KR100767876B1

KR100767876B1 - 용기에 가스를 주입하는 장치

Info

Publication number: KR100767876B1
Application number: KR1020010004064A
Authority: KR
Inventors: 마틴조셉 듄
Original assignee: 테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2007-10-17
Also published as: CN1255557C; CN1315648A; AUPQ535500A0; DE10103940B4; JP4789327B2; KR20010078133A; US6440356B2; DE10103940A1; JP2001234231A; US20010033046A1

Abstract

용기에 가스를 주입하기 위한 장치는 가스를 배출하기 위해 후단에서 전단(36)으로 신장된 가스 흐름 덕트(31)를 가지는 랜스(26)를 구비한다. 상기 덕트 전단내의 중심부에 위치한 긴 형태의 본체(38)에는 배출되는 가스에 소용돌이를 일으키는 흐름 인도 날개들(39)이 삽입된다. 팁(44)은 냉각수 공급로 및 배출로(52와 56)를 통해 공급 및 배출되는 냉각수에 의해 내부가 수냉각된다. 또한 냉각수는 덕트내의 나선형 통로(60)를 통해 날개(39)와 긴 본체(38)에 있는 내부 냉각수로들(66, 75, 76, 87)로 흐른다.

공기 주입 랜스

Description

용기에 가스를 주입하는 장치{Apparatus for Injecting Gas into a Vessel}

도 1은 한 쌍의 고체 주입 랜스를 구비하고 본 발명에 따른 하나의 고온 공기 주입 랜스를 영입하는 직접 용해 용기의 종단면도이다.

도 2는 고온 공기 주입 랜스의 종단면도이다.

도 3은 상기 랜스 전단부의 확대 종단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 랜스 전단부의 라인 4-4에 따른 단면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 랜스 전단부의 라인 5-5에 따른 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 랜스 전단부의 라인 6-6에 따른 단면도이다.

도 7은 도 6에 도시된 랜스 전단부의 라인 7-7에 따른 단면도이다.

도 8은 상기 랜스 전단부와 함께 배치되는 긴 본체의 전단부에 형성된 냉각수로들을 도시한다.

도 9는 상기 긴 본체의 냉각수 공급로와 배출로들 및 상기 랜스 전단부에 형성된 네 개의 흐름 소용돌이 발생 날개들을 도시하는 전개도이다.

도 10은 상기 랜스 후단부의 확대 단면도이다.

본 발명은 용기에 가스를 주입하는 장치, 특히 고온에서 금속 용기에 가스를 주입하는 장치에 관한 것이다. 금속용기는 예를 들어 직접 용해 과정에 의해 용융금속이 만들어지는 용해 용기가 될 수 있다.

용융 금속층을 반응 매체로 이용하는 종래의 직접 용해 방법은 일반적으로 하이스멜트 방법(HIsmelt process)이라 불리며 본 출원인이 출원한 국제 출원 제 PCT/AU96/00197 (WO 96/31627)에 개시되어 있다.

상기 하이스멜트 방법은 (a) 용기에 용융 철과 슬래그(slag) 전해조(電解槽)를 형성하는 단계, (b) 상기 전해조에 (i)금속함유 공급물질(feed material), 특히 금속 산화물과 (ii) 상기 금속 산화물의 환원제 및 에너지원으로 사용되는 고체 탄소 물질, 주로 석탄을 주입하는 과정, (c) 상기 금속 함유 공급물질을 상기 금속층에서 금속으로 용해하는 단계로 구성된다.

"용해"라는 용어는 금속 산화물을 환원하는 화학반응이 일어나 금속 액체를 만들어내는 열 처리를 의미한다.

상기 하이스멜트 과정에는 산소 포함 가스가 있는 전해조에서 그 상부로 CO 및 H₂와 같은 후연소(post-combusting) 반응 가스가 방출되어 후연소에 의해 발생된 열을 전해조로 전달함으로써 금속 함유 공급물질을 용해하는데 필요한 열 에너지 발생에 기여하는 단계가 더 포함된다.

