JPH06238317A - スラブエッジの加熱方法及びその装置 - Google Patents

スラブエッジの加熱方法及びその装置

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JPH06238317A
JPH06238317A JP5028698A JP2869893A JPH06238317A JP H06238317 A JPH06238317 A JP H06238317A JP 5028698 A JP5028698 A JP 5028698A JP 2869893 A JP2869893 A JP 2869893A JP H06238317 A JPH06238317 A JP H06238317A
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burner
heat storage
slab
exhaust gas
heating
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JP5028698A
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English (en)
Inventor
Yukio Ishiguchi
由紀男 石口
Hiroaki Sato
博明 佐藤
Sou Hamaguchi
惣 濱口
Tatatomi Ideta
忠臣 出田
Shunichi Akiyama
俊一 秋山
Toyokazu Teramoto
豊和 寺本
Takeshi Tada
健 多田
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱効率が高く、スラブのエッジ部を効率よ
く加熱することのできるスラブエッジの加熱方法及びそ
の装置を得ること。 【構成】 バーナ23a,23b、蓄熱体24a,24
b等からなるバーナユニット21a,21bを炉体の両
側壁に対向して配置し、一方のバーナユニットの蓄熱体
を通してバーナへ燃焼用空気を供給すると共に、他方の
バーナユニットから蓄熱体を通して排ガスを排出する作
用を交互に行なう蓄熱型交番燃焼バーナシステム20を
複数組設けた加熱炉1を有し、該加熱炉1内を搬送され
るスラブSの幅方向のエッジ部を蓄熱型交番燃焼バーナ
システム20により加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば連続鋳造機の出
側に設置され、直送圧延プロセスの操業時にスラブの幅
方向のエッジ部の熱補償を行なうスラブエッジ加熱方法
及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造設備においては、連続鋳造機か
ら出鋼されたスラブを高温のまま直ちに圧延機に供給す
る直送圧送加工が行なわれている。このような直送圧延
加工において、連続鋳造後のスラブが圧延機に供給され
るまでの間に、切断のための時間や工程上の待ち時間が
あると、熱放散等により表面温度が低下する。この温度
低下はスラブの幅方向のエッジ部において特に著しく、
そのまま熱間加工を行なうと、圧延材のエッジ部に耳割
れや波打ち等の圧延不良が発生したり、金属組織の変化
により板幅方向における機械的性質にバラツキが生じた
りする。また、熱間加工中においてもエッジ部の温度が
低下し、同様の問題が発生する。このようなことから、
スラブを圧延機に供給する前、あるいは圧延工程の途中
で、温度が低下したエッジ部のみを加熱する装置が実用
に供されている。
【0003】図8は従来のスラブエッジ加熱装置の一例
を示す縦断面図、図9はそのII−II断面図である。両図
においては、1は炉底及び内壁が耐火物(斜線で示す)
で覆れた炉殻3からなる複数のゾーン2a,2b,…2
nを連結した加熱炉で、各ゾーン2a〜2nにはそれぞ
れ煙突4が設けられている。5は煙突に設置されたダン
