CN109642724A - 电炉用助燃燃烧器 - Google Patents

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鹫见郁宏
友泽健
友泽健一
伊藤贵之
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Abstract

本发明提供一种电炉用助燃燃烧器，通过使固体燃料和气体燃料一起适当并且高效地燃烧，能够提高铁屑的加热效果并且使其均匀。本公开的电炉用助燃燃烧器(100)的特征在于，具有从中心侧依次同轴配置有固体燃料喷射管(1)、气体燃料喷射管(2)和助燃性气体喷射管(3)的构造，在助燃性气体喷射管(3)的助燃性气体流路(30)设置有用于使助燃性气体回转的多片回转叶片(4)，该回转叶片(4)与燃烧器轴线所夹的角度(θ)为5°以上45°以下。

Description

电炉用助燃燃烧器
技术领域
本发明涉及一种助燃燃烧器，附属设置于溶解(melt)铁屑制造铁液的电炉。
背景技术
在使用电炉溶解铁屑时，虽然电极周边的铁屑快速溶解，但远离电极的场所、即位于冷点的铁屑溶解缓慢，炉内的铁屑溶解速度产生不均匀。因此，在炉内整体的操作时间中，冷点的铁屑的溶解速度受到限制。
因此，为了消除这种铁屑的溶解速度的不均匀性，平衡良好地溶解炉内整体的铁屑，采用了一种在冷点的位置设置助燃燃烧器，通过该助燃燃烧器对位于冷点的铁屑进行预热、切断、溶解的方法。
作为这种助燃燃烧器，例如，在专利文献1中，提出了一种电炉用高速纯氧助燃燃烧器，为了从中心部喷出用于不燃物的飞散和用于铁屑的切割的氧气，从该氧气的外周部喷出燃料，并且从该燃料的外周部喷出燃烧用氧气而做成为三层管构造的燃烧器，在该燃烧器中，为了使从中心部喷出的氧气的速度为高速，在中心部的氧气喷出管的前端设置有节流部，并且为了对从最外周喷出的燃烧用氧气施加回转力，在由燃料喷出管和燃烧用氧气喷出管形成的环状空间设置有回转叶片。
另外，在专利文献2中提出了一种电炉用燃烧器设备，通过使助燃燃烧器的喷嘴前端偏心，并使燃烧器转动，使燃烧器火焰的指向性向较宽范围放大。
专利文献1：日本特开平10－9524号公报
专利文献2：日本特开2003－4382号公报
通过使用专利文献1、2记载的技术，能够使用助燃燃烧器高效地预热、溶解铁屑。然而，在专利文献1、2中，存在燃料的对象被限制为高价的气体燃料这一问题。作为廉价的燃料可举出煤等固体燃料，但一般来说，难以使固体燃料比气体燃料更快燃烧，根据条件也可能失火，向助燃燃烧器利用固体燃料有困难。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电炉用助燃燃烧器，通过使固体燃料和气体燃料一起适当并且高效地燃烧，能够提高铁屑的加热效果并且使其均匀。
针对能够使用煤等固体燃料的电炉用助燃燃烧器，本发明人进行了反复研究，结果发现，在使用气体燃料和固体燃料作为燃料的重叠管构造的助燃燃烧器中，通过使从最外周喷射的助燃性气体以特定的条件回转，能够使固体燃料和气体燃料一起适当并且高效地燃烧，由此碎屑加热效果提高，并且燃烧器的火焰温度变均匀。
本发明是基于这样的见解完成的，以下为本发明的主旨。
