JP2019020076A - ラジアントチューブバーナ及びその運転方法、浸炭炉及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能なラジアントチューブバーナ及びその運転方法、浸炭炉及びその運転方法を提供する。【解決手段】中心軸Ｊから、第１燃料ガス供給管２１及び第２燃料ガス供給管２２が同心状に順次配置されたガスノズル２と、ガスノズル２の先端部よりもガス噴出方向で先端側に配置された先端部３Ａを有し、先端部３Ａが開口された内管３と、先端部４Ａが閉塞された外管４とが同心状に順次配置され、第１燃料ガス供給管２１の先端部２１Ａに設けられ、内管３の内面３１に向かって開口する複数の第１燃料ガス噴出孔と、第２燃料ガス供給管２２の先端部２２Ａに設けられ、内管３の内面３１に向かって開口する複数の第２燃料ガス噴出孔と、内管３内に配置され、第１燃料ガス噴出孔及び第２燃料ガス噴出孔よりも後端側に開口する複数の支燃性ガス噴出孔と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ラジアントチューブバーナ及びその運転方法、浸炭炉及びその運転方法に関する。

浸炭処理は、低炭素鋼を浸炭ガス中で加熱し、鋼材表面から炭素を拡散させて鋼材表層部のカーボン濃度を高めることで、鋼材表層部にマルテンサイト化された硬化層を形成する処理方法であり、鋼材表面の硬化技術として古くから知られている。

上記のような浸炭処理技術としては、一般的に、電力を用いて加熱される浸炭炉内の常圧ガス雰囲気下でのガス浸炭法が知られている。浸炭炉内に供給する浸炭用雰囲気ガスとしては、メタン、プロパン、ブタン等の炭化水素系ガスを高温加熱されたニッケル触媒等で反応させて生成した変成ガスや、メタノール分解ガス等が用いられる。また、変成ガスには、ＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス等の可燃性ガスが多く含まれている。

浸炭用雰囲気ガスは、浸炭炉に供給された後、鋼材である被処理体を浸炭処理するが、炉内に供給した浸炭用雰囲気ガスのほとんどは処理に寄与しないまま大気中に排気されて有効に利用されていないのが現状である。また、浸炭処理に寄与しないまま排出されたガスは、上述したように可燃性ガスを多く含んでいるため、炉外に排気された後は燃焼させて大気中に放散させるのが一般的であり、エネルギー利用の観点から多くの無駄が生じているという問題があった。

上記のような問題に対し、浸炭炉排ガスを有効利用する他の方法として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、減圧下の浸炭炉（真空浸炭炉）にラジアントチューブバーナを設置し、浸炭炉排ガスをラジアントチューブバーナの燃焼加熱源として用いることで、浸炭炉内雰囲気を加熱するエネルギーに有効利用する方法が開示されている。

また、ラジアントチューブバーナは、一般的に、特許文献２に記載されているような、炉内雰囲気に悪影響を及ぼさない間接加熱方式とされたものである。特に、炉体への設置が簡便なシングルエンド式のラジアントチューブバーナは、一般的に、先端部が閉塞された外管と、先端部が解放された内管とを有する２重管構造を有し、内管内部において、燃料ノズルから噴出する燃料ガスと、内管を流通する燃焼空気とを混合して燃焼させる構成が採用される。この際に生じた高温排気ガスを、先端部が閉塞された外管と内管の隙間に流通させ、排ガスにより熱せられた外管の放射熱により、炉内雰囲気を加熱できるように構成されている。

特開２００４−３３２０７６号公報 特開平０７−２１７８２７号公報

特許文献１に記載の装置においては、浸炭炉に供給される浸炭用雰囲気ガスとして、プロパンや都市ガス等の炭化水素系燃料ガスが用いられている。特許文献１では、バーナの燃焼加熱源も一般的なプロパンや都市ガスであり、浸炭炉排ガスと燃焼加熱源の燃料ガスとでは組成に大きな違いはないことから、これらのガスを同じバーナに混合供給しても、特に大きな問題はない。

ここで、特許文献１においては、減圧（真空）浸炭炉に係る技術であるため、浸炭用雰囲気ガスとしてプロパンや都市ガスを供給しているに対し、従来の常圧式ガス浸炭炉においては、変性ガスやメタノール分解ガスのようなＣＯガスやＨ_２ガス等を主成分としたガスを直接炉内に供給する。特に、Ｈ_２ガスは、都市ガスやプロパンとは燃焼特性が大きく異なるため、仮に、常圧式ガス浸炭炉から排出される浸炭炉排ガスを、都市ガス燃焼用やプロパン燃焼用のラジアントチューブバーナに供給して使用した場合には、チューブ内部での逆火や局所加熱を招く等、最適な燃焼状態が得られないおそれがある。

一方、特許文献１においては、浸炭炉排ガスと燃焼ガスの種類が大きく異なる場合には、浸炭炉排ガス用と燃焼ガス用とで別個のバーナを設置する構成とされている。しかしながら、特許文献１のように、浸炭炉排ガスと燃焼ガスとを切り替えながら燃焼させる場合には、何れか一方のラジアントチューブバーナを燃焼させている間、他方のラジアントチューブバーナは燃焼させないことから、非効率的であるという問題があった。また、このような構成を採用した場合には、燃焼していない側のラジアントチューブバーナが、炉内温度の均一化の阻害因子になるという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、変成ガスやメタノール分解ガス等の浸炭用雰囲気ガスを使用する浸炭炉において、バーナの燃焼で生じるＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能な、シングルエンド式のラジアントチューブバーナ及びその運転方法、浸炭炉及びその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、中心軸から、第１燃料ガス供給管及び第２燃料ガス供給管が同心状に順次配置されたガスノズルを備え、さらに、前記ガスノズルの周囲に、前記ガスノズルの先端部よりもガス噴出方向で先端側に配置された先端部を有し、且つ、該先端部が開口されてなる、支燃性ガスを供給する内管、及び、先端部が閉塞され、前記内管の周囲を取り囲むように備えられた外管が、同心状に順次配置されてなる、シングルエンド式のラジアントチューブバーナであって、前記ガスノズルは、前記第１燃料ガス供給管の先端部に設けられた、前記内管の内面に向かって開口する複数の第１燃料ガス噴出孔と、前記第２燃料ガス供給管の先端部に設けられた、前記内管の内面に向かって開口する複数の第２燃料ガス噴出孔とを有しており、さらに、前記内管の内部には、前記第１燃料ガス噴出孔及び第２燃料ガス噴出孔よりも後端側に開口する複数の支燃性ガス噴出孔が配置されていることを特徴とするラジアントチューブバーナである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のラジアントチューブバーナであって、前記第１燃料噴出孔又は前記第２燃料噴出孔の何れか一方が、前記中心軸に対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成されており、且つ、他方が、前記中心軸に対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成されていることを特徴とするラジアントチューブバーナである。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のラジアントチューブバーナを用いる、ラジアントチューブバーナの運転方法であって、前記第１燃料供給管及び前記第２燃料供給管に、それぞれ異なる組成の気体燃料を供給し、該気体燃料と支燃性ガスとを燃焼させることを特徴とするラジアントチューブバーナの運転方法である。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載のラジアントチューブバーナを用いる、ラジアントチューブバーナの運転方法であって、前記第１燃料供給管及び前記第２燃料供給管に、それぞれ異なる組成の気体燃料を供給し、該気体燃料と支燃性ガスとを燃焼させ、且つ、前記それぞれ異なる組成の気体燃料のうちの少なくとも一方が、浸炭炉から排出されるＣＯ及びＨ_２を含む浸炭炉排ガスであり、前記第１燃料噴出孔が、前記中心軸に対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成され、且つ、前記第２燃料噴出孔が、前記中心軸に対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成されているときは、前記浸炭炉排ガスが前記第１燃料供給管に供給され、前記第１燃料噴出孔が、前記中心軸に対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成され、且つ、前記第２燃料噴出孔が、前記中心軸に対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成されているときは、前記浸炭炉排ガスが前記第２燃料供給管に供給されることを特徴とするラジアントチューブバーナの運転方法である。

請求項５に記載の発明は、浸炭用雰囲気ガス供給口と浸炭炉排ガス導出口とが備えられ、さらに、炉内を加熱するバーナとして、請求項１又は請求項２に記載のラジアントチューブバーナが備えられていることを特徴とする浸炭炉である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の浸炭炉を用いる、浸炭炉の運転方法であって、前記ラジアントチューブバーナに供給する気体燃料のうちの少なくとも一部を、前記浸炭炉から排出される浸炭炉排ガスとし、該浸炭炉排ガスを加熱源として用いることを特徴とする浸炭炉の運転方法である。