パである。6a,6b,…6nは炉底に所定の間隔で設
置された搬送ロール、7は各ゾーン2a〜2nの搬送ロ
ール6a〜6nの間において、炉殻3の両側壁に所定の
間隔で対向し、かつその軸心をスラブSのパスラインL
に合わせて設置されたバーナである。なお、8は減速機
9を介して搬送用ロール6a〜6nをそれぞれ駆動する
モータである。
【0004】上記のように構成した加熱炉1の装入口1
0から装入されたスラブSは、搬送ロール6a〜6nに
より矢印方向に搬送され、取出口11から圧延機に供給
されるが、この間、加熱炉1の両側壁に設置されたバー
ナ7からの火炎をスラブSの幅方向のエッジ部に当てて
加熱する。このとき、火炎は図10に示すようにスラブ
Sのエッジ部とごく短時間接触したのち、その排ガスは
煙突4から放出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなスラブエ
ッジ加熱装置は、高温のスラブの加熱が目的なので、炉
内は1300℃を超える高温になっており、したがって
煙突4から排出される排ガスの温度も1300℃を超え
ていて、通常の金属製熱交換器の耐熱限界(850℃)
を大幅に上廻っている。それでもダイリューションを行
なえば金属熱交換器を使用できるが、排ガス顕熱回収率
の面からみると大きなマイナスであり、その加熱効率は
金属熱交換器により大幅にダイリュートするため、図6
の1点鎖線Bに示すように47%程度である。また、金
属熱交換器を使用しない場合は1300℃を超える排ガ
ス顕熱をそのまま煙突から捨てているので、加熱効率
(材料入熱量/投入熱量×100)は15〜17%程度
できわめて低い。
【0006】このようなスラブエッジ加熱装置の加熱効
率を向上させるための装置として特開昭60−4680
8号公報に開示された発明がある。この発明は、バーナ
と炉内を移送する鋼材との間に、バーナの燃焼火炎又は
燃焼ガスが貫流する通孔を多数形成した伝熱促進体を移
動可能に配置し、鋼材のエッジ部との距離を調節して鋼
材の幅寸法の広狭に対応させ、加熱効率の向上と省エネ
ルギ化をはかったものである。
【0007】上記のような発明においては、加熱効率は
2〜3%向上すると言われているが、現実には、炉内は
スケールの舞い上りや堆積がひどく、伝熱促進体は半月
も経たないうちにスケールと耐火物によってできる低融
点化合物によって目詰りし、使用できなくなってしま
う。したがって、この程度の効果では、頻繁に炉を停め
て伝熱促進体を交換することは全く引き合わない。さら
に、鋼材の幅寸法に合せて伝熱促進体を移動させる機構
も、半ば溶融固化したスケールの堆積に邪魔され、実際
には機能しないことが多い。
【0008】また、特公平3−86312号公報に開示
された発明は、鋼材の端部側面から内側に入った上下面
を有する上部体と下部体、及びこれらをつなぐ継体部か
らなる断面コ字状の加熱装置を有し、継体部と鋼材の端
部側面との間に通気性固体を配設すると共に、バーナの
燃焼ガスを通気性個体を通して継体部の方向に吸引する
吸引装置を設けたものである。このように構成したこと
により、板幅方向の温度が均一になるようにエッジ部を
加熱することができ、また、燃焼用空気を予熱すること
によって加熱効率を向上させるようにしたものである。
【0009】上記のような発明においても、前述の特開
昭60−46808号公報に開示された発明と同様の問
題をかかえており、その効果もきわめて小さい。また、
空気予熱の配管についても、炉内が1300℃を超える
高温になることを考慮すると、非現実的と言わざるを得
ない。
【0010】本発明は、上記の課題を解決すべくなされ
たもので、加熱効率が高く、スラブのエッジ部を効率よ
く加熱することのできるスラブエッジの加熱方法及びそ
の装置を得ることを目的としたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係るスラブエッ
ジの加熱方法は、バーナ、蓄熱体等からなるバーナユニ
ットを炉体の両側壁に対向又は隣接して配置し、一方の
