JPH09111350A - 連続式加熱炉およびその操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加熱物を酸化させず、かつ燃焼効率の低下
しない連続式加熱炉を得る。 【解決手段】 均熱帯２以外には蓄熱式燃焼バーナ６を
配置し、均熱帯２には連続燃焼バーナ３を配置した連続
式加熱炉において、連続燃焼バーナ３を配置した均熱帯
２では、空気比１．０未満の低空気比で燃焼し、蓄熱式
燃焼バーナ６を配置した均熱帯２以外では、均熱帯２以
外で供給する燃料に加えて均熱帯２での未燃焼可燃成分
を完全燃焼させる空気比で燃焼を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、連続式加熱炉お
よびその操業方法に関し、特に被加熱物の酸化が抑制さ
れ、かつ燃焼効率も高い連続式加熱炉およびその操業方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】蓄熱式燃焼バーナを配置した加熱炉は、
燃焼バーナに付設した蓄熱体に、高温の燃焼排ガスの保
有する顕熱を蓄熱し、燃焼時に燃焼空気をこの蓄熱体を
通して高温に予熱して燃焼に供するので、燃焼効率の高
い加熱炉として近年製鉄所等で採用されている。例え
ば、特開平６−３２２４３４号公報に開示された連続式
加熱炉は、加熱パターンを調整するために、予熱帯のみ
に蓄熱式燃焼バーナを一対以上設けたものであるが、こ
のような炉では、炉全体の燃焼効率はそれほど向上しな
い。

【０００３】そこで、特開平５−１１８７６４号公報に
開示されたように、炉全体に蓄熱式燃焼バーナを配置し
た加熱炉がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平５−１１８７６４号公報に開示された炉全体に
蓄熱式燃焼バーナを配置した加熱炉で、被加熱物を加熱
する場合に、空気比１．０５程度で燃料と燃焼空気とが
混合された状態で供給され、被加熱物の表面近傍で燃焼
が行われると、特に均熱帯では被加熱物の表面が多量に
酸化され、そのまま圧延すると、発生したスケールが成
品の表面に残留して、品質が低下するという問題点があ
る。

【０００５】また、上述のようなスケールが発生するの
を防止するために、均熱帯を低空気比で緩慢燃焼させよ
うとすると、未燃焼可燃成分が燃焼排ガスを排出してい
る蓄熱式燃焼バーナから燃焼排ガスとともに排出され、
燃焼排ガスからの熱回収量が減少するため、燃焼効率が
低下するという問題点がある。

【０００６】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、被加熱物の酸
化を防止し、燃焼効率も低下しない連続式加熱炉および
その操業方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る連続式加
熱炉は、均熱帯以外には蓄熱式燃焼バーナを配置し、均
熱帯には連続燃焼バーナを配置したものである。

【０００８】また、この発明に係る連続式加熱炉の操業
方法は、上記連続式加熱炉において、均熱帯では、空気
比１．０未満の低空気比で燃焼し、均熱帯以外では、均
熱帯以外で供給する燃料に加えて均熱帯での未燃焼可燃
成分を完全燃焼させる空気比で燃焼を行うものである。

【０００９】被加熱物の温度の高い均熱帯においては、
空気比１．０未満の低空気比で燃焼するので、被加熱物
の表面近傍の炉内雰囲気は還元性雰囲気となり、被加熱
物の表面の酸化は抑制される。

【００１０】そして、均熱帯で発生した燃焼排ガスは、
連続燃焼バーナが用いられているので、直接炉外へ排出
されることなく、未燃焼可燃成分を一部含んだまま加熱
帯や予熱帯の方へ流れる。

【００１１】また、均熱帯以外においては、被加熱物の
表面温度が低いので、均熱帯以外で供給する燃料に加え
て均熱帯から流れてきた未燃焼可燃成分を完全燃焼させ
ても、被加熱物の表面の酸化は著しくない。

【００１２】そして、均熱帯以外では蓄熱式燃焼バーナ
が使用されるので、燃焼排ガスが炉外に排出されるが、
完全燃焼させるので、未燃焼可燃成分が炉外に排出され
ることはない。

【００１３】したがって、本発明の連続式加熱炉を使用
し、本発明の連続式加熱炉の操業方法を行うことによ
り、被加熱物の酸化を防止し、かつ燃焼効率も低下させ
ることがない。

【００１４】なお、本発明は、加熱炉において用いられ
る主バーナの形式や使用方法に関するものであり、パイ
ロットバーナや補助バーナ等主バーナ以外に用いるバー
ナの形式や使用方法は、本発明の主旨を変更しない範囲
で適宜選択する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施形態の連続式
加熱炉およびその操業方法を図１により、説明する。図
１は鋼スラブを連続加熱するための鉄鋼用加熱炉の側面
図である。

