KR20080077359A - An improved lance for ld steelmaking - Google Patents

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Abstract

An improved lance for LD steelmaking comprises a plurality of peripheral supersonic nozzles provided with a single inlet high pressure gas supply line and a central nozzle. The central nozzle is a subsonic nozzle provided with a separate low pressure gas supply line (1) independent of the high pressure gas supply line (2) for the peripheral nozzles. The flow rate through the central subsonic nozzle is controllable for varying generation of liquid metal droplets during the blow, according to the process requirement.

Description

엘디 제강을 위한 개량된 랜스 {AN IMPROVED LANCE FOR LD STEELMAKING}Improved Lance for Eld Steelmaking {AN IMPROVED LANCE FOR LD STEELMAKING}

본 발명은 일반적으로 LD 제강을 위한 개량된 랜스에 관한 것이다. 특히 본 발명은 공정 요구사항에 따라 액상 금속 액적(liquid metal droplets)의 생성을 다양하게 하기 위한 중앙 분리 제어 가능한(central separately-controllable) 아음속 노즐을 구비하는 다공 랜스(multi-hole lance) 구조(design)에 관한 것이다. The present invention relates generally to an improved lance for LD steelmaking. In particular, the present invention provides a multi-hole lance design with a central separately-controllable subsonic nozzle for varying the production of liquid metal droplets according to process requirements. ).

철강은 순산소 전로(basic oxygen furnace), 전기로(electric arc furnace), Kaldo 공정 등과 같은 많은 공정들을 통해 생산된다. 이들 가운데, 순산소 전로(basic oxygen furnace)나 LD 제강 공법은 공정의 효율성과 생산된 철강의 품질로 인하여 현재 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. LD 제강 공법은 매우 높은 비율의 철과 함께 탄소, 인, 마그네슘, 망간, 알루미늄 등을 주요 불순물로써 포함하는 액상 선철(liquid pig iron)의 정련 공정이다. 상기 불순물들은 산화제로서 기상 산소(gaseous oxygen)를 사용한 산화 반응에 의해 제거된다. 상기 산소 가스는 다중 초음속 제트에 의해 구리 헤드(copper head)를 구비하는 수랭식 랜스를 통해 LD 용기에 주입된다. 또한, 아르곤 가스는 액상 금속을 완전하게 자극하기(stir) 위해 용기 바닥에 있는 파이프들(tuyres : pipes to carry air)을 통해 주입된다. 상기 랜스를 통해 용기 윗부분으로부터 산소 가스를 분사하고 용기 바닥을 통해 아 르곤 가스를 주입하는 공정을 결합된 블로잉(blowing) 공정이라 한다. LD 용기 내에서의 정련 공정은 다음과 같은 방법으로 요약될 수 있다. 액상 선철은 금속 스크랩(scraps)과 함께 용기 내로 주입된다. LD 용기 내에서 일어나는 대부분의 반응들은 발열 반응이고 전체적인 LD 제강 공법은 자가생성공정(auto-generation process; 즉, 외부로부터 열 공급을 요하지 않음)이기 때문에 상기 금속 스크랩들은 쉽게 용해될 수 있다. 또한 플럭스(flux)로서 일산화 칼슘(CaO)이 일산화 칼슘 대 이산화 규소(SiO2)의 중량비로서 정의된 필요한 염기 비율에 따라 첨가되고 액상 금속 위에 산소 가스의 분사(blowing)가 시작된다. 상기 불순물들이 산화되고, 탄소 산화물 이외의 산화물들은 액상 금속 위에 부동하는 액상 슬래그(slag)를 형성한다. 탄소는 액상 슬래그를 통과하는 일산화 탄소(CO)로 산화된다. 이 때문에 상기 슬래그 층(layer)은 체적이 증가하고, 일반적으로 "슬래그 폼(slag foam)"이라 불리는 것을 형성한다. 상기 슬래그 폼은 액상 슬래그와 액상 금속으로부터 방출된 가스 및 액상 금속 표면에 산소 제트를 충돌함으로써 용기 내로 분출된 액상 금속 액적을 포함한다. 이처럼 형성된 상기 폼(foam)은 랜스 헤드를 완전히 덮고 있고 랜스 자체를 부분적으로 덮고 있어 용기의 큰 부피를 차지한다. 상기 폼은 액상 금속과 슬래그 사이에 큰 계면 영역을 만들고 이에 의해 탈인(dephosphorization)과 같은 계면 반응들을 촉진시킨다.Steel is produced through many processes, such as the basic oxygen furnace, electric arc furnace and Kaldo process. Among them, the basic oxygen furnace or LD steelmaking method is widely used all over the world due to the efficiency of the process and the quality of the steel produced. The LD steelmaking method is a refining process of liquid pig iron containing carbon, phosphorus, magnesium, manganese, aluminum and the like as a major impurity with a very high ratio of iron. The impurities are removed by an oxidation reaction using gaseous oxygen as the oxidant. The oxygen gas is injected into the LD vessel through a water-cooled lance with a copper head by multiple supersonic jets. Argon gas is also injected through pipes to carry air (tuyres) at the bottom of the vessel to stir the liquid metal completely. The process of injecting oxygen gas from the upper portion of the vessel through the lance and injecting argon gas through the bottom of the vessel is called a combined blowing process. The refining process in the LD vessel can be summarized in the following way. Liquid pig iron is injected into the container along with metal scraps. Most of the reactions occurring in the LD vessel are exothermic and the metal scraps can be easily dissolved because the overall LD steelmaking process is an auto-generation process (ie no heat supply from outside). Also as flux flux calcium monoxide (CaO) is added according to the required base ratio defined as the weight ratio of calcium monoxide to silicon dioxide (SiO 2 ) and the blowing of oxygen gas over the liquid metal begins. The impurities are oxidized and oxides other than carbon oxides form a liquid slag that floats on the liquid metal. Carbon is oxidized to carbon monoxide (CO) through the liquid slag. This causes the slag layer to increase in volume and form what is commonly referred to as "slag foam." The slag foam includes liquid slag and liquid metal droplets ejected into the vessel by impinging an oxygen jet on the liquid metal surface and gases released from the liquid metal. The foam thus formed completely covers the lance head and partially covers the lance itself, taking up a large volume of the container. The foam creates a large interfacial region between the liquid metal and the slag thereby promoting interfacial reactions such as dephosphorization.

상기 LD 제강 공법은 매우 동적이고 상기 용기 내의 상태들이 산소분사기간 동안 지속적으로 변하기 때문에 상기 산소 랜스의 제어는 필수적이다. 따라서 상기 산소 랜스는 초음속 제트의 충돌 강도를 제어하기 위하여 랜스의 높이(heights)를 달리하여 운용된다. 상기 랜스의 높이는 분사 시작 전에 평평한 액상 금속 표면에 대한 랜스 팁(tip)의 거리로서 정의된다. 분사 시작 시점에, 제강업자의 주요 관심은 액상 슬래그를 빨리 형성하고 용기에 가득 찬(charged) 일산화 칼슘(CaO)을 완전히 용해하는 것이다. 이 단계에서 탄소의 산화는 바람직하지 않기 때문에 강한 분사나 낮은 랜스 높이는 불리할 것이라는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 랜스는 더 높은 높이 예를 들면 초기 랜스 높이는 2.2m에서 운용된다. The control of the oxygen lance is essential because the LD steelmaking method is very dynamic and the conditions in the vessel are constantly changing during the oxygen injection period. Therefore, the oxygen lance is operated with different heights of the lance to control the impact strength of the supersonic jet. The height of the lance is defined as the distance of the lance tip to the flat liquid metal surface before the start of spraying. At the start of the injection, the steelmaker's main concern is to quickly form liquid slag and completely dissolve the charged calcium monoxide (CaO) in the vessel. It can be seen that strong injection or low lance height would be disadvantageous at this stage since the oxidation of carbon is undesirable. Thus, the lance is operated at a higher height, for example an initial lance height of 2.2 m.

초기 기간 동안, 상기 슬래그는 필요한 화학적,물리적 특징들을 가지고 포밍(forming)을 시작한다. 현재, 거품 형태의 슬래그만이 상기 슬래그와 금속 사이의 계면 영역을 증가시킴으로써 중요한 탈인(dephosphorization) 반응을 촉진시키기 때문에 탄소를 산화하여 더 많은 일산화 탄소(CO) 가스를 생성함으로써 거품형태의 슬래그를 만드는 것이 필요하다. 따라서, 상기 랜스 높이는 강한 분사를 제공하기 위해서 감소 된다. 상기 감소된 높이는 약 1.5m 이다. 이 단계에서 탈인 반응이 관여하는 한, 금속 액적의 생성 역시 매우 중요하다. 주로, 대부분의 분사가 탄소의 산화를 촉진시킬수 있도록 상기 랜스는 이와 같이 짧은 높이에서 운용된다.During the initial period, the slag begins to form with the necessary chemical and physical features. Currently, only foamed slag promotes significant dephosphorization reactions by increasing the interface area between the slag and the metal, thus oxidizing carbon to produce more carbon monoxide (CO) gas, making the foamed slag. It is necessary. Thus, the lance height is reduced to provide a strong injection. The reduced height is about 1.5 m. As long as the dephosphorization reaction is involved at this stage, the generation of metal droplets is also very important. Primarily, the lance is operated at this short height so that most injections can promote the oxidation of carbon.

