JP5236920B2 - Burner for producing inorganic spheroidized particles and method and apparatus for producing inorganic spheroidized particles - Google Patents
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Description
本発明は、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーに関し、さらに、この無機質球状化粒子製造用バーナーを用いて無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子製造の製造方法及び装置に関する。 The present invention relates to a burner for producing inorganic spheroidized particles in which an inorganic powder raw material is supplied into a flame to produce inorganic spheroidized particles, and further, inorganic spheroidized particles are produced using the burner for producing inorganic spheroidized particles. The present invention relates to a production method and apparatus for producing inorganic spheroidized particles.
無機質球状化粒子は、粉砕した原料粉体を高温の火炎中で溶融し、表面張力により球状化させたものである。例えば、原料として珪石を用いる高純度シリカは、半導体素子のエポキシ封止材用の充填材として広く使用されており、球状化により樹脂フィラーの流動性の向上、高充填、耐摩耗性向上等の様々なメリットを得ることができる。 The inorganic spheroidized particles are obtained by melting a pulverized raw material powder in a high-temperature flame and spheroidizing it by surface tension. For example, high-purity silica using silica as a raw material is widely used as a filler for epoxy encapsulants of semiconductor elements, such as improved fluidity of resin fillers due to spheroidization, high filling, improved wear resistance, etc. Various advantages can be obtained.
無機質球状化粒子の製造における原料粉体の球状化には、高温の火炎が必要であることから、通常は、酸素・ガス燃焼のバーナーが用いられている。このバーナーには、予混合型バーナーと、拡散型バーナーとがあり、予混合型バーナーは、酸素と燃焼ガスとを予め混合させて燃焼場に噴出させるものであり、バーナー内で、原料粉体、酸素、LPGが充分に混合され、バーナー先端に形成される火炎中に原料粉体が供給されるものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to spheroidize the raw material powder in the production of inorganic spheroidized particles, a high-temperature flame is required, and therefore, an oxygen / gas combustion burner is usually used. This burner includes a premix burner and a diffusion burner. The premix burner mixes oxygen and combustion gas in advance and ejects them into the combustion field. , Oxygen, and LPG are well mixed, and raw material powder is supplied into a flame formed at the tip of a burner (see, for example, Patent Document 1).
拡散型バーナーは、酸素と燃焼ガスとを別々に噴出し、燃焼場で混合させるものであり、例えば、竪型炉に配置される拡散型バーナーとして、同心円状の二重管で構成され、その内管と外管との間に多数の小管を設け、珪素質原料をバーナーの中心管(内管)から自然流下(又は加圧流下)させ、小管からの可燃ガスと外管からの酸素ガスとで形成した火炎中に原料を投入し、溶融シリカ球状体を製造するものが知られている(例えば、特許文献2参照。)。 A diffusion type burner is a type in which oxygen and combustion gas are separately ejected and mixed in a combustion field. For example, a diffusion type burner arranged in a vertical furnace is composed of a concentric double tube, Many small pipes are provided between the inner pipe and the outer pipe, and the siliceous raw material is allowed to flow naturally (or under a pressurized flow) from the center pipe (inner pipe) of the burner, and combustible gas from the small pipe and oxygen gas from the outer pipe And manufacturing a fused silica sphere by introducing the raw material into a flame formed in (see, for example, Patent Document 2).
