KR20130140739A - 후-연소 랜스용 보강 분배기 - Google Patents

Abstract

후-연소 랜스용 분배기는 환형 부재, 내부 보강 슬리브 및 외부 슬리브를 포함하고, 환형 부재와 내부 보강 슬리브는 상이한 재료로 제조될 수 있으며, 환형 부재와 내부 보강 슬리브는 각각 제1 재료로 제조될 수 있다. 환형 부재와 외부 슬리브는 제1 재료로 제조될 수 있고, 보강 슬리브는 제2 재료로 제조될 수 있으며, 복수의 종방향 립들이 내부 보강 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되며 및/또는 하나 이상의 종방향 립들이 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조된다. 게다가, 복수의 종방향 립들이 외부 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격될 수 있으며, 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조될 수 있다. 환형 부재는 가스를 랜스의 외측 및 환형 부재를 통하여 랜스의 가스 경로 내에서 유동시킬 수 있는 복수의 개구를 형성하고, 내부 보강 슬리브는 복수의 제1 개구를 형성하며, 환형 부재는 복수의 제2 개구를 형성하고, 각각의 제1 및 제2 개구는 랜스의 제1 냉각 유체 경로와 직접 또는 간접적으로 유체 연통한다. 추가로, 각각의 제1 개구는 제2 개구들 중 하나의 개구와 인접하고 이와 직접 유체 연통한다. 추가로, 환형 부재는 복수의 제3 개구를 형성할 수 있으며, 각각의 제3 개구는 랜스의 제2 냉각 유체 경로와 유체 연통한다.

Description

후-연소 랜스용 보강 분배기{REINFORCED DISTRIBUTOR FOR POST-COMBUSTION LANCE}

본 출원은 그 전체가 본 명세서에서 참조로 인용되고, 2010년 11월 10일자에 출원된 발명의 명칭이 "후-연소 랜스용 보강 분배기"인 미국 가특허 출원 제61/412,348호를 우선권 주장한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기본 산소 제강(basic oxygen steelmaking)과 같은 야금 공정은 기본 산소 노(basic oxygen furnace, 6)와 같은 야금 변환기 내에서 슬래그(7) 아래의 용융된 금속(8)으로부터 산화가능한 성분을 효과적으로 제거하기 위하여 종종 큰(전형적으로 약 8 인치 내지 약 16 인치의 직경, 대략 65 내지 85 피트의 길이, 최대 대략 10 톤의 중량) 수-냉각 산소 랜스(1)를 이용한다. 전형적으로, 랜스(1)의 팁(3)에서 일차 산소 포트(2)에 추가로, 종래의 산소 랜스(1)는 일차 산소 팁(3)으로부터 랜스(1)까지의 거리에서 랜스(1)의 외측에 배치된 작은 산소 포트(5)의 링(4)을 포함할 수 있다. 이들 랜스(1)는 후-연소 랜스로서 공지된다. 작은 포트(5)의 링(4)은 공정으로부터의 가스와 반응하도록 노 대기로 산소를 분배하고, 후-연소(또는 "PC") 분배기로서 알려졌다.

열 전달 요건으로 인해, 또한 후-연소 반응으로부터 생성된 국부화된 열 및 노 대기로부터 PC 분배기를 보호하기 위하여, PC 분배기(및 종종, 이와 연계된 파이핑)는 예컨대, 고순도 구리와 같은 높은 열 전도성의 금속으로 제조된다.

후-연소 랜스가 종종 산소를 야금 변환기 내로 유도하기 위하여 사용될지라도, 다양한 그 외의 다른 가스가 원하는 반응에 따라 랜스를 통하여 유도될 수 있다. 랜스를 통하여 유도된 임의의 및 모든 반응 가스는 일반적으로 편의를 위해 "가스"로 후술되며, 이는 가스가 산소 또는 임의의 그 외의 다른 반응성 또는 비-반응성 가스 또는 가스들일 수 있는 것으로 이해된다. 전형적으로, 가스는 매우 높은 속도로 랜스를 통하여 주입된다. 예를 들어, 산소는 300 입방 미터/분 내지 600 입방 미터/분의 속도로 랜스 내로 주입될 수 있다.

