KR101024824B1 - Method and device for cooling blowing lances - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 야금 용기에 담긴 액체 금속 용탕의 처리, 특히 선택적으로 환류 탈가스법(RH: Ruhrstahl-Heraues) 용기에 담긴 진공처리된 강철에 사용되는, 그리고/또는 올려지거나 낮춰질 수 있는 용기 내부의 리프트 장치에 의하여 (선택적으로 진공 하에서) 금속 용탕의 가열에 사용되는 취입 랜스를 냉각하는 방법에 관한 것으로, 취입 랜스는 가스 특히 산소를 주입하기 위한 적어도 하나의 내부 가이드 튜브와, 금속 용탕으로의 가스의 취입을 위한 헤드부 끝(headend) 랜스 입구(lance mouth)와, 냉매의 통과를 위해 랜스의 전체 길이 상으로 연장된 냉각 자켓을 구비하며, 냉각 재킷은 이중 벽 자켓 튜브로 형성되고 내부 냉각 통로(inner cooling passage)와 외부 냉각 통로(outer cooling passage)와 헤드부 끝 영역의 방향변경 튜브(rerouting tube)를 가지며, 야금 용기는 진공 펌프에 연결되어 내부 압력을 감소시킨다.The invention relates to the treatment of liquid metal molten metal in metallurgical vessels, in particular for use in vacuumed steel optionally in reflux degassing (RH) vessels and / or inside the vessel which can be raised or lowered. A method of cooling a blow lance used for heating a metal melt (optionally under vacuum) by means of a lift device, wherein the blow lance comprises at least one internal guide tube for injecting gas, in particular oxygen, into the metal melt Headend lance mouth for blowing gas and a cooling jacket extending over the entire length of the lance for the passage of refrigerant, the cooling jacket being formed of a double wall jacket tube and having internal cooling The metallurgical vessel has a vacuum pump with an inner cooling passage, an outer cooling passage and a rerouting tube in the head end region. It is connected to reduce the internal pressure.
본 발명은 또한 야금 용기에 대해 전술한 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것으로, 리프팅 장치에 의하여 용기 내부에 취입 랜스를 삽입하고 회수할 수 있으며, 취입 랜스는 헤드부 끝 랜스 입구를 갖는 내부 가이드 튜브와 냉각 재킷을 적 어도 가지되, 냉각 재킷은 방향변경 통로에 의해 연결된 내부 냉각 통로와 외부 냉각 통로를 구비하며, 야금 용기는 진공 용구(用具, fitting)에 의해 야금 용기에 연결된 펌프에 의해 내용물이 배출된다.The present invention also relates to an apparatus for carrying out the above-described method on a metallurgical vessel, in which a blowing lance can be inserted and withdrawn inside the vessel by a lifting device, the blow lance having an inner guide tube having a head end lance inlet. And at least a cooling jacket, wherein the cooling jacket has an internal cooling passage and an external cooling passage, connected by a redirection passage, wherein the metallurgical vessel is loaded with a pump connected to the metallurgical vessel by means of a vacuum fitting. Discharged.
전술한 유형의 취입 랜스는 기본적으로 기술분야에서 알려져 있다. 냉매는 통상적으로 물이며, 가스 또는 고형물(固形物)을 강철 용탕 상에 취입하는 동안 랜스 헤드부로의 압력 하에 큰 유량으로 랜스를 통해 분출한다. 특히 랜스 헤드부의 끝에서 용액조(溶液槽)의 표면 상의 연소점(burn spot)이 렌스 헤드부를 향해 방사되어 극 고온을 형성하는데, 이는 랜스 헤드부에서의 마멸과 크랙 형성의 전체적인 증가를 야기하며, 그 결과 랜스 헤드부에 형성된 냉각 챔버의 벽 두께가 시간이 흐름에 따라 더 얇아지고 부드러워지며 파열된다. 그러면 새어나온 물은 증발하여 진공 펌프의 흡입 용량을 초과하여, 용기 내의 압력이 극도로 높아질 수 있다.Blown lances of the type described above are basically known in the art. The refrigerant is typically water and is blown through the lance at a high flow rate under pressure to the lance head while blowing gas or solids onto the molten steel. In particular, at the end of the lance head part, a burn spot on the surface of the bath is radiated towards the lance head part to form an extremely high temperature, which causes an overall increase in wear and crack formation in the lance head part. As a result, the wall thickness of the cooling chamber formed in the lance head becomes thinner, softer and ruptures over time. The leaked water can then evaporate and exceed the suction capacity of the vacuum pump, resulting in extremely high pressure in the vessel.
