JPH10196914A - 加熱炉用ラジアントチューブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱応力等による直管の割れや変形を抑制し
て、寿命を従来よりも大幅に向上させたラジアントチュ
ーブを提供する。 【解決手段】 ２つ以上の直管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ
を互いに曲管２ａ、２ｂ、２ｃで接続してなるラジアン
トチューブにおいて、直管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの一
部又は全部を、軸線方向断面が波形で且つほぼ一定肉厚
の管状体６で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続焼鈍炉等の熱
処理炉内に設置して使用されるラジアントチューブに関
する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼その他の熱処理炉において、炉内で
燃料を燃焼させることができない場合には、耐熱鋼管か
らなるラジアントチューブを炉内に設置し、炉外からバ
ーナー等で加熱された高温ガスをラジアントチューブ内
に供給することによって、炉内雰囲気を一定に保ちなが
ら、炉内におけるラジアントチューブ外周からの輻射熱
により炉内を加熱することが行われている。

【０００３】ラジアントチューブには、直管のみからな
るストレート形の外、２つ以上の直管を互いに曲管で接
続したＵ形又はＷ形、直管を２重に配置したシングルエ
ンド形等がある。例えば、図１はＷ形のラジアントチュ
ーブであって、長短２個ずつの直管１ａ、１ｂ、１ｃ、
１ｄを図示するごとく互いに間隔を置いて平行に配置
し、これらに１８０°湾曲した３個の曲管２ａ、２ｂ、
２ｃを溶接してＷ形に接続したものである。

【０００４】これらのラジアントチューブを炉内に設置
する仕方にも縦置き式、横置き式、垂直懸垂式などがあ
る。例えば図１に示すように、Ｗ形のラジアントチュー
ブを炉内に縦置き式に設置する場合、第１直管１ａと第
４直管１ｄの各端部を鉛直方向に揃えて片側の炉壁５ａ
に固定し、曲管２ａ、２ｂ、２ｃに溶接した各サポート
３ａ、３ｂ、３ｃを炉壁５ａ、５ｂから突出して設けた
各受金物４ａ、４ｂ、４ｃでそれぞれ支持する。尚、Ｕ
形のラジアントチューブの場合も同様に設置され、又こ
れらのラジアントチューブを横置き式に設置する場合も
各直管の端部を水平方向に揃える以外は上記と同様にし
て炉壁に支持される。

【０００５】このように炉内に設置されたラジアントチ
ューブは、通常使用時において１０００〜１２００℃の
高温となるため大きな熱負荷がかかり、加熱・冷却や温
度勾配による熱膨張が拘束されているため大きな熱応力
が発生し、また高温下での自重によるクリープ応力等が
作用するため、割れ或は曲り等の変形が生じて短期間に
寿命となる欠点があった。

【０００６】例えば、図１のＷ形ラジアントチューブの
第１直管１ａと第２直管１ｂの温度分布は、図２に示す
ように、第１及び第２直管１ａ、１ｂと第１曲管２ａと
の溶接線の部分が最も高温になり、溶接線から離れるほ
ど温度が低下している。特にバーナー炎の先端部に当た
る第２直管１ｂは、長さが短いうえに、第１曲管２ａ側
が高温で且つ反対側である第２曲管２ｂ側が低温となる
ため、その温度差により大きな熱応力が発生する。

【０００７】また、図３に示すように、第２直管１ｂは
バーナー炎の先端部に当たるため管壁の減肉が激しく、
特に第１曲管２ａとの溶接線側で減肉量が極端に大きく
なっている。このため、特に第２直管１ｂは、前記した
大きな熱応力の発生と相俟って、短期間で割れや変形が
発生して寿命となっていた。