[1]一种电炉用助燃燃烧器，附属设置于溶解铁屑制造铁液的电炉，使用气体燃料和固体燃料作为燃料，其中，具有：固体燃料喷射管，其划分出上述固体燃料通过的第一流路，从该第一流路的前端喷射上述固体燃料；气体燃料喷射管，其配置在上述固体燃料喷射管的周围，划分出上述气体燃料在该气体燃料喷射管与上述固体燃料喷射管的外壁之间通过的第二流路，从该第二流路的前端喷射上述气体燃料；和助燃性气体喷射管，其配置在上述气体燃料喷射管的周围，划分出助燃性气体在该助燃性气体喷射管与上述气体燃料喷射管的外壁之间通过的第三流路，从该第三流路的前端喷射上述助燃性气体；和多片回转叶片，它们在上述第三流路中沿上述第三流路的周向以规定间隔配置，用于使上述助燃性气体回转，上述多片回转叶片与燃烧器轴线所夹的角度θ为5°以上45°以下。
[2]在上述[1]记载的电炉用助燃燃烧器中，上述角度θ为10°以上30°以下。
[3]在上述[1]或[2]记载的电炉用助燃燃烧器中，在将各个上述回转叶片在上述周向上的长度设为Q，将上述多片回转叶片在上述周向上的设置间隔设为P时，Q/P为1.0以上1.2以下。
[4]在上述[1]～[3]中的任一项记载的电炉用助燃燃烧器中，上述第三流路的前端具有在所述助燃性气体为最小供给量时使得助燃性气体排出速度为10m/s以上那样的排出面积。
发明的效果
根据本发明的助燃燃烧器，通过使固体燃料和气体燃料一起适当并且高效地燃烧，能够提高铁屑的加热效果并且使其均匀。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的电炉用助燃燃烧器100沿燃烧器轴线的剖视图。
图2是沿图1的II-II线的剖视图。
图3是将图1的助燃燃烧器100中的多片回转叶片4中的一部分以助燃性气体喷射管3在其周向展开的状态示出的说明图。
图4是示意表示本发明的一个实施方式的电炉用助燃燃烧器100的使用状况的一个例子的说明图。
图5是用于说明针对本发明的一个实施方式的助燃燃烧器改变固体燃料占据全部燃料的比例之后得到的火焰长度的变化的图。
图6中的(A)是表示在实施例中所进行的助燃燃烧器的燃烧试验的方法的说明图。
图6中的(B)是表示热电偶相对于在该燃烧试验中使用的铁板的设置位置的图。
具体实施方式
以下，参照图1～3说明本发明的一个实施方式的电炉用助燃燃烧器100。本实施方式的助燃燃烧器100附属设置于溶解铁屑制造铁液的电炉，使用气体燃料和固体燃料作为燃料。
在助燃燃烧器100中用于供给燃料和助燃性气体的主体部分成为从中心侧依次同轴配置有固体燃料喷射管1、气体燃料喷射管2和助燃性气体喷射管3的三层管构造。固体燃料喷射管1划分出固体燃料通过的固体燃料流路10(第一流路)，该固体燃料流路10的前端是圆形的固体燃料排出口11，从此处喷射固体燃料。气体燃料喷射管2配置在固体燃料喷射管1的周围，划分出气体燃料在该气体燃料喷射管2与固体燃料喷射管1的外壁之间通过的气体燃料流路20(第二流路)，该气体燃料流路20的前端是环状的气体燃料排出口21，从此处喷射气体燃料。助燃性气体喷射管3配置在气体燃料喷射管2的周围，划分出助燃性气体在该助燃性气体喷射管3与气体燃料喷射管2的外壁之间通过的助燃性气体流路30(第三流路)，该助燃性气体流路30的前端是环状的助燃性气体排出口31，从此处喷射助燃性燃料。
在助燃燃烧器100的前端部中，固体燃料喷射管1和气体燃料喷射管2的前端一起位于沿燃烧器轴线的相同位置，仅最外周的助燃性气体喷射管3的前端突出10～200mm左右。各喷射管1、2、3的内径不特别限定，一般而言，固体燃料喷射管1的内径为10～40mm左右，气体燃料喷射管2的内径为20～60mm左右，助燃性气体喷射管3的内径为40～100mm左右。各喷射管的厚度也不特别限定，一般而言，为2～20mm左右。
