JPH11279659A - 鋼帯の直火還元加熱方法及び直火還元加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーナの燃焼負荷の変化時にも鋼帯表面の酸
化抑制効果やスス発生防止効果に優れ、バーナの焼損等
を防止でき、また加熱設備をコンパクトにでき、熱応答性
に優れ、また燃料の多様化にも対応できる直火還元加熱
方法及び直火還元加熱装置を提供する。 【解決手段】 直火還元加熱装置で鋼帯を加熱するに際
して、管状火炎バーナ3を用いて、空気比1.0以下で燃焼し
た排ガスを鋼帯Sに吹きつける。管状火炎バーナのバーナ
内に単純形状からなる安定した火炎が形成され、燃料組
成や燃焼用空気流量の変動等によって反応速度が変化し
ても、従来の直火還元加熱バーナの乱流火炎と異なり、管
状火炎の直径が変化するだけで火炎が吹き飛ぶことがな
く、常に反応物質がすべて火炎内を通過するように流れ
場が形成される。空気比を1.0以下にすると、排ガス中に
還元性のガスが含まれ、鋼帯表面で未反応酸素が高濃度
で存在することがなくなり、鋼帯の直火還元加熱が可能
になる。

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、広くは鋼帯の加
熱方法および装置、特に鋼帯の直火還元加熱方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯（薄鋼板）の製造設備である連続焼
鈍設備や連続亜鉛メッキ設備では、鋼帯の表面の酸化を
抑制しつつ還元加熱する必要があり、ラジアントチュー
ブを備え、鋼帯を間接加熱する加熱装置と、直火還元加
熱バーナを備え、鋼帯を直接加熱する直火加熱装置とが
実用化されている。

【０００３】ラジアントチューブを備えた鋼帯の加熱装
置の場合、不活性又は還元性雰囲気中で鋼帯を間接加熱
するので、鋼帯表面の酸化の問題がないが、ラジアン
トチューブの耐熱性、耐久性の制約から、最高加熱温度
が制限されるため、加熱装置が大規模になり、設備コス
トが高く、ラジアントチューブの寿命が短いため、ラ
ンニングコストが高く、加熱設備の熱容量が大きくな
るため、熱応答性が遅くなり、加熱条件の変更に長時間
かかるという問題点がある。

【０００４】連続焼鈍設備や連続亜鉛メッキ設備は、生
産性が高く、鋼帯サイズや熱処理温度の変更も多いの
で、加熱設備は極力コンパクトであるとともに、熱応答
性の速いことが必要である。直火加熱は、加熱温度を高
くできるので、間接加熱と比較して、加熱設備をコンパ
クトにでき、また熱応答性が速いので、連続焼鈍設備や
連続亜鉛メッキ設備における前記の必要性に対処するに
は、直火加熱が有利な場合が多い。

【０００５】直火還元加熱バーナを備えた連続焼鈍設備
の一例の概略図を図１０に示す。図１０において、４１
は２基の予熱炉４１ａ、４１ｂを備える予熱炉、４３は
直火還元加熱バーナを備えた２基の直火加熱炉４３ａ、
４３ｂを備える直火加熱炉、４６はラジアントチューブ
を備えた輻射管加熱炉である。直火加熱炉４３ａ、４３
ｂは、それぞれ複数の加熱ゾーンに分かれ、各加熱ゾー
ンには、鋼帯の両面に対向して、鋼帯幅方向、走向方向
に、それぞれ複数個の直火還元加熱バーナが配設されて
いる。

【０００６】図示されていない入側設備で切断、溶接、
表面洗浄された鋼帯Ｓは、予熱炉４１を経由して直火加
熱炉４３に送られる。直火加熱炉４３で、直火還元加熱
バーナを用いて、高温の燃焼ガスを鋼帯Ｓに吹きつけ、
鋼帯Ｓは直火加熱炉出口４５の鋼帯温度が５５０〜７２
０℃程度の温度になるように急速加熱される。その際、
鋼帯表面の酸化を抑制するために、通常空気比を１．０
以下に調整する。次に、鋼帯Ｓは、ラジアントチューブ
を備えた輻射管加熱炉４６に送られて加熱保持され、鋼
帯の機械的特性を安定化させ、さらに図示されていない
冷却、表面処理、表面検査等の工程を経由してコイル巻
取り設備に導かれる。

【０００７】直火加熱炉４３で鋼帯を加熱後の排ガスは
鋼帯の走向方向とは逆方向に流れて、各加熱炉の入側部
４２、４４から加熱炉の外部に排出され、そのまま、あ
るいは予熱炉４１に送られて鋼帯の予熱等を行なった
後、設備外に放散される。

【０００８】直火還元加熱バーナとして、プレミックス
型およびノズルミックス型のバーナが実用化されてい
る。

【０００９】プレミックス型バーナは、燃料と燃焼用空
気を予め混合した予混合ガスをバーナ内に吹き込み、予
混合ガスの吹き出し速度と火炎伝播速度とが釣り合う位
置に火炎を安定させるものである。プレミックス型バー
ナは、火炎長が短く、比較的均一に燃焼できるという長
所があるが、バーナ上流への火炎伝播（爆発）を防止す
るための防爆対策が必要であり、設備コストが高価にな
り、また燃料の着火温度レベル以上の予熱空気が適用で
きないため、最高火炎温度を高くできないこと、ターン
ダウン比が小さく、火炎を安定化する保炎器が必要であ
ること、また適用する燃料の燃焼速度に応じて、バーナ
の寸法、形状を最適化する必要があるため、適用する燃
料ごとに異なるバーナを採用する必要がある等の短所が
ある。

【００１０】ノズルミックス型バーナは、燃料と燃焼用
空気をバーナ内に別々に吹き込み、バーナ内及びその下
流で拡散混合させ、これらが共存する領域に火炎を形成
させるものである。火炎の伝播性がないので防爆対策が
不要になるので、高温の予熱空気を適用して最高火炎温
度を高くできるという長所があるが、均一燃焼性に劣る
ので、プレミックス型バーナに比べて還元能力が小さ
く、燃料および燃焼用空気の供給圧を高くする必要があ
るので配管部品等のシール性を高くする必要がある等の
短所がある。

【００１１】プレミックス型バーナに燃料と燃焼用空気
を別々に供給して燃焼し、あるいはノズルミックス型バ
ーナに燃料と燃焼用空気を予混合して供給して燃焼する
ことはできない。また、燃料ガスとして、ＬＰＧやコー
クス炉ガス等の燃料が使用されているが、同一構造のバ
ーナで異なる燃料を使用することができない。

【００１２】したがって、直火加熱炉では、使用する燃
料の種類、操業条件に応じて、予め選定されたプレミッ
クス型バーナ、ノズルミックス型バーナ等が配設されて
いる。

【００１３】例えば、直火加熱炉の前段では、予熱空気
を適用して高温ガスによる加熱ができるノズルミックス
型バーナ、直火加熱炉の後段では、均一な燃焼ができ、
より安定した還元性が得られるプレミックス型バーナが
配設される。

【００１４】従来の直火還元加熱バーナでは、いずれの
バーナにおいても、燃焼反応が完了した平衡組成に近い
排ガス中で鋼帯を加熱すると、鋼帯表面の還元を十分に
行なうことができない。そのため、特公昭６３−３０９
７３号公報に記載されるように、空気比１．０以下とし
た反応途中の中間イオンが存在する非平衡状態にある火
炎のごく近傍の領域、すなわちバーナと鋼帯間の距離を
バーナ火炎内の還元性物質（Ｈ₂、ＣＯ、Ｈなど）の濃
度が高く還元性の強い領域に鋼帯を通板して、鋼帯の還
元加熱を行なっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記した直火還元加熱
バーナを備えた加熱装置では、反応途中の中間イオンが
存在する非平衡状態にある火炎中で鋼帯を加熱するの
で、バーナ軸方向のガス組成の変化が大きい。そのた
め、鋼帯表面の酸化を抑制しつつ還元加熱するには、バ
ーナと鋼帯間の距離を特定の狭い範囲に制限する必要が
あり、また加熱条件等の操業条件の許容範囲も狭い。ま
た炭化水素系燃料を適用した場合、空気比が低いとスス
が発生しやすいため、これに起因する鋼帯表面疵（押
疵）が発生しやすい。

【００１６】また、前記バーナはいずれもターンダウン
比が小さいため、バーナの加熱条件の設定範囲が狭く、
燃焼負荷を大きく変更する必要がある場合には、多数の
バーナを配設することにより調整する必要がある。その
ため、加熱設備が大型化し、また熱応答性も劣るように
なるという問題がある。

