KR20070105333A - 전기 아크로 내의 야금 처리를 위한 상대적인 연소 공정과다기능 인젝터 - Google Patents

전기 아크로 내의 야금 처리를 위한 상대적인 연소 공정과다기능 인젝터 Download PDF

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KR20070105333A
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테친트 콤파니아 테크니카 인터나치오나레 에스.피.에이
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Abstract

다기능 인젝터(10, 11, 12)는 특별한 형태의 보호 공동(40)에 의해 외부적으로 보호되고 상기 De Laval 노즐에 대해 동심적이며 동일한 축 상의 2개의 링 내에 배열되고, 상대적으로 연료와 컴버런트를 위한 복수의 노즐(31, 32)로 구성되며, 초음속 또는 아음속에서 버너로써 작동되도록 채택된 De Laval 노즐(20)을 포함한다.

Description

전기 아크로 내의 야금 처리를 위한 상대적인 연소 공정과 다기능 인젝터{MULTIFUNCION INJECTOR AND RELATIVE COMBUSTION PROCESS FOR METALLURGICAL TREATMENT IN AN ELECTRIC ARC FURNACE}
본 발명은 전기 아크로에서 철 야금 처리에 있는 연소를 목적으로 한 다기능 인젝터에 관한 것이다.
또한 본 발명은 다기능 인젝터를 이용하여 전기 아크로 내의 철 야금 처리를 위한 연소 공정에 관한 것이다.
전기 아크로 또는 EAF 기술은 강철 제조 분야에서 급속히 확장되고 있다. 상기 공정에서 상업적인 관심은 재활용 스크랩 금속과 그 외 다른 스크랩 재료를 위한 증가하는 요구에 원인되며, 스크랩 복구를 위한 상기 기술들을 획득한 탁월한 결과가 결합된다.
전기 아크로 또는 EAF를 이용하는 철, 강철 및 캐스트 철을 얻기 위해 사용된 사이클은 일반적으로 배치(batch)에서 작동되며, 스크랩(scrap)은 제조 단계 동안 나머지 배스(bath) 내에 주입된 이후 대략 10분간 지속되는 간격 내에서 공정의 초기 단계 동안 부하된다.
그러므로 투입되는 스크랩 금속의 질량을 용융하는데 연관된 시간은 액체 생산물을 얻기 위한 사이클의 전체 기간에 강력한 효과가 있다. 초기 용융 단계를 가속화 가능한 어느 한 방법은 확실하게 전체 처리 시간을 감소할 것이며, 강철 작동 내의 보다 큰 생산 효율을 가진다.
전기로에서, 금속은 주울 효과(Joule effect)로 인해 전극으로부터 전기 전도를 통하여 주로 에너지가 제공된다. 흑연(graphite) 전극의 피크(peak)에서 전기 아크의 형성에 의해 유도된 슬래그 및 금속의 혼합은 전기로의 모든 부분들로 열 이동을 촉진한다. 상기 경우에 있어서, 스크랩으로의 열에너지의 이동은 매우 더딘 공정이다. 배스(bath) 내 재료는 직접적인 전도를 통하여 가열되며, 하지만 스크랩의 적은 밀도는 과도하는 부분들로 열 이동을 억제한다. 부하된 질량의 잔존 부분들은 복사 에너지에 의해 가열된다. 더욱이 부하의 가장 외부 부분들은 내부 질량에 대한 방패를 형성하며, 이에 용융 공정을 더디게 한다.
열 효율을 개선하여 부하 용융 시간을 감소하기 위해, 사용 중의 현재 공정은 화학적 수단에 의해 부하의 외부 부분들로 직접적으로 열을 제공하는 버너에 의존한다. 상기 사용에 적합한 버너는 예를 들어 프로판 가스, 천연 가스, 또는 프로판 가스와 천연 가스의 혼합 가스와 같은 가스로 구성되는 연료인 산소-연료(Oxy-fuel) 또는 산소 형태의 연료(fuel-oxygen type)이다. 컴버런트는 순수한 산소이며, 버너는 배스의 상단을 걸치는 영역을 포함하는 넓은 영역을 가열하기 위해 상대적으로 넓은 플레임으로 작동된다. 큰 크기의 연소로(furnace)에서, 상기 시스템 은 배스 온도를 일정하게 유지하기 위해 작동한다. 미국 특허 제 20030054301호에 기술된 바에 따르는 플레임 특징을 수정 가능한 버너를 생산하기 위해 제조되는 시도가 시도되었다.
