KR19990036108A

KR19990036108A - 가열방법및장치

Info

Publication number: KR19990036108A
Application number: KR1019980700776A
Authority: KR
Inventors: 츠구히코 나카가와
Original assignee: 에모토 간지; 가와사키 세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 1999-05-25
Also published as: JP3959773B2; KR100411403B1; EP0905262A1; US5957684A; CA2224496A1; BR9706919A; CA2224496C; EP0905262B1; AU5412198A; JPH10237540A; WO1998038344A1; AU729919B2; DE69733820T2; EP0905262A4; DE69733820D1; ATE300719T1

Abstract

본 발명은 피가열물을 가열하기 위해서 필요한 대기가스를 계속해서 가열 공급하는 대기가스의 가열방법 및 장치에 관한 것으로서, 3기 이상 이용되는 각 축열식 가열기(1A∼1C)에는 연소배기가스 배기경로의 제 1 축열실(3A∼3C) 외에, 대기가스인 N₂를 흡인 회수하는 경로에 제 2 축열실(4A∼4C)를 설치하고, 그 중 1기(1C)는흡인한 대기가스 N₂를 제 2 축열실(4C)을 통과시켜 그 현열을 축열하고, 나머지 1기(1A)는 축열된 상기 제 2 축열실(4A)에 연소 공기를 통과시켜 가열하고, 다시 그것을 이용하여 연소를 실시함과 동시에 그 연소배기가스만을 제 1 축열실(3A)을 통과시켜 축열하고, 나머지 1기(1B)는 대기가스 N₂을 축열된 상기 제 1 축열실(3A∼3C)을 통해서 현열로 변환하여 피가열물의 대기에 가열공급하고, 이것을 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 반복함으로서 대기가스를 회수하고 재사용 가능하게 함과 동시에 그 현열을 연소 공기의 현열로 변환하여 열효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

가열방법 및 장치

종래, 예를 들면 강재료를 가열로, 소둔로, 열처리로 등의 각종 로내에서 비산화 상태에서 가열하는 방법으로서는 이하에 나열 기재하는 것과 같은 것이 있다.

(1)방열 튜브 가열방법(일본철강협회편:최근 실용 연소기술(1983), p31)

이 방법은 가열로 등 내에서 방열 튜브를 배설하고, 버너장치의 고온 연소성 배기가스 또는 그것에 의해 온도가 상승된 기체를 상기 방열 튜브 내로 공급하여 상기 방열 튜브 외벽에서 로내로의 복사열에 의해 강재료를 가열하는 방법이다. 이 때문에 강재료와 접촉하는 로내 대기를 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 로내 대기를 용이하게 비산화 상태로 할 수 있다.

(2)직화 환원 가열방법(제 88회 니시야마기념기술강좌, (1983), p75)

이 방법은 버너장치의 화염 중 외염부분에 형성되는 환원염을 강재료에 직접 충돌시켜 환원성 대기에서 가열하는 방법이다.

(3)이층 대기 연소방법(일본강관기보, No.120(1988), p24)

이 방법은 불완전 연소에 의해 얻어지는 비산화 대기에서 강재료를 에워싸고, 동시에 그 비산화 대기의 외측부분이 미연소 가스영역으로 이차 연소시키는 이층 대기 조정에 의해 가열하는 방법이다.

이들 가열방법은 강재료의 가열로 등에 관한 것이지만, 알루미늄과 구리 등의 비철금 속의 가열에도 동일한 방법이 채용되고 있다.

그러나, 상기 종래의 가열방법에는 각각 이하와 같은 문제가 있다.

(1)방열 튜브 가열방법

이 방법은 연소에 의해 생성되는 H₂O와 연소시의 잉여 O₂등을 포함하는 산화성 가스를 로내 대기와 완전히 격리할 수 있다고 하는 점에서는 상당히 뛰어나다.

그러나,

a)예를 들면, 가열로 온도가 1200℃ 이상과 같은 고온에서는 이 온도에 견딜 수 있는 유효한 튜브가 없다. 즉, 열응력과 고온 크리프에 의해 방열 튜브 그것이 파괴되고 고온에서의 방열 튜브 수명이 짧아진다.

b)버너장치를 방열 튜브의 좁은 공간에서 연소시키기 때문에 버너의 연소용량에 한계가 있다.

(2)직화 환원 가열방법

이 방법은 강재료의 근방에서 환원 대기를 형성할 필요가 있다. 따라서,

a)예를 들면, 강재료의 표면 온도(900℃ 또는 그 이하)와 연소 조건(부하, 공연비, 버너용량) 등의 조업상의 제약이 있다.

b)강재료 표면에서 버너 사이의 거리 등에 설비적인 제약이 있다.

c)연료가 갖는 연소열의 일부 밖에 사용할 수 없기 때문에 열료율이 좋지 않다.

상기 이유에서 강재료 압연용 가열로 등에는 적용할 수 없다.

(3) 이층 대기 연소방법

이 방법은,

a)이층 대기를 형성하기 위해서 예를 들면, 루프버너와 사이드버너를 병용 할 수 없다 등의 로내의 버너 배치에 제약이 있다. 이 때문에 대형 강재료를 가열하는 경우에는 가열 온도의 균일성에 문제가 있다.

b)로내의 단위 용적당 가열능력이 종래 버너에 비해 작다. 이 때문에 로내의 용적을 크게 하지 않으면 안되어 로가 대형이 된다.

c)연소 부하가 변동하는 것과 같은 경우에는 비산화 대기가 파괴되기 쉽다. 결국, 산화 대기가 되기 쉬워 부하 변동이 큰 로에는 적용이 곤란하다.

또한, 상기 직화 환원 가열방법과 이층 대기 연소방법과 같이 연소를 실시하면서 그 근방을 비산화 대기로 하는 방법으로는, 로 온도와 연소조건이 엄격히 제약된다. 즉, 강재료 온도가 1200℃보다 높은 상황에서 비산화 대기를 얻기 때문에 연소 가스의 조성을 CO/CO₂＞3.1 및 H₂＞H₂O＞1.2로 할 필요가 있고 예를 들면, 연소가스로서 코크(coke)로가스를 연료로 할 경우에는 공기비＜0.5에서 연소시키지 않으면 안된다. 그런데, 이러한 조업상의 제약을 만족하면서 실시하여도 강재료 표면 근방을 완전히 비산화성 대기에서 안정하게 유지하는 것이 어렵고, 실제로는 산화를 충분하게 방지할 수 없다.

본 발명은 이들 여러 문제에 감안하여 개발된 것으로, 연소배기가스 온도를 빠르게 높이고 열효율을 향상시킬 수 있다. 또, 상기 대기가스에 질소와 아르곤을 이용하여 비산화 대기를 유지하거나 또는 그것에 환원성가스를 혼합함으로서 환원성 대기를 생성하거나 또는 이러한 대기가스를 회수하여 재사용하는 것으로 비용 절감을 도모할 수 있다.

본 발명은 피가열물을 가열하기 위해서 필요한 대기가스를 계속해서 가열 공급하는 대기가스의 가열방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들면, 블룸과 강대의 가열로, 소둔로, 열처리로와 연속 주조에 이용되는 턴디시(tundish) 등과 같이 피가열물(턴디시의 경우는 턴디시체)을 비산화와 환원성 대기에서 가열하지 않으면 안되는 경우에 특히 적합하다.

도 1 은 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 그 가열방법을 배치(batch)식 가열로에 전개한 제 1 실시형태를 나타내는 개략 구성도,

도 2는 도 1에 나타나는 축열식 대기가스 가열방법 및 그 가열장치의 운전상태 전환의 설명도,

도 3은 도 1에 나타나는 축열식 대기가스 가열방법 및 그 가열장치의 제어밸브 전환의 시퀀스 챠트,

도 4는 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 그 가열장치를 턴디시의 가열장치에 전개한 제 2 실시형태를 나타내는 개략 구성도,

도 5는 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 가열장치를 스트립 가열장치에 전개한 제 3 실시형태를 나타내는 개략 구성도, 및

도 6은 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 그 가열장치를 블룸의 가열장치에 전개한 제 4 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

상기 여러 문제를 해결하기 위해서 본 발명 중 청구의 범위 제 1 항에 관한 축열실 대기가스 가열방법은, 버너장치와 상기 버너장치에서의 연소배기가스의 배기경로에 설치된 축열실을 구비한 축열식 가열기를 3기 이상 이용하여 대기가스를 가열하는 축열식 대기가스 가열방법으로서, 상기 3기 이상의 축열식 가열기 중, 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 버너장치를 연소시키고, 그 연소배기가스만 또는 대략 연소배기가스만을 축열실 내를 통해서 배기하는 것으로 상기 축열실 내에서 축열하는 연소상태로 하고, 또한 적어도 다른 1기 이상의 축열식 가열기의 축열실 내로 대기가스를 통과시켜 상기 대기가스를 가열 공급하는 대기가스 가열상태로 하며, 또한 다른 적어도 1기 이상의 축열식 가열기에서 대기가스를 흡인 회수하는 대기가스 흡인상태로 하고, 이들 각 축열식 가열기를 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 전환하여 가열된 대기가스를 연속적으로 계속해서 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명은 예를 들면, 상기 종래의 방열 튜브 등의 복사에 의한 가열방법의 한계를 고려한 것이다. 알려진 바와 같이 복사에 의한 가열 방법은 고온영역에 있어서 피가열물 온도와 대기 온도와의 차이가 작아지면, 피가열물 온도의 상승은 소위 포화상태가 되고 시간이 걸려도 가열할 수 없게 된다. 그런데 이러한 복사에 의한 가열을 실시하는 경우에 필요한 가스 복사에 대해서 고찰하면, 예를 들면 CO₂와 H₂O 등은 가스복사를 갖지만, 상기 스트립의 연속 소둔로 등에서 비산화 대기 또는 환원 대기를 달성하기 위해서 필요한 N₂와 Ar 에는 가스 복사가 없다. 그 때문에 상술한 바와 같이 방열 튜브 내에 일단, CO₂와 H₂O 등을 포함하는 연소배기가스를 공급하고, 그 복사열로 스트립 등의 피가열물을 가열할 수 밖에 없다고 생각되어지고 있었다.

그런데, 상기 비산화 대기 또는 환원 대기를 달성하기 위해서 필요한 N₂와 Ar을 상응의 고온까지 가열할 수 있다면, 그것을 피가열물에 직접 분사하거나 그것을 피가열물 내부에 충전하거나 함으로서 소위 대류 열전달로 상기 피가열물을 급속하게 가열할 수 있다.

