JPH06933B2 - 鋼帯の直火還元加熱用バーナー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋼帯と直火還元加熱用バーナーに関するもので
ある。

（従来の技術） 鋼帯の加熱法としてバーナーから高温の燃焼ガスを鋼帯
に噴射して、鋼帯を加熱する直火加熱方法が知られてい
る。直火加熱方法の特長は、ラジアントチューブなどに
よる間接加熱方法に比べて加熱速度が著しく大きい点に
ある。

ところで、鋼帯の連続焼鈍設備や連続溶融亜鉛メッキ設
備（以下ＣＧＬという）等の焼鈍設備において、鋼帯を
直火加熱によって完全無酸化状態で加熱することが可能
になれば、加熱に続く後工程の処理が簡略化され、多く
の利点がもたらされる。

つまり、ラジアントチューブを用いた加熱、均熱炉での
還元性雰囲気ガスが不要となり、また炉内ロールのピッ
クアップも生じなくなる。更に、ゼンジミヤ方式のＣＧ
Ｌラインでは、還元炉が不要となり、連続焼鈍設備では
酸洗処理が不要になる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来一般に行われている直火加熱方法で
は、完全無酸化で鋼帯を加熱することができるまでに至
っていない。

つまり、平衡状態における鋼と燃焼生成ガスとの間の酸
化還元理論によれば、第７図に示すように例えば鋼を70
0℃まで還元状態で加熱するには、ＣＯ／ＣＯ_２＞1.5，
Ｈ_２／Ｈ_２Ｏ＞4.0のガス組成でなければならず、この
ような組成の燃焼生成ガスを得るには、空気比0.5以下
で燃焼させなければならない。

したがって未燃ガスが大量に発生し、加熱効率が著しく
悪化する等の問題があり、従来、無酸化炉（ＮＯＦ）と
称する炉では、若干の酸化を伴うのが実情であった。

一方、米国Selas社はラジアントカップバーナーと称す
る予混合方式のバーナーを用いて、空気比0.9程度で鋼
帯を直火還元加熱する方法を提唱している（米国特許第
3,320,085号公報）。

この方法は特開昭60-121230号公報で述べているよう
に、燃焼過程の非平衡状態下での還元反応を利用したも
のと考えられる。

ところが予混合方式のバーナーでは逆火の危険が伴い、
逆火防止装置が必要な他、空気予熱による排ガスの顕熱
回収ができない等の問題がある。

これに対して特公昭62-21051号公報に見られるように、
旋回する空気流により、燃料と空気とを急速に混合する
ことで拡散型バーナーでの直火還元加熱を行う方法も提
唱されている。

この方法では逆火のおそれもなく、また空気予熱による
排ガスの顕熱回収も可能である。しかしながら旋回流に
よる拡散燃焼では火災が極端に短くなり、還元加熱に適
する範囲は、バーナー直近の非常に狭い部分にしか存在
せず、鋼帯の振動により還元範囲から外れ、鋼帯が酸化
したり、極端な場合にはバーナーと鋼帯とが接触するお
それがある。

以上のことを要約すると、鋼帯を直火還元状態で効率良
く加熱するには、空気が若干不足する状態で燃料ガスと
空気とを充分混合させ、燃焼過程での火災の還元反応を
利用することが必要である。

このような条件を満たすバーナーとして、前記米国特許
第3,320,085号公報および特公昭62-21051号公報が提唱
されているが、逆火のおそれあるいは還元加熱に適する
範囲が狭い等の問題が残されている。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記のように実情に鑑みてなされたものであ
り、燃料ガス又は空気噴射用内管と空気又は燃料ガス噴
射用外管とからなる２重管式吐出孔を、バーナータイル
底部裏側から該バーナータイル底部へ開口させるように
バーナー中心軸に対し平行でかつバーナータイル底部面
積100cm²あたり５個以上となるようにバーナータイル内
に複数個設置したことを特徴とする鋼帯の直火還元加熱
用バーナーを要旨とする。

本発明の技術的ポイントは以下の点にある。すなわち還
元能力を有する火災を広範囲に発生させることおよび、
燃焼ガスと空気とを充分混合させ火災内に未燃酸素を残
留さないことである。

以上のような条件を拡散型バーナーで実現させる手段と
して種々実験を試みた結果、無数の拡散火災を集合さ
せ、一本の火災として利用することを見出した。

上述のような考えに基いて設計されたバーナーを第１図
および第２図に示す。

第１図においてバーナータイル底部１には、該底部面積
100cm²あたり５孔以上の２重管式吐出孔２が設けられて
いる。

２重管式吐出孔２は外管３と内管４により構成され、外
管３には空気が、また、内管４には燃料ガスが、バーナ
ー中心軸に対して平行に流れる。あるいは外管３に燃料
ガスが、また内管４に空気がバーナー中心軸に対して平
行に流れる場合も同様な効果が得られる。図中５はバー
ナータイルである。

