JPH09303712A - ラジアントチューブの取付方法 - Google Patents
ラジアントチューブの取付方法Info
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- JPH09303712A JPH09303712A JP13740496A JP13740496A JPH09303712A JP H09303712 A JPH09303712 A JP H09303712A JP 13740496 A JP13740496 A JP 13740496A JP 13740496 A JP13740496 A JP 13740496A JP H09303712 A JPH09303712 A JP H09303712A
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- Japan
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- straight pipe
- radiant tube
- side end
- tube
- furnace
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 昇温時ならびに通常操業時におけるチューブ
の熱応力を大幅に緩和し、亀裂やクリープ変形・座屈を
阻止して、チューブの長寿命化を達成できるラジアント
チューブの取付方法を提供する。 【解決手段】 Ｗ型又はＵ型のラジアントチューブのバ
ーナー側端部２及びレキュペレータ側端部１０を、稼働
後における炉内のチューブの高さ方向の熱膨張量に合わ
せて上下方向に開いた位置１６’、１７’にあらかじめ
固定して初期応力を与えることにより、稼働中の熱応力
を低減する。
の熱応力を大幅に緩和し、亀裂やクリープ変形・座屈を
阻止して、チューブの長寿命化を達成できるラジアント
チューブの取付方法を提供する。 【解決手段】 Ｗ型又はＵ型のラジアントチューブのバ
ーナー側端部２及びレキュペレータ側端部１０を、稼働
後における炉内のチューブの高さ方向の熱膨張量に合わ
せて上下方向に開いた位置１６’、１７’にあらかじめ
固定して初期応力を与えることにより、稼働中の熱応力
を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続焼鈍炉、連続
亜鉛メッキなどの加熱炉に用いられるＷ型又はＵ型のラ
ジアントチューブの取付方法に関するものであり、詳し
くは、稼働中の熱応力を低減して寿命を延ばすことので
きるラジアントチューブの取付方法に関するものであ
る。
亜鉛メッキなどの加熱炉に用いられるＷ型又はＵ型のラ
ジアントチューブの取付方法に関するものであり、詳し
くは、稼働中の熱応力を低減して寿命を延ばすことので
きるラジアントチューブの取付方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の典型的なＷ型ラジアントチューブ
の構造を図６に示す。ラジアントチューブ１は、炉内に
酸素が侵入するのを防止するため、バーナー２２側のバ
ーナー側端部２、及びレキュペレータ２３側のレキュペ
レータ側端部１０はともにバンク１５に溶接され、さら
に、バンク１５は加熱炉炉壁２４に溶接され、それぞれ
固定されている。また、炉内においては、第３ベンド８
の先端の第３ベンド先端支持受け部１３が、バーナー２
２とは反対側の加熱炉炉壁１９からの炉壁支持治具１８
によって支えられており、さらに、第２直管５の第１ベ
ンド側下部と第３直管７上部との間にラジアントチュー
ブ間サドル１１が、第３直管７の第２ベンド側下部と第
４直管９の上部との間にラジアントチューブ間サドル１
２が設けられている。
の構造を図６に示す。ラジアントチューブ１は、炉内に
酸素が侵入するのを防止するため、バーナー２２側のバ
ーナー側端部２、及びレキュペレータ２３側のレキュペ
レータ側端部１０はともにバンク１５に溶接され、さら
に、バンク１５は加熱炉炉壁２４に溶接され、それぞれ
固定されている。また、炉内においては、第３ベンド８
の先端の第３ベンド先端支持受け部１３が、バーナー２
２とは反対側の加熱炉炉壁１９からの炉壁支持治具１８
によって支えられており、さらに、第２直管５の第１ベ
ンド側下部と第３直管７上部との間にラジアントチュー
ブ間サドル１１が、第３直管７の第２ベンド側下部と第
４直管９の上部との間にラジアントチューブ間サドル１
２が設けられている。
【０００３】ところで、ラジアントチューブ１は高温加
熱により、熱膨張に対して上述した支持及び取付構造に
よる拘束を受け、熱応力と変形が発生し、長期間の使用
によるチューブ材質の強度劣化に伴い、亀裂や板に接触
するような変形が発生して使用不能となるので、その都
