(57)【要約】【課題】例えばシュレッダーダストやこれを処理した際に発生する難燃性のチャーなどの粉体可燃物を好適に燃焼させて、製鋼用電気炉の熱エネルギー源として有効利用することを可能にしたバーナ及びこれを用いた粉体可燃物の燃焼方法並びに冷鉄源の溶解・精錬方法を提供する。【解決手段】粉体供給管１と、一次支燃性ガス供給管２と、二次支燃性ガス供給管６と、燃料供給管８とを備えた多重管構造で形成されており、噴出室４を形成する一次支燃性ガス供給管２の先端２ｂ側の内面２ａには、二次支燃性ガス流路５と繋がり、二次支燃性ガスを噴出室４内に噴出させる二次支燃性ガス噴出孔１２と、燃料流路７と繋がり、液状またはガス状の燃料を噴出室４内に噴出させる燃料噴出孔１３とが開口しており、二次支燃性ガス噴出孔１２は、軸線Ｏ１と略平行に噴出する一次支燃性ガスの外周側から旋回流として二次支燃性ガスを噴出するように形成されている。【選択図】図１
2008039362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低発熱量の粉体可燃物を支燃性ガスと助燃燃料を用いて燃焼させるバーナであって、
前記粉体可燃物をバーナの軸線方向に粉体流として噴出させる粉体供給管と、該粉体供給管が挿通されて、該粉体供給管との間に一次支燃性ガス流路を形成するとともに前記粉体供給管の先端よりも前方に噴出室を形成する一次支燃性ガス供給管と、前記一次支燃性ガス供給管が挿通されて前記一次支燃性ガス供給管との間に二次支燃性ガス流路を形成する二次支燃性ガス供給管と、前記二次支燃性ガス供給管が挿通されて前記二次支燃性ガス供給管との間に燃料流路を形成する燃料供給管とを備えた多重管構造であり、
前記一次支燃性ガス供給管の内面には、前記粉体供給管の先端よりも前方に、前記二次支燃性ガス流路と繋がり、二次支燃性ガスを前記噴出室内に噴出させる二次支燃性ガス噴出孔と、前記燃料流路と繋がり、液状またはガス状の燃料を前記噴出室内に噴出させる燃料噴出孔とが開口しており、
前記二次支燃性ガス噴出孔は、前記軸線と略平行に噴出する前記一次支燃性ガスの外周側から旋回流として前記二次支燃性ガスを噴出するように形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
請求項１記載のバーナにおいて、
前記燃料流路を、液体燃料流路と噴霧用ガス流路とに区画する噴霧ガス供給管と、前記両流路を流通した液体燃料と噴霧用ガスとを合流させて前記燃料を霧化するための霧化室とが設けられていることを特徴とするバーナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバーナにおいて、
前記噴出室の内面の前記燃料噴出孔よりも先端側に、周方向に溝が形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のバーナを用いた低発熱量の粉体可燃物の燃焼方法であって、
前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスとの流量比率が２／８〜７／３となるように前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスの流量を調整することを特徴とする粉体可燃物の燃焼方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のバーナを用いた低発熱量の粉体可燃物の燃焼方法であって、
前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスの流出流速比が０．５〜１．４となるように、前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスの流量を調整することを特徴とする粉体可燃物の燃焼方法。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のバーナを用いた低発熱量の粉体可燃物の燃焼方法であって
前記粉体可燃物と前記燃料の発熱量を合わせた全発熱量に対し、前記燃料の発熱量の割合が２５％以上となるように前記粉体可燃物と前記燃料の流量を調整することを特徴とする粉体可燃物の燃焼方法。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずかに記載の粉体可燃物の燃焼方法であって、
発熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の前記粉体可燃物を用いることを特徴とする粉体可燃物の燃焼方法。
【請求項８】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のバーナを用いて冷鉄源の溶解・精錬を行う方法であって、
前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスを噴出させるバーナモードで前記冷鉄源を溶解して溶鋼にした後に、前記二次支燃性ガスの供給を止めてランスモードに変更し、前記粉体可燃物及び前記一次支燃性ガスを前記溶鋼に吹き込むことを特徴とする冷鉄源の溶解・精錬方法。
【請求項９】
請求項８記載の冷鉄源の溶解・精錬方法において、
発熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の前記粉体可燃物を用いることを特徴とする冷鉄源の溶解・精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば製鋼用電気炉などに取り付けられて使用されるバーナ及びこれを用いた粉体可燃物の燃焼方法並びに冷鉄源の溶解・精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用済みの自動車や家電製品などは、シュレッダーと称される鋼鉄製の破砕爪を複数備えた破砕機によって切断・破砕処理される。そして、破砕物（切断物）から風力、磁力、電気的吸着などによって鉄、銅、アルミニウムなどの金属類が分別されて、資源として再利用されている。一方、金属類が取り除かれたガラスやプラスチック、ゴム、繊維などの混合残渣は、一般にシュレッダーダストと呼ばれ、管理型最終処分場に埋め立て処分されていた。
【０００３】
これに対し、近年、最終処分場の不足などを背景に、例えば石炭の３／４程度以下（４０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度以下）の発熱量を有した難燃性の可燃物であるこのシュレッダーダストを再利用する試みがなされている。例えば、特許文献１に開示されるシュレッダーダストの処理方法では、シュレッダーダストを鉄屑及び石灰石とともに金属溶解用電気炉（製鋼用電気炉）に装入し、シュレッダーダストに含まれるプラスチック類等の可燃物を焼却する際に発生する熱を電気炉内の加熱に利用するとともに、ガラス類等の不燃物を熔融しスラグとして排出して再利用することを提案、開示している。この処理方法は、極めて簡便で低コストな処理技術であり、シュレッダーダスト中に含まれる可燃物の焼却とガラス類や重金属などのスラグ化を同時に行え、また、シュレッダーダスト中に残った鉄分を直接回収できるという利点を有している。
