JPH11293341A

JPH11293341A - ハイブリッド型誘導加熱炉

Info

Publication number: JPH11293341A
Application number: JP10262730A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzuki; 鈴木　　剛
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ビレット等の加熱炉において、電磁誘導による
誘導加熱方式と高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加熱方式
とを、両者の優れた特徴を生かせるように組み合わせ
て、高いエネルギー利用効率が得られ、しかも構造が単
純で設備コストの低いハイブリッド型誘導加熱炉を提供
する。【解決手段】ビレット等の被加熱物を加熱する加熱部と
該加熱部内で被加熱物を移動させる手段とを有したハイ
ブリッド型誘導加熱炉の該加熱部を、被加熱物の流通加
熱経路の上流側に設けた誘導加熱部と、該誘導加熱部の
下流側に設けた高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加熱部と
を備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、型材の原料となる
ビレット等の加熱に利用される加熱炉において、電力に
よる誘導加熱の優れた点と燃料直炊きによる燃焼加熱の
優れた点を併せ持つハイブリッド型誘導加熱炉に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の殆どの、断面が円形又は一辺が１
３０ｍｍ以下の正方形の鋼片であるビレット等の加熱に
は、電磁誘導によって加熱電流を発生させる誘導加熱炉
が使用されている。

【０００３】この誘導加熱炉では、燃焼を利用しないの
で、ビレット等の製品の酸化を防止でき、スケールと脱
炭の発生量を減少できるので、鋼材の表面の性状を向上
することができる。また、内部を略均一に加熱できるた
め、被加熱物の肉厚方向の温度差が少なく、内部まで均
一温度にできる。更に、燃焼加熱方法に比べて、例え
ば、５倍から１０倍の１００〜２００℃／ｓｅｃという
ような著しく高い加熱速度で加熱することができ、結晶
粒を微細化することができるのでビレット等の被加熱物
の材質を更に向上することができる。

【０００４】その上、誘導加熱炉は、構造も簡単で、操
作及び取り扱いも容易であり、設置スペースも少なく、
また、燃焼排ガスを発生しないので、燃焼排ガスの処理
の問題もなくなるという利点がある。

【０００５】しかしながら、ビレット等の製品の加熱温
度が高温となる場合には、誘導加熱用のコイル内に冷却
水を通して冷却して、コイルの材料を保護をする必要が
あり、例えば１２５０℃となるような非常に高温の場合
は、この冷却に伴う放熱損失が著しく大きくなるという
問題がある。

【０００６】また、誘導加熱炉は、電力による加熱であ
るために、一次エネルギーベースで見ると、発電及び送
電過程におけるエネルギーロスと誘導加熱炉本体におけ
るエネルギーロスとが重なり、エネルギー利用効率が極
めて低く、単位製品量当たりに要する用役の消費量であ
るエネルギー原単位でみると効率が悪く、改善の余地が
あるという問題がある。

【０００７】また、ビレット等の加熱に燃料直焚きの燃
焼加熱炉を使用する場合には、比較的簡単な構造の燃焼
バーナでも高温にすることができ、主として炎からの熱
放射で、熱を被加熱物と炉内表面に与え、また、炉内表
面はその熱の大部分を熱放射して被加熱物に与えるの
で、伝熱表面積が大きくない場合でも比較的低い温度で
多量の熱を与えることができるという利点があり、燃焼
熱エネルギーを直接加熱に使用できるのでエネルギー効
率がよい。

【０００８】また、炉内温度と製品の温度差によって熱
エネルギーを熱放射や対流伝熱等により熱伝達するた
め、温度差の大きい間は熱伝達が速やかに行われるが、
温度差が小さくなると伝熱速度が著しく低下するという
特徴がある。

【０００９】しかし、この燃料直焚きの燃焼加熱炉で
は、被加熱物の外側から加熱することになるので、内部
を目標の加熱温度にするためには炉内温度又は燃焼排ガ
スをこの目標温度以上に昇温させる必要がある。そのた
め、通常に燃焼バーナでは、排気ガスの排出温度が高く
なるので、放熱による熱損失が大きくなり、エネルギー
効率が悪くなる上に、高温に耐える炉材や保温が必要に
なり、高コストの設備になるという問題がある。また、
酸化雰囲気における加熱になるので、酸化による被加熱
物の材質の劣化という問題もある。

