(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内へ向けて先端側から燃料ガスを噴射する管状のバーナにおいて、
前記バーナの外周に設けられ、前記バーナと二重管構造を形成する外管と、
前記外管と前記バーナの間に設けられた冷却ガスの通路と、
前記外管の内周かつ前記バーナの外周に設けられ、前記冷却ガスの通路を先端側で連通される外周側の通路と内周側の通路とに区切る内管と、
前記外管と前記バーナとの間の先端側の開口部を閉鎖する蓋部と、
前記冷却ガスの通路と前記炉内とを連通し、前記バーナの周方向に沿って前記蓋部に設けられた環状のスリットと、
を備え、
前記蓋部は、
前記外管の先端部と接合された外周側蓋部と、
前記バーナの先端部と接合された内周側蓋部と、
を有し、
前記外周側蓋部と前記内周側蓋部とは前記スリットを介して離隔されている、
バーナ。
【請求項２】
前記スリットは、先端側へ向かうにつれて拡径するテーパ形状を有する、請求項１に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炉内を加熱する手段として、バーナが広く用いられている。このようなバーナの燃料ガスが噴射される先端側は、炉内へ向けて設けられており、高温環境下に晒されているので、焼損しやすい。ゆえに、バーナの焼損を防止するためのバーナの冷却に関する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、水冷式バーナの利点を保持し、しかも、炉が水蒸気爆発を起こす危険のない安全なバーナを提供するために、炉本体内の燃焼室に向けてあるバーナにおいて、バーナ本体の素材に金属を用い、バーナ本体の全長のうち、炉本体の外部に突出している部分の外周に、水冷式の冷却手段を設ける技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、熱膨張による空気冷却管の伸び縮みを吸収するために、燃焼ノズル管の後部に熱伸縮吸収装置を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５７６１３号公報
【特許文献２】特開２００１−１８２９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、空冷式のバーナの冷却装置として、燃料ガスを噴射する管状のバーナの外周に設けられ、バーナと二重管構造を形成する外管と、外管とバーナの間に設けられた冷却ガスの通路と、を備える冷却装置が利用されている。図１は、従来の冷却装置９０の概略構成の一例を示す模式図である。図１に示したように、冷却装置９０は、管状のバーナ１０の外周を覆うように設けられ、炉内の燃焼室２０を囲む炉壁３０に設けられた開口部３０２に貫通して設けられる。バーナ１０は、内周側に燃料ガスが通過する燃料ガス通路１０２を有し、燃料ガス通路１０２を通過した燃料ガスを炉内へ向けて先端側から噴射する。冷却装置９０は、外管９０２と、冷却ガス通路９０４と、冷却ガス流入管９１０と、を備える。
【０００７】
外管９０２は、管状のバーナ１０の外周に設けられ、バーナ１０と二重管構造を形成する。外管９０２は炉壁３０の開口部３０２に貫通した上で、例えば溶接により炉壁３０に接合される。外管９０２の後端部は、炉壁３０より炉外側においてバーナ１０と例えば溶接により接合される。
【０００８】
冷却ガス通路９０４は、外管９０２とバーナ１０の間に設けられ、冷却ガス通路９０４内を空気等の冷却ガスが通過する。冷却ガスは、炉壁３０より炉外側において外管９０２と接続される冷却ガス流入管９１０から冷却ガス通路９０４へ供給される。バーナ１０の外周を覆う冷却ガス通路９０４へ冷却ガスを供給することにより、バーナ１０の炉内側の部分を冷却することができるので、バーナ１０の焼損を防止することができる。冷却ガス通路９０４を通過した冷却ガスは、外管９０２とバーナ１０との間の先端側の開口部９２０から炉内へ放出される。
