TWI392743B - 金屬條連續熱處理設備 - Google Patents

Description

金屬條連續熱處理設備

本發明係關於一種可有效率地利用來自輻射管燃燒機(radiant tube burner)等之用以使加熱區環境氣體升溫之加熱手段的廢氣之金屬條連續熱處理設備。

習知作為金屬條連續熱處理設備，為達成節約能源化，有於加熱區之前方設置預熱區之方式(參照專利文獻1)。以往，預熱區之環境氣體係以圖2~圖4之各種方式形成。圖2為使預熱區a與加熱區b連通，並將預熱區a之環境氣體作為非氧化環境氣體者。圖3為將預熱區a與加熱區b之環境氣體以密封部c隔絕，將加熱區b作為非氧化環境氣體，另一方面，將預熱區a之環境氣體作為空氣(外氣)者。圖4為將預熱區a與加熱區b之環境氣體以密封部c隔絕，將加熱區b作為非氧化環境氣體，另一方面，將加熱區a之環境氣體作為用以使加熱區b之環境氣體升溫的輻射管燃燒機d之排氣者。輻射管燃燒機d之排氣為600℃以上之高溫。

為對預熱區a之環境氣體加溫，於圖2的方式中，係將加熱區b之非氧化環境氣體導入預熱區a，將該導入到預熱區a之非氧化環境氣體與輻射管燃燒機d之排氣於熱交換器6中進行熱交換而加熱。於圖3的方式中，係將導入到預熱區a的空氣與輻射管燃燒機d之排氣於熱交換器f進行熱交換而加熱。於圖4的方式中，係以輻射管燃燒機d之排氣直接作為預熱區a之環境氣體。於任一方式中，為調整預熱區a之內壓均自設置有壓力調整閥g之排氣系統h排出預熱區a內之環境氣體。

(專利文獻1)日本專利特開平10-102151號公報

當就利用來自輻射管燃燒機d等之用以使加熱區b之環境氣體升溫之加熱手段的廢熱方面而言，於圖2~圖4所示之各方式中，有以下述課題，而無法充分地利用廢熱。

於圖2的方式中，與加熱區b連通之預熱區a的非氧化環境氣體係藉由輻射管燃燒機d升溫至相當高溫度。即使將如此高溫的非氧化環境氣體於熱交換器e中與輻射管燃燒機d之排氣進行熱交換，熱交換效率亦較低，幾乎無法利用廢熱而自熱交換器e排出極高溫的排氣。

於圖3的方式中，預熱區a之內部環境氣體為作為氧化環境氣體之空氣。於空氣環境氣體中將金屬條i預熱至高溫並不佳。因而，即使將空氣在熱交換器f與輻射管燃燒機d之排氣進行熱交換，亦無法充分利用廢熱，與圖1的方式同樣地會自熱交換器f排出極高溫的排氣。

於圖4的方式中，由於自輻射管燃燒機d送入之排氣會使預熱區內壓力上昇，故將排氣自排氣系統h排出。此時，排出之排氣依然為相當高溫狀態，故無法有效率地利用輻射管燃燒機d之廢熱。

本發明有鑑於上述習知課題而提案，其目的在於提供一種可有效率地利用來自輻射管燃燒機等之用以使加熱區環境氣體升溫之加熱手段的廢熱之金屬條連續熱處理設備。

本發明之金屬條連續熱處理設備，其特徵在於，於自空氣導入系統導入之空氣環境氣體中，對連續送入之金屬條進行預熱之預熱區；對自上述預熱區側連續送入之金屬條在非氧化環境氣體中進行加熱之加熱區；用以使該加熱區之非氧化環境氣體升溫之加熱手段；於上述預熱區與上述加熱區間，從該預熱區之空氣環境氣體隔絕且與該加熱區連通設置，於非氧化環境氣體中對金屬條以較預熱區溫度高的溫度進行預熱之第2預熱區；自上述加熱手段排出廢熱之廢熱排出系統；設置於該廢熱排出系統，以流通之廢熱對上述第2預熱區之非氧化環境氣體進行加熱之高溫側熱交換部；及於上述廢熱排出系統，設置於上述高溫側熱交換部下游處，以流通之廢熱對導入至上述預熱區之空氣進行加熱之低溫側熱交換部。

