JP6255643B2 - Powder melting burner - Google Patents
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Description
本発明は、粉体溶融バーナに関する。 The present invention relates to a powder melting burner.
シリカ、アルミナあるいはガラス原料粉末等の無機質粉体原料を溶融する際には、高温の火炎が必要である事から、通常は、酸素・ガス燃焼のバーナが用いられている。このバーナには、予混合型バーナと拡散型バーナとがある。 When melting an inorganic powder raw material such as silica, alumina or glass raw material powder, a high-temperature flame is required, and therefore an oxygen / gas combustion burner is usually used. This burner includes a premixed burner and a diffusion burner.
予混合型バーナは、酸素と燃焼ガスとを予め混合して燃焼場に噴出するものであり、バーナ内で、原料粉体、酸素、燃料を十分に混合し、バーナ先端に形成する火炎中に原料粉体を供給するものが知られている(例えば、特許文献1)。 The premixed burner is a mixture of oxygen and combustion gas that is pre-mixed and ejected to the combustion field. In the burner, the raw material powder, oxygen, and fuel are thoroughly mixed and formed in the flame formed at the burner tip. What supplies raw material powder is known (for example, patent document 1).
拡散型バーナは、酸素と燃焼ガスとを別々に噴出し、燃焼場で混合させるものであり、例えば、竪型路に配置される拡散型バーナとして、同心円状の二重管で構成され、その内管と外管との間に多数の小管を設け、珪素質原料をバーナの中心管(内管)から自然流下(又は加圧流下)させ、小管からの可燃ガスと外管からの酸素ガスとで形成した火炎中に原料を投入し、熔融シリカ球状体を製造するものが知られている(例えば、特許文献2)。 A diffusion burner is one in which oxygen and combustion gas are separately ejected and mixed in a combustion field. For example, a diffusion burner disposed in a saddle type path is composed of a concentric double tube, Many small pipes are provided between the inner pipe and the outer pipe, and the siliceous raw material is allowed to flow naturally (or under pressurized flow) from the central pipe (inner pipe) of the burner. Combustible gas from the small pipe and oxygen gas from the outer pipe In a known method, a raw material is introduced into a flame formed by the above process to produce fused silica spheres (for example, Patent Document 2).
また、他の拡散型バーナとしては、同心の五重管で構成され、中心部から酸素ガス又は酸素富化ガスを搬送ガスとして原料粉体を燃焼室に供給し、その外周から燃料ガスを、さらにその外周から一次酸素及び二次酸素を供給するように構成され、最外周部にバーナを冷却する冷却ジャケットが設けられたものが知られている(例えば、特許文献3,4)。 Further, as another diffusion burner, it is composed of concentric quintuple pipes, supplying raw material powder to the combustion chamber using oxygen gas or oxygen-enriched gas as a carrier gas from the center, and fuel gas from its outer periphery, Further, it is known that primary oxygen and secondary oxygen are supplied from the outer periphery, and a cooling jacket for cooling the burner is provided at the outermost periphery (for example, Patent Documents 3 and 4).
さらには、原料粉体供給路及び噴出孔の内側及び外側に燃料の供給路及び噴出孔を設け、火炎で原料の流れを挟み込む事により、熔融効率を高めるバーナ構造も提案されている(例えば、特許文献5)。 Furthermore, a burner structure has also been proposed that increases the melting efficiency by providing a fuel supply path and jet holes inside and outside the raw material powder supply path and jet holes, and sandwiching the flow of the raw material with a flame (for example, Patent Document 5).
ところで、上述した従来のバーナは、その性能を発揮するために高温の炉に設置して使用するため、バーナノズルを囲繞するように冷却ジャケットを設ける必要があり、この冷却ジャケットの冷却剤(冷媒)としては冷却水を用いることが一般的であった。 By the way, since the conventional burner described above is used by being installed in a high-temperature furnace in order to exert its performance, it is necessary to provide a cooling jacket so as to surround the burner nozzle, and a coolant (refrigerant) for this cooling jacket. In general, cooling water is used.
しかしながら、従来の冷却ジャケットでは、冷却ジャケットの先端に結露が生じ、そこにバーナから吹き込まれた原料が付着・成長する事で、バーナの燃焼状態を阻害するだけでなく、製品の品質にも影響を与えるおそれがあるという課題があった。 However, in the conventional cooling jacket, condensation occurs at the tip of the cooling jacket, and the raw material blown from the burner adheres and grows there, which not only inhibits the combustion state of the burner but also affects the product quality. There was a problem that there is a risk of giving.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、結露の発生を防ぎ、原料の付着を低減する粉体溶融バーナを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the powder melting burner which prevents generation | occurrence | production of dew condensation and reduces adhesion of a raw material.
かかる課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
すなわち、請求項1に係る発明は、バーナノズルを冷却する冷却手段を備える粉体溶融バーナであって、原料粉体を供給する原料粉体供給路と、前記原料粉体供給路に原料粉体を供給する原料粉体供給器と、前記原料粉体供給路先端に設けられた原料噴出孔と、燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路先端に設けられた燃料噴出孔と、酸素又は酸素富化空気を供給する支燃性ガス供給路と、前記支燃性ガス供給路先端に設けられた支燃性ガス噴出孔と、を備え、前記冷却手段が、冷却ガスの導入部と導出部とを有する冷却ガス流路と、当該冷却手段の表面温度を所要の温度に制御する温度制御手段と、を有する空冷構造であり、前記導出部から前記原料粉体供給器に冷却ガスを供給する、粉体溶融バーナである。
In order to solve this problem, the present invention has the following configuration.
