JPH10273735A - 蓄熱再生式燃焼装置を用いたベル型焼鈍炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 局部加熱と炉内温度変動を最小限に留めるこ
とが可能なベル型焼鈍炉の操業方法を提供する。 【解決手段】 均熱期に入ると、蓄熱再生式燃焼装置の
燃焼下限容量付近までその燃焼容量を漸次低減させなが
ら連続的に燃焼を行う。次に、燃焼容量が燃焼下限容量
付近に達するとその後は燃焼下限容量付近の状態で間欠
的に燃焼を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱再生式燃焼装
置を用いたベル型焼鈍炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属ストリップコイル（以下、コ
イル材という）を焼鈍するに際し、インナカバー内に収
容したコイル材をアウタカバーに取り付けたバーナで間
接加熱するベル型焼鈍炉が広く利用されてきた。一方
で、省エネルギーの観点から熱効率に優れた燃焼装置と
して燃焼と廃熱回収を交互に繰り返す蓄熱再生式燃焼装
置が注目を集めており、発明者らは蓄熱再生式燃焼装置
を用いたベル型焼鈍炉を先に出願した。このベル型焼鈍
炉を用いた焼鈍プロセスは、炉内を設定温度（焼鈍温
度）まで昇温する加熱、この設定温度に炉内温度を保つ
均熱、さらに徐冷を含む冷却の各操業期に分けられる
（以下、各操業期を加熱期、均熱期、冷却期と呼ぶ）。
ここで、加熱期は炉内温度を設定温度まで短時間で上昇
させる必要から、バーナは１００％負荷の状態で燃焼を
継続する必要がある。

【０００３】しかし、均熱期は炉内温度を設定温度（焼
鈍温度）に保持するのに必要な熱量を与えるものであ
り、図６に示すように、炉内温度を検出しながら燃焼と
非燃焼を交互に繰り返す間欠的な燃焼を行うとともに、
燃焼時にバーナを１００％負荷の状態で運転し、非燃焼
時間を漸次増加する方法が採用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この操
業方法によれば、バーナの近傍にあるインナカバーやコ
イル材が局部的に加熱されてそれらに高温域と低温域が
生じる。この局部加熱状態は、アウタカバーとインナカ
バーの間の円筒空間に旋回気流を形成させて熱の拡散を
もってしても解消できない。また、バーナが１００％負
荷の状態で燃焼と非燃焼を繰り返すので、局部加熱状態
をさらに助長するだけなく、炉内の温度変動を極めて大
きくし、インナカバーの耐久寿命を短くしている。

【０００５】そこで、本発明は、蓄熱再生式燃焼装置の
もつ省エネルギーの利点を活かしながら、上述の局部加
熱と炉内温度変動を最小限に留めることが可能な均熱操
業方法を提供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ため
に、本発明の蓄熱再生式燃焼装置を用いたベル型焼鈍炉
の操業方法では、その均熱期に、蓄熱再生式燃焼装置の
燃焼下限容量付近まで均熱操業時の必要燃焼容量を連続
的に制御しながら燃焼を行なう。次に、必要な燃焼容量
が燃焼下限容量付近に達するとその後は燃焼下限容量付
近の状態で間欠的に燃焼する。

【０００７】

【発明の効果】この操業方法によれば、蓄熱再生式燃焼
装置は燃焼下限容量付近まで、火炎を絶やすことなく均
熱操業に必要な熱量を与える。したがって、１００％負
荷の状態で蓄熱再生式燃焼装置を間欠的に燃焼を継続す
る場合に比べて、炉内の温度変動が減少する。

【０００８】次いで、蓄熱再生式燃焼装置の燃焼容量を
低くした操業を行なうと、蓄熱再生式燃焼装置から噴射
される燃料や空気の流速が低下して火炎の直進性は低下
すると共にアウタカバーとインナカバーの間の環状空間
に火炎の舞い上がりが生じて、コイル材やインナカバー
の局部加熱を減少すると共に、積載したコイル材を均等
に加熱できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施形態を説明する。図１において、蓄熱再生
式燃焼装置を用いたベル型焼鈍炉１は、炉床２、インナ
カバー３、及びアウタカバー４で構成される。処理材料
であるコイル材Ｗは、炉床２上に積み重ね、インナカバ
ー３さらにアウタカバー４で覆い焼鈍される。

【００１０】アウタカバー４は、下部周円の１８０°対
称位置に一対のスリット型蓄熱再生式燃焼装置（以下、
「燃焼装置」という。）７ａ，７ｂと、天井部４ａにベ
ント孔８を備えている。燃焼装置７ａ，７ｂはアウター
カバー４に対してその接線方向に取り付けてあり（図２
参照）、内部の縦長のヘッダ管８ａ，８ｂから燃料を面
状に噴出してインナカバー３とアウタカバー４との間の
空間６に縦偏平火炎（図３参照）を形成するようにして
ある。なお、ベント孔８には外気が上記空間６に流入す
るのを防止するための逆流防止機構（例えば、逆止弁）
を設けるのが好ましい。

