JPS639563B2 - - Google Patents

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、ビレツト等の鋼材を
目的の圧延温度まで均一加熱する加熱炉に関する
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
抽出側に向つ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つても、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
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（炉幅で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
ド直上にある被加熱材はスキツドパイプの影とな
るため（シヤドウ効果）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
を持つている。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ツドシヤドウ部を局部的
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、即ちスキツド部にピーク
温度を作ることは一般的に不可能であつた。

一方、この種の直火式加熱炉では燃焼室のバー
ナ配置方法によりサイドバーナ、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
的安価であり、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
の舞上り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つて設ける必
要があるため炉床利用率が悪くかつ設備費が高い
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つ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
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
加熱材の均一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
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。１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
サイドバーナであり、４は加熱炉を各燃焼室に仕
切るための仕切壁、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ツド、１０は
鋼材５を搬送するための可動スキツドであり、水
冷スキツド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
帯へ向つて流れ、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た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１
３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１１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、従つて、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。

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を通つ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に合致
させることにより該シヤ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
温度範囲で被加熱材５の均一加熱が安定して行な
えるようになつた。

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、いわゆるフラツトな温度分布を
要求される箇所には同図Ａのようにガス通過溝１
５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１４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
ケ所のシヤ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Ａは炉幅方向の被加熱材と
スキツ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ヤ
ドウ部Ｓ１と炉中心に近いシヤドウ部Ｓ２が形成
されている。同図Ｂは、炉側壁に近いシヤドウ部
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。シヤド
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り、ガス分散壁として
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(ア)、(ウ)、
(エ)のガス分散壁としては、ガスはできるだけ分散
させないことが望ましいため、第４図Ａのタイプ
のものを用いている。

第５図Ｂの熱放射管および分散壁配置によつて
得られる炉温パターンを同図Ｄのａで示す。シヤ
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。一方第
５図Ｃは、炉中心に近いシヤドウ部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、シヤド
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(カ)の部分には第４図Ｂのタイプ、(オ)、(キ)には
第４図Ａのタイプのものを用いている。第５図Ｃ
の熱放射管およびガス分散壁配置によつて得られ
る炉温パターンを同図Ｄのｂで示す。シヤドウ部
Ｓ２は(カ)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。従つて、第５図
Ａのような、スキツド配置の加熱炉に対しては同
図ＢおよびＣ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
とによつてシヤドウ部の悪影響を回避することが
可能である。

第５図Ｄ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
くく、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。

実験例 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1.7
ｍのピツチで燃焼量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、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つた結
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、半円筒状熱放射管１
３としては400φの半円筒状のSiCチユーブを3.2
ｍ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
より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。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
熱放射管部のガズ分散壁の開口面積比率はバーナ
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（Ｔ）SECとバーナ長手方向の平均温度
（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1.5ｍ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
バーナ側高の温度分布傾向を示しており、しかも
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
り、燃焼量の多少にかかわらず、炉内の所定の位
置にピーク点を持つ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
であつ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
要のピーク点を有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
あるスキツドシヤドウ部を積極的に加熱すること
が可能であり、被加熱材の均一加熱、即ち偏熱防
止により加熱能力のアツ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−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Ａ，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
あり、同図Ａは、スキツド配置の例、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
的に示す炉横断面図、Ｄ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
での測定例、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
温度分布の実験炉での測定例、第８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
よびガス分散壁を用いた場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……固定スキツド、１０……可動スキツ
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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。