【００１０】そこで、近年のビレット等の加熱に利用さ
れる加熱炉において、誘導加熱部と燃料直焚き加熱部と
を直列配置して、電力による誘導加熱の優れた点と燃料
直焚きによるエネルギー効率の良い点とを組合わせたハ
イブリッド型誘導加熱炉が注目されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このハ
イブリッド誘導加熱炉においては、実開昭５８−１０５
４６６号公報に記載の装置のように、燃料直焚きの燃焼
加熱部３Ａの後段に誘導加熱部２Ａを図６に示すように
配置すると、次のような問題がある。

【００１２】高周波誘導加熱は、被加熱物の表皮に渦電
流を発生させて、その渦電流に基づく渦電流損によって
材料を加熱するが、磁気変態点を越えると急速に強磁性
を失い、更に加熱しようとしても、起電力が小さくなり
発熱量が少なくなる。そのため、誘導加熱は常温から磁
気変態点近傍までの範囲が加熱効率が高いが、それ以上
は加熱効率が低下する。

【００１３】この磁気変態点は、代表的なα鉄では７３
０℃であり、鉄を主成分とするビレットの加熱材料で
は、材料により若干相違するが、この７３０℃前後であ
る。これに対して、ビレット等の被加熱物の加熱温度、
即ち製品出力温度Ｔｐは最大では１２５０℃程度になる
ような更に高温までの加熱を必要とするため、加熱温度
が高ければ高い程供給電力の出力が大きくなり、大出力
の電力を扱うために設備コストが増大するという問題が
ある。

【００１４】又、同時に加熱用コイルの材料を輻射熱か
ら保護する為に、コイル内を冷却する必要が生じ、この
冷却は一般には水冷で行われるので、加熱温度Ｔｐが高
くなると、その分多量の冷却水を循環させる必要が生
じ、冷却によるエネルギー損失が増大すると共に、効率
よく冷却する必要があるので、誘導加熱部２Ａの構造が
複雑になるという問題がある。

【００１５】また、図５に示すように、誘導加熱部２の
後段に通常の燃焼加熱部３を配置する場合には、次のよ
うな問題がある。つまり、燃焼加熱部３で最終的な加熱
温度Ｔｐまで製品の温度を上昇させ、しかも、製品を内
部まで均一に加熱しようとすると、通常の燃焼加熱炉で
は、その加熱温度Ｔｐ以上の高温ガスが必要になるの
で、燃焼排ガスの排出温度も加熱温度以上になり、エネ
ルギー損失が著しく大きくなり、また、炉材も高価なも
のとなり、設備も大きくなるという問題がある。

【００１６】また、一般に、燃焼加熱は誘導加熱方式に
比較して、加熱速度が低く、同じ温度幅を上昇させるた
めには、燃焼加熱の方が、（温度×加熱時間）が大きく
なり、更に、一般的な燃焼バーナを使用した場合には、
燃焼炉のガス中の酸素濃度が高いために、加熱工程にお
いて、金属表面の脱炭作用が活発となり、所謂酸化スケ
ールが発生し、加熱材料に品質を低下させるという問題
がある。

【００１７】これらの理由から、通常の燃焼加熱部と誘
導加熱部を組み合わせたハイブリッド型の誘導加熱炉
は、小型の加熱炉や製品の品質を厳しく問わない場合に
限られており、大型の加熱炉では実現することは非常に
難しいという問題がある。一方、燃料直焚きの燃焼方法
として、高速切換式蓄熱バーナ型燃焼器（ＨＲＳ：High
-cycle Regenerative Combustion System ）による方法
がある。

【００１８】この高速切換式蓄熱バーナ型燃焼器による
燃焼は、例えば、図３に示すように、燃焼加熱部３の壁
面31にそれぞれセラミックハニカム構造体等の蓄熱器33
ａ、33ｂと燃焼バーナ34ａ、34ｂを備えた複数の系統の
燃焼器35ａ、35ｂと、燃焼用空気Ａと燃焼排気ガスＧを
切り換える切換弁32とを有して構成されている。

【００１９】この構成において、切換弁32による燃焼用
空気Ａと燃焼排ガスＧの経路の切換と燃料Ｆの切換の組
み合わせにより、複数の燃焼器35ａ、35ｂを交互に繰り
返し燃焼させて、燃焼しない側の蓄熱器33ａ又は33ｂに
この燃焼で発生する燃焼排ガスＧを流通させて蓄熱し、
次の燃焼時に燃焼用空気Ａを予熱する。

