JPS608613A - 直火焚き加熱炉におけるルーフバーナーのガス燃料燃焼方法およびバーナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 スラブ、ブルーム又はビレットの如き銅相の熱間圧延又
は、圧延その他による加工製品の熱処理などのだめの加
熱に際して、被加熱材の内質を含めて均斉温度へのいわ
ゆる均熱を必要とするときを典型例として、該均熱過程
に至る予備加熱の経緯如何に応じた精妙な加熱熱量の調
整が必要とされる。

この種の軟材加熱には、製鉄所施設において一般に豊富
なガス燃料による直火焚きが有利で広く使用されている
ところ、上記加熱熱量の調整を広範に行えることが省エ
ネルギ面から強く要請される。

上記の熱量調整範囲は、最大バーナーガス容量に対する
使用ガス流量の比で与えられるターンダウン比で一般に
示される。

直火焚き加熱炉のガス燃料の燃焼方法と、燃焼用バーナ
ーに関してこの明細書で述べる技術内容は、上記炉、な
かでもそのルーフ燃焼におけるターンダウン比の拡大を
有利に図ることに関連し、鋼材加熱の属する喀術の分野
の一端に位置づけられる。

問　題　点 一般にルーフバーナーの配設け、広い面Ｔｒｉ（６０〜
８０ｍ２にも及ぶ）にわたる鋼材加熱炉の頂部炉壁土に
、通常１．５〜２ｍピッチの千鳥又は基盤目配列にて２
０〜８０か所にも配置することによって炉内天井面付近
で均一温度を確保すべく、多数に上っていて、サイドバ
ーナーが８〜ｌＯか所、軸流バーナーは６〜８か所にと
どまるのと対照的である。従ってルーフバーナーは必然
的に設置容積の小さい、小型の外径であることが強く要
請され、また一方で火炎径りの上記配列ピッチＰに対す
る比で示される燃焼性が、最小のターンダウン比Ｑ）下
でもよシ大きいことが、均熱のためにとくに強く要請さ
れる。

一方において最近、加熱炉、熱処理炉などでは、省エネ
ルギーの観点から徹底した自己還元型の排熱回収が行な
われ、加熱炉から排出される排ガスの温度を煙突のドラ
フト極限まで低下させるようになっている。

ことに自己還元型排熱回収により予熱空気温度は、従来
の８００〜４００℃から６００〜７００℃まで上昇し、
さらには７００℃以上の熱回収も行なわれつつある。

同時に予熱空気温度の上昇に加えて、それに用いたエア
ーレキュペレータ−の排ガス後流に、ガスレキュペレー
タ−を設置してさらに燃料ガスの予熱にも供することが
実施され、燃料ガスの８００℃程度の熱ガスによる燃焼
が行われる場合もある。

これら高温エアーまたさらには熱ガスを用いるバーナー
は、その熱ロスを防止するため、バーナ外部の保温層を
ｊソ＜せざるを得す、勢い大型となって、上記のように
加熱炉の天井部に多数配置されるルーフ燃焼用バーナで
は゛、その設置に困難を来す。この点上記高添エアー、
又は高温エアーと熱ガスを適合させ得るような技術は未
だ開発されていない。

発明の目的 発明者らは、高温エアーをまたこれを熱ガスとともに用
いる燃焼方法につき、缶材加熱炉または熱処理炉などの
天井部におけるルーフＩｔ斗′ミ焼に適合させることに
ついて研究を行い、この発明の成功を導いた。