また、他の拡散型バーナーとしては、同心の五重管で構成され、中心部から酸素ガス又は酸素富化ガスを搬送ガスとして原料粉体を燃焼室に供給し、その外周から燃料ガスを、さらにその外周から一次酸素と二次酸素とを供給するように形成され、最外周部にバーナーを冷却する冷却ジャケットが設けられているものが知られている(例えば、特許文献3,4参照。)。
特許文献2に記載された拡散型バーナーでは、逆火の虞はないが、原料供給管と平行して燃料供給管が設けられていることから、原料粉体が火炎中で、主に火炎からの強制対流熱伝達により加熱・溶融され、表面張力によって球状化する際に、凝集状態で融着した粒子が生成されることがあった。さらに、特許文献3及び4に記載された構造の拡散型バーナーでは、燃焼室が設けられていることから、特許文献2に記載のバーナーに比べ、製造された無機質球状化粒子の凝集状態に改善が見られる。
In the diffusion burner described in
しかし、種々の平均粒径を持つ無機質原料粉体を同一燃焼量で球状化処理したところ、平均粒径が小さくなるにつれて凝集がすすみ、球状化処理できる量が減少する傾向が見られた。また、火炎中で処理された後の球状化粒子の平均粒度が、原料の平均粒度より大きくなる傾向が見られた。したがって、平均粒径が、より小さい球状化粒子を得るためには、特許文献3や特許文献4に記載された拡散型バーナーでは不充分である。
However, when the inorganic raw material powders having various average particle diameters were spheroidized with the same combustion amount, agglomeration progressed as the average particle diameter decreased, and the amount of spheroidizing treatment tended to decrease. Moreover, the tendency for the average particle diameter of the spheroidized particle after processing in a flame to become larger than the average particle diameter of a raw material was seen. Therefore, in order to obtain spheroidized particles having a smaller average particle diameter, the diffusion burners described in
そこで本発明は、原料粉体の特性(粒径・密度・比熱・溶解潜熱・融点・沸点等)に応じた球状化処理を行うことができる無機質球状化粒子製造用バーナー及び無機質球状化粒子製造の製造方法及び装置を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention provides a burner for producing inorganic spheroidized particles that can be spheroidized according to the characteristics of the raw material powder (particle size, density, specific heat, latent heat of melting, melting point, boiling point, etc.) and inorganic spheroidized particle production. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and apparatus.
上記目的を達成するため、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーの第1の構成は、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーにおいて、前記無機質粉体原料を分散させる分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路と、該内側分散用ガス供給路の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路と、該原料粉体供給路の外側に配置される一次酸素供給路と、該一次酸素供給路の外側に配置される燃料流体供給路と、該燃料流体供給路の外側に配置される二次酸素供給路とを同心状に備えるとともに、前記各供給路の先端には、バーナー中心軸に直交する平面上に開口する噴出口がそれぞれ設けられていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a first configuration of the inorganic spheroidized particle manufacturing burner of the present invention is an inorganic spheroidized particle manufacturing burner that generates inorganic spheroidized particles by supplying an inorganic powder raw material into a flame. An inner dispersion gas supply path for supplying a dispersion gas for dispersing the inorganic powder raw material, and the inorganic powder using oxygen or oxygen-enriched air arranged outside the inner dispersion gas supply path as a carrier gas A raw material powder supply path for conveying a raw material, a primary oxygen supply path disposed outside the raw material powder supply path, a fuel fluid supply path disposed outside the primary oxygen supply path, and the fuel fluid supply A secondary oxygen supply passage disposed outside the passage is concentrically provided, and a tip opening of each of the supply passages is provided on a plane perpendicular to the burner central axis. as a feature That.
