KR20140024401A - 가스 및 입자 전달 시스템 및 야금학적 용기를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랜스를 통해 캐리어 가스, 가령, 예를 들어, 산소로 야금학적 용기 또는 야금로 내에 입자, 가령, 예를 들어 라임을 충전하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 야금학적 랜스를 포함하며, 상기 야금학적 랜스는 랜스의 헤더와 랜스의 끝단과 소통하는 내부 배럴을 가지고; 헤더에서 내부 배럴과 개방 소통상태에 있는 제 1 단부와 입자 유입 튜브의 외부에서 밀봉된 제 2 단부를 가진 외부 튜브를 포함한다. 상기 입자 유입 튜브는 외부 튜브 제 2 단부로부터 외부 튜브 내에서 동축구성된 제 1 부분으로 연장되고 제 1 부분은 외부 튜브 외측으로 연장된다. 상기 제 2 부분은 셧-오프 밸브를 포함한다. 보조 가스 튜브가 외부 튜브 내에서 개방되는 입자 유입튜브의 상류에 있는 외부 튜브와 소통된다.

Description

가스 및 입자 전달 시스템 및 야금학적 용기를 위한 방법{GAS AND PARTICULATE DELIVERY SYSTEM AND METHOD FOR METALLURGICAL VESSEL}

본 발명은 2011년 4월 29일에 출원되고 발명의 명칭이 "GAS AND PARTICULATE DELIVERY SYSTEM AND METHOD FOR METALLURGICAL VESSEL"인 미국 가특허출원번호 61/480,982호를 기초로 우선권을 주장하고 있으며, 이 미국 특허출원은 본 명세서에서 참조문헌으로서 인용된다.

본 발명은 입자 재료와 가스를 야금학적 정제 용기 내에 주입하기 위한 주입장치(injector)에 관한 것이다. 입자 재료는 가령 예를 들어 칼슘 옥사이드(calcium oxide)일 수 있으며, 가스는 가령 예를 들어 산소일 수 있는데, 야금학적 정제 용기는 가령 예를 들어 순산소전로(basic oxygen furnace; BOF), 전기로(electric arc furnace; EAF), 또는 아르곤-산소 탈탄 용기(argon-oxygen decarburization vessel; AOD)일 수 있다.

발명의 명칭이 "CONDITIONED QUICKLIME FOR INJECTION TO A MOLTEN BATH OF A STEEL-MAKING VESSEL"인 미국 특허출원공보번호 US 2009/0013827호는 스틸-제작 용기(steel-making vessel)를 사용하여 스틸을 제작하는 방법을 기술하는데, 여기서, 라임(lime)은 산소 스트림(oxygen stream)과 함께 상부로부터 스틸-제작 배스 내부로 송풍되며, 칼슘 옥사이드의 0.5 중량% 미만의 양으로 폴리머 실리콘인 흐름 보조 재료를 함유하는 250 메시(mesh) 미만의 입자 크기를 가진 칼슘 옥사이드로 구성된 플럭스 재료 조성물을 제공하는 플럭스 재료(flux material)로서 사용되며, 산소와 함께 플럭스 재료 조성물은 랜스를 통해 스틸-제작 용기 내에 함유된 스틸-제작 배쓰 내부로 주입된다.

미국 특허번호 7,641,849호는 초음속에서 챔버 내로 주입되는 제 1 가스와 챔버 내로 유입되는 입자를 가진 야금로 내로 입자 재료를 주입하기 위한 주입기(injector)를 기술한다. 챔버는 외부의 견고한 외측의 동축 배럴과 다공성을 가진 세라믹 관형 배럴을 가진 랜스로서 배출구(outlet)를 가진다. 제 2 가스는 상기 배럴들 사이 공간 내에 공급되며, 이 제 2 가스는 내부 배럴을 통과하여 제 1 가스와 입자와 혼합되고, 이 혼합물이 야금로 내로 주입된다.

미국 특허번호 7,396,503호는 야금로 내에 입자 물질을 주입하기 위한 랜스를 기술한다. 랜스는 입자의 주입을 위한 내부 배럴을 가지는데, 상기 내부 배럴은 동축 배럴 내에 슈라우딩 가스(shrouding gas)를 위해 제 1 라발 노즐(Laval nozzle)에서 끝을 이루고, 이 제 1 라발 노즐은 외부 배럴 내에 제 2 슈라우딩 가스를 위해 제 2 라발 노즐에서 끝을 이룬다.