従ってこの発明は、その開発研究の成果を、その応用と
ともに提供することを目的とするものである。

発明の構成 上記目的は、次の事項を骨子とする手７および仕組みに
より有利に実現される。

直火焚き加熱炉中にて、その炉内に向う開口をもつバー
ナータイルを通し、燃料用ガスと燃焼用エアーとの吹込
みによりバーナータイルの内面に沿うラッパ状沿面火炎
の燃焼を生じさせるに当り、上記バーナータイルの開口
を炉内に向う末広りとしてこれに沿いテーパー環状をな
す燃料用ガス流動を、バーナータイルに数個けた２重筒
体バーナーの環状通路から放出させるとともに、該バー
ナ−の内筒に導いた燃焼用エアーの全量を向流として、
上記燃料用ガスのテーパー環状流動の内周に向けて噴射
させることからなる、直火焚き加熱炉のガス燃料燃焼方
法（第１発明）。

内外同心の２重筒体よシなり、内筒の炉内に面する開口
端にて、該炉内に向けて互いに発散する向きの傾斜エア
ーノズル群を設け、この円筒を取囲む環状の燃料用ガス
通路を区画する外筒を、炉内に向い末広りに内径が拡開
し／ζ開口を有するバーナータイルに取付けてなる直火
焚き加熱炉のガス燃料燃焼用バーナー（Ｑ４２発明）。

なお第１発Ｆカにて燃焼用エアーまたはさらに燃料用ガ
スが高温予熱されたものならびに燃料用ガスの放出が、
加熱炉の頂部炉壁の一部をなすバーナータイルの開口に
沿うものであることや、第２発明にてバーナータイルが
加熱炉の頂部炉壁の一部ケなすものが、災施上好適であ
る。

きて第１図に鋼イウ加熱炉の一般例を示し、図中ｌＩ′
ｉ伽、Ｉ材、２はスキッド、８は加熱炉の予熱帯、４゜
５は同加熱帯であり、６は均熱′４Ｉｆ、そして７はサ
イドバーナーを示し、８はエアーレキュペレータ、９は
ガスレキュペレータ、そして１０がルーフバーナである
。

近年の鋼材加熱炉では、９００〜１２５０℃と非常に広
い範囲の加熱とともに鋼材ｌの長手方向、つまり炉幅方
向の均一加熱が要求され、そわ故とくに均熱帯６では、
バーナの広いターンダウン性が、炉内の均一温度分布の
比較的イ！Ｊられやすいルーフバーナ１０について強く
要請される。

さてルーフバーナ１０によって炉天井＋’ｊＩｓ篩）フ
′（を均一化するには、第２図に示す燃焼性、つまりバ
ーナピッチＰＫ対するルーフバーナーｌＯで形成される
火炎径りの比の大きいことが必“汐である。

すなわちその配列ピッチ２間にてできるたけ炉天井１１
にそう広い拡開火炎１２が、はぼ％　＞　０．５の関係
において形成されることが要点である。図中１８はバー
ナータイルである。

すでに触れたようにバーナピッチＰ　ｉＪ：はぼ１．５
〜２ｍであるから、ルーフバーナは小型のバーすを多数
配置しなければならない。

これに対し、第８図に示す従来バーナの燃焼方式ではも
はや適合しない。

すなわちルーフバーナーｌＯとして自流ガスノズル１４
、外６１ｔエアーノズル１５を同軸に配置しているため
尚温エアーを使用する場合には、昇流エアー通路１６の
゛断熱胴による保温層１７の厚みが厚くなってバーナボ
ディの外径が増加し、全体が大型化し、かつバーナ一部
の開口が大きくなり伝熱上のデッドスペースが大きくな
る欠点を来すからである。

ちなみに予熱エアー温肢による保温層の厚みは、５００
℃程度で断熱キャスター５０ｍｍ、７００℃程度で同じ
く８０〜１００　ｍｒｎとなシ、高温度下ではバーナボ
ディの外径１８を１６０〜２００　ｍｍも増加しなけれ
ばならない。

また従来バーナでは第８図に示すように昇流エアー通路
１６に旋回羽根１９などの部材をとりつけてバーナタイ
ル１８にそってエアーを流し該エアー流にて自流ガスノ
ズル１５からガス流を吸引させて燃焼させるためにガス
流とエアー流の方向°がマツチせずして、ミキシングが
整わず、必ずしも第８図に示したようなルーフバーナ１
０として理想的な拡開火炎１Ｂが形成されにくい欠点も
を）つた。

