JP2017032254A - burner - Google Patents

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岡田　裕二
Yuji Okada
裕二 岡田
公勇 谷山
Kimitake Taniyama
公勇 谷山
伊藤　貴之
Takayuki Ito
貴之 伊藤
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Chugai Ro Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Chugai Ro Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen combustion type burner capable of being used in safety with simple equipment.SOLUTION: A burner 1 includes a nozzle 15 having a fuel gas discharge port 15a for discharging a fuel gas, and a supporting gas discharge port 15b for discharging a supporting gas substantially composed of pure oxygen. A combustion region 17 by flame is formed outside of the fuel gas discharge port 15a and the supporting gas discharge port 15b, and flow channels 131, 132 for circulating a cooling gas and not discharging the same to the combustion region 17, are formed in the nozzle 15.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、支燃ガスに純酸素を用いるバーナーに関する。   The present invention relates to a burner that uses pure oxygen as a combustion-supporting gas.

アルミニウム鋳造において、アルミニウムインゴットを予熱する手段としてバーナーが用いられている。ここで、一般的な空気燃焼方式のバーナーを用いた場合、空気に含まれる窒素分が多いため、排熱ロスが大きく、短時間で予熱することができない。そこで、酸素燃焼方式のバーナーを用いることが提案されている（特許文献１参照）。   In aluminum casting, a burner is used as a means for preheating an aluminum ingot. Here, when a general air combustion type burner is used, since there is a large amount of nitrogen contained in the air, the exhaust heat loss is large, and preheating cannot be performed in a short time. Thus, it has been proposed to use an oxygen combustion type burner (see Patent Document 1).

特開２００８−８１７８０号公報JP 2008-81780 A

酸素燃焼方式のバーナーは、高火力が得られる反面、バーナー自身が高温になり、ノズルの溶損やガスケット類の損傷が生じるという問題がある。この問題への対処法として、特許文献１では、バーナーを水冷構造としている。   The oxyfuel combustion type burner has a problem that, although high thermal power can be obtained, the burner itself becomes high temperature, and the nozzle is melted and the gaskets are damaged. As a countermeasure for this problem, in Patent Document 1, the burner has a water cooling structure.

しかしながら、水冷構造のバーナーを使用する場合、その冷却水が漏れ、溶解したアルミニウムの保持炉へ冷却水が入ると水蒸気爆発を起こすため、バーナーを保持炉から離して設置する必要がある。この場合、予熱後のアルミニウムインゴットを通常の搬送装置で保持炉まで搬送すると、搬送中にアルミニウムインゴットの温度が低下してしまうので、保持炉まで高温のまま搬送可能な高温物搬送装置が必要となる。したがって、水冷構造のバーナーを安全に使用するには、大掛かりな設備を必要とする。   However, when a water-cooled burner is used, if the cooling water leaks and the cooling water enters the molten aluminum holding furnace, a steam explosion occurs. Therefore, it is necessary to install the burner separately from the holding furnace. In this case, if the preheated aluminum ingot is transported to the holding furnace with a normal transport device, the temperature of the aluminum ingot will decrease during transport, so a high-temperature material transport device that can transport the aluminum ingot to the holding furnace at a high temperature is required. Become. Therefore, in order to use the water-cooled structure burner safely, large-scale equipment is required.

本発明の解決しようとする課題は、簡易な設備で安全に使用できる酸素燃焼方式のバーナーを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide an oxyfuel combustion type burner that can be used safely with simple equipment.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、燃料ガスを放出する燃料ガス放出口と、実質的な純酸素からなる支燃ガスを放出する支燃ガス放出口とを有するノズルを備え、前記燃料ガス放出口及び前記支燃ガス放出口の外部に火炎による燃焼領域が形成されるバーナーであって、前記ノズル内に、冷却ガスを流通させて前記燃焼領域へ放出することのない冷却ガス流路を設けることを特徴とする。   That is, the fuel gas discharge port and the combustion support gas discharge port are provided with a nozzle having a fuel gas discharge port for discharging a fuel gas and a support gas discharge port for discharging a support gas composed of substantially pure oxygen. A burner in which a combustion region by a flame is formed outside is provided with a cooling gas passage in the nozzle that does not circulate the cooling gas and discharge it to the combustion region.

本発明によれば、ノズル内に冷却ガスの流路を設けることによって、水冷構造では実現できない、簡易な設備で安全に使用できる酸素燃焼方式のバーナーを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, by providing the flow path of a cooling gas in a nozzle, the oxyfuel combustion type burner which cannot be implement | achieved by a water cooling structure and can be used safely with simple equipment can be provided.

本発明の一実施形態におけるバーナーの側面図である。It is a side view of the burner in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるバーナーの正面図である。It is a front view of the burner in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるバーナーのノズル部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the nozzle part of the burner in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるインゴット予熱・溶解装置の正面図である。It is a front view of the ingot preheating and melting apparatus in one embodiment of the present invention. 図４のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図４のＢ−Ｂ線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line of FIG.

以下の実施形態では、アルミニウム鋳造において、アルミニウムインゴットを予熱するための予熱炉に設置できる形態に設計したバーナーを例に説明する。   In the following embodiments, a burner designed to be installed in a preheating furnace for preheating an aluminum ingot in aluminum casting will be described as an example.

