KR20010014673A - 다중 응집성 분사물 랜스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 랜스를 사용하여 서로에 대하여 인접한 다수의 응집성 가스 분사물을 형성시키기 위한 시스템에 관한 것으로서, 다수의 가스 분사물은 상응하는 다수의 노즐로부터 분사되고, 불꽃 엔빌로우프는 다수의 가스 분사물 주위에 형성되며, 상기 분사물은 선명하게 유지되고 이의 길이부에 대해서 합쳐지지 않는다.

Description

다중 응집성 분사물 랜스 {MULTIPLE COHERENT JET LANCE}

본 발명은 일반적으로 가스 흐름에 관한 것이다. 본 발명은 가스 스트림이 명확성을 유지하면서 연장 거리에 대하여 서로에 근접하여 흐르도록 하나의 단일 랜스로부터 하나 이상의 가스 스트림의 흐름을 가능하게 한다.

하나의 가스 흐름을 형성시켜야 하는 경우가 종종 있다. 예를 들어, 하나의 가스 흐름은 한가지 또는 수가지 이상의 이유 때문에 액체로 주입될 수 있다. 예를 들어 산소를 용융된 철에 주입하여 용융된 철내의 탄소와 반응시켜 철을 탈탄화시키고 용융된 철을 가열하는 것과 같이 반응성 가스를 액체중으로 주입하여 액체중의 1종 이상의 성분과 반응시킬 수 있다. 산소는 제련 목적으로 구리, 납 및 아연과 같은 그 밖의 용융 금속중으로 주입되거나 수성 액체 또는 탄화수소 액체중으로 주입되어 산화 반응을 수행할 수 있다. 불활성 가스와 같은 비산화성 가스가 액체중으로 주입되어 액체를 교반시켜서 예를 들어 액체 전체에 걸쳐 보다 우수한 온도 분포 또는 보다 우수한 성분 분포를 촉진시킬 수 있다.

때때로, 초음속과 같은 고속으로 연장 거리에 대하여 가스 스트림 흐름을 갖는 것이 요망되기도 한다. 이것은 불꽃 엔빌로우프에서 가스 스트림을 둘러쌈으로써 수행될 수 있다. 불꽃 엔빌로우프는 주위 가스가 가스 스트림으로 빨려들지 못하게 하며, 이에 의해 가스 스트름 속도에서의 어떠한 현저한 감소 또는 가스 스트림의 직경에 있어서의 현저한 증가 없이 연장 거리에 대하여 흐를 수 있는 응집성 가스 스트림이 형성된다.

조작시에 하나 이상의 가스 스트림을 사용해야 되는 경우가 종종 있다. 가스는 모든 가스 스트림에 대하여 동일하거나, 상이한 가스는 하나 이상의 가스 스트림에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기아크로 또는 순산소전로를 실행시킬 때, 단일 장소 보다 두 장소 이상의 장소에서 산소를 용융된 금속으로 주입하는 것이 때때로 바람직하다. 더욱이, 전기아크로를 실행시킬 때, 용융된 금속에 가스를 주입시키기 위해 하나 이상의 가스 스트림을 사용하고, 추가로 하나 이상의 가스 스트림을 사용하여 산소를 다음 연소용 로 용기의 헤드 공간으로 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

이러한 다중 가스 스트림 실행시에 가스 스트림이 또한 응집성을 지니도록 요망되는 경우에, 이것은 현재까지 각각의 가스 스트림에 대해 상응하는 불꽃 엔빌로우프에 대한 가스 스트림 및 유체가 제공되는 각각의 가스 스트림에 대해 별도의 주입 랜스를 사용하여 달성되어왔다. 다중 랜스를 사용하는 상기 시스템이 다중 응집성 가스 스트림을 제공하지만, 비용이 많이들고 사용하기가 어렵다. 개개의 랜스의 수가 증가할수록 이들 문제는 커진다.

따라서, 본 발명의 목적은 하나의 단일 주입 랜스만이 요구되는 다중 응집성 분사물을 형성시키기 위한 시스템을 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명을 실시할 때 사용될 수 있는 랜스의 단부 또는 팁 부분의 하나의 바람직한 구체예를 도시하는 횡단면도이다.

