JPH09303713A - 蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造 - Google Patents
蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造Info
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- JPH09303713A JPH09303713A JP13740596A JP13740596A JPH09303713A JP H09303713 A JPH09303713 A JP H09303713A JP 13740596 A JP13740596 A JP 13740596A JP 13740596 A JP13740596 A JP 13740596A JP H09303713 A JPH09303713 A JP H09303713A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｗ型の蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの
熱応力を大幅に緩和し、亀裂や変形の発生を低減して長
寿命化可能に炉内支持する。 【解決手段】 ラジアントチューブ１のバーナーバンク
１１への取付位置を上下に配置する。水平方向のスリッ
ト１５とスリット３１が上下中心軸１６上に位置するよ
うに、固定治具１４を炉壁１３に、固定治具３０をバー
ナーバンク１１に突設する。スリット１５上を移動可能
なピン２９と第１ベンド先端受け治具１７に設けたピン
２７との間をロッド１９で連結し、両端を回転ジョイン
トにして第１ベンド４を支持する。ピン２９と第３ベン
ド先端受け治具２２に設けたピン２８との間をロッド２
４で連結し、両端を回転ジョイントにして第３ベンド８
を吊る。スリット３１と第２ベンド先端受け治具３２と
をスリット３１上を移動可能なピン３４を介して連結
し、回転ジョイントにして第２ベンド６を支持する。
熱応力を大幅に緩和し、亀裂や変形の発生を低減して長
寿命化可能に炉内支持する。 【解決手段】 ラジアントチューブ１のバーナーバンク
１１への取付位置を上下に配置する。水平方向のスリッ
ト１５とスリット３１が上下中心軸１６上に位置するよ
うに、固定治具１４を炉壁１３に、固定治具３０をバー
ナーバンク１１に突設する。スリット１５上を移動可能
なピン２９と第１ベンド先端受け治具１７に設けたピン
２７との間をロッド１９で連結し、両端を回転ジョイン
トにして第１ベンド４を支持する。ピン２９と第３ベン
ド先端受け治具２２に設けたピン２８との間をロッド２
４で連結し、両端を回転ジョイントにして第３ベンド８
を吊る。スリット３１と第２ベンド先端受け治具３２と
をスリット３１上を移動可能なピン３４を介して連結
し、回転ジョイントにして第２ベンド６を支持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続焼鈍炉、連続
亜鉛メッキなどの加熱炉に用いられるＷ型の蓄熱交互燃
焼式ラジアントチューブの炉内支持構造に関するもので
ある。
亜鉛メッキなどの加熱炉に用いられるＷ型の蓄熱交互燃
焼式ラジアントチューブの炉内支持構造に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図６は、バーナーが上下位置になるよう
に炉壁に取り付けられたＷ型の蓄熱交互燃焼式ラジアン
トチューブを、従来の典型的なＷ型のラジアントチュー
ブの支持構造により支持した状態を示す。上バーナー４
３、下バーナー４４には、それぞれ燃焼空気を予熱する
ための上バーナー蓄熱帯４５、下バーナー蓄熱帯４６が
設置され、２つのバーナーが交互に燃焼、蓄熱を繰り返
す。従って、従来のラジアントチューブではバーナー側
とレキュペレータ側の温度差が大きく開くのに対して、
この場合、燃焼条件がチューブ上下方向に対して対称と
なり、チューブの温度分布も上下対称となると同時に温
度偏差も極めて小さくなるなど、Ｗ型の蓄熱交互燃焼式
ラジアントチューブは極めて高い加熱及び燃焼効率を実
現する。
に炉壁に取り付けられたＷ型の蓄熱交互燃焼式ラジアン
トチューブを、従来の典型的なＷ型のラジアントチュー
ブの支持構造により支持した状態を示す。上バーナー４
３、下バーナー４４には、それぞれ燃焼空気を予熱する
ための上バーナー蓄熱帯４５、下バーナー蓄熱帯４６が
設置され、２つのバーナーが交互に燃焼、蓄熱を繰り返
す。従って、従来のラジアントチューブではバーナー側
とレキュペレータ側の温度差が大きく開くのに対して、
この場合、燃焼条件がチューブ上下方向に対して対称と
なり、チューブの温度分布も上下対称となると同時に温
度偏差も極めて小さくなるなど、Ｗ型の蓄熱交互燃焼式
ラジアントチューブは極めて高い加熱及び燃焼効率を実
現する。
【０００３】ラジアントチューブ１は、炉内に酸素が侵
入するのを防止するため、上バーナー４３、下バーナー
４４側のバーナー側端部（上部）２、バーナー側端部
（下部）１０はともにバーナーバンク１１に溶接され、
さらに、バーナーバンク１１は炉壁に溶接されそれぞれ
固定されている。また、炉内においては、第３ベンド８
の先端の第３ベンド先端支持受け部４１は、バーナーと
は反対側の炉壁１３からの炉壁支持治具４２によって支
えられている。さらに、第１ベンド４あるいは第２直管
５の下部と、第３ベンド８あるいは第３直管７の上部と
の間にラジアントチューブ間サドル３９が、また、第２
ベンド６あるいは第３直管７と第４直管９の間にラジア
ントチューブ間サドル４０が設けられている。
入するのを防止するため、上バーナー４３、下バーナー
４４側のバーナー側端部（上部）２、バーナー側端部
（下部）１０はともにバーナーバンク１１に溶接され、
さらに、バーナーバンク１１は炉壁に溶接されそれぞれ