バーナユニットの蓄熱体を通してバーナへ燃焼用空気を
供給すると共に、他方のバーナユニットから蓄熱体を通
して排ガスを排出する作用を交互に行なう蓄熱型交番燃
焼バーナシステムを複数組設けた加熱炉を有し、該加熱
炉内を搬送されるスラブの幅方向のエッジ部を前記蓄熱
型交番燃焼バーナシステムにより加熱するようにしたも
のである。
【0012】また、本発明に係るスラブエッジの加熱装
置は、複数の搬送ロール及び煙突を有し、装入口から装
入されたスラブのエッジ部を加熱して圧延機に供給する
加熱炉と、バーナ、燃焼用空気の供給部及び排ガスの排
出部、前記バーナと前記燃焼用空気の供給部及び排ガス
の排出部との間に配設された耐熱材料からなる蓄熱体、
ならびにパイロットバーナを備え、前記加熱炉の両側壁
に前記バーナの軸心を前記スラブの搬送ラインに合せて
対向又は隣接して配置された一対のバーナユニットから
なる複数対の蓄熱型交番燃焼バーナシステムと、前記各
一対のバーナユニットに燃料ガス及び燃焼用空気を交互
に送り、また該各一対のバーナユニットからの排ガスを
交互に排出するために、前記各バーナユニットの燃焼ガ
ス系、燃焼用空気系及び燃焼排ガス系にそれぞれ設けら
れた開閉手段とを備えたものである。
【0013】
【作用】加熱炉の装入口から装入されたスラブは、搬送
ロールで搬送され、取出口から圧延機へ送られる。この
間、蓄熱型交番燃焼バーナシステムの一方のバーナユニ
ットの燃焼用空気系の開閉手段を開として、燃焼用空気
をこのバーナユニットの蓄熱体に流し、この空気は蓄熱
体を通る間に加熱されてバーナ方向に送られる。同時に
パイロットバーナが点火する。ついで、前記一方のバー
ナユニットの燃料ガス系の開閉手段を開としてこのバー
ナユニットのバーナに燃料ガスを送り、パイロットバー
ナの火で着火して燃焼を開始し、加熱炉内を搬送される
スラブのエッジ部を加熱する。このとき、他方のバーナ
ユニットの排ガス系の開閉手段は開となる。
【0014】排ガスの大部分は他方のバーナユニットに
吸引され、蓄熱体を通って排ガス系から排出される。こ
のとき、排ガスは前のサイクルで放熱した状態の蓄熱体
に熱を与え、自身の温度は常温近くまで低下する。ある
時間経過すると、開閉手段により一方のバーナユニット
を蓄熱側に、他方のバーナユニットを燃焼側に切換え
る。このようにして、一対のバーナユニットがペアとな
って動作し、ある周期で蓄熱側と燃焼側との役割りを交
互に繰返してスラブのエッジ部を加熱する。
【0015】
【実施例】図1は本発明実施例の縦断面図、図2はその
I−I断面図、図3は図1の系統図である。なお、図
8、図9で説明した従来例と同じ部分にはこれと同じ符
号を付し、説明を省略する。図において、20は加熱炉
1の両側の炉殻3に、火炎の噴出口の軸心をスラブSの
パスラインLに合せて対向配置した蓄熱式交番燃焼バー
ナシステム(以下蓄熱式バーナという)で、加熱炉1の
長さ方向に数システム設置されている。
【0016】図4は上記の蓄熱式バーナ20の構成を示
す模式図、図5はその要部の拡大図である。両図におい
て、21a,21bは加熱炉1の両側の炉殻3に対向し
て設置されたバーナユニットで、それぞれ炉殻3に設け
た複数の噴射穴3aを包囲するヘッダ管からなるバーナ
23a,23b、セラミックハニカム、セラミックボー
ル等の集合体かなる蓄熱体24a,24bを備えたバー
ナタイル22a,22bからなっている。25a,25
bはバーナタイル22a,22b内に、パイロットバー
ナ用の燃料ガス26a,26b及びパイロット燃焼用空
気28a,28bを供給するパイロットバーナで、燃料
ガス26a,26bの入側には周期的に燃料ガス26
a,26bを供給するための自動弁27a,27bが設
けられている。29a,29bは点火プラグである。
【0017】30a,30bは燃料本管30に接続さ
れ、バーナ23a,23bに燃料ガスを供給する燃料配
管で、それぞれ左右のバーナ23a,23bへの配管抵