도 2는 랜스 단부 또는 팁 부분의 상면을 도시하는 도 1에 도시된 랜스 단부의 상면도이다.

도 3은 작동시에 도 1에 도시된 랜스 단부를 도시하는 횡단면도이다.

도 4 및 5는 약간의 비교 결과 뿐만 아니라 본 발명을 사용하여 달성된 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6은 도 7의 부분 횡단면에서 도시된 본 발명의 구체예를 사용하여 달성된 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 랜스 2 : 랜스 단부

3 : 노즐 4 : 입구

5 : 출구 6 : 가스 통로

7 : 랜스 단부 표면 8 : 제 1 환상 분출 수단

9 : 제 2 환상 분출 수단 10 : 연장부

11 : 용적부 20 : 응집성 분사물

21 : 불꽃 엔빌로우프

본 명세서를 읽을 때 당업자들에게는 자명하게될 상기 및 그 밖의 목적은 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명의 한 일면은,

(A) 일측 단부가 다수의 노즐을 갖는 랜스를 제공하는 단계로서, 각각의 상기 노즐이 가스를 노즐로부터 배출시키기 위한 출구를 갖는 단계;

(B) 가스를 분사 형태로 각각의 노즐 출구로부터 배출시켜 다수의 가스 분사물을 형성시키는 단계로서, 각각의 가스 분사물이 노즐 출구로부터 흐르는 단계;

(C) 연료 및 산화제를 1종 이상의 스트림으로 랜스로부터 배출시키고, 상기 연료를 상기 산화제로 연소시켜서 다수의 가스 분사물 주위에 불꽃 엔빌로우프를 형성시키는 단계; 및

(D) 가스 분사물의 길이부에 대해 각각의 가스 분사물 흐름을 명확하게 유지시키는 단계를 포함하여, 하나의 단일 랜스로부터 다중 응집성 가스 분사물을 형성시키는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일면은,

(A) 일측 단부가 다수의 노즐을 갖는 랜스로서, 각각의 노즐이 입구 및 출구를 갖는 랜스;

(B) 가스원과 연통하는 각각의 상기 노즐 입구, 및 랜스 단부의 표면상에 배치되는 각각의 상기 노즐 출구;

(C) 다수의 노즐 출구 주위의 랜스 단면에 있는 하나 이상의 분출 수단; 및

(D) 다수의 노즐 출구 각각과 분출 수단이 연통하는 일정한 용적을 형성하는 랜스 단면으로부터 연장되는 연장부를 포함하는 다중 응집성 가스 분사물을 형성시키기 위한 랜스를 제공한다.

본 발명의 또 다른 일면은,

(A) 일측 단부가 다수의 노즐을 갖는 랜스를 제공하는 단계로서, 각각의 상기 노즐이 가스를 노즐로부터 배출시키기 위한 출구를 갖는 단계;

(B) 가스를 분사 형태로 각각의 노즐 출구로부터 배출시켜 다수의 가스 분사물을 형성시키는 단계로서, 각각의 가스 분사물이 노즐 출구로부터 흐르는 단계;

(C) 다수의 가스 분사물 주위의 랜스 단부로부터 연료를 1종 이상의 스트림으로 배출시키고, 상기 연료를 연료 스트림으로 비말동반된 공기로 연소시켜서 다수의 가스 분사물 주위에 불꽃 엔빌로우프를 형성시키는 단계; 및

(D) 가스 분사물의 길이에 대해 각각의 가스 분사물 흐름을 명확하게 유지시키는 단계를 포함하여, 하나의 단일 랜스로부터 다중 응집성 가스 분사물을 생성시키는 방법을 제공한다.

본원에서 사용되는 용어 "환상"은 고리 형태를 의미한다.

본원에서 사용되는 용어 "불꽃 엔빌로우프"는 하나 이상의 다른 가스 흐름 주위에서 공축으로 연소되는 스트림을 의미한다.

