JPS634603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は例えば製鉄所向けの加熱炉、灼熱炉、
熱処理炉等のように燃焼室内に温度分布が均一な
ことが要求される火炉に係り、特に供給する燃料
の増減に関係なく定格燃焼時から少燃焼時まで広
い燃焼範囲に亙つて常に燃焼室内の温度分布を均
一化することができる火炉に関する。 ［従来の技術］ 一般に、製鉄所などにおいては、鋼塊を圧延加
工に適した温度に加熱するため或いはこれを長時
間一定温度に保ち熱処理するための装置として加
熱炉、灼熱炉、熱処理などの火炉が使用されてい
る。 この鋼塊の熱処理においては、特に燃焼室内の
温度分布を均一化しておくための温度管理が重要
であり、この温度管理の良し悪しが製品の品質に
重要な影響を及ぼすことになる。 ここで従来の火炉による熱処理操業を説明す
る。 先ず、第１図に示す如く被加熱物１を常温より
設定温度（例えば1000℃）まで上昇させるには、
バーナ２から定格燃料３を燃焼用空気４と共に燃
焼室６内へ向けて噴射させて、そして、適宜二次
空気６を供給しつつこれを定格燃焼させる。 これにより発生する高温燃焼ガス７はバーナ２
とは反対側に位置する火加熱物１の端部１ａにま
で充分に行き亙り、この燃焼室５内を均一温度分
布状態に維持しつつ被加熱物１を設定温度まで上
昇させる。 そして、設定温度に達したならばこの温度を維
持すべく供給燃料及び供給燃焼用空気量を減少さ
せて、定格燃料量から少燃料量に切り替える。そ
して、この状態で数時間から数日間維持させて被
加熱物１の熱処理を行う。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記した如き従来の火炉にあつては
少燃料量時において、燃料と共に噴射される燃焼
用空気４を減少させることから、この噴射速度が
遅くなり、従つて、燃焼ガス７が燃焼室５内の全
加熱処理領域まで行き亙らずに破線で示す如く途
中で煙道８に流れ込んでしまつていた。 そのため、燃焼室５内の温度分布にバラツキが
生じてこれが不均一になり、その結果被加熱物１
の両端部１ａ，１ｂ間に温度差が生じてしまい、
これを設定温度にて均一状態で維持できずに製品
不良を引起すという不都合があつた。 このため、この問題を解決すべく燃焼用空気４
の噴射口９の口径を小さくすることによつて、少
燃焼量時における燃焼用空気の噴出速度を高め、
燃焼ガス流速を早くすることも考えられるが、し
かし、噴射口９の口径を小さくすると逆に燃焼用
空気４の噴射口９における圧力損失が大きくて充
分な空気量が得られずに、定格燃焼量を確保でき
なくなるという不都合が生ずる（尚、噴射口の圧
力損失は空気の噴射速度に比例する）。 このため、燃焼用空気の噴射口９の口径を小さ
くして、二次空気６の供給量を増加することによ
りある程度改善できるが、しかし燃焼を充分に行
うには燃料の供給量に見合つた空気量が過不足な
く必要なことから、この場合にあつては噴射され
る燃料が多い割にこの燃料と共に噴射される燃焼
用空気４が少なく、燃料の燃焼不足を引き起して
根本的に解決には至つていない。 ［発明の目的］ 本発明は以上の如き問題点に着目し、これを有
効に解決すべく創案されたものであり、その目的
とするところは被加熱物の全加熱処理領域に亙つ
て火炎乃至燃焼ガスを噴射するための一次バーナ
と、二次燃料管が形成されてこのバーナの一次空
気口の出口側断面積より大きな全断面積を有する
二次空気口を備えて、定格燃料量時には両方で、
また少燃焼量時には一次バーナのみで燃焼させる
ようにし、もつて広い燃焼量範囲に亙つて常に燃
焼室内の温度分布を均一化することができる火炉
を提供するにある。 ［発明の概要］ 上記目的を達成するために、本発明は、燃焼室
