(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ装置からの燃焼排ガスにより加熱・蓄熱される第１蓄熱室と雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２蓄熱室を有する蓄熱式加熱器を３基以上用い、上記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り替えて加熱された雰囲気ガスを連続的に供給する雰囲気ガスの加熱・供給方法において、
前記雰囲気ガス加熱状態の蓄熱式加熱器の第１蓄熱室から排出される雰囲気ガスに冷却ガスを混ずることを特徴とする雰囲気ガスの加熱温度調整方法。
【請求項２】
燃焼バーナと、当該バーナからの燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１蓄熱室と、雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２蓄熱室を備えてなる蓄熱式加熱器を３基以上備え、上記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り替えて加熱された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、
前記蓄熱式加熱器の第１蓄熱室から加熱設備に至る雰囲気ガス通路に冷却ガス供給口を設けてなる蓄熱式雰囲気ガスの加熱温度調整装置。
【請求項３】
前記雰囲気ガス通路に第１蓄熱室出側ガス温度測定器が設置され、前記第１蓄熱室への雰囲気ガス供給経路に第１蓄熱室ガス流量調節弁が設置され、かつ、前記雰囲気ガス通路に設けられた冷却ガス供給口に至る冷却ガス供給経路に冷却ガス流量調節弁が設置されるとともに、
前記第１蓄熱室出側ガス温度測定器の温度信号に基づき、
Ｑt・Ｔg・Ｃｐg＝Ｑr・Ｔr・Ｃｐr＋Ｑc・Ｔc・Ｃｐc
Ｑt＝Ｑr＋Ｑc
を満足するように前記第１蓄熱室ガス流量調節弁および前記冷却ガス流量調節弁を制御するガス流量調節装置が設置されていることを特徴とする請求項２記載の蓄熱式雰囲気ガスの加熱温度調整装置。
ここにＱt：混合ガス流量
Ｔg：混合ガス温度
Ｃｐg：混合ガス定圧比熱
Ｑr：第１蓄熱室出側ガス流量
Ｔr：第１蓄熱室出側ガス温度
Ｃｐr：第１蓄熱室出側ガス定圧比熱
Ｑc：冷却ガス流量
Ｔc：冷却ガス温度
Ｃｐc：冷却ガス定圧比熱
【請求項４】
前記雰囲気ガス通路に前記第１蓄熱室から供給される雰囲気ガスと前記冷却ガス供給口から供給される冷却ガスとの混合ガスの温度を測定する混合ガス温度測定装置が設置され、前記第１蓄熱室への雰囲気ガス供給経路に第１蓄熱室ガス流量調節弁が設置され、かつ、前記雰囲気ガス通路に設けられた前記冷却ガス供給口に至る冷却ガス供給経路に冷却ガス流量調節弁が設置されるとともに、
前記混合ガス温度測定器の温度測定結果に基づき、該測定結果に基づく温度を目標値に維持するように前記第１蓄熱室ガス流量調節弁および冷却ガス流量調節弁を制御するガス流量調節装置が設置されていることを特徴とする請求項２記載の蓄熱式雰囲気ガスの加熱温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱炉等に供給する加熱用雰囲気ガスを加熱するためのガス加熱方法および装置に係り、特に蓄熱式加熱器を３基以上備え、これらを燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、および雰囲気ガス吸引状態の順に順次切り替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続ける蓄熱式ガス加熱装置における雰囲気ガスの温度調整方法およびその調整・制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材等を無酸化あるいは還元雰囲気の下で加熱するための加熱方式として、ラジアントチューブ式、直火還元加熱式、二層雰囲気燃焼式等の方式が提案され、用途に応じて採用されているが、近年、加熱炉に加熱された雰囲気ガスを直接供給し、これにより鋼材を希望する雰囲気の下で効率よく加熱する方式が提案されている。その代表的なものとして国際公開番号WO98/38344号公報において提案されている手段がある。
