KR102012534B1 - 제어 가능한 고체 분사 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 예컨대 용융 금속의 배스 등의 액체를 수용하는 퍼니스 내로 분사될 수 있는 입자상 고체의 제어 가능한 높은 속도의 공기 스트림의 형성에 관한 것이다.

Description

제어 가능한 고체 분사 방법{CONTROLLABLE SOLIDS INJECTION METHOD}
본 발명은 예컨대 용융 금속의 배스(bath) 등의 액체 내로 분사될 수 있는 입자상 고체의 제어 가능한 높은 속도의 공기 스트림의 형성에 관한 것이다.
많은 산업 공정 특히 금속 정련은 액체의 본체 내로 입자상 고체 시약을 급송하는 단계를 수반한다. 현저한 예는 대개 용융 금속 상 위에 용융 슬래그 상이 있는 전기 아크 퍼니스(EAF: electric arc furnace) 내의 용융 금속 내로의 탄소질 재료의 추가 그리고 석회 및/또는 다른 슬래깅 작용제(slagging agent)의 추가이다. 본 발명은 이러한 종류의 활동을 수행하는 데 유용한 유리한 장치 및 방법을 제공한다.
EAF 동작 시에, 탄소가 용융 슬래그와 반응하여 (철 산화물의 금속 철로의 환원에 의해) 철 산화물을 감소시키고 폼 슬래그 기구(foamy slag practice)를 최적화하도록 분사된다. 이러한 기구는 전극 소모의 감소, 아크 노이즈의 감소, 라이닝 내화물 수명의 증가 그리고 전력 절약 및 특정 열 효율의 전체적인 개선을 가져온다. 슬래그 층을 통해 분사된 탄소는 요구될 때에 용융 금속 내의 탄소 수준을 의도적으로 상승시킬 수 있다.
EAF 동작 시에, 석회가 측벽 분사기를 통해 분사되어 더 양호한 슬래그 화학 조성 제어를 통해 슬래그 기구를 개선할 수 있다. 이러한 기구는 공장을 위한 더 청정한 환경(퍼니스로부터의 더 적은 분진 손실) 그리고 퍼니스 탈기 시스템(furnace evacuation system)으로의 석회 손실의 감소, 특정한 석회 소모의 감소, 기계 시스템에 비교된 유지 보수 비용의 감소, 표면적 증가와 관련된 더 빠른 석회 분해, 그리고 제강 공정 성능의 전체적인 개선을 가져올 수 있다. 석회 분사는 또한 황 및 인 제거에 관여한다.
본 발명의 하나의 태양은,
(A) 제1 및 제2 대향 단부를 갖는 연소 챔버와;
(B) 연소 챔버 내의 대향 단부들 중 하나에서의 버너, 및 장치 외부측으로부터 버너로의 연료를 위한 및 산화제를 위한 입구와;
(C) 입구 및 출구를 갖는 노즐로서, 입구는 연소 챔버의 대향 단부들 중 다른 하나에 있는, 노즐과;
(D) 노즐의 출구 주위에서 폐쇄되는 상류 단부 및 개방된 하류 단부를 갖는 덕트와;
(E) 장치 외부측의 입구 및 덕트 내의 덕트의 폐쇄 단부와 개방 단부 사이의 출구를 갖는 급송기 튜브
를 포함하고,
연소 챔버, 노즐 및 덕트는 동축인,
장치이다.
본 발명의 또 다른 태양은,
(A) 전술된 장치의 연소 챔버 내로 연료 및 산화제를 위한 각각의 입구를 통해 연료 및 산화제를 급송하고 연소 챔버 내에서 연료 및 산화제를 연소시켜 노즐을 통해 덕트 내로 보내어지는 연소 생성물을 포함하는 고온 가스의 스트림을 생성하는 단계와;
(B) 공급기 튜브를 통해 덕트 내로 입자상 고체를 급송하고 연소 생성물의 스트림 내에 고체를 혼입(entrain)시켜 덕트의 개방 단부 외부로 보내어지는 혼합 스트림을 형성하는 단계
를 포함하는 방법이다.
