JP4440646B2 - 金属、金属溶融物、及び／またはスラグを熱冶金的に処理するための方法、並びに、インゼクター装置 - Google Patents

Description

本発明は、インゼクター装置を用いて、
冶金用の機構ユニット、もしくは溶湯容器内において、金属、金属溶融物、及び／またはスラグを熱冶金的に処理するための、
特に、電気アーク炉（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｒｃ Ｆｕｒｎａｃｅ， ＥＡＦ）内において、酸素の豊富なガス、及び／または炭素を含有している物質を上吹き／吹込みするための方法において、その際、
このインゼクター装置が、酸素の豊富なガスを超音速に加速し、且つ、
このインゼクター装置内において、場合によっては、これら酸素の豊富なガスに、炭素を含有している物質、有利には微粒子が添加され、且つ、
このインゼクター装置からの高速噴流が、囲繞したガス状の被覆体によって保護された状態で、熱冶金的な処理のために使用される様式の、上記方法に関する。

スラグの泡立てのために、電気アーク炉のスラグ／気泡スラグ層内への、及び／またはその上への、酸素の豊富なガス、及び／または炭素を含有している微粒子を上吹き／吹込みするため、
及び／または、この金属溶融物の脱炭のために、スラグ／気泡スラグ層の下方に存在する金属溶融物の内への、及び／またはその上への酸素の豊富なガスの上吹き／吹込みするための、特に電気アーク炉内において、有利には、金属、金属溶融物を熱冶金的に処理するための、工業用機構ユニット内における使用のための、液状のおよび微粒子状の物質用のインゼクター装置は公知である。
その際、このインゼクター装置は、酸素の豊富なガスが、ノズルを用いて超音速へと加速され、且つ場合によっては、この酸素の豊富なガスに、炭素を含有している微粒子が添加されることを生じさせる。

電気アーク炉内における、例えばスクラップ、または海綿状鉄のような、固形物の使用物質の溶融は、エネルギー量（粗鋼状態で、約５５０から７５０ｋＷｈ／ｔまで）を必要とする。電気エネルギー需要の低下のため、並びに、溶融時間の短縮のために、付加的に、化学的なエネルギー（例えば、天然ガス、または石炭）が使用される。高い反応温度を保証するために、大抵の場合、工業的に純粋な酸素でもっての、このエネルギーの燃焼が必要である。このことによって、同時に、処理されるべき特定の排気ガス量は、空気の使用に比して明確に減少される。溶融プロセスの所定の段階の間じゅう、酸素、及び／または一次エネルギーキャリアー（例えば、天然ガス）の吹込みが、スクラップ加熱、およびスクラップ低溶融の支援、もしくは加速のために行われる。この反応は、溶湯の上方で、有利には溶融すべき固形物との直接的な接点において行われる。この天然ガス、および酸素の付加は、その際に、炉壁内における特別のバーナーを介して、または水冷されたランスを用いて行われる。

熱冶金的な処理の更に別の段階は、気泡（泡立った）スラグ段階である。この気泡スラグは、壁領域の過熱を回避するため、アーク放電の電気的な出力減少を均衡化するため、および、放射線損失の低減によって、総じて、高いエネルギー効率を可能とするために、炉壁を、平滑浴段階の間じゅう、アーク放電の放射線に対して保護する。気泡スラグを形成するために、同時に、細粒状の炭素キャリアー、および酸素が、有利には、スラグと金属との間の境界層内へと吹込まれる。

炭素キャリアーの付加は、有利には、金属溶融物とスラグとの間の境界層の領域内に、（部分的に、同様にこの金属溶融物の表面の下にも）行われる。キャリアーガスとして、有利には、圧縮空気、窒素が、しかも同様に、ガス状の炭化水素も使用される。

酸素の噴射は、有利には、金属溶融物とスラグとの間の境界層の領域内に、噴射された炭素の部分的な酸化のため、並びに、この金属溶融物の脱炭のために行われる。炭素キャリアー内において含有されている炭素の部分的な酸化の際に、ガス状の一酸化炭素（ＣＯ）が生成する。このＣＯは、気泡の形態で、このスラグから逃れ出る。このことは、このスラグの発泡を生じさせる。この気泡スラグは、エネルギー利用を改善し、且つ、電気アーク炉の、耐火性の内張りの負荷を減少させる。このＣＯは、更に別の酸化剤（Ｏｘｉｄａｎｔｉｅｎ）の別個の付加によって、内部または外部で、後燃焼される。