固定されている。また、炉内においては、第３ベンド８
の先端の第３ベンド先端支持受け部４１は、バーナーと
は反対側の炉壁１３からの炉壁支持治具４２によって支
えられている。さらに、第１ベンド４あるいは第２直管
５の下部と、第３ベンド８あるいは第３直管７の上部と
の間にラジアントチューブ間サドル３９が、また、第２
ベンド６あるいは第３直管７と第４直管９の間にラジア
ントチューブ間サドル４０が設けられている。
【０００４】ところで、ラジアントチューブは高温加熱
により、熱膨張に対して上述した支持及び取付構造によ
る拘束を受け、熱応力と変形が発生し、長期間の使用に
よるチューブ材質の強度劣化に伴い、亀裂や板に接触す
るような変形が発生して使用不能となるので、その都度
取り替える必要がある。この熱応力と変形について図７
〜図９により詳しく説明する。なお、ラジアントチュー
ブへの熱負荷状態として、通常操業時と炉昇温時の２つ
の状態を考える。
により、熱膨張に対して上述した支持及び取付構造によ
る拘束を受け、熱応力と変形が発生し、長期間の使用に
よるチューブ材質の強度劣化に伴い、亀裂や板に接触す
るような変形が発生して使用不能となるので、その都度
取り替える必要がある。この熱応力と変形について図７
〜図９により詳しく説明する。なお、ラジアントチュー
ブへの熱負荷状態として、通常操業時と炉昇温時の２つ
の状態を考える。
【０００５】図７は、通常操業時の状態を示す。炉内の
温度は９００℃付近に達し、また、ラジアントチューブ
１の温度は、それより数十℃以上高くなる。この時、バ
ーナーバンク１１の温度は通常２００℃から３００℃で
あるのに対し、炉内のラジアントチューブ１は９５０℃
を越える高温であるため、第３ベンド８の先端の炉壁支
持治具４２を起点とし、第３ベンド８、サドル３９、第
１ベンド４に到る高さ方向（垂直方向）４７の熱膨張に
より、第１直管３の先端部はかなり上向きの変形を余儀
無くされる。例えば、第１直管３と第４直管９の軸芯間
距離が９００ｍｍのラジアントチューブの場合、バーナ
ーバンクの温度を２５０℃、炉内のラジアントチューブ
の温度を９５０℃、ラジアントチューブの熱膨張率を１
７×１０-6と仮定すると、バーナーバンク部分の垂直方
向伸びは約３．８ｍｍ、先端部分の垂直方向伸びは約１
４．５ｍｍであり、１０ｍｍ以上の差を生じる。
温度は９００℃付近に達し、また、ラジアントチューブ
１の温度は、それより数十℃以上高くなる。この時、バ
ーナーバンク１１の温度は通常２００℃から３００℃で
あるのに対し、炉内のラジアントチューブ１は９５０℃
を越える高温であるため、第３ベンド８の先端の炉壁支
持治具４２を起点とし、第３ベンド８、サドル３９、第
１ベンド４に到る高さ方向（垂直方向）４７の熱膨張に
より、第１直管３の先端部はかなり上向きの変形を余儀
無くされる。例えば、第１直管３と第４直管９の軸芯間
距離が９００ｍｍのラジアントチューブの場合、バーナ
ーバンクの温度を２５０℃、炉内のラジアントチューブ
の温度を９５０℃、ラジアントチューブの熱膨張率を１
７×１０-6と仮定すると、バーナーバンク部分の垂直方
向伸びは約３．８ｍｍ、先端部分の垂直方向伸びは約１
４．５ｍｍであり、１０ｍｍ以上の差を生じる。
【０００６】このように、熱膨張による第１直管３の先
端部の上向きの変形により、第１直管３にきわめて大き
な第１直管曲げモーメント（通常操業時）４８が発生す
る。また、サドル３９による拘束のため、第１ベンド４
にも大きな第１ベンド曲げモーメント（通常操業時）４
９が発生するとともに、サドル近傍の直管部は大きな上
下方向の力であるサドル近傍上下荷重５０を受ける。さ
らに、全体の約１／３の自重を支える第３ベンド８の先
端の支持受け部４１には、大きな第３ベンド先端支持受
け部曲げモーメント５１がかかる。また、高温下におい
ては、サドル３９、４０はチューブの自重の一部を受持
つため、第３直管７及び第４直管９のサドル近傍は、上
下方向の力である上下荷重５０、５２を恒常的に受け
る。
端部の上向きの変形により、第１直管３にきわめて大き
な第１直管曲げモーメント（通常操業時）４８が発生す
る。また、サドル３９による拘束のため、第１ベンド４
にも大きな第１ベンド曲げモーメント（通常操業時）４
９が発生するとともに、サドル近傍の直管部は大きな上
下方向の力であるサドル近傍上下荷重５０を受ける。さ
らに、全体の約１／３の自重を支える第３ベンド８の先
端の支持受け部４１には、大きな第３ベンド先端支持受
け部曲げモーメント５１がかかる。また、高温下におい
ては、サドル３９、４０はチューブの自重の一部を受持
つため、第３直管７及び第４直管９のサドル近傍は、上
下方向の力である上下荷重５０、５２を恒常的に受け
る。
【０００７】ラジアントチューブ１は高温にさらされて
いる時間が長く、前述の応力、さらには自重の影響によ
りクリープ変形し、また、材質の経年劣化や酸化減肉、
さらにはスケールの発生等による温度偏差が加わり、図
８に示すように、サドル３９近傍の第２直管５及び第３
直管７にサドル上部直管座屈５３、サドル下部直管座屈
５４が、また、サドル４０近傍の第３直管７及び第４直
管９にサドル上部直管座屈５５、サドル下部直管座屈５
６が発生する。また、第２直管５の座屈５３に伴う断面
剛性の低下のため、第２直管垂れ５７を引き起こす。ま
た、第３ベンド８先端の支持受け部４１は、曲げモーメ
ント５１に伴い、上向きの変形である第３ベンド先端支
持受け部回転変形５８を発生させる。この回転変形５８
と第４直管９の座屈５６に伴い、第４直管垂れ５９も引
き起こされ、ラジアントチューブの使用寿命に到る。
いる時間が長く、前述の応力、さらには自重の影響によ
りクリープ変形し、また、材質の経年劣化や酸化減肉、
さらにはスケールの発生等による温度偏差が加わり、図
８に示すように、サドル３９近傍の第２直管５及び第３
直管７にサドル上部直管座屈５３、サドル下部直管座屈