미국 특허번호 6,261,338호는 랜스 끝단 면 위에 다수의 구멍이 있는 랜스 끝단을 기술하는데, 제 1 구멍은 가스 제트 스트림, 가령, 산소가 통과하기 위한 노즐인 반면, 제 2 구멍은 캐리어 가스와 분말(powder)의 혼합물을 배출시키기 위한 것이고, 구멍의 링(ring)은 첫 번째의 2개 구멍 주위에 화염 엔벌로프(flame envelop)를 형성하기 위해 기상 연료(gaseous fuel)의 링을 주입하기 위한 것이다. 랜스 내에 있는 분말 혼합 통로는 캐리어 가스와 분말의 공급원과 소통하며(communicate) 랜스 면 위의 구멍과 소통한다. 분말과 작은 양의 캐리어 가스는 내부 튜브에 제공되어 분말을 외부 튜브가 있는 구멍으로 이동시키는데, 분말 혼합을 가속화시키기 위해 추가적인 캐리어 가스가 제공된다. 외부 튜브는 제 2 구멍과 소통된다.

본 명세서에 기술된 여러 바람직한 실시예들에 있어서 본 발명은 종래 기술의 단점들을 해결한다.

본 발명은 입자 재료, 가령, 라임 분말(lime powder)을 야금로(metallurigical lnace) 내에 주입하도록 사용될 것이다. 도 1에 도시된 장치는 가스 및/또는 제 2 가스를 함유하고 가스 및/또는 제 2 가스를 랜스 끝단(lance tip)으로 이동시키기 위해 캐리어 가스(carrier gas) 내에 있는 입자를 랜스 끝단, 중간, 동축 배럴(coaxial barrel)로 통과하기 위한 내부 배럴, 및 랜스용 냉매를 함유하고 랜스용 냉매를 이동시키기 위한 외부 배럴을 가진 야금학적 랜스를 도시한다. 라임과 같은 입자를 이동시키는 입자 유입 튜브가 입자 혼합을 가속화시키기 위해 캐리어 가스가 제공되는 외부 튜브를 가진 구멍을 가진다. 본 장치는 입자 공급원(particulate source)을 분리시키기 위해 입자 유입 튜브 내에 밸브를 가진다. 도면은 튜브 내에서 굽힘(turn)이 필요한 위치에서 마모 발생을 줄이기 위해 마모 박스(wear box)를 사용하는 방법에 대해 도시한다. 도 2는 캐리어 가스에 대한 2중 압력 조절식 공급장치를 예시한다. 라임 또는 그 밖의 입자들이 입자 유입 튜브 내로 유입되어 밸브를 지나며, 입자가 혼합되고 캐리어 가스에 의해 가속화되어(accelerated), 마모 박스를 통과한 후에, 상기 입자는 랜스의 내부 마모 배럴을 통과하여 노 안으로 유입된다. 2중 압력 조절장치로 인해, 퍼지 공정(purge) 동안에는 고압이 발생되고 입자가 주입되는 동안에는 저압이 발생된다.

본 발명의 제 1 형태는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기(metallurgical vessel)에 입자를 충전하기(charging) 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은: 저압의 캐리어 가스가 야금학적 용기에 유입되도록 상기 캐리어 가스를 랜스 시스템을 통해 주입하는 단계; 저압의 캐리어 가스가 입자를 야금학적 용기 내로 이동시키도록 상기 캐리어 가스에 입자를 공급하는 단계; 입자 공급을 중지시키는 단계; 및 고압의 캐리어 가스로 랜스 시스템을 퍼지(purge)하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 방법은 캐리어 가스 흐름과 입자 흐름을 모니터링하고 조정하는 단계를 추가로 포함한다. 바람직한 실시예들에서, 상기 입자는 라임이고 캐리어 가스는 산소이다. 그 밖의 바람직한 실시예들에서, 상기 방법은 제 1 및 제 2 조절 밸브에 의해 조절되는 저압 캐리어 가스 및 제 1 조절 밸브 및 바이패스 밸브에 의해 조절되는 고압의 캐리어 가스를 가진다. 그 외의 다른 바람직한 실시예들에서, 저압의 캐리어 가스와 고압의 캐리어 가스는 단일의 압력 조절 밸브에 의해 조절된다. 또한, 그 밖의 바람직한 실시예들에서, 저압의 캐리어 가스와 고압의 캐리어 가스는 단일의 압력 조절 밸브에 의해 조정된다.

