JP4892107B1 - 炉頂燃焼式熱風炉 - Google Patents

Abstract

【課題】バーナーシステムの燃焼効率を高めることができ、高温の燃焼ガスを蓄熱室の全体に供給することができ、さらに、バーナーダクト内壁の耐火物が損傷し難い炉頂燃焼式熱風炉を提供すること。
【解決手段】バーナーシステムを有する炉頂燃焼式熱風炉１０であって、このバーナーシステムは、３以上の多重管路の各管路に燃料ガスもしくは燃焼用エアを流すバーナー１とバーナーダクト２から構成され、中心管路１ｂと中央管路１ｃには旋回流生成手段が設けられて燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生じさせ、最外管路１ｄには燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流が流れるようになっており、バーナーダクト２内には直進成分ＨＧ”と旋回成分ＨＧ’を備えた燃焼ガスＨＧが生成される。燃焼室３には、少なくとも１以上のバーナーシステムから燃焼室３に対して該燃焼室３の中心位置を通らない流入方向に燃焼ガスＨＧが供給される。
【選択図】図５

Description

本発明は、バーナーシステムに特徴を有する炉頂燃焼式熱風炉に関するものである。

熱を蓄えた蓄熱室にエアを流通させて熱風を生じさせ、これを高炉へ供給する蓄熱式熱風炉には、円筒外皮内に燃焼室と蓄熱室を併設させた内燃式熱風炉や、燃焼室と蓄熱室を別個の円筒外皮内に設け、双方の外皮の一端で両室を連通させた外燃式熱風炉などがあるが、この外燃式熱風炉と同等の性能を備えながら外燃式熱風炉よりも設備費を低減できる蓄熱式熱風炉として、蓄熱室の上方にバーナーが通じる燃焼室が設けられた炉頂燃焼式熱風炉が特許文献１に開示されている。

ここで、図７の模式図を参照して従来の炉頂燃焼式熱風炉の構成を概説する。同図で示すように、従来の炉頂燃焼式熱風炉Ｆは蓄熱室Ｔの上方に燃焼室Ｎが配置され、いわゆる燃焼時には、この燃焼室Ｎに対してバーナーＢから供給された（Ｘ１方向）燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスがバーナーダクトＢＤを通過する過程で着火され、燃焼して高温の燃焼ガスとなって燃焼室Ｎに流入する。図７のVIII−VIII矢視図である図８で示すように、このバーナーダクトＢＤは燃焼室Ｎに対して平面的に見て複数箇所（図８では４箇所）に設けてあり、高温の燃焼ガスは燃焼室内で大きく旋回しながら（Ｘ４方向）下方へ流下し、燃焼ガスが蓄熱室Ｔを流下する過程（Ｘ２方向）でその熱が蓄熱室Ｔで蓄熱され、蓄熱室Ｔを通過した燃焼ガスは煙道Ｅを介して排気される。なお、バーナーＢとバーナーダクトＢＤをまとめて本明細書ではバーナーシステムと称する。

燃焼室Ｎに対するバーナーダクトＢＤの具体的な取り付き形態は、図８で示すようにたとえば４基のバーナーダクトＢＤが燃焼室Ｎに対して平面的に見て９０度ずれた態様で設けられ、各バーナーダクトＢＤはいずれも、燃焼室Ｎへの燃焼ガスの流入方向が平面視円形の燃焼室Ｎの中心Ｏを通らない偏心位置で燃焼室Ｎに通じており、その結果として、各バーナーダクトＢＤから燃焼室Ｎ内に流入した燃焼ガスは他の隣接するバーナーダクトＢＤから燃焼室Ｎ内に流入した燃焼ガスと干渉してそれぞれの燃焼ガスの流れ方向が転換され、燃焼室Ｎ内に大きな燃焼ガスの旋回流（Ｘ４方向の流れ）を形成するようにしている。

図８で示すように燃焼室Ｎ内に燃焼ガスの大きな旋回流が形成されることにより、高温の燃焼ガスが蓄熱室Ｔの全体に供給されることから、蓄熱室Ｔの全体を利用して熱風生成能の高い熱風炉となり得る。

