JPH0634112A - 複合ランス - Google Patents
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- JPH0634112A JPH0634112A JP5145426A JP14542693A JPH0634112A JP H0634112 A JPH0634112 A JP H0634112A JP 5145426 A JP5145426 A JP 5145426A JP 14542693 A JP14542693 A JP 14542693A JP H0634112 A JPH0634112 A JP H0634112A
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
- C21C5/42—Constructional features of converters
- C21C5/46—Details or accessories
- C21C5/4606—Lances or injectors
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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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- F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
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- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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- F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速気体噴射システムにおいて使用でき、高
温及び腐食性気体により生ぜしめられる損傷を減じて有
効な気体噴射を可能ならしめるランスの開発。 【構成】 金属製供給管１３と、供給管と連通する金属
製後方部片６とそれに隣接するセラミック製前方部片７
とを具備するノズル３と、ノズルの周囲に保護気体を提
供する手段とを備える複合ランス１２を燃焼帯域１０の
壁２内にありそして燃焼帯域と連通する開通口４を有す
る空洞１１に引っ込めて配置した複合ランス気体噴射装
置。ノズルの周囲に保護気体を提供する手段は供給管に
おいてランス内部から気体を放出する少なくとも一つの
通孔５である。保護気体が気体噴流の動的作用によりノ
ズルの周囲でそれに沿って流れる。
温及び腐食性気体により生ぜしめられる損傷を減じて有
効な気体噴射を可能ならしめるランスの開発。 【構成】 金属製供給管１３と、供給管と連通する金属
製後方部片６とそれに隣接するセラミック製前方部片７
とを具備するノズル３と、ノズルの周囲に保護気体を提
供する手段とを備える複合ランス１２を燃焼帯域１０の
壁２内にありそして燃焼帯域と連通する開通口４を有す
る空洞１１に引っ込めて配置した複合ランス気体噴射装
置。ノズルの周囲に保護気体を提供する手段は供給管に
おいてランス内部から気体を放出する少なくとも一つの
通孔５である。保護気体が気体噴流の動的作用によりノ
ズルの周囲でそれに沿って流れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ランスに関するもので
あり、燃焼帯域への高速気体の噴射に特に有用である。
あり、燃焼帯域への高速気体の噴射に特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】燃焼技術の最近の進歩は、燃焼帯域への
高速の気体噴射を使用して窒素酸化物（ＮＯX ）の発生
量を減じて燃焼を実施している。高速を実現するため
に、比較的小さな直径を有するノズルが使用されてい
る。高い気体速度は、炉内気体を高速気体中に吸引せし
めるか或いはそこに連行せしめてＮＯX 発生への抑制効
果を与える。
高速の気体噴射を使用して窒素酸化物（ＮＯX ）の発生
量を減じて燃焼を実施している。高速を実現するため
に、比較的小さな直径を有するノズルが使用されてい
る。高い気体速度は、炉内気体を高速気体中に吸引せし
めるか或いはそこに連行せしめてＮＯX 発生への抑制効
果を与える。
【０００３】燃焼帯域への高速気体噴射に伴う問題は、
炉内気体がノズルを出る高速気体中に吸引乃至連行せし
められるにつれ、粒状物質や凝縮性蒸気を含みうる炉内
気体が小さな直径を有するノズルを容易に閉塞或いは腐
食し始めることである。炉内気体はまた、５３８℃（１
０００°Ｆ）以上のオーダーの極めて高温である場合が
多く、これはそうした閉塞及び腐食問題を一層悪化させ
る。この問題は、炉内温度が１２０４℃（２２００°
Ｆ）を超えると特に過酷となる。一般耐熱合金の最大使
用寿命は燃料焚き炉内雰囲気に対しては１２０４℃（２
２００°Ｆ）未満である。白金のような幾つかの貴金属
はもっと高い温度に耐えうるが、コストが課題となる。
炉内気体がノズルを出る高速気体中に吸引乃至連行せし
められるにつれ、粒状物質や凝縮性蒸気を含みうる炉内
気体が小さな直径を有するノズルを容易に閉塞或いは腐
食し始めることである。炉内気体はまた、５３８℃（１
０００°Ｆ）以上のオーダーの極めて高温である場合が
多く、これはそうした閉塞及び腐食問題を一層悪化させ