【０００３】
この手段は、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３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３基以上の蓄熱式加熱器のうち少なくとも１基以上の蓄熱式加熱器ではバーナ装置を燃焼させて、その燃焼排ガスのみ又は略燃焼排ガスのみ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１基以上の蓄熱式加熱器では蓄熱室内に雰囲気ガスを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する雰囲気ガス供給状態とし、且つ他の少なくとも１基以上の蓄熱式加熱器では雰囲気ガスを吸引する吸引状態とし、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、および雰囲気ガス吸引状態の順に順次切り替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続ける手段である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案により、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続けるとともに、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が可能となり、これにより熱効率の向上と資源（雰囲気ガス）の再利用により、低ランニングコストでの加熱が可能となる等の利点がある。
【０００５】
しかしながら、上記手段を利用して雰囲気ガスを加熱供給する場合、加熱炉へ供給される雰囲気ガスの温度は、１基の蓄熱式加熱器の蓄熱室内に雰囲気ガスを通して当該雰囲気ガスを加熱供給する期間中次第に低下する。次いで雰囲気ガスの加熱を他の蓄熱室によるように切り替えると再上昇するが、時間の経過とともに再び低下する。このようなサイクルが繰り返されるために、上記手段によって冷延鋼板の連続加熱を行うと、鋼板温度が鋼板の搬送方向（長手方向）でばらつき、そのため均一な特性を有する鋼板を得ることが困難になることがあった。
【０００６】
本発明は、上記蓄熱式加熱器を３基以上備え、これらを燃焼状態、雰囲気ガス加熱状態、および雰囲気ガス吸引状態の順に順次切り替えて、加熱された雰囲気ガスを連続的に供給し続ける蓄熱式ガス加熱装置の有する問題点、すなわち加熱された雰囲気ガス温度が時系列的に変動するという問題を解決することを目的とし、これによって鋼帯などの連続加熱における加熱温度の時系列的ばらつきを抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決するために、雰囲気ガス加熱状態にある蓄熱室から放出される雰囲気ガスに冷却ガスを混じ、加熱炉に供給される雰囲気ガス温度の調整を図ることを着想し、本発明を完成した。具体的には、本発明は、雰囲気ガスの加熱温度調整方法を、バーナ装置からの燃焼排ガスにより加熱・蓄熱される第１蓄熱室と雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２蓄熱室を有する蓄熱式加熱器を３基以上用い、上記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り替えて加熱された雰囲気ガスを連続的に供給する雰囲気ガスの加熱・供給方法において、前記雰囲気ガス加熱状態の蓄熱式加熱器の第１蓄熱室から排出される雰囲気ガスに冷却ガスを混ずることとするものである。
【０００８】
また、本発明は上記雰囲気ガスの加熱温度調整方法を実施するための蓄熱式雰囲気ガスの加熱温度調整装置を、燃焼バーナと、当該バーナからの燃焼排ガスの排気経路に設けられた第１蓄熱室と、雰囲気ガスの吸引経路に設けられた第２蓄熱室を備えてなる蓄熱式加熱器を３基以上備え、上記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り替えて加熱された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、前記蓄熱式加熱器の第１蓄熱室から加熱設備に通ずる通路に冷却ガス供給口を設けてなるものとする。