모두 부하된 재료가 완전히 용융될 경우 야금 생산물을 얻기 위한 실제 사이클이 시작된다. 상기는 철, 캐스트 철 또는 액화 강철이다. 에너지뿐만 아니라 상기 단계 동안에 요구된 화학적 반작용을 얻기 위하여, 정확하게 균형된 탄소 및/또는 산소는 배스 내로 삽입되어야 한다.
상기를 수행하기 위하여, 슬래그의 외부 층은 적합한 인젝터를 통하여 발생된 높은 속도인 초음속의 제트(jet)를 이용하여 관통되어야 한다. 금속을 통하여 충분한 에너지가 버블(bubble)로 유지하는 동안 외부 슬래그 층을 관통하기에 충분히 강하고, 금속으로 삽입되도록 가스의 축을 따라 집중과 운동성의 스러스트(thrust)를 구현하기 위하여, 특정한 수단이 (노즐의 배열과 형태) 특히 지속되고, 시라우딩이라 불리는 주요 제트에 걸치는 커버링 방법이 채택된다.
예를 들어 페렉세어(Praxair)의 미국 특허 제 5823762호에 공지된 상기 기술에 있어서, (마하 2 이상) 초음속의 속도에서 배스로 삽입된 가스는 연소 상태에서 가스 혼합물에 의해 둘러싸인다. 제트의 행정 방향으로 긴 거리 동안에, 외부 링 내의 연소는 한편으로 주입되는 기술적인 가스를 제한하고, 또 다른 한편으로 주요한 제트(엔트레인트먼트(entrainment))에 의해 사로잡힌 가스의 질량을 감소하고, 뜨거운 보호층을 형성하며 이에 높은 속도 영역의 길이를 증가하는 시라우드(shroud)를 형성한다.
기술된 버너와 인젝터의 2개 시스템은 상기 시스템의 특정한 작동 범위에 한도로 매우 효과적으로 결과되나, 상기 시스템의 기능은 생산적인 사이클 내의 제한된 주기로 제한되며, 반면 그 외 다른 주기는 불활성으로 남아 있다.
제트 코히어런스(jet coherence)는 효과적인 방식으로 열을 방출함이 없이 층을 횡단하여 문제가 되며, 국부적으로 스크랩 질량을 국부적으로 관통하거나 통하여 절단될 수 있기 때문에 예를 들어 미국 특허 제 6514310호에 의해 지시된 바에 따르는 초음속의 인젝터의 사용이 최적화되거나 유럽 특허 제 1179602호에 일치하는 에어리퀴드(Airliquid)로 배정되는 경우조차도 전체 스크랩 용융 단계 동안에 효과적이지 못하다.
게다가, 이산화탄소 제거 단계 동안에 버너는 액체 금속을 얻기가 불가능한 불일치 제트가 발생하여 슬래그 상 및 링 내에서 발생된 열이 분산된다. 때때로 상기 문제를 극복하기 위해 채택된 액체 배스에 대한 노즐의 지나친 근접은 노즐 상의 외인성 재료의 피복으로 인한 비효율적인 기능의 확률을 증가시킨다.
종래 장치에 있어 전술된 문제로 인해, 최대 효율을 얻기 위하여, 최신 발생 전기로(generation EAF furnace)는 (버너와 초음속의 인젝터)장비의 양 형태의 배열로 장착되어야 한다.
그러나 연소로 환경은 특별히 과중된다는 것이 고려되어야 하며, 연소로 내에 배치된 모든 장비들은 매우 높은 온도, 노출된 모든 표면상의 다양하고 자연적 침적 먼지 및 배스에 근접될 경우 강성한 슬래그 스플래터링(splattering)의 증가에 의해 가격되는 위험에 종속되며, 응고는 노즐을 차단 가능 되게 하며, 노즐을 지탱하고 노즐을 공급물에 연결시키는 이동 지지체와 제어 라인은 내열성 페틀링(fettling)으로 박아 놓은 적절한 개구부 내에서 연소로 벽 상에 설치된 패널을 복잡하게 액체 냉각되게 한다.