이것을 달성하기 위해서 예를 들면, 한쌍의 축열식 가열기를 이용하여 어느 한쪽의 가열기에서는 버너장치를 연소시키지만, 그 가열기에서는 동시에 버너장치의 연소배기가스와(에를 들면, 로내의)대기가스를 함께 흡인하여 축열실 내로 통과시키고, 그 사이에 연소배기가스( 및 대기가스)의 현열을 축열실 내에서 축열하고 다른 쪽 축열식 가열기에서는 상기 가열기내로 이미 충분히 가열되어 있는 축열실 내를 통과시켜 불활성 가스 등의 대기가스의 현열로서 회수하여, 이것을 로내에 직접 공급하도록 하는 것이 제안되면서 이것을 순차, 교대로 전환하면 가열된 대기가스를 연속적으로 공급할 수 있다. 또한, 튜브와 같은 얇은 벽 부재를 축열식 가열기에서 고온에 약하지 않은 경향이 있기 때문에 예를 들면, 대기가스를 예컨데, 1500℃이상까지도 용이하게 가열할 수 있다. 다만, 여기에서 특히 문제가 되는 것은 예를 들면, 상기 대기가스가 비산화 대기가스라든가, H₂등을 포함하는 환원성 대기가스인 경우에, 상기 흡인된 대기가스에는 연소배기가스 중의 O성분이 혼입되어 있어 적어도 그대로 재사용 할수 없다.

그래서, 이 발명에서는 축열식 가열기를 3기 이상 이용하여 그 중, 1기 이상의 축열식 가열기로는 버너장치를 연소하면서 적어도 그 연소배기가스만을 축열실 내를 통해서 배기하는 연소상태로 하고, 다른 1기 이상의 축열식 가열기로는 이 축열된 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 그것을 가열하고 공급하는 대기가스 가열상태로 함과 동시에, 다른 1기 이상의 축열식 가열기로는 잉여의 대기가스를 흡인하여 회수하는 대기가스 흡인상태로 하고, 이것을 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 전환하는 것으로 가열된 대기가스를 연속적으로 계속해서 공급함과 동시에, 잉여의 대기가스를 연속적으로 회수하고 그것을 다음 대기가스 가열공급에 재사용하는 것을 가능하게 한다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 2 항에 관한 축열실 대기가스 가열방법은 버너장치와 상기 버너장치에서의 연소배기가스의 배기경로에 설치된 제 1 축열실과 대기가스의 흡인 경로에 설치된 제 2 축열실을 구비한 축열식 가열기를 3기 이상 이용하여 대기가스를 가열하는 축열식 대기가스 가열방법으로서, 상기 3기 이상의 축열식 가열기 중 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 버너장치를 연소시키고 그 연소배기가스만 또는 대략 연소배기가스만을 제 1 축열실내를 통해서 배기하는 것으로 상기 제 1 축열실 내에서 축열하는 연소상태로 하고 또한 다른 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 제 1 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 상기 대기가스를 가열 공급하는 대기가스 가열상태로 하고 또한, 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 제 2 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 흡인 회수하는 것으로 상기 제 2 축열실 내에서 축열하는 대기가스 흡인상태로 하며, 이들 각 축열식 가열기를 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 전환하고 가열된 대기가스를 연속적으로 계속해서 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에서도 상기 청구의 범위 제 1 항에 기재된 축열식 가열방법과 동일하게 축열식 가열기를 3기 이상 이용하지만, 각 축열식 가열기에는 종래와 동일하게 연소배기가스의 배기경로에 설치된 제 1 축열실과는 별도로 대기가스의 흡인경로에 제 2 축열실이 구비되어 있다. 그리고, 이 발명에서는 1기 이상의 축열식 가열기는 버너장치를 연소하면서 적어도 그 연소배기 가스만을 제 1 축열실내를 통해서 배기하는 연소상태로 하고, 다른 1기 이상의 축열식 가열기에서는 이 축열된 제 1 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 그것을 가열하여 공급하는 대기가스 가열상태로 함과 동시에, 다른 1기 이상의 축열실 가열기로는 잉여의 대기가스를 흡인하고 다시 이것을 제 2 축열실 내로 통과시키고 나서 회수하는 대기가스 흡인상태로 하고, 이것을 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 전환하는 것으로, 가열된 대기가스를 연속적으로 계속 공급한다. 또한, 동시에 잉여의 대기가스를 연속적으로 회수하고 그것을 다음 대기가스 가열 공급에 재사용하는 것을 가능케 하며 아울러, 상기 제 2 축열실내에서는 흡입 회수되는 대기가스의 현열을 증발할 수 있다. 따라서, 예를 들면 다음 연소상태에 있어서, 이 제 2 축열실 내에 연소기체 또는 그 일부 예를 들면, 연소 공기 등을 통과시켜 그 현열로 대신하면, 상기 연소상태에서 연소배기가스 온도가 연소 직후로부터 급속하게 상승한다. 결국, 발열 온도가 시작부터 높아지고 그 결과, 연소상태에서 제 1 축열실로의 축열 등 열효율 전체가 높아진다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 3 항에 관한 축열식 대기가스 가열방법은 상기 연소상태의 축열식 가열기에는 버너장치에 공급되는 연소기체 또는 그 일부를 상기 대기가스 흡입상태에서 축열된 제 2 축열실를 통과시키고 나서 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에서는 상기 대기가스의 현열을 축열한 제 2 축열실 내에 연소기체 또는 그 일부 예를 들면, 연소 공기 중을 통과시켜 그 현열에 대신함으로서, 연소상태에서 연소배기가스 온도가 연소 직후로부터 급속하게 상승한다. 결국, 발열온도가 초기부터 높아지고 그 결과, 연소상태에서 제 1 축열실로의 축열 등 열효율 전체가 높아진다. 또, 이와 아울러 연소배기가스 온도가 급속하게 상승하기 때문에 특히 상기 대기가스 흡인상태에서 연소상태로의 이행이 급속하게 되고 보다 연속적인 조업을 가능하게 한다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 4 항에 관한 축열식 대기가스 가열방법은 상기 대기가스로서 질소 및 아르곤기체 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 혼합 가스를 이용하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에서는 상기 대기가스로서 질소와 아르곤기체 등을 이용함으로서 상기 대기가스를 비산화 대기가스로 할 수 있기 때문에 예를 들면, 가열된 대기가스는 비산화상태를 필요로 하는 턴디시와 스트립 등의 피가열물에 적용할 수 있다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 5 항에 관한 축열식 대기가스 가열방법은 상기 대기가스 중에 H₂등을 포함하는 환원성가스를 혼합하여 상기 대기가스를 환원성의 고온 가스로서 사용하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에서는 상기 대기가스 중에 H₂등을 포함하는 환원성가스를 혼합하여 이용함으로서 상기 대기가스를 환원성 대기가스로 할 수 있기 때문에 예를 들면, 가열된 대기가스는 비산화이며 동시에 환원성 상태를 필요로 하는 턴디시와 스트립 등 피가열물에 적용할 수 있다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 6 항에 관한 축열식 대기가스 가열장치는 적어도 3기 이상의 축열식 가열기를 이용하여 가열된 고온의 대기가스를 연속적으로 공급하는 축열식 대기가스 가열장치에 있어서, 상기 축열식 가열기는 연소 버너와 상기 버너장치에서의 연소배기가스의 배기경로에 설치된 제 1 축열실과 대기가스의 흡인경로에 설치된 제 2 축열실을 구비하고, 상기 3기 이상의 축열식 가열기 중 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 버너장치를 연소시켜 그 연소배기가스만 또는 대략 연소배기가스만을 제 1 축열실 내를 통해서 배기하는 것으로 상기 제 1 축열실 내에서 축열하는 연소상태로 하고, 또한 다른 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 제 1 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 상기 대기가스를 가열 공급하는 대기가스 가열상태로 하며 또한 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 제 2 축열실 내에서 대기가스를 통과시켜 회수하는 것으로 상기 제 2 축열실 내에서 축열하는 대기가스 흡인상태로 하며, 이들 각 축열식 가열기를 연소상태, 분위 가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 전환하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에서도 상기 청구의 범위 제 2 항에 기재된 축열식 가열방법과 동일하게 축열식 가열기를 3기 이상 이용하여 1기 이상의 축열식 가열기에서는 버너방치를 연소하면서 적어도 그 연소배기가스만을 제 1 축열식 내를 통해서 배기하는 연소상태로 하고, 다른 1기 이상의 축열식 가열기에서는 이 축열된 제 1 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 그것을 가열하여 공급하는 대기가스 가열상태로 함과 동시에, 다른 1기 이상의 축열식 가열기에서는 잉여의 대기가스를 흡인하고 다시 이것을 제 2 축열실 내를 통과시키고 나서 회수하는 대기가스 흡입 상태로 하고, 이것을 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡입상태의 순으로 순차 전환하는 것으로 가열된 대기가스를 연속적으로 계속 공급한다. 또, 동시에 잉여의 대기가스를 연속적으로 회수하여 그것을 다음 대기가스 가열 공급에 재사용하는 것을 가능하게 하고 아울러, 상기 제 2 축열실 내에서는 흡인 회수되는 대기가스의 현열을 축열할 수 있다. 따라서 예를 들면, 다음 연소상태에 있어서, 이 제 2 축열실 내에 연소기체 또는 그 일부, 예를 들면 연소 공기 등을 통해서 그 현열에 대신하면, 상기 연소상태에서 연소배기가스 온도가 연소 직후로부터 급속하게 상승한다. 결국, 발열 온도가 시작부터 높아지고 그 결과, 연소상태에서 제 1 축열실로의 축열 등 열효율 전체가 높아진다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 7 항에 관한 축열식 대기가스 가열장치는 상기 각 축열식 가열기의 제 2 축열실이 버너장치에 공급되는 연소 공기의 예열기인 것을 특징으로 한다.

이 발명에서는 상기 각 축열식 가열기의 제 2 축열실을 연소 공기의 예열기로서 이용함으로서 상기 대기가스의 현열을 축열한 제 2 축열실 내에 연소 공기를 통과시켜 그 현열로 대신함으로서 연소상태에서 연소배기가스 온도가 연소 직후로부터 급속하게 상승한다. 결국, 발열온도가 시작부터 높아지고 그 결과, 연소상태에서 제 1 축열실로의 축열 등, 열효율 전체가 높아진다. 또, 이와 아울러 연소배기가스 온도가 급속하게 상승하기 때문에, 특히 상기 대기가스 흡인상태에서 연소상태로의 이행이 급속하게 이루어지고 보다 연속적인 조업을 가능하게 한다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 8 항에 관한 축열식 대기가스 가열장치는 상기 대기가스의 공급 경로와 대기가스의 회수 경로가 동일 대기가스 탱크를 공유하는 대기가스 공급원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에서는 대기가스의 공급 경로와 회수 경로를 동일 대기가스 공급원에 접속함으로서, 상기 대기가스 흡인상태에서 회수된 대기가스를 확실하게 다음 대기가스 가열상태에 재사용할 수 있고, 그 만큼 원재료비를 저감할 수 있다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 9 항에 관한 축열식 대기가스 가열장치는 상기 대기가스로서 질소 및 아르곤 기체의 어느 한쪽 또는 양쪽의 혼합 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에서는 상기 대기가스로서 질소와 아르곤 기체 등을 이용함으로서 상기 대기가스를 비산화 대기가스로 할 수 있기 때문에 예를 들면, 가열된 대기가스를 비산화 상태를 필요로 하는 턴디시와 스트립 등의 피가열물에 적용할 수 있다.

