(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源として、蓄熱体が付帯されたバーナの対を向かい合わせに配設した蓄熱式バーナを有する、加熱炉において、蓄熱式バーナの各対のバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼時のバーナから炉内の排ガスを吸引し、上記蓄熱体に排ガスを導入して排ガス中の熱を蓄熱体に回収し、この回収した熱を燃焼時のバーナの燃焼用空気の加熱に利用して、加熱炉の操業を行うに当り、
蓄熱式バーナの燃焼負荷が小さい場合に、上記非燃焼時のバーナから蓄熱体を通して炉内の排ガスを吸引するための吸引装置に、炉内の排ガスを炉外に導く煙道内の排ガスを供給する際、該排ガスの流量は、吸引装置のインペラの耐久温度の上限をこえない範囲に制御し、かつ煙道内排ガスと蓄熱体を通った低温排ガスとの混合点における圧力損失を、煙道内排ガスと低温排ガスとで同等にすることを特徴とする蓄熱式バーナを有する加熱炉の操業方法。
【請求項２】
請求項１において、前記加熱炉内の排ガスを炉外に導く煙道内の排ガスに替えて、高温に加熱された空気、あるいは燃焼装置から発生する燃焼排ガスを用いることを特徴とする蓄熱式バーナを有する加熱炉の操業方法。
【請求項３】
加熱源として、蓄熱体が付帯されたバーナの対を向かい合わせに配設した蓄熱式バーナを有し、該蓄熱式バーナの各対のバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼時のバーナから炉内の排ガスを吸引し、上記蓄熱体に排ガスを導入して排ガス中の熱を蓄熱体に回収し、この回収した熱を燃焼時のバーナの燃焼用空気の加熱に利用して操業を行う、加熱炉において、該加熱炉内の排ガスを非燃焼時のバーナから蓄熱体を介して吸引する経路の末端に吸引装置を配設し、該経路の吸引装置入側と加熱炉内の排ガスを炉外に導く煙道との間に、開閉弁を介して煙道内の排ガスを吸引装置に導く配管路を設け、さらに煙道の配管路より上流側にレキュベレータを設け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、蓄熱式バーナを有する加熱炉の操業方法および加熱炉、特に蓄熱式バーナにおける対のバーナの交番燃焼を有利に行うための操業方法およびこの操業に直接使用する加熱炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼材の加熱炉は、分塊工場で粗圧延された鋼片や、連続鋳造された鋳片を最終製品に圧延するため、その圧延に適した所定の温度に再加熱する場合に主に用いられている。この加熱炉は、バッチ式と連続式とに大別されるが、それぞれ長所および短所があるため、その目的に応じて選択使用されている。中でも、連続式加熱炉は、近年の大量生産に適しているところから、製鉄所などで多用されている。
【０００３】
この連続式加熱炉は、その典型例を図１に示すように、鋼材の装入側から順に予熱帯１、加熱帯２および均熱帯３から成るのが一般的であり、少なくとも加熱帯２および均熱帯３は、バーナ４によって所定温度に加熱保持されている。そして、装入扉１ａから予熱帯１に導入された鋼材５は、搬送路６上を移動されて加熱帯２そして均熱帯３を経て均熱帯３出側の抽出扉３ａから炉外へ搬出される間に、所定温度に加熱される。なお、バーナ４の燃焼によって生じた排ガスは、予熱帯１の入側に設けられた煙道７から炉外に排出される。なお、７ａは、ダンパーである。
【０００４】
近年、上記連続式加熱炉において、その加熱源に蓄熱式バーナを用いて、排ガス中の熱をバーナの燃焼用空気の予熱に再利用する、熱損失の少ない加熱炉の操業が行われている。
すなわち、蓄熱式バーナは、図２に示すように、例えば加熱炉均熱体３の両側壁間で向かい合わせに配置した、一対のバーナ40ａおよび40ｂと、各バーナ40ａおよび40ｂに炉外から燃焼用空気を導き、また炉内の排ガスを各バーナを介して炉外に導くための兼用通路41ａおよび41ｂと、図示例では各通路のバーナ側開口に配設した蓄熱体42ａおよび42ｂと、から成る。この蓄熱式バーナは、そのバーナ対を交互に燃焼させる際、例えば図２(a) に示すように、バーナ40ａに兼用通路41ａから燃焼用空気を供給するとともに燃料43ａを供給し、バーナ40ａを燃焼させた際には、これと対向するバーナ40ｂから炉内の排ガスを吸引し、この排ガスを蓄熱体42ｂに通して熱を回収してから、兼用通路41ｂに導いて炉外に排出する。
