JPS6252313A - Directly heating burner under reducing condition - Google Patents

Directly heating burner under reducing condition

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JPS6252313A
JPS6252313A JP19261085A JP19261085A JPS6252313A JP S6252313 A JPS6252313 A JP S6252313A JP 19261085 A JP19261085 A JP 19261085A JP 19261085 A JP19261085 A JP 19261085A JP S6252313 A JPS6252313 A JP S6252313A
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Japan
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burner
discharge hole
fuel gas
combustion air
distance
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Shuzo Fukuda
福田 脩三
Masahiro Abe
阿部 正広
Koichiro Arima
有馬 興一郎
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  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attempt to have non-oxidizing heating under reducing conditions for its steel material by forming a combustion air discharge hole A and a fuel gas discharge hole B in specified directions and specifying the distance from the discharge hole B to the discharge hole A in the axial direction of a burner and the distance from the discharge hole A to the opening of the burner tile. CONSTITUTION:Air discharge holes 2 for the combustion air and fuel gas discharge holes 3 are constituted as follows: a) the air discharge hole 2 for the combustion air is formed with its air injection direction at an angle theta smaller than 60 deg. to the tangential line with respect to the inner circumference of the burner tile 11, 1) the fuel gas discharge hole 3 is formed so that its fuel gas injection direction is not at right angle to the tangential line with respect to the outer circumference of a fuel gas nozzle 7 and yet the fuel gas flow by this arrangement becomes a swirl flow in the direction opposite to the air flow from the discharge holes 2, c) the distance N between the hole 3 and the hole 2 in the axial direction of the burner is made negative when the hole 3 is nearer to the burner tile opening 5 than to the hole 2, and positive when their positions are reversed, and N is set at -0.10-0.25D (D is the inner diameter of the burner), and d) the distance L from the hole 2 to the opening 5 is set at 0.6D-3D (D is the inner diameter of the burner).

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、鋼材、連続焼鈍″Fi(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)において用いられる直火還元加熱バーナに
[ll′1Jるものである。
[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention is a continuous heating furnace (direct heating method) for thin steel sheets such as steel materials, continuous annealing "Fi (CAL), continuous hot dip galvanizing equipment (CGL), etc. This is a direct-fired reduction heating burner used in [ll'1J].

[従来の技術] 銅帯の連続焼鈍炉、″”Mrc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
ジアントカップバーナを使用し、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。
[Prior Art] Conventional methods for direct-fire non-oxidation heating in continuous annealing furnaces for copper strips, ``Mrc hot-dip galvanizing equipment, etc.'' use a general diffusion burner or high-speed jet burner to direct the flame to the copper strip. There are two methods: one method uses a radiant cup burner to raise the temperature of the inner surface of the burner tile, and the other method uses mainly radiant heat transfer from this surface.

高速ジェットバーナは、第16図に示す如く、燃焼室(
8)で燃焼させ、絞られた吐出孔(9)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。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02 、O,
Oll等により、無酸化と言えども微酸化は避けられな
い。
As shown in Fig. 16, a high-speed jet burner has a combustion chamber (
8), a high-temperature gas jet is ejected from the constricted discharge hole (9), and heating is mainly done by convection heat transfer, and a high heat flux can be obtained in a range where the temperature of the heated object is relatively low. It has characteristics. On the other hand, since the flame during the combustion reaction directly collides with the copper strip, the 02, O,
Due to Oll et al., slight oxidation is unavoidable even though there is no oxidation.

一方ラジアントカップバーナは、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17図に示す如く、バーナタイルの半球状凹部(1
0)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。
On the other hand, in order to perform a rapid combustion reaction, a radiant cup burner uses a pre-mixed gas mixture of air and fuel gas, as shown in Fig.
0) to cause rapid combustion and heat up the inner surface of the burner tile,
It mainly heats by radiant heat transfer, and has the characteristic that a high heat flux can be obtained in a region where the temperature of the heated object is high.

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Go、82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。
On the other hand, by burning with this burner at an air ratio of 1.0 or less, the combustion gas contains reducing unburned components such as Go and 82, so this combustion gas comes into contact with the copper strip and heats it without oxidation. Of course, the oxide film formed on the copper strip can be reduced.

