JP4860676B2 - 連続加熱炉 - Google Patents

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Description

本発明は、炉内に燃料を直接噴射して緩慢燃焼させる燃焼方式の蓄熱交番バーナーを用いた連続加熱炉に関する。
炉内に燃料を直接噴射して緩慢燃焼させる燃焼方式の蓄熱交番バーナーを用いた連続加熱炉としては、バーナーの空気供給口と燃料供給口とを間隔を隔てて開口し、空気供給路と燃料供給路とを平行に配置した連続加熱炉が知られている。このような連続加熱炉は、空気と燃料とを別々に炉内に供給し炉内にて空気と燃料とを混合して燃焼することにより、燃焼によるＮＯｘの発生を抑えている（例えば、特許文献１参照）。
また、このような連続加熱炉は、鋼材の装入側から予熱ゾーン、加熱ゾーン、均熱ゾーンが並べて設けられており、加熱ゾーンにて加熱された炉内雰囲気を予熱ゾーンすなわち装入側へ流すことにより発生した熱が効率よく利用されるように構成されている。このため、連続加熱炉内には加熱ゾーンにて加熱された炉内雰囲気を装入側へ流すべく装入側近傍に煙道が設けられている。
特許第２６８３５４５号明細書
上記のような連続加熱炉は、炉内雰囲気が煙道に向かって、すなわち、抽出側から装入側へ向かって炉内を流れるため、バーナーにおいて空気供給口より煙道側に配置された燃料供給口から供給された燃料が炉内雰囲気に煽られて空気供給口から供給された空気と混合されず燃焼しないまま煙道に流れるおそれがある。このため、未燃焼のガスが排出されて危険であり、また燃料が無駄に消費されたり、黒煙が発生するおそれがあるという課題がある。
本発明は、上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、ＮＯｘの発生を抑えつつ効率よく燃料を燃焼させることが可能な連続加熱炉を提供することを目的とする。
本発明にかかる連続加熱炉は、装入側から抽出側に向かって鋼材が搬送される搬送方向に複数の熱処理ゾーンが並べて設けられた炉体と、搬送方向における最上流側に設けられ、前記炉体内を搬送方向と反対方向に流れる炉内雰囲気が流れ込む煙道と、前記炉体の側壁に、搬送方向に沿って複数配設されたバーナーと、を備えた連続加熱炉であって、前記バーナーは、前記炉体内に空気を供給する空気供給口を終端とする空気供給路と、前記空気供給口の周囲に当該空気供給口と間隔を隔てて配置され前記炉体内に燃料を供給する燃料供給口を終端とする燃料供給路と、を備え、前記バーナーのうち、搬送方向の最上流側に位置する前記バーナーは、前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路が、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする。
前記バーナーのうち、搬送方向の最上流側に位置する前記バーナーを含めて、搬送方向の最上流側に位置する前記熱処理ゾーンで最上流側から搬送方向に並ぶ複数の前記バーナーは、前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路が、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする。
前記バーナーのうち、搬送方向の最上流側に位置する前記バーナーを含めて、搬送方向の最上流側に位置する前記熱処理ゾーンのすべての前記バーナーは、前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路が、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする。
傾斜している前記燃料供給口から供給された燃料は、前記空気供給口から供給された空気の周辺部にて、当該供給された空気の流れに合流するように供給されることを特徴とする。
また、本発明にかかる連続加熱炉は、装入側から抽出側に向かって鋼材が搬送される搬送方向に複数の熱処理ゾーンが並べて設けられた炉体と、前記搬送方向における最上流側に設けられ、前記炉体内を前記搬送方向と反対方向に流れる炉内雰囲気が流れ込む煙道と、前記炉体の側壁に、搬送方向に沿って複数配設されたバーナーと、を備えた連続加熱炉であって、前記バーナーは、前記炉体内に空気を供給する空気供給口を終端とする空気供給路と、前記空気供給口の周囲に当該空気供給口と間隔を隔てて配置され前記炉体内に燃料を供給する燃料供給口を終端とする燃料供給路と、を備え、前記バーナーにおいて前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路は、燃料が前記空気供給口から供給された空気の周辺部にて、当該供給された空気の流れに合流するように、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする。
