JPS59177311A - 固体粒子の加速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技　　術　　分　　野 本発明はキャリヤガスに同伴する固体粒子流を加速する
方法す５よび装置に関するものである０この種の方法お
よび装置は特に精錬途中の鋼浴の加炭に用いるため（こ
適している。

従　　来　　技　　術 ＬＤ法、　Ｌ　Ｂ　Ｅ法その他の既知の方法における精
錬途中の金属溶湯に混入する金属くずまたは他の冷却添
加物の割合は主として溶湯の組成、ツク゛ンチの温度お
よび精錬操作の熱力学的進行に依存する。代表的には溶
融金属トン当たりの金属くずの消費鼠は一般に粗銑の転
換時ａｏｏｋｇ位および１ノン溶湯に対し４・００１τ
り位である。鋼製造の全体のコストは、精錬上１Ｊφ中
に大量の金属ぐずをつり合うよう（こ溶湯に混入するこ
とによって引下げることができる。従って、ａ１コスト
を引下げるため（こは、添加物、すなわち上記の金属く
ずを比例しブこｉｆで増加させることが望ましい。

精錬中に用いられる金属くずを比例した電で増加させる
既知の方法のＱ・とつは、浴または溶湯が帰属くずから
放出ぎれた最大の熱世を吸収するように、浴から発生す
るＣｏのあと燃え率を増加させることから成る。金属ぐ
ずの有効利用のための他の従来技術としては、追加のエ
ネルギー１％−を用いて金属浴を加熱する方法がある。

この棹のエネルギー源は気体および／またけ液体燃４Ｓ
＋を含み、種々の成果と共に実施された。また、追加の
エネルギー源は炭素質物質の粒子の形でｒｔｆ燃性物質
を添加するものであってもよい。この技術を使用する場
合、炭素質物質を、転炉底に１茨込んだ透過部材を介し
て浴の下部に、またはキャリヤカスと共に上部から混入
させる。

讃の製造コストを引下げるため金属くずその他の徐加物
を添加する時期は第１段階の酸素吹込前または吹込後で
ある。

ルクセ、ンプルグ国特許出願第８４・、４４・４号には
、吹込ランスから金属浴に固体炭素省燃料物質を供給す
るための装置が記載されている。この装置は少なくとも
１箇所の圧縮気体源、キャリヤカスに懸濁した粒状炭素
質物質の供給回路、少なくとも１箇所の掃気ガスの供給
回路、気体および固体粒。子流の神々の流１！゛先の定
１式手段、および吹込ランスに連結する適当な導管に上
記回路を別々にまたは対にして接ね“、する手段を含む
。金属溶湯によって炭素質物質を十分に吸収させるため
に、溶湯が所定の酸素濃度および炭素濃度を示すだけで
なく、ランス出１」で十分な運動エネルギーを与えて溶
錫内に滲透するように浴が十分な炭素質物質を含むこと
も必要であることが見出された。浴上の炭素質物質の時
期の早い燃焼を避けるためにも必要なこの高い運動エネ
ルギー源−は、キャリヤガスの強力な流れを使用するこ
とによって得られる。このガスの噴流は望ましくない冷
却効果を働かせることから、浴に放出した所望が：の炭
素質物質は最小量のギヤリヤガスを利用しなければなら
ない。

炭素質物質を溶湯に送出するために用いる装置を組立て
取イ４ける際に、既存の装置の制限を考慮する必要があ
る。例えば他の装置を追加したガス源が重要なファクタ
ーであるかも知れない。また、導管の長さは蜂の巣調整
器およびランス支持台の配置を１ｌｉｌ限する場合が多
い。さらにランスヘッド、やランス支持台は重量等の点
で一定の導管径を超えることが許されないかも知れない
。

炭素物質の粒径分布はこのような送出装置を組立て取付
ける際に考慮されなければならない。例えば極微細粒の
炭素質物質は互いに固着する傾向がある。実験ではこの
固着はランス出口の熱ハｔが低いためであることが示さ
れた。また、比較的大きい粒子の炭素質物質は慣性力が
大きく、キャリヤガスは短距離では大きい粒子を所望の
速度まで加速しない。さらに粒子の外形は導管の摩損に
関係するので重要である。さらに、炭素質物質の性質お
よび浴燃焼時の不純物（すなわち湿度、揮発性物質）な
らびに金属充填物（すなわち硫黄）に対する影響も、上
記のようなタイプの固体粒子送出装置を、設計組立てる
際に重要な因子となる。