一方、不図示の高炉へ熱風を供給するいわゆる送風時においては、バーナーダクトＢＤ内の遮断弁Ｖが閉制御されてバーナーシステムにおける燃料ガスと燃焼用エアの供給が停止され、送風管Ｓを介してたとえば１５０℃程度のエアを蓄熱室Ｔに供給し、エアが蓄熱室Ｔ内を上昇する過程でたとえば１２００℃程度の熱風とされ、この熱風が熱風管Ｈを介して高炉へ供給されることになる（Ｘ３方向）。

このように、燃焼時においては、燃焼前の低温の燃料ガスや燃焼用エアが混合された低温の混合ガスがバーナーダクトを流通するために当該バーナーダクトは冷却され、冷えた状態となっている。これに対し、送風時には蓄熱室を通過して上昇する熱風が燃焼室内に充満するために当該燃焼室に連通しているバーナーダクトは加熱される。すなわち、バーナーダクトは燃焼時の冷却と送風時の加熱を交互に繰返し受けることとなり、この冷却・加熱の繰返しによってたとえばバーナーダクトの内壁を防護する耐火物（レンガ等のセラミックス）が損傷し易く、寿命律速になっているという課題がある。

ところで、バーナーシステムの燃焼効率を向上させることは当該技術分野における重要な課題の一つであるが、この燃焼効率向上のためには、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスを得ることが重要となる。

バーナーシステムを構成する従来のバーナーとして、図９ａ，ｂで示すように同芯で３重管構造のバーナーＢを挙げることができる。このバーナーＢは、中心管路Ｂａに燃焼用エアＡ１を、その外周の中央管路Ｂｂに燃料ガスＧを、さらにその外周の最外管路Ｂｃに別途の燃焼用エアＡ２をそれぞれ流通させ（Ｘ１方向）、管路Ｂａ、Ｂｂ，Ｂｃのそれぞれに固定されている旋回用羽根Ｒａ，Ｒｂ，ＲｃによってＹ１方向、Ｙ２方向、Ｙ３方向に燃焼用エアＡ１，Ａ２と燃料ガスＧの旋回流を生ぜしめ、バーナーダクトＢＤ内でこれらの旋回流が混合してなる混合ガスＭＧを生成するものである。なお、特許文献２には、多重管路の最外管路に旋回用羽根を設けた構造の燃焼バーナーが開示されている。

混合ガスＭＧがバーナーダクトＢＤ内を旋回しながら流通する過程で着火して燃焼し、燃焼後の燃焼ガスは燃焼前と同様に旋回しながら燃焼室Ｎに流入することになる。

しかし、図９ａで示すようにバーナーダクトＢＤ内で混合ガスＭＧの旋回流が生成され、これが燃焼してなる燃焼ガスの旋回流が燃焼室Ｎ内に流入した際には、燃焼室Ｎ内でより一層大きな燃焼ガスの旋回流（この旋回流は図８で示す平面的な旋回流Ｘ４ではない）が形成されてたとえば燃焼室Ｎの下方の蓄熱室Ｔ側へ急激に落ち込んでしまい、図８で示すようにバーナーダクトＢＤから直進流（Ｘ１方向）で燃焼室Ｎ内に流入する燃焼ガスの流れが形成し難い。

図８で示すような燃焼室Ｎ内における燃焼ガスの大きな旋回流（Ｘ４方向の流れ）は、各バーナーダクトＢＤから燃焼室Ｎに流入してくる燃焼ガスの流れがある程度の直進成分をもって流入してくることで燃焼ガス同士が相互に干渉し合い、大きな旋回流の形成に繋がる。したがって、燃料ガスと燃焼用エアを十分に混合させて混合ガスを形成するべく、図９ａで示すような混合ガスの大きな旋回流、ひいてはその燃焼後の燃焼ガスの旋回流をバーナーダクトＢＤ内に形成させただけでは、燃焼ガスが十分な直進成分を有していないことから、燃焼室Ｎ内で蓄熱室Ｔの全領域に高温の燃焼ガスを供給するための大きな旋回流（Ｘ４方向の流れ）を形成することはできない。

これらのことから、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成すること、バーナーダクト内で混合ガスが燃焼してできた燃焼ガスに十分な直進成分をもたせて燃焼室内に流入させ、燃焼室内で大きな旋回流を形成して高温燃焼ガスを蓄熱室の全体に供給すること、さらには、バーナーダクトの内壁の耐火物が受ける冷却・加熱の繰返しによってバーナーダクト内壁の耐火物が損傷し易いという課題を解消すること、といった全ての課題を解消することのできる技術開発が望まれている。

