KR20030045609A

KR20030045609A - 야금 랜스 및 가스 유입 장치

Info

Publication number: KR20030045609A
Application number: KR1020020075747A
Authority: KR
Inventors: 카메론앤드류밀러; 펠더만크리스티안쥬안
Original assignee: 더 비오씨 그룹 피엘씨
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2003-06-11
Also published as: EP1316621A2; BR0204986A; ZA200209647B; JP2003193124A; GB0128878D0; US20030122291A1; CN1430036A; CA2413153A1; US6709630B2; MXPA02011825A

Abstract

가스를 위에서 노내의 금속 체적부내로 유입시키기 위한 야금 랜스(metallurgical lance)는 헤드(12)를 구비한다. 헤드(12)는 그내에 형성된 적어도 하나의 분사기(20)를 구비한다. 분사기(20)는 슈라우드 가스 통로(30)에 의해 둘러싸이는 라발 노즐(laval nozzle)(24)을 포함한다. 라발 노즐(24) 및 슈라우드 가스 통로(30)는 모두 그들의 기단부에서 공통 가스 공급 챔버(22)와 연통한다. 슈라우드 가스 통로(30)는 제 1 환형 오리피스 부재(38)를 경유하여 챔버(22)와 연통하며, 이 제 1 환형 오리피스 부재(38)는 라발 노즐(24)과 슈라우드 가스 통로(30) 사이의 챔버를 통한 가스 유동의 분할 백분율을 결정한다.

Description

야금 랜스 및 가스 유입 장치{METALLURGICAL LANCE AND APPARATUS}

본 발명은 야금 랜스와, 이 랜스를 구비하는 야금 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 야금 랜스는 산소 또는 다른 가스를 위에서 용융 금속의 배스(bath)내로 유입시키기에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 랜스의 하나의 용도는 제강이다. 현재 대부분의 강은 산소를 위에서 용융 철을 수납하는 노내로 취입 또는 분사시킴으로써 제조된다. 이러한 제강 공정의 예는 소위 "LD" 공정이며, 이 공정에서 산소는 위에서 고속으로 용융 금속내로 분사된다. 다른 예는 "LD-AC"공정이며, 이 공정에서 산소는 분말 석회와 함께 용융 금속내로 분사된다.

이러한 실시예에 있어서, 대체로 야금 랜스는 300톤 또는 그 이상의 강을 보유할 수 있는 제강 노에 산소를 공급할 수 있다. 이러한 노는 때때로 "전환로(converter)"라 불리운다. 초기에, 랜스는 금속의 레벨 위에서 2미터 내지 4미터로 배치되며, 산소는 랜스로부터 비교적 낮은 속도로 수직 하방의 용융 금속내로 취입되어 용융물의 표면상에 거품 슬래그를 생성한다. 결과적인 슬래그는 용융 금속에서 인을 제거하는 중요한 역활을 한다. 후에, 랜스는 금속 표면의 1m 내측으로 하강되어, 산소가 보다 높은 속도로 분사되며, 이로써 용융 금속내로의 산소의 관통력을 높인다.

야금 랜스는 매우 공격적인 산화제 및 입자가 충전된 환경에 존속하도록 설계되고 그러한 필요를 만족시키도록 설계되며, 대체로 랜스 헤드는 구리로 제조되고, 하나 또는 그 이상의 산소용 출구 오리피스를 구비하며, 수냉된다. 랜스의 헤드는 종종 산소를 용융 금속내로 분사시키기 위해 3개 또는 4개의 출구 오리피스 또는 그 이상의 오리피스를 구비한다. 산소는 대체로 15bar의 압력으로 랜스에 공급되며, 그에 따라 각 출구 오리피스가 벤투리(venturi)로 형성될 경우 마하 2 이상의 초음속 배출 속도가 얻어질 수 있다.

비록 이들이 수냉될 지라도, 랜스는 작동 수명이 짧으며, 대체로 350 내지 450 온도에서 지속된다.

