JPH07218142A - 放射加熱装置およびその燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉の加熱効率を向上する。 【構成】 燃焼切替信号を受けた四方切替弁６が、Ａバ
ーナに燃焼用空気を送気する方向に動作し、蓄熱体4aか
ら切替弁６の配管中に残存する気体を空気置換する置換
時間をタイマーにて計測後、電磁弁23a,24a をONし、パ
イロットバーナ5aに燃焼用空気、燃料を供給すると同時
にバーナ5a点火イグニッションをONしバーナ5aを燃焼さ
せる。パイロット火炎の安定時間を経過した後、１次、
２次燃料供給電磁弁10a,11a をONしＡバーナが燃焼を開
始する。燃焼切替時間を経過すると、燃焼切替信号が出
され、その信号を受け切替弁６がＢバーナに燃焼用空気
を送気する方向に動作し、同様にＢバーナが燃焼を開始
する。タイマーによって前回発信した燃焼切替信号から
燃焼切替時間を計測し、燃焼切替時間を経過すると、燃
焼切替信号が出され、その信号を受け切替弁６がＡバー
ナに燃焼用空気を送気する方向に動作し以降前述の様な
動作を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、雰囲気熱処理炉等の
間接加熱炉、加熱炉等の工業用炉等に用いられる、金属
表面から熱放射線を放出して加熱を行う放射（輻射とも
いう）加熱装置およびその燃焼方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯の光輝焼鈍に代表される、被加熱物
の表面を酸化させない加熱には、従来からラジアントチ
ューブおよびバーナで構成されるラジアントチューブバ
ーナを用いる方式が一般的に行われている。この方式
は、炉内を不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気に保持
し、加熱源としてバーナの燃焼による熱エネルギーを用
い、ラジアントチューブ内で燃料を燃焼させその燃焼反
応から得られるラジアントチューブからの熱放射を利用
するものである。

【０００３】また、ラジアントチューブバーナ以外の技
術として、特開昭６３−９０７２６号公報に輻射加熱体
が提案されている。この輻射加熱体は、バーナを複数個
隣接的に配置して、これらバーナの燃料または／および
燃焼用空気の噴出孔を連通化すると共に、これらバーナ
のバーナ火炎を一体的に囲繞する耐熱鋼からなる箱（ラ
ジアントパネル）を設けた構造となっている（以下、
「先行技術１」という）。

【０００４】先行技術１は、ラジアントパネル内で燃料
を燃焼させ、その燃焼反応から得られるラジアントパネ
ルからの熱放射を利用するものであり、これによれば、
隣接したバーナの長手方向に温度均一性に優れたカーテ
ン状の火炎が形成でき、ラジアントパネルからの放射熱
が均一化し、ラジアントチューブで特に問題となるバー
ナ近傍の局部加熱が防止でき、且つ、ＮＯｘの生成も抑
制できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記ラジアントチュー
ブ加熱方式には、ラジアントチューブ内という狭い燃焼
室内で燃料の燃焼が行われるので燃焼部が高温となりが
ちとなり、バーナ付近のラジアントチューブに亀裂や変
形が発生しやすい上、燃焼ガス雰囲気で被加熱物を加熱
する直火炉の直火炉バーナに比べてＮＯｘの生成量が多
くなるという問題が指摘されていた。

【０００６】そのため、従来、バーナからの排ガスをバ
ーナに再循環させて燃焼火炎温度を下げる方法（以下、
「排ガス循環方式」という）、および、バーナに１次空
気ノズルおよび２次空気ノズルを併設し、燃料がバーナ
部において１次、２次ノズルにより２段階で燃焼する方
法を採ることによって燃焼火炎温度を下げる方法（以
下、「２段燃焼方式」という）等、数多くの提案がなさ
れている。

【０００７】しかしながら、前記「排ガス循環方式」に
おいては、ラジアントチューブのバーナ空間が非常に狭
く限られているのでバーナへの排ガスの導入は外部配管
を通じて行わなければならず、従って、バーナの構造が
複雑化し設備費および補修費の高騰を招く他、バーナの
点検および補修が困難になるという問題があった。

【０００８】前記「２段燃焼方式」においては、ラジア
ントチューブ加熱方式の狭いバーナ空間にパイロットバ
ーナ、燃料ノズル、１次および２次空気のノズルおよび
供給配管等を配設する必要があり、これらが入り組んだ
バーナ部の点検および補修が非常に困難になることに加
えて、狭い空間での配管故にその管径やノズル径が細く
なるため、不純物による閉塞が起きやすい等の問題があ
った。更に、「２段燃焼方式」においては、バーナの一
部がラジアントチューブ内に突き出た構造を必用とする
のでバーナノズルが損傷しやすく、損傷により２段燃焼
効果が減じてＮＯｘ生成量の増加が起こる懸念もあっ
た。

