JP2014522954A - 上部浸漬注入ランス - Google Patents

Abstract

上部浸漬ランス(TSL)注入を用いて乾式冶金作業を行うランスは、実質的に同心の内側パイプおよび外側パイプを有する。内側パイプの下端または少なくとも最も内側から二番目にあるパイプの下端は、乾式冶金作業で求められる外側パイプの下端を基準とした高さに設定される。内側パイプおよび外側パイプの相対位置は長手方向に調整可能であり、使用中に混合チャンバの長さを所望の設定値で維持して、外側パイプの下端の損耗や焼け細りを補償する。
【選択図】図２

Description

発明の分野

本発明は、溶融槽乾式冶金作業で使用する上部浸漬注入ランスに関するものである。

発明の背景

槽と酸素含有ガス供給源の間に相互作用を必要とする溶融槽溶錬または他の乾式冶金作業では、ガスを供給するために複数の異なる設備を用いる。一般に、これらの作業には溶融マット/金属への直接注入が含まれる。直接注入は、ベッセマー型溶鉱炉では底吹き羽口を、また、ピアース−スミス型転炉では横吹き羽口を用いて行うことができる。また別の方法として、ランスを使用して、上吹き注入または浸漬注入によりガスを注入してもよい。上吹き型ランスによる注入の例としては、KALDO式およびBOP式の鋼刻印プラントがあり、これらのプラントでは純酸素を槽上方から吹き入れ、溶融鉄から鋼を製造する。上吹き型ランスによる注入の別の例が、三菱の製銅法における溶錬およびマット変換段階によって提供される。かかる段階では注入ランスが空気または酸素富化空気などの酸素含有ガスの噴流を槽の上面に吹き付けるとともに貫通させ、銅マットをそれぞれ生成および転換させる。浸漬ランスを用いる注入の場合、ランスの下端を浸漬させて槽のスラグ層の上からではなく内側で注入を行い、上部浸漬型ランス（TSL）式注入を施す。

上部から注入を行う形態、すなわち上吹き注入およびTSL注入のどちらも、ランスは高い卓越槽温度に晒される。三菱の製銅法における上吹きでは、直径約50mmの内側パイプおよび直径約100mmの外側パイプを有する比較的小型の鋼製ランスを多数用いる。内側パイプの終端はおおよそ溶鉱炉の天井の高さにあり、反応領域よりもはるか高くにある。外側パイプは、溶鉱炉の天井の水冷環にくっつかないように回転可能であり、溶鉱炉のガス空間内まで下方に伸び、外側パイプの下端は溶融槽の上面の約500〜800mm上方に位置する。空気中に混入している粒子状供給物は内側パイプを通り抜けて吹き、酸素富化空気はパイプ間の環帯を通り抜けて吹く。槽表面上部の外側パイプの下端に間隔を開け、間隔を通り抜けるガスによってランスは冷却されるにもかかわらず、外側パイプは１日当たり約400mm焼け細りする。そのため、外側パイプをゆっくりと降下させ、必要に応じて、新たな部品を消耗品である外側パイプの上部に取り付ける。

TSL式注入用のランスは、例えば上述の三菱製法における上吹き用のランスよりも非常に大きい。以下で前提としているように、TSLランスは通常、少なくとも内側パイプおよび外側パイプを有するが、この内側パイプおよび外側パイプと同心のパイプをその他に少なくとも１本有していてもよい。TSLランスでは、外側パイプの直径は200〜500mmもしくはそれより長い。また、ランスは非常に長く、TSL式反応炉の天井を通り抜けて下方に伸び、その高さは10〜15ｍほどもある場合もある。したがって、外側パイプの下端は、溶融槽の溶融スラグ相に約300mm以上の深さまで浸漬されるものの、外側パイプの外側表面上に形成維持される固化スラグのコーティングによって保護される。直径約100〜180mmの内側パイプの終端は、外側パイプの終端とほぼ同じ高さにあってもよく、あるいは、外側パイプの下端より約1000mmまで高い位置にあってもよい。らせん状羽根またはその他の流れ成形手段を内側パイプの外面に取り付け、内側パイプと外側パイプの間に環状空間を及ぼしてもよい。羽根は、環帯に沿った空気または酸素富化噴射流に強力な渦巻き作用をもたらすものであり、冷却効果を高めるだけでなく、外側パイプによって生成され外側パイプ下端の上方に十分な距離をとって終端している内側パイプ下端の下方にある混合チャンバで実質的に発生する混合によって、ガスを内側パイプから供給される燃料や供給材と十分に混合させる役目を果たす。

