JP3215999U - 流体分散装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一に分布される空気流を供給し、最適な燃焼効率及び長い動作期間を有する自熔製錬炉用のバーナを提供する。【解決手段】第１の気体流路１８を包囲し、且つ１又は複数の気体排出路を含む下端部を有する管状ランス１０を備える、自熔製錬炉用のバーナである。ランス１０の下端部は、上部環状密封面と下部環状密封面との間に配置される環状ノズル部３０を持ち、互いに対面する上部環状密封面と下部環状密封面とを有する。気体排出路は、環状ノズル部３０によって少なくとも部分的に画定され、第１の気体流路１８とランス１０の外側面１２との間に延在する。環状ノズル部３０は、互いから、且つ、上部密封面及び下部密封面から分離可能である複数の円弧状セグメントを有し得、それにより、上部環状密封面及び下部環状密封面を互いから分離する際、環状ノズル部３０は、整備のために取り外されることができる。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１４年１１月１５日に出願された米国仮特許出願６２／０８０，２７２号に対する優先権及び利益を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本考案は、製錬技術及び関連工程での使用のための流体分散装置に関する。一態様において、本考案は、精鉱バーナ又はフラッシュバーナでの使用のための流体分散装置に関する。他の態様において、製錬技術及び関連工程での使用のための流体分散ノズルが開示される。

鉱石精鉱の効果的な自熔製錬は、可能な限り効率的に実行される製錬燃焼反応を必要とする。自熔製錬炉は、上昇させた反応シャフトを典型的に含み、微粒子の供給材料と反応ガスとがそこにまとめられるバーナが、その頂部で位置決めされる。銅製錬の場合、供給材料は、典型的に、硫化銅鉱物及び硫化鉄鉱物を含有する鉱石精鉱である。精鉱は、通常、シリカ溶剤で混合され、事前に加熱された空気又は酸素富化空気で燃焼される。溶滴が反応シャフト内に形成され、炉床に落ち、高銅含有量マット相及び高鉄含有量スラグ相を形成する。

従来のバーナは、外側風箱プレナム、水冷スリーブ、速度調整コーン、及び内部ランスを含む。バーナは、風箱プレナムに取り付けられ、炉の反応シャフトの頂部と統合する冷却台を典型的に含む。

調整コーンの下部及び冷却台の内縁が、環状チャネルを生成する。酸素富化燃焼用空気は、風箱に入り、環状チャネルを通って、反応シャフトに排出される。

水冷スリーブ及び内部ランスは、燃焼用空気流のアニュラス内に環状チャネルを生成する。供給材料は、上部から導入され、水冷スリーブを通って、環状チャネルの内部の反応シャフトへと下降する。供給材料の反応ガスへの偏向は、水冷スリーブの中央に位置するランスの下端で、釣鐘型の先端によって促進される。

米国特許４１４７５３５号に参照されているように、典型的なランスの先端は、一定の直径をなす、一連の等間隔の半径方向孔を含む組立体の下部先端に、中実の分散リングを含む。孔は、圧縮空気を加圧されたランスの内部から外方に方向付け、傘型の反応ゾーンに供給材料を分散させる。この種類のランスの先端は、例えば炉の付着物による空気開口の閉塞のような、バーナ性能に悪影響を与え、非効率をもたらし得る欠点と関連付けられる。そのような場合、反応シャフト内に不均一な供給及び空気分布をもたらし得る。これらの事象は頻繁に起こり、炉からランスを取外し、続いて、閉塞した開口の原位置浄化によって、又は、完全な解体と閉塞した分散リング孔の浄化とを可能にするためのランスの完全な交換によってのみ補正される。

付着物の原位置浄化は、それぞれの孔を慎重に穿孔することによって、典型的に実施される。この浄化動作は、手間がかかり、且つ孔を損傷するリスクがある。それは、空気流分布の均一性に悪影響を与え、供給分布及び燃焼効率に不規則性をもたらす。炉の付着物が、穿孔中に分散空気の空隙へと強いられ得、そこで内側に硬化し得るリスクもある。ノズル開口の状態を保つために最も安全な浄化手段は、中実のリングを取り外し、ガスケットで仕上げ、整備工場において浄化することによってである。これは、炉の閉塞したランスの交換、続いて、取り外されランスの完全な解体を必要とする。解体は、内側ランス及び外側ランス組立体の分離を容易にする十分な場所を持つ整備工場内で、バーナから離れて行われなければならない。何れの場合においても、この作業は、空気開口に損傷を生じさせないように十分に注意して、開口における付着物を貫通して穿孔するために多くの時間と労力を必要とする。開始から終了まで、浄化工程は、典型的に完了まで最大２日間を要する。

考案者の第１の目標は、向上した分散空気ノズルの設計を提供することであり、分散リングは、均一に分布される空気流を供給する取替可能な「型板」と交換され、一方で、浄化のために必要な設備の停止時間を最小限にする。これは、原位置浄化を簡略化することによって、並びに、型板の交換を行うための整備工場における解体の要件を解消することによって成し遂げられる。

考案者の第２の目標は、異なる、より最適な空気の空間分布及び噴射速度の供給並びに処理を達成することを目的として、様々な交換可能な型板の設計を提供することである。これは、操作者が工場の製錬動作を微調整することを可能にするために行われ、最適な燃焼効率、及び、型板の交換又は浄化の間に、より長い動作期間を提供する。

