JP3549980B2

JP3549980B2 - Radiant tube mounting method

Info

Publication number: JP3549980B2
Application number: JP13740496A
Authority: JP
Inventors: 和人山村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH09303712A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続焼鈍炉、連続亜鉛メッキなどの加熱炉に用いられるＷ型又はＵ型のラジアントチューブの取付方法に関するものであり、詳しくは、稼働中の熱応力を低減して寿命を延ばすことのできるラジアントチューブの取付方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の典型的なＷ型ラジアントチューブの構造を図６に示す。ラジアントチューブ１は、炉内に酸素が侵入するのを防止するため、バーナー２２側のバーナー側端部２、及びレキュペレータ２３側のレキュペレータ側端部１０はともにバンク１５に溶接され、さらに、バンク１５は加熱炉炉壁２４に溶接され、それぞれ固定されている。また、炉内においては、第３ベンド８の先端の第３ベンド先端支持受け部１３が、バーナー２２とは反対側の加熱炉炉壁１９からの炉壁支持治具１８によって支えられており、さらに、第２直管５の第１ベンド側下部と第３直管７上部との間にラジアントチューブ間サドル１１が、第３直管７の第２ベンド側下部と第４直管９の上部との間にラジアントチューブ間サドル１２が設けられている。
【０００３】
ところで、ラジアントチューブ１は高温加熱により、熱膨張に対して上述した支持及び取付構造による拘束を受け、熱応力と変形が発生し、長期間の使用によるチューブ材質の強度劣化に伴い、亀裂や板に接触するような変形が発生して使用不能となるので、その都度取り替える必要がある。この熱応力と変形について図７及び図８により詳しく説明する。なお、ラジアントチューブへの熱負荷状態として、炉昇温時と通常操業時の２つの状態を考える。
【０００４】
図７は、常温から通常操業状態までの炉昇温時の状態を示す。バーナー２２の燃焼により、第１直管３の温度は急激に上昇し、第１ベンド４以降の部分との温度差が大きく開く。この温度差は、第１直管３と第４直管９では一時的には数百℃に達することがある。この場合、第１直管３は急激に軸方向（水平方向）２５に熱膨張を始める。例えば、ラジアントチューブの第１直管３から第４直管９に到る各直管の代表温度を６００℃、４００℃、３００℃、２００℃、長さを２０００ｍｍ、１６００ｍｍ、１６００ｍｍ、２０００ｍｍとし、チューブの線膨張率を１７×１０^−６と仮定すると、レキュペレータ側端部１０が固定されている場合には、バーナー側端部２は炉外側へ約１１ｍｍ移動しようとする。
【０００５】
この熱膨張に対して、バーナー側端部２がバンク１５に固定されている場合、バンク１５と第１ベンド４以降との間で熱膨張の拘束を受けるため、第１直管３には大きな圧縮力である第１直管軸方向力２６が発生し、ベンド部によって第１直管曲げモーメント（昇温時）２７が発生する。この結果、第１直管３に大きな応力が発生する。また、第１ベンド４は下方に変形しようとし、サドル１１による拘束により、第１ベンド側面に第１ベンド曲げモーメント（昇温時）２８が発生するとともに、サドル近傍の直管部は大きな上下方向の力であるサドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）２９を受ける。また、第１ベンド４の下方への変形は、第２ベンド６の下方への変形を引き起こし、サドル１２による拘束により、サドル近傍の直管部は大きな上下方向の力であるサドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）３０を受ける。
【０００６】
通常、炉修のため定期的に炉の昇降温を繰り返すが、材質の経年劣化や酸化減肉、さらに熱疲労の蓄積や、スケールの発生等による温度偏差が加わり、前述の荷重発生時に第１直管バーナー側に第１直管亀裂（昇温時）３１が、あるいは第１ベンド側面に第１ベンド亀裂（昇温時）３２が発生する。また、サドル１１近傍の第２直管５及び第３直管７、あるいはサドル１２近傍の第３直管７及び第４直管９に座屈が発生することがある。
【０００７】
図８は通常操業時の状態を示す。炉内の温度は９００℃付近に達し、また、ラジアントチューブ１の温度はそれより数十℃以上高くなる。この時、バンク１５の温度は通常１００℃から２００℃であるのに対し、炉内のラジアントチューブ１は９５０℃を越える高温であるため、第３ベンド８の先端の支持受け部１３を起点とし、第３ベンド８、サドル１１、第１ベンド４に到る高さ方向（垂直方向）３３の熱膨張により第１直管３の先端部はかなり上向きの変形を余儀無くされる。例えば、第１直管３と第４直管９の軸芯間距離が９００ｍｍのラジアントチューブの場合、バンクの温度を１５０℃、炉内のラジアントチューブの温度を９５０℃、ラジアントチューブの熱膨張率を１７×１０^−６と仮定すると、バンク部分の垂直方向伸びは約２．３ｍｍ、先端部分の垂直方向伸びは約１４．５ｍｍであり、１０ｍｍ以上の差がある。