発明の概要 本発明の固体粒子加速装置によって上記のような問題点
は解消される。本発明によれば、できるだけ早い速度で
凝集粒状物質の噴流を送出するこ、とができ、容易に現
行の装置Ｎに組入れることができるｌ１ｔｌ　床装置４
を補供する。本発明の装置は、開口部から、１−流で少
４【くとも５ｍにわたって変化するｌｆ′ｉｔｒ＋ｉを
・角する気体／固体粒子混合物のための供給管を有する
。好適例において（ｊ、供給管の断面はｊ吹込ランスの
Ｉｊ！ｊ口部に向って連続して増加する。

好ましくは、管の断…ｊは長さの函数として非線形方程
式に従って増加する。他の好適例では、管の断面はまず
少なくとも８０％の初期値によって発敗し、次いてラン
スの開口部に向って連続して増加する。この増加は後述
の等式に従う。本発明のさらに他の好適例では儀・の断
面の変化は、断面が一定のままである領域によって中断
される。

以ト、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

好適例の説明 本発明の基本理念は、寸法の異なるランスについてガス
月−を変化させ、気体／固体粒子混合物を変化さゼて行
った複数の試験に基づくものである。

ランス開１」１″１ｂにて気体／粒子混合物の静圧が大
気圧（１バール、１．０−１−９７１ｖ／ｃｍ２）に近
づくと、吹込ランスを出る固体粒子の噴流は一層ａ年乱
され、粒子速度が増加することが見出されたつ丁だ、１
バール圧の値が最適ｌＣ結朱となることも見出された。

吹込ランス端部の圧力が低くなると、８’ｊ’：″イ′
は塞がり、この圧力が高くなると、粒子（Ｊランスから
出て散乱し、粒子の溶湯に対する衝撃効果を減する。固
体粒子の加速を生む力はキャリヤガスと粒子の相対速度
に依存する。従って、固体炭素質物質が達することがで
きる最大速度は、キャリヤガス速度の最大速度に等しい
。従って、固体粒子の速度を最大にするために、でさる
だけ大きい気体速度を用いなければならない。・トヤリ
ャカスと粒子との間の摩擦力は、キャリヤガスの音速に
ほぼ相当す、る臨界のレイノルド数に舌い気体速度のた
めにかなり減少する（粒子は球形と仮定する〕。

残念なことに、例えばラバル通風管を用いて気体の超音
速を局部的につくり出すと、望ましくない結果になる。

実際、気体の超音速は管のくびれから下流の短い距離に
対してのみ持続するので、高、速の・１−ヤリャガスを
固体わ１″１．子に移すことば不可能である〇 上述σ）ように、有効１ｊ４にて、管の出口での固体オ
１７子に最人速ｊＯ１を移すためには、（管開口部から
上流で、・“り迷にＪ・ニするのに対して）管開口部で
あるいＧｊその伺近て・）゛ヤリャカスの音速に達する
必要がある。同様にランス開口部算 流を得るために、ンンス出口の噴流の静圧をできるだけ
大気圧に近づける必要がある。まとめると、最適な結果
をＴｌｊるために、管の出口で静圧と共に・）″ヤリー
）′ガスの音速に達するようにしなければならない。

これらの試験は、気体の等温膨張に基づいた理論清算を
ｇ＋Ｅ明し、気体源の所定の圧力および公称流速では、
−ト；７昌１い炭素の公称流速を有するごとが望ましい
Ｊｊｒｆ合、比較的短い導管を選ぶ必要があることを、
Ｊ＜シた１、ざらに、導管が短い程、ランス１ｊｉｉＪ
　部での−１−ヤリャガスの速度と粒子の速度との間の
；亡が大さくなる。さらに、適当な粒子速度を得るため
に、導管の長さを制限して設ける必要が・ある０ 実施例１ 圧力が１６．３１５１ｙ／ｃｍ”　（１６バール）で２
３００ｍ　７時（標準）の気体を与えることができる気
体源を使用する。気体が音速に近い速度で導管を出て行
く場合、気体の流速が２３００　ｍ３／時（標準）であ
るように、導管の直径を約５０雰にする必要がある。炭
素の濃度は８６ｑｋｇ／ｍ８であり、平均粒径は５　ａ
ｍである。

