JP7136145B2

JP7136145B2 - 連続式鋼材加熱炉の冷却装置及び冷却方法

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Publication number: JP7136145B2
Application number: JP2020031791A
Authority: JP
Inventors: 隆西村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: JP2021134997A

Description

本発明は、炉体内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした連続式鋼材加熱炉の冷却装置及び冷却方法に関する。

スラブ等の被加熱材を連続的に加熱する連続式鋼材加熱炉では、通常の操業時に加熱炉内の炉圧を調整し、被加熱材を装入するための装入扉や当該被加熱材を抽出するための抽出扉から加熱炉の内部ガスが排出されたり、空気が侵入したりしないように操業している。そして、加熱炉内の排ガスは、炉体の排ガス流れにおいて最も下流側の位置に設置された煙道を介して煙突へと導かれ、外部へ排出される。また、加熱炉内の炉圧は、前述の煙道内に設置された炉圧ダンパにより調整される。

ここで、炉体内の燃焼バーナとして蓄熱式切替燃焼バーナを用いない通常の加熱炉においては、加熱炉内の排ガスのすべてが炉圧ダンパを通過してドラフト効果によって煙突から外部に排出される。
これに対して、炉体内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした加熱炉の場合には、すべての蓄熱式切替燃焼バーナから、発生した排ガスの８０～１００％が吸引され、その吸引された排ガスは蓄熱体を通して排ガス誘引ファンに導かれ、その後、煙突に戻されて外部に排出される。一方、蓄熱式切替燃焼バーナによって吸引されなかった０～２０％の排ガスは煙道に設置された炉圧ダンパを通過して煙突から外部に排出される。

このような炉体内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした加熱炉において、炉内の冷却を伴う定期修理においては、加熱炉内の温度を早く低下させることで、操業が終了してから修理が完了し次の操業が開始されるまでの時間を短くすることができる。このような加熱炉の冷却を行う場合、一般的には、炉圧ダンパを全開として加熱炉から煙突になるべく多くの空気を排出するようにしている。このとき、装入扉及び抽出扉は全開とし周囲の空気を吸引しやすいようにしている。また、蓄熱式切替燃焼バーナからは燃焼空気を吹き込み、煙突から排出される空気量をなるべく大きくするように工夫している。

なお、従来の特許文献１には、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃超の状態で行う空冷工程と、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃以下になったときに冷却水を炉内に供給して行う水冷工程を備えてなる加熱炉の水冷方法が記載されている。そして、この水冷工程は、冷却水を霧状にして炉内全体に噴霧すると共に炉底の堆積スケールに向けて散水するものである。

特許第５７３６６５７号公報

ここで、前述した従来の、炉体内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした加熱炉の冷却においては、炉圧ダンパを全開として加熱炉から煙突になるべく多くの空気を排出するようにしている。しかし、煙突の高さが低く設定されているために（燃焼バーナとして蓄熱式切替燃焼バーナを用いない通常の加熱炉の煙突の高さは約１００ｍであるのに対し、炉体内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした加熱炉では４０ｍ程度）、ドラフト効果を十分に得ることができず、加熱炉の冷却を行うときに燃焼バーナとして蓄熱式切替燃焼バーナを用いない通常の加熱炉より多くの冷却時間を要するという問題があった。

これに対して、当該加熱炉の冷却を早めるためにだけに通常操業時に不必要なほど煙突を高くすることは、通常操業時の炉圧調整を困難な状況にしてしまうため、侵入空気の増加などの影響があり望ましくない。
なお、特許文献１に記載したような冷却水を霧状（ミスト）にして炉内に噴霧する方法においては、ミストを発生させるノズルは液滴径を小さくする必要があることから噴射できる水量をあまり大きくとれず、冷却効果が限定的であったり、ノズルが詰まってしまうことがあった。ノズルが詰まってしまうと、液滴径が大きくなり、加熱炉内に水たまりができることで、炉内耐火物を傷めるなどの問題が生じていた。

