JP3458887B2 - 放射加熱装置 - Google Patents

放射加熱装置

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JP3458887B2 JP16913598A JP16913598A JP3458887B2 JP 3458887 B2 JP3458887 B2 JP 3458887B2 JP 16913598 A JP16913598 A JP 16913598A JP 16913598 A JP16913598 A JP 16913598A JP 3458887 B2 JP3458887 B2 JP 3458887B2
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道明 堤
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Air Supply (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Tunnel Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気熱処理炉
等、燃焼ガスを直接炉内に入れることなく、間接的に加
熱を行う加熱炉に用いられる放射加熱装置に関するもの
であり、さらに詳しくは、従来より用いられてきたラジ
アントチューブ式加熱装置に比して効率的な加熱を行う
ことができる箱型の放射加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】雰囲気熱処理炉等、燃焼ガスを直接炉内
に入れることなく、間接的に加熱を行う加熱炉には、従
来よりラジアントチューブ式加熱装置が使用されてき
た。しかしながら、ラジアントチューブ式加熱装置にお
いては、ラジアントチューブという狭い燃焼室内で燃焼
が行われるので、燃焼部が高温となりがちである。この
ため、バーナ付近のラジアントチューブに亀裂や変形が
発生しやすい上に、NOxの発生量が多いという問題を
有していた。又、小径のチューブから平板の鋼板を放射
加熱するので形態係数が小さく、熱効率が悪いという問
題をも有していた。
【0003】これらの問題を解決する装置として、特開
平7−218142号公報には、炉壁に複数のバーナを
設けると共に、炉壁にバーナから火炎を囲繞するための
金属からなる箱状のラジアントボックスを設けて、バー
ナの火炎により金属からなるラジアントボックスを加熱
し、そこからの放射熱により炉及び炉内の物体を加熱す
る装置が開示されている。
【0004】その装置の概要を図2に示す。図2におい
て21はラジアントボックス、22a、22bは1次燃
料噴射ノズル、23a、23bは2次燃料噴射ノズル、
24a、24bは蓄熱体、25a、25bはパイロット
バーナ、26は四方切換弁、27は燃焼用空気ブロワ、
28は燃料供給系、29は排ガス放散系、30a、30
bは1次燃料供給電磁弁、31a、31bは2次燃料供
給電磁弁、32は排ガス供給ファン、33は燃焼用空気
系、34は炉壁、35はラジアントボックス支持金具、
36はラジアントボックス受け金具、37a、37bは
燃焼用空気、排ガス流調弁、38a、38bは燃焼用空
気、排ガス絞り板、39a、39bは1次燃料流調弁、
40a、40bは1次燃料流量絞り板、41a、41b
は2次燃料流調弁、42a、42bは2次燃料流量絞り
板、43a、43bはパイロットバーナ用燃料用空気供
給電磁弁、44a、44bはパイロットバーナ用燃料供
給電磁弁、45a、45bは連絡管である。
【0005】炉壁34にラジアントボックス支持金具3
5、ラジアントボックス受け金具36によって取り付け
られたラジアントボックス21に、1次燃料噴射ノズル
22a、2次燃焼噴射ノズル23a、蓄熱体24a、パ
イロットバーナ25aによって構成されたAバーナ、及
び1次燃料噴射ノズル22b、2次燃焼噴射ノズル23
b、蓄熱体24b、パイロットバーナ25bによって構
成されたBバーナが接続されている。
【0006】燃焼用空気は、燃焼用空気ブロワ27によ
り供給される。四方切換弁26はAバーナ及びBバーナ
のうちのいずれかへの燃焼用空気の供給を制御すると共
に、蓄熱体24a、24bを通過した燃焼排ガスの排ガ
ス放散系29への接続を制御する。
【0007】燃料ガスは燃料供給系28より供給され、
1次燃料噴射ノズル22a、22bへの燃料供給は、1
次燃料供給電磁弁30a、30bによって制御される。
2次燃焼噴射ノズル23a、23bへの燃料供給は、2
次燃料供給電磁弁31a、31bによって制御される。
そして、パイロットバーナ25a、25bへの燃料供給
は、パイロットバーナ用燃料供給電磁弁44a、44b
によって制御されている。又、パイロットバーナ25
a、25bへの燃焼用空気供給は、燃焼用空気ブロワ2
7よりの配管を経由し、パイロットバーナ用燃焼空気供
給電磁弁43a、43bによって制御されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
ラジアントチューブを使用した放射加熱装置には、以下
のような問題点がある。その第1は、Aバーナ及びBバ
ーナとラジアントボックス21を連結する連絡管45
a、45bに荷重がかかり、これらの高温部に応力集中
が発生することである。すなわち、図2に示されるよう
に、ラジアントボックス21の荷重は、主として連絡管
45a、45bとラジアントボックス支持金具35によ
