JP2003523824A - 融液のアトマイズ装置 - Google Patents
融液のアトマイズ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、融液、特に酸化スラグまたはガラスをアトマイズする装置であって、スラグタンディッシュと流出口とを備え、該流出口内にランスを挿入して環状ギャップを形成しつつ該ランスからガスまたは蒸気を注入するアトマイズ装置に関する。ランス（３）は２つの同心配置された管（４、５）を備えており、該同心管は個々に軸方向に変位可能で且つ各々軸方向に変位した位置で固定可能である。
Description
【０００１】
本発明は、融液、特に溶融スラグまたは溶融ガラスをアトマイズ（霧化）する
ための装置であって、スラグタンディッシュと流出口とを備え、該流出口内にラ
ンスを挿入して環状ギャップを形成しつつ該ランスからガスまたは蒸気を注入す
るアトマイズ装置に関する。
ための装置であって、スラグタンディッシュと流出口とを備え、該流出口内にラ
ンスを挿入して環状ギャップを形成しつつ該ランスからガスまたは蒸気を注入す
るアトマイズ装置に関する。
【０００２】
溶融スラグのアトマイズおよび粒状化の方法はこれまでに多数提案されており
、これら公知方法では、溶融スラグをスラグタンディッシュから流出口を介して
自由噴流として冷却チャンバ内へ放出し、あるいは更に冷却チャンバ内で自由噴
流に蒸気および／または冷水を供給して急速かつ完全なガラス凝固を行わせる。
方法によっては、蒸気の他に、推進ジェットとして高圧冷水を用いる方法もあり
、その際、融液を噴出させるために不活性ガスを用いることももちろん可能であ
る。その場合、推進ジェットとして蒸気を用いると、それによる強烈な冷却によ
って、連続配置された冷却チャンバ内に液化により負圧が生ずることがある。冷
水を用いると、融液との接触によって急速に気化して過剰な圧力が発生すること
がある。その結果、特に流出口において圧力変動が発生し、ノズルギャップで負
圧と過剰圧が同程度に発生する。個々の状態に適合した適切なアトマイズを行い
、微粒のアトマイズ状態を確保するために、ノズル形状を個々の状態に適合させ
る必要がある。
、これら公知方法では、溶融スラグをスラグタンディッシュから流出口を介して
自由噴流として冷却チャンバ内へ放出し、あるいは更に冷却チャンバ内で自由噴
流に蒸気および／または冷水を供給して急速かつ完全なガラス凝固を行わせる。
方法によっては、蒸気の他に、推進ジェットとして高圧冷水を用いる方法もあり
、その際、融液を噴出させるために不活性ガスを用いることももちろん可能であ
る。その場合、推進ジェットとして蒸気を用いると、それによる強烈な冷却によ
って、連続配置された冷却チャンバ内に液化により負圧が生ずることがある。冷
水を用いると、融液との接触によって急速に気化して過剰な圧力が発生すること
がある。その結果、特に流出口において圧力変動が発生し、ノズルギャップで負
圧と過剰圧が同程度に発生する。個々の状態に適合した適切なアトマイズを行い
、微粒のアトマイズ状態を確保するために、ノズル形状を個々の状態に適合させ
る必要がある。
【０００３】
これまでに知られている形態としては、ガスまたは蒸気の注入に用いるランス
を融液表面の上方に配置して損耗を低減しており、当然のことながら、噴出特性
はスラグ浴高さや融液浴高さに大きく依存することになる。融液中にランスを浸
漬する形態の場合は、もちろん耐熱材料を採用しなくてはならず、流出口での凝
固によってギャップ形状が変動したり、アトマイズ液滴の粒径分布が変動したり
するため、所定の噴流形状および所定のアトマイズ状態を確保することが困難に
なる。
を融液表面の上方に配置して損耗を低減しており、当然のことながら、噴出特性
はスラグ浴高さや融液浴高さに大きく依存することになる。融液中にランスを浸
漬する形態の場合は、もちろん耐熱材料を採用しなくてはならず、流出口での凝
固によってギャップ形状が変動したり、アトマイズ液滴の粒径分布が変動したり
するため、所定の噴流形状および所定のアトマイズ状態を確保することが困難に
なる。
【０００４】
本発明の目的は、前述のような装置において、流出口での凝固によるスラグ片
の付着を容易に防止できると同時に、個々の状態に適合させて所望の噴流のパラ
メータを実現できる装置を提供することである。この目的を達成するために、本
発明の装置は、ランスが２つの同心配置された管を備えており、これら同心管は
個々に軸方向に変位可能で且つ各々軸方向に変位した位置で固定できることを特
徴とする。２つの管が同心配置されているので、外側の管を内側の管に対して相
対的に変位させることにより、融液の流入するギャップの幅を調節することがで
き、かつ、内側の管を適宜調節することによって、推進ジェット媒体の圧力およ