That is, the invention according to claim 1 is a powder melting burner provided with a cooling means for cooling the burner nozzle, the raw material powder supply path for supplying the raw material powder, and the raw material powder in the raw material powder supply path A raw material powder supply device to be supplied; a raw material injection hole provided at the front end of the raw material powder supply path; a fuel supply path for supplying fuel; a fuel injection hole provided at the front end of the fuel supply path; A combustion-supporting gas supply path for supplying oxygen-enriched air; and a combustion-supporting gas injection hole provided at a tip of the combustion-supporting gas supply path. a cooling gas flow path having a section, and a temperature control means for controlling the surface temperature of the cooling means to a required temperature, Ri cooling structure der with the cooling gas to the raw material powder supply unit from the outlet section A powder melting burner to be supplied .
請求項2に係る発明は、前記温度制御手段が、前記導出部側の前記冷却ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記導入部に導入する冷却ガスの流量を制御する流量制御手段と、を有する、請求項1に記載の粉体溶融バーナである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記冷却手段が、前記バーナノズルの最外周部に設けられる、請求項1又は2に記載の粉体溶融バーナである。
The invention according to claim 3 is the powder melting burner according to
請求項4に係る発明は、前記冷却手段が、前記バーナノズルを囲繞するように設けられる、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の粉体溶融バーナである。 The invention according to claim 4 is the powder melting burner according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling means is provided so as to surround the burner nozzle.
請求項5に係る発明は、前記冷却ガスが、支燃性ガスを含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の粉体溶融バーナである。
The invention according to
請求項6に係る発明は、前記支燃性ガス供給路に支燃性ガスを供給する支燃性ガス混合器を備え、前記導出部から前記支燃性ガス混合器に冷却ガスを供給する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の粉体溶融バーナである。 The invention according to claim 6 includes a combustion-supporting gas mixer that supplies a combustion-supporting gas to the combustion-supporting gas supply path, and supplies a cooling gas from the lead-out portion to the combustion-supporting gas mixer. The powder melting burner according to any one of claims 1 to 5.
本発明の粉体溶融バーナは、バーナノズルを冷却する冷却手段が、冷媒として冷却ガスを用いるとともに当該冷却手段の表面温度を所要の温度に制御する温度制御手段を有する空冷構造であり、冷却手段の表面温度を凝縮水が付着しない温度以上に制御及び保持する事ができるため、バーナノズルの表面における結露の発生を防ぎ、原料の付着を低減することができる。したがって、バーナの燃焼状態が良好に保たれ、付着物が製品中に混入して品質低下を起こす不具合を解消することができる。 The powder melting burner of the present invention has an air cooling structure in which the cooling means for cooling the burner nozzle has a temperature control means for controlling the surface temperature of the cooling means to a required temperature while using a cooling gas as a refrigerant. Since the surface temperature can be controlled and maintained at a temperature higher than the temperature at which condensed water does not adhere, it is possible to prevent the occurrence of condensation on the surface of the burner nozzle and reduce the adhesion of raw materials. Therefore, the combustion state of the burner can be kept good, and the problem that the adhering matter is mixed in the product and the quality is deteriorated can be solved.
以下、本発明を適用した一実施形態である粉体溶融バーナについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, a powder melting burner which is an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
先ず、本発明を適用した一実施形態である粉体溶融バーナの構成について説明する。
図1及び図2は、本発明を適用した一実施形態である粉体溶融バーナ(以下、単に「バーナ」と呼ぶことがある)を示しており、図1はバーナの中心軸に沿って切断した拡大断面図であり、図2は、バーナの温度制御手段を模式的に示す系統図である。
First, the structure of the powder melting burner which is one embodiment to which the present invention is applied will be described.
1 and 2 show a powder melting burner (hereinafter, simply referred to as “burner”) as an embodiment to which the present invention is applied, and FIG. 1 is cut along the central axis of the burner. FIG. 2 is a system diagram schematically showing the temperature control means of the burner.
図1に示すように、本実施形態のバーナ1は、当該バーナ1の中心側から、原料粉体を供給する原料粉体供給管2、燃料を供給する燃料供給管3、酸素又は酸素富化空気を供給する第1支燃性ガス供給管4、酸素又は酸素富化空気を供給する第2支燃性ガス供給管5及び空冷構造の冷却ジャケット(冷却手段)6から構成される、同軸の多重管構造を有している。また、本実施形態のバーナ1は、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとを用いた酸素燃焼バーナである。
As shown in FIG. 1, the burner 1 of the present embodiment includes a raw material
原料粉体供給管2は、バーナ1の同心多重管構造の最内側に、当該バーナ1の軸方向に沿って設けられている。この原料粉体供給管2の内側の空間は、原料粉体供給路2Aとなっており、原料粉体とキャリアガスとの混合物を供給可能となっている。
The raw material
原料粉体供給路2Aの先端は、バーナ1の先端面1aに開口している。そして、この原料粉体供給管2の開口部が原料噴出孔2aとなっており、バーナ中心軸に対して外側に傾斜した方向に原料粉体を噴出するようになっている。また、原料粉体供給管2は、原料粉体をキャリアガスとともに供給するための原料粉体供給器(図3中に示す符号10)と接続されている。
The front end of the raw material
原料粉体は、特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、シリカ、アルミナあるいはガラス原料粉末等の無機質粉体原料が挙げられる。また、原料粉体の粒子形態は、特に限定されるものではなく、角を有する非球形の粒子であってもよいし、角を有さない球形の粒子であってもよい。 The raw material powder is not particularly limited, and specific examples include inorganic powder raw materials such as silica, alumina or glass raw material powder. The particle form of the raw material powder is not particularly limited, and may be non-spherical particles having corners or spherical particles having no corners.
