(57)【要約】【課題】簡単な構造で焼鈍炉の急速冷却を効果的できる。【解決手段】予熱部２０は、レキュペレータ２２を迂回するバイパス路３３を流路３１に設けるとともに、バイパス路３３への冷却用空気の流量及びレキュペレータ２２に送り込む冷却用空気の流量を調整する三方流量調整弁３４を備える。流量制御部３５は、レキュペレータ２２の熱回収に基づいて、三方流量調整弁３４を制御して、少なくともレキュペレータ２２に送り込む冷却用空気の流量を調整する。【選択図】      図１
2004292889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を取り込む流路の途中に、燃焼後の排ガスにより前記燃焼用空気を予熱するレキュペレータを有する加熱炉であって、
前記流路には、前記レキュペレータを迂回するバイパス路が設けられるとともに、該バイパス路へ送り込む空気の流量と前記レキュペレータヘ送り込む空気の流量とを調整する流量調整手段を備えたことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
燃焼用空気を取り込む流路の途中に、燃焼後の排ガスにより前記燃焼用空気を予熱するレキュペレータと該レキュペレータを迂回するバイパス路とを有する加熱炉の炉内温度を、前記流路を介して冷却用空気を送り込むことにより低下させる加熱炉の冷却方法であって、
前記レキュペレータを通過する前の前記排ガスの温度にもとづいて、前記レキュペレータに送り込む冷却用空気の流量および前記バイパス路に送り込む冷却用空気の流量を調整することを特徴とする加熱炉の冷却方法。
【請求項３】
前記レキュペレータを通過する前の前記排ガスの温度が、前記レキュペレータの使用許容温度以下となった場合に、前記レキュペレータヘの冷却用空気の流入を中止し、かつ、外部から前記流路に取り込んだ全ての冷却空気を前記バイパス路に送り込むように、前記レキュペレータおよび前記バイパス路に送り込む冷却用空気の流量を調整することを特徴とする請求項２に記載の加熱炉の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷延鋼板の連続焼鈍炉等の加熱炉、および、加熱炉の冷却方法に関し、特に、レキュペレータがその途中に設置されている燃焼用空気取り込み用流路を利用して、冷却用空気を加熱炉に通風して当該加熱炉の炉内温度を急速に低下させることが可能な加熱炉、並びに、加熱炉の冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷延鋼板の連続焼鈍炉等の加熱炉では、定期的に補修等を行う必要があり、その場合は、加熱炉の停止時間を短縮して、ラインの可動率を高めることが要求されている。このようなことから、補修のために加熱炉の立下げを行う場合、燃焼用空気取り込み用の流路を利用して空気を取り込み、それを冷却用空気としてレキュペレータを経由させずに加熱炉に通風して、加熱炉を急速冷却する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭５７−４６７９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、燃焼用空気取り込み用の流路にはレキュペレータが設けられており、通常の操業時には、加熱炉から排出する排ガスと燃焼用空気とをこのレキュペレータにより熱交換させて、燃焼用空気を予熱している。これにより加熱炉のエネルギ効率を高めている。このようなことから、立下げの際には、燃焼用空気取り込み用の流路に取り込んだ空気が、レキュペレータを通過して、加熱炉に送り込まれる。
【０００５】
ここで、排ガスと燃焼用空気との熱交換を前提にレキュペレータを設計している場合が多いので、すなわち、熱交換が行われることを前提とし、所定の許容温度（使用許容温度）を基準にレキュペレータを設計しているので、例えば前述の特許文献１に記載の方法を採用する場合においても、立下げ開始後も、排ガス温度がある程度下がるまでの間は冷却用空気をレキュペレータに通風する必要がある。
【０００６】