또, 본 발명 중 청구의 범위 제 10 항에 관한 축열식 대기가스 가열장치는 상기 대기가스 중에 H₂등을 포함하는 환원성가스를 혼합하여 상기 대기가스를 환원성의 고온 가스로서 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 발명에서는 상기 대기가스 중에 H₂등을 포함하는 환원성가스를 혼합하여 이용함으로서 상기 대기가스를 환원성 대기가스로 할 수 있기 때문에 예를 들면, 가열된 대기가스는 비산화이며 동시에 환원성 상태를 필요로 하는 턴디시와 스트립 등의 피가열물에 적용할 수 있다.

제 1 실시형태

도 1은 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 장치를 배치식 가열로에 이용한 제 1 실시형태를 나타내는 것이다. 또한, 이 본 발명의 가열방법 및 장치는 비산화 대기 또는 후술하는 것과 같이 환원성을 갖는 비산화 대기(이 대기를 본 실시형태에는 환원성 대기로 한다)로 유지할 필요가 있는 때에 특히 효과적이다. 이 도면은 대기가스로 N₂를 이용한 경우의 예이다.

이 도면에서 알 수 있듯이, 이 실시형태의 가열로(20)에는 3기의 축열식 가열기(1A∼1C)가 한 셋트로서 설치되어 있다. 또, 이들 각 축열식 가열기(1A∼1C)에는 종래처럼 동일하게 설치되어 있는 버너장치(2A∼2C)의 연소측에 인접하는 제 1 축열실(3A∼3C)로부터 각각 분리된 버너장치로의 기체 공급관로에 제 2 축열실(4A∼4C)이 설치되어 있다. 또한, 각축열실내(3A∼3C, 4A∼4C)에는 종래와 동일하게 예를 들면, 세라믹스 등으로 이루어지는 구형상 또는 원통형상 등의 축열체가 충전되어 있다.

상기 각 축열식 가열기(1A∼1C)의 각 버너장치(2A∼2C)는 상술한 바와 같이 제 2 축열실(4A∼4C)과 함께 M가스의 공급을 제어하는 M가스밸브(6A∼6C)를 통해서 다시 도시되어 있지않은 M가스 공급원에 접속되어 있다. 또, 이 버너장치(2A∼2C)의 연소실(5A∼5C)은 가열로(20)내부에 연통하고 있다. 또한, 상기 M가스는 상기 버너장치에서 연소를 실시하기 위한 연소 가스이다.

또, 상기 제 1 축열실(3A∼3C)의 각각은 배기밸브(7A∼7C) 및 배기팬(11)을 통해서 배기경로에 접속되어 있음과 동시에 N₂흡입밸브(8A∼8C) 및 N₂흡입팬(12)을 통해서 후술하는 N₂공급원(15)에 접속되어 있다. 또, 상기 제 2의 축열실(4A∼4C)의 각각은 N₂회수밸브(9A∼9C) 및 N₂회수팬(13)을 통해서 후술하는 N₂공급원(15)에 접속되어 있음과 동시에, 공기밸브(10A∼10C) 및 공기 팬(14)를 통해서 공기 공급 경로에 접속되어 있다.

상기 N₂공급원(15)은 공통의 N₂탱크(예를 들면 1000㎥)(16)를 구비한다. 이 N₂탱크(16)에 직접, 상기 N₂회수밸브(9A∼9C) 및 N₂회수팬(13)을 접속경로에 구비한 각 축열식 가열기(1A∼1C)의 제 2 축열실(4A∼4C)이 접속되어 있다. 또, 이 N₂탱크(16)에는 O₂제거장치(17)를 통해서 상기 N₂흡입밸브(8A∼8C) 및 흡입팬(12)을 접속경로에 구비한 각 축열식 가열기(1A∼1C)의 제 1 축열실(3A∼3C)이 접속되어 있다. 또, 이 N₂공급원(15)에서는 상기 N₂탱크(16)에 팬(18)을 설치하고 이 팬(18)에서 흡인된 N₂를 상술과는 별도의 O₂제거장치(19)에 송급하여 상기 O₂제거장치(19)에서 O성분이 제거된 N₂를 다시 N₂탱크(16)로 되돌아가도록 하고 있다. 또, 이 N₂탱크(16)에는 후술하는 가열로(20)에서의 배기분을 보충하는 N₂보충경로가 접속되어 있다.

또, 도 2에 각 축열식 가열로(1A∼1C)의 연소상태, 가열상태, N₂흡입상태의 전환을 나타낸다.

또한, 도 1에 나타난 상태는 좌단의 축열식 가열기(이하, 제 1 축열식 가열기라고도 기록한다)(1A)계가 연소상태에 있고, 중량의 축열식 가열기(이하, 제 2 축열식 가열기라고도 기록한다)(1B)계가 N₂가열상태에 있고, 우단의 축열식 가열기(이하, 제 3 축열식 가열기라고도 기록한다)(1C)계가 N₂흡인상태에 있는 상태를 나타내고 있다. 이 중 연소상태라는 것은 버너장치(2A∼2C)를 연소시키고 있는 상태이다. N₂가열상태라는 것은 N₂을 가열하여 그것을 가열로 내에 공급하고 있는 상태이다. N₂흡인상태라는 것은 N₂를 가열로내에서 흡인하고 있는 상태를 나타낸다. 또, 이것에 부가하여 도 2 좌단부에 나타난 바와 같이 상기 연소상태에 있는 제 1 축열식 가열기(1A)계에서는 버너장치(2A)가 연소상태에 있고(제 1 축열실(3A)은 축열상태이다), 동시에 제 2 축열실(4A)은 연소 공기의 예열상태이다. 또, 상기 N₂가열상태에 있는 제 2 축열식 가열기(1B)계에서는 그때까지의 연소상태에서 축열상태에 있었던 제 1 축열실(3B)에 N₂공급원(15)으로부터 N₂를 통과시켜 그것을 가열하고(제 2 축열실(4B)은 대기중이다), 상기 N₂흡인상태에 있는 제 3 축열식 가열기(1C)계에서는 그때까지의 N₂가열상태 및 연소상태에서 방열되고 있던 제 2 축열실(3C)에서 가열로 내의 N₂를 통과시켜 그 현열을 상기 제 2 축열실(3C)내에서 축열한다(제 1 축열실(4C)은 대기중이다).

이 상태를 계속하면 상기 N₂가열상태에 있는 제 2 축열식 가열기(1B)에서 가열로 내로 공급되는 N₂온도가 점차 저하한다. 동시에 연소상태에 있는 제 1 축열식 가열기(1A)의 제 1 축열실(3A)내의 온도가 점차 상승한다. 물론, 전자에는 하한치가, 후자에는 상한치가 있기 때문에 그들 어느 한쪽 또는 양쪽이 한계치가 되면, 예를 들면 본 실시형태에서는 그때까지 연소상태에 있었던 제 1 축열식 가열기(1A)계를 N₂가열상태로 전환하고 가장 높은 온도까지 가열된 N₂를 가열로 내로 공급한다. 그와 함께 그때까지 N₂가열상태에 있던 제 2 축열식 가열기(1B)계를 N₂흡입상태로 전환하고 제 2 축열실(4B)내에서 가열로 내의 N₂의 현열을 축열하고, 그때까지 N₂흡인상태에 있던 제 3 축열식 가열기(1C)를 연소상태로 전환하며, 제 1 축열실(3A)의 축열을 실시한다. 또한 이 상태를 계속하여 상기 N₂가열상태에 있는 제 1 축열식 가열기(1A)에서 가열로내로 공급되는 N₂온도가 하한치까지 저하하거나, 또는 연소상태에 있는 제 3 축열식 가열기(1C)의 제 1 축열실(3C) 내의 온도가 상한치까지 상승했다면, 그때까지 N₂가열상태에 있던 제 1 축열식 가열기(1A)계를 N₂흡인상태로 전환하고 제 2 축열실(4A)내에서 가열로 내의 N₂의 현열을 축열하고 그때까지의 N₂흡인상태에 있던 제 2 축열식 가열기(1B)계를 연소상태로 전환하여 제 1 축열실(3B)의 축열을 실시하며, 그때까지의 연소상태에 있던 제 3 축열식 가열기(1C)를 N₂가열상태로 전환하고 가장 높은 온도까지 가열된 N₂를 가열로 내로 공급한다. 이 전환을 소정 타이밍으로 순차 반복하여 가열로 내에서 가열된 고온의 N₂가 연속적으로 계속 공급되도록 함과 동시에 상기 가열로 내의 잉여 N₂에 대해서는 연속적으로 회수를 실시한다.

또한 본 실시형태에서는 상기 가열된 고온의 N₂가 가열로 내에서 연속적으로 계속 공급되는 것, 가열로 내의 잉여 N₂가 연속적으로 계속 회수되는 것 및 각 버너장치의 연소배기가스가 보다 구체적으로는 상기 연소배기가스 중의 O성분이 가열로 내로 흘러들어 상기 가열로 내의 비산화 대기 또는 환원성 대기가 흐트러지지 않도록 하기 위해서 도 3의 시퀀스 챠트에 나타나는 타이밍으로 도시되지 않은 프로세스 컴퓨터에 의해, 상기 각 제어벨브의 개폐제어를 실시하고 있다. 이 시퀀스 챠트의 좌단부는 상기 제 1 축열식 가열기(1A)계가 연소상태, 제 2 축열식 가열기(QB)계가 N₂가열상태, 제 3 축열식 가열기(1C)계가 N₂흡인상태인 상태를 나타내고 있다. 이 때, 연소상태의 제 1 축열식 가열기(1A)계에서는 배기밸브(7A), 공기밸브(10A) 및 M가스밸브(6A)가 개방상태이고, N₂흡입밸브(8A) 및 N₂회수밸브(9A)는 폐쇄상태이다. 또, N₂가열상태의 제 2 축열식 가열기(1B)계에서는 배기밸브(7B), 공기밸브(10B), M가스밸브(6B) 및 N₂회수밸브(9B)가 폐쇄상태이고, N₂흡입밸브(8B)만이 개방상태이다. 또, N₂흡인상태의 제 3 축열식 가열기(1C)에서는 배기밸브(7C), 공기밸브(10C), M가스밸브(6C) 및 N₂흡입밸브(8C)가 폐쇄상태이고, N₂회수밸브(9C)가 개폐상태이다.

또, 이 상태를 포함하여 후술할 개방상태에 있는 각 제어밸브의 개도(開度) 또는 유량은 미리 설정되어 있으며 그것에 대해서는 다음 단계에 상술한다.

