JP2006511780A - ガス燃焼器と、ガス燃焼器と冷却器の組み合わせとにおける方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃焼器及び／又は冷却器３の運転に関する方法であって、ガスが、内側管７を通って流れ、内側管７を取り囲む外側管５の中に流出し、内側管７の容積によって収容されない外側管５の容積の部分を通って還流するようにされる方法に関する。本発明は、内側底板８を、外側管５内に、前記外側管５の閉鎖された底９と離隔して配置し、それによって内側管７を通って流れ、外側管５の中に流出するガスが、後戻りし、外側管５と内側管７の間を通過するようにされ、それによって、前記外側管５の底９と底板８の間でガス・ポケット１２を作り出すことを特徴とする。

Description

本発明は、ガス燃焼器及び燃焼器と冷却器の組み合わせに関連する方法に関する。

より詳しくは、本発明は、溶鉱炉加熱燃焼器の運転における材料の損耗を軽減する方法に関する。該当する燃焼器は、ガス燃焼器、油燃焼器、又は固形燃料燃焼器である。

本発明を、複合型ガス燃焼器／冷却器を参照して以下に例証する。

溶鉱炉はしばしばガス燃焼器を用いて加熱される。この燃焼器は一般的にガス源から成るが、そこからガスがノズルを通って導かれ、点火されて炎を生じる。極めて熱い燃焼ガスが、開放底の内側パイプを通って導かれる。内側パイプは閉鎖底の外側管によって囲まれて、閉鎖された管システムを形成する。排気ガスは、外側管の上方部から外に導かれる。この管システムは、溶鉱炉の加熱された容積内に位置し、そこで、燃焼によって生成した熱を主に熱放射によって溶鉱炉の加熱された容積に転送することによって、加熱プロセスに寄与する。

管システムの内部容積は、溶鉱炉の加熱された容積と接触しないので、燃焼されたガス又はその燃焼生成物が、溶鉱炉内で加熱する製品と接触することは決してない。

５００〜１１００℃の温度が、そのような溶鉱炉の一般的な作動温度である。

溶鉱炉内で加熱された製品が、そこから取り出される用意ができると、当然ながら、溶鉱炉、その加熱された容積、及び加熱された製品が、特別な道具を用いずに取り扱うことができる温度にまで冷えるのに、相当な長さの時間が掛かる。溶鉱炉の冷却プロセスを早めるために、冷たい空気がしばしば内側管内に送り込まれて、溶鉱炉の加熱された容積内で蓄積された熱を、外側管から冷たい空気に転送することによって、溶鉱炉の加熱された容積を積極的に冷却するようにする。

このタイプの運転では、ガス燃焼器の外側管は、「冷却フィンガ」と呼ばれる。このように冷却空気は、ガス燃焼器が含まれる管システムと同じものを通って導かれ、このプロセス中ガス供給及び燃料供給は止められ、その代わり空気供給源が開けられ、そこから冷却空気が管システムを通って流れる。冷却空気流は、しばしば極めて大きな容積を有する。例えば、溶鉱炉を冷却する時に使用する冷却空気の容積は、一般的には１００ｍ^３／ｈである。

時としてこの構成物は、専ら冷却フィンガとしてのみ使用される。

当然ながら、冷却空気の温度は溶鉱炉の加熱された容積の環境温度をかなり下まわるので、また冷却空気は前記環境と直接連通しないので、冷却空気と溶鉱炉の加熱された容積とのバリアを構成する管システムのそれらの部分は、激しい材料応力を被る。これらの応力は、前記バリアを構成する管システムの異なった部分同士の接合部で、大きな機械的応力を引き起こす程に強力である。

