JPH10259413A - 溶融金属炉のためのランス／バーナー - Google Patents
溶融金属炉のためのランス／バーナーInfo
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- JPH10259413A JPH10259413A JP10082427A JP8242798A JPH10259413A JP H10259413 A JPH10259413 A JP H10259413A JP 10082427 A JP10082427 A JP 10082427A JP 8242798 A JP8242798 A JP 8242798A JP H10259413 A JPH10259413 A JP H10259413A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融金属のプールに主ガスを効率的に供給す
るための方法であって、特に電気アーク炉で使用するの
に有用な方法を提供する。 【解決手段】 この方法では、主ガスが炉のヘッド空間
を通過するときにそれを周囲ガスの連行から保護する火
炎エンベロープを主ガス流れの周囲に形成するために二
次酸素による燃料の燃焼が用いられる。これは、ガスが
ヘッド空間への注入時にその元の力を実質的な程度まで
保持することを可能にし、かくしてガスは溶融金属表面
から安全な距離で炉に注入することができ、しかもなお
溶融金属への実質上完全な侵入を達成することができ
る。
るための方法であって、特に電気アーク炉で使用するの
に有用な方法を提供する。 【解決手段】 この方法では、主ガスが炉のヘッド空間
を通過するときにそれを周囲ガスの連行から保護する火
炎エンベロープを主ガス流れの周囲に形成するために二
次酸素による燃料の燃焼が用いられる。これは、ガスが
ヘッド空間への注入時にその元の力を実質的な程度まで
保持することを可能にし、かくしてガスは溶融金属表面
から安全な距離で炉に注入することができ、しかもなお
溶融金属への実質上完全な侵入を達成することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、溶融金
属のプールを収容する炉に酸素のようなガスを注入する
方法に関し、特に電気アーク炉で使用するのに有益であ
る。
属のプールを収容する炉に酸素のようなガスを注入する
方法に関し、特に電気アーク炉で使用するのに有益であ
る。
【０００２】
【従来の技術】炉で溶融金属を加工処理するに際して
は、酸素のようなガスを溶融金属中に供給することがし
ばしば望まれる。電気アーク炉での溶融金属加工につい
ての最近の有意義な進歩は、マシュア氏他の米国特許５
５７２５４４に開示される後燃焼法であり、この方法で
は、主酸素が溶融金属プールの表面よりも上方から溶融
金属中に供給されそして後燃焼酸素は溶融金属プールの
表面よりも上方であるがしかしそれに接近して炉に供給
される。このような系では、主酸素が溶融金属プール中
に侵入しなければならないので、それは、１個以上の水
冷式ランスを使用して溶融金属表面に極めて接近して炉
に注入されなければならず、又は１個以上の管を使用し
て溶融金属プールの表面よりも下の点で溶融金属中に注
入されなければならない。しかしながら、この方法はな
お満足なものではない。というのは、液表面へのガス注
入装置の先端の接近が水冷式ランス型酸素インゼクター
に対して過度のしかし不可避的な摩耗を引き起こすから
である。管は溶融鋼浴中に浸漬された端部の溶融や酸化
を補償するために連続的に前進されなければならず、こ
のことは、管の操作装置を必要とするのにならず連続的
な管の損失のために費用がかかる。その上、溶融金属の
表面は固定的でないので、酸素インゼクターは、酸素の
注入が溶融金属プール表面の距離に対して適切な位置で
且つ適切なノズルを使用して行なわれるのを確実にする
ように連続的に移動されなければならない。
は、酸素のようなガスを溶融金属中に供給することがし
ばしば望まれる。電気アーク炉での溶融金属加工につい
ての最近の有意義な進歩は、マシュア氏他の米国特許５
５７２５４４に開示される後燃焼法であり、この方法で
は、主酸素が溶融金属プールの表面よりも上方から溶融
金属中に供給されそして後燃焼酸素は溶融金属プールの
表面よりも上方であるがしかしそれに接近して炉に供給
される。このような系では、主酸素が溶融金属プール中
に侵入しなければならないので、それは、１個以上の水
冷式ランスを使用して溶融金属表面に極めて接近して炉
に注入されなければならず、又は１個以上の管を使用し
て溶融金属プールの表面よりも下の点で溶融金属中に注
入されなければならない。しかしながら、この方法はな
お満足なものではない。というのは、液表面へのガス注
入装置の先端の接近が水冷式ランス型酸素インゼクター
に対して過度のしかし不可避的な摩耗を引き起こすから
である。管は溶融鋼浴中に浸漬された端部の溶融や酸化
を補償するために連続的に前進されなければならず、こ
のことは、管の操作装置を必要とするのにならず連続的
な管の損失のために費用がかかる。その上、溶融金属の
表面は固定的でないので、酸素インゼクターは、酸素の
注入が溶融金属プール表面の距離に対して適切な位置で
且つ適切なノズルを使用して行なわれるのを確実にする
ように連続的に移動されなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、溶融金属のプールを収容する炉に酸素のようなガス
を供給するための系であって、そのガスが溶融金属プー
