(57)【要約】本発明は、再熱炉１の温度プロファイルを改良する方法に関し、そこでは、フュームの体積が１０体積％を超えて増加しないように複数の酸素燃料バーナが前記炉のデッドゾーン３に配置される。本発明はまた、再熱炉１に関する。
2005501966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品を再熱するための炉の温度プロファイルを改良することにより、再熱製品の生産性及び／または品質を恒久的にまたは一時的に高める方法であって、前記炉は、少なくともデッドゾーンと呼ばれる第１ゾーンを具備し、その中で、前記炉の中に導入された前記製品は、前記製品が前記炉内を移動する方向であって前記第１ゾーンの下流に位置した第２ゾーンから供給される煙道ガスと接触して再熱され、前記第２ゾーンは、初期設備パワーを発生する，一般には空燃バーナ系の，主加熱手段を有し、前記初期設備パワーの少なくとも１０％であり且つ２５％以下を供給するように設計された複数の補助加熱手段が前記炉の前記デッドゾーンに据え付けられ、前記補助加熱手段は前記補助加熱手段が前記デッドゾーンに無い場合に加熱ゾーンで前記主加熱手段によって発生する煙道ガスに対して１０体積％以下の付加的な煙道ガスを発生することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記補助加熱手段によって５体積％以下の付加的な煙道ガスが発生することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記補助加熱手段は、酸化剤が２１％を超える酸素を含有した複数のバーナであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記酸化剤は８８体積％を超える酸素を含有した請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記酸化剤は酸化剤ガス混合物であり、その構成要素の１つは８８体積％を超える酸素を含有した不純酸素であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記混合物の構成成分の１つは空気であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化剤は１体積％乃至１０体積％のアルゴンを含有したことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化剤は０．１体積％乃至１０体積％の窒素を含有したことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記補助加熱手段は、酸素燃料バーナ、電気抵抗加熱素子及び再生式バーナから選択される請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
製品を加熱するための炉であって、酸素燃料バーナ、電気抵抗加熱素子及び再生式バーナから選択される複数の補助加熱手段を装備した第１ゾーンと、少なくとも１つの空燃バーナを有する第２ゾーンとを備え、前記補助加熱手段は、初期設備パワーの少なくとも１０％であり且つ２５％以下を供給するように設計されるとともに前記炉のデッドゾーンに据え付けられ、前記補助加熱手段は前記補助加熱手段が前記デッドゾーンに無い場合に加熱ゾーンで主加熱手段によって発生する煙道ガスに対して１０体積％以下の付加的な煙道ガスを発生することを特徴とする炉。
【請求項１１】
前記補助加熱手段は、前記炉の前記煙道ガスの排出ダクトから離れて配置された請求項１０に記載の炉。
【請求項１２】
前記補助加熱手段の少なくとも幾つかは、前記製品が前記炉に入る前記ゾーンのちょうど上方に配置されたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の炉。
【請求項１３】
前記補助加熱手段の少なくとも幾つかは、前記製品が前記炉に入るゾーンのちょうど下方に配置されたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の炉。
【請求項１４】
前記補助加熱手段の少なくとも幾つかは、天井に設けられた貫通孔２１内に，好ましくは前記製品が移動する方向であって前記デッドゾーンの下流限界に，配置されたことを特徴とする請求項１０乃至請求項１３の何れか１項に記載の炉。
【請求項１５】
前記補助加熱手段の少なくとも幾つかは、前記炉の装入壁に配置されたことを特徴とする請求項１０乃至請求項１４の何れか１項に記載の炉。
【請求項１６】
前記補助加熱手段の少なくとも幾つかは横向きに配置されたことを特徴とする請求項１０乃至請求項１２の何れか１項に記載の炉。
