(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ装置と、当該バーナ装置からの燃焼排ガスの排気経路に設けられた蓄熱室とを備えた蓄熱式加熱器を三基以上用いて雰囲気ガスを加熱する蓄熱式雰囲気ガス加熱方法であって、前記三基以上の蓄熱式加熱器のうち、少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器のバーナ装置を燃焼させて、少なくともその燃焼排ガスの全てを蓄熱室内に通して排気することで当該蓄熱室内に蓄熱する燃焼状態とし且つ少なくとも他の一基以上の蓄熱式加熱器の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する雰囲気ガス加熱状態とし且つ他の少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器から雰囲気ガスのみを吸引回収する雰囲気ガス吸引状態とし、これらの各蓄熱式加熱器を燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けることを特徴とする蓄熱式雰囲気ガス加熱方法。
【請求項２】
バーナ装置と、当該バーナ装置からの燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１の蓄熱室と、雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２の蓄熱室とを備えた蓄熱式加熱器を三基以上用いて雰囲気ガスを加熱する蓄熱式雰囲気ガス加熱方法であって、前記三基以上の蓄熱式加熱器のうち、少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器のバーナ装置を燃焼させて、少なくともその燃焼排ガスの全てを第１の蓄熱室内に通して排気することで当該第１の蓄熱室内に蓄熱する燃焼状態とし且つ少なくとも他の一基以上の蓄熱式加熱器の第１の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する雰囲気ガス加熱状態とし且つ他の少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器の第２の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して吸引回収することで当該第２の蓄熱室内に蓄熱する雰囲気ガス吸引状態とし、これらの各蓄熱式加熱器を燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けることを特徴とする蓄熱式雰囲気ガス加熱方法。
【請求項３】
前記燃焼状態の蓄熱式加熱器には、バーナ装置に供給される燃焼気体又はその一部を、前記雰囲気ガス吸引状態で蓄熱された第２の蓄熱室に通してから供給することを特徴とする請求項２に記載の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法。
【請求項４】
前記雰囲気ガスとして窒素及びアルゴン気体の何れか一方又は双方の混合ガスを用いることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法。
【請求項５】
前記雰囲気ガス中に還元性ガスを混合して当該雰囲気ガスを還元性の高温ガスとして使用することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法。
【請求項６】
少なくとも三基以上の蓄熱式加熱器を用いて加熱された高温の雰囲気ガスを連続的に供給する蓄熱式雰囲気ガス加熱装置において、前記蓄熱式加熱器は、バーナ装置と、当該バーナ装置からの燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１の蓄熱室と、雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２の蓄熱室とを備え、前記三基以上の蓄熱式加熱器のうち、少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器のバーナ装置を燃焼させて、少なくともその燃焼排ガスの全てを第１の蓄熱室内に通して排気することで当該第１の蓄熱室内に蓄熱する燃焼状態とし且つ少なくとも他の一基以上の蓄熱式加熱器の第１の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する雰囲気ガス加熱状態とし且つ他の少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器の第２の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して吸引回収することで当該第２の蓄熱室内に蓄熱する雰囲気ガス吸引状態とし、これらの各蓄熱式加熱器を燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けることを特徴とする蓄熱式雰囲気ガス加熱装置。
【請求項７】
前記各蓄熱式加熱器の第２の蓄熱室が、バーナ装置に供給される燃焼空気の予熱器であることを特徴とする請求項６に記載の蓄熱式雰囲気ガス加熱装置。
【請求項８】
前記雰囲気ガスの供給経路と雰囲気ガスの回収経路とが、同一の雰囲気ガスタンクを共有する雰囲気ガス供給源に接続されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の蓄熱式雰囲気ガス加熱装置。
【請求項９】
前記雰囲気ガスとして窒素及びアルゴン気体の何れか一方又は双方の混合ガスを用いることを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の蓄熱式雰囲気ガス加熱装置。
【請求項１０】
前記雰囲気ガス中に還元性ガスを混合して当該雰囲気ガスを還元性の高温ガスとして使用することを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の蓄熱式雰囲気ガス加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱物を加熱するためにその雰囲気にある，或いはその雰囲気に必要な雰囲気ガスを加熱供給し続ける雰囲気ガスの加熱方法及びその加熱装置に関するものであり、特に例えば鋼片や鋼帯の加熱炉，焼鈍炉，熱処理炉や連続鋳造に用いられるタンディッシュ等のように、被加熱物（タンデュッシュの場合はタンディッシュ本体）を無酸化や還元性雰囲気で加熱しなければならない場合に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば鋼材を加熱炉，焼鈍炉，熱処理炉等の各種炉内で無酸化状態で加熱する方法としては、以下に列記するようなものがある。
【０００３】
（１）ラジアントチューブ加熱方法（日本鉄鋼協会編：最近の実用燃焼技術，(1983)，p31 ）
この方法は、加熱炉等内にラジアントチューブを配設し、バーナ装置の高温燃焼排ガス若しくはそれによって昇温された気体を当該ラジアントチューブ内に送給し、当該ラジアントチューブ外壁から炉内への輻射熱によって鋼材を加熱する方法である。このため、鋼材と接触する炉内雰囲気を自由に設定できるから、炉内雰囲気を容易に無酸化状態にすることができる。
【０００４】
（２）直火還元加熱方法（第８８回西山記念技術講座，(1983)，p75 ）
この方法は、バーナ装置の火炎のうちの外炎部分に形成される還元炎を、鋼材に直接衝突させて還元雰囲気下で加熱する方法である。
【０００５】
（３）二層雰囲気燃焼方法（日本鋼管技法，No.120 (1988) ，p24 ）
この方法は、不完全燃焼によって得られる無酸化雰囲気で鋼材を包み込み、同時に、その無酸化雰囲気の外側部分である未燃焼ガス域で二次燃焼させる二層雰囲気調整によって加熱する方法である。
【０００６】
これらの加熱方法は、鋼材の加熱炉等に関するものであるが、アルミニウムや銅等の非鉄金属の加熱にも同様の方法が採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の加熱方法には、夫々、以下のような問題がある。
（１）ラジアントチューブ加熱方法
この方法は燃焼によって生成されるＨ2 Ｏや燃焼時の余剰Ｏ2 等を含む酸化性のガスを、炉内雰囲気と完全に隔離できるという点には非常に優れている。しかしながら、
ａ）例えば加熱炉温度が１２００℃以上のような高温では、この温度に耐え得る有効なチューブがない。より具体的には、熱応力や高温クリープによってラジアントチューブそのものが破断してしまう，所謂高温寿命が短くなってしまう。
【０００８】
ｂ）バーナ装置をラジアントチューブの狭い空間で燃焼させるため、バーナの燃焼容量に限界がある。
などの理由から、熱処理炉としてはともかく、炉温が１２００℃を超えるような鋼材圧延用加熱炉等には適用できない。
【０００９】
（２）直火還元加熱方法
この方法は、鋼材の近傍で還元雰囲気を形成する必要があるため、
ａ）例えば鋼材の表面温度（９００℃以下）や燃焼条件（負荷，空燃比，バーナ容量）等の操業上の制約がある。
【００１０】
ｂ）鋼材表面からバーナ間の距離等に切美的な制約がある。
ｃ）燃料の持つ燃焼熱の一部しか使用しないために熱効率がよくない。
などの理由から、鋼材圧延用加熱炉等には適用できない。
【００１１】
（３）二層雰囲気燃焼方法
この方法は、
ａ）二層雰囲気を形成するために、例えばルーフバーナとサイドバーナの併用ができないなどといった炉内のバーナ配置に制約があるため、大型の鋼材を加熱する場合には加熱温度の均一性に問題がある。
【００１２】
ｂ）炉内の単位容積当たりの加熱能力が、従来のバーナに比して小さいため、炉内の容積を大きくしなければならず、炉が大型になる。
ｃ）燃焼負荷が変動するような場合には無酸化雰囲気が崩れ易い，つまり酸化雰囲気になってしまい易く、負荷変動の大きい炉には適用困難である。
【００１３】
などの理由から、熱間圧延や、厚板及び条鋼等の大型鋼材の圧延用加熱炉には適用できない。
なお、前記直火還元加熱方法や二層雰囲気燃焼方法のように、燃焼を行いながら、その近傍を無酸化雰囲気とする方法では、炉温や燃焼条件が厳しく制約される。例えば、鋼材温度が１２００℃より高い状況で無酸化雰囲気を得るためには、燃焼ガスの組成を、ＣＯ／ＣＯ2 ＞３．１及びＨ2 ／Ｈ2 Ｏ＞１．２にする必要があり、例えば燃焼ガスとしてコークス炉ガスを燃料とする場合には、空気比＜０．５で燃焼させなければならない。ところが、このような操業上の制約を満足しながら、実施しても、鋼材表面近傍を完全に無酸化な雰囲気に安定して維持することが難しく、実際には酸化を十分に防止できない。
【００１４】
