(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を通過させつつ蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナで加熱する連続加熱装置において、両側壁の被加熱材通過ラインと平行な同一高さの線上に、それぞれ複数の前記バーナが配設され、一方の側壁の各バーナが、中心軸を他方の側壁の何れかのバーナの中心軸と一致して配設され、かつ、各バーナの中心軸が少なくとも１箇所で別のバーナの中心軸と交差しており、各バーナの燃焼と蓄熱の切替および燃焼ガス吐出量の能動的な変動をさせることのできる制御機構を有していることを特徴とする連続加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の連続加熱装置において、中心軸の一致した複数組のバーナのうち少なくとも１組のバーナは、制御機構により、両側壁で同時に燃焼または蓄熱を行わせ、かつ燃焼時における燃焼ガス吐出量を能動的に変動させることを特徴とする連続加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被加熱材を通過させつつ、蓄熱式切替燃焼型バーナで加熱する連続加熱装置において、炉内のガス温度を均一化することにより、被加熱材の材料温度を均一化する装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スラブやビレット等の鋼片など金属材料を熱間圧延する際、あるいは熱処理する際の加熱装置として、被加熱材をつぎつぎに通過させて所定温度に加熱する連続加熱装置が使用される。加熱源には、一般的にバーナによる燃焼火炎が採用され、被加熱材通過ラインに沿って、両側壁に多数本のサイドバーナが設置されている。そして、各バーナ口が、通過ラインと平行に、上下の側壁に並べて配設され、予熱帯、加熱帯、均熱帯等からなる多帯式連続加熱装置とするのが一般的である。
【０００３】
ところで、高熱効率のバーナとして、蓄熱式切替燃焼型バーナが、特開昭６２−９４７０３号公報などにより知られている。このバーナは、燃焼用空気および燃焼排ガスが流通する蓄熱体を備えていて、２基を対にして設置し、燃焼と蓄熱を交互に行う。一方のバーナで燃焼しているとき、他方のバーナでは、排ガスの廃熱が蓄熱体に蓄積され、燃料および空気の供給を切替えたとき、その蓄熱体で空気が予熱されるので、高温の廃熱が空気予熱に利用される。
【０００４】
近年、優れた蓄熱体が開発されたことにより、高速切替えで高温予熱が可能となり、鋼片加熱用等の高温加熱装置における実用化が検討されている。しかし、蓄熱式切替燃焼型バーナによると、炉内ガスの偏流に起因した被加熱材の偏熱が懸念されている。
【０００５】
一方、加熱炉の均熱に関して、特公平３−４８２４９号公報には、炉内ガスを吸入あるいは吐出するためのボートをバーナタイルに２組設け、各ボートには蓄熱器を接続して、ボートからバーナ火炎に沿って高温ガス流を噴出させることにより、ターンダウン時の火炎の浮上を防止し、炉内温度を一定に保持する技術が記載されている。
【０００６】
しかし、この技術を蓄熱式切替燃焼型バーナに適用しても、炉温に応じて各バーナの燃焼量が同時に変わるため、燃焼ガス噴流の撹拌および混合の力が弱く、局部的な加熱が起こり易い。また２組の各ボートに対して、それぞれ蓄熱器を接続するため、その配管を含めた設備が大規模になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被加熱材を通過させつつ、蓄熱式切替燃焼型バーナで加熱する連続加熱装置において、バーナから吐出する高温燃焼ガス噴流の撹拌および混合作用を促進させ、炉内のガス温度を均一化することにより、被加熱材の材料温度を均一化することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明装置は、被加熱材を通過させつつ蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナで加熱する連続加熱装置において、両側壁の被加熱材通過ラインと平行な同一高さの線上に、それぞれ複数の前記バーナが配設され、一方の側壁の各バーナが、中心軸を他方の側壁の何れかのバーナの中心軸と一致して配設され、かつ、各バーナの中心軸が少なくとも１箇所で別のバーナの中心軸と交差しており、各バーナの燃焼と蓄熱の切替および燃焼ガス吐出量の能動的な変動をさせることのできる制御機構を有していることを特徴とする連続加熱装置である。
【０００９】
また、上記目的を達成する本発明法は、上記本発明の連続加熱装置において、中心軸の一致した複数組のバーナのうち少なくとも１組のバーナは、制御機構により、両側壁で同時に燃焼または蓄熱を行わせ、かつ燃焼時における燃焼ガス吐出量を能動的に変動させることを特徴とする連続加熱方法である。
【００１０】
【作用】
本発明装置を図示の例により説明する。図１は連続加熱装置の長さ方向縦断面の一部を示し、被加熱材Ｓがスキッドビーム１上を通過ラインＬに沿って移送される。通過ラインＬの上下に、複数の蓄熱式切替燃焼型バーナ１１〜１８がサイドバーナとして設けてある。この例では、上下各４基，合計８基のバーナ１１〜１８が、仕切壁５で区切られたゾーン内で、各バーナ口が通過ラインＬと平行な同一高さの線上に配設されている。そして、このようなゾーンがラインＬの方向に続いている。
【００１１】
図２は、幅方向断面、例えば図１のＡ−Ａ矢視断面であり、両側壁４ａおよび４ｂに、蓄熱式切替燃焼型バーナ１１ａおよび１１ｂ、１２ａおよび１２ｂが、それぞれ対向して配設されている。各バーナ１１および１２には、蓄熱体２１および２２が付設されていて、この例では、対向する左右のバーナａとｂを対にして、交互に燃焼と蓄熱を繰り返す。なお、この例はウォーキングビーム方式の移送機構で、２は固定スキッド、３は移動スキッドである。
【００１２】
図２の例では、燃焼用空気が、送風用ブロア８から、空気切替弁４１により蓄熱体２１ｂを通ってバーナ１１ｂへ、空気切替弁４２により蓄熱体２２ｂを通ってバーナ１２ｂへ、それぞれ供給されている。また図示しない系統により、バーナ１１ｂおよび１２ｂへ燃料ガスが供給され、上部ゾーン６、下部ゾーン７ともに、燃焼火炎Ｆは左向きになっている。なお、上部ゾーン６および下部ゾーン７は、両側壁４ａおよび４ｂ、仕切壁５、被加熱材通過ラインＬで区切られたゾーンであり、上部は天井壁側、下部は炉床側である。
【００１３】
上部ゾーン６の排ガスは、バーナ１１ａ、蓄熱体２１ａを通り、顕熱が蓄熱体２１ａに蓄積され、切替弁４１を通って排風用ブロア９により排気される。下部ゾーン７の排ガスは、バーナ１２ａ、蓄熱体２２ａ、切替弁４２を通って同様に排気され、顕熱が蓄熱体２２ａに蓄積される。空気切替弁４１および４２と、図示しない燃料開閉弁を操作して、各バーナ１１および１２の燃焼と蓄熱を切替え、燃焼火炎Ｆを逆向きにし、これを繰り返す。
【００１４】
本発明装置は、このような蓄熱式切替燃焼型バーナによる連続加熱装置において、各バーナの配設位置関係を特定するとともに、燃焼と蓄熱の切替および燃焼制御について特有の制御機構を有するものである。具体例を図３〜図５に示す。図３は上部ゾーンの平面図の例であり、一方の側壁４ａに蓄熱式切替燃焼型バーナ１１ａ、１３ａ、１５ａおよび１７ａが、他方の側壁４ｂに蓄熱式切替燃焼型バーナ１１ｂ、１３ｂ、１５ｂおよび１７ｂが配設されている。各バーナの中心軸１０は、バーナ１１ａと１５ｂ、バーナ１３ａと１７ｂ、バーナ１５ａと１１ｂ、バーナ１７ａと１３ｂが、それぞれ一致し、図示のように交差している。
【００１５】
そして、図示しない制御機構により、図３の例では、中心軸の一致した４組の各バーナについて、両側壁４ａおよび４ｂ側で同時に燃焼または蓄熱を行わせる。すなわち、バーナ１５ａと１１ｂの組および１７ａと１３ｂの組では、両側壁側で同時に燃焼火炎Ｆを形成し、このとき、バーナ１１ａと１５ｂの組および１３ａと１７ｂの組では、両側壁側で同時に排ガスを吸引して蓄熱を行い、それぞれ燃焼と蓄熱を同時に切替える。