図１はバーナーの側面図、図２はバーナーの正面図、図３はバーナーのノズル部分の拡大断面図である。以下では、火炎が発生するバーナーの先端側を前側、その反対側を後側、予熱炉に設置された状態のバーナーの上下方向を上下方向として説明する。   1 is a side view of the burner, FIG. 2 is a front view of the burner, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a nozzle portion of the burner. Below, the front end side of the burner in which a flame is generated will be referred to as the front side, the opposite side as the rear side, and the vertical direction of the burner installed in the preheating furnace will be described as the vertical direction.

バーナー１は、支燃ガスに純酸素を用いて燃料ガスを燃焼させる酸素燃焼方式のバーナーである。バーナー１は、燃料ガス管１１と、支燃ガス管１２と、冷却ガス管１３と、炉体取付フランジ１４と、ノズル１５とを備えている。   The burner 1 is an oxyfuel combustion type burner that burns fuel gas using pure oxygen as a combustion support gas. The burner 1 includes a fuel gas pipe 11, a combustion support gas pipe 12, a cooling gas pipe 13, a furnace body mounting flange 14, and a nozzle 15.

燃料ガス管１１は、その内側に燃料ガス（例えば、都市ガス１３Ａ）の流路１１１を形成する円筒状の管である。燃料ガス管１１の一部はノズル１５に設けられている。燃料ガスはバーナー１で利用可能なガスであれば特に限定はなく、例えば、天然ガスや石油ガスなどであってもよい。   The fuel gas pipe 11 is a cylindrical pipe that forms a flow path 111 of fuel gas (for example, city gas 13A) inside thereof. A part of the fuel gas pipe 11 is provided in the nozzle 15. The fuel gas is not particularly limited as long as it is a gas that can be used in the burner 1, and may be, for example, natural gas or petroleum gas.

燃料ガス管１１は、バーナー１の後端に位置する燃料ガスの入口１１ａと、バーナー１の前端近傍に位置する燃料ガスの出口１１ｂとを有し、バーナー１の最内殻に配置される。入口１１ａはホース（不図示）を介して商用のガス栓（不図示）に接続されている。出口１１ｂは環状に配置された８個の貫通孔で構成され、各出口１１ｂが後述する各燃料ガス放出口１５ａに連通している。   The fuel gas pipe 11 has a fuel gas inlet 11 a located at the rear end of the burner 1 and a fuel gas outlet 11 b located near the front end of the burner 1, and is arranged in the innermost shell of the burner 1. The inlet 11a is connected to a commercial gas stopper (not shown) via a hose (not shown). The outlet 11b is configured by eight through holes arranged in an annular shape, and each outlet 11b communicates with each fuel gas discharge port 15a described later.

この構成により、ガス栓からホースを介して入口１１ａに供給された燃料ガスは、バーナー１の後端から前端へ向けて燃料ガス管１１内の流路１１１を流れ、各出口１１ｂから燃料ガス放出口１５ａに供給され、燃料ガス放出口１５ａの前端からバーナー１の外部空間（本実施形態では予熱炉内）に放出（吐出）され、燃焼する。以下では、この燃焼により、バーナー１の外部空間に生じる火炎で形成される領域を燃焼領域１７と呼ぶ（図１参照）。   With this configuration, the fuel gas supplied from the gas stopper to the inlet 11a through the hose flows through the flow path 111 in the fuel gas pipe 11 from the rear end to the front end of the burner 1, and releases the fuel gas from each outlet 11b. It is supplied to the outlet 15a, discharged (discharged) from the front end of the fuel gas discharge port 15a to the external space of the burner 1 (in the preheating furnace in this embodiment), and burned. Below, the area | region formed with the flame which arises in the external space of the burner 1 by this combustion is called the combustion area | region 17 (refer FIG. 1).

支燃ガス管１２は、支燃ガスである純酸素の流路１２１を形成する管である。支燃ガス管１２の一部はノズル１５に設けられている。ここでいう純酸素とは実質的な純酸素であり、９８ｖｏｌ％以上の酸素を指す。例えば、ＪＩＳ Ｋ−１１０１で規定された工業用酸素などを用いることができる。   The support gas pipe 12 is a pipe that forms a flow path 121 of pure oxygen that is a support gas. A part of the support gas pipe 12 is provided in the nozzle 15. Pure oxygen here is substantially pure oxygen and refers to oxygen of 98 vol% or more. For example, industrial oxygen specified by JIS K-1101 can be used.

支燃ガス管１２は、燃料ガス管１１の外周を覆い、その内側に支燃ガスの流路１２１を形成する円筒状の第１管１２ａを有する。つまり、流路１２１は第１管１２ａの内周面と燃料ガス管１１の外周面との空隙によって形成される。第１管１２ａは、バーナー１の前端近傍に位置する支燃ガスの出口１２ｂを有する。出口１２ｂは環状に配置された１０個の貫通孔で構成され、各出口１２ｂが後述する各支燃ガス放出口１５ｂに連通している。   The combustion supporting gas pipe 12 has a cylindrical first pipe 12a that covers the outer periphery of the fuel gas pipe 11 and forms a combustion supporting gas passage 121 inside thereof. That is, the flow path 121 is formed by a gap between the inner peripheral surface of the first pipe 12 a and the outer peripheral surface of the fuel gas pipe 11. The first pipe 12 a has a combustion-supporting gas outlet 12 b located in the vicinity of the front end of the burner 1. The outlet 12b is composed of ten through holes arranged in an annular shape, and each outlet 12b communicates with each combustion supporting gas discharge port 15b described later.

