KR101757670B1

KR101757670B1 - 열풍로의 송풍지관 배열

Info

Publication number: KR101757670B1
Application number: KR1020127033535A
Authority: KR
Inventors: 장-폴 시모에스; 폴 토케르트; 리오넬 하우세메르
Original assignee: 풀 부르스 에스.에이.
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2017-07-14
Also published as: EP2577200B1; RU2012156390A; JP2013531732A; TW201200599A; CN102918346B; KR20130111966A; JP5840202B2; US8980165B2; EP2577200A1; AU2011257307B2; TWI494436B; AU2011257307A1; LU91691B1; CN102918346A; WO2011147781A1; RU2556809C2; US20130061786A1

Abstract

열풍로(blast furnace)의 송풍지관 배열(10)은 용광로벽(12) 에 설치되어 구비되고, 용광로의 내면에 대면하는 전면(24)과 반대편 후면(26), 상기 후면(26)으로부터 전면(24)으로 연장되는 송풍구 채널(tuyere channel)(28)을 포함하는 송풍구 본체(20)를 포함한다. 상기 송풍지관 배열(10)은 송풍구 본체(20)의 후면(26)과 열풍 공급 시스템(38, 39)에 연결되는 블로파이프(blowpipe)(34)를 더 포함하고, 상기 블로파이프(blowpipe)(34)는 송풍구 본체(20)에 연결되는 전면부(32)와 열풍 공급 시스템(38,39)에 연결되는 반대편 후면부(36)로 이루어진다. 연료 주입 랜스(40,40')은 용광로 내로 연료를 공급하기 위한 것이고 가스 주입 랜스(gas injection lance)(44,44')은 용광로에 산화 가스를 공급하기 위한 것이며, 연료 주입 랜스(40,40')은 송풍구 본체(20)를 통하여 배열되어 있다. 본 발명의 중요 측면에 있어서, 가스 주입 랜스(gas injection lance)(44,44')은 블로파이프(blowpipe)(34)의 후면부(36)에 배열되어 있고, 가스 주입 랜스(gas injection lance)(44,44')은 블로파이프(blowpipe)(34)를 통하여 공급된 열풍 흐름의 중심부로 산화 가스가 공급되는 방식으로 배열되어 있다.

Description

열풍로의 송풍지관 배열{Tuyere Stock Arrangement Of A Blast Furnace}

본 발명은 일반적으로 신규한 열풍로(blast furnace)의 송풍지관 배열, 특히 송풍지관 배열을 통하여 열풍로(blast furnace)에 연료 및 산소를 공급하면서 또한 열풍로(blast furnace) 내로 열풍를 공급하는 송풍지관 배열에 관한 것이다.

열풍로(blast furnace) 내로 보조 연료(천연가스, 석유, 석탄 또는 다른 탄소 물질)를 주입하는 것은 경제적 요인으로 인하여 추진되어 왔다. 20세기 중반, 석유는 그 낮은 가격으로 인하여 비싼 야금 코크스 석탄(metallurgical coking coal) 소비를 감소시키기 위해서 또는 코크스-생산 플랜트(coke-making plant) 확장에 연관된 자금 지출을 피하기 위해서 보조 연료로서 선호되었다.

1970년대에 석유 위기 때문에 보조 연료 주입과 관련한 첫번째 대규모 재평가가 실시되었다. 1960년대 초반부터 몇몇 열풍로에서 분쇄석탄 주입(pulverized coal injection, PCI)이 시행되고 있었으나, 1980년대에서야 석유가 쇼크(oil price shock)때문에 PCI에 대한 관심이 확산되었다.

열풍로 내 보조 연료 주입에 대한 두번째로 더욱 최근의 재평가는, 천연 가스 가격을 포함한 에너지 가격의 폭등과 비-코크스 석탄의 완화된 가격 형성으로 유발되었다. 더욱 높은 가용성 때문에, 비-코크스 석탄 가격은 앞으로도 석유 및 천연 가스 가격보다도 낮을 가능성이 클 것이다.

열풍로 하부로 복수의 송풍구(tuyeres)을 통하여 불어오는 열 분사 공기(hot-air blast)에 분쇄(pulverized) 또는 분말(granular) 석탄과 같은 연료를 주입하면 많은 장점이 있는 것은 잘 알려져 있다. 특히, 석탄 주입은, 코크스 대체를 통해서 뿐만 아니라 열풍로 가동의 생산성 및 즉각적 제어(prompt control) 가능성을 증가시킴으로써 고온 금속제품(hot metal)의 전체 가격을 낮춘다.

