JP4739090B2

JP4739090B2 - バーナ又はランスの冷却構造

Info

Publication number: JP4739090B2
Application number: JP2006104798A
Authority: JP
Inventors: 一路鈴木; 伸明小林; 康之山本
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-04-06
Also published as: JP2007278581A

Description

本発明は、バーナ又はランスの冷却構造に関し、詳しくは、高炉、転炉、電気炉、合成ガス発生炉等の高温雰囲気で使用されるバーナやランスにおける先端部分の冷却構造に関する。

高炉、転炉、電気炉、合成ガス発生炉等に高温の火炎を噴出するバーナや、これらに酸素等を吹き込むランスでは、バーナやランスの本体部を高温の雰囲気から保護するため、本体部の外側に冷却水を流通させる冷却ジャケットを設けている。通常、冷却ジャケットは、本体部の外周に外管と内管とを本体部と同心状に配置し、内管と本体部との間に内側冷却流路を、外管と内管との間に外側冷却流路をそれぞれ形成し、内側冷却流路の先端と外側冷却流路の先端とを折り返し冷却流路で連通させた構造となっている。

本体部先端から酸素や燃料等の流体を本体部の軸線と平行な方向に噴出するバーナやランスの冷却ジャケットにおける先端部は、前記内管の先端を後方に位置させることによって前記折り返し流路を容易に形成することができるが、本体部の軸線の延長線上に収斂する方向に斜めに流体を噴出するバーナやランスでは、本体部先端面を冷却できるような形状の前記折り返し流路を形成することが困難であった。

このため、外周に冷却コイルを配置した本体部の先端に環状冷却室を形成し、該環状冷却室に前記冷却コイルから冷却水を供給することにより、本体部先端面を冷却できるようにした冷却構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特公昭５５−２５１２１号公報

しかし、本体部外周に冷却コイルを配置したり、先端に環状冷却室を形成したりすると、構造が複雑になって製作に手間が掛かり、先端部での溶接箇所が多くなって機械的強度や耐久性に問題がある。

そこで本発明は、簡単な構造で本体部先端を確実に冷却することができ、機械的強度や耐久性にも優れたバーナ又はランスの冷却構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のバーナ又はランスの冷却構造は、バーナ又はランスの本体部の先端に、該本体部の軸線を中心とした円周上の位置から前記軸線の延長線上に収斂する方向に流体を噴出する流体噴出流路を有するとともに、前記本体部の外周に外管と内管とを本体部と同心状に配置し、内管と本体部との間に内側冷却流路を、外管と内管との間に外側冷却流路をそれぞれ形成し、内側冷却流路の先端と外側冷却流路の先端とを折り返し冷却流路で連通させたバーナ又はランスの冷却構造において、前記本体部の先端部外周に前記流体噴出流路の軸線と平行な方向の面からなる円錐面を形成し、該円錐面の先端と前記外管の先端とを端板で閉塞するとともに、前記内管の先端に、周方向に複数に分割されたブロックを配置してリング状に接合することにより、該ブロックの内周面と前記円錐面との間、該ブロックの先端面と前記端板の内面との間、該ブロックの外周面と前記外管の内周面との間に、前記折り返し冷却流路を形成したことを特徴とし、さらに、前記ブロックは、前記円錐面、前記端板の内面及び前記外管の内周面の少なくともいずれか２面に当接する突起を有していることを特徴としている。なお、流体噴出流路の軸線と平行な方向とは、軸線と完全に平行となっている必要はなく、軸線に対してある程度傾いた方向であってもよい。

本発明のバーナ又はランスの冷却構造によれば、周方向に複数に分割したブロックを本体部先端に入子として挿入した状態とすることにより、簡単な構造でバーナやランスの本体部先端に冷却流路を形成することができ、本体部先端面等を確実に冷却することができる。また、溶接が必要な箇所を本体部先端より後部側に位置させることができるので、機械的強度や耐久性を向上させることができる。

図１乃至図４は、本発明のバーナ又はランスの冷却構造の第１形態例を示すもので、図１は要部の断面側面図、図２はブロックをリング状に接合した状態を示す正面図、図３は図２のIII−III断面図、図４はブロックの組み付け状態を示す説明図である。

