炉から排気される排ガス温度(出口排ガス温度)との関係を算出した。その際、予熱炉へ流入する排ガスの温度を800℃、排ガスの流量を30000Nm3/h、鋼材流量を175t/hとしてシミュレーションを行った。なお、鋼材の予熱前の温度は25℃以上600℃以下の7条件とした。結果を図4に示す。
Example 1
First, the relationship between the steel material temperature before preheating, the amount of heat received by the steel material after preheating, the steel material temperature, and the exhaust gas temperature (outlet exhaust gas temperature) exhausted from the preheating furnace was calculated by simulation in the heating apparatus shown in FIG. At that time, the simulation was performed by setting the temperature of the exhaust gas flowing into the preheating furnace to 800 ° C., the exhaust gas flow rate to 30000 Nm 3 / h, and the steel material flow rate to 175 t / h. In addition, the temperature before preheating of steel materials was made into seven conditions of 25 degreeC or more and 600 degrees C or less. The results are shown in FIG.
次に、シミュレーションにより排ガスの流量比と、予熱炉及び熱交換器から排気される排ガス温度並びにエネルギー効率との関係を算出した。熱交換器のエネルギー効率η1を0.6、予熱炉のエネルギー効率η2を0.4、加熱炉からの排ガス温度を600℃、燃焼用空気の流量を15Nm3/hとしてシミュレーションを行った。結果を図5に示す。なお、図5の横軸の流量比は、予熱炉及び熱交換器へ供給する排ガスの総流量に対する予熱炉へ供給する排ガス流量の比である。 Next, the relationship between the exhaust gas flow rate ratio, the exhaust gas temperature exhausted from the preheating furnace and the heat exchanger, and the energy efficiency was calculated by simulation. The simulation was performed by setting the energy efficiency η1 of the heat exchanger to 0.6, the energy efficiency η2 of the preheating furnace to 0.4, the exhaust gas temperature from the heating furnace to 600 ° C., and the flow rate of combustion air to 15 Nm 3 / h. The results are shown in FIG. The flow ratio on the horizontal axis in FIG. 5 is the ratio of the exhaust gas flow rate supplied to the preheating furnace to the total flow rate of exhaust gas supplied to the preheating furnace and the heat exchanger.
図4の結果から予熱前の鋼材の温度が低い鋼材の方が鋼材の受熱量が大きく、予熱炉から排気される排ガス温度が低い。このことから予熱前の温度が低い鋼材は予熱前の温度が高い鋼材に比べて排ガスとの温度差が大きいため鋼材への伝熱量が大きくなり顕熱の回収が効率的に行えることが分かる。従って、加熱前の鋼材の温度により予熱炉へ装入する鋼材を選択することで、排ガスの顕熱の回収が効率的に行われ生産性の低下が抑止でき、燃料原単位を減らすことができると考えられる。 From the result of FIG. 4, the steel material having a lower temperature of the steel material before preheating has a larger amount of heat received by the steel material, and the exhaust gas temperature exhausted from the preheating furnace is lower. From this, it can be seen that the steel material having a low temperature before preheating has a larger temperature difference from the exhaust gas than the steel material having a high temperature before preheating, so that the amount of heat transfer to the steel material increases and the sensible heat can be efficiently recovered. Therefore, by selecting the steel material to be charged into the preheating furnace according to the temperature of the steel material before heating, the recovery of sensible heat of the exhaust gas can be efficiently performed, the reduction in productivity can be suppressed, and the fuel consumption rate can be reduced. it is conceivable that.
また、図5の結果から、加熱炉から排気される排ガスを予熱炉の排ガスと熱交換器の排ガスとに分配して供給することでエネルギー効率が高まり、排ガスの流量比が約70%の位置でエネルギー効率が最大となる。このことから排ガスの流量比を調整することで、エネルギー効率を高められることが分かる。 Further, from the result of FIG. 5, the energy efficiency is improved by distributing the exhaust gas exhausted from the heating furnace to the exhaust gas of the preheating furnace and the exhaust gas of the heat exchanger, and the flow rate ratio of the exhaust gas is about 70%. Energy efficiency is maximized. This shows that the energy efficiency can be improved by adjusting the flow rate ratio of the exhaust gas.
