JP4970087B2

JP4970087B2 - 連続式加熱炉

Info

Publication number: JP4970087B2
Application number: JP2007051334A
Authority: JP
Inventors: 誠小林; 健一郎城島; 達夫田中; 憲幸斉藤; 啓利上島
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008214676A

Description

本発明は、２つの燃焼方式による燃焼が可能な蓄熱式バーナを備えた連続式加熱炉に関する。

鋼やアルミニウムなどの金属では、製品への製造過程においてスラブなどの金属材料を薄く延ばしたり、中空管などの形状にしたりするために熱間圧延が行われる。連続式加熱炉（以下単に「炉」ということがある。）は、この熱間圧延の前に、設定された目標抽出温度までスラブ等の被加熱物を加熱するために使用される。この目標抽出温度は、熱間圧延時の被加熱物の温度の違いにより金属の性質が異なることから、その被加熱物から製造される最終製品に必要な性能により決定される。通常、炉内は複数の帯に分けられ、各帯には複数のバーナが備えられている。このバーナの燃焼を調節することで各帯の温度は独立して調節される。そして、装入された被加熱物は各帯で加熱され、目標抽出温度となって炉から抽出される。

バーナとしては、近年、蓄熱式バーナが多く用いられている。蓄熱式バーナは、バーナに蓄熱体を備え、２基を１対として交番燃焼をすることが可能である。交番燃焼とは、第一のバーナが燃焼している時は、第二のバーナは燃焼せずに炉内排ガスを吸引し、蓄熱体へ排ガスの熱を蓄熱する。第一のバーナの燃焼が終了すると、第二のバーナは燃焼を開始する。この時、第二のバーナの燃焼用空気は、蓄熱体が通過した排ガスから蓄熱した熱により加熱され、通常８００℃〜１０００℃と高温となる。そのため、交番燃焼では炉の熱効率が向上し、燃料原単位が低減する。また、バーナが交互に燃焼することで炉内が攪拌され、帯の温度が均一化されることで被加熱物を均一に加熱することが可能である。なお、蓄熱式バーナは、交番燃焼だけでなく、連続的に燃焼することも可能である。

連続式加熱炉では、バーナの高性能化により帯の温度が高温化することで、空気中の窒素が酸化されて窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）が生成される。さらに、燃料中の窒素分が燃焼過程で酸化され、ＮＯｘが生成される。このＮＯｘは、環境保全から排出濃度が規制されていることから、連続式加熱炉の操業では燃料原単位の向上とともにＮＯｘの発生を抑えることが重要である。そのため、従来の燃料と燃焼用空気とをバーナ内部で混合した混合気を点火装置により着火して炉内へ噴射する燃焼方式（以下「１次燃焼」という。）に加え、混合気の自然発火温度（以下単に「発火温度」ということがある。）以上である炉内へ燃料と燃焼用空気とを別々に噴射して混合した混合気を自然発火させる燃焼方式（以下「２次燃焼」という。）を備えた切替式バーナが用いられている。この切替式バーナでは、燃料と燃焼用空気との混合気の温度が低いときには１次燃焼を行い、この混合気の温度が発火温度以上であるときに２次燃焼を行う。２次燃焼では、燃焼用空気が炉内排ガスで稀釈されながら拡散燃焼をするため、燃焼温度が低下することでＮＯｘの発生は抑制される。なお、上述した蓄熱式バーナが切替式バーナの機能を備えたバーナ（以下「蓄熱切替式バーナ」ということがある。）も用いられている。

図６は、従来の蓄熱切替式バーナを備えた炉１００の概略図である。なお、図６において、同一の部材が繰り返し現れる場合には、一部の部材のみに符号を付して、他の部材の符号は省略する。連続式加熱炉１００は、鋼材１２０、１２０、…を搬送する搬送装置１０１の両端に、装入口１０２及び抽出口１０３を備えている。炉内には、独立して温度設定が可能な複数の帯が設けられる。ここでは、装入口１０２側から予熱帯１０５、第一加熱帯１０６、第二加熱帯１０７、及び均熱帯１０８の４つの帯が設けられている。予熱帯１０５及び第一加熱帯１０６（以下「炉前半」という。）には、上述した２次燃焼の手段のみを備えた蓄熱式バーナ１０９、１０９、…が備えられている。第二加熱帯１０７及び均熱帯１０８（以下「炉後半」という。）には、蓄熱切替式バーナ１１０、１１０、…が備えられている。