종래에는 분쇄 또는 분말 석탄 주입이, 용광로로 송풍구 말단 개구부(end opening)로부터 일정 거리 떨어진 상류(upstream)에서 열 분사공기(hot air blast) 내로의 연료 주입 랜스(lance)를 통해 수행되었다. 다른 말로 표현하자면, 석탄이 송풍구 내 열풍(hot-air) 통로를 통하여 주입되는 것이다. 연료 주입 랜스를 통해 공급되는 석탄은 운송 가스(transport gas)내에서 분산(suspension)된 상태에 있다.

석탄 주입의 경제적 및 환경생태적 장점을 고려하면, 상기 주입 수준은 계속 높아질 것이다. 더 높은 주입 수준과 연관된 주 관심은 열풍로(blast furnace) 내 석탄의 연소 거동(combustion behavior)이다. 레이스웨이(raceway) 내에서의 비효율적인 석탄 연소로 수송 공간에서 연소되지 않은 석탄 입자가 침투를 방해하고 열풍로(blast furnace) 가동을 떨어뜨려서 생산 손실을 유발하게 된다.

열풍로 내 숯 량(char load)을 최소화하기 위해서는 배관 내 석탄 연소를 극대화해야만 한다. 이것은 잘 분산된 분쇄 석탄과 산소가 농축된 뜨거운 가스를 잘 혼합함으로써 수행된다. 배관 내 석탄 입자의 체류 시간이 수 밀리초에 불과하기 때문에, 매우 빠르게 발화점에 도달하는 것이 중요하다.

특정 석탄의 발화점은 석탄 종류 및 상기 크기 분포(size distribution) 그리고 산소의 농축도, 열 분사 가스, 산소, 석탄 운송 가스 및 석탄 온도 등의 변수에 좌우된다.

더 많은 연료가 열풍로에 공급되기 때문에, 추가 연료의 정확한 연소를 보장하기 위해서는 산화 가스의 양을 증가시켜야만 한다. 추가 산화 가스는 전형적으로 가스 방출구(outlet)가 연료 주입 랜스의 방출구 부근에 있는 분리된 가스 주입 랜스를 통하여 공급된다.

대안적으로는 예로서 EP O 447 908에서와 같이 연료와 산화 가스를 혼합하여 주입하는 것이 제시되고 있는데, 여기에서는 동축 랜스(coaxial lance)를 통하여 주입되고 외부 관(outer tube)이 내부 관(inner tube)을 둘러싸는 형태로 배열되어 있다. 내부 관은 산화 가스와 연료가 랜스의 방출구 노즐에 도달하기까지에는 산화가스와 연료 사이의 분리벽(separation wall)을 형성한다. 이러한 동축 주입 랜스를 때로는 옥시콜(oxycoal) 랜스라 부른다. EP 0 447 908 에서는 산화 가스가 외부 관으로 운반되고 연료는 내부 관으로 운반된다.

이러한 시스템(system)에서의 단점은 분리된 가스 주입 랜스 또는 옥시콜 랜스를 통해서 공급되는 산화가스가 차갑다는 것이다. 따라서, 산화 가스가 연료와 접촉할 때, 산화 가스와 연료 혼합물이 발화 온도에 도달할 때까지 연료의 발화 및 연소가 일어나지 않는다.

뜨거운 스토브(stove) 내에서 찬 분사공기가 가열되기 이전에 찬 공기 내의 산소 함량을 증가시킴으로써 열분사공기 내 산소 함량을 증가시키는 방법도 제시되고 있다. 뜨거운 스토브를 통하여 부가 산화 가스를 공급함으로써, 산화 가스가 가열되고 블로파이프를 통하여 고온 상태로 연료에 공급될 수 있다. 그러나, 뜨거운 분사공기 내 높은 산소농도에 의해서 실(seal)과 다른 금속 부분이 타버릴 수도 있다. 더 높은 산소농도로 화재의 위험도 증가한다. 그러므로 뜨거운 공기 내 산소 유량 비율은 약 30 %까지 제한되는 것이 전형적이다. 그러나 연료의 연소 상태를 개선하기 위해서는 더 높은 산소농도가 요구된다.