また、図5において予熱炉へ供給する排ガス量を25%未満とすると予熱炉の排ガス温度が150℃を下回り、予熱炉へ供給する排ガス量を90%超、すなわち熱交換器へ供給する排ガス量を10%未満とすると、熱交換器の排ガス温度が150℃を下回る。酸露点温度が150℃程度であるので、排ガスの流量比を調整することで、エネルギー効率を最大化しつつ、排ガスの酸露点腐食による設備の劣化や破損を抑止できると考えられる。 In FIG. 5, if the amount of exhaust gas supplied to the preheating furnace is less than 25%, the exhaust gas temperature of the preheating furnace falls below 150 ° C., and the amount of exhaust gas supplied to the preheating furnace exceeds 90%, that is, the amount of exhaust gas supplied to the heat exchanger. Is less than 10%, the exhaust gas temperature of the heat exchanger falls below 150 ° C. Since the acid dew point temperature is about 150 ° C., it is considered that by adjusting the flow rate ratio of the exhaust gas, it is possible to maximize the energy efficiency and suppress deterioration and damage of the equipment due to the acid dew point corrosion of the exhaust gas.
(実施例2)
図2に示す加熱装置において、シミュレーションにより必要な投入熱量、排ガス流量、エネルギー効率、及び燃料原単位を算出した。ここで必要な投入熱量とは、鋼材を加熱装置により所望の温度に加熱するために必要な熱量を意味する。
(Example 2)
In the heating apparatus shown in FIG. 2, necessary input heat amount, exhaust gas flow rate, energy efficiency, and fuel intensity were calculated by simulation. The amount of input heat required here means the amount of heat necessary for heating the steel material to a desired temperature by a heating device.
シミュレーション条件は以下の通りである。鋼材の流量は400t/hとした。この鋼材のうち100℃未満の鋼材のみを予熱炉へ装入し、100℃以上の鋼材は直接加熱炉へ装入する条件とした。100℃未満の鋼材の割合を50質量%とし、100℃未満の鋼材の平均温度を25℃、100℃以上の鋼材の平均温度を350℃とした。また、第1加熱炉及び第2加熱炉から抽出される鋼材の温度は1200℃とし、排出される排ガスの温度は800℃とした。第1加熱炉から排出される排ガスの流量の40体積%を第1予熱炉へ供給し、残りの60体積%を第1熱交換器に供給した。また、第2加熱炉から排出される排ガスの流量の40体積%を第2予熱炉へ供給し、残りの60体積%を第2熱交換器に供給した。ここで、予熱炉へ供給される排ガスの流量の40体積%は、加熱装置の測定器の測定結果に基づき、制御機構により算出された最適な流量比に対応する数値である。なお、予熱炉へ装入される鋼材は、第2予熱炉、第1予熱炉の順に装入され、その後第1加熱炉又は第2加熱炉のいずれかに装入されて1200℃に加熱される。結果を表1に示す。 The simulation conditions are as follows. The flow rate of the steel material was 400 t / h. Of these steel materials, only steel materials of less than 100 ° C. were charged into the preheating furnace, and steel materials of 100 ° C. or higher were directly charged into the heating furnace. The ratio of steel materials less than 100 ° C. was 50 mass%, the average temperature of steel materials less than 100 ° C. was 25 ° C., and the average temperature of steel materials of 100 ° C. or higher was 350 ° C. Moreover, the temperature of the steel material extracted from the 1st heating furnace and the 2nd heating furnace was 1200 degreeC, and the temperature of the waste gas discharged | emitted was 800 degreeC. 40% by volume of the flow rate of exhaust gas discharged from the first heating furnace was supplied to the first preheating furnace, and the remaining 60% by volume was supplied to the first heat exchanger. Further, 40% by volume of the flow rate of the exhaust gas discharged from the second heating furnace was supplied to the second preheating furnace, and the remaining 60% by volume was supplied to the second heat exchanger. Here, 40% by volume of the flow rate of the exhaust gas supplied to the preheating furnace is a numerical value corresponding to the optimum flow rate ratio calculated by the control mechanism based on the measurement result of the measuring device of the heating device. The steel material charged in the preheating furnace is charged in the order of the second preheating furnace and the first preheating furnace, and then charged in either the first heating furnace or the second heating furnace and heated to 1200 ° C. The The results are shown in Table 1.
