(57)【要約】【課題】ラジアントチューブの開口端部からの輻射熱をより大きく低減することが可能な、新規かつ改良された加熱用バーナ、ラジアントチューブ、および鋼板の加熱方法を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ラジアントチューブの開口端部に装着される加熱用バーナであって、ラジアントチューブ内に支燃ガスを噴出可能な支燃ガスノズルと、支燃ガスノズルの周囲に設けられ、ラジアントチューブ内に燃料ガスを噴出可能な燃料ガスノズルと、を備え、ラジアントチューブから発生する総熱量が目標熱量に到達するために必要な目標流量の支燃ガスが支燃ガスノズルに供給された際に、支燃ガスノズル内の支燃ガスが適正膨張することを特徴とする、加熱用バーナが提供される。【選択図】図１
2018084389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアントチューブの開口端部に装着される加熱用バーナであって、
前記ラジアントチューブ内に支燃ガスを噴出可能な支燃ガスノズルと、
前記支燃ガスノズルの周囲に設けられ、前記ラジアントチューブ内に燃料ガスを噴出可能な燃料ガスノズルと、を備え、
前記ラジアントチューブから発生する総熱量が目標熱量に到達するために必要な目標流量の支燃ガスが前記支燃ガスノズルに供給された際に、前記支燃ガスノズル内の前記支燃ガスが適正膨張することを特徴とする、加熱用バーナ。
【請求項２】
前記支燃ガスノズルは、ラバールノズルであることを特徴とする、請求項１記載の加熱用バーナ。
【請求項３】
前記支燃ガスノズルの流路断面の最小面積Ａｔに対する出口面積Ａｅの比Ａｅ／Ａｔは、以下の数式（１）の条件を満たすことを特徴とする、請求項２記載の加熱用バーナ。
【数１】
2018084389.tif 000012
前記数式（１）中、Ｘは以下の数式（２）で示される。
【数２】
2018084389.tif 000013
前記数式（２）中、Ｐｅは大気圧であり、Ｐ０は前記支燃ガスノズルに前記目標流量の前記支燃ガスが供給された際の前記支燃ガスノズルの入口圧力である。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のバーナを備えるラジアントチューブ。
【請求項５】
請求項４記載のラジアントチューブを用いて加熱対象物を加熱することを特徴とする、加熱方法。
【請求項６】
前記ラジアントチューブの外壁温度の最低温度が燃焼可能温度未満となる場合には、前記支燃ガスノズルに供給する前記支燃ガスの流量を前記目標流量未満とすることを特徴とする、請求項５記載の加熱方法。
【請求項７】
前記加熱対象物は鋼板である、請求項５または６に記載の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱用バーナ、ラジアントチューブ、および鋼材の加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、ラジアントチューブに関する技術が開示されている。ラジアントチューブの開口端部には、加熱用バーナが装着される。そして、加熱用バーナからラジアントチューブ内に燃料ガスおよび支燃ガスが供給される。そして、燃料ガスが支燃ガスと混合され、燃焼することで、ラジアントチューブが加熱される。そして、ラジアントチューブから発生する輻射熱によって加熱対象物が加熱される。このように、ラジアントチューブは、輻射熱により加熱対象物を加熱することができるので、加熱対象物の酸化を抑制しつつ加熱対象物を加熱することができる。ラジアントチューブによる加熱の対象となる加熱対象物は様々であるが、一例として鋼板が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１３４１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６２２０号公報
