JP5279157B2

JP5279157B2 - 蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉及びその燃焼方法

Info

Publication number: JP5279157B2
Application number: JP2001219613A
Authority: JP
Inventors: 剛鷺坂; 彰寛原; 和正桜木
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd; Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd; Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003027146A

Description

本発明は、蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉及びその燃焼方法に関する。

蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉は、アウターカバーの下部に一対の蓄熱式バーナが配置され、インナーカバー内に積載された金属ストリップコイル或は線材コイルを前記一対の蓄熱式バーナの交互燃焼により加熱するものである。

従来、前記ベル型焼鈍炉の燃焼芳法として、焼鈍温度まで昇温させる加熱時は炉床部の温度に基づき１００％負荷の状態で前記蓄熱式交番燃焼装置を燃焼させる一方、その後の均熱期には間欠的に前記蓄熱式交番燃焼装置を燃焼させる方法がある。この燃焼制御は、バーナ近傍のインナーカバー及びコイル材が局部加熱されることから、コイル材の不均一加熱となるとともに、インナーカバーの耐久寿命が短くなる。

この問題を解決する方法として、均熱期に前記蓄熱式交番燃焼装置の燃焼下限容量付近まで燃焼容量を連続的に制御し、その後、この燃焼下限容量付近の状態で間欠的に燃焼を行う方法が特開平１０−２７３７３５号公報において提案されている。

発明が解決しようとする課題

しかしながら、均熱期の間欠燃焼（ＯＮ−ＯＦＦ制御）は燃焼下限容量付近での燃焼となるため、燃焼量（燃焼排ガス）も少なく、また、入熱部がインナーカバー下部の特定箇所に偏在することになる。そのため、高さ方向或は円周方向おいて温度差が生じて、十分な均熱加熱ができないという課題がある。

課題を解決するための手段

【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために本発明は、アウターカバーの下部に蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉において、均熱期において前記蓄熱式交番燃焼装置の燃焼容量が燃焼下限容量に達した時、連続燃焼又は間欠燃焼して当該蓄熱式交番燃焼装置と燃焼を併用する燃焼を併用する補助バーナを、前記蓄熱交番燃焼装置が配置されている前記アウターカバーの周壁方向の所定位置であって、当該蓄熱交番燃焼装置が存在する高さと同範囲に配置したことを特徴とするものである。

また、本発明のベル型焼鈍炉の燃焼方法は、アウターカバーの下部に蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉の燃焼方法において、前記蓄熱式交番燃焼装置が配置されている前記アウターカバーの周壁方向の所定位置であって、当該蓄熱交番燃焼装置が存在する高さと同範囲に連続燃焼又は間欠燃焼する補助バーナを配置し、均熱期において前記蓄熱式交番燃焼装置の燃焼容量が燃焼下限容量に達した時、前記蓄熱式交番燃焼装置の燃焼と前記補助バーナの燃焼とを併用することを特徴とするものである。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明にかかる蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉Ｔ及び配管系統を示し、図２は前記ベル型焼鈍炉Ｔの横断面を示す。前記ベル型焼鈍炉Ｔは、モータＭにより駆動される循環ファンＦを備えた炉床１、インナーカバー２及びアウターカバー３で構成され、インナーカバー２で炉床１に配設した支持台４上に積載した処理材、例えばコイル材Ｗを覆って内部に雰囲気ガスを満たし、さらにこのインナーカバー２にアウターカバー３を被せ、インナーカバー２とアウターカバー３との間に形成された環状空間をなす燃焼室５で燃焼を行い、コイル材Ｗを間接加熱しながら前記循環ファンＦで前記インナーカバー２内の雰囲気ガスを循環させて焼鈍するものである。

前記アウターカバー３の下部には、アウターカバー３の周壁方向に１８０°間隔で設けられた一対の蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂから構成される蓄熱式交番燃焼装置１０が配置されている。各蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂはそれぞれ、上下二段に並んで配置された２基の直火式リジェネバーナ１１ａ，１１ｂからなり、この直火式リジェネバーナ１０ａ，１０ｂからの火炎が燃焼室５の接線方向に形成されるようになっている。また、前記アウターカバーの天井部３ａには、ベント孔６が形成されている。