상기 이유로, 2개의 분리된 장치의 사용은 모든 면에 있어 상당한 비용 증가의 결과를 가져오며, 상기는 기계 억제의 보다 큰 확률의 작동 위험뿐만 아니라, 초기 투자(보다 큰 플랜트 복잡성), 전도(제어를 위한 보다 큰 필요), 정밀 조사, 유지 및 유사한 작동, 소모(노즐 차단을 막는 세척 가스)가 언급된다.
종래 기술에서 기술되며 전술한 문제를 해결하기 위한 시도는 과거에 진행되었다. 상기 시도 중의 어느 하나는 스크랩 용융 단계(버너)와 이산화탄소 제거(노즐) 중 구별된 모드에 있어 인젝터가 장착된 작동 벽의 방법이 제시된 미국 특허 출원 제 2001/0043639호에 기록되었다.
그러나 상기 장치의 구성하는 방법의 문제는 상기 특허에 기록이 없다.
출원인은 서로 다른 연소로 작동 조건 하에서 필요한 수많은 버너와 인젝터의 감소 문제와 중심의 초음속 제트를 위한 커버링(covering) 또는 시라우딩 형상 장치에 대한 산소 연료(oxy-fuel) 장치와 유사한 넓은 개구부를 가진 어느 한 형상에 의해 발생된 플레임을 수정되는 방식으로 배열된 장치(다기능 인젝터)를 제조하는 것을 제시한다.
또한 출원인은 공급 제어 시스템이 전기로의 모든 야금 단계 내 열적 공헌을 최적화하기 위해, 산소 연료와 시라우딩 사이 각각의 매개 형상을 위한 플레임을 안정하게 장착하는 다기능 인젝터를 설계한다.
그러므로 본 발명의 일반적인 목적은 중심의 초음속 제트를 위한 커버링 또는 시라우딩 형상으로 변환시키며, 산소 연료 버너와 유사한 넓은 개구부를 가진 형상에 있어서 플레임이 지나감에 따라 플레임이 수정 가능되도록 배열된 다기능 인젝터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 액체 금속으로 초음속의 산소 인젝터와 스크랩 용융의 극단적인 조건 하에서뿐만 아니라 화학적인 반작용을 개선하기 위해 금속 내의 열 및/또는 주입 균질성을 증가시키기 위해, 어느 한 국부에 집중하여 가열시키는 것을 포함하며, 부하 필요에 따르는 열 이동을 개선하기 위해 또한 적합한 매개 조건 아래에서 최적화될 수 있는 다기능 인젝터를 구현하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 다기능 인젝터를 사용하는 전기 아크로에 있어 야금 처리를 위한 유연한 연소 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르는 다기능 인젝터는 알맞은 형상의 공동에 의해 외부적으로 보호되고, 상기 De Laval 노즐을 가지고 동심이며 동일한 축의 2개 링 상에 위치되는 각각의 연료 및 컴버런트 주입을 위한 복수의 노즐로 연합된 아음속 또는 초음속 작동을 위해 조정된 De Laval 노즐을 포함하는 것이다. 연소 공정의 유연성은 외부적인 컴버런트와 연료의 주입을 위해 추가된 주위와 접선 속도 구성요소의 발생을 통하여 구현된다.
이는 어느 한 경우에 있어, 정련 단계 동안 매우 큰 초음속 영역을 가진 제트를 얻기 위하여 외부 링 상에 배치된 홀로부터의 산소와 내부 노즐로부터의 산소 사이 분포에 대한 작동에 의해 버너 단계 동안에 플레임의 개구부와 길이를 조정하는 것이 가능하다. 동일한 기하 도형적 배열 상태하에서, 상기 유연성은 연소로 폭, 스크랩 크기 및 유사한 외관의 연소로 특정된 요구에 적용되도록 프로펠러 각도의 변화에 의해 작동이 실행되는 동안과 프로젝트 계획 단계 동안에 존재한다.
또한 본 발명은 다음 단계를 수행하기 위해 개발되는 다기능 인젝터를 사용하는 전기 아크로 내 야금 처리를 위한 연소 공정에 관한 것이며, 상기 단계는
-신속하고 효율적으로 버너 전방에 위치된 스크랩 응집체를 가열할 넓은 플레임을 얻기 위한 신속한 연소 가스 혼합을 가진 아음속 De Laval 노즐을 가진 버너로써 작동하는 단계,
-스크랩을 절단하여 다기능 인젝터 전방의 응집체 형상을 깨뜨리기 위한 집중된 플레임과 높은 펄스 비율을 가진 초음속의 De Laval노즐을 가진 버너로써 작동하는 단계 및
-액체 금속 배스로 직접적으로 산소를 주입가능한 조건 아래에서 횡방향으로 플레어를 제한하기 위한 시라우딩 방법을 이용하는 De Laval 노즐 개구부 직경의 70배까지 연장된 초음속의 영역과 함께 초음속의 속도로 산소 인젝터로써 작동하는 단계이다.
