JP2662589B2 - プラズマ燃焼式供給ノズル - Google Patents
プラズマ燃焼式供給ノズルInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、火炉用の供給ノズルに関し、より詳細に
は、キュポラ用プラズマ供給ノズルに関する。エム・ジ
ー・フェイ氏（M.G.Fey）及びティー・エヌ・メイヤー
氏（T.N.Meyer）に付与された米国特許第530,101号に記
載されているように、電気アークから生じた熱を用い
て、酸化性又は還元性のある非常に高温のガス流を生ぜ
しめ、これを粒状物と混合した状態でキュポラ又は他形
式の火炉内に供給すれば、キュポラ又は他形式の火炉の
動作性能を高めることができる。電気アークはプラズマ
・トーチ内で生じて該トーチ内でガスをイオン化し、こ
のイオン化したガスをトーチの一端から噴出させると一
般に5500℃台の白熱状態の高温ガス流が生じる。本発明
の目的は、かかる温度を何時間も又は何日間も維持する
と共に粒状物を、比較的小径の供給ノズルを内張りして
いる耐火物を破壊せずに供給ノズル内に送り込むことに
ある。耐火物は通常は約1600℃、即ち、プラズマ・トー
チからの過熱ガス流の温度の約1/3で軟化し始め、供給
ノズルを通って流れる粒状物で研磨される。
は、キュポラ用プラズマ供給ノズルに関する。エム・ジ
ー・フェイ氏（M.G.Fey）及びティー・エヌ・メイヤー
氏（T.N.Meyer）に付与された米国特許第530,101号に記
載されているように、電気アークから生じた熱を用い
て、酸化性又は還元性のある非常に高温のガス流を生ぜ
しめ、これを粒状物と混合した状態でキュポラ又は他形
式の火炉内に供給すれば、キュポラ又は他形式の火炉の
動作性能を高めることができる。電気アークはプラズマ
・トーチ内で生じて該トーチ内でガスをイオン化し、こ
のイオン化したガスをトーチの一端から噴出させると一
般に5500℃台の白熱状態の高温ガス流が生じる。本発明
の目的は、かかる温度を何時間も又は何日間も維持する
と共に粒状物を、比較的小径の供給ノズルを内張りして
いる耐火物を破壊せずに供給ノズル内に送り込むことに
ある。耐火物は通常は約1600℃、即ち、プラズマ・トー
チからの過熱ガス流の温度の約1/3で軟化し始め、供給
ノズルを通って流れる粒状物で研磨される。
一般に、本発明に従って構成された火炉用プラズマ供
給ノズルは、5500℃台の温度の過熱ガスを生ぜしめるプ
ラズマ・トーチと、シュラウド・ガス用の導管と、火炉
に開口した一端を備え、過熱ガス及びシュラウド・ガス
導管と連通状態にある管状混合室とを有する。混合室は
耐火物で内張りされていると共に全体が冷却用流体ジャ
ケットによって包囲されている。プラズマ・トーチから
の過熱ガス及びシュラウド・ガス用導管からのシュラウ
ド・ガスは、これらガスの温度が耐火性内張りに隣接し
た混合室の部分よりも中央部分の方が実質的に高くなる
ような分布状態で混合室内へ注入されると共に過熱ガス
が混合室内を軸方向に流れて火炉内へ流入し、それより
混合室内の中央部分へ送り込まれた粒状物が急速に溶解
するので、キュポラ又は他形式の火炉内における溶融金
属の化学的性質が迅速に変化し、また、耐火物で内張り
された混合室が粒状物で研磨されることはない。
給ノズルは、5500℃台の温度の過熱ガスを生ぜしめるプ
ラズマ・トーチと、シュラウド・ガス用の導管と、火炉
に開口した一端を備え、過熱ガス及びシュラウド・ガス
導管と連通状態にある管状混合室とを有する。混合室は
耐火物で内張りされていると共に全体が冷却用流体ジャ
ケットによって包囲されている。プラズマ・トーチから
の過熱ガス及びシュラウド・ガス用導管からのシュラウ
ド・ガスは、これらガスの温度が耐火性内張りに隣接し
た混合室の部分よりも中央部分の方が実質的に高くなる
ような分布状態で混合室内へ注入されると共に過熱ガス
が混合室内を軸方向に流れて火炉内へ流入し、それより
混合室内の中央部分へ送り込まれた粒状物が急速に溶解
するので、キュポラ又は他形式の火炉内における溶融金
属の化学的性質が迅速に変化し、また、耐火物で内張り
された混合室が粒状物で研磨されることはない。
特許請求の範囲に係る本発明の内容は添付の図面を参
照して以下の詳細な説明を読むと一層明らかになろう。
照して以下の詳細な説明を読むと一層明らかになろう。
第１図は、プラズマ燃焼式ノズルが収納されたキュポ
ラの部分断面図である。
ラの部分断面図である。
第２図は、プラズマ燃焼式ノズルが収納されたキュポ
ラの変形例を示す図である。
ラの変形例を示す図である。
第３図は、ノズルの拡大断面図である。
第４図は、第３図のIV−IV線における断面図である。
第５図は、第３図のＶ−Ｖ線における断面図である。
第６図は、第３図に示すプラズマ燃焼式ノズルが収納
されたキュポラの変形例を示す図である。
されたキュポラの変形例を示す図である。