５４が、また、サドル４０近傍の第３直管７及び第４直
管９にサドル上部直管座屈５５、サドル下部直管座屈５
６が発生する。また、第２直管５の座屈５３に伴う断面
剛性の低下のため、第２直管垂れ５７を引き起こす。ま
た、第３ベンド８先端の支持受け部４１は、曲げモーメ
ント５１に伴い、上向きの変形である第３ベンド先端支
持受け部回転変形５８を発生させる。この回転変形５８
と第４直管９の座屈５６に伴い、第４直管垂れ５９も引
き起こされ、ラジアントチューブの使用寿命に到る。
【０００８】図９は、常温から通常操業状態までの炉昇
温時の状態を示す。ただし、ラジアントチューブが経年
的変形を受け、第３ベンド８先端の支持受け部４１が上
向きに変形している。この状態で昇温した場合、第３ベ
ンド８先端の熱膨張が阻害されることにより、第１直管
３には大きな圧縮力である第１直管軸力（昇温時）６０
が発生し、ベンド部によって第１直管曲げモーメント
（昇温時）６１が発生する。この結果、第１直管３に大
きな応力が発生する。また、サドル３９による変形拘束
により、第１ベンド４には大きな第１ベンド曲げモーメ
ント（昇温時）６２が発生する。これによって、ベンド
部側面に応力集中が発生し、また、サドルの上部は大き
な力を受ける。さらに、材質の経年劣化や酸化減肉、熱
疲労の蓄積、スケールの発生等による温度偏差が加わ
り、前述の大きな応力発生時に、第１直管バーナー側に
第１直管バーナー側亀裂６３が、あるいは第１ベンド側
面に第１ベンド側面亀裂６４が発生する。
温時の状態を示す。ただし、ラジアントチューブが経年
的変形を受け、第３ベンド８先端の支持受け部４１が上
向きに変形している。この状態で昇温した場合、第３ベ
ンド８先端の熱膨張が阻害されることにより、第１直管
３には大きな圧縮力である第１直管軸力（昇温時）６０
が発生し、ベンド部によって第１直管曲げモーメント
（昇温時）６１が発生する。この結果、第１直管３に大
きな応力が発生する。また、サドル３９による変形拘束
により、第１ベンド４には大きな第１ベンド曲げモーメ
ント（昇温時）６２が発生する。これによって、ベンド
部側面に応力集中が発生し、また、サドルの上部は大き
な力を受ける。さらに、材質の経年劣化や酸化減肉、熱
疲労の蓄積、スケールの発生等による温度偏差が加わ
り、前述の大きな応力発生時に、第１直管バーナー側に
第１直管バーナー側亀裂６３が、あるいは第１ベンド側
面に第１ベンド側面亀裂６４が発生する。
【０００９】以上のように、蓄熱交互燃焼式ラジアント
チューブを従来の支持構造により支持した場合、温度分
布が上下対称であるにもかかわらず、支持構造が上下非
対称であるため様々な問題を生じ、亀裂や変形、座屈を
起こし寿命に到る。従って、熱膨張に伴う曲げモーメン
トを低減し、サドルによる拘束力を緩和して座屈の発生
を阻止することがラジアントチューブの寿命を大きく延
ばすことになる。
チューブを従来の支持構造により支持した場合、温度分
布が上下対称であるにもかかわらず、支持構造が上下非
対称であるため様々な問題を生じ、亀裂や変形、座屈を
起こし寿命に到る。従って、熱膨張に伴う曲げモーメン
トを低減し、サドルによる拘束力を緩和して座屈の発生
を阻止することがラジアントチューブの寿命を大きく延
ばすことになる。
【００１０】このような蓄熱交互燃焼式ラジアントチュ
ーブの問題点に対して、変形や亀裂の発生を防止する手
段はこれまで例がない。応力緩和の方法としては、特開
平５−２７２７０８号公報では、バーナー側端部にバー
ナー側直管の軸方向伸びを吸収するベローズを取り付け
た構造を、また実開平１−３８４１５号公報では、バー
ナー側端部にチューブの軸方向にベローズを、さらに、
高さ方向にはバーナー及びチューブ自重の一部を支持す
るバネを併設したベローズを有し、熱膨張を自由にする
構造を提示している。また、第１直管あるいは第１及び
第２直管の直径を他の部分より大きくし、第１ベンド先
端を炉壁から支持する方法が特開平３−２２６５１９号
公報で報告されている。
ーブの問題点に対して、変形や亀裂の発生を防止する手
段はこれまで例がない。応力緩和の方法としては、特開
平５−２７２７０８号公報では、バーナー側端部にバー
ナー側直管の軸方向伸びを吸収するベローズを取り付け
た構造を、また実開平１−３８４１５号公報では、バー
ナー側端部にチューブの軸方向にベローズを、さらに、
高さ方向にはバーナー及びチューブ自重の一部を支持す
るバネを併設したベローズを有し、熱膨張を自由にする
構造を提示している。また、第１直管あるいは第１及び
第２直管の直径を他の部分より大きくし、第１ベンド先
端を炉壁から支持する方法が特開平３−２２６５１９号
公報で報告されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蓄熱交
互燃焼式ラジアントチューブでは燃焼条件や温度分布が
上下対称となるのに、従来の支持構造は上下対称ではな
く、変形や拘束に伴う熱応力を低減する効果はない。ま
た、特開平５−２７２７０８号公報及び実開平１−３８
４１５号公報の構造では、ベローズが応力緩和に効果が
あるものの、蓄熱帯を含むバーナーのかなりの重量を同
時に支える必要があるばかりでなく、ベローズの設置は
コストを上げ、また、ベローズの耐久性にも問題があ
る。また、特開平３−２２６５１９号公報の第１ベンド
先端を炉壁から支持する方法は、支持部の変形が生じた
時点で、炉修等により降温・昇温を繰り返した場合に熱
膨張を阻害して座屈を引き起こす恐れがある。
互燃焼式ラジアントチューブでは燃焼条件や温度分布が
上下対称となるのに、従来の支持構造は上下対称ではな
く、変形や拘束に伴う熱応力を低減する効果はない。ま
た、特開平５−２７２７０８号公報及び実開平１−３８
４１５号公報の構造では、ベローズが応力緩和に効果が
あるものの、蓄熱帯を含むバーナーのかなりの重量を同
時に支える必要があるばかりでなく、ベローズの設置は