본 발명의 또 다른 태양은, 전기 아크 퍼니스 내로 고체를 분사하는 방법으로서, 전기 아크 퍼니스는 용융 금속 배스(bath) 및 용융 금속 배스의 상부 상의 슬래그 층을 수용하고, 용융 금속 배스와 슬래그 층 사이에 슬래그 및 용융 금속의 혼합물을 포함하는 층이 있으며, 전술된 방법을 수행하여 가스와 혼합된 고체의 고속 스트림을 생성하는 단계와; 스트림이 슬래그 층 내로, 또는 슬래그 층을 통해 슬래그 및 용융 금속의 혼합물 내로, 또는 슬래그를 통해 및 혼합물을 통해 용융 금속 배스의 표면 내로 침투되도록 된 속도로 용융 금속 배스를 향해 스트림을 분사하는 단계를 포함하는 방법이다. 가스와 혼합된 고체의 스트림의 속도는 스트림의 침투 깊이를 제어하도록 제어 가능하다. 높은 속도의 분사는 배스로의 비산 중의 반응성 입자(플레임 가스를 갖는 탄소)의 소모를 최소화한다.
본 발명의 다른 태양에서, 고체가 슬래그 층을 갖지 않는 용융 금속 배스 내로, 또는 킬른(kiln), 퍼니스 또는 화학 반응로 내로 여기에서 설명된 것과 같이 분사될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분사기의 외면도이다.
도 2는 도 1의 분사기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분사기의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 1 및 2는 분사기(1)의 외면도 및 단면도이다. 도 2에서 관찰되는 것과 같은 분사기는 도 1에서 관찰되는 도면에 비해 그 길이 방향 축에 대해 90˚만큼 회전된 상태이다.
도 1을 우선 참조하면, 분사기(1)는 수랭식 포위 연소 챔버(11)를 포함한다. 덕트(12)가 연소 챔버(11)의 일단부로부터 연장되고, 산화제 급송 라인(13) 및 연료 급송 라인(15)이 연소 챔버(11)의 타단부로부터 연장된다. 산화제 급송 라인(13)은 산화제의 공급원에 연결될 수 있는 산화제 입구(14)를 포함한다. 연료 급송 라인(15)은 연료의 공급원에 연결될 수 있는 연료 입구(16)를 포함한다. 튜브(17)가 아래에서 더 충분하게 설명되는 것과 같이 분사기(1) 내로 고체를 급송하는 데 사용된다. 분사기(1)는 바람직하게는 연소 챔버(11) 및 덕트(12)의 벽 내의 통로를 통해 순환되는 물에 의해 냉각된다. 냉각수는 바람직하게는 냉각수 입구 등의 입구(18)를 통해 급송되고, 바람직하게는 냉각수 출구 등의 출구(19)를 통해 분사기(1)로부터 배출된다.
도 2를 이제 참조하면, 분사기(1)의 추가의 세부 사항이 관찰될 수 있다. 버너(23)가 연소 챔버(11)의 일단부에서 연소 챔버(11) 내에 설정된다. 산화제 급송 라인(13) 및 연료 급송 라인(15)은 버너(23)로 (각각) 산화제 및 연료를 급송한다. 바람직하게는, 라인(13, 15)은 동심으로 배열되고, 이 때에 연료 급송 라인(15)은 산화제 급송 라인(13) 내에 동축으로 정렬된다. 연소 챔버(11) 내의 라인(13, 15)의 개방 단부는 바람직한 형태의 버너(23)를 포함한다. 연소 챔버(11) 내의 연료 및 산화제의 연소성 혼합물을 점화시키는 스파크 점화기 작동식 파일럿 플레임 장치(24)가 제공된다. 연소 챔버(11) 내로 탭 결합되는 압력 포트(25)가 또한 제공된다.
버너(23)가 위치되는 단부에 대향되는 연소 챔버(11)의 단부에는 노즐(26)이 있다. 수렴-발산 노즐 구성이 예시되어 있지만, 본 발명은 임의의 팽창 노즐 예컨대 수렴-발산형 노즐 대신에 (노즐을 통한 가스 유동의 방향으로의) 수렴형 노즐로써 실시될 수 있다. 노즐(26)은 연소 챔버(11)의 내부로 개방되는 노즐 입구(27)를 갖는다. 입구(27) 내로 진입되는 가스가 노즐(26)을 통과하고, 그 다음에 노즐 출구(28)를 통해 노즐(26)로부터 배출된다.