このようにラジアントバーナは無酸化加熱に好適なバー
ナであるが、このバーナは予混合方式であり、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る
ため燃焼用空気の予熱ができないという欠点がある。こ
のため空気予熱による排ガスの顕然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然回収に別
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GO,t」z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。
In this way, the radiant burner is suitable for non-oxidation heating, but this burner uses a premixing method, and it is dangerous to premix air that has been preheated to a high temperature with the fuel gas, so preheating the combustion air is not recommended. The drawback is that it cannot be done. For this reason, it is not possible to explicitly recover the exhaust gas by preheating the air, so it is necessary to take other measures for the obvious recovery of the exhaust gas in order to save energy. Furthermore, preheating the air is effective in increasing the flame temperature, and on the other hand, increasing the flame temperature is effective in reducing the reduction effect by the above-mentioned GO, t'z, etc. Therefore, the inability to perform air preheating is not preferable from the viewpoint of non-oxidative heating. Furthermore, a premixer, a flashback preventer as a safety device, etc. are indispensable, which raises the problem of increased equipment costs.

加えて、この種のバーナは燃焼用空気の予熱ができない
ため無酸化加熱は750℃程度が限度であり、より高温
域での加熱を必要とするような場合には適用できない欠
点もある。
In addition, this type of burner cannot preheat the combustion air, so non-oxidative heating is limited to about 750°C, and there is also the drawback that it cannot be applied in cases where heating in a higher temperature range is required.

本発明はこのような従来の問題に鑑みなされたもので、
予熱空気を用いることができ、しかも鋼材を無酸化・還
元状態で加熱することができる直火還元加熱バーナを提
供せんとするものである。
The present invention was made in view of such conventional problems,
It is an object of the present invention to provide a direct-fire reduction heating burner that can use preheated air and can heat steel materials in a non-oxidizing and reducing state.

[問題を解決するための手段] 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。
[Means for Solving the Problem] For this reason, the present invention provides a plurality of combustion air discharge holes at intervals in the circumferential direction of the inner wall of a cylindrical burner tile with an open tip, and a plurality of combustion air discharge holes inside the burner tile. The basic feature is that the air discharge hole and the combustion gas discharge hole are configured as follows.

(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°以下の角度をも
つよう形成する。
(a) The combustion air discharge hole is formed so that its air injection direction has an angle of 60° or less with respect to a tangent to the inner circumference of the burner tile.

(b)燃料ガス吐出孔を、その燃料ガス噴射方向が燃料
ガスノズル外周に関り“る接線に対し非直角で、しかも
これによる燃料ガス流が燃焼用空気吐出孔からの空気流
と逆向きの旋回流となるよう形成する。
(b) Set the fuel gas discharge hole so that the fuel gas injection direction is not perpendicular to the tangent to the outer periphery of the fuel gas nozzle, and the resulting fuel gas flow is in the opposite direction to the air flow from the combustion air discharge hole. Form a swirling flow.

(C)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〜+0.25 D (D :バ
ーナ内径)に設定する。
(C) Distance N in the burner axial direction between the fuel gas discharge hole and the combustion air discharge hole: (-) indicates the case where the fuel gas discharge hole is closer to the burner tile opening than the combustion air discharge hole, and (+) indicates the opposite.
In this case, set it to -0.1D to +0.25D (D: burner inner diameter).

(d)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)に設定する。
(d) Set the distance from the combustion air discharge hole to the burner tile opening to 0.6D to 3D (D: burner inner diameter).

[作 用] 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、ラジカル等)を多量に含み且つ未反応の
:111ft@素を含まない領域、づ゛なわち非平衡領
域を広範囲にしかも安定して形成する。第8図は、この
ような加熱バーナによって形成される火炎中非平衡領域
のイオン検出プローブによる一測定例を示すもので、プ
ローブによる測定電流値が高いのはイオン強度が大きく
、したがって燃焼中間生成物が多聞に存在していること
を意味している。これによれば、バーナ出口に外方の所
定の範囲に亘って非平衡領域が形成され、その外方はC
O2。
[Function] When the heating burner configured as described above is used at an air ratio of 1.0 or less, a non-equilibrium region is formed in the flame within a predetermined range. That is, in such a heating burner, rapid combustion is achieved by the swirling flow of combustion air from the air discharge hole and the fuel gas discharged from the center of the burner.
Over a predetermined range outside the burner opening, a 111 ft area that contains a large amount of combustion intermediate products (intermediate ions, radicals, etc.) and does not contain any unreacted elements, that is, a non-equilibrium region, is spread over a wide area. Moreover, it forms stably. Figure 8 shows an example of measurement using an ion detection probe of the non-equilibrium region in the flame formed by such a heating burner.The reason why the current value measured by the probe is high is that the ion intensity is high, and therefore it is the result of intermediate combustion products. It means that things exist in many places. According to this, a non-equilibrium region is formed at the burner outlet over a predetermined range outward, and the outside thereof is C
O2.