また、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーの第2の構成は、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機質球状化粒子製造用バーナーにおいて、前記無機質粉体原料を分散させる分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路と、該内側分散用ガス供給路の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路と、該原料粉体供給路の外側に配置される燃料流体供給路と、該燃料流体供給路の外側に配置される一次酸素供給路と、該一次酸素供給路の外側に配置される二次酸素供給路とを同心状に備えるとともに、各供給路の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室とを備え、前記内側分散用ガス供給路と、原料粉体供給路と、燃料流体供給路とは、前記燃焼室の基端側で、バーナー中心軸に直交する平面上に開口する噴出口をそれぞれ有し、前記一次酸素供給路は、前記燃焼室の拡開した内周面に開口し、旋回流を形成する方向に酸素を噴出する一次酸素噴出口を有し、前記二次酸素供給路は、前記燃焼室の拡径した内周面の前記一次酸素噴出口よりも出口側に開口し、前記バーナー中心軸に向かって酸素を噴出する二次酸素噴出口を有していることを特徴としている。 A second configuration of the inorganic spheroidized particle manufacturing burner according to the present invention is the inorganic spheroidized particle manufacturing burner in which an inorganic spheroidized particle is generated by supplying an inorganic powder raw material into a flame. An inner dispersion gas supply passage for supplying a dispersion gas for dispersing the raw material, and a raw material for conveying the inorganic powder raw material using oxygen or oxygen-enriched air arranged outside the inner dispersion gas supply passage as a carrier gas A powder supply path, a fuel fluid supply path disposed outside the raw material powder supply path, a primary oxygen supply path disposed outside the fuel fluid supply path, and disposed outside the primary oxygen supply path A secondary oxygen supply path that is concentrically provided, and a combustion chamber having an enlarged diameter on the outlet side connected to the tip of each supply path, the inner dispersion gas supply path, the raw material powder supply path, The fuel fluid supply path is the fuel flow path. Each having a jet opening opening on a plane orthogonal to the burner central axis on the base end side of the chamber, and the primary oxygen supply passage opens to the expanded inner peripheral surface of the combustion chamber to form a swirling flow A secondary oxygen supply passage that blows out oxygen in a direction in which the secondary oxygen supply passage opens toward the outlet side of the primary oxygen outlet on the inner peripheral surface of the combustion chamber whose diameter has been expanded, It is characterized by having a secondary oxygen ejection port for ejecting oxygen toward the shaft.
さらに、本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーは、前記両構成において、前記原料粉体供給路の前記噴出口が原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることが好ましい。また、前記原料粉体供給路と前記一次酸素供給路との間に外側分散用ガス供給路を備えるとともに、前記第1の構成では、外側分散用ガス供給路の先端には、前記各供給路の各噴出口と同一平面上で開口する噴出口を設けることが好ましく、前記第2の構成では、外側分散用ガス供給路の先端には、前記内側分散用ガス供給路、原料粉体供給路及び燃料流体供給路の各噴出口と同一平面上に開口する噴出口を設けることが好ましい。さらに、外側分散用ガス供給路は、両構成において、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられていることが好ましい。 Furthermore, the inorganic spheroidized particle producing burner of the present invention is preferably configured such that, in the both configurations, the jet outlet of the raw material powder supply path is provided in a direction in which the jet direction of the raw material powder extends from the center of the burner. . In addition, an outer dispersion gas supply path is provided between the raw material powder supply path and the primary oxygen supply path, and in the first configuration, each of the supply paths is provided at the tip of the outer dispersion gas supply path. In the second configuration, the inner dispersion gas supply path and the raw material powder supply path are provided at the tip of the outer dispersion gas supply path. In addition, it is preferable to provide a jet port that opens on the same plane as each jet port of the fuel fluid supply path. Furthermore, it is preferable that the outer dispersion gas supply path is provided in a direction in which the ejection direction of the dispersion gas extends from the center of the burner in both configurations.
また、本発明の無機質球状化の製造方法は、前記外側分散用ガス供給路を設けた構成の無機質球状化粒子製造用バーナーを用いて無機質球状化粒子を製造する無機質球状化粒子の製造方法において、前記内側分散用ガス供給路と前記外側分散ガス供給路とに供給する各分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御することを特徴としている。 In addition, the method for producing inorganic spheroidized particles of the present invention is the method for producing inorganic spheroidized particles in which the inorganic spheroidized particles are produced using the burner for producing inorganic spheroidized particles having the above-mentioned outer dispersion gas supply path. The flow rate of each dispersion gas supplied to the inner dispersion gas supply path and the outer dispersion gas supply path is individually controlled.