第７図は、第２図に示すノズルの変形例を示す図であ
る。
る。
第８図は、第７図のVIII−VIII線における断面図であ
る。
る。
第９図は、第７図に示すノズルの変形例を示す図であ
る。
る。
第10図は、第９図のＸ−Ｘ線における断面図である。
今、図面を詳細に参照し、特に第１図を参照すると、
キュポラのような火炉１の一部が示されており、その側
壁５にはプラズマ供給ノズル又は羽口３が取付けられて
いる。プラズマ供給ノズル３は、一又は二以上の耐火物
層９で内張りされていると共に水のような冷却用流体を
通す冷却用ジャケット11で包囲された管状の混合室７を
有する。混合室７は火炉１内へ開口した一端を有してい
る。プラズマ・トーチ13が、火炉内へ開口した端と反対
側の混合室の端に配設されている。また、火炉内へ開口
した端と反対側の混合室の端にはプレナム室15も設けら
れている。
キュポラのような火炉１の一部が示されており、その側
壁５にはプラズマ供給ノズル又は羽口３が取付けられて
いる。プラズマ供給ノズル３は、一又は二以上の耐火物
層９で内張りされていると共に水のような冷却用流体を
通す冷却用ジャケット11で包囲された管状の混合室７を
有する。混合室７は火炉１内へ開口した一端を有してい
る。プラズマ・トーチ13が、火炉内へ開口した端と反対
側の混合室の端に配設されている。また、火炉内へ開口
した端と反対側の混合室の端にはプレナム室15も設けら
れている。
好ましくは、シュラウド空気又はプロセスガスが、プ
レナム室15に対して接線方向に配設されたシュラウド・
ガス入口ノズル17を通ってプレナム室15内へ注入され
る。たとえばウエスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション製のマーク・ツー（Marc・II）のような
プラズマ・トーチ13は、プレナム室15を貫通していて火
炎状の過熱ガスを混合室７の中央部分に向かって噴射注
入するプラズマ・ノズル19を有している。混合室に流入
する過熱ガスの温度は一般に5500℃台である。
レナム室15に対して接線方向に配設されたシュラウド・
ガス入口ノズル17を通ってプレナム室15内へ注入され
る。たとえばウエスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション製のマーク・ツー（Marc・II）のような
プラズマ・トーチ13は、プレナム室15を貫通していて火
炎状の過熱ガスを混合室７の中央部分に向かって噴射注
入するプラズマ・ノズル19を有している。混合室に流入
する過熱ガスの温度は一般に5500℃台である。
第１図に示すように、混合室７とプレナム室15との間
には複数の傾斜ポート23を備えた耐火性のセパレータ又
は分離壁21が設けられており、これら傾斜ポート23はシ
ュラウド・ガスを混合室７内へ注入し、該シュラウド・
ガスが旋回しながら混合室７内を軸方向に進むよう配設
されており、このような状態でプラズマ・トーチ13から
の過熱ガスを混合室７の軸線に沿って注入すると過熱ガ
スも旋回し、混合室７の横断方向におけるガスの温度分
布が耐火物の壁９に隣接した混合室の部分よりも中央部
分の方が実質的に高くなる。
には複数の傾斜ポート23を備えた耐火性のセパレータ又
は分離壁21が設けられており、これら傾斜ポート23はシ
ュラウド・ガスを混合室７内へ注入し、該シュラウド・
ガスが旋回しながら混合室７内を軸方向に進むよう配設
されており、このような状態でプラズマ・トーチ13から
の過熱ガスを混合室７の軸線に沿って注入すると過熱ガ
スも旋回し、混合室７の横断方向におけるガスの温度分
布が耐火物の壁９に隣接した混合室の部分よりも中央部
分の方が実質的に高くなる。
粒状物供給ノズル25が混合室７と流体連通関係に配置
され、その軸線は混合室７の軸線と鋭角をなしている。
なお、その角度は、粒状物の密度、粒径、速度及び粘度
と、流入粒状物の温度を迅速に上昇させるため温度が最
も高い混合室７の中央部分に流入粒状物を差し向けるよ
う調節される搬送用流体の流量とによって定まる。
され、その軸線は混合室７の軸線と鋭角をなしている。
なお、その角度は、粒状物の密度、粒径、速度及び粘度
と、流入粒状物の温度を迅速に上昇させるため温度が最
も高い混合室７の中央部分に流入粒状物を差し向けるよ
う調節される搬送用流体の流量とによって定まる。
第１図に示すように、混合室７は少なくとも一部が火
炉の内張り耐火物を貫通するのが良いが、第２図に示す
ように、開口31が混合室7aの開口端と位置合わせされた
状態で火炉の側壁５及びその内張り耐火物に設けられて
いる場合には火炉の外壁に当接していても良い。
炉の内張り耐火物を貫通するのが良いが、第２図に示す
ように、開口31が混合室7aの開口端と位置合わせされた
状態で火炉の側壁５及びその内張り耐火物に設けられて
いる場合には火炉の外壁に当接していても良い。
第３図及び第６図に示すように、混合室7bを開口端に