【００２０】この時の燃焼温度は、燃焼用空気Ａが予め
１０００℃程度に予熱されているため、理論燃焼温度よ
りも高くすることができる。また、予熱と蓄熱を例えば
２０〜３０秒間隔の短時間で繰り返し切り替えているた
めに、炉内温度は時間的に略一定の温度となり、また、
炉内の空間的な温度分布も平均化される。そのため、平
均炉内温度を高く維持しながら、最高燃焼温度を低く抑
えることができる。その上、燃焼用空気の予熱による熱
回収を行っているので、燃焼排ガスの排出温度を低く抑
えて、排ガスによる熱損失を小さくすることができる。

【００２１】上記のように高速切換式蓄熱バーナ型の加
熱炉では、通常の燃焼バーナによる燃焼加熱に比べ、は
るかにエネルギー損失が少なく、また、効率的な燃焼で
炉内平均温度を高くすることが可能である。その上、燃
焼用空気を予熱して非常に高温にすることができるた
め、還元雰囲気に近い低酸素下でも燃焼が可能となるの
で、製品の酸化という問題も無くなり、製品を優れた材
質にすることができる。

【００２２】従って、高速切換式蓄熱バーナ型の加熱方
式は、高温での加熱を必要とする燃料加熱方式としては
最適なものとなる。本発明は、従来技術の問題を解決し
ようとしてなされたものであり、その目的は、ビレット
等の加熱炉において、電磁誘導による誘導加熱方式と高
速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加熱方式とを、両者の優れ
た特徴を生かせるように組み合わせて、高いエネルギー
利用効率が得られ、しかも構造が単純で設備コストの低
いハイブリッド型誘導加熱炉を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの本発明のハイブリッド型誘導加熱炉は、ビレット等
の被加熱物を加熱する加熱部と該加熱部内で被加熱物を
移動させる手段とを有し、該加熱部を、被加熱物の流通
加熱経路の上流側に設けた誘導加熱部と、該誘導加熱部
の下流側に設けた高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加熱部
とを備えて構成される。

【００２４】この構成によれば、前段に誘導加熱部を設
けて、誘導加熱を利用して、製品の初期加熱の加熱速度
を大きくして、温度上昇の立ち上がりを早めることがで
き、しかも、常温から磁気変態点近傍までの高周波誘導
加熱の加熱効率の高い範囲内の、高温になる前の段階の
みで誘導加熱をしているので、誘導加熱コイル等の冷却
に伴うエネルギーロスを小さくすることができる。ま
た、冷却装置も小さくて済むので誘導加熱装置の構造を
簡素化して設備コストを小さくすることができる。

【００２５】また、後段に、従来の燃焼バーナとは異な
る高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加熱部を配設したため
に、燃焼用空気を予熱して著しく高い温度の空気を供給
できるので、低酸素濃度下でも燃焼が安定し、炉内の燃
焼がガス雰囲気が均一で平均温度が高く、被加熱金属へ
の熱伝達が良い。

【００２６】そのため、高温状態の条件下であっても酸
化スケールの発生量を著しく低減させることが可能であ
り、また、この高速切換式燃焼部の均一化された炉内温
度により、被加熱材料の材質の均質化が向上する。ま
た、炉長さも短縮され、炉内での加熱時間が少なくて済
む。

【００２７】さらに、高速切換式燃焼部では、空気予熱
によって熱回収し、しかも、燃焼温度のピークが殆ど無
く、時間的にも空間的にも均一加熱が可能なので、炉内
燃焼ガス温度の最高温度を低くできる。

【００２８】そのため、エネルギー効率が極めて良く、
エネルギー原単位を小さくできると共に、炉の耐熱構造
が比較的簡単となるので、炉もコンパクトにすることが
できる。さらに、炉内の局所的な高温燃焼を抑制し比較
的均一に抑えることができるので、ＮＯｘの排出量も少
なくなる。

【００２９】そして、前記燃焼加熱部に入る被加熱物の
温度を６００〜８００℃とすることにより、燃焼加熱部
による温度上昇量を４５０〜６５０℃にして、誘導加熱
部の熱負荷と燃焼加熱部による熱負荷の割合を、炉全体
の特性によって決まる、炉全体として最低のエネルギー
原単位で効率良く加熱できる割合にすることができるの
で、エネルギー効率の良い加熱を行うことができ、エネ
ルギー利用効率を著しく向上できる。