한편으로는 취입 랜스의 가동 중의 물 방출(breakthrough)의 위험을 방지하면서 다른 한편으로는 내부적으로 랜스를 냉각하기 위해, 독일 특허출원 제 DE 35 43 836 C2호에서 제안된 것과 같이, 취입 랜스가 용탕에 잠기는 다른 공정에서, 냉각수로 냉각될 수 있는 교대로 사용되는 두 개의 취입 랜스들이 이용된다. 두 개의 취입 랜스들 중 임의의 시점에 취입 상태에 있어 용탕에 잠겨 있는 것만이 공기로 냉각되고, 임의의 시점에 용탕 외부에 있는 것은 냉각수로 집중적으로 냉각된다. 그러나 두 개의 취입 랜스들을 교대로 사용하는 것은 상대적으로 복잡하다. 따라서 수냉식(water-cooling) 취입 랜스들을 위해, 독일 특허출원 제 DE 35 43 836 C2호에는 랜스 헤드부의 벽과 열접촉 상태인 온도 센서들에 의해 검출된 온도가 물 냉각 및/또는 산소 주입 및/또는 첨가제의 주입 및/또는 용탕 용액조로부터의 랜스 헤드부의 분리를 제어하기 위해 사용되는 것이 제안되어 있다. To prevent the risk of water breakthrough during the operation of the blown lance on the one hand and to cool the lance internally on the other hand, the blown lance is molten as proposed in German patent application DE 35 43 836 C2. In another process submerged, two blown lances are used which are alternately used to cool with cooling water. Only those submerged in the melt in the blown state at any point in the two blow lances are cooled by air, and those outside the melt at any point in time are concentrated by the coolant. However, alternating use of two blow lances is relatively complex. Therefore, for water-cooling blown lances, the German patent application DE 35 43 836 C2 shows that the temperature detected by the temperature sensors in thermal contact with the wall of the lance head part is characterized by water cooling and / or oxygen injection and / or Or it is proposed to be used for controlling the injection of additives and / or the separation of the lance head portion from the melt solution bath.
여태까지는, 취입 랜스의 수냉(water cooling)과 관련된 단점, 즉 랜스의 냉각 재킷의 영역에서 발생한 결함(파열 또는 크랙)과 이와 관련된 용기로의 물의 유입의 경우, 용기 내의 고온의 용해된 금속 상부와 그 상부의 반응 공간에서 증기로 변한 유리(遊離)된 물의 신속한 팽창과 수증기로부터의 수소 가스의 분리 가능성은 제거되지 않았다. 특히 용기 내에 한정된 여유 공간만을 갖는 RH 용기의 경우, 용기 내부 온도가 1800℃까지 도달할 수 있다는 심각한 위험성이 있다. 30m3/h 내지 50m3/h의 유량으로 랜스를 통해 순환하는 냉각수가 증기로 전환될 때에는, 이러한 양의 냉각수가 분출(breakthrough)될 때 만들어진 증기 양에 대한 흡입률의 비율은 1:20 내지 1:100에 달하기 때문에, 현재의 기술 수준에서 사용되는 진공 펌프로는 한정된 양까지만 뽑아내질 수 있다.So far, the disadvantages associated with water cooling of the blown lances, namely defects (ruptures or cracks) in the area of the cooling jacket of the lances and the ingress of water into the vessels associated with them, are characterized by The rapid expansion of the freed water, which turned to steam in the reaction space above it, and the possibility of separation of hydrogen gas from water vapor were not eliminated. In particular for RH containers having only a limited free space in the container, there is a serious risk that the temperature inside the container can reach 1800 ° C. When the cooling water circulating through the lance is converted to steam at a flow rate of 30 m 3 / h to 50 m 3 / h, the ratio of the suction rate to the amount of steam produced when this amount of cooling water breakthrough is 1:20 to At 1: 100, only a limited amount of vacuum pumps can be used with current vacuum pumps.