당업계에 잘 공지된 바와 같이, 랜스는 이의 수명 동안에, 특히 적재 및 배출 공정 동안에 그리고 랜스가 전형적으로 서비스 플로어 상에서 수평방향으로 배치될 때 랜스 스컬 제거 공정 동안에 굽힘 응력에 노출된다. 랜스의 이동 동안에, 설치 또는 스컬 제거를 위해, 랜스는 전형적으로 하부 단부에서의 팁이 이러한 운동 동안의 일부 시점에서 플로어 상에 배치된 상태에서 단지 상부 단부(즉, 분배기 위)에서만 들어올려진다. 이에 따라, 종래의 랜스는 전형적으로 이 랜스가 노출되는 굽힘 하중으로 인해 편향된다(즉, 실질적으로 또는 적어도 부분적으로 가로방향 편향).

랜스에 대한 유지보수 간격은 통상적으로 랜스 팁의 수명에 의해 조절되며, 랜스 몸체는 팁의 수명보다 상당히 길다. PC 분배기가 설치된 랜스는 전형적으로 심하게 구부러지는 경향이 있고(즉, 영구 편향), 일부 경우에 PC 분배기에서 고장이 야기되며 이는 PC 분배기 내에서 높은 열 전도성 부품의 상대적으로 낮은 항복 강도로 인함이다. 중간-랜스 PC 분배기(즉, 적어도 1980년도, 및 가능하게는 그 이전에)의 도입에 따라 굽힘 및/또는 고장 문제점에 대한 효과적인 해결 방법이 이용되지 못하고 있다. 종래의 후-연소 랜스는 전형적으로 상대적으로 짧은 수명 기간 이후에 구부러지고, 이에 따라 PC 분배기의 상대적으로 빈번한 교체가 요구된다.

이 문제를 해결하려는 기존의 시도는 사용자 시설로 선적하는 동안에 랜스를 보호하기 위한 랜스가 설치된 새롭고 개장된 PC 분배기에 대한 외부의 제거가능한 보호 슬리브의 전개를 포함한다. 그러나, 보호 슬리브는 랜스가 공급되기 전에 제거되어야 한다. 실제로, 슬리브는 전형적으로 랜스의 설치 및 제거의 완료 전에 제거된다. 그 결과, 랜스는 종종 보호 슬리브 제거 이후에, 즉 설치를 완료하는 동안에 서비스 중에 또는 이의 유지보수 간격의 끝에서 회수 및 수리를 위해 트럭 위로 랜스가 적재되는 동안에 구부러진다.

이들 문제점들을 해결하기 위한 그 외의 다른 시도는 칼라를 통하여 가스 유동을 허용하는 구멍이 있는 지지 칼라와 함께 주 가스 통로 내에 배치된 내부 보강 튜브를 이용하는 것을 포함하며, 여기서 내부 보강 튜브는 PC 분배기의 업스트림 및 다운스트림에 있는 주 가스 통로 내에서 신장되지만 PC 분배기의 일부는 아니다.

제1 양태에서, 본 발명은 환형 부재, 내부 보강 슬리브 및 외부 슬리브를 포함하는 후-연소 랜스용 분배기를 포함한다. 이 제1 양태에서, 환형 부재와 내부 보강 슬리브는 상이한 재료로 제조될 수 있으며, 환형 부재와 내부 보강 슬리브는 각각 제1 재료로 제조될 수 있다. 게다가, 환형 부재와 외부 슬리브는 제1 재료로 제조될 수 있고, 보강 슬리브는 제2 재료로 제조될 수 있다.

본 발명의 후-연소 랜스용 분배기의 또 다른 양태에서, 복수의 종방향 립들이 내부 보강 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되고, 및/또는 하나 이상의 종방향 립들이 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조된다. 게다가, 복수의 종방향 립들이 외부 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격될 수 있고, 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조될 수 있다.

본 발명의 후-연소 랜스용 분배기의 또 다른 양태에서, 환형 부재는 가스를 랜스의 외측 및 환형 부재를 통하여 랜스의 가스 경로 내에서 유동시킬 수 있는 복수의 개구를 형성할 수 있고, 내부 보강 슬리브는 복수의 제1 개구를 형성하며, 환형 부재는 복수의 제2 개구를 형성할 수 있으며, 각각의 제1 및 제2 개구는 랜스의 제1 냉각 유체 경로와 직접 또는 간접적으로 유체 연통한다. 게다가, 각각의 제1 개구는 제2 개구들 중 하나의 개구와 인접하고 이와 직접 유체 연통한다. 추가로, 환형 부재는 복수의 제3 개구를 형성할 수 있고, 각각의 제3 개구는 랜스의 제2 냉각 유체 경로와 유체 연통한다.

