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、ラジアントバーナー４Ｂで用いる燃料と空気を予め混合し、その予混合気を所定の温度（例えば、６００℃）に予熱してからラジアントバーナー４Ｂに供給する。
【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、ラジアントバーナー４Ｂで用いる燃料と空気を予め混合し、その予混合気を所定の温度（例えば、６００℃）に予熱してから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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【０００８】
［２］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］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用いて予混合気を予熱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］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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【００１１】
［５］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［４］に記載の無酸化加熱炉。
【００１２】
［６］当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを用いて予混合気を予熱することを特徴とする前記［４］または［５］に記載の無酸化加熱炉。
【発明の効果】
【００１３】
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、バーナーの燃料と空気を予め混合し、その予混合気を所定の温度に予熱することにより、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】
【００１４】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、Ｈ２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。
【００１８】
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、それぞれ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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、第３ゾーン燃焼用空気調整弁４ａを経由した空気と第３ゾーン燃料調整弁４ｇを経由した燃料ガスを予めミキサ（予混合器）２で混合し、この予混合気（予混合ガス）を予熱器１で所定の温度（例えば、６００℃）に予熱してから、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。
【００２１】
ちなみに、燃料と空気の予混合気を予熱するに際して、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、発明者らは予混合気を予熱して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。
【００２２】
なお、前述した予混合気予熱器１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。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後の排ガスの方が２次燃焼室７前の排ガスより高温排ガスとなるので、予混合気予熱器１を小さくできることから、２次燃焼室７後の排ガスを熱源としている。
【００２３】
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、ラジアントバーナー４Ｂで用いる燃料と空気を予め混合し、その予混合気を所定の温度（例えば、６００℃）に予熱することにより、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】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 予混合気予熱器
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）
４ａ 第３ゾーン燃焼用空気調整弁
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
【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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【０００８】
［２］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］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用いて予混合気を予熱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］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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【００１１】
［５］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［４］に記載の無酸化加熱炉。
【００１２】
［６］当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを用いて予混合気を予熱することを特徴とする前記［４］または［５］に記載の無酸化加熱炉。
【発明の効果】
【００１３】
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、バーナーの燃料と空気を予め混合し、その予混合気を所定の温度に予熱することにより、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】
【００１４】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、Ｈ２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。
【００１８】
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、それぞれ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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、第３ゾーン燃焼用空気調整弁４ａを経由した空気と第３ゾーン燃料調整弁４ｇを経由した燃料ガスを予めミキサ（予混合器）２で混合し、この予混合気（予混合ガス）を予熱器１で所定の温度（例えば、６００℃）に予熱してから、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。
【００２１】
ちなみに、燃料と空気の予混合気を予熱するに際して、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、発明者らは予混合気を予熱して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。
【００２２】
なお、前述した予混合気予熱器１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。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後の排ガスの方が２次燃焼室７前の排ガスより高温排ガスとなるので、予混合気予熱器１を小さくできることから、２次燃焼室７後の排ガスを熱源としている。
【００２３】
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、ラジアントバーナー４Ｂで用いる燃料と空気を予め混合し、その予混合気を所定の温度（例えば、６００℃）に予熱することにより、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】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 予混合気予熱器
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）
４ａ 第３ゾーン燃焼用空気調整弁
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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【請求項２】
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用いて予混合気を予熱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】
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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【請求項５】
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４に記載の無酸化加熱炉。
【請求項６】
当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを用いて予混合気を予熱することを特徴とする請求項４または５に記載の無酸化加熱炉。
【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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱方法。
【請求項２】
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用いて予混合気を予熱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】
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、その予混合気を所定の温度に予熱することを特徴とする無酸化加熱炉。
【請求項５】
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４に記載の無酸化加熱炉。
【請求項６】
当該無酸化加熱炉の燃焼排ガスを用いて予混合気を予熱することを特徴とする請求項４または５に記載の無酸化加熱炉。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２９９１５３（Ｐ２００９−２９９１５３Ａ）
【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２００８−１５６０８１（Ｐ２００８−１５６０８１）
【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）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【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）】
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