【０００８】
この熱膨張による第１直管３の先端部の上向きの変形とサドル１１による変形拘束のため、第１直管３にきわめて大きな第１直管曲げモーメント（通常操業時）３４が発生する。また、第１ベンド４にも大きな第１ベンド曲げモーメント（通常操業時）３５が発生するとともに、サドル１１近傍の直管部は大きな上下方向の力であるサドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業時）３６を受ける。また、高温下においてはサドル１１、１２はチューブの自重の一部を受持ち、第３直管７、及び第４直管９のサドル近傍は上下の力である垂直荷重３６、３７を恒常的に受ける。この時、各直管の軸方向２５の熱膨張差は小さく、昇温時ほど問題にならない。
【０００９】
ラジアントチューブは高温にさらされている時間が長く、前述の応力、さらには自重の影響によりクリープ変形し、また、材質の経年劣化や酸化減肉、さらにはスケールの発生等による温度偏差が加わり、サドル１１近傍の第２直管５及び第３直管７に第２直管座屈３８、第３直管座屈３９が、サドル１２近傍の第３直管７及び第４直管９に第３直管座屈４０、第４直管座屈４１が発生する。さらに、座屈３８と、これによるチューブの断面剛性の極端な低下が第２直管垂れ４２につながり、ラジアントチューブの使用寿命末期に到る。
【００１０】
以上のように、ラジアントチューブ、特に、第１直管及び第１ベンドは炉壁からの支持部、サドルによって拘束を受け、昇温時には軸力と曲げモーメントの、また、通常操業時には曲げモーメントの作用を大きく受ける。また、サドルの拘束によりサドル近傍の直管部には大きな圧縮力が作用する。これらにより、ラジアントチューブは亀裂や変形、座屈を起こし、寿命に到る。従って、膨張に伴う曲げモーメントを低減し、サドルによる拘束力を緩和して座屈の発生を阻止することが、ラジアントチューブの寿命を大きく延ばすことになる。
【００１１】
この変形や亀裂の発生を防止する手段として、特開平５−２７２７０８号公報では、バーナー側端部にバーナー側直管の軸方向伸びを吸収するベローズを取り付けた構造を、また、実開平１−３８４１５号公報では、バーナー側端部にチューブの軸方向にベローズを、さらに、高さ方向にはバーナー及びチューブ自重の一部を支持するバネを併設したベローズを有し、熱膨張を自由にする構造を提示している。また、第１直管あるいは第１及び第２直管の直径を他の部分より大きくし、第１ベンド先端を炉壁から支持する方法が、特開平３−２２６５１９号公報で報告されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−２７２７０８号公報及び実開平１−３８４１５号公報の構造では、ベローズが応力緩和に効果があるものの、ベローズの設置はコストを上げ、また、ベローズの耐久性にも問題があった。また、特開平３−２２６５１９号公報において、第１ベンド先端を炉壁から支持する方法は、既設の炉に新たに設置する場合、炉壁の改造を伴うため、長期間の炉休止や相当額の改造費を必要とするため現実的ではない。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するものであり、昇温時ならびに通常操業時におけるチューブの熱応力を大幅に緩和し、亀裂やクリープ変形、座屈を阻止することにより、チューブの長寿命化に優れた効果を奏するラジアントチューブの取付方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部が上下位置になるように炉壁に取り付けられたＷ型又はＵ型のラジアントチューブの取付方法において、ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部を稼働後における炉内のチューブの高さ方向の熱膨張量に合わせて上下方向に開いた位置に予め固定して初期応力を与えることを特徴とするラジアントチューブの取付方法である。ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部を予め上下方向に開く量δは、次式数２により定めることが好ましい。
【００１５】
【数２】
δ＝ｋＬ_０（Ｔ_Ｒ・α_Ｒ／Ｔ_Ｂ・α_Ｂ−１）（ただし、０＜ｋ≦１）
【００１６】
ここに、Ｔ_Ｒ、α_Ｒはラジアントチューブの炉内部分の平均温度と線膨張率、Ｔ_Ｂ、α_Ｂはバンクの平均温度と線膨張率、Ｌ_０はラジアントチューブのバーナー中心とレキュペレータ中心間距離、ｋは定数とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示すように、従来のバンクへのバーナー側端部取付部１６、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７に対し、本発明では、ラジアントチューブ１のバンク１５への取付位置を上下に開くようにオフセットし、バーナー側端部２、レキュペレータ側端部１０をそれぞれバンクへのバーナー側端部取付部１６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’に固定することにより、第１直管３と第４直管９にオフセット時初期曲げモーメント（第１直管側）２０、オフセット時初期曲げモーメント（第４直管側）２１を与えて熱間における応力を低減させる。
