(57)【要約】【課題】予熱される金属製品の全幅にわたって均一な加熱を容易に行うことができ、ひいては低コストで、より複雑でない、工業用炉において金属材料を加熱する方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの加熱ゾーン２０２，２０３のうちの少なくとも１つにおける燃焼のラムダ値、すなわち実際の酸素対燃料と化学量論上の酸素対燃料比との比が１未満であり、少なくとも８５質量％の酸素を含有する酸化剤が少なくとも１つのランス２１２を通じてダークゾーン２０１へ供給され、これにより、酸化剤の少なくとも１つの流れ２１３が金属材料２０６に向けられ、ダークゾーン２０１における酸化剤は、少なくとも１つの加熱ゾーン２０２，２０３から発生する可燃性ガスを燃焼させる。【選択図】図２ａ
2015114101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダークゾーン（２０１）と、該ダークゾーン（２０１）の下流に配置された少なくとも１つの加熱ゾーン（２０２，２０３）であって、少なくとも１つのバーナ（２１０）を使用して加熱される加熱ゾーン（２０２，２０３）とを有する工業用炉（２００）において金属材料（２０６）を加熱する方法であって、前記ダークゾーン（２０１）は、前記工業用炉における全ての燃料供給箇所の上流に配置されており、前記金属材料（２０６）は前記ダークゾーン（２０１）、その後に前記加熱ゾーン（２０２，２０３）を通って搬送され、燃焼ガスは、前記工業用炉（２００）を通って向流で少なくとも１つの加熱ゾーン（２０２，２０３）、その後に前記ダークゾーン（２０１）を通って循環する、方法において、前記少なくとも１つの加熱ゾーン（２０２，２０３）のうちの少なくとも１つにおける燃焼のラムダ値、すなわち実際の酸素対燃料比と化学量論上の酸素対燃料比との比が１未満であり、少なくとも８５質量％の酸素を含有する酸化剤が少なくとも１つのランス（２１２）を通じて前記ダークゾーン（２０１）へ供給され、これにより、前記酸化剤の少なくとも１つの流れ（２１３）が前記金属材料（２０６）に向けられ、前記ダークゾーン（２０１）における前記酸化剤は、前記少なくとも１つの加熱ゾーン（２０２，２０３）から発生する可燃性ガスを燃焼させることを特徴とする、工業用炉において金属材料を加熱する方法。
【請求項２】
前記バーナ（２１０）はエアバーナであり、１未満の前記ラムダ値は、前記エアバーナに供給される空気の量を減じることによって達成される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのランス（２１２）が前記ダークゾーン（２０１）の天井に配置されており、酸化剤の前記少なくとも１つの流れ（２１３）が前記金属材料（２０６）に向かって下方へ向けられる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記酸化剤と、前記少なくとも１つの加熱ゾーン（２０２，２０３）において提供される余剰燃料とを含む燃焼の燃焼パワーは、前記工業用炉（２００）の合計燃焼パワーの多くとも約１０％である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記工業用炉（２００）は、ウォーキングビーム炉、プッシャ炉または環状炉である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
一方では、噴射された高酸素酸化剤における、酸化剤ランス（２１２）ごとの単位時間当たりに噴射される酸素の量と、他方では、各ランス（２１２）のオリフィスと前記金属材料（２０６）との間の距離との関係が、実際に与えられた噴射速度の場合に、前記酸化剤が、前記金属材料（２０６）の表面に衝突する前に前記ダークゾーン（２０１）に存在する可燃性ガスと混合され、混合されていない酸化剤が前記金属材料（２０６）とほとんど直接接触しないようになっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
