KR101186484B1 - 고체미립자 물질을 용기에 주입하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

용기(11) 및 용기 배럴(16)의 벽에 있는 개구를 통해 용기의 내부 공간으로 뻗어나가는 고체 주입 랜스(27a)를 포함하는 제련 장치를 개시한다. 랜스(27a)는 고체 미립자 물질이 통과하여 용기로 들어가는 중앙 코어 튜브(31) 및 상기 중앙 코어 튜브(31)의 길이의 상당 부분에 걸쳐서 그것을 감싸는 환형 냉각 자켓(32)을 포함한다. 랜스(27a)는 냉각 자켓(32)의 둘레로 뻗고 냉각 자켓의 약 2배의 직경인 튜브부(60)를 포함하는 장착 구조물(60)을 구비한다. 튜브부(60)는 용기로부터 바깥쪽으로 뻗도록 용기 배럴(16)의 쉘(16a)에 용접된 튜브형 랜스 장착 브라켓(62) 내에 장착된다. 랜스는 튜브부(60) 및 튜브형 브라켓(62) 상의 플랜지들(63, 65) 사이에 작용하는 클램핑 볼트(66)에 의해, 튜브부(60)의 전단이 용기 배럴(16)의 내화 라이닝(16b)의 내면과 동일 평면을 이루도록 장착 브라켓(62) 내에 고정된다. 클램핑 볼트를 풀고 플랜지들(63, 65) 사이의 스페이서 링(67)을 제거하면, 랜스(27a)는 랜스의 철거가 가능하도록 슬래그 부착물을 깨기 위해 튜브형 브라켓(62) 내에서 슬라이딩함으로써 안쪽으로 일정 거리 이동될 수 있다.

랜스, 장착부, 내화재, 직접 제련 공정

Description

고체미립자 물질을 용기에 주입하기 위한 장치{APPARATUS FOR INJECTING SOLID PARTICULATE MATERIAL INTO A VESSEL}

본 발명은 고체 미립자 물질을 용기에 주입하기 위해 용기 내로 뻗어나가는 야금 랜스를 제공한다. 이러한 종류의 장치는 용융 금속을 생산하기 위한 제련 용기, 예를 들어 직접 제련 공정에서 사용되는 것과 같은 용탕의 제련 용기로 야금 공급 물질을 주입하기 위해 쓰일 수 있다.

용융 금속층을 반응 매체로서 이용하고, 통상 하이스멜트 공정이라고 불리는 알려진 직접 제련 방법은 본 출원인의 국제특허출원 PCT/AU/96/00197 (WO 96/31627)에 설명되어 있다.

상기 국제특허출원에서 설명된 하이스멜트 공정은:

(a) 용기에 용융 철 및 슬래그의 용탕(bath)을 형성하는 단계;

(b) 용탕에 i) 전형적으로 산화 금속인 금속 공급 물질, ii) 전형적으로 석탄인, 산화 금속의 환원제 및 에너지원으로서 작용하는 고체 탄소질 물질을 주입하는 단계;

(c) 금속층에서 금속 공급 물질을 금속으로 제련하는 단계를 포함한다.

"제련"이라는 용어는 여기서 액체 금속을 생산하기 위해 산화 금속을 환원하 는 화학반응이 일어나는 열 공정을 의미하는 것으로 이해된다.

하이스멜트 공정은 또한 용탕으로부터 배출된 CO와 H₂ 같은 반응가스를 산소 함유 가스와 함께 용탕 위의 공간에서 후연소 하는 단계 및 후연소로부터 생성된 열을 용탕으로 전달하여 금속 공급 물질을 제련하기 위해 필요한 열 에너지에 기여하도록 하는 단계를 또한 포함한다.

하이스멜트 공정은 또한 용탕의 공칭 정지 표면 위에 전이 구역을 형성하는 단계를 포함하는데, 전이 구역에서는 용융 금속 및/또는 슬래그의 상당한 양의 상승 후 하강하는 방울(droplets) 또는 튐(splashes) 또는 흐름(streams)이 있어 용탕 위에서 반응 가스의 후연소에 의해 생성된 열 에너지를 용탕으로 전달하는 효과적인 매체를 제공한다.

