JPS639564B2 - - 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
抽出側に向つて被加熱材を搬送しながら加熱を行
う直火燃焼方式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
供給される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（炉巾で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る。

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のごときサイドバーナ
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、炉巾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
炉巾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難いという欠
点を有しており、なおかつ、設備的にはバーナを
取付けるため、炉長方向に２〜３ｍの長さの仕切
壁（以下仕切部と称す）を炉巾方向全体にわたつ
て設ける必要があり、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
巾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徴を有しているが、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） 本発明は上記従来の直火燃焼方式の欠点である
被加熱材の均一加熱の困難性を解消することに改
善の主眼をおき、結果として被加熱材の偏熱防止
による加熱能力の向上、品質の向上および炉内で
の被加熱材への伝熱効率の向上を図ることを目的
とする。

（発明の構成作用） 本発明は、装入側に煙道を配設した複数の燃焼
帯をもつ加熱炉において、装入側の１つまたは複
数の下部燃焼帯の炉壁に被加熱材の進行方向と同
方向にガス噴出口を向けて複数個の軸流バーナを
配設し、前記燃焼帯よりも抽出側寄りの１つまた
は複数の下部燃焼帯の炉壁側には被加熱材の進行
方向と直角方向にガス噴出口を向けて複数個のサ
イドバーナを配設し、該軸流バーナおよびサイド
バーナのガス噴出側にはバーナ軸方向に両端を開
放した熱放射管を配設したことを特徴とする鋼材
加熱炉の加熱装置である。

（発明の実施例） 以下本発明の実施例を従来例と共に説明する。
第１図は従来の直火燃焼方式の最も一般的な鋼材
加熱炉の縦断面図の例を示すものである。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巾方向に複数個配置されたル
ーフバーナ、３は各燃焼帯の下部炉壁に炉巾方向
に配置された軸流バーナであり、４は加熱炉内を
各燃焼帯に仕切るための仕切壁、５は被加熱材即
ち鋼材、６は予熱帯、７は加熱帯、８は均熱帯で
ある。９は鋼材５を支持するための固定スキツ
ド、１０は鋼材を搬送するための可動スキツドで
あり水冷パイプの外面は断熱構造となつている。
鋼材５は、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加熱される。

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、実線による矢印は軸流バーナ
３からの燃焼ガス流れを示したものである。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１３から外へ排出
される。通常、軸流バーナを配置する方向はバー
ナからの燃焼ガスが図に示すように煙道に向つて
即ち、鋼材の搬送方向とは逆向きに流れるように
なつている。

第２図〜第４図は本発明にかかわる鋼材加熱炉
の一実施例を示す。この実施例においては、軸流
バーナ３およびサイドバーナ３′の炉内側先端部
に耐熱性と熱伝導性の良好な円筒状の熱放射管１
１を設けたことに主たる特徴があり、軸流バーナ
３およびサイドバーナ３′からの燃焼ガスは円筒
状の熱放射管１１を通つた後炉内側開放端より炉
内に放出され炉の装入側に配設された煙道に向つ
て流れるようになつている。

図中１２は熱放射管を支持する架台である。

つぎに本実施例における鋼材の加熱操作につい
て説明する。加熱炉内に装入された鋼材５は固定
スキツド９および可動スキツド１０によつて装入
側の予熱帯６から抽出側に向い上面はルーフバー
ナ２により下面は軸流バーナ３またはサイドバー
ナ３′により加熱されながら加熱帯７、均熱帯８
へと搬送される。

予熱帯６、加熱帯７の下部の加熱装置は軸流バ
ーナ３と円筒上の熱放射管１１で構成されてお
り、軸流バーナ３から供給された燃料と燃焼用空
気は円筒状の熱放射管１１内で混合し、ここで燃
焼が行なわれるようになつているので、従来の直
火燃焼方式に比し、浮力や炉内ガス流の影響を受
けることなく、燃焼量の多少に関係なく安定した
均一な炉塩分布を確保することが可能である。

また、軸流バーナ３からの燃焼ガスは熱放射管
１１を加熱し、この熱放射管１１からの輻射伝熱
で鋼材を加熱するに加えて、熱放射管１１から炉
内に放出され進行方向を360゜転換し炉内を再度抽
出側に向つて流れる燃焼ガスのガス輻射伝熱によ
り、鋼材を加熱するようになつており、炉壁から
の輻射伝熱による加熱については従来炉と略同条
件であるので、従来炉に比し伝熱効率を向上する
ことができる。

また固定スキツド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おいては、鋼材５
が加熱されにくいが熱放射管１１が第３図に示す
ようにスキツドの直下に配置されており、鋼材５
と熱放射管１１の間隔を適当に保つことにより、
鋼材５を均一に加熱することができる。

均熱帯８の下部ではサイドバーナ３′と熱放射
管１１により鋼材５を加熱するようになつてお
り、予熱帯６、加熱帯７で得られるような顕著な
伝熱効率の改善効果はないが、加熱帯７との間の
下部に仕切部を有しないので炉床利用率即ち加熱
能力を向上させることができる。