본 발명의 목적은 개선된 열풍로의 송풍지관 배열을 제공하는 것이다. 상기 목적은 청구항 1에서 청구된 배열로써 성취된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 송풍지관 배열에 관한 도면이고;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송풍지관 배열에 관한 도면이고; 및
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송풍지관 배열에 관한 도면이다.

본 발명은 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열을 제공하고, 상기 송풍지관 배열은 용광로 벽에 설치될 수 있는 송풍구 본체를 포함하고, 상기 송풍구 본체는 상기 용광로 내면을 바라보는 전면과 반대편 후면, 상기 후면으로부터 상기 전면으로 연장되는 송풍구 채널(tuyere channel)을 포함한다.

상기 송풍지관 배열은 송풍구 본체의 후면과 열 분사공기 공급 시스템 사이에 연결된 블로파이프를 포함하는데, 상기 블로파이프에는 송풍구 본체에 연결되는 전면부와 열 분사공기 공급 시스템에 연결되는 반대편 후면부가 구비되어 있다. 연료 주입 랜스는 용광로로 연료를 주입하도록 구비되어 있고, 연료 주입 랜스는 송풍구 본체를 관통하도록(through) 배열되어 있으며, 가스 주입 랜스(gas injection lance)는 용광로에 산화 가스를 공급하도록 되어 있다.

본 발명의 중요한 측면에 있어서, 가스 주입 랜스(gas injection lance)는 블로파이프 후면부에 배열되어 있고, 블로파이프를 통해 공급된 열 분사공기의 흐름 중앙부로 산화 가스를 공급하도록 하는 방식으로 가스 주입 랜스가 배열되어 있다.

블로파이프 후면부의 열 분사공기로 산화 가스를 공급함으로써, 산화 가스는 블로파이프를 통하여 송풍구 본체로 움직이면서 열 분사공기와 접촉한다. 이러한 접촉을 통하여, 산화 가스는 열 분사공기로부터 열(heat)을 얻게 되고, 그로 인해 온도가 증가한다. 더 높은 온도로 가열된 산화 가스는 주입된 연료와 접촉하게 되고, 이는 연소 상태를 개선시킨다.

석탄이 연료로 사용되는 경우 더 높은 산화 가스 온도는 특별한 관심사이다. 석탄이 코크스 대체 비율을 높이는 장점이 있다 하더라도, 발화시키기 어렵다는 단점을 가진 것은 사실이다. 그러나 더 뜨거운 산화 가스가 석탄/연료 혼합물의 발화 상태를 개선시키며 용이하고 좋은 연소 상태를 또한 보장한다.

서론에서 지적한 바와 같이, 열 분사공기 내에 더 높은 산소 농도로 실(seal)과 다른 금속 부분의 연소를 유도하고 화재 위험을 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따른 산화 가스는 블로파이프의 후면부로 주입되기 때문에, 화재 위험은 블로파이프, 즉 산화 가스 주입점의 하류(downstream) 배열 부위에 한정된다.

고온 스토브(hot stove) 및 버슬 파이프(bustle pipe)를 포함하는 산화 가스 주입점의 상류 배열부위에서는 화재 위험이 없다. 산화 가스가 블로파이프 벽과 직접 접촉하는 것이 감소되기 때문에, 블로파이프 내 실 및 다른 금속 부분에 대한 손상 위험성이 낮아진다.

실제로, 산화 가스는 열 분사공기의 중앙부로 공급된다. 다른 말로 하면, 산화 가스가 열풍로로 이동할 때 산화 가스를 열 분사공기가 둘러싸는 것이다. 열 분사공기가 산화 가스보다 높은 점성을 가지는 장점이 있기 때문에, 열풍의 중앙부로 주입된 산화 가스는 상기 중심, 즉 블로파이프 벽에서 떨어진 곳에서 농축된 상태로 남아 있으려 한다.

본 발명에 따른 송풍지관 배열은 아주 높은 휘발성 석탄(volatile matter coal, VM coal)을 연로로 사용할 수 있게 한다. 실제로 그러한 높은 휘발성 석탄은 충분한 레이스웨이 단열 불꽃 온도(Raceway Adiabatic Flame Temperature; RAFT)를 유지하기 위해서 높은 산소 함량이 필요하다. 부가 산소(additional oxygen)는 RAFT를 높이는 경향을 가지는 반면, 석탄 연소의 열분해 에너지(cracking energy)는 RAFT를 낮추는 경향을 가진다. 높은 휘발성 석탄은 더 높은 열분해 에너지를 가지기 때문에, RAFT를 유지하기 위해서는 산소 농도의 증가가 필요하다. 본 발명에 의해서 산소 농도가 증가될 수 있고 따라서 높은 휘발성 석탄 사용이 허용된다.