これに対しこの発明は、第４図のように向流に高温エア
ー２０を、昇流に熱ガスもしくは冷ガス２１を、すなわ
ち高温エアー流の外周にそれより低温のガスを流すこと
にょ９保温部２２の窩張りを伴うことなく容易に熱ロス
を防上できる。

実際上バーナボディ外皮２Ｂに安ｆｉｌｌｉな材？″Ｌ
を用いただけでも外部に対し保温することも可能でｌ）
って、バーナーボディの外径を小さく１とめて、ルーフ
バーナｌｏに適合させ（Ｍるゎけである。

また自流エアー２０は、炉内に向って発１１にするよう
な外向もしくは外向旋回流を形成するノズル群２４によ
って、その外周側に放出されるテーパー環状のガス２１
の内周に噴射される。

ガス２１の流れは末広がりにテーパーをっけだバーナタ
イル２５にそわせ、バーナタイル２５　カら放射方向に
拡開火炎ｚ６を形成させる。

その結果バーナセンタ一部は、安定した火炎循環域とな
り、かつ向流エアーノズル群２４の中央前面に高温着火
源が形成され伝熱スペースとして活用できる。

以上は少くともエアーについて予熱された場合を説明し
たが常温の冷エアー、冷ガスについても同様な燃焼が実
現されるのは、いうまでもない。

以上この発明の構成作用を説明したが次の実施例をもと
に説明する。

実　施　例 鋼材加熱炉ニスラブ２６０　ｍｍ厚ｘ　１０００　ｍｍ
＠Ｘ９０００ｍｍ長（炉内幅１０ｍ） 加熱能力　二１５０〜２８０トン／時 加熱温度　：　９００〜１１００　’Ｃ予熱エア　２６
５０℃ 熱ガス　二８００℃（Ｍガス５ａｏｏ　Ｋｃａ／’／Ｈ
ｍ８　）ルーフバーナ本数二　８０本 バーナピッチ　：１．５ｍ バーナ容量　：　８０ｏｘｌＯＫＯ８Ｊ！Δ時　、以上
の燃焼諸元に対し、内径４００　ｍｍにて炉内に向いテ
ーパー角６０°（片（ｐＨ２５°）で末広がりに拡開す
る厚み８００　ｔｎｍのバーナタイルｚ５に、内径１７
０　ｍｍ、長さ８００　ｍｍの外筒２７と同心に外径１
５０　ｆＡＷＬの内筒２Ｂを組合わせて、それぞれに燃
料ガスおよび燃焼用エアーの供給配管を施し、外筒２７
のまわシに保温部材２２を、厚さ５０　ｍｍにて適用し
、内筒２Ｂの炉内に向う端部には、孔径２０　ｍｒｎの
６孔からなるエアーノズル群２４を、給気側における開
孔配列円周ピッチ５２．８ｙｙｃｙ＋Ｌ（従っ・てピッ
チ円径１００　ｍｍ　）にて開孔させた剛熱銭鋼製のノ
ズル本体ｚ９を取付けたルーフバーナを適用した。

なお、エアーノズル群２４の炉内に向う傾斜角度は、内
筒ｚＢの細心と、各ノズル孔の給気細孔中心とを含む平
面および該軸心を含んで該平面と直交するもう一つの平
面をそれぞれ仮想して両仮想平面に対するノズル孔中心
線の投影が内筒２８の軸心に対してなす角度を、それぞ
れ２５０．３００とした。

以上のルーフバーナを、バーナピッチ１．５毒について
総数８０本で第１図に示した加熱炉の均熱帯の炉頂壁に
千鳥配置し、空気比１．０５にてガス流量のターンダウ
ン比を、９０−５−の範囲に変化させて操業を行い、ス
ラブ長手方向の温度偏差は５℃前後で従来の方法の２０
℃に対して大巾に改善されたスラブの均一加熱が可能で
あった。

