JPS6070119A - 金属の焼なまし方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発Ｆ！Ａは銅、アルミ等の非鉄金属及び低炭素鋼な
どの金属の焼なまし炉から排出するガスを利用する金属
の焼なまし方法並びに装置に関する。

焼なまし炉において金属全焼なます際、該金属の加熱中
の酸化を防止する目的で、焼なまし炉の内部に酸素等の
酸化性ガスを含まない雰囲気ガスを送フ込み、炉内に該
雰囲気ガスを充満させて金扁、３ 属を加熱することにより目的を達している。

この雰囲気ガスは通常雰囲気発生装置と呼ばれる雰囲気
ガスの製造装置を焼ｙｔし炉とけ別個に設け、該製造装
置で、液又は気体燃料と空気を部分燃焼させ、その燃焼
生成ガスを冷却した後脱湿し、これを焼なまし炉に導き
雰囲気ガスとして使用している。この雰囲気ガスの成分
組成は、燃料、使用条件等によシ多少の相違はあるが、
はぼ体積秀で、Ｃｏ、　：　６〜８％、Ｃｏ　：　２〜
７ｉチ、Ｈ２：２〜４％、０□：０．１チ以下、Ｈ！０
　：　０％（−２０℃以下）、Ｎ。

：残部である。

一方これらのガスは使用目的から、特に悪い影響をおよ
ぼす雰囲気ガス成分として、酸素、水分、二酸化イオウ
などが挙げられる。これらの成分全できるだけ含有しな
いガスで、しかも水素、−酸化炭素等の還元性ガス取分
を含んでいる雰囲気ガスが望ましく、該ガスは焼なまし
炉内に断えず充満させ、焼なまし炉内へ隙間を通って侵
入せんとする空気を除去する目的で常に炉内へ送ってい
る必要がある。

上記の雰囲気ガスを得るための雰囲気ガス発生装置では
、燃料と空気を該装置内で燃焼させ、空気中の酸素成分
を除去するために必要な燃料消費量は例えば鋼管の焼な
ましにおいて、１トンの処理量に対してブタンガスの場
合１５〜２５Ｋｇを必要としている。

焼なまし炉で被処理材を焼なまずためには、別に燃料を
炉内で燃焼させ、その燃焼熱によって材料を加熱してい
るが、該燃焼はラヂアントチューブ、又はマンフルと呼
ばれる部分で燃焼を行い、その燃焼熱は間接的に炉内へ
放出されることにより、炉内の雰囲気ガスとは分離され
ている。その構成をラヂアントチューブを例にとり説明
すると、ラヂアントチューブは耐熱鋼又は耐火物等の耐
熱性の材料で作られた中空の管で、該中空管を焼なまし
炉の内部に取りつけ、その両端は炉の外部に突き出し、
一端から燃料と空気を該耐熱管の内部に送り込み、混合
燃焼させ、その燃焼熱を管壁全通して炉内へ放熱させて
加熱を行う。このさい燃焼生成ガスは該耐熱管の他端か
ら炉外へ排出して基５ いる。この排出ガスをそのまま大気中へ放出することは
、省エネルギーの観点から好ましくないので、レキュペ
レータ−を用いて燃焼空気と熱交換させて熱回収を図っ
たり、また排出ガスを温水器に導き、温水による熱回収
を図ることが行なわれている。

一方、該排出ガスを焼なまし炉の保護雰囲気として利用
することも考えられ、この１例として特公昭５６−１０
９６５号公報に提案されている。この発明は、液・気体
燃料の燃焼生成ガスを雰囲気ガスとして金属の焼なまし
を行う焼なまし炉から排出される加熱用燃料の燃焼生成
ガスを冷却した後、前記雰囲気ガス用燃料の燃焼用空気
と混合し、雰囲気ガス用燃料は該排出ガス中に含まれる
酸素量に相当する燃焼用空気混合比に調整して燃焼し、
該燃焼ガス中に含まれる水分を凝縮分離して雰囲気ガス
として利用するものであるが、特にこの発明の特長点で
ある燃焼生成ガスの冷却の点について検討すると、その
目的は、ガス貯蔵とガス中の酸素除去を便ならしめるこ
と、及びミキサーでのムロ 混合比の適正を図る、つ−！、り温度による体積変化の
誤差を修正することＴ゛あるが、反面冷却することによ
り、後段の燃焼室内で再度燃焼させる燃焼生成ガスの熱
ロスとなり、かつ生成ガス温度が低いため燃焼の完結が
困難となる。しかもガス貯蔵はよりコストを大とする等
の欠点がある。

