JPH10103624A - 加熱炉用ラジアントチューブ - Google Patents

加熱炉用ラジアントチューブ

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JPH10103624A
JPH10103624A JP25406896A JP25406896A JPH10103624A JP H10103624 A JPH10103624 A JP H10103624A JP 25406896 A JP25406896 A JP 25406896A JP 25406896 A JP25406896 A JP 25406896A JP H10103624 A JPH10103624 A JP H10103624A
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JP
Japan
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radiant tube
curvature
straight
fixed
thermal expansion
Prior art date
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Pending
Application number
JP25406896A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihisa Masuda
晃尚 益田
Yoshiaki Ito
嘉朗 伊藤
Satoshi Uchibayashi
敏 内林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Taihei Kinzoku Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Taihei Kinzoku Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用温度における軸方向と直角な方向の熱膨
張により発生する熱応力を抑制して、曲がりや割れ等の
発生を防止できる加熱炉用ラジアントチューブを提供す
る。 【解決手段】 2つの直管1a、1dの固定される一端
部を、その一端部での軸中心間距離が反対側端部での軸
中心間距離よりも使用温度での熱膨張分だけ長くなるよ
うに、一端部を広げて固定する。また、曲管2a、2
b、2cの常温での曲率半径r0は、使用温度で熱膨張
により所定の曲率半径r1となるように予め設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続焼鈍炉等の熱
処理炉内に設置して使用されるラジアントチューブに関
する。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼その他の熱処理炉において、炉内で
燃料を燃焼させることができない場合には、耐熱鋼管か
らなるラジアントチューブを炉内に設置して、炉外から
バーナー等で加熱された高温ガスをラジアントチューブ
内に供給することによって、炉内雰囲気を一定に保ちな
がら、炉内におけるラジアントチューブ外周からの輻射
熱により炉内を加熱することが行われている。
【0003】ラジアントチューブには、直管のみからな
るストレート形の外、管の一部を湾曲させて途中に曲管
部分を設けたU形又はW形、直管を2重に配置したシン
グルエンド形等がある。例えば、図1はW形のラジアン
トチューブを縦置きで炉内に設置した状態を示してい
る。即ち、W形のラジアントチューブは、長短2個ずつ
の直管1a、1b、1c、1dを短い直管1b、1cを
中にして間隔を置いて平行に配列し、これらに180°
湾曲した3個の曲管2a、2b、2cを溶接してW形に
接続したものである。
【0004】これらのラジアントチューブを炉内に設置
する仕方にも縦置き式、横置き式、垂直置き式などがあ
る。例えば図1に示すように、W形のラジアントチュー
ブを炉内に縦置き式に設置する場合、長い直管1a、1
dの各端部を鉛直方向に揃えて片側の炉壁のバーナーバ
ンク3に固定し、曲管2a、2b、2cに溶接したサポ
ート(図示せず)を炉壁に支持することにより、炉内に
設置するようになっている。尚、U形のラジアントチュ
ーブの場合も同様に設置され、又これらのラジアントチ
ューブを横置き式に設置する場合も各端部を水平方向に
揃える以外は上記と同様にして炉壁に支持される。
【0005】炉内に設置されたラジアントチューブは通
常800℃を越える高温下で使用されるため、その高温
での使用中には熱膨張による変形が生じている。図1に
示す点線は、熱膨張によるラジアントチューブの変形の
状態を模式的に示したものである。従って、この熱膨張
による変形を円滑且つ容易に吸収緩和することができ
ず、結果的にラジアントチューブの膨張が拘束されるよ
うな場合には、熱応力が直管1a、1b、1c、1d及
び曲管2a、2b、2cに作用して曲がり又は割れ等が
発生しやすくなり、ラジアントチューブは短期間で寿命
となる。
【0006】そこで、かかるラジアントチューブの熱膨
張のうち、軸方向の熱膨張δHに対しては、従来から炉
壁への支持構造の改良(例えば特開昭61−25241
