JPS6342310A - 高炉の送風ノズル - 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】 産業上の利用分野 本発明は、熱風をさらに加熱する手段を備える高炉用ま
たはその他の還元溶解炉用の送風ノズルに関する。この
送風ノズルは、金属外壁と、固い耐火性材料からなる内
側被覆とを備えている。さらに、この送風ノズルは、円
筒状本体と、大径側がこの円筒状本体に接続された円錐
台状本体と、この円錐台状本体の小径側に接続されたほ
ぼ円筒形のノズルとが互いに同軸に連結した構成となっ
ている。

従来の技術 このタイプの送風ノズルは公知である。送風ノズルには
、高炉の炉床の上端部の周囲に設けた羽口に加熱ガス、
特に加熱空気（「熱風」と呼ばれる）を導く機能がある
。送風ノズルは炉壁内に設けた穴の中に設置されている
。この送風ノズルには、カラパー成熱風炉からの熱風が
送られる熱風環状管に接続された下向きの送風支管を介
してガスが供給される。

製鉄用高炉の場合には、現在行われている方法によると
、熱風は、この高炉の付属装置、すなわちカラパー成熱
風炉内で予熱されて約１２００℃の高温となり高炉内に
吹込まれる。熱風の温度がこのように高いため、送風ノ
ズルの内面には耐火性被覆が必要とされる。自然対流の
みで冷却している送風ノズルの金属外壁は従来は約３０
０℃の温度に保たれることになる。この温度だと金属外
壁を構成している金属板が膨張して、この金属板から耐
火性コンクリートが多少剥離する。もっともこの現象が
あると耐火性材料と金属板の間の熱伝導が小さくなるた
め、送風ノズルから大気への熱損失が妨げられるという
点でこの現象は好ましいものである。

現在のところ、高炉で消費するコークスの量を少なくす
るためには温度のより高い熱風を利用することが知られ
ている。熱風をより高温に熱するには、送風ノズルの位
置またはその近傍で、特に電気的手段、例えばプラズマ
トーチを用いる。

発明が解決しようとする問題点 この結果として熱風の温度が上がると（製鉄用高炉の場
合には従来の９００〜１１００℃ではなく、容易に１８
００℃という高温が得られる）送風ノズル内に余分な応
力が発生する。従って、送風ノズルの金属外壁を例えば
水を循環させて冷却することがほとんど不可欠になる。

さらに、プラズマトーチが送風ノズルに組み込まれてい
る場合には、送風ノズルを変形して、特に直径を大きく
して、内壁とガスプラズマジェットをできるだけ離すこ
とが好ましい。

上記のような理由で、送風ノズルの壁面を通して熱が失
われる割合が大きくなるために、従来より高温の熱風を
利用することの利点は一部が打消されてしまい、最終的
にはより高温の熱風を送ることの意味がなくなってしま
う。

本発明の目的は、送風ノズルの位置での熱損失を少なく
することにより、より高温の熱風を送風する方式の炉の
機能を向上させることである。

本発明の別の目的は、より高温の熱風を用いるのに極め
て適した送風ノズルを提供することである。特に、プラ
ズマトーチ型の電気的送風加熱手段を備える送風ノズル
を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 この目的を達成するため、本発明においては、送風ノズ
ルは金属外壁と密に張りつめた通常の耐火性内側被覆と
の間の位置に、この送風ノズルの円筒状本体と円錐台状
本体の少なくとも一部分にわたってファイバ状断熱材料
層を備えている。

作用 本発明の発明者は熱損失の大きな原因が２つあることを
見出した。第１の原因は、熱風用送風ノズルが（金属外
壁上を強制的に循環させている流体によって）外側から
冷却されるためにこの送風ノズルの内側の高温Ｔ２と外
側の低温ＴＩとの温度差が極めて大きくなることにある
。さらに、金属外壁が強力に冷却されているため、耐火
性内側被覆と比べればまったく、あるいはほとんど膨張
しない。このため、先に説明した冷却を行わない従来の
送風ノズルとは異なり「内側被覆−金属外壁」の接続部
分の熱抵抗が最小になる。この結果、この部分での熱交
換がますます容易になり、大量のエネルギが冷却回路か
ら無駄に散逸する。

熱損失を増大させるもう１つの原因は、プラズマトーチ
を備える送風ノズルの直径が大きくなることにある。送
風ノズルの直径が大きくなると外部との熱交換が行われ
る壁面の面積が大きくなる。

