JPS62199717A - 加熱炉のラジアントチユ−ブ - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、熱処理炉などの加熱炉において、鋼板その
他を間接加熱するラジアントチューブに関するものであ
る。

（従来技術とその問題点） ラジアントチューブ（以下ＲＴと略す）は、炉壁間に延
設されるとともに炉長子方向に多数配設されて鋼板等の
間接加熱を行なうが、初期のＲＴは、第５図に示すよう
に、耐熱鋳鋼製のチューブ１の一端における内部にバー
ナー２を取付け、Ｃガス等の燃料ガスＦと空気Ａとをチ
ューブ内で混合燃焼させ、その燃焼熱をチューブ１表面
に移し輻射の型で被加熱物を加熱するものであった。バ
ーナー２はノズルミックスの単純な構造であるものの、
その火炎温度分布がＲＴ表面温度に影響し第２図（ｉ）
に示すようにバーナ一端から２００〜４００朋の所に局
部加熱部分が生じ、窒化劣化、破損の原因となっていた
。

これは、次に述べるようなバーナー等を採用することに
より、局部加熱を抑制し平滑化を達成できる。

■　排ガス循環バーナー（例えば、特開昭５８−１６１
０７号公報） これは、ＲＴからの排ガスの一部を燃焼用空気と混合し
てＲＴバーナに再供給し、これによりＲＴ内の燃焼を緩
慢化し、燃焼温度を下げることにより窒素酸化物の生成
を抑えるとともに温度分布の均一化を図ったものである
。

■　２段燃焼バーナー（例えば、特開昭５６−８５６１
８号公報） これは、燃焼用空気を１次空気と２次空気に分け、燃料
ガスと１次空気とをバーナーにより混合燃焼させた後、
未燃分をチューブ内に導いた２次空気により完全燃焼さ
せる構造であり、ピーク加熱温度を低下させるとともに
燃焼を長く継続させて長炎化を図ったものである。

第２図に、このような２段燃焼バーナーを使用した場合
の例を示す。

これは、次のような条件でＲＴ表面温度を測定したもの
であり、 雰囲気温度：２０℃ Ｃガス：　４６００　ｒ’ｔｓａ　／　Ｎｍ’　ｒ８　
Ｎｄ／Ｈ・本 排ガス０２：３％ 第２図（ｉｌ）に示すように、ピーク温度が低下し、温
度分布が均一化されたことがわかる。

これは、１段燃焼バーナーでは、燃焼空気の混合が良く
、燃焼速度が速くなり、−気に燃えて局所的に高温にな
るのに対し、２段燃焼バーナーでは、１次空気とこれよ
り離れた所で与えられる２次空気との配分比を調整しく
合計の空気景は１段燃焼バーナーと同じ）、燃焼速度を
制御し、−気に燃焼することを避けるようにしたためで
ある。

しかしながら、このような２段燃焼バーナーの場合、第
２図にも明らかなとおり、ＲＴ排気側まで高温ガスが導
びかれる結果、ＲＴ出口の排ガス温度も上昇し、排ガス
損失の増大を招き、炉効率の悪化の原因となった。

これを解消する目的で、通常、第５図に示すように、Ｒ
Ｔの排気管３に熱交換器４を設置し、ＲＴの排ガス顕熱
を燃焼用空気Ａの予熱に利用することが実施されている
が、ＲＴ加熱炉に使用するＲＴ数が多大なこと、スペー
スの問題、設備費等の問題で、半割な伝熱面積の小さい
熱交換器が設置されているに過ぎなかった。このため、
かかる排ガス温度の上昇分を全量空気予熱の回収の形で
実施することは困難であった。

この発明は、このような事情に鑑みて提案されたもので
、その目的は、チューブ内のより均一な温度分布が得ら
れるとともに排ガス損失を抑制できるラジアントチュー
ブを提供することにある。

（問題点を解決するだめの手段） この発明に係るラジアントチューブは、２段燃焼バーナ
ー等を用いてバーナー火炎を長炎化した場合に有効に適
用されるものであって、チューブ排気端内部に、発泡性
セラミックスあるいはハニカムセラミックス等からなる
通気性耐熱固体を設けるとともに、そのバーナー側表面
がチューブ内面に対向するような円錐面あるいは球面等
とし、排ガス保有熱を固体輻射の形でチューブ内面に伝
達し、これにより、温度がバーナー側よシ低くなる排気
端チューブ温度を高め、より均一な温度分布を得るとと
もに排ガス温度低下による排ガス損失の抑制を図ったも
のである。

（実　施　例） 以下、この発明を図示する一実施例に基づいて説明する
。

これは、第１図に示すように、長炎化バーナー５を使用
した例であり、Ｃガス等の燃料ガスＦと排ガスにより予
熱した１次空気Ａ１とを混合燃焼させた後、２次空気Ａ
２で完全燃焼させて長炎化を図り、均一加熱が行なえる
ようにしたものである。

このようなバーナー５が取付けられたチューブ１の排気
端内部に、ＲＴ出口の排ガス温度をＲＴ内に還流する目
的で、発泡セラミックスあるいはハニカムセラミックス
等からなる通気性耐熱固体６を取付け、排ガス保有熱を
この通気性耐熱固体６に移し、伝熱能力の優れた固体輻
射の形で戻す。