本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、まず被加熱物の雰囲気ガスを加熱するために蓄熱式加熱器を三基以上用いて、少なくともそのうちの一基以上で燃焼バーナを燃焼させながらその燃焼排ガスだけを蓄熱室内を通して排気することで蓄熱室内に蓄熱し、他の一基以上で、この高温に蓄熱された蓄熱室内を通して雰囲気ガスを加熱供給すると共に、他の一基以上で、雰囲気ガスを吸引回収することで雰囲気ガスの有効活用を行うと同時に、各蓄熱式加熱器を燃焼状態，雰囲気ガス加熱状態，雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えながら高温加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続け、更に前記吸引回収される雰囲気ガスを個別の蓄熱室に通して蓄熱し、今度は前記燃焼状態で燃焼バーナに供給される燃焼気体又はその一部，より具体的には燃焼空気等を当該蓄熱室内に供給することにより燃焼排ガス温度を速やかに高めて熱効率を向上させることができ、また前記雰囲気ガスに窒素やアルゴンを用いて無酸化雰囲気を維持したり、更にそれに還元性ガスを混合することにより還元性雰囲気を生成したり、またこのような雰囲気ガスを回収して再使用することでコストダウンを図ることができる蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び蓄熱式雰囲気ガス加熱装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記諸問題を解決するために、本発明のうち請求項１に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法は、バーナ装置と、当該バーナ装置からの燃焼排ガスの排気経路に設けられた蓄熱室とを備えた蓄熱式加熱器を三基以上用いて雰囲気ガスを加熱する蓄熱式雰囲気ガス加熱方法であって、前記三基以上の蓄熱式加熱器のうち、少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器のバーナ装置を燃焼させて、少なくともその燃焼排ガスの全てを蓄熱室内に通して排気することで当該蓄熱室内に蓄熱する燃焼状態とし且つ少なくとも他の一基以上の蓄熱式加熱器の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する雰囲気ガス加熱状態とし且つ他の少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器から雰囲気ガスのみを吸引回収する雰囲気ガス吸引状態とし、これらの各蓄熱式加熱器を燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明は、例えば前記従来のラジアントチューブ等の輻射による加熱方法の限界を考慮したものである。周知のように輻射による加熱方法では、高温域において被加熱物温度と雰囲気温度との差が小さくなると、被加熱物温度の上昇は，所謂飽和状態となって時間をかけても加熱できなくなってしまう。ところで、こうした輻射による加熱を行う場合に必要なガス輻射について考察すると、例えばＣＯ2 やＨ2 Ｏ等はガス輻射を有するが、前記ストリップの連続焼鈍炉等で無酸化雰囲気又は還元雰囲気を達成するために必要なＮ2 やＡｒにはガス輻射がなく、そのため前述のようにラジアントチューブ内に一旦、ＣＯ2 やＨ2 Ｏ等を含む燃焼排ガスを供給し、その輻射熱でストリップ等の被加熱物を加熱するしかないと考えられていた。ところが、前記無酸化雰囲気又は還元雰囲気を達成するために必要なＮ2 やＡｒを相応の高温にまで加熱することができれば、それを被加熱物に直接吹付けたり、それを被加熱物内部に充填したりすることによる，所謂対流熱伝達で当該被加熱物を急速に加熱することができる。
【００１７】
これを達成するために例えば一対の蓄熱式加熱器を用い、例えば何れか一方の加熱器ではバーナ装置を燃焼させるが、その加熱器では同時にバーナ装置の燃焼排ガスと（例えば炉内の）雰囲気ガスとを一緒に吸引して蓄熱室内に通過させ、その間に燃焼排ガス（及び雰囲気ガス）の顕熱を蓄熱室内に蓄熱し、他方の蓄熱式加熱器からは、当該加熱器内で既に十分加熱されている蓄熱室内を通過させて不活性ガス等の雰囲気ガスの顕熱に回収し、これを炉内に直接供給するようにすることが提案されつつあり、これを順次、交互に切替えれば加熱された雰囲気ガスを連続的に供給することができる。しかも、この蓄熱式加熱器では、チューブ等のような高温に曝される薄肉部材を必要としないから、例えば雰囲気ガスを例えば１５００℃以上までも、容易に加熱することができる。但し、ここで問題になるのは、例えば前記雰囲気ガスが無酸化雰囲気ガスだとか還元性雰囲気ガスであった場合に、前記吸引された雰囲気ガスは燃焼排ガス中のＯ成分が混入していて、少なくともそのまま再使用することができない。
【００１８】
そこで、この発明では蓄熱式加熱器を三基以上用い、そのうち、一基以上の蓄熱式加熱器ではバーナ装置を燃焼しながら少なくともその燃焼排ガス全てを蓄熱室内に通して排気する燃焼状態とし、他の一基以上の蓄熱式加熱器ではこの蓄熱された蓄熱室内に雰囲気ガスを通してそれを加熱して供給する雰囲気ガス加熱状態とすると共に、他の一基以上の蓄熱式加熱器では余剰となる雰囲気ガスを吸引して回収する雰囲気ガス吸引状態とし、これを燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えることで、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けると共に、余剰となる雰囲気ガスを連続的に回収して、それを次の雰囲気ガス化熱供給に再使用することを可能とする。
【００１９】
また、本発明のうち請求項２に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法は、バーナ装置と、当該バーナ装置からの燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１の蓄熱室と、雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２の蓄熱室とを備えた蓄熱式加熱器を三基以上用いて雰囲気ガスを加熱する蓄熱式雰囲気ガス加熱方法であって、前記三基以上の蓄熱式加熱器のうち、少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器のバーナ装置を燃焼させて、少なくともその燃焼排ガスの全てを第１の蓄熱室内に通して排気することで当該第１の蓄熱室内に蓄熱する燃焼状態とし且つ少なくとも他の一基以上の蓄熱式加熱器の第１の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する雰囲気ガス加熱状態とし且つ他の少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器の第２の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して吸引回収することで当該第２の蓄熱室内に蓄熱する雰囲気ガス吸引状態とし、これらの各蓄熱式加熱器を燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明でも、前記請求項１に記載の蓄熱式加熱方法と同様に蓄熱式加熱器を三基以上用いるが、各蓄熱式加熱器には、従来と同様に燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１の蓄熱室とは個別に、雰囲気ガスの吸引経路に第２の蓄熱室が備えられている。そして、この発明では、一基以上の蓄熱式加熱器ではバーナ装置を燃焼しながら少なくともその燃焼排ガス全てを第１の蓄熱室内に通して排気する燃焼状態とし、他の一基以上の蓄熱式加熱器ではこの蓄熱された第１の蓄熱室内に雰囲気ガスを通してそれを加熱して供給する雰囲気ガス加熱状態とすると共に、他の一基以上の蓄熱式加熱器では余剰となる雰囲気ガスを吸引し、更にこれを第２の蓄熱室内に通してから回収する雰囲気ガス吸引状態とし、これを燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えることで、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けると共に、余剰となる雰囲気ガスを連続的に回収して、それを次の雰囲気ガス化熱供給に再使用することを可能とし、合わせて前記第２の蓄熱室内には吸引回収される雰囲気ガスの顕熱を蓄熱することができるから、例えば次の燃焼状態において、この第２の蓄熱室内に燃焼気体又はその一部、例えば燃焼空気等を通してその顕熱に代えれば、当該燃焼状態における燃焼排ガス温度が燃焼の直後から速やかに上昇する，つまり発熱温度が始めから高くなり、その結果、燃焼状態における第１の蓄熱室への蓄熱など、熱効率全体が高まる。
【００２１】
また、本発明のうち請求項３に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法は、前記燃焼状態の蓄熱式加熱器には、バーナ装置に供給される燃焼気体又はその一部を、前記雰囲気ガス吸引状態で蓄熱された第２の蓄熱室に通してから供給することを特徴とするものである。
【００２２】
この発明では、前記雰囲気ガスの顕熱を蓄熱した第２の蓄熱室内に燃焼気体又はその一部、例えば燃焼空気等を通してその顕熱に代えることにより、燃焼状態における燃焼排ガス温度が燃焼の直後から速やかに上昇する，つまり発熱温度が始めから高くなり、その結果、燃焼状態における第１の蓄熱室への蓄熱など、熱効率全体が高まる。また、これに合わせて燃焼排ガス温度が速やかに上昇することから、特に前記雰囲気ガス吸引状態から燃焼状態への移行が速やかになり、より連続的な操業を可能とする。
【００２３】
また、本発明のうち請求項４に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法は、前記雰囲気ガスとして窒素及びアルゴン気体の何れか一方又は双方の混合ガスを用いることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明では、前記雰囲気ガスとして窒素やアルゴン気体等を用いることにより、当該雰囲気ガスを無酸化雰囲気ガスにすることができるから、例えば加熱された雰囲気ガスは無酸化状態を必要とするタンディッシュやストリップ等の被加熱物に適用することができる。
【００２５】
また、本発明のうち請求項５に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法は、前記雰囲気ガス中に還元性ガスを混合して当該雰囲気ガスを還元性の高温ガスとして使用することを特徴とするものである。
【００２６】
この発明では、前記雰囲気ガス中に還元性ガスを混合して用いることにより、当該雰囲気ガスを還元性雰囲気ガスにすることができるから、例えば加熱された雰囲気ガスは無酸化で且つ還元性状態を必要とするタンディッシュやストリップ等の被加熱物に適用することができる。
【００２７】
また、本発明のうち請求項６に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、少なくとも三基以上の蓄熱式加熱器を用いて加熱された高温の雰囲気ガスを連続的に供給する蓄熱式雰囲気ガス加熱装置において、前記蓄熱式加熱器は、バーナ装置と、当該バーナ装置からの燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１の蓄熱室と、雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２の蓄熱室とを備え、前記三基以上の蓄熱式加熱器のうち、少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器のバーナ装置を燃焼させて、少なくともその燃焼排ガスの全てを第１の蓄熱室内に通して排気することで当該第１の蓄熱室内に蓄熱する燃焼状態とし且つ少なくとも他の一基以上の蓄熱式加熱器の第１の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する雰囲気ガス加熱状態とし且つ他の少なくとも一基以上の蓄熱式加熱器の第２の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通して吸引回収することで当該第２の蓄熱室内に蓄熱する雰囲気ガス吸引状態とし、これらの各蓄熱式加熱器を燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けることを特徴とするものである。
