KR100825940B1

KR100825940B1 - Apparatus for injecting gas into a vessel

Info

Publication number: KR100825940B1
Application number: KR1020027016824A
Authority: KR
Inventors: 마틴 조셉 던; 그레고리 존 하디
Original assignee: 테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2008-04-29
Also published as: AUPR436901A0; CA2410797C; WO2002083958A1; DE60204675T2; EP1377689A1; RU2285049C2; BR0204820A; CN1461351A; DE60204675D1; CA2410797A1; MXPA02012159A; KR20030011884A; EP1377689B1; JP4175896B2; ATE298006T1; BR0204820B1; CN1243836C; JP2004518826A; EP1377689A4

Abstract

An injection lance (26) for injecting hot gas into a vessel includes an elongate gas flow duct (31) which receives hot gas from a gas inlet structure (32) and an elongate central tubular structure (33) which extends within gas flow duct (31) from its rear end to its forward end. Adjacent the forward end of duct (31), central structure (33) carries a series of flow directing vanes (34) for imparting swirl to the hot gas flow exiting the duct. The wall of duct (31) downstream from gas inlet (32) is internally water cooled by flow of water through annular passages (43,44). The cooling water also flows through the interior of a duct tip (36) at the forward end of duct (31). The front end of central structure (33) which carries the swirl vanes (34) is internally water cooled by cooling water supplied forwardly through a central water flow passage (52) from a water inlet (53) at the rear of the lance through to a nose (35) of the central structure. The cooling water returns back through the central structure via an annular water return passage (54) to a water outlet (55) at the rear end of the lance.

Description

Apparatus for injecting gas into metallurgical vessels {APPARATUS FOR INJECTING GAS INTO A VESSEL}

본 발명은 야금을 위한 용기(노)에 가스를 주입하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 이러한 것에 한정되는 것은 아니지만, 고온의 조건 하에서 야금(제련)용 용기(metallurgical vessel)에 유동하는 가스를 주입하기 위한 장치에 관한 것이다. 일반적으로 이러한 야금용 용기는 예를 들면 직접제련(direct smelting) 공정에 의해 용융 철이 생산되는 데에 사용되는 제련용기일 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for injecting gas into a vessel (furnace) for metallurgy, and in particular, but not exclusively, to inject gas flowing into a metallurgical vessel under high temperature conditions. It relates to a device for. Typically such metallurgical vessels will be smelting vessels used to produce molten iron by, for example, a direct smelting process.

공지의 직접제련 공정은 반응 매개체로서 용해된 금속 층(molten metal layer)에 기초하는데, 이것은 일반적으로 "HIsmelt" 공정으로 언급되는 바, 본원 출원인에 의한 국제출원 제PCT/AU96/00197호(국제공개 WO 96/31627)에 잘 기술되어 있다.Known direct smelting processes are based on molten metal layers as reaction media, which are generally referred to as "HIsmelt" processes, and are described in International Application No. PCT / AU96 / 00197 (applicable to International Publication). WO 96/31627).

상기 국제출원에 기재된 HIsmelt 공정은 대개 다음과 같은 과정을 포함하여 이루어진다:The HIsmelt process described in the above international application usually involves the following processes:

(a) 용기에 용해된 철(molten iron)과 슬래그(slag)의 용융 욕(molten bath)을 형성하는 단계;(a) forming a molten bath of molten iron and slag dissolved in the vessel;

(b) 상기 용융 욕에, (b) in the molten bath,

(i) 철함유 원료물질, 전형적으로는 금속산화물, 및(i) iron-containing raw materials, typically metal oxides, and

(ii) 상기 금속산화물의 환원제 및 에너지원으로서 작용하는 고체 탄소질 물질(solid carbonaceous material), 전형적으로는 석탄을 투입하는 단계; 및(ii) inputting a solid carbonaceous material, typically coal, which acts as a reducing agent and energy source for the metal oxide; And

(c) 상기 철함유 원료물질을 금속 층에서의 금속으로 용융하는 단계.(c) melting the iron-containing raw material into the metal in the metal layer.

여기서 상기 용어 "제련(smelting)"은 금속 산화물을 환원하는 화학적 반응들이 발생되어 액체 금속을 생산하는 열적 처리공정을 의미하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The term "smelting" is to be understood here to mean a thermal treatment process in which chemical reactions to reduce metal oxides occur to produce liquid metal.

상기 HIsmelt 공정은 또한 산소함유 가스를 상기 욕 상부의 공간으로 주입시켜 상기 용융 욕으로부터 방출된 CO 및 H₂와 같은 반응가스를 후연소(post-combustion)하고, 후연소에 의해 발생된 열을 상기 욕에 전달하여 금속을 함유하는 원료물질을 용해하기 위해 필요한 열에너지에 기여하도록 하는 과정을 포함하여 이루어진다.The HIsmelt process also injects oxygen-containing gas into the space above the bath to post-combustion reaction gases such as CO and H ₂ released from the molten bath, and to recover heat generated by post-combustion And transferring to the bath to contribute to the thermal energy needed to dissolve the raw material containing the metal.

상기한 HIsmelt 공정은 또한 상기 욕의 공칭 정지표면(nominal quiescent surface) 상에서 전이영역(transition zone)을 형성하는 과정을 포함하는데, 상기 욕에는 그 위에서 반응 가스들을 후연소 함으로써 발생된 열에너지를 상기 욕에 효과적으로 전달하기 위한 효과적인 매개체를 제공하는 용융 물질 및/또는 슬래그의 상승하고 그 후 하강하는 액체방울들(droplet), 비산파편(splash) 또는 흐름(stream)들이 상당히 많이 존재한다.The HIsmelt process also includes forming a transition zone on the nominal quiescent surface of the bath, the bath having thermal energy generated by post-combustion of the reactant gases thereon. There is a considerable amount of rising, then descending droplets, splashes or streams of molten material and / or slag that provide an effective vehicle for effective delivery.