열 분사공기 공급 시스템은 열 분사 버슬 파이프(bustle pipe)와 블로파이프에 연결되는 다운레그(downleg)를 포함할 수 있으며; 블로파이프는 상기 후면부에 엘보우(elbow)를 포함할 수 있는데, 상기 엘보우는 다운레그에 블로파이프를 연결시킨다. 바람직하게는, 가스 주입 랜스는 이어서 엘보우에 배열된다. 그러한 엘보우는 연장부 끝 부분에 관측구(peep sight)가 배열되어 있고, 블로파이프(blowpipe)에 축방향으로 정렬된 연장부(extension)를 포함할 수 있다. 송풍지관 배열의 엘보우 내 가스 주입 랜스의 배열로 송풍구 본체로부터 가장 떨어진 지점에서 산화 가스 주입이 가능하게 되고, 이에 의해 열 분사공기 내에서 산화 가스의 더 높은 체류 시간(residence time)이 허용고 이는 열 분사공기로부터 열 획득(heat pick up)을 최대로 만든다. 또한, 엘보우로부터 연료 주입점까지의 통로(path)가 대체로 직선이므로 열 분사공기 중심부의 산화 가스 농축을 유지하고 열 분사공기와 산화 가스가 과도하게 혼합되는 것을 피하도록 한다.

가스 주입 랜스는 관측구와 송풍구 본체사이의 시각적 통로를 막지 않는 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 배열 방법도 배제되지는 않는다.

본 발명의 한 실시예에 있어서 가스 주입 랜스는 관측구 사이의 시각적 통로와 평행하게 그리고 동축으로 배열되며, 여기에서 시각적 통로는 가스 주입 랜스를 통과한다. 가스 주입 랜스는 가스 주입랜스로 산화 가스를 공급하기 위한 측면 가스 입구를 포함한다. 이러한 방식으로 가스 주입 랜스를 배열함으로써 가스 주입 랜스에 공급된 산화 가스가 관측구의 창 전면으로 직접 통과하므로, 상기 창에 결로(condensation)나 먼지가 끼지 않도록 해준다. 실제로 기술 설비 상태에서 열 분사공기는 엘보우로부터 관측구 창까지 흐를 수 있도록 한다. 열분사공기의 더 높은 온도 때문에 관측구 창에서 결로가 발생된다. 더욱이, 열 분사공기에 함유된 먼지 입자가 관측구 창에 쌓일 수 있으므로 관측구를 통한 시야가 막히게 된다.

본 발명의 가스 주입 랜스 배열은 관측구 창을 지나서 더 차가운 산화 가스가 공급되도록 함으로써 결로 및 먼지의 축적을 피하도록 한다.

본 발명의 한 실시예에 있어서 연료 주입 랜스는 송풍구 채널로 연료가 공급되도록 송풍구 본체에 배열되며, 연료 주입 랜스는 송풍구 채널(tuyere channel)의 측벽(sidewall)에 이어진다. 이로써 레이스웨이(raceway)에서 산화 가스가 연료와 접촉되는 것이 가능해진다. 레이스웨이에서 연료의 연소가 이루어짐으로써, 열풍로(blast furnace) 내로 연소되지 않는 연료가 공급되는 것을 최소로 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 연료 주입 랜스는 열풍로 내로 연료가 공급되도록 송풍구 본체에 배치되며, 연료 주입 랜스는 송풍구 본체의 전면으로 이어진다. 그러한 배열은 출원인의 특허 출원(co-pendin application)으로서 2009년 3월 24일에 출원된 Lu 91 543 에서 개시된 형태일 수도 있는데, 이는 여기에서 참고 문헌으로서 통합되며, 상기 주입 랜스는 송풍구 본체에 형성된 랜스 통로(lance passage) 내에 배열되고 랜스 통로는 송풍구 본체의 내부벽과 외부벽 사이에 배열되고 후면으로부터 전면으로 연장된 것이며, 랜스 통로가 송풍구 본체의 전면으로 이어진다. 송풍구 본체를 통한 그런 방식의 랜스 통로에 주입 랜스를 배열함으로써, 블로파이프와 송풍구을 통하여 불어오는 열 분사공기에서 나오는 열기에 주입 랜스가 노출되지 않게 된다. 그래서 주입 랜스가 열 분사공기에 의해 공격받을 위험에서 벗어나게 된다.