【請求項１７】
前記補助加熱手段は、前記炉への製造の要求に依存して停止または作動させられる請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉の温度プロファイル、特には、製品，より詳細にはスラブやビレットやフラット（flat）製品などの鋼製品，の再熱または焼鈍用の炉の温度プロファイルを改良する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再熱及び／または均熱炉は、一般に、鉄鋼産業，特には連続鋳造サイクル，で使用されている。この連続鋳造サイクルでは、液体金属を注型して中間製品を形成し、それらを、連続鋳造ラインの終わりで圧延機の中に通す前に、再熱炉と呼ばれる少なくとも１つの炉に通過させ、そこで、先の中間製品を可能な限り均一な適当な温度とするか、または、その温度で均熱し、最適条件のもとで後圧延する。
【０００３】
この種の再熱炉及びその使用方法は、例えば、ＥＰ−Ａ−０ ３７０ ９１６（特許文献１）に記載されている。
再熱炉中には、一般に、加熱手段，例えばバーナ，を装備した少なくとも１つのゾーンがあり、冶金製品を再熱または均熱するのに必要なエネルギーを提供する。以下の３つのメインゾーンがしばしば炉，特には再熱炉，内で区別され、これらは、異なる伝熱モードによって特徴付けられる。
【０００４】
−（バーナ、プラズマ、補助加熱などを用いて）燃焼が起こる実加熱または焼成ゾーン。そこでは、周囲温度または製品温度が制御されるとともに、必要であれば管理（regulate）される。このゾーンは、熱が現場発生し、この発生した熱がこのゾーン内の温度を制御及び／または管理する直接的手段であるという事実によって特徴付けられる。
【０００５】
−デッドゾーンとも呼ばれる煙道ガス使い切り（exhaust）ゾーン。そこでは、煙道ガスまたは加熱ゾーンからの雰囲気が、それらのエネルギーの幾分かを炉内に入れた鋼製品へと失う。このゾーンは、プロセスの温度効率を最適化するのを助ける。
【０００６】
−所謂、熱回収ゾーン。このゾーンは、煙道ガスまたは炉を出た雰囲気中に残存しているエネルギーの幾分かを、燃焼に必要な酸化剤へと伝達するのを可能とする熱回収システムを備えている。再循環により、このエネルギーは炉内に導入され、全体のエネルギー収支をさらに最適化する。
【０００７】
外的制限はさておき、電流調整システムは、単に様々な直接的パラメータ（バーナ出力、補助エネルギー、復熱装置における熱交換など）を制御してこれらゾーンを管理することにより、加熱ゾーン及び復熱装置をそれらの公称運転条件で稼動することを可能とする。  対照的に、熱交換は加熱ゾーン及びこれに関連する復熱装置の稼動パラメータに完全に依存するので、炉のデッドゾーンは管理されない。特に、このゾーンにおける熱プロファイルは、それらは炉内の材料流条件（これら材料は煙道ガス及び冶金製品である）及び温度条件に依存するので最適化されない。
【０００８】
一般には炉を運転する者によって課せられる唯一の制約は、このゾーンにおける煙道ガスの「使い切り」（煙道ガスと製品または炉との間の最適な熱交換）であり、これは、煙道ガスが煙道ガス回収システムにダメージを与えず、それらが回収されない場合には煙道ガスによる熱損失を制限するという、煙道ガスがこのゾーンを離れるときの温度への制限に従うものである。
【０００９】
それゆえ、炉の建設では、このゾーンは、加熱ゾーンからの煙道ガスを十分に冷却するように設計される。
図１は、公知の再熱炉の運転及びその運転を改良するために解決すべき問題を良く説明している。
【００１０】
図１では、再熱炉１が、（ビームシステム１４と図１には示していない駆動手段とによって）右から左へと前方に移動している冶金製品５とともに概略的に示されており、これら製品の進行方向は矢印７で示されている。
【００１１】
炉１は、ここでは、温度が１２００℃乃至１４００℃で変化する加熱ゾーン２を備えており、このゾーン２は複数のバーナが据え付けられるとともに１つ以上の管理ゾーンを有している。それらバーナは、この図には示していない。熱空気系統１３のみが概略的に示されている。また、この炉は、デッドゾーン３を含んでいる。これは、一般には、優先的煙道ガス路，そこでは、煙道ガス温度は一般には約９００℃乃至約１０００℃であり、この温度は鋼製品の熱交換による有効予備加熱に十分である，であり、最終的にはデッドゾーン３の一部を形成している熱不足ゾーン４となる。この熱不足ゾーン４は、一般には、鋼製品の入口近傍であって一般にはそれらの上方（特には、煙道ガス回収ライン８が鋼製品の入口下方に位置している場合）に配置される。このゾーンの温度は６００℃乃至９００℃で変化し、この温度は鋼製品の有効予備加熱には低すぎる。