ル中に入るがしかしガス注入系に対する過度の摩耗が回
避されるような炉へのガス供給系を提供することであ
る。
は、溶融金属のプールを収容する炉に酸素のようなガス
を供給するための系であって、そのガスが溶融金属プー
ル中に入るがしかしガス注入系に対する過度の摩耗が回
避されるような炉へのガス供給系を提供することであ
る。
【０００４】溶融金属プール中にガスを供給することに
加えて、例えばスクラップを溶融するには、熱を溶融金
属プールに供給することが望まれる時がある。従って、
本発明の他の目的は、ガスを炉内の溶融金属中に効率的
に通すことができ、しかも熱を炉に供給することができ
るようにするための炉へのガス供給系を提供することで
ある。
加えて、例えばスクラップを溶融するには、熱を溶融金
属プールに供給することが望まれる時がある。従って、
本発明の他の目的は、ガスを炉内の溶融金属中に効率的
に通すことができ、しかも熱を炉に供給することができ
るようにするための炉へのガス供給系を提供することで
ある。
【０００５】電気アーク炉の操作では、溶融金属プール
の上方で起泡性スラグ層を発生させることが望ましい。
従って、本発明の他の目的は、ガスを電気アーク炉に供
給するための系であって、ガスを炉内の溶融金属中に効
率的に通すことができ、しかも溶融金属プールの上方で
起泡性スラグ層を発生させることができるようにするた
めの電気アーク炉へのガス供給系を提供することであ
る。
の上方で起泡性スラグ層を発生させることが望ましい。
従って、本発明の他の目的は、ガスを電気アーク炉に供
給するための系であって、ガスを炉内の溶融金属中に効
率的に通すことができ、しかも溶融金属プールの上方で
起泡性スラグ層を発生させることができるようにするた
めの電気アーク炉へのガス供給系を提供することであ
る。
【０００６】電気アーク炉の操作では、発生される煙霧
の量を減少させることが望ましい。従って、本発明の目
的は、ガスを電気アーク炉に供給するための系であっ
て、はね飛び（スプラッシュ）の発生を最小限にし、そ
してたとえはね飛びが発生してもその近傍に煙霧発生の
量を減少させる還元性雰囲気を提供する電気アーク炉へ
のガス供給系を提供することである。
の量を減少させることが望ましい。従って、本発明の目
的は、ガスを電気アーク炉に供給するための系であっ
て、はね飛び（スプラッシュ）の発生を最小限にし、そ
してたとえはね飛びが発生してもその近傍に煙霧発生の
量を減少させる還元性雰囲気を提供する電気アーク炉へ
のガス供給系を提供することである。
【０００７】電気アーク炉の操作では、炭素、石灰、合
金等のような反応剤を粉末形態で浴に注入することが望
ましい。従って、本発明の他の目的は、ガスを電気アー
ク炉に供給するための系であって、ガスを炉内の溶融金
属中に効率的に通すことができ、しかも溶融金属中に粉
末状反応剤を導入することができるようにするための電
気アーク炉へのガス供給系を提供することである。
金等のような反応剤を粉末形態で浴に注入することが望
ましい。従って、本発明の他の目的は、ガスを電気アー
ク炉に供給するための系であって、ガスを炉内の溶融金
属中に効率的に通すことができ、しかも溶融金属中に粉
末状反応剤を導入することができるようにするための電
気アーク炉へのガス供給系を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明の概要 上記の目的及び他の目的は当業者にはこの開示を通読す
る時に明らかになるであろうが、これらの目的は、溶融
金属のプール及びその上面にあるスラグの層からなる浴
を収容する炉にガスを供給する方法において、（Ａ）浴
の上方で高速主ガス流れを炉に注入し、且つその高速主
ガス流れと同軸的に燃料及び二次酸素を炉に注入し、
（Ｂ）燃料を二次酸素で燃焼させて高速主ガス流れの周
囲に火炎エンベロープを形成し、そして（Ｃ）高速主ガ
ス流れを浴に送り、そこで火炎エンベロープが実質上炉
内の高速主ガス流れの全長を浴まで延長させる、ことを
含む炉へのガス供給法、からなる本発明によって達成さ
れる。
る時に明らかになるであろうが、これらの目的は、溶融
金属のプール及びその上面にあるスラグの層からなる浴
を収容する炉にガスを供給する方法において、（Ａ）浴
の上方で高速主ガス流れを炉に注入し、且つその高速主
ガス流れと同軸的に燃料及び二次酸素を炉に注入し、
（Ｂ）燃料を二次酸素で燃焼させて高速主ガス流れの周
囲に火炎エンベロープを形成し、そして（Ｃ）高速主ガ
ス流れを浴に送り、そこで火炎エンベロープが実質上炉
内の高速主ガス流れの全長を浴まで延長させる、ことを
含む炉へのガス供給法、からなる本発明によって達成さ
れる。
【０００９】用語「酸素」を本明細書で使用するときに
は、それは、空気の酸素濃度を越えた酸素濃度を有し、
好ましくは少なくとも３０モル％そして最も好ましくは
少なくとも８０モル％の酸素濃度を有する流体を意味す
る。酸素は、９９．５モル％又はそれ以上の酸素濃度を
有する工業用純酸素であってよい。
は、それは、空気の酸素濃度を越えた酸素濃度を有し、
好ましくは少なくとも３０モル％そして最も好ましくは
少なくとも８０モル％の酸素濃度を有する流体を意味す
る。酸素は、９９．５モル％又はそれ以上の酸素濃度を
有する工業用純酸素であってよい。
【００１０】用語「火炎エンベロープ」を本明細書で使
用するときには、それは、主ガス流れと実質上同軸で且
つそれに対して環状の燃焼しつつある流れを意味する。
用するときには、それは、主ガス流れと実質上同軸で且
つそれに対して環状の燃焼しつつある流れを意味する。
【００１１】用語「スラグ」を本明細書で使用するとき