【０００４】
一方、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ：Automobile Shredder Residue）においては、さらに高度選別して、可燃物のエネルギーを効率的に回収する方法が提案されている（非特許文献１参照）。すなわち、例えば、回転キルン式熱分解炉を用い、シュレッダーダストを約５５０℃の温度で蒸し焼きにすることで、可燃性ガスとチャー（固形カーボン）に熱分解し、このうち可燃性ガスを約１１００℃のガスクラッカー中で高分子量の水素、一酸化炭素、メタンより構成される改質ガスに改質して、さらにガス洗浄装置で有害成分を取り除くことにより燃料ガスを生成するようにしている。
【特許文献１】特開平１１−１０１１７号公報
【非特許文献１】船崎敦ら，エネルギー・資源，“自動車シュレッダーダスト処理に関するライフサイクルアセスメント（第二報）−エネルギー回収−”，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１，ｐ．５６−６２，２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたシュレッダーダストの処理方法においては、シュレッダーダストに含まれる可燃物が、炉内で原料と混在し且つ点在するため、電気炉作業口などの局部からの巻き込み空気により原料中で効率的に可燃物を完全燃焼させることが困難となり、炉内の高温雰囲気で可燃物がガス化されてそのガスが炉内上部の空間部分で空気と燃焼反応を生じてしまう。このため、排ガス温度が上昇することになり、可燃物の燃焼による熱エネルギーを電気炉内の加熱に効率的に用いることができないという問題があった。
【０００６】
また、シュレッダーダストを回転キルン式熱分解炉で処理した場合には、可燃性ガスを抽出することができる反面、可燃性ガスとともに生成される燃焼性が低い固形カーボンのチャーを製鋼プロセス中で有効利用する手段が無く、やはり管理型最終処分場に処分せざるを得ないという問題があった。このため、特に大量のエネルギーを使用する製鋼用電気炉での熱エネルギー源としてこのチャーを有効利用できる技術が熱望されていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑み、例えばシュレッダーダストやこれを処理した際に発生する難燃性のチャーなどの粉体可燃物を好適に燃焼させて、製鋼用電気炉の熱エネルギー源として有効利用することを可能にしたバーナ及びこれを用いた粉体可燃物の燃焼方法並びに冷鉄源の溶解・精錬方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明のバーナは、低発熱量の粉体可燃物を先端から軸線方向に粉体流として噴出させる粉体供給管と、粉体供給管が挿通されて、粉体供給管との間に一次支燃性ガス流路を形成するとともに粉体供給管の先端よりも前方に噴出室を形成する一次支燃性ガス供給管と、一次支燃性ガス供給管が挿通されて一次支燃性ガス供給管との間に二次支燃性ガス流路を形成する二次支燃性ガス供給管と、二次支燃性ガス供給管が挿通されて二次支燃性ガス供給管との間に助燃燃料の燃料流路を形成する燃料供給管とを備えた多重管構造であり、前記一次支燃性ガス供給管の内面には、前記粉体供給管の先端よりも前方に、前記二次支燃性ガス流路と繋がり、二次支燃性ガスを前記噴出室内に噴出させる二次支燃性ガス噴出孔と、前記燃料流路と繋がり、液状またはガス状の燃料を前記噴出室内に噴出させる燃料噴出孔とが開口しており、前記二次支燃性ガス噴出孔は、前記軸線と略平行に噴出する一次支燃性ガスの外周側から旋回流として二次支燃性ガスを噴出するように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のバーナにおいては、助燃燃料として液状の燃料を使用する場合に、前記燃料流路を、液状の燃料が流通する液体燃料流路と噴霧用ガスが流通する噴霧用ガス流路とに区画するとともに、両流路を流通した燃料と噴霧用ガスを燃料流路の先端側で合流させて燃料を霧化するための霧化室とが設けられていることが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明のバーナにおいては、前記噴出室の内面の燃料噴出孔よりも先端側に、周方向に溝が形成されていることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の低発熱量の粉体可燃物の燃焼方法は、上記のいずれかに記載のバーナを用いた粉体可燃物の燃焼方法であって、前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスとの流量比率が２／８〜７／３となるように一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量を調整することがより望ましい。
【００１３】
さらに、本発明の低発熱量の粉体可燃物の燃焼方法は、上記のいずれかに記載のバーナを用いた粉体可燃物の燃焼方法であって、前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスの流出流速比が０．５〜１．４となるように、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量を調整することがより望ましい。
【００１４】
また、本発明の低発熱量の粉体可燃物の燃焼方法は、上記のいずれかに記載のバーナを用いた粉体可燃物の燃焼方法であって、前記粉体可燃物と前記燃料の発熱量を合わせた全発熱量に対し、燃料の発熱量の割合が２５％以上となるように粉体可燃物と燃料の流量を調整することがさらに望ましい。
【００１５】
さらに、本発明の低発熱量の粉体可燃物の燃焼方法においては、発熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の粉体可燃物を用いることが望ましい。
【００１６】