例えば、稼動停止と同時にレキュペレータに空気の通風をやめると、レキュペレータには高温の排ガスのみが流れることとなり、許容温度を超えてしまうからである。
このため、加熱炉の立下げ時でも、予熱の必要がない冷却用空気がレキュペレータで熱交換されてしまうので、予熱された冷却用空気を加熱炉に通風してしまうことになる。これでは、加熱炉の冷却時間を短縮できないといった問題が発生する。
【０００７】
例えば、レキュペレータの許容温度を高く設定することも考えられるが、レキュペレータの許容温度を高くすることは、設備費の増大につながる。
また、排ガス管路側にレキュペレータを迂回する排ガス配管ルートを設けて、加熱炉の立下げの際にこの排ガス配管ルートを介して排ガスが系外に排出されるように切り換えることで、立下げの際のレキュペレータの温度上昇を抑えることも考えられる。しかし、一般に排ガスダクトは大口径であるので、設置スペース等の点から問題がある。
そこで、本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で加熱炉の急速冷却を効果的にできる加熱炉、並びに加熱炉の冷却方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の問題を解決するために、請求項１記載の発明に係る加熱炉は、燃焼用空気を取り込む流路の途中に、燃焼後の排ガスにより前記燃焼用空気を予熱するレキュペレータを有する加熱炉であって、前記流路には、前記レキュペレータを迂回するバイパス路が設けられるとともに、該バイパス路へ送り込む空気の流量と前記レキュペレータヘ送り込む空気の流量とを調整する流量調整手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２記載の発明に係る加熱炉の冷却方法は、燃焼用空気を取り込む流路の途中に、燃焼後の排ガスにより前記燃焼用空気を予熱するレキュペレータと該レキュペレータを迂回するバイパス路とを有する加熱炉の炉内温度を、前記流路を介して冷却用空気を送り込むことにより低下させる加熱炉の冷却方法であって、前記レキュペレータを通過する前の前記排ガスの温度にもとづいて、前記レキュペレータに送り込む冷却用空気の流量および前記バイパス路に送り込む冷却用空気の流量を調整することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３記載の発明に係る加熱炉の冷却方法は、請求項２記載の発明に係る加熱炉の冷却方法において、前記レキュペレータを通過する前の前記排ガスの温度が、前記レキュペレータの使用許容温度以下となった場合に、前記レキュペレータヘの冷却用空気の流入を中止し、かつ、外部から前記流路に取り込んだ全ての冷却空気を前記バイパス路に送り込むように、前記レキュペレータおよび前記バイパス路に送り込む冷却用空気の流量を調整することを特徴とする。
【００１１】
以上のように、本発明では、レキュペレータを迂回するバイパス路を加熱炉に通じる流路に設けて、バイパス路への冷却用空気の流量及びレキュペレータに送り込む冷却用空気の流量を調整している。
これにより、適量の冷却用空気をレキュペレータを介在させて加熱炉に送り込む一方、当該レキュペレータを介在させることなくバイパス路を介して冷却用空気を加熱炉に送り込む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施の形態は、冷却装置を含む焼鈍システムである。図１にストリップの連続焼鈍炉を例にして本発明の加熱炉の概略構成を示す。図１に示すように、大別して炉本体１０と燃焼用空気の予熱部２０（以下単に予熱部２０という。）とから構成されている。
【００１３】
炉本体１０は、複数の燃焼バーナ１１により燃焼ガスを炉内を通過するストリップ１００に吹き付ける。ここで、燃焼バーナ１１には、予熱部２０で予熱された燃焼用空気が供給されており、燃焼バーナ１１は、供給されてきたその燃焼用空気とＣガスとを混合して得た燃焼ガスを、ストリップ１００に吹き付ける。そして、炉本体１０から排ガスは排ガス管路２１を介して排出される。
【００１４】