前記直火式リジェネバーナ１１ａ，１１ｂは、内部に蓄熱体を有する蓄蒸室７と、この蓄熱室７の前方（炉内側）の混合室８に配設した縦長の燃料ノズル９とをそれぞれ備えている。直火式リジェネバーナ１１ａ，１１ｂの各燃料ノズル９は、燃料制御弁１２ａ，１２ｂ及び１３ａ，１３ｂを介して燃料供給管１５にそれぞれ接続されている。また、直火式リジェネバーナ１１ａ，１１ｂの蓄熱望７の後方には、開閉弁１６ａ，１７ａ及び１６ｂ，１７ｂを介して給・排気管１８ａ，１８ｂがそれぞれ接続されている。各給・排気管１８ａ，１８ｂは、それぞれ分岐して、排気制御弁１９ａ，１９ｂと燃焼用空気制御弁２０ａ，２０ｂを介して排気手段と燃焼用空気供給手段（いずれも図示せず）に接続されている。

前記アウターカバーの上方部には、通常バーナからなる複数（本実施形態では３本）の補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが周方向に等間隔（１２０°）で配設されている。各補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、燃料制御弁２２を介して燃料供給管１５に接続されると共に、開閉弁２３を介して給気管１８ｃにそれぞれ接続されている。

次に、前記構成からならベル型焼鈍炉Ｔの操業動作について説明する。
前記インナーカバー２内の炉内温度を所定の焼鈍温度まで昇温させるための加熱期には、一対の蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂを所定時間毎に交互に１００％負荷状態で燃焼させる。

具体的には、蓄熱式バーナ１０ａを燃焼させる場合、燃料制御弁１２ａ，１３ａ、開閉弁１６ａ，１７ａおよび燃焼用空気制御弁２０ａを開、排気制御弁１９ａを閉とし、蓄熱式バーナ１０ａに燃料および燃焼用空気を供給する。燃焼用空気は、前回の高温燃焼排ガス吸引時に蓄熱した蓄蒸室７を通過する際に熱交換して予熱された後、混合室８で燃料と混合して燃焼し、燃焼室５内に火炎を形成する。一方、このとき非燃焼状態にある蓄熱式バーナ１０ｂでは、燃料制御弁１２ｂ，１３ｂおよび燃焼用空気制御弁２０ｂを閉、開閉弁１６ｂ，１７ｂおよび排気制御弁１９ｂを開とし、燃焼室５から高温の燃焼排ガスを吸引して蓄熱室７で熱回収して蓄熱した後、降温した燃焼排ガスを排気する。なお、非燃焼状態の蓄熱式バーナ１０ｂ（または１０ａ）から吸引される燃焼排ガスは全体の約８５％程度で、残りの約１５％の燃焼排ガスはアウターカバー３の天井部３ａのベント孔６から排出されることになる。

この燃焼状態を所定時間継続した後、蓄熱式バーナ１０ａを非燃焼状態にする一方で蓄熱式バーナ１０ｂを燃焼させる状態に切り換える。すなわち、蓄熱式バーナ１０ｂでは、燃料制御弁１２ｂ，１３ｂおよび燃焼用空気制御弁２０ｂを開、排気制御弁１９ｂを閉とし、蓄熱式バーナ１０ｂに燃料および燃焼用空気を供給する。燃焼用空気は、蓄熱した蓄熱望７を通過する際に熱交換して予熱された後、混合室８で燃料と混合して燃焼し、燃焼室５内に火炎を形成する。一方、非燃焼状態になった蓄熱式バーナ１０ａでは、燃料制御弁１２ａ，１３ａおよび燃焼用空気制御弁２０ａを閉、排気制御弁１９ａを開とし、燃焼室５から高温の燃焼排ガスを吸引して蓄熱室７で熱回収した後に降温した燃焼排ガスを排気する。
この燃焼状態を所定時間継続した後に、上述したように蓄熱式バーナ１０ａで燃焼を行い、蓄熱式バーナ１０ｂで燃焼排ガスを吸引する状態に切り換えられる。

このように加熱期では、蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂを所定時間毎に交互に１００％負荷で燃焼させてインナーカバー２内の炉内温度を昇温させる。この加熱期においては、燃料制御弁２２および開閉弁２３を閉として補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは燃焼させないが、必要に応じて燃焼させるようにしてもよい。そして、図示しない温度センサで炉内下部温度が所定温度に達したことを検出すると、蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂの燃焼状態を次のように制御して均熱期に移行する。

均熱期では、図３のグラフに示すように、加熱期に１００％負荷の状態で運転した蓄熱式バーナ（主バーナ）１０ａ，１０ｂの燃焼容量を、これら蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂが定常的に火炎を形成できる燃焼下限容量付近（例えば約２０％）であって均熱に必要な燃焼容量まで連続的に比例制御もしくはＯＮ−ＯＦＦ制御しながら、上述した交互燃焼を連続する。そして、蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂの燃焼容量が燃焼下限容量付近に達したら、この燃焼下限容量付近で上述した交互燃焼を間欠的に行う。

