JPS6221051B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は鋼帯の無酸化加熱方法及びその装置
に関するものである。 鋼帯の連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛メツキ設備
（CGL）等における直火式無酸化加熱の従来手法
として、一般的な拡散バーナ或いは高速ジエツト
バーナを使用し、火炎を鋼帯へ衝突させ対流伝熱
を主として加熱する方法及びラジアントバーナを
使用し、バーナタイル内面を高温化することによ
り、この面からの放射伝熱を主体として加熱する
方法がある。 高速ジエツトバーナは、第１図に示す如く、燃
焼室１で燃焼させ、絞られた吐出孔２から高温の
ガスジエツトを噴出して、対流伝熱を主として加
熱するもので、被加熱物温度が比較的低い範囲で
高熱流束が得られる特性を有している。一方燃焼
反応途中の火炎が鋼帯に直接衝突するので、その
中に存在するO₂、Ｏ、OH等により、無酸化と云
えども微酸化は避けられない。 ラジアントバーナは、急速燃焼反応を行なわせ
るため、空気と燃料ガスとを予め混合した予混合
気を、第２図に示す如く、バーナタイルの半球状
凹部３で急速燃焼させ、バーナタイル内面を高温
化して、放射伝熱を主として加熱するもので、被
加熱物温度が高温度の領域で高い熱流束が得られ
る特性を有している。一方このバーナで、空気比
を1.0以下で燃焼させることにより、燃焼ガス中
にCO、H₂等の還元性の未燃成分が含まれるの
で、この燃焼ガスが鋼帯に接して無酸化加熱する
ことができるのは勿論、鋼帯に生じた酸化膜を還
元することができる。 ラジアントバーナは、上記のように無酸化加熱
に好適のバーナであるが、予混合方式であるため
の多くの欠点を有している。即ち、高温に予熱し
た空気を燃料ガスに予め混合することは危険であ
り、空気予熱による排ガスの顕熱回収を行なうこ
とができないので、省エネルギのための排ガス顕
熱回収に別途の手段を講じなければならない。ま
た空気を予熱することは火炎温度を高めるのに有
効であり、一方火炎温度を高めることは上述の
CO、H₂等による還元作用に効果的である。した
がつて、空気予熱ができないことは、無酸化加熱
の観点からも好ましいものではない。更に予混合
器、安全装置としての逆火防止器等が不可欠とな
り、設備費が高くなる問題がある。 ラジアントバーナを使用したCGLの加熱炉を
第３図に示す。この加熱炉は、第１ゾーン４、第
２ゾーン５及び第３ゾーン６の３ゾーンからなる
３帯式加熱炉で、第１ゾーン４及び第２ゾーン５
では鋼帯の温度が相対的に低く、鋼帯の酸化速度
が遅いため、比較的低い温度範囲で高熱流束が得
られる対流伝熱を主とした拡散バーナを使用して
おり、燃焼空気は排ガスを熱源とする予熱器７で
予熱している。第３ゾーン６では、加熱されて弱
酸化の状態で入つてくる鋼帯を還元させると共
に、高温度領域で高い熱流束が得られる放射伝熱
を主としたラジアントバーナを使用している。こ
のバーナには予混合器８で混合された混合気が、
逆火防止器９を通つて送給されている。上記のよ
うに省エネルギを図るため鋼帯の温度に応じて伝
熱機構の異なるバーナを使用しているので配管設
備が複雑となり、また燃焼制御装置もそれぞれ別
個に必要となるので、設備上のマイナス面が多
い。 この発明は上記のような実情に鑑みてなされた
ものであつて、その目的は空気と燃料ガスの予混
合を必要としないバーナにより鋼帯を無酸化加熱
する方法及びその装置を提供しようとするもので
ある。 この発明の鋼帯の無酸化加熱方法の特徴は、円
筒形のバーナタイル側壁から空気を旋回流が生ず
るように吐出すると共に燃料ガスをバーナ中心か
ら軸心方向に垂直に放射状に吐出し且つ上記空気
と燃料ガスとの吐出流速比を1.5以上とすると共
に空気比を1.0以下として加熱することであり、
また加熱装置は、円筒形のバーナタイル側壁に側
壁接線に対して最大60度の角度で空気吐出孔を設