向かって内方へテーパした壁を有するよう形成しても良
く、この場合、プレナム室15bと混合室7bとの間には分
離壁を設けず、耐火性壁9bとプラズマ・トーチ13のノズ
ル19との間に環状の開口35を設ける。第５図で最も良く
分かるように接線方向に配設されたシュラウド・ガス用
ノズル17により、プレナム室15に流入するシュラウド・
ガスは旋回運動を生じ、混合室7bの横断方向において、
耐火性壁9bに隣接した混合室7bの部分よりも中央部分の
方が実質的に高い温度分布が得られる。混合物7bの耐火
性壁9bを二又は三以上の耐火性ライナーで構成し、摩耗
作用を受けた内側の内張りを容易に交換できるようにす
るのが良い。
向かって内方へテーパした壁を有するよう形成しても良
く、この場合、プレナム室15bと混合室7bとの間には分
離壁を設けず、耐火性壁9bとプラズマ・トーチ13のノズ
ル19との間に環状の開口35を設ける。第５図で最も良く
分かるように接線方向に配設されたシュラウド・ガス用
ノズル17により、プレナム室15に流入するシュラウド・
ガスは旋回運動を生じ、混合室7bの横断方向において、
耐火性壁9bに隣接した混合室7bの部分よりも中央部分の
方が実質的に高い温度分布が得られる。混合物7bの耐火
性壁9bを二又は三以上の耐火性ライナーで構成し、摩耗
作用を受けた内側の内張りを容易に交換できるようにす
るのが良い。
第４図に示すように複数の供給材料用ノズル25を設け
ても良く、ノズル25はそれぞれ、供給材料を温度が最も
高い混合室の中央部分に差し向けるため混合室7bの軸線
と所定の鋭角をなすよう配置されている。
ても良く、ノズル25はそれぞれ、供給材料を温度が最も
高い混合室の中央部分に差し向けるため混合室7bの軸線
と所定の鋭角をなすよう配置されている。
第７図及び第８図は、第２図のものと類似した混合室
7a、プレナム室15及びセパレータ21を示しているが、供
給材料用ノズル25aが混合室の軸線とほぼ平行な状態
で、プラズマ・ノズル19の何れか一方の側に取付けられ
たセパレータ21を貫通している点は異なる。
7a、プレナム室15及びセパレータ21を示しているが、供
給材料用ノズル25aが混合室の軸線とほぼ平行な状態
で、プラズマ・ノズル19の何れか一方の側に取付けられ
たセパレータ21を貫通している点は異なる。
第９図及び第10図では、供給材料用ノズル25bはプラ
ズマ・ノズル19の全体的に上方でセパレータ21に嵌入す
ると共に混合室の軸線とほぼ平行な関係をなしてセパレ
ータに隣接して延びている。
ズマ・ノズル19の全体的に上方でセパレータ21に嵌入す
ると共に混合室の軸線とほぼ平行な関係をなしてセパレ
ータに隣接して延びている。
上述のプラズマ供給ノズルは有利には、制限された空
間内に極めて高温の過熱ガスを注入して該空間内で供給
材料を迅速に加熱でき、しかも耐火性壁は比較的低温な
ので妥当な寿命が得られる。
間内に極めて高温の過熱ガスを注入して該空間内で供給
材料を迅速に加熱でき、しかも耐火性壁は比較的低温な
ので妥当な寿命が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−228872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−38535（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−14121（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (9)
- 【請求項１】火炉（１）のプラズマ供給ノズル（３）で
あって、温度が5500℃台の過熱ガスを生ぜしめるプラズ
マ・トーチ（13）と、シュラウド・ガス用導管（17）
と、前記過熱ガス及びシュラウド・ガス用導管（17）と
連通していて火炉（１）に開口した一端を有する管状の
混合室（７）とを有し、混合室（７）は、耐火物（９）
で内張りされていると共に全体が冷却用流体ジャケット
（11）によって包囲され、前記シュラウド・ガスを前記
導管（17）から前記混合室（７）内へ注入する手段（1
5,17,21及び23、15,17及び35）が、前記プラズマ・トー
チ（13）及び前記混合室（７）と協働して過熱ガスが混
合室（７）内にその中心軸線に沿って流入すると共にシ
ュラウド・ガスが混合室（７）内に過熱ガスから見て半
径方向外方へ流入し、前記混合室（７）内を通って流れ
る前記ガスの温度分布が内張り耐火物（９）に隣接した
混合室の部分よりも中央部分の方が実質的に高くなるよ
うに配設され、粒状物供給ノズル（25）が前記混合室
（７）と流体連通した状態で、粒状物を混合室（７）の
中央部分へ差し向け、火炉（１）内に流入する前に、混
合室（７）の中央部分内の温度が最も高い過熱ガスと混
合させるよう配設されていることを特徴とするプラズマ