최종 분사 단계 동안, 철강 내 탄소 함유율이 매우 낮고 일산화 탄소(CO) 가스의 발생이 많이 감소 된다. 상기 슬래그는 일산화 탄소 가스가 발생하지 않기 때문에 더 이상 거품 형태가 아니고 두꺼운 액상 슬래그 층이 금속 표면 상부에 형성되는 것으로 이해할 수 있다. 이 단계에서 강한 분사와 액상 금속 액적의 생성은 분사 이전 단계에서 언급한 이유와 동일한 이유로 인해 바람직하지 않다. 따라서, 상기 랜스의 높이는 좀 더 약한 분사를 제공하기 위해서 초기 랜스의 높이로 다시 증가 된다.During the final injection stage, the carbon content in the steel is very low and the generation of carbon monoxide (CO) gas is greatly reduced. Since the slag does not generate carbon monoxide gas, it is no longer in the form of a bubble, and it can be understood that a thick liquid slag layer is formed on the metal surface. Strong spraying and the generation of liquid metal droplets at this stage are undesirable for the same reasons mentioned in the pre-spraying step. Thus, the height of the lance is increased back to the height of the initial lance to provide a weaker injection.

상기 설명을 통하여, LD 용기 내로 분사가 이루어지는 동안 상기 랜스의 물리적인 요구사항들이 완전히 변한다는 점은 분명하다. 분사의 몇몇 단계에서, 액적의 생성은 매우 중요하지만, 몇몇 다른 단계에서는 상기 액상 금속 액적의 생성은 상기 LD 용기의 운용을 불리하게 하거나 해롭게 할 수 있다. 상기 랜스가 용기 내로 산소 가스를 단순히 제공하는 것 이상의 훨씬 큰 역할을 한다는 점은 분명하다. 상기 랜스의 적절한 구조(design) 및 분사가 이루어지는 동안의 제어는 제강 공정의 효율성을 크게 향상시킬 수 있고 그에 따라 생산된 철강의 품질을 강화할 수 있다.Through the above description, it is clear that the physical requirements of the lance change completely during the injection into the LD vessel. In some stages of spraying, the generation of droplets is very important, but in some other stages the generation of liquid metal droplets can adversely or detrimentally operate the LD vessel. It is clear that the lance plays a much greater role than simply providing oxygen gas into the vessel. Proper design of the lance and control during injection can greatly improve the efficiency of the steelmaking process and thereby enhance the quality of the steel produced.

상기 랜스는 구리로 만들어지고 노즐들이 고정되어 있는 분리 가능한 헤드(head)를 구비하고 있다. 노즐들을 통해 용기 내로 마하 2.0-2.4 범위의 초음속으로 산소가 분사된다. 상기 랜스 내의 초음속 노즐들의 수는 용기의 크기, 투입량, 다른 운용 조건들을 기초로 결정된다. 전형적인 랜스는 제트 응집을 최소화하기 위하여 종축으로부터 17.5o 경사진 6개의 초음속 노즐을 구비할 수 있다. 상기 노즐들은 마하 2.2의 방출 속도를 가진 초음속 제트를 생성할 수 있도록 설계된다. 모든 노즐들은 압력이 13.5 바(bar)인 하나의 산소 공급기를 구비한다. 상기 사용된 랜스는 LD 용기 내의 고온으로부터 손상되는 것을 방지하기 위해 수랭식이다.The lance has a detachable head made of copper and with fixed nozzles. Through nozzles oxygen is injected into the vessel at supersonic speeds in the range of Mach 2.0-2.4. The number of supersonic nozzles in the lance is determined based on the size of the container, the dosage, and other operating conditions. A typical lance can have six supersonic nozzles inclined 17.5 o from the longitudinal axis to minimize jet agglomeration. The nozzles are designed to produce a supersonic jet with a release rate of Mach 2.2. All nozzles have one oxygen supply with a pressure of 13.5 bar. The lance used is water cooled to prevent damage from high temperatures in the LD vessel.

상기 LD 용기 내에서 탈인 반응을 향상시킬 필요성이 존재한다. 이미 언급한 바와 같이 분사(blow)하는 동안 상기 랜스 구조와 제어는 제강 공정과 생산된 철강의 품질 향상에 상당한 영향을 가질 것이다.There is a need to improve the dephosphorization reaction in the LD vessel. As already mentioned, the lance structure and control during blow will have a significant impact on the quality of the steelmaking process and the steel produced.

본 발명의 일 목적은 LD 용기 내에서 탈인 반응을 향상시키기 위한 슬래그-금속 계면 영역을 증가시킬 수 있도록 액상 금속 액적 생성을 향상시키는 것이다. 탈인은 본질적으로 상기 슬래그와 금속 사이의 계면 반응이기 때문에, 상기 금속 액적의 증가는 탈인의 효율성을 강화시킨다. 따라서, 본 발명에서는 LD 용기 내에서 상기 액적 생성을 향상시키기 위한 노력이 이루어졌다. 상기 금속 액적 형성은 본질적으로 상기 랜스의 기능이다. 이처럼, 상기 금속 액적의 생성을 향상시키기 위하여 산소 제트의 기능은 제강 조건들 또는 그와 매우 유사한 조건들 하에서 매우 주의 깊게 고려되어야 한다. 산소 랜스 내에 중앙 홀(hole)의 제공은 많은 금속 액적을 생성하고 스피팅(spitting)을 야기하는 것으로 알려져 있다. 스피팅(spitting)은 용기 입구의 봉쇄를 야기하고 더욱이 상기 랜스와 용기 라이닝(lining)의 수명을 단축할 수 있기 때문에 불리하다. 따라서, 비록 상기 중앙 홀이 많은 액적을 생산할 수 있지만 또한 단점들을 가진다. One object of the present invention is to improve the formation of liquid metal droplets so as to increase the slag-metal interface region for improving the dephosphorization reaction in the LD vessel. Since dephosphorization is essentially an interfacial reaction between the slag and the metal, increasing the metal droplets enhances the efficiency of dephosphorization. Therefore, in the present invention, efforts have been made to improve the droplet generation in the LD vessel. The metal droplet formation is essentially a function of the lance. As such, the function of the oxygen jet must be considered very carefully under steelmaking conditions or very similar conditions in order to improve the production of the metal droplets. The provision of a central hole in the oxygen lance is known to produce many metal droplets and cause spitting. Spitting is disadvantageous because it may cause blockage of the container inlet and further shorten the life of the lance and the container lining. Thus, although the center hole can produce many droplets, it also has disadvantages.

상기 액적 생성을 향상시키는 것은 별도로 하고, 상기 중앙 홀은 철강 산업에서 지금까지 알려지지 않은 장점을 추가로 더 가지고 있다. 상기 LD 용기 내에 서 초음속 제트 특징들에 대한 고밀도 슬래그 폼의 영향이 고려되었다. 상기 슬래그 폼은 상기 산소 제트에 의해 제공된 모든 모멘텀(momemtum)을 흡수하고, 상기 제트는 상기 슬래그에 완전하게 모멘텀을 잃는 것으로 알려져 있다. 이처럼 상기 LD 용기 내에서 초음속 산소 제트 특징들에 대한 기존의 지식이 잘못된 것이라 생각될 수 있다. 비록 LD 용기의 유체 역학적 모형들(Hydrodynamic Models)을 사용하여 행하여진 상기 액적 생성 연구들이 상기 LD 용기 내에서의 진실한 액적 생산 메커니즘을 드러내지 않을지라도 상기 액적 형성에 대한 이해를 높일 수 있는 기초를 제공한다. 주변의 제트(peripheral jets)가 상기 슬래그 폼에 노출되기 때문에 상기 주변 제트는 제트-슬래그 폼 경계면을 통해 상기 슬래그 층으로 모든 모멘텀을 잃을것으로 예상된다. 상기 가스 제트는 용융 금속 표면에 도달할 때 충분한 모멘텀을 가지지 않기 때문에 필요한 만큼의 금속 액적을 생성할 수 없다. Apart from improving the droplet generation, the central hole further has further advantages which are not known so far in the steel industry. The influence of high density slag foam on the supersonic jet characteristics in the LD vessel was considered. It is known that the slag foam absorbs all the momemtum provided by the oxygen jet and the jet loses its momentum completely to the slag. As such, existing knowledge of supersonic oxygen jet characteristics in the LD vessel may be considered to be misleading. Although the droplet generation studies conducted using Hydrodynamic Models of LD vessels do not reveal the true droplet production mechanism within the LD vessel, they provide a basis for improving understanding of droplet formation. . Because peripheral jets are exposed to the slag foam, the peripheral jets are expected to lose all momentum to the slag layer through the jet-slag foam interface. The gas jet does not have enough momentum to reach the molten metal surface and thus cannot produce as much metal droplets as needed.

그러나, 현재 이론이 제시하고 있는 것처럼, 상기 중앙 제트는 상기 주변 제트와 비교하면 거의 또는 전혀 슬래그 폼에 의해 감싸지지 않을 것이다. 그 이유는 상기 주변 제트가 상기 중앙 제트를 보호하고 고밀도 슬래그 폼으로부터 상기 중앙 제트에 보호 덮개 역할을 할 것이 때문이다. 더구나, 상기 중앙 제트의 존재로 인한 양압 (positive pressure)이 존재하고 또한 이 양압이 슬래그 폼의 약간의 비말 동반(entrainments)을 상기 주변 제트 사이의 공간으로 밀어낼 것이다. 이것은 상기 중앙 제트가 슬래그 층으로 그 자신의 모멘텀을 잃지 않을 것이고 집중된 모멘텀을 가지고 금속 표면에 도달할 것이라는 것을 의미한다. 즉, 상기 탈인을 증진시키기 위해 필요한 많은 금속 액적을 생산하기 위하여 매우 높은 속도를 가진 집중된 모멘텀이 상기 금속 표면을 파괴할 것이다.However, as the present theory suggests, the central jet will be less or less wrapped by slag foam as compared to the surrounding jet. The reason is that the peripheral jet will protect the central jet and serve as a protective cover for the central jet from high density slag foam. Moreover, there is positive pressure due to the presence of the central jet and this positive pressure will also push some droplet entrainment of the slag foam into the space between the surrounding jets. This means that the central jet will not lose its own momentum to the slag layer and will reach the metal surface with concentrated momentum. That is, concentrated momentum with very high velocity will destroy the metal surface in order to produce many metal droplets needed to enhance the dephosphorization.