본 발명에 따르며, 전술된 목적과 함께, 첨부된 청구항에 기술된 특징을 가지는 전기 아크로 내 야금 처리를 위한 상대적인 연소 공정 및 다기능 인젝터를 구현하는 것이 결정된다.
종래 기술과 비교되어 얻어지는 장점뿐만 아니라, 본 발명의 기능적이며 구조적인 특징은 첨부된 도식적인 도면에 대해 뒤따르는 설명으로부터 보다 명확하고 확실하게 기술된다.
-도 1은 공지된 기술에 따른 노즐이 장착된 전기 아크로를 도시한 도식적인 투시도.
-도 2는 본 발명에 따르는 인젝터를 도시한 도식적인 투시도.
-도 3은 본 발명에 따르는 인젝터의 구성 요소 부분으로써 De Laval 노즐을 도시한 측부도.
-도 4는 도 2에서 도시된 인젝터를 상세하게 도식적으로 도시한 전방 단부도.
-도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따르는 인젝터의 그 외 다른 2개의 실시예와 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 인젝터를 제각각 도식적으로 도시한 측부도.
-도 6은 도 2와 도 5a에 설명된 바람직한 실시예에 의해 수행된 인젝터 작동의 특정한 실례를 설명하는 그래프.
슬래그(SL) 수준 아래 금속 배스(matal bath)로부터 거리(L)와 높이(H)로 사전 형성된 각(α')에 따르는 플레임(flame)을 방출하기 위해 종래 노즐(2)이 적용 되는 종래 기술에 따르는 전기 아크로(爐, 1)는 도 1에서 도시된다.
도 2 내지 도 6은 음속 이하 속도 또는 초음속의 속도에서 버너(burner)로써 작동되기 위해 적용된 De Laval 노즐(nozzle, 20)을 포함하는 본 발명에 따르는 다기능 인젝터(multifunction injector, 10)를 도시하며, 상기 다기능 인젝터는 제각각 연료 노즐(31)로 구성된 복수의 링 인젝터, 컴버런트 노즐(32) 및 상기 De Laval 노즐(20) 주위로 동심적이고 공통 축 방식으로 배열되는 상기 링 인젝터와 결합되며, 이에 연료 노즐의 링은 컴버런트 노즐의 링에 대하여 내측부에 추가적으로 위치된 중심의 De Laval 노즐을 둘러싼다.
2개의 링과 노즐은 특별한 형상의 보호 공동(protection cavity, 40)에 의해 외부적으로 보호된다.
도 5a 내지 도 5c는 바람직하게 20°와 30°의 원뿔형 시퀀스 내에 제 1 단면과 제 2 단면(43 및 44)이 존재하는 특별한 형상의 보호 공동(40)으로 출구로써 인젝터의 선호된 실시예에 있는 인젝터(10)를 도시한다.
도 5b는 바람직하게 20°인 일정한 원뿔형(42)의 보호 공동(40)이 장착된 인젝터(11)를 도시한다.
도 5c는 원통형 단면(41)을 가지는 보호 공동(40)이 장착된 인젝터(12)를 도시한다.
모든 3가지 경우에 있어 보호 공동(40)의 개선사항은 출구 직경(Dout)과 길이(Lq)를 가지고 설치된다.
보호 공동(40) 치수의 제한되지 않는 실례는 다음과 같이 기술된다.