가스 분사를 언급할 때, 본원에서 사용되는 용어 "길이"는 가스가 가스 분사물의 의도된 충격지점으로 배출되는 노즐로부터의 거리를 의미한다.

가스 분사를 언급할 때, 본원에서 사용되는 용어 "명확한"은 또 다른 가스 분사물과 현저하게 상호작용하지 않음을 의미한다.

본원에서 사용되는 용어 "함유된 산소 유속"은 산화제 유속을 의미하는 것으로서, 100으로 나눈 산화제중의 산소%를 의미한다. 예를 들어, 10,000CFH로 순산소는 10,000CFH 함유된 산소를 가지며, 10,000CFH 공기는 약 2,100CFH 함유된 산소를 갖는다.

도면에서의 도면 부호는 공통 요소에 대해서는 동일하다.

본 발명은 도면을 참조하여 상세하게 기술될 것이다. 도 1 및 2를 보면, 랜스(1)는 다수의 노즐을 수용하는 단부 또는 팁 부분(2)을 갖는다. 도 1은 각각의 노즐이 수렴/분기 노즐인 본 발명의 바람직한 구체예를 도시한다. 각각의 노즐(3)은 입구(4) 및 출구(5)를 갖는다. 노즐 출구는 타원형과 같이 다른 형상도 사용될 수 있으나, 도면에 도시된 바와 같이 원형이 바람직하다. 입구(4) 각각은 가스 공급원과 연통한다. 도 1에 도시된 구체예에서, 입구(4)는 랜스(1)내의 통로(6)에 있는 동일한 가스 공급원과 연통한다. 대안적으로, 1개 이상의 입구(4)는 또 다른 가스 공급원과 연통할 수 있다. 동일한 조성을 갖는 가스는 모든 노즐에 제공될 수 있거나, 상이한 가스는 하나 이상의 노즐에 제공될 수 있다. 실제로, 상이한 가스가 각각의 노즐에 제공될 수 있다. 노즐로부터의 분출을 위해서 본 발명을 실시할 때 사용될 수 있는 가스중에는 공기, 산소, 질소, 아르곤, 이산화탄소, 수소, 헬륨, 가스상태의 탄화수소, 그 밖의 가스상태의 연료 및 이들중의 하나 이상을 포함하는 혼합물이 언급될 수 있다.

가스 분사는 랜스로부터의 분출시에 어떠한 각도도 가능하다. 도면은 본 발명의 특정의 바람직한 구체예를 도시한다. 도 1-3을 보면, 노즐은 랜스의 중심선과 평행한 중심선을 갖는 랜스 단부에서 배향될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐은 랜스의 중심선을 기준으로 하여 외향으로 A 각도로 이들의 중심선을 갖는 랜스 단부에서 배향된다. 각도 A는 60° 이하 또는 그 이상일 수 있으며, 0 내지 15°가 바람직하다. 바람직하게는, 노즐의 입구 직경은 0.25 내지 3인치 범위이며, 출구(5)의 직경은 0.3 내지 4인치이다. 바람직하게는, 노즐 중심선은 직경 D를 갖는 랜스 단부(2)의 표면상에서 원을 형성한다. 바람직하게는, D는 0.4인치 내지 10인치이고, 가장 바람직하게는 0.5 내지 8인치이다.

원한다면, 노즐은 하나 이상의 분사물이 랜스 중심선에 대하여 내향각으로 랜스로부터 분사되도록 배향될 수 있다.

가스는 바람직하게는 초음속 및 일반적으로는 1초당 500 내지 10,000피트(fps) 범위내의 속도로 각각의 노즐 출구로부터 분출되어 다수의 가스 분사물을 형성하며, 각각의 가스 분사물은 노즐 출구로부터 외향으로 흐른다.

