KR100368517B1 - 액체풀안으로가스를도입하는방법 - Google Patents

Abstract

액체 내부로 가스를 분사시키기 위한 방법에 있어서 가스 흐름은 액체 표면위로 이격된 랜스로부터 방출되며 랜스로부터 액체 표면 상으로 향한다. 가스가 액체 표면에 접할 때 가스는 원래 제트 기류의 축 방향 속도를 유지하고, 거의 모든 가스는 액체 표면을 통과하여 액체 내부로 유입된다. 바람직하게, 가스 흐름은 랜스로부터 액체 표면에까지 흐르는 화염 엔빌로우프에 의해 둘러싸여 있음으로써, 주위 가스가 상기 가스 흐름으로 유입되는 것을 차단하다. 바람직하게, 가스 흐름은 랜스로부터 방출함에 따라 가스 흐름과 동일한 직경을 갖는 액체 내부에 가스 공동을 형성한다.

Description

액체 풀안으로 가스를 도입하는 방법{METHOD OF INTRODUCING GAS INTO A LIQUID POOL}

본 발명은 가스 흐름에 관한 것이며, 특히 액체안으로 유입되는 가스의 흐름에 관한 것이다. 본 발명은 가스 도입 장치에 악영향을 초래하는, 용융 금속과 같은 액체안으로 가스를 도입하는데 특히 유용하다.

가스는 여러 가지 이유로 액체로 주입된다. 반응 가스는 하나 이상의 액체 성분과 반응하기 위해 액체로 도입되는데 예를 들어, 철을 탈탄하기 위해 용선(molten iron)내의 탄소와 반응하고 용선에 열을 제공하기 위해 용선 내부로 산소 가스가 주입한다. 산소는 제련의 목적으로 구리, 납, 아연과 같은 다른 용융 금속 내부로 주입된다. 불활성 가스와 같은 비 반응 가스는 액체에 우수한 온도 분포 및 성분 분포를 제공하기 위해 액체를 교반시킬 목적으로 액체로 주입된다.

때때로, 반응로 또는 용융로와 같은 용기 내에 액체가 함유되며, 상기 액체는 용기의 바닥과 측벽의 일부 길이를 채워 용기 내에 풀(pool)을 형성하며, 상기 액체 풀은 상부 표면을 갖는다. 액체 풀안으로 가스가 주입될 때, 가스 주입의 목적을 실행하기 위해 액체로 가능한 많은 양의 가스 흐름을 넣어주는 것이 바람직하다. 따라서, 가스 주입 장치로부터 가스가 액체 표면 아래의 액체로 주입된다. 정상적인 가스 제트용 노즐이 액체 표면위의 일정 거리에 떨어져 있다면, 표면에부딪치는 많은 양의 가스는 액체 표면으로부터 반사되어 액체 풀로 유입되지 않는다. 더욱이, 이러한 작용은 액체의 튀김(splashing)을 초래하여 재료의 손실 및 작동시 문제점을 야기 한다.

가스 주입 장치를 바닥 또는 측벽에 장착하여 액체안으로 가스를 침투 주입하는 것은 매우 효과적이나, 액체가 부식액이거나 또는 고온인 경우에서 작동상 문제점을 가지며, 이는 상기 조건에서 가스 주입 장치의 변질 및 용기 내면의 국부적인 마모를 발생시켜 복잡한 외부 냉각 시스템을 필요로 하고 빈번한 정비로 인한 운전 정지 및 높은 작업 비용을 초래하는 등의 문제점을 초래하기 때문이다. 상기 문제점에 대한 한가지 방편은 액체 표면과 접하지 않도록 함과 동시에 액체 풀의 표면에 근접한 가스 주입 장치의 팁 또는 노즐을 설치하는 것이며 액체안으로 가스 일부분이 통과하도록 가스 주입 장치로부터 가스를 고속으로 주입하는 것이다. 한 실시예로서, 전기 아크로 내의 수냉식 랜스는 약 1500 fps(feet per second)(1feet는 30.48㎝임)의 속도를 가진 제트를 발생하며, 액체 강철욕(steel bath)의 표면위로 약 15.2㎝(6 inch) 내지 30.5 ㎝(12 inch) 사이에 위치된다. 그러나, 상기 방편은 액체 표면에 대한 가스 주입 장치의 팁 부근이 상기 장치에 심각한 손상을 초래하기 때문에 만족스럽지 못하다. 더욱이, 액체 표면에 요동이 있는 경우에는, 소정의 위치에서 가스 주입이 실행되고 랜스의 팁 부분과 강철욕 표면 사이에 소정의 거리가 유지되도록 노즐은 이동 표면을 고려하여 일정하게 이동할 수 있게 해야 한다. 전기 아크로에 있어서, 이는 값비싸고 광범위한 정비를 요하는 복잡한 유압 구동식의 랜스 조종기를 필요로 한다.

