(57)【要約】【課題】酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナに供給し、炉内で燃料を燃焼させて、被加熱体を順々に加熱させる加熱炉において、燃焼排ガスの熱を有効に利用すると共に、加熱炉内における温度のばらつきを少なくし、さらにＮＯｘ　の発生も抑制する。【解決手段】酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナ１１に供給して、燃料を炉１０内で燃焼させて、炉内で被加熱体１を順々に加熱させる加熱炉において、蓄熱材２１が充填された蓄熱室２２を有する少なくとも一対の熱交換器２０ａ，２０ｂ　を設け、この一対の熱交換器において、炉内の燃焼排ガスを蓄熱室に導いて蓄熱材に蓄熱させて排出させる操作と、蓄熱室に燃焼用ガスを供給してこの燃焼用ガスを蓄熱材により加熱して炉内に供給する操作とを交互に行うと共に、バーナに燃焼用ガスに対して燃料を過剰に供給した。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナに供給し、炉内において上記の燃料を燃焼させて、炉内に導かれた被加熱体を順々に加熱させる加熱炉において、蓄熱材が充填された蓄熱室を有する少なくとも一対の熱交換器を設け、この一対の熱交換器において、炉内における燃焼排ガスを上記の蓄熱室内に導き、この燃焼排ガスにおける熱を上記の蓄熱材に蓄熱させた後、この燃焼排ガスを排出させる操作と、蓄熱室内に酸素を含む燃焼用ガスを供給し、この燃焼用ガスを上記の蓄熱材と接触させて加熱させ、このように加熱された燃焼用ガスを炉内に供給する操作とを交互に行うようにすると共に、上記のバーナに酸素を含む燃焼用ガスに対して燃料を過剰にして供給するようにしたことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
請求項１に記載した加熱炉において、上記の蓄熱室内に導かれた燃焼排ガス中に含まれる未燃焼燃料を燃焼させるように、この蓄熱室内に酸素を含む燃焼用ガスを供給するようにしたことを特徴とする加熱炉。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載した加熱炉において、上記の蓄熱室内に充填させる蓄熱材に、セラミックス材料を用いたことを特徴とする加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナに供給し、炉内において上記の燃料を燃焼させ、炉内に導かれた鋼帯や鋼材等の被加熱体を順々に加熱させるようにした加熱炉に係り、特に、燃焼排ガスにおける熱を有効に利用して省エネルギー化を図ると共に、炉内における温度のばらつきを少なくし、さらにＮＯｘ　が発生するのを抑制するようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼帯や鋼材等を圧延させるにあたり、この鋼帯や鋼材等の被加熱体を加熱炉において加熱させることが行われている。
【０００３】
ここで、上記のように鋼帯や鋼材等の被加熱体を加熱炉で加熱させるにあたっては、図１に示すように、炉１０の天井１０ａや側壁１０ｂに多数のバーナ１１を設け、各バーナ１１に酸素を含む燃焼用ガスと燃料とを供給して、燃料を加熱炉１０内において燃焼させると共に、上記の被加熱体１を順々に導入口１２を通して炉１０内に導き、この炉１０内において被加熱体１を加熱しながら送り装置１３によって被加熱体１を順々に送り、加熱された被加熱体１を取出口１４から取り出すようにしている。
【０００４】
また、従来の加熱炉においても、上記のように炉１０内において燃料を燃焼させた後における燃焼排ガスの熱を有効に利用するため、燃焼排ガスを排出させる煙道１５の途中に熱交換器１６を設け、この熱交換器１６により燃焼排ガスの熱をバーナ１１に供給する上記の燃焼用ガスに付与し、このように加熱された燃焼用ガスを供給パイプ１７を通して各バーナ１１に供給し、加熱された燃焼用ガスにより燃料を燃焼させて、効率よく炉１０内の温度を高めるようにしていた。
【０００５】
しかし、煙道１５の途中に設ける熱交換器１６には、一般に金属製のものが使用されており、その耐熱温度は６００℃程度であるのに対して、煙道１５に導かれる燃焼排ガスは９００℃程度になり、このため、従来においては、煙道１５に冷却用の空気を送り込み、燃焼排ガスの温度を下げて熱交換器１６に導くようにしており、燃焼排ガスの熱を十分に利用することができなかった。