그리고, 이 상태에서 제 1 축열식 가열기(1A)계를 N₂가열상태로, 제 2 축열식 가열기(1B)계를 N₂흡인상태로, 제 3 축열식 가열기(1C)계를 연소상태로 전환하는 경우에는, 우선 그때까지 연소상태에 있는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 M가스밸브(6A)를 폐쇄 작동시키고 그것이 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 동일하게 제 1 축열식 가열기(1A)계의 공기밸브(10A)를 폐쇄동작시킨다. 따라서, 먼저 연소가 종료하고 그 후 버너장치(2A)에서는 연소 공기가 토출하고 상기 연소 공기에 의해서 제 1 축열식 가열기(1A)내를 정화함으로서 미연소의 M가스가 존재하지 않게 한다. 또, 이 때 버너장치(2A)에서는 연소 공기가 토출되고 있지만, 아직 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸트(7A)는 개방상태이기 때문에, 상기 연소 공기는 연소에 제공하지 않고 그대로 배기경로에 배기되어 버려 그것이 가열로 내로 흘러드는 일이 없다. 따라서 상기 가열로 내의 비산화 대기 또는 환원성 대기는 유지된다.

다음에 상기 제 1 축열식 가열기(1A)계의 공기밸브(10A)가 완전히 폐쇄상태가 되고 나서 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)를 개방동작시킴과 동시에, 그때까지 N₂가열상태에 있던 상기 제 1 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)를 폐쇄동작시킨다. 또한, 이 때 개방동작되는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)의 N₂흡입 증가량이 단위시간당 비율, 즉 N₂흡입증가량과 폐쇄동작되는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)의 N₂흡입 감소량의 단위시간당 비율, 즉 N₂흡입 감소속도와는 서로 방향성의 차이가 있어도 절대량으로서는 동등하게 되도록 설정되어 있다. 따라서 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)의 개방동작과 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)의 폐쇄동작을 동시에 개시하면, 가열로 내에 투입되는 가열 N₂유량은 이 전환 시에도 항상 일정하게 된다.

이 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브가 완전히 개방상태가 되고 동시에 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)가 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)를 폐쇄동작시킨다. 동시에 그때까지 N₂흡입상태에 있는 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기밸브(7C)를 개방동작시키고 이와 아울러 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)를개방동작시킨다. 또한 동시에 그때까지 N₂흡입상태에 있는 상기 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂회수밸브(9C)를 폐쇄동작시킨다. 이 중 폐쇄동작되는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)의 배기 감소량의 단위시간당의 비율, 즉 배기 감소속도와, 개방동작되는 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기량(7C)의 배기 증가량의 단위시간당의 비율 즉, 배기증가 속도와는 서로 방향성의 차이는 있어도 절대량으로서는 동등하게 되도록 설정되어 있다. 따라서 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)의 폐쇄동작과 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기밸브(7C)의 개방동작을 동시에 개시하면, 이 전환 시에도 총배기유량은 항상 일정하게 된다. 또, 개방동작되는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)의 N₂회수 증가량의 단위시간당의 비율, 즉 N₂회수 증가속도와 폐쇄동작되는 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂회수밸브(9C)의 N₂회수 감소량의 단위시간당 비율 즉, N₂회수 감소속도와는 서로 방향성의 차이는 있어도 절대량으로서는 동등하게 되도록 설정되어 있다. 따라서 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)의 개방동작과 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂회수밸브(9C)의 페쇄동작을 동시에 개시하면, 이 전환시에도 N₂회수유량은 항상 일정하게 된다.

이 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)가 완전히 폐쇄상태가 되고 동시에 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기밸브(7C)가 완전히 개방상태가 되고 또, 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)가 완전히 개방상태가 되고 또한 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂회수밸브(9C)가 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 이번은 제 3 축열식 가열기(1C)의 공기밸브(10C)를 개방동작시키고, 이 공기밸브(10C)가 완전히 개방상태가 되고 나서, 동일하게 제 3 축열식 가열기(1C)계의 M가스밸브(6C)를 개방동작시킴과 동시에 도시하지 않은 점화버너 등을 이용하여 상기 제 3 축열식 가열기(1C)의 버너장치(2C)에 점화한다. 이 때도 이미 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기밸브(7C)가 개방상태이기 때문에, 상기 제 3 축열식 가열기(1C)의 공기밸브(10C)가 개방동작하고 그 버너장치(2C)에서 토출되어 공기는 가열로 내로 흘러들지 않고 그대로 배기된다. 또, 상기 제 3 축열식 가열기(1C)의 M가스밸브(6C)를 개방동작시킴과 동시에 버너장치(2C)에 점화하기 때문에 미연소의 M가스가 존재하거나 그것이 외부로 배기되거나 하는 일은 없다.

이상 중에서 상기 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)가 완전히 개방상태가 된 시점에서 상기 제 1 축열식 가열기(1A)에서는 가열된 N₂가 정상적으로 가열로 내로 흡입된다 또, 상기 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)가 완전히 개방상태가 된 시점에서, 상기 제 2 축열식 가열기(1B)에서는 잉여의 N₂가 정상적으로 가열로 내에서 흡인 회수된다. 이 이후도 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)가 폐쇄동작되거나 제 3 축열식 가열기(1C)계에서는 배기밸브(7C)와 공기밸브(10C), M가스밸브(6C)의 개폐동작이 실시되거나 하고, 상기 제 3 축열식 가열기(1C)계에서는 상기 M가스밸브(6C)가 완전히 개방동작한 후가 아니라면, 버너장치(2C)가 정상적인 연소상태가 되지않는다. 따라서, 상술한 제 1 축열식 가열기(1A)계의 M가스밸브(6A)의 폐쇄동작 개시에서 제 3 축열식 가열기(1C)계의 M가스밸브(6C)의 개방동작 완료까지를 전환기라 칭한다.

이 상태에서는 제 1 축열식 가열기(1A)계에서는 N₂의 가열 공급을 실시하고 제 2 축열식 가열기(1B)계에서는 N₂의 흡인 회수를 실시하면서 제 2 축열실(4B)로의 축열을 실시하며, 제 3 축열식 가열기(1C)에서는 버너장치(2C)의 연소와 함께 제 1 축열실(3C)로의 축열을 실시하고 상술과 동일하게 제 1 축열식 가열기(1A)에서 가열로 내로 공급되는 N₂온도가 하한치까지 저하하든지 또는 연소상태에 있는 제 3 축열식 가열기(1C)의 제 1 축열실(3C)내의 온도가 상한치까지 상승하면, 그때까지 연소상태에 있는 제 3 축열식 가열기(1C)계의 M가스밸브(6C)를 폐쇄동작시키고 그것이 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 동일하게 제 3 축열식 가열기(1C)계의 공기밸브(10C)를 폐쇄동작시킴으로서 미연성의 M가스가 존재하지 않도록 한다. 동시에 연소 공기를 그대로 배기경로로 배기하고 가열로 내의 비산화 대기 또는 환원성 대기를 유지한다.

다음에 상기 제 3 축열식 가열기(1C)계의 공기밸브(10C)가 완전히 폐쇄상태가 되고 나서 동일하게 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)를 개방동작시킴과 동시에, 그때까지 N₂가열상태에 있던 상기 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)를 폐쇄동작시킨다. 또한, 이 때도 개방동작되는 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)의 N₂흡입 증가속도와, 폐쇄동작되는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)의 N₂흡입 감소속도와는 서로 방향성의 차이는 있어도 절대량으로서는 동등하게 되도록 설정되어 있으며, 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)의 개방동작과, 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)의 폐쇄동작을 동시에 개시하는 것으로 전환 중에 가열로 내에 투입되는 가열 N₂유량을 항상 일정하게 한다.

이 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)가 완전히 개방상태가 되고 동시에 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂흡입밸브(8A)가 완전히 페쇄상태가 되고 나서, 제 3 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7C)를 폐쇄동작시키고 동시에, 그때가지 N₂흡입상태에 있는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)를 개방동작시킨다. 이와 아울러, 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)를 개방동작시키고 동시에 상기 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)를 폐쇄동작시킨다. 이 때도, 폐쇄동작되는 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기밸브(7C)의 배기 감소속도와 개방동작되는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기량(7B)의 배기 증가속도를 절대량으로서 동등하게 되도록 설정하고, 상기 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기밸브(7C)의 폐쇄동작과, 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)의 개방동작을 동시에 개시한다. 이에 의해 전환시의 총배기유량을 항상 일정하게 한다. 또, 개방동작되는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)의 N₂회수 증가속도와 폐쇄동작되는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)의 N₂회수 감소속도를 절대량으로서 동등하게 되도록 설정하고, 상기 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)의 개방동작과 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)의 폐쇄동작을 동시에 개시한다. 이에 의해 전환시의 N₂회수류량을 항상 일정하게 한다.

다음에 상기 제 3 축열식 가열기(1C)계의 배기밸브(7C)가 완전히 폐쇄상태가 되고 동시에 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)가 완전히 개방상태가 되고 또, 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)가 완전히 개방상태가 되며 또한 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)가 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 이번은 제 2 축열식 가열기(1B)의 공기밸브(10B)를 개방동작시키고, 이 공기밸브(10B)가 완전히 개방상태가 되고 나서 동일한 제 2 축열식 가열기(1B)계의 M가스밸브(6B)를 개방동작시킴과 동시에 도시되지 않은 점화버너 등을 이용하여 상기 제 2 축열식 가열기(1B)의 버너장치(2B)에 점화한다. 이 때도 이미 상기 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)가 개방상태이기 때문에, 상기 제 2 축열식 가열기(1B)의 공기밸브(10B)를 통해서 버너장치(2B)에서 토출하는 공기는 그대로 배기되고 또, 상기 제 2 축열식 가열기(1B)의 M가스밸브(6B)를 개방동작시킴과 동시에 버너장치(2B)에 점화하기 때문에, 미연소 M가스가 존재하거나 그것이 외부로 배기되거나 하는 일은 없다.

이 상태에서는 제 1 축열식 가열기(1A)계에서는 N₂의 흡인 회수를 실시하면서 제 2 축열식 가열기(4A)로의 축열을 실시하고, 제 2 축열식 가열기(1B)에서는 버너장치(2B)의 연소와 함께 제 1 축열실(3B)로의 축열을 실시하고, 제 3 축열식 가열기(1C)에서는 N₂의 가열 공급을 실시하며, 상술한 바와 같이 제 3 축열식 가열기(1C)에서 가열로 내에 공급되는 N₂온도가 하한치까지 저하하거나 또는 연소상태에 있는 제 2 축열식 가열기(1B)의 제 1 축열실(3B)내의 온도가 상한치까지 상승하면, 그때까지 연소상태에 있는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 M가스밸브(6B)를 폐쇄동작시키고 그것이 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 동일하게 제 2 축열식 가열기(1B)계의 공기밸브(10B)를 폐쇄동작시킴으로서 상술과 동일하게 미연성의 M가스가 존재하지 않도록 함과 동시에 연소 공기를 그대로 배기경로로 배기하고 가열로 내의 비산화 대기 또는 환원성 대기를 유지한다.

다음에 상기 제 2 축열식 가열기(1B)계의 공기밸브(10B)가 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 동일하게 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)를 개방동작시킴과 동시에 그때까지 N₂가열상태에 있던 상기 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)를 폐쇄동작시킨다. 또한, 이 때도 개방동작되는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)의 N₂흡입 증가속도와 폐쇄동작되는 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)의 N₂흡입 감소속도와는 서로 방향성의 차이는 있어도 절대량으로서는 동등하게 되도록 설정되어 있으며, 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)의 개방동작과, 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)의 폐쇄동작을 동시에 개시하는 것으로 전환 중에 가열로 내에 투입되는 가열 N₂유량을 항상 일정하게 한다.

