JPS6112814A - 固体粒子加速用ノズル装置 - Google Patents

固体粒子加速用ノズル装置

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JPS6112814A
JPS6112814A JP60102538A JP10253885A JPS6112814A JP S6112814 A JPS6112814 A JP S6112814A JP 60102538 A JP60102538 A JP 60102538A JP 10253885 A JP10253885 A JP 10253885A JP S6112814 A JPS6112814 A JP S6112814A
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acceleration
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accelerating
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アンドレ ボツク
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    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42Constructional features of converters
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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】 本発明は、キャリヤガスによって固体粒子を加速するノ
ズルに適用できる装置に関する。このようなノズルは、
特に鋼浴中に粉状炭素質材料を導入するために用いられ
る。
精錬過程で金属に含有させることのできるスクラップま
たはその他の冷却添加材の割合は、銑鉄の組成、装入物
の温度および精錬操作の熱バランスに主に依存する。鋼
の製造原価を低減するために、銑鉄1トン当り約400
Kgのスクラップの配合割合を越えることが現在必要で
ある。公知の方法の1つでは、鋼浴が生じた熱量を最大
限吸収するように注意を払いながら、鋼浴から発生され
るC○の後燃焼率を高めている。他の公知方法では、補
助エネルギー源を用いて金属浴を加熱している。
ガスおよび液体燃料を添加する技術は種々の成功のもと
に実施されている。これと並行して、炭素質材料の粒子
からなる燃焼材料を添加する技術も開発されている。金
属洛中に固体材料を添加するのは、底部、すなわち転炉
の炉底に設けた羽口または透過性部材を介して、或いは
ガス状材料とともに上方より役われでいる。上方より添
加する場合、炭素質材料が金属浴中に十分に吸収される
ためには、金属浴が所定の酸素および炭素濃度を示すこ
とが必要なばかりでなく、さらに、炭素質材料がランス
の出口で金属浴に浸入するに十分な運動エネルギーと濃
度を有していることが必要である。
運動エネルギーが高いことは、炭素質材料が金属浴の上
方で早く燃焼するのを回避するためにも必要である。
欧州特許出願第84630036号には、ガス中に分散
した固体粒子の加速用装置が記載され、この装置は、圧
力ガス源と、ガスおよび固体粒子の分配手段と、ランス
に終端するガス/固体粒子混合物の導管とを備えている
。この装置の特徴は、導管またはランスの一部分が特別
な形状の断面をなしている点にある。実際、導管の最後
の数メートルではガスの速度は固体粒子に伝達すること
ができないので、その部分でガスの速度を急激に増大す
ることを回避する必要がある。開口部までの数メートル
で拡っている導管を選択することによって、開口部で音
速よりも若干遅いガス速度に対して、約190cm/秒
の粒子速度を得ることが可能であった。
固体粒子の速度の点では上記の欧州特許出願の装置は優
れた結果をもたらすものであるが、固体粒子の金属浴へ
の侵入深さが小さいという問題がある。酸素ジェットが
ないときの、溶融浴中の粒子ジェットの侵入深さLは理
論的計算によると次の通りである。(粒子の発散角度Δ
が小さく、濃度が高い場合に対して) −L、            ・・・(1)ただし、 Qc=粒子の流量(Kg/分) Lo −金属浴からのランス高さくm)■。−粒子速度
(m/秒) ρac”鋼の密度(Kg/情) A −ジェットの発散角度(度) 大気中での模擬テストによと、角度Aは4°〜7°の範
囲であり、この結果を用いて式(1)により、侵入深さ
Lが15〜50cmと計算することができる(たゾし、
Qe= 300Kg/分、V、 = 150m/秒、L
o = 1.5m)。
しかしながら、実際の状態は、式(1)を導出した理想
状態とはかけ離れており、加炭の際には次のことを考慮
する必要がある。
(a)  ガス/固体粒子の混合物の吹込み用の垂直ノ
ズルは、複数の一次酸素吹込み用ノズルによって取囲ま
れ、この−次酸素吹込みによってガス/固体粒子のジェ
ットの発散角度Aが大きくなる。実際に、酸素ジェット
の吸引効果によって、それが取囲み且つガス/固体粒子
のジェットが位置している中心領域に減圧をひき起す。
開口部での静圧がl barであるガス/固体粒子のジ
ェットは、その結果、急激に膨張して粒子が半径方向に
移動し、その濃度が低下することとなる。
(b)  溶融浴のキャリヤガスの流束がぶつかると、
さらに、逆流が生じて、浴上の衝撃区域が拡がる。
キャリヤガスは鋼浴内には入らず、浴表面上で強く減速
され、これによって動圧が低下し、相関的に静圧が高く