연료 주입 랜스를 통하여 공급받는 연료는 분쇄 또는 분말 석탄이 바람직하다. 그러나 입자 플라스틱(granulated plastic), 동물성 수지(animal grease) 또는 가루(flour), 액체 연료, 천연 가스, 또는 폐타이어(shredded tires)도 사용될 수 있다.

가스 주입 랜스를 통하여 공급되는 산화 가스가 높은 산소 함량을 가지는 가스인 것이 장점이며; 산화 가스가 본질적으로 순수 산소(pure oxygen)인 것이 바람직히다. 본 발명 출원의 맥락에서, 높은 산소 함량의 가스는 최소한 80 %의 산소 함량 가스이고 순수 산소는 최소한 95 %의 산소 함량 가스를 말한다.

블로파이프에 공급되는 열 분사공기는 1000 ℃ 내지 1300 ℃의 온도가 바람직하다. 산화 가스는 송풍구 본체에 도달할 때, 상기 온도가 섭씨 수 백도(a few hundred degree)일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 구현은 예시를 통하여 부수적인 도면을 참조하여 여기에 설명될 것이다.

도 1은 용광로 벽(12)을 통하여 열 분사공기(hot blast air)를 공급하기 위한 송풍지관 배열(10)을 나타낸다. 상기 송풍지관 배열(10)은 용광로벽(12)에 배열된 송풍구(14)를 포함한다. 송풍구(14)는 송풍구 냉각기(coolar)(16) 및 송풍구 냉각기 손잡이(holder)(18)에 의해서 그 위치가 유지된다.

송풍구(tuyere)(14)에는 외벽(outer wall)(22), 전면(front face)(24) 및 반대편 후면(rear face)(26)을 가진 송풍구 본체(body)(20)가 있다. 송풍구 채널(channel)(28)은 송풍구(20)를 중심부로 통하게 배열되고 후면(26)으로부터 전면(24)까지 연장되어 있다. 송풍구 채널(tuyere channel)(28)은 송풍구 본체(20) 내에 내벽(inner wall)(30)을 형성한다. 송풍구(14)의 후면(26)은 블로파이프(34)의 전면부(32)를 수용하도록 만들어져 있는데, 이것은 반대편 후면부(36)를 가지며, 일반적으로 엘보우(elbow)(37) 형태로서, 버슬 파이프(38) 및 다운레그(39)로 대표되는 열 분사공기 공급 시스템에 연결된다. 블로파이프(34)는 버슬파이프(38)로부터 송풍구 채널(28)까지 열풍로에 주입하기 위한 열 분사공기를 공급하도록 만들어지고 배열되어 있다.

또한, 연료 주입 랜스(40)는 일반적으로 분쇄 또는 입자 석탄인 연료를 송풍구 수준에서 열풍로로 공급하도록 되어 있다. 열풍로(blast furnace)로 연료를 주입하기 때문에 상기 열풍로에 공급하는 코크스의 양을 감소시킬 수 있다. 예로서 석탄과 같은 연료는 코크스보다 가격이 싸기 때문에 열풍로 가동 비용을 낮출 수 있게 된다.

도 1에서 나타낸 일실시예에 있어서, 연료 주입 랜스(40)는 송풍구 본체(20)에 형성된 랜스 통로(42) 내에 배열되어 있다. 상기 랜스 통로(42)는 송풍구 본체(20)의 내벽(30) 및 외벽(22) 사이에 배열되고 후면(26)에서부터 전면(24)까지 연장되어 있다. 그래서 랜스 통로(42)는 송풍구 본체(20)의 전면(24)에 이어져 있다. 송풍구 본체(20) 내에서 랜스 통로(42)를 통하여 연료 주입 랜스(40)으로 공급됨으로써, 연료가 송풍지관 배열 내에서 열 분사공기와 접촉하게 되는 것을 예방할 수 있게 된다. 이러한 연료 주입 랜스(40)의 배열은 후자를 열 분사공기의 높은 온도로부터 보호하고 그 사용기간(life time)을 증가시키도록 한다. 랜스 통로(42)에서의 연료 주입 랜스(40) 배열에 대한 상세한 기술과 그 장점을 본 출원인의 특허 출원인 Lu 91 543에서 찾아볼 수 있다.