本発明に係るラジアントチューブバーナによれば、ガスノズルが、第１燃料ガス供給管の先端部に設けられ、内管の内面に向かって開口する複数の第１燃料ガス噴出孔と、第２燃料ガス供給管の先端部に設けられ、内管の内面に向かって開口する複数の第２燃料ガス噴出孔とを有し、さらに、ガスノズルの周囲に備えられる内管内に配置され、第１燃料ガス噴出孔及び第２燃料ガス噴出孔よりも後端側に開口する複数の支燃性ガス噴出孔を有する構成を採用している。
このような構造を採用することにより、１本のラジアントチューブバーナで、炭化水素系燃料ガス、浸炭炉排ガスの何れも最適条件で燃焼させることが可能になり、また、これらの燃料を同時に供給した混焼も可能になるので、各燃料用に別個のバーナを設置する必要が無い。従って、変成ガスやメタノール分解ガス等の浸炭用雰囲気ガスを使用する浸炭炉に適用した場合に、バーナの燃焼で生じるＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

また、本発明に係るラジアントチューブバーナの運転方法によれば、本発明に係るラジアントチューブバーナを用いて、第１燃料供給管及び第２燃料供給管に、それぞれ異なる組成の気体燃料を供給し、この気体燃料と支燃性ガスとを燃焼させる方法なので、上記同様、１本のラジアントチューブバーナで、炭化水素系燃料ガス、浸炭炉排ガスの何れも、個別又は同時に最適条件で燃焼させることができる。従って、上記のような浸炭炉に適用した場合に、ＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

また、本発明の浸炭炉及びその運転方法によれば、本発明に係るラジアントチューブバーナを備えた浸炭炉及びその運転方法なので、上述したように、１本のラジアントチューブバーナで、炭化水素系燃料ガス、浸炭炉排ガスの何れも、個別又は同時に最適条件で燃焼させることができ、ＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

本発明の一実施形態であるラジアントチューブバーナを模式的に説明する図であり、内部構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態であるラジアントチューブバーナを模式的に説明する図であり、図１に示したラジアントチューブバーナに備えられるガスノズルの一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態であるラジアントチューブバーナを模式的に説明する図であり、内管の内部における、図２中に示したガスノズル及び内管のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態であるラジアントチューブバーナを模式的に説明する図であり、内管の内部における、図２中に示したガスノズル及び内管のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態である浸炭炉及びその運転方法を模式的に説明する図であり、ラジアントチューブバーナを有する浸炭炉を備えた浸炭装置の一例を示す系統図である。

以下、本発明を適用した一実施形態であるラジアントチューブバーナ及びその運転方法、浸炭炉及びその運転方法について、図１〜図５を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

本発明に係るラジアントチューブバーナは、例えば、工業用加熱炉、特に、鋼材である被処理体を浸炭処理するガス浸炭炉に適用することが可能なものである。本実施形態では、ラジアントチューブバーナを、図５中に示すような浸炭装置１００に備えられる浸炭炉１０において、炉内の加熱に用いた例について説明する。

＜ラジアントチューブバーナ＞
図１〜図４に、本実施形態のラジアントチューブバーナ１を示す。
図１に示すように、ラジアントチューブバーナ１は、中心軸Ｊから、第１燃料ガス供給管２１及び第２燃料ガス供給管２２が同心状に順次配置されたガスノズル２を備える。さらに、ラジアントチューブバーナ１は、ガスノズル２の周囲に、このガスノズル２の先端部２１Ａ，２２Ａよりもガス噴出方向で先端側に配置された先端部３Ａを有し、且つ、該先端部３Ａが開口されてなる、支燃性ガスを供給する内管（支燃性ガス供給管）３、及び、先端部４Ａが閉塞され、内管３の周囲を取り囲むように備えられた外管４が同心状に順次配置されてなり、シングルエンド式のラジアントチューブバーナを構成している。

そして、図１〜図４に示すように、ラジアントチューブバーナ１は、ガスノズル２が、第１燃料ガス供給管２１の先端部２１Ａに設けられた、内管３の内面３１に向かって開口する複数の第１燃料ガス噴出孔２１ａと、第２燃料ガス供給管２２の先端部２２Ａに設けられた、内管３の内面３１に向かって開口する複数の第２燃料ガス噴出孔２２ａとを有し、さらに、内管３の内部に、第１燃料ガス噴出孔２１ａ及び第２燃料ガス噴出孔２２ａよりも後端側に開口する複数の支燃性ガス噴出孔２３ａが配置され、概略構成される。

また、図１に示す例においては、本実施形態のラジアントチューブバーナ１が後述の浸炭炉（図５中の符号１０を参照）に取り付けられた状態を詳細に示すため、図中に、浸炭炉１０に備えられる壁部１１を示している。

ラジアントチューブバーナ１には、上記したガスノズル２、内管３及び外管４をそれぞれ支持するとともに、内部に支燃性ガス（燃焼空気）Ｇ２の流路１ａ、及び燃焼排ガスＧ４の流路１ｃが備えられたバーナボディ１Ａが備えられている。このバーナボディ１Ａには、流路１ａに支燃性ガスＧ２を供給する支燃性ガス供給口１ｂ、及び、流路１ｃから燃焼排ガスＧ４を外部に排出するための排ガス導出口１ｄが備えられている。

そして、バーナボディ１Ａには、その上端側にガスノズル２の後端側に設けられたフランジ状のヘッド部２Ａが、例えば、図示略のボルト等によって脱着可能に固定されている。また、バーナボディ１Ａには、その下端側に外管４が固定され、図示例においては、バーナボディ１Ａの下端が外管４を囲み込むように固定されている。さらに、図示例においては、バーナボディ１Ａに固定された外管４の上端に、内管３の後端側に設けられたフランジ状の後端部４Ｂが、上記同様、図示略のボルト等によって脱着可能に固定されている。

即ち、本実施形態のラジアントチューブバーナ１においては、図示略のボルトを外してヘッド部２Ａを上方（図１中における縦長方向）に引き上げることで、バーナボディ１Ａ（ラジアントチューブバーナ１）からガスノズル２全体を引き抜くことが可能に構成される。同様に、内管３も、図示略のボルトを外して後端部４Ｂを上方に引き上げることで、ラジアントチューブバーナ１から引き抜くことが可能に構成される。

本実施形態のラジアントチューブバーナ１に供給される気体燃料は、炭化水素系燃料ガスＧ１としては、例えば、都市ガス、プロパン等の一般的な炭化水素系燃料ガスが挙げられる。また、浸炭炉排ガスＧ３としては、例えば、低炭素鋼を浸炭ガス雰囲気の浸炭炉中で加熱処理した際に生じる、ＣＯ，Ｈ_２の可燃性ガスが多く含まれている浸炭炉排ガスが挙げられる。
また、ラジアントチューブバーナ１に供給される支燃性ガスＧ２としては、例えば、空気の他、酸素富化空気等の酸化剤流体が挙げられる。

ガスノズル２は、本実施形態のラジアントチューブバーナ１における加熱源であり、火炎Ｆを形成することで内管３を加熱できるように構成される。図示例のガスノズル２は、火炎Ｆの噴出方向が鉛直下方となるように、即ち、火炎Ｆが内管３の内部で形成されるように構成されている。ガスノズル２は、詳細を後述するガス供給源から、各流路を介して、それぞれ流量が制御された炭化水素系燃料ガスＧ１、支燃性ガスＧ２及び浸炭炉排ガスＧ３が供給されることで火炎Ｆを形成する。

ガスノズル２は、上述したように、中心軸Ｊからそれぞれ同心状に配置された第１燃料ガス供給管２１及び第２燃料ガス供給管２２を備える。具体的には、ガスノズル２は、図２の平面図、及び、図３（図２中に示すＡ−Ａ断面）並びに図４（図２中に示すＢ−Ｂ断面）の各断面図に示すように、ラジアントチューブバーナ１の中心軸Ｊに沿って配置される第１燃料ガス供給管２１と、この周囲に同心状に配置される第２燃料ガス供給管２２とを有してなる。ここで、図３の断面図には、第２燃料ガス供給管２２からの浸炭炉排ガスＧ３の噴出経路を示しており、図４の断面図には、第１燃料ガス供給管２１からの炭化水素系燃料ガスＧ１の噴出経路を示している。

ガスノズル２には、上述したように、バーナボディ１Ａに対する取付部として機能するフランジ状のヘッド部２Ａが備えられており、第１燃料ガス供給管２１及び第２燃料ガス供給管２２の各後端部２１Ｂ，２２Ｂ側が、当該ヘッド部２Ａに固定される。
また、図示例のヘッド部２Ａ内には、浸炭炉排ガスＧ３を第２燃料ガス供給管２２に導入するための流路２ａ、及び、外部から流路２ａに浸炭炉排ガスＧ３を供給するための浸炭炉排ガス導入口２ｂが設けられている。
さらに、ヘッド部２Ａには、点火に用いられる点火ロッド２ｃが備えられており、この点火ロッド２ｃの操作によって、各噴出孔近傍における着火が可能な構成とされている。

