JP2007534915A - 冶金処理装置 - Google Patents

Abstract

冶金処理装置は、水冷式パネルで内部にライニングした冶金容器を含む。容器アクセス塔６１が冶金容器１１の周囲に配設されて、冶金容器の外部の周囲に配設された水入口および水出口連結部４２、４３を通して冶金容器内の冷却パネルに対する冷却水流を提供するための冷却剤流通系６２を支持している。冷却剤流通系６２は、塔６１の上部分の上に取り付けられて冶金容器１１の上端部の周りに延在する大直径の水供給管および戻り管６６、６７と、主水供給管６６に連結されて冶金容器のそれぞれの冷却パネルのための水入口継手を有する連結部へ下方に伸張する比較的小直径の第１系列の鉛直下降管６８と、上端部において主戻り管６７に連結され、下端部においては冶金容器内の冷却パネルのための分割されていない出口継手に連結された第２系列の小直径の鉛直管６９とを含む。

Description

本発明は、冶金容器中で冶金プロセスが行われる冶金処理装置に関するものである。排他的ではないが、本発明は、鉱石、部分的に還元された鉱石、および、金属を含む廃棄物流等の含金属供給材料から純金属または合金形態の溶融金属を製造するための直接製錬を行なう装置に特有な用途を有する。

反応媒体として、主として溶融金属層に依存して、一般にＨＩｓｍｅｌｔ法と呼ばれる周知の直接製錬プロセスが、米国特許第６２６７７９９号と国際特許公報ＷＯ９６／３１６２７に本出願人名義で記載されている。これらの出願に記載されているようなＨＩｓｍｅｌｔ法は、以下を含む：
（ａ）溶融した鉄とスラグから成る浴を容器中で形成すること、
（ｂ）浴中に
（ｉ）金属を含む供給材料（典型例は、金属酸化物）、および
（ｉｉ）金属酸化物の還元剤およびエネルギー源として働く固体炭素質材料（典型例は、石炭）を注入すること、および
（ｃ）金属を含む供給材料を製錬して金属層の金属にすること。

本明細書で、用語「製錬」は、金属酸化物を還元する化学反応を行なって液体金属を作る熱プロセスを意味するものと理解してもらいたい。

また、ＨＩｓｍｅｌｔ法は、溶融鉄・スラグ浴から該浴上空間に放出されるＣＯやＨ_２等の反応ガスを後燃焼させ、後燃焼によって発生する熱を溶融鉄・スラグ浴に伝えて、金属を含む供給材料を製錬するために必要な熱エネルギーに貢献することを含む。

また、ＨＩｓｍｅｌｔ法は、溶融鉄・スラグ浴の公称静止表面上方の遷移ゾーンを形成することを含み、該遷移ゾーンでは、好適量の、上昇し下降する溶融金属および／またはスラグの滴または飛沫または流れがあり、これらが、溶融鉄・スラグ浴上方の後燃焼反応ガスによって発生する熱エネルギーを溶融鉄・スラグ浴に伝えるために効果的な媒体を提供する。

ＨＩｓｍｅｌｔ法では、含金属供給材料および固体炭素質材料が、鉛直線に対して傾斜して製錬容器の側壁を通して内向き下方に伸張する多数のランス／羽口を通して金属層中に注入され、また、製錬容器の下部領域内に注入され、それによって、固体材料が製錬容器底部の金属層中に供給される。製錬容器の上部における反応ガスの後燃焼を促進させるために、熱空気衝風（酸素を富化したものでもよい）が、下方に伸張する熱空気注入ランスを通して製錬容器上部領域に注入される。製錬容器内で反応ガスの後燃焼によって生じる廃ガスは、廃ガスダクトを通じて製錬容器の上部分から排除される。

ＨＩｓｍｅｌｔ法は、単一の小型容器内での直接製錬によって、大量の溶融金属の製造を可能にする。この容器は、長期間にわたることができる製錬作業全体を通じて極めて高温で固体、液体および気体を含む圧力容器として機能しなければならない。本出願人名義の米国特許第６３２２７４５号および国際特許公報ＷＯ ００／０１８５４に記載されているように、少なくとも溶融金属と接触する基部と側部を有し、耐火材料から成る炉床が収められて炉床の側部から上方に延在する側壁を有する鋼製外皮で、前記圧力容器を形成可能であり、前記側壁は、スラグ層とその上のガスの連続空間と接し、側壁の少なくとも一部が水冷パネルで形成される。斯かるパネルは、突き固められるか、または、ガン（gun）で吹き付けられた耐火材が間に存在する二重蛇行形状体であってよい。内部耐火材と耐火材冷却系を有するその他の冶金容器が提供されている。例えば、従来の製鉄用高炉では、冷却系は、一般に、高炉の柱を通じて上向きに延在する大量の重荷によって発生する力に耐えることのできる丈夫な鋳鉄製の一連の冷却ステイブを含む。これらステイブは、高炉が長期間停止する再ライニング中にのみ取り替えられる。これらの日々、すなわち連続的に稼働する高炉の再ライニングの間の時期は２０年以上になる可能性があり、再ライニングは何ヶ月にもわたる。

一方、鋼のバッチ製造のために使用されるようなアーク炉では、蓋を取り外した時にアクセス可能である支持ケージから単に懸架されて、ほとんど消耗品のように取り扱われる冷却パネルを採用してもよい。これらを、別の予定された停止時間中または加熱の間に取替えおよび／または修理することができる。

ＨＩｓｍｅｌｔ法を実施するための冶金容器は、工程が連続的に実行され、一般的には約１年またはそれ以上の長期にわたって圧力容器として容器を閉鎖しなければならず、次いで本出願人の名で米国特許第６５６５７９８号に記載するように短期間に急速に再ライニングをしなければならないという固有の問題を提起する。これによって、アクセスが制限される区域における内部冷却パネルの設置、および個別のパネルへのおよびパネルからの冷却剤の制御された流れを可能にする冷却剤流通系が必要となる。