また、本発明の無機質球状化の製造装置は、前記構成の無機質球状化粒子製造用バーナーを取り付けた炉を有する無機質球状化粒子製造装置であって、原料粉体をキャリアガスに同伴させて前記無機質球状化粒子製造用バーナーに搬送する手段と、酸素供給設備からの酸素及び燃料供給設備からの燃料を前記無機質球状化粒子製造用バーナーにそれぞれ供給する経路と、無機質球状化粒子製造用バーナーによって球状化された粒子を温度希釈用の空気に同伴させて炉内から抜き出して捕集、回収する手段とを備えていることを特徴としている。 Further, the inorganic spheroidizing production apparatus of the present invention is an inorganic spheroidizing particle manufacturing apparatus having a furnace equipped with the inorganic spheroidized particle manufacturing burner having the above-described configuration, wherein the raw material powder is accompanied by a carrier gas. Means for conveying to the burner for producing inorganic spheroidized particles, a path for supplying oxygen from the oxygen supply facility and fuel from the fuel supply facility to the burner for producing inorganic spheroidized particles, and a burner for producing inorganic spheroidized particles. The spheroidized particles are provided with a means for collecting, collecting, and recovering the spheroidized particles from the furnace with air for temperature dilution.
本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーによれば、原料粉体供給路の噴出口の内周側から分散用ガスを噴出させることにより、この分散用ガスに原料粉体が引き込まれ、粉体流の広がり角が大きくなり、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができ、処理性能を向上させることができる。また、粉体の凝集が抑制され、粒径の粗大化を低減させることができる。さらに、原料粉体をバーナー中心から拡がる方向に噴出させることにより、原料粉体を火炎中により効果的に分散させることができる。そして、原料粉体供給路の噴出口の外周側からも分散用ガスを噴出させることにより、粉体流の広がりをさらに大きくすることができ、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができる。 According to the burner for producing inorganic spheroidized particles of the present invention, the raw material powder is drawn into the dispersion gas by ejecting the dispersion gas from the inner peripheral side of the jet outlet of the raw material powder supply path. The spread angle of the flow is increased, the dispersibility of the raw material powder in the flame can be improved, and the processing performance can be improved. Further, the aggregation of the powder is suppressed, and the coarsening of the particle size can be reduced. Furthermore, the raw material powder can be more effectively dispersed in the flame by ejecting the raw material powder in the direction of spreading from the center of the burner. And by spreading the dispersion gas from the outer periphery of the outlet of the raw material powder supply path, the spread of the powder flow can be further increased, and the dispersibility of the raw material powder in the flame can be improved. Can be planned.
また、内側分散用ガス供給路と外側分散ガス供給路とに供給する分散用ガスの流量を、それぞれ個別に制御することにより、原料粉体の噴出方向を制御することができる。例えば内側分散用ガスの流量を多くすれば、原料粉体のバーナー中心軸方向への広がりが大きくなり、外側分散用ガスの流量を多くすれば、原料粉体の外周側への広がりが大きくなる。このように、内側分散用ガスと外側分散用ガスの流量を調整することにより、原料粉体の噴出方向を調整して、火炎の高温度領域に原料粉体を通過させることができることから、処理性能を向上させることができる。 In addition, by individually controlling the flow rates of the dispersion gas supplied to the inner dispersion gas supply path and the outer dispersion gas supply path, the ejection direction of the raw material powder can be controlled. For example, if the flow rate of the inner dispersion gas is increased, the spread of the raw material powder in the direction of the burner central axis increases, and if the flow rate of the outer dispersion gas is increased, the spread of the raw material powder toward the outer peripheral side is increased. . In this way, by adjusting the flow rates of the inner dispersion gas and the outer dispersion gas, it is possible to adjust the injection direction of the raw material powder and allow the raw material powder to pass through the high temperature region of the flame. Performance can be improved.
図1及び図2は本発明の無機質球状化粒子製造用バーナーの第1形態例を示すもので、図1は図2のI−I断面図、図2は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。 1 and 2 show a first embodiment of the burner for producing inorganic spheroidized particles according to the present invention. FIG. 1 is a sectional view taken along the line II in FIG. 2, and FIG. 2 is a front view of the burner for producing inorganic spheroidized particles. FIG.