【０００９】
さらに、上記装置において、前記雰囲気ガス通路に第１蓄熱室出側ガス温度測定器が設置され、前記第１蓄熱室への雰囲気ガス供給経路に第１蓄熱室ガス流量調節弁が設置され、かつ、前記雰囲気ガス通路に設けられた冷却ガス供給口に至る冷却ガス供給経路に冷却ガス流量調節弁が設置されるとともに、
前記第１蓄熱室出側ガス温度測定器の温度信号に基づき、
Ｑt・Ｔg・Ｃｐg＝Ｑr・Ｔr・Ｃｐr＋Ｑc・Ｔc・Ｃｐc
Ｑt＝Ｑr＋Ｑc
を満足するように前記第１蓄熱室ガス流量調節弁および前記冷却ガス流量調節弁を制御するガス流量調節装置が設置されているものとして、加熱炉等への供給ガス温度を常に目標温度に維持する制御機構を有せしめることを好適とする。
ここにＱt：混合ガス流量
Ｔg：混合ガス温度
Ｃｐg：混合ガス定圧比熱
Ｑr：第１蓄熱室出側ガス流量
Ｔr：第１蓄熱室出側ガス温度
Ｃｐr：第１蓄熱室出側ガス定圧比熱
Ｑc：冷却ガス流量
Ｔc：冷却ガス温度
Ｃｐc：冷却ガス定圧比熱
【００１０】
本発明は、上記制御方法に代えて、前記雰囲気ガス通路に前記第１蓄熱室から供給される雰囲気ガスと前記冷却ガス供給口から供給される冷却ガスとの混合ガスの温度を測定する混合ガス温度測定装置が設置され、前記第１蓄熱室への雰囲気ガス供給経路に第１蓄熱室ガス流量調節弁が設置され、かつ、前記雰囲気ガス通路に設けられた前記冷却ガス供給口に至る冷却ガス供給経路に冷却ガス流量調節弁が設置されるとともに、
前記混合ガス温度測定器の温度測定結果に基づき、該測定結果に基づく温度を目標値に維持するように前記第１蓄熱室ガス流量調節弁および冷却ガス流量調節弁を制御するガス流量調節装置が設置されているものとすることもできる。
【００１１】
【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て具体的に説明する。図１は、本発明に係る雰囲気加熱方法を実施するための蓄熱式雰囲気ガス加熱装置の概略構成図である。
【００１２】
図１から明らかなように、加熱炉２０には、３基の蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃが１セットとして取り付けられている。また、これらの各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃは、何れも、第１蓄熱室３Ａ〜３Ｃおよび第２蓄熱室４Ａ〜４Ｃを有している。これら各蓄熱室３Ａ〜３Ｃおよび４Ａ〜４Ｃには、例えばセラミックス等からなる球状または円筒状の蓄熱体が充填されている。
【００１３】
上記第１蓄熱室３Ａ〜３Ｃは、その一方が炉２０の内部に開口され、雰囲気ガス通路２２Ａ 〜２２Ｃを形成している。他の一方は排気弁７Ａ〜７Ｃおよび排気ファン１１を介して排気経路に接続されているとともに、後述するように雰囲気ガス供給源１５にも接続されている。
【００１４】
一方、第２蓄熱室４Ａ〜４Ｃはそれぞれ、雰囲気ガス回収弁９Ａ〜９Ｃおよび雰囲気ガス回収ファン１３を介して雰囲気ガス供給源１５に接続されているとともに、空気弁１０Ａ〜１０Ｃおよび空気ファン１４を介して空気供給経路に接続されている。
【００１５】
上記第１蓄熱室３Ａ〜３Ｃには、それぞれバーナ装置２Ａ〜２Ｃが取り付けられており、該バーナ装置２Ａ〜２Ｃは燃焼ガスの供給を制御する燃焼ガス制御弁６Ａ〜６Ｃを介して燃焼ガス供給源（図示しない）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２０の内部に雰囲気ガス通路２２Ａ〜２２Ｃを介して連通している。
【００１６】
前記雰囲気ガス供給源１５は、共通の雰囲気ガスタンク１６を備える。この雰囲気ガスタンク１６は、前記雰囲気ガス回収弁９Ａ〜９Ｃおよび雰囲気ガス回収ファン１３、さらにＣＯ2除去装置１９を介して前記第２蓄熱室４Ａ〜４Ｂに接続されている。また、上記雰囲気ガスタンク１６は、Ｏ2除去装置１７、雰囲気ガス吹き込みファン１２さらには雰囲気ガス吹き込み弁８Ａ〜８Ｃを介して各蓄熱式加熱器１Ａ〜１Ｃの第１蓄熱室３Ａ〜３Ｃに接続されている。さらにこの雰囲気ガスタンク１６には、加熱炉２０からの排気分を補う雰囲気ガス補給経路が接続されている。
【００１７】