용융 금속의 배스내로 산소의 양호한 관통을 얻기 위해서 랜스로부터의 높은 산소 배출 속도가 필요하다. 산소가 초음속 속도로 랜스를 벗어날 때, 이것은 흡입 압력을 발생시켜 주위 대기를 산소 제트로 끌어당긴다. 따라서 제트가 전개됨에 따라 속도를 잃어버린다. 따라서, 산소는 랜스를 벗어날 때의 속도보다 현저히 저하된 속도로 용융 금속내로 유입된다. 또한, 질소 불순물이 용융 금속내로 유입되어 강의 품질에 있어서 해로운 작용을 가질 수 있다.

유럽 특허 공개 제 EP-A 1 041 341 호는 단일 불꽃 슈라우드를 갖는 다수의 초음속 산소 제트를 제공함으로써 산소 속도의 손실의 문제를 해결한다. 이 슈라우드는 산소 제트가 용융 금속내로 유입되기 전에 산소 제트를 분기시킴으로써 그 양을 감소시키며, 그에 따라 제트가 랜스로부터 용융 금속의 표면으로 이동할 때 이 제트에 의해 야기되는 속도 손실을 억제한다. 결과적인 산소 제트는 매우 분산되지 않는다는 관점에서 때때로 "응집성(coherent)"이라고 묘사된다.

그러나 이러한 구성은 다수의 단점을 갖는다. 첫째로, 불꽃 슈라우드를 형성하기 위해서는 랜스로의 연료의 공급이 필요하다. 랜스는 바닥 레벨에서 30m 정도 위에 위치될 필요가 있기 때문에, 상당한 공학적 어려움이 부가된다. 둘째로, 연료의 연소를 돕기 위해서는, 랜스의 헤드는 연료 및 산화물(대체로, 산소)용의 부가적인 통로가 제공될 필요가 있다. 이러한 것은 복잡성 및 그에 따른 헤드의 비용을 증가시킨다. 세째로, 다수의 산소 제트용 공통 슈라우드를 제공하는 것은 완전한 응집성을 얻기에는 불완전한 슈라우딩 및 불완전한 해결방법이다. 유사한 문제가 위에서 공급되는 적어도 하나의 산소 제트 또는 다른 가스를 사용하는 다른 야금 공정에서 발생한다.

다른 참조문헌은 야금 랜스에서 분사되는 중앙 가스 제트를 보호 및 슈라우딩하는 것을 개시하지만, 주위 온도의 가스의 슈라우드 가스 스트림을 갖지 않는다. 예를 들면, 영국 특허 공개 제 GB-A 1 446 612 호는 각각의 산소 출구에 환형 인서트(insert)를 갖는 랜스를 사용하는 것을 개시한다. 산소 유동은 인서트에 의해 중앙 스트림과 외측 환형 스트림으로 분할된다. 이러한 구성은 환형 스트림이 반경방향 외측의 속도 성분을 갖지고 랜스로부터 분출되도록 한다. 랜스에 대한 변형의 목적은 분산으로 인한 손상을 쉽게 교체가능한 환형 인서트에 한정시키기 위한 것이다. 영국 특허 공개 제 GB-A 1 227 876 호는 랜스로부터의 가스 배출 경로내에 음향 공진기가 제공된 야금 랜스에 관한 것이다. 미국 특허 공개 제 4 730 784 호는 야금 랜스의 일부를 형성할 수 있는 가스 노즐에 관한 것이다. 이 노즐은 가스의 유동 속도에 관계없이 가스의 마하수를 변화시킬 수 있도록 설계된다. 이를 위해, 노즐에는 가변 스로트(throat)가 제공된다. 일 실시예에 있어서, 가동 부품은 없으며 스로트의 효과적인 사이즈는 가스의 아음속 링의 메인 가스 제트에의 적용에 의해 변화된다. 이러한 실시예에 있어서, 메인 가스 제트는 라발 노즐을 벗어나 팽창한다. 유럽 특허 공개 제 EP-A 0 214 902 호는 공통 챔버와 연통하는 개별 출구 통로를 사용하는 복잡한 야금 랜스에 관한 것이다. 그러나, 이 통로는 가스가 하나의 슈라우드에서 분사되고 다른 하나에서 분사되는 공간 구성은 아니다. 반면에, 국제 특허 출원 공개 WO-A 00/28097 호는 중앙의 초음속 가스 제트의 감속 비율을 감소시키기 위해 슈라우드 가스를 사용하는 랜스에 관한 것이다.