【００１６】
また、燃焼または蓄熱を同時に行わせるバーナの組合せは、この他、１３ａと１７ｂおよび１７ａと１３ｂ、１１ａと１５ｂおよび１７ａと１３ｂとすることもできる。
【００１７】
中心軸の一致したバーナが３組の場合は、図４の例のように、２組のバーナについて同時に燃焼または蓄熱を行わせ、１組のバーナについては一方を燃焼、他方を蓄熱とする。同時に燃焼または蓄熱を行わせるバーナは、図４の例に限らず各種組合せを採用することができる。また、中心軸を一致させるバーナの組合せは、１１ａと１５ｂ、１３ａと１３ｂ、１５ａと１１ｂとすることもできる。
【００１８】
図３および図４の例とも、燃焼火炎Ｆを形成している各バーナからの燃焼ガス吐出量を変動させる。そして、各バーナの切替および燃焼ガス吐出量の変動を制御するための制御機構を有している。
【００１９】
次に、本発明装置における制御機構の例を図５に示す。この例は、両側壁４ａおよび４ｂにそれぞれ２個のバーナを有し、２組のバーナ１１ａと１３ｂ、１３ａと１１ｂの中心軸を一致させ、両中心軸１０，１０を交差させている。そして、バーナ１３ａと１１ｂで燃焼火炎Ｆを形成し、１１ａと１３ｂで蓄熱を行い、それぞれ燃焼と蓄熱を交互に行う。燃焼と蓄熱の切替は、図２の例と異なり、同じ側壁のバーナ１１ａと１３ａ、１１ｂと１３ｂを、それぞれ対にして行っている。
【００２０】
図５の例において、側壁４ａ側では、燃焼用空気が、空気切替弁４３でバーナ１１ａおよび１３ａに交互に供給される。図示の状態は、蓄熱体２３ａで予熱されバーナ１３ａに供給されている。燃料ガスは、開閉弁４５を閉、開閉弁４６を開として、バーナ１３ａに供給され、燃焼火炎Ｆを形成している。そして側壁４ｂ側では、空気切替弁４４、開閉弁４７および４８を操作して、バーナ１１ｂで燃焼火炎Ｆを形成している。
【００２１】
また、空気の供給量を流量調整弁４９および５１で、燃料ガスの供給量を流量調整弁５０および５２により制御して、各バーナからの燃焼ガス吐出量を変動させている。各バーナの燃焼と蓄熱の切替、および燃焼ガス吐出量の変動制御は、制御器５３に入力した条件により行われる。
【００２２】
以上説明した本発明装置によれば、両側壁に対向し中心軸を一致させて配設した蓄熱式切替燃焼型バーナにより、同時に燃焼火炎Ｆが形成されるので、該火炎Ｆのガス噴流が衝突し、かつ燃焼ガス吐出量を変動させて、該衝突点を変動させるので、炉内高温ガスの噴流が撹拌および混合される。
【００２３】
そして、排ガスが、燃焼バーナの中心軸と交差する方向に吸引されるので、該噴流の撹拌および混合が促進される。さらに、各バーナの中心軸が少なくとも１箇所で別のバーナの中心軸と交差しているため、図３〜図５に示すように、中心軸１０が側壁４に対して傾斜し、中心軸１０を長くとることができ、前記衝突点の移動範囲が広くとれる。
【００２４】
また、本発明装置において、蓄熱式切替燃焼型バーナは、通常のバーナに比べて燃焼ガスの吐出流量が多いため、衝突の運動エネルギが大きくなる。衝突した噴流は、噴流の中心軸に垂直な平面方向に指向性を持って流れる。
【００２５】
このことから、衝突した噴流が誘起する二次的な流れが、燃焼制御ゾーン内の燃焼ガスを撹拌および混合し、炉内のガス温度を均一化する。したがって、本発明の連続加熱装置により、被加熱材の材料温度を均一化することができる。
【００２６】
なお、本発明装置において、両側壁に対向させ中心軸を一致させた蓄熱式切替燃焼型バーナの組数は、４組（図３）、３組（図４）、２組（図５）の例に限らず、加熱装置の目的、容量に応じて、適宜設計することができる。また、上記説明は上部ゾーンについて行ったが、下部ゾーンについても同様の作用効果が発揮される。
【００２７】
次に、本発明法は、上記本発明装置において、中心軸の一致した複数組のバーナのうち少なくとも１組のバーナは、両側壁で同時に燃焼または蓄熱を行わせ、かつ燃焼時における燃焼ガス吐出量を変動させるものであり、その具体例および作用は、上記本発明装置において説明したとおりである。