本発明の冷鉄源の溶解・精錬方法は、上記のいずれかに記載のバーナを用いて冷鉄源の溶解・精錬を行う方法であって、前記一次支燃性ガスと前記二次支燃性ガスを噴出させるバーナモードで冷鉄源を溶解して溶鋼にした後に、二次支燃性ガスの供給を止めてランスモードに変更し、粉体可燃物及び一次支燃性ガスを溶鋼に吹き込むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の冷鉄源の溶解・精錬方法においては、発熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の粉体可燃物を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のバーナ及び冷鉄源の溶解・精錬方法によれば、一次支燃性ガスと粉体可燃物が同軸方向に噴出され、二次支燃性ガスが旋回流として噴出されることによって、旋回する火炎を形成できるとともに、この火炎で粉体流を包むことができる。これにより、粉体流中の粉体可燃物を確実に火炎に混合させることができ、この粉体可燃物を火炎で着火させつつ燃焼させることができる。そして、このようなバーナを用いて、例えば製鋼用電気炉に装入した冷鉄源の溶解と精錬を行う場合には、冷鉄源を火炎によって溶解させるとともに火炎中で燃焼した粉体可燃物を冷鉄源に供給することができ、この冷鉄源を溶解させるバーナモードにおいて粉体可燃物の熱エネルギーを冷鉄源に着熱させることができる。また、バーナモードで冷鉄源を溶解させた後に、二次支燃性ガスの供給を停止するという簡易な操作で、一次支燃性ガスとともに燃焼した粉体可燃物を溶鋼に吹き込む（ランスモード）ことができる。そして、このようにランスモードで使用する際には、溶鋼に粉体可燃物の熱エネルギーを着熱させることができ、且つスラグフォーミングを好適に行なうことができるため、製鋼用電気炉の着熱効率を大幅に向上させて溶鋼を効率的に精錬することが可能になるとともに、高品質の鋼材を生成することが可能になる。
【００１９】
よって、従来埋め立て処分されて再利用することが困難であったチャーなどの例えば発熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の難燃性の粉体可燃物を熱エネルギー源として再利用することが可能になり、また、冷鉄源の溶解と精錬を効率的に行なうことが可能になる。
【００２０】
また、本発明のバーナにおいては、噴霧用ガス供給管を備えることで、液状の燃料を霧化して供給することができる。これにより、安定した火炎を形成することができるとともに粉体可燃物の流速を高速化することができ、粉体可燃物の火炎による燃焼率を向上させることができる。よって、バーナモードでの使用では、冷鉄源に粉体可燃物の熱エネルギーを効率的に着熱させることができ、また、ランスモードでの使用では、粉体可燃物の流速が高速化されることで、より効率的に粉体可燃物の燃焼による熱エネルギーを溶鋼へ直接着熱させることができるとともに、好適にスラグフォーミングさせることができ、製鋼用電気炉の着熱効率を向上させつつ高品質の鋼材を生成することが可能になる。
【００２１】
さらに、本発明のバーナにおいては、一次支燃性ガス供給管の噴出室の内面に周方向の溝が形成されていることによって、燃料と一部の一次支燃性ガスの混合気をこの溝付近で淀ませることができる。これにより、形成した火炎を安定した状態で保炎することができ、確実に粉体可燃物を火炎中で燃焼させることが可能になる。
【００２２】
また、本発明のバーナにおいては、一次支燃性ガス供給管を中細ノズルにすることによって、一次支燃性ガスの噴出流速を音速以上にすることができる。さらに、本発明のバーナを用いた粉体可燃物の燃焼方法においては、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスとの流量比率が２／８〜７／３となるようにして一次支燃性ガスと二次支燃性ガスを供給することによって、バーナ中心軸方向距離が小さい部分（形成した火炎の基端側に近い部分）での粉体可燃物の燃焼率を高めることができる。すなわち、火炎中に混合した粉体可燃物を早期に燃焼させることができ、確実に粉体可燃物を燃焼させて、この熱エネルギーを冷鉄源に着熱させることができる。
【００２３】
さらに、本発明のバーナを用いた粉体可燃物の燃焼方法においては、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流出流速比を０．５〜１．４となるようにして、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスを供給することによって、火炎中に混合した粉体可燃物を早期に燃焼させることができ、確実に供給した粉体可燃物を燃焼させて、この熱エネルギーを冷鉄源に着熱させることができる。
【００２４】
また、本発明のバーナを用いた粉体可燃物の燃焼方法においては、粉体可燃物と燃料の発熱量を合わせた全発熱量に対し、燃料の発熱量の割合が２５％以上となるように粉体可燃物及び燃料を供給することによって、確実に粉体可燃物を火炎で燃焼させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の第１実施形態に係るバーナ及びこれを用いた粉体可燃物の燃焼方法並びに冷鉄源の溶解・精錬方法について説明する。本実施形態は、ＡＳＲ（Automobile Shredder Residue）等の廃棄物を処理する際に発生する難燃性のチャー（粉体可燃物）を製鋼用電気炉で有効にエネルギー利用するためのバーナ及び例えば鉄スクラップなどの冷鉄源の溶解・精錬方法に関するものである。
【００２６】
本実施形態のバーナＡは、図１及び図２に示すように、それぞれ略円筒状に形成され、例えば４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の低発熱量の粉体可燃物を先端１ａから軸線Ｏ１方向前方に粉体流として噴出させる粉体供給管１と、先端２ａが粉体供給管１の先端１ａよりも軸線Ｏ１方向先端側に配されるように粉体供給管１が挿入されて、粉体供給管１との間に一次支燃性ガス流路３を形成するとともに、粉体供給管１の先端１ａよりも前方に噴出室４を形成する一次支燃性ガス供給管２と、一次支燃性ガス供給管２が挿通されて一次支燃性ガス供給管２との間に二次支燃性ガス流路５を形成する二次支燃性ガス供給管６と、二次支燃性ガス供給管６が挿通されて二次支燃性ガス供給管６との間に燃料流路７を形成する燃料供給管８と、燃料供給管８の外周側に例えば冷却水などの冷却流体を流通させてバーナＡを冷却する冷却流体供給管９とを備えた多重管構造である。また、上記の各管１、２、６、８、９は、軸線Ｏ１を同軸上に配した状態で設けられている。
【００２７】
粉体供給管１は、内孔で形成される粉体流路１０の後端側から空気等のキャリアガスとともにチャー等の粉体可燃物が気流搬送されつつ流通し、粉体供給管１の開口する先端１ａから噴出室４内に粉体可燃物を粉体流として噴出する。
【００２８】
一次支燃性ガス供給管２は、中細部１１を備えた中細ノズルである。そして、この一次支燃性ガス供給管２で形成した一次支燃性ガス流路３に、酸素などの一次支燃性ガス（一次支燃性酸素）を流通させ、一次支燃性ガス流路３の先端から噴出室４に供給する。このとき、中細部１１を形成するとともに、一次支燃性ガス流路３を形成する粉体供給管１の外面をテーパー状にすることによって、一次支燃性ガスの噴出速度を音速以上にすることが可能になる。また、このように噴出室４に噴出した一次支燃性ガスは、粉体流を包むようにその外周側に粉体流と同軸方向に噴出する。
【００２９】