度取り替える必要がある。この熱応力と変形について図
７及び図８により詳しく説明する。なお、ラジアントチ
ューブへの熱負荷状態として、炉昇温時と通常操業時の
２つの状態を考える。
熱により、熱膨張に対して上述した支持及び取付構造に
よる拘束を受け、熱応力と変形が発生し、長期間の使用
によるチューブ材質の強度劣化に伴い、亀裂や板に接触
するような変形が発生して使用不能となるので、その都
度取り替える必要がある。この熱応力と変形について図
７及び図８により詳しく説明する。なお、ラジアントチ
ューブへの熱負荷状態として、炉昇温時と通常操業時の
２つの状態を考える。
【０００４】図７は、常温から通常操業状態までの炉昇
温時の状態を示す。バーナー２２の燃焼により、第１直
管３の温度は急激に上昇し、第１ベンド４以降の部分と
の温度差が大きく開く。この温度差は、第１直管３と第
４直管９では一時的には数百℃に達することがある。こ
の場合、第１直管３は急激に軸方向（水平方向）２５に
熱膨張を始める。例えば、ラジアントチューブの第１直
管３から第４直管９に到る各直管の代表温度を６００
℃、４００℃、３００℃、２００℃、長さを２０００ｍ
ｍ、１６００ｍｍ、１６００ｍｍ、２０００ｍｍとし、
チューブの線膨張率を１７×１０-6と仮定すると、レキ
ュペレータ側端部１０が固定されている場合には、バー
ナー側端部２は炉外側へ約１１ｍｍ移動しようとする。
温時の状態を示す。バーナー２２の燃焼により、第１直
管３の温度は急激に上昇し、第１ベンド４以降の部分と
の温度差が大きく開く。この温度差は、第１直管３と第
４直管９では一時的には数百℃に達することがある。こ
の場合、第１直管３は急激に軸方向（水平方向）２５に
熱膨張を始める。例えば、ラジアントチューブの第１直
管３から第４直管９に到る各直管の代表温度を６００
℃、４００℃、３００℃、２００℃、長さを２０００ｍ
ｍ、１６００ｍｍ、１６００ｍｍ、２０００ｍｍとし、
チューブの線膨張率を１７×１０-6と仮定すると、レキ
ュペレータ側端部１０が固定されている場合には、バー
ナー側端部２は炉外側へ約１１ｍｍ移動しようとする。
【０００５】この熱膨張に対して、バーナー側端部２が
バンク１５に固定されている場合、バンク１５と第１ベ
ンド４以降との間で熱膨張の拘束を受けるため、第１直
管３には大きな圧縮力である第１直管軸方向力２６が発
生し、ベンド部によって第１直管曲げモーメント（昇温
時）２７が発生する。この結果、第１直管３に大きな応
力が発生する。また、第１ベンド４は下方に変形しよう
とし、サドル１１による拘束により、第１ベンド側面に
第１ベンド曲げモーメント（昇温時）２８が発生すると
ともに、サドル近傍の直管部は大きな上下方向の力であ
るサドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）２９を受
ける。また、第１ベンド４の下方への変形は、第２ベン
ド６の下方への変形を引き起こし、サドル１２による拘
束により、サドル近傍の直管部は大きな上下方向の力で
あるサドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）３０を
受ける。
バンク１５に固定されている場合、バンク１５と第１ベ
ンド４以降との間で熱膨張の拘束を受けるため、第１直
管３には大きな圧縮力である第１直管軸方向力２６が発
生し、ベンド部によって第１直管曲げモーメント（昇温
時）２７が発生する。この結果、第１直管３に大きな応
力が発生する。また、第１ベンド４は下方に変形しよう
とし、サドル１１による拘束により、第１ベンド側面に
第１ベンド曲げモーメント（昇温時）２８が発生すると
ともに、サドル近傍の直管部は大きな上下方向の力であ
るサドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）２９を受
ける。また、第１ベンド４の下方への変形は、第２ベン
ド６の下方への変形を引き起こし、サドル１２による拘
束により、サドル近傍の直管部は大きな上下方向の力で
あるサドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時）３０を
受ける。
【０００６】通常、炉修のため定期的に炉の昇降温を繰
り返すが、材質の経年劣化や酸化減肉、さらに熱疲労の
蓄積や、スケールの発生等による温度偏差が加わり、前
述の荷重発生時に第１直管バーナー側に第１直管亀裂
（昇温時）３１が、あるいは第１ベンド側面に第１ベン
ド亀裂（昇温時）３２が発生する。また、サドル１１近
傍の第２直管５及び第３直管７、あるいはサドル１２近
傍の第３直管７及び第４直管９に座屈が発生することが
ある。
り返すが、材質の経年劣化や酸化減肉、さらに熱疲労の
蓄積や、スケールの発生等による温度偏差が加わり、前
述の荷重発生時に第１直管バーナー側に第１直管亀裂