하이스멜트 공정에서, 금속 공급 물질과 고체 탄소질 물질은 용기의 하부에 있는 금속층 안으로 고체 물질을 운반하기 위해 제련 용기의 측벽을 통과해 용기의 하부 구역 안으로 아래쪽 안쪽으로 뻗어나가도록 수직에 대해 기울어진 복수의 랜스/송풍구를 통해 주입된다. 랜스들은 제련 용기 내의 약 1400^oC의 작동 온도를 견뎌야만 한다. 각 랜스는 따라서 이러한 혹독한 환경에서 성공적으로 작동되기 위해 내부 강제 냉각 시스템을 가져야만 하고 상당한 국소적인 온도 변화를 견뎌낼 수 있어야만 한다.

미국특허 제6,398,842호는 이러한 조건 하에서 효과적으로 작동할 수 있는 한 유형의 랜스를 개시한다. 그런 구성에서, 고형의 미립자 물질은 외부 환형 냉각 자켓 안에 딱 맞게 끼워진 중앙 코어 튜브를 통과하고, 상기 코어 튜브의 전단은 냉각 자켓의 전단을 통해 그것을 지나서 야금 용기로 뻗어나간다.

공장에서 제련 작업 후의 일시 조업 정지 중에 용기 내 랜스 및 용기 벽의 인접 부위 상의 슬래그의 부착물은 랜스를 철거하는 것을 매우 어렵게 만든다는 것이 작동 중에 발견되었다. 특히, 슬래그가 랜스와 용기의 벽 사이에서 결합을 형성하고, 랜스 상의 슬래그 부착물이 철거할 필요가 있는 랜스를 빼낼 개구보다 클 수 있어서, 슬래그 파괴 장비를 용기 내로 가져갈 수 있을 만큼 충분히 용기를 냉각시키는 것을 기다릴 필요가 있다. 본 발명은 랜스의 철거를 용이하게 하는 변형된 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 제련 장치를 제공하는데, 상기 장치는 용기의 내부 공간을 감싸는 쉘을 가지는 제련 용기 및 용기 쉘의 개구를 통해 용기의 내부 공간으로 뻗어나가는 고체 주입 랜스를 포함하고, 상기 고체 주입 랜스는 고체 미립자 물질이 통과해 용기로 들어가는 중앙 코어 튜브 및 상기 중앙 코어 튜브의 길이의 상당 부분에 걸쳐서 그것을 감싸고 냉각수가 통과해 흐르기 위한 내부 유수로가 구비된 환형 냉각 자켓을 구비하며, 여기서 상기 고체 주입 랜스는 랜스의 전단으로부터 뒤로 이격된 위치에서 환형 냉각 자켓의 둘레로 뻗어서 그 위치에서 랜스의 앞쪽으로 뻗은 부분에 비해 큰 단면적을 가지는 랜스 구획을 형성하는 환형 랜스 장착부를 더 구비하고, 용기 쉘에는 상기 개구 둘레로 용기로부터 바깥쪽으로 뻗은 랜스 장착 튜브가 구비되며, 상기 랜스 장착부는 상기 장착 튜브 내에 수용되고 쉘의 개구 안으로 또는 그것을 통과해 뻗어나간다.

쉘의 상기 개구를 통해 뻗어나가는 랜스 장착부의 전단에 랜스를 랜스 장착 튜브에 고정할 수 있는 탈착가능한(releasable) 고정수단이 있을 수 있다.

용기 쉘은 내부가 내화재로 라이닝되어 용기의 내면을 형성할 수 있고, 랜스 장착부의 전단은 쉘 개구를 통해 전단이 상기 내면의 내화재와 거의 동일 평면을 이루도록 뻗어나간다.

용기의 내면은 용기 벽에 장착된 수냉각 내화재 패널의 표면일 수 있다.

랜스 장착 튜브는 용기 벽의 수직부분으로부터 바깥쪽 위쪽으로 뻗어나갈 수 있고, 장착 구획의 전단은 랜스의 중앙 장축에 대해 일정 각도로 기울어져서 용기의 수직의 내면과 동일 평면을 이룰 수 있다.

환형 장착부는 랜스의 환형 냉각 자켓 외측 직경의 적어도 1.5배의 외측 직경을 가질 수 있다. 이것은 냉각 자켓 직경의 약 2배일 수 있다.