【０００５】
次いで、バーナの燃焼運転を切り換え、かつ、その際兼用通路41ａおよび41ｂの切換弁44を切り換えて、上記した空気および排ガスの導管との接続を変更したのち、図２(b) に示すように、バーナ40ｂに兼用通路41ｂから蓄熱体42ｂを介して燃焼用空気を供給するに当り、先に図２(a) に示した工程にて蓄熱体42ｂに回収した熱を利用して燃焼用空気の予熱を図りながら供給し、併せて燃料43ｂを供給してバーナ40ｂを燃焼させる。同時に、これと対向するバーナ40ａから炉内の排ガスを吸引し、この排ガスを蓄熱体42ａに通して熱を回収してから、兼用通路41ａに導いて炉外に排出する。
以上の図２(a) および(b) に示したバーナの交番燃焼を、例えば数十秒毎に繰り返して行うことによって、熱損失の少ない加熱炉操業が実現するのである。
【０００６】
ここで、非燃焼時のバーナからの排ガスの吸引は、例えば図２に示すように、バーナ40ａまたは40ｂから蓄熱体42ａまたは42ｂを介して吸引する経路45の末端に、例えば吸引ファンによる吸引装置８を配設し、この吸引装置８を駆動してバーナからの排ガスの吸引を実現している。
【０００７】
ところで、以上の蓄熱式バーナを用いた加熱炉の操業において、バーナの燃焼を開始したのち設定温度に至るまでの期間や、または炉内の雰囲気を800 ℃程度の低温域に制御する場合は、バーナから吸引されて蓄熱体を通った排ガスの温度も低下し、その結果、蓄熱体の排ガス出側や、それに続く上記経路45にて、排ガス中に含まれる水分や硫黄分が凝結することになる。この凝結によって生じた液体、いわゆるドレンが蓄熱体の排ガス出側に滞留することがあり、そのままバーナの燃焼運転が切り替わり燃焼状態となると、燃焼用空気にドレンが混入する結果、燃焼火炎温度が下がるという問題をまねく。このドレンによる燃焼火炎温度の低下は、加熱炉の熱効率を低下させる上、低温運転に支障を与える、おそれもあった。
【０００８】
また、蓄熱式バーナを多数設置した加熱炉では、バーナから蓄熱体を通して低温となった排ガスを吸引装置に導く経路が長くなっているところから、ドレンは蓄熱体出側に限らず、上記経路の途上にも発生することがある。そして、この経路上で発生したドレンが吸引装置に達すると、この吸引装置を構成するインペラを腐食したり、ドレン中に含まれる固形分がインペラを磨耗損傷することになり、重大な事故に発展するおそれがある。そのため、従来、蓄熱式バーナを有する加熱炉では、排ガスの吸引装置の点検を頻繁に行っていたのである。さらに、吸引装置のインペラの交換等、頻繁な補修作業が要求され、補修に要するコストの増加も問題になっていた。
【０００９】
上記したドレンに関わる諸問題に対して、特開平10−30812 号公報には、図３に示すように、加熱炉の例えば均熱帯３内の排ガスをバーナ40ａから排ガス配管路50を介して炉外に排出する経路とは別に、加熱炉内の排ガスをバイパス管51を介して排ガス配管路50に流して、排ガス配管路50内の温度を排ガスの露点以上に保持することが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋼材の厚み方向で温度を均一にするため比較的低温で時間をかけて加熱する、いわゆる熟熱操業時や、設備トラブルが発生して高負荷燃焼が不可能の場合など、バーナを極く低負荷で燃焼させる必要が生じた場合には、吸引装置（ファン）をその吸引能力の例えば10％未満にまで低下しなくてはならなくなる結果、吸引装置の運転が不安定になる不利がある。すなわち、バーナを極く低負荷で燃焼させる場合には、ファンをその安定運転領域以下で運転せざるを得なくなる場合が生じ、その場合にはファンの翼全面で旋回流が安定して得られるとは限らず、失速して旋回流が得られない個所が発生する。すると、バーナからの排ガス吸引量を一定に保持することが困難となるばかりか、翼に異常振動が発生し、場合によってはファンが破損する、おそれもある。