【特許文献３】特開２００１−１７３９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加熱用バーナから噴出された燃料ガスは、直ちに支燃ガスと混合され、燃焼するため、加熱用バーナの出口付近で燃焼火炎が形成される。このため、ラジアントチューブの開口端部および加熱用バーナの支燃ガスノズルが燃焼火炎によって損傷しやすいという問題があった。そこで、特許文献１、２に開示された技術では、ラジアントチューブの開口端部の内側に保護管を設ける。これにより、ラジアントチューブの開口端部を保護する。特許文献３に開示された技術では、加熱用バーナの支燃ガスノズルの内外周面のそれぞれに保護層を形成する。これにより、支燃ガスノズルが保護される。
【０００５】
ところで、加熱用バーナの出口付近で燃焼火炎が形成されることによる別の問題点として、ラジアントチューブの開口端部からの輻射熱が過剰に大きくなるという問題があった。このため、例えばラジアントチューブによる鋼板を加熱する場合、鋼板の端部が過剰に加熱されてしまう。
【０００６】
この点、特許文献１、２に開示された技術によれば、ラジアントチューブの開口端部の内側に保護管を設ける。このため、保護管による断熱効果によってラジアントチューブの開口端部からの輻射熱が低下することが期待できる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に開示された技術では、開口端部からの輻射熱を十分に低減することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ラジアントチューブの開口端部からの輻射熱をより大きく低減することが可能な、新規かつ改良された加熱用バーナ、ラジアントチューブ、および鋼板の加熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ラジアントチューブの開口端部に装着される加熱用バーナであって、ラジアントチューブ内に支燃ガスを噴出可能な支燃ガスノズルと、支燃ガスノズルの周囲に設けられ、ラジアントチューブ内に燃料ガスを噴出可能な燃料ガスノズルと、を備え、ラジアントチューブから発生する総熱量が目標熱量に到達するために必要な目標流量の支燃ガスが支燃ガスノズルに供給された際に、支燃ガスノズル内の支燃ガスが適正膨張することを特徴とする、加熱用バーナが提供される。
【００１０】
ここで、支燃ガスノズルは、ラバールノズルであってもよい。
【００１１】
また、支燃ガスノズルの流路断面の最小面積Ａｔに対する出口面積Ａｅの比Ａｅ／Ａｔは、以下の数式（１）の条件を満たしてもよい。
【００１２】
【数１】
2018084389.tif 000003
【００１３】
数式（１）中、Ｘは以下の数式（２）で示される。
【００１４】
【数２】
2018084389.tif 000004
【００１５】
数式（２）中、Ｐｅは大気圧であり、Ｐ０は支燃ガスノズルに目標流量の支燃ガスが供給された際の支燃ガスノズルの入口圧力である。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、上記のバーナを備えるラジアントチューブが提供される。
【００１７】
本発明の他の観点によれば、上記のラジアントチューブを用いて加熱対象物を加熱することを特徴とする、加熱方法が提供される。
【００１８】
ここで、ラジアントチューブの外壁温度の最低温度が燃焼可能温度℃未満となる場合には、支燃ガスノズルに供給する支燃ガスの流量を目標流量未満であってもよい。
【００１９】
また、加熱対象物は鋼板であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、適正膨張状態の支燃ガスがラジアントチューブ内に噴出される。したがって、支燃ガスは、噴出後にきれいな超音速の噴流、すなわちポテンシャルコア領域を形成することができる。このポテンシャルコア領域では、支燃ガスは超音速で流動するので、燃料ガスをほとんど巻き込まない。したがって、ポテンシャルコア領域では燃料ガスはほとんど燃焼しない。したがって、開口端部からの輻射熱をより大きく低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る加熱用バーナの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】図１のＢＢ断面図である。