（昇温時）３１が、あるいは第１ベンド側面に第１ベン
ド亀裂（昇温時）３２が発生する。また、サドル１１近
傍の第２直管５及び第３直管７、あるいはサドル１２近
傍の第３直管７及び第４直管９に座屈が発生することが
ある。
【０００７】図８は通常操業時の状態を示す。炉内の温
度は９００℃付近に達し、また、ラジアントチューブ１
の温度はそれより数十℃以上高くなる。この時、バンク
１５の温度は通常１００℃から２００℃であるのに対
し、炉内のラジアントチューブ１は９５０℃を越える高
温であるため、第３ベンド８の先端の支持受け部１３を
起点とし、第３ベンド８、サドル１１、第１ベンド４に
到る高さ方向（垂直方向）３３の熱膨張により第１直管
３の先端部はかなり上向きの変形を余儀無くされる。例
えば、第１直管３と第４直管９の軸芯間距離が９００ｍ
ｍのラジアントチューブの場合、バンクの温度を１５０
℃、炉内のラジアントチューブの温度を９５０℃、ラジ
アントチューブの熱膨張率を１７×１０-6と仮定する
と、バンク部分の垂直方向伸びは約２．３ｍｍ、先端部
分の垂直方向伸びは約１４．５ｍｍであり、１０ｍｍ以
上の差がある。
度は９００℃付近に達し、また、ラジアントチューブ１
の温度はそれより数十℃以上高くなる。この時、バンク
１５の温度は通常１００℃から２００℃であるのに対
し、炉内のラジアントチューブ１は９５０℃を越える高
温であるため、第３ベンド８の先端の支持受け部１３を
起点とし、第３ベンド８、サドル１１、第１ベンド４に
到る高さ方向（垂直方向）３３の熱膨張により第１直管
３の先端部はかなり上向きの変形を余儀無くされる。例
えば、第１直管３と第４直管９の軸芯間距離が９００ｍ
ｍのラジアントチューブの場合、バンクの温度を１５０
℃、炉内のラジアントチューブの温度を９５０℃、ラジ
アントチューブの熱膨張率を１７×１０-6と仮定する
と、バンク部分の垂直方向伸びは約２．３ｍｍ、先端部
分の垂直方向伸びは約１４．５ｍｍであり、１０ｍｍ以
上の差がある。
【０００８】この熱膨張による第１直管３の先端部の上
向きの変形とサドル１１による変形拘束のため、第１直
管３にきわめて大きな第１直管曲げモーメント（通常操
業時）３４が発生する。また、第１ベンド４にも大きな
第１ベンド曲げモーメント（通常操業時）３５が発生す
るとともに、サドル１１近傍の直管部は大きな上下方向
の力であるサドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業
時）３６を受ける。また、高温下においてはサドル１
１、１２はチューブの自重の一部を受持ち、第３直管
７、及び第４直管９のサドル近傍は上下の力である垂直
荷重３６、３７を恒常的に受ける。この時、各直管の軸
方向２５の熱膨張差は小さく、昇温時ほど問題にならな
い。
向きの変形とサドル１１による変形拘束のため、第１直
管３にきわめて大きな第１直管曲げモーメント（通常操
業時）３４が発生する。また、第１ベンド４にも大きな
第１ベンド曲げモーメント（通常操業時）３５が発生す
るとともに、サドル１１近傍の直管部は大きな上下方向
の力であるサドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業
時）３６を受ける。また、高温下においてはサドル１
１、１２はチューブの自重の一部を受持ち、第３直管
７、及び第４直管９のサドル近傍は上下の力である垂直
荷重３６、３７を恒常的に受ける。この時、各直管の軸
方向２５の熱膨張差は小さく、昇温時ほど問題にならな
い。
【０００９】ラジアントチューブは高温にさらされてい
る時間が長く、前述の応力、さらには自重の影響により
クリープ変形し、また、材質の経年劣化や酸化減肉、さ
らにはスケールの発生等による温度偏差が加わり、サド
ル１１近傍の第２直管５及び第３直管７に第２直管座屈
３８、第３直管座屈３９が、サドル１２近傍の第３直管
７及び第４直管９に第３直管座屈４０、第４直管座屈４
１が発生する。さらに、座屈３８と、これによるチュー
ブの断面剛性の極端な低下が第２直管垂れ４２につなが
り、ラジアントチューブの使用寿命末期に到る。
る時間が長く、前述の応力、さらには自重の影響により
クリープ変形し、また、材質の経年劣化や酸化減肉、さ
らにはスケールの発生等による温度偏差が加わり、サド
ル１１近傍の第２直管５及び第３直管７に第２直管座屈
３８、第３直管座屈３９が、サドル１２近傍の第３直管
７及び第４直管９に第３直管座屈４０、第４直管座屈４
１が発生する。さらに、座屈３８と、これによるチュー
ブの断面剛性の極端な低下が第２直管垂れ４２につなが
り、ラジアントチューブの使用寿命末期に到る。
【００１０】以上のように、ラジアントチューブ、特
に、第１直管及び第１ベンドは炉壁からの支持部、サド
ルによって拘束を受け、昇温時には軸力と曲げモーメン
