JP2726403B2 - ベル型焼鈍炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に鋼板コイルや
線材コイルの焼鈍に用いるベル型焼鈍炉に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鋼板コイルや線材コイルなどの材料を焼
鈍するベル型焼鈍炉では、材料を覆うインナカバーと、
このインナカバーに被せるアウタカバーとを備えてい
る。また、ベル型焼鈍炉による処理プロセスは、炉内を
設定温度まで昇温する加熱工程、この設定温度に炉内温
度を保つ均熱工程、アウタカバーをはずして材料を冷却
する冷却工程の３つに分けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記加熱工程は炉内温
度を所定の設定温度まで昇温するだけであるから、出来
れば燃焼量の大きい燃焼装置を使用するのが望ましい。
しかし、均熱工程は、炉内温度を一定の温度に維持しな
がら処理材料を焼鈍するもので、均熱工程に必要な燃焼
容量は加熱工程の約１／１５であるから、出来れば燃焼
量の小さい燃焼装置を多数使用するのが望ましい。一
方、一般の燃焼装置では、最大燃焼可能量と最小燃焼可
能量とのターンダウン比を５：１から１０：１の範囲で
しか調整できず、この範囲を越えた燃焼量の調整は不安
定燃焼や失火を招く。

【０００４】このような事情から、加熱工程の必要燃焼
容量に合わせて大型の燃焼装置を選定すると、均熱工程
に必要以上の燃料を燃焼せざるを得ず、その結果、材料
を過熱し、また燃料を無駄に消費することになる。逆
に、小型の燃焼装置を多数設置すると、それぞれの燃焼
装置の燃焼状態にばらつきを生じることが避けられな
い。そのため、失火を防止するために、最も失火の危険
がある燃焼装置を基準にターンダウン比を決定しなけれ
ばならない。ところが、均熱工程の最終段階に必要な燃
焼量は決まっており、このときの燃焼量をもとに最小燃
焼量を決定すると逆に最大燃焼量を大きくとれず、加熱
時間が長くなる。

【０００５】そこで、従来はこのように相反する矛盾を
勘案し、適当な妥協点で燃焼装置の燃焼量や数などを決
めていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の問題点を
解消するもので、ベル型焼鈍炉に（ａ）アウタカバーの
下部周円の１８０°対称位置に設けた一対の蓄熱再生式
燃焼装置と、（ｂ）各蓄熱再生式燃焼装置とペアをな
し、アウタカバーの上部に取り付けた一対の燃料噴出器
と、（ｃ）各蓄熱再生式燃焼装置とこれとペアをなす燃
料噴出器に接続した燃料供給管と、（ｄ）各蓄熱再生式
燃焼装置に接続した燃焼用空気供給管と、（ｅ）各蓄熱
再生式燃焼装置に接続した排ガス排気管と、（ｆ）各蓄
熱再生式燃焼装置に供給する燃料と燃焼用空気の比率を
調整する空燃比調整装置と、で構成し、加熱時間帯は対
をなす蓄熱再生式燃焼装置で燃料を交互に燃焼し、均熱
時間帯は対をなす蓄熱再生式燃焼装置で交互に燃料を燃
焼すると共に蓄熱再生式燃焼装置の燃焼中はこれとペア
をなす燃料噴出器からも燃料を噴出するようにしたもの
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施例について説明する。図１において、ベル
型焼鈍炉１は炉床２、インナカバー３、及びアウタカバ
ー４で構成されている。通常、被処理材料であるコイル
５は炉床２上に積み重ね、インナカバー３、さらにアウ
タカバー４で覆い、インナカバー３とアウタカバー４と
の間の燃焼室６で燃焼を行い熱処理される。

【０００８】アウタカバー４は、下部に一対の蓄熱再生
式燃焼装置（以下「燃焼装置」という。）７ａ，７ｂ、
上部に２つの燃料噴出器８ａ，８ｂ、さらに天井近くに
ベント孔９を備えている。図２に示すように、燃焼装置
７ａ，７ｂは１８０度対称位置に配置されており、燃焼
室６に向けて接線方向から火炎が形成されるようになっ
ている。燃料噴出器８ａ，８ｂは燃焼装置７ａ，７ｂか
ら９０度隔てた位置に対称に配置されており、燃焼室６
に向けて接線方向から燃料を噴出するようにしてある。