【００１７】また、燃料又は燃焼用空気の供給量の変動
などに起因して、火炎がバーナ基部やバーナタイルに付
着し、これに伴ってバーナの一部が焼損したり割れたり
する場合がある。

【００１８】本発明は、このような従来の直火還元加熱
バーナを用いた直火加熱における問題点を考慮したもの
であり、操業条件の許容範囲が広く、バーナの燃焼負荷
の変化時にも鋼帯表面の酸化抑制効果やスス発生防止効
果に優れ、バーナの焼損等を防止でき、また加熱設備を
コンパクトにでき、熱応答性に優れ、また燃料の多様化
にも対応できる直火還元加熱方法及び直火還元加熱装置
を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】従来の直火還元加熱バー
ナは、いずれもバーナの下流に乱流火炎を形成させるも
のである。本発明者らは、従来の直火還元加熱バーナの
操業条件の許容範囲が狭い理由は、バーナの下流に複雑
な三次元構造からなる乱流火炎を形成するバーナを使用
していることによると考えた。すなわち、従来のバーナ
の火炎構造を微視的に見た場合、火炎位置が常時複雑且
つ不規則に変動を繰り返すため、局所的に燃料が希薄な
領域と燃料が高濃度の領域が共存しながら燃焼が行われ
る。そのため、燃焼領域内では、いずれの位置でも微視
的に見ると、各種化学種の濃度は大きく変動する。燃料
が希薄な領域では未反応酸素が存在するようになり、鋼
帯表面の酸化を抑制する効果が低下する。また、燃料が
高濃度の領域では、ススが発生しやすくなる。

【００２０】従来の直火還元加熱バーナでは、化学種の
濃度変動の大きい複雑な三次元構造からなる乱流火炎中
で鋼帯を加熱するため、酸化を抑制して還元できる適正
操業範囲が狭い。また、燃料が希薄な領域の未反応酸素
が火炎帯の間をすりぬけて排ガス側に排出される。その
ため、このような複雑な気流中で鋼帯を加熱すると、排
ガス中の未反応酸素が鋼帯表面に到達し、鋼帯表面の酸
化が支配的となり、良好な還元雰囲気を維持することが
不可能になる。また、火炎位置の変動に伴って、鋼帯近
傍での温度も微視的にみると常時変動するので、鋼帯表
面での気流の実質的な還元力の変動も避けられない。

【００２１】火炎構造が単純で安定した火炎が得られ、
燃焼排ガスの性状を均一化できると、前記問題点を改善
できる可能性がある。火炎構造が単純で安定した火炎の
得られるバーナとして管状火炎バーナがある。

【００２２】管状火炎バーナとは、燃料と燃焼用空気を
円筒状の燃焼室内の内壁面の接線方向あるいは円筒状の
燃焼室の内壁面から中心方向に向けて吹き込んで、管内
の空間に、管軸に対象な管状の火炎を形成させるバーナ
であり、可燃範囲が広いこと、管の内壁が自己冷却され
るのでバーナの焼損が少ないこと等の特徴のあることが
知られている。しかし、管状火炎バーナを鋼帯の還元加
熱に適用する点についてはこれまで全く検討されていな
い。

【００２３】そこで、本発明者らは、管状火炎バーナを
用い、排ガスを鋼帯に吹きつけて、鋼帯の還元加熱につ
いて検討したところ、空気比１．０以下の燃焼排ガス中
において、従来の直火還元加熱バーナの非平衡状態から
なる火炎中での加熱の場合と同等の鋼帯表面光たくが得
られ、管状火炎バーナを用いて鋼帯の直火還元加熱を行
うことができることを新規に見出したものである。

【００２４】また、この知見に更に検討を加え、前記し
た従来の鋼帯の直火還元加熱の多くの問題点を一挙に解
決できる鋼帯の直火還元加熱に好適な加熱方法や加熱装
置の発明に至ったものである。

【００２５】前記課題を解決するための本発明の要旨は
以下のとおりである。以下、本発明において、管状火炎
バーナとは、燃料と燃焼用空気、あるいはこれらの予混
合気を円筒状の燃焼室内の内壁面の接線方向あるいは円
筒状の燃焼室の内壁面から中心方向に向けて吹き込むこ
とにより、管内の空間に、管軸に対象な管状の火炎を形
成させるバーナをいう。

【００２６】また、火炎長とは、管軸方向に測定した可
視火炎帯の上流端から下流端までの長さをいい、主燃焼
領域とは、前記可視火炎帯の内、保炎器あるいは火炎形
状を変形させるためのガイドやリセスなどのないバーナ
の燃焼室のストレート部の領域をいう。

【００２７】第１発明は、直火還元加熱装置で鋼帯を加
熱するに際して、管状火炎バーナを用いて、空気比１．
０以下で燃焼した排ガスを吹きつけて、鋼帯を加熱する
ことを特徴とする鋼帯の直火還元加熱方法である。

【００２８】第１発明においては、管状火炎バーナを用
いるので、バーナ内に単純形状からなる安定した火炎が
形成される。燃料組成や燃焼用空気流量の変動等によっ
て反応速度が変化しても、従来の直火還元加熱バーナの
乱流火炎の場合と異なり、管状火炎の直径が変化するだ
けで火炎が吹き飛ぶことがない。そのため、常に反応物
質（燃料、酸素）がすべて火炎内を通過するように流れ
場が形成される。空気比を１．０以下にして燃焼するこ
とによって、排ガス中にＣＯ、Ｈ₂、ＣＨ₄等の還元性の
ガスが含まれ、鋼帯表面で未反応酸素が高濃度で存在す
ることがなくなる。

【００２９】したがって、本発明では、従来の直火還元
加熱バーナの場合のように鋼帯表面近傍にガス性状の変
動の大きい非平衡状態にある火炎を定在させてＨ原子等
の寿命の短い活性化学種の強還元作用によって鋼帯の還
元加熱を行なわなくても、鋼帯に排ガスを吹きつけて、
排ガス中で還元雰囲気での鋼帯の還元加熱が可能にな
る。排ガス中ではほぼ均一な還元性のガス流れが得られ
るので、バーナ軸方向での化学種の濃度や温度の変動が
少なくなる。そのため、バーナと鋼帯間の距離の適正範
囲が広く、従来の直火還元加熱バーナに比べて、安定で
均一な還元加熱を行なうことが可能になり、適正操業範
囲が広くなる。バーナの燃焼負荷が変化した際において
も、排ガス中では上流側でのガス性状の変動の影響が抑
制されるので、従来の直火還元加熱バーナに比べて、よ
り安定した還元加熱を行なうことができる。

【００３０】管状火炎バーナは、火炎位置の変動が少な
く、局所低温領域がなくなるので、燃料の熱分解生成ガ
スが急冷されることがないので、ススの生成が抑制され
る。このことは鋼帯の押疵の発生を防止する上で有利で
ある。

【００３１】管状火炎バーナは、従来の直火還元加熱バ
ーナに比べて、保炎性に優れるので燃焼制御範囲が広
く、ターンダウン比を大きくできる。そのため、設備を
コンパクトにでき、また広範囲の加熱条件の設定ができ
るようになるので、熱応答性に優れ、鋼帯サイズ変更の
際等の燃焼負荷変動に迅速に応答できる。

【００３２】管状火炎バーナは、反応物質（燃料、酸
素）の吹き込み速度が数ｍ／ｓ程度の低速で済むため、
燃料や燃焼用空気の供給圧力を低くできる。そのため、
これらのリークによる問題が軽減され、またこれらの供
給設備に用いるシール部品を簡略化することができるの
で設備が安価になる。

【００３３】管状火炎バーナは、保炎性に優れ、火炎位
置の変動が少ないので、従来のプレミックス型バーナの
使用に際して必要であった防爆対策や保炎器等が不要に
なる。また管状火炎の主燃焼領域はバーナ内の空間に位
置しており、燃料および燃焼用空気の旋回流によって燃
焼室内壁が自己冷却されるので、バーナ基部やバーナタ
イル等の焼損を防止することができる。そのため、設備
費が安価になる。

【００３４】燃料と燃焼用空気の供給形態については、
燃料と燃焼用空気を別々にバーナ内に供給してもよく、
燃料と燃焼用空気を予混合してバーナ内に供給してもよ
い。したがって、燃料と燃焼用空気の供給形態を適宜使
い分けることができる。