本形態例に示すバーナ又はランスの本体部１１は、中心管１２と外側管１３とを同心状に配置した二重管構造を有しており、本体部１１の先端には、中心管１２内に供給される第１流体を本体部１１の軸線に沿って噴出する第１流体噴出流路１４が設けられるとともに、中心管１２と外側管１３との間に供給される第２流体を、第１流体噴出流路１３の周囲で、本体部１１の軸線を中心とした円周上の位置から前記軸線の延長線上に収斂する方向に噴出する円錐状のスリットからなる第２流体噴出流路１５が設けられている。

前記本体部１１の外周には、外管１６と内管１７とを本体部１１と同心状に配置し、内管１７と本体部１１との間に内側冷却流路２１を、外管１６と内管１７との間に外側冷却流路２２をそれぞれ形成するとともに、内側冷却流路２１と外側冷却流路２２との先端を、折り返し冷却流路２３によって連通させている。

このような冷却流路２１，２２，２３は、前記外側管１３、外管１６及び内管１７を、前記折り返し冷却流路２３を形成するための先端部分と後部側の管体部分とに分割するとともに、内管１７の先端で、外側管１３と外管１６とに囲まれた部分に、周方向に複数に分割された同一形状のブロック３１を内管１７に連続するようにして配置して形成している。

前記先端部分と管体部分とは、図１に示す溶接部１３ａ，１６ａ，１７ａで分割されており、先端部分を形成する先端部材３２は、内周面が前記第２流体噴出流路１５を形成する円錐面で、外周面が第２流体噴出流路１５の軸線（流体噴出方向）と平行な面からなる円錐部３２ａと、該円錐部３２ａの後端と外側管１３の先端とを接続する内側筒状部３２ｂと、前記外管１６の先端部に接続する外側筒状部３２ｃと、円錐部３２ａの先端と外側筒状部３２ｃの先端とを接続する端板部３２ｄとで形成されており、円錐部３２ａの外周面と外側筒状部３２ｃの先端との間には，図４に示すように、前記ブロック３１を挿入可能なリング状の開口３２ｅが形成されている。

前記ブロック３１は、前記開口３２ｅを通過可能な大きさに形成されており、本形態例では周方向に８分割された円弧状となっている。分割形成された各ブロック３１は、８個のブロック３１を接合したときの内周面が前記円錐部３２ａの外周面と平行な円錐面３１ａとなり、外周面が前記外管１６の内周面と平行な円筒面３１ｂとなり、先端面が前記端板部３２ｄの内面と平行なリング状平板面３１ｃとなり、対向する各面同士の間に、前記冷却流路２１，２２と同等の間隔を有する前記折り返し冷却流路２３が形成されている。

さらに、内周の円錐面３１ａと先端のリング状平板面３１ｃとには、突起３１ｄ，３１ｅがそれぞれ設けられており、各突起３１ｄ，３１ｅの先端を先端部材３２の円錐部３２ａの外周面及び端板部３２ｄの内面にそれぞれ当接させることにより、前記折り返し冷却流路２３が確実に所定の間隔となるようにしている。

このように形成したブロック３１は、図４に示すように、あらかじめ内側筒状部３２ｂの後端に外側管１３を溶接部１３ａにて全周溶接した先端部材３２の開口３２ｅから１個ずつ挿入され、隣接する各ブロック３１の外周面３１ｂ部分同士を溶接して一体化することにより、先端部材３２の所定位置に組み付けられる。このブロック３１同士の溶接は、８個のブロック３１をすべて挿入した後に行ってもよく、ブロック挿入毎に行ってもよい。また、ブロック３１の先端部は溶接が不可能であるが、ブロック３１間に多少の隙間があったとしても、外部への水漏れが生じることはなく、折り返し冷却流路２３を流れる冷却水の流れに大きな影響を与えることはない。

そして、先端部材３２に組み付けられたブロック３１の後端に内管１７の先端を溶接部１７ａにて全周溶接し、最後に先端部材３２の外側筒状部３２ｃの後端に外管１６の先端を溶接部１６ａにて全周溶接することにより、図１に示す冷却構造を有するバーナ又はランスの先端部を形成することができる。なお、先端部材３２と外側管１３との溶接は、ブロック３１を挿入した後に行うことも可能である。

このような冷却構造を形成することにより、内側冷却流路２１に供給された冷却媒体、例えば冷却水は、第２流体噴出流路１５の周囲を通って折り返し冷却流路２３に流入し、本体部１１の先端面を冷却した後、外側冷却流路２２を流れる。これにより、本体部１１の先端を確実に冷却することができる。さらに、各溶接部１３ａ，１６ａ，１７ａを先端面より後方側に位置させることができ、しかも、常に冷却水と接触している部分となることから、溶接部における機械的強度や耐久性を向上させることができる。