上記蓄熱式雰囲気ガス加熱装置は、さらに雰囲気ガスタンク１６、Ｏ2除去装置１７、雰囲気ガス吹き込みファン１２から雰囲気ガス吹き込み弁８Ａ〜８Ｃに至る経路から分岐し、冷却ガス吹き込み弁２１Ａ〜２１Ｃを経て前記第１蓄熱室５Ａ〜５Ｃから炉２０に至る雰囲気ガス通路２２Ａ〜２２Ｃに接続されている。
【００１８】
上記設備の作動状態の概略を以下に説明する。図１に示す状態は、左端の蓄熱式加熱器（以下第１の蓄熱式加熱器という）１Ａ系が燃焼状態であり、中央の蓄熱式加熱器（以下第２の蓄熱式加熱器という）１Ｂ系が雰囲気ガス加熱状態であり、右端の蓄熱式加熱器（以下第３の蓄熱式加熱器という）１Ｃが雰囲気ガス吸引状態にある。ここに、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、雰囲気ガス加熱状態とは、雰囲気ガスを加熱しそれを炉内に供給している状態であり、また、雰囲気ガス吸引状体とは雰囲気ガスを加熱炉内から吸引している状態をいう。
【００１９】
この状態で、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蓄熱室３Ａが蓄熱状態になっている。その際、バーナー装置２Ａには、第２蓄熱器４Ａで予熱された空気が供給されている。第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系では、それまでの燃焼状態にあった第１蓄熱室３Ｂに雰囲気ガス供給源１５から雰囲気ガスを通し、それを加熱して加熱炉２０に供給している。雰囲気ガス吸引状態にある蓄熱式加熱器１Ｃ系では、第２蓄熱室４Ｃに加熱炉内の雰囲気ガスを通してその顕熱を蓄熱する。なお、第１蓄熱室３Ｃ、第２蓄熱室４Ｂは待機中である。
【００２０】
この状態を継続すると、雰囲気ガス加熱状態にある第２の第１蓄熱式加熱器１Ｂから加熱炉２０内に供給される雰囲気ガス温度は次第に低下する。一方、燃焼状態にある第１の蓄熱式加熱器１Ａの第１蓄熱室３Ａの温度が次第に上昇する。そこで、上記温度が一定の限界値に達したとき、あるいは、所定時間を経過したときにはそれまで燃焼状態にあった第１の蓄熱式加熱器１Ａ系を雰囲気ガス加熱状態に、加熱状態にあった第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系を雰囲気ガス吸引状態に切り替える。また、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系を燃焼状態に切り替える。これにより、再び高温の雰囲気ガスを加熱炉２０内に供給することが可能になる。上記状態を継続した後、例えば加熱炉２０へ供給する雰囲気ガス温度が限界値以下となったとき、第１の蓄熱式加熱器１Ａ系を吸引状態に、第２の蓄熱式加熱器１Ｂ系を燃焼状態に、第３の蓄熱式加熱器１Ｃ系を加熱状態にする。
【００２１】
上記操作を順次所定のタイミングで周期的に繰り返すことにより連続的に加熱された雰囲気ガスを加熱炉２０内に供給することができる。しかしながら、加熱炉２０内に供給される雰囲気ガスの温度は上記説明から明らかなように一定の幅で周期的に変動する。本発明においては、この問題を解決するため、雰囲気ガス加熱状態の蓄熱式加熱器の第１蓄熱室から排出される雰囲気ガスに低温の温度調整用の冷却ガスを混ずることとする。
【００２２】
図１を用い、加熱状態にある蓄熱式加熱器１Ｂ系から炉２０に供給される雰囲気ガスの温度制御を例にとって説明すれば、第１蓄熱室３Ｂから加熱炉２０に供給される高温雰囲気ガスに、雰囲気ガスタンク１６から冷却ガス吹き込み弁２１Ｂを経由して、雰囲気ガス通路２２Ｂに冷却ガスを吹き込み、加熱炉２０に供給される雰囲気ガス温度をほぼ一定に維持するようその量を調整する。この操作は、上記切替操作毎に加熱状態にある蓄熱式加熱器に対して行われ、したがって、各蓄熱式加熱器１Ａ系〜１Ｃ系の各雰囲気ガス通路２２Ａ〜２２Ｃには雰囲気ガスタンク１６から冷却ガスをバイパスして流すための冷却ガス供給口２３Ａ〜２３Ｃが設けられている。
【００２３】
上記温度調整ガスの吹き込み量の調整は、公知の種々の手段をとることが可能であるが、図２に示すフィードフォワード方式あるいは図３に示すフィードバック方式をとるのが好ましい。あるいは、これらの方式を併用することもできる。
【００２４】