第１燃料ガス供給管２１は、気体燃料として、例えば、火炎Ｆを形成するための炭化水素系燃料ガスＧ１を供給するものであり、先端部２１Ａに複数の第１燃料ガス噴出孔２１ａが設けられている。また、図示例では、第１燃料ガス供給管２１の後端部２１Ｂは、ヘッド部２Ａを貫通して、このヘッド部２Ａの上部から突出するように構成されている。

また、第１燃料ガス供給管２１に設けられる複数の第１燃料ガス噴出孔２１ａは、上述した炭化水素系燃料ガスＧ１を噴出する燃料噴出ノズルであり、詳細を後述する内管３の内面３１に向かって開口するように、即ち外周方向に向かって開口するように設けられている。また、詳細な図示を省略するが、複数の第１燃料ガス噴出孔２１ａは、ガスノズル２を平面視したとき、中心軸Ｊに対して環状に均等間隔で配置されている。複数の第１燃料ガス噴出孔２１ａの数は、特に限定されないが、均一な火炎Ｆを形成する観点からは２箇所以上であることが好ましく、上記のように均等間隔で環状に配置されることがより好ましい。

第２燃料ガス供給管２２は、気体燃料として、例えば、詳細を後述する浸炭炉排ガスＧ３を供給するものであり、先端部２２Ａに複数の第２燃料ガス噴出孔２２ａが設けられている。また、第２燃料ガス供給管２２の後端部２２Ｂは、ヘッド部２Ａの流路２ａに連通するように接続されている。

第２燃料ガス供給管２２に設けられる複数の第２燃料ガス噴出孔２２ａは、上述した浸炭炉排ガスＧ３を噴出する燃料噴出ノズルであり、第１燃料ガス供給管２１に設けられた第１燃料ガス噴出孔２１ａと同様、詳細を後述する内管３の内面３１に向かって開口するように、即ち外周方向に向かって開口するように設けられている。さらに、上記同様、複数の第２燃料ガス噴出孔２２ａも、ガスノズル２を平面視したとき、中心軸Ｊに対して環状に均等間隔で配置されている。複数の第２燃料ガス噴出孔２２ａの数についても、特に限定されないが、上記同様、均一な火炎Ｆを形成する観点から２箇所以上であることが好ましく、均等間隔で環状に配置されることがより好ましい。

さらに、本実施形態で説明するガスノズル２には、詳細を後述する内管３の内部に配置される支燃性ガス噴出孔２３ａが形成されたフランジ部２３が設けられている。このフランジ部２３は、図１及び図３，４に示す例では、第２燃料ガス供給管２２の外面からフランジ状に突出するように形成されており、図２に示すように、複数の支燃性ガス噴出孔２３ａが形成されている。

内管（支燃性ガス供給管）３は、火炎Ｆの形成に用いられる支燃性ガス（燃焼空気）Ｇ２を供給するものである。また、内管３は、上述したように、ガスノズル２の周囲に、第２燃料ガス供給管２２を取り囲むように同心状に配置されており、先端部３Ａが開口した構成とされている。

また、内管３の後端部３Ｂは、バーナボディ１Ａの流路１ａに連通するように接続されている。また、本実施形態で説明する内管３の内部には、上記構成の複数の支燃性ガス噴出孔２３ａが形成された、ガスノズル２のフランジ部２３が収容されている。これにより、内管３においては、後端部３Ｂ側から導入された支燃性ガスＧ２が、複数の支燃性ガス噴出孔２３ａから先端部３Ａ側に向けて噴出するように構成されている。また、内管３は、内面３１に、上述したガスノズル２に備えられたフランジ部２３の外周部２３ｂが摺接するように設けられている。

さらに、図１及び図３，４に示すように、内管３に配置された複数の支燃性ガス噴出孔２３ａは、第１燃料ガス噴出孔２１ａ及び第２燃料ガス噴出孔２２ａよりも、火炎Ｆの噴出方向に対して後端側で開口するように配置されている。また、図２の平面図に示すように、複数の支燃性ガス噴出孔２３ａは、第１燃料ガス噴出孔２１ａ及び第２燃料ガス噴出孔２２ａと同様、均等間隔で環状に配置されているが、これには限定されない。複数の支燃性ガス噴出孔２３ａは、支燃性ガスＧ２を下流側に向けて均一に流通させ、且つ、整流できることが可能なものであれば、その数や孔径、配置形態は適宜選定できる。

また、内管３は、ガスノズル２からの火炎Ｆの延出方向に沿った先端部３Ａが開口している。内管３は、上記構成とされることで、その内部空間にガスノズル２による火炎Ｆが形成され、内面３１側が加熱されるとともに、外面３２側から熱を輻射する。また、内管３の内部空間で燃焼が生じることで発生する燃焼排ガスＧ４は、先端部３Ａから排出される。

本実施形態のラジアントチューブバーナ１においては、上記構成のガスノズル２及び内管３を備え、第２燃料ガス供給管２２が流路２ａに接続し、内管３がバーナボディ１Ａの流路１ａに接続するように構成される。これにより、第２燃料ガス供給管２２に浸炭炉排ガスＧ３が供給され、内管３に支燃性ガスＧ２が供給される。一方、第１燃料ガス供給管２１は、その後端部２１Ｂ側から炭化水素系燃料ガスＧ１が供給されるように構成されている。

外管４は、ガスノズル２及び内管３の周囲を取り囲むように配置される。外管４の内面４１と内管３の外面３１との間には、ガスノズル２によって火炎Ｆが形成されるときに発生する高温の燃焼排ガスＧ４をバーナボディ１Ａ側に導くための燃焼排ガス導出路５が確保されている。この燃焼排ガス導出路５は、バーナボディ１Ａ内において、上記の流路１ｃと接続され、排ガス導出口１ｄから燃焼排ガスＧ４を外部に排出できるように構成されている。また、図１に例示するラジアントチューブバーナ１においては、外管４の後端部４Ｂに、内管３に形成されたフランジ状の後端部３Ｂが固定されていることで、この位置で、上記の燃焼排ガス導出路５の一端側が封止されるように構成されている。

外管４は、高温の燃焼排ガスＧ４が燃焼排ガス導出路５に導入されることで、その内面４１側が加熱されるとともに、外面４２Ａ側から外部に輻射熱を発生させ、周囲の雰囲気を加熱することが可能に構成される。

上記構成により、ラジアントチューブバーナ１は、例えば、第１燃料ガス供給管２１の流路先端となる第１燃料ガス噴出孔２１ａからは炭化水素系燃料ガスＧ１が、また、第２燃料ガス供給管２２の第２燃料ガス噴出孔２２ａからは浸炭炉排ガスＧ３が、内管３の外面３１に向けて、それぞれ異なる角度で噴出するように構成される。また、内管３内においては、支燃性ガス噴出孔２３ａから支燃性ガスＧ２が内管３内の先端部３Ａ側に向けて噴出するように構成される。

ラジアントチューブバーナ１は、支燃性ガス供給口１ｂから流路１ａを介して内管３に導入され、支燃性ガス噴出孔２３ａを通じて内管３内に噴出された支燃性ガスＧ２、後端部２１Ｂ側から第１燃料ガス供給管２１に導入され、内管３の内面３１に向けて噴出された炭化水素系燃料ガスＧ１、及び、浸炭炉排ガス導入口２ｂから流路２ａを介して第２燃料ガス供給管２２に導入され、内管３の内面３１に向けて噴出された浸炭炉排ガスＧ３が、内管３内で混合されて燃焼する。この燃焼により、内管３内において火炎Ｆが形成されるとともに、燃焼によって生じた高温の燃焼排ガスＧ４は燃焼排ガス導出路５に導入され、流路１ｃを介して排ガス導出口１ｄから外部に排出される。この際、外管４は、高温の燃焼排ガスＧ４によって加熱され、外面４２から放射熱を発生されることで、後述する浸炭炉の内部雰囲気を加熱する。

ラジアントチューブバーナ１は、上記のように、第１燃料ガス噴出孔２１ａを有する第１燃料ガス供給管２１と、第２燃料ガス噴出孔２２ａを有する第２燃料ガス供給管２２と、上記の各燃料ガス噴出孔よりも後端側に開口する複数の支燃性ガス噴出孔２３ａが内部に配置された内管３とを備えた構成とされている。これにより、炭化水素系燃料ガスＧ１、及び、後述の浸炭炉から排出される浸炭炉排ガスＧ３（ＣＯ，Ｈ_２の混合ガス）の２種のガスを、それぞれ単独で燃焼させるか、あるいは、上記２種のガスの同時供給による混合燃焼の何れかを選択できるとともに、それぞれ、最適な条件で燃焼させることが可能になる。