さらに、この一次支燃性ガス供給管２には、二次支燃性ガス流路５の先端側と繋がり噴出室４の内面２ａに開口する複数の二次支燃性ガス噴出孔１２が設けられている。そして、複数の二次支燃性ガス噴出孔１２は、軸線Ｏ１方向に所定の間隔をあけた２段で形成されるとともに、各段の二次支燃性ガス噴出孔１２は、軸線Ｏ１中心の同心円上に周方向に略等間隔で配設されている。本実施形態においては、二次支燃性ガス噴出孔１２は２段で形成されているが、これを１段で形成しても良い。さらに、これらの二次支燃性ガス噴出孔１２は、二次支燃性ガス流路５に繋がる後端から噴出室４に開口する先端に向かうに従い漸次軸線Ｏ１方向先端側（先端２ｂ側）に配されるように傾斜して形成されている。また、各段の二次支燃性ガス噴出孔１２は、図２に示すように、後端から先端に向かうに従い漸次周方向の一方向（時計回りの方向）に傾斜して形成されている。さらに、二次支燃性ガス噴出孔１２は、時計回りに傾斜する傾斜角θが１０〜４５°の範囲で形成されている。なお、この傾斜角θが１０°未満では、後述する高速・高流量の二次支燃性ガス流による旋回効果が極めて小さく、４５°より大きい場合では火炎に対する二次支燃性ガスの流量及び流速の影響が大きな旋回力により鋭敏となり、安定な火炎形成のためのコントロールが困難になる。
【００３０】
また、一次支燃性ガス供給管２の噴出室４の内面２ａには、二次支燃性ガス噴出孔１２よりも軸線Ｏ１方向先端側に、燃料流路７と繋がる燃料噴出孔１３が形成されている。この燃料噴出孔１３は、周方向に連続するスリット状に形成されるとともに、燃料流路７と繋がる後端から噴出室４に開口する先端に向かうに従い漸次軸線Ｏ１方向先端２ｂ側に傾斜して形成されている。燃料噴出孔１３はスリット状に限らず、複数の孔で形成しても良い。また、噴出室４の内面２ａには、燃料噴出孔１４よりも軸線Ｏ１方向先端２ｂ側に、周方向に環状の溝１５が形成されている。
【００３１】
二次支燃性ガス供給管６は、その先端が一次支燃性ガス供給管２の突出部２ｃの軸線Ｏ１方向後方側（後端側）を向く後端面に繋がって設けられ、これにより、二次支燃性ガス流路５は、その先端が突出部２ｃの後端面に位置するように形成されている。そして、二次支燃性ガス流路５に流通した酸素などの二次支燃性ガスは、二次支燃性ガス流路５の先端側に繋がる複数の二次支燃性ガス噴出孔１２を通じて粉体流の外周側から噴出室４内に噴出する。また、二次支燃性ガス噴出孔１２が傾斜角θをもって傾斜していることにより、噴出室４に噴出した二次支燃性ガスは、軸線Ｏ１を回転中心として、軸線Ｏ１に向かいつつ先端２ｂ側に向かう旋回流として噴出する。
【００３２】
燃料供給管８は、その先端側の内面が、一次支燃性ガス供給管１の突出部２ｃの突出方向先端（径方向外側）に位置する軸線Ｏ１に沿う外面と繋がって設けられている。これにより、突出部２ｃの後端面よりも軸線Ｏ１方向後方側に位置する部分に燃料流路７が形成される。そして、燃料流路７に流通した、例えば液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）や液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas）などのガス状の燃料は、二次支燃性ガスの旋回流の外周側から燃料噴出孔１３を通じて噴出室４内に噴出し、火炎を形成する。これらの燃料は、粉体可燃物の補助燃料（助燃燃料）となる。
【００３３】
一方、冷却流体供給管９は、その先端を一次支燃性ガス供給管２及び燃料供給管８の先端２ｂと軸線Ｏ１方向の同位置に配した状態で設けられている。また、冷却流体供給管９の先端は、径方向内側に延出して断面Ｌ字状に形成されており、この延出方向先端が燃料供給管８の先端側の外面に繋がって、冷却流体供給管９と燃料供給管８との間に冷却流体流路１６を形成している。また、冷却流体供給管９には、冷却流体流路９を軸線Ｏ１方向に延びる２つの流路１６ａ、１６ｂに区画する仕切り壁１６ｃが設けられている。この仕切り壁１６ｃの先端は、冷却流体流路１６の先端よりも僅かに軸線Ｏ１方向後方側に配され、これにより、仕切り壁１６ｃで二分した流路１６ａ、１６ｂは、その先端側で連通する。そして、径方向内側に配された流路１６ａの後端側から供給した冷却流体が、仕切り壁１６ｃと燃料供給管８の間を流通し、その先端側が繋がる冷却流体供給管９と仕切り壁１６ｃの間の流路１６ｂを先端から後端に向けて流通して、バーナＡを外周側から冷却する。
【００３４】
さらに、本実施形態のバーナＡには、噴出室４に噴出する一次支燃性ガスと二次支燃性ガスとの流量比率を２／８〜７／３とするように、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量を調整する調整手段１７が設けられている。また、この調整手段１７は、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流出流速比が０．５〜１．４となるように一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量を調整したり、粉体可燃物と燃料の発熱量を合わせた全発熱量に対し、燃料の発熱量の割合が２５％以上となるように粉体可燃物と燃料の流量を調整することが可能とされている。
【００３５】
ついで、上記の構成からなるバーナＡを用いて製鋼用電気炉に装入した鉄スクラップなどの冷鉄源の溶解・精錬を行なう方法について説明し、本実施形態のバーナＡ及びこれを用いた冷鉄源の溶解・精錬方法の作用及び効果について説明する。
【００３６】
本実施形態のバーナＡを用いて冷鉄源の溶解・精錬を行なう際には、はじめに、冷却流体流路１６に冷却流体を供給してバーナＡを低温状態に保持する。ついで、一次支燃性ガス流路３及び二次支燃性ガス流路５にそれぞれ一次支燃性ガス及び二次支燃性ガスを流通させるとともに、燃料流路７にガス状の燃料を供給して、噴出室４内に一次支燃性ガスと二次支燃性ガスと燃料を噴出させる。
【００３７】
そして、これと同時に、粉体供給管１に粉体可燃物をキャリアガスによって気流搬送させて、噴出室４内に粉体可燃物を噴出させる。このように、噴出した粉体可燃物及びキャリアガスからなる粉体流は、その周囲が同軸方向に噴出した一次支燃性ガスによって包み込まれ、この粉体流を包み込む一次支燃性ガスが環状の超音速噴流として噴出室４内に噴出する。よって、このように供給した一次支燃燃性ガスと燃料とで形成される火炎は、粉体流を包み込む環状に形成される。
【００３８】
また、このとき、二次支燃性ガスは、二次支燃性ガス噴出孔１２が傾斜角θを１０〜４５°として形成されているため、噴出室４の軸線Ｏ１方向先端側に向け、且つ軸線Ｏ１を回転中心とした旋回流を形成しながら噴出する。そして、このように二次支燃性ガスが旋回流を形成することによって、火炎が軸線Ｏ１を中心として旋回するように形成される。
【００３９】