以下の概要は、後に続くより詳細の説明に読者を導入することを意図されたもので、実用新案登録請求の範囲に記載された主題を定義又は限定するものではない。

一態様によると、分散空気型板は、２又はそれより多くのノズルセグメントで設けられ、組み立てられるとリングを形成する。ノズルセグメントは、個々にプレスされた、又は別の方法で形成されたノズルを持つ板を有する。型板は、分散コーンとランスの先端の下部フランジとの間へと挿入され、保持される。ノズル開口の浄化は、型板を取り外し、交換した後に実施される。これは、分散コーンと下部フランジとの間に隙間（およそ２０‐５０ｍｍ）を生成して、型板セグメントを取り外し、新しい、きれいなセットと交換するべく、ランスが十分に張力から解放されることを必要とする。この交換は、製錬の作業場所内で、バーナの近傍において完了されることができ、ランスの完全な解体を必要としない。これは、組立体から、内側ランス全体を取り外すことを要しないことから、ランスが、整備工場、又は他の遠隔地に移動させられる必要がないという利点がある。型板の交換は、既存の中実のリング設計のための２日の期間と比較して、わずか２時間で完了することができる。

加えて、分散空気型板は、既存のランス設計において典型的に使用されるガスケットを必要としない。型板は、十分な圧縮を提供する内側ランス組立体と外側ランス組立体との間に単に圧縮される。それは、整備手順を簡略化する一方、漏れを最小限とするために、少ない量の密封材が接触面に適用され得る。さらに、型板は、底面上に位置合わせ面を含み、型板が適切に位置決めされ、内側ランス上に置かれることを確実にする。一方、頂面上の維持面は、型板が動作中に飛び出すことを防止する。

いくつかの例において、分散空気型板の開口は、様々な分散空気流のパターン及び速度を可能にするべく、多様なカスタマイズされた形に加工される。

いくつかの例において、分散空気型板は、軸に沿って、複数の列の加工されたノズルを含む。

いくつかの例において、分散空気型板は、周囲全体の周りの、単独の連続するスリット開口から成る。

いくつかの例において、分散空気型板の開口は、速度の接線成分で反応シャフトへの気体流を生成するべく、湾曲される。これは、旋回流を引き起こし、自熔製錬炉の反応シャフト内にある間、固形供給材料の乱流を増大させる。

いくつかの例において、型板のノズル開口は、収束‐発散ノズルの幾何学的形状で設計され、これにより、超音速空気速度で動作することが可能になる。これは、反応シャフトへの追加的な流れの勢いを提供し、圧縮空気の質量流量全体を実質的に減らすことを可能にする。

実用新案登録請求の範囲に記載された主題がより十分に理解され得るべく、添付の図が参照される。

それぞれの型板が半円状セグメントを形成する、典型的な二部式の型板で組み立てられる自熔製錬炉用のバーナのうち、ランスの先端の断面図である。

図１の詳細Ａのクローズアップである。

図１のランスの先端の拡大斜視断面図である。

個々に加工されたノズル開口を有する分散空気型板の第１の実施形態の等角図である。

２つの半円状セグメントに切断された分散空気型板の第１の実施形態の等角図である。

図５の詳細Ａのクローズアップである。

内側ランス組立体が下げられ、２つの半円状の分散空気型板セグメントが、内側ランスと外側ランスとの間に形成される隙間から取り外され、且つ新しい型板のセットと交換されることによって、型板の交換工程を実証する等角図である。

型板の中心軸に沿って複数の列のノズル開口を含む第２の実施形態の等角図である。

２つの半円状セグメントに切断された分散空気型板の第２の実施形態の等角図である。

図９の詳細Ｂのクローズアップである。

接線速度成分で、反応シャフトへの空気流を供給するべく、湾曲した型板パターンから成る第３の実施形態の等角図である。

２つの半円状セグメントに切断された分散空気型板の第３の実施形態の等角図である。

図１２の詳細Ｃのクローズアップである。

超音速の空気流を供給するべく、収束‐発散流量面積を算出された個別のノズルから成る第４の実施形態の等角図である。

２つの半円状セグメントに切断された分散空気型板の第４の実施形態の等角図である。

図１５の詳細Ｄのクローズアップである。

超音速の空気流を供給するべく、収束‐発散流量面積を算出された、周囲全体の周りの単独の連続するスリットノズルから成る第５の実施形態の等角図である。

図１７の線１８−１８'に沿う断面図である。

２つの半円状セグメントに切断された分散空気型板の第５の実施形態の等角図である。

図１９Ａの詳細Ｅのクローズアップである。

包囲されたノズル開口を含む分散空気型板の第６の実施形態の頂部等角図である。

２つの半円状セグメントに切断された分散空気型板の第６の実施形態の底部等角図である。

以下の説明において、実用新案登録請求の範囲に記載された主題の例を提供するべく、具体的な詳細が提示される。しかしながら、下に記載される実施形態は、実用新案登録請求の範囲に記載された主題を限定することを意図するものではない。具体的な実施形態の多くの変更形態が、実用新案登録請求の範囲に記載された主題の範囲内で可能であり得ることが、当業者に明らかとなるであろう。