탈착가능 고정 수단은 그것을 풀었을 때 장착 튜브 내에서 랜스의 장착부를 슬라이딩함으로써 랜스를 용기의 안쪽으로 일정거리 움직일 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명은 또한 야금 용기 및 용기에 고체 물질을 주입하기 위한 하나 이상의 고체 주입 랜스를 포함하는 직접 제련 설비를 작동하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 개구에 들어맞는 크기의 랜스 장착부로써 용기 내의 랜스의 개구에 들어가는 부분의 단면적보다 큰 크기의 개구를 통해 용기의 내부로 뻗어나가도록 각 랜스를 위치시키는 단계, 용기 내에서 제련 작업을 수행하여 슬래그가 랜스 및 용기의 내벽에 부착되도록 하고, 제련 작업의 마지막에 개구 주변의 슬래그 부착물을 깨기 위해 랜스의 장착부를 용기의 안쪽으로 움직이는 단계 및 랜스를 개구를 통해 철거하는 단계를 포함하여 랜스를 제거하는 단계를 포함한다.

랜스 장착부는 용기로부터 바깥쪽으로 뻗은 랜스 장착 튜브 안에 장착될 수 있으며, 랜스의 장착부 및 장착 튜브 사이에 휴대용 유압 동력 장치를 적용함으로써 랜스를 안쪽으로 옮길 수 있다.

본 발명을 더 자세히 설명하기 위해, 첨부된 도면을 참고하여 특정 실시예가 이제 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 구축된 고체 주입 랜스를 합체한 야금 용기의 수직 단면도이다.

도 2는 용기 내로 석탄을 주입하기 위한 고체 주입 랜스 중의 하나를 통과하는 장축 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 랜스의 후방부를 통과하는 단면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 랜스의 내부 코어 튜브 조립체의 부분을 통과하는 장축 단면도이다.

도 5는 용기 내로 고온 광석 물질을 주입하기 위한 랜스를 통과하는 장축 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 랜스의 후방부를 통과하는 단면도이다.

도 7은 용기 벽의 내면에 장착된 수냉각 패널을 통해 뻗은 변형된 주입 랜스 를 도시한다.

도 1은 국제특허출원 PCT/AU96/00197에 설명된 것과 같은 하이스멜트 공정에 의해 작동되기에 적합한 직접 제련 용기를 도시한다. 야금 용기는 전체적으로 11로 표시되어 있고, 내화벽돌로 형성된 측부(13) 및 바닥(12); 노(hearth)의 측부로부터 위쪽으로 뻗어나가고 상부 배럴 구역(15) 및 하부 배럴 구역(16)을 포함하는 대략 원통형인 배럴을 형성하는 측벽(14); 지붕(17); 배기가스 출구(18); 용융 금속을 지속적으로 배출하기 위한 전로(19); 및 용융 슬래그를 배출하기 위한 탭홀(21)을 포함하는 노를 가진다.

사용시에, 용기는 용융 금속층(22) 및 상기 금속층(22) 위의 용융 슬래그층(23)을 포함하는 철과 슬래그의 용탕을 담고 있다. 도면 부호 24로 표시된 화살표는 금속층(22)의 명목상 정지 표면의 위치를 나타내며, 도면 부호 25로 표시된 화살표는 슬래그 층(23)의 명목상 정지표면의 위치를 나타낸다. "정지 표면"이라는 용어는 여기서 용기로의 가스나 고체의 주입이 없을 때의 표면을 의미하는 것으로 이해된다.

용기에는 용기의 상부 구역으로 열풍을 운반하기 위해 아래쪽으로 뻗어나가는 고온 공기 주입 랜스(26)와, 철광석, 고체 탄소질 물질 및 산소 결핍 캐리어 가스에 비말동반된(entrained) 플럭스를 금속층(22)으로 주입하기 위해 측벽(14)을 통해 아래쪽 안쪽으로 뻗어나가 슬래그 층(23)으로 들어가는 일련의 고체 주입랜스(27)가 장착된다. 랜스(27)의 위치는 그것들의 출구 말단(28)이 공정을 수행하 는 동안 금속층(22)의 표면 위에 있도록 선택된다. 이러한 랜스의 위치는 용융 금속과의 접촉을 통한 손상의 위험을 줄이고 또한 냉각수가 용기 내의 용융 금속과 접촉하게 될 심각한 위험 없이 강제 내부 수냉각에 의해 랜스를 냉각시키는 것을 가능하게 한다.