４・００ｋｇ７分の最適炭素流速はＦｆｌ記条件で約１
２ｏｍ／秒の炭素粒子速度を与えるので、６０ｍの長さ
の導管を必要とする。

３０ｏｋｇ／分の最適炭素流速は前記条件で長さ９０ｍ
の導管に対して約１＋Ｏｍ／秒の炭素粒子速度を与える
。

上記の結果から、気体速度と粒子速度との間の実質的な
差はランス開口部で約３２０　ｍ　７秒であり、導管の
長さは一層高速の粒子速度が望まれる場合もつと長くす
る必要があることがわかった。

この結果は若干望ましくないので、次に、法外、に長い
−ｄ管は用いないで、ランス開口部での気体速度と粒子
速度との間の差を減らしてみた。従っで、ランス開（Ｅ
　ｆｆ＋Ｉがら上流の導管１０　ｍに対する速度と圧力
を＋ｉＪＦ究した。これにより、キャリヤガスの圧力は
大気圧までその公称値の約すに落ち、気体速度は粒子速
度が２倍にしがならない間に準指数法で上昇することを
見出した。

実施例２ 実施例］と同じ条件を用いて、導管の最後の１、　Ｏｍ
に関して次の結果が得られた。

全長００ｍの導管に対して、炭素の流速４１００に９部
分では、気体速度と粒子速度は、約５０ｍの行程距離の
後それぞ２ｔ８５ｍ／秒δよび７部ｍ／秒であった。

全長９０ｍのス部簀に対して、炭素の流速ａＯＯｋｇ／
分では、気体速度と粒子速度は、約８０ｍの行程距離の
後それぞれ８０　ｍ７秒および６５ｍ／秒であった。

導’ｒＲの最後の数ｍに対して気体速度（短い距離で固
体粒子に伝えられない速度）があまり急激に、増加しな
いように、開口部近くの用変断面を有する導管を用いて
試験した。

実施例３ 最初の試験では、開口部で上記シ、験に用いた断面の直
径と同じ５　ｃｍの直径を有°する導管を用いた。

この導管は開口部から１．　Ｏｍ下流に在るくびれ点ま
で連続して拡がっており、従って直径は２．ｆ３ｃ＋ｎ
まで減する。このくびれによって生じる圧力の損失は２
５−４９　ｋｇ　／　ｃｍ　（’２５　バー　ル）　７
　テキヤ’Ｊ　ヤガス源の圧力の増加によって補正され
る。２５．４・９．。

ＩＣ９７ｃｍ（２５バール）の圧力で与えられる均一な
断面の導管と比較すると、粒子速度の相対的増加は６０
％であった（両者の場合、炭素の流速はａｏｏｋｇ／分
、導管の長さは５０ｍであった）。

実施例４゜ 残念ながら、実施例３に用いたくびれは、炭素の流速に
おける減少と同様に極めて激しい摩耗を含む多くの問題
を与える。従って、くびれの使用を避けるために、導管
の通常の断面から約２０ｍ以上に発散する導管を他の試
験では用いた。従つて、約５　ａｍのｌｌ′１′仔がら
約３　ｃｍまで、断面直径は開口１部に向かつ°Ｃ広が
る。導管開口部付近で大気圧に近い圧力を達成するには
、気体の流速全、直径が一足の５　Ｃ１ｎである導管に
対して用いた流速の少なくとも２倍にしなければｔｒら
ない。この場合、一定断面の導管に対して認められる速
度に対しく、粒子の速度は６０％の増加が見られた。こ
の特定例では、５　ｆｌ　Ｏｋｇ　７分の炭素の流速お
よび全長５０ｍの導管を用いた。

実施例５ 」−記実加６例で明らかに認められるように固体粒子の
８４＃速度にプ５ける可変断面の好ましい効果があるの
で、１す「而が神々の吸気を有する導管を用いて試験し
た。第１図および第２図には、導管の長さに比例しｔ「
いｌＪｉ向直径にす５ける変量を有する２例の専♀’ｉ
’　１ｆｊｒ面（Ａ　１．０　、　Ａ　１　］およびＡ
２０゜Ａ２１）を示す。図面に（」、また開口部近くの
導＋７ｒ；；の醒形寸法の１ｙＪ数としこ、気体速度（
ＵｌおよびＵ　：２　）　ノ変１−１（、粒子速度（Ｖ
ｌおよびＶ２）＋７）笈［１１、および１王力（Ｐｌお
よびＰ　２’）の変１蛙を示・す０ 第１図におい−Ｃ１直径が約ＦＩ　Ｃｍから約３．５部
ｍまでの導管を示す０この図では、５　ｃｒｒ＋導管の
＋Ｍ径は最初約３．５ｃｍまで減少バ末広）シ、たｔジ
、約２０ｍの長さに対して５　ｃｍのｌｊ径まで増加（
先細）する。