【００２８】
この発明でも、前記請求項２に記載の蓄熱式加熱方法と同様に蓄熱式加熱器を三基以上用いるが、各蓄熱式加熱器には、従来と同様に燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１の蓄熱室とは個別に、雰囲気ガスの吸引経路に第２の蓄熱室が備えられている。そして、この発明では、一基以上の蓄熱式加熱器ではバーナ装置を燃焼しながら少なくともその燃焼排ガス全てを第１の蓄熱室内に通して排気する燃焼状態とし、他の一基以上の蓄熱式加熱器ではこの蓄熱された第１の蓄熱室内に雰囲気ガスを通してそれを加熱して供給する雰囲気ガス加熱状態とすると共に、他の一基以上の蓄熱式加熱器では余剰となる雰囲気ガスを吸引し、更にこれを第２の蓄熱室内に通してから回収する雰囲気ガス吸引状態とし、これを燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えることで、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けると共に、余剰となる雰囲気ガスを連続的に回収して、それを次の雰囲気ガス化熱供給に再使用することを可能とし、合わせて前記第２の蓄熱室内には吸引回収される雰囲気ガスの顕熱を蓄熱することができるから、例えば次の燃焼状態において、この第２の蓄熱室内に燃焼気体又はその一部、例えば燃焼空気等を通してその顕熱に代えれば、当該燃焼状態における燃焼排ガス温度が燃焼の直後から速やかに上昇する，つまり発熱温度が始めから高くなり、その結果、燃焼状態における第１の蓄熱室への蓄熱など、熱効率全体が高まる。
【００２９】
また、本発明のうち請求項７に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、前記各蓄熱式加熱器の第２の蓄熱室が、バーナ装置に供給される燃焼空気の予熱器であることを特徴とするものである。
【００３０】
この発明では、前記各蓄熱式加熱器の第２の蓄熱室を燃焼空気の予熱器として用いることにより、前記雰囲気ガスの顕熱を蓄熱した第２の蓄熱室内に燃焼空気を通してその顕熱に代えることにより、燃焼状態における燃焼排ガス温度が燃焼の直後から速やかに上昇する，つまり発熱温度が始めから高くなり、その結果、燃焼状態における第１の蓄熱室への蓄熱など、熱効率全体が高まる。また、これに合わせて燃焼排ガス温度が速やかに上昇することから、特に前記雰囲気ガス吸引状態から燃焼状態への移行が速やかになり、より連続的な操業を可能とする。
【００３１】
また、本発明のうち請求項８に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、前記雰囲気ガスの供給経路と雰囲気ガスの回収経路とが、同一の雰囲気ガスタンクを共有する雰囲気ガス供給源に接続されていることを特徴とするものである。
【００３２】
この発明では、雰囲気ガスの供給経路と回収経路とを、同一の雰囲気ガス供給源に接続することにより、前記雰囲気ガス吸引状態で回収された雰囲気ガスを確実に次の雰囲気ガス加熱状態に再使用することができ、その分だけ原材料費を低減することができる。
【００３３】
また、本発明のうち請求項９に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、前記雰囲気ガスとして窒素及びアルゴン気体の何れか一方又は双方の混合ガスを用いることを特徴とするものである。
【００３４】
この発明では、前記雰囲気ガスとして窒素やアルゴン気体等を用いることにより、当該雰囲気ガスを無酸化雰囲気ガスにすることができるから、例えば加熱された雰囲気ガスは無酸化状態を必要とするタンディッシュやストリップ等の被加熱物に適用することができる。
【００３５】
また、本発明のうち請求項１０に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、前記雰囲気ガス中に還元性ガスを混合して当該雰囲気ガスを還元性の高温ガスとして使用することを特徴とするものである。
【００３６】
この発明では、前記雰囲気ガス中に還元性ガスを混合して用いることにより、当該雰囲気ガスを還元性雰囲気ガスにすることができるから、例えば加熱された雰囲気ガスは無酸化で且つ還元性状態を必要とするタンディッシュやストリップ等の被加熱物に適用することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び蓄熱式雰囲気ガス加熱装置をバッチ式加熱炉に用いた第１実施形態を示すものである。なお、この加熱炉内は無酸化雰囲気又は後述のように若干の還元性を有する無酸化雰囲気（この雰囲気を本実施形態では還元性雰囲気とする）に保持する必要がある。
【００３８】
同図から明らかなように、この実施形態の加熱炉には、三基の蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃが１セットとして取付けられている。また、これらの各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃは何れも、従来と同様に設けられているバーナ装置２Ａ〜２Ｃの燃焼側に隣接する第１の蓄熱室３Ａ〜３Ｃとは個別に、バーナ装置への気体供給管路に第２の蓄熱室４Ａ〜４Ｃが設けられている。なお、各蓄熱室内３Ａ〜３Ｃ，４Ａ〜４Ｃには、従来と同様に、例えばセラミックス等からなる球状又は円筒状等の蓄熱体が充填されている。
【００３９】
前記各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃの各バーナ装置２Ａ〜２Ｃは、前述のように第２の蓄熱室４Ａ〜４Ｃと共に、Ｍガスの供給を制御するＭガス弁６Ａ〜６Ｃを介して、更に図示されないＭガス供給源に接続されている。また、このバーナ装置２Ａ〜２Ｃの燃焼室５Ａ〜５Ｃは、加熱炉内部に連通している。なお、前記Ｍガスとは、前記バーナ装置で燃焼を行うための燃料ガスである。
【００４０】
また、前記第１の蓄熱室３Ａ〜３Ｃの夫々は、排気弁７１Ａ〜７Ｃ及び排気ファン１１を介して排気経路に接続されていると共に、Ｎ2 吹込弁８Ａ〜８Ｃ及びＮ2 吹込ファン１２を介して後述するＮ2 供給源１５に接続されている。また、前記第２の蓄熱室４Ａ〜４Ｃの夫々は、Ｎ2 回収弁９Ａ〜９Ｃ及びＮ2 回収ファン１３を介して後述するＮ2 供給源１５に接続されていると共に、空気弁１０Ａ〜１０Ｃ及び空気ファン１４を介して空気供給経路に接続されている。
【００４１】
前記Ｎ2 供給源１５は、共通のＮ2 タンク（例えば容量１０００ｍ3 ）１６を備え、このＮ2 タンク１６に直接、前記Ｎ2 回収弁９Ａ〜９Ｃ及びＮ2 回収ファン１３を接続経路に備えた各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃの第２の蓄熱室４Ａ〜４Ｃが接続されている。また、このＮ2 タンク１６には、Ｏ2 除去装置１７を介して、前記Ｎ2 吹込弁８Ａ〜８Ｃ及びＮ2 吹込ファン１２を接続経路に備えた各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃの第１の蓄熱室３Ａ〜３Ｃが接続されている。また、このＮ2 供給源１５では、前記Ｎ2 タンク１６に吸気ファン１８を取付け、この吸気ファン１８で吸引されたＮ2 を、前述とは個別のＯ2 除去装置１９に送給し、当該Ｏ2 除去装置１９でＯ成分の除去されたＮ2 を再びＮ2 タンク１６にリターンするようにしている。また、このＮ2 タンク１６には、後述する加熱炉からの排気分を補うＮ2 補充経路が接続されている。
【００４２】
さて、図１に示す状態は、図中の左端の蓄熱式加熱器（以下、第１の蓄熱式加熱器とも記す）１Ａ系が燃焼状態にあり、図中中央の蓄熱式加熱器（以下、第２の蓄熱式加熱器とも記す）１Ｂ系がＮ2 加熱状態にあり、図中の右端の蓄熱式加熱器（以下、第３の蓄熱式加熱器とも記す）１Ｃ系がＮ2 吸引状態にある状態を示している。このうち、燃焼状態とはバーナ装置２Ａ〜２Ｃを燃焼させている状態であり、Ｎ2 加熱状態とはＮ2 を加熱しそれを加熱炉内に供給している状態であり、Ｎ2 吸引状態とはＮ2 を加熱炉内から吸引している状態を示す。また、これに付随して、図２の左端部に示すように、前記燃焼状態にある第１の蓄熱式加熱器１Ａ系ではバーナ装置２Ａが燃焼状態であり（第１の蓄熱室３Ａは蓄熱状態である）、同時に第２の蓄熱室４Ａは燃焼空気の予熱状態であり、前記Ｎ2 加熱状態にある第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系では、それまでの燃焼状態で蓄熱状態にあった第１の蓄熱室３ＢにＮ2 供給源１５からのＮ2 を通してそれを加熱し（第２の蓄熱室４Ｂは待機中である）、前記Ｎ2 吸引状態にある第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系では、それまでのＮ2 加熱状態及び燃焼状態で放熱されていた第２の蓄熱室３Ｃに加熱炉内のＮ2 を通してその顕熱を当該第２の蓄熱室３Ｃ内に蓄熱する（第１の蓄熱室４Ｃは待機中である）。
【００４３】
この状態を継続すると、前記Ｎ2 加熱状態にある第２の蓄熱式加熱器１Ｂから加熱炉内に供給されるＮ2 温度が次第に低下し、同時に燃焼状態にある第１の蓄熱式加熱器１Ａの第１の蓄熱室３Ａ内の温度が次第に上昇する。勿論、前者には下限値が、後者には上限値があるから、それらの何れか一方又は双方が限界値になったら、例えば本実施形態では、それまで燃焼状態にあった第１の蓄熱式加熱器１Ａ系をＮ2 加熱状態に切替えて、最も高い温度まで加熱されたＮ2 を加熱炉内に供給すると共に、それまでＮ2 加熱状態にあった第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系をＮ2 吸引状態に切替えて第２の蓄熱室４Ｂ内に加熱炉内のＮ2 の顕熱を蓄熱し、それまでＮ2 吸引状態にあった第３の蓄熱式加熱器１Ｃを燃焼状態に切替えて第１の蓄熱室３Ａの蓄熱を行う。更にこの状態を継続して、前記Ｎ2 加熱状態にある第１の蓄熱式加熱器１Ａから加熱炉内に供給されるＮ2 温度が下限値まで低下するか、若しくは燃焼状態にある第３の蓄熱式加熱器１Ｃの第１の蓄熱室３Ｃ内の温度が上限値まで上昇したら、それまでＮ2 加熱状態にあった第１の蓄熱式加熱器１Ａ系をＮ2 吸引状態に切替えて第２の蓄熱室４Ａ内に加熱炉内のＮ2 の顕熱を蓄熱し、それまでＮ2 吸引状態にあった第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系を燃焼状態に切替えて第１の蓄熱室３Ｂの蓄熱を行い、それまで燃焼状態にあった第３の蓄熱式加熱器１ＣをＮ2 加熱状態に切替えて、最も高い温度まで加熱されたＮ2 を加熱炉内に供給し、この切替えを所定のタイミングで順次繰り返して加熱炉内に加熱された高温のＮ2 が連続的に供給され続けるようにすると共に当該加熱炉内の余剰なＮ2 については連続的に回収を行う。
【００４４】