また、原料粉体の粒子径としては、特に限定されるものではないが、10〜100μmの範囲であることが好ましく、20〜30μmの範囲であることがより好ましい。ここで、原料粉体の粒子径が上記範囲内であると、保管も容易であり、且つ十分に溶融させる事が出来るために好ましい。 The particle diameter of the raw material powder is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 100 μm, and more preferably in the range of 20 to 30 μm. Here, it is preferable that the particle diameter of the raw material powder is within the above range because it is easy to store and can be sufficiently melted.
キャリアガスは、原料粉体を搬送可能な気体であれば、特に限定されるものではない。キャリアガスとしては、具体的には、例えば、安全性を考慮する場合には、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。また、原料粉体が、粒子径が大きい場合や、酸化雰囲気中での燃焼が遅い場合には、空気もしくは酸素富化空気等の酸素を含む支燃性ガスを用いる事が好ましい。 The carrier gas is not particularly limited as long as it is a gas capable of conveying the raw material powder. Specifically, for example, in consideration of safety, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas can be used as the carrier gas. In addition, when the raw material powder has a large particle size or when combustion in an oxidizing atmosphere is slow, it is preferable to use a combustion-supporting gas containing oxygen such as air or oxygen-enriched air.
燃料供給管3は、原料粉体供給管2の外側に、当該原料粉体供給管2と同軸的に設けられている。また、燃料供給管3と原料粉体供給管2との間に設けられた空間は、燃料供給路3Aとなっており、燃料ガスを供給可能となっている。換言すると、燃料供給路3Aは、原料粉体供給路2Aの外周に設けられている。
The fuel supply pipe 3 is provided outside the raw material
燃料供給路3Aの先端は、バーナ1の先端面1aに開口している。そして、図1に示すように、この燃料供給管3の開口部は、燃料供給孔3aとなっており、バーナ中心軸に対して平行な方向に燃料ガスを噴出するようになっている。
The tip of the fuel supply path 3 </ b> A is open to the
燃料ガスは、特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、メタン(CH4)やプロパン(C3H8)等の気体燃料を用いることができる。また、燃料供給管3に液体霧化機構を設けた場合であれば、灯油、アルコール等の液体燃料を用いることもできる。 The fuel gas is not particularly limited, and specifically, for example, gaseous fuel such as methane (CH 4 ) or propane (C 3 H 8 ) can be used. Further, if a fuel atomization mechanism is provided in the fuel supply pipe 3, liquid fuel such as kerosene and alcohol can be used.
第1支燃性ガス供給管4は、燃料供給管3の外側に、原料粉体供給管2及び燃料供給管3と同軸的に設けられている。また、燃料供給管3と第1支燃性ガス供給管4の間に設けられた空間は、第1支燃性ガス供給路4Aとなっており、支燃性ガスを供給可能となっている。換言すると、第1支燃性ガス供給管4Aは、燃料供給路3Aの外周に設けられている。
The first combustion-supporting gas supply pipe 4 is provided outside the fuel supply pipe 3 coaxially with the raw material
第1支燃性ガス供給路4Aの先端は、バーナ1の先端面1aに開口している。そして、この第1支燃性ガス供給路4Aの開口部は、第1支燃性ガス供給孔4aとなっており、バーナ中心軸に対して垂直な方向に支燃性ガスを噴出するようになっている。
The front end of the first combustion-supporting gas supply path 4 </ b> A is open to the
第2支燃性ガス供給管5は、第1支燃性ガス供給管4の外側に、原料粉体供給管2、燃料供給管3及び第1支燃性ガス供給管4と同軸的に設けられている。また、第1支燃性ガス供給管4と第2支燃性ガス供給管5との間に設けられた空間は、第2支燃性ガス供給路5Aとなっており、支燃性ガスを供給可能となっている。換言すると、第2支燃性ガス供給管5Aは、第1支燃性ガス供給管4Aの外周に設けられている。
The second flammable
第2支燃性ガス供給路5Aの先端は、バーナ1の先端面1aに開口している。そして、この第2支燃性ガス供給路5Aの開口部は、第2支燃性ガス供給孔5aとなっており、バーナ中心軸に対して水平な方向に支燃性ガスを噴出するようになっている。
The tip of the second combustion-supporting
第1支燃性ガス供給路4A及び第2支燃性ガス供給路5Aに供給する支燃性ガスとしては、燃料ガスと反応して火炎雰囲気を形成可能なガスであれば、特に限定されるものではない。このような支燃性ガスとしては、具体的には、例えば、酸素や酸素富化空気等を用いることができる。
The combustion-supporting gas supplied to the first combustion-supporting gas supply path 4A and the second combustion-supporting
冷却ジャケット6は、バーナ1の表面温度を凝縮水が付着しない温度(例えば、100℃)以上に制御及び保持しながら冷却する空冷構造の冷却手段である。この冷却ジャケット6は、図1に示すように、原料粉体供給管2、燃料供給管3、第1及び第2支燃性ガス供給管4,5から構成されるバーナノズルの最外周部に、バーナノズルを囲繞するように設けられている。
The cooling jacket 6 is a cooling means having an air cooling structure that cools while controlling and maintaining the surface temperature of the burner 1 to a temperature at which condensed water does not adhere (for example, 100 ° C.) or higher. As shown in FIG. 1, the cooling jacket 6 is formed on the outermost peripheral portion of the burner nozzle composed of the raw material
また、冷却ジャケット6は、図1及び図2に示すように、冷却ガスの導入部6aと導出部6bとを有する冷却ガス流路6Aと、バーナ1の表面温度を所要の温度に制御する温度制御ユニット(温度制御手段)6Bと、を有して概略構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cooling jacket 6 has a cooling
冷却ガス流路6Aは、図1に示すように、冷却ジャケット6の内部に設けられている。具体的には、冷却ガス流路6Aは2重管構造となっており、内周側(すなわち、第2支燃性ガス供給路5A側)の流路の基端側に導入部6aが、外周側の流路(すなわち、バーナ1の表面側)の基端側に導出部6bが、それぞれ設けられている。そして、内周側の流路と外周側の流路とは、バーナ1の先端側で連通されている。
