(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予熱帯および加熱帯を順次通過させて加熱する連続加熱方法において、加熱帯では蓄熱燃焼切替型バーナーで低空気比で燃焼させるとともに、被加熱材近傍に燃料を分散供給して燃焼させ、予熱帯では、被加熱材の表面近傍に分散供給した該加熱帯からの未燃燃料を含む燃焼排ガスと、蓄熱切替型予熱空気生成器で生成して前記燃焼排ガスの供給口より被加熱材から離して供給された高温空気とを反応させて燃焼させることを特徴とする連続加熱方法。
【請求項２】
予熱帯および加熱帯を順次通過させて加熱する連続加熱装置において、加熱帯には、蓄熱燃焼切替型バーナー、該バーナーによる燃焼の空気比制御系、被加熱材の表面近傍に供給口を有する燃料分散供給系およびその燃焼制御系を有し、予熱帯には、加熱帯の未燃燃料を含む燃焼排ガスを燃焼させるための、予熱帯の被加熱材の表面近傍に供給する加熱帯排ガス分散供給系と、前記燃焼排ガスの供給口より被加熱材から離して高温空気を供給する蓄熱切替型予熱空気生成装置群と、燃焼制御系を有することを特徴とする連続加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラブやビレット等の鋼片等、金属材料を通過させて所定温度に加熱する連続加熱装置において、酸化スケールの生成を抑制しながら効率的に加熱する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スラブやビレット等の鋼片等、金属材料を熱間圧延する際、あるいは熱処理する際の加熱装置として、予熱帯および加熱帯を順に設けた連続加熱装置が使用される。被加熱材は、予熱帯から加熱帯へと順次搬送され加熱される。加熱帯は複数に分割され、最終帯は均熱帯とも呼ばれる。加熱源としては、一般的にバーナーによる燃焼炎が使用され、予熱帯および加熱帯とも、空気比１．０〜１．１の完全燃焼とする操炉が行われている。
【０００３】
このような従来の連続加熱装置において、鋼片等の加熱時のスケールロスを抑制するため、均熱帯の空気比を０．６〜０．９５とし、その雰囲気を還元性とするとともに、加熱帯の空気比を増加させて未燃燃料を燃焼させる方法が、特開昭５７−１１０６１９号公報により提案されている。
【０００４】
また、特開平７−９７６１７号公報には、鋼材加熱時における酸化スケールの発生を防止する加熱方法と装置が提案されている。その内容は、炉内のライン方向下流側に蓄熱切り替え燃焼の直火型バーナー群を配置し、低空気比で不完全燃焼させることにより無酸素または還元性雰囲気で加熱し、このときの未燃分を含む高温の燃焼ガスを炉内より吸引して蓄熱器にて熱回収するとともに、熱回収後の燃焼ガスを炉内のライン方向の上流側の直火式またはラジアントチューブ式バーナーの燃料ガスとして供給し熱効率の向上を併せて実施するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開昭５７−１１０６１９号公報の技術において、空気比０．６〜０．９５の燃焼では、鋼片の酸化抑制効果はあるが、生成したスケールの還元効果までは期待出来ない。したがって、均熱帯のみをこのような低空気比にしても、スケール生成の抑制効果は不十分である。
【０００６】
そこで、均熱帯と加熱帯をともに低空気比にしてスケール生成抑制効果を高める方法もあるが、燃焼空気温度が５００〜６００℃と低い場合には、均熱帯と加熱帯での燃料使用量が過多となり、未燃焼の排ガスが加熱帯から予熱帯へと多量に流入し、予熱帯での完全燃焼が困難となる。
【０００７】