る。この問題は、炉内温度が１２０４℃（２２００°
Ｆ）を超えると特に過酷となる。一般耐熱合金の最大使
用寿命は燃料焚き炉内雰囲気に対しては１２０４℃（２
２００°Ｆ）未満である。白金のような幾つかの貴金属
はもっと高い温度に耐えうるが、コストが課題となる。
【０００４】この問題に対処する一つの方式は、高温腐
食及び溶融を防止するようにノズルに大量の水冷を提供
することであった。しかし、水冷システムは操作が複雑
でありそして炉内雰囲気が高い粒状物含有量を有する場
合には閉塞問題に対処し得ない。更に、水冷は、炉内雰
囲気が凝縮性蒸気を含有しているときには、腐食及び閉
塞問題を増長する。
食及び溶融を防止するようにノズルに大量の水冷を提供
することであった。しかし、水冷システムは操作が複雑
でありそして炉内雰囲気が高い粒状物含有量を有する場
合には閉塞問題に対処し得ない。更に、水冷は、炉内雰
囲気が凝縮性蒸気を含有しているときには、腐食及び閉
塞問題を増長する。
【０００５】高速気体噴射の閉塞問題への解決策として
セラミックランスが提唱された。しかし、現在入手しう
るセラミックランスは、熱その他の応力による腐食及び
クラック発生のために工業規模での操作に適当ではな
い。
セラミックランスが提唱された。しかし、現在入手しう
るセラミックランスは、熱その他の応力による腐食及び
クラック発生のために工業規模での操作に適当ではな
い。
【０００６】ノズルへの温度の影響が燃焼帯域と連通す
る空洞内にノズルを引っ込めて位置付けることにより改
善しうることが知られている。しかし、意味のある有益
な効果を実現するためには比較的大きな凹所が必要とさ
れる。高速気体噴射の場合、そうした大きな凹所は大量
の腐食性気体がそこに吸引される危険があるから有害で
ありうる。更に、これは、気体噴射速度の減少をもたら
す。こうして、ノズルは温度誘発損傷を回避はするが、
これは、凹所内に吸引される腐食性炉内気体との接触に
より生じる損傷の増大により相殺される。
る空洞内にノズルを引っ込めて位置付けることにより改
善しうることが知られている。しかし、意味のある有益
な効果を実現するためには比較的大きな凹所が必要とさ
れる。高速気体噴射の場合、そうした大きな凹所は大量
の腐食性気体がそこに吸引される危険があるから有害で
ありうる。更に、これは、気体噴射速度の減少をもたら
す。こうして、ノズルは温度誘発損傷を回避はするが、
これは、凹所内に吸引される腐食性炉内気体との接触に
より生じる損傷の増大により相殺される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高速
気体噴射システムにおいて使用することができそして高
温及び腐食性気体により生ぜしめられる損傷を減じて有
効な気体噴射を可能ならしめるランスを開発することで
ある。
気体噴射システムにおいて使用することができそして高
温及び腐食性気体により生ぜしめられる損傷を減じて有
効な気体噴射を可能ならしめるランスを開発することで
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、供給管と金
属製後方部片及びセラミック製前方部片とを有するノズ
ルを具備する複合ランスのノズルの周囲に保護気体を提
供する手段設けることにより本発明の課題を好適に解決
しうるの知見を得た。この知見に基づいて、本発明は、
（Ａ）金属製供給管と、（Ｂ）金属製でありそして前記
供給管と連通する後方部片とセラミック製でありそして
該後方部片と隣接する前方部片とを具備するノズルと、
（Ｃ）前記ノズルのセラミック製前方部片から気体を噴
射する少なくとも一つの開口と、（Ｄ）ノズルの周囲に
保護気体を提供する手段とを備える複合ランスを提供す
る。
属製後方部片及びセラミック製前方部片とを有するノズ
ルを具備する複合ランスのノズルの周囲に保護気体を提
供する手段設けることにより本発明の課題を好適に解決
しうるの知見を得た。この知見に基づいて、本発明は、
（Ａ）金属製供給管と、（Ｂ）金属製でありそして前記
供給管と連通する後方部片とセラミック製でありそして
該後方部片と隣接する前方部片とを具備するノズルと、
（Ｃ）前記ノズルのセラミック製前方部片から気体を噴
射する少なくとも一つの開口と、（Ｄ）ノズルの周囲に
保護気体を提供する手段とを備える複合ランスを提供す
る。
【０００９】また別の様相において、本発明は、燃焼帯
域の壁内にありそして燃焼帯域と連通する開通口を有す
る空洞と該空洞内に配置される複合ランスとを備える複
合ランス気体噴射装置にして、該複合ランスが（Ａ）金
属製でありそして気体源と流通する供給管と、（Ｂ）金
属製でありそして前記供給管と連通する後方部片とセラ
ミック製でありそして該後方部片と隣接する前方部片と
を具備しそして前記開通口から奥入されるノズルと、
（Ｃ）前記ノズルのセラミック製前方部片から気体を噴
射する少なくとも一つの開口と、（Ｄ）ノズルの周囲に
保護気体を提供する手段とを備えることを特徴とする複
合ランス気体噴射装置を提供する。
域の壁内にありそして燃焼帯域と連通する開通口を有す
る空洞と該空洞内に配置される複合ランスとを備える複
合ランス気体噴射装置にして、該複合ランスが（Ａ）金
属製でありそして気体源と流通する供給管と、（Ｂ）金
属製でありそして前記供給管と連通する後方部片とセラ
ミック製でありそして該後方部片と隣接する前方部片と
を具備しそして前記開通口から奥入されるノズルと、
（Ｃ）前記ノズルのセラミック製前方部片から気体を噴
射する少なくとも一つの開口と、（Ｄ）ノズルの周囲に
保護気体を提供する手段とを備えることを特徴とする複