As shown in FIG. 1, the cooling gas passage 6 </ b> A is provided inside the cooling jacket 6. Specifically, the cooling
本実施形態のバーナ1によれば、冷却ガスの供給源(図示略)から供給される相対的に低い温度の冷却ガスを導入部6a側から冷却ガス流路6Aの内周側の流路に導入することができるため、バーナノズル部を炉内からの輻射熱や、炉体からの輻射熱から保護することができる。これにより、バーナノズル部が過熱し、溶損する事を防ぐことが出来る。
According to the burner 1 of the present embodiment, a relatively low temperature cooling gas supplied from a cooling gas supply source (not shown) is transferred from the
また、冷却ガス流路6Aの外周側の流路には、冷却ジャケット6の内側に設けられたバーナノズル部を冷却した後の、相対的に高い温度の冷却ガスが流通するため、バーナ1の表面温度が過剰に低下することを防ぐことができる。
Moreover, since the relatively high temperature cooling gas after cooling the burner nozzle part provided inside the cooling jacket 6 flows in the flow path on the outer peripheral side of the cooling
ところで、従来の水冷式冷却ジャケットにおいては、冷却水の圧力損失や、冷却水中に含まれる不純物の析出(カルシウムやシリカ等)による冷却ジャケット流路の閉塞を考慮して、冷却ジャケット内部は、単純な多重管構造としているのが一般的である。 By the way, in the conventional water-cooling type cooling jacket, the cooling jacket interior is simple considering the pressure loss of the cooling water and the blockage of the cooling jacket flow path due to the precipitation of impurities (calcium, silica, etc.) contained in the cooling water. Generally, a multi-tube structure is used.
これに対して、本実施形態のバーナ1における空冷構造の冷却ジャケット6においても、水冷式冷却ジャケットと同様の流路構造をとる事が可能である。 On the other hand, the cooling jacket 6 of the air-cooling structure in the burner 1 of this embodiment can have the same flow path structure as the water-cooling cooling jacket.
しかしながら、冷媒として用いる冷却ガス中に含まれる不純物は、冷却水と比較して極微量であることから、不純物が析出することによる性能低下の心配が少ない。また、冷媒として冷却水を使用する場合と比べて、冷却ガスは同じ配管径での圧力損失も小さいため、冷却ジャケット6における冷却効率の向上を図る目的で、冷却ガス流路6A内(特に、内周側の流路)に、ラジエターフィンの様なものを設けて、冷却効率を向上させる事が好ましい。
However, since the impurities contained in the cooling gas used as the refrigerant are extremely small compared to the cooling water, there is little fear of performance degradation due to precipitation of impurities. Further, since the cooling gas has a small pressure loss with the same pipe diameter as compared with the case where the cooling water is used as the refrigerant, in order to improve the cooling efficiency in the cooling jacket 6, the inside of the cooling
本実施形態のバーナ1における冷却ジャケット6には、図2に示すように、冷却ガス流路6Aの導入部6aに冷却ガス導入経路L1が、導出部6bに冷却ガス導出経路L2が、それぞれ接続されている。
As shown in FIG. 2, the cooling jacket 6 in the burner 1 of the present embodiment is connected to the
冷却ガス導入経路L1は、図示略の冷却ガス供給源から導入部6aを介して冷却ガス流路6Aに冷却ガスを供給するために設けられた配管である。また、冷却ガス導入経路L1には、冷却ガスの流量を調節するための流量制御弁(流量制御手段)7が設けられている。流量制御弁7の開度を調節することにより、冷却ガス流路6Aに導入する冷却ガスの流量を調節することができる。
The cooling gas introduction path L1 is a pipe provided for supplying a cooling gas from a cooling gas supply source (not shown) to the cooling
冷却ガス導出経路L2は、導出部6bを介して冷却ガス流路6Aから排出された冷却ガスを搬送するために設けられた配管である。また、冷却ガス導出経路L2の導出部6b側には、冷却ガスの温度を測定するための温度計(温度測定手段)8が設けられている。
The cooling gas lead-out path L2 is a pipe provided for conveying the cooling gas discharged from the cooling
ここで、温度制御ユニット6Bは、図2に示すように、上述した温度計8と、流量制御弁7と、温度指示調節計(TIC:Temperature indicating controller)9とを有して構成されている。
Here, as shown in FIG. 2, the temperature control unit 6 </ b> B is configured to include the above-described
本実施形態のバーナ1における冷却ジャケット6によれば、冷却ガス流路6Aを流通させる際、温度制御ユニット6Bにより、すなわち、冷却ガス流路6Aから排出される冷却ガスの温度を温度計8によってモニターしながら温度指示調節計9によって流量制御弁8の開度を制御することにより、冷却ガスの流量を調節することができる。したがって、バーナ1の表面に結露が生じないように、冷却ジャケット6の能力を最適な状態に保持することができる。
According to the cooling jacket 6 in the burner 1 of the present embodiment, when the cooling
冷却ジャケット6に供給する冷却ガスは、バーナノズル部を炉内からの輻射熱や、炉体からの輻射熱から保護することができるものであれば、特に限定されるものではない。このような冷却ガスとしては、具体的には、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。また、キャリアガスと同様に、空気もしくは酸素富化空気等の酸素を含む支燃性ガスを用いてもよい。 The cooling gas supplied to the cooling jacket 6 is not particularly limited as long as it can protect the burner nozzle portion from radiant heat from the inside of the furnace and radiant heat from the furnace body. As such a cooling gas, specifically, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas can be used. Further, like the carrier gas, a combustion-supporting gas containing oxygen such as air or oxygen-enriched air may be used.