【００３５】管状火炎バーナは、可燃範囲が広いため、
同一構造のままで燃料種類を変えても安定した火炎が形
成されるので、燃料の多様化に対応できる。

【００３６】管状火炎バーナとして、管状の燃焼室の内
壁面に、前記燃焼室の内壁面の接線方向に燃料と燃焼用
空気とを別々に又はこれらの予混合ガスを吹き込むため
の、管軸方向に沿ったスリット状の開口部が配設されて
いるものを使用すると、燃料と燃焼用空気が別々に燃焼
室内に吹き込まれた場合であっても、すべての燃料と燃
焼用空気とが火炎内を通過するように流れ場が形成さ
れ、また、燃料と燃焼用空気の供給形態に係わらず、燃
焼室内で管状火炎が安定して形成できるので、前記した
効果をより向上させることができる。

【００３７】また、管状火炎バーナが、管状火炎バーナ
の一部を下流に向けて細くするか、又は管状火炎バーナ
の下流端付近の内壁にリング状のリセスを備えることに
より、排ガス中の未反応酸素の濃度を低く抑える機能を
備えるものである場合、バーナの上流での燃料と燃焼用
空気の供給形態にかかわらず、管状火炎が形成される場
合には、バーナの下流端近傍付近での火炎位置が内壁に
接近するため、ここでの燃焼反応が加速され、未反応酸
素がバーナ出口から炉内に直接リークすることを防止で
きる。

【００３８】本発明においては、必要に応じて、火炎を
バーナ内からはみ出させて鋼帯を加熱してもよい。

【００３９】第２発明は、第１発明において、管状火炎
バーナの空気比を調整して、排ガスの鋼帯表面での還元
性を調整することを特徴とする鋼帯の直火還元加熱方法
である。

【００４０】排ガスの鋼帯表面での還元性は、鋼帯表面
での排ガスの化学種の濃度や温度と関係する。第２発明
においては、管状火炎バーナの空気比を調整して、鋼帯
表面での排ガスの化学種の濃度や温度を調整し、鋼帯表
面での還元性を調整できる。

【００４１】第３発明は、第１発明または第２発明にお
いて、管状火炎バーナ内の主燃焼領域より下流に還元剤
を添加して、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整するこ
とを特徴とする鋼帯の直火還元加熱方法である。

【００４２】第３発明においては、バーナの主燃焼領域
で生成した高温排ガスに、還元剤（例えば燃料ガス等の
還元性ガス）を任意の量添加することにより、主燃焼領
域での火炎の形態に影響を及ぼすことなく、鋼帯表面近
傍での気流の温度と還元性化学種（ＣＯ、Ｈ₂、ＣＨ₄な
ど）の濃度を、独立にコントロールできる。従来の直火
還元加熱バーナの場合、これらのパラメータは燃料の種
類や空気比に依存し、独立に制御するのはほとんど不可
能である。すなわち、第３発明によれば、従来よりも強
還元雰囲気での鋼帯の加熱が可能となる。

【００４３】第４発明は、第１発明乃至第３発明のいず
れかの発明において、管状火炎バーナの火炎長を調整し
て、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整することを特徴
とする鋼帯の直火還元加熱方法である。

【００４４】火炎長が短いと、高温の燃焼排ガスを鋼帯
に吹きつけて鋼帯を急速加熱し、同時に還元加熱すると
いう本発明の作用効果が低下する。

【００４５】第４発明においては、火炎長を調整するこ
とによって、加熱装置全体としての熱バランスに影響を
及ぼすことなく、鋼帯表面近傍での排ガスの衝突速度や
温度を調整して、還元性を調整することができる。

【００４６】火炎長が短い場合、バーナ内で温度の高い
排ガスが存在する領域が増え、燃焼室温度が上昇してバ
ーナの耐久性が低下する。この場合、火炎長を調整して
長くすることによって、バーナの耐久性の低下を防止す
ることもできる。

【００４７】管状火炎バーナでは、例えば燃料と燃焼用
空気のバーナ内への吹き込み速度を変えることによっ
て、燃料および燃焼用空気の流量を変更することなく、
バーナ内の主燃焼領域の位置及び火炎長を調整できる。
燃料と燃焼用空気のバーナ内への吹き込み速度の調整
は、例えばスリット状の開口部の開口面積を調整するこ
とによって行なうことができる。

【００４８】第５発明は、第１発明乃至第４発明のいず
れかの発明において、管状火炎バーナの燃焼用空気の温
度を調整して、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整する
ことを特徴とする鋼帯の直火還元加熱方法である。

【００４９】第５発明においては、燃焼用空気を予熱し
て、その温度を調整することによって、低空気比であっ
ても、排ガス温度を高温にして鋼帯表面での還元性を調
整することができ、また、ススの発生を防止するという
効果もある。

【００５０】なお、燃料と燃焼用空気を予混合燃焼させ
る場合、バーナの上流への火炎の伝播（爆発）を防止す
るため、混合後のガス温度を適用した燃料の着火温度よ
り低い温度にするように燃焼用空気を予熱することが望
ましい。

【００５１】第６発明は、第１発明において、鋼帯表面
近傍の排ガスの化学種の濃度を測定し、測定した化学種
の濃度に基いて、第２発明の管状火炎バーナの空気比、
第３発明の還元剤の添加量、第４発明の管状火炎バーナ
の火炎長、および第５発明の管状火炎バーナの燃焼用空
気温度の内の１つ又は２つ以上を調整して、排ガスの鋼
帯表面での還元性を調整することを特徴とする鋼帯の直
火還元加熱方法である。

【００５２】第６発明においては、鋼帯表面近傍の化学
種（例えば、ＣＯ、Ｈ₂、Ｏ₂等）の濃度を測定するの
で、化学種濃度の変動があった場合、その変動を速やか
に且つ的確に把握できる。また測定した化学種の濃度に
基いて、鋼帯表面の還元性を速やかに調整できるので、
より安定した還元加熱が可能になる。鋼帯表面近傍の化
学種の濃度に基いて、空気比を調整した場合、空気比に
応じて、排ガス中の還元性化学種の濃度と温度が変化し
て、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整できる。還元剤
の添加量を調整した場合、主燃焼領域での火炎の形態に
影響を及ぼすことなく、鋼帯表面近傍でのガス温度と還
元性化学種の濃度を独立に調整して、排ガスの鋼帯表面
での還元性を調整できる。管状火炎バーナの火炎長を調
整した場合、鋼帯に衝突する排ガス速度や温度を調整し
て、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整できる。管状火
炎バーナの燃焼用空気温度を調整した場合、低空気比で
あっても、排ガス温度を高温にして鋼帯表面での還元性
を調整することができ、また、ススの発生を防止すると
いう効果もある。

【００５３】第７発明は、第１発明乃至第６発明のいず
れかにおいて、バーナ下流端内壁近傍の排ガス温度を検
出し、検出した温度に基いて管状火炎バーナの火炎長を
調整することを特徴とする鋼帯の直火還元加熱方法であ
る。

【００５４】管状火炎の場合、火炎長が長くなるとバー
ナの下流端から未燃ガスや未反応酸素が火炎内を通過せ
ずにバーナの外に排出される可能性がある。これを防止
するには、バーナ下流端のバーナ内壁近傍の排ガス温度
を検出し、この温度が十分に高温になっていること、す
なわち、下流端の内壁近傍が燃焼生成ガスで満たされて
いることを確認する必要がある。第７発明においては、
バーナ下流端の検出温度に基いて管状火炎バーナの火炎
長を調整するので、未燃ガスや未反応酸素がバーナの外
に排出されることを防止できる。

【００５５】第８発明は、加熱用バーナとして、バーナ
内に管状の火炎が形成される管状の燃焼室を有する管状
火炎バーナを備えることを特徴とする鋼帯の直火還元加
熱装置である。

【００５６】第８発明においては、管状火炎バーナを用
いるので、前記第１発明において説明した管状火炎バー
ナを用いることにともなう以下の作用効果を奏する。

【００５７】バーナ内に単純形状からなる安定した火
炎が形成されるので、安定した加熱を行なうことができ
る。特に、空気比を１．０以下で燃焼した排ガスを鋼帯
に吹きつけて、排ガス中で還元性雰囲気で鋼帯を還元加
熱することによって、従来の直火還元加熱バーナに比べ
て、安定で均一な還元加熱を行なうことが可能になり、
適正操業範囲も広くできる。またバーナの燃焼負荷が変
化した際においても、火炎の安定性が良好であるため、
従来の直火還元加熱バーナに比べて、より安定した還元
加熱を行なうことができる。

【００５８】火炎位置の変動が少なく、局所低温領域
がなくなるので、燃料の熱分解生成ガスが急冷されるこ
とがないので、ススの生成が抑制される。そのため、鋼
帯の押疵の発生を防止できる。

【００５９】保炎性に優れているので燃焼制御範囲が
広く、ターンダウン比が大きい。そのため、設備をコン
パクトにでき、また広範囲の加熱条件の設定ができるよ
うになり、熱応答性に優れ、鋼帯サイズ変更の際等の燃
焼負荷変動に迅速に応答できる。