抗の相違を吸収するための手動弁31a,31b、及び
燃料ガス系を周期的に切換える自動弁32a,32bが
設けられている。33a,33bは空気本管33に接続
され、蓄熱体24a,24bを介してバーナタイル22
a,22b内に燃焼用空気を供給する空気配管で、バー
ナタイル22a,22bへの配管抵抗の相違を吸収する
ための手動弁34a,34b、及び燃焼用空気系を周期
的に切換える自動弁35a,35bを備えている。ま
た、36a,36bは排気本管36に接続され、バーナ
タイル22a,22bから蓄熱体24a,24bを介し
て燃焼ガスを排出する排ガス配管で、バーナタイル22
a,22bからの配管抵抗の相違を吸収するための手動
弁37a,37b、及び燃焼ガス系を周期的に切換える
自動弁38a,38bを備えている。なお、39は蓄熱
体24a,24bを支持するグレーチング、40a,4
0bは失火検知器である。
【0018】次に、上記のように構成した蓄熱式バーナ
の作用を説明する。先ず、バーナユニット21aが燃焼
する場合について述べると、最初に自動弁35aが開と
なり、前のサイクルで予熱された蓄熱体24aに燃焼用
空気が流れ、蓄熱体24aを通る間に熱を与えられてバ
ーナタイル22a内に送られる。同時に、自動弁27a
が開となり、パイロットバーナ25aに燃料ガス26a
が流れ、また、点火プラグ29aに電荷され、火花が飛
ぶ。なお、パイロットバーナ燃焼用空気28aは、パイ
ロットバーナ筒の冷却も兼ねて常時流れている。そし
て、点火プラグ29aに火花が飛ぶことによりパイロッ
トバーナ25aが点火する。
【0019】次に、一瞬遅れて(空気先行となるよう、
タイマーにより1〜2秒遅らせる)自動弁32aが開に
なり、燃料ガスがバーナ22aに送られてバーナタイル
22a内に供給されると、既に送られている燃焼用空気
と混合し、パイロットバーナ25aの火で着火し、燃焼
を開始する。このとき、自動弁38bが開となる。排ガ
スは、大部分が対向配置されたバーナユニット21bに
誘引され、蓄熱体24bを通って排ガス配管36bから
流出する。このとき、排ガスは前のサイクルで放熱した
状態の蓄熱体24bに熱を与え、自身の温度は常温近く
まで降下する。
【0020】燃焼がある程度続くと、蓄熱体24bは全
体が炉内温度近くになり、排ガスは高温のまま排ガス配
管36bから流出するようになる。そうなると、排ガス
の顕熱回収ができないし、排ガス配管36bに設けた手
動弁37b及び自動弁38bを焼いてしまうので、その
前に燃焼を切換える。つまり、今まで蓄熱側であったバ
ーナユニット21bが燃焼側になり、燃焼側であったバ
ーナユニット21aが今度は蓄熱側になる。この切換え
は、蓄熱体24a,24bの熱容量、表面積で定まる最
適な周期に基づいて決められるが、通常、数十秒から数
分の間隔で行なわれる。
【0021】このように、蓄熱式バーナは、2つのバー
ナユニット21a,21bがペアとなって動作し、ある
周期で蓄熱側、燃焼側の役割りを交互に繰返す。なお、
蓄熱体24a,24bに蓄熱された熱量は、次のサイク
ルで空気が奪ってくれないと、蓄熱体24a,24bの
温度は次第に上昇する。排ガスの体積と平均比熱の積は
空気のそれより大きいので、排ガスの一部を蓄熱体24
a,24bを通さずに捨てないと、炉内温度と蓄熱体2
4a,24bの温度がバランスしなくなる。そこで、排
ガスの一部(エスケープ排ガスと呼ばれる)を、蓄熱体
24a,24bを通さずにエスケープ煙突4aから放出
する。
【0022】上記のような蓄熱式バーナにおいては、排
ガスの熱をセラミック製の蓄熱体を媒介にして燃焼用空
気を予熱するので、排ガス温度の上限制約が事実上ない
と言うことができる(セラミックの材質選定次第では1
500℃でも使用可能)。なお、セラミックハニカム、
セラミックボールの材質としては、耐熱性を考慮して1
200℃まではコージライト、1500℃まではムライ
トがよく使用される。また、コストの面からボーキサイ
ト鉱石の砕石をそのまま使用することもある。
