KR102342201B1

KR102342201B1 - 순산소 전로용 통풍구

Info

Publication number: KR102342201B1
Application number: KR1020200086662A
Authority: KR
Inventors: 아난드쿠마르 마크와나; 아눕 바산트 새인; 마이클 데이비드 부진스키; 그레고리 제이 부라지노
Original assignee: 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2021-12-21
Also published as: JP7007431B2; US11155890B2; CN112239798A; EP3766598B1; JP2021017653A; CN112239798B; EP3766598A1; US20210017616A1; KR20210010363A; ES2912077T3; BR102020014409A2; PL3766598T3

Abstract

통풍구는, 내부 튜브로서, 제1 직경을 갖는 하부 섹션, 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 상부 섹션, 및 하부 섹션을 상부 섹션에 연결하는 수렴 각도 Θ가 15° 내지 35°인 수렴 전이 섹션을 포함하고, 상부 섹션의 하류 단부에서 내부 노즐에서 종결되는 내부 튜브; 및 사이에 고리를 생성하도록 내부 튜브를 둘러싸는 외부 튜브로서, 제1 직경보다 큰 제3 직경을 갖는 하부 섹션, 제3 직경보다 작지만 제2 직경보다는 큰 제4 직경을 갖는 상부 섹션 및 하부 섹션을 상부 섹션에 연결하는 수렴 전이 섹션을 포함하고 상부 섹션의 하류 단부에서 외부 노즐에서 종결되는 외부 튜브를 포함한다.

Description

순산소 전로용 통풍구{TUYERE FOR A BASIC OXYGEN FURNACE}

본 출원은, 통풍구에 관한 것으로서, 특히 순산소 전로(BOF)를 저부 교반하기 위한 불활성 가스 사용의 동작성을 개선하기 위한 저부 또는 측면 통풍구에 관한 것이다.

BOF는 20 세기 중반부터, 주로 산소를 사용하여 탄소와 불순물을 제거하는 것에 의해 선철을 강철로 변환하기 위해 일반적으로 사용되었다. BOF는 변환을 달성하기 위해 선철로 공기를 취입하는 초기 베세머 프로세스에 대한 개선이었다. BOF에서, 용융된 선철을 통해 산소를 취입하면 금속의 탄소 함량이 낮아져 저탄소강으로 변화된다. 이 프로세스는 또한 불순물의 제거를 촉진하고 용기의 라이닝을 보호하기 위해 화학적 염기인 생석회 또는 백운석의 플럭스를 사용한다.

BOF에서, 상단 랜스를 사용하여 초음속 속도로 산소를 욕 내로 취입하여, 산소와 탄소의 발열 반응을 일으켜 열을 발생시키고 탄소를 제거한다. 산소를 포함한 성분을 모델링하고 약 20 분 내에 목표 화학 및 온도에 도달하도록 정확한 양의 산소를 취입한다.

산소 취입의 야금학 및 효율은 저부 교반(조합 취입이라고도 지칭됨)에 의해 개선되고; 기본적으로 아래에서 가스를 도입하여 용융 금속을 교반하면 동역학이 개선되고 온도가 더 균일해져 탄소-산소 비율 및 인 제거에 대한 더 양호한 제어가 가능해진다.

저부 교반을 위해 아르곤 및/또는 질소와 같은 불활성 가스를 사용하는 것이 미국 이외의 지역에서 비교적 일반적이다. BOF 저부 교반의 이점은 잠재적으로 더 높은 수율과 증가된 에너지 효율을 포함한다. 그러나, 미국에서 일반적으로 사용되는 슬래그 스플래싱 관행으로 인해 저부 교반 노즐을 유지하기 어렵고 신뢰성이 낮아서, 미국에서는 BOF 저부 교반이 일반적이지 않다. 슬래그 스플래싱은 내화물 및 용기 수명을 개선하는 데 도움이 되지만 기존 저부 교반 노즐의 차단을 유발한다.

BOF 저부 교반을 사용하는 미국 이외의 시설에서도 기존 저부 교반 노즐의 수명은 막히거나 폐색되기 전에 노 운영(furnace campaign)의 길이 보다 훨씬 짧은 경우가 많다. 예를 들어, BOF 운영이 1만, 1만 5천 또는 심지어 2만회 가열 동안 운전하는 것은 희귀한 일이 아니지만 저부 교반 노즐은 더 이상 사용할 수 없을 때까지 3천 내지 5천 가열 이상 지속되는 경우가 거의 없다. 따라서, 노 운영의 적어도 절반, 일부 경우에는 85 %만큼 동안의 저부 교반이 불가능하다.

역사적으로, 용융 금속 아래에서 가스를 유입시키는 다른 작업이 때때로 제강에 사용되었다. 예를 들어, 1970년대에는 동심 노즐을 갖는 통풍구를 통해 산소와 함께 천연 가스(또는 냉각제로 사용되는 다른 가스)를 주입하여(일반적으로 내부 중앙 노즐을 통해 유동하는 산소 및 외부 환형 노즐을 통한 연료 유동을 사용함) 제강에서 탈탄에 산소를 사용하는 프로세스가 개발되었다. 예를 들어, 100 % 저부-취입(OBM) 프로세스는 천연 가스를 사용하여 프로세스에 산소를 주입하는 통풍구를 가린다. 이 프로세스의 일부 변형, 예컨대, Q-BOP(순산소 전로법)도 사용되었으며, 이 또한 통풍구를 통해 분말 석회를 주입한다. 이러한 방법은 예를 들어, Fruehan, R.J.의 문헌 [The Making, Shaping and Treating of Steel : Steelmaking and Refining Volume, 11th Edition, AIST, 1998, ISBN: 0930767020]의 8 장: 산소 제강 전로 기계적 설명 및 유지 보수 고려 사항; 9 장: 산소 제강 프로세스와 https://mme.iitm.ac.in/shukla/BOF%20steelmaking%20process.pdf에 설명되어 있다. 이러한 프로세스는 일반적으로 더 높은 저부 마모로 귀결되고 노 운영 중간에 저부 교체가 필요하다.

다른 경우에, 막힘 가능성에 대항하기 위해 저부 교반이 필요하지 않더라도 불활성 가스 유동이 항상 높은 유량으로 유지되며, 이는 비효율적이고 과도한 양의 불활성 가스를 사용한다. 예를 들어, Mills, Kenneth C., 등의 문헌 ["A review of slag splashing." ISIJ international 45.5 (2005): 619-633)] 및 https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/45/5/45_5_619/_pdf를 참조한다.