さらに本実施形態では、前記加熱された高温のＮ2 が加熱炉内に連続的に供給され続けること、及び加熱炉内の余剰のＮ2 が連続的に回収され続けること、及び各バーナ装置の燃焼排ガスが，より具体的には当該燃焼排ガス中のＯ成分が加熱炉内に流れ込んで当該加熱炉内の無酸化雰囲気又は還元性雰囲気が乱されないようにするために、図３のシークエンスチャートに示すタイミングで、図示されないプロセスコンピュータによって、前記各制御弁の開閉制御を行っている。このシークエンスチャートの左端部は、前記第１の蓄熱式加熱器１Ａ系が燃焼状態、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系がＮ2 加熱状態、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系がＮ2 吸引状態である状態を示しており、このとき燃焼状態の第１の蓄熱式加熱器１Ａ系では排気弁７Ａ，空気弁１０Ａ及びＭガス弁６Ａが開状態であり、Ｎ2 吹込弁８Ａ及びＮ2 回収弁９Ａは閉状態である。また、Ｎ2 加熱状態の第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系では排気弁７Ｂ，空気弁１０Ｂ，Ｍガス弁６Ｂ及びＮ2 回収弁９Ｂが閉状態であり、Ｎ2 吹込弁８Ｂのみが開状態である。また、Ｎ2 吸引状態の第３の蓄熱式加熱器１Ｃでは排気弁７Ｃ，空気弁１０Ｃ，Ｍガス弁６Ｃ及びＮ2 吹込弁８Ｃが閉状態であり、Ｎ2 回収弁９Ｃが開状態である。なお、この状態を含め、後述の開状態にある各制御弁の開度若しくは流量は予め設定されており、それについては後段に詳述する。
【００４５】
そして、この状態から第１の蓄熱式加熱器１Ａ系をＮ2 加熱状態に、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系をＮ2 吸引状態に、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系を燃焼状態に切替える場合には、まずそれまで燃焼状態にある第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＭガス弁６Ａを閉作動させ、それが完全に閉状態になってから同じく第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の空気弁１０Ａを閉動作させる。従って、先に燃焼が終了し、その後、バーナ装置２Ａからは燃焼空気が噴出して、当該燃焼空気によって第１の蓄熱式加熱器１Ａ内をパージすることにより、未燃焼のＭガスが存在しないようにする。また、このときバーナ装置２Ａからは燃焼空気が噴出しているが、未だ第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａは開状態であるから、当該燃焼空気は燃焼に供することなく、そのまま排気経路に排気されてしまい、それが加熱炉内に流れ込むことがないので、当該加熱炉内の無酸化雰囲気又は還元性雰囲気は保持される。
【００４６】
次いで、前記第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の空気弁１０Ａが完全に閉状態となってから、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８Ａを開動作させると同時に、それまでＮ2 加熱状態にあった前記第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８Ｂを閉動作させる。なお、このとき、開動作される第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８ＡのＮ2 吹込増加量の単位時間当たりの割合，つまりＮ2 吹込増加速度と、閉動作される第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８ＢのＮ2 吹込減少量の単位時間当たりの割合，つまりＮ2 吹込減少速度とは、互いに方向性の違いはあっても絶対量としては同等になるように設定されている。従って、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８Ａの開動作と、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８Ｂの閉動作とを同時に開始すれば、加熱炉内に投入される加熱Ｎ2 流量は、この切替え時にも常時一定となる。
【００４７】
この第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８Ａが完全に開状態となり、同時に第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８Ｂが完全に閉状態となってから、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａを閉動作させ、同時に、それまでＮ2 吸引状態にある第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃを開動作させ、これに合わせて第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂを開動作させ、同時に、それまでＮ2 吸引状態にある前記第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 回収弁９Ｃを閉動作させる。このうち、閉動作される第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａの排気減少量の単位時間当たりの割合，つまり排気減少速度と、開動作される第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気量７Ｃの排気増加量の単位時間当たりの割合，つまり排気増加速度とは、互いに方向性の違いはあっても絶対量としては同等になるように設定されている。従って、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａの閉動作と、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃの開動作とを同時に開始すれば、この切替え時にも総排気流量は常時一定となる。また、開動作される第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９ＢのＮ2 回収増加量の単位時間当たりの割合，つまりＮ2 回収増加速度と、閉動作される第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 回収弁９ＣのＮ2 回収減少量の単位時間当たりの割合，つまりＮ2 回収減少速度とは、互いに方向性の違いはあっても絶対量としては同等になるように設定されている。従って、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂの開動作と、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 回収弁９Ｃの閉動作とを同時に開始すれば、この切替え時にもＮ2 回収流量は常時一定となる。
【００４８】
この第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａが完全に閉状態となり且つ第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃが完全に開状態となり、また第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂが完全に開状態となり且つ第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 回収弁９Ｃが完全に閉状態となってから、今度は第３の蓄熱式加熱器１Ｃの空気弁１０Ｃを開動作させ、この空気弁１０Ｃが完全に開状態となってから、同じく第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＭガス弁６Ｃを開動作させると同時に、図示されないパイロットバーナ等を用いて当該第３の蓄熱式加熱器１Ｃのバーナ装置２Ｃに点火する。このときも、既に第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃが開状態であるから、当該第３の蓄熱式加熱器１Ｃの空気弁１０Ｃが開動作してそのバーナ装置２Ｃから噴出する空気は、加熱炉内の流れ込むことなく、そのまま排気されるし、当該第３の蓄熱式加熱器１ＣのＭガス弁６Ｃを開動作させると同時にバーナ装置２Ｃに点火するので、未燃焼のＭガスが存在したり、それが外部に排気されたりすることはない。
【００４９】
以上のうちで、前記第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８Ａが完全に開状態となった時点で当該第１の蓄熱式加熱器１Ａからは加熱されたＮ2 が定常的に加熱炉内に吹込まれ、また前記第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂが完全に開状態となった時点で当該第２の蓄熱式加熱器１Ｂからは余剰のＮ2 が定常的に加熱炉内から吸引回収される。ただ、これ以後も、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａが閉動作されたり、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系では排気弁７Ｃや空気弁１０Ｃ，Ｍガス弁６Ｃの開閉動作が行われたりし、当該第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系では前記Ｍガス弁６Ｃが完全に開動作した後でなければ、バーナ装置２Ｃが定常的な燃焼状態にならないのであるから、前述の第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＭガス弁６Ａの閉動作開始から、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＭガス弁６Ｃの開動作完了までを切替え期と称する。
【００５０】
この状態で、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系ではＮ2 の加熱供給を行い、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系ではＮ2 の吸引回収を行いながら第２の蓄熱室４Ｂへの蓄熱を行い、第３の蓄熱式加熱器１Ｃではバーナ装置２Ｃの燃焼と共に第１の蓄熱室３Ｃへの蓄熱を行い、前述と同様に第１の蓄熱式加熱器１Ａから加熱炉内に供給されるＮ2 温度が下限値まで低下するか、若しくは燃焼状態にある第３の蓄熱式加熱器１Ｃの第１の蓄熱室３Ｃ内の温度が上限値まで上昇したら、それまで燃焼状態にある第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＭガス弁６Ｃを閉作動させ、それが完全に閉状態になってから同じく第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の空気弁１０Ｃを閉動作させることにより、未燃焼のＭガスが存在しないようにすると共に、燃焼空気をそのまま排気経路に排気して、加熱炉内の無酸化雰囲気又は還元性雰囲気を保持する。