本発明により以下の冶金処理装置が提供される。
（ａ）中空の冶金容器と、
（ｂ）前記冶金容器の少なくとも上部分用の内部ライニングを形成し、それぞれが冷却剤の流れを通すための内部通路を有する複数の冷却パネルと、
（ｃ）前記冶金容器の外側周囲の複数位置にある前記冷却パネル用の冷却剤入口継手および出口継手と、
（ｄ）前記パネル入口継手および前記パネル出口継手に対して入出する冷却剤流のための冷却剤流装置であって、前記冶金容器の周囲を少なくとも部分的に概ね水平に延在する供給管および戻り管と、前記主供給管と前記パネル入口継手に連結された第１系列の直立小管と、前記戻り管と前記パネル出口継手に連結された第２系列の直立管とを含む冶金処理装置。

冷却剤流通系を、容器を少なくとも部分的に包囲する塔（タワー）構造体の上に支持してもよい。

この塔構造体を、柱と梁を相互に連結する構造的骨組によって構成してもよく、容器および／または冷却剤流通系へアクセスするための通路を有してもよい。

主冷却剤供給管と戻り管の両者を塔構造体の上部で支持してもよく、第１および第２系列の小断面管を塔構造体から下方に伸張させることもできる。

前記供給管および戻り管の各々を、概ねＵ字形状になし、全体として前記容器の上端部の周囲に配置可能である。

前記第１および第２系列の直立管を、それぞれの個別入口弁および出口弁を介して前記パネル入口継手およびパネル出口継手に連結することができ、前記個別入口弁および出口弁が、前記冷却パネルに対する冷却剤流の個別調整を可能にする。

前記パネル入口継手および前記パネル出口継手に対する連結を可撓性継手で行なうことができる。

前記冶金容器の上部分内下方に向けて熱ガスを注入するための熱ガス注入ランスが前記冶金容器に取付けられ、前記ランスが冷却剤流路を有し、また、前記塔構造体が、前記熱ガス注入ランスの冷却剤流路に対する冷却剤流のためのガスランス冷却剤流通系を支持する構成を採用することができる。

また、前記冶金容器の下部分内に固体を注入するための一連の固体注入ランスが前記冶金容器に取付けられ、前記固体注入ランスは冷却剤流路を有し、前記塔構造体が、前記固体注入ランスの前記冷却剤流路に対する冷却剤流用の固体ランス冷却剤流通系を支持する構成を採用することができる。

本発明をさらに十分に説明するために、以下、添付図面を見ながら、一具体例について適宜詳細に説明する。

図１、図２は、米国特許第６２６７７９９号および国際特許公開ＷＯ９６／３１６２７に記載されているＨＩｓｍｅｌｔ法の実施に適する直接製錬容器を示す。この冶金容器は、全体として１１で指示され、耐火煉瓦で形成された基部１３と側部１４を含む炉床１２と、溶融金属を連続的に排出するための前炉１５と、溶融スラグを排出するための湯出し口１６とを有する。

冶金容器の基部は、鋼製の容器外皮１７の底端部に固定され、この容器外皮１７は、円筒形の主胴部分１８と、上方内側に傾斜した屋根部分１９と、廃ガス室２６を画成する上円筒形部分２１および蓋部分２２とを含む。上円筒形部分２１が廃ガス用の大直径出口２３を有し、蓋部分２２が開口部２４を有し、この開口部に、冶金容器の上部領域に熱空気衝風を供給するための下方に伸張するガス注入ランスを取り付けるようになっている。熱ガス注入ランスは、内部を水冷され、冷却水の内方流および外方流用の内側および外側環状冷却剤流路を有する。特に、この熱ガス注入ランスは米国特許第６４４０３５６号に開示された一般構造体であってよい。

外皮の円筒形主胴部分１８は、周囲に間隔を置いて配置された８つの管状マウンティング（装着手段）２５を有し、これらのマウンティング２５を通して、鉄鉱石、炭素質材料およびフラックスを冶金容器の底部分に注入するための固体注入ランスを伸張させるようになっている。固体注入ランスも、また、内部を水冷され、冷却水の内方流と帰還流のための内側および外側環状冷却剤流路を有する。特に、固体注入ランスは米国特許第６３９８８４２号に開示された一般構造体でよい。

使用中、冶金容器は鉄とスラグの溶融浴を収容し、冶金容器の上分は、１２００℃程度の極めて高い温度の高圧熱ガスを含まなければならない。したがって、冶金容器は長期間にわたって圧力容器として稼働することを要求され、これは頑丈夫な構造体であって完全に密封されたものでなければならない。冶金容器内への進入は極めて限定され、事実上、的に停止の際に蓋開口部２４と再ライニング用進入ドア２７を通ることに限られる。

容器外皮１１は、一組１０７点数の個別冷却パネルによってライニングされ、これら冷却パネルを通って冷却水が循環可能であり、これら冷却パネルは耐火材内に収められ、製錬ゾーンの上位における冶金容器用水冷式内部耐火ライニングとして用いられる。耐火ライニングが事実上連続的であること、および、冷却されない耐火材は急速に侵食されるので全耐火材を冷却することは重要である。パネルは、外皮１１の内部に取り付け可能であって、停止の際に、外皮の保全性を妨げることなく個別に除去および取替えをできるように形成されて外皮に取着される。

冷却パネルは、外皮の円筒形主胴部分１８をライニングする一組４８点数のパネル３１と、傾斜した屋根部分１９をライニングする一組１６点数のパネル３２から成る。第１組４点数のパネル３３は、傾斜した屋根部分１９の直上の廃ガス室２６の下部をライニングする。２０点数のパネル３４が、第１組４点数のパネル３３の上位の、廃ガス室２６の部分をライニングしている。１１点数のパネル３５が蓋２２をライニングし、８点数のパネル４０が出口２３をライニングしている。

