JP3341542B2

JP3341542B2 - 加熱炉、蓄熱式燃焼装置及び燃焼方法

Info

Publication number: JP3341542B2
Application number: JP23018395A
Authority: JP
Inventors: 健人佐々木; 信一郎福嶋; 健多田
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2002-11-05
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: JPH0978123A

Description

【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、蓄熱式燃
焼装置及び燃焼方法に関し、詳しくは、鉄鋼業では加熱
炉、均熱炉、熱処理炉、鍛造業では加熱炉、均熱炉、及
び鋳造業では溶解炉などが主に用いられており、これら
の業種に用いられる炉を加熱炉と総称するものとし、加
熱炉とその蓄熱式燃焼装置及びその燃焼方法に係るもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の蓄熱式交番燃焼バーナ装
置を備える加熱炉の一例について説明する。なお、図９
（ａ），（ｂ）はその加熱炉の縦及び横方向の断面図を
示している。

【０００３】図９（ａ），（ｂ）に於いて、加熱炉２０
はその燃焼装置としてバーナと蓄熱体２５とを組み合わ
せた蓄熱式バーナ２１ａ〜２１ｄが用いられ、加熱炉に
蓄熱式バーナが対に設けられ、交互に燃焼と排ガスの排
出がなされ、２３は炎、２４は燃焼排ガスの排出方向を
示し、Ｃは鋼板を示している。蓄熱式交番燃焼バーナ装
置では、一方の蓄熱式バーナ２１ａから外気と燃料を吸
入して炉内に噴射されて燃焼させ、他方の蓄熱式バーナ
２１ｂから高温の燃焼排ガスを排出している。燃焼排ガ
ス２４が蓄熱式バーナ２１ｂの蓄熱体２５を通過する際
に、燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体２５に蓄積する。一対の
蓄熱式バーナの一方が約３０秒程度燃焼した後に、燃焼
排ガスを排出していた他方の蓄熱式バーナは燃焼を開始
し、消火した蓄熱式バーナは燃焼排ガスを排出する。こ
のように一対の蓄熱式バーナが燃焼と排ガス排出の動作
を交互に繰り返して高い熱回収率と高温予熱による燃焼
を可能にしている。

【０００４】このような加熱炉では、蓄熱体に蓄積され
た熱によって燃焼空気の予熱温度が自然着火温度以上
（例えば、燃焼ガスにより異なるが８００℃以上の温
度）になると、燃料と空気を混合しなくとも燃焼が安定
することが知られている。また、加熱炉では蓄熱式交番
燃焼バーナ装置を導入することにより加熱炉内の温度を
均一化しようとする傾向にある。更に、近年では、燃焼
排ガス中の窒素酸化物（ＮＯ₂）濃度の低下が要求され
ており、従来の蓄熱式交番燃焼バーナ装置のように燃料
と空気を混合して燃焼を行う方式ではなく、燃料と空気
を分離して供給して燃焼反応を行うことにより、燃焼反
応を遅らせて排ガス中のＮＯ₂濃度を低下させようとす
る傾向にある。しかし、蓄熱式バーナは蓄熱体の容積が
大きく設置場所に制約を受ける場合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄熱式交番燃焼
バーナ装置を備える加熱炉では、交番燃焼方式であるた
めに、図９（ｂ）から明らかなように、一方のバーナ２
１ａが燃焼状態にある場合、他方のバーナ２１ｂは消火
状態となり、燃焼排ガスを吸引している。従って、加熱
炉に設置された蓄熱式交番燃焼バーナ装置の半分のバー
ナは燃焼しているが、他の半分のバーナは燃焼排ガスの
顕熱を蓄熱体に蓄積して燃焼空気の予熱に寄与するもの
の直接燃焼には関与していないことになる。これは、蓄
熱式交番燃焼バーナ装置の蓄熱式バーナと蓄熱体を具備
しない通常のバーナとを比較した場合、交番燃焼方式に
よる蓄熱式バーナではその蓄熱式バーナと同じ燃焼容量
の通常の燃焼方式によるバーナの２倍以上の設置個数及
び設置場所を必要とすることを意味している。即ち、設
備費の増大をもたらす要因となる欠点がある。また、加
熱炉を設置する場所に物理的な制約がある場合には、加
熱炉に蓄熱式交番燃焼バーナ装置を採用することが困難
になるおそれがある。

【０００６】また、交番燃焼方式に限らず蓄熱式バーナ
では、その蓄熱体の占める容積が大きいために蓄熱式バ
ーナを設置する広い場所を必要とする等の欠点がある。
また、バーナの燃焼容量は加熱炉の仕様に定められた加
熱条件の最大容量で設定される。通常の操業状態ではバ
ーナ燃焼容量に余裕のある状態で操業することが多い。
従って、蓄熱式交番燃焼バーナ装置では半数が燃焼状態
となり、燃焼中の蓄熱式バーナも最大６０％程度の能力
で操業されので、燃焼設備としては無駄が多いものとな
る欠点がある。

【０００７】更に、蓄熱式交番燃焼バーナ装置は、燃焼
空気の流速が早いことが炉内温度の均一化に寄与する
が、定常燃焼状態では燃焼量を絞った状態で運転され
る。従って、加熱炉内に燃焼空気の理想的な流速が得ら
れず、炉内温度の均一化に支障を与える欠点がある。ま
た、交番燃焼方式の加熱炉では、燃焼切換時に炉圧変動
が生じる要因となる。即ち、炉圧変動によって加熱炉に
衝撃を与えるので、炉側壁の強度をその衝撃に耐え得る
強度としなければならなく、加熱炉の建設費用を上昇さ
せる欠点がある。