그러므로, 중앙 제트를 구비하는 것이 탈인율(rate of dephosphorization) 을 향상시킬 수 있는 금속 액적 생산을 증가시키는데 이로울 것이라는 점은 분명하다. Therefore, it is clear that having a central jet would be beneficial to increase the production of metal droplets that could improve the rate of dephosphorization.

전술한 바와 같이, 상기 거품 형태의 슬래그가 분사 초기 단계와 마지막 단계 동안 존재하지 않는 경우, 상기 중앙 제트는 엄청난 스피팅(spitting) 즉, 용기 입구를 통한 액상 금속의 방출을 야기할 것이다. 따라서, 상기 LD 제강 공법의 모든 과정 동안 상기 중앙 홀을 통해 매우 강한 분사를 가지는 것은 바람직하지 않다. 상기 슬래그 폼으로부터 보호물이 없기 때문에 분사의 초기 단계와 마지막 단계 동안 스피팅(spitting)이나 강한 금속 액적의 생성은 상기 랜스를 손상시킬 것이다. 상기 슬래그 폼의 존재는 상기 금속 액적 생성을 늦추고 상기 금속 액적의 충돌로부터 상기 랜스와 용기 내화물을 보호한다. 상기 중앙 홀을 통해 강한 분사를 가지는 것이 상기 두 단계의 분사 동안 불리하게 작용한다는 점은 상기 논의로부터 분명해진다.As mentioned above, if the foamed slag is not present during the initial and final stages of spraying, the central jet will cause massive spitting, ie the release of liquid metal through the vessel inlet. Therefore, it is not desirable to have a very strong injection through the center hole during the whole process of the LD steelmaking method. Since there is no protection from the slag foam, spitting or the generation of strong metal droplets during the initial and final stages of spraying will damage the lance. The presence of the slag foam slows down the formation of the metal droplets and protects the lance and the container refractory from collision of the metal droplets. It is evident from the discussion that having a strong jet through the central hole acts disadvantageously during the two stages of jetting.

만약 상기 초음속 노즐이 설계 압력 비율 보다 더 낮은 압력 비율로 운용된다면, 바꾸어 말하면 상기 노즐이 상기 초기 단계 동안 스피팅(spitting)을 피하기 위해 유량(flow rate)이 감소하도록 적게 분사된다면, 압력, 속도, 온도 그리고 가스의 밀도에 있어서 충격들 또는 강한 불연속들이 상기 노즐 자체의 분기하는 부분 내에서 일어날 수 있다. 상기 분기하는 부분에서 형성된 그런 충격들은 상기 초음속 노즐의 성능에 심각한 영향을 미치고 상기 노즐의 수명을 상당히 감소시킬 것이다. 더구나, 제강 조건들 하에서 상기 노즐의 분기 부분 내에서 형성된 그러한 충격은 상기 노즐 내로 고온의 슬래그 폼과 금속 액적을 흡수할 수 있고 상기 랜스의 심각한 부식과 고장을 유발할 수 있다. 상기 초음속 노즐을 통해 상기 LD 제강공법의 서로 다른 단계들에서 요구하는 상당한 정도의 유량 제어가 가능하지 않다는 점은 분명하다. If the supersonic nozzle is operated at a pressure ratio lower than the designed pressure ratio, in other words, if the nozzle is sprayed less so that the flow rate is reduced to avoid spitting during the initial stage, the pressure, velocity, Impacts or strong discontinuities in temperature and density of the gas can occur within the diverging portion of the nozzle itself. Such impacts formed at the diverging portion will severely affect the performance of the supersonic nozzle and will significantly reduce the life of the nozzle. Moreover, such impacts formed within the branching of the nozzle under steelmaking conditions can absorb hot slag foam and metal droplets into the nozzle and cause severe corrosion and failure of the lance. It is evident that the supersonic nozzle does not allow for the considerable amount of flow control required at the different stages of the LD steelmaking process.

위에서 언급한 고려할 문제들로 인해, 본 발명에서는 아음속 노즐 즉, 수렴하는(converging) 부분을 가진 노즐을 구비하는 것이 도출될 수 있으며, 이를 통해 유량을 제어하기 쉽게 하고, 공급 압력을 변화시킴으로써 넓은 범위의 유량 또한 획득할 수 있다. 더구나, 상기 충격 형성(shock formation)의 문제가 아음속을 제공하는 노즐에는 존재하지 않는다. 상기 설명은 또한 만약 모든 노즐이 동일한 가스공급라인을 가진다면 상기 중앙 홀만을 통해 유량을 제어하는 것이 가능하지 않다는 점을 분명하게 한다. 전술한 바와 같이, 상기 액적의 생성은 단지 분사의 중간 지속 기간 동안만 증가 될 필요가 있고, 분사의 초기 단계와 마지막 단계 동안 많은 액적의 생성은 바람직하지 않다. 그러한 랜스의 운용을 위하여, 상기 중앙 홀을 통한 유량 제어가 요구되고 상기에서 언급한 것처럼, 상기 중앙 홀을 통한 유량의 제어는 모든 노즐에 대해 동일한 산소 가스 공급으로는 가능하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 독립되고 제어 가능한 가스 공급이 상기 중앙 홀을 위하여 제공된다. 다른 6개의 주변 초음속 노즐들 모두 고압 가스 공급을 공유할 수 있다.Due to the problems to be considered above, in the present invention it can be derived to have a subsonic nozzle, ie a nozzle with a converging part, which makes it easier to control the flow rate and by varying the supply pressure The flow rate of can also be obtained. Moreover, the problem of shock formation does not exist in the nozzle providing subsonic speed. The description also makes it clear that it is not possible to control the flow rate through the center hole only if all the nozzles have the same gas supply line. As mentioned above, the generation of droplets only needs to be increased during the intermediate duration of the injection, and the production of many droplets during the initial and final stages of injection is undesirable. For the operation of such lances, flow rate control through the center hole is required and as mentioned above, control of the flow rate through the center hole is not possible with the same oxygen gas supply for all nozzles. Thus, in the present invention, an independent and controllable gas supply is provided for the central hole. All six other peripheral supersonic nozzles can share a high pressure gas supply.

이처럼 본 발명은 단일 주입구의 고압가스공급라인을 가진 다수의 주변 초음속 노즐들 및 하나의 중앙 노즐을 포함하며, 상기 중앙 노즐은 분리된 저압가스공급라인을 구비하는 아음속 노즐이며, 상기 중앙 아음속 노즐을 통과하는 유동도(flow rate)는 분사 동안 공정요구사항에 따라 금속 액적 생성을 변화시키기 위해 제어 가능한 것을 특징으로 하는 LD 제강을 위한 개량된 랜스를 제공한다. As such, the present invention includes a plurality of peripheral supersonic nozzles having a high pressure gas supply line of a single inlet and one central nozzle, wherein the central nozzle is a subsonic nozzle having a separate low pressure gas supply line. The flow rate passing through provides an improved lance for LD steelmaking, characterized in that it is controllable to change metal droplet generation in accordance with process requirements during injection.

도 1은 6-홀(hole) 랜스 구조(design)의 배열을 개략적으로 나타내는 도면,1 schematically shows an arrangement of a six-hole lance design,

도 2는 초음속 노즐의 전형적인 기하학적 배열을 나타내는 도면,2 shows a typical geometrical arrangement of a supersonic nozzle,

도 3은 LD 용기의 개략도를 나타내는 도면,3 shows a schematic view of an LD container,

도 4는 유체역학적 모형 실험들에서 사용되는 분리된 공기공급라인을 구비하는 7-홀 랜스를 개략적으로 나타내는 도면,4 schematically shows a seven-hole lance with a separate air supply line used in hydrodynamic model experiments, FIG.

도 5(a)는 기존의 6-노즐 랜스의 경우 액적의 생성 정도를 나타내는 도면,Figure 5 (a) is a view showing the degree of droplet generation in the case of a conventional 6-nozzle lance,

도 5(b)는 본 발명인 7-홀 랜스의 경우 액적의 생성 정도를 나타내는 도면,Figure 5 (b) is a view showing the degree of generation of droplets in the case of the inventors 7-hole lance,

도 6은 액적 생성 메커니즘의 도식적인 표현을 나타내는 도면,6 shows a schematic representation of a droplet generation mechanism;

도 7은 유속이 다른 7-홀 랜스의 액적 생성률을 나타내는 도면,7 is a graph showing droplet generation rates of 7-hole lances having different flow rates,

도 8은 수학적 시뮬레이션에 사용되는 계산 모델과 메시(mesh)를 나타내는 도면,8 is a diagram illustrating a calculation model and a mesh used in a mathematical simulation;

도 9는 노즐들에 대한 근거리 외형을 나타내는 도면,9 shows a near appearance for nozzles;

도 10은 용기 벽(vessel walls)들과 금속 표면이 존재하는 경우 17.5o 경사각을 가진 7-홀 랜스에 대한 속도 윤곽(velocity contours)을 나타내는 도면,FIG. 10 shows velocity contours for a 7-hole lance with a 17.5 o tilt angle when vessel walls and metal surface are present, FIG.