本発明は上記の技術背景のもとに、排出ガスを高温のま
までき得る限シ温度を下げないようにして回収し、焼な
まし炉における雰囲気ガスの一部として再利用すること
により、良質な雰囲気ガスを発生させると共に、省エネ
ルギー化を達底しようとするものであり、本発明の要旨
とする第１は、液・気体燃料の燃焼生成ガスを雰囲気ガ
スとして金属の焼なましを行う方法であって、焼なまし
炉から排出される焼なまし炉加熱用燃料の燃焼生成ガス
を冷却せずに、予め該生成ガス中に含まれる酸素量に対
応する燃料と混合させ、しかる後にこれを燃焼室内に導
入し、該燃焼室内に別途設けた燃焼器により供給される
燃焼生成ガスと混合して燃焼を完結させ、次いで該燃焼
ガス中に含まれる水分を分離して雰囲気ガスとして利用
する方法にあり、更に本発明の要旨の第２は、前記方法
を実施する装置として、該燃焼室は、吹込管からの排ガ
スと燃料管からの燃料を混合する攪拌手段を室入口側に
有すると共に、室中間に多孔板等で形成された隔壁を具
備した点にある。

以下本発明の詳細な説明する。

第１図、第２図は本発明の方法′ｔ−実施する装置の説
明図である。

第１図において符号（３）〜（Ｇ）は従来がら行なわれ
ている部分を示し、（Ａｌは焼なまし炉、ａ３）は同炉
囚内で焼なましされる金属である被処理材、（Ｃ）は同
炉（Ａ）内に配設された加熱管、（Ｄ）は加熱管（Ｃ）
の一端側に設けた燃焼器、（Ｇ）は加熱管（Ｃ）の他端
側に設けた排気管、（Ｅ）は熱交換器で燃焼室（１）で
生成したガスをこの中に通して熱回収し、次いで（Ｅ）
・の冷却器で冷却され、更に脱湿器（Ｆ）で脱湿される
。次いで脱湿されたガスは前記熱交換器（Ｅ）　’に通
り、焼なまし炉（３）に送られる。この装置において加
熱管（Ｃ）の内部では、燃焼器（Ｄ）により着火された
燃料が燃焼し、該加熱管（Ｃ）を介して被処理材（Ｂ）
を加熱し、加熱管（Ｃ）からの排ガスは排気管（Ｇ）か
ら排出される。

一方、雰囲気ガスとなる燃焼生成ガスは燃焼室ｉｌｌ内
で燃料と空気が燃焼して生成され、次いで熱交換器＠）
で熱回収され、更に冷却器＠）°で冷却された後、次い
で水分を脱湿器（Ｆｌで除去され更に熱交換器＠）を通
つ死後、炉（３）内へ吹き込まれる。本発明は前記（Ａ
）〜（Ｇ）に新たな構成が付加さｎでおり、以下これに
ついて説明すると、加熱管（Ｃ）から排気管（Ｇ）　’
ｔ−通って排出される排ガスは、後述する外気吸入部（
１四を介して、ここから導管（２）ヲ通して吸引ファン
（３）により集められ、こ′ｎ′ｔ？吹込管（４）によ
り燃焼室（１）内に導かれる。（！ｉ）は燃焼室（１）
に導かれるブタンガス等の燃料管で、前記吹込管（４）
を流れる排ガス量及び酸素濃度に応じてその流量を制御
する燃料制御弁ｆｌｌ）　ａｆ４がその中途に設けられ
ている。（６）は燃焼室（１）の一部に設けられ九攪拌
室（１）°に設けた攪拌羽根で、前記燃料管（５）の吹
込口を囲んで設けてあり、モータ等により回転し、該攪
拌室（１）′内に導かれた燃料管（５）からの気体燃料
と吹込管（４）からム９ 吹込まれた前記排ガスは好適に攪拌される。（７）は燃
焼室ｆｉ＋に取付けられた燃焼器で、空気管（８）と燃
料管（９）が配管されている。（ｌＯ）は燃焼室ｆｉｌ
内において、前記燃焼器（７）と燃焼室（１）に設けた
排気口（１）′°との中途に設けた多孔板等の燃焼室隔
壁であり、これは燃焼室（１）内でガスの混合を良くし
反応を促進させ、かつ燃焼室内部の温度を高く保つ目的
で設けたものである。（１３）は排気管０）と排ガス導
管（２）との間に設けられた外気吸入部であり、例えば
焼なまし炉の操業停止、切換え時など燃焼生成ガス（排
ガス）の量的減少に応じて大気の吸引が可能とされてい
る。