【００１１】燃焼装置７ａ，７ｂは、燃料と空気を噴出
して燃焼する機能と、非燃焼時には空間６内の排ガスを
吸引してその廃熱を回収する機能を有し、これらの機能
を達成するために、蓄熱媒体からなる蓄熱器９ａ，９ｂ
を備えている。

【００１２】燃焼装置７ａ，７ｂのヘッダ管８ａ，８ｂ
は、蓄熱器９ａ，９ｂを貫通する燃料分岐管１２ａ，１
２ｂと燃料本管１３により燃料供給装置１４に接続され
ており、燃料分岐管１２ａ，１２ｂに開閉弁１５ａ，１
５ｂ、燃料本管１３に燃料制御弁１６が設けてある。

【００１３】燃焼装置７ａ，７ｂの本体には、それぞれ
に対応した給排気管１７ａ，１７ｂが接続されている。
給排気管１７ａ，１７ｂは空気供給管１８ａ，１８ｂと
排ガス管２３ａ，２３ｂに分岐している。そして、空気
供給管１８ａ，１８ｂが空気供給本管１９を介して燃焼
空気供給用ブロア２０に接続され、排ガス管２３ａ，２
３ｂが排ガス本管２４を介して排気ブロア２５に接続さ
れている。また、空気供給管１８ａ，１８ｂには開閉弁
２１ａ，２１ｂ、空気供給本管１９には空気制御弁２２
が設けてある。同様に、排ガス管２３ａ，２３ｂには開
閉弁２６ａ，２６ｂ、排ガス本管２４には排ガス制御弁
２７がそれぞれ設けてある。そして、燃料制御弁１６、
空気制御弁２２及び排ガス制御弁２７は空燃比制御装置
２８によりそれらの開度が調整されるようになってい
る。

【００１４】蓄熱再生式燃焼装置を用いたベル型焼鈍炉
１の操業動作を説明する。前述のように、焼鈍炉１の焼
鈍プロセスは、加熱期、均熱期及び冷却期からなる。加
熱期では、燃焼装置７ａ，７ｂで交互に燃焼を繰り返す
とともに、非燃焼状態にある燃焼装置７ａまたは７ｂか
ら排ガスを吸引排気してその廃熱を回収しながらコイル
材Ｗを所定温度まで加熱する。

【００１５】具体的に、燃焼動作と廃熱回収動作を説明
する。いま一方の燃焼装置７ａで燃焼を行い、他方の燃
焼装置７ｂで廃熱を回収するものとする。この場合、燃
料配管系では、開閉弁１５ａを開いて燃料供給装置１４
から燃焼装置７ａのヘッダ管８ａに燃料を供給する。他
方、燃料切替弁１５ｂを閉じて燃焼装置７ｂへの燃料供
給を遮断する。

【００１６】空気配管系では、開閉弁２１ａを開いて燃
焼装置７ａに燃焼用空気を供給する。他方、開閉弁２１
ｂを閉じて燃料装置７ｂへの供給を遮断する。燃焼装置
７ａのヘッダ管８ａに供給された燃料は蓄熱器９ａを通
過して流入した空気と混合して燃焼し、縦偏平火炎を形
成する。

【００１７】排ガス配管系では、開閉弁２６ｂを開き、
他方の開閉弁２６ａを閉じる。なお、排ガス制御弁２７
の開度を調整することにより排ガスの約８０％が燃焼装
置７ｂに吸引され、蓄熱器９ｂでその廃熱が回収された
後、排ガスブロア２５で排気される。残りの約２０％の
排ガスはベント孔８から外部に排気される。

【００１８】以上の動作が所定時間継続された後、次に
燃焼装置７ｂで燃焼を行い、他方の燃焼装置７ａで廃熱
を回収する動作に移る。この場合、燃料配管系では、開
閉弁１５ａを閉じて燃焼装置７ａへの燃料供給を遮断
し、開閉弁１５ｂを開いて燃料供給装置１４から燃焼装
置７ｂのヘッダ管８ｂに燃料を供給する。一方、空気配
管系では、開閉弁２１ａを閉じて燃焼装置７ａへの空気
供給を遮断し、開閉弁２１ｂを開いて燃焼装置７ｂに空
気を供給する。燃焼装置７ｂのヘッダ管８ｂに供給され
た燃料は蓄熱器９ｂを通過した予熱空気と混合して燃焼
し、縦偏平火炎を形成する。

【００１９】排ガス配管系では、開閉弁２６ａを開き、
他方の開閉弁２６ｂを閉じる。同様に排ガスの約８０％
が燃焼装置７ａに吸引され、蓄熱器９ａでその廃熱が回
収された後、排気ブロア２５で排気される。残りの２０
％の排ガスはベント孔８から外部に自然に排気される。
このようにして、燃焼装置７ａ，７ｂでは、燃焼動作と
廃熱回収動作が所定時間ごとに交互に行われて炉内温度
が設定温度まで昇温される。