또한 상기 하이스멜트 과정에는 전해조의 명목 정지면(nominal quiescent surface) 상부에 전이 영역(transition zone)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전이 영역에서는 용융 금속 및/또는 슬래그 방울이나 흐름이 상승하다가 하강하여 전해조 상부의 후연소 반응 가스에 의해 발생된 열 에너지를 전해조로 전달하는 효과적인 매체 역할을 한다.

하이스멜트 과정에서, 여러 개의 랜스/송풍구(lance/tuyere)를 용해 용기의 측벽을 통해 하부로 들어가도록 수직으로 기울여 금속함유 공급물질와 고체 탄소 물질을 용기 바닥에 있는 금속층에 넣는다. 반응가스의 후기 연소가 용기 상부에서 보다 원활히 일어나도록 용기 하부로 삽입한 열풍 주입 랜스를 통해 다량의 산소가 함유된 열풍을 용기 상부에 주입한다. 효과적인 후연소를 위해서는 주입되는 열풍이 소용돌이를 만들며 랜스를 빠져 나가도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서 랜스의 출구 단부에 내부 흐름 가이드들을 끼우면 적절한 소용돌이를 발생시킬 수 있다. 용기 상부의 온도는 2000℃에 이르고 공기는 1100 내지 1400℃의 온도에서 랜스로 들어간다. 따라서, 상기 랜스의 내부 및 외벽, 특히 용기의 연소 영역에 위치하는 랜스의 이송 단부는 아주 높은 온도를 견뎌낼 수 있어야 한다.

본 발명의 목적은 내부가 수냉되고 매우 고온의 환경에서도 작동하는 랜스 구조를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 가스 주입 장치는 가스를 배출하기 위해 후단에서 전단으로 신장된 가스 흐름 덕트, 상기 덕트 전단내의 중심부에 위치하여 상기 덕트의 전단에서 흘러나온 가스가 길이를 따라 흘러나가도록 하는 긴 형태의 본체, 상기 긴 본체와 상기 덕트 사이에 배열되고 상기 덕트의 전단부를 통해 나오는 가스 흐름에 소용돌이를 발생하는 복수 개의 흐름 안내 날개, 상기 덕트 벽을 통해 덕트의 후단부에서 전단부로 신장되고 덕트의 전단부로 냉각수를 공급 및 배출하는 냉각수 공급로 및 배출로 수단, 및 상기 냉각수 공급로 및 배출로 수단과 연결되도록 상기 덕트 전단에 설치된 덕트 팁 내에 위치하고 덕트 팁 내부를 냉각하기 위해 냉각수를 공급받고 배출하는 내부 냉각수로 수단을 구비하고, 상기 날개들과 상기 긴 본체 내에 냉각수로들이 형성되고 상기 냉각수로들은 덕트의 전단부에서 상기 냉각수 공급로 및 배출로 수단과 연결되어, 상기 공급로 수단에서 공급된 냉각수가 상기 날개를 통해 긴 본체의 냉각수로로 흘러 들어가고 이들 냉각수로에서 나온 냉각수는 상기 날개를 통해 덕트의 냉각수 배출로 수단으로 배출됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 냉각수 공급로 및 배출로 수단은 상기 덕트 팁에서 상기 내부 냉각수로 수단과 연결되는 제 1 공급로 및 배출로와, 날개 및 긴 본체에서 상기 냉각수로들과 연결되는 제 2 공급로 및 배출로를 구비한다.

상기 덕트의 팁은 덕트의 끝에서 전방으로 돌출되어 중공 환상 형태로 구성되고 상기 중공 구성은 덕트 팁의 상기 내부 냉각수로 수단을 구성하는 환상 수로를 한정할 수 있다.

상기 덕트는 상기 냉각수 공급로 및 배출로 수단을 제공하는 일련의 환상 공 간을 한정하는 일련의 동심원 튜브들을 구비할 수 있다.