랜스(27)는 두 종류일 수 있는데, 그 중 하나는 뜨거운 광석 물질을 주입하기 위해 채용되고, 다른 하나는 석탄과 같은 탄소질 물질을 주입하기 위해 채용된다. 예를 들어 용기의 둘레를 따라 원주상으로 이격되고, 일련의 4개의 고온 광석 주입 랜스와 상기 고온 광석 주입 랜스들 사이에 이격된 4개의 석탄 주입 랜스로 구성된 8개의 고체 주입 랜스(27)가 있을 수 있다. 랜스들 전부는 공통된 구성의 외부 하우징에 장착될 수 있지만, 주입될 고온 광석과 석탄의 현저히 다른 온도 때문에 두 가지 랜스의 내부 구성은 다를 수 있다.

27a로 표시된 탄소질 물질 주입 랜스의 구성은 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다. 이 도면들에서 볼 수 있다시피, 랜스(27a)는 고체 물질이 통과해 운반되는 중앙 코어 튜브(31) 및 중앙 코어 튜브(31)의 상당 부분의 길이에 걸쳐서 그것을 둘러 싸는 환형 냉각 자켓(32)을 포함한다. 중앙 코어 튜브(31)는 그 길이의 대부분에 걸쳐서 저탄소강 튜브재료(33)로 형성되지만 그 전단에는 교체가능한 익스텐션 또는 노즐 튜브(34)가 장착되고, 그것은 냉각 자켓(32)의 전단으로부터 노즐로서 돌출한다.

중앙 코어 튜브(31)는 전단부(34)까지 일련의 주형 세라믹 튜브로 형성된 세라믹 라이닝(37)으로 내부가 라이닝된다. 중앙 코어 튜브(31)의 후단은 커플링(38) 을 통해, 예컨대 질소와 같은 가압 유체화 가스 캐리어(pressurised fluidising gas carrier)에 운반되는 석탄 미립자가 통과하는 석탄 운반 시스템에 연결된다.

환형 냉각 자켓(32)은 전단 커넥터 부품(44), 및 중공 환형 구조물(41) 내에 배치되어 구조물(41)의 내부를 내부 신장형 환형 유수로(46) 및 외부 신장형 환형 유수로(47)로 나누는 신장형 튜브형 구조물(45)에 의해 상호연결된 외부 및 내부 튜브(42, 43)로 구성된 긴 중공 환형 구조물(41)을 포함한다. 신장형 튜브형 구조물(45)은 긴 탄소강 튜브(48)로 형성되고, 그것은 기계 제조된 탄소강 전단 부품(49)에 용접되었으며, 전단 부품(49)은 중공 튜브형 구조물(41)의 전단 커넥터(44)에 장착되어 환형 말단 유로(51)를 형성하고, 상기 유로(51)는 내부 및 외부 유수로(46, 47)의 전단과 상호 연결한다. 환형 냉각 자켓(32)의 후단에는, 냉각수가 통과해 흘러서 내부 환형 유수로(46)로 향할 수 있게 하는 물 유입구(52) 및 랜스의 후단에서 외부 환형 유수로(47)로부터 물이 배출되는 물 배출구(53)가 구비된다. 따라서 랜스의 사용시에, 냉각수가 내부 환형 유수로(46)를 통해 앞쪽으로 랜스 아래로 흐르고, 그 다음 전방 환형 말단 유로(51)을 돌아 바깥쪽으로 흘러서 외부 환형 유수로(47)로 가고 그것을 통해 랜스를 따라 뒤로 흘러서 배출구(53)를 통해 밖으로 흐른다. 이것은 가장 차가운 물이 유입되는 고체 물질과 열 전달관계에 있도록 하고 랜스의 중앙 코어를 통해 주입되는 고체 물질 및 랜스의 전단 및 외부 표면의 효과적인 냉각을 가능하게 한다.

