JP2002054805A - 電気炉用高速純酸素助燃バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体燃料を使用して効率の高い操業を行い、
電気炉の生産性を高めることができる電気炉用高速純酸
素助燃バーナを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の電気炉用高速純酸素助燃バーナ
１１は、中心部より順に液体燃料噴出管１２、カッティ
ング用酸素ガス噴出管１３、燃焼用酸素ガス噴出管１４
の順に噴出する三重管構成とすると共に、液体燃料を霧
化するために、液体燃料及びカッティング用酸素ガスを
高速噴出させる絞り部１３ａを該カッティング用酸素ガ
ス噴出管１３の先端部に設け、この霧化された液体燃料
及びカッティング用酸素ガスの混合気と燃焼用酸素ガス
とをさらに撹拌混合する旋回羽根１６を該カッティング
用酸素ガス噴出管１３の外周と燃焼用酸素ガス噴出管１
４とで形成される環状空間１５に介設したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気炉操業時にお
ける低温領域いわゆるコールドスポットの溶解を促進す
るための助燃バーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気炉を使用して鉄屑を溶解する場合、
電極周辺の鉄屑は早く溶解するが、電極から離れた場
所、すなわちコールドスポットに位置する鉄屑は溶解が
遅く、炉内の鉄屑溶解速度にアンバランスが生じる。こ
のため、炉内全体の鉄屑溶解速度は、コールドスポット
の溶解速度に律速されていた。

【０００３】そこで、このような鉄屑溶解速度のアンバ
ランスを解決し、炉内全体をバランス良く溶解させるべ
く、コールドスポットの位置に助燃バーナを設置し、こ
の助燃バーナでコールドスポットに位置する鉄屑の予
熱、切断、溶解を行うようになってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在使
用されている助燃バーナ１は、図４に示すように、内管
２と外管３を同心状に配置した二重管で構成され、内管
２から気体燃料を、内管２と外管３とで形成される環状
空間４から燃焼用空気を噴出する構造であったので、燃
焼炎５は図５に示すように広がりのある長い形状となっ
て流速が遅く、下記のような問題を内在していた。

【０００５】（１）助燃バーナの前方に重量屑や支燃物
が存在した場合、燃焼炎の反射によってバーナの先端部
や炉体が溶損する。 （２）媒溶剤等の支燃物によってバーナの先端部が詰ま
り易い。

【０００６】上記（１）（２）の問題を解決すべく、特
開平１０−９５２４号では、中心に支燃物の飛散用及び
スクラップのカッティング用酸素ガスを噴出するカッテ
ィング用酸素ガス噴出管を、その外周に燃料を噴出する
燃料管を、さらにその外周に燃焼用ガスを噴出する燃焼
用ガス管を、同軸で配置し、カッティング用酸素ガス噴
出管の先端部に絞り部を形成し、かつ燃料管の外周と燃
焼用ガス管とで形成される環状空間に旋回羽根を介設し
た電気炉用高速純酸素助燃バーナが提案されている。

【０００７】上記した特開平１０−９５２４号で提案さ
れる助燃バーナは、絞り部によって、中心のカッティン
グ用酸素ガスの噴出流速が高速となり、支燃物の飛散が
促進されると共に、燃料との酸化発熱反応が急激に進行
して、高温の燃焼炎が得られることとなり、よって、ス
クラップの溶断が促進されると共に、旋回羽根によっ
て、燃料とカッティング用酸素ガスとの混合気が燃焼用
ガスと急速に混合されるので、バーナ先端での燃焼炎を
シャープにできる。

【０００８】ところが、上記した特開平１０−９５２４
号で提案される助燃バーナは、燃料として使用するのが
気体燃料であり、液体燃料を上記構成の助燃バーナで採
用すると、以下の不具合が生じて気体燃料と同じ効果を
得ることができなかった。

【０００９】すなわち、液体燃料を使用する場合は、液
体の状態でそのまま使用しても目的とする燃焼炎を形成
することができないから、液体燃料を高圧空気（例えば
蒸気）によって剪断し微粒化することで霧化して使用す
る。

【００１０】しかし、特開平１０−９５２４号で提案さ
れる助燃バーナの構成では、中心から噴出するカッティ
ング用酸素ガスの噴出流速を高速化したところで、液体
燃料が滴状にはなるものの、微粒化され霧化されること
はなく、よって、上記した（１）（２）の目的を達成し
同等の作用効果を得ることができなかった。