랜스 단부는 또한 하나 이상의 가스 스트림을 노즐로부터 바람직하게는 다수의 가스 분사물 주위에서 동심으로 배출시키기 위해 하나 이상의 분출 수단, 바람직하게는 환상 분출 수단을 갖는다. 분출 수단으로부터 배출된 하나 이상의 가스 스트림은 어떠한 유효 형상일 수 있으며 다수의 가스 분사물 주위에 반드시 형성될 필요는 없다. 하나의 환상 분출 수단이 사용되는 경우에, 동심 가스 스트림은 연료와 산화제의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 한 구체예로서, 분출 수단은 단지 연료만을 제공할 수도 있으며, 연료에 의해 연소되어 불꽃 엔빌로우프를 형성시키는데 요구되는 산화제는 하나 이상의 연료 스트림으로 비말동반된 공기로부터 공급될 수 있다. 바람직하게는, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 랜스 단부는 두 개의 동심 스트림으로 랜스로부터 연료 및 산화제를 각각 배출시키는 제 1 환상 분출 수단(8) 및 제 2 환상 분출 수단(9)을 갖는다. 연료는 메탄, 프로판, 부틸렌, 천연가스, 수소, 코크스 오븐 가스 또는 오일과 같은 어떠한 유체 연료일 수도 있다. 산화제는 공기, 또는 공기중의 산소 농도를 초과하는 산소 농도를 갖는 유체일 수 있다. 산화제는 바람직하게는 30몰% 이상, 가장 바람직하게는 50몰% 이상의 산소 농도를 갖는 유체이다. 바람직하게는, 연료는 제 1 환상 분출 수단을 통해 제공되며, 산화제는 산소가 노즐로부터 분출될 때, 제 2 환상 분출 수단을 통해 제공된다. 불활성 가스가 노즐로부터 분출되는 경우에, 산화제는 제 1 환상 분출 수단을 통해 제공되는 것이 바람직하고, 연료는 제 2 환상 분출 수단을 통해 제공되는 것이 바람직하다. 원한다면, 연료 및 산화제는 3개의 환상 분출 수단을 사용하여 제공될 수도 있는데, 산화제는 내부 및 외부 환상 분출 수단으로부터 제공되고, 연료는 중간의 환상 분출 수단으로부터 제공된다. 환상 분출 수단중의 하나 또는 둘 모두가 연료 또는 산화제가 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 분출되는 랜스 표면(7)상에 연속적인 고리모양의 개구를 형성할 수도 있지만, 제 1 및 제 2 환상 분출 수단 둘 모두 일련의 불연속적인 개구, 예를 들어, 원형 홀을 형성하며, 상기 개구로부터 연료 및 산화제의 두 동심성 스트림이 배출된다. 분출 수단은 가스 분사물 주위에서 연료 및 산화제를 완전하게 제공할 필요는 없다.

랜스 단부 표면에 있는 제 1 환상 분출 수단은 다수의 노즐 출구 주위에 고리를 형성하고, 랜스 단부 표면에 있는 제 2 환상 분출 수단은 제 1 환상 분출 수단 주위에 고리를 형성한다. 제 1 및 제 2 환상 분출 수단으로부터 배출된 연료 및 산화제는 연소하여 다수의 가스 분사물 주위에 불꽃 엔빌로우프를 형성시킨다. 연료 및 산화제가 주입되는 환경이 혼합물을 자동점화시킬 정도로 뜨겁지 않다면, 연소를 개시시키기 위해 별도의 점화원이 요구될 것이다. 바람직하게는, 불꽃 엔빌로우프는 각각의 가스 분사물 속도 보다 낮은 속도로 이동하며, 일반적으로는 100 내지 1000fps 범위내의 속도로 이동한다.

도 3은 응집성 분사물(20) 주위의 불꽃 엔빌로우프를 횡단면으로 도시한다. 랜스 표면 근처에는, 도 3에서 불꽃 엔빌로우프(21)로 도시된 바와 같은 불꽃 엔빌로우프내에 함유되어 있는 모든 응집성 분사물을 갖는 하나의 단일 불꽃 엔빌로우프가 존재할 것이다. 랜스 디자인 및 작동 조건에 따라서, 랜스 표면의 추가의 다운스트림에서는, 각각의 응집성 분사물 주위에서 불꽃 엔빌로우프내에 함유된 모든 응집성 분사물을 갖는 단일 불꽃 엔빌로우프 및/또는 개개의 불꽃 엔빌로우프가 관찰될 수 있다. 설명 목적으로 제공된 도 3에는, 스트림(21 및 22)을 연소시킴으로써 제시되어 있는 개개의 불꽃 엔빌로우프가 도시된다.