トの、また、通常操業時には曲げモーメントの作用を大
きく受ける。また、サドルの拘束によりサドル近傍の直
管部には大きな圧縮力が作用する。これらにより、ラジ
アントチューブは亀裂や変形、座屈を起こし、寿命に到
る。従って、膨張に伴う曲げモーメントを低減し、サド
ルによる拘束力を緩和して座屈の発生を阻止すること
が、ラジアントチューブの寿命を大きく延ばすことにな
る。
に、第１直管及び第１ベンドは炉壁からの支持部、サド
ルによって拘束を受け、昇温時には軸力と曲げモーメン
トの、また、通常操業時には曲げモーメントの作用を大
きく受ける。また、サドルの拘束によりサドル近傍の直
管部には大きな圧縮力が作用する。これらにより、ラジ
アントチューブは亀裂や変形、座屈を起こし、寿命に到
る。従って、膨張に伴う曲げモーメントを低減し、サド
ルによる拘束力を緩和して座屈の発生を阻止すること
が、ラジアントチューブの寿命を大きく延ばすことにな
る。
【００１１】この変形や亀裂の発生を防止する手段とし
て、特開平５−２７２７０８号公報では、バーナー側端
部にバーナー側直管の軸方向伸びを吸収するベローズを
取り付けた構造を、また、実開平１−３８４１５号公報
では、バーナー側端部にチューブの軸方向にベローズ
を、さらに、高さ方向にはバーナー及びチューブ自重の
一部を支持するバネを併設したベローズを有し、熱膨張
を自由にする構造を提示している。また、第１直管ある
いは第１及び第２直管の直径を他の部分より大きくし、
第１ベンド先端を炉壁から支持する方法が、特開平３−
２２６５１９号公報で報告されている。
て、特開平５−２７２７０８号公報では、バーナー側端
部にバーナー側直管の軸方向伸びを吸収するベローズを
取り付けた構造を、また、実開平１−３８４１５号公報
では、バーナー側端部にチューブの軸方向にベローズ
を、さらに、高さ方向にはバーナー及びチューブ自重の
一部を支持するバネを併設したベローズを有し、熱膨張
を自由にする構造を提示している。また、第１直管ある
いは第１及び第２直管の直径を他の部分より大きくし、
第１ベンド先端を炉壁から支持する方法が、特開平３−
２２６５１９号公報で報告されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−２７２７０８号公報及び実開平１−３８４１５号公
報の構造では、ベローズが応力緩和に効果があるもの
の、ベローズの設置はコストを上げ、また、ベローズの
耐久性にも問題があった。また、特開平３−２２６５１
９号公報において、第１ベンド先端を炉壁から支持する
方法は、既設の炉に新たに設置する場合、炉壁の改造を
伴うため、長期間の炉休止や相当額の改造費を必要とす
るため現実的ではない。
５−２７２７０８号公報及び実開平１−３８４１５号公
報の構造では、ベローズが応力緩和に効果があるもの
の、ベローズの設置はコストを上げ、また、ベローズの
耐久性にも問題があった。また、特開平３−２２６５１
９号公報において、第１ベンド先端を炉壁から支持する
方法は、既設の炉に新たに設置する場合、炉壁の改造を
伴うため、長期間の炉休止や相当額の改造費を必要とす
るため現実的ではない。
【００１３】本発明は上記課題を解決するものであり、
昇温時ならびに通常操業時におけるチューブの熱応力を
大幅に緩和し、亀裂やクリープ変形、座屈を阻止するこ
とにより、チューブの長寿命化に優れた効果を奏するラ
ジアントチューブの取付方法を提供する。
昇温時ならびに通常操業時におけるチューブの熱応力を
大幅に緩和し、亀裂やクリープ変形、座屈を阻止するこ
とにより、チューブの長寿命化に優れた効果を奏するラ
ジアントチューブの取付方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、ラジア
ントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部が上下
位置になるように炉壁に取り付けられたＷ型又はＵ型の
ラジアントチューブの取付方法において、ラジアントチ
ューブのバーナー側端部及び排ガス側端部を稼働後にお
ける炉内のチューブの高さ方向の熱膨張量に合わせて上
下方向に開いた位置に予め固定して初期応力を与えるこ
とを特徴とするラジアントチューブの取付方法である。
ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部
を予め上下方向に開く量δは、次式数２により定めるこ
とが好ましい。
ントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部が上下
位置になるように炉壁に取り付けられたＷ型又はＵ型の
ラジアントチューブの取付方法において、ラジアントチ
ューブのバーナー側端部及び排ガス側端部を稼働後にお