上記の装置において、燃焼器（７１から燃焼室Ｆｉｌ内
に吹込まれ次燃料の燃焼により、燃焼室ｆｉ＋は高温度
に加熱される。一方吹込管（４）から燃焼室（１）の攪
拌室（ｌ）゛に導かれた排ガスと、燃料管（５）から同
じく攪拌室（１１゛に導かれた燃料は、攪拌羽根（６）
により攪拌混合され、次いで燃焼室（１）本体内で排ガ
スと燃料は急速に反応して排ガス中の酸素が除去され、
ここで生成された燃焼生成ガスは熱交換器（Ｅ）で熱点
１０ 回収され、更に冷却器＠）・で冷却され、次いで脱湿器
（Ｇ）によシ水分を除去された後、更に熱交換器＠）を
通り焼なまし炉（３）内に圧送され雰囲気ガスとされる
。

他方炉国内では加熱管（Ｃ）からの放熱で被処理材（Ｂ
は加熱され前記雰囲気ガスの存在下で焼なまし処理を受
ける。そして該加熱管（Ｃ）からの排ガスは排気管（Ｃ
）から排出され、排ガス導管（２）ヲ通って吸引ファン
（３）で吸引され、前記吹込管（４）へと送られる。か
かる装置を用いることにより、焼なまし炉で必要とする
雰囲気ガスとしての燃焼生成ガスの流量から、燃焼器（
））で燃料を燃焼させて生成する燃焼生成ガス量を差引
い九１分だけ、加熱管（Ｃ）排気管（Ｇ）から排出する
排ガスを有効に利用することができるのであり、この際
、該排ガスを最大限に利用するためには燃焼器（７）で
の燃焼量は可及的に少くすることが望ましい。なお燃焼
器（７）の燃焼量は排ガスの温度、酸素濃度及び燃焼室
ｆｉｌ内の燃焼ガス温度を９００〜１２００℃に保持す
るに必要な最小限にしておくことが必要である。ここで
１例を基］−１ あげると、雰囲気ガス必要量５００ｒｒｆ／ｈｒの焼な
まし炉（Ａ）において、燃焼室［１１’）ｊｏｏｏ℃に
保つに必要な燃焼器（７）の燃焼量は１００〜２５０　
ｄ／　ｈｒである。

この量は当然吹込管（４）から吹込まれる排ガスの温度
、流量、酸素濃度等により変化するものであるが、排ガ
ス量は４００〜２５０　ｙＩｅ／、ｈｒｋ利用すること
ができる。このさい燃料管（５）からの添加燃料は、排
ガス中の酸素濃度及び量に比例して変化させる必要があ
るが、排ガス中の酸素量２〜２．２−当り１（の割合で
燃料（ブタン）を添加するものとし、排ガス中の酸素濃
度が６％のとき、上記の場合は７〜１２時の燃料を必要
とする。従って通常の雰囲気ガス発生装置で５００−の
ガスを製造する場合、燃料は５０即を必要とするが、本
発明では２２〜３２即で充分である。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので、第１図と同
一符号は同一部分を示す。そして８１！１図と相違する
点は、第１図のものは吹込管（４）の排ガスと燃料ＩＦ
　＋５１の燃料は燃焼室（１）内の攪拌室（１）°で攪
拌羽根（６）により混合されるものであるに対し、第２
図のものは吹込管（４）の中途で燃料管（５）全接続し
、燃焼室＋１１の入口に設けた攪拌器（６）で混合する
ものである。この実施例のものでは燃焼器ＦＤ）は燃料
（ブタンガス）全３即消費した。そして加熱管（Ｃ）よ
りの排ガスは排気管（Ｇｌ、この排気管（Ｇ）に続く吹
込管（４）で、この管（４）に接続さ扛た燃料管（５）
から吹き込まれた０、　８１ｅ／　ｈｒの燃料（ブタン
ガス）と混合し燃焼室（！）内に圧送される。