상기 긴 본체는 전단과 후단이 반구형인 원통형으로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 날개들은 복수 기동 나선형(multi-start helical formation)으로 형성된다. 상기 날개들은 덕트의 원주방향으로 이격된 다수 위치에서 덕트와 연결될 수 있고, 특히, 상기 날개의 수는 네 개이고 4-기동 나선형으로 형성되며 날개의 전단에서 상기 덕트의 원주방향으로 90도 간격씩 이격된 네 개의 위치에서 상기 덕트와 연결될 수 있다.

덕트 튜브들의 전단은 상기 덕트 팁에 연결되고 덕트 튜브들의 후단은 튜브들의 서로 다른 열 팽창과 수축을 수용하기 위해 길이 방향으로 상대적인 이동을 하도록 설치될수 있다.

열 팽창시 덕트를 따라 자유롭게 이동할 수 있도록 상기 날개들은 전단만 상기 덕트 및 긴 본체에 연결될 수 있다.

도 1은 국제특허출원 PCT/AU96/00197에서 개시한 하이스멜트 방법으로 동작하는 직접 용해 용기를 나타낸다. 상기 금속 용기(11)는 내화 벽돌로 만든 기초부(12)와 측면(13)을 포함하는 화덕, 화덕의 측면(13)에서 상부로 신장하여 원통형의 배럴(barrel)을 형성하고 상부 배럴부(15)와 하부 배럴부(16)을 포함하는 측벽(14), 지붕(17), 가스 배출구(18), 지속적으로 용융 금속을 배출하기 위한 전방 화덕(19), 용융 슬래그를 배출하기 위한 탭-홀(21)을 구비한다.

상기 용기에는 용융 금속층(22)과 그 위에 용융 슬래그층(23)으로 된 용융조가 놓여진다. 화살표(24)는 금속층(22)의 명목 정지면의 위치를 나타내고 화살표(25)는 슬래그층(23)의 명목 정지면의 위치를 나타낸다. "정지면"이란 용기로 가스와 고체 주입이 일어나지 않는 면을 말한다.

상기 용기에는 용기 상부로 열풍을 주입하기 위해 아래쪽으로 신장된 고온 공기 주입 랜스(26)와 철광석, 고체 탄소 물질, 산소-결핍 캐리어 가스에 실린 용제들을 금속층(22)에 주입하기 위해 측벽(14)을 통해 슬래그층(23)으로 신장된 두 개의 고체 주입 랜스(27)가 설치된다. 용해과정 중에 배출구 단부(28)가 금속층(22)의 표면 위에 위치하도록 랜스(27)의 위치를 결정한다. 이런 경우, 랜스(27)가 용융 금속과 접촉함으로써 생길 수 있는 손상을 줄이고, 물이 용기 내의 용융 금속과 접촉하지 않고도 상기 랜스(27)의 강제적인 내부 수냉이 가능해진다.

고온 공기 주입 랜스(26)의 구조는 도 2 내지 9에 나타나 있다. 이들 도면에서 보이듯이, 랜스(26)는 고온의 공기가 지나갈 수 있도록 세로로 긴 형태의 가스 흐름 덕트(31)를 구비한다. 고온의 공기에는 산소가 다량 함유될 수 있다. 덕트(31)에서 네 개의 동심원 스틸 덕트 튜브(32, 33, 34, 35)가 덕트의 전단부(36)로 신장되어 모두 팁 단부(37)에 연결된다. 덕트의 전단부(36) 내의 중심에는 세로로 긴 본체(38)가 배치되고 상기 본체(38)는 네 개의 소용돌이 발생 날개(39)를 포함한다. 상기 긴 본체(38)는 양단(41 및 42)이 반구형인 긴 원통형으로 형성된다. 날개들(39)은 4-기동 나선형으로 배치되고 방사방향 바깥쪽으로 신장된 날개 단부(45)는 덕트(31)의 전단부(36)에 연결된다.

덕트 전체 길이를 따라 최내부 덕트 튜브(35) 안에 내화 라이닝(lining)(43)이 들어 있다. 내화 라이닝(43)은 날개 단부(45)로 신장되고 상기 날개들(39)은 이러한 날개 단부(45) 뒤의 내화 라이닝에 끼워진다.