【図４】本実施形態に係るラジアントチューブの適用例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
＜１．加熱用バーナの構成＞
まず、図１〜図３に基づいて、本実施形態に係る加熱用バーナ１０の構成について説明する。加熱用バーナ１０は、ラジアントチューブ１００の開口端部１００ａに設けられる。加熱用バーナ１０は、燃料ガスノズル２０と、支燃ガスノズル３０と、スパークプラグ４０と、外壁部５０とを備える。
【００２４】
燃料ガスノズル２０は、支燃ガスノズル３０の周囲に設けられ、ラジアントチューブ１００内に燃料ガスを噴出可能となっている。具体的には、燃料ガスノズル２０は、基端部２１と、燃料ガス導入管２１ａと、複数の噴出部２２とを備える。
【００２５】
図１および図３に示すように、基端部２１は、中空かつリング状の部材となっており、燃料ガス導入管２１ａに連結されている。燃料ガス導入管２１ａは、図示しない燃料ガス供給装置に接続されており、燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスを基端部２１内に導入する。矢印Ｇ１は燃料ガス導入管２１ａ内に供給される燃料ガスの流動方向を示す。
【００２６】
噴出部２２は、中空の管状部材であり、図１および図２に示すように、支燃ガスノズル３０の周囲に設けられる。噴出部２２の一方の端部は基端部２１に連結され、他方の端部はラジアントチューブ１００内に開口している。噴出部２２は、基端部２１内の燃料ガスをラジアントチューブ１００内に噴出する。ここで、ラジアントチューブ１００内に噴出された燃料ガスの流速は特に問われず、従来と同様であればよい。一例として、燃料ガスの流速は亜音速であってもよい。また、燃料ガスの種類も特に問われず、ラジアントチューブの用途等に応じて適宜選択されれば良い。燃料ガスの種類としては、例えば、コークス炉ガス、天然ガス等が挙げられる。また、燃料ガスノズル２０に導入される燃料ガスの流量（より詳細には、単位時間当りの流量）は、例えば、ラジアントチューブ１００から発生する総熱量が目標熱量に到達するために必要な流量、すなわち目標流量とされる。目標熱量が大きいほど、加熱対象物の温度を高くすることができる。燃料ガスノズル２０には、燃焼可能温度（すなわち、支燃ガスと混合された際に発火する程度の温度）以上の温度を有する燃料ガスが供給されても良いし、燃焼可能温度未満の（例えば、室温程度の）燃料ガスが供給されても良い。ここで、燃焼可能温度は、使用される燃料ガスの種類に応じて異なる。例えば、燃料ガスがコークス炉ガスとなる場合、燃焼可能温度は５００℃程度となる。
【００２７】
支燃ガスノズル３０は、加熱用バーナ１０の中心部分に設けられ、ラジアントチューブ１００内に支燃ガスを噴出可能となっている。支燃ガスノズル３０は、所謂ラバールノズルとなっている。すなわち、支燃ガスノズル３０は、基端部３１と、スロート部３２と、先端部３３とを備える。基端部３１の開口面３１ａは支燃ガスノズル３０の入口となっている。開口面３１ａにおける支燃ガスの圧力はいわゆる入口圧力となる。ここで、支燃ガスは、酸素を含むガスであり、例えば空気、酸素ガスである。支燃ガスノズル３０には、燃焼可能温度以上の支燃ガスが供給されても良いし、燃焼可能温度未満（例えば、室温程度）の支燃ガスが供給されても良い。
【００２８】
スロート部３２は、流路断面積が小さくなる領域である。ここで、流路断面積は、支燃ガスの流路に垂直な断面の面積である。図１の例では、流路断面積は、支燃ガスノズル３０の長さ方向に垂直な断面の面積となる。スロート部３２では、基端部３１からスロート部３２に向かって流路断面積が減少し、スロート部３２から先端部３３に向かって流路断面積が増大する。したがって、スロート部３２内で流路断面積が最小となる。先端部３３の開口面３３ａは支燃ガスの出口となっている。すなわち、先端部３３の開口面３３ａから支燃ガスがラジアントチューブ１００内に噴出される。開口面３３ａにおける支燃ガスの圧力はいわゆる出口圧力となる。
