JP2017501309A

JP2017501309A - シャフトレス熱風炉

Info

Publication number: JP2017501309A
Application number: JP2016560612A
Authority: JP
Inventors: ニコラエヴィチプロコフィエフボリス; アナトリエヴィチスッボーチンアントン; アテムエヴィチイブレフセルゲイ
Original assignee: Jsc Kalugin
Current assignee: Jsc Kalugin
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2017-01-12
Also published as: EP3106527A4; EP3106527A1; UA116703C2; BR112016014342A2; EA201600432A1; RU2554239C1; WO2015094011A1

Abstract

本発明は、冶金、及び、溶鉱炉のシャフトレス熱風炉の構成に関するものである。シャフトレス熱風炉は、筒口（２）を有する円筒状チャンバ（１）と、ドーム（３）とを有する。ドーム（３）は、筒口（２）の上方に位置しており、円筒状部分（４）と、円筒状部分（４）の上方に位置するテーパー部分（５）と、テーパー部分（５）の上方に位置し、ドームの上方に位置する予燃焼室（７）に連通する円筒状ネック（６）とを有する。また、予燃焼室（７）の側壁（８）には、空気及びガスを副燃焼室（７）に供給するためのそれぞれのチャネル（９、１０及び１１、１２）が設けられている。シャフトレス熱風炉は、ドーム（３）の円筒状部分（４）の径（Ｄ２）に対する円筒状ネック（６）の径（Ｄ１）の比率が０．３１〜０．４１であるように構成されている。この技術の結果として、燃焼脈動の発生条件を除去し、ガス燃焼の完全性を高めることができる。

Description

本発明は、冶金、特に、溶鉱炉の熱風炉の構成に関するものである。

熱風炉の動作にかかる問題の１つとして、燃焼の安定性の実現、並びに、燃焼脈動の低減及び除去が挙げられる。燃焼脈動とは、空気及びガスの幹線の全ての部品（例えば、供給パイプ、蝶形弁、Ｌ字継ぎ手、コレクター、延長チューブ及び燃焼空間）が関わるクローズドオートウェーブ作用である。幹線の全ての部品には、関連する音響パラメータの算出が必要とされる。幹線の末尾部の部品のパラメータ、すなわち、燃焼チャンバ及びドーム空間のパラメータは、燃焼脈動の低減に非常に重要である。

延長された内部及び外部の燃焼チャンバ（シャフト）を有する熱風炉は知られている（ロシア国特許第２１７７０４０号又はロシア国特許第７７８６５それぞれの図２を参照のこと）。こうした燃焼チャンバは、熱風炉の内部又は外部のスタックに配され、筒口の上方のドームに連通している。

上記熱風炉の欠点は、延長燃焼チャンバの利用可能性により熱容量が増加して、燃焼脈動が発生又は増加し得る点である。さらに、燃焼空間、例えば、燃焼チャンバ空間の熱応力の横方向区域の面積単位における熱応力の増加も、燃焼脈動の発生の原因となる。本明細書において横方向区域とは、熱風炉の縦中心線に垂直な面の区域を示す。

ＶＮＩＩＭＴのシャフトレスストーブが知られている（ロシア国特許第９２６０１７号を参照のこと）。これは、筒口を有する円筒状チャンバと、筒口の上方のドームと、ドームに連通し、ガス及び空気の供給チャネルを底部（ベース部）に有する予燃焼室（燃焼チャンバ）とを有するものであり、空気供給チャネルは、ストーブの中心線に平行に方向付けられ、ガス供給チャネルは、空気供給チャネルに連なるようにストーブの中心線に垂直に方向付けられている。

ＶＮＩＩＭＴのシャフトレスストーブの欠点は、ガス及び空気が非均一に混合される点である。これは、空気供給チャネルがガス供給チャネルに垂直に方向付けられているために、空気供給チャネルの制限された空間で混合が行われ、空気供給チャネルの横方向区域の面積単位における熱応力が燃焼中に増加するためである。この全てが、燃焼脈動の発生原因、並びに、予燃焼室及びドーム内でのガスの不完全燃焼の原因となる。

提案された熱風炉に最も近いものとして、具体的には、筒口を有する円筒状チャンバと、筒口の上方に配され、円筒状部分を有するドームとを有するシャフトレス熱風炉が挙げられる（ロシア国特許第６５８９０号を参照のこと）。ドームはさらに、円筒状部分の上方に配された、（例えば、円錐状［ロシア国特許第６５８９０号］又は球状［ドイツ国特許第３１８０６８号］）のテーパー部分と、テーパー部分の上方に配され、ドームの上方に配された予燃焼チャンバに連通する円筒状スロートとを有する。予燃焼チャンバの側壁には、ガス及び空気の供給チャネルが設けられている。

プロトタイプのシャフトレス熱風炉の欠点は、燃焼脈動の発生条件が存在すること、及び、ガスの不完全な燃焼である。これは、幹線の末尾部の部品（燃焼チャンバ及びドーム）の幾何学的寸法の不確定な比率に起因する。

本発明の目的は、燃焼脈動の発生条件を除去し、ガス燃焼の完全性を高めることである。

この問題を解決するために、筒口を有する円筒状チャンバと、筒口の上方に配されており、円筒状部分と、当該円筒状部分の上方に配されたテーパー部分と、当該テーパー部分の上方に配され、ドームの上方に配された予燃焼室に連通する円筒状スロートとを有するドームと、予燃焼室の側壁に配された空気及びガスを供給するためのチャネルとを含むシャフトレス熱風炉は、ドームの円筒状部分の径に対する円筒状スロートの径の比率が０．３１〜０．４１であるように構成されていることを特徴とする。