には、それは、一般には酸化カルシウム、二酸化珪素、
酸化マグネシウム、二酸化アルミニウム及び酸化鉄のう
ちの１種以上を含む酸化物の溶融又は固体層を意味す
る。
には、それは、一般には酸化カルシウム、二酸化珪素、
酸化マグネシウム、二酸化アルミニウム及び酸化鉄のう
ちの１種以上を含む酸化物の溶融又は固体層を意味す
る。
【００１２】用語「起泡性スラグ」を本明細書で使用す
るときには、それは、スラグ層の密度を大きく低下させ
そしてそのスラグ層に発泡体様の外観及び挙動を付与す
る一酸化炭素のようなガスバブルを高い容量割合で含有
するスラグを意味する。
るときには、それは、スラグ層の密度を大きく低下させ
そしてそのスラグ層に発泡体様の外観及び挙動を付与す
る一酸化炭素のようなガスバブルを高い容量割合で含有
するスラグを意味する。
【００１３】
【発明の実施の形態】発明の具体的な説明 一般には、本発明は、高速噴流の周囲にある火炎エンベ
ロープによって凝集性に維持される酸素のような高速主
ガス噴流の形成及びその使用を包含する。この噴流の凝
集性は、炉への噴流の注入点を溶融金属プールの表面よ
りも上の有意の距離に置くことを可能にし、しかも噴流
が溶融金属プールの表面に侵入するのを可能にして高速
主ガスが溶融金属プール中に入ることができるようにす
る。火炎エンベロープは、高速ガス流れとそれぞれ環状
的に同軸である２つの流体流れで炉に注入されるのが好
ましい流体を燃焼させることによって形成される。流体
流れのうちの一方は燃料流れであり、そして他方は二次
酸素流れである。２つの環状流れの燃焼から生じるより
緩慢に移動する火炎エンベロープは、高速ガス流れの周
囲に流体シールド又はバリヤを形成し、しかして、高速
ガス流れの外部からのガスが高速ガス流れ中に連行され
るのを大きく減少させる。通常、高速流体流れが空気又
はある他の雰囲気を通過するにつれて、ガスは高速ガス
中に連行され、しかしてそれを特徴的な円すいパターン
で膨張させる。火炎エンベロープバリヤの作用によっ
て、この連行は、炉への注入点から有意の距離の間大き
く減少され、そして高速ガス噴流はこの距離の間その元
の直径を実質上保持し、即ち、この距離の間凝集性であ
る。この凝集性は噴流が溶融金属浴に侵入するその能力
を保持するのを可能にし、従ってその噴流注入点は溶融
金属表面から間隔を置くことができ、しかもなお適切な
溶融金属侵入を達成することができる。その上、所望な
らば、噴流は、主ガスと共に溶融金属中に注入されるこ
とができる粉末又は他の添加剤を含有することができ
る。
ロープによって凝集性に維持される酸素のような高速主
ガス噴流の形成及びその使用を包含する。この噴流の凝
集性は、炉への噴流の注入点を溶融金属プールの表面よ
りも上の有意の距離に置くことを可能にし、しかも噴流
が溶融金属プールの表面に侵入するのを可能にして高速
主ガスが溶融金属プール中に入ることができるようにす
る。火炎エンベロープは、高速ガス流れとそれぞれ環状
的に同軸である２つの流体流れで炉に注入されるのが好
ましい流体を燃焼させることによって形成される。流体
流れのうちの一方は燃料流れであり、そして他方は二次
酸素流れである。２つの環状流れの燃焼から生じるより
緩慢に移動する火炎エンベロープは、高速ガス流れの周
囲に流体シールド又はバリヤを形成し、しかして、高速
ガス流れの外部からのガスが高速ガス流れ中に連行され
るのを大きく減少させる。通常、高速流体流れが空気又
はある他の雰囲気を通過するにつれて、ガスは高速ガス
中に連行され、しかしてそれを特徴的な円すいパターン
で膨張させる。火炎エンベロープバリヤの作用によっ
て、この連行は、炉への注入点から有意の距離の間大き
く減少され、そして高速ガス噴流はこの距離の間その元
の直径を実質上保持し、即ち、この距離の間凝集性であ
る。この凝集性は噴流が溶融金属浴に侵入するその能力
を保持するのを可能にし、従ってその噴流注入点は溶融
金属表面から間隔を置くことができ、しかもなお適切な
溶融金属侵入を達成することができる。その上、所望な
らば、噴流は、主ガスと共に溶融金属中に注入されるこ
とができる粉末又は他の添加剤を含有することができ
る。
【００１４】本発明の特に有益な応用例は電気アーク炉
でのその使用にある。このような実施例では、主ガスの
噴流は、溶融金属中の炭素と反応して一酸化炭素（これ
は溶融金属からバッブリングする）を形成する酸素を含
む。後燃焼酸素は、溶融金属プールの表面よりも上でこ
の一酸化炭素と反応し、しかして追加的な熱を炉に供給
してエネルギー効率及び生産性を向上させ、且つ炉から
大気中に放出される有害な一酸化炭素のレベルを低下さ
せる。
でのその使用にある。このような実施例では、主ガスの
噴流は、溶融金属中の炭素と反応して一酸化炭素（これ
は溶融金属からバッブリングする）を形成する酸素を含
む。後燃焼酸素は、溶融金属プールの表面よりも上でこ
の一酸化炭素と反応し、しかして追加的な熱を炉に供給
してエネルギー効率及び生産性を向上させ、且つ炉から
大気中に放出される有害な一酸化炭素のレベルを低下さ
せる。
【００１５】添付図面を参照しながら電気アーク炉の用
途に関して本発明をより詳細に説明する。
途に関して本発明をより詳細に説明する。
【００１６】先ず図２及び３を説明すると、中央導管
２、第一環状通路３及び第二環状通路４を有するランス
１が例示されるが、その環状通路の各々は中央導管２と
同軸である。中央導管２はランス１の注入端５で終わっ
て主オリフィス６を形成する。また、図面に示されるよ
うに、第一及び第二環状通路も、好ましくは主オリフィ
ス６と実質上同じ平面においてその注入端で終わる。第
