JPH1136015A - 連続処理ラインにおける焼鈍炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続処理ラインにおける焼鈍炉のコンパクト
化と、ラジアントチュ−ブの高寿命化を図る。 【解決手段】 ラジアントチュ−ブ１１の両端の各々に
バ−ナ１２ａおよび１２ｂを配置し、前記バ−ナ１２ａ
および１２ｂの各々は燃焼用空気および燃焼排ガスが通
過する蓄熱体１３ａおよび１３ｂを有し、前記バ−ナ１
２ａおよび１２ｂの各々を交互に燃焼させ、バ−ナ１２
ａまたは１２ｂが非燃焼時にそのバ−ナ１２ａまたは１
２ｂの蓄熱体１３ａまたは１３ｂを通過する燃焼排ガス
の顕熱を前記蓄熱体１３ａまたは１３ｂに伝熱、蓄熱さ
せ、バ−ナ１２ａまたは１２ｂが燃焼時にその蓄熱体１
３ａまたは１３ｂに蓄熱された顕熱を通過する燃焼用空
気が抜熱し予熱されるサイクルを繰り返す蓄熱式ラジア
ントチュ−ブバ−ナ７を、少なくとも１組以上設けた連
続処理ラインにおける焼鈍炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交番燃焼する２
本の燃焼バ−ナを有する蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−
ナを備えた連続処理ラインにおける焼鈍炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板を連続的に焼鈍するラインにおいて
は、鋼板の酸化を防止するために、無酸化雰囲気中で鋼
板を加熱するようにしている。そして、このための焼鈍
炉には、輻射型焼鈍炉を使用するのが一般的である。

【０００３】このような輻射型焼鈍炉の一つとして、ラ
ジアントチュ−ブ焼鈍炉がある。従来のラジアントチュ
−ブ焼鈍炉に使用されているラジアントチュ−ブバ−ナ
３１は、図４に示すように、炉壁３２から炉内３３に突
き出すように配置されているＵ字型のラジアントチュ−
ブ３４と、ラジアントチュ−ブ３４の一端に接続され、
燃焼ガスをラジアントチュ−ブ３４に噴出する燃焼バ−
ナ３５と、燃焼バ−ナ３５に燃料を供給する燃料配管３
６と、燃焼バ−ナ３５に接続され、燃焼用空気を燃焼バ
−ナ３５に供給する燃焼用空気配管３７と、ラジアント
チュ−ブ３４の他端部に接続され、燃焼排ガスを炉外に
排出する燃焼排ガス管３８と、燃焼排ガス管３８の途中
に設けられたメタリックレキュペレ−タ−３９とから構
成されている。

【０００４】このようなラジアントチュ−ブバ−ナ３１
を配備した焼鈍炉においては、炉内３３の雰囲気が無酸
化雰囲気となっていること、ラジアントチュ−ブ３４か
らの輻射熱により加熱されることにより、炉内３３を通
過する被加熱材の表面が、加熱により酸化されることは
ない。

【０００５】被加熱材を加熱した後の燃焼排ガスは、燃
焼排ガス管３８により炉外に排出されるが、燃焼排ガス
が燃焼排ガス管３６の途中に設けられたメタリックレキ
ュペレ−タ−３９を通過するときに、燃焼排ガスの保有
する顕熱が、メタリックレキュペレ−タ−３９を貫通し
て配管されている燃焼用空気配管３７を流れる低温の燃
焼用空気と熱交換され、燃焼用空気は５００℃程度の高
温に予熱される。そして、予熱された燃焼用空気は燃焼
バ−ナ３５に供給され、燃料配管３６によって供給され
る燃料と混合して燃焼する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たラジアントチュ−ブ焼鈍炉には、次のような問題点が
ある。すなわち、燃焼用空気を予熱するためのレキュペ
レ−タ−が金属材料により構成されているので、燃焼排
ガスの温度が金属材料の耐熱温度以上の高温になったと
きには、低温のダイリュウションエア−を燃焼排ガス中
に吹き込み、燃焼排ガスの温度を耐熱温度以下にしてレ
キュペレ−タ−を通過させるなければならないので、燃
焼用空気の予熱温度は５００℃程度以下にしかならな
い。したがって、燃焼排ガスの保有する顕熱の熱回収効
率が低く、燃料燃焼熱の有効利用率［｛（燃料燃焼熱）
−（燃焼排ガス損失熱）｝／（燃料燃焼熱）］が悪い。
すなわち、ラジアントチュ−ブバ−ナ１本当たりの加熱
能力が低い。