【０００９】
ここで、バーナ１０を用いた加熱炉において、２つのバーナ１０がペアを成し、当該ペアを構成するバーナ１０の各々は、交互に燃焼ガスを噴射するように構成され得る。一方のバーナ１０が燃料ガスを噴射している間において、加熱炉の廃熱を再利用するために、他方のバーナ１０に対応する蓄熱体へ加熱炉１の廃熱を有した排気が供給され、当該他方のバーナ１０による燃料ガスの噴射は停止する。このように、バーナ１０による燃料ガスの噴射が停止する場合においても、バーナ１０の焼損を防止するために、冷却ガス通路９０４への冷却ガスの供給を行う必要があるので、炉内へ供給される燃料に対して過剰の量の冷却ガスが炉内へ放出され得る。ゆえに、炉内の温度が低下することによる炉内の加熱効率の低下及び供給される空気量の過多によるＮＯｘの発生量の増大が生じ得る。
【００１０】
例えば、特許文献１に記載のバーナでは、主管の全長に亘ってその外周全周が副管で間隔を開けて取り囲まれており、主管内の第一流路に燃料が送られると共に、主管と副管の間の第二流路に空気等が送られ、開口している主管の先端と副管の先端から燃料と空気等が夫々吐出される。ゆえに、炉内へ空気等が放出されるため、上述した問題が生じ得る。
【００１１】
ここで、炉内への冷却ガスの放出を回避するために外管とバーナとの間の先端側の開口部を閉鎖することが考えられる。例えば、図１に示した従来の冷却装置９０において、外管９０２とバーナ１０との間の先端側の開口部９２０を閉鎖することが考えられる。その場合には、冷却ガス通路９０４へ供給された冷却ガスを排出する冷却ガス排出管が、外管９０２の炉壁３０より炉外側に設けられ得る。外管９０２は、炉内の燃焼室２０の雰囲気に晒されているため、バーナ１０と比較して、高温となり得る。図１に示したように、外管９０２とバーナ１０との間の先端側の開口部９２０が開放されている場合には、外管９０２とバーナ１０とは互いに異なる熱膨張量でバーナ１０の軸方向に膨張可能であり、かつ、先端側において、バーナ１０の径方向について外管９０２及びバーナ１０の変形は拘束されないので、バーナ１０の軸方向及び径方向の熱応力の発生を抑制し得る。
【００１２】
一方、外管９０２とバーナ１０との間の先端側の開口部９２０が閉鎖されている場合、バーナ１０の軸方向について外管９０２及びバーナ１０の変形は拘束される。また、先端側において、バーナ１０の径方向について外管９０２及びバーナ１０の変形は拘束される。ゆえに、外管９０２とバーナ１０との間での温度差に起因してバーナ１０の軸方向及び径方向の熱応力が生じる。それにより、冷却装置９０又はバーナ１０に破損が生じる場合がある。具体的には、外管９０２の先端部及び後端部のそれぞれとバーナ１０との接続部等の応力が集中しやすい箇所に亀裂が生じる場合がある。
【００１３】
例えば、特許文献２に記載の技術では、外管とバーナとの間の先端側の開口部が閉鎖されているが、熱伸縮吸収装置により外管とバーナとが互いに異なる熱膨張量でバーナの軸方向に膨張可能となっているので、バーナの軸方向の熱応力の発生を抑制し得る。しかしながら、先端側において、バーナの径方向について外管及びバーナの変形は拘束されるので、外管とバーナとの間での温度差に起因してバーナの径方向に熱応力が生じる。ゆえに、径方向の熱応力によって外管とバーナとの接続部等に亀裂が発生する可能性がある。
【００１４】
