KR0178058B1 - 복합랜스와 이를 이용한 가스 분사장치 - Google Patents

복합랜스와 이를 이용한 가스 분사장치 Download PDF

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고바야시 히사시
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조운 이. 페더리시
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Abstract

랜스 및 가스 분사장치에 있어서, 랜스는 금속 공급관과 작은 직경의 노즐로 이루어져 있는데, 노즐은 금속 후방부와 세라믹 전방부로 구성된다.

Description

복합랜스와 이를 이용한 가스 분사장치
제1도는 본 발명에 따른 복합랜스 및 가스 분사장치의 바람직한 일실시예의 부분 단면도.
제2도는 노즐의 금속 후방부와 세라믹 전방부를 접합시키는 하나의 바람직한 수단을 보여주는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 내화벽 3 : 노즐
4 : 개구부 5,14,21 : 구멍
6 : 후방부 7 : 전방부
10 : 연소지역 11 : 공동
12 : 랜스 13 : 공급관
22,23 : 세라믹 가스켓
본 발명은 일반적으로 랜스에 관한 것이며, 특히 연소지역내로 가스를 고속 분사시키는데 사용되는 복합랜스에 관한 것이다.
최근에 향상된 연소 기술분야에서는 질소산화물(NOx)의 발생이 줄어드는 연소를 수행하기 위해서 연소지역내로 고속가스를 분사시키는 방법이 이용되어 왔다. 고속분사를 달성하기 위해서는 비교적 작은 지름을 갖는 노즐이 사용된다. 가스의 높은 속도에 의해서, 고로가스가 고속가스내로 흡입되거나 또는 고속가스와 함께 운반된다. 고속가스는 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시키는 효과를 갖는다. 고속의 가스가 연소지역내로 분사되는데 따른 문제점은 특수한 물질 및 응축가능한 증기를 포함하는 고로가스가 노즐로부터 배출되는 고속가스내로 흡입되거나 또는 함께 운반됨에 따라, 작은 개구부를 갖는 노즐이 쉽게 오염되거나 또는 부식되는 것이다. 고로가스는 또한 537.8℃(1000℉) 또는 그 이상의 온도로 뜨거워지는 경향이 있으며, 이것은 오염 및 부식의 문제를 더욱 악화시킨다. 이러한 문제점은 고로온도가 1204.4℃(2200℉)를 초과하는 경우에 특히 심각하다. 일반적으로 고온 합금의 최대 서어비스 온도는 연료 연소식 고로 분위기에 대하여 1204.4℃(2200℉) 이하이다. 백금과 같은 몇몇의 귀금속은 상기 온도 이상에서 견딜 수 있지만 고가이다.
이러한 문제를 해결하기 위한 한가지 방법으로서, 고온의 부식 또는 용융을 방지하기 위해서 많은 양의 냉각수를 노즐에 제공하여 왔다. 그러나, 수냉장치는 작동이 복잡하고, 고로 분위기가 고농도의 특별한 함유물을 갖는 곳에서의 오염 문제를 해결하지 못한다. 또한, 수냉은 고로 분위기가 응축가능한 증기를 포함하는 경우, 부식 및 오염문제를 증가시킬 수 있다.
고속 가스분사에 있어서의 오염문제를 해결하기 위해서 세라믹 랜스가 제안되었다. 그러나, 현재 사용가능한 세라믹 랜스는 열 및 다른 외력에 의한 부식 및 균열때문에 산업적인 규모의 작동에는 적당하지 않다.
노즐에 가해지는 온도의 영향은 연소지역과 연결된 공동내에서 노즐을 안쪽으로 위치시킴에 의하여 개선될 수 있음이 알려져 있다. 그러나, 상당히 유익한 효과를 얻기 위해서는 비교적 노즐을 안쪽에 가깝게 위치시키는 것이 유리하나, 그와 같은 노즐의 위치는 고속 가스분사에서 불리하다. 왜냐하면, 많은 양의 부식성 고로가스가 공동내로 유입되기 때문이다. 또한, 이것은 가스 제트속도의 감소를 초래한다. 그러므로, 고온에 의한 노즐의 손상을 피할 수 있는 반면에, 공동내로 유입된 부식성 고로가스와의 접촉에 의해서 발생된 손상이 증가하게 되어, 결국에는 그 효과가 상쇄된다.