廃ガス室のパネルと主胴部分における最下列のパネルは単一層の管で形成されるが、残りのパネルである、主胴部分３１、および、傾斜した屋根部分１９のパネルは二重の管層で形成され、容器外皮１７に対して互いに対向して配設されている。主胴部分における最下列のパネル３１は炉床の耐火材の背後に位置し、溶融金属に最も近い。耐火材にかなりの侵食または剥離がある場合には、これらのパネルが溶融金属に接触している可能性があり、したがって、銅製であることが好ましい。主胴部分、および、廃ガス室２６における残りのパネルは鋼製であってよい。

パネル３１の構造と、これらのパネルを容器外皮の円筒形主胴部分１８に取り付ける方法を、図６〜図１２に示す。図３〜図５に示すように、これらのパネルは、鉛直方向で離隔した６層の円弧状パネルとして冶金容器の周囲に離隔配置され、各層には、８つの個別パネル３１が存在する。各パネル３１は、ジグザグ形態の内側および外側パネル部分３７、３８を形成するように折曲された冷却剤流管３６から成る。また、内側および外側パネル部分３７、３８は、１つのパネル部分の水平管セグメントが別のパネル部分の水平管セグメントの間に位置するように鉛直方向で偏位している。冷却剤の入口および出口管継手４２は、各パネルの好ましくは一端部において内側パネル部分から延びているが、これらはパネルの他の部分、または、パネルの上から伸張してもよい。

パネル３１は、高さよりも長さが大きな伸張した細長い円弧形状体であり、外皮の円筒形主胴部分１８の曲率に合致するような曲率を有する。図３、図４で判るように、一連の開口部５５が胴パネル３１の組に形成されている。これらの開口部５５は、周囲方向で間離隔を置いて配置された筒形マウンティング２５と整合しており、固体注入ランスを冶金容器１１の内部に進入させるための十分な間隙を提供する。典型的な開口部は、概ね円筒形の固体注入ランスに適合するように形成され、該固体注入ランスは、進入の中心点において容器外皮１７に一点で接する鉛直平面に対して或る角度をなすように、容器外皮１７とパネル３１を通って延在している。開口部５５は、縁部に沿って形成された凹部を有する２つ以上のパネルの整合によって形成される。凹部は、鉛直縁または水平縁に沿っていてもよく、また、１つ以上の角隅部にあってもよい。筒形マウンティング２５は容器の周囲に共通高さで間離隔を置いて配置されている。開口部５５を形成するパネルは、典型的には、各ランスが２つ以上の隣接パネルの鉛直縁部と整合するように、筒形マウンティング２５間の周囲距離に合致する長さを有する。この構成配置は、固体注入ランスの領域で両鉛直縁部に沿って凹部を有するパネルに帰着する。これらの凹部はパネルの上角隅部または下角隅部まで拡がってもよい。

一組４つの装着ピン４３が、パネルから横方向外方に突出するように結合固定子４４によって外側パネル部分３８のジグザグ管形成体に連結されている。各結合固定子４４は、その端部で内側パネル部分の隣接管セグメントに固定され、図１０において最も明確に示されている方式で、外側パネル部分の管セグメントを横断して、その端部の間を外側に伸張している。結合固定子４４は概ねＶ字形をなし、Ｖ字形の底部は、外側パネル部分の管セグメントの周囲にぴったり適合するように湾曲している。装着ピン４３は、Ｖ字形状の谷底部から外側に伸張するように結合固定子に溶接されている。結合固定子は、パネル全体に分布する複数位置で管セグメントを離隔した関係で確実に保持することによって、パネルを引き締める働きをし、この結果、強力かつ可撓性のパネル構造が得られる。

装着ピン４３は、外皮１７の開口４５と、開口４５を囲んで外皮１７から外方に突出する突起管４６を通じて延在している。装着ピン４３の端部は、突起管４６の外端に位置するフランジ５７を越えて突出している。装着ピン４３は、環状金属ディスク４７を装着ピン４３とフランジ５７に溶接することによって、フランジ５７に結合され、かくして、開口４５を密封する方法式で外皮の外側に結合部が形成される。

同様な手法で、パネル用の入口継手および出口継手４２が、外皮１７の開口４８を貫通し、また、前記開口を囲んで外皮から外方に突出する突起管４９を超えて、外部に突出し、継手４２と、突起管４９の末端に位置するフランジ５９との間に環状ディスク５１を溶接することによって結合がなされる。かくして、各パネル３１が、外皮の個別の外部結合部において、４つの装着ピン４３と冷却剤管継手４２によって外皮に装着される。装着ピンと冷却剤管継手は突起管４６、４９内中に適合して間隙をなす。突起管４６、４９、フランジ５７、５９、ディスク４７、およびピン４３は、剛体であり、パネルが作動中であって、冷却水で満たされて耐火材中に収容されている時、突起管の末端から片持ち梁式にパネルの荷重を支えるための十分な強度を有する。

パネル３１は、装着ピン４３とフランジ５７の間、および、冷却剤管継手４２とフランジ５９の間の溶接部分を研削することによって除去される。この方法で、パネルは簡単に除去される。フランジ５７、５９もまた、交換パネルを装着する前に研削によって除去してもよい。この方法によって、フランジ５７、５９、突起４６、４９およびしたがって冶金容器１１に対する損傷を制限しながら、パネルを除去することができる。

装着ピン４３と冷却剤入口継手および出口継手４２は、相互平行関係でパネルから横方向外側に突出するように、また、容器の半径方向にパネルを通して横方向に延在する中央平面と平行になるように方向づけられ、したがって、冶金容器の筒形胴部に対して内方および外方に向けてパネルをそっくり動かすことによって、パネルの挿入し、また、取り外すことができる。

周囲方向に離隔するパネル３１の間のギャップ５３は、取り外そうとするパネルをピン４６および管継手４２の方向に沿って内方に引く時に、取り外されるパネルの後外縁部が隣接パネルの内縁部を離れることができるように、十分でなければならない。必要なギャップのサイズは、円弧状パネルの長さ、および、したがって主胴部分１８の周囲に延在するパネルの数に依存する。図示例では、パネル３１の６層の各々に周方向で離隔した８つのパネル３１がある。これはパネル間の最小ギャップを可能にし、ギャップにある耐火材の適切な冷却を保証することが判た。一般に、十分な冷却のためには、各層を周方向で離隔した少なくとも６つのパネルに分割する必要がある。さらに、外側パネル部分の円弧長を内側パネル部分の円弧状長よりも小さくするとよい。このような構成によって、隣接するパネルにおける内側パネル部分の間のギャップ５３を、外側パネル部分と内側パネル部分とが同じ長さである構成と比較して最小限に抑えることができる。