そうでないと記載されていない限り、本明細書で使用される用語、「内（ｉｎｎｅｒ）」、及び「外（ｏｕｔｅｒ）」は、長手方向の中心軸に対し半径方向の位置、又は方向を指す。従って、用語、「内（ｉｎｎｅｒ）」、及び「外（ｏｕｔｅｒ）」は、軸に対する相対的な近さを説明するために使用される。

図１から図３は、自熔製錬炉用のバーナの一部を示し、具体的には、水冷スリーブ（図示せず）、及び燃焼用空気流のための環状通路によって囲まれる外側面１２を有する管状ランス１０の下端部を示す。

管状ランス１０は、長手方向軸Ａ（図１及び図３）に沿って延在し、内側ランス管１４及び外側ランス管１６を有する。内側ランス管１４及び外側ランス管１６は、同心で配置され、長手方向軸Ａに沿って延在する。第１の気体流路１８は、ランス１０内に包囲され、且つ、内側ランス管１４と外側ランス管１６との間の環状空間に設けられる。内側ランス管１４は、第２の気体流路２０を画定する中空内部を有する。加えて、内側ランス管１４は、その下端に内側ランスフランジ２２を含む。内側ランスフランジ２２は、第２の気体流路２０の中央開口を囲み、且つ、第１の気体流路１８の下端を閉じる。

ランス１０の下端は、ランス１０の外側面１２の方へ外方に延在する１又は複数の気体排出路２４を含む。ランス１０の下端は、上部環状密封面２６及び下部環状密封面２８も含み、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８とは、互いに対面する。ランス１０の下端は、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間に配置される環状ノズル部３０をさらに含む。環状ノズル部３０は、本明細書で場合により「型板」又は「分散空気型板」と呼ばれる。

１又は複数の気体排出路２４は、環状ノズル部３０によって少なくとも部分的に画定され、第１の気体流路１８とランス１０の外側面１２との間に延在する。これにより、第１の気体流路１８からの気体及び供給材料の流出を許容する。

例示されている実施形態において、本明細書でランスの先端とも呼ばれるランス１０の下端部は、外側ランス管１６の円筒部に取り付けられる上縁３４を有する分散コーン３２を円錐台の形で含む。それにより、分散コーン３２は、外側ランス管１６の下部延在部を形成し、第１の気体流路１８の下端で流れの軸方向に対して径方向成分を導入する。

分散コーン３２は、上縁３４より大きな直径を有する下縁３６も有し、上部環状密封面２６は、分散コーン３２の下縁３６に設けられる。

下部環状密封面２８は、内側ランスフランジ２２上に形成され、且つ上部環状密封面２６に対向することが図より分かる。上部環状密封面２６及び下部環状密封面２８のそれぞれは、長手方向軸Ａに対して実質的に垂直である平面に配置される。

環状ノズル部３０は、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間に配置され、且つ、長手方向軸Ａに対して実質的に垂直である平面に配置される。環状ノズル部３０の少なくとも一部は、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間に脱着可能に固定され、ランス１０を整備工場に移設する必要なしに、迅速に取り外され、交換されることを可能にする。例示されている実施形態において、環状ノズル部３０を固定する目的で使用される圧縮荷重は、内側ランス管１６及びそのフランジ２２を分散コーン３２に対して張力付与することによって供給され、外側ランス管１６を圧縮状態に置く。代替的な実施形態において、上部環状密封面及び下部環状密封面は、ボルトのような取り外し可能な機械的留め具（図示せず）によって、一緒に保持され得る。

環状ノズル部３０は、上部環状密封面２６に密封される少なくとも１つの上面部３８と、下部環状密封面２８に密封される少なくとも１つの下面部４０とを有する。以下でさらに述べられるように、上面部３８及び下面部４０は、いくつかの異なる構成を有し得、連続又は不連続の面を有し得る。上面部３８及び下面部４０と、対応する環状密封面２６及び環状密封面２８との間の密封は、実質的に気密であり、環状ノズル部３０の取外し及び交換を許容する何らかの手段によって提供され得る。例えば、密封は、ガスケット及び／又は密封材（図示せず）によって提供され得る。

本明細書に記載されるいくつかの実施形態に従って、並びに、図５及び図７に示されているように、環状ノズル部３０は、複数の円弧状セグメント４２を有し得、（図７の縦矢印４４の方向に）内側ランスフランジ２２を張力から解放して、上部環状密封面２６及び下部環状密封面２８を分離し、図７の横矢印４６の方向に半径方向外方にセグメントを引っ張ることで、セグメントの取外しを許容する。図示されるように、これは、セグメント４２が、ランス１０を完全に解体することなく取り外されることを許容する。従って、これらの汚れた環状ノズル部３０又はセグメント４２は、容易に取り外され得、新しいノズル部３０又はセグメント４２が、挿入され得る。内側ランス管１６は、次に、迅速に再び張力付与され得、環状ノズル部３０を定位置に固定する。