【０００８】本発明は、上述のような課題に鑑みなされ
たものであり、加熱炉内の温度分布を均一化し得る加熱
炉を提供するとともに、この加熱炉に用いられる蓄熱式
燃焼装置及びその燃焼方法を提供することを目的として
いる。また、本発明は、加熱炉の設置場所の制約を低減
し得る蓄熱式燃焼装置及びその蓄熱式燃焼装置を備える
加熱炉を提供することを目的としている。また、本発明
は、むだが少ない燃焼容量による燃焼装置によって加熱
することができる加熱炉とその蓄熱式燃焼装置及びその
燃焼方法を提供することを目的としている。また、本発
明は、炉圧変動が少ない蓄熱式燃焼装置を備える加熱炉
及びその蓄熱式燃焼装置及びその燃焼方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するためになされ、第１の発明は、加熱炉本体の側
壁に加熱炉内の温度を昇温するバーナを備え、前記加熱
炉上部に蓄熱体を備える空気ノズルを備え、炉内温度を
前記バーナで燃料着火温度以上に昇温した後に、前記バ
ーナから炉内に供給される燃料を増加させるとともに、
前記空気ノズルの半数から燃焼量に応じた燃焼空気を供
給して燃焼させ、前記空気ノズルの他の半数から燃焼排
ガスを炉外に排出するようにし、前記空気ノズルを所定
の間隔で交互に切り換えて燃焼空気の供給と燃焼排ガス
の排出を行うようにしたことを特徴とする加熱炉であ
り、バーナで加熱炉内の温度を燃料着火温度以上に昇温
した後に、バーナによる炉内への燃料供給量を増大さ
せ、空気ノズルから炉内に供給される燃焼空気量を燃焼
量に応じて供給するようにし、燃焼排ガスが蓄熱体を通
過する際に、燃焼排ガスの顕熱をその蓄熱体に蓄えるよ
うにし、燃焼空気が蓄熱体を通過する際に、燃焼空気を
高温予熱して炉内に供給するようにしたものである。

【００１１】また、第２の発明は、加熱炉本体の側壁に
バーナと燃料投入用ノズルとを備え、且つ、前記加熱炉
上部に蓄熱体を備える空気ノズルを備え、前記バーナに
よって炉内温度を燃料着火温度以上に昇温した後に、前
記燃料投入用ノズルから炉内に燃料を供給するととも
に、前記空気ノズルの一方から供給される燃焼空気によ
って燃焼させ、前記空気ノズルの他方から燃焼排ガスを
炉外に排出するようにし、所定の間隔で前記空気ノズル
を交互に切り換えて燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排出
を行うことを特徴とする加熱炉であり、燃料投入用ノズ
ルを設けて燃料を炉内に供給し、燃焼空気は加熱炉の上
部から空気ノズルから供給するようにし、燃焼排ガスを
他の空気ノズルから排出するものである。

【００１２】また、第３の発明は、加熱炉の炉本体側壁
に設けられた炉内温度を燃料着火温度以上に昇温した
後、燃料のみを増大させるバーナと、前記加熱炉の上部
に設けられた蓄熱体を備える空気ノズルとを具備し、前
記空気ノズルによる燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排出
を所定の間隔で交互に切り換えて行うようにしたことを
特徴とする加熱炉であり、バーナで加熱炉内の温度を燃
料着火温度以上に昇温した後に、前記バーナによる炉内
への燃料供給量を増大させ、空気ノズルから供給される
燃焼空気の量を燃焼量に応じて供給するようにし、燃焼
排ガスが蓄熱体を通過する際に、燃焼排ガスの顕熱をそ
の蓄熱体に蓄えるようにし、燃焼空気が蓄熱体を通過す
る際に、燃焼空気を高温予熱して炉内に供給するように
したものである。

【００１３】また、第４の発明は、加熱炉の本体側壁に
備えられた炉内温度を燃料着火温度以上に昇温するバー
ナまたは蓄熱式交番燃焼バーナと、燃料着火温度以上の
温度に設定した炉内に燃料を噴射する加熱炉側壁に設け
られた燃料投入用ノズルと、前記加熱炉の上部に設けら
れた蓄熱体を備える空気ノズルとを具備し、前記空気ノ
ズルによる燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排出を所定の
間隔で交互に切り換えるようにしたことを特徴とする加
熱炉であり、バーナまたは蓄熱式交番燃焼バーナによっ
て炉内温度を燃料着火温度以上に昇温した後、燃料投入
用ノズルから燃料を炉内に供給し、空気ノズルから燃焼
空気を供給し、燃焼排ガスを炉外に排出する際に、燃焼
排ガスの顕熱をその蓄熱体に蓄えるようにし、燃焼空気
が通過する際に、燃焼空気を予熱して炉内に供給するよ
うにしたものである。蓄熱式交番燃焼バーナは加熱炉の
最大設定温度よりも低い温度である燃料が自然着火する
温度に設定するためのものであり、蓄熱式交番燃焼バー
ナの蓄熱体は小型のものでよい。