【００１２】
煙道ガスは、酸化剤発生器１１からライン１０を経由して供給される空気（酸化剤）を、復熱装置９で予備加熱するのに使用される。その復熱装置９から出た予備加熱後の酸化剤は、ライン１２を伝ってバーナ１３に供給される（バーナ用の燃料ラインは図１には示していない）。
【００１３】
このような運転モードでは、デッドゾーン３は製造継続時間を通じて殆んど加熱されない。実際には、製造時間の少なくとも一部については、このゾーンをより高い温度にしておいて鋼製品をより良好に予備加熱する可能性がある。
【００１４】
しかしながら、デッドゾーンにおけるこの温度上昇は、炉を出る煙道ガスにこれに対応した温度上昇を生じさせてはならない。これは、デッドゾーン（及び、それゆえに煙道ガス）の温度は例えば約２００℃上昇させることができるが、煙道ガスがそれらの通常の出口温度よりも２００℃高い温度で炉を出るという望ましくない問題が生じるからである。この問題は、炉の出口に復熱装置が無い場合、煙道ガス温度は２００℃高いので、全ての対応する熱エネルギーが失われ、炉の熱（及びそれゆえに財務上の）収支が許容不可能となるというものである。同様に、復熱装置（図１に示すような）がある場合、それは通常はその最高温度で動作する（換言すれば、復熱装置に入る煙道ガスの温度は、復熱装置がダメージを受けることなく耐え得る最高温度に近い）が、それに温度を２００℃高めた煙道ガスを供給することは不可能である。その結果、当業者は、炉を出る煙道ガスの温度を実質的に上昇させることなしに、炉のデッドゾーンの温度，特にはその天井（crown）温度，を実質的に上昇させることの問題に直面する。
【００１５】
【特許文献１】
欧州特許出願公開第０３７０９１６号明細書
【発明の開示】
【００１６】
本発明は、このように提起された技術的問題を解決する。この目的のため、本発明は、炉のデッドゾーン３に配置される（または、炉のデッドゾーンへの熱作用を有する）とともに付加的な煙道ガスを実質的に発生することがない複数の補助加熱手段の使用を提供し、これにより、煙道ガス（及び特には先の付加的な煙道ガス）を介したエネルギー及び特にはこれら補助加熱手段によって発生したエネルギーのどのような実質的伝達をも回避する。
【００１７】
表現「付加的な煙道ガスを実質的に発生する」は、本発明によると、補助加熱手段が無い炉で発生する煙道ガスに対し、付加的な煙道ガスを少なくとも１０体積％発生することを意味すると理解されるべきである。
【００１８】
結果として、本発明によると、補助加熱手段は、これら補助加熱手段の無い炉の他のバーナによって生成する煙道ガスの体積に対し、付加的な煙道ガスを１０体積％を超えて、好ましくは付加的な煙道ガスを５体積％を超えて生成しないように設計されるであろう（炉のこれら他のバーナは、煙道ガス体積を比較する目的で、どちらの場合も同様に稼動することとする）。これら補助加熱手段によって生じるエネルギーは、供給される総エネルギーの２０％まで（または初期設備パワーの２５％まで）を占めてもよい。
【００１９】
本発明によると、それら補助加熱手段は、好ましくは複数のバーナ，これらバーナの少なくとも１つのための酸化剤は酸素富化される（酸化剤中で２１％を超えるＯ2），であり、好ましくは酸化剤が８８体積％を超える酸素（例えば、当業者にはよく知られているように、ＶＳＡ型吸着によって稼動する空気ガス分離ユニットが供給する酸素）、より好ましくは９５体積％を超える酸素を含有するとともに残部が好ましくは本質的にアルゴン及び窒素である工業用純酸素を含有した複数のバーナである。その酸化剤は、１体積％乃至１０体積％のアルゴン及び／または０．１体積％乃至１０体積％の窒素を含有していてもよい。勿論、１００％の酸素を含有した酸化剤が非常に好適である。
【００２０】
酸素系バーナ以外の複数の加熱手段、特には、放射（radiant）パネル（電気抵抗加熱素子）のように付加的な煙道ガスを全く発生しない複数の加熱手段や、実際には通常の煙道ガス系統中に非常に少量の付加的な煙道ガスを発生する複数の放射バーナまたは再生式（regenerative）バーナ，それらは、外気を取り入れ、それを等価容積の煙道ガスとの熱交換によって予備加熱し、それ自体も炉内に取り入れ、煙道ガスの熱的な「使い切り」及びこのように予備加熱された空気のバーナ中における酸化剤（の少なくとも一部）としての使用の後に炉から特定の煙道ガス系統中へと煙道ガスを排出するように設計されているので，が好適であるかも知れない。
【００２１】