本発明にかかる連続加熱炉にあっては、ＮＯｘの発生を抑えつつ、安全かつ効率よく燃料を燃焼させることができる。
以下、本発明にかかる連続加熱炉の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる連続加熱炉の好適な一実施形態を示す縦断面図である。図２は、図１の平面断面図である。
本実施形態にかかる連続加熱炉１は、図１及び図２に示すように、ほぼ直方体状の炉体１０の長手方向における一方の端であり鋼材Ｆが装入される装入側１０ａから他方の端であり鋼材Ｆが抽出される抽出側１０ｂに向かって、熱処理ゾーンとしての予熱ゾーンＸ、加熱ゾーンＹ、及び、均熱ゾーンＺが並べて設けられている。各熱処理ゾーンの境界には、鋼材Ｆが通過可能に、隣接するゾーン間を仕切る仕切り壁１８が設けられている。
鋼材Ｆは炉体１０内を装入側１０ａから抽出側１０ｂに向かって、炉体１０の上下方向におけるほぼ中央を水平に搬送されるので、装入側１０ａから抽出側１０ｂに向かう方向が鋼材Ｆの搬送方向である。
炉体１０内には、搬送方向の最上流側に、鋼材Ｆの搬送方向と反対方向に流れる炉内雰囲気が流れ込む煙道２０が設けられている。この煙道２０の先には煙突(不図示)が設けられており炉体１０の外部と連通されている。
また、予熱ゾーンＸ、加熱ゾーンＹ、及び、均熱ゾーンＺの幅方向にて対面する側壁１２には、各々複数のバーナー３０が対向させて設けられている。図１の例では、各ゾーンＸ、Ｙ、Ｚの各々の側壁１２にそれぞれ６つのバーナー３０が、鋼材Ｆが搬送される位置より上側と下側とにそれぞれほぼ等間隔にて３つずつ設けられ、上側の３つのバーナー３０と下側の３つのバーナー３０とは、それぞれ搬送方向に沿ってほぼ水平に並べて配置されている。これらのバーナー３０は、対向して対をなすバーナー３０同士が燃焼と蓄熱とを交互に繰り返す蓄熱式バーナーである。
各バーナー３０は、炉体１０内に空気を供給する空気供給口３１を終端とする空気供給路３２と、空気供給口３１の周囲に配置され炉体１０内に燃料を供給する２つの燃料供給口３３を終端とする２つの燃料供給路３４とで構成されている。各バーナー３０が有する空気供給口３１と２つの燃料供給口３３とは、鋼材Ｆの搬送方向に沿ってほぼ水平に位置するように配置され、２つの燃料供給口３３は、鋼材Ｆの搬送方向において空気供給口３１の上流側と下流側とにそれぞれ、空気供給口３１と間隔を隔てて配置されている。また、空気供給路３２は空気供給口３１からほぼ水平に、燃料供給路３４は燃料供給口３３からほぼ水平に側壁１２内に形成されている。以下の説明では、鋼材Ｆの搬送方向において空気供給口３１の上流側に位置する燃料供給口３３及び燃料供給路３４を上流側燃料供給口３３ａ及び上流側燃料供給路３４ａ、下流側に位置する燃料供給口３３及び燃料供給路３４を下流側燃料供給口３３ｂ及び下流側燃料供給路３４ｂという。
図３は、搬送方向最上流側に位置するバーナー３０を説明するための平面断面図である。
空気供給路３２、上流側燃料供給路３４ａ、及び、下流側燃料供給路３４ｂについては、最上流側に位置し対向する上下二対の上流側燃料供給路３４ａを除き、側壁１２の壁面１２ａに対しほぼ垂直方向に向かって設けられている。そして、最上流側に位置し対向する上下二対の上流側燃料供給路３４ａは、終端となる上流側燃料供給口３３ａに向かって、すなわち、炉体１０の内方に向かって空気供給口３１側へ近づく方向に傾斜されて設けられている。このとき、上流側燃料供給路３４ａの傾斜角度は、供給された燃料が、空気供給口３１から供給された空気の周辺にて、供給された空気に合流して混合されて流れるような傾斜に設定されている。
本実施形態の連続加熱炉１は、炉体１０の装入側１０ａから装入された鋼材Ｆが、炉体１０内に設けられた予熱ゾーンＸ、加熱ゾーンＹ、均熱ゾーンＺと順次搬送されつつ各ゾーンに設けられたバーナー３０にて熱処理されて抽出側１０ｂへと搬送される。
ところで、このような連続加熱炉１では加熱ゾーンＹ及び均熱ゾーンＺにて発生した燃焼排ガスが煙道２０へと向かって流れていく。このため、各バーナー３０において、空気供給口３１より搬送方向上流側、すなわち、煙道２０の方向へ向かう気流の下流側に位置する燃料供給口３３から供給された燃料は、燃焼排ガスにより空気供給口３１から供給された空気から離れる方向に流されて、空気と混合されずに燃焼排ガスとともに煙道２０に向かって流れ出す場合がある。