또 다른 예에서, 막힘이 검출되는 경우 50 % 더 높은 유량이 교반에 사용되는 것과 조합하여 슬래그 화학 조성물이 개질되었다. 예를 들어, Guoguang, Zhao & Huesken, Rainer & Cappel, Juergen.의 2012년 문헌 [Experience with long BOF campaign life and TBM bottom stirring technology, Stahl und Eisen, 132. 61-78](통풍구 수명을 8,000-10,000 사이클로 개선함)을 참조한다. 그러나, 이러한 변형은 슬래그의 [C]-[O] 수준에 따라 MgO 펠릿의 첨가 및 CaO/SiO2 비율 관리와 같은 많은 프로세스 지식 및 제어를 필요로 한다.

노에서 설계 및 구현된 다수의 통풍구가 있지만 각각에는 결함이 있다.

예를 들어, 미국 특허 제4,417,723호는 백 어택(back attack)에 의한 내화 벽의 침식을 최소화하고 연속적인 가스 취입 작동을 유지하도록 설계된 동심 이중 튜브 통풍구를 설명하고 있다.

미국 특허 제5,329,545호는 전기 아크로에서 산소 및 불활성 가스를 취입하는 데 사용되는 통풍구를 설명하고 있다. 이러한 통풍구는 특히 용융 금속 분수의 형성을 피하기 위해 전기 아크로에서 용융 금속의 비교적 얕은 깊이에서 작동하도록 개발되었다. 내경이 좁은 통풍구는 산소 또는 불활성 가스의 낮은 체적 유량에서 음속 유동을 생성한다.

미국 특허 제4,758,269호는 용강 욕 아래에서 정련 반응 및 교반을 개선하기 위해 개선된 가스 분포를 갖는 산소를 취입하는 통풍구를 개시하고 있다. 이 통풍구는 가스가 나선형 패턴으로 금속 욕에 들어가는 복수의 튜브를 갖는다. 이 장치는 또한 공급 가스의 압력에 기초하여 레이들(ladle)에서 기포가 분배될 영역에 대한 제어를 용이하게 한다.

미국 특허 제5,458,320호는 용융 금속 욕에 가스를 주입하기 위한 3개의 동심 파이프 통풍구를 교시한다. 침지식 통풍구는 통풍구를 용융 금속으로부터 보호할뿐만 아니라 교반에 사용되는 가스 유동을 제한하지 않는, 튜브 출구에서의 최적화된 크기의 부착물을 형성하도록 설계되었다.

본 발명은 욕의 온도 및 화학적 성질에서의 균질성을 빠르게 달성하여 개선된 제품 품질을 달성하도록 금속 욕을 교반하기 위해 노에서 사용될 수 있는 장치에 관한 것이다. 이들 장치 또는 통풍구는 저부 또는 측부 취입 작동을 위해 레이들, 순산소 전로, 구리 정련로를 포함하지만 이에 제한되지 않는 금속 용융 또는 정련로에 사용될 수 있다.

양태 1. 통풍구이며, 내부 튜브로서, 제1 직경을 갖는 하부 섹션, 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 상부 섹션, 및 내부 튜브 하부 섹션을 내부 튜브 상부 섹션에 연결하는 수렴 각도 Θ가 30° 내지 60°인 수렴 전이 섹션을 포함하고, 내부 튜브 상부 섹션의 하류 단부에서 내부 노즐에서 종결되는 내부 튜브; 및 사이에 고리를 생성하도록 내부 튜브를 둘러싸는 외부 튜브로서, 제1 직경보다 큰 제3 직경을 갖는 하부 섹션, 제3 직경보다 작지만 제2 직경보다는 큰 제4 직경을 갖는 상부 섹션 및 외부 튜브 하부 섹션을 외부 튜브 상부 섹션에 연결하는 수렴 전이 섹션을 포함하고 외부 튜브 상부 섹션의 하류 단부에서 외부 노즐에서 종결되는 외부 튜브를 포함하고, 통풍구는 통풍구에 의해 형성된 제트가 0.75 내지 2, 바람직하게는 1.25 초과 그리고 2 이하인 팽창 마하수를 갖는 제트 모드에 있게 되는 교반 모드 및 내부 노즐 또는 외부 노즐의 임의의 차단을 소거할 수 있게 하도록 안정한 비-예혼합 화염이 형성되는 버너 모드의 2가지 모드에서 작동할 수 있다.

양태 2. 양태 1의 통풍구에 있어서, 15° 내지 75°의 테이퍼 각도로 내부 튜브의 상부 섹션의 외부 표면 주위에 나선형으로 권취된 한 쌍의 정반대로 대치된 와이어를 더 포함한다.

양태 3. 양태 1 또는 양태 2의 통풍구에 있어서, 내부 튜브에 불활성 가스를 공급하도록 구성된 제1 불활성 가스 밸브 및 내부 튜브에 연료를 공급하도록 구성된 연료 밸브; 외부 튜브에 불활성 가스를 공급하도록 구성된 제2 불활성 가스 밸브 및 외부 튜브에 산화제를 공급하도록 구성된 산화제 밸브; 및 교반 모드 또는 버너 모드에서 통풍구를 작동시키도록 프로그램된 제어기를 더 포함하고; 교반 모드에서, 제1 불활성 가스 밸브 및 제2 불활성 가스 밸브는 개방되고 연료 밸브 및 산화제 밸브는 폐쇄되고, 버너 모드에서, 연료 밸브 및 산화제 밸브는 개방되고 제1 불활성 가스 밸브 및 제2 불활성 가스 밸브는 폐쇄된다.

양태 4. 양태 3의 통풍구에 있어서, 통풍구의 내부 튜브의 제1 배압을 나타내는 신호를 제어기에 전송하도록 구성된, 통풍구의 내부 튜브의 상류의 도관에 있는 제1 압력 센서; 및 통풍구의 외부 튜브의 제2 배압을 나타내는 신호를 제어기로 전송하도록 구성된, 통풍구의 외부 튜브의 상류의 도관에 있는 제2 압력 센서를 더 포함하고; 제어기는 제1 배압 및 제2 배압 중 하나 또는 둘 모두가 통풍구의 미리 결정된 정상 배압 범위로부터 벗어날 때 통풍구 작동을 교반 모드에서 버너 모드로 전환하도록 프로그램된다.

양태 5. 양태 3 또는 양태 4의 통풍구에 있어서, 통풍구의 외부 튜브의 상부 섹션의 온도를 나타내는 신호를 제어기에 전송하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하고; 제어기는 온도가 통풍구의 미리 결정된 정상 온도 범위에서 벗어날 때 통풍구 작동을 교반 모드에서 버너 모드로 전환하도록 프로그램된다.