TSLランスの外側パイプの下端部は損耗および焼け細りするが、その程度は、保護スラグコーティングを用いることにより、コーティングをしない場合よりもかなり低下する。しかしながら、TSL技術を用いた作業方式によって相当程度抑制される。この作業方式によれば、ランスの下端を極めて反応性に富んだ腐食環境の溶融スラグ槽に浸漬するにもかかわらず、TSL技術が実行可能となる。TSLランスの内側パイプは、槽のスラグ層に注入すべき精鉱などの供給材、溶剤および還元剤を、燃料とともに供給する。空気または酸素富化空気などの酸素含有ガスは、パイプ間の環帯を通じて供給される。槽のスラグ層内への浸漬注入を開始する前に、ランスの下端の位置を合わせる。すなわち、外側パイプの下端を適切な間隔をあけてスラグ表面の上方に配置する。酸素含有ガスと、燃料油、粉炭または炭化水素ガスなどの燃料をランスに供給して、結果として得られた酸素または燃料の混合物を燃やして火炎ジェットを発生させる。火炎ジェットは外側パイプの浸漬された端部を越えて噴出してスラグに吹き付ける。これによりスラグが跳ね飛んで外側ランスパイプ上にスラグ層を形成し、スラグ層はランスを流れるガス流によって固化され、上述の固化スラグコーティングが形成される。その結果、ランスを通る酸素含有ガスの持続的な流れにより、ランスの下端部を固化スラグコーティングが外側パイプを保護し続ける温度に保つことで、ランスを下降させてスラグ内への注入を実現できる。

新規のTSLランスについては、外側パイプおよび内側パイプの下端の相対位置、すなわち、内側パイプの下端が可能な限り外側パイプの下端から引っ込んでいる距離は、設計時に決定される特定の乾式冶金作業方法に最適な長さとする。最適な長さは、TSL技術のさまざま用途に応じて異なっていてよい。そのため、スラグからマットへの酸素移動によって銅マットを粗銅に変換する２段階バッチ作業の各工程、銅マットを粗銅に変換する連続一段式作業、鉛含有スラグの還元工程および酸化鉄の供給材を溶かして銑鉄を生成する工程では、いずれもそれぞれに適した異なる混合チャンバの長さを用いる必要がある。しかしながら、いずれの場合にも、外側パイプの下端が徐々に損耗したり焼け細ったりするため、混合チャンバの長さは次第に高温冶金作業に最適な長さに足りなくなっていく。同様に、外側パイプおよび内側パイプの端部間に原点オフセットが設けられている場合、内側パイプの下端がスラグに露出する可能性もあり、そのために内側パイプの下端も損耗および焼け細りする。そのため、時々は少なくとも外側パイプの下端を切除して端部をきれいにし、その端部に適切な径のパイプを溶接して、パイプの下端を最適な相対位置に設定し直して溶錬状態を最適にする必要がある。

外側パイプの下端が損耗および焼け細りする進度は、実行される溶融槽での冶金作業によって異なる。進度を決定する要素には、供給処理量、作業温度、槽の流動率、ランス流量などが含まれる。場合によっては、腐食摩耗および燃損の進度が比較的高く、最悪の場合には処理を中断して損耗したランスを作業から外して他のランスに取り替えるとともに作業から取り外された損耗したランスを修繕する必要があり、１日のうちで数時間もの作業時間を浪費してしまうこともある。このような中断は１日のうちに数回起きる場合もあり、中断するごとに処理を行えない時間が増えていく。TSL技術では、費用の削減を含む、他の技術に優る大きな利点をもたらすものの、ランスの交換に係る作業時間の損失は費用面で大きな不利益となる。

本発明は、既存のものに代わる、ランスの交換の必要から生じる損失時間を削減できる上部浸漬型ランスに関するものである。

本発明によれば、実質的に同心の内側パイプおよび外側パイプを有し、さらに任意に外側パイプと内側パイプの間にあるか、またはランスが少なくとも３本の実質的に同心のパイプを有する場合には、外側パイプならびに外側パイプおよび内側パイプの間にある最も内側から二番目にあるパイプの間にある環状空間内で長手方向に延びているらせん状羽根または他の流れ成形手段を有し、内側パイプの下端または少なくとも最も内側から二番目にあるパイプの下端は、乾式冶金作業で求められる外側パイプの下端を基準とした高さに設定され、外側パイプは内側パイプに対して長手方向に調整可能であり、使用中にその高さを実質的に固定、既定または所望の設定値で維持して、外側パイプの下端の損耗や焼け細りを補償する、上部浸漬ランス(TSL)注入を用いて乾式冶金作業を行うランスが提供される。