図７の実施形態、及び本明細書に記載される他の実施形態において、環状ノズル部３０は、それぞれ約１８０度の円弧を描く２つの半円状セグメント４２を含む。円弧の許容される長さは、内側ランスフランジ２２の下端の直径によって少なくとも部分的に決定されるが、セグメントの容易な取外しを許容するべく、それらは、約１８０度又はそれ未満の円弧をそれぞれ描くべきである。２つのセグメント４２が、図に示されているが、環状ノズル部３０は、３又はそれより多くのセグメント４２を有し得る。環状ノズル部３０をなすセグメント４２の長さは、必ずしも等しくはない。さらに、セグメント４２の端部は、互いに接触し得るが、例えば、追加の気体排出路２４を設けるべく、隣接するセグメント４２の間に隙間を設けることが望まれ得ることが理解されるであろう。

以下は、環状ノズル部３０の様々な構成の説明である。

図４から図６の実施形態において、型板のような外観を有する環状ノズル部３０の実施形態が例示されている。環状ノズル部３０は、ノズル部３０を完全に貫通して延在する複数の加工された開口によって画定される気体排出路２４を有する。図４から図６の環状ノズル部３０は、２つのセグメントを有しているように示されているが、連続するリングを有し得ること、又は、等しい若しくは等しくない長さの３若しくはそれより多くのセグメントを有し得ることが理解されるであろう。

図４から図６の環状ノズル部３０は、上部環状密封面２６に密封するべく適応される上面４８と、下部環状密封面２８に密封するべく適応される下面５０とを有する平板の形である。環状ノズル部３０は、外面５２及び複数の気体排出路２４をさらに有する。気体排出路２４のそれぞれは、環状ノズル部３０の外面５２に配置される内側端５６及び外側端５８を有する、開チャネル５４を有する。開チャネル５４のそれぞれは、その内側端５６で、第１の気体流路１８と流れ連通する。

図４から図６において、開チャネル５４のそれぞれは、環状ノズル部３０の高さ、すなわち上面４８から下面５０にわたって延在する。従って、図４から図６の環状ノズル部３０が、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間に密封される場合、気体排出路２４のそれぞれは、開チャネル５４によって、及び、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８の両方によって画定される。それにより、気体排出路２４のそれぞれは、上部環状密封面２６によって画定される頂部、下部環状密封面２８によって画定される底部、及び開チャネル５４の側面によって画定される対向する側面を有する。

図１から図３に関してここで説明されるように、本明細書に記載される環状ノズル部３０は、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間の定位置にノズル部３０を位置決めするため、及び維持するための手段をさらに有し得る。この点において、内側ランスフランジ２２は、ショルダ６０を含み得ることが、図２より分かる。環状ノズル部３０は、内面６２を含み、それは、環状ノズル部３０又はそのセグメント４２が、それらを適切な位置に至らせる内側ランスフランジ２２上に置かれる場合にショルダ６０に当接する。

加えて、図２から分かるように、環状ノズル部３０は、内側部６４及び外側部６６を含み、外側部６６は、内側部６４の半径方向外方に配置される。ランス１０に設置される場合、外側部６６は、上部環状密封面２６及び下部環状密封面２８と密封係合、並びに、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間に密封係合される。一方、内側部６４は、上部環状密封面２６の半径方向内方に配置される。

図２の詳細Ａで最も良く分かるように、環状ノズル部３０の上面４８には、内側部６４が外側部６６より厚くなるように、内側部６４及び外側部６６を分離し、且つ環状ノズル部３０の外側部６６から内側部６４へ、軸Ａに沿って上方に延在する環状ショルダ６８が設けられる。本実施形態において、ショルダ６８は、不連続であり、開チャネル５４によって中断される。しかしながら、ショルダ６８は、チャネル５４を橋渡しし得ることが理解されるであろう。

ショルダ６８が、分散コーン３２の下縁３６内に嵌合し、且つ分散コーン３２の下縁３６と係合するように、ショルダ６８は、分散コーン３２の下縁３６で、内径より僅かに小さい直径を有する。これは、環状ノズル部３０を適切に位置決め、且つ定位置に維持し、ランス１０の先端内の正圧の結果として飛び出すことを防止することに役立つ。環状ノズル部３０の下面５０は、平坦であると見られるが、維持ショルダ６８は、上面４８に代えて、下面５０上に設けられ得ることが理解されるであろう。

気体排出路２４と第１の気体流路１８との間に流れ連通を提供するべく、開チャネル５４は、環状ノズル部３０の外側部６６全体、外面５２からショルダ６８にわたって延在し、開チャネル５４は、ショルダ６８の内方、環状ノズル部３０の内側部６４へも延在する。従って、ショルダ６８の内方に配置される開チャネル５４のそれぞれの一部は、気体排出路２４のそれぞれへの吸込路を設ける。

図８から図１０は、第２の実施形態に係る環状ノズル部３０を例示する。第２の実施形態の環状ノズル部３０は、図８のように連続するリングを有し得、又は、図９に示されているように、２又はそれより多くのセグメント４２を有し得る。環状ノズル部３０は、等しい若しくは等しくない長さの３又はそれより多くのセグメントを有し得ることも理解される。図８から図１０の実施形態は、図４から図６の実施形態と同じ要素の多くを含み、それらは、同様の参照番号によって識別される。

この点において、図８から図１０の環状ノズル部３０は、型板のような外観を持つ環状板を有し、環状板は、板を内側部６４と外側部６６とに分離する環状ショルダ６８が設けられる上面４８、下面５０、外面５２、及び内面６２を有する。