従って、本発明はこれら従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、炉体内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした連続式鋼材加熱炉において、炉体内の耐火物を傷めることなく、冷却時間を短縮することができる連続式鋼材加熱炉の冷却装置及び冷却方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る連続式鋼材加熱炉の冷却装置は、炉長方向に沿って複数の燃焼制御帯を有する炉体と、前記複数の燃焼制御帯の各々に設置された複数の燃焼バーナとを備え、該複数の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした連続式鋼材加熱炉の冷却装置であって、すべての前記蓄熱式切替燃焼バーナからの吸引排ガスを吸引排ガス流量調整弁を介して吸引する吸引排ガス吸引用ファンと、前記炉体の排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の位置に設けられた煙道内に設置され、炉圧を調整する炉圧ダンパ及び炉圧ダンパを通過した炉尻排ガスを排出する煙突を備えた炉尻排ガス排出装置と、前記炉体の排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の位置に設けられた排ガス排出路に接続され、前記最も下流側の燃焼制御帯からの炉尻排ガスを炉尻排ガス流量調整弁を介して吸引する炉尻排ガス吸引用ファンとを備えていることを要旨とする。

また、本発明の別の態様に係る連続式鋼材加熱炉の冷却方法は、前述の連続式鋼材加熱炉の冷却装置を用いて連続式鋼材加熱炉の炉体内の冷却を行う連続式鋼材加熱炉の冷却方法であって、前記炉体内の冷却を行う際に、装入扉及び抽出扉を開いた状態で、前記吸引排ガス流量調整弁の弁開度を全開にして前記吸引排ガス吸引用ファンを駆動することによって前記吸引排ガスを吸引して排出し、前記炉圧ダンパを全開にして前記炉圧ダンパを通過した空気を前記煙突から排出し、前記炉尻排ガス流量調整弁の弁開度を全開にして前記炉尻排ガス吸引用ファンを駆動するによって最も下流側の燃焼制御帯からの空気を吸引して排出することを要旨とする。

本発明に係る連続式鋼材加熱炉の冷却装置及び冷却方法によれば、炉体内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした連続式鋼材加熱炉において、炉体内の耐火物を傷めることなく、冷却時間を短縮することができる連続式鋼材加熱炉の冷却装置及び冷却方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の冷却装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

図１には、本発明の一実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の冷却装置の概略構成が示されている。
図１において、連続式鋼材加熱炉１は、被加熱材としての鋼材Ｓを加熱するものであり、鋼材Ｓの搬送方向である炉長方法（図１の左右で示される前後方向）に延びる炉体２を備えている。この炉体２は、鋼材Ｓの装入側から抽出側に向けて炉長方向に沿って燃焼制御帯としての予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５及び均熱帯６をこの順に備えている。なお、図１においては、予熱帯３の抽出側では炉体２の幅方向である左右方向が上下で図示され、予熱帯３の装入側では炉体２の高さ方向である上下方向が上下で図示されている。

また、炉体２の装入側（後側）端には、炉体２の装入口を開閉する装入扉７ａが設置され、炉体２の抽出側（前側）端には、炉体２の抽出口を開閉する抽出扉７ｂが設置されている。
また、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々には、複数（本実施形態にあっては６つ、上部に３つ、下部に３つ）の燃焼バーナ２０が設けられている。複数の燃焼バーナ２０のすべては蓄熱式燃焼切替バーナで構成されており、炉体２内の燃焼バーナ２０のすべては蓄熱式燃焼切替バーナとされている。以後、この蓄熱式燃焼切替バーナを蓄熱式切替燃焼バーナ２０として説明する。

各蓄熱式切替燃焼バーナ２０は、各予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の炉壁に対向して左右に設置された一対の蓄熱式バーナ２０ａ，２０ｂで構成される。各蓄熱式バーナ２０ａ，２０ｂは、それぞれセラミックボール等で構成される蓄熱体２１ａ，２１ｂを備えている。そして、蓄熱式バーナ２０ａ及び２０ｂで交互に燃焼を行うと共に、非燃焼状態の蓄熱式バーナ２０ａあるいは２０ｂを介して炉体２内、即ち各予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６から吸引放出し、このとき燃焼に伴う排ガスを蓄熱体２１ａあるいは２１ｂを介して排出する。これによって、この吸引排ガスの熱を蓄熱体２１ａあるいは２１ｂに蓄えておき、次回の燃焼時には燃焼用空気を蓄熱体２１ａあるいは２１ｂを介して蓄熱式バーナ２０ａあるいは２０ｂに供給することによって、排ガス熱を燃料ガスの予熱に利用するようになっている。