一構成においては、内側パイプの下端は外側パイプの下端からの実質的な原点オフセットを有する。別に採り得る一構成では、内側パイプの下端は外側パイプの下端よりも引っ込んでいて、混合チャンバがそれらの下端の間に形成される。

ランスは２本のパイプを有していてもよく、らせん状羽根が設けられている場合は、羽根は長手方向の一方の縁端部が内側パイプの外側表面に連結され、もう一方の縁端部は外側パイプの内側面に近接する。しかしながら、パイプは少なくとも３本のパイプを有するとともに、一方の縁部が外側パイプに次いで最も内側にあるパイプの外側表面に連結され、他方の縁部が外側パイプの内側面に近接する羽根を備えていてもよい。後者の場合、外側パイプ以外のパイプはいずれも固定されてもよく、あるいは、互いに対して長手方向に移動可能でもよい。

TSL式乾式冶金作業で使用するために、ランス全体をTSL反応炉に対して上昇および下降させることのできる据付装置からランスを吊下することができる。据付装置によりランスをTSL反応炉内まで下降させて、反応炉内の溶融槽上部に形成されるスラグ相の表面の上方でランスの下端を位置決めして、上述したようにランスにスラグコーティングを形成することを可能にする。次に、据付装置はランスを下降させて、ランスの下端をスラグ相中に配置することで、スラグの中で浸漬注入を行うことが可能になる。また、据付装置はランスを反応炉から引き上げることもできる。これらの動作中、ランスはその全体が動く。また一方で、据付装置はランスの内側パイプおよび外側パイプの間における相対的な長手方向の動作をするよう作動可能である。相対的な長手方向の動作とは次のとおりである：
(a) 取付器を下降させることによって、内側パイプが取付器に対して上昇しながらランス全体が支持され、内側パイプの下端を実質的に一定の高さに保つ。もしくは、
(b) 内側パイプを固定把持しながら、外側パイプを内側パイプに対して下降させる。

いずれの場合にも、最も好ましい相対的な長手方向の移動は、例えば外側パイプおよび内側パイプの下端の間において実質的に一定の相対位置を維持するような動きである。したがって、相対位置決めによって混合チャンバ等が形成される場合、最も好適な相対的な長手方向の動きによって、混合チャンバの長さを実質的に固定、既定または選択された長さに保つことができる。混合チャンバの既定長さまたは選択された長さを維持するための精度は、実質的に一定であればよい。そのため、外側パイプの下端に対する内側パイプの排出口端の高さは、内側パイプおよび外側パイプの間における相対的な動きにより、内側パイプに必要な高さの±25mm以内に維持され得ることが好ましい。

ランス、またはランスを含む据付装置は、駆動システムを有してもよく、駆動システムによって内側パイプおよび外側パイプの間における相対的な長手方向の移動がなされる。駆動システムは、外側パイプの下端が損耗や焼け細りする平均進度の判断に基づいて、所定の速度で移動をさせるよう稼働可能であってもよい。したがって、例えば任意の乾式冶金作業において４時間操業サイクルにおける損耗および焼け細りが約100mmであることが分かっている場合、駆動システムは内側パイプおよび外側パイプの相互間に毎時25mmの相対的な動きを発生させることができ、パイプの下端を実質的に一定の相対位置に、例えば混合チャンバの長さを実質的に一定に保つ。

内側パイプおよび外側パイプの間に上述のような一定の割合の相対的な動きをもたらす駆動システムを、安定的な作業条件では外側パイプ下端の損耗および焼け細りは実質的に一定の進度で起こるという前提に基づいて使用してもよい。しかしながら、駆動を変化させることで、作業条件の変化に適応可能にしてもよい。作業条件は、例えば、供給材もしくは燃料の品位および／または還元剤の変更や、スラグおよび／または回収金属もしくはマット相の量の増大などのような溶融槽の容積の増量などの理由から、継続的な作業サイクルの合間に変更してもよく、あるいは、任意の１サイクル内においてさえも変更してもよい。さらには、任意の全体作業の段階の合間に、例えば単一の反応炉内で行われる二段階式銅マット変換処理におけるホワイトメタルの吹き込み段階と粗銅の吹き込み段階の合間に、または三段階式鉛回収処理における継続的な段階の合間に変更することも可能である。加えて、上昇する温度の下で作業を行わなければならない場合、溶錬作業中におけるスラグ粘度の増大を補償するために変更をすることもできる。