상기 HIsmelt 공정에서 철함유 공급물질 및 고체 탄소질 물질이 다수의 랜스(lance)/송풍구(tuyere)들을 통해서 상기 금속 층에 주입되며, 상기 랜스/송풍구는 제련 용기의 측벽을 통해서 아래쪽으로 그리고 안쪽으로 연장됨과 아울러 상기 용기의 하부영역 내부로 연장되도록 수직면에 대해 기울어지게 형성됨으로써, 상기 용기의 저부의 금속 층 안에 상기한 고체 물질을 전달한다. 상기한 용기의 상부영역에서 반응가스의 후-연소를 촉진하기 위하여 산소가 풍부한 고온의 공기의 폭풍을 아래쪽으로 연장된 고온 공기 주입 랜스를 통해 용기의 상부영역에 주입한다. 또한 상기한 용기의 상부에서의 가스의 효과적인 후-연소를 촉진하기 위하여 입력하는 고온 공기의 송풍은 소용돌이형 동작(swirling motion)으로 상기 랜스로부터 토출되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 것을 달성하기 위해서는 랜스의 배출구 단부에는 적절한 소용돌이 동작을 제공하는 내부의 유동 가이드가 장착되어도 좋다. 상기한 용기의 상부영역은 2000℃ 정도의 온도에 도달할 수도 있고 고온의 공기는 1100-1400℃ 정도의 온도로 랜스에 제공될 수도 있다. 따라서 상기 랜스는 내부에서뿐만 아니라 바깥벽에서, 특히 용기의 연소영역으로 돌출된 랜스의 공급구 단부에서는 매우 높은 온도에 견딜 수 있어야만 한다. 본 발명은 관련된 구성요소들이 내부적으로 수랭식(water cooled)으로 냉각되고 극도의 고온하의 환경에서도 동작 가능하도록 해주는 랜스의 구성을 제공하기 위함이다.In the HIsmelt process, iron-containing feedstock and solid carbonaceous material are injected into the metal layer through a plurality of lances / tuyeres, which are directed downwards and inwards through the side walls of the smelting vessel. It extends and is inclined with respect to the vertical plane to extend into the lower region of the vessel, thereby transferring the solid material into the metal layer of the bottom of the vessel. In order to promote post-combustion of the reaction gas in the upper region of the vessel, a storm of oxygen-rich hot air is injected into the upper region of the vessel through a hot air injection lance extending downwards. It is also desirable for the blowing of the hot air to be input in order to facilitate effective post-combustion of the gas at the top of the vessel so that it is discharged from the lance in a swirling motion. To achieve this, the outlet end of the lance may be equipped with an internal flow guide that provides proper vortex action. The upper region of the vessel may reach a temperature of about 2000 ° C. and hot air may be provided to the lance at a temperature of about 1100-1400 ° C. The lance must therefore be able to withstand very high temperatures not only from the inside but also from the outside wall, especially at the feed end of the lance protruding into the combustion zone of the vessel. It is an object of the present invention to provide a configuration of a lance that allows related components to be internally water cooled and operable even in environments with extreme temperatures.

따라서 본 발명의 목적은 야금용 용기에 가스를 주입하기 위한 장치를 제공하는 것이며, 상기 장치는:It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus for injecting gas into a metallurgical vessel, which apparatus:

후방 단부(rear end)로부터 전방 단부(forward end)로 연장되어 상기 전방 단부로부터 가스를 방출하기 위한 가스 유동 덕트(gas flow duct)와;A gas flow duct extending from a rear end to a forward end to discharge gas from the front end;

상기 가스 유동 덕트 내에서 그의 후방 단부로부터 전방 단부로 연장되도록 구성된 관 모양의 신장된 중심부 구조물(elongate central tubular structure)과;An elongate central tubular structure configured to extend from its rear end to the front end in the gas flow duct;

상기 덕트의 전방 단부에 인접한 상기 관 모양의 중심부 구조물 주위에 배치되어 덕트의 전방 단부에 대한 가스의 유동에 소용돌이를 제공하도록 구성된 다수의 유동 안내 날개(flow directing vane)들을 포함하며, 상기 중심부 구조물의 전방 단부와 상기 덕트의 전방 단부는 서로 협동하여 상기 날개들에 의해 형성되는 소용돌이가 포함된 상기 덕트로부터의 가스유동을 제공하기 위해 환 형상의 노즐(annular nozzle)을 형성하도록 구성되고;A plurality of flow directing vanes disposed around the tubular central structure adjacent the front end of the duct and configured to provide a vortex to the flow of gas to the front end of the duct, The front end and the front end of the duct are configured to cooperate with each other to form an annular nozzle to provide gas flow from the duct including the vortex formed by the vanes;

상기 중심부 구조물을 통해서 그의 후방 단부로부터 그의 전방 단부로 냉각수의 유동을 제공하기 위한 것으로서, 상기한 관 모양의 중심부 구조물 내에 배치되어, 냉각수가 상기 전방 단부를 내부적으로 냉각시키고 그 다음에는 그의 후방 단부로 상기 중심부 구조물을 통해 복귀하도록 구성된 냉각수 통로를 포함하여 이루어진다.For providing a flow of coolant through the central structure from its rear end to its front end, disposed within the tubular central structure such that the cooling water cools the front end internally and then to its rear end. And a coolant passage configured to return through the central structure.

상기 덕트의 전방 단부는 속이 빈 환상의 선단(tip) 구조를 갖도록 형성될 수 있고, 상기 가스 유동 덕트는 덕트 선단부에 상기 덕트를 따라 전방으로 냉각수를 공급하고 덕트를 따라서 냉각수를 복귀시키기 위한 덕트 선단부의 냉각수 공급 및 복귀 통로들을 포함할 수도 있다.The front end of the duct may be formed to have a hollow annular tip structure, the gas flow duct is a duct tip for supplying cooling water forward along the duct to the duct tip to return the cooling water along the duct May include cooling water supply and return passages.

상기 덕트의 내부 주위표면은 내화성 물질(refractory material)로 라이닝(lining)이 형성될 수도 있다. The inner circumferential surface of the duct may be lined with refractory material.

바람직하게는, 관 모양의 중심부 구조물은 그것의 전방 단부에 대해 직접적으로 그 구조물을 통한 전방으로의 냉각수의 흐름을 제공하기 위한 하나의 중심부 냉각수 유동 통로(central water flow passage)와, 상기 중심부 구조물의 전방 단부로부터 후방 단부로 다시 냉각수의 유동을 복귀시키기 위하여 상기한 중심부 유동 통로의 주변에 배치된 하나의 환상의 냉각수 유동 통로(annular water flow passage)를 구성하도록 형성된다.Preferably, the tubular central structure has one central water flow passage for providing a flow of cooling water through the structure directly to its front end and the central structure of the central structure. And to form an annular water flow passage disposed around the central flow passage for returning the flow of coolant back from the front end to the rear end.

상기 관 모양의 중심부 구조물은 중심부 냉각수 유동 통로를 제공하는 중심 관(central tube)과 이 중심 관 주위에 배치된 추가적인 관을 포함하여 이 관들 사이에서 상기한 환상의 냉각수 유동 통로를 정의하도록 구성된다.The tubular central structure is configured to define the annular coolant flow passage between these tubes including a central tube providing a central coolant flow passage and additional tubes disposed around the center tube.