一及び第二環状通路はそれぞれ、主オリフィス６の周囲
に環状オリフィスを形成することができる。好ましく
は、図３に例示されるように、第一環状通路３は、主オ
リフィス６の周囲にサークル状に配置された一組の第一
注入孔７の注入端５で終わり、そして第二環状通路４
は、主オリフィス６及び第一注入孔７の周囲にサークル
状に配置された一組の第二注入孔８の注入点で終わる。
中央導管２及び第二環状通路４の各々は酸素の源（図示
せず）と連通する。中央導管２及び第二環状通路４で使
用される酸素は同じ酸素流体であってよく、又は中央導
管２で使用されるものとは異なる酸素流体を第二環状通
路４において使用することもできる。第一環状通路３
は、燃料の源（図示せず）と連通する。燃料は、任意の
燃料であってよく、好ましくはガス状燃料であり、そし
て最も好ましくは天然ガス又は水素である。別の具体例
では、燃料は最外部の環状通路にあるランスを通される
ことができ、そして内側環状通路においてランスを通し
て二次酸素を送ることができる。もう１つの別の具体例
では、燃料及び二次酸素は、１つの環状通路を通る混合
物としてランスを通されることができる。
２、第一環状通路３及び第二環状通路４を有するランス
１が例示されるが、その環状通路の各々は中央導管２と
同軸である。中央導管２はランス１の注入端５で終わっ
て主オリフィス６を形成する。また、図面に示されるよ
うに、第一及び第二環状通路も、好ましくは主オリフィ
ス６と実質上同じ平面においてその注入端で終わる。第
一及び第二環状通路はそれぞれ、主オリフィス６の周囲
に環状オリフィスを形成することができる。好ましく
は、図３に例示されるように、第一環状通路３は、主オ
リフィス６の周囲にサークル状に配置された一組の第一
注入孔７の注入端５で終わり、そして第二環状通路４
は、主オリフィス６及び第一注入孔７の周囲にサークル
状に配置された一組の第二注入孔８の注入点で終わる。
中央導管２及び第二環状通路４の各々は酸素の源（図示
せず）と連通する。中央導管２及び第二環状通路４で使
用される酸素は同じ酸素流体であってよく、又は中央導
管２で使用されるものとは異なる酸素流体を第二環状通
路４において使用することもできる。第一環状通路３
は、燃料の源（図示せず）と連通する。燃料は、任意の
燃料であってよく、好ましくはガス状燃料であり、そし
て最も好ましくは天然ガス又は水素である。別の具体例
では、燃料は最外部の環状通路にあるランスを通される
ことができ、そして内側環状通路においてランスを通し
て二次酸素を送ることができる。もう１つの別の具体例
では、燃料及び二次酸素は、１つの環状通路を通る混合
物としてランスを通されることができる。
【００１７】図１を説明すると、側壁２１及び底壁２２
を有しそして溶融金属プール２３からなる浴を収容する
電気アーク炉２０が示されている。一般には、その金属
は鉄又は鋼からなる。図１には、溶融金属プールの上方
にあるスラグ層２４（これは溶融されても又は固体であ
ってもよい）及びそのスラグ層２４の上方にあるスクラ
ップ金属層２５も示めされている。このスラグ層は、一
般には、酸化カルシウム、二酸化珪素、酸化マグネシウ
ム、二酸化アルミニウム及び酸化鉄のうちの１種又はそ
れ以上を含む。もしもスクラップ層が存在するならば、
それは、電極２６によって提供される熱によって溶融さ
れて溶融金属プール２３を形成する。この溶融金属プー
ルは、金属の他に、炭素及び／又は炭化水素のような酸
化性物質を含む。
を有しそして溶融金属プール２３からなる浴を収容する
電気アーク炉２０が示されている。一般には、その金属
は鉄又は鋼からなる。図１には、溶融金属プールの上方
にあるスラグ層２４（これは溶融されても又は固体であ
ってもよい）及びそのスラグ層２４の上方にあるスクラ
ップ金属層２５も示めされている。このスラグ層は、一
般には、酸化カルシウム、二酸化珪素、酸化マグネシウ
ム、二酸化アルミニウム及び酸化鉄のうちの１種又はそ
れ以上を含む。もしもスクラップ層が存在するならば、
それは、電極２６によって提供される熱によって溶融さ
れて溶融金属プール２３を形成する。この溶融金属プー
ルは、金属の他に、炭素及び／又は炭化水素のような酸
化性物質を含む。
【００１８】ランス／バーナー１は、側壁２１を突き刺
してその注入端５が浴の上面よりも上方にあってそれか
ら少なくとも２０ｄの噴射軸の添った距離だけ離隔され
るように配置され、そして１００ｄまで又はそれ以上の
噴射軸に添った距離だけ浴から間隔を置いて配置される
ことができる。ここで、ｄは、主ガスがランス／バーナ
ーから噴射されるところのノズルの出口直径である。噴
射軸は、噴射の長さに沿ってその中心を走る想像上の線
である。典型的には、噴射軸に添ったこの間隔は、３０
ｄ〜６０ｄの範囲内である。図１は、例示の目的で、炉
で使用される１個のランスを示す。工業的な実施では、
１個よりも多いランスを使用することが好ましい場合が
ある。好ましくは、３個又は４個のランスが使用され、
そしてそれらの位置は、炉の側壁又は屋根にある電極と
その近くの開口との間のような炉の通常より冷たい領域
に熱を供給するように選択される。主酸素は、図４に示
されるように、ランス１のノズルオリフィス６を経て溶
融金属プール２３からなる浴に向けて初期噴射軸速度で
一般には少なくとも１０００ｆｔ／秒（ｆｐｓ）でそし
て好ましくは少なくとも１５００ｆｐｓで炉２０に注入
されて高速主酸素流れ３０を形成する。噴射軸速度は、
ガス流れの噴射軸におけるその速度である。主酸素は、
その主酸素流れの初期噴射軸速度の少なくとも５０％好