ける炉内のチューブの高さ方向の熱膨張量に合わせて上
下方向に開いた位置に予め固定して初期応力を与えるこ
とを特徴とするラジアントチューブの取付方法である。
ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガス側端部
を予め上下方向に開く量δは、次式数２により定めるこ
とが好ましい。
【００１５】
【数２】δ＝ｋＬ0 （ＴR ・αR ／ＴB ・αB −１）
（ただし、０＜ｋ≦１）
（ただし、０＜ｋ≦１）
【００１６】ここに、ＴR 、αR はラジアントチューブ
の炉内部分の平均温度と線膨張率、ＴB 、αB はバンク
の平均温度と線膨張率、Ｌ0 はラジアントチューブのバ
ーナー中心とレキュペレータ中心間距離、ｋは定数とす
る。
の炉内部分の平均温度と線膨張率、ＴB 、αB はバンク
の平均温度と線膨張率、Ｌ0 はラジアントチューブのバ
ーナー中心とレキュペレータ中心間距離、ｋは定数とす
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００１８】図１に示すように、従来のバンクへのバー
ナー側端部取付部１６、バンクへのレキュペレータ側端
部取付部１７に対し、本発明では、ラジアントチューブ
１のバンク１５への取付位置を上下に開くようにオフセ
ットし、バーナー側端部２、レキュペレータ側端部１０
をそれぞれバンクへのバーナー側端部取付部１６’、バ
ンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’に固定する
ことにより、第１直管３と第４直管９にオフセット時初
期曲げモーメント（第１直管側）２０、オフセット時初
期曲げモーメント（第４直管側）２１を与えて熱間にお
ける応力を低減させる。
ナー側端部取付部１６、バンクへのレキュペレータ側端
部取付部１７に対し、本発明では、ラジアントチューブ
１のバンク１５への取付位置を上下に開くようにオフセ
ットし、バーナー側端部２、レキュペレータ側端部１０
をそれぞれバンクへのバーナー側端部取付部１６’、バ
ンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’に固定する
ことにより、第１直管３と第４直管９にオフセット時初
期曲げモーメント（第１直管側）２０、オフセット時初
期曲げモーメント（第４直管側）２１を与えて熱間にお
ける応力を低減させる。
【００１９】図２（ａ）は、昇温前における従来のラジ
アントチューブの取付位置をバンク１５の外側より見た
ものである。バーナー側端部２とレキュペレータ側端部
１０がバンクへのバーナー側端部取付部１６、バンクへ
のレキュペレータ側端部取付部１７に取り付けられてお
り、この間の距離をＬ0 とする。通常操業時のバンク１
５の温度をＴB 、バンク１５の線膨張率をαB とする
と、図２（ｂ）に示すように熱膨張によりバンクへのバ
ーナー側端部取付部１６、バンクへのレキュペレータ側
端部取付部１７間の距離はＬ0 ・ＴB ・αB となる。一
方、同図に示すように、炉内においては、ラジアントチ
ューブ１は上下方向にも熱膨張し、その量が第１ベンド
４と第３ベンド８付近で最大となり、第１直管３と第４
直管９の中心軸間距離は、チューブの平均温度をＴR 、
線膨張率をαR とすると、Ｌ0 ・ＴR ・αR となる。炉
内の温度は、バンクに比べて数百℃以上高く、Ｌ0 ・Ｔ
B ・αB ＜Ｌ0 ・ＴR ・αRとなり、この熱膨張差が様
々な損傷の原因となる。
アントチューブの取付位置をバンク１５の外側より見た
ものである。バーナー側端部２とレキュペレータ側端部
１０がバンクへのバーナー側端部取付部１６、バンクへ
のレキュペレータ側端部取付部１７に取り付けられてお
り、この間の距離をＬ0 とする。通常操業時のバンク１
５の温度をＴB 、バンク１５の線膨張率をαB とする
と、図２（ｂ）に示すように熱膨張によりバンクへのバ
ーナー側端部取付部１６、バンクへのレキュペレータ側
端部取付部１７間の距離はＬ0 ・ＴB ・αB となる。一
方、同図に示すように、炉内においては、ラジアントチ
ューブ１は上下方向にも熱膨張し、その量が第１ベンド
４と第３ベンド８付近で最大となり、第１直管３と第４
直管９の中心軸間距離は、チューブの平均温度をＴR 、
線膨張率をαR とすると、Ｌ0 ・ＴR ・αR となる。炉
内の温度は、バンクに比べて数百℃以上高く、Ｌ0 ・Ｔ
B ・αB ＜Ｌ0 ・ＴR ・αRとなり、この熱膨張差が様
々な損傷の原因となる。
【００２０】本発明では、図２（ｃ）に示すように、昇
温前にバーナー側端部２とレキュペレータ側端部１０を
δだけ上下に広げたバンクへのバーナー側端部取付部１
６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’に