따라서, 이러한 참조문헌들중 국제 특허 출원 공개 제 WO-A 00/28097 호만이 중앙의 초음속 가스 제트의 감속 비율을 감소시키기 위한 슈라우드 가스를 사용하는 금속 랜스에 관한 것이다. 그러나 국제 특허 출원 공개 제 WO-A 00/28097 호는 제어된 방법으로 어떻게 가스를 중앙 제트 및 슈라우드 스트림에 공급하는가의 문제를 중점적으로 다루진 않았다.

본 발명에 따르면, 가스를 위에서 노내의 용융 금속의 체적부내로 유입시키기 위한 야금 랜스를 제공하며, 상기 랜스는 그내에 형성된 적어도 하나의 가스 분사기를 구비한 헤드를 포함하며, 상기 분사기 또는 상기 분사기들중 적어도 하나는 슈라우드 가스 통로에 의해 둘러싸인 라발 노즐을 포함하며, 상기 라발 노즐 및 상기 슈라우드 가스 통로는 모두 그들의 기단부에서 공통 가스 공급 챔버와 연통하며, 상기 슈라우드 가스 통로는 제 1 환형 오리피스 부재를 경유해 상기 공통 가스 챔버와 연통한다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 야금 랜스를 구비하는 야금 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 야금 랜스는 슈라우드 가스의 개별 공급을 필요로 하지 않으며, 따라서 그러한 공급과 관련된 공학적인 문제들을 회피할 수 있다. 각각의 노즐은 자신의 개별 슈라우드가 제공된다. 또한, 본 발명에 따른 야금 랜스는 적절하지 않은 제조 문제점을 제공하지 않는다. 오리피스 부재는 유입 가스중 소정 비율이 슈라우드 가스 통로로 분할되도록 할 수 있다. 오리피스의 사이즈, 형상 및 개수는 예를 들면, 공통 가스 공급 챔버에서 슈라우드 가스 통로로 공급되는 가스의 비율을 결정하도록 선택될 수 있다. 일반적으로 상기 비율은 치수에 따라 라발 노즐에 공급되는 가스의 5% 내지 20%이다. 작은 노즐에 대해, 이 비율은 50% 정도로 보다 높을 수 있다.

슈라우드 가스 통로는 제 1 환형 오리피스 플레이트를 경유하여 공통 가스 챔버와 연통할 수 있다.

슈라우드 가스 통로는 라발 노즐과 동축인 슬리브에 의해 규정될 수 있다. 이러한 구성은 본 발명에 따른 야금 랜스의 제조를 용이하게 한다.

오리피스 플레이트는 슬리브에 분리식으로 부착되는 것이 바람직하다. 이러한 구성의 장점은, 라발 노즐을 통과하는 가스 유동과, 슈라우드 가스 통로를 통과하는 가스 유동의 상대 비율을 변화시키고자 하는 경우, 이는 오리피스 플레이트를 환형 개방 면적이 다른 것으로 교체함으로써 쉽게 달성될 수 있으며, 개방 면적이 커지면 커질수록, 가스 공급 챔버에서 슈라우드 가스 통로로 유동하는 가스의 비율이 커진다는 것이다. 달리, 본 발명에 따른 야금 랜스는 공통 가스 공급 챔버로 개방되는 오리피스 플레이트의 환형 면적의 비율을 변화시킬 수 있는 수단을 포함할 수 있다. 예를 들면, 랜스는 제 2 플레이트의 오리피스를 제 1 플레이트의 오리피스와 정렬하도록 이동시키거나 제 1 플레이트의 오리피스와 어긋나도록 이동시키도록 제 1 오리피스 플레이트에 대해 그의 위치가 조절가능한 제 2 오리피스 플레이트를 포함할 수 있다.