【０００９】燃焼装置７ａ，７ｂは、燃焼室６に燃料を
噴出して燃焼する機能と、燃焼室６の排ガスを吸引して
その廃熱を回収する機能を有し、これらの機能を達成す
るために燃焼装置本体１０ａ，１０ｂには蓄熱媒体を内
蔵した蓄熱器１１ａ，１１ｂが付設されている。そし
て、燃焼装置本体１０ａ，１０ｂは、それぞれに対応し
た燃料分岐管（燃料供給管）１２ａ，１２ｂ、及び燃料
本管１３を介して燃料供給装置１４に接続されており、
燃料分岐管１２ａ，１２ｂには燃料切替弁１５ａ，１５
ｂ、燃料本管１３には燃料制御弁１６が設けてある。

【００１０】一方、蓄熱器１１ａ，１１ｂにはそれぞれ
に対応した給排気管１７ａ，１７ｂが接続されている。
この給排気管１７ａ，１７ｂはさらに空気分岐管（空気
供給管）１８ａ，１８ｂと排ガス分岐管（排ガス排気
管）２３ａ，２３ｂに別れており、それぞれの空気分岐
管１８ａ，１８ｂが空気本管１９を介して燃焼空気供給
用ブロア２０に接続され、それぞれの排ガス分岐管２３
ａ，２３ｂが排ガス本管２４を介して排ガスブロア２５
に接続されている。これらの空気分岐管１８ａ，１８ｂ
には空気切替弁２１ａ，２１ｂ、空気本管１９には空気
制御弁２２が設けてある。同様に、それぞれの排ガス分
岐管２３ａ，２３ｂには排ガス切替弁２６ａ，２６ｂ、
排ガス本管２４には排ガス制御弁２７が設けてある。そ
して、燃料制御弁１６、空気制御弁２２、及び排ガス制
御弁２７は空燃比制御装置２８によりそれらの開度が調
整されるようになっている。

【００１１】燃料噴出器８ａ，８ｂは燃料二次分岐管
（燃料供給管）２９ａ，２９ｂを介して燃料分岐管１２
ａ，１２ｂに接続されており、この燃料二次分岐管２９
ａ，２９ｂに燃料切替弁３０ａ，３０ｂが設けてある。
なお、燃焼噴出器は燃料分岐管から複数個分岐して設け
てもよく、その取り付け位置も図２の通りに限定しなく
ともよい。

【００１２】ベル型焼鈍炉１の動作を説明する。従来の
技術の欄で説明したように、ベル型焼鈍炉１の熱処理
は、加熱工程、均熱工程、及び冷却工程に分けられる。
まず、加熱工程では、燃焼装置７ａ，７ｂで交互に燃焼
動作を繰り返すとともに、非燃焼状態の燃焼装置７ｂ，
７ａから燃焼室６の排ガスを吸引排気してその廃熱を回
収しながら、コイル５を所定の温度まで加熱する。具体
的に燃焼動作と廃熱回収動作を説明する。いま一方の燃
焼装置７ａで燃料を燃焼し、他方の燃焼装置７ｂで廃熱
を回収するものとする。この場合、燃料配管系では、燃
料制御弁１６、燃料切替弁１５ａを開いて燃料供給装置
１４から燃焼装置７ａの本体１０ａに燃料を供給し、燃
料切替弁３０ａは閉じておく。他方、燃料切替弁１５ｂ
を閉じて燃焼装置７ｂへの燃料供給は遮断する。空気配
管系では、空気制御弁２２、空気切替弁２１ａを開いて
蓄熱器１１ａを介して本体１０ａに燃焼用空気を供給す
る。他方、空気切替弁２１ｂを閉じて燃焼装置７ｂへの
空気供給は遮断される。燃焼装置７ａの本体１０ａに供
給された燃料は空気と共に燃焼室６に噴出されて燃焼す
る。他方、排ガス配管系では、排ガス制御弁２７と排ガ
ス切替弁２６ｂを開き、他方の排ガス切替弁２６ａを閉
じる。これにより、燃焼室６の排ガスが燃焼装置７ｂの
本体１０ｂを介して吸引され、蓄熱器１１ｂでその廃熱
が回収された後、排ガスブロア２５で排気される。