駆動システムは、手動または遠隔制御器のどちらで調整できるものであってもよい。あるいは、駆動システムは、工程のうち少なくとも１つのパラメータを監視可能な少なくとも１つのセンサからの出力に応じて調整できるものでもよい。例えば、センサは反応炉の排ガスの組成、適切な場所における反応炉の温度、槽上またはガス排気ダクト内のガス圧、スラグ相などの槽内の成分の導電率、ランスの外側パイプの導電率の監視に適するものでよい。または、外側パイプの実際の長さをランスの内側パイプおよび外側パイプ間の長さに沿って光学的に測定する光学センサでもよく、あるいは２以上の上述のパラメータを監視するセンサの集合体でもよい。

本発明をより容易に理解することができるよう、ここで添付の図面について説明する。
TSL乾式冶金作業用のランスの第１の形態を示す略図である。 上述の作業用のランスの第２の形態を示す略図である。 図１に類似するが、ランスのパイプ間の相対的な動きを実現する機構を示す図である。

発明の詳細な説明

図１のランス10は、円形の断面になっている２本の鋼製同心パイプを有する。同心パイプには、内側パイプ12および外側パイプ14が含まれる。パイプ12および14の間に環状流路16が形成される。流路16に沿ってらせん状の羽根またはバッフル20を用いることにより、冷却力を高めてもよい。バッフル20の部品または各部品は、パイプ12を囲んでらせん状に伸びるストリップまたはリボンによって作られる。バッフルの部品の一方の縁端部はパイプ12の外側表面に溶接される一方で、他方の縁端部は外側パイプ14の内側面に密接している。バッフルの形状は、Floydによる米国特許第4,251,271号の図２に示された旋回装置のストリップ14の形状と同様であってもよい。

認識できる通り、外側パイプ14およびバッフル20を縦断面で示して、内側パイプ12およびバッフル20を視認できるようにしている。

内側パイプ12の下端は、距離Ｌ分の間隔をあけて外側パイプ14の下端の上方に配されている。これにより、パイプ12の下方にあるパイプ14の領域にチャンバ18ができ、チャンバは混合チャンバとして機能する。

図示した簡易な構成では、空気、酸素または酸素富化空気がランス10の上端から流路16に供給される。所要の運搬媒体とともに適切な燃料がパイプ12の上端に供給される。流路16のらせん状バッフルは、流路16に供給されるガスに強力な渦巻作用をもたらす。そのため、ガスの冷却効果が増大し、ガスおよび燃料はチャンバ18内で発火可能な混合物と密に混合され、燃料は効率よく燃焼して、ランス10の下端から噴出する強力な燃焼炎が生み出される。燃料に対する酸素の割合は、ランスの下端またはその下方で起こる還元状態または酸化状態の強度に応じて変更可能である。燃焼炎で消費されなかった酸素または燃料は、還元剤としてスラグ内で利用可能な未消費燃料のあらゆる成分とともに、槽のスラグに注入される。このため、TSL式注入ではしばしば、燃料/還元剤とはランスを使用して注入することを意味する。「燃料/還元剤」における還元剤に対する燃料の割合は、酸素および燃料/還元剤の両方の所定の供給速度における燃料/還元剤に対する酸素の割合によって異なる。

ランス10の上端を頭上の据付装置に固定することによって、必要に応じてランス全体を上昇または下降させることができる。据付装置は、取付装置22、ライン24およびアクチュエータ26によって表される。据付装置は、レール式頭上クレーンまたはウィンチ26、およびケーブル24を有してもよく、ランス10は、ヨーク22またはその他の用途に適した固定手段を用いてケーブル24の下端に固定される。

図２に示すランス30の構成は、図１の説明から理解され得るであろう。対応する部品は、図１における参照番号に20を足した番号で示す。本例における相違点は、第３のパイプ33が内側パイプ32および外側パイプ34の間に配設されているために、ランス30が同心パイプを３本有する点である。ゆえに、流路36および旋回翼40はパイプ33および34の間にある。パイプ33の下端は、距離(Ｍ−Ｌ)分だけパイプ34の下端より引っ込んでいる。ここで、Ｍはパイプ33および34の下端間の距離を、Ｌはパイプ32および33の下端間の距離を表している。そのため、混合チャンバ38は、パイプ33の端部より下にあるパイプ32の丈を取り囲む環状の延伸部を有している。また、パイプ33および34ならびにバッフル40を縦断面で示して、パイプ34内の構成部品を視認できるようにしている。

さらに、らせん状バッフル（図示せず）もまた設けられる。しかしながら、本例では、バッフルはパイプ33の外側表面に取り付けられ流路36にわたり広がっているため、その外縁はパイプ34の内側面に近接している。