かかる構成により、炉１００は、各帯１０５〜１０８の温度が、蓄熱切替式バーナ１１０、１１０、…の２次燃焼における混合気の発火温度未満の場合は、炉後半に設置された蓄熱切替式バーナ１１０、１１０、…が連続又は交番で１次燃焼を行う。これは、２次燃焼の混合気の発火温度未満では、２次燃焼ができないためである。この時、蓄熱式バーナ１０９、１０９、…は燃焼せず、炉前半は炉後半の燃焼熱により加熱される。炉後半の温度が２次燃焼の混合気の発火温度以上になると、炉後半に設置された蓄熱切替式バーナ１１０、１１０、…が２次燃焼の交番燃焼を行う。そして、これにより炉前半が混合気の発火温度以上になると、蓄熱式バーナ１０９、１０９、…が２次燃焼の交番燃焼を行う。このように、従来の蓄熱切替式バーナを備えた炉１００では、帯１０５〜１０８の温度を２次燃焼の発火温度以上として、この操業状態で被加熱物が加熱されている。これにより、ＮＯｘの発生を抑制しながら、被加熱物を高温に加熱する。これは、一般に炉の操業において、被加熱物を２次燃焼の発火温度未満の低温で加熱する必要がないとする操業上の理由からである。炉１００と帯１０５〜１０８、並びに炉前半１０５、１０６及び炉後半１０７、１０８の区分が異なる炉においても、同様の操業が行われている。

また、特許文献１では、蓄熱切替式バーナを備えた炉において、炉を停止し再び操業を開始する場合の昇温立ち上げ時に、所定炉温に達するまでの低温域においては１次燃焼と２次燃焼とを併用して、又は１次燃焼を用いて交番燃焼を行い、所定炉温に達した後は２次燃焼で交番燃焼を行う加熱炉の操炉方法が示されている。
特開２００３−２９４２２９号公報

しかし、実際には目標抽出温度が低く、又は加熱温度への依存性が小さいことから２次燃焼の混合気の発火温度以上で加熱する必要のない被加熱物が存在する。これらの操業では、このような被加熱物については過熱状態となっており、これにより燃料原単位が悪化しているという問題があった。

そこで、本発明は上記問題を解決するため、ＮＯｘを削減するとともに、低温加熱を可能とすることで燃料原単位を低減する連続式加熱炉を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、独立して炉温の設定が可能な複数の帯（１５〜１８）と、それぞれの帯に配置され、燃料と燃焼用空気とをバーナ内部で混合した混合気を点火装置（２８）により着火して炉内へ噴射する１次燃焼、及び燃料と燃焼用空気とを別々に炉内へ噴射して混合した混合気を自然発火させる２次燃焼の手段を有する蓄熱式バーナ（１９、１９、…）と、を備え、２次燃焼における前記混合気の発火温度以上の所定温度を燃焼切替温度として、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度未満の温度である場合には該蓄熱式バーナを１次燃焼させ、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度以上の温度である場合には該蓄熱式バーナを２次燃焼させるように燃焼切替をすることを特徴とする連続式加熱炉（１０）を提供することにより前記課題を解決する。

請求項２に記載の発明は、独立して炉温の設定が可能な複数の帯（１５〜１８）と、少なくとも最も抽出側に近い帯（１８）以外の帯（１５〜１７）に配置され、燃料と燃焼用空気とをバーナ内部で混合した点火装置（２８）により着火して炉内へ噴射する１次燃焼、及び燃料と燃焼用空気を別々に炉内へ噴射して混合した混合気を自然発火させる２次燃焼の手段を有する蓄熱式バーナ（１９、１９、…）と、を備え、２次燃焼における前記混合気の発火温度以上の所定温度を燃焼切替温度として、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度未満の温度である場合には該蓄熱式バーナを１次燃焼させ、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度以上の温度である場合には該蓄熱式バーナを２次燃焼させるように燃焼切替をすることを特徴とする連続式加熱炉（５０）を提供することにより前記課題を解決する。