연료의 연소를 촉진시키기 위하여, 가스 주입 랜스는 일반적으로 산소와 같은 산화 가스를 연료에 공급하도록 되어 있다. 이러한 가스 주입 랜스는 분리된 랜스 형태 또는 연료 주입 랜스에 합쳐진 형태로 되어 있을 수 있다. 이러한 합쳐진 형태의 랜스는 동축 형태의 랜스이며, 이 동축형태의 랜스는 연료와 산화 가스를 운반하기 위한 2개의 동심원 파이프(concentric pipe)를 포함하는 동축 랜스이며, 이는 랜스의 말단(tip)까지는 연료와 산화가스를 분리된 생태로 유지시킨다.

산화 가스가 주입되는 연료에 직접적으로 또는 적어도 근접하여 공급되도록 가스 주입 랜스가 배열되어 있는 선행 기술 시스템과는 대조적으로 본 발명자는 블로파이프(34)의 엘보우(37)에 배열된 분리형 가스 주입 랜스(44)가 제공하는 장점을 발견하였다. 이러한 가스 주입 랜스(44)는 블로파이프(34)를 통하여 공급되는 열 분사공기 흐름 중심부로 산화 가스가 공급되도록 배열되어 있다. 블로파이프(34)로부터 송풍구(20)로 통과하는 동안 열풍이 산화 가스를 둘러싸고 있다. 블로파이프(34)의 엘보우(37)에서 열풍로로 산화 가스를 주입함으로써, 송풍구(20)로부터 가장 먼 위치이지만 블로파이프(34)와 동축 배열된 상태로 산화 가스가 실제로 주입된다. 상기 결과로 열 분사공기 내 산화 가스 체류 시간이 극대화되고, 이는 산화가스를 둘러싼 열 분사공기로부터 열 취득(pick up)이 극대화로 이어진다. 열 분사공기 흐름 중심부에 산화 가스가 농축되도록, 즉 열 분사공기에서 산화 가스가 바람직하지 못하게 혼합되는 것을 최소화하도록 하기 위해서 블로파이프와 산화 가스 통로가 동축 배열되는 것이 중요하다. 실제로 흐름 통로(flow path)가 구부러지면, 2개의 가스가 혼합되도록 만드는 난기류(turbulence)가 유발된다.

블로파이프(34)의 엘보우(37)는 블로파이프(34)에 동축으로 배열되는 연장부(extension)(46)를 통상적으로 포함한다. 관측구(48)는 연장부(46)의 말단에 통상적으로 배열된다. 이러한 관측구(48)는 블로파이프(34)를 통하여 송풍구 채널(28) 내로 내려다 보고 송풍구(20)의 끝(tip)에서의 화염(flame)을 관찰하는데 사용될 수 있다. 열풍로 내의 연소 상태는 관측구(48)를 통하여 감시할 수 있다. 어떤 경우에는 송풍구(20)의 출구가 막힐 수 있다. 이렇게 막히는 것은 관측구(48)를 통하여 관찰함으로써 감지할 수 있다.

도 1에 나타낸 일실시예에 있어서, 가스 주입 랜스(44)는 연장부(46) 위에서부터 엘보우(37) 내로 삽입된다. 가스 주입 랜스(44)의 출구 말단(50)은 블로파이프(34)를 통하여 가스 통로(52) 중심에 배열된다. 가스 주입 랜스(44)의 방향은 출구 말단(50)에서 산화 가스의 이동 방향이 열 분사공기 이동 방향과 평행한 바람직하게는 동축인 방향으로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 두번째 실시예를 나타내는데, 연료 주입 랜스(40)를 위한 대안적 배열과 가스 주입 랜스(44)를 위한 대안적 배열이 포함된다. 이 두번째 실시예의 그림 대부분은 도 1에 보이는 실시예와 동일한 것이므로 앞으로 더 상세하게 설명되지는 않는다. 동일한 참조 기호가 동일한 그림에 적용된다.