【００１４】また、第５の発明は、加熱炉の本体側壁に
備えられた炉内温度を燃料着火温度以上に加熱し、前記
炉内温度を燃料着火温度以上の温度に達した後に燃料の
供給量を増大させるバーナと、前記加熱炉上部に設けら
れた燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排出を交互に行う蓄
熱体を備える空気ノズルと、前記炉内温度を計測して燃
料着火温度以上であるか否かを検出する検出手段と、
前記検出手段に基づいて前記バーナから供給させる燃料
供給量を増大させる燃焼制御手段と、前記空気ノズルに
よる炉内への燃焼空気の供給と炉外への燃焼排ガスの排
出を交互に切り換える切換制御手段と、を備えることを
特徴とする加熱炉に備えられた蓄熱式燃焼装置であり、
バーナによる燃焼によって炉内温度を燃料着火温度以上
に加熱し、その後、バーナからの燃料供給量を増大させ
て燃焼させるようにし、燃焼空気は空気ノズルから供給
するようにしたものである。

【００１５】また、第６の発明は、加熱炉の本体側壁に
備えられ、炉内温度を燃料着火温度以上の温度に昇温す
るためのバーナと、前記加熱炉内温度が燃料着火温度以
上の温度に達した後に燃料のみを供給する燃料投入用ノ
ズルと、前記加熱炉上部に備えられた前記加熱炉への燃
焼空気の供給と燃焼排ガスの排出を交互になし得る蓄熱
体を備える空気ノズルと、前記炉内温度が燃料着火温度
以上の温度であるか否かを検出する検出手段と、前記検
出手段に基づいて前記バーナから前記燃料投入用ノズル
に切り換えて燃焼させる燃焼制御手段と、前記空気ノズ
ルを介して炉内への燃焼空気の供給と炉外への燃焼排ガ
スの排出を所定の間隔で交互に切り換える切換制御手段
と、を備えること特徴とする加熱炉に備えられた蓄熱式
燃焼装置であり、炉内温度を燃料着火温度以上に昇温す
る際、バーナまたは蓄熱式交番燃焼バーナを用い、燃料
のみを炉内に供給する燃料投入用ノズルを備えており、
蓄熱体を備える空気ノズルによって燃焼空気の供給と燃
焼排ガスの排出を交互に繰り返すようにし、燃焼排ガス
は蓄熱体を通過する際にその顕熱を蓄積し、燃焼空気は
蓄熱体で高温予熱して炉内に供給するようにし、前記炉
内温度を検出して前記バーナから前記燃料投入用ノズル
への切り換えがなされている。

【００１６】また、第７の発明は、加熱炉側壁に設けら
れたバーナによる燃焼によって炉内温度を燃料着火温度
以上の温度に昇温した後、前記バーナから炉内に供給さ
れる燃料を増大させるとともに、前記加熱炉上部に設け
られた蓄熱体を備える空気ノズルを介して燃焼量に応じ
た燃焼空気を供給し、他の蓄熱体を備える空気ノズルか
ら燃焼排ガスを排出するようにし、前記空気ノズルを介
してなされる燃焼空気の炉内への供給と燃焼排ガスの炉
外への排出を所定の間隔で交互に切り換えるようにし
て、炉内温度を制御するようにした特徴とする加熱炉の
燃焼方法であり、蓄熱体を備える空気ノズルを加熱炉の
上部に設け、炉内温度がバーナによって所定の温度に達
すると燃料供給量を増大させ、燃焼空気を空気ノズルが
供給して燃焼させるようにしたものであり、蓄熱式交番
燃焼バーナが加熱炉の側面に設ける必要ない加熱炉であ
る。

【００１７】また、第８の発明は、加熱炉側壁に設けら
れたバーナによる燃焼によって炉内温度を燃料着火温度
以上の温度に昇温した後、加熱炉側壁に設けられた燃焼
投入用ノズルから炉内に燃料を供給し、前記加熱炉上部
に設けられた蓄熱体を備える空気ノズルを介して燃焼量
に応じた燃焼空気を供給するとともに、燃焼排ガスを他
の蓄熱体を備える空気ノズルから排出し、前記燃焼空気
の炉内への供給と燃焼排ガスの炉外への排出を所定の間
隔で交互に切り換えるようにして、炉内温度を制御する
ことを特徴とする加熱炉の燃焼方法であり、蓄熱体を備
えるバーナを加熱炉の上部に設けたものであり、バーナ
として蓄熱体を備える蓄熱式交番燃焼バーナが用いられ
たとしてもこのバーナによる設定温度は低いので、蓄熱
式交番燃焼バーナ蓄熱体は小型ものもでよい。炉内温度
が所定の温度に達すると燃料投入用ノズルから燃料を供
給し、燃焼空気を空気ノズルから燃焼空気を供給して燃
焼させるようにしたものである。燃焼空気と燃焼排ガス
は蓄熱体を備える空気ノズルを通してなされている。

【００１８】

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にお
ける個々の実施例について図面に基づき説明する。本発
明は、実施の形態の一つは加熱炉であり、また、他の実
施の形態は加熱炉に備える蓄熱式燃焼装置及び蓄熱式燃
焼装置による燃焼方法がある。

【００１９】（加熱炉）図１は本発明に係る加熱炉の一
実施例を示し、図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ）
は同図（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図１の
加熱炉は一例として連続式加熱炉を示しており、この加
熱炉は鋼材Ｃの加熱仕上温度を１０℃単位で制御して、
圧延鋼材の表面品質の向上を図ったり、歩留りを向上さ
せる目的で、炉側壁からバーナで加熱し、区画された燃
焼帯域毎に燃焼排ガスを炉外に排出するようにしたもの
である。