図２は、フィードフォワード方式による加熱雰囲気ガス温度の制御システムを蓄熱式加熱器１Ｂについて示した概念図である。ここに示されているように、蓄熱式加熱器１Ｂを構成する第１蓄熱室３Ｂの雰囲気ガス通路２２Ｂ内に、第１蓄熱室出側ガスの温度を測定する測定器を設け、その測定結果をガス流量調節装置３４Ｂに入力するようになっている。ガス流量調節装置３４Ｂは加熱炉２０に供給すべきガスの温度および量に基づき第１蓄熱室３Ｂからのガス量および温度調整ガス量を演算し、第１蓄熱室ガス流量調節弁３１Ｂおよび冷却ガス流量調節弁３２Ｂの開度を調整制御する。
【００２５】
その場合、上記ガス流量（Ｑ）、ガス温度（Ｔ）および比熱（Ｃｐ）の間には
Ｑt・Ｔg・Ｃｐg＝Ｑr・Ｔr・Ｃｐr＋Ｑc・Ｔc・Ｃｐc
Ｑt＝Ｑr＋Ｑc
の関係を満足するようにし、一定の温度および流量の加熱ガスが加熱炉に流入するようにするのがよい。
ここにＱt：混合ガス流量
Ｔg：混合ガス温度
Ｃｐg：混合ガス定圧比熱
Ｑr：第２蓄熱室出側ガス流量
Ｔr：第２蓄熱室出側ガス温度
Ｃｐr：第２蓄熱室出側ガス定圧比熱
Ｑc：冷却ガス流量
Ｔc：冷却ガス温度
Ｃｐc：冷却ガス定圧比熱
である。
【００２６】
図３は、フィードバック方式による加熱雰囲気ガス温度の制御システムを蓄熱式加熱器１Ｂについて示した概念図である。ここに示されているように、蓄熱式加熱器１Ｂから炉２０に至る雰囲気ガス通路２２Ｂに炉２０に供給される雰囲気ガス、すなわち、蓄熱室３Ａから排出される高温ガスと冷却ガス供給口から投入される冷却ガスの混合ガスの温度を測定する測定器を設け、その測定結果をガス流量調節装置３４Ｂに入力するようになっている。ガス流量調節装置３４Ｂは加熱炉２０に供給すべきガスの温度および量に基づき第１蓄熱室３Ｂからのガス量および温度調整ガス量を演算し、第１蓄熱室ガス流量調節弁３１Ｂおよび冷却ガス流量調節弁３２Ｂの開度を調整制御する。
【００２７】
従来蓄熱式加熱器から供給されるガス温度が周期的に変動し、最大では約２００℃に達していたが、ていたものが、本発明により、変動幅は著しく減少し、特に前記フィードフォワード制御など制御形式を適切にとった場合は、変動幅がほぼ±５℃となった。
【００２８】
以上、本発明の実施形態を、その最も代表的な形式について説明したが、本発明の適用はこれに留まるものではなく、例えば、雰囲気ガスについて還元ガスを用いることを妨げない。また、冷却ガスの供給について、本例にあるように加熱ガス経路から分岐するのではなく、別個独立に設けた冷却ガス供給経路から予め温度を調整したガスを供給するようにしても良い。また、本例では、加熱された雰囲気ガスは加熱炉に供給されているが、特に用途が限定されるものではなく、例えば、製鋼用のタンディッシュ加熱に用いるようにしても良い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、蓄熱式加熱器から排出されるガス温度を冷却ガスによって温度調整して加熱炉などに供給するようにしたから、高い熱効率を維持しながら加熱炉などに供給される雰囲気ガス温度を極めて均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る雰囲気加熱方法を実施するための蓄熱式雰囲気ガス加熱装置の概略構成図である。
【図２】  フィードフォワード方式による加熱ガス温度の制御システムの概念図である。
【図３】  フィードバック方式による加熱ガス温度の制御システムの概念図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｃ：蓄熱式加熱器
２Ａ〜２Ｃ：バーナ装置
３Ａ〜３Ｃ：第１蓄熱室
４Ａ〜４Ｃ：第２蓄熱室
５Ａ〜５Ｃ：燃焼室
６Ａ〜６Ｃ：燃焼ガス制御弁
７Ａ〜７Ｃ：排気弁
８Ａ〜８Ｃ：雰囲気ガス吹き込み弁
９Ａ〜９Ｃ：雰囲気ガス回収弁
１０Ａ〜１０Ｃ：空気弁
１１：排気ファン
１２：雰囲気ガス吹き込みファン
１３：雰囲気ガス回収ファン
１４：空気ファン
１５：雰囲気ガス供給源
１６：雰囲気ガスタンク
１７：Ｏ2除去装置
１９：ＣＯ2除去装置
２０：加熱炉
２１Ａ〜２１Ｃ：冷却ガス吹き込み弁
２２Ａ〜２２Ｃ：雰囲気ガス通路
２３Ａ〜２３Ｃ：冷却ガス供給口
３１Ｂ：第１蓄熱室ガス流量調節弁
３２Ｂ：冷却ガス流量調節弁
３３Ｂ：第１蓄熱室ガス出側温度測定器
３４Ｂ：ガス流量調節装置
３５Ｂ：混合ガス温度測定器
【図１】
0004385454.tif 000002
【図２】
0004385454.tif 000003
【図３】
0004385454.tif 000004