特に、高圧下で使用する場合は、各部を構成する金属が肉厚になるため、溶接部が破壊するおそれが大きくなるが、上述のように各溶接部を高温に曝されにくい位置に設定することにより、溶接部の破壊を防止でき、長期使用が可能となる。

また、第２流体噴出流路１５の軸線と円錐部３２ａの外周面とは完全に平行である必要はなく、本体部１１や各冷却流路部分における強度や製作性、冷却性能を考慮し、第２流体噴出流路１５の軸線に対して円錐部３２ａの外周面が、軸線との平行線に対して±１５度程度の傾きを有していてもよい。

図５及び図６は、本発明のバーナ又はランスの冷却構造の第２形態例を示すもので、図５は正面図、図６は要部の断面側面図である。

本形態例に示すバーナ又はランスの本体部５１は、中心管５２と外側管５３とを同心状に配置した二重管構造の管体部５４の先端に、中心管５２内に供給される第１流体を本体部５１の軸線に沿って噴出する第１流体噴出流路５５と、中心管５２と外側管５３との間に供給される第２流体を、第１流体噴出流路５５の周囲で、本体部５１の軸線を中心とした円周上の位置から前記軸線の延長線上に収斂する方向に噴出する複数の通孔からなる第２流体噴出流路５６とを設けるとともに、第１流体噴出流路５５より先端側を拡開させた円錐面からなる燃焼室５７を形成したノズル５８を装着している。

本体部５１の外周に設けられる冷却流路は、前記第１形態例と同様に、本体部５１と同心状に配置した外管５９及び内管６０と、先端部に設けられる複数のブロック６１とで形成され、外管５９及び内管６０の先端部分にブロック６１を囲むようにして設けられる先端部材６２は、前記ノズル５８と一体に形成されている。また、先端部材６２の外周部は、外側筒状部３２ｃと端板部とを曲面６２ａで接続した形状となっており、内周の角部も曲面となっている。

すなわち、先端部材６２は、内周部分に前記ノズル５８を形成する第１流体噴出流路５５、第２流体噴出流路５６及び燃焼室５７が設けられ、第１流体噴出流路５５を形成する筒状部の後端が前記中心管５２の先端に溶接され、第２流体噴出流路５６の後部側に連続した筒状部の後端が外側管５３の先端に溶接されている。また、先端部材６２の最外周に位置する外側筒状部の後端が前記外管５９の先端に溶接されている。

ブロック６１は、内周面後部側に、前記第２流体噴出流路５６の軸線と平行で、先端側が縮径した面からなる後部側円錐面６１ａが設けられ、内周面前部側に、燃焼室５７の円錐面と平行で、先端側が拡径した面からなる前部側円錐面６１ｂが設けられ、先端には先端部材６２の端板部と平行な面からなるリング状平板面６１ｃが設けられ、外周面には、先端部材６２の外側筒状部及び外管５９に平行な面からなる筒状面６１ｄが設けられ、後部側円錐面６１ａとリング状平板面６１ｃとには、流路幅を確保するための突起６１ｅ，６１ｆがそれぞれ設けられている。なお、リング状平板面６１ｃの外周部には、前記曲面６２ａに対応した曲面が設けられている。

これにより、外側管５３と内管６０との間の冷却流路に供給された冷却水は、ノズル５８の第２流体噴出流路５６の外側面と後部側円錐面６１ａとの間、燃焼室５７の外側面と前部側円錐面６１ｂとの間、先端部材６２の端板部とリング状平板面６１ｃとの間、先端部材６２の外側筒状部の内周面及び外管５９の内周面と筒状面６１ｄとの間に形成された折り返し冷却流路６３を通り、外管１６と内管１７との間の冷却流路に流れ、その間に、本体部５１の先端面や、燃焼室５７の円錐面を冷却する。

本形態例においても、本体部５１の先端を冷却水によって確実に冷却することができ、高温になりやすい燃焼室５７の円錐面も確実に冷却することができる。また、ノズル５８と先端部材６２とを一体に形成しているので、部品点数の増加や溶接位置の増加も最小限に抑えることができる。

