(57)【要約】【課題】鋼材などの材料を無酸化状態で加熱する無酸化加熱を行うに際して、設備費が安価で操炉員に労務負荷をかけない安定した無酸化加熱方法および無酸化加熱炉を提供する。【解決手段】空気比１．０以下で燃焼させたラジアントバーナー４Ｂの燃焼ガスを鋼帯Ｓの表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱を行うに際して、予熱空気を燃料と予混合することで所定温度（例えば、６００℃）に予熱された予混合気を得、その予熱された予混合気をラジアントバーナー４Ｂに供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気比１．０以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱方法において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【請求項２】
高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする請求項１に記載の無酸化加熱方法。
【請求項３】
前記バーナーが設置された炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする請求項１または２に記載の無酸化加熱方法。
【請求項４】
予混合気を６００℃以下の温度に予熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無酸化加熱方法。
【請求項５】
空気比１．０以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱炉において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【請求項６】
高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする請求項５に記載の無酸化加熱炉。
【請求項７】
当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする請求項５または６に記載の無酸化加熱炉。
【請求項８】
予混合気を６００℃以下の温度に予熱することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の無酸化加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材などの材料を無酸化状態で加熱する無酸化加熱方法および無酸化加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼帯の連続焼鈍炉や連続亜鉛めっき設備等における無酸化加熱技術として、特許文献１あるいは特許文献２に記載の直火型無酸化加熱方法がある。この直火型無酸化加熱方法とは、空気比１．０以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱するものである。
【特許文献１】特公昭６２−２１０５１号公報
【特許文献２】特公平３−６８９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ただし、特許文献１、特許文献２に記載の無酸化加熱方法では、バーナーへ燃料および予熱された空気を供給し無酸化加熱を実現しているが、複数本のバーナーのそれぞれに燃料と予熱空気を個別に配給しているため、バーナー個々で燃料と空気の供給割合（空気比）を調整しなければならないので、それらのバーナーが設置された加熱炉の周辺に燃料配管と空気配管が密集して配列されるとともに、個々のバーナーの燃料と空気を調整するための調整弁や流量管理のためのオリフィスなどの多数の機器が必要となり、設備費が増大するという問題があった。
【０００４】
また、特許文献１、特許文献２に記載の無酸化加熱方法では、バーナー個々の空気比管理を適正に行わないと空気比がバーナー毎にばらつき、空気過剰になったバーナーの燃焼ガスは酸化性のため鋼帯の表面が酸化する品質劣化となり、燃料過剰となったバーナーでは煤が発生し鋼帯表面を汚染する品質劣化を引き起こすという問題があるが、個々のバーナーに自動空気比制御を適用しようとすると設備費が増大するため、それに代えて操炉員による定期的な空気比管理（燃焼管理）が必要となり、操炉員に労務負荷がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼材などの材料を無酸化状態で加熱する無酸化加熱を行うに際して、設備費が安価で操炉員に労務負荷をかけない安定した無酸化加熱方法および無酸化加熱炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【０００７】
［１］空気比１．０以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱方法において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【０００８】
［２］高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする前記［１］に記載の無酸化加熱方法。
【０００９】
［３］前記バーナーが設置された炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の無酸化加熱方法。
【００１０】
［４］予混合気を６００℃以下の温度に予熱することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の無酸化加熱方法。
【００１１】
［５］空気比１．０以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱炉において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【００１２】
［６］高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする前記［５］に記載の無酸化加熱炉。
【００１３】
［７］当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする前記［５］または［６］に記載の無酸化加熱炉。
【００１４】