燃料が燃焼されずに煙道２０から排出されると、未燃焼のガスが排出されて危険であり、燃料が無駄になるばかりでなく、黒煙が発生する場合がある。このとき、燃料がたとえ、単一のバーナー３０として設けられた空気供給口３１から供給された空気と混合されず燃焼排ガスとともに煙道２０に向かって流れたとしても、流れる先、すなわち、煙道２０に向かう気流の下流側に他のバーナー３０が存在していれば、そのバーナー３０により燃料が燃焼する場合がある。しかしながら、煙道２０に最も近い側、すなわち、搬送方向の最上流側に位置するバーナー３０は、その上流側、すなわち煙道２０に向かう気流の下流側にバーナー３０が存在しないので、燃料が燃焼されずに排出される可能性が、他のバーナー３０より高くなる。
このため本実施形態の連続加熱炉１では、搬送方向の最上流側に位置し対向する上下二対のバーナー３０の上流側燃料供給路３４ａが、炉体１０の内方に向かって空気供給口３１側へ近づく方向に傾斜されて設けられている（以下の説明においては、傾斜された上流側燃料供給路３４ａを、傾斜されていない上流側燃料供給路３４ａと区別するために、最上流燃料供給路３６として説明する）。このため、最上流燃料供給路３６を通って供給された燃料がたとえ燃焼排ガスの気流によって流されたとしても、最上流燃料供給路３６は予め搬送方向下流側に傾斜しているので、空気供給口３１から供給された空気と混合されやすく、燃焼されずに煙道２０に向かう燃料の発生を抑えることが可能である。また、このとき、最上流燃料供給路３６の傾斜は、供給された燃料が、空気供給口３１から供給された空気の周辺にて、合流する際には空気に沿いつつ混合されて流れるような傾斜に設定されていることが望ましい。
たとえば、予め搬送方向下流側に傾斜されている最上流燃料供給路３６を通って供給される燃料が、空気供給口３１から供給された空気の中心に進入するように設定されていると、酸素濃度が高い燃焼により火炎温度が必然的に高くなりＮＯｘの発生レベルが高くなってしまうおそれがある。このため、本実施形態の最上流燃料供給路３６のように、供給された燃料が、空気供給口３１から供給された空気の周辺にて、空気に沿いつつ混合されて流れるような傾斜に設定されていることにより、酸素濃度が低い場での拡散緩慢燃焼を実現し、ＮＯｘの発生レベルを抑えることが可能である。
図４は、第１変形例の連続加熱炉を説明するための平面断面図である。図５は、第２変形例の連続加熱炉を説明するための平面断面図である。
上記実施形態においては、搬送方向における最上流側に位置し対向する上下二対のバーナー３０の上流側燃料供給路３４ａ（３６）を、炉体１０の内方、すなわち終端となる上流側燃料供給口３３ａに向かって空気供給口３１側へ近づく方向に傾斜させて設けた例について説明したが、例えば、図４に示すように、搬送方向における最上流側のゾーン（ここでは、予熱ゾーン）Ｘに設けられた全バーナー３０のうちの最上流側に位置して搬送方向に並べられた複数対のバーナー３０が有する上流側燃料供給路３４ａ（３６）を、炉体１０の内方に向かって空気供給口３１側へ近づく方向に傾斜させてもよい。特に、蓄熱交番バーナーの場合、図６に示すように、炉幅方向に対向する右側壁１２と左側壁１２のバーナー３０が組となって燃焼と排気を行うが、温度が左右均等となるように、燃焼は左右で千鳥状に行われるため、最上流から２本目以降のバーナー３０が、燃焼している最上流のバーナー３０となり得ることから、上記「複数対のバーナー３０」とは、最上流のバーナー３０から搬送方向に並ぶ２つ、もしくは燃焼状態の最上流となり得るバーナー３０までの２つ以上のバーナー３０とするのがよい。また、図５に示すように、搬送方向における最上流側の予熱ゾーンＸに設けられた全てのバーナー３０が有する上流側燃料供給路３４ａ（３６）を、炉体１０の内方に向かって空気供給口３１側へ近づく方向に傾斜させてもよい。
また、本実施形態においては、各バーナー３０が、空気供給口３１と２つの燃料供給口３３とを有し、これらが鋼材Ｆの搬送方向に沿ってほぼ水平に位置され、かつ、２つの燃料供給口３３ａ、３３ｂは、空気供給口３１の上流側と下流側とにそれぞれ配置されている例について説明した。このため、炉体１０の内方に向かって空気供給口３１側へ近づく方向に傾斜させる燃料供給口３３は、搬送方向において空気供給口３１より上流側に位置する一方の燃料供給口３３のみとしたが、これに限るものではない。例えば、３つ以上の燃料供給口３３が空気供給口３１を囲むように設けられている場合には、空気供給口３１より上流側に位置する燃料供給口３３のいくつか、または、空気供給口３１より上流側に位置するすべての燃料供給口３３を終端とする上流側燃料供給路３４ａを、空気供給口３１側に傾斜させても良い。このとき、空気供給口３１より上流側の燃料供給口３３とは、例えば、空気供給口３１の搬送方向下流側の縁部３１ａより、燃料供給口３３の搬送方向下流側の縁部３３ｃの方が上流側に位置する燃料供給口３３をいう（図７参照）。また、空気供給口３１の下流側の縁部３１ａより上流側にその一部が配置された燃料供給口３３であって、実験や経験上、燃焼排ガスにより空気供給口３１から供給された空気と混合されず燃焼しないおそれのある燃料供給口３３を終端とする燃料供給路３４をすべて空気供給口３１側に傾斜させても良い。