噴射方向で測ったときの前記ランス（２１２）のオリフィスと前記金属材料（２０６）との間の距離（Ｈ）は、少なくとも２ｍである、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記ランス（２１２）のオリフィスにおける前記酸化剤の速度は、少なくとも１００ｍ／ｓである、請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
前記ランス（２１２）のオリフィスにおける前記酸化剤の速度は、３００ｍ／ｓ〜４５０ｍ／ｓである、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化剤は、少なくとも９５％の酸素を含む、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
既存の工業用炉（１００）をアップグレードする方法であって、前記工業用炉（１００）は、アップグレード前には、１つまたは複数の既存のバーナ（１１０）の使用のみによって加熱されるように配置されており、かつダークゾーン（１０１）と、該ダークゾーン（１０１）の下流に配置された少なくとも１つの加熱ゾーン（１０２，１０３）とを有しており、該加熱ゾーン（１０２，１０３）は、少なくとも１つのバーナ（１１０）を使用して加熱されるように配置されており、加熱される金属材料（１０６）は、前記ダークゾーン（１０１）、その後に前記加熱ゾーン（１０２，１０３）を通って搬送されるように配置されており、燃焼ガスは、向流で前記工業用炉（１００）を通って、少なくとも１つの前記加熱ゾーン（１０２，１０３）、その後に前記ダークゾーン（１０１）を通って循環するように配置されている、既存の工業用炉（１００）をアップグレードする方法において、
前記工業用炉（１００）は、少なくとも８５％の酸素を含有する酸化剤の流れ（２１３）を前記ダークゾーン（１００）に供給するように配置された少なくとも１つの酸化剤ランス（２１２）が追加されており、前記工業用炉（１００）は、次いで、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法に従って作動させられ、少なくとも１つの前記既存のバーナ（１１０）によって供給される酸素の量を、アップグレードの前の作動と比較して減じ、酸素供給の結果的な減少を、噴射される酸化剤によって補償することを特徴とする、既存の工業用炉（１００）をアップグレードする方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの既存のバーナ（１１０）のうちの少なくとも１つが既存のエアバーナであり、前記減じられた供給される酸素量を、前記少なくとも１つの既存のエアバーナに供給される空気の量を減じることによって達成する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から９までのいずれか１項記載の作動中に単位時間当たりに搬入される金属材料（１０６）の量を、前記ダークゾーン（１０１）からの煙道ガス出口（１０４）においてほぼ同じ煙道ガス温度を維持するために、アップグレード前の作動と比較して増大する、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
酸化剤の前記流れ（２１３）が前記金属材料（１０６）に向かって下方へ方向付けられるように配置されるように、前記ランス（２１２）を前記ダークゾーン（１０１）の天井に配置する、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用炉において金属材料を加熱する方法に関する。本発明は、燃焼効率を高めるために、エアバーナ加熱式工業用炉をアップグレードする方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
スラブ、ビレットおよびブルーム等の金属材料は従来、エアバーナを使用して加熱される工業用炉において加熱され、工業用炉においては、バーナによって空気が供給されながら燃料の燃焼が生じる。向流炉においては、燃焼生成物は金属材料の搬送方向に関して上流に向かって流れ、これにより、エアバーナに近づいていく材料を加熱する。このような炉では、従来いわゆるダークゾーンが存在しており、ダークゾーンにおいて、充填された金属材料は、炉の１つまたは複数の加熱ゾーンに進入する前に、向流で流れる燃焼ガスによって予熱される。
【０００３】