図８から図１０の環状ノズル部３０は、複数の上部気体排出路２４'及び複数の下部気体排出路２４"を含む、複数の気体排出路２４を含む。

上部気体排出路２４'のそれぞれは、環状ノズル部３０の上面４８に形成される開チャネル５４'を有し、開チャネル５４'は、環状ノズル部３０の上面４８で開いている。従って、環状ノズル部３０が、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間に密封される場合、上部気体排出路２４'のそれぞれは、開チャネル５４'によって、及び上部環状密封面２６によって画定される。それにより、上部気体排出路２４'のそれぞれは、上部環状密封面２６によって画定される頂部、開チャネル５４'の底面によって画定される底部、及び開チャネル５４'の側面によって画定される対向する側面を有する。

下部気体排出路２４"のそれぞれは、環状ノズル部３０の下面５０に形成される開チャネル５４"を有し、開チャネル５４"は、環状ノズル部３０の下面５０で開いている。従って、環状ノズル部３０が、上部環状密封面２６と下部環状密封面２８との間に密封される場合、下部気体排出路２４"のそれぞれは、開チャネル５４"によって、及び下部環状密封面２８によって画定される。それにより、下部気体排出路２４"のそれぞれは、開チャネル５４"の頂面によって画定される頂部、下部環状密封面２８によって画定される底部、及び開チャネル５４"の側面によって画定される対向する側面を有する。

上部気体排出路２４'及び下部気体排出路２４"は、それらの内側端５６と外側端５８との間において互いから分離される。排出路２４'及び排出路２４"の内側端５６は、環状ノズル部３０の内側部６４の方へ内方に延在することが分かる。排出路２４'及び排出路２４"の内側端５６の内方に配置されるのは、連通開口７０であり、上面４８から下面５０、すなわち環状ノズル部３０を完全に貫通して延在する。これらの連通開口７０は、第１の気体流路１８と、上部気体排出路２４'及び下部気体排出路２４"との間の流れ連通を提供する。

連通開口７０のそれぞれは、少なくとも１つの上部気体排出路２４'及び少なくとも１つの下部気体排出路２４"と流れ連通し得ることが、図８から図１０より分かる。例えば、例示されている実施形態において、それぞれの連通開口７０は、上部気体排出路２４'のうちの１つ、及び下部気体排出路２４"のうちの２つと流れ連通する。

図８から図１０の実施形態は、上部気体排出路２４'と下部気体排出路２４"の両方を含むが、他の実施形態は、上部気体排出路２４'だけ、又は下部気体排出路２４"だけを含み得ることが理解されるであろう。

図８から図１０の実施形態において、上部気体排出路２４'は、環状ノズル部３０の周囲に延在して上部列において配置され、下部気体排出路２４"は、環状ノズル部３０の周囲に延在して下部列において配置される。そのいつくかは本明細書に記載される様々な実施形態において、上部気体排出路２４'は、以下の
（ａ）断面積、
（ｂ）数、
（ｃ）長手方向軸に対する角度、及び
（ｄ）半径方向に対する角度、
の態様のうちの１又は複数において、下部気体排出路２４"と異なり得る。

図８から図１０において、上部気体排出路２４'と下部気体排出路２４"とは、数において（上部排出路２４'が、数において少ない）、及び、断面積において（上部排出路２４'が、より大きい面積を有する）、互いに異なる。従って、下部排出路２４"は、より小さい面積及びより少ない流量で有り得、上部排出路２４'下の粒子の再循環ゾーンを妨害することができる高速噴射ジェットを提供する。下部排出路２４"は、経時的に徐々に目詰まりした状態になり得るが、それらは、ランス１０から周りの反応シャフト（図示せず）へと流出する大半の分散空気を提供する上部排出路２４'に対して、犠牲空気ノズルとして機能する。対照的に、米国特許ＵＳ６２３８４５７号は、複数列のノズル設計を実装するが、犠牲的な高速の低流量ノズルを介した目詰まりの問題に恩恵を受けるという何らの主張なく、結果として生じる傘のような供給分布を向上させるだけである。

図１１から図１３は、第３の実施形態に係る環状ノズル部３０を例示する。第３の実施形態の環状ノズル部３０は、図１１のように連続するリングを有し得、又は、図１２に示されているように、２つのセグメント４２を有し得る。環状ノズル部３０は、等しい若しくは等しくない長さの３又はそれより多くのセグメントを有し得ることも理解される。図１１から図１３の実施形態は、図４から図６及び図８から図１０の実施形態と同じ要素の多くを含み、これらの要素は、同様の参照番号によって識別される。

図１１から図１３の実施形態は、図４から図６の実施形態と類似し、開チャネル５４のそれぞれは、環状ノズル部３０の高さ、すなわち上面４８から下面５０にわたって延在する。図１１から図１３の実施形態は、図４から図６のように不連続であることに代えて、環状ノズル部の上面４８に沿って開チャネル５４を橋渡しする連続するリングの形で、環状ショルダ６８も含む。

