JP6600329B2 - バーナ及びバーナの運転方法、並びに冷鉄源の溶解・精錬方法 - Google Patents
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Description
〔1〕 先端側の中心部に設けられた支燃性ガス噴出口に向けて支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路と、
前記支燃性ガス噴出口の周囲に設けられた燃料噴出口に向けて燃料を供給する燃料供給路と、
前記燃料噴出口の周囲を囲む位置から前記支燃性ガス噴出口及び前記燃料噴出口が設けられた先端面よりも前方に突出された防護ノズルとを備え、
前記支燃性ガス供給路は、ラバールノズルと、前記ラバールノズルの先端から前記支燃性ガス噴出口に向けて漸次拡径された拡径ノズルとを含み、
前記防護ノズルは、前記先端面から前方に向けて漸次縮径された形状を有し、
前記拡径ノズルの最大径をd 3 [m]とし、前記防護ノズルの先端における直径をd 4 [m]としたときに、供給する支燃性ガスの流量に対して、量論比(酸素比=1)で燃焼するのに必要な燃料の流量をQ f [Nm 3 /h]とした場合に、前記Q f を、下記式(1)で求められる前記防護ノズルの出口面積から前記拡径ノズルの出口面積を差し引いた面積Aで除して求められる速度V[Nm/s]が、
50≦V≦200
を満足するように、前記d 3 及びd 4 が設定されていることを特徴とするバーナ。
V=(Q f /3600)/A …(1)
A=π/4×(d 4 2 −d 3 2 )
〔2〕 前記支燃性ガス供給路は、前記拡径ノズルの先端から前記支燃性ガス噴出口に向けて同径とされた同径ノズルを含むことを特徴とする前記〔1〕に記載のバーナ。
〔3〕 前記同径ノズルの内周面に全周に亘って溝部が設けられていることを特徴とする前記〔2〕に記載のバーナ。
〔4〕 前記拡径ノズルのうち、最大径となる先端側での断面積をA1とし、最小径となる基端側での断面積をA2としたときに、
1.5≦A1/A2≦3.0
を満足することを特徴とする前記〔1〕〜〔3〕の何れか一項に記載のバーナ。
〔5〕 前記拡径ノズルの開き角が前記ラバールノズルの拡径側の開き角以上、且つ、前記拡径ノズルの半頂角が30°以下であることを特徴とする前記〔1〕〜〔4〕の何れか一項に記載のバーナ。
〔6〕 前記燃料噴出口は、前記支燃性ガス噴出口に対して同心円状に並ぶ複数の孔部により構成されていることを特徴とする前記〔1〕〜〔5〕の何れか一項に記載のバーナ。
〔7〕 前記燃料噴出口は、前記支燃性ガス噴出口に対して同心円状に形成された孔部により構成されていることを特徴とする前記〔1〕〜〔5〕の何れか一項に記載のバーナ。
〔8〕 前記防護ノズルの半頂角が5〜45°であることを特徴とする前記〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載のバーナ。
〔9〕 前記〔1〕〜〔8〕の何れか一項に記載のバーナを用いたバーナの運転方法であって、
前記支燃性ガスとして、濃度が20.95〜100%である酸素を用いることを特徴とするバーナの運転方法。
〔10〕 前記燃料噴出口から噴出される燃料の流速を10m/s以上とすることを特徴とする前記〔9〕に記載のバーナの運転方法。
〔11〕 酸素比を1〜10とすることを特徴とする前記〔9〕又は〔10〕に記載のバーナの運転方法。
〔12〕 前記〔1〕〜〔8〕の何れか一項に記載のバーナを用いた冷鉄源の溶解・精錬方法であって、
冷鉄源を溶解する溶解工程と、
前記冷鉄源を溶解した後に精錬する精錬工程とを含み、
前記溶解工程において、酸素比を1〜5とし、
前記精錬工程において、酸素比を3〜10とし、
前記溶解工程及び前記精錬工程において、それぞれ独立に燃料の流量を設定することを特徴とする冷鉄源の溶解・精錬方法。
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ものとする。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、本発明はそれらに必ずしも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。
〔第1の実施形態〕
先ず、本発明の第1の実施形態として、例えば図1(a),(b)に示すバーナ1Aについて説明する。なお、図1は、バーナ1Aの構成を示し、(a)はその先端側から見た正面図、(b)はその軸線方向に沿った断面図である。
次に、本発明の第2の実施形態として、例えば図2に示すバーナ1Bについて説明する。なお、図2は、バーナ1Bの構成を示し、(a)はその先端側から見た正面図、(b)はその軸線方向に沿った断面図である。また、以下の説明では、上記バーナ1Aと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
次に、本発明の第3の実施形態として、例えば図3に示すバーナ1Cについて説明する。なお、図3は、バーナ1Cの構成を示し、(a)はその先端側から見た正面図、(b)はその軸線方向に沿った断面図である。また、以下の説明では、上記バーナ1A,1Bと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
次に、本発明の第4の実施形態として、上記バーナ1A,1B,1Cの好適な条件について説明する。
1.5≦A1/A2≦3.0
〔第5の実施形態〕
次に、本発明の第5の実施形態として、上記バーナ1A,1B,1Cの運転方法について説明する。