【０００６】
また、上記のように酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナ１１に供給して、炉１０内において燃料を燃焼させるあたり、従来においては、一般にバーナ１１に供給する燃焼用ガスと燃料との割合を、燃料が完全燃焼するように調整していた。
【０００７】
ここで、このようにバーナ１１に供給する燃焼用ガスと燃料との割合を調整して燃料を完全燃焼させるようにした場合、その燃焼部分においては高い温度が得られるが、燃焼部分から離れるにしたがって温度が低下し、炉１０内における温度にばらつきが生じ、被加熱体１を適切に加熱させることが困難になったり、また上記のように燃料を完全燃焼させた場合、この燃焼部分における温度が非常に高くなり、燃焼用ガスに空気を用いた場合、この空気に含まれる窒素が酸化されてＮＯｘ　が発生するようになり、環境を害するおそれもあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナに供給し、炉内において上記の燃料を燃焼させ、炉内に導かれた鋼帯や鋼材等の被加熱体を順々に加熱させるようにした加熱炉における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【０００９】
すなわち、この発明においては、上記のような加熱炉において、燃焼排ガスにおける熱を有効に利用して、さらなる省エネルギー化を図ると共に、加熱炉内における温度のばらつきを少なくし、さらにＮＯｘ　が発生するのを抑制することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、上記のような課題を解決するため、酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナに供給し、炉内において上記の燃料を燃焼させて、炉内に導かれた被加熱体を順々に加熱させる加熱炉において、蓄熱材が充填された蓄熱室を有する少なくとも一対の熱交換器を設け、この一対の熱交換器において、炉内における燃焼排ガスを上記の蓄熱室内に導き、この燃焼排ガスにおける熱を上記の蓄熱材に蓄熱させた後、この燃焼排ガスを排出させる操作と、蓄熱室内に酸素を含む燃焼用ガスを供給し、この燃焼用ガスを上記の蓄熱材と接触させて加熱させ、このように加熱された燃焼用ガスを炉内に供給する操作とを交互に行うようにすると共に、上記のバーナに酸素を含む燃焼用ガスに対して燃料を過剰に供給するようにしたのである。
【００１１】
そして、この発明における加熱炉においては、上記のように蓄熱材が充填された蓄熱室を有する少なくとも一対の熱交換器において、炉内における燃焼排ガスを上記の蓄熱室内に導き、この燃焼排ガスにおける熱を上記の蓄熱材に蓄熱させた後、この燃焼排ガスを排出させる操作と、蓄熱室内に酸素を含む燃焼用ガスを供給し、この燃焼用ガスを上記の蓄熱材と接触させて加熱させ、このように加熱された燃焼用ガスを炉内に供給する操作とを交互に行うようにしたため、燃焼排ガスの熱が蓄熱室に充填された蓄熱材に蓄熱され、この熱により燃焼用ガスが十分に加熱されるようになり、燃焼排ガスの熱が効率よく利用されるようになる。さらに、このようにすると、煙道に導かれる高温の燃焼排ガスの量が少なくなり、従来のように、煙道の途中に熱交換器を設けたり、この熱交換器によって加熱された燃焼用ガスを各バーナに供給させるための配管を行う必要もなくなり、設備を簡略化できるようになる。
【００１２】
また、この発明における加熱炉においては、上記のようにバーナに酸素を含む燃焼用ガスに対して燃料を過剰に供給するようにしたため、上記のように蓄熱室において加熱された酸素を含む燃焼用ガスを炉内に供給すると、バーナにおいて燃焼されずに残った燃料が、この加熱された燃焼用ガスと接触して、この部分においても燃料が燃焼されるようになる。
【００１３】
そして、このようにバーナによる燃焼部分から離れた位置においても燃料が燃焼される結果、炉内における温度のばらつきが少なくなって、被加熱体が適切に加熱されるようになると共に、バーナにおいては燃料が完全燃焼されないため、その燃焼部分における温度が非常に高くなることが抑制され、燃焼用ガスに空気を用いた場合に、この空気に含まれる窒素が酸化されてＮＯｘ　が発生するのも抑制されるようになる。
