JP2021527793A - 多機能流体バーナー - Google Patents
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Abstract
【選択図】図1
Description
(A)本体であって、
中心軸を有する本体を通る通路であって、通路が、円錐収束セクションと、スロートセクションと、円錐発散セクションと、フレア状発散セクションと、を有し、これらの全てが中心軸と同軸であり、
円錐収束セクションが、開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、円錐発散セクションの幅が、その下流側端部に向かう方向に減少し、収束セクションの内面が、中心軸に対して一定の角度、好ましくは2度〜30度の角度を形成し、
スロートセクションが、円錐収束セクションの下流側端部に封着されている開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、かつその上流側端部と下流側端部との間に一定の直径Dを有し、
円錐発散セクションが、スロートセクションの下流側端部に対して封着されている開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、円錐発散セクションの幅が、その下流側端部に向かう方向に増加し、円錐発散セクションの内面が、中心軸に対して一定の角度、好ましくは2度〜15度の角度を形成し、
フレア状発散セクションが、円錐発散セクションの下流側端部に封着されている開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、フレア状発散セクションの幅が、その下流側端部に向かう方向に増加し、中心軸とフレア状発散セクションの内面のある点の接線との角度が、フレア状発散セクションの上流側端部からその点までの距離の増加と共に増加し、中心軸を含む断面では、フレア状発散セクションの内面が、D/4〜3Dである半径Rの円形のセクションであり、
スロートセクションの下流側端部からフレア状発散セクションの下流側端部までの軸方向距離Lが、D〜4Dである、本体と、
(B)バーナーの本体内の1つ以上のバイアスガス(biasing gas)通路であって、各々が、スロートセクション又は円錐発散セクション内の下流側バイアスガス開口部で終端し、下流側バイアスガス開口部の軸が中心軸に対して実質的に垂直であり、各下流側バイアスガス開口部が、直径dを有し、各下流側バイアスガス開口部は、スロートセクションの下流側端部が円錐発散セクションの上流側端部に封着されている点の3d/4上流〜d/4下流の範囲内の点で、スロートセクション又は円錐発散セクション内で開口し、各バイアスガス通路が、バイアスガスの供給源に接続することができる入口を有する、1つ以上のバイアスガス通路と、
(C)中心軸に対して垂直な平面内に存在し、かつフレア状発散セクションの下流側端部を取り囲み、それに封着されている、環状ポート面であって、
4〜20個の第1のポートが、環状ポート面内にあり、第1のポートの軸が中心軸に平行であり、第1のポートが、バーナーの本体内の第1の通路によって、気体燃料をバーナーの外側から供給することができる1つ以上の入口に接続され、
4〜20個の第2のポートが、環状ポート面内にあり、第2のポートの軸が中心軸に平行であり、第2のポートが、バーナーの本体内の第2の通路によって、気体酸化剤をバーナーの外側から供給することができる1つ以上の入口に接続され、第1及び第2の通路が互いに分離されており、
第1のポートが、通路の中心軸から実質的に均一に離されて、ポート面内に実質的に均等に位置付けられ、第2のポートが、通路の中心軸から実質的に均一に離されて、ポート面内に実質的に均等に位置付けられている、環状ポート面と、