【００１３】以上の動作が所定時間継続された後、次に
燃焼装置７ｂにより燃焼を行い、他方の燃焼装置７ａで
廃熱を回収する動作に移る。この場合、燃料配管系で
は、燃料制御弁１６、燃料切替弁１５ｂを開いて燃料供
給装置１４から燃焼装置７ｂの本体１０ｂに燃料を供給
し、燃料切替弁３０ｂは閉じておく。そして、燃料切替
弁１５ａを閉じて燃焼装置７ａへの燃料供給を遮断す
る。空気配管系では、空気制御弁２２、空気切替弁２１
ｂを開いて蓄熱器１１ｂに空気を供給する。ここで、空
気は蓄熱器１１ｂに回収された廃熱で予熱された後、本
体１０ｂに供給される。また、空気切替弁２１ａを閉じ
て燃焼装置７ａへの空気供給を遮断する。燃焼装置７ｂ
の本体１０ｂに供給された燃料は予熱空気と共に燃焼室
６に噴出されて燃焼する。他方、排ガス配管系では、排
ガス制御弁２７と排ガス切替弁２６ａを開き、他方の排
ガス切替弁２６ｂを閉じる。これにより、燃焼室６の排
ガスが燃焼装置７ａの本体１０ａを介して吸引され、蓄
熱器１１ａでその廃熱が回収された後、排ガスブロア２
５で排気される。なお、排ガスの約２０％はベント孔９
から外部に放出され、残る約８０％の排ガスが燃焼装置
７ａ，７ｂから吸引されて廃熱回収に利用される。この
ようにして、燃焼装置７ａ，７ｂでは燃焼動作と廃熱回
収動作が交互に行われてコイルが所定温度まで昇温され
る。

【００１４】次に、均熱工程では、燃焼装置７ａ，７ｂ
は加熱工程と同様に燃焼動作と廃熱回収動作を交互に繰
り返す。また、燃焼動作中の燃焼装置７ａ又は７ｂに対
応した燃料切替弁３０ａ又は３０ｂを開き、上部の燃料
噴出器８ａ又は８ｂから燃料を直接燃焼室６に噴出す
る。このとき、燃料制御弁１６の開度は加熱工程のとき
と同一に保たれる。したがって、燃焼装置７ａ，７ｂに
おける燃焼は燃料不足の状態すなわち空気が過剰な状態
で行われ、余った空気が燃焼室６の上部で噴出される燃
料の燃焼に利用される。なお、燃焼装置７ａ，７ｂと燃
料噴出器８ａ，８ｂに供給する燃料の比率は約２：１に
設定するのが好ましく、これにより上部と下部のコイル
は均一に加熱される。このように、均熱工程中、燃焼室
６の上部と下部で燃料が燃焼されるので、コイルの均熱
度が従来のベル型焼鈍炉に比べて一段と向上する。

【００１５】以上のようにして所定時間の均熱工程が終
了すると、従来と同様の冷却工程でコイルは冷却され
る。

【００１６】３種類のベル型焼鈍炉を用いてコイルの温
度変化を調べた。実験に用いたベル型焼鈍炉は、（ａ）
本発明：下部に２つの燃焼装置、上部に２つの燃料噴出
器を設けた本発明のベル型焼鈍炉、（ｂ）比較例１：下
部に２つの燃焼装置を設けただけのベル型焼鈍炉（すな
わち上部に燃料噴出器を設けず）、（ｃ）比較例２（従
来型）：下部に１２個の通常の燃焼装置（すなわち非蓄
熱再生式の燃焼装置）を等間隔に配置しただけのベル型
焼鈍炉（上部に燃料噴出器は設けず）である。なお、い
ずれの焼鈍炉でも、５０トンのコイルを熱処理するのに
加熱工程中の燃焼量は１００万Ｋｃａｌ／時間、均熱工
程中の燃焼量は７万Ｋｃａｌ／時間とした。また、
（ａ）本発明の焼鈍炉では、下部燃焼装置の燃料供給量
と上部燃料噴出器の燃料供給量を２：１に設定した。

