JPH08291329A - 連続加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加熱材を通過させつつ、蓄熱式切替燃焼型
バーナで加熱する連続加熱装置において、被加熱材装入
口側に流れる排ガスの顕熱を低減し、被加熱材の受熱量
を増大して、加熱効率を向上する。 【構成】 両側壁、仕切壁および被加熱材通過ラインで
区切られたゾーン内の複数の前記バーナにつき、燃焼と
蓄熱の切替を、一方の側壁側は全て燃焼とし、他方の側
壁側は全て蓄熱として行う。通過ラインを挟む同じ側壁
側のバーナを組として、燃焼と蓄熱の切替を行うのが好
ましい。 【効果】 複数の蓄熱式切替燃焼型バーナの燃焼火炎
が、一つのゾーン内で全て同一方向に向かうため、噴流
の直進性が向上し、より高温のガスが蓄熱体に入り、連
続加熱装置の熱損失を低減し、加熱効率を一層向上する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加熱材を通過させつ
つ、蓄熱式切替燃焼型バーナで加熱する連続加熱装置に
おいて、被加熱材装入口側に流れる排ガスの顕熱を低減
し、加熱効率を向上させた方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スラブやビレット等の鋼片など金属材料
を熱間圧延する際、あるいは熱処理する際の加熱装置と
して、被加熱材をつぎつぎに通過させて所定温度に加熱
する連続加熱装置が使用される。加熱源には、一般的に
バーナによる燃焼火炎が採用され、被加熱材通過ライン
に沿って、両側壁に多数本のサイドバーナが設置されて
いる。そして、各バーナ口が、通過ラインと平行に、上
下の側壁に並べて配設され、予熱帯、加熱帯、均熱帯等
からなる多帯式連続加熱装置とするのが一般的である。

【０００３】ところで、高熱効率のバーナとして、蓄熱
式切替燃焼型バーナが、特開昭６２−９４７０３号公報
などにより知られている。このバーナは、燃焼用空気お
よび燃焼排ガスが流通する蓄熱体を備えていて、２基を
対にして設置し、燃焼と蓄熱を交互に行う。一方のバー
ナで燃焼しているとき、他方のバーナでは、排ガスの廃
熱が蓄熱体に蓄積され、燃料および空気の供給を切替え
たとき、その蓄熱体で空気が予熱されるので、高温の廃
熱が空気予熱に利用される。近年、優れた蓄熱体が開発
されたことにより、高速切替えで高温予熱が可能とな
り、鋼片加熱用等の高温加熱装置における実用化が検討
されている。

【０００４】蓄熱式切替燃焼型バーナを連続加熱装置の
サイドバーナに適用する場合、複数基のバーナの各バー
ナ口を、被加熱材通過ラインと平行にし、両側壁にそれ
ぞれ並べて配設し、隣接バーナおよび対向バーナを、そ
れぞれ交互に燃焼する方式（千鳥配列）を採用するの
が、装置の構造上有利である。このような千鳥配列で
は、燃料供給用切替弁、および空気供給と排気の切替弁
を、側壁に沿って隣接する２基のバーナについて設ける
ことができ、配管が短くなるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】蓄熱式切替燃焼型バー
ナの高熱効率特性を十分に発揮させるには、燃焼火炎の
排ガスを対向バーナに直進させ、該バーナの蓄熱体に廃
熱を蓄積させることが必要である。しかし、上記のよう
な千鳥配列の燃焼を行った場合、隣合う燃焼火炎の排ガ
ス噴流が先端部でたがいに撹拌混合して、速度が減衰
し、十分な直進性が得られず、排ガスの顕熱が被加熱材
装入口側に流出するという問題がある。本発明は、被加
熱材を通過させつつ、蓄熱式切替燃焼型バーナで加熱す
る連続加熱装置において、被加熱材装入口側に流れる排
ガスの顕熱を低減し、被加熱材の受熱量を増大して、加
熱効率を向上することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、被加熱材を通過させつつ蓄熱式切替燃焼型のサイ
ドバーナで加熱する連続加熱装置において、両側壁、仕
切壁および被加熱材通過ラインで区切られたゾーン内の
複数の前記バーナにつき、燃焼と蓄熱の切替を、一方の
側壁側は全て燃焼とし、他方の側壁側は全て蓄熱として
行うことを特徴とする連続加熱方法である。そして、通
過ラインを挟む同じ側壁側のサイドバーナを組として、
燃焼と蓄熱の切替を行うことが好ましい。