상기 팁 단부(37)는 중공 환상(環狀) 헤드 또는 덕트 팁(44)을 가지며 상기 팁(44)은 덕트를 흐르는 가스의 효과적인 흐름 통로를 형성하는 내화 라이닝(43)의 내면과 동일한 수준이 되도록 덕트 끄트머리에서 전방으로 돌출된다. 긴 본체(38)의 전단부(42)는 덕트 팁(44)보다 전방으로 더 돌출하여, 덕트 팁(44)과 함께 날개들(39)에 의해 강하게 회전하는, 즉 소용돌이를 만들며 환상으로 발산되는 열풍이 배출되는 환상 노즐을 형성한다.

본 발명에 따르면 덕트 팁(44), 긴 본체(38), 날개들(39) 모두 덕트 벽을 통해 형성되어 있는 냉각수로 수단(51)에서 공급되는 냉각수에 의해 수냉각된다. 냉각수로 수단(51)은 덕트 튜브(33, 34) 사이의 환상 공간에 의해 한정된 냉각수 공급로(52)를 구비한다. 냉각수 공급로(52)는 팁 단부(37)에서 원주방향으로 이격된 개구들(54)을 통해 덕트 팁(44)의 중공 내부(53)로 냉각수를 공급한다. 상기 냉각수는 역시 원주상으로 이격된 개구들(55)을 통과해 덕트 튜브(32 및 33)에 의해 한정되고 상기 냉각수로 수단(51)의 일부인 환상의 냉각수 배출로(56)로 돌아나온다. 따라서 팁 단부(37)의 중공 내부(53)에는 끊임없이 냉각수가 공급되어 내부 냉각로 역할을 한다. 상기 랜스 팁을 위한 냉각수는 랜스 후단부에 있는 냉각수 공급구(57)에서 냉각수 공급로(52)로 흘러들고 배출수는 냉각수 배출로(56)를 통해 역시 랜스 후단부에 있는 냉각수 배출구(58)로 들어간다.

덕트 튜브(34, 35) 사이의 환상 공간(59)은 나선형으로 감긴 분리 바(bar)들에 의해 8개의 나선형 통로(60)로 분리된다. 상기 나선형 통로들(60)은 덕트 후단부에서 전단부(36)로 신장되어 있다. 날개들(39)과 본체(38)를 냉각하기 위해 독립적인 냉각수 공급이 이루어지도록 이들 나선형 통로들 8개중 네 개는 원주상으로 서로 이격된 냉각수 공급구들(62)을 각각 구비한다. 냉각수 공급구들(62)은 환상 공급 다기관(manifold)(90)을 통해 공동 냉각수 공급 튜브(80)에 연결된다. 나머지 네 개의 나선형 통로들(60)은 공동 환상 다기관 배출로(63)과 단일 배출구(64)와 연결되어 냉각수 배출로 역할을 한다.

내부 수냉을 위한 수로가 형성되어 있는 긴 본체(38)에 물이 드나들 수 있도록 날개들(39)의 중공 내부가 분리되어 냉각수로들이 형성된다. 날개(39)의 날개 단부(45)는 네 개의 입수 슬롯(65)을 통해 최내 덕트 튜브(35)와 연결된다. 상기 입수 슬롯들(65)을 통해 상기 네 개의 입수로들로부터 흘러나온 물이 날개 전단부에 있는 방사방향 내부쪽으로 향한 냉각수 공급로들(66)로 흘러 들어간다. 따라서 냉각수는 긴 본체(38)의 전단부로 흘러들어 가게 된다.