바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 0.5 내지 6인치 범위의 길이를 갖는 연장부(10)는 랜스 단부 표면(7)으로부터 연장되어, 각각의 노즐 출구(5)를 갖는 용적부(11)를 형성하며, 제 1 환상 분출 수단(8) 및 제 2 환상 분출 수단(9)이 연통하고, 그 안에서 각각의 가스 분사물 및 가스 분사물 주위의 불꽃 엔빌로우프가 초기에 형성된다. 연장부(10)에 의해 형성된 용적부(11)는 가스 스트림 및 연료 및 산화제가 랜스 단부(2)로부터 분출될 때 곧바로 이들을 보호하는 역할을 하여 각각의 가스 분사물이 응집되게 돕는 보호 영역을 형성한다. 보호 영역은 가스 분사물 주위에 및 일부 경우에는 각각의 개개의 가스 분사물 주위에 연료 및 산화제의 재순환을 유도한다. 이와 같이, 연료 및 산화제가 가스 분사물 주위에서 완전히 용적부(11)내로 제공될 수 없지만, 보호 영역에서의 연료 및 산화제의 재순환은 하나 이상의 효과적인 불꽃 엔빌로우프가 형성되어 각각의 가스 분사무레 대해 응집성을 갖도록 보장하는 역할을 한다.

각각의 가스 분사물 흐름은 가스 분사물이 이의 목표점에 도달할 때까지 상기 가스 분사물의 전체 길이에 대하여 랜스(1)의 노즐 개구로부터 배출된 모든 다른 가스 분사물 흐름과 구별된다. 이러한 목표점은 예를 들어 용융된 금속 또는 수성 액체와 같은 액체 푸울 표면일 수 있거나, 가스 분사물이 상호작용하는 또 다른 가스 분사물과 같은 고체상태 또는 가스상태의 목표점일 수 있다. 이것은 통상의 가스 분사물이 동일한 랜스로부터 분출되는 경우에 일어나는 것과는 대조적이다. 이러한 통상의 가스 분사물에 있어서, 상기 분사물은 빠르게 융합되거나 함께 흘러서 하나의 단일 가스 분사물을 형성한다. 가스 분사물은 적어도 10의 노즐 출구 직경, 전형적으로는 적어도 20의 노즐 출구 직경 및 일반적으로는 20 내지 100 범위의 노즐 출구 직경의 거리에 대해 구별됨을 유지한다.

노즐로부터 배출된 가스 분사물의 전체 유속이 증가함에 따라, 불꽃 엔빌로우프를 형성시키기 위해 분출 수단으로부터 배출된 연료 및 산화제의 전체 유속이 가스 분사물 유속에 대한 증가분 보다 더 적은 비율로 증가한다는 것이 밝혀졌다. 노즐로부터 배출된 가스 분사물의 전체 유속이 20,000 내지 100,000CFH 범위인 경우, 불꽃 엔빌로우프를 형성하는 연료의 전체 유속은 1시간 당 2 내지 15 백만BTU 범위가 바람직하며, 불꽃 엔빌로우프를 형성하는 산화제중에 함유된 산소의 전체 유속은 2,000 내지 15,000CFH 범위가 바람직하다. 노즐로부터 배출되는 가스 분사물의 전체 유속이 400,000 내지 2,000,000 CFH 범위인 경우에, 불꽃 엔빌로우프를 형성하는 연료의 전체 유속은 10 내지 70MMBTU/hr 범위가 바람직하고, 불꽃 엔빌로우프를 형성하는 산화제중에 함유된 산소의 전체 유속은 10,000 내지 70,000CFH 범위가 바람직하다.