【００５１】
次いで、前記第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の空気弁１０Ｃが完全に閉状態となってから、同じく第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８Ｃを開動作させると同時に、それまでＮ2 加熱状態にあった前記第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８Ａを閉動作させる。なお、このときも、開動作される第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８ＣのＮ2 吹込増加速度と、閉動作される第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８ＡのＮ2 吹込減少速度とは、互いに方向性の違いはあっても絶対量としては同等になるように設定されており、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８Ｃの開動作と、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８Ａの閉動作とを同時に開始することで、切替え中に加熱炉内に投入される加熱Ｎ2 流量を常時一定とする。
【００５２】
この第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８Ｃが完全に開状態となり、同時に第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 吹込弁８Ａが完全に閉状態となってから、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃを閉動作させ、同時に、それまでＮ2 吸引状態にある第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂを開動作させ、これに合わせて第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９Ａを開動作させ、同時に前記第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂを閉動作させる。このときも、閉動作される第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃの排気減少速度と、開動作される第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気量７Ｂの排気増加速度とを、絶対量として同等になるように設定し、当該第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃの閉動作と、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂの開動作とを同時に開始することにより、切替え時の総排気流量を常時一定とする。また、開動作される第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９ＡのＮ2 回収増加速度と、閉動作される第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９ＢのＮ2 回収減少速度とを、絶対量として同等になるように設定し、当該第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９Ａの開動作と、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂの閉動作とを同時に開始することにより、切替え時のＮ2 回収流量を常時一定とする。
【００５３】
次いで、前記第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系の排気弁７Ｃが完全に閉状態となり且つ第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂが完全に開状態となり、また第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９Ａが完全に開状態となり且つ第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂが完全に閉状態となってから、今度は第２の蓄熱式加熱器１Ｂの空気弁１０Ｂを開動作させ、この空気弁１０Ｂが完全に開状態となってから、同じく第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＭガス弁６Ｂを開動作させると同時に、図示されないパイロットバーナ等を用いて当該第２の蓄熱式加熱器１Ｂのバーナ装置２Ｂに点火する。このときも、既に当該第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂが開状態であるから、当該第２の蓄熱式加熱器１Ｂの空気弁１０Ｂを通じてバーナ装置２Ｂから噴出する空気はそのまま排気され、また当該第２の蓄熱式加熱器１ＢのＭガス弁６Ｂを開動作させると同時にバーナ装置２Ｂに点火するので、未燃焼のＭガスが存在したり、それが外部に排気されたりすることはない。
【００５４】
この状態で、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系ではＮ2 の吸引回収を行いながら第２の蓄熱室４Ａへの蓄熱を行い、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系ではバーナ装置２Ｂの燃焼と共に第１の蓄熱室３Ｂへの蓄熱を行い、第３の蓄熱式加熱器１ＣではＮ2 の加熱供給を行い、前述と同様に第３の蓄熱式加熱器１Ｃから加熱炉内に供給されるＮ2 温度が下限値まで低下するか、若しくは燃焼状態にある第２の蓄熱式加熱器１Ｂの第１の蓄熱室３Ｂ内の温度が上限値まで上昇したら、それまで燃焼状態にある第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＭガス弁６Ｂを閉作動させ、それが完全に閉状態になってから同じく第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の空気弁１０Ｂを閉動作させることにより、前述と同様に未燃焼のＭガスが存在しないようにすると共に、燃焼空気をそのまま排気経路に排気して、加熱炉内の無酸化雰囲気又は還元性雰囲気を保持する。
【００５５】
次いで、前記第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の空気弁１０Ｂが完全に閉状態となってから、同じく第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８Ｂを開動作させると同時に、それまでＮ2 加熱状態にあった前記第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８Ｃを閉動作させる。なお、このときも、開動作される第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８ＢのＮ2 吹込増加速度と、閉動作される第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８ＣのＮ2 吹込減少速度とは、互いに方向性の違いはあっても絶対量としては同等になるように設定されており、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８Ｂの開動作と、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８Ｃの閉動作とを同時に開始することで、切替え中に加熱炉内に投入される加熱Ｎ2 流量を常時一定とする。
【００５６】
この第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 吹込弁８Ｂが完全に開状態となり、同時に第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 吹込弁８Ｃが完全に閉状態となってから、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂを閉動作させ、同時に、それまでＮ2 吸引状態にある第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａを開動作させ、これに合わせて第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 回収弁９Ｃを開動作させ、同時に前記第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９Ａを閉動作させる。このときも、閉動作される第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂの排気減少速度と、開動作される第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気量７Ａの排気増加速度とを、絶対量として同等になるように設定し、当該第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂの閉動作と、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａの開動作とを同時に開始することにより、切替え時の総排気流量を常時一定とする。また、開動作される第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９ＢのＮ2 回収増加速度と、閉動作される第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９ＡのＮ2 回収減少速度とを、絶対量として同等になるように設定し、当該第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系のＮ2 回収弁９Ｂの開動作と、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９Ａの閉動作とを同時に開始することにより、切替え時のＮ2 回収流量を常時一定とする。
【００５７】
次いで、前記第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系の排気弁７Ｂが完全に閉状態となり且つ第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａが完全に開状態となり、また第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系のＮ2 回収弁９Ｃが完全に開状態となり且つ第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＮ2 回収弁９Ａが完全に閉状態となってから、今度は第１の蓄熱式加熱器１Ａの空気弁１０Ａを開動作させ、この空気弁１０Ａが完全に開状態となってから、同じく第１の蓄熱式加熱器１Ａ系のＭガス弁６Ａを開動作させると同時に、図示されないパイロットバーナ等を用いて当該第１の蓄熱式加熱器１Ａのバーナ装置２Ａに点火する。このときも、既に当該第１の蓄熱式加熱器１Ａ系の排気弁７Ａが開状態であるから、当該第１の蓄熱式加熱器１Ａの空気弁１０Ａを通じてバーナ装置２Ａから噴出する空気はそのまま排気され、また当該第２の蓄熱式加熱器１ＡのＭガス弁６Ａを開動作させると同時にバーナ装置２Ａに点火するので、未燃焼のＭガスが存在したり、それが外部に排気されたりすることはない。