도 2에 보이는 실시예에 있어서, 연료 주입 랜스(40')는 송풍구(20) 내에서 형성되는 랜스 통로(42') 내에 배열된다. 이 랜스 통로(42')는 외벽(22)에서부터 내벽(30)까지의 각도(angle)를 가지고 연장된다. 그래서 랜스 통로(42')는 송풍구 본체(20)의 내벽(30) 속으로 이어지고 송풍구 채널(28) 내부로 연료가 공급된다. 송풍구(28) 내부로 주입된 연료는 송풍구 채널(tuyere channel)(28)로 불어온 산화 가스와 접촉하게 되고 송풍구 채널(28) 내에서 연소된다.

도 2에서 나타내는 일실시예에 있어서, 가스 주입 랜스(44')는 연장부(46) 아래로부터 엘보우(37) 내로 삽입된다. 가스 주입 랜스(44')의 배향은 산화가스 이동 방향이 열 분사공기 이동 흐름 중심에 직접적으로 향하도록 이루어진다. 이것은 가스 주입 랜스(44')가 송풍구 채널(28)을 통해서 가동 상태를 시각적으로 관찰하는 것을 방해하지 않는 배열이다.

관측구(peep sight)가 불필요하다면, 가스 주입 랜스는 연장부(46)를 통하여 직접 공급될 수도 있다. 이것으로써 가스 주입 랜스(gas injection lance)이 블로파이프(blowpipe)와 동축이 되도록 허용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 세번째 실시예를 나타내는데, 가스 주입 랜스(44)를 위한 대안적 배열이 포함된다. 이 세번째 실시예의 그림 대부분은 도 2에 보이는 실시예와 동일한 것이므로 앞으로 더 상세하게 설명되지는 않는다. 동일한 참조 기호와 동일한 그림에 적용된다.

도 3에 보이는 실시예에 따르면, 가스 주입 랜스(44'')은 연장부(46)를 통하여 엘보우(37) 안으로 삽입된다. 가스 주입 랜스(44'')는 관측구(48)와 송풍구 본체(20) 사이의 시각 통로에 평행하게 그리고 동축으로 배열된다. 다른 말로 하면, 시각 통로는 가스 주입 랜스(44'')를 통과하게 된다. 관측구(48)에 가까이 있는 가스 주입 랜스(gas injection lance)(44'')에 산화 가스를 공급하기 위한 측면 가스 주입구(56)가 있는 배분실(distribution chamber)(54)이 배열되어 있다. 배분실(54)은 산화 가스 공급 파이프(58)로부터 가스 주입 랜스(gas injection lance)(44'') 내로 산화 가스를 다시 향하도록 한다. 산화 가스가 배분실(54)을 통과하기 때문에, 관측구(48) 창 앞으로 이동하므로 상기 창에 결로가 생기거나 먼지가 쌓이지 않도록 해준다.

연료 주입 랜스(40)의 대안적 배열이 가스 주입 랜스(44)의 대안적 배열과 연결된 것이 전혀 아니라는 점을 주목해야 한다. 실제로, 연료 주입 랜스 배열은 가스 주입 랜스 배열과 완전히 독립적으로 선택될 수 있다. 연료 주입 랜스(40, 40') 그리고 가스 주입 랜스(gas injection lance)(44, 44')을 위한 보여진 배열은(shown arrangement) 완전한 것임을 보이려는 의도가 아닌 점도 주목해야 한다.

10: 송풍지관 배열 (Tuyere stock arrangement)
12: 용광로벽 (Furnace wall)
14: 송풍구 (Tuyere)
16: 송풍구 냉각기 (Tuyere cooler)
18: 송풍구 냉각기 손잡이 (Tuyere cooler holder)
20: 송풍구 본체 (tuyere body)
22: 외벽 (outer wall)
24: 전면 (front face)
26: 후면 (rear face)
28: 송풍구 채널 (tuyere channel)
30: 내벽 (inner wall)
32: 전면부 (front portion)
34: 블로파이프 (blowpipe)
36: 후면부 (rear portion)
37: 엘보우 (elbow)
38: 버슬파이프 (bustle pipe)
39: 다운레그 (downleg)
40: 연료 주입 랜스 (fuel injection lance)
40': 연료 주입 랜스 (fuel injection lance)
42: 랜스 통로 (lance passage)
42': 랜스 통로 (lance passage)
44: 가스 주입 랜스 (gas injection lance)
44': 가스 주입 랜스 (gas injection lance)
46: 연장부 (extension)
48: 관측구 (peep sight)
50: 출구 말단 (outlet end)
52: 가스 통로 (gas passage)
54: 배분실 (distribution chamber)
56: 측면 가스 주입구 (lateral gas inlet)
58: 산화 가스 공급 파이프 (oxidizing gas feed pipe)