支燃ガス管１２は、第１管１２ａの後端付近から下方へ延出し、第１管１２ａに連通する円筒状の第２管１２ｃを有する。第２管１２ｃの内側は流路１２１を形成する。そして、第２管１２ｃの下端が支燃ガスの入口１２ｄとなっている。入口１２ｄはホース（不図示）を介して酸素ボンベ（不図示）に接続されている。   The combustion supporting gas pipe 12 has a cylindrical second pipe 12c that extends downward from the vicinity of the rear end of the first pipe 12a and communicates with the first pipe 12a. A flow path 121 is formed inside the second pipe 12c. And the lower end of the 2nd pipe | tube 12c is 12d of combustion support gas inlets. The inlet 12d is connected to an oxygen cylinder (not shown) via a hose (not shown).

この構成により、酸素ボンベからホースを介して入口１２ｄに供給された支燃ガスは、第２管１２ｃ及び第１管１２ａ内の流路１２１を流れ、各出口１２ｂから支燃ガス放出口１５ｂに供給され、支燃ガス放出口１５ｂの前端から燃焼領域１７に放出（吐出）され、燃料ガスの燃焼を助ける。   With this configuration, the combustion support gas supplied from the oxygen cylinder to the inlet 12d through the hose flows through the second pipe 12c and the flow path 121 in the first pipe 12a, and from each outlet 12b to the combustion support gas discharge port 15b. It is supplied and discharged (discharged) from the front end of the combustion-supporting gas discharge port 15b to the combustion region 17 to assist the combustion of the fuel gas.

冷却ガス管１３は、冷却ガス（例えば、空気）の流路１３１、１３２を形成する管である。冷却ガス管１３の一部はノズル１５に設けられており、冷却ガス管１３のノズル１５に設けられた部分は二重管になっている。冷却ガスはバーナー１を冷却可能な取り扱いが容易なガスであれば特に限定はなく、例えば、窒素や二酸化炭素などであってもよい。   The cooling gas pipe 13 is a pipe that forms flow paths 131 and 132 for cooling gas (for example, air). A part of the cooling gas pipe 13 is provided in the nozzle 15, and a part of the cooling gas pipe 13 provided in the nozzle 15 is a double pipe. The cooling gas is not particularly limited as long as it is a gas that can cool the burner 1 and is easy to handle. For example, nitrogen or carbon dioxide may be used.

冷却ガス管１３は、支燃ガス管１２の第１管１２ａの外周を覆い、その内側に冷却ガスの往路となる流路（内側流路）１３１を形成する円筒状の第１管１３ａを有する。つまり、内側流路１３１は第１管１３ａの内周面と支燃ガス管１１の第１管１２ａの外周面との空隙によって形成される。   The cooling gas pipe 13 has a cylindrical first pipe 13a that covers the outer periphery of the first pipe 12a of the combustion-supporting gas pipe 12 and forms a flow path (inner flow path) 131 serving as a cooling gas forward path inside thereof. . That is, the inner flow path 131 is formed by a gap between the inner peripheral surface of the first pipe 13 a and the outer peripheral surface of the first pipe 12 a of the combustion supporting gas pipe 11.

冷却ガス管１３は、第１管１３ａの外周を覆い、その内側に冷却ガスの復路となる流路（外側流路）１３２を形成する円筒状の第２管１３ｂを有する。つまり、外側流路１３２は第２管１３ｂの内周面と第１管１３ａの外周面との空隙によって形成される。なお、第２管１３ｂの外周面はノズル１５の外周面でもある。第２管１３ｂの後端は炉体取付フランジ１４の前面に接続されている。図１に示すように、外側流路１３２の後端は冷却ガスの出口１３ｅとなっており、後述する炉体取付フランジ１４の冷却ガス放出口１４ｂに連通している。   The cooling gas pipe 13 has a cylindrical second pipe 13b that covers the outer periphery of the first pipe 13a and forms a flow path (outer flow path) 132 serving as a return path for the cooling gas inside thereof. That is, the outer flow path 132 is formed by a gap between the inner peripheral surface of the second tube 13b and the outer peripheral surface of the first tube 13a. The outer peripheral surface of the second pipe 13b is also the outer peripheral surface of the nozzle 15. The rear end of the second pipe 13 b is connected to the front surface of the furnace body mounting flange 14. As shown in FIG. 1, the rear end of the outer flow path 132 serves as a cooling gas outlet 13e, and communicates with a cooling gas discharge port 14b of a furnace body mounting flange 14, which will be described later.

そして、冷却ガス管１３の第２管１３ｂの内周面の前端と、支燃ガス管１２の第１管１２ａの外周面の前端とは、ノズル１５の前端付近で繋がっている。つまり、冷却ガス管１３の第１管１３ａと、支燃ガス管１２の第１管１２ａとの間に形成される空隙の前端は、ノズル１５の前端部の壁面１５ｃで封止されている。この壁面１５ｃは、冷却ガス管１３の第１管１３ａの前端とは空隙を有している。この空隙によって、内側流路１３１と外側流路１３２とが連通される。   The front end of the inner peripheral surface of the second pipe 13 b of the cooling gas pipe 13 and the front end of the outer peripheral surface of the first pipe 12 a of the combustion supporting gas pipe 12 are connected in the vicinity of the front end of the nozzle 15. That is, the front end of the gap formed between the first pipe 13 a of the cooling gas pipe 13 and the first pipe 12 a of the combustion supporting gas pipe 12 is sealed with the wall surface 15 c of the front end portion of the nozzle 15. The wall surface 15 c has a gap from the front end of the first pipe 13 a of the cooling gas pipe 13. The inner channel 131 and the outer channel 132 are communicated with each other by this gap.