N20.N2等を含む準平衡領域となっている。N20. It is a quasi-equilibrium region containing N2, etc.

第9図はこのような加熱バーナの還元加熱特性、すなわ
ち、無酸化で加熱し得る限界温度(普通鋼の薄板に関す
る限界温度)を示すものであり、このように本発明の加
熱バーナは空気比0.85〜0.95の範囲において鋼
帯を約900℃まで無酸化加熱できるものである。
Figure 9 shows the reductive heating characteristics of such a heating burner, that is, the limit temperature at which it can be heated without oxidation (the limit temperature for a thin plate of ordinary steel). In the range of 0.85 to 0.95, the steel strip can be heated to about 900°C without oxidation.

[実施例] 第1図及び第2図は本発明の一実施例を示すものである
[Embodiment] FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the present invention.

図において(1)はバーナ本体たる筒状(円筒状)のバ
ーナタイルであり、該バーナタイル内壁(6)の周方向
には間隔をおいて複数の燃焼用空気吐出孔(2)が設け
られるとともに、バーナタイル内端壁(4)の中央に燃
料ガスノズル(7)が突設され、この燃料ガスノズル(
7)の周方向に間隔をおいて、燃料ガス吐出孔(3)が
形成されている。
In the figure, (1) is a cylindrical burner tile that is the burner body, and a plurality of combustion air discharge holes (2) are provided at intervals in the circumferential direction of the burner tile inner wall (6). At the same time, a fuel gas nozzle (7) is provided protruding from the center of the burner tile inner end wall (4).
7), fuel gas discharge holes (3) are formed at intervals in the circumferential direction.

そして、このような構成において、燃焼用空気吐出孔(
2)と燃料ガス吐出孔(3)は以下のように構成されて
いる。
In such a configuration, the combustion air discharge hole (
2) and the fuel gas discharge hole (3) are constructed as follows.

(a)  燃焼用空気吐出孔(2)を、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
θをもつよう形成する。
(a) The combustion air discharge hole (2) is formed so that the air injection direction has an angle θ of 60° or less with respect to a tangent to the inner circumference of the burner tile.

(b)  燃料ガス吐出孔(3)を、その燃料ガス噴射
方向が燃料ガスノズル外周に圓する接線に対し非直角で
、しかもこれによる燃料ガス流が燃焼用空気吐出孔(3
)からの空気流と逆向きの旋回流となるよう形成する。
(b) The fuel gas discharge hole (3) is arranged so that the fuel gas injection direction is not perpendicular to the tangent to the outer periphery of the fuel gas nozzle, and the resulting fuel gas flow is connected to the combustion air discharge hole (3).
) to form a swirling flow in the opposite direction to the airflow from the airflow.

(C)  燃料ガス吐出孔(3)と燃焼用空気吐出孔(
2)のバーナ軸方向距離Nを燃料ガス吐出孔(3)が燃
焼用空気吐出孔(2)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
〜+〇、25D(D:バーナ内径)に設定する。
(C) Fuel gas discharge hole (3) and combustion air discharge hole (
If the burner axial distance N in 2) is set as (-) when the fuel gas discharge hole (3) is closer to the burner tile opening than the combustion air discharge hole (2), and (+) when the opposite is set, - 0,10
~+〇, set to 25D (D: burner inner diameter).

((1)  燃焼用空気吐出孔(2)からバーナタイル
開口(5)までの距IIILを0.6D〜3D(D:バ
ーナ内径)に設定する。
((1) Set the distance IIIL from the combustion air discharge hole (2) to the burner tile opening (5) to 0.6D to 3D (D: burner inner diameter).

以上、上記(a)〜(d)の内容について詳細に説明す
る。
Above, the contents of (a) to (d) above will be explained in detail.