供給ノズル。 - 【請求項２】シュラウド・ガスを注入する前記手段は、
火炉（１）に開口した端と反対側の混合室の端に設けら
れたプレナム室（15）を含み、該プレナム室（15）はシ
ュラウド・ガス用導管（17）及び混合室（７）と流体連
通関係にあることを特徴とする請求項第１項記載のプラ
ズマ供給ノズル。 - 【請求項３】混合室（７）とプレナム室（15）との間に
は開口が設けられ、プラズマ・トーチ（13）は、過熱ガ
スを供給するその部分が前記開口と整列関係にあると共
に少なくとも部分的にプレナム室（15）内に位置するよ
う配設されていることを特徴とする請求項第２項記載の
プラズマ供給ノズル。 - 【請求項４】過熱ガスを供給するプラズマ・トーチ（1
3）の部分は、開口（35）との間に環状の空間を画定す
るよう開口（35）に隣接して位置し、シュラウド・ガス
用導管（17）はプレナム室（15）に接線方向に連結さ
れ、それによりシュラウド・ガスはプレナム室（15）内
で旋回し、環状空間を通って混合室（７）内へ流入する
ことを特徴とする請求項第３項記載のプラズマ供給ノズ
ル。 - 【請求項５】過熱ガスを供給するプラズマ・トーチ（1
3）の部分（19）は開口をほぼ塞いでおり、開口の半径
方向外方に配設された複数のポート（23）を備えた分離
壁（21）が設けられ、前記ポート（23）はシュラウド・
ガスを旋回させながら混合室（７）内に流入させるよう
配向されていることを特徴とする請求項第３項記載のプ
ラズマ供給ノズル。 - 【請求項６】管状混合室（7a）は火炉（１）に開口した
端がプレナム室（15）に隣接した端よりも小径になるよ
うテーパしていることを特徴とする請求項第４項又は第
５項記載のプラズマ供給ノズル。 - 【請求項７】粒状物供給ノズル（25）は又、粒状物と共
に搬送ガスを注入することを特徴とする請求項第１項記
載のプラズマ供給ノズル。 - 【請求項８】粒状物供給ノズル（25）は、プレナム室
（15）を貫通し、供給ノズル（３）の軸線とほぼ平行な
関係にあると共に前記混合室（７）内へ開口した送出し
部分を有するよう配設されていることを特徴とする請求
項第７項記載のプラズマ供給ノズル。 - 【請求項９】複数の粒状物供給導管（25）が、粒状物を
混合室（７）の中央部分及び火炉（１）に開口した混合
室の端に差し向けた状態で注入するよう供給ノズル
（３）の軸線に対し鋭角をなす状態で配設されているこ
とを特徴とする請求項第７項記載のプラズマ供給ノズ
ル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/047,811 US4761793A (en) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | Plasma fired feed nozzle |
| US047,811 | 1987-05-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02504066A JPH02504066A (ja) | 1990-11-22 |
| JP2662589B2 true JP2662589B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=21951110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63504582A Expired - Fee Related JP2662589B2 (ja) | 1987-05-08 | 1988-05-05 | プラズマ燃焼式供給ノズル |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4761793A (ja) |
| EP (1) | EP0358711B1 (ja) |
| JP (1) | JP2662589B2 (ja) |
| KR (1) | KR960014438B1 (ja) |
| BR (1) | BR8802181A (ja) |
| CA (1) | CA1302518C (ja) |
| DE (1) | DE3883232T2 (ja) |
| MX (1) | MX164272B (ja) |
| WO (1) | WO1988009109A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140105573A (ko) * | 2011-12-21 | 2014-09-01 | 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 | 제어 가능한 고체 분사 |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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