また、上記特開平７−９７６１７号公報の技術において、炉内のライン方向下流側に蓄熱切り替え燃焼の直火型バーナー群を配置し、低空気比０．５〜０．６で不完全燃焼させることにより無酸素または還元性雰囲気で加熱し、鋼材加熱時における酸化スケールの発生を防止するとしているが、炉内のライン方向下流（加熱帯と均熱帯に相当）側をかかる低空気比で加熱しても、例えば鋼材の炉への装入温度が６００〜８００℃と高い場合（ホットチャージと称する）には炉内のライン方向上流側（予熱帯に相当）でスケールが生成し、この生成したスケールを還元除去するのは困難である。
【０００８】
さらに、炉内の下流側で生じた未燃燃料を含んだ燃焼ガスを炉内の上流側で直火バーナーあるいはラジアントチューブバーナーで燃焼させるとしているが、未燃燃料を含んだ燃焼ガスの発熱量は通常燃料よりも低く、また変動も大きい。かかる燃焼ガスを上記バーナーにて安定して燃焼させることは難しい。
【０００９】
本発明は、スラブやビレット等の鋼片等、金属材料を通過させて所定温度に加熱する連続加熱装置において、酸化スケールの生成を抑制するとともに、燃料を効率的に燃焼させて加熱する方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明法は、予熱帯および加熱帯を順次通過させて加熱する連続加熱方法において、加熱帯では蓄熱燃焼切替型バーナーで低空気比で燃焼させるとともに、被加熱材近傍に燃料を分散供給して燃焼させ、予熱帯では、被加熱材の表面近傍に分散供給した該加熱帯からの未燃燃料を含む燃焼排ガスと、蓄熱切替型予熱空気生成器で生成して前記燃焼排ガスの供給口より被加熱材から離して供給された高温空気とを反応させて燃焼させることを特徴とする連続加熱方法である。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明装置は、予熱帯および加熱帯を順次通過させて加熱する連続加熱装置において、加熱帯には、蓄熱燃焼切替型バーナー、該バーナーによる燃焼の空気比制御系、被加熱材の表面近傍に供給口を有する燃料分散供給系およびその燃焼制御系を有し、予熱帯には、加熱帯の未燃燃料を含む燃焼排ガスを燃焼させるための、予熱帯の被加熱材の表面近傍に供給する加熱帯排ガス分散供給系と、前記燃焼排ガスの供給口より被加熱材から離して高温空気を供給する蓄熱切替型予熱空気生成装置群と、燃焼制御系を有することを特徴とする連続加熱装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明法を図１および図２の例により以下に説明する。
図１は、図２に示すような本発明装置例について、その横断面図に、燃料、空気および排ガスの各配管の一部と制御系を書き入れたものである。図２において、スラブやビレット等の被加熱材１は、矢印の方向に連続加熱装置に装入され、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４および調整帯５を順次通過して加熱される。６は仕切壁、７は被加熱材１を搬送するためのスキッドビーム、８はサポートビームである。
【００１３】
図２の加熱帯３、４と調整帯５には、蓄熱燃焼切替型のサイドバーナー９、１０、１１が配置され、本例では第１加熱帯３には上下各４対のバーナ９、第２加熱帯４には上下各４対のバーナー１０、調整帯５には上下各１対のバーナー１１が配置されている。さらに、加熱帯３、４には被加熱材１の表面近傍に供給口を有する燃料の分散供給管１４、１５が分散して配置されている。
【００１４】
予熱帯には通常のバーナーはなく、炉の両サイドに蓄熱切替型予熱空気生成器２９が上下各４対配置されている。そして、加熱帯の未燃燃料を含む燃焼排ガスの分散供給管１３が分散して配置されている。通常、第２加熱帯４は均熱帯とも呼ばれるものであり、調整帯５は必要に応じて設置するものである。
【００１５】