この無機質球状化粒子製造用バーナー(以下、単にバーナーという)10は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路11と、該内側分散用ガス供給路11の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路12と、該原料粉体供給路12の外側に配置される一次酸素供給路13と、該一次酸素供給路13の外側に配置される燃料流体供給路14と、該燃料流体供給路14の外側に配置される二次酸素供給路15と、該二次酸素供給路15の外側に配置される水冷ジャケット16とを同心状に備えている。
The inorganic spheroidized particle manufacturing burner (hereinafter simply referred to as burner) 10 includes, in order from the center, an inner dispersion
また、前記各供給路11,12,13,14,15の先端には、バーナー中心軸に直交する一つの平面上に開口する複数の噴出口11a,12a,13a,14a,15aが同心状に設けられている。中心に1個設けられる噴出口11a以外の各噴出口は、所定の径及び周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、原料粉体供給路12の噴出口12aは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。
In addition, a plurality of
このようなバーナー10では、原料粉体供給路12の噴出口12aの内周側に設けた内側分散用ガス供給路11の噴出口11aから分散用ガスを噴出させることにより、この分散用ガスに原料粉体供給路12の噴出口12aから噴出した原料粉体が引き込まれ、粉体流の広がり角を大きくすることができ、一次酸素供給路13及び二次酸素供給路15の各噴出口13a,15aからそれぞれ噴出する酸素と、燃料流体供給路14の噴出口14aから噴出する燃料ガス、例えばLPGとにより形成された火炎中に原料粉体を効果的に分散させることができるので、無機質球状化粒子の製造効率を向上させることができるとともに、加熱されて溶融状態となった粒子の凝集が抑制され、粒径の粗大化を抑えることができる。さらに、原料粉体供給路12の噴出口12aを原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けることによって原料粉体の分散性をより高めることができる。
In such a
図3及び図4は本発明の第2形態例を示すもので、図3は図4のIII-III断面図、図4は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。 3 and 4 show a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 4, and FIG. 4 is a front view of the burner for producing inorganic spheroidized particles.
本形態例のバーナー20は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路21と、該内側分散用ガス供給路21の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路22と、該原料粉体供給路22の外側に配置される外側分散用ガス供給路23と、該外側分散用ガス供給路23の外側に配置される一次酸素供給路24と、該一次酸素供給路24の外側に配置される燃料流体供給路25と、該燃料流体供給路25の外側に配置される二次酸素供給路26と、該二次酸素供給路26の外側に配置される水冷ジャケット27とを同心状に備えている。
The
また、前記各供給路21,22,23,24,25,26の先端には、前記第1形態例と同様に、バーナー中心軸に直交する同一平面上に開口する複数の噴出口21a,22a,23a,24a,25a,26aが同心状に設けられている。中心に1個設けられる噴出口21a以外の各噴出口は、所定の径及び所定の周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、原料粉体供給路22の噴出口22aは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられ、外側分散用ガス供給路23の噴出口23aも、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。
Also, at the tip of each of the
また、内側分散用ガス供給路21と外側分散ガス供給路23とには、これら供給路21,23に供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御する制御手段が設けられている。
The inner dispersion
本形態例のバーナーでは、原料粉体供給路22の噴出口22aの内周側及び外周側から分散用ガスをそれぞれ噴出させることにより、原料粉体流の広がりを前記第1形態例に比べて更に大きくすることができ、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができる。