図１等に示すように、本実施形態のラジアントチューブバーナ１は、ガスノズル２に備えられる各燃料ガス供給管が２重管構造を有していることで、中心軸Ｊ寄りの位置で炭化水素系燃料ガスＧ１が供給され、その外周側の位置で浸炭炉排ガスＧ３が供給されるように構成されているが、これには限定されない。例えば、中心側の燃料ガス供給管を浸炭炉排ガスＧ３の供給用とし、外周側の燃料ガス供給管を炭化水素系燃料ガスＧ１の供給用に構成してもかまわない。

本実施形態のラジアントチューブバーナ１においては、第１燃料ガス供給管２１に設けられる第１燃料噴出孔２１ａが、中心軸Ｊに対してβ°の噴出角度を有するように形成され、第２燃料ガス供給管２２に設けられる第２燃料噴出孔２２ａが、中心軸Ｊに対してα°の噴出角度を有するように形成されることが好ましい。これらの噴出角度α°及びβ°は、０〜９０°の範囲において、第１燃料噴出孔２１ａ及び第２燃料噴出孔２２ａが内管３の内面３１に向かって開口できる角度で適宜設定することができる。一方、内管３の内部に配置された支燃性ガス噴出孔２３ａは、内管３の先端部３Ａ側に向かって、中心軸Ｊに沿うように開口されている。このような構成とすることで、炭化水素系燃料ガスＧ１及び浸炭炉排ガスＧ３の噴出角度が、支燃性ガスＧ２の流れ方向に対して角度を有するようになるので、これら各ガスの混合が促進される。これにより、未燃となる燃料ガスが生じたり、あるいは、炭化水素系燃料ガスＧ１を燃焼させた場合における不完全燃焼が起因のＣＯガスやＨ_２ガスが発生したりするのを抑制できる。

本実施形態のラジアントチューブバーナ１においては、第１燃料ガス供給管２１に設けられる第１燃料噴出孔２１ａ、又は、第２燃料ガス供給管２２に設けられる第２燃料噴出孔２２ａの何れか一方が、ラジアントチューブバーナ１の中心軸Ｊに対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成され、且つ、他方が、中心軸Ｊに対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成されていることが好ましい。

また、ラジアントチューブバーナ１は、図３に示すように、浸炭炉排ガスＧ３を供給する第２燃料ガス供給管２２に設けられる第２燃料噴出孔２２ａが、中心軸Ｊに対して１０〜４５°の噴出角度αを有するように形成されていることがより好ましい。一般に、浸炭炉排ガスＧ３には多くのＨ_２ガスが含まれていることから、燃焼速度が速いという特性がある。このため、第２燃料噴出孔２２ａの噴出角度αを１０〜４５°の範囲に設定することで、この第２燃料噴出孔２２ａ近傍における局所加熱が生じたり、あるいは、第２燃料噴出孔２２ａよりも上流側、即ち第２燃料ガス供給管２２内で燃焼が生じることで不安定な燃焼状態になったりするのを抑制することが可能になる。

一方、図４に示すように、第１燃料ガス供給管２１に設けられる第１燃料噴出孔２１ａは、中心軸Ｊに対して４５〜９０°の噴出角度βを有するように形成されていることがより好ましい。一般に、炭化水素系燃料ガスＧ１は、浸炭炉排ガスＧ３に比べて燃焼速度が遅いため、支燃性ガス（燃焼空気）Ｇ２との混合をより促進させる必要がある。このため、第１燃料噴出孔２１ａの中心軸Ｊに対する噴出角度βを４５〜９０°の範囲に設定することで、燃焼を緩慢化させず、未燃となる燃料ガスが発生するのを抑制することが可能になる。

なお、上記の各構成において、各噴出孔の平面視での配置形態、形状、孔径及び数等については、本発明を逸脱しない範囲で、適宜設定したものを採用できる。

本実施形態のラジアントチューブバーナ１によれば、上記構成により、１本のラジアントチューブバーナで、炭化水素系燃料ガスＧ１、浸炭炉排ガスＧ３の何れも最適条件で燃焼させることが可能になり、また、これらの燃料を同時に供給した混焼も可能になるので、各燃料用に別個のバーナを設置する必要が無い。これにより、ラジアントチューブバーナ１を、浸炭炉の内部雰囲気を加熱する用途に用いた場合に、バーナで加熱したときに発生するＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

＜ラジアントチューブバーナの運転方法＞
本発明に係るラジアントチューブバーナの運転方法は、本発明に係るラジアントチューブバーナを用いる運転方法である。
本実施形態の運転方法においては、上記構成とされたラジアントチューブバーナ１に備えられる第１燃料供給管２１及び第２燃料供給管２２に、それぞれ異なる組成の気体燃料を供給し、この気体燃料と支燃性ガスＧ２とを燃焼させる。

本実施形態のラジアントチューブバーナ１の運転方法においては、第１燃料供給管２１及び第２燃料供給管２２に供給される、それぞれ異なる組成の気体燃料のうちの少なくとも一方を、後述の浸炭炉（図５中の符号１０を参照）から排出される、Ｃ及びＨ_２を含む浸炭炉排ガスＧ３とすることができる。

この場合、例えば、図３，４に示すように、第１燃料噴出孔２１ａが、中心軸Ｊに対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成され、且つ、第２燃料噴出孔２２ａが、中心軸Ｊに対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成されているときは、浸炭炉排ガスＧ３を第２燃料供給管２２に供給して運転することが好ましい。

一方、例えば、第１燃料噴出孔２１ａが、中心軸Ｊに対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成され、且つ、第２燃料噴出孔２２ａが、中心軸Ｊに対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成されている場合には、浸炭炉排ガスＧ３を第１燃料供給管２１に供給するように運転することが好ましい。

本実施形態のラジアントチューブバーナの運転方法においては、中心軸Ｊに対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成された燃料噴出孔から浸炭炉排ガスＧ３を噴出させる構成とすることで、上述したように、この燃料噴出孔近傍における局所加熱が生じたり、上流側の燃料ガス供給管内で燃焼が生じることで不安定な燃焼状態になったりするのを抑制できる。
また、中心軸Ｊに対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成されている燃料噴出孔から炭化水素系燃料ガスＧ１を噴出させるように構成することで、上述したように、燃焼を緩慢化させず、未燃となる燃料ガスが発生するのを抑制できる。

本実施形態のラジアントチューブバーナの運転方法によれば、上記構成を備えるラジアントチューブバーナ１を用いて、第１燃料供給管２１及び第２燃料供給管２２に、それぞれ異なる組成の気体燃料（炭化水素系燃料ガスＧ１又は浸炭炉排ガスＧ３）を供給し、この気体燃料と支燃性ガスＧ２とを燃焼させる方法なので、上述したように、１本のラジアントチューブバーナで、炭化水素系燃料ガスＧ１、浸炭炉排ガスＧ３の何れも、個別又は同時に最適条件で燃焼させることができる。これにより、浸炭炉の内部雰囲気を加熱する用途に本方法を適用した場合には、上記同様、ＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスＧ３が有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

＜浸炭炉（及び浸炭装置）＞
図５に、本発明を適用した一実施形態である浸炭炉１０が備えられた浸炭装置１００の一構成例を示す。図５は、本発明に係るラジアントチューブバーナ１を有する浸炭炉１０を備えた浸炭装置１００を示す系統図である。
以下、本発明に係る浸炭炉１０の構成について、図５に示す浸炭処理装置１００の全体構成とともに詳述する。

図５に示すように、本実施形態で説明する浸炭装置１００は、浸炭炉１０及びそれに備えられるラジアントチューブバーナ１、ポンプ１０６、各種ガスに対応する流量計１０７〜１０９、自動調整弁１１０〜１１３、切替弁１１４〜１１８、浸炭炉１０内の圧力と大気との差圧を測定する差圧発信機１１９、制御装置１２０〜１２２、各種ガスの供給及び排出経路Ｌ１〜Ｌ６、圧力測定用の管路Ｌ７、及び各信号線Ｃ１〜Ｃ６を備え、概略構成されている。浸炭装置１００は、浸炭炉１０の内部空間（以下、炉内と称することがある）１０Ａに被処理材Ｓを収納した後、炉内１０Ａに浸炭用雰囲気ガスを導入し、炉内１０Ａを加熱することによって被処理材Ｓを浸炭処理する装置である。

浸炭処理の対象となる被処理材Ｓとしては、特に限定されるものではなく、各種の金属材料（鋼材）に対して適用することができる。被処理材Ｓとしては、特に、鉄系の金属材料が好ましい。浸炭装置１００を用いて被処理材Ｓを浸炭処理することにより、母材に炭素が固溶することで、その後の焼入処理により少なくともその表層部に、母材より硬度の高い炭素固溶硬化層を形成することができる。