換言すれば、このような内側流路１３１と外側流路１３２とで構成される冷却ガスの流路は、ノズル１５内で冷却ガスを流通させて燃焼領域１７へ放出することのない流路であるともいえる。   In other words, the cooling gas flow path constituted by the inner flow path 131 and the outer flow path 132 is a flow path that does not circulate the cooling gas in the nozzle 15 and discharge it to the combustion region 17. It can be said that there is.

冷却ガス管１３は、第１管１３ａの後端付近から上方へ延出し、第１管１３ａに連通する円筒状の第３管１３ｃを有する。第３管１３ｃの内側は冷却ガスの往路となる流路１３１を形成する。そして、第３管１３ｃの上端が冷却ガスの入口１３ｄとなっている。入口１３ｄはホース（不図示）を介してコンプレッサー（不図示）に接続されている。   The cooling gas pipe 13 has a cylindrical third pipe 13c that extends upward from the vicinity of the rear end of the first pipe 13a and communicates with the first pipe 13a. Inside the third pipe 13c, a flow path 131 is formed as a cooling gas forward path. The upper end of the third pipe 13c is an inlet 13d for the cooling gas. The inlet 13d is connected to a compressor (not shown) via a hose (not shown).

この構成により、コンプレッサーからホースを介して入口１３ｄに供給された冷却ガスは、第３管１３ｃ及び第１管１３ａ内の流路１３１を流れ、冷却ガス管１３の第１管１３ａの前端と壁面１５ｃとの間の空隙を通って折り返す（図３の矢印参照）。折り返した冷却ガスは、流路１３２を前から後に向かって流れ、出口１３ｅから冷却ガス放出口１４ｂに供給され、冷却ガス放出口１４ｂの後端からバーナー１の外部空間に放出される。このとき、冷却ガスは、支燃ガス管１２の第１管１２ａ、冷却ガス管１３の第１管１３ａ及び第２管１３ｂから熱を奪う。これにより、ノズル１５の温度が下がる。   With this configuration, the cooling gas supplied from the compressor to the inlet 13d via the hose flows through the third pipe 13c and the flow path 131 in the first pipe 13a, and the front end and the wall surface of the first pipe 13a of the cooling gas pipe 13 Fold back through the gap between 15c (see arrow in FIG. 3). The folded cooling gas flows from the front to the rear in the flow path 132, is supplied from the outlet 13e to the cooling gas discharge port 14b, and is discharged from the rear end of the cooling gas discharge port 14b to the external space of the burner 1. At this time, the cooling gas takes heat from the first pipe 12a of the combustion supporting gas pipe 12, the first pipe 13a and the second pipe 13b of the cooling gas pipe 13. Thereby, the temperature of the nozzle 15 falls.

なお、冷却ガスは閉回路によって循環させるようにしてもよい。例えば、冷却ガス放出口１４ｂを外部空間に開放せずに冷却器等を介してコンプレッサーに戻す構成とすることができる。   The cooling gas may be circulated by a closed circuit. For example, the cooling gas discharge port 14b may be returned to the compressor via a cooler or the like without opening it to the external space.

炉体取付フランジ１４は、バーナー１を予熱炉に固定するための部材である。炉体取付フランジ１４は、ノズル１５の後端に設けられ、ノズル１５の径よりも大きな外形を有する。炉体取付フランジ１４には４個の取付穴１４ａが形成されている。バーナー１は、予熱炉の炉壁に形成された穴にノズル１５が挿入され、炉体取付フランジ１４の前面が炉壁の外面に当接した状態で取付穴１４ａを用いてボルト等で炉壁に固定される。   The furnace body mounting flange 14 is a member for fixing the burner 1 to the preheating furnace. The furnace body mounting flange 14 is provided at the rear end of the nozzle 15 and has an outer shape larger than the diameter of the nozzle 15. Four mounting holes 14 a are formed in the furnace body mounting flange 14. In the burner 1, the nozzle 15 is inserted into a hole formed in the furnace wall of the preheating furnace, and the furnace wall is attached with a bolt or the like using a mounting hole 14 a in a state where the front surface of the furnace body mounting flange 14 is in contact with the outer surface of the furnace wall. Fixed to.

炉体取付フランジ１４は、炉体取付フランジ１４の前面から後面に貫通する冷却ガス放出口１４ｂを有する。冷却ガス放出口１４ｂの前端が冷却ガスの入口、後端が冷却ガスの出口となっている。冷却ガス放出口１４ｂの入口は流路１３２と連通し、冷却ガス放出口１４ｂ内に冷却ガスの流路１４１が形成される。   The furnace body mounting flange 14 has a cooling gas discharge port 14 b that penetrates from the front surface to the rear surface of the furnace body mounting flange 14. The front end of the cooling gas discharge port 14b is an inlet for cooling gas, and the rear end is an outlet for cooling gas. The inlet of the cooling gas discharge port 14b communicates with the flow channel 132, and a cooling gas flow channel 141 is formed in the cooling gas discharge port 14b.