In the burner of the present embodiment, the dispersion of the raw material powder flow is made larger than that of the first embodiment by ejecting the dispersing gas from the inner peripheral side and the outer peripheral side of the
また、内側分散用ガス供給路21と外側分散ガス供給路23とに供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御することにより、原料粉体の性状に応じて原料粉体の噴出方向を最適に制御することができる。すなわち、内側分散用ガス供給路21の噴出口21aから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の中心方向への広がりが大きくなり、外側分散ガス供給路23の噴出口22aから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の外周方向への広がりが大きくすることができる。したがって、火炎の高温度領域に原料粉体を通過させることができることから、最適な条件で処理することができ、原料粉体の特性(粒径・密度・比熱・溶解潜熱・融点・沸点等)に応じた球状化処理をより確実に行うことができ、無機質球状化粒子の製造効率を更に向上させることができる。
Further, by individually controlling the flow rates of the dispersion gas supplied to the inner dispersion
図5及び図6は本発明の第3形態例を示すもので、図5は図6のV-V断面図、図6は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。このバーナー30は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路31と、該内側分散用ガス供給路31の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路32と、該原料粉体供給路32の外側に配置された燃料流体供給路33と、該燃料流体供給路33の外側に配置される一次酸素供給路34と、該一次酸素供給路34の外側に配置される二次酸素供給路35とを同心状に備えるとともに、各供給路31,32,33,34,35の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室36と、該燃焼室36及び二次酸素供給路35の外周を囲むように配置される水冷ジャケット37とを備えている。
5 and 6 show a third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a VV cross-sectional view of FIG. 6, and FIG. 6 is a front view of a burner for producing inorganic spheroidized particles. The
燃焼室36は、出口側が拡径したコーン形状に形成されており、内側分散用ガス供給路31と、原料粉体供給路32と、燃料流体供給路33との各先端には、燃焼室36の基端側の中央部で、バーナー中心軸に直交する同一平面上に開口する複数の噴出口31a,32a,33aが同心状に設けられ、中心に1個設けられる噴出口31aを除く噴出口32a,33aは、所定の径及び所定の周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、一次酸素供給路34の先端には、燃焼室36の拡開した内周面に開口し、旋回流を形成する方向に酸素を噴出する複数の一次酸素噴出口34aが周方向等間隔に設けられ、二次酸素供給路35の先端には、燃焼室36の拡径した内周面の前記一次酸素噴出口34aよりも出口側に開口し、バーナー中心軸に向かって酸素を噴出する複数の二次酸素噴出口35aが周方向等間隔に設けられている。さらに、原料粉体供給路42の噴出口42aは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。
The
本形態例のバーナー30は、原料粉体供給路の噴出口の内周側から分散用ガスを噴出させ、また、一次酸素噴出口34aは、燃焼室36の拡開した内周面から燃焼室36の内周面に沿うような旋回流を形成する方向に酸素を噴出するように設けられ、二次酸素噴出口35aは、燃焼室36の出口側からバーナー中心軸に向かって酸素を噴出するように設けられていることから、燃焼効率が向上するとともに、火炎中での原料粉体の分散性の向上を図ることができ、処理性能を大幅に向上させることができる。また、粉体の凝集が抑制され、粒径の粗大化を低減させることができる。
The
図7及び図8は本発明の第4形態例を示すもので、図7は図8のVII-VII断面図、図8は無機質球状化粒子製造用バーナーの正面図である。本形態例のバーナー40は、中心から順に、無機質粉体原料を分散させるための分散用ガスを供給する内側分散用ガス供給路41と、該内側分散用ガス供給路41の外側に配置された酸素又は酸素富化空気をキャリアガスとして前記無機質粉体原料を搬送する原料粉体供給路42と、該原料粉体供給路42の外側に配置された外側分散用ガス供給路43と、該外側分散用ガス供給路43の外側に配置される燃料流体供給路44と、該燃料流体供給路44の外側に配置される一次酸素供給路45と、該一次酸素供給路45の外側に配置される二次酸素供給路46とを同心状に備えるとともに、各供給路41,42,43,44,45,46の先端に接続する出口側が拡径した燃焼室47と、二次酸素供給路46との外周を囲むように配置される水冷ジャケット48とを備えている。