炭素キャリアー、酸素、および更に別の酸化剤の付加は、
ａ）炉壁内における、特別のインゼクター／ノズル装置、
ｂ）扉／炉壁／蓋を貫く、冷却されたランス、
ｃ）扉／炉壁／蓋を貫く、冷却されていないランス、
ｄ）浸漬ノズルシステム、
に関して、組み合わせられた状態、または別個の状態で行われる。

これら記載された諸課題のために使用される装置、および方法は、特に、以下の欠点を有している。即ち：
共通のインゼクター装置を介してのガス／固形物噴射の場合、上記された機能性が１つのユニット内において統合されねばならない。個別のプロセスステップの間じゅう噴射されるべき構成要素は、所属するインゼクターシステムに対する、異なる、且つ部分的に互いに正反対の諸要件（流動速度、噴射の場所、混合／燃焼挙動（Ｍｉｓｃｈｕｎｇｓ−／Ａｕｓｂｒａｎｄｖｅｒｈａｌｔｅｎ）、溶湯内への装入、等）を課せられている。従って、これらのユニットは、極めて大きくなるか、それとも、妥協による解決策が実現されねばならない：
ことの欠点を有している。

ヨーロッパ特許公開第０ ９６４ ０６５号明細書（特許文献１）から、２つの構造部材から成るインゼクター装置が公知であり、このインゼクター装置の場合、一方の構造部材が、超音速酸素インゼクターとして、および、他方の構造部材が、石炭インゼクターとしての機能を果たす。これら両方の軸線は、これら両方の形成された噴流が、溶湯面の上方で交差するように整向されている。それぞれの中央の酸素噴流、もしくは石炭噴流の更なる集束を保証するために、これらは、中央のノズル開口部の周囲に設けられたノズルリングから噴出する天然ガス噴流でもって包囲されている。

米国特許第５，９０４，８９５号明細書（特許文献２）において、燃焼室の手前に存在する固形物の低溶融のための高速火炎を形成するための燃焼室を有する、水冷されたインゼクター装置が記載されている。進捗的な溶融継続時間でもって、微細に細分された固形物、例えば石炭、並びに付加的な酸素は、高速でもって、電気アーク炉内へと導入され、その際、この固形物が、側方で、既に加速された酸素噴流に添加される。この場合、固形物噴流と同様に、高速酸素噴流も、この噴流を囲繞する火炎被覆体によって保護される。

ヨーロッパ特許公開第０ ８６６ １３８号明細書（特許文献３）において、溶湯内へとガス（例えば、酸素、および天然ガス）を噴射するための方法が記載されている。この場合、中央でインゼクターから噴出する酸素は、ラバルノズル（ＬＡＶＡＬ−Ｄｕｅｓｅ）でもって、超音速へと加速される。この噴流が、この噴流の噴出運動量（Ａｕｓｔｒｉｔｔｓｉｍｐｕｌｓ）を、可能な限り長い間維持するために、この噴流は、この噴流を（完全に）包囲する火炎被覆体によって保護される。この火炎被覆体は、酸素でもっての、このラバルノズルの周囲で同心的な環状の間隙、もしくはノズルリングから噴出される天然ガスの燃焼において発生する。この酸素は、天然ガスリングの外側で同心的に設けられた、第２の環状の間隙、もしくはノズルリングを介して供給される。

ヨーロッパ特許公開第１ ０９２ ７８５号明細書（特許文献４）は、ヨーロッパ特許公開第０ ８６６ １３８号明細書（特許文献３）の原理に基づいており、且つ、付加的に、更に、微粒子状の固形物の噴射を許容する、インゼクター装置を記載している。この固形物の付加は、その際、火炎被覆体の内側の酸素付加の場合におけると同様に行われる。