본 발명의 제 2 형태는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기(charging) 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는: 야금학적 랜스를 포함하며, 상기 야금학적 랜스는 랜스의 헤더(header)와 랜스의 끝단과 소통하는(communicating) 내부 배럴을 가지고; 상기 헤더에서 내부 배럴과 개방 소통상태에 있는 제 1 단부와 입자 유입 튜브의 외부에서 밀봉된 제 2 단부를 가진 외부 튜브를 가지며, 상기 입자 유입 튜브는 외부 튜브 제 2 단부로부터 외부 튜브 내에서 동축구성된 제 1 부분으로 연장되고 제 2 부분이 외부 튜브 외측으로 연장되며, 입자 유닛 튜브의 제 2 부분은 셧-오프 밸브를 가지고; 외부 튜브와 개방 소통상태에 있는 제 1 단부를 가진 보조 가스 튜브를 포함하며, 입자 유입 튜브 제 1 부분에 인접하고 외부 튜브와 제 2 밀봉된 단부 사이에 개방 소통부가 위치되며, 보조 가스 튜브의 제 2 단부는 하나 이상의 압력 조절 밸브와 소통된다.

바람직한 실시예는 입자 유입 튜브 내에 하나 이상의 마모 박스를 가진다. 또 다른 바람직한 실시예는 외부 튜브 내에 하나 이상의 마모 박스를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 압력 조절 밸브는 오직 하나의 압력 조절 밸브를 포함한다. 그 밖의 실시예들에서, 하나 이상의 압력 조절 밸브는 고압 조절 밸브, 상기 고압 조절 밸브의 하류에 있는(downstream) 저압 조절 밸브, 및 저압 조절 밸브를 바이패스(bypass)하기 위한 바이패스 밸브를 추가로 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 장치는 입자 유입 튜브 내에 입자 유량계(particulate flow meter)를 추가로 포함한다. 그 밖의 실시예들에서, 상기 장치는 보조 가스 튜브 내에 가스 유량계를 추가로 포함한다. 그 외의 다른 실시예들에서, 하나 이상의 압력 조절 밸브는 야금학적 랜스로부터 원격 위치에 있다.

도 1은 입자 주입 랜스 및 헤더를 도시하는데, 상기 헤더는 입자 유입 튜브, 입자 밸브, 캐리어 가스 유입 튜브, 마모 박스 및 내부 마모 배럴, 산소 유입구 및 냉매 통로를 가진 랜스를 포함한다.
도 2는 캐리어 가스 라인으로 흐르는 흐름을 중지시키고, 흐름의 양을 적게 하고 흐름의 양을 많이 할 수 있도록 바이패스 밸브를 가진 2중 압력 조절식 가스 공급장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 입자 주입 랜스를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 입자 로토-공급 유닛을 근접하여 도시한 도면과 실측으로 도시한 다이어그램이다.
도 6은 플럭스 시스템의 통상적인 BOP 용기의 한 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 랜스 시스템의 통상적인 BOP 용기의 한 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 중앙 홀 산소 랜스를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 라임 주입 설비가 있는 순산소 공정 및 실측으로 도시한 다이어그램이다.
도 10은 본 발명에 따른 로토-공급 피더를 도시한 도면이다.

본 발명의 도면과 내용은, 명확성을 위해 이미 잘 알려져 있는 그 밖의 단계/요소들을 제거하여, 본 발명을 더 잘 이해하기 위해 요소들을 간단하게 예시하는 것으로 이해하면 된다. 당업자라면 그 밖의 단계/요소들이 본 발명을 실시하기 위해 필요하거나 및/또는 바람직하다는 것을 이해할 것이다. 하지만, 이러한 단계/요소들이 종래 기술에 잘 알려져 있기 때문에, 그리고, 이러한 단계/요소들이 본 발명을 더 잘 이해하게 하는 데 용이하지 않기 때문에, 이러한 단계/요소들을 논의하는 것은 본 명세서에 제공되지 않는다. 본 발명의 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예(들)은 첨부된 도면들을 참조하여 밑에서 상세하게 설명된다.