7 and 8 show a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 8, and FIG. 8 is a front view of the burner for producing inorganic spheroidized particles. The
燃焼室47は、出口側が拡径したコーン形状に形成されており、内側分散用ガス供給路41と、原料粉体供給路42と、外側分散用ガス供給路43と、燃料流体供給路44との先端には、燃焼室47の基端側で、バーナー中心軸に直交する同一平面上に開口する複数の噴出口41a,42a,43a,44aがそれぞれ設けられている。中心に1個設けられる噴出口41a以外の各噴出口は、所定の径及び所定の周方向間隔でそれぞれ設けられている。さらに、一次酸素供給路45の先端には、燃焼室47の拡開した内周面に開口し、旋回流を形成する方向に酸素を噴出する複数の一次酸素噴出口45aが設けられ、二次酸素供給路46の先端には、燃焼室47の拡径した内周面の一次酸素噴出口45aよりも出口側に開口し、バーナー中心軸に向かって酸素を噴出する複数の二次酸素噴出口46aが設けられている。また、原料粉体供給路42の噴出口42aは、原料粉体の噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられ、外側分散用ガス供給路43の噴出口43aも、分散用ガスの噴出方向がバーナー中心から拡がる方向に設けられている。
The
さらに、前記内側分散用ガス供給路41と、外側分散用ガス供給路43とには、これら供給路41,43に供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御する制御手段が設けられている。
Further, the inner dispersion
本形態例のバーナー40は、原料粉体供給路の噴出口の内周側及び外周側から分散用ガスを噴出させ、また、一次酸素噴出口45aは、燃焼室47の拡開した内周面に沿うような旋回流を形成する方向に酸素を噴出するように設けられ、二次酸素噴出口46aは、燃焼室47の出口側からバーナー中心軸に向かって酸素を噴出するように形成されていることから、前記同様に燃焼効率が向上するとともに、火炎中での原料粉体の分散性の更なる向上を図ることができ、処理性能を大幅に向上させることができる。また、粉体の凝集が抑制され、粒径の粗大化を低減させることができる。
The
また、内側分散用ガス供給路41と外側分散ガス供給路43とに供給する分散用ガスの流量をそれぞれ個別に制御することにより、前記同様に、内側分散用ガス供給路41の噴出口41aから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の中心方向への広がりが大きくなり、外側分散ガス供給路43の噴出口42aから噴出する分散用ガス流量を多くすることによって原料粉体の外周方向への広がりが大きくすることができる。これにより、原料粉体の性状に応じて原料粉体の噴出方向を最適に制御することができ、火炎の高温度領域に原料粉体を通過させることができることから、最適な条件で原料粉体を溶融処理することができ、原料粉体の特性(粒径・密度・比熱・溶解潜熱・融点・沸点等)に応じた球状化処理をより確実に行うことができ、無機質球状化粒子の製造効率を更に向上させることができる。
Further, by individually controlling the flow rates of the dispersion gas supplied to the inner dispersion
なお、各形態例において、各噴出口の径や形状、配置状態、さらに、第3,第4形態例における燃焼室の形状等は、各供給路におけるガスの種類、ガスの供給量及びそのバランス、原料粉体の性状及び供給量、バーナーの径及び設置条件等の条件に応じて適宜設定することができる。また、内外の分散用ガスには、空気をはじめとする各種ガスを用いることが可能であるが、通常は、酸素又は酸素富化空気を用いることが好ましい。 In each embodiment, the diameter and shape of each nozzle, the arrangement state, the shape of the combustion chamber in the third and fourth embodiments, etc. are the type of gas in each supply passage, the amount of gas supplied, and the balance thereof. Depending on conditions such as the properties and supply amount of the raw material powder, the diameter of the burner, and installation conditions, it can be set as appropriate. In addition, various gases including air can be used as the inner and outer dispersion gases, but it is usually preferable to use oxygen or oxygen-enriched air.
