JPS6036587Y2 - 鋼材加熱炉における加熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はスラブ、ビレット等の鋼材を目的の圧延温度ま
で均一加熱する鋼材加熱炉に関するものである。

従来、この種の加熱炉は被熱材（Ｉ材）の上、下面に直
火バーナを配置した燃焼室を設け、装入側から抽出側に
向って被熱材を搬送しながら加熱を行う直火燃焼方式の
加熱炉が一般に採用されていた。

この種の直火燃焼方式の加熱炉ではバーナから供給され
た燃料と燃焼用空気を直接炉内（燃焼室内）の自由空間
で混合燃焼させ、その燃焼ガスの輝炎放射、ガス放射及
び炉壁放射を利用して被熱材の加熱を行うものであるが
、一般にこの種の直火燃焼ではバーナから供給される流
体の噴出エネルギーを十分に大きく取っても、その火炎
長は精精３〜４扉にしかならず、加えて低負荷燃焼時に
はバーナ供給流体の噴出エネルギーも小さくなるため火
炎の直進性が低下し、浮力による火炎の舞上り現象や炉
内ガス流れによる火炎の曲折現象が発生するという基本
的な問題を有していたため、最近の加熱炉のごとく炉の
大型化（炉巾で１０〜１５汎、炉長で３０〜５０汎）や
操業の多様化（９５０〜１２５０℃迄の広温度範囲で均
一加熱）に対しては従来の直火燃焼方式では十分に対処
することができなかった。

又、最近は炉の大型化に伴い被熱材の搬送手段として一
般にウオーキングビーム方式を採用する傾向にあるが、
このウオーキングビーム方式では被熱材を断熱・水冷構
造の固定及び可動スキッドで支持、搬送する方式のため
、このスキッド直上にある被熱材はスキッドパイプのシ
ャドウ効果により伝熱が阻害されるため被熱材の他の部
分に比べて加熱がされにくいという欠点を持っており、
被熱材の均一加熱のためには加熱初期の段階でこのスキ
ッドシャドウ部を局部的に集中加熱できる、いわゆるピ
ーク温度を有した炉温分布を形成することが望ましいが
、従来の直火式加熱炉では任意点、即ちスキッド部にピ
ーク炉温を作ることは一般的に不可能であった。

一方、この種の直火式加熱炉では燃焼室のバーナ配置方
法によりサイドバーナ、軸流バーナ、ルーフバーナの三
方式があることが一般に知られており、前者のサイドバ
ーナ方式は炉の両側壁部にバーナを配置する構造のため
、一般に炉長方向は比較的均一な炉温分布が得られ易い
が、炉巾方向については前述の理由により均一な炉温分
布が得られにくいという欠点を有している。

これに対して中老の軸流バーナ方式は炉の長手方向にバ
ーナを配置する構造のためサイドバーナ方式の場合とは
逆に、一般に炉巾方向は比較的均一な炉温分布が得られ
易いが、炉長方向については均一な炉温分布が得られに
くいという欠点を有している。

一方、後者のルーフバーナ方式はその性格上、上部燃焼
室の天井炉壁にバーナを配置する構造のため炉巾及び炉
長方向の全面にわたって比較的均一な炉温分布が得られ
るという特徴を有しているが、他の三方式に比べてバー
ナ本数が多くなるため一般に設備費が高く、かつバーナ
配置の性格上上部燃焼室のみしか適用できないという欠
点を有している。

本考案は従来の直火式加熱炉の問題点である被熱材の均
一加熱性の改善に主眼を置き、被熱材の偏熱防止による
加熱Ｔ／Ｈのアップと品質の向上を軸流バーナ方式で図
るものであって、予熱帯側に煙道を配設した加熱炉にお
いて、加熱炉下部の炉壁に前記煙道配設側と逆方向へガ
ス噴出口を向けて複数個の軸流バーナを配設し該軸流バ
ーナのガス噴出側に両端を開放した放射管を配設したこ
とを特徴とする鋼材加熱炉における加熱装置である。

以下第１図から第６図に従って本考案の一実施例を説明
する。

第１図は従来の直火燃焼方式の鋼材加熱炉の縦断面図で
ある。

図において１は耐火断熱性と気密性を有した炉壁、２は
炉壁１の天井部の炉長方向と炉巾方向に複数個配置され
たルーフバーナ、３は下部炉壁に炉長方向に配置された
軸流バーナであり、４は加熱炉内を各燃焼室に仕切るた
めの仕切壁、５は被熱材、即ち鋼材、６は予熱帯、７は
加熱帯、８は均熱帯である。