【００６０】燃料や燃焼用空気の供給圧力を低くでき
るので、これらのリークによる問題が軽減され、またこ
れらの供給設備に用いるシール部品を簡略化することが
できるので設備が安価になる。

【００６１】管状火炎バーナは、保炎性に優れ、火炎
位置の変動が少ないので、防爆対策や保炎器等が不要に
なる。また燃料および燃焼用空気の旋回流によって燃焼
室内壁が自己冷却されるので、バーナ基部やバーナタイ
ル等の焼損を防止することができ、設備費を安価にでき
る。

【００６２】燃料と燃焼用空気の供給形態は、燃料と
燃焼用空気を別々にバーナ内に供給してもよく、燃料と
燃焼用空気を予混合後バーナ内に供給してもよい。

【００６３】管状火炎バーナは、同一構造のままで燃
料の種類を変更しても安定した火炎が形成されるので、
燃料の多様化に対応できる。

【００６４】第９発明は、第８発明において、管状火炎
バーナの管状の燃焼室の内壁面に、前記燃焼室の内壁面
の接線方向に燃料と燃焼用空気とを別々に又はこれらの
予混合ガスを吹き込むための、管軸方向に沿ったスリッ
ト状の開口部が配設されていることを特徴とする鋼帯の
直火還元加熱装置である。

【００６５】第９発明においては、燃料と燃焼用空気が
別々に燃焼室内に吹き込まれた場合であっても、スリッ
トからの吹き出し速度が大きいため、バーナ内壁近傍に
おいて両者が乱流混合されると共に、火炎により予熱さ
れるため、両者を燃焼室内でより確実に燃焼させること
ができる。また、燃料と燃焼用空気の供給形態に係わら
ず、燃焼室内で管状火炎が安定して形成できる。

【００６６】第１０発明は、第８発明または第９発明に
おいて、管状火炎バーナが、管状火炎バーナの一部を下
流に向けて細くするか、又は管状火炎バーナの下流端付
近の内壁にリング状のリセスを備えることにより、排ガ
ス中の未反応酸素の濃度を低く抑える機能を備えること
を特徴とする鋼帯の直火還元加熱装置である。

【００６７】第１０発明においては、バーナの上流での
燃料と燃焼用空気の供給形態にかかわらず、バーナの下
流端近傍付近での火炎位置が内壁に接近するため、未反
応酸素が存在した場合、未反応酸素が内壁付近から炉内
に直接リークすることを防止できる。

【００６８】第１１発明は、第８発明乃至第１０発明の
内のいずれかの発明において、管状火炎バーナの主燃焼
領域より下流のバーナ内壁に、燃焼室中心部に向けて還
元剤を吹き込むためのノズルが配設されていることを特
徴とする鋼帯の直火還元加熱装置である。

【００６９】第１１発明においては、バーナの主要反応
物質（燃料、酸素）と独立して還元剤が添加できるの
で、主燃焼領域での火炎の形態に影響を及ぼすことな
く、排ガス中の化学種の濃度を調整して鋼帯表面での還
元性を調整できる。還元剤を燃焼室の中心部に向けて吹
き込むため、排ガスとの混合性がよく、鋼帯表面に至る
までにほぼ均一に混合する。

【００７０】第１２発明は、第８発明乃至第１１発明の
いずれかの発明において、管状火炎バーナに、バーナ内
の火炎長を調整する手段が配設されていることを特徴と
する鋼帯の直火還元加熱装置である。

【００７１】火炎長が短いと、高温の燃焼排ガスを鋼帯
に吹きつけて鋼帯を急速加熱し、同時に還元加熱すると
いう効果を十分に発揮できない場合がある。第１２発明
においては、火炎長を調整する手段を備えることによっ
て、加熱装置全体としての熱バランスに影響を及ぼすこ
となく、鋼帯表面近傍での排ガスの衝突速度や温度を調
整して、還元性を調整することができる。

【００７２】火炎長がバーナ長より短い場合、バーナ内
で温度の高い排ガスが存在する領域が増え、燃焼室温度
が上昇してバーナの耐久性が低下する。この場合、火炎
長を調整して長くすることによって、バーナの耐久性の
低下を防止することもできる。

【００７３】管状火炎バーナでは、例えば燃料と燃焼用
空気のバーナ内への吹き込み速度を変えることによっ
て、燃料および燃焼用空気の流量を変更することなく、
バーナ内の主燃焼領域の位置及び火炎長を調整できる。
燃料と燃焼用空気のバーナ内への吹き込み速度の調整
は、例えばスリット状の開口部の開口面積を調整するこ
とによって行なうことができる。

【００７４】第１３発明は、第１２発明において、バー
ナ内の火炎長の調整手段が、管状火炎バーナの燃焼室内
の上流端に配設され、管内で管軸方向に移動してスリッ
ト状の開口部の開口面積を調整可能なスペーサー及び前
記スペーサーの管軸方向の位置を調整するためのスペー
サー位置調整装置を備えるものであることを特徴とする
鋼帯の直火還元加熱装置である。

【００７５】第１３発明においては、スペーサー位置調
整装置を用いて、スペーサーを管軸方向に移動して、ス
リット状の開口部の開口面積を調整する。スリット状の
開口部の開口面積を調整することによって、燃焼室内の
容積が狭められると共に、燃料と燃焼用空気のバーナ内
への吹き込み速度が調整され、バーナ内の火炎長を調整
できる。

【００７６】第１４発明は、第９発明乃至第１２発明の
いずれかの発明において、管状火炎バーナが、燃焼室を
構成する管をＵ字形にわん曲させ、中央部にスリット状
の開口部を配設し、両下流端から排ガスが吹き出すよう
にしたＵ字形管状火炎バーナであることを特徴とする鋼
帯の直火還元加熱装置である。

【００７７】第１４発明においては、燃料および燃焼用
空気の配管を１系統配設することにより、従来のバーナ
２個分の機能を果たすことができる。従って、配管が容
易になり、設備費を低減することができる。

【００７８】第１５発明は、第９発明乃至第１４発明の
いずれかの発明において、隣合うバーナから吹き出され
る排ガスの旋回方向がお互いに逆向きになるようにスリ
ット状の開口部が配設されていることを特徴とする鋼帯
の直火還元加熱装置である。

【００７９】第１５発明においては、隣合うバーナから
吹き出される排ガスの旋回流が、お互いに他方を強め合
うため、バーナ軸方向での旋回流の距離減衰が小さく抑
えられ、鋼帯近傍での温度低下や化学種の濃度変化を小
さくすることができる。

【００８０】第１６発明は、第８発明乃至第１５発明の
いずれかの発明において、燃焼用空気の供給系統に燃焼
用空気温度制御装置が配設されていることを特徴とする
鋼帯の直火還元加熱装置である。

【００８１】第１６発明においては、燃焼用空気を高温
に予熱することによって、燃焼後の排ガス温度を高温に
でき、鋼帯をより急速に加熱できる。燃焼用空気の温度
制御装置を備えるので、燃料と燃焼用空気の供給形態を
両者を予混合しない別々の供給から予混合に変更する場
合であっても、安全且つ速やかに予混合後のガス温度を
所要の温度に加熱することができる。なお、燃料と燃焼
用空気を予混合後燃焼する場合、バーナの上流への火炎
の伝播（爆発）を防止するため、混合後のガス温度を適
用した燃料の着火温度より低い温度にすることが望まし
い。

【００８２】第１７発明は、第８発明乃至第１６発明の
いずれかの発明において、管状火炎バーナが複数のスリ
ット状の開口部を備え、また管状火炎バーナに供給する
燃料と燃焼用空気の供給系統に燃料と燃焼用空気の混合
器を備えるとともに、燃料と燃焼用空気とを混合器を経
ることなく別々にバーナに供給（以下、非予混合）し、
又は混合器を経て予混合後にバーナに供給することの切
り替えが自在に設定できるように配設されていることを
特徴とする鋼帯の直火還元加熱装置である。

【００８３】第１７発明においては、操業中に、必要に
応じて燃料と燃焼用空気の供給形態を予混合又は非予混
合の一方から他方に変更することができる。したがっ
て、例えば、加熱条件を低温から高温に変更する場合
に、燃料と燃焼用空気の供給形態を予混合から爆発の危
険性のない非予混合に変更し、高温に予熱した燃焼用空
気を用いて、排ガス温度を高温にして条件変更時間を短
縮することができる。