【０００９】一方、先行技術１には、バーナの具体的燃
焼方法について、複数個のバーナを同時に燃焼させる記
述があるのみである。ラジアントパネル内の複数個のバ
ーナを同時に燃焼させるので火炎が定在化し、火炎温度
分布がパネル表面温度分布に反映し（うつし出され）、
ラジアントパネルが温度分布により変形する問題があ
る。また、バーナ側と排気側でパネル表面温度分布（排
気側へ行く程低くなる）が生じることで、変形が大きく
なる。ＣＡＬに適用した場合、ラジアントチューブ、ラ
ジアントパネル（ボックス）では、片側炉壁に穴をあけ
取り付け可能であるが、バーナ側排気側で炉壁に開口部
が必要で排ガス顕熱を予熱空気として熱交換する際、排
ガス煙道または予熱空気配管が長くなり、圧損放熱ロス
が大きくなる問題がある。

【００１０】しかしながら、近年、被加熱物を高温に加
熱する高温熱処理材が増加しており、高温雰囲気下で高
負荷および低ＮＯｘ燃焼可能で、大幅な設備費の高騰な
く設備寿命の延長が可能で、且つ、地球温暖化対応とし
てのＣＯ₂ 排出量の低減を可能とする高熱効率の放射加
熱装置およびその燃焼方法の開発が望まれていた。

【００１１】従って、この発明の目的は、バーナの火炎
を金属の箱で囲繞する放射加熱方式を用い、従来より
も、より高い効率で、高温雰囲気下で高負荷および低Ｎ
Ｏｘ燃焼可能で、大幅な設備費の高騰なく設備寿命の延
長が可能で、且つ、地球温暖化対応としてのＣＯ₂ 排出
量の低減を実現することができる、放射加熱装置および
その燃焼方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の装置は、炉壁
に設けられた複数個のバーナと、前記バーナからの火炎
を一体的に囲繞するための前記炉壁に設けられた金属か
らなる箱と、前記箱内で燃焼するバーナの燃焼反応によ
り排出される燃焼排ガスの保有熱の一部を回収するため
の排熱回収装置とを有することに特徴を有するものであ
る。

【００１３】この発明の燃焼方法は、炉壁に複数個のバ
ーナを設け、前記炉壁に前記バーナからの火炎を一体的
に囲繞するための金属からなる箱を設け、前記複数のバ
ーナの各々を所定のサイクルで交互に燃焼させることに
特徴を有するものである。

【００１４】上記課題は、金属板を箱状に形成し、前記
箱内での燃焼ガスがラジアントチューブバーナのように
流れ方向がラジアントチューブに案内されながら排気口
目指して一様流となり排気口から放出されるのではな
く、前記箱内での燃焼ガスが箱内の空間で直火加熱炉バ
ーナの燃焼のように燃焼排ガス流れが拘束される事なく
自由に流れながら排気口から放出することによって解決
される。

【００１５】更に、前記箱内の空間で燃焼するバーナを
複数個（２個以上）有することによって解決される。

【００１６】更に、複数個以上有する各バーナが所定の
サイクルで交互に燃焼することによって解決される。

【００１７】更に、前記箱内の空間で燃焼するバーナで
の燃焼反応により排出される燃焼排ガスの保有熱を一部
回収する排熱回収装置を有することによって解決され
る。

【００１８】更に、前記箱内の空間で燃焼するバーナを
複数個以上有し、各バーナは少なくとも蓄熱体と燃料噴
射ノズルを有する構成からなり、各バーナが所定のサイ
クルで交互に燃焼することによって解決される。

【００１９】更に、前記箱内の空間で燃焼するバーナを
複数個有し、各バーナは、１次燃料噴射ノズル、２次燃
料噴射ノズルおよび蓄熱体を有し、１次燃料噴射ノズル
は、蓄熱体を通過した燃焼用空気が前記箱内に流入する
前に燃料と混合可能な位置に配置され、２次燃料噴射ノ
ズルは、前記箱内に直接燃料を吹き込むことが可能な位
置に配置された構成からなり、各バーナが所定のサイク
ルで交互に燃焼することによって解決される。

【００２０】更に、蓄熱体を通過した燃焼用空気が前記
箱内に流入する前に燃料と混合しそして燃焼後の温度を
計測可能な位置に温度計を設置し、その温度測定値を基
に蓄熱体を通過した燃焼用空気が前記箱内に流入する前
に燃料と混合可能な位置に配置された１次燃料噴射ノズ
ルからの燃料噴射量を制御することによって解決され
る。

