JPH11302724A - ＮＯｘ生成を抑制する連続加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間圧延用鋼材を燃焼加熱装置にて加熱する
場合にＮＯｘ生成量を抑制する。 【解決手段】 少なくとも一基の燃焼装置を備えた上部
帯もしくは下部帯の帯のうち少なくとも一つの帯の高さ
が１．５ｍ以下である連続熱間圧延鋼材を連続して加熱
する多帯式ウォーキングビーム式加熱炉で、かつ、帯の
高さが１．５ｍ以下である帯に設置された少なくとも一
基の燃焼バーナの、支燃ガス供給孔の中心と燃料ガス供
給用孔の中心とを結んだ直線の加熱炉の高さ方向に対す
る開き角が２５度以下である鋼片の連続加熱装置。 【効果】 帯の高さが低くなった場合でも、ＮＯｘ生成
量を抑制して、鋼片の加熱ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続熱間圧延用の
鋼片の加熱装置及び加熱方法に関するもので、より具体
的には、多帯式加熱炉の帯の高さが１．５ｍ以下である
帯においてＮＯｘの生成を抑制するための連続加熱装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼材の製造において、熱間加工のための
鋼片の加熱は、一般に燃焼雰囲気の加熱装置によって行
われる。炉内に装入した鋼片を、ウォーキングビームな
どにより炉内を移送する間に所定の温度に加熱して抽出
する連続加熱装置が広く用いられている。このような連
続加熱装置においては、環境問題の観点からＮＯｘ生成
を抑制することが必要である。

【０００３】従来、ＮＯｘ生成量を抑制する燃焼方法と
して例えば、特公平７−２６７３０号公報にあるように
支燃ガス供給孔と燃料ガス供給孔とを別々に、かつ、炉
体に直接開口させて設けることで、支燃ガスと燃料ガス
との混合を抑制し、かつ、支燃ガスと燃料ガスとが混合
する際の支燃ガス噴流中の酸素濃度が低下することによ
り、緩慢燃焼させ局部高温部のない燃焼を起こさせる技
術がある。これによりＮＯｘ生成量を抑制している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来技
術では多帯式加熱装置の帯の高さが低くなると、上部帯
では天井と鋼片、下部帯では鋼片と炉床との間隔が狭く
なることから、帯の高さが従来炉並の場合と比べて支燃
ガス噴流及び燃焼ガス噴流の揺らぎが大きくなり、それ
らの噴流同士の混合が促進されるという不備があった。
さらに、帯の高さが低くなると燃焼排ガスの容積が小さ
くなることにより、支燃ガス噴流中への排ガスの取り込
みが少なくなり、従来炉並の帯の高さの場合と比べると
燃焼領域での支燃ガス噴流中の酸素濃度が十分低下しな
いなどの問題があった。

【０００５】一方、加熱炉の高さは加熱能力と関係があ
り、一般に高さが高いほど加熱能力が高いと考えられて
いる、現在広く用いられている連続鋼片加熱炉では、軸
流バーナを設置するためのノーズ部を除くと上部帯、下
部帯ともに帯の高さは２ｍ以上あるのが普通である。

【０００６】最近では蓄熱式切替燃焼バーナの普及によ
り、従来よりも高効率で高い燃焼ガス温度を得ることが
容易になってきた。蓄熱式切替燃焼バーナを利用すると
高い燃焼ガス温度が得られる分、加熱能力が高まる。そ
のため、炉の高さを従来より低くしても、現状と同レベ
ルの加熱能力が得られることが期待される。また、加熱
炉の高さは建設の工期に大きく影響する。炉の高さが低
くなることで、従来より短工期で炉を建設することがで
き、このことにより建設コストを抑えることができる。
また、炉の高さが低くなることで炉の表面積が小さくな
り、炉体放散熱と言われる損失熱量を小さくできること
が期待される。

【０００７】これまで、上部帯、下部帯ともに帯の高さ
が２ｍ以上となっている理由は、帯の高さを低くした場
合に加熱能力がどの程度低下するのかが定量的に把握さ
れていない、また、帯の高さを低くすることにより、特
に炉内ガス流動や燃焼反応の面で新たな問題が生じ、Ｎ
Ｏｘ排出量が増大する可能性がある、等である。このよ
うな理由から帯の高さが２ｍ未満の多帯式ウォーキング
ビーム加熱炉は見当たにない。

