JPS60226690A - 加熱炉の加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばスラブ、ビレット等の鋼材を目的の圧
延温度まで均一加熱する刃口熱炉に関するものである。

（従来技術） 従来、この種の加熱炉は被加熱材の上、下面に直下バー
ナを配置した燃焼室を設け、装入側から抽出側に向って
被加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いた。

この種の直火燃焼方式の加熱炉では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、その燃焼ガスの揮炎放射、ガス放射及
び炉壁放射を利用して被加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とっても、その火
炎長は精々３〜４ｍにしかならず、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、浮力による火炎の溝上シ現家や
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（炉幅でｌθ〜１５　ｍ　＋炉長で３０〜５０
ｍ）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
に目的を達することが難かしいという欠点を有している
。

又、最近は炉の大型化に伴い、被加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加熱材を断熱・
水冷構造の同定及・び可動スキッドで支持、搬送する方
式のため、このスキッド直上にある被加熱材はスキッド
パイプの影となるため（シャドウ効果）伝熱が阻害され
、被加熱材の他の部分に比べて加熱されにくいという欠
点を持っている。被加熱材の均一加熱のためには加熱初
期の段階でこのスキッドシャドウ部を局部的に集中加熱
できる。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、従来の直火式加熱炉では任意点、
即ちスキッド部にピーク温度を作ることは一般的に不可
能であった。

一方、この種の直火式加熱炉では燃焼室のバーナ配置方
法によ）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。特開昭５７−
３２３２１のごとく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である。この方式は炉構造がシン
プルで設備費が比較的安価であシ、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、炉幅方向について
は火炎の脚上シや曲折のため均一な炉温分布が得られに
くいという欠点を有している。

これに対して特開昭５７−８２４２４のごとき軸流バー
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、一般に炉幅方向は比較
的均一な炉温分布が得易い力ζ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シ、設
備的にはバーナの配置上炉長方向に２〜３ｍの長さの仕
切壁（以下仕切部と称す）を炉幅方向全体にわたって設
ける必要があるため炉床利用率が悪くかつ設ｍ費が高い
という欠点を有している。

一方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幅及び炉長方向の
全面にわたって比較的均一な炉温分布が得られるという
特長を有しているが、他の三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がある
。

以上のように、従来の加熱装置は炉の大型化や操業の多
様化を満足させるには基本的な欠点を有している。

（発明の目的と概要） 本発明は、従来の直火燃焼方式の欠点である被加熱材の
均−加熱性の改善に主眼を置き、被加熱材の偏熱防止に
よる加熱能の向上と品質の向上を設備費の安価なサイド
バーナ方式を用いて実現することを目的とするものであ
る。

本発明は、炉下部の炉長方向両側壁に被加熱材出口側の
バーナ軸方向に両端を開放した円筒状の熱放射管を配設
し、残シのバーナのガス噴出口側のバーナ軸方向及び円
筒状熱放射管の反バーナ側のバーナ軸方向には半円筒状
の熱放射管を弦を下方に向けて配設し、半円筒状熱放射
管の下部には該半円筒状熱放射管と直交状に適当な間隔
をおいて、該半円筒状熱放射管との間に適当な間隙を有
するガス分散壁を配設することを特徴とした加熱炉の加
熱装置を提供するものである。

（発明の実施例） 以下図面に示す実施例を参照しながら本発明を説明する
。第１図、第２図は本発明にかかわる鋼材加熱炉の一実
施例を示す。ｌは耐火断熱性と気密性を有した炉壁、２
は炉壁１の天井部の炉長方向と炉幅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シ、４は加熱炉を各燃焼
室に仕切るだめの仕切壁、５は被加熱材としての鋼材、
６は予熱帯、７は加熱帯、８は均熱帯である。９は鋼材
５を支持するための固定スキッド、ｌＯは鋼材５を搬送
するための可動スキッドであシ、水冷スキッドパイプの
外面は断熱構造となっている。

１１はサイドバーナ３の炉内側軸芯上に配置されｆｃＰ
ｆｒ要長さの耐熱性と熱伝導性を有した円筒状熱放射管
、１２は円筒状熱放射管１１の支持架台、１３はサイド
バーナ３の炉内側軸芯上に配置された、所要長さの耐熱
性と熱伝導性を有し、弦を下向きにして配置された半円
筒状の熱放射管、１４は半円筒状熱放射管１３の支持架
台である。