本発明にかかる連続加熱炉の好適な一実施形態を示す縦断面図である。 図１の平面断面図である。 搬送方向における最上流側に位置するバーナーを説明するための平面断面図である。 第１変形例の連続加熱炉を説明するための平面断面図である。 第２変形例の連続加熱炉を説明するための平面断面図である。 蓄熱交番バーナーの燃焼態様を説明する説明図である。 本発明にかかる連続加熱炉に適用されるバーナーの空気供給口と燃料供給口の位置関係を示す概略図である。
符号の説明
１ 連続加熱炉
１０ 炉体
１０ａ 装入側
１０ｂ 抽出側
１２ 側壁
１２ａ 壁面
１８ 仕切り壁
２０ 煙道
３０ バーナー
３１ 空気供給口
３１ａ 空気供給口の搬送方向下流側縁部
３２ 空気供給路
３３ 燃料供給口
３３ａ 上流側燃料供給口
３３ｂ 下流側燃料供給口
３３ｃ 上流側燃料供給口の搬送方向下流側縁部
３４ 燃料供給路
３４ａ 上流側燃料供給路
３４ｂ 下流側燃料供給路
３６ 最上流燃料供給路
Ｆ 鋼材
Ｘ 予熱ゾーン
Ｙ 加熱ゾーン
Ｚ 均熱ゾーン

Claims (5)

  1. 装入側から抽出側に向かって鋼材が搬送される搬送方向に複数の熱処理ゾーンが並べて設けられた炉体と、
    搬送方向における最上流側に設けられ、前記炉体内を搬送方向と反対方向に流れる炉内雰囲気が流れ込む煙道と、
    前記炉体の側壁に、搬送方向に沿って複数配設されたバーナーと、
    を備えた連続加熱炉であって、
    前記バーナーは、前記炉体内に空気を供給する空気供給口を終端とする空気供給路と、前記空気供給口の周囲に当該空気供給口と間隔を隔てて配置され前記炉体内に燃料を供給する燃料供給口を終端とする燃料供給路と、を備え、
    前記バーナーのうち、搬送方向の最上流側に位置する前記バーナーは、前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路が、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする連続加熱炉。
  2. 前記バーナーのうち、搬送方向の最上流側に位置する前記バーナーを含めて、搬送方向の最上流側に位置する前記熱処理ゾーンで最上流側から搬送方向に並ぶ複数の前記バーナーは、前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路が、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の連続加熱炉。
  3. 前記バーナーのうち、搬送方向の最上流側に位置する前記バーナーを含めて、搬送方向の最上流側に位置する前記熱処理ゾーンのすべての前記バーナーは、前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路が、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の連続加熱炉。
  4. 傾斜している前記燃料供給口から供給された燃料は、前記空気供給口から供給された空気の周辺部にて、当該供給された空気の流れに合流するように供給されることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の連続加熱炉。
  5. 装入側から抽出側に向かって鋼材が搬送される搬送方向に複数の熱処理ゾーンが並べて設けられた炉体と、
    前記搬送方向における最上流側に設けられ、前記炉体内を前記搬送方向と反対方向に流れる炉内雰囲気が流れ込む煙道と、
    前記炉体の側壁に、搬送方向に沿って複数配設されたバーナーと、
    を備えた連続加熱炉であって、
    前記バーナーは、前記炉体内に空気を供給する空気供給口を終端とする空気供給路と、前記空気供給口の周囲に当該空気供給口と間隔を隔てて配置され前記炉体内に燃料を供給する燃料供給口を終端とする燃料供給路と、を備え、
    前記バーナーにおいて前記空気供給口より搬送方向上流側に配置された前記燃料供給口を終端とする前記燃料供給路は、燃料が前記空気供給口から供給された空気の周辺部にて、当該供給された空気の流れに合流するように、当該燃料供給路の前記終端に向かって前記空気供給口側に傾斜していることを特徴とする連続加熱炉。
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