다른 구성에 있어서, 오리피스 부재는 라발 노즐과 일체형이다. 이러한 구성에 있어서, 오리피스 부재내의 오리피스는 라발 노즐의 기단부에 분리가능하게 부착된 고체 환형 플레이트와 바람직하게 중첩된다. 중첩 정도는 공통 가스 공급 챔버에 대해 효과적으로 개방되는 오리피스 부재의 면적, 따라서 라발 노즐과 슈라우드 가스 통로 사이의 가스의 분할을 결정한다. 따라서, 이러한 분할은 적절한 사이즈의 고체 환형 플레이트를 선택함으로써 선택될 수 있고, 고체 환형 플레이트를 다른 것으로 교체함으로써 변경될 수 있으며, 이 고체 환형 플레이트는 상이한 사이즈를 갖는다.

다른 구성에 있어서, 라발 노즐은 슈라우드 가스 통로를 규정하는 벽을 라발 노즐과 결합시키는 적어도 2개의 러그를 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 라발 노즐의 말단부는 분사기의 말단부에 대해 배면으로 설정된다. 이러한 구성은 용융 금속의 확산에 의해 야기될 수 있는 라발 노즐에 대한 손상을 줄일 수 있다.

단일 가스 분사기를 갖는 랜스를 사용할 수 있지만, 랜스는 다수의 가스 분사기를 구비하는 것이 바람직하다.

다수의 가스 분사기를 갖는 본 발명에 따른 야금 랜스의 일 실시예에 있어서, 모든 가스 분사기는 기본적으로 서로 동일한 것이 바람직하다. 일반적으로 랜스는 헤드와 동축인 본체를 갖는다. 그러나, 공통 가스 공급 챔버와 연통하는 본체를 관통하는 단일 가스 통로가 있는 것이 바람직하다. 그러나, 동일 랜스내에 상이한 종류의 분사기가 사용될 수 있다. 따라서 하나 또는 그 이상의 라발 노즐에 그들 자신의 슈라우드 가스 통로가 제공될 수 있는 구성외에, 하나 또는 그 이상의 종래의 분사기일 수 있다.

일반적으로 본 발명에 따른 야금 랜스의 헤드는, 예를 들면 물인 액체 냉매의 유동을 위한 내부 통로를 갖는다.

본 발명에 따른 야금 랜스는 첨부된 도면을 참조하여 예로서 하기에 상술된다.

도 1은 야금 랜스(metallurgical lance)를 포함하는 장치의 일반적인 개략 측면도,

도 2는 도 1에 도시된 랜스 헤드의 개략적인 측단면도,

도 3은 헤드의 다른 형태를 나타내는 개략적인 측단면도,

도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 랜스에서와는 상이한 형태의 분사기를 사용하는 다른 형태의 야금 랜스의 헤드부의 개략적인 측단면도,

도 5는 도 4에 도시된 분사기의 기단부에서 본 도면으로서, 이 분사기의 개략적인 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 제강 노4 : 야금 랜스

10, 14 : 통로12 : 헤드

20 : 가스 분사기22 : 가스 공급 챔버

30 : 가스 통로34 : 플랜지

36 : 오리피스38 : 환형 오리피스 플레이트

40 : 오리피스50 : 제 2 환형 오리피스 플레이트

본 도면은 일정 비율로 축척해 그린 도면이 아니다.

도면중 도 1을 참조하면, 일반적인 제강 노(steelmaking vessel)(2)가 도시되어 있다. 야금 랜스(4)는 노(2)내의 용융 철 금속(molten ferrous metal)의 배스(6) 위에 배치된다. 랜스는 지지 아암(도시되지 않았지만, 본 기술분야에 널리 공지됨)에 의해 고정되고, 용융 금속 표면에 대해 상승 및 하강될 수 있다. 아암을 상승 및 하강시키기 위한 장치 및 제강의 야금은 널리 공지되어 있으며 따라서 본 발명에서 상술되지 않는다.

