JPH0213011B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスラブ、ビレツト等の鋼材を目的の圧
延温度まで均一加熱する鋼材加熱炉に関するもの
である。

従来、この種の加熱炉は被熱材（鋼材）の上、
下面に直火バーナを配置した燃焼室を設け、装入
側から抽出側に向つて被熱材を搬送しながら加熱
を行う直火燃焼方式の加熱炉が一般に採用されて
おり、燃焼室でのバーナ配置方法によつてサイド
バーナ、軸流バーナ、ルーフバーナの三方式があ
ることが一般的に知られている。

前者のサイドバーナ方式は炉の両側壁部にバー
ナを配置する構造のため、一般に炉長方向は比較
的均一な炉温分布が得られ易いが、炉巾方向につ
いては均一な炉温分布が得られにくいという欠点
を有しており、設備的には炉構造が簡素なため設
備コストが安いという特徴を持つている。

これに対して、中者の軸流バーナ方式は炉の長
手方向にバーナを配置する構造のためサイドバー
ナ方式の場合とは逆に、一般に炉巾方向は比較的
均一な炉温分布が得られ易いが、炉長方向につい
ては均一な炉温分布が得られにくいという欠点を
有しており、設備的にもバーナの配置上炉巾方向
にノーズ部を設ける必要があるため炉床利用率が
低く、かつ設備コストが高く、作業性及び保守性
が悪いという欠点を持つている。

一方、後者のルーフバーナ方式はその性格上、
上部燃焼室の天井炉壁にバーナを配置する構造の
ため、炉巾及び炉長方向の全面にわたつて比較的
均一な炉温分布が得られるという特徴と有してい
るが、他の二方式に比べてバーナ本数が多くなる
ため一般に設備費が高く、かつバーナ配置の性格
上、上部燃焼室のみしか適用できないという欠点
を有している。

又、この種の直火燃焼方式を燃焼機能面からみ
た場合、バーナから供給された燃料と燃焼用空気
を直接炉内（燃焼室内）の自由空間で混合燃焼さ
せ、その燃焼ガスの輝炎放射、ガス放射及び炉壁
放射を利用して被熱材の加熱を行うものである
が、一般にこの種の直火燃焼方式ではバーナから
供給される流体の噴出エネルギーを十分に大きく
取つても、その火炎長は精々３〜４ｍしかなら
ず、加えて低負荷燃焼時にはバーナ供給流体の噴
出エネルギーも小さくなるため火炎の直進性が低
下し、浮力による火炎の舞上り現象や炉内ガス流
れによる火炎の曲折現象が発生するという基本的
な問題を有していたため、最近の加熱炉のごとく
炉の大型化（炉巾で10〜15ｍ、炉長で30〜50ｍ）
や操業の多様化（950〜1250℃迄の広温度範囲で
均一加熱）に対しては、従来の直火燃焼方式では
十分に対処することができなかつた。

又、最近は炉の大型化に伴い被熱材の搬送手段
として一般にウオーキングビーム方式を採用する
傾向にあるが、このウオーキングビーム方式では
被熱材を断熱、水冷構造の固定及び可動スキツド
で支持、搬送する方式のため、このスキツド直上
にある被熱材はスキツドパイプのシヤドウ効果に
より伝熱が阻害されるため、被熱材の他の部分に
比べて加熱がされにくいという欠点を有してお
り、被熱材の均一加熱のためには加熱初期の段階
でこのスキツドシヤドウ部を積極的に加熱する、
いわゆるピーク温度を有した炉温分布を形成する
ことが望ましいが、従来の直火燃焼方式の加熱炉
では任意点、即ち、スキツド部にピーク炉温を作
ることは一般的に不可能であつた。

本発明は、従来の直火燃焼式加熱炉の問題点で
ある被熱材の均一加熱性の改善に主眼を置き、被
熱材の偏熱防止による加熱Ｔ／Ｈのアツプと品質
の向上を設備コストの安いサイドバーナ方式で図
るため、横断面を下方に向けた半円筒状放射管
を、その一端が炉内に位置する様に複数個配し、
該各放射管の炉壁管端に燃焼装置を配すと共に、
該各放射管の下方に放射管と直交状に所定間隔を
おいて複数段の燃焼ガス分散壁を配設し、該燃焼
ガス分散壁の放射管側上端面に半円筒状放射管の
横断面と相対する形で燃焼ガス通過溝を設けるこ
とを特徴とした鋼材加熱炉である。