上記のように旋回した火炎は、粉体流から火炎中に粉体可燃物を巻き込んでこの火炎に混合してゆくため、発熱量が４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下の難燃性の粉体可燃物を高速で効率よく着火・燃焼させる。また、一次支燃性ガスが音速以上の噴出速度で噴出しているため、噴出室４に噴出した粉体可燃物は、噴出とともに急速にその速度が上昇し、すなわち加速し、これにより、一次支燃性ガスの噴出速度の減衰が抑制される。特に、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比率を２／８〜７／３とし、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流出流速比を０．５〜１．４、好ましくは０．７〜１．２となるように、調整手段１７で一次支燃性ガス及び二次支燃性ガスの流量を調整することによって、火炎のバーナ軸線方向の基端側に近い部分（バーナ中心軸方向距離が小さい部分）での粉体可燃物の燃焼率が高められ、すなわち、火炎中に混合した粉体可燃物が早期に燃焼する。また、調整手段１７で、粉体可燃物と補助燃料の発熱量を合わせた全発熱量に対し、補助燃料の発熱量の割合が２５％以上となるように補助燃料を噴出させることによって、確実に粉体可燃物が高速で効率よく着火・燃焼する。
【００４０】
そして、製鋼用電気炉に装入した冷鉄源を溶解させるバーナモードにおいては、超音速で噴出する一次支燃性ガスと、旋回流の二次支燃性ガスと、補助燃料とで形成される火炎により、冷鉄源が高速で加熱・溶断されて溶解してゆく。また、このとき、火炎で積極的に着火・燃焼され且つ高速に加速した粉体可燃物が冷鉄源に供給されるため、燃焼した粉体可燃物の熱エネルギーが確実に冷鉄源に着熱される。よって、冷鉄源が、高速且つ高効率で溶解してゆく。ここで、本実施形態では、噴出室４に環状の溝１５が形成されているため、補助燃料と一部の支燃性ガスとの混合気がこの溝１５付近で淀むことになり、これにより、音速以上の噴出速度で一次支燃性ガスを噴出させても火炎が安定した状態で保炎され、且つより確実に粉体可燃物が火炎中に混合されて着火・燃焼される。
【００４１】
一方、上記のバーナモードによって冷鉄源が溶解した段階で、この冷鉄源が溶解した溶鋼を精錬するランスモードに変更する。すなわち、二次支燃性ガスの供給を停止して、一次支燃性ガスの噴出速度を上げることによって、支燃性ガスの全量を一次支燃性ガスで賄うようにする。これにより、ランスモードにおける粉体可燃物は、バーナモードよりもさらに噴出室４への供給後の速度が高速化される。そして、このように高速化した粉体可燃物は、一次支燃性ガスとともに溶鋼の内部に深く吹き込まれる。これにより、粉体可燃物が燃焼することによる熱エネルギーを溶鋼へ直接着熱させたり、好適にスラグフォーミングされて、製鋼用電気炉の着熱効率が向上し、また精錬した溶鋼ひいては鋼材の品質が向上する。
【００４２】
したがって、本実施形態のバーナＡ及び冷鉄源の溶解・精錬方法によれば、冷鉄源の溶解と精錬を、バーナモードとランスモードに使い分けることによって行なうことができる。また、金属などのリサイクルと同時に、廃棄物処理工程で発生する難燃性のチャーなどの粉体可燃物を、製鋼用電気炉の熱エネルギー源として有効利用することが可能になる。
【００４３】
さらに、一次支燃性ガス供給管２の内面２ａに周方向の溝１５が形成されていることによって、補助燃料と一部の一次支燃性ガスの混合気をこの溝１５付近で淀ませて、火炎を安定した状態で保炎することができ、確実に粉体可燃物を火炎中で燃焼させることが可能になる。
【００４４】
また、一次支燃性ガス供給管２を、一次支燃性ガスの噴出流速が音速以上となる中細ノズルとし、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスとの流量比率が２／８〜７／３となるように調整することで、形成した火炎の基端側に近い部分での粉体可燃物の燃焼率を高めることができる。すなわち、火炎中に混合した粉体可燃物を火炎中で早期に燃焼させることができ、確実に供給した粉体可燃物を燃焼させて、この熱エネルギーを冷鉄源に着熱させることができる。
【００４５】
さらに、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流出流速比を０．５〜１．４として一次支燃性ガスと二次支燃性ガスを供給することによって、火炎中に混合した粉体可燃物を早期に燃焼させることができ、確実に供給した粉体可燃物を燃焼させて、この熱エネルギーを冷鉄源に着熱させることができる。
【００４６】
また、粉体可燃物と燃料の発熱量を合わせた全発熱量に対し、補助燃料の発熱量の割合が２５％以上となるように粉体可燃物及び補助燃料を供給することによって、確実に粉体可燃物を火炎で燃焼させることができる。
【００４７】
なお、本発明は、上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、調整手段１７によって、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比率及び流出流速比をそれぞれ２／８〜７／３及び０．５〜１．４とし、粉体可燃物と補助燃料の発熱量を合わせた全発熱量に対し、補助燃料の発熱量の割合が２５％以上となるように補助燃料を噴出させるものとしたが、必ずしも上記の範囲で一次支燃性ガス、二次支燃性ガス、補助燃料を噴出する必要はない。
【００４８】
さらに、本実施形態では、噴出室４に環状の溝１５が形成れているものとしたが、溝１５は、周方向に延びるように形成されていればよく、環状に形成されている必要はない。
【００４９】
ついで、図３及び図４を参照し、本発明の第２実施形態に係るバーナ及びこれを用いた冷鉄源の溶解・精錬方法について説明する。本実施形態は、第１実施形態に示したバーナＡがガス状の補助燃料を供給して使用されるのに対し、液状の補助燃料を霧化して供給するものである。このため、本実施形態のバーナＢは、第１実施形態に対し燃料流路７に係る構成が異なり、他の構成は同様とされている。よって、本実施形態では、第１実施形態と共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。
【００５０】
本実施形態のバーナＢは、図３及び図４に示すように、二次支燃性ガス供給管６と燃料供給管８の間に、燃料流路７を、例えば灯油などの液状の燃料（液体燃料）が流通する液体燃料流路７ａと例えば空気などの噴霧用ガスが流通する噴霧用ガス流路７ｂとに区画する噴霧ガス供給管２０が設けられている。また、噴霧ガス供給管２０の先端は、燃料流路７の先端よりも後方に位置され、この先端に燃料流路９の先端側に燃料噴出孔１３と繋がる霧化室２１を形成している仕切部２２が設けられている。そして、仕切部２２には、液体燃料流路７ａと霧化室２１、及び噴霧用ガス流路７ｂと霧化室２１をそれぞれ連通させる液体燃料供給孔２３及び噴霧ガス供給孔２４が貫通して形成されている。ここで、液体燃料供給孔２３及び噴霧ガス供給孔２４は、それぞれの延設方向の延長線上に、霧化室２１に開口する燃料噴出孔１３の後端が位置するように、すなわち燃料噴出孔１３の後端に向けて液体燃料及び噴霧用ガスを供給するように形成されている。