또 다른 방편은 액체 풀의 표면을 통과해서 도입된 파이프를 사용하는 것이다. 예를 들어, 비수냉식 파이프가 전기 아크로내에서 용융 강철욕 내부로 산소를 주입하는데 가끔 사용된다. 그러나, 상기 방편은 파이프의 급속한 마모에 대해 파이프의 신속한 마모율을 보정하기 위해 파이프 공급 장치 및 복잡한 유압 구동식의 파이프 조종기를 필요로 하기 때문에 만족스럽지 못하다. 더욱이, 파이프의 손실로 연속적으로 교체해야 하기 때문에 비용이 든다.

그러므로, 본 발명의 목적은 가스 주입 장치로부터 방출되는 모든 종류의 가스를 액체로 침투 주입할 필요 없이 액체 표면의 위에서 액체 풀로 주입시킴으로써 액체 풀에의 근접 또는 접촉에 의한 가스 주입 장치의 손상을 방지할 수 있는 액체 풀안으로 가스를 주입시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 랜스의 팁 또는 랜스 주입 단부의 횡단면도.

도 2는 본 발명에 따른 랜스의 팁 또는 랜스 주입 단부의 평면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에서 주 가스 흐름을 형성하기 위해 주 가스가 랜스의 팁으로부터 주입되는 형태 및 화염 엔빌로우프를 형성하기 위한 랜스의 팁의 일 실시예를 도시하는 단면도.

도 4는 본 발명에 따라 액체안으로 가스를 도입시키기 위한 일실시예의 도면.

도 5는 액체 내부의 도입 가스를 따라 고체 및 액체 입자를 유입하는데 사용되는 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시에에서 가스 흐름 제트기류 축 속도에 따른 실험치를 도시한 그래프.

도 7은 액체의 표면위로부터 액체안으로 가스를 도입하는데 가스 제트기류가 사용되는 종래 실시예를 비교의 목적으로 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 랜스2 : 중심 도관

7, 8 : 오리피스9, 10 : 주입 구멍

30 : 가스 흐름33 : 화염 엔빌로우프

액체 풀안으로 가스를 도입시키기 위한 방법은 액체 풀의 표면으로부터 떨어져 있는 팁을 갖는 출구 직경(d)의 노즐을 구비한 랜스로부터 가스를 방출하고 상기 랜스의 팁으로부터 방출된 초기 제트기류 축 속도를 갖는 가스 흐름을 형성하는 단계와,

상기 가스 흐름을 랜스의 팁으로부터 액체 풀의 표면까지 적어도 20d 거리를 통과시키고 초기 제트기류 축 속도의 적어도 50%의 제트기류 축 속도를 갖는 가스 흐름으로 액체 풀의 표면과 접촉시키는 단계와,

상기 가스 흐름으로부터 나온 가스를 액체 풀의 표면을 통해 액체 풀로 통과시키는 단계를 포함한다.

본 명세서에 사용되는 용어 "랜스(lance)"는 가스가 통과하고 가스가 방출되는 장치를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "제트기류 축(jet axis)"는 축선 길이를 따라 제트기류 중심을 통해 흐르는 가상선을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "제트기류 축 속도(jet axis velocity)"는 제트기류 축에서 가스 흐름의 속도를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "랜스의 팁(lance tip)"는 랜스 단부의 연장된 작동 부분이며 상기 팁으로부터 가스가 방출됨을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "화염 엔빌로우프(flame envelope)"는 주 가스 흐름과 동축의 연소 흐름을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "산소(oxygen)"는 공기의 산소 농도와 동일하거나 더 많은 산소 농도를 갖는 유체를 의미한다. 상기 바람직한 유체는 약 30 몰 %, 보다 바람직하게는 80 몰 %의 산소 농도를 갖는다. 공기가 또한 사용된다.

