JP3962237B2 - 連続式加熱炉 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板を製造するためのスラブを直火加熱する連続式加熱炉に関する。より具体的には、予熱帯、加熱帯および均熱帯を有する連続式加熱炉に関する。
【従来の技術】
鋼板を製造するためのスラブを直火加熱するための従来の加熱炉を図１乃至図３に示す。
図１は、全てのバーナを軸流バーナにした加熱炉であり、図２は全てのバーナを連続燃焼式サイドバーナとした加熱炉である。図１乃至図３とも、左の図が加熱炉の横断面、右の図が加熱炉の縦断面を示す。左の図において、スラブは左側から加熱炉に搬入され、右側に搬出される。
軸流バーナは炉幅方向の炉温の均一性には優れるが、炉形状が複雑で初期の設備投資が大きい。
一方、連続燃焼式サイドバーナは火炎長が短いため、炉幅方向の中央部分の温度が炉壁部分より低い、いわば「中落ちパターン」の炉温分布となり、スラブ長手方向の均一加熱が困難である。
また、図３は上段を軸流バーナ、下段を連続燃焼式サイドバーナにした加熱炉であり、例えば、特公昭６０−１００８８号公報の第２図にその実施例が開示されている。
一方、最近は、従来に比べて熱効率が著しく優れたリジェネバーナが適用され始めている。このリジェネバーナは、図５に示すように、蓄熱体を備えたバーナ対で構成され、一方のバーナが燃焼を、もう一方のバーナが排ガス吸引および蓄熱体への排ガス顕熱回収を行い、燃焼と蓄熱とを交互に切り替えることで高温予熱空気（１０００℃以上）を得ることができるバーナである。
リジェネバーナについては、例えば、特開２０００−３５６３４１号公報にバーナの構造が開示されており、同公報の図５に吸排気孔の角度を変えることによって、炉幅方向の温度分布を均一化できることが開示されている。
しかし、リジェネバーナを用いた従来の加熱炉は、リジェネバーナを用いることにより、熱効率を向上させることを主たる目的としており、炉温分布は炉幅方向に均一にすることが前提となっている。しかも、従来のサイドバーナとリジェネバーナを組合わせた場合の最適な炉内の温度分布については全く考慮されていなかったため、スラブの長手方向の温度分布にむらが生じ、スラブ温度の下限値を確保するため、加熱炉からの抽出温度を高く設定せざるを得なかった。
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、連続燃焼式サイドバーナとリジェネバーナとを併用する加熱炉におけるリジェネバーナの設置位置と、最適な炉内幅方向温度分布を見出すことにより、スラブ長手方向の温度の均一化とそれに伴うスラブ抽出温度の低減による燃料原単位の改善を実現する連続式加熱炉を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続燃焼式サイドバーナとリジェネバーナを併用する加熱炉の予熱帯にリジェネバーナを設置し、炉内幅方向の温度分布を中央付近で最も高くする、いわば「中高パターン」の温度分布にすることにより、スラブ長手方向の温度むらを解消し、加熱炉からのスラブ抽出温度を低減して燃料原単位を改善するものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）予熱帯、加熱帯および均熱帯を有する連続式加熱炉において、該加熱帯および該均熱帯の上部帯に軸流バーナを設置するとともに、該加熱帯および該均熱帯の下部帯に連続燃焼式サイドバーナを設置し、かつ、該予熱帯の上部帯および下部帯に、燃料と一次燃焼空気はバーナノズルの中心から噴出し、燃料と二次燃焼空気とが接触する地点をバーナから遠くする二次燃焼空気ノズルを備え、バーナが燃焼中はバーナの下部から二次燃焼空気を吸い込み、蓄熱体で予熱された空気をノズル先端から噴出し、バーナが休止しているときは、炉内の排ガスを炉外に排出し、排ガス中の顕熱を蓄熱体に蓄えるリジェネバーナを設置し、前記連続式サイドバーナを設置する加熱帯および均熱帯の炉内温度分布が炉中央付近で最も低くなる場合に、あらかじめこれを相殺するように、予熱帯の炉内温度分布を炉中央付近で最も高くしておくことにより、加熱完了時点でスラブ長手方向の温度を均一化し、該スラブ抽出温度の低減により燃料原単位を改善することを特徴とする連続式加熱炉。