その結果として熱損失が大きくなる。

上記の本発明によれば、送風ノズルの壁面を介しての熱
損失を大きく減らすことができる。

本発明の別の利点は、熱損失が減少するために熱風によ
り炉に供給されるエネルギが増加してこの炉の性能が向
上することである。

本発明のさらに別の利点は、送風ノズルの大きさ、特に
直径を従来と同じにしておけることである。このために
は、密に張りつめた耐火性被覆の外周部分に代わってフ
ァイバ状断熱材料層を設けるっこのようにすると、耐火
性被覆全体の厚さを薄くし、しかも送風ノズル全体の大
きさを従来と同じに保っておきながら、熱損失を大きく
減らすことができる。

本発明の１実施態様によれば、ファイバ状断熱材料層は
円筒状本体と円錐台状本体の両方の位置にまたがって配
置される。このようにすると、下向きの送風支管から送
風ノズルへ熱風を導入する領域およびこの送風ノズルに
取り付けた電気的手段を用いてさらにこの熱風を加熱す
ることになる領域での熱損失の減少度を最大にすること
ができる。

本発明の１実施Ｂｎによれば、熱風をより高温に加熱す
るためのプラズマトーチは送風ノズルの軸線に沿って配
置されており、この送風ノズルは、プラズマトーチを備
えない従来のプラズマトーチと直径が等しくなる大きさ
にまで小さくなっている。

この構成は特に好ましい。というのは、この構成だとプ
ラズマトーチを側面に設置する場合と異なり、プラズマ
トーチの正面に位置する送風ノズルの内壁面が傷むこと
はないからである。この結果として送風ノズルの直径を
小さくすることができる。しかし、本発明の構成でない
場合には、送風ノズルの縦軸線に対して斜めにプラズマ
トーチを取り付けることができるよう送風ノズルは直径
を大きくする必要がある。

直径をこのように小さくすることができるため、送風ノ
ズルの熱損失がさらに少なくなる。例えば一定の熱量が
送風ノズルを通して熱風によりもだ。

らされる場合を考える。この場合、送風ノズルの壁面の
面積が小さくなっているので、この壁面からの単位面積
あたりの熱損失は増大するが、全体の熱損失は減少する
ことが確かめられた。

本発明の他の特徴および利点は、高炉用のプラズマトー
チ付送風ノズルの１実施例に関する図面を参照した以下
の説明により明らかになろう。

実施例 高炉においては、送風ノズルは、この高炉の内部に向か
って開口している羽口にノズル６が支持されて、全体が
この羽口と同軸になるように設置されている。カラパー
成熱風炉からの熱風は下向き送風支管７を通して側面か
ら送風ノズルに導入される。この熱風は送風ノズル内を
通過し、プラズマトーチ８から発生する極めて高温のガ
スプラズマ流と接触して加熱され、高炉の羽口内の送風
ノズルのノズルを通過して高炉の内部に送り込まれる。

送風ノズルは金属外壁１を備えている。この金属外壁１
は、周囲を取り囲んでいる冷却手段１０内を水を強制的
に姑環させて冷却する。この送風ノズルの内側は、全長
にわたって耐火性コンクリート２からなるライニングで
構成されている。この送風ノズルは３つの領域に分ける
ことができる。

すなわち、円筒状本体４と円錐台状本体５とノズル６の
３つである。円筒状本体４には下向き送風支管７が開口
しており、しかもプラズマトーチ８が差込まれている。

この円筒状本体４の後端部は板９で塞がれている。円錐
台状本体５は大径側が円筒状本体４に接続されており、
ノズル６がこの円錐台状本体５の小径側に接続されてい
る。

円筒状本体４と円錐台状本体５の全長にわたって、耐火
性コンクリート２と金属外壁１の間の位置に約１４００
℃の温度に耐えるファイバ状断熱材料層３が配置されて
いる。

第１図に実線で示した実施例によると、プラズマトーチ
８が円筒状本体の側壁にノズルの方向を向けて固定され
ている。プラズマトーチと送風ノズルのなす角度は４５
°である。

この構成にすると、プラズマの先端は送風により完全に
曲がることはないため、プラズマトーチの正面の耐火性
コンクリートの内面に当たる。この結果、この位置が早
く損耗する。

プラズマトーチを送風ノズルの縦軸線に沿って配置する
点線８ａで示した構成にはさらに別の利点がある。とい
うのは、この構成だと上記の構成の場合と比べて送風ノ
ズルの直径を小さくできるからである。特に、円筒状本
体の直径を（プラズマトーチを側面に取り付けた場合の
２８０ｍｍではなく）２２０ｍｍに小さくし、円錐台状
本体の平均直径を（２３０ｍ＋＋＋ではなく　）　２０
０ｍｍに小さくすると、両方の位置での単位面積あたり
の熱流量は増大するが全体での熱損失は減少する。直径
を小さくするだけで、送風ノズルの熱損失を６％減らす
ことができる。