ましくは少なくとも７５％の速度で浴と接触する。好ま
しくは、主酸素は、ランスからの噴射時に超音速を有
し、そしてそれが浴と接触するときにも超音速を有す
る。
してその注入端５が浴の上面よりも上方にあってそれか
ら少なくとも２０ｄの噴射軸の添った距離だけ離隔され
るように配置され、そして１００ｄまで又はそれ以上の
噴射軸に添った距離だけ浴から間隔を置いて配置される
ことができる。ここで、ｄは、主ガスがランス／バーナ
ーから噴射されるところのノズルの出口直径である。噴
射軸は、噴射の長さに沿ってその中心を走る想像上の線
である。典型的には、噴射軸に添ったこの間隔は、３０
ｄ〜６０ｄの範囲内である。図１は、例示の目的で、炉
で使用される１個のランスを示す。工業的な実施では、
１個よりも多いランスを使用することが好ましい場合が
ある。好ましくは、３個又は４個のランスが使用され、
そしてそれらの位置は、炉の側壁又は屋根にある電極と
その近くの開口との間のような炉の通常より冷たい領域
に熱を供給するように選択される。主酸素は、図４に示
されるように、ランス１のノズルオリフィス６を経て溶
融金属プール２３からなる浴に向けて初期噴射軸速度で
一般には少なくとも１０００ｆｔ／秒（ｆｐｓ）でそし
て好ましくは少なくとも１５００ｆｐｓで炉２０に注入
されて高速主酸素流れ３０を形成する。噴射軸速度は、
ガス流れの噴射軸におけるその速度である。主酸素は、
その主酸素流れの初期噴射軸速度の少なくとも５０％好
ましくは少なくとも７５％の速度で浴と接触する。好ま
しくは、主酸素は、ランスからの噴射時に超音速を有
し、そしてそれが浴と接触するときにも超音速を有す
る。
【００１９】主酸素の注入と同時に、第一注入孔７を経
て燃料が炉２０に注入されそして第二注入孔８を経て二
次酸素が炉２０に注入されて燃料流れ及び二次酸素流れ
を形成し、しかしてこれらの流れの各々は流れ３０と同
心で且つ同軸である。二次酸素は燃料と共に燃焼して火
炎エンベロープ３３を形成する。この火炎エンベロープ
３３は、主酸素流れ３０の速度よりも低い速度を有しそ
して一般には５０〜５００ｆｐｓの範囲内である。火炎
エンベロープは、ランスの先端に又はそれに極端に接近
して例えば１インチ以内で生じ、そして実質上炉内の主
ガス流れの全長を浴まで延長させ、例えばその少なくと
も７５％まで延長させる。好ましくは、火炎エンベロー
プは、炉内の主ガス流れの全長を炉まで延長させる。
て燃料が炉２０に注入されそして第二注入孔８を経て二
次酸素が炉２０に注入されて燃料流れ及び二次酸素流れ
を形成し、しかしてこれらの流れの各々は流れ３０と同
心で且つ同軸である。二次酸素は燃料と共に燃焼して火
炎エンベロープ３３を形成する。この火炎エンベロープ
３３は、主酸素流れ３０の速度よりも低い速度を有しそ
して一般には５０〜５００ｆｐｓの範囲内である。火炎
エンベロープは、ランスの先端に又はそれに極端に接近
して例えば１インチ以内で生じ、そして実質上炉内の主
ガス流れの全長を浴まで延長させ、例えばその少なくと
も７５％まで延長させる。好ましくは、火炎エンベロー
プは、炉内の主ガス流れの全長を炉まで延長させる。
【００２０】火炎エンベロープ３３は酸素流れ３０の周
囲にバリヤ又はシール度を形成し、これによって流れ３
０の他のガスの量が流れ３０中に連行されるのを大きく
減少させる。かくして、流れ３０は、それがランス１を
経て炉に注入される点からそれが溶融金属プール２３か
らなる浴と衝突する点まで有意には膨張しない。一般に
は、流れ３０が溶融金属プール２３からなる浴と衝突す
るときのその直径は、それがランス１を経て炉２０に注
入されるときのものと本質上同じである。流れ３０はそ
れがランスの注入端から浴の表面に入るときに実質上凝
集性のままであるので、ランスの注入端は溶融金属から
大きな距離にあってよく、しかもなお、高速酸素流れ３
０が浴表面を侵入して溶融金属プール中に入る程に十分
な力で溶融金属プール表面と衝突するのを可能にする。
囲にバリヤ又はシール度を形成し、これによって流れ３
０の他のガスの量が流れ３０中に連行されるのを大きく
減少させる。かくして、流れ３０は、それがランス１を
経て炉に注入される点からそれが溶融金属プール２３か
らなる浴と衝突する点まで有意には膨張しない。一般に
は、流れ３０が溶融金属プール２３からなる浴と衝突す
るときのその直径は、それがランス１を経て炉２０に注
入されるときのものと本質上同じである。流れ３０はそ
れがランスの注入端から浴の表面に入るときに実質上凝
集性のままであるので、ランスの注入端は溶融金属から
大きな距離にあってよく、しかもなお、高速酸素流れ３
０が浴表面を侵入して溶融金属プール中に入る程に十分
な力で溶融金属プール表面と衝突するのを可能にする。
【００２１】溶融金属プール２３内で、高速流れ３０中
の主酸素は、溶融金属プール中の酸化性物質と反応す
る。例えば、主酸素は、炉に追加的な熱を供給しそして
溶融金属を撹拌して熱伝達を向上させるところの発熱反
応において、溶融金属プール中の炭素と反応して一酸化
炭素を発生させることができる。溶融金属プール内での
主酸素と酸化性物質との反応によって発生されるガスは
その溶融金属プールからバブリングして上昇する。多く
の場合に、このようなガスは、上記の一酸化炭素のよう
な不完全燃焼種の形態にある。このような不完全燃焼種
は炉から未反応のままで出される場合には環境上有害で
あり、しかもエネルギーの損失になる。先に記載したよ
うに、溶融金属の上方で炉に供給される後燃焼酸素がこ
れらの不完全燃焼ガス種と反応する。
の主酸素は、溶融金属プール中の酸化性物質と反応す