【００１１】
上述したように、特開平10−30812 号公報に記載された技術は、低負荷で燃焼させた場合のドレンに関わる諸問題は解決されるものの、極低負荷燃焼での上記問題点をも考慮したものではない。また、同公報に記載された排ガス配管路50およびバイパス管51のそれぞれに制御弁があるため、その制御が複雑であるという問題もある。
【００１２】
そこで、この発明は、上述の問題を解消し、蓄熱式バーナの燃焼負荷が小さい場合にあっても排ガスの吸引装置の運転が不安定になることのない、加熱炉の操業方法について提案することを目的とする。また、この発明の目的は、この加熱炉の操業方法に直接使用する加熱炉を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、蓄熱式バーナの燃焼負荷が小さくなって、排ガスの吸引装置を例えば10％未満の負荷で運転することを余儀なくされた場合に、この吸引装置の運転負荷を高める方途を鋭意究明したところ、加熱炉の排ガスを炉外に導く煙道から排ガスを吸引装置へと導くことが極めて有利であることを見出し、この発明を完成するに到った。
【００１４】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1)加熱源として、蓄熱体が付帯されたバーナの対を向かい合わせに配設した蓄熱式バーナを有する、加熱炉において、蓄熱式バーナの各対のバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼時のバーナから炉内の排ガスを吸引し、上記蓄熱体に排ガスを導入して排ガス中の熱を蓄熱体に回収し、この回収した熱を燃焼時のバーナの燃焼用空気の加熱に利用して、加熱炉の操業を行うに当り、
蓄熱式バーナの燃焼負荷が小さい場合に、上記非燃焼時のバーナから蓄熱体を通して炉内の排ガスを吸引するための吸引装置に、炉内の排ガスを炉外に導く煙道内の排ガスを供給する際、該排ガスの流量は、吸引装置のインペラの耐久温度の上限をこえない範囲に制御し、かつ煙道内排ガスと蓄熱体を通った低温排ガスとの混合点における圧力損失を、煙道内排ガスと低温排ガスとで同等にすることを特徴とする蓄熱式バーナを有する加熱炉の操業方法。
【００１５】
(2)上記(1) において、前記加熱炉内の排ガスを炉外に導く煙道内の排ガスに替えて、高温に加熱された空気、あるいは燃焼装置から発生する燃焼排ガスを用いることを特徴とする蓄熱式バーナを有する加熱炉の操業方法。
【００１６】
(3) 加熱源として、蓄熱体が付帯されたバーナの対を向かい合わせに配設した蓄熱式バーナを有し、該蓄熱式バーナの各対のバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼時のバーナから炉内の排ガスを吸引し、上記蓄熱体に排ガスを導入して排ガス中の熱を蓄熱体に回収し、この回収した熱を燃焼時のバーナの燃焼用空気の加熱に利用して操業を行う、加熱炉において、該加熱炉内の排ガスを非燃焼時のバーナから蓄熱体を介して吸引する経路の末端に吸引装置を配設し、該経路の吸引装置入側と加熱炉内の排ガスを炉外に導く煙道との間に、開閉弁を介して煙道内の排ガスを吸引装置に導く配管路を設け、さらに煙道の配管路より上流側にレキュベレータを設けたことを特徴とする加熱炉。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の方法について、図面を参照して詳細に説明する。
図４に、この発明の方法に直接使用する連続式加熱炉における、排ガスの排出経路を示す。この排出経路は、先に図２に示したバーナ40ａまたは40ｂから蓄熱体42ａまたは42ｂを介して吸引装置８に至る経路45における、吸引装置８の入側と、加熱炉内の排ガスを炉外に導く煙道７との間に、開閉弁９を介して煙道７内の排ガスを吸引装置８に導く配管路10を設けるところに特徴がある。さらに、経路45には、吸引装置８の入側に、配管路10の接続部より上流側に、バーナからの排ガス吸引量を測定して開閉弁９の開閉タイミングを判断するための流量計45ａを設け、また該接続部と吸引装置８との途中に合計流量を所定量に調整するための流量調整弁45ｂを設けてある。