본 발명은 액체 풀의 표면으로부터 이격된 랜스의 팁으로부터의 가스 방출 단계 및 액체 풀안으로 가스 통과 단계를 포함한다. 이러한 랜스의 팁은 액체 풀의 표면으로부터 2 feet 또는 그 이상의 거리만큼 떨어져 있다. 이러한 가스는 출구 직경(d)의 노즐을 통해 랜스로부터 방출되며 이러한 랜스의 팁은 액체 풀의 표면으로부터 적어도 20d의 제트기류 축을 따라서 일정 거리 만큼 떨어져 있다. 상기 거리만큼 떨어져 있다 하더라도, 거의 소량의 가스만이 액체 풀의 표면에 반사된다. 실제로 랜스의 팁으로부터 방출된 모든 가스는 액체 풀의 표면을 통해 액체 풀로 통과한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 일반적으로 랜스로부터 주입된 가스의 적어도 70%, 85% 이상이 액체 풀의 표면을 통해 액체 풀로 통과한다. 초기 제트기류 축 속도로 랜스의 팁으로부터 방출되어 형성된 가스 흐름을 제공하고, 가스 흐름이 랜스의 팁으로부터 액체 풀의 표면으로 통과함에 따라 제트기류 축 속도가 원상태로 보존됨으로써 랜스의 팁의 마모를 방지하는 잇점이 달성된다. 즉, 랜스의 팁으로부터 방출되 어 형성된 가스 흐름은 가스 흐름이 랜스의 팁으로부터 액체 풀의 표면으로 흐름에 따라 원상태의 가스 흐름 또는 제트기류 직경을 그대로 유지한 초기 운동량으로 제공된다. 이를 응집성 가스 흐름(coherent gas stream)이라고도 한다. 일반적으로, 가스 흐름이 액체 풀의 표면에 접할 때 상기 가스 흐름의 제트기류 축 속도는 초기 제트기류 축 속도의 적어도 50%가 되며, 바람직하게 약 75%이다. 일반적으로, 본 발명의 실시예에 따르면 가스 흐름이 액체 표면에 부딪칠 때, 가스 흐름의 제트기류 축 속도는 약 500 내지 3000 fps 의 범위내에서 변화한다.

랜스의 팁으로부터의 방출으로부터 액체 풀의 표면과 접할 때 까지 가스 흐름의 제트기류 축 속도를 유지하기 위한 수단이 본 발명의 실시예에서 사용된다. 가스 흐름의 제트기류 축 속도를 보존하기 위한 바람직한 방법은 가스 흐름을 화염 엔빌로우프로 둘러싸는 것이며, 랜스의 팁으로부터 액체 풀의 표면에 이르기까지 연장된다. 화염 엔빌로우프는 본 발명의 실시예에서 주 가스 흐름으로 언급되는 가스 흐름의 제트기류 축 속도보다 느린 속도를 갖는다. 상기 화염 엔빌로우프는주 가스 흐름을 둘러싼 유체 차폐물 또는 장벽을 형성한다. 이러한 장벽은 주 가스 흐름으로 유입되는 상당량의 대기 가스를 감소시킨다.

종래의 실시예에서, 고속의 유체 흐름이 공기 또는 일부 다른 분위기를 통과함에 따라, 가스는 고속 흐름과 동반하여 원뿔 형상으로 확장되어진다. 화염 엔빌로우프 장벽이 서서히 이동함으로서, 상기 가스의 동반은 상당히 감소된다. 바람직하게, 화염 엔빌로우프는 랜스의 팁으로부터 주 가스 흐름의 방출시 주 가스의 흐름을 즉시 차폐한다. 즉, 화염 엔빌로우프는 랜스의 팁에 부착되어 있으며, 가장 적합하게 상기 화염 엔빌로우프가 액체 풀의 표면까지 파손되지 않고 연장하므로, 상기 화염 엔빌로우프는 액체 풀의 표면에 부딪친다.