１つの問題は、このプロセスにおいて大きな体積の窒素が加熱されるため、空気燃焼が非効率であるということである。したがって、上述の炉における空気と置き換えるために高酸素酸化剤を使用することが望ましい。
【０００４】
このような炉の場合、エアバーナをいわゆる酸素燃料バーナ、すなわち、空気ではなく高酸素酸化剤が供給されるバーナと置き換えることが提案されてきた。しかしながら、このようなバーナを据え付けるのは高コストであることに加え、これは、炉およびダークゾーンを流過する燃焼生成物の体積がより小さくなることにつながり、ひいては、充填された金属製品の予熱の効率が低下する。この問題を解決するために、ダークゾーンにおける天井を低くし、これにより、ダークゾーンの体積を減じ、燃焼生成物の単位体積当たりのダークゾーンにおける金属製品の予熱を高めることが提案されてきた。しかしながら、これは、ダークゾーンの下流における主炉空間における圧力を高めることにつながり、この空間における漏れのリスクを高める。
【０００５】
別の可能性は、付加的なバーナをダークゾーンに配置することである。しかしながら、とりわけ、多くの炉はかなり幅広であり、金属材料表面の過熱のリスクなしに、予熱される金属製品の全幅にわたる均一な加熱を行うことが困難であるため、これは高コストでかつ複雑であることが分かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、前記問題を解決して、予熱される金属製品の全幅にわたって均一な加熱を容易に行うことができ、ひいては低コストで、より複雑でない、工業用炉において金属材料を加熱する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、ダークゾーンと、ダークゾーンの下流に配置された少なくとも１つの加熱ゾーンであって、少なくとも１つのバーナを使用して加熱される加熱ゾーンとを有する工業用炉において金属材料を加熱する方法であって、前記金属材料はダークゾーンを通り、その後に加熱ゾーンを通って搬送され、燃焼ガスは、工業用炉を通って向流で少なくとも１つの加熱ゾーンを通って、その後にダークゾーンを通って循環する、方法において、前記少なくとも１つの加熱ゾーンのうちの少なくとも１つにおける燃焼のラムダ値、すなわち実際の酸素対燃料比と化学量論上の酸素対燃料比との比が１未満であり、少なくとも８５質量％の酸素を含有する酸化剤が少なくとも１つのランスを通じてダークゾーンへ供給され、これにより、前記酸化剤の少なくとも１つの流れが金属材料に向けられ、ダークゾーンにおける前記酸化剤は、少なくとも１つの加熱ゾーンから発生する可燃性ガスを燃焼させることを特徴とする、方法に関する。
【０００８】
以下で、発明の例示的な実施の形態及び添付の図面を参照して発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１ａ】エアバーナを使用して加熱される従来の工業用炉の単純化された、部分的に省略された側面図である。
【図１ｂ】図１ａの炉の単純化された、部分的に省略された平面図である。
【図２ａ】本発明による方法を使用して作動させるように配置された工業用炉の単純化された、部分的に省略された側面図である。
【図２ｂ】図２ａの炉の単純化された、部分的に省略された平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１ａおよび図１ｂは、共通の参照符号を使用して、バーナ１１０によって加熱されかつダークゾーン１０１と、２つの燃焼される加熱ゾーン１０２，１０３とを有する工業用炉１００を示している。加熱ゾーン１０２，１０３に配置されたバーナ１１０からの高温の燃焼ガスは、炉１００を通って向流で、概して上流方向１１１に、順に加熱ゾーン１０３、加熱ゾーン１０２、その後ダークゾーン１０１を通って循環し、その後、燃焼ガスは煙道もしくは煙突１０４を通って出ていく。バーナ１１０は、エアバーナであってよく、これは以下に説明するアップグレードにおける好適な場合であるが、酸素補助式エアバーナ、または空気よりも多くの酸素を含有する酸化剤によって直接的に駆動されるバーナをも含むその他のバーナタイプも可能である。このようなバーナとエアバーナとの組合せも予見可能である。以下では、バーナ１１０はこのような様々なタイプのものであってよいことが理解される。
【００１１】