【００２１】また、金属板を箱状に形成し、前記箱内で
の燃焼ガスがラジアントチューブバーナのように流れ方
向がラジアントチューブに案内されながら排気口目指し
て一様流となり排気口から放出されるのではなく、前記
箱内での燃焼ガスが箱内の空間で一様な流れを起こすよ
うに整流部材を設け、燃焼排ガスが前記箱の排気口から
放出されることによって解決される。

【００２２】

【作用】この発明において、金属板を箱状に形成するこ
とにより、箱内部で起こる燃焼反応によって生じる熱エ
ネルギーを箱内部の金属板内面にて吸収し、金属板外面
から炉内へ熱放射し被加熱物を加熱する。金属板を箱状
にすることにより熱放射面がラジアントチューブに比べ
隙間なく構成でき加熱効率が向上し炉設備の小型化が従
来に比べ図れる。

【００２３】更に、従来のラジアントチューブでは長細
い燃焼空間しか得られなかったが、箱状にすることによ
ってラジアントチューブに比べ比較的立方体に近い広い
燃焼空間が得られる。

【００２４】この箱状の放射加熱箱（以下、「ラジアン
トボックス」という）を、複数個のバーナに取り付け
る。即ち、ラジアントボックスを、複数個のバーナの火
炎を一体的に囲繞可能となるように炉壁に設ける。ラジ
アントボックス内の１カ所に燃焼火炎が存在すると、そ
の火炎を中心とした温度分布がラジアントボックス表面
に現れ、ラジアントボックスが熱変形を起こし設備寿命
が短くなるが、ラジアントボックス１つについてバーナ
の設置数を複数とすることによって火炎が分散して存在
するため、ラジアントボックス表面温度分布が比較的平
滑化される。

【００２５】更に、複数個のバーナを所定のサイクル
（間隔）で交互に燃焼することによって、常時一定位置
に火炎が存在（定在化）するのに比べ火炎が常時一定位
置に存在しない（非定在化する）ので、局部加熱が防止
できラジアントボックス表面温度分布が平滑化される。
前記燃焼方法は、複数個のバーナを２組にわけ、各組毎
に交互に燃焼させるか、または、複数個のバーナの各々
を順番に１個づつ燃焼させるかの、いずれでもよい。

【００２６】ラジアントボックスの燃焼排ガスの排熱を
回収することによって燃焼エネルギーの無駄が無くな
る。排熱を燃焼用空気および燃料の予熱に利用すること
によって、ラジアントボックスでの循環熱が増大し熱効
率が向上し省エネルギーが可能となる。即ち、ＣＯ₂ 排
出量の低減が可能となり地球温暖化の促進が妨げられ
る。

【００２７】ラジアントボックス内の空間で燃焼するバ
ーナを複数個有し、各バーナは少なくとも蓄熱体と燃料
噴射ノズルとを有する構成からなり、各バーナが所定の
サイクルで交互に燃焼することにより、燃焼火炎の非定
在化が可能となりラジアントボックス表面温度分布が平
滑化される。また、各バーナに蓄熱体を有しているの
で、バーナの非燃焼時に燃焼排ガスを蓄熱体に誘引し燃
焼排ガス顕熱を蓄熱体に蓄積し、燃焼時に前記蓄熱体に
燃焼用空気を誘引し蓄熱体に蓄熱した燃焼排ガス顕熱を
燃焼用空気に放出し熱風としてラジアントボックスに供
給が可能となり省エネルギーも可能となる。

【００２８】更に、前記ラジアントボックス内の空間で
燃焼するバーナを複数個有し、各バーナは少なくとも２
つ以上の燃料噴射ノズル（１次燃料噴射ノズルおよび２
次燃料噴射ノズル）と１つ以上の蓄熱体を有し、１次燃
料噴射ノズルは、蓄熱体を通過した燃焼用空気がラジア
ントボックス内に流入する前に燃料と混合可能な位置に
配置され、２次燃料噴射ノズルは、ラジアントボックス
内に直接燃料を吹き込むことが可能な位置に配置され、
各バーナが所定のサイクルで交互に燃焼することによっ
て、前述のごとくラジアントボックス表面温度分布が平
滑化され、省エネルギーも可能となることはもちろんの
事、１次燃料噴射ノズルは、蓄熱体を通過した燃焼用空
気がラジアントボックス内に流入する前に燃料と混合可
能な位置に配置され、２次燃料噴射ノズルは、ラジアン
トボックス内に直接燃料を吹き込むことが可能な位置に
配置されているので、２段燃焼が可能となり、更に、ラ
ジアントボックス内での燃料噴射ノズル（２次燃料噴射
ノズル）の燃焼時は、ラジアントボックス内の空間がラ
ジアントチューブに比べ非常に大きいので、ラジアント
ボックス内の燃焼ガスの自己排ガス循環流が生じた渦中
で燃焼がなされるので、排ガス循環燃焼が可能となるた
め低ＮＯｘ燃焼が可能となる。