긴 본체(38)은 케이싱(70)에 장착된 내부 전단 본체부(68)와 내부 후단 본체부(69)를 구비한다. 상기 케이싱(70)은 주 원통부(71)과 반구형 전단부 및 후단부(41, 42)를 포함한다. 반구형 전단부(41)와 반구형 후단부(42)는 고온의 가스 흐름에 의해 유입되는 내화성 돌가루(grit)나 다른 물질 입자들로 인한 마모를 방지하기 위해 경질 표면 처리된다. 내부 본체부들(68, 69)과 긴 본체의 외부 케이싱 사이의 여유 공간(clearance space)(74)은 분리 립(rib)(77, 78)에 의해 주변 냉각수로들(75, 76)로 나누어진다. 상기 분리 립들(77, 78)은 내부 본체부(68, 69)의 외주면에 형성된다. 주변 냉각수로들(75)은 도 8에 도시된 방법으로 긴 본체(38)의 전단에서 본체 주변으로 물을 흘려 보내도록 배치된다. 흐름 가이드 삽입물(81)은 내부 본체부(68) 내의 중심부에서 냉각수로(67)를 통해 신장되며, 냉각수로(67)를 원주를 따라 이격된 네 개의 수로들로 분기시킨다. 상기 분기된 수로들은 각각 독립적으로 날개 단부(45)에 있는 공급로들(66)을 통해 물을 공급받음으로써 긴 본체의 앞단으로 네 개의 독립적인 입수 흐름을 유지하는 역할을 한다. 이들 분리된 물 흐름은 긴 본체의 앞단 주변으로 물을 흘려보내는 네 개의 전단 주변 수로 채널들(75)과 연결된다.

배플 플레이트(82)는 날개 단부 및 긴 본체(38)에 있는 냉각수 공급로들(66, 67)을 긴 본체(38) 및 날개 후단에 있는 냉각수로들로부터 분리한다. 전단의 주변 냉각수로(75)들에서 흘러나온 물은 냉각수 공급로들(66) 사이에 있는 배플의 슬롯들(83)을 통해 후단 본체부(69)의 중심 냉각수로(84)로 들어간다. 중심 냉각수로(84)는 다시 중심 흐름 가이드(85)에 의해 네 개의 흐름 채널들로 분기되어 긴 본체의 후단으로 네 개의 독립적인 수류가 지속적으로 들어가도록 한다.

후단 주변 냉각수로들(76) 역시 긴 본체 전단에 있는 우회 주변 냉각수로들(75)과 마찬가지로 네 개가 하나의 셋트가 되어 정렬됨으로써 본체 후단에서 네 개의 독립적인 흐름을 공급받아 본체 주변부로 흘려보내고 이들 흐름이 케이싱에 형성된 네 개의 원주 방향으로 이격된 배출 슬롯들(86)을 통해 날개에 있는 배출로(87)로 간다.

중공 날개들(39)의 내부는 세로 배플들에 의해 분리됨으로써 냉각수로들이 형성되어 날개들의 내부 전단에서 후단으로, 바깥쪽으로, 그리고 다시 날개들의 외부 길이방향을 따라 전단으로 신장되어 날개 전단(42)에서 방사방향으로 나 있는 배출로(91)에 이른다. 배출로(91)는 덕트 벽을 관통해 나 있는 네 개의 원주를 따라 이격된 배출로들을 형성하는 슬롯들(93)을 통해 덕트 후단에 있는 공동 배출로(64)에 이른다. 배플(82)은 날개 내부의 공급로 및 배출로(66, 91)를 분리하는 역할을 한다. 공급 슬롯(65)과 배출 슬롯(93)은 내부 덕트 튜브(35)의 앞단에서 도 3에 도시된 바와 같이 길이 방향에 대해 날개들의 나선각에 일치하는 각도로 날개 각각에 형성된다.