【００３０】この被加熱物の温度の６００〜８００℃
は、急速に強磁性を失って高周波誘導加熱の加熱効率が
大幅に低下するを磁気変態点を考慮した結果であり、ビ
レット材料の主なものである鈍鉄の急速に磁気状態が変
化する６００〜８００℃に対応させて設定している。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照し、本発明
の実施の形態を具体的に説明する。本発明に係るハイブ
リッド型誘導加熱炉１は、図１に示すように、誘導加熱
部２の後段に、高速切換式蓄熱バーナ型（ＨＲＳ）燃焼
器35を備えた燃焼加熱部３を設けて構成される。

【００３２】この誘導加熱部２は、ビレット等の被加熱
物である製品10の初期加熱を行うものであり、その構造
は図２に示すように、製品10を、耐火チューブ21内の製
品10の移動手段であるローラ11の上に載せて移動可能に
保持すると共に、この耐火チューブ21の周囲に誘導加熱
コイル22を巻いて、高周波電流を流すことにより、製品
10の内部に加熱用電流を発生させて加熱する。また、誘
導加熱コイル22を輻射熱による損傷から防ぐために、誘
導加熱コイル22の内部に設けた冷却水通路23に冷却水を
循環させて冷却する。この誘導加熱コイル22はスパイラ
ル状に耐火チューブ21の沿って設ける。

【００３３】また、燃焼加熱部３は、高速切換式蓄熱バ
ーナ型燃焼器（ＨＲＳ）を有して構成され、図１及び図
３に示すように、燃焼加熱部３の壁面31にそれぞれ蓄熱
器33ａ、33ｂと燃焼バーナ34ａ、34ｂを備えた複数系統
の第１、第２の燃焼器35ａ、35ｂと燃焼用空気Ａと燃焼
排気ガスＧを切り換える切換弁32を有し、この第１燃焼
器35ａに燃料Ｆを供給して燃焼させた時に発生する燃焼
排ガスＧを第２燃焼器35ｂの蓄熱器33ｂに流して、この
燃料排ガスＧが有する熱量を回収して蓄熱する。

【００３４】そして、燃料Ｆの供給を第１燃焼器35ａか
ら第２燃焼器35ｂに切り換えて、第２燃焼器35ｂを燃焼
させた時に発生する燃焼排ガスＧを第１燃焼器35ａの蓄
熱器33ａに流して、その熱量を回収して蓄熱する。この
燃焼器35ａと35ｂの切換のサイクルを繰り返すことによ
り、燃焼排ガスＧが有する熱量を燃料停止中の燃焼器35
ａ又は35ｂの蓄熱器33ａ又は33ｂに蓄えて、次に燃焼す
る際の燃焼用空気Ａの加熱源とする。

【００３５】これらの複数の燃焼器35ａ、35ｂは２つ以
上でサイクル燃焼を行う一つの組を形成し、必要に応じ
て幾つかの組を備えて燃焼加熱部３を構成する。この燃
焼・蓄熱の半サイクルの様子を図４に示す。この縦軸は
燃焼用空気Ａ及び燃焼排ガスの温度Ｔを示し、横軸はサ
イクルの経過時間ｔを示す。

【００３６】先ず、外気から取り入れた常温Ｔｉの燃焼
用空気Ａは、予め蓄熱されたセラミックハニカム構造体
（蓄熱器）33ａを通過して予熱され、炉内（燃焼室）30
に入る。炉内30では、高温Ｔａになった燃焼用空気Ａに
燃料Ｆが与えられるので、燃料の燃焼エネルギー分Ｅ０
だけ上昇した断熱燃焼温度Ｔｃで高温燃焼する。

【００３７】そして、負荷分の熱が炉外へ使用された
後、そのエネルギーに相当する分Ｅ１だけ燃焼排ガスＧ
の温度が下がり、温度Ｔｆで他方のセラミックハニカム
構造体33ｂを通過して蓄熱用のエネルギー分Ｅ２だけ温
度が低下し、排気温度Ｔｏで排出される。