上述排氣系統具備有藉由來自上述預熱區之排氣對製程媒體加熱之製程用熱交換部。

於本發明之金屬條連續熱處理設備中，可有效率地利用來自輻射管燃燒機等之用以使加熱區環境氣體升溫之加熱手段的廢熱。

以下就本發明金屬條連續熱處理設備之較佳一實施形態參照附圖詳細地做說明。本實施形態之金屬條連續熱處理設備1，基本上如圖1所示，係具備有如下而構成：於自空氣導入系統2導入之空氣環境氣體中，對連續送入之金屬條3進行預熱之預熱區4；對自預熱區4側連續送入之金屬條3在非氧化環境氣體中進行加熱之加熱區7；作為用以使加熱區7之非氧化環境氣體升溫之加熱手段的輻射管燃燒機8；於預熱區4與加熱區7之間，隔絕自預熱區4之空氣環境氣體且與加熱區7連通設置，於非氧化環境氣體中對金屬條3在較預熱溫度高的溫度進行預熱之第2預熱區9；自輻射管燃燒機8排出廢熱之廢熱排出系統10；設置於廢熱排出系統10，以流通之廢熱對第2預熱區9之非氧化環境氣體進行加熱之高溫側熱交換部11；與於廢熱排出系統10中，設置於高溫側熱交換部11下游處，以流通之廢熱對導入至預熱區4之空氣進行加熱之低溫側熱交換部12。於排氣系統5中，具備有以來自預熱區4之排氣對製程媒體進行加熱之製程用熱交換部13。更具備有用以自預熱區4排氣之排氣系統5、與設置於排氣系統5之用以調整預熱區內壓力的壓力調整機構一例之壓力調整閥6。

本實施形態之金屬條連續熱處理設備1，主要具備有以下所構成：設置於前段，對連續供給的金屬條3進行預熱之預熱區4；設置於預熱區4之次段，對在預熱區4被預熱之金屬條3於更高溫度進行預熱之第2預熱區9；設置於第2預熱區9之次段，對在第2預熱區9被預熱之金屬條3進行加熱處理之加熱區7。

於預熱區4設置有金屬條3之裝入部4a及送出部4b。於第2預熱區9設置有自預熱區4送入的金屬條3之導入部9a。於該等預熱區4與第2預熱區9之間，設置有藉由分別設置於其等之送出部4b及導入部9a之未圖示密封機構將該等預熱區4與第2預熱區9之內部環境氣體相互隔絕而成獨立構造之密封部14。於第2預熱區9與加熱區7之間，設置有將該等連通，用以將金屬條3自第2預熱區9送入加熱區7之窄通路部15。於預熱區4、第2預熱區9及加熱區7之內部分別適當地配設用以導引金屬條3之搬送的輥16。

連續供給之金屬條3係自裝入部4a送入至預熱區4中。送入至預熱區4之金屬條3，自送出部4b透過密封部14送往導入部9a，再送往第2預熱區9。送入至第2預熱區9之金屬條3，更經由窄通路部15送往加熱區7。

於預熱區4連接有具備空氣扇2a之空氣導入系統2。於預熱區4內部，透過空氣導入系統2，導入由空氣扇2a吸引之空氣(外氣)，藉此可形成作為氧化環境氣體之空氣環境氣體。又，於預熱區4連接用以將內部之空氣環境氣體往外部排氣之排氣系統5。於排氣系統5中設置用以調整預熱區內壓力之壓力調整閥6。壓力調整閥6，係如止回閥，於預熱區內壓力超過預先設定的壓力時打開，將空氣環境氣體往排氣系統5排氣。

另一方面，加熱區7與第2預熱區9經由窄通路部15互相連通，加熱區7之內部環境氣體可往第2預熱區9流通。於該等加熱區7內部及第2預熱區9內部封入有例如氫氣與氮氣之混合氣體，形成非氧化環境氣體。

於第2預熱區9連接具備有循環風扇17a之循環系統17。循環系統17藉由循環風扇17a自第2預熱區9吸引非氧化環境氣體，使吸引的非氧化環境氣體往第2預熱區9回流。

於加熱區7，為使內部之非氧化環境氣體升溫，而設置輻射管燃燒機8。輻射管燃燒機8以鼓風機8a所供給的燃燒空氣使燃料燃燒而發熱，使非氧化環境氣體升溫。加熱區7之非氧化環境氣體，藉由輻射管燃燒機8之加熱而升溫至700~950℃之程度。於輻射管燃燒機8連接由此排出含有廢熱的排氣之廢熱排出系統10。