【００１１】本発明は、上記した従来の助燃バーナにあ
った問題を解決し、液体燃料を使用して効率の高い操業
を行い、電気炉の生産性を高めることができる助燃バー
ナを提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、中心部より順に液体燃料、カッティング
用酸素ガス、燃焼用酸素ガスの順に噴出する三重管構成
とすると共に、液体燃料を霧化するために、液体燃料及
びカッティング用酸素ガスを高速噴出させる絞り部を該
カッティング用酸素ガス噴出管の先端部に設け、この霧
化された液体燃料及びカッティング用酸素ガスの混合気
と燃焼用酸素ガスとをさらに撹拌混合する旋回羽根を該
カッティング用酸素ガス噴出管の外周と燃焼用酸素ガス
噴出管とで形成される環状空間に介設した。このように
することで、液体燃料をアトマイズ（霧化）でき、高速
かつ高温でシャープで短い燃焼炎を得ることができ、従
って、支燃物の飛散が促進されると共に、スクラップの
溶断が促進される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の電気炉用高速純酸素助燃
バーナは、中心部より液体燃料を噴出し、この液体燃料
の外周部より支燃物の飛散用及びスクラップのカッティ
ング用酸素ガスを噴出し、このカッティング用酸素ガス
の外周部より燃焼用酸素ガスを噴出するべく三重管構成
とすると共に、液体燃料を霧化すべく該液体燃料とカッ
ティング用酸素ガスの噴出速度を高速とする絞り部を該
カッティング用酸素ガス噴出管の先端に設け、また、霧
化された液体燃料及びカッティング用酸素ガスの混合気
とさらに外周より噴出する燃焼用酸素ガスとを撹拌混合
する旋回羽根を該カッティング用酸素ガス噴出管外周と
燃焼用酸素ガス噴出管とで形成される環状空間に介設し
たものである。

【００１４】本発明の電気炉用高速純酸素助燃バーナで
は、必要に応じて、先端に保護フードを取り付けたり、
また、燃焼用酸素ガス噴出管を水冷構造となし、電気炉
内の高温雰囲気に対処できるようにすることは言うまで
もない。

【００１５】本発明の電気炉用高速純酸素助燃バーナ
は、中心部より噴出する液体燃料とカッティング用酸素
ガスとが、該カッティング用酸素ガス噴出管の先端部で
混合され、さらにカッティング用酸素ガス噴出管の先端
部に設けられた絞り部で高速化され、このとき、カッテ
ィング用酸素ガス噴出管から液体燃料の噴出流路に流入
するカッティング用酸素ガスによって液体燃料が剪断さ
れ、かつ絞り部を通過した時点で高速化された液体燃料
が、絞り部の内壁面に衝突し、またその衝突の衝撃波で
微粒化され、霧化される。

【００１６】そして、霧化された液体燃料とカッティン
グ用酸素ガスとの混合気は、燃焼用酸素ガスと旋回羽根
で撹拌混合される。このように、液体燃料を霧化し、こ
の霧化した液体燃料及びカッティング用酸素ガスの混合
気を高速にて噴出することで、媒溶剤等の支燃物の飛散
が促進されると共に、前記混合気と燃焼用酸素ガスとの
酸化発熱反応が急激に進行し、高温の燃焼炎が得られ、
スクラップの溶断が促進される。

【００１７】また、旋回羽根によって最外周から噴出す
る燃焼用酸素ガスに旋回を与えて渦巻き流を起こすの
で、霧化された液体燃料及びカッティング用酸素ガスの
混合気と燃焼用酸素ガスとの混合が急激に行われる。さ
らに、これらの相乗効果によってバーナ先端でシャープ
な短炎が形成できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の電気炉用高速純酸素助燃バー
ナ（以下、助燃バーナと記す）の実施例について図１〜
図３を参照して説明する。図１は本発明の助燃バーナを
断面して示す正面図、図２は断面して示す使用状態説明
図で、（ａ）は要部正面図、（ｂ）は平面図、図３は本
発明の助燃バーナにおける燃焼炎の説明図である。