加熱される金属材料１０６は、方向１１１とは反対の概して下流方向１０９へ、コンベヤベルト等の搬送装置１０５（以下参照）によって搬入箇所１０７から搬出箇所１０８へ搬送される。金属材料がブランク、スラブまたはビレットの形態であり、好適には鋼、好適にはステンレス鋼、好適には例えば研削された表面を有する鋼材料などの低い放射率を有する鋼材料によって形成されていることが好ましい。すなわち、このような鋼は、本発明の方法によって提供される改良された熱エネルギ伝達効率とともに使用するのに特に適している。炉１００は、好適には、ウォーキングビーム炉、プッシャ炉または環状炉であり、したがって、搬送装置１０５は、当該炉の種類に適した種類のものである。
【００１２】
ここで、“ダークゾーン”という用語は、好適には、金属材料１０６の移動方向１０９に関して、１つまたは複数のバーナ１１０を使用して加熱される加熱ゾーン１０２，１０３の上流に配置されたゾーンとして理解されるべきである。好適には、ダークゾーン１０１は、方向１０９で見て、工業用炉１００における全ての燃料供給箇所の上流に配置されている。ダークゾーン１０１は、第１の燃焼される加熱ゾーン１０２に達する前に、炉１００に搬入された金属材料１０６を予熱するように配置されている。
【００１３】
すなわち、両加熱ゾーン１０２，１０３は、炉１００の側壁に沿って配置された一連のバーナ１１０を使用して加熱される。好適には、バーナは、空気などの供給された酸化剤と共に燃焼される固体、液体または気体燃料を使用して作動させられ、これにより、空間１０２，１０３を加熱する。窒素、二酸化炭素、水等を含む燃焼生成物は、向流で、方向１１１に、炉１００を通って上流へ出口１０４に向かって循環する。
【００１４】
炉が、１つの加熱ゾーンのみを有するか、３つ以上の加熱ゾーンを有してもよいことが理解される。
【００１５】
図２ａおよび図２ｂは、共有された参照符号によって、本発明による工業用炉２００を示している。炉１００に関して説明したものは、適用可能な場合、炉２００に関しても当てはまる。すなわち、炉１００と同様に、炉２００は、１つのダークゾーン２０１と、２つの加熱ゾーン２０２，２０３とを有する。金属材料２０６は、ほぼ方向２０９で、搬送装置２０５によって搬入入口箇所２０７から出口２０８へ搬送される。加熱ゾーン２０２，２０３に配置された一連のバーナ２１０から生じた燃焼ガスは、向流で、ほぼ上流方向２１１へ、炉２００に沿って循環し、煙道または煙突２０４を通じて排出される。バーナ１１０と同様に、バーナ２１０は、好適にはエアバーナ、最も好適にはエアバーナのみであるが、空気よりも多くの酸素を含む酸化剤によって部分的にまたは完全に駆動されるかまたは補助されてもよい。
【００１６】
以下では、従来の炉１００と本発明による炉２００との相違を説明する。
【００１７】
本発明によれば、前記少なくとも１つの加熱ゾーン２０２，２０３のうちの少なくとも１つにおける燃焼のラムダ値は１未満である。ラムダ値は、実際の酸素対燃料比と、化学量論上の平衡状態にあるときの酸素対燃料比との比である。図１ａおよび図１ｂの従来の工業用炉１００では、バーナ１１０への酸素および燃料の供給は、燃焼が化学量論的平衡状態において行われるように、釣り合わされている。しかしながら、これとは対照的に、炉２００のゾーン２０２，２０３を加熱するバーナ２１０への酸素および／または燃料の供給は、供給される燃料に対して比較的少ない酸素が供給されるように変更されている。その結果、最も上流に配置された加熱ゾーン２０２からダークゾーン２０１内へ循環する結果的な燃焼ガスは余剰の可燃性ガスを搬送する。このような可燃性ガスは、燃焼されなかった燃料ガスおよび／または加熱ゾーン２０２，２０３における燃料の不完全燃焼の結果生じる、ＣＯ、Ｈ2等の形態の可燃性ガスの形態であってよいことが理解される。
【００１８】
バーナ２１０がエアバーナである好適な実施の形態では、１未満の前記ラムダ値は、前記エアバーナ２１０に供給される空気の量を減じることによって達成される。
【００１９】
さらに、本発明によれば、少なくとも８５質量％、好適には少なくとも９５質量％の酸素を含む酸化剤、好適には工業的に純粋な酸素が、ダークゾーン２０１内へ開口するように配置された少なくとも１つの酸化剤ランス２１２を通じて供給される。その結果、前記高酸素酸化剤の少なくとも１つの流れ２１３は、金属材料２０６に向けられる。また、前記高酸素酸化剤は、ダークゾーン２０１において、少なくとも１つの上流の加熱ゾーン２０２，２０３から発生した上述の可燃性の余剰のガスをも燃焼させる。