6号公報及び実開昭63−12474号公報参照)、あ
るいは直管端部の炉外部分への蛇腹の設置により拘束を
緩和して、熱応力の発生を制御させる方法が取られてい
る。しかし、軸方向に直角な方向の熱膨張δVについて
は、直管1a、1dの端部がバーナーバンク3で炉壁に
固定されているため熱膨張が拘束され、その結果必然的
に熱応力が発生することになる。
【0007】この軸方向と直角な方向の熱膨張δVによ
って作用する熱応力を緩和又は抑制する方法として、特
開平1−150705号公報には、ラジアントチューブ
の固定端部に軸方向と直角な方向に容易に変形する撓み
部材を設置したラジアントチューブが提案されている。
しかしながら、この撓み部材を用いる方法では、熱応力
を十分に抑制することができず、従ってラジアントチュ
ーブに曲がりや割れ等が発生しやすく、またコストアッ
プにもつながるという問題点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の問題点をなくして、使用温度域における軸方向と
直角な方向の熱膨張により発生する熱応力を抑制し、曲
がりや割れ等の発生を防止できる加熱炉用ラジアントチ
ューブを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する加熱炉用ラジアントチューブは、
2つ以上の直管を互いに曲管で接続してなるラジアント
チューブにおいて、一端部が炉壁に固定される2つの直
管を、該一端部における軸中心間距離が反対側端部での
軸中心間距離よりも使用温度での熱膨張分だけ長くなる
ように、該一端部側を広げて炉壁に固定したことを特徴
とする。
【0010】又、本発明の加熱炉用ラジアントチューブ
は、その好ましい態様として、使用温度で所定の曲率半
径となるように設定された曲率半径を有する曲管で全て
の直管が互いに接続され、2つの直管の一端部における
軸中心間距離Lが、L=2×使用温度での曲管の曲率半
径×曲管の数、となるように2つの直管の一端部を炉壁
に固定することを特徴とするラジアントチューブを含ん
でいる。
【0011】
【発明の実施の形態】例えばW形のラジアントチューブ
を炉内に設置して高温で使用するとき、図1に示すよう
に、直管1a、1b、1c、1dの軸方向に直角な方向
の熱膨張δVは主に曲管2a、2b、2cの曲率半径の
増大として現れる。そして、曲管2a、2b、2cの常
温での曲率半径r0と、使用温度に加熱されたときの曲
率半径r1の関係は、下記数式1により表すことができ
る。
【0012】
【数1】r0=r1/(1+αT) ただし、r0:常温での曲率半径(mm) r1:使用温度での曲率半径(mm) α :使用温度T℃における線膨張係数(/℃) T :使用温度(℃)
【0013】本発明の好ましい態様においては、上記数
式1を用いて加熱炉の使用温度Tにおいて所定の曲率半
径r1となる常温での曲率半径r0を求め、図2に示すよ
うにこの曲率半径r0を有する曲管2a、2b、2cを
作製し、この各曲管2a、2b、2cと直管1a、1
b、1c、1dをそれぞれ溶接により接合して、W形の
ラジアントチューブを組立てる。従って、このW形ラジ
アントチューブの炉壁に固定する前の直管1a、1dの
一端部における軸中心間距離Lは、図2から明らかなよ
うに6r0となっている。
【0014】次に、図3に示すように、前記図2のW形
ラジアントチューブの長い直管1a、1dの一端部を、
炉壁のバーナーバング3に通して固定する。このとき、
直管1aと直管1dの固定される一端部における軸中心
間距離を、使用温度Tでの軸方向に直角な方向の熱膨張
分だけ長くなるように広げて固定する。即ち、所定の使
用温度Tでは各曲管2a、2b、2cの曲率半径はr1
になるから、固定される一端部における軸中心間距離L
は6r1となり、この軸中心間距離6r1を隔ててバーナ
ーバンク3により直管1a、1dの一端部を炉壁に固定
する。
【0015】ところが、前記のごとく曲率半径r0で作
製されたW形ラジアントチューブの直管1a、1dの本
来の軸中心間距離は6r0であり、一方広げて固定され
た軸中心間距離6r1は上記数式1から分かるように6
0+6r0αTに等しいから、軸方向に直角な方向にお
ける熱膨張分に相当する6r0αTの差がある。従っ
て、直管1a、1dの一端部をバーナバング3に通すに
あたって、固定される一端部の軸中心間距離が熱膨張分
6ρ0αTだけ広げられる。その結果、ラジアントチュ
ーブには曲げ応力が作用することになるが、この程度の
曲げ応力は常温において十分に弾性限度範囲内であるた
め、塑性変形あるいは割れ等が生じることはない。
【0016】尚、固定される直管の一端部における軸中
心間距離Lは曲管の数により異なるが、全ての場合に、
L=2×使用温度での曲管の曲率半径×曲管の数、とな
ることは言うまでもない。従って、W形のラジアントチ
ューブは3つの曲管が存在するので上記のごとく6r1
又は6r0となり、U形の場合には曲管が1つなので2
1又は2r0となる。
【0017】このように炉内に設置された本発明のW形
ラジアントチューブが使用温度Tに達すると、図3に示
すように曲管2a、2b、2cの曲率半径はr0からr1
へと熱膨張する。それに伴って、直管1aと直管1dの
曲管側端部における軸中心間距離も6r0から6r1へと