【００８４】第１８発明は、第８発明乃至第１７発明の
いずれかの発明において、鋼帯の表面近傍の排ガスの化
学種の濃度を検出するための濃度計、および前記濃度計
で検出した化学種の濃度に基いて、管状火炎バーナの空
気比を調整するための空気比制御装置、バーナの燃焼室
中心に吹き込む還元剤の添加量を調整する還元剤流量制
御装置、管状火炎バーナの火炎長を調整する火炎長制御
装置、および管状火炎バーナの燃焼用空気温度制御装置
の内の１つまたは２つ以上を備えていることを特徴とす
る鋼帯の直火還元加熱装置である。

【００８５】第１８発明においては、鋼帯表面近傍の化
学種（例えば、ＣＯ、Ｈ₂、Ｏ₂等）の濃度を測定でき
る。化学種の濃度の変動があった場合、その変動を速や
かに且つ的確に把握できる。また測定した化学種の濃度
に基いて、鋼帯表面の還元性を速やかに調整できるの
で、より安定した還元加熱が可能になる。空気比制御装
置を備える場合、鋼帯の表面近傍の化学種の濃度に基い
て、空気比を調整して、排ガスの中の還元性化学種の濃
度と温度を速やかに調整して、排ガスの鋼帯表面での還
元性を所要の状態に調整できる。還元剤流量制御装置を
備える場合、空気比を調整する代りに、還元剤の添加量
を調整し、主燃焼領域での火炎の形態に影響を及ぼすこ
となく、鋼帯表面近傍でのガス温度と還元性化学種の濃
度を独立に調整して、排ガスの鋼帯表面での還元性を調
整できる。火炎長制御装置を備える場合、管状火炎バー
ナの火炎長を調整して、鋼帯に衝突する排ガス速度や温
度を調整し、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整でき
る。燃焼用空気温度制御装置を備える場合、燃焼用空気
温度を調整して、燃焼用空気を高温に予熱することによ
って、燃焼後の排ガス温度を高温にでき、鋼帯をより急
速に加熱したり、還元性を高めることができる。

【００８６】第１９発明は、第８発明乃至第１８発明の
いずれかの発明において、管状火炎バーナ下流端の内壁
に、バーナ下流端の排ガス温度を検出するための温度
計、および前記温度計で検出した排ガス温度に基いて、
管状火炎バーナの火炎長を調整する火炎長制御装置を備
えていることを特徴とする鋼帯の直火還元加熱装置であ
る。

【００８７】第１９発明においては、バーナ下流端の検
出温度に基いて、管状火炎バーナの火炎長を調整するこ
とによって、未燃ガスや未反応酸素がバーナの外に排出
されることを防止できる。

【００８８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。

【００８９】図１は、本発明の実施の形態に係る鋼帯の
直火還元加熱装置の要部を示す図、図２は、図１の直火
還元加熱装置のＡ−Ａ断面を示す図で、さらに燃料ガス
と燃焼用空気の供給系統を図示してある。管状火炎バー
ナは鋼帯の両面に対向し、鋼帯の幅方向、走行方向に複
数個配設されているが、以下の説明では、便宜上、管状
火炎バーナは１基だけ図示している。

【００９０】図１、図２において、Ｓは鋼帯（ストリッ
プ）、１は加熱装置の耐火物、２は加熱装置の外板、３
は管状火炎バーナ、６は開口部、７は気体ダクト、８は
点火プラグで管軸方向に間隔をあけて２個配設されてお
り、９はスペーサー、１０はスペーサー位置調整装置、
１１はその一方の端にスペーサーを取り付け、スペーサ
ー位置を調整する摺動軸、１２はスペーサー位置調整装
置の架台、１３はバーナ下流端の内壁近傍の排ガス温度
を測定する熱電対、１４は火炎長制御装置、１５は燃料
ガス供給配管、１６は燃焼用空気供給配、１７は燃焼用
空気温度制御装置、１８は燃料ガスと燃焼用空気を混合
する混合器である。

【００９１】管状火炎バーナ３は、燃料ガスや燃焼用空
気の吹き込み速度が従来型バーナの場合より低速で済
む。そのため、この加熱装置では、燃料ガスや燃焼用空
気の供給設備の供給圧力を低くできるので、これらのリ
ークによる問題が軽減され、供給設備に用いるシール部
品を簡略化でき、管状火炎バーナ３は、火炎位置の変動
が少ないので、防爆対策や保炎器等が不要になる。

【００９２】また、管状火炎の主燃焼領域はバーナ内の
空間に位置しており、燃料および燃焼用空気の旋回流に
よって燃焼室内壁が自己冷却され、かつ燃焼室内壁での
円周方向の温度分布が均一であるので、バーナ本体４の
基部やバーナタイル５等の焼損や局所熱応力による割れ
を防止できる。

【００９３】管状火炎バーナ３のバーナ本体４とバーナ
タイル５は、管状の燃焼室を構成し、燃焼室の内面壁に
管軸方向に沿ったスリット状の開口部６が２ケ所配設さ
れ、各開口部６にはそれぞれ気体供給ダクト７が接続さ
れている。

【００９４】燃料ガス供給配管１５から供給される燃料
ガス、燃焼用空気供給配管１６から供給される燃焼用空
気は、所定の空気比にコントロールされ、弁３２ａ、３
２ｂ、３３ａ、３３ｂを開閉して、それぞれ気体供給ダ
クト７に別々に、あるいは両者を混合器１８で予混合後
双方の気体供給ダクト７に供給できるようになってい
る。また、燃焼用空気は必要に応じて、燃焼用空気温度
制御装置１７で所定温度に予熱される。

【００９５】気体供給ダクト７を経て供給された気体
は、開口部６から燃焼室の内壁面の接線方向に、数ｍ／
ｓ程度以上の流速で吹き込まれ、バーナ内を旋回し、点
火プラグ８で点火され、燃焼室内に管状火炎が形成され
る。

【００９６】燃料ガスと燃焼用空気の供給形態や燃料ガ
ス種類が変わっても、火炎位置の変動の少ない安定した
管状の燃焼火炎が形成される。反応物質が全て火炎内を
通過するように流れ場が形成され、空気比を１．０以下
にして燃焼すると、排ガス中には、ＣＯ、Ｈ₂、ＣＨ₄等
の還元性ガスが含まれ、未反応酸素が高濃度で存在する
ことがなくなるので、排ガスを鋼帯Ｓに吹きつけて、排
ガス中で還元雰囲気での鋼帯Ｓの還元加熱を行なうこと
ができる。また、燃焼時に局所低温領域がなくなるの
で、燃料の熱分解生成ガスが急冷されることがなくな
り、ススの生成が抑制される。

【００９７】管状火炎バーナの下流端は下流に向けて細
くなっている。そのため、バーナの下流ではガスの旋回
流速が増加し、気体どうしの混合が促進されて、排ガス
中の未反応酸素濃度を低く抑えることができ、また、ガ
ス組成と温度がほぼ一様になる。バーナから排出された
排ガスは、旋回径が急激に大きくなり、一様なガス組
成、温度で鋼帯に吹きつけられる。

【００９８】排ガス中では、化学種の濃度や温度の変動
が少なく、かつすべての燃料及び酸化剤が火炎内を通過
するため、管軸方向の化学種の濃度分布が均一となり、
バーナ−鋼帯間の距離の適性範囲が広く操業範囲が広く
なり、バーナの燃焼負荷が変化した際においても、安定
した還元加熱を行なうことができる。

【００９９】管状火炎バーナは、従来の直火還元加熱バ
ーナに比べて、燃焼制御範囲が広く、ターンダウン比を
大きくでき、かつバーナ内で燃焼を完結させることがで
きる。そのため、直火還元加熱装置をコンパクトにで
き、また加熱条件の設定範囲を広くできるので、熱応答
性に優れ、鋼帯サイズ変更の際等の燃焼負荷変動に迅速
に応答できる。

【０１００】還元加熱を行うためには、空気比を１．０
以下にする必要があるが、安定した還元加熱を行うため
には、０．９５以下が好ましく、またススの生成を防止
し、より安定した還元加熱を行うには０．６〜０．８が
更に好ましい。

【０１０１】なお、従来型バーナでは、空気比が０．７
程度以下ではススの発生が多く適用は難しいが、管状火
炎バーナでは、空気比０．６付近でもススの発生はな
く、鋼帯表面の押疵等のトラブルは発生しない。

【０１０２】火炎長は、空気比や気体の吹き込み速度に
よって変化する。例えば、空気比０．９、吹き込み速度
１０ｍ／ｓ程度にすると、バーナ内径と同程度の火炎長
であり、また、空気比を理論混合比から遠ざけ（空気比
をλとした場合、λ＞＞１またはλ＜＜１）、または吹
き込み速度を大きくすると、火炎長が長くなる。火炎長
が短いと、高温の排ガスを鋼帯に吹きつけて、鋼帯を還
元しながら急速加熱するという効果がやや劣るようにな
り、またバーナの内壁が高温の排ガスに接触するため、
バーナの耐久性が低下するようになる。

