(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を移送しつつ燃焼火炎で加熱する炉であって、仕切壁によって複数の加熱区域に区切られ、通常バーナの排ガス流の下流側の加熱区域に蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナを設け、前記通常バーナより排ガス流の下流側の加熱区域で前記排ガスと前記蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナとを併用して、段階的に燃焼火炎で加熱する多帯式連続加熱炉において、天井壁との間に前記通常バーナの排ガス流の通路を形成する間隙を有し、排ガス流の上流から見て蓄熱式切替燃焼型バーナのバーナ口が隠れる位置および高さに仕切壁を、両側壁間に掛渡して設置したことを特徴とする連続加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被加熱材を移送しつつ燃焼火炎で加熱する炉であって、仕切壁によって複数の加熱区域に区切られ、通常バーナより排ガス流の下流側の加熱区域で通常バーナの排ガスと蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナとを併用して、段階的に燃焼火炎で加熱する多帯式連続加熱炉において、一部の加熱区域に、蓄熱式切替燃焼型の高効率サイドバーナを設けた炉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炉として、図６に示すような、被加熱材１をつぎつぎに通過させて所定温度に加熱する連続加熱炉が使用される。図６は、多帯式加熱炉の例であり、被加熱材１はスキッドビーム１１上を左から右へと移送され、換熱帯１３、予熱帯１４、加熱帯１５、均熱帯１６を順に通過し、移送方向に多数配置されたバーナ１８の燃焼火炎で加熱される。燃焼排ガスは、均熱帯１６側から予熱帯１４を通り、被加熱材装入口に向けて排ガス流１０を形成し、排気される。
【０００３】
ところで、図７に示すような蓄熱式切替燃焼型バーナ６が知られている。図７は加熱炉の幅方向断面を示し、両側壁３ａおよび３ｂに蓄熱式切替燃焼型バーナ６ａおよび６ｂを対向させて設け、サイドバーナとして使用している。これらバーナ６ａおよび６ｂは蓄熱体を有し、燃焼と蓄熱を交互に行う。図はバーナ６ａで燃焼火炎９を形成している状態を示し、切替弁１９を経て燃料を、切替弁２０を経て燃焼用空気を、それぞれバーナ６ａに供給する。
【０００４】
燃焼火炎９の排ガスは、バーナ６ｂを通し、切替弁２０を経て排気し、排ガスの熱をバーナ６ｂの蓄熱体に蓄える。切替弁１９および２０を切替えてバーナ６ｂで燃焼するとき、燃焼用空気がその蓄熱体で高温予熱される。このようにして燃焼と蓄熱を交互に行うので、廃熱の回収効率が優れている。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炉における実用化が期待されている。
【０００５】
しかし、蓄熱体を持たない通常のバーナを使用する連続加熱炉において、このような高効率の蓄熱式切替燃焼型バーナを、一部の区域、例えば予熱帯に、サイドバーナとして採用する場合に問題が生じた。すなわち、図８に示すように、予熱帯１４には、加熱帯１５から仕切壁１７と被加熱材１との間を通って排ガスが流入し、燃焼火炎９が排ガス流１０により吹き上げられて天井壁２が高温化するとともに、図９のように、燃焼火炎９が曲げられて炉幅方向中央部に達せず、被加熱材に偏熱が生じ、さらに、燃焼火炎９の排ガス主流が対向するバーナに入らず、蓄熱効果が劣化するという問題である。
【０００６】
従来、加熱炉内における排ガス流の制御に関して、特開昭５８−１２３８２８号公報には、鋼片を２列並列に装入する連続加熱炉の予熱帯において、鋼片下に加熱炉から流入する排ガスが、２列の鋼片の間から吹き上がることで伝熱効率が低下するのを防止する技術が開示されている。それは、予熱帯下部のスキッドポストの外側面に沿って、炉床から、鋼片に当接しない高さの仕切壁を設け、該仕切壁の加熱帯側を側壁側に湾曲させて、鋼片と仕切壁により、加熱帯から煙道に抜ける排ガスの流通路を形成するというものである。
【０００７】
また、特開昭６０−３６６１６号公報には、排ガス流の調整によって、炉内圧力と炉幅方向加熱状態を均一化する方法が示されている。それは、炉内の１箇所以上の仕切壁に、垂直軸を中心に回転可能な仕切壁を炉幅方向に配置し、排ガス量や炉温等の条件により、仕切壁の角度を変更して排ガスの流れ分布を調整するものであり、炉温およ炉内圧制御の応答性が速く、炉幅方向の鋼材温度分布の調節が容易である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記各公報の排ガス流制御は、いずれも、蓄熱式切替燃焼型バーナを考慮したものではなく、該バーナを予熱帯等のサイドバーナとして採用する場合の上記問題は解決できない。