図５中に示す浸炭炉１０は、炉内１０Ａを覆う壁部１１に、浸炭用雰囲気ガス供給口１２と、浸炭炉排ガス導出口１３とが備えられ、さらに、炉内を加熱するバーナとして、図１〜４に例示したような、本発明に係るラジアントチューブバーナ１が備えられているものである。図示例の浸炭炉１０には、炉内１０Ａの圧力を測定するため、差圧発信機１１９に向けて炉内１０Ａの雰囲気ガスを送出する炉内圧力測定孔１４と、炉内１０Ａで発生した浸炭炉排ガスＧ３を取り出すための排気口１５が設けられている。

本実施形態の浸炭炉１０は、炉内１０Ａに収容した被処理材Ｓを浸炭処理するためのものであり、浸炭用雰囲気ガスＧ５が炉内１０Ａに導入されるとともに、炉内１０Ａを加熱できるように構成されている。

さらに、浸炭炉１０は、炉内１０Ａの主加熱源として図示略の電気加熱器が設けられており、補助加熱源として、本発明に係るラジアントチューブバーナ１が設けられている。なお、本発明に係る浸炭炉１０は、バッチ式及び連続式運転の何れにも対応可能なものである。

本実施形態で用いる浸炭用雰囲気ガスＧ５としては、特に限定されるものではなく、ＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス等の可燃性ガスを多く含む、浸炭処理に一般的に用いられる変成ガスを用いることができる。

また、浸炭炉１０の炉壁１１に設けられた浸炭用雰囲気ガス供給口１２には、浸炭用雰囲気ガス供給路Ｌ１が接続され、排出口１５には、浸炭炉排ガス排出路Ｌ２が、それぞれ接続されている。

また、浸炭炉１０の炉壁１１に設けられた浸炭炉排ガス導出口１３には、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３が接続されている。これにより、浸炭装置１００は、浸炭炉１０から導出された浸炭炉排ガスＧ３を、燃焼への再利用に供するために取り出すことが可能な構成とされている。

浸炭炉排ガス導出路Ｌ３には、浸炭炉排ガス導出口１３側（一次側）から順に、切替弁１１４、自動調整弁１１０、ポンプ１０６、流量計１０７、及び切替弁１１５が設けられている。

自動調整弁１１０は、炉内１０Ａから浸炭炉排ガス導出路Ｌ３に導出する浸炭炉排ガスＧ３の導出量を調整するものであり、信号線Ｃ２を介して制御装置１２０と電気的に接続されている。これにより、浸炭装置１００は、制御装置１２０から送信される制御信号に応じて自動調整弁１１０の開度を調整することで、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３に導出する浸炭炉排ガスＧ３の導出量を自動的に調整することができる。

ポンプ１０６は、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内を吸引することにより、炉内１０Ａの浸炭炉排ガスＧ３を浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内に導出する。ポンプ１０６の種類や構造は、特に限定されるものではなく、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３の大きさや浸炭炉排ガスＧ３の回収量等に応じて適宜選択することができる。具体的には、ポンプ１０６として、市販のダイヤフラムポンプ等を採用することができる。

流量計１０７は、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内の浸炭炉排ガスＧ３の流量を測定するために設けられている。流量計１０７としては、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内の浸炭炉排ガスＧ３の流量を測定可能なものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、流量計１０７として、市販の熱線式流量計等を採用することができる。また、図示例では、流量計１０７は、信号線Ｃ３を介して制御装置１２１と電気的に接続されている。これにより、浸炭装置１００は、流量計１０７で測定した浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内の浸炭炉排ガスＧ３の流量の値を、信号線Ｃ３を介して制御装置２１に送信することができる。

切替弁１１４，１１５の種類や構造は、流路を開状態と閉状態とに切り替えることが可能なものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、切替弁１４，１５としては、市販の一般的な開閉弁を用いることができる。浸炭装置１００は、切替弁１１４を浸炭炉排ガス導出路Ｌ３の入口側に設けて、ポンプ１０６の運転停止時等に閉状態とすることで、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３から炉内１０Ａへの流体の逆流を防止することができる。また、切替弁１１５を浸炭炉排ガス導出路Ｌ３の出口側に設けて、ポンプ１０６の運転停止時等に閉状態とすることで、例えば、ラジアントチューブバーナ１に供給される炭化水素系燃料ガスＧ１の、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３への流入を防止することができる。

炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４は、炭化水素系燃料ガス供給源Ｂから、都市ガス、プロパン等の一般的な炭化水素系燃料ガスを、炭化水素系燃料ガスＧ１としてラジアントチューブバーナ１に供給するためのガス流路である。炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４には、炭化水素系燃料ガス供給源Ｂ側（一次側）から順に、調整弁１１２、流量計１０８、及び切替弁１１６が設けられている。

調整弁１１２は、ラジアントチューブバーナ１によって炉内１０Ａを加熱するために必要な、炭化水素系燃料ガスＧ１の供給量を制御するために設けられている。

流量計１０８は、炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４内の炭化水素系燃料ガスＧ１の流量を測定するために設けられている。流量計１０８としては、上述した流量計１０７と同様のものを用いることができる。また、流量計１０８は、信号線Ｃ５を介して制御装置１２２と電気的に接続されている。これにより、浸炭装置１００は、流量計１０８で測定した炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４内の炭化水素系燃料ガスＧ１の流量の値を、信号線Ｃ５を介して制御装置１２２に送信できる。

切替弁１１６としては、上述した切替弁１１４，１１５と同様のものを用いることができる。浸炭装置１００は、切替弁１１６を炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４の出口側に設けることで、例えば、ラジアントチューブバーナ１に供給される浸炭炉排ガスＧ３の、炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４への流入を防止することができる。

炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４は、図１に示すラジアントチューブバーナ１における、ガスノズル２に備えられた第１燃料ガス供給管２１の後端部２１Ｂに接続され、炭化水素系燃料ガスＧ１を供給する。また、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３は、ラジアントチューブバーナ１における浸炭炉排ガス導入口２ｂに接続され、流路２ａを介して第２燃料ガス供給管２２に浸炭炉排ガスＧ３を供給する。これにより、炉内１０Ａから回収した浸炭炉排ガスＧ３中の、浸炭処理に用いられなかったＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス等の炭化水素系燃料ガスを、ラジアントチューブバーナ１に燃料ガスとして供給できる。このように、炉内１０Ａから排出される浸炭炉排ガスＧ３をラジアントチューブバーナ１の燃料ガスとして再利用することができるため、浸炭炉１０の炉内１０Ａを加熱するために必要なエネルギーを削減することができる。

また、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３及び炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４に設けられた切替弁１１５，１１６の開閉状態を操作することにより、炭化水素系燃料ガスＧ１と浸炭炉排ガスＧ３とで燃料種を切り替えながら、ラジアントチューブバーナ１に燃料ガスを供給することができる。さらに、浸炭装置１００は、炭化水素系燃料ガスＧ１と浸炭炉排ガスＧ３とを、ラジアントチューブバーナ１に対して同時に供給し、混焼させることができる。

そして、本発明に係るラジアントチューブバーナ１は、浸炭炉１０の炉壁１１を貫通するように取り付けられている。ラジアントチューブバーナ１は、炉内１０Ａの気体成分に影響を及ぼさない補助加熱源として用いられる。

また、上述した、空気や酸素等の支燃性ガスＧ２を供給する支燃性ガス供給路Ｌ５は、バーナボディ１Ａの支燃性ガス供給口１ｂに接続され、流路１ａを介してラジアントチューブバーナ１の内管（支燃性ガス供給管）３に支燃性ガスＧ２を供給する。また、浸炭炉排ガスＧ３を供給する浸炭炉排ガス導出路Ｌ３は、浸炭炉排ガス導入口２ｂに接続され、流路２ａを介してラジアントチューブバーナ１の第２燃料ガス供給管２２に浸炭炉排ガスＧ３を供給する。

支燃性ガス供給路Ｌ５は、支燃性ガス供給源Ｃから空気や酸素等の一般的な支燃性ガスＧ２をラジアントチューブバーナ１に供給するためのガス流路である。支燃性ガス供給路Ｌ５は、途中で第１分岐路Ｌ５Ａと第２分岐路Ｌ５Ｂとに分岐した後、再び合流して、ラジアントチューブバーナ１に接続される。

第１分岐路Ｌ５Ａには、支燃性ガス供給源Ｃ側（一次側）から順に、切替弁１１７、及び自動調整弁１１１が設けられている。切替弁１１７としては、上述した切替弁１１４〜１１６と同様のものを用いることができる。