そして、一方側の蓄熱式バーナ２０ａの蓄熱体２１ａは、排ガス切替弁２２ａを設置した排ガスヘッダ管２３ａに接続され、他方側の蓄熱式バーナ１０ｂの蓄熱体１１ｂは、排ガス切替弁２２ｂを設置した排ガスヘッダ管２３ｂに接続されている。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々における全ての排ガスヘッダ管２３ａは第１排ガス集合管２４ａに集合し、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々における全ての排ガスヘッダ管２３ｂは第２排ガス集合管２４ｂに集合している。そして、第１排ガス集合管２４ａ及び第２排ガス集合管２４ｂは、共通の排ガス集合管２５に集合している。この排ガス集合管２５は、後述する煙道８の炉圧ダンパ９の下流側に接続され、排ガス集合管２５内を流れる各蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスが煙道８に排出されるようになっている。
また、排ガス集合管２５には、すべての蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスの吸引排ガス流量調整弁２６と、この吸引排ガス流量調整弁２６を介して吸引排ガスを吸引する吸引排ガス吸引用ファン２７とが設置されている。

また、一方側の蓄熱式バーナ２０ａの蓄熱体２１ａは、排ガスヘッダ管２３ａから分岐した、燃焼用空気切替弁２８ａを設置した燃焼用空気ヘッダ管２９ａに接続され、他方側の蓄熱式バーナ２０ｂの蓄熱体２１ｂは、排ガスヘッダ管２３ｂから分岐した、燃焼用空気切替弁２８ｂを設置した燃焼用空気ヘッダ管２９ｂに接続されている。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々における燃焼用空気ヘッダ管２９ａは燃焼制御帯毎の燃焼用空気集合管３０ａに集合し、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々の燃焼用空気ヘッダ管２９ｂは燃焼制御帯毎の燃焼用空気集合管３０ｂに集合している。そして、各燃焼用空気集合管３０ａ及び各燃焼用空気集合管３０ｂには、燃焼用空気流量調節弁３１ａ，３１ｂ設置されている。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の全ての燃焼用空気集合管３０ａは、第１燃焼用空気集合管３２ａに集合し、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の全ての燃焼用空気集合管３０ｂは、第２燃焼用空気集合管３２ｂに集合している。そして、第１燃焼用空気集合管３２ａ及び第２燃焼用空気集合管３２ｂは共通の燃焼用空気供給本管３３に接続され、燃焼用空気供給本管３３は燃焼用空気ブロワ３４に接続されている。

なお、図示はしないが、一方側の蓄熱式バーナ２０ａ及び他方側の蓄熱式バーナ２０ｂのそれぞれには燃料ガスヘッダ管が接続され、それぞれの蓄熱式バーナ２０ａ、２０ｂに交互に燃料ガスが供給されるようになっている。
また、炉体２において、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側（後側）の位置、即ち予熱帯３よりも下流側の位置には、煙道８が設置されている。炉体２内において排ガスは、炉体２の抽出側から装入側に向けて流れるため、予熱帯３よりも下流側の位置というのは予熱帯３よりも装入側（図１では後側）の位置ということになる。煙道８内には、炉圧を調整するための炉圧ダンパ９が設置されている。

また、煙道８の排ガス流れにおいて下流側には、煙突１１が設置されている。予熱帯３からの炉尻排ガスは、煙道８に導かれ、炉圧ダンパ９を介して煙突１１に到達し、ドラフト効果によって上昇して外部に排出される。この煙突１１の高さｈは、燃焼バーナとして蓄熱式切替燃焼バーナ２０を用いない通常の加熱炉の煙突の高さが約１００ｍであるのに対し、約４０ｍ程度と低くなっている。この理由は、通常の加熱炉の場合、燃焼ガスを煙突のドラフト力を使って排出しているのに対して、炉体２内の燃焼バーナ２０のすべては蓄熱式燃焼切替バーナとした加熱炉の場合、吸引排ガス吸引用ファン２７を用いて燃焼ガスの排出を行っているからである。

また、連続式鋼材加熱炉１では、定期修理等のために操業を一旦停止して炉体２の冷却を行うことがある。このため、連続式鋼材加熱炉１は、炉体２の冷却を行うための冷却装置１０を備えている。
この冷却装置１０は、前述の装入扉７ａ及び抽出扉７ｂと、炉体２の排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯、即ち予熱帯３よりも下流側の位置に設けられた煙道８内に設置され、炉圧を調整する前述の炉圧ダンパ９及び炉圧ダンパ９を通過した炉尻排ガスを排出する前述の煙突１１を備えた炉尻排ガス排出装置１２とを備えている。