【００２９】
本実施形態では、支燃ガスノズル３０がラバールノズルとなっているので、支燃ガスを支燃ガスノズル３０内で適正膨張させることができる。支燃ガスノズル３０に導入される支燃ガスの流量（より詳細には、単位時間当りの流量）は、ラジアントチューブ１００から発生する総熱量が目標熱量に到達するために必要な流量、すなわち目標流量とされる。そして、本実施形態では、目標流量の支燃ガスが支燃ガスノズル３０に供給された際に、支燃ガスノズル３０内の支燃ガスが適正膨張する。
【００３０】
すなわち、目標流量の支燃ガスが支燃ガスノズル３０の基端部３１に導入された場合、支燃ガスはスロート部３２内で圧縮される。そして、スロート部３２で支燃ガスの流速が音速（Ｍ＝１）に到達する。その後、支燃ガスは、先端部３３内で断熱膨張しながらさらに加速し、先端部３３の開口面３３ａからラジアントチューブ１００内に噴出される。この時、開口面３３ａにおける支燃ガスの圧力は大気圧にほぼ一致しており、支燃ガスの噴流はきれいな超音速噴流となる。すなわち、支燃ガスは適正膨張し、超音速でラジアントチューブ１００内に噴出される。したがって、開口面３３ａにおける支燃ガスの流速は、適正マッハ数（Ｍｐ）となっており、支燃ガスの入口圧力はいわゆる適正入口圧力（Ｐｐ）となっている。
【００３１】
また、支燃ガスノズル３０の流路断面の最小面積（すなわち、スロート部３２の最小面積）Ａｔに対する出口面積（すなわち、開口面３３ａの流路断面積）Ａｅの比Ａｅ／Ａｔは、以下の数式（１）の条件を満たす。図１のｄｔはスロート部３２の最小面積の直径（いわゆるスロート径）（ｍｍ）である。図１のｄｅは、出口面積の直径、いわゆる出口径（ｍｍ）である。
【００３２】
【数３】
2018084389.tif 000005
【００３３】
数式（１）中、Ｘは以下の数式（２）で示される。
【００３４】
【数４】
2018084389.tif 000006
【００３５】
数式（２）中、Ｐｅは大気圧（ａｔｍ）であり、Ｐ０は支燃ガスノズル３０に目標流量の支燃ガスが供給された際の支燃ガスノズルの入口圧力、すなわち適正入口圧力（ａｔｍ）である。なお、適正マッハ数Ｍｐは、以下の数式（３）で示される。
【００３６】
【数５】
2018084389.tif 000007
【００３７】
したがって、数式（１）の条件が満たされるように支燃ガスノズル３０を設計することで、支燃ガスを適正膨張させることができる。支燃ガスノズル３０の具体的な設計方法は以下のとおりである。
【００３８】
すなわち、ラジアントチューブ１００に求められる目標熱量は予め決まっていることが多い。したがって、支燃ガスの目標流量も予め決まっていることが多い。そして、支燃ガスの入口圧力は、支燃ガスの目標流量およびスロート部３２の最小面積Ａｔが決まれば一義的に決まる。そこで、まず、スロート部３２の最小面積Ａｔを決定する。これにより、支燃ガスの入口圧力が決まる。ついで、支燃ガスの入口圧力が適正入口圧力となるように、すなわち、数式（１）の条件が満たされるように、支燃ガスノズル３０の出口面積Ａｅを決めれば良い。
【００３９】
このように、本実施形態では、支燃ガスは、きれいな超音速噴流を形成しながらラジアントチューブ１００内に噴出される。このため、支燃ガスの噴流は、図１に示すように、ポテンシャルコア領域Ａ１を形成する。ポテンシャルコア領域Ａ１では、支燃ガスは超音速で流動するので、燃料ガスをほとんど巻き込まない。すなわち、ポテンシャルコア領域Ａ１では燃料ガスはほとんど燃焼しない。支燃ガスの流速は、支燃ガスがある程度の長さ（ここではＨｐ）だけ流動した後に、ポテンシャルコア領域Ａ１の外縁から減衰していき、亜音速となる。したがって、ポテンシャルコア領域Ａ１を通過した支燃ガスは、ジェットコア領域Ａ２を形成する。流路断面Ｑ１は、ポテンシャルコア領域Ａ１とジェットコア領域Ａ２との境界面を示す。
【００４０】