自動調整弁１１１は、支燃性ガス供給源Ｃから第１分岐路Ｌ５Ａを介してラジアントチューブバーナ１に供給する支燃性ガスＧ２の供給量を調整するために設けられている。また、自動調整弁１１１は、信号線Ｃ４を介して制御装置１２１と電気的に接続されている。これにより、浸炭装置１００は、制御装置１２１から発信された制御信号に応じて自動調整弁１１１の開度を調整することにより、第１分岐路Ｌ５Ａを介してラジアントチューブバーナ１に供給する支燃性ガスＧ２の供給量を自動的に調整することができる。
換言すると、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内からラジアントチューブバーナ１に供給される浸炭炉排ガスＧ３を燃焼するために、第１分岐路Ｌ５Ａからの支燃性ガスＧ２の供給量が適正な範囲となるように、制御装置１２１によって自動調整弁１１１の開度が制御される。

第２分岐路Ｌ５Ｂには、支燃性ガス供給源Ｃ側（一次側）から順に、切替弁１１８、及び自動調整弁１１３が設けられている。切替弁１１８としては、上述した切替弁１１４〜１１７と同様のものを用いることができる。

自動調整弁１１３は、支燃性ガス供給源Ｃから第２分岐路Ｌ５Ｂを介してラジアントチューブバーナ１に供給する支燃性ガスＧ２の供給量を調整するために設けられている。また、自動調整弁１１３は、信号線Ｃ６を介して制御装置１２２と電気的に接続されている。これにより、浸炭装置１００は、制御装置１２２から発信された制御信号に応じて自動調整弁１１３の開度を調整することにより、第２分岐路Ｌ５Ｂを介してラジアントチューブバーナ１に供給する支燃性ガスＧ２の供給量を自動的に調整することができる。
換言すると、炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４内からラジアントチューブバーナ１に供給される炭化水素系燃料ガスを燃焼するために、第２分岐路Ｌ５Ｂからの支燃性ガスＧ２の供給量が適正な範囲となるように、制御装置１２２によって自動調整弁１１３の開度が制御される。

第１分岐路Ｌ５Ａと第２分岐路Ｌ５Ｂとが合流した後の支燃性ガス供給路Ｌ５には、ラジアントチューブバーナ１に供給する支燃性ガスの流量を測定するための流量計１０９が設けられている。流量計１０９としては、上述した流量計１０７，１０８と同様のものを用いることができる。浸炭装置１００は、浸炭炉排ガスＧ３及び炭化水素系燃料ガスＧ１をラジアントチューブバーナ１の燃料ガスとして用いて混焼する場合、それぞれを適正に燃焼するための支燃性ガス量が制御された上で供給される。

炉内圧力測定孔１４は、炉内１０Ａの圧力と大気圧との差圧を測定するために、浸炭炉１０の炉壁１１を貫通するように設けられた管路（孔）である。炉内圧力測定孔１４は、管路Ｌ７を介して差圧発信器１１９に接続されている。

差圧発信器１１９は、炉内圧力測定孔１４から得られた炉内１０Ａの圧力と大気圧との差圧を測定し、電気信号として発信するものである。また、差圧発信器１１９は、信号線Ｃ１を介して制御装置１２０と電気的に接続されている。これにより、本実施形態で用いる浸炭装置１００は、差圧発信器１１９で測定された炉内１０Ａと大気圧との差圧を、信号線Ｃ１を介して制御装置１２０に送ることができる。さらに、制御装置１２０から信号線Ｃ２を介して上記差圧に応じた制御信号を自動調整弁１１０に送ることにより、自動調整弁１１０の開度を自動的に調整することができる。

上述したように、本実施形態の浸炭炉１０においては、浸炭炉排ガスＧ３が、浸炭炉排ガス導出路Ｌ３を通じてポンプ１０６で吸引された後、ラジアントチューブバーナ１に供給されることで、ガスノズル２の熱源として再利用する。この際、ラジアントチューブバーナ１に供給する浸炭炉排ガスＧ３の流量は、炉内１０Ａの内圧と大気圧との差圧によって制御する。本発明に係る浸炭炉１０に備えられるラジアントチューブバーナ１は、炭化水素系燃料ガスＧ１及び浸炭炉排ガスＧ３を、それぞれ噴出角度が異なる噴出孔を有する第１燃料ガス供給管２１又は第２燃料ガス供給管２２を用いて噴出する構成なので、同じラジアントチューブバーナ１を用いて燃料種を適宜切り替えながら運転することが可能である。

また、浸炭炉排ガスＧ３の供給と同時に炭化水素系燃料ガスＧ１を供給することで、これらをラジアントチューブバーナ１内で混焼させることも可能である。
また、燃焼に必要な支燃性ガスＧ２の流量は、上記のように、供給される浸炭炉排ガスＧ３及び炭化水素系燃料ガスＧ１を適正に燃焼させるように自動制御されて、ラジアントチューブバーナ１に供給されるので、何れの燃料種を用いた場合でも最適条件による燃焼が可能になる。

＜浸炭炉の運転方法＞
本発明に係る浸炭炉の運転方法は、上述したようなラジアントチューブバーナ１が備えられた浸炭炉１０を用いる方法であり、ラジアントチューブバーナ１に供給する気体燃料のうちの少なくとも一部を、浸炭炉１０から排出される浸炭炉排ガスＧ３とし、この浸炭炉排ガスＧ３を加熱源として用いる運転方法である。
以下、本実施形態の浸炭炉１０の運転方法（即ち、上述した浸炭装置１００の運転方法）の一例について説明する。

本実施形態の浸炭炉１０の運転方法、即ち、浸炭装置１００の運転方法は、少なくとも、浸炭炉１０から排出される浸炭炉排ガスＧ３を含む気体燃料を、浸炭炉１０に設けられたラジアントチューブバーナ１に供給して燃焼させ、回収した気体燃料を用いて炉内１０Ａの炉内雰囲気を加熱する、常圧ガス雰囲気での運転方法である。この際、炉内１０Ａの圧力が大気圧以下とならないように浸炭炉１０から浸炭炉排ガスＧ３を排出するとともに、この浸炭炉排ガスＧ３を回収し、ラジアントチューブバーナ１に燃料ガスとして再び供給する。

具体的には、先ず、浸炭炉１０の炉内１０Ａに被処理材Ｓを収納する。次いで、浸炭炉１０の炉内１０Ａを、主加熱源である図示略の電気加熱器を用いて加熱する。この際の炉内１０Ａの温度としては、一般的な浸炭温度である９３０℃程度とすることが好ましい。

次に、炉内１０Ａの温度が浸炭温度に達したことを確認した後、切替弁１１４〜１１８が閉状態、ポンプ１０６が停止状態であることを確認した上で、浸炭用雰囲気ガス供給源Ａから浸炭用雰囲気ガス供給路Ｌ１を介して浸炭用雰囲気ガスＧ５を浸炭炉１０の炉内１０Ａに導入する。炉内１０Ａへの浸炭用雰囲気ガスＧ５の導入量は、特に限定されず、浸炭炉１０の容量や被処理材Ｓの材質等に応じて適宜選択することができる。

炉内１０Ａへの浸炭用雰囲気ガスＧ５の導入により、炉内１０Ａの圧力は大気圧以上となる。炉内１０Ａの浸炭炉排ガスＧ３を吸引する前の圧力（炉内１０Ａと大気圧との初期差圧）としては、大気圧以上であれば、特に限定されるものではない。炉内１０Ａと大気圧との初期差圧としては、例えば、ゲージ圧で２００〜３００Ｐａの範囲とすることができる。炉内１０Ａの初期差圧を大気圧以上に維持することで、炉外からの空気の混入を防ぐことができるため、品質が安定した浸炭処理を安全に行うことができる。

浸炭炉１０の炉内１０Ａの雰囲気が浸炭用雰囲気ガスＧ５の雰囲気となった後、被処理材Ｓの浸炭処理を開始する。ここで、浸炭処理中において、浸炭用雰囲気ガス供給口１２から浸炭炉１０の炉内１０Ａに導入された浸炭用雰囲気ガスＧ５は、被処理材Ｓの浸炭処理に用いられた後、浸炭炉排ガスＧ３として浸炭炉排ガス導出口１３から浸炭炉排ガス排出路Ｌ２に排出される。

本実施形態の浸炭炉１０の運転方法では、被処理材Ｓの浸炭処理が開始され、差圧発信器１１９によって炉内１０Ａの圧力と大気圧との初期差圧が２００〜３００Ｐａであることを確認した後、ポンプ１０６の運転を開始するとともに、切替弁１１４，１１５，１１７を開状態とする。これにより、浸炭炉１０の炉外に排出される浸炭炉排ガスＧ３を浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内に回収する。

ここで、本実施形態の浸炭炉１０の運転方法においては、差圧発信器１１９によって炉内１０Ａの圧力と大気圧との差圧を測定し、その値に応じて自動調整弁１１０の開度を操作する。これにより、炉内１０Ａの圧力を大気圧以上（例えば、５０Ｐａ程度）に維持しながら、ポンプ１０６によって浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内に吸引する浸炭炉排ガスＧ３の流量を制御することができる。