び種類のような個々の前提条件に応じて所望の噴流パラメータを適合させること
ができる。加えて、ランスの２つの同心管に異なる材質を用いることができ、例
えば、スリーブすなわち外側管を耐熱性のあるセラミック材料か低廉なグラファ
イトで作り、内側管を耐熱鋼等あるいはセラミック材料で作れば、スリーブで内
側管を融液による腐食や熱衝撃から保護することができる。スリーブを消耗部品
として用いることにより、先ず第一に装置の運転コストを大幅に低減することが
でき、同時に、望みのアトマイズ液滴を形成するように、あるいは噴流の形成を
広い範囲で調整するように、噴流パラメータを調節できる。
の付着を容易に防止できると同時に、個々の状態に適合させて所望の噴流のパラ
メータを実現できる装置を提供することである。この目的を達成するために、本
発明の装置は、ランスが２つの同心配置された管を備えており、これら同心管は
個々に軸方向に変位可能で且つ各々軸方向に変位した位置で固定できることを特
徴とする。２つの管が同心配置されているので、外側の管を内側の管に対して相
対的に変位させることにより、融液の流入するギャップの幅を調節することがで
き、かつ、内側の管を適宜調節することによって、推進ジェット媒体の圧力およ
び種類のような個々の前提条件に応じて所望の噴流パラメータを適合させること
ができる。加えて、ランスの２つの同心管に異なる材質を用いることができ、例
えば、スリーブすなわち外側管を耐熱性のあるセラミック材料か低廉なグラファ
イトで作り、内側管を耐熱鋼等あるいはセラミック材料で作れば、スリーブで内
側管を融液による腐食や熱衝撃から保護することができる。スリーブを消耗部品
として用いることにより、先ず第一に装置の運転コストを大幅に低減することが
でき、同時に、望みのアトマイズ液滴を形成するように、あるいは噴流の形成を
広い範囲で調整するように、噴流パラメータを調節できる。
【０００５】
もちろん、スリーブの材料としてグラファイトを用いることができるのは、ア
トマイズする融液に炭素が溶解しない場合に限られる。すなわち融液が金属また
は鉄やクロムの酸化物を含有しない場合のみである。外側管にグラファイトを用
いれば、消耗部品として特に低廉であると同時に、流出口の閉塞防止に高い効果
が得られる。
トマイズする融液に炭素が溶解しない場合に限られる。すなわち融液が金属また
は鉄やクロムの酸化物を含有しない場合のみである。外側管にグラファイトを用
いれば、消耗部品として特に低廉であると同時に、流出口の閉塞防止に高い効果
が得られる。
【０００６】
本発明の望ましい形態においては、流出口がノズルブロックとして形成され、
外側管を成すスリーブが導電性材料、特にグラファイトで作られていて、更にノ
ズルブロックも導電性材料で作れば、流入口および推進ジェットが供給される領
域でスリーブとノズルブロックとの間に電弧を生成させる等の簡単な方法によっ
て電気加熱を行い運転中のノズル形状を一定に確保することができる。このよう
な加熱をノズルギャップの領域で行えば、本発明による更にもう一つの重要な効
果を得ることができる。結局、基本的に、蒸気温度が高くなるほど、特にこれに
伴い粒子の流動性が高まるため、液滴すなわち凝固しつつある粒子が微細になる
。しかし、最終的な蒸気温度が高いと、通常それに対応して余分な蒸気発生と、
ランスへの高温蒸気の余分な供給が必要になる。最終的な加熱または最終的な過
熱（スーパーヒート）を例えば電弧によって行えるので、かなり低い蒸気温度で
、および例えば最高蒸気圧１０barで７００℃程度の蒸気温度で、蒸気を最高１
６００℃まで過熱することができる。このようにして蒸気の発生が低廉になり、
同時に、蒸気ランスへの温度負荷も大幅に低減する。ノズル領域で「低温蒸気」
を過熱することにより、特にランス自体は蒸気圧から解放される。これは、この
領域では既に蒸気圧はジェット速度へ変換された後なので、ジェット管への熱負
荷はかなり低減されるからである。
外側管を成すスリーブが導電性材料、特にグラファイトで作られていて、更にノ
ズルブロックも導電性材料で作れば、流入口および推進ジェットが供給される領
域でスリーブとノズルブロックとの間に電弧を生成させる等の簡単な方法によっ
て電気加熱を行い運転中のノズル形状を一定に確保することができる。このよう
な加熱をノズルギャップの領域で行えば、本発明による更にもう一つの重要な効
果を得ることができる。結局、基本的に、蒸気温度が高くなるほど、特にこれに
伴い粒子の流動性が高まるため、液滴すなわち凝固しつつある粒子が微細になる
。しかし、最終的な蒸気温度が高いと、通常それに対応して余分な蒸気発生と、
ランスへの高温蒸気の余分な供給が必要になる。最終的な加熱または最終的な過
熱（スーパーヒート）を例えば電弧によって行えるので、かなり低い蒸気温度で