更に炉温分布の安定性、均一性については予熱
帯、加熱帯と同様、従来炉に比し大巾に改善する
ことができる。また鋼材５の抽出ピツチが不安定
な場合においては、均熱帯近傍に仕切部がある場
合、この仕切部に長時間滞溜した鋼材は他の鋼材
と昇熱度が異なるため抽出温度不安定の原因にな
るが、本発明においては前述のように均熱帯近傍
に仕切部を有しないため抽出温度を安定すること
ができる。装入側の仕切部については、そこで鋼
材の昇温度が不均一になつても加熱帯で加熱され
るため抽出温度への影響は殆んどない。

以上述べたように本発明の加熱装置を有する加
熱炉は、従来炉に比し鋼材を均一な温度に効率良
く、かつ安定して焼上げることができるものであ
る。

次に、本発明の加熱装置を燃焼実験炉（高1.8
×巾3.0×長6.4ｍ）に採用した結果について述べ
る。実験は、本発明の効果を確認するため炉巾方
向に1.7ｍ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考案の燃焼方式の比較を行
つた結果を第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。

第６図は円筒状熱放射管１１を使用した場合の
炉温分布の測定例であり、バーナとしてはノズル
ミツクスタイプを使用、熱放射管１１としては
500φのSiCチユーブを4.3ｍの長さで使用した結
果である。

第５図及び第６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）_SECとバーナ長方向の平均温度（Ｔ）_AV
Ｅ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みられ
る。すなわち軸流バーナとして用いた場合は炉長
方向の、サイドバーナとして用いた場合は炉巾方
向の温度分布に問題点を有していることを示して
いる。

これに対して、熱放射管燃焼方式では燃焼量に
ほとんど関係なくバーナ軸方向に対して略均一な
炉温分布が得られている。また、第７図は直火燃
焼方式と熱放射管燃焼方式の被加熱材への伝熱量
の比較を行つた実験結果の例を示した図であり、
バーナ軸方向と排ガスの流れの関係は、第２図の
予熱帯、加熱帯を擬して実験炉のバーナ取付面と
排ガス煙道設置面とは同一側面炉壁として実験し
ている。第７図において縦軸は熱放射管燃焼方式
と直火燃焼方式の伝熱量の比である。この図から
明らかなように熱放射管燃焼方式は直火燃焼方式
に比べ約20％伝熱量が多い。これは熱放射管から
固体輻射により伝熱が促進されるためである。

（発明の効果） 以上述べたように本発明の加熱設備を備えた加
熱炉は、従来の直火燃焼炉の問題点であつた被熱
物の均一・安定加熱を実現し、さらに伝熱効率を
改善するものであり、装入側に近い燃焼帯下部は
ガス噴出口を被加熱材進行方に向けた軸流バーナ
方式、抽出側に近い燃焼帯下部は、ガス噴出口を
被熱物進行と直角方向に向けたサイドバーナ方式
を採用し、該バーナのガス噴出側には両端を開放
した熱放射管を配設することを特徴としており、
従来の直火加熱方式と比べて、 円筒状熱放射管内燃焼のため浮力や炉内ガス
流れの影響を受けることが少なく、燃焼量に関
係なく略一定の炉温分布の確保が可能であり、
低温加熱に適している。

軸流バーナ部では、円筒状熱放射管からの固
体輻射伝熱により伝熱量の増加即ち加熱能力の
向上が可能である。

抽出側の下部燃焼帯には仕切部がないため、
炉床利用率が高く、従つて同一炉長の従来の軸
流バーナ炉に比して加熱能力の向上が可能であ
り、また仕切部の存在による抽出温度の乱れが
非常に小さい。

以上のような特長を有した加熱炉である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の代表的な直火燃焼方式の鋼材加
熱炉の縦断面を示す図、第２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３図は第２図の−線における横断面図、第
４図は第２図の−線における横断面図、第５
図は従来の直火燃焼方式における炉内温度分布の
実験炉での測定例、第６図は本発明の円筒状熱放
射管を用いた場合の炉内温度分布の実験炉での測
定例、第７図は直火燃焼方式と本発明の円筒状熱
放射管を用いた場合の被熱材への伝熱量比の実験
炉での測定例を示す図である。 １：炉壁、２：ルーフバーナ、３：軸流バー
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：熱放射管の架台、
１３：煙道。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 装入側に煙道を配設した複数の燃焼帯をもつ
   加熱炉において、該加熱炉の装入側に近い１つま
   たは複数の下部燃焼帯の炉壁に被加熱材の進行方
   向と同方向にガス噴出口を向けて複数個の軸流バ
   ーナを配設し、前記燃焼帯よりも抽出側寄りの１
   つまたは複数の下部燃焼帯の炉壁側には被加熱材
   の進行方行と直角方向にガス噴出口を向けて複数
   個のサイドバーナを配設し、該軸流バーナおよび
   サイドバーナのガス噴出側にはバーナ軸方向に両
   端を開放した熱放射管を配設したことを特徴とす
   る加熱炉の加熱装置。