排ガス管路２１には、焼鈍炉排気部１２側から下流方向に順番に、レキュペレータ２２と排出用ファン２３とを設置している。また、排ガス管路２１には、レキュペレータ２２の上流側にレキュペレータ入側温度計２４を配置しており、レキュペレータ２２の下流側にレキュペレータ出側温度計２５を配置している。ここで、レキュペレータ入側温度計２４が計測した温度値が後述の流量制御部３５に出力されている。
【００１５】
このような排ガス管路２１により、炉本体１０から排ガス管路２１に排出された排ガスを、レキュペレータ２２を通過させて、排出用ファン２３により系外に排出している。
一方、燃焼用空気管路３１が前記炉本体１０の燃焼バーナ１１に連通しており、この燃焼用空気管路３１に、空気取り込み口側から下流方向に順番に、燃焼用ファン３２と前記レキュペレータ２２とを配置している。
【００１６】
また、燃焼用空気管路３１には、レキュペレータ２２の上流部分とレキュペレータ２２の下流部分とを短絡して、当該レキュペレータ２２を迂回するバイパス路３３を設けている。そして、燃焼用空気管路３１のバイパス路３３への分岐点に、三方流量調整弁３４を配置している。
この三方流量調整弁３４の弁開度を調整することで、レキュペレータ２２側とバイパス路３３側とに流れる空気（燃焼用空気或いは冷却用空気）の流量を調整している。そして、三方流量調整弁３４は、流量制御部３５によりその弁開度が制御されている。
【００１７】
流量制御部３５には、レキュペレータ入側温度計２４が計測した温度値が入力されており、流量制御部３５は、この温度値に基づいて、三方流量調整弁３４を制御している。流量制御部３５による三方流量調整弁３４の制御手順については、後で詳述する。
ここで、三方流量調整弁３４は、バイパス路３３への冷却用空気の流量及びレキュペレータに送り込む冷却用空気の流量を変更する流量変更手段を構成している。また、流量調整部３５は、流量調整手段である三方流量調整弁３４を制御して、少なくともレキュペレータ２２に送り込む冷却用空気の流量を調整する流量制御手段を構成している。
【００１８】
また、燃焼用空気管路３１における三方流量調整弁３４の上流部分と、排ガス管路２１におけるレキュペレータ２２の上流部分とを、接続管路３６により接続しており、その接続路３６に、排ガス管路２１に排出される排出ガスを希釈するダイリューション弁３７を設けている。
次に予熱部２０の動作を説明する。予熱部２０では、稼動時には次のように動作する。
【００１９】
燃焼用ファン３２により、燃焼用空気管路３１に空気を取り込み、この空気を燃焼用空気としてレキュペレータ２２で予熱して、予熱した燃焼用空気を燃焼バーナ１１に送り込む。このとき、流量制御部３５が、三方流量調整弁３４を制御して、レキュペレータ２２に燃焼用空気が流れるようにしている。
燃焼バーナ１１は、供給されてきたその燃焼用空気とＣガスとを混合して得た燃焼ガスを、ストリップ１００に吹き付ける。そして、炉本体１０は、予熱部２０の排ガス管路２１に排ガスを排出する。レキュペレータ２２では、この排出された排ガスにより燃焼用空気を予熱している。また、このとき、ダイリューション弁３７を開にして、燃焼用ファン３２に取り込まれた空気を接続管路３６を介して排ガス管路２１に取り込み、排気ガスを希釈する。
【００２０】
一方、焼鈍炉の立下げの際には、燃焼用ファン３２により、燃焼用空気管路３１に空気を取り込み、流量制御部３５が三方流量調整弁３４を制御して、その空気を冷却用空気としてレキュペレータ２２側とバイパス路３３側とに送り込むようにしている。
ここで、三方流量調整弁３４からレキュペレータ２２側に送り込む冷却用空気を当該レキュペレータ２２の許容温度（使用許容温度）にする程度に抑えて、三方流量調整弁３４からバイパス路３３側に送り込む冷却用空気をできるだけ多くすれば、レキュペレータ２２での予熱による温度上昇を抑えて、冷却用空気を炉本体１０に送り込むことができる。
【００２１】
以下に、それを実現する三方流量調整弁３４による流量調整を説明する。図２は、その説明のために使用する図である。