【００２９】更に、蓄熱体を通過した燃焼用空気がラジ
アントボックス内に流入する前に燃料と混合しそして燃
焼後の温度を計測可能な位置に温度計を設置し、その温
度測定値を基に、蓄熱体を通過した燃焼用空気がラジア
ントボックス内に流入する前に燃料と混合可能な位置に
配置された１次燃料噴射ノズルからの燃料噴射量を制御
することによって、１次燃料噴射ノズルによる１次燃焼
場での火炎温度が超高温となることを防止し、１次燃焼
で生じるＮＯｘ発生を抑えるとともに、局部高温カ所を
無くし設備の寿命延長が可能となる。

【００３０】また、ラジアントボックス内に整流部材を
設けることにより、ラジアントボックス内での燃焼ガス
がラジアントボックス内の空間で一様な流れを起こしな
がらラジアントボックスの排気口から放出されることに
よって、更にラジアントボックス表面温度の平滑化が図
られる。本発明によれば、ラジアントチューブバーナの
ように燃焼ガスの流れ方向がラジアントチューブに案内
されながら排気口目指して一様流となることがない。

【００３１】更に、ラジアントボックスが損傷したとき
に、燃焼排ガスが炉内に噴出し炉内雰囲気を乱さないた
めに、本発明では一般的に炉内圧に比べラジアントボッ
クス内圧を低く設定するので、その外面にかかる力によ
ってラジアントボックスが変形する恐れがあるが、整流
部材を設けることによってこれを防止することができ
る。

【００３２】

【実施例】次に、この発明を図面に示す実施例に基づい
て説明する。

【００３３】〔実施例１〕図１はこの発明の実施例１を
示す系統図である。炉壁１４にラジアントボックス支持
金具１５、ラジアントボックス受け金具１６等によって
取り付けられたラジアントボックス１に、１次燃料噴射
ノズル２ａ、２次燃料噴射ノズル３ａ、蓄熱体４ａ、パ
イロットバーナ５ａによって構成されたＡバーナ、およ
び、１次燃料噴射ノズル２ｂ、２次燃料噴射ノズル３
ｂ、蓄熱体４ｂ、および、パイロットバーナ５ｂによっ
て構成されたＢバーナが接続されている。このように、
便宜上図１に示す上下のバーナを添字ａ、ｂで区別し、
添字ａ側をＡバーナ、ｂ側をＢバーナという。

【００３４】燃焼用空気（燃焼用空気系１３）は燃焼用
空気ブロワ７より供給される。四方切替弁６は、Ａバー
ナおよびＢバーナのうちのいずれかへの燃焼用空気の供
給を制御すると共に、蓄熱体４ａ、４ｂを通過した燃焼
排ガスの排ガス放散系９への接続を制御する。１７ａ、
１７ｂは、燃焼用空気、排ガス流調弁、１８ａ、１８ｂ
は、燃焼用空気、排ガス流量測定絞り板、１２は排ガス
吸引ファンである。本実施例においては、燃料としてコ
ークス炉ガスを使用しているが、天然ガス等他の気体燃
料、石油等の液体燃料および微粉炭等の固体燃料のいず
れも使用可能である。灰分の処理が不必要な気体燃料を
用いるのが望ましい。

【００３５】燃料ガスは燃料供給系８より供給され、１
次燃料ノズル２ａ、２ｂへの燃料供給は、１次燃料供給
電磁弁１０ａ、１０ｂによって制御され、２次燃料ノズ
ル３ａ、３ｂへの燃料供給は、２次燃料供給電磁弁１１
ａ、１１ｂによって制御され、そして、パイロットバー
ナ５ａ、５ｂへの燃料供給は、パイロットバーナ用燃料
供給電磁弁２４ａ、２４ｂによって制御されている。ま
た、パイロットバーナ５ａ、５ｂへの燃焼用空気供給
は、燃焼用空気ブロワ７よりの配管を経由し、パイロッ
トバーナ用燃焼用空気供給電磁弁２３ａ、２３ｂによっ
て制御されている。１９ａ、１９ｂは１次燃料流調弁、
２０ａ、２０ｂは１次燃料流量測定絞り板、２１ａ、２
１ｂは２次燃料流調弁、そして、２２ａ、２２ｂは２次
燃料流量測定絞り板である。