另外，在燃烧器后端侧，且在助燃性气体喷射管3的燃烧器后端侧设置有助燃性气体供给口32，经由该助燃性气体供给口32向助燃性气体流路30供给助燃性气体。相同地，在气体燃料喷射管2的燃烧器后端侧设置有气体燃料供给口22，经由该气体燃料供给口22向气体燃料流路20供给气体燃料。相同地，在固体燃料喷射管1的燃烧器后端侧设置有固体燃料供给口12，经由该固体燃料供给口12将固体燃料和输送气体一起向固体燃料流路30供给。
助燃性气体供给口32与助燃性气体供给机构(未图示)连接，该助燃性气体供给机构将助燃性气体向助燃性气体供给口32供给。气体燃料供给口22与气体燃料供给机构(未图示)连接，该气体燃料供给机构将气体燃料向气体燃料供给口22供给。固体燃料供给口12与固体燃料供给机构和输送气体供给机构(均未图示)连接，它们将固体燃料和输送气体向固体燃料供给口12供给。
另外，虽未图示，但在助燃性气体喷射管3的外侧还同轴配置有内侧管体和外侧管体，在上述外侧管体与内侧管体之间、和内侧管体与助燃性气体喷射管3之间形成有相互连通的冷却流体用流路(冷却流体的去路和回路)。
作为在本实施方式的助燃燃烧器中能够使用的燃料，能够例示以下燃料。作为气体燃料，例举LPG(液化石油气)、LNG(液化天然气)、氢气、炼铁厂副产气体(C气体、B气体等)、这些气体中的两种以上气体的混合气体等，能够使用上述气体中的一种以上。另外，作为固体燃料，举出粉末状固体燃料，例如煤(煤粉)、塑料(粒状或者粉状的煤。包含废塑料)等，能够使用这些固体燃料中的一种以上，但特别优选煤(煤粉)。另外，作为助燃性气体，也可以使用纯氧(工业氧气)、富氧空气、空气中的任一种，但优选使用纯氧。作为输送气体，例如能够使用氮气。
[使助燃性气体喷射管位于最外周的理由]
因为在供气量之中，助燃性气体的流量最多，所以为了使流速与其他供给气体(气体燃料和输送气体)一致，需要使助燃性气体排出口31的排出面积比气体燃料排出口21、固体燃料排出口11大。根据该观点，助燃性气体喷射管3位于最外周最佳。以下，以使用氧气作为助燃性气体，使用LNG作为气体燃料，使用煤粉作为固体燃料的情况为例进行说明。
首先，燃烧所需的氧气的量通过下述(1)式计算。
燃烧所需的氧气的量＝氧气比(系数)×[LNG流量×LNG的理论氧气量+煤粉供给量×煤粉的理论氧气量]…(1)
针对燃烧所需的氧气量，在以下条件下具体计算。即，作为计算条件，使LNG的发热量为9700kcal/Nm3，使作为固体燃料的煤粉的发热量为6250kcal/kg。另外，从固体燃料供给助燃燃烧器的总能量的90％，从气体燃料供给助燃燃烧器的总能量的10％。例如，在以10Nm3/h供给LNG时，LNG的发热量为97Mcal/h。此时，需要从煤粉供给873Mcal/h，873Mcal/h是97Mcal/h与燃烧器的目标总发热量即970Mcal/h的差值，煤粉的供给量约为140kg/h。另外，理论氧气量根据燃料中的碳含量、氢含量等计算，LNG的理论氧气量为2.25Nm3/Nm3左右，煤粉的理论氧气量为1.5Nm3/kg左右。
对于氧气比，1.0～1.1的氧气过剩条件是一般的情况，在氧气比为1.05时燃烧所需的氧气量根据上述(1)式计算为244Nm3/h(＝1.05×[10×2.25+140×1.5])。因此，在使用纯氧时，需要LNG燃料的24.4倍的流量。另外，即便与煤粉的输送氮气比较，在固气比(每单位时间固体的供给速度/每单位时间输送气体的供给速度)为10时，氮气流量仍为11Nm3/h左右，燃烧所需的氧气量需要约22倍的流量。因此，为了使氧气的排出速度和燃料气体、煤粉的排出速度相同，助燃性气体排出口31需要气体燃料排出口21、固体燃料排出口11的20倍以上的排出面积(径向剖面积)。因此，在燃烧器的布局上，将助燃性气体排出口31配置在燃烧器的最外周部是合理的。另外，作为助燃性气体，如果不是使用纯氧而是使用空气，还需5倍的流量。此时，也因相同理由，认为将助燃性气体排出口31配置在燃烧器的最外周部是合理的。