内にその内壁から反対側へ向けて燃焼用空気と共
に燃料を噴射しつつこれを燃焼させて被加熱物を
熱処理すべく設けられたバーナを有する火炉にお
いて、上記内壁に、上記被加熱物の全加熱処理領
域に亙つて火炎を噴射すべく設けられ、一次燃焼
用空気を噴射するための一次空気口を有して定格
燃焼時及び少燃焼時ともに使用される一次バーナ
と、一次バーナの上方に、所定間隔だけ離間され
ると共に水平方向へ相互に適宜間隙離間させて設
けられ、それぞれの中に二次燃料管が形成されて
上記一次空気口の出口側端面積より大きな全断面
積を有し少燃料時に停止されて定格燃焼時に使用
される複数の二次空気口とを備えて構成され、少
燃焼時においても一次バーナを全出力状態で使用
して火炎の直進性を維持するようにしたことを要
旨とする。 ［実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に基
づいて詳述する。 先ず、第２図に示す如く１０は周囲を耐火材に
より区画されて断面略矩形状に形成された火炉で
あり、この内部には燃焼室１１が形成されてい
る。この火炉１０の上部内壁には燃焼ガスを炉外
へ排出するための煙道１２が形成されていると共
に、この底部１３には例えば鋼塊などの被加熱物
１４が加熱処理されるべく略底部全域に亙つて支
承台１５を介して設置されている。そして、この
火炉１０の側部内壁１６には本発明の特長とする
一次バーナ１７及び二次空気口１８が設けられて
いる。後述するごとくこの一次バーナ１７は、定
格燃焼時及び少燃焼時ともに使用されるに対し
て、二次空気口１８は少燃焼時は使用されず、定
格燃焼時のみ使用されることになる。 具体的にはこの一次バーナ１７は火炉の側部内
壁１６に凹部状に形成されてその開口部を燃焼室
１１内の反対側に向けて設けられた一次スロート
１９を有している。第３図にも示す如くこの一次
スロート１９内にはその先端部に多数の一次燃料
噴射口２０…が形成された口径の大きい一次燃料
管２１が突出させて形成されていると共に、この
燃料管２１には一次燃料制御弁２２が介設された
燃料供給系２３が連接されており、この供給系２
３を介して上記一次燃料噴射口２０…から一次ス
ロート１９内へ燃料を噴射し得るようになつてい
る。 また、この一次スロート１９には一次空気流量
制御弁２４が介設された一次燃焼用空気供給径２
５が連結されおり、これより供給される一次燃焼
用空気を上記一次燃料管２１から噴射される燃料
と伴つて、或いはこれと混合させて、スロート１
９の開口部すなわち一次空気口２６から燃焼室１
１内へ噴射し得るようになつている。特に、一次
スロート１９の開口部すなわち、一次空気口２６
は従来例の噴射口９（第１図参照）よりその口径
乃至面積が小さく形成されており、この火炉１０
の定格燃焼量時から少燃焼時に亙つて常時これよ
り発生する火炎Ｆ乃至燃焼ガスを被加熱物１４の
全加熱処理領域Ａに亙つて噴射するようになつて
いる。（すなわち、一次燃焼用空気の噴射速度を
常に一定にする。） 一方、以上のように構成された一次バーナ１７
の上方には、これより所定の間隙を隔てると共
に、水平方向に沿つて相互に適宜間隔離間して設
けられた４つの二次空気口１８…が形成されてい
る。尚、数量はこれに限定されるものではない。 これら二次空気口１８は上記一次バーナ１７と
同様に火炉１０の側部内壁１６に、凹部状に形成
されてその開口部を燃焼室１１内の反対側に向け
て設けられた二次スロート２７…を有している。 第４図乃至第５図にも示す如くこれらそれぞれ
の二次スロート２７内にはその先端部に多数の二
次燃料噴射口２８…が形成され且つ管径が前記一
次燃料管２１より小さく形成された複数の二次燃
料管２９…（図示例にあつては３本）が突出させ