(比較例1)
加熱装置として、2基の加熱炉(第1加熱炉及び第2加熱炉)と2基の予熱炉(第1予熱炉及び第2予熱炉)と2基の熱交換器(第1熱交換器と第2熱交換器)とを備え、第1加熱炉からの排ガスの全量が第1予熱炉へ供給され、第2加熱炉からの排ガスの全量が第2予熱炉へ供給される加熱装置を用いた。鋼材を全て予熱炉へ装入し、第1加熱炉及び第2加熱炉からの排ガスを全て予熱炉へ供給した以外は、実施例2と同様の条件でシミュレーションを行い、必要な投入熱量、排ガス流量、エネルギー効率、及び燃料原単位を算出した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
As heating devices, two heating furnaces (first heating furnace and second heating furnace), two preheating furnaces (first preheating furnace and second preheating furnace), and two heat exchangers (first heat exchanger) And a second heat exchanger), a heating device in which the entire amount of exhaust gas from the first heating furnace is supplied to the first preheating furnace, and the entire amount of exhaust gas from the second heating furnace is supplied to the second preheating furnace. Using. Except that all the steel materials were charged into the preheating furnace and all the exhaust gas from the first heating furnace and the second heating furnace were supplied to the preheating furnace, a simulation was performed under the same conditions as in Example 2, and the necessary input heat amount and exhaust gas The flow rate, energy efficiency, and fuel intensity were calculated. The results are shown in Table 1.
表1の結果から、実施例2の加熱装置は、比較例1の加熱装置に比べて投入熱量及び燃料原単位が少なく、エネルギー効率が高い。比較例1の加熱装置は、加熱炉から排気される排ガスを予熱炉の排ガスと熱交換器の排ガスとに分配して供給していないため、排ガスからの伝熱量が少なくなりエネルギー効率が低くなったと考えられる。このため、鋼材を1200℃に加熱するために多くの熱量を必要とし、燃料原単位が上昇したと考えられる。一方、実施例2の加熱装置は、加熱炉から排気される排ガスを予熱炉の排ガスと熱交換器の排ガスとに分配して供給するので、多くの排ガスの顕熱が回収でき、比較例1に比べてエネルギー効率が9ポイント向上したと考えられる。 From the results of Table 1, the heating device of Example 2 has less energy input and fuel consumption than the heating device of Comparative Example 1, and has high energy efficiency. In the heating device of Comparative Example 1, the exhaust gas exhausted from the heating furnace is not distributed and supplied to the exhaust gas of the preheating furnace and the exhaust gas of the heat exchanger, so the amount of heat transfer from the exhaust gas is reduced and the energy efficiency is lowered. It is thought. For this reason, in order to heat steel materials to 1200 degreeC, many calorie | heat amounts are required, and it is thought that the fuel consumption rate rose. On the other hand, since the heating apparatus of Example 2 distributes and supplies the exhaust gas exhausted from the heating furnace to the exhaust gas of the preheating furnace and the exhaust gas of the heat exchanger, the sensible heat of many exhaust gases can be recovered. It is thought that energy efficiency improved by 9 points.
以上説明したように、本発明の加熱装置は鋼材の加熱におけるエネルギー効率を高められる。従って、当該加熱装置を用いることで燃料原単位を下げることができる。 As described above, the heating device of the present invention can increase the energy efficiency in heating the steel material. Therefore, the fuel consumption rate can be lowered by using the heating device.