【００３６】以上のような構成のこの発明の放射加熱装
置の動作について説明する。ＡバーナとＢバーナとの燃
焼切り替えのサイクルタイムは本実施例では３０秒とし
ている。サイクルタイムは任意に設定出来るが、蓄熱体
の蓄熱容量で理想時間が決まる。即ち、サイクルタイム
を長くすると蓄熱体が巨大化しラジアントチューブ代替
としては設備が大型化すること、および、火炎の定在時
間が長くなりラジアントボックス表面温度分布が平滑化
されずらくなる問題がある。逆にサイクルタイムを短く
すると蓄熱体は小型化出来るが電磁弁等の燃焼切り替え
時に作動する機器の作動回数が多くなりそれら動作機器
寿命が短くなり補修回数が増加する問題がある。従っ
て、これらを考慮してサイクルタイムを設定する。

【００３７】電磁弁、切替弁等の動作機器のサイクルタ
イム内での動作について図３に示す。これらの作動制御
は、予めシーケンサーに記憶させておき自動で動作する
様になっている。また、コンピュータ等に記憶させてお
き自動で動作する様にしてもよい。

【００３８】以下、本実施例の動作例について述べる。
まず、シーケンサからの燃焼切替信号（バーナ点火時は
燃焼開始信号）を受けた四方切替弁６が、Ａバーナに燃
焼用空気を送気する方向に動作し、蓄熱体４ａから四方
切替弁６の配管中に残存する気体を空気置換する置換時
間をタイマーにて計測後（本実施例では２秒）、電磁弁
２３ａ、２４ａを開き（ＯＮし）、パイロットバーナ５
ａに燃焼用空気および燃料を供給すると同時にパイロッ
トバーナ５ａを点火させる火花を発生する点火イグニッ
ションをＯＮしパイロットバーナ５ａを燃焼させる。パ
イロット火炎の安定時間（本実施例では３秒）を経過し
た後、１次、２次燃料供給電磁弁１０ａ、１１ａを開き
（ＯＮし）Ａバーナが燃焼を開始する。

【００３９】シーケンサーに内蔵されたタイマーにて前
回発信した燃焼切替信号から燃焼切替時間を計測し、燃
焼切替時間（本実施例では３０秒）を経過すると、シー
ケンサーから燃焼切替信号が出され、その信号を受け四
方切替弁６がＢバーナに燃焼用空気を送気する方向に動
作し、蓄熱体４ｂから四方切替弁６の配管中に残存する
気体を空気置換する置換時間をタイマーにて計測後（本
実施例では２秒）、パイロットバーナ５ｂの電磁弁２３
ｂ、２４ｂを開き（ＯＮし）、パイロットバーナ５ｂに
燃焼用空気、燃料を供給すると同時にパイロットバーナ
５ｂを点火させる火花を発生する点火イグニッションを
ＯＮしパイロットバーナ５ｂを燃焼させる。パイロット
火炎の安定時間（本実施例では３秒）を経過した後、１
次、２次燃料供給電磁弁１０ｂ、１１ｂを開き（ＯＮ
し）Ｂバーナが燃焼を開始する。

【００４０】シーケンサーに内蔵されたタイマーによっ
て前回発信した燃焼切替信号から燃焼切替時間を計測
し、燃焼切替時間（本実施例では３０秒）を経過する
と、シーケンサーから燃焼切替信号が出され、その信号
を受け四方切替弁６がＡバーナに燃焼用空気を送気する
方向に動作し以降前述の様な動作を繰り返す。

【００４１】燃焼停止信号が発せられると直ちに、燃料
関連電磁弁１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、２４ａ、
２４ｂを閉め（ＯＦＦし）、そのとき燃焼していたバー
ナ側で空気を送気し、蓄熱体から四方切替弁までの間の
配管中に残存する燃焼排ガスを排出するアフターパージ
を実施して燃焼を停止する。再び、点火する際は、前述
の様な動作を行う。

【００４２】また、蓄熱体４ａ、４ｂを通過した燃焼用
空気がラジアントボックス１内に流入する前に燃料と混
合しそして燃焼した後の温度を計測可能な位置に温度計
を設置し（図示せず）、その温度測定値を基に蓄熱体を
通過した燃焼用空気がラジアントボックス１内に流入す
る前に燃料と混合可能な位置に配置された１次燃料ノズ
ル２ａ、２ｂからの燃料噴射量を制御している。これ
は、１次燃焼量が多いと１次燃焼火炎温度が高温となり
燃焼用空気中の窒素が酸化して生成されるサーマルＮＯ
ｘが増大するのを防止しすること、および、ラジアント
ボックス１内に直接燃料を吹き込む２次燃料ノズルによ
る２次燃焼において、安定燃焼可能な温度を有する酸素
を含む着火原ガスをラジアントボックス１内に吹き込ん
でいることを確認し、安定供給する事を目的としてい
る。