前記空気吐出孔(2)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°、好しくは20〜4
0’とすることにより空気流の旋回性が安定して得られ
る。
The reason why the air injection direction of the air discharge hole (2) has an angle θ with respect to the tangent to the inner circumference of the burner tile is to generate a swirling flow in the combustion air within the burner tile, and this swirling flow causes the burner A negative pressure region is formed inside, which promotes combustion by recirculating the gas, thereby creating a suitable non-equilibrium region. This air injection angle θ is at most 60°, preferably 20 to 4
By setting it to 0', the swirling property of the airflow can be stably obtained.

このような燃焼用空気吐出孔(3)に対し、燃料ガスノ
ズル(7)の周方向に設けられる燃料ガス吐出孔(3)
は、第7図(b)に示すようにその噴射方向が燃料ノズ
ル外周に関する接線に対して非直角で、しかも、これに
よる燃料ガス流が燃焼用空気吐出孔(2)からの空気流
と逆向きの旋回流、すなわち空気旋回流と逆向ぎから衝
突するような旋回流となるよう形成する。燃料ガス吐出
孔(3)をこのような構成とするのは、第7図(a)に
示ずように燃焼用空気の噴射方向に角度θを付し、燃料
ガスを単にバーナ径方向に冶りて噴射させた場合、バー
ナ開口(出口)から出た火炎の温度分布が不均一になり
、この結果還元特性・加熱特性ともにこの温度分布に応
じた偏差を生じ易いためであり、空気旋回流に対し、燃
料ガスに逆向きの旋回流を形成させることにより、この
ような偏差を適切に解消できる。
For such a combustion air discharge hole (3), a fuel gas discharge hole (3) provided in the circumferential direction of the fuel gas nozzle (7)
As shown in Fig. 7(b), the injection direction is not perpendicular to the tangent to the outer circumference of the fuel nozzle, and the resulting fuel gas flow is opposite to the air flow from the combustion air discharge hole (2). The swirling flow is formed so as to be a swirling flow that collides with the air swirling flow from the opposite direction. The fuel gas discharge hole (3) is configured in this manner by attaching an angle θ to the injection direction of the combustion air as shown in FIG. This is because when the flame is injected from the burner opening (outlet), the temperature distribution of the flame coming out from the burner opening (exit) becomes uneven, and as a result, both the reduction characteristics and the heating characteristics tend to vary according to this temperature distribution, and the air swirl flow On the other hand, by forming a swirling flow in the opposite direction in the fuel gas, such a deviation can be appropriately eliminated.

前述したように本発明の加熱バーナは空気噴射方向に角
度θを付することによりバーナタイル内で燃焼用空気の
旋回流を生じさせ、これにより急速燃焼を実現させ、中
間反応生成物を含む還元領域を形成させるものである。
As mentioned above, the heating burner of the present invention creates a swirling flow of combustion air within the burner tile by attaching an angle θ to the air injection direction, thereby realizing rapid combustion and reducing reduction containing intermediate reaction products. It forms a region.

しかし本発明者等が検討したところによれば、燃焼用空
気の噴射方向に角度を付しただけの場合、空気流の旋回
力が強過ぎて火炎中に強力な負圧領域を生じ、この結果
、火炎温度分布に偏差を生じ易いことが判った。そこで
本発明は、空気旋回流に対し逆向きの燃料ガス旋回流を
積極的に形成させることにより、空気流の径方向での旋
回力を弱め、火炎温度分布の平坦化を図るものである。
However, according to studies conducted by the present inventors, if the direction of injection of combustion air is simply angled, the swirling force of the air flow is too strong, creating a strong negative pressure region within the flame. It was found that deviations were likely to occur in the flame temperature distribution. Therefore, the present invention aims at flattening the flame temperature distribution by actively forming a fuel gas swirl flow in the opposite direction to the air swirl flow, thereby weakening the swirling force in the radial direction of the air flow.

第10図は第7図(b)に示す本発明の加熱バーナと、
第7図(a)に示す比較用のバーナとのバーナ径方向ガ
ス温度分布の一例を示すものである。図中、鎖線0は本
発明例、実線(0は比較例をそれぞれ示すものであるが
、これからも明らかなように、比較例のバーナではバー
ナ中心部において負圧によるものとみられる温度の大幅
な落ち込みがあるのに対し、本発明のバーナではこのよ
うな温度の落ち込みが改善され径方向において比較的均
一な温度分布が得られている。
FIG. 10 shows the heating burner of the present invention shown in FIG. 7(b),
An example of the burner radial direction gas temperature distribution with respect to the comparative burner shown in FIG. 7(a) is shown. In the figure, the dashed line 0 indicates the present invention example, and the solid line 0 indicates the comparative example, but as is clear from this, the burner of the comparative example shows a significant temperature increase in the center of the burner, which is believed to be due to negative pressure. In contrast, in the burner of the present invention, such a temperature drop is improved and a relatively uniform temperature distribution is obtained in the radial direction.