RH 용기에서, 장치의 관점으로부터, 융해된 강철까지 연장된 두 개의 잠기는 또는 올라가는 튜브들[사이펀 튜브들]은 사이펀(syphon)같은 클로저(closure)를 형성하는데, 압력 경감 개구부(확장 플랩(expansion flap))를 도입하는 것이 가능하지 않기 때문에, 이러한 상황 하에서 클로저는 하나의 압력 균등화 개구부로 작용한다. 산소 랜스의 결함을 통한 RH 용기로의 물 분출(breakthrough)의 경우 바람직하지 않은 상황들이 계속될 때, 뒤따르는 팽창은 대략 14×105Pa의 최종 팽창 압력에 도달할 수 있다. 2×107Pa/s의 팽창 속도와 오직 사이펀 튜브들을 통한 압력 경감의 경우, 많은 양의 융해된 강철이 장치를 둘러싸는 영역으로 강제적으로 배출될 수 있다.In the RH vessel, from the point of view of the device, two submerged or raised tubes (siphon tubes) extending to the molten steel form a siphon-like closure, a pressure relief opening (expansion flap). Since it is not possible to introduce)), under these circumstances the closure acts as one pressure equalization opening. In case of unfavorable situations in case of water breakthrough to the RH vessel through the defect of the oxygen lance, the subsequent expansion can reach a final expansion pressure of approximately 14 × 10 5 Pa. In the case of an expansion rate of 2 × 10 7 Pa / s and pressure relief only through the siphon tubes, a large amount of molten steel can be forced out of the area surrounding the device.
본 발명의 목적은, 랜스로부터의 냉각 재킷 누출의 경우 전술한 결점이 제한되고 조작자의 안전이 개선되며 전체 장치가 더욱 안전하게 되도록 하기 위해, 서두에 언급된 유형의 방법을 더욱 발전시키는 것이다.It is an object of the present invention to further develop the method of the type mentioned at the outset in order to limit the above-mentioned drawbacks in case of cooling jacket leakage from the lance, to improve the safety of the operator and to make the whole apparatus safer.
이러한 목적은 제1 발명에 따른 방법에 의해 달성된다. 그것의 제 1 특징은 냉매로서 가스를 이용하는 것인데, 이것에 의해 랜스의 결함의 경우 누출된 냉매의 양을 극도로 감소시킬 수 있다. 사전에 행해진 계산은, RH 용기내에서 1×104 내지 2×104Pa의 압력 하에서의 산소 취입 공정의 경우 1000kg/h의 냉각 증기 분출로 충분하며, 70Pa 내지 4×103Pa의 압력 하에서의 VCD (vacuum circulation degassing)조작의 경우 360kg/h의 냉각 증기 분출로 충분하다는 것을 보여주었다. 이 양의 증기는 냉각수로 이루어질 수 있는 장치와 비교하여 매우 감소된 것이며, 랜스의 크랙의 경우 또는 랜스의 파열의 경우 용기 내에서의 위험한 팽창을 만들지 않고 특별한 기술 없이도 흡입 펌프로 즉시 흡입될 수 있다. 발생한 스팀의 양에 대한 (진공) 펌프의 흡입력의 비율은 대략 2:1 내지 6:1에 이르며, 그에 따라 사이펀 튜브를 통한 팽창을 수반하는 증기 발달이 효과적으로 방지된다. 본 발명의 다른 특징은 펌프의 집중적으로 이용할 수 있는 흡입력에 의해 냉매로 사용되는 가스의 유량이 제어된다는 데 있다. 만일 펌프의 흡입력이 감소하거나 더 작거나 다른 이유로 작다면, 냉각 가스 유동이 이에 대응하여 최소화되어, 파손될 경우 배출되어야만 하는 냉각 가스 양에 대한 펌프의 흡입력의 비율이 충분하도록 1 이상으로 유지될 것이다.This object is achieved by the method according to the first invention. Its first feature is the use of gas as the coolant, which can dramatically reduce the amount of leaked coolant in the case of a defect in the lance. Preliminary calculations indicate that a 1000 kg / h cooling steam jet is sufficient for the oxygen blowing process under a pressure of 1 × 10 4 to 2 × 10 4 Pa in a RH vessel, and VCD under a pressure of 70 Pa to 4 × 10 3 Pa In the case of vacuum circulation degassing, 360 kg / h of cooling steam jet was shown to be sufficient. This amount of steam is significantly reduced compared to a device that can be made of cooling water, and in the case of a crack in the lance or a rupture of the lance does not create a dangerous expansion in the vessel and can be immediately aspirated by the suction pump without special technology. . The ratio of the suction power of the (vacuum) pump to the amount of steam generated is approximately 2: 1 to 6: 1, whereby steam development accompanied with expansion through the siphon tube is effectively prevented. Another feature of the present invention is that the flow rate of the gas used as the refrigerant is controlled by the intensively available suction force of the pump. If the suction power of the pump decreases or is smaller or smaller for other reasons, the cooling gas flow will be minimized correspondingly so that the ratio of the suction power of the pump to the amount of cooling gas that must be discharged in case of breakage will remain at least one.