【００３８】この時の燃焼温度Ｔｃは、燃焼用空気Ａが
予め１０００℃程度に予熱されているため、理論燃焼温
度よりも高くなり、燃料Ｆの発生熱量と製品10の加熱に
使用される熱量と放熱等による熱損失とに応じた炉内温
度Ｔｆを維持することになる。そして、この炉内温度Ｔ
ｆは、予熱、蓄熱のためのセラミックハニカム構造体33
ａ、33ｂは例えば２０〜３０秒間隔の短時間で繰り返し
切り替わるため、炉内温度Ｔｆは時間的に略一定の温度
となり、また、空間的な炉内温度分布も平均化される。

【００３９】この高速切換式蓄熱バーナ型（ＨＲＳ）の
燃焼加熱部３は、通常の燃焼バーナによる燃焼加熱に比
べ、時間的にピーク温度の無い、平均的な高温状態を作
ることができるため、炉内平均温度Ｔｆを高くすること
ができる。そのため、金属等の高温を必要とする製品10
を加熱する燃料加熱方式としては最適となる。次に、こ
のハイブリッド型誘導加熱炉に於いて、誘導加熱部２を
燃焼加熱部３の前段においた場合と後段においた場合の
製品10の温度上昇パターンについて説明する。

【００４０】図５に示すように、前段に誘導加熱部２を
設けた場合には、誘導加熱により、誘導加熱距離Ｋ１の
間で製品10は急速に例えば６００〜８００℃、好ましく
は６５０℃まで加熱され、加熱炉移動距離Ｄ１において
は保温されて、燃焼加熱部３に移動し、更に加熱され
る。この燃焼加熱部３の炉の長さに相当する燃焼加熱距
離Ｌ１では、図５に示すようなカーブで温度上昇して、
例えば約１２５０℃の製品出口温度Ｔｐになって炉を出
ていくことになる。

【００４１】一方、図６に示すように、後段誘導加熱部
２Ａを設けた従来技術の場合には、燃焼加熱部３Ａに燃
焼加熱され、燃焼加熱距離Ｌ２の間で比較的なだらかな
温度上昇をする。そして、加熱炉移動距離Ｄ２において
は保温されて、誘導加熱距離Ｋ２の間で製品10は急速に
加熱され、例えば約１２５０℃の製品出口温度Ｔｐにな
って炉内30から出ていく。図中のＲは加熱炉移動距離Ｄ
２で放熱される放熱損失を示している。

【００４２】以上の構成のハイブリッド誘導加熱炉によ
れば、前段に誘導加熱部２を設けたので、誘導加熱を利
用して、製品10の初期加熱の加熱速度を大きくして、温
度上昇の立ち上がりを早めることができる。この加熱速
度は、条件にもよるが燃焼加熱方式の５〜１０倍とな
る。しかも、常温から磁気変態点近傍までの高周波誘導
加熱の加熱効率の高い範囲内の、高温になる前の段階で
使用しているので、誘導加熱コイル22等の冷却に伴うエ
ネルギーロスを小さくすることができ、また誘導加熱部
２の構造を簡素化して加熱炉１全体の構造をシンプルに
することができる。

【００４３】また、後段に、従来の燃焼バーナとは異な
る高速切換式燃焼バーナ型の燃焼加熱部３を設けたの
で、燃焼用空気を予熱して著しく高い温度の空気を供給
でき、低酸素濃度下でも燃焼が安定し、炉内のガス雰囲
気が均一で炉内温度Ｔｆを高くできる。そのため、ま
た、この燃焼加熱部３の均一化されたにより、製品10の
材質を均質化させて品質を向上できる。

【００４４】さらに、高速切換式燃焼加熱部３は熱回収
方式であるため、炉がコンパクトとになり、均一加熱が
可能で、燃焼温度Ｔｃのピークが殆ど無いので炉内燃焼
ガス温度の最高温度Ｔｃを低くできるため、効率的な燃
焼加熱が可能であり、エネルギー原単位の改善に大きく
寄与できる。そのため、炉長さも短縮でき、炉内での加
熱時間も少なくすることができ、炉の耐熱構造が比較的
簡単となり、ＮＯｘの排出量も少なくできる。

【００４５】しかも、均一温度で加熱でき、更に、還元
雰囲気に近い低酸素下で燃焼可能なために、高温状態の
条件下であっても酸化スケールの発生量を著しく低減さ
せることができるので、製品10の酸化という問題も少な
くなり、製品10を優れた材質にすることができる。

