JP5073743B2 - 微粉炭注入ランス - Google Patents

Description

本発明は微粉炭注入ランス、より詳細には溶鉱炉の羽口中へ微粉炭を送り込むための注入ランスに関する。

微粉炭注入ランスは一般的にはコークスの代用である微粉炭を溶鉱炉へ注入するために用いられる。微粉炭はランスを通して圧搾空気を用いて搬送され、ランス先端において燃焼される。微粉炭の燃焼はランス先端への酸素の供給によって促進される。

所謂オキシコール技術では、微粉炭を搬送するための内側パイプと該内側パイプを取り囲む酸素搬入用の外側パイプを有する注入ランスが用いられる。ランス先端において微粉炭と酸素が接触して微粉炭の燃焼が促進される。

ＥＰ１０６０２７２には、微粉炭の燃焼を促進させ、ランス先端へ送り込まれる酸素に渦流を与えるために共軸パイプ間へ渦流発生器を配置することによって炎を持続させることが可能なことが記載されている。しかしながら、渦流の効果はランスの構造に極めて依存する。螺旋角が深過ぎると酸素は微粉炭から離れて燃焼効率が低下する。他方螺旋角が浅過ぎると燃焼効率の向上は僅かとなる。

ＥＰ１０６０２７２においては、流体流抵抗を減じ、かつランス先端における微粉炭の酸素との混合を良くするために、ランス先端付近の内側パイプ外面壁へ窪みを複数設けることも提案されている。

上記システムは、一定条件における燃焼効率の改善に適しているが、このような効果は保証されておらず、炎が持続されない危険も含んでいる。結果、炎を得るために再度点火しなければならない可能性がある。さらに、渦流を与えるか、あるいは多数の窪みを設けることによるランスの改良にはかなりのコストを要する。

ＥＰ０４４７９０８には燃焼性ガスを搬送するための外側パイプと微粉炭を搬送するための内側パイプから成る微粉炭注入ランスが開示されている。この内側パイプによって、微粉炭を燃焼性ガスから分離する分離壁が形成されている。ＥＰ０４４７９０８に従って、内側パイプは外側パイプよりも短く形成されるため、微粉炭注入ランス内部の前端付近に混合領域が形成される。これはランス内部に混合領域を得るためには特に簡単で安価な方法である。このようにランス内部に混合領域を形成することにより、炎の燃焼を改善させることが可能である。微粉炭と燃焼性ガスはこの混合領域において全く自由に混合可能である。

本発明は改善された微粉炭注入ランスを提供することを目的とする。この目的は請求項１項記載の微粉炭注入ランスによって達成される。

この目的を達成するため、本発明によって、ランス後端部からランス前端部へ微粉炭を送り込むための微粉炭注入ランスが提供される。このランスは燃焼性ガスを搬入するための外側パイプと、該外側パイプ内に共軸配置された微粉炭を搬送するための内側パイプから構成され、この内側パイプによって微粉炭を燃焼性ガスから分離する分離壁が形成される。この分離壁はランスの前端近くの部分において少なくとも部分的に中断され、そこで微粉炭注入ランス内に混合領域が形成されている。本発明の重要な観点によれば、前記外側パイプと内側パイプの長さはほぼ同一に形成され、内側パイプには少なくとも１個の側方開口部がランス前端付近に設けられ、これによって微粉炭と燃焼性ガスが微粉炭注入ランス内の前端部において接触できるようになっている。

ランス先端を通過した後に微粉炭が燃焼性ガスと混じり合う先行技術におけるランスとは対照的に、ランス内の分離壁が中断されていることによって、微粉炭と燃焼性ガスの混合をランス内で開始させることが可能とされている。これによって炎の点火が容易とされ、また炎の安定性及び燃焼効率が向上する。実際、ランス内で混合が行われると、その前端付近での炎の燃焼が持続され、ランス外側における流体流等の外的影響によって消えにくくなる。ランス内で微粉炭と燃焼性ガスを混合することにより、炎の点火も容易化され、炎の自己発火性も良好となる。

実質的に同一の長さをもつ外側パイプと内側パイプを備え、かつ内側パイプには少なくとも１個の側部開口部がランスの前端近くに設けられる配置とすることにより、ランス内における微粉炭と燃焼性ガスの混合調節能を向上させることが可能となる。微粉炭と燃焼性ガスの部分的混合を行うことにより温度調節を向上させることができるため、ランス鼻部における焼けを防止することが可能となる。更には、内側パイプは、混合領域及びその上流側において実質的に一定の径を有する。

前記側方開口部は複数のスリットから構成可能である。連続状の４つの縦形スリットを例えば内側パイプの前端周囲へ等間隔を空けて配置可能である。これらのスリットは内側パイプの前端へ延びていても良い。これらスリットの幅は０．５〜１０ｍｍとすることが可能である。これらスリットの数及びサイズは所望されるランス内混合程度に適合するように選定される。

前記に代えて、側方開口部を複数のボアホールによって構成することも可能である。このようなボアホールは例えば直径が１〜１０ｍｍとされ、また好ましくはジグザグ状に配置される。ボアホールの数、サイズ及びレイアウトは、所望されるランス内部における混合程度に従って適合化される。

前記外側パイプ及び／または内側パイプの形状は好ましくは円筒形とされる。

前記混合領域の長さは５〜１００ｍｍの範囲内とすることが可能である。この混合領域の長さは内側チューブの直径にほぼ一致する長さとしてもよい。

本発明の微粉炭注入ランスにおいて用いる燃焼性ガスは好ましくは酸素である。

発明を実施するための手段

以下において添付図面を参照しながらいくつかの非限定的実施態様について説明し、もって本発明についてさらに明らかにする。添付図面においては、同一あるいは類似の要素に対して同一符号が用いられていることに注意されたい。