상기 가스는 0.25 내지 7.6 ㎝(0.1 내지 3 inch)의 범위, 바람직하게 1.3 내지 5.1㎝ (0.5 내지 2 inch)의 범위의 출구 직경(d)을 갖는 노즐을 통해 랜스의 팁으로부터 방출된다. 랜스의 팁은 상기 가스가 약 20d의 거리에서 노즐로부터 액체 풀로 통과하고 100d 또는 그 이상의 거리를 통과할 수 있도록 액체 풀의 표면으로부터 떨어져 있다. 일반적으로, 랜스의 팁은 가스가 30d 내지 60d 의 범위내의 거리를 통해 노즐에서 액체 풀로 통과하도록 액체 풀의 표면으로부터 떨어져 있다. 랜스 노즐로부터 액체 풀의 표면에 이르기까지 제트기류 축 속도를 유지시키면, 가스 흐름은 상기 거리에 거쳐서 노즐 출구 영역과 동일한 횡단면 내에서의 모든 운동량을 보존할 수 있게 한다. 따라서, 랜스의 팁이 표면 바로 위에 위치되어 있는 것처럼 모든 가스가 액체 표면을 통과할 수 있도록 한다.

랜스와 액체 표면 사이의 소정의 거리와 소정의 가스 흐름 속도에 대해서,랜스를 통해 방출되는 모든 가스가 액체로 투과하고, 뿐만 아니라 이러한 액체 풀안으로 침투율이 본 발명을 실시하지 않고 가능한 것보다, 1/2 내지 1/3 만큼 더 깊다. 이런 깊은 침투율은 액체로 통과된 가스의 반응 및 교반 효과를 증진시킨다. 실제로, 일부 경우에 있어서 가스는 상기 가스가 부력으로 인해 다시 올라오기 전에 액체로 깊숙하게 통과하며, 액체안으로 가스 작용은 수면 아래로 주입된 가스 작용을 모방한다.

본 발명의 실시예에서 가스 흐름을 형성하기 위해 임의의 가스 예를 들어, 질소, 산소, 아르곤, 탄소, 이산화탄소, 수소, 헬륨, 증기 및 메탄과 프로판과 같은 탄화수소 가스가 사용된다. 두 개 이상의 가스 혼합물은 본 발명의 실시예에서 가스 흐름을 형성하기 위한 가스로 사용된다. 천연 가스 및 공기는 사용되는 상기 혼합물중의 두 개의 실례이다. 상기 가스는 약 1000 fps, 바람직하게 약 1500 fps 의, 높은 초기 제트기류 축 속도로 랜스로부터 방출된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 가스 흐름은 초음속 초기 제트기류 축 속도를 가지며 또한, 상기 가스 흐름이 액체 풀의 표면과 접할때도 초음속 제트기류 축 속도를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 주 가스 흐름을 둘러싼 화염 엔빌로우프는 효과적인 방식으로 형성된다. 예를 들어, 산화제와 연료의 혼합물은 주 가스 흐름과 동축인 환형의 흐름내에서 랜스로부터 방출되며 랜스를 벗어나면서 점화된다. 바람직하게, 연료 및 산화제는 주 가스 흐름과 각각 동축인 두 흐름으로 랜스로부터 방출되며 상기 두 흐름은 랜스로부터 흘러나옴에 따라 혼합되어 연소된다. 바람직하게, 연소 및 산화제는 랜스 축에서 주 가스 제트기류를 둘러싼 구멍의 두 개의 링을 통해 랜스로부터 방출된다. 연료는 구멍의 내부 링에 공급되며 산화제는 구멍의 외부 링에 공급된다. 구멍의 두 개의 링을 빠져 나온 연료 및 산화제는 혼합되어 연소된다. 이러한 바람직한 실시예는 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 중심 도관(2), 제 1 환형 통로(3), 및 제 2 환형 통로(4)를 갖는 랜스(1)가 도시되어 있으며, 각각의 환형의 통로는 중심 도관(2)과 동축이다. 중심 도관(2)은 주 오리피스(11)를 형성하기 위해 주입 단부(5) 또는 랜스(1)의 팁에서 종결된다. 제 1 및 제 2 환형 통로는 주 오리피스 둘레로 환형의 오리피스(7,8)를 각각 형성하거나 주 오리피스를 둘러싼 원내에 배열된 제 1 및 제 2 주입 구멍(9, 10) 세트 내에서 종결된다. 중심 도관(2)은 (도시되지 않은) 주 가스 공급원과 연통한다. 제 2 환형 통로(4)는 (도시되지 않은) 산소 공급원과 연통한다. 연료는 임의의 연료이거나, 바람직하게는 가스상 연료, 가장 바람직하게는 천연 가스 및 수소이다. 대안의 실시예에, 상기 연료는 가장 외곽의 환형의 통로내의 랜스를 통해 통과하며, 보조 산소는 내부 환형 통로내에서 랜스를 통해 통과된다. 바람직하게, 도 1에 도시되어진 것처럼, 랜스로부터 가스를 배출하는데 사용되는 노즐은 수렴되거나 발산되는 노즐이다.