도 11은 17.5o 각도를 가진 노즐들에서 충돌로 인한 온도 윤곽을 나타내는 도면,11 shows a temperature profile due to a collision in nozzles with an angle of 17.5 o ,

도 12는 금속 표면 위 충돌 위치를 보여주는 속도 윤곽을 나타내는 도면,12 is a velocity contour showing a collision location on a metal surface;

도 13은 서로 다른 축 위치들 (a) X=0.5m, (b) X=1.0m, (c) X=-1.5m, (d) X=2.0m에서의 속도 윤곽을 나타내는 도면,13 shows the velocity profile at different axial positions (a) X = 0.5m, (b) X = 1.0m, (c) X = -1.5m, (d) X = 2.0m,

도 14는 고 밀도 환경 시뮬레이션에 사용된 경계 조건들을 가진 도메인의 개략적인 다이어그램을 나타내는 도면,14 shows a schematic diagram of a domain with boundary conditions used for high density environmental simulation;

도 15는 임의의 시간에서 노즐 출구 근처의 혼합 밀도 윤곽을 나타내는 도면,15 is a plot of the mixing density contour near the nozzle outlet at any time;

도 16은 서로 다른 축 위치들 (a) 노즐 출구, (b) X=0.5m, (c) X=1.5m, (d) X=2.5m 에서의 모멘텀 유속 윤곽을 나타내는 도면,16 shows momentum flow contours at different axial positions (a) nozzle outlet, (b) X = 0.5m, (c) X = 1.5m, and (d) X = 2.5m,

도 17은 7-홀 랜스 구조의 개략적인 표현을 나타내는 도면.17 shows a schematic representation of a seven-hole lance structure.

중앙 홀이 액적의 생성을 증가시킬 것이라는 것을 알 수 있기 때문에, 상기 액적 생성 메커니즘은 도 3의 개략도에서 도시된 바와 같은 상기 중앙 홀을 가진 1:6 규모의 축소 모형에 대한 유체 역학적 모형(hydrodynamic model) 실험들을 통해 연구되었다. 플렉시 유리로 만들어진 1:6 규모로 축소된 LD 용기 모형이 사용되었다. 기존의 축소 모형과 제안된 랜스 구조들은 액적 생성을 증가시키는데 있어서 중앙 홀의 장점을 연구하기 위하여 만들어졌다.Since it can be seen that the central hole will increase the generation of droplets, the droplet generation mechanism is a hydrodynamic model for the 1: 6 scale scale model with the central hole as shown in the schematic diagram of FIG. 3. ) Through experiments. A 1: 6 scaled down container model of plexiglass was used. Existing scale models and proposed lance structures are designed to study the advantages of the central hole in increasing droplet generation.

용기의 윗부분은 스테인리스 스틸로 만들어지고, 원통 부분과 용기 바닥 부분은 실험들을 눈으로 볼 수 있도록 플렉시 유리로 만들어진다. 상기 랜스는 연구를 위하여 랜스 팁을 다르게 설계를 할 수 있는 유연함을 가진 구리로 만들어진다. The top of the container is made of stainless steel, and the cylinder and bottom of the container are made of plexiglass to visualize the experiments. The lance is made of copper with the flexibility to design the lance tip differently for research.

도 4에 도시된 바와 같이 축소된 랜스는 6개의 주변 노즐들과 하나의 중앙 노즐을 가지도록 설계된다. 두 개의 분리된 에어 라인이 있는데, 라인 1은 상기 6 개의 외부 주변 노즐들에 모두 연결되어 있는 반면에, 라인 2는 상기 중앙 노즐에 연결되어 있다. 상기 중앙 노즐을 통한 유량은 직렬로 연결된 일련의 압력 조절기와 에어 플로우 로타미터(air flow rotameter) 세트에 의해 개별적으로 제어된다. 반면에 상기 6개의 주변 노즐들을 통한 유량은 또 다른 압력 조절기와 에어 플로우 로타미터(air flow rotameter)를 통해서 조절된다. 두 개의 서로 다른 랜스 팁(3)들을 사용함으로써, 중심축에 대한 주변 노즐들의 경사는 17.5°(실제로 존재하는 것처럼)와 또한 22°로 조사되었다. The reduced lance as shown in FIG. 4 is designed to have six peripheral nozzles and one central nozzle. There are two separate air lines, where line 1 is connected to all six outer peripheral nozzles, while line 2 is connected to the central nozzle. The flow through the central nozzle is individually controlled by a series of pressure regulators and a set of air flow rotameters connected in series. On the other hand, the flow through the six peripheral nozzles is controlled through another pressure regulator and an air flow rotameter. By using two different lance tips 3, the inclination of the peripheral nozzles with respect to the central axis was investigated at 17.5 ° (as is actually present) and also 22 °.

상기 액적 생성 메커니즘들은 7개의 모든 홀들이 운용중일 때 조사되었고 6개의 주변 노즐들만으로 운용된 경우와 비교하였다. 도 5(a)와 도 5(b)를 참조하면, 주변 노즐들만을 통해 분사하는 경우와 7개의 모든 홀을 통해 분사하는 경우 각각에 대하여 액적 생성의 세기를 나타내고 있다. 주변 노즐들만으로 운용하는 것보다 주변 노즐들과 함께 상기 중앙 홀을 운용하는 것이 액적 생성 정도를 훨씬 더 높여준다는 것을 시각적으로 확인할 수 있다.The droplet generation mechanisms were investigated when all seven holes were in operation and compared with the case with only six peripheral nozzles. 5 (a) and 5 (b), the intensity of droplet generation is shown for each of spraying through only the peripheral nozzles and spraying through all seven holes. It can be seen visually that operating the central hole with peripheral nozzles increases the droplet generation even more than operating with only the peripheral nozzles.

액적 생성의 착수가 시작된 후 임계 유량이 존재한다는 것을 실험하는 동안 관찰할 수 있었다. 중앙 제트의 존재로 인한 가속화된 액적 생성률에 대한 메커니즘은 도 6에 도식적으로 설명되어 있다. 상기 중앙 제트는 상기 액상 금속을 수직으로 충돌하고 상기 액체 표면의 중앙에 강한 함몰을 생성한다. 이처럼 생성된 함몰은 사실상 물결 모양이고 도 6에 도식적으로 나타낸 바와 같이 "중앙의 워터 패들(water paddle) 외측으로 립스(lips)"를 제공한다. 상기 패들 주위에 형성된 이와 같은 워터 립스(water lips)는 사이드 제트에 의하여 분열되고 향상된 액적 생 산을 가져온다. 또한 상기 사이드 제트들은 실제 용기 내에서 주변 제트들 사이의 중간 공간으로 상기 슬래그 폼이 들어가는 것을 방지하고, 따라서 높은 모멘텀을 가진 중앙 제트가 금속 배스(bath) 표면에 도달하고 도 6에서 개략적으로 도시한 것과 유사한 액적 생성을 가능하게 한다.It was observed during the experiment that there was a critical flow rate after the onset of droplet generation began. The mechanism for the accelerated droplet generation rate due to the presence of the central jet is illustrated schematically in FIG. 6. The central jet impinges the liquid metal vertically and creates a strong depression in the center of the liquid surface. The depression thus created is substantially wavy and provides " lips out of the central water paddle " as shown schematically in FIG. Such water lips formed around the paddle are cleaved by the side jets and result in improved droplet production. The side jets also prevent the slag foam from entering the intermediate space between the surrounding jets in a real vessel, so that a central jet with high momentum reaches the metal bath surface and is schematically illustrated in FIG. 6. Enable droplet generation similar to that of

상기 액적 생성률을 최대화하기 위한 중앙 노즐을 통해 제공되는 최적의 유동도를 이해하기 위하여 액적 생성의 정량화가 연구되었다. 상기 액적 생성률은 400*100*50mm3 부피를 가지는 콜렉팅 팬(collecting pan)을 둠으로써 측정될 수 있고 상기 측정들은 기존의 6개의 노즐 랜스와 하나의 중앙 노즐을 가지는 새로운 7홀 랜스에 대하여 실행되었다. 상기 팬(pan)의 치수는 6개의 주변 노즐들로 하나의 노즐을 에워싸는 효율적인 액적 생성을 측정할 수 있도록 정해진다. 상기 액적 생성률은 상기 팬(pan)에 수집된 액적의 질량 비율(g/sec)로서 표현된다.Quantification of droplet generation was studied to understand the optimum flow rates provided through the central nozzle to maximize the droplet generation rate. The droplet generation rate can be measured by placing a collecting pan having a volume of 400 * 100 * 50mm 3 and the measurements are performed on a new seven-hole lance with six existing nozzle lances and one central nozzle. It became. The pan dimensions are defined to allow for efficient droplet generation surrounding one nozzle with six peripheral nozzles. The droplet generation rate is expressed as the mass ratio (g / sec) of the droplets collected in the pan.

상기 액적 생성을 최대화할 수 있도록 상기 중앙 노즐을 통한 최적의 유량을 선택하기 위해 상기 중앙 노즐을 통한 다양한 유량에 대하여 상기 액적 생성 비율이 연구되었다. 유량 비율, X는 상기 중앙 홀을 통한 유량 대 상기 주변 노즐들 중 하나의 유량의 비로써 정의된다.The droplet generation rate was studied for various flow rates through the central nozzle to select the optimum flow rate through the central nozzle to maximize the droplet generation. The flow rate ratio, X, is defined as the ratio of the flow rate through the central hole to the flow rate of one of the peripheral nozzles.