変化し、バーナーバング3に固定された一端部側の軸中
心間距離と等しくなる。この熱膨張によってラジアント
チューブには熱応力が作用するが、応力の向きは常温時
に炉壁に固定された状態で作用している曲げ応力の向き
と逆方向であるため、相殺して使用温度Tにおいてはほ
ぼゼロとなる。そのため、高温での使用中におけるラジ
アントチューブの曲がりや割れ等の発生を防止すること
ができる。
【0018】
【実施例】図2に示すように、長さ2500mmで外径
200mmの長い直管1a、1dと、長さ1500mm
で外径200mmの短い直管1b、1cを、3つの曲管
2a、2b、2cで溶接してW形のラジアントチューブ
を作製した。このとき、曲管2a、2b、2cは、熱膨
張係数が16×10-6/℃のFe−48Ni−28Cr
−5W耐熱合金で作製し、その熱膨張を考慮して上記数
式1により使用温度(T)1000℃における曲管2a、
2b、2cの曲率半径r1が150mmとなるように、
その常温での曲率半径r0を算出してr0=147.6m
mと定めた。
【0019】このW形のラジアントチューブの長い直管
1a、1dの一端部を、図3に示すように、炉壁のバー
ナーバング3に通して固定した。ただし、直管1a、1
dのバーナーバンク3に固定される各一端部の軸中心間
距離は、曲管2a、2b、2cの曲率半径r0(147.
6mm)が使用温度1000℃での熱膨張により曲率半
径r1(150mm)になったときの直管1a、1dの
軸中心間距離に等しくなるように、6r1(900m
m)に等しく設定した。
【0020】その結果、W形のラジアントチューブの直
管1a、1dの各一端部は強制的に広げられて炉壁に固
定され、一端部と反対側の端部との間には約800kg
f・mの曲げ応力が生じているが、W形のラジアントチ
ューブには塑性変形や割れ等が発生することはなかっ
た。
【0021】このW形のラジアントチューブを設置した
加熱炉を用い、使用温度を1000℃に設定して通常の
ごとく鋼板の熱処理を行ったところ、何ら支障なく熱処
理を実施することができ、しかも累積熱処理時間5,0
00時間を経過してもなお曲がりや割れ等の異常の発生
がなく使用でき、従来のものよりも長期にわたって使用
し得ることが確認できた。
【0022】尚、この実施例では、常温での曲管の曲率
半径r0を上記数式1に基づいて使用温度Tにおける曲
率半径r1となるように予め設定したが、常温での曲管
の曲率半径r0は任意の値であってもよい。その場合、
その任意の常温での曲率半径r0から上記数式1により
使用温度での曲率半径r1を求め、その曲率半径r1に基
づいて固定する2つの直管の一端部における軸中心間距
離を設定する。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、特別な付属部材や設備
を用いることなく、直管の軸方向に直角な方向の熱膨張
による応力を吸収緩和できるので、高温での使用時にお
けるラジアントチューブの曲りや割れ等を防止すること
ができ、ラジアントチューブの寿命を従来よりも長くす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のW形ラジアントチューブと、その使用温
度における熱膨張の状態を模式的に示す概略の正面図で
ある。
【図2】本発明のW形ラジアントチューブの具体例を示
す概略の正面図である。
【図3】図2の本発明のW形ラジアントチューブを炉壁
に固定した状態を示す概略の正面図である。
【符号の説明】
1a、1b、1c、1d 直管 2a、2b、2c 曲管 3 バーナーバンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内林 敏 神奈川県大和市下鶴間字丁1号3860 太平 金属工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つ以上の直管を互いに曲管で接続して
    なるラジアントチューブにおいて、一端部が炉壁に固定
    される2つの直管を、該一端部における軸中心間距離が
    反対側端部での軸中心間距離よりも使用温度での熱膨張
    分だけ長くなるように、該一端部側を広げて炉壁に固定
    したことを特徴とする加熱炉用ラジアントチューブ。
  2. 【請求項2】 使用温度で所定の曲率半径となるように
    設定された曲率半径を有する曲管で全ての直管が互いに
    接続され、2つの直管の一端部における軸中心間距離L
    が、L=2×使用温度での曲管の曲率半径×曲管の数、
    となるように2つの直管の一端部を炉壁に固定すること
    を特徴とする、請求項1に記載の加熱炉用ラジアントチ
    ューブ。
JP25406896A 1996-09-26 1996-09-26 加熱炉用ラジアントチューブ Pending JPH10103624A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009110664A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-11 Lg Electronics Inc. Heat exchanger
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