特公昭４８−４２８４号公報 特許第３７９３４６６号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成すること、バーナーダクト内で混合ガスが燃焼してできた燃焼ガスに十分な直進成分をもたせて燃焼室内に流入させ、燃焼室内で大きな旋回流を形成して高温燃焼ガスを蓄熱室の全体に供給すること、さらには、バーナーダクトの燃焼室側の領域が受ける冷却・加熱の繰返しによってバーナーダクト内壁の耐火物が損傷し易いという課題を解消すること、といった全ての課題を解消することのできる炉頂燃焼式熱風炉を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による炉頂燃焼式熱風炉は、熱風用エアが供給される送風管を備えた蓄熱室と、高炉へ熱風を供給する熱風管とバーナーシステムを備えて蓄熱室の上部に配設された燃焼室と、から構成され、バーナーシステムから燃焼室へ供給された燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスの燃焼によって蓄熱室が昇温され、熱風用エアが蓄熱室を通過する過程で生成された熱風を熱風管を介して高炉へ供給する炉頂燃焼式熱風炉であって、前記バーナーシステムは、径の異なる３以上の多重管路であってそれぞれの管路が燃料ガスもしくは燃焼用エアを流すバーナーと、バーナーと連通するバーナーダクトと、から構成され、バーナーダクトは燃焼室に連通しており、前記多重管路を構成するそれぞれの管路のうち、最外管路以外の管路には旋回流生成手段が設けられてその内部を流れる燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生じさせ、前記最外管路には燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流が流れるようになっており、バーナーダクト内に流入した燃料ガスと燃焼用エアの旋回流によって混合ガスの旋回流が生ぜしめられ、該混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流がバーナーダクト内を流れる過程で燃焼して直進成分と旋回成分を備えた燃焼ガスが生成されるようになっており、前記燃焼室には、少なくとも１以上の前記バーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向に燃焼ガスが供給されるものである。

本発明の炉頂燃焼式熱風炉は、その構成要素であるバーナーシステムを構成するバーナーに改良を加え、径の異なる３以上の多重管路からなるバーナーのうち、最外管路以外の管路には旋回流生成手段を設けて燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生ぜしめ、これらの旋回流がバーナーダクト内で混合されることで十分に混合された混合ガスを生成することができ、さらに、バーナーの最外管路には燃料ガスもしくは燃焼用エアを旋回させることなく直進させるように流し、これがそのままバーナーダクト内に流入することで、混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流をバーナーダクトに流通させるようにしたものである。

バーナーがたとえば同芯の３重管路からなる構造形態の場合であって、中心管路に燃焼用エアを流し、中央管路に燃料ガスを流し、最外管路に別途の燃焼用エアを流す場合を取り挙げると、中央の２つの管路では燃料ガスと燃焼用エアがともに旋回流生成手段によって旋回流が生ぜしめられてこれらがバーナーダクト内で混合される。そして、この混合ガスは、その周囲で旋回することなく直進する別途の燃焼用エアとともにバーナーダクト内を流れることになる。すなわち、バーナーダクト内には燃焼用エアによる直進成分と混合ガスによる旋回成分が混成されたガス流れが形成され、これがバーナーダクトの燃焼室側近傍の領域で着火して燃焼し、燃焼後の燃焼ガスも燃焼前のガス流れと同様に直進成分と旋回成分を有する燃焼ガスとなって燃焼室に流入することになる。

この燃焼ガスの中心の２つの管路の旋回流生成手段によって生成された旋回成分により、バーナーダクトの中心部に負圧領域が形成される。負圧領域が形成されることでここに燃焼室内の高温雰囲気が取り込まれ、取り込まれた高温雰囲気がバーナーダクトの内壁に輻射されることによって燃焼時に冷却され易いバーナーダクトの内壁を温めることができる。

燃焼時にバーナーダクトの燃焼室側領域の内壁が温められることから、燃焼時と送風時での内壁の温度差が格段に少なくなり、冷却・加熱の繰返しによるバーナーダクト内壁の耐火物の損傷を効果的に抑制することができる。

一方、燃焼ガスの直進成分によって燃焼ガスに十分な直進性を持たせてこれを燃焼室内に流入させることができ、この直進成分をもって燃焼室に流入した燃焼ガスが他のバーナーシステムから燃焼室に流入した燃焼ガスと相互に干渉して、もしくは燃焼室に流入した後に対向する燃焼室の内壁にぶつかって流れ方向を転換されることで、燃焼室内には平面的に見て燃焼ガスの大きな旋回流が形成され易くなり、もって高温の燃焼ガスを蓄熱室の全領域に供給することが可能となる。