耐火材保持ピン５０が、パネルから内方に突き出るように突合せ溶接されて、パネルに吹き付けられる耐火材用の留め具として働く。ピン５０を、各管から外方に伸長するピン群として配置してもよく、パネル全体に亘って管に沿って規則的な間隔で配置してもよい。

パネル３３、３４は、冶金容器の円筒状に湾曲した部分に適合しており、前記のように、パネル３１と同じ形態で形成され装着されるが、パネル３４の一部は、廃ガス出口２３の周囲に合うように、図５に示す形態で形状付与される。

パネル３２、３５は、外皮の傾斜した部分に適合しており、図５の展開図に示す形態では、この形状変化を除いて概ね円錐状に湾曲している。しかしながら、これらのパネルは、また、パネル３１と同様な形態で外皮に装着され、各パネルが、パネルから横方向外側に突出する装着ピンとパネルの両端部における一対の入口／出口冷却剤管継手を有し、装着ピンと管継手は外皮の開口を通して伸長し、外皮から横方向外方に突出して外皮の外部に結合部を作る管に結合され、該結合部が開口を密封し、パネルの確実な装着をもたらし、同時にパネルの多少の自由な動きを許容する。

図１３〜図１６は、図１７ａ、１７ｂと共に、冶金容器１１の周囲に適合するように設計され、また、冷却剤流通系６２、および、別の２つの冷却剤流通系８１、８２と適合する容器アクセス塔６１を示しており、前記冷却剤流通系６２は冶金容器内の冷却パネル３１、３２、３３、３４、３５に対する冷却水流を与えるためのものであり、また、前記冷却剤流通系８１、８２は冶金容器の上端部における熱ガス注入ランスの冷却剤流路および冶金容器の周囲で周方向に離隔配置された固体注入ランスの冷却剤流路に冷却水を流すためのものである。

塔６１は、直接製錬プラント現場における設備の上に互いに上下に重ねて設置されて共に溶接された３つのモジュール６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃとして形成されている。塔は、冷却剤流通系６２、８１、８２と、冶金容器および冷却剤流通系に接近するための通路６５を支える柱６３と梁６４から成る枠組み構造体として形成されている。

冷却剤流通系６２は、塔６１の上部に装着されて冶金容器１１の上端の周りで延在する大直径の主供給管および主戻り管６６、６７と、前記主水供給管６６に連結されるとともに下方に延在して、冶金容器の各冷却パネル用の水入口継手に接続された比較的小直径の第１系列の鉛直下降管６８と、上端で主戻り管６７に連結されるとともに下端で冶金容器の冷却パネル用の各出口継手に連結された比較的小直径の第２系列の鉛直管６９とを含む。かくして、鉛直管６８は、主供給管から各パネルに個別水流を供給し、鉛直管６９は、各パネルの出口からの個別戻り水流を作る。鉛直管６８、６９の下端は、各管継手に向かって内方に延在するとともに該管継手に可撓性継手を介して連結された水平管端部によって各パネル入口およびパネル出口継手に連結されている。

個々の水流をパネルに供給する鉛直管６８は、個々の流量制御弁７１を有し、パネルから個々の帰還流を供給する鉛直管６１は個々の流量制御弁７２を有し、もって、各冷却パネルの各パネル入口および出口流の両者を調整できる。これによって、パネルの全てを通る流れの微調整と、冶金容器全体に亘る冷却の制御が可能になる。

鉛直水流管６８、６９は、塔６１の周りにシート状配列で隣接対として配設され、流量制御弁７１、７２は水平通路の近傍で塔の周囲に概ね水平に延在する配列でグループ化されているので、通路を歩き回ることによって容易に接近可能である。流量制御弁は、各冷却パネルと同じ順序で冶金容器の周囲に順に配設され、弁と冶金容器の関連部分との関係が容易に明らかになるように、各冷却パネルに流量制御弁が関連する。

冷却剤流通系８１は、冷却剤流路に対する水流を冶金容器の上端における熱ガス注入ランスに供給する。図１５、図１６で判るように、冷却剤流通系８１は、主供給管および主戻り管８３、８４を含み、これらの管は塔６１の上部に配設され、小分岐管８５によって熱空気注入ランス組立体８６の各連結部に連結されている。

冷却剤流通系８２は、冶金容器の周りの周囲方向に離隔する固体注入ランスの冷却剤流路へ、および、それからの水の流れを提供する。これはまた、冶金容器のスラグ・ノッチを冷却するための冷却水を提供してもよい。図１５、図１６において判るように、冷却剤流通系８２は、主供給管および主戻り管８７、８８を含み、これらの管は分岐管によって固体注入ランスの上のそれぞれの連結部と、スラグ・ノッチにおける冷却水通路に連結されている。

図１７ａ、図１７ｂは、アクセス塔６１と冷却剤流通系６２、８１、８２と組み合わせた冶金容器１１の絵として示す図である。特に、冶金容器１１の廃ガス室２６、屋根部分１９、および主胴部分１８の上部分が、熱ガス注入ランスの一部分と、熱ガス注入ランスに熱ガスを供給する熱ガス供給主管１００と共に見ることができる。

アクセス塔６１は、冶金容器１１に隣接して位置する内周と、内周から横方向に転置した外周とを含む。多くの通路６５が内周と外周との間に延在し、冶金容器１１、冶金容器１１の上に位置する装置、冷却剤流通系６１、８２、流量制御弁７１、７２へのアクセスを要員に提供する。追加の通路が冶金容器の屋根部分１９の上方に設けられ、熱ガス注入ランス、その従属する冷却システム８２、熱ガス供給主管１００へのアクセスを提供する。