図１において、予熱帯２と第１加熱帯３、第２加熱帯４および調整帯５は横断面図である。予熱帯２と第１加熱帯３などを便宜上切り離しているが、実際は連続しており、被加熱材が図の下方から上方に搬送される。本例では、加熱帯３、４および調整帯５では蓄熱燃焼切替型バーナーを採用し、左右の各バーナーが交互に燃焼と蓄熱を行い、燃焼炎２８を形成している。
【００１６】
すなわち加熱帯３の最初のバーナー９は、左側（９a ）が蓄熱、右側（９b ）が燃焼、次のバーナーは左側が燃焼、右側が蓄熱、第２加熱帯４の最初のバーナー１０は右側が燃焼、左側が蓄熱、つぎのバーナーは右側が蓄熱、左側が燃焼、というようになっている。
【００１７】
また、予熱帯には蓄熱切替型予熱空気生成器２９が設置され、左右の該生成器２９が交互に蓄熱と空気予熱を行っている。すなわち、予熱帯２の最初の該生成器２９は、左側（２９a ）が蓄熱、右側（２９b ）が空気予熱、つぎの該生成器は左側が空気予熱、右側が蓄熱、というようになっている。
【００１８】
さらに、加熱帯３、４には、被加熱材１の表面近傍に燃料の供給口を有する分散供給管１４、１５を設け、該供給管１４、１５への燃料供給用の流量調整弁１９を設けるとともに、予熱帯２の予熱空気吐出口の線上でしかも被加熱材１の表面近傍に、加熱帯３、４で生成し、加熱帯３、４のバーナー９、１０の蓄熱器を通過してきた未燃燃料を含む燃焼ガスを供給する分散供給管１３を設け、該供給管１３への燃焼ガス流量を調整する流量調整弁２１を設置している。また、上記未燃燃料を含む燃焼ガスに必要に応じ燃料を付加するための流量調整弁２０を設置している。
【００１９】
本発明法は、予熱帯２および加熱帯３、４を順次通過させて加熱する連続加熱法において、加熱帯３、４では蓄熱燃焼切替型バーナー９、１０で燃焼させるとともに、分散供給管１４、１５により、被加熱材１の表面近傍に燃料を分散供給して低空気比で燃焼させ、予熱帯２では加熱帯３、４における未燃燃料を含む燃焼ガスに必要量の燃料を付加した混合ガスを、被加熱材１近傍に設置された分散供給口１３より吹き込んで炉の両サイドに配置された蓄熱切替型予熱空気発生器２９から供給される高温空気により燃焼させる。もちろん、加熱帯３から流入する未燃燃料を含む燃焼ガスもこの高温空気により燃焼させる。
【００２０】
図１の例では、第１加熱帯３のバーナー９に燃料と燃焼空気を供給して燃焼炎２８を形成している。燃料は、流量調整弁１７および切替弁２３を経て供給し、燃焼空気は流量調整弁１８および切替弁２４を経て供給し、空気比を調整して燃焼させる。
【００２１】
そして、被加熱材１の上面側および下面側に分散供給管１４、１５を、加熱帯３、４とも各バーナーとバーナーの間に３列設け、流量調整弁１９を経て燃料を供給し、被加熱材１の表面近傍で燃焼させ、該表面近傍の雰囲気を低空気比とする。図１の加熱帯３、４のその他のバーナーにも、図示を省略しているが、同様に燃料と燃焼空気を供給している。
【００２２】
第１加熱帯３および第２加熱帯４の未燃燃料を含む燃焼ガスは、バーナー９a 等から切替弁２４を経て吸引ブロワー２６で吸引し必要量の燃料を流量調整弁２０にて調整して付加した後、予熱帯２に燃料として供給し、被加熱材１の表面近傍に配置した分散供給口１３より炉内に吹き込む。そして、炉の両サイドに配置された蓄熱切替型予熱空気生成器２９から供給される高温空気により完全燃焼させる。また、加熱帯３より予熱帯２に流入する未燃燃料を含む燃焼ガスも該高温空気により完全燃焼させる。
【００２３】
予熱帯２の排ガスは、蓄熱切替型予熱空気生成器２９から切替弁２５を経て吸引ブロワー２７で吸引し排気している。また、予熱帯２に吹き込む空気の予熱をこの蓄熱切替型予熱空気生成器２９で実施している。予熱帯２のその他の蓄熱切替型予熱空気生成器２９にも、図示省略しているが、同様に排ガスの排気と空気の予熱を切り替えながら行っている。