ランス30の本実施例では、燃料をパイプ32の上端から供給する一方で、遊離酸素含有ガスをパイプ34を通じてパイプ33と34の間にある流路36に沿って供給する。さらには、精鉱、粒状スラグまたは粒状マットなどの供給材に溶剤を加え、パイプ33を通じてパイプ32およびパイプ33の間にある環状流路37に沿って供給してもよい。酸素含有ガスと供給材の混合はパイプ32の終端に至る前に始まり、その後、ガス/供給材の混合物はパイプ32の端部から下方で燃料と混合される。さらに、混合チャンバ36内で燃料を燃やす一方で、ランス30が内部まで延伸している反応炉のスラグ層内に注入する前に、供給材を少なくとも予熱して、可能であれば部分的に溶解または反応させてもよい。

ランス10と同様に、ランス30もまた、取付装置42、ライン44およびアクチュエータ46を用いて全体として上昇または下降できる。これらの装置は、ランス10に関して述べた通りのものであってもよく、あるいは別の形態でもよい。

前述の供給機構は主要概念の変形例にすぎないことは、当業者の理解するところであろう。種々なガスや固体物に合わせて選択される注入環帯または流路は、本発明の特性に影響を及ぼさない範囲で変更可能である。

ランス10および30はそれぞれ、さまざまな主供給材および副供給材からさまざまな金属を生産する種々の乾式冶金作業で使用することができ、また、さまざまな残留物や廃物からの金属回収にも使用することができる。ランス10および30は同心パイプで構成され、通常は２〜３本のパイプで構成されるが、特殊な用途におけるランスでは、少なくとももう１本のパイプを設けることができる。ランスは、供給材、燃料およびプロセスガスを溶融槽に注入するために使用できる。

いかなる場合であれ、ランスのパイプはランスを使用するTSL反応炉の天井より下に一定の作動長さを有する。より具体的には、ランスの位置は槽を基準とし、一般的にランスの全長は炉床から一定の距離に達するのに十分な長さとなっている。しかしながら、各ランス10および30は、それぞれ混合チャンバ16および36に対して実質的に一定の長さを維持するように調整できる。ランス10の場合、その構成ゆえにパイプ14の下端が損耗や焼け細りしても長さＬを実質的に一定に保つことができるが、さもなくば損耗や焼け細りにより長さＬは縮小してしまうだろう。同様に、ランス30の場合、その構成によって、パイプ34の下端が損耗や焼け細りしても、各長さＬおよびＭを実質的に一定に保つことができるが、そうでなければ長さＬ、Ｍは縮小してしまうだろう。したがって、ランス10においては長さＬならびにランス30の場合には長さＬおよびＭを設定値に維持して、所要の乾式冶金作業における上部浸漬ランスによる注入や所要の作業条件に対する最適な条件を得ることができる。

ランス30の場合、流路36および37は、異なる材料がそれぞれチャンバ38に排出されて混合されるまで、異なる材料を互いに分離させることができる。ランスは、少なくとももう１本の別のパイプを有してもよく、さらに別の材料が通過できるさらなる流路を備えることとなる。少なくとももう１本の別のパイプには、長さＬもしくはＭに相当する引っ込み長さ、またはＬやＭ以外の長さをもたせてもよい。また、ランス30では、各長さＬおよびＭ、ならびに別のパイプの引っ込み長さを調整して、作業条件に必要となる変更を補ってもよい。

ランス10および30は、図示されているように、種々の形態のうちの任意の駆動システムＤを有する。各システムＤは、図では、それぞれランス10または30と間隔をおいて配されているとともに、ラインまたは駆動リンク42によって各ランスに操作可能に接続されている。しかしながら、システムＤの特性に応じて、駆動システムＤは据付装置に取り付けられたランス10もしくは30に据え付けられ、据付装置からランスを吊るしてランス全体を上昇もしくは下降可能にさせてもよく、または、駆動システムは隣接する構造体に取り付けられてもよい。したがって、外側パイプの下端の損耗または焼け細りを補償すべく、ラインまたはリンク42を直接的機械駆動にして１本のパイプを他のパイプに対して長手方向に動かすようにしてもよい。別の手法として、ラインまたはリンク42は、システムＤの動作を、連結器を経由してランス10、30を吊るす据付装置に伝えてもよい。いずれの場合でも、システムＤは規定の時間制御に基づいて操作可能として、ランス10または30のパイプ間の相対的な動作の定速度を伝達するものでもよい。あるいは、制御ユニットＣによって生成される信号に応じて駆動を操作できるものでもよい。本機構では、信号を制御ユニットＣが監視するセンサＳの出力に応じて調整できる。センサは、ランス10および30の外側スリーブの下端の損耗および焼け細りに起因する長さＬおよびＭの変化を示す出力を送出するような位置に設置して作動できるようであってもよい。

