JPH0125870Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はスラブ、ビレツト等の鋼材を目的の圧
延温度まで均一に加熱する鋼材加熱炉の放射管加
熱装置用バーナに関するものである。

一般に、この種の鋼材加熱炉の加熱装置として
は炉壁にバーナを取付け、このバーナからの火炎
放射と燃焼ガスのガス放射で鋼材の加熱を行う直
火加熱方式が最も一般的な方法として知られてい
るが、この直火加熱方式ではフレーム長に限界が
あること、燃焼量の低下に伴いフレームの直進性
が低下すること等のため、バーナ軸長方向の温度
分布が不均一となり、この結果大型炉への適用や
均一加熱が要求される低温加熱材等への適用は問
題があるとされていた。

これに対して、最近の新しい加熱技術として加
熱炉のサイドバーナ及び軸流バーナの先端に両端
を開放した放射管を配置し、直火加熱装置の問題
点であつたバーナ軸長方向の温度分布の改善を行
い鋼材の均一加熱を行う、いわゆる放射管加熱装
置が考案されている。

この放射管加熱装置ではバーナから供給された
燃料を放射管内で燃焼し、この燃焼ガスの対流及
び放射伝熱で放射管の加熱を行い、放射管外表面
からの固体放射伝熱で鋼材の加熱を行う方式のた
め、放射管サイズの選定により一定の発熱（放射
管）面積が確保できること、バーナ燃焼量の低下
に伴い発生するフレームのリフテイング現象が防
止できること等の諸効果により、従来の直火加熱
装置では不可能とされていた大型炉や低負荷燃焼
下でのバーナ軸長方向の温度分布の改善ができる
ため、鋼材の均一加熱に適すという特徴を有して
いる。

また、この種の放射管加熱装置では炉温（放射
管外表面温度）分布を均一に保つことが必要なた
め、一般に放射管の入口側で燃焼が完了する急速
燃焼タイプのバーナが採用されているが、この種
のバーナは燃焼原理上、一般にNOxレベルが高
く、かつ放射管内での高温燃焼条件が加味される
ため、従来の直火燃焼装置に比べてNOxが極め
て高いという欠点を有しており、NOx規制値と
の関係で実炉への全面適用は不可能であつた。

本考案は従来の放射管加熱装置用バーナの問題
点であつたNOxの低減を図ることを主眼とし、
併せて鋼材の均一加熱に必要な炉温分布の確保を
図るため、バーナの中央部にガス供給ノズルを配
し、該ガス供給ノズルの先端外周部に１次空気供
給口を設け、該１次空気供給口を隔ててバツフル
を配置し、該バツフルに２次空気供給口を設け、
該２次空気供給口からの噴流がバーナー側の放射
管端に内接するよう該バツフルの仮想円周線上に
複数個のスリツト状の２次空気供給口を配すと共
に、バツフルの前方に円筒状ボートで形成した２
次燃焼室を配設し、該２次燃焼室と前記ガス供給
口との間に１次燃焼室を配置したことを特徴とし
た放射管加熱装置用低NOxバーナである。

以下、第１図〜第７図に従つて本考案の一実施
例を説明する。

第１図において、１は耐火断熱性と機密性を有
した炉壁、２は炉壁１の天井部の炉長方向及び炉
巾方向に複数個配置されたルーフバーナ、３は炉
巾方向の下部炉壁１に配置されたサイドバーナ、
４は被熱材すなわち鋼材で、５は鋼材４を支持す
るための固定スキツド、６は鋼材４を炉長方向に
搬送するための可動スキツドであり、通常水冷パ
イプの外面は断熱構造となつている。

７はサイドバーナ３の先端に所定の間隔を設け
て配置された所要長さの耐熱性と熱伝導性を有し
た両端開放の放射管、８は放射管７の支柱であ
る。

第２図において本考案のサイドバーナ３の中央
部に設けられたガス供給ノズル、１０はガス供給
ノズル９の先端側外周部の１次空気供給口を隔て
て設けたバツフル、１１はバツフル１０の仮想円
周線上に設けられた複数個のスリツト状の２次空
気供給口で、この２次空気供給口１１からの噴流
がバーナ側の放射管端に内接するように配置して
ある。