[回转叶片]
在助燃性气体流路30中，在助燃性气体流路30的周向以规定间隔设置有用于使助燃性气体回转(在燃烧器周向上的回转。以下相同)的多片回转叶片4。通过使助燃性气体回转，能够使固体燃料适当并且高效地燃烧，由此碎屑加热效果提高，并且燃烧器的火焰温度变均匀。其结果是，能够高效地加热或者溶解电炉内的碎屑。
作为燃烧所需的要素，举出可燃性物质、氧气、温度(火源)三个要素。另外，关于可燃性物质的状态，燃烧的容易度的顺序是气体、液体、固体。这是因为如果可燃性物质是气体状态，容易混合可燃性物质和氧气，连续进行燃烧(连锁反应)。
在使用助燃燃烧器将气体燃料作为可燃性物质燃烧时，虽然取决于氧气浓度、气体燃料的流速、燃烧器尖端形状，但一般而言，气体燃料从燃烧器前端喷射之后立即燃烧。与此相对，在使用煤所代表的固体燃料作为可燃性物质时，难以如气体燃料那样快速燃烧。这是因为煤的点火温度为400～600℃左右，需要维持该点火温度和升温至点火温度的升温时间。
固体燃料到达至点火温度的升温时间取决于固体燃料的粒径(相对表面积)，如果使粒子更细，能够缩短点火时间。这是因为燃烧反应通过维持点火温度、与可燃性物质和氧气的反应来进行。为了高效地进行燃烧反应，重要的是使煤的高效加热、与煤和氧气的反应依次发生。
本实施方式的助燃燃烧器利用气体的回转来提高如上述那样的煤的高效加热、与可燃性物质和氧气的反应。
以下，以使用LNG(液化天然气)作为助燃燃烧器的气体燃料，使用煤(煤粉)作为固体燃料，使用纯氧作为助燃性气体的情况为例进行说明。此外，一般而言，燃料的点火温度为固体燃料＞液体燃料＞气体燃料。
在使用LNG和煤作为助燃燃烧器的燃料时，通过LNG和纯氧的燃烧，产生煤的点火温度以上的燃烧场，通过将煤送入该燃烧场，煤的温度上升至点火温度，引起煤的燃烧(气化→点火)。由于煤的温度上升所需的热量被消耗，所以火焰温度降低，但在引起煤点火的区域，温度上升。
通过作为燃料的LNG、煤与氧气反应，产生不可燃气体即二氧化碳。不可燃气体阻碍连续燃烧(连锁反应)，成为降低燃烧性的原因。另外，虽然将煤和输送气体一起供给，但若输送气体的流量很多，则输送气体的比热含量的温度降低，因此一般而言，如果提高固气比，燃烧性提高。然而，固气比较大的状态是指煤密集的状态，是来自外部的热、与氧气的反应难以向中心部传递的条件。为了高效地燃烧煤，重要的是在煤的燃烧场中创造出在煤的周围充分存在热和氧气的条件。
而且，根据本发明人的研究结果可知，通过使氧以特定的条件回转，能够在燃烧场中创造出在煤的周围充分存在热和氧气的条件。其结果是，煤被高效加热，并且煤(和LNG)与氧气的反应迅速进行，并且通过反应产生的二氧化碳也通过氧气的回转而被扩散。因此，煤的燃烧性提高。
即，在本实施方式中，需要使多片回转叶片4与燃烧器轴线所夹的角度θ(图3)为5°以上45°以下。在该回转叶片4的角度θ小于5°时，无法使助燃性气体充分回转，无法充分获得如前面所述那样的本发明所要求的作用和效果。另一方面，在回转叶片4的角度θ超过45°时，助燃性气体过于向外侧扩散，无法在燃烧场中创造出在煤的周围充分存在热和氧气的条件，因此，此时也无法充分获得如前面所述那样的本发明所要求的作用和效果。根据以上观点，更加优选回转叶片4的角度θ为10°以上30°以下。