Figure 112008037647997-PCT00001
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도 7을 참조하면, 유량 비율에 대한 액적 생성 비율을 도시하고 있다. 상기 중앙 노즐을 통한 유량은 낮게는 25%의 유량 비율에서부터 높게는 125%의 유량비율 까지 변화된다. 용기 입구 외측에서의 배스 스필링(bath spilling)에 기인한 스플래싱(splashing) 및 스피팅(spitting)의 제어와 향상된 액적 생성 사이의 균형을 유지함으로써 상기 중앙 노즐을 통한 최적의 유량을 얻을 수 있다. 상기 중앙 홀을 통한 유량이 점진적으로 증가함으로써 상기 액적 생성 비율이 증대되는 것은 매우 명백하다. 상기 중앙 노즐을 통해 주어진 유량 비율 X가 100인 경우, 상기 액적 생성은 거의 두 배가 되고 최대치에 도달함을 도 7에서 도시하고 있다. 이 유량을 넘는 경우, LD 용기 수 모델(water model)의 입구 외측에서 격렬한 스플래싱(splashing)과 스피팅(spitting)이 존재하고 이는 상기 LD 용기의 운용에 불리 하다. 이처럼, 상기 유체 역학 모형 실험들로부터 최적의 유량 비율(상기 중앙 홀을 통한 X)은 용기 외부에서 스플래싱(splashing)과 스피팅(spitting)없이 상기 액적 생성 비율을 극대화하도록 결정된다. Referring to FIG. 7, the droplet generation ratio with respect to the flow rate ratio is shown. The flow rate through the central nozzle varies from a low rate of 25% to a high rate of 125%. An optimum flow rate through the central nozzle can be obtained by balancing the control of splashing and spitting due to bath spilling outside the vessel inlet and improved droplet generation. . It is very clear that the droplet generation rate is increased by gradually increasing the flow rate through the central hole. It is shown in FIG. 7 that when the flow rate ratio X given through the central nozzle is 100, the droplet generation nearly doubles and reaches its maximum. If this flow rate is exceeded, there is intense splashing and spitting outside the inlet of the LD water model, which is detrimental to the operation of the LD vessel. As such, the optimal flow rate ratio (X through the center hole) from the hydrodynamic model experiments is determined to maximize the droplet generation rate without splashing and spitting outside the vessel.

수치 해석들(numerical simulations)이 전술한 6개의 주변 홀들과 1개의 중앙 홀을 구비하는 7홀 랜스로부터 나오는 제트의 특성을 연구하기 위하여 상업용 유체 역학 계산 소프트웨어인 "FLUENT"를 사용하여 행해졌다. 상기 주변 제트의 경사각은 초기값으로 17.5°로 선택되고 이것은 기존의 6홀 랜스 구조의 경사각과 동일하다. 전술한 이유들 때문에 상기 제트 유동 예측을 위하여 중앙의 아음속 노즐이 부가되었다. Numerical simulations were performed using the commercial fluid dynamics calculation software "FLUENT" to study the properties of the jet coming from the seven-hole lance having six peripheral holes and one center hole described above. The inclination angle of the surrounding jet is initially selected to be 17.5 °, which is the same as that of the conventional six-hole lance structure. For the above reasons, a central subsonic nozzle was added for the jet flow prediction.

새로운 랜스 구조에 대한 수치 해석의 계산 시간을 줄이기 위해 용기의 수직한 중간 평면을 사용하는 전체 도메인을 분리시킴으로써 전체 유동(flow) 도메인의 절반만이 시뮬레이션 되었다. 따라서 두 개의 완전한 초음속 제트들과 두 개의 반 초음속 제트들이 수치적으로 시뮬레이션 되었다. 상기 중앙 아음속 제트 또한 절반의 제트로서 시뮬레이션 되었다. 도 2의 초음속 노즐들의 치수는 이전의 치수들,(즉 주입구 직경 32.7mm, 통로 직경 25.7mm 그리고 출구 직경 37.3mm)로 유지된다.   Only half of the total flow domain was simulated by separating the entire domain using the vertical intermediate plane of the vessel to reduce the computational time of the numerical analysis for the new lance structure. Thus, two complete supersonic jets and two semisonic jets were numerically simulated. The central subsonic jet was also simulated as half the jet. The dimensions of the supersonic nozzles of FIG. 2 are maintained at the previous dimensions (ie inlet diameter 32.7 mm, passage diameter 25.7 mm and outlet diameter 37.3 mm).

유체 역학 모형 실험으로부터 얻은 최적의 유량은 1(unity)이므로, 상기 아음속 노즐은 주변 초음속 노즐의 출구 직경(37.3mm)보다 더 큰 출구 직경(54mm)을 갖도록 설계된다. 이것은 상기 초음속 노즐 가운데 하나와 상기 중앙 아음속 노즐을 통해 동일한 질량의 유량을 밀어내기 위해 요구된다.Since the optimum flow rate obtained from the hydrodynamic model experiment is 1 (unity), the subsonic nozzle is designed to have an outlet diameter (54 mm) larger than the outlet diameter (37.3 mm) of the surrounding supersonic nozzle. This is required to push the same mass flow rate through one of the supersonic nozzles and the central subsonic nozzle.

더 커진 중앙 노즐을 수용하기 위해, 상기 랜스 파이프 직경은 종래의 랜스 치수와 비교하여 100mm까지 증가 되어야 한다. 상기 중앙 아음속 노즐을 통한 부피 유량은 주변 초음속 제트 가운데 하나의 부피 유량과 거의 동일하게 유지된다. 이것은 주변에 있는 초음속 노즐 가운데 하나를 통한 질량 유량이 상기 중앙 아음속 노즐과 비교하면 다르다는 것을 의미한다. 이것은 바깥쪽 노즐들에서의 초음속 유동으로 인해 상기 노즐 출구 온도가 150K로 떨어진다는 사실에 기인한다. 이 때문에 용기 내 모든 곳에서 압력이 거의 동일하다면 상기 초음속 노즐의 출구에서의 가스 밀도는 훨씬 높아지게 된다. 아음속 중앙 제트의 경우 노즐 출구에서 그와 같은 낮은 온도에는 도달하지 않는다. In order to accommodate a larger central nozzle, the lance pipe diameter must be increased to 100 mm compared to conventional lance dimensions. The volume flow rate through the central subsonic nozzle is maintained about the same as the volume flow rate of one of the surrounding supersonic jets. This means that the mass flow rate through one of the surrounding supersonic nozzles is different compared to the central subsonic nozzle. This is due to the fact that the nozzle outlet temperature drops to 150K due to the supersonic flow at the outer nozzles. This results in a much higher gas density at the outlet of the supersonic nozzle if the pressures are nearly the same everywhere in the vessel. Subsonic central jets do not reach such low temperatures at the nozzle outlet.

분사 동안 상기 중앙 아음속 노즐을 통한 유동을 변화시키고자 하기 때문에 하나의 초음속 노즐을 통한 유량과 아음속 노즐을 통한 유량의 비가 변수로써 유지된다. 수치 결과를 작게 유지하기 위해서 단지 두 개의 부피 유량 비에 대하여 상 기 제트에 의해 야기된 유동을 연구하도록 결정되었다. 두 개의 부피 유량 비는 1.0과 0.5로 선택되었다. 부피 유량 비율 1.0에 대한 시뮬레이션 결과는 하기와 같다.The ratio between the flow rate through one supersonic nozzle and the flow rate through the subsonic nozzle is maintained as a variable because one wants to change the flow through the central subsonic nozzle during injection. In order to keep the numerical results small, it was decided to study the flow caused by the jet for only two volume flow rate ratios. The two volume flow rate ratios were chosen to be 1.0 and 0.5. The simulation result for the volume flow rate ratio 1.0 is as follows.

도 8과 도 9를 참조하면, 상기에서 제안한 7홀 랜스 구조의 수치 해석(numerical simulation)에 사용된 계산 모델과 메시(mesh)를 도시하고 있다. 제트 유동에 대한 시뮬레이션에서 130만 이상의 그리드 노드들(grid nodes)이 사용되었다. 상기 시뮬레이션은 k-ε표준 모델로 실행되었다. 1 테라 플롭(flops) 리눅스 클러스터를 가진 12 개의 프로세서들이 시뮬레이션에 사용되었고 하나의 유동 시뮬레이션을 완성하는데 약 72-80번 걸린다. k-ε터뷸런스(turbulence) 모델이 실제 유동으로부터 약간의 편차를 가지는 다중 제트들의 유동 특성들을 예측하지만 상기 편차들이 크지 않다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 짧은 계산 시간을 가지는 k-ε 모델로 합리적인 솔루션을 신속하게 얻는 것은 용이하다. 상기와 같은 이유로 k-ε 모델이 사용된다.8 and 9 illustrate a calculation model and a mesh used for numerical simulation of the seven-hole lance structure proposed above. More than 1.3 million grid nodes were used in the simulation of jet flow. The simulation was run with a k-ε standard model. Twelve processors with one teraflop Linux cluster were used for the simulation and it took about 72-80 times to complete one flow simulation. It is well known that the k-ε turbulence model predicts the flow characteristics of multiple jets with a slight deviation from the actual flow, but the deviations are not large. However, it is easy to get a reasonable solution quickly with a k-ε model with short computation time. The k-ε model is used for the same reason as above.