【００２０】
全ての加熱ゾーン２０２，２０３およびダークゾーン２０１における燃焼を合計した合計燃焼が、化学量論的平衡状態、または少なくとも化学量論的平衡に近い状態に達し、これにより、燃焼生成物が煙道２０４を通じて排出される前にほぼ全ての燃料が燃焼させられることが好ましい。
【００２１】
バーナを通じて供給される酸素の量を減じ、ダークゾーンにおいてランスによって噴射される高酸素酸化剤を使用して、より少ない量の酸素から生じる減じられた量の酸素を置き換えることにより、窒素バラストが減少し、これはひいては炉２００の効率を高める。噴射された酸化剤が、加熱ゾーン２０２，２０３からの可燃性ガスと接触したときに生じる付加的な燃焼は、ダークゾーンにおける温度上昇を生じる。これは、最初に説明したように、エアバーナ２１０を酸素燃料バーナと置き換えただけの場合のダークゾーン２０１における金属材料２０６への低い熱伝達率の問題を解決する。
【００２２】
ダークゾーン２０１における燃焼は、上述の燃料を直接に含む加熱ゾーン２０２，２０３における燃焼よりも低いグレードの燃料（すなわち希釈された不完全な燃焼生成物）を含むので、ダークゾーン２０１における火炎温度もその結果低くなる。これは、ＮＯｘ生成の低下につながる。その結果、プロセスの合計ＮＯｘ排出量は、対応する従来の場合と比較して減じられる。
【００２３】
さらに、高酸素酸化剤はまだ比較的低温の金属材料２０６の表面に向かって噴射されるので、余分な熱が前記表面に加えられ、これにより、金属材料は効率的に予熱される。
【００２４】
まだダークゾーンにあるときは金属材料２０６の表面はまだ比較的低温であることが、過熱を生じにくくする。
【００２５】
他方では、高酸素酸化剤の噴射は好適には、前記酸化剤が金属材料２０６の表面と直接接触することを生じるべきではない。１つの好適な実施の形態では、一方では、噴射された高酸素酸化剤における、酸化剤ランス２１２ごとの単位時間当たりに噴射される酸素の量と、他方では、ランス２１２のオリフィスと金属材料２０６との間の距離との関係が、噴射された酸化剤が、金属材料２０６の表面に衝突する前にダークゾーン２０１に存在する可燃性ガスと混合し、混合されていない酸化剤が金属材料２０６と直接接触しないようになっている。言い換えれば、噴射される酸素の量は十分に少なく、ランス２１２のオリフィスと金属材料２０６との間の距離は十分に大きいので、酸化剤がダークゾーン２０１において可燃性ガスと十分に混合され、混合されていない高酸素酸化剤が金属材料２０６の表面にほとんど到達しない。噴射される酸素の前記少ない量と、ランスオリフィス２１２と材料２０６との間の前記大きな距離とは以下のように決められる。すなわち、高いほうが望ましい（以下参照）ある噴射速度が与えられ、かつ場合によっては、噴射された酸化剤における任意の酸素濃度も与えられると、確定されることが好ましい。
【００２６】
ランス２１２の方向で測ったランス２１２のオリフィスと金属材料２０６との間の距離Ｈは好適には少なくとも１．５ｍ、より好適には少なくとも２ｍである。図２ａにおいて、ランス２１２は鉛直方向に向けられているのでＨは鉛直方向距離を示している。ランスが傾けられている場合、距離Ｈは鉛直方向ではない方向で測られることが理解される。
【００２７】
このように、噴射動作は、結果として金属材料２０６の過熱のリスクを生じることなく、高温ガスをダークゾーン２０１において金属材料２０６の表面に向かって押し付ける。その代わりに、“柔軟な”火炎を金属材料２０６の幅の大部分、またはほぼ全幅にわたって配置することができ、ダークゾーン２０１を通過しながら金属材料２０６を効率的に予熱する。図面には、火炎は燃焼ゾーン２１４によって示されており、この燃焼ゾーン２１４全体にわたって、噴射された酸化剤と、不完全燃焼されたガスとの二次燃焼が生じる。
【００２８】
これを達成するために、方向２０９に対してほぼ垂直に配置された、高酸素酸化剤ランス２１２の少なくとも１つの列、好適には少なくとも２つのほぼ平行な列が、それぞれの列に少なくとも３つのランスを有するように配置され、これにより、方向２０９に対して垂直な、金属材料２０６の全幅にわたって高酸素濃度酸化剤のほぼ均一な濃度を達成することが好ましい。