ここで、流量について、燃焼用空気管路３１から三方流量調整弁３４に流入する冷却用空気の流量（以下、弁流入流量という。）をＶａとし、三方流量調整弁３４からレキュペレータ２２への冷却用空気の流量（以下、レキュペレータ通過空気流量という。）をＶａ１とし、三方流量調整弁３４からバイパス路３３に流出する冷却用空気の流量（以下、バイパス路通過空気流量という。）をＶａ２とし、排ガス管路２１でレキュペレータ２２を通過する排ガスの流量（以下、レキュペレータ通過排ガス流量という。）をＶｇとする。
【００２２】
また、温度について、燃焼用空気管路３１でレキュペレータ２２に流入する冷却用空気の温度（以下、レキュペレータ入口空気温度という。）をＴａＬとし、燃焼用空気管路３１でレキュペレータ２２から流出する冷却用空気の温度（以下、レキュペレータ出口空気温度という。）をＴａＨとし、排ガス管路２１でレキュペレータ２２に流入する排ガスの温度（以下、レキュペレータ入口排ガス温度という。）をＴｇＨとし、排ガス管路２１でレキュペレータ２２から流出する排ガスの温度（以下、レキュペレータ出口排ガス温度という。）をＴｇＬとする。そして、レキュペレータ２２内での排ガスから冷却用空気への伝熱量をＱｓとする。ここで、伝熱は主に輻射によるものとなる。
【００２３】
先ず、伝熱量Ｑｓを下記（１）式により与えることができる。
Ｑｓ＝ｆ（ＴｇＨ，Ｖｇ，ＴｇＬ）  ・・・（１）
この（１）式は、ＴｇＨ，Ｖｇ，ＴｇＬを変数とする関数ｆにより、Ｑｓが決定されることを示す。ここで、レキュペレータ出口排ガス温度ＴｇＬをレキュペレータ許容温度以下の一定温度とし、レキュペレータ通過排ガス流量Ｖｇを排気ファン２３により決まる値として一定値とすると、伝熱量Ｑｓは、下記（２）式に示すように、レキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨのみで決まる関数になる。
【００２４】
Ｑｓ＝ｆ´（ＴｇＨ）  ・・・（２）
一方、排ガスから冷却用空気への伝熱量（受熱量）が前記伝熱量Ｑｓになり、レキュペレータ通過空気流量Ｖａ１、レキュペレータ入口空気温度ＴａＬ及びレキュペレータ出口空気温度ＴａＨを用いると、伝熱量（受熱量）Ｑｓを下記（３）式により与えることができる。
【００２５】
Ｑｓ＝ｇ（ＴａＬ，Ｖａ１，ＴａＨ）  ・・・（３）
この（１）式は、ＴａＬ，Ｖａ１，ＴａＨを変数とする関数ｇにより、Ｑｓが決定されることを示す。
ここで、レキュペレータ入口空気温度ＴａＬを大気温度として一定温度とし、レキュペレータ出口空気温度ＴａＨをレキュペレータ許容温度以下の一定温度とすると、前記（３）に示す伝熱量Ｑｓは、下記（４）式に示すように、レキュペレータ通過空気流量Ｖａ１のみで決まる関数になる。
【００２６】
Ｑｓ＝ｇ´（Ｖａ１）  ・・・（４）
よって、前記（２）式と（４）式とから、レキュペレータ通過空気流量Ｖａ１は、レキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨにより決まることがわかる。すなわち、レキュペレータ２２では、排ガスと冷却用空気との熱回収を行っているが、その熱回収による熱収支の関係から、レキュペレータ通過空気流量Ｖａ１が、レキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨにより決まるものとなる。
【００２７】
以上のような関係から、立下げ時に、レキュペレータ２２での予熱による冷却空気温度上昇を抑えて、冷却用空気を炉本体１０に送り込むために、流量制御部３５は、三方流量調整弁３４を次のように制御している。
流量制御部３５は、レキュペレータ入側温度計２４によりレキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨを測定して、その測定したレキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨに基づいて、レキュペレータ通過空気流量Ｖａ１を算出する。そして、流量制御部３５は、その算出したレキュペレータ通過空気流量Ｖａ１になるように三方流量調整弁３４を制御する。
【００２８】