【００１９】１１は、液体燃料として、例えば灯油やＡ
重油を使用する本発明の助燃バーナであり、以下のよう
に構成されている。

【００２０】助燃バーナ１１は、中心部には液体燃料を
噴出する液体燃料噴出管１２を、この液体燃料噴出管１
２の同軸外周には例えば媒溶剤等の支燃物の飛散用及び
スクラップのカッティング用酸素ガスを噴出するカッテ
ィング用酸素ガス噴出管１３を配置し、このカッティン
グ用酸素ガス噴出管１３の同軸外周には燃焼用酸素ガス
を噴出する燃焼用酸素ガス噴出管１４を配置した三重管
構成となされている。

【００２１】カッティング用酸素ガス噴出管１３の先端
は、液体燃料噴出管１２の先端より突出した状態とさ
れ、また、燃焼用酸素ガス噴出管１４の先端は、カッテ
ィング用酸素ガス噴出管１３の先端より突出した状態と
されている。

【００２２】さらに、助燃バーナ１１では、カッティン
グ用酸素ガス噴出管１３の先端に、例えば該助燃バーナ
１１の先端に向かって開口径が広がり、該助燃バーナ１
１の基端側端部の開口径がほぼ液体燃料噴出管１２の径
と等しくされた絞り部１３ａを設けると共に、カッティ
ング用酸素ガス噴出管１３の外周と燃焼用酸素ガス噴出
管１４の内周で形成される環状空間１５に旋回羽根１６
を介設している。

【００２３】本発明において、カッティング用酸素ガス
噴出管１３の先端部に設けた絞り部１３ａの形状、構
造、絞り率等は特に限定されるものではなく、液体燃料
が絞り部１３ａから噴出されたときに、その粒径が約２
００μｍ以下でかつ分布状態が均一となるように適宜設
定してやればよく、またカッティング酸素ガス噴出管１
３の先端から噴出されるカッティング用酸素ガスの流速
についても、蒸気粒径を得るべく、絞り部１３ａとの関
係で例えばマッハ０．１〜３となるように流量、圧力等
を設定する。

【００２４】液体燃料の粒径が２００μｍより大きくま
た、分布状態が不均一になると、燃焼状態が不良とな
る。また、カッティング用酸素ガスの流速がマッハ０．
１未満であると、液体燃料を上記した目標とする粒径で
霧化することが難しいと共に、媒溶剤等の支燃物を吹き
飛ばすことが難しく、鉄屑表面の露出による溶断の促進
効果を期待できず、加えてバーナ先端部の詰まりを抑制
できないからである。一方、カッティング用酸素ガスの
流速がマッハ３を超えても、効果はあまり変わらず、ま
た、カッティング用酸素ガスの供給設備等の大型化が必
要となり、コストアップを招くこととなる。

【００２５】また、本実施例では、助燃バーナ１１は、
電気炉２０（図２参照）の炉内に向けて配置されて高温
雰囲気の中に長時間挿入することになるので、燃焼用酸
素ガス噴出管１４を水冷可能すべく、該燃焼用酸素ガス
噴出管１４の外周に、冷却水導入管１４ａ、冷却水排出
管１４ｂを設けている。

【００２６】また、図示しないが、助燃バーナ１１は、
燃焼用酸素ガス噴出管１４の先端外周部に着脱可能な形
態で保護フードを設けてもよく、このように保護フード
を設けた場合には、助燃バーナ１１の先端が溶損した場
合にも、保護フードが溶損されるだけで、燃焼用酸素ガ
ス噴出管１４などの先端が溶損されることがないので、
保護フードを取り替えるだけでよくなる。なお、保護フ
ードの材質は、金属製、耐熱金属製に限らず、耐火物や
セラミックス等でもよい。

【００２７】上記構成の助燃バーナ１１では、先ず、カ
ッティング用酸素ガス噴出管１３からカッティング用酸
素ガスを噴出すると共に、液体燃料噴出管１２から液体
燃料を噴出して、絞り部１３ａで液体燃料を霧化して気
体中の空気によって着火燃焼させる。

【００２８】中心部より噴出する液体燃料は、カッティ
ング用酸素ガスと該カッティング用酸素ガス噴出管１３
の先端部で混合され一旦は粒化して混合気となり、さら
に絞り部１３ａでこの混合気が高速化され、順次液体燃
料の噴出流路に流入するカッティング用酸素ガスによっ
て液体燃料が剪断され、かつ絞り部１３ａを通過した時
点で高速化された液体燃料が、絞り部１３ａの内壁面に
衝突し、またその衝突の衝撃波で微粒化され、霧化され
る。

