JPS6036586Y2 - 鋼材加熱炉 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はスラブ、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
向っ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
方法によってサイドバーナ、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って
いる。

これに対して、中老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っている。

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って比較的均一な炉温分布が得ら
れるという特徴を有しているが、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
きく取っても、その火炎長は精々３〜４ｍＬ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１０〜１５ｒｒＬ
１炉長で３０〜５０ｒｒＬ）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っ
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熱材はスキッドパイプのシ
ャ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
、被熱利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、スキッド
部にピーク炉温を作ることは一般的に不可能であった。

本考案は、従来の直火燃焼式加熱炉の問題点である被熱
材の均−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のアッ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、両端を開放端とした
放射管を炉内に複数個配し、該放射管の炉壁側管端に燃
焼装置を近設すと共に、該放射管の炉内側管端の前方に
放射管の中心軸に対し交差方向へ平板状の燃焼ガス分散
壁を設けるよう構成してなることを特徴とする鋼材加熱
炉である。

以下、第１図から第７図に従って本考案の一実施例を説
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ッド、１０は被
熱材５を搬送するための可動スキッドであり水冷スキッ
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の炉内側先端部に間隙を設けて配
置された所要長さの耐熱性と熱伝導性を有した円筒状の
放射管、１２は放射管１１の支柱壁、１３は放射管より
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
を有した平板状の燃焼ガス分散壁であり、通常、この燃
焼ガス分散壁１３の巾は放射管１１から噴出された燃焼
ガスの噴流直径以上とし、高さは噴流の拡がり範囲内で
加熱目的に応じて決定される。

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。

次に本考案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の先端に放射
管１１を配備する構造のため、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
流れの影響を受けることがないため燃焼量の多少に関係
なく炉内の目的位置まで燃焼ガスを搬送することが可能
である。

更に、この燃焼ガスは放射管１１の炉内側開放端から炉
内に放出されるが、放射管１１の炉内側管端の前方に所
要形状の燃焼ガス分散壁１３を配置しであるため、この
燃焼ガス分散壁１３に衝突した燃焼ガスは放射管１１側
の炉内へ分散供給されるため燃焼ガス分散壁１３の前方
にピーク点を有した炉温分布を形成することが可能であ
る。

この結果、被熱材５の加熱が行われにくい固定スキッド
９と可動スキッド１０間の、いわゆるスキッドシャドウ
部を積極的に加熱することが可能となり、９５０〜１２
５０°Ｃという広温度範囲にわたって被熱材５の均一加
熱が安定して行なえるという特徴を有している。

次に本考案の効果を燃焼実験炉（高１．８×巾３．０×
長６．４ｙｎ、）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出方向に１．７ｍ
のピッチで燃焼量１５０万Ｋｃａｌ ／ ｈ （７）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、燃焼としてはコークス
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
本考案の燃焼方式の比較を行った結果を第５図から第７
図に示す。

第５図は従来の直火燃焼方式の一例として、実炉での炉
出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図は放射管１１を単独で使用した場合の炉温分
布の測定例であり、バーナとしてはノズルミックスタイ
プを使用、放射管１１としては５００φのＳｉＣチュー
ブを４．８ｒｒＬの長で使用した結果である。

第７図は本考案の放射管１１と燃焼ガス分散壁１３を組
合せた場合の炉温分布の測定例であり、バーナは第６図
と同じものを使用し、放射管１１は直径が５００φで長
さが１．６ｍのＳｉＣチューブをバーナから２５０Ｔｒ
ｒｒｆＬの間隙を設けて配置腰放射管１１の炉内側前方
１ｍの所に巾が９２０ｒｆｒＩｎで高さが放射管１１の
中心高さと同じ７８０ｍの燃焼ガス分散壁１３を配した
場合の結果である。

第５図から第７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）ＳＥ
Ｃとバーナ長方向の平均温度（’Ｉ”） ＡＶＥとの差
で示したものであり、燃焼量２０〜１００％の範囲で実
験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、それより先では急速
に炉温の低下が見られる、いわゆるバーナ測高の温度傾
向を示すため炉巾が広い大型炉では炉中央部の炉温か低
くなり被熱材５の偏熱が大きくなることを示している。

これに対して、放射管燃焼方式では燃焼量にほとんど関
係なく、バーナ長方向に対して略角−な炉温分布が得ら
れるということを示している。

第７図の実験結果は燃焼ガス分散壁を放射管の中心軸と
直角に配設した場合について示したが、角度を変えるこ
とにより炉温ピーク点位置を変更させることが可能であ
る。

又、本考案の放射管と燃焼ガス分散壁を組合せた場合は
燃焼ガス分散壁の直前にピーク点を有した炉温分布を形
成することが可能であり、放射管の長さ及び燃焼ガス分
散壁の位置によって炉温ピーク点を、燃焼ガス分散壁の
高さ、取付角度により炉温ピーク値を自由に選択するこ
とができることを示している。

以上、述べた様に本考案の鋼材加熱炉は従来の直火燃焼
式加熱炉の問題であっ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放射管と燃焼ガス
分散壁を組合せて配置することにより、炉内の所要位置
に所要のピーク温度を有した炉温分布を形成することが
可能なため、加熱炉で被熱材の偏熱原因となるスキッド
シャドウ部を積極的に加熱することが可能であり、被熱
材の均一加熱、即ち、偏熱の防止により加熱Ｔ／Ｈ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図は本考案の鋼材加熱炉の縦断面図、
第２図は第１図のＩ−Ｉ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図は放射管と支柱壁の拡大断面図、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図は放射管燃焼方式における炉内温度分布の測定例
の図、第７図は本考案の放射管と燃焼ガス分散壁を組合
せた場合の炉温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は固定スキッド、１０は可動スキッド
、１１は放射管、１２は支柱壁、１３は燃焼ガス分散壁
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 両端を開放した放射管を炉内に複数個配し、該放射管の
   炉壁側管端に燃焼装置を近接すると共に、該放射管の炉
   内側管端の前方に放射管の中心軸に対し交差方向へ平板
   状の燃焼ガス分散壁を設けるよう構成してなることを特
   徴とする鋼材加熱炉。