ジェットコア領域Ａ２は、流速が超音速となる超音速領域Ａ２１と、流速が亜音速となる自由噴流領域Ａ２２とを含む。超音速領域Ａ２１の流路断面積は、支燃ガスが進行するにしたがって小さくなる。つまり、支燃ガスの流束の中心軸（ジェットコア領域Ａ２の流路断面の中心を通る軸）を通る支燃ガスの流速（いわゆる中心速度）が最も高い。自由噴流領域Ａ２２は、支燃ガスの流速が亜音速となっている領域である。自由噴流領域Ａ２２内では、支燃ガスと燃料ガスとが混合される。したがって、自由噴流領域Ａ２２内の混合ガスの温度が燃焼可能温度以上となっている場合、燃焼ガスが燃焼する。すなわち、自由噴流領域Ａ２２の起点Ｒから燃料ガスの燃焼が開始される。すなわち、起点Ｒが燃焼開始位置となる。このように、本実施形態では、燃焼開始位置を開口面３３ａから流路断面Ｑ１までの距離（すなわち、ポテンシャルコア長）Ｈｐ分だけ加熱用バーナ１０から離すことができる。したがって、開口端部１００ａからの輻射熱をより大きく低減することが可能となる。
【００４１】
ここで、支燃ガスが適正膨張することは上述した効果を得る上で非常に重要である。例えば、支燃ガスの出口圧力が大気圧よりも高くなる場合にも、支燃ガスの流速は超音速になる。しかし、支燃ガスは支燃ガスノズル３０から噴出された直後に膨張波を発生する。そして、その反動で圧縮波（衝撃波）が発生する。そして、このような現象が繰り返し発生する。したがって、支燃ガスの噴流は不安定となる。なお、このような支燃ガスの状態は不足膨張状態と称される。この結果、一部の支燃ガスは、支燃ガスノズル３０から噴出された直後から亜音速まで減速する。そして、亜音速まで減速した支燃ガスは、燃焼ガスと混合されてしまう。燃焼ガスは、支燃ガスと混合されると発火する。したがって、上述した効果が十分に得られない。
【００４２】
また、支燃ガスの出口圧力が大気圧よりも低くなる場合にも、入口圧力が十分に高ければ（このときの入口圧力はいわゆる臨界圧力とも称される）、支燃ガスの流速は超音速になる。しかし、支燃ガスは支燃ガスノズル３０から噴出された直後に衝撃波を発生する。そして、その反動で膨張波が発生する。そして、このような現象が繰り返し発生する。したがって、支燃ガスの噴流は不安定となる。なお、このような支燃ガスの状態は過膨張状態と称される。この結果、一部の支燃ガスは、支燃ガスノズル３０から噴出された直後から亜音速まで減速する。そして、亜音速まで減速した支燃ガスは、燃焼ガスと混合されてしまう。燃焼ガスは、支燃ガスと混合されると発火する。したがって、上述した効果が十分に得られない。したがって、支燃ガスが不足膨張する場合、過膨張する場合のいずれも上述したポテンシャルコア領域Ａ１が形成されず、ひいては、加熱用バーナ１０の出口近傍で燃焼火炎が発生してしまう。
【００４３】
ジェットコア領域Ａ２を通過した支燃ガスは、自由噴流領域Ａ３を形成する。流路断面Ｑ２は、ジェットコア領域Ａ２と自由噴流領域Ａ３との境界面を示す。また、ジェットコア領域Ａ２の先端点Ｐは流路断面Ｑ２上に存在し、この先端点Ｐでの支燃ガスの流速はマッハ１（Ｍ＝１）となっている。
【００４４】
自由噴流領域Ａ３は、支燃ガスの流速が亜音速となっている領域である。したがって、自由噴流領域Ａ３内での支燃ガスおよび燃焼ガスの挙動は自由噴流領域Ａ２２と同様である。すなわち、自由噴流領域Ａ３内では、支燃ガスと燃料ガスとが混合される。したがって、自由噴流領域Ａ３内の混合ガスの温度が燃焼可能温度以上となっている場合、燃焼ガスが燃焼する。
【００４５】
ここで、本発明者がラジアントチューブ１００の外壁温度について鋭意検討したところ、本発明者は、支燃ガスの中心速度が３０ｍ／ｓとなる流路断面Ｑ３での燃焼温度が最大となることを知見した。ここで、距離Ｈｐ、Ｈｃ、Ｈｍは以下の数式（４）〜（６）で示される。距離Ｈｃは、開口面３３ａから流路断面Ｑ２までの距離であり、ポテンシャルコア領域Ａ１およびジェットコア領域Ａ２の合計長さに相当する。距離Ｈｍは、開口面３３ａから流路断面Ｑ３までの距離である。
【００４６】
【数６】
2018084389.tif 000008
【００４７】
【数７】
2018084389.tif 000009
【００４８】
【数８】
2018084389.tif 000010
【００４９】