【０００７】

【作用】本発明法を図示の例により説明する。図１は連
続加熱装置の長さ方向縦断面の一部を示し、被加熱材Ｓ
がスキッドビーム１上を通過ラインＬに沿って移送され
る。通過ラインＬの上下に、蓄熱式切替燃焼型バーナ１
１および１２がサイドバーナとして設けてある。この例
では、上下各４基のバーナ１１および１２が、仕切壁５
で区切られたゾーン内で、各バーナ口が通過ラインＬと
平行に配設されている。そして、このようなゾーンがラ
インＬの方向に続いている。

【０００８】図２は、幅方向断面、例えば図１のＡ−Ａ
矢視断面であり、両側壁４ａおよび４ｂに、蓄熱式切替
燃焼型バーナ１１ａおよび１１ｂ、１２ａおよび１２ｂ
が、それぞれ対向して配設されている。各バーナ１１お
よび１２には、蓄熱体２１および２２が付設されてい
て、対向する左右のバーナａとｂを組として、交互に燃
焼と蓄熱を繰り返す。なお、この例はウォーキングビー
ム方式の移送機構で、２は固定スキッド、３は移動スキ
ッドである。

【０００９】図２の例では、燃焼用空気が、送風用ブロ
ア８から、空気切替弁４１により蓄熱体２１ｂを通って
バーナ１１ｂへ、空気切替弁４２により蓄熱体２２ｂを
通ってバーナ１２ｂへ、それぞれ供給されている。また
図示しない系統により、バーナ１１ｂおよび１２ｂへ燃
料ガスが供給され、上部ゾーン６、下部ゾーン７とも
に、燃焼火炎Ｆは左向きになっている。なお、上部ゾー
ン６および下部ゾーン７は、両側壁４ａおよび４ｂ、仕
切壁５、被加熱材通過ラインＬで区切られたゾーンであ
り、上部は天井壁側、下部は炉床側である。

【００１０】上部ゾーン６の排ガスは、バーナ１１ａ、
蓄熱体２１ａを通り、顕熱が蓄熱体２１ａに蓄積され、
切替弁４１を通って排風用ブロア９により排気される。
下部ゾーン７の排ガスは、バーナ１２ａ、蓄熱体２２
ａ、切替弁４２を通って同様に排気され、顕熱が蓄熱体
２２ａに蓄積される。空気切替弁４１および４２と、図
示しない燃料切替弁を切替えて、各バーナ１１および１
２の燃焼と蓄熱を切替え、燃焼火炎Ｆを逆向きにし、こ
れを繰り返す。

【００１１】本発明法は、このような燃焼と蓄熱の切替
に際し、上部ゾーン６内の複数（図では４基）の蓄熱式
切替燃焼型バーナ１１について、一方の側壁側（図では
４ａ側）は全て燃焼とし、他方の側壁側（図では４ｂ
側）は全て蓄熱として、切替を行い、図３に示すよう
に、複数の燃焼火炎Ｆが、向きの揃った平行配列とな
る。そして、下部ゾーン７においても同様に切替を行
い、複数の燃焼火炎Ｆの向きを揃える。なお、上部ゾー
ン６と下部ゾーン７では、燃焼火炎Ｆの向きが同じでも
よく、また逆でもよい。図２は、上部ゾーン６と下部ゾ
ーン７で同じ向きとなる例を示しているが、空気切替弁
４１と４２の切替を逆にすることで、逆向きとなる。

【００１２】本発明法では、このように、一つのゾーン
内で、全ての燃焼火炎Ｆが、向きの揃った平行配列とな
るので、各燃焼火炎Ｆの排ガス噴流の直進性が向上し、
加熱炉長手方向への流れが弱まる。このため、対向する
バーナに吸引される高温の排ガス噴流が増加し、排ガス
の顕熱を蓄熱器に効率よく送ることができ、顕熱の損失
が低下する。上部ゾーン６と下部ゾーン７の燃焼火炎Ｆ
がたがいに逆向きであっても、被加熱材Ｓで上下に仕切
られるので、直進性が乱されない。なお、図４に示すよ
うな従来の千鳥配列では、燃焼火炎Ｆの排ガス噴流が先
端部でたがいに撹拌混合して、直進性が乱される。