【００２４】
各切替弁２３、２４、２５および流量調整弁１７、１８、１９、２０、２１、２２は、制御器１６からの指示により作動する。その際、第１加熱帯３および第２加熱帯４の各バーナー１０、１１では、流量調整弁１７および１８を調整し、空気比０．７超〜０．９に制御して燃焼させ、流量調整弁１９を調整して被加熱材１の表面近傍を空気比０．５〜０．７の還元性雰囲気とする。予熱帯２では燃焼反応を終了した燃焼ガスの空気比が１. ０〜１. ０５となるように流量調整弁２２にて炉内に投入する高温空気量を調整する。
【００２５】
第１加熱帯３および第２加熱帯４において、蓄熱燃焼切替型のバーナー９、および１０による吸引ガスの量は、該バーナーによる蓄熱後の排ガス温度が、吸引ブロワー２６および配管の耐熱温度以下となるようにする。例えば加熱帯３、４の炉温が１３００〜１３５０℃の場合、η＝（炉内からの吸引ガス量）／（炉内への吐出ガスの燃焼反応後のガス量）が１．０だと、蓄熱器後のガス温度が１０００℃にもなり、吸引ブロワー２６および配管の耐熱温度を超えてしまうので、η＜１とする。
【００２６】
鋼材等の被加熱材１は、予熱帯２および加熱帯３、４内を搬送されて所定温度に加熱される。予熱帯２では、燃焼反応を終了した炉内ガスの空気比は１．０〜１．０５で酸化性雰囲気となるが、被加熱材近傍では炉両サイドの蓄熱切替型予熱空気生成器２９から吹き込まれた高温空気と、分散供給管１３の供給口からの未燃焼燃料を含むガスとが反応して燃焼する過程で、還元性を有する活性ガスが発生するために、スケールの生成が抑制される。
【００２７】
したがって、被加熱材１が連続加熱装置に２００℃以下の低温で装入された場合には予熱帯でのスケール生成はほとんど無い。また被加熱材１が熱間装入され、その温度が６００〜１０００℃と高い場合でもスケール生成抑制効果がある。
【００２８】
第１加熱帯３、第２加熱帯４では、材料温度が最終的には１２００℃程度に達するが、被加熱材の表面近傍では分散供給された燃料とバーナーで生成した燃焼ガスとが反応する過程で、還元性を有する活性ガスが発生するために、スケールは成長せず還元される。また、バーナー火炎の近傍でも空気比が０．７〜０．９の雰囲気であるため、スケールの成長は抑制される。
【００２９】
したがって、本発明法でスケール生成を抑制した加熱を行うことができる。また、第１加熱帯３、第２加熱帯４において、蓄熱燃焼切替型バーナーを用いるため、燃料供給量を過大にすることなく、空気比０．７〜０．９の空気比で安定した燃焼を行うことができる。そして、予熱帯２においても高温空気を供給するため未燃燃料を被加熱材の表面近傍で完全に燃焼させることができる。
【００３０】
なお、本発明法において、加熱帯３、４の炉内を還元性の雰囲気とするには、被加熱材１の成分および材料温度に応じて、空気比を１．０未満の適正値にする。すなわち、各種材料あるいは元素についての、温度と酸化速度の関係図、燃焼ガス雰囲気における酸化−還元領域図などにより適正範囲を選定し、実験等により定めることができる。後者の図に関しては、例えば、Gasworme  Band 13  Nr.10,  Oktober 1964 P.387-396 の文献に、ＣＯＧ燃焼ガス中のＦｅについて、Ｈ2 Ｏ／Ｈ2 とＣＯ2 ／ＣＯ、および温度をパラメータとする酸化−還元範囲が示されている。
【００３１】
また、図１に示した調整帯５は、第２加熱帯４の雰囲気を保護するため、必要に応じて設置する。第２加熱帯４の出口に扉を設けても、被加熱材１の搬出時に炉内に空気が侵入する場合は、空気比が上昇してスケール生成抑制効果が阻害されるので、調整帯５によりこれを防止する。調整帯のバーナー１１では空気比１．０の完全燃焼を行い、被加熱材１は短時間で通過させ炉外に取り出す。第２加熱帯４の出口に非酸化性ガスのガスカーテン等を設けることにより空気侵入を防止した場合は、調整帯５を省略することができる。