【００１７】それぞれの焼鈍炉（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
における経過時間とコイルの温度とを図３、４、５に示
す。なお、図面中、“ＨＰ点”はコイルにおける最高温
度点、ＣＰ点は最低温度点である。これらの図３、４、
５から明らかなように、蓄熱再生式の燃焼装置を用いた
（ａ）本発明と（ｂ）比較例１の焼鈍炉では、約４時間
で最高温度点が所定の温度に達したが、（ｃ）比較例２
（従来型）では約４時間５０分を要した。また、均熱工
程の終了時点での最高温度点（ＨＰ点）と最低温度点
（ＣＰ点）の温度差は、（ａ）本発明では１６℃、
（ｂ）比較例１では２２℃、（ｃ）比較例２（従来例）
では１８℃で、本発明の温度差が最も小さかった。換言
すれば、本発明によれば、コイルをほぼ完全に均熱でき
ることが分かる。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のベル型焼鈍炉では、従来のベル型焼鈍炉に比べて加熱
時間が短縮できるだけでなく、処理材料の均熱度も良く
なる。また、排ガスで燃焼用の空気を予熱して燃焼に利
用できるので、燃焼効率も良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るベル型焼鈍炉の断面図とその配
管系統図である。

【図２】 図１に示すベル型焼鈍炉のＩＩ−ＩＩ線断面
図である。

【図３】 本発明のベル型焼鈍炉における焼鈍時間とコ
イル温度との関係を示す図である。

【図４】 下部に蓄熱再生式燃焼装置を設けたベル型焼
鈍炉（比較例１）における焼鈍時間とコイル温度との関
係を示す図である。

【図５】 従来のベル型焼鈍炉（比較例２）における焼
鈍時間とコイル温度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…ベル型焼鈍炉、２…炉床、３…インナカバー、４…
アウタカバー、５…コイル、６…燃焼室、７ａ，７ｂ…
蓄熱再生式燃焼装置、９…ベント孔、１０ａ，１０ｂ…
燃焼装置本体、１１ａ，１１ｂ…蓄熱器。

フロントページの続き (72)発明者 高野 慎一 大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号 中外炉工業株式会社内 (72)発明者 森山 義輝 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株 式会社堺製造所内 (72)発明者 花田 敏明 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株 式会社堺製造所内 (72)発明者 林 裕二 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株 式会社堺製造所内 (72)発明者 中桐 信一 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株 式会社堺製造所内 (72)発明者 岡野 正樹 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株 式会社堺製造所内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理材料をインナカバーで覆い、さらに
   このインナカバーにアウタカバーを被せ、これらインナ
   カバーとアウタカバーとの間の燃焼室で燃焼を行い被処
   理材料を焼鈍するベル型焼鈍炉において（ａ） アウタ
   カバーの下部周円の１８０°対称位置に設けた一対の蓄
   熱再生式燃焼装置と、（ｂ） 各蓄熱再生式燃焼装置と
   ペアをなし、アウタカバーの上部に取り付けた燃料噴出
   器と、（ｃ） 各蓄熱再生式燃焼装置とこれとペアをな
   す燃料噴出器に接続した燃料供給管と、（ｄ） 各蓄熱
   再生式燃焼装置に接続した燃焼用空気供給管と、（ｅ）
   各蓄熱再生式燃焼装置に接続した排ガス排気管と、
   （ｆ） 各蓄熱再生式燃焼装置に供給する燃料と燃焼用
   空気の比率を調整する空燃比調整装置と、から構成し、
   加熱時間帯は対をなす蓄熱再生式燃焼装置で燃料を交互
   に燃焼し、均熱時間帯は対をなす蓄熱再生式燃焼装置で
   交互に燃料を燃焼すると共に蓄熱再生式燃焼装置の燃焼
   中はこれとペアをなす燃料噴出器からも燃料を噴出する
   ようにしたベル型焼鈍炉。