燃料ガス吐出孔(3)と空気吐出孔(2)のバーナ軸方
内矩111Nは、これが(−)側にある場合、ガス温度
が高く、し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31i211tO2(未反応02)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02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。
When the burner axial inner rectangle 111N of the fuel gas discharge hole (3) and the air discharge hole (2) is on the (-) side, the gas temperature is high and combustion intermediate products are also highly distributed over a wide range. However, on the other hand, 31i211tO2 (unreacted 02) tends to be distributed long in the axial direction. In order to appropriately form the non-equilibrium region that is the object of the present invention, it is necessary to minimize the remaining distance of the free 02 in the burner axial direction, and its limit is -0.10.

Nが(+)側にあれば適正な非平衡領域が形成されるが
、余り大きくなるとバーナタイル内端壁が1400℃以
上に加熱されるため好ましくなく、バーナタイル内端壁
のSiCの保護上+0.250が限界となる。第11図
は、燃料ガス吐出孔(3)と空気吐出孔(2)のバーナ
軸方向距離Nを−0,250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、
02濃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02の軸方向における残存距11iL。
If N is on the (+) side, a proper non-equilibrium region will be formed, but if it becomes too large, the inner end wall of the burner tile will be heated to over 1400°C, which is undesirable, and it will be difficult to protect the SiC on the inner end wall of the burner tile. The limit is +0.250. Figure 11 shows the burner axial distance from the burner opening and the gas temperature in the burner tile when the burner axial distance N between the fuel gas discharge hole (3) and the air discharge hole (2) is -0,250. ,
02 concentration and ionic strength, and according to this, when N is on the (-) side,
The remaining distance in the axial direction of the free 02 is 11iL.

が大きく存在することが示されている。It has been shown that there is a large presence of

第12図は燃料ガス孔と空気吐出孔のバーナ軸方内矩1
11Nと、遊離02の軸方向残存距離LOとの関係を示
すもので、これによればNが−0,1Dよりも(−)側
に大ぎくなると、LOが急激に大きくなっており、この
ため(−)側では−0,1D7りを限界どなる。一方、
第13図はNを+0.1Dとした場合の、バーナ開口か
らのバーナ軸方向距離と02111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。
Figure 12 shows the burner axial inner rectangle 1 of the fuel gas hole and air discharge hole.
This shows the relationship between 11N and the remaining axial distance LO of the free 02. According to this, when N becomes larger than -0, 1D on the (-) side, LO increases rapidly, and this On the (-) side, the limit is -0,1D7. on the other hand,
FIG. 13 shows the relationship between the burner axial distance from the burner opening, 02111 degrees, ion strength, and gas temperature when N is +0.1D.

この第12図及び第13図によれば、Nが(+)側であ
れば、02)rJ度にも問題がなく、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。
According to FIGS. 12 and 13, if N is on the (+) side, there is no problem with 02) rJ degrees, and there is an appropriate non-equilibrium region at a distance of 0.5D or more from the burner outlet. is formed.

然しながらNを(+)側に大きくすると、バーナタイル
内端壁(4)が加熱されるために、第14図の距11t
Nとバーナタイル内端壁(4)の温度Tbとの関係グラ
フに示されるように、−1−0,250でTbが140
0℃以上となり、このため内端壁の材質がSiCである
ことを考慮し、−1−0,250以下とするのが耐熱限
界上好ましい。以上のことから燃焼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、−0,1[)=
 0.259の範囲とすることが好ましい。
However, when N is increased to the (+) side, the inner end wall (4) of the burner tile is heated, so that the distance 11t in FIG.
As shown in the graph of the relationship between N and the temperature Tb of the burner tile inner end wall (4), at -1-0,250, Tb is 140
0°C or higher, and therefore, considering that the material of the inner end wall is SiC, it is preferable to set the temperature to -1-0,250 or lower in terms of the heat resistance limit. From the above, regarding the burner center axis distance N between the combustion gas discharge hole and the air discharge hole, -0, 1[)=
The range is preferably 0.259.