튜브(42)의 외부 표면은 장방형의 돌출된 돌기(54)를 가지도록 규칙적인 패턴으로 기계제작되고, 각 돌기(54)는 언더컷 또는 도브테일 단면을 가져서 돌기가 바깥쪽으로 분지되는 형상이고, 랜스의 외부 표면 상에 슬래그가 고화되는 핵 형성물(keying formations)로서 작용한다. 랜스 상으로의 슬래그의 고화는 랜스의 금속 부품에서의 온도를 최소화하는 것을 돕는다. 랜스의 전단 또는 첨단 상에 슬래그가 동결되는 것이 랜스의 확장부분으로서 작용하는 고체 물질의 연장된 파이프 형성의 기초로서 작용하고, 그것이 추가로 랜스의 금속 구성요소가 용기 내의 혹독한 작업 조건에 노출되는 것을 막는다는 것이 사용시에 발견되었다.

랜스는 용기(11)의 벽에 장착 구조물(61)을 통해 장착되고, 상기 장착 구조물(61)은 냉각 자켓 둘레로 뻗어나가고 벽들 사이에 환형 공간(70)을 감싸도록 이중벽 구조를 가지는 튜브부(60)를 포함한다. 튜브부(60)는 용기로부터 위쪽 바깥쪽으로 돌출하도록 용기 쉘(11)에 용접되고 그 상단에 말단 플랜지(63)가 구비된 튜브형 랜스 장착 브라켓(62) 내에 장착된다. 랜스 장착 구조물(61)은 환형 냉각 자켓(32)의 외부 튜브(42)의 후단에 환형 링(64)에 의해 연결되고, 또한 클램핑 볼트(66)를 통해 장착 튜브(62)의 말단에서 플랜지(63)에 클램핑될 수 있는 환형 장착 플랜지(65)를 포함한다. 스플릿 스페이서 링(split spacer ring)(67)이, 클램핑 볼트(66)들이 조여질 때, 플랜지들(63, 65)을 이격시키기 위해 플랜지들 사이에 장착된다. 구조물(61)의 외부 슬리브(60)의 전방부가 용기 벽의 안쪽까지 뻗어나가도록 구성된다. 도 2에서 볼 수 있다시피, 이 위치에서 용기 벽은 강철 배럴 쉘(16a) 및 내부 내화 라이닝(16b)에 의해 형성되고, 슬리브(60)의 전단은 랜스의 중앙 장축에 대해 일정 각도 기울어져서 내부 내화면과 동일 평면을 이룬다.

장착 구조물(61)의 튜브부(60)는 수냉각되고, 냉각수는 물 유입구(68)를 통 해 내부 공간(70)으로 공급되고 장착 슬리브의 후단에서 물 배출구(69)를 통해 되돌아간다. 내부 공간(70)은 그 내부에 연장된 냉각 유수로가 마련되도록 나뉘어질 수 있다.

장착 구조물(61)의 장착 링(64)으로부터 뒤쪽으로 뻗어나가는 튜브형 하우징(71)은 자켓(32)의 중간 튜브(48)의 후단과 랜스의 코어 튜브(31)의 후단을 수용한다. 하우징(71)은 냉각수가 랜스 냉각 자켓(32)으로 및 냉각자켓(32)으로부터 흐르기 위한 통로의 냉각수 유입구(52) 및 유출구(53)를 수용한다. 유연한 환형 연결 구조물(81)이 수냉각 자켓의 중간 튜브(48)의 후단을 하우징 튜브(71)와 연결하여 하우징 내에서 내부 및 외부 유수로를 분리하고, 또한 랜스의 구성요소에서의 서로 다른 열 팽창 및 수축에 기인하여 내부 및 외부 튜브와 수냉각 자켓의 중간 튜브 사이에서 상대적인 길이방향의 이동을 가능하게 한다.

튜브형 하우징(71)의 후단은 환형 냉각 자켓의 내부 튜브(43)의 후단에 대한 장착물을 제공한다.

코어 튜브(31)는 코어 튜브를 따라 길이방향으로 이격된 위치에서 중앙 코어 튜브로부터 바깥쪽으로 돌출한 일련의 스페이서 칼라(83)에 의해 환형 냉각 자켓(32)과 서로 이격된 관계로 고정되고 환형 냉각 자켓(32)의 내부 튜브의 내측 외연과 맞물려서 중앙 코어 튜브와 환형 냉각 자켓 사이에 환형 가스 유로(84)를 형성한다. 퍼지가스(purge gas) 유입구(85)가 랜스의 후단에 마련되어 질소와 같은 퍼지가스가 가스유로(84)로 들어와서 코어 튜브와 환형 냉각 자켓 사이로 랜스를 통과해 앞쪽으로 흐르고 냉각 자켓의 전단에서 랜스를 빠져나가는 것을 가능하게 한다.