따라서, 본 발명의 목적은 고속가스 분사장치에 사용될 수 있고 효과적인 가스분사에 사용될 수 있는 랜스를 제공하는데 있다. 효과적인 가스분사에 의해서 고온가스 및 부식성 가스에 의해 발생된 손상이 줄어든다.
전술한 목적 및 다른 목적들은 명세서를 통하여 해당 기술분야의 당 업자에게 명백하게 이해될 것이다.
복합랜스는 금속으로 이루어진 공급관과, 전방부 및 후방부를 갖는 노즐과, 노즐의 세라믹 전방부로부터 분사된 가스가 통과하는 적어도 하나의 구멍과, 그리고 보호가스를 노즐 주위로 제공하기 위한 수단을 포함하며, 상기 노즐의 후방부는 금속으로 이루어져 있고 공급관과 연결되며, 상기 노즐의 전방부는 세라믹으로 이루어져 있고 상기 후방부와 접한다.
본 발명의 또다른 특성에 따르면, 복합랜스 가스 분사장치는 연소지역의 벽내에 공동을 포함하고 있으며, 연소지역과 통해있는 개구부 및 공동내에 위치된 복합랜스를 갖추고 있다. 복합랜스는 가스원과 연결되고 금속으로 구성되는 공급관과, 개구부로부터 안쪽으로 들어간 노즐과, 상기 노즐의 세라믹 전방부로부터 분사된 가스가 통과하는 적어도 하나의 구멍과, 그리고 노즐 주위로 보호가스를 제공하기 위한 수단을 포함하며, 상기 노즐은 후방부 및 전방부를 갖추고 있다. 상기 후방부는 금속으로 구성되고 상기 공급관과 연결되어 있으며, 상기 전방부는 세라믹으로 구성되고 상기 후방부와 접하고 있다.
여기에서 사용된 랜스는 가스 산화제 또는 가스의 연소가능한 물질, 또는 산화제와 연료의 예비 혼합물을 통과시켜 이들 물질을 공동 또는 연소지역 내측으로 분사시키는 장치를 의미한다. 여기에서 사용된 세라믹은 1093℃(2000℉) 보다 높은 온도에서 견딜 수 있는 비금속 재료를 뜻한다. 세라믹은 통상적으로 산화물, 탄화물 또는 질화물로 이루어져 있는 내화성 재료이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도를 참조하면, 내화벽(2)은 연소지역(10)과 경계를 이루고 있다. 연소 지역에는 고로 분위기가 형성되어 있는데, 고로 분위기는 예를들어 이산화탄소, 수증기, 질소 또는 산소와 같은 고로가스를 포함한다. 고로 분위기는 통상적으로 1093℃(2000℉)를 초과하는 높은 온도이며, 보통은 1093℃(2000℉) 내지 1649℃(3000℉)의 온도범위를 갖는다. 고로 분위기는 또한 석탄의 연소로 생긴 재 또는 유리 배치(batch) 재료와 같은 특수 물질을 포함하거나, 나트륨 종류 또는 산성 증기와 같은 응축 증기들을 포함할 것이다.
내화벽(2)내에는 개구부(4)를 통해서 연소지역(10)과 연결되는 공동(11)이 제공되어 있다. 일반적으로, 개구부(4)는 0.64㎝(0.25인치) 내지 25.4㎝(10인치) 범위의 직경을 갖는데, 이 직경은 제1도에서 디(D)로 표시된다.
공동(11)내에는 복합랜스(12)가 위치되어 있다. 복합랜스(12)는 공급관(13) 및 노즐(3)의 두부분으로 구성된다. 공급관은 구리, 알루미늄, 스테인레스 강, 다른 강 및 다른 고온 합금과 같은 금속으로 이루어져 있다. 작동에 있어서, 본 발명에 따른 가스 분사장치의 일부인, 공급관(13)은 자체의 일단부에서 산화물 또는 연료와 같은 가스원과 연결된다. 다른쪽 단부에서 공급관(13)은 노즐(3)과 연결된다.