なる。酸素ジェットと、これらの酸素ジェットよって漸
時吸収される逆流を生みだす中心ジェットとの間の領域
に圧力の勾配が生ずる。
これらの逆流によって、中心ジェットと、それを取囲む
大気との間の剪断活動が強くなる。
(C)  ノズルの出口においてキャリヤガスの速度(
約320 m 7秒)と粒子の速度(約180m/秒)
に差があるため、ジェットの内部に補足的な小乱流が生
ずる。
その結果、炉内の粒子ジェットの発散角度Aは、模擬実
験で観察された値よりはるかに大きくなるはずである。
もし、Aが次の限界値より大きくなるとき、侵入深さは
数センチメートル以上とはならないことが予測される。
ただし、△tは浴のパ開いている時間”、doはノズル
の出口直径である。
本発明の目的は、上記の(a)および(C)に説明した
現象を制限し、酸素ノズルを適当に配置するならば、溶
融浴中の粒子の侵入深さを大きくすることのでき払ノズ
ルを提供することにある。
この本発明の目的は、加速用ノズルを、拡がり角が加速
用ノズルの拡がり角よりも大きい部材によって延長し、
さらに該加速用ノズル開口部付近を、包囲体を形成し且
つガス源と連結された第2のノズルによって取囲むこと
によって達成される。
加速用ノズルおよび包囲体を形成するノズルにガスを供
給するために2つの別個のガス源を使用する代りに、加
速用ノズルに加工したスリットを介して加速用ノズル内
のガスの一部分を分岐させてもよい。これらのスリット
はガス相と固体粒子とのセパレータとして作用し、包囲
体を形成するノズル内に固体粒子が侵入するのを防止す
る。
本発明の1態様に従うと、上記した包囲体をなす第2ノ
ズルがその開口部付近で平行な側壁を有する。また、こ
の包囲体をなす第2ノズルは環状ラバールノズルであっ
てもよい。
さらに本発明の好ましい態様に従うと、拡がり角が加速
用ノズルの拡がり角より大きい部材は、円錐台形であり
、長さが10〜50cmの範囲であることが特に好まし
い。
さらに本発明の好ましい態様にしたがうと、拡がり角が
加速用ノズルの拡がり角より大きい部材は、平行な内壁
を有する管状の部材によって延長され、また、管状の部
材の壁部は、その開口部に向って薄くなっていることが
特に好ましい。
さらに、加速用ノズル、拡がり角が加速用ノズルの拡が
り角より大きい部材および管状の部材から構成される、
固体粒子を案内する管体の開口部は、包囲体を形成する
ノズルの開口部より引込んだ位置に配置されるのが好ま
しい。
さらに、包囲体を形成するノズルは、それぞれ異った中
性ガス源または酸化性ガス源に連続して接続可能に構成
されるのが好ましい。
本発明の効果は、発散角度A(模擬実験で)が2°以下
の炭素質材料のジェットが得られる点にある。発散角度
Δが炉内でのA(限界値)以下に止まっている限り、理
論的侵入深さは約2mとなる。さらに、補助的なガスジ
ェットによって、金属浴の上方で粒状物質が早めに燃焼
するのが阻止される。
以下に本発明を添付の図面を参照して実施例により”詳
細に説明する。
添付の第1図は本発明に従って作製されたランスの頭部
の部分の断面概略図である。
図中に示すノズル1は固体粒子およびガスの供給源と連
結しており、キャリヤガス/固体粒子のジェット2を案
内する。中心ノズル1の開口83において、キャリヤガ
スの速度■1は300m/秒以、上であり、固体材料の
粒子の速度■、は200 m /秒以下である。
円錐台形の部材4は、はN’20cmの長さであり、約
2″であるノズル1の拡がり角よりも大きな拡がり角を
有し、中心ノズルの延長上に配置されている。円錐台形
の部材4の2つ底部3および5の断面積の差は、開口部
5におけるキャリヤガスの速度が固体粒子の速度と匹敵
するものであるように決定されている。ここで、円錐台
形の部材4の長さが短いので、固体粒子の速度はほとん
ど変化しない。
ノズル8は中心ノズル1と同心に配置され、包囲体を形
成している。このノズル8は、その開口部9の付近で平
行な壁部を有し、その結果、平行なガス流束10が得ら
れる。スクリーンとして作用するガス流束10は、キャ
リヤガスと同種であることが好ましく、平行な壁部を通
過することによって、ある速度、或いは円錐台形の部材
4を通過した後のキャリヤガスの速度に近似した速度、
或いは(fJ&状のラバールノズルを備えることによっ
て)超音速となる。その結果、ランスの頭部の開口部9
の近傍では、キャリヤガスと固体粒子とはほり等しい速
度である。円錐台形の部材4が末拡がり状の形状のため
、ガス流束lo内に乱流を生ずる原因となるのを回避す
るため、部材4は円筒形部材6によって延長され、部材
6の壁部がその開口部に向って薄く形成されるのが好ま
しい。
図示した実施例では、キャリヤガス/固体粒子の混合物
を案内する導管の開口部7は、包囲体をなすノズル8の
開口部9より後退した位置に配置されている。このよう
な構成によって、2つの加炭期の間の精錬時にノズル8
からガスのみを流す(冷却作用があり、スラグおよびメ
タルの飛散から保護する)ことができる。このとき使用
するガスは中性ガスまたは酸化性ガスであってもよく、
酸化性のガスを使用する際にはノズル1の内部を若干超
過圧力に保持すべきである。加炭期においては、中性の
スクリーンガスを選択すべきである。
さらにランスは、中心ノズルの周りに等間隔に配置され
た精錬酸素用の複数のノズル(図示せず)を備えている
。これらの精錬酸素ジェットはランス軸に対して所定の
角度αだけ傾斜している。ランス頭部に近い第1区域で
は、精錬酸素ジェットの吸引の効果およびそれによって
生ずる剪断波11によって主にスクリーンガスの流束が
乱されるが、キャリヤガス/固体材料のジェットはそれ
