(57)【要約】      （修正有）【課題】既設の加熱炉へスムーズに導入することができるような、小型化されて耐久性のある蓄熱式バーナシステムを提供する。【解決手段】蓄熱式バーナ１は、バーナ１０の直近にセラミック製の蓄熱体６を有し、炉内ガスをバーナから直接吸引しその顕熱を蓄熱体に蓄熱する。その後、切替弁７により炉内ガスの吸引に替えて燃焼空気を炉内に導入する。バーナの加熱炉に面する個所を保護するバーナバッフル３を、耐火物に金属製ファイバー１２を混入して成型したものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉に複数個のバーナを設置し、各バーナの直近にそれぞれ蓄熱体を配置し、その蓄熱体に燃焼排ガスと燃焼用空気を交互に流すことにより、燃焼排ガスの熱回収を行う蓄熱式バーナシステムにおいて、
前記バーナの加熱炉に面する部分を、耐火物に金属製ファイバーを混入して成型したものとすることを特徴とする加熱炉用蓄熱式バーナシステム。
【請求項２】
前記金属製ファイバーの混入割合を質量％で１〜１５％とすることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉用蓄熱式バーナシステム。
【請求項３】
前記金属製ファイバーの径を３０μm〜１mmとすることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉用蓄熱式バーナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属片（例えば、鋼片）の加熱炉に設置される蓄熱式バーナシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーおよび地球環境問題から、金属片の加熱炉用の燃焼バーナとして高温燃焼排ガスから直接熱回収が可能な蓄燃式バーナシステムが開発され、熱回収率の高さからその導入が増加している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−３２２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、既に通常バーナが設置されている既設の加熱炉に蓄燃式バーナシステムを導入する場合は、以下のような問題がある。
【０００４】
すなわち、蓄熱式バーナシステムの特徴として、加熱炉に配した複数のバーナの直近にそれぞれ蓄熱体を配置し、それぞれの蓄熱体に燃焼排ガスと燃焼用空気を交互に流すことにより、燃焼排ガスの熱回収を行うため、複数のバーナの半数が燃焼状態となり、他方が蓄熱状態となる。すなわち、交番燃焼となる。そのために、通常バーナが設置されている場合と同じ加熱能力を維持しようとすると、バーナ１台当たりの燃焼量が約２倍となることから、加熱炉に面するバーナの大きさが大きくなり、既存の通常バーナを撤去するだけでなく、加熱炉壁を一部改造しなければ設置できないことになる。
【０００５】
したがって、既設の加熱炉において通常バーナを撤去して蓄燃式バーナシステムに置き換える場合には、その改造に多くの期間と改造費用を要し、既設の加熱炉を長期間停止する必要があるという問題点があった。
【０００６】
そこで、加熱炉壁の改造を行わなくて済む様に、既存の通常バーナの寸法に納まるコンパクトな蓄燃式バーナシステムの開発が行われてきたが、バーナが加熱炉に面する部分は１２００℃以上の高温となり、燃料ガス等が流れる配管内の流速も１００ｍ／秒と高速であることから、コンパクト化（小型化）にともなって、バーナの加熱炉に面する個所を保護する耐火物（バーナバッフル）に過大な負荷が掛かって亀裂が生じ、さらには高速の熱風により燃焼排ガスおよび燃焼空気の流路が壊れるという現象が発生している。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、既設の加熱炉へスムーズに導入することができるコンパクトで耐久性のある蓄燃式バーナシステムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【０００９】
［１］加熱炉に複数個のバーナを設置し、各バーナの直近にそれぞれ蓄熱体を配置し、その蓄熱体に燃焼排ガスと燃焼用空気を交互に流すことにより、燃焼排ガスの熱回収を行う蓄熱式バーナシステムにおいて、