【００１９】
図２（ａ）は、昇温前における従来のラジアントチューブの取付位置をバンク１５の外側より見たものである。バーナー側端部２とレキュペレータ側端部１０がバンクへのバーナー側端部取付部１６、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７に取り付けられており、この間の距離をＬ_０とする。通常操業時のバンク１５の温度をＴ_Ｂ、バンク１５の線膨張率をα_Ｂとすると、図２（ｂ）に示すように熱膨張によりバンクへのバーナー側端部取付部１６、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７間の距離はＬ_０・Ｔ_Ｂ・α_Ｂとなる。一方、同図に示すように、炉内においては、ラジアントチューブ１は上下方向にも熱膨張し、その量が第１ベンド４と第３ベンド８付近で最大となり、第１直管３と第４直管９の中心軸間距離は、チューブの平均温度をＴ_Ｒ、線膨張率をα_Ｒとすると、Ｌ_０・Ｔ_Ｒ・α_Ｒとなる。炉内の温度は、バンクに比べて数百℃以上高く、
Ｌ_０・Ｔ_Ｂ・α_Ｂ＜Ｌ_０・Ｔ_Ｒ・α_Ｒ
となり、この熱膨張差が様々な損傷の原因となる。
【００２０】
本発明では、図２（ｃ）に示すように、昇温前にバーナー側端部２とレキュペレータ側端部１０をδだけ上下に広げたバンクへのバーナー側端部取付部１６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’にオフセットする。オフセット量δは、図２（ｄ）に示すように、通常操業時におけるバンク１５におけるバンクへのバーナー側端部取付部１６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’間の熱膨張量が、炉内におけるラジアントチューブ１の上下方向の熱膨張量の最大値Ｌ_０・Ｔ_Ｒ・α_Ｒ以下になるように、即ち、以下の式数３を満たすようにとる。
【００２１】
【数３】
（Ｌ_０＋δ）・Ｔ_Ｂ・α_Ｂ ≦ Ｌ_０・Ｔ_Ｒ・α_Ｒ
【００２２】
以上により、初期のオフセット量δは、以下の式数４で定義できる。
【００２３】
【数４】
δ＝ｋＬ_０（Ｔ_Ｒ・α_Ｒ／Ｔ_Ｂ・α_Ｂ−１）（ただし、０＜ｋ≦１）
【００２４】
上式において、ｋ＝１としてオフセット量δを決定した場合、通常操業時では、図２（ｄ）に示すように、熱間におけるラジアントチューブ１の上下方向の熱膨張変位とバンクへのバーナー側端部取付部１６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’の熱膨張変位がほぼ等しくなり、図８に示したようなチューブの曲げ変形がほぼなくなり、これに起因する様々な損傷を軽減することができる。ｋの値は必ずしも１である必要はなく、０から１の間であればよい。しかしながら、熱応力低減効果を発揮させるためには０．５以上が望ましい。例えば、熱応力を半減するためにはｋ＝０．５近傍でよい。なお、ｋ＝０とすると従来の取付方法と等しくなる。
【００２５】
また、昇温時においては、ラジアントチューブのバーナー側の高温部とレキュペレータ側の低温部の差により、図３に示すような曲げモーメント２７が一次的にかかる。この時においても、本発明の取付方法では、初期に逆の初期曲げモーメント２０がかかっているので、相殺により曲げモーメントを低下させることができる。
【００２６】
【実施例】
本発明により取り付けたラジアントチューブに発生する軸力と曲げモーメントの低減効果について試算する。対象は、図１に示すＷ型のラジアントチューブ１であり、第１直管３及び第４直管９の長さは２５００ｍｍ、第２直管５及び第３直管７の長さは１６５０ｍｍである。外径、内径はそれぞれ１９４ｍｍと１７７ｍｍ、材質はＪＩＳＧ５１２２記載のＳＣＨ２２である。各直管の軸芯間距離はそれぞれ３００ｍｍであり、第１直管３と第４直管９の軸中心間距離Ｌ_０は９００ｍｍである。
【００２７】
ラジアントチューブ１の通常操業時の平均温度を９５０℃、バンク１５の平均温度を２００℃、ラジアントチューブ１の線膨張率を１７×１０^−６、バンク１５の線膨張率を１３×１０^−６とすると、両者の熱膨張差は１２．２ｍｍとなる。そこで、オフセット量δを４ｍｍ、８ｍｍ、及び１２ｍｍにしたときのチューブに発生する軸力、及び曲げモーメントの分布を図４、図５に示す。これより、オフセットによって大幅に軸力、及び曲げモーメントが下がっていることがわかる。軸力、及び曲げモーメントが下がれば、ラジアントチューブに発生する応力も必然的に下がる。
【００２８】
本発明方法によりラジアントチューブのバーナー側端部のオフセット量を１０ｍｍとして取り付け、実炉に入れて６年を経過しても、異常なく稼働した。従来構造の寿命は、平均的に３〜４年であり、長寿命化が実現できた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、昇温時ならびに通常操業時におけるラジアントチューブの熱応力を大幅に緩和して、亀裂やクリープ変形、座屈を阻止することができ、ラジアントチューブの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の説明図である。