【００２８】
【実施例】
［本発明例］：図１に示すような連続加熱装置により、鋼片の連続加熱を行った。加熱炉の大きさは、炉幅が１０ｍ、上部ゾーン６の炉高が２．６ｍ、下部ゾーン７の炉高７が２．２ｍである。均熱帯の上部ゾーンおよび下部ゾーンに左右それぞれ４基の蓄熱式切替燃焼型バーナを設け、左右側壁４ａおよび４ｂの各バーナを図３のように対向させ、中心軸を一致させた。
【００２９】
各バーナの軸間距離は２ｍである。燃料にはコークス炉ガスを使用し、空気比１．０５で燃焼した。各バーナの燃焼と蓄熱の切替、および燃焼ガス吐出量の変動制御は、図５のような制御機構により行った。左右両側壁で同時に燃焼または蓄熱を行うバーナの組合せは、上部ゾーン下部ゾーンとも図３のようにして行った。
【００３０】
上部ゾーン６の炉内ガス温度を熱電対で測定した結果を図７に示す。本発明例○印の温度偏差は１４０℃であり、下記従来例△印の２２０℃に比較して均一化されていることがわかる。また、被加熱材の抽出温度を測定した結果、図８に示すように、本発明例○印の温度偏差は４５℃であり、従来例△印の８０℃に対して均一化されていることがわかる。
【００３１】
［従来例］：本発明例と同様の連続加熱装置において、上部ゾーン下部ゾーンとも、均熱帯の蓄熱式切替燃焼型バーナを図６のように対向させて配設し、各バーナの燃焼と蓄熱の切替を図６のような千鳥配列とした。燃焼ガス吐出量は一定とした。炉内ガス温度分布および被加熱材抽出温度分布は、図７△印および図８△印のとおりであった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明により、蓄熱式切替燃焼型バーナで加熱する連続加熱装置において、バーナから吐出する高温燃焼ガス噴流の撹拌および混合作用が著しく促進され、炉内のガス温度が均一化される。したがって、被加熱材の材料温度が均一化され、従来は困難であった均熱帯への蓄熱式切替燃焼型バーナ適用が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続加熱装置の例を示す炉長方向一部縦断面図である。
【図２】本発明の連続加熱装置の配管系統例を示す炉幅方向縦断面図であり、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明における蓄熱式切替燃焼型バーナの配設例および燃焼蓄熱切替例を示す炉長方向一部横断面図である。
【図４】本発明における蓄熱式切替燃焼型バーナの別の配設例および別の燃焼蓄熱切替例を示す炉長方向一部横断面図である。従来法の例を示す連続加熱装置の炉長方向一部横断面図である。
【図５】本発明における蓄熱式切替燃焼型バーナの別の配設例および別の燃焼蓄熱切替例を示す炉長方向一部横断面図と、配管および制御機構の例を示す説明図である。
【図６】従来例における蓄熱式切替燃焼型バーナの配設および燃焼蓄熱切替を示す炉長方向一部横断面図である。
【図７】本発明例および従来例の炉幅方向温度分布を示すグラフである。
【図８】本発明例および従来例の炉幅方向における被加熱材温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１…スキッドビーム
２…固定スキッド
３…移動スキッド
４…側壁
５…仕切壁
６…上部ゾーン
７…下部ゾーン
８…送風用ブロア
９…排風用ブロア
１０…中心軸
１１〜１８…蓄熱式切替燃焼型バーナ
２１〜２３…蓄熱体
３１，３２…配管
４１〜４４…空気切替弁
４５〜４８…開閉弁
４９〜５２…流量調整弁
５３…制御器
Ｓ…被加熱材
Ｌ…通過ライン
Ｆ…燃焼火炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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