以下、第１図から第６図に従つて本発明の一実
施例を説明する。

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と炉巾方向に
複数個配置されたルーフバーナ、３は炉壁１の炉
長方向の下部両側壁に配置されたサイドバーナで
あり、４は加熱炉内を各燃焼室に仕切るための仕
切壁、５は被熱材、即ち鋼材、６は予熱帯、７は
加熱帯、８は均熱帯である。

９は被熱材５を支持するための固定スキツド、
１０は被熱材５を搬送するための可動スキツドで
あり水冷パイプの外面は断熱構造となつている。

１１はサイドバーナ３の炉内側先端部に設けら
れた横断面を下方に向けた所要長さの耐熱性と熱
伝導性を有した半円筒状放射管、１２は半円筒状
放射管１１を炉内に支持、固定すると同時にサイ
ドバーナ３から放出された燃焼ガスを炉内へ分散
供給するための耐熱性を有した燃焼ガス分散壁
で、通常、半円筒状放射管１１の下部に直交状に
複数段設けている。

１３は燃焼ガス分散壁１２の放射管１１側の上
端面に放射管１１の横断面と相対する形で設けら
れた燃焼ガス通過棒である。

又、図中の破線による矢印はルーフバーナ２か
らの燃焼ガス流れを、実線による矢印はサイドバ
ーナから炉内へ分散供給される燃焼ガス流れを示
したものである。

次に本発明の作動機能について説明する。

加熱炉内に装入された被熱材５は被熱材５の支
持、搬送装置である固定スキツド９及び可動スキ
ツド１０によつて装入側の予熱帯６から抽出側の
均熱帯８に向つて搬送される間に被熱材５の上面
はルーフバーナ２により、被熱材５の下面はサイ
ドバーナ３により加熱が行われる。

この場合、加熱炉の下部はサイドバーナ３と半
円筒状放射管１１及び燃焼ガス分散壁１２で構成
されているため、サイドバーナ３から供給された
燃料と燃焼用空気は半円筒状放射管１１内で混合
燃焼が行われるため、従来の直火燃焼方式に比べ
て浮力や炉内ガス流れの影響を受けにくく燃焼量
の多少に関係なく安定した炉温分布を確保するこ
とが可能である。

更に、この燃焼ガスは半円筒状放射管１１内を
通つて炉の中央部付近まで流動するようになつて
いるが、半円筒状放射管１１の所要位置に適当数
の燃焼ガス分散壁１２が設けられており、この燃
焼ガス分散壁１２には所要の開口面積を有した燃
焼ガス通過溝１３が設けられているため、半円筒
状放射管１１下部の燃焼ガス噴流の一部は、この
燃焼ガス分散壁１２に衝突し炉内へ分散供給が行
われる。

従つて、この燃焼ガス通過溝１３の開口面積と
燃焼ガス分散壁１２の取付位置及び数を適当に組
合せることにより加熱目的にあわせた温度分布を
確保することができるため、被熱材５の昇熱が行
われる予、加熱帯６，７ではサイドバーナ３側か
ら第４図のイ，ロ，ハの順のように逐次開口面積
を減少するように、燃焼ガス分散壁１２を配すこ
とにより炉巾方向にピーク炉温を形成し、固定ス
キツド９と可動スキツド１０の間のいわゆるスキ
ツドシヤドウ部を積極加熱を行う一方で、被熱材
５が略目標温度まで加熱された均熱帯８では第４
図のイのように開口面積が広い燃焼ガス分散壁１
２を全般にわたつて設けることにより、炉巾方向
に均一な炉温分布を形成することができるため、
950〜1250℃という広加熱温度範囲で被熱材５の
均一加熱が安定して行なえるようになつた。

次に本発明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。

実験は本発明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、被熱材５による奪熱を模擬するため
天井炉壁には水冷奪熱管を配し、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の共通条件のもとで従来の直火
加熱方式と本発明の加熱方式の比較を行つた結果
を第５図及び第６図に示す。

第５図は従来の直火燃焼方式の一例として、実
炉で炉巾方向の温度分布特性が最も優れていると
の評価が高いガス二流式サイドバーナの炉温分布
の測定例である。

又、第６図は本発明の半円筒状放射管１１と燃
焼ガス分散壁１２を組合せた場合の炉温分布の測
定例であり、バーナとしてはノズルミツクスタイ
プを使用し、半円筒状放射管１１としては400φ
の半割SiCチユーブを3.2ｍの長さで使用した結果
であり、図中の斜線Ａは燃焼ガス分散壁１２を第
４図のイの形で全段配置したものであり燃焼ガス
通過溝１３の面積としては開口面積比率（400φ
の断面積に対する比率）240％の結果であり、斜
線Ｂは燃焼ガス分散壁１２をサイドバーナ３側か
ら第４図のイ，ロ，ハの順に配置したものであ
り、各燃焼ガス分散壁１２の開口面積比率はバー
ナ側より240、240、60、20、20％と漸減した場合
の結果である。

