JPS6229820A - 直火還元加熱バ−ナ - 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】 〔産業上の利用分計〕 本発明は、連続焼鈍炉（ＣＡＬ）、連続溶融亜鉛メッキ
設備（ＣＧＬ）等の薄鋼板の連続加熱炉（直火加熱方式
）に好適な直火還元加熱バーナに関するものである。

〔従来の技術〕

銅帯の連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛メッキ設備等における
直火式無酸化加熱の従来方法としては、一般的な拡散バ
ーナ或いは高速ジェットバーナを使用し、火炎を銅帯へ
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。

高速ジェットバーナは、第９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
ェットを噴出せしめて、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０一方燃焼反応途中の火炎が銅帯
に直接衝突するので、その中に存在するＯ、、Ｏ，ＨＯ
等により、無酸化と言えども微酸化は避けられないＳ 一方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混合気体を、第１
０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　、　Ｈ，等の還元性の未燃成分が
含まれるので、この燃焼ガスが銅帯に接して無酸化加熱
することができるのは勿論、銅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、Ｉｓ等による
還元作用に効果的である。従っ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
に予備混合器。

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Ｃ　Ｇ　Ｌの加熱炉を第１
１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）
では銅帯の温度が相対的に低く、銅帯の激化速度が遅い
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Ａ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ってく
る銅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。このバーナには予備混合器（８）で混合された
燃焼空気Ａと燃料ガスＦの混合気体が、逆火防止器（９
）を通って送給されている参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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、前述の如き従来の銅帯の連続焼鈍炉、連続溶
融亜鉛メッキ設備等における直火式無酸化加熱方法にお
ける問題点を解決するためになされたものであり、空気
と燃料ガスの予備混合を必要とせず、かつ被加熱鋼材を
無敗化あるいは、仮に被加熱鋼材が酸化されている場合
においても、これを還元することを可能とした直火還元
加熱バーナを提供することを目的とするものである。

〔問題を解決するための手段及び実施例〕このため本発
明は、先端が開口し−た筒状バーナタイルの内壁周方向
に間隔をおいて複数の燃焼用空気吐出孔を設けるととも
に、バーナタイル内方中心部に燃料ガス吐出孔を設け、
且つ燃焼用空気吐出孔及び燃焼ガス吐出孔を以下のよう
に構成したことをその基本的特徴とする。

（ＪＬ）燃焼用空気吐出孔を、その空気噴射方向がバー
ナタイル内周に関する接線に対し６０以下の角度を持つ
よう形成する。

（ｂ）燃料ガス吐出孔と燃焼用空気吐出孔のバーナ軸方
向距離Ｎを燃料ガス吐出孔が燃焼用空気吐出孔よりもバ
ーナタイル開口側にある場合を（−）、その逆を（＋）
とした場合、−０，１０〜＋０．４Ｄ（Ｄ：バーナ内径
）に設定する。

（ｃ）燃焼用空気吐出孔からバーナタイル開口までの距
離りを０．６Ｄ〜３Ｄ（Ｄ：バーナ内径）化設定する・ このように構成された加熱バーナは、空気比１．０以下
で使用されることにより、火炎中に所定の範囲で非平衡
領域が形成される。すなわち、このような加熱バーナで
は、空気吐出孔からの燃焼用空気の旋回流とバーナ中央
から吐出される燃料ガスとにより急速燃焼が実現され、
バーナ開口外方の所定の範囲に亘って、燃焼中間生成物
（中間イオン、ラジアル等）を多量に含み且つ未反応の
遊離酸素を含まない領域、すなわち非平衡領域を広範囲
にしかも安定して形成する。そして、このような領域に
鋼材を置くことにより、鋼材表面を無酸化、還元加熱す
ることが可能となる。

以下、本発明の詳細を第１図及び第２図に示される本発
明の一実施例に基づき説明する・図において（１１）は
バーナ本体たる筒状（円筒状）のバーナクイルであり、
該バーナタイル内壁（ＸＸａ）の周方向には間隔をおい
て複数の燃焼用空気吐出孔α段が設けられるとともに、
バーナタイル内方中心部には燃料ガス吐出孔（１４）が
設けられている０本夾施例ではバーナタイル内端壁に燃
料ガスノズル０が突設され、この燃料ガスノズル（Ｌ４
の周方向に間隔をおいて。