이제, 도면을 보면, 도 1-3은 가스/입자 혼합물, 가령, 산소/칼슘 옥사이드 혼합물을 야금로 내에 주입하기 위한 시스템에 대해 본 발명에 따른 바람직한 한 실시예를 예시한다.

도 1은 입자(14), 가령, 예를 들어, 칼슘 옥사이드의 0.5 중량% 미만의 양으로 유기 실리콘인 흐름 보조 재료(flow aid material)를 함유하는 250 메시 미만의 입자 크기를 가진 칼슘 옥사이드를 시스템 내에 주입하기 위한 입자 유입 튜브(12)를 가진 야금학적 랜스 장치(10)의 바람직한 한 실시예를 도시한다. 입자 유입 튜브는 제 1 튜브(12)를 그 밖의 랜스 장치(10) 구성요소들로부터 분리시킬 수 있게 하기 위한 셧-오프 밸브(16)를 가진다. 상기 셧-오프 밸브(16)는 로토-공급 라임 디스펜서일 수 있는 공급 유닛(80)(도 3) 또는 입자 입력 공급부(14)(도 2)에 배압(back pressure)가 제공되는 것을 방지한다.

캐리어 가스(18), 예를 들어, 산소가 보조 가스 튜브(20)를 통해 랜스 장치(10)에 유입된다. 보조 가스 튜브(20)는 입자 튜브(12)와 동축인 외부 튜브(22)와 소통된다. 외부 튜브(22)로부터 유입된 캐리어 가스(18)와 입자 유입 튜브(12)로부터 유입된 입자(14)는 챔버(24) 내에서 혼합되는데, 상기 챔버에서 캐리어 가스(18)가 흘러 조합된 가스/입자 혼합물(26)로서 입자(14)를 이동시킨다. 조합된 혼합물(26)은 내부 마모 배럴(28)에 유입되고 구멍(30)에서 배출된다.

입자 유입 튜브(12)와 외부 튜브(22)는 캐리어 가스(18)와 입자(14)가 혼합되어 가스/입자 혼합물 경로(26)를 따라 마모되는 것을 줄일 수 있도록 하기 위해 동축 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 입자(14) 및 조합된 혼합물(26) 경로가 튜브(12 및 24)를 통과하고 굽힘부를 통과할 때 마모 박스(32)는 마모를 줄이도록 사용되는 것이 바람직하다.

산소(34)는 산소 유입구(36)를 통해 랜스 장치(10)로 유입된다. 산소(34)는 랜스 장치(10)를 통해 이동하며 내부 마모 배럴(28)과 중간 배럴(38) 사이에 포함된다. 냉매(42), 예를 들어, 물이 냉매 유입구(44)에서 랜스 장치(10)에 유입되어 포함되고 상기 냉매는 외부 배럴(46)에 의해 형성된 통로를 통과한다. 냉매(42)는 냉매 배출구(50)를 통해 랜스 장치(10)로부터 배출된다.

몇몇 실시예들에서, 보조 가스 튜브(20)는 설치된 캐리어 가스 유량계(52)를 가진다. 그 밖의 실시예들에서, 입자 유입 튜브(12)는 설치된 입자 유량계(54)를 가진다. 바람직한 실시예들에서, 입자 주입 및 퍼지 공정(purge sequence) 동안 흐름과 이상적인 압력을 모니터링하고 조절하기 위해 캐리어 가스 유량계(52)와 입자 유량계(54)가 사용된다.

도 2는 캐리어 가스(18)의 흐름을 조절하기 위한 캐리어 가스 스키드(56)를 도시한다. 캐리어 가스 공급장치로부터 나온 캐리어 가스(18)는 (통상 약 250 psi의 압력에서) 구멍(58)에서 가스 스키드(56)에 유입된다. 캐리어 가스 공급장치는 독립적인 보조 공급원(도시되지 않음) 또는 산소 유입구(36)로부터 나올 수 있다. 캐리어 가스(1)는 압력을 250 psi로부터 150 psi까지 감소시킬 수 있는 제 1 압력 조절 밸브(60)를 통과한다. 그 뒤, 캐리어 가스(18)는 스키드 출구 구멍(64)에서 가스 스키드(56)로부터 배출되기 전에 제 2 압력 조절 밸브(66) 또는 바이패스 밸브(62)를 통과한다. 몇몇 실시예들에서, 캐리어 가스(18)는 외부 공급원으로부터 나온 산소(34)이다. 그 밖의 실시예들에서, 캐리어 가스(18)는 메인 산소 공급장치(34, 36)와 소통하는 산소(34)이다.