図１１から図１３の実施形態は、気体排出路２４が湾曲され、これらが全て、半径方向に対して角度を付けられるという点で、図４から図６の実施形態とは異なる。これにより、ランス１０から周りの反応シャフトへと排出される、旋回する接線方向の気体流が生成される。反応シャフト内の増大した旋回強度及び乱流強度は、燃焼の向上をもたらす。米国特許出願ＵＳ ２０１１／００７４０７０ Ａ１号（Ｙａｓｕｄａ ｅｔ ａｌ．）は、分散リングの外部面に対して垂直以外の角度で形成される直状孔を通るらせん流を供給する分散空気装置の噴射ノズルを開示する。しかしながら、Ｙａｓｕｄａ ｅｔ ａｌ．は、直状孔を使用するので、円状の分散リングの接線面に対して小さい角度で、分散空気流を実際的に供給することができず、達成することができる最大旋回強度を限定する。図１１から図１３に示されている、湾曲され、角度を付けられる本実施形態の気体排出路２４は、分散空気の追加的な旋回強度を提供する。

図１４から図１６は、第４の実施形態に係る環状ノズル部３０を例示する。第４の実施形態の環状ノズル部３０は、図１４のように連続するリングを有し得、又は、図１５に示されているように、２つのセグメント４２を有し得る。環状ノズル部３０は、等しい若しくは等しくない長さの３又はそれより多くのセグメントを有し得ることも理解される。図１４から図１６の実施形態は、図４から図６及び図８から図１３の実施形態と同じ要素の多くを含み、これらの要素は、同様の参照番号によって識別される。

図１４から図１６の実施形態は、上部気体排出路２４'の列と、下部気体排出路２４"の列とを含むという点で、図８から図１０の実施形態と類似している。図１４から図１６の実施形態において、上部気体排出路２４'及び下部気体排出路２４"は、数と断面積とに関して、互いに一致する。しかしながら、本実施形態において、個々の気体排出路２４'及び気体排出路２４"は、それらの長さに従って、断面積が相違する。より具体的には、排出路２４'及び排出路２４"は、制御された収束‐発散ノズル開口の断面図を持つ形状に切断され、超音速の出口空気速度を生成する。これは、使用者が、より低い質量流量で、追加的な流れの勢いを反応シャフトへと供給することを可能にする。分散空気、典型的に周辺での酸素濃度は、バーナの近傍の点火ゾーンにおいて、酸素富化空気を希釈する。希釈の程度を減らすことで、より高い局所的な酸素濃度を促進し、精鉱の即座の点火を容易にする。

図１７から図１９Ｂは、第５の実施形態に係る環状ノズル部３０を例示する。第５の実施形態の環状ノズル部３０は、図１７のように連続するリングを有し得、又は、図１９Ａ−図１９Ｂに示されているように、２つのセグメント４２を有し得る。環状ノズル部３０は、等しい若しくは等しくない長さの３又はそれより多くのセグメントを有し得ることも理解される。図１７から図１９Ｂの実施形態は、図４から図６及び図８から図１６の実施形態と同じ要素の多くを含み、これらの要素は、同様の参照番号によって識別される。

図１７から図１９Ｂの実施形態において、環状ノズル部３０は、比較的薄い膜（図示せず）によって結合され得る、上部７２と下部７４とを有する。上部７２と下部７４との間には、環状ノズル部３０の周囲に実質的に連続して延在するスリットの形で、単独の気体排出路２４が設けられる。環状ノズル部３０は、単独の連続するスリットではなく、２又はそれより多くのスリットのような気体排出路２４を含み得ることが理解されるであろう。

図１８の断面図で最も良く分かるように、スリットのような気体排出路２４は、環状ノズル部の内面６２と外面５２との間に、可変する断面高さを有する。断面高さは、内面６２及び／又は外面５２で最大の高さを有し、且つ内面６２と外面５２との間の箇所で最小の高さを有する。図１７から図１９Ｂに示されているように、気体排出路２４の断面図のこの構成が、制御された収束‐発散ノズルの開口を画定し、超音速の出口空気速度を生成する。本実施形態の動作上の利点は、図１４から図１６に示されている実施形態と類似している。しかしながら、連続するスリット型の気体排出路２４は、ランス１０の周囲の周りの分散空気のより均一な噴射形状を提供する。

図２０及び図２１は、第６の実施形態に係る環状ノズル部３０を例示する。第６の実施形態の環状ノズル部３０は、図２０のように連続するリングを有し得、又は、図２１に示されているように、２つのセグメント４２を有し得る。環状ノズル部３０は、等しい若しくは等しくない長さの３又はそれより多くのセグメントを有し得ることも理解される。図８の実施形態は、図４から図６及び図８から図１９Ｂの実施形態と同じ要素の多くを含み、これらの要素は、同様の参照番号によって識別される。

図２０から図２１の実施形態において、環状ノズル部３０は、上部環状密封面２６に密封されるための連続する上面４８、下部環状密封面２８に密封されるための連続する下面５０、内面６２及び外面５２、並びに複数の気体排出路２４を有する。気体排出路２４のそれぞれは、環状ノズル部３０の上面４８と下面５０との間に配置され、すなわち排出路２４の側面は、環状ノズル部３０内に完全に包囲される。気体排出路２４は、環状ノズル部３０の周囲に沿って離間され、排出路２４のそれぞれは、環状ノズル部３０の外面５２から内方に延在する円筒孔を有する。これらの円筒孔は、長手方向軸に対して実質的に垂直であり、穿孔によって形成され得る。

多くの変更形態が、実用新案登録請求の範囲に記載された主題の範囲内で可能であることが当業者によって理解されるであろう。上に記載されている実施形態は、例示を意図したものであって、画定又は限定を意図するものではない。例えば、迅速な交換を可能にする分割型板の設計へと適応されることができる、多くの可能な幾何学的形状が存在する。