중앙 코어 튜브에는 벌브형 돌출부(86)가 냉각 자켓의 전단 영역에 구비되어 코어 튜브와 수냉각 자켓 사이에 퍼지 가스 유속을 제어하는 제어된 노즐 개구를 제공한다. 스페이서 칼라(83)는 냉각 자켓의 외측 외연(periphery)과 내측 외연 사이에 원주방향으로 이격된 공간을 두도록 형성되어 환형의 퍼지 가스 유로(84)를 통한 퍼지 가스의 자유로운 흐름을 가능하게 한다. 말단 칼라(83) 중의 하나는 벌브형 돌출부(86)에 인접하게 위치해서 외부 냉각 자켓의 전단 내에 상기 돌출부의 정확한 위치를 제공하여 퍼지 가스 배출 노즐을 위한 제어된 환형의 간격을 형성한다. 퍼지가스의 흐름은 슬래그가 코어 튜브와 외부 냉각 자켓 사이에서 노즐의 전단으로 침투하지 못하도록 하는 것을 보장하도록 유지된다. 슬래그가 이 구역에서 랜스로 침투한다면, 그것은 수냉각 외부 자켓과 차가운 퍼지 가스 때문에 즉시 동결될 것이다.

랜스의 작동 동안, 슬래그는 랜스의 외면과 용기의 내면에 축적된다. 조업 중지 동안에, 슬래그는 랜스를 용기에 결합시키는 경향을 가지고 고화한다. 그러나, 도시된 장착물 구성에서, 이러한 결합은 쉽게 깨어져서 랜스의 철거를 용이하게 할 수 있다. 이것은 클램핑 볼트(66)를 스플릿 스페이서 링(67)을 철거할 수 있을만큼 충분히 풂으로써 가능하다. 이것은 그 다음 장착 튜브(62) 내의 랜스 장착 슬리브의 안쪽으로의 제한된 움직임을 가능하게 하여 장착 슬리브의 전단이 용기 벽으로부터 안쪽으로 움직여서 슬래그 부착물을 부수게 된다. 이것은 다시 외부 튜브(42)에 고화된 슬래그와 함께 랜스가 튜브형 장착물(60)을 위해 마련된 확장된 개구를 통해 쉽게 철거될 수 있도록 한다.

고온 광석 주입 랜스는 석탄 주입 랜스와 거의 유사한 구성일 수 있다. 그러나, 도 5 및 도 6에서 볼 수 있다시피, 고온 광석 랜스(27b)는 라이너 없이 후벽 스펀 캐스트 튜브(thick walled spun cast tube)(31b)로서 형성된 내측 코어 튜브를 구비한다. 튜브(31b)는 스플릿 결합 슬리브(91)에 의해 결합된 단편들로 만들어져야 한다. 인접한 튜브들은 스티치 용접에 의해 결합 슬리브를 통해 정렬되고 연결될 수 있다. 코어 튜브(31b)의 전단에는 퍼지 가스 배출 노즐의 크기를 조정할 돌출부(86b)가 구비된다. 고온 광석 주입 랜스의 두꺼운 코어 노즐 튜브 때문에 이 돌출부는 석탄 운반 랜스의 벌브형 돌출부보다 훨씬 작다.

또 다른 변형예에서, 고온 광석 주입 랜스에는 하우징 튜브(71b)의 과열을 막을 수냉각 플랜지(92)가 구비된다. 이 플랜지는 랜스 하우징의 수냉각 말단 플랜지와, 역시 수냉각될 수 있는 광석 주입 시스템의 말단 상의 플랜지 사이에 위치한다.

고온 광석 주입 랜스의 내부 코어 튜브는, 석탄 랜스 구성과 같은 방식으로 중앙 코어 튜브로부터 바깥쪽으로 돌출한 일련의 스페이서 칼라에 의해 냉각 자켓 안에 이격된 관계로 고정된다. 석탄 랜스에서처럼, 내부 코어 튜브와 수냉각 자켓 사이의 공간은 냉각 자켓의 전단에서 랜스를 빠져나가는 퍼지가스의 흐름을 위한 환형의 통로를 제공한다.