合ランス気体噴射装置を提供する。
【００１０】本明細書において、用語「ノズル」とは、
そこを通して気体状酸化体或いは気体状可燃物（燃料）
或いは酸化体と燃料との予備混合物いずれかを空洞内或
いは燃焼帯域に噴射する装置を意味する。
そこを通して気体状酸化体或いは気体状可燃物（燃料）
或いは酸化体と燃料との予備混合物いずれかを空洞内或
いは燃焼帯域に噴射する装置を意味する。
【００１１】用語「セラミック」とは、ここでは、１２
００℃を超える温度に耐える非金属材料全般を意味す
る。セラミックは代表的には酸化物、炭化物或いは窒化
物である。
００℃を超える温度に耐える非金属材料全般を意味す
る。セラミックは代表的には酸化物、炭化物或いは窒化
物である。
【００１２】
【作用】気体は気体源から供給管及びノズルを通して空
洞そして燃焼帯域へと気体噴流として噴射される。気体
は、空気、酸素富化空気乃至工業的に高純度の酸素のよ
うな酸化体の場合もあるし、或いは燃焼帯域において燃
焼されうる可燃物を含有する任意の気体である燃料の場
合もあるし、或いは酸化体と燃料との予備混合物の場合
もある。気体は、燃焼帯域において炉内気体と混合しそ
して場合に応じて燃料或いは酸化体いずれかと燃焼して
更に炉内気体を発生する。気体噴流の高速は、炉内気体
を燃焼帯域から噴流内に吸引或いは連行せしめる。この
気体噴射への炉内気体の吸引或いは連行が付加的な非反
応性気体を与え、それにより最大火炎温度を減少するこ
とによりＮＯX 発生に有益な作用を及ぼす。この吸引作
用はまた、炉内気体を開通口に向けて吸引せしめる。こ
の作用を防止しそして腐食性を潜在的に有する炉内気体
を空洞の外に維持するために、気体噴流をノズルを通し
て空洞内に噴射する部位より上流で通孔を通して空洞内
に通される保護気体が気体噴流の動的作用によりノズル
の周囲でそれに沿って矢印により示されるように開通口
に向けて通流せしめられる。ノズルのセラミック製前方
部片先端より更に奥まった地点においての通孔からの保
護気体の放出流れは低速であり、保護気体がその奥まっ
た位置からノズルの周囲でそれに沿って吸引されそして
後気体噴流に連行されることを保証する。この追加奥入
は保護気体がノズル表面に沿って流れることを許容し、
ノズルを高温炉内気体から保護する役目をなしそして炉
内気体を空洞内に吸引されないよう維持する。大量の保
護気体は、それがノズル保護作用そして入来する危険の
ある炉内気体に体する吹掃作用を達成することを保証す
る。加えて、保護気体は同時に物理的気体障壁に加えて
冷却作用をも提供する。
洞そして燃焼帯域へと気体噴流として噴射される。気体
は、空気、酸素富化空気乃至工業的に高純度の酸素のよ
うな酸化体の場合もあるし、或いは燃焼帯域において燃
焼されうる可燃物を含有する任意の気体である燃料の場
合もあるし、或いは酸化体と燃料との予備混合物の場合
もある。気体は、燃焼帯域において炉内気体と混合しそ
して場合に応じて燃料或いは酸化体いずれかと燃焼して
更に炉内気体を発生する。気体噴流の高速は、炉内気体
を燃焼帯域から噴流内に吸引或いは連行せしめる。この
気体噴射への炉内気体の吸引或いは連行が付加的な非反
応性気体を与え、それにより最大火炎温度を減少するこ
とによりＮＯX 発生に有益な作用を及ぼす。この吸引作
用はまた、炉内気体を開通口に向けて吸引せしめる。こ
の作用を防止しそして腐食性を潜在的に有する炉内気体
を空洞の外に維持するために、気体噴流をノズルを通し
て空洞内に噴射する部位より上流で通孔を通して空洞内
に通される保護気体が気体噴流の動的作用によりノズル
の周囲でそれに沿って矢印により示されるように開通口
に向けて通流せしめられる。ノズルのセラミック製前方
部片先端より更に奥まった地点においての通孔からの保
護気体の放出流れは低速であり、保護気体がその奥まっ
た位置からノズルの周囲でそれに沿って吸引されそして
後気体噴流に連行されることを保証する。この追加奥入
は保護気体がノズル表面に沿って流れることを許容し、
ノズルを高温炉内気体から保護する役目をなしそして炉
内気体を空洞内に吸引されないよう維持する。大量の保
護気体は、それがノズル保護作用そして入来する危険の
ある炉内気体に体する吹掃作用を達成することを保証す
る。加えて、保護気体は同時に物理的気体障壁に加えて
冷却作用をも提供する。
【００１３】
【実施例】図１を参照すると、耐火壁２は、例えば二酸
化炭素、水蒸気、窒素及び／或いは酸素のような炉内気
体からなる炉内雰囲気が存在する燃焼帯域１０との境界
を構成している。炉内雰囲気は、代表的に１０９３℃
（２０００°Ｆ）を超える、通常は１０９３〜１６４９
℃（２０００〜３０００°Ｆ）の範囲にある昇温状態に
ある。炉内雰囲気はまた、ガラスバッチ物質や石炭燃焼
から生じる灰等のような粒状物質及び／或いはナトリウ
ム種や酸蒸気のような凝縮性蒸気を含有している。
化炭素、水蒸気、窒素及び／或いは酸素のような炉内気
体からなる炉内雰囲気が存在する燃焼帯域１０との境界
を構成している。炉内雰囲気は、代表的に１０９３℃
（２０００°Ｆ）を超える、通常は１０９３〜１６４９
℃（２０００〜３０００°Ｆ）の範囲にある昇温状態に
ある。炉内雰囲気はまた、ガラスバッチ物質や石炭燃焼
から生じる灰等のような粒状物質及び／或いはナトリウ
ム種や酸蒸気のような凝縮性蒸気を含有している。
【００１４】耐火壁２内には、開通口４において燃焼帯
域１０と連通する空洞１１が形成されている。一般に、
開通口４は、０．６３〜２５．４ｃｍ（０．２５〜１０
インチ）範囲内の、図１においてＤとして表示される直