【０００７】また、ラジアントチュ−ブ内を流れる燃焼
ガスおよび燃焼排ガスの流れる方向が常に一方向である
ので、ラジアントチュ−ブの燃焼バ−ナ取り付け端は、
発生した燃焼ガスにより温度が高く、反対側の端部は燃
焼排ガスの通過のみであるので温度が低い。したがっ
て、ラジアントチュ−ブの長さ方向に温度勾配が生じ、
ラジアントチュ−ブが破損しやすい。

【０００８】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、ラジアントチ
ュ−ブバ−ナ１本当たりの加熱能力が高いので、焼鈍炉
の炉容積をコンパクトにできるとともに、ラジアントチ
ュ−ブも破損しにくいので、ラジアントチュ−ブの寿命
を延ばすことのできる連続処理ラインにおける焼鈍炉を
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る連続処理
ラインにおける焼鈍炉は、ラジアントチュ−ブの両端の
各々にバ−ナを配置し、前記バ−ナの各々は燃焼用空気
および燃焼排ガスが通過する蓄熱体を有し、前記バ−ナ
の各々を交互に燃焼させ、バ−ナが非燃焼時にそのバ−
ナの蓄熱体を通過する燃焼排ガスの顕熱を前記蓄熱体に
伝熱、蓄熱させ、バ−ナが燃焼時にその蓄熱体に蓄熱さ
れた顕熱を通過する燃焼用空気が抜熱し予熱されるサイ
クルを繰り返す蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナを、少
なくとも１組以上設けたものである。

【００１０】この連続処理ラインにおける焼鈍炉におい
ては、蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナを設けているの
で、燃焼排ガスを１０００℃以上の高温のまま、セラミ
ック製の蓄熱体を通過させて炉外に排出するこができ
る。したがって、燃焼排ガスの保有する顕熱を、蓄熱体
により効率よく蓄熱することができるので、燃焼用空気
を１０００℃近くの高温に予熱することができ、燃料燃
焼熱の有効利用率を高めることができる。

【００１１】したがって、ラジアントチュ−ブバ−ナ１
本当たりの加熱能力を高めることができ、焼鈍炉の炉容
積をコンパクトにすることができる。

【００１２】また、ラジアントチュ−ブを流れる燃焼ガ
スおよび燃焼排ガスの流れの方向が、一定時間毎に切り
替わるので、ラジアントチュ−ブの長手方向の温度分布
が均一となり、ラジアントチュ−ブが破損されにくく、
ラジアントチュ−ブの寿命が延びる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。

【００１４】図１はこの連続処理ラインにおける焼鈍炉
の側面図である。この焼鈍炉１は連続処理ラインにおい
て、鋼帯Ｓを連続焼鈍するためのものであり、５つの加
熱ゾ−ン２〜６により構成されており、装入口１ａに最
も近く燃焼負荷の大きい第１加熱ゾ−ン２と、抽出口１
ｂに近くラジアントチュ−ブの温度が高くなる第４加熱
ゾ−ン５および第５加熱ゾ−ン６に蓄熱式ラジアントチ
ュ−ブバ−ナ７を、残りの第２加熱ゾ−ン３および第３
加熱ゾ−ン４にメタリックレキュペレ−タ−式ラジアン
トチュ−ブバ−ナ８を、それぞれ複数配置している。

【００１５】装入口１ａから装入された鋼帯Ｓは、複数
のデフレクタ−ロ−ル９により進行方向を複数回１８０
度転換しながら焼鈍炉１内の上記５つの加熱ゾ−ンを通
過するが、装入口１ａに近い加熱ゾ−ンにおいて予熱さ
れた後、中間の加熱ゾ−ンで加熱され、抽出口１ｂに近
い加熱ゾ−ンで均熱され、焼鈍に適した温度になり、抽
出口１ｂから次の冷却ゾ−ンへと進む。