바람직하게는, 상기 중심부 구조물은 가스 유동 덕트에서의 가스로부터 중심부 구조물의 냉각수 유동 통로로의 열 전달을 지연시키기 위해 열 절연용 외부 차폐물(shied)을 포함한다.Preferably, the central structure includes an external shield for thermal insulation to delay heat transfer from the gas in the gas flow duct to the coolant flow passage of the central structure.

상기한 열 절연용 차폐물은 그 열 차폐물 내에 바로 인접하여 배치된 환상의 에어 갭(air gap) 주위에서 중심부 구조물의 후방 단부로부터 전방 단부 쪽으로 연장된 실질적으로 연속적인 관으로서 상기한 열 차폐물을 형성하도록 끝단에서 끝단으로 배치된 다수의 관 모양의 부분(tubular segment)들로 이루어진 단열 물질로 이루어질 수 있다.The thermal insulation shield is formed to form the thermal shield as a substantially continuous tube extending from the rear end to the front end of the central structure around an annular air gap disposed immediately adjacent within the thermal shield. It may be made of an insulating material consisting of a plurality of tubular segments disposed from end to end.

상기한 에어 갭은 환상의 냉각수 복귀 유동 통로의 외벽을 정의하는 상기 추가적인 관과 상기 관 모양의 열 차폐물 사이에 형성될 수도 있다.The air gap may be formed between the additional tube and the tubular heat shield defining an outer wall of the annular coolant return flow passage.

바람직하게는, 상기 열 차폐물의 상기 관 모양의 부분들은 다른 관 모양의 부분들과는 독립적으로 각 부분의 세로축의 팽창을 수용하도록 지지된다.Preferably, the tubular portions of the heat shield are supported to receive expansion of the longitudinal axis of each portion independently of other tubular portions.

상기 중심부 구조물의 전방 단부는 하나의 나선형 냉각수 통로가 내부적으로 제공된 돔 형상의 노우즈(domed nose) 부분을 포함할 수 있는데, 상기 냉각수 통로는 노우즈 부분의 선단부(팁)에서 상기 중심부 구조물의 중심부 냉각수 유동 통로로부터 냉각수를 받아들이는 한편으로 상기 노우즈를 따라서 후방으로 그리고 그 주위에서 단일한 흐름으로 그 냉각수를 안내하도록 함으로써 냉각수의 단일한 일관성 있는 흐름을 이용하여 상기한 노우즈 부분을 냉각시키게 된다.The front end of the central structure may comprise a dome shaped nose portion provided with one spiral coolant passage internally, wherein the coolant passage is a central coolant flow of the central structure at the tip of the nose portion. The coolant portion is cooled using a single, consistent flow of coolant by receiving coolant from the passageway while directing the coolant back and along the nose in a single flow.

상기 장치는 덕트의 후방 단부에 대해 고온의 가스를 주입하기 위한 가스 입구를 포함할 수 있으며, 상기 가스 입구는 덕트의 후방 단부와 정렬되어 있고 그에 직접적으로 연장되는 관 모양의 제1 가스 통로와, 고온의 가스를 수용하고 상기 제1 가스 통로에 그것을 안내하기 위한 상기 제1 가스 통로에 횡단으로 배열된 관 모양의 제2 가스 통로를 형성하는 내화성 몸체를 포함하여 이루어지며, 이로써 고온의 가스 및 그에 실려 있는 입자들은 상기 제1 통로의 내화성 벽에 접촉하게 되고, 상기한 가스의 흐름은 제1 통로로부터 제2 통로로 통과함에 있어서 방향의 변화를 겪게 된다.The apparatus may comprise a gas inlet for injecting hot gas to the rear end of the duct, the gas inlet being in tubular first gas passageway aligned with and extending directly to the rear end of the duct; And a refractory body forming a tubular second gas passageway transversely arranged in said first gas passageway for receiving a hot gas and for guiding it in said first gas passageway. The loaded particles come into contact with the fire resistant wall of the first passage, and the gas flow undergoes a change in direction as it passes from the first passage to the second passage.

상기 제1 및 제2 가스 유동 통로들은 서로 수직으로 되게끔 구성함이 필수적일 것이다.It may be necessary to configure the first and second gas flow passages to be perpendicular to each other.

상기한 관 모양의 중심부 구조물은 가스 입구 수단의 제1 가스 유동 통로를 통해 중심부 상에서 그리고 가스 입구를 넘어서 후방으로 연장되도록 구성함이 좋다. 상기 중심부 구조물의 후방 단부는 가스 입구의 뒤쪽으로 배치되어 중심부 구 조물에 대해 또한 그로부터의 냉각수의 흐름을 제공하기 위한 냉각수 연결장치(water coupling)가 제공될 수도 있다.Said tubular central structure is preferably configured to extend rearward over the gas inlet and beyond the gas inlet via the first gas flow passage of the gas inlet means. The rear end of the central structure may be disposed behind the gas inlet to provide a water coupling for providing a flow of coolant to and from the central structure.

도 1은 본 발명에 따른 한 쌍의 고체 주입용 랜스들 및 고온의 열풍 주입용 랜스(lance)를 구현하는 직접 제련 용기를 개략적으로 나타낸 수직 단면도이다; 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing a pair of solid injection lances and a direct smelting vessel implementing a hot lance injection lance in accordance with the present invention;

도 2는 상기한 고온의 공기 주입용 랜스의 길이방향의 단면도이다;2 is a cross-sectional view in the longitudinal direction of the aforementioned hot air lance;

도 3은 랜스의 중심부 구조물의 정면부 일부에 대한 일부 확대된 길이방향의 단면도이다; 3 is a partially enlarged longitudinal cross-sectional view of a portion of the front portion of the central structure of the lance;

도 4 및 도 5는 상기한 중심부 구조물의 전방 노우즈 부분의 구성을 나타내는 도면이다;4 and 5 are views showing the configuration of the front nose portion of the central structure described above;

도 6은 상기 중심부 구조물의 길이방향의 단면도이다;6 is a longitudinal sectional view of the central structure;

도 7은 도 6의 부위 8에 대한 상세 구성을 나타낸 도면이다;FIG. 7 is a diagram showing the detailed configuration of the site 8 of FIG. 6;

도 8은 도 7의 절개선 8-8을 따라 취하여진 단면도이다; 그리고8 is a cross-sectional view taken along cut line 8-8 of FIG. 7; And

도 9는 도 7의 절개선 9-9를 따라 취하여진 단면도이다.9 is a cross-sectional view taken along cut line 9-9 of FIG. 7.

이하 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 그의 특정한 실시예에 대하여 예시적인 방법으로 더 상세하게 기술될 것이다.The invention will now be described in more detail by way of example with respect to specific embodiments thereof with reference to the attached drawings.