って支えられているのであるが、連絡管45a、45b
が荷重を受ける部分は、炉壁34の内側であり、1000℃
以上の高温部分である。この部分に応力が集中すること
により、連絡管45a、45bが破損する恐れがある。
【0009】その第2は、連絡管45a、45b及び2
次燃料噴射ノズル23a、23bにラジアントボックス
21と炉壁34との熱膨張差に起因する曲げ応力が作用
することである。すなわち、ラジアントボックス21は
金属製であるので熱膨張率が大きく、炉内が高温になる
と大きく変形する。それに対し、炉壁34は耐火物がラ
イニングされているため炉体鉄皮の熱膨張は小さく、熱
変形が小さい。よって、ラジアントボックス21に連結
され、炉壁34に拘束されている連絡管45a、45b
及び2次燃料噴射ノズル23a、23bに曲げ応力が作
用する。よって、連絡管45a、45b及び2次燃料噴
射ノズル23a、23bの構造・強度上問題である。
【0010】その第3は、連絡管45a、45b及び2
次燃料噴射ノズル23a、23bとラジアントボックス
21との溶接部が炉内に存在することである。このよう
な溶接部が、燃焼時−排ガス吸引時を繰り返す交番燃焼
における周期的な温度変化を受けることは疲労強度上問
題である。
【0011】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、ラジアントボックスタイプの放射加
熱装置において、高温部に荷重がかかることを防止し、
かつ、高温部に溶接部が存在しないようにすることを課
題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、箱状体中で燃料を燃焼させ、主として
火炎により加熱された前記箱状体からの放射により炉及
び炉内の物体の加熱を行う放射加熱装置であって、前記
箱状体は、金属からなる有底筒状部と、耐火物からなる
蓋部とを有してなり、前記蓋部には、燃料供給用の孔と
燃焼空気供給用の孔がそれぞれ設けられていることを特
徴とする放射加熱装置(請求項1)である。
【0013】本手段においては、箱状体すなわちラジア
ントボックスが、金属からなる有底筒状部と、耐火物か
らなる蓋部とを有してなり、このラジアントボックス内
で燃焼が行われるようになっている。そして、このラジ
アントボックス全体が炉壁にあけられた穴にはめ込まれ
て固定され、金属からなる有底筒状部が炉内に装入さ
れ、耐火物からなる蓋部が炉壁の一部としてなるように
取り付けられる。ラジアントボックスの炉壁への固定
は、鉄皮等を利用して炉の外側から行うことができるの
で、その荷重や応力を低温部であって、かつ温度変動の
小さな部分で受けることができ、強度・構造(疲労)の
問題がなくなる。
【0014】燃料供給管は、前記蓋部に設けられた燃料
供給用の穴に、蓋部の外側において連結される。連結方
法は、例えば前記蓋部の外側に鉄皮を設け、この鉄皮の
前記燃料供給用の穴に対応する部分にも穴を空けてパイ
プを溶接し、このパイプにフランジを取り付けて、燃料
供給管とフランジ接続する方法を採用することができ
る。燃焼空気供給用の孔には、燃焼空気配管が接続され
る。接続方法としては、燃料供給管の接続方法と同じ方
法が採用可能である。
【0015】このように、燃料供給管、燃焼空気配管は
低温部である炉外でラジアントボックスに接続されるた
め、高温部での溶接個所をなくすることができる。又、
前記のようにラジアントボックスの荷重や熱応力は、ラ
ジアントボックスを炉壁に固定する別の手段で受けられ
ているので、これらが燃料供給管、燃焼空気配管にかか
ることがなくなる。
【0016】前記課題を解決するための第2の手段は、
箱状体中で燃料を燃焼させ、主として火炎により加熱さ
れた前記箱状体からの放射により炉及び炉内の物体の加
熱を行う放射加熱装置であって、前記箱状体は、金属か
らなる有底筒状部と、耐火物からなる蓋部とを有してな
り、前記蓋部には、バーナからの火炎吹き出し用の孔が
設けられていることを特徴とする放射加熱装置(請求項
2)である。
【0017】この手段においては、蓋部には、燃料供給
用の孔と燃焼空気供給用の孔がそれぞれ設けられている
代わりに、バーナからの火炎吹き出し用の孔が設けられ
ている点のみが前記第1の手段と異なっているのみであ
る。よって、本発明の課題との関係においては、前記第
1の手段と同じ作用効果を有する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の一
例を示す縦断面図である。図1において、1は金属から
なる有底筒状部、2は耐火物からなる蓋部、3は蓋部の
鉄皮、4は燃焼空気供給用孔、5は燃料供給用孔、6は
燃焼空気供給配管接続部、7は燃料供給管接続管、8は
燃焼空気用配管、9は蓄熱体、10は炉壁、11はラジ
アントボックス支持金具、12はラジアントボックス受
け金具、13はL字金具である。
【0019】有底筒状部1内に蓋部2がはめ込まれて固
定され、箱状体(ラジアントボックス)を構成してい
る。すなわち、蓋部2の片側(炉の外部にあたる部分)
には鉄皮3が設けられ、この鉄皮3が有底筒状部1に溶
接されている。このラジアントボックスは、炉壁10に
設けられた穴に挿入され、炉壁10の鉄皮に取り付けら
れたL型金具と鉄皮3に取り付けられたL型金具13と
をボルト接合することにより、炉体に装着される。ラジ
アントボックスの荷重は、反対側の炉壁に設けられたラ
ジアントボックス受け金具12に、有底筒状部1に取り