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、炉内への冷却ガスの放出による炉内の加熱効率の低下及びＮＯｘの発生量の増大を抑制しつつ、外管とバーナとの間での温度差に起因して生じる熱応力による破損の発生を防止することが可能な、新規かつ改良されたバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、炉内へ向けて先端側から燃料ガスを噴射する管状のバーナにおいて、前記バーナの外周に設けられ、前記バーナと二重管構造を形成する外管と、前記外管と前記バーナの間に設けられた冷却ガスの通路と、前記外管の内周かつ前記バーナの外周に設けられ、前記冷却ガスの通路を先端側で連通される外周側の通路と内周側の通路とに区切る内管と、前記外管と前記バーナとの間の先端側の開口部を閉鎖する蓋部と、前記冷却ガスの通路と前記炉内とを連通し、前記バーナの周方向に沿って前記蓋部に設けられた環状のスリットと、を備え、前記蓋部は、前記外管の先端部と接合された外周側蓋部と、前記バーナの先端部と接合された内周側蓋部と、を有し、前記外周側蓋部と前記内周側蓋部とは前記スリットを介して離隔されている、バーナが提供される。
【００１６】
前記スリットは、先端側へ向かうにつれて拡径するテーパ形状を有してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、炉内への冷却ガスの放出による炉内の加熱効率の低下及びＮＯｘの発生量の増大を抑制しつつ、外管とバーナとの間での温度差に起因して生じる熱応力による破損の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の冷却装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】バーナを用いた加熱炉の一例を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る冷却装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係る冷却装置及びバーナの先端部の拡大図である。
【図５】変形例に係る冷却装置及びバーナの先端部の拡大図である。
【図６】比較例に係る応力解析の結果を示す模式図である。
【図７】実施例に係る応力解析の結果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜０．導入＞
従来、炉内を加熱する手段として、バーナを用いた加熱炉が生産工程において広く用いられている。例えば、鉄鋼材料の圧延工程の前工程としての当該鉄鋼材料を加熱する工程において、バーナを用いた加熱炉が用いられている。図２は、バーナ１０を用いた加熱炉１の一例を示す模式図である。図２に示した加熱炉１は、例えば、板厚６００ｍｍの厚板の鉄鋼材料を１２００℃まで加熱する工程において用いられる。
【００２１】
加熱炉１は、加熱炉１の内部の燃焼室２０を囲む上部炉壁３０ａ及び下部炉壁３０ｂと、鉄鋼材料Ｍ１を搬送する搬送装置４０を備える。バーナ１０は、加熱炉１内の燃焼室２０へ向けて先端側から燃料ガスを噴射し、管形状を有する。なお、以下の説明において、管形状、管状又は環状というときには、円形の横断面を有する形状に限定されず、例えば、楕円又は多角形等の横断面を有する形状を含むものとする。
【００２２】
図２に示したように、バーナ１０は、上部炉壁３０ａ又は下部炉壁３０ｂに貫通して先端側を燃焼室２０へ向けて設けられる。バーナ１０の後端側は、上部炉壁３０ａ又は下部炉壁３０ｂより炉外側に位置し、燃料ガスは、バーナ１０の後端側からバーナ１０へ供給される。供給された燃料ガスは、バーナ１０の内周側に設けられた通路を通過してバーナ１０の先端側から燃焼室２０へ向けて噴射される。それにより、加熱炉１内が加熱される。例えば、鉄鋼材料Ｍ１を加熱する行程において、燃焼室２０内へ投入された鉄鋼材料Ｍ１は、バーナ１０によって加熱された状態で搬送装置４０によって燃焼室２０内で搬送された後に、燃焼室２０から排出される。
【００２３】