【００２９】次に、旋回羽根１６によって旋回を付与し
た燃焼用酸素ガスが噴出されると、霧化された液体燃料
及びカッティング用酸素ガスの混合気が、燃焼用酸素ガ
スと撹拌混合され、バーナ先端で燃焼火炎が形成され、
鉄屑や雰囲気の温度を上昇させる。

【００３０】そして、このようにすることで、媒溶剤等
の支燃物の飛散が促進されると共に、霧化された液体燃
料及びカッティング用酸素ガスの混合気と燃焼用酸素ガ
スとの酸化発熱反応が急激に進行され、高温の燃焼炎が
得られ、従って、スクラップの溶断が促進され、鉄屑の
溶断が短時間で可能になる。

【００３１】ところで、急激な温度上昇を得るために
は、燃焼炎を狭い範囲で集中的に、例えば図３に示すよ
うな、シャープな短炎とすることが望ましい。そこで、
本発明の助燃バーナ１１では、燃焼用酸素ガス噴出管１
４から噴出される燃焼用酸素ガスに渦巻き流を起こすた
めに旋回羽根１６を介設し、上記した液体燃料を霧化す
るための機能を兼ねた絞り部１３ａを設けているのであ
る。

【００３２】本発明の助燃バーナ１１では、前記したよ
うな構成によって液体燃料を使用してもシャープな短炎
を形成し、高温の燃焼炎１７を得ることにしている。そ
して、このようなシャープで高温、高速の短炎によっ
て、鉄屑の迅速な溶断が可能になり、周囲の鉄屑の予熱
も可能となる。

【００３３】また、鉄屑の迅速な溶断によって燃焼炎１
７の跳ね返りが減少し、炉体の局部溶損が抑制される。
さらに、霧化された液体燃料及びカッティング用酸素ガ
スの混合気は、絞り部１３ａによって高速に噴出される
から、媒溶剤等の支燃物を吹き飛ばし、鉄屑表面の露出
による溶断の促進効果が期待できると共に、バーナ先端
部の詰まりも抑制できる。

【００３４】なお、本発明の電気炉用高速純酸素助燃バ
ーナは、上記した溶解時に使用する他に、例えばカッテ
ィング用酸素ガスの流速をマッハ０．１〜１．０に抑え
て使用することで、予熱バーナとしての使用も可能であ
り、幅広く適用させることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電気炉用
高速純酸素助燃バーナを使用した場合には、液体燃料を
霧化しかつ均一な分布状態とすることができると共にし
てシャープで高温、高速の短炎の燃焼炎を得ることがで
きるから、溶解時間が短縮すると共に、電力原単位も低
減し、さらに、バーナ先端部や炉体トラブルも減少し
て、生産性は大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気炉用高速純酸素助燃バーナの正面
断面図である。

【図２】本発明の電気炉用高速純酸素助燃バーナの使用
状態を説明するための断面図で、（ａ）は要部正面図、
（ｂ）は平面図である。

【図３】本発明の電気炉用高速純酸素助燃バーナにおけ
る燃焼炎を示す図である。

【図４】従来の電気炉用助燃バーナの正面断面図であ
る。

【図５】従来の電気炉用助燃バーナにおける燃焼炎を示
す図である。

【符号の説明】

１１ （電気炉用高速純酸素）助燃バーナ １２ 液体燃料噴出管 １３ カッティング用酸素ガス噴出管 １３ａ 絞り部 １４ 燃焼用酸素ガス噴出管 １５ 環状空間 １６ 旋回羽根

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部より液体燃料を噴出し、この液体
   燃料の外周部より支燃物の飛散用及びスクラップのカッ
   ティング用酸素ガスを噴出し、このカッティング用酸素
   ガスの外周部より燃焼用酸素ガスを噴出するべく三重管
   構成とすると共に、液体燃料を霧化すべく該液体燃料と
   カッティング用酸素ガスの噴出速度を高速とする絞り部
   を該カッティング用酸素ガス噴出管の先端に設け、ま
   た、霧化された液体燃料及びカッティング用酸素ガスの
   混合気とさらに外周より噴出する燃焼用酸素ガスとを撹
   拌混合する旋回羽根を該カッティング用酸素ガス噴出管
   外周と燃焼用酸素ガス噴出管とで形成される環状空間に
   介設したことを特徴とする電気炉用高速純酸素助燃バー
   ナ。