図１、２及び３は、それぞれランス１０の後端部（図示せず）から前端部１１へ微粉炭を送り込むための微粉炭注入ランス１０の前部を示した図である。かかるランスは燃焼性ガスを搬送するための外側パイプ１２と微粉炭を搬送するための内側パイプ１４から構成される。内側パイプ１４は外側パイプ１２内部に共軸配置され、またこの内側パイプ１４によって微粉炭を燃焼性ガスから分離するための分離壁が形成される。本発明によれば、前記分離壁はランス１０の前記前端部１１付近の領域において少なくとも部分的に中断されており、それによってランス１０内部に混合領域１６が形成されている。

前記分離壁の中断によって混合領域１６が形成されることにより、ランス１０内での微粉炭と燃焼性ガスの混合が可能となり、これによって炎の安定性を高め、かつ炎の点火が容易となることが見出されている。このような炎は、燃え続けている限り、少なくともランス１０の混合領域１６においてはランス外部の条件によって大きな影響を受けない。

図１に示すような従来技術による微粉炭注入ランスにおいては本発明と異なり、内側パイプ１４は外側パイプ１２よりも短いため、混合領域１６において分離壁は完全に中断されている。従って、この混合領域１６において微粉炭と燃焼性ガスは自由に混合可能である。

図２に示された本発明の第一の実施態様によれば、内側パイプ１４と外側パイプ１２の長さはほぼ同一とされ、分離壁は内側パイプ１４中に配置された４つの連続状スリット１８によって中断される。スリット１８が存在することにより、混合領域１６内における微粉炭と燃焼性ガスの混合が可能となる。図示した実施態様でのスリット１８は互いに、また内側パイプ１２に対して平行であり、またこれらスリットは混合領域１６の全長に亘って延びている。しかしながら、これらスリット１８を内側パイプ１２の軸に対して一定角度で配置し、あるいは混合領域１６の一部の長さだけに亘ってスリットを延ばすことも可能なことに注意すべきである。実際、混合領域１６における混合程度をスリット１８の本数、方位、あるいはサイズを適切に選定して変更することが可能である。

図３に示す本発明の第二の実施態様によれば、内側パイプ１４と外側パイプ１２の長さはほぼ同一とされ、分離壁は内側パイプ１４中に配置された複数のボアホール２０によって中断される。ボアホール２０の存在により、混合領域１６内における微粉炭と燃焼性ガスの混合が可能とされる。図示された実施態様中のボアホール２０はジグザグ状に配置され、及び混合領域１６の全長に亘って延びている。しかしながら、これらボアホール２０を別のレイアウトで配置可能なこと、あるいは混合領域１６の一部の長さだけに亘ってスリットを延ばすことも可能なことに注意すべきである。実際、混合領域１６における混合程度をボアホール２０の個数、方位、あるいはサイズを適切に選定して変更することが可能である。

従来技術に従った微粉炭注入ランスの前部断面図である。 本発明の第一の実施態様に従った従来型微粉炭注入ランスの前部断面図である。 本発明の第二の実施態様に従った微粉炭注入ランスの前部断面図である。

Claims (10)

1. 燃焼性ガスを搬送するための円筒状外側パイプ（１２）、及び
   前記外側パイプ（１２）内に共軸配置されて微粉炭を搬送するために用いられる円筒状内側パイプ（１４）であって、この円筒状内側パイプによって前記微粉炭を前記燃焼性ガスから分離する分離壁が形成される該内側パイプから構成される、溶鉱炉の羽口へ微粉炭を送り込むための微粉炭注入ランス（１０）であって、
   前記分離壁は前記ランス（１０）の前端部（１１）付近の領域において少なくとも部分的に中断されて、前記微粉炭注入ランス（１０）内部に混合領域（１６）が形成されており、それによって微粉炭と燃焼性ガスが前記前端部（１１）付近の微粉炭注入ランス（１０）内で接触することが可能であり、
   前記外側パイプ（１２）と前記内側パイプ（１４）の長さはほぼ同一とされ、前記内側パイプ（１４）に前記微粉炭注入ランス（１０）内の前記前端部（１１）付近において微粉炭と燃焼性ガスが接触することを可能とする少なくとも１個の側方開口部（１８、２０）が設けられることを特徴とする前記微粉炭注入ランス（１０）。
2. 前記少なくとも１個の側方開口部（１８、２０）が複数のスリット（１８）から成ることを特徴とする請求項１項記載の微粉炭注入ランス（１０）。
3. 内側パイプ（１４）に前端部（１１）が設けられ、及び前記スリット（１８）が前記内側パイプ（１４）の前記前端部（２２）まで延びていることを特徴とする請求項２項記載の微粉炭注入ランス（１０）。
4. 前記スリット（１８）の幅が０．５〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項２項または３項記載の微粉炭注入ランス（１０）。
5. 前記少なくとも１個の側方開口部（１８、２０）が複数のボアホール（２０）から成ることを特徴とする請求項１項記載の微粉炭注入ランス（１０）。
6. 前記ボアホール（２０）の直径が１〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項５項記載の微粉炭注入ランス（１０）。
7. 前記ボアホール（２０）がジグザグ状に配置されることを特徴とする請求項５項または６項記載の微粉炭注入ランス（１０）。
8. 前記混合領域（１６）の長さが５〜１００ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の微粉炭注入ランス（１０）。
9. 前記混合領域（１６）の長さが前記内側パイプ（１４）の直径にほぼ相当することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の微粉炭注入ランス（１０）。
10. 前記燃焼性ガスが酸素であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の微粉炭注入ランス（１０）。

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