【００２９】
少なくとも１つのこのようなランス２１２がダークゾーン２０１の天井に配置されており、酸化剤の関連する流れ２１３が金属材料２０６の表面に向かってほぼ下方へ向けられていることが特に好ましい。しかしながら、流れ２１３が方向２０９に僅かに傾けられていてもよく、流れ２１３が鉛直方向から加熱ゾーン２０２に向かってずらされている。適切な角度は鉛直方向から約５〜１５°である。金属材料２０６を包囲するガスのさらにより均一な温度分布を達成するために、天井に取り付けられたランスが、ダークゾーン２０１の側壁に取り付けられたランスによって補助されてもよいことも理解される。
【００３０】
これに代えて、噴射された高酸素酸化剤が炉ガスを下流方向２０９へ推進するようにランスを傾けることができる。これは乱流を高め、ひいては火炎サイズを減じ、ひいては、過熱のリスクを減じる。特に、このような傾いたランスは、加熱されるゾーン２０２，２０３から到達する燃焼生成物と、噴射された高酸素酸化剤との混合を高めるために、ダークゾーン２０１の最も下流に配置された部分において有効であり得る。好適な噴射角度は、この場合、鉛直方向に対して３０〜４５°であり、ランス２１２のオリフィスが下流方向２０９を向くように傾けられている。
【００３１】
金属材料２０６の表面を過熱するリスクを回避するために、全体で供給される酸素の僅かな部分だけが、噴射された高酸素酸化剤からのものであることが好ましい。１つの好適な実施の形態によれば、噴射された高酸素酸化剤と、バーナ２１０によって供給される余剰燃料とを含む燃焼反応の燃焼パワーは、炉２００の全体の燃焼パワーの多くとも約１０％である。すなわち、単位時間当たりの供給される酸化剤の総量は小さく、好適には、単位時間当たりにダークゾーン２０１を通って循環する燃焼ガスの量と比較して、体積の１０分の１〜１００分の１でしかない。
【００３２】
さらに、各ランス２１２のオリフィスにおける酸化剤の速度は少なくとも１００ｍ／ｓ、より好適には３００ｍ／ｓ〜４５０ｍ／ｓであることが好ましい。比較的小さな噴射される体積と、高い噴射速度との組合せは、極めて強い乱流の、希釈された、“柔軟な”火炎を生じ、この火炎は、金属材料２０６の表面に向かって下方へ押し付けられ、過熱のリスクなしに金属材料２０６の表面を効率的に予熱する。各ランスを通じて約２００〜５００Ｎｍ3／ｈの高酸素酸化剤が提供されることが好ましい。
【００３３】
特に好適な実施の形態によれば、炉１００のような従来の炉は本発明による作動のためにアップグレードされる。換言すれば、アップグレード前は１つまたは複数の既存のバーナ１１０の使用によって加熱されるように配置されておりかつダークゾーン１０１と、ダークゾーン１０１の下流に配置された少なくとも１つの加熱ゾーン１０２，１０３とを有し、この加熱ゾーン１０２，１０３は前記バーナ１１０を使用して加熱されるように配置されており、金属材料１０６は、ダークゾーン１０１、その後に加熱ゾーン１０２，１０３を通って搬送され、燃焼ガスは、向流で炉１００を通って、加熱ゾーン１０３および１０２、その後にダークゾーン１０１を通って循環する、工業用炉１００は、少なくとも８５％、好適には少なくとも９５％の酸素、好適には工業的に純粋な酸素を含む酸化剤の流れ２１３をダークゾーン１０１へ供給するように配置された少なくとも１つの酸化剤ランス２１２をこの工業用炉１００に追加することによってアップグレードされる。その後、炉１００は、図２ａおよび図２ｂに関して上述したように作動させられる。すなわち、少なくとも１つのバーナ１１０によって供給される酸素の量は、アップグレード前の作動と比較して減じられ、加熱ゾーン１０２，１０３のラムダ値は減じられ、酸素供給の結果的な減少は、噴射される高酸素酸化剤によって補償される。好適には、酸素減少状態において作動させられるこれらのバーナの合計酸素要求の約１０％〜５０％、より好適には約２０％〜３０％は、噴射される高酸素酸化剤によって提供されることが理解される。
【００３４】
少なくとも１つの既存のバーナ１１０のうちの少なくとも１つが既存のエアバーナである好適な実施の形態では、前記減じられた供給される酸素量は、前記少なくとも１つの既存のエアバーナに供給される空気の量を減じることによって達成される。
【００３５】