【０００８】したがって、本発明は、前記問題点を解決
し、帯の高さが１．５ｍ以下である多帯式ウォーキング
ビーム連続加熱装置にて熱間圧延用の鋼片を連続的に加
熱する場合において、ＮＯｘ生成を抑制する連続熱間圧
延用鋼片の連続加熱装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
基の燃焼装置を備えた上部帯もしくは下部帯の帯のうち
少なくとも一つの帯の高さが１．５ｍ以下である連続熱
間圧延鋼材を連続して加熱する多帯式ウォーキングビー
ム式加熱炉において、帯の高さが１．５ｍ以下である帯
に設置された連続加熱装置であって、少なくとも一基の
燃焼バーナの、支燃ガス供給孔の中心と燃料ガス供給用
孔の中心とを結んだ直線の加熱炉の高さ方向に対する開
き角が２５度以下であることを特徴とする鋼片の連続加
熱装置であり、帯の高さが低くなった場合の炉内のガス
流動を制御し、炉内ガス温度分布の均一化とＮＯｘ生成
の抑制を図る。そして、上述の発明装置において、燃焼
バーナの一部に蓄熱式切替燃焼バーナを用いることもで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明装置を図１〜図５の例によ
り説明する。図１は連続加熱装置の縦断面図である。図
２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図３〜図５はバー
ナの正面図である。鋼片１は連続加熱炉の装入口２と抽
出口３との間に複数の帯を有し、装入口２側から順に、
換熱帯４、予熱帯５、加熱帯６、均熱帯７となってい
る。なお、図１中では上部帯には添え字ａを下部帯には
添え字ｂを付している。また、帯の数は４つに限るもの
ではなく、これより多くても、少なくても良い。

【００１１】本実施例は、予熱帯５のサイドバーナ９に
蓄熱式切替燃焼バーナを配設し、加熱帯６及び均熱帯７
のサイドバーナ１０及び１１には一般の予熱空気バーナ
を配設している。また、各帯は上下帯ともに仕切壁８に
よって仕切られている。なお、炉の全長は４０ｍ、炉幅
は１０ｍ、各帯の高さはすべて１．２ｍとなってる。炉
内の排ガスは煙道１２を通りレキュペレータ１３で熱回
収されて排出され、レキュペレータ１３で予熱された空
気がサイドバーナ１０及び１１に供給される。

【００１２】本発明装置は、このような少なくとも一基
の燃焼装置を備えた上部帯もしくは下部帯の帯のうち少
なくとも一つの帯の高さが１．５ｍ以下である連続熱間
圧延鋼材を連続して加熱する多帯式ウォーキングビーム
式加熱炉である。この例では全ての帯の高さが１．２ｍ
である。

【００１３】蓄熱式切替燃焼バーナからなるサイドバー
ナ９は、本例では図２に示すように、左右二基一組のバ
ーナで燃焼と排ガス吸引を交互に行う。すなわち、図２
の上部帯では左側で燃焼、右側で排ガス吸引を行ってお
り、下部帯では右側で燃焼、左側で排ガス吸引を行って
いる。下部帯を例に説明すると、燃焼用空気はブロア１
６ａ及び切替弁１７を経て蓄熱体１９ａで加熱され、右
側のサイドバーナ９ａに供給されている。燃料ガスは、
流量調整弁２０及び切替弁１８を経て右側のサイドバー
ナ９ａに供給されている。燃焼排ガスは、左側のサイド
バーナ９ｂから蓄熱体１９ｂを通り熱回収されて、切替
弁１７、ブロア１６ｂを経て排気される。煙道１２の排
ガス温度がレキュペレータ１３の耐熱温度を超える場合
には、この排ガスをブロア１６ｂから煙道１２に導き、
煙道１２内の排ガス温度を下げるのに利用しても良い。

【００１４】切替弁１７及び１８を破線のように切り督
えると、空気及び燃料は左側のサイドバーナ９ｂに供給
されて、蓄熱体１９ｂに蓄積された熱で空気が予熱さ
れ、排ガスは右側のサイドバーナ９ａから吸引され蓄熱
体１９ａで熱回収される。レキュペレータ１３では、ブ
ロア１６ｃにより導入された燃焼用空気を、煙道１２の
挑ガスで予熱し、蓄熱式切替燃焼バーナ以外の各バーナ
に供給する。本例では、サイドバーナ１０及び１１に供
給される。