주 가스는 랜스로부터 배출되어 주 가스 흐름(30)을 형성한다. 연료 및 산화제는 랜스(1)로부터 방출되고 그 즉시 혼합되어 환형 흐름을 형성하고 연소하여 랜스의 팁으로부터 응집성의 주 가스 흐름(30)의 길이로 연장하는 주 가스 흐름(30) 둘레로 화염 엔빌로우프(33)를 형성한다. 본 발명이 금속 용융로와 같은 고온 환경에서 사용되어 진다면, 연료 및 산화제에 대한 각각의 점화 공급원은 필요하지 않다. 본 발명이 연료 및 산화제가 자동 점화되는 환경에서 사용되지 않는다면, 스파크 발생기와 같은 점화 공급원이 필요하다. 바람직하게, 화염 엔빌로우프는 주 가스 흐름의 제트기류 축 속도보다 낮은 속도를 가지며 50 내지 500 fps의 범위이다.

도 4를 참조하면, 고속의 응집성 주 가스 제트기류(30)는 액체의 표면(35)에 부딪치고 액체로 깊이 침투하여 액체 내의 가스 공동(37)을 형성한다. 가스 공동(37)은 랜스로부터 배출되었을 때 가스 제트기류(30)와 같이 동일 직경을 갖는다. 가스 제트기류가 가스 공동(37)내의 액체 풀의 표면 아래의 일정한 거리만큼 액체 풀(38) 내부로 침투한 후에, 가스 제트기류는 기포(36)로 흩어져서 액체로 일정 거리만큼 진행해서 액체로 용해된다. 가스가 반응성인지 불활성인지에 따라서, 상기 기포는 부력으로 인해 액체에 용해되어 반응하거나 표면으로 상승한다.

도 7은 종래의 제트기류(71)가 액체 풀의 표면(72)에 부딪칠 때의 상황을 도시하고 있다. 깊숙하게 통과하는 공동이 형성되지 않으며, 뿐만아니라 많은 량의 액체 분무(73)가 발생한다.

일반적으로, 랜스로부터 제공된 연료 및 산화제의 양은 주 가스 흐름의 소정의 길이에 효과적인 화염 엔빌로우프를 형성하기에 충분한 양이다. 그러나, 화염 엔빌로우프가 대기 가스의 유입으로부터 주 가스 흐름을 차폐하고 액체 풀의 상층 표면위의 체적 내부로 열을 제공하기 위해 보다 많은 량의 연료 및 산화제가 랜스로부터 통과되도록 요구되어질 때 2배가 될 수 있다. 즉, 본 발명의 일부 실시예에서 랜스는 연소기로도 작동한다.