도 10을 참조하면, 7홀 랜스의 경우, 주변 노즐들의 경사각 17.5°에 대하여 용기 벽과 금속 표면이 존재하는 상황에서 대칭 평면에서의 속도 윤곽 곡선이 도시되고 있다. 수치적 시뮬레이션에서 상기 금속 표면은 압력이 없는 수평한 레이어(layer)로 가정한다. 상기 제트들이 그들의 기하학적인 경로를 충실히 따르고 그들 사이의 상호 작용이 작다는 것을 도 10으로부터 알 수 있다. 상기 제트들은 중간 고도에서만 상호 작용한다는 것을 도 10으로부터 알 수 있다. 상기 금속 표면 가까이에서 상기 제트들의 상호작용은 거의 존재하지 않는다. 이는 상기 금속 표면 의 중앙 스태그네이션 존(stagnation zone) 때문이다. 이 영역에서 더 높은 스태그네이션 압력은 상기 제트들을 멀리 밀어내고 응집을 감소시킨다.Referring to FIG. 10, for a seven-hole lance, the velocity contour curve in the plane of symmetry is shown in the presence of the vessel wall and the metal surface with respect to the tilt angle of 17.5 ° of the peripheral nozzles. In numerical simulations, the metal surface is assumed to be a horizontal layer without pressure. It can be seen from FIG. 10 that the jets faithfully follow their geometric path and the interaction between them is small. It can be seen from FIG. 10 that the jets only interact at medium altitudes. There is little interaction of the jets near the metal surface. This is due to the central stagnation zone of the metal surface. Higher stagnation pressure in this region pushes the jets away and reduces cohesion.

도 11을 참조하면, 7홀 랜스 구조의 노즐 끝에서 형성된 충격들은 온도 윤곽 곡선으로 도시된다. 또한 아음속 노즐의 출구에 더 작은 충격들이 존재하는 것을 볼 수 있다. 이것은 주변 대기와 노즐 출구 사이의 온도 차이와 약간의 압력 차이 때문이다. 이것은 상기 노즐의 수렴 부분의 각도를 증가시킴으로써 감소 될 수 있다. 본 시뮬레이션에서, 상기 각은 10°로 유지된다.Referring to Figure 11, the impacts formed at the nozzle end of the seven-hole lance structure are shown by a temperature contour curve. It can also be seen that there are smaller impacts at the exit of the subsonic nozzle. This is due to the temperature difference and slight pressure difference between the ambient atmosphere and the nozzle outlet. This can be reduced by increasing the angle of the converging portion of the nozzle. In this simulation, the angle is kept at 10 degrees.

도 12를 참조하면, 금속 표면에 상기 제트들의 충돌 위치를 나타내기 위하여 상기 속도 윤곽 곡선이 대칭 평면에 도시되어 있다. 상기 제트들의 기하학적인 방사 또한 진한 원들(dark circles)에 의해 액상 금속 표면에 도시된다. 상기 제트들은 거의 기하학적인 경로를 따르고, 상기 응집은 중앙 제트와 바닥의 스태그네이션 영역의 존재로 인하여 최소가 된다는 것을 알 수 있다. 도 12에서 상기 속도 윤곽 곡선은 150m/s 미만의 속도에 대해서만 도시하고 있다. 비록 각 노즐들의 출구 속도가 다를지라도 상기 초음속 제트들과 중앙 아음속 제트가 거의 동일한 속도로 액상 금속 배스(bath)에 도달함을 관찰할 수 있다. 아음속 노즐 출구 직경(54mm)이 초음속 노즐 출구 직경(37.3mm)보다 더 크기 때문에 상기 금속 배스(bath) 가까이에서의 속도들이 대등해진다.With reference to FIG. 12, the velocity contour curve is shown in a plane of symmetry to indicate the location of impact of the jets on a metal surface. The geometric radiation of the jets is also shown on the liquid metal surface by dark circles. It can be seen that the jets follow an almost geometric path and the agglomeration is minimal due to the presence of the center jet and the stagnation area at the bottom. In Fig. 12 the velocity contour curve is only shown for speeds less than 150 m / s. It can be observed that the supersonic jets and the central subsonic jet arrive at the liquid metal bath at about the same speed, although the outlet speeds of the respective nozzles are different. The speeds near the metal bath are comparable since the subsonic nozzle outlet diameter (54 mm) is larger than the supersonic nozzle outlet diameter (37.3 mm).

그림 13을 참조하면, 7홀 랜스에 대한 노즐 끝에서부터 서로 다른 축 거리들에서의 속도 윤곽 곡선이 도시되어 있다. 1m의 축 거리까지 상기 제트들 사이의 상호 작용들이 극소로 존재함을 도 13을 통해서 알 수 있다. 1.5m 거리에서는 상기 제트들 사이에 상당한 상호 작용이 존재한다. 그러나 바닥 스태그네이션 지역은 상기 제트들을 멀리 밀어내고 응집이 2m에서 감소 된다. 도 13(d)에 도시된 줄무늬 (streaks)는 상기 중앙 제트의 존재 때문이다.Referring to Figure 13, the velocity contour curves at different axial distances from the nozzle tip for a 7-hole lance are shown. It can be seen from FIG. 13 that there are very few interactions between the jets up to an axial distance of 1 m. At a distance of 1.5 m there is considerable interaction between the jets. However, the bottom stagnation area pushes the jets away and the cohesion is reduced at 2m. The streaks shown in FIG. 13 (d) are due to the presence of the central jet.

중앙 제트 내의 가스는 금속 표면을 통과할 수 없기 때문에 주위의 초음속 제트들을 통과해야 한다(시뮬레이션에서). 시뮬레이션에서 상기 금속 표면은 압력이 없는 평평한 벽으로 가정하였기 때문에 이러한 종류의 유동 특성은 실제 용기에는 일어나지 않을지도 모른다. LD 용기 내에서 상기 중앙 제트의 충돌은 함몰을 생성할 것이고, 이것은 유동 특성들을 완전히 바꿀 것이다.The gas in the central jet cannot pass through the metal surface and must pass through the surrounding supersonic jets (in the simulation). This kind of flow characteristics may not occur in a real vessel because the metal surface in the simulation assumes a flat wall without pressure. The impact of the central jet in the LD vessel will create a depression, which will completely change the flow characteristics.

상기 제트 특성들에 대한 슬래그 폼의 영향을 설명하기 위하여 하나의 제트 결과들이 여기서 논의된다. LD 용기 내에서 가능한 주변 밀도 값(폼(foam)/에멀젼(emulsion))의 적당한 범위는 분사 동안 균일한 탈탄 비율를 가정함으로써 계산될 수 있다. 용기 내에서 상기 폼 내에 존재하는 평균 슬래그 부피 비율은 12-15%범위가 될 것이다. 이것은 평균 360-450Kg/m3 주변 밀도를 초래한다.One jet results are discussed here to explain the effect of slag foam on the jet properties. A suitable range of possible ambient density values (foam / emulsion) in the LD vessel can be calculated by assuming a uniform decarburization ratio during the injection. The average slag volume fraction present in the foam in the container will range from 12-15%. This results in an average density around 360-450 Kg / m 3 .

사용된 수치 도메인과 경계 조건들이 도 14에 도시되어 있다. 단일한 선대칭 노즐을 위해 요구되는 용기의 직경은 원래 용기 횡단면의 1/6을 사용함으로써 계산된다(6개의 노즐들 가운데 단지 하나의 노즐이 시뮬레이션 되기 때문이다). 더구나 상기 액상 금속 표면은 전단 응력이 없는 평평한 벽으로 가정한다. 긴 축 거리에 대한 제트의 작용을 조사하기 위하여 상기 랜스의 높이(액상 금속 표면과 노즐 팁과의 거리)는 3.5m가 되도록 선택한다. 용기 내 실질적인 랜스의 높이는 1.5 내지 2.2m까지 변한다.The numerical domain and boundary conditions used are shown in FIG. 14. The diameter of the vessel required for a single presymmetric nozzle is calculated by using 1/6 of the original vessel cross section (since only one of the six nozzles is simulated). Moreover, the liquid metal surface is assumed to be a flat wall without shear stress. The height of the lance (the distance between the liquid metal surface and the nozzle tip) is chosen to be 3.5 m to investigate the action of the jet on the long axial distance. The actual lance height in the vessel varies from 1.5 to 2.2 m.

상기 시뮬레이션은 각 상(phases)들 사이의 경계를 추적하기 위하여 유체 부피(volume of fluid) 다상 모델을 가진 2차원 선대칭 가변 RANS를 사용하여 수행된다. 산소와 일산화 탄소 사이에는 어떠한 차이점도 존재하지 않는다. 따라서 하나의 가스 상(gas phase)만이 고려된다. 실제적인 k-ε 터뷸런스 모델은 방정식 시스템을 종료하기 위하여 사용된다. PISO 알고리즘은 압력-속도의 커플링을 위하여 사용된다. 세컨드 오더 업와인드 이산화 체계(Second order upwind discretization scheme)는 파워 로우 스킴(power law scheme)이 사용되는 온도를 제외한 모든 다른 유동 변수들에 대해 사용된다. 안정된 탈탄 비율로부터 계산된 평균 슬래그 부피 비율(15%)은 초기 추측으로서 용기 도메인에 패치(patch)된다. 상기 계산 동안 상기 슬래그는 이전의 시뮬레이션과 달리 국부 유동 조건들에 따라 도메인 전체를 자유롭게 이동한다. 또한 상기 가스 제트가 정지한 대기로 들어올 때, 표면 장력이 상기 시뮬레이션에 포함되지 않고, 고속의 가스 제트가 대기(ambient)에 유동을 초래한다. The simulation is performed using two-dimensional line-symmetric variable RANS with a volume of fluid polyphase model to track the boundaries between each phases. There is no difference between oxygen and carbon monoxide. Thus only one gas phase is considered. The actual k-ε turbulence model is used to terminate the equation system. The PISO algorithm is used for pressure-velocity coupling. The second order upwind discretization scheme is used for all other flow variables except for the temperature at which the power law scheme is used. The average slag volume fraction (15%) calculated from the stable decarburization rate is patched to the vessel domain as an initial guess. During the calculation, the slag moves freely throughout the domain according to local flow conditions, unlike the previous simulation. In addition, when the gas jet enters a stationary atmosphere, surface tension is not included in the simulation, and a high velocity gas jet causes flow to the atmosphere.