請求項１に記載の発明によれば、蓄熱切替式バーナを備えるため、蓄熱切替式バーナが２次燃焼をすることでＮＯｘの発生を抑制することが可能である。また、それぞれの帯に蓄熱切替式バーナが配置されるため、すべての帯において２次燃焼の混合気の発火温度未満の温度で、被加熱物を加熱することができる。これにより、被加熱物を低温で加熱することが可能である。そのため、目標抽出温度の低い被加熱物を適正な温度で加熱することで、燃料原単位が低減される。

請求項２に記載の発明によれば、少なくとも最も抽出側に近い帯以外の帯に蓄熱切替式バーナが配置されるため、蓄熱切替式バーナが２次燃焼をすることでＮＯｘ発生の抑制が可能である。また、１次燃焼により被加熱物を低温で加熱することにより、燃料原単位の低減をすることができる。
最も抽出側に近い帯に配置されるバーナは特に限定されない。例えば連続加熱バーナを帯天井部へルーフバーナとして多数配置し、制御すれば、帯の温度を均一にし、被加熱物の均熱度を良くして被加熱物の品質を向上させることができる。また、連続加熱バーナと蓄熱式バーナとを配置すれば、連続加熱バーナで品質を向上させ、蓄熱式バーナの交番燃焼で燃料原単位の低減をすることも可能である。このとき、帯の天井部に連続加熱バーナを、帯の側面に蓄熱式バーナを配置することが好ましい。帯の天井部を有効活用でき、被加熱物の品質を向上させることができる一方、ＮＯｘ発生の抑制及び燃料原単位の低減をバランスよく実現できる。
さらに、蓄熱切替式バーナを配置すれば、ＮＯｘ発生の抑制及び燃料原単位の低減をすることも可能である。このように、炉に求められる操業に応じて、均熱帯にバーナを配置することが可能である。

以下、図面に示す実施形態に基づき、本発明に係る連続式加熱炉を説明するが、以下に説明するものは本発明の実施形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り以下の説明になんら限定されるものではない。

図１は、１つの実施形態にかかる本発明の連続式加熱炉１０の炉長方向の内部を模式的に示した図である。ここで、炉長方向とは、鋼材１、１、…が搬送される方向である（以下同じ。）。また、紙面垂直方向を炉幅方向とする（以下同じ。）。なお、図１において、同一の部材が繰り返し現れる場合には、一部の部材のみに符号を付して、他の部材の符号は省略して表す。連続式加熱炉１０は、鋼材１、１、…を搬送する搬送装置１１の両端に、装入口１２及び抽出口１３を備えている。炉内には、独立して温度設定が可能な複数の帯が設けられる。ここでは、装入口１２側から予熱帯１５、第一加熱帯１６、第二加熱帯１７、及び均熱帯１８の４つの帯が設けられている。そして、各帯１５〜１８には、バーナとして、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…が配置されている。蓄熱切替式バーナ１９、１９、…は、各帯１５〜１８の炉幅方向の両側面上下に、炉中央方向を向けて６対又は８対が配置されている。図１では、一の側面の蓄熱切替式バーナ１９、１９、…のみが図示されており、他方の側面の蓄熱切替式バーナ１９、１９、…は省略されている。なお、炉１０はすべてのバーナを蓄熱切替式バーナとしているが、本発明ではそれぞれの帯１５〜１８が１対以上の蓄熱切替式バーナを備えれば良い。

かかる構成により、鋼材１、１、…は、装入口１２から装入され、搬送装置１１により炉内を搬送され、各帯１５〜１８で加熱される。各帯１５〜１８は、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の燃焼が調節されることで、鋼材１、１、…に合わせて設定された温度に調節される。これにより、鋼材１、１、…は、目標抽出温度となって抽出口１３から抽出される。

