説明

無酸化加熱方法および無酸化加熱炉

【課題】鋼材などの材料を無酸化状態で加熱する無酸化加熱を行うに際して、設備費が安価で操炉員に労務負荷をかけない安定した無酸化加熱方法および無酸化加熱炉を提供する。
【解決手段】空気比1.0以下で燃焼させたラジアントバーナー4Bの燃焼ガスを鋼帯Sの表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱を行うに際して、予熱空気を燃料と予混合することで所定温度(例えば、600℃)に予熱された予混合気を得、その予熱された予混合気をラジアントバーナー4Bに供給する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼材などの材料を無酸化状態で加熱する無酸化加熱方法および無酸化加熱炉に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、鋼帯の連続焼鈍炉や連続亜鉛めっき設備等における無酸化加熱技術として、特許文献1あるいは特許文献2に記載の直火型無酸化加熱方法がある。この直火型無酸化加熱方法とは、空気比1.0以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱するものである。
【特許文献1】特公昭62−21051号公報
【特許文献2】特公平3−68932号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ただし、特許文献1、特許文献2に記載の無酸化加熱方法では、バーナーへ燃料および予熱された空気を供給し無酸化加熱を実現しているが、複数本のバーナーのそれぞれに燃料と予熱空気を個別に配給しているため、バーナー個々で燃料と空気の供給割合(空気比)を調整しなければならないので、それらのバーナーが設置された加熱炉の周辺に燃料配管と空気配管が密集して配列されるとともに、個々のバーナーの燃料と空気を調整するための調整弁や流量管理のためのオリフィスなどの多数の機器が必要となり、設備費が増大するという問題があった。
【0004】
また、特許文献1、特許文献2に記載の無酸化加熱方法では、バーナー個々の空気比管理を適正に行わないと空気比がバーナー毎にばらつき、空気過剰になったバーナーの燃焼ガスは酸化性のため鋼帯の表面が酸化する品質劣化となり、燃料過剰となったバーナーでは煤が発生し鋼帯表面を汚染する品質劣化を引き起こすという問題があるが、個々のバーナーに自動空気比制御を適用しようとすると設備費が増大するため、それに代えて操炉員による定期的な空気比管理(燃焼管理)が必要となり、操炉員に労務負荷がかかるという問題があった。
【0005】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼材などの材料を無酸化状態で加熱する無酸化加熱を行うに際して、設備費が安価で操炉員に労務負荷をかけない安定した無酸化加熱方法および無酸化加熱炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【0007】
[1]空気比1.0以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱方法において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【0008】
[2]高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする前記[1]に記載の無酸化加熱方法。
【0009】
[3]前記バーナーが設置された炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする前記[1]または[2]に記載の無酸化加熱方法。
【0010】
[4]予混合気を600℃以下の温度に予熱することを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれかに記載の無酸化加熱方法。
【0011】
[5]空気比1.0以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱炉において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【0012】
[6]高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする前記[5]に記載の無酸化加熱炉。
【0013】
[7]当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする前記[5]または[6]に記載の無酸化加熱炉。
【0014】
[8]予混合気を600℃以下の温度に予熱することを特徴とする前記[5]〜[7]のいずれかに記載の無酸化加熱炉。