【００５１】
このように構成したバーナＢにおいては、液体燃料流路７ａと噴霧ガス流路７ｂのそれぞれに、後端からそれぞれ液体燃料と噴霧用ガスを供給して流通させると、液体燃料供給孔２３及び噴霧ガス供給孔２４を通じて液体燃料と噴霧用ガスが霧化室２１内に噴出しつつ合流する。そして、このとき、液体燃料が噴霧用ガスと混合することで霧化され、燃料噴出孔１３から霧化した液体燃料が噴出室４に噴出される。また、このように液体燃料を霧化して供給する際には、液体燃料の運動量（液体燃料の質量×流出速度）に対する噴霧用ガスの運動量（噴霧用ガスの質量×流出速度）の比率が４０％以上となるように、液体燃料及び噴霧用ガスを供給することが好ましい。さらに、霧化した液体燃料を１ｍ／ｓ以上の流速で噴出室４に噴出させることによって、周方向に均一に燃料を供給することができ、周方向に均一な安定した火炎を確実に形成することができる。
【００５２】
そして、上記のように霧化した液体燃料を噴出室４に供給した場合には、火炎を安定して形成することができ、これに伴い粉体可燃物が高速化されて粉体可燃物の火炎による燃焼率が向上する。特に、ランスモードでの使用において、粉体可燃物の流速が高速化されることで、粉体可燃物が燃焼されてその熱エネルギーを溶鋼へ確実に着熱させることができ、且つ好適にスラグフォーミングすることができ、製鋼用電気炉の着熱効率の向上や鋼材（溶鋼）の品質向上を図ることが可能になる。
【００５３】
なお、本発明は、上記の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【実施例１】
【００５４】
以下に、図１、図２及び図５から図８を参照し、本発明の実施例１を具体的に説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるものではない。
本実施例は、図１及び図２に示した第１実施形態のバーナＡを用い、粉体可燃物であるチャーを供給しつつ燃焼させた際の火炎中でのチャーの燃焼状態を確認して、本発明に係るバーナＡの優位性を明らかにしたものである。また、本実施例では、例えば製鋼用電気炉に装入した冷鉄源を溶解させるバーナモードで使用して優位性を実証している。
【００５５】
本実施例では、はじめに、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比、二次支燃性ガスの流速、及び助燃率を一定に保持した状態で、一次支燃性ガスの流速を段階的に変化させた第１の試験を行ない、バーナＡの中心軸方向（軸線Ｏ１方向）の異なる距離（バーナ中心軸方向距離）でのチャーの燃焼率を確認している。
【００５６】
また、二次支燃性ガスの流速と助燃率を一定として、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比を段階的に変化させた第２の試験を行ない、チャー燃焼率が６０％に達する一次支燃性ガスの流速とバーナの中心軸方向距離の関係を確認している。
【００５７】
さらに、一次支燃性ガスの流速と助燃率を一定として、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比を段階的に変化させた第３の試験を行ない、チャー燃焼率が６０％に達する一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流速比とバーナの中心軸方向距離の関係を確認している。
【００５８】
また、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比と、一次支燃性ガスの流速と、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流速比とを一定とし、補助燃料の流量を変えることにより助燃率を段階的に変化させた第４の試験を行ない、バーナ中心軸方向の異なる距離でのチャー燃焼率を確認して、チャー燃焼率への助燃率の影響を確認している。
【００５９】
なお、チャー燃焼率とは、バーナＡで形成した火炎中のチャー粒子を急冷採取し、熱天秤を用いて可燃分を燃焼させたときの灰分の重量を測定し、次式により算出したものであり、供給したチャーに対するバーナＡで完全燃焼したチャーの割合を示すものである。
チャー燃焼率（％）＝｛１−（１−Ｗｂ）／（１−Ｗａ）｝×１００
ここで、Ｗａは、燃焼前のチャー中に含まれる灰分の比率（−）、Ｗｂは、燃焼中に採取したチャー中に含まれる灰分の比率（−）であり、Ｗａ及びＷｂは、水分を除去した状態での比率である。
また、助燃率とは、チャー及び補助燃料の発熱量を合わせた発熱量に対する補助燃料の発熱量の割合を示すものである。
【００６０】
ついで、表１を参照し、第１の試験から第４の試験の試験条件について説明する。
【００６１】
【表１】
2008039362.tif 000003
【００６２】
本実施例で用いたチャーは、平均粒径が５０μｍの粉体で、発熱量が３０００ｋｃａｌ／ｋｇの低発熱量のものであり、可燃分の約７０％が固形カーボンとされている。また、チャーは、水分を除去した状態で使用し、流量２０Ｎｍ３／ｈで流速２７ｍ／ｓで供給する純空気のキャリアガスとともに、供給量２００ｋｇ／ｈで供給している。さらに、一次支燃性ガス（一次支燃性酸素）及び二次支燃性ガス（二次支燃性酸素）には、ともに濃度９３％の酸素を使用し、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスを、チャー及び補助燃料を完全燃焼させる量で供給している。また、補助燃料には、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）を使用し、流速を６０ｍ／ｓとして供給している。
【００６３】
そして、第１の試験では、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比（一次／二次酸素流量比）を５／５、二次支燃性ガスの流速（二次酸素流速）を２９５ｍ／ｓとし、助燃率を３０％としている。また、一次支燃性ガスの流速（一次酸素流速）を、１５０ｍ／ｓ、２５０ｍ／ｓ、３５０ｍ／ｓ、４００ｍ／ｓ、４５０ｍ／ｓに段階的に変化させて、バーナＡの先端２ｂを基点として中心軸方向外側の３００ｍｍ、６００ｍｍ、９００ｍｍ、１５００ｍｍ、２０００ｍｍの位置にて試料（チャー）を採取している。
【００６４】
第２の試験では、二次酸素流速を２９５ｍ／ｓ、助燃率を３０％とし、一次酸素流速を１５０〜４５０ｍ／ｓの範囲で段階的に変化させるとともに、一次／二次酸素流量比を、１／９、２／８、４／６、５／５、７／３、８／２となるように変化させている。
【００６５】