-인젝터(10) Lq = 45.51 mm Dout = 103.6 mm
-인젝터(11) Lq = 60 mm Dout = 103.6 mm
-인젝터(12) Lq = 10 mm Dout = 60 mm
산소의 집중과 분기를 위한 중심 노즐은 탁월한 효율을 보장하며, 도 3과 관련하여 노즐(20)은 마우스피스(mouthpiece)로부터 시작되는 시퀀스(sequence) 내의 하기를 포함하며, 하기는
-길이(L1)를 가지는 원뿔형 집중 입구 단면(21)을 포함하고 입사각의 반각(β)과 입구 직경(Din)을 가진 입구(25)를 포함하며,
-길이(L2)와 스로트 직경(Dth)을 가지는 원통형 스로트(22)를 포함하고,
-원뿔형 입구 단면(21)과 뒤따르는 중심 원통형 스로트(22) 사이의 주변 태퍼링(tapering)은 반경(R1)을 가지며,
-길이(L3)를 가지는 원뿔형 분기 입구 단면(23)과 입사각의 반각(α)을 포함하며,
-스로트(22)와 원뿔형 분기 출구 단면(23) 사이의 주변 태퍼링은 반경(R2)을 가지며,
-길이(L4)와 출구 직경(Dexit)을 가지는 마지막 원통형 산소 방출 단면(24)을 포함한다.
원뿔형 분기 단면(23)과 마지막 원통형 산소 방출 단면(24) 사이의 주변 태퍼링은 반경(R3)을 가진다.
일반적으로 노즐을 식별하는 파라미터는 입구 속도, 마하 수치, 흐름, 통과 하는 질량 및 방출 가스의 정적 압력에 차례대로 결합된 입구, 스로트 및 출구 직경이다. 모든 변수들은 다양한 작동 단계 동안에 종속되는 조건과 결합된다.
전기 아크로(EAF furnace)를 위해 필요한 조건을 고려하여, 출원인은 다음 관계가 고려되는 경우 작동이 최적화되는 계산을 할 수 있으며, 고려되는 관계는
-집중 원뿔형 입구 단면(21)의 반각(β)은 7°와 20°사이이며,
-분기 원뿔형 출구 단면(23)의 반각(α)은 2°와 7°사이이고,
-원통형 입구 단면(21)과 원통형 스로트(22) 사이의 태퍼링 반경(R1)은 스로트 직경(Dth)의 1배 내지 10배 사이이며,
-원통형 스로트(22)의 길이(L2)는 스로트 자체 직경(Dth)의 0.5배 내지 5배 사이이고,
-원통형 스로트(22)와 분기 원뿔형 출구 단면(23) 사이의 태퍼링 반경(R2)은 스로트 직경(Dth)의 1배 내지 15배 사이이며,
-분기 원뿔형 단면(23)과 마지막 원통형 단면(24) 사이의 태퍼링 반경(R3)은 스로트 직경(Dth)의 20배 내지 80배 사이이고,
-마지막 원통형 단면(24)의 길이는 스로트 직경(Dth)의 0배 내지 3배 사이이다.
상기 방식에 있어, 산소 제트(oxygen jet)는 최대 스피드의 최대 임계 조건 상태 하에서 최적화된다.
각각(31 과 32)의 주변 주입 노즐, 또는 연료 및 컴버런트 노즐에 대하여, 시라우딩 효과(shrouding effect)를 이용하기 위해, 노즐들은 중심 산소 노즐 주변 의 2개의 동심 링들 내에 배열된다. 특히,
- 연료 주입 노즐(31)들은 8과 20 사이의 수치이며, 상기 형태는 사다리꼴 형태, 원형 또는 그 외 다른 형태가 될 수 있다. 상기 노즐들은 컴버런트 노즐(32)의 원형 내측부와 De Laval 산소 노즐(20) 주변의 완전한 원형 내에 위치된다.
- 컴버런트 노즐(32)은 연료 노즐(31)의 제 1 링과 De Laval 산소 노즐(20) 주변의 제 2 링 상에 배열된다. 컴버런트 노즐(32)의 수는 바람직하게 8과 20 사이의 수치이며, 상기 개별적인 단면은 다양한 원형, 반원형, 사다리꼴, 그 외 다른 형태가 효율적으로 사용될 수 있다.
인젝터 최적화는 바꾸어 말하면, 마하 2 속도에서 중심 제트(centre jet)와 시라우딩(shrouding) 효과를 적용하는 가장 극단적인 작동 조건을 고려함에 의해 구현된다.
그러나 플레임(flame) 불안정 또는 갑작스런 소멸(extinguishing)과 같은 부정적인 결과를 방지하기 위해 조정 작동 조건이 상기 프로젝트의 배열에 의해 부정적으로 배열될 수 있으므로 특별하게 형태 된 안정 프로젝션 공동(40)이 채택된다.