ヨーロッパ特許第０ ８４８ ７９５号明細書（特許文献５）は、燃料を燃焼するための方法、並びに、それに所属するバーナーを記載している。燃料として、天然ガスと同様に、微粒子状の固形物も使用される。この場合、円筒形状の、もしくは弱い円錐形状に噴流方向において拡大する酸素主噴流内へと、多数の、中央の長手方向軸線に対して曲がって整向された天然ガス噴流が吹き込まれる。この主噴流は、ラバルノズルを介して、超音速へと加速される。これら燃料噴流は、この主噴流を囲繞し、且つ、下流側で初めて、この主噴流内へと侵入する。この主噴流の内部において、中央管体を介して、第２の燃料噴流が形成され、この燃料噴流でもって、天然ガス、または固形物が、この主噴流内へと、この主噴流の加速の後に噴射される。

インゼクター装置において、噴流の拡大を、可能な限り比較的に長い道程区間で抑制するために、形成された噴流は、種々に、通常天然ガスの燃焼によって形成される火炎被覆体でもって囲繞される。この火炎被覆体は、中央のガス噴流の不所望の運動量損失の欠点を生じさせる。何故ならば、この被覆体噴流の流動速度は、中央のガス噴流の流動速度よりも、著しくより僅かであるからである。更に、この構成は、付加的な燃料使用（Ｓｔｏｆｆｅｉｎｓａｔｚ）を、従って、比較的に高いエネルギー経費を必要とする。このことは、プロセス技術的な視点から、更に、不必要であり、且つ、区間毎に同様に非効果的でもある。
ヨーロッパ特許公開第０ ９６４ ０６５号明細書 米国特許第５，９０４，８９５号明細書 ヨーロッパ特許公開第０ ８６６ １３８号明細書 ヨーロッパ特許公開第１ ０９２ ７８５号明細書 ヨーロッパ特許第０ ８４８ ７９５号明細書

従って、この公知技術を出発点として、本発明の課題は、インゼクター装置を発展させること、および、作動方法を提供することであり、この作動方法でもって、冶金用の機構ユニットの内側空間内へと、自由に流出する酸素の豊富なガスの長さ、および存在するスラグ層内へのこのガスの侵入深さを、最大にすることが可能である。
この場合、特に、異なる作動状態における、酸素、および固形物の共通の使用に関する公知の装置の欠点、即ち、
・高い、特定のエネルギー使用
・冶金用の機構ユニット内における、必要な諸処置、もしくは多数の開口部
・複雑な構造
は、更に回避されるべきである。

この提示された課題は、方法に関して、
請求項１の典型的な特徴を有する冒頭に記載した様式のインゼクター装置でもって、
ガス状の被覆体が、高温ガスであり、
この高温ガスが、相対的な速度および中央の高速噴流と高温ガス被覆体噴流との間の運動量の相互的交換が最低限に抑えられるように、中央の高速噴流に供給されること（いわば、等運動力学的な供給）によって解決される。

この本発明による方法を実施するためのインゼクター装置は、請求項１７の特徴によって特徴付けられている。本発明の有利な実施形態、および更なる構成は、所属する従属請求項において提示されている。

中央の酸素の豊富なガス噴流を、可能な限り僅かな運動量損失を有する高温ガスでもって被覆するという本発明による方法によって、
有利には、強度の混合および運動を形成のための、金属溶融物の上方に存在するスラグ層内への、このガス噴流の長さ、および侵入深さの最大化、並びに、
微粒子状の固形物、例えば炭素キャリアー、炭塵（Ｓｔａｅｕｂｅ）、または添加材（Ｚｕｓｃｈｌａｇｓｔｏｆｆｅ）の噴射の改善が達せられる。

この目的で、中央のガス噴流は、酸素インゼクター（ラバルノズルを有する比較的に長い管体）を介して案内され、且つ、３００から８５０ｍ／ｓまでの間の速度に加速され、且つ、公知の解決策とは対照的に、高温ガスから成る被覆体噴流でもって包囲される。この高温ガスは、その際、例えば市販の高速バーナー内における空気でもっての天然ガスの、高温ガス発生器内における外部の燃焼によって、別個の高温圧縮機を用いての高温の炉排気ガスの再循環によって、または、両方の構成の組み合わせによって準備される。