（作 用） 次に本発明の作用について、基礎実験結果をもとに述べ
る。

すなわち、予め大気酸化させた実験片を２重管式吐出孔
の数を変化させて加熱することにより還元領域を調査し
た。

表−１は、吐出孔数は変化させた結果で、吐出孔数がバ
ーナータイル底部面積100cm²あたり４孔にすると、各吐
出孔の孔径が大きくなり、また吐出孔同士の間隔も大き
くなるため、還元領域の一部には酸化性の部分が生じ、
結果として鋼帯上には酸化部分と還元部分のムラが発生
し好ましくない。吐出孔数は、バーナータイル面積100c
m²あたり５孔以上が良好である。

次に、本発明の望ましい使用例について述べる。

まず、空気比を変化させた結果を表−２に示す。

空気比が0.7未満ではススが析出し、試験片表面は黒変
する。また火災温度自体も低下し、加熱速度が低下す
る。

一方、空気比1.0では、燃焼ガス幅にＣＯ，Ｈ_２等の未
燃成分がほとんど存在しないため、例えば局部的に混合
が不十分であった場合、残留酸素は直接鋼材を酸化させ
ることになる。実験の結果では、空気比0.7〜0.9の範囲
が好適である。また、バーナータイル底部からの距離を
変化させた結果を表−３に示す。

バーナータイル底部からの距離が100mm未満では、燃料
ガスと空気とが完全に拡散および燃焼しない領域に相当
し、残留酸素による急激な酸化が認められる。

一方、バーナータイル底部から400mm超では、還元反応
は起こらず、従来から言われている酸化−還元の平衡反
応に従い、ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏにより酸化する。

実験の結果ではバーナータイル底部から100〜400mmの範
囲が好適である。

（実施例） 次に本発明のバーナーにて鋼板を加熱した結果について
説明する。

燃焼条件：燃 料；コークス炉ガス 空気比；0.8 燃焼量；50,000kcal／Hr 供試バーナー：(1)本発明のバーナー (2)従来の空気旋回形バーナー （第３図参照） 定格燃焼量、バーナー径共に同じ 試験結果：第５図は本発明のバーナーにて予め大気酸化 させた試験片を800℃まで加熱し、 窒素ガスにて冷却した結果である。

また、第６図は従来の旋回形バーナーにて 同様のテストを行った結果である。

第５図および第６図において横軸はバーナータイル底部
からの距離で、縦軸は空気比である。予め大気酸化させ
た試験片は、加熱後、還元領域では、酸化膜が還元さ
れ、金属光沢を呈する。また同様に酸化領域では、酸化
膜が成長し、黒色を呈する。

従来の旋回形バーナーでは第６図に示す如く、火炎が短
く、したがって還元領域はバーナータイル底部から、10
0mm前後に存在し狭い。

これに対して本発明のバーナーでは第５図に示す如く、
火炎が長く、還元領域はバーナータイル底部から150〜4
00mmの範囲に存在している。

（発明の効果） 以上説明したように本発明により広い範囲にわたって還
元領域が得られ、したがって、鋼帯の振動等によりバー
ナーと鋼帯との間隔が変化しても、鋼帯が酸化すること
なく急速加熱することができる。

また逆火の危険もなく、空気予熱による排ガスの顕熱回
収も可能である。

尚、実施例においては円筒形のバーナーで実施した結果
を述べているが、楕円あるいは角筒形のバーナーにおい
ても同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバーナーの断面図、第２図は第１のＶ
-Ｖ線矢視断面図、第３図は従来の旋回形バーナーの断
面図、第４図は第３図のＶ-Ｖ線矢視断面図、第５図は
本発明のバーナーによる加熱実験例図表、第６図は従来
のバーナーによる加熱実験例図表、第７図は鋼の酸化-
還元平衡図表である。 １：バーナータイル底部 ２：２重管式吐出孔 ３：外管 ４：内管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料ガス又は空気噴射用内管と空気又は燃
   料ガス噴射用外管とからなる２重管式吐出孔を、バーナ
   ータイル底部裏側から該バーナータイル底部へ開口させ
   るようにバーナー中心軸に対し平行でかつバーナータイ
   ル底部面積100cm²あたり５個以上となるようにバーナー
   タイル内に複数個設置したことを特徴とする鋼帯の直火
   還元加熱用バーナー。