분사기(1)의 임의의 주어진 실시예에 대한 최적의 노즐 치수는 주어진 분사기에 의해 분사될 양의 고체 입자를 추진하는 데 요구되는 추력의 크기에 의존할 것이다. 더 높은 고체 급송 속도는 그에 대응하여 유효 분말 속도를 제공하기 위해 더 높은 양의 추진 가스를 요구할 것이다. 노즐 설계는 이용 가능한 넓은 범위의 실제 연료 공급 압력을 고려한다. 이용 가능한 공급 압력을 상승시키는 압축기를 추가하는 것은 선택 사항이고, 그 비용을 정당화하는 이익에 의존할 것이다. 연료 공급 압력이 충분히 높지 않을 때의 상황 하에서, 연소 챔버 압력은 이러한 파라미터에 의해 제한된다. 노즐 치수는 충분한 추진을 위한 필요량의 가스를 발생시키기 위해 이들 조건에 대해 비교적 더 클 것이다.
노즐(26)의 출구(28)가 덕트(12)의 일단부 내로 개방된다. 덕트(12)의 타단부(29)는 전기 아크 퍼니스의 내부 등의 주변 환경으로 개방된다.
전술된 튜브(17)는 덕트(12) 내에 바람직하게는 노즐(26)의 출구(28)에 있는 덕트(12)의 단부 근처에 있는 개구(30)에서 종료된다. 개구(30)에서의 튜브(17)의 축은 덕트(12)의 축에 대해 그리고 노즐(26)의 축에 대해 경사져 있고, 바람직하게는 10 내지 80˚의 각도를 형성한다. 바람직하게는, 연소 챔버(11), 노즐(26) 및 덕트(12)는 서로와 동축이다.
또 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 추가의 가스 바람직하게는 21 체적% 초과의 산소 함량을 갖는 산화 유체가 덕트(12) 내에 형성되는 고체 및 연소 생성물의 혼합물과 혼합되거나 그를 포위하도록 추가되는 추가의 입구(31)가 제공된다. 추가의 가스는 주변 온도에 있을 수 있거나 예열될 수 있다.
예 1
이러한 예는 분사기의 하나의 실시예의 예시로서 더 구체적인 세부 사항을 제공한다.
연소 챔버(11)의 벽은 바람직하게는 연소 반응으로부터의 열을 더 빠르게 소산시켜 장비 손상을 방지하기 위해 이러한 예에서 구리 등의 금속으로 제조된다. 이러한 예에서의 연소 챔버는 약 12"의 길이 그리고 2.125"의 내경을 갖는다.
연소 챔버(11)의 버너 단부에는 냉각수 회로에 의해 냉각되는 황동 단부 편이 있다. 이러한 황동 단부 편은 산소-천연 가스 버너(23)의 설치를 위한 준비부를 갖는다. 연료 덕트(15)는 3/4" SS316 튜브이고, 한편 환형 산소 파이프(13)는 1.5" SCH 40 스테인리스강 니플(nipple)이다. 2개의 파이프(13, 15)의 동심성은 한 세트의 스파이더(spider)에 의해 유지된다. 이러한 버너 설비는 연소 챔버(11)의 일단부에서 황동 단부 편 내로 나사산 결합된다. 버너(23)의 단부에서의 연료 노즐은 연소를 안정화시키는 돔 형상의 노즐이고, 더 양호한 고온 산화 내성을 위해 인코넬(Inconel) 601로부터 제조된다. 그러나, 본 발명의 이러한 장치의 다른 실시예는 연소 챔버(11)의 수랭 수단을 포함하지 않아도 된다.
연소 챔버(11)의 타단부에서는 수렴 발산(C-D) 노즐(26)을 수용하는 구리로 제조되는 플랜지가 있다. 이러한 플랜지는 냉각수가 유동되고 노즐의 과열을 방지하는 노즐 주위에 원주 방향으로 배열된 그 폭을 횡단하여 연장되는 관통 구멍을 갖는다. 이러한 예에서의 노즐 목 직경(nozzle throat diameter)은 0.8"이고, 그 배출 직경은 1.0"이다. 이러한 노즐(26)의 발산 각도는 노즐 축에 대해 8.3˚이고, 노즐 목 길이는 약 0.79"이다.