、および例えば最高蒸気圧１０barで７００℃程度の蒸気温度で、蒸気を最高１
６００℃まで過熱することができる。このようにして蒸気の発生が低廉になり、
同時に、蒸気ランスへの温度負荷も大幅に低減する。ノズル領域で「低温蒸気」
を過熱することにより、特にランス自体は蒸気圧から解放される。これは、この
領域では既に蒸気圧はジェット速度へ変換された後なので、ジェット管への熱負
荷はかなり低減されるからである。
【０００７】
本発明のもう一つの望ましい形態によれば、ランスの内側管はセラミック材料
または耐熱鋼で作られており、正確な噴流形状を得るための諸要件をより容易に
確保できる。従来の鋼製ランスではランス吐出口の熱変形や時によっては融落ま
でも考慮しなくてはならなかったが、本発明の耐熱材料製のスリーブを用いるこ
とにより、内側管の吐出口をスラグの直接の作用から隔離して、長時間にわたっ
て噴流形状を一定に維持することができる。
または耐熱鋼で作られており、正確な噴流形状を得るための諸要件をより容易に
確保できる。従来の鋼製ランスではランス吐出口の熱変形や時によっては融落ま
でも考慮しなくてはならなかったが、本発明の耐熱材料製のスリーブを用いるこ
とにより、内側管の吐出口をスラグの直接の作用から隔離して、長時間にわたっ
て噴流形状を一定に維持することができる。
【０００８】
特に有利な形態においては、ノズルブロックが、円錐状の流入口と、出口に向
かった広がる反対向きの円錐状の流出口とを備えていることにより、軸方向に適
当に変位させるという簡単な操作で、流入側ギャップおよび基本的なアトマイズ
パラメータを調節できる。
かった広がる反対向きの円錐状の流出口とを備えていることにより、軸方向に適
当に変位させるという簡単な操作で、流入側ギャップおよび基本的なアトマイズ
パラメータを調節できる。
【０００９】
既に述べたように、流出口の形状を例えば凝固による閉塞が生じないように維
持すること、したがってノズルブロックと外側管すなわちスリーブとを電源に接
続してノズルブロックの領域における電気加熱を行わせる実施形態に対応した流
出口形状とすることが有利である。
持すること、したがってノズルブロックと外側管すなわちスリーブとを電源に接
続してノズルブロックの領域における電気加熱を行わせる実施形態に対応した流
出口形状とすることが有利である。
【００１０】
アトマイズの基本的なパラメータの調節でアトマイズの微細さに明瞭な向上が
見られたら、アトマイズされた融液液滴のサイズを更に小さくすることができる
。すなわち、望ましい実施形態によって、スラグタンディッシュに接続された噴
霧チャンバ内に少なくとも１つの環状ノズルを流出口と同心状に配置し、このノ
ズルの各流出口をランスの軸に対してほぼ平行にまたは末広がりに方向付けるこ
とが望ましい。タンディッシュから流出口を通って噴霧された融液液滴の噴出流
の領域では、凝固しつつある融液液滴の表面張力の増加を主因とするフィラメン
トの形成を防止することができない。噴霧チャンバ内に環状ノズルを配置するこ
とによって、付加的に蒸気および／または高温ガス、例えば燃焼排ガスを噴霧チ
ャンバ内に噴射させて、凝固しつつある融液液滴に接触させてこれを昇温させ、
それにより液滴の表面張力を低下させて液滴サイズを更に小さくすることができ
る。蒸気または高温ガスはランスの軸に対して平行に噴射させることが望ましく
、これによりタンディッシュの流出口を取り囲む蒸気または高温ガスのジャケッ
トが形成され、噴霧された融液液滴の流れの広がる範囲を限定する。環状ノズル
から噴射された蒸気または高温ガスは、特に、タンディッシュから出現したばか
りの境界領域内にあって最も冷却されているために最もフィラメントを形成し易
い融液液滴に対して作用する。そのために、環状ノズルは噴出してくるスラグ噴
流の温度より高温の蒸気および／または高温ガスを供給するためのダクトを備え
ていることが望ましい。
見られたら、アトマイズされた融液液滴のサイズを更に小さくすることができる
。すなわち、望ましい実施形態によって、スラグタンディッシュに接続された噴
霧チャンバ内に少なくとも１つの環状ノズルを流出口と同心状に配置し、このノ
ズルの各流出口をランスの軸に対してほぼ平行にまたは末広がりに方向付けるこ
とが望ましい。タンディッシュから流出口を通って噴霧された融液液滴の噴出流
の領域では、凝固しつつある融液液滴の表面張力の増加を主因とするフィラメン
トの形成を防止することができない。噴霧チャンバ内に環状ノズルを配置するこ
とによって、付加的に蒸気および／または高温ガス、例えば燃焼排ガスを噴霧チ
ャンバ内に噴射させて、凝固しつつある融液液滴に接触させてこれを昇温させ、
それにより液滴の表面張力を低下させて液滴サイズを更に小さくすることができ
る。蒸気または高温ガスはランスの軸に対して平行に噴射させることが望ましく