第３の試験では、一次酸素流速を３５０ｍ／ｓ、助燃率を３０％とし、一次／二次酸素流量比を２／８、５／５、８／２に変化させている。
【００６６】
第４の試験では、一次酸素流速を３５０ｍ／ｓ、一次／二次酸素流量比を５／５、一次／二次酸素流速比を１．０とし、補助燃料の流量を６．７〜２２．３Ｎｍ３／ｈの範囲で段階的に変化させることにより助燃率を２０％、２５％、４０％、４５％に変化させている。
【００６７】
上記の試験条件で行なった試験結果を図５から図８に示す。図５は、第１の試験の結果を示したものであり、横軸がバーナ中心軸方向の距離を示し、縦軸がチャー燃焼率を示している。また、図６は、第２の試験の結果としてチャー燃焼率６０％における一次酸素流速とバーナ中心軸方向距離の関係を示したものであり、横軸が一次酸素流速を示し、縦軸がバーナ中心軸方向の距離を示している。さらに、図７は、第３の試験の結果としてチャー燃焼率６０％における一次／二次酸素流速比とバーナ中心軸方向距離の関係を示したものであり、横軸が一次／二次酸素流速比を示し、縦軸がバーナ中心軸方向の距離を示している。また、図８は、第４の試験の結果を示したものであり、横軸がバーナ中心軸方向の距離を示し、縦軸がチャー燃焼率を示している。
【００６８】
そして、図５に示す第１の試験の結果から、一次酸素流速を１５０、２５０、３５０、４００、４５０ｍ／ｓに変化させた全ケースにおいて、バーナ中心軸方向距離が大きくなるほどに、すなわちバーナＡの先端２ｂから離れた位置で採取した試料ほど、チャー燃焼率が高くなることが確認され、且つバーナ中心軸方向距離２０００ｍｍでのチャー燃焼率が７０％を超えることが示されて非常に高い割合でチャーを燃焼できることが確認された。また、一次酸素流速を３５０ｍ／ｓ以上にすることで、バーナ中心軸方向距離５００ｍｍ付近でチャー燃焼率が約６０％に達し、チャーを高速で（早期に）燃焼させることが可能であり、効率的にチャーを燃焼できることが確認された。
【００６９】
また、図６に示す第２の試験の結果から、一次／二次酸素流量比が７／３以下である場合には、一次酸素流速を大きくするほどに、チャーが燃焼率６０％で燃焼するバーナ中心軸方向距離が短くなることが確認された。また、特に一次／二次酸素流量比を２／８〜７／３とすることで、チャー燃焼率が６０％に達するバーナ中心軸方向距離を短くすることができ、すなわちチャーを高速で燃焼させることが可能であり、効率的にチャーを燃焼できることが確認された。但し、一次酸素流速が音速（約３４０ｍ／ｓ）を超えると、一次酸素流速を大きくしてもチャー燃焼率６０％に達するバーナ中心軸方向の距離の変化が小さく、チャーの高速燃焼化への影響が小さくなる結果となった。
【００７０】
一方、一次／二次酸素流量比を８／２とした場合には、一次／二次酸素流量比を７／３、５／５とした場合と同様に、一次酸素流速が小さい場合においても、チャー燃焼率が６０％に達するバーナ中心軸方向距離が短く、効率的にチャーを燃焼できることが確認された。しかしながら、一次／二次酸素流量比を８／２とした場合には、特に一次酸素流速が音速よりも大きくなると、チャー燃焼率６０％に達するバーナ中心軸方向の距離が急激に遠くなってゆき、チャーを燃焼させる速度が急激に低下してしまうことが確認された。
【００７１】
さらに、図７に示す第３の試験の結果から、一次／二次酸素流量比を２／８、５／５、８／２とした全ケースにおいて、一次／二次酸素流速比が大きくなるほどにチャー燃焼率６０％に達するバーナ中心軸方向距離が徐々に短くなってゆき、ある一次／二次酸素流速比を境にさらに一次／二次酸素流速比が大きくなると、徐々にバーナ中心軸方向距離が遠くなることが確認された。これにより、効率的にチャーを燃焼させることができる一次／二次酸素流速比が存在することが示され、一次／二次酸素流速比を０．５〜１．４の範囲、好ましくは０．７〜１．２の範囲に調整することで好適にチャーが燃焼されることが確認された。
【００７２】
また、図８に示す第４の試験の結果から、補助燃料の流量を変化させて助燃率を高くするほどに、チャー燃焼率が高くなり、且つバーナ中心軸方向の距離が短い位置でのチャー燃焼率が顕著に高くなることが確認された。また、このとき、助燃率を２５％〜４５％に調整したケースでは、バーナ中心軸方向の距離とチャー燃焼率の関係には大きな差異がなく、チャーを好適に燃焼させることができる。これに対し、助燃率を２０％としたケースでは、他のケースと比較して急激にチャー燃焼率が低下し、特にバーナ中心軸方向の距離が短いほど他のケースよりもチャーの燃焼効果が低くなることが確認された。
【００７３】
以上の結果から、第１実施形態に示した本発明に係るバーナＡを用いることによって、従来、リサイクルされずに埋め立て処分されていたチャーを燃焼させることができ、この燃焼時の熱を、例えば製鋼用電気炉で冷鉄源を溶解する際の熱エネルギーとして利用可能であることが実証された。
【００７４】
また、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比を調整することで、チャーの燃焼速度を高めることが可能であり、特に一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流量比を２／８〜７／３とすることで効率的にチャーを燃焼できることが実証された。
【００７５】
さらに、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスの流速比を０．５〜１．４の範囲、好ましくは０．７〜１．２の範囲に調整することによって、効率的にチャーを燃焼させることが可能であることが実証された。
【００７６】
また、補助燃料の流量を変えて助燃率を２５％以上とすることで、チャー燃焼率を高めて効率的にチャーを燃焼させることが可能であることが実証された。
【実施例２】
【００７７】
ついで、図１、図２及び図９を参照し、本発明の実施例２を具体的に説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるものではない。
実施例１では、例えば製鋼用電気炉に装入した冷鉄源を溶解させるバーナモードでの使用における本発明に係るバーナＡの優位性を実証した。これに対し、本実施例は、図１及び図２に示した第１実施形態のバーナＡを用い、例えばバーナモードで溶解した冷鉄源にチャー及び酸素を吹き込み、溶解した冷鉄源を精錬するランスモードでの使用における本発明に係るバーナＡの優位性を明らかにするものである。
【００７８】
本実施例では、表１に示すように、二次支燃性ガス（二次酸素）の供給を停止し、一次支燃性ガス（一次酸素）を流量２０４Ｎｍ３／ｈ、流速３５０ｍ／ｓで供給している。このとき、実施例１と同様に、一次支燃性ガスは、濃度９３％の酸素とされ、チャー及び助燃火炎を形成するための補助燃料を完全燃焼させる量で供給されている。
【００７９】
また、本実施例では、実施例１と同様に、チャー供給量が２００ｋｇ／ｈとされ、このチャーを供給するための空気であるキャリアガスを、流量２０Ｎｍ３／ｈ、流速２７ｍ／ｓで供給している。さらに、補助燃料には、ＬＰＧを使用し、流量４．７Ｎｍ３／ｈ、流速２０ｍ／ｓで供給している。