高温ガス形成が、燃料の外部の反応によって、酸化剤でもって行われる場合は、この目的で、１０から１００容積％までの、有利には、２１容積％の酸素含有量を有する酸化剤が使用される。酸化工程は、如何なる場合においても、過化学量論的な状態で作動される。高温ガス発生器内における空気比率は、１．０５と２．０との間で（有利には、１．３と１．５との間で）調節される。酸化剤は、５０℃と６００℃との間の（有利には、２００℃と４００℃との間の）温度まで予熱される。この予熱は、インゼクター装置の外側で、または内部で行われる。有利には、この酸化剤の予熱装置は、このインゼクター装置の冷却システム内へと統合されているか、もしくは、この冷却システム自体の基本構成要素である。

高温ガスの温度は、インゼクターバーナー内への入口において、３００から１８００℃の値である。この温度範囲内において、この高温ガスの超音速は、基礎にある熱力学上の諸関連の結果として、冷たい中央噴流の超音速よりも、著しくより高い。従って、この高温ガスの噴出速度は、まさしく、簡単なノズルでもって、この中央噴流の流動速度の範囲内へと上昇される。

温度調節のために、本発明により、高温ガスに、この高温ガスの加速の前に、水を追加噴射することは可能である。このことによって、迅速な、且つ正確な温度ガイダンスが保証されている。更に、増大された水蒸気割合は、炉室内における反応雰囲気に対して有利な影響を及ぼす。

本発明のインゼクター装置は、モジュール構造内において、ラバルノズルを有する比較的に長い管体、酸素の豊富なガスを加速するための酸素インゼクターから成り、このインゼクター装置の噴出領域が、高温ガスの貫流のための環状の間隙ノズル部、または、匹敵する作用効果を有する類似の構造上の解決策によって、囲繞されている。集束の目的のために、および、噴出面内における流動挙動を改善するために、両方のガスのこの噴出領域は、高温ガススリーブによって延長されている。

微粒子状の物質を噴射するために、中央で、酸素インゼクター内において、添加インゼクターが、噴出開口部を有する付加的な同軸の管体の様式で設けられている。この添加インゼクターは、軸線方向に摺動可能である。この添加インゼクターの噴出領域Ｂは、この場合、酸素インゼクター装置のラバルノズルのコンフューザー（収斂部）の入口断面の手前Ｅ１、内と同様に、後ろＥ２にも位置決めされ得る（それぞれ流動方向において観察）。この酸素インゼクター装置の内部での添加インゼクターの噴出開口部の位置決めは、この添加インゼクター、または酸素インゼクターの軸線方向の摺動によって、または、組み合わせによって行われる。この添加インゼクターの噴出開口部は、簡単な開口、またはノズルとして形成されている。有利には、この添加インゼクターの噴出開口部は、酸素インゼクター装置のラバルノズルの手前に位置決めされ、従って、微粒子状の物質が、酸素の豊富なガスと共に、このラバルノズルを通って加速される。

微粒子状の物質による高い磨耗負荷を顧慮して、添加インゼクターの噴出開口部は、合目的に、耐磨耗性の材料から製造されている。この酸素インゼクターの外側のスリーブを保護するために、このスリーブは、セラミックの保護被膜を備えており、または、セラミックの保護管体でもって囲繞される。

微粒子状ではない他の物質、例えば、天然ガスのようなガス状の燃料または各種オイルのような液状の燃料を、この添加インゼクターを介して、酸素の豊富なガス噴流内へと噴射することも、しかしながら可能である。それぞれの燃料の種類の特有の諸要件に対して適合させるために、それ故に、この添加インゼクターの種々の実施形態が必要である。従って、この添加インゼクターは、適当な構造的な構成によって迅速に、且つ、ただ僅かなだけの手間暇でもって、それぞれのプロセス諸要件に対して適合可能であり、且つ、例えば、交換可能な噴出ノズルを備えており、且つ、適当な付加的な装置でもって、手動または自動的に、軸線方向に摺動可能に形成されている。

本発明の、ガス、および固形物噴射のためのインゼクター装置は、モジュール的に構成されている。これら個別のコンポーネント（構造部品群）は、強固に冶金用の機構ユニットの壁内において配設されている共通の担持ユニット上に組み付けられている。このことによって、炉容器内への、周囲空気の不都合な流入、および、周囲環境への反応ガスの危険な流出は、より確実に防止される。