【0023】次に、上述のような蓄熱式バーナを装備し
た本発明の作用を図1〜図3により説明する。加熱炉1
の装入口10から装入されたスラブSは、搬送ロール6
a〜6nにより矢印方向に送られ、抽出口11から圧延
機に送られる。この間炉殻3に装着された各蓄熱式バー
ナ20は、対向するバーナユニット21a,21bがあ
る周期により燃焼側、蓄熱側の役割を交互に繰返し、ス
ラブSのエッジ部をそれぞれ短時間加熱する。
【0024】この場合、図3に示すように、蓄熱式バー
ナ20aのバーナユニット21aが燃焼し、バーナユニ
ット21bが蓄熱する場合は、これに隣接する蓄熱式バ
ーナ20bは、バーナユニット21aに隣接するバーナ
ユニット21cが蓄熱、バーナユニット21bに隣接す
るバーナユニット21dが燃焼というように、スラブS
の搬送方向に対して隣接する蓄熱式バーナユニット20
が交互に燃焼、蓄熱を繰返すようにすることが望まし
い。
【0025】なお、図3において、41は燃料本管30
に設けた緊急遮断弁、42は燃焼用空気の送風機、43
はパイロットバーナ25a,25bにパイロット用燃料
ガス26aを送る管路中に設けたタール分離器である。
44は蓄熱体24a,24bの通気圧損に対応するた
め、排ガス管路に設けた炉圧調整用ダンパー付きの誘引
ファン、46は予熱空気温度の高さに起因してNOxが
高くなったときは、排ガスを再循環させるために、誘引
ファン44の出側と燃焼用空気の送風機42の入側とを
接続した排ガス再循環用配管である。同じ目的のため
に、燃料ガス中に蒸気を添加することもあるが、そのた
めの配管が47、また、燃料ガスが流れているときのみ
添加するための自動弁が48a,48b,48c,48
dである。
【0026】発明者等は、上記のような蓄熱式バーナを
装備した加熱炉と、従来の加熱炉とにより、以下の条件
でスラブエッジの加熱効率(材料入熱量/投入熱量×1
00)の比較試験を行なった。 使用ガス:CO2 :9.9%、C2 4 :1.2%、O
2 :0.2%、CO:36.7%、CH4 :10.1
%,H2 :22.6%、N2 :15.1%,H2 O:
4.2%、 計100% Ao:2.585、GOW:3.285、Hl:273
0kcal/N-m3 空気比: 1.05 本発明による蓄熱式バーナでの予熱空気温度:(排ガス
温度−100℃) 従来の加熱炉での予熱空気温度:温度効率=85%とし
て計算 850℃以上ではダイリューションにより850℃に固
定 なお、両者ともに炉体放散損失、冷却水損失等により炉
内に着熱した熱(=(1−排ガス損失))の20%は失
なわれると想定した。
【0027】上記の比較例の結果によれば、本発明に係
る加熱炉は、熱交換を行なわせる排ガスの温度制約が事
実上無くなり、排ガス顕熱の回収率が大幅に向上した。
これは、蓄熱体により排ガスと空気の熱交換を行うため
で、その結果、図6の実線Aに示すように、炉温(した
がって排ガス温度)が高くなるほど、従来の加熱炉に対
する優位性が増すことが明らかになった。スラブエッジ
加熱炉の場合、炉温が1300℃程度なので、伝熱効率
を同じとした場合の加熱効率は、従来の加熱炉が47%
程度であるのに対し、蓄熱式バーナを使用した本発明に
おいては62%程度になり、15%も向上した。
【0028】また、蓄熱式バーナを装備した本発明の加
熱炉においては、炉温1300℃の場合、1200℃以
上の予熱空気が得られる。図7は予熱空気温度(℃)と
理論火炎温度(℃)との関係を示す線図(計算前提は図
6の場合とほぼ同じ)であり、従来の加熱炉で得られる
予熱温度は最高700℃程度なので、これによって得ら
れる理論火炎温度は2150℃程度である。これに対し
て本発明によって得られる理論火炎温度は2300℃程
度であって、150℃程度高くなる。
【0029】周知のように、高温での被加熱物への熱移
動は、火炎と被加熱物それぞれの温度の4乗の差に比例
する。本発明の場合、スラブの表面温度は1200℃程
度であり、この火炎温度の差に起因して熱伝達量は1.