이 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂흡입밸브(8B)가 완전히 개방상태가 되고 동시에 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂흡입밸브(8C)가 완전히 페쇄상태가 되고 나서 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)를 폐쇄동작시킨다. 동시에 그때까지 N₂흡입상태에 있는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)를 개방동작시키고, 이와 아울러 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂회수밸브(9C)를 개방동작시키고 동시에 상기 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)를 폐쇄동작시킨다. 이 때도, 폐쇄동작되는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)의 배기 감소속도와, 개방동작되는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기량(7A)의 배기 증가속도를 절대량으로서 동등하게 되도록 설정하고, 상기 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)의 폐쇄동작과 제 1축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)의 개방동작을 동시에 개시함으로서 전환시의 총배기유량을 항상 일정하게 한다. 또, 개방동작되는 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)의 N₂회수 증가속도와, 폐쇄동작되는 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)의 N₂회수 감소속도를 절대량으로서 동등하게 되도록 설정하고 상기 제 2 축열식 가열기(1B)계의 N₂회수밸브(9B)의 개방동작과, 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)의 폐쇄동작을 동시에 개시함으로서 전환시의 N₂회수류량을 항상 일정하게 한다.

다음에 상기 제 2 축열식 가열기(1B)계의 배기밸브(7B)가 완전히 폐쇄상태가 되고 동시에 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)가 완전히 개방상태가 되고 또, 제 3 축열식 가열기(1C)계의 N₂회수밸브(9C)가 완전히 개방상태가 되며 또한 제 1 축열식 가열기(1A)계의 N₂회수밸브(9A)가 완전히 폐쇄상태가 되고 나서, 이번은 제 1 축열식 가열기(1A)의 공기밸브(10A)를 개방동작시키고, 이 공기밸브(10A)가 완전히 개방상태가 되고 나서 동일하게 제 1 축열식 가열기(1A)계의 M가스밸브(6A)를 개방동작시킴과 동시에 도시되지 않은 점화버너 등을 이용하여 상기 제 1 축열식 가열기(1A)의 버너장치(2A)에 점화한다. 이 때도 이미 상기 제 1 축열식 가열기(1A)계의 배기밸브(7A)가 개방상태이기 때문에, 상기 제 1축열식 가열기(1A)의 공기밸브(10A)를 통해서 버너장치(2A)에서 토출되는 공기는 그대로 배기된다. 또, 상기 제 2 축열식 가열기(1A)의 M가스밸브(6A)를 개방동작시킴과 동시에 버너장치(2A)에 점화하기 때문에, 미연소 M가스가 존재하거나 그것이 외부로 배기되거나 하는 일은 없다.

이 상태에서 제 1 축열식 가열기(1A)계에서는 버너장치(2A)의 연소와 함께 제 1 축열실(3A)로의 축열을 실시하고 제 2 축열식 가열기(1B)계에서는 N₂의 가열 공급을 실시하며, 제 3 축열식 가열기(1C)에서는 N₂의 흡인 회수를 실시하면서 제2 축열실(4C)로의 축열을 실시하고 있어, 실질적으로 도 3의 좌단에서의 상태와 일치한다. 따라서 상술과 동일한 전환 조건이 만족되면 지금까지의 전환을 순차 반복한다. 이상에서 3기의 축열식 가열기(1A∼1C)에서는 연소상태, N₂의 가열 공급상태, N₂의 흡인회수상태가 순차 반복되게 된다.

또한, 본 장치에서는 대기가스에는 N₂대신에 Ar 등의 불활성 가스와 H₂등을 포함하는 환원성가스를 사용할 수 있다.

다음에 본 실시형태의 축열식 대기가스 가열방법 및 장치에 있어서 작용에 대해서 설명한다.

상술한 바와 같이 2기 한쌍의 축열식 가열기를 이용하여 그것을 연소상태와 대기가스(이 경우는 N₂) 가열공급 상태와 교대로 전환하고 대기가스를 연속적으로 가열하여, 그 대류열전달로 피가열물을 가열하는 기술은 종래부터 계속 제안되고 있다. 그러나, 이 경우에는 대기가스를 예로 들면, 가열로 등의 대기 가스 충만상태에서 외부로 직접 배기하거나 혹은 연소상태에 있는 축열식 가열기에서 배기할 수 밖에 없다.

특히 열효율을 고려한 경우, 연소상태에 있는 축열식 가열기에서 그 축열실 내로 잉여의 대기가스를 통과시켜 상기 대기가스의 현열을 축열하고 그것을 다음 대기가스 가열시에 이용하는 쪽이 좋다는 것은 쉽게 추찰된다. 그런데 이렇게 연소상태에 있는 축열식 가열기에서 대기가스를 흡인하는 것은 동시에 그 연소배기가스를 흡인하는 것이기 때문에, 본 실시형태의 가열로와 같이 비산화 대기 상태 또는 환원성 대기 상태를 유지할 필요가 있는 경우에는, 흡인되고 동시에 O성분 등을 포함하는 대기가스를 적어도 그대로는 재사용할 수 없게 된다. 이론상으로는 상기 연소배기가스를 포함하는 대기가스를 다시 연소배기가스 성분과 대기가스성분으로 분리하거나 또는 그것에서 대기가스 성분만을 추출하면 좋지만, 그러한 조업은 실질적으로 높은 비용을 필요로 하고 낭비가 많아서 실현 곤란하다.

한편, 본 실시형태에서는 축열식 가열기를 3기 이용하여 상술한 바와 같이 연소상태 및 N₂(대기가스)가열(공급)상태 외에, N₂(대기가스)흡인(회수)상태를 설정했다. 따라서 적어도 연소상태에 있는 축열식 가열기에서 연소배기가스만을 배기하면, 가열상태에 있는 축열식 가열기에서 가열로 내로 공급되는 대기가스는 흡인상태에 있는 축열식 가열기에서 논리상은 100% 또는 대략 100%회수 가능하다. 실제로는 가열로 내에서 반출되는 대기가스의 양을 "0"으로 하는 것은 곤란하기 때문에 적어도 그것을 제외한 대기가스는 회수가능하다고 생각된다. 그리고, 본 실시형태의 가장 큰 특징으로 하는 점은 대기가스 흡인(회수)상태(공정)을 설정함으로서 특히 열회수와 대기가스 회수를 동시에 부가할 수 있는 점에 있다. 전자는 열효율의 향상을, 후자는 대기가스를 재사용 가능하게 하고 상기 대기가스에 관한 비용을 대폭으로 저감하는 것을 가능하게 한다.

이 중, 전자에 대해서는 본 실시형태에서는 대기가스(N₂)의 흡인(회수) 경로에 별도의 축열실 즉 상기 제 2 축열실(4A∼4C)을 설치하고 축열된 제 2 축열실(4A∼4C)내에는 연소 공기를 통과시키는 즉, 각 제 2 축열실(4A∼4C)은 각각 연소 공기의 예열기로서 작용한다. 따라서 연소 공기는 미리 대기 온도에 가까운 온도로 예열됨으로서 연소상태로의 이행이 신속해진다. 결국 연소상태로 이행한 때의 발열온도가 시작부터 높아져서 연소 온도가 빠르게 상승하게 된다. 그리고 이에 의해 열효율이 대폭으로 향상함과 동시에 상술한 대기가스 흡인(회수)상태에서 연소상태로의 이행을 원활하게 연속할 수 있다.

또, 후자에 대해서는 예를 들면, 본 실시형태와 같이 가열로내를 비산화 대기 상태로 유지하지 않으면 안되는 것과 같은 경우에도 잉여 대기가스는 모두 회수 가능하기 때문에 상술한 바와 같이 가열로 내에서 반출되는 또는 대기 중에 누설되어 버리는 분만큼을 보충하면 좋다. 따라서 비용을 저렴화할 수 있는 외에, 대기가스의 공급 능력에 의한 설비제약이 없어지고 특히 강철업 등의 대규모 가열로로의 적용도 가능하게 된다. 또, 본 실시형태와 같이 흡입된 대기가스(N₂)를 공통의 N₂탱크(16)에 회수하고 거기에서 다시 N₂가스를 재사용한다면, 특히 대기가스를 생성하거나 입수하는 것이 어려운 장소에서 유효하게 활용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 팬(18)에 의한 순환경로 중에 설치된 O₂제거장치(19)와 N₂의 공급경로에 설치된 O₂제거장치(17)에 의해 예를 들면, 회수된 대기가스 N₂중에 연소배기가스와 대기 중의 O성분이 혼입하고 있는 경우에도 그것을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에 회수된 대기가스 N₂는 100% 또는 대략 100% 재사용 가능하다.

다음에 본 실시형태의 열효율에 대해서 구체적인 수치를 평가해 본다. 다시 도 1 로 되돌아가, 이 도면은 상기 제 1 축열식 가열기(1A) 가 연소상태, 제 2 축열식 가열기(1B)가 N₂가열상태, 제 3 축열식 가열기(1C)가 N₂흡인상태에 있는 상황을 나타내고 있다.

이 도면은 3기 1조의 축열식 가열장치를 복수개 이용한 경우의 예를 이해하기 쉽게하기 위해서 1조의 장치로서 모식적으로 나타낸 것이다.

여기에서 우선, 연소상태에 있는 제 1 축열식 가열기(1A)에서 배기되는 유량은 공급되는 M가스와 연소 공기에서 생성되는 연소배기가스의 유량과 일치 또는 그보다 약간 많은 양으로 하고 있어 이에 의해 연소배기가스를 확실하게 배기하고 그것이 가열로내에 흘러들지 않도록 함과 동시에 가열로 내에서 제 1 축열식 가열기(1A)내의 연소 가스를 정화하기 위해 배기하는 단위시간당의 N₂유량을 1200Nm³/Hr 또는 조업상 필요한 최소한 극미량이 되도록 했다. 또한, 이 제 1 축열식 가열기(1A)의 공급되는 M가스의 단위시간당의 열량은 31240Mcal/Hr이고, 30℃의 연소 공기를 공급한 경우에 배기되는 연소배기가스의 온도는 약 140℃이다.

한편, 가열로 자체에서의 로체 방산열은 로체의 총표면적을 1000m³, 온도 차이를 50℃, 단위 면적당의 비열을 25Kcal/m²Hr℃로 한 때에, 단위시간당 로체 방산열=1000×50×25=125Mcal/Hr이 된다. 또, 가열로 자체에서 단위시간당의 N₂배기유량은 1500Nm³/Hr이고, 그 단위시간당의 열량은 430Mcal/Hr이다.

또, N₂가열상태에 있는 제 2 축열식 가열기(1B)는 30℃의 N₂를 단위시간당 74500Nm³/Hr의 N₂유량으로 공급한 때에 그것을 1600℃까지 가열할 수 있다. 이 가열된 N₂의 열량은 41790Mcal/Hr이다.