前記バーナの加熱炉に面する部分を、耐火物に金属製ファイバーを混入して成型したものとすることを特徴とする加熱炉用蓄熱式バーナシステム。
【００１０】
［２］前記金属製ファイバーの混入割合を質量％で１〜１５％とすることを特徴とする前記［１］に記載の加熱炉用蓄熱式バーナシステム。
【００１１】
［３］前記金属製ファイバーの径を３０μm〜１mmとすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の加熱炉用蓄熱式バーナシステム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の加熱炉用蓄熱式バーナシステムは、バーナの加熱炉に面する部分（バーナバッフル）を、耐火物に金属製ファイバーを混入して成型したものとしているので、コンパクトで良好な耐久性を備えており、既設の加熱炉へスムーズに導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る蓄熱式バーナシステムが設置された加熱炉の概略図であり、図１（ｂ）はその要部詳細図である。図中、１、１ａ、１ｂは蓄熱式バーナ（蓄熱バーナ）であり、バーナ１０と蓄熱体６を備えている。２は加熱炉、２ａは加熱炉壁、３はバーナバッフル、４は被加熱スラブ、５は蓄熱バーナにより形成される火炎、７は蓄熱体への燃焼空気と蓄熱体からの排ガス空気を切り替える切替弁、８は燃焼用空気送風機、９は排ガス用送風機である。
【００１５】
まず、蓄熱式バーナシステムの基本原理について述べる。
【００１６】
蓄熱式バーナ１は、バーナ１０の直近にセラミック製（ハニカムまたはボール）の蓄熱体６を有し、炉内ガス（燃焼排ガス）をバーナ１０から直接吸引しその顕熱を蓄熱体６に蓄熱する。その後、切替弁７により炉内ガスの吸引に替えて燃焼空気を炉内に導入する。燃焼空気は蓄熱体６により超高温空気（１０００℃以上）となり、通常のレキュペレータ（予熱温度：〜７００℃）にくらべ圧倒的な省エネルギーが計られる。また、上記燃焼排ガス吸引と燃焼空気吐出は、基本的には対向する蓄熱式バーナ１ａ、１ｂがペアを組み、３０〜６０秒サイクルで行われる。このような交番燃焼を行うことから、従来の蓄熱式バーナの場合には、バーナの容積が通常バーナの約２倍となり、バーナの径が通常バーナの約１．４倍になってしまう。
【００１７】
このため、図２に示すように、通常バーナ（既存バーナ）５１が設置されている既設の加熱炉２に従来の蓄熱式バーナ２１を設置する際の建設工事では、（１）炉冷却、（２）既存バーナ撤去、（３）敷スラブ装入、（４）足場設置、（５）炉殻改造、（６）蓄熱式バーナ設置、（７）キャスタブル施工の工程が必要となり、キャスタブル施工後の乾燥、昇熱まで入れると長期（２０〜１ヶ月）の炉停止が必要となっていた。
【００１８】
そこで、通常バーナ（既存バーナ）５１と同等な径を有するコンパクトな蓄熱式バーナシステムの開発に着手した。
【００１９】
ちなみに、既設の加熱炉２にコンパクト化（小型化）した蓄熱式バーナシステムを設置する際の建設工事の概要は、既設の炉壁バーナ孔が利用可能であれば、図３に示すように、（１）炉冷却、（２）既存バーナ５１撤去、（３）蓄熱式バーナ１設置の工程ですみ、大幅な炉殻改造が不要となり、７〜１０日と大幅な工期短縮、さらには工事費の削減が見込まれた。
【００２０】
しかし、蓄熱式バーナは超高温の燃焼空気を発生することから、小型化した蓄熱式バーナ１の内部は熱対策として全体がキャスタブル構造（耐火物構造）となる。このため、操炉における度重なる昇降温を繰り返すことにより、図４のように、バーナバッフル（耐火物）３に亀裂が入り、最終的には耐火物の割損により、バーナの損壊が発生した。したがって、蓄熱式バーナを導入する際の建設工事では、図５に示すように、蓄熱式バーナ１を設置後、内面から燃料孔、空気孔を開口したキャスタブル壁１１を築炉する方法がとられるようになったが、約１ヶ月の炉停止を伴う長い工期になっていた。
【００２１】
そこで、バーナバッフル３の強靱化を検討した。その結果、図１に示すように、バーナバッフル３を、耐火物に金属製ファイバー１２を混入して成型したものとすることにした。
【００２２】