시험은 노즐로부터 배출된 가스로서 산소를 사용하고, 도 1-3에 도시된 구체예와 유사한 본 발명의 구체예를 사용하여 본 발명의 유효성을 입증하기 위해 수행되었으며, 시험 및 결과에 대해서는 비교 시험의 결과와 함께 도 4에 도시되고 하기에서 논의된다. 이들 시험은 설명 또는 비교 목적으로 기술되는 것이며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.

랜스 축을 둘러싸는 원 주위에 네 개의 노즐을 세팅하였다. 각각의 노즐은 입구 및 출구 직경이 각각 0.27 및 0.39인치인 수렴/분기 노즐을 사용하였다. 원의 직경(D)는 3/4"였다. 응집성 가스와 랜스 축 사이의 각(A)은 0°였고, 각 분사물의 경계는 인접하는 분사물의 경계로부터 0.14인치 이격되었다. 홀의 두 개의 고리를 통해 불꽃 엔빌로우프용 천연 가스 및 산화제를 공급하였다: 천연 가스용 내부 고리(2" 직경의 원상에 16개 홀, 0.154" 직경); 및 약 99.5몰% 이상의 산소 농도를 갖는 상업적으로 유용한 순산소로 구성된 산화제용 외부 고리(2 3/4" 직경의 원상에 16개 홀, 0.199" 직경). 연장부(3 1/2" 직경, 2" 길이)를 랜스의 단부에 부착시켜 가스를 재순환시킴으로써 불꽃을 안정화시켰다.

노즐로부터 배출된 주요 산소에 대해 150psig의 공급 압력으로 시험을 수행하였다. 노즐 업스트림에서의 상기 압력에서, 각각의 노즐을 통과하는 산소의 유속은 10,000CFH (cubic feet per hour: 시간당 입방피트)였으며, 네 개의 모든 노즐에 대한 전체 유속은 40,000CFH이었다. 노즐 출구에서 응집성 분사물에 대하여 계산된 출구 온도, 속도 및 마하수는 각각 -193℉, 1700fps 및 마하 2.23이었다. 홀의 내부 및 외부 고리에서의 천연가스 및 산소 유속은 각각 5,000 및 6000CFH 였다.

네 개의 구별되는 응집성 분사물을 육안으로 관찰하였는데, 분사물들 사이에는 어떠한 분명한 상호작용은 없었다. 노즐 표면으로부터 18, 24 및 30인치에서 취한 도 2에 도시된 바와 같은 평면 B-B에서 피토관 측정으로부터 계산된 속도는 도 4에서 곡선 A, B 및 C로 제시된다.

아주 근접한 보통의 분사물에 대해, 비말동반은 분사물을 함께 유도하여, 상기된 시험이 반복될 때 얻어진 결과를 나타내지만 네 개의 분사물 주위에 불꽃 엔빌로우프는없는 도 4의 곡선 D로 도시된 바와 같은 하나의 단일 분사물을 형성한다. 곡선 D로 도시된 피토관 측정은 노즐 표면으로부터 10.25인치에서 취한 것이다. 이러한 비말동반은 응집성 분사물들이 서로 매우 근접함에도 불구하고 본원에 기술된 본 발명의 시험에 대해서는 일어나지 않는다. 이것은 특히 랜스 축에 대하여 평행한 네 개의 응집성 분사물에 대해서는 매우 현저하며, 각 분사물의 경계가 인접한 분사물의 경계로부터 1/4" 미만이다. 각각의 분사물은 노즐 표면으로부터 상당한 거리에 대해 응집성을 유지하는 자유 공간에서 하나의 단일 분사물인 것처림 작용한다. 다중 응집성 분사물의 형성을 위해 불꽃 엔빌로우프를 제공하기 위한 매우 효과적인 방법은 다중 응집성 분사물이 모든 응집성 분사물을 둘러싸는 홀의 두 개의 고리를 통한 것이다(천연 가스 및 산소에 대해). 노즐 근처에서 가스 재순환을 야기시키는 연장부와 함께 이러한 배열은 각각의 응집성 분사물 주위에 균일한 불꽃을 생성시킨다.