炉体２内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナ２０とした連続式鋼材加熱炉１の冷却を行う際には、一般的には、炉尻排ガス排出装置１２の炉圧ダンパ９を全開として炉体２から煙突１１になるべく多くの空気を排出するようにしている。このとき、装入扉７ａ及び抽出扉７ｂは全開とし周囲の空気を吸引しやすいようにしている。また、複数の蓄熱式切替燃焼バーナ２０の各々からは燃焼空気を吹き込み、煙突１１から排出される空気量をなるべく大きくするように工夫している。

しかしながら、前述したように、煙突１１の高さｈが４０ｍ程度と低く設定されているために、ドラフト効果を十分に得ることができず、炉体２の冷却を行うときに燃焼バーナとして蓄熱式切替燃焼バーナを用いない通常の加熱炉より多くの冷却時間を要することになってしまう。冷却時間が長いと、操業が終了してから修理が完了し次の操業が開始されるまでの時間が長くなり、生産性が悪化してしまうことになる。
これに対して、炉体２の冷却を早めるためにだけに通常操業時に不必要なほど煙突を高くすることは、通常操業時の炉圧調整を困難な状況にしてしまうため、侵入空気の増加などの影響があり望ましくない。

そこで、本実施形態においては、冷却装置１０は、前述の炉圧ダンパ９及び煙突１１を備えた炉尻排ガス排出装置１２の他に、前述のすべての蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスを吸引排ガス流量調整弁２６を介して吸引する吸引排ガス吸引用ファン２７を備える構成として、すべての蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスを排出するとともに、次に述べる炉尻排ガス吸引用ファン１６を備える構成として、最も下流側の予熱帯３からの炉尻排ガスを炉尻排ガス流量調整弁１５を介して吸引する構成としている。

つまり、本実施形態において、冷却装置１０は、炉体２の排ガス流れにおいて最も下流側の予熱帯３よりも下流側（後側）の位置に設けられた排ガス排出路１３に接続され、最も下流側の予熱帯３からの炉尻排ガスを炉尻排ガス流量調整弁１５を介して吸引する炉尻排ガス吸引用ファン１６を備えている。炉尻排ガス流量調整弁１５及び炉尻排ガス吸引用ファン１６は、排ガス排出路１３から後述の保熱ピット１７に至るまで延びる排ガス管１４に設置されている。

また、冷却装置１０は、上位計算機１９からの冷却開始指示及び加熱操業指示に基づき、装入扉７ａ及び抽出扉７ｂの開閉制御、炉圧ダンパ９の開度制御、吸引排ガス流量調整弁２６の弁開度の制御、吸引排ガス吸引用ファン２７の駆動制御、炉尻排ガス流量調整弁１５の弁開度の制御、及び炉尻排ガス吸引用ファン１６の駆動制御を行う冷却制御部１８を備えている。
なお、蓄熱式切替燃焼バーナ２０による最大燃焼負荷時に発生する排ガス流量をＸＮｍ^３／Ｈとしたときに、吸引排ガス吸引用ファン２７は、流量が１．０ＸＮｍ^３／Ｈ以上で温度が３００℃以下の吸引排ガスを吸引し、煙突１１は、流量が１．２ＸＮｍ^３／Ｈ以上でかつ温度が３００℃～５００℃の炉尻排ガスを排出し、炉尻排ガス吸引用ファン１６は、０．４ＸＮｍ^３／Ｈ以上でかつ温度が９００℃以下の炉尻排ガスを吸引することが好ましい。

吸引排ガス吸引用ファン２７が、流量が１．０ＸＮｍ^３／Ｈ以上の吸引排ガスを吸引すると規定した理由は、本発明で目的とする炉体２内の耐火物を傷めることなく冷却時間を短縮することを可能とするためであり、温度が３００℃以下の吸引排ガスを吸引すると規定した理由は、蓄熱式切替燃焼バーナ２０に使用される弁等の耐熱が３００℃となっているためである。
また、煙突１１が、流量が１．２ＸＮｍ^３／Ｈ以上の炉尻排ガスを排出すると規定した理由は、燃焼により生成されるガスと装入扉７ａ及び抽出扉７ｂから侵入する空気を加味して多少の余裕を持たせたガスを排出できるようにする必要があるためであり、温度が３００℃～５００℃の炉尻排ガスを排出すると規定した理由は、蓄熱式切替燃焼バーナ２０から排出される３００℃以下のガスと、炉尻から排出される５００～８００℃のガスの混合であるためである。