제2 발명 내지 제8 발명에서 다른 특징이 설명되어 있다.Other features have been described in the second to eighth inventions.
본 발명의 방법의 다른 특징에 따라, 즉시 이용할 수 있는 펌프 흡입률(instantaneously available pump suction rate)은 부가적으로 랜스 유입(lance feed)을 제어하는데, 그것에 의해 바람직하게는 랜스 냉각을 위해 유입된 양과 소비된 양의 차이를 측정하여, 랜스 유입이 가스 유입을 즉시 차단시킬 수 있다. 제 1 특징은 랜스가 용액조의 표면에 접근함에 따라 급격한 온도 상승에 의해 랜스가 더 손상되는 것을 방지하는 기능을 한다. 다른 특징은 그때 랜스의 냉각 재킷 내에 존재한 가스의 양만이 흘러나올 수 있다는 것을 확실하게 한다.According to another feature of the method of the present invention, the instantaneously available pump suction rate additionally controls the lance feed, whereby preferably the amount introduced for lance cooling By measuring the difference in the amount consumed, the lance inlet can immediately block the gas inlet. The first feature serves to prevent further damage to the lance by rapid temperature rise as the lance approaches the surface of the solution bath. Another feature ensures that only the amount of gas present in the lance's cooling jacket can flow out.
바람직하게는 과열 증기(superheated steam)가 냉매로 사용되는데, 특히 물의 끓는점보다 20℃ 더 가열된 과열 증기가 사용된다. 증기로 냉각하기 위해서는, 부피 유량이, 현재의 기술 수준에 따라 사용되는 다른 냉매, 특히 질소나 아르곤에 대응할 것이다. 냉각에 필요한 작은 부피 유량 때문에, 냉각 통로의 폭은 최소화될 수 있다.Preferably superheated steam is used as the refrigerant, in particular superheated steam heated 20 ° C. above the boiling point of water. For cooling with steam, the volume flow rate will correspond to other refrigerants used, in particular nitrogen or argon, depending on the state of the art. Because of the small volume flow rate required for cooling, the width of the cooling passages can be minimized.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 산소 취입 중, 냉매는 내부 냉각 통로로 유입되며 외부 냉각 통로를 통해 배출된다. 이것은 최대의 열 흡착과 함께, 랜스로 유입된 과열 증기가 외부 냉각 채널 또는 외부 냉각 통로의 영역에서 랜스로부터 직접적으로 배출되는 것을 확실하게 한다. 더욱이, 랜스는, 내부 가이드 튜브를 따라 흐르고 따라서 이미 가열된 상태인 용기 내의 강철 용탕에 취입되는 증기 양에 의해 내부 가이드 튜브를 통해 유입된 산소가 가열된다는 장점을 갖는다. 그 결과, 용해된 강철에서의 온도 손실이 감소되며, 산소 취입 탈탄소화 중 더욱 강렬한 탄소 반응이 일어나고, 산소 효율 또는 이용이 개선될 뿐만 아니라 화학 가열 중 더욱 강렬한 알루미늄 반응이 일어나며, 그리고 최종적으로 산소 소비량이 감소한다. According to another feature of the invention, during oxygen injection, the refrigerant is introduced into the internal cooling passage and discharged through the external cooling passage. This, with maximum heat adsorption, ensures that the superheated steam entering the lance is discharged directly from the lance in the region of the external cooling channel or external cooling passage. Furthermore, the lance has the advantage that the oxygen introduced through the inner guide tube is heated by the amount of steam flowing along the inner guide tube and thus blown into the molten steel in the vessel which is already heated. As a result, the temperature loss in the molten steel is reduced, more intense carbon reactions occur during oxygen blow decarbonization, not only oxygen efficiency or utilization is improved, but also more intense aluminum reactions during chemical heating, and finally oxygen consumption This decreases.