기본적으로, 상기 보호 공동은 인젝터가 삽입되는 내측부에 보호 터널을 형성한다. 상기 방식으로, 가스가 낮은 속도로 방출될 때 가스의 혼합은 개선되며, 가스들은 불안정을 야기하는 외부적인 방해에 의해 적게 영향받는다.
상기 특정한 경우에 있어, 또한 상기 보호 공동(40)은 스플래터링(splattering)을 슬래그(slag) 또는 액체 상태 금속으로부터 보호하는 노즐(31, 32)에 걸쳐 특별한 보호로서 작동하며, 형태에 있어 원뿔형 또는 원통형이 될 수 있다. 설치 형태에 따라, 공동은 인젝터 냉각 시스템 내의 공동 또는 내열성 물질 벽에 형성될 수 있다. 실제로, 인젝터의 냉각 시스템과 보호 시스템은 인젝터를 수용하는 금속 구조로 구성된다. 상기 구조의 외부 벽은 슬래그 스플래터링(slag splattering)이 표면에 부착되도록 구성되며, 이에 인젝터를 위한 자연적인 내열성 보호로써 상기 물질을 이용한다. 냉각 제한과 비교하여 후퇴된 위치 내에 방출자(ejector)의 표면을 유지하는 공동이 제공된다.
연료와 함께 펄스의 수치는 충분히 높으며, 전기로 작동 온도에서, 인젝터는 공동 직전 또는 외부 한계점으로부터 시작되는 얇게 째지고, 안정한 플레임을 발생시킨다.
원뿔형 또는 플레어(flared)된 기하 도형적 배열을 이용하여, 전기로의 작동 수명을 위한 명백한 개선사항을 가진 공동의 외부 표면과 플레임이 직접 접촉하는 것을 피하며, 플레임이 소멸 되는 경우 플레임의 동시 재점화를 유발하면서 뜨거운 가스의 국부적인 순환은 전기로 혼합물의 자체 점화 온도보다 높은 온도로 증가된다.
스로트 기하 도형적 배열의 상기 유형으로 연료와 컴버런트 혼합물은 정밀하게 제어될 수 있으며, 낮은 펄스 수치에서 태퍼링은 보다 나은 혼합 작용을 허용하고 흐름을 더디게 하면서 연료 가스 팽창을 발생시킨다. 그러므로 연소는 인젝터에 근접한 영역 내 넓은 각도 상에서 발생된다. 펄스를 증가시킴에 의해 플레임의 일치가 증가된다. 기본적으로, 비록 플레임이 점화를 위한 뜨거운 가스 존재의 유리한 결과를 지속적으로 보장한다 하더라도, 보호 공동(40)에 의해 형성된 기 여(contribution)은 비례적으로 점점 덜 영향을 받으며, 플레임은 보다 가늘고 길다.
넓어진 플레임 조건에 있어 작동하는 동안 상대적으로 높은 펄스의 이익을 유지하기 위해 사용된 어느 한 해결책은 내부 링에 의해 주입된 연료 상으로 또는 가스를 산화하는 대부분의 외부 링 상에 소용돌이 회전의 발생으로 구성된다. 상기 회전 운동은 축에 대해 가스 내의 접선 모멘트(tangential moment)를 형성하는 나선형 버너 축에 대해 경사면 상의 덕트(duct, 33)에 의해 얻어진다. 증가 된 횡단 발산은 플레임 안정성에 대해 유익한 영향을 가진 버너를 간과하는 영역 내에 특별하게 서로 다른 열적 영역을 형성한다.
도 6은 도 5a에서 도식적으로 설명된 이중 원뿔 보호 공동을 가진 인젝터(10)에 의해 형성된 연소의 4가지 실시예에 관하여, 지름 좌표(radial coordinate, m)에 따르는 온도 공정(K)을 나타내는 그래프를 도시한다.
연료 노즐(31)(메탄)의 전체 단면은 333 mm2를 차지하며, 반면 컴버런트 노즐(32)(산소)의 전체 단면은 757 mm2를 차지한다.
그러므로 4개의 곡선 A-D는 서로 다른 작동 조건에서 측정된다.
곡선 A: 12 바(bar)에서 1250 Nm3/hour이며, 1530℃에서 전기로 조건이며,
곡선 B: 4 MWt 천연 가스와 500℃의 공기 내 충격파의 출력을 가진 노즐이며,
곡선 C: 4 MWt 천연 가스와 500℃의 공기 내 노즐이며,
곡선 D: 4 MWt 천연 가스와 500℃의 공기 내 버너이다.