【００１６】この連続式加熱炉１は、予熱帯４、加熱帯
５および均熱帯２から構成されるウォ−キングビーム式
加熱炉であり、均熱帯２に連続燃焼式の燃焼バーナ３を
配置し、予熱帯４および加熱帯５には交番燃焼する蓄熱
式燃焼バーナ６を配置している。

【００１７】次に、上述した連続式加熱炉１により、ス
ラブ７を加熱する方法を説明する。装入側から装入され
た常温のスラブ７は、ウォ−キングビームにより、炉１
内を順次予熱帯４、加熱帯５と抽出側に向かって移送さ
れながら加熱される。そして、均熱帯２に達した時に
は、スラブ７は約１２００℃の高温に加熱されている。

【００１８】均熱帯２においては、連続燃焼バーナ３に
より、空気比１．０以下の低空気比（０．８〜０．９程
度）で燃焼する。均熱帯２における燃焼は、このように
低空気比の燃焼であるため、加熱するスラブ７の表面近
傍の炉１内の雰囲気は還元性の雰囲気となる。このた
め、スラブ７の表面の酸化は抑制されたまま、スラブ７
の内外面の温度差は小さくなる。

【００１９】そして、未燃焼可燃成分を含んだ均熱帯の
燃焼排ガスは、加熱帯５および予熱帯４の方に流れてい
く。加熱帯５および予熱帯４においては、供給する燃料
と均熱帯２から流れてくる未燃焼可燃成分を、完全燃焼
させるだけの燃焼空気（例えば、加熱帯５では空気比
１．０、予熱帯４では空気比１．３）を蓄熱式燃焼バー
ナ６を通して供給して燃焼させ、未燃焼可燃成分が燃焼
排ガスとともに排出されないようにしている。すなわ
ち、スラブ７は高い熱効率で加熱される。

【００２０】したがって、上述した連続式加熱炉１で、
上述したような操業を行えば、予熱帯４、加熱帯５およ
び均熱帯２のいずれにおいても、スラブ７が大幅に酸化
されることがなく、かつ予熱帯４および加熱帯５で、未
燃焼可燃成分が残らないように完全燃焼させるので、燃
焼効率が低下することはない。

【００２１】次に、本発明の第二の実施形態の連続式加
熱炉およびその操業方法を、図２により説明する。図２
は本発明の第二の実施形態の連続式加熱炉の全体構成を
示す模式図である。図において、１１は鉄鋼連続式加熱
炉で、複数のボックス型の単位炉（ゾーン）１２ａ，１
２ｂ，１２ｃを直列に連結し、全体として一つの鉄鋼加
熱炉１１を構成したものである。各単位炉１２ａ、１２
ｂおよび１２ｃには、被加熱物Ｗの装入口１３と抽出口
１４がそれぞれ形成されており、１２ａの入口および１
２ｃの出口はそれぞれ挿入扉、抽出扉で常時閉され、そ
の他の出入口は隣接するゾーンへの燃焼排ガス流路にな
っている。

【００２２】単位炉１２ａおよび１２ｂの天井部分又は
その他の部分には、例えば排出口と開閉ダンパーからな
る炉圧制御装置１５ａおよび１５ｂが設けられている。
単位炉１２ｃにはそのような排出口や炉圧制御装置は設
けられていない。

【００２３】単位炉１２ａおよび１２ｂには、それぞれ
対向する炉壁１１Ａおよび１１Ｂに２基一組の蓄熱型交
番燃焼バーナーシステム（以下各基をバーナーユニット
という）１７Ａおよび１７Ｂが設置され、被加熱物Ｗに
沿って水平火炎が形成されるようになっている。ここで
蓄熱型交番燃焼バーナーユニット１７Ａおよび１７Ｂ
は、その構造及び燃焼方式を特に限定するものではない
が、本実施例においては、バーナー及び蓄熱体を一体化
したものを２基併せて交互に燃焼させ、燃焼していない
方のバーナーおよび蓄熱体を介して排ガスを排出するよ
うにしたものである。

【００２４】１８Ａは一端が四方弁１９ａまたは１９ｂ
に接続され、他端がバーナユニット１７Ａに接続された
燃焼空気配管、１８Ｂは一端が四方弁１９ａまたは１９
ｂに接続され、他端がバーナユニット１７Ｂに接続され
た燃焼空気配管である。

【００２５】同様に２２Ａは一端が三方弁２３ａまたは
２３ｂに接続され、他端がバーナーユニット１７Ａに接
続された燃料配管、２２Ｂは一端が三方弁２３ａまたは
２３ｂに接続され、他端がバーナーユニット１７Ｂに接
続された燃料配管である。