、これによりタンディッシュの流出口を取り囲む蒸気または高温ガスのジャケッ
トが形成され、噴霧された融液液滴の流れの広がる範囲を限定する。環状ノズル
から噴射された蒸気または高温ガスは、特に、タンディッシュから出現したばか
りの境界領域内にあって最も冷却されているために最もフィラメントを形成し易
い融液液滴に対して作用する。そのために、環状ノズルは噴出してくるスラグ噴
流の温度より高温の蒸気および／または高温ガスを供給するためのダクトを備え
ていることが望ましい。
【００１１】
以下に、添付図面を参照し、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００１２】
図１において、スラグタンディッシュの底部および側壁を参照符号１で示す。
このタンディッシュ内に収容された溶融スラグ２内にランス３を浸漬する。ラン
ス３は耐熱鋼製の内側管４とグラファイト製の外側管すなわちスリーブ５とを備
えている。スラグタンディッシュの底部には、やはりグラファイト製であるノズ
ルブロック６が配置されていて、スリーブ５およびノズルブロック６の材質とし
てグラファイトを用いた場合は、融液２が炭素を溶解し得る物質を含有しない点
のみを考慮すればよい。特に、融液が鉄の融液でないこと、そして融液が鉄酸化
物もクロム酸化物も含有しないことである。
このタンディッシュ内に収容された溶融スラグ２内にランス３を浸漬する。ラン
ス３は耐熱鋼製の内側管４とグラファイト製の外側管すなわちスリーブ５とを備
えている。スラグタンディッシュの底部には、やはりグラファイト製であるノズ
ルブロック６が配置されていて、スリーブ５およびノズルブロック６の材質とし
てグラファイトを用いた場合は、融液２が炭素を溶解し得る物質を含有しない点
のみを考慮すればよい。特に、融液が鉄の融液でないこと、そして融液が鉄酸化
物もクロム酸化物も含有しないことである。
【００１３】
ランス３の２つの構成部材すなわち内側管４および外側管５はそれぞれ別個に
、両頭矢印７の方向に高さを調節できる。まず、外側管であるスリーブ５を変位
させることによって、融液が流入するギャップの幅を調節できる。更に、スリー
ブ５およびノズルブロック６の材質としてグラファイトを用いることによって、
これら２つの部材を電極として機能させて両者の間に安定した電弧を生成でき、
形状および調節されたギャップ幅が凝固操作の影響を受けないようにすることが
できる。ランス３の内側管４を変位させることによって、噴流の形状を広い範囲
で調節して個々の推進媒体に合わせることができる。このように２つの同心管を
備えたランスを用いることによって、熱的な問題および腐食の問題を抑制できる
だけでなく、長時間の運転中、噴流を所定形状に維持することができる。
、両頭矢印７の方向に高さを調節できる。まず、外側管であるスリーブ５を変位
させることによって、融液が流入するギャップの幅を調節できる。更に、スリー
ブ５およびノズルブロック６の材質としてグラファイトを用いることによって、
これら２つの部材を電極として機能させて両者の間に安定した電弧を生成でき、
形状および調節されたギャップ幅が凝固操作の影響を受けないようにすることが
できる。ランス３の内側管４を変位させることによって、噴流の形状を広い範囲
で調節して個々の推進媒体に合わせることができる。このように２つの同心管を
備えたランスを用いることによって、熱的な問題および腐食の問題を抑制できる
だけでなく、長時間の運転中、噴流を所定形状に維持することができる。
【００１４】
図２に、溶融スラグ２を収容したスラグタンディッシュを示す。スラグ内に浸
漬されたランス３の内側管４は、保護管としての外側管５に取り囲まれている。
図示した例においては、噴霧チャンバ８がスラグタンディッシュ１に接続されて
おり、環状ノズルリング１０がランスの軸９に対して同心状に配置されている。
環状ノズルリング１０から噴出した蒸気または高温ガスの流れは、ランス３の軸
９に対してほぼ平行に方向付けられ、アトマイズされた融液液滴の流れの外周に
接触する。これによって、少なくとも部分的に冷却された状態になっている融液
液滴が再び加熱され、それにより表面張力が小さくなって、更に微細にアトマイ
ズされる。その結果、融液を微細にアトマイズすることができる。
漬されたランス３の内側管４は、保護管としての外側管５に取り囲まれている。
図示した例においては、噴霧チャンバ８がスラグタンディッシュ１に接続されて
おり、環状ノズルリング１０がランスの軸９に対して同心状に配置されている。
環状ノズルリング１０から噴出した蒸気または高温ガスの流れは、ランス３の軸
９に対してほぼ平行に方向付けられ、アトマイズされた融液液滴の流れの外周に
接触する。これによって、少なくとも部分的に冷却された状態になっている融液
液滴が再び加熱され、それにより表面張力が小さくなって、更に微細にアトマイ