【００５８】
この状態で、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系ではバーナ装置２Ａの燃焼と共に第１の蓄熱室３Ａへの蓄熱を行い、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系ではＮ2 の加熱供給を行い、第３の蓄熱式加熱器１ＣではＮ2 の吸引回収を行いながら第２の蓄熱室４Ｃへの蓄熱を行っており、実質的に図３の左端における状態に一致する。従って前述と同様の切替え条件が満足されたら、今までの切替えを順次繰返す。以上より、三基の蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃでは、燃焼状態、Ｎ2 の加熱供給状態、Ｎ2 の吸引回収状態が順次繰返されることになる。
【００５９】
次に、本実施形態の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその装置における作用について説明する。
前述のように、二基一対の蓄熱式加熱器を用い、それを燃焼状態と雰囲気ガス（この場合はＮ2 ）加熱供給状態とに交互に切替えて、雰囲気ガスを連続的に加熱し、その対流熱伝達で被加熱物を加熱する技術は従来から提案されつつある。しかしながら、この場合には、雰囲気ガスを、例えば加熱炉等の雰囲気ガス充満状態から外部に直接排気するか、或いは燃焼状態にある蓄熱式加熱器から排気するしかない。特に熱効率を考慮した場合、燃焼状態にある蓄熱式加熱器から、その蓄熱室内に余剰の雰囲気ガスを通して当該雰囲気ガスの顕熱を蓄熱し、それを次の雰囲気ガス加熱時に用いる方がよいことは容易に推察される。ところが、このように燃焼状態にある蓄熱式加熱器から雰囲気ガスを吸引するということは、同時にその燃焼排ガスを吸引することであるから、本実施形態の加熱炉のように、無酸化雰囲気状態或いは還元性雰囲気状態を保持する必要のある場合には、吸引され且つＯ成分等を含む雰囲気ガスを、少なくともそのままでは再使用できないことになる。理論上では、当該燃焼排ガスを含む雰囲気ガスを、再び燃焼排ガス成分と雰囲気ガス成分とに分離するか、或いはそれから雰囲気ガス成分のみを抽出すればよいが、そのような操業は、実質的に高いコストを必要とするし、無駄も多くて、実現困難である。
【００６０】
一方、本実施形態では、蓄熱式加熱器を三基用い、前述のような燃焼状態及びＮ2 （雰囲気ガス）加熱（供給）状態の他に、Ｎ2 （雰囲気ガス）吸引（回収）状態を設定した。従って、少なくとも燃焼状態にある蓄熱式加熱器から燃焼排ガス全てを排気すれば、加熱状態にある蓄熱式加熱器から加熱炉内に供給される雰囲気ガスは、論理上は１００％又は略１００％回収可能である。実際には、加熱炉内から持ち去られる雰囲気ガスを“０”にすることは困難であるから、少なくともそれを除く雰囲気ガスは回収可能であると考える。そして、本実施形態の最も特徴とする点は、雰囲気ガス吸引（回収）状態（工程）を設けることにより、特に熱回収工程とガス工程とを同時に付加することができる点にある。前者は熱効率の向上を、後者は雰囲気ガスを再使用可能として当該雰囲気ガスに係るコストを大幅に低減することを可能とする。
【００６１】
このうち、前者については、本実施形態では雰囲気ガス（Ｎ2 ）の吸引（回収）経路に個別の蓄熱室，即ち前記第２の蓄熱室４Ａ〜４Ｃを設け、蓄熱された第２の蓄熱室４Ａ〜４Ｃ内には燃焼空気を通す，つまり各第２の蓄熱室４Ａ〜４Ｃは、夫々燃焼空気の予熱器として作用する。従って、燃焼空気は予め雰囲気温度に近い温度に予熱されることになり、燃焼状態への移行が速やかになる，つまり燃焼状態に移行したときの発熱温度が始めから高くなって燃焼温度が速やかに上昇するということになる。そして、これにより熱効率が大幅に向上すると共に、前述した雰囲気ガス吸引（回収）状態から燃焼状態への移行を滑らかに連続することができる。
【００６２】
また、後者については、例えば本実施形態のように加熱炉内を無酸化雰囲気状態に保持しなければならないような場合にも、余剰の雰囲気ガスは全て回収可能であるので、前述のように加熱炉内から持ち出される，或いは大気中に漏洩してしまう分だけを補充すればよいことから、コストを低廉化できる他、雰囲気ガスの供給能力による設備制約がなくなり、特に鉄鋼業などの大規模加熱炉への適用も可能となる。また、本実施形態のように、吸引した雰囲気ガス（Ｎ2 ）を共通のＮ2 タンク１６に回収し、そこから再びＮ2 ガスを再使用することとすれば、特に雰囲気ガスを生成したり入手したりしにくい場所で有効に活用することができる。なお、本実施形態では、吸気ファン１８による循環経路中に設けられたＯ2 除去装置１９や、Ｎ2 の供給経路に設けられたＯ2 除去装置１７によって、例え回収された雰囲気ガスＮ2 中に、燃焼排ガスや大気中のＯ成分が混入していた場合にもそれを効率よく除去することができるので、回収された雰囲気ガスＮ2 は１００％又は略１００％再使用可能である。
【００６３】
次に、本実施形態の熱効率について、具体的な数値を評価してみる。再び、図１に戻って、同図は前記第１の蓄熱式加熱器１Ａが燃焼状態、第２の蓄熱式加熱器１ＢがＮ2 加熱状態、第３の蓄熱式加熱器１ＣがＮ2 吸引状態にある状況を示している。
【００６４】
ここでまず、燃焼状態にある第１の蓄熱式加熱器１Ａから排気される流量は、供給されるＭガスと燃焼空気とから生成される燃焼排ガスの流量と一致又はそれより僅かに多い量としてあり、これにより燃焼排ガスを確実に排気して、それが加熱炉内に流れ込まないようにすると共に、加熱炉内から第１の蓄熱式加熱器１Ａを通って排気されてしまう単位時間当たりのＮ2 流量を０Ｎｍ3 ／Hr又は操業上必要最小限の極微量になるようにした。なお、この第１の蓄熱式加熱器１Ａの供給されるＭガスの単位時間当たりの熱量は５０９６０Ｍcal ／Hrであり、３０℃の燃焼空気を供給した場合に、排気される燃焼排ガスの温度は約１４０℃である。
【００６５】
一方、加熱炉自体からの炉体放散熱は、炉体の総表面積を１０００ｍ2 ，温度差を５０℃，単位面積当たりの比熱を２５Ｋcal ／ｍ2 Hr℃としたときに、単位時間当たり、１２５０Ｍcal ／Hrとなる。また、加熱炉自体からの単位時間当たりのＮ2 排気流量は２１００Ｎｍ3 ／Hrであり、その単位時間当たりの熱量は６４０Ｍcal ／Hrである。
【００６６】
また、Ｎ2 加熱状態にある第２の蓄熱式加熱器１Ｂでは、３０℃のＮ2 を単位時間当たりの１２５３００Ｎｍ3 ／HrのＮ2 流量で供給したときに、それを１５５０℃まで加熱することができる。この加熱されたＮ2 の熱量は６７４００Ｍcal ／Hrである。
【００６７】
また、以上より、Ｎ2 吸引状態にある第３の蓄熱式加熱器１Ｃでは、炉体自体から排気されるＮ2 流量２１００Ｎｍ3 ／Hrを除き、１２３２００Ｎｍ3 ／HrのＮ2 を吸引回収することができる。また、この吸引されるＮ2 の顕熱は９００℃であることから、その熱量は３７２５０Ｍcal ／Hrになる。そして、この吸引されたＮ2 の顕熱を第２の蓄熱室４Ｃに蓄熱した結果、回収されるＮ2 の顕熱は１４０℃である。
【００６８】
そして、Ｎ2 供給源では、前記加熱炉自体から排気されるＮ2 分，つまりＮ2 流量２１００Ｎｍ3 ／HrだけをＮ2 タンク１６に補充する。
以上から、本実施形態の加熱炉における加熱効率は、図中に示すように５５．５％であり、通常の加熱炉の加熱効率が高くても４０％程度であるのに比して、大幅な熱効率の向上が見られる。また、加熱炉自体から排気されるＮ2 流量２１００Ｎｍ3 ／Hrだけを補充する。このＮ2 流量２１００Ｎｍ3 ／Hrとても、少量とは言いがたいが、加熱炉内に供給するＮ2 流量が１２５３００Ｎｍ3 ／Hr，回収されるＮ2 流量が１２３２００Ｎｍ3 ／Hrであることを考慮すれば、補充しなければならないＮ2 流量は十分に少量であると考えてよい。従って、こうした鋼材の加熱炉のように大量のＮ2 供給流量を必要とする場所でも実現性が高く、特に雰囲気ガスを容易に生成或いは入手できない場所での利用性が高い。勿論、再使用効率を向上することにより、コストの低廉化を図ることができるのは言うまでもない。
【００６９】
なお、前述のような制御内容を組合わせて実施することで、加熱炉内への燃焼排ガスの流れ込みや大気の吸引を抑制防止することができるから、当該加熱炉内の無酸化雰囲気状態を保持することができる。しかしながら、例えばこの加熱炉内のような被加熱物の雰囲気を還元性雰囲気にすることによって、より積極的に酸化を抑制する，或いは酸化物を還元してしまうことも可能である。
【００７０】
ここで、例えば加熱炉内を還元雰囲気にするための還元性ガスとしてＨ2 を用いたときに、Ｈ2 濃度及びＨ2 Ｏ濃度と温度とに依存しながら、当該Ｈ2 が酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4 やＦｅＯのＯ成分と結合して鉄を還元したり、或いはＨ2 ＯのＯ成分が鉄を酸化して酸化鉄Ｆｅ3 Ｏ4 やＦｅＯになったりする周知の酸化還元平衡曲線が得られる。そして、この酸化還元平衡曲線をＨ2 ／Ｈ2 Ｏ濃度比に置換して、温度に依存する鉄の酸化還元平衡曲線を得る。この酸化還元平衡曲線から、所望する雰囲気温度（本実施形態では凡そ１０００℃以上）において、鉄を還元可能なＨ2 ／Ｈ2 Ｏ濃度比を得ることができる。この酸化還元平衡曲線によれば、雰囲気温度が高温であるほど、還元性ガスとしてＨ2 を用いる方がＨ2 の投入量が少量でもよいことから、後述するように投入される還元性ガス濃度を爆発限界（可燃限界）濃度以下に抑制する上で有利であることが伺われる。
【００７１】
ここで、既知のように空気中にリークした場合におけるＨ2 の可燃限界は４％程度以下である。この可燃限界から、前記供給されるＮ2 流量ＶN における添加Ｈ2 流量ＶH の可燃限界範囲のＨ2 可燃下限曲線を求める。従って、縦軸にＨ2 添加量を採った場合、Ｈ2 可燃下限曲線より上方がＮ2 雰囲気Ｈ2 ガスの可燃範囲になり、安全上の問題が発生する。一方、前述のようにして設定された供給Ｎ2 流量下で、加熱炉内への燃焼排ガスの流れ込みや大気の吸引がなく、かつ効率よく酸化鉄の還元が促進されれば、前記Ｈ2 添加は極めて微量でよいことが判明している。従って、例えば雰囲気ガスであるＮ2 の供給配管中に極微量のＨ2 を添加することで、加熱炉内を還元性雰囲気とし、必要に応じて酸化鉄の還元を効率よく促進することが可能となる。
【００７２】
なお、前記実施例では不活性ガスとしてＮ2 ，還元性ガスとしてＨ2 を用いた場合及びそれを用いることの優位性についてのみ詳述したが、不活性ガスとしてＡｒ，還元性ガスとしてＣＯを始めとする各種の炭酸ガスや重炭化水素を用いることも勿論可能である。但し、このような炭素Ｃ系の還元性ガスを用いる場合には、可燃範囲が拡がる可能性があるため、別途安全対策を講じる必要があるばかりでなく、固体Ｃの遊離，即ちすすの発生を抑制防止する必要があり、これを判定するために熱力学的な検討等を細かく実施して炭素Ｃ系の還元性ガス添加流量を設定しなければならない点に留意したい。
【００７３】