ここで、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…は、燃料と燃焼用空気とを蓄熱式バーナ１９、１９、…内部で混合した混合気を点火装置により着火して炉内へ噴射する１次燃焼、及び燃料と燃焼用空気を別々に炉内へ噴射して混合した混合気を自然発火させる２次燃焼の燃焼手段を有している。この１次燃焼と２次燃焼とは、２次燃焼における混合気の発火温度以上の所定温度を燃焼切替温度とする。そして、この燃焼切替温度以上の温度である帯に配置されている蓄熱切替式バーナ１９、１９、…を２次燃焼させる。これにより、２次燃焼では燃焼用空気が炉内排ガスで稀釈されながら拡散燃焼をするため、燃焼温度が低下することでＮＯｘの発生を抑制することが可能である。一方、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…を１次燃焼させることで、帯１５〜１８の温度を２次燃焼の混合気の発火温度未満の低温に設定することが可能である。これにより、鋼材１、１、…の目標抽出温度が、２次燃焼の混合気の発火温度未満のような低温であっても、鋼材１、１、…を目標抽出温度に加熱することが可能である。このように、炉１０は低温加熱が可能であるため、目標抽出温度の低い被加熱物を過度に加熱する必要がない。したがって、燃料原単位の低減が可能である。

また、一般に連続式加熱炉では、煙突（図示省略）が炉内の装入口１２近傍に設置されており、排ガスによる損失熱を最小にするためには、装入側の帯ほど低温にする後段負荷型の操業とすることが好ましい。炉１０では、装入口１２側の帯に配置された蓄熱切替式バーナ１９、１９、…を１次燃焼させ、抽出口１３側の帯に配置された蓄熱切替式バーナ１９、１９、…を２次燃焼させるようなことも可能である。そのため、どのような目標抽出温度の鋼材１、１、…であっても、後段負荷型の操業とすることが可能である。これにより、炉１０の損失熱を削減し、燃料原単位を向上させることができる。

なお、連続式加熱炉に配置されるバーナは、炉１０のようにすべて蓄熱切替式バーナ１９、１９、…とすることが好ましい。これによれば、すべてのバーナで、蓄熱による熱効率の向上、２次燃焼によるＮＯｘ発生の抑制、及び１次燃焼での低温加熱による燃料原単位の低減を得ることができる。そのため、炉１０全体で高い効果を得ることができる。

上述した蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の２次燃焼は、熱効率を向上させ燃料原単位を低減するために、交番燃焼とすることが好ましい。また、燃焼切替温度とする所定温度は、帯１５〜１８の低温部が２次燃焼の混合気の発火温度以上となるように、帯１５〜１８ごとに設定されることが好ましい。実際には炉の帯の温度は一定でないため、帯の温度としては、帯の代表温度が用いられる。帯の代表温度としては、例えば帯で測定された複数温度の平均などが用いられている。そのため、帯には高温部、低温部が混在する。したがって、帯の温度が２次燃焼の混合気の発火温度以上であっても、帯の低温部がこの温度以上でない場合があり、この場合には低温部で未燃焼燃料が発生する。したがって、このように所定温度を設定することにより、各帯１５〜１８における２次燃焼において、低温部で燃料の未燃焼が発生することを防止することができる。

特に、最も装入口１２に近い帯である予熱帯１５は、低温の鋼材１、１、…の装入が頻繁に実施され、装入口１２の扉の開口から低温の外気が侵入し、急激な炉温低下が生じる可能性がある。そのため、予熱帯１５で測定される複数の温度のうちの最低温度を帯の温度とすることが好ましい。これによれば、予熱帯１５の最低温度が燃焼切替温度以上の場合に、予熱帯１５に配置された蓄熱切替式バーナ１９、１９、…が２次燃焼を行う。そのため、予熱帯１５で急激な炉温低下が生じた場合であっても、燃料の未燃焼の発生を防止し、安定した燃焼が可能である。

なお、燃焼切替温度未満の帯１５〜１８では、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…は１次燃焼を行う。この１次燃焼は特に限定されず、連続燃焼、交番燃焼のいずれであっても良いが、熱効率を向上させるためには交番燃焼とすることが好ましい。ただし、帯１５〜１８の温度が低く、交番燃焼することで蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の蓄熱体を通過した排ガスに硫酸が生成されるときは、硫酸による腐食を防止するために連続燃焼とすることが好ましい。