【００１６】この焼鈍炉１の基本的な構造、第２加熱ゾ
−ン３および第３加熱ゾ−ン４に使用されているメタリ
ックレキュペレ−タ−式ラジアントチュ−ブバ−ナ８に
ついては、従来と同じであるので詳細説明は省略し、第
１加熱ゾ−ン２、第４加熱ゾ−ン５および第５加熱ゾ−
ン６に使用されている蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナ
７についてのみ説明する。

【００１７】この焼鈍炉１に使用する蓄熱式ラジアント
チュ−ブバ−ナ７は、特に新規な構造のものである必要
はなく、すでに一部の焼鈍炉において使用されているも
のでもよい。

【００１８】図２はこのような蓄熱式ラジアントチュ−
ブバ−ナ７の一例であるが、この蓄熱式ラジアントチュ
−ブバ−ナ７は、炉壁から炉内に突き出すように配置さ
れているラジアントチュ−ブ１１と、ラジアントチュ−
ブ１１の両端に接続され、燃焼ガスをラジアントチュ−
ブ１１内に噴出する燃焼バ−ナ１２ａおよび１２ｂと、
それぞれの燃焼バ−ナ１２ａおよび１２ｂに設けられた
蓄熱体１３ａおよび１３ｂと、燃焼バ−ナ１２ａおよび
１２ｂのそれぞれに燃料を供給する燃料配管１４ａおよ
び１４ｂと、燃焼バ−ナ１２ａおよび１２ｂのそれぞれ
に接続され、燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの排出を行
う気体配管１５ａおよび１５ｂと、気体配管１５ａと１
５ｂの接続部に設けられた四方切替弁１６とから構成さ
れている。

【００１９】上述した蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナ
７により、被加熱材を加熱するときには、次のようにし
て行う。まず、燃焼バ−ナ１２ａで燃焼が行われている
場合を説明すると、燃焼用空気供給系１７から四方切替
弁１６を介して、燃焼用空気が燃焼バ−ナ１２ａに送ら
れる。燃焼バ−ナ１２ａに送られた燃焼用空気は、燃焼
バ−ナ１２ａの蓄熱体１３ａを通過するとき、蓄熱体１
３ａに蓄熱された熱エネルギ−により高温に加熱され、
燃料配管１４ａから供給される燃料の燃焼に供される。

【００２０】燃焼バ−ナ１２ａでの燃焼により発生した
燃焼ガスは、被加熱材を加熱して燃焼排ガスとなり、燃
焼バ−ナ１２ｂの蓄熱体１３ｂを通り、四方切替弁１６
を介して燃焼排ガス排気系１８に排出される。そして、
燃焼排ガスが燃焼バ−ナ１２ｂの蓄熱体１３ｂを通過す
るときに、燃焼排ガスの保有する顕熱が、蓄熱体１３ｂ
に蓄熱され、燃焼バ−ナ１２ｂで燃焼するときの燃焼用
空気の加熱に利用される。

【００２１】なお、燃焼バ−ナ１２ａで燃焼していると
きには、燃料配管１４ａに設けられた燃料遮断弁１９ａ
は開き、燃料配管１４ｂに設けられた燃料遮断弁１９ｂ
は閉じられている。

【００２２】このようにして燃焼バ−ナ１２ａで一定時
間燃焼した後、四方切替弁１６が切り替えられ、燃焼用
空気が燃焼バ−ナ１２ｂに供給される。同時に、燃料配
管１４ａに設けられた燃料遮断弁１９ａが閉じられると
ともに、燃料配管１４ｂに設けられた燃料遮断弁１９ｂ
が開かれ、燃料が燃焼バ−ナ１２ｂに供給されて、燃焼
バ−ナ１２ｂでの燃焼が始まる。