る。例えば、主酸素は、炉に追加的な熱を供給しそして
溶融金属を撹拌して熱伝達を向上させるところの発熱反
応において、溶融金属プール中の炭素と反応して一酸化
炭素を発生させることができる。溶融金属プール内での
主酸素と酸化性物質との反応によって発生されるガスは
その溶融金属プールからバブリングして上昇する。多く
の場合に、このようなガスは、上記の一酸化炭素のよう
な不完全燃焼種の形態にある。このような不完全燃焼種
は炉から未反応のままで出される場合には環境上有害で
あり、しかもエネルギーの損失になる。先に記載したよ
うに、溶融金属の上方で炉に供給される後燃焼酸素がこ
れらの不完全燃焼ガス種と反応する。
【００２２】ランスの形態の本発明の１つの具体例で
は、燃料及び二次酸化剤の使用量は、火炎エンベロープ
を形成するのに要求されるよりも有意には大きくない。
しかしながら、ある場合には、例えば炉でスクラップを
溶融させるように炉に多量の熱を供給するのが望ましい
ことがある。このような場合には、炉に高い流量の酸化
剤を供給することができ、そして炉用の熱を発生させる
ために燃料を燃焼させるのに燃料及び酸化剤（これは二
次及び／又は主酸化剤であってよい）が使用される。即
ち、本発明の実施で使用されるランスは、所望ならば、
バーナーとして即ちランス／バーナーの態様で機能する
こともできる。この方法で、酸素噴流が溶融浴表面に達
するために通過することができる未制限通路を提供する
ためにスクラップ金属に侵入してそれを溶融するのに使
用されることができる極めて強力な火炎が提供される。
同時に、火炎は、スクラップの溶融や落ち込みの進行の
ためにバーナーの前で落下する可能性があるすべてのス
クラップを溶融することができ、これによってこの通路
を浴のランス吹き込み用に維持することができる。ま
た、高い天然ガス流量は、凝集性噴流が溶融金属浴に侵
入するにつれてその周囲に燃料ガスのブランケットを提
供することができる。凝集性噴流が溶融金属浴に侵入す
るときに、小さい局部キャビテイが形成され、そしてガ
ス流れの偏りがほとんどなくそして浴のはね飛び（スプ
ラッシング）もほとんどない。しかしながら、浴の上方
でいくらかの噴霧が生じる可能性がある。この噴霧は、
燃料ガスブランケット中に収容される。これは、煙霧の
発生をもたらす金属液滴の酸化を防止する。これによっ
て、ランス吹き込み間の煙霧発生は２つの方法で、即
ち、（ａ）通常の噴流ではなく凝集性噴流でランス吹き
込みすることによって噴霧の量が大きく少されること、
及び（ｂ）燃料ガスブランケットが浴表面よりも上で金
属液滴の酸化を防止すること、で抑制される。
は、燃料及び二次酸化剤の使用量は、火炎エンベロープ
を形成するのに要求されるよりも有意には大きくない。
しかしながら、ある場合には、例えば炉でスクラップを
溶融させるように炉に多量の熱を供給するのが望ましい
ことがある。このような場合には、炉に高い流量の酸化
剤を供給することができ、そして炉用の熱を発生させる
ために燃料を燃焼させるのに燃料及び酸化剤（これは二
次及び／又は主酸化剤であってよい）が使用される。即
ち、本発明の実施で使用されるランスは、所望ならば、
バーナーとして即ちランス／バーナーの態様で機能する
こともできる。この方法で、酸素噴流が溶融浴表面に達
するために通過することができる未制限通路を提供する
ためにスクラップ金属に侵入してそれを溶融するのに使
用されることができる極めて強力な火炎が提供される。
同時に、火炎は、スクラップの溶融や落ち込みの進行の
ためにバーナーの前で落下する可能性があるすべてのス
クラップを溶融することができ、これによってこの通路
を浴のランス吹き込み用に維持することができる。ま
た、高い天然ガス流量は、凝集性噴流が溶融金属浴に侵
入するにつれてその周囲に燃料ガスのブランケットを提
供することができる。凝集性噴流が溶融金属浴に侵入す
るときに、小さい局部キャビテイが形成され、そしてガ
ス流れの偏りがほとんどなくそして浴のはね飛び（スプ
ラッシング）もほとんどない。しかしながら、浴の上方
でいくらかの噴霧が生じる可能性がある。この噴霧は、
燃料ガスブランケット中に収容される。これは、煙霧の
発生をもたらす金属液滴の酸化を防止する。これによっ
て、ランス吹き込み間の煙霧発生は２つの方法で、即
ち、（ａ）通常の噴流ではなく凝集性噴流でランス吹き
込みすることによって噴霧の量が大きく少されること、
及び（ｂ）燃料ガスブランケットが浴表面よりも上で金
属液滴の酸化を防止すること、で抑制される。
【００２３】その上、ある場合には、過剰の燃料を使用
しそして高速ガスと一緒に燃料を溶融浴に供給すること
が望ましい場合がある。１つのこのような場合は、電気
アーク炉の実施で起泡性スラグを発生させるのを補助す
ることである。起泡性スラグは、電気アークからのエネ
ルギー損失を減少させ且つ炉壁における手に負えない摩
耗を減少させるのに極めて望ましい。この場合には、天
然ガスのような過剰の燃料がスラグ層中に導入され、そ
こでそれは分解反応を受けて一酸化炭素、水素及び二酸
化炭素のようなガスを生成し、その後にこれらは望まし
い起泡性ガスを発生する。その上、ある場合には、反応
剤を粉末形態でガス流れ中に導入してそれらが溶融金属
浴中に効率的に注入され得るようにすることが望ましい
場合がある。このような反応剤としては、炭素、種々の
石灰組成物、合金用添加物、酸化鉄、及び電気アーク炉
によって発生される粉塵を挙げることができる。本発明
のランス／バーナーが一旦適所に配置されると、それ
は、溶融金属への高速ガスの注入が望まれない時間の間
にバーナーとしてのみ機能することもできる。