本実施形態のバーナ1によれば、バーナノズルを冷却する冷却ジャケット6が、冷媒として冷却ガスを用いるとともにバーナ1(すなわち、冷却ジャケット6)の表面温度を所要の温度に制御する温度制御ユニット6Bを有する空冷構造であり、バーナ1の表面温度を凝縮水が付着しない温度(例えば、100℃)以上に制御及び保持する事ができる。これにより、バーナノズルの表面における結露の発生を防ぎ、原料の付着を低減することができる。したがって、バーナ1の燃焼状態が良好に保たれ、付着物が製品中に混入して品質低下を起こす不具合を解消することができる。
According to the burner 1 of the present embodiment, the cooling jacket 6 that cools the burner nozzle uses the
また、本実施形態のバーナ1によれば、冷却ジャケット6から導出される冷却ガスの排熱を利用することができる。
図3は、本実施形態のバーナ1における冷却ガスの利用形態の一例を示す系統図である。なお、本利用形態において、上述したバーナ1の構成と同一の構成については、同じ符号を付すとともに説明を省略する。
Moreover, according to the burner 1 of this embodiment, the exhaust heat of the cooling gas derived | led-out from the cooling jacket 6 can be utilized.
FIG. 3 is a system diagram illustrating an example of a usage pattern of the cooling gas in the burner 1 of the present embodiment. In addition, in this usage pattern, about the same structure as the structure of the burner 1 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図3に示すように、冷却ジャケット6の導出部6bから導出される冷却ガスは、冷却ガス導出経路L2を経由して原料粉体供給器10に供給される。ここで、原料粉体供給器10は、原料粉体供給路2Aに原料粉体とキャリアガスとの混合ガスを供給するための装置である。また、原料粉体供給器10には、キャリアガス供給源(図示略)からキャリアガスを供給するための経路L3と、混合ガスを原料粉体供給路2Aに供給するための経路L4と、キャリアガスを系外に排出するための経路L5と、が接続されている。さらに、冷却ガス導入経路L1には流量計11が、経路L3には流量制御弁12及び流量計13が、経路L5には流量制御弁14及び流量計15が、それぞれ設けられている。
As shown in FIG. 3, the cooling gas led out from the lead-out
本利用形態において、冷却ガスはキャリアガスと同じガスを用いる。これにより、冷却ジャケット6の導出部6bから導出される予熱された冷却ガスは、冷却ガス導出経路L2を経由して原料粉体供給器10に供給され、キャリアガスとして原料粉体とともにバーナ1の原料粉体供給路2Aに供給することができる。
In this usage mode, the same gas as the carrier gas is used as the cooling gas. As a result, the preheated cooling gas led out from the lead-out
ここで、冷却ジャケット6から排出される冷却ガス(キャリアガス)は、冷却ジャケット6の性能を維持する事が出来る様に、適切な流量に制御されている。この流量は、原料粉体を搬送するキャリアガスの適切な流量と一致しない場合があり、その場合、原料粉体を適切に搬送出来ないといった不具合が生じる。 Here, the cooling gas (carrier gas) discharged from the cooling jacket 6 is controlled to an appropriate flow rate so that the performance of the cooling jacket 6 can be maintained. This flow rate may not coincide with an appropriate flow rate of the carrier gas for conveying the raw material powder, and in this case, there is a problem that the raw material powder cannot be conveyed properly.