【００１３】さらに、本発明法では従来のような排ガス
噴流先端部での撹拌混合が減少し、ゾーン内に高温部が
保持される。輻射による放熱量は、絶対温度の４乗に比
例するため、ゾーン内に高温部が保持されると、輻射に
よる被加熱材への入熱が著しく増加する。

【００１４】したがって、本発明法により、被加熱材装
入側に流れる排ガス顕熱の減少、バーナ蓄熱体に蓄えら
れる熱量の増加、および被加熱材への入熱増加といった
加熱効率の向上効果が得られる。さらに、従来の千鳥配
列では、片側の側壁の隣接バーナ同士を組にして燃焼と
蓄熱の切替を行うので、一つのゾーン内で偶数本のバー
ナを配設することとなるが、本発明法による平行配列で
は奇数本でもよく、必要燃焼量に応じて、バーナの容量
だけでなく、設置数を変えることもでき、設計の自由度
が増す。

【００１５】つぎに、本発明法の別の例を図５および図
６に示す。この例は、燃焼火炎Ｆの向きを、上部ゾーン
６と下部ゾーン７で逆にしたものである。このように逆
にする場合、蓄熱式切替燃焼型バーナ１１および１２の
切替を、通過ラインＬを挟む上下のバーナ１１ａと１２
ａを組とし、また１１ｂと１２ｂを組として行うことが
できる。この場合、組とする各バーナ１１ａと１２ａ、
および１１ｂと１２ｂは、それぞれ同じ側壁に上下隣接
して設けているので配管が短縮される。このため装置構
造が小規模となって、図２の例より有利であり、この点
に関しては、従来の千鳥配列の場合と同様である。

【００１６】すなわち、図５の例では、バーナ１１ａお
よび１２ａを、配管３１ａおよび３２ａで空気切替弁４
０ａと連結して切替を行い、バーナ１１ｂおよび１２ｂ
を、配管３１ｂおよび３２ｂで空気切替弁４０ｂと連結
して切替を行うことができ、空気切替弁とバーナの間の
配管が短縮される。なお、図２の例では、空気切替弁４
１および４２を炉幅中央部に設置するので、配管３１
ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂが長尺なものとなる。

【００１７】図５の例のように、被加熱材の通過ライン
Ｌを挟むバーナを組として燃焼と蓄熱の切替を行う場
合、上部ゾーン６と下部ゾーン７の投入熱量が大きく異
なると問題が生じる。例えば、上部ゾーン６への投入熱
量よりも下部ゾーン７への投入熱量が多い場合、下部ゾ
ーン７へ吐出するガス量が多くなり、切替える度に送風
用ブロア８および排風用ブロア９の制御が必要となるの
で、操業が困難になる。そこで、上部ゾーン６および下
部ゾーン７への投入熱量を同レベルにする必要がある。

【００１８】そのためには、上部ゾーンおよび下部ゾー
ンの出熱を同レベルにすればよい。ここで出熱を、 Ｑ1 ：上部ゾーンにおける炉壁からの放散熱 Ｑ2 ：上部ゾーンにおける被加熱材への伝熱 Ｑ3 ：下部ゾーンにおける炉壁からの放散熱 Ｑ4 ：下部ゾーンにおけるスキッドからの放散熱 Ｑ5 ：下部ゾーンにおける被加熱材への伝熱 とするとき、通常は、下部ゾーンの出熱の方が大きく、 Ｑ1 ＋Ｑ2 ＜Ｑ3 ＋Ｑ4 ＋Ｑ5 ……………… （１） である。そして、一般にスキッドの存在による被加熱材
への輻射の角関係から、Ｑ2 ＞Ｑ5 であり、また、炉体
表面積の差から、Ｑ1 ＞Ｑ3 である。

【００１９】したがって、上部ゾーン６および下部ゾー
ン７の出熱を同レベルにするには、すなわち（１）式の
両辺の差を小さくするには、Ｑ4 を小さくしなければな
らない。Ｑ4 には、ウォーキングビームの場合、スキッ
ド開孔部からの放散熱が含まれる。Ｑ4 を小さくするた
めの対策として、下部ゾーン７に輻射性ガスである水蒸
気を吹き込む技術（特願平５−１１３３３６号で提
案）、あるいは下部ゾーン７に燃料を分散投入する技術
（別途出願中）を採用することができる。