(D)火炎カラーであって、中心軸を取り囲み、かつそれと同軸であり、また、(i)中心軸から第1及び第2のポートまでの距離よりも中心軸から離れているポート面に封着されている、上流側端部と、(ii)開口下流側端部であって、開口下流側端部の直径が火炎カラーの上流側端部の直径よりも大きく、かつ開口下流側端部が、火炎カラーの開口下流側端部を横断する距離の少なくとも5%である、ポート面から下流側のある距離に位置付けられている、開口下流側端部と、(iii)中心軸に面し、かつ上流側端部から下流側端部まで延在する露出面であって、
露出面が、バイアスガス開口部の数に等しい数の1つ以上の湾曲領域を含み、各湾曲領域が、火炎カラーの下流側端部に向かって外方へ開く、異なる円錐体の表面に存在し、各円錐体の軸が、中心軸及びバイアスガス開口部のうちの異なる1つの軸の平面内に存在し、かつスロートセクションの下流側端部の中心軸から、関連付けられたバイアスガス開口部の位置の反対側の円錐発散セクションの内面に平行な方向に延在する、露出面と、(iv)冷却液が流れて、バーナーで生じる燃焼によって発生する熱を吸収することができる、火炎カラー内の通路と、を有する、火炎カラーと、
(E)気体酸化剤を本体の中へ、中心軸に沿って円錐収束セクションの中へ供給することができる、円錐収束セクション内の又は円錐収束セクションの上流の本体内の出口であって、当該出口が、バーナーの本体内の通路によって、気体酸化剤をバーナーの外側から供給することができる入口に接続されている、出口と、を備える。
(A)上述したバーナーの円錐収束セクションの中へ、バイアスガス開口部を通り越して、火炎カラーの中へ気体酸化剤を供給し、バーナーの当該第2のポートから火炎カラーの中へ気体酸化剤を供給し、バーナーの第1のポートから火炎カラーの中へ気体燃料を供給し、そして、当該酸化剤及び当該燃料をフレームカラー内で燃焼させて、バーナーの本体から軸に沿って火炎カラーの開口端部を超えて現れる火炎を形成することと、
(B)火炎を、材料の第1の表面の溶融容器内の材料と接触させて、その火炎で材料を加熱することと、
(C)バイアスガス開口部の下流側端部からバイアスガスを断続的に供給して、バイアスガス開口部を超えて流れる気体酸化剤に接触させ、それによって、火炎の軸を、バイアスガスで別の軸に変更することと、火炎を、その軸が変更されたときに、溶融容器内の材料と接触させて、その火炎で材料を加熱することと、
材料が完全に溶融するまでステップ(C)を繰り返すことと、
次いで、
(E)バイアスガスを供給することを停止することと、
(F)通路内からの気体酸化剤のストリームを火炎カラーから超音速で噴射して、溶融材料の表面を貫通させ、一方で、第1のポートから燃料を放出し、第2のポートから気体酸化剤を放出し、そして、当該燃料及び気体酸化剤を燃焼させて、気体酸化剤のストリームの周囲に火炎エンベロープを確立することと、を含む。
以下の表は、特定の炉のために設計された1つのバーナーに関するサンプル動作条件を含む。所与のバーナーで使用される実際の速度が、全体的な加熱要件に依存する場合であっても、本発明によるバーナーで使用される速度は、200〜1000fps(フィート/秒)の範囲のままである。400fpsのO2ポート22の最低速度及び650fpsの天然ガスポート21の最低速度が、電気アーク炉の理想的な動作に有用であることを見出した。
Claims (12)
- 多機能バーナーであって、
(A)本体であって、
中心軸を有する前記本体を通る通路を有し、前記通路が、円錐収束セクションと、スロートセクションと、円錐発散セクションと、フレア状発散セクションと、を有し、これらの全てが前記中心軸と同軸であり、
前記円錐収束セクションが、開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、前記円錐発散セクションの幅が、その下流側端部に向かう方向に減少し、前記収束セクションの内面が、前記中心軸に対して一定の角度を形成し、
前記スロートセクションが、前記円錐収束セクションの前記下流側端部に封着された開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、かつ前記スロートセクションの上流側端部と下流側端部との間に一定の直径Dを有し、