噴射方向がバーナタイル径方向である複数の燃料ガス吐
出孔Ｉが形成されている。

そしてこのような構成において、燃焼用空気吐出孔α四
と燃料ガス吐出孔（１４）は以下のよう番こ構成されて
いる。

（（転）燃焼用空気吐出孔α［有］を、その空気噴射方
向がバーナタイル内周に関する接線に対し６０°以下の
角度０を持つよう形成する・（ｂ）燃料ガス吐出孔Ｉと
燃焼用空気吐出孔−のバーナ軸方向距離Ｎを燃料ガス吐
出孔Ｉが燃焼用空気吐出孔（１３よりもバーナタイル開
口側にある場合を（−）、その逆を（＋）とした場合、
−０，１Ｄ〜＋０．４０（Ｄ：バーナ内径）に設定する
。

（ｃ）燃焼用空気吐出孔α国からバーナタイル開口まで
の距離りを０．６Ｄ〜３Ｄ（Ｄ：バーナ内径）に設定す
る。

以上、上記（ａ）〜（ｃ）の内容について詳細に説明す
る。

前記空気吐出孔０題の空気噴射方向に、バーナタイル内
周に関する接線に対して角度θを持たせるのは、バーナ
タイル内で燃焼用空気に旋回流を生じさせるためで、こ
の旋回流によりバーナ内側に負圧領域が形成され、この
負圧によってガスが再循環することにより燃焼が促進さ
れ、もって適切な非平衡領域を形成せしめることができ
る。この空気噴射角θは最大６０°、好ましくは２０〜
４０とすることにより空気流の旋回性が安定して得られ
る。

燃料ガス吐出孔Ｉと空気吐出孔（１３のバーナ軸方向距
離Ｎは、これが（−）側にある場合、ガス温度が高＜、
シかも燃焼中間生成物も広範囲に高い分布状態にあるが
、反面遊離Ｏｓ　（未反応０鵞）が軸方向に長く分布す
る傾向にある・本発明が目的とする非平衡領域を適切に
形成せしめるには、この遊離Ｏ！のバーナ軸方向残存距
離を最小にする必要があり、その限界を求めると−０，
１０となる。

第３図は、燃料ガス吐出孔（財）と空気吐出孔（ｌΦの
バーナ軸方向距離Ｎを−０，２５Ｄとした場合の、バー
ナ開口からのバーナ軸方向距離とバーナタイル内のガス
温度、０ｓｌ１１度及びイオン強度との各関係を調べた
ものであり、これによれば、Ｎがこのような（−）側に
ある場合、遊離０りの軸方向における残存距離り、が大
きく存在することが示されている。

Ｎ４図は燃料ガス孔と空気吐出孔のバーナ軸方向距離Ｎ
と、遊離０雪の軸方向残存距離り。

との関係を示すもので、これによればＮが−０，１Ｄよ
りも（−）側に大きくなると、Ｌｏが急激に大きくなっ
ており、このため（−）側では一〇、ＩＤが限界となる
。一方、第５図はＮを＋　０．１　Ｄとした場合の、バ
ーナ開口からの、イーナ軸方向距離と０鵞濃度、イオン
強度及びガス温度との各関係を調べたものである。

この第４図及び第５図によれば、Ｎが（＋）側であれば
、０３濃度にも問題がな（、バーナ出口からの距離が０
．５Ｄ以上のところに適正な非平衡領域が形成されてい
る。

Ｎが（＋）側にあれば適正な非平衡領域が形成されるが
、＋０．４Ｄを超えると、空気と燃料ガスとの混合作用
が十分でなくなる傾向がある。すなわち、本発明のバー
ナでは、空気の急旋回流中に中心部から燃料ガスを噴射
することにより、空気と燃料ガスとの混合を促進させる
ようにしているが、Ｎを過度に大きくすると、このよう
な混合促進作用が十分に得られなくなり、非平衡領域の
安定的な形成は望めなくなる。このためＮは＋０．４Ｄ
を限度とする。