この構成により、冷却ガスは炉体取付フランジ１４の後端面から放出（排気）されるので、バーナー１が予熱炉に取り付けられた状態においては冷却ガスが予熱炉の外部に放出される。よって、冷却ガスに空気を用いた場合、予熱炉内へ空気が放出されないので、燃焼によるＮＯｘ等の有害な排気ガスの発生を防止できる。   With this configuration, the cooling gas is discharged (exhaust) from the rear end face of the furnace body mounting flange 14, so that the cooling gas is discharged to the outside of the preheating furnace when the burner 1 is attached to the preheating furnace. Therefore, when air is used as the cooling gas, air is not released into the preheating furnace, and generation of harmful exhaust gas such as NOx due to combustion can be prevented.

ノズル１５は、炉体取付フランジ１４から前方へ延び、先端が絞り込まれた形状を有する。ノズル１５は内部に、燃料ガス管１１と、支燃ガス管１２と、冷却ガス管１３と、燃料ガス放出口１５ａと、支燃ガス放出口１５ｂとを有する。   The nozzle 15 extends forward from the furnace body mounting flange 14 and has a shape in which the tip is narrowed down. The nozzle 15 includes a fuel gas pipe 11, a combustion support gas pipe 12, a cooling gas pipe 13, a fuel gas discharge port 15a, and a combustion support gas discharge port 15b.

燃料ガス放出口１５ａは、燃料ガスを外部（予熱炉内）に放出するための貫通孔であり、図２に示すように、環状に配置された８個の貫通孔で構成される。燃料ガス放出口１５ａの後端は燃料ガス管１１の各出口１１ｂに連通し、前端はノズル１５の先端において外部空間に連通している。   The fuel gas discharge port 15a is a through hole for discharging the fuel gas to the outside (in the preheating furnace), and is configured by eight through holes arranged in a ring shape as shown in FIG. The rear end of the fuel gas discharge port 15 a communicates with each outlet 11 b of the fuel gas pipe 11, and the front end communicates with the external space at the tip of the nozzle 15.

支燃ガス放出口１５ｂは、支燃ガスを外部（予熱炉内）に放出するための貫通孔であり、図２に示すように、燃料ガス放出口１５ａを囲むように環状に配置された１０個の貫通孔で構成される。支燃ガス放出口１５ｂの後端は支燃ガス管１２の各出口１２ｂに連通し、前端はノズル１５の先端において外部空間に連通している。   The combustion support gas discharge port 15b is a through hole for discharging the support combustion gas to the outside (inside the preheating furnace). As shown in FIG. 2, the support combustion gas discharge port 15b is arranged in an annular shape so as to surround the fuel gas discharge port 15a. It consists of a single through hole. The rear end of the support gas discharge port 15 b communicates with each outlet 12 b of the support gas tube 12, and the front end communicates with the external space at the tip of the nozzle 15.

図３に示すように、燃料ガス放出口１５ａと支燃ガス放出口１５ｂとは、平行に配置されている。なお、支燃ガス放出口１５ｂは平行に配置されることが望ましいが、燃料ガス放出口１５ａは支燃ガス放出口１５ｂに対して４５°の範囲内であれば、前方へ向かうに従って広がるように傾斜させて配置してもよいし、前方へ向かうに従って狭まるように傾斜させて配置してもよい。燃料ガス放出口１５ａの支燃ガス放出口１５ｂに対する傾斜角度が４５°を超えると、燃焼領域１７において燃料ガスと支燃ガスとの混合バランスが悪化し、不安定な燃焼となる。   As shown in FIG. 3, the fuel gas discharge port 15a and the support gas discharge port 15b are arranged in parallel. It is desirable that the support gas discharge port 15b be arranged in parallel, but if the fuel gas discharge port 15a is within a range of 45 ° with respect to the support gas discharge port 15b, the support gas discharge port 15a is widened toward the front. You may arrange | position and incline and may incline and arrange | position so that it may become narrow as it goes ahead. If the inclination angle of the fuel gas discharge port 15a with respect to the support gas discharge port 15b exceeds 45 °, the mixing balance between the fuel gas and the support gas in the combustion region 17 deteriorates, resulting in unstable combustion.

また、燃料ガス放出口１５ａを支燃ガス放出口１５ｂの外周側に設けてもよいが、安定した火炎を得るには、上記のように燃料ガス放出口１５ａを支燃ガス放出口１５ｂの内周側に設けることが望ましい。   In addition, the fuel gas discharge port 15a may be provided on the outer peripheral side of the support gas discharge port 15b. However, in order to obtain a stable flame, the fuel gas discharge port 15a is disposed in the support gas discharge port 15b as described above. It is desirable to provide on the circumferential side.