次いで、流量計１０７によって浸炭炉排ガス導出路Ｌ３内の浸炭炉排ガスＧ３の流量を測定し、その値によって第１分岐路Ｌ５Ａ（支燃性ガス供給路Ｌ５）に設けた自動調整弁１１１の開度を操作する。これにより、ラジアントチューブバーナ１に供給する支燃性ガスＧ２の流量を適正量に制御することができる。

次に、ラジアントチューブバーナ１において、燃料ガスとして供給された浸炭炉排ガスＧ３と支燃性ガスＧ２とを燃焼させる。本実施形態の浸炭炉１０の運転方法においては、従来は廃棄していた浸炭炉排ガスＧ３を、浸炭処理の品質等に影響がないように安全に回収し、補助加熱源であるラジアントチューブバーナ１の燃料ガスとして再利用することができる。また、ラジアントチューブバーナ１を用いて浸炭炉１０の炉内１０Ａを補助加熱することができるため、主加熱源である電気加熱による消費電力を低減することができる。

なお、ラジアントチューブバーナ１への浸炭炉排ガスＧ３の供給量が不足する場合には、切替弁１１６，１１８を開状態とすることにより、炭化水素系燃料ガス供給源Ｂから炭化水素系燃料ガスＧ１を燃料ガスとしてラジアントチューブバーナ１へ供給することができる。その際、流量計１０８によって炭化水素系燃料ガス供給路Ｌ４内の炭化水素系燃料ガスＧ１の流量を測定し、その値によって第２分岐路Ｌ５Ｂ（支燃性ガス供給路Ｌ５）に設けた自動調整弁１１３の開度を操作する。これにより、ラジアントチューブバーナ１に供給する炭化水素系燃料ガスＧ１の流量を、気体燃料の種類に応じて、それぞれ適正量に制御することができる。

上記のような浸炭装置１００の運転方法によれば、浸炭炉１０の炉外に排出される浸炭炉排ガスＧ３を回収し、補助加熱源であるラジアントチューブバーナ１の気体燃料として再利用するため、浸炭炉１０を加熱するために必要なエネルギーを削減できる。
また、浸炭炉排ガスＧ３を回収する際、炉内１０Ａの圧力を大気圧以上に維持することで、炉内１０Ａへの空気の混入を防止できるので、品質が安定した浸炭処理を安全に行うことが可能になる。
従って、常圧ガス雰囲気の浸炭炉１０において、浸炭炉排ガスＧ３が有するエネルギーを安全に有効利用できる。

なお、本発明に係る浸炭炉１０の運転方法の技術範囲は、上記の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した運転方法では、補助加熱源であるラジアントチューブバーナ１を停止した状態から運転を開始する態様を一例として説明したが、これに限定されない。
具体的には、例えば、浸炭炉１０の炉内１０Ａに被処理材Ｓを収納し、切替弁１１４，１１５，１１７が閉状態、切替弁１１６，１１８が開状態、ポンプ１０６が停止状態であることを確認した後、浸炭用雰囲気ガスＧ５を浸炭炉１０の炉内１０Ａに導入する。次いで、ラジアントチューブバーナ１に対し、炭化水素系燃料ガス供給源Ｂから炭化水素系燃料ガスＧ１と、支燃性ガスＧ２とを供給して燃焼させることで、炉内１０Ａを、主加熱源である電気加熱器とともに、運転開始時から加熱する態様としてもよい。

＜作用効果＞
以上説明したように、本発明に係るラジアントチューブバーナ１によれば、ガスノズル２が、第１燃料ガス供給管２１の先端部２１Ａに設けられ、内管３の内面に向かって開口する複数の第１燃料ガス噴出孔２１ａと、第２燃料ガス供給管２２の先端部２２Ａに設けられ、内管３の内面３１に向かって開口する複数の第２燃料ガス噴出孔２２ａとを有し、さらに、ガスノズル２の周囲に備えられる内管３内に配置され、第１燃料ガス噴出孔２１ａ及び第２燃料ガス噴出孔２２ａよりも後端側に開口する複数の支燃性ガス噴出孔２３ａを有する構成を採用している。このような構造を採用することにより、１本のラジアントチューブバーナ１で、炭化水素系燃料ガスＧ１、浸炭炉排ガスＧ３の何れも最適条件で燃焼させることが可能になり、また、これらの燃料を同時に供給した混焼も可能になるので、各燃料用に別個のバーナを設置する必要が無い。従って、変成ガスやメタノール分解ガス等の浸炭用雰囲気ガスを使用する浸炭炉に適用した場合に、バーナの燃焼で生じるＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

また、本発明に係るラジアントチューブバーナ１の運転方法によれば、本発明に係るラジアントチューブバーナ１を用いて、第１燃料供給管２１及び第２燃料供給管２２に、それぞれ異なる組成の気体燃料（炭化水素系燃料ガスＧ１及び浸炭炉排ガスＧ３）を供給し、これら気体燃料と支燃性ガスＧ２とを燃焼させる方法なので、上記同様、１本のラジアントチューブバーナ１で、炭化水素系燃料ガスＧ１、浸炭炉排ガスＧ３の何れも、個別又は同時に最適条件で燃焼させることができる。従って、上記のような浸炭炉に適用した場合に、ＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスＧ３が有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

また、本発明の浸炭炉１０及びその運転方法によれば、本発明に係るラジアントチューブバーナ１を備えた浸炭炉１０及びその運転方法なので、上述したように、１本のラジアントチューブバーナ１で、炭化水素系燃料ガスＧ１、浸炭炉排ガスＧ３の何れも、個別又は同時に最適条件で燃焼させることができ、ＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。

以下、実施例により、本発明に係るラジアントチューブバーナ及びその運転方法、浸炭炉及びその運転方法についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本実施例においては、図５に示す構成の浸炭装置１００を用い、浸炭炉１０に設けられるラジアントチューブバーナを、各例において、以下に説明するような構成のものに適宜交換して実験を行った。
また、浸炭炉１０は常圧バッチ式とし、主加熱源として電気加熱器を用い、補助加熱源としてラジアントチューブバーナ１を用いた。
なお、炭化水素系燃料ガスＧ１には、商用の都市ガス（１３Ａ）を用いた。
また、支燃性ガスＧ２としては空気を用いた。
また、浸炭炉１０に供給する浸炭用炉雰囲気ガスＧ５にはメタノール浸炭ガスを用いた。
また、炉内１０Ａと大気圧との初期差圧は２５０Ｐａとした。

＜実施例１＞
実施例１においては、図１に示すような本発明に係る構成のラジアントチューブバーナ１を備えた浸炭炉を用い、図５に示す系統図のような装置構成の浸炭装置１を使用して実験を行った。

実施例１においては、上記装置を用い、供給する燃料ガスとして、「浸炭炉排ガスＧ３のみ」、「炭化水素系燃料ガスＧ１のみ」、及び「浸炭炉排ガスＧ３と炭化水素系燃料ガスＧ１の混合燃焼」の計３条件でバーナ燃焼を実施し、その燃焼状態を確認した。
また、実施例１においては、浸炭炉排ガスＧ３を噴出する第２燃料ガス供給管２２における第２燃料ガス噴出孔２２ａの中心軸Ｊに対する噴射角度α＝３０°、炭化水素系燃料ガスＧ１を噴出する第１燃料ガス供給管２１における第１燃料ガス噴出孔２１ａの中心軸Ｊに対する噴射角度β＝８０°とした。

＜実施例２＞
実施例２においては、実施例１と同様、図１に示すような本発明に係る構成のラジアントチューブバーナ１を備えた浸炭炉１０（図５）を用い、図５に示す系統図のような装置構成の浸炭装置１を使用して実験を行った。

実施例２においては、上記装置を用い、実施例１と同様、供給する燃料ガスとして、「浸炭炉排ガスＧ３のみ」、「炭化水素系燃料ガスＧ１のみ」、及び「浸炭炉排ガスＧ３と炭化水素系燃料ガスＧ１の混合燃焼」の計３条件でバーナ燃焼を実施し、その燃焼状態を確認した。
また、実施例２においては、浸炭炉排ガスＧ３を噴出する第２燃料ガス供給管２２における第２燃料ガス噴出孔２２ａの中心軸Ｊに対する噴射角度α＝８０°、炭化水素系燃料ガスＧ１を噴出する第１燃料ガス供給管２１における第１燃料ガス噴出孔２１ａの中心軸Ｊに対する噴射角度β＝３０°とした。