インゼクター装置は、強靭な、構造的に簡単な構成要素から成る形成によって、広範に、全ての、冶金的な処理の個別の段階の間じゅう、その都度に必要な物質（酸素、酸素キャリアー、添加物質、等）の付加のために、その都度必要な品質、量において、使用可能である。このことは、僅かなメンテナンス経費および設置経費を保証し、且つ、必要に応じて、個別の構造部材の迅速な交換が、同様に作動している炉作動の場合にも可能である。

インゼクターシステムの高い効率を保証するために、１つの以上（有利には、２つから４つ）のインゼクター装置が、溶融機構ユニットに設置され得る。これら設置されたインゼクター装置の作動は、その場合に、システムによって調和がはかられ、且つ監視される。

次に、本発明の更なる利点、詳細、および特徴を、概略的な図面において図示された実施例に基づいて、詳しく説明する。

図１において、切断された概略的な図示において、本発明のインゼクター装置１が描かれており、このインゼクター装置は、図示された実施例において、基本的に、屈曲された高温ガス接続用パイプ２から成り、この高温ガス接続用パイプ内に、側方から酸素インゼクター１０が挿入されている。この酸素インゼクター１０の挿入は、この場合、有利には、このインゼクター装置１の水平方向の部分の長手方向軸線が、この酸素インゼクター１０の長手方向軸線と一致するように行われる。この酸素インゼクターの前方の端部 −図面内において右側− において、この高温ガス接続用パイプ２の内径（内法の直径）は、内方へと傾斜して指向する肉厚部（Ｖｅｒｄｉｃｋｕｎｇ）７（コンフューザー（Ｋｏｎｆｕｓｏｒ））によって、この酸素インゼクター１０を有する高温ガス接続用パイプ２が、この領域内において、同心的な環状の間隙ノズル部４、または匹敵する作用効果を有する類似の構造上の解決策（以下において簡略化して、環状の間隙ノズル部と称する）を形成する程度に、狭められている。

高温ガス接続用パイプ２内へと挿入された酸素インゼクター１０は、セラミックの保護被膜１２によって囲繞され且つ前方の領域において形成されたラバルノズル１３を有する、縦長の管体、即ちインゼクター内壁１１から成っている。このラバルノズル１３を通って、酸素の豊富なガス６は、矢印の方向で案内され、その際に加速され、且つ、中央のガス噴流６′として、噴出開口部１４から矢印の方向で噴出する。この噴出領域内において、この酸素の豊富なガス６′は、同じ方向で流動し、且つ環状の間隙ノズル部４内において加速された高温ガス５′によって被覆される。ガス噴流５′、６′を集束するために、この噴出領域は、高温ガススリーブ３によって延長されており、この高温ガススリーブの内径が、環状の間隙ノズル部４の最も小さな外径に相応している。

この酸素インゼクター１０は、軸線方向に摺動可能に形成されており、その際、この酸素インゼクターの噴出面Ｓが、高温ガス接続用パイプ２の面Ｅ３とＥ４との間のそれぞれ適宜な位置において位置決め可能である。

図２は、図１のインゼクター装置１に比して付加的な添加インゼクター１５、並びに、水噴射部１８によって増補された、インゼクター装置１を示している。同じ構造部材は、良好な一目瞭然性のために、同じ参照符号でもって符号付けされている。この水噴射部１８は、高温ガス接続用パイプ２内におけるインゼクター装置１の装入領域内において設けられており、且つ、水１９が、高温ガス５の流動方向とは逆に、この領域内において噴射されるように配設されている。酸素インゼクター１０は、ここで、図１の実施例におけるようにセラミックの保護被膜でもって囲繞されず、むしろここで、セラミックの保護管体１７によって保持されている。この添加インゼクター１５は、基本的に、前方の燃料ノズル１６を有する比較的に長い管体から成っており、且つ、このノズル１６の開口部が、この酸素インゼクター１０のラバルノズル１３の、更に手前に存在している程度に、酸素インゼクター１０内へと挿入されている。このようにして、炭素を含有している物質（微粒子状の固形物、及び／または液状の物質）８、８′、および、酸素の豊富なガス６は、共に、中央噴流９として、噴出開口部１４から噴出される。