【００２６】また、２０ａは一端が四方弁１９ａに、他
端が燃焼空気流量調節弁２１ａに接続された燃焼空気配
管、２０ｂは一端が四方弁１９ｂに、他端が燃焼空気流
量調節弁２１ｂに接続された燃焼空気配管である。

【００２７】また、２４ａは一端が三方弁２３ａに、他
端が燃料流量調節弁２５ａに接続された燃料配管、２４
ｂは一端が三方弁２３ｂに、他端が燃料流量調節弁２５
ｂに接続された燃料配管である。

【００２８】単位炉１２ｃには、天井部などに連続燃焼
バーナー１７ｒが多数設置してあり、単位炉１２ｃのゾ
ーン内が均一に加熱されるようになっている。

【００２９】２０ｃは一端が連続燃焼バーナー１７ｒ
に、他端が燃焼空気流量調節弁２１ｃに接続された燃焼
空気配管である。

【００３０】また、２４ｃは同様に一端が連続燃焼バー
ナー１７ｒに、他端が燃料流量調節弁２５ｃに接続され
た燃料配管である。

【００３１】各単位炉の代表位置に温度検出器（図示せ
ず）が設置されており、その信号は制御器３０に伝送さ
れる。制御器３０は、各単位炉の目標温度と温度検出器
で測定した温度の差に基づいて、必要な燃料流量を計算
し、その燃料流量となるように、信号線３２ａ、３２ｂ
および３２ｃを介して燃料流量調節弁２５ａ、２５ｂお
よび２５ｃに制御信号をそれぞれ加える。

【００３２】制御器３０は燃料流量調節弁２５ａおよび
２５ｃで流れている燃料の流量を測定し、その流量とゾ
ーン毎に設定される空燃比に基づく一定比率の燃焼空気
流量を計算し、その流量となるように信号線３１ａおよ
び３１ｃを介して燃焼空気流量調節弁２１ａおよび２１
ｃを制御する。

【００３３】また、制御器３０は、燃料流量調節弁２５
ｂ，２５ｃを流れる燃料流量の和を計算し、燃焼空気流
量調節弁２１ｂと２１ｃの燃焼用空気流量の和が単位炉
１２ｂについて設定された空燃比に基づく一定比率とな
るように、燃料流量調節弁２１ｂに制御信号を送る。

【００３４】制御器３０は、単位炉１２ａの燃料流量と
燃焼空気流量から、発生する燃焼排ガスの量を計算し、
これに基づく一定量の燃焼排ガスを煙突３３ａを介して
炉外に排出するように、ファン２９ａの吸引量を信号線
３４ａを介して制御する。また、制御器３０は、単位炉
１２ｂおよび１２ｃの燃料流量の和と燃焼空気流量の和
から、発生する燃焼排ガスの量を計算し、これに基づく
一定量の燃焼排ガスを煙突３３ｂを介して炉外に排出す
るように、ファン２９ｂの吸引量を信号線３４ｂを介し
て制御する。

【００３５】燃料の種類によっては、蓄熱体で燃焼排ガ
スの顕熱を全て吸収することができず、一部分の燃焼排
ガスを蓄熱体を通さずに炉外に排出する必要がある。こ
のときは炉圧制御装置の開口部から排出する。

【００３６】２６ａ、２６ｂおよび２６ｃは各単位炉の
代表位置に設置された炉圧検出器である。検出された各
ゾーンの炉圧は、信号線３５ａ、３５ｂおよび３５ｃを
介して制御器３０に伝送される。

【００３７】制御器３０は単位炉１２ａの炉圧が目標値
となるように炉圧制御装置１５ａに制御信号を送る。ま
た制御器３０は、単位炉１２ｂの炉圧が単位炉１２ｃの
炉圧より所定の値だけ小さくなるように炉圧制御装置１
５ｂに制御信号を送る。

【００３８】上記の様に構成された鉄鋼用加熱炉におい
ては、各ゾーンの燃料投入量は炉温によって制御される
ので、炉温を適切に設定することにより、周知のゾーン
加熱方式で被加熱物に所定の昇温パターンを与えること
ができる。

【００３９】例えば、単位炉１２ｃの空気比は０．８程
度に設定する。バーナーは連続燃焼して、発生した燃焼
排ガスは単位炉１２ｂに流れる。そして、炉内は還元性
となる。

【００４０】単位炉１２ａおよび１２ｂは、三方弁、四
方弁が同時に作動して、バーナーユニット１７Ｂに燃料
と燃焼空気が供給される。対向するバーナーユニット１
７Ａから燃焼排ガスが吸引されて、蓄熱体に排ガスの顕
熱が蓄熱される。所定時間後にバーナーユニット１７Ａ
とバーナーユニット１７Ｂが切り替わり、蓄熱された排
ガスの顕熱は燃焼空気を予熱する。