VCD 조작 중의 흡입 상태들 사이에서 랜스가 상부 지점에 위치하는 경우, 증기가 외부 냉각 통로 또는 냉각 재킷의 채널을 통해 유입되고 발열단(heat end) 에서 방향변경된 후 내부 냉각 채널 또는 내부 냉각 통로를 통해 배출되는 것에 제공된다. 이 경우 랜스 주변 온도가 산소 취입 조작 중의 온도보다 더 작은 한도에서, 냉각 재킷에의 증기 공급은, 외부 냉각 채널 또는 외부 냉각 통로의 영역을 초기에 가열함으로써, 냉각 채널 또는 냉각 통로의 영역에서 결과적으로 증기가 냉각되어 응축액이 형성되는 것이 방지되는 것을 확실하게 한다.If the lance is located at the upper point between suction states during VCD operation, steam is introduced through the channels of the external cooling passages or cooling jackets and redirected at the heat end and then through the internal cooling channels or internal cooling passages. Provided for discharge. In this case, to the extent that the lance ambient temperature is smaller than the temperature during the oxygen blowing operation, the steam supply to the cooling jacket initially heats the region of the external cooling channel or the external cooling passage, thereby consequently in the region of the cooling channel or the cooling passage. It is ensured that the steam is cooled to prevent condensate from forming.
냉각 재킷의 과열을 방지하고 서로 다른 랜스 통로 및 조작 조건에 대해 요구되는 냉매의 양을 최적화하기 위해, 본 발명의 다른 특징은, 냉각 재킷에 유입되는 냉매 즉 증기 또는 수증기의 양이 랜스의 외부 재킷에서 및/또는 그 순간의 랜스 위치에서 측정된 온도에 의존하여 제어되는 것을 제공한다. 랜스의 헤드부 영역에서 발생하는 응축액 형성을 방지하기 위해, 랜스는 초기에 냉각되지 않고 그 작동 개시시 예열되고, 랜스는 이미 가열된 야금 용기에 삽입되며, 그 후에만 증기 냉각이 시작된다.In order to prevent overheating of the cooling jacket and to optimize the amount of refrigerant required for different lance passages and operating conditions, another feature of the present invention is that the amount of refrigerant entering the cooling jacket, i.e. steam or water vapor, is the outer jacket of the lance. Control depending on the temperature measured at and / or at the lance position at that moment. In order to prevent condensate formation occurring in the head region of the lance, the lance is not initially cooled but is preheated at the start of its operation, the lance is inserted into an already heated metallurgical vessel, and only after that steam cooling begins.
증기의 사용에서, 냉매로서 바람직하게는 적어도 7×105Pa의 압력으로 160℃ 내지 210℃의 온도에서 제공된다.In the use of steam, the refrigerant is preferably provided at a temperature of 160 ° C. to 210 ° C. at a pressure of at least 7 × 10 5 Pa.
본 발명의 목적은 제9 발명에 따른 장치로 더 달성되는데, 그 장치는, 냉매로 작용하는 가스의 전체 유동(throughflow)을, 그 순간의 랜스 위치와, 이용가능한 진공 펌프의 흡입력과, 랜스의 외부 벽 온도의 함수로서 조정하는 제어 유니트를 포함한다. 바람직하게는 제어 유니트를 통해 랜스 유입 역시 조정된다. 랜스의 온도 부하 및 그로 인한 실질적인 마멸 작용을 더 양호하게 검출할 수 있도록, 취입 랜스 헤드 및 취입 랜스의 외부 벽에는 서로 다른 종방향 축 간격으로 측정 센서들이 배열되고, 이 측정 센서들은 제어 유니트로 연결된다. 측정된 온도에 따라, 제어 유니트를 통해 냉매의 유량이 증가 또는 감소될 수 있다. 랜스 헤드의 영역 내의 냉각 통로 내에 응축액 형성을 방지하기 위해, 바람직하게는 응축액 분리기가 제공되고, 냉매가 취입 랜스의 냉각 통로 내로 유입되기 전에 응축액 분리기를 통해 안내된다.The object of the present invention is further achieved with a device according to the ninth invention, which comprises the overall flow of gas acting as a refrigerant, the lance position at that moment, the suction power of the available vacuum pump, A control unit that adjusts as a function of external wall temperature. The lance inlet is preferably also adjusted via the control unit. In order to better detect the temperature load of the lance and the resulting abrasion effect, the measuring lances are arranged at different longitudinal axial spacings on the blowing lance head and the outer wall of the blowing lance, which are connected to the control unit. do. Depending on the measured temperature, the flow rate of the refrigerant through the control unit can be increased or decreased. In order to prevent condensate formation in the cooling passages in the region of the lance head, a condensate separator is preferably provided and guided through the condensate separator before the refrigerant enters the cooling passages of the blown lance.