【０００８】この欠点を解決するために、バーナー調整
の改良により軸線方向の温度分布を小さくしたり、或は
直管のうち高温となる部分の内径を大きくする（特開平
３−２２６５１９号公報参照）こと等により、ラジアン
トチューブの温度分布の均一化が行われているが、その
効果は十分ではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の事情に鑑み、熱応力や自重等による直管の割れや
変形を抑制して、寿命を従来よりも大幅に向上させたラ
ジアントチューブを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するラジアントチューブは、２つ以上
の直管を互いに曲管で接続してなるラジアントチューブ
であって、前記直管の一部又は全部を、軸線方向断面が
波形で且つほぼ一定肉厚の管状体で構成したことを特徴
とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のラジアントチューブは、
例えば図４に示すように、直管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ
の一部又は全部を断面波形の管状体６で構成することに
よって、直管に生じる軸線方向の熱応力を効果的に吸収
すると共に、強度の向上により自重によるたわみ変形を
防止することができるので、従来のラジアントチューブ
に比べて寿命を大幅に向上させることができる。しか
も、この管状体の使用により、直管の材質のグレードア
ップによらず、通常の材質のままで、寿命の大幅な向上
を達成することができる。

【００１２】上記断面波形の管状体は、一定肉厚の管壁
が軸線方向に波形になるように形成してあり、波形をな
す山と谷の深さ及びピッチは任意に定めることができる
が、例えば通常の外径２００ｍｍ程度の直管では、曲率
半径１５ｍｍ及びピッチ５０ｍｍ程度の波形とすること
が好ましい。また、波形を構成する山と谷は、個々には
円環状であることが一般的であるが、螺旋状であっても
良い。

【００１３】直管の全部を断面波形の管状体で構成して
も良いが、特に大きな熱応力がかかり且つ減肉量の大き
な第２直管の全部、又は第２直管の第１曲管との溶接線
側の一部のみを断面波形の管状体で構成するだけでも、
熱応力の吸収や強度の向上並びに減肉の抑制ができ、従
来に比べてラジアントチューブの寿命を遥かに向上させ
ることができる。

【００１４】本発明のラジアントチューブにおいては、
上記のごとく断面波形の管状体を直管の一部に用いるこ
とによって、熱膨張による軸線方向の伸びが従来に比べ
て少なくなるので、軸線方向の熱応力を小さくすること
ができる。また、断面波形の管状体は、従来の断面平板
のものと比較して、軸線方向の応力（軸力）に対して強
度が向上する。

【００１５】例えば図５に示す２次元形状に単純化した
モデルにおいて、ＡＢ間の剛性Ｄ_Wは円環と平板との組
合せと考えれば、下記数式１で表すことができる；

【数１】Ｄ_W＝２Ｐｒ／Ｅｈｋ×{π／４−２／π＋２ｋ
／π(１＋ｋ)}＋２Ｐ(ｌ−２ｒ)／２Ｅｈ ただし、ｋ＝−１＋(ｒ／ｈ)×ｌｎ{(２ｒ＋ｈ)／(２ｒ
−ｈ)} Ｐ：軸線方向の応力 ｈ：肉厚 ｒ：円環の曲率半径 ｌ：ＡＢ間の長さ Ｅ：ヤング率

【００１６】一方、平板の剛性Ｄ_Fは、その長さと肉厚
を前記モデルと同一、即ち長さｌ及び肉厚ｈとすると、
下記数式２により表すことができる；

【数２】Ｄ_F＝Ｐｌ／ｈＥ

【００１７】従って、数式１と数式２とから、剛性比Ｄ
_W／Ｄ_Fは下記数式３で表される；

【数３】Ｄ_W／Ｄ_F＝１／ｌ×[２ｒ／ｋ×{π／４−２／
π＋２ｋ／π(１＋ｋ)}＋(ｌ−２ｒ)］

【００１８】そこで具体的に、肉厚ｈ＝１０ｍｍ、円環
の曲率半径ｒ＝１５ｍｍ、長さｌ＝５０ｍｍの場合につ
いて計算すると、剛性比Ｄ_W／Ｄ_F＝２.８１となり、断
面波形の管状体からなるチューブの剛性が大きいことが
分かる。

【００１９】更に、本発明のラジアントチューブにおい
ては、上記のごとく断面波形の管状体を直管の一部に用
いることにより、表面積が増加して放熱効果が増加し、
熱効率を向上させることができる。