노즐 플랜지에 인접하게 고체 입구 파이프(17) 및 덕트(12)를 수납하는 황동 부재가 있다. 이러한 황동 부재는 냉각수가 유동되도록 그 두께를 횡단하여 연장되는 관통 구멍을 갖는다. 고체 입구 파이프(17)는 분사기 축에 대해 50˚의 각도로 진입된다. 연소 챔버로부터의 고온 연소 생성물과 함께 고체를 운반하는 덕트(12)는 1.5" SCH 80 황동 파이프로부터 제조된다. 덕트는 바람직하게는 분사기(11)의 잔여부에 부착되지만 어떤 다른 부재에 물리적으로 용접되지 않고, 그에 의해 덕트를 교체 가능한 구성 요소로 만든다. 이러한 부재를 소모성 구성 요소로 만드는 이유는 파이프의 벽에 대한 고체 입자의 마찰 작용으로 인한 점진적인 마모 및 파열 때문이다. 냉각수는 이러한 파이프의 길이를 따른 통로 내에서 유동되고, 냉각수 출구로 재차 유동되기 전에 덕트의 전방 표면에서 U턴을 한다. 덕트 출구를 나타내는 덕트의 전방 표면은 구리로부터 제조되고, 그와 밀접된 상태 하에서 유동되는 냉각수가 덕트가 과열되는 것을 차단하도록 설계된다.
동작: 분사기(1)의 동작은 연소 챔버(11)로 급송되는 연료 및 산화제를 연소시키는 단계, 수렴/발산 노즐(26)을 통해 그 연소 시에 형성되는 가스 연소 생성물의 스트림을 유동 및 팽창시키는 단계, 튜브(17)를 통해 덕트(12) 내로 고체를 급송하고 연소 생성물의 스트림 내에 고체를 혼입시키는 단계 그리고 요구 적용 대상으로 덕트(12) 외부로 그로 인한 고체 및 가스의 합성 스트림을 유동시키는 단계를 포함한다.
연소를 우선 참조하면, 연료 및 산화제가 연소 챔버(11) 내로 급송된다. 바람직한 연료는, 천연 가스 등의 임의의 연소성 가스 조성물; 프로판, 코크스 오븐 가스, 고로 오프가스, 다른 화학 또는 석유 화학 사업 활동으로부터의 오프가스 등의 주변 대기 상태에서 가스인 어떤 다른 탄화수소; 그리고 이들 중 임의의 가스의 혼합물이다. 본 발명은 또한 등유, 연료유 또는 주변 대기 상태에서 액체인 다른 연소성 조성물 등의 분무 액체 탄화수소를 연료로서 사용하여 실시될 수 있다.
산화제는 물론 산소를 함유하여야 한다. 공기 및 산소-부화 공기가 유용하지만, 산화제는 바람직하게는 적어도 50 체적% 그리고 더 바람직하게는 적어도 90 체적% 등의 더 높은 산소 함량을 갖는다.
연소 챔버로 급송되는 연료 대 산화제의 비율은 바람직하게는 연료의 화학량론적으로 완전한 연소를 제공할 정도로 충분하다.
로켓 추진 가스의 조성은 산화로부터 환원까지 제어 가능할 수 있다. 예컨대, 탄소 입자와의 반응성을 최소화하거나 철-산화물 함유 퍼니스 분진의 분사를 위한 예비-환원 반응을 향상시키기 위해 연료 부화 추진 가스를 운영하는 것이 유용할 수 있다.
연소 챔버(11) 내에서의 연료 및 산화제의 연소는 일반적으로 연소 라디칼, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기 및 산소 그리고 또한 질소 등의 연소에 관여하지 않는 있을 수 있는 불활성 성분을 포함하는 가스 연소 생성물을 생성한다.