次にバーナタイル２５のテーパ角αと、エアーノズル群
２４のノズル傾斜角度θとを表１のように変えて燃暁性
り／Ｐ値に及ぼす影響を調べた結果は、表１に併記した
とおシである。

表１　ＤＺＰ値 （注） ターンダウン比１００チに対し同化５％の場合の値を（
）内に示した。

θは、内筒２８の軸心と各ノズル孔の給気側中心とを含
む仮想平面におけるノズル孔中ＪＬ？の投影が内筒ｚ８
の軸心となす角度の方は、２５０に一定として上記仮想
平面と直ダする仮想平面上へのノズル孔中心の投影が、
内筒２８の軸心となす角度を変数として上表に掲けた。

なお前者の角度は、２０〜４０°の範囲で適合する。

第８図に示した従来の昇流エアータイプのルーフバーナ
では、通常ターンダウン比１００％テ１）／Ｐが０．４
に対し、５−のときには、はぼ０．８程度であったのに
反し、上記表１によれば、α、０の適切な選択でルーフ
バーナの燃焼性が著しく改１喀され得ることが明らかで
ある。

以上実施例では、ルーフバーナについて説明したが、こ
の発明の利点は、それ以外でも炉壁内面に沿う拡開火炎
を必要とする場合にきわめて有効である。

発明の効果 この発明によれば、鋼材の加熱または均熱に供され、高
温炉の炉壁の内壁に沿う拡開火炎を、広範にわたるガス
流量のターンダウン比での有効な燃焼性改善の下に、燃
焼用エアーまたはさらに溶料ガスについての高度な予熱
が行われる場合にあってもとくに有利に実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ルーフバーナを用いた加熱炉の要点を示す断
面図、 第２図は、ルーフバーナの燃焼性を定義する説明図、 第８図は従来のルーフバーナの断面図、第４図は、この
発明によるルーフバーナの断面図でおる。 ２４・・・エアーノズル群２５・・・バ′ニナタイル２
７・・・外筒　２８・・・内筒。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　直火焚き加熱炉中にて、その炉内に向う開口をもつ
   バーナータイルを通し、燃料用ガス　。 と煤焼用エアーとの吹込みによシバーナータイルの内面
   に沿うラッパ状沿面火炎の燃焼を生じさせるに当り、 上記バーナータイルの開口を炉内に向う末広りとしてこ
   れに沿いテーパー環状をなす燃料用ガス流動をバーナー
   タイルに取付けた２重筒体バーナーの環状通路から放出
   させるとともに、該バーナーの内°筒に導いた燃焼用エ
   アーの全量を門流として、上記燃料用ガスのテーパー環
   状流動の内周に向けて噴射させることからなる、直火焚
   き加熱炉のガス燃料燃　８、シ焼方法。 え　燃焼用エアーまたはさらに燃料用ガスが、高温予熱
   されたものである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ＆　燃料用ガスの放出が、加熱炉の頂部炉壁の一部をな
   すバーナータイルの開口に沿うものである、特許請求の
   範囲第１項又は２項記載−の方法。 ４　内外同心の２重筒体よりなシ、内筒の炉内に面する
   開口端にて、該炉内に向けて互いに発散する向きの傾斜
   エアーノズル群を設け、との内筒を取囲む環状の燃料用
   ガス通路を区画する外筒を、炉内に向い末広りに内径が
   拡開した開口を有するバーナータイルに取付けてなる直
   火焚き加熱炉のガスＭｙｒ料燃焼用バーナー。 五　バーナータイルが、加熱炉の頂部炉壁の一部をなす
   、特許請求の範囲第４項記載の直火焚き加熱炉の燃焼用
   ルーフバーナー。