【００２０】炉内に水蒸気を吹き込むと、燃焼ガスの輻
射能が増し、被加熱材Ｓへの輻射伝熱量が増すので、下
部ゾーン７のゾーン高さを低くすることが可能である。
このため、固定スキッド２および移動スキッド３のサポ
ートパイプを短縮でき、スキッドからの放散熱Ｑ4 を小
さくすることができる。また、下部ゾーン７の被加熱材
Ｓ近傍に燃料の分散投入孔を設けることで、被加熱材Ｓ
の近傍に燃焼火炎が形成されるので、スキッドからの放
散熱Ｑ4 を小さくすることができる。さらに、炉壁から
の放散熱Ｑ3 も小さくなり、また、スキッドの陰の縮小
により被加熱材Ｓへの輻射伝熱が増加する。したがっ
て、これらの対策により、上部ゾーン６および下部ゾー
ン７への投入熱量を同レベルにすることができ、通過ラ
インＬを挟む上下のバーナ１１および１２を組とした燃
焼と蓄熱の切替が実現できる。

【００２１】ここで、下部ゾーン７への燃料分散投入技
術について、図６の例により説明する。図６は炉幅方向
縦断面と、燃料ガスおよび空気の配管系統と制御系統を
示し、左上のバーナ１１ａと右下のバーナ１２ｂで燃焼
火炎Ｆを形成している。燃料ガスは、開閉弁５１ａおよ
び５２ａを交互に開閉して、左側上下の各バーナ１１ａ
と１２ａに供給され、また、開閉弁５２ｂおよび５１ｂ
を交互に開閉して右側上下の各バーナ１２ｂと１１ｂ
に、それぞれ交互に供給される。５１ａが開のとき、５
２ｂが開である。燃焼用空気の供給および排気は、図５
と同様の配管系統により、切替弁４０ａおよび４０ｂで
切替え、燃焼と蓄熱が交互に行われる。

【００２２】下部ゾーン７には、炉幅方向に複数個（図
６では６個）の燃料分散投入孔１０を設けている。各投
入孔１０は、燃料のみを投入するので、耐熱鋼管やセラ
ミック管等の細管先端の開口でよく、該細管は、図示の
ように固定スキッド２に容易に取り付けることができ
る。また、仕切壁にも容易に取り付けられ、さらに、炉
床から突出させることもできる。各燃料分散投入孔１０
へは、下部ゾーン７のバーナ１２ａおよび１２ｂに供給
する燃料ガスの一部を分岐し、流量調整弁５３ａおよび
５３ｂで流量調整して分散供給する。そして、各投入孔
１０毎の分散供給量を、それぞれに付設した流量調整弁
５４で調整する。

【００２３】下部ゾーン７のバーナ１２ａおよび１２ｂ
から供給される燃料ガスの量は、空気量に対して少ない
ので、燃焼火炎Ｆは酸素過剰炎となる。このため、各燃
料分散投入孔１０から分散投入した燃料は、該投入孔１
０の近傍で燃焼火炎を形成する。したがって、該投入孔
１０を被加熱材Ｓに近付けることで、被加熱材Ｓの入熱
を増し、スキッドや炉壁からの放熱を減ずることができ
る。このとき、各燃料分散投入孔１０毎の分散投入量
を、流量調整弁５４で調整して、被加熱材Ｓの温度分布
を制御することもできる。上記各流量調整弁５３および
５４の調整、燃料の開閉弁５１および５２の開閉、空気
切替弁４０の切替え制御は、制御器５５により行うこと
ができる。

【００２４】

【実施例】

［本発明例１］図１および図２に示す連続加熱装置によ
り、鋼片の連続加熱を行った。加熱炉の大きさは、炉幅
が１０ｍ、炉高が上部ゾーン６、下部ゾーン７とも２ｍ
である。１基あたり１３０万Ｗの蓄熱式切替燃焼型バー
ナ１１および１２を、図示のように、上部ゾーン６およ
び下部ゾーン７にそれぞれ８基、サイドバーナとして配
設した。各バーナの間隔は、鋼片通過ラインＬ方向のバ
ーナ軸間距離で２ｍである。燃料にはコークス炉ガスを
使用し、空気比１．０５で燃焼した。

【００２５】上部ゾーン６では、４基のバーナ１１の燃
焼火炎Ｆを、図３のような平行配列とし、また下部ゾー
ン７でも、４基のバーナ１２の燃焼火炎Ｆを、上部ゾー
ン６と同じ向きの平行配列とした。バーナ軸上の炉幅方
向温度分布測定結果は、図７○印のとおりであった。す
なわち、蓄熱バーナ口での温度が、千鳥配列とした下記
従来例より７５℃上昇した。このため、蓄熱体に蓄えら
れる熱量が６％増加し、切替により燃焼用空気の予熱に
利用される熱量が５％増加した。