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３からの燃焼
ガス流れを示してたものである。

燃焼ガスは均熱帯から加熱帯へ、加熱帯から予熱帯へ向
って流れ、最終的には煙道１６から炉外へ排出される。

円筒状の熱放射管、半円筒状の熱放射管の各熱放射管と
支持架台の関係を各々第３図、第４図に示す、第４図に
示すように、半円筒熱放射管用の支持架台１４は、放射
管１３を支持、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だめの耐熱性を
有した燃焼ガス分散壁で、通常半円筒状熱放射管１３の
下部に熱放射管と直交状に所定間隔をおいて複数段設け
られている。１５は燃焼ガス分散壁１４の半円筒状熱放
射管１３側の上端面に半円筒状熱放射管１３と相対する
形で設けられた燃焼ガス通過溝であり、通常加熱目的に
応じて開口面積が決定される。

次に本発明の加熱装置の操作について説明する。

加熱炉内に挿入された被加熱材５は、被加熱材５の支持
、搬送装置である固定スキッド９及び可動スキッド１０
によって装入側の予熱帯６から抽出側の均熱帯８に向っ
て搬送される間に被加熱材５の上面はルーフバーナ２に
より、下面はサイドバーナ３により加熱される。この場
合、加熱炉の下部はサイドバーナ３と円筒状熱放射管１
１又は半円筒状熱放射管１３及びそれらの支持架台で構
成されているため、サイドバーナ３から供給された燃料
と燃焼用空気は該熱放射管内で混合燃焼が行なわれ、従
って、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＜＜、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。

さらに、半円筒状の熱放射管１３の下部には燃焼ガス分
散壁１４が設けられているため、一部の燃焼ガスはガス
分散壁と熱放射管とで形成されたガス通過溝１５を通っ
て炉内の反バーナ方向へ通過するが、ガス分散壁１４に
衝突した燃焼ガスはその位置で流れ方向がかわり、炉内
に噴出し、部分的な高温部を形成することが可能である
。ここで、この高温部を、固定スキッド９と可動スキッ
ド１０の間のいわゆるスキッドシャドウ部に合致させる
ことによシ該シャドウ部を積極的に加熱することができ
るため、９５０〜１２５０℃という広加熱諦度範囲で被
加熱材５の均一加熱が安定して行なえるようになった。

ガス分散壁の一例を第４図に示しているが、ガスを噴出
させず、いわゆるフラットな温度分布を要求される箇所
には同図囚のようにガス通過溝１５の大きいガス分散壁
１４を配し、ガスを噴出させて高温（ピーク炉温）を要
求される箇所には同図（Ｂ）のようにガス通過溝１５の
小さいガス分散壁１４を配すればよい。さらに、炉壁近
くのバーナに近い箇所にピーク炉温を形成したい場合は
、バーナ近傍から半円筒状の熱放射管を用いれば良いが
、炉中心に近いすなわちバーナから遠い箇所にピーク炉
温を形成したい場合にはバーナ近傍には円筒状熱放射管
１１を用いて燃焼ガスを分散させず、ピーク炉温を形成
させる箇所近くは半円筒状熱放射管１３とガス分散壁１
４を用いてガスを分散させ、目的とする炉温パターンを
形成すれば良い。

このような考え方に基づいて炉内の炉幅方向１／２（す
なわち片側のバーナの受持範囲）に、２ケ所のシャドウ
部を有する加熱炉の具体的な、熱放射管とガス−分散壁
を配置した例およびその効果の模式図を第５図に示す。

第５図において同図囚は炉幅方向の被加熱材とスキッド
の配置を炉幅方向に１／２の断面で表わしたものであり
、被加熱材５には炉側壁に近いシャドウ部Ｓ１と炉中心
に近いシャドウ部Ｓ２が形成されている。同図田）は、
炉側壁に近いシャドウ部Ｓ１の部分にピーク炉温を形成
することを目的に熱放射管とガス分散壁を配した図であ
る。シャドウ部が炉側壁に近いため熱放射管３としては
全て半円筒状のものを用いてお如、ガス分散壁とじてガ
ス分散が多く必要とされる（イ）には、第４図（Ｂ）の
タイプのものを用いているが、その他の（７）、（向。