くびれから上流の導管の長さは固体粒子の全体の加速に
わずかたけ寄与する。事実、固体粒子は実際に導管の開
口部から最後の２０ｍにわたって全速度■１を得ること
が見出された。キャリヤガスの速度の増加は、前の実施
例から得られたような亭指数法ではｆ、「いことがわか
った。従つ−（、第１図を８照すると、粒子の速度は約
２ｉｏｍ／秒の水準に向かう傾向がある。

実施例６ 第２図において、導管の０（径は最初・４・−７ｃｍか
ら８．７ｃｍｔで１５．５　ｍの距離にわたって開口ｒ
ｆｌＩで発散する。粒子■２の速度はほぼ直線で増加し
導管の開口部で１ｇ５ｍ／秒である。

本発明による加速装置ａが、開口部からヒ流少なくとも
５ｍにわたって増加、すなわら発散する（末広とｔｃる
）断１０ｊを有する導管から成る場合、固体オ立子を−
ｉヤリャガスの速度に近い速度まで加速することができ
る。これらの大いに望ましい結果は、長さ９０ｍまでの
導９′１・をこれらの適当な粒子速ｒＩｘ　ｅ　ｑｒｒ
るために使用する必要はないという事実に鑓られム゛い
。さらに、くびれを選択して使用すると、その開口部で
導管の寸法を制限し、くびれから上流でＭ社による摩滅
を制限し、導管の末広部を既知のランスヘッド配列に容
易に統合することができる。酸禦を併給するランス、冷
却回路および支持台を有するランスから独立したランス
を用いる溶融浴に、固体粒子を導入できる。

本発明の好通例において、連続し−Ｃ増加する導管直径
、すなわち末広直径は、導管の全長の非線形函数によっ
て増加する。この非ｍ影函数の長ざを以ドに示ずような
微分方程式にまとめることができる。

（０）初朗条件’ｕ（Ｘ）−ｆ（ｘは所定の値、例えば
−次）式中： ｕ（ｘ）−導管のＸ点の気体速度 ｖ（ｘ）−導管のＸ点の粒子速度 ｐ＜Ｘ）−導管のＸ点の気体圧 ｐｏ　　−大気圧 ｐｇ（Ｘ）−導管のＸ点の気体／壁Ｆ！Ａ捏ｄ（ｘ）−
導管のＸ点の導管の直径 に、シー理論ｄ１算によって引出される因子（０，０２
５と１．２） ＡＣ（Ｘ）　＋、導管のＸ点断面の粒子によって占めら
れる面積 Ａｇ（Ｘ）−同じ断面の気体によって占められる面積Ｇ
Ｄ−抵抗誘導係数 ρ２−気体密度 ρ。−粒子比重 ｄｏ−球状とみなされる粒子の直径 Ｑｏ−粒子流速（ｋｇ／分） ＱＮ　’−気体流速（ｍ８／時）（標準）λ−気体／１
号（摩擦係数 実施例５に軍ずようなくびれを用いる本発明の１実施例
では、好ましくは、導管の先細断面は直径の？ｊＪ期４
／ｉに対して少なくとも３０％減じ、次いで開０部に向
って連続的に末広になる必要がある。