【００２６】また、輻射伝熱により被加熱材の鋼片が受
熱した熱量は、従来例に比べ１１％増加した。これは、
従来例では、ガスの撹拌混合作用により、図７のように
蓄熱バーナ口側の炉内ガス温度が平均化して低下したの
に対し、本発明例では、燃焼火炎Ｆの噴流の直進性が改
良され、高温ガス部が蓄熱バーナ口近くまで保持された
ためである。さらに、鋼片装入口側に設けた排気ダクト
から排出されるガスの顕熱が、従来例に比べ２３％減少
した。

【００２７】［本発明例２］図１および図６に示す連続
加熱装置により、鋼片の連続加熱を行った。燃焼火炎Ｆ
の平行配列の向きを、上部ゾーン６と下部ゾーン７で逆
向きとした他は、本発明例１と同様である。本例におい
ても、上記本発明例１と同様のガス温度分布および熱効
率効果が得られた。そして、本例では、空気供給および
排ガスの配管が短縮され、設備上有利であった。

【００２８】［従来例］図１に示す連続加熱装置におい
て、蓄熱式切替燃焼型バーナ１１および１２それぞれの
切替を、通過ライン方向に隣接する２基のバーナを組と
して行い、燃焼火炎Ｆを図４のような千鳥配列とした。
その他は、本発明例１と同様である。バーナ軸上の炉幅
方向温度分布測定結果は、図７△印のとおりであった。

【００２９】

【発明の効果】本発明の加熱方法では、複数の蓄熱式切
替燃焼型バーナの燃焼火炎が、一つのゾーン内で全て同
一方向に向かうため、噴流の直進性が向上し、より高温
のガスが蓄熱体に入り、従来法よりも多くの排ガス顕熱
を回収できる。また、隣接バーナ間での噴流の撹拌混合
が抑制されるため、ガス温度が平均化され難く、対向す
る蓄熱バーナ口まで高温部が保持され、輻射伝熱量が増
加し、被加熱材の受熱量を多くすることができる。した
がって、連続加熱装置の熱損失を低減し、加熱効率を一
層向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を行う連続加熱装置の例を示す炉長方
向一部縦断面図である。

【図２】本発明法を行う連続加熱装置の配管系統例を示
す炉幅方向縦断面図であり、図１のＡ−Ａ矢視図であ
る。

【図３】本発明法の例を示す連続加熱装置の炉長方向一
部横断面図である。

【図４】従来法の例を示す連続加熱装置の炉長方向一部
横断面図である。

【図５】本発明法を行う連続加熱装置の配管系統の別の
例を示す炉幅方向縦断面図である。

【図６】本発明法を行う連続加熱装置の配管系統の別の
例を示す炉幅方向縦断面図である。

【図７】本発明例および従来例の炉幅方向温度分布を示
すグラフである。

【符号の説明】

１…スキッドビーム ２…固定スキッド ３…移動スキッド ４…側壁 ５…仕切壁 ６…上部ゾーン ７…下部ゾーン ８…送風用ブロア ９…排風用ブロア １０…燃料分散投入孔 １１，１２…蓄熱式切替燃焼型バーナ ２１，２２…蓄熱体 ３１，３２…配管 ４０，４１，４２…空気切替弁 ５１，５２…開閉弁 ５３，５４…流量調整弁 ５５…制御器 Ｓ…被加熱材 Ｌ…通過ライン Ｆ…燃焼火炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｂ 9/36 Ｆ２７Ｂ 9/36

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱材を通過させつつ蓄熱式切替燃焼
   型のサイドバーナで加熱する連続加熱装置において、両
   側壁、仕切壁および被加熱材通過ラインで区切られたゾ
   ーン内の複数の前記バーナにつき、燃焼と蓄熱の切替
   を、一方の側壁側は全て燃焼とし、他方の側壁側は全て
   蓄熱として行うことを特徴とする連続加熱方法。
2. 【請求項２】 通過ラインを挟む同じ側壁側のサイドバ
   ーナを組として、燃焼と蓄熱の切替を行うことを特徴と
   する請求項１記載の連続加熱方法。