数式（６）において、ｃは室温（２５℃）での音速（３４６．８ｍ／ｓ）であり、数値３０は３０ｍ／ｓを意味する。
【００５０】
数式（４）中のＭｐは、数式（３）によれば、適正入口圧力に応じて変動し、適正入口圧力は、スロート部３２の最小面積Ａｔに応じて変動する。したがって、スロート部３２の最小面積Ａｔを調整することで、燃焼開始位置および流路断面Ｑ３の位置（すなわち、最高温度位置）を調整することができる。したがって、これらの位置を、加熱対象物の大きさ、加熱用バーナ１０から加熱対象物までの距離に応じて調整しても良い。なお、加熱用バーナ１０から加熱対象物までの距離とは、ラジアントチューブ１００を加熱対象物の上側もしくは下側に配置した場合、加熱用バーナ１０から加熱対象物までの水平方向の距離を意味する。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、単に燃焼開始位置を加熱用バーナ１０から離すだけでなく、燃焼開始位置および最高温度位置を任意に調整することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では支燃ガスノズル３０をラバールノズルとしたが、支燃ガスノズル３０はラバールノズルに限られない。すなわち、支燃ガスノズル３０は、支燃ガスノズル３０に目標流量の支燃ガスが供給された際に支燃ガスを適正膨張させることができればどのようなノズルであってもよい。つまり、数式（１）の条件を満たすノズルであればよい。例えば、後述する実施例６で示されるように、ストレートノズルであっても、数式（１）の条件を満たすノズルが存在しうる。
【００５３】
スパークプラグ４０は、燃料ガスおよび支燃ガスの混合ガスに着火することが可能なプラグである。スパークプラグ４０は、例えばラジアントチューブ１００の外壁温度の最低温度が燃料ガスの燃焼可能温度未満であり、かつ、燃焼可能温度未満の支燃ガスおよび燃料ガスが加熱用バーナ１０に供給される場合に使用される。なお、最低温度は、ラジアントチューブ１００の外壁温度のうち、加熱用バーナ１０からラジアントチューブ１００の長さ方向に最も離れた部分の温度である。この場合、ラジアントチューブ１００内で支燃ガスと燃料ガスとが混合されても、着火しない。そこで、スパークプラグ４０により混合ガスを強制的に着火する。なお、加熱用バーナ１０の出口近傍から燃焼を開始する必要があるので、支燃ガスノズル３０から噴出される支燃ガスの流速を少なくとも亜音速まで減じる必要がある。したがって、支燃ガスの流量を目標流量未満として、入口圧力を適正入口圧力未満とする。好ましくは、入口圧力を臨界圧力未満とする。なお、燃焼可能温度以上の燃料ガスおよび支燃ガスを加熱用バーナ１０に供給する場合、スパークプラグ４０による着火は不要である。したがって、この場合、スパークプラグ４０は省略されても良い。外壁部５０は加熱用バーナ１０の他の構成要素を収納する部材である。
【００５４】
＜２．適用例＞
次に、図４に基づいて、ラジアントチューブ１００の適用例について説明する。この例では、ラジアントチューブ１００を用いて鋼板２００を加熱する。また、加熱用バーナ１０には燃焼可能温度未満の（具体的には、室温の）支燃ガスおよび燃料ガスが供給されるものとする。鋼板２００は、矢印Ｓ方向に搬送される。ラジアントチューブ１００は、鋼板２００の厚さ方向の上下に配置される。図４では、鋼板２００の上方に配置されるラジアントチューブ１００のみ示す。ラジアントチューブ１００は、鋼板２００の搬送方向に沿って等間隔に配置される。
【００５５】
ラジアントチューブ１００はＭ字型となっており、２つの開口端部１００ａ、１００ｂのうち、開口端部１００ａに加熱用バーナ１０が設けられる。他方の開口端部１００ｂからは排気ガスが排出される。なお、排気ガスの顕熱を再利用しても良い。
【００５６】