帯１５〜１８においては、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の対への燃料供給を停止し、燃焼を停止することが可能である。これにより、各帯１５〜１８の温度が低下するため、さらに炉温を低下することが可能である。この時、複数対の蓄熱切替式バーナ１９、１９、…を備える帯１５〜１８では、所定時間でそれぞれの蓄熱切替式バーナ１９、１９、…へ供給される燃料の発熱量を実質的に同一とするようにして、燃料供給を停止する蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の対が切り替えられることが好ましい。これによれば、帯１５〜１８が均一に加熱され、かつ停止した蓄熱式バーナ部分へ炉内雰囲気が攪拌されるため、帯の温度を均一化することができる。なお、所定時間は、帯に配置されている蓄熱式バーナの対数、交番燃焼のサイクル時間、停止する蓄熱式バーナの対の切替時間などから、各帯で任意に決定される。また、供給される燃料の発熱量は実質的な同一で良い。厳密な同一ではなく、誤差などによる多少の差は同一とみなすことができる。この実質的に同一とする範囲としては、帯の全蓄熱式バーナの所定時間における平均使用燃料の発熱量に対して、発熱量差が１５％以内とすることが好ましい。この範囲であれば、実際の操業において、帯の温度が良好に均一化される。なお、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…へ供給される燃料の発熱量は、燃料の流量、温度、及び圧力を測定することで求めることができる。

図２は、１対の蓄熱切替式バーナが連続に１次燃焼する状況を示す図である。図２（ａ）は炉上面からの蓄熱切替式バーナの透視図、図２（ｂ）は炉幅方向からの蓄熱切替式バーナの透視図である。なお、図の破線矢印は燃焼用空気の流れを、実線矢印は燃料の流れを示している。１対の蓄熱切替式バーナを１９ａ、１９ｂとする。蓄熱切替式バーナ１９ａは、炉壁２１に支持されており、炉壁２１には配管２３が備えられている。配管２３の一方の端面は炉内に開放された開口部２４となっており、他方の端面は一部を開放された燃焼用空気供給兼排ガス吸引口２５が設けられている。燃焼用空気供給兼排ガス吸引口２５は、図示省略する燃焼用空気配管及び排ガス配管と弁を介して接続されている。配管２３内部には、燃焼用空気供給兼排ガス吸引口２５に隣接して蓄熱体２６が配置されている。また、蓄熱体２６より開口部２４側に、１次燃焼用燃料供給ノズル２７が配管２３内部に向けて設置され、１次燃焼用燃料供給ノズル２７の噴射口付近にはパイロットバーナ２８が取り付けられている。また、炉壁２１には、２次燃焼用燃料供給ノズル２９、２９が噴射口を開口部２４と離し、炉内に向けて配置されている。そして、１次燃焼用燃料供給ノズル２７及び２次燃焼用燃料供給ノズル２９、２９の噴射口の反対側は、図示省略する燃料供給配管と接続されている。なお、蓄熱切替式バーナ１９ｂについても、同様である。

かかる構成により、蓄熱切替式バーナ１９ａは、弁の操作により燃焼用空気配管から配管２３に燃焼用空気が供給される。燃焼用空気は蓄熱体２６を通過するが、この時、蓄熱体２６は蓄熱していないため、燃焼用空気は蓄熱体２６と熱交換を行わない。配管２３に１次燃焼用燃料供給ノズル２７から燃料が噴出されることで燃焼用空気と燃料との混合気となり、パイロットバーナ２８で着火されて混合気は燃焼する。この燃焼した混合気（以下「燃焼混合気」ということがある。）が開口部２４から炉内へ噴出される。このようにして、蓄熱切替式バーナ１９ａは１次燃焼を行う。また、蓄熱切替式バーナ１９ｂも同様に１次燃焼を行う。この時、両方の蓄熱切替式バーナ１９ａ、１９ｂは連続で１次燃焼を行う。
これにより、蓄熱切替式バーナ１９ａ、１９ｂから炉内に連続して噴出される燃焼混合気で炉内雰囲気は加熱され、帯１５〜１８（図１参照）の温度が上昇する。そして、１次燃焼用燃料供給ノズル２７、２７から供給される燃料を調節することで、帯１５〜１８の温度が調節される。なお、２次燃焼用燃料供給ノズル２９、２９から燃料は噴射されない。