駆動システムＤおよびセンサＳは、本明細書に上述した通りに作動可能であってよく、または上述した特性を有していてもよい。

図３は、図１のランスと同様のランス50を示し、対応する部品には、図１における相当要素の参照番号に40を足した番号が付されている。ランス50を両溶解スラグに対して上昇または下降可能にする据付装置は図示されていない。しかしながら、内側パイプ52と外側パイプ54の間に相対的な長手方向の動きをもたらす機械的装置64が示されている。また、図３は、ランス50の上端に取り付けられた封止材65を示している。封止材65は、ガスがランス50の上端から放出されることを実質的に防止する。封止材65は、ガスがランス50の上端から放出されることを実質的に防止する一方で、パイプ52および54の相互間で相対的な長手方向の動作を可能とし、摺動の際にはそれぞれパイプ54またはパイプ52との接触封止を可能にする。本機構では、加圧ガスをパイプ54の注入口コネクタ54aに供給すると、ガスはパイプ52および54の間にある流路56を下行してランス50の下端で排出される。

パイプ52および54の間の相対的な長手方向の動きを可能とする機構64は、パイプ54の上端に取り付けられた１または複数のフランジ66を含む。また、パイプ52の上端はパイプ54の上端の上方に突出していて、機構64は、パイプ52の上端部で、パイプ52用の注入口コネクタ52aより下方であるがパイプ54上の１または複数のフランジ66よりも上方に、１または複数のフランジ67を含む。パイプ52と54の間に長手方向の動きをもたせるために、機構64はフランジ66と67の間で作用するスクリュージャッキ68を含む。各スクリュー68は、１または複数のフランジ66に固定されて１または複数のフランジ67を上方向に貫通するねじ軸69と、シャフト69の上端部に係合するナット70を有する。したがって、ナット70が一方向に回転すると、シャフト69が上方向に引っ張られることによりパイプ54をパイプ52に対して上方向に引き上げる一方で、ナット70が反対方向に回転すると、シャフト69およびパイプ52に対するパイプ54が逆の長手方向へ動かせるようになる。別の方法として、長さＬを、ある冶金作業で要求される設定値から、別の冶金作業で要求される別の長さに調節することができる。

図示しないが、ランス50は好ましくは駆動システムを有し、駆動システムは機構64を含み必要に応じて機構64を操作する。したがって、図１および図２に見られるように、センサ５を設けて、パイプ52および54の相対的な長手方向の位置を示す出力信号を、ナット70を必要に応じて回転させるアクチュエータに送り、パイプの位置を変更してもよい。センサＳの出力を制御ユニットＣに送り、制御ユニットを使用して駆動用の出力信号をアクチュエータに供給してもよい。

本発明のランスは、従来のパイプ固定型の上部浸漬ランスと比較して多くの利点をもたらすことができる。その利点には、以下の事項が含まれる。
(a) とくに、ランスの損耗が避けられない困難な工程では、混合チャンバの所望の長さを一般的なパイプ固定型ランスを用いるときの区間よりも長く維持して、酸素分圧を特定用途における最適な狭帯域内に調整できる。これによりランスの交換回数を最小限に抑えて、処理の中断をより少なくできる。
(b) 混合チャンバの長さが変更可能なため、その時点で使用される特殊な燃料のために混合チャンバを適応させることができ、プラスチックなどの副次的な燃料源を含む燃料源に変更があった場合、混合チャンバを調整できる。
(c) 混合チャンバの長さが変更可能なため、ランスの流出口端から溶融スラグ槽への所望の排出要求物に応じて、燃料および空気／酸素の混合を完全に制御できる。
(d) 混合チャンバの長さが変更可能なため、把持中または待機中にランスが槽の上に置かれている場合、炉の状態を調整するのに有用であることが分かる。

最後に、上述の各部の構成および機構に対し、さまざまな変更、改良および／または付加を、本発明の意図または範囲を逸脱することなく導入可能である。

本発明によれば、内側パイプおよび外側パイプを含んで複数の実質的に同心なパイプを有し、任意で内側パイプおよび外側パイプの間に少なくとも１つのパイプを有し、内側パイプの下端または内側パイプおよび少なくとも最も外側から二番目にあるパイプの下端は、乾式冶金作業で求められる外側パイプの下端を基準とした実質的に所要の高さに設定され、内側パイプおよび外側パイプの相対位置は長手方向に調整可能であり、使用中に内側パイプおよび外側パイプの下端の間にある混合チャンバの所要設定高さまたは長さを維持して、外側パイプの下端の損耗や焼け細りを補償し、パイプのうち２つの間に形成された環状流路および内側パイプによって形成された流路を含む少なくとも２つの流路を形成し、これによって、注入される燃料／還元剤および酸素含有ガスは別々にランスを通り抜け、内部パイプおよび外部パイプの排出口端で混合し、乾式作業中の上部浸漬注入の際にスラグ相の中に燃焼領域を形成することができ、さらに、作業中に溶融スラグに浸漬されたランスの少なくとも下端の上方にて外側パイプの外側表面上に固化スラグの保護コーティングを維持する、上部浸漬ランス(TSL)注入を用いて乾式冶金作業を行うランスが提供される。