기술된 산소 인젝터의 조건에 있어서 일치는 대략 1.5 미터 연장되는 것이 고려되어야 한다.
관련된 인젝터의 기하 도형적 배열로 인하여 외부 컴버런트와 연료 삽입을 위한 주변 및 접선 속도를 추가적인 구성요소를 발생시키는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따르는 연소 공정은 다음의 단계를 포함하며, 상기 단계는
-신속하고 효율적으로 버너 전방에 위치된 스크랩 응집체를 가열 가능한 넓은 플레임을 획득하는데 목적이 되며, 빠른 연소 가스 혼합을 가지고 음속 이하의 De Laval 노즐(20)을 가진 버너로써 작동하는 단계,
-다기능 인젝터의 전방에서 스크랩(scrap)을 절단하고 이에 응집체 형성을 파괴하는 것이 목적이 되는, 집중된 높은 펄스 플레임을 가진 초음속의 De Laval 노즐을 가진 버너로써 작동하는 단계 및
-액체 금속 배스로 직접적으로 산소 주입을 전달 가능되는 상기 조건에서와 횡방향으로 플레어를 제한하기 위한 시라우딩 방법을 사용하며, De Laval 노즐의 출구 직경의 70배까지 연장된 초음속 영역을 가지고, 초음속에서 산소 인젝터로써 작동하는 단계이다.
본 발명에 따르는 전기로 내의 야금 처리를 위한 연소 공정은 액체 금속으로 초음속 산소 주입과 극단적인 스크랩 용융 조건뿐만 아니라 연소를 최적화한다. 특히 상기 연소 공정은 화학적인 반작용을 개선하기 위해 금속으로의 주입 및/또는 열적 균일성을 증가시키기 위해 가열되고 국부적으로 배치된 부하에 따르는 기술적 인 재료와 추가적인 열 용량을 개선하도록 조정 조건 하에서 상기 연소를 적용한다.
상기 방식으로 인젝터는 고체 상태가 완전히 제거될 때까지 인젝터 전방으로 스크랩을 둘러싸는 버너와 같이 작동한다. 응집체들이 용융에 저항성을 가지는 경우 플레임 속도의 상승은 시라우딩에 의해 야기된 완전히 일치되는 결과가 되지 않지만, 다소 초음속 속도를 얻을 때까지 상승이 예측된다. 상기 조건에서, 관통력은 부하로 열 이동을 최적화하기 위해 충분히 넓어지는 플레임 각을 유지하는 동안 증가된다.
정련하는 동안에, 연료 공급 압력이 대략 마하 2의 매우 높은 방출 속도(ejection speed)가 될 때까지 연료 공급 압력은 중심이 되는 De Laval 노즐(20)에서 증가된다. 동시에 연료 및 컴버런트 링 인젝터는 연소 상태의 가스를 가진 중심 제트를 둘러싸도록 활성화되며, 시라우딩 효과를 가능한 최대로 이용하기 위해 활성화된다.
상기 설명된 공정은 전기 아크로 내에 존재하는 재료에 따라 서로 다른 연소 단계가 형성 가능한 다기능 인젝터를 주로 예상한다.
도면에 대하여 전술한 설명으로부터, 본 발명에 따르는 다기능 인젝터는 특별히 유용하고 이로우며, 상기는 명세서 전문에 전술된 목적을 구현한다.
채택된 재료와 실시예의 형태뿐만 아니라 본 발명에 따르는 장치의 실시예들 은 도면의 실례에 따라 간단하게 제공되며 전술된 바로부터 서로 다르며, 제한됨 없이 고려된다.
그러므로 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구항에 의해 형성된다.