【００２０】同図に於いて、加熱炉１は、加熱炉本体２
の両側壁に燃料投入用ノズル３と蓄熱式交番燃焼バーナ
４が設けられ、加熱炉１の上部（天井部を含む）２ａと
下部（底部，段差部を含む）２ｂには、燃焼空気吸入用
或いは燃焼排ガス排出用として用いられる空気ノズル５
が複数備えられている。空気ノズル５内にはセラミック
ボードやハニカム構造体等で構成される蓄熱体６が設け
られ、燃焼空気の炉内への供給と燃焼排ガスの炉外への
排出を行うものである。空気ノズル５による燃焼空気の
供給と燃焼排ガスの排出は所定の周期（例えば、３０秒
間隔）で切り換わる。その際、燃焼排ガスＢの顕熱が蓄
熱体６に蓄えられ、次の周期で燃焼空気Ａがその空気ノ
ズルを通過する際に、蓄熱体６に蓄えられた熱によって
燃焼空気Ａを予熱して炉内に供給するようになされた加
熱炉である。

【００２１】燃料投入用ノズル３と蓄熱式交番燃焼バー
ナ４は、図１（ｂ）に示すように、加熱熱炉本体２の両
側壁に交互に配置され、燃料投入用ノズル３と蓄熱式交
番燃焼バーナ４が互いに向かい合うように配置されてい
る。燃焼帯域毎に燃料投入用ノズル３と蓄熱式交番燃焼
バーナ４が両側壁の上下合わせて４箇所設けられてい
る。また、加熱炉１の上部２ａには、図１（ａ）に示す
ように、燃焼空気供給用と燃焼排ガス排出用とを一対と
する空気ノズル５が炉幅方向に二対設けられ、加熱炉１
の下部２ｂにも同様に二対設けられ、合計８個の空気ノ
ズル５が設けられている。なお、加熱炉１の炉幅によっ
ては空気ノズル５が三対設けられる場合もあり、図１
（ａ）の実施例に限定するものではない。

【００２２】蓄熱式交番燃焼バーナ４は燃料が自然着火
する温度に達するまで炉内温度を上昇させるために用い
られる。炉内温度が燃料着火温度以上に設定されと燃料
投入用ノズル３から燃料を炉内に噴射して供給し燃料に
着火させ、且つ空気ノズル５から燃焼量に必要な燃焼空
気Ａを炉内に供給して燃焼させる。その燃焼排ガスＢを
他方の空気ノズル５から炉外に排出する。無論、燃焼帯
域毎に４箇所設けられた蓄熱式交番燃焼バーナ４は燃焼
と燃焼排ガスの排出を交互に、例えば３０秒間隔で切り
換えて行う。また、蓄熱式交番燃焼バーナ以外の普通の
バーナを用いてもよい。この蓄熱式交番燃焼バーナ４は
加熱炉１の最大加熱温度より低い温度に設定する燃焼容
量の小さいバーナでよく、従って、その蓄熱体の容積も
小型になる。

【００２３】次に、本発明に係る加熱炉の他の実施例に
ついて、図２の断面図を参照して示す。図２に於いて、
図１と同一部分には同一符号が付与されている。加熱炉
本体２の側壁には従来式バーナ１５が備えられ、バーナ
１５には燃料と燃焼空気が炉内にそれぞれ供給されるノ
ズルが設けられている。それらのノズルには燃料供給を
制御する制御弁１５ａと燃焼空気を制御する制御弁１５
ｂがそれぞれ備えられている。加熱炉１の上部２ａと下
部２ｂには、図１の加熱炉と同様に蓄熱体６を備える空
気ノズル５が設けられている。また、燃焼空気供給系と
燃焼排ガス排出系は図１と同一であり、図２を参照して
説明する。また、以下に説明するように燃料供給系統は
図１と異なる。

【００２４】なお、図１，図２の加熱炉は、例えば、均
熱炉であっても適応できることは明らかであり、炉内温
度を燃料着火温度以上に昇温した後に、燃料のみを炉内
に噴射させるバーナのノズルや燃料投入用ノズルによっ
て炉内に噴射させ、且つ炉の天井部（上部）や底部（下
部）に設けられた蓄熱体を備える空気ノズルから燃焼空
気を供給して燃焼させることができることは明らかであ
る。また、図１，図２に於いて、燃料投入ノズルを設け
ない場合は、炉内温度が着火温度以上で、従来式バーナ
の空気供給を削減或いは停止し燃料のみを炉内に供給す
るものである。

【００２５】また、他の用途の加熱炉では上部（天井
部）のみに蓄熱体を備える空気ノズルが設けられる場合
があり、蓄熱体が加熱炉の側壁方向に突出しない燃焼装
置である。無論、燃焼排ガスは蓄熱体を備える空気ノズ
ルから炉外に排出する際に、燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体
に蓄積して、次の周期で燃焼空気をこの空気ノズルの蓄
熱体に蓄積した熱で高温予熱して炉内に供給することに
より、熱回収率の改善に寄与するとともに、空気ノズル
の配置及び空気ノズルによる燃焼空気の供給と燃焼排ガ
スの排出を交互に切り換えて行うことにより炉内温度の
均一化に寄与するものである。