【発明の効果】
【0015】
本発明においては、空気比1.0以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱を行うに際して、予熱空気を燃料と予混合することで得た所定温度に予熱された予混合気をバーナーに供給することにより、バーナーから高温の燃焼ガスを得ることで、安定した無酸化加熱が達成される。そして、燃料と予熱空気を予混合する際に燃料量と空気量を調整し、それをバーナーに供給することになるので、各バーナーへの配管は予混合気を配給する配管のみとなるとともに、個別のバーナーの燃料と空気を調整するために調整弁を多数設置する必要がなくなり、設備費が安価となる。また、燃料と空気を予混合する際に空気比の調整をすればよいので、自動空気比制御を実施することが容易となり、その自動空気比制御の実施により操炉員の労務負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は、本発明の一実施形態を示す鋼帯の無酸化加熱炉である。この無酸化加熱炉Fは、空気比1.0以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを鋼帯Sの表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱炉であり、第1ゾーン5、第2ゾーン6、第3ゾーン4の3つのゾーンからなる3帯式無酸化加熱炉で、被加熱物である鋼帯Sは上部から下部に向かって炉内を通過する。なお、ここでは、使用する燃料として、コークス炉ガス(COG)を用いるようにしているが、都市ガス、LPGなど気体燃料であればよい。
【0018】
そして、この3帯式直火型無酸化加熱炉Fにおいては、第1ゾーン5と第2ゾーン6では、鋼帯Sの温度が相対的に低く、鋼帯Sの酸化速度が遅いため、比較的低い温度範囲で高熱流速が得られる対流伝熱を主とした拡散火炎バーナー5B、6Bを使用している。
【0019】
その際に、拡散火炎バーナー5B、6Bに供給する燃焼用空気はこの無酸化加熱炉Fの排ガス顕熱を熱源とする燃焼用空気予熱器8で予熱している。すなわち、この無酸化加熱炉Fの炉出口排ガス中には、無酸化加熱炉F内で不完全燃焼しているためにCO、Hの未燃分があるので、この未燃分の潜熱を有効利用するために2次燃焼室7にて空気と混合し2次燃焼させて燃焼用空気予熱器8に導き省エネルギーを図っている。
【0020】
また、第1ゾーン5及び第2ゾーン6では、燃焼用空気及び燃料ガスは、各々のゾーンで燃焼用空気調整弁5a、6a、燃料調整弁5g、6gによって必要な量になるよう調整している。
【0021】
一方、第3ゾーン4では、加熱されて弱酸化の状態で入ってくる鋼帯Sの表面を還元させるととともに、高温度領域で高い熱流速が得られる放射伝熱を主としたラジアントバーナー4Bを使用している。
【0022】
そして、このラジアントバーナー4Bで用いる空気と燃料については、予熱された予熱空気をミキサ(予混合器)2で燃料ガスに予混合することにより、所定の温度(例えば、600℃)に予熱された予混合気(予混合ガス)としてから、逆火防止器3を通してラジアントバーナー(予混合バーナー)4Bに供給している。
【0023】
ちなみに、予熱された予混合気を得るに際して、前記特許文献1には、燃料と予熱された空気を混合することは危険との記載があるが、発明者らは予熱された予混合気でも安定的に燃焼可能な条件を実験にて導き出した。すなわち、燃料としてコークス炉ガス(COG)を使用した場合、その予混合気が燃焼する温度は650〜670℃であることを見出し、さらに、バーナーの燃焼負荷や炉内温度を可変した実験を継続し、その結果、安定的に無酸化加熱を可能とする予混合気の予熱限界温度は600℃であることを確認した。したがって、この場合、ラジアントバーナー4Bへ供給する予混合気の予熱温度を600℃以下の適切な温度とすればよい。
【0024】
そして、予混合気に用いる予熱空気の熱源には、電気ヒータや燃料の燃焼熱を利用した予熱装置でも良いが、この無酸化加熱炉Fの燃焼排ガスの顕熱を利用し省エネルギーを図っている。
【0025】
その際に、燃料(コークス炉ガス)と予混合する前の予熱空気の温度が、燃料の着火温度(発明者らの実験結果、700℃)以上の高温であると、ミキサ(予混合器)2内での燃焼や爆発の危険性があるので、その燃焼や爆発を防止するために、燃料と予混合する前の予熱空気の温度を燃料の着火温度である700℃未満とするように、燃焼排ガスによって予熱された高温空気に常温空気を混入させることで、安全に操業できるようにしている。
【0026】