【０１０３】図１の加熱装置において、スペーサー９は
管状火炎バーナの燃焼室内の上流端に配設され、管内で
管軸方向に移動可能な耐熱性材料からなる。スペーサー
位置調整装置１０によって、摺動軸１１を介してスペー
サー９をバーナ内に押し込むと、開口部６の一部が塞が
れて、開口部６からの気体の吹き出し速度が高くなる。
管軸方向に複数の点火プラグ８が配設されているので、
スペーサーを押し込んだ時にも確実に着火操作ができ
る。これにともなって火炎長が細くかつ長くなるととも
に火炎位置がバーナの下流側に移動する。火炎先端の移
動距離は、スペーサーの押し込み量より大きくなる。し
たがって、予め、空気比、吹き込み速度と火炎長の関係
を求めておき、スペーサーの位置を調整して火炎長を適
宜調整できる。

【０１０４】火炎長が長くなり過ぎると、火炎が細くな
ってバーナの下流端の内壁近傍から未反応酸素や未燃ガ
スが火炎内を通過せずに排出される可能性がある。これ
を防止するには、この場所が燃焼生成ガスで満たされて
充分に高温になっていることが必要である。バーナ下流
端に設けた熱電対１３で、バーナ下流端の内壁近傍のガ
ス温度を測定し、この温度が充分に高温になっているこ
とを確認するによって、未反応酸素や未燃ガスが排出さ
れていないことが確認できる。

【０１０５】また、前記ガス温度が低い場合、熱電対１
３で測定したガス温度に基づいて、火炎長制御装置１４
によって、スペーサー位置調整装置１０を操作してスペ
ーサー９の位置を調整して火炎長を調整し、ガス温度が
充分に高温になるようにすればよい。

【０１０６】図３は、管状火炎バーナの火炎長を調整す
る手段の別の実施の形態を示す図である。図３におい
て、気体ダクト７ａの幅ｈは、ガス流れの方向に次第に
小さくなっており、幅ｋがガス流れ方向に次第に小さく
なるスペーサー９ａが、気体ダクト７ａの一方の面に沿
ってガス流れの方向に進退自在に配設されている。図示
されていない移動機構を用いてスペーサー９ａをガス流
れの方向に進退させることによって、気体ダクト７ａと
スペーサー９ａによって形成されるガス通路幅ｄを調整
し、ガス流量を変更することなく開口部６からの気体の
吹き出し速度を調整でき、それに応じて火炎長を調整で
きる。

【０１０７】図４は、未反応酸素の濃度を低く抑える機
能を備える管状火炎バーナの別の実施の形態を示す図
で、（ａ）は、管状火炎バーナの要部を示す断面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ部におけるガス流れの状態を説明す
る図で、１９はバーナの下流端に設けられたリング状の
リセスである。リング状のリセス１９によってリセスの
近傍に循環流が形成されるため、ガスが攪拌され、高温
の燃焼生成ガスがバーナ内壁近傍に流れ込み、リセス部
では（ｂ）に示されるような高温循環領域２０が形成さ
れる。この領域は、高温になり、またガスの滞留時間も
長くなるので、未反応酸素と未燃ガスとの燃焼反応が促
進されて、未反応酸素の排出が低く抑えられる。図４で
は、リセスはバーナの下流端にあるが、下流端の近傍に
あってもよい。

【０１０８】図５は、管状火炎バーナの主燃焼室より下
流のバーナ内壁に、燃焼室中心部に向けて還元剤を吹き
込むためのノズルを備える図である。２１はノズル、２
２は還元剤供給配管である。還元剤として、燃料ガスそ
の他の還元剤を使用できる。バーナの主要反応物質（燃
料、酸素）と独立に還元剤を添加できるので、主燃焼領
域の火炎の形態に影響を及ぼすことなく、排ガス中の化
学種の濃度を調整して、鋼帯表面での還元性を調整でき
る。還元剤を燃焼室の中心部に吹き込むため、排ガスと
の混合性がよく、鋼帯表面に至るまでにほぼ均一に分散
する。

【０１０９】鋼帯の加熱装置には、複数の管状火炎バー
ナが配設されている。図６は鋼帯に対向配置される複数
のバーナの排ガスの回転方向の好ましい形態を示す図で
ある。図６において、（ａ）は加熱装置の鋼帯に対向す
る一方の側の断面図で一点鎖線で示す位置に管状火炎バ
ーナが配設されていることを示しており、（ｂ）は、
（ａ）のＣ−Ｃ矢視図で、排ガスの回転方向は矢印で示
されている。隣り合うバーナの排気ガスの回転方向がお
互いに逆向きになるように管状火炎バーナのスリット状
の開口部が配設されていると、（ｂ）に示されるよう
に、隣り合うバーナの排ガスの回転方向がお互いに逆向
きになっている場合、隣り合うバーナの旋回流がお互い
に他方を強め合うため、バーナ軸方向での旋回流の距離
減衰が小さく抑えられ、鋼帯近傍での温度低下や化学種
の濃度変化を小さくできるので、より好ましい。

【０１１０】図７は、本発明の加熱装置に使用する管状
火炎バーナが、燃焼室を構成する管をＵ字形にわん曲さ
せ、中央部に細長いスリット状の開口部６ｂを配設し、
両下流端から排ガスが吹き出すようにしたＵ字形管状火
炎バーナの場合である。１系統の燃料および燃焼用空気
配管によって２個分のバーナの機能を果たすことが出来
るので、配管が容易になり、設備費を低減できる。

【０１１１】図８は、本発明の加熱装置が、鋼帯表面近
傍の排ガスの化学種の濃度を検出する濃度計、および化
学種の濃度に基づいて、管状火炎バーナの燃料ガスの空
気比を調整する空気比制御装置、還元剤の添加量を調整
する還元剤流量制御装置、管状火炎バーナの火炎長を調
整する火炎長制御装置、管状火炎バーナの燃焼用空気温
度を調整する燃焼用空気温度制御装置を備える図であ
る。

【０１１２】図８において、２４は加熱装置の排ガス温
度を測定する温度計、２５は鋼帯表面近傍の排ガスの化
学種の濃度を測定する濃度計、２６は加熱装置のガス温
度制御装置、２７は燃料ガスと燃焼用空気流量を調整す
るガス流量制御装置、２８は燃料ガスの空気比を調整す
る空気比制御装置、２９は還元剤流量制御装置、また１
４は火炎長制御装置、１７は燃焼用空気温度制御装置で
ある。燃料ガスと燃焼用空気の供給形態は、弁３２ａ、
３２ｂおよび弁３３ａ、３３ｂの開閉を調整することに
よって、燃料ガスと燃焼用空気を別々に管状火炎バーナ
３に供給し、あるいは、混合器１８で予混合後管状火炎
バーナ３に供給することができる。

【０１１３】温度計２４で検出した加熱装置の排ガス温
度に基いて、ガス温度制御装置２６で加熱装置の排ガス
温度が所定の温度になるように演算し、演算結果をガス
流量制御装置２７、あるいはさらに空気比制御装置２８
に出力する。ガス流量制御装置２７および空気比制御装
置２８では、空気比制御装置２８からの入力に基いて燃
料ガス流量を演算し、また予め設定した空気比に基づい
て必要な燃焼用空気流量を演算する。また演算結果に基
づいて、流量制御弁３１ａ、３１ｂを制御して、所定流
量の燃料ガス、燃焼用空気を、予め設定した燃焼ガスと
燃焼用空気の供給形態にしたがって管状火炎バーナ３に
供給する。

【０１１４】空気比は、還元加熱行うために１．０以下
にする必要がある。安定した還元加熱を行うには、０．
９５以下がより好ましく、また０．６〜０．８が更に好
ましい。加熱装置を鋼帯の走行方向に多段の加熱ゾーン
に分割し、各加熱ゾーンで鋼帯を順次加熱して昇温する
場合、前段の加熱ゾーンでは空気比を高くしてもよい
が、後段の加熱ゾーンでは空燃比を前記範囲にすること
が望ましい。

【０１１５】濃度計２５で検出した鋼帯表面近傍の化学
種の濃度に基いて、空気比制御装置２８によって管状火
炎バーナの空気比を調整し、あるいは還元剤流量制御装
置２９によって管状火炎バーナの主燃焼室より下流のバ
ーナ内壁から燃焼室中心部に向けて吹き込む還元剤の流
量を調整し、あるいは火炎長制御装置１４によって管状
火炎バーナの火炎長を調整し、あるいは燃焼用空気温度
制御装置１７によって燃焼用空気の予熱温度を調整する
ことができる。

【０１１６】空気比を調整する場合、濃度計２５で検出
した化学種の濃度に基づいて、空気比制御装置２８で空
気比を演算し、演算した空気比に基いて、ガス流用制御
装置２７によって、燃料ガス流量と燃焼用空気流量を演
算する。また演算結果に基づいて、流量制御弁３１ａ、
３１ｂを制御して、演算した流量の燃料ガスと燃焼用空
気を管状火炎バーナ３に供給する。化学種の濃度変動が
あった場合、その変動を速やかに且つ的確に把握して、
鋼帯表面の還元性を所要の還元性に調整できる。例え
ば、化学種として、ＣＯを測定し、測定結果が予め定め
た濃度を下回った場合、燃焼用空気流量を減少して空気
比を下げるように、あるは排ガス温度を下げるように調
整する。

【０１１７】還元剤流量を調整する場合、濃度計２５で
検出した化学種の濃度に基づいて、還元剤流量制御装置
２９で還元剤の添加量を演算し、演算結果に基いて流量
調整弁３１ｃを制御して、演算した量の還元剤を添加す
る。主燃焼領域での火炎の形態に影響を及ぼすことな
く、鋼帯表面でのガス温度と還元性化学種の濃度を調整
して、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整できる。

【０１１８】管状火炎バーナの火炎長を調整する場合、
濃度計２５で検出した化学種の濃度に基づいて、火炎長
制御装置１４でスペーサーの押し込み量を演算し、演算
結果に基いてスペーサー位置調整装置１０を駆動して、
スペーサー９の位置を調整して、火炎長を調整する。鋼
帯に衝突する排ガス速度や温度を制御して、排ガスの鋼
帯表面での還元性を調整できる。

【０１１９】管状火炎バーナの燃焼用空気温度を調整す
る場合、濃度計２５で検出した化学種の濃度に基づい
て、燃焼用空気温度の変更量を演算し、演算結果に基い
て燃焼用空気温度制御装置１７を制御して、燃焼用空気
温度を調整する。排ガス温度を変更することによって、
鋼帯表面での還元性を調整できる。燃料ガスと燃焼用空
気の供給形態を燃料ガスと燃焼用空気を別々にバーナに
供給する操業から両者を予混合後バーナに供給する操業
に移行する際に、燃焼用空気温度を一気に高温側に調整
して、熱応答性を向上しながら還元性を同時に向上する
際に特に有効である。

【０１２０】前記調整に際しては、予め変更の優先順位
と変更範囲を決め、優先順位にしたがって、予め設定し
た変更範囲内で条件を変更するとよい。

【０１２１】前記したように、本発明の直火還元加熱装
置は、空気比１．０以下で燃焼した排ガスを利用して、
鋼帯を還元加熱する装置として好適であるが、必要に応
じて、従来型バーナのように、バーナの主燃焼領域をバ
ーナ内からはみ出させ、鋼帯に火炎を直接吹きつけて鋼
帯を加熱すること、あるいは、空気比１．０以上で燃焼
した排ガス中で、鋼帯を直火加熱する装置として使用す
ることができる。

【０１２２】

【実施例】図９の（ａ）に示す管状火炎ノズルを配設し
た鋼帯の直火還元加熱炉を準備した。（ａ）において、
管状火炎バーナ３の寸法は、内径Ｄ：１００ｍｍφ、長
さＬ：４００ｍｍで、管状火炎バーナ３の端部と鋼帯Ｓ
の間隔Ｈ：１６０ｍｍである。また、管軸方向に沿った
スリット状の開口部６が、（ｂ）に示すように燃焼室の
内壁面の管軸を挟む反対側の位置にそれぞれ１ケ所づつ
配設されており、開口部６の寸法は、Ｗ：１００ｍｍ、
Ｂ：３ｍｍである。

【０１２３】この加熱炉を用いて、一方の開口部６から
プロパンガス（流量：２Ｎｍ³／ｈ）、他方の開口部６
から燃焼用空気を空気比：０．９０になるように吹き込
んで燃焼し、加熱炉炉温を１１５０℃にして、厚さ０．
８ｍｍ×幅３２０ｍｍ×長さ５００ｍｍの冷間圧延され
たままの鋼帯Ｓに燃焼排ガスを吹きつけて、鋼帯Ｓの温
度が７５０℃になるまで１５秒間加熱した。加熱後に排
ガスを吹き付けた鋼帯Ｓの表面外観を観察したところ、
従来の直火還元加熱バーナを用いて非平衡状態にある火
炎中で鋼帯を加熱した場合と同等の還元状態を示す表面
光たくが得られた。

【０１２４】また、前記と同様のバーナ寸法で、（ｃ）
に示すように開口部６（寸法は、Ｗ：１００ｍｍ、Ｂ：
３ｍｍ）を１ケ所だけ配設した管状火炎バーナを用い
て、プロパンガス（流量：２Ｎｍ³／ｈ）及び燃焼用空
気（空気比：０．９０）の予混合気を吹き込んで、前記
と同様にして、加熱後の鋼帯Ｓの表面外観を観察したと
ころ、前記と同等の表面光たくが得られた。

【０１２５】

【発明の効果】（１）管状火炎バーナを用いるので、バ
ーナ内に単純形状からなる安定した火炎が形成され、反
応物質（燃料、酸素）がすべて火炎内を通過するように
流れ場が形成される。空気比を１．０以下にして燃焼す
ることによって、排ガス中にＣＯ、Ｈ₂、ＣＨ₄等の還元
性のガスが含まれ、鋼帯表面で未反応酸素が高濃度で存
在することがなくなるので、排ガス中で還元雰囲気での
鋼帯の還元加熱が可能になる。

【０１２６】（２）排ガス中では、化学種の濃度や温度
の変動が少ないので、バーナ−鋼帯間の距離の適性範囲
が広く、従来の直火還元加熱バーナに比べて、操業範囲
が広くなり、バーナの燃焼負荷が変化した際において
も、安定した還元加熱を行なうことができる。

【０１２７】（３）管状火炎バーナは、火炎位置の変動
が少なく、局所低温領域がなくなるので、燃料の熱分解
生成ガスが急冷されることがないので、ススの生成が抑
制され、また鋼帯の押疵の発生を防止できる。

【０１２８】（４）管状火炎バーナは、従来の直火還元
加熱バーナに比べて、燃焼制御範囲が広く、ターンダウ
ン比を大きくできる。そのため、設備をコンパクトにで
き、また加熱条件の設定範囲を広くできるので、熱応答
性に優れ、鋼帯サイズ変更の際等の燃焼負荷変動に迅速
に応答できる。

【０１２９】（５）管状火炎バーナは、反応物質（燃
料、酸素）の吹き込み速度が低速で済むので、燃料や燃
焼用空気の供給圧力を低くできる。そのため、これらの
リークによる問題が軽減され、またこれらの供給設備に
用いるシール部品を簡略化することができるので設備が
安価になる。

【０１３０】（６）管状火炎バーナは、火炎位置の変動
が少ないので、防爆対策や保炎器等が不要になる。また
管状火炎の主燃焼領域はバーナ内の空間に位置してお
り、燃料および燃焼用空気の旋回流によって燃焼室内壁
が自己冷却されるので、バーナ基部やバーナタイル等の
焼損を防止することができる。そのため、設備費が安価
になる。

【０１３１】（７）同一のバーナを用いて、燃料と燃焼
用空気を別々にバーナ内に供給して燃焼してもよく、燃
料と燃焼用空気を予混合後バーナ内に供給して燃焼して
もよい。燃料と燃焼用空気の供給形態を必要に応じて変
更することができる。

【０１３２】（８）管状火炎バーナは、同一構造のまま
で燃料種類が変わっても安定した火炎が形成されるの
で、燃料の多様化に対応できる。

【０１３３】さらに、（９）第２発明乃至第７発明、第
１０発明乃至第１２発明、第１５発明乃至第１９発明で
は、前記（１）の効果をより確実に奏することができ
る。

【０１３４】（１０）第４発明、第１２発明では、火炎
長を調整することによって、バーナの耐久性の低下を防
止することができる。

【０１３５】（１１）第１４発明では、燃料および燃焼
用空気の配管を１系統配設することにより、従来のバー
ナ２個分の機能を果たすので、配管が容易になり、設備
費を低減できる。

【０１３６】（１２）第１６発明では、燃料と燃焼用空
気の供給形態を、両者を別々にバーナに供給する非予混
合から予混合に変更する場合であっても、安全且つ速や
かに予混合後のガス温度を所要の温度に加熱することが
できる。