【００２０】

【実施例】図４に示すように、Ｗ形のラジアントチュー
ブの第２直管１ｂの一部を、軸線方向断面が波形で且つ
一定肉厚の管状体６で構成した。即ち、第２直管１ｂ
は、本来の長さよりも短い第２直管１ｂ’と、短い第２
直管１ｂ’の第１曲管２ａ側に溶接した管状体６とで構
成され、短い第２直管１ｂ’と管状体６とは同じ耐熱鋼
遠心鋳造管からなっている。図６はこの断面波形の管状
体６を拡大して示した断面図であり、７は溶接部であ
る。

【００２１】この管状体６は、長さＬが５００ｍｍ、管
壁の肉厚が１０ｍｍであって、山部及び谷部の曲率半径
が１５ｍｍ、そのピッチｌがほぼ５０ｍｍとなるように
山部と谷部が軸線方向に沿って交互に設けてある。ま
た、この管状体６と接続された短い第２直管１ｂ’は、
長さが１０００ｍｍ、肉厚が１０ｍｍであって、外径は
２００ｍｍである。

【００２２】尚、第１直管１ａと第４直管１ｄは、長さ
２５００ｍｍ及び外径２００ｍｍであり、第３直管１ｃ
は長さ１５００ｍｍ及び外径２００ｍｍであって、いず
れも肉厚は１０ｍｍで、上記管状体６等と同じ耐熱鋼遠
心鋳造管で構成されている。本実施例では、これらの第
１直管１ａ、第２直管１ｂ（短い第２直管１ｂ’＋管状
体６）、第３直管１ｃ、第４直管１ｄを、図４及び図６
に示すように、曲管２ａ、２ｂ、２ｃと溶接して、Ｗ形
ラジアントチューブを作製した。

【００２３】このＷ形のラジアントチューブの第１直管
１ａと第４直管１ｄの解放された端部を図１と同様に片
側の炉壁５ａに固定し、曲管２ａ、２ｂ、２ｃには図１
と同様にサポート３ａ、３ｂ、３ｃを溶接して、炉壁５
ａ、５ｂから突出して設けた各受金物４ａ、４ｂ、４ｃ
にそれぞれ支持することによって、加熱炉内に縦置き式
に設置した。

【００２４】このＷ形のラジアントチューブを設置した
加熱炉を用い、使用温度を１０００℃に設定して鉄板の
熱処理を実施したところ、累積熱処理時間５,０００時
間を経過しても何ら異常がなく、従来のラジアントチュ
ーブよりも長期にわたって使用し得ることが確認でき
た。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、断面波形の管状体によ
って、温度差及び温度変動による熱応力の発生を効果的
に吸収すると共に、自重によるたわみ変形も防止し得る
ので、長期間の使用においても割れや曲り等の変形の発
生が少ない加熱炉用ラジアントチューブを提供すること
ができる。更に、表面積が増加するので、熱効率の高い
加熱炉用ラジアントチューブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱炉内に縦置き式に設置した従来のＷ形ラジ
アントチューブを示す概略の正面図である。

【図２】従来のＷ形ラジアントチューブの第１直管と第
２直管の推定温度を示すグラフである。

【図３】従来のＷ形ラジアントチューブの第１直管と第
２直管の減肉量を示すグラフである。

【図４】本発明のＷ形ラジアントチューブの一具体例を
示す概略の正面図である。

【図５】断面波形の管状体を２次元形状に単純化したモ
デルの説明図である。

【図６】本発明のラジアントチューブの一具体例におけ
る断面波形の管状体を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ 第１直管 １ｂ 第２直管 １ｂ’ 短い第２直管 １ｃ 第３直管 １ｄ 第４直管 ２ａ、２ｂ、２ｃ 曲管 ３ａ、３ｂ、３ｃ サポート ４ａ、４ｂ、４ｃ 受金物 ５ａ、５ｂ 炉壁 ６ 管状体 ７ 溶接部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つ以上の直管を互いに曲管で接続して
   なるラジアントチューブにおいて、前記直管の一部又は
   全部を、軸線方向断面が波形で且つほぼ一定肉厚の管状
   体で構成したことを特徴とする加熱炉用ラジアントチュ
   ーブ。
2. 【請求項２】 第２直管の全部又は第２直管の第１曲管
   との溶接線側の一部のみを前記管状体で構成したことを
   特徴とする、請求項１に記載の加熱炉用ラジアントチュ
   ーブ。