槽と酸素含有ガス供給源の間に相互作用を必要とする溶融槽溶錬または他の乾式冶金作業では、ガスを供給するために複数の異なる設備を用いる。一般に、これらの作業には溶融マット/金属への直接注入が含まれる。直接注入は、ベッセマー型溶鉱炉では底吹き羽口を、また、ピアース−スミス型転炉では横吹き羽口を用いて行うことができる。また別の方法として、ランスを使用して、上吹き注入または浸漬注入によりガスを注入してもよい。上吹き型ランスによる注入の例としては、KALDO式およびBOP式の鋼製造プラントがあり、これらのプラントでは純酸素を槽上方から吹き入れ、溶融鉄から鋼を製造する。上吹き型ランスによる注入の別の例が、三菱の製銅法における溶錬およびマット変換段階によって提供される。かかる段階では注入ランスが空気または酸素富化空気などの酸素含有ガスの噴流を槽の上面に吹き付けるとともに貫通させ、銅マットをそれぞれ生成および転換させる。浸漬ランスを用いる注入の場合、ランスの下端を浸漬させて槽のスラグ層の上からではなく内側で注入を行い、上部浸漬型ランス（TSL）式注入を施す。

ランス30の本実施例では、燃料をパイプ32の上端から供給する一方で、遊離酸素含有ガスをパイプ34を通じてパイプ33と34の間にある流路36に沿って供給する。さらには、精鉱、粒状スラグまたは粒状マットなどの供給材に溶剤を加え、パイプ33を通じてパイプ32およびパイプ33の間にある環状流路37に沿って供給してもよい。酸素含有ガスと供給材の混合はパイプ32の終端に至る前に始まり、その後、ガス/供給材の混合物はパイプ32の端部から下方で燃料と混合される。さらに、混合チャンバ38内で燃料を燃やす一方で、ランス30が内部まで延伸している反応炉のスラグ層内に注入する前に、供給材を少なくとも予熱して、可能であれば部分的に溶解または反応させてもよい。

いかなる場合であれ、ランスのパイプはランスを使用するTSL反応炉の天井より下に一定の作動長さを有する。より具体的には、ランスの位置は槽を基準とし、一般的にランスの全長は炉床から一定の距離に達するのに十分な長さとなっている。しかしながら、各ランス10および30は、それぞれ混合チャンバ18および38に対して実質的に一定の長さを維持するように調整できる。ランス10の場合、その構成ゆえにパイプ14の下端が損耗や焼け細りしても長さＬを実質的に一定に保つことができるが、さもなくば損耗や焼け細りにより長さＬは縮小してしまうだろう。同様に、ランス30の場合、その構成によって、パイプ34の下端が損耗や焼け細りしても、各長さＬおよびＭを実質的に一定に保つことができるが、そうでなければ長さＬ、Ｍは縮小してしまうだろう。したがって、ランス10においては長さＬならびにランス30の場合には長さＬおよびＭを設定値に維持して、所要の乾式冶金作業における上部浸漬ランスによる注入や所要の作業条件に対する最適な条件を得ることができる。

図３は、図１のランスと同様のランス50を示し、対応する部品には、図１における相当要素の参照番号に40を足した番号が付されている。ランス50を溶融スラグ槽に対して上昇または下降可能にする据付装置は図示されていない。しかしながら、内側パイプ52と外側パイプ54の間に相対的な長手方向の動きをもたらす機械的装置64が示されている。また、図３は、ランス50の上端に取り付けられた封止材65を示している。封止材65は、ガスがランス50の上端から放出されることを実質的に防止する。封止材65は、ガスがランス50の上端から放出されることを実質的に防止する一方で、パイプ52および54の相互間で相対的な長手方向の動作を可能とし、摺動の際にはそれぞれパイプ54またはパイプ52との接触封止を可能にする。本機構では、加圧ガスをパイプ54の注入口コネクタ54aに供給すると、ガスはパイプ52および54の間にある流路56を下行してランス50の下端で排出される。

