JPS6038659Y2 - 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
う欠点を有していた。

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
を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（９５０〜１２５
０℃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な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下可能であった。

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、両端を開放した円筒
状放射管を炉内に複数個配し該円筒状放射管の炉壁側管
端に燃焼装置を配すと共に、該円筒状放射管の炉内側管
端に近接して横断面を下方に向けた半円筒状放射管を配
設し、該半円筒状放射管の下方に半円筒状放射管と直交
状に燃焼ガス分散壁を所定間隔で複数個配設し、燃焼ガ
ス分散壁と半円筒状放射管の横断面とで燃焼ガス通過溝
を設け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８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放
射管、１２は円筒状放射管１１の支柱壁、１３は円筒状
放射管１１の炉内側先端部に連接して設けられた横断面
を下方に向けた所要長さの耐熱性と熱伝導を有した半円
筒状放射管、１４は半円筒状放射管１３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１３の下部に直交状に所
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の半円筒状放射管１３側の上
端面に半円筒状放射管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。

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の先端に円筒
状放射管１１を配置する構造のため、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、この燃焼ガスは円筒状放射管１１の炉内側管端を
連接して設けられた半円筒状放射管１３内を通一つで炉
の中央部付近まで流動するようになっているが、半円筒
状放射管１３の所要位置に適当数の燃焼ガス分散壁１４
が設けられており、この燃焼ガス分散壁１４には所要の
開口面積を有した燃焼ガス通過溝１５が設けられている
ため、半円筒状放射管１３下部の燃焼ガス噴流の一部は
この燃焼ガス分散壁１４に衝突し炉内へ分散供給が行わ
れる。

従って、円筒状放射管１１の長さと燃焼ガス通過溝１５
の開口面積及び燃焼ガス分散壁１４の位置及び数を適当
に組合せることにより、加熱目的にあった炉温分布を形
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及び可動スキッド１０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、９５０〜１２５
０°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６．４７７Ｌ）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
のピッチで燃焼量１５０万Ｋｃａｌ／ｈのバーナを２本
取付け、被熱材５による奪熱を横絞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、従来の直火燃焼方式と本考案の燃焼
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
ガス二流方サイドバーナの炉温分布の測定例である。

又、第７図は円筒状放射管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
スバーナを使用し円筒状放射管１１としては５００φの
ＳｉＣチューブを４．８肌の長さで使用した結果である
。

第８図は円筒状放射管１１の炉内側管端に連接して半円
筒状放射管１３と燃焼ガス分散壁１４を組合せた本考案
の炉温分布の測定例であり、バーナとしては第７図と同
じものを使用し、円筒状放射管１１は直径が４００φて
長さが１．６ｍのＳｉＣチューブをバーナから２００７
７＋７７１の間隙を設けて配置し、半円筒状放射管１３
としては直径４００φの半割ＳｉＣチューブを１．６ｍ
の長さで配置し半円筒状放射管１３の燃焼ガス分散壁１
４の燃焼ガス通過溝１５の開口面積比率（４００φの断
面積に対する比率）をバーナ側から１１０．７０．７０
％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（’Ｉ’）
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。

この結果、従来の直火燃焼方式ではバーナから約１．５
７７１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。

これに対して円筒状放射管による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均−な炉温
分布が得られるということを示している。

又、円筒状放射管の先端に半円筒状放射管と燃焼ガス分
散壁を組合せて配置した本考案では燃焼ガス分散壁の位
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
より、炉内の所定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。

以上述べたように本考案の鋼材加熱炉は従来の直火燃焼
力加熱炉の問題点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円筒状放射管を配
し、この円筒状放射管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、炉内の所要位置に所要
のピーク点を有した炉温分布を形成することができるた
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、即ち偏熱防止により加熱Ｔ／Ｈのアッフト品質の
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図は本
考案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図、第６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７図は円
筒状放射管燃焼方式における炉内温度分布の測定例の図
、第８図は円筒状放射管及び半円筒状放射管と燃焼ガス
分散壁を組合せた本考案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は円筒状放射管、１２は支柱壁、１３は半円筒状
放射管、１４は燃焼ガス分散壁、１５は燃焼ガス通過溝
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 両端を開放した円筒状放射管を炉内に複数個配し、該円
   筒状放射管の炉壁側管端に燃焼装置を配すと共に、該円
   筒状放射管の炉内側管端に近接して、横断面を下方に向
   けた半円筒状放射管を配設し、該半円筒状放射管の下方
   に半円筒状放射管と直交状に燃焼ガス分散壁を所定間隔
   で複数個配設し、燃焼ガス分散壁と半円筒状放射管の横
   断面とで燃焼ガス通過溝を設けてなる、鋼材加熱炉