냉각 통로를 향해 있는 외부 냉각 재킷 튜브의 내부 표면이 냉각 통로 또는 냉각 채널 내에 방사상으로 돌출한 리브를 가질 때, 개선된 열 흡착이 보장된다.Improved heat adsorption is ensured when the inner surface of the outer cooling jacket tube facing the cooling passages has radially projecting ribs in the cooling passages or cooling channels.
바람직하게는 랜스의 입구는 라발노즐(Laval nozzle)로 구성된다.Preferably the inlet of the lance consists of a Laval nozzle.
구현예 뿐만 아니라 본 발명의 다른 장점이 도면에 도시되어 있다.Embodiments as well as other advantages of the invention are shown in the drawings.
도 1은 취입 랜스의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross sectional view of a blown lance;
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
도 3은 제어 유니트의 개략적인 도시를 포함하는, 랜스가 도입된 RH 용기의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the RH vessel in which the lance is introduced, including a schematic illustration of the control unit.
도 4 내지 7은 서로 다른 랜스 위치를 갖는 또는 서로 다른 작동 상태인 RH 용기들의 각각의 단면도들이다.4 through 7 are cross-sectional views of respective RH vessels having different lance positions or in different operating states.
도 8 내지 11은 공정 조건 하에서 도 4 내지 7에 따라 계산된 온도의 각각의 시간-온도 그래프들이다.8 to 11 are respective time-temperature graphs of temperatures calculated according to FIGS. 4 to 7 under process conditions.
기본적으로 기술분야에서 알려져 있는 랜스(10)는 헤드부 끝에서 노즐(20)로, 바람직하게는 랜스 입구(12)에서 라발 노즐 개구(Laval nozzle open)로 끝나는 내부 가이드 튜브(11)를 구비한다. 이 내부 가이드 튜브를 통해 가스, 특히 산소가 유입될 수 있다. 내부 가이드 튜브(11)는 냉각 재킷(13)으로 둘러쌓여 있는데, 이는 내부 공간이 내부 가이드 튜브(11)를 둘러싼 내부 냉각 통로(15)와 외부 냉각 통로(16)로 삽입된 방향변경 튜브(14)에 의해 세분된 외부 관 모양 냉각 재킷 튜브(13a)를 갖는다. 방향변경 튜브(14)는 랜스(10)의 헤드부 영역까지 뻗어 있으나 노즐(20) 전에 끝나며, 그래서 방향변경 영역(17)은 내부 냉각 통로(15)와 외부 냉각 통로(16) 사이를 연결하는 것으로 형성된다. 각각의 두 냉각 통로(15, 16)는 유입구와 배출구 사이의 원하는 냉매 유동 방향에 의존하여 서로 바뀔 수 있는 각각의 개구(18)를 가지고 랜스의 기저부 끝(foot end)에서 연결되어 있다.Basically known in the art, the
도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 재킷을 통과하는 냉매로의 열 전달을 증진시키기 위해, 냉각 통로(16) 방향으로 향해진 냉각 재킷 튜브(13a)의 표면은 냉각 통로(16)로 방사상으로 돌출된 리브들(19)을 갖도록 형성된다.As shown in FIG. 2, in order to promote heat transfer to the refrigerant passing through the cooling jacket, the surface of the cooling