すなわち、燃焼排ガスの顕熱を利用した空気予熱器8から供給される高温空気を予混合気用空気予熱器1で常温空気と混合することによって、燃料と予混合する前の予熱空気の温度が燃料の着火温度未満(700℃未満)でかつ燃料と予混合した後の予混合気の温度が所定の温度(例えば、600℃)となるようにしている。ここで、燃料の供給量は第3ゾーン燃料調整弁4gによって調整され、上記の温度が得られるように、予混合気用空気予熱器1への高温空気と常温空気の供給量は、それぞれ予混合気用高温空気調整弁1aと予混合気用低温空気調整弁1bで調整される。
【0027】
なお、燃焼排ガスとしては、2次燃焼室7前の排ガスを用いても、2次燃焼室7後の排ガスを用いても、その効果に変わりは無いが、ここでは、2次燃焼室7後の排ガスを熱源としている。
【0028】
このようにして、この実施形態においては、空気比1.0以下で燃焼させたラジアントバーナー4Bの燃焼ガスを鋼帯Sの表面に当てて加熱する直火型無酸化加熱を行うに際して、予熱空気を燃料と予混合することで得た所定温度(例えば、600℃)に予熱された予混合気をラジアントバーナー4Bに供給することにより、ラジアントバーナー4Bから高温の燃焼ガスを得ることで、安定した無酸化加熱が達成される。そして、燃料と空気を予混合する際に燃料量と空気量を調整し、それをラジアントバーナー4Bに供給するので、各ラジアントバーナー4Bへの配管は予混合気を配給する配管のみとなるとともに、個別のラジアントバーナー4Bの燃料と空気を調整するために調整弁を多数設置する必要がなくなり、設備費が安価となる。また、燃料と空気を予混合する際に空気比の調整をすればよいので、自動空気比制御を実施することが容易となり、その自動空気比制御の実施により操炉員の労務負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【0030】
1 予混合気用空気予熱器
1a 予混合気用高温空気調整弁
1b 予混合気用低温空気調整弁
2 ミキサ(予混合器)
3 逆火防止器
4 無酸化加熱炉第3ゾーン
4B 無酸化加熱炉第3ゾーンのバーナー(予混合バーナー)
4g 第3ゾーン燃料調整弁
5 無酸化加熱炉第1ゾーン
5B 無酸化加熱炉第1ゾーンのバーナー(拡散火炎バーナー)
5a 第1ゾーン燃焼用空気調整弁
5g 第1ゾーン燃料調整弁
6 無酸化加熱炉第2ゾーン
6B 無酸化加熱炉第2ゾーンのバーナー(拡散火炎バーナー)
6a 第2ゾーン燃焼用空気調整弁
6g 第2ゾーン燃料調整弁
7 2次燃焼室
8 燃焼用空気予熱器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気比1.0以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱方法において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【請求項2】
高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする請求項1に記載の無酸化加熱方法。
【請求項3】
前記バーナーが設置された炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする請求項1または2に記載の無酸化加熱方法。
【請求項4】
予混合気を600℃以下の温度に予熱することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無酸化加熱方法。
【請求項5】
空気比1.0以下で燃焼させたバーナーの燃焼ガスを材料表面に当てて加熱する無酸化加熱炉において、前記バーナーの燃料と空気を予め混合させた予混合気を所定の温度に予熱して前記バーナーに供給することとし、そのために、予熱された予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【請求項6】
高温空気と常温空気を混合させて得た予熱空気を燃料と混合させることによって予混合気を予熱することを特徴とする請求項5に記載の無酸化加熱炉。
【請求項7】
当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを予熱空気の熱源とすることを特徴とする請求項5または6に記載の無酸化加熱炉。
【請求項8】
予混合気を600℃以下の温度に予熱することを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の無酸化加熱炉。

【図1】
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【公開番号】特開2009−299151(P2009−299151A)
【公開日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−156079(P2008−156079)
【出願日】平成20年6月16日(2008.6.16)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】