更に、炉尻排ガス吸引用ファン１６が、流量が０．４ＸＮｍ^３／Ｈ以上の炉尻排ガスを吸引すると規定した理由は、吸引排ガス吸引用ファン２７と炉尻排ガス吸引用ファン１６を同時に稼働させたときに装入扉７ａ及び抽出扉７ｂから侵入する空気を増やすことなく、また発生するガスをすべて排出できるようにするためであり、温度が９００℃以下の炉尻排ガスを吸引すると規定とした理由は、炉尻にて排ガス温度が４００～９００℃であるためである。

また、冷却装置１０は、炉尻排ガス吸引用ファン１６で吸引された炉尻排ガスが導入される保熱ピット１７を備えている。保熱ピット１７は、排ガス管１４に接続されている。保熱ピット１７内には、連続式鋼材加熱炉１によって加熱予定の鋼材Ｓが保管されており、通常の加熱操業時に保熱ピット１７内に導入される炉尻排ガスにより鋼材Ｓを予熱することができる。
ここで、冷却装置１０が炉尻排ガス吸引用ファン１６で吸引された炉尻排ガスが導入される保熱ピット１７を備えている意味について詳細に説明する。

通常の加熱操業時においては、蓄熱式切替燃焼バーナ２０から吸引された吸引排ガスは蓄熱体２１ａあるいは２１ｂにより熱交換が行われ、炉内温度（１０００～１２００℃程度）から３００℃程度まで冷却され、燃焼空気の熱量に変換されている。一般的に燃焼においては、燃焼空気よりも排ガスの方が量が多く比熱も高いため、一般的に蓄熱式切替燃焼バーナ２０においても発生する排ガスの１００％を吸引することはできない。製鉄所の副生ガスを用いた蓄熱式切替燃焼バーナ２０の場合、発生した排ガスの吸引率はおよそ８０％程度が限界となっている。このため、煙突１１に直接導かれる排ガスは、発生した排ガスの２０％程度存在しているが、この排ガスは８００～１０００℃程度の高温であるにもかかわらず、熱交換を行うことができない。

これに対して、冷却装置１０が炉尻排ガス吸引用ファン１６で吸引された炉尻排ガスが導入される保熱ピット１７を備えていることで、保熱ピット１７内に連続式鋼材加熱炉１によって加熱予定の鋼材Ｓを保管しておく。これにより、通常の加熱操業時に保熱ピット１７内に導入される炉尻排ガス（前述の８００～１０００℃程度の高温の排ガス）により鋼材Ｓを予熱することができ、連続式鋼材加熱炉１の燃料原単位を下げることができる。

次に、冷却装置１０を用いて連続式鋼材加熱炉１の炉体２内の冷却を行う冷却方法もついて説明する。
冷却制御部１８は、上位計算機１９から冷却開始指示を受けると、連続式鋼材加熱炉１の冷却制御を開始する。
この冷却制御に際し、先ず、冷却制御部１８は、装入扉７ａ及び抽出扉７ｂを全開にする。この理由は、炉体２の周囲の空気を吸引し易くするためである。

次いで、冷却制御部１８は、装入扉７ａ及び抽出扉７ｂを全開にした状態で、吸引排ガス流量調整弁２６の弁開度を全開にして吸引排ガス吸引用ファン２７を駆動するよう制御する。これにより、吸引排ガス吸引用ファン２７が流量１．０ＸＮｍ^３／Ｈ以上の流量の蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスを吸引し、吸引された吸引排ガスが煙突１１内に排出される。この際に、蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスの温度は３００℃程度である。蓄熱式切替燃焼バーナ２０による最大燃焼負荷時に発生する排ガス流量をＸＮｍ^３／Ｈとしてある。

次いで、冷却制御部１８は、炉圧ダンパ９を全開にするよう制御して炉圧ダンパ９を通過した空気（炉尻排ガスを含む）を煙突１１から排出する。この際に、流量が１．２ＸＮｍ^３／Ｈ以上でかつ温度が３００℃～５００℃の空気（炉尻排ガスを含む）が最大排出される。なお、炉体２内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナ２０として煙突１１の高さｈが４０ｍと低いため、ドラフト効果が不十分で、煙突１１からの排気量は十分ではない。
最後に、冷却制御部１８は、炉尻排ガス流量調整弁１５の弁開度を全開にして炉尻排ガス吸引用ファン１６を駆動するよう制御する。これにより、最も下流側の予熱帯３からの空気（炉尻排ガスを含む）を排ガス排出路１３、炉尻排ガス流量調整弁１５を介して吸引し、保熱ピット１７に排出する。