このようなアップグレードは、バーナ１１０のうちの幾つかまたは全てを対応する酸素燃料バーナと交換することと比べて極めて費用対効果が高く、最初に説明した問題を解決する。
【００３６】
煙道１０４を通じて出ていく燃焼ガスの総量は、任意の合計燃焼パワーにおいて、アップグレード前よりも少ないので、作動中に単位時間当たりに搬入される金属材料１０６の量は、ダークゾーン２０１からの煙道ガス出口１０４におけるほぼ同じ煙道ガス温度を維持するために、アップグレード前の作動と比較して、増大される。換言すれば、高酸素酸化剤の導入によって生ぜしめられる効率増大は、好適には、使用される燃料の量を減じるためではなく、生産速度を高めるために利用される。
【００３７】
バーナ２１０に提供される酸素の前述の減少の代わりに、またはそれに加えて、単位時間当たりで、加熱されるゾーン２０２，２０３に提供される上述の燃料の量を、１未満の前記ラムダ値を達成するために増大することができる。
【００３８】
さらに、出口１０４におけるガス温度が約８００〜９００℃に保たれるように搬入速度が調節されることが好ましい。
【００３９】
一例として、３つの加熱ゾーン（材料搬送方向の順に、Ｚ１＝２０ＭＷ、Ｚ２＝２０ＭＷ、およびＺ３＝５ＭＷ）を備えるエアバーナ燃焼炉は、本発明に従って、ダークゾーンの天井に高酸素酸化剤ランスを取り付けることによってアップグレードされた。
【００４０】
アップグレードの後、最も下流に配置されたゾーンＺ２およびＺ３は、２６８１９Ｎｍ3／ｈの空気と、２４５７Ｎｍ3／ｈの天然ガスとで従来の形式で燃焼された（合計燃焼パワー２５ＭＷ）。結果として生じた燃焼生成物は以下の組成を有していた。
【００４１】
【表１】
2015114101.tif 000003
【００４２】
ゾーンＺ２およびＺ３とは対照的に、もともと２０ＭＷであったゾーンＺ１は、酸素欠乏状態で燃焼させられ、これにより、既存のエアバーナを通じて供給された空気を用いて１８ＭＷしか燃焼させられなかった。１９６６Ｎｍ3／ｈの天然ガスが、１７７４５Ｎｍ3／ｈの空気で燃焼させられた。ゾーンＺ１における、ラムダ＝０．９２４を備えるこの燃焼により生じた燃焼ガスは、以下の組成を有していた。
【００４３】
【表２】
2015114101.tif 000004
【００４４】
不完全に燃焼させられた可燃性ガス（ＣＯおよびＨ2）の結果的な含有量は、２ＭＷに相当し、この可燃性ガスは、ダークゾーンにおいて、３２０Ｎｍ3／ｈの噴射された工業的に純粋な酸素を用いて燃焼させられた。最終的な合計燃焼生成物組成は以下の通りである。
【００４５】
【表３】
2015114101.tif 000005
【００４６】
上記では好適な実施の形態が説明されている。しかしながら、発明の概念から逸脱することなく、説明された実施の形態に対して多くの変更がなされてよいことが当業者に明らかである。
【００４７】
一例として、ダークゾーンにおける高酸素酸化剤ランスの導入は、炉の長さに沿った温度分布に対する制御をも高める。複数の列のこのようなランスが据え付けられている場合、このような各列によって噴射される高酸素酸化剤の量は、所望のこのような温度分布に応じて調節されてよい。また、噴射によって供給される合計酸素の比は、ダークゾーンにおける所望の予熱に応じて、作動中にまたはバッチごとに調節されてよい。
【００４８】
すなわち、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲で変更されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１００，２００  工業用炉、  １０１，２０１  ダークゾーン、  １０２，１０３，２０２，２０３  加熱ゾーン、  １０４，２０４  煙突、  １０５，２０５  搬送装置、  １０６，２０６  金属材料、  １０７，２０７  充填箇所、  １０８，２０８  出口箇所、  １０９，２０９  下流方向、  １１０，２１０  バーナ、  １１１，２１１  方向、  ２１２  ランス、  ２１３  酸化剤の流れ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【外国語明細書】
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