【００３２】
つぎに、本発明装置は、図１および図２に示すように、予熱帯２と加熱帯３、４が順に設置され、加熱帯３、４には蓄熱燃焼切替型のサイドバーナー９、１０が配設され、該バーナー９、１０による燃焼空気比制御系、加熱帯３、４の被加熱材１の表面近傍に供給口を有する燃料分散供給系およびその燃焼制御系を有し、予熱帯には、炉の両サイドに蓄熱切替型予熱空気生成装置群と加熱帯排ガス分散供給系と燃焼制御系を有している。
【００３３】
図１の例では、加熱帯３、４におけるバーナー９、１０の燃焼空気比制御系は、制御器１６、空気の流量調整弁１８、および燃料の流量調整弁１７から構成される。燃料分散供給系は、加熱帯３の各バーナー９の間に３列に配設された分散供給管１４、加熱帯４の各バーナー１０の間に３列に配設された分散供給管１５およびそれらの接続する燃料配管から構成される。燃料分散供給系の燃焼制御系は、制御器１６および燃料分散供給用の流量調整弁１９から構成される。
【００３４】
予熱帯２の蓄熱切替型予熱空気生成装置群は、図１に４対示されているような蓄熱切替型予熱空気生成器２９から構成される。加熱帯排ガス分散供給系は、加熱帯３および４のバーナー９および１０の蓄熱器を経て燃焼ガスを吸引する吸引ブロワー２６、該ガスの流量調整弁２１、および分散供給管１３から構成される。燃焼制御系は、制御器１６、燃焼空気用のブロワ３０、流量調整弁２２、切替弁２５、流量調整弁２０、２１から構成される。
そして、本発明装置の作用は、上記本発明法で説明したとおりである。
【００３５】
【実施例】
（１）本発明例：図１および図２に示すような本発明装置により、ＣＯＧ（コークス炉ガス）を燃料として普通鋼スラブを加熱した。空気比は、第１加熱帯３および第２加熱帯４のバーナー１０、１１部で０. ９、被加熱材の表面近傍に分散供給する燃料はバーナー部に供給する量の２８〜８０％として、加熱帯３、４の空気比が０．７〜０．５となるようにし、調整帯５を１．０とした。また、予熱帯では加熱帯３、４での未燃燃料が完全に燃焼する予熱空気量を投入した。
【００３６】
スラブの温度推移は図４に示すとおりであり、炉内の雰囲気温度は予熱帯２が１０００〜１２５０℃、第１加熱帯が１２５０〜１３００℃、第２加熱帯４が１２５０〜１２７０℃、調整帯が１２００℃であった。また、燃焼空気温度は、予熱帯で平均１０００℃、加熱帯３、４で平均１１００℃、調整帯で平均１０５０℃であった。
【００３７】
（２）比較例１：通常のサイドバーナーのみを用いた加熱装置、すなわち図３に示す予熱帯２、加熱帯３、４で構成される加熱装置を用いて、ＣＯＧを燃料として普通鋼スラブを加熱した。空気比は、第２加熱帯４で０．６〜０．９、第１加熱帯３および予熱帯２では１．０５とした。このとき、熱交換器後の予熱空気温度は５５０℃で、スラブの温度および雰囲気温度は上記本発明例と同様にした。
【００３８】
（３）比較例２：通常のサイドバーナーのみを用いた加熱装置、すなわち図３に示す予熱帯２、加熱帯３、４で構成される加熱装置を用いて、ＣＯＧを燃料として普通鋼スラブを加熱した。空気比は、第１加熱帯３および第２加熱帯４で０．６〜０．９、予熱帯２では１．０５とした。このとき、熱交換器後の予熱空気温度は５５０℃で、スラブの温度および雰囲気温度は上記本発明例と同様にした。
【００３９】
（４）従来例：上記比較例と同様の加熱装置、すなわち図３に示す予熱帯２、加熱帯３、４で構成される加熱装置を用いて、ＣＯＧを燃料として普通鋼スラブを加熱した。空気比は、第１加熱帯３および第２加熱帯４で１．０５、予熱帯２でも１．０５とした。このとき、熱交換器後の予熱空気温度は５５０℃で、スラブの温度および雰囲気温度は上記本発明例と同様にした。