【００２３】燃焼バ−ナ１２ｂでの燃焼により発生した
燃焼ガスは、被加熱材を加熱して燃焼排ガスとなり、燃
焼バ−ナ１２ａの蓄熱体１３ａを通り、四方切替弁１６
を介して燃焼排ガス排気系１８に排出される。そして、
燃焼排ガスが燃焼バ−ナ１２ａの蓄熱体１３ａを通過す
るときに、燃焼排ガスの保有する顕熱が、蓄熱体１３ａ
に蓄熱され、燃焼バ−ナ１２ａで燃焼するときの燃焼用
空気の加熱に利用される。

【００２４】蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナ７におけ
る燃焼方式は、上述したように燃焼バ−ナ１２ａと燃焼
バ−ナ１２ｂとの一定時間毎の交番燃焼であり、一方の
燃焼バ−ナで燃焼しているときには、他方の燃焼バ−ナ
で燃焼排ガスの排出を行い、かつ燃焼排ガスの保有する
顕熱をセラミックス製の蓄熱体で蓄熱する。

【００２５】したがって、蓄熱式ラジアントチュ−ブバ
−ナ７を備えた連続処理ラインにおける焼鈍炉の操業に
おいては、蓄熱体に蓄熱した高温の熱エネルギにより、
燃焼用空気を高温に予熱することができるので、燃料燃
焼熱の有効利用率が向上し、ラジアントチュ−ブバ−ナ
１本当たりの加熱能力が高まるとともに、ラジアントチ
ュ−ブの長手方向の温度分布を均一にすることができる
ので、ラジアントチュ−ブの破損が軽減され、ラジアン
トチュ−ブの寿命が延びる。

【００２６】加熱能力の具体的な向上について述べる
と、図１に示した連続処理ラインにおける焼鈍炉１の全
加熱ゾ−ン２〜６に、蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナ
７を配備した場合、従来のメタリックレキュペレ−タ−
式ラジアントチュ−ブバ−ナを、全加熱ゾ−ン２〜６に
配備した場合に比較して、燃焼排ガスの保有する顕熱の
回収効率が４０％から８０％へと２倍程度向上する。

【００２７】これにより、被加熱材の加熱に有効に利用
される燃料燃焼熱の有効利用率［｛（燃料燃焼熱）−
（燃焼排ガス損失熱）｝／（燃料燃焼熱）］は、約７０
％から９０％へと向上する。

【００２８】したがって、本発明の焼鈍炉の場合には、
従来方式の焼鈍炉に比較して加熱能力が約２割｛（９０
−７０）／９０｝向上するので、従来方式の焼鈍炉と同
等の加熱能力を得ようとする場合、蓄熱式ラジアントチ
ュ−ブバ−ナ７の配備本数は、従来のメタリックレキュ
ペレ−タ−式ラジアントチュ−ブバ−ナの配備本数に比
較して２０％削減することができ、焼鈍炉の大きさをコ
ンパクトにすることができる。

【００２９】また、ラジアントチュ−ブの破損が軽減さ
れることにより、次のような具体的な効果が期待でき
る。図３は全長約８０００ｍｍの長さのラジアントチュ
−ブの長さ方向位置とラジアントチュ−ブの表面温度と
の関係を示すグラフであり、実線は蓄熱式ラジアントチ
ュ−ブバ−ナ７の、一点鎖線はメタリックレキュペレ−
タ−式ラジアントチュ−ブバ−ナの場合である。

【００３０】従来のメタリックレキュペレ−タ−式ラジ
アントチュ−ブバ−ナの場合、ラジアントチュ−ブの表
面温度は、燃焼バ−ナが配置されている一端部（長さ方
向位置で０ｍｍに近い位置）で最高温度９７５℃を示
し、他端部（長さ方向位置で８０００ｍｍに近い位置）
で最低温度８７５℃を示しており、温度差は１００℃あ
る。

【００３１】これに対し、蓄熱式ラジアントチュ−ブバ
−ナ７の場合、ラジアントチュ−ブの表面温度は、燃焼
バ−ナが配置されている両端部（長さ方向位置で０ｍｍ
に近い位置と８０００ｍｍに近い位置）で最高温度９５
０℃を示し、中央部（長さ方向位置で４０００ｍｍ付
近）で最低温度９１０℃を示しており、温度差は４０℃
と、メタリックレキュペレ−タ−式ラジアントチュ−ブ
バ−ナの場合に比較して小さくなっている。