대기로 전달된 모멘텀 때문에 상기 제트 경계에 인접한 주변 유체는 상기 제트 유체의 주된 유동 방향으로 움직이기 시작한다. 따라서 인접하는 위치들에 있는 주변 유체는 제트에 의해 야기되는 유동으로 인해 상기 제트 쪽으로 움직인다. 대기를 함유하는 슬래그는 상기 제트에 의해 야기된 유동으로 인해 제트 경계 쪽으로 돌진한다. 여기서, 슬래그는 축적되고 부피 분율(volume fraction)/국부 밀도가 증가한다. 상기 제트로부터 전달된 모멘텀은 상기 슬래그를 천천히 이동시키고, 상기 슬래그는 고속의 제트 코어(core)를 덮는다. 노즐 끝에서의 상기 슬래그 축적과 상기 제트를 따른 슬래그의 이동을 보여주기 위하여 노즐 끝 근처의 슬래그 폼 밀도 윤곽 곡선을 도 15에서 도시하고 있다.Due to the momentum delivered to the atmosphere, the surrounding fluid adjacent to the jet boundary begins to move in the main flow direction of the jet fluid. Thus, the surrounding fluid at adjacent locations moves towards the jet due to the flow caused by the jet. Atmospheric slag rushes towards the jet boundary due to the flow caused by the jet. Here, slag accumulates and the volume fraction / local density increases. Momentum delivered from the jet moves the slag slowly, and the slag covers the high speed jet core. A slag foam density contour curve near the nozzle tip is shown in FIG. 15 to show the slag accumulation at the nozzle tip and the movement of the slag along the jet.

임의의 특정한 시간에 서로 다른 축 위치에서 합성 모멘텀 유동률(resultant momemtum flux rate,ρV)을 도 16에 도시하고 있다. 도 16에 도시한 바와 같이 최대 모멘텀 유동률은 상기 제트 축에서 일어나지 않고 그것과 떨어진 방사 방향으로 일어나는 것을 주목할 가치가 있다.Synthetic momentum flow rate (ρV) at different axial positions at any particular time is shown in FIG. 16. It is worth noting that the maximum momentum flow rate, as shown in FIG. 16, does not occur in the jet axis but occurs in a radial direction away from it.

상기 제트의 고속 코어(core)는 제트의 전단층에 전달적, 확산적으로 운동량을 연속적으로 밀어낸다. 상기 축에서의 속도는 어느 축 위치에 있건 여전히 최대이다. The high velocity core of the jet continuously pushes momentum momentarily forward and diffusely into the front layer of the jet. The speed at that axis is still maximum at any axis position.

따라서, 방사 방향에서 축 운동량의 확산적인 전달은 상기 제트 축에서 전 단층(shear layer)쪽으로 있을 것이다. 상기 제트가 발산하고 있기 때문에 방사 속도 v는 상기 제트 내의 전단층 쪽으로 있을 것이고, 따라서 방사 방향에서 운동량의 순 전달적인 이동(ρuv) 역시 전단층 쪽으로 있을 것이다. Thus, the diffuse transfer of axial momentum in the radial direction will be towards the shear layer in the jet axis. Since the jet is diverging, the spin velocity v will be towards the shear layer in the jet, so that the net transfer of momentum in the radial direction (ρuv) will also be towards the shear layer.

전단층 유체(슬래그+가스)의 밀도가 상기 제트 가스에 비하여 매우 높기 때문에 상기 전단층은 상당한 온도 차이 없이 더 높고 특별한 열/온도 캐패시턴스(capacitance)를 구비하는 저장소 내에 열 에너지 저장과 같이 속도를 엄청나게 증가하지 않고 더 높은 운동량 플럭스들을 저장할 수 있다. 더구나, 중력은 운동량을 얻기 위해 상기 슬래그 층을 돕고 있다. 즉, 상기 슬래그 층은 중력 가속도 방향으로 움직인다.Because the density of the shear layer fluid (slag + gas) is much higher than that of the jet gas, the shear layer is enormously speeded up, such as the storage of thermal energy in a reservoir with higher and special heat / temperature capacitance without significant temperature differences. Higher momentum fluxes can be stored without increasing. Moreover, gravity is helping the slag layer to gain momentum. That is, the slag layer moves in the direction of gravity acceleration.

고속의 제트 코어로부터 고밀도 전단층으로 전달된 운동량은 중력 가속도에 의하여 부여된 운동량에 더해질 것이다. 도 16에 도시된 상기 운동량 플럭스 비(flux rates) 도면으로부터, 고밀도 전단층에서의 운동량 플럭스 비가 고속 제트 코어보다 최소 2차수 크기가 높다는 것을 알 수 있다. 상기 논의를 통해 LD 용기 내에 존재하는 고밀도 슬래그-가스 폼이 초음속 가스 제트들의 몇몇 흥미 있는 유동 특성들을 부여하고 있다는 것을 알 수 있다. 분사 동안 생성된 함몰들에 대한 이해가 완전히 바뀔 수 있다.The momentum transferred from the high velocity jet core to the high density shear layer will add to the momentum imparted by the gravitational acceleration. From the plot of the momentum flux rates shown in FIG. 16, it can be seen that the momentum flux ratio in the high density shear layer is at least a second order size higher than the high speed jet core. The discussion above shows that the high density slag-gas foam present in the LD vessel confers some interesting flow characteristics of supersonic gas jets. The understanding of the depressions created during the injection can be completely changed.

LD 강철 용기 내의 다중 초음속 제트들 또한 고밀도 슬래그 폼의 존재로 인하여 상기에서 언급한 그러한 특성들에 구속될 것이다 라는 점을 주목하는 것이 중요하다. 상기 주변 초음속 제트들이 인접한 슬래그 층으로 그들의 운동량 모두를 잃게 될 것이라는 점은 상기 논의로 명백하다. 상기 슬래그 층들은 매우 높은 운동량을 가지고 액상 금속 풀(pool)로 이동할 것이고 복잡한 함몰 윤곽들을 생성할 것이다. 그러나 새로운 7홀 구조에서는 중앙 제트의 존재로 인하여 상기 초음속 제트들 사이의 공간 내 압력이 이 영역으로의 비말동반(entrainment)을 막을 것이다. It is important to note that multiple supersonic jets in LD steel vessels will also be constrained to those properties mentioned above due to the presence of high density slag foam. It is clear from the above discussion that the surrounding supersonic jets will lose all of their momentum to the adjacent slag layer. The slag layers will move into the liquid metal pool with very high momentum and create complex depression contours. However, in the new seven-hole structure, the pressure in space between the supersonic jets will prevent entrainment into this region due to the presence of a central jet.

따라서, 상기 중앙 제트는 상기 슬래그 폼을 인지하지 않거나 최소한으로 인지할 것이고 상기 초음속 제트들과 달리, 상기 슬래그 폼에 자신의 운동량을 완전하게 잃지는 않을 것이다. 따라서 상기 중앙 제트는 상기 초음속 제트들과 비교하면 매우 높은 속도로 액상 금속 표면에 도달할 것이고 더 많은 액적을 생성할 것으로 기대된다. 이 같은 종류의 액적의 생산은 6개의 초음속 제트들 모두 상대적으로 천천히 움직이는 슬래그 층에 그들의 운동량을 완전하게 잃을 것이기 때문에 6홀 구조로는 가능하지 않다. 상기 7홀 구조가 종래 6홀 구조보다 더 효율적이라는 것 은 상기 논의로부터 명백하다.Thus, the central jet will not or minimally recognize the slag foam and, unlike the supersonic jets, will not completely lose its momentum to the slag foam. Thus, the central jet is expected to reach the liquid metal surface at a very high speed compared to the supersonic jets and generate more droplets. The production of this kind of droplets is not possible with a six-hole structure because all six supersonic jets will completely lose their momentum in the relatively slow moving slag layer. It is clear from the above discussion that the seven-hole structure is more efficient than the conventional six-hole structure.

7홀 구조를 가진 본 발명의 일 실시예는 도 17에서 개략적으로 개시하고 있다. 도 17은 하나의 중앙 제트와 6개의 주변 초음속 제트들을 보여주고 있다. 상기 중앙 제트는 하나의 분리된 가스공급라인으로 별개로 제어되는 것이고 반면에 상기 주변 노즐들은 하나의 주입 가스공급라인을 가지고 있다. 6개의 주변 초음속 제트들을 위한 가스공급라인과 중앙 아음속 제트를 위한 가스공급라인은 액추에이터를 가지는 두 개의 분리된 제어 밸브들을 구비하고 있다. 중앙 제트가 아음속 노즐을 가지고 있기 때문에 상기 중앙 제트는 분사의 다른 단계들 동안 운용될 수 있고, 유량 또한 공정 조건에 따라 변화될 수 있다.One embodiment of the present invention having a seven-hole structure is shown schematically in FIG. 17 shows one central jet and six peripheral supersonic jets. The central jet is controlled separately by one separate gas supply line, while the peripheral nozzles have one injection gas supply line. The gas supply line for the six peripheral supersonic jets and the gas supply line for the central subsonic jet are equipped with two separate control valves with actuators. Since the central jet has a subsonic nozzle, the central jet can be operated during different stages of injection, and the flow rate can also be changed depending on the process conditions.