上記の主題が、自熔製錬炉用のバーナの文脈において記載される一方で、上記の主題は、粉状の炭によって燃料を供給する炉用のバーナのような、粉状の供給材料用の他のバーナにも用途を有し得ることが理解されるであろう。

Claims (31)

1. 自熔製錬炉用のバーナであって、前記バーナは、第１の気体流路を包囲し、且つ外側面を有する管状ランスを備え、前記管状ランスは、長手方向軸に沿って延在し、且つ前記長手方向軸から外方に延在する１又は複数の気体排出路を含む下端部を有し、前記下端部は、
   上部環状密封面及び下部環状密封面と、
   前記上部環状密封面と前記下部環状密封面との間に配置される環状ノズル部とを有し、
   前記上部環状密封面と前記下部環状密封面とは、互いに対面し、
   １又は複数の前記気体排出路は、前記環状ノズル部によって少なくとも部分的に画定され、１又は複数の前記気体排出路は、前記第１の気体流路と前記管状ランスの前記外側面との間に延在する、バーナ。
2. 前記環状ノズル部は、複数の円弧状セグメントを有する、請求項１に記載のバーナ。
3. 前記環状ノズル部の前記複数の円弧状セグメントのそれぞれは、約１８０度又はそれ未満の円弧を描く、請求項２に記載のバーナ。
4. 前記環状ノズル部は、前記複数の円弧状セグメントのうちの少なくとも２つを含む、請求項２又は３に記載のバーナ。
   