랜스(4)는 그내에 형성된 곧은 원통형 통로(right cylindrical passage)(10)를 갖는 기다란 본체(8)를 구비한다. 통로(10)는 랜스(4)의 헤드(12)에서 종단된다. 또한, 랜스(4)는 냉각수를 공급하기 위해 그내에 통로(14)를 구비한다. 또한, 통로(14)는 랜스(4)의 헤드(12)에서 종단된다.

랜스(4)의 헤드(12)는 도 2에 보다 자세히 도시되어 있다. 헤드(12)는 그내에 형성된 단일 축방향 가스 분사기(20)를 구비한다. 분사기(20)는 그의 기단부에서 헤드(12)에 형성된 가스 공급 챔버(22)와 연통한다. 가스 공급 챔버(22)는 간단히 랜스(4)의 본체(8)내에서 산소 통로(10)의 연장부일 수 있다.

가스 분사기(20)는 랜스(4)의 종축과 동축인 라발 노즐(laval nozzle)(24)과, 라발 노즐(24)을 둘러싸며 슈라우드(shrouding) 가스 통로(30)를 규정하는 슬리브(26)를 포함한다. 또한, 슬리브(26)는 라발 노즐(24)과 동축이며 헤드(12)의 팁(32)을 관통해 형성된 대응 보어와 마찰식이지만 기밀 결합한다.

라발 노즐(24)은 그의 기단부에서 플랜지(34)가 형성되어 있으며, 이 플랜지(34)는 그의 기단부에서 슬리브(26)의 내면과 마찰식이지만 기밀 결합한다. 플랜지(34)는 그내에서 슈라우드 가스 통로(28)와 연통하는 오리피스(36)를 구비한다. 환형 오리피스 플레이트(38)는 슬리브(28)의 기단부에 분해가능하게 부착된다. 오리피스 플레이트(38)는 그를 관통해 형성된 다수의 오리피스(40)를 구비한다. 오리피스(40)의 개수, 형상 및 사이즈는 사용중 라발 노즐(24)을 관통해 챔버(22)로부터 유동하는 가스의 비율에 대한 챔버(22)로부터 슈라우드 통로(30)로 유동하는 가스의 비율을 결정한다.

라발 노즐(24)의 말단부는 슬리브(30)의 말단부에 대해 배면에 설치된다. 슬리브(30)의 말단부는 헤드(12)의 팁(32)에서 약간 돌출한다.

산소를 용융 금속의 배스에 공급하기 위한 야금 랜스(4)의 작동에 있어서, 라발 노즐(24)로부터의 산소 배출 속도가 마하 2보다 크도록 하기 위해 산소 공급 압력은 10bar 내지 15bar 범위가 되도록 선택될 수 있다. 슈라우드 가스 통로(30)를 통과하는 산소의 속도는 음속을 초과하지 않고 대체로 그보다 낮다. 일반적으로, 슈라우드 가스 통로(30)를 통과하는 산소 유동 속도는 라발 노즐(24)을 통과하는 속도의 5% 내지 20% 정도이다. 슈라우드 가스 통로(30)를 벗어나는 산소는 라발 노즐(24)을 벗어나는 산소용 슈라우드를 형성한다. 슈라우드는 이 슈라우드가 생략되고 산소 제트가 산소 슈라우드 가스 유동에 의해서 보다는 공기에 의해 둘러싸이는 경우 발생할 수 있는 것과 비교하여 라발 노즐을 벗어나는 산소 제트의 주위에서 발생하는 가스 혼합량을 제한한다. 산소 슈라우드 가스 유동이 초음속 산소 제트의 5%에서 최대값에 도달할때까지 주위 혼합량은 감소하는 경향이 있음을 알 수 있다. 그 후 슈라우드 가스 비율에 있어서 계속된 증가는 역효과를 낳는 경향이 있다. 최적 슈라우드 가스 비율은 경험적으로 쉽게 결정될 수 있다.