도 1은 국제특허출원 제PCT/AU96/00197호에서 기술된 HIsmelt 공정에 의한 적용에 적합한 직접제련 용기를 예시하고 있다. 도시된 직접제련장치는 11로서 일반적으로 표시되는 야금용 용기(metallurgical vessel)를 포함한다. 상기 용기 11 은, 내화성 벽돌로 형성된 기저부(base) 12 및 측면 13을 포함하는 노(hearth); 상기 노의 측면들 13으로부터 상부방향으로 신장된 대체적으로 원통형의 배럴(barrel)을 형성하고, 또한 상부 배럴 부위 15 및 하부 배럴 부위 16을 포함하는 측벽(side wall)들 14; 지붕 17; 이탈 가스(off-gas)를 위한 배출구 18; 용융된 금속을 연속적으로 방출하기 위한 전로(forehearth) 19; 그리고 용해된 슬래그를 방출하기 위한 취출구(tap-hole) 21을 포함하여 구성된다.1 illustrates a direct smelting vessel suitable for application by the HIsmelt process described in International Patent Application No. PCT / AU96 / 00197. The illustrated direct smelting apparatus comprises a metallurgical vessel, generally indicated as 11. The vessel 11 comprises a hearth comprising a base 12 and a side 13 formed of a refractory brick; Side walls 14 which form a generally cylindrical barrel extending upwardly from the sides 13 of the furnace and also comprising an upper barrel portion 15 and a lower barrel portion 16; Roof 17; Outlet 18 for off-gas; Forehearth 19 for continuously releasing molten metal; And a tap-hole 21 for releasing molten slag.

가동 시, 상기 용기는 용융 금속 층 22 및 상기 금속 층 22 상의 용융 슬래그 층 23을 포함하는 철과 슬래그의 용융 욕(molten bath)을 구비한다. 참조번호 24로 표시된 화살표는 상기 금속 층 22의 공칭 정지표면(nominal quiescent surface)의 위치를 지시하고 참조번호 25로 표시된 화살표는 슬래그 층 23의 공칭 정지표면의 위치를 지시한다. 상기한 용어 "정지표면(quiescent surface)"은 상기 야금 용기에 대한 기체 및 고체의 어떠한 주입도 없는 경우의 표면을 의미하는 것으로 이해될 것이다.In operation, the vessel is equipped with a molten bath of iron and slag comprising molten metal layer 22 and molten slag layer 23 on the metal layer 22. Arrows indicated at 24 indicate the position of the nominal quiescent surface of the metal layer 22 and arrows indicated at 25 indicate the position of the nominal stop surface of the slag layer 23. The term "quiescent surface" as described above will be understood to mean the surface in the absence of any injection of gas and solid into the metallurgical vessel.

상기 용기에는 그의 상부영역으로 고온의 열풍(hot air blast)을 송풍하기 위한 아래로 연장된 고온의 공기주입 랜스 26이 장착되고, 또한 상기한 금속 층 22에 철 원광, 고체 탄소질 물질, 및 산소가 결핍된 운반체(carrier) 가스에 실려진 용제(flux)를 주입하기 위하여 상기 측벽들 14를 통해서 슬래그 층 23으로 안쪽으로 그리고 하향으로 연장된 두 개의 고체 주입용 랜스들 27이 장착된다. 상기 랜스들 27의 위치는 상기 공정의 동작 시 그의 출구 단부(outlet end)들 28이 금속층 22의 표면 위에 배치되도록 선택된다. 이러한 랜스의 위치로 인해 용융 금속과의 접촉을 통한 손상의 위험이 감소됨과 아울러 상기 야금용 용기에서 용융 금속과 접촉하게 되는 물에 의한 심각한 위험을 야기하지 않고 강제적인 내부 수냉 기능에 의해 랜스들을 냉각하는 것이 가능해 진다. The vessel is equipped with a downwardly extending hot air injection lance 26 for blowing a hot air blast to its upper region, and further comprising iron ore, solid carbonaceous material, and oxygen in the metal layer 22 described above. Two solid injection lances 27 are mounted which extend inwardly and downwardly through the sidewalls 14 into the slag layer 23 to inject a flux loaded into the carrier gas which is deficient. The location of the lances 27 is selected such that the outlet ends 28 thereof are disposed on the surface of the metal layer 22 during operation of the process. The location of the lance reduces the risk of damage through contact with the molten metal, while cooling the lance by a forced internal water cooling function without causing a serious risk of water coming into contact with the molten metal in the metallurgical vessel. It becomes possible.

상기한 고온의 공기 주입용 랜스 26의 구성은 이하에서 도2 내지 도9를 참조하여 상세히 기술될 것이다. 이들 도면에서 도시된 바와 같이, 랜스 26은 가스 입구 구조물(gas inlet structure) 32를 통해 고온의 가스를 수용하여 그것을 용기의 상부 영역에 주입하는 신장된 덕트 31을 포함한다. 상기 랜스는 가스 유동 덕트 31 내에서 그의 후방 단부로부터 전방 단부로 연장되는 관 모양의 신장된 중심부 구조물 33을 포함하고 있다. 상기 덕트의 전방 단부에 인접하여 상기 중심부 구조물 33은 덕트에서 배출되는 가스의 유동에 소용돌이를 제공하기 위한 일련의 (네 개의) 소용돌이 제공용 날개(vane)들 34를 갖는다. 상기 중심부 구조물 33의 전방 단부는 덕트 31의 선단(tip)부 36의 상부로 전방으로 돌출하는 돔형의 노우즈 부분 35를 구비함으로써, 상기 중심부 몸체부분의 전방 단부와 덕트의 선단부가 서로 상호 작용하여 상기한 날개들 34에 의해 제공된 소용돌이와 함께 덕트로부터의 가스의 확산하는 흐름(유동)을 제공하기 위한 하나의 환상의 노즐을 형성하게 된다. 날개들 34는 4-분지형(four-start)의 나선형 구조로 배치되고 덕트의 전방 단부 내에서 미끄러짐 동작에 의해 장착된다.The configuration of the lance 26 for high temperature air injection will be described in detail below with reference to FIGS. As shown in these figures, the lance 26 includes an elongated duct 31 which receives hot gas through a gas inlet structure 32 and injects it into the upper region of the vessel. The lance includes a tubular elongated central structure 33 extending from its rear end to the front end in the gas flow duct 31. Adjacent to the front end of the duct, the central structure 33 has a series of (four) vortex providing vanes 34 for providing a vortex to the flow of gas exiting the duct. The front end of the central structure 33 has a domed nose portion 35 projecting forwardly over the tip portion 36 of the duct 31, whereby the front end of the central body portion and the front end of the duct interact with each other so that the The vortex provided by the vanes 34 forms one annular nozzle to provide a diffusing flow (flow) of gas from the duct. The vanes 34 are arranged in a four-start helical structure and mounted by a sliding action in the front end of the duct.

