JPH0335924Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は鋼帯、鋼管等の鋼材を無酸化雰囲気又
は還元雰囲気中で間接的に加熱する際に使用する
ラジアントチユーブに関するものである。

（従来の技術） ラジアントチユーブは、一般にバーナにて燃焼
した排ガスがチユーブ内を通り出口より排出され
る過程において、チユーブ自身の温度を800〜900
℃に加熱し、さらに被加熱物を輻射により加熱す
るものである。

ラジアントチユーブの寿命は使用条件にもよる
が、鋼材を加熱、均熱するラジアントチユーブ式
加熱、均熱炉においては、亀裂入り又は変形によ
り決定的なダメージを受けて取替る迄の期間は２
〜４年である。尚ラジアントチユーブは一般に使
用本数が多く、又、チユーブ本体の取替作業に長
時間の炉休止を伴うので、炉の稼動率向上のため
にもラジアントチユーブ本体の寿命を延長するこ
とが望まれていた。

従来ラジアントチユーブの破損原因について
は、自重による曲げ応力が材料のクリープ強度を
上まわるためとされて来た。この判断に基き材料
の高級化によるクリープ強度の向上及び肉厚増加
による応力値の低減、並びにサポート形状の変更
等が主になされて来た（実開昭54−2712等があ
る）。しかしこれら改造により若干の寿命向上は
達成出来ても、大巾な改善迄に致つていないのが
実情であつた。

これはラジアントチユーブの破損原因が自重に
よる曲げ応力よりむしろ熱応力によつて支配され
るものとみられる。この点について詳しく説明す
る。

まず第１図に従来のラジアントチユーブの一例
を示す。ラジアントチユーブは直管部、曲がり部
（ベンド部）、取付フランジ部、サポート部の４つ
により構成される。第１図において１は第１直管
部、２は第２直管部、３は第３直管部、４は第４
直管部、５は第１ベンド部、６は第２ベンド部、
７は第３ベンド部、８はバーナ側フランジ、９は
排ガス出口側フランジ、１０は中間サポート、１
１は先端サポート、１２は燃焼バーナ、１３は鉄
皮、１４はレンガを示す。

第２図は実炉におけるラジアントチユーブの排
ガス流れ方向と表面温度の実測例を示す。この図
に示すように燃焼排ガスはラジアントチユーブ内
を通る過程において、被加熱物に吸熱されガス温
度は徐々に低下する。第１直管部１と第４直管部
４を比較すると100〜200℃の温度差を生じてい
る。

次に特殊な雰囲気にて使用されるＷ型、Ｕ字型
のラジアントチユーブの多くはバーナ側フランジ
８及び排ガス出口側フランジ９が炉内雰囲気ガス
の洩れを防止するため、鉄皮１４にボルト又は溶
接にて接合されている。この様な拘束条件におい
てバーナ側直管部１と出口側直管部４に温度差が
生じた場合、第１直管部の熱膨張量は第１直管部
４より大きくなり温度差に比例した熱応力が発生
する。つまり第１直管部１は自身の熱膨張を低温
側の第４直管部４によつて妨げられるので圧縮応
力を発生する。第４直管部４は高温の第１直管部
により引伸ばされるので引張り応力となる。熱応
力レベルは本考案者の実測によると最大10Kg／mm²
程度となり高い値である。

一方ラジアントチユーブを実炉内で第１図に示
する様に支持固定した際に生じる自重による単純
曲げ応力は、炉巾やラジアントチユーブの断面性
能にもよるが、本考案者の従事する４′幅の鋼板
用連続加熱炉においては、実測結果0.5Kg／mm²以
下であり、材料のクリープ強度に対して充分に低
い値である。

又実際に破損しているラジアントチユーブの破
損形態を観察してもチユーブが上向きに反る、モ
ーメントの小さいベンド部付近に変形や亀裂が多
い等、曲げ応力だけで説明出来ない点が多い。以
上から判断してラジアントチユーブ破損について
は、熱応力が主原因である可能性が非常に高い。

熱応力は一般に温度差、縦弾性係数、線膨張率
の積であるが、温度差を低減する方法は熱効率の
低下を招くため問題がある。ラジアントチユーブ
の拘束条件をゆるめる方法が最も有効と思われ
る。

（考案の目的） そこで本考案はラジアントチユーブの排ガスの
流れ方向に温度差を生じても拘束条件を変えるこ
とにより熱応力を緩和し寿命を大幅に延ばすこと
ができる実用的なラジアントチユーブを提供する
ものである。