양태 6. 양태 3 내지 5의 통풍구 중 어느 하나에 있어서, 통풍구의 내부 노즐 및 외부 노즐의 시각적 이미지를 제어기로 전송하도록 구성된 카메라를 더 포함하고; 제어기는 시각적 이미지가 내부 노즐 및 외부 노즐 중 하나 또는 둘 모두의 부분적 차단을 나타낼 때 통풍구 작동을 교반 모드에서 버너 모드로 전환하도록 프로그램된다.

본 명세서에 개시된 시스템 및 방법의 다양한 양태는 단독으로 또는 서로의 조합으로 사용될 수 있다.

도 1은 BOF 저부 교반에 사용하기 위한 통풍구의 실시예의 개략적인 측단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 안정적인 화염 생성을 보조하기 위한 메커니즘을 구비하는, 도 1의 통풍구의 내부 노즐의 측단면도이다. 도 2a는 내부 노즐 출구 근방에 난류를 생성하기 위한 나선형으로 권취된 와이어를 도시하고, 도 2b는 노즐 출구 근방에 난류를 생성하기 위한 내부 노즐의 외부 벽의 홈 또는 노치(notch)를 도시하고 있다.
도 3은 버너 모드에서 작동하는 도 1의 통풍구의 측단면도이다.
도 4는 다양한 작동 모드에서 도 1의 통풍구를 작동시키기 위한 제어 시스템의 개략도이다.
도 5는 도 1의 통풍구의 전환 내부 노즐을 통한 가스 유량 대 압력을 도시하고 있는 그래프이다.
도 6은 침지 연소 중에 고장이 발생한 경우 도 1의 통풍구로의 용융 금속 역류로 인한 측정된 온도 상승을 도시하고 있는 그래프이다.
도 7은 저부 교반을 사용하지 않는 기본 BOF 제강 프로세스의 작동 순서를 나타내는 개략도이다.
도 8은 저부 교반을 사용하는 변형된 BOF 제강 프로세스 및 슬래그 스플래싱 동안 저부 교반 통풍구가 막히는 것을 방지하기 위한 본 명세서에 설명된 프로세스의 실시예 및 작동 순서를 도시하고 있는 개략도이다.
도 9는 슬래그 스플래싱 동안 저부 교반 통풍구 막힘의 가능성을 감소시키기 위해 도 1의 통풍구로부터 고 운동량 화염 또는 열 제트가 통풍구로부터 배기되는 프로세스의 실시예를 도시하고 있는 개략적인 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 테스트 동안 BOF 외부에서 그 2가지 모드에서 작동하는 통풍구를 도시하는 사진이다. 도 10a는 버너 모드에서 통풍구에 의해 생성된 안정적인 화염을 도시하고, 도 10b는 수조 내에서 통풍구에 의해 생성된 안정적인 제트를 도시하고 있다.

본 발명의 저부 또는 측면 교반 통풍구가 본 명세서에서 설명되며, 이는 슬래그 스플래싱을 또한 수행하는 작동에서, 개선된 신뢰성, 문제의 적시 검출/완화, 및 저부 교반 통풍구의 용이한 유지 보수로 BOF에서 저부 교반의 사용을 용이하게 하기 위한 것이다. 이 통풍구는 또한 현재 슬래그 스플래싱을 사용하지 않는 BOF 저부 교반 작동이 슬래그 스플래싱을 사용하기 시작하여 그 이점을 얻을 수 있게 할 것이다. 통풍구는 BOF의 저부 또는 측벽에 장착될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 산화제는 분자 산소 농도가 적어도 23 %, 바람직하게는 적어도 70 %, 보다 바람직하게는 적어도 90 %인 농후한 공기 또는 산소를 의미한다. 본 명세서에 사용된 불활성 가스는 질소, 아르곤, 이산화탄소, 다른 유사한 불활성 가스 및 이들의 조합을 의미한다. 본 명세서에서 사용될 때, 연료는 천연 가스를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는 가스 연료를 의미한다.

슬래그 스플래싱을 또한 사용하는 BOF에서 저부 교반을 사용하기 위해, 본 발명자는 저부 교반 통풍구가 막힐 가능성을 최소화하고, 신규 BOF와 연속적인 슬래그 스플래싱 작동으로 인한 저부 축적물이 존재하는 조건 둘 모두에서 원하는 교반 조건을 달성하는 통풍구 노즐 유동 구조를 갖출 필요가 있다고 판단하였다.

통상적인 BOF 제강 프로세스는 도 7에 5 단계로 표시된 4개의 페이즈로 구성된다: 붓기 페이즈(1 단계), 취입 페이즈(2 단계에서 시작하여 3 단계에서 종료), 탭 페이즈(4 단계) 및 슬래그 스플래시 페이즈(단계 5). 사이클이 반복되므로 단계 5 이후에 프로세스는 단계 1로 재순환된다.

단계 1(고온 금속 붓기)에서, 원하는 충전 레벨을 달성하기 위해 고온 금속(선철)이 상부 개구를 통해 노 용기에 적재되거나 부어진다.

단계 2(취입 시작)에서, 노의 상부 개구를 통해 삽입된 랜스를 통해 산소 유동이 주입되고; 이 프로세스 동안, 슬래그가 용융 금속의 상부 표면에 형성된다. 3 단계(취입 종료)에서, 산소 유동이 중지되고 랜스가 상부 개구에서 제거된다.

단계 4(탭)에서, 노가 기울여지고 용융 금속은 노 측면의 탭을 통해 부어지고 슬래그는 노 내에 남겨진다.

단계 5(슬래그 스플래시)에서, 노는 직립 위치로 복귀되고 노의 상부 개구를 통해 삽입된 랜스를 통해 질소 유동이 주입된다. 질소는 초음속 속도로 BOF로 다량(예를 들어, 20,000 SCFM)으로 유동되며, 이는 용융 슬래그가 노 용기의 벽 전체에 비산되게 한다. 이로 인해, BOF 용기가 보호 슬래그 층으로 코팅되고, 이는 BOF 프로세스 중에 소비되거나 침식된 일부 용기 내화물을 부분적으로 대체한다. 그러나, 저부 교반 노즐이 있는 용기에서 슬래그 스플래싱이 이루어지면, 용기 저부에 위치한 저부 교반 노즐이 부분적으로 또는 완전히 막히게 되는 경우가 많다. 이러한 막힘은 저부 교반 노즐을 통해 BOF로의 추가 가스 유동을 본질적으로 방지하거나 제한하며, 결국 다수회의 슬래그 스플래싱 후에는 저부 교반 능력을 모두 잃게 된다.