【図２】本発明の一実施例の詳細な説明図である。
【図３】本発明の効果の説明図である。
【図４】ラジアントチューブの軸力分布の試算結果を示す図である。
【図５】ラジアントチューブの曲げモーメント分布の試算結果を示す図である。
【図６】従来の典型的なＷ型ラジアントチューブの構造の説明図である。
【図７】従来の典型的なＷ型ラジアントチューブの昇温時における変形及び損傷形態の説明図である。
【図８】従来の典型的なＷ型ラジアントチューブの通常操業時における変形及び損傷形態の説明図である。
【符号の説明】
１ラジアントチューブ
２バーナー側端部
３第１直管
４第１ベンド
５第２直管
６第２ベンド
７第３直管
８第３ベンド
９第４直管
１０レキュペレータ側端部
１１ラジアントチューブ間サドル
１２ラジアントチューブ間サドル
１３第３ベンド先端支持受け部
１４耐火物
１５バンク
１６バンクへのバーナー側端部取付部
１６’ バンクへのバーナー側端部取付部
１７バンクへのレキュペレータ側端部取付部
１７’ バンクへのレキュペレータ側端部取付部
１８炉壁支持治具
１９加熱炉炉壁
２０オフセット時初期曲げモーメント（第１直管側）
２１オフセット時初期曲げモーメント（第４直管側）
２２バーナー
２３レキュペレータ
２４加熱炉炉壁
２５軸方向（水平方向）
２６第１直管軸方向力
２７第１直管曲げモーメント（昇温時）
２８第１ベンド曲げモーメント（昇温時）
２９サドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）
３０サドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）
３１第１直管亀裂（昇温時）
３２第１ベンド亀裂（昇温時）
３３高さ方向（垂直方向）
３４第１直管曲げモーメント（通常操業時）
３５第１ベンド曲げモーメント（通常操業時）
３６サドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業時）
３７サドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業時）
３８第２直管座屈
３９第３直管座屈
４０第３直管座屈
４１第４直管座屈
４２第２直管垂れ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for mounting a W-shaped or U-shaped radiant tube used in a continuous annealing furnace, a heating furnace such as continuous galvanization, and more specifically, to reduce thermal stress during operation and extend the life. And a method of mounting a radiant tube.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 shows the structure of a typical conventional W-shaped radiant tube. In the radiant tube 1, the burner-side end 2 of the burner 22 and the recuperator-side end 10 of the recuperator 23 are both welded to the bank 15 in order to prevent oxygen from entering the furnace. Are welded to the heating furnace wall 24 and fixed respectively. In the furnace, the third bend tip support receiving portion 13 at the tip of the third bend 8 is supported by a furnace wall support jig 18 from a heating furnace wall 19 on the opposite side of the burner 22. Furthermore, a saddle 11 between the radiant tubes is provided between the lower part of the second straight pipe 5 on the first bend side and the upper part of the third straight pipe 7, and the lower part of the third straight pipe 7 on the second bend side and the upper part of the fourth straight pipe 9. Between the radiant tube saddle 12 is provided.