【００４６】そして、燃焼加熱部３に入る被加熱物であ
る製品10の温度を６００〜８００℃、好ましくは６５０
℃とすることにより、燃焼加熱部３による温度上昇量Ｔ
ｕを、燃焼加熱炉の特性から定まる、最低のエネルギー
原単位Ｕｐで効率良く加熱できる最適上昇温度幅Ｔｕｐ
４５０〜６５０℃に適合させることができる。即ち、誘
導加熱部２と燃焼加熱部３とで分担する加熱温度の範囲
を最適な割合にして、最小のエネルギー原単位で加熱す
ることができる。

【００４７】この最適上昇温度幅Ｔｕｐについて、製品
10の加熱に用いる熱量である熱負荷量が一定の状態にお
ける燃焼加熱部３の炉長Ｌとその時のエネルギー原単位
Ｕを示す図７を参照しながら、以下に説明する。

【００４８】このハイブリッド型誘導加熱炉において
は、誘導加熱部２での熱負荷量を大きくして、燃焼加熱
部３の炉長Ｌ１を小さくした場合は、熱損失が大きなる
ので、炉１全体としてもエネルギー効率が悪くなる。ま
た、誘導加熱部２に於ける熱負荷量を小さくして燃焼加
熱部３の炉長Ｌ１を長くすると、誘導加熱部２に比較し
て、燃焼加熱部３は大きな設置スペースが必要になるの
で、その分、放熱面積や炉の熱容量が増加し、エネルギ
ーロスが増大してエネルギー原単位Ｕが上昇することに
なる。

【００４９】そのため、ハイブリッド型誘導加熱炉１に
おける燃焼加熱部３の炉長Ｌ１とエネルギー原単位Ｕの
関係は、図７に示すように凹部を持つ曲線Ｃとなる。従
って、所定の熱量を伝達して製品を製品出力温度Ｔｐに
するために必要なエネルギー原単位Ｕが最低になる最適
点Ｐに対応する燃焼加熱部３の最適炉長Ｌｐが存在する
ことになる。

【００５０】そして、この最適炉長Ｌｐにおいて、燃焼
加熱部３における最適な上昇温度幅Ｔｕｐが存在し、こ
の最適上昇温度幅Ｔｕｐは、各設備によって利用するエ
ネルギー源等のコストが相違する場合があり、多少異な
るが、一般に４００〜５００℃程度となる。

【００５１】本発明に係るハイブリッド型誘導加熱炉１
においては、燃焼加熱部３でこの最適上昇温度幅Ｔｕｐ
で昇温できるように、ビレット材料の主なものである鈍
鉄等の急速に強磁性を失って高周波誘導加熱の加熱効率
が大幅に低下するを磁気変態点を考慮し、誘導炉で６０
０〜８００℃、好ましくは６５０℃まで加熱し、その
後、燃焼加熱方式で４５０〜６５０℃上昇させて到達温
度１２５０℃を得るように構成している。そのため、最
適炉長Ｌｐの燃焼加熱部３を使用して、炉全体としてエ
ネルギー原単位Ｕが低く、エネルギー効率の良い条件下
で製品10の加熱を行うことができる。

【００５２】最後に、本発明に係るハイブリッド型誘導
加熱炉１と、従来技術の誘導加熱炉１Ａとの製品単位量
当たりのエネルギー原単位の低減効果を示す。製品１０
の比熱は０．１１ｋｃａｌ／ｋｇとし、電力変換効率を
３５％、従来の誘導加熱炉１Ａの熱効率を４０％、高速
切換式蓄熱バーナ型（ＨＲＳ）燃焼加熱部３の効率を７
０％とし、加熱条件を上述の通りとすると、本発明に係
るハイブリッド型誘導加熱炉１のエネルギー原単位は、
従来の誘導加熱方式の０．４ｋＷｈ／ｋｇに対して、
０．２ｋＷｈ／ｋｇ＋０．０１０ｍ3 Ｎｈ／ｋｇとな
り、これを一次エネルギーの都市ガスに換算して比較す
ると、０．０９９ｍ3 Ｎｈ／ｋｇ（製品）に対して０．
０６０ｍ3 Ｎｈ／ｋｇ（製品）となり、エネルギー原単
位の低減効果は従来型の１に対して０．６０６となる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のハイブリッ
ド型誘導加熱炉によれば、前段に誘導加熱部を設けたの
で、誘導加熱を利用して、製品の初期加熱の加熱速度を
大きくして、温度上昇の立ち上がりを早めることがで
き、しかも、しかも、常温から磁気変態点近傍までの高
周波誘導加熱の加熱効率の高い範囲内の、高温になる前
の段階で使用しているので、誘導加熱コイル等の冷却に
伴うエネルギーロスを小さくすることができ、また、誘
導加熱部の構造を簡素化して加熱炉全体の構造をシンプ
ルにすることができる。