けると共に、燃料ガスをバーナ中心から軸心方向
に垂直に放射状に吐出するガス吐出孔を有するバ
ーナノズルをそのガス吐出孔の位置を上記空気吐
出孔に対し相対位置が変えられるように軸心方向
にスライド可能に設けたものである。 以下この発明の一実施例を第４図、第５図によ
り説明する。図中１１は、燃焼室Ｃを形成する一
端開放の円筒形のバーナの本体で、バーナ中心に
バーナノズル１２が軸心方向にスライド可能に設
けられている。バーナ本体１１のバーナタイル側
壁１１ａには燃焼室Ｃに開口する空気Ａの吐出孔
１３が円周方向に複数個設けられており、この吐
出孔１３はタイル側壁１１ａの接線に対する角度
θが最大60度の範囲内であけられている。バーナ
ノズル１２の先端部には燃料ガスＦを軸心方向に
垂直に放射状に吐出する複数のガス吐出孔１４が
設けられている。 而して、第４図に示す如くバーナノズル１２を
引込め、ガス吐出孔１４の位置をタイル後壁１１
ｂに近づけて、空気吐出孔１３より奥にした○イの
状態で、空気の吐出流束Ｖ_aと燃料ガスの吐出流
速Ｖ_fとの比をＶ_a／Ｖ_f≧1.5として燃焼させるこ
とにより、燃料ガスＦと空気Ａとの混合が十分に
なされ、バーナタイル後面１１ｂのすぐ近くから
火炎が形成され、更に吐出空気により火炎が急速
旋回されて、燃焼室Ｃの内壁全面が加熱されるよ
うになる。これにより従来のラジアントバーナと
同様の放射伝熱支配形の伝熱特性を得ることがで
きる。また燃焼反応を完了した高温の燃料ガスが
急速旋回されて鋼帯に衝突することにより対流伝
熱も促進される。そして、空気比1.0以下で燃焼
させることにより、高温燃料ガス中のCO、H₂等
の未燃成分で、酸化している鋼帯を還元させて鋼
帯を無酸化で効率よく加熱することができる。 この場合、空気吐出孔１３の側壁接線に対する
角度θを徐々に大きくしていくと、旋回領域が小
さく且つ個々の吐出孔１３からの噴流で旋回流が
乱され、好ましい旋回火炎が得られなくなるの
で、その上限値は60度としている。また逆に角度
θを徐々に小さくした場合、零度に近づくと火炎
が殆んどタイル側壁１１ａに付着した状態となり
所要の火炎温度が得られなくなる。実験の結果で
は、20〜40度の範囲が好適である。また空気と燃
料ガスの流速比Ｖ_a／Ｖ_fは1.5未満では、火炎が
ガス吐出孔１４から放射状に形成されるようにな
り、空気とガスとの混合が不十分となつてバーナ
出口から火炎が長く伸びて所望の伝熱特性を得る
ことができない。実験の結果では流速比は２〜３
以上が望ましい。また空気比については、鋼帯の
無酸化加熱を行なうには、火炎あるいは燃焼ガス
中にO₂が存在しては不可能であり、空気比を1.0
以下とし理論空気量以下で燃焼を行なわせること
により、燃料ガス中にO₂が存在せず且つ還元性
のあるCO、H₂が存在する状態を作り出して無酸
化加熱を行なうことができる。 次に、ガス吐出孔１４と空気吐出孔１３との相
対位置を変えて試験した結果について説明する。 燃焼条件：燃料ガス；コークス炉ガス 4700Kcal／Ｎm³、空気温度；常温（予熱せ
ず）、空気比；1.00、燃焼量；30000Kcal／hr 対象バーナ：本発明のバーナで、○イガス吐出孔１
４を空気吐出孔１２よりバーナタイル後壁１１
ｂ側に15mmずらせた第４図に示す状態、○ロガス
吐出孔１４と空気吐出孔１２の位置を一致させ
た状態、○ハガス吐出孔１４を空気吐出孔１２よ
りバーナ開放端側即ち下流側に15mmずらせた第
４図に想像線で示す状態及び従来の○ニ高速ジエ
ツトバーナ（第１図参）と○ホラジアントバーナ
（第２図参照） 試験結果：バーナタイル内面温度、バーナ出口ガ
ス温度、火炎長さ（バーナ出口から火炎先端ま
での距離）を次表に、また被加熱物の温度に対
する熱流束q10⁴Kcal／m²・hrを第６図に、さ
らに無酸化加熱特性を第７図にそれぞれ示す。

【表】 表及び第６図から、ガス吐出孔１４をタイル後
壁１１ｂに近づけた○イの状態では、前述の如く放