【００１５】バーナ９、１０及び１１は図３のような構
造となっている。すなわち、支燃ガス供給孔１４の中心
と燃料ガス供給孔１５の中心との帯の高さ方向に対する
開き角はθとなっている。この例ではθ＝２０度であ
る。この開き角は小さいことが望ましい。しかし、燃焼
バーナの構造上、または、燃焼バーナをコンパクトに製
作するために、支燃ガス供給孔１４と燃料ガス供給孔１
５とを帯の高さ方向に一致させて配設することが困難な
場合には、図３に示すような小さな開き角であればよ
い。

【００１６】バーナ９、１０及び１１の構造は図３に示
した構造に限られるものではなく、図４及び図５に示す
ように、支燃ガス供給孔１４と燃料ガス供給孔１５との
開き角の方向が一致していなくても良い。また、燃料ガ
ス供給孔の数は一つに限られることもなく、図５の上部
帯に示したように、燃料ガス供給孔が二つあっても良
い。さらに、上部帯と下部帯とで開き角の大きさや方
向、燃料ガス供給孔の数が一致する必要もなく、前記課
題を解決する手段で述べた要件を満たせば、構造の異な
るバーナを混在させても良い。

【００１７】燃焼バーナでは、燃料ガスと支燃ガスの混
合を制御して、燃焼反応を広い領域で起こさせることに
よって火炎温度を低くしてＮＯｘ生成量を抑制する方法
が採られる。また、蓄熱式切替燃焼バーナでは、支燃ガ
スが高い温度に予熱されることで火炎温度が高くなり、
ＮＯｘ生成量が増大する。これに対応するため、支燃ガ
スを高流速で吹き出す技術が前述の技術と併せて用いら
れている。すなわち、支燃ガスを高速で吹き出すことに
より、炉内の燃焼排ガスを支燃ガス噴流中へと積極的に
取り込む。そして、支燃ガス噴流中の酸素濃度を低下さ
せて、燃焼反応速度を抑制させる。これにより、燃焼反
応を広い領域で起こさせ、火炎温度を低くしてＮＯｘの
生成を抑制するものである。

【００１８】ところで、一般に噴流は乱流現象であり、
時間的空間的な流れ場の変動が大きい。実際に、噴流の
流れの挙動を観察すると上下左右に動くことがわかり、
燃焼炉内の火炎部を観察しても同様の現象が起こってい
る。この噴流の不安定な挙動は壁面が近くにあると、そ
の振れの方向が拘束される。例えば、噴流の上下方向に
壁が近接しており、左右方向の壁が遠方にある場合には
噴流は左右方向に大きく振れることになる。

【００１９】この現象を燃焼バーナの支燃ガス噴流及び
燃料ガス噴流の挙動に当てはめて考えると、帯の高さが
低くなり、噴流の上下方向の壁が近接してくると、いず
れの噴流も、帯の高さが高い場合と比べると、左右方向
の振れが大きくなる。したがって、従来までの支燃ガス
供給孔と燃料ガス供給孔との位置関係が水平方向に並ん
でいる場合には、支燃ガスと燃料ガスとの混合が促進さ
れ、帯の高さが高い場合と比べて高い火炎温度となる。
したがって、ＮＯｘ生成量が増大する傾向にある。開き
角が２５度以下であれば、支燃ガス供給孔と燃料ガス供
給孔との鉛直方向距離が水平方向距離の２倍以上とな
り、それぞれの噴流同士の干渉を抑制する効果が高ま
る。

【００２０】図３〜図５に示す本発明装置では、上述の
噴流の不安定な性質による支燃ガスと燃料ガスとの混合
促進を抑え、ＮＯｘ生成を抑制することができる。すな
わち、図３〜図５に示すように配置された支燃ガス供給
孔と燃料ガス供給孔とから噴出された各々のガスは噴流
の不安定な挙動により、上下左右方向に振れるが、帯の
高さが従来よりも低くなっているため、振れの方向は左
右方向が支配的となる。したがって、支燃ガス供給孔と
燃料ガス供給孔が水平方向に並んで配置された場合に比
べると、支燃ガスと燃料ガスとの混合が抑制されてＮＯ
ｘ生成が抑制される。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の実施例を、図１、図３及び図
６に示した本発明を実施する加熱炉例とともに説明す
る。図１は本発明を実施する多帯式ウォ一キングビーム
式加熱炉であり、炉の長さは４０ｍ、炉の幅は１０ｍで
ある。装入口２側から換熱帯４、予熱帯５、加熱帯６、
均熱帯７からなっており、それぞれの帯の長さは１０ｍ
である。そして、それぞれの帯は仕切壁８で仕切られて
いる。また、各帯ともに上部帯及び下部帯からなってお
り、それぞれの帯の高さは１．２ｍである。