노즐(3)은 후방부(6)와 전방부(7)를 가지며, 제1도에서 엘(L)로 표시되어 있는 축방향 길이를 갖는다. 후방부(6)는 노즐 축방향 길이의 약 10 내지 60%를 이루며, 전방부(7)는 개구부 직경의 0.5 내지 2배의 범위내에 있는 노즐 축방향 길이의 약 40 내지 90%를 이룬다. 일반적으로, 이것은 노즐이 자체의 내부면 또는 외부면상에서 측정된 축방향 길이를 갖는 결과가 된다. 바람직하게도, 노즐은 개구부 직경의 0.5 내지 2배의 범위내에 잇는 축방향 길이를 갖는다. 일반적으로, 이것은 노즐이 2.54㎝(1인치) 내지 12.7㎝(5인치)내의 축방향 길이를 갖는 결과가 된다. 노즐의 외부 직경은 적어도 공동(11) 직경의 1/2이며, 바람직하게는 공동 또는 개구부 직경의 0.5 내지 0.95배 범위이다.
후방부(6)는 스테인레스 강, 주철, 다른 강들 및 다른 고온 합금으로 이루어져 있는데, 고온의 합금은 815.6℃(1500℉) 내지 1204.4℃(2200℉) 범위의 최대 서어비스 온도를 갖는다. 후방부(6)는 공급관(13)을 구성하는 금속과 다른 금속, 즉 스테인레스 강으로 구성되는 것이 바람직하다. 후방부(6)는 공급관(13)과 연결된다. 후방부(6)는 용접, 브레이징, 나사연결 또는 가압 끼워맞춤에 의해서 공급관(13)에 부착된다. 노즐을 쉽게 교체하기 위해서는 나사연결이 바람직하다. 노즐(3)의 후방부(6)는 전방부(7)와 접하게 된다. 제2도에는 전방부(7)와 후방부(6)를 서로 접하게 하는 하나의 바람직한 방법이 도시되어 있다. 전방부와 후방부는 상하 전도된 테이퍼 이음매에 의해서 접하게 된다. 제2도에는 세라믹 전방부(7) 및 이 전방부의 형상에 어울리는 금속 후방부(6)가 도시되어 있다. 상하 전도된 테이퍼 이음매 간격(20)은 내화성 세라믹 시멘트로 채워지는데, 이것은 두개의 벽돌 사이의 간격을 벽돌 모르타르로 채우는 방식과 유사하다. 작은 구멍(21)이 내화성 세라믹 시멘트를 이음매 간격(20)으로 운반하는데 사용된다. 세라믹 전방부 챔버가 상하 전도된 테이퍼 이음매내로 팽창할 수 있도록, 섬유질 세라믹 가스켓(22,23)이 금속 후방부에 대하여 사용된다. 세라믹 전방부를 금속 후방부에 연결시키기 위한 다른 수단은 수축 끼워맞춤(shrink fitting) 및 기계적인 로킹(mechanical locking)을 포함한다.
전방부(7)는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 마그네시아 또는 실리콘 카아바이드로 이루어진 내화성 재료와 같은 세라믹으로 구성된다. 유리 고로(glass furnace)에 사용되기에 바람직한 세라믹 재료는 알루미나-지르코니아-규산염 내화물이다. 세라믹의 최대 서어비스 온도는 통상적으로 1093℃(2000℉) 내지 2204℃(4000℉) 범위이다. 로벽의 고온측벽에 사용되는 세라믹 재료는 본 발명의 실행에 있어서 유용하다.
제1도를 참조하면, 노즐(3)은 0.25㎝(0.1인치) 내지 15.2㎝(6인치), 바람직하게는 0.25㎝(0.1인치) 내지 7.6㎝(3인치) 범위의 직경을 갖는데, 이것은 제1도에서 디(D)로 표시된다. 세라믹 전방부(7)에 제공된 구멍(14)을 통해서, 가스가 노즐(3)로부터 공동(11)내로 분사된다. 노즐(3)은 개구부(4)로부터 안쪽으로 들어가 있다. 하나의 노즐로부터 다중의 분사(jet)를 제공하기 위해서, 다수의 구멍 또는 오리피스가 세라믹 전방부(7)에 사용될 것이다. 본 발명의 복합랜스에 의해서, 노즐에 손상을 입히는 온도에 도달되지 않게 상기 노즐(3)과 개구부(4) 사이의 거리를 작게 형성할 수 있다. 일반적으로, 개구부(4)로부터 노즐(3)의 세라믹 선단까지의 거리 또는 리세스(recess)는 2D를 초과하지 않을 것이며, 바람직하게는 1D를 초과하지 않을 것이다. 공동과 노즐 사이의 환형공간은 고온의 고로에서부터 노즐로의 복사 열 플럭스를 감소시키기 위해서 0.25㎝(0.1인치) 내지 2.54㎝(1.0인치), 바람직하게는 0.25㎝(0.1인치) 내지 1.27㎝(0.5인치)내에서 유지된다.