前記円錐発散セクションが、前記スロートセクションの前記下流側端部に封着された開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、前記円錐発散セクションの幅が、その下流側端部に向かう方向に増加し、前記円錐発散セクションの内面が、前記中心軸に対して一定の角度を形成し、
前記フレア状発散セクションが、前記円錐発散セクションの前記下流側端部に封着された開口上流側端部と、開口下流側端部と、を有し、前記フレア状発散セクションの幅が、その下流側端部に向かう方向に増加し、前記中心軸と前記フレア状発散セクションの前記内面のある点の接線との角度が、前記フレア状発散セクションの前記上流側端部から前記点までの距離の増加と共に増加し、前記中心軸を含む断面では、前記フレア状発散セクションの前記内面が、D/4〜3Dである半径Rの円形のセクションであり、
前記スロートセクションの前記下流側端部から前記フレア状発散セクションの前記下流側端部までの軸方向距離Lが、D〜4Dである、本体と、
(B)前記バーナーの前記本体内の1つ以上のバイアスガス通路であって、各々が、前記スロートセクション又は前記円錐発散セクション内の下流側バイアスガス開口部で終端し、前記下流側バイアスガス開口部の軸が前記中心軸に対して実質的に垂直であり、各下流側バイアスガス開口部が、直径dを有し、各下流側バイアスガス開口部が、前記スロートセクションの前記下流側端部が前記円錐発散セクションの前記上流側端部に封着されている点の3d/4上流〜d/4下流の範囲内の点で、前記スロートセクション又は前記円錐発散セクション内で開口し、各バイアスガス通路が、バイアスガスの供給源に接続することができる入口を有する、1つ以上のバイアスガス通路と、
(C)前記中心軸に対して垂直な平面内に存在し、かつ前記フレア状発散セクションの前記下流側端部を取り囲み、それに封着されている、環状ポート面であって、
4〜20個の第1のポートが、前記環状ポート面内にあり、前記第1のポートの軸が前記中心軸に平行であり、前記第1のポートが、前記バーナーの前記本体内の第1の通路によって、気体燃料を前記バーナーの外側から供給することができる1つ以上の入口に接続され、
4〜20個の第2のポートが、前記環状ポート面内にあり、前記第のポートの軸が前記中心軸に平行であり、前記第2のポートが、前記バーナーの前記本体内の第2の通路によって、気体酸化剤を前記バーナーの外側から供給することができる1つ以上の入口に接続され、前記第1及び第2の通路が互いに分離されており、
前記第1のポートが、前記通路の前記中心軸から実質的に均一に離されて、前記ポート面内に実質的に均等に位置付けられ、前記第2のポートが、前記通路の前記中心軸から実質的に均一に離されて、前記ポート面内に実質的に均等に位置付けられている、環状ポート面と、
(D)火炎カラーであって、前記中心軸を取り囲み、かつそれと同軸であり、(i)前記中心軸から前記第1及び第2のポートまでの距離よりも前記中心軸から離れた前記ポート面に封着されている、上流側端部と、(ii)開口下流側端部であって、その直径が前記火炎カラーの上流側端部の直径よりも大きく、かつ前記開口下流側端部が、前記火炎カラーの前記開口下流側端部を横断する距離の少なくとも5%である、前記ポート面から下流側の距離に位置付けられている、開口下流側端部と、(iii)前記中心軸に面し、かつ前記上流側端部から前記下流側端部まで延在する露出面であって、
前記露出面が、バイアスガス開口部の数に等しい数の1つ以上の湾曲領域を含み、各湾曲領域が、前記火炎カラーの前記下流側端部に向かって外方へ開口する、異なる円錐体の表面に存在し、各円錐体の軸が、前記中心軸と、前記バイアスガス開口部のうちの異なる1つの前記軸との平面内に存在し、かつ前記スロートセクションの前記下流側端部の前記中心軸から、前記関連付けられたバイアスガス開口部の位置の反対側の前記円錐発散セクションの前記内面に平行な方向に延在する、露出面と、(iv)冷却液が流れて、前記バーナーで生じる燃焼によって発生する熱を吸収することができる、前記火炎カラー内の通路と、を有する、火炎カラーと、