射伝熱支配形の伝熱特性となり、鋼帯温度が高い
ときに高熱流束が得られる。逆にガス吐出孔１４
をバーナ出口側に移動させた○ハの状態では火炎即
ち燃焼反応帯が空気吐出孔１３の下流に形成さ
れ、バーナタイル後壁１１ｂは殆んど加熱されず
その分高温の燃料ガスが得られ、さらに空気には
急速旋回が与えられているので、主に燃焼ガスの
対流伝熱によつて鋼帯が加熱される対流伝熱支配
形の伝熱特性となつて、鋼帯温度が低いときに高
熱流束が得られる。また吐出孔１４と空気吐出孔
１３が同位置にある○ロの状態では、上記○イと○ハの
中間の放射、対流複合形の伝熱特性が得られる。
次に、第７図は横軸に加熱時間、縦軸に鋼帯温度
をとり、×印で無酸化加熱限界点を示したもの
で、この限界点以上長時間加熱あるいは鋼帯温度
が高いと鋼帯が酸化することを示すものである。
本発明バーナの○イ、○ハの状態では従来のラジアン
トバーナ○ホに比べ、加熱熱流束ｑが大きいため、
加熱速度が早く鋼帯をより高温まで無酸化で加熱
することができる。なお空気予熱を施せば、さら
に高温まで無酸化加熱が可能となる。 以上のように、本発明バーナは、同一のバーナ
で、単にバーナノズル１２をスライドさせるだけ
で、被加熱物温度に応じた適正な熱流束が得られ
るように伝熱機構を変化させることができ、高い
加熱効率を得ることができる。その上、従来に比
べ、無酸化加熱特性を向上させることができる。 従つて、３ゾーンに分割された３帯式の鋼帯加
熱炉で、鋼帯温度に応じて最も高い熱流束が得ら
れるように、本発明バーナを第１ゾーンでは○ハの
状態、第２ゾーンでは○ロの状態、第３ゾーンでは
○イの状態で作用することにより最も効率よく鋼帯
を加熱することができる。また空気と燃料ガスの
予混合を必要としないで、空気予熱により排ガス
顕熱の回収が可能となり、またこれによる燃焼ガ
ス温度の上昇によつて還元作用を促進させ、より
無酸化の状態で加熱することができる。更に予混
合のための特別の装置を必要とせず、また各ゾー
ンの配管設備、制御装置等を同一型式にすること
により、設備費を低減することができる。なお、
鋼帯の加熱状態に応じて第１、第２ゾーンを省略
してもよい。 この発明は上記のようなもので、拡散型の旋回
バーナを用いて、燃料ガスと空気の予混合を必要
とすることなく、鋼帯を無酸化で効率よく加熱す
ることができる。またバーナノズルをスライドさ
せて鋼帯の加熱温度に応じた伝熱特性を有するバ
ーナとして使用することにより、最も効率よく鋼
帯を加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ従来の高速ジエ
ツトバーナとラジアントバーナの断面図、第３図
は３帯式鋼帯加熱炉の説明図、第４図及び第５図
はこの発明の加熱装置の一実施例を示すもので、
第４図は縦断面図、第５図は第４図のＶ―Ｖ線矢
斜半円断面図、第６図は被加熱物温度と熱流束の
関係を示す説明図、第７図は無酸化加熱特性を示
す説明図である。 １１…バーナ本体、１１ａ…バーナタイル側
壁、１２…バーナノズル、１３…空気吐出孔、１
４…ガス吐出孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼帯を加熱するに際し、円筒形のバーナタイ
   ル側壁から空気を旋回流が生ずるように吐出する
   と共に燃料ガスをバーナ中心から軸心方向に垂直
   に放射状に吐出し且つ上記空気と燃料ガスとの吐
   出流速比を1.5以上とすると共に空気比を1.0以下
   として加熱することを特徴とする鋼帯の無酸化加
   熱方法。 ２ 円筒形のバーナタイル側壁に側壁接線に対し
   て最大60度の角度で空気吐出孔を設けると共に、
   燃料ガスをバーナ中心から軸心方向に垂直に放射
   状に吐出するガス吐出孔を有するバーナノズルを
   そのガス吐出孔の位置を上記空気吐出孔に対し相
   対位置が変えられるように軸心方向にスライド可
   能に設けてなる鋼帯の無酸化加熱装置。