アクセス塔６１の内周と外周との間に延在する通路６５は、廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａと、胴制御制御およびモニタリング通路６５ｂと、およびランス制御およびモニタリング通路６５ｃとを含む。冶金容器１１の廃ガス室２６への冷却は、廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａからモニタリングされ制御される。冶金容器１１の主胴部分１８への冷却は、胴制御およびモニタリング通路６５ｂからモニタリングされ制御される。ランスと補助装置への冷却は、ランス制御およびモニタリング通路６５ｃから制御される。

廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａは、廃ガス室２６の屋根部分１９に隣接して位置している。主供給管および戻り管６６および６７は、屋根部分１９および廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａ両方の上方に位置している。胴制御およびモニタリング通路６５ｂは、廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａの真下にある通路である。ランス制御およびモニタリング通路６５ｃは、胴制御およびモニタリング通路６５ｂの真下にある通路である。キャスト・ハウス床６５ｅおよびエンド・タップ床６５ｆと共に固体注入ランスへのアクセスを要員に提供するランス・アクセス通路６５ｄなどの、追加の通路がランス制御およびモニタリング通路６５ｃの下方に位置する。

原料搬送領域が、固体注入ランスとアクセス塔の内周に隣接して位置する。これは、ランス制御およびアクセス通路６５ｃと胴制御およびアクセス通路６５ｂの間に延在している。

冷却剤流通系６２の主供給管および戻り管６６、６７は、ヘッダー管として動作し、上述のように冶金容器１１の屋根部分１９の上方に位置する。冷却剤流通系８２の主供給管および戻り管８７、８８も、ヘッダー管として動作し、一般的に、胴制御およびモニタリング通路６５ｂと廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａの間に、廃ガス室２６の中間部分の周囲のアクセス塔６１の内周に隣接して位置する。

冷却剤流通系６２は冷却水を、炉床に隣接する冶金容器の下部領域と冶金容器１１の屋根部分１９との間の冶金容器１１の外皮の上に分布する図５に示す水冷式パネルに供給する。冷却剤流通系８２は冷却水を、動作中には冶金容器１１に原料を供給する固体注入ランスに、又動作中に出されるスラグが通るスラグ・ノッチなどの他の補助装置にも供給する。水冷式パネルのための冷却剤流通系６２は、固体注入ランスおよび補助装置のための冷却剤流通系８２とは異なる冷却水圧で動作する。固体注入ランスおよび補助装置のための冷却剤流通系８２のヘッダーは、水冷式パネルのための冷却剤流通系６２のヘッダーの下方に位置する。

主供給管および戻り管６６、６７と水冷式パネルとの間に延在する冷却剤流通系６２の水流管６８、６９は、少なくとも部分的にアクセス塔の外周にわたって分布している。主供給管および戻り管８７、８８と水冷式注入ランスおよび補助装置との間に延在する冷却剤流通系８２の水流管は、主としてアクセス塔の内周にわたって分布している。

図５でわかるように、一般的な実施例では、冶金容器１１によって支持される１００個程度の水冷式パネルが提供される。この結果、主供給管および戻り管６６、６７と水冷式パネルとの間でアクセス塔にわたって分布する多数の冷却剤流管が得られる。

水流管６８、６９は、少なくとも部分的にアクセス塔の外周にわたって分布している。水冷式パネルと連結するために、冷却剤流管６８、６９は外周から内周へ階段式に経路指定されている。例えば、（廃ガス室２６などの）冶金容器の上部領域に位置する水冷式パネルに連結した水流管のみが、主供給管および主戻り管６６、６７から直接伸張している。残りの管は、内周に戻ってくる前にアクセス塔の外周にわたって延在している。これによって、冶金容器１１の上部領域の少なくとも近傍において、アクセス塔の内周に隣接する配管の過剰な混雑が減少する。

冶金容器の中間領域および下部領域に位置する水冷式パネルに連結した管は、主供給管および戻り管６６、６７からアクセス塔６１の外周に沿って延在している。これに関して、これらの管は、外周にわたって、冶金容器１１の上部領域に実質的に平行に、したがって冶金容器の上部領域に隣接するアクセス塔６１の内周に沿って延在し、この上部領域に位置する水冷式パネルに連結した管に実質的に平行に延在している。次いで、外周の上のこれらの管は、冶金容器の中間領域の近傍にあるアクセス塔上の位置から内周に経路指定されている。冶金容器の中間部分の下方に位置する水冷式パネルに連結した管もまた、アクセス塔の外周に沿って、冶金容器の上部および中間部分に実質的に平行に延在してもよく、下部領域の近傍にある位置からアクセス塔の内周に経路指定してもよい。

したがって、冶金容器１１の上部に延びる水流管と、冶金容器１１の中間および下部に伸張する水流管は、アクセス塔の内部および外周に沿って概ね平行に延在し、廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａなどの通路によって横方向に離隔している。この配置によって一般的に、（廃ガス室２６などの）冶金容器１１の特定の区域に位置する水冷式パネルに連結されるべき管のみを、アクセス塔の内周において問題とされる特定の区域に位置づけることが可能になる。この区域を過ぎて延在し冶金容器１１のある下部区域に連結された管は外周に位置している。アクセス塔６１の内周へ管を段階式経路指定するためのこの配置は、冶金容器１１の上部区域に隣接する冷却剤流管の過剰な混雑を減少する助けになり、さもなければ、水流管のすべてがアクセス塔の内周に沿って経路指定された場合に、冷却剤流管のすべてまたは大部分がこれらの上部区域を過ぎて延在することになろう。

一般的に管は、アクセス塔の外周から内周へ通路の下面に隣接して群として経路指定されている。例えば、胴上部の管を、バレル制御およびモニタリング・プラットフォーム６５ｂの下に経路指定してもよく、冶金容器下部の管を、ランス制御およびモニタリング通路６５ｃ、ランス・アクセス通路６５ｄ、また、場合により、キャスト・ハウス床６５ｅの下に経路指定してもよい。これによって通路は確実に、実質的に水供給管のない要員用のすっきりしたアクセスを提供する。