【００４３】炉内温度が上昇し、排ガス温度が上昇する
ことによって蓄熱体４ａ、４ｂを通過した燃焼用空気温
度が充分に２次燃焼を安定に継続可能な温度まで上昇す
れば、１次燃料ノズル２ａ、２ｂによる１次燃焼を停止
し２次燃焼のみで燃焼を継続してもよい。本実施例で
は、１次燃焼量を制御するために、１次燃焼後のガス温
度を計測する必用があり、前述の位置に温度計を設置し
ているが、蓄熱体４ａ、４ｂを通過した燃焼用空気温度
を計測し、空気温度が燃料着火温度以上であれば、１次
燃焼を停止する燃焼制御でもよい。

【００４４】本実施例でのラジアントボックス１の表面
温度分布は３０秒のハイサイクル切り替え燃焼のため、
火炎の非定在化が実現され、表面平均温度９５０℃の条
件で±１５℃の範囲内で平滑化され、その時の排ガス中
のＮＯｘ値は酸素濃度１１％に換算して１００ｐｐｍと
低ＮＯｘ燃焼が実現される。更に、蓄熱体４ａ、４ｂで
の排熱回収効率は７５％であった。また、ラジアントボ
ックス１から放射される熱エネルギーは、蓄熱体４ａ、
４ｂから放散される排ガス保有熱を無効熱とし、投入燃
料の投入発熱量、即ち、（燃料投入量）×（燃料低位発
熱量）を１００％として熱効率を算出すると、約９０％
と高効率で放出されている。

【００４５】なお、この発明の放射加熱装置は、炉内に
多数設けることにより適用される。図５はこの発明装置
を、鋼帯の竪型連続焼鈍炉の加熱帯に適用した場合の配
置例を示す概略側面図、図６は概略正面図である。図
５、６において、１はラジアントボックス、１４は炉
壁、２６は鋼帯、そして、２７は炉内ロールである。

【００４６】次に、図１に示すこの発明のラジアントボ
ックス（以下、略して「ＲＢ」ともいう）を用いた加熱
装置を図５および図６に示す鋼帯の竪型連続焼鈍炉の加
熱帯に適用し、鋼帯の加熱を実施した。

【００４７】比較例として、図７に示す従来技術のラジ
アントチューブ（以下、略して「ＲＴ」ともいう）を用
いた加熱装置を同一焼鈍炉に適用し、鋼帯の加熱を実施
した。図８は、図７に示す従来技術のラジアントチュー
ブバーナを実施例と同じ竪型連続焼鈍炉の加熱帯に適用
した場合の配置例を示す概略側面図、図９は概略正面図
である。比較例においては、ラジアントチューブ２８の
入口部に設けられたラジアントチューブバーナ２９に対
し、ブロワー７を介してコークス炉ガス（ＣＯＧ）が、
また、燃料用空気はラジアントチューブ２８の出口部に
設けた空気予熱器３０を介して、予熱され供給される。
ラジアントチューブ２８内で鋼帯２６を昇温し役目を終
わった排ガスは、空気予熱器３０で抜熱され、プレナム
チャンバー３２に集約され、ブロアー７を介して煙突３
１から大気中に放散される。

【００４８】実施例と比較例とを比較した結果、従来の
ラジアントチューブを用いた加熱装置に比べ、図１に示
すこの発明のラジアントボックスを用いた加熱装置は、
ＲＢの熱放射面がＲＴよりも約１６％増加し、従来と同
等の耐熱材でＲＢを製造して表面温度の平滑化によって
平均放射面温度の上昇を可能としたことにより、比較例
では、８４本のＲＴが必用であった設備において、実施
例では、７０個のＲＢを配置することによりこれと同様
の加熱能力が満足された。また、熱効率向上により燃料
原単位も従来２００Ｍｃａｌ／ｔ（トン）から１４５Ｍ
ｃａｌ／ｔに低減された。また、この結果から、本発明
によれば、設備が小型化し、設備費が大幅に低減される
ことがわかる。

【００４９】〔実施例２〕図２はこの発明の実施例２を
示す系統図である。本実施例においては、ラジアントボ
ックス１内のガス流れを均一化し、および、変形を防止
すべく、図２に示すように、ラジアントボックス１内に
整流部材２５を設置する構造としたことのみ図１に示す
実施例１と異なっている。

【００５０】整流部材２５はラジアントボックス１内の
ガス流れを均一化し表面温度分布の均一化すること、お
よび、ラジアントボックスの変形を防止するを目的とし
て設けるが、そのいずれかを目的として設置してもよ
い。前記目的を達成するものであれば、如何なる形状で
もよく、また、設置個数の多少に制限はない。但し、使
用環境に応じた材質、形状の物を選定しなければならな
い。本実施例では、耐熱鋳鋼製品を使用した。