図３は、１対の蓄熱切替式バーナが交番により１次燃焼する状況を示す図である。図３（ａ）は炉上面からの蓄熱切替式バーナの透視図、図３（ｂ）は炉幅方向からの蓄熱切替式バーナの透視図である。なお、図３（ａ）の破線矢印は燃焼用空気の流れを、実線矢印は燃料の流れを示している。図３（ｂ）の１点鎖線矢印は排ガスの流れを示している。また、図２と同じ構成を採る部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。１対の蓄熱切替式バーナを１９ｃ、１９ｄとする。蓄熱切替式バーナ１９ｃ、１９ｄの対は交番燃焼を行っており、図３では蓄熱切替式バーナ１９ｃが燃焼し、蓄熱切替式バーナ１９ｄは燃焼せずに排ガスを吸引している。蓄熱切替式バーナ１９ｃは、弁の操作により燃焼用空気配管（図示省略）から配管２３に燃焼用空気が供給されている。燃焼用空気は蓄熱体２６を通過する時に、蓄熱体２６と熱交換をすることで加熱される。これは、蓄熱体２６は先の交番において炉内の排出ガスを吸引することで、排ガスの熱を蓄熱しているためである。これにより、燃焼用空気は、蓄熱体２６と熱交換することにより加熱されて高温となる。その後、配管２３に１次燃焼用燃料供給ノズル２７から燃料が噴出されることで、燃焼用空気と燃料とが高温の混合気となる。そして、パイロットバーナ２８で着火されて混合気は燃焼し、この燃焼混合気が開口部２４から炉内へ噴出される。このようにして、蓄熱切替式バーナ１９ｃは１次燃焼を行う。

一方、蓄熱切替式バーナ１９ｄは、炉内の高温の排ガスを開口部２４から配管２３へ吸引する。この排ガスは、蓄熱体２６を通過するが、この時に蓄熱体２６と熱交換を行うため、蓄熱体２６は蓄熱される。蓄熱体２６を通過した排ガスは、弁の操作により燃焼用空気供給兼排ガス吸引口２５から排ガス配管を通って排出される。この状態は、交番時間だけ継続される。交番時間が経過すると蓄熱切替式バーナ１９ｃは燃焼を停止して排ガスを吸引し、蓄熱切替式バーナ１９ｄが１次燃焼する。このように、蓄熱切替式バーナ１９ｃ、１９ｄは、交番時間ごとに燃焼及び排ガスの吸引を繰り返す。これにより、蓄熱切替式バーナ１９ｃ、１９ｄから交互に炉内へ噴射される燃焼ガスで炉内雰囲気は加熱され、帯１５〜１８の温度が上昇する。そして、１次燃焼用燃料供給ノズル２７、２７から供給される燃料と燃焼用空気とを調節することで、帯１５〜１８の温度が調節される。また、交番燃焼は、蓄熱体２６、２６により排ガスの熱を吸熱し、燃焼用空気の加熱に用いることで、連続燃焼に比べて熱効率が向上されている。

図４は、１対の蓄熱切替式バーナが交番による２次燃焼する状況を示す図である。図４（ａ）は炉上面からの蓄熱切替式バーナの透視図、図４（ｂ）は炉幅方向からの蓄熱切替式バーナの透視図である。なお、図４（ａ）の破線矢印は燃焼用空気の流れを、実線矢印は燃料の流れを示している。図４（ｂ）の１点鎖線矢印は排ガスの流れを示している。また、図２と同じ構成を採る部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。１対の蓄熱切替式バーナを１９ｅ、１９ｆとする。蓄熱切替式バーナ１９ｅ、１９ｆの対は交番燃焼を行っており、図４では蓄熱切替式バーナ１９ｅは燃焼し、蓄熱切替式バーナ１９ｆは燃焼せずに排ガスを吸引している。蓄熱切替式バーナ１９ｅは、弁の操作により燃焼用空気配管（図示省略）から配管２３に燃焼用空気が供給されている。燃焼用空気は蓄熱体２６を通過する時に、蓄熱体２６と熱交換をすることで加熱される。これは、蓄熱体２６は先の交番において炉内の排出ガスを吸引することで、排ガスの熱を蓄熱しているためである。これにより、燃焼用空気は蓄熱体２６と熱交換することにより加熱されて高温となる。その後、高温となった燃焼用空気が開口部２４から炉内へ噴出される。一方、燃料は２次燃焼用燃料供給ノズル２９から炉内に噴射される。これにより、高温の燃焼用空気と燃料とが炉内で混合し、２次燃焼の混合気となる。そして、この混合気は炉内で加熱され、発火温度となることで燃焼する。このようにして、蓄熱切替式バーナ１９ｃは２次燃焼を行う。