【００２６】（加熱炉の蓄熱式燃焼装置及びその燃焼方
法）次に、本発明に係る加熱炉の蓄熱式燃焼装置及びそ
の燃焼方法の一実施例について、図３乃至図８を参照し
て説明する。図３は加熱炉に設けられた蓄熱式燃焼装置
及びその燃焼制御系統の一実施例を示し、図１の加熱炉
と同一であり、同一部分には同一符号が付与されてい
る。同図に於いて、加熱炉１の両側壁に向かい合うよう
に燃料投入用ノズル３と蓄熱式交番燃焼バーナ４が両側
壁の上方と下方に配置されている。炉内に供給される燃
焼空気Ａの供給経路は、制御弁８₁〜８₄，切換制御弁
９₁〜９₄及び空気ノズル（５ａ，５ｃ，５ｆ，５ｈ）
または空気ノズル（５ｂ，５ｄ，５ｅ，５ｇ）の経路か
らなる。燃焼排ガスの排出経路は、空気ノズル（５ａ，
５ｃ，５ｆ，５ｈ）または空気ノズル（５ｂ，５ｄ，５
ｅ，５ｇ），切換制御弁９₁〜９₄，送風機１１及びダ
クト１２の経路からなる。また、燃料供給系は、制御弁
３ａを介して燃料投入用ノズル３から炉内に供給する経
路と、制御弁４ａを介して燃料と燃焼空気が蓄熱式交番
燃焼バーナ４から炉内に供給する経路からなる。

【００２７】制御部１３は炉内に設けられた温度センサ
１０からの出力が入力され、制御部１３で演算処理して
炉内温度が所定の値であるか否かを判断して、制御弁８
₁〜８₄，切換制御弁９₁〜９₄，制御弁３ａ，４ａを
操作して炉内温度を制御している。制御部１３には燃焼
制御プログラムが読み込まれた記憶装置が設けられてお
り、温度センサ１０によって加熱炉内温度を計測して炉
内温度が燃料着火温度以上であるか否かを検出する検出
手段と、この検出手段によって炉内温度が所定の値（燃
料着火温度）に達したか否かを判断して、通常方式のバ
ーナや蓄熱式交番燃焼バーナ４から燃料投入用バーナ３
に切り換える燃焼制御手段と、切換制御弁９₁〜９₄の
ダンパ９ａを切り換えることにより、空気ノズル５の燃
焼空気の供給と燃焼排ガスの排出を所定の周期（例え
ば、３０秒間隔）で交互に切り換える切換制御手段とを
備えている。

【００２８】一方、燃焼空気Ａが空気ノズル５ｂ，５
ｄ，５ｅ，５ｇを通過する際に、燃焼空気Ａの顕熱は蓄
熱体６ｂ，６ｄ，６ｅ，６ｇに蓄積される。切換制御弁
９₁〜９₄のダンパ９ａを制御部１３からの制御信号に
基づいて約３０秒間隔で切り換えがなされ、ダンパ９ａ
は点線の位置に切り換わる。即ち、燃焼空気Ａの顕熱に
よって蓄熱体６ｂ，６ｄ，６ｅ，６ｇに蓄積された熱
は、切換制御弁９₁〜９₄が切り換えられると燃焼空気
Ａが空気ノズル５ｂ，５ｄ，５ｅ，５ｇを通過する際
に、蓄熱体６ｂ，６ｄ，６ｅ，６ｇによる熱によって燃
焼空気Ａを高温予熱して炉内に供給される。

【００２９】先ず、燃料と空気が制御弁４ａを介して蓄
熱式交番燃焼バーナ４を介して炉内に供給されて燃焼
し、炉内温度は上昇する。炉内温度が燃料着火温度に達
するまで燃焼が継続され、制御部１３によって炉内温度
が燃料着火温度に達したことを検出すると、制御部１３
からの制御信号によって制御弁４ａを閉じるとともに、
制御弁３ａを開いて燃料投入用ノズル３から燃料を炉内
に噴射される。燃料投入用ノズル３から炉内に供給され
る燃料と空気ノズル５から供給される燃焼空気によっ
て、炉内温度が設定温度まで燃焼が継続される。制御部
１３で炉内温度が設定温度に達したことを検出すると、
制御弁４ａを絞り、燃料供給量を減少させて、炉内温度
が一定に制御される。

【００３０】一方、燃焼空気Ａは制御弁８₁〜８₄を介
して切換制御弁９₁〜９₄に供給され、切換制御弁９₁
〜９₄で選択した空気ノズル５ａ，５ｃ，５ｆ，５ｈか
ら炉内に供給される。炉内の燃料排ガスＢは空気ノズル
５ｂ，５ｄ，５ｅ，５ｇを介して切換制御弁９₁〜９₄
から送風機１１に引き込まれてダクト１２を介して炉外
に排出される。燃焼空気Ａは空気ノズル５ｂ，５ｄ，５
ｅ，５ｇを通過する際に、燃焼空気Ａの顕熱が蓄熱体６
ｂ，６ｄ，６ｅ，６ｇに蓄積される。切換制御弁９₁〜
９₄のそれぞれダンパ９ａが点線の位置に切り換えがな
されると、蓄熱された蓄熱体６ｂ，６ｄ，６ｅ，６ｇに
燃焼空気Ａが通過して燃焼空気Ａを高温予熱して炉内に
供給される。

【００３１】次に、図４乃至図８を参照して加熱炉の蓄
熱式燃焼装置及びその燃焼方法について説明する。図４
（ａ），（ｂ）は図１に示した加熱炉の燃焼状態を示
し、Ｆ１，Ｆ２が炎、Ｂが燃焼排ガスの排出方向を示し
ている。図４（ａ）は炉内温度を燃料が自然着火する温
度以上（燃料着火温度）に昇温する燃焼状態を示し、図
４（ｂ）が炉内温度が燃料着火温度以上に達すると、燃
料投入用ノズル３₁〜３₆から燃料を炉内に噴射させる
燃焼状態を示している。