【００２２】上部予熱帯５ａ及び下部予熱帯５ｂには蓄
熱式切替燃焼バーナであるサイドバーナ９が備わってい
る。また、上部加熱帯６ａ、下部加熱帯６ｂ、上部均熱
帯７ａ及び下部均熱帯７ｂには通常の予熱空気バーナで
あるサイドバーナ１０及び１１がそれぞれ備わってい
る。

【００２３】上記の各バーナは、例えば燃料ガスとして
ＣＯＧを用い、支燃ガスとして空気を用いる燃焼制御可
能な構造を有するものである。また、図３に示すように
支燃ガス供給孔と燃料ガス供給孔とが配設されたバーナ
である。ここで、支燃ガス供給孔と燃料ガス供給孔とを
結んだ直線が帯の高さ方向となす開き角θは２０度であ
る。

【００２４】図示は省略してあるが、鋼片１は固定スキ
ッドビームにより炉内で支持され、ウォーキングビーム
により移送される。鋼片１は図１中の装入口２から抽出
口３に向かって移送される。本実施例では常温の厚み２
５０mm、長さ９ｍ、幅１．２ｍの鋼片を順次装入口２か
ら装入して、加熱時間１８０分にて抽出口３から抽出し
た。抽出したときの鋼片の温度は１２００℃である。排
ガス中のＮＯｘ濃度は煙道１２の出口に、排ガス採取管
を設け、そのガスを連続的にＮＯｘ分析計に導くことで
計測した。上述の加熱を実施した場合のＮＯｘ濃度は９
８ppm であった。

【００２５】次に、各々の燃焼バーナを、図６に示すよ
うな支燃ガス供給孔の中心と燃料ガス供給孔の中心とを
結んだ直線が炉の帯の高さ方向と直交するように配設し
た以外は、上述と同じ条件で鋼片を加熱した。この場合
のＮＯｘ濃度は１２８ppm であった。

【００２６】

【発明の効果】本発明の加熱装置により、熱間圧延用鋼
片の加熱装置の帯の高さを低くした場合でも、支燃ガス
噴流と燃料ガス噴流との混合を抑制でき、ＮＯｘ生成量
を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の例を示す縦断面図である。

【図２】本発明装置の例を示す図１のＡ−Ａ矢視断面図
である。

【図３】本発明装置の例を示すバーナの正面図及び側面
図である。

【図４】本発明装置の例を示すバーナの正面図である。

【図５】本発明装置の例を示すバーナの正面図である。

【図６】従来装置による例を示すバーナの正面図及び側
面図である。

【符号の説明】

１…鋼片 ２…装入口 ３…抽出口 ４…換熱帯 ５…予熱帯 ６…加熱帯 ７…均熱帯 ８…仕切壁 ９…予熱帯バーナ １０…加熱帯バー
ナ １１…均熱帯バーナ １２…煙道 １３…レキュペレータ １４…支燃ガス供
給孔 １５…燃料ガス供給孔 １６…ブロア １７，１８…切替弁 １９…蓄熱体 ２０…流量調整弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一基の燃焼装置を備えた上部
   帯もしくは下部帯の帯のうち少なくとも一つの帯の高さ
   が１．５ｍ以下である連続熱間圧延鋼材を連続して加熱
   する多帯式ウォーキングビーム式加熱炉で、かつ、帯の
   高さが１．５ｍ以下である帯に設置された連続加熱装置
   であって、少なくとも一基の燃焼バーナの、支燃ガス供
   給孔の中心と燃料ガス供給用孔の中心とを結んだ直線の
   加熱炉の高さ方向に対する開き角が２５度以下であるこ
   とを特徴とするＮＯｘ生成を抑制する連続加熱装置。
2. 【請求項２】 燃焼バーナの一部に蓄熱式切替燃焼バー
   ナを用いたことを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ生成
   を抑制する連続加熱装置。