コストを上げ、また、ベローズの耐久性にも問題があ
る。また、特開平３−２２６５１９号公報の第１ベンド
先端を炉壁から支持する方法は、支持部の変形が生じた
時点で、炉修等により降温・昇温を繰り返した場合に熱
膨張を阻害して座屈を引き起こす恐れがある。
【００１２】そこで、本発明の目的は、蓄熱交互燃焼式
ラジアントチューブにおいて、低コストで通常操業時や
炉昇温時における熱応力と変形を大幅に緩和し、支持部
近傍の直管の座屈や支持部変形に伴うチューブの熱膨張
阻害による全体の座屈を防止して、従来のラジアントチ
ューブよりも長寿命化を図れる蓄熱交互燃焼式ラジアン
トチューブの炉内支持構造を提供することである。
ラジアントチューブにおいて、低コストで通常操業時や
炉昇温時における熱応力と変形を大幅に緩和し、支持部
近傍の直管の座屈や支持部変形に伴うチューブの熱膨張
阻害による全体の座屈を防止して、従来のラジアントチ
ューブよりも長寿命化を図れる蓄熱交互燃焼式ラジアン
トチューブの炉内支持構造を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、バーナ
ーバンクへの取付位置が上下になるように配置されたＷ
型の蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造
において、水平方向のスリットを有する固定治具を、該
スリットがラジアントチューブの上下中心軸上に位置す
るようにバ−ナ−バンクとは反対側の炉壁に突設し、前
記スリット上を移動可能なピンと、第１ベンド先端に突
設した受け治具に設けたピンとの間を、ロッドで連結し
て両端が回転ジョイントとなるようにしつつ第１ベンド
を支持するとともに、前記スリット上を移動可能な前記
ピンと、第３ベンド先端に突設した受け治具に設けたピ
ンとの間を、ロッドで連結して両端が回転ジョイントと
なるようにしつつ第３ベンドを吊る構造とし、さらに、
水平方向のスリットを有する固定治具を、該スリットが
ラジアントチューブの上下中心軸上に位置するようにバ
−ナ−バンクに突設し、前記スリットと第２ベンド先端
に突設した受け治具とを前記スリット上を移動可能なピ
ンを介して連結し、回転ジョイントとなるようにしつつ
第２ベンドを支持する構造として、支持構造を上下対称
としたことを特徴とする蓄熱交互燃焼式ラジアントチュ
ーブの炉内支持構造である。
ーバンクへの取付位置が上下になるように配置されたＷ
型の蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造
において、水平方向のスリットを有する固定治具を、該
スリットがラジアントチューブの上下中心軸上に位置す
るようにバ−ナ−バンクとは反対側の炉壁に突設し、前
記スリット上を移動可能なピンと、第１ベンド先端に突
設した受け治具に設けたピンとの間を、ロッドで連結し
て両端が回転ジョイントとなるようにしつつ第１ベンド
を支持するとともに、前記スリット上を移動可能な前記
ピンと、第３ベンド先端に突設した受け治具に設けたピ
ンとの間を、ロッドで連結して両端が回転ジョイントと
なるようにしつつ第３ベンドを吊る構造とし、さらに、
水平方向のスリットを有する固定治具を、該スリットが
ラジアントチューブの上下中心軸上に位置するようにバ
−ナ−バンクに突設し、前記スリットと第２ベンド先端
に突設した受け治具とを前記スリット上を移動可能なピ
ンを介して連結し、回転ジョイントとなるようにしつつ
第２ベンドを支持する構造として、支持構造を上下対称
としたことを特徴とする蓄熱交互燃焼式ラジアントチュ
ーブの炉内支持構造である。
【００１４】本発明においては、炉壁ならびバーナーバ
ンクからの支持位置をラジアントチューブの上下中心軸
とすることにより、上下対称な炉内支持構造を実現する
とともに、第１、第２、第３各ベンド部先端を回転ジョ
イントとして支持することにより、支持部の変形による
チューブの熱膨張を阻害することがない。また、直管部
に支持部がないので座屈も生じない。
ンクからの支持位置をラジアントチューブの上下中心軸
とすることにより、上下対称な炉内支持構造を実現する
とともに、第１、第２、第３各ベンド部先端を回転ジョ
イントとして支持することにより、支持部の変形による
チューブの熱膨張を阻害することがない。また、直管部
に支持部がないので座屈も生じない。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について実施
例に基づいて説明する。
例に基づいて説明する。
【００１６】図１は実施例の全体を示す図、図２及び図
３はその詳細図である。
３はその詳細図である。
【００１７】まず、バーナーバンク１１とは反対側の炉
壁１３に水平方向の炉壁側固定治具上スリット１５を有
する炉壁側固定治具１４を突設する。スリット１５の高
さ中心位置は、ラジアントアントチューブの上下中心軸
１６上とする。次に、ピン穴１８を有する第１ベンド先
端受け治具１７を第１ベンド４の先端に、ピン穴２３を
有する第３ベンド先端受け治具２２を第３ベンド８の先
端にそれぞれ突設する。ピン穴１８とピン穴２３の中心
は、上下中心軸１６に対し上下対称に位置する。
壁１３に水平方向の炉壁側固定治具上スリット１５を有
する炉壁側固定治具１４を突設する。スリット１５の高
さ中心位置は、ラジアントアントチューブの上下中心軸
１６上とする。次に、ピン穴１８を有する第１ベンド先
端受け治具１７を第１ベンド４の先端に、ピン穴２３を
有する第３ベンド先端受け治具２２を第３ベンド８の先
端にそれぞれ突設する。ピン穴１８とピン穴２３の中心
は、上下中心軸１６に対し上下対称に位置する。
【００１８】第１ベンド支持ロッド１９は両端に第１ベ
ンド側ピン穴２０、炉壁側固定治具側ピン穴２１を有す
る。ロッド１９のピン穴２０と受け治具１７に設けられ
たピン穴１８は、第１ベンド先端ピン２７を介して連結