ラジアントチューブ１００を用いて鋼板２００を加熱する場合、まず、目標流量未満の燃料ガスおよび支燃ガスが加熱用バーナ１０に供給される。燃料ガスの流量は目標流量であってもよいし、目標流量未満であってもよい。この場合、支燃ガスは、超音速未満の流速、例えば亜流速でラジアントチューブ１００内に噴出される。したがって、支燃ガスは、ラジアントチューブ１００内に噴出された直後に燃料ガスと混合される。そして、スパークプラグ４０が混合ガスを着火する。これにより、混合ガスが燃焼する。一旦混合ガスが燃焼を開始した後は、スパークプラグ４０を停止する。その後、目標流量の支燃ガスおよび燃料ガスを加熱用バーナ１０に供給する。支燃ガスは、支燃ガスノズル３０内で適正膨張し、超音速でラジアントチューブ１００内に噴出される。これにより、ラジアントチューブ１００内に上述したポテンシャルコア領域Ａ１、ジェットコア領域Ａ２、および自由噴流領域Ａ３が形成される。したがって、燃焼開始位置が加熱用バーナ１０の出口付近から距離Ｈｐだけ離れる。これにより、ラジアントチューブ１００の開口端部１００ａからの輻射熱が低減し、ひいては、鋼板２００の端部の過剰な加熱を抑制することができる。
【実施例】
【００５７】
つぎに、本発明者は、本実施形態の効果を確認するために以下の実施例を行った。本実施例では、支燃ガスとして空気を使用し、燃料ガスとしてコークス炉ガスを使用した。また、これらのガスの温度を室温とした。また、支燃ガスの目標流量を２００Ｎｍ３／ｈとした。そして、スロート径を表１のように設定した。そして、数式（１）、（２）に基づいて出口径および適正入口圧力を算出した。なお、数式（１）において、Ａｅ／Ａｔ＝１．００Ｘが成立するように、出口径および適正入口圧力を算出した。さらに、数式（３）〜（６）に基づいて、適正マッハ数および距離Ｈｐ、Ｈｃ、Ｈｍを算出した。なお、数式（６）において、音速は表１に示す値とした。結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
ついで、表１に示すスロート径および出口径を有する支燃ガスノズル（実施例１〜５ではラバールノズル、実施例６ではストレートノズル）を作製した。そして、支燃ガスノズル３０を用いて加熱用バーナ１０を作製した。そして、この加熱用バーナ１０をＭ字型のラジアントチューブ１００の開口端部１００ａに取り付けた。そして、室温の支燃ガスを２００Ｎｍ３／ｈよりも少ない３０Ｎｍ３／ｈだけ加熱用バーナ１０の支燃ガスノズル３０に供給した。一方、燃料ガスを６Ｎｍ３／ｈだけ加熱用バーナ１０の燃料ガスノズル２０に供給した。この場合、ラジアントチューブ１００内に噴出された支燃ガスの流速は亜音速となる。したがって、ラジアントチューブ１００内に噴出された支燃ガスは、ただちに燃料ガスと混合される。そして、スパークプラグ４０を用いて混合ガスに着火した。その後はスパークプラグ４０を停止した。さらに、支燃ガスを表１に示す目標流量だけ支燃ガスノズル３０に供給した。一方、燃料ガスは４０Ｎｍ３／ｈだけ加熱用バーナ１０の燃料ガスノズル２０に供給した。そして、ラジアントチューブ１００の開口端部１００ａのチューブ外壁温度、距離Ｈｐ、Ｈｍでのチューブ外壁温度を測定した。この結果、開口端部１００ａのチューブ外壁温度（約４００℃）よりも距離Ｈｐ（すなわち、燃焼開始位置）でのチューブ外壁温度（約５００℃）の方が高いことが確認できた。また、距離Ｈｐでのチューブ外壁温度よりも距離Ｈｍ（すなわち、最高温度位置）でのチューブ外壁温度（約６５０℃）の方が高いことが確認できた。また、距離Ｈｍの前後でチューブ外壁温度を測定したところ、距離Ｈｍでのチューブ外壁温度がピークになることが確認できた。また、実施例６によれば、ストレートノズルであっても数式（１）、（２）の条件が満たされれば本実施形態の効果が得られることが明らかとなった。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６１】
１０      加熱用バーナ
２０      燃料ガスノズル
３０      支燃ガスノズル
３１      基端部
３２      スロート部
３３      先端部
１００    ラジアントチューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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