代替実施例では、ランス・アクセス通路６５ｄとランス制御およびモニタリング通路６５ｃの間に追加のヘッダー管の組を置いてもよい。ヘッダー管は、ランス制御およびモニタリング通路６５ｃの下面に向かってランス・アクセス通路６５ｄから立ち上がっている。これらのヘッダー管は炉床に隣接する冶金容器１１における下部領域に位置する水冷式パネルの役に立つ。一般的にこれらのヘッダー管は下２列の水冷式パネルの役に立つ。

これらの追加のヘッダー管は、ランス・アクセス通路６５ｄの外周に位置し、これらのヘッダーから伸張する水流管は、ランス・アクセス通路６５ｄの下方へ鉛直に伸張し、次にランス・アクセス通路６５ｄの下で水冷式パネルとの連結点へ経路指定されるか、またはキャスト・ハウス床の下方に伸張し、このキャスト・ハウス床から追加のヘッダー管がこれらの水冷式パネルとの連結点まで経路指定される。ランス・アクセス通路６５ｄに隣接するこれらの管の鉛直部分には制御弁７１および７２が位置づけられているので、水冷式パネルの下部列は単一個所から制御される。

上に詳述したように、主供給管および戻り管６６および６７と水冷式パネルの間に延在する冷却剤流通系６２の水流管は、２つの群に分割されている。第１群はヘッダー６６および６７からアクセス塔６１の内周に向かって水平に伸張し、次いでアクセス塔６１の内周に隣接して鉛直に降下し、こうして廃ガス室２６の上に位置する水冷式パネルに連結する。これらの管の大部分は、廃ガス室制御およびモニタリング通路６５ａの下方に伸張し、次いでこの通路の下面に隣接して必要な水冷式パネルと整列する個所に経路指定されている。いったん整列されると、管は通路６５ａの下面から、問題とされる水冷式パネルの入口管または出口管の廃ガス室における位置に再び鉛直に伸張している。

冶金容器の上部領域に位置する水冷式パネルための制御弁７１、７２とその他のモニタリングおよび制御装置は一般的に、通路６５ａの上方のある位置（すなわち、廃ガス室の水冷式パネルに役立つ水流管の鉛直部分）に位置する。制御弁７１、７２のこの位置は、プラットフォーム６５ａの上に立つ要員が単一の通路から廃ガス室の冷却をモニタおよび制御できるようにする。

水冷式パネルのための冷却剤流通系６２の第２群の水流管６８、６９は、主供給管および戻り管６６、６７からアクセス塔６１の外周へ延びている。この第２群は、アクセス塔６１の外周の少なくとも一部を鉛直に下降して延びる管のシート状アレイを形成する。水冷式パネルに連結するために、これらの管はまた、アクセス塔６１の内周と外周の間に水平に延在する。これに関して、各管はさまざまな通路６５の１つの下に延在し、通路の下面に隣接して、アクセス塔６１の内周に向かって経路指定され、問題とされる冷却パネルと整列する。例えば、冶金容器の主胴部分１８の上部に連結されるべき管は一般的に、胴制御およびモニタリング通路６５ｂの下に延在し、冶金容器の主胴部分１８の下部に連結されるべき管は一般的に、ランス制御およびモニタリング通路６５ｃの下に延在してもよい。通路の下には、管が、必要な水冷式パネルと整列する位置に向けて経路指定されている。いったん整列されると、管は一般的に通路の下面の近くから問題とされる水冷式パネルの入口または出口の冶金容器１１上の位置に再び鉛直に伸張している。

一般的な一実施例では、８個のランスと１個のスラグ・ノッチがあり、こうして、冶金容器の内周にわたって主供給管８７および８８から分布する水流管の数は、水冷式パネルを有する水流管の数よりも実質的に少ない。したがって、アクセス塔の内周に隣接する主供給管８７および８８の位置は、冷却剤流管による冶金容器の表面の過剰混雑を来すことはない。

原料搬送領域が固体注入ランスに隣接して位置する。原料搬送装置が、原料搬送領域を通ってアクセス塔の外周の近くから横方向に伸張し、アクセス塔の内周に隣接する固体注入ランスに連結している。

原料搬送領域に隣接する冶金容器の冷却剤パネルのための水流管は、アクセス塔の内周にわたって分布している。同様に固体ランスのための水流管もまた、アクセス塔の内周にわたって分布している。したがって、原料搬送領域に隣接するアクセス塔の外周には、実質的に水流管はない。これは、原料搬送装置と固体注入ランスへの比較的妨げのないアクセスを提供する。

水冷式装置のいずれか特定の部片のための供給管および戻り管は、一般的に互いに隣接している。これによって、制御弁７１、７２と水冷式装置の各部片のための別の制御またはモニタリング・デバイスを、操作を容易にするために互いに隣接して位置づけることができる。供給管および戻り管が塔の外周を降下して伸張しているところでは、制御弁７１および７２とその他の制御またはモニタリング装置は、一般的に通路６５の１つに隣接する管の鉛直部分の上に位置する。これは、制御弁とその他のモニタリング装置を、問題の通路に居る要員によるアクセスのためにアクセス塔６１の外周の上に位置づけることを可能にする。供給管および戻り管が固体注入ランスと補助装置のための主供給管および戻り管８７および８８に付属しているところでは、制御弁とその他の制御またはモニタリング装置は、塔６１の内周に隣接してランス制御およびモニタリング通路６５ｃの上に位置している。