図３は、インゼクター装置１を作動するために必要な媒体の原理的な供給状態、並びに、このインゼクター装置１の典型的な接続状態を示している。高温ガス５は、外部で、別個の高温ガス発生器２０内において、燃料流８からおよび酸化剤流（空気流）２３から形成される。この高温ガス発生器２０は、有利には直接的に、このインゼクター装置１と結合されており、もしくは、このインゼクター装置自体の基本構成要素である。図示された実施例において、酸化剤として空気２３が使用される。この空気２３は、別個の送風機２１を介して準備され、または、圧縮空気回路網２２から取り出される。この空気２３は、高温ガス発生器２０への供給の前に、先ず始めに、このインゼクター装置１の外側壁を冷却するために使用される。この空気は、これによって、５０から６００℃までの温度へと予熱される。この予熱は、高温ガス発生器２０内における燃料使用に対して有利な影響をもたらす。この高温ガス発生器２０は、作動状態において、不断の状態に留まる。同様のことは、冷却システムに関しても言える。遮断機器２５、２６、２７の操作によって、それぞれの媒体流動の供給は、始動もしくは遮断される。容積流量の調節は、調節機器２８、２９、３０を用いて行われる。酸素噴射が作動状態にある場合、多方向弁３１は、酸素インゼクターへの空気供給が遮断されるように閉鎖される。プロセス技術的な理由から、如何なる酸素噴射も必要でない場合、この多方向弁３１は、この酸素インゼクター１０への酸素供給が、遮断されるように閉鎖される。この場合には、この酸素インゼクター１０は、空気２３が与えられている。

図４は、インゼクター装置１のためのＭＳＲ−図（プロセスフロー図）を示している。規定通りの、および確実な、このインゼクター装置１の作動のために、遮断機器２５、２６、２７の状態は監視され、且つコントロールされるべきである。許容されていない、または危険な作動状態の発生は、適当なロック機能／ブロック機能（Ｖｅｒｒｉｅｇｅｌｕｎｇｅｎ／Ｖｅｒｂｌｏｃｋｕｎｇｅｎ）によって回避される。中央−自動化ユニットＲは、冶金用の機構ユニットの上位のＰＬＳ（プロセスコントロールシステム（Ｐｒｏｚｅｓｓ−Ｌｅｉｔ−Ｓｙｓｔｅｍ）と交信し、且つ、作動方法に応じて、必要な命令を、従属された諸ユニット、並びにＲ１およびＲ２に転送する。この自動化ユニットＲ１は、高温ガス温度、高温ガス発生器出力、および、空気比率の調節の権限を有している。このために必要なプロセス量は、適当なセンサーによって、連続的に検出され、且つ、計算機へと伝達される。この自動化ユニットＲ２は、酸素容積流量の調節の役目を果たす。

添加インゼクター１５の作動の調節は、更に別の（例えば、質量流量、予圧のための）自動化ユニットによって行われる。この、例えばＲ３でもって参照符号を付けられている自動化ユニットは、図４内において、概略的に図示されている。

本発明により、多数の、有利には２つから４つまでのインゼクター装置１が、冶金用の機構ユニットに配設されていても良い。これらインゼクター装置Ｉの共通の調節のために、その場合に、自動化ユニットＲと、上位のＰＬＳとの間のデータ交換が行われる。

本発明によるインゼクター装置（基本構成）の断面図である。 添加インゼクターを有する、図１によるインゼクター装置の断面図である。 インゼクター装置のプロセスフロー図である。 インゼクター装置のＭＳＲ−図（プロセスフロー図）である。