네 개의 동심원 덕트 튜브(32, 33, 34, 35)의 전단은 덕트 팁(44)에 있는 세 개의 플랜지(94, 95, 96)에 용접되어 랜스 앞단에서 강력히 연결된 구조물이 된다. 덕트 튜브들의 후단은 랜스 동작시에 서로 다른 열 팽창을 허용할 수 있도록 길이 방향으로 상호 이동할 수 있게 되어 있다. 도 10에 분명히 도시된 바와 같이 덕트 튜브(32)의 후단에는 돌출된 플랜지(101)가 구비되고, 상기 플랜지(101)에는 여러 개의 입구 및 출구(57, 58, 62, 64)를 가진 구조물(102)이 연결된다. 구조물(102)은 덕트 튜브(33)의 슬라이딩 장착(sliding mounting) 역할을 하는 오링 밀봉장치(104)가 끼워진 내부 환상 플랜지(103)를 포함하여 외부 덕트 튜브(32)와는 독립적으로 길이 방향으로 신장 및 축소되도록 한다. 덕트 튜브(34)에 용접 연결된 구조물(105)은 덕트 튜브(34)의 후단이, 덕트 튜브(32) 후단에 고정된 외부 구조물(102) 내에 있도록 슬라이딩 장착 역할을 하는 오링 밀봉장치(108, 109)에 끼워진 환상 플랜지(106, 107)를 포함한다. 따라서, 덕트 튜브(34)는 덕트 튜브(32)와는 독립적으로 신장 및 축소될 수 있다. 최내에 위치한 덕트 튜브(35)의 후단에는 외부 구조물(102)에 끼여진 환상 링(113)과 연결된 오링 밀봉장치(112)에 삽입된 돌출 플랜지(111)가 설치된다. 상기 오링 밀봉장치(113) 역시 덕트 튜브(35)가 세로 방향으로 독립적으로 신장 및 축소될 수 있도록 슬라이딩 장착 역할을 한다.

흐름 가이드 날개(39)와 긴 본체(38)의 열 팽창과 관련하여, 날개(39)의 앞단, 특히 공급수 및 배출수 흐름이 있는 위치에서만 덕트와 긴 본체에 연결된다. 날개(39)의 주요 부분들은 덕트의 내화 라이닝(43)과 긴 본체(38)의 케이싱 사이에 단순히 끼여 있어서 길이 방향으로 자유로이 신장가능 하다. 긴 본체 후단부에 있는 중앙 흐름 가이드(85)는 배플(82) 상의 관 형태 마개(122)의 가공면 내에서 미끄럼 동작하는 원형의 전단 플레이트를 포함한다. 따라서 분리된 수로들 간의 밀봉상태는 유지하면서 상기 긴 본체의 전단부와 후단부가 열 팽창이 일어날 때 서로 떨어지도록 한다. 열 팽창 조인트(133)는 긴 본체의 전단부와 후단부의 열팽창을 수용하기 위해 설치된다.

열팽창을 더 수용하기 위해, 단면상으로 볼 때 긴 본체 케이싱과 덕트의 내화 라이닝 사이에서 방사상 외부쪽으로 신장될 수 없도록 그러나 랜스 튜브들과 긴 본체가 수냉 상태에 있을 시에는 정방사 방향에 대해 각을 이루며 약간 상쇄(offset)되도록 날개(39) 형태를 설정할 수 있다. 랜스 동작시 덕트 튜브의 후속 팽창으로 인해 날개들은 열팽창에 의한 스트레스 없이 덕트 라이닝 및 긴 본체에 적절히 접촉하면서 정방사방향으로 접근하게 된다.

도시된 고온의 공기 주입 랜스 동작시, 독립적인 냉각수 흐름들이 네 개의 소용돌이 발생 날개(39)로 공급되어 서로 다른 흐름 효과에 따른 냉각 효율 손실은 일어나지 않는다. 우선적 흐름 효과로 인한 수류 결여로 발생되는 고온 스팟(spots)들을 제거하기 위해 상기 독립적인 냉각수 흐름들은 긴 본체(38)의 전후단에도 공급된다. 이는 용해 용기 내의 고온 상태에 노출되어 있는 긴 본체의 전단(41)을 냉각하는데 상당히 중요하다.

덕트 튜브들은 열팽창이나 수축 효과가 일어나도 길이 방향으로 독립적으로 신장 및 수축가능하다. 날개와 긴 본체들 역시 랜스의 구조를 그대로 유지하고 다양한 독립적인 냉각수 흐름을 유지하면서 신장 내지 수축이 가능하다.

상기 랜스는 하이스멜트 방법에 의해 용융 철이 만들어지는 직접 용해 용기내의 고온상태에서도 동작할 수 있다. 대개 네 개의 소용돌이 발생 날개와 긴 본체에서의 냉각수 유량은 90m³/hr이고 외부 하우징과 랜스 팁에서의 유량은 400m³/hr이다. 따라서 전체 유량은 최대 1500kPag의 동작 압력에서 490m³/hr이 된다.