一方、蓄熱切替式バーナ１９ｆは、炉内の高温の排ガスを開口部２４から配管２３へ吸引する。この排ガスは、蓄熱体２６を通過するが、この時に蓄熱体２６と熱交換を行うため、蓄熱体２６は蓄熱される。蓄熱体２６を通過した排ガスは、弁の操作により燃焼用空気供給兼排ガス吸引口２５から排ガス配管を通って排出される。この状態は、交番時間だけ継続される。交番時間が経過すると、蓄熱切替式バーナ１９ｅは燃焼用空気及び燃料の供給を停止することで燃焼を停止して排ガスを吸引する。一方、蓄熱切替式バーナ１９ｆは２次燃焼する。このように、蓄熱切替式バーナ１９ｅ、１９ｆは、交番時間ごとに燃焼及び排ガスの吸引を繰り返す。これにより、蓄熱切替式バーナ１９ｅ、１９ｆから交互に炉内へ噴射される燃焼ガスで炉内雰囲気は加熱され、帯１５〜１８の温度が上昇する。そして、２次燃焼用燃料供給ノズル２９、２９から供給される燃料を調節することで、帯１５〜１８の温度が調節される。また、蓄熱体２６、２６により排ガスの熱を吸熱し、燃焼用空気の加熱に用いることで、連続燃焼に比べて熱効率が向上されている。

図５は、他の１つの実施形態にかかる本発明の連続式加熱炉５０の炉長方向の内部を模式的に示した図である。なお、図１において、同一の部材が繰り返し現れる場合には、一部の部材のみに符号を付して、他の部材の符号は省略して表す。また、図１と同一の構成を採る部材については、同一の符号を付しその説明を省略する。連続式加熱炉５０では、帯１５〜１７に配置されるバーナが、すべて蓄熱切替式バーナ１９、１９、…である。一方、均熱帯１８には、連続加熱バーナ５１、５１、…が配置されている。ここで、連続加熱バーナ５１、５１、…とは、供給された燃料と燃焼用空気とを内部で混合し、その混合気の発火点以下の温度では混合気を点火装置により着火して炉内へ噴射し、混合気の発火点以上では、混合気を直接炉内へ噴射するバーナである。蓄熱体を備えていないため対で交番燃焼をせず、単独で連続的に燃焼する。また、燃焼方式の切替手段も有していない。均熱帯１８では、連続加熱バーナ５１、５１、…は、炉５０の天井から下方に向けて燃焼するルーフバーナ、及び搬送装置１１の下方で炉幅方向の炉５０の中心側に向けて燃焼するサイドバーナとして用いられている。なお、炉５０では、帯１５〜１７のバーナをすべて蓄熱切替式バーナ１９、１９、…としているが、帯１５〜１７には１対以上の蓄熱切替式バーナが備えられれば良い。炉５０の他の構成については、炉１０と同じである。

かかる構成により、鋼材１、１、…は、装入口１２から装入され、搬送装置１１により炉内を搬送され、各帯１５〜１８で加熱される。帯１５〜１７は、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の燃焼が調節され、均熱帯１８は連続加熱バーナ５１、５１、…の燃焼が調節されることで、それぞれ鋼材１、１、…に合わせて設定された温度に調節される。これにより、鋼材１、１、…は、目標抽出温度となって抽出口１３から抽出される。ここで、一般に均熱帯１８上部に設置される連続加熱バーナ（ルーフバーナ）５１、５１、…は、その大きさから１つの帯に多くの基数が設置されることから、連続加熱バーナ５１、５１、…を配置、制御することで均熱帯１８の温度を均一とすることができる。

そのため、炉５０は、帯１５〜１７に配置した蓄熱切替式バーナで燃料原単位の低減、及びＮＯｘの削減をすることができるとともに、均熱帯１８で鋼材１、１、…の均熱度が向上することで、品質を良くすることができる。ここで、均熱帯１８に配置されるバーナは連続加熱バーナ５１に限定されず、例えば連続加熱バーナと蓄熱式バーナとを配置することも可能である。これによれば、連続加熱バーナで品質を向上させ、蓄熱式バーナの交番燃焼で燃料原単位の低減をすることが可能である。また、蓄熱切替式バーナを配置して、ＮＯｘ発生の抑制及び燃料原単位の低減をすることも可能である。なお、上述した炉１０における蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の燃焼方式の切り替え、及び蓄熱切替式バーナ１９、１９、…の対の停止は、炉５０についても適用可能である。