【００４１】単位炉１２ｂの前述した空気比は１．２程
度に設定する。単位炉１２ｂで投入した燃料は、単位炉
１２ｃからの未燃焼可燃成分を含めて完全燃焼する。

【００４２】単位炉１２ａの空気比は１．２程度に設定
する。単位炉１２ａに投入された燃料は完全燃焼する。
燃焼排ガスの顕熱は蓄熱体に保持されて、燃焼空気の予
熱に用いられる。

【００４３】本発明の第二の実施形態の連続式加熱炉は
上記のように構成されており、上記のように操業される
ので、被加熱物が高温となる単位炉１２ｃでも過剰な酸
化が発生することなく、単位炉１２ａおよび１２ｂでは
燃焼排ガスの顕熱が有効に回収されるので、熱効率のよ
い操業ができるという効果がある。

【００４４】

【実施例】本発明の連続式加熱炉の操業方法の効果を確
認するために、炉長３６ｍの連続式加熱炉において、均
熱帯のみ連続燃焼バーナを使用し、均熱帯以外は蓄熱式
燃焼バーナを使用した操業を行った。その時の操業条件
は、次のとおりである。 １．加熱条件 加熱温度範囲 ２０℃ 〜 １２５０℃ 加熱能力 ２００ｔ／Ｈ 被加熱物最高温度 １２８０℃ 被加熱物内外温度差（抽出時） ３０℃ 燃 料 製鉄所副生混合ガス（発熱量 ２７００kcal/Nm³) ２．被加熱物材質 炭素鋼（０．２％Ｃ） ３．均熱帯空気比 ０．９０ 以上の条件により操業を行った結果を、全蓄熱式燃焼バ
ーナ炉および全連続燃焼バーナ炉（ただし、均熱帯は低
空気比燃焼）の操業結果と比較し、表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１から明らかなように、本発明の操業方
法により、燃料原単位およびスケール発生率は、蓄熱式
燃焼バーナのみを使用した全蓄熱式燃焼バーナ炉の操業
とほぼ同じ水準を保ちながら、排ガス中の未燃焼可燃成
分を減少させ得ることが分かる。

【００４７】また、従来の連続燃焼式バ−ナのみを使用
した全連続燃焼式バーナ炉と比較した場合、排ガス中の
未燃焼可燃成分を発生させないで、燃料原単位およびス
ケール発生率とも向上していることが分かる。

【００４８】

【発明の効果】この発明により、被加熱物が過剰に酸化
せず、かつ酸化を防止しようとした場合に燃焼効率が低
下することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の連続式加熱炉の説明
図である。

【図２】本発明の第二の実施形態の連続式加熱炉の説明
図である。

【符号の説明】

１ 連続式加熱炉 ２ 均熱帯 ３ 連続燃焼式の燃焼バーナ ４ 予熱帯 ５ 加熱帯 ６ 蓄熱式燃焼バーナ ７ スラブ １１ 連続式加熱炉 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ 単位炉 １３ 装入口 １４ 抽出口 １５ａ、１５ｂ 炉圧制御装置 １７Ａ、１７Ｂ バーナーユニット １７ｒ 連続燃焼バーナ １８Ａ、１８Ｂ 燃焼空気配管 １９ａ、１９ｂ 四方弁 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 燃焼空気配管 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 燃焼空気流量調節弁 ２２Ａ、２２Ｂ 燃料配管 ２３ａ、２３ｂ 三方弁 ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 燃料配管 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 燃料流量調節弁 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 炉圧検出器 ２９ａ、２９ｂ ファン ３０ 制御器 ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 燃焼空気流量調節弁制御用信
号線 ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 燃料流量調節弁制御用信号線 ３３ａ、３３ｂ 煙突 ３４ａ、３４ｂ ファン制御用信号線 ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 炉圧入力用信号線

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ２３Ｌ 15/02 Ｆ２３Ｌ 15/02 Ｆ２７Ｂ 9/36 Ｆ２７Ｂ 9/36

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 均熱帯以外には蓄熱式燃焼バーナを配置
   し、均熱帯には連続燃焼バーナを配置した連続式加熱
   炉。
2. 【請求項２】 連続燃焼バーナを配置した均熱帯では、
   空気比１．０未満の低空気比で燃焼し、蓄熱式燃焼バー
   ナを配置した均熱帯以外では、均熱帯以外で供給する燃
   料に加えて均熱帯での未燃焼可燃成分を完全燃焼させる
   空気比で燃焼を行うことを特徴とする連続式加熱炉の操
   業方法。