径を有する。
域１０と連通する空洞１１が形成されている。一般に、
開通口４は、０．６３〜２５．４ｃｍ（０．２５〜１０
インチ）範囲内の、図１においてＤとして表示される直
径を有する。
【００１５】空洞１１内には、複合ランス１２が配置さ
れている。複合ランス１２は、２つの部分、即ち供給管
１３及びノズル３から構成される。供給管は、銅、アル
ミニウム、ステンレス鋼、その他の鋼並びに他の耐熱合
金から作製される。好ましくは、供給管１３は銅製であ
る。操作において、本発明の気体噴射装置の一部とし
て、供給管１３は、一端において酸化体或いは燃料のよ
うな気体源と流通状態にありそして他端においてノズル
３と連通する。
れている。複合ランス１２は、２つの部分、即ち供給管
１３及びノズル３から構成される。供給管は、銅、アル
ミニウム、ステンレス鋼、その他の鋼並びに他の耐熱合
金から作製される。好ましくは、供給管１３は銅製であ
る。操作において、本発明の気体噴射装置の一部とし
て、供給管１３は、一端において酸化体或いは燃料のよ
うな気体源と流通状態にありそして他端においてノズル
３と連通する。
【００１６】ノズル３は、後方部片６と前方部片７とを
具備しそして図１においてＬにより表示される軸線長さ
を有する。後方部片６はノズルの外側或いは内側いずれ
かで測定してのノズル軸線長さの約１０〜６０％を占め
そして前方部片７はノズル軸線長さの約４０〜９０％を
占める。好ましくは、ノズルは、開口の直径の０．５〜
２倍の範囲内の軸線長さを有する。一般に、これは、
２．５４〜１２．７ｃｍ（１〜５インチ）の範囲内の軸
線長さを有するノズルをもたらす。ノズルの外径は、少
なくとも空洞１１の直径の１／２でありそして好ましく
は空洞乃至開口の直径の０．５〜０．９５倍の範囲にあ
る。
具備しそして図１においてＬにより表示される軸線長さ
を有する。後方部片６はノズルの外側或いは内側いずれ
かで測定してのノズル軸線長さの約１０〜６０％を占め
そして前方部片７はノズル軸線長さの約４０〜９０％を
占める。好ましくは、ノズルは、開口の直径の０．５〜
２倍の範囲内の軸線長さを有する。一般に、これは、
２．５４〜１２．７ｃｍ（１〜５インチ）の範囲内の軸
線長さを有するノズルをもたらす。ノズルの外径は、少
なくとも空洞１１の直径の１／２でありそして好ましく
は空洞乃至開口の直径の０．５〜０．９５倍の範囲にあ
る。
【００１７】後方部片６は、ステンレス鋼及びその他の
鋼、鋳鉄並びに８１５〜１２０４℃（１５００〜２２０
０°Ｆ）の範囲内の最大使用温度を有する耐熱合金のよ
うな金属から構成される。好ましくは、後方部片６は、
供給管１３を構成する金属とは異なった金属から構成さ
れる。好ましくは、後方部片６を構成する金属はステン
レス鋼である。後方部片６は供給管１３と連通する。後
方部片６は、溶接、ろう接、螺着或いはプレス嵌めによ
り供給管１３に付設される。螺着方式がノズルを容易に
交換自在とするから好ましい。前方部片７はノズルの後
方部片６に隣接している。
鋼、鋳鉄並びに８１５〜１２０４℃（１５００〜２２０
０°Ｆ）の範囲内の最大使用温度を有する耐熱合金のよ
うな金属から構成される。好ましくは、後方部片６は、
供給管１３を構成する金属とは異なった金属から構成さ
れる。好ましくは、後方部片６を構成する金属はステン
レス鋼である。後方部片６は供給管１３と連通する。後
方部片６は、溶接、ろう接、螺着或いはプレス嵌めによ
り供給管１３に付設される。螺着方式がノズルを容易に
交換自在とするから好ましい。前方部片７はノズルの後
方部片６に隣接している。
【００１８】図２は前方部片７を後方部片６に隣接する
一つの好ましい方式を例示し、ここでは両部片は逆テー
パ継手により隣接している。図２を参照すると、セラミ
ック製前方部片７と金属製後方部片６とが逆テーパ形態
で合着された状態で示されている。逆テーパ継手ギャッ
プ２０には、れんがモルタルが２つのれんが間のギャッ
プを充填する態様と同様にして耐火セラミックセメント
が充填されている。耐火セメントを継手ギャップに送入
するのに小さな穴２１が使用される。セラミック繊維ガ
スケット２２及び２３がセラミック製前方部片が逆テー
パ継手に膨入する余地を許容するように金属製後方部片
に密着して使用される。セラミック製前方部片を金属製
後方部片に隣接する他の手段としては、締まり嵌め及び
機械的締着方式がある。
一つの好ましい方式を例示し、ここでは両部片は逆テー
パ継手により隣接している。図２を参照すると、セラミ
ック製前方部片７と金属製後方部片６とが逆テーパ形態
で合着された状態で示されている。逆テーパ継手ギャッ
プ２０には、れんがモルタルが２つのれんが間のギャッ
プを充填する態様と同様にして耐火セラミックセメント
が充填されている。耐火セメントを継手ギャップに送入
するのに小さな穴２１が使用される。セラミック繊維ガ
スケット２２及び２３がセラミック製前方部片が逆テー
パ継手に膨入する余地を許容するように金属製後方部片
に密着して使用される。セラミック製前方部片を金属製
後方部片に隣接する他の手段としては、締まり嵌め及び
機械的締着方式がある。
【００１９】前方部片７はアルミナ、シリカ、ジルコニ
ア、マグネシア或いは炭化珪素を含む耐火材料のような
セラミックから構成される。ガラス炉用途向けの好まし
いセラミック材料は、アルミナ−ジルコニア−シリケー
ト耐火材である。セラミックの最大使用温度は代表的に
１０９３〜２２０４℃（２０００〜４０００°Ｆ）の範
囲である。炉の高温側に対して通常使用されているセラ
ミック材料は一般に本発明の実施において有用である。