본 발명의 실행에 있어서, 보호가스는 노즐 주위를 통과하여 연소지역내로 이동한다. 보호가스는 노즐로부터 분사된 주 가스와 같거나 또는 다를 것이다. 보호가스는 복합랜스와 동축인 환형통로에 의해서 제공된다. 제1도는 랜스(12)의 금속부분에서, 바람직하게는 공급관에서 보호가스를 공급하기 위한 바람직한 방법을 보여준다. 랜스(12)로부터 나온 보호가스는 하나 또는 그 이상의 구멍(5)을 통과하여 랜스(12)로부터 공동(11)내로 이동하고 노즐(3) 주위를 순환한다.
작동에 있어서, 가스는 가스원으로부터 공급관(13) 및 노즐(3)을 통과하여 공동(11)내측으로 이동하고, 가스 제트(1)와 같이 연소지역(10)내로 이동한다. 가스는 공기, 산소가 풍부한 공기, 또는 기술적으로 순수한 산화물과 같은 산화물이 되거나, 또는 연소지역에서 연소될 수 있는 가스들을 포함하는 연료가 되거나, 또는 산화물 및 연료의 예비 혼합물이 될 것이다. 그와같은 연료는 천연가스, 분무화된 액체 연료, 코크스 오븐가스, 프로판, 수소 및 메탄이라 할 수 있다. 본 발명에서는 특히 고속의 가스 또는 분무화된 연료분사를 이용할 수 있는데, 가스는 61m/sec(200feet/sec) 내지 610m/sec(2000feet/sec) 또는 그 이상을 초과하는 속도로 노즐(3)로부터 분사된다. 가스는 공동(11)내로 이동하고, 다시 연소지역(10)내로 이동하여 화살표로 나타낸 바와 같이 고로가스와 혼합되며, 다른 연료 또는 산화물과 함께 연소하여 또 하나의 로내가스를 만들어낸다.
가스 제트의 높은 속도로 인하여, 가스는 연소지역으로부터 가스 제트(2)내로 흡기되거나 또는 함께 운반된다. 가스 제트내로의 로내가스의 흡기 또는 운반은 비반응성 덩어리를 추가로 제공함에 의해서 NOx 발생과 관련하여 유리한 효과를 갖는다. 이에 따라, 최대 불꽃온도가 낮아진다. 흡기에 의해서 고로가스는 또한 개구부(4)쪽으로 흡입된다. 이러한 효과를 방지하고 잠재적인 부식성의 고로가스를 공동(11)으로부터 제거하기 위해서, 노즐(3)을 통해서 공동(11)내로 분사되는 가스 제트(1)로부터 구멍(5)을 통과하여 공동(11)의 상류로 나가는 보호가스는 가스 제트(1)의 가스 동적효과에 의해서 화살표로 나타낸 바와 같이 개구부(4)를 향하여 노즐(3) 주위로 노즐(3)을 따라서 유동하게 된다. 노즐(3)의 세라믹 선단보다도 개구부(4)로부터 더 안쪽에 위치한 구멍(5)을 통해서 분출되는 보호가스는 31m/sec(100feet/sec)를 넘지 않은 느린 속도를 가지며, 일반적으로 1.5m/sec(5feet/sec) 내지 31m/sec(100feet/sec), 바람직하게는 3.1m/sec(10feet/sec) 내지 15.2m/sec(50feet/sec)의 속도를 갖는다. 주 가스의 빠른 속도에 비해서 보호가스의 느린 속도는 보호가스가, 안쪽으로 들어간 위치로부터 노즐주위로 노즐을 지나서 유동하고, 다음에 주 가스내로 유동하게 한다.
본 발명의 중요한 요소는 주 가스가 공동내로 분사되는 지점보다 개구부로부터 더 안쪽으로 들어간 지점에서, 보호가스 또는 정화가스가 공동내로 이동하는 것이다. 이에 따라, 보호가스는 노즐의 표면주위로 유동할 수 있고, 노즐을 고온의 고로가스로부터 보호할 수 있으며, 고로가스가 공동내로 유입되는 것이 방지된다.