１２はバツフル１０の前方外周部に設けられた
円筒状ポートで放射管加熱装置の性格上、このポ
ート直径は放射管７の内径以下とすることが必要
である。

１３はバツフル１０と円筒状ボート１２で形成
された２次燃焼室である。

１４は１次空気の供給口、１５はガス供給ノズ
ル９から噴射された燃料と１次空気供給口１４か
ら供給された空気とが１次燃焼を行う１次燃焼室
である。

次に本考案の作動機能について説明する。

加熱炉に装入された鋼材４は鋼材４の支持、搬
送装置である固定スキツド５及び可動スキツド６
によつて炉内を装入側から抽出側に向つて移動す
る間に、鋼材４の上面はルーフバーナ２により、
鋼材４の下面はサイドバーナ３と放射管７を組合
せた放射管加熱装置により加熱が行われるように
なつている。

従来、この種の放射管加熱装置では均一な炉温
（放射管外表面温度）分布の確保を行うため、一
般に第６図に示すようなノズルミツクスタイプの
急速燃焼バーナを採用し、極力放射管の入口側で
燃焼を完了させ、この高温の燃焼ガスの対流及び
放射伝熱により放射管を加熱し、この放射管外表
面からの固体放射伝熱で鋼材の加熱を行う方法が
取られていた。

この種のバーナは燃焼特性上NOxレベルが極
めて高くバーナと放射管の間に一定の間隔を設け
て、積極的に炉内ガスを放射管内へ誘引する、い
わゆる熱ガス循環法を採用してもNOxを大巾に
低下させることは困難であつた。

これに対して第２図及び第３図の本考案の放射
管加熱装置用バーナでは、バーナの中央部にガス
供給ノズルを配し、該ノズル先端側外周部に１次
空気供給口を配設し、該バツフルに２次空気供給
口を設け、該２次空気供給口からの噴流がバーナ
ー側の放射管端に内接するように該１次空気供給
口を隔てて配設したバツフルの仮想円周線上に２
次空気供給口を配設し、この２次空気供給口の形
状をスリツト状としたため、スリツト巾の選定に
より高速空気流の確保が可能となり、この高速空
気流によつてガス供給ノズル９からの燃料を誘
引、混合し拡散燃焼を行うが、この時バーナ３と
放射管７の間に所定の間隔を設けてあるため、同
時に低O₂濃度の炉内ガスも放射管７へ誘引され
るため、放射管内燃焼にもかかわらず極めて
NOx生成量が低いという特徴を有している。

また、この種の拡散燃焼バーナを放射管加熱装
置に採用した場合燃焼速度が遅いため、バーナ側
の放射管温度が低下し、均一な炉温分布が確保で
きないという問題点を有していたが、この問題点
についても２次空気供給口１１を放射管７の内径
近くに配置することにより、ほぼ放射管内に充満
した大径のフレームが形成できること及び、燃料
と空気の接触（拡散）面積を大きく取りフレーム
の短炎化が図れること等により、放射管内での均
一温度分布の確保が可能となり、従来の急速燃焼
バーナ使用の場合に比べて大巾なNOxの低減が
可能となつた。

次に本考案の効果を燃焼実験炉（高1.8×巾3.0
×長6.4ｍ）で確認した結果を例示する。

実験は本考案の効果を確認するため炉巾方向に
1.7ｍのピツチで燃焼量150万kcal／ｈのバーナを
２本取付け、鋼材４による奪熱を模擬するため天
井炉壁には水冷管を配し、燃料としてはコークス
炉ガス、燃焼用空気としては300℃の熱風を用い、
空気比1.1の条件で実験を行つた。