また、前記実施例では、雰囲気ガスであるＮ2 の供給配管に還元性ガスであるＨ2 を供給する場合についてのみ詳述したが、前述のように酸素濃度が極めて低い場合の投入Ｈ2 流量は極く微量でよいから、これを大幅に加熱することなく、前記加熱炉の内部に直接供給してもよく、これによって加熱炉の温度降下に殆ど影響のないことも確認している。
【００７４】
また、前記還元性ガスとしてＨ2 等を添加する場合には、Ｎ2 等の雰囲気ガスが投入される側の加熱器のパイロットバーナを消化することにより、更に高いレベルの還元状態を得易くなる。即ち、実施例におけるタンディッシュ加熱の場合には、パイロットバーナの燃焼排ガス流量は、投入するＮ2 ＋Ｈ2 （雰囲気ガス＋還元性ガス）の１％以下であり、ＣＯ2 やＨ2 Ｏ等の酸化性ガス成分が０．２％程度になるため、パイロットバーナを消化しなくとも実用上の問題はないが、前記投入するＮ2 ＋Ｈ2 （不活性ガス＋還元性ガス）の流量が少ない場合には、それら投入側の予熱器のパイロットバーナを消化することにより、高いレベルの無酸化又は還元性雰囲気状態を得ることができる。
【００７５】
次に、本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び蓄熱式雰囲気ガス加熱装置をタンディッシュの保熱装置として用いた第２実施形態について、図４を用いて説明する。なお、このタンディッシュ内も、残鋼の酸化を抑制防止するために無酸化雰囲気状態は必須であり、更に当該残鋼酸化を還元するために前述と同様の還元性雰囲気としてもよい。
【００７６】
このタンディッシュ保熱装置に用いられる蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、前記第１実施形態の図１に示すものと同様であり、当該図１に示す蓄熱式雰囲気ガス加熱装置を反転してタンディッシュの蓋部に取付けたに過ぎない。従って、同等の構成要素には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。以上より、図４では、右端部の蓄熱式加熱器が前記第１実施形態の第１の蓄熱式加熱器１Ａに相当し、以下同様に、中央部の蓄熱式加熱器が第２の蓄熱式加熱器１Ｂに相当し、左端部の蓄熱式加熱器が第３の蓄熱式加熱器１Ｃに相当する。また、各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃ系の燃焼状態、Ｎ2 加熱状態、Ｎ2 吸引状態の切替えは前記図２と同様であり、それらの各制御弁の切替えは前記図３のシークエンスチャートと同様である。なお、Ｎ2 回収ファン１２は前記Ｎ2 供給源１５のＮ2 タンク１６に直接、Ｎ2 吹込ファン１３は前記Ｎ2 供給源１５のＯ2 除去装置１７を介して共有するＮ2 タンク１６に接続されているものとする。
【００７７】
次に本実施形態のタンディッシュの保熱装置の目的と作用について説明する。周知のように、使用に供されていないタンディッシュは、残鋼の硬化並びに使用に供されたときの溶鋼の硬化を抑制防止するために、所定の温度以上に保温又は加熱される必要がある。本件発明者等の研究によれば、タンディッシュ内表面温度を、鋳込み可能温度の下限である８５０℃以上に保持する必要がある。そこで、従来はタンディッシュ内に燃焼ガスを送給し、当該タンディッシュ内部で当該燃焼ガスを燃焼させて予熱を行っていたが、それでは発生するＯ成分により残鋼の酸化が促進されて、品質上好ましくない。また、温度降下に伴って収縮を続けるタンディッシュ内への外部からの空気の侵入を“０”にすることは実際問題として不可能である。そこで、タンディッシュ外で加熱した不活性な雰囲気ガス（本実施形態でもＮ2 を用いる）で当該タンディッシュ内をパージし続けることにより、当該タンディッシュ内表面温度を前記鋳込み可能温度の下限である８５０℃以上に保てば、従来のタンディッシュ内燃焼ガスによる予熱を省いて、無予熱で且つ酸化を防止しつつタンディッシュを再使用に供することが可能なことを見出し、本実施形態を完成するに至った。
【００７８】
従って、本実施形態でも前記第１実施形態と同様に、燃焼状態にある蓄熱式加熱器（図では第１の蓄熱式加熱器１Ａ）系では、そこで発生される燃焼排ガス全て若しくはそれより僅かに多い流量を排気して、燃焼排ガスがタンディッシュ内に流れ込まないようにする必要がある。また、加熱したＮ2 をタンディッシュ内に供給するＮ2 加熱状態の蓄熱式加熱器（図では第２の蓄熱式加熱器１Ｂ）系からのＮ2 供給流量と、タンディッシュ内の余剰Ｎ2 を吸引するＮ2 吸引状態の蓄熱式加熱器（図では第３の蓄熱式加熱器１Ｃ）系からのＮ2 吸引流量との相関は、少なくとも前者が後者より僅かに多く，更に前記燃焼状態にある蓄熱式加熱器１Ａ系で排気する流量が燃焼排ガスより僅かに多い場合には、それを見込んだ分だけ前者を後者より多くして、タンディッシュ内部が常時正圧保持されるようにすることで、タンディッシュ外部からの空気の吸引を抑制防止する必要がある。
【００７９】
その他の詳細な注釈は、前記第１実施形態と同様である。
次に、本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び蓄熱式雰囲気ガス加熱装置をストリップの加熱装置として用いた第３実施形態について、図５を用いて説明する。なお、この加熱装置内も、ストリップの酸化を抑制防止するために無酸化雰囲気状態は必須であり、更に当該ストリップの酸化を還元するために前述と同様の還元性雰囲気としてもよい。
【００８０】
このストリップ加熱装置に用いられる蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、前記第１実施形態の図１に示す蓄熱式雰囲気ガス加熱装置を１セットとし、そのままの１セットと反転した１セットとを互いに対向するようにして、内部にストリップが挿通されるプレナムチャンバの両側に取付けたものである。従って、同等の構成要素には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。以上より、図５では、左右で対となる各セットの蓄熱式雰囲気ガス加熱装置の上端部の蓄熱式加熱器が前記第１実施形態の第１の蓄熱式加熱器１Ａに相当し、以下同様に、中央部の蓄熱式加熱器が第２の蓄熱式加熱器１Ｂに相当し、下端部の蓄熱式加熱器が第３の蓄熱式加熱器１Ｃに相当する。また、各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃ系の燃焼状態、Ｎ2 加熱状態、Ｎ2 吸引状態の切替えは前記図２と同様であり、それらの各制御弁の切替えは前記図３のシークエンスチャートと同様である。なお、Ｎ2 回収ファン１２は前記Ｎ2 供給源１５のＮ2 タンク１６に直接、Ｎ2 吹込ファン１３は前記Ｎ2 供給源１５のＯ2 除去装置１７を介して共有するＮ2 タンク１６に接続されているものとする。
【００８１】
次に本実施形態のストリップの加熱装置の目的と作用について説明する。例えば、ストリップの連続焼鈍炉等では、一般に、前述したラジアントチューブからの輻射熱による雰囲気ガス加熱が行われている。しかしながら、前述のようにラジアントチューブによる加熱方法や加熱装置では、まずチューブの寿命が短いことや、温度の微調整，特に所要時間の短い微調整が困難であるという問題がある。これは、輻射による加熱方法が、被加熱物と雰囲気温度との差が小さくなると、それ以上被加熱物を加熱できなくなって被加熱物温度が飽和してしまうことに起因している。
【００８２】
一方、前述のように蓄熱式加熱器で加熱される雰囲気ガス（本実施形態でもＮ2 を用いる）は約１５００℃程度であり、一般的な連続焼鈍炉で必要なストリップ設定温度（約８００℃程度）より遙に高いため、これを直接ストリップの両盤面に吹付ければ、例え僅かなパス長であっても当該ストリップを急速に加熱することができる。これは、十分に温度の高い気体を吹付けて被加熱物を加熱する対流熱伝達において、被加熱物との伝熱面積，即ちストリップの板面が十分に広いこと、またストリップが十分に薄いことにも起因している。
【００８３】
但し、所定の滞炉時間を必要とする，つまり通板速度が一定の場合、或る程度のパス長を必要とする連続焼鈍炉において、図５からも明らかなように、占有容積の大きな蓄熱式加熱器からなるストリップ加熱装置を、当該パス長の全長に渡って設けるのは現実的に困難である。そこで、本実施形態では、通常の加熱帯等の出側に、この蓄熱式加熱装置を、所謂チャンスフリー帯として設けた。このチャンスフリー帯という文言は、例えば板厚等の諸元が異なる鋼板を縦に繋げたストリップを連続熱処理する場合に、各鋼板の現状に応じて板温を短時間に且つ微妙にコントロールできる熱処理帯という意味で従来から用いられているが、実際にはそれを実現するための具体的な術がなかった。しかしながら、本実施形態のストリップの加熱装置は、短時間で微妙な板温調整が可能であることから、チャンスフリー帯として設けられている。
【００８４】
そして、このストリップの加熱装置では、従来の連続焼鈍炉と同様に、或る程度の雰囲気ガスの持ち出しは回避できないから、前述と同様に、燃焼状態にある蓄熱式加熱器（図では第１の蓄熱式加熱器１Ａ）系では、そこで発生される燃焼排ガス全て若しくはそれより僅かに多い流量を排気して、燃焼排ガスがプレナムチャンバ内に流れ込まないようにする必要があると共に、Ｎ2 加熱状態にある蓄熱式加熱器（図では第２の蓄熱式加熱器１Ｂ）系では、Ｎ2 吸引状態にある蓄熱式加熱器（図では第３の蓄熱式加熱器１Ｃ）系から吸引回収されるＮ2 流量に対して、前記持出されるＮ2 流量分だけ多いＮ2 流量を供給する必要があり、これにより外部からの空気が流入しないようにしなければならない。
【００８５】
なお、このストリップの加熱装置は、連続焼鈍炉以外にも各種の加熱炉や均熱炉にも適用可能であり、それらの場合は雰囲気ガスを９００℃以上に加熱する必要があろう。また、同じ加熱炉や均熱炉であっても、予熱帯，加熱帯，均熱帯等の各熱処理帯に応じて個別に温度を設定すればよい。
【００８６】
その他の注釈は、前記第１実施形態と同様である。
次に、本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び蓄熱式雰囲気ガス加熱装置を鋼片の加熱装置として用いた第４実施形態について、図６を用いて説明する。なお、この加熱装置内も、鋼片の酸化を抑制防止するために無酸化雰囲気状態は必須であり、更に当該鋼片の酸化を還元するために前述と同様の還元性雰囲気としてもよい。
【００８７】
このストリップ加熱装置に用いられる蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、前記第１実施形態の図１に示す蓄熱式雰囲気ガス加熱装置を１セットとし、そのままの１セットと反転した１セットとを互いに千鳥状にずらして対向し、この対を、鋼片の通板炉の上下に配置したものである。従って、同等の構成要素には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。但し、本実施形態では、各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃの開口部から、鋼片通板炉の上下にチャンバ２１を延設し、当該チャンバ２１のうちの鋼片に対向する適宜の箇所に複数の吹出し孔を設け、この吹出し孔から、加熱された雰囲気ガス（この実施例でもＮ2 を使用する）を鋼片表面に向けて直接吹出したり、その周囲の雰囲気ガスを吸込んだりするようにしている。以上より、図６ａでは、左右で対となる各セットの蓄熱式雰囲気ガス加熱装置の上端部の蓄熱式加熱器が前記第１実施形態の第１の蓄熱式加熱器１Ａに相当し、以下同様に、中央部の蓄熱式加熱器が第２の蓄熱式加熱器１Ｂに相当し、下端部の蓄熱式加熱器が第３の蓄熱式加熱器１Ｃに相当する。また、各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃ系の燃焼状態、Ｎ2 加熱状態、Ｎ2 吸引状態の切替えは前記図２と同様であり、それらの各制御弁の切替えは前記図３のシークエンスチャートと同様である。なお、Ｎ2 回収ファン１２は前記Ｎ2 供給源１５のＮ2 タンク１６に直接、Ｎ2 吹込ファン１３は前記Ｎ2 供給源１５のＯ2 除去装置１７を介して共有するＮ2 タンク１６に接続されているものとする。