도 2에는 도시되어 있지 않지만, 헤드(12)는 예를 들면, 물인 액체 냉각제의유동을 위한 냉각 통로(도시되지 않음)이 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 통로의 제공은 야금 산소 랜스에서는 일반적이며, 따라서 본 발명에서 상세히 상술하지는 않는다. 헤드의 냉각을 돕기 위해서는, 예를 들면 구리인 높은 열 전도성을 갖는 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 야금 랜스의 특별한 장점은 이 랜스가 간단한 변형에 의해 실제의 종래의 랜스로 변화될 수 있다는 것이다. 일반적으로, 헤드는 종래의 랜스에서 제거되고, 본 발명에 따른 헤드가 그 위치에 끼워진다. 헤드는 산소 제트의 중앙 유동 속도가 변하지 않게끔 치수설정될 수 있다. 결과적으로, 슈라우드 가스 유동을 고려했을 때, 랜스를 통과하는 전체 산소 유동은 증가된다. 따라서 추가적인 산소 유동이 제공될 수 있도록 산소 공급 압력을 증가시킬 필요가 있다. 달리, 전체 산소 유동이 변화되지 않은 상태로 유지될 수 있지만, 이러한 것은 산소중 일부가 슈라우드를 형성하도록 전환됨에 따라 중앙의 산소 유동을 저하시키는 효과를 가질 수 있다.

도 2의 헤드(12)에 대한 변형이 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 헤드는 그를 관통해 형성된 오리피스(52)를 갖는 제 2 환형 오리피스 플레이트(50)가 제공된다. 오리피스(52)를 플레이트(38)내의 오리피스(40)와 정렬하도록 이동시키거나 또는 이 오리피스(40)와 어긋나도록 이동시키기 위해서, 플레이트(50)는 시계방향으로 회전될 수 있다. 이러한 구성은 라발 노즐(24)을 관통해 유동하는 메인 제트와 통로(30)를 통과하는 슈라우드 사이에서 산소 분열의 조절을 용이하게 하여, 야금시 최적의 성능을 얻는다.

랜스의 다른 형태는 첨부된 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 랜스(104)는 헤드(112)를 갖는다. 헤드(104)는 그내에 형성된 다수의 분사기(120)를 구비하고, 이 분사기중 하나만이 도 4에 도시되어 있다. 랜스(104) 및 헤드(112)는 그내에 냉각수의 유동을 위한 통로(105)가 형성된다. 헤드는 높은 열 전도성을 갖는 금속, 예를 들면 구리로 형성되는 것이 바람직하다.

분사기(120)는 그의 기단부에서 랜스(104)에 형성된 가스 공급 챔버(122)와 연통한다. 챔버(122)는 간단히 랜스(104)에 형성된 공통 산소 통로일 수 있다.

가스 분사기(120)는 헤드내의 보어(125)와 동축인 라발 노즐(124)을 포함한다. 라발 노즐(124) 및 보어(125)는 슈라우드 가스 통로(130)를 규정한다. 라발 노즐의 기단부는 일체형 환형 오리피스 부재(134)를 구비한다. 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 오리피스 챔버(134)는 그를 관통해 형성된 4개의 원주방향으로 배치된 아치형 슬롯(136)을 구비한다. 슬롯(136)에 의해 모든 가스가 슈라우드 가스 통로(130)내로 유동하도록 환형 오리피스 부재(134)는 보어(125)의 입구부와 밀봉 결합된다.

라발 노즐(124)은 오리피스 부재(134)에 용접되거나 또는 달리 연결된 아암(138)을 구비한다. 아암(138)은 볼트에 의해 헤드(112)의 기단부에 체결된다. 라발 노즐(124)은 한쌍의 러그(142)를 구비하며, 이 러그는 분사기(120)를 조립할때 라발 노즐(124)이 보어(125)내에 중심설정되는 것을 보장한다.