【００３２】このように、ラジアントチュ−ブの長手方
向の温度分布が変化することにより、蓄熱式ラジアント
チュ−ブバ−ナ７の寿命がどのように延びるかを試算す
ると、次のようになる。

【００３３】まず、最高温度が９７５℃から９５０℃に
低減されたことで、クリ−プ強度が向上する。

【００３４】従来のメタリックレキュペレ−タ−式ラジ
アントチュ−ブバ−ナの場合のラジアントチュ−ブの材
質がＫＨＲ３５Ｈ、寿命が２年とし、蓄熱式ラジアント
チュ−ブバ−ナ７となっても、ラ−ソンミラ−のパラメ
−タＰが変化しない前提で検討すると、パラメ−タＰが
ラジアントチュ−ブの最高温度Ｔｍａｘと寿命θとによ
り、（１）式により表されることにより、蓄熱式ラジア
ントチュ−ブバ−ナ７におけるラジアントチュ−ブの寿
命は従来の２年から約６年にと、３倍に向上する。 Ｐ＝Ｔｍａｘ×（ｋ＋ｌｏｇθ）／１０００……（１） ただし、ｋ：材質によって決まる定数で２０ θ：ラジアントチュ−ブの寿命（時間）

【００３５】更に、温度分布が均一化し、かつ温度分布
が対称形であるので、熱応力の発生も低減していること
から、上記に加えてプラスαの寿命の延長が期待でき
る。

【００３６】なお、本発明の連続処理ラインにおける焼
鈍炉は、もっぱら鋼帯の焼鈍を主目的とする連続焼鈍ラ
インの焼鈍炉にも適用できるし、連続メッキラインのよ
うに、メッキを行う前の前処理として鋼帯の焼鈍を行う
焼鈍炉にも適用できる。

【００３７】

【発明の効果】この発明により、連続処理ラインにおけ
る焼鈍炉の炉容積をコンパクトにできるとともに、ラジ
アントチュ−ブの寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である連続処理ラインにお
ける焼鈍炉の側面図である。

【図２】蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナの構成を示す
説明図である。

【図３】ラジアントチュ−ブの長さ方向位置とラジアン
トチュ−ブの表面温度との関係を示すグラフである。

【図４】従来のラジアントチュ−ブバ−ナの構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 焼鈍炉 ２ 第１加熱ゾ−ン ３ 第２加熱ゾ−ン ４ 第３加熱ゾ−ン ５ 第４加熱ゾ−ン ６ 第５加熱ゾ−ン ７ 蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナ ８ メタリックレキュペレ−タ−式ラジアントチュ−ブ
バ−ナ ９ デフレクタ−ロ−ル １１ ラジアントチュ−ブ １２ａ、１２ｂ 燃焼バ−ナ １３ａ、１３ｂ 蓄熱体 １４ａ、１４ｂ 燃料配管 １５ａ、１５ｂ 気体配管 １６ 四方切替弁 １７ 燃焼用空気供給系 １８ 燃焼排ガス排気系 １９ａ、１９ｂ 燃料遮断弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラジアントチュ−ブの両端の各々にバ−
   ナを配置し、前記バ−ナの各々は燃焼用空気および燃焼
   排ガスが通過する蓄熱体を有し、前記バ−ナの各々を交
   互に燃焼させ、バ−ナが非燃焼時にそのバ−ナの蓄熱体
   を通過する燃焼排ガスの顕熱を前記蓄熱体に伝熱、蓄熱
   させ、バ−ナが燃焼時にその蓄熱体に蓄熱された顕熱を
   通過する燃焼用空気が抜熱し予熱されるサイクルを繰り
   返す蓄熱式ラジアントチュ−ブバ−ナを、少なくとも１
   組以上設けたことを特徴とする連続処理ラインにおける
   焼鈍炉。