【００４０】
上記各例について、加熱前後のスラブの重量差からスラブ表面の平均スケール生成量を求めた。また燃料使用量を求めた。その結果、表１に示すように、本発明によりスケール生成が抑制され、かつ効率的な燃焼が行えることが確認された。なお、表１において、スケール生成量比は従来例の生成量を１．０とする比、燃料比は従来例を１．０とする比で示した。
【００４１】
実施例（１）〜（４）は、普通鋼スラブの加熱装置への装入温度は３０℃の場合であるが、平均装入温度が８００℃と高い場合についても本発明例１、比較例１、２および従来例での比較検証を実施し平均スケール生成量を求めた。スラブの温度推移は図５に示すとおりである。その結果、表２に示すように、本発明によりスケール生成が抑制され、かつ効率的な燃焼が行えることが確認された。用語の内容は、上記表１と同様である。
【００４２】
【表１】
0003890538.tif 000002
【００４３】
【表２】
0003890538.tif 000003
【００４４】
【発明の効果】
本発明により、スラブやビレット等の鋼片等、金属材料を、予熱帯および加熱帯を順次通過させて加熱する連続加熱法において、加熱帯では蓄熱切替型バーナーにより燃焼空気が高温予熱されるので、燃料供給量を過大にすることなく、空気比０．７〜０．９の低空気比で安定した燃焼を行うことができる。また、鋼材表面近傍に燃料を分散投入することにより活性なガスが鋼材を包み込むためにスケールの生成を抑制することが出来る。予熱帯では、蓄熱切替型空気予熱器により燃焼空気が高温予熱されるので、加熱帯で生成した未燃分を含む燃焼ガスに必要な燃料を付加した混合ガスを完全に被加熱材の近傍で燃焼させることができる。
【００４５】
このため、予熱帯でもスケール生成を抑制した加熱が行えるとともに、加熱帯で生成した未燃燃料を完全に炉内で燃焼させることができる。したがって、本発明は、被加熱材のスケール生成を抑制するとともに効率的な加熱を行う方法および装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法および装置の例を示す説明図である。
【図２】本発明装置の例を示す断面図である。
【図３】従来装置の例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例において、スラブを常温で本装置に装入した場合の温度推移を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例において、スラブを８００℃で本装置に装入した場合の温度推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１…被加熱材                          ２…予熱帯
３…第１加熱帯                        ４…第２加熱帯
５…調整帯                            ６…仕切壁
７…スキッドビーム                    ８…サポートビーム
９、１０、１１…バーナー
１３、１４、１５…分散供給管          １６…制御器
１７、１８、１９、２０、２１、２２…流量調整弁
２３、２４、２５…切替弁
２６、２７…吸引ブロワー              ２８…燃焼炎
２９…蓄熱切替型予熱空気生成器        ３０…燃焼空気ブロワー
【図１】
0003890538.tif 000004
【図２】
0003890538.tif 000005
【図３】
0003890538.tif 000006
【図４】
0003890538.tif 000007
【図５】
0003890538.tif 000008