일부 경우에 있어서, 가스와 함께 액체 풀로 액체 및 고체 입자를 제공하는 것이 바람직하다. 이는 분말 형태로 첨가물 또는 반응물을 효과적으로 부가하도록 하며 마모되고 값비싼 내화재 피복된 랜스 또는 또한 값비싼 코어 와이어와 같은 철 및 강철 내부로 분말 주입 방법 및 장치의 필요성을 제거한다. 도 5는 본 발명 실시예의 한 예를 도시하고 있으며, 여기서 도 5의 흐름(40)으로 도시되어진 액체 및 고체 입자를 함유하는 액체 흐름 또는 가스상 흐름이 액체 풀(38)의 표면(35)의 약간 위에서 주 가스 흐름(30)과 각을 형성하여 접촉하여 액체 풀로 주 가스 흐름과 함께 통과한다. 선택적으로, 흐름(40)은 랜스(1)로부터 배출되어진 영역에 근접한 제트기류(30)에 접하며 액체 및 고체 재료는 가스 제트기류를 둘러싸며 액체로 침투한다. 도 5에서, 가스 공동(37)이 액체를 통과한 이후에 액체 풀내의 가스 기포(41)의 상승과 상승 기포(41)의 기류에 의해 형성된 액체 표면위의 돌출부(42; mound)를 도시하고 있다.

돌출부(42)의 형성은 정상적으로 놓여진 액체 영역의 표면인 평면위의 해제 영역으로 액체를 끌어당기는 기포의 상향 흐름으로 구동되는 부력으로부터 초래되는 힘에 의해서이다. 상기 기포의 상승 기류와 그 다음으로의 돌출부(42)의 형성은 뭉치 액체 풀의 효과적인 혼합과 액체의 상부에 층으로 존재하는 임의의 각각의 성분과 액체의 효과적인 혼합을 제공한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 성취되어진 실험치를 그래프로 도시하고 있다. 실험치는 도 1 내지 도 3에 도시되어진 것과 유사한 장치를 사용하여 나타나 있다. 피토우관 측정법은 액체 풀의 표면 충격을 시뮬레이팅 하기 위해 주입 위치로부터 시행되었다. 상기 결과는 도 6에 도시되어 있는데, 곡선 A,B, 및 C는 각각 2, 3 및 4 feet의 거리에서 본 발명의 응집성 가스 제트기류를 사용한 결과를 도시하고 있으며, 곡선d는 2 feet 의 거리에서 기존의 가스 제트기류 흐름으로 얻어진 결과를 도시하고 있다. 도 6에 주어진 시험 결과에서, 주 가스는 (60 ℉와 1 atm 압력에서 측정된) 42,000 CFH에서 흐르는 산소였다. 산소는 0.671"의 목지름과 0.872"의 출구 직경을 갖는 초음속 수렴 발산 노즐을 통과한다. (3000 CFH의)천연 가스는 2" 직경의 원의 환형으로 되어 있는 0.154"의 직경의 16 구멍의 링을 통과한다. (5000 CFH의) 보조 산소는 2 3/4" 직경의 원의 환형으로 되어 있는 0.199"의 직경의 16 구멍의 링을 통과한다. 가스 속도 및 온도를 측정하는데 사용되는 피토우관 압력 측정은 제트기류 내의 일부 위치에서 실시된다. 도 6에서, 속도는 노즐 중심점으로부터 방사방향의 거리에 따라서 도시되어 있으며, 화염 엔빌로우프가 있는 제트기류용 2, 3, 및 4 feet 의 노즐 대 프로우브 거리와, 화염 엔빌로우프 없이 정상 제트기류용 2 feet의 거리에 대해서 도시하고 있다. 게다가, 노즐 출구에서 계산되어진 속도 프로파일은 점선으로 도시하고 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 속도는 2 내지 3 feet의 거리에 대한 축선에 일정하게 유지된다. 4 feet에서 축선에서의 속도의 감소가 있으나 흐름은 여전히 초음속이다. 노즐의 원래 직경(0.872") 내에서, 속도는 노즐로부터 4 feet 거리까지는 모두 초음속이다. 비교해보면, 노즐로부터 약 2 feet에서 종래의 제트기류에 대한 속도 프로파일은 상대적으로 넓고 편평한 프로파일을 갖춘 아음속이다.

본 발명의 다음의 실시예는 예시적인 목적으로 기재되어 있으며 본 발명을제한하려는 것은 아니다.