【００５１】〔実施例３〕図４はこの発明の実施例３を
示す系統図である。本実施例においては、図４に示すよ
うに、２次燃料ノズル３ａと３ｂとに分割せず、１次燃
焼ガスが交互に噴出する２つのノズルの中間に２次燃料
ノズル３を１つだけ設置し、この１つの２次燃料ノズル
３をＡバーナおよびＢバーナ兼用として燃焼させる構造
をとって、電磁弁の数を減らした構成となっている。こ
の場合、図４に示すように、２次燃料供給電磁弁１１
は、燃焼時は常時開（ＯＮ）となり、点火信号、消火信
号により開閉する。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、下記に示す工業上有用な効果がもたらされる。

【００５３】 金属板を箱状に形成することにより内
部で起こる燃焼反応によって生じる熱エネルギーを箱
（ラジアントボックス）内部の金属板内面にて吸収し金
属板外面から炉内へ熱放射し被加熱物を加熱する。箱状
にすることにより熱放射面がラジアントチューブに比べ
隙間なく構成でき加熱効率が向上し炉設備の小型化が従
来に比べ図れる。

【００５４】 更に、従来のラジアントチューブでは
長細い燃焼空間しか得られなかったが、箱状にすること
によってラジアントチューブに比べ比較的立方体に近い
広い燃焼空間が得られ、バーナを複数個設置することに
よって表面温度分布が比較的平滑化される。

【００５５】 更に、複数個のバーナを交互に燃焼す
ることによって、火炎が常時一定位置に存在しない（非
定在化する）ので、ラジアントボックス表面温度分布が
平滑化される。

【００５６】 ラジアントボックスの燃焼排ガスの排
熱を回収することによって省エネルギーが可能となり、
すなわち、ＣＯ₂ 排出量の低減が可能となり地球温暖化
の促進が妨げられる。

【００５７】 ラジアントボックス内の空間で燃焼す
るバーナを複数個有し、各バーナは少なくとも蓄熱体
と、燃料噴射ノズルとを有する構成からなり、各バーナ
が所定のサイクルで交互に燃焼することにより、燃焼火
炎の非定在化が可能となりラジアントボックス表面温度
分布が平滑化され、各バーナに蓄熱体を有しているので
燃焼用空気を熱風としてラジアントボックスに供給が可
能となり省エネルギーも可能となる。

【００５８】 更に、ラジアントボックス内の空間で
燃焼するバーナを複数個有し、各バーナは少なくとも１
つ以上の蓄熱体と、１次燃料燃料噴射ノズルおよび２次
燃料噴射ノズルを有し、１次燃料噴射ノズルは、蓄熱体
を通過した燃焼用空気がラジアントボックス内に流入す
る前に燃料と混合可能な位置に配置され、２次燃料噴射
ノズルは、ラジアントボックス内に直接燃料を吹き込む
ことが可能な位置に配置され、各バーナが所定のサイク
ルで交互に燃焼することによって、前述のごとくラジア
ントボックス表面温度分布が平滑化され、省エネルギー
も可能となることはもちろんの事、低ＮＯｘ燃焼が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示す系統図であ
る。