付けられたラジアントボックス支持金具11を載置する
ことによっても支えられる。
【0020】ラジアントボックス受け金具12はラジア
ントボックス支持金具11を下側から支えているのみで
あり、拘束していないので、両者の間に熱応力が働くこ
とはない。ラジアントボックスを実質的に炉に拘束して
いるのは、L型金具13であるが、この部分は炉外にあ
り、最高でも120℃程度の温度にしかならないので、十
分な強度を持たせることができる。
【0021】蓋体2には、燃焼空気供給用孔4と燃料供
給用孔5が設けられている。鉄皮3の対応する位置に
も、それぞれ孔が設けられている。そして、燃焼空気供
給用孔4には、耐火物からなる燃焼空気供給配管接続部
6が挿入されている。燃焼空気供給配管接続部6には、
中央部に燃焼空気が通過する孔が設けられていると共
に、その周囲と一方の側(炉の外側)には鉄皮が設けら
れており、その鉄皮に燃焼空気用配管8がフランジ接続
されている。
【0022】燃焼空気を有底筒状部1に吹込む部分が、
その周りと同じ耐火物からできているので、この部分で
熱応力が発生することがない。燃料供給用孔5に対応す
る位置の鉄皮には、燃料供給管接続管7が溶接され、こ
れに燃料供給管が接続される。燃料を有底筒状部1に吹
込む部分も、その周りと同じ耐火物からできているの
で、この部分で熱応力が発生することがない。なお、こ
のような構造とする代わりに、燃料供給用孔5に燃料供
給管接続管7を挿入して接合するようにしてもよい。
【0023】図1に示した放射加熱装置は、一対のバー
ナを交互に燃焼させ、一方のバーナが燃焼していると
き、他方のバーナの燃焼空気用配管8から排ガスを吸引
して、排ガスにより蓄熱体9を加熱し、燃焼している側
の燃焼空気用配管8では、加熱された蓄熱体9で燃焼空
気を加熱してラジアントボックス内に送り込むものであ
り、その作動は、図2に示した従来の例と同じである。
図1に示した放射加熱装置にも1次燃料噴射ノズル、パ
イロットバーナ等が設けられているが、図示を省略して
いる。
【0024】なお、図1に示したものは、燃料と燃焼用
空気を別々の吹込み口からラジアントボックス内に吹込
み、ラジアントチューブ内で混合燃焼を行わせるもので
あるが、例えば燃料供給用孔5、燃料供給管接続管7を
設けず、燃焼空気用配管8内にバーナを設けて、バーナ
からの火炎を燃焼空気供給配管接続部6の孔を通してラ
ジアントボックス内に吹込むようにしてもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1に係る発明においては、箱状体が、金属からなる有
底筒状部と、耐火物からなる蓋部とを有してなり、前記
蓋部には、燃料供給用の孔と燃焼空気供給用の孔がそれ
ぞれ設けられているので、ラジアントボックスの炉壁へ
の固定は、鉄皮等を利用して炉の外側から行うことがで
きる。よって、その荷重や応力を低温部で受けることが
でき、強度・構造上の問題がなくなる。
【0026】請求項2に係る発明においては、箱状体
が、金属からなる有底筒状部と、耐火物からなる蓋部と
を有してなり、前記蓋部には、バーナからの火炎吹き出
し用の孔が設けられているので、請求項1に係る発明と
同じ効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す縦断面図であ
る。
【図2】従来の箱状のラジアントボックスによる放射加
熱装置の例の概要を示す図である。
【符号の説明】
1…有底筒状部 2…蓋部 3…蓋部の鉄皮 4…燃焼空気供給用孔 5…燃料供給用孔 6…燃焼空気供給配管接続部 7…燃料供給管接続管 8…燃焼空気用配管 9…蓄熱体 10…炉壁 11…ラジアントボックス支持金具 12…ラジアントボックス受け金具 13…L字金具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 達哉 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−141611(JP,A) 特開 平7−218142(JP,A) 特開 平9−243025(JP,A) 特開 平10−111078(JP,A) 特開 昭48−49271(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F27B 9/06 C21D 1/52 C21D 9/56 101 F23L 15/02 F27D 7/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 箱状体中で燃料を燃焼させ、主として火
    炎により加熱された前記箱状体からの放射により炉及び
    炉内の物体の加熱を行う放射加熱装置であって、前記箱
    状体は、金属からなる有底筒状部と、耐火物からなる蓋
    部とを有してなり、前記蓋部には、燃料供給用の孔と燃
    焼空気供給用の孔がそれぞれ設けられていることを特徴
    とする放射加熱装置。
  2. 【請求項2】 箱状体中で燃料を燃焼させ、主として火
    炎により加熱された前記箱状体からの放射により炉及び
    炉内の物体の加熱を行う放射加熱装置であって、前記箱
    状体は、金属からなる有底筒状部と、耐火物からなる蓋
    部とを有してなり、前記蓋部には、バーナからの火炎吹
    き出し用の孔が設けられていることを特徴とする放射加
    熱装置。
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