또, 이상에서 N₂흡인상태에 있는 제 3 축열식 가열기(1C)에서는 로체 자체에서 배기되는 N₂유량 1500Nm³/Hr과 축열식 가열기(1A)에서 배기되는 N₂유량 1200Nm³/Hr의 합계 2700Nm³/Hr을 제외하고 71800Nm³/Hr의 N₂를 흡인 회수할 수 있다. 또, 이 흡인되는 N₂의 현열은 90℃이기 때문에 그 열량은 21390Mcal/Hr이 된다. 그리고, 이 흡인된 N₂의 현열은 제 2 축열실(4C)에서 축열한 결과, 회수되는 N₂의 현열은 140℃이다.

그리고, N₂공급원에서 상기 가열로 자체와 축열식 가열기(1A)에서 배기되는 N₂분, 결국, N₂유량 2700Nm³/Hr만을 N₂탱크(16)에 보충한다.

이상에서 본 실시형태의 가열로에서 가열 효율은 가열 효율=(41790-21390-1250-430)/31240×100=60%이고, 통상의 대기 가열로의 가열 효율이 높아도 50% 정도인데 비하여 대폭적인 열효율의 향상이 보여진다. 또, 가열로 자체와 축열식 가열기(1A)에서 배기되는 N₂유량 2700Nm³/Hr만을 보충한다. 이 N₂유량 2700Nm³/Hr로도 소량이라고는 말하기 어렵지만, 가열로내에 공급하는 N₂유량 74500Nm³/Hr, 회수되는 N₂유량이 71800Nm³/Hr이라는 것을 고려하면, 보충하지 않으면 안되는 N₂유량은 충분히 소량이라고 생각해도 좋다. 따라서 이러한 강재료의 가열로와 같이 대량의 N₂공급유량을 필요로 하는 장소에서도 실현성이 높고, 특히 대기가스를 용이하게 생성 또는 입수할 수 없는 장소에서의 이용성이 높다. 물론, 재사용 효율을 향상함으로서 비용의 저렴화를 도모할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 상술한 바와 같이 제어 내용을 조합하여 실시하는 것으로 가열로 내로 연소배기가스의 흘러듬과 대기의 흡인을 제어방지할 수 있기 때문에 상기 가열로 내의 비산화 대기 상태를 유지할 수 있다. 그러나, 예를 들면, 이 가열로 내와 같은 피가열물의 대기를 환원성 대기로 함으로서 보다 적극적으로 산화를 억제하고 또는 산화물을 환원하는 것도 가능한다.

여기에서 예를 들면, 가열로 내를 환원 대기로 하기 위한 환원성가스로서 H₂를 이용한 때에 H₂농도 및 H₂O 농도와 온도에 의존하면서 상기 H₂가 산화철 Fe₃O₄와 FeO의 O성분과 결합하여 철을 환원하거나 또는 H₂O의 O성분이 철을 산화하여 산화철 Fe₃O₄와 FeO가 되거나 하는 주지의 산화환원 평형곡선이 얻어진다. 그리고, 이 산화환원 평형곡선을 H₂/H₂O 농도비로 치환하여 온도에 의존하는 철의 산화환원 평형곡선을 얻는다. 이 산화환원 평형곡선으로 원하는 대기 온도(본 실시형태에서는 보통 1000℃ 이상)에서 철을 환원 가능한 H₂/H₂O 농도비를 얻을 수 있다. 이 산화환원 평형곡선에 의하면 대기 온도가 고온일수록 환원성가스로서 H₂를 이용하는 쪽이 H₂의 투입량이 소량이라도 좋기 때문에 후술하는 바와 같이 투입되는 환원성가스 농도를 폭발 한계(가열한계)농도 이하로 억제한 후에 유리하다는 것이 알려져 있다.

여기에서 이미 알려진 바와 같이 공기중에 리크한 경우에서 H₂의 가열한계는 4%정도이하이다. 이 가연한계에서 상기 공급되는 N₂유량(VN)에서 첨가 H₂유량(VH)의 가연한계범위의 H₂가연하한곡선을 구한다. 따라서 세로축에 H₂첨가량을 채택한 경우, H₂가연하한곡선보다 위쪽이 N₂대기 H₂가스의 가연범위가 되어, 안전상의 문제가 발생한다. 한편, 상술한 바와 같이 설정된 공급 N₂유량하에서 가열로내로의 연소배기가스의 흘러듬과 대기의 흡인이 없고 또한 효율적인 산화철의 환원이 촉진되면, 상기 H₂첨가는 극히 미량으로 좋은 것이 판명되고 있다.

따라서 예를 들면 대기가스인 N₂의 공급배관 중에 극미량의 H₂를 첨가하고, 가열로내를 환원성 대기로 하여 필요에 따라서 산화철의 환원을 효율적으로 촉진하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 실시예에서는 불활성 가스로서 N₂, 환원성가스로서 H₂를 이용한 경우, 및 그것을 이용하는 것의 우위성에 대해서만 상술했지만, 불활성 가스로서 Ar, 환원성가스로서 CO를 비롯한 각종 탄산 가스와 중탄화수소를 이용하는 것도 물론 가능하다. 다만, 이러한 탄소C계의 환원성가스를 이용하는 경우에는 가연 범위가 확대될 가능성이 있기 때문에 별도 안전대책을 강구할 필요가 있을 뿐만 아니라, 고체 C의 유리, 즉 그을림의 발생을 억제 방지할 필요가 있고, 이것을 판정하기 위해서 열역학적인 검토를 상세하게 실시하여 탄소C계의 환원성가스 첨가유량을 설정하지 않으면 안되는 점에 유의해야 한다.

또, 상기 실시예에서는 대기가스인 N₂의 공급배관에 환원성가스인 H₂를 공급하는 경우에 대해서만 상술했지만, 상술한 바와 같이 산소 농도가 극히 낮은 경우의 투입 H₂유량은 극히 미량으로 좋기 때문에 이것을 대폭으로 가열하는 일 없이 상기 가열로의 내부에 직접 공급하여도 좋고 이에 의해 가열로의 온도 강하에 거의 영향이 없는 것도 확인되고 있다.

또, 상기 환원성가스로서 H₂등을 첨가하는 경우에는 N₂등의 대기가스가 투입되는 측의 가열기의 점화를 소화함으로서 더욱 높은 레벨의 환원상태를 얻기 쉬워진다. 즉, 실시예에서 턴디시 가열의 경우에는 점화버너의 연소배기가스 유량은 튜입하는 N₂+H₂(대기가스+환원성가스)의 1%이하이고, CO₂와 H₂O 등의 산화성 가스성분이 0.2%정도가 되기 때문에, 점화버너를 소화하지 않고도 실용상 문제는 없지만, 상기 투입하는 N₂+H₂(비활성가스+환원성가스)의 유량이 적은 경우에는 그들 투입측의 예열기의 점화버너를 소화함으로서 높은 레벨의 비산화 또는 환원성 대기 상태를 얻을 수 있다.

제 2 실시형태

다음에 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 축열식 대기가스 가열장치를 턴디시의 보열장치로서 이용한 제 2 실시형태에 대해 도 4를 이용하여 설명한다.

또, 이 턴디시(21)에서도 나머지 강철의 산화를 억제방지하기 위해 비산화 대기 상태 또한 상기 나머지 강철 산화를 환원하기 위해 상기한 바와 같은 환원성 대기로 할 때에 본 발명은 특히 효과적이다.

이 턴디시 보열장치에 이용되는 축열식 대기가스 가열장치는 상기 제 1 실시형태의 도 1에 나타낸 것과 같은 것이고, 상기 도 1에 나타낸 축열식 대기가스 가열장치를 반전하여 턴디시(21)의 덮개부에 부착했다. 따라서, 동등한 구성요소에는 동등한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다. 이상에서 도 4에서는 우단부의 축열식 가열기가 상기 제 1 실시형태의 제 1 축열식 가열기(1A)에 상당하고, 이하 마찬가지로 중앙부의 축열식 가열기가 제 2 축열식 가열기(1B)에 상당하며, 좌단부의 축열식 가열기가 제 3 축열식 가열기(1C)에 상당한다. 또, 각 축열식 가열기(1A∼1C)계의 연소상태, N₂가열상태, N₂흡인상태의 전환은 상기 도 2와 같고, 그러한 각 제어밸브의 전환은 상기 도 3의 시퀀스 챠트와 같다. 또, N₂회수팬(12)은 상기 N₂공급원(15)의 N₂탱크(16)의 직접, N₂흡입팬(13)은 상기 N₂공급원(15)의 O₂제거장치(17)를 통해 공유하는 N₂탱크(16)에 접속되는 것으로 한다.

다음에 본 실시형태의 턴디시의 보열장치의 목적과 작용에 대해 설명한다. 주지한 바와 같이 사용에 공급되지 않는 턴디시는 나머지 강철의 경화 및 사용에 공급될 때의 녹은 강철의 경화를 억제방지하기 위해 소정의 온도 이상으로 보온 또는 가열될 필요가 있다. 본건 발명자들의 연구에 의하면 턴디시 속 표면온도를 주입가능온도의 하한인 850℃ 이상으로 유지할 필요가 있다. 그래서 종래는 턴디시 속에 연소가스를 공급하고, 상기 턴디시 내부에서 상기 연소가스를 연소시켜 예열을 실행했다. 이 때문에 종래 발생하는 O성분에 의해 나머지 강철의 산화가 촉진되고 품질상 바람직하지 않다. 또, 온도하한에 따라 수축을 계속하는 턴디시 속으로의 외부에서의 공기 침입을 "0"으로 하는 것은 실제 문제로서 불가능하다. 그래서 턴디시 밖에서 가열한 불활성 대기가스(본 실시형태에서도 N₂를 이용한다)에서 상기 턴디시 속을 계속 정화하고, 상기 턴디시 속 표면온도를 상기 주입가능온도의 하한인 850℃ 이상으로 유지하면 종래의 턴디시 속 연소가스에 의한 예열을 없애고, 무예열로 산화를 방지하면서 턴디시를 재사용에 공급하는 것이 가능한 것을 발명자는 발견하고 본 실시형태를 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 실시형태에서도 상기 제 1 실시형태와 같이 연소상태에 있는 축열식 가열기(도면에서는 제 1 축열식 가열기(1A))계에서는 그곳에서 발생된 연소배기가스만 또는 그것보다 조금 많은 유량을 배기하여 연소배기가스가 턴디시 속에 흘러들어가지 않도록 할 필요가 있다. 또, 가열된 N₂를 턴디시 속에 공급하는 N₂가열상태의 축열식 가열기(도면에서는 제 2 축열식 가열기(1B))계에서의 N₂공급유량과, 턴디시 속의 잉여N₂를 흡인하는 N₂흡인상태의 축열식 가열기(도면에서는 제 3 축열식 가열기(1C))계에서의 N₂흡인유량과의 상관은 적어도 전자가 후자보다 약간 많다. 또, 상기 연소상태에 있는 축열식 가열기(1A)계에서 배기된 유량이 연소배기가스보다 약간 많은 경우에는 그것을 발견한 분량만큼 전자를 후자보다 많게 하여 턴디시 내부가 상기 정압으로 유지되도록 하여 턴디시 외부에서의 공기의 흡인을 억제방지할 필요가 있다

그외의 상세한 주역은 상기 제 1 실시형태와 같다.