酸素比=(供給する支燃性ガスG1に含まれる酸素量)/(燃料G2を完全燃焼させるのに必要な酸素量)
LNGの流量=[(供給する支燃性ガスG1に含まれる酸素量)/2.3]/酸素比
V=(Qf/3600)/A …(1)
A=π/4×(d4 2−d3 2)
〔第6の実施形態〕
次に、本発明の第6の実施形態として、上記バーナ1A,1B,1Cを用いた冷鉄源の溶解・精錬方法について説明する。
Qf=(QO2/2.3)/m …(2)
具体的に、上記バーナ1A,1B,1Cは、第1及び第2のノズル部材7,8により構成されているが、このような構成に必ずしも限定されるものではなく、適宜変更を加えることが可能である。例えば、上記第1のノズル部材7については、ラバールノズル9と、拡径ノズル10との間で分割されることによって、それぞれ別のノズル部材により構成することも可能である。
実施例1では、上記図1に示すバーナ1Aを下記表2に示す条件で作製したものを用いて、燃焼状態の確認と、中心を流れる支燃性ガスの噴流の流速を測定した。なお、実施例1では、支燃性ガスに純酸素(濃度100%)を用い、燃料にLNGを用いた。
実施例2では、上記図3に示すバーナ1Cを下記表3に示す条件で作製したものを用いて、燃焼状態の確認と、中心を流れる支燃性ガスの噴流の流速を測定した。なお、実施例2では、支燃性ガスに純酸素を用い、発熱量が低く燃焼性の悪い燃料を模擬するため、燃料にLNGを窒素で希釈したものを用いた。
実施例3では、実施例1及び実施例2のバーナをアーク炉内に設置し、実機操業で発生した溶融金属及びスラグによるノズルの閉塞状態を確認した。その結果、ノズルの閉塞は発生せず、安定して運転操業できることを確認した。
Claims (12)
- 先端側の中心部に設けられた支燃性ガス噴出口に向けて支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路と、
前記支燃性ガス噴出口の周囲に設けられた燃料噴出口に向けて燃料を供給する燃料供給路と、
前記燃料噴出口の周囲を囲む位置から前記支燃性ガス噴出口及び前記燃料噴出口が設けられた先端面よりも前方に突出された防護ノズルとを備え、
前記支燃性ガス供給路は、ラバールノズルと、前記ラバールノズルの先端から前記支燃性ガス噴出口に向けて漸次拡径された拡径ノズルとを含み、
前記防護ノズルは、前記先端面から前方に向けて漸次縮径された形状を有し、
前記拡径ノズルの最大径をd 3 [m]とし、前記防護ノズルの先端における直径をd 4 [m]としたときに、供給する支燃性ガスの流量に対して、量論比(酸素比=1)で燃焼するのに必要な燃料の流量をQ f [Nm 3 /h]とした場合に、前記Q f を、下記式(1)で求められる前記防護ノズルの出口面積から前記拡径ノズルの出口面積を差し引いた面積Aで除して求められる速度V[Nm/s]が、
50≦V≦200
を満足するように、前記d 3 及びd 4 が設定されていることを特徴とする記載のバーナ。
V=(Q f /3600)/A …(1)
A=π/4×(d 4 2 −d 3 2 ) - 前記支燃性ガス供給路は、前記拡径ノズルの先端から前記支燃性ガス噴出口に向けて同径とされた同径ノズルを含むことを特徴とする請求項1に記載のバーナ。
- 前記同径ノズルの内周面に全周に亘って溝部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載のバーナ。
- 前記拡径ノズルのうち、最大径となる先端側での断面積をA1とし、最小径となる基端側での断面積をA2としたときに、
1.5≦A1/A2≦3.0
を満足することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のバーナ。 - 前記拡径ノズルの開き角が前記ラバールノズルの拡径側の開き角以上、且つ、前記拡径ノズルの半頂角が30°以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のバーナ。
- 前記燃料噴出口は、前記支燃性ガス噴出口に対して同心円状に並ぶ複数の孔部により構成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のバーナ。
- 前記燃料噴出口は、前記支燃性ガス噴出口に対して同心円状に形成された孔部により構成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のバーナ。
- 前記防護ノズルの半頂角が5〜45°であることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載のバーナ。
- 請求項1〜8の何れか一項に記載のバーナを用いたバーナの運転方法であって、
前記支燃性ガスとして、濃度が20.95〜100%である酸素を用いることを特徴とするバーナの運転方法。 - 前記燃料噴出口から噴出される燃料の流速を10m/s以上とすることを特徴とする請求項9に記載のバーナの運転方法。
- 酸素比を1〜10とすることを特徴とする請求項9又は10に記載のバーナの運転方法。
- 請求項1〜8の何れか一項に記載のバーナを用いた冷鉄源の溶解・精錬方法であって、
冷鉄源を溶解する溶解工程と、
前記冷鉄源を溶解した後に精錬する精錬工程とを含み、
前記溶解工程において、酸素比を1〜5とし、
前記精錬工程において、酸素比を3〜10とし、
前記溶解工程及び前記精錬工程において、それぞれ独立に燃料の流量を設定することを特徴とする冷鉄源の溶解・精錬方法。
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