され、ピン穴２１は、炉壁側固定治具ピン２９を介し
て、スリット１５上を移動できる。さらに、第３ベンド
吊りロッド２４は両端に第３ベンド側ピン穴２５、炉壁
側固定治具側ピン穴２６を有する。ロッド２４のピン穴
２５と受け治具２２に設けられたピン穴２３は、第３ベ
ンド先端ピン２８を介して連結され、ピン穴２６はピン
２９に連結し、スリット１５上を移動できる。ピン２９
は、ピン２７、ピン２８よりも炉壁１３側に位置させ
る。ラジアントチューブ加熱前のピン２９の位置からの
スリット１５の奥行Ｌ１は、チューブの軸方向の熱膨張
の最大値にほぼ等しくとる。
ンド側ピン穴２０、炉壁側固定治具側ピン穴２１を有す
る。ロッド１９のピン穴２０と受け治具１７に設けられ
たピン穴１８は、第１ベンド先端ピン２７を介して連結
され、ピン穴２１は、炉壁側固定治具ピン２９を介し
て、スリット１５上を移動できる。さらに、第３ベンド
吊りロッド２４は両端に第３ベンド側ピン穴２５、炉壁
側固定治具側ピン穴２６を有する。ロッド２４のピン穴
２５と受け治具２２に設けられたピン穴２３は、第３ベ
ンド先端ピン２８を介して連結され、ピン穴２６はピン
２９に連結し、スリット１５上を移動できる。ピン２９
は、ピン２７、ピン２８よりも炉壁１３側に位置させ
る。ラジアントチューブ加熱前のピン２９の位置からの
スリット１５の奥行Ｌ１は、チューブの軸方向の熱膨張
の最大値にほぼ等しくとる。
【００１９】バーナーバンク１１には、水平方向のバー
ナーバンク側固定治具上スリット３１を有するバーナー
バンク側固定治具３０を突設する。スリット３１の高さ
中心位置は、上下中心軸１６上とする。次に、第２ベン
ド６の先端にピン穴３３を有する第２ベンド先端受け治
具３２を突設する。ピン穴３３は、第２ベンド先端ピン
３４を介してスリット３１の上を移動可能とする。ラジ
アントチューブ加熱前のピン３４の位置からのスリット
３１の奥行Ｌ２はチューブの軸方向の熱膨張の最大値に
等しくとる。
ナーバンク側固定治具上スリット３１を有するバーナー
バンク側固定治具３０を突設する。スリット３１の高さ
中心位置は、上下中心軸１６上とする。次に、第２ベン
ド６の先端にピン穴３３を有する第２ベンド先端受け治
具３２を突設する。ピン穴３３は、第２ベンド先端ピン
３４を介してスリット３１の上を移動可能とする。ラジ
アントチューブ加熱前のピン３４の位置からのスリット
３１の奥行Ｌ２はチューブの軸方向の熱膨張の最大値に
等しくとる。
【００２０】ピン２７の直径は、第１ベンド４が変形を
拘束されてもピンが曲げ変形しないように決定する。ピ
ン２８の直径はピン２７と同じとする。炉壁１３に突設
した炉壁側固定治具１４上のピン２９の直径は、第１ベ
ンド４と第３ベンド８にかかる荷重すべてを考慮して決
定する。ピン３４の直径は第２ベンド６が変形を拘束さ
れてもピンが曲げ変形しないように決定する。また、そ
れぞれのピンの入るピン穴のサイズはピン直径の熱膨張
を考えて決定する。
拘束されてもピンが曲げ変形しないように決定する。ピ
ン２８の直径はピン２７と同じとする。炉壁１３に突設
した炉壁側固定治具１４上のピン２９の直径は、第１ベ
ンド４と第３ベンド８にかかる荷重すべてを考慮して決
定する。ピン３４の直径は第２ベンド６が変形を拘束さ
れてもピンが曲げ変形しないように決定する。また、そ
れぞれのピンの入るピン穴のサイズはピン直径の熱膨張
を考えて決定する。
【００２１】さらに、ピン２７、２８、２９、３４は抜
け落ちたり、横に大きくずれたりすることのないように
しなければならない。特に、ピン２９は、ラジアントチ
ューブ据え付け時に、炉壁１３からの炉壁側固定治具１
４上のスリット１５に確実に挿入される必要があり、ピ
ン２９に大きな横ずれがおきないようにする。例えば、
図２（ｃ）に第１ベンド先端部のピン溶接固定部３５、
炉壁からの固定支持部のピン溶接固定部３６、第３ベン
ド尖端部のピン溶接固定部３７を示すように、ピン穴２
０とピン２７、ピン穴２１とピン２９、ピン穴２５とピ
ン２８の間を、また、図３（ｃ）に第２ベンド尖端部の
ピン溶接固定部３８を示すように、ピン穴３３とピン３
４の間を溶接により固定する。
け落ちたり、横に大きくずれたりすることのないように
しなければならない。特に、ピン２９は、ラジアントチ
ューブ据え付け時に、炉壁１３からの炉壁側固定治具１
４上のスリット１５に確実に挿入される必要があり、ピ
ン２９に大きな横ずれがおきないようにする。例えば、
図２（ｃ）に第１ベンド先端部のピン溶接固定部３５、
炉壁からの固定支持部のピン溶接固定部３６、第３ベン
ド尖端部のピン溶接固定部３７を示すように、ピン穴２
０とピン２７、ピン穴２１とピン２９、ピン穴２５とピ
ン２８の間を、また、図３（ｃ）に第２ベンド尖端部の
ピン溶接固定部３８を示すように、ピン穴３３とピン３
４の間を溶接により固定する。
【００２２】第１ベンド４と炉壁１３に突設した炉壁側
固定治具１４を連結するロッド１９の断面積は、ピン２
９がスリット１５の最奥に達し、変形がロックされた時
に発生する圧縮力、ならびに第１直管３から第２直管５
の自重に対してクリープ座屈に耐えるサイズとする。第
３ベンド８と炉壁１３に突設した炉壁側固定治具１４を
連結するロッド２４の断面積は、第３直管７から第４直
管９以降のチューブの重量を勘案してクリープ変形しな
いように決定する。
固定治具１４を連結するロッド１９の断面積は、ピン２
９がスリット１５の最奥に達し、変形がロックされた時
に発生する圧縮力、ならびに第１直管３から第２直管５
の自重に対してクリープ座屈に耐えるサイズとする。第
３ベンド８と炉壁１３に突設した炉壁側固定治具１４を
連結するロッド２４の断面積は、第３直管７から第４直
管９以降のチューブの重量を勘案してクリープ変形しな
いように決定する。
【００２３】本発明の炉内支持構造により、炉昇温前の
冷間では、第１ベンド４と第３ベンド８が、ロッド１９