针对回转叶片4的片数、回转叶片4的壁厚等虽然不特别限制，但是为了使助燃性气体充分回转，又不阻碍助燃性气体的流动，且叶片还不变形，回转叶片4的片数为8片以上16片以下，叶片的壁厚为1～10mm左右适当。
另外，回转叶片4在燃烧器轴向上的设置位置只要在助燃性气体流路30内就不特别限制，但若从助燃性气体流路30的前端(助燃性气体排出口31)离开过远，则担忧在回转叶片4通过的助燃性气体在和气体燃料混合之前，难以维持作为目标的回转角度。另一方面，若回转叶片4的设置位置过于接近助燃性气体流路30的前端(助燃性气体排出口31)，则由于用于保持回转角度的帮助流动时间较短，所以难以产生保持有如要求那样的回转角度的回转流(助燃性气体流)。因此，优选回转叶片4的助燃性气体排出口31侧的前端和助燃性气体排出口31在燃烧器轴向上的距离LB为10～50mm左右。
另外，为了获得稳定的回转流，优选回转叶片4在燃烧器轴向上的长度LA为40mm以上。另外，从叶片的制造成本的观点看，优选该长度LA为100mm以下。
另外，优选在将各个回转叶片4在助燃性气体流路30的周向上的长度(周长)设为Q，将多片回转叶片4在助燃性气体流路30的周向上的间隔设为P时，使Q/P(重叠率)为1.0以上1.2以下。在Q/P小于1.0时，难以使气体流动回转，其结果是，难以使火焰温度变均匀。另一方面，在Q/P超过1.2时，气体流动时的阻力变大，因此对于气体的流动，压力损失变大，难以流动，其结果是，依然难以使火焰温度变均匀。此外，如图3所示，针对全部的回转叶片4，优选距离LB、在燃烧器轴向上的长度LA和周长Q均相同，间隔P也为等间隔。
回转叶片4也可以为其本身被装入管体(喷射管)的方式，也可以为通过实施如与管体成为一体构造那样的机械加工而制成。
另外，根据本发明人的见解，若从助燃性气体排出口31排出的助燃性气体的流速小于10m/s，则担忧产生如下现象，即，固体燃料的燃烧容易不均匀，并且燃烧剩下的固体燃料在流路之中堵塞。因此，优选助燃性气体的排出流速为10m/s以上。助燃性气体的排出流速S由助燃性气体流量H和助燃性气体排出口31的排出面积A(径向剖面积)决定(S＝H/A)。因此，优选助燃性气体排出口31的排出面积(径向剖面积)为在助燃性气体以最小供给量从助燃性气体排出口排出气体的助燃性气体排出速度为10m/s以上那样的排出面积。此外，“最小供给量”是指固体燃料的燃烧没有不均匀并且燃烧剩下的固体燃料在流路之中没有堵塞的最小供给量。
根据以上已说明的本实施方式的助燃燃烧器100，通过使固体燃料和气体燃料一起适当并且高效地燃烧，碎屑加热效果提高，并且燃烧器的火焰温度变均匀。并且，在本实施方式的助燃燃烧器100中，起到以下的附加效果。即，在本实施方式中，通过改变固体燃料占据全部燃料的比例(发热量换算，以下简单地称为“固体燃料比例”)，能够根据与想要加热或者溶解的碎屑的距离，任意调整火焰长度。另外，一般由于气体流速比较小，所以有可能因飞散来的铁液、熔渣的飞溅而堵塞气体排出口，但在本实施方式中，由于通过固体燃料的输送气体清除飞溅，所以难以产生因飞溅导致的气体排出口的堵塞。
图4是示意表示本实施方式的助燃燃烧器100的使用状况的一个例子(在电炉的径向上的纵剖面)，7是炉体，8是电极，100是助燃燃烧器，x是碎屑。助燃燃烧器100设置为具有适当的倾角。助燃燃烧器100通常设置有多个，以便能够加热或者溶解电炉内的处于所谓冷点的碎屑。