환형 오리피스 부재(134)와 동일한 외경의 고체 환형 플레이트(140)는부재(134)와 면 대 면(face to face)으로 맞붙어 그에 볼트 결합되거나 또는 달리 고정된다. 플레이트(140)의 환형부는 부분적으로 슬롯(136)과 중첩된다. 따라서 중첩 정도는 슈라우드 가스 통로(130)내로의 가스 유동을 위한 개구부의 사이즈를 결정하며, 따라서 라발 노즐(124)내로 통과하는 가스 대 슈라우드 가스 통로(130)내로 통과하는 가스의 질량 유량비를 결정한다. 소망한다면, 이 비율을 변화시키기 위해, 고체 환형 플레이트(140)는 노즐(124)로부터 분리되고, 그 대신에 다른 치수의 것이 노즐(124)에 고정될 수 있다. 전형적인 실시예에 있어서, 한세트의 플레이트(140)는 사용에 있어서 전체 가스 유동의 10%가 슈라우드 가스 통로를 관통하도록 하는 제 1 치수로, 이 백분율이 전체 가스 유동의 20%인 제 2 치수, 및 이 백분율이 전체 가스 유동의 30%인 제 3 치수로 제조된다.

라발 노즐(124)은 보어(125)내에서 바람직하게 종단된다. 따라서 이 라발 노즐은 랜스(104)의 사용중 재료의 튐(splashes)으로부터 보호된다.

산소를 용융 금속의 배스에 공급하기 위한 랜스(104)의 작동에 있어서, 라발 노즐(124)로부터의 산소 배출 속도가 마하 2보다 크도록 하기 위해, 산소 공급 압력은 10bar 내지 15bar의 범위가 되도록 선택될 수 있다. 슈라우드 가스 통로(130)를 관통하는 산소의 속도는 음속을 초과하지 않으며, 일반적으로 그보다 낮다. 슈라우드 가스 통로(130)를 통과하는 산소 유동 속도는 대체로 라발 노즐(24)을 통과하는 속도의 5% 내지 30%가 되도록 조절된다. 슈라우드 가스 통로(130)를 벗어나는 산소는 라발 노즐(124)을 벗어나는 산소에 대한 슈라우드를 형성한다. 슈라우드가 생략되고 산소 제트가 산소 슈라우드 가스 유동에 의해서보다는 공기에 의해 둘러싸이는 경우와 비교하여, 슈라우드는 라발 노즐(124)로부터의 산소 제트의 주변에서 발생하는 가스 혼합량을 제한한다. 결과적으로, 산소의 비교적 좁은 제트는 비슈라우드식 제트(unshrouded jet)와 비교하여 랜스(104)의 팁으로부터 보다 긴 이동 거리에 걸쳐 유지될 수 있다. 결과적으로, 예를 들면 용융 금속의 배스 또는 다른 체적부내로 보다 높은 산소 유입 속도가 달성될 수 있거나, 또는 랜스를 제트의 관통력에 심각한 손실없이 용융 금속의 표면으로서 더욱 멀리 위치시킬 수 있다. 슈라우드 가스 유동이 초음속 산소 제트의 것의 5% 내지 최대값에 도달할때까지 증가함에 따라, 슈라우드를 갖는 제트의 주위 혼합량은 감소되는 경향이 있음을 알 수 있다. 그 후, 슈라우드 가스 비율에 있어서의 계속된 증가는 역효과를 낳는 경향이 있다. 최적의 슈라우드 가스 비율은 경험적으로 쉽게 결정될 수 있다.

도면중 도 2 및 도 3에 도시된 야금 랜스와 마찬가지로, 도 4 및 도 5에 도시된 야금 랜스는 실제 종래의 랜스에 간단한 변형을 가함으로써 제조될 수 있다. 종래의 랜스의 각 분사기의 보어는 그의 대부분에 대해 확장되지만, 대체로 그의 말단부에서는 변하지 않은 채로 남겨지는 식으로 재성형된다. 간단한 보링 공구(boring tool)가 사용될 수 있다. 보링은 적절한 치수의 라발 노즐(124)을 삽입시킬 수 있다. 보어(125)에는 숄더(144)가 형성된다. 숄더(144)는 작은 곡률을 갖는다. 결과적으로, 사용중, 슈라우드 가스는 코안다 효과(coanda effect)에 의해 숄더(144)의 표면을 따라서 유동하는 경향이 있다. 따라서, 라발 노즐(124)의 말단부의 하류측에서, 사용중인 슈라우드 가스는 라발 노즐(124)로부터 방출되는제트쪽으로 굴절되지 않지만, 대신에 제트와 대체로 평행하게 이동한다. 라발 노즐(124)의 말단부에서의 라발 노즐(124)의 입구부는 헤드(112)의 말단부에서의 보어(125)의 마운트(mount)보다 작은 내경을 갖는다.