따라서, BOF 저부 교반 통풍구를 사용함에 있어서의 주요 과제는 시간이 지남에 따라 통풍구가 교반 가스로부터의 슬래그 또는 금속의 냉각으로 인해 통풍구의 출구에서 부분 또는 전체 차단을 발생시킬 수 있다는 것이다. 또한, 이들 차단은 통풍구 출구로부터 하류 위치에 존재할 수 있다. 이러한 유형의 차단은 통풍구 내부의 가스 유동에 영향을 미치지 않을 것이지만; 그러나, 팽창 중인 제트가 다른 노 영역으로 전향됨에 따라 교반의 효과가 소실된다. 통풍구의 하류에 형성되는 이러한 차단은 통풍구 내의 유체의 유동 특성에 본질적으로 영향을 미치지 않기 때문에 검출 및 제거하기가 어렵다.

또한, 침지식 가스 주입 통풍구는 제트 체제(jetting regime)에서 작동하도록 설계되어 있다. 제트 체제에서의 통풍구의 작동은 주변 내화 벽에 대한 백 어택 발생과 통풍구 내부의 용융 금속 침투를 감소시키는 데 도움이 된다. 작동 중인 통풍구의 안정적인 제트 조건을 달성하기 위한 기준은 2가지 변수에 기초하는 것으로 이해된다: 팽창 마하수 및 제트 팽창 각도. 팽창 마하수가 1.25이고 팽창 반각이 5°보다 큰 제트는 안정적인 제트 체제에 있을 것이다. 이러한 안정적인 제트 체제를 달성하기 위해, 공급 가스 요건이 상당히 높아 압축 장치의 사용이 필요하다. 이러한 장치를 사용하면 통풍구의 운영 비용이 추가된다.

본 발명의 목적은 노에서 침지식 가스 교반 작동의 이점을 유지하면서 앞서 설명된 단점을 제거하는 것을 돕는 통풍구를 제공하는 것이다. 현재의 통풍구 설계는 2개의 다른 작동 모드에서 통풍구의 작동 유연성을 제공하여 이 목표를 달성한다. 2개의 작동 모드는 교반 모드와 버너 모드이고, 작동 모드는 제어기 메커니즘을 사용하여 선택할 수 있다. 장치의 다른 목적은 안정적인 제트 조건을 존속시키고 효과적인 교반을 위한 유동 요건을 처리하면서 압력하에 작동하는 것이며, 이는 외부 압축기를 필요로 하지 않고 공기 분리 유닛 또는 표준 고압 저장 용기로부터 달성 가능하다.

슬래그 스플래싱 동안 저부 교반 노즐을 통해 질소를 유동시킴으로써 기존의 저부 교반 노즐을 개방 상태로 유지하려는 일부 이전의 시도는 실패하였다. 이전의 어려움을 극복하기 위한 자체-존속적인 저부 교반 통풍구 및 이러한 통풍구와 함께 사용하기 위한 제어 시스템이 본 명세서에 개시된다. 자체-존속적인 통풍구는 기본적으로 동심 튜브 설계이며, 하나의 유체는 내부 중앙 노즐을 통해 유동하고 다른 유체는 외부 환형 노즐을 통해 유동한다. 이하의 설명에서, 내부 중앙 노즐은 때때로 1차 노즐로 지칭될 수 있고, 외부 환형 노즐은 때때로 2차 노즐로 지칭될 수 있다.

일 실시예에서, 내부 중앙 통로는 연료 또는 불활성 가스를 선택적으로 유동시키도록 구성되고, 외부 환형 통로는 BOF의 작동 페이즈에 따라 산소 또는 불활성 가스를 선택적으로 유동시키도록 구성된다. 대안 실시예에서, 내부 중앙 통로는 산화제 또는 불활성 가스를 선택적으로 유동시키도록 구성되고, 외부 환형 통로는 역시 BOF의 작동 페이즈에 따라 연료 또는 불활성 가스를 선택적으로 유동시키도록 구성된다.

보다 구체적으로, 각각의 교반 통풍구는 예를 들어 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 동축 노즐(파이프-인-파이프 구성)로 구성된다. 통풍구는 출구 단부 또는 고온 팁이 노를 향하도록 BOF에 설치된다. 작동 중에, 연료 및 산소, 또는 대안적으로 질소, 아르곤 또는 이산화탄소와 같은 불활성 가스가 BOF에서의 작동 페이즈에 따라 내부 및 외부 노즐 둘 모두에 상호 교환적으로 도입된다.

1차 노즐의 주된 역할은 백 어택을 방지하기 위해 제트 유동과 같은 교반에 효과적인 유동 체제를 제공하는 것이다. 2차 노즐의 주된 역할은 산화제 또는 연료를 유동시키는 수단을 제공하고 슬래그 스플래시 페이즈 동안 특수한 특징, 예를 들어, 와류 유동을 사용하여 비-예혼합 화염을 안정화시키는 것을 돕는 것이다.

1차 노즐은 여러 구성 중 하나를 가질 수 있다. 예를 들어, 1차 노즐은 수렴 노즐, 수렴-발산 노즐(초음속 유동을 생성하기 위해), 공동 노즐, 또는 수렴-발산 노즐과 공동의 조합일 수 있다. 또한, 통풍구에는 이러한 발산, 수렴 또는 수렴-발산 노즐이 하나 또는 여러 개 있을 수 있다.

도 1은 2 가지 상이한 모드로 작동할 수 있는 통풍구(10)의 실시예를 도시하고 있다: 침지식 가스 주입을 위한 교반 모드(통풍구(10)에 의해 형성된 제트가 제트 체제에 있음) 및 버너 모드(통풍구의 출구가 슬래그로 덮이지 않게 유지하도록 연료 및 산화제가 연소됨). 교반 모드에서, 통풍구는 그 위에 있는 욕의 적절한 혼합을 돕는다. 버너 모드에서, 통풍구는 통풍구의 출구에서 고형 또는 반고체 물질의 임의의 차단을 세정하는 메커니즘을 제공한다. 따라서, 통풍구는 자체적으로 통풍구 출구에서 축적된 물질을 잠재적으로 제거함으로써 더 긴 운영을 위해 교반 모드에서 혼합의 효과를 유지할 수 있게 하고, 통풍구의 출구에서 또는 그 더 하류에서 완전한 차단을 제거함으로써 더 긴 시간 동안 통풍구의 수명 운영을 증가시킨다.