公知技術の場合、冷却空気は外側管内に開放される内側管を通って導かれるが、外側管は溶鉱炉の閉じ込められた容積と直接接触し、そこを冷却空気がさらに通過し、管システムから流出する。冷却空気が内側管から流出し、曲がり、内側管容積によって収容されない外側管容積のその部分を通って還流する領域では、冷却効果は比較的強い。その結果、外側管材料に発生する強力な温度勾配に起因する材料に対する応力がこの領域では大きく、外側管の底部構造は特にそのような応力を被る。底部構造はしばしば外側管内に機械的に固定して取り付けられる底板から成る。前記底板と円筒部表面の接合部の材料損耗は底板がどのように固定されても、即ち溶接、ネジ止めなどによって固定されても、そのような損耗は熱疲労をもたらす周期的に変化する負荷によっても発生する。

これらの問題に対する他の解決法も提案されている。例えば一解決法は、冷却フィンガの運転で発生する温度勾配によって構造物に加えられるそれらの材料応力を、より効率的に取り上げるように、外側底板は湾曲形状が与えられることを提案している。

しかし提示された提案のいずれも、問題の効果的な解決にはなっていない。外側管及び／又は底板は、依然、比較的しばしば取替えられねばならず、その結果不必要な高い維持コストが掛かる。

その結果、前記構造物に発生する温度勾配に起因する材料損耗を最小限に抑え、それによってガス燃焼器に対する維持要件を縮小し、その耐用年数を増大させる外側管底構造を見出すことが望ましい。

本発明は、そのようなガス燃焼器の外側管の改良された底部構造を、内側底板を含むことによって提供するが、この内側底板は、外側管表面から離隔され、そこにぶつかって、中を流れる冷却空気が強制的に後戻りし、外側管から流出するようにされ、それによって冷却空気が外側管表面と外側管の円筒部表面との接合部と直接接触して流れることが決してない。

ガス燃焼器の耐用年数を増大することに加えて、本発明は、ガス燃焼器管システムを構築する材料の実際の選択に関する問題も解決する。ＮｉＣｒなどのオーステナイト系材料ではなく、多くの用途でＦｅＣｒＡｌなどのフェライト材料を使用することが望まれる。ＦｅＣｒＡｌは、酸化及び腐食の点でより優れた材料である。

これは例えば、ＦｅＣｒＡｌは、材料と溶鉱炉の閉じ込められた容積との間の、カーボン・ポテンシャルの差異の結果として生じる材料の脱炭を、よりうまく扱うことができるからである。例えば所謂ＳＥＲ型の燃焼器を作動させる時が、そのような場合である。他方、現在の技術によってガス燃焼器をフェライト材料から構築することは、前記温度勾配の存在の結果として生じる材料応力のために、不可能である。本発明は、温度勾配によって誘発される材料負荷を縮小するのに効果を有するので、ガス燃焼器の製造に、オーステナイト系材料ではなく、フェライト材料を使用することがここで可能である。

したがって、本発明は、燃焼器及び／又は冷却器の運転方法において、ガスが内側管を通って流され、内側管を取り囲む外側管を通って流出させられ、内側管容積によって収容されない外側管容積のその部分を通って還流させられる方法であって、外側管に、内側底板を、外側管の閉鎖された底と離隔された関係で配置し、内側管を通って流れ、外側管内に流出するガスを強制的に外側管と内側管の間で曲げ、還流させ、流出させるようにし、それによって、ガスと外側管の底部との間に断熱ガス・ポケットを作り出すことを特徴とする方法に関する。

本発明はまた、請求項８に規定し、前記請求項に述べる特徴を有する種類のガス燃焼器と冷却器の組み合わせにも関する。

次に、本発明を添付図面に示す本発明の実施例を部分的に参照して、より詳しく述べる。

図１は、本発明によって構築された、組み合わされたガス燃焼器と冷却器３によって加熱される溶鉱炉１の概観図である。図２は、前記組み合わされたガス燃焼器と冷却器の側面図である。溶鉱炉の閉じ込められた容積２はガス燃焼器３から配送される熱エネルギーによって加熱される。ガス燃焼器３から獲得された熱エネルギーは主に熱放射によって溶鉱炉の閉じ込められた容積２に伝送されるが、対流及び伝導も溶鉱炉の容積を加熱することに寄与する。