そこで、各経路に設けられた流量制御弁及び流量計を流量指示調節計16によって制御することにより、冷却ジャケット6から排出された冷却ガスの流量がキャリアガスの適正流量よりも多い場合は経路L5から一部を大気放出し、不足する場合は経路L3によって常温のキャリアガスを加える事で流量補正を行う。
Therefore, when the flow rate control valve and the flow meter provided in each path are controlled by the flow
以上のように、本利用形態によれば、冷却ジャケット6から排出された冷却ガスをキャリアガスとし、一旦原料粉体供給器10に供給した後、一部放出及び補充を行う事で、原料粉体供給器10内において原料粉体の予熱を効率よく行う事が出来る。
As described above, according to this mode of use, the cooling gas discharged from the cooling jacket 6 is used as a carrier gas, and after being supplied to the raw
図4は、本実施形態のバーナ1における冷却ガスの利用形態の他の例を示す系統図である。なお、本利用形態において、上述した利用形態の一例と同一の構成については、同じ符号を付すとともに説明を省略する。 FIG. 4 is a system diagram showing another example of the usage form of the cooling gas in the burner 1 of the present embodiment. In addition, in this usage pattern, about the same structure as an example of the usage pattern mentioned above, the same code | symbol is attached and description is abbreviate | omitted.
図4に示すように、本利用形態は、原料粉体供給器10に換えて支燃性ガス混合器17が設けられており、原料粉体供給路2Aに接続される経路L4に換えて支燃性ガス供給路4A及び4Bに接続される経路L6が設けられている。なお、経路L6は、バーナ1側で経路L6AとL6Bとに分岐されており、それぞれ第1及び第2支燃性ガス供給路4A,5Aにそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 4, in this usage mode, a combustion-supporting gas mixer 17 is provided instead of the raw material
本利用形態において、冷却ガスは、支燃性ガスと同じ成分のガスを用いる。これにより、冷却ジャケット6の導出部6bから導出される予熱された冷却ガスは、冷却ガス導出経路L2を経由して支燃性ガス混合器17に供給され、支燃性ガスとしてバーナ1の第1及び第2支燃性ガス供給路4A,5Aにそれぞれ供給することができる。
In this usage mode, the cooling gas uses the same component gas as the combustion-supporting gas. As a result, the preheated cooling gas led out from the lead-out
なお、本利用形態の場合も、キャリアガスに用いる場合と同様に、冷却ガス供給路6Aから排出された冷却ガスの流量と、燃焼に必要な支燃性ガスの流量とが一致しない場合がある。ここで、燃焼用の支燃性ガスに過不足があると、バーナ1の燃焼状態を適切に保つ事が出来ないため、排出された冷却ガスの流量が、適正な支燃性ガスの流量よりも多い場合は経路L5から一部を大気放出し、不足する場合は経路L3から常温の支燃性ガスを加える事で流量補正を行う。
In the case of this usage mode, the flow rate of the cooling gas discharged from the cooling
本利用形態によれば、冷却ジャケット6から排出された冷却ガスを予熱された支燃性ガスとすることができる。このように、燃焼用の支燃性ガスを予熱すると、燃料の燃焼性が改善され、不完全燃焼を抑制する事ができる。その結果、例えば、燃料の不完全燃焼により生成したカーボンが、製品中に混入するといった不具合を防ぐことが可能となる。 According to this form of use, the cooling gas discharged from the cooling jacket 6 can be used as a preheated combustion-supporting gas. Thus, when the combustion-supporting gas for combustion is preheated, the combustibility of the fuel is improved and incomplete combustion can be suppressed. As a result, for example, it is possible to prevent a problem that carbon generated by incomplete combustion of the fuel is mixed into the product.
以上説明したように、本実施形態のバーナ(粉体溶融バーナ)1によれば、バーナ噴出孔(ノズル)を冷却保護するために空冷構造の冷却ジャケット6を用いることにより、水冷構造のジャケットと比較して、冷却水漏れの心配が無い。 As described above, according to the burner (powder melting burner) 1 of the present embodiment, the cooling jacket 6 having an air cooling structure is used to cool and protect the burner ejection holes (nozzles). In comparison, there is no worry of cooling water leakage.
また、冷媒に冷却ガスを用い、その温度を測定して制御することで、冷却ジャケット6の表面温度(すなわち、バーナ1の表面温度)を、凝縮水が付着しない温度以上(例えば、100℃以上)に容易に保持する事ができる。そのため、冷却ジャケット6の先端部に結露が生じないので、原料粉体が付着、溶融・成長することを防ぐことができる。したがって、バーナ1の燃焼状態が良好に保たれ、付着物が製品中に混入して品質低下を起こす不具合が解消される。 Further, by using a cooling gas as the refrigerant and measuring and controlling the temperature, the surface temperature of the cooling jacket 6 (that is, the surface temperature of the burner 1) is set to a temperature that is not higher than that at which condensed water does not adhere (for example, 100 ° C. or higher). ) Can be easily held. For this reason, no condensation occurs at the tip of the cooling jacket 6, so that the raw material powder can be prevented from adhering, melting and growing. Therefore, the combustion state of the burner 1 is kept good, and the problem that the adhering matter is mixed in the product and the quality is deteriorated is solved.
また、本実施形態のバーナ1において、冷却ガスに支燃性ガスを用いた場合、冷却ジャケット内での熱交換により温度が上昇した支燃性ガスを、原料搬送用の支燃性ガスあるいは、燃料燃焼の為の支燃性ガス、もしくはその両方に用いることで、原料粉体予熱による溶融効率の改善や、支燃性ガス温度上昇によるバーナ燃焼効率の改善を図る事が出来る。 Further, in the burner 1 of the present embodiment, when a combustion-supporting gas is used as the cooling gas, the combustion-supporting gas whose temperature has been increased by heat exchange in the cooling jacket is replaced with a combustion support gas for raw material conveyance, or By using it as a combustion-supporting gas for fuel combustion or both, it is possible to improve the melting efficiency by preheating the raw material powder and to improve the burner combustion efficiency by increasing the temperature of the combustion-supporting gas.