空気吐出孔(2)からバーナタイル間口(5)までの距
離し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しくない。一方、
Lが0.6D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.OD
の範囲にLを定めることが好ましい。
The distance from the air discharge hole (2) to the burner tile frontage (5) has a close relationship with the formation range of the non-equilibrium region. That is, if L exceeds 3D, the non-equilibrium region will be formed only in the portion immediately after the burner tile opening, which is not preferable. on the other hand,
When L is less than 0.6D, the flame becomes a petal-shaped flame immediately after the burner tile opens, and an appropriate non-equilibrium region cannot be stably obtained on the burner central axis. Therefore 0.6D~3. O.D.
It is preferable to set L within the range of .

簿鋼板を連続加熱する場合、バーナタイル開口(5)と
鋼板との距離を一定以上(通常、i 00MR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銅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しいことになる。第
15図は距111tLとバーナ1?i1口から非平衡g
A域の末端(反バーナ側の末端、例えば第13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(2)からバーナタイル間口(5)までの距f
f1Lは0.6D〜3.0Dの範囲とすることが望まし
い。
When continuously heating a steel plate, the distance between the burner tile opening (5) and the steel plate must be kept at a certain distance or more (usually about i00MR or more), otherwise the steel plate may come into contact with the burner during threading. Therefore, it is preferable that the non-equilibrium region in the flame be formed in as wide a range as possible, including the copper strip passing position located at a predetermined distance from the burner opening side. Figure 15 shows distance 111tL and burner 1? Non-equilibrium g from i1 mouth
The end of area A (the end on the anti-burner side, for example A in Fig. 13)
The relationship between the distance LR and the point LR is investigated. According to this, when L exceeds 3D, the non-equilibrium region is formed only immediately after the burner tile opening, and is hardly formed in front of it. As L becomes smaller, the range in which the non-equilibrium region is formed expands, but in the region (X) where L is less than 0 or 6D, the flame becomes a petal-shaped radial flame immediately after the burner tile opens, and it is located on the burner axis. An appropriate non-equilibrium region is not stably formed. From the above, the distance f from the air discharge hole (2) to the burner tile frontage (5)
It is desirable that f1L is in the range of 0.6D to 3.0D.

本発明では、以上のような構成において、燃焼用空気吐
出孔(2)の空気噴射方向及び、燃料ガス吐出孔(3)
の燃料ガス噴射方向にそれぞれ、上記傾斜角に加え、バ
ーナタイル径方向に対しバーナ間口側への傾斜角を何す
ることができ、これにより空気旋回流をより緩和させ燃
焼ガス温度分布の平坦化を図ることができる。
In the present invention, in the above configuration, the air injection direction of the combustion air discharge hole (2) and the fuel gas discharge hole (3)
In addition to the above inclination angle, the inclination angle toward the burner front side relative to the radial direction of the burner tile can be set in the fuel gas injection direction, thereby further relaxing the air swirling flow and flattening the combustion gas temperature distribution. can be achieved.

第3図と、第4図及び第5図はそのような構造の一例を
示すもので、これらのうち第3図は空気吐出孔(2)の
噴射方向バーナ開口側への傾斜角α1を付したものであ
る。また第4図及び第5図は燃料ガス吐出孔(3)のl
l111)j方向にバーナ間口側への傾斜角を付したも
のである。なお、これら両構造を組み合せた構成を採り
得ることは言うまでもない。
Figure 3, Figures 4 and 5 show examples of such a structure, and Figure 3 shows an example of such a structure in which the air discharge hole (2) has an inclination angle α1 toward the burner opening side in the injection direction. This is what I did. Also, Figures 4 and 5 show the l of the fuel gas discharge hole (3).
l111) An angle of inclination toward the burner frontage side is attached in the j direction. Note that it goes without saying that a configuration combining both of these structures can be adopted.

また、第6図は他の実施例を示すものである。Further, FIG. 6 shows another embodiment.