このように、本発明の炉頂燃焼式熱風炉は、その構成要素であるバーナーシステムを構成するバーナーに改良を加えて、バーナーダクト内で混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流を生ぜしめ、これらをバーナーダクト内で燃焼させることで直進成分と旋回成分をもった燃焼ガスを生成するようにしたこと、すなわち、燃焼ガスの流れ成分を適正化したことによって、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成することができ、バーナーシステムの燃焼効率を高めることができる。また、燃焼室内で燃焼ガスの大きな旋回流を形成してこれを蓄熱室の全体に供給することができ、熱風生成能に優れた熱風炉を形成することができる。さらに、バーナーダクト内壁の燃焼時と送風時の温度差を少なくし、もってバーナーダクト内壁の耐火物の耐久性を高めることができる。

ここで、前記旋回流生成手段として、以下で示す２つの実施の形態を挙げることができる。

その一つの実施の形態は、最外管路以外のそれぞれの管路内に旋回用羽根を設けることである。

たとえば、バーナーが同芯の３重管路から構成される場合には、中央２つの管路内でそれぞれに固有の旋回用羽根が設けられ、同芯の５重管路から構成される場合には、中央４つの管路内でそれぞれに固有の旋回用羽根が設けられる。いずれの形態であっても、最外管路には旋回用羽根を設けず、燃料ガスもしくは燃焼用エアを直進させるように流してバーナーダクトに流入させるようにする。

一方、旋回流生成手段の他の実施の形態は、バーナーを構成する多重管路ごとに生成手段を異ならせるものであって、最小径の中心管路には旋回用羽根を設け、最外管路および中心管路以外の管路にはその軸心に対して偏心した位置から、もしくは傾斜した方向で燃料ガスもしくは燃焼用エアを供給することである。

中央に位置する中心管路が旋回用羽根を有することは既述する実施の形態と同様であるが、最外管路を除くそれ以外の管路に適用される旋回流生成手段の形態として、管路への燃料ガスもしくは燃焼用エアの供給方向に調整を加え、管路軸心に対して偏心した位置から、もしくは傾斜方向で燃料ガスもしくは燃焼用エアを供給することでそれよりも小径の管路の周りに旋回流（もしくは螺旋流）を形成することができる。

たとえばバーナーが同芯の３重管路から構成される場合には、中間に位置する管路に対してガスを軸心に対して偏心した位置から供給することにより、中心管路の周囲で旋回流が形成され、これがバーナーダクト内に流入することになる。

また、燃焼室に対するバーナーシステムの取り付き形態としては、３つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して１２０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室へ該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される形態が好ましく、さらに、４つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して９０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室へ該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される形態が望ましい。

燃焼室に対するバーナーシステムの取り付き形態は、たとえば１つのバーナーシステムのみであっても、これが燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスを供給するように配置されていれば、燃焼室内で旋回流を生成させることができる。しかし、この場合は、１つのバーナーシステムから燃焼室内に流入した燃焼ガスが燃焼室の対向内壁にぶつかって方向転換され、燃焼室の内壁に沿うように流れながら旋回流を形成することになる。

これに対して、３つのバーナーシステムが燃焼室に対して１２０度間隔で配設される場合や、４つのバーナーシステムが燃焼室に対して９０度間隔で配設される場合は、１つのバーナーシステムから燃焼室に流入した燃焼ガスは他のバーナーシステムからの燃焼ガスと干渉し易くなり、この相互干渉によって燃焼室内に平面的に見て大きな旋回流をスムーズに形成することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の炉頂燃焼式熱風炉によれば、バーナーダクト内で混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流を生ぜしめ、これらをバーナーダクト内で燃焼させることで直進成分と旋回成分をもった燃焼ガスを生成するようにしたことによって、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成することができ、バーナーシステムにおける燃焼効率を高めることができる。また、バーナーダクトから燃焼室へ十分な直進成分をもった燃焼ガスを流入させることができ、もって燃焼室内で燃焼ガスの大きな旋回流を形成してこれを蓄熱室の全体に供給することができ、熱風生成能に優れた炉頂燃焼式熱風炉となる。さらに、バーナーダクト内における燃焼ガスの旋回成分によって負圧領域を形成し、燃焼室内の高温雰囲気をここに取り込んでその輻射熱をバーナーダクト内壁に供給することにより、燃焼時と送風時のバーナーダクト内壁の温度差を少なくし、ここでの冷却・加熱の繰返しサイクルを解消もしくは緩和して該内壁に配された耐火物の耐久性を高めることができる。