ア、マグネシア或いは炭化珪素を含む耐火材料のような
セラミックから構成される。ガラス炉用途向けの好まし
いセラミック材料は、アルミナ−ジルコニア−シリケー
ト耐火材である。セラミックの最大使用温度は代表的に
１０９３〜２２０４℃（２０００〜４０００°Ｆ）の範
囲である。炉の高温側に対して通常使用されているセラ
ミック材料は一般に本発明の実施において有用である。
【００２０】図１に戻って、ノズル３は、一般に０．２
５〜１５．２ｃｍ（０．１〜６インチ）範囲内の、好ま
しくは０．２５〜７．６ｃｍ（０．１〜３インチ）範囲
内の内径ｄを有する。セラミック製前方部片７におい
て、一般に直径ｄを有する開通口１４が存在し、そこを
通して気体がノズル３から空洞１１内に噴出される。ノ
ズル３は開通口４から引っ込んでいる、即ち奥まってい
る。。単一ノズルから複数の噴流を提供するためにセラ
ミック製前方部片７において複数の開口或いはオリフィ
スが使用されうる。本発明の複合ランスは、この引っ込
め（奥入）距離が温度誘発ノズル損傷を起こすことなく
比較的小さいことを可能ならしめる。引っ込め距離、即
ち開通口４からノズル３のセラミックチップまでの距離
は２Ｄに等しい距離を超えずそして好ましくは１Ｄを超
えない。空洞とノズルとの環状スペースは、高温炉から
ノズルへの輻射熱束を減ずるために一般に０．２５〜
２．５４ｃｍ（０．１〜１．０インチ）の範囲内に、好
ましくは０．２５〜１．３ｃｍ（０．１〜０．５イン
チ）範囲内に維持される。
５〜１５．２ｃｍ（０．１〜６インチ）範囲内の、好ま
しくは０．２５〜７．６ｃｍ（０．１〜３インチ）範囲
内の内径ｄを有する。セラミック製前方部片７におい
て、一般に直径ｄを有する開通口１４が存在し、そこを
通して気体がノズル３から空洞１１内に噴出される。ノ
ズル３は開通口４から引っ込んでいる、即ち奥まってい
る。。単一ノズルから複数の噴流を提供するためにセラ
ミック製前方部片７において複数の開口或いはオリフィ
スが使用されうる。本発明の複合ランスは、この引っ込
め（奥入）距離が温度誘発ノズル損傷を起こすことなく
比較的小さいことを可能ならしめる。引っ込め距離、即
ち開通口４からノズル３のセラミックチップまでの距離
は２Ｄに等しい距離を超えずそして好ましくは１Ｄを超
えない。空洞とノズルとの環状スペースは、高温炉から
ノズルへの輻射熱束を減ずるために一般に０．２５〜
２．５４ｃｍ（０．１〜１．０インチ）の範囲内に、好
ましくは０．２５〜１．３ｃｍ（０．１〜０．５イン
チ）範囲内に維持される。
【００２１】本発明の実施において、保護気体或いは包
囲気体がノズル周囲に沿ってそして後燃焼帯域に通され
る。保護気体はノズルから噴射される気体と同一でも或
いは異なっても良い。保護気体は複合ランスと同軸の環
状通路により提供されうる。図１は保護気体を供給する
ための好ましい方法を例示し、ここではランスの金属部
分、好ましくは供給管において一つ乃至複数の通孔５が
設けられ、ここを通してランス１２内部からの保護気体
或いは包囲気体がランス内部から空洞１１内へとそして
ノズル３周囲へと流れる。
囲気体がノズル周囲に沿ってそして後燃焼帯域に通され
る。保護気体はノズルから噴射される気体と同一でも或
いは異なっても良い。保護気体は複合ランスと同軸の環
状通路により提供されうる。図１は保護気体を供給する
ための好ましい方法を例示し、ここではランスの金属部
分、好ましくは供給管において一つ乃至複数の通孔５が
設けられ、ここを通してランス１２内部からの保護気体
或いは包囲気体がランス内部から空洞１１内へとそして
ノズル３周囲へと流れる。
【００２２】操作において、気体は気体源から供給管１
３及びノズル３を通して空洞１１そして燃焼帯域１０へ
と気体噴流１として噴射される。気体は、空気、酸素富
化空気乃至工業的に高純度の酸素のような酸化体の場合
もあるし、或いは燃焼帯域において燃焼されうる可燃物
を含有する任意の気体である燃料の場合もあるし、或い
は酸化体と燃料との予備混合物の場合もある。そうした
燃料の例として、天然ガス、噴霧化液体燃料、コークス
炉ガス、プロパン、水素及びメタンを挙げることができ
る。本発明は特に、気体（乃至噴霧化燃料）を６０ｍ／
秒を超え６００ｍ／秒にも及ぶ速度更にはもっと高速に
おいて噴射する高速気体（乃至噴霧化燃料）噴射用途に
有用である。気体は、空洞１１内に通りそしてそこから
燃焼帯域に通入し、ここで矢印で示されるような炉内気
体と混合しそして場合に応じて燃料或いは酸化体いずれ
かと燃焼して更に炉内気体を発生する。
３及びノズル３を通して空洞１１そして燃焼帯域１０へ
と気体噴流１として噴射される。気体は、空気、酸素富
化空気乃至工業的に高純度の酸素のような酸化体の場合
もあるし、或いは燃焼帯域において燃焼されうる可燃物
を含有する任意の気体である燃料の場合もあるし、或い
は酸化体と燃料との予備混合物の場合もある。そうした
燃料の例として、天然ガス、噴霧化液体燃料、コークス
炉ガス、プロパン、水素及びメタンを挙げることができ
る。本発明は特に、気体（乃至噴霧化燃料）を６０ｍ／
秒を超え６００ｍ／秒にも及ぶ速度更にはもっと高速に
おいて噴射する高速気体（乃至噴霧化燃料）噴射用途に
有用である。気体は、空洞１１内に通りそしてそこから
燃焼帯域に通入し、ここで矢印で示されるような炉内気
体と混合しそして場合に応じて燃料或いは酸化体いずれ
かと燃焼して更に炉内気体を発生する。
【００２３】気体噴流の高速は、炉内気体を燃焼帯域か
ら噴流１内に吸引或いは連行せしめる。この気体噴射１
への炉内気体の吸引或いは連行が付加的な非反応性気体