この配列によって、（廃ガス室２６、主胴部分１８等の）冶金容器の特定の領域に位置するか、または（固体注入ランス等の）特定の群または個別の冷却水回路に配置された水冷式装置のための制御弁およびその他のモニタリング装置を、操作を容易にするために共に近接してグループ化することができる。例えば、廃ガス室２６のための制御弁およびその他のモニタリング装置を、廃ガス制御およびモニタリング・プラットフォーム６５ａに隣接して位置し、およびそれからアクセス可能である。これらの水流管はアクセス塔の内周に沿って直接主供給管および戻り管６６、６７から伸張しているので、廃ガス制御およびモニタリング・プラットフォーム上の制御弁およびその他のモニタリング装置は、アクセス塔６１の内周に隣接して位置する。主胴部分１８の上に位置する水冷式パネルのための制御弁およびその他のモニタリング装置は、胴制御およびモニタリング・プラットフォーム６５ｂに隣接して位置し、それからアクセス可能である。これらの水流管はアクセス塔の外周に沿って延び、その後、胴制御およびモニタリング・プラットフォーム６５ｂ（またはアクセス塔上のより低いプラットフォーム）の下に延在し、制御弁およびその他のモニタリング装置はアクセス塔６１の外周に隣接して位置する。固体注入ランスとその他の補助装置のための制御弁およびその他のモニタリング装置は、ランス制御およびモニタリング・プラットフォーム６５ｃに隣接して位置し、それからアクセス可能である。固体注入ランスおよびその他の補助装置のための水流管は、アクセス塔の内周にわたって配置されている。したがって、固体注入ランスとその他の補助装置のための制御弁およびその他のモニタリング装置は、アクセス塔の内周に隣接して位置する。

前記実施例は、さまざまな通路の上の冶金容器のさまざまな領域のための制御弁およびその他のモニタリング装置を提供するが、さまざまな領域のための制御弁を同じ通路の上に置くことは可能である。例えば、廃ガス室２６および主胴部分１８のための制御弁およびモニタリング装置を、これらの制御弁を内周と外周の上にそれぞれ置くように同じ通路に隣接して位置づけてもよい。

図示された装置は単なる実施例である。冶金容器および冷却パネルの物理的構造は、冷却剤供給系の詳細構造とこれが冶金容器の周囲に支持される方式と同様に変えることができるだろう。特許請求の範囲の記載から逸脱することなく、かかる変形を行うことができる。

内部冷却パネルを備えた直接製錬容器の縦断面図。 図１に示す容器の平面図。 容器の円筒形主胴部分をライニングする冷却パネルの配置を示す図。 図３に示す冷却パネルの展開図。 容器に装着された冷却パネルの完全な組を図表的に示す展開図。 容器の円筒形主胴部分に装着された冷却パネルの１つの立面図。 図６に示すパネルの平面図。 図６における線８−８に沿った断面図。 図６に示す冷却パネルの前面図。 冷却パネルの詳細を示す図。 冷却パネルの容器外皮への連結部を示す詳細図。 冷却パネルの容器外皮への連結部を示す詳細図。 直接製錬プラントにおける直接製錬容器の周囲に延在し、容器の冷却パネルへおよび冷却パネルから、および容器に備え付けた他の装置への冷却剤を流すための冷却剤流通系を備えた、容器アクセス塔を示す図。 容器アクセス塔の構造を示す別の図。 容器と、アクセス塔の上の冷却剤流通系の一部を示す図。 容器を除いた冷却剤流通系を示す図。 アクセス塔と冷却剤流通系を組み合わせた容器を絵画的に示す図。 アクセス塔と冷却剤流通系を組み合わせた容器を絵画的に示す図。

Claims (27)