도 1의 실시예에서, 통풍구(10)는 2개의 동심 튜브, 외부 튜브(20) 및 내부 튜브(30)를 포함한다. 외부 튜브(20)는 하부 섹션(22), 하부 섹션(22)의 하류의 수렴 전이 섹션(24), 및 외부 또는 2차 노즐(28)에서 종결되는, 수렴 전이 섹션(24) 하류의 상부 섹션(26)을 포함한다. 내부 튜브(30)는 외부 튜브(20)의 하부 섹션(22)과 정렬된 하부 섹션(32), 외부 튜브(20) 의 수렴 전이 섹션(24)과 정렬된 수렴 전이 섹션(34), 및 내부 또는 1차 노즐(38)에서 종결되는 상부 섹션(36)을 포함한다.

외부 튜브(20)의 하부 섹션(22)은 직경 d_LO를 갖고 외부 튜브(20)의 상부 섹션(26)은 직경 d_UO를 가지며, 상부 섹션 직경은 하부 섹션 직경보다 작고, 수렴 전이 섹션(24)은 하부 섹션(22)과 상부 섹션(26)을 연결하기 위해 바람직하게는 30° 내지 60°의 각도(Θ)로 수렴한다. 유사하게, 내부 튜브(30)의 하부 섹션(32)은 직경 d_LI를 갖고, 내부 튜브(30)의 상부 섹션(36)은 직경 d_UI를 가지며, 상부 섹션 직경은 하부 섹션 직경보다 작고, 수렴 전이 섹션(34)은 하부 섹션(32)과 상부 섹션(36)을 연결하기 위해 각도(Θ)로 수렴한다. 수렴 전이 섹션(24, 34)의 사용은 단일 튜브 직경을 갖는 튜브로 구성된 이전 설계에서 달성할 수 있는 것보다 낮은 압력에서 각각의 튜브 각각의 출구에서 음속 유동 조건을 달성하는 것을 돕는다.

도시되어 있는 실시예는 1차 노즐(38)과 2차 노즐(28)이 정렬되는 것을 도시하지만, 일부 경우에 노즐의 하나의 수력 직경을 참조하여 원하는 길이 또는 비차원 길이(non-dimensional length)만큼 다른 노즐에 대해 하나의 노즐을 만입시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 내부 튜브(30) 및 외부 튜브(20)는 일반적으로 단면이 원형이지만, 그 기하 형상은 통풍구(10)의 성공적인 작동에 필수적이지 않으며, 일부 경우 비원형 단면 튜브가 사용될 수 있다.

통풍구(10)의 총 길이, L₁은 바람직하게는 용례의 유형에 따라 약 40 인치 내지 55 인치의 범위에 있다. L₂로 지정된 수렴 전이 섹션(24, 34)의 하류 단부의 위치는 바람직하게는 통풍구(10)의 노즐(28, 38)로부터 약 10 인치 내지 20 인치이다. 노즐(28, 38)로부터 수렴 전이 섹션(24, 34)을 후퇴 설정함으로써, 통풍구(10)는 그 사용 수명 동안의 마모 및 침식을 수용할 수 있다. 그러나, 통풍구(10)의 마모를 관찰하지 않는 용례의 경우, 수렴 노즐은 통풍구(10)의 노즐(28, 38)에 또는 그 가까이에 위치될 수 있다.

내부 튜브(30)에 대한 하부 섹션(32) 대 상부 섹션(36)의 면적 비율은 바람직하게는 1 내지 20의 범위, 보다 바람직하게는 5-10의 범위이다. 원형 내부 튜브(30)의 경우, 이는 1 내지 4.5, 바람직하게는 2.2 내지 3.2의 직경 비율로 해석된다. 일반적으로, 면적 비율이 클수록, 수렴 전이 섹션(34)의 출구에서 동일한 출구 속도를 달성하기 위해 요구되는 공급 압력이 낮아진다. 수렴 전이 섹션(24, 34)의 테이퍼 각도(θ)는 약 15° 내지 약 75°, 바람직하게는 약 30° 내지 약 60°, 더욱 바람직하게는 약 45°일 수 있다.

내부 노즐(30)의 상부 섹션(36)의 직경

은 바람직하게는 2 내지 12 mm의 범위이고, 보다 바람직하게는 5 mm 내지 8 mm의 범위이다. 내부 노즐(38)의 출구 면의 크기는 주로 교반 모드 작동에서 제트 유동 조건에 도달할 필요성에 의해 결정된다. 버블링 및 분사 유동 체제의 현상은 제트가 안정적인 제트 체제에 속하기 위해서는 완전히 확장된 마하수가 1.25보다 커야 한다는 것을 정립한 문헌에서 잘 확립되어 있다(예를 들어, 문헌 [Farmer　L, Lach D, Lanyi M and Winchester D.　Gas injection tuyere design and experience, 72nd　Steelmaking Conference Proceedings, pg 487-495 (1989)] 참조). 제트 유동은 (a) 저부 내화물에 대한 백 어택을 방지하고, (b) 보다 효과적인 교반을 달성하는 데 도움이 된다. 제트 유동은 팽창되지 않은 부족팽창 제트를 발생시키기에 충분한 가스 압력이 있을 때(통풍구를 빠져나가는 가스의 압력이 주변 유체의 압력 또는 정적 헤드보다 클 때) 달성되어, 연속적인 가스 유동(기포 형성 없음)이 생성됨으로써 통풍구로의 액체(금속/슬래그)의 주기적인 역류를 방지한다.

내부 노즐(30)의 하부 섹션(32)의 직경

은 바람직하게는 5 내지 30 mm의 범위이고, 보다 바람직하게는 8 mm 내지 16 mm의 범위이다.

외부 노즐(20)의 상부 섹션(26)의 직경

는 외부 노즐(38)에 대한 내부 노즐(38)의 출구에서의 버너 모드에서 유체의 속도의 비율

이 바람직하게는 1 내지 5의 범위이고, 보다 바람직하게는 약 2이도록 설정된다.

외부 노즐(20)의 하부 섹션(22)의 직경

은 외부 노즐(30)의 내부 표면(21)과 내부 노즐(30)의 외부 표면(33) 사이의 거리가 거리 z와 동일한 상수이도록 설정된다.

바람직하게는, 산화제는 90 % 초과의 순도를 갖는 순수한 산소이고 천연 가스는 연료이다. 그러나, 특정 이유를 고려하여 본 기술 분야에 공지된 임의의 다른 산화제 및 연료 조합이 사용될 수 있다.