【００３２】また、図５は加熱炉の炉内温度Ｔの状態と
燃料供給制御Ｐの制御状態を示している。同図に於い
て、第１燃焼領域（ｔ₀〜ｔ₁），第２燃焼領域（ｔ₁
〜ｔ₂）及び第３燃焼領域（ｔ₂〜ｔ₃) からなり、第
１燃焼領域は図４（ａ）による燃焼状態であり、第２燃
焼領域（ｔ₁〜ｔ₂）は図４（ｂ）に示した燃焼状態で
あり、定常運転状態を示している。第１燃焼領域は、炉
内温度が燃料を着火するに十分な温度に達するまで炉内
温度を昇温する燃焼領域であり、この燃料着火温度以上
に達すると、燃料投入用ノズルから燃料が供給される第
２燃焼領域に進む。また、図２に示した加熱炉では、第
２燃焼領域ではバーナ１５から燃料の供給量を増大させ
て燃焼させる。燃焼を停止する場合は、燃料投入用ノズ
ル３とバーナ１５の燃焼供給量を減衰して燃焼停止させ
る。

【００３３】以下、図６〜図８のフローチャートに基づ
いて燃焼方法について説明する。図６は蓄熱式交番燃焼
バーナと燃料投入用バーナによる燃焼方法（図１の実
施）、図７はバーナと燃料投入用バーナによる燃焼方法
（図１の変形実施例）、図８はバーナのみによる燃焼方
法を示している（図２の実施例）。

【００３４】図６の燃焼制御方式は、図１，図２に示す
加熱炉の燃焼制御方法であり、蓄熱式交番燃焼バーナ４
と燃料投入用ノズル３を備える加熱炉である。ステップ
Ｓ１〜Ｓ３は加熱炉１の炉内温度を燃料着火温度に達す
るまで燃料を供給して昇温するステップである。蓄熱式
交番燃焼バーナ４に点火して、蓄熱式交番燃焼バーナ４
の燃焼量を増大させて、燃料着火温度に達するまで燃料
供給量を段階的に増大させる。炉内温度が燃料着火温度
以上に達すると、ステップＳ４に進む。このステップで
は、温度センサ１０によって炉内温度を検出してその出
力を制御部１３に入力し、制御部１３の検出手段によっ
て炉内温度が燃料着火温度以上であるか否かを検出し
て、炉内温度が燃料着火温度以上であることを検出する
と、ステップＳ４では蓄熱式交番燃焼バーナ４による燃
焼から燃料投入用バーナ３に切り換え、燃料投入用バー
ナから燃料が供給されるとともに、加熱炉１の上部２
ａ，下部２ｂに設けられた空気ノズル５から燃焼量に応
じた燃焼空気が供給される。ステップＳ５に進み、燃料
が供給され、空気ノズルから燃焼排ガスの排出と燃焼空
気の供給が交互に切り換えながら燃焼を継続する。ステ
ップＳ６に進み、加熱炉内温度が設定温度に達したか否
かを判断し、設定温度に達すると、ステップＳ７に進
み、炉内温度を設定温度に維持するように燃焼を継続す
る。加熱炉１の燃焼を停止するか否かは、ステップＳ８
で判断し、燃焼を終了する場合は、ステップＳ９に進
み、燃料投入用バーナ３の燃料供給量を徐々に削減して
燃焼を停止する。

【００３５】図７の加熱炉の燃焼方法について、図１，
図２の変形実施例であり、蓄熱式交番燃焼バーナ４に代
えて通常方式のバーナを用いた加熱炉である（図３を参
照して説明する）。同図に於いて、ステップＳ１０〜Ｓ
１２は加熱炉１の炉内温度を燃料着火温度に達するまで
燃料を供給して昇温するステップである。通常方式の燃
焼空気と燃料を混合して炉内に供給して燃焼させるバー
ナであり、バーナに点火し、バーナに燃焼空気と燃料を
供給して燃焼させて加熱炉１の炉内温度を昇温し、燃料
着火温度に達するまで燃料供給量を段階的に増大させ
る。炉内温度が燃料着火温度以上に達すると、ステップ
Ｓ１３に進む。炉内温度の検出は、温度センサ１０から
の出力を制御部１３に入力し、制御部１３によって炉内
温度が燃料着火温度以上であるか否かを判断し、炉内温
度が燃料着火温度以上であることを検出すると、ステッ
プＳ１３では通常方式のバーナによる燃焼から燃料投入
用バーナ３に切り換える。ステップＳ１４に進み、燃料
投入用バーナ３から燃料が供給され、加熱炉１の上部２
ａ，下部２ｂに設けられた空気ノズル５から燃焼量に応
じた燃焼空気が供給される。また、他方の空気ノズル５
から燃焼排ガスが排出される。空気ノズル５による燃焼
空気Ａの供給と燃焼排ガスＢの排出が交互に切り換えな
がら燃焼を継続する。ステップＳ１５に進み、炉内温度
が設定温度以上（燃料着火温度以上）に達したか否かを
制御部１３で判断し、設定温度以上に達したことを検出
した場合は、ステップＳ１６に進み、加熱炉１の設定温
度を維持するように制御する。加熱炉１の燃焼を停止す
るか否かは、ステップＳ１７で判定し、燃焼停止の場合
は、ステップＳ１８に進み、燃料投入用バーナの燃料供
給量を徐々に削減して燃焼を停止する。