以上のことから燃料ガス吐出孔と空気吐出孔のバーナ中
心軸距離Ｎに関しては、−０，１Ｄ〜＋０．４Ｄの範囲
とする。

また、Ｎを大きくしていくとバーナタイルの内端壁の温
度が上昇する。第６図は距離Ｎとバーナタイル内へ壁の
温度Ｔｂとの関係を示すものである。Ｎが＋０．２５Ｄ
ではＴｂが１４００℃であり、一般には、この程度の温
度まで通常の耐熱材を使用することが可能である。また
Ｎが＋０．４０ではバーナタイル内端壁は１８００℃以
上まで昇温するが、このような場合には、バーナタイル
の材質として高耐熱性材料を用いることが望ましい。

空気吐出孔α■からバーナタイル開口（ｌｌｃ）までの
距離りは非平衡領域の形成範囲と密接な関係を有してい
る。すなわちＬが３Ｄを超えると非平衡領域がバーナタ
イル開口直後の部分にしか形成されず好ましくない。一
方、Ｌが０．６　Ｄ未満の場合は火炎がバーナタイル開
口直後で花びら状の火炎となりバーナ中心軸上に適正な
非平衡領域が安定して得られない。

従って０．６Ｄ〜３．０Ｄの範囲にＬを定めることが好
ましい。

薄鋼板を連続加熱する場合、バーナタイル開口（ｌｉｅ
）と鋼板との距離を一定以上（通常、１００−程度以上
）とらないと、通板中に鋼板がバーナに接触する恐れが
ある。したがって、火炎中の非平衡領域は、バーナ開口
側から所定の距離に位置する鋼帯通板位置を含むなるべ
く広い範囲に形成させることが好ましいことになる。第
７図は距離りとバーナ開口から非平衡領域の末端（反バ
ーナ側の末端、例えば第５図中のＡ点）までの距離ＬＲ
との関係について調べたものである。これによれば、Ｌ
が３Ｄを越えると非平衡領域の形成はバーナタイル開口
直後のみとなり、それよりも前方側にはほとんど形成さ
れない。Ｌが小さくなるにしたがい非平衡領域の形成範
囲は拡大するが、Ｌが０．６Ｄ未満の領域（Ｘ）では、
火炎はバーナタイル開口直後で、花びら状の放射状の火
炎となり、バーナ軸心上に適正な非平衡領域が安定して
形成されない。以上のことから・空気吐出孔（１３から
バーナタイル開口（ｌｉｅ）までの距離りは０゜６Ｄ〜
３．０　Ｄの範囲とする・なお、上記実施例のバーナで
は燃料ガス吐出孔（３）をバーナタイル内端壁に突設さ
れた燃料ガスノズルの周方向に間隔的に設け、燃料ガス
をバーナタイル自得方向に沿って噴射させるようにした
ものであるが、場合によっては、燃料ガス吐出孔を燃料
ガスをバーナ軸方向（バーナ出口方向）に沿って噴射し
得るようバーナタイルの内方位置に形成し、或いはガス
をバーナ軸方向に対し斜め方向に噴射し得るよう形成す
ることができる。このような方向にガス噴射することに
より空気の旋回力を緩和させることができる。

バーナ口径Ｄ　：　１００■、空気供給内反θ：４０、
空気吐出孔と燃料ガス吐出孔のバーナ軸方向距離Ｎ　：
　＋１０ｗｍ　（＋　０．Ｉ　Ｄ　）、空気吐出孔から
バーナタイル開口までの距離Ｌ：１２０■（１，２Ｄ）
とした直火還元加熱バーナを用い、燃料ガスニコークス
ガス（Ｃガス）、空気比０．７〜１．０の範囲で普通鋼
の薄板（ｔ　：　０．８ｍ）を加熱し、無酸化で加熱し
つる限界温度を求めた。その結果を第８図に示す。図に
明らかなように前記薄板（○印）の場合、空気比０．８
５〜０．９５の範囲では約９００℃　まで加熱できる。

