JPH037868B2 - - Google Patents

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JPH037868B2
JPH037868B2 JP16742983A JP16742983A JPH037868B2 JP H037868 B2 JPH037868 B2 JP H037868B2 JP 16742983 A JP16742983 A JP 16742983A JP 16742983 A JP16742983 A JP 16742983A JP H037868 B2 JPH037868 B2 JP H037868B2
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JP
Japan
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gas
combustion
furnace
radiant tube
catalytic
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JP16742983A
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JPS6060489A (ja
Inventor
Hiroshi Hasegawa
Hiroshi Mori
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Publication date
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  • Furnace Details (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として鉄鋼、非鉄金属分野の焼なま
し、焼入れ、焼結、ろう付、電子分野の焼結など
に用いられる雰囲気炉の雰囲気制御方法およびそ
の装置に関するものである。
従来のラジイアントチユーブ式雰囲気炉の炉内
雰囲気の制御方法および装置としては第1図に示
すように、有炎バーナー1を挿入したラジイアン
トチユーブ2を雰囲気炉3内に設置してラジイア
ントチユーブ2で雰囲気炉3内を加熱するととも
に、ラジイアントチユーブ2内で燃焼した燃焼排
ガス4を有炎バーナー1の燃焼用空気5と排熱回
収用熱交換器6で熱交換して燃焼用空気5を予熱
し、一方プロパン、ブタン、LNG、都市ガスな
どの気体燃料7と空気8とを空燃比0.5から0.9の
範囲内で有炎バーナー9で燃焼させて還元性の雰
囲気炉ガス10をつくり、そのガスを冷却器およ
び冷凍機11で所定の露点になるように冷却し雰
囲気炉3内に導入する制御方法および装置が広く
用いられている。しかしながらこの従来技術には
以下のような問題点および欠点がある。
(1) 有炎バーナーを用いた燃焼方式で雰囲気炉ガ
スを製造しているため、ラジイアントチユーブ
加熱用の燃料以外に雰囲気炉ガス製造用の燃料
費が必要でありコスト的に高い。
(2) 低空燃比の有炎バーナー燃焼のためススが雰
囲気炉内に混入し製品の品質および渉留りに問
題を起こす場合がある。
(3) ラジイアントチユーブ加熱用に有炎バーナー
を使用しているためラジイアントチユーブ表面
の長さ方向の温度分布が大きく雰囲気炉内の温
度分布が均一でない。
(4) 熱応力によるラジイアントチユーブの破損が
起り易くラジイアントチユーブの寿命が短か
い。
(5) 排熱回収用熱交換器で排熱回収しているとは
いえ熱交換器出口の燃焼排ガスは排ガス温度が
200℃から500℃と比較的低温のため用途がほと
んどなく廃棄しているためシステム全体として
の熱効率が小さい。
本発明の雰囲気制御方法および装置は前記従来
の技術的かつ経済的問題点を解決したもので、第
1の目的は、雰囲気炉ガスのガス源としてラジイ
アントチユーブ内燃焼排ガスを利用しているため
従来の雰囲気炉ガス製造のための気体燃料費が不
必要となり安価であること。また雰囲気炉ガスの
製造に接触燃焼触媒を用いているので空燃比1.0
以下の条件でもススの発生がなく製品の品質がよ
く高歩留りであること。第2の目的は、ラジイア
ントチユーブ内の燃焼バーナーに表面燃焼バーナ
ーを用い輻射伝熱でラジイアントチユーブ表面を
加熱しているためラジイアントチユーブの表面温
度が均一でありラジイアントチユーブの熱応力に
よる破損がなく、雰囲気炉内温度分布も均一とな
るため迅速熱処理が可能となることである。
本発明の雰囲気炉制御装置及び方法は次の通り
である。
第1発明 炉内に設置されたラジアントチユーブおよび該
ラジアントチユーブ内に設置したセラミツク繊維
を中空円筒状に成形した輻射伝熱式表面燃焼バー
ナーと、ラジアントチユーブより排出される酸素
を含有する燃焼排ガス中に気体燃料を注入し、酸
化触媒によつて、燃焼させるハニカム形状の接触
燃焼触媒よりなる接触燃焼触媒反応器と、該触媒
反応器に前記燃焼排ガスを導入する導管路と、前
記触媒反応器に気体燃料を注入する燃料注入器
と、ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器