【０１３７】（１３）第１７発明では、燃料と燃焼用空
気の供給形態の切り替えが自在になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る直火式還元加熱装置
の要部を示す図。

【図２】図１の直火還元加熱装置のＡ−Ａ断面を示す
図。

【図３】本発明の管状火炎バーナの火炎長を調整する手
段の別の実施の形態を示す図。

【図４】本発明の直火還元加熱装置に使用するリセスを
備える管状火炎バーナを示す図。

【図５】本発明の直火還元加熱装置に使用する還元剤を
吹き込むためのノズルを備える管状火炎バーナを示す
図。

【図６】本発明の直火還元加熱装置における管状火炎バ
ーナの配置の一例を示す図。

【図７】本発明の直火還元加熱装置に使用するＵ字形の
管状火炎バーナを示す図。

【図８】本発明の実施の形態に係る別の鋼帯の直火還元
加熱装置を示す図。

【図９】本発明の実施例に使用した鋼帯の直火還元加熱
装置を示す図。

【図１０】直火還元加熱装置を備えた鋼帯の連続焼鈍設
備の一例を示す図。

【符号の説明】 Ｓ 鋼帯 １ 加熱装置の耐火物 ２ 加熱装置の外板 ３ 管状火炎ノズル ４、４ｂ バーナ本体 ５、５ｂ バーナタイル ６、６ａ、６ｂ 開口部 ７、７ａ 気体ダクト ８ 点火プラグ ９、９ａ スペーサー １０ スペーサー位置調整装置 １１ 摺動軸 １２ 架台 １３ 熱電対 １４ 火炎長制御装置 １５ 燃料ガス供給配管 １６ 燃焼用空気供給配管 １７ 燃焼用空気温度制御装置 １８ 混合器 １９ リセス ２１ ノズル ２２ 還元剤供給配管 ２４ 温度計 ２５ 濃度計 ２６ ガス温度制御装置 ２７ ガス流量制御装置 ２８ 空気比制御装置 ２９ 還元剤流量制御装置 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ オリフィス ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 流量制御弁 ４１ 予熱炉 ４３ 直火加熱炉 ４５ 直火加熱炉出口 ４６ 輻射管加熱炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜口 惣 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 石塚 悟 広島県東広島市鏡山１丁目４番１号

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直火還元加熱装置で鋼帯を加熱するに際
   して、管状火炎バーナを用いて、空気比１．０以下で燃
   焼した排ガスを鋼帯に吹きつけて、鋼帯を加熱すること
   を特徴とする鋼帯の直火還元加熱方法。
2. 【請求項２】 管状火炎バーナの空気比を調整して、排
   ガスの鋼帯表面での還元性を調整することを特徴とする
   請求項１に記載の鋼帯の直火還元加熱方法。
3. 【請求項３】 管状火炎バーナ内の主燃焼領域より下流
   に還元剤を添加して、排ガスの鋼帯表面での還元性を調
   整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の鋼帯の直火還元加熱方法。
4. 【請求項４】 管状火炎バーナの火炎長を調整して、排
   ガスの鋼帯表面での還元性を調整することを特徴とする
   請求項１乃至請求項３の内のいずれかの１項に記載の鋼
   帯の直火還元加熱方法。
5. 【請求項５】 管状火炎バーナの燃焼用空気の温度を調
   整して、排ガスの鋼帯表面での還元性を調整することを
   特徴とする請求項１乃至請求項４の内のいずれかの１項
   に記載の鋼帯の直火還元加熱方法。
6. 【請求項６】 鋼帯の表面近傍の排ガスの化学種の濃度
   を測定し、測定した化学種の濃度に基いて、請求項２に
   記載の管状火炎バーナの空気比、請求項３に記載の還元
   剤の添加量、請求項４に記載の管状火炎バーナの火炎
   長、および請求項５に記載の管状火炎バーナの燃焼用空
   気温度の内の１つ又は２つ以上を調整して、排ガスの鋼
   帯表面での還元性を調整することを特徴とする請求項１
   に記載の鋼帯の直火還元加熱方法。
7. 【請求項７】 バーナ下流端内壁近傍の排ガス温度を検
   出し、検出した温度に基いて管状火炎バーナの火炎長を
   調整することを特徴とする請求項１乃至請求項６の内の
   いずれかの１項に記載の鋼帯の直火還元加熱方法。
8. 【請求項８】 加熱用バーナとして、バーナ内に管状の
   火炎が形成される管状の燃焼室を有する管状火炎バーナ
   を備えることを特徴とする鋼帯の直火還元加熱装置。
9. 【請求項９】 管状火炎バーナの管状の燃焼室の内壁面
   に、前記燃焼室の内壁面の接線方向に燃料と燃焼用空気
   とを別々に又はこれらの予混合ガスを吹き込むための、
   管軸方向に沿ったスリット状の開口部が配設されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の鋼帯の直火還元加熱
   装置。
10. 【請求項１０】 管状火炎バーナが、管状火炎バーナの
    一部を下流に向けて細くするか、又は管状火炎バーナの
    下流端付近の内壁にリング状のリセスを備えることによ
    り、排ガス中の未反応酸素の濃度を低く抑える機能を備
    えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の
    鋼帯の直火還元加熱装置。
11. 【請求項１１】 管状火炎バーナの主燃焼領域より下流
    のバーナ内壁に、燃焼室中心部に向けて還元剤を吹き込
    むためのノズルが配設されていることを特徴とする請求
    項８乃至請求項１０の内のいずれかの１項に記載の鋼帯
    の直火還元加熱装置。
12. 【請求項１２】 管状火炎バーナに、バーナ内の火炎長
    を調整する手段が配設されていることを特徴とする請求
    項８乃至請求項１１の内のいずれかの１項に記載の鋼帯
    の直火還元加熱装置。
13. 【請求項１３】 バーナ内の火炎長の調整手段が、管状
    火炎バーナの燃焼室内の上流端に配設され、管内で管軸
    方向に移動してスリット状の開口部の開口面積を調整可
    能なスペーサー及び前記スペーサーの管軸方向の位置を
    調整するためのスペーサー位置調整装置を備えるもので
    あることを特徴とする請求項１２に記載の鋼帯の直火還
    元加熱装置。
14. 【請求項１４】 管状火炎バーナが、燃焼室を構成する
    管をＵ字形にわん曲させ、中央部にスリット状の開口部
    を配設し、両下流端から排ガスが吹き出すようにしたＵ
    字形管状火炎バーナであることを特徴とする請求項９乃
    至請求項１２の内のいずれかの１項に記載の鋼帯の直火
    還元加熱装置。
15. 【請求項１５】 隣合うバーナから吹き出される排ガス
    の旋回方向がお互いに逆向きになるようにスリット状の
    開口部が配設されていることを特徴とする請求項９乃至
    請求項１４の内のいずれかの１項に記載の鋼帯の直火還
    元加熱装置。
16. 【請求項１６】 燃焼用空気の供給系統に燃焼用空気温
    度制御装置が配設されていることを特徴とする請求項８
    乃至請求項１５の内のいずれかの１項に記載の鋼帯の直
    火還元加熱装置。
17. 【請求項１７】 管状火炎バーナが複数のスリット状の
    開口部を備え、また管状火炎バーナに供給する燃料と燃
    焼用空気の供給系統に燃料と燃焼用空気の混合器を備え
    るとともに、燃料と燃焼用空気とを混合器を経ることな
    く別々にバーナに供給し、又は混合器を経て予混合後に
    バーナに供給することの切り替えが自在に設定できるよ
    うに配設されていることを特徴とする請求項８乃至請求
    項１６の内のいずれかの１項に記載の鋼帯の直火還元加
    熱装置。
18. 【請求項１８】 鋼帯の表面近傍の排ガスの化学種の濃
    度を検出するための濃度計、および前記濃度計で検出し
    た化学種の濃度に基いて、管状火炎バーナの空気比を調
    整するための空気比制御装置、バーナの燃焼室中心に吹
    き込む還元剤の添加量を調整する還元剤流量制御装置、
    管状火炎バーナの火炎長を調整する火炎長制御装置、お
    よび管状火炎バーナの燃焼用空気温度制御装置の内の１
    つまたは２つ以上を備えていることを特徴とする請求項
    ８乃至請求項１７の内のいずれかの１項に記載の鋼帯の
    直火還元加熱装置。
19. 【請求項１９】 管状火炎バーナ下流端の内壁に、バー
    ナ下流端の排ガス温度を検出するための温度計、および
    前記温度計で検出した排ガス温度に基いて、管状火炎バ
    ーナの火炎長を調整する火炎長制御装置を備えているこ
    とを特徴とする請求項８乃至請求項１８の内のいずれか
    の１項に記載の鋼帯の直火還元加熱装置。