Claims (10)

  1. 다기능 인젝터(10, 11, 12)에 있어서, 아음속과 초음속에서 버너로서 작동되기 위한 De Laval 노즐(20)을 포함하며, 상기 노즐(20)은 각각 연료와 컴보런트를 위한 복수의 노즐(31, 32)과 조합되고, 특정 형태의 보호 공동(40)에 의해 외부적으로 보호되고 상기 De Laval 노즐(20)에 동심 및 동축으로 형성된 2개의 링들로 배열되는 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  2. 제 1 항에 있어서, 마우스피스로부터 시작되는 시퀀스에 있어 상기 De Laval 노즐(20)은
    -입사각의 반각(β)과 입구 직경(Din)을 가진 입구(25)와 길이(L1)을 가지는 원뿔형 집중 입구 단면(21)을 포함하고,
    -스로트 직경(Dth)과 길이(L2)를 가지는 원통형 스로트(22)를 포함하며,
    -반경(R)을 가지며 원뿔형 입구 단면(21)과 이에 뒤따르는 중앙 원통형 스로트 사이의 원주 태퍼링을 포함하고,
    -입사각의 반각(α)과 길이(L3)를 가진 원뿔형 분기 단면(23)을 포함하며,
    -반경(R2)을 가지며 스로트(22)와 원뿔형 분기 출구 단면(23) 사이의 원주 태퍼링을 포함하고,
    -출구 직경(Dexit)과 길이(L4)를 가지는 최종 원통형 산소 방출 단면(24)을 포함하며 및
    -반경(R3)을 가지며 원통형 분기 단면(23)과 최종 원통형 산소 방출 단면(24) 사이의 원주 태퍼링을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 De Laval 노즐(20)은
    -집중 원뿔형 입구 단면(21)의 반각(β)은 7°에서 20°사이이며,
    -분기 원뿔형 출구 단면(23)의 반각(α)은 2°에서 7°사이이고,
    -원뿔형 입구 단면(21)과 원통형 스로트(22) 사이의 태퍼링 반경(R1)은 스로트 직경(Dth)의 1배와 10배 사이 크기이며,
    -원통형 스로트(22)의 길이(L2)는 스로트 직경(Dth)의 0.5배와 5배 사이 크기이고,
    -원통형 스로트(22)와 분기 원뿔형 출구 단면(23) 사이의 태퍼링 반경(R2)은 스로트 직경(Dth)의 1 배 와 15 배 사이 크기이며,
    -분기 원뿔형 단면(23)과 최종 원통형 단면(24) 사이의 태퍼링 반경(R3)은 스로트 직경(Dth)의 20 배와 80 배 사이 크기이고,
    -최종 원통형 단면(24)의 길이는 스로트 직경(Dth)의 0배 및 3배인 치수에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 주입 노즐(31)은 컴버런트 노즐(32) 링 내측부와 De Laval 산소 노즐(20) 주변의 완전한 링 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12)
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 연료 주입 노즐(31)은 8과 20 사이의 갯수로 제조되고, 그들의 단면은 사다리꼴, 원형 또는 그 외의 다른 기하 도형적 배열 형상이 가능한 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 컴버런트 방출 노즐(32)의 갯수는 8과 20 사이이며, 그들의 개별적인 단면은 원형, 반원형, 또는 사다리꼴, 또는 그 외의 다른 기하 도형적 배열 형상이 가능한 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 특별한 형태의 보호 공동(40)은 20°와 30°사이의 원뿔형 시퀀스에 있어 제 1 단면(43)과 제 2 단면(44)이 제공되는 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 특별한 형태의 보호 공동(40)은 20°의 일정한 원뿔 형으로 제공되는 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 공동(40)은 원통형 단면(41)을 제공하는 것을 특징으로 하는 다기능 인젝터(10, 11, 12).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항들 중 어느 한 항에 따르는 다기능 인젝터을 이용하여 전기 아크로의 야금 처리를 위한 연소 공정에 있어서, 상기 연소 공정은 외부 컴버런트와 연료 주입을 위한 추가적인 원주방향 및 접선방향 속도 성분을 발생시키고, 다음과 같이
    -신속하고 효율적으로 버너 전방에 위치된 스크랩 응집체를 가열 가능한 넓게 퍼진 플레임을 얻기 위한 목적으로 하고, 신속하게 연소 가스를 혼합하기 위하여 아음속 De Laval 노즐을 가진 버너로써 작동되며,
    -스크랩을 절단하여 다기능 인젝터 전방의 응집체 형성을 파괴하는 목적이 되는 집중된 높은 펄스 플레임을 가진 초음속 De Laval 노즐을 가진 버너로써 작동되며,
    -직접적으로 액체 금속 배스 내로 산소 주입이 전달되는 상기 조건에 있어 횡방향으로 플레어를 제한하는 시라우딩 방법을 사용하는 De Laval 노즐의 출구 직경의 70배까지 연장된 초음속 영역을 가진 초음속에서 산소 인젝터로써 작동되는 것을 특징으로 하는 연소 공정.
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