제 3 실시형태

다음에 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 축열식 대기가스 가열장치를 스트립의 가열장치로서 이용한 제 3 실시형태에 대해 도 5를 이용하여 설명한다. 또, 이 가열장치 내도 스트립의 산화를 억제방지하기 위해 비산화 대기 상태, 또한 상기 스트립의 산화를 환원하기 위해 상기한 바와 같은 환원성 대기로 유지할 필요가 있을 때에 본 발명은 특히 효과적이다.

이 스트립 가열장치에 이용되는 축열식 대기가스 가열장치는 상기 제 1 실시형태의 도 1에 나타낸 축열식 대기가스 가열장치를 1세트로 하고, 그대로의 1세트와 반전된 1세트를 서로 대향하도록 하여 내부에 스트립(22)이 삽입통과된 플레넘(plenum) 챔버의 양측에 부착한 것이다. 따라서, 동등한 구성요소에는 동등한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. 이상에서 도 5에서는 좌우에서 짝을 이루는 각 세트의 축열식 대기가스 가열장치의 상단부의 축열식 가열기가 상기 제 1 실시형태의 제 1 축열식 가열기(1A)에 상당하고, 이하 마찬가지로 중앙부의 축열식 가열기가 제 2 축열식 가열기(1B)에 상당하며, 하단부의 축열식 가열기가 제 3 축열식 가열기(1C)에 상당한다. 또, 각 축열식 가열기(1A∼1C)계의 연소상태, N₂가열상태, N₂흡인상태의 전환은 상기 도 2와 같고, 그러한 각 제어밸브의 전환은 상기 도 3의 시퀀스 챠트와 같다. 또, N₂회수팬(12)은 상기 N₂공급원(15)의 N₂탱크(16)에 직접, N₂흡인팬(13)은 상기 N₂공급원(15)의 O₂제거장치(17)를 통해 공유하는 N₂탱크(16)에 접속되어 있는 것으로 한다.

다음에 본 실시형태의 스트립의 가열장치의 목적과 작용에 대해 설명한다. 예를 들면 스트립의 연속 소둔로 등에서는 일반적으로 상기한 방열 튜브에서의 복사열에 의한 대기가스 가열이 실행된다. 그러나, 상기한 바와 같이 방열 튜브에 의한 가열방법과 가열장치에서는 우선 튜브의 수명이 짧은 것과 온도의 미세조정, 특히 단시간으로 미세조정하는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 이것은 복사에 의한 가열방법이 피가열물과 대기 온도와의 차가 작아지면 그 이상 피가열물을 가열할 수 없어 피가열물 온도가 포화되어 버리는 것에 기인하고 있다.

한편, 상기한 바와 같이 축열식 가열기에서 가열된 대기가스(본 실시형태에서도 N₂를 이용한다)는 약 1500℃정도이고, 일반적인 연속 소둔로에서 필요한 스트립설정온도(약 800℃ 정도)보다 꽤 높기 때문에 이것을 직접 스트립의 양 반면에 분사되면 예를 들어 약간의 패스길이여도 상기 상기 스트립을 급속하에 가열할 수 있다. 이것은 충분히 온도가 높은 기체를 분사하여 피가열물을 가열하는 대류열전달에 있어서, 피가열물과의 전열면적, 즉 스트립의 판면이 충분히 넓은 것, 또 스트립이 충분히 얇은 것에도 기인하고 있다.

단, 소정의 로에 머무는 시간을 필요로 하는, 즉 통판속도가 일정한 경우, 어느 정도의 패스길이를 필요로 하는 연속 소둔로에 있어서 도 5에서도 알 수 있는 바와 같이 점유용적이 큰 축열식 가열기로 이루어진 스트립 가열장치를 상기 패스길이의 전체 길이에 걸쳐 설치하는 것은 현실적으로 곤란하다. 그래서 본 실시형태에서는 통상의 가열대 등의 출구측에 이 축열식 가열장치를 소위 찬스 프리 섹션(chance free section)으로 설치했다. 이 찬스 프리 섹션이라고 하는 문언은 예를 들면 판두께 등의 치수가 다른 강판을 세로로 묶어서 스트립을 연속열처리하는 경우에 각 강판의 현상황에 따라 판온도를 단시간으로 또한 미묘하게 컨트롤할 수 있는 열처리대라는 의미로 종래부터 이용되고 있다. 그러나, 실제로는 그것을 실현하기 위한 구체적인 기술이 없었다. 본 실시형태의 스트립의 가열장치는 단시간으로 미묘한 판온도 조정이 가능한 점에서 찬스 프리 섹션으로서 설치되어 있다.

그리고, 이 스트립의 가열장치는 종래의 연속 소둔로와 같이, 어느 정도의 대기가스의 반출은 회피할 수 없다. 따라서, 상기한 바와 같이 연소상태에 있는 축열식 가열기(도면에서는 제 1 축열식 가열기(1A))계에서는 그곳에서 발생된 연소배기가스만 또는 그것보다 약간 많은 유량을 배기하여 연소배기가스가 플래넘 챔버내에 흘러들어가지 않도록 할 필요가 있다. 또, N₂가열상태에 있는 축열식 가열기(도면에서는 제 2 축열식 가열기(1B))계에서는 N₂흡인상태에 있는 축열식 가열기(도면에서는 제 3 축열식 가열기(1C))계에서 흡인회수된 N₂유량에 대해 상기 반출된 N₂유량만큼 많은 N₂유량을 공급할 필요가 있고, 이것에 의해 외부에서의 공기가 유입되지 않도록 해야 한다.

또, 이 스트립의 가열장치는 연속 소둔로 이외에도 각종의 가열로와 균열로에도 적용가능하고, 그러한 경우는 대기가스를 900℃이상으로 가열할 필요가 있을 것이다. 또, 같은 가열로와 균열로에 있어서도 예열대, 가열대, 균열대 등의 각 열처리대에 따라 개별적으로 온도를 설정하면 좋다.

그 외의 주역은 상기 제 1 실시형태와 같다.

또, 본 장치의 설치에 의해 방열 튜브의 교환이 불필요하게 되어 대폭적인 수선비용의 삭감을 달성했다.

제 4 실시형태

다음에, 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 축열식 대기가스 가열장치를 블룸의 가열장치로 이용한 제 4 실시형태에 대해 도 6을 이용하여 설명한다. 또, 이 가열장치 내에도 블룸의 산화를 억제방지하기 위해 비산화 대기 상태, 또 상기 블룸의 산화를 환원하기 위해 상기한 바와 같은 환원성 대기로 유지할 필요가 있는 때에 본 발명은 특히 효과적이다.

이 블룸의 가열장치에 이용되는 축열식 대기가스 가열장치는 상기 제 1 실시형태의 도 1에 나타낸 축열식 대기가스 가열장치를 1세트로 하고, 그대로의 1세트와 반전한 1세트를 서로 지그재그 형상으로 어긋나게 하여 대향하고 이 쌍을 블룸(24)의 통판로의 상하에 배치한 것이다. 따라서, 동등한 구성요소에는 동등한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다. 단, 본 실시형태에서는 각 축열식 가열기(1A∼1C)의 개구부에서 블룸 통판로의 상하에 챔버(23)를 연장설치하고, 상기 챔버(23)내의 블룸에 대향하는 적정한 개소에 복수의 분출구멍을 설치하고, 이 분출구멍에서 가열된 대기가스(이 실시예에서도 N₂를 사용한다)를 블룸표면을 향하여 직접 분출하거나, 그 주위의 대기가스를 흡입하도록 한다. 이상에서 도 6a에서 좌우에서 짝을 이루는 각 세트의 축열식 대기가스 가열장치의 상단부의 축열식 가열기가 상기 제 1 실시형태의 제 1 축열식 가열기(1A)에 상당하고, 이하 마찬가지로 중앙부의 축열식 가열기가 제 2 축열식 가열기(1B)에 상당하며, 하단부의 축열식 가열기가 제 3 축열식 가열기(1C)에 상단한다. 또, 각 축열식 가열기(1A∼1C)계의 연소상태, N₂가열상태, N₂흡인상태의 전환은 상기 도 2와 같고, 그러한 각 제어밸브의 전환은 상기 도 3의 시퀀스 챠트와 같다. 또, N₂회수팬(12)은 상기 N₂공급원(15)의 N₂탱크(16)에 직접, N₂흡입팬(13)은 상기 N₂공급원(15)의 O₂제거장치(17)를 통해 공유하는 N₂탱크(16)에 접속되어 있는 것으로 한다.

다음에 본 실시형태의 블룸의 가열장치의 목적과 작용에 대해 설명한다. 예를 들면 상기 제 3 실시형태의 스트립 가열장치와 같은 경우에는 상기 스트립의 판면표면적이 큰 것과 판 두께가 충분히 얇은 것, 또는 통판중의 스트립의 판면이 비교적 안정되어 있는 것 등에서 각 축열식 가열기의 개구부를 스트립의 판면에 접근시켜 배치하고, 상기 개구부에서 직접 스트립의 판면에 가열된 N₂등의 대기가스를 균등하게 가열하거나, 미묘한 판온도 조절을 실행할 수 있다. 그러나, 두꺼운 판인 블룸에 대해서는 직접적으로 가열된 대기가스 N₂를 블룸(24)에 분사할 필요가 있다. 그래서 본 실시형태에서는 도합 4세트의 축열식 가열기군을 설치하여 동시에 4기의 축열식 가열기에서 블룸의 표면을 향하여 가열된 대기가스 N₂를 직접 분사하여 상기 블룸을 빠르게 가열하도록 한 것이다. 또, 본 실시형태에서는 블룸의 양면에서 균등하게 가열된 대기가스 N₂를 분사한 것에 의해 판 두께 방향으로의 온도의 불균일을 억제할 수 있다.

그리고, 이 블룸의 가열장치에서도 종래의 연속가열로와 같이, 어느 정도의 대기가스의 반출은 회피할 수 없다. 따라서, 연소상태에 있는 축열식 가열기(도면에서는 제 1 축열식 가열기(1A))계에서는 그곳에서 발생된 연소배기가스만큼 또는 그것보다 약간 많은 유량을 배기하여 연소배기가스가 챔버(23)내에 흘러들어가지 않도록 할 필요가 있다. 또, N₂가열상태에 있는 축열식 가열기(도면에서는 제 2 축열식 가열기(1B))계에서는 N₂흡인상태에 있는 축열식 가열기(도면에서는 제 3 축열식 가열기(1C))계에서 흡인회수된 N₂유량에 대해 상기 반출된 N₂유량만큼 많은 N₂유량을 공급할 필요가 있고, 이것에 의해 외부에서의 공기가 유입하지 않도록 해야 한다.