を与え、それにより最大火炎温度を減少することにより
ＮＯX 発生に有益な作用を及ぼす。この吸引作用はま
た、炉内気体を開通口４に向けて吸引せしめる。この作
用を防止しそして腐食性を潜在的に有する炉内気体を空
洞１１の外に維持するために、気体噴流１をノズル３を
通して空洞１１内に噴射する部位より上流で通孔５を通
して空洞１１内に通される保護気体が気体噴流の動的作
用によりノズル３の周囲でそれに沿って矢印により示さ
れるように開通口に向けて通流せしめられる。ノズル３
のセラミック製前方部片先端より更に奥まった地点にお
いての通孔５からの保護気体の放出流れは、３０ｍ／秒
以下の低速でありそして一般に１．５〜３０ｍ／秒、好
ましくは１．５〜１５ｍ／秒の範囲にある。高速噴流に
対しての保護気体の低速は、保護気体がその奥まった位
置からノズル３の周囲でそれに沿って吸引されそして後
気体噴流に連行されることを保証する。
ら噴流１内に吸引或いは連行せしめる。この気体噴射１
への炉内気体の吸引或いは連行が付加的な非反応性気体
を与え、それにより最大火炎温度を減少することにより
ＮＯX 発生に有益な作用を及ぼす。この吸引作用はま
た、炉内気体を開通口４に向けて吸引せしめる。この作
用を防止しそして腐食性を潜在的に有する炉内気体を空
洞１１の外に維持するために、気体噴流１をノズル３を
通して空洞１１内に噴射する部位より上流で通孔５を通
して空洞１１内に通される保護気体が気体噴流の動的作
用によりノズル３の周囲でそれに沿って矢印により示さ
れるように開通口に向けて通流せしめられる。ノズル３
のセラミック製前方部片先端より更に奥まった地点にお
いての通孔５からの保護気体の放出流れは、３０ｍ／秒
以下の低速でありそして一般に１．５〜３０ｍ／秒、好
ましくは１．５〜１５ｍ／秒の範囲にある。高速噴流に
対しての保護気体の低速は、保護気体がその奥まった位
置からノズル３の周囲でそれに沿って吸引されそして後
気体噴流に連行されることを保証する。
【００２４】保護気体（パージ気体）が空洞内に気体噴
射が噴射される地点より開通口から更に奥まった地点で
空洞内に放出されることが本発明に重要な要件である。
この追加奥入は保護気体がノズル表面に沿って流れるこ
とを許容し、ノズルを高温炉内気体から保護する役目を
なしそして炉内気体を空洞内に吸引されないよう維持す
る。
射が噴射される地点より開通口から更に奥まった地点で
空洞内に放出されることが本発明に重要な要件である。
この追加奥入は保護気体がノズル表面に沿って流れるこ
とを許容し、ノズルを高温炉内気体から保護する役目を
なしそして炉内気体を空洞内に吸引されないよう維持す
る。
【００２５】保護気体は、それが空洞内に通される全気
体量（即ち保護気体＋気体噴流量）の１０〜５０％、好
ましくは１０〜３０％の範囲内にあるような流量で空洞
１１に放出される。この高流量、即ち大量の保護気体
は、それがノズル保護作用そして入来する危険のある炉
内気体に体する吹掃作用を達成することを保証する。
体量（即ち保護気体＋気体噴流量）の１０〜５０％、好
ましくは１０〜３０％の範囲内にあるような流量で空洞
１１に放出される。この高流量、即ち大量の保護気体
は、それがノズル保護作用そして入来する危険のある炉
内気体に体する吹掃作用を達成することを保証する。
【００２６】保護気体は、矢印により示されるようにノ
ズル３周囲に沿って流れる。ノズル３の下流で、保護気
体は、気体噴流１に連行されそして炉内気体がノズル３
と接触するのを防止する気体障壁として機能する。従っ
て、炉内気体は空洞内に侵入するのを実質上防止され
る。気体噴流及び保護気体は、合流しそして燃焼帯域に
流入し、そこで燃料及び／酸化体となって熱及び炉内気
体を発生する燃焼反応に供せられる。こうして、たとえ
炉内雰囲気がガラス溶解炉において存在しうるような高
水準の粒状物及び／或いは凝縮性蒸気を含んでいても、
しかも小さなノズル直径にもかかわらず、ノズル３の閉
塞が防止される。本発明が有用である他の用途として
は、様々の高温溶解及び精練プロセス及び廃棄物焼却を
挙げることができる。
ズル３周囲に沿って流れる。ノズル３の下流で、保護気
体は、気体噴流１に連行されそして炉内気体がノズル３
と接触するのを防止する気体障壁として機能する。従っ
て、炉内気体は空洞内に侵入するのを実質上防止され
る。気体噴流及び保護気体は、合流しそして燃焼帯域に
流入し、そこで燃料及び／酸化体となって熱及び炉内気
体を発生する燃焼反応に供せられる。こうして、たとえ
炉内雰囲気がガラス溶解炉において存在しうるような高
水準の粒状物及び／或いは凝縮性蒸気を含んでいても、
しかも小さなノズル直径にもかかわらず、ノズル３の閉
塞が防止される。本発明が有用である他の用途として
は、様々の高温溶解及び精練プロセス及び廃棄物焼却を
挙げることができる。
【００２７】加えて、保護気体は同時に物理的気体障壁
に加えて冷却作用を提供する。従って、気体噴射手段の
水冷は必要とされず、燃焼帯域内での高温により生ぜし
められる可能性のある気体噴射手段への損傷を充分に回
避する。
に加えて冷却作用を提供する。従って、気体噴射手段の
水冷は必要とされず、燃焼帯域内での高温により生ぜし
められる可能性のある気体噴射手段への損傷を充分に回
避する。
【００２８】好ましくは、複数の本発明の複合ランス気
体噴射装置が炉の燃焼帯域内に燃料及び酸化体を別々に
噴射するのに使用される。一般に、１〜８本の複合ラン
ス気体噴射装置が一つの燃焼系において使用されうる。
炉その他の設備がこうした燃焼システムを使用しうる。
体噴射装置が炉の燃焼帯域内に燃料及び酸化体を別々に