本発明の炉頂燃焼式熱風炉の一実施の形態を示した模式図であって、混合ガス、燃焼ガス、熱風用エアおよび熱風の各流れをともに示した図である。 図１のII−II矢視図である。 （ａ），（ｂ）はいずれも、図１のIII−III矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示した図であり、燃焼室に対するバーナーシステムの取付き形態を示した図である。 （ａ），（ｂ）はいずれも、図３ａ，ｂと同様に、図１のIII−III矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示した図であり、燃焼室に対するバーナーシステムの取付き形態を示した図である。 バーナーシステムの一実施の形態の縦断面図であって、直進成分と旋回成分を備えた燃焼ガスと、この燃焼ガスによって負圧領域が形成されることを説明した図である。 （ａ）はバーナーシステムを構成するバーナーの他の実施の形態の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。 従来の炉頂燃焼式熱風炉の一実施の形態を示した模式図であって、混合ガス、燃焼ガス、熱風用エアおよび熱風の各流れをともに示した図である。 図７のVIII−VIII矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示した図である。 従来のバーナーシステムの一実施の形態の縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の炉頂燃焼式熱風炉の実施の形態を説明する。
図１は本発明の炉頂燃焼式熱風炉の一実施の形態を示した模式図であって、混合ガス、燃焼ガス、熱風用エアおよび熱風の各流れをともに示した図であり、図２は図１のII−II矢視図であり、図３ａ，ｂ、図４ａ，ｂはいずれも、図１のIII−III矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示したもので、燃焼室に対するバーナーシステムの取付き形態を示した図である。さらに、図５はバーナーシステムの一実施の形態の縦断面図である。

図１で示す炉頂燃焼式熱風炉１０は、その全体が平面視円形もしくは略円形（楕円形など）に構成され、蓄熱室４の上方に燃焼室３が配されたものであって、この燃焼室３にはバーナー１から供給された（Ｘ１方向）燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスがバーナーダクト２を通過する過程で着火され、燃焼して高温の燃焼ガスとなって燃焼室３に流入するようになっている。なお、バーナー１とバーナーダクト２からバーナーシステムが構成される。なお、厳密に言えば、バーナーダクト２から燃焼室３へ流入するのは燃焼ガス以外にも、未燃の混合ガスや燃料ガスなども存在するが、本明細書においては、主として燃焼室３に流入するガス成分である燃焼ガスを取り上げて説明している。

図３ａで示すように、バーナーダクト２は燃焼室３に対して平面的に見て４箇所設けてあり、それぞれが９０度ごとにずれた位置に配設されたものであって、各バーナーダクト２はいずれも、燃焼室３への燃焼ガスの流入方向が平面視円形の燃焼室３の中心Ｏを通らない偏心位置で燃焼室３に通じている。そのため、各バーナーダクト２から燃焼室３内に流入した燃焼ガスは他の隣接するバーナーダクト２から燃焼室３内に流入した燃焼ガスと干渉してそれぞれの燃焼ガスの流れ方向が転換され、燃焼室３内には図示するような大きな燃焼ガスの旋回流（Ｘ４方向の流れ）が形成されることになる。

なお、燃焼室３に対するバーナーダクト２の取り付き形態はそれ以外にも、図３ｂで示すように、３つのバーナーシステムが燃焼室３に対して１２０度間隔で配設された形態、図４ａで示すように、１つのバーナーシステムが燃焼室３に取付いた形態、図４ｂで示すように、２つのバーナーシステムが９０度ずれた位置で燃焼室３に取付いた形態などであってもよく、いずれの形態であっても、バーナーダクト２は、燃焼室３への混合ガスの流入方向が平面視円形の燃焼室３の中心Ｏを通らない偏心位置で燃焼室３に通じている。