この実施例は、バーナタイルの少なくとも燃焼用空気吐
出孔形成部位より先端開口側の内壁に、バーナ内口径が
先端開口側に拡径するような広がり角α2を付したもの
であり、このように広がり角α2を付することにより、
バーナ開口からの火炎が広がりを持ち、鋼板等に対Jる
加熱面積を広くとることができる。なお、この広がり角
α2は、これを大きくしてい(と循環領域(負圧域)が
バーナの外方に形成されるようになり、安定した急速燃
焼を行い得なくなるものであり、安定した非平衡領域を
形成させるためには、25°以下の範囲とすることが好
しい。
In this embodiment, at least the inner wall of the burner tile on the side where the combustion air discharge hole is formed and the opening of the tip is provided with a widening angle α2 such that the inner diameter of the burner increases toward the opening of the tip. By adding the spread angle α2,
The flame from the burner opening spreads, allowing a wide heating area for steel plates and the like. Note that if this spread angle α2 is increased, a circulation region (negative pressure region) will be formed outside the burner, making it impossible to perform stable rapid combustion. In order to form an equilibrium region, the range is preferably 25° or less.

[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じ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。さらに、火炎のバー大径
方向での温度分布を平坦化できるため、加熱特性及び還
元特性が安定した広範囲な非平衡領域を形成させること
ができ、安定且つ確実な無酸化・還元加熱を可能ならし
める。特に、このような広範囲な非平衡領域を形成し得
ることから、銅帯等の3!続熱処理において、鋼帯をそ
の幅方向の加熱温度や還元性にバラツキを生ぜしめるこ
となく加熱でき、加えて、バーナと銅帯との間隔を比較
的大ぎく取れるため、形状不良の鋼板等を加熱するよう
な場合でもバーナとの接触を適切に防止できる利点があ
る。
[Effects of the Invention] According to the heating burner of the present invention described above, a region having a uniform temperature distribution and strong reducing power is stably formed in the flame, and steel materials can be properly heated in a non-oxidized and reduced state. Can be heated. Also, since there is no need to premix combustion air and fuel gas, preheated air can be used instead of combustion air.
To enable economical heating furnace operation by effectively utilizing the sensible heat of exhaust gas. Furthermore, since preheated air can be used, the non-oxidation heating limit of conventional radiant burners is 750℃.
However, non-oxidizing heating is possible up to about 900°C, and it can be suitably used for heating steel materials that require high-temperature annealing. Furthermore, since the flame temperature is increased by using preheated air, the reduction action itself by intermediate reaction products can be effectively improved compared to conventional radiant burners. Furthermore, since the temperature distribution of the flame in the direction of the large diameter of the bar can be flattened, a wide non-equilibrium region with stable heating and reduction characteristics can be formed, and stable and reliable non-oxidation and reductive heating can be achieved. Close. In particular, since such a wide non-equilibrium region can be formed, 3! In the subsequent heat treatment, the steel strip can be heated without causing any variation in the heating temperature or reducibility in the width direction.In addition, since the distance between the burner and the copper strip can be relatively large, it is possible to heat the steel strip with poor shape. There is an advantage that contact with the burner can be appropriately prevented even when heating is required.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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If−I
線に沿う断面図である。第3図は本発明加熱バーナの他
の実施例を示す縦断面図である。第4図及び第5図は本
発明加熱バーナの他の実施例における燃料ガスノズルの
構造を示すもので、第4図は縦断面図、第5図は正面図
である。 第6図は本発明加熱バーナの仙の実施例を示す縦断面図
である。第7図(a)及び(b)は比較例の加熱バーナ
と本発明加熱バーナの燃焼用空気及び燃料ガスの噴射方
向をそれぞれ示すものである。第8図は本発明加熱バー
ナにおける非平衡領域形成範囲の一測定例を示すもので
ある。第9図は同じく加熱バーナの還元加熱特性を示す
ものである。 第10図ないし第15図は加熱バーナの特性を示すもの
で、第10図は本発明加熱バーナと比較例たる他の加熱
バーナのバーナ径方向での温度分布、第11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、25 Dとした場合のバーナ出口からの距離と
ガスYjAm、 0211度、イオン強度との関係、第
12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1102のバーナ軸方向残存距離LO
との関係、第13図は距離Nを→・0.1Dとした場合
のバーナ出口からの距離りとガス温度02F14度、イ
オン強度との関係、第14図は燃料ガス吐出孔と空気吐
出孔の距離Nとバーナタイル後壁温度Tbとの関係、第
15図は空気吐出孔からバーナ出口までの距ll1Lと
非平衡領域の末端までの距離LRとの関係を示すもので
ある。 第16図は従来の高速ジェットバーナを示す断面図、第
11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、(1)はバーナタイル、(2)は燃焼用空
気吐出孔、(3)は燃料ガス吐出孔、(5)はバーナタ
イル開口、(6)はバーナタイル内壁を各示す。 第  8  図 第9図 !2艮を 第11  図 第12図 第14図 第15図 空気−gLケリパー7%’lロエでの距角甑 L第16
図 第17図
1 and 2 show an embodiment of the heating burner of the present invention, FIG. 1 is a longitudinal sectional view, and FIG.
It is a sectional view along a line. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the heating burner of the present invention. 4 and 5 show the structure of a fuel gas nozzle in another embodiment of the heating burner of the present invention, with FIG. 4 being a longitudinal sectional view and FIG. 5 being a front view. FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the heating burner of the present invention. FIGS. 7(a) and 7(b) show the injection directions of combustion air and fuel gas in the heating burner of the comparative example and the heating burner of the present invention, respectively. FIG. 8 shows an example of measurement of the non-equilibrium region forming range in the heating burner of the present invention. FIG. 9 similarly shows the reduction heating characteristics of the heating burner. Figures 10 to 15 show the characteristics of the heating burner. Figure 10 shows the temperature distribution in the burner radial direction of the heating burner of the present invention and another heating burner as a comparative example, and Figure 11 shows the fuel gas discharge hole. Distance N between and the air discharge hole in the burner axial direction
The relationship between the distance from the burner outlet and the gas YjAm, 0211 degrees, and the ionic strength when D is 10, 25D. Figure 12 shows the distance N and play between the fuel gas discharge hole and the air discharge hole in the burner axial direction. Burner axial remaining distance LO
Figure 13 shows the relationship between the distance from the burner outlet, gas temperature 02F and 14 degrees, and ionic strength when the distance N is →・0.1D, and Figure 14 shows the fuel gas discharge hole and air discharge hole. Figure 15 shows the relationship between the distance N and the burner tile rear wall temperature Tb, and the relationship between the distance ll1L from the air discharge hole to the burner outlet and the distance LR to the end of the nonequilibrium region. FIG. 16 is a sectional view showing a conventional high-speed jet burner, and FIG. 11 is a sectional view showing a conventional radiant burner. In the figure, (1) shows the burner tile, (2) shows the combustion air discharge hole, (3) shows the fuel gas discharge hole, (5) shows the burner tile opening, and (6) shows the burner tile inner wall. Figure 8 Figure 9! 11 Figure 12 Figure 14 Figure 15 Air-gL Keliper 7%'l Angle angle at Loe L No. 16
Figure 17