도 5는 단지 두 개의 노즐만을 사용한다는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 구체예와 유사한 본 발명의 또 다른 구체예에 의해 수득된 결과를 나타낸다. 각각의 노즐 개구는 랜스 축으로부터 5°외각으로 배향되고, 노즐 개구의 중심선들 사이의 거리는 0.875인치였다. 산소는 각각의 노즐을 통해 20,000CFH의 유속으로 배출되었고, 노즐 출구에서 노즐 출구의 경계면 사이의 간격은 0.32인치였다. 천연 가스 및 이차적인 산소는 각각 홀의 두 개의 환상 고리로부터 5,000CFH 및 4,000CFH 으로 흘렀다. 두 개의 구별되는 응집성 분사물이 형성되었고, 18인치(곡선 E) 및 24인치(곡선 F)에서의 속도 프로파일은 도 5에 도시된다. 두 개의 분사물 사이에는 어떠한 간섭도 없었으며, 각각의 분사물은 마치 자유 공간에서 하나의 단일 분사물인 것처럼 작용하였다.

도 6은 도 7에서 횡단면도로 도시된 본 발명의 또 다른 구체예에 의해 수득된 결과를 나타낸다. 이러한 구체예에서, 랜스 단부는 두 개의 홀을 갖는 두 개의 노즐 또는 홀의 중심선 사이의 거리가 0.725인치인 출구를 가졌다. 제 1 노즐은 랜스 축에 평행한 축을 갖는 30,000CFH 산소에 대하여 설계되었다. 제 2 노즐은 랜스 축으로부터 5° 벗어난 축을 갖는 10,000CFH 산소에 대하여 설계되었다. 출구에서, 인접한 홀 경계 사이의 간격은 0.20인치였다. 천연 가스 및 홀의 고리에 대한 이차적인 산소는 각각 5,000 및 4,000CFH 였다. 두 개의 수렴-분기 노즐을 통과하는 유속은 세 개의 인자에 의해 상이하다. 랜스 표면으로부 30, 34 및 38인치에서의 속도 프로파일은 도 6에 곡선 G, H 및 I로 도시되어 있다. 고속 분사물(30,000CFH 산소)에 대해, 속도 프로파일은 노즐 표면으로부터의 거리 범위에 대하여 본질적으로 동일하게 유지된다. 응집성 분사물은 랜스 축에 대하여 평행하게 유지된다. 예기한 바와 같이, 저속으로 흐르는 분사물(10,000CFH 산소)은 랜스 표면으로부터 30인치 초과 지점부터 이의 응집성을 상실하기 시작했다. 피크의 위치는 분사물이 랜스 축으로부터 약 5.5°기울어졌음을 나타낸다. 두 분사물들 사이에서 어떠한 분명한 간섭은 없었다. 이들 결과는 다중 홀의 응집성 분사물 랜스에 의해 가능한 가요성을 나타낸다. 예를 들어, 랜싱(lancing) 및 다음 연소 둘 모두를 위한 산소는 단일의 다중 노즐 랜스에 의해 가능해질 것이다. 하나의 분사물은 랜싱용 용융 배쓰로 유도될 수 있으며, 반면에 보다 작은 분사물은 다음 연소용 배쓰 위로 유도될 수 있다. 이것은 모두 다중 응집성 분사물 랜스에 의해 달성될 수 있다.

순산소전로의 작동시에 사용되는 본 발명의 하나의 특히 바람직한 구체예로서, 각각의 가스 분사물이 나머지 다른 가스 분사물에 대하여 분기각을 이루며 초음속으로 흐르고 각각의 나머지 다른 가스 분사물과 동일한 가스 조성을 갖는 3 내지 6개의 가스 분사물이 형성되며, 불꽃 엔빌로우프가 다수의 가스 분사물 주위에서 랜스 단부로부터 두 개의 동심 스트림으로 연료 및 산화제를 배출시킴으로써 형성된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 특정의 바람직한 구체예를 참조하여 기술되었지만, 당업자라면 특허청구의 범위의 사상 및 범위내에 본 발명의 다른 구체예가 있음을 인지할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 하나의 단일 주입 랜스만이 요구되는 다중 응집성 분사물을 형성시키기 위한 시스템을 제공한다.

