[其他]直接焰式还原气氛加热燃烧器

说明书

本发明是关于直接焰式还原气氛加热燃烧器方面的技术，这种燃烧器用于加热钢材等。

由于这种燃烧器配置在钢材的连续退火炉、连续热浸镀（镀锌、镀铝等）设备等的加热段，所以可以使钢材在无氧化状态下进行加热。

对于带钢的连续退火炉和连续热浸镀设备的加热段，要求进行直接焰式无氧化加热。

过去大家熟悉的用于进行直接焰式无氧化加热的燃烧器，一种是将火焰喷在带钢上，主要借助于对流传热的方式加热带钢的高速喷射燃烧器;另一种是使烧咀砖的内面达到高温，主要借助于内面辐射传热的方式加热带钢的辐射式杯形燃烧器。

其中，上述的高速喷射燃烧器的特点是：混合气体在燃烧室内燃烧，这种高温燃烧的气体以高速从缩小了颈口的喷出口喷出，靠高热流束在较低的温度范围内使物体升温。而燃烧反应过程中的火焰直接喷在带钢上，由于该火焰中存在O₂、O和OH等，所以，不用说无氧化，即使避免微氧化也是不可能的。

另一种燃烧器-辐射式杯形燃烧器的特点是：为了进行快速燃烧反应，使空气和燃气预先混合成为混合气体，这种混合气体在烧咀砖的半球状凹部急速燃烧，使烧咀砖内面达到高温，所以主要是靠其内面的辐射传热进行加热，靠高温热流束在高温范围内使物体升温。这样燃烧器中，燃料气体在空气比小于1.0的状态下进行燃烧。燃烧气体中含有CO、H₂等还原性未燃成分，这种燃烧气体接触在带钢上，可以实现带钢的无氧化加热乃至还原气氛加热。

虽然这种辐射式杯形燃烧器适用于无氧化加热，但是，由于这种燃烧器采用了预先混合方式，把高温预热空气预先和燃气混合是危险的，所以不能进行空气预热是这种燃烧器的缺点。因此不能采用空气预热方式回收排气的显热。为了节约能源，必须寻求其他的排气显热回收手段。然而空气预热对提高火焰温度是有效的，而提高火焰温度也有利于强化上述的CO、H₂等的还原作用。因而，不能进行空气预热，从无氧化加热的观点看是不好的。另外，为了防止回火还必须预备混合器和安全装置，又增加了设备投资。

加之，由于这种燃烧器燃烧用的空气不能进行预热，进行无氧化加热时的温度应低于750℃，不适用于需要在更高温度范围内进行的加热，这也是缺点之一。

对于以前的燃烧器存在的问题，已在特开昭58-107425和特开昭60-26212中公布了专利申请项目。这些申请专利的燃烧器，在一端开口的筒形烧咀砖的内壁上，在圆周方向上等间隔地设置数个燃烧用空气喷出口，同时在烧咀砖的内部中心处，设置燃气喷出口，並使燃烧用空气从喷出口中喷出的方向和燃烧器内圆周切线的夹角小于60°。这类燃烧器的优点是不必使燃气和空气进行预混合，因此能够高效地加热带钢。但是这种燃烧器在无氧化状态下加热带钢的火焰区不稳定，其火焰区窄，还难以肯定是否十分适用于实际生产。

本发明就是为克服以上燃烧器存在的缺点，提供一种经过改进的这种燃烧器。

本发明的目的是提供在无氧化的还原气氛状态下加热钢材的直接焰式还原气氛加热燃烧器。

本发明的其他目的，是提供使用预热空气的直接焰式还原气氛加热燃烧器。

为达到上述目的，本发明的燃烧器，在前端开口的筒形烧咀砖的内壁圆周方向上，等距离设置数个燃烧用空气喷出口。在烧咀砖内中心部位，设置燃气喷出口，並且，燃烧用空气喷出口和燃气喷出口制作成如下形状。

（a）燃烧用空气喷出口作成使空气喷射方向与燃咀砖内圈切线的夹角小于60°。

（b）燃气喷出口和燃烧用空气喷出口在燃烧器轴线方向上的距离N，以燃气喷出口在空气喷出口的外侧（近烧咀砖口一端）时为（-），相反为（+），取N为-0.1D～+0.4D（D为燃烧器内径）。

（c）自燃烧用空气喷出口到烧咀砖口的距离L取为0.6D～3D（D为燃烧器内径）。

这种结构的加热燃烧器，在使用时使空气比小于1.0，在火焰中，在一定范围内，形成非平衡区。就是说，用这种加热燃烧器，由空气喷出口喷出的燃烧用空气，和由燃烧器中心部位喷出的燃气进行急速燃烧，在燃烧器开口外一定的范围内，形成含有大量燃烧中间产物（中间离子、游离官能团等）而不含未反应游离氧的区域，亦即形成宽范围的稳定非平衡区。第一图表示用离子探针测量这种加热燃烧器形成的火焰非平衡区的测定结果，探针的测定电流大，则离子浓度大，这意味着燃烧中间产物含量大。所以，在燃烧口外一定的范围内形成非平衡区;在非平衡区外形成含有CO₂、H₂O、N₂等的亚平衡区。