とロッド２４、及びピン２９を介して連結され、かつピ
ン２９がスリット１５にあるため、第１ベンド４を下か
ら支え、第３ベンド８を上から吊る構造となる。昇温時
には第１直管３と第４直管９の温度が急激に上がるた
め、全体的に軸方向の熱膨張が起きる。この時、ロッド
１９、ロッド２４を介してピン２９がスリット１５上を
移動することにより、第１ベンド４と第３ベンド８の移
動を拘束することはない。また、通常操業時において
は、ピン２９がスリット１５の最奥まで移動し、ロッド
１９が突っ張った状態となり、第１ベンド４を支えるの
で、自重によるクリープによる垂れを防ぐことができ
る。また、第３ベンド８はロッド２４を介して常に吊り
上げる状態となり、クリープによる垂れを防ぐことがで
きる。
冷間では、第１ベンド４と第３ベンド８が、ロッド１９
とロッド２４、及びピン２９を介して連結され、かつピ
ン２９がスリット１５にあるため、第１ベンド４を下か
ら支え、第３ベンド８を上から吊る構造となる。昇温時
には第１直管３と第４直管９の温度が急激に上がるた
め、全体的に軸方向の熱膨張が起きる。この時、ロッド
１９、ロッド２４を介してピン２９がスリット１５上を
移動することにより、第１ベンド４と第３ベンド８の移
動を拘束することはない。また、通常操業時において
は、ピン２９がスリット１５の最奥まで移動し、ロッド
１９が突っ張った状態となり、第１ベンド４を支えるの
で、自重によるクリープによる垂れを防ぐことができ
る。また、第３ベンド８はロッド２４を介して常に吊り
上げる状態となり、クリープによる垂れを防ぐことがで
きる。
【００２４】さらに第２ベンド６はピン３４を介してス
リット３１上を移動可能であり、軸方向には自由だが、
上下方向は拘束しているため、第２ベンド６の上下に伴
うチューブ全体の剛性低下を防ぐことができ、自重によ
る垂れを低く押さえることが可能である。
リット３１上を移動可能であり、軸方向には自由だが、
上下方向は拘束しているため、第２ベンド６の上下に伴
うチューブ全体の剛性低下を防ぐことができ、自重によ
る垂れを低く押さえることが可能である。
【００２５】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。ラジアント
チューブ１は連続焼鈍炉に用いるもので、第１直管３と
第４直管９の長さは２５００ｍｍ、第２直管５及び第３
直管７はそれぞれ１４５０ｍｍ、１６５０ｍｍである。
各直管の軸芯間距離はそれぞれ３００ｍｍである。外
径、内径はそれぞれ１９４ｍｍと１７７ｍｍ、材質はＪ
ＩＳ Ｇ ５１２２記載のＳＣＨ２２である。
チューブ１は連続焼鈍炉に用いるもので、第１直管３と
第４直管９の長さは２５００ｍｍ、第２直管５及び第３
直管７はそれぞれ１４５０ｍｍ、１６５０ｍｍである。
各直管の軸芯間距離はそれぞれ３００ｍｍである。外
径、内径はそれぞれ１９４ｍｍと１７７ｍｍ、材質はＪ
ＩＳ Ｇ ５１２２記載のＳＣＨ２２である。
【００２６】ピン２７、及びピン２８の直径は３０ｍ
ｍ、ピン２９の直径は４５ｍｍ、ピン３４の直径は３０
ｍｍとした。また、ピン穴２０とピン２７、ピン穴２１
とピン２９、ピン穴２５とピン２８、ピン穴３３とピン
３４の間は溶接により固定した。回転する受け治具１７
上のピン穴１８、及び受け治具２２上のピン穴２３の直
径はそれぞれピン２７、ピン２８の熱膨張を考えて３１
ｍｍ、ロッド２４のピン２９側のピン穴２６の直径は同
じくピン２９の熱膨張を考えて４６ｍｍとした。
ｍ、ピン２９の直径は４５ｍｍ、ピン３４の直径は３０
ｍｍとした。また、ピン穴２０とピン２７、ピン穴２１
とピン２９、ピン穴２５とピン２８、ピン穴３３とピン
３４の間は溶接により固定した。回転する受け治具１７
上のピン穴１８、及び受け治具２２上のピン穴２３の直
径はそれぞれピン２７、ピン２８の熱膨張を考えて３１
ｍｍ、ロッド２４のピン２９側のピン穴２６の直径は同
じくピン２９の熱膨張を考えて４６ｍｍとした。
【００２７】スリット１５の幅は、ピン２９の熱膨張を
考えて４６ｍｍとした。また、バ−ナ−バンク１１から
突設した固定治具３０上のスリット３１の幅は、ピン３
４の熱膨張を考えて３１ｍｍとした。また、スリット１
５の奥行Ｌ１は第１ベンド４あるいは第３ベンド８の軸
方向の最大熱変形量を考えて４２ｍｍ、スリット３１の
奥行Ｌ２は第２ベンド６の最大熱変形量を考えて２３ｍ
ｍとした。
考えて４６ｍｍとした。また、バ−ナ−バンク１１から
突設した固定治具３０上のスリット３１の幅は、ピン３
４の熱膨張を考えて３１ｍｍとした。また、スリット１
５の奥行Ｌ１は第１ベンド４あるいは第３ベンド８の軸
方向の最大熱変形量を考えて４２ｍｍ、スリット３１の
奥行Ｌ２は第２ベンド６の最大熱変形量を考えて２３ｍ
ｍとした。
【００２８】第１ベンド４と炉壁１３に突設した炉壁側
固定治具１４を連結するロッド１９の断面積は、ピン２
９がスリット１５の最奥に達し、変形がロックされた時
に発生する圧縮力ならびに第１直管３から第２直管５の
自重に対するクリープ座屈を勘案して６０ｃｍ2 、第３
ベンド８と炉壁１３に突設した炉壁側固定治具１４を連
結するロッド２４の断面積は、第３直管７から第４直管
９以降のチューブの重量によるクリープ変形を勘案して
３０ｃｍ2 とした。
固定治具１４を連結するロッド１９の断面積は、ピン２
９がスリット１５の最奥に達し、変形がロックされた時
に発生する圧縮力ならびに第１直管３から第２直管５の
自重に対するクリープ座屈を勘案して６０ｃｍ2 、第３
ベンド８と炉壁１３に突設した炉壁側固定治具１４を連
結するロッド２４の断面積は、第３直管７から第４直管
９以降のチューブの重量によるクリープ変形を勘案して
３０ｃｍ2 とした。
【００２９】本発明により炉内支持したラジアントチュ
ーブを、図６に示す従来支持構造のラジアントチューブ
とともに製作し、燃焼テストを行った。そして、両者の
温度分布に差がないことを確認した上でチューブの変形