この燃焼ガスは、図３、図４で示すように平面的に見て大きく旋回しながら、縦断面的には図１のＸ２方向で降下する螺旋流を形成しながら蓄熱室４の全体に流下し、この流下過程でその熱が蓄熱室４で蓄熱され、蓄熱室４を通過した燃焼ガスは遮断弁７ａが開制御された煙道管７を介して排気される。このようにバーナーシステムにおける混合ガスの燃焼と、高温の燃焼ガスを蓄熱室４に供給して蓄熱室４を昇温させる操業を「燃焼時」と称することができる。

図２で示すようにバーナー１は同芯で３孔式の多重管路であり、図５で示すように、バーナーダクト２にバーナー１がその端面１ａで連通姿勢で繋がれ、その中心管路１ｂには燃焼用エアＡ１が流れ、中央管路１ｃには燃料ガスＧが流れ、最外管路１ｄには別途の燃焼用エアＡ２が流れるようになっている。

さらに、最外管路１ｄ以外の中心管路１ｂと中央管路１ｃには、それぞれに固定された旋回用羽根８ｂ、８ｃが管路内に設けてある。

中央の２つの管路１ｂ、１ｃでは、燃焼用エアＡ１と燃料ガスＧがそれぞれ、旋回用羽根８ｂ、８ｃによって（Ｙ１方向、Ｙ２方向）それぞれの旋回流Ｘ１’が生成され、これらの旋回流Ｘ１’がバーナーダクト２内で混合されて混合ガスＭＧの旋回流が生ぜしめられる。そして、この混合ガスＭＧは、その周囲で旋回することなく直進する別途の燃焼用エアＡ２とともにバーナーダクト２内を流れることになる。

すなわち、バーナーダクト２内には、燃焼用エアＡ２による直進成分と混合ガスＭＧによる旋回成分が混成されたガス流れが生ぜしめられ、これがバーナーダクト２の燃焼室側近傍の領域で着火して燃焼し、燃焼前のガス流れと同様に直進成分ＨＧ”と旋回成分ＨＧ’を有する燃焼ガスＨＧが生成されてこれが燃焼室３に流入することになる。

この燃焼ガスＨＧの旋回成分ＨＧ’により、バーナーダクト２の燃焼室３側の領域には負圧領域ＮＰが形成される。負圧領域ＮＰが形成されることでここに燃焼室３内の高温雰囲気が取り込まれ（Ｚ１方向）、取り込まれた高温雰囲気がバーナーダクト２の内壁に輻射されることにより（Ｚ２方向）、燃焼時に冷却され易いバーナーダクト２の燃焼室側領域の内壁を温めることができる。

燃焼時にバーナーダクト２の内壁が温められることから、燃焼時と送風時での内壁の温度差が格段に少なくなり、冷却・加熱の繰返しによるバーナーダクト内壁の耐火物の損傷を効果的に抑制することができる。

また、燃焼ガスＨＧの直進成分ＨＧ”によって燃焼ガスＨＧに十分な直進性を持たせてこれを燃焼室３内に流入させることができ、この直進成分をもって燃焼室３に流入した燃焼ガスＨＧが他のバーナーシステムから燃焼室３に流入した燃焼ガスと相互に干渉して（図３ａ，ｂの場合）、もしくは燃焼室３に流入した後に対向する燃焼室３の内壁にぶつかって流れ方向を転換されることで（図４ａ，ｂの場合）、燃焼室３内には平面的に見て燃焼ガスＨＧの大きな旋回流Ｘ４が形成され易くなり、もって高温の燃焼ガスＨＧを蓄熱室４の全領域に供給することが可能となる。

図６ａには、バーナーシステムを構成するバーナーの他の実施の形態を示している。このバーナー１Ａも同芯の３重管路から構成されるものであるが、中心管路１ｂには旋回用羽根８ｂが設けられ、図６ｂで示すように、中央管路１ｃでは燃料ガスＧの該管路内への供給方向を管路軸心に対して偏心した位置から供給させるようにしたものであり、中央管路１ｃ内に燃料ガスＧが偏心した位置から、もしくは斜め方向に供給されることでその内側の中心管路１ｂの周りに旋回流Ｘ１”（もしくは螺旋流）を形成することができる。

図１に戻り、不図示の高炉へ熱風を供給する際には、バーナーダクト２内の遮断弁２ａ、煙道管７内の煙道弁７ａを閉制御し、遮断弁６ａが開制御された送風管６を介してたとえば１５０℃程度の高温エアを蓄熱室４に供給し、高温エアが蓄熱室４内を上昇する過程でたとえば１２００℃程度の熱風とされ、この熱風が遮断弁５ａが開制御された熱風管５を介して高炉へ供給されることになる（Ｘ３方向）。このように熱風炉内で熱風を生成してこれを高炉へ供給する操業を「送風時」と称することができる。