두 종류의 주입 랜스의 외부 장착물들은 동일하여 두 종류의 주입 랜스들이 공통 디자인의 하우징에 삽입될 수 있다.

도 7은 용기(11)의 튜브형 랜스 장착 브라켓(62) 중의 하나에 장착된 고체 주입 랜스(27c)의 개략도이다. 고체 주입 랜스(27c)는 도 2 내지 도 6과 관련하여 성기 설명된 것과 동일한 전체적인 구성을 가질 수 있다. 용기 벽(16)은 수냉각 내화 패널(100)로 내부가 라이닝되었고, 랜스(27c)는 패널(100)의 구멍을 통해 용기 내로 뻗어나간다. 랜스(27c)는 그것의 외부 환형부(60)의 전단에 내화재의 덮개 환형 디스크(101)가 장착되도록 변형되어 용기 내에 슬래그가 축적되기 전에 시동 및 랜스 교체 상황에서의 극심한 온도에 노출되는 전면을 보호한다. 환형부(60)는 용기 벽 내에서 연장되어 내화 디스크(101)가 수냉각 패널(101)의 내면과 동일 평면을 이루고 그것이 패널을 통과하는 개구에서 내화 마개(plug)의 역할을 한다.

본 발명에 의해 랜스의 철거를 용이하게 하는 변형된 장치 및 방법이 제공된다.

Claims (20)

1. 용기의 내부 공간을 감싸는 쉘 및 상기 용기 쉘의 개구를 통해 용기의 내부 공간으로 뻗어나가는 고체 주입 랜스를 구비하는 제련 용기를 포함하는 제련 장치로서,

   상기 고체 주입 랜스는 고체 미립자 물질이 통과해 용기로 들어가는 중앙 코어 튜브 및 상기 중앙 코어 튜브를 그 길이의 상당 부분에 걸쳐서 감싸며 냉각수가 통과하여 흐를 수 있는 내부 유수로가 구비된 환형 냉각 자켓을 포함하고,

   상기 고체 주입 랜스는 랜스의 전단으로부터 뒤로 이격된 위치에서 환형 냉각 자켓 둘레로 뻗어나가는 환형 랜스 장착부를 더 포함하여 그 위치에서 환형 랜스 장착부로부터 앞쪽으로 뻗어나간 랜스 부분의 외측 직경보다 더 큰 외측 직경을 가지는 랜스 구획을 형성하고, 상기 용기 쉘에는 상기 개구 둘레에서 용기로부터 바깥쪽으로 뻗어나가는 랜스 장착 튜브가 구비되고, 상기 랜스 장착부는 상기 장착 튜브에 수용되며 쉘의 개구 안으로 또는 개구를 통과해 뻗어나가며,