가스 입구 32로부터 하류 쪽으로 연장된 덕트 31의 본체 부분의 벽은 내부적으로 수냉식으로 냉각된다. 덕트의 이 부분은 상기 덕트의 전방 단부로 연장된 일련의 세 개의 동심형(concentric) 철관들 37, 38 및 39를 포함하는데, 이들은 덕트 의 선단부 36에 연결된다. 상기 덕트 선단부 36은 속이 빈 환상의 형상으로 되어 있고 덕트 31의 벽에 있는 통로를 통과하여 공급되고 복귀되는 냉각수에 의해 내부적으로 수냉식으로 냉각된다. 특히, 냉각수는 상기한 덕트의 관들 38 및 39 사이에 형성된 내부의 환상의 냉각수 유동 통로 43으로 입구 41과 환상의 입구 매니폴드(annular inlet manifold) 42를 통해서 그리고 상기한 선단부 36에 있는 외주 상으로 이격된 개구(opening)들을 통해서 덕트 선단부 36의 속이 빈 내부에까지 공급된다. 상기 냉각수는 외주 상으로 이격된 상기 개구들을 통해서 선단부로부터 상기한 관들 37 및 38 사이에 형성된 외부의 환상의 냉각수 유동 통로 44를 통해 그리고 덕트 31의 수냉 부위의 후방 말단부에서 냉각수 출구 45로 복귀하게 된다.The wall of the body part of the duct 31 extending downstream from the gas inlet 32 is internally cooled by water. This part of the duct comprises a series of three concentric steel tubes 37, 38 and 39 extending to the front end of the duct, which are connected to the tip 36 of the duct. The duct tip 36 has a hollow annular shape and is internally cooled by the cooling water supplied and returned through a passage in the wall of the duct 31. In particular, the coolant flows through the inlet 41 and the annular inlet manifold 42 into the inner annular coolant flow passage 43 formed between the tubes 38 and 39 of the duct and onto the outer periphery at the tip 36. Through spaced openings, the inside of the duct tip 36 is fed into the hollow interior. The coolant is returned to the coolant outlet 45 through an outer annular coolant flow passage 44 formed between the tubes 37 and 38 from the distal end through the openings spaced outwardly and at the rear end of the water cooling section of the duct 31. .

덕트 31의 수냉작용 부위는 그의 가장 안쪽의 금속 관 39 내에서 꼭 맞게 장착되어 그의 수냉을 위한 선단부 36에까지 연장되는 내부 내화성 라이닝(internal refractory lining) 46과 내부적으로 정렬되게 구성된다. 덕트 선단부 36의 내부 원주는 덕트를 통해서 가스를 제공하기 위한 효과적인 유동 통로를 형성하는 내화성 라이닝의 내부 표면과 대체적으로 같은 평면상에 배치된다. 상기 내화성 라이닝의 전방 단부는 넉넉하게 슬라이딩하도록 장착된 구성을 갖는 소용돌이 날개들을 수용하는 다소 감소된 직경의 부분 47을 구비한다. 상기 부분 47로부터 후방으로 상기한 내화성 라이닝은 다소 더 큰 직경을 갖도록 되어 있어 소용돌이 날개들 34가 덕트의 전방 단부에 도달할 때까지 랜스의 조립체 상의 덕트를 통해 아래쪽으로 중심부 구조물 33이 삽입되도록 해주는데, 여기서 이들은 내화성 부분 47로 상기 날개들의 위치를 잡아 안내해주는 끝이 점점 가늘어지는 형태의 내화성 랜드(tapered refractory land) 48 에 의해 상기한 내화성 부분 47과 넉넉한 교합(snug engagement) 상태로 안내된다.The water cooling site of the duct 31 is configured to fit within the innermost metal tube 39 and internally aligned with an internal refractory lining 46 that extends to the tip 36 for its water cooling. The inner circumference of the duct tip 36 is disposed on substantially the same plane as the inner surface of the refractory lining forming an effective flow passage for providing gas through the duct. The front end of the fire resistant lining has a somewhat reduced diameter portion 47 which accommodates the vortex vanes having a configuration mounted to slide generously. The refractory lining, said rearward from the part 47, is designed to have a somewhat larger diameter to allow the central structure 33 to be inserted downward through the duct on the assembly of the lance until the whirl vanes 34 reach the front end of the duct, Here they are guided into a snug engagement with the fire resistant portion 47 by tapered refractory lands 48 of tapered ends that position and guide the wings to the fire resistant portion 47.

소용돌이 날개(swirl vane)들 34를 구비한 중심부 구조물 33의 전방 단부는 랜스의 후방 단부로부터 전방 단부로 중심부 구조물을 통해 앞쪽으로 공급되어 상기 중심부 구조물을 따라서 랜스의 후방 단부를 향해 복귀되는 냉각수에 의해 내부적으로 수냉식으로 냉각된다. 이것은 상기한 중심부 구조물의 전방 단부와, 특히 랜스의 동작 시 매우 높은 온도의 용제(flux)에 놓이게 되는 돔형의 노우즈 부분 35에 직접적으로 매우 강력한 냉각수의 흐름이 제공되게 한다.The front end of the central structure 33 with swirl vanes 34 is supplied by the coolant which is fed forward through the central structure from the rear end to the front end of the lance and returned towards the rear end of the lance along the central structure. It is cooled internally by water cooling. This allows a very strong flow of coolant to be provided directly at the front end of the central structure and in particular the domed nose portion 35 which is placed in a very high temperature flux during operation of the lance.

상기 중심부 구조물 33은 내부 및 외부 강철관(steel tube) 50 및 51을 구비하는데, 이들은 관 절편들로 형성되고 서로 끝단이 마주보도록 배치되며 서로 접합된다. 상기 내부 관 50은, 냉각수가 랜스의 후방 단부의 냉각수 입구 53으로부터 중심부 구조물의 전방 단부의 노우즈 35에까지 중심부 구조물을 통해 앞쪽으로 흐르게끔 구성된 중심부 냉각수 유동 통로 52와, 냉각수가 노우즈 35에서부터 중심부 구조물을 통해 랜스의 후방 단부의 냉각수 배출구 55로 복귀하도록 구성되어 상기한 두 개의 관들 사이에 형성된 환상의 냉각수 복귀 통로 54로 이루어진다.The central structure 33 has internal and external steel tubes 50 and 51, which are formed of tube segments and are arranged so that their ends face each other and are joined together. The inner tube 50 includes a central coolant flow passage 52 configured to allow coolant to flow forward through the central structure from the coolant inlet 53 at the rear end of the lance to the nose 35 at the front end of the central structure, and the coolant flows from the nose 35 to the central structure. And an annular coolant return passage 54 configured to return to the coolant outlet 55 at the rear end of the lance and formed between the two tubes.