상기 중앙 아음속 노즐을 통한 유량은 변수로서 유지된다. 수치적이고 실험적인 시뮬레이션들에서 중앙 아음속 노즐과 초음속 노즐들 가운데 하나의 체적 유량비가 변수로서 유지된다. 상기 비율의 최대값은 수치적 시뮬레이션에서 1로서 유지된다. 이를 기초로 중앙 노즐의 치수가 계산된다. 아음속 노즐의 출구 직경은 54mm이고 초음속 노즐의 출구 직경은 37.3mm(기존 값)이다. The flow rate through the central subsonic nozzle is maintained as a variable. In numerical and experimental simulations, the volume flow rate ratio of one of the center subsonic nozzle and the supersonic nozzles is maintained as a variable. The maximum value of the ratio remains as 1 in numerical simulations. Based on this, the dimensions of the central nozzle are calculated. The outlet diameter of the subsonic nozzle is 54 mm and the outlet diameter of the supersonic nozzle is 37.3 mm (old value).

주변 제트들의 경사각은 기존 값인 17.5°로 유지된다. 주변 제트들에 대해 수정된 각을 가진 7홀 랜스의 성능을 확인하기 위하여 사이드 제트들의 경사로 22° 를 갖는 제트 배치에 대한 연구가 수행되었다. 더욱이 주변 초음속 노즐들의 경사각은 동등하거나 교대로 변화할 수 있다. 교대로 변화하는 경사각은 뚜렷한 장점을 가질 수 있다. 앞에서 언급한 것처럼 제트 표면 위를 슬래그 폼으로 감싸는 것은 가스 제트의 속도를 낮추고 상기 제트를 감싸고 있는 슬래그 층은 높은 운동량 을 가지고 액상 금속 표면에 도달한다. 액상 금속에 대한 슬래그 층의 충돌은 액상 금속에 많은 슬래그 액적을 생성할 것이고 슬래그-금속 반응을 위한 계면 영역을 생성할 것이다. 교대로 변화하는 경사각을 유지함으로써 슬래그 층으로 덮여있는 제트의 표면 영역은 증가 될 수 있고 더 많은 슬래그가 높은 운동량을 가지고 액상 금속에 도달할 수 있다. 이것은 탈인과 같은 계면 반응들을 향상시키도록 기대된다.The angle of inclination of the surrounding jets is maintained at 17.5 °. In order to confirm the performance of a seven-hole lance with a modified angle with respect to the surrounding jets, a study was performed on the jet layout with the slope of the side jets 22 °. Moreover, the inclination angles of the surrounding supersonic nozzles can be equal or alternating. Alternately changing tilt angles can have distinct advantages. As mentioned earlier, wrapping the slag foam over the jet surface slows down the gas jet and the slag layer surrounding the jet reaches the liquid metal surface with high momentum. The impact of the slag layer on the liquid metal will produce many slag droplets in the liquid metal and create an interface region for the slag-metal reaction. By maintaining alternating angles of inclination, the surface area of the jet covered by the slag layer can be increased and more slag can reach the liquid metal with high momentum. This is expected to improve interfacial reactions such as dephosphorization.

수치적이고 실험적인 시뮬레이션을 통해, 또한 LD 제강 용기 내 서로 다른 역학을 고려함으로써 다음의 7홀 랜스 구조가 바람직한 실시 예라는 결론에 도달하였다. 상기 구조는 기존의 구조보다 훨씬 우수하고 제강 조건들에서 더 잘 수행할 수 있다.Through numerical and experimental simulations, it was also concluded that the following seven-hole lance structure is the preferred embodiment by considering the different dynamics in the LD steelmaking vessel. The structure is much better than the existing structure and can perform better in steelmaking conditions.

하나의 가스공급라인을 가지는 6개의 주변 초음속 노즐들.Six peripheral supersonic nozzles with one gas supply line.

별개의 가스 공급 라인을 가지는 더 큰 중앙 아음속 노즐.Larger central subsonic nozzle with a separate gas supply line.

상기 중앙 노즐은 분사의 필요 시 서로 다른 단계 동안 운용될 수 있고, 유량 또한 노즐 수명에 악영향을 끼치지 않고 쉽게 변화될 수 있다. 상기 주변 제트들의 경사각은 17.5°로 유지된다. 이 각은 추가적인 수정을 통해 증가 될 수 있다.The central nozzle can be operated during different stages of injection if necessary, and the flow rate can also be easily changed without adversely affecting the nozzle life. The inclination angle of the surrounding jets is maintained at 17.5 °. This angle can be increased by additional modifications.

본 발명의 유리한 특징들은 별개의 가스공급라인으로 인해 분사 동안 더 나은 중앙 노즐의 개폐(on/off) 제어를 제공하는 것이다. 이것은 용기에서 떨어져 금속 액적의 스피팅(spitting)을 강하게 제어할 것이다.Advantageous features of the present invention are to provide better on / off control of the central nozzle during injection due to the separate gas supply line. This will strongly control the spitting of the metal droplets away from the vessel.

랜스 헤드(head)의 중앙에 있는 더 큰 아음속 노즐은 중앙 노즐을 통한 산소 의 유량을 제어하는데 유용하다. 이것은 공정에 대한 보다 많은 융통성과 제어를 의미한다.Larger subsonic nozzles in the center of the lance head are useful for controlling the flow of oxygen through the center nozzle. This means more flexibility and control over the process.

상기 방식은 증가 된 금속 액적 생성을 제공한다. 상기 중앙 제트는 주변 제트들에 의한 슬래그 폼으로부터 보호되기 때문에, 상기 중앙 제트는 높은 속도로 금속 배스(bath)에 도달하고 증가 된 액적 생성을 촉진한다.The scheme provides for increased metal droplet generation. Since the central jet is protected from slag foam by surrounding jets, the central jet reaches a metal bath at high speed and promotes increased droplet generation.

상기 방식은 탈인에 있어서 효율성이 개선된다. 향상된 금속 액적 생성은 특히 탈인과 같은 계면 반응들을 촉진할 것이다.This approach improves the efficiency in dephosphorization. Improved metal droplet generation will particularly promote interfacial reactions such as dephosphorization.

본 발명은 이해에 도움이 되는 특정한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 및 범위를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 의한 세부 구성 및 형태의 변경이 가능하다. LD 제강공법에서 탈인을 향상시키기 위한 목적은 금속 액적 생성을 증가시킴으로써 달성할 수 있음을 보여준다. 액상 액적 생성을 증가함으로써 또한 달성 가능한 다른 목적들이 존재할 수 있는 다른 공정 산업들에서, 본 발명의 방식이 사용될 수 있다. Although the present invention has been described with reference to specific embodiments which are helpful for understanding, the present invention is not limited to these embodiments. It is possible to change the detailed configuration and form by those skilled in the art without departing from the object and scope of the present invention. It is shown that the purpose for improving dephosphorization in LD steelmaking can be achieved by increasing metal droplet generation. In other process industries where there may be other objects achievable by increasing liquid droplet generation, the manner of the present invention can be used.

Claims (7)

단일 주입구의 고압 가스공급라인을 구비하는 다수의 주변 초음속 노즐들; 및 하나의 중앙 노즐을 포함하며;A plurality of peripheral supersonic nozzles having a high pressure gas supply line of a single inlet; And one central nozzle; 상기 중앙 노즐은 별개의 저압 가스공급라인을 가진 아음속 노즐이며;The central nozzle is a subsonic nozzle with a separate low pressure gas supply line; 상기 중앙 노즐을 통과하는 유동도(flow rate)는 분사 동안 공정 요구조건에 따라 액상 금속 액적의 생성을 변화시키기 위하여 제어 가능함을 특징으로 하는 LD 제강을 위한 개량된 랜스.The flow rate through the central nozzle is controllable to vary the generation of liquid metal droplets in accordance with process requirements during injection. 제 1항에 있어서, 상기 랜스는 6개의 주변 초음속 노즐들과 하나의 중앙 아음속 노즐을 포함함을 특징으로 하는 개량된 랜스.10. The improved lance of claim 1 wherein said lance comprises six peripheral supersonic nozzles and a central subsonic nozzle. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 중앙 아음속 노즐이 수렴 부분을 통해서 유량을 쉽게 제어하기 위하여 수렴하는 부분만을 구비하는 것을 특징으로 하는 개량된 랜스.3. The improved lance according to claim 1 or 2, wherein the central subsonic nozzle has only a converging portion to easily control the flow rate through the converging portion. 제 1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 중앙 아음속 노즐은 상기 주변 초음속 노즐의 출구 지름보다 더 큰 출구 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 개량된 랜스.4. The improved lance of claim 1 wherein the central subsonic nozzle has an outlet diameter that is greater than the outlet diameter of the peripheral supersonic nozzle. 5. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 주변 초음속 노즐들을 위한 가스공급라인과 상기 중앙 아음속 노즐을 위한 가스공급라인은 그것을 통한 유량을 제어하기 위하여 액추에이터를 가진 두 개의 분리된 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 개량된 랜스.2. The gas supply line for the plurality of peripheral supersonic nozzles and the gas supply line for the central subsonic nozzle are provided with two separate control valves with actuators to control the flow therethrough. Improved lance made. 제 5항에 있어서, 상기 중앙 아음속 노즐을 위해 제공된 상기 제어 밸브는 분사 초기 단계 동안 스피팅(spitting)을 방지하기 위하여 그것을 통한 유동(flow)을 바꾸고, 금속 액적 생성률의 세기를 변경함으로써 분사 동안의 반응역학(the dynamics of reactions)을 제어하기 위한 것임을 특징으로 하는 개량된 랜스.6. The control valve according to claim 5, wherein the control valve provided for the central subsonic nozzle changes the flow through it to prevent spitting during the initial stage of injection, and changes the intensity of the metal droplet generation rate during the injection. An improved lance characterized by controlling the dynamics of reactions. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 주변 초음속 노즐들은 상기 랜스의 종축으로부터 동등하게 혹은 교대로 변화하는 경사각을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 개량된 랜스.7. The improved lance of claim 1 wherein the peripheral supersonic nozzles can have an angle of inclination that varies equally or alternately from the longitudinal axis of the lance.
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