と前記触媒反応器よりの雰囲気炉ガスを炉内に導
入する導入管とを少なくとも備えていることを特
徴とする雰囲気炉制御装置。
第2発明 輻射伝熱式表面燃焼バーナーで加熱されたラジ
アントチユーブより排出される酸素を含有する燃
焼排ガス中に気体燃料を注入し、ハニカム形状の
接触燃焼触媒に接触反応させて実質的に酸素を含
まないガスを製造し、該ガスをラジアントチユー
ブ式雰囲気炉に導入して炉内の雰囲気の酸素濃度
を制御することを特徴とする雰囲気炉制御方法。
本発明の構成を一具体例を示す第2図にもとづ
いて詳細に説明すると雰囲気炉12の炉内に設置
されたラジイアントチユーブ13はラジイアント
チユーブ13の中に組み込まれた輻射伝熱式表面
燃焼バーナー14に設けたセラミツク繊維14A
の表面燃焼によつて主として輻射伝熱により所定
の温度に長さ方向に対して均一に加熱される。こ
の輻射伝熱式表面燃焼バーナー14の燃焼にはラ
ジイアントチユーブ13のなかで燃焼した高温排
ガスの排熱回収用に設置した熱交換器15で予熱
された予熱空気16が主として気体燃料17の燃
焼用空気として用いられている。
そして、ラジイアントチユーブ13より排出さ
れる残留酸素を含有する燃焼排ガス18は熱交換
器15で排熱回収された後その全量あるいは一部
が導管路19を通じて接触燃焼触媒反応器20中
に送入される。この触媒反応器20は好ましくは
アルミナ、ムライト、コージエライト等のセラミ
ツクス質のハニカム構造体の表面にγ−Al2O3
るいはZrO2を担持し、さらにその表面にPt、Pd、
Rh等の貴金属触媒あるいはNi、Fe、Cr、Co、
Mn、V等の重金属酸化触媒を担持したコートタ
イプのハニカム形状の接触燃焼触媒が缶体中設置
されたものである。そして、この触媒反応器20
中にはプロパン、ブタン、LNG、都市ガス等の
気体燃料21が燃料注入器22によつて所定量に
制御されて注入される。この触媒反応器20中に
注入された気体燃料21は、酸化触媒によつてほ
ぼ完全に燃焼され、それにともなつて排ガス18
中に含まれる残留酸素の量も減少して、実質的に
酸素を含まない例えば残留酸素数百ppm以下に低
減する。この場合、触媒反応器20より排出され
る実質的に酸素を含まない雰囲気炉ガス23中の
酸素濃度は炉12の用途によつて決定されるが、
そのガス中の酸素濃度は酸素濃度検出器24によ
つて検出される。
そして、この酸素濃度検出器24で検出される
ガス中の酸素濃度は燃焼排ガス18中の残留酸素
濃度を酸素濃度検出器24bで検出し、その濃度
に対応した気体燃料21の注入量を演算し、その
演算された量を燃料注入器22より注入すること
によつて制御される。
そして、触媒反応器20より排出される雰囲気
炉ガス23は、好ましくは冷却・除湿器25中で
除湿されるとともに、導入管26を通じて雰囲気
炉12中に導入されるものである。なお、熱交換
器15および冷却・除湿器25は必ずしも必要と
するものではないが、効率の点よりあつた方が好
ましいものである。
また、ラジイアントチユーブを加熱するバーナ
ーとしてはどのような型式のバーナーでもよい
が、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、炭化珪
素、窒化珪素、ムライトなどのセラミツク繊維の
耐熱繊維を成型加工した輻射伝熱式表面燃焼バー
ナーがラジイアントチユーブの均一加熱および炉
内均一加熱の点で最も好ましいものである。
本発明の具体的な実施例を次に示す。
実施例 1 シリカ−アルミナ繊維を中空円筒状に成型した
輻射伝熱式バーナーをラジイアントチユーブの内
にそれぞれ設置し、該ラジイアントチユーブを20
本雰囲気炉内に隣接して設置し約200℃の予熱空
気とプロパンを輻射伝熱式表面燃焼バーナーに注
入し約1000℃の温度で表面燃焼させラジイアント
チユーブ表面を約900℃に均一加熱させ雰囲気炉
内の高温帯を約800℃の温度に制御した。そして
熱交換器で排熱回収した残留酸素の濃度が5%の
排ガスの一部の100Nm3/HRの中に、プロパン
を1Nm3/HRの量を接触燃焼触媒反応器の前に
設置した酸素検出器の制御で注入し、該排ガスを
γ−Al2O3がウオツシユコートしてある相当直径
2mmのハニカム担体に白金を2g/担持したハ
ニカム触媒と10000HR-1のSV値、350℃の温度で
接触燃焼させ、雰囲気炉ガス中の酸素濃度を
50ppm以下に制御し、次いで冷却除湿器で露点を
5℃に調節し低炭素鋼の連続焼なまし雰囲気炉内
に送り込んだ。
この制御法の熱効率は、火陥燃焼バーナーを用
いた雰囲気炉ガス制御法およびラジイアントチユ
ーブ加熱方式からなる従来の雰囲気炉制御方法の
熱効率に比較して約30%高く、またラジイアント
チユーブの寿命も永く製造単価が廉価であり、焼
なまし製品の品質にもなんら問題はなかつた。
実施例 2 実施例1と同じ制御法および装置を用いて、ラ
ジイアントチユーブ内燃焼排ガスの残留酸素の濃
度が5%の燃焼排ガス100Nm3/HRの中に、酸
化反応の化学量論値の2倍である2Nm3/HRの
量のプロパンを注入し、白金を2g/担持した
ハニカム触媒で50001/HRのSV値、300℃のガ