3倍ほど大となる。こうした熱伝達の効率向上により、
ごく短時間の接触の間にスラブに入る熱の量は増し、そ
の分、炉尻排ガス温度(本発明の場合、スラブを離れる
際の排ガス温度)は低下する。このような効果によって
も加熱効率が向上する。
【0030】上記の説明では対向配置したバーナユニッ
トにより蓄熱サイクルと燃焼サイクルを交互に行なう場
合について説明したが、本発明はこれに限定するもので
はなく、隣同志のバーナユニット間、斜め方向に配設さ
れたバーナユニット間、さらには少々離れた位置に設け
られたバーナユニット間(以下これら隣接という)でペ
アを組み、蓄熱サイクルと燃焼サイクルを交互に行なわ
せるようにしてもよい。
【0031】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、蓄熱型交番燃焼システムによりスラブのエッジ部を
加熱するようにしたので、加熱効率を大幅に向上するこ
とができる。また、試験結果によれば、金属製熱交換器
を使用した従来のスラブエッジ加熱装置に比べてエネル
ギー原単位が約27%低下し、金属製熱交換器のないス
ラブエッジ加熱装置に比べるとエネルギー原単位が約7
6%低下することが明らかになった。このため省エネル
ギー化を促進し、コストを大幅に低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の縦断面図である。
【図2】図1のI−I断面図である。
【図3】本発明実施例の系統図である。
【図4】本発明の要部をなす蓄熱式バーナの実施例の構
成及び作用説明図である。
【図5】図4の要部拡大図である。
【図6】炉尻排ガス温度と加熱効率との関係を示す線図
である。
【図7】予熱空気温度と理論火炎温度との関係を示す線
図である。
【図8】従来のスラブエッジ加熱炉の一例の縦断面図で
ある。
【図9】図8のII−II断面図である。
【図10】図8の作用説明図である。
【符号の説明】
1 加熱炉 2a〜2n 加熱ゾーン 4 煙突 6a〜6n 搬送ロール 20 蓄熱式バーナ 21a,21b バーナユニット 22a,22b バーナタイル 23a,23b バーナ 24a,24b 蓄熱体 25a,25b パイロットバーナ 30a,30b 燃料配管 33a,33b 燃焼用空気配管 36a,36b 排ガス用配管 32a,32b,35a,35b,38a,38b 自
動弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出田 忠臣 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 秋山 俊一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 寺本 豊和 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 多田 健 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バーナ、蓄熱体等からなるバーナユニッ
    トを炉体の両側壁に対向又は隣接して配置し、一方のバ
    ーナユニットの蓄熱体を通してバーナへ燃焼用空気を供
    給すると共に、他方のバーナユニットから蓄熱体を通し
    て排ガスを排出する作用を交互に行なう蓄熱型交番燃焼
    バーナシステムを複数組設けた加熱炉を有し、 該加熱炉内を搬送されるスラブの幅方向のエッジ部を前
    記蓄熱型交番燃焼バーナシステムにより加熱することを
    特徴とするスラブエッジの加熱方法。
  2. 【請求項2】 複数の搬送ロール及び煙突を有し、装入
    口から装入されたスラブの幅方向のエッジ部を加熱して
    圧延機に供給する加熱炉と、 バーナ、燃焼用空気の供給部及び排ガスの排出部、前記
    バーナと前記燃焼用空気の供給部及び排ガスの排出部と
    の間に配設された耐熱材料からなる蓄熱体ならびにパイ
    ロットバーナを備え、前記加熱炉の両側壁に前記バーナ
    の軸心を前記スラブのパスラインに合せて対向又は隣接
    して配置された一対のバーナユニットからなる複数対の
    蓄熱型交番燃焼バーナシステムと、 前記各一対のバーナユニットに燃料ガス及び燃焼用空気
    を交互に送り、また該各一対のバーナユニットからの排
    ガスを交互に排出するために、前記各バーナユニットの
    燃焼ガス系、燃焼用空気系及び排ガス系にそれぞれ設け
    られた開閉手段とを備えたことを特徴とするスラブエッ
    ジの加熱装置。
JP5028698A 1993-02-18 1993-02-18 スラブエッジの加熱方法及びその装置 Pending JPH06238317A (ja)

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