なお、炉５０のように、帯１５〜１７に配置されるバーナをすべて蓄熱切替式バーナ１９、１９、…とすることが好ましい。これによれば、蓄熱切替式バーナ１９、１９、…が、蓄熱による熱効率の向上、２次燃焼によるＮＯｘ発生の抑制、及び１次燃焼での低温加熱による燃料原単位の低減の効果を有するため、炉５０に多くの蓄熱切替式バーナ１９、１９、…が備えられることで、炉５０全体で高い効果を得ることができる。

被加熱物の均熱化を向上させるには、在炉時間を長くしたり、もしくは装入口に近い帯から積極的に加熱を行い、均熱時間を長時間確保する必要がある。このため、炉で使用される燃料の使用量が増加し、高温帯での被加熱物の保持時間が増加する結果、生成されるＮＯｘ量が増加する。
特に、連続式加熱炉にて加熱後、圧延機にて板厚４．０ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上の厚鋼板を被加熱物とする場合には、連続式加熱炉での被加熱物の均熱度が重要であり、この均熱度が最終製品の性能を大きく左右する。このため、本発明を厚鋼板用の連続式加熱炉として使用すると、従来の連続式加熱炉と比べて、多量のＮＯｘの発生を防止できる。よって、本発明は、特に厚鋼板の連続式加熱炉に良好に用いることができる。

上記実施形態では、被加熱物を鋼材１、１、…として説明したが、本発明は、他の材料にも適用可能である。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う連続式加熱炉もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

それぞれの帯に蓄熱切替式バーナを備える連続式加熱炉の炉長方向の内部を模式図に示す図である。蓄熱切替式バーナの対による連続での１次燃焼の状態を示す図である。蓄熱切替式バーナの対による交番での１次燃焼の状態を示す図である。蓄熱切替式バーナの対による交番での２次燃焼の状態を示す図である。最も抽出側に近い帯以外の帯に蓄熱切替式バーナを備える連続式加熱炉の炉長方向の内部を模式図に示した図である。従来の蓄熱切替式バーナを備えた連続式加熱炉の概略図である。

符号の説明

１鋼材
１０連続式加熱炉
１５予熱帯
１６第一加熱帯
１７第二加熱帯
１８均熱帯
１９、１９ａ〜１９ｆ蓄熱切替式バーナ
２１連続加熱バーナ
２６蓄熱体
５０連続式加熱炉
５１連続加熱バーナ

Claims

独立して炉温の設定が可能な複数の帯と、
それぞれの前記帯に配置され、燃料と燃焼用空気とをバーナ内部で混合した混合気を点火装置により着火して炉内へ噴射する１次燃焼、及び前記燃料と前記燃焼用空気とを別々に炉内へ噴射して混合した混合気を自然発火させる２次燃焼の手段を有する蓄熱式バーナとを備え、前記２次燃焼における前記混合気の発火温度以上の所定温度を燃焼切替温度として、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度未満の温度である場合には該蓄熱式バーナを前記１次燃焼させ、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度以上の温度である場合には該蓄熱式バーナを前記２次燃焼させるように燃焼切替をすることを特徴とする連続式加熱炉。
独立して炉温の設定が可能な複数の帯と、
少なくとも最も抽出側に近い前記帯以外の前記帯に配置され、燃料と燃焼用空気とをバーナ内部で混合した混合気を点火装置により着火して炉内へ噴射する１次燃焼、及び前記燃料と前記燃焼用空気を別々に炉内へ噴射して混合した混合気を自然発火させる２次燃焼の手段を有する蓄熱式バーナとを備え、前記２次燃焼における前記混合気の発火温度以上の所定温度を燃焼切替温度として、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度未満の温度である場合には該蓄熱式バーナを前記１次燃焼させ、前記蓄熱式バーナが配置された帯の温度が前記燃焼切替温度以上の温度である場合には該蓄熱式バーナを前記２次燃焼させるように燃焼切替をすることを特徴とする連続式加熱炉。