オフセットする。オフセット量δは、図２（ｄ）に示す
ように、通常操業時におけるバンク１５におけるバンク
へのバーナー側端部取付部１６’、バンクへのレキュペ
レータ側端部取付部１７’間の熱膨張量が、炉内におけ
るラジアントチューブ１の上下方向の熱膨張量の最大値
Ｌ0 ・ＴR ・αR 以下になるように、即ち、以下の式数
３を満たすようにとる。
温前にバーナー側端部２とレキュペレータ側端部１０を
δだけ上下に広げたバンクへのバーナー側端部取付部１
６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’に
オフセットする。オフセット量δは、図２（ｄ）に示す
ように、通常操業時におけるバンク１５におけるバンク
へのバーナー側端部取付部１６’、バンクへのレキュペ
レータ側端部取付部１７’間の熱膨張量が、炉内におけ
るラジアントチューブ１の上下方向の熱膨張量の最大値
Ｌ0 ・ＴR ・αR 以下になるように、即ち、以下の式数
３を満たすようにとる。
【００２１】
【数３】（Ｌ0 ＋δ）・ＴB ・αB ≦ Ｌ0 ・ＴR ・
αR
αR
【００２２】以上により、初期のオフセット量δは、以
下の式数４で定義できる。
下の式数４で定義できる。
【００２３】
【数４】δ＝ｋＬ0 （ＴR ・αR ／ＴB ・αB −１）
（ただし、０＜ｋ≦１）
（ただし、０＜ｋ≦１）
【００２４】上式において、ｋ＝１としてオフセット量
δを決定した場合、通常操業時では、図２（ｄ）に示す
ように、熱間におけるラジアントチューブ１の上下方向
の熱膨張変位とバンクへのバーナー側端部取付部１
６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’の
熱膨張変位がほぼ等しくなり、図８に示したようなチュ
ーブの曲げ変形がほぼなくなり、これに起因する様々な
損傷を軽減することができる。ｋの値は必ずしも１であ
る必要はなく、０から１の間であればよい。しかしなが
ら、熱応力低減効果を発揮させるためには０．５以上が
望ましい。例えば、熱応力を半減するためにはｋ＝０．
５近傍でよい。なお、ｋ＝０とすると従来の取付方法と
等しくなる。
δを決定した場合、通常操業時では、図２（ｄ）に示す
ように、熱間におけるラジアントチューブ１の上下方向
の熱膨張変位とバンクへのバーナー側端部取付部１
６’、バンクへのレキュペレータ側端部取付部１７’の
熱膨張変位がほぼ等しくなり、図８に示したようなチュ
ーブの曲げ変形がほぼなくなり、これに起因する様々な
損傷を軽減することができる。ｋの値は必ずしも１であ
る必要はなく、０から１の間であればよい。しかしなが
ら、熱応力低減効果を発揮させるためには０．５以上が
望ましい。例えば、熱応力を半減するためにはｋ＝０．
５近傍でよい。なお、ｋ＝０とすると従来の取付方法と
等しくなる。
【００２５】また、昇温時においては、ラジアントチュ
ーブのバーナー側の高温部とレキュペレータ側の低温部
の差により、図３に示すような曲げモーメント２７が一
次的にかかる。この時においても、本発明の取付方法で
は、初期に逆の初期曲げモーメント２０がかかっている
ので、相殺により曲げモーメントを低下させることがで
きる。
ーブのバーナー側の高温部とレキュペレータ側の低温部
の差により、図３に示すような曲げモーメント２７が一
次的にかかる。この時においても、本発明の取付方法で
は、初期に逆の初期曲げモーメント２０がかかっている
ので、相殺により曲げモーメントを低下させることがで
きる。
【００２６】
【実施例】本発明により取り付けたラジアントチューブ
に発生する軸力と曲げモーメントの低減効果について試
算する。対象は、図１に示すＷ型のラジアントチューブ
１であり、第１直管３及び第４直管９の長さは２５００
ｍｍ、第２直管５及び第３直管７の長さは１６５０ｍｍ
である。外径、内径はそれぞれ１９４ｍｍと１７７ｍ
ｍ、材質はＪＩＳ Ｇ ５１２２記載のＳＣＨ２２であ
る。各直管の軸芯間距離はそれぞれ３００ｍｍであり、
第１直管３と第４直管９の軸中心間距離Ｌ0 は９００ｍ
ｍである。
に発生する軸力と曲げモーメントの低減効果について試
算する。対象は、図１に示すＷ型のラジアントチューブ
１であり、第１直管３及び第４直管９の長さは２５００
ｍｍ、第２直管５及び第３直管７の長さは１６５０ｍｍ
である。外径、内径はそれぞれ１９４ｍｍと１７７ｍ
ｍ、材質はＪＩＳ Ｇ ５１２２記載のＳＣＨ２２であ
る。各直管の軸芯間距離はそれぞれ３００ｍｍであり、
第１直管３と第４直管９の軸中心間距離Ｌ0 は９００ｍ
ｍである。
【００２７】ラジアントチューブ１の通常操業時の平均
温度を９５０℃、バンク１５の平均温度を２００℃、ラ
ジアントチューブ１の線膨張率を１７×１０-6、バンク
１５の線膨張率を１３×１０-6とすると、両者の熱膨張