그 외의 주역은 상기 제 1 실시형태의 그것과 같다.

또, 상기 각 실시형태에서는 무엇보다도 대기가스인 N₂의 흡인회수경로에 제 2 축열실을 갖는 경우에 대해서만 상술했다. 물론, 이 제 2 축열실을 설치하는 것에 의해 흡인된 N₂대기가스의 현열을 축열하고, 예를 들면 다음의 연소상태에 있어서 연소공기의 현열로 전환될 수 있고, 그만큼 열효율이 향상되는 것은 틀림없다. 단 본 발명의 또 하나의 큰 목적은 대기가스의 회수 및 그 재사용이기 때문에 반드시 회수된 대기가스의 현열을 축열하여 재사용할 필요는 없다. 그와 같은 의미에서 물론 열효율은 꽤 손실을 동반하지만 상기 대기가스의 흡인회수경로에는 반드시 축열실은 필요하지 않다. 그것이 본 발명 가운데 청구범위 제 1 항에 기재된 축열식 가열방법에 필적한다.

또, 상기 각 실시형태에서는 무엇보다도 3기의 축열식 가열기를 1세트로 하여 이용했는데, 본 발명의 축열식 대기가스 가열방법 및 그 장치에서는 사용된 축열식 가열기는 3기 이상이면 어떤 공급도 좋다. 즉, 예를 들면 사용되는 축열식 가열기가 4기인 경우에는 예를 들면 그 가운데 2기가 상시 연소상태, 나머지 1기씩이 대기가스 가열상태 및 대기가스 흡인상태여도 좋고, 또는 어떤 1기의 축열식 가열기는 순서대로 정지하고, 나머지 3기가 연소상태, 대기가스 가열상태 및 대기가스 흡인상태가 되도록 해도 좋다(단, 이 경우에는 열효율이 저하된다). 즉, 연소상태, 대기가스 가열상태 및 대기가스 흡인상태의 어느 하나에 관여되는 축열식 가열기의 기수는 문제되지 않고, 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순서대로 전환되는 것이 중요하며, 이것에 의해 대기가스의 회수 및 재사용을 가능하게 하고, 또 그 흡인경로에 축열실을 설치하는 것에 의해 또 열효율을 향상할 수 있는 것이다.

또, 상기한 바와 같이 본 발명은 피가열물을 가열하기 위해 필요한 대기가스를 계속 가열공급하는 대기가스의 가열방법 및 그 가열장치에 관한 것이다. 따라서, 대기가스는 특히 한정되지 않고, 가열방법, 가열장치에 있어서 통상 이용되는 거의 모든 대기에 적용가능하지만, 가열물을 비산화와 환원성 대기로 가열하지 않으면 안 되는 경우에 특히 적합하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 가열된 대기가스를 연속적으로 계속 공급하는 동시에 잉여가 되는 대기가스를 연속적으로 회수하여 그것을 다음 대기가스 가열공급에 재사용하는 것을 가능하게 한다. 이것에 의해 연소상태에 있어서 연소배기가스 온도가 연소의 직후에서 빠르게 상승한다. 즉 발열온도가 처음부터 높아지고, 그 결과, 연소상태에 있어서 제 1 축열실로의 축열 등, 열효율 전체가 높아진다. 또, 연소배기가스 온도가 빠르게 상승하기 때문에 특히 대기가스 흡인상태에서 연소상태로의 이행이 빨라지고, 보다 연속적인 작업을 가능하게 한다. 또, 대기가스로서 질소와 아르곤 기체 등을 이용하는 것에 의해 상기 대기가스를 비산화 대기가스로 할 수 있다. 따라서, 예를 들면 가열된 대기가스는 비산화 상태를 필요로 하는 턴디시와 스트립 등의 피가열물에 적용할 수 있다. 또, 대기가스중에 환원성가스를 혼합하여 이용하는 것에 의해 상기 대기가스를 환원성 대기가스로 할 수 있다. 따라서, 예를 들면 가열된 대기가스는 비산화이고 환원성 상태를 필요로 하는 턴디시와 스트립 등의 피가열물에 적용할 수 있다. 그리고, 대기가스의 공급경로와 회수경로를 동일한 대기가스 공급원에 접속하는 것에 의해 상기 대기가스 흡인상태로 회수된 대기가스를 확실하게 다음의 대기가스 가열상태에 재사용할 수 있다. 따라서, 그 분량만큼 원재료비를 절감할 수 있다.

이러한 본 발명에 의하면 연소배기가스 온도를 빠르게 높여서 열효율을 향상시킬 수 있다. 또 상기 대기가스에 질소와 아르곤을 이용하여 비산화 대기를 유지하거나, 또한 그것에 환원성가스를 혼합하는 것에 의해 환원성 대기를 생성하거나 또 이와 같은 대기가스를 회수하여 재사용하여 비용 감소를 꾀할 수 있다.

본 발명은 피가열물을 가열하기 위해 필요한 대기가스를 계속 가열공급하는 대기가스의 가열방법 및 그 가열장치에 관한 것이다. 따라서 대기가스는 특별히 한정된 것이 아니라 가열방법, 가열장치에 있어서 통상 이용되는 거의 모든 대기에 적용가능하지만 가열물을 비산화와 환원성 대기로 가열하지 않으면 안 되는 경우에 특히 적합하다.

또, 비산화와 환원성 대기에 본 장치를 적용하는 경우의 이점으로

(1) 종래의 방열 튜브 가열방식에 대해 고온의 대기가스를 직접 분사하여 가열하기 때문에 가열효율을 10% 이상 높일 수 있다.

(2) 고온 분류에 의한 직접 가열이기 때문에 피가열물을 승온할 때의 온도제어성이 좋고, 또 방사전열만으로 방열 튜브 방식에 비해 열전달이 좋으며 승온속도를 좋게 할 수 있고, 로를 소형화할 수 있으며 건설비용을 싸게 할 수 있다.

(3) 연료를 불완전 연소하여 비산화와 환원성 대기를 형성하는 환원 버너를 이용한 종래 방법에서는 CO가스 등 인체와 환경에 악영향이 있는 가스가 다량으로 발생하지만, 본 방식에서는 H₂등의 환경과 인체에 영향이 없는 깨끗한 가스만 환원대기를 형성할 수 있다. 또, 조건에 따라서는 H₂등의 가소성 가스를 대기중의 가연한계 이상으로 할 수 있는 등, 그 사용량도 필요 최소한으로 할 수 있기 때문에 종래에 비해 저 러닝 비용이고 환경에 좋고, 또한 안전성이 높은 환원가열이 가능하다.

(4) 본 장치는 방열 튜브를 사용하지 않기 때문에 방열 튜브의 교환비용이 불필요하고, 방열 튜브 가열방식에 비해 수리비용을 대폭 삭감할 수 있다.

Claims

버너장치와, 상기 버너장치에서의 연소배기가스의 배기경로에 설치된 축열실을 구비한 축열식 가열기를 3기 이상 이용하여 대기가스를 가열하는 축열식 대기가스 가열방법에 있어서,

상기 3기 이상의 축열식 가열기 가운데 적어도 1기 이상의 축열식 가열기에서는 버너장치를 연소시키고 그 연소배기가스만 또는 대략 연소배기가스만을 축열실 내를 통해서 배기함으로서 상기 축열실 내에 축열한 연소상태로 하고, 적어도 다른 1기 이상의 축열식 가열기에서는 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 상기 대기가스를 가열공급하는 대기가스 가열상태로 하고, 다른 적어도 1기 이상의 축열식 가열기는 대기가스를 흡인회수하는 대기가스 흡인상태로 하며 이러한 각 축열식 가열기를 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순서대로 전환하여 가열된 대기가스를 연속적으로 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열방법.
버너장치와 상기 버너장치에서의 연소배기가스의 배기경로에 설치된 제 1 축열실과, 대기가스의 흡인경로에 설치된 제 2 축열실을 구비한 축열식 가열기를 3기 이상 이용하여 대기가스를 가열하는 축열식 대기가스 가열방법에 있어서,

상기 3기 이상의 축열식 가열기 가운데 적어도 1기 이상의 축열식 가열기는 버너장치를 연소시키고 그 연소배기가스만 또는 대략 연소배기가스만을 제 1 축열실 내를 통해서 배기하는 것으로 상기 제 1 축열실 내에서 축열하는 연소상태로 하고, 다른 적어도 1기 이상의 축열식 가열기에서는 제 1 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 상기 대기가스를 가열공급하는 대기가스 가열상태로 하고, 적어도 1기 이상의 축열식 가열기에서는 제 2 축열실 내에 대기가스를 통과시켜 흡인회수하여 상기 제 2 축열실 내에서 축열하는 대기가스 흡인상태로 하고, 이러한 각 축열식 가열기를 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 전환하여 가열된 대기가스를 연속적으로 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열방법.
제 2 항에 있어서,

상기 연소상태의 축열식 가열기에는 버너장치에 공급되는 연소기체 또는 그 일부를 상기 대기가스 흡인상태에서 축열된 제 2 축열실을 통과시키고 나서 공급되는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 대기가스로서 질소 및 아르곤 기체의 어느 한쪽 또는 양쪽의 혼합가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 대기가스 중에 환원성가스를 혼합하여 상기 대기가스를 환원성의 고온가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열방법.
적어도 3기 이상의 축열식 가열기를 이용하여 가열된 고온의 대기가스를 연속적으로 공급하는 축열식 대기가스 가열장치에 있어서,

상기 축열식 가열기는 연소버너와, 상기 버너장치에서의 연소배기가스의 배기경로에 설치된 제 1 축열실과, 대기가스의 흡인경로에 설치된 제 2 축열실을 구비하고, 상기 3기 이상의 축열식 가열기 가운데 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 버너장치를 연소시키고, 그 연소배기가스만 또는 대략 연소배기가스만을 제 1 축열실 내를 통해서 배기하는 것으로 상기 제 1 축열실 내에서 축열된 연소상태로 하고, 다른 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 제 1 축열실 내로 대기가스를 통과시켜 상기 대기가스를 가열공급하는 대기가스 가열상태로 하며, 적어도 1기 이상의 축열식 가열기의 제 2 축열실 내로 대기가스를 통과시켜 흡인회수하여 상기 제 2 축열실 내에서 축열하는 대기가스 흡인상태로 하고, 이러한 각 축열식 가열기를 연소상태, 대기가스 가열상태, 대기가스 흡인상태의 순으로 순차 전환하는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열장치.
제 6 항에 있어서,

상기 각 축열식 가열기의 제 2 축열실이 버너장치에 공급되는 연소공기의 예열기인 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 대기가스의 공급경로와 대기가스의 회수경로가 동일한 대기가스 탱크를 공유하는 대기가스 공급원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열장치.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 대기가스로서 질소 및 아르곤 기체의 어느 한쪽 또는 양쪽의 혼합가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열장치.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 대기가스 중에 환원성가스를 혼합하여 상기 대기가스를 환원성의 고온가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 축열식 대기가스 가열장치.