これにより、三方流量調整弁３４からレキュペレータ２２側に送り込む冷却用空気を当該レキュペレータ２２の許容温度にする程度に抑えて、三方流量調整弁３４からバイパス路３３側に送り込む冷却用空気をできるだけ多くすることができ、レキュペレータ２２での予熱による温度上昇を抑えて、冷却用空気を炉内、即ち炉本体１０に通風できる。これにより、炉内温度が低下する時間を短縮することができる。
【００２９】
そして、流量制御部３５は、レキュペレータ入側温度計２４により測定したレキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨがレキュペレータ許容温度以下になった場合、三方流量調整弁３４を制御して、燃焼用空気管路３１に流入した冷却用空気を全てバイパス路３３に流出させる。すなわち、弁流入流量Ｖａとバイパス路通過空気流量Ｖａ２とを等しくして、レキュペレータ通過空気流量Ｖａ１を０にする。これにより、大気温度の冷却用空気が炉内へと直接通風されるようになる。これにより、焼鈍炉の冷却時間を短縮することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施の形態として実現されることに限定されるものではない。
すなわち、前述の実施の形態では、レキュペレータ２２側及びバイパス路３３側への燃焼用空気（冷却用空気）の流量を、バイパス路３３に設けた三方流量調整弁３４で調整している。しかし、これに限定されるものではない。図３に示すように、三方流量調整弁３４に換えて、バイパス路３３に流量調整弁（二方流量調整弁）３８を設けるとともに、燃焼用空気管路３１には、バイパス路３３との分岐点とレキュペレータ２２との間にオン／オフ弁３９を設けるようにしてもよい。
【００３１】
この場合、流量制御部３５は、レキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨに基づいて算出したレキュペレータ通過空気流量Ｖａ１になるように、オン／オフ弁３９を制御する。また、流量制御部３５は、レキュペレータ入口排ガス温度ＴｇＨがレキュペレータ許容温度以下になった場合、オン／オフ弁３９をオフ（閉）にするとともに、流量調整弁３８を全開にする。これにより、前記三方流量調整弁３４の場合と同様な効果を得ることができる。
【００３２】
なお、常に流量調整弁３８を全開にしておき、流量制御部３５によりオン／オフ弁３９だけを制御するようにすれば、少なくともレキュペレータ２に送り込む冷却用空気の流量だけを調整することができるようになる。
また、前記三方流量調整弁３４、流量調整弁３８及びオン／オフ弁３９は、流量制御部３５により制御しているが、操作者による操作するようにしてもよい。すなわち、本発明に係る加熱炉の冷却方法に基づいて、操作者は、レキュペレータ２２の熱回収に基づいて、少なくともレキュペレータ２２に送り込む冷却用空気の流量を三方流量調整弁３４やオン／オフ弁３９を操作する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、レキュペレータの使用許容温度を考慮しつつ、バイパス路を介してできるだけ多くの冷却用空気を加熱炉の炉内へと送り込むことで、簡単な構造で加熱炉の急速冷却を効果的にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の加熱炉の概略構成を示す図である。
【図２】前記加熱炉の予熱部の要部を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０  炉本体
１１  燃焼バーナ
１２  焼鈍炉排気部
２０  予熱部
２１  排ガス管路
２２  レキュペレータ
２３  排出用ファン
２４  レキュペレータ入側温度計
２５  レキュペレータ入側温度計
３１  燃焼用空気管路
３２  燃焼用ファン
３３  バイパス路
３４  三方流量調整弁
３５  流量制御部
３６  接続管路
３７  ダイリューション弁
３８  流量調整弁
３９  オン／オフ弁
【図１】
2004292889.tif 000003
【図２】
2004292889.tif 000004
【図３】
2004292889.tif 000005