랜스를 작동 가능 상태로 냉각시키기 위해, 후에 더욱 자세히 설명되는 것과 같이, 바람직하게는 끓는 점보다 20℃ 내지 50℃ 더 가열된 과열 증기인 냉각 가스가 냉각 재킷(13)의 냉각 통로들(15, 16)을 통해 유입된다. 랜스의 냉각 재킷의 냉각 채널에서의 응축액 형성을 방지하기 위해, 내부 냉각 통로(15)와 외부 냉각 통로(16) 사이에서 증기의 유입과 배출의 반대 스위칭(cross switching)이 이루어질 수 있다. 따라서 예컨대 산소 취입 조작 중의 랜스의 온도가 더 높아질 경우, 냉각 증기의 유입은 내부 냉각 통로(15)와 연결된 개구(18)를 통해 영향받아, 증기는 초기에 내부 가이드 튜브(11)를 따라 냉각 재킷(13)의 방향변경 영역(17)으로 흐르며 여기로부터 관 모양 재킷(13)에서 용기의 반응 공간을 감싸는 랜스와 접하고 있는 외부 냉각 통로(16)를 통해 나간다. 그러나 만일 랜스가 개개의 부하들의 처리 단계들 사이에서 상부 지점에 위치한다면, 냉각 재킷(13)상에의 열 영향은 의미심장하게 줄어들 것이다. 이 경우 증기는 초기에 외부 냉각 통로(16)로 취입된다. 증기는 내부 냉각 채널과 그것의 헤드부측 방출 개구(18)를 통해 방출된다. 대응하는 유동이 VCD 조작의 경우에도 적용된다.In order to cool the lance to an operable state, as described in more detail later, the cooling gas, which is a superheated steam, preferably heated 20 ° C. to 50 ° C. more than the boiling point, is provided with
개시 조작(start-up operation)에도 동일하게 적용되는데, 즉 랜스가 차갑고 초기에 증기 냉각 없이 랜스(10)가 야금 용기(200) 내로 유입되어 랜스를 가열할 때도 적용된다. 동일한 냉각 유입이 랜스를 예열한 직후 전환된다.The same applies to the start-up operation, ie when the lance is cold and initially lance 10 is introduced into the
도 3에 더 자세히 도시된 바와 같이, 야금 용기(200)는 레이들(23, ladle)을 채운 금속 용탕(29)에 삽입된 침수 또는 침지(浸漬) 튜브 또는 사이펀 튜브(21)를 가질 수 있다. 야금 용기(200)는 연결 부품(22)을 통한 펌프(30)에 의하여 내용물이 배출될 수 있다. 펌프(30)와 랜스 구동장치(24)는 제어 유니트(27)와 연결되어 있다. 그 순간의 랜스 위치를 결정하기 위해, 인코더(25)가 구비되어 있다.As shown in greater detail in FIG. 3, the
더욱이, 서로 다른 종방향 축 간격으로 랜스 재킷을 따라, 그리고 랜스 입구에, 온도 센서들이 구비되어 있는데, 도 3에는 오직 하나의 온도 센서(26)가 도시되어 있다. 이 센서와 다른 온도 센서들에서 측정된 온도는 제어 유니트(27)에 전달된다. 제어 유니트(27)는, 펌프(30)의 흡입력과 온도 센서에서 측정된 온도의 함수로, 제어기(28)를 통해 재킷으로 유입된 냉각 가스량을 제어한다. 유량을 측정하는 장치(미도시)가 구비될 수 있는데 이것은 냉각 증기가 공급되는 비율을 탐지할 수 있으며, 임의의 편향(deviation)은 누출이 존재한다는 징조로 작용하여 제어 유니트(27)로 신호를 전달한다. 누출의 경우, 랜스 유입 및 추가적인 냉각 가스 공급을 중단하거나, 야금 용기(200)로부터의 랜스 회수를 시작한다.Moreover, along the lance jacket and at the lance inlet at different longitudinal axial spacings, temperature sensors are provided, in which only one
도 4는 야금 용기(200)로 삽입된 랜스를 도시한다. 도시된 상태에서, 용기 내부의 압력은 표준 또는 정상이며, 즉 펌프(30)는 작동하지 않는다. 내부 가이드 튜브(11)와 냉각 통로들(15, 16)에는 모두 아직 가스가 공급되지 않는다. 이러한 가정 하에서 실제 적용에서 용기 내부 공간의 온도는 1500℃의 온도(Ti)에 이른다. 최초 2분 내에 랜스에서 측정된 온도들(T1, T2, T3, T4)이 도 8에 도시되어 있다. 실제 적용에서 랜스의 헤드부에서 1060℃에 이르는 온도 증가가 측정될 수 있다. 2분 후, 증기 냉매가 작동되어 160℃의 온도와 7×105Pa의 압력으로 증기가 공급된다. 랜스 헤드부에서 측정된 온도들(T1, T2)은 260℃ 및 215℃로 낮아진다. 냉각 통로들(15, 16)을 통해 유입된 증기의 양은 대략 179kg/h에 이른다.4 shows a lance inserted into a