図７及び図８は、本発明のバーナ又はランスの冷却構造の第３形態例を示すもので、図７は正面図、図８は要部の断面側面図である。なお、以下の説明において、前記第２形態例に示した各構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示すバーナ又はランスの本体部７１は、前記第２形態例で示した本体部と略同様に形成された本体部における中心管７２の外周に内部冷却流路７３を設けたものである。すなわち、中心管７２を内管７２ａと外管７２ｂとに分割形成するとともに、内管７２ａと外管７２ｂとの間に仕切管７２ｃを設け、この仕切管７２ｃと内管７２ａとの間、仕切管７２ｃと外管７２ｂとの間、仕切管７２ｃの先端に形成される隙間により、冷却水が往復する内部冷却流路７３を形成している。

このような内部冷却流路７３を設けることにより、本体部７１の先端をより確実に冷却することができ、燃焼室５７の円錐面を確実に冷却することができる。したがって、炉内温度が１３００℃程度の高温で、かつ、炉内圧が２．３ＭＰａ程度の高圧となる合成ガス製造用燃焼装置で用いるバーナも確実に冷却できるので、激しい熱を受けるバーナ先端部が損傷することを確実に防止できる。

なお、各形態例において、ブロックは同一形状で形成することが好ましいが、異なる形状で形成することもでき、先端部材に挿入可能な形状ならば分割数、分割位置も任意である。また、ブロックに設ける突起の位置や数は、ブロックの大きさなどによって任意に設定することができる。各構成部材は、バーナやランスの使用環境に応じた材料で形成することができ、鉄やステンレスを用いることもできるが、冷却性能を強化するためには、熱伝導率の高い銅や銅合金を使用することが望ましい。

本発明のバーナ又はランスの冷却構造の第１形態例を示す要部の断面側面図である。ブロックをリング状に接合した状態を示す正面図である。図２のIII−III断面図である。ブロックの組み付け状態を示す説明図である。本発明のバーナ又はランスの冷却構造の第２形態例を示す正面図である。同じく要部の断面側面図である。本発明のバーナ又はランスの冷却構造の第２形態例を示す正面図である。同じく要部の断面側面図である。

符号の説明

１１…本体部、１２…中心管、１３…外側管、１４…第１流体噴出流路、１５…第２流体噴出流路、１６…外管、１７…内管、１３ａ，１６ａ，１７ａ…全周溶接部、２１…内側冷却流路、２２…外側冷却流路、２３…折り返し冷却流路、３１…ブロック、３１ａ…円錐面、３１ｂ…円筒面、３１ｃ…リング状平板面、３１ｄ，３１ｅ…突起、３２…先端部材、３２ａ…円錐部、３２ｂ…内側筒状部、３２ｃ…外側筒状部、３２ｄ…端板部、３２ｅ…開口、５１…本体部、５２…中心管、５３…外側管、５４…管体部、５５…第１流体噴出流路、５６…第２流体噴出流路、５７…燃焼室、５８…ノズル、５９…外管、６０…内管、６１…ブロック、６１ａ…後部側円錐面、６１ｂ…前部側円錐面、６１ｃ…リング状平板面、６１ｄ…筒状面、６１ｅ，６１ｆ…突起、６２…先端部材、７１…本体部、７２…中心管、７３…内部冷却流路、７２ａ…内管、７２ｂ…外管、７２ｃ…仕切管

Claims

バーナ又はランスの本体部の先端に、該本体部の軸線を中心とした円周上の位置から前記軸線の延長線上に収斂する方向に流体を噴出する流体噴出流路を有するとともに、前記本体部の外周に外管と内管とを本体部と同心状に配置し、内管と本体部との間に内側冷却流路を、外管と内管との間に外側冷却流路をそれぞれ形成し、内側冷却流路の先端と外側冷却流路の先端とを折り返し冷却流路で連通させたバーナ又はランスの冷却構造において、前記本体部の先端部外周に前記流体噴出流路の軸線と平行な方向の面からなる円錐面を形成し、該円錐面の先端と前記外管の先端とを端板で閉塞するとともに、前記内管の先端に、周方向に複数に分割されたブロックを配置してリング状に接合することにより、該ブロックの内周面と前記円錐面との間、該ブロックの先端面と前記端板の内面との間、該ブロックの外周面と前記外管の内周面との間に、前記折り返し冷却流路を形成したことを特徴とするバーナ又はランスの冷却構造。
前記ブロックは、前記円錐面、前記端板の内面及び前記外管の内周面の少なくともいずれか２面に当接する突起を有していることを特徴とする請求項１記載のバーナ又はランスの冷却構造。