중심부 구조물 33의 노우즈 단부 35는 구리로 형성된 외부의 돔형 노우즈 외피(outer domed nose shell) 62 내에 장착된 내부의 구리로 된 몸체(inner copper body) 61을 포함한다. 상기한 내부 구리부위 61은 구조물 33의 중심부 통로 52로부터 냉각수를 받아서 그것을 노우즈의 선단부에 안내하기 위한 중심부 냉각수 유동 통로 63으로 이루어진다. 노우즈 단부 35는 상기 내부 부분 61과 외부 노우즈 외피 62 사이에 단일의 연속적인 냉각수 유동 통로 65를 형성하도록 노우즈 외피 62 내에서 넉넉하게 장착된 돌출형 리브(rib)들 64로써 형성된다. 도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기한 리브들 64는 상기 단일의 연속적 통로 65가 통로 부위들 67에 의해 서로 연결된 환상의 통로 부위들 66으로서 연장되도록 구성되는데, 이 통로 부위들은 하나의 환상 통로 부분으로부터 다음 환상의 통로 부분으로 경사지도록 형성된다. 따라서 통로 65는 나선형으로 상기 노우즈의 선단부로부터 연장되는데, 이것은 비록 일정한 나선형태는 아니지만 상기 노우즈를 따라서 그 주위를 휘감아 돌아가는 나선형의 형태로 이루어짐으로써 중심부 구조물 33의 관 51과 52 사이에 형성된 환상의 복귀통로 안으로 노우즈의 후방 단부에서 출구가 형성되도록 되어 있다.The nose end 35 of the central structure 33 includes an inner copper body 61 mounted within an outer domed nose shell 62 formed of copper. The inner copper portion 61 consists of a central coolant flow passage 63 for receiving coolant from the central passage 52 of the structure 33 and guiding it to the tip of the nose. The nose end 35 is formed with protruding ribs 64 mounted sufficiently in the nose envelope 62 to form a single continuous coolant flow passage 65 between the inner portion 61 and the outer nose shell 62. As shown in FIGS. 4 and 5, the ribs 64 are configured such that the single continuous passage 65 extends as annular passage portions 66 connected to each other by passage portions 67, the passage portions being one It is formed to incline from the annular passage portion to the next annular passage portion. The passage 65 thus extends helically from the tip of the nose, which, although not a constant spiral, takes the form of a spiral that winds around the nose, thereby forming an annular return formed between tubes 51 and 52 of the central structure 33. An outlet is formed at the rear end of the nose into the passageway.

상기한 중심부 구조물의 노우즈 단부 35 주변에 그것을 따라서 연장된 나선형 통로 65를 통한 하나의 일관된 흐름으로 이루어진 냉각수의 강제적인 유동으로 인하여 효율적인 열 추출이 가능하게 될 뿐만 아니라 만일 냉각수가 상기한 노우즈 부분에서 분리되어 흐르도록 분할이 허용된다면 초래될 수 있는 노우즈 상에서의 "고온 지점(hot spot)"의 생성을 회피할 수가 있게 된다. 예시된 구성에서는 냉각수는 그것이 노우즈 단부 35에 들어가는 순간부터 노우즈 단부를 떠나는 순간까지 하나의 흐름으로 제한된다.The forced flow of the coolant in one consistent flow through the spiral passage 65 extending along it around the nose end 35 of the central structure not only enables efficient heat extraction but also if the coolant separates from the nose portion described above. If splitting is allowed to flow, it is possible to avoid the creation of "hot spots" on the nose which may result. In the illustrated configuration, the coolant is limited to one flow from the moment it enters the nose end 35 to the moment it leaves the nose end.

내부 구조물 33에는 덕트 31의 입력하는 고온의 가스 흐름으로부터 중심부 구조물 33 내의 냉각수의 유동으로의 열전달에 대한 차폐를 위한 외부 열 차폐물(external heat shied) 69가 제공된다. 만일 대규모의 제련 설비에서 요구되는 매우 높은 온도와 높은 가스의 유동에 사용된다면, 고체의 내화성 차폐물의 경우에는 그리 오래 가지 않는 수명을 제공할지도 모른다. 예시된 구성에서는 "UMCO"라는 상품명으로 판매되고 있는 세라믹 물질로 된 관 모양의 슬리브(sleeve)로 상기 차폐물 69가 형성된다. 이 슬리브들은 그들의 끝단이 서로 마주보도록 배열되어 상기한 중심부 구조물의 제일 바깥쪽 관 51과 상기 차폐물 사이의 에어 갭 70을 둘러싸는 연속적인 세라믹 차폐물을 형성하게 된다. 특히 상기한 차폐물은 0.05 내지 0.12%(이하 중량%)의 탄소, 0.5 내지 1%의 실리콘, 최대 0.5 내지 1%의 망간, 0.02%의 인, 0.02%의 황, 27 내지 29%의 크롬, 48 내지 52%의 코발트 및 나머지는 철을 함유하는 "UMCO 50"으로 이루어진 관 모양의 부분들로 이루어질 수 있다. 이 물질은 탁월한 열 차폐성을 제공하지만 고온에서는 심각한 열 팽창성을 갖는다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 개별적인 관 모양의 열 차폐물 절편(segment)들이 도6 내지 도9에 도시된 바와 같이 형성되어 장착되는데, 이로 인해 상기 차폐물이 실질적으로 연속적인 상태를 한결같이 유지하면서도 서로 독립적으로 길이 방향으로 팽창하는 것을 가능케 해준다. 이들 도면에 예시된 것과 같이, 슬리브들 각각은 중심부 구조물 33의 외부 관 51에 장착된 플레이트 지지부(support)들 72 및 위치고정용 스트립(location strip)들 71 상에 장착되고, 각 차폐물 관의 후방 단부는 단부 갭 74로써 플레이트 지지부 상에서 적합하게 맞도록 부위 73에서 단이 이루어지게 함으로써 각 스트립의 독립적인 길이방향의 열팽창이 가능하게 하여준다. 상기한 차폐물 슬리브들의 회전을 방지하기 위해 관 52 상에 위치고정용 스트립들 71 중의 하나에 대하여 적합하게 맞도록 각각의 슬리브에 반-회전(anti-rotation)용 스트립들 75가 또한 장착되어도 좋다.The internal structure 33 is provided with an external heat shied 69 for shielding heat transfer from the incoming hot gas flow in the duct 31 to the flow of cooling water in the central structure 33. If used for the very high temperatures and high gas flows required in large smelting plants, solid refractory shields may provide long life. In the illustrated configuration, the shield 69 is formed from a tubular sleeve made of ceramic material sold under the trade name " UMCO. &Quot; These sleeves are arranged such that their ends face each other to form a continuous ceramic shield enclosing the air gap 70 between the outermost tube 51 of the central structure and the shield. In particular, the above shields may comprise 0.05 to 0.12% (hereinafter by weight) of carbon, 0.5 to 1% silicon, up to 0.5 to 1% manganese, 0.02% phosphorus, 0.02% sulfur, 27 to 29% chromium, 48 To 52% cobalt and the balance may consist of tubular parts consisting of "UMCO 50" containing iron. This material provides excellent heat shielding, but at high temperatures it has severe thermal expansion. In order to solve this problem, individual tubular heat shield segments are formed and mounted as shown in Figs. 6 to 9, so that the shields are independently of each other in length while maintaining a substantially continuous state. It makes it possible to expand in the direction. As illustrated in these figures, each of the sleeves is mounted on plate supports 72 and positioning strips 71 mounted on the outer tube 51 of the central structure 33 and is located at the rear of each shield tube. The ends are end-staged at site 73 to fit snugly on the plate support with end gap 74 to allow independent longitudinal thermal expansion of each strip. Anti-rotation strips 75 may also be mounted to each sleeve to fit snugly against one of the positioning strips 71 on the tube 52 to prevent rotation of the shield sleeves described above.