図示する炉頂燃焼式熱風炉１０によれば、バーナーダクト２内で混合ガスＭＧの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流を生ぜしめ、これらをバーナーダクト２内で燃焼させることで直進成分ＨＧ”と旋回成分ＨＧ’をもった燃焼ガスＨＧを生成するようにしたことによって、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスＭＧをバーナーシステム内で生成することができ、バーナーシステムにおける燃焼効率を高めることができる。また、バーナーダクト２から燃焼室３へ十分な直進成分をもった燃焼ガスＨＧを流入させることができ、もって燃焼室３内で燃焼ガスＨＧの大きな旋回流を形成してこれを蓄熱室４の全体に供給することができ、熱風生成能に優れた炉頂燃焼式熱風炉となる。さらに、バーナーダクト２内における燃焼ガスＨＧの旋回成分ＨＧ’によって負圧領域ＮＰを形成し、燃焼室３内の高温雰囲気をここに取り込んでその輻射熱をバーナーダクト内壁に供給することにより、燃焼時と送風時のバーナーダクト内壁の温度差を少なくし、ここでの冷却・加熱の繰返しサイクルを解消もしくは緩和して該内壁に配された耐火物の耐久性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１，１Ａ…バーナー、１ｂ…中心管路、１ｃ…中央管路、１ｄ…最外管路、１ａ…バーナー出口、２…バーナーダクト、２ａ…遮断弁、３…燃焼室、４…蓄熱室、５…熱風管、６…送風管、７…煙道管、８ｂ、８ｃ…旋回用羽根、１０…炉頂燃焼式熱風炉、Ｇ…燃料ガス、Ａ１，Ａ２…燃焼用エア、ＭＧ…混合ガス、ＨＧ…燃焼ガス、ＨＧ’…燃焼ガスの旋回成分、ＨＧ”…燃焼ガスの直進成分

Claims (5)

1. 熱風用エアが供給される送風管を備えた蓄熱室と、高炉へ熱風を供給する熱風管とバーナーシステムを備えて蓄熱室の上部に配設された燃焼室と、から構成され、バーナーシステムから燃焼室へ供給された燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスの燃焼によって蓄熱室が昇温され、熱風用エアが蓄熱室を通過する過程で生成された熱風を熱風管を介して高炉へ供給する炉頂燃焼式熱風炉であって、
   前記バーナーシステムは、径の異なる３以上の多重管路であってそれぞれの管路が燃料ガスもしくは燃焼用エアを流すバーナーと、バーナーと連通するバーナーダクトと、から構成され、バーナーダクトは燃焼室に連通しており、
   前記多重管路を構成するそれぞれの管路のうち、最外管路以外の管路には旋回流生成手段が設けられてその内部を流れる燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生じさせ、前記最外管路には燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流が流れるようになっており、
   バーナーダクト内に流入した燃料ガスと燃焼用エアの旋回流によって混合ガスの旋回流が生ぜしめられ、該混合ガスの旋回流と前記最外管路の燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流がバーナーダクト内を流れる過程で燃焼して直進成分と旋回成分を備えた燃焼ガスが生成されるようになっており、
   前記燃焼室には、少なくとも１以上の前記バーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向に燃焼ガスが供給される炉頂燃焼式熱風炉。
2. 前記旋回流生成手段は、最外管路以外のそれぞれの管路内に設けられた旋回用羽根である請求項１に記載の炉頂燃焼式熱風炉。
3. 前記旋回流生成手段は管路ごとに異なっており、
   最小径の中心管路における旋回流生成手段は該管路内に設けられた旋回用羽根であり、
   最外管路および中心管路以外の管路における旋回流生成手段は、その軸心に対して偏心した位置から、もしくは傾斜した方向で燃料ガスもしくは燃焼用エアを供給することである請求項１に記載の炉頂燃焼式熱風炉。
4. ３つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して１２０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される請求項１〜３のいずれかに記載の炉頂燃焼式熱風炉。
5. ４つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して９０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される請求項１〜３のいずれかに記載の炉頂燃焼式熱風炉。

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