本実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の冷却装置１０及び冷却方法によれば、このように、炉体２内の冷却を行う際に、装入扉７ａ及び抽出扉７ｂを全開にした状態で、吸引排ガス流量調整弁２６の弁開度を全開にして吸引排ガス吸引用ファン２７を駆動することによって吸引排ガスを吸引して排出する。また、炉圧ダンパ９を全開にして炉圧ダンパ９を通過した空気を煙突１１から排出する。更に、炉尻排ガス流量調整弁１５の弁開度を全開にして炉尻排ガス吸引用ファン１６を駆動するによって最も下流側の予熱帯３からの空気を吸引して排出する。

このため、煙突１１からのドラフト効果による炉体２内の空気の排出に加えて、蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスの吸引排ガス吸引用ファン２７を使用することで炉体２内の排気量を増やすことができ、更に、炉体２内の空気を直接排出できる炉尻排ガス吸引用ファン１６を使用することで、さらに炉体２内の排気量を増やすことができる。
これにより、炉体２内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナ２０として煙突１１の高さｈが４０ｍと低い場合であっても、不足したドラフト効果を蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスの吸引排ガス吸引用ファン２７を使用することで補って炉体２内の排気量を増やし、更に、炉体２内の空気を直接排出できる炉尻排ガス吸引用ファン１６を使用して炉体２内の排気量を増やし、炉体２の冷却時間を短縮することができる。

また、炉体２の冷却には、空気（排ガスを含む）を使用し、ミストを使用していないことから、炉体２内に水たまりができることもなく、炉体２内の耐火物を傷めるおそれはない。
これにより、本実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の冷却装置１０及び冷却方法によれば、炉体２内の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナ２０とした連続式鋼材加熱炉１において、炉体２内の耐火物を傷めることなく、冷却時間を短縮することができる連続式鋼材加熱炉の冷却装置及び冷却方法を提供できる。

また、冷却制御部１８は、上位計算機１９から加熱操業指示を受けると、連続式鋼材加熱炉１の冷却制御を停止し、通常操業状態の装入扉７ａ及び抽出扉７ｂの開閉制御、炉圧ダンパ９の開度制御、吸引排ガス流量調整弁２６の弁開度の制御、吸引排ガス吸引用ファン２７の駆動制御、炉尻排ガス流量調整弁１５の弁開度の制御、及び炉尻排ガス吸引用ファン１６の駆動制御を行う。
この制御に際し、先ず、冷却制御部１８は、装入扉７ａ及び抽出扉７ｂを閉じる。

次いで、冷却制御部１８は、吸引排ガス流量調整弁２６の弁開度を通常の操業状態のものとして、蓄熱式切替燃焼バーナ２０の燃焼により発生した排ガス量の８０％程度の吸引排ガスを蓄熱体２１ａまたは２１ｂを通して３００℃程度まで冷却した上で吸引排ガス吸引用ファン２７を駆動するよう制御する。この際に、冷却制御部１８は、炉圧ダンパ９を全閉にするよう制御する。これにより、炉圧ダンパ９を通過して煙突１１から炉尻排ガスが排出されない状態で、蓄熱式切替燃焼バーナ２０からの吸引排ガスが吸引され、吸引された吸引排ガスが煙突１１内に排出される。

次いで、冷却制御部１８は、炉体２内の炉圧を０～１０Ｐａ程度となるように炉尻排ガス流量調整弁１５の弁開度を調整した上で炉尻排ガス吸引用ファン１６を駆動するよう制御する。これにより、最も下流側の予熱帯３から高温の炉尻排ガスを排ガス排出路１３、炉尻排ガス流量調整弁１５を介して吸引し、保熱ピット１７に導入する。
この保熱ピット１７内には、連続式鋼材加熱炉１によって加熱予定の鋼材Ｓが保管されており、保熱ピット１７内に導入された高温の炉尻排ガスにより鋼材Ｓが予熱される。