９は被熱材５を支持するための固定スキッド、１０は被
熱材を搬送するための可動スキッドであり水冷パイプの
外面は断熱構造となっている。

被熱材５は、固定スキッド９及び可動スキッド１０によ
って装入側の予熱帯６から、抽出側の均熱帯８に向って
搬送される間に加熱される。

又、図中の破線による矢印はルーフバーナ２からの燃焼
ガス流れを、実線による矢印はサイドバーナ３からの燃
焼ガス流れを示したものである。

燃焼ガスは、均熱帯から加熱帯へ、加熱帯から予熱帯へ
向って流れ、最終的には煙道１３から炉外へ排出される
。

通常、軸流バーナを配置する方向は、バーナからの燃焼
ガス流れが図に示すように煙道に向って流れるように（
即ち、被熱材の搬送方向とは逆向きに）する。

第２図及び第３図は本考案の鋼材加熱炉を示す図である
。

本考案の特徴は、軸流バーナ３の炉内側先端部に、耐熱
性と熱伝導性を有した所要長さの円筒状放射管１１を設
けたことである。

１２は円筒状放射管１１を支持する支柱である。

又、図中の実線による矢印が示すように軸流バーナ３か
らの燃焼ガスは円筒状放射管１１内を通った後炉内側開
放端より炉内に放出され、更に炉内に放出された燃焼ガ
スが円筒状放射管１１内の燃焼ガス流に対し逆向き（向
流状）に流れることを特徴としている。

次に本考案の作動機能について説明する。

加熱炉内に装入された被熱材５は固定９及び可動スキッ
ド１０によって装入側の予熱帯６から抽出側の均熱帯８
に向って搬送される間に被熱材５の上面はルーフバーナ
２により、被熱材５の下面は軸流バーナ３により加熱さ
れる。

この場合、加熱炉の下部は軸流バーナ３と円筒状放射管
１１で構成されているため、軸流バーナ３から供給され
た燃料と燃焼用空気は円筒状放射管１１内で混合燃焼が
行われるため、従来の直火燃焼方式に比べ、浮力や炉内
ガス流れの影響を受けることなく、燃焼量の多少に関係
なく安定した炉温分布を確保することが可能である。

また、軸流バーナ３からの燃焼ガスが円筒状放射管１１
を加熱し、円筒状放射管１１からの輻射伝熱で被熱材５
を加熱し、更に円筒状放射管１１から炉内に放出された
燃焼ガスによるガス輻射伝熱により被熱材５を加熱する
ことにより、従来の直火燃焼方式に比べ伝熱効率が向上
する。

また、固定スキッド９と可動スキッド１０の間のいわゆ
るスキッドシャドウ部は被熱材５が加熱されにくいが、
円筒状放射管１１を第３図に示すようにスキッドの直下
に配置し、更に、被熱材５と円筒状放射管１１の間隔を
適当にとることにより被熱材５を均一に加熱することが
できる。

次に本考案の効果を燃焼実験炉（高１．８×巾３．０×
長６．４ｍ）で確認した結果を例示する。

実験は本考案の効果を確認するため炉巾方向に１．７ｍ
のピッチで燃焼量１５０万Ｋｃａｌ ／ ｈのバーナを
２本取付け、被熱材５による奪熱を模擬するため天井炉
壁には水冷奪熱管を配し、燃料としてはコークス炉ガス
、燃焼用空気としては３００℃の熱風を用い空気比１．
１の共通条件のもとで、従来の直火燃焼方式と本考案の
燃焼方式の比較を行った結果を第４図から第６図に示す
。

第４図は従来の直火燃焼方式の一例として、実炉での炉
長方向の温度分布特性が最も優れているとの評価が高い
ガス二流式バーナの炉温分布の測定例である。

又、第５図は円筒状放射管１１を使用した場合の炉温分
布の測定例であり、バーナとしてはノズルミックスタイ
プを使用、放射管１１としては５００φのＳｉＣチュー
ブを４．８７７１．の長さで使用した結果である。