   또한, 상기 용기는 랜스를 랜스 장착 튜브에 고정하기 위한 탈착가능한 고정 수단을 더 포함하여, 상기 탈착가능한 고정 수단을 풀었을 때, 장착 튜브 내에서 랜스 장착부를 슬라이딩함으로써 랜스를 용기 안쪽으로 일정 거리 이동시킬 수 있도록 구성되는 것인 제련 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 용기 쉘은 내화재로 내부가 라이닝되어 용기의 내면을 형성하며, 상기 랜스 장착부는 쉘 개구를 통해 뻗어나가 랜스 장착부의 전단이 상기 내화재의 내면과 거의 동일한 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 제련 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 내면은 용기 벽에 장착된 수냉각 내화재 패널의 표면 인 것을 특징으로 하는 제련 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 랜스 장착 튜브는 용기 벽의 수직부분으로부터 바깥쪽 위쪽으로 뻗어나가고 상기 랜스 장착부의 전단은 수직이고 용기의 내면과 동일 평면을 이루도록 랜스의 중앙 장축에 대해 일정 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 제련 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 랜스 장착부의 전단은 내화재로 덮이는 것을 특징으로 하는 제련 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 내화재는 랜스 장착부의 전단에 장착된 미리 만들어진(pre-formed) 디스크인 것을 특징으로 하는 제련 장치.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 탈착가능한 고정수단은 랜스 장착부의 전단이 쉘의 상기 개구를 통해 뻗어나가도록 랜스를 랜스 장착 튜브에 고정하게끔 구성되는 것을 특징으로 하는 제련 장치.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서, 랜스 장착 튜브의 외측 말단은 방사상으로 바깥쪽으로 돌출한 장착 플랜지를 구비하고, 환형 랜스 장착부는 방사상으로 바깥쪽으로 돌출한 플랜지를 구비하며, 상기 탈착가능한 고정수단은 랜스 장착 튜브와 랜스 장착부 상의 이들 플랜지 사이에서 클램핑 작용을 하도록 구성된 클램핑 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 제련 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 탈착가능한 고정수단은 클램핑 볼트를 조일 때 상기 플랜지들을 이격되게 고정하도록 플랜지들 사이에 놓일 수 있고 클램핑 볼트를 풀었을 때 제거될 수 있는 스페이서를 더 포함하여, 장착 튜브 내에서 랜스 장착부를 슬라이딩함으로써 플랜지 사이의 초기 거리를 통해 랜스가 용기의 안쪽으로 움직일 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 제련 장치.
12. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 제8항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 환형 장착부는 랜스의 환형 냉각 자켓의 직경의 적어도 1.5배인 외측 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 제련 장치.
13. 제12항에 있어서, 환형 장착부의 외측 직경은 냉각 자켓 직경의 2배인 것을 특징으로 하는 제련 장치.
14. 야금 용기 및 고체 물질을 상기 용기에 주입하기 위한 하나 이상의 고체 주입 랜스를 포함하는 직접 제련 설비를 작동하는 방법으로서, 상기 방법은 용기에 끼워지는 랜스의 부분의 외측 직경보다 더 큰 외측 직경을 가지며 용기의 개구에 맞는 치수의 랜스 장착부를 사용하여, 용기에 끼워지는 랜스의 부분의 단면적 보다 큰 단면적의 개구를 통해 랜스가 용기 안으로 뻗어나가도록 각 랜스를 위치시키는 단계, 슬래그가 랜스 및 용기의 내벽에 부착되도록 용기 내에서 제련 공정을 수행하고 제련 공정의 마지막에 개구의 주변의 슬래그 부착물을 깨기 위해 랜스의 장착부분을 용기의 안쪽으로 움직이고 개구를 통해 랜스를 철거하는 단계를 포함하여 랜스를 제거하는 단계를 포함하는 제련 공장 작동 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 용기는 내면을 가지는 용기 벽을 구비하고, 상기 개구는 용기 벽을 관통하고 랜스 장착부에 대응하는 크기를 가지며, 상기 적어도 하나의 랜스는 랜스 장착부에 비해 작은 단면적의 전단부를 가지며, 상기 랜스를 용기 내에 위치시키는 단계는 적어도 전단부의 일부가 용기 안으로 뻗어나가 용기의 내면 위에 있도록 랜스의 전방부가 개구를 통해 지나가는 단계 및 상기 랜스 장착부를 개구 내에 위치시키고 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 랜스 장착부는 랜스의 중앙 장축에 대해 소정 각도로 기울어진 장착 전단부를 포함하고, 랜스를 용기에 장착시키는 단계는 랜스의 장축이 용기의 안쪽 아래쪽으로 뻗어나가도록 개구에 랜스를 통과시키는 단계 및 상기 장착 전단부가 용기 벽의 내면과 평행하거나 거의 동일 평면이 되도록 개구 안에 랜스를 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제14항에 있어서, 제련 공정 동안 랜스 장착부는 상기 개구 둘레로 용기의 바깥으로 뻗은 랜스 장착 튜브 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 랜스 장착부는 제련 공정 동안 탈착가능한 고정수단에 의해 랜스 장착 튜브에 고정되고, 상기 탈착가능한 고정 수단은 제련 공정의 마지막에 풀려서 랜스 장착 튜브 안에서 랜스 장착부를 슬라이딩함으로써 랜스를 용기 안쪽으로 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 단계.
19. 제18항에 있어서, 상기 탈착가능한 고정 수단을 푸는 단계는 상기 랜스 장착부의 말단부와 상기 장착 튜브의 말단부 사이에 위치한 스페이서 요소를 제거하는 단계 및 상기 장착 튜브 안에서 상기 랜스를 용기 안쪽으로 상기 스페이서 요소와 거의 대응하는 거리만큼 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랜스는 랜스 장착부 및 랜스 장착 튜브 사이에 휴대용 유압 동력 장치를 적용함으로써 안쪽으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.

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