교반 모드 동안, 내부 노즐(38) 및 외부 노즐(28)은 바람직하게는 불활성 가스를 방출할 것이다. 버너 모드 동안, 내부 노즐(38)은 바람직하게는 가스 연료를 유동하게 하고, 외부 노즐(28)은 바람직하게는 산화제를 유동하게 한다. 산화제 대 가스 연료 비율은 바람직하게는 가스 연료의 완전한 연소를 위해 충분한 산화제가 존재하도록 하는 것이다. 그러나, 용례에 기초하여 연료-희박 또는 연료-농후 화염이 사용될 수 있다. 버너 모드에서 통풍구의 연소율(firing rate)(MMBtu/hr)은 용례 유형에 따라 다르고; 연소율은 0.1-3 MMBtu/hr 범위, 바람직하게는 0.1-1 MMBtu/hr 범위, 더욱 바람직하게는 0.2-0.5 MMBtu/hr 범위일 수 있다. 산화제-연료 혼합물은 바람직하게는 주위로부터의 에너지(고온 또는 열) 또는 외부 점화원의 사용으로 인해 점화된다.

통풍구(10)의 버너 모드에서, 연속적인 외부 점화원 없이 안정적인 화염 작동을 용이하게 하기 위해, 2개의 와이어(40)를 사용하여 2차 노즐의 유체에 와류가 부여된다. 2개의 와이어(40)는 도 1에 도시되고 도 2a에 보다 구체적으로 도시되어 있는 바와 같이 나선형 패턴으로 상부 섹션(36)의 적어도 일부를 따라 내부 튜브(30)의 외부 표면(33) 상에 감겨진다. 대안적으로, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 와이어(40) 대신에 홈(39)이 사용될 수 있다. 와이어(40)는 바람직하게는 30° 내지 60°, 보다 바람직하게는 약 40° 내지 50°의 범위인 나선의 각도

로 랩핑된다. 두 와이어(40)의 시작 위치는 와이어(40)가, 내부 노즐(38)로부터 유체에 의해 생성된 영역(52) 내에서, (도 3에 도시되어 있는 영역(54)에서) 통풍구(10)의 출구에서 외부 노즐(28)로부터 유체의 대칭성 유동장을 생성하는 것을 돕기 위해 180도 떨어져 있다.

2개의 와이어(40)는 바람직하게는 내부 튜브(30)의 외부 표면(33)의 길이

의 일부 또는 전부에 대해 나선형으로 감겨있다. 길이

전반에 걸친 와이어(40)의 존재는 어떤 이유로든 통풍구(10)가 마모되는 경우에도 외부 튜브(20) 내의 유체에 와류를 제공하는 것을 도울 것이다. 길이

는 수렴 전이 섹션(34)의 하류 단부로부터 내부 노즐(38)의 출구 평면까지의 거리로 정의된다. 와이어(40)는 연료, 산화제 및 연소 생성물의 강렬한 혼합을 용이하게 하여 안정된 화염을 초래한다. 연료와 산화제의 우수한 혼합은 또한 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 주위의 용융 또는 응고된 처리 유체(50)로부터의 화염 교란을 방지하는 데 도움이 된다. 처리 유체는 용융 금속 또는 슬래그 또는 슬래그와 금속의 혼합물일 수 있다. 와이어는 내부 노즐(30)의 외부 표면(33)과 외부 노즐(20)의 내부 표면(21) 사이의 거리(z)의 약 1/3의 직경

을 갖는 것이 바람직하다.

통풍구(10)를 제어하기 위한 시스템(100)이 도 4에 도시되어 있다. 외부 도관(120)은 유체를 통풍구(10)의 외부 튜브(20)에 공급하고 내부 도관(130)은 유체를 통풍구(10)의 내부 튜브(30)에 공급한다. 외부 도관(120)에는 제어 밸브(62)를 통한 불활성 가스 또는 제어 밸브(64)를 통한 산화제가 공급되는 반면, 내부 도관(130)에는 제어 밸브(72)를 통한 불활성 가스 또는 제어 밸브(74)를 통한 연료가 공급된다. 제어기(80)는 원하는 작동 모드에 기초하여 그리고 또한 다양한 센서로부터의 피드백에 기초하여 제어 밸브(62, 64, 72, 74)를 작동시킨다. 제어기(80)는 냉각 목적을 위해 통풍구(10)를 통한 연속적인 유동을 유지하기 위해 통풍구(10)의 작동 동안 밸브(62) 또는 밸브(64)가 항상 개방되고 밸브(72) 또는 밸브(74)가 항상 개방되는 것을 보증하도록 프로그램된다. 교반 모드 동안, 제어기(80)는 밸브(62 및 72)를 개방하여 통풍구(10)의 양 튜브(20, 30)를 통해 불활성 가스를 유동시킨다. 버너 모드 동안, 제어기(80)는 밸브(64 및 74)를 개방하여 본질적으로 버너로서 통풍구(10)를 사용하여 통풍구(10)를 통해 연료 및 산화제를 유동시킨다.

제어기(80)는 처리 요건에 기초하여 교반 모드와 버너 모드 사이를 전환하는 주기적 프로세스를 수행하도록 프로그램될 수 있다. 또한, 제어기(80)는 교반 모드와 버너 모드 사이를 전환하기 위해 센서로부터 신호를 수신할 수 있다. 센서는 온도 센서, 예를 들어 통풍구(10)의 노즐(28, 38) 근방에 설치된 하나 이상의 열전대 요소(84), 차압계(66, 76), 유량계(68, 78) 및/또는 카메라(82)일 수 있다.

일 예에서, 초기에 교반 모드에서 작동하는 통풍구(10)를 고려한다. 카메라(82)가 통풍구 노즐(28, 38) 주위의 축적물 또는 가교부를 검출하거나, 차압계(66, 76) 중 하나가 (예를 들어, 통풍구 출구에서 잠재적인 부분적 차단으로 인해) 예상 값에서 벗어난 값을 표시하는 경우, 제어기(80)는 밸브(62, 72)를 폐쇄하고 동시에 밸브(64, 74)를 개방함으로써 버너 모드를 활성화할 수 있다. 버너 모드에서 생성된 화염으로부터의 열 방출은 부분적 차단을 용융시키거나 또는 통풍구(10)의 노즐(28, 38) 근방의 출구 위의 가교부 형성을 제거하는 것을 돕는다. 가교부가 제거되거나 차단이 제거되면, 제어기(80)는 불활성 가스를 위한 적절한 밸브를 개방하고 연료 및 산화제를 공급하는 밸브를 폐쇄함으로써 통풍구(10)를 다시 교반 모드로 전환할 수 있다.