고온의 가스는 가스 입구부위 32를 통해 덕트 31에 전달된다. 이 고온 가스는 대략 1200℃ 정도의 온도에서 가열장치를 통해 공급되는 산소가 풍부한 공기일 것이다. 이 공기는 내화성 라이닝이 부착된 덕트 구성을 통해 전달되어야만 하고, 덕트 31의 주요 수냉작용 부위에 직접 고속도로 전달된다면 심각한 부식의 문제를 야기할 수 있는 내화성 모래 알갱이들을 수집하게 될 것이다. 가스 입구 32는 덕트의 수냉작용 부위의 손상을 최소화하는 반면에 상기 덕트가 내화성 입자들과 함께 많은 양의 고온 공기의 전달을 수용할 수 있도록 설계된다. 입구 31은 얇은 벽으로 된 외부 금속 외피(shell) 82 내에 배치되고 경질의 소모성 내화물질의 유니트(unit)로서 성형된 T-형의 몸체 81을 포함한다. 상기 몸체 81은 덕트 31의 중앙 통로와 정렬된 관 모양의 제1통로와, 가열장치(미도시)로부터 전달된 고온의 공기 흐름을 받아들이기 위한 상기 통로 83에 수직인 관 모양의 제2통로 84로 이루어진다. 상기 통로 83은 덕트 31의 가스 유동 통로와 정렬되도록 구성되어 입구 32의 내화물질 연결부 86의 중앙 통로 85를 통해 그에 연결된다.The hot gas is delivered to the duct 31 through the gas inlet 32. This hot gas will be oxygen rich air supplied through the heater at a temperature of about 1200 ° C. This air must be delivered through a duct construction with a refractory lining, and if delivered directly to the main water cooling site of duct 31, it will collect refractory sand grains that can cause serious corrosion problems. The gas inlet 32 is designed to minimize the damage to the water-cooled site of the duct, while the duct can accommodate the delivery of large amounts of hot air along with the refractory particles. The inlet 31 comprises a T-shaped body 81 disposed in a thin walled outer metal shell 82 and shaped as a unit of hard and consumable refractory material. The body 81 is a tubular first passage aligned with the central passage of the duct 31 and a tubular second passage 84 perpendicular to the passage 83 for receiving hot air flow from a heater (not shown). Is made of. The passage 83 is configured to align with the gas flow passage of the duct 31 and is connected thereto via the central passage 85 of the refractory connection 86 of the inlet 32.

입구 32에 제공된 고온의 공기는 몸체 81의 관 모양의 통로 84를 통해 지나가고 부식에 견디는 두꺼운 내화성 몸체 82의 단단한 소모성 내화벽에 부딪힌다. 다음에 가스의 유동은 상기한 T-형의 몸체 81의 통로 83과 전이부 86의 중앙 통로 85를 통해서 그리고 덕트의 본체 부분으로 적합한 각도를 따라서 흐르도록 방향을 변경한다. 통로 83의 벽은 덕트로의 유동을 가속하도록 앞쪽 유동방향으로 그 끝이 점점 가늘게 구성되어도 좋다. 이 구성은 예를 들면 7도 정도의 둘러싸인(included) 각도로 이루어질 수도 있다. 전이부 내화성 몸체 86은 일단에서 내화성 몸체 81의 두꺼운 벽에 그리고 덕트 31의 몸체 부위의 훨씬 더 얇은 내화성 라이닝 48과 조화하도록 두께에 있어서 끝이 가늘게 구성된다. 따라서 그것은 입구 88 및 출구 89를 통해 냉각수가 순환되는 환상의 냉각수 재킷(annular cooling water jacket) 87을 통해 또한 수냉식으로 냉각된다. 중심부 구조물 33의 후방 단부는 가스 입구 32의 관 모양의 통로 83을 통해 연장된다. 이것은 통로 83의 후방 단부를 폐쇄하는 내화성 라이너(liner) 플러그 91 내에 배치되는데, 상기 중심부 구조물 33의 후방 단부는 가스 입구 32로부터 냉각수 유동 입구 53 및 출구 55로 연장된다.The hot air provided at the inlet 32 passes through the tubular passage 84 of the body 81 and hits the hard, exhausting fire resistant wall of the thick fire resistant body 82 that resists corrosion. The flow of gas is then redirected to flow along an appropriate angle through the passage 83 of the T-shaped body 81 and the central passage 85 of the transition 86 and into the body portion of the duct. The wall of passage 83 may be tapered at its end in the forward flow direction to accelerate the flow to the duct. This configuration may be made at an included angle of, for example, seven degrees. The transition fire resistant body 86 is tapered in thickness at one end to match the thicker wall of the fire resistant body 81 and with the much thinner fire resistant lining 48 of the body portion of the duct 31. It is thus also water cooled via an annular cooling water jacket 87 in which the coolant is circulated through the inlet 88 and the outlet 89. The rear end of the central structure 33 extends through the tubular passage 83 of the gas inlet 32. It is arranged in a fire resistant liner plug 91 that closes the rear end of the passage 83, the rear end of the central structure 33 extending from the gas inlet 32 to the coolant flow inlet 53 and outlet 55.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 고온에서 제련용 용기 26에 대량의 고온 가스를 주입할 수가 있다. 상기 중심부 구조물 33은 그의 노우즈 부위에 직접적으로 그리고 신속하게 다량의 냉각수를 제공할 수가 있고 노우즈 구성부위 주변의 연속된 냉각작용의 흐름에 따른 냉각수의 강제적인 유동으로 인해 중심부 구조물의 전방 단부로부터의 내우 효과적인 열의 추출을 달성할 수가 있게 된다. 또한 덕트의 선단부에 대한 독립적인 냉각수의 흐름은 랜스의 다른 높은 열 용제 요소들로부터의 효과적인 열의 추출을 가능하게 한다. 한편 덕트에 대하여 하향으로 유동하기 전에 내화성 공간 또는 통로의 두꺼운 벽과 충돌하게 되는 입구에 대해 고온의 공기의 유동을 제공함으로써 내화성의 작은 입자(grit)들로써 오염된 다량의 공기가 랜스의 주요 부위에서 내화성 라이닝 및 열 차폐물의 심각한 부식이 없이 처리될 수 있게 해준다.As described above, the apparatus according to the present invention can inject a large amount of hot gas into the smelting vessel 26 at a high temperature. The core structure 33 can provide a large amount of coolant directly and quickly to the nose portion thereof, and the internal structure from the front end of the core structure due to the forced flow of coolant due to the continuous flow of cooling around the nose component. Effective heat extraction can be achieved. The independent flow of coolant to the tip of the duct also allows for effective extraction of heat from the other high thermal solvent elements of the lance. On the other hand, a large amount of air contaminated with refractory small particles (grits) at the main part of the lance by providing a flow of hot air to the inlet, which will collide with the thick walls of the fire resistant space or passageway before flowing downward to the duct. It allows the fire resistant lining and the heat shield to be treated without severe corrosion.