ス温度で接触燃焼させ5ppm以下の酸素、8%の
一酸化炭素、7%の二酸化炭素、残部が窒素の還
元ガスを製造し、次いで露点5℃に調節し、800
℃の銅の銀ろう付雰囲気炉に送り込んだ。この制
御方法の熱効率は従来の雰囲気制御方法に比較し
て約50%高く、ススの混入もなく高品質な製品が
得られた。
本発明の効果を次に示す。
(1) 雰囲気炉ガスのガス源としてラジイアントチ
ユーブ内の表面燃焼バーナー燃焼排ガスを用
い、接触燃焼触媒にて雰囲気炉ガスを製造して
いるため雰囲気炉ガスの製造コストが廉価で装
置の熱効率が高い。
(2) また、接触燃焼触媒にて雰囲気炉ガスを製造
しているため、雰囲気炉内にススの混入がなく
製品が高品質である。
(3) 熱処理雰囲気炉ガス組成を製品に合わせて製
造できるためメンテナンスが容易である。
(4) 表面燃焼バーナーを使用するのでラジイアン
トチユーブ表面の温度が均一でラジイアントチ
ユーブの寿命が永い。
(5) また、雰囲気炉内の温度分布が均一で迅速熱
処理が可能である。
(6) 従来の火焔燃焼バーナーを用いる既設の雰囲
気炉ガス製造工程を本発明の装置に置き換える
だけで大きな省エネ効果が得られる。
本発明の用途を次に示す。
(1) 低炭素鋼、ステンレス鋼、銅・ニツケル合
金、黄銅・青銅の焼なましおよびろう付 (2) 低炭素鋼の焼ならし (3) 低炭素鋼、銅、銅−鉛など非酸の焼結 (4) フエライトの還元焼成、厚膜基板のろう付
付・メタライズなど電子部品の還元熱処理 本発明は以上の通り各種用途に適用でき、顕著
な効果が得られるので、工業上有用な発明であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のラジイアントチユーブ式雰囲気
炉の一具体例のフローを示す説明図、第2図aは
本発明の構成のフローを示す説明図、第2図bは
同輻射伝熱式表面燃焼バーナーの一部を切欠いた
構成を示す説明図である。 1……有炎バーナー、2……ラジイアントチユ
ーブ、3……雰囲気炉、4……燃焼排ガス、5…
…燃焼用空気、6……排熱回収用熱交換器、7…
…気体燃料、8……空気、9……有炎バーナー、
10……雰囲気炉ガス、11……冷却器および冷
凍器、12……雰囲気炉、13……ラジイアント
チユーブ、14……輻射伝熱式表面燃焼バーナ
ー、14A……セラミツク繊維、15……熱交換
器、16……予熱空気、17……気体燃料、18
……燃焼排ガス、19……導管路、20……接触
燃焼触媒反応器、21……気体燃料、22……燃
料注入器、23……雰囲気炉ガス、24……酸素
濃度検出器、24b……酸素濃度検出器、25…
…冷却・除湿器、26……導入管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炉内に設置されたラジアントチユーブおよび
    該ラジアントチユーブ内に設置したセラミツク繊
    維を中空円筒状に成形した輻射伝熱式表面燃焼バ
    ーナーと、ラジアントチユーブより排出される酸
    素を含有する燃焼排ガス中に気体燃料を注入し、
    酸化触媒によつて、燃焼させるハニカム形状の接
    触燃焼触媒よりなる接触燃焼触媒反応器と、該触
    媒反応器に前記燃焼排ガスを導入する導管路と、
    前記触媒反応器に気体燃料を注入する燃料注入器
    と、ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器
    と前記触媒反応器よりの雰囲気炉ガスを炉内に導
    入する導入管とを少なくとも備えていることを特
    徴とする雰囲気炉制御装置。 2 接触燃焼触媒反応器がハニカム形状の貴金属
    触媒よりなる特許請求の範囲第1項記載の雰囲気
    炉制御装置。 3 前記接触燃焼触媒反応器は酸素濃度検出器と
    冷却・除湿器とを介して導入管に接続した特許請
    求の範囲第1項記載の雰囲気炉制御装置。 4 輻射伝熱式表面燃焼バーナーで加熱されたラ
    ジアントチユーブより排出される酸素を含有する
    燃焼排ガス中に気体燃料を注入し、ハニカム形状
    の発熱接触燃焼触媒に接触反応させて実質的に酸
    素を含まないガスを製造し、該ガスをラジアント
    チユーブ式雰囲気炉に導入して炉内の雰囲気の酸
    素濃度を制御することを特徴とする雰囲気炉制御
    方法。 5 燃焼排ガス中の残留酸素濃度または触媒燃焼
    後の雰囲気炉ガス中の酸素濃度に応じて注入する
    気体燃料量を制御する特許請求の範囲第4項記載
    の雰囲気炉制御方法。
JP16742983A 1983-09-13 1983-09-13 雰囲気炉制御方法および装置 Granted JPS6060489A (ja)

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JPS63290217A (ja) * 1987-05-22 1988-11-28 Daido Steel Co Ltd 熱処理用流動層炉の操業方法および装置
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