前記例におけると同様に、導管の最終末広断面は、好ま
しくは１−述の非線形方程式（０）〜　（３）に従って
増加する必要がある。

さらに本発明の他の実施例において、導管の断面的径の
変化け、導管断面が一定のままである領域によって適当
な間隔で中断させる必要がある。

この場合、断面における特定寸法の外形と変数は、複数
の異なる因子と条件で特別に与えることができる。

本発明は鉄溶湯の精錬における特別な問題に関するだけ
でなく、他の面にも応用することができる。例え（１丁
、本発明は高速の固体粒子に対して必、要であり、上記
のようなｉｉＪ変導管導管断面望の仙度を加えることが
できる。従って本発明は短い距離にわたって高速の固体
粒子を心安とする応用にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明実１ｊｉ１＋例による導管
の長さくｍ）に対する気体速度Ｕ１．ｕ２（ｍ／秒）、
粒子速度Ｖ４．Ｖ２（ｍ／秒）および圧力ＰＬ　、Ｐ２
　（バール）の変化、４【らびに導管の断面Ａ１０．Ａ
ｌｌまたはＡ２０．Ａ２］、（韻）を示すグラフである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】　ギヤリアガスおよびこれに同伴する固体粒子を通す
   導管が開ＬＪ部にて終る出口部を有し、この出１」部の
   内側断面が前記開口部から上流で少なくとも約５ｍにわ
   たって公称値から異なる値まで変化する固体粒子の加速
   装置。 λ　前記導管の前記出口部が末広断面を有する特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ８　前記出口部が前記導管の長さの非線形函数に従って
   発散する特許請求の範囲第２項記載の装置。 弧　前記導管・の前記出口部がくびれ点に対して初めに
   収斂する断面を有し、前記出口部断面が前記開口部に対
   して発散する特言′１精求の範囲第１項記載の装置。 ５　　＋＞ｉＪ記出出口部断面公称断面の少なくとも３
   ０％まで収斂する特許請求の範囲第４・項記載の装置。 ６　前記出口部断面が前記導管の長さの非線形函数に従
   って発散する特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７、　前記非線形函数が次式： （０）初期条件　ｕ（Ｘ）−ｆ（ｘは所定の値、例えば
   −次）式中二 ｕ（ｘ）−導管のＸ点の気体速度 Ｖ（Ｘ）−導管のＸ点の粒子速度 １）（Ｘ）−導管のＸ点の気体圧 ｐｏ　　−大気圧 ｐ　ｇ＜’ｙ−＞−導管のＸ点の気体／壁摩擦ｄ（ｘ）
   −導管のＸ点の導管の直径 ＡＣ（Ｘ）−導管のＸ点断面の粒子によって占められる
   面積 Ａｇ（Ｘ）−同じ断面の気体によって占められるＨｆＪ
   ｊ積 ＣＤ−抵抗誘導係数 ρ、−気体密度 ρＣ−粒子比重 ｄｏ−球状とみなされる粒子の直径 Ｑｏ−粒子流速（ｋ７／分ン ＱＮ−気体流ａ　（””　／　時）　（＊　準）λ〜気
   体／壁摩擦係数 で表される特許請求の範囲第３または６項記載の装置。 ８　前記導管の前記変化する断面を、一定断面の断１ｆ
   ｉｉ領域によって選択的に中断する特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ９　ギヤリヤガスおよびこれに同伴する固体粒チを通ず
   導管が開口部にて終る出口部を有する固体粒子の加速装
   置を用いる固体粒子の加速方法にＪ６いで、 前記出口部の内側断面を前記開口部から−に流で少なく
   とも約５ｍにわたって公称値から異なる値まで変化させ
   、 前記出口部を迂ってｔＩ”ｔｔ記キャリヤカスに同伴す
   る固体粒子を供給１．、前記固体粒子の速度を増加させ
   る 各工程から成る固体粒子の加速方法。 １０　　前記導管の前記出口部が末広断面を有する特許
   請求の範囲第９項記載の方法。 １１　　前記出口部が前記導管の長さの非線形函数に従
   って発散する特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １２　　前記導管の前記出口部がくびれ点に対して初め
   に収斂する断面を有し、前記出口部断面が前記開口部に
   対して発散する特許ＷＦ２求の範囲第９項記載の方法。 １８、　　前記出口部断面が公称断面の少なくとも３０
   ％まで収斂する特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １侃　前記出口部断面が前記導管の長さの非線形函数に
   従って発散する特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １５、　　ＡｉＪ記非線形函数が次式。 （０）初期条件、υ（ｘ）−ｆ（ｘは所定の値、例えば
   −次）式中： ｕ　（ｘ　）−導管のＸ点の気体速度 ｖ（ｘ）　−・導看・のＸ点の粒子速度ｐ（ｘ）−導管
   のＸＡの気体圧 ｐｏ　　−大気圧 ｐｇ（χ）−導管のＸ点の気体／種摩擦ｄ（ｘ）−導管
   のＸ点の導管の直径 に、シーＪｉｌ論計算によって引出される因子（０，０
   ２５と１＋２） ＡＣ（Ｘ）−導管のＸ点断面の粒子によって占められる
   面積 Ａｇ　（Ｘ）−同じ断面の気体によって占められる面積 ＣＤ−抵抗誘導係数 ρ２−気体密度 ρ。−粒子比重 ｄｃ−球状とみなされる粒子の直径 Ｑｏ−粒子流速（ｋｇ／分） 頬−気体流速（ｍ８／時）（椋ｒカ λ　−気体／種摩擦係数 で表される特許請求の範囲第１１または１３項記載の方
   法。 １６　　前記導管の前記変化する断面を、一定断面の断
   面領域によって選択的に中断する特許請求の範囲第９項
   記載の方法。