【００３６】図８は、図２に示す加熱炉の燃焼制御方法
であり、従来式バーナ１５による加熱炉である。バーナ
１５は、燃料供給系と燃焼空気供給系からなり、制御弁
１５ａ，１５ｂが設けられている。同図に於いて、ステ
ップＳ２０乃至Ｓ２２は、バーナ１５を燃焼させて加熱
炉内温度を燃料着火温度以上にするためのステップであ
る。ステップＳ２２で燃料着火温度以上に達すると、ス
テップＳ２３に進み、バーナ１５の制御弁１５ａをより
開いて燃料供給量を増大させる。同時に空気ノズルから
燃焼量に応じて燃焼空気を供給するとともに、他方の空
気ノズルから燃焼排ガスを排出する。この空気ノズルに
よる燃焼空気を供給と燃焼排ガスを排出を交互に切り換
えて行う。ステップＳ２４に進み、制御弁１５ａの一層
開いて燃料の供給量を増加させ燃焼空気量も増大させ
る。ステップＳ２５に進み、炉内温度が所定の値に達し
たか否かを制御部で判断する。ステップＳ２６に進み、
炉内温度を設定温度に維持するように燃焼を継続し、ス
テップＳ２７に進む。ステップＳ２７で燃焼終了しない
場合は、ステップＳ２６に進み、燃焼終了である場合
は、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では燃料供
給量を徐々に削減をして燃焼を終了して停止する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃焼空
気の供給系と燃焼排ガスの排出系を燃料供給系統とは分
離し、燃焼空気の供給経路と燃焼排ガスの排出経路の空
気ノズルに蓄熱体が設けられている。炉内温度を燃料着
火温度以上にした後に、燃料供給系統から燃料と空気ノ
ズルからの燃焼空気とを燃焼させ、空気ノズルによる燃
焼空気供給と燃焼排ガス排出を交互に切り換えて、燃焼
排ガスの顕熱を空気ノズルの蓄熱体に蓄積し、燃焼空気
を供給する際、蓄熱体に蓄積された熱によって燃焼空気
を高温予熱して炉内に供給する蓄熱式交番燃焼装置を備
える加熱炉であり、加熱炉の熱回収率を改善できるとと
もに、空気ノズルは加熱炉の天井部（上部）や底部（下
部，段部）に設けられているので、加熱炉の横方向の拡
張が防止でき、加熱炉の設置場所に制約を与えない効果
を有し、且つ燃焼空気が上方や下方から供給されるの
で、炉内温度の均一化に効果的である。

【００３８】また、本発明によれば、通常方式のバーナ
や小型の蓄熱式交番燃焼バーナによって加熱炉を燃焼着
火温度に設定した後に、燃料投入用ノズルによって燃料
を供給する燃焼方式であり、加熱炉の側壁面に設けられ
る蓄熱式交番燃焼バーナの蓄熱体を小型にできるので、
この燃焼方式による加熱炉は、その設置場所に制約を与
えない利点がある。

【００３９】また、本発明によれば、バーナによって加
熱炉を燃焼着火温度以上に設定した後に、バーナからの
燃料供給量を増大させ、且つ空気ノズルから燃焼空気を
供給して燃焼させて炉内温度を所定の値にする加熱炉で
あり、加熱炉の設置場所の制約が少なくなる利点があ
り、燃焼装置の無駄が極めて少ない利点があり、しかも
安価な加熱炉を提供できる利点がある。

【００４０】また、本発明によれば、燃焼が自然着火す
る温度である燃焼着火温度以上に加熱炉を昇温した後
に、燃料を噴射して供給する加熱炉であり、燃焼空気と
燃料を別に供給するものであるので、比較的大型の蓄熱
式交番燃焼バーナ装置を設ける必要がなく、炉圧変動が
少ないので加熱炉側壁の強度を必要以上に厚くする必要
がなく、加熱炉の建設コストが安価もなのとなる効果を
有する。

【００４１】更に、本発明によれば、炉幅を極力小さく
し得ない場合や被加熱物が炉幅方向に長い場合に炉幅方
向の燃焼機器の寸法を最小にできるので設備設置上、極
めて効果的である。また、被加熱物が長い時は、天井に
設けた空気口の配置や燃焼用通気の吹込量を炉幅方向に
調節することで火炎長を自由に調節でき、被加熱物の全
長に渡って均一な加熱が可能となる利点がある。また、
長い炉幅の炉で片側に短い被加熱物を置いて加熱する時
は片側の炉壁からのみ燃料を投入し、その天井から燃焼
空気を送って運転することも可能であり、被加熱物の幅
に依存することなく、均一な加熱が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る加熱炉の一実施例の縦方
向断面図、（ｂ）はその横方向断面図である。