しそして高速ガスと一緒に燃料を溶融浴に供給すること
が望ましい場合がある。１つのこのような場合は、電気
アーク炉の実施で起泡性スラグを発生させるのを補助す
ることである。起泡性スラグは、電気アークからのエネ
ルギー損失を減少させ且つ炉壁における手に負えない摩
耗を減少させるのに極めて望ましい。この場合には、天
然ガスのような過剰の燃料がスラグ層中に導入され、そ
こでそれは分解反応を受けて一酸化炭素、水素及び二酸
化炭素のようなガスを生成し、その後にこれらは望まし
い起泡性ガスを発生する。その上、ある場合には、反応
剤を粉末形態でガス流れ中に導入してそれらが溶融金属
浴中に効率的に注入され得るようにすることが望ましい
場合がある。このような反応剤としては、炭素、種々の
石灰組成物、合金用添加物、酸化鉄、及び電気アーク炉
によって発生される粉塵を挙げることができる。本発明
のランス／バーナーが一旦適所に配置されると、それ
は、溶融金属への高速ガスの注入が望まれない時間の間
にバーナーとしてのみ機能することもできる。
【００２４】次のガイドラインは、図２及び３に例示さ
れるような本発明の設計及び操作に適するものである。
れるような本発明の設計及び操作に適するものである。
【００２５】（１）中心噴流の周囲で火炎を安定化させ
るためにすべての操作態様で孔の外側リングに酸素のい
くらかの流れを維持することが重要である。ランス及び
ランス／バーナー態様で操作するときには、孔の外側リ
ングを通る酸素の流れは、全酸素流れの少なくとも１％
そして好ましくは約５〜１０％の範囲内にすべきであ
る。
るためにすべての操作態様で孔の外側リングに酸素のい
くらかの流れを維持することが重要である。ランス及び
ランス／バーナー態様で操作するときには、孔の外側リ
ングを通る酸素の流れは、全酸素流れの少なくとも１％
そして好ましくは約５〜１０％の範囲内にすべきであ
る。
【００２６】（２）ランス及びランス／バーナー態様で
操作するときには、孔の内側リングを通る燃料ガスの流
量は、孔の外側リングにおいて酸素と化学量論的に燃焼
させるのに要するものよりも大きくすべきである。
操作するときには、孔の内側リングを通る燃料ガスの流
量は、孔の外側リングにおいて酸素と化学量論的に燃焼
させるのに要するものよりも大きくすべきである。
【００２７】（３）ランス及びランス／バーナー態様で
操作するときには、中央噴流の速度は、５００ｆｐｓよ
りも大きくそして好ましくは１２００ｆｐｓよりも大き
くすべきである。
操作するときには、中央噴流の速度は、５００ｆｐｓよ
りも大きくそして好ましくは１２００ｆｐｓよりも大き
くすべきである。
【００２８】（４）冷たい金属スクラップを予熱して溶
融するためにバーナーとして操作するときには、孔の外
側リングに対する酸素流量の部分は、全酸素流量の２５
〜７５％の間好ましくはその４０〜６０％の間にすべき
であり、そして全酸素は燃料ガスを完全燃焼させるのに
要する化学量論的酸素の１００〜２００％の間にすべき
である。
融するためにバーナーとして操作するときには、孔の外
側リングに対する酸素流量の部分は、全酸素流量の２５
〜７５％の間好ましくはその４０〜６０％の間にすべき
であり、そして全酸素は燃料ガスを完全燃焼させるのに
要する化学量論的酸素の１００〜２００％の間にすべき
である。
【００２９】（５）一部分溶融したスクラップを侵入す
るためにランス及びランス／バーナー態様で操作すると
きには、中央噴流に対する酸素流量の部分は、全酸素流
量の５０％よりも大きく、好ましくはその７５〜９９％
の間にすべきであり、そして全酸素は、燃料ガスを完全
燃焼させるのに要する１００％化学量論的酸素よりも大
きく、好ましくはその１５０％よりも大きくすべきであ
る。
るためにランス及びランス／バーナー態様で操作すると
きには、中央噴流に対する酸素流量の部分は、全酸素流
量の５０％よりも大きく、好ましくはその７５〜９９％
の間にすべきであり、そして全酸素は、燃料ガスを完全
燃焼させるのに要する１００％化学量論的酸素よりも大
きく、好ましくはその１５０％よりも大きくすべきであ
る。
【００３０】
【実施例】次の本発明の実施例は例示の目的で提供され
るものであって、いかなる点においても本発明を限定す
るものではない。
るものであって、いかなる点においても本発明を限定す
るものではない。
【００３１】図１に例示される系と同様のものを使用し
て、酸素を溶融金属浴に注入した。酸素は、ランスの先
端から０．８０７インチの出口直径を有するノズルを経
て噴射された。ランスの先端は、浴の表面よりも２８イ
ンチ上方に且つその水平に対して４０度の角度に位置付
けされ、しかして酸素噴流は、ランス先端から浴表面ま
で４３インチの距離即ち５３個のノズル直径の距離を通
過した。主酸素ガスは、ランス先端から浴表面まで火炎
エンベロープで包囲されて１６００ｆｐｓの初期噴流軸
速度を有し、そしてそれが浴表面に衝突するときにこの
１６００ｆｐｓの噴流軸速度を維持した。ランスから噴
射された酸素の約８５％が溶融金属プールに入り、そし
て溶融金属中の成分と反応するのに有効になった。溶融
金属１トン当たり約２０ポンドの炭素を燃焼させるの
に、通常のガス供給法を使用して同じ金属学的操作で要
求される溶融金属１トン当たり約５５８ＳＣＦの酸素と
比較して、溶融金属１トン当たり約３６７標準ft3 （Ｓ
ＣＦ）の酸素が必要とされた。
て、酸素を溶融金属浴に注入した。酸素は、ランスの先
端から０．８０７インチの出口直径を有するノズルを経
て噴射された。ランスの先端は、浴の表面よりも２８イ
ンチ上方に且つその水平に対して４０度の角度に位置付