バーナ１０を用いた加熱炉１において、バーナ１０の先端側は加熱炉１の燃焼室２０側に位置し、高温環境下に晒されているので、焼損しやすい。ゆえに、バーナ１０の焼損を防止するために、バーナ１０を冷却する冷却装置が利用されている。以下、本明細書では、炉内への冷却ガスの放出による炉内の加熱効率の低下及びＮＯｘの発生量の増大を抑制しつつ、外管とバーナとの間での温度差に起因して生じる熱応力による破損の発生を防止することが可能な本発明の実施形態に係る冷却装置５０について説明する。
【００２４】
＜１．冷却装置の構成＞
まず、図３を参照して、本実施形態に係る冷却装置５０の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る冷却装置５０の概略構成の一例を示す模式図である。図３は、図２を参照して説明した加熱炉１に、本実施形態に係る冷却装置５０が適用された例を示す。本実施形態に係る冷却装置５０は、バーナを用いた加熱炉であれば適用可能であり、一例として、図２を参照して説明した加熱炉１に適用され得る。
【００２５】
図３に示すように、バーナの冷却装置５０は、管状のバーナ１０の外周を覆うように設けられ、炉内の燃焼室２０を囲む炉壁３０に設けられた開口部３０２に貫通して設けられる。バーナ１０は、内周側に燃料ガスが通過する燃料ガス通路１０２を有し、燃料ガス通路１０２を通過した燃料ガスを炉内へ向けて先端側から噴射する。冷却装置５０は、外管５０２と、冷却ガス通路５０４と、蓋部５０６と、内管５０８と、冷却ガス流入管５１０と、冷却ガス排出管５１２と、を備える。
【００２６】
外管５０２は、管状のバーナ１０の外周に設けられ、バーナ１０と二重管構造を形成する。外管５０２は炉壁３０の開口部３０２に貫通した上で、例えば溶接により炉壁３０に接合される。外管５０２の炉壁３０より先端側は炉内の燃焼室２０内に位置し、炉内の雰囲気に晒されている。また、外管５０２の先端部は、蓋部５０６の外周側の後端部と例えば溶接により接合されており、外管５０２の後端部は、炉壁３０より炉外側において内管５０８と例えば溶接により接合されている。なお、外管５０２の後端部と内管５０８とは直接接合されてもよく、他の部材を介して接合されてもよい。
【００２７】
冷却ガス通路５０４は、外管５０２とバーナ１０の間に設けられ、冷却ガス通路５０４内を冷却ガスが通過する。冷却ガス通路５０４に供給される冷却ガスとして、例えば、空気又は窒素等が適用され得る。冷却ガス通路５０４は、外管５０２の内周かつバーナ１０の外周に設けられる内管５０８によって、外周側の通路５０４ａと内周側の通路５０４ｂとに区切られる。外周側の通路５０４ａと内周側の通路５０４ｂとは先端側で内管５０８の先端部と蓋部５０６との間の空間を介して連通される。内管５０８の後端部は、炉壁３０より炉外側においてバーナ１０と例えば溶接により接合されている。なお、内管５０８の後端部とバーナ１０とは直接接合されてもよく、他の部材を介して接合されてもよい。
【００２８】
蓋部５０６は、外管５０２とバーナ１０との間の先端側の開口部を閉鎖する。蓋部５０６の外周側の後端部は外管５０２の先端部と例えば溶接により接合されており、蓋部５０６の内周側の後端部はバーナ１０の先端部と例えば溶接により接合されている。蓋部５０６には、冷却ガス通路５０４と炉内とを連通し、バーナ１０の周方向に沿った環状のスリット５０６ａが設けられる。
【００２９】
本実施形態では、外管５０２とバーナ１０との間の先端側の開口部を蓋部５０６により閉鎖することによって、外管５０２とバーナ１０との間の先端側の開口部が開放されている場合と比較して、炉内へ放出される冷却ガスの量を低減することができる。それにより、炉内への冷却ガスの放出による炉内の加熱効率の低下及びＮＯｘの発生量の増大を抑制することが可能である。
【００３０】