[0003]
By the way, the radiant tube 1 is constrained by the above-mentioned support and mounting structure against thermal expansion due to high-temperature heating, and thermal stress and deformation occur. Since it becomes unusable due to the deformation that comes into contact with the device, it must be replaced each time. This thermal stress and deformation will be described in detail with reference to FIGS. In addition, as a heat load state on the radiant tube, two states, that is, a time when the furnace is heated and a time when the furnace is in normal operation are considered.
[0004]
FIG. 7 shows a state when the furnace is heated from normal temperature to a normal operation state. Due to the combustion of the burner 22, the temperature of the first straight pipe 3 rises sharply, and the temperature difference from the part after the first bend 4 greatly increases. This temperature difference may temporarily reach several hundred degrees Celsius in the first straight pipe 3 and the fourth straight pipe 9. In this case, the first straight pipe 3 suddenly starts to thermally expand in the axial direction (horizontal direction) 25. For example, the representative temperature of each straight pipe from the first straight pipe 3 to the fourth straight pipe 9 of the radiant tube is 600 ° C., 400 ° C., 300 ° C., 200 ° C., and the length is 2000 mm, 1600 mm, 1600 mm, 2000 mm, Assuming that the linear expansion coefficient of the tube is 17 × 10 ⁻⁶ , when the recuperator-side end 10 is fixed, the burner-side end 2 tends to move about 11 mm to the outside of the furnace.
[0005]
When the burner side end 2 is fixed to the bank 15 against this thermal expansion, thermal expansion is restricted between the bank 15 and the first bend 4 and thereafter. A first straight pipe axial force 26, which is a compressive force, is generated, and the first straight pipe bending moment (at the time of temperature rise) 27 is generated by the bend portion. As a result, a large stress is generated in the first straight pipe 3. Further, the first bend 4 tends to be deformed downward, and the first bend bending moment (when the temperature is raised) 28 is generated on the side surface of the first bend due to the restraint by the saddle 11, and the straight pipe portion near the saddle has a large vertical direction. , A vertical load (at the time of temperature rise) 29 on the straight pipe near the saddle portion. Further, the downward deformation of the first bend 4 causes the downward deformation of the second bend 6, and the straight pipe in the vicinity of the saddle is restrained by the saddle 12 so that the straight pipe in the vicinity of the saddle, which is a large vertical force. A vertical load (at the time of temperature rise) 30 is applied to the tube.
[0006]
Usually, the temperature of the furnace is repeatedly raised and lowered periodically to repair the furnace. However, temperature deviation due to aging deterioration of the material, oxidation thinning, accumulation of thermal fatigue, scale generation, etc. is added. A first straight pipe crack (at the time of temperature rise) 31 occurs on the straight pipe burner side, or a first bend crack (at the time of temperature rise) 32 occurs at the side surface of the first bend. In addition, buckling may occur in the second straight pipe 5 and the third straight pipe 7 near the saddle 11, or in the third straight pipe 7 and the fourth straight pipe 9 near the saddle 12.
[0007]
FIG. 8 shows a state during normal operation. The temperature in the furnace reaches around 900 ° C., and the temperature of the radiant tube 1 increases by several tens of degrees or more. At this time, the temperature of the bank 15 is normally 100 ° C. to 200 ° C., whereas the temperature of the radiant tube 1 in the furnace is higher than 950 ° C., so the starting point is the support receiving portion 13 at the tip of the third bend 8. Due to thermal expansion in the height direction (vertical direction) 33 reaching the third bend 8, the saddle 11, and the first bend 4, the distal end of the first straight pipe 3 is forced to be considerably upwardly deformed. For example, in the case of a radiant tube in which the distance between the axes of the first straight tube 3 and the fourth straight tube 9 is 900 mm, the temperature of the bank is 150 ° C., the temperature of the radiant tube in the furnace is 950 ° C., and the coefficient of thermal expansion of the radiant tube is Is assumed to be 17 × 10 ⁻⁶ , the vertical extension of the bank portion is about 2.3 mm, and the vertical extension of the tip portion is about 14.5 mm, and there is a difference of 10 mm or more.
[0008]
Due to the upward deformation of the distal end of the first straight pipe 3 due to the thermal expansion and the deformation restraint by the saddle 11, an extremely large first straight pipe bending moment (during normal operation) 34 is generated in the first straight pipe 3. In addition, a large first bend bending moment (during normal operation) 35 is also generated in the first bend 4, and the straight pipe near the saddle 11 has a large vertical load on the straight pipe near the saddle, which is a large vertical force. (During normal operation) Receive 36. Further, at high temperatures, the saddles 11 and 12 bear part of the weight of the tube, and the saddles of the third straight pipe 7 and the fourth straight pipe 9 constantly apply vertical loads 36 and 37 which are vertical forces. receive. At this time, the difference in thermal expansion between the straight pipes in the axial direction 25 is small, and is not as problematic as when the temperature is raised.