【００１４】
また、上記のように熱交換器において、炉内における燃焼排ガスを蓄熱材が充填された蓄熱室を導く場合に、バーナ近傍において燃焼されずに残った燃料の一部がこの蓄熱室に導かれることがあるため、この蓄熱室内に酸素を含む燃焼用ガスを供給して、蓄熱室内に導かれた燃焼排ガス中に含まれる未燃焼燃料を燃焼させるようにすることが好ましい。このようにすると、蓄熱室内に導かれた未燃焼燃料が燃焼排ガスと一緒に排出されることが抑制されると共に、この蓄熱室内における燃焼により生じた熱が、この蓄熱室内に充填された蓄熱材に蓄熱されるようになる。
【００１５】
また、上記の蓄熱室内に充填させる蓄熱材としては、耐熱性に優れたセラミックス材料を用いることが好ましく、例えば、ボール状やハニカム状になったセラミックス材料を用いることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、この発明の実施例に係る加熱炉を、添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１７】
この実施例における加熱炉においても、従来の加熱炉と同様に、図２に示すように、炉１０の天井１０ａや側壁１０ｂに多数のバーナ１１を設け、各バーナ１１に酸素を含む燃焼用ガスと燃料とを供給して、燃料を炉１０内において燃焼させると共に、鋼帯や鋼材等の被加熱体１を順々に導入口１２を通して炉１０内に導き、この炉１０内において被加熱体１を加熱しながら、送り装置１３によって被加熱体１を順々に送り、加熱された被加熱体１を取出口１４から取り出すようになっている。
【００１８】
一方、この実施例における加熱炉においては、上記の燃焼により生じた燃焼排ガスを排出させる煙道１５の途中において、従来のような熱交換器を設けないようにすると共に、この熱交換器によって加熱された燃焼用ガスを各バーナ１１に供給する供給パイプも設けないようにしている。
【００１９】
そして、この実施例の加熱炉においては、図３及び図４に示すように、セラミック材料からなる蓄熱材２１が充填された蓄熱室２２を有する熱交換器２０ａ，２０ｂを炉１０の側壁１０ｂに少なくとも一対（この実施例では二対）設けるようにすると共に、上記のように燃焼用ガスと燃料とをバーナ１１に供給して、炉１０内において燃料を完全に燃焼させるにあたり、バーナ１１に対して燃料を過剰にして供給するようにしている。
【００２０】
そして、この実施例の加熱炉においては、上記のように燃料を過剰にしてバーナ１１に燃焼用ガスと燃料とを供給し、炉１０内において燃料を燃焼させて、炉１０内に導かれた被加熱体１を加熱させるようにする。なお、このように燃料を過剰にしてバーナ１１において燃料を燃焼させると、燃料が完全燃焼されないため、その燃焼部分における温度が非常に高くなることが抑制され、燃焼用ガスに空気を用いた場合に、この空気に含まれる窒素が酸化されてＮＯｘ　が発生するのも抑制される。
【００２１】
また、上記の一方の熱交換器２０ａにおいては、燃焼用ガスを蓄熱室２２に供給する供給パイプ２３に設けられた第１バルブ２３ａを閉じる一方、蓄熱室２２内における燃焼排ガスを排出する排出パイプ２４に設けられた第２バルブ２４ａを開いて、上記のように炉１０内において燃焼された後の燃焼排ガスを連通口２６を通して蓄熱室２２内に吸引すると共に、この蓄熱室２２内に補助パイプ２５から酸素を含む燃焼用ガスを供給し、燃焼排ガス中に残っている未燃焼燃料をこの蓄熱室２２内において燃焼させて消費させ、燃焼排ガス及びこの燃焼による熱を蓄熱室２２内に充填された蓄熱材２２に蓄積させた後、この燃焼排ガスを上記の排出パイプ２４を通して煙道１５に導き、この煙道１５を通して炉１０内からの燃焼排ガスと共に外部に排出させるようにする。
【００２２】
一方、他方の熱交換器２０ｂにおいては、燃焼用ガスを蓄熱室２２に供給する供給パイプ２３に設けられた第１バルブ２３ａを開ける一方、蓄熱室２２内における燃焼排ガスを排出する排出パイプ２４に設けられた第２バルブ２４ａを閉じて、上記の供給パイプ２３を通して蓄熱室２２内に酸素を含む燃焼用ガスを導き、この燃焼用ガスを蓄熱室２２内に充填された上記の蓄熱材２２と接触させて加熱させ、このように加熱された燃焼用ガスを連通口２６を通して上記の炉１０内に供給させるようにする。