【００８０】
そして、本実施例では、レーザードップラー法（ＬＤＶ法）によって、バーナ中心軸方向の異なる距離におけるチャー（チャー粒子）の流速（粉体速度）をそれぞれ測定し、本発明に係るバーナＡでのチャーの加速性能を確認している。また、火炎を形成した場合と形成しない場合とでそれぞれチャーの流速を測定し、火炎のチャーの流速への影響を確認している。
【００８１】
ついで、本実施例の結果を図９に示す。ここで、横軸は、バーナ中心軸方向の距離を示し、縦軸は、チャーの速度（粉体速度）を示している。この結果から、火炎を形成していない場合及び火炎を形成した場合の両ケースで、２７ｍ／ｓの速度で噴出したチャーの速度は、一次支燃性ガスの噴出に伴って加速され、バーナＡの先端から中心軸方向に遠ざかるにつれて急激にその速度が上昇し、ある中心軸方向距離からさらに遠ざかると徐々に速度が低下してゆくことが確認された。また、このとき、火炎を形成していない場合には、最大速度が約１２０ｍ／ｓに達し、火炎を形成した場合には、最大速度が約１８０ｍ／ｓに達することが確認された。
【００８２】
これにより、ランスモードでチャーを供給した場合に、このチャーが加速されて大幅にその速度が上昇するため、一次支燃性ガスとともに確実にチャーを溶鋼の深い位置に吹き込むことができ、チャーの燃焼に伴う熱エネルギーを溶鋼へ直接着熱させたり、好適にスラグフォーミングさせて製鋼用電気炉の着熱効率を向上させることが可能であることが実証された。
【００８３】
そして、実施例１の結果を合わせ、廃棄物処理工程で発生する難燃性の粉体可燃物であるチャーを、製鋼用電気炉に装入した冷鉄源の溶解・精錬時の熱エネルギー源として再利用することを可能にし、且つ冷鉄源の溶解と精錬を、本発明に係るバーナＡを兼用して行なえることが実証された。
【実施例３】
【００８４】
ついで、図３、図４及び図１０を参照し、本発明の実施例３を具体的に説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるものではない。
本実施例は、図３及び図４に示した液状の補助燃料（液体燃料）を霧化させながら供給する第２実施形態のバーナＢを用い、粉体可燃物であるチャーを供給しつつ燃焼させた際のチャーの燃焼状態を確認することで、本発明に係るバーナＢの優位性を明らかにしたものである。また、本実施例は、例えば製鋼用電気炉に装入した冷鉄源を溶解させるバーナモードと、バーナモードで溶解した溶鋼を精錬するランスモードとで使用した際の優位性を実証するものである。
【００８５】
本実施例の試験条件は、表２に示す通りであり、液体燃料には、灯油を用い、そして、灯油の供給量は、実施例１及び実施例２で用いたＬＰＧの発熱量と同等の発熱量となるように、バーナモードでは、流量を１８．４〜５８．７Ｌ／ｈ、流速を６ｍ／ｓとし、ランスモードでは、流量を１２．８Ｌ／ｈ、流速を２ｍ／ｓとして供給している。また、灯油を霧化させるための噴霧用ガス（噴霧空気）には、空気を用い、バーナモードとランスモードともに、流量を１０〜４０Ｌ／ｈ、流速を３０〜２５０ｍ／ｓとして供給している。なお、チャー、キャリアガス、一次支燃性ガス及び二次支燃性ガスは、それぞれの供給量、流量及び流速を含め、実施例１及び実施例２と同様である。
【００８６】
【表２】
2008039362.tif 000004
【００８７】
そして、本実施例では、噴霧用ガスと灯油の運動量比率を、３１、４０、２００に変化させて、チャー燃焼率やチャーの流速を確認している。
【００８８】
本実施例の結果を図１０に示す。ここで、横軸は、バーナ中心軸方向の距離を示し、第１縦軸は、チャー燃焼率を示している。また、第２縦軸は、チャーの流速を示している。また、横軸と第１縦軸でバーナモードの結果を示し、横軸と第２縦軸でランスモードの結果を示している。
【００８９】
この結果から、バーナモードにおいては、実施例１に示した補助燃料にＬＰＧ（ガス状の燃料）を用いた場合と大きな差異は認められない。一方、ランスモードでは、噴霧用ガスと灯油の運動量比率を４０及び２００とした場合には、チャーの流速に大きな差異が認められないのに対し、噴霧用ガスと灯油の運動量比率を３１とした場合には、大幅にチャーの流速が低下することが確認された。これにより、チャーの速度を大きくする方が溶鋼内への吹き込み性能がよくなる観点から、噴霧用ガスと灯油の運動量比率を４０以上に調整して液体燃料を供給することがよいことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバーナを示す断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線矢視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るバーナを示す断面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線矢視図である。
【図５】実施例１における第１の試験の結果を示す図である。
【図６】実施例１における第２の試験の結果を示す図である。
【図７】実施例１における第３の試験の結果を示す図である。
【図８】実施例１における第４の試験の結果を示す図である。
【図９】実施例２における試験結果を示す図である。
【図１０】実施例３における試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１      粉体供給管
１ａ    先端
２      一次支燃性ガス供給管
２ａ    内面
２ｂ    先端
３      一次支燃性ガス流路
４      噴出室
５      二次支燃性ガス流路
６      二次支燃性ガス供給管
７      燃料流路
７ａ    液体燃料流路
７ｂ    噴霧用ガス流路
８      燃料供給管
９      冷却流体供給管
１０    粉体流路
１１    中細部
１２    二次支燃性ガス噴出孔
１３    燃料噴出孔
１５    溝
１６    冷却流体流路
１７    調整手段
２０    噴霧ガス供給管
２１    霧化室
２３    液体燃料供給孔
２４    噴霧ガス供給孔
Ａ      バーナ
Ｂ      バーナ
Ｏ１    軸線
【図１】
2008039362.tif 000005
【図２】
2008039362.tif 000006
【図３】
2008039362.tif 000007
【図４】
2008039362.tif 000008
【図５】
2008039362.tif 000009
【図６】
2008039362.tif 000010
【図７】
2008039362.tif 000011
【図８】
2008039362.tif 000012
【図９】
2008039362.tif 000013
【図１０】
2008039362.tif 000014