炉長３５ｍ、炉幅１３ｍ、炉高４．８ｍの炉体２を有し、冷却装置１０を備えた図１に示す連続式鋼材加熱炉１において、炉体２の冷却を実施した。この連続式鋼材加熱炉１における煙突１１の高さｈは４０ｍである。冷却条件及び炉内冷却時間の結果を表１に示す。

なお、表１における「炉内冷却時間」とは、炉温１０００℃以上から冷却を開始し、炉温５０℃以下まで低下するまでの時間をいう。
比較例１では、煙突１１からドラフト効果のみの排気を行い、吸引排ガス吸引用ファン２７による吸引排ガスの排気、炉尻排ガス吸引用ファン１６による排気は行わなかった。また、比較例１では、すべての蓄熱式切替燃焼バーナ２０から炉体２内に燃焼用空気は送らなかった。

また、比較例２では、煙突１１からドラフト効果のみの排気を行い、吸引排ガス吸引用ファン２７による吸引排ガスの排気、炉尻排ガス吸引用ファン１６による排気は行わなかった。また、比較例２では、すべての蓄熱式切替燃焼バーナ２０から炉体２内に流量が６００００Ｎｍ^３／Ｈの燃焼用空気を送った。
表１からわかるように、比較例１による炉内全体の排気量は１４６４７６Ｎｍ^３／Ｈ、比較例２による炉内全体の排気量は１４６５９１Ｎｍ^３／Ｈであり、蓄熱式切替燃焼バーナ２０から炉体２内に燃焼用空気を送っても炉内全体の排気量は増大しない。また、炉内冷却時間も比較例１の場合４５．３Ｈｒ、比較例２の場合４５．２Ｈｒと短縮しない。

また、比較例３では、煙突１１からドラフト効果のみの排気及び吸引排ガス吸引用ファン２７による吸引排ガスの排気を行い、炉尻排ガス吸引用ファン１６による排気は行わなかった。また、比較例３では、すべての蓄熱式切替燃焼バーナ２０から炉体２内に燃焼用空気は送らなかった。
表１からわかるように、比較例１による炉内全体の排気量は１４６４７６Ｎｍ^３／Ｈ、比較例３による炉内全体の排気量は１９２１９８Ｎｍ^３／Ｈであり、炉内冷却時間が３５．２Ｈｒに短縮された。吸引排ガス吸引用ファン２７による吸引排ガスの排気によって炉内全体の排気量を増大させる効果はあったが、後に述べる実施例１の場合や実施例２の場合に比べて炉内全体の排気量の増大効果は小さい。

一方、実施例１及び２では、煙突１１からドラフト効果のみの排気、吸引排ガス吸引用ファン２７による吸引排ガスの排気、及び炉尻排ガス吸引用ファン１６による排気を行った。実施例１では、炉尻排ガス吸引用ファン１６による排気量が５００００Ｎｍ^３／Ｈ、実施例２では、炉尻排ガス吸引用ファン１６による排気量が１０００００Ｎｍ^３／Ｈである。また、実施例１及び２では、すべての蓄熱式切替燃焼バーナ２０から炉体２内に燃焼用空気は送らなかった。

表１からわかるように、実施例１による炉内全体の排気量は２４２１９８Ｎｍ^３／Ｈ、実施例２による炉内全体の排気量は２９２１９８Ｎｍ^３／Ｈであり、比較例１の場合のみならず、比較例３の場合と比べても炉内全体の排気量が増大された。また、実施例１による炉内冷却時間は２７．０Ｈｒ、実施例２による炉内冷却時間は２３．５Ｈｒであり、比較例１の場合のみならず、比較例３の場合と比べても炉内冷却時間が短縮された。
また、通常操業時に発生する排ガスのうち最も下流側の予熱帯３からの炉尻排ガスを保熱ピット１７に導入して鋼材Ｓの予熱を行って鋼材Ｓの加熱を行う場合（本発明例２）と、通常操業時に発生する排ガスのうち最も下流側の予熱帯３からの炉尻排ガスを排出し、鋼材Ｓの予熱を行わずに鋼材Ｓの加熱を行う場合（本発明例１）との比較を行った。その結果を表２に示す。

鋼材Ｓの予熱を行わない本発明例１の場合の鋼材Ｓの連続式鋼材加熱炉１への装入平均鋼材温度は５０．０℃であり、鋼材Ｓの予熱を行う本発明例２の場合の鋼材Ｓの連続式鋼材加熱炉１への装入平均鋼材温度は１５０．０℃であり、保熱ピット１７において鋼材Ｓの予熱を行うことで、鋼材Ｓの装入平均鋼材温度が上昇した。これにより、燃料原単位が低減することが確認された。