（２）予熱帯の入側に、バーナを設置しない増予熱帯を有することを特徴とする（１）に記載の連続式加熱炉。
（３）リジェネバーナの二次燃焼空気ノズルを、バーナ火炎の軸線方向から外側に傾斜させたことを特徴とする（１）または（２）に記載の連続式加熱炉。
予熱帯にリジェネバーナを設置するのは、最も上温能力が要求される予熱帯に熱効率の良いリジェネバーナを設置することにより、加熱炉全体の熱効率を最大にし、燃料原単位の低減効果を大きくするためである。
予熱帯における炉幅方向の炉内温度分布を炉中央付近で最も高くするのは、連続燃焼式サイドバーナを設置する加熱帯および均熱帯の炉内温度分布が炉中央付近で最も低くなる「中落ちパターン」になることから、あらかじめこれを相殺するように、予熱帯の炉内温度分布を「中高パターン」にしておく。これにより、加熱完了時点でスラブ長手方向の均一加熱を実現し、スラブ抽出温度を低減して、燃料原単位を改善させることができる。
好ましくは、予熱帯の入側に、バーナを設置しない増予熱帯を設置する。この増予熱帯に加熱炉の排ガス還流させることにより、排ガスとスラブとの熱交換を行い、排ガスの顕熱を回収することができる。
好ましくは、リジェネバーナの二次燃焼空気ノズルを、バーナ火炎の軸線方向から外側に傾斜させる。こうすることにより、燃料と二次燃焼空気とが接触する地点をバーナから遠くして、炉幅方向の温度分布を中央付近で最も大きくさせることができる。
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図４は、本発明における連続式加熱炉の実施例を示す図である。左の図が加熱炉の横断面、右の図が縦断面を示す。
予熱帯には８セットのリジェネバーナが設置され、加熱帯および均熱帯には、それぞれ軸流バーナと連続燃焼式サイドバーナが設置されている。
なお、必要に応じて設置する増予熱帯にはバーナは設置されていない。加熱炉の排ガスとスラブとの熱交換による顕熱回収効果を最大限に活用するためである。
この増予熱帯の長さを十分確保して熱交換を十分行うことにより、加熱炉の排ガスの高温化を防止することができる。
本実施例では、スラブは左の図の左側から搬入され、増予熱帯で排ガスとの熱交換の後、予熱帯、加熱帯、均熱帯にて熱処理がなされた後に炉外に搬出される。
なお、本実施例では、スラブは炉幅方向がスラブの長手方向となるように搬入・搬出される。
図６は、本発明の好ましい実施形態に用いるリジェネバーナの構造を示す図である。燃料と一次燃焼空気はバーナノズルの中心から噴出し、二次燃焼空気はバーナ火炎の軸方向から外側に傾斜している。この傾斜角は３度程度が好ましい。これにより、燃料と二次燃焼空気とが接触する地点をバーナから遠くすることができ、炉幅方向の温度分布を「中高パターン」にすることができる。なお、バーナが燃焼中はバーナの下部から二次燃焼空気を吸い込み、蓄熱体で予熱された空気をノズル先端から噴出する。また、バーナが休止しているときは、炉内の排ガスを炉外に排出する。この際に、排ガス中の顕熱をアルミナボールやセラミックなどで作られた蓄熱体に蓄えることができる。
図７は、本発明におけるリジェネバーナを設置した炉とサイドバーナを設置した炉の炉内温度分布およびスラブ温度を示す図である。
サイドバーナを設置した炉では、火炎長が短いため、炉幅方向の中央付近の温度が最も低い「中落ちパターン」となっており、これを転写する形でスラブ温度もスラブ中央部分が最も低くなっている。なお、スラブ温度曲線に凹凸がついているのは、スラブ搬送用のスキッドに接する部分のスラブ温度が低下するからである。
一方、本発明におけるリジェネバーナを設置した炉では、火炎長が長く、二次燃焼空気を吹き出すノズルを火炎の軸心から外側に傾けることにより、炉幅方向の温度分布を中央付近で最も高い「中高パターン」とすることができる。また、これによってスラブ中央部分の温度の低下がないことから、スラブ抽出温度を約２０℃下げてもスラブ温度の下限値をキープできることから、著しい燃料原単位の改善効果が実現できる。また、抽出時のスラブ長手方向の均温性を高めることができるため、板厚や板幅の不良を防止する効果も期待できる。