（第１直管の上下変形のみ）を実測した。
ーブを、図６に示す従来支持構造のラジアントチューブ
とともに製作し、燃焼テストを行った。そして、両者の
温度分布に差がないことを確認した上でチューブの変形
（第１直管の上下変形のみ）を実測した。
【００３０】図４は、変形の実測結果と、燃焼試験時の
温度分布を用いた有限要素法シミュレーションにより検
証したものである。図４に示すように、本発明により炉
内支持したチューブの変形は、従来支持構造の場合の１
／３以下であり、曲げ変形が小さいことがわかる。
温度分布を用いた有限要素法シミュレーションにより検
証したものである。図４に示すように、本発明により炉
内支持したチューブの変形は、従来支持構造の場合の１
／３以下であり、曲げ変形が小さいことがわかる。
【００３１】また、図５は、前記有限要素法シミュレー
ションにより応力分布を試算したものである。これよ
り、本発明により炉内支持したラジアントチューブで
は、最も熱的に厳しい第１直管及び第４直管の応力が従
来支持構造の場合の約１／２に、またベンド部の応力も
従来支持構造の場合の約１／２になっており、大幅低減
していることがわかる。
ションにより応力分布を試算したものである。これよ
り、本発明により炉内支持したラジアントチューブで
は、最も熱的に厳しい第１直管及び第４直管の応力が従
来支持構造の場合の約１／２に、またベンド部の応力も
従来支持構造の場合の約１／２になっており、大幅低減
していることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、支持構造が上下対称、
即ち熱変形が上下対称になり、第２ベンドの上下方向拘
束によりチューブ全体の剛性が上がるとともに、チュー
ブ間にサポートがないこと、ベンド先端が回転ジョイン
トで接続されていることから、チューブの高さ方向及び
軸方向の熱変形を拘束することがないので、熱応力を緩
和してクリープ変形を低く抑えることが可能になるとと
もに、チューブの座屈を引き起こすことがなく、蓄熱交
互燃焼式ラジアントチューブの長寿命化を実現する。
即ち熱変形が上下対称になり、第２ベンドの上下方向拘
束によりチューブ全体の剛性が上がるとともに、チュー
ブ間にサポートがないこと、ベンド先端が回転ジョイン
トで接続されていることから、チューブの高さ方向及び
軸方向の熱変形を拘束することがないので、熱応力を緩
和してクリープ変形を低く抑えることが可能になるとと
もに、チューブの座屈を引き起こすことがなく、蓄熱交
互燃焼式ラジアントチューブの長寿命化を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】本発明の実施例の部分詳細説明図である。
【図３】本発明の実施例の別の部分の詳細説明図であ
る。
る。
【図４】燃焼テストにおける第１直管の変位測定結果な
らびに計算結果を示す図である。
らびに計算結果を示す図である。
【図５】ラジアントチューブの応力分布の試算結果を示
す図である。
す図である。
【図６】従来の支持構造によるＷ型ラジアントチューブ
の説明図である。
の説明図である。
【図７】従来の支持構造によるＷ型ラジアントチューブ
の通常操業初期における変形及び損傷形態の説明図であ
る。
の通常操業初期における変形及び損傷形態の説明図であ
る。
【図８】従来の支持構造によるＷ型ラジアントチューブ
の通常操業末期における変形及び損傷形態の説明図であ
る。
の通常操業末期における変形及び損傷形態の説明図であ
る。
【図９】従来の支持構造によるＷ型ラジアントチューブ
の昇温時における変形及び損傷形態の説明図である。
の昇温時における変形及び損傷形態の説明図である。
１ ラジアントチューブ ２ バーナー側端部（上部） ３ 第１直管 ４ 第１ベンド ５ 第２直管 ６ 第２ベンド ７ 第３直管 ８ 第３ベンド ９ 第４直管 １０ バーナー側端部（下部） １１ バーナーバンク １２ 耐火物 １３ 炉壁 １４ 炉壁側固定治具 １５ 炉壁側固定治具上スリット １６ ラジアントチューブの上下中心軸 １７ 第１ベンド先端受け治具 １８ ピン穴 １９ 第１ベンド支持ロッド ２０ 第１ベンド側ピン穴 ２１ 炉壁側固定治具側ピン穴 ２２ 第３ベンド先端受け治具 ２３ ピン穴 ２４ 第３ベンド吊りロッド ２５ 第３ベンド側ピン穴 ２６ 炉壁側固定治具側ピン穴 ２７ 第１ベンド先端ピン ２８ 第３ベンド先端ピン ２９ 炉壁側固定治具ピン ３０ バーナーバンク側固定治具 ３１ バーナーバンク側固定治具上スリット ３２ 第２ベンド先端受け治具 ３３ ピン穴 ３４ 第２ベンド先端ピン ３５ 第１ベンド先端部のピン溶接固定部 ３６ 炉壁からの固定支持部のピン溶接固定部 ３７ 第３ベンド尖端部のピン溶接固定部 ３８ 第２ベンド尖端部のピン溶接固定部 ３９ ラジアントチューブ間サドル ４０ ラジアントチューブ間サドル ４１ 第３ベンド先端支持受け部 ４２ 炉壁支持治具 ４３ 上バーナー ４４ 下バーナー ４５ 上バーナー蓄熱帯 ４６ 下バーナー蓄熱帯 ４７ 高さ方向（垂直方向） ４８ 第１直管曲げモーメント（通常操業時） ４９ 第１ベンド曲げモーメント（通常操業時） ５０ サドル近傍上下荷重 ５１ 第３ベンド先端支持受け部曲げモーメント ５２ サドル近傍上下荷重 ５３ サドル上部直管座屈 ５４ サドル下部直管座屈 ５５ サドル上部直管座屈 ５６ サドル下部直管座屈 ５７ 第２直管垂れ ５８ 第３ベンド先端支持受け部回転変形 ５９ 第４直管垂れ ６０ 第１直管軸力（昇温時） ６１ 第１直管曲げモーメント（昇温時） ６２ 第１ベンド曲げモーメント（昇温時） ６３ 第１直管バーナー側亀裂 ６４ 第１ベンド側面亀裂
Claims (1)
- 【請求項１】 バーナーバンクへの取付位置が上下にな
るように配置されたＷ型の蓄熱交互燃焼式ラジアントチ
ューブの炉内支持構造において、水平方向のスリットを