[0009]
The radiant tube is exposed to high temperature for a long time, and it undergoes creep deformation due to the above-mentioned stress and further the influence of its own weight.In addition, the temperature deviation due to the deterioration of the material over time, oxidation thinning, and the generation of scale is added, The second straight pipe buckling 38 and the third straight pipe buckling 39 are applied to the second straight pipe 5 and the third straight pipe 7 near the saddle 11, and the second straight pipe buckling 39 is applied to the third straight pipe 7 and the fourth straight pipe 9 near the saddle 12. The third straight pipe buckling 40 and the fourth straight pipe buckling 41 occur. Further, the buckling 38 and the extreme decrease in the cross-sectional rigidity of the tube due to the buckling 38 lead to the second straight pipe sag 42, and the end of the service life of the radiant tube.
[0010]
As described above, the radiant tube, in particular, the first straight tube and the first bend are restrained by the support section and the saddle from the furnace wall, and the axial force and the bending moment during the temperature rise and the bending moment during the normal operation. Greatly affected. Further, a large compressive force acts on the straight pipe portion near the saddle due to the restraint of the saddle. As a result, the radiant tube is cracked, deformed, and buckled, and its life is extended. Therefore, reducing the bending moment due to the expansion and relaxing the restraining force by the saddle to prevent buckling will greatly extend the life of the radiant tube.
[0011]
As means for preventing the deformation and the occurrence of cracks, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-272708 discloses a structure in which a bellows for absorbing the axial elongation of a burner-side straight pipe is attached to a burner-side end. Japanese Patent No. 38415 discloses that a bellows is provided at a burner side end in an axial direction of a tube, and further, a bellows provided with a spring supporting a part of a weight of the tube and a burner is provided in a height direction to make thermal expansion free. The structure is presented. Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-226519 discloses a method in which the diameter of the first straight pipe or the first and second straight pipes is made larger than that of other parts, and the tip of the first bend is supported from the furnace wall.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structures disclosed in JP-A-5-272708 and JP-A-1-38415, although the bellows is effective in relieving stress, the installation of the bellows increases the cost and has a problem in durability of the bellows. Was. In Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 3-226519, the method of supporting the tip of the first bend from the furnace wall involves remodeling the furnace wall when newly installing the furnace in an existing furnace. It is not realistic because it requires remodeling costs.
[0013]
The present invention has been made to solve the above problems, and significantly reduces the thermal stress of the tube at the time of temperature rise and during normal operation, and prevents cracks, creep deformation, and buckling, thereby improving the life of the tube. Provided is a method of mounting a radiant tube having an advantageous effect.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention is to provide a method of mounting a W-shaped or U-shaped radiant tube attached to a furnace wall such that a burner side end and an exhaust gas side end of a radiant tube are positioned vertically, wherein the radiant tube has a burner side end. Characterized in that an initial stress is given by pre-fixing the part and the exhaust side end to a vertically open position in accordance with the amount of thermal expansion in the height direction of the tube in the furnace after the operation, and applying an initial stress. It is. It is preferable that the amount δ in which the burner side end and the exhaust gas side end of the radiant tube are opened in advance in the vertical direction is determined by the following equation (2).
[0015]
(Equation 2)
_{_{δ = kL 0 (T R ·}} α R / T B · α B -1) ( however, 0 <k ≦ 1)
[0016]
Here, T _R and α _R are the average temperature and linear expansion coefficient of the radiant tube inside the furnace, T _B and α _B are the average temperature and linear expansion coefficient of the bank, and L ₀ is the distance between the burner center and the recuperator center of the radiant tube. The distance and k are constants.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
As shown in FIG. 1, in the present invention, the mounting position of the radiant tube 1 to the bank 15 is vertically changed with respect to the conventional burner side end mounting portion 16 to the bank and the recuperator side end mounting portion 17 to the bank. By offsetting so as to open, and fixing the burner side end 2 and the recuperator side end 10 to the burner side end mounting portion 16 ′ to the bank and the recuperator side end mounting portion 17 ′ to the bank, respectively, the first An initial bending moment at the time of offset (first straight pipe side) 20 and an initial bending moment at the time of offset (fourth straight pipe side) 21 are applied to the straight pipe 3 and the fourth straight pipe 9 to reduce stress during hot working.