연료 및 산화제는 연소 챔버(11) 내의 모든 가스 성분의 압력이 20 내지 150 psig일 정도로 충분한 양으로 연소 챔버로 급송된다. 가스 연소 생성물은 수렴/발산 노즐 내로 그리고 그를 통해 보내어지고, 500 내지 5000 피트/초(fps) 정도의 속도 그리고 바람직하게는 2000 내지 4000 fps의 속도로 그 노즐로부터 나온다. 이러한 스트림의 온도는 전형적으로 3500℉ 내지 5000℉이다. 튜브(17)를 통해 덕트(12) 내로 급송되는 고체는 요구 타깃 재료(즉, 슬래그 층 및/또는 슬래그 및 용융 금속의 혼합물 및/또는 용융 금속 배스)에 도달 및 접촉될 때에 임의의 화학 반응 또는 물리 효과에 관여할 수 있는 임의의 고체이다. 고체의 예는, 목탄 및 코크스 등의 원소 및/또는 고도로 환원된 형태로 탄소를 제공하는 재료; 석회 등의 다른 고체 시약; 소듐 실리케이트, 소듐 염화물, 포타슘 실리케이트, 포타슘 염화물, 소듐 산화물, 포타슘 산화물, 마그네슘 산화물, 마그네슘 염화물 또는 다른 할로겐화물 등을 포함하는 실리카, 알칼리 또는 알칼리토 금속 화합물 등의 반응성 또는 불활성인 재료를 포함한다. 바람직한 고체는 탄소-함유 재료(석탄, 석유 코크스 등), 석회 및 EAF 퍼니스 분진을 포함한다.
고체는 바람직하게는 최대 2 ㎜의 범위 내의 입자 크기를 갖는 입자 형태로 되어 있다. 고체는 회전-급송기 기구(roto-feeder mechanism) 등의 적절한 기구의 사용을 통해 튜브(17) 내로 그리고 그를 통해 덕트 내로 반송된다. 당업자라면 튜브(17) 등의 급송 튜브를 통해 분사기(1) 등의 장치 내로 이러한 재료를 급송할 수 있는 많은 공지된 그리고 상업적으로 이용 가능한 기구를 알고 있을 것이다. 고체는 공기 또는 질소 등의 수송 가스와 결합하여 급송될 수 있다. 고체는 분사를 위해 요구되는 재료 그리고 또한 어떤 양의 재료가 처리되어야 하는 고체를 이용한 일괄 공정의 크기에 따라 여러 개의 분사기가 EAF 내에 설치될 수 있다는 것을 고려하여 전형적으로 분사기당 50 lbs/분 내지 300 lbs/분의 범위 내에 있는 속도로 급송된다.
튜브(17)로부터의 고체 그리고 노즐(26)로부터의 가스 스트림은 합성되고, 덕트(12)를 통해 그리고 덕트(12)의 단부(29) 외부로 합성 스트림으로서 유동된다.
분사기(1)는 접합부에서의 상이한 부재 그리고 또한 밀봉 개스킷의 일체성을 유지하기 위해 그 전체 길이를 따라 냉각된다. 냉각수 회로는 하나가 채용되면 바람직하게는 압력을 상승시키도록 그 내에 원심 펌프를 갖는다. 전형적으로, 분사기(1)를 통한 물 유동률은 대략 40-45 갤런/분이다.
수렴-발산 노즐 설계는 또한 통상의 플레임 제트 동작 하에서 덕트 내의 고체 입구(30)에서의 음의 정체 압력 상태의 구현을 가능케 한다. 이러한 위치에서의 부압의 크기는 특정한 노즐 설계에 대한 버너 점화 속도에 의존한다. 부압 상태는 이들이 고체 급송기로부터 분사기로의 고체 유동에 그리고 또한 고체 반송 호스를 통한 분사기로부터 고체 급송기 내로의 고온 가스의 역류를 방지하는 보호 안전 조치에 긍정적인 영향을 미치기 때문에 필수적이다.
이 장치는 특정한 노즐 설계에 대해 상이한 버너 점화 속도로 동작될 수 있고, 이들 각각은 관련된 연소 챔버 압력에 대응한다. 점화 속도가 상승됨에 따라, 연소 챔버 압력 그리고 그로 인해 플레임 제트에 의해 발생되는 추력이 또한 상승된다. 입자의 가속을 향한 이 장치의 성능은 덕트 길이에 강력하게 의존하는 것으로 밝혀졌고, 그에 의해 덕트 내부측의 추진 가스와 접촉되는 입자의 체류 시간을 강조한다. 더 긴 덕트로 인한 더 긴 체류 시간은 가스 상과 입자 사이에서의 더 큰 정도의 모멘텀 교환을 촉진한다. 그러나, 입자가 이들 조건 하에서 이들의 최종 속도에 도달되면, 가스 상과의 추가의 접촉은 상당한 속도 상승을 보증하지 않는다. 그러므로, 덕트의 길이를 계속하여 증가시키는 것은 합성 스트림의 속도의 관점에서 추가의 이익이 없는 지점에 도달된다.