1. （ａ）中空の冶金容器と、
   （ｂ）前記冶金容器の少なくとも上部分用の内部ライニングを形成し、それぞれが冷却剤の流れを通すための内部通路を有する複数の冷却パネルと、
   （ｃ）前記冶金容器の外側周囲の複数位置にある前記冷却パネル用の冷却剤入口継手および出口継手と、
   （ｄ）前記パネル入口継手および前記パネル出口継手に対して入出する冷却剤流のための冷却剤流装置であって、前記冶金容器の周囲を少なくとも部分的に概ね水平に延在する供給管および戻り管と、前記主供給管と前記パネル入口継手に連結された第１系列の直立小管と、前記戻り管と前記パネル出口継手に連結された第２系列の直立管とを含む冶金処理装置。
2. 前記供給管および戻り管の各々が、概ねＵ字形状になされ、全体として前記容器の上端部の周囲に配置されている請求項１に記載された冶金処理装置。
3. 前記第１および第２系列の直立管が、それぞれの個別入口弁および出口弁を介して前記パネル入口継手およびパネル出口継手に連結され、前記個別入口弁および出口弁が、前記冷却パネルに対する冷却剤流の個別調整を可能にするように構成されている請求項１または請求項２に記載された冶金処理装置。
4. 前記パネル入口継手および前記パネル出口継手に対する連結が可撓性継手で行なわれている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
5. 前記冷却剤流通系が、前記冶金容器を少なくとも部分的に包囲する塔構造体で支持されている請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
6. 前記塔構造体が、相互接続された柱と梁から成る構造的枠組みで構成され、前記冶金容器および／または前記冷却剤流通系に接近するための通路を有する請求項５に記載された冶金処理装置。
7. 前記主冷却剤供給管と前記戻り管が、いずれも前記塔構造体の上部分に支持され、これらの管から前記第１および第２系列の小断面管が下方に伸張している請求項５または請求項６に記載された冶金処理装置。
8. 前記第１および第２系列の直立管が、それぞれの個別の入口流制御弁および出口流制御弁を介して、前記パネル入口継手および前記パネル出口継手に連結され、前記入口流制御弁および前記出口流制御弁が、前記冷却パネルに対する冷却剤流の調整を個別に可能にし、前記入口流制御弁および前記出口流制御弁は、通路を歩き回って接近できるように、前記塔構造体の水平通路の近傍で概ね水平に延在する配列としてグループ化されている請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
9. 前記入口流制御弁および前記出口流制御弁は、それらが関連する前記冷却パネルと同じ順序で前記冶金容器の周囲に順番に配置されている請求項８に記載された冶金処理装置。
10. 前記第１および第２系列の直立管が、前記塔構造体の周囲にシート状配列の隣接対として配設されている請求項８または請求項９に記載された冶金処理装置。
11. 前記冶金容器の上部分内下方に向けて熱ガスを注入するための熱ガス注入ランスが前記冶金容器に取付けられ、前記ランスが冷却剤流路を有し、また、前記塔構造体が、前記熱ガス注入ランスの冷却剤流路に対する冷却剤流のためのガスランス冷却剤流通系を支持している請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
12. 前記ガスランス冷却剤流通系が主供給管および主戻り管を含み、前記主供給管および前記主戻り管が、前記塔構造体の上部に配設され、小径の分岐管によって前記熱ガス注入ランスの前記冷却剤流路の連結されている請求項１１に記載された冶金処理装置。
13. 前記冶金容器の下部分内に固体を注入するための一連の固体注入ランスが前記冶金容器に取付けられ、前記固体注入ランスは冷却剤流路を有し、前記塔構造体が、前記固体注入ランスの前記冷却剤流路に対する冷却剤流用の固体ランス冷却剤流通系を支持している請求項５から請求項１２までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
14. 前記固体ランス冷却剤流通系が、前記塔構造体に配設された主供給管および主戻り管と、前記固体注入ランスの前記冷却剤流路に連結された分岐管とを含む請求項１３に記載された冶金処理装置。
15. 前記塔構造体が、前記冶金容器に隣接する内周と、前記内周から横方向に変位した外周とを含み、
    前記第１および第２系列の直立管の一部を含む第１組の直立管が、前記内周に沿って配置され、
    前記第１および第２系列の直立管の別の一部を含む第２組の直立管が、前記塔構造体の少なくとも前記外周部分の周囲に配置されている請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
16. 前記内周と前記外周との間に延在する少なくとも１つのプラットフォームを更に含み、前記プラットフォームが前記冶金容器の下部領域と前記冶金容器の上部領域との間に位置し、前記プラットフォームは、前記第１組および第２組の直立管に対する人の接近セスのためのものであり、前記第２組の直立管は、前記外周から少なくとも１つのプラットフォームの下に延在してパネル入口継手とパネル出口継手に連結されている請求項１５に記載された冶金処理装置。
17. 前記冶金容器の下部領域と上部領域との間で、複数の高さ水準に位置する複数のプラットフォームをさらに含み、前記第２組の直立管の個別の管が、前記外周から前記プラットフォームの下に延在可能であり、これによって前記下部領域と前記上部領域との間で前記外皮上の異なる高さに位置する前記冷却パネルの入口継手と出口継手に接続される請求項１５または請求項１６に記載された冶金処理装置。
18. 前記第１組の直立管が前記内周に沿って延在し、実質的に前記冶金容器の上部領域に位置する前記冷却パネルの入口継手と出口継手とに連結され、前記第２組の直立管が前記外周の少なくとも一部分に沿って延在可能であり、前記冶金容器の実質的に下部領域に位置する前記冷却パネルの入口継手と出口継手に連結される請求項１５から請求項１７までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
19. 前記第２組の直立管の管が前記外周から前記プラットフォームの１つ以上の下に延在している請求項１７、または、請求項１７に従属する場合の請求項１８に記載された冶金処理装置。
20. 前記第２組の直立管の管が、前記外周から、第１プラットフォームの下面に隣接する前記アクセス塔の内周まで延在し、かつ、前記内周で、前記第１プラットフォームの下位点における前記冶金容器上に位置する入口継手と出口継手まで下方に延在している請求項１５から請求項１９までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
21. 前記第２組の直立管の管が、前記外周から、前記第１プラットフォームの下方にある第２プラットフォームの下面に隣接する前記アクセス塔の前記内周まで延在し、前記内周で、前記第２プラットフォームの下位点における前記冶金容器上に位置する入口継手と出口継手まで下方に延在している請求項２０に記載された冶金処理装置。
22. 前記第１および第２系列の直立管の一部を含む第１組の直立管が、前記冶金容器の第１領域に位置するパネルの入口および出口継手に連結されて、前記第１領域に位置するパネル用の制御弁が第１群の制御弁中に位置するように構成され、かつ、
    前記第１および第２系列の直立管の別の一部を含む第２組の直立管が、前記冶金容器の第２領域に位置するパネルの入口および出口継手に連結されて、前記第２領域に位置するパネル用の制御弁が第２群の制御弁中に位置するように構成された請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載された冶金処理装置。
23. 前記塔構造体が、
    前記冶金容器に隣接して位置する内周と、前記塔構造体と前記第１群の制御弁に対する人の接近のための少なくとも１つの通路だけ前記内周から横方向に変位した外周とを有し、
    前記第２群の制御弁は、前記少なくとも１つの通路に隣接して位置し、もって、前記第１群の制御弁と前記第２群の制御弁に対する前記プラットフォームからの人の接近が可能である請求項２２に記載された冶金処理装置。
24. 前記第１群または第２群の制御弁のうちの１つが前記内周に隣接して位置し、前記第１群または第２群の制御弁のうちの他方が前記外周に隣接して位置している請求項２３に記載された冶金処理装置。
25. 互いに上下に位置する少なくとも２つの通路をさらに含み、前記第１群または第２群の制御弁のうちの１つが前記第１通路に隣接して位置し、前記第１群または第２群の制御弁のうちの他方が前記第２通路に隣接して位置している請求項２３または請求項２４に記載された冶金処理装置。
26. 前記塔構造体が、前記冶金容器に隣接する内周と、前記冶金容器から横方向に変位した外周とを含み、前記固体ランス冷却剤流通系が前記内周に隣接して位置し、前記固体ランス冷却剤流通系に連結された分岐管が前記塔構造体の前記内周に亘って配設されている請求項１３または請求項１４に記載された冶金処理装置。
27. 前記塔構造体が、該塔構造体の内周に隣接する原料搬送領域と、
    該原料搬送領域に位置して、前記ランスに連結され、前記冶金容器から前記塔構造体の外周に向かって横方向に延在する原料搬送装置と、
    前記原料搬送領域に隣接する前記塔構造体の前記内周の周囲に配設された前記第１および第２系列の前記直立管とを含む請求項１３または請求項１４に記載された冶金処理装置。

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