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)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、周方向に間隔をおいて複
数の燃料ガス吐出孔が設けられた燃料ガスノズルを突設
し、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°以下の角度をもつ
よう形成する。 (b)燃料ガス吐出孔を、その燃料ガス噴射方向が燃料
ガスノズル外周に関する接線に対し非直角で、しかもこ
れによる燃料ガス流が燃焼用空気吐出孔からの空気流と
逆向きの旋回流となるよう形成する。 (c)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〜+0.2
5D(D:バーナ内径)に設定する。 (d)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。
(1) A plurality of combustion air discharge holes are provided at intervals in the circumferential direction of the inner wall of a cylindrical burner tile with an open tip, and a plurality of fuel gas discharge holes are provided at intervals in the circumferential direction in the inner center of the burner tile. A direct-fired reduction heating burner having a protruding fuel gas nozzle provided with a discharge hole, and having a combustion air discharge hole and a combustion gas discharge hole configured as follows. (a) The combustion air discharge hole is formed so that its air injection direction has an angle of 60° or less with respect to a tangent to the inner circumference of the burner tile. (b) The fuel gas injection direction of the fuel gas discharge hole is non-perpendicular to the tangent to the outer circumference of the fuel gas nozzle, and the resulting fuel gas flow is a swirling flow in the opposite direction to the air flow from the combustion air discharge hole. form like this. (c) Distance N between the fuel gas discharge hole and the combustion air discharge hole in the burner axial direction when the fuel gas discharge hole is closer to the burner tile opening than the combustion air discharge hole (-
), and the opposite is (+), -0.1D to +0.2
Set to 5D (D: burner inner diameter). (d) Set the distance L from the combustion air discharge hole to the burner tile opening to 0.6D to 3D (D: burner inner diameter).
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WO2013046708A1 (en) * 2011-09-28 2013-04-04 Jfeスチール株式会社 Tubular flame burner

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