【００８８】
次に本実施形態の鋼片の加熱装置の目的と作用について説明する。例えば、前記第３実施形態のストリップ加熱装置のような場合には、当該ストリップの板面表面積が大きいことや板厚が十分に薄いこと、或いは通板中のストリップの板面が比較的安定していることなどから、各蓄熱式加熱器の開口部をストリップの板面に接近させて配置し、当該開口部から直接ストリップの板面に加熱されたＮ2 等の雰囲気ガスを吹付ければ、というより雰囲気ガスとして投入してやれば、比較的短時間にストリップを均等に加熱したり、微妙な板温調節を行ったりすることができる。しかしながら、厚板である鋼片については、直接的に加熱された雰囲気ガスＮ2 を鋼片に吹付ける必要がある。そこで、本実施形態では、都合４セットの蓄熱式加熱器群を設けて、同時に四基の蓄熱式加熱器から鋼片の表面に向けて加熱された雰囲気ガスＮ2 を直接吹付けることで、当該鋼片を速やかに加熱しようとするものである。また、本実施形態では、鋼片の両面から、均等に加熱された雰囲気ガスＮ2 を吹付けることにより、板厚方向への温度のバラツキを抑制することができる。
【００８９】
そして、この鋼片の加熱装置でも、従来の連続焼鈍炉と同様に、或る程度の雰囲気ガスの持ち出しは回避できないから、前述と同様に、燃焼状態にある蓄熱式加熱器（図では第１の蓄熱式加熱器１Ａ）系では、そこで発生される燃焼排ガス全て若しくはそれより僅かに多い流量を排気して、燃焼排ガスがチャンバ２１内に流れ込まないようにする必要があると共に、Ｎ2 加熱状態にある蓄熱式加熱器（図では第２の蓄熱式加熱器１Ｂ）系では、Ｎ2 吸引状態にある蓄熱式加熱器（図では第３の蓄熱式加熱器１Ｃ）系から吸引回収されるＮ2 流量に対して、前記持出されるＮ2 流量分だけ多いＮ2 流量を供給する必要があり、これにより外部からの空気が流入しないようにしなければならない。
【００９０】
その他の注釈は、前記第１実施形態のそれと同様である。
なお、前記各実施形態では、何れも雰囲気ガスであるＮ2 の吸引回収経路に第２の蓄熱室を有する場合についてのみ詳述した。勿論、この第２の蓄熱室を設けることにより、吸引されるＮ2 雰囲気ガスの顕熱を蓄熱し、例えば次の燃焼状態における燃焼空気の顕熱に転換することができ、その分だけ熱効率が向上することは間違いない。但し、本発明のもう一つの大きな目的は、雰囲気ガスの回収及びその再使用であるから、必ずしも回収される雰囲気ガスの顕熱を蓄熱して再使用する必要はない。そのような意味合いで、勿論、熱効率的はかなりのロスを伴うものの、前記雰囲気ガスの吸引回収経路には必ずしも蓄熱室は必要ではない。それが本発明のうち請求項１に記載される蓄熱式加熱方法に匹敵する。
【００９１】
また、前記各実施形態では、何れも三基の蓄熱式加熱器を１セットとして用いたが、本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその装置では、使用される蓄熱式加熱器は三基以上であれば何基であってもよい。即ち、例えば使用される蓄熱式加熱器が四基である場合には、例えばそのうちの二基が常時燃焼状態、残りの一基ずつが雰囲気ガス加熱状態及び雰囲気ガス吸引状態であってもよいし、或いは何れか一基の蓄熱式加熱器は順番に休止していて、残りの三基が燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態及び雰囲気ガス吸引状態になるようにしてもよい（但し、この場合には熱効率が低下する）。つまり、燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態及び雰囲気ガス吸引状態の何れかに関与している蓄熱式加熱器の基数は問題ではなく、燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えられることが肝要なのであり、これにより雰囲気ガスの回収及び再使用を可能とし、更にその吸引経路に蓄熱室を設けることにより更に熱効率を向上することができるのである。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法によれば、蓄熱式加熱器を三基以上用い、そのうち、一基以上の蓄熱式加熱器ではバーナ装置を燃焼しながら少なくともその燃焼排ガス全てを蓄熱室内に通して排気する燃焼状態とし、他の一基以上の蓄熱式加熱器ではこの蓄熱された蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通してそれを加熱して供給する雰囲気ガス加熱状態とすると共に、他の一基以上の蓄熱式加熱器では余剰となる雰囲気ガスのみを吸引して回収する雰囲気ガス吸引状態とし、これを燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えることで、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けると共に、余剰となる雰囲気ガスを連続的に回収して、それを次の雰囲気ガス加熱供給に再使用することを可能とする。
【００９３】
また、本発明のうち請求項２に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び／又は請求項６に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置によれば、一基以上の蓄熱式加熱器ではバーナ装置を燃焼しながら少なくともその燃焼排ガス全てを第１の蓄熱室内に通して排気する燃焼状態とし、他の一基以上の蓄熱式加熱器ではこの蓄熱された第１の蓄熱室内に雰囲気ガスのみを通してそれを加熱して供給する雰囲気ガス加熱状態とすると共に、他の一基以上の蓄熱式加熱器では余剰となる雰囲気ガスのみを吸引し、更にこれを第２の蓄熱室内に通してから回収する雰囲気ガス吸引状態とし、これを燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、雰囲気ガス吸引状態の順に順次切替えることで、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けると共に、余剰となる雰囲気ガスを連続的に回収して、それを次の雰囲気ガス加熱供給に再使用することを可能とし、合わせて前記第２の蓄熱室内には吸引回収される雰囲気ガスの顕熱を蓄熱することができるから、例えば次の燃焼状態において、この第２の蓄熱室内に燃焼気体又はその一部、例えば燃焼空気等を通してその顕熱に代えれば、当該燃焼状態における燃焼排ガス温度が燃焼の直後から速やかに上昇する，つまり発熱温度が始めから高くなり、その結果、燃焼状態における第１の蓄熱室への蓄熱など、熱効率全体が高まる。
【００９４】
また、本発明のうち請求項３に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び／又は請求項７に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置によれば、前記雰囲気ガスの顕熱を蓄熱した第２の蓄熱室内に燃焼気体又はその一部、例えば燃焼空気等を通してその顕熱に代えることにより、燃焼状態における燃焼排ガス温度が燃焼の直後から速やかに上昇する，つまり発熱温度が始めから高くなり、その結果、燃焼状態における第１の蓄熱室への蓄熱など、熱効率全体が高まると共に、燃焼排ガス温度が速やかに上昇することから、特に前記雰囲気ガス吸引状態から燃焼状態への移行が速やかになり、より連続的な操業を可能とする。
【００９５】
また、本発明のうち請求項４に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び／又は請求項９に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置によれば、雰囲気ガスとして窒素やアルゴン気体等を用いることにより、当該雰囲気ガスを無酸化雰囲気ガスにすることができるから、例えば加熱された雰囲気ガスは無酸化状態を必要とするタンディッシュやストリップ等の被加熱物に適用することができる。
【００９６】
また、本発明のうち請求項５に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及び／又は請求項１０に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置によれば、雰囲気ガス中に還元性ガスを混合して用いることにより、当該雰囲気ガスを還元性雰囲気ガスにすることができるから、例えば加熱された雰囲気ガスは無酸化で且つ還元性状態を必要とするタンディッシュやストリップ等の被加熱物に適用することができる。
【００９７】
また、本発明のうち請求項８に係る蓄熱式雰囲気ガス加熱装置によれば、雰囲気ガスの供給経路と回収経路とを、同一の雰囲気ガス供給源に接続することにより、前記雰囲気ガス吸引状態で回収された雰囲気ガスを確実に次の雰囲気ガス加熱状態に再使用することができ、その分だけ原材料費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその加熱装置をバッチ式加熱炉に展開した第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその加熱装置の運転状態切替えの説明図である。
【図３】図１に示す蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその加熱装置の制御弁切替えのシークエンスチャートである。
【図４】本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその加熱装置をタンディッシュの加熱装置に展開した第２実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその加熱装置をストリップの加熱装置に展開した第３実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明の蓄熱式雰囲気ガス加熱方法及びその加熱装置を鋼片の加熱装置に展開した第４実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｃは蓄熱式加熱器
２Ａ〜２Ｃはバーナ装置
３Ａ〜３Ｃは第１の蓄熱室
４Ａ〜４Ｃは第２の蓄熱室
５Ａ〜５Ｃは燃焼室
６Ａ〜６ＣはＭガス弁
７Ａ〜７Ｃは排気弁
８Ａ〜８ＣはＮ2 （雰囲気ガス）吹込弁
９Ａ〜９ＣはＮ2 （雰囲気ガス）回収弁
１０Ａ〜１０Ｃは空気弁
１１は排気ファン
１２はＮ2 （雰囲気ガス）吹込ファン
１３はＮ2 （雰囲気ガス）回収ファン
１４は空気ファン
【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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