補助加熱手段は、一般には、デッドゾーン内に、復熱装置へと続く（そのような復熱装置が存在している場合は）煙道ガス排出ダクトから離れて配置される。煙道ガスはしばしば炉の底部から排出されるので、補助加熱手段は好ましくは炉の上部（天井の近傍）に配置される。しかしながら、逆の状態も可能である。
【００２２】
これら付加的な加熱手段には様々な配置が可能である。例えば、炉壁（図２）内であって製品が炉中へ入るゾーンのちょうど上方に１つ以上のバーナ（または等価物）２０を、または、天井に配置された穴あきブロック（または穴）（図２）に１つ以上のバーナ２１を、または、末端装入壁に１つ以上のバーナ２２を、好ましくは、炎がデッドゾーンの「下流」限界（製品が移動する方向の）で製品が炉中に入る位置に（煙道ガスが流れる方向に）向くように、または製品が炉を出る位置に向くように（煙道ガスに対する向流のように）、またはそれらの双方に向くように配置してもよく、或いは、デッドゾーン内であって炉の側壁の少なくとも１つに１つ以上のバーナを製品と同じ高さに配置してもよく、これら様々なオプションを組み合わせてもよい。
【００２３】
本発明に係る補助加熱手段の炉への取り付けに関しては、特には再熱炉の場合、一般には、区別され得る３つの異なる状態がある。
第１の状態では、加熱ゾーン中でバーナによって供給されるパワーは大きく、炉の最高天井温度限界に達し、煙道ガスは、デッドゾーンを通過した後に、先の最高温度からかなり離れた温度で炉から排出され、その温度で煙道ガスは復熱装置に入る。このタイプの構成では、例え、デッドゾーンにおける炉の壁及び天井の温度が鋼製品を適切に予備加熱するには低すぎるとしても、存在しているバーナで上流（加熱ゾーン中）をさらに加熱することは不可能である。
【００２４】
第２の状態では、第１の状態とは異なり、デッドゾーンの出口での煙道ガス温度は最高であり、加熱ゾーンの天井温度は、この天井が絶え得る最高温度よりも著しく低い。この状態では、加熱ゾーンのパワーを増加させることができるが、デッドゾーンの天井及び／または復熱装置にダメージを与えるという危険を冒すことになる。
【００２５】
最後に、第３の状態では、加熱ゾーンの温度及びデッドゾーンにおける煙道ガス温度の何れもそれらの最高値には到達せず、これは、加熱ゾーン及びデッドゾーンの双方において天井温度をそれらの最高値未満とする。
【００２６】
本発明は、補助加熱手段の使用にあって、それは、煙道ガスの排出位置近傍における炉への実質的なエネルギーの伝達なしに、デッドゾーンにおける製品への熱伝達を増加させることを可能とする。この目的のために、付加的な加熱手段は、特には、デッドゾーンの全てまたは一部をその最高許容温度Ｔmax（天井）まで高めることを可能とし、この温度は、一般には、幾何学的配置及び炉を構成している部品、並びに、付加的な加熱手段の選択及び煙道ガスの速度，特には流速，の選択に依存し、煙道ガス温度が最高許容温度Ｔmax（煙道ガス）を超えないようにする。
【００２７】
この温度の再プロファイリングは、炉のこの部分における最大可能熱伝達を提供する。
温度がプラントの実際の限界または許容され得る熱損失限界よりも著しく低い空間では、製品への熱伝達は、その潜在能力よりも非常に小さい（放射伝達の事実上の欠如及び殆どない対流伝達）。
【００２８】
復熱装置での最高温度限界は、一般には約９００℃である。本発明の他の側面によると、それゆえ、煙道ガスの炉の出口における温度を制御して、この温度を、例えば、煙道ガスの炉出口における温度を測定することで補助加熱手段を管理することによって限界値（例えば、上記の例では９００℃）未満に維持することが必要である。
【００２９】
実際、上記の本発明を実行することにより、炉内に供給される合計のパワーは当初のパワーと比較して５乃至２０％高いことが分かっている。炉の入口における温度プロファイルは、特に以前には殆ど用いられていないゾーン（６００℃〜９００℃）においてより高い（９００℃乃至１２００℃）。生じた製造の増加は、据え付けるパワーレベルに依存して５％乃至２５％である。これら条件下でのエネルギー損失は５％未満である。
【００３０】
本発明によって生じる製造及び／または生産性の増加に加え、後者は、多くの運転上の利益、特には、
−製品の改良された温度均一性、
−製品の改良された表面品質、
−減少した製品変形
を与える。
【００３１】
本発明は、再熱炉で実行された以下の実施例及び本発明の一実施例を示す図２の助けによって、より明確に理解されるであろう。
複数の酸素燃料バーナが、炉のデッドゾーンに据え付けられる。これらバーナのパワーは、既設の炉の空燃パワーの約１０％を占める。
【００３２】
これら酸素燃料バーナが無い場合、試験した炉のデッドゾーンにおける温度は典型的には約６５０℃であり、復熱装置の頂部での温度は約８２０℃（８５０℃未満）であった。