て設けられているとともに、これら燃料管２９に
は前記燃料供給系２３から分岐された分岐燃料系
３０が二次燃料制御弁３１を介して連接されてお
り、この燃料系３０を介して上記噴射口２８から
二次スロート２７…内へ二次燃料を噴射し得るよ
うになつている。 また、これら二次スロート２７…には途中に二
次空気流量制御弁３２が介設された二次燃焼用空
気供給系３３が連接されており、これより供給さ
れる二次燃焼用空気を上記二次燃料管２９から噴
射される燃料と伴なつて、或いはこれと混合させ
て二次スロート２７の開口部すなわち二次空気口
出口３４から燃焼室１１内へ噴射し得るようにな
つている。特に、これら二次スロート２７の開口
部すなわちこれら二次空気口出口３４…の個々の
断面積の総和である全断面積は前記一次空気口２
６の出口側断面積より大きく形成されており（二
次空気口出口の個々の断面積は一次空気口の出口
側断面積よりも小さい）、この火炉１０の定格燃
焼量時に燃料供給径２３から分岐させて二次燃料
をこれら二次空気１８より噴射させて炉内にて燃
焼させるようにし、一次バーナ１７へ供給される
べき燃料を増大する必要がないように構成されて
いる。そして、少燃焼量時にはこれら二次空気口
１８…を絞つて或いは消火させると共に、一次バ
ーナ１７のみを完全燃焼させるようにし、少燃焼
量時にあつても一次バーナ１７により発生する火
炎Ｆ或いは燃焼ガスを被加熱物１４の全加熱処理
領域Ａに噴射させて、この中の温度分布を均一化
し得るようになつている。 尚、上記実施例において、二次スロート数及び
二次燃料管数に限定されないのは勿論である。 次に、本発明の操作について述べる。 先ず、被加熱物１４を常温から設定温度（例え
ば1000℃）に上昇させるべくこの火炉１０を定格
燃焼量操作（定格燃料を定格空気量で燃焼）する
には、燃料供給系２３から一次燃料制御弁２２を
介して一次バーナ１７の一次燃料管２１へ、また
分岐燃料系３０から二次燃料制御弁３１を介して
二次空気口１８…のそれぞれの二次燃料管２９…
へ燃料を供給する。これら供給される燃料の総和
はこの火炉１０の定格燃料になつている。このよ
うに定格燃焼時は、一次バーナ１７及び二次空気
口１８…ともに燃料を供給してともにバーナとし
て使用する。そして、一次燃料管２１へ導入され
た一次燃料はこの先端部に形成された一次燃料噴
射口２０から一次スロート１９内に噴射され、ま
た二次燃料管２９へ導入された二次燃料はそれぞ
れの先端部に形成された二次燃料噴射口２８から
二次スロート２７内に噴射されることになる。一
方、一次スロート１９内にはこれに連結された一
次燃焼用空気供給系２５から所定圧力の一次燃焼
用空気が供給されており、この空気は上記一次燃
料管２１から噴射された一次燃料を伴つて或いは
これと混合されて一次スロート１９の開口部すな
わち一次空気口２６から燃焼室１１内の反対側に
向けて略50m／ｓの速度でもつて噴射燃焼される
ことになる。この燃焼により発生する火炎Ｆ乃至
燃焼ガスは被加熱物１４の全加熱処理領域Ａすな
わち被加熱物１４の端部１４ａにまで充分に亙つ
て広がり、この燃焼室１１内を加熱することにな
る。 他方、それぞれの二次スロート２７内にはこれ
に連結された二次燃焼用空気供給系３３から所定
圧力の二次燃焼用空気が供給されており、この空
気は前記二次燃料管２９から噴射された二次燃料
を伴つて或いはこれと混合されて各二次スロート
２７の二次空気口出口３４から燃焼室１１内へ所
定速度でもつて噴射燃焼される。この際、一次燃
焼用空気量と各二次燃焼用空気量の総和は勿論定
格燃焼空気量になるように設定されている。 このように、定格燃焼量時には一次バーナ１７
及び二次燃料管２９から噴射される二次燃料を燃
焼させることにより、火炎Ｆは被加熱物１４の他