[0019]
FIG. 2A shows the mounting position of the conventional radiant tube before the temperature rise, as viewed from the outside of the bank 15. Burner end attaching portion 16 of the burner-side end 2 and the recuperator end 10 to the bank, it is attached to the recuperator end mounting portion 17 to the bank, the during this period distance L _0. Assuming that the temperature of the bank 15 during normal operation is T _B and the coefficient of linear expansion of the bank 15 is α _B , as shown in FIG. the distance between the recuperator end mounting portion 17 becomes _{_{_{L 0 · T B · α B}}} . On the other hand, as shown in the figure, in the furnace, the radiant tube 1 also thermally expands in the vertical direction, the amount of the radiant tube 1 becomes maximum near the first bend 4 and the third bend 8, and the first straight tube 3 and the first 4 between the center axis distance of the straight pipe 9, when the average temperature of the tube _{T R,} the linear expansion coefficient and alpha _{_R,} the _{_{L 0 · T R · α R}} . The temperature inside the furnace is several hundred degrees higher than the bank,
L ₀ · T _B · α _B <L ₀ · T _R · α _R
This difference in thermal expansion causes various damages.
[0020]
In the present invention, as shown in FIG. 2 (c), the burner-side end mounting portion 16 'is attached to a bank in which the burner-side end 2 and the recuperator-side end 10 are spread up and down by δ before the temperature is raised. Is offset to the recuperator side end mounting portion 17 '. As shown in FIG. 2 (d), the offset amount δ is the thermal expansion amount between the burner side end mounting portion 16 ′ to the bank and the recuperator side end mounting portion 17 ′ to the bank during normal operation. but as it will become less radiant maximum value L of the vertical thermal expansion of the tube 1 ₀ _· T _R · α R in the furnace, i.e., taking so as to satisfy the equation number 3 below.
[0021]
(Equation 3)
(L ₀ + δ) · T _B · α _B ≦ L ₀ · T _R · α _R
[0022]
As described above, the initial offset amount δ can be defined by the following equation (4).
[0023]
(Equation 4)
_{_{δ = kL 0 (T R ·}} α R / T B · α B -1) ( however, 0 <k ≦ 1)
[0024]
In the above equation, when the offset amount δ is determined with k = 1, during normal operation, as shown in FIG. 2D, the vertical thermal expansion displacement of the radiant tube 1 and the burner side to the bank as shown in FIG. The thermal expansion displacements of the end mounting portion 16 'and the end mounting portion 17' on the recuperator side to the bank are substantially equal, and the bending deformation of the tube as shown in FIG. 8 is almost eliminated, and various damages caused by this are reduced. Can be reduced. The value of k does not necessarily need to be 1, but may be between 0 and 1. However, in order to exhibit the effect of reducing the thermal stress, 0.5 or more is desirable. For example, k may be around 0.5 in order to reduce the thermal stress by half. Note that if k = 0, it becomes equal to the conventional mounting method.
[0025]
Further, at the time of temperature rise, a bending moment 27 as shown in FIG. 3 is temporarily applied due to a difference between a high temperature portion on the burner side and a low temperature portion on the recuperator side of the radiant tube. Also at this time, in the mounting method of the present invention, since the opposite initial bending moment 20 is applied at the initial stage, the bending moment can be reduced by canceling.
[0026]
【Example】
A trial calculation will be made on the effect of reducing the axial force and bending moment generated in the radiant tube attached according to the present invention. The target is the W-shaped radiant tube 1 shown in FIG. 1, the length of the first straight pipe 3 and the fourth straight pipe 9 is 2500 mm, the length of the second straight pipe 5 and the third straight pipe 7 is 1650 mm. is there. The outer diameter and the inner diameter are 194 mm and 177 mm, respectively, and the material is SCH22 described in JIS G 5122. Axial distance between the centers of the straight pipe is 300mm, respectively, the axial center distance _{L 0} between the first straight pipe 3 fourth straight pipe 9 is 900 mm.
[0027]
The average temperature of the radiant tube 1 during normal operation is 950 ° C., the average temperature of the bank 15 is 200 ° C., the linear expansion coefficient of the radiant tube 1 is 17 × 10 ⁻⁶ , and the linear expansion coefficient of the bank 15 is 13 × 10 ⁻⁶ . Then, the difference in thermal expansion between the two becomes 12.2 mm. The distribution of the axial force and bending moment generated in the tube when the offset amount δ is set to 4 mm, 8 mm, and 12 mm is shown in FIGS. From this, it can be seen that the axial force and the bending moment are greatly reduced by the offset. When the axial force and the bending moment are reduced, the stress generated in the radiant tube is necessarily reduced.