更に予め酸化している薄板を同様の条件で加熱を行った
結果（・印）はぼ同等の温度まで加熱でき、かつ表面の
酸化物も完全に還元している。

このように本発明のバーナでは９００℃までの加熱が可
能であり、連続焼鈍炉（ＣＡＬ）、連続溶融亜鉛メッキ
設備（ＣＧＬ）の直火還元加熱バーナとして十分適用し
つるものである。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明の加熱バーナによれば、火炎中に均一
な温度分布でしかも強力な還元力を有する領域を安定し
て形成させ、鋼材を無酸化・還元状態で適切に加熱する
ことができる。また燃焼用空気と燃料ガスの予混合を必
要としないため燃焼用空気として予熱空気を使用でき、
排ガスの顕熱を有効に利用して経済的な加熱炉操業を可
能ならしめる・さらに、予熱空気を利用できることから
、従来のラジアントバーナの無酸化加熱限界が７５０℃
程度であるのに対し、９００℃程度まで無酸化加熱が可
能であり、高温焼鈍が必要な鋼材の加熱にも好適な形で
利用することができる。また予熱空気を利用することに
より火炎温度が高められるため、従来のラジアントバー
ナーに較べ中間反応生成物による還元作用そのものも効
果的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明加熱バーナの一実施例を示す
もので、第１図は縦断面図、第２図は第１図中ｎ−］線
に沿う断面図である。第３図は燃料ガス吐出孔と空気吐
出孔とのバーナ軸方向における距離Ｎを一〇、２５Ｄと
した場合のバーナ出口からの距離とガス温度、０３濃度
イオン強度との関係、第４図は燃料ガス吐出孔と空気吐
出孔のバーナ軸方向における距離Ｎと遊離Ｏ！のバーナ
軸方向残存距ＲＭ　Ｌｏとの関係、第５図は距離Ｎを＋
〇、ＩＤとした場合のバーナ出口からの距離りとガス温
度、０２濃度及びイオン強度との関係、第６図は燃料ガ
ス吐出孔と空気吐出孔の距離Ｎとバーナクイル後壁温度
Ｔｂとの関係、第７図は空気吐出孔からバーナ出口まで
の距離りと非平衡領域の末端才での距離ＬＲとの関係を
示すものである。第８図は本発明加熱バーナの無酸化・
還元加熱特性を示すものである。第９図は従来の高速ジ
ェットバーナを示す断面図、第１０図は従来のラジアン
トバーナを示す断面図である。 図において、住υはバーナタイル、（１階は燃焼用空気
吐出孔、αａは燃料ガス吐出孔、（ｌｉｅ）はバーナタ
イル開口、（ｌｌａ）はバーナタイル内周壁を各示す。 特軒出願人　　日本鋼管株式会社 手続補正書 昭ｆｕ　ｂ／　ｒ［、ｌ、月）−ｔＡ　［：１昭和　／
、／　　年　特　　許　願第　９１ＪＦｌ：２／　月２
発明の名称 護−天−ｉカ二力０か八　）ぐ−　す （４，１２）　　日本ｇ１管株式会社 ・１代理人 ５　補正命令の１］付 昭和ｂ１年す月、３［Ｊ 補　　　正　　内　　　容 Ａ本願明細書第１７頁１４行目に「断面図である。」と
ある次に「第１１図はラジアントバーナを使用したＣＧ
Ｌの加熱システムの系統図である。」と追加する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 先端が開口した筒状バーナタイルの内壁 周方向に間隔をおいて複数の燃焼用空気吐 出孔を設けるとともに、バーナタイル内方 中心部に燃料ガス吐出孔を設け、且つ燃焼 用空気吐出孔及び燃焼ガス吐出孔を以下の ように構成してなる直火還元加熱バーナ。 （ａ）燃焼用空気吐出孔を、その空気噴射方向がバーナ
   タイル内周に関する接線に対し ６０°以下の角度を持つよう形成する。 （ｂ）燃料ガス吐出孔と燃焼用空気吐出孔のバーナ軸方
   向距離Ｎを燃料ガス吐出孔が燃 焼用空気吐出孔よりもバーナタイル開口 側にある場合を（−）、その逆を（＋）とした場合、−
   ０．１Ｄ〜＋０．４Ｄ（Ｄ：バーナ内径）に設定する。 （ｃ）燃焼用空気吐出孔からバーナタイル開口までの距
   離Ｌを０．６Ｄ〜３Ｄ（Ｄ：バーナ内径）に設定する。