JPS5916120Y2 - 酸素混合装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は高炉に供給する空気に酸素を混入せしめる酸素
混合装置に関する。

最近、第１図に示すように高炉１に空気を供給する送風
機２の上流に酸素富化用のガスミキサすなわち酸素混合
装置３を設けるようになった。

これは供給空気中に酸素を数％加えるためのものである
が、近くに高炉送風機２が設置されているため、比較的
短い距離で完全に混合し、かつ不均一が残らないもので
あることが必要である。

すなわち高い酸素濃度の気体が下流まで残ると送風機部
品に鎖や腐食の発生を伴なうこともあり、あるいは混合
装置の後流が残っていると送風機すなわち圧縮機へ流入
する流れの歪となりその性能に良い効果をもたらさない
からである。

このようなガスミキサとしてはいくつかの型式のものが
既に提案されている。

その１例としてはたとえば特開昭５１−９１０６０号に
記載のものがあげられる。

これは第２ａ図ないし第２Ｃ図に示すように円管に多孔
を開けた型式のものである。

これらの図において参照番号１０１はダクト壁面、１０
２は混入すべき酸素の管路、１０３は管路１０２にあけ
られた多数の小孔である。

空気の流れは壁面１０１で囲まれたダクト内を流れ（白
抜きの矢印で示す）、他方、混入すべきガスは黒い矢印
で示すように管路１０２内を流れて小孔１０３から噴出
して主流の空気と混合される。

このような従来装置の問題点として次のようなことがあ
げられる。

すなわち円管は周知のごとくあるレイノルズ数Ｒｅ＝ｖ
Ｄ／ν（ここでＶは主流流速、Ｄは円管直径、νは動粘
性係数とする）においてその表面境界層が層流から乱流
に遷移し、その抗力係数ＣＤが急激に変化する（第３図
）。

この臨界レイノルズ数は流れ条件にかなり依存するが大
略１０５のオーダの数値を持ち、混合装置として用いら
れる流れ条件の範囲でしばしば遭遇する程度の値であり
、流れ条件によっては混合装置にかかる力を見積る上で
誤差をもたらし易い。

さらに、この抗力係数の変化は境界層の剥離形態による
ものであることは当然であり、第４ａ図に示すごとく層
流状態での剥離は流れに対して９０°よりも上流側のＸ
１点で生じ、乱流状態での剥離は第４ｂ図に示すごと＜
９０°よりも下流側のＸ２点で生ずる。

すなわち円柱の後流の幅Ｗおよび背圧力ＰＢは臨界レイ
ノルズ数のいずれ側にある力・により著しく変化する。

円柱の後流の幅Ｗが変イヒするということは、混入され
た酸素ガスが空気の主流と混合する際の拡がりに一義的
に関係しているから、ミキサノズルとしての混合の能力
が変化することになり、計画上および運転上大きな問題
となる。

また、ミキサノズル内圧力をＰＭとすると、小孔から噴
出される酸素ガス量は■７Ｊゴ「訂に略比例するから、
背圧力ＰＢの変化はやはりミキサノズルとしての計画上
および運転上の大きな問題となる。

さらに、柱体にはカルマン渦が発生し易く、特に円柱の
ごとく表面が連続的にカーブしている物体では剥離の移
動し易さもあって顕著に出やすいことが知られている。

このカルマン渦による周期的な流れの変動は、円柱の固
有振動数に近づくと危険な共振状態をもたらすことがあ
る。

本考案は従来装置の上述の欠点を解決せんとしてなされ
たものである。

すなわち本考案は、流れに対してほぼ垂直に挿入されこ
の流れに対し下流側に多数の小孔を有する円管状ノズル
要素を包含する酸素混合装置において、前記円管状ノズ
ル要素の表面上に、流れに対し９０°の角度をなす位置
近辺にこの流れを案内するフィンを取付けたことを特徴
とする酸素混合装置にある。

以下本考案を添付図面第５ａ図以下に例示したその好適
な実施例について詳述する。

第５ａ図および第５ｂ図に示す第１の実施例において、
４０１は従来と同様な円管状ミキサノズル要素、４０２
はこのノズル要素４０１の上にとりつけられたフィン、
４０３はノズル要素の下流側に開けられた小孔である。

主流は矢印［〉の如く流れ、混入さるべきガスはノズル
４０１内部を通って小孔４０３から矢印→の如く噴出さ
れ、主流と混合されることは従来の装置と同様である。

異なるのはフィン４０２である。これは円柱上、流れに
９０°の近辺にとりつけられた細長いリボン状の薄板で
ある。

この流れ案内用のフィン４０２の効果を述べれば次の通
りである。

すなわち空気の流れはフィン４０２に沿って流れ、その
先端から流出するから、流れのバタンか決定されてしま
う。

すなわち、レイノルズ数が変化しても剥離点が変化せず
、従って、 （ｉ）抗力係数ＣＤの変化は小さくミキサノズルにかか
る力の変化は少ない。

（ｉｉ）ミキサ後流の巾もほぼ決まってしまい混合の能
力の変化は少ない。

（ｉｉｉ） ミキサ後流の背圧ＰＢの変化も小さく、混
合の能力の変化は少ない。

（ｉｖ）またカルマン渦のエネルギも小さい。

等円管のみの場合に比し、ミキサ計画上も運転上も変動
が小さく安定した性能を示し得る。

さらに、このフィン自身が乱れを作るため、ミキサとし
ての能力を増し、円柱のみの場合に比し後流中が大きい
ことと相まって、混合能力を著しく増大せしめる。

このフィンの取付位置、取付角度、巾などは混合量、流
速等の点を考慮して最適に定めるものとする。

また、カルマン渦の発生をさらに完全に抑止するために
、このフィンを第６ｂ図ないし第６ｄ図に示すごとく長
平方向に長さを変え、カルマン渦をさらに発生し難くす
ることも本考案のミキサの適用例である。

第６ｂ図および第６Ｃ図のごとく非対称性を導入するこ
とにより、あるいは第５ｄ図の如く投影中を管軸方向に
変えることにより渦の勢力は弱まる傾向をもつことは明
らかで゛ある。

また、薄板フィンのみでなく第７図に示すような同等の
効果をもつブロック６０３を円柱表面につけたものも本
考案のひとつの実施例である。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉給気系を示す系統図、第２ａ図は従来の酸
素混合装置の横断面図、第２ｂ図は第２ａ図の■Ｉｂ−
ｌＩｂ線に沿う断面図、第２Ｃ図は第２ａ図のｌＩＣ−
ｌＩＣ線に沿う断面図、第３図は第２図に示す混合装置
におけるレイノルズ数と円柱抗力係数との関係を示すグ
ラフ、第４ａ図は層流状態における剥離流線を示す模式
図、第４ｂ図は乱流状態における剥離流線を示す模式図
、第５ａ図は本考案の第１実施例の横断面図、第５ｂ図
はその縦断面図、第６ａ図は本考案の第２の実施例の横
断面図、第６ｂ図はその縦断面図、第６Ｃ図は変化例の
縦断面図、第６ｄ図は別の変形例の縦断面図、第７図は
本考案の第３の実施例の横断面図である。 ４０１・・・・・・ノズル要素、４０２・・・・・・フ
ィン、４０３・・・・・・小孔、６０３・・・・・・ブ
ロック。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流れに対しほぼ垂直に挿入されこの流れに対し下流側に
   多数の小孔を有する円管状ノズル要素を包含する酸素混
   合装置において、前記円管状ノズル要素の表面上に、流
   れに対し９０°の角度をなす位置近辺にこの流れを案内
   するフィンを取付けたことを特徴とする酸素混合装置。