【図２】本発明に係る加熱炉の断面図である。

【図３】本発明の蓄熱式燃焼装置を備える加熱図であ
り、その制御系を示すブロック図を備えたものである。

【図４】（ａ），（ｂ）は燃焼状態を説明するための説
明図である。

【図５】燃焼状態を説明するための図である。

【図６】本発明の加熱炉の燃焼制御方法を示す図であ
る。

【図７】本発明の加熱炉の燃焼制御方法を示す図であ
る。

【図８】本発明の加熱炉の燃焼制御方法を示す図であ
る。

【図９】（ａ），（ｂ）は従来の加熱炉の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１加熱炉２加熱炉本体２ａ天井部（上部）２ｂ底部（段差部，下部）３燃料投入用ノズル３ａ制御弁４蓄熱式交番燃焼バーナ５空気ノズル６蓄熱体８₁〜８₄ 制御弁９₁〜９₄ 切換制御弁１０温度センサ１１フアン１２ダクト１３制御部１５従来式バーナ１５ａ制御弁１５ｂ制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ２７Ｄ 17/00 １０１Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１Ａ (56)参考文献特開平７−4612（ＪＰ，Ａ) 特開平８−188822（ＪＰ，Ａ) 特開平７−4613（ＪＰ，Ａ) 特開平６−229509（ＪＰ，Ａ) 特開平７−158845（ＪＰ，Ａ) 特開平７−97620（ＪＰ，Ａ) 特開平７−103668（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 1/52 C21D 9/00 101 F23L 15/02 F27D 17/00 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱炉本体の側壁に加熱炉内の温度を昇
温するバーナを備え、前記加熱炉上部に蓄熱体を備える
空気ノズルを備え、炉内温度を前記バーナで燃料着火温
度以上に昇温した後に、前記バーナから炉内に供給され
る燃料を増加させるとともに、前記空気ノズルの半数か
ら燃焼量に応じた燃焼空気を供給して燃焼させ、前記空
気ノズルの他の半数から燃焼排ガスを炉外に排出するよ
うにし、前記空気ノズルを所定の間隔で交互に切り換え
て燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排出を行うようにした
ことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】加熱炉本体の側壁にバーナと燃料投入用
ノズルとを備え、且つ、前記加熱炉上部に蓄熱体を備え
る空気ノズルを備え、前記バーナによって炉内温度を燃
料着火温度以上に昇温した後に、前記燃料投入用ノズル
から炉内に燃料を供給するとともに、前記空気ノズルの
一方から供給される燃焼空気によって燃焼させ、前記空
気ノズルの他方から燃焼排ガスを炉外に排出するように
し、所定の間隔で前記空気ノズルを交互に切り換えて燃
焼空気の供給と燃焼排ガスの排出を行うことを特徴とす
る加熱炉。
【請求項３】加熱炉の炉本体側壁に設けられた炉内温
度を燃料着火温度以上に昇温した後、燃料のみを増大さ
せるバーナと、前記加熱炉の上部に設けられた蓄熱体を備える空気ノズ
ルとを具備し、前記空気ノズルによる燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排
出を所定の間隔で交互に切り換えて行うようにしたこと
を特徴とする加熱炉。
【請求項４】加熱炉の側壁に設けられている炉内温度
を燃料着火温度以上に昇温するバーナまたは蓄熱式交番
燃焼バーナと、燃料着火温度以上の温度に設定された炉内に燃料を噴射
する加熱炉側壁に設けられた燃料投入用ノズルと、前記加熱炉の上部に設けられた蓄熱体を備える空気ノズ
ルとを具備し、前記空気ノズルによる燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排
出を所定の間隔で交互に切り換えるようにしたことを特
徴とする加熱炉。
【請求項５】加熱炉の本体側壁に備えられた炉内温度
を燃料着火温度以上に昇温し、前記炉内温度が燃料着火
温度以上の温度に達した後に燃料の供給量を増大させる
バーナと、前記加熱炉上部に設けられ、燃焼空気の供給と燃焼排ガ
スの排出を交互に行う蓄熱体を備える空気ノズルと、前記炉内温度を計測して燃料着火温度以上であるか否か
を検出する検出手段と、前記検出手段に基づいて前記バーナから供給させる燃料
供給量を増大させる燃焼制御手段と、前記空気ノズルによる炉内への燃焼空気の供給と炉外へ
の燃焼排ガスの排出を交互に切り換える切換制御手段
と、を備えることを特徴とする加熱炉に備えられた蓄熱式燃
焼装置。
【請求項６】加熱炉の本体側壁に備えられ、炉内温度
を燃料着火温度以上の温度に昇温するバーナと、前記加熱炉内温度が燃料着火温度以上の温度に達した後
に燃料のみを供給する燃料投入用ノズルと、前記加熱炉上部に備えられた前記加熱炉への燃焼空気の
供給と燃焼排ガスの排出を交互になし得る蓄熱体を備え
る空気ノズルと、前記炉内温度が燃料着火温度以上の温度であるか否かを
検出する検出手段と、前記検出手段に基づいて前記バーナから前記燃料投入用
ノズルに切り換えて燃焼させる燃焼制御手段と、前記空気ノズルを介して炉内への燃焼空気の供給と炉外
への燃焼排ガスの排出を所定の間隔で交互に切り換える
切換制御手段と、を備えること特徴とする加熱炉に備えられた蓄熱式燃焼
装置。
【請求項７】加熱炉側壁に設けられたバーナによる燃
焼によって炉内温度を燃料着火温度以上の温度に昇温し
た後、前記バーナから炉内に供給される燃料を増大させ
るとともに、前記加熱炉上部に設けられた蓄熱体を備え
る空気ノズルを介して燃焼量に応じた燃焼空気を供給
し、他の蓄熱体を備える空気ノズルから燃焼排ガスを排
出するようにし、前記空気ノズルを介してなされる燃焼
空気の炉内への供給と燃焼排ガスの炉外への排出を所定
の間隔で交互に切り換えるようにして、炉内温度を制御
することを特徴とする加熱炉の燃焼方法。
【請求項８】加熱炉側壁に設けられたバーナによる燃
焼によって炉内温度を燃料着火温度以上の温度に昇温し
た後、加熱炉側壁に設けられた燃焼投入用ノズルから炉
内に燃料を供給し、前記加熱炉上部に設けられた蓄熱体
を備える空気ノズルを介して燃焼量に応じた燃焼空気を
供給するとともに、燃焼排ガスを他の蓄熱体を備える空
気ノズルから排出し、前記燃焼空気の炉内への供給と燃
焼排ガスの炉外への排出を所定の間隔で交互に切り換え
るようにして、炉内温度を制御することを特徴とする加
熱炉の燃焼方法。