１ インゼクター装置
２ 高温ガス接続用パイプ
３ 高温ガススリーブ
４ 環状の間隙ノズル部
５、 ５′ 高温ガス
６ 酸素の豊富なガス
６′ 高速噴流、酸素の豊富なガス噴流
７ 肉厚部
８ 燃料
９ 中央噴流
１０ 酸素インゼクター
１１ インゼクター内壁
１２ セラミックの保護被膜
１３ ラバルノズル
１４ 噴出開口部
１５ 添加インゼクター
１６ 噴出開口部
１７ セラミックの保護管体
１８ 水噴射部
１９ 水
２０ 高温ガス発生器
２１ 送風機
２２ 圧縮空気回路網
２３ 空気
２５、 ２５、 ２７ 遮断機器
２８、 ２９、 ３０ 調節機器
３１ 多方向弁
Ｉ 更に別のインゼクター装置
ＰＬＳ プロセスコントロールシステム
Ｒ 中央−自動化ユニット
Ｒ１ 自動化ユニット
Ｒ２ 自動化ユニット
Ｒ３ 自動化ユニット

Claims (21)

1. インゼクター装置（１）を用いて、
   冶金用の機構ユニット、もしくは溶湯容器内において、金属、金属溶融物、及び／またはスラグを熱冶金的に処理するための方法であって、その際、
   このインゼクター装置が、酸素含有量が１０から１００容積％までの酸素の豊富なガス（６）を超音速に加速し、且つ、
   このインゼクター装置からの高速噴流（６′）が、この高速噴流を完全に覆うガス状の被覆によって保護された状態で、熱冶金的な処理のために使用される様式の上記方法において、
   ガス状の被覆体が、高温ガス（５）であり、
   この高温ガスが、相対的な速度および中央の高速噴流（６′）と高温ガス被覆体噴流（５′）との間の運動量の相互的交換が最低限に抑えられるように、中央の高速噴流（６′）に供給されること（いわば、等運動力学的な供給）、
   そのために、
   インゼクター装置（１）内における高速噴流（６′）が、ラバルノズルシステム内において、３００から８５０ｍ／ｓの速度に加速され、および、
   高温ガス（５）が、このインゼクター装置（１）の環状の間隙ノズル部（４）を用いて、上記高速噴流（６′）と同じ速さの速度に加速され、および、その際、高温ガス（５）が、インゼクター装置（１）内へのこの高温ガスの入口のところで、３００から１８００℃の温度を有していることを特徴とする方法。
2. 高温ガス（５）は、酸化剤でもっての微粒子状の固形物、及び／または液状の物質（８、８′）の外部の反応によって、及び／または、冶金用の機構ユニットからの高温ガスの再循環によって、準備されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 高温ガスの形成のために、１０から１００容積％までの酸素含有量を有する予熱された酸化剤が使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 酸化剤の予熱装置は、インゼクター装置（１）の冷却システム内へと統合されている、及び／または、この冷却システム自体の基本構成要素であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 高温ガス温度の調節は、インゼクター装置（１）内への入口において、高温ガス発生器（２０）の出力調節を介して、及び／または、この高温ガスへの液状の水（１９）の配量添加を介して、この高温ガスの加速の前に行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
6. 中央の高速噴流（６′）に、微粒子状の固形物、及び／または液状の物質（８、８′）が供給され、その際、
   この物質の供給が、同軸に酸素インゼクター（１０）の内側に設けられた添加インゼクター（１５）を用いて、中央で、同一方向で、および、高速噴流（６′）の加速工程の終了の前に行われることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の方法。
7. 微粒子状の固形物（８）が、石炭塵埃またはコークス塵埃に含有される炭素と、石灰石、生石灰、または苦灰石に含有されるアルカリ金属類及び／またはアルカリ土類金属とを、および、
   液状の物質（８′）が、天然ガス、コークスガス、転炉ガス、または暖房用石油に含まれる炭素を、それぞれに、３０質量％以上の高い濃度で含有していることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 酸素インゼクター（１０）は、交互に、工業用の酸素および空気でもって作動され、
   その際、酸素送込みから空気送込みへの切替え、および再び逆に、空気送込みから酸素送込みへの切替えが、多方向弁（３１）を介して行われ、且つ、酸素供給のために酸化剤供給源が、および、空気供給のために圧縮空気回路網（２２）もしくは送風機（２１）、が利用されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の方法。
9. 燃焼のλ値調節（λ−Ｒｅｇｅｌｕｎｇ）、高温ガス温度の調節および冷却空気噴出温度の調節としての、高温ガス発生器（２０）の作動の調節は、自動化ユニット（Ｒ１）によって行われることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の方法。