第５図及び第６図は横軸にバーナからの距離
を、縦軸には炉温をバーナ長方向の各断面での測
定温度（Ｔ）SECとバーナ長方向の平均温度
（Ｔ）AVEとの差で示したものであり燃焼量20〜
100％の範囲で実験した結果を図中の斜線範囲で
表示したものである。

即ち、従来の直火燃焼方式ではバーナから約
1.5ｍの点に火炎のピーク温度があり、それより
先では急速に炉温の低下が見られる、いわゆるバ
ーナ側高の温度傾向を示すため炉巾が広い大型炉
では炉中央部の炉温が低くなり被熱材５の偏熱が
大きくなることを示している。

一方、半円筒状放射管１１と燃焼ガス分散壁１
２を組合せた本発明では第６図に示すように燃焼
ガス分散壁１２の位置と燃焼ガス通過溝１３の開
口面積を適当に選択することにより、フラツトで
均一な炉温分布から所定の位置にピーク点を持つ
た炉温分布までを自由に作り出すことが可能であ
り、従来の直火燃焼方式ではバーナ型式と燃焼量
で一義的に決まつていた炉温分布を加熱目的にあ
わせて自由に選択でできるようになつた。

なお、上記実施例ではルーフバーナ２とサイド
バーナ３の組合せであるが、炉の上部を軸流バー
ナ、下部を半円筒状放射管１１と燃焼ガス分散壁
１２を組合せた軸流バーナとすること、更にこれ
らを組合せることも可能である。

以上述べたように本発明の鋼材加熱炉は従来の
直火式加熱炉の問題点であつたバーナ長方向の炉
温分布の改善を図るため、直火燃焼バーナの先端
に半円筒状放射管と燃焼ガス分散壁を配置するこ
とにより炉内の所要位置への燃焼ガスの分散供給
をはかる加熱方式のため、従来の直火加熱方式に
比べて、 炉温分布の可変性に対する自由度が大きく、
加熱目的に適した炉温分布を任意に形成するこ
とが可能なため被熱材の均一加熱、即ち品質の
向上が可能である。

半円筒状放射管内燃焼のため浮力や炉内ガス
流れの影響を受けることが少なく、燃焼量に関
係なく略一定の炉温分布の確保が可能であり低
温加熱に適している。

被熱材に面した半円筒状放射管の上面が固体
放射面となるため伝熱量の増加、即ち加熱Ｔ／
Ｈのアツプが可能である。

半円筒状放射管の下部が開放構造のため、円
筒状放射管を使用した場合に比べて開放面から
の炉内ガスの巻込み作用により放射管が極端に
過熱されることが無いため放射管の長寿命化が
可能であり、かつ放射管内燃焼に伴い発生する
NOx問題についても低NOx化が可能である。

サイドバーナ方式で均一な炉温分布が得られ
るため下部の炉型が簡素化され作業性、保守性
が向上し、かつ設備コストの低下が可能であ
る。

という数多くの特徴を有した鋼材加熱炉である。

【図面の簡単な説明】

図面において第１図は本発明の鋼材加熱炉の縦
断面図、第２図は第１図の−線における側断
面図、第３図は第２図の−線からみた炉下部
における一部分の平面図、第４図イ，ロ，ハは本
発明において用いる半円筒状放射管と燃焼ガス通
過溝を設けた燃焼ガス分散壁の拡大断面図、第５
図は従来の直火燃焼方式における炉内温度分布の
測定例の図、第６図は本発明の半円筒状放射管と
燃焼ガス分散壁を組合せた場合の炉内温度分布の
測定例を示す図である。 １は炉壁、２はルーフバーナ、３はサイドバー
ナ、４は仕切壁、５は被熱材（鋼材）、６は予熱
帯、７は加熱帯、８は均熱帯、９は固定スキツ
ド、１０は可動スキツド、１１は半円筒状放射
管、１２は燃焼ガス分散壁、１３は燃焼ガス通過
溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 横断面を下方に向けた半円筒状放射管を、そ
   の一端が炉内に位置するように複数個配し、該各
   放射管の炉壁側管端に燃焼装置を近接すると共
   に、該放射管の下方に放射管と直交状に所定間隔
   をおいて複数段の燃焼ガス分散壁を配設し、該燃
   焼ガス分散壁の放射管側上端面に半円筒状放射管
   の横断面と相対する形で燃焼ガス通過溝を設ける
   ように構成してなることを特徴とする鋼材加熱
   炉。