於排氣流通之廢熱排出系統10中途設置有高溫側熱交換部11，同時於高溫側熱交換部11下游側設置有低溫側熱交換部12。高溫側熱交換部11與循環系統17連接，以輻射管燃燒機8之高溫廢熱對第2預熱區9之非氧化環境氣體進行加熱。第2預熱區9之非氧化環境氣體，經自加熱區7之熱流入與高溫側熱交換部11之加熱，而維持於例如400℃以上，尤以450~500℃為佳。又，低溫側熱交換部12與空氣導入系統2連接，藉由經高溫側熱交換部11之熱交換而降溫的低溫廢熱對往預熱區4導入之空氣進行加熱。藉由低溫側熱交換部12之導入空氣加熱使預熱區4之空氣環境氣體溫度升溫至200~250℃。

雖未圖示，預熱區4及第2預熱區9之環境氣體溫度，視需要亦可依據設置於該等之溫度感應器所檢測到的溫度訊號，由控制器來控制輻射管燃燒機8、空氣扇2a、循環風扇17a、更至未圖示之設備內RC風扇，藉此進行控制。

又，於連接至預熱區4之排氣系統5，為了對其他製程所使用之液體或氣體等製程媒體以自預熱區4之排氣進行加熱，亦有設置製程用熱交換部13之情況。由於自預熱區4之排氣為熱風，故亦可不經製程用熱交換部13而直接利用於其他製程。

其次，就本實施形態金屬條連續熱處理設備1之作用加以說明。於以本熱處理設備1對金屬條3進行熱處理時，首先係使加熱區7、第2預熱區9及預熱區4之內部環境氣體升溫。

使加熱區7之輻射管燃燒機8發熱以使封入於加熱區7內部之非氧化環境氣體升溫。加熱區7之內部環境氣體亦透過窄通路部15流入至第2預熱區9。包含輻射管燃燒機8運轉所產生的廢熱之排氣流通至廢氣排出系統10。於第2預熱區9，藉由循環風扇17a之運轉，第2預熱區9之內部環境氣體會在循環系統17循環。流通廢氣排出系統10之排氣中高溫廢熱，藉由在高溫側熱交換部11之熱交換而對流通循環系統17的第2預熱區9之內部環境氣體加熱以維持第2預熱區9之內部環境氣體溫度。藉此，輻射管燃燒機8之廢熱可利用於第2預熱區9之非氧化環境氣體之加熱，使排氣溫度降溫。

另一方面，於預熱區4，透過空氣風扇2a之運轉而自空氣導入系統2導入空氣，形成空氣環境氣體。包含有流通廢熱排出系統10之廢熱的排氣，在從高溫側熱交換部11流出後，流入至低溫側熱交換部12。排氣中之低溫廢熱，經低溫側熱交換部12之熱交換對流通空氣導入系統2而導入至預熱區4之空氣進行加熱。藉此，輻射管燃燒機8之廢熱更進一步利用於預熱區4之空氣環境氣體之加熱，排氣溫度更進一步被降溫。包含低溫廢熱之排氣之後從廢熱排出系統10從外部排出。在預熱區4中，當預熱區內壓力超過預設壓力後，利用壓力調整閥6將空氣環境氣體往排氣系統5排出。藉此調整預熱區內壓力。

如此一來，當預熱區4、第2預熱區9及加熱區7之內部環境氣體溫度升溫後，金屬條3從預熱區4之裝入部4a送入而經預熱區4預熱，其次，送入至第2預熱區9以更高溫度預熱，之後，從加熱區7送入進行加熱處理。

另一方面，流通經連接至預熱區4的排氣系統5之排氣，流入到製程熱交換部13，藉此對其他製程中所用之製程媒體加熱，藉由該加熱而成低溫排氣至外部。

於上述說明之本實施形態之金屬條連續熱處理設備1中，在預熱區4與加熱區7之間，具備有以較預熱區4更高溫度對金屬條3進行預熱之第2預熱區9，同時於含有輻射管燃燒機8廢熱的排氣之廢熱排出系統10，在與第2預熱區9的循環系統17連接之高溫側熱交換部11及高溫側熱交換部11的下游側設置有與預熱區4之空氣導入系統2連接的低溫側熱交換部12，故可對用以使加熱區7之環境氣體升溫的輻射管燃燒機8之廢氣進行2階段回收而有效率地利用於金屬條3之預熱，可促進節約能源化。又，可降低輻射管燃燒機8之排氣的排出溫度，可使廢氣排出系統10之出口側構造簡單化。