外部ガス源からのガスが燃焼器ヘッド４で点火され、燃焼プロセスからの熱いガス状の残余生産物が燃焼器の内側管７の中に流入し、内側燃焼管７の外側表面と外側管５の内側表面との間に形成された容積６を通って還流し、流出する。

このようにして、ガス燃焼生成物は、溶鉱炉の閉じ込められた容積２と決して接触しない。

上で示したように、冷却目的の管システムと同一の管システムで冷却空気を使用することも通例である。この場合、ガス燃焼器３は、そうではなく冷却フィンガと呼ばれる。したがって、ここでも、燃焼器３が冷却フィンガとして使用される時に構造物を通って流れる冷たい空気は、溶鉱炉の閉じ込められた容積２と接触することはない。

図３は、ガス燃焼器３の下方部分を示す。図から分かるように、円形の内側底板８が外側管５の底板９の上に間隔を置いて配置されている。挿入物１０が内側底板８と外側管５の底板９との間隔を画定している。挿入物１０は筒形状又は任意の他の適切な幾何学的形状であってよい。この挿入物は、有利には、低い熱伝導率と、可能な限り小さな断面積を有する。

内側底板８の直径は、外側管５の内側直径に完全に対応せず、それによって内側底板８と外側管５の内側表面との間で開いた隙間１１を形成している。この隙間は、運転で発生する温度勾配によって引き起こされる材料の動きが、材料、特に底板９が管システムに固定される手段に機械的損傷をもたらさないことを保証する。

内側底板８と外側管５の底板９との間隔は、絶縁空隙１２を作り出す。内側管７から流出し、内側管７と外側管５の間の容積内に戻るガスは、内側底板８の上面によって妨害され、それによって、溶鉱炉の閉じ込められた容積２と、内側底板８の下の容積上でガス燃焼器３を通って流れるガスとの間に存在する温度差が大きく減少する。この結果、外側管５の底板９が加熱され、冷却される程度が大きく縮小される。そしてこの結果、熱勾配によって誘発される材料応力による材料の損耗が軽減し、また外側管５の底板９の耐用年数が大きく増大する。

内側底板８の頂部に位置するのは十字形スペーサ１３で、これが部分的に、内側底板８と内側管７の底縁部との間の間隔を画定する機能を、部分的に内側管７から出るガスを均一に分配する機能を果たす。内側管７はスペーサ１３の上に載る。この構造は、これらの２つの目的の少なくとも一方を達成する任意のどのような構造でもよいことに留意することが重要である。

別法として、スペーサ１３を除外することもでき、その場合前記目的は達成されない。

燃焼器の残りの部分の構造に応じて、或いは内側底板８及び円形挿入物１０、円形挿入物１０及び外側管５底板９のいずれか、或いはこれらの組み合わせのいずれもが、相互の頂部に緩く載る場合、挿入物１０、内側底板９、スペーサ１３（存在する場合）、及び内側管７も、例えば溶接、締め付け、ねじ、又は他の適切なやり方で機械的に一緒に接合することができる。別法として、これらの構成要素が、相互に緩く載ることもできる。

図４は、図３と類似の図であるが、本発明の他の可能な実施例を示す。この実施例では、円形挿入物１０ではなく、対流及び放射を軽減する絶縁材料１４が使用される。この絶縁材料は、外側管５の底板９に対するさらに優れた絶縁を提供し、その結果さらに長い耐用年数をもたらす。さらに、絶縁材料１４は、外側管５の底板９の上面と、内側底板８の下面のとの間隔を画定し、内側底板９の重量も支持する。