噴射するのに使用される。一般に、１〜８本の複合ラン
ス気体噴射装置が一つの燃焼系において使用されうる。
炉その他の設備がこうした燃焼システムを使用しうる。
【００２９】本発明の複合ランスの有用性は、実際の産
業における操業において予想される悪条件の下で特に価
値がある。気体流れが例えば電力の中断のより休止され
たとき、ノズル先端の温度は炉壁温度に達する。ノズル
のセラミック製前方部片は炉或いは燃焼帯域の壁温度に
耐えランス供給管に使用されている高熱伝導率金属がノ
ズルから熱を伝達しそして放散するから金属後方部片の
過熱が起こるのを遅らせ或いは防止する。これは、操業
中の保護気体からの冷却作用と協同して、過酷な操業環
境にもかかわらず、ノズルの長い使用寿命を可能ならし
める。セラミック製前方部片は高温での長期使用後クラ
ックが発生したり或いは破損する可能性がある。しか
し、ノズルの金属製後方部片は、ノズルと同じ内径を有
しているから、噴射速度、従ってノズル有効性は悪影響
を受けない。
業における操業において予想される悪条件の下で特に価
値がある。気体流れが例えば電力の中断のより休止され
たとき、ノズル先端の温度は炉壁温度に達する。ノズル
のセラミック製前方部片は炉或いは燃焼帯域の壁温度に
耐えランス供給管に使用されている高熱伝導率金属がノ
ズルから熱を伝達しそして放散するから金属後方部片の
過熱が起こるのを遅らせ或いは防止する。これは、操業
中の保護気体からの冷却作用と協同して、過酷な操業環
境にもかかわらず、ノズルの長い使用寿命を可能ならし
める。セラミック製前方部片は高温での長期使用後クラ
ックが発生したり或いは破損する可能性がある。しか
し、ノズルの金属製後方部片は、ノズルと同じ内径を有
しているから、噴射速度、従ってノズル有効性は悪影響
を受けない。
【００３０】（実施例）図１に例示したのと同様の複合
ランスをガラス溶解炉に酸素を噴射するのに使用した。
供給管は銅製とした。ノズルは７ｃｍの軸線長さを有
し、２．５ｃｍの長さを有するステンレス鋼製後方部片
と３．５ｃｍの長さを有するアルミナ−ジルコニア−シ
リケート製前方部片を備えた。ノズルの内径は１．２７
ｃｍであった。ノズルは供給管に螺着により連結した。
前方部片は耐火セメントを充填した９．５ｍｍの逆テー
パ継手により後方部片に接合した。この複合ランスを燃
焼帯域に開口する５．１ｃｍ直径を有する耐火壁空洞内
部に配置した。ランスは、ノズル先端が開通口から２．
５ｃｍ奥入されるように配置した。ランスを工業純酸素
源に接続した。ランスは、同軸の空気冷却ジャケットを
有し、それによりランスを通しての気体噴流が止められ
たとき冷却空気がノズル周囲に提供した。セラミック性
ノズルチップを通して１３５ｍ／秒の速度そして６１．
６ｍ3 ／時間の流量において酸素を噴流として噴射し
た。燃焼帯域内の温度は１５３８℃であった。セラミッ
ク製前方部片の温度は６４９℃でありそして金属製後方
部片の温度は僅か４２７℃に過ぎなかった。
ランスをガラス溶解炉に酸素を噴射するのに使用した。
供給管は銅製とした。ノズルは７ｃｍの軸線長さを有
し、２．５ｃｍの長さを有するステンレス鋼製後方部片
と３．５ｃｍの長さを有するアルミナ−ジルコニア−シ
リケート製前方部片を備えた。ノズルの内径は１．２７
ｃｍであった。ノズルは供給管に螺着により連結した。
前方部片は耐火セメントを充填した９．５ｍｍの逆テー
パ継手により後方部片に接合した。この複合ランスを燃
焼帯域に開口する５．１ｃｍ直径を有する耐火壁空洞内
部に配置した。ランスは、ノズル先端が開通口から２．
５ｃｍ奥入されるように配置した。ランスを工業純酸素
源に接続した。ランスは、同軸の空気冷却ジャケットを
有し、それによりランスを通しての気体噴流が止められ
たとき冷却空気がノズル周囲に提供した。セラミック性
ノズルチップを通して１３５ｍ／秒の速度そして６１．
６ｍ3 ／時間の流量において酸素を噴流として噴射し
た。燃焼帯域内の温度は１５３８℃であった。セラミッ
ク製前方部片の温度は６４９℃でありそして金属製後方
部片の温度は僅か４２７℃に過ぎなかった。
【００３１】酸素の代わりに天然ガスをランスを通して
６８ｍ／秒の速度そして３１ｍ3 ／時間の流量において
流したことを除いて上記の過程を繰り返した。セラミッ
ク製前方部片の温度は８２１℃でありそして金属製後方
部片の温度は僅か４９９℃に過ぎなかった。
６８ｍ／秒の速度そして３１ｍ3 ／時間の流量において
流したことを除いて上記の過程を繰り返した。セラミッ
ク製前方部片の温度は８２１℃でありそして金属製後方
部片の温度は僅か４９９℃に過ぎなかった。
【００３２】
【発明の効果】高速気体噴射システムにおいて使用する
ことができそして高温及び腐食性気体により生ぜしめら
れる損傷を減じて有効な気体噴射を可能ならしめるラン
スの開発に成功した。
ことができそして高温及び腐食性気体により生ぜしめら
れる損傷を減じて有効な気体噴射を可能ならしめるラン
スの開発に成功した。
【００３３】以上、本発明の好ましい具体例について説
明したが、本発明の範囲内で多くの変更をなしうること
を銘記されたい。
明したが、本発明の範囲内で多くの変更をなしうること
を銘記されたい。
【図１】本発明の複合ランス及び気体噴射装置の好まし
い具体例の断面図である。
い具体例の断面図である。
【図２】ノズルのセラミック性前方部片を金属製後方部
片に隣接して接合する好ましいし手段の上下状態で表し
た説明図である。
片に隣接して接合する好ましいし手段の上下状態で表し
た説明図である。