１連続式鋼材加熱炉
２炉体
３予熱帯（燃焼制御帯）
４第１加熱帯（燃焼制御帯）
５第２加熱帯（燃焼制御帯）
６均熱帯（燃焼制御帯）
７ａ装入扉
７ｂ抽出扉
８煙道
９炉圧ダンパ
１０冷却装置
１１煙突
１２炉尻排ガス排出装置
１３排ガス排出路
１４排ガス管
１５炉尻排ガス流量調整弁
１６炉尻排ガス吸引用ファン
１７保熱ピット
１８冷却制御部
１９上位計算機
２０蓄熱式切替燃焼バーナ
２０ａ，２０ｂ蓄熱式バーナ
２１ａ，２１ｂ蓄熱体
２２ａ，２２ｂ排ガス切替弁
２３ａ，２３ｂ排ガスヘッダ管
２４ａ第１排ガス集合管
２４ｂ第２排ガス集合管
２５排ガス集合管
２６吸引排ガス流量調整弁
２７吸引排ガス吸引用ファン
２８ａ，２８ｂ燃焼用空気切替弁
２９ａ，２９ｂ燃焼用空気ヘッダ管
３０ａ，３０ｂ燃焼用空気集合管
３１ａ，３１ｂ燃焼用空気流量調節弁
３２ａ第１燃焼用空気集合管
３２ｂ第２燃焼用空気集合管
３３燃焼用空気供給本管
３４燃焼用空気ブロワ
Ｓ鋼材

Claims

炉長方向に沿って複数の燃焼制御帯を有する炉体と、前記複数の燃焼制御帯の各々に設置された複数の燃焼バーナとを備え、該複数の燃焼バーナのすべてを蓄熱式切替燃焼バーナとした連続式鋼材加熱炉の冷却装置であって、
すべての前記蓄熱式切替燃焼バーナからの吸引排ガスを吸引排ガス流量調整弁を介して吸引する吸引排ガス吸引用ファンと、
前記炉体の排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の位置に設けられた煙道内に設置され、炉圧を調整する炉圧ダンパ及び炉圧ダンパを通過した炉尻排ガスを排出する煙突を備えた炉尻排ガス排出装置と、
前記炉体の排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の位置に設けられた排ガス排出路に接続され、前記最も下流側の燃焼制御帯からの炉尻排ガスを炉尻排ガス流量調整弁を介して吸引する炉尻排ガス吸引用ファンとを備えていることを特徴とする連続式鋼材加熱炉の冷却装置。
前記蓄熱式切替燃焼バーナによる最大燃焼負荷時に発生する排ガス流量をＸＮｍ^３／Ｈとしたときに、前記吸引排ガス吸引用ファンは、流量が１．０ＸＮｍ^３／Ｈ以上で温度が３００℃以下の吸引排ガスを吸引し、前記煙突は、流量が１．２ＸＮｍ^３／Ｈ以上でかつ温度が３００℃～５００℃の炉尻排ガスを排出し、前記炉尻排ガス吸引用ファンは、流量が０．４ＸＮｍ^３／Ｈ以上でかつ温度が９００℃以下の炉尻排ガスを吸引することを特徴とする請求項１に記載の連続式鋼材加熱炉の冷却装置。
前記炉尻排ガス吸引用ファンで吸引された炉尻排ガスが導入される保熱ピットを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続式鋼材加熱炉の冷却装置。
請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の連続式鋼材加熱炉の冷却装置を用いて連続式鋼材加熱炉の炉体内の冷却を行う連続式鋼材加熱炉の冷却方法であって、
前記炉体内の冷却を行う際に、装入扉及び抽出扉を全開にした状態で、前記吸引排ガス流量調整弁の弁開度を全開にして前記吸引排ガス吸引用ファンを駆動することによって前記吸引排ガスを吸引して排出し、前記炉圧ダンパを全開にして前記炉圧ダンパを通過した空気を前記煙突から排出し、前記炉尻排ガス流量調整弁の弁開度を全開にして前記炉尻排ガス吸引用ファンを駆動するによって最も下流側の燃焼制御帯からの空気を吸引して排出することを特徴とする連続式鋼材加熱炉の冷却方法。