5. 前記複数の円弧状セグメントは、長手方向軸に沿った、前記上部環状密封面及び前記下部環状密封面の互いからの分離の際、互いから、且つ、前記上部環状密封面及び前記下部環状密封面から分離可能である、請求項２から４の何れか一項に記載のバーナ。
6. 前記上部環状密封面、前記下部環状密封面、及び前記環状ノズル部は、前記長手方向軸に対して実質的に垂直である平面にそれぞれ配置される、請求項１から５の何れか一項に記載のバーナ。
7. 前記環状ノズル部の少なくとも一部は、前記上部環状密封面と前記下部環状密封面との間に脱着可能に固定される、請求項１から６の何れか一項に記載のバーナ。
8. 前記環状ノズル部は、前記上部環状密封面に密封される少なくとも１つの上面部と、前記下部環状密封面に密封される少なくとも１つの下面部とを有する、請求項１から７の何れか一項に記載のバーナ。
9. 前記管状ランスの前記下端部は、円錐台の形で分散コーンを含み、前記分散コーンは、上縁及び下縁を有し、前記下縁は、前記上縁より大きな直径であり、前記上部環状密封面は、前記分散コーンの前記下縁に設けられる、請求項１から８の何れか一項に記載のバーナ。
10. 前記管状ランスは、外側ランス管及び内側ランス管を有し、前記内側ランス管及び前記外側ランス管は、同心で配置され、且つ前記長手方向軸に沿って延在し、前記第１の気体流路は、前記内側ランス管と前記外側ランス管との間の環状空間内に設けられ、前記内側ランス管は、前記第１の気体流路の下端を閉じる内側ランスフランジを含み、前記下部環状密封面は、前記内側ランスフランジ上に形成される、請求項１から９の何れか一項に記載のバーナ。
11. 前記環状ノズル部は、
    前記上部環状密封面に密封される連続する上面と、
    前記下部環状密封面に密封される連続する下面と、
    内面及び外面と、
    複数の前記気体排出路とを有し、
    前記気体排出路のそれぞれは、前記環状ノズル部の前記上面と前記下面との間に配置され、前記気体排出路のそれぞれは、前記環状ノズル部の前記内面と前記外面との間に延在する、請求項１から１０の何れか一項に記載のバーナ。
12. 前記環状ノズル部は、複数の前記気体排出路を含み、前記気体排出路は、前記環状ノズル部の周囲に沿って離間され、前記気体排出路のそれぞれは、前記環状ノズル部の前記内面から前記外面に延在する円筒孔を有する、請求項１１に記載のバーナ。
13. 前記環状ノズル部は、前記気体排出路のうちの１つを含み、前記気体排出路のうちの１つは、前記環状ノズル部の実質的に周囲全体に、実質的に連続するスリットの形で延在する、請求項１から１０の何れか一項に記載のバーナ。
14. 前記実質的に連続するスリットは、前記環状ノズル部の前記内面と前記外面との間に可変する断面高さを有し、前記内面及び前記外面のうちの少なくとも１つで最大の高さを有し、且つ、前記内面と前記外面との間の箇所で最小の高さを有し、収束‐発散ノズルの開口を画定する、請求項１３に記載のバーナ。
15. 前記環状ノズル部は、外側部及び内側部を有し、前記外側部は、前記内側部の半径方向外方に配置されており、前記環状ノズル部の前記外側部は、前記上部環状密封面及び前記下部環状密封面と密封係合され、前記環状ノズル部の前記内側部は、前記上部環状密封面の半径方向内方に配置される、請求項１から１０の何れか一項に記載のバーナ。
16. 前記環状ノズル部は、前記内側部が、前記外側部よりより大きい厚さであるように、前記環状ノズル部の前記外側部から前記内側部に前記長手方向軸に沿って上方に延在する環状ショルダを含む上面を有する、請求項１５に記載のバーナ。
17. 複数の前記気体排出路を有し、前記気体排出路のそれぞれは、前記環状ノズル部の前記外側部に形成される開チャネルによって、及び、前記上部環状密封面と前記下部環状密封面の一方又は両方によって画定され、前記開チャネルのそれぞれは、前記第１の気体流路と流れ連通する、請求項１６に記載のバーナ。
18. 前記気体排出路のそれぞれは、前記開チャネルによって、及び、前記上部環状密封面と前記下部環状密封面の両方によって画定され、それにより、前記気体排出路のそれぞれは、前記上部環状密封面によって画定される頂部と、前記下部環状密封面によって画定される底部と、前記開チャネルの側面によって画定される対向する側面とを有し、前記開チャネルは、前記環状ノズル部の前記内側部へと内方に延在し、且つ前記第１の気体流路と流れ連通する、請求項１７に記載のバーナ。
19. 前記気体排出路の少なくともいくつかは、上部気体排出路を有し、前記上部気体排出路のそれぞれは、前記開チャネルによって、及び前記上部環状密封面によって画定され、前記開チャネルは、前記環状ノズル部の上面に形成され、それにより、前記上部気体排出路のそれぞれは、前記上部環状密封面によって画定される頂部と、前記開チャネルの底面によって画定される底部と、前記開チャネルの側面によって画定される対向する側面とを有する、請求項１７に記載のバーナ。
20. 前記気体排出路の少なくともいくつかは、下部気体排出路を有し、前記下部気体排出路のそれぞれは、前記開チャネルによって、及び前記下部環状密封面によって画定され、前記開チャネルは、前記環状ノズル部の下面に形成され、それにより、前記下部気体排出路のそれぞれは、前記開チャネルの頂面によって画定される頂部と、前記下部環状密封面によって画定される底部と、前記開チャネルの側面によって画定される対向する側面とを有する、請求項１７又は１９に記載のバーナ。
21. 前記環状ノズル部の前記内側部には、前記環状ノズル部の前記上面と前記下面との間に延在する複数の連通開口が設けられ、前記下部気体排出路と前記第１の気体流路との間の前記流れ連通を提供する、請求項２０に記載のバーナ。
22. 前記複数の連通開口のそれぞれは、少なくとも１つの前記下部気体排出路と流れ連通する、請求項２１に記載のバーナ。
23. 前記環状ノズル部は、複数の前記上部気体排出路及び複数の前記下部気体排出路を有し、前記上部気体排出路は、前記環状ノズル部の周囲に延在して上部列に配置され、前記下部気体排出路は、前記環状ノズル部の周囲に延在して下部列に配置される、請求項２０から２２の何れか一項、ただし、請求項２０は請求項１９に従属する場合、に記載のバーナ。
24. 前記上部気体排出路は、以下の
    （ａ）断面積、
    （ｂ）数、
    （ｃ）長手方向軸に対する角度、及び
    （ｄ）半径方向に対する角度、
    の態様のうちの１又は複数において、前記下部気体排出路と異なる、請求項２３に記載のバーナ。
25. 前記環状ノズル部は、複数の前記気体排出路を有し、前記気体排出路のそれぞれは、半径方向に対して角度を付けられ、これにより、旋回する接線方向の気体流を生成する、請求項１から１２及び請求項１５から２４の何れか一項に記載のバーナ。
26. 前記気体排出路は、湾曲している、請求項２５に記載のバーナ。
27. 前記環状ノズル部は、複数の前記気体排出路を有し、前記気体排出路のそれぞれは、その長さに従って、断面積が相違する、請求項１から１２及び請求項１５から２４の何れか一項に記載のバーナ。
28. 自熔製錬炉用のバーナにおいて、分散コーンの下縁と管状ランスの内側ランスフランジとの間に維持されるように適応される環状ノズル板であって、前記環状ノズル板は、
    （ａ）前記分散コーンの下縁の環状密封面に密封されるように適応される上面と、
    （ｂ）前記内側ランスフランジの環状密封面に密封されるように適応される下面と、
    （ｃ）外面と、
    （ｄ）前記環状ノズル板に形成される複数の気体排出路とを有し、
    前記気体排出路のそれぞれは、前記環状ノズル板の前記上面と前記下面の一方又は両方で開いている開チャネルを有し、前記開チャネルは、内側端及び外側端を有し、前記開チャネルの前記外側端は、前記環状ノズル板の前記外面で配置されている、環状ノズル板。
29. 前記開チャネルのそれぞれは、前記環状ノズル板の高さ、前記上面から前記下面にわたって延在する、請求項２８に記載のバーナ。
30. 前記複数の気体排出路は、複数の上部気体排出路を含み、前記上部気体排出路のそれぞれは、前記環状ノズル板の前記上面に形成され、前記環状ノズル板の前記上面で開いている開チャネルを有する、請求項２８に記載のバーナ。
31. 前記複数の気体排出路は、複数の下部気体排出路を含み、前記下部気体排出路のそれぞれは、前記環状ノズル板の前記下面に形成され、前記環状ノズル板の前記下面で開いている、開チャネルを有する、請求項２８又は３０に記載のバーナ。

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