1、20 加熱装置
2、2a、2b 加熱炉
3、3a、3b 予熱炉
4、4a、4b 熱交換器
5a、5b、5c 搬送装置
6a、6b、6c、6d 排ガス流路
7 煙突
8a、8b、8c、8d 排ガス流量調整弁
9 燃料ガス流路
10 燃料ガス流量調整弁
11 燃焼用空気流路
12 バイパス流路
13 バイパス流量調整弁
14a〜14j、21a〜21q 測定器(重量計、温度計、流量計)
15、22 制御機構
X ストックヤード
1, 20
15, 22 Control mechanism X Stockyard
Claims (10)
上記鋼材をバーナーから噴出される燃焼ガスにより加熱する加熱炉と、
上記加熱炉へ装入される前の鋼材を予熱ガスにより予熱する予熱炉と、
上記バーナーに供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器と、
上記加熱炉から排出される排ガスを上記予熱炉の予熱ガスとして供給する第1排ガス流路と、
上記第1排ガス流路とは並列して設けられ、上記加熱炉から排出される排ガスを上記熱交換器の予熱ガスとして供給する第2排ガス流路と
を備える鋼材の加熱装置。 A steel heating device for hot working or heat treatment,
A heating furnace for heating the steel material with combustion gas ejected from a burner;
A preheating furnace for preheating the steel material before being charged into the heating furnace with a preheating gas;
A heat exchanger for preheating combustion air supplied to the burner;
A first exhaust gas passage for supplying exhaust gas discharged from the heating furnace as a preheating gas of the preheating furnace;
A steel material heating apparatus, comprising: a second exhaust gas channel provided in parallel with the first exhaust gas channel and supplying exhaust gas discharged from the heating furnace as a preheating gas of the heat exchanger.
上記重量計、温度計及び流量計の測定結果に基づき上記排ガス流量調整機構を用いてエネルギー効率が最大化されるように上記予熱炉及び上記熱交換器へ供給する排ガス流量比を制御する機構と
をさらに備える請求項2、請求項3又は請求項4に記載の鋼材の加熱装置。 A weigh scale that measures the weight of the steel material charged into the preheating furnace, a weigh scale that measures the weight of the steel material charged into the heating furnace, a thermometer that measures the temperature of the steel material after preheating, and the heating furnace A flow meter for measuring the flow rate of fuel to be supplied, and a flow meter for measuring the flow rate of combustion air flowing into the heat exchanger;
A mechanism for controlling an exhaust gas flow ratio supplied to the preheating furnace and the heat exchanger so that energy efficiency is maximized using the exhaust gas flow rate adjustment mechanism based on the measurement results of the weight meter, the thermometer, and the flow meter; The steel material heating apparatus according to claim 2, 3 or 4, further comprising:
上記温度計の測定結果に基づき上記予熱炉へ装入する鋼材を選択する機構とを備える請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の鋼材の加熱装置。 A thermometer that measures the temperature of the steel before heating;
The steel material heating apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a mechanism for selecting a steel material to be charged into the preheating furnace based on a measurement result of the thermometer.
上記温度計の測定結果に基づく上記予熱炉へ装入する鋼材の選択により上記予熱炉から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する機構とを備える請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の鋼材の加熱装置。 A thermometer for measuring the temperature of the exhaust gas exhausted from the preheating furnace,
A mechanism for controlling an exhaust gas temperature so that an exhaust gas exhausted from the preheating furnace becomes a predetermined temperature or higher by selecting a steel material charged into the preheating furnace based on a measurement result of the thermometer. The steel material heating apparatus according to any one of 7.
上記熱交換器から排気される排ガスの温度を測定する温度計と、
上記温度計の測定結果に基づき燃焼用空気の一部又は全部を上記バイパス流路へ流すことにより上記熱交換器から排気される排ガスが所定温度以上となるように排ガス温度を制御する機構とを備える請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の鋼材の加熱装置。 A bypass passage for combustion air that bypasses the heat exchanger;
A thermometer for measuring the temperature of the exhaust gas exhausted from the heat exchanger;
A mechanism for controlling the exhaust gas temperature so that the exhaust gas exhausted from the heat exchanger becomes equal to or higher than a predetermined temperature by flowing part or all of the combustion air to the bypass flow path based on the measurement result of the thermometer. The steel material heating apparatus according to any one of claims 1 to 8, further comprising:
加熱後の鋼材の温度が所定範囲内となるように上記燃料ガス流量調整機構を用いて上記燃料ガス流量を制御する機構と
を備える請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の鋼材の加熱装置。
A mechanism for adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the burner;
A steel material according to any one of claims 1 to 9, further comprising a mechanism for controlling the fuel gas flow rate using the fuel gas flow rate adjustment mechanism so that the temperature of the heated steel material is within a predetermined range. Heating device.
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