【００２３】
ここで、このように蓄熱室２２内において加熱された燃焼用ガスを炉１０内に供給すると、上記のバーナ１１において燃焼されずに残った燃焼排ガス中における未燃焼燃料がこの加熱された燃焼用ガスと接触し、この部分において、未燃焼燃料が燃焼されるようになる。
【００２４】
そして、このようにバーナ１１による燃焼部分から離れた位置においても燃料が燃焼される結果、炉１０内における温度のばらつきが少なくなり、被加熱体１が適切に加熱されるようになる。
【００２５】
なお、この実施例においては、炉１０の側壁１０ｂに二対の熱交換器２０ａ，２０ｂを設けるようにしたが、熱交換器２０ａ，２０ｂを設ける位置やその数については、適宜変更して設けることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明においては、酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナに供給し、炉内において上記の燃料を燃焼させて、炉内に導かれた被加熱体を順々に加熱させる加熱炉において、蓄熱材が充填された蓄熱室を有する少なくとも一対の熱交換器を設け、この一対の熱交換器において、炉内における燃焼排ガスを上記の蓄熱室内に導き、この燃焼排ガスにおける熱を上記の蓄熱材に蓄熱させた後、この燃焼排ガスを排出させる操作と、蓄熱室内に酸素を含む燃焼用ガスを供給し、この燃焼用ガスを上記の蓄熱材と接触させて加熱させ、このように加熱された燃焼用ガスを炉内に供給する操作とを交互に行うようにしたため、燃焼排ガスの熱が蓄熱室に充填された蓄熱材に蓄熱され、この熱により燃焼用ガスが十分に加熱されるようになり、燃焼排ガスの熱が効率よく利用されるようになった。また、このようにすると、煙道に導かれる高温の燃焼排ガスの量が少なくなり、従来のように、煙道の途中に熱交換器を設けたり、この熱交換器によって加熱された燃焼用ガスを各バーナに供給させるための配管を行う必要もなくなり、設備を簡略化できるようになった。
【００２７】
さらに、この発明における加熱炉においては、上記のように酸素を含む燃焼用ガスと燃料とをバーナに供給して、炉内において上記の燃料を燃焼させるにあたり、バーナに酸素を含む燃焼用ガスに対して燃料を過剰に供給するようにしたため、バーナにおいて燃料が完全燃焼されず、この燃焼部分における温度が非常に高くなるのが抑制され、燃焼用ガスに空気を用いた場合に、この空気に含まれる窒素が酸化されてＮＯｘ　が発生するが抑制されるようになった。
【００２８】
また、上記のように蓄熱室において加熱された燃焼用ガスを炉内に供給すると、バーナにおいて燃焼されずに残った燃料が、この加熱された燃焼用ガスと接触して、バーナによる燃焼部分から離れた位置においても燃料が燃焼されるようになり、炉内における温度のばらつきが少なくなって、被加熱体が適切に加熱されるようになった。
【００２９】
さらに、この発明における加熱炉において、炉内における燃焼排ガスを蓄熱材が充填された蓄熱室に導く場合に、この蓄熱室内に酸素を含む燃焼用ガスを供給して、蓄熱室内に導かれた燃焼排ガス中に含まれる未燃焼燃料を燃焼させるようにすると、未燃焼燃料が燃焼排ガスと一緒に排出されるのが抑制されると共に、この蓄熱室内における燃焼により生じた熱が、この蓄熱室内に充填された蓄熱材に蓄熱されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼帯や鋼材等の被加熱体を加熱させる従来の加熱炉の構造を示した概略断面説明図である。
【図２】この発明の一実施例に係る加熱炉の概略断面説明図である。
【図３】同実施例において、炉の側壁に二対の熱交換器を設けた状態を示した部分平面図である。
【図４】同実施例において、炉の側壁に設けた熱交換器の内部構造を示した断面説明図である。
【符号の説明】
１　被加熱体
１０　炉
１１　バーナ
２０ａ，２０ｂ　熱交換器
２１　蓄熱材
２２　蓄熱室
２３　供給パイプ
２３ａ　第１バルブ
２４　排出パイプ
２４ａ　第２バルブ
２５　補助パイプ
２６　連通口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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