冷却ガス流入管５１０は、炉壁３０より炉外側において外管５０２と接続されており、冷却ガス排出管５１２は、炉壁３０より炉外側において内管５０８と接続されている。冷却ガスは、冷却ガス流入管５１０から冷却ガス通路５０４の外周側の通路５０４ａへ供給され、外周側の通路５０４ａを通過した後に、内周側の通路５０４ｂへ送られる。そして、内周側の通路５０４ｂを通過した冷却ガスは、冷却ガス排出管５１２へ排出される。
【００３１】
冷却装置５０は、外管５０２の内周かつバーナ１０の外周に設けられ、冷却ガス通路５０４を外周側の通路５０４ａと内周側の通路５０４ｂとに区切る内管５０８を備え、外周側の通路５０４ａと内周側の通路５０４ｂは先端側で連通される。それにより、冷却ガスが、外管５０２と隣接する外周側の通路５０４ａを、内周側の通路５０４ｂより先に、通過することができる。ゆえに、炉内の雰囲気や、高温の炉内耐火物からの入熱に晒されており、バーナ１０と比較して高温となり得る外管５０２を効果的に冷却することができる。
【００３２】
＜２．冷却装置及びバーナの熱膨張による変形＞
続いて、図４を参照して、本実施形態に係る冷却装置５０及びバーナ１０の熱膨張による変形について説明する。
【００３３】
図４は、図３に示した本実施形態に係る冷却装置５０及びバーナ１０の先端部の拡大図である。図４における左側の図は、炉内が加熱される前における冷却装置５０及びバーナ１０の先端部を示す。図４における右側の図は、炉内が高温に加熱された後における冷却装置５０及びバーナ１０の先端部を示す。
【００３４】
バーナ１０の外周に位置する外管５０２及び蓋部５０６の一部は、炉内の雰囲気や、高温の炉内耐火物からの入熱に晒されているため、炉内が高温に加熱された後において、バーナ１０と比較して、高温となり得る。本実施形態では、蓋部５０６のうちスリット５０６ａより外周側の外周側蓋部５０６ｂと外管５０２の先端部とは接合されており、蓋部５０６のうちスリット５０６ａより内周側の内周側蓋部５０６ｃとバーナ１０の先端部とは接合されている。一方、外周側蓋部５０６ｂと内周側蓋部５０６ｃとはスリット５０６ａを介して離隔されている。
【００３５】
ゆえに、外管５０２及び外周側蓋部５０６ｂとバーナ１０及び内周側蓋部５０６ｃは、互いに異なる熱膨張量で、バーナ１０の軸方向に膨張することができる。また、外管５０２の先端側及び外周側蓋部５０６ｂとバーナ１０の先端側及び内周側蓋部５０６ｃは、互いに異なる熱膨張率で、バーナ１０の径方向に膨張することができる。よって、図４に示したように、外管５０２の先端側及び外周側蓋部５０６ｂは、バーナ１０の軸方向及び径方向について、バーナ１０の先端側及び内周側蓋部５０６ｃにより変形を拘束されることなく、炉内の加熱に伴って、変形することができる。それにより、外管５０２とバーナ１０との間での温度差に起因するバーナ１０の軸方向及び径方向の熱応力の発生を抑制することができる。従って、外管５０２とバーナ１０との間での温度差に起因して生じる熱応力による破損の発生を防止することが可能である。
【００３６】
＜３．変形例＞
続いて、図５を参照して、変形例に係る冷却装置及びバーナ１０の熱膨張による変形について説明する。
【００３７】
図５は、変形例に係る冷却装置及びバーナ１０の先端部の拡大図である。図５における左側の図は、炉内が加熱される前における冷却装置及びバーナ１０の先端部を示す。図５における右側の図は、炉内が高温に加熱された後における冷却装置及びバーナ１０の先端部を示す。
【００３８】
変形例に係る冷却装置では、図３を参照して説明した冷却装置５０と比較して、蓋部に設けられるスリットの形状が異なる。図５に示したように、変形例に係る蓋部６０６に設けられるスリット６０６ａは、先端側へ向かうにつれて拡径するテーパ形状を有する。変形例では、図４を参照して説明した本実施形態に係る冷却装置５０及びバーナ１０の先端部と同様に、蓋部６０６のうちスリット６０６ａより外周側の外周側蓋部６０６ｂと外管５０２の先端部とは接合されている。また、蓋部６０６のうちスリット６０６ａより内周側の内周側蓋部６０６ｃとバーナ１０の先端部とは接合されている。また、外周側蓋部６０６ｂと内周側蓋部６０６ｃとはスリット６０６ａを介して離隔されている。ゆえに、蓋部６０６にスリット６０６ａを設けることによって、外管５０２及びバーナ１０の変形が拘束されることを抑制することができる。