Claims (10)

1. (A) 일측 단부가 다수의 노즐을 갖는 랜스를 제공하는 단계로서, 각각의 상기 노즐이 가스를 노즐로부터 배출시키기 위한 출구를 갖는 단계;

   (B) 가스를 분사 형태로 각각의 노즐 출구로부터 배출시켜 다수의 가스 분사물을 형성시키는 단계로서, 각각의 가스 분사물이 노즐 출구로부터 흐르는 단계;

   (C) 연료 및 산화제를 1종 이상의 스트림으로 랜스로부터 배출시키고, 상기 연료를 상기 산화제로 연소시켜서 다수의 가스 분사물 주위에 불꽃 엔빌로우프를 형성시키는 단계; 및

   (D) 가스 분사물의 길이부에 대해 각각의 가스 분사물 흐름을 명확하게 유지시키는 단계를 포함하여, 하나의 단일 랜스로부터 다중 응집성 가스 분사물을 형성시키는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 두 개 이상의 가스 분사물이 분기 스트림 형태로 흐름을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 두 개 이상의 가스 분사물이 평행한 스트림 형태로 흐름을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 연료 및 산화제가 다수의 가스 분사물 주위에서 랜스 단부로부터 배출된 두 개의 동심 스트림 형태로 각각 통과됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 각각의 가스 분사물이 초음속을 가짐을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 가스 분사물이 산소를 포함함을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항에 있어서, 각각의 가스 분사물이 나머지 다른 가스 분사물에 대하여 분기각을 이루며 초음속으로 흐르고 각각의 나머지 다른 가스 분사물과 동일한 가스 조성을 갖는 3 내지 6개의 가스 분사물이 형성되며, 불꽃 엔빌로우프가 다수의 가스 분사물 주위에서 랜스 단부로부터 두 개의 동심 스트림으로 연료 및 산화제를 배출시킴으로써 형성됨을 특징으로 하는 방법.
8. (A) 일측 단부가 다수의 노즐을 갖는 랜스로서, 각각의 노즐이 입구 및 출구를 갖는 랜스;

   (B) 가스원과 연통하는 각각의 상기 노즐 입구, 및 랜스 단부의 표면상에 배치되는 각각의 상기 노즐 출구;

   (C) 다수의 노즐 출구 주위의 랜스 단면에 있는 하나 이상의 분출 수단; 및

   (D) 다수의 노즐 출구 각각과 분출 수단이 연통하는 일정한 용적을 형성하는 랜스 단면으로부터 연장되는 연장부를 포함하는 다중 응집성 가스 분사물을 형성시키기 위한 랜스.
9. 제 8항에 있어서, 분출 수단이 다수의 노즐 출구 주위에서 랜스 단부 표면에 제 1 환상 분출 수단 및 제 1 환상 분출 수단 주위에서 랜스 단부 표면에 제 2 환상 분출 수단을 포함함을 특징으로 하는 랜스.
10. (A) 일측 단부가 다수의 노즐을 갖는 랜스를 제공하는 단계로서, 각각의 상기 노즐이 가스를 노즐로부터 배출시키기 위한 출구를 갖는 단계;

    (B) 가스를 분사 형태로 각각의 노즐 출구로부터 배출시켜 다수의 가스 분사물을 형성시키는 단계로서, 각각의 가스 분사물이 노즐 출구로부터 흐르는 단계;

    (C) 다수의 가스 분사물 주위의 랜스 단부로부터 연료를 1종 이상의 스트림으로 배출시키고, 상기 연료를 연료 스트림으로 비말동반된 공기로 연소시켜서 다수의 가스 분사물 주위에 불꽃 엔빌로우프를 형성시키는 단계; 및

    (D) 가스 분사물의 길이에 대해 각각의 가스 분사물 흐름을 명확하게 유지시키는 단계를 포함하여, 하나의 단일 랜스로부터 다중 응집성 가스 분사물을 생성시키는 방법.