【００３３】
ＶＳＡ型の酸素（酸化剤として供給する酸素は８８％を超えるＯ2を、好ましくは９５体積％を超えるＯ2を含有し、残部は窒素及びアルゴンである）を用いる複数の酸素バーナを据え付け、デッドゾーンにおいて温度を管理して９００℃まで高めた後では、復熱装置の頂部に認め得るほどの温度上昇はない。天井温度の再プロファイリングは、５％のパワーの増加につき、製造に５％の増加をもたらす。
【００３４】
同様の空燃構成は、煙道ガス温度に２０℃の上昇をもたらし、それは、復熱装置の完全に安全な運転とは両立しないであろう。
本発明によると、設定値への温度管理が酸素燃焼手段を付加する前と同様の所謂「デッド」ゾーン３で１１００℃へと高められた場合、製造の増加は１０％までであり、復熱装置での温度上昇は２０℃未満に制限されていた。この最適化された運転は、不要な熱損失なしで、特には復熱装置へのどのような危険を冒すことなく、炉の最適天井温度プロファイルを達成することを可能とする。
【００３５】
比較のため、「デッド」ゾーンに複数の空燃バーナを付加したこと以外は同様の運転を行ったところ、この加熱したデッドゾーンのために付加的な損失を生じ、それは約４倍高く（概算空燃煙道ガス／酸素燃料煙道ガス比）、復熱装置の頂部での温度は１００℃上昇した−復熱装置の非許容（安全ではない）運転である。
【００３６】
図２では、図１と同様の構成要素には同様の参照符号を付している。デッドゾーン４の上方には、酸素取り入れライン１６，１７が概略的に示されており、それらラインは、酸素発生器１８から炉１の側壁に据え付けられた３つの酸素燃料バーナ２０（これとは反対側の壁にも同様のバーナが配置されている）に酸素を供給する。
【００３７】
参照符号２１は、（補助）酸素燃料バーナについての他の可能な配置を示しており、これらはデッドゾーンの補助加熱のために炉の天井に配置されている。それら補助バーナは、炉の殆ど加熱されないゾーン４（ゾーン３の一部）に、例えば、図２において２２で示される位置に据え付けられてもよい。図２ａは、炉のデッドゾーン３の一部を拡大した図であり、これら様々なバーナ２０及び／または２１及び／または２２の位置と各々の炎２３及び２４，第１にはバーナ２１及び２５の場合及び第２にはバーナ２２の場合，を示している。先に説明したように、１つの炎２３または２４のみを選択することが可能であり、双方を選択することも可能である（一方は煙道ガスに対する向流であり、他方は煙道ガスに対する並流である）。
【００３８】
また、本発明に係る方法は、付加的または補助手段は炉に要求される製造／生産性に応じて停止または作動させることができるので、炉を運転する者に製造手段の使用におけるフレキシビリティを提供する。
【００３９】
それゆえ、本発明によると、煙道ガス回収及び/または使い切りゾーンにおける温度を復熱装置の最高温度よりも非常に高くして炉を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】公知の再熱炉の運転及びその運転を改良するために解決すべき問題を説明する図。
【図２】本発明の一実施例を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１…再熱炉、２…加熱ゾーン、３…デッドゾーン、４…熱不足ゾーン、５…冶金製品、７…製品の進行方向、８…煙道ガス回収ライン、９…復熱装置、１０…ライン、１１…酸化剤発生器、１２…ライン、１３…バーナ、１４…ビームシステム、１６…ライン、１７…ライン、１８…酸素発生器、２０…バーナ、２１…バーナ、２２…バーナ、２３…炎、２４…炎。
【図１】
2005501966.tif 000003
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2005501966.tif 000013
2005501966.tif 000014
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2005501966.tif 000018
2005501966.tif 000019
2005501966.tif 000020
2005501966.tif 000021
2005501966.tif 000022
2005501966.tif 000023
【国際調査報告】
2005501966.tif 000024
2005501966.tif 000025
2005501966.tif 000026
2005501966.tif 000027
2005501966.tif 000028
2005501966.tif 000029