전술한 실시예는 발명의 더 양호한 이해를 위하여 단지 예를 들어 설명한 것이며, 당해 기술분야의 전문가라면 본 발명의 정신을 이탈함이 없이 어떠한 변경도 가능할 것임을 이해하여야 할 것이다. 따라서 그러한 모든 변경 및 변화들은 본 발명의 영역 내에서 해석되어야 할 것이며, 그것의 성질은 전술한 설명으로부터 결정되어져야 할 것이다.The foregoing embodiments have been described by way of example only for a better understanding of the invention, and it should be understood by those skilled in the art that any changes may be made without departing from the spirit of the invention. Accordingly, all such changes and modifications should be interpreted within the scope of the present invention, and its nature should be determined from the foregoing description.

본 발명은 야금용 용기(노)에 가스를 주입하기 위한 장치에 관한 것으로서, 제련분야에서 이용 가능하다.The present invention relates to an apparatus for injecting gas into a metallurgical vessel (furnace), which can be used in the smelting field.

Claims

Apparatus for injecting gas into a metallurgical vessel, the apparatus comprising:

A gas flow duct configured to extend from the rear end to the front end and to discharge gas therefrom;

A tubular elongated central structure configured to extend from its rear end to the front end in the gas flow duct;

A plurality of flow guide vanes disposed around the tubular central structure adjacent the front end of the duct and configured to provide a vortex to the flow of gas to the front end of the duct, the front end of the central structure and the The front ends of the ducts are configured to cooperate with one another to form one annular nozzle to provide gas flow from the ducts with the vortex made by the vanes;

For providing a flow of cooling water from the rear end thereof to the front end thereof through the central structure and disposed within the tubular central structure such that the cooling water cools the front end internally and then the central portion. And a coolant passage configured to return through the structure to its rear end.

The duct front end has a hollow annular tip structure, and the gas flow duct supplies coolant forward along the duct to the duct tip and returns the coolant along the duct. And cooling water supply and return passages at the tip of the duct.

The device according to claim 1 or 2, wherein the inner peripheral surface of the duct is formed with a lining of a refractory material.

4. The central tubular water flow passage as claimed in any one of claims 1 to 3, wherein the tubular central structure has a central coolant flow passage for providing a flow of coolant forward through the structure directly to its front end. And define an annular coolant flow passage disposed around the central flow passage to return the flow of coolant back from the front end to the rear end of the central structure.

5. The tubular central structure of claim 4, wherein the tubular central structure comprises a central tube providing a central coolant flow passage and an annular coolant flow passage between the tubes including an additional tube disposed around the central tube. Device characterized in that.

6. The core structure of any of claims 1 to 5, wherein the core structure comprises an outer shield for thermal insulation to delay heat transfer from the gas in the gas flow duct to the coolant flow passage of the core structure. Device.

7. The thermal insulation shield of claim 6, wherein the thermal insulation shield is a substantially continuous tube extending from the rear end to the front end of the central structure about an annular air gap disposed immediately adjacent the thermal shield. And an insulating material consisting of a plurality of tubular parts disposed opposite to each other to form a heat shield.

8. The apparatus of claim 7, wherein said air gap is configured to be formed between said additional tube and said tubular heat shield defining an outer wall of an annular coolant return flow passage.

The device of claim 7 or 8, wherein the tubular portions of the heat shield are supported to receive expansion of the longitudinal axis of each portion independently of other tubular portions.

The front end of the central structure comprises a dome shaped nose portion provided with one spiral coolant passage therein, the coolant passageway having a tip (tip) of the nose portion. The nose using a single consistent flow of coolant by receiving coolant from the central coolant flow passages of the central structure while guiding the coolant back into and around the nose in a single flow. And configured to cool the portion.

The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is provided with a gas inlet for injecting hot gas to the rear end of the duct, the gas inlet being aligned with and directly directed to the rear end of the duct. A fire-resistant body defining a tubular first gas passage extending therein and a tubular second gas passage arranged transversely to the first gas passage for receiving a hot gas and for guiding it in the first gas passage. And thus the hot gas and the particles contained therein come into contact with the fire resistant wall of the first passage, and the flow of gas causes a change in direction as it passes from the first passage to the second passage. And configured to:

12. The apparatus of claim 11, wherein the first and second gas flow passages are configured perpendicular to each other.

13. A device according to claim 11 or 12, wherein the tubular central structure is configured to extend rearward over the gas inlet and beyond the gas inlet through the first gas flow passage of the gas inlet means.

14. The system of claim 13, wherein the rear end of the central structure is disposed behind the gas inlet, and the rear end of the central structure is provided with coolant connections for providing a flow of coolant to and from the central structure. Characterized in that the device.

A smelting vessel equipped with a device for injecting a flowing gas under a high temperature condition on top of the vessel,

The apparatus is constructed according to any one of claims 1 to 14, wherein the apparatus is also mounted to the roof of the vessel and the front end of the duct located at the top of the vessel and the gas flow duct disposed on the roof. Smelting vessel, characterized in that configured to extend downward through the roof with a rear end.