【００２０】均熱期に入ると、図４に示すように、加熱
期に１００％負荷の状態で運転した燃焼装置７ａ，７ｂ
の燃焼容量を、これら燃焼装置７ａ、７ｂで定常的に火
炎を形成できる燃焼下限容量付近（例えば、約２０％）
まで均熱操業時の必要燃焼容量に連続的に制御しなが
ら、上述した交互燃焼を連続する。燃焼装置７ａ，７ｂ
の燃焼容量が燃焼下限容量付近に達すると、この燃焼下
限容量付近で上述した交互燃焼を間欠的に行う。

【００２１】均熱期における必要燃焼容量及び燃焼下限
容量付近での燃焼時間と非燃焼時間は、インナカバー３
の内側に配置した複数の温度検出装置（図示せず）で炉
内温度を検出し、この炉内温度とコイル材Ｗの温度がほ
ぼ一定の値を保つように制御する。

【００２２】このように、均熱期に燃焼装置７ａ，７ｂ
の燃焼容量を必要燃焼容量に連続的に制御すると、実質
的には、燃焼容量が低下することになり、それ故に燃焼
操業中の燃焼装置から噴射される燃料と空気の流速が低
下すると共にアウタカバーとインナカバーの間の環状空
間に形成される旋回気流によって火炎の舞い上がりを生
じる。その結果、インナカバー３の局部的加熱が防止さ
れてその耐久寿命が延びると共に、積載された複数のコ
イル材Ｗが均等に加熱される。

【００２３】また、蓄熱再生式燃焼装置は、上述のよう
に炉内排ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱するので
火炎温度が高く、伝熱量は火炎温度の４乗に比例するの
で、低燃焼容量による火炎の舞い上がりを利用して輻射
伝熱量により効率よく積層コイル材Ｗが均等に加熱す
る。

【００２４】因に、炉内にコイルＷを４段重ね、最下段
とその上の段のコイル材Ｗに対向して燃焼装置７ａ，７
ｂを配置した場合、上から２段目のコイル材Ｗが十分加
熱されないという問題、またこの２段目のコイル材Ｗを
必要温度に加熱するために焼鈍時間が長くなるという問
題があるが、本発明によれば高温の輻射熱によって各段
のコイル材Ｗがほぼ均等に加熱されて焼鈍処理され、そ
のために焼鈍時間を従来に比べて短くできる。

【００２５】本発明の操業方法と図６に示す操業方法
（比較例）を実施して、それぞれについてコイル材の内
部にある最も高い温度点（ホットポイント）と最も低い
温度点（コールドポイント）の温度差を測定した。その
結果、図５に示すように、本発明の操業方法によれば、
比較例よりも温度差を約５°低減できることが確認でき
た。また、温度差が±１０°（グラフでは２０°）以下
の範囲に落ち着くまでの焼鈍時間が、本発明では比較例
よりも約２時間早く、この時間だけ全体の焼鈍時間を短
くできることを確認した。

【００２６】なお、均熱操業が終了すると、冷却操業に
入る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る蓄熱再生式燃焼装置を用いたベ
ル型焼鈍炉の縦断面図とその配管系統図である。

【図２】 図１に示す焼鈍炉の横断面図である。

【図３】 焼鈍下限容量付近時の火炎状態を示す斜視図
である。

【図４】 本発明にかかる操業方法を示すグラフ（横軸
が時間、縦軸が燃焼装置の燃焼容量）を示す。

【図５】 本発明の操業方法と図７に示す操業方法（比
較例）で処理した場合の材料温度差（コイル材における
ホットポイントとコールドポイントの温度差）を示す。

【図６】 比較例の操業方法を示すグラフである。

【符号の説明】

１…蓄熱再生式燃焼装置を用いたベル型焼鈍炉、３…イ
ンナカバー、４…アウタカバー、Ｗ…コイル材（処理材
料）、６…空間、７ａ，７ｂ…スリット型蓄熱再生式燃
焼装置、８…ベント孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高原 克明 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株式 会社堺製造所内 (72)発明者 花田 敏明 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株式 会社堺製造所内 (72)発明者 中桐 信一 大阪府堺市石津西町五番地 日新製鋼株式 会社堺製造所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱再生式燃焼装置を用いたベル型焼鈍
   炉により金属ストリップコイルを焼鈍するに際し、上記
   ベル型焼鈍炉の均熱操業期に、上記蓄熱再生式燃焼装置
   の燃焼下限容量付近まで均熱操業時の必要燃焼容量を連
   続的に制御しながら燃焼を行い、上記必要燃焼容量が上
   記燃焼下限容量付近に達するとその後は上記燃焼下限容
   量付近の状態で間欠的に燃焼を行なう蓄熱再生式燃焼装
   置を用いたベル型焼鈍炉の操業方法。