また、燃料ガス放出口１５ａ及び支燃ガス放出口１５ｂの数には特に限定はないが、安定した火炎を得るためには、燃料ガス放出口１５ａが４個以上であって、燃料ガス放出口１５ａよりも支燃ガス放出口１５ｂを多く設けることが望ましい。例えば、上記の組み合わせ以外にも、燃料ガス放出口１５ａを４個と支燃ガス放出口１５ｂを６個との組み合わせ、燃料ガス放出口１５ａを６個と支燃ガス放出口１５ｂを８個との組み合わせ、燃料ガス放出口１５ａを１０個と支燃ガス放出口１５ｂを１２個との組み合わせ、などとすることもできる。   Further, the number of the fuel gas discharge ports 15a and the support gas discharge ports 15b is not particularly limited, but in order to obtain a stable flame, there are four or more fuel gas discharge ports 15a, and the fuel gas discharge ports It is desirable to provide more combustion-supporting gas discharge ports 15b than 15a. For example, in addition to the above combinations, the combination of four fuel gas discharge ports 15a and six support gas discharge ports 15b, six fuel gas discharge ports 15a, and eight support gas discharge ports 15b. Or a combination of 10 fuel gas discharge ports 15a and 12 support gas discharge ports 15b.

上記の燃料ガス管１１、支燃ガス管１２、冷却ガス管１３及び炉体取付フランジ１４の材料としては、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）等を用いることができる。また、ノズル１５の材料としては、銅等を用いることができる。バーナー１のこれらの部材は、ろう付け等の溶接によって接合される。図３に示すように、溶接部１６は、部材の接合部を埋めるように、全周に亘って環状に形成されている。   As materials for the fuel gas pipe 11, the combustion support gas pipe 12, the cooling gas pipe 13, and the furnace body mounting flange 14, stainless steel (for example, SUS304) or the like can be used. Further, as the material of the nozzle 15, copper or the like can be used. These members of the burner 1 are joined by welding such as brazing. As shown in FIG. 3, the welded portion 16 is formed in an annular shape over the entire circumference so as to fill the joint portion of the member.

バーナーの形態は上記の実施形態に限定されることはなく、燃料ガスを放出する燃料ガス放出口と、実質的な純酸素からなる支燃ガスを放出する支燃ガス放出口とを有するノズルを備え、燃料ガス放出口及び支燃ガス放出口の外部に火炎による燃焼領域が形成されるバーナーであって、ノズル内に、冷却ガスを流通させて燃焼領域へ放出することのない冷却ガス流路を設けた構成であればよい。   The form of the burner is not limited to the above embodiment, and a nozzle having a fuel gas discharge port for discharging fuel gas and a support gas discharge port for discharging a support gas composed of substantially pure oxygen is provided. A burner in which a combustion region by a flame is formed outside the fuel gas discharge port and the combustion support gas discharge port, and a cooling gas flow path in which a cooling gas is circulated in the nozzle and is not discharged to the combustion region Any configuration may be used.

したがって、バーナーの用途に限定はなく、用途に合わせて炉体取付フランジのような構成を適宜追加したり、各部の形状を適宜変更したりすることができる。また、バーナー内には適宜ガスケットを設けることができる。   Therefore, the use of the burner is not limited, and a configuration such as a furnace body mounting flange can be added as appropriate, or the shape of each part can be changed as appropriate. Moreover, a gasket can be suitably provided in the burner.

このような構成によれば、ノズル内に冷却ガスの流路を設けることによって、水冷構造では実現できない、簡易な設備（高温物搬送装置等のない設備）で安全に使用できる酸素燃焼方式のバーナーを提供することができる。   According to such a configuration, by providing a cooling gas flow path in the nozzle, an oxyfuel combustion type burner that can be safely used with simple equipment (equipment without a high-temperature material transfer device, etc.) that cannot be realized with a water cooling structure. Can be provided.

上述した都市ガス１３Ａを燃料ガスに用いた場合、一般的な空気燃焼方式のバーナーでは、火炎温度が約２０００℃であるのに対し、上記の酸素燃焼方式のバーナー１では、火炎温度が約２８００℃となる。さらに、空気燃焼方式のバーナーでは、空気中の約８０％を占める窒素が全て排気ガスとなるのに対し、上記の酸素燃焼方式のバーナー１では、純酸素を用いているため全て燃焼に使用され、排気ガスの体積は約１／５以下となる。よって、上記の酸素燃焼方式のバーナー１を用いた予熱炉によれば、熱回収装置や排気ガス流出装置や煙突等が不要であり、簡易な設備とすることができる。また、支燃ガスに窒素が含まれないため、燃焼によるＮＯｘ等の有害な排気ガスの発生を防止できる。   When the above-described city gas 13A is used as the fuel gas, the flame temperature is about 2000 ° C. in a general air combustion type burner, whereas the flame temperature is about 2800 in the oxyfuel combustion burner 1 described above. It becomes ℃. Further, in the air combustion type burner, all the nitrogen occupying about 80% of the air becomes exhaust gas, whereas in the above oxyfuel combustion type burner 1, since pure oxygen is used, it is all used for combustion. The volume of the exhaust gas is about 1/5 or less. Therefore, according to the preheating furnace using the oxyfuel combustion type burner 1 described above, a heat recovery device, an exhaust gas outflow device, a chimney, and the like are unnecessary, and a simple facility can be obtained. Further, since nitrogen is not included in the combustion support gas, generation of harmful exhaust gas such as NOx due to combustion can be prevented.

したがって、上記の酸素燃焼方式のバーナー１は、火炎温度が高く排気ガスが少ないので、経済性に優れ環境負荷が小さいバーナーであるといえる。   Therefore, it can be said that the oxyfuel combustion type burner 1 has a high flame temperature and a small amount of exhaust gas.