기존의 설계의 연소 챔버 압력은 요구되는 추력의 수준에 따라 특정한 수렴-발산 노즐 설계에 대해 20-100 psig에서 유연하게 운영될 수 있다. 천연 가스와 같은 가스 연료를 사용한 더 높은 챔버 압력에서의 운영은 대개 그 공급 압력에 의해 제한된다. 그러므로, 천연 가스 공급 압력이 충분하지 않은 위치에서, 필요한 크기의 추력을 유지하도록 대응하여 노즐 설계를 변경하는 조치 또는 압축기를 통해 압축을 추가하는 조치 등의 다른 조치가 취해져야 한다.
본 발명은 전기 아크 퍼니스를 포함하는 제강 퍼니스 내에 존재하는 것과 같은 용융 금속의 배스 등의 액체 배스 내로 고체를 분사하는 것에 특히 유용하다. 목탄 및/또는 코크스 등의 탄소질 재료가 심지어 통상적으로 용융 금속의 표면 상에 존재하는 슬래그의 층을 통해 용융 금속 내로 추진될 수 있다.
본 발명은 다음의 사항을 포함하는 많은 장점을 제공한다.
초음파 산소-연료 플레임 제트를 채용하는 것에 의한 5 피트 초과의 거리에 걸쳐 타깃으로의 반송을 도울 정도로 충분히 높은 속도까지의 밀집 상 반송 영역 하에서 50 lbs/분을 초과하는 급송 속도에서의 고체 반응성 입자의 가속.
플레임 제트 또는 산소-연료 연소의 양에 의해 부여되는 추력을 제어하는 것에 의한 입자 모멘텀의 제어.
입자상 시약의 어떤 분사 속도를 가속시키도록 발생되는 고온 추진 가스의 양을 조절하는 것에 의한 2개-상 유동 내의 입자 질량 로딩의 제어.
본 발명은 플레임 제트 화학 조성을 변경함으로써 제트의 근처 필드에서 스크랩 용융/절단 장치로서 이용될 수 있다.
본 발명은 소정 위치에서 열적 및 화학적 활성화를 경험하는 고체 연료 스트림과 (주변 온도에서의) 산소 스트림의 연소 반응을 이용하는 산소-고체 연료 버너로서 채용될 수 있다
본 발명은 해면철 킬른 내에서 석탄 슬링잉 장치(coal slinging device) 등의 장치의 가변 추력 발생 능력을 이용함으로써 긴 범위의 반응 영역에 걸친 반응을 위한 고체 시약을 반송하는 데 채용될 수 있다.
본 발명은 이탈 공기력의 영향을 최소화할 수 있는 더 높은 침투 능력을 위해 입자 속도를 향상시킨다. 퍼니스 분위기 내부측에서의 비산의 궤적 및 최소 시간의 유지가 이러한 관점에서 주요 장점이다.
이 장치와 밀접되거나 여러 개의 직경만큼 하류에 있을 수 있는 반응 영역으로의 그 반송으로써 예열된 화학 시약의 반응 능력의 개선.
버너 플레임 화학 조성은 요구에 따라 후속적으로 산소와의 화학 반응 능력을 요구하는 다른 목적을 위해 이용될 수 있는 높은 온도의 산소 제트를 발생시키도록 변경될 수 있다.
버너 연소 그리고 그에 따라 추력 발생 및 입자 모멘트가 제어될 수 있다.
추진 매체의 더 높은 비추력(specific thrust). 바꿔 말하면, 추진 가스의 단위 질량당 발생되는 추력은 저온 추진 매체에 비해 본 발명의 산소-연료 연소 접근법을 사용하면 훨씬 더 높다.
유사하거나 더 높은 정도의 입자 가속이 저온 추진 매체를 사용한 통상의 공기 접근법에 비해 더 낮은 양의 고온 추진 가스(2개의 상의 스트림 내의 더 높은 입자 질량 로딩)를 사용하여 가능하다.