図示しないが、ランス50は好ましくは駆動システムを有し、駆動システムは機構64を含み必要に応じて機構64を操作する。したがって、図１および図２に見られるように、センサＳを設けて、パイプ52および54の相対的な長手方向の位置を示す出力信号を、ナット70を必要に応じて回転させるアクチュエータに送り、パイプの位置を変更してもよい。センサＳの出力を制御ユニットＣに送り、制御ユニットを使用して駆動用の出力信号をアクチュエータに供給してもよい。

Claims (18)

1. 上部浸漬ランス(TSL)注入を用いて乾式冶金作業を行うランスにおいて、該ランスは実質的に同心の内側パイプおよび外側パイプを有し、該内側パイプの下端または少なくとも最も内側から二番目にあるパイプの下端は、前記乾式冶金作業で求められる前記外側パイプの下端を基準とした高さに設定され、該内側パイプおよび外側パイプの相対位置は長手方向に調整可能であり、使用中に前記混合チャンバの長さを所望の設定値で維持して、前記外側パイプの下端の損耗や焼け細りを補償することを特徴とするランス。
2. 請求項１に記載のランスにおいて、らせん状羽根もしくは流れ成形手段が、前記外側パイプと前記内側パイプの間に設けられ、または該ランスが少なくとも３本の実質的に同心のパイプを有する場合には、前記外側パイプもしくは前記外側パイプおよび前記内側パイプの間にある最も内側から二番目にあるパイプの間に設けられることを特徴とするランス。
3. 請求項１または２に記載のランスにおいて、前記内側パイプの下端は前記外側パイプの下端からの実質的な原点オフセットを有することを特徴とするランス。
4. 請求項１または２に記載のランスにおいて、前記内側パイプの下端は前記外側パイプの下端よりも引っ込んでいて、混合チャンバがそれらの下端の間に形成されることを特徴とするランス。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のランスにおいて、該ランスは２本のパイプを有し、前記羽根は、一方の長手方向縁部にて前記内側パイプの外側表面に連結され、他方の長手方向縁部にて前記外側パイプの内側面に近接することを特徴とするランス。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載のランスにおいて、該ランスは少なくとも３本のパイプを有し、前記羽根は、一方の長手方向縁部にて前記外側パイプに次いで最も内側にある前記パイプの外側表面に連結され、他方の縁部では前記外側パイプの内側面に近接することを特徴とするランス。
7. 請求項６に記載のランスにおいて、前記外側パイプ以外のパイプは互いに対して長手方向に固定されることを特徴とするランス。
8. 請求項６に記載のランスにおいて、前記外側パイプ以外のパイプは互いに対し長手方向に移動可能であることを特徴とするランス。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のランスにおいて、該ランスを据付装置から吊るすことが可能であり、該据付装置はTSL反応炉に対して該ランス全体を上昇または下降させる作動が可能であることを特徴とするランス。
10. 請求項９に記載のランスにおいて、該ランスは、取付器を下降させる前記据付装置によって、前記内側パイプおよび外側パイプの間における相対的な長手方向の移動を可能とし、該据付装置によって前記内側パイプは前記取付器に対して上昇しながらランス全体が支持されることを特徴とするランス。
11. 請求項９に記載のランスにおいて、前記内側パイプを固定把持しながら下降させることによって、該ランスは前記内側パイプおよび前記外側パイプの間における相対的な長手方向の移動が可能となることを特徴とするランス。
12. 請求項１ないし11のいずれかに記載のランスにおいて、前記外側パイプの下端に対する前記内側パイプの排出口端の高さは、該内側パイプおよび前記外側パイプの間における相対的な動きにより、前記内側パイプに必要な高さの±25mm以内に維持され得ることを特徴とするランス。
13. 請求項１ないし12のいずれかに記載のランスにおいて、該ランスはさらに駆動システムを含み、該駆動システムによって前記内側パイプおよび前記外側パイプの間における相対的な長手方向の移動がなされることを特徴とするランス。
14. 請求項13に記載のランスにおいて、前記駆動システムは所定かつ実質的に一定の速度で相対的な移動をさせるよう作動可能であることを特徴とするランス。
15. 請求項13に記載のランスにおいて、前記駆動を変化させることで、該ランスを使用する作業条件の変化に適応可能であることを特徴とするランス。
16. 請求項13ないし15のいずれかに記載のランスにおいて、前記駆動システムは手動で調整できることを特徴とするランス。
17. 請求項13ないし15のいずれかに記載のランスにおいて、前記駆動システムは遠隔操作で調整できることを特徴とするランス。
18. 請求項13ないし15のいずれかに記載のランスにおいて、該ランスは、乾式冶金作業における少なくとも１つのパラメータを監視して、前記駆動システムを調整可能にする出力を送出する付属センサを含むか、または有することを特徴とするランス。
    

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