상기 랜스는 직접 용해 용기로 열풍 주입을 위해 고안되었지만 이와 유사한 랜스로 산소, 공기, 또는 연료 가스를 용광로에 주입하는 것과 같이 전체적으로 고온상태에 있는 용기에 가스를 주입할 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형을 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

Claims

가스를 배출하기 위해 후단에서 전단(36)으로 신장된 가스 흐름 덕트(31);

상기 덕트 전단 내의 중심부에 위치하여 상기 덕트(31)의 전단(36)에서 흘러나온 가스가 길이를 따라 흘러나가도록 하는, 원통형이며, 반구형의 후단과 전단을 가지는 긴 형상의 긴 본체(38);

상기 긴 본체(38)와 상기 덕트(31) 사이에 배열되고 상기 덕트의 전단부를 통해 나오는 가스 흐름에 소용돌이를 발생시키는 복수 개의 흐름 인도 날개(39);

상기 덕트 벽을 통해 덕트의 후단부에서 전단부(36)로 신장되고, 덕트의 전단부로 냉각수를 공급 및 배출하는 냉각수로 수단(51); 및

상기 냉각수로 수단(51)과 연결되고 덕트의 전단에서 덕트 팁(44) 내에 위치하며 덕트 팁 내부를 냉각하기 위해 냉각수를 공급받고 배출하는 중공 내부(53)를 구비한 상기 덕트(31) 전단에 설치된 덕트 팁(44)을 구비한 가스를 용기에 주입하는 장치에 있어서,