[0028]
According to the method of the present invention, the radiant tube was mounted with an offset amount of 10 mm at the burner side end, and even after 6 years had passed from the actual furnace, it was operated without any abnormality. The life of the conventional structure is 3 to 4 years on average, and a long life can be realized.
[0029]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION By this invention, the thermal stress of a radiant tube at the time of a temperature rise and normal operation is remarkably eased, a crack, creep deformation, and buckling can be prevented, and the life of a radiant tube can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an effect of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a trial calculation result of an axial force distribution of a radiant tube.
FIG. 5 is a diagram showing a trial calculation result of a bending moment distribution of a radiant tube.
FIG. 6 is an explanatory view of a structure of a conventional typical W-shaped radiant tube.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a deformation and damage mode of a conventional typical W-shaped radiant tube at the time of temperature rise.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a deformation and a damage mode of a conventional typical W-shaped radiant tube during normal operation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radiant tube 2 Burner side end part 3 1st straight pipe 4 1st bend 5 2nd straight pipe 6 2nd bend 7 3rd straight pipe 8 3rd bend 9 4th straight pipe 10 Recuperator side end part 11 Saddle between radiant tubes 12 Saddle between radiant tubes 13 Third bend tip support receiving part 14 Refractory 15 Bank 16 Burner side end mounting part 16 'to bank Burner side end mounting part 17 to bank Recuperator side end mounting part 17 to bank '' Recuperator-side end attachment part to bank 18 Furnace wall support jig 19 Heating furnace wall 20 Initial bending moment at offset (first straight pipe side)
21 Initial bending moment at offset (4th straight pipe side)
22 Burner 23 Recuperator 24 Heating furnace wall 25 Axial direction (horizontal direction)
26 First straight pipe axial force 27 First straight pipe bending moment (at elevated temperature)
28 1st bend bending moment (at elevated temperature)
29 Vertical load on the straight pipe near the saddle (when the temperature rises)
30 Vertical load on the straight pipe near the saddle (when heated)
31 First straight pipe crack (when temperature rises)
32 First bend crack (at elevated temperature)
33 Height direction (vertical direction)
34 1st straight tube bending moment (during normal operation)
35 1st bending moment (during normal operation)
36 Vertical load on straight pipe near saddle part (during normal operation)
37 Vertical load on straight pipe near saddle part (normal operation)
38 second straight pipe buckling 39 third straight pipe buckling 40 third straight pipe buckling 41 fourth straight pipe buckling 42 second straight pipe sag

Claims

ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部が上下位置になるように炉壁に取り付けられたＷ型又はＵ型のラジアントチューブの取付方法において、ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部を稼働後における炉内のチューブの高さ方向の熱膨張量に合わせて上下方向に開いた位置に予め固定して初期応力を与えることを特徴とするラジアントチューブの取付方法。In a method of mounting a W-shaped or U-shaped radiant tube mounted on a furnace wall such that a burner side end portion and an exhaust gas side end of a radiant tube are positioned vertically, a burner side end portion and an exhaust gas side end portion of a radiant tube are provided. A method of mounting a radiant tube, comprising: preliminarily fixing a tube in a vertically opened position in accordance with a thermal expansion amount of a tube in a furnace after operation to apply initial stress.

ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部を予め上下方向に開く量δを次式数１により定めることを特徴とする請求項１記載のラジアントチューブの取付方法。
【数１】
δ＝ｋＬ_０（Ｔ_Ｒ・α_Ｒ／Ｔ_Ｂ・α_Ｂ−１）（ただし、０＜ｋ≦１）
ここに、Ｔ_Ｒ、α_Ｒはラジアントチューブの炉内部分の平均温度と線膨張率、Ｔ_Ｂ、α_Ｂはバンクの平均温度と線膨張率、Ｌ_０はラジアントチューブのバーナー中心とレキュペレータ中心間距離、ｋは定数とする。The method for mounting a radiant tube according to claim 1, wherein the amount δ of opening the burner side end and the exhaust gas side end of the radiant tube in the vertical direction is determined in advance by the following equation (1).
(Equation 1)
_{_{δ = kL 0 (T R ·}} α R / T B · α B -1) ( however, 0 <k ≦ 1)
Here, T _R and α _R are the average temperature and linear expansion coefficient of the radiant tube inside the furnace, T _B and α _B are the average temperature and linear expansion coefficient of the bank, and L ₀ is the distance between the burner center and the recuperator center of the radiant tube. The distance and k are constants.