各形態例に示すように形成されたバーナーは、例えば、図9に示されるような無機質球状化粒子製造装置50に取り付けられて用いられる。無機質球状化粒子製造装置50では、原料粉体は、通常のフィーダ51から切り出され、キャリアガス導入経路52から供給される酸素又は酸素富化空気からなるキャリアガスに同伴されて上述の構成を有するバーナー53に搬送される。このバーナー53には、酸素供給設備54からの酸素と、燃料供給設備55からの燃料ガス、例えばLPGとがそれぞれ供給され、炉56内の火炎中で球状化された粒子は、空気導入経路57から炉56に導入された空気により温度希釈されて炉56内から抜き出され、後段のサイクロン58や、バグフィルター59で粒子が捕集されて回収される。
The burner formed as shown in each embodiment is used by being attached to an inorganic spheroidized
前記第1形態例に示したバーナー10を、前記図9に示した無機質球状化粒子製造装置50に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。
The
燃料としてはLPGを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径20μmの粉体をそれぞれ用い、LPG:30Nm3/h,1次酸素:36Nm3/h,2次酸素:84Nm3/h,キャリアガス30Nm3/hとした。内側分散用ガス供給路11に供給する酸素の流量を調整して噴出口11aから噴出する分散用ガスの流速を変化させ、各流速において、サイクロン58で回収したシリカのガラス化率が98%以上得られる最大処理量(単位LPG流量当たりの粉体処理量)を調べた。その結果を図10に示す。なお、前記特許文献4に記載された無機質球状化製造用バーナーを用いて同様の条件で実験を行った結果、最大処理量は、6.7kg/Nm3−LPGであった。なお、単位のNm3におけるNは標準状態を表す記号である。
LPG is used as the fuel, pure oxygen is used as the carrier gas, combustion-supporting gas, and dispersion gas, and a powder having an average particle size of 20 μm is used as the raw material powder. LPG: 30 Nm 3 / h, primary oxygen: 36Nm 3 / h, 2 primary oxygen: was 84Nm 3 / h, the
前記第2形態例に示したバーナー20を、前記図9に示した無機質球状化粒子製造装置50に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。燃料としてはLPGを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径20μmの粉体をそれぞれ用い、LPG:30Nm3/h,1次酸素:36Nm3/h,2次酸素:84Nm3/h,キャリアガス30Nm3/hとした。内側分散用ガス供給路21と外側分散用ガス供給路23とに同じ噴出速度になるように分散用ガスをそれぞれ供給するとともに分散用ガスの噴出流速を変化させ、サイクロン58で回収したシリカのガラス化率が98%以上得られる最大処理量を調べた。その結果を図11に示す。
The
前記第3形態例に示したバーナー30を、前記図9に示した無機質球状化粒子製造装置50に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。燃料としてはLPGを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径20μmの粉体をそれぞれ用い、LPG:30Nm3/h,1次酸素:36Nm3/h,2次酸素:84Nm3/h,キャリアガス流量30Nm3/hとした。内側分散用ガス供給路31に供給する酸素の流量を調整して噴出口31aからの流速を変化させ、各流速において、サイクロン58で回収したシリカのガラス化率が98%以上得られる最大処理量を調べた。その結果を図12に示す。
The
前記第4形態例に示したバーナー40を、前記図9に示した無機質球状化粒子製造装置50に取り付けてシリカ粉末を球状化する実験を行った。燃料としてはLPGを、キャリアガス、支燃性ガス、分散用ガスとしては純酸素を、原料粉体としては平均粒径20μmの粉体をそれぞれ用い、LPG:30Nm3/h,1次酸素:36Nm3/h,2次酸素:84Nm3/h,キャリアガス流量30Nm3/hとした。
The
内側分散用ガス供給路41と外側分散用ガス供給路43とに同じ噴出速度になるように分散用ガスをそれぞれ供給するとともに分散用ガスの流速を変化させ、各流速において、サイクロン58で回収したシリカのガラス化率が98%以上得られる最大処理量を調べた。その結果を図13に示す。
The dispersion gas was supplied to the inner dispersion
10,20,30,40…バーナー、11,21,31,41…内側分散用ガス供給路、12,22,32,42…原料粉体供給路、13,24,34,45…一次酸素供給路、14,25,33,44…燃料流体供給路、15,26,35,46…二次酸素供給路、16,27,37,48…水冷ジャケット、23,43…外側分散用ガス供給路、36,47…燃焼室、50…無機質球状化粒子製造装置、51…フィーダ、52…キャリアガス導入経路、53…バーナー、54…酸素供給設備、55…燃料供給設備、56…炉、57…空気導入経路、58…サイクロン、59…バグフィルター
10, 20, 30, 40 ... burner, 11, 21, 31, 41 ... inner dispersion gas supply path, 12, 22, 32, 42 ... raw material powder supply path, 13, 24, 34, 45 ... primary oxygen supply , 14, 25, 33, 44 ... fuel fluid supply passage, 15, 26, 35, 46 ... secondary oxygen supply passage, 16, 27, 37, 48 ... water cooling jacket, 23, 43 ... gas supply passage for
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