본 명세서에 설명된 바와 같은 범위의 치수를 갖는 프로토타입 통풍구(10)는 2개의 작동 모드, 교반 모드 및 버너 모드에서의 장치 기능 및 작동을 검증하기 위해 실험실 환경에서 제조 및 테스트되었다. 이 테스트는 통풍구(10)가 예상대로 기능하고 작동함을 확인했다. 도 5는 프로토타입 통풍구에 대한 이론적이고 실험실에서 결정된 유동-압력 특성을 도시하고 있다. 이 플롯은 또한 프로토타입 통풍구의 팽창 마하수도 도시하고 있다. 좌측 Y 축은 유체 공급 압력을 나타내고 우측 Y 축은 팽창 마하수를 나타낸다. 플롯은 80 psia 이상의 공급 압력에서 팽창 마하수가 1.25를 초과하고 통풍구가 제트 체제에서 작동함을 나타내고 있다. 또한, 플롯은 제트 유동 체제를 달성하기 위해 압축 장치를 사용하지 않고 표준 가스 공급 탱크 또는 공기 분리 유닛을 사용하여 공급 압력을 달성할 수 있음을 나타내고 있다. 또한, 실험실에서 측정된 유동-압력 특성은 통풍구의 이론적으로 결정된 압력-유동 특성의 10 % 이내이다.

버너 모드에서의 프로토타입 통풍구 작동이 또한 테스트되었다. 통풍구는 0.05 내지 1.00 MMbtu/hr의 연소율 범위에서 안정적인 화염을 생성한다. 도 10a는 이 통풍구에 의해 생성된 고 운동량, 비-예혼합 0.4 MMBtu/hr 화염의 이미지를 도시하고 있다. 도 10b는 수조에서 교반 모드에서 프로토타입 통풍구에 의해 생성된 안정적인 제트를 도시하고 있다.

또한, 통풍구 작동의 버너 모드가 용융 슬래그 풀에서 테스트되었다. 화염은 안정적이고 슬래그의 용융 풀에서 잘 작동하여 도 9에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이 통풍구 출구 위의 슬래그 층을 통해 명확한 개방 구멍을 생성한다.

통풍구 차단을 검출하고 통풍구 제어 밸브로 피드백을 전송하는 제어 메커니즘도 실험실에서 테스트되었다. 이 프로토타입 설계에서 제어 메커니즘을 테스트하고 검증하기 위해 열전대 및 유량 측정 장치가 능동 센서 요소로 사용되었다. 열전대는 내화 도가니와 여러 중요한 위치의 통풍구 안에 설치되었다. 슬래그 및 금속의 용융 풀이 통풍구 출구 위의 내화 도가니에서 생성되었다. 유체 유동 손실 조건을 시뮬레이션하기 위해 가스 유량을 0으로 줄였다. 도 6은 내화 도가니 및 프로토타입 통풍구에 설치된 열전대에서 얻은 온도 데이터를 나타낸다. 온도와 시간이 각각 y-축과 x-축에 있다. 236 분의 작동 시간 이후에 가스의 유량이 0으로 감소되었다. 도 6은 유동이 감소하기 시작할 때 용융 금속 또는 슬래그가 통풍구 내부로 다시 유동하여 열전대 A, B 및 D의 온도 판독값이 증가함을 도시하고 있다. 이 작동 중에 도가니 온도는 1775°F에 가깝게 머무른다. 열전대 A 및 B의 온도 판독값의 증가는 725 F/min에 가까웠으며 제어기에 피드백을 제공하여 2차 유동을 시작하여 통풍구의 용융 금속 또는 슬래그의 추가 역류를 피하는 데 사용되었다. 열전대 판독값 D는 유체 유동의 냉각 효과 손실로 인한 튜브의 온도 상승을 나타낸다. 용융된 재료가 열전대 D의 위치까지 도달하지 않았기 때문에 온도 판독값 D는 열전대 A 및 B보다 낮았다.

자체-존속 통풍구는 2개의 작동 모드에서 기능한다. BOF의 취입 페이즈 동안, 통풍구는 저부 교반(BS) 모드에서 기능하며, 이 모드에서 불활성 가스가 노에서 용강의 효과적인 교반을 달성하기에 충분한 속도로 노즐을 통해 유동한다. BOF의 슬래그 스플래시 페이즈 동안, 통풍구는 슬래그 스플래싱(SS) 모드에서 기능하며, 이 모드에서 연료 및 산화제, 그리고 선택적으로 불활성 가스의 조합이 통풍구를 통해 유동한다.

보다 구체적으로, 도 8은 자체-존속 저부 교반 통풍구의 작동 전략을 도시하고, 특히 제안된 프로세스가 BOF 제강의 표준 프로세스와 어떻게 다른지를 도시하고 있다. 단계 1 내지 3에서(붓기 페이즈 및 취입 페이즈 동안), 저부 교반 통풍구는 교반 모드에서 작동하고, 단계 4 내지 5에서(탭 페이즈 및 슬래그 스플래시 페이즈 동안), 저부 교반 통풍구는 버너 모드에서 작동한다.

단계 1(고온 금속 붓기)에서, 양 노즐 통로를 통한 불활성 가스의 유동은 노로 고온 금속을 붓기 시작하기 전에 개시(또는 계속)되고, 붓기 동안 불활성 가스의 유동이 유지된다. 이는 저부 교반 노즐이 과열 및/또는 막히는 것을 방지한다. 단계 2(취입 시작)에서, 용융 금속의 교반을 달성하기 위해 양 노즐 통로를 통한 불활성 가스의 유동이 동일하거나 다른 유량으로 계속된다. 단계 3(취입 종료)에서, 불활성 가스의 유동은 단계 2 동안과 같이 계속된다. 단계 1 내지 3 동안, 가장 효과적인 결과는 아르곤, 질소, 이산화탄소 또는 이들의 조합과 같은 불활성 가스를 통풍구의 1차 노즐 및 2차 노즐 모두를 통해 유동시킴으로써 달성된다.

단계 4(탭)에서, BOF 용기가 금속을 부어 내기 위해 기울어질 때, 노즐 통로를 통한 유동은 하나의 통로를 통한 연료 및 다른 통로를 통한 산화제로 전환되어 화염을 생성한다(노 벽은 노즐에서 배출되는 연료-산화제 혼합물의 자동 점화를 야기하기에 충분히 높다). 각 저부 교반 통풍구에서 나오는 화염 형태의 연소는 슬래그 스플래싱 작동을 시작하기 전에 착수되어야 한다. 단계 5(슬래그 스플래싱)에서 화염은 통풍구의 막힘을 방지하고 또한 가교부 형성을 방지한다. 따라서, 단계 4 및 5 동안, 연료 및 산화제가 노즐을 통해 도입된다. 1차 노즐을 통해 산화제를 도입하고 2차 노즐을 통해 연료를 도입하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 반대의 배열도 사용될 수 있다. 또한, 질소 또는 공기와 같은 희석 가스가 1차 노즐과 2차 노즐 중 하나 또는 둘 모두를 통한 유동에 추가되어 열 방출 위치(즉, 노즐에서 얼마나 떨어져서 대량의 연소가 발생하는 지) 및 원하는 유동 프로파일을 제공하는 데 필요한 체적 또는 운동량(즉, 질소 또는 공기의 첨가는 체적 유량 또는 운동량을 증가시킴)의 관리를 도울 수 있다. 이는 희석 가스 대 산화제 및/또는 연료의 비율 또는 상대비를 조절함으로써 달성될 수 있다.