差は１２．２ｍｍとなる。そこで、オフセット量δを４
ｍｍ、８ｍｍ、及び１２ｍｍにしたときのチューブに発
生する軸力、及び曲げモーメントの分布を図４、図５に
示す。これより、オフセットによって大幅に軸力、及び
曲げモーメントが下がっていることがわかる。軸力、及
び曲げモーメントが下がれば、ラジアントチューブに発
生する応力も必然的に下がる。
温度を９５０℃、バンク１５の平均温度を２００℃、ラ
ジアントチューブ１の線膨張率を１７×１０-6、バンク
１５の線膨張率を１３×１０-6とすると、両者の熱膨張
差は１２．２ｍｍとなる。そこで、オフセット量δを４
ｍｍ、８ｍｍ、及び１２ｍｍにしたときのチューブに発
生する軸力、及び曲げモーメントの分布を図４、図５に
示す。これより、オフセットによって大幅に軸力、及び
曲げモーメントが下がっていることがわかる。軸力、及
び曲げモーメントが下がれば、ラジアントチューブに発
生する応力も必然的に下がる。
【００２８】本発明方法によりラジアントチューブのバ
ーナー側端部のオフセット量を１０ｍｍとして取り付
け、実炉に入れて６年を経過しても、異常なく稼働し
た。従来構造の寿命は、平均的に３〜４年であり、長寿
命化が実現できた。
ーナー側端部のオフセット量を１０ｍｍとして取り付
け、実炉に入れて６年を経過しても、異常なく稼働し
た。従来構造の寿命は、平均的に３〜４年であり、長寿
命化が実現できた。
【００２９】
【発明の効果】本発明により、昇温時ならびに通常操業
時におけるラジアントチューブの熱応力を大幅に緩和し
て、亀裂やクリープ変形、座屈を阻止することができ、
ラジアントチューブの長寿命化を図ることができる。
時におけるラジアントチューブの熱応力を大幅に緩和し
て、亀裂やクリープ変形、座屈を阻止することができ、
ラジアントチューブの長寿命化を図ることができる。
【図１】本発明の一実施例の説明図である。
【図２】本発明の一実施例の詳細な説明図である。
【図３】本発明の効果の説明図である。
【図４】ラジアントチューブの軸力分布の試算結果を示
す図である。
す図である。
【図５】ラジアントチューブの曲げモーメント分布の試
算結果を示す図である。
算結果を示す図である。
【図６】従来の典型的なＷ型ラジアントチューブの構造
の説明図である。
の説明図である。
【図７】従来の典型的なＷ型ラジアントチューブの昇温
時における変形及び損傷形態の説明図である。
時における変形及び損傷形態の説明図である。
【図８】従来の典型的なＷ型ラジアントチューブの通常
操業時における変形及び損傷形態の説明図である。
操業時における変形及び損傷形態の説明図である。
１ ラジアントチューブ ２ バーナー側端部 ３ 第１直管 ４ 第１ベンド ５ 第２直管 ６ 第２ベンド ７ 第３直管 ８ 第３ベンド ９ 第４直管 １０ レキュペレータ側端部 １１ ラジアントチューブ間サドル １２ ラジアントチューブ間サドル １３ 第３ベンド先端支持受け部 １４ 耐火物 １５ バンク １６ バンクへのバーナー側端部取付部 １６’ バンクへのバーナー側端部取付部 １７ バンクへのレキュペレータ側端部取付部 １７’ バンクへのレキュペレータ側端部取付部 １８ 炉壁支持治具 １９ 加熱炉炉壁 ２０ オフセット時初期曲げモーメント（第１直管
側） ２１ オフセット時初期曲げモーメント（第４直管
側） ２２ バーナー ２３ レキュペレータ ２４ 加熱炉炉壁 ２５ 軸方向（水平方向） ２６ 第１直管軸方向力 ２７ 第１直管曲げモーメント（昇温時） ２８ 第１ベンド曲げモーメント（昇温時） ２９ サドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時） ３０ サドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時） ３１ 第１直管亀裂（昇温時） ３２ 第１ベンド亀裂（昇温時） ３３ 高さ方向（垂直方向） ３４ 第１直管曲げモーメント（通常操業時） ３５ 第１ベンド曲げモーメント（通常操業時） ３６ サドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業
時） ３７ サドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業
時） ３８ 第２直管座屈 ３９ 第３直管座屈 ４０ 第３直管座屈 ４１ 第４直管座屈 ４２ 第２直管垂れ
側） ２１ オフセット時初期曲げモーメント（第４直管