一方、補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂの間欠交互燃焼の開始と同時に、連続燃焼または間欠燃焼を開始する。このように蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂの燃焼下限容量付近での間欠燃焼と補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの燃焼とにより、均熱に必要な燃焼容量が与えられる。この場合、補助バーナの燃焼容量は、均熱に必要な全燃焼容量の約５〜１５％とするのが好ましい。

このように本実施形態のベル型焼鈍炉Ｔでは、蓄熱式交番燃焼装置１０と補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃとを併用しているため、均熱期において、局部加熱と炉内温度変動を抑制でき、炉内温度分布の均一化の向上が図れる。
また、補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃはアウターカバー３の上方部に設けてあるため、高さ方向の炉内温度差を軽減できる。

なお、本実施形態のベル型焼鈍炉Ｔでは、補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃをアウターカバー３の上方部に設けたが、補助バーナをアウターカバー３の下方部に設けてもよく、また、上方と下方の両方に設けてもよい。このようにすれば、円周方向の炉内温度差を軽減することができる。

また、本実施形態では一対の蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂからなる蓄熱式交番燃焼装置１０を備えたベル型焼鈍炉Ｔに補助バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを設けたが、３基以上の蓄熱式バーナからなる蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉に補助バーナを設けてもよい。

発明の効果

以上の説明から明らかなように、本発明の蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉及びその燃焼方法によれば、蓄熱式交番燃焼装置に加えて補助バーナを備えているため、局部加熱及び炉内温度変動を抑制でき、炉内温度分布の均一化の向上を図れる。

また、均熱期に蓄熱式交番燃焼装置の燃焼と補助バーナの燃焼を併用するため、均熱期における炉内温度分布の均一化の向上を図れる。すなわち、アウターカバーの上方部に補助バーナを配置すれば、高さ方向の温度差が軽減（従来は温度差約２０℃に対し、本発明では温度差約６℃）でき、また、アウターカバーの下方部に補助バーナを配置すれば、円周方向の温度差を軽減でき、さらに、両方に補助バーナを配置すれば、高さ方向と円周方向の両方向の温度差を軽減できる。

本発明にかかるベル型焼鈍炉および配管系を示す図。図１のベル型焼鈍炉の横断面図。蓄熱式交番燃焼装置と補助バーナの燃焼状態を示す図。

１…炉床、２…インナーカバー、３…アウターカバー、４…支持台、５…燃焼室、６…ベント孔、７…蓄熱室、８…混合室、９…燃料ノズル、１０…蓄熱式交番燃焼装置、１０ａ，１０ｂ…蓄熱式バーナ、１１ａ，１１ｂ…直火式リジェネバーナ、１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，２２…燃料制御弁、１５…燃料供給管、１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，２３…開閉弁、１８ａ，１８ｂ…給・排気管、１８ｃ…給気管、１９ａ，１９ｂ…排気制御弁、２０ａ，２０ｂ…燃焼用空気制御弁、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…補助バーナ。

Claims

アウターカバーの下部に蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉において、均熱期において前記蓄熱式交番燃焼装置の燃焼容量が燃焼下限容量に達した時、連続燃焼又は間欠燃焼して当該蓄熱式交番燃焼装置と燃焼を併用する燃焼を併用する補助バーナを、前記蓄熱交番燃焼装置が配置されている前記アウターカバーの周壁方向の所定位置であって、当該蓄熱交番燃焼装置が存在する高さと同範囲に配置したことを特徴とする蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉。
アウターカバーの下部に蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉の燃焼方法において、前記蓄熱式交番燃焼装置が配置されている前記アウターカバーの周壁方向の所定位置であって、当該蓄熱交番燃焼装置が存在する高さと同範囲に連続燃焼又は間欠燃焼する補助バーナを配置し、均熱期において前記蓄熱式交番燃焼装置の燃焼容量が燃焼下限容量に達した時、前記蓄熱式交番燃焼装置の燃焼と前記補助バーナの燃焼とを併用することを特徴とする蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉の燃焼方法。
前記補助バーナの燃焼容量は、均熱に必要な燃焼容量の５％〜１５％である請求項２に記載の蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉の燃焼方法。
前記蓄熱式交番燃焼装置が間欠交互燃焼を開始した時に前記補助バーナの燃焼が開始される請求項２又は請求項３に記載の蓄熱式交番燃焼装置を備えたベル型焼鈍炉の燃焼方法。