도 4 및 도 5에 도시된 랜스가 종래의 랜스를 변형시킴으로써 형성되는 경우, 각각의 분사기가 변화되지 않은 메인 산소 제트 유동 속도를 갖도록 작동될 수 있다. 결과적으로, 슈라우드 가스 유동을 고려했을 때, 랜스를 통과하는 전체 산소 유동은 다소 증가된다. 따라서, 추가적인 산소 유동이 제공될 수 있도록 산소 공급 압력을 증가시킬 필요가 있다. 변형 실시예에서, 전체 산소 유동은 변화되지 않은 채로 유지될 수 있지만, 이러한 것은 산소중 일부가 슈라우드를 형성하도록 전환됨에 따라 중앙의 산소 유동을 저하시키는 효과를 갖는다.

도면에 도시된 랜스는 산소를 용융 금속에 유입시키기 위한 것으로 본 발명에서 상술되었지만, 이들은 달리 상이한 가스와 함께 사용될 수 있다.

본 발명에 의하면 용융 금속의 배스 또는 다른 체적부내로 보다 높은 산소 유입 속도가 달성될 수 있으며, 랜스를 제트의 관통력에 심각한 손실없이 용융 금속의 표면으로서 더욱 멀리 위치시킬 수 있다.

Claims

가스를 위에서 노내의 용융 금속의 체적부내로 유입시키기 위한 야금 랜스에 있어서,

상기 랜스는 그내에 형성된 적어도 하나의 가스 분사기를 구비한 헤드를 포함하며, 상기 분사기 또는 상기 분사기들중 적어도 하나는 슈라우드 가스 통로에 의해 둘러싸인 라발 노즐(laval nozzle)을 포함하며, 상기 라발 노즐 및 상기 슈라우드 가스 통로는 모두 그들의 기단부에서 공통 가스 공급 챔버와 연통하며, 상기 슈라우드 가스 통로는 제 1 환형 오리피스 부재를 경유해 상기 공통 가스 챔버와 연통하는

야금 랜스.
제 1 항에 있어서,

상기 오리피스 부재는 오리피스 플레이트인

야금 랜스.
제 1 항에 있어서,

상기 오리피스 부재는 상기 라발 노즐과 일체형인

야금 랜스.
제 3 항에 있어서,

상기 오리피스 부재내의 오리피스는 상기 라발 노즐의 기단부에 분리가능하게 부착된 고체 환형 플레이트와 중첩되는

야금 랜스.
제 4 항에 있어서,

상기 오리피스는 다수의 아치형 슬롯 형태인

야금 랜스.
제 2 항에 있어서,

상기 슈라우드 가스 통로는 상기 라발 노즐과 동축인 슬리브에 의해 규정되는

야금 랜스.
제 6 항에 있어서,

상기 오리피스 플레이트는 상기 슬리브에 분리가능하게 부착되는

야금 랜스.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 공통 가스 챔버에 대해 개방되는 상기 오리피스 플레이트의 환형 면적의 비율을 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는

야금 랜스.
제 8 항에 있어서,

상기 가변 수단은 제 2 환형 오리피스 플레이트이며, 상기 제 2 환형 오리피스 플레이트의 위치는 상기 제 2 플레이트의 오리피스를 상기 제 1 플레이트의 오리피스와 정렬하도록 이동시키거나 상기 제 1 플레이트의 오리피스와 어긋나도록 이동시키도록 상기 제 1 오리피스 플레이트에 대해 조절가능한

야금 랜스.
가스를 위에서 용융 금속의 배스내로 유입시키기 위한 장치에 있어서,

제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 따른 야금 랜스를 포함하는

가스 유입 장치.