상기 날개들(39)과 상기 긴 본체(38) 내에 냉각수로들(66, 75, 76, 87)이 형성되고, 상기 냉각수로들은 덕트(31)의 전단부(36)에서 상기 냉각수로 수단(51)과 연결되어, 상기 냉각수로 수단(51)에서 공급된 냉각수가 안쪽으로 상기 날개(39)를 통해 긴 본체(38)의 냉각수로(75, 76)로 흘러 들어가고, 이들 냉각수로(75, 76)에서 나온 냉각수는 바깥쪽으로 상기 날개(39)를 통해 덕트(31)의 냉각수로 수단(51)으로 배출됨을 특징으로 하는 가스를 용기에 주입하는 장치.
제 1항에 있어서, 상기 덕트 팁(44)은 덕트(31)의 끝에서 전방으로 돌출되고, 상기 중공 내부(53)는 덕트 팁(44)의 내부 냉각수로 수단을 구성하는 환상 수로를 한정함을 특징으로 하는 가스 주입장치.
제 1 항에 있어서, 상기 냉각수로 수단(51)은 상기 덕트 팁(44)에서 상기 중공 내부(53)와 연결되는 제 1 공급로 및 배출로(52, 56)와, 날개(39)와 긴 본체(38)에서 상기 냉각수로들(66, 75, 76, 87)과 연결되는 제 2 공급로 및 배출로를 구비함을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 3항에 있어서, 상기 덕트(31)는 상기 냉각수로 수단(51)을 한정하는 일련의 동심원 덕트 튜브들(32, 33, 34, 35)을 구비함을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 4항에 있어서, 네 개의 동심원 튜브들이 구비됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 5항에 있어서, 두 개의 덕트 튜브들(33, 34)은 냉각수 공급로(52)를 한정하고, 두 개의 덕트 튜브들(32, 33)은 환상의 냉각수 배출로(56)를 한정하며, 상기 냉각수 공급로(52) 및 환상의 냉각수 배출로(56)는 덕트 팁(44)의 중공 내부(53)으로 냉각수를 공급하고 받도록 구성됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 4항에 있어서, 두 개의 덕트 튜브(34, 35)는 상기 날개(39)와 긴 본체의(38) 냉각수로들(66, 75, 76, 87)로 냉각수를 공급하고 배출받기 위한 통로(60)를 제공하도록 내부가 분리된 환상 공간(59)을 한정함을 특징으로 하는 가스 주입장치.
제 4항에 있어서, 덕트 튜브들(32, 33, 34, 35)의 전단은 상기 덕트 팁(44)에 연결됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 8항에 있어서, 튜브들의 서로 다른 열 팽창과 수축을 수용하기 위해, 상기 덕트 튜브들(32, 33, 34, 35)의 후단은 길이 방향으로 서로 상대적인 이동을 할 수 있도록 설치됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 1항에 있어서, 상기 긴 본체(38)의 전단은 덕트 팁(44)보다 더 전방으로 돌출되어, 덕트에서 나온 가스가 상기 날개(39)에 의해 소용돌이 형태로 발산되어 흐르도록 상기 긴 본체 전단과 덕트 팁이 함께 하나의 환상 노즐을 형성함을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 1항에 있어서, 상기 긴 본체(38)의 반구형 전단과 후단은 가스에 의해 운반되는 물질 입자들에 의해 마모되지 않도록 표면 경화됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 1항에 있어서, 상기 날개들(39)은 복수 기동 나선형(multi-start helical formation)으로 형성됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 12항에 있어서, 상기 날개들(39)은 덕트(31) 원주방향으로 이격된 둘 이상의 위치에서 덕트(31)와 연결됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 13항에 있어서, 상기 날개(39)의 수는 네 개이고 4-기동 나선형(4-start helical formation)으로 형성되며 날개의 전단에서 상기 덕트 원주방향으로 90도 간격씩 이격된 네 개의 위치에서 상기 덕트(31)와 연결됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 13항에 있어서, 상기 덕트(31) 내의 상기 냉각수로 수단(51)은 2 이상의 나선형 통로들(60)을 구비하고 각 나선형 통로(60)는 날개들(39) 중 하나로 냉각수를 공급함을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 15항에 있어서, 상기 나선형 통로들(60)은 덕트(31)의 환상 공간(59) 내에서 분리 바들에 의해 분리되고, 상기 나선형 통로(60)가 덕트(31)를 따라 나선형으로 신장되는 것을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 15항에 있어서, 상기 긴 본체(38)에 날개(39)에 있는 각 냉각수로들(66, 87)과 각각 연결된 주변 냉각수로들(75, 76)이 형성됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 17항에 있어서, 날개들(39)에 형성된 상기 냉각수로(66, 75, 76, 87)들은 상기 날개(39)의 전단부 내에 냉각수 공급로들(66)을 구비하고 후단부 내에 배출로들(87)을 구비하며, 상기 냉각수 공급로들(66)은 냉각수로 수단(51)으로부터 공급된 냉각수가 덕트의 전단부에서 내부 방사방향으로 흘러 긴 본체(38)의 주변 냉각수로들(75, 76)로 흐르도록 하고, 상기 배출로(87)들은 긴 본체(38)의 상기 주변 냉각수로들(75, 76)에서 나온 냉각수를 덕트(31)의 상기 냉각수로 수단(51)으로 배출함을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 18항에 있어서, 긴 본체(38)에 형성된 상기 냉각수로들(66, 75, 76, 87)은 긴 본체의 전단부에 있는 전단 주변 냉각수로(75)들과 긴 본체의 후단부에 있는 후단 주변 냉각수로(76)들을 구비하고, 상기 전단 주변 냉각수로(75)들은 날개(39)의 냉각수 공급로(66)들로부터 냉각수를 공급받아 긴 본체 전단부의 가장자리로 전달하며, 상기 후단 주변 냉각수로(76)들은 상기 전단 주변 냉각수로(75)들로부터 냉각수를 공급받아 상기 긴 본체 후단부의 가장자리로 전달하여 날개들(39)의 후단부에 있는 배출로(87)로 배출시킴을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
제 1항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 열 팽창시 덕트(31)를 따라 연결부위로부터 자유롭게 이동할 수 있도록 상기 날개들(39)은 전단만 상기 덕트(31) 및 긴 본체(38)에 연결됨을 특징으로 하는 가스 주입 장치.
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