ドームの円筒状部分の径に対する円筒状スロートの径の比率が０．３１〜０．４１であることにより、燃焼脈動の発生条件を除去し、ガス燃焼の完全性を高めることができる。

ドームの円筒状部分の径に対する円筒状スロートの径の比率を０．３１〜０．４１とすることは、実験により規定された。

径の比率の下限値（０．３１）は、径の比率がこれより小さいと、燃焼物質（ガス／空気の混合物）の流れに対する抵抗が予燃焼室及び円筒状スロートにおいて増加し、ガス／空気の混合物の圧力が円筒状スロート及び予燃焼室において増加し、熱応力が予燃焼室及び円筒状スロートの内部空間において増加するため、結果として燃焼脈動が生じる、という事実に基づいて定めたものである。

径の比率が上限値（０．４１）よりも大きいと、ガス及び空気の混合が上手くいかず、ドームにおけるガス燃焼の完全性が低下する。

シャフトレス熱風炉の概略的構成を示す断面図である。

例示的なシャフトレス熱風炉の実施形態

シャフトレス熱風炉は、筒口２を有する円筒状チャンバ１、及び、筒口２の上方に配されており、円筒状部分４と、当該円筒状部分４の上方に配されたテーパー部分５と、当該テーパー部分５の上方に配され、当該ドームの上方に配された予燃焼室７に連通する円筒状スロート６とを有するドーム３を有する。予燃焼室７の側壁８には、空気及びガスを予燃焼室７に供給するためのそれぞれのチャネル９、１０、１１、１２が配されている。シャフトレス熱風炉は、ドーム３の円筒状部分４の径Ｄ_２に対する円筒状スロート６の径Ｄ_１の比率が０．３１〜０．４１であるように構成されている。

また、シャフトレス熱風炉は、環状のコレクター１４を通じてガス供給チャネル９、１０、そして予燃焼室７にガスを供給するためのガス入口１３を有する。シャフトレス熱風炉はさらに、環状のコレクター１６を通じて空気供給チャネル１１、１２、そして予燃焼室７に空気を供給するための空気入口１５を有する。ドーム３は、当該ドーム３から熱風を排出するための出口１７を有する。

熱風炉の全ての壁には（図中、斜めハッチングで示されている）ライニングがなされ、熱風炉の内部空間を周囲環境から遮断する。

ドーム３のテーパー部分５は、円錐形状又は球状部分形状（図示せず）を有することができる。

予燃焼室７への空気及びガスの供給チャネル（９、１０、１１、１２）の数及び位置は、主に熱風炉の容量によって決定される。

熱風炉の例示的な実施形態では、シャフトレス熱風炉において、予燃焼室７の径（Ｄ_０）が５０１２ｍｍであり、ドーム３の円筒状スロート６の径（Ｄ_１）が３８６２ｍｍであり、円筒状部分４の径（Ｄ_２）が１０１６４ｍｍである。この場合、ドーム３の円筒状部分４の径に対する円筒状スロート６の径の比率は０．３８である。

熱風炉の円筒状チャンバ１、（部分４、５を含む）ドーム３、及び、予燃焼室７は、同一中心線１８上に配されている。ただし、中心線１８から２５〜３５ｍｍ以内の距離のずれはあり得る。この熱風炉の例示的な実施形態では、燃焼脈動は見られず、ガス燃焼は最も完全で、燃焼物質中の一酸化炭素（ＣＯ）含有量は、ヨーロッパの基準で１００ｍｇ／ｍ^３が許容値とされているところ、３０ｍｇ／ｍ^３である。

熱風炉の動作は以下のように行われる。

筒口２の加熱周期には、燃焼空気が、入口１５を通じて環状のコレクター１６、それから供給チャネル１１、１２を通じて予燃焼室８に供給される。また、ガスが、入口１３を通じて環状のコレクター１４、それから供給チャネル９、１０を通じて予燃焼室７に供給される。ガス及び空気が混合されると、この混合と予燃焼室７の加熱した内壁８との間の反応により、予燃焼室７の上部でガスが着火する。ガス／空気の混合による着火に必要とされる予燃焼室７の内壁の温度は、筒口２内で加熱された空気を出口１７を通じて熱風炉から排出するブロー周期において、予燃焼室７の内壁を加熱することによって得られる。筒口２の加熱周期には、燃焼物質は、そこを流通して熱風炉から格子支持システムを通じて組み合わせ煙突（図示せず）に流出する。

ガス／空気の混合物の燃焼は、予燃焼室７、円筒状スロート６、及び、ドーム３で行われる。予燃焼室７で燃焼されなかったガスは、円筒状スロート６及びドーム３で燃焼される。この場合、円筒状スロート６及びドーム３におけるガスの燃焼後の程度は、ドーム３の径に対する円筒状スロート６の径の比率に依存する。この径の比率が最適な範囲（０．３１〜０．４１）であれば、ガス混合圧力は最適化され、最も完全なガス燃焼が生じる。この場合、予燃焼室７及び円筒状スロート６の空間において、燃焼脈動の条件を除去することができるような熱応力が存在する。

このように、開示のシャフトレス熱風炉を利用すれば、燃焼脈動の発生条件を除去し、ガス燃焼の完全性を高めることができる。

Claims

筒口を有する円筒状チャンバ、
前記筒口の上方に配されており、円筒状部分と、当該円筒状部分の上方に配されたテーパー部分と、当該テーパー部分の上方に配され、ドームの上方に配された予燃焼室に連通する円筒状スロートとを有するドーム、及び、
前記予燃焼室の側壁に配された空気及びガスを供給するためのチャネル
を含むシャフトレス熱風炉であって、
前記ドームの前記円筒状部分の径に対する前記円筒状スロートの径の比率が０．３１〜０．４１であるように構成されていることを特徴とするシャフトレス熱風炉。