【００２０】
以上の排ガス排出経路をそなえる加熱炉において、蓄熱式バーナの燃焼負荷が小さくなって吸引装置８を例えば10％未満の負荷で運転する事態になった場合、上記配管路10の開閉弁９を開いて煙道７内の排ガスを、経路45の吸引装置８入側に導いて、吸引装置８の運転負荷を増加する、操作を行う。
【００２１】
具体的には、煙道７内の排ガスを経路45に導いた際、煙道内排ガスと蓄熱体を通った低温排ガスとの混合後の排ガス温度が、吸引装置８の特にインペラの耐久温度の上限をこえないように、配管路10の管径を選定して排ガスの流量を制御し、同時に混合点における煙道内排ガスと蓄熱体を通った低温排ガスとの圧力損失を同等にして、混合排ガスを吸引装置８に導く。
【００２２】
この操作によって、吸引装置８における運転負荷を例えば10％以上に上昇することが簡単に実現し、極低負荷燃焼での上述した諸問題を解消できるのである。
【００２３】
次いで、配管路10を介した煙道内排ガスの供給は、バーナからの吸引量が必要最低流量をこえた時点で停止、つまり配管路10の開閉弁９を閉とすればよい。ここで、必要最低流量とは、ファン設計時の安定運転領域下限を指す。
【００２４】
なお、上記吸引装置８へ導く排ガスの流量制御は、配管路10の開閉弁９を流量調整弁とすることによっても行うことができるが、流量調整弁の操作は煩雑である上、その機構も複雑であって設備費も嵩むところから、この発明では、所定の管径の配管路10を単に開閉する、簡便な手法を採用した。
【００２５】
ここに、配管路10の管径は、例えば下記式(A) および(B) に従って設計することができる。
記
（排ガス露点）≦Ｔa ≦Ｔb ----(A)
ΔＰ1 ＝ΔＰ2 ----(B)
ただし、
Ｔa ：V2＝V1＋V3となる混合排ガスの温度
Ｔb ：吸引装置（軸受で代表）耐久温度上限値
ここで、
V1：バーナ最低燃焼（極低負荷）時の排ガス吸引量
V2：吸引装置を安定運転するための排ガスの必要最低流量
V3：V2−V1の差分を補うための排ガス量
ΔＰ1 ：経路45におけるバーナと配管路合流点との間の圧力損失
ΔＰ2 ：配管路10での圧力損失
【００２６】
また、図４に示すように、煙道７の配管路10の上流側にレキュペレータ７ｂを設けて、このレキュペレータ７ｂに炉内排ガスを通すことによって、低温化した排ガスを配管路10に供給することが、吸引装置８の耐久寿命を延ばす上で好ましい。
【００２７】
上記の実施形態では、バーナからの排ガスに、加熱炉内の排ガスを直接混合するのではなく、煙道内排ガスを混合するようにしたため、加熱炉の炉内圧に対して外乱となる、おそれはない。
【００２８】
なお、バーナからの排ガスに混合するガスは、煙道内排ガスに限る必要はなく、高温のガス、つまり熱風であればよい。例えば、高温に加熱された空気でもよいし、あるいは別途燃焼装置を設け、そこから発生する燃焼排ガスを混合するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、蓄熱式バーナの燃焼負荷が小さい場合にあっても排ガスの吸引装置の運転が不安定になることがなく、またドレンの発生も回避されるため、加熱炉の安定した操業を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  連続式加熱炉の構造を示す図である。
【図２】  蓄熱式バーナの構造を示す図である。
【図３】  従来の加熱炉における排ガスの排出経路を示す図である。
【図４】  この発明に従う加熱炉における排ガスの排出経路を示す図である。
【符号の説明】
１  予熱帯
１ａ  装入扉
２  加熱炉
３  均熱帯
３ａ  抽出扉
４  バーナ
５  搬送路
６  鋼材
７  煙道
７ａ  ダンパー
７ｂ  レキュペレータ
８  吸引装置
９  開閉弁
10  配管路
40ａ，40ｂ  バーナ
42ａ，42ｂ  蓄熱体
45  経路
【図１】
0003800008.tif 000002
【図２】
0003800008.tif 000003
【図３】
0003800008.tif 000004
【図４】
0003800008.tif 000005