本発明は、被加熱材を移送しつつ燃焼火炎で加熱する連続加熱炉において、蓄熱式切替燃焼型の高効率サイドバーナを、予熱帯等、排ガス流の下流側に設けた場合、均熱帯側からの排ガス流によって燃焼火炎の直進性が乱されるのを防止し、被加熱材の炉幅方向偏熱や天井壁の局所的な高温化という問題を解決することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、被加熱材を移送しつつ燃焼火炎で加熱する炉であって、仕切壁によって複数の加熱区域に区切られ、通常バーナの排ガス流の下流側の加熱区域に蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナを設け、前記通常バーナより排ガス流の下流側の加熱区域で前記排ガスと前記蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナとを併用して、段階的に燃焼火炎で加熱する多帯式連続加熱炉において、天井壁との間に前記通常バーナの排ガス流の通路を形成する間隙を有し、排ガス流の上流から見て蓄熱式切替燃焼型バーナのバーナ口が隠れる位置および高さに仕切壁を、両側壁間に掛渡して設置したことを特徴とする連続加熱炉、である。
【００１０】
【作用】
本発明の連続加熱炉を図示の例により説明する。図１は炉幅方向断面透視図であり、被加熱材１がスキッドビーム１１上を手前から奥に向けて移送される。スキッドビーム１１はサポートビーム１２で支持されている。蓄熱体を持たない通常バーナの排ガス流１０が奥から手前に向かっており、排ガス流１０の下流側に、蓄熱式切替燃焼型バーナ６および７を側壁３に設け、サイドバーナとしている。各バーナ６、７は蓄熱体を有し、それぞれ対向するａとｂの対にして設け、図７のように、燃焼と蓄熱を交互に行う。図１は、バーナ６ａおよび７ｂで燃焼火炎９を形成し、その排ガスを対向するバーナ６ｂおよび７ａを通して排気し、蓄熱している。
【００１１】
蓄熱式切替燃焼型バーナ６、７の上流側に仕切壁４を設置している。仕切壁４は、天井壁２との間に間隙を設け、両側壁３ａおよび３ｂの間に掛渡して設置されている。５は天井壁２に固定する支持棒である。このような仕切壁４を設置したことで、通常バーナの排ガス流１０が、図１および図２のように、天井壁２と仕切壁４の間および仕切壁４の下側を通る。このため、図２および図３に示すように、蓄熱式切替燃焼型バーナ６ａ、７ｂ、および８ａの燃焼火炎９は、排ガス流１０による吹上げが防止され、直進性が確保され、その排ガス主流が、対向する各バーナ６ｂ、７ａおよび８ｂに入る。なお、仕切壁４は、図２に示すように、蓄熱式切替燃焼型バーナ６、７および８のバーナ口が隠れる位置および高さとする。
【００１２】
したがって、本発明の連続加熱炉では、蓄熱式切替燃焼型バーナ６、７および８の燃焼火炎９が、炉幅中央部まで十分に到達し、被加熱材１の炉幅方向偏熱が防止され、均熱が達成されるとともに、廃熱回収による高効率特性が十分に生かされる。そして、天井壁の高温化が防止されるので、例えば耐熱温度１６００℃の高温用プラスチックファイバーを使用せず、耐熱温度１４００℃の軽量かつ断熱性の良いセラミックファイバーを使用でき、熱効率の向上と、炉容のコンパクト化が可能である。
【００１３】
本発明において、蓄熱式切替燃焼型バーナを採用する位置は、予熱帯、加熱帯、あるいは均熱帯の一部など、通常バーナの排ガス流の下流側である。そして、蓄熱式切替燃焼型バーナと通常バーナとを併用することで、両者の特長を生かした高効率連続加熱炉とすることができる。すなわち、排ガス流下流側の予熱帯や加熱帯では、高熱効率の蓄熱式切替燃焼型バーナにより急速加熱を行い、上流側の均熱帯では、均熱性の優れた通常バーナにより被加熱材を均温化する。通常バーナとしては、上記サイドバーナのほか、天井壁に設けるルーフバーナや、被加熱材の移送方向に向けて設ける軸流バーナを使用することができる。
【００１４】
蓄熱式切替燃焼型バーナおよび通常バーナの両加熱域の境界には、上記のように仕切壁４を設けて、通常バーナからの排ガス流１０が蓄熱式切替燃焼型バーナに悪影響を及ぼすのを避けるが、排ガス流１０の炉断面平均流速が、蓄熱式切替燃焼型バーナのバーナ口からの平均吐出流速の１／５０以上のとき、仕切壁４が有効に作用する。
【００１５】
炉幅中央部における仕切壁４の高さは、