次に、上記のバーナー１を用いた予熱炉を含むアルミニウムインゴットの予熱・溶解装置の一例について説明する。図４はインゴット予熱・溶解装置の正面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図である。図の簡略化のため、図４から図６においてバーナー１に接続される各ホースは省略している。図４及び図５における矢印はアルミニウムインゴット３の搬送方向を示している。   Next, an example of a preheating / melting apparatus for an aluminum ingot including a preheating furnace using the burner 1 will be described. 4 is a front view of the ingot preheating / melting apparatus, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. For simplification of the drawings, each hose connected to the burner 1 is omitted in FIGS. The arrows in FIGS. 4 and 5 indicate the conveyance direction of the aluminum ingot 3.

インゴット予熱・溶解装置２は、工程順に、第１搬送装置２１と、予熱炉２２と、第２搬送装置２３と、保持炉２４とを備えている。第１搬送装置２１は、予熱前のアルミニウムインゴット３を予熱炉２２へ搬送する。予熱炉２２は、第１搬送装置２１によって搬送されたアルミニウムインゴット３を予熱する。第２搬送装置２３は、予熱されたアルミニウムインゴット３を予熱炉２２から保持炉２４へ搬送する。保持炉２４は、第２搬送装置２３によって搬送されたアルミニウムインゴット３を溶解して保持する。   The ingot preheating / dissolving device 2 includes a first transport device 21, a preheating furnace 22, a second transport device 23, and a holding furnace 24 in the order of processes. The first transport device 21 transports the aluminum ingot 3 before preheating to the preheating furnace 22. The preheating furnace 22 preheats the aluminum ingot 3 transported by the first transport device 21. The second transport device 23 transports the preheated aluminum ingot 3 from the preheating furnace 22 to the holding furnace 24. The holding furnace 24 melts and holds the aluminum ingot 3 transported by the second transport device 23.

バーナー１は水冷構造を有さないので、漏れた冷却水が保持炉２４へ入って水蒸気爆発を起こす心配がない。そのため、バーナー１を保持炉２４に近づけて配置することができ、第２搬送装置２３を短くすることができる。よって、予熱後のアルミニウムインゴット３は第２搬送装置２３での搬送中にその温度が低下することなく、保持炉２４まで高温のまま搬送される。したがって、高温物搬送装置等の大掛かりな設備を必要としない。   Since the burner 1 does not have a water cooling structure, there is no fear that the leaked cooling water enters the holding furnace 24 and causes a steam explosion. Therefore, the burner 1 can be disposed close to the holding furnace 24, and the second transport device 23 can be shortened. Therefore, the preheated aluminum ingot 3 is transported to the holding furnace 24 at a high temperature without lowering its temperature during transport by the second transport device 23. Therefore, large-scale equipment such as a high-temperature material transfer device is not required.

本実施形態の予熱炉２２は、アルミニウムインゴット３として、長手方向の長さが７００ｍｍで５ｋｇの四角錐台のＡＤＣ１０を用いることを前提に設計した。また、バーナー１の燃料ガスには都市ガス１３Ａを用い、その流量は０．３〜５．０ｍ３／ｈとする。バーナー１の支燃ガスには純酸素を用い、その流量は０．６〜１７．５ｍ３／ｈとする。バーナー１の冷却ガスには空気を用い、その流量は２．０〜８．０ｍ３／ｈとする。なお、流量は全てノーマル流量（０℃、１気圧換算値）である。 The preheating furnace 22 of the present embodiment was designed on the assumption that the aluminum ingot 3 is a square pyramid ADC 10 having a length of 700 mm in the longitudinal direction and 5 kg. Moreover, city gas 13A is used for the fuel gas of the burner 1, and the flow rate is set to 0.3 to 5.0 m 3 / h. Pure oxygen is used as the combustion support gas of the burner 1, and the flow rate is set to 0.6 to 17.5 m 3 / h. Air is used as the cooling gas for the burner 1, and the flow rate is 2.0 to 8.0 m 3 / h. The flow rates are all normal flow rates (0 ° C., 1 atmospheric pressure converted value).

予熱炉２２は、四方が炉壁２２１で囲まれた、アルミニウムインゴットを予熱するための空間である予熱部２２ａを有する。予熱部２２ａには、第１搬送装置２１に繋がる入口から第２搬送装置２３に繋がる出口まで、アルミニウムインゴットを搬送する搬送路２２２が設けられている。   The preheating furnace 22 has a preheating portion 22a that is a space for preheating an aluminum ingot surrounded by a furnace wall 221 on all sides. The preheating unit 22 a is provided with a conveyance path 222 that conveys the aluminum ingot from the inlet connected to the first conveyance device 21 to the outlet connected to the second conveyance device 23.

予熱炉２２の正面及び背面の炉壁２２１におけるアルミニウムインゴット側面と対向する位置には、それぞれ予熱部２２ａと外部空間とを連通する穴２２ｂが６個ずつ形成されている。そして、各穴２２ｂにバーナー１のノズル１５部分が挿入され、炉体取付フランジ１４の前面が炉壁２２１の外面に当接した状態で取付穴１４ａを用いてボルト等で炉壁２２１に固定されている。   Six holes 22b for communicating the preheating portion 22a and the external space are formed at positions facing the side surfaces of the aluminum ingot on the front and rear furnace walls 221 of the preheating furnace 22, respectively. And the nozzle 15 part of the burner 1 is inserted in each hole 22b, and it fixes to the furnace wall 221 with a bolt etc. using the attachment hole 14a in the state which the front surface of the furnace body attachment flange 14 contact | abutted the outer surface of the furnace wall 221. ing.