【００５４】また、後段に、従来の燃焼バーナとは異な
る高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加熱部を設けたため
に、燃焼用空気を予熱して著しく高い温度の空気を供給
でき、低酸素濃度下でも燃焼が安定し、炉内のガス雰囲
気が均一で平均温度を高くできる。そのため、高温状態
の条件下であっても酸化スケールの発生量を著しく低減
させることができ、この高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼
加熱部の均一化された炉内温度により、製品の材質の均
質化及び向上を図ることができ、又、エネルギー原単位
の改善に大きく寄与できる。また、炉長さも短縮され、
炉内での加熱時間が少なくて済む。

【００５５】さらに、高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加
熱部は熱回収方式であるため、炉がコンパクトとにな
り、均一加熱が可能で、燃焼温度のピークが殆ど無いの
で炉内燃焼ガス温度の最高温度を低くできるため、炉の
耐熱構造が比較的簡単となり、ＮＯｘの排出量も少なく
なる。

【００５６】その上、還元雰囲気に近い低酸素下で燃焼
可能なために、製品の酸化という問題も少なくなり、製
品も優れた材質にすることができる。そして、燃焼加熱
部に入る被加熱物の温度を６００〜８００℃とすること
により、燃焼加熱部による温度上昇量を４５０〜６５０
℃にして、誘導加熱部の熱負荷と燃焼加熱部による熱負
荷の割合を、炉全体として最低のエネルギー原単位で効
率良く加熱できる割合にすることができるので、エネル
ギー効率の良い加熱を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハイブリッド型誘導加熱炉の構成
図である。

【図２】本発明に係る誘導加熱部を示す構成図である。

【図３】本発明に係る高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加
熱部を示す構成図である。

【図４】本発明に係る高速切換式蓄熱バーナ型の燃焼加
熱部の炉内の運転状況を説明するための図である。

【図５】本発明に係るハイブリッド型誘導加熱炉の温度
上昇パターン図である。

【図６】従来技術のハイブリッド型誘導加熱炉の温度上
昇パターン図である。

【図７】本発明に係るハイブリッド型誘導加熱炉におけ
る燃焼加熱部の炉長とエネルギー原単位の関係を示す図
である。

【符号の説明】

１ハイブリッド型誘導加熱炉１Ａ従来技術のハイブリッド型誘導加熱炉２誘導加熱部３燃焼加熱
部 10 被加熱材料 11 ローラ 20 誘導加熱部の炉内 21 耐火チュ
ーブ 22 加熱用コイル 23 冷却水通
路 30 燃焼加熱部の炉内 31 炉壁 32 切換弁 33、33ａ、33ｂ蓄熱器（セラミックハニカム構造
体） 34、34ａ、34ｂ燃焼バーナ 35、35ａ、35ｂ
燃焼器Ａ燃焼用空気Ｃ原単位曲
線Ｅエネルギー原単位Ｆ燃料Ｇ排気ガスＬ１燃焼加熱
炉の長さＬｐ最適炉長Ｐ最適点Ｒ放熱損失Ｔ製品温度Ｔｉ燃焼用空気入口温度Ｔｃ断熱燃焼
温度Ｔｆ炉内温度Ｔｏ排気温度Ｔｐ製品出力温度Ｕエネルギ
ー原単位

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビレット等の被加熱物を加熱する加熱部
と該加熱部内で被加熱物を移動させる手段とを有し、該
加熱部を、被加熱物の流通加熱経路の上流側に設けた誘
導加熱部と、該誘導加熱部の下流側に設けた高速切換式
蓄熱バーナ型の燃焼加熱部とを備えて構成したハイブリ
ッド型誘導加熱炉。
【請求項２】前記誘導加熱部で被加熱物の温度を６０
０〜８００℃に昇温するように構成した請求項１記載の
ハイブリッド型誘導加熱炉。