（炉幅）×ｔａｎ４．５°＋（バーナタイル直径）
以上とすることが望ましい。その理由は、炉温の幅方向均温化のため、炉幅中央まで高温ガス噴流を維持するためであり、バーナから吐出された噴流が約９°の広がりを持つからである。
【００１６】
また、仕切壁４と天井壁２との間隙は、仕切壁４と被加熱材１との距離よりも大きくとることが望ましい。その理由は、排ガス流１０の流量を、被加熱材側よりも天井壁側に多くすることで、燃焼火炎９による天井壁の損傷防止をはかるとともに、被加熱材１への伝導加熱効果を高めるためである。さらに、仕切壁の形は、炉幅や蓄熱式切替燃焼型バーナの特性等に応じて、図４のような各種形態とし、上流側からの排ガス流の炉幅方向分布をある程度調整することができる。
【００１７】
【実施例】
図６のような多帯式連続加熱炉の予熱帯１４に、蓄熱式切替燃焼型バーナをサイドバーナとして採用し、加熱帯１５および均熱帯１６には、蓄熱体を持たない通常バーナを採用して、鋼片の連続加熱を行った。炉幅は１０ｍ，被加熱材１から天井壁２までの高さは２ｍであった。鋼片のサイズは、厚さ２５０mm、幅１５００mm、長さ９ｍであり、幅方向に移送した。
【００１８】
本発明例として、予熱帯１４と加熱帯１５の境界の、被加熱材１の上面側に図４（ａ）の形の高さ１．０ｍの仕切壁４を設け、天井壁２との間隔を０．５ｍ、被加熱材１との間隔を０．４ｍとした。なお、蓄熱式切替燃焼型サイドバーナのバーナ口直径は０．４ｍであった。また、比較例として、本発明例と同位置に、天井壁２との間に間隙がなく、被加熱材との間隔を同様に０．４ｍとした仕切壁１７を設け、その他は本発明例と同様にして、加熱を行った。
【００１９】
比較例では、図８および図９のように、予熱帯における蓄熱式切替燃焼型サイドバーナの燃焼火炎９が、加熱帯から流入する排ガス流１０により吹上げられたが、本発明例では、そのような吹上げは認められなかった。予熱帯出側の鋼片長さ方向温度分布を測定した結果を図５に示す。本発明例は、比較例よりも鋼片長さ方向中央部の温度が高く、かつ、長さ方向端部との温度差が小さく、均熱されていることが明らかである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の連続加熱炉は、被加熱材を移送しつつ燃焼火炎で加熱する連続加熱炉において、予熱帯、加熱帯、あるいは均熱帯の一部など、通常バーナの排ガス流の下流側に蓄熱式切替燃焼型のサイドバーナを設けるとともに、該バーナの上流側に設けた特有の仕切壁により、前記排ガス流で蓄熱式切替燃焼型バーナの燃焼火炎が吹上げられるのを防止することができる。
【００２１】
このため、蓄熱式切替燃焼型バーナの燃焼火炎が炉幅中央部まで十分に到達し、被加熱材の炉幅方向偏熱が防止され、均熱が達成されるとともに、廃熱回収による高効率特性が十分に生かされる。そして、天井壁の高温化が防止されるので、耐熱温度は低くても軽量かつ断熱性の良い炉材を使用でき、熱効率の向上と、炉容のコンパクト化が可能である。したがって、蓄熱式切替燃焼型バーナと通常バーナを併用することで、両者の特長を生かした高効率連続加熱炉とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明加熱炉の例を示す炉幅方向断面透視図である。
【図２】本発明加熱炉の例を示す炉長方向一部縦断面図である。
【図３】本発明加熱炉の例を示す炉長方向一部横断面図である。
【図４】本発明加熱炉における仕切壁の例を示す正面図である。
【図５】本発明例および比較例における鋼片の長さ方向温度分布を示すグラフである。
【図６】従来の多帯式連続加熱炉の例を示す炉長方向縦断面図である。
【図７】従来の蓄熱式切替燃焼型バーナの説明図である。
【図８】従来の多帯式連続加熱炉の一部に蓄熱式切替燃焼型サイドバーナを採用した場合を示す炉長方向一部縦断面図である。
【図９】従来の多帯式連続加熱炉の一部に蓄熱式切替燃焼型サイドバーナを採用した場合を示す炉長方向一部横断面図である。
【符号の説明】
１…被加熱材
２…天井壁
３…側壁
４，１７…仕切壁
５…支持棒
６，７，８…蓄熱式切替燃焼型バーナ
９…燃焼火炎
１０…排ガス流
１１…スキッドビーム
１２…サポートビーム
１３…換熱帯
１４…予熱帯
１５…加熱帯
１６…均熱帯
１８…バーナ
１９，２０…切替弁
【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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【図９】
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