に）のガス分散壁としては、ガスはできるだけ分散させ
々いことが望ましいため、第４図（４）のタイプのもの
を用いている。

第５図田）の熱放射管および分散壁配置によって得られ
る炉温パターンを同図（ハ）の（ａ）で示す、シャドウ
部Ｓ１は、（イ）の分散壁によるガスの分散噴出により
積極的な加熱を受けることになる。一方策５図（Ｏは、
炉中心に近いシャドウ部Ｓ２の部分にピーク炉温を形成
することを目的に熱放射管とガス分散壁を配した図であ
る。この場合は、シャドウ部はバーナから遠いためバー
ナ近くには円筒状の熱放射管を用いてガス分散を抑止し
、その後に半円筒状熱放射管およびガス分散壁を配して
いる。

ガス分散壁の形状は第５図（Ｂ）と同様の考え方から（
効の部分には第４図（Ｂ）のタイプ、（４）、に）には
絹４図（４）のタイプのものを用いている。第５図（Ｏ
の熱放射管およびガス分散壁配置によって得られる炉温
パターンを同図（６）の（ｂ）で示す、シャドウ部Ｓ２
は（２）の分散壁によるガスの分散噴出により積極的な
加熱を受けることになる。従って、第５図（５）のよう
な、スキッド配置の加熱炉に対しては同図（Ｂ）および
（Ｏに示す熱放射管およびガス分散壁の配置を炉長方向
のバーナに対して交互に行なうことによってシャドウ部
の悪影響を回避することが可能である。

第５図（ハ）に示した（ａ）　、　（ｂ）の各炉温パタ
ーンは、ガスの燃焼が熱放射管内で行なわれるため、燃
焼ガスが浮力や炉内全体のガス流れの影響を受けに＜＜
、燃焼量の多少に関係なく非常に安定したものであるこ
とは前述のとおりである。

第６１ｇは従来の直火燃焼方式の一例として、実炉での
バーナ軸方向の温度分布特性が最も優れているとの評価
が高いガス二流式バーナの炉温分布の測定列である。ま
た第７図は本発明の半円筒状熱放射管と支持架台兼用の
ガス分散壁を用いた場合の、第ε図は本発明の円筒状熱
放射管と半円筒状熱放射管と支持架台および燃焼ガス分
散壁１４を組み合わせて配置した場合の各炉温分布の測
定例である。バーナおよび熱放射管の径、材質は第７図
と同様であるが円筒状熱放射管、半円筒状熱放射管共に
長さは１．６ｍのものを使用している。

又、半円筒状熱放射管部のガス分散壁の開口面積比率は
バーナ側から１１０．７０．７（ｌと漸減した場合の結
果である。

第６図から第８図は横軸にバーナからの距離を、縦軸に
は炉温をバーナ長手方向の各断面での測定温度（ηＳＥ
Ｃとバーナ長手方向の平均温度（Ｔ５Ａ■との差で示し
たものであシ、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。

この結果、従来の直火燃焼方式ではバーナから約１．５
ｍの所に火炎のピーク温度があり、それよｐ先では急速
に炉温の低下が見られる、いわゆるバーナ測高の温度分
布傾向を示しておシ、シかも燃焼量の差により温度分布
が大幅に変動することを示している。

一方、円筒状熱放射管１１、半円筒状熱放射管１３およ
びガス分散壁１４を適当に組み合せて配置した本発明で
は上記の組合せ及び位置と燃焼ガス通過溝の開口面積を
適当に選択することによシ、燃焼量の多少にかかわらず
、炉内の所定の位置にピーク点を持った炉温分布を形成
することができることを示している。