Claims

용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열에 있어서, 상기 송풍지관 배열은
용광로 벽에 설치되어 구비되고, 상기 용광로 내면에 대면하는 전면과 반대편 후면, 상기 후면으로부터 상기 전면으로 연장되는 송풍구 채널(tuyere channel)을 포함하는 송풍구 본체;
송풍구 본체의 후면과 열 분사공기 공급 시스템 사이에 연결되고, 상기 송풍구 본체에 연결되는 전면부와 상기 열 분사공기 공급 시스템에 연결되는 반대편 후면부를 가지는 블로파이프(blowpipe);
상기 송풍구 본체를 통하여 배열되고 용광로로 연료를 공급하기 위한 연료 주입 랜스(fuel injection lance); 및
상기 용광로에 산화 가스를 주입하기 위한 가스 주입 랜스를 포함하되,
상기 가스 주입 랜스는 상기 블로파이프(blowpipe)의 후면부에 배열되고, 상기 산화 가스를 상기 블로파이프(blowpipe)를 통해 열 분사공기 흐름의 중심부로 공급하는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제1항에 있어서,
상기 열 분사공기는 산화 가스보다 더 높은 점성(viscosity)을 가지는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제1항 또는 제2항에 있어서,
열 분사공기 공급 시스템이 열풍 버슬 파이프(bustle pipe)와 상기 블로파이프(blowpipe)에 연결하기 위한 다운레그를 포함하고; 및
상기 블로파이프(blowpipe)는 상기 후면부에 엘보우(elbow)를 포함하고, 상기 엘보우(elbow)는 블로파이프(blowpipe)를 다운레그에 연결하는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제3항에 있어서,
가스 주입 랜스(gas injection lance)는 상기 엘보우(elbow) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제3항에 있어서,
상기 엘보우(elbow)는 블로파이프(blowpipe)와 동축으로 배열되는 연장부를 포함하고, 상기 연장부의 말단에 관측구(peep sight)가 배열되는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제5항에 있어서,
가스 주입 랜스(gas injection lance)가 관측구(peep sight)와 송풍구 본체 사이의 시각적 통로를 막지 않는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제5항에 있어서,
가스 주입 랜스(gas injection lance)가 관측구(peep sight)와 송풍구 본체 사이의 시각적 통로에 평행하게 또한 동축으로 배열되고, 상기 시각적 통로는 가스 주입 랜스(gas injection lance)를 통과하며,
상기 가스 주입 랜스(gas injection lance)는 가스 주입 랜스(gas injection lance)로 산화 가스를 공급하기 위한 측면 가스 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제1항에 있어서,
연료 주입 랜스는 송풍구 채널(tuyere channel) 내로 연료를 공급할 수 있도록 송풍구 본체를 통하여 배열되고, 상기 연료 주입 랜스가 송풍구 채널(tuyere channel)의 측벽 내로 이어지는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제1항에 있어서,
연료 주입 랜스는 열풍로(blast furnace) 내로 연료를 공급할 수 있도록 송풍구 본체를 통하여 배열되고, 상기 연료 주입 랜스가 송풍구 본체의 전면 내로 개구되는 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제1항에 있어서,
연료 주입 랜스를 통하여 공급되는 연료는 분쇄(pulverized) 또는 분말(granular) 석탄 , 입자 플라스틱(granulated plastics), 동물성 수지(animal grease) 또는 가루(flour), 액체 연료, 천연 가스 또는 폐타이어(shredded tires)인 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열
제1항에 있어서,
가스 주입 랜스를 통하여 공급된 산화 가스는 최소한 80 %의 높은 산소 함량을 가지는 가스인 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제1항에 있어서,
블로파이프에 공급되는 열 분사공기의 온도가 1000℃ 내지 1300℃ 인 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열
제1항에 있어서,
송풍구 본체에 도달할 때 산화 가스의 온도가 섭씨 수백도인 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.
제11항에 있어서,
상기 산화 가스는 기본적으로 순수 산소인 것을 특징으로 하는 용광로(shaft furnace)의 송풍지관 배열.