【００３９】
ここで、炉内が加熱された後において、外管５０２及び蓋部６０６の一部が、バーナ１０と比較して、高温となり得るので、外管５０２及び外周側蓋部６０６ｂのバーナ１０の軸方向の熱膨張量は、バーナ１０及び内周側蓋部６０６ｃと比較して、大きい。また、外管５０２の先端側及び外周側蓋部６０６ｂのバーナ１０の径方向の熱膨張率は、バーナ１０の先端側及び内周側蓋部６０６ｃと比較して、大きい。よって、図５に示したように、バーナ１０の軸方向について、外周側蓋部６０６ｂは、内周側蓋部６０６ｃに対して相対的に先端方向へ、炉内の加熱に伴って移動する。また、図５に示したように、バーナ１０の径方向について、外周側蓋部６０６ｂは、内周側蓋部６０６ｃから相対的に遠ざかる方向へ、炉内の加熱に伴って移動する。
【００４０】
ここで、変形例に係るスリット６０６ａは、先端側へ向かうにつれて拡径するテーパ形状を有する。当該テーパ形状は、炉内の加熱に伴う冷却装置及びバーナ１０の膨張過程における、外周側蓋部６０６ｂの内周側蓋部６０６ｃに対する相対的な移動方向に沿って形成される。それにより、外周側蓋部６０６ｂは、炉内の加熱に伴って、内周側蓋部６０６ｃに対して相対的にスリット６０６ａのテーパ方向に沿って移動する。ゆえに、炉内の加熱に伴う冷却装置及びバーナ１０の膨張の前後において、外周側蓋部６０６ｂのスリット６０６ａに隣接する面と内周側蓋部６０６ｃのスリット６０６ａに隣接する面との間隔が略一定に維持される。それにより、炉内の加熱に伴う冷却装置及びバーナ１０の膨張によりスリット６０６ａの隙間が増大することを抑制することができる。ゆえに、変形例では、炉内へ放出される冷却ガスの量をより低減することができる。よって、炉内への冷却ガスの放出による炉内の加熱効率の低下及びＮＯｘの発生量の増大をより効果的に抑制することが可能である。
【実施例】
【００４１】
本発明の効果を確認するために、炉内が高温に加熱された後において冷却装置及びバーナに生じる熱応力についての応力解析を行った。当該応力解析では、炉内が高温に加熱された後における冷却装置及びバーナの温度分布に基づいて、冷却装置及びバーナに生じるミーゼス応力が計算される。当該応力解析において用いられる冷却装置及びバーナの温度分布は、例えば、実際に炉内を加熱した後に、冷却装置及びバーナの各部分の温度を測定することによって求められる。なお、当該応力解析において用いられる冷却装置及びバーナの温度分布は、冷却装置及びバーナのそれぞれの材料及び形状等の諸条件に基づく温度分布解析によって求められてもよい。
【００４２】
比較例として、上述した本実施形態と異なり、スリットを有しない蓋部によって外管とバーナとの間の先端側の開口部が閉鎖される例について、炉内が加熱された後において冷却装置及びバーナに生じる熱応力についての応力解析を行った。
【００４３】
また、実施例として、上述した本実施形態と同様に、冷却ガス通路と炉内とを連通し、バーナの周方向に沿った環状のスリットを有する蓋部によって外管とバーナとの間の先端側の開口部が閉鎖される例について、炉内が加熱された後において冷却装置及びバーナに生じる熱応力についての応力解析を行った。
【００４４】
比較例及び実施例ともに、応力解析において、炉内の雰囲気の温度の設定値を１３５０℃とし、冷却ガス通路へ供給される冷却ガスの温度の設定値を３０℃とし、冷却装置及びバーナの材質はオーステナイト系ステンレスに設定した。
【００４５】