용융 금속 욕 내부로 산소가 주입된다. 산소는 0.807"의 출구 직경을 갖는 노즐을 통해 랜스의 팁으로부터 방출된다. 상기 랜스의 팁은 랜스의 팁으로부터 용융 금속 표면까지 산소 제트기류가 109.2 ㎝(43 inch)의 거리 또는 53 노즐 직경을 통과하도록 평면에서 40°로 용융 금속의 표면위로 71.1 ㎝(28 inch)떨어져 위치되어 있다. 주 가스는 랜스의 팁으로부터 용융 금속 표면에 이르기까지 화염 엔빌로우프로 둘러 싸여 있으며 1600 fps의 초기 제트기류 축 속도를 가지며 가스가 용융된 금속 표면에 충돌될 때 제트기류 축 속도로 유지된다. 랜스로부터 방출된 약 85%의 산소는 용융 금속 풀로 유입되며 용융 금속의 성분과 반응하는데 이용가능하다. 용융 금속의 톤당 약 367 SCFH 산소가 용융 금속의 톤당 탄소 20 파운드를 연소시키는데 요구되며, 이와 비교적으로 종래의 가스 설비를 이용하여 동일량의 탄소를 제거하는데는 용융 금속의 톤당 약 558 SCFH 산소가 요구된다.

상기 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만 본 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

가스 주입 장치로부터 방출되는 모든 종류의 가스를 침투 주입할 필요가 없으므로 액체 풀의 근접 또는 접촉에 의한 가스 주입 장치의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (15)

1. 액체 풀안으로 가스를 도입하는 방법에 있어서,

   A) 출구 직경(d)을 갖는 수렴/발산 노즐 및 액체 풀의 표면으로부터 20d이상의 거리 만큼 이격되어 있는 팁을 갖추고 있는 랜스로부터 가스를 배출함으로써, 상기 랜스의 팁으로부터의 배출시 초음속 초기 제트기류 축 속도를 가진 가스 흐름을 형성하는 단계,

   B) 상기 가스 흐름을, 상기 랜스의 팁으로부터 상기 액체 풀의 표면까지 연장하는 화염 엔빌로우프로 둘러쌈으로써, 상기 가스 흐름을 초음속 제트기류 축 속도를 가진 응집성 가스 흐름으로 전환하는 단계,

   C) 상기 응집성 가스 흐름이 접촉 점에서 초기 가스 속도의 50% 이상의 제트기류 축 속도를 가지도록, 상기 응집성 가스 흐름을 상기 액체 풀의 표면과 접촉한 상태로 20d 이상의 거리를 통과시키는 단계와, 그리고

   D) 상기 응집성 가스 흐름으로부터 상기 액체 풀의 표면을 통해서 상기 액체 풀안으로 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 산소를 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 질소를 포함하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 아르곤을 포함하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 이산화탄소를 포함하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 수소를 포함하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 탄화수소를 포함하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 공기를 포함하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소, 수소, 헬륨, 증기 및 탄화수소 중에서 어느 두 개 이상의 혼합물을 포함하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 풀은 용융 금속을 포함하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 풀은 수용액을 포함하는 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 풀 내에 가스 공동을 형성하고, 상기 가스 공동으로부터 액체안으로 기포를 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 풀안으로 유입되는 가스로 이루어진, 상승하는 기포들의 기류를 상기 액체 풀내에 형성시키는 단계를 더 포함하는 방법.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 산소를 포함하며, 상기 액체 풀은 용융 금속을 포함하고, 상기 노즐 출구 직경은 1.27 ㎝ 내지 5.1 ㎝의 범위이며, 상기 랜스의 팁으로부터 액체 풀의 표면까지의 가스 흐름의 거리는 20d 내지 100d 범위인 방법.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 아르곤을 포함하고, 상기 액체 풀은 용융 금속을 포함하고, 상기 노즐 출구 직경은 1.27 ㎝ 내지 5.1 ㎝의 범위이며, 상기 랜스의 팁으로부터 액체 풀의 표면까지의 가스 흐름의 거리는 20d 내지 100d 범위인 방법.