すなわち、バーナバッフル３の母材には、従来からバーナバッフルに適用されているハイアルミナ系高密度キャスタブルＣＳＴ−Ａ７７ＰＢ（Ａｌ２Ｏ３：７５．０％、ＳｉＯ２：２５．０％）を採用し、その上で、微少亀裂の進展を防止するために、前記キャスタブル内に金属製ファイバーを混入するファイバーキャストを行い、バーナバッフル３の引張強度を１０〜２０%向上させることにより、強靱化を達成することができた。
【００２３】
図６に、混入させた金属製ファイバーの質量割合（混入割合）とキャスタブルの引張強度の向上割合（引張強度比）の関係の一例を示す。金属製ファイバーの混入割合が少ないと引張強度上昇に効果が無いが、混入割合が多すぎるとむしろ母材のキャスタブルより引張強度が低下することが解る。
【００２４】
したがって、適切な引張強度を得るためには、金属製ファイバーの混入割合を質量％で１〜１５％とするのが好ましく、さらには、２〜１１％とするのがより好ましい。
【００２５】
図７に、混入させる金属製ファイバーの径とキャスタブルの引張強度の向上割合（引張強度比）の関係の一例を示す。金属製ファイバーの径が小さいと引張強度上昇に効果が無く、また径があまり大きいとむしろ母材のキャスタブルより引張強度が低下することが解る。
【００２６】
したがって、適切な引張強度を得るためには、混入させる金属製ファイバーの径を３０μ〜１ｍｍとするのが好ましく、さらには、５０μ〜２００μとするのがより好ましい。
【００２７】
このようにして、この実施形態における蓄熱式バーナ１は、バーナバッフル３として、ハイアルミナ系高密度キャスタブルに金属製ファイバーを混入して成型したものを用いているので、小型化した場合でも充分な耐久性を備えており、既設の加熱炉へスムーズに導入することができる。
【実施例１】
【００２８】
前述の本発明の一実施形態に係る蓄熱式バーナシステムを既設の加熱炉に導入した。その際に、バーナバッフル３として、ハイアルミナ系高密度キャスタブルＣＳＴ−Ａ７７ＰＢ（Ａｌ２Ｏ３：７５．０％、ＳｉＯ２：２５．０％）に径０．５ｍｍの金属製ファイバー（ここでは、製造コストと入手の容易さからＳＵＳ３１６のファイバーを使用）を質量％で５％混入して成型したものを用いた。
【００２９】
その結果、バーナバッフルの亀裂の発生もなく、割損によるバーナ損壊も発生しなかった。これにより、小型化した蓄熱式バーナシステムを導入する際に、炉内面からのキャスタブル壁を築炉する方法が不要となり、大幅な工期短縮が可能となった。
【００３０】
なお、金属ファイバーとしては、ＳＵＳ３１６のファイバーに限定されるものではなく、耐熱強度のある金属のファイバーであれば使用可能である。
【００３１】
そして、上記の小型化された本発明の蓄熱式バーナ（本発明例）と従来の蓄熱式バーナ（従来例）とのバーナバッフル径の比較を図８に示す。同じバーナ容量でみた場合、本発明の蓄熱式バーナ（本発明例）は、従来の蓄熱式バーナ（従来例）に比べて、約３５％の小型化がなされている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態の説明図である。
【図２】従来の蓄熱式バーナを設置する際の工程を示す図である。
【図３】小型化された蓄熱式バーナを設置する際の工程を示す図である。
【図４】バーナバッフルの割損を示す図である。
【図５】キャスタブル壁を設けた場合を示す図である。
【図６】金属ファイバー混入割合とキャスタブル引張強度比の関係の一例を示す図である。
【図７】金属ファイバー径とキャスタブル引張強度比の関係の一例を示す図である。
【図８】本発明例と従来例とのバーナバッフル径を比較した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、１ａ、１ｂ  蓄熱式バーナ（蓄熱バーナ）
２  加熱炉
２ａ  加熱炉壁
３  バーナバッフル
４  被加熱スラブ
５  火炎
６  蓄熱体
７  切替弁
８  燃焼用空気送風機
９  排ガス用送風機
１０  バーナ
１１  キャスタブル壁
１２  金属ファイバー
２１  蓄熱式バーナ
５１  通常バーナ（既存バーナ）
【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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