バーナー１の設置ピッチは１００ｍｍであり、図５に示すように、正面側と背面側とに配置され互いに対向するバーナー１どうしは千鳥状に配置されている。予熱炉２２内に複数のバーナー１をまんべんなく配置するのは、ＡＤＣ１０の熱伝導率が約９６ｗ／ｍ・ｋと低いため、局部的に加熱するとその部位のみ溶けてしまうためである。   The installation pitch of the burners 1 is 100 mm. As shown in FIG. 5, the burners 1 arranged on the front side and the back side and facing each other are arranged in a staggered manner. The reason why the plurality of burners 1 are arranged evenly in the preheating furnace 22 is because the thermal conductivity of the ADC 10 is as low as about 96 w / m · k, so that when locally heated, only that portion melts.

なお、予熱炉２２に設けられるバーナー１は、複数であればその数には特に限定はないが、本実施形態のアルミニウムインゴット３であれば５個以上設置することが望ましい。また、バーナー１の設置ピッチは１００ｍｍ以下であることが望ましい。また、バーナー１による入熱は０．０５〜０．３ｋＷ／ｍｍ２であることが望ましい。 The number of burners 1 provided in the preheating furnace 22 is not particularly limited as long as it is plural, but it is desirable to install five or more burners 1 in the case of the aluminum ingot 3 of the present embodiment. The installation pitch of the burners 1 is desirably 100 mm or less. The heat input by the burner 1 is preferably 0.05 to 0.3 kW / mm 2 .

このような予熱炉２２において、各バーナー１から得られる熱量が１５ｋＷ（１２８７０ｋｃａｌ／ｈ）となるように、燃料ガスの流量を１．３ｍ３／ｈ、支燃ガスの流量を３．０ｍ３／ｈ、冷却ガスの流量を５．０ｍ３／ｈ、バーナー１からアルミニウムインゴット３までの距離を３０ｍｍとして試験した。 In such a preheating furnace 22, as the amount of heat obtained from each burner 1 is 15kW (12870kcal / h), the flow rate of the fuel gas 1.3 m 3 / h, the flow rate of the oxidizing gas 3.0 m 3 / h, the flow rate of the cooling gas was 5.0 m 3 / h, and the distance from the burner 1 to the aluminum ingot 3 was 30 mm.

その結果、アルミニウムインゴット３は約３０秒で約４５０〜５００℃に達した。このときのノズル１５の表面温度は２５０℃以下であった。また、バーナー１内に設けられたガスケットの損傷も見られなかった。よって、バーナー１は冷却ガスによる冷却効果により、自身の輻射熱や燃焼ガスによる高温度化が抑制されているといえる。   As a result, the aluminum ingot 3 reached about 450 to 500 ° C. in about 30 seconds. The surface temperature of the nozzle 15 at this time was 250 ° C. or less. Moreover, the damage of the gasket provided in the burner 1 was not seen. Therefore, it can be said that the burner 1 is suppressed from being heated by its own radiant heat or combustion gas due to the cooling effect of the cooling gas.

また、予熱炉２２において、上記の試験と同様の条件にてアルミニウムインゴット３を約５０秒加熱する試験を行った。その結果、アルミニウムインゴット３は約５８０℃に達し、溶融状態となった。よって、バーナー１はアルミニウムインゴット３を溶解可能なバーナー１としても使用できるといえる。   Moreover, in the preheating furnace 22, the test which heats the aluminum ingot 3 for about 50 seconds on the conditions similar to said test was done. As a result, the aluminum ingot 3 reached about 580 ° C. and was in a molten state. Therefore, it can be said that the burner 1 can also be used as the burner 1 capable of dissolving the aluminum ingot 3.

また、予熱炉２２を１日に８時間以上稼働させても耐久性及び燃焼安定性に問題は生じなかった。   Moreover, even if the preheating furnace 22 was operated for 8 hours or more per day, no problem occurred in durability and combustion stability.

１ バーナー
１５ ノズル
１５ａ 燃料ガス放出口
１５ｂ 支燃ガス放出口
１３１ 内側流路（冷却ガス流路）
１３２ 外側流路（冷却ガス流路） 1 Burner 15 Nozzle 15a Fuel gas outlet 15b Combustion gas outlet 131 Inner flow path (cooling gas flow path)
132 Outer channel (cooling gas channel)

Claims (1)

燃料ガスを放出する燃料ガス放出口と、実質的な純酸素からなる支燃ガスを放出する支燃ガス放出口とを有するノズルを備え、前記燃料ガス放出口及び前記支燃ガス放出口の外部に火炎による燃焼領域が形成されるバーナーであって、
前記ノズル内に、冷却ガスを流通させて前記燃焼領域へ放出することのない冷却ガス流路を設けることを特徴とするバーナー。 A nozzle having a fuel gas discharge port for discharging fuel gas and a support gas discharge port for discharging a support gas composed of substantially pure oxygen; and the outside of the fuel gas discharge port and the support gas discharge port A burner in which a combustion area is formed by a flame,
A burner characterized in that a cooling gas passage is provided in the nozzle so as not to circulate the cooling gas and release it to the combustion region.
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