そして圧送されてきた燃焼室＋１１内の混合ガスは燃焼
器（７）で２匂／ｈｒの吹込燃料で燃焼し、この燃焼室
ｆｉ＋で生成した燃焼生成ガスは導管により冷却器＠）
・、更に脱湿器（Ｅを通して焼な壕し炉開に導かれ焼な
ましの雰囲気ガスとして利用される。このさい前記炉＋
１１内に導かれたガス量は６０ｄ／ｈｒであった。ここ
で、６０ｒｔｅ／ｈｒ　の雰囲気ガスを発生するには通
常５．８Ｋｙ／ｈｒの燃料（ブタンガス）が必要である
が、本発明のこの実施例の装置を使用すれば２．３Ｋｙ
／ｈｒでよく大幅に節約することができた。

本発明は上記の通りであるが、従来技術とじて、＆１３ 冒頭で説明した特公昭−１０９６号公報記載の発明の欠
点を改良したものとして優れる。すなわち、公知のもの
は加熱管から排出された排ガス（燃焼生成ガス）を一旦
冷却機で冷却した後、燃焼室内へ燃料、空気との混合ガ
スと混合して圧送導入し燃焼させるものであるから、前
記のように排ガスを冷却することにより、後段の燃焼室
内で再度燃焼を完結させる燃焼生成ガスの熱ロスとなり
、かつ生成ガス温度が低いため燃焼の完結が困難と力る
。これに対し本発明では、前記従来のように加熱管から
排出される排ガスｔ−冷却せずとも、吹込管（４）から
排ガス（燃焼生成ガス）と燃料管（５）からの燃料、す
なわち前記排ガス中の酸素を消費するための燃料とを予
め均一に混合し、燃焼１ｊ　１１１内に別途設けた燃焼
器（７）、つまり燃焼室ｆｉｌ内における前記混合ガス
の燃焼の完結のための温度保障と、最終的に雰囲気ガス
として用いる排ガスの量的補充用としての燃焼器より供
給される燃焼ガスと混合してやれば燃焼の完結を図るこ
とが可能である。

なお、この燃焼の完結には排ガス中の酸素量に対Ｌ１４ 応する燃料管（５）からの燃料の量、排ガスと該燃料の
燃焼を完結させるための、及び排ガスと該燃料の量に見
合った燃焼器（７）からの空気と燃料の量的調整等の各
制御が必要となることは勿論である。

また、前記公知のものは、その実施例として排ガスを貯
蔵タンクで貯蔵する場合も説明しているが、これによれ
ばコストが大であるに対し、本発明では排気管（Ｇ）と
導管（２）との間に外気吸入部ｏｓｎ−設けておけば、
焼なまし炉因の操業停止時など、排ガス（燃焼生成ガス
）の量的減少に応じて大気の吸引が可能となり、特別な
貯蔵タンクを設けなくても量的補償が可能となる。

本発明は以上の通りであるが、その装置として、特にそ
の燃焼室＋１１は、吹込管（４）からの排ガスと燃料管
（５）からの燃料を混合する攪拌手段を空入口側に有す
ると共に、室中間に多孔板等で形成された隔壁（ｌＯ）
を具備してなる点に大きな特ｔ’ｉ有する。

すなわち、第１図に示すように燃料管（５）からの燃料
の吹込口の周囲に攪拌羽根（６）を取りつけ、これを駆
動源によシ回転させることにより、吹込管ム１５ （４）から吹込まれた排ガスの流れに旋回流を与えるこ
とにより、吹込まれた燃料ガスと均一混合が図れたもの
である。従ってこの羽根（６）により排ガスと燃料との
混合は完全に行なわれ、９００　℃においても残存酸素
量は充分低い値に保つことができた。下記第１表に攪拌
羽根（６）ヲ投けたものと、設けないものの試験結果を
参考として挙げる。

なお、攪拌羽根（６）は燃料吹出口の周囲に４〜６枚取
り付けられ、排ガスの流れに対して２０〜４０゜の角度
が適している。２０°以下の場合は混合が充分でなく、
また４０°以上にすると混合の良くなる割合に比較して
排ガスの流れに対する抵抗の増加が大き過ぎて実用的で
なくなる。