図８は、二次燃焼空気ノズルの傾け角度と炉幅方向の温度分布との関係を示す図である。
火炎の軸線方向から、内向き、直行、外向きに変えるに従って、「中高パターン」の傾向が強まっており、外向き約３度が好ましい温度パターンを実現できる。
図９は、本発明におけるスラブの在炉時間の経過と炉内雰囲気温度との関係を示す図である。リジェネバーナを設置した予熱帯では、実線で示した炉幅方向の中央部における温度が炉壁部における温度より高くなる「中高パターン」となっている。一方、連続燃焼式サイドバーナを設置した加熱炉では、炉幅方向の中央部における温度が炉壁部における温度より低い「中落パターン」となっている。
なお、この実施例では均熱帯では「中落ちパターン」が明確に表れていないのは軸流バーナの影響が考えられる。
【発明の効果】
本発明によれば、連続燃焼式サイドバーナとリジェネバーナとを併用する加熱炉におけるリジェネバーナを余熱帯に設け、幅方向の炉内温度分布を「中高パターン」とすることにより、スラブ長手方向の温度の均一化とそれに伴うスラブ抽出温度の低減による燃料原単位を著しく改善することができる。
さらに、バーナを設置しない増予熱帯を設けることにより加熱炉の排ガスとスラブとの熱交換により排ガスの顕熱回収を行うことができる。
さらに、リジェネバーナの二次燃焼空気ノズルを火炎の軸線から外側に傾けることにより、燃料と二次燃焼空気とをノズルから遠くすることにより炉幅方向の中央付近で最も炉内温度を高くすることができるなど、産業上有用な、顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸流バーナを設置した従来の連続式加熱炉を示す図である。
【図２】連続燃焼式サイドバーナを設置した従来の連続式加熱炉を示す図である。
【図３】軸流バーナと連続燃焼式サイドバーナを設置した従来の連続式加熱炉を示す図である。
【図４】本発明における連続式加熱炉の実施例を示す図である。
【図５】リジェネバーナの原理を説明する図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に用いるリジェネバーナの構造を示す図である。
【図７】本発明におけるリジェネバーナを設置した炉とサイドバーナを設置した炉の炉内温度分布およびスラブ温度を示す図である。
【図８】二次燃焼空気ノズルの傾け角度と炉幅方向の温度分布との関係を示す図である。
【図９】本発明におけるスラブの在炉時間の経過と炉内雰囲気温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…軸流バーナ
２…連続燃焼式サイドバーナ
３…リジェネバーナ

Claims (3)

1. 予熱帯、加熱帯および均熱帯を有する連続式加熱炉において、該加熱帯および該均熱帯の上部帯に軸流バーナを設置するとともに、該加熱帯および該均熱帯の下部帯に連続燃焼式サイドバーナを設置し、かつ、該予熱帯の上部帯および下部帯に、燃料と一次燃焼空気はバーナノズルの中心から噴出し、燃料と二次燃焼空気とが接触する地点をバーナから遠くする二次燃焼空気ノズルを備え、バーナが燃焼中はバーナの下部から二次燃焼空気を吸い込み、蓄熱体で予熱された空気をノズル先端から噴出し、バーナが休止しているときは、炉内の排ガスを炉外に排出し、排ガス中の顕熱を蓄熱体に蓄えるリジェネバーナを設置し、前記連続式サイドバーナを設置する加熱帯および均熱帯の炉内温度分布が炉中央付近で最も低くなる場合に、あらかじめこれを相殺するように、予熱帯の炉内温度分布を炉中央付近で最も高くしておくことにより、加熱完了時点でスラブ長手方向の温度を均一化し、該スラブ抽出温度の低減により燃料原単位を改善することを特徴とする連続式加熱炉。
2. 予熱帯の入側に、バーナを設置しない増予熱帯を有することを特徴とする請求項１に記載の連続式加熱炉。
3. リジェネバーナの二次燃焼空気ノズルを、バーナ火炎の軸線方向から外側に傾斜させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続式加熱炉。

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