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態のバーナ1の構成は一例であり、原料粉体供給、燃料供給路及び支燃性ガス供給路の数や配置順は特に限定されるものではない。また、各噴出孔の方向も、特に限定されない。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the configuration of the burner 1 of the embodiment described above is an example, and the number and arrangement order of the raw material powder supply, the fuel supply path, and the combustion-supporting gas supply path are not particularly limited. Further, the direction of each ejection hole is not particularly limited.
本発明の実施例を以下に示す。
(実施例1)
本発明のバーナとして、図1に示す空冷構造のバーナを用いた。一方、従来のバーナとして、上述した特許文献4に記載の水冷式バーナを用いた。
本発明のバーナ及び従来のバーナを用い、平均粒度20μmのシリカ粉末を加熱炉内に噴出させ、加熱炉内に設けた覗き窓より、ビデオカメラでバーナ先端を観察する事で、ノズルに原料が融着するまでの時間を計測した。結果を下記表1に示す。
Examples of the present invention are shown below.
Example 1
As the burner of the present invention, an air-cooled burner shown in FIG. 1 was used. On the other hand, the water-cooled burner described in Patent Document 4 described above was used as a conventional burner.
Using the burner of the present invention and a conventional burner, silica powder having an average particle size of 20 μm is ejected into a heating furnace, and the tip of the burner is observed with a video camera from a viewing window provided in the heating furnace. The time until fusion was measured. The results are shown in Table 1 below.
原料粉体は、供給までに200メッシュの篩で分級し、75μm以上を取り除いて使用した。原料フィーダから供給される原料粉体の供給量は20kg/hとし、原料は12時間供給した。
原料粉体を搬送するためのキャリアガスには酸素を用い、その流量は7.5Nm3/hとした。
燃料ガスにはLPGを用い、流量は5Nm3/hとした。
支燃性ガスには酸素を用い、流量は20Nm3/hとした。
The raw material powder was classified with a 200-mesh sieve until supply, and 75 μm or more was removed before use. The supply amount of the raw material powder supplied from the raw material feeder was 20 kg / h, and the raw material was supplied for 12 hours.
Oxygen was used as a carrier gas for conveying the raw material powder, and its flow rate was 7.5 Nm 3 / h.
LPG was used as the fuel gas, and the flow rate was 5 Nm 3 / h.
Oxygen was used as the combustion-supporting gas, and the flow rate was 20 Nm 3 / h.
また、加熱炉後段にバグフィルターを設けて、火炎処理されたシリカ粉末を回収した。回収したサンプルを1kg分け取り、200メッシュの篩で分級して、篩上残分を評価した。評価結果を下記表1に示す。 In addition, a bag filter was provided at the rear stage of the heating furnace to recover the flame-treated silica powder. 1 kg of the collected sample was taken and classified with a 200 mesh sieve, and the residue on the sieve was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1 below.
表1に示すように、本発明のバーナにおいては、原料供給を行っていた12時間の間に、バーナ先端部に原料が付着するような様子は見られなかった。
これに対して、従来のバーナにおいては、原料供給開始から2時間後には、バーナ先端に原料が付着し始めた。さらに運転を継続すると、付着した原料はバーナ火炎の熱で溶融し始めた。その後、溶融した付着物は成長し、バーナ火炎の燃焼状態を乱すような状態が確認された。
As shown in Table 1, in the burner of the present invention, it was not observed that the raw material adhered to the tip of the burner during the 12 hours during which the raw material was supplied.
On the other hand, in the conventional burner, the raw material started to adhere to the tip of the burner after 2 hours from the start of the raw material supply. As the operation continued further, the adhering raw material began to melt with the heat of the burner flame. Thereafter, the melted deposits grew and a state that disturbed the combustion state of the burner flame was confirmed.
また、バグフィルターで回収したサンプルを篩で分級したところ、本発明のバーナでは、原料には含まれていない75μ以上の粒子重量が2%であったのに対し、従来のバーナでは15%となった。これは、従来のバーナでは、バーナ冷却ジャケットの先端部に付着した原料が溶融し、その一部がバグフィルターに回収されたためであると考える。 In addition, when the sample collected by the bag filter was classified with a sieve, the particle weight of 75 μm or more not included in the raw material was 2% in the burner of the present invention, whereas the conventional burner was 15%. became. This is considered to be because in the conventional burner, the raw material adhering to the tip of the burner cooling jacket was melted and part of it was collected by the bag filter.
<実施例2>
本発明のバーナとして、図1に示す空冷構造のバーナを用いた。一方、従来のバーナとして、上述した特許文献4に記載の水冷式バーナを用いた。
本発明のバーナ及び従来のバーナを用い、平均粒度20μmのシリカ粉末を加熱炉内に噴出させ、後段にバグフィルターを設けて、火炎処理されたシリカ粉末を回収した。
<Example 2>
As the burner of the present invention, an air-cooled burner shown in FIG. 1 was used. On the other hand, the water-cooled burner described in Patent Document 4 described above was used as a conventional burner.
Using the burner of the present invention and a conventional burner, silica powder having an average particle size of 20 μm was jetted into a heating furnace, and a bag filter was provided in the subsequent stage to recover the flame-treated silica powder.