於廢熱排出系統10，沿著排氣之流動方向，依序配設高溫側熱交換部11與低溫側熱交換部12，於高溫側熱交換部11藉由高溫廢熱對第2預熱區9之高溫環境氣體加熱，於低溫側熱交換部12藉由溫度降低之低溫廢熱對較低溫即可的預熱區4之空氣環境氣體加熱，故可配合該等預熱區4及第2預熱區9之溫度條件，合理地利用輻射管燃燒機8之廢熱。

又，由於自空氣導入系統2導入空氣而形成預熱區4之內部環境氣體，故可確保大量自預熱區4的排氣量，該排氣熱亦可有效利用。於本實施形態中，由於在排氣系統5設置有壓力調整閥6，故可確保該排氣量並適當調整預熱區內壓力。更進一步，由於在排氣系統5設置有製程熱交換部13，故由自排氣系統5排出之排氣對其他製程媒體有效率地加熱，亦可有效利用自預熱區4之排氣熱。

上述實施形態中，作為壓力調整機構，係以設置於排氣系統5之壓力調整閥6為例說明，惟並非限定於此，亦可用起泡器(bubbler)等之壓力釋放手段。

1．．．金屬條連續熱處理設備

2．．．空氣導入系統

2a．．．空氣扇

3．．．金屬條

4．．．預熱區

4a．．．裝入部

4b．．．送出部

5．．．排氣系統

6．．．壓力調整閥

7．．．加熱區

8．．．輻射管燃燒機

8a．．．鼓風機

9．．．第2預熱區

9a．．．導入部

10．．．廢熱排出系統

11．．．高溫側熱交換部

12．．．低溫側熱交換部

13．．．製程用熱交換部

14．．．密封部

15．．．窄通路部

16．．．輥

17．．．循環系統

17a．．．循環風扇

a．．．預熱區

b．．．加熱區

c．．．密封部

d．．．輻射管燃燒機

e．．．熱交換器

f．．．熱交換器

g．．．壓力調整閥

h．．．排氣系統

i．．．金屬條

圖1為表示本發明之金屬條連續熱處理設備之較佳一實施形態之概略構成圖。

圖2為表示習知金屬條連續熱處理設備一例之概略圖。

圖3為表示習知金屬條連續熱處理設備其他例之概略圖。

圖4為表示習知金屬條連續熱處理設備更其他例之概略圖。

1．．．金屬條連續熱處理設備

2．．．空氣導入系統

2a．．．空氣扇

3．．．金屬條

4．．．預熱區

4a．．．裝入部

4b．．．送出部

5．．．排氣系統

6．．．壓力調整閥

7．．．加熱區

8．．．輻射管燃燒機

8a．．．鼓風機

9．．．第2預熱區

9a．．．導入部

10．．．廢熱排出系統

11．．．高溫側熱交換部

12．．．低溫側熱交換部

13．．．製程用熱交換部

14．．．密封部

15．．．窄通路部

16．．．輥

17．．．循環系統

17a．．．循環風扇

Claims (2)

1. 一種金屬條連續熱處理設備，其特徵在於，其具備有：預熱區，於自空氣導入系統所導入之空氣環境氣體中，對連續送入之金屬條進行預熱；加熱區，對自上述預熱區側連續送入之金屬條在非氧化環境氣體中進行加熱；加熱手段，用以使該加熱區之非氧化環境氣體升溫；第2預熱區，於上述預熱區與上述加熱區間，從該預熱區之空氣環境氣體隔絕且與該加熱區連通設置，於非氧化環境氣體中對金屬條以較預熱區溫度高的溫度進行預熱；廢熱排出系統，自上述加熱手段排出廢熱；高溫側熱交換部，設置於該廢熱排出系統，以流通之廢熱對上述第2預熱區之非氧化環境氣體進行加熱；及低溫側熱交換部，於上述廢熱排出系統，設置於上述高溫側熱交換部下游處，以流通之廢熱對導入至上述預熱區之空氣進行加熱。
2. 如申請專利範圍第1項之金屬條連續熱處理設備，其中，設置從上述預熱區排氣之排氣系統，上述排氣系統具備有藉由從上述預熱區之排氣對製程媒體進行加熱之製程用熱交換部。