ここで、通気性耐熱固体６のバーナー側に円錐部６Ａを
形成する。この円錐部６Ａを形成する理由は次のとおり
である。

■　通気性耐熱固体６は、排ガスから得た顕熱を輻射の
形で炉内へ戻すため、高温の輻射面が大きい方が良い。

■　輻射は電磁波の形で熱が移動し、輻射面の法線方向
が一番、その幅射能が大きいだめ、輻射面の法線方向を
ＲＴ内面に向け、積極的に熱を移動させる。

したがって、円錐部６Ａはこれに限らず半球状あるいは
放物線状など種々の形状をとり得る。

また、通気性耐熱固体６の材質としては、この種の炉が
オン−オフ制御であり、相当の熱衝撃を受けるため、耐
熱衝撃性の強い５ｉ３Ｎ４（窒化硅素）系セラミックス
を選定する。さらに、材質はこれに限らず、繊維強化し
たセラミックスなど耐熱衝撃性を有する材質を使用でき
ることはいうまでもない。

次に、このようなラジアントチューブを、Ｃガス：　８
　Ｎｍ”／Ｈ本、排ガス０２：３％の条件で大気中で実
験した結果を通常の２段燃焼バーナーを用いた場合と併
せて第３図に示す。

この図から明らかなように、 ■　Ｒ７表面の温度分布については、排気側の温度を通
気性耐熱固体からの輻射熱にょシ上げることができ、全
体の温度を上昇させ、かつ均一化せしめることができた
。

■　ＲＴ出口の排ガス温度が低下した。

続いて、稼動中のＲＴ加熱炉に設置した結果を第４図に
示す。これは、設定炉温：８５０°Ｃ，Ｃガス：８Ｎｍ
３／Ｈ・本、排ガス０２：３％、予熱空気ありの条件で
行なったものである。

この図から、ＲＴ表面温度分布は炉温の影響により平滑
化されたが、通気性耐熱固体による排気側ＲＴ湿温度上
昇も見られ、その効果は充分発揮されていることがわか
る。

ＲＴ出口の排ガス温度は、約５０°Ｃ降下した。

それにもかかわらず、予熱空気の温度による影響は約２
０℃の低下に過ぎず、排ガス損失を減少させることがで
きた。

この結果、排ガス損失の減少により１３００に、１／Ｈ
・本の燃料消費量を節減することができた。

さらに、温度分布均一化により、ＲＴ寿命が４゜３年か
ら７．　Ｑ年へと延びた。

空気予熱、排ガス循環等は、−産熱ガスをＲＴ外に持ち
出すため、その導管中での放散熱による損失、また空気
予熱器の伝熱面積を大きくすることは空間的制約、投資
性等および保全性の問題があるが、本発明によれば単純
なる通気性耐熱固体を設けるだけで、特に保全性阻害要
因にもならずその効果は大きい。

なお、以上は通気性耐熱固体を単独で設置した例を示し
たが、これに限らず通気性耐熱固体を２．３段等に分割
して配置してもよく、これによれば空気予熱器を上回る
効果があわ、設置が無駄な配管等の省略により単純とな
り、予熱空気の持込顕熱によるバーナー側のＲＴのピー
ク温度が下がり、ＲＴ寿命の延長と合わせ、保全性、経
済性が著しく向上する。

（発明の効果） 前述のとおり、この発明によれば、チューブ排気端内部
に、通気性耐熱固体を設けるとともにそのバーナー側表
面がチューブ内面に対向するような円錐面等とし、排ガ
ス保有熱を固体幅射の形でチューブへ熱還流させるよう
にしたため、次のような効果を奏する。

（ｉ）　　バーナー側より低くなる排気端温度を高める
ことができ、より均一な温度分布が得られ、ＲＴの寿命
の向上を図ることができる。

ω）排ガス温度を低下させることができ、排ガス損失の
減少により燃料消費量を節減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るラジアントチューブを示す概
略図、第２図は、１段燃焼バーナーと２段燃焼バーナー
を使用した場合のチューブ内温度分布を示すグラフ、第
３図、第４図は、通気性耐熱固体がある場合とない場合
のチューブ内温度分布を示すグラフであり、第３図が大
気中、第４図が稼動中の炉内での実験結果、第５図は従
来のラジアントチューブの使用状態を示す概略図である
。 １・・チューブ、２・・バーナー ３・・排気管、４・・熱交換器 ５・・長炎化バーナー ６・・通気性耐熱固体、６Ａ・・円錐部ＲＴ表面温度〔
℃〕 ＲＴ表面温度〔℃〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端に取付けられたバーナーの火炎によりチュー
   ブを加熱し、チューブ表面からの輻射熱により被加熱物
   を加熱するラジアントチューブであって、チューブ排気
   端内部に、側表面がチューブ内面に対向し、排ガス保有
   熱を固体輻射の形で前記チューブ内面に伝達し得る通気
   性耐熱固体を設けたことを特徴とする加熱炉のラジアン
   トチューブ。