도 5는 산소 취입 조작 중의 랜스(10)를 도시한다. 용기 내부의 압력은 2×104Pa이고 온도(Ti)는 1800℃에 이른다. 내부 가이드 튜브(11)를 통해 산소가 예컨대 1000 Nm3/h의 양으로 입구 상으로 취입된다. 랜스 냉각 중, 160℃의 온도인 7×105Pa의 압력의 증기가 사용된다. 온도(T1, T2, T3, T4) 변화와 증기 배출구 온도가 도 9에 도시되어 있다.5 shows the
도 6은 VCD 공정 중, 즉 내부 가이드 튜브(11)를 통한 산소 유입 없이 야금 용기(200)로 유입된 랜스를 도시한다. 용기 내부 내에서 조정된 압력은 70Pa 내지 4×103Pa 사이이다. 랜스는 (7×105Pa, 160℃의) 증기로 냉각된다. 용기 내의 내부 온도 T1은 1200℃에 이르렀다. 냉각 통로들(15, 16)을 통과하는 증기의 양은 360kg/h에 이르렀다. 온도 T1 내지 T4의 변화와 증기 방출 온도 TDA은 도 10으로부터 알 수 있다. FIG. 6 shows the lance introduced into the
도 7은 상부 지점에 위치한 랜스를 도시한다. 야금 용기(200)는 용탕에 잠긴 사이펀 튜브를 갖는다. 도 11로부터 알 수 있듯이, 증기 배출양이 1464kg/h에 이르는 동안, 잠긴 랜스의 온도는 짧은 시간 동안 20℃ 내지 160℃ 또는 200℃를 나타낸다.7 shows a lance located at an upper point. The
각각의 설명되고 조사된 조작 상황들은, 산소 취입 공정 중, 0.5×104Pa 내지 2×104Pa의 압력, 1000kg/h의 증기 냉매 배출양, 그리고 VCD 조작 중의 70Pa 내지 4×103Pa의 진공 하에서의 조작은 360kg/h의 증기 냉매 배출량을 가질 수 있음을 보여준다. 액체 물 냉각과 비교하여, 매우 작은 증기 양이 사용되며, 랜스의 크랙 또는 파열의 경우 생성되어 진공 펌프에 의해 안전하게 배출되지 않는 것이 방지되어, 즉 야금 용기(200) 내에서 위험한 팽창이 발생하지 않는다.Each of the described and investigated operating situations includes a pressure of 0.5 × 10 4 Pa to 2 × 10 4 Pa, an amount of vapor refrigerant discharge of 1000 kg / h, and a vacuum of 70 Pa to 4 × 10 3 Pa during VCD operation. The operation under shows that it can have a vapor refrigerant emissions of 360 kg / h. In comparison to liquid water cooling, very small amounts of steam are used and are prevented from being generated and safely discharged by the vacuum pump in the case of cracks or rupture of the lance, ie no dangerous expansion occurs in the
유동과 압력 측정에 의한 유입 증기량과 배출 증기량 사이의 차이 측정, 공급과 배출 라인은 어떠한 랜스 누출이라도 즉시 나타낸다. 랜스의 상부 지점에서의 응축액 형성을 방지하기 위해, 증기 유동 방향은 밸브들의 전환에 의해 반대가 된다(뒤바뀐다).The measurement of the difference between the incoming and outgoing vapor volume by flow and pressure measurement, and the supply and discharge lines immediately indicate any lance leaks. To prevent condensate formation at the upper point of the lance, the vapor flow direction is reversed (inverted) by the switching of the valves.
랜스에 크랙이 발생하거나 랜스가 파열될 경우 누출되는 냉매의 양을 종래보다 현저히 감소시킴으로써, 더욱 안전한 랜스 제조분야에 이용될 수 있다.When the lance is cracked or the lance ruptures, the amount of refrigerant leaking is significantly reduced than before, so that the lance can be used in a safer lance manufacturing field.
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