这里，根据在助燃燃烧器中使用的燃料的点火温度，火焰长度会产生不同。由于固体燃料和气体燃料在点火温度上不同，所以通过改变固体燃料比例，能够任意调整助燃燃烧器的火焰长度(即，在从燃烧器离开一定距离的位置的火焰温度)。
如前面所述，在本实施方式的助燃燃烧器中，通过气体燃料和助燃性气体的燃烧，产生固体燃料的点火温度以上的燃烧场，通过将固体燃料送入该燃烧场，固体燃料的温度上升至点火温度，引起固体燃料的燃烧(气化→点火)。由于固体燃料的温度上升所需的热量被消耗，所以火焰温度降低，但在引起固体燃料的点火的区域中，温度上升。因此，在固体燃料比例较低时，在接近燃烧器前端的位置，在本实施方式的助燃燃烧器中产生的火焰成为高温(即，成为较短的火焰)，但在提高固体燃料比例时，因固体燃料在吸热之后的发热，在远离燃烧器前端的位置，也成为高温(即，成为较长的火焰)。因此，通过改变固体燃料比例，能够控制火焰长度(即，在从燃烧器离开一定距离的位置的火焰温度)。
图5示意表示针对本实施方式的助燃燃烧器改变固体燃料比例之后的火焰长度的变化。在该图中，实线是在燃烧器轴向上在从燃烧器前端离开0.2m的位置的火焰温度，虚线是同样在从燃烧器前端离开0.4m的位置的火焰温度，横轴是固体燃料在气体燃料+固体燃料中的比例。根据图5，在固体燃料比例较低的条件下，在燃烧器附近即在0.2m位置的火焰温度为高温，但在0.4m位置，产生急剧的温度降低。即，火焰长度较短。另一方面，在固体燃料比例较高的条件下，与气体燃料100％的情况比较，在燃烧器附近即在0.2m位置的火焰温度为低温，但在0.4m位置，几乎不产生温度降低。即，火焰长度较长。这是因为在燃烧器附近，气体燃料优先燃烧，在其火焰内已成为高温的固体燃料在0.4m位置被燃烧，温度被维持。
在电炉的操作中，因碎屑的装入、追加装入、溶解，助燃燃烧器与碎屑的距离变化。一般而言，在操作开始时、追加装入后的初始阶段，助燃燃烧器与碎屑的距离较小，随着碎屑的溶解的推进，助燃燃烧器与碎屑的距离变大。这是因为最初从接近助燃燃烧器的碎屑开始，依次溶解碎屑，所以随着碎屑的溶解的推进，未溶解的碎屑与助燃燃烧器的距离变大。本实施方式的助燃燃烧器通过对应于与想要加热或者溶解的碎屑的距离，改变固体燃料比例来调整(变更)火焰长度，能够和碎屑与助燃燃烧器的距离无关地使火焰到达碎屑。即，在助燃燃烧器与碎屑的距离较小时，降低固体燃料比例，缩短火焰长度，在助燃燃烧器与碎屑的距离较大时，提高固体燃料比例，延长火焰长度。由此，能够高效地加热或者溶解碎屑。
具体而言，在电炉的一般操作(一次充电的操作)中，装入碎屑2～3次左右。在初次装入碎屑之后，通过通电开始、助燃燃烧器使用开始而开始电炉的操作。针对操作开始时的状态，存在使前一操作的铁液残留一部分从而在下部存在熔融金属的情况、和使前一操作的铁液全部送出从而炉内为空的情况，但在操作方法上没有很大不同。在碎屑装入后的初始阶段，处于容积密度较高、碎屑被填充在电炉内的整体的状况。因此，助燃燃烧器前端部与碎屑的距离处于较近状态。在碎屑装入后的初始阶段，助燃燃烧器前端部与碎屑的距离大致为0.5m左右。这是因为若助燃燃烧器前端部与碎屑的距离过近，则在碎屑溶解时产生的飞溅熔敷于助燃燃烧器。另外，助燃燃烧器前端部高度的位置也基于炉的特性，但一般而言，位于距离碎屑熔穿后的液面高度1m以上的上方。