10. 容積流量および予圧の酸素インゼクター（１０）の作動の調節は、自動化ユニット（Ｒ２）によって行われることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の方法。
11. 質量流量および予圧の添加インゼクター（１５）の作動の調節は、更に別の自動化ユニット（Ｒ３）によって行われることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の方法。
12. 冶金用の機構ユニットに、１つ以上のインゼクター装置（１）が配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の方法。
13. 自動化ユニット（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）、および更に別のインゼクター装置（Ｉ）の作動の調和は、上位の中央−自動化ユニット（Ｒ）によって行われ、
    この中央−自動化ユニットが、冶金用の機構ユニットのプロセスコントロールシステム（ＰＬＳ）とデータ交換する状態にあり、またはデータ交換しない自立状態にあり、
    その際、更に別のインゼクター装置（Ｉ）の相応する自動化ユニットとのデータ交換が行われることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の方法。
14. 冶金用の機構ユニット、もしくは溶湯容器内において、金属、金属溶融物、及び／またはスラグを熱冶金的に処理するためのインゼクター装置（１）であって、その際、
    このインゼクター装置（１）が、酸素の豊富なガス（６）を超音速に加速し、且つ、
    このインゼクター装置内において、これら酸素の豊富なガスの（６′）に、微粒子状の固形物（８）が添加され、且つ、
    このインゼクター装置からの高速噴流が、囲繞したガス状の被覆体によって保護された状態で、熱冶金的な処理のために使用される様式の請求項１から１３のいずれか一つに記載の方法を実施するための上記インゼクター装置において、
    上記インゼクター装置が、
    インゼクター内壁（１１）および酸素の豊富なガス（６）を加速するためのラバルノズル（１３）を有する酸素インゼクター（１０）と、屈曲された高温ガス接続用パイプ（２）とから成る個別のコンポーネントのモジュール的な構造を備えていること、
    この酸素インゼクター（１０）が、
    その高温ガス接続用パイプ（２）の噴出領域内において、高温ガス（５）の貫流および加速のための内方へと傾斜して指向する肉厚部（７）によってこの高温ガス接続用パイプの内径が狭められる環状の間隙ノズル部（４）を設けられている、該高温ガス接続用パイプ（２）によって囲繞されていることを特徴とするインゼクター装置（１）。
15. 酸素インゼクター（１０）は、軸線方向に摺動可能であり、その際、この酸素インゼクター（１０）の噴出面（Ｓ）が、このために、高温ガス接続用パイプ（２）の屈曲部によって区画される面（Ｅ３）と、この高温ガス接続用パイプの肉厚部（７）の前方端部によって区画される面（Ｅ４）との間のそれぞれ適宜な位置において位置決め可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のインゼクター装置（１）。
16. ガスの噴出領域は、共通の高温ガススリーブ（３）によって延長されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載のインゼクター装置（１）。
17. 高温ガス接続用パイプ（２）の入口領域内において、水噴射部（１８）が設けられていることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一つに記載のインゼクター装置（１）。
18. 中央の酸素インゼクター（１０）の内部に、添加インゼクター（１５）が、噴出開口部（１６）を有する付加的な同軸の管体の様式で設けられており、この燃料ノズルが、開口、またはノズルとして形成されていることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか一つに記載のインゼクター装置（１）。
19. 添加インゼクター（１５）の噴出開口部（１６）は、微粒子状の物質による高い磨耗負荷を顧慮して耐磨耗性の材料から形成されており、且つ、交換可能に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のインゼクター装置（１）。
20. 添加インゼクター（１５）は、軸線方向に摺動可能に形成されており、この添加インゼクターの噴出面（Ｂ）でもって、酸素インゼクター（１０）の、酸素インゼクター装置のラバルノズルのコンフューザーの入口断面の手前で区画される面（Ｅ１）と、酸素インゼクター装置のラバルノズルのコンフューザーの入口断面の後方で区画される面（Ｅ２）との間に位置決め可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１８または１９に記載のインゼクター装置（１）。
21. インゼクター装置（１）の個別のコンポーネントは、冶金用の機構ユニットの壁内において強固に配設されている共通のコンポーネント担持体の上に組み付けられていることを特徴とする請求項１４から２０のいずれか一つに記載のインゼクター装置（１）。

Images