次葉 第１表 また燃焼室ｆｉ＋の中間に多孔板等による隔壁（ｌＯ）
を設けた作用と効果は次の通りである。

酸素を含んだ排ガスと気体燃料を混合し、排ガス中の酸
素量を除去するとき、その燃焼を完結するためには下記
第２表の通Ｑ燃焼温度の高いことが望ましく、少なくと
も９００℃以上にすることが必要であり、かつそのガス
温度はいずれの部分においても９００℃以上であること
を要し、部分的に温度の低い所があると燃焼を完結する
ことは困難である。

Ｉ／Ｌ１７ Ｉｊｆ！２表 省エネルギーの観点からすると、燃焼室の温度は可及的
に低いことが望ましいことであり、この目的のために燃
焼温度を保ち、かつ燃焼の完結を達成するＬめ燃焼室の
中間に隔Ｗ！！−設けた。この隔壁は耐火れんが或いは
セラミック等の耐火物で製作され燃焼室の温度を保ち、
かつ隔壁の中を燃焼ガスが流れ易い構造とすべきで、本
発明ではその１例として耐火れんかにて製作された多孔
板から力るものを使用し、この隔壁を取シクは九場合と
、収シ付けない場合を比較実験した結果、下記第３表の
通りであって、隔壁を取りつけたものが燃焼の完結には
その効果が顕著であることは明ら基１８ かに認められる。

第３表 本発明は以上のように焼なまし炉に使用する雰囲気ガス
の生成するための燃料消費ｉｌヲ大幅に節減することが
でき、しｔムも現有のガス発生装置の一部を改変するこ
とによフ、そのまま既設炉への適用も容易で、焼なまし
炉の省エネルギー化を達成できるものとして工業的に利
点穴である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の説明図、第２図は
他の実施例説明図である。 （Ａ）：焼なまし炉、（Ｂ）・・・被処理材、（Ｑ・・
・加熱管、（Ｄ）・・・燃焼器、（Ｅ丁・・・冷却器、
（Ｅ）・・・熱交換器、（Ｆ）・・・脱Ａゴ 湿器、（Ｇ）・・・排気管、ｆｉｌ・・・燃焼室、（２
）・・・排ガス導管、（４）・・・吹込管、（５）・・
・燃料管、（６）・・・攪拌羽根、（７１・・・燃焼器
、（８）・・・燃焼室気管、（９）・・・燃料管、（ｌ
Ｏ）・・・隔壁。 １４開日ａＧＯ−７ＵＩＦ　（６） ■ 叶Ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　液・気体燃料の燃焼生成ガスを雰囲気ガスとして
   金属の焼なまし七行う方法であって、焼なまし炉から排
   出される焼なまし炉加熱用燃料の燃焼生成ガスを冷却せ
   ずに、予め該生成ガス中に含まれる酸素量に対応する燃
   料と混合させ、しかる後にこれを燃焼室内において、該
   燃焼室内に別途設けた燃焼器により供給される燃焼生成
   ガスと混合して燃焼を完結させ、次いで該燃焼ガス中に
   含まれる水分を分離して雰囲気ガスとして利用すること
   を特徴とする金属の焼なまし方法。 ２　焼なまし炉加熱用燃料の燃焼生成ガスの量的変動に
   対応して、該燃焼生成ガスに大気を混合することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の金属の焼なまし方法
   。 １Ｌｆｉなまし炉から排出される焼なまし炉塀熱用ＩＧ
   、２ 燃料の燃焼生成ガスを冷却せずに、予め該生成ガス中に
   含まれる酸素量に対応する燃料と混合させ、しかる後に
   これを燃焼室内において、該燃焼室内に別途設けた燃焼
   器により供給される燃焼生成ガスと混合して燃焼を完結
   させ、次いで該燃焼ガス中に含まれる水分を分離して雰
   囲気ガスとして利用する方法を実施する装置であって、
   前記燃焼室ｆｌｌ＃′ｉ、吹込管（４）からの排ガスと
   燃料管（５）からの燃料を混合する攪拌手段（６）ヲ室
   入ロ側に有すると共に、室中間に多孔板等で形成された
   隔壁ｆｌｏ１″に具備してなることを特徴とする金属の
   焼なまし装置。