随着操作推进，从与铁液接触的下部、电极附近、助燃燃烧器附近的碎屑开始，溶解推进。由于在碎屑装入后的初始阶段，随着助燃燃烧器附近的碎屑溶解，位于上部的碎屑落下，所以始终存在0.5m左右的距离，但如果上部的碎屑消失，与碎屑的距离变远。若与碎屑的距离变远，则无法对碎屑高效地供给助燃燃烧器的热，因此以往也存在进行停止助燃燃烧器的操作的情况。与此相对，在使用本实施方式的助燃燃烧器的操作中，在碎屑接近时，降低固体燃料比例，利用较短的火焰溶解碎屑，在溶解推进从而碎屑的距离变远时，通过提高固体燃料比例，利用较长的火焰溶解碎屑。由此，能够高效地溶解更多碎屑，能够实现操作时间的缩短和电力消耗率的减少。因装入碎屑2～3次左右，助燃燃烧器与碎屑的距离变化，因此通过每次适当改变固体燃料比例，能够高效地溶解碎屑。
在上述操作时，需要掌握助燃燃烧器与碎屑的距离，例如在助燃燃烧器设置激光测距仪，通过该激光测距仪，能够测定至碎屑为止的距离。另外，能够通过排渣口等的窗利用监视照相机观察炉内的状况，根据电炉的构造，通过该监视照相机对炉内观察，能够掌握至碎屑为止的距离。另外，还存在根据操作数据能够获得对掌握距离有用的信息的情况。
实施例
使用图1～图3所示的构造的助燃燃烧器加热铁板，并进行了铁板的温度测定。燃烧器的输出为590Mcal/h。
使用LNG(气体燃料)和煤粉(固体燃料)作为燃料，使用纯氧作为助燃性气体。将氮气作为输送气体，从中心的固体燃料喷射管喷射出煤粉，并且从固体燃料喷射管的外侧的气体燃料喷射管喷射出LNG，从气体燃料喷射管的外侧(最外周)的助燃性气体喷射管喷射出纯氧。
煤粉的规格如表1所示。LNG流量为6.1Nm3/h，煤粉供给量为85kg/h，氧气流量为155Nm3/h，用于输送煤粉的氮气的流量为6.7Nm3/h。助燃性气体排出口31的排出面积为2064mm2，根据氧气流量计算出的氧气的流速均为21m/s。固体燃料比例为90％。使氧气比为1.1，通过上述(1)式计算出吹入氧气量。
在表2中示出在各水平中在助燃性气体喷射管的流路设置的回转叶片的角度θ和Q/P的值。此外，角度0°的回转叶片是指不是用于助燃性气体的回转而是设置为将气体燃料喷射管2和助燃性气体喷射管3保持为同芯状的部件。此外，在全部水平中，回转叶片的片数为8片，LB为40mm，P为30mm。
图6简要表示使用助燃燃烧器的燃烧试验。图6中的(A)表示燃烧试验的方法，图6中的(B)表示热电偶相对于在该燃烧试验中使用的铁板的设置位置。
在温度测定中使用的铁板的尺寸为纵向500mm，横向500mm，厚度4mm，使用SS400。为了测定铁板的温度，在燃烧器火焰的照射面的相反侧设置有K型热电偶，在板中央设置有1处，在距离中央左右100mm的位置各设置有1处，在距离中央左右200mm的位置各设置有1处，共计设置有5处。并且，在设置有K型热电偶的铁板面侧设置有厚度25mm的隔热材料(防火板)。在与助燃燃烧器对置的前表面设置有燃烧器火焰导入用的开口的炉(炉内温度：室温)内，配置有该带隔热材料的铁板。假定电炉操作，从燃烧器前端至铁板为止的距离为1.0m。将燃烧器点火作为实验开始，在数据记录器中获取在铁板设置的热电偶的输出，经时测定出铁板温度。在实验开始后10分左右，5处热电偶的温度成为恒定。将该温度作为最高加热温度。
在表2中示出在各水平中在5点的最高加热温度及其平均温度。另外，作为5点的温度偏差的指标，示出(5点中的最大温度)－平均温度的值、和平均温度－(5点中的最小温度)的值。若各值超过50℃，则判定为不好。
根据表2可知，在角度θ为0°的No.10中，5点的平均温度较高，但煤粉的燃烧性恶化并且不稳定，因此5点的偏差非常大。因此，无法均匀加热碎屑，产生碎屑的不均匀溶解。