센서는 노즐 막힘을 검출하고 방지하는 능력을 개선시키기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 압력 변환기는 배압 증가를 야기하는 노즐의 막힘 또는 가교부를 검출하기 위해 통풍구 출구 단부에 또는 그 근방에 설치된다. 압력 센서는 또한 압력 강하의 변화에 의해 나타나는 바와 같은, 노즐의 침식 및 노즐의 수렴-발산 및/또는 공동 특징의 손상을 검출하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 열전대는 노즐의 침식 및 노즐을 통한 용융 금속의 누출로 인한 정상 작동으로부터의 온도의 편차를 검출하기 위해 통풍구 출구 단부에 또는 그 근방에 설치될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 여러 양태의 예시로서 의도된 예에서 개시된 특정 양태 또는 실시예에 의해 범주가 제한되지 않으며, 기능적으로 동등한 임의의 실시예가 본 발명의 범주 내에 포함된다. 본 명세서에 도시되고 설명된 것에 추가하여 본 발명의 다양한 변형이 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이며 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims

통풍구에 있어서,
내부 튜브로서, 상기 내부 튜브는 제1 직경을 갖는 하부 섹션, 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 상부 섹션, 및 상기 내부 튜브 하부 섹션을 상기 내부 튜브 상부 섹션에 연결하는 수렴 각도 Θ가 30° 내지 60°인 수렴 전이 섹션을 포함하고, 상기 내부 튜브는 상기 내부 튜브 상부 섹션의 하류 단부에서 내부 노즐에서 종결되는 것인, 내부 튜브;
사이에 고리를 생성하도록 상기 내부 튜브를 둘러싸는 외부 튜브로서, 상기 외부 튜브는 제1 직경보다 큰 제3 직경을 갖는 하부 섹션, 상기 제3 직경보다 작지만 상기 제2 직경보다는 큰 제4 직경을 갖는 상부 섹션, 및 상기 외부 튜브 하부 섹션을 상기 외부 튜브 상부 섹션에 연결하는 수렴 전이 섹션을 포함하고, 상기 외부 튜브는 상기 외부 튜브 상부 섹션의 하류 단부에서 외부 노즐에서 종결되는 것인, 외부 튜브;
상기 내부 튜브에 불활성 가스를 공급하도록 구성된 제1 불활성 가스 밸브, 및 상기 내부 튜브에 연료를 공급하도록 구성된 연료 밸브;
상기 외부 튜브에 불활성 가스를 공급하도록 구성된 제2 불활성 가스 밸브, 및 상기 외부 튜브에 산화제를 공급하도록 구성된 산화제 밸브; 및
교반 모드 또는 버너 모드에서 통풍구를 작동시키도록 프로그램된 제어기
를 포함하고,
상기 교반 모드에서, 상기 제1 불활성 가스 밸브 및 상기 제2 불활성 가스 밸브는 개방되고 상기 연료 밸브 및 상기 산화제 밸브는 폐쇄되고, 상기 버너 모드에서, 상기 연료 밸브 및 상기 산화제 밸브는 개방되고 상기 제1 불활성 가스 밸브 및 상기 제2 불활성 가스 밸브는 폐쇄되며,
상기 통풍구는, 상기 통풍구에 의해 형성된 제트가 0.75 내지 2의 팽창 마하수를 갖는 제트 모드에 있게 되는 교반 모드 및 상기 내부 노즐 또는 상기 외부 노즐의 임의의 차단을 소거할 수 있게 하도록 안정한 비-예혼합 화염이 형성되는 버너 모드의 2가지 모드에서 작동할 수 있는 것인, 통풍구.
청구항 1에 있어서, 상기 통풍구가 교반 모드 동안 상기 제트 모드에서 작동될 때, 상기 팽창 마하수는 1.25 초과 그리고 2 이하인 것인, 통풍구.
청구항 1에 있어서,
15° 내지 75°의 테이퍼 각도로 상기 내부 튜브의 상기 상부 섹션의 외부 표면 주위에 나선형으로 권취된 한 쌍의 정반대로 대치된 와이어를 더 포함하는, 통풍구.
청구항 1에 있어서,
상기 통풍구는,
상기 통풍구의 내부 튜브의 제1 배압을 나타내는 신호를 상기 제어기에 전송하도록 구성되고, 상기 통풍구의 상기 내부 튜브의 상류의 도관에 있는 제1 압력 센서; 및
상기 통풍구의 상기 외부 튜브의 제2 배압을 나타내는 신호를 상기 제어기로 전송하도록 구성되고, 상기 통풍구의 상기 외부 튜브의 상류의 도관에 있는 제2 압력 센서
를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 제1 배압 및 상기 제2 배압 중 하나 또는 둘 모두가 상기 통풍구의 미리 결정된 정상 배압 범위로부터 벗어날 때, 상기 통풍구 작동을 상기 교반 모드에서 상기 버너 모드로 전환하도록 프로그램되는 것인, 통풍구.
청구항 1에 있어서,
상기 통풍구는, 상기 통풍구의 상기 외부 튜브의 상기 상부 섹션의 온도를 나타내는 신호를 상기 제어기에 전송하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하고,
상기 제어기는, 상기 온도가 상기 통풍구의 미리 결정된 정상 온도 범위에서 벗어날 때, 상기 통풍구 작동을 상기 교반 모드에서 상기 버너 모드로 전환하도록 프로그램되는 것인, 통풍구.
청구항 1에 있어서,
상기 통풍구는, 상기 통풍구의 상기 내부 노즐 및 상기 외부 노즐의 시각적 이미지를 상기 제어기로 전송하도록 구성된 카메라를 더 포함하고,
상기 제어기는, 상기 시각적 이미지가 상기 내부 노즐 및 상기 외부 노즐 중 하나 또는 둘 모두의 부분적 차단을 나타낼 때, 상기 통풍구 작동을 상기 교반 모드에서 상기 버너 모드로 전환하도록 프로그램되는 것인, 통풍구.
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