(E)気体酸化剤を前記本体の中へ供給し、前記中心軸に沿って前記円錐収束セクションの中へ供給することができる、前記円錐収束セクション内の又は前記円錐収束セクションの上流の前記本体内の出口であって、前記出口が、前記バーナーの前記本体内の通路によって、前記気体酸化剤を前記バーナーの外側から供給することができる入口に接続されている、出口と、を備える、多機能バーナー。 - 前記収束セクションの前記内面が、前記中心軸に対して2度〜30度の一定の角度を形成している、請求項1に記載の多機能バーナー。
- 前記円錐発散セクションの前記内面が、前記中心軸に対して2度〜15度の一定の角度を形成している、請求項1に記載の多機能バーナー。
- 前記第1のポート及び前記第2のポートが、前記通路の前記中心軸から実質的に均一に離されて、前記ポート面内で互いに交互に位置付けられている、請求項1に記載の多機能バーナー。
- 火炎カラーの開口下流側端部であって、前記開口下流側端部の直径が前記火炎カラーの上流側端部の直径よりも大きく、かつ前記開口下流側端部が、前記火炎カラーの前記開口下流側端部を横断する距離の少なくとも5%である前記ポート面から下流側のある距離に位置付けられている、火炎カラーの開口下流側端部、請求項1に記載の多機能バーナー。
- 前記フレア状発散セクションの前記内面が、D/2〜3Dである半径Rの円形のセクションである、請求項1に記載の多機能バーナー。
- 前記スロートセクションの前記下流側端部から前記フレア状発散セクションの前記下流側端部までの前記軸方向距離Lが、D〜2Dである、請求項1に記載の多機能バーナー。
- 溶融容器内の材料を処理する方法であって、
(A)請求項1に記載のバーナーの前記円錐収束セクションの中へ、前記バイアスガス開口部を超えて、前記バーナーの前記火炎カラーの中へ気体酸化剤を供給し、前記バーナーの前記第2のポートから前記火炎カラーの中へ気体燃料を供給し、前記バーナーの前記第1のポートから前記火炎カラーの中へ気体酸化剤を供給し、前記燃料及び前記気体酸化剤を前記フレームカラー内で燃焼させて、前記バーナーの前記本体から軸に沿って前記火炎カラーの前記開口端部を超えて現れる火炎を形成することと、
(B)前記火炎を、溶融容器内の材料と、前記材料の第1の表面において接触させて、前記火炎で前記材料を加熱することと、
(C)バイアスガス開口部の前記下流側端部からバイアスガスを断続的に供給し、前記バイアスガスを、前記開口部を超える前記気体酸化剤と接触させて、前記酸化剤の軸を変化させ、それによって、前記火炎の前記軸を、前記バイアスガスで別の軸に変更することと、前記火炎を、その軸が変更されたときに、前記溶融容器内の前記材料と接触させて、前記火炎で前記材料を加熱することと、
前記材料が完全に溶融するまでステップ(C)を繰り返すことと、
次いで、
(E)前記バイアスガスを供給することを停止することと、
(F)前記通路内からの気体酸化剤のストリームを前記火炎カラーから超音速で噴射して、前記溶融材料の前記表面を貫通させ、一方で、前記第1のポートから燃料を放出し、前記第2のポートから気体酸化剤を放出し、そして、前記燃料及び気体酸化剤を燃焼させて、気体酸化剤の前記ストリームの周囲に火炎エンベロープを確立することと、を含む、方法。 - ステップ(F)で供給されるガスの前記ストリームが、酸素を含む、請求項8に記載の方法。
- ステップ(F)で供給されるガスの前記ストリームが、窒素を含む、請求項8に記載の方法。
- ステップ(F)で供給されるガスの前記ストリームが、アルゴンを含む、請求項8に記載の方法。
- ステップ(F)で供給されるガスの前記ストリームが、二酸化炭素を含む、請求項8に記載の方法。
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