보호가스는 공동(11)내로 분사되는 총 가스, 즉 보호가스 및 주 가스의 10 내지 50%, 바람직하게는 10 내지 30%가 될 정도의 유량으로 공동(11)내로 이동한다. 보호가스의 이러한 높은 유량 또는 많은 양에 의해서, 보호가스는 노즐 보호효과를 달성하고 고로가스로부터 잠재적으로 생기는 정화기능을 달성한다.
보호가스는 화살표로 나타낸 바와 같이 표면주위로 노즐을 지나서 유동한다. 노즐(3)의 하류에서 보호가스는 주 가스 제트(1)내로 운반되고, 고로가스가 노즐(3)과 접촉하는 것을 방지하는 가스장벽으로서의 기능을 한다. 그러므로, 고로가스가 공동으로 들어가는 것이 실질적으로 방지된다. 주 가스 및 보호가스는 서로 합쳐져서 연소지역내로 유동하는데, 이 연소지역에서 이들은 열 및 고로가스를 발생시키는 연소반응에 대한 연료 또는 산화제가 된다. 그러므로, 비록 고로 분위기가 유리 용융 베셀(vessel)에 존재하는 고농도의 입자들 또는 응축가능한 증기를 포함하고 있다 할지라도, 노즐의 작은 직경에도 불구하고 노즐(3)의 막힘(plugging) 또는 오염(fouling)이 방지된다. 본 발명의 다른 응용으로서, 다양한 고온의 정련 과정과 폐기물의 소각 등에도 본원의 가스 분사장치가 사용될 수 있다.
또한, 보호가스는 물리적인 가스 장벽에 추가하여 냉각효과를 제공한다. 그러므로, 가스분사 수단의 수냉은 불필요하며, 연소지역내의 고온에 의해서 야기되는 가스분사 수단에 대한 손상이 방지된다.
바람직하게도, 본 발명에 따른 다수의 복합랜스 가스분사 장치는 분사연료 및 산화제를 고로의 연소지역내로 분리하여 제공하도록 사용된다. 일반적으로, 1개 내지 8개의 복합랜스 가스분사 장치가 단일 연소장치에 사용된다. 고로 또는 다른 설비에는 하나 또는 그 이상의 연소장치가 사용될 것이다.
본 발명에 따른 복합랜스의 이용은 실제적인 상업상의 작동에서 예상되는 불리한 조건하에서 특히 유용하다.
가스유동이 예를들면, 전력중단 때문에 멈추어지는 경우에, 노즐 선단의 온도는 고로벽 온도에 접근한다. 노즐의 세라믹 전방부는 고로 또는 연소지역 벽의 온도에 견딜 수 있고, 노즐로부터 발생되는 열 및 랜스 공급관 전달에 사용되는 고온 전도도 금속 때문에 금속 후방부의 잠재적인 과열을 지연시키거나 또는 방지할 수 있다. 이것은 작동하는 동안에 보호가스 유동으로부터 얻어지는 냉각효과와 연결되어, 심각한 작동환경에도 불구하고 노즐에 대하여 긴 유효수명을 제공한다. 세라믹 전방부는 고온에서의 오랜 작동후에는 균열 또는 파괴를 일으킬 수 있다. 그러나, 노즐의 금속성 후방부가 노즐과 동일한 내부직경을 갖기 때문에, 분사속도 및 노즐의 효율은 해로운 영향을 받지 않을 것이다.