結果を図６及び図７に示す。図６は、比較例に係る応力解析の結果を示す模式図である。図７は、実施例に係る応力解析の結果を示す模式図である。図６及び図７では、冷却装置及びバーナの先端側についての応力解析により得られたミーゼス応力の分布が等高線で示されている。図６及び図７において等高線により区画された各領域に付された模様の異同は、各領域における応力の異同を示す。なお、図６では、比較例について、外管に相当する部分７０２、バーナに相当する部分７１０、冷却ガス通路に相当する部分７０４及び蓋部に相当する部分７０６が示されている。また、図７では、実施例について、外管に相当する部分８０２、バーナに相当する部分８１０、冷却ガス通路に相当する部分８０４、蓋部に相当する部分８０６及びスリットに相当する部分８０６ａが示されている。
【００４６】
比較例では、図６に示す応力が集中しやすい領域Ａ１０において生じ得るミーゼス応力の値は略５００ＭＰａであった。ゆえに、比較例では、領域Ａ１０において、オーステナイト系ステンレスの０．２％耐力より高い熱応力が生じ得ることが予測される。一方、実施例では、解析対象の領域全体において、バーナ１０及び冷却装置５０に生じ得るミーゼス応力の値は略５０ＭＰａ以下であった。ゆえに、実施例では、解析対象の領域全体において生じ得る熱応力は、オーステナイト系ステンレスの０．２％耐力より低くなり得ることが予測される。また、実施例では、図６に示した領域Ａ１０に対応する図７に示す領域Ａ２０における応力集中を防止し得ることが予測される。当該結果から、本発明により、外管とバーナとの間での温度差に起因して生じる熱応力による破損の発生を防止することができることが確認できた。
【００４７】
＜４．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態によれば、蓋部５０６は、外管５０２とバーナ１０との間の先端側の開口部を閉鎖する。ゆえに、外管５０２とバーナ１０との間の先端側の開口部が開放されている場合と比較して、炉内へ放出される冷却ガスの量を低減することができる。それにより、炉内への冷却ガスの放出による炉内の加熱効率の低下及びＮＯｘの発生量の増大を抑制することが可能である。
【００４８】
また、本実施形態では、蓋部５０６に、冷却ガス通路５０４と炉内とを連通し、バーナ１０の周方向に沿った環状のスリット５０６ａが設けられる。それにより、外管５０２及びバーナ１０の変形が拘束されることを抑制することができる。ゆえに、外管５０２とバーナ１０との間での温度差に起因するバーナ１０の軸方向及び径方向の熱応力の発生を抑制することができる。従って、外管５０２とバーナ１０との間での温度差に起因して生じる熱応力による破損の発生を防止することが可能である。
【００４９】
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、本発明は係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、各種の変更例又は応用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】
【００５０】
１  加熱炉
１０  バーナ
２０  燃焼室
３０  炉壁
３０ａ  上部炉壁
３０ｂ  下部炉壁
４０  搬送装置
５０、９０  冷却装置
１０２  燃料ガス通路
５０２、８０２、９０２  外管
５０４、８０４、９０４  冷却ガス通路
５０４ａ  通路
５０４ｂ  通路
５０６、６０６、８０６  蓋部
５０６ａ、６０６ａ  スリット
５０６ｂ、６０６ｂ  外周側蓋部
５０６ｃ、６０６ｃ  内周側蓋部
５０８  内管
５１０、９１０  冷却ガス流入管
５１２  冷却ガス排出管
【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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