有する固定治具を、該スリットがラジアントチューブの
上下中心軸上に位置するようにバ−ナ−バンクとは反対
側の炉壁に突設し、前記スリット上を移動可能なピン
と、第１ベンド先端に突設した受け治具に設けたピンと
の間を、ロッドで連結して両端が回転ジョイントとなる
ようにしつつ第１ベンドを支持するとともに、前記スリ
ット上を移動可能な前記ピンと、第３ベンド先端に突設
した受け治具に設けたピンとの間を、ロッドで連結して
両端が回転ジョイントとなるようにしつつ第３ベンドを
吊る構造とし、さらに、水平方向のスリットを有する固
定治具を、該スリットがラジアントチューブの上下中心
軸上に位置するようにバ−ナ−バンクに突設し、前記ス
リットと第２ベンド先端に突設した受け治具とを前記ス
リット上を移動可能なピンを介して連結し、回転ジョイ
ントとなるようにしつつ第２ベンドを支持する構造とし
て、支持構造を上下対称としたことを特徴とする蓄熱交
互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13740596A JP3549981B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13740596A JP3549981B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09303713A true JPH09303713A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3549981B2 JP3549981B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=15197881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13740596A Expired - Fee Related JP3549981B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 蓄熱交互燃焼式ラジアントチューブの炉内支持構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3549981B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110120453A1 (en) * | 2008-07-04 | 2011-05-26 | Wuenning Joachim A | Radiant heating arrangement with distortion compensation |
| JP2011196614A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Jfe Steel Corp | ラジアントチューブ |
| CN102534139A (zh) * | 2012-01-18 | 2012-07-04 | 中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司 | 新型w型辐射管自支撑结构 |
| JP2013507598A (ja) * | 2009-10-13 | 2013-03-04 | エープナー インドゥストリーオーフェンバウ ゲー・エム・ベー・ハー | 金属薄板ストリップを熱処理する装置 |
| JP2014145527A (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-14 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | ラジアントチューブを用いた加熱炉 |
| US8877120B2 (en) | 2009-10-13 | 2014-11-04 | Ebner Industrieofenbau Gmbh | Device for heat-treating sheet metal strips |
| ITUB20152984A1 (it) * | 2015-08-07 | 2017-02-07 | Nicro S P A | Tubo radiante con codolo corrugato. |
| EP3851743A1 (de) * | 2020-01-14 | 2021-07-21 | LOI Thermprocess GmbH | Vorrichtung zum abstützen von mindestens zwei strahlheizrohren in einem ofenraum sowie industrieofen |
-
1996
- 1996-05-08 JP JP13740596A patent/JP3549981B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2017025333A1 (en) * | 2015-08-07 | 2017-02-16 | Nicro S.P.A. | Radiant tube with corrugated radiant tube back support |
| EP3851743A1 (de) * | 2020-01-14 | 2021-07-21 | LOI Thermprocess GmbH | Vorrichtung zum abstützen von mindestens zwei strahlheizrohren in einem ofenraum sowie industrieofen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3549981B2 (ja) | 2004-08-04 |
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