言うまでもなく、絶縁材料１４を挿入物１０と組み合わせて使用して、構造物の支承能力を高めることもできる。

ケイ酸アルミニウム繊維は、本出願に関する限り、適切な絶縁材料の実施例である。

挿入物は、金属又はセラミックであってよく、或いは他の適切な材料であってもよい。

本発明が、導入部で述べた問題を解決することが明白である。

本発明を、その幾つかの実施例を参照して述べたが、構造上の構成要素の設計を変化させることが可能であることが明白である。

したがって、添付請求の範囲内で変化形態を作ることができるので、本発明を、その上述の例証実施例に限定されるものとして見なすべきではない。

ガス燃焼器を含む溶鉱炉の概観図である。 前記燃焼器の燃焼管／冷却フィンガの側面図である。 ガス燃焼器の下方部分の側面図と、前記燃焼器の下側から見た図である。 他のガス燃焼器の下方部の側面図と、前記燃焼器の下側から見た図である。

Claims (14)

1. 燃焼器及び／又は冷却器（３）の運転に関する方法において、ガスが内側管（７）を通って流れ、内側管（７）を取り巻く外側管（５）内に流出し、内側管（７）の容積によって収容されない外側管（５）の部分を通って還流するようにされる方法において、
   内側底板（８）を外側管（５）内に、前記外側管（５）の閉鎖された底（９）と離隔した関係で配置し、それによって、内側管（７）を通って流れ、外側管（５）の中に流出するガスが、後戻りし、外側管（５）と内側管（７）の間を通過するようにされ、それによって、前記外側管の底（９）と内側底板（８）の間にガス・ポケット（１２）を作り出すことを特徴とする方法。
2. 中を通過するガスを、燃焼ガスからの熱い燃焼生成物或いは冷却空気にすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 絶縁材料（１４）に、内側底板（８）と外側管（５）の底（９）との間の容積を占めさせることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 絶縁材料が使用されない時、又は使用される絶縁材料（１４）が充分に高い支承能力を内側底板（８）に与えるほど充分に支持力がない時、挿入物（１０）を外側管（５）の底（９）と内側底板（８）の間に配置して、内側底板（８）の支承能力を高めることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の方法。
5. 挿入物（１０）を外側管（５）の底（９）に機械的に固定することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 内側底板（８）を挿入物（１０）に機械的に固定することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 管システムをＦｅＣｒＡｌから構築することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 内側管（７）と、内側管（７）を取り囲み、閉鎖された底を有する外側管（５）とを備える燃焼器及び／又は冷却器（３）であって、ガスが内側管（７）を通って流れ、内側管（７）の容積によって収容されない外側管（５）の容積の部分を通って還流する燃焼器及び／又は冷却器において、
   外側管（５）の閉鎖された底（９）と離隔されて外側管（５）の中に配置され、外側管の閉鎖された底と内側管の口との間に配置された内側底板（８）を特徴とする燃焼器及び／又は冷却器。
9. ガス燃焼器が、燃焼ガスからの熱い燃焼生成物又は冷却空気から成るガスによって中を通過されるようにされていることを特徴とする、請求項８に記載の燃焼器及び／又は冷却器。
10. 内側底板（８）と外側管（５）の底（９）との間の容積を占める絶縁材料（１４）を特徴とする、請求項９に記載の燃焼器及び／又は冷却器。
11. 絶縁材料が使用されない時、又は使用される絶縁材料（１４）が不充分で、内側底板（８）に充分に高い支承能力を与えられない時、内側底板（８）の支承能力を高めるように、外側管（５）の底（９）と内側底板（８）との間に配置される挿入物（１０）を特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載の燃焼器及び／又は冷却器。
12. 挿入物（１０）が、外側管（５）の底（９）に機械的に固定されることを特徴とする、請求項１１に記載の燃焼器及び／又は冷却器。
13. 内側底板（８）が挿入物（１０）に機械的に固定されることを特徴とする、請求項１１に記載の燃焼器及び／又は冷却器。
14. パイプ・システムがＦｅＣｒＡｌから構成されることを特徴とする、請求項８から１３のいずれか一項に記載の燃焼器及び／又は冷却器。

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