본 발명의 후-연소 랜스용 분배기의 또 다른 양태에서, 환형 부재와 외부 슬리브는 각각 구리로 제조되고, 내부 보강 슬리브는 스틸로부터 제조된다.

본 발명의 후-연소 랜스용 분배기의 또 다른 양태에서, 환형 부재와 외부 슬리브는 높은 열 전도율 및/또는 높은 산화 저항성을 갖는 하나 이상의 재료로부터 각각 제조되고, 내부 보강 슬리브는 고강도 재료로부터 제조된다. 게다가, 복수의 제1 종방향 립들은 내부 보강 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되고, 복수의 제2 종방향 립들은 외부 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되고, 하나 이상의 제1 및 제2 종방향 립들이 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조된다.

본 발명을 용이하게 이해하고 쉽사리 실시하기 위하여, 본 발명은 하기 도면에 따라 비제한적이며 예시의 목적으로 이제 기재될 것이다.
도 1은 스틸을 제조하기 위한 기본 산소 노 내에 후-연소 랜스의 전형적 작동을 도시하는 단면도.
도 2는 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 사시도.
도 3은 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 종단면도.
도 4는 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 종단면도.
도 5는 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 환형 부재 구성요소의 사시도.
도 6은 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 환형 부재 구성요소의 또 다른 사시도.
도 7은 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 보강 슬리브 구성요소의 사시도.
도 8은 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 보강 슬리브 구성요소의 또 다른 사시도.
도 9는 후-연소 랜스에 대한 본 발명의 선호되는 실시 형태에 따르는 복합 보강 분배기 조립체의 보강 슬리브 구성요소의 측면도.

하기 상세한 설명에서, 첨부된 예시 및 이의 일부를 형성하는 도면이 참조되고, 여기서 본 발명이 구현될 수 있는 예시적인 특정 실시 형태가 도시된다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 기술되고, 그 외의 다른 실시 형태가 이용될 수 있으며 구조적 또는 논리적 변경이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 이러한 실시 형태는 개별적으로 및/또는 집합적으로 사실상 하나가 개시되는 경우 임의의 단일의 발명 또는 발명의 사상으로 본 발명의 범위를 자발적으로 제한하려는 의도 없이 편리함을 위해 단지 "본 발명"이라는 용어로 언급될 수 있다.

따라서, 하기 기술 내용은 제한적인 방식으로 취해지지 않고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 이의 균등물에 의해 정해진다.

본 발명은 외부 튜브(20), 중간 튜브(30) 및 내부 튜브(40)를 포함하는 후 연소 랜스(post combustion lance, 10)와 함께 사용하기 위한 본 발명의 복합 보강 분배기 조립체(reinforced distributor assembly, 60)에 관한 것으로, 내부 튜브의 내측은 주 산소 통로(50)를 형성한다. 스페이서(spacer, 22)는 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이 튜브(20, 30, 40)들 사이에 필요 시에 배치된다. 본 발명의 복합 보강 분배기 조립체(60)는 바람직하게는 구리 주조 또는 단조로 제조된 환형 부재(70), 바람직하게는 기계가공되거나 또는 스틸로 형성된 내부 보강 슬리브(80) 및 바람직하게는 구리로 제조된 외부 열 전도 및 산화 방지 슬리브(89)를 포함한다. 예컨대, 브레이징 및 그 외의 다른 화학적 또는 기계적 부착 수단과 같이 3개의 구성요소(70, 80, 89)를 부착하는 그 외의 다른 공지된 수단이 본 발명의 범위 내에 있을지라도 바람직하게는 슬리브(80, 89)가 분배기 조립체(60)를 형성하기 위하여 환형 부재(70)에 용접될 수 있다. 스틸 또는 구리로 제조된 보강 및 이격 립(90)이 바람직하게는 내부 보강 슬리브(80)에 근접한 외부 열 전도 슬리브(89)의 내측 환형 표면 주위에 배치된다.

도면에 도시된 바와 같이, 보강 슬리브(80)는 바람직하게는 주 몸체 섹션(81), 중간 환형의 기울어진 섹션(83) 및 환형 개방 단부 부분(85)을 포함한다. 게다가, 보강 슬리브(80)의 내측은 바람직하게는 내부 튜브(40)에 대해 분배기 조립체(60)를 균등하게 이격시키는 기능을 하며 분배기 조립체(60)에 추가 보강부를 제공하는, 바람직하게는 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조된 신장된 보강 립(82)이 배치된다. 립(82)은 용접 또는 그 외의 다른 공지된 수단에 의해 슬리브(80)에 부착되거나 또는 슬리브(80)와 일체로 형성될 수 있다.