다음의 실시예들을 참조하여 본 발명을 좀더 설명한다. 본 발명은 이 실시예들에 의해서 제한받지 않는다. 제1도에 도시된 것과 유사한 복합랜스가 유리용융 고로내로 산소를 분사하는데 사용되었다. 공급관은 구리로 구성된다. 노즐은 5㎝(2.0인치)의 축방향 길이를 가지며, 2.54㎝(1인치)의 스테인레스 강 후방부 및 3.49㎝(1.375인치)의 알루미나-지르코니아-규산염 전방부로 구성된다. 노즐의 내부지름은 1.27㎝(0.5인치)이다. 노즐은 나사연결에 의해서 공급관과 연결된다. 전방부는 내화성 시멘트로 채워진 0.95㎝(0.375인치)의 상하 전도된 테이퍼 이음매에 의해서 후방부와 연결된다. 복합랜스는 내화벽내에 제공된 공동내에 위치하는데, 내화벽은 연소지역내로 개방된 5.08㎝(2인치) 직경의 개구부를 갖는다. 랜스는 노즐 선단이 개구부 2.54㎝(1인치)만큼 안쪽으로 들어가도록 위치한다. 랜스는 기술적으로 순수한 산소원과 연결된다. 랜스는 동축의 공기 냉각 자켓을 갖추고 있으며, 이것에 의하여 랜스를 통과하는 주 가스의 유동이 멈추어지는 경우, 냉각 공기가 노즐 주위로 제공된다. 산소는 137.3m/sec (450feet/sec)의 속도 및 62.3㎥/h(2200feet3/h)의 유량으로 세라믹 노즐 팁을 통해서 분사된다. 연소지역내의 온도는 1537.8℃(2800℉)이다. 세라믹의 전방부상의 온도는 648.9℃(1200℉)이고, 금속 후방부상의 온도는 426.7℃(800℉)이다. 산소 대신에 천연가스가 68,6m/sec(225feet/sec)의 속도 및 31.1㎥/h(1100feet3/h)의 유량으로 랜스를 통해서 이동하는 것을 제외하고는 이러한 절차가 반복된다. 세라믹 전방부상의 온도는 821.1℃(1510℉)이고, 금속 후방부상의 온도는 498.9℃(930℉)이다.
비록, 본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 사상 및 청구범위의 영역을 벗어나지 않는 다양한 수정이 가능함을 해당 기술분야의 당업자는 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 금속으로 제조된 공급관(13)과, 전방부 및 상기 공급관에 연결되고 금속으로 제조되는 후방부로 구성되는 노즐(3)과, 상기 노즐의 전방부로부터 가스를 방출하는 구멍(14), 및 상기 노즐 주위로 보호가스를 제공하는 수단을 포함하는 복합랜스(12)로서, 상기 노즐의 후방부(6)는 공급관(13)과는 상이한 금속으로 제조되며, 상기 노즐의 전방부(7)는 세라믹으로 제조되며, 상기 금속제의 노즐 후방부는 노즐의 내측면에서 측정한 노즐의 축방향 길이의 10 내지 60%를 점유하고 노즐의 전방부는 상기 축방향 길이의 40 내지 90%를 점유하는 것을 특징으로 하는 복합랜스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노즐(3) 주위에 보호가스를 제공하기 위한 수단은 상기 랜스(12)의 금속부분내에 형성된 하나 이상의 구멍(5)을 포함하며, 상기 구멍으로부터 가스가 유출되어 상기 노즐(3) 외측으로 흐르는 것을 특징으로 하는 복합랜스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 랜스(12)의 금속부분내에 있는 하나 이상의 구멍(5)은 공급관(13)내에 있는 것을 특징으로 하는 복합랜스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공급관(13)은 동으로 제조되고 상기 노즐의 후방부(6)는 스테인레스 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 복합랜스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐의 전방부(7)는 알루미나-지르코니아-규산염 내화재로 제조되는 것을 특징으로 하는 복합랜스.
  6. 연소지역(12)에 대한 내화벽(2)의 내측에 형성되고 상기 연소지역과 연통된 개구부(4)를 구비한 공동(11); 및 금속으로 제조된 공급관(13)과, 전방부 및 상기 공급관에 연결되고 금속으로 제조되는 후방부로 구성되는 노즐(3)과, 상기 노즐의 전방부로부터 가스를 방출하는 구멍(14), 및 상기 노즐 주위로 보호가스를 제공하는 수단을 구비한 복합랜스(12)를 포함하는 가스 분사장치로서, 상기 노즐(3)은 상기 개구부(4) 직경의 2배를 초과하지 않는 거리만큼 상기 개구부(4)로부터 안쪽에 위치하며, 상기 노즐(3)의 외경은 상기 개구부(4) 직경의 0.5 내지 0.95배 범위내에 있으며, 상기 금속제의 노즐 후방부(6)는 노즐의 내측면에서 측정한 노즐의 축방향 길이의 10 내지 60%를 점유하고 상기 세라믹제의 노즐의 전방부(7)는 상기 축방향 길이의 40 내지 90%를 점유하는 것을 특징으로 하는 가스 분사장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노즐(3)의 축방향 길이는 상기 개구부(4) 직경의 0.5 내지 2.0배 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 가스 분사장치.
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