［８］予混合気を６００℃以下の温度に予熱することを特徴とする前記［５］〜［７］のいずれかに記載の無酸化加熱炉。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、空気比１．０以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱を行うに際して、予熱空気を燃料と予混合することで得た所定温度に予熱された予混合気をバーナーに供給することにより、バーナーから高温の燃焼ガスを得ることで、安定した無酸化加熱が達成される。そして、燃料と予熱空気を予混合する際に燃料量と空気量を調整し、それをバーナーに供給することになるので、各バーナーへの配管は予混合気を配給する配管のみとなるとともに、個別のバーナーの燃料と空気を調整するために調整弁を多数設置する必要がなくなり、設備費が安価となる。また、燃料と空気を予混合する際に空気比の調整をすればよいので、自動空気比制御を実施することが容易となり、その自動空気比制御の実施により操炉員の労務負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態を示す鋼帯の無酸化加熱炉である。この無酸化加熱炉Ｆは、空気比１．０以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを鋼帯Ｓの表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱炉であり、第１ゾーン５、第２ゾーン６、第３ゾーン４の３つのゾーンからなる３帯式無酸化加熱炉で、被加熱物である鋼帯Ｓは上部から下部に向かって炉内を通過する。なお、ここでは、使用する燃料として、コークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いるようにしているが、都市ガス、ＬＰＧなど気体燃料であればよい。
【００１８】
そして、この３帯式直火型無酸化加熱炉Ｆにおいては、第１ゾーン５と第２ゾーン６では、鋼帯Ｓの温度が相対的に低く、鋼帯Ｓの酸化速度が遅いため、比較的低い温度範囲で高熱流速が得られる対流伝熱を主とした拡散火炎バーナー５Ｂ、６Ｂを使用している。
【００１９】
その際に、拡散火炎バーナー５Ｂ、６Ｂに供給する燃焼用空気はこの無酸化加熱炉Ｆの排ガス顕熱を熱源とする燃焼用空気予熱器８で予熱している。すなわち、この無酸化加熱炉Ｆの炉出口排ガス中には、無酸化加熱炉Ｆ内で不完全燃焼しているためにＣＯ、Ｈ２の未燃分があるので、この未燃分の潜熱を有効利用するために２次燃焼室７にて空気と混合し２次燃焼させて燃焼用空気予熱器８に導き省エネルギーを図っている。
【００２０】
また、第１ゾーン５及び第２ゾーン６では、燃焼用空気及び燃料ガスは、各々のゾーンで燃焼用空気調整弁５ａ、６ａ、燃料調整弁５ｇ、６ｇによって必要な量になるよう調整している。
【００２１】
一方、第３ゾーン４では、加熱されて弱酸化の状態で入ってくる鋼帯Ｓの表面を還元させるととともに、高温度領域で高い熱流速が得られる放射伝熱を主としたラジアントバーナー４Ｂを使用している。
【００２２】
そして、このラジアントバーナー４Ｂで用いる空気と燃料については、予熱された予熱空気をミキサ（予混合器）２で燃料ガスに予混合することにより、所定の温度（例えば、６００℃）に予熱された予混合気（予混合ガス）としてから、逆火防止器３を通してラジアントバーナー（予混合バーナー）４Ｂに供給している。
【００２３】
ちなみに、予熱された予混合気を得るに際して、前記特許文献１には、燃料と予熱された空気を混合することは危険との記載があるが、発明者らは予熱された予混合気でも安定的に燃焼可能な条件を実験にて導き出した。すなわち、燃料としてコークス炉ガス（ＣＯＧ）を使用した場合、その予混合気が燃焼する温度は６５０〜６７０℃であることを見出し、さらに、バーナーの燃焼負荷や炉内温度を可変した実験を継続し、その結果、安定的に無酸化加熱を可能とする予混合気の予熱限界温度は６００℃であることを確認した。したがって、この場合、ラジアントバーナー４Ｂへ供給する予混合気の予熱温度を６００℃以下の適切な温度とすればよい。
【００２４】
そして、予混合気に用いる予熱空気の熱源には、電気ヒータや燃料の燃焼熱を利用した予熱装置でも良いが、この無酸化加熱炉Ｆの燃焼排ガスの顕熱を利用し省エネルギーを図っている。
【００２５】
その際に、燃料（コークス炉ガス）と予混合する前の予熱空気の温度が、燃料の着火温度（発明者らの実験結果、７００℃）以上の高温であると、ミキサ（予混合器）２内での燃焼や爆発の危険性があるので、その燃焼や爆発を防止するために、燃料と予混合する前の予熱空気の温度を燃料の着火温度である７００℃未満とするように、燃焼排ガスによって予熱された高温空気に常温空気を混入させることで、安全に操業できるようにしている。
【００２６】
すなわち、燃焼排ガスの顕熱を利用した空気予熱器８から供給される高温空気を予混合気用空気予熱器１で常温空気と混合することによって、燃料と予混合する前の予熱空気の温度が燃料の着火温度未満（７００℃未満）でかつ燃料と予混合した後の予混合気の温度が所定の温度（例えば、６００℃）となるようにしている。ここで、燃料の供給量は第３ゾーン燃料調整弁４ｇによって調整され、上記の温度が得られるように、予混合気用空気予熱器１への高温空気と常温空気の供給量は、それぞれ予混合気用高温空気調整弁１ａと予混合気用低温空気調整弁１ｂで調整される。
【００２７】
なお、燃焼排ガスとしては、２次燃焼室７前の排ガスを用いても、２次燃焼室７後の排ガスを用いても、その効果に変わりは無いが、ここでは、２次燃焼室７後の排ガスを熱源としている。
【００２８】
このようにして、この実施形態においては、空気比１．０以下で燃焼させたラジアントバーナー４Ｂの燃焼ガスを鋼帯Ｓの表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱を行うに際して、予熱空気を燃料と予混合することで得た所定温度（例えば、６００℃）に予熱された予混合気をラジアントバーナー４Ｂに供給することにより、ラジアントバーナー４Ｂから高温の燃焼ガスを得ることで、安定した無酸化加熱が達成される。そして、燃料と空気を予混合する際に燃料量と空気量を調整し、それをラジアントバーナー４Ｂに供給するので、各ラジアントバーナー４Ｂへの配管は予混合気を配給する配管のみとなるとともに、個別のラジアントバーナー４Ｂの燃料と空気を調整するために調整弁を多数設置する必要がなくなり、設備費が安価となる。また、燃料と空気を予混合する際に空気比の調整をすればよいので、自動空気比制御を実施することが容易となり、その自動空気比制御の実施により操炉員の労務負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  予混合気用空気予熱器
１ａ  予混合気用高温空気調整弁
１ｂ  予混合気用低温空気調整弁
２  ミキサ（予混合器）
３  逆火防止器
４  無酸化加熱炉第３ゾーン
４Ｂ  無酸化加熱炉第３ゾーンのバーナー（予混合バーナー）
４ｇ  第３ゾーン燃料調整弁
５  無酸化加熱炉第１ゾーン
５Ｂ  無酸化加熱炉第１ゾーンのバーナー（拡散火炎バーナー）
５ａ  第１ゾーン燃焼用空気調整弁
５ｇ  第１ゾーン燃料調整弁
６  無酸化加熱炉第２ゾーン
６Ｂ  無酸化加熱炉第２ゾーンのバーナー（拡散火炎バーナー）
６ａ  第２ゾーン燃焼用空気調整弁
６ｇ  第２ゾーン燃料調整弁
７  ２次燃焼室
８  燃焼用空気予熱器
【図１】
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