本発明の送風ノズルの数値の一例を以下に示す。

内径が２２０　ｍｍの円筒状本体の位置では、熱伝導率
が４．０７Ｗ／ｍ’　Ｋ（３，５Ｋｃａｌ　／ｈｍｔ）
の耐火性コンクリートの厚さが５０ｍｍであり、１４０
０℃の温度に耐える（「ケルラン６０（Ｋｅｒｌａｎｅ
　６０）　Ｊタイプの）ファイバ状断熱材料層の厚さが
１０＋ｎｍである。平均直径が２００ｍｍの円錐台状本
体の位置では、耐火性コンクリートの厚さが３５印であ
り、ファイバ状断面材料層の厚さが５ｍｍである。ファ
イバ状断面材料は円筒状本体の位置に使用したものと同
じ種類である。直径が１７９胴のノズルの位置では耐火
性コンクリートの厚さが１２ｎ＋ｍであり、ファイバ状
断熱材料層は設けられていない。

この送風ノズルは１８００℃の熱風にも耐えることがで
きる。また、この送風ノズルを用いると、直径がより大
きくファイバ状断熱材料層を備えていない従来の送風ノ
ズルの場合と比べて熱損失が５０％減る。

熱風の温度を１６００℃にして本発明の送風ノズルを使
用する場合には、エネルギの節約分がプラズマトーチの
パワーを３％大きくしたことに相当する。

本発明の送風ノズルの別の利点は、耐火性コンクリート
の厚さが減った〈従来の送風ノズルでの６０ｍｍという
厚さが５０ｍｍになった）にもかかわらず耐火性がほと
んど低下しないことである。さらに、耐人件コンクリー
トの内面と外面の間の温度差が従来よりも小さくなる。

これは、耐火性コンクリートの外面が冷却された金属外
壁とはもはや直接に接触しておらず、この耐火性コンク
リートに及ぼされる熱応力が小さくなって、熱に対する
耐性が向上するからである。

もちろん、本発明が上記の実施例のみに限定されること
はない。例えば、送風ノズルの円筒状本体の直径を２８
Ｏｎ＋ｍにしたままでファイバ状断熱材料層の厚さを２
０ｍｍにすることができる。この場合には円筒状本体で
の熱損失は従来の送風ノズルの円筒状本体での熱損失の
１１５に減る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の送風ノズルの軸線を含む断面概略図
である。 （主な参照番号） １・・・金属外壁　２・・・耐火性コンクリート３・・
・ファイバ状断熱材料層 ４・・・円筒状本体　５・・・円錐台状本体６・・・ノ
ズル　　　７・・・下向き送風支管８・・・プラズマト
ーチ　９・・・板 １０・・・冷却手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）熱風をさらに加熱するためのプラズマトーチ（８
   ）を含む手段を備え、さらに、外表面上を冷却流体が循
   環する形式の冷却手段（１０）が取り付けられた金属外
   壁（１）と、固い耐火性材料からなる内側被覆（２）と
   を備え、円筒状本体（４）と、大径側がこの円筒状本体
   に接続された円錐台状本体（５）と、この円錐台状本体
   の小径側に接続されたほぼ円筒形のノズル（６）とが互
   いに同軸に連結した構成の還元溶解炉用、特に高炉用送
   風ノズルにおいて、この送風ノズルが上記金属外壁（１
   ）と上記耐火性内側被覆（２）の間にファイバ状断熱材
   料層（３）を備えることを特徴とする送風ノズル。 （２）上記ファイバ状断熱材料層（３）が、上記円（３
   ）上記ファイバ状断熱材料層（３）の厚さが、固い耐火
   性材料の厚さが約５０ｍｍである上記円筒状本体（４）
   の位置で約１０ｍｍであり、固い耐火性材料の厚さが約
   ３５ｍｍである上記円錐台状本体（５）の位置で約５ｍ
   ｍであることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の送風ノズル。 （４）上記送風ノズルの軸線に沿って上記プラズママト
   ーチ（８）を配置する手段を備え、この送風ノズルの外
   径が、プラズマトーチを用いた熱風をさらに加熱する手
   段をもたない従来の送風ノズルの外径とほぼ等しいこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の送風ノズル
   。