본 발명은 공기 압축기에 대한 가격 그리고 또한 주변 온도로부터 퍼니스 온도까지의 저온 추진 공기의 가열을 향한 에너지 요건을 고려한 비용을 지불하여야 하는 추진 매체로서의 공기를 채용하는 다른 공기 수단의 단점을 피한다. 또한, 공기로부터의 질소가 제강 청정도 문제를 유발할 수 있다.
고체 시약의 단위 질량당 이용 가능한 고온 반응성 가스의 양을 변경함으로써 반응성 고체 시약 입자가 연소성이면 이들의 연소를 제어할 수 있는 능력. 그에 따라, 본 발명은 고온 추진 가스 스트림 내에 존재하는 자유 산소의 양을 감소시킴으로써 고체 입자 시약을 분사하는 데 사용될 수 있다. 대체예에서, 본 발명은 퍼니스 내에서 추가의 열이 요구되면 연료로서 고체 시약을 연소시키는 데 사용될 수 있다.
예열된 합성 가스-고체 스트림은 더 낮은 밀도 차이로 인해 고온 퍼니스 가스를 혼입시키는 경향이 적고, 그에 의해 2개의 상의 스트림의 치밀성/일관성을 개선한다. 한편, 저온 추진 매체의 사용은 이러한 관점으로부터 불리한 입장에 있다.
초음파 고-모멘텀 및 고온의 산소-연료 플레임 제트의 존재로 인한 슬래그/액체 금속의 스플래싱(splashing)으로 인해 제기되는 분사기 배럴 출구의 폐쇄 문제의 최소화.
액체 배스와 관련된 합성 고체-함유 스트림의 분사 및 반응성 능력의 개선은 안정된 슬래그 포밍의 조기 개시를 유발한다. 이것은 공정 수율 그리고 더 낮은 전력 소비에 잠재적인 영향을 미칠 수 있다.
전형적인 공정 폐기 스트림(재생된 EAF 분진)일 수 있는 고체 또는 후속의 공정 이익을 갖고서 타깃 반응물(용융체 또는 가스 스트림)과의 화학 반응에 관여할 수 있는 화학 반응물 스트림일 수 있는 고체를 사용할 수 있는 능력.
높은 속도의 분사가 또한 입자의 분사 효율의 개선을 돕고, 그에 의해 퍼니스 배기물로써의 고체의 더 적은 반송을 가져온다.
본 발명의 다른 이익은 다음의 사항을 포함한다.
전통적인 분말 분사 방법보다 고체 스트림을 파괴할 때의 난류 현상의 감소된 영향.
예열된 탄소 입자는 화학 반응이 제어 중이면 슬래그 FeO와의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.
최종의 슬래그 FeO의 관점에서 수율 손실의 감소로 이어질 수 있다.
슬래그(캐리오버)를 통해 미-반응 탄소 손실을 저하시킬 수 있다.
초음파 플레임 제트는 이 장치의 부근에서 스크랩을 예열 및 용융시킬 수 있다.
공정 중단 후에 요구 폼 슬래그 층을 재설정한다.
더 높은 탄소 분사 효율, 제4 구멍을 통한 탄소의 더 낮은 손실.
더 양호한 슬래그 포밍으로 인한 전력 소비의 감소 그리고 내화물 마모의 감소.
요구에 따라 용융 금속 배스의 재침탄을 위해 유용하다.