（考案の構成） 本考案の骨子とするところは、加熱炉内で鋼材
を間接的に加熱するＷ型又はＵ字型ラジアントチ
ユーブの直管部に、ラジアントチユーブの伸縮に
よる熱応力を吸収するフレキシブルパイプを直接
接合して、該フレキシブルパイプの材質をステン
レス鋼又は耐熱鋼としてバネ定数500Kg／mm以下
としたことにある。

（実施例） 以下本考案の詳細を実施例に基づき説明する。

第３図は第４直管部の付根付近の肉厚を薄くし
て波形状としたラジアントチユーブの第１実施例
を示す全体図である。図中１５はフレキシブルパ
イプ、１６は接合部、１７は排ガスの出側短管、
１８は支持円筒を示す。

フレキシブルパイプ１５の役割りは第１直管１
と第４直管部４の温度差によつて発生した熱応力
を薄肉の波形状部の弾性変形によつて吸収するも
のである。フレキシブルパイプ１５は熱応力によ
るチユーブの軸方向変位に対して伸縮し、自身の
バネ定数を比例定数として伸縮量に比例した反力
を発生する。この場合にラジアントチユーブの軸
方向の熱応力は、フレキシブルパイプ１５の反力
を断面積で除した値となるが、フレキシブルパイ
プ１５が弾性変形した分だけ緩和される。

接合部１６，１６′は溶接によるものである。
ラジアントチユーブの直管部は一般には遠心鋳造
にて製作するため、フレキシブルパイプ１５を一
体成形するのは困難である。フレキシブルパイプ
１５は薄板をプレス成形又は溶接成形にて加工
し、これとラジアントチユーブの第４直管部４と
を溶接したものである。又、排ガス出側の短管１
７はフレキシブルパイプ１５と炉の出口側のフラ
ンジ９を継ぐもので、フレキシブルパイプを直接
に出口側フランジ９と直接々合する場合は不要で
ある。

支持円筒１８はラジアントチユーブの軸直角方
向の変形に対して支持するものである。支持円筒
１８の構造は１端が（図面の上方側が）鉄皮１３
に溶接されていて、又他端（図面の下方側）はラ
ジアントチユーブ第４直管部４の外径と支持円筒
１８の内径の差ｔを半径で２mm以内に設定してい
る。

次にフレキシブルパイプ１５の材質はステンレ
ス鋼又は耐熱鋼等とする。又フレキシブルパイプ
１５の軸方向のバネ定数は500Kg／mm以下とする。
これ以上では弾性反力が大きく熱応力緩和効果が
少い。また、バネ定数があまりにも低すぎると、
フレキシブルパイプ本体の保持機能が低下するの
で、200〜500Kg／mmの範囲とすることが好まし
い。フレキシブルパイプ１５の位置は極力鉄皮１
３に近い位置とし、レンガ１４によりラジアント
チユーブの輻射熱を遮へいする。

さらに本考案のラジアントチユーブでは既設鉄
皮１３の一部を改造すればフレキシブルパイプ１
５を鉄皮１４の外側に出すことも可能である。

（考案の効果） 以上述べた様に本考案のラジアントチユーブは
排ガスの流れ方向に温度勾配があり熱応力による
破損がある場合に、その応力を伸縮部の弾性変形
によつて吸収し緩和するものである。従来自重曲
げ応力に対して材質の高級化、肉厚増加を行つて
来たが本考案により熱応力破損の防止が可能にな
り寿命の著しい延長が可能となる。又本考案によ
るラジアントチユーブは構造が簡単であり既設炉
体の改造等を必要とせず、チユーブ自体の改造に
より実施が可能である。又ラジアントチユーブ改
造による価格増加は20％程度と極めて低い値であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来ラジアントチユーブ全体図、第２
図は従来ラジアントチユーブの表面温度、第３図
は本考案の実施例で、イは全体図、ロはＡ部拡大
図である。 １…第１直管部、２…第２直管部、３…第３直
管部、４…第４直管部、５…第１ベンド部、６…
第２ベンド部、７…第３ベンド部、８…バーナ側
フランジ、９…排ガス出口側フランジ、１０…中
間サポート、１１…先端サポート、１２…燃焼バ
ーナ、１３…鉄皮、１４…レンガ、１５…フレキ
シブルパイプ、１６…接合部、１７…排ガス出側
短管、１８…支持円筒。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 加熱炉内で鋼材を間接的に加熱するＷ型又はＵ
   字型ラジアントチユーブの直管部に、ラジアント
   チユーブの伸縮による熱応力を吸収するフレキシ
   ブルパイプを直接接合して、該フレキシブルパイ
   プの材質をステンレス鋼又は耐熱鋼としてバネ定
   数500Kg／mm以下としたことを特徴とするラジア
   ントチユーブ。