１ 気体噴流 ２ 耐火壁 ３ ノズル ４ 開通口 ５ 通孔 ６ 後方部片 ７ 前方部片 １０ 燃焼帯域 １１ 空洞 １２ 複合ランス １３ 供給管 ２０ 逆テーパ継手ギャップ ２１ 穴 ２２、２３ セラミック繊維ガスケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒサシ・コバヤシ アメリカ合衆国ニューヨーク州パットナム バリー、バージャー・ストリート170 (72)発明者 ジェフリー・ブルース・トゥーソン アメリカ合衆国ニューヨーク州ヨークタウ ンハイツ、アールディーナンバー２、ボッ クス83
Claims (12)
- 【請求項１】 （Ａ）金属製供給管と、（Ｂ）金属製で
ありそして前記供給管と連通する後方部片とセラミック
製でありそして該後方部片と隣接する前方部片とを具備
するノズルと、（Ｃ）前記ノズルのセラミック製前方部
片から気体を噴射する少なくとも一つの開口と、（Ｄ）
ノズルの周囲に保護気体を提供する手段とを備える複合
ランス。 - 【請求項２】 ノズルの周囲に保護気体を提供する手段
がランスの金属製部分においてランス内部から気体を放
出する少なくとも一つの通孔を含む請求項１の複合ラン
ス。 - 【請求項３】 ランスの金属製部分における少なくとも
一つの通孔が供給管にある請求項２の複合ランス。 - 【請求項４】 供給管が銅製でありそして後方部片がス
テンレス鋼製である請求項１の複合ランス。 - 【請求項５】 前方部片がアルミナ−ジルコニア−シリ
ケート製である請求項１の複合ランス。 - 【請求項６】 金属製後方部片がノズルの軸線長さの１
０〜６０％を構成しそしてセラミック製前方部片がノズ
ルの軸線長さの４０〜９０％を構成する請求項１の複合
ランス。 - 【請求項７】 燃焼帯域の壁内にありそして燃焼帯域と
連通する開通口を有する空洞と該空洞内に配置される複
合ランスとを備える複合ランス気体噴射装置にして、該
複合ランスが（Ａ）金属製でありそして気体源と流通す
る供給管と、（Ｂ）金属製でありそして前記供給管と連
通する後方部片とセラミック製でありそして該後方部片
と隣接する前方部片とを具備しそして前記開通口から奥
入されるノズルと、（Ｃ）前記ノズルのセラミック製前
方部片から気体を噴射する少なくとも一つの開口と、
（Ｄ）ノズルの周囲に保護気体を提供する手段とを備え
ることを特徴とする複合ランス気体噴射装置。 - 【請求項８】 ノズルが開通口から該開通口の直径の２
倍を超えない距離引っ込められている請求項７の複合ラ
ンス気体噴射装置。 - 【請求項９】 金属製後方部片がノズルの軸線長さの１
０〜６０％を構成しそしてセラミック製前方部片がノズ
ルの軸線長さの４０〜９０％を構成する請求項７の複合
ランス気体噴射装置。 - 【請求項１０】 ノズルの周囲に保護気体を提供する手
段がランスに金属製部分においてランス内部から気体を
放出する少なくとも一つの通孔を含む請求項７の複合ラ
ンス気体噴射装置。 - 【請求項１１】 ノズルの外径が開通口の直径の０．５
〜０．９５倍の範囲内にある請求項７の複合ランス気体
噴射装置。 - 【請求項１２】 ノズルの軸線長さが開通口の直径の
０．５〜２．０倍の範囲内にある請求項７の複合ランス
気体噴射装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/888,506 US5266025A (en) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | Composite lance |
| US888506 | 1992-05-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0634112A true JPH0634112A (ja) | 1994-02-08 |
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|---|---|---|---|
| JP5145426A Pending JPH0634112A (ja) | 1992-05-27 | 1993-05-26 | 複合ランス |
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| EP (1) | EP0571984B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0634112A (ja) |
| KR (1) | KR0178058B1 (ja) |
| CN (1) | CN1043681C (ja) |
| BR (1) | BR9302053A (ja) |
| CA (1) | CA2097006C (ja) |
| DE (1) | DE69308382T2 (ja) |
| ES (1) | ES2098589T3 (ja) |
| MX (1) | MX9303113A (ja) |
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| US8522575B2 (en) | 2009-04-07 | 2013-09-03 | Nipro Corporation | Method for producing medical glass container and burner for inner surface treatment of medical glass container |
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