けされ、しかして酸素噴流は、ランス先端から浴表面ま
で４３インチの距離即ち５３個のノズル直径の距離を通
過した。主酸素ガスは、ランス先端から浴表面まで火炎
エンベロープで包囲されて１６００ｆｐｓの初期噴流軸
速度を有し、そしてそれが浴表面に衝突するときにこの
１６００ｆｐｓの噴流軸速度を維持した。ランスから噴
射された酸素の約８５％が溶融金属プールに入り、そし
て溶融金属中の成分と反応するのに有効になった。溶融
金属１トン当たり約２０ポンドの炭素を燃焼させるの
に、通常のガス供給法を使用して同じ金属学的操作で要
求される溶融金属１トン当たり約５５８ＳＣＦの酸素と
比較して、溶融金属１トン当たり約３６７標準ft3 （Ｓ
ＣＦ）の酸素が必要とされた。
【００３２】
【発明の効果】ここに、本発明の使用によって、電気ア
ーク炉のような溶融金属炉にガスをより効率的に供給す
ることができる。
ーク炉のような溶融金属炉にガスをより効率的に供給す
ることができる。
【００３３】ある種の好ましい具体例を参照しながら本
発明を詳細に説明したけれども、当業者には、本発明の
精神及び特許請求の範囲内に本発明の他の具体例が存在
することが認識されよう。
発明を詳細に説明したけれども、当業者には、本発明の
精神及び特許請求の範囲内に本発明の他の具体例が存在
することが認識されよう。
【図１】電気アーク炉において使用状態にある本発明の
ランス／バーナーの１つの具体例の部分横断立面図であ
る。
ランス／バーナーの１つの具体例の部分横断立面図であ
る。
【図２】本発明の実施に有用なランス／バーナーの１つ
の具体例の詳細図であって、その注入端部の横断面図で
ある。
の具体例の詳細図であって、その注入端部の横断面図で
ある。
【図３】本発明の実施に有用なランス／バーナーの１つ
の具体例の詳細図であって、その注入端部の正面図であ
る。
の具体例の詳細図であって、その注入端部の正面図であ
る。
【図４】本発明の実施においてランス／バーナーから放
出されるガス流れ及びその主ガス流れの周囲に形成され
る火炎エンベロープの好ましい具体例を示す図である。
出されるガス流れ及びその主ガス流れの周囲に形成され
る火炎エンベロープの好ましい具体例を示す図である。
１ ランス／バーナー ２ 中央導管 ３ 第一環状通路 ４ 第二環状通路 ５ 注入端 ６ 主オリフィス ７ 第一注入孔 ８ 第二注入孔 ２０ 電気アーク炉 ２３ 溶融金属プール ２６ 電極 ３０ 主酸素流れ ３３ 火炎エンベロープ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・ジョーゼフ・シーリンズ アメリカ合衆国ニューヨーク州ノース・セ イレム、フィンチ・ロード90 (72)発明者 ジョン・アーリング・アンダーソン アメリカ合衆国ニューヨーク州サマーズ、 ヘリティッジ・ヒルズ476イー
Claims (10)
- 【請求項１】 溶融金属のプール及びその上面にあるス
ラグの層からなる浴を収容する炉にガスを供給する方法
において、 （Ａ）浴の上方で高速主ガス流れを炉に注入し、且つそ
の高速主ガス流れと同軸的に燃料及び二次酸素を炉に注
入し、 （Ｂ）燃料を二次酸素で燃焼させて高速主ガス流れの周
囲に火炎エンベロープを形成し、そして （Ｃ）高速主ガス流れを浴に送り、そこで火炎エンベロ
ープが実質上炉内の高速主ガス流れの全長を浴まで延長
させる、ことを含む炉へのガス供給法。 - 【請求項２】 主ガス流れが酸素を含む請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 溶融金属のプールが炭素を含有し、更
に、主酸素を溶融金属プール内で炭素と反応させて一酸
化炭素を形成し、溶融金属プールから一酸化炭素をバッ
ブリングさせ、そして溶融金属プールの上方で追加的な
酸素を炉に注入して溶融金属プールからバッブリングす
る一酸化炭素を酸化させることを包含する請求項２記載
の方法。 - 【請求項４】 燃料及び二次酸素が２つの流れで炉に注
入され、その２つの流れの各々が高速主ガス流れと同心
的である請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 主ガス流れが不活性ガスを含む請求項１
記載の方法。 - 【請求項６】 燃料のいくらかが燃焼しないでスラグ層
に送られ、そこでそれが反応して起泡性スラグ層を作る
のに役立つガスを形成する請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 火炎エンベロープが炉内の主ガス流れの
全長を浴まで延長させる請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 溶融金属プールに送られる主ガス流れが
粉末を含有する請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 二次酸素が、炉に注入される二次酸素及
び主ガス酸素の全酸素流量の２５〜７５％の範囲内の流
量で炉に注入され、そしてその全酸素流量が、炉に注入
される燃料と化学量論的に燃焼させるのに要求されるも
のの１００〜１５０％の範囲内である請求項２記載の方
法。 - 【請求項１０】 主ガス酸素が、炉に注入される二次酸
素及び主ガス酸素の全酸素流量の７５〜９９％の範囲内
の流量で炉に注入され、そしてその全酸素流量が、炉に
注入される燃料と化学量論的に燃焼させるのに要求され
るものの１００％よりも多い請求項２記載の方法。
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