端部１４ａまで充分に届き、被加熱物１４の全加
熱処理領域Ａを均一温度分布にすることができ
る。 特に、火炎Ｆは、この上方に位置する二次空気
口１８…からの火炎により上方へ屈曲することが
防止されるので、一層直進性が良好となる。従つ
て、被加熱物１４の両端部１４ａ，１４ｂ間に温
度差を生ずることなくこれを設定温度まで速やか
に加熱することができる。 次に、被加熱物１４が設定温度まで加熱された
ら、この温度を数時間或いは数日間維持すべく供
給燃料及び供給空気量のそれぞれを定格燃焼時の
略25％にまで減少させて少燃焼へ移行する。 この少燃焼を行う場合、従来例にあつては１の
バーナ２（第１図参照）しか設けてなく、これに
供給する燃料及び空気量を減少させることにより
行つていたので燃焼用空気の噴射速度が低下し
て、上述した如く燃焼室内を均一温度分布にでき
なかつたが、本発明にあつては各二次燃料管２９
…に供給する二次燃料及び二次燃焼用空気を絞つ
て火力を弱め或いはこれら二次空気口１８…を全
て絞り、一次バーナ１７にのみをそのまま同じ状
態で完全燃焼させておく。 すなわち、この一次バーナ１７は予め、少燃焼
量時に燃焼させる燃料及びこれに見合つた空気量
に対して常に充分な空気噴射速度（例えば50m／
ｓ）得るようにその一次空気口２６の断面積が設
定されているので（例えば一次空気口断面積／二
次空気口全断面積＝0.25／0.75）、一次空気口２
６から噴射される一次空気量及びこれの噴射速度
を変える必要がなく、従つて、少燃料量時にあつ
ても一次バーナ１７から発生する火炎Ｆ乃至燃焼
ガスは被加熱物１４の全加熱処理領域Ａに充分に
亙つて噴射されることとなり、この領域Ａ或いは
燃焼室１１内の温度分布を均一化することができ
る。 従つて、被加熱物１４の全加熱処理領域Ａの温
度分布を均一化できるので、被加熱物１３の両端
部１４ａ，１４ｂに温度差を生ぜしめることなく
これを設定温度に長期間維持することができる。
また、空気口１８…を水平方向に複数基並設する
ようにしたので、定格燃焼時における加熱物１４
の幅方向の温度分布も均一化できる。 次に本発明に係る火炉Ｅと従来の火炉Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄとの定格燃焼量時と少燃焼量時における燃
焼の比較を行つた結果を表に示す。 ［火炉の表示］ Ａ：従来型火炉（二次空気口なし） Ｂ：従来型火炉（二次空気口あり） Ｃ：従来型火炉（Ｂの一次空気口の口径を小さく
する。） Ｄ：従来型火炉（Ｂの一次空気口の口径を小さく
して、且つ二次空気口の口径を大きくする。） Ｅ：本発明に係る火炉 ［燃焼条件］ ・ 一次空気口出口速度：50m／ｓが最も炉の温
度分布に適する。 ・ 可燃限界：空気比0.5〜2.0 ・ 本発明に係る火炉以外は燃料は全て一次空気
口側へ供給し、本発明の火炉の場合、定格燃
焼量時（燃焼量100％）には燃料の50％は二
次空気口側へ供給する。 ・ 定格燃焼させるために必要な空気量を圧力損
失160mmAqにて確保できる一次空気口及び二
次空気口面積の和を１とする。

【表】 ＊：定格燃焼時全空気量に対する比率
以上の結果より、従来例Ａ，Ｂは燃焼量25％の
時即ち、少燃焼量時において一次空気口出口速度
が12.5m／ｓ，25m／ｓと極めて遅く燃焼室内を
均一温度分布にすることができない。これは少燃
焼量時に必要とされる空気量に比べ一次空気口の
口径が大き過ぎるため噴出空気速度が遅くなるか
らである。 また、一次空気口の口径を小さくした従来例Ｃ
にあつては燃焼量25％の少燃焼量時においては充
分な燃焼状態すなわち温度分布の均一化を図るこ
とができるが、燃焼量100％の定格燃焼量時にあ
つては一次空気口の圧力損失が大きくて一次空気