환형 부재(70)는 이차 산소 통로(52)와 유체 연통하는 후 연소 산소 포트(71)를 형성한다. 보강 슬리브(80)는 추가로 개구(84)를 통하여 입구 냉각 유체 통로(54)를 통해 냉각 유체의 유동을 허용하는 냉각 유체 개구(84)를 형성한다.

도면에 도시된 바와 같이, 슬리브(80)의 개구는 조립된 분배기(60) 내의 환형 부재(70)에 의해 형성된 개구(72)와 일치된다. 환형 부재(70)는 또한 회수 냉각 유체 통로(56)와 유체 연통되는 개구(74)를 형성한다. 이러한 방식으로, 보강 슬리브(80)를 갖는 분배기 조립체(60)는 후 연소 랜스(10)에 대한 보강 강도를 제공하면서 입구 및 회수 냉각 유체가 분배기(60)를 통하여 유동할 수 있도록 한다.

상기 상세한 설명에서, 다양한 특징들이 개시를 간략화하기 위해 단일의 실시 형태에서 서로 조합된다. 개시의 이 방법은 본 발명의 청구된 실시 형태가 각각의 청구항에서 명확히 언급된 더 많은 특징들을 요하는 것으로 본 발명에서 해석되어서는 안된다. 게다가, 하기 청구항이 반영됨에 따라, 본 발명의 주안점은 단일의 개시된 실시 형태의 모든 특징들보다 더 적은 특징에 있다. 따라서, 하기 청구항은 개별 실시 형태로서 각 청구항에 제시됨에 따라 상세한 설명에 통합된다.

Claims (16)

1. 환형 부재, 내부 보강 슬리브 및 외부 슬리브를 포함하는 후-연소 랜스용 분배기.
2. 제1항에 있어서, 환형 부재와 내부 보강 슬리브는 상이한 재료로 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.
3. 제1항에 있어서, 환형 부재와 내부 보강 슬리브는 각각 제1 재료로 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.
4. 제1항에 있어서, 환형 부재와 외부 슬리브는 제1 재료로 제조되고, 보강 슬리브는 제2 재료로 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.
5. 제1항에 있어서, 복수의 종방향 립들이 내부 보강 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되는 후-연소 랜스용 분배기.
6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 종방향 립들이 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.
7. 제1항에 있어서, 복수의 종방향 립들이 외부 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되는 후-연소 랜스용 분배기.
8. 제7항에 있어서, 하나 이상의 복수의 종방향 립들이 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.
9. 제1항에 있어서, 환형 부재는 가스를 랜스의 외측 및 환형 부재를 통하여 랜스의 가스 경로 내에서 유동시킬 수 있는 복수의 개구를 형성하는 후-연소 랜스용 분배기.
10. 제1항에 있어서, 내부 보강 슬리브는 복수의 제1 개구를 형성하며, 환형 부재는 복수의 제2 개구를 형성하고, 각각의 제1 및 제2 개구는 랜스의 제1 냉각 유체 경로와 직접 또는 간접적으로 유체 연통하는 후-연소 랜스용 분배기.
11. 제10항에 있어서, 각각의 제1 개구는 제2 개구들 중 하나의 개구와 인접하고 이와 직접 유체 연통하는 후-연소 랜스용 분배기.
12. 제11항에 있어서, 환형 부재는 복수의 제3 개구를 형성하고, 각각의 제3 개구는 랜스의 제2 냉각 유체 경로와 유체 연통하는 후-연소 랜스용 분배기.
13. 제1항에 있어서, 환형 부재와 외부 슬리브는 각각 구리로 제조되고, 내부 보강 슬리브는 스틸로부터 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.
14. 제1항에 있어서, 환형 부재와 외부 슬리브는 높은 열 전도율 및/또는 높은 산화 저항성을 갖는 하나 이상의 재료로부터 각각 제조되고, 내부 보강 슬리브는 고강도 재료로부터 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.
15. 제1항에 있어서, 복수의 제1 종방향 립들은 내부 보강 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되고, 복수의 제2 종방향 립들은 외부 슬리브의 내부 표면 주위에서 이격되는 후-연소 랜스용 분배기.
16. 제15항에 있어서, 하나 이상의 제1 및 제2 종방향 립들이 스틸 또는 그 외의 다른 고강도 재료로 제조되는 후-연소 랜스용 분배기.

Images