また、放射管加熱装置としては径500×長4800
mmのSic製チユーブを使用し、バーナと放射管の
間に250mmの間隔を設けて、従来バーナと本考案
バーナの性能比較を行つた実験例を第５図〜第７
図に示す。

第５図は炉温とNOx生成量に関する実験例で、
横軸はバーナ軸長方向の平均炉温を、縦軸は燃焼
実験炉出口でのO₂11％換算NOxで、燃焼量が100
％の場合のデーターを示したものである。

図中の実線は急速燃焼タイプの従来バーナ、点
線は本考案の高速空気誘引式の大径フレームバー
ナの実験値であり、この結果から本考案バーナは
従来バーナに対してNOx値を55〜70％低減でき、
NOxの絶対値も炉温1200℃で80ppm以下とする
ことが可能である。

また、第６図及び第７図はバーナ軸長方向の炉
温分布を示したものであり、横軸はバーナポート
先端からの距離を、縦軸は炉温をバーナ軸長方向
の各点での測温値と平均値との差で示したもので
あり、第６図は燃焼量が100％、第７図は燃焼量
が20％の実験例を示したものである。

図中の実線は炉温分布を重視した従来バーナ、
点線は本考案バーナの炉温分布を示したものであ
り、本考案バーナでは低NOx化を図つたにもか
かわらず、広燃焼範囲でほぼ従来バーナ並の均一
な炉温分布が確保できることを示している。

以上述べたように、本考案の放射管加熱装置用
バーナではガス供給ノズルの先端側外周部に１次
空気供給口を配設し、該１次空気供給口を隔てて
設けたバツフルの仮想円周線上に複数個のスリツ
ト状の高速空気供給口を配置する構造のため、こ
の高速空気流により燃料及び炉内ガスの誘引燃焼
を行う方式のためNOx生成量を抑制できること、
及び、空気供給口を放射管内径近くに配置できる
ことにより放射管内に充満した大径フレームが形
成できるため、従来の放射管加熱装置用バーナで
は不可能とされていた均一な炉温分布の確保と低
NOx化の問題が同時に解決できるという特徴を
有した放射管加熱装置用バーナである。

【図面の簡単な説明】

図面において、第１図は本考案の放射管加熱装
置用バーナを適用した鋼材加熱炉の炉巾方向の断
面図、第２図は本考案の放射管加熱装置用バーナ
の縦断面図、第３図は第２図の右側面図、第４図
は従来の放射管加熱装置用バーナの縦断面図、第
５図は炉温とNOx生成量に関する実験例を示し
た図、第６図及び第７図はバーナ軸長方向の炉温
分布に関する実験例を示した図である。 １……炉壁、２……ルーフバーナ、３……サイ
ドバーナ、４……鋼材、５……固定スキツド、６
……可動スキツド、７……放射管、８……支柱、
９……ガス供給ノズル、１０……バツフル、１１
……空気供給口、１２……ポート、１３……燃焼
室、１４……１次空気供給口、１５……１次燃焼
室。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 加熱炉内に両端を開放した放射管を配設し、該
   放射管の炉壁側管端に所定の間隔を設けてバーナ
   を配設すると共に、他端を燃焼ガスの流出口とし
   た放射管加熱装置におけるバーナにおいて、 バーナの中央部にガス供給ノズルを配設し、該
   ガス供給ノズルの先端側外周部に１次空気供給口
   を設け、該１次空気供給口を隔ててバツフルを配
   設し、該バツフルに２次空気供給口を設け、該２
   次空気供給口からの噴流がバーナ側の放射管端に
   内接する位置に、該バツフルの仮想円周線上に複
   数個のスリツト状の２次空気供給口を配設し、該
   バツフルの前方に円筒状ボートで形成した２次燃
   焼室を配設し、該２次燃焼室と前記ガス供給ノズ
   ルとの間に１次燃焼室を配設したことを特徴とす
   る放射管加熱用バーナ。