口及び二次空気口へ供給される全空気量が75％と
低くなり充分な燃焼状態を得ることができない。 更に、供給空気量を多くすべく二次空気口の口
径を大きくした従来例Ｄにあつては、燃焼量100
％の時に一次空気の空気比が0.3と燃料の方が濃
くなり過ぎて可燃限界（空気比0.5〜2.0）を超え
てしまい良好な結果を得ることができない。 一方、上記結果に対し、供給燃料を一次空気口
側と二次空気口側に分割して供給し、しかも二次
空気口全断面積を一次空気口断面積よりも大きく
した本発明Ｅにあつては燃焼量100％の定格燃焼
量時の場合も、燃焼量25％の少燃焼量時の場合も
充分な噴出流速（50m／ｓ）を得ることができ、
しかも燃焼を確実に行うことができる。 従つて、本発明によれば定格燃焼量時から少燃
焼量時の広い範囲を被加熱物の全加熱処理領域乃
至燃焼室内を均一温度分布状態に維持し得ること
が判明する。 ［発明の効果］ 以上、要するに本発明によれば次のような優れ
た効果を発揮することができる。 (1) 一次空気口の口径を従来例より小さくして定
格燃焼時及び少燃焼時ともに全出力で燃焼され
る一次バーナと、定格燃焼時のみに不足分を燃
焼させる二次燃料管内蔵の二次空気口とを設
け、少燃焼時においても一次バーナを全出力で
燃焼させて直進性のよい火炎を得ることができ
るようにしたので、火炎乃至燃焼ガスを被加熱
物の全加熱処理領域に亙つて噴射することがで
きる。 (2) 一次空気口の口径を小さくしても、二次燃料
管を有してその一次空気口の出口側断面積より
も大きな全出口側断面積に形成された二次空気
口を備えたので、この二次燃料管からの二次燃
料の燃焼とで相俟つて定格燃焼を行うことがで
きる。 (3) 従つて、少燃料量から定格燃焼までの広い燃
焼範囲に亙つて、火炎の長さ方向の温度分布す
なわち被加熱物の全加熱処理領域の温度分布を
均一化することができる。 (4) また、定格燃焼時においては、二次空気口か
らの火炎が、一次バーナからの火炎の折れ曲り
を防止するように作用するので、一層火炎の長
さ方向の温度分布を均一化させることができ
る。 (5) 以上の理由により、品質の良好な製品を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の火炉の燃焼状態を示す縦断面
図、第２図は本発明の好適一実施例に係る火炉の
燃焼状態を示す縦断面図、第３図は第２図中―
線矢視断面図、第４図は二次空気口の先端を示
す拡大縦断面図、第５図は第４図中―線矢視
図である。 尚、図中１０は火炉、１１は燃焼室、１４は被
加熱物、１７は一次バーナ、１８は二次空気口、
２１は一次燃料管、２３は燃料供給系、２５は一
次燃焼用空気供給系、２６は一次空気口、２９は
二次燃料管、３０は分岐燃料系、３３は二次燃焼
用空気供給系、３４は二次空気口出口、Ａは被加
熱物の全加熱処理領域、Ｆは火炎である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室内にその内壁から反対側へ向けて燃焼
   用空気と共に燃料を噴射しつつこれを燃焼させて
   被加熱物を熱処理すべく設けられたバーナを有す
   る火炉において、上記内壁に、上記被加熱物の全
   加熱処理領域に亙つて火炎を噴射すべく設けら
   れ、一次燃焼用空気を噴射するための一次空気口
   を有して定格燃焼時及び少燃焼時ともに使用され
   る一次バーナと、一次バーナの上方に、所定間隔
   だけ離間されると共に水平方向へ相互に適宜間隙
   離間させて設けられ、それぞれの中に二次燃料管
   が形成されて上記一次空気口の出口側断面積より
   大きな全断面積を有し少燃焼時に停止されて定格
   燃焼時に使用される複数の二次空気口とを備えた
   ことを特徴とする火炉。