ズされる。その結果、融液を微細にアトマイズすることができる。
【図１】
図１は、流出口を備えたスラグタンディッシュを部分的に示す。
【図２】
図２は、噴霧チャンバを接続したスラグタンディッシュを示す。
─────────────────────────────────────────────────────
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(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ
，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，
ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ
Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ
，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，
ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，
ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ
Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ
，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，
ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ
Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ
，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，
ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ
Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ
，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，
ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (8)
- 【請求項１】 融液、特に溶融スラグまたは溶融ガラスをアトマイズする装
置であって、スラグタンディッシュと流出口とを備え、該流出口内にランスを挿
入して環状ギャップを形成しつつ該ランスからガスまたは蒸気を注入するアトマ
イズ装置において、 該ランス（３）は２つの同心配置された管（４、５）を備えており、該同心管
は個々に軸方向に変位可能で且つ各々軸方向に変位した位置で固定できることを
特徴とする融液のアトマイズ装置。 - 【請求項２】 該流出口がノズルブロック（６）として形成されており、該
ランス（３）の外側の管を成すスリーブ（５）が導電性材料、特にグラファイト
で作られていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 該ランス（３）の内側の管（４）がセラミック材料または耐
熱鋼で作られていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。 - 【請求項４】 該ノズルブロック（６）が、円錐状の流入口と、出口に向か
って広がる反対向きの円錐状の流出口とを備えていることを特徴とする請求項１
、２または３記載の装置。 - 【請求項５】 該ノズルブロック（６）と該外側の管を成すスリーブ（５）
とが電源に接続されていて、該ノズルブロック（６）内で電気加熱を行うように
したことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項６】 該スラグタンディッシュに接続された噴霧チャンバ内に、該
流出口と同心円状に配置された環状ノズルを少なくとも一つ備えていることを特
徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項７】 各ノズル流出口の各軸が、該ランスの軸に対してほぼ平行ま
たは末広がりに配置されていることを特徴とする請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 環状ノズルが、特に流出するスラグ噴流の温度より高温であ
る、蒸気および／または高温ガスを供給するダクトを備えていることを特徴とす
る請求項６または７記載の装置。
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