ここで、本発明のバーナは、冷却ガスとして酸素を用いた。
冷却ジャケットから排出された冷却ガスは、原料フィーダに供給し、原料粉体のキャリアガスとして用いた。
原料フィーダから供給される原料粉体の供給量は20kg/hとした。
原料粉体ガス量は7.5Nm3/hとした。
燃料ガスにはLPGを用い、流量は5Nm3/hとした。
支燃性ガスには酸素を用い、流量は20Nm3/hとした。
Here, the burner of the present invention used oxygen as a cooling gas.
The cooling gas discharged from the cooling jacket was supplied to the raw material feeder and used as a carrier gas for the raw material powder.
The supply amount of the raw material powder supplied from the raw material feeder was 20 kg / h.
The raw material powder gas amount was 7.5 Nm 3 / h.
LPG was used as the fuel gas, and the flow rate was 5 Nm 3 / h.
Oxygen was used as the combustion-supporting gas, and the flow rate was 20 Nm 3 / h.
バグフィルターで回収されたシリカ粉末中に含まれる炭素濃度を測定した。測定結果を表2に示す。 The carbon concentration contained in the silica powder recovered by the bag filter was measured. The measurement results are shown in Table 2.
表2に示すように、従来のバーナと比較して、本発明のバーナでは製品中に含まれる炭素濃度が低減している事が確認された。 As shown in Table 2, it was confirmed that the carbon concentration contained in the product was reduced in the burner of the present invention as compared with the conventional burner.
1…バーナ(粉体溶融バーナ)、1a…先端面、2…原料粉体供給、2A…原料粉体供給路、2a…原料噴出孔、3…燃料供給管、3A…燃料供給路、3a…燃料供給孔、4…第1支燃性ガス供給管、4A…第1支燃性ガス供給路、4a…第1支燃性ガス供給孔、5…第2支燃性ガス供給管、5A…第2支燃性ガス供給路、5a…第2支燃性ガス供給孔、6…冷却ジャケット(冷却手段)、6A…冷却ガス流路、6B…温度制御ユニット(温度制御手段)、6a…導入部、6b…導出部、7,12,14…流量制御弁(流量制御手段)、8…温度計(温度測定手段)、9…温度指示調節計、10…原料粉体供給器、11,13,15…流量計、16…流量指示調節計、17…支燃性ガス混合器、L1…冷却ガス導入経路、L2…冷却ガス導出経路、L3〜L6…経路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Burner (powder melting burner), 1a ... Front end surface, 2 ... Raw material powder supply, 2A ... Raw material powder supply path, 2a ... Raw material injection hole, 3 ... Fuel supply pipe, 3A ... Fuel supply path, 3a ... Fuel supply hole, 4... 1st combustion-supporting gas supply pipe, 4A... 1st combustion-supporting gas supply path, 4a... 1st combustion-supporting gas supply hole, 5. 2nd combustion-supporting gas supply path, 5a ... 2nd combustion-supporting gas supply hole, 6 ... cooling jacket (cooling means), 6A ... cooling gas flow path, 6B ... temperature control unit (temperature control means), 6a ... introduction , 6b ... derivation unit, 7, 12, 14 ... flow control valve (flow control means), 8 ... thermometer (temperature measurement means), 9 ... temperature indicating controller, 10 ... raw material powder feeder, 11, 13 , 15 ... flow meter, 16 ... flow rate indicating controller, 17 ... combustion-supporting gas mixer, L1 ... cooling gas introduction path, L2 ... cooling gas lead-out Road, L3~L6 ... route
Claims (6)
原料粉体を供給する原料粉体供給路と、
前記原料粉体供給路に原料粉体を供給する原料粉体供給器と、
前記原料粉体供給路先端に設けられた原料噴出孔と、
燃料を供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路先端に設けられた燃料噴出孔と、
酸素又は酸素富化空気を供給する支燃性ガス供給路と、
前記支燃性ガス供給路先端に設けられた支燃性ガス噴出孔と、
を備え、
前記冷却手段が、冷却ガスの導入部と導出部とを有する冷却ガス流路と、当該冷却手段の表面温度を所要の温度に制御する温度制御手段と、を有する空冷構造であり、
前記導出部から前記原料粉体供給器に冷却ガスを供給する、粉体溶融バーナ。 A powder melting burner provided with a cooling means for cooling the burner nozzle,
A raw material powder supply path for supplying the raw material powder;
A raw material powder feeder for supplying raw material powder to the raw material powder supply path;
A raw material ejection hole provided at a tip of the raw material powder supply path;
A fuel supply path for supplying fuel;
A fuel ejection hole provided at the tip of the fuel supply path;
A combustion-supporting gas supply path for supplying oxygen or oxygen-enriched air;
A combustion-supporting gas ejection hole provided at the tip of the combustion-supporting gas supply path;
With
Said cooling means includes a cooling gas flow path having an outlet portion and inlet portion of the cooling gas, Ri cooling structure der having a temperature control means, the controlling the surface temperature of the cooling means to a required temperature,
A powder melting burner for supplying a cooling gas from the outlet to the raw material powder feeder .
前記導出部から前記支燃性ガス混合器に冷却ガスを供給する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の粉体溶融バーナ。 A combustion-supporting gas mixer that supplies the combustion-supporting gas to the combustion-supporting gas supply path;
The powder melting burner according to any one of claims 1 to 5 , wherein a cooling gas is supplied from the outlet portion to the combustion-supporting gas mixer.
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