【図２】この発明の実施例２の構成を示す系統図であ
る。

【図３】この発明の作動機器動作を示す説明図である。

【図４】この発明の実施例３の構成を示す系統図であ
る。

【図５】この発明を鋼帯の竪型連続焼鈍炉の加熱帯に適
用した場合の配置例を示す概略側面図である。

【図６】この発明を鋼帯の竪型連続焼鈍炉の加熱帯に適
用した場合の配置例を示す概略正面図である。

【図７】従来技術のラジアントチューブを用いた加熱装
置を示す系統図である。

【図８】従来技術のラジアントチューブを竪型連続焼鈍
炉の加熱帯に適用した場合の配置例を示す概略側面図で
ある。

【図９】従来技術のラジアントチューブを竪型連続焼鈍
炉の加熱帯に適用した場合の配置例を示す概略正面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ バーナ １ ラジアントボックス ２ａ、２ｂ １次燃料噴射ノズル ３ａ、３ｂ、３ ２次燃料噴射ノズル ４ａ、４ｂ 蓄熱体 ５ａ、５ｂ パイロットバーナ ６ 四方切替弁 ７ 燃焼用空気ブロワ ８ 燃料供給系 ９ 排ガス放散系 １０ａ、１０ｂ １次燃料供給電磁弁 １１ａ、１１ｂ、１１ ２次燃料供給電磁弁 １２ 排ガス吸引ファン １３ 燃焼用空気系 １４ 炉壁 １５ ラジアントボックス支持金具 １６ 炉壁ラジアントボックス受け金具 １７ａ、１７ｂ 燃焼用空気、排ガス流調弁 １８ａ、１８ｂ 燃焼用空気、排ガス流量測定絞り板 １９ａ、１９ｂ １次燃料流調弁 ２０ａ、２０ｂ １次燃料流量測定絞り板 ２１ａ、２１ｂ ２１ ２次燃料流調弁 ２２ａ、２２ｂ ２２ ２次燃料流量測定絞り板 ２３ａ、２３ｂ パイロットバーナ用燃焼用空気供給電
磁弁 ２４ａ、２４ｂ パイロットバーナ用燃料供給電磁弁 ２５ 整流部材 ２６ 鋼帯 ２７ 炉内ロール ２８ ラジアントチューブ ２９ ラジアントチューブバーナ ３０ 空気予熱器 ３１ 煙突 ３２ プレナムチャンバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 晴行 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉壁に設けられた複数個のバーナと、前
   記バーナからの火炎を一体的に囲繞するための前記炉壁
   に設けられた金属からなる箱と、前記箱内で燃焼するバ
   ーナの燃焼反応により排出される燃焼排ガスの保有熱の
   一部を回収するための排熱回収装置とを有することを特
   徴とする放射加熱装置。
2. 【請求項２】 前記バーナの各々は、燃料噴射ノズルお
   よび前記箱からの燃焼排ガスの保有熱を蓄熱するための
   蓄熱体を有することを特徴とする請求項１記載の放射加
   熱装置。
3. 【請求項３】 前記バーナの各々は、１次燃料噴射ノズ
   ル、２次燃料噴射ノズルおよび前記箱からの燃焼排ガス
   の保有熱を蓄熱するための蓄熱体を有し、前記１次燃料
   噴射ノズルは、前記蓄熱体を通過した燃焼用空気が前記
   箱内に流入する前に燃料と混合可能な位置に配置され、
   前記２次燃料噴射ノズルは、前記箱内に直接燃料を吹き
   込むことが可能な位置に配置されていることを特徴とす
   る請求項１記載の放射加熱装置。
4. 【請求項４】 前記蓄熱体を通過し前記箱内に流入する
   前に燃料と混合しそして燃焼後の燃焼用空気の温度を計
   測可能な位置に温度計が設けられていることを特徴とす
   る請求項３記載の放射加熱装置。
5. 【請求項５】 前記箱内に、前記箱内の燃焼排ガスの流
   れが拘束されることなく一様に流れながら前記箱の排気
   口から放出させるための整流部材が設けられていること
   を特徴とする請求項１、２、３または４記載の放射加熱
   装置。
6. 【請求項６】 炉壁に複数個のバーナを設け、前記炉壁
   に前記バーナからの火炎を一体的に囲繞するための金属
   からなる箱を設け、前記複数のバーナの各々を所定のサ
   イクルで交互に燃焼させることを特徴とする放射加熱装
   置の燃焼方法。
7. 【請求項７】 前記バーナの各々に、燃料噴射ノズルお
   よび前記箱からの燃焼排ガスの保有熱を蓄熱するための
   蓄熱体を設けたことを特徴とする請求項６記載の放射加
   熱装置の燃焼方法。
8. 【請求項８】 前記バーナの各々に、１次燃料噴射ノズ
   ル、２次燃料噴射ノズルおよび前記箱からの燃焼排ガス
   の保有熱を蓄熱するための蓄熱体を設け、前記１次燃料
   噴射ノズルは、前記蓄熱体を通過した燃焼用空気が前記
   箱内に流入する前に燃料と混合可能な位置に配置し、前
   記２次燃料噴射ノズルは、前記箱内に直接燃料を吹き込
   むことが可能な位置に配置したことを特徴とする請求項
   ６記載の放射加熱装置の燃焼方法。
9. 【請求項９】 前記蓄熱体を通過し前記箱内に流入する
   前に燃料と混合しそして燃焼後の燃焼用空気の温度を計
   測可能な位置に温度計を設け、前記温度計による測定値
   を基にして、前記１次燃料噴射ノズルからの燃料噴射量
   を制御することを特徴とする請求項８記載の放射加熱装
   置の燃焼方法。
10. 【請求項１０】 前記箱内に整流部材を設け、前記箱内
    の燃焼排ガスの流れが拘束されることなく一様に流れな
    がら前記箱の排気口から放出させることを特徴とする請
    求項６、７、８または９記載の放射加熱装置の燃焼方
    法。