Claims (5)

  1. 전기 아크 퍼니스 내로 고체를 분사하는 방법으로서,
    전기 아크 퍼니스는 용융 금속 배스(bath) 및 용융 금속 배스의 상부 상의 슬래그 층을 수용하고, 용융 금속 배스와 슬래그 층 사이에 슬래그와 용융 금속의 혼합물을 포함하는 층이 있고,
    (A) (A.1) 제1 및 제2 대향 단부를 갖는 연소 챔버,
    (A.2) 상기 제1 및 제2 대향 단부 중 하나에 있는 상기 연소 챔버 내의 버너, 및 상기 연소 챔버 외부로부터 상기 버너로의 연료용 입구 및 산화제용 입구,
    (A.3) 입구 및 출구를 갖는 노즐로서, 입구가 상기 연소 챔버의 상기 제1 및 제2 대향 단부 중 다른 하나에 있는, 노즐,
    (A.4) 상기 노즐의 출구 주위에서 폐쇄된 상류 단부 및 개방된 하류 단부를 갖는 덕트, 및
    (A.5) 장치 외부의 입구 및 상기 덕트의 폐쇄 단부와 개방 단부 사이의 상기 덕트 내 출구를 갖는 급송기 튜브
    를 포함하며 상기 연소 챔버, 상기 노즐 및 상기 덕트가 동축인 장치의 연소 챔버 내로 연료 및 산화제를 연료용 입구 및 산화제용 입구 각각을 통해 급송하고, 상기 연소 챔버에서 상기 연료와 산화제를 연소시켜 상기 노즐을 통해 상기 덕트 내로 보내지는 상기 연소의 생성물을 포함하는 가스 스트림을 생성하는 단계,
    (B) 상기 급송기 튜브를 통해 상기 덕트 내로 입자상 고체를 급송하고 상기 고체를 상기 연소 생성물의 스트림 내에 혼입(entrain)시켜 상기 덕트의 개방 단부의 외부로 보내지는 상기 입자상 고체와 상기 가스 스트림으로 이루어진 2상 혼합 스트림을 형성하며 상기 2상 혼합 스트림은 용융된 물질을 포함하지 않는 것인 단계, 및
    (ⅰ) 상기 2상 혼합 스트림이 슬래그 층 내로 침투하도록 제어된 속도 또는 (ⅱ) 상기 2상 혼합 스트림이 슬래그 층을 통해 상기 슬래그와 용융 금속의 혼합물 내로 침투하도록 제어된 속도 또는 (ⅲ) 상기 2상 혼합 스트림이 슬래그 층 및 상기 슬래그와 용융 금속의 혼합물 둘 다를 통해 침투하도록 그리고 용융 금속 배스 내로 침투하도록 제어된 속도 중 하나로 상기 2상 혼합 스트림을 용융 금속 배스를 향해 분사시키는 단계
    를 포함하는, 전기 아크 퍼니스 내로 고체를 분사하는 방법.
  2. 퍼니스 내로 고체를 분사하는 방법으로서,
    (A) (A.1) 제1 및 제2 대향 단부를 갖는 연소 챔버,
    (A.2) 상기 제1 및 제2 대향 단부 중 하나에 있는 상기 연소 챔버 내의 버너, 및 상기 연소 챔버 외부로부터 상기 버너로의 연료용 입구 및 산화제용 입구,
    (A.3) 입구 및 출구를 갖는 노즐로서, 입구가 상기 연소 챔버의 상기 제1 및 제2 대향 단부 중 다른 하나에 있는, 노즐,
    (A.4) 상기 노즐의 출구 주위에서 폐쇄된 상류 단부 및 개방된 하류 단부를 갖는 덕트, 및
    (A.5) 장치 외부의 입구 및 상기 덕트의 폐쇄 단부와 개방 단부 사이의 상기 덕트 내 출구를 갖는 급송기 튜브
    를 포함하며 상기 연소 챔버, 상기 노즐 및 상기 덕트가 동축인 장치의 연소 챔버 내로 연료 및 산화제를 연료용 입구 및 산화제용 입구 각각을 통해 급송하고, 상기 연소 챔버에서 상기 연료와 산화제를 연소시켜 상기 노즐을 통해 상기 덕트 내로 보내지는 상기 연소의 생성물을 포함하는 가스 스트림을 생성하는 단계,
    (B) 상기 급송기 튜브를 통해 상기 덕트 내로 입자상 고체를 급송하고 상기 고체를 상기 연소 생성물의 스트림 내에 혼입시켜 상기 덕트의 개방 단부의 외부로 보내지는 상기 입자상 고체와 상기 가스 스트림으로 이루어진 2상 혼합 스트림을 형성하며 상기 2상 혼합 스트림은 용융된 물질을 포함하지 않는 것인 단계, 및
    상기 2상 혼합 스트림을 상기 퍼니스 내로 분사시키는 단계
    를 포함하는, 퍼니스 내로 고체를 분사하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 퍼니스는 용융 금속을 수용하고, 상기 2상 혼합 스트림은 상기 용융 금속 내로 침투하는, 퍼니스 내로 고체를 분사하는 방법.
  4. 삭제
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