第４図及び第５図は横軸にバーナからの距離を、縦軸に
は炉温をバーナ長方向の各断面での測定温度（Ｔ）ＳＥ
Ｃとバーナ長方向の平均温度（’ｌ’） ＡＶＥとの差
で示したものであり、燃焼量２０〜１００％の範囲で実
験した結果を図中の斜線範囲で表示したものである。

この結果、従来の直火燃焼方式ではバーナから約１．５
７７Ｌの所に火炎のピーク温度があり、それより先では
急速に炉温の低下が見られる。

いわゆるバーナ測高の温度傾向を示すため炉長方向で炉
内温度の偏差が生じ、特にバーナ近傍で被熱材が過熱さ
れる等の問題点を有していることを示している。

これに対して、放射管燃焼方式では燃焼量にほとんど関
係なくバーナ長方向に対して略角−な炉温分布が得られ
るということを示している。

また、第６図は、直火燃焼方式と放射管燃焼方式の被熱
材への伝熱量の比較を行った実験結果の例を示した図で
ある。

第６図において縦軸は放射管燃焼方式と直火燃焼方式の
伝熱量の比である。

図から明らかなように放射管燃焼方式は直火燃焼方式に
比べ約２０％伝熱量が多い。

これは放射管からの固体輻射により伝達が促進されるた
めである。

また、円筒状放射管から炉内に放出された燃焼ガスを、
該放射管の管外沿に管内燃焼ガス流に対して向流状で流
さない場合、（例えば、第１図の従来の直火加熱方式の
バーナ配置で円筒状放射管を設けた場合）燃焼ガスのガ
ス輻射伝熱が有効に作用しないため伝熱量は低下するこ
とが確認されている。

また第５図、第６図に示した実施例は円筒状放射管の管
端とバーナの間に間隙を設けないで配設した場合につい
て示したが、間隙を設けて配設した場合は、バーナから
の燃焼ガスの噴流エネルギーにより炉内燃焼ガスがエジ
ェクター効果により円筒状放射管内へ吸引されるため円
筒状放射管のバーナ側の温度が低下することから円筒状
放射管とバーナの間の間隙を適当に設けることにより温
度分布を調節することが可能である。

更に炉内燃焼ガスを円筒状放射管内に吸引するため、排
ガス循環効果によりＮＯ８を低減することも実験的に確
認した。

以上述べたように、本考案の鋼材加熱炉は、従来の直火
燃焼炉の問題点であったバーナ長方向の炉温分布の改善
を図るため、直火燃焼バーナの先端に円筒状放射管を配
置し、該放射管の炉内側開放端より放出された燃焼ガス
を、該放射管の管外沿に管内燃焼ガス流に対し向流状で
流すことを特徴としており、従来の直火加熱方式に比べ
て、■ 円筒状放射管内燃焼のため浮力や炉内ガス流れ
の影響を受けることが少なく、燃焼量に関係なく略一定
の炉温分布の確保が可能であり低温加熱に適している。

■ 円筒状放射管からの固体輻射伝熱により、伝熱量の
増加、即ち加熱Ｔ／Ｈのアップが可能である。

以上のような特徴を有した加熱である。

【図面の簡単な説明】

図面において第１図は従来の直火燃焼方式の鋼材加熱炉
の縦断面図、第２図は本考案の鋼材加熱炉の縦断面図、
第３図は第２図のＩ−Ｉ線における側断面図、第４図は
従来の直火燃焼方式における炉内温度分布の測定例、第
５図は本考案の円筒状放射管における炉内温度分布の測
定例、第６図は直火燃焼方式と本考案の円筒状放射管に
おける被熱材への伝熱量比の測定例を示す図である。 １・・・・・・炉壁、２・・・・・・ルーフバーナ、３
・・・・・・軸流バーナ、４・・・・・・仕切壁、５・
・・・・・被熱材（鋼材）、６・・・・・・予熱帯、７
・・・・・・加熱帯、８・・・・・・均熱帯、９・・・
・・・固定スキッド、１０・・・・・・可動スキッド、
１１・・・・・・円筒状放射管、１２・・・・・・支柱
、１３・曲・煙道。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 予熱帯側に煙道を配設した加熱炉において、加熱炉下部
   の炉壁に前記煙道配設側と逆方向へガス噴出口を向けて
   複数個の軸流バーナーを配設し該軸流バーナーのガス噴
   出側に両端を開放した放射管を配設したことを特徴とす
   る鋼材加熱炉における加熱装置。