（発明の効果） 以上に述べたように本発明にかかわる加熱炉の加熱装置
は、従来の直火燃焼方式加熱炉の問題点であったバーナ
長手方向の炉温分布の改善を図るため、直火燃焼バーナ
の先端に半円筒状熱放射管、又は円筒状熱放射管と半円
筒状熱放射管を配置し半円筒状熱放射管の下部には燃焼
ガス分散壁を配置することにより、炉内の所定の位置に
所要のピーク点を看した炉温分布を形成することができ
るため加熱炉における被加熱材の偏熱原因であるスキッ
ドシャドウ部を積極的に加熱することが可能であシ、被
加熱材の均一加熱、即ち偏熱防止により加熱能力のアッ
プと品質の向上が設備コストの安いサイドバーナ方式で
可能という特徴を有した加熱炉の加熱装置である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の加熱装置を備えた鋼材加熱炉の一例の
縦断面を示す図、第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は各々第１
図の炉のＩ−Ｉおよび■−■線における横断面図、第３
図は円筒状熱放射管と支持架台の断面図、第４図は半円
筒状熱放射管と支持架台兼用のガス分散壁の断面を示す
図で第４図の囚、（Ｂ）はガス分散壁の形状の種類を例
示している。第５図は本発明の加熱装置適用の具体例と
効果を示す図であシ、同図（Ａ）は、スキッド配置の例
、（Ｂ）　、　（Ｃ）は熱放射管と支持架台およびガス
分散壁の配置を具体的に示す炉槽断面図、（ハ）は結果
として得られる炉内温度分布を模式的に示す図である。 第６図は従来の直火燃焼方式における炉内温度分布の実
験炉での測定列、第７図は本発明の半円筒状熱放射管と
支持架台兼用のガス分散壁を用いた場合の炉内温度分合
の炉内温度分布の実験炉での測定例を示す各グラフであ
る。 １・・・炉壁、　２・・・ルーフバーナ、　３・・・サ
イドバーナ、　４・・・仕切壁、　５・・・被加熱材（
鋼材）、６・・・予熱帯、　７・・・加熱帯、　８・・
・均熱帯、９・・・固定るキッド、ｌＯ・・・可動スキ
ッド、１１・・・円筒状熱放射管、１２・・・円筒状熱
放射管１１の支持架台、１３・・・半円筒状熱放射管、
１４・・・半円筒状熱放射管の支持架台兼用のガス分散
壁、１５・・・ガス通過溝、１６・・・煙道。 出願人　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　青　柳　稔 （つ。）〔ヨ△Ｖ（」）一つヨ５（Ｊ−）〕：百」Ｙ、
（つ。）（ｉＡＶ（土）−つ−１ｓ（１）ｌ　：　Ｖ　
ａ。 手続補正書（自発） Ｌ事件の表示 昭和５９年特許願第８４６３７号 ２、発明の名称 加熱炉の加熱装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称　（６
６５）新日本製鐵株式会社 代表者　武　１）　豊 ４、代理人　〒１０１ ５、補正命令の日付　な　し ６ｏ補正により増加する発明の数　な　し８、補正の内
容 （１）明細書第１２頁下から８行〜第１３頁１行の「第
６図は一例である。」を下記のとおシ補正する。 「実験例 次に１本発明の効果を燃焼実験炉（高Ｌ８Ｘ巾３．Ｏ×
長６．４　ｍ　）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１．７
ｍのピッチで燃焼量１５０万Ｋｃａｌ／Ｈのバーナを２
本取付け、被加熱材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７、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、従来の直火燃焼方式と本発明
の燃焼方式の比較を行った結果を第６図から第８図に示
す。 第６図は従来の直火燃焼方式の一例として、実炉でのバ
ーナ軸方向の温度分布特性が最も優れているとの評価が
高いガス二流式バーナの炉　□温分布の測定例である。 又、第７図は本発明の半円筒状熱放射管１３と燃焼ガス
分散壁１４を組み合わせて配置した場合の炉温分布の測
定例であシ、バーナとしてはノズルミックスタイプを使
用し、半円筒状熱放射管１３としては４００φの半円筒
状のＳｉＣチューブを３．２ｍの長さで使用した結果で
ある。 ここで分散壁の開口面積比率（ガス通過溝面積比率）は
バーナ側よシ２４０　、２４０　、６０　、２０゜２０
　％と漸減した場合の結果である。 第８図は本発明の円筒状熱放射管１１と半円筒状熱放射
管１３および燃焼ガス分散壁１４を組合せて配置した場
合の炉温分布の測定例である。」 １、事件の表示 昭和５９年特許願第８４６３７号 ２、発明の名称 加熱炉の加熱装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称　（６
６５）新日本製鐵株式会社 代表者　武　１）　豊 （１）第２図を別紙のとおシ補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉下部の炉長方向両側壁に被加熱材の進行方向と直角方
   向にガス噴出口を向けてバーナを配設するとともに、各
   側壁の一部のバーナのガス噴出口側のバーナ軸方向に両
   端を開放した円筒状の熱放射管を配設し、残りのバーナ
   のガス噴出口側のバーナ軸方向および円筒状熱放射管の
   反バーナ側のバーナ軸方向には半円節状の熱放射管を弦
   を下方に向けて配設し、半円筒状熱放射管の下部には該
   半円筒状熱放射管と直交状に適当な間隔をおいて、該半
   円筒状熱放射管との間に適当な間隙を有するガス分散壁
   を配設することを特徴とした刃口熱炉の加熱装置。