側） ２２ バーナー ２３ レキュペレータ ２４ 加熱炉炉壁 ２５ 軸方向（水平方向） ２６ 第１直管軸方向力 ２７ 第１直管曲げモーメント（昇温時） ２８ 第１ベンド曲げモーメント（昇温時） ２９ サドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時） ３０ サドル部近傍の直管への垂直荷重（昇温時） ３１ 第１直管亀裂（昇温時） ３２ 第１ベンド亀裂（昇温時） ３３ 高さ方向（垂直方向） ３４ 第１直管曲げモーメント（通常操業時） ３５ 第１ベンド曲げモーメント（通常操業時） ３６ サドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業
時） ３７ サドル部近傍の直管への垂直荷重（通常操業
時） ３８ 第２直管座屈 ３９ 第３直管座屈 ４０ 第３直管座屈 ４１ 第４直管座屈 ４２ 第２直管垂れ
Claims (2)
- 【請求項１】 ラジアントチューブのバーナー側端部及
び排ガス側端部が上下位置になるように炉壁に取り付け
られたＷ型又はＵ型のラジアントチューブの取付方法に
おいて、ラジアントチューブのバーナー側端部及び排ガ
ス側端部を稼働後における炉内のチューブの高さ方向の
熱膨張量に合わせて上下方向に開いた位置に予め固定し
て初期応力を与えることを特徴とするラジアントチュー
ブの取付方法。 - 【請求項２】 ラジアントチューブのバーナー側端部及
び排ガス側端部を予め上下方向に開く量δを次式数１に
より定めることを特徴とする請求項１記載のラジアント
チューブの取付方法。 【数１】δ＝ｋＬ0 （ＴR ・αR ／ＴB ・αB −１）
（ただし、０＜ｋ≦１） ここに、ＴR 、αR はラジアントチューブの炉内部分の
平均温度と線膨張率、ＴB 、αB はバンクの平均温度と
線膨張率、Ｌ0 はラジアントチューブのバーナー中心と
レキュペレータ中心間距離、ｋは定数とする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13740496A JP3549980B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | ラジアントチューブの取付方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13740496A JP3549980B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | ラジアントチューブの取付方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09303712A true JPH09303712A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3549980B2 JP3549980B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=15197858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13740496A Expired - Fee Related JP3549980B2 (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | ラジアントチューブの取付方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3549980B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103255271A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-08-21 | 北京科技大学 | 一种气体双循环辐射管加热装置 |
| JP2023065040A (ja) * | 2021-10-27 | 2023-05-12 | 日鉄エンジニアリング株式会社 | ラジアントチューブの交換方法及びラジアントチューブの交換台車 |
-
1996
- 1996-05-08 JP JP13740496A patent/JP3549980B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103255271A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-08-21 | 北京科技大学 | 一种气体双循环辐射管加热装置 |
| JP2023065040A (ja) * | 2021-10-27 | 2023-05-12 | 日鉄エンジニアリング株式会社 | ラジアントチューブの交換方法及びラジアントチューブの交換台車 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3549980B2 (ja) | 2004-08-04 |
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