＜比較例＞
比較例においては、図５に示すような装置構成において、従来から使用されている都市ガス用のラジアントチューブバーナを用い、実験を行った。
比較例においては、上記装置を用い、実施例１，２と同様、供給する燃料ガスとして、「浸炭炉排ガスＧ３のみ」、「炭化水素系燃料ガスＧ１のみ」、及び「浸炭炉排ガスＧ３と炭化水素系燃料ガスＧ１の混合燃焼」の計３条件でバーナ燃焼を実施し、その燃焼状態を確認した。

＜評価方法＞
上記実施例１，２及び比較例におけるラジアントチューブバーナの燃焼状態について、以下の基準に基づいて評価し、結果を下記表１に示した。
（１）○：良好な燃焼状態で浸炭炉内を均一且つ十分に加熱できていた。
（２）△：浸炭炉内の加熱に大きな問題は無いが、一部、燃焼状態に問題が生じた。
（３）×：燃焼状態に問題が生じ、浸炭炉内を均一に加熱することができなかった。

＜評価結果＞
表１に示す結果のように、本発明に係るラジアントチューブバーナ１を備えた浸炭炉１０を用いた実施例１においては、何れの燃焼条件においても、良好な燃焼状態で浸炭炉内を均一且つ十分に加熱できることが確認できた。
また、実施例２においては、燃料ガスとして、浸炭炉排ガスＧ３のみを用いた試験、及び、浸炭炉排ガスＧ３と炭化水素系燃料ガスＧ１の混合燃焼を行った試験において、バーナ内の逆火が確認されたものの頻度は低く、また、炭化水素系燃料ガスＧ１のみを用いた燃焼試験において、一部、未燃の燃料が確認されたものの、燃焼状態に特に大きな問題は無く、浸炭炉内を均一且つ十分に加熱できていた。

一方、従来の構成のラジアントチューブバーナを備えた浸炭炉を用いた比較例においては、供給する燃料ガスとして炭化水素系燃料ガスＧ１のみを用いた燃焼試験においては、良好な燃焼状態で浸炭炉内を均一且つ十分に加熱できることが確認できた。しかしながら、比較例においては、燃料ガスとして、浸炭炉排ガスＧ３のみを用いた試験、及び、浸炭炉排ガスＧ３と炭化水素系燃料ガスＧ１の混合燃焼を行った試験において、バーナ内における逆火が高い頻度で生じており、また、局所加熱が生じていることが確認された。比較例では、特に、浸炭炉排ガスＧ３を用いた場合の燃焼状態に問題が生じ、浸炭炉内を均一且つ十分に加熱することができなかった。

以上説明したような実施例の結果より、本発明で規定する構造のラジアントチューブバーナを用いることで、供給する燃料ガスとして「浸炭炉排ガスＧ３のみ」、「炭化水素系燃料ガスＧ１のみ」、及び「浸炭炉排ガスＧ３と炭化水素系燃料ガスＧ１の混合燃焼」の何れを用いる条件においても、良好な燃焼状態で浸炭炉内を均一且つ十分に加熱できることが確認できた。
さらに、ラジアントチューブバーナにおいて、中心軸Ｊに対する各噴出孔の噴出角度を最適化した場合には、より良好な燃焼状態が実現できることが確認できた。
従って、本発明に係るラジアントチューブバーナ、及びそれを備えた浸炭炉が、１本のラジアントチューブバーナで、炭化水素系燃料ガス、浸炭炉排ガスの何れも、個別又は同時に最適条件で燃焼させることができ、ＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になることが明らかである。

本発明のラジアントチューブバーナ及びその運転方法、浸炭炉及びその運転方法は、浸炭炉の炉内で発生し、ＣＯガスやＨ_２ガスを多く含む浸炭炉排ガスが有するエネルギーを、安全且つ効率よく有効利用することが可能になる。従って、本発明は、例えば、工業用加熱炉、特に、鋼材からなる被処理体を浸炭処理する浸炭炉等において、非常に好適である。

１…ラジアントチューブバーナ
１Ａ…バーナボディ
１ａ…流路
１ｂ…支燃性ガス供給口
１ｃ…流路
１ｄ…排ガス導出口
２…ガスノズル
２Ａ…ヘッド部
２ａ…流路
２ｂ…浸炭炉排ガス導入口
２ｃ…点火ロッド
２１…第１燃料ガス供給管
２１Ａ…先端部
２１Ｂ…後端部
２１ａ…第１燃料ガス噴出孔
２２…第２燃料ガス供給管
２２Ａ…先端部
２２Ｂ…後端部
２２ａ…第２燃料ガス噴出孔
２３…フランジ部
２３ａ…支燃性ガス噴出孔
３…内管（支燃性ガス供給管）
３Ａ…先端部
３Ｂ…後端部
３１…内面
３２…外面
４…外管
４Ａ…先端部
４Ｂ…後端部
４１…内面
４２…外面
Ｊ…中心軸
１０…浸炭炉
１０Ａ…炉内（内部空間）
１１…炉壁
１２…浸炭用雰囲気ガス供給口
１３…浸炭炉排ガス導出口
１４…炉内圧力測定孔
１５…排出口
１００…浸炭装置
１０６…ポンプ
１０７〜１０９…流量計
１１０〜１１３…自動調整弁（調整弁）
１１４〜１１８…切替弁
１１９…差圧発信器
１２０〜１２２…制御装置
Ａ…浸炭用雰囲気ガス供給源
Ｂ…炭化水素系燃料ガス供給源
Ｃ…支燃性ガス供給源
Ｃ１〜Ｃ６…信号線
Ｌ１〜Ｌ６…流路
Ｌ７…管路
Ｓ…被処理材
Ｇ１…炭化水素系燃料ガス（気体燃料）
Ｇ２…支燃性ガス
Ｇ３…浸炭炉排ガス（気体燃料）
Ｇ４…燃焼排ガス
Ｇ５…浸炭用雰囲気ガス

Claims (6)

1. 中心軸から、第１燃料ガス供給管及び第２燃料ガス供給管が同心状に順次配置されたガスノズルを備え、さらに、前記ガスノズルの周囲に、前記ガスノズルの先端部よりもガス噴出方向で先端側に配置された先端部を有し、且つ、該先端部が開口されてなる、支燃性ガスを供給する内管、及び、先端部が閉塞され、前記内管の周囲を取り囲むように備えられた外管が、同心状に順次配置されてなる、シングルエンド式のラジアントチューブバーナであって、
   前記ガスノズルは、前記第１燃料ガス供給管の先端部に設けられた、前記内管の内面に向かって開口する複数の第１燃料ガス噴出孔と、前記第２燃料ガス供給管の先端部に設けられた、前記内管の内面に向かって開口する複数の第２燃料ガス噴出孔とを有しており、
   さらに、前記内管の内部には、前記第１燃料ガス噴出孔及び第２燃料ガス噴出孔よりも後端側に開口する複数の支燃性ガス噴出孔が配置されていることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
2. 前記第１燃料噴出孔又は前記第２燃料噴出孔の何れか一方が、前記中心軸に対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成されており、且つ、他方が、前記中心軸に対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のラジアントチューブバーナを用いる、ラジアントチューブバーナの運転方法であって、
   前記第１燃料供給管及び前記第２燃料供給管に、それぞれ異なる組成の気体燃料を供給し、該気体燃料と支燃性ガスとを燃焼させることを特徴とするラジアントチューブバーナの運転方法。
4. 請求項２に記載のラジアントチューブバーナを用いる、ラジアントチューブバーナの運転方法であって、
   前記第１燃料供給管及び前記第２燃料供給管に、それぞれ異なる組成の気体燃料を供給し、該気体燃料と支燃性ガスとを燃焼させ、且つ、前記それぞれ異なる組成の気体燃料のうちの少なくとも一方が、浸炭炉から排出されるＣＯ及びＨ_２を含む浸炭炉排ガスであり、
   前記第１燃料噴出孔が、前記中心軸に対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成され、且つ、前記第２燃料噴出孔が、前記中心軸に対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成されているときは、前記浸炭炉排ガスが前記第１燃料供給管に供給され、
   前記第１燃料噴出孔が、前記中心軸に対して４５〜９０°の噴出角度を有するように形成され、且つ、前記第２燃料噴出孔が、前記中心軸に対して１０〜４５°の噴出角度を有するように形成されているときは、前記浸炭炉排ガスが前記第２燃料供給管に供給されることを特徴とするラジアントチューブバーナの運転方法。
5. 浸炭用雰囲気ガス供給口と浸炭炉排ガス導出口とが備えられ、さらに、炉内を加熱するバーナとして、請求項１又は請求項２に記載のラジアントチューブバーナが備えられていることを特徴とする浸炭炉。
6. 請求項５に記載の浸炭炉を用いる、浸炭炉の運転方法であって、
   前記ラジアントチューブバーナに供給する気体燃料のうちの少なくとも一部を、前記浸炭炉から排出される浸炭炉排ガスとし、該浸炭炉排ガスを加熱源として用いることを特徴とする浸炭炉の運転方法。

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