与此相对，在角度θ处于本发明范围的No.1～5中，5点的平均温度较高，并且5点的偏差较小。即，可知通过煤粉适当并且高效地燃烧，能够获得较高的燃烧性。因此，能够在电炉操作中均匀地加热炉内的碎屑。在No.1～5中还使回转叶片的角度θ为10°以上30°以下的No.2～4中，5点的平均温度特别高，并且5点的偏差特别小。即，可以说是具有更优性能的助燃燃烧器。
另一方面，在回转叶片的角度θ为60°的No.11中，由于助燃性气体过于在铁板宽度方向扩散，所以5点的平均温度较低，并且与No.10相同，5点的偏差也大。即，可以说是作为助燃燃烧器的能力很低。
另外，若比较以45°固定回转叶片的角度θ并且各种变更Q/P的值而得到的No.5～9，在Q/P为1.0以上1.2以下的No.5、7、8中，尤其能够减小5点的偏差。
在该试验中，燃烧器输出590Mcal/h为设置于60t/ch的电炉的规模，实施了实际机器规模中的试验。因此，可知在实际机器的电炉中也能期待相同效果。
表1
煤种(品名) 褐煤
总碳(质量％) 68.0
固定碳(质量％) 43.2
挥发量(质量％) 46.7
灰烬(质量％) 9.4
低位发热量(kcal/kg) 6250
粒径d(90)(μm) 100
表2
工业上的可利用性
根据本发明的助燃燃烧器，通过使固体燃料和气体燃料一起适当并且高效地燃烧，能够提高铁屑的加热效果并且使其均匀。
附图标记说明：
100...电炉用助燃燃烧器；1...固体燃料喷射管；2...气体燃料喷射管；3...助燃性气体喷射管；4...回转叶片；7...炉体；8...电极；x...铁屑；10...固体燃料流路(第一流路)；11...固体燃料排出口；12...固体燃料供给口；20...气体燃料流路(第二流路)；21...气体燃料排出口；22...气体燃料供给口；30...助燃性气体流路(第三流路)；31...助燃性气体排出口；32...助燃性气体供给口；θ...回转叶片与燃烧器轴线所夹的角；Q...回转叶片在第三流路周向上的长度；P...回转叶片在第三流路周向上的设置间隔。

Claims (4)

1.一种电炉用助燃燃烧器，附属设置于溶解铁屑制造铁液的电炉，使用气体燃料和固体燃料作为燃料，其中，具有：
固体燃料喷射管，其划分出所述固体燃料通过的第一流路，从该第一流路的前端喷射所述固体燃料；
气体燃料喷射管，其配置在所述固体燃料喷射管的周围，划分出所述气体燃料在该气体燃料喷射管与所述固体燃料喷射管的外壁之间通过的第二流路，从该第二流路的前端喷射所述气体燃料；
助燃性气体喷射管，其配置在所述气体燃料喷射管的周围，划分出助燃性气体在该助燃性气体喷射管与所述气体燃料喷射管的外壁之间通过的第三流路，从该第三流路的前端喷射所述助燃性气体；和
多片回转叶片，它们在所述第三流路中沿所述第三流路的周向以规定间隔配置，用于使所述助燃性气体回转，
所述多片回转叶片与燃烧器轴线所夹的角度θ为5°以上45°以下。
2.根据权利要求1所述的电炉用助燃燃烧器，其中，
所述角度θ为10°以上30°以下。
3.根据权利要求1或2所述的电炉用助燃燃烧器，其中，
在将各个所述回转叶片在所述周向上的长度设为Q，将所述多片回转叶片在所述周向上的设置间隔设为P时，Q/P为1.0以上1.2以下。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电炉用助燃燃烧器，其中，
所述第三流路的前端具有在所述助燃性气体为最小供给量时使得助燃性气体排出速度为10m/s以上那样的排出面积。
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