ほど拡がらず、その結果、このジェットの侵入深さの特
性が保護される。ガス相、液相および固相の3相の同時
共存によって特徴づけられる第2区域の範囲はこの傾斜
角度αによって決定される。その範   囲の上限が鋼
浴表面である第3区域における溶鋼中への石炭粒子の溶
解を促進するのも、阻害するのもこの第2区域の形状を
支配するすべてのパラメータである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従って作製されたランスの頭部の部分
の断面概略図である。 (主な参照番号) 1・・中心ノズル、 2・・キャリヤガス/固体粒子のジェット、3・・中心
ノズルの開口部、 4・・円錐台形の部材、 5・・円錐台形の部材の開口部、 6・・円筒状部材、 7・・円筒状部材の開口部、 8・・包囲体を形成するノズル、 9・・包囲体を形成するノズルの開口部、10・・スク
リーンガスの流束、 11・・剪断波 特許出願人 アルベット  ニス、アー、代 理 人 
弁理士 新居正彦

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガスおよび固体粒子源と連結し、固体粒子、特に
    鋼浴を炭化するための粉状炭素質材料の加速用ノズル装
    置であって、該加速用ノズル(1)は、その拡がり角よ
    りも大きい拡がり角の部材(4)によって延長され、さ
    らに、その開口部付近で、包囲体をなし且つガス源と連
    結する第2ノズル(8)に取囲まれていることを特徴と
    する固体粒子加速用ノズル装置。
  2. (2)上記した包囲体をなす第2ノズル(8)がその開
    口部付近で平行な側壁を有することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の固体粒子加速用ノズル装置。
  3. (3)上記した包囲体をなす第2ノズル(8)は環状ラ
    バールノズルであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の固体粒子加速用ノズル装置。
  4. (4)上記した拡がり角が加速用ノズル(1)の拡がり
    角より大きい部材(4)は円錐台形であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の固体粒子加速用ノズル
    装置。
  5. (5)上記した拡がり角が加速用ノズル(1)の拡がり
    角より大きい部材(4)は、長さが10〜50cmの範
    囲であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第4項記載の固体粒子加速用ノズル装置。
  6. (6)上記部材(4)の拡がり角が約2°であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項または第4項記載の固
    体粒子加速用ノズル装置。
  7. (7)上記した拡がり角が加速用ノズル(1)の拡がり
    角より大きい部材(4)は、平行な内壁を有する管状の
    部材(6)によって延長されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項または第4項記載の固体粒子加速用
    ノズル装置。
  8. (8)上記した管状の部材(6)の壁部は、その開口部
    に向って薄くなっていることを特徴とする特許請求の範
    囲第7項記載の固体粒子加速用ノズル装置。
  9. (9)固体粒子を案内する管体(1、4、6)の開口部
    は、包囲体を形成するノズル(8)の開口部より引込ん
    だ位置に配置されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項乃至第8項のいずれか1項に記載の固体粒子加
    速用ノズル装置。
  10. (10)上記した包囲体を形成するノズル(8)は、そ
    れぞれ異った中性ガス源または酸化性ガス源に連続して
    接続可能であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の固体粒子加速用ノズル。
  11. (11)上記した包囲体を形成するノズル(8)は、加
    速用ノズル(1)に設けられたスリットを介して、加速
    用ノズル(1)に連結するガス源と連結していることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体粒子加速用
    ノズル。
JP60102538A 1984-05-15 1985-05-14 固体粒子加速用ノズル装置 Pending JPS6112814A (ja)

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JP (1) JPS6112814A (ja)
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AT (1) ATE54335T1 (ja)
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BR (1) BR8502209A (ja)
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DE (1) DE3578531D1 (ja)
ES (1) ES8608113A1 (ja)
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