바람직한 한 실시예에서, 캐리어 가스 압력은 제 1 및 제 2 압력 조절 밸브(60 및 66)와 바이패스 밸브(62)에 의해 조절된다. 보다 바람직한 한 실시예에서, 단일의 조정 압력 조절 밸브(60)가 압력 조절 밸브(66)와 바이패스 밸브(62) 없이도 캐리어 가스 압력을 조절한다.

전체 실시예는 보조 가스 튜브(20)에 제공되는 2중 압력 조절식 캐리어 가스 공급장치(18)를 가진다. 캐리어 가스(18)에 의해 생성되는 2중 압력은 바이패스 밸브(62)를 통과하는 최고 압력 또는 제 2 압력 조절 밸브(66)를 통과하는 최저 압력으로서 통과한다. 이에 따라 입자 주입 공정 동안에는 최저 압력이 사용될 수 있으며 입자 주입 공정이 수행되지 않을 때에는 챔버(24)로부터 입자 배출구(30)로 이동하는 입자(14) 채널의 퍼지 공정을 위해서는 최고 압력이 사용될 수 있게 된다. 전체 송풍 공정(blow sequence) 동안, 구멍(30) 내에 제공되는 슬래그(slag)로 인한 막힘 문제를 줄이고 양압(positive pressure)을 유지하기 위하여 하나 이상의 밸브(62 또는 66)는 개방된 상태로 유지된다.

몇몇 실시예들에서, 가스 스키드(56)는 보조 가스 튜브(20)에 직접 결부된다(attached). 그 밖의 바람직한 실시예들에서, 가스 스키드(56)는 도 3에 도시된 것과 같이 원격 위치에 배치된다. 도 3은 라임 공급 유닛(80)이 빌딩의 저층(90) 위에 있는 실시예를 도시한다. 라임 공급 유닛(80)은 경질 파이프(82) 및/또는 가요성 호스(86)에 의해 상부 2개 층(92)에 있는 랜스 장치(10)에 연결된다. 상기 실시예에서, 가스 스키드(56)는 중간층(94) 위에 있고 가스는 파이프 또는 가요성 호스(88)를 통해 랜스 장치(10)에 연결된다.

사용 시에, 야금학적 랜스 시스템(10)이 야금로 내에 설치된다. 셧-오프 밸브(16)는 닫힌다. 입자 유입 튜브(12)는 입자(14), 가령, 라임 입자와 산소 가스 혼합물의 공급원에 연결된다. 캐리어 가스 스키드(56)는 스키드 출구 구멍(64)에 결부되거나 도 3에 도시된 것과 같이 스키드 출구 구멍(64)으로부터 보조 가스 튜브(20)에 결부된다. 본 발명에 따르면, 가스/입자 혼합물을 야금학적 용기로 전달하기 위한 방법의 제 1 실시예는 다음 단계들을 포함하는데, 이 단계들은: 캐리어 가스(18)가 야금로 내로 유입되도록 랜스 시스템(10)을 통해 저압의 캐리어 가스(18)를 주입시키는 단계, 가스가 입자(14)를 야금로 내에 주입시키도록 저압의 캐리어 가스에 입자를 공급하는 단계, 캐리어 가스에 입자(14) 공급을 중지시키는 단계, 랜스 시스템(10)의 퍼지 공정을 위해 캐리어 가스(18)의 압력을 증가시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 가스/입자 혼합물을 야금학적 용기로 전달하는 방법은 다음의 단계들을 포함하는데, 이 단계들은: 캐리어 가스(18)가 야금학적 용기 내로 유입되도록 랜스 시스템(10)을 통해 저압의 캐리어 가스(18)를 주입시키는 단계, 가스가 입자(14)를 야금학적 용기 내에 주입되도록 저압의 캐리어 가스에 입자를 공급하는 단계, 캐리어 가스 흐름과 입자 흐름을 모니터링하고 조정하는 단계, 입자(14) 공급을 중지시키는 단계, 랜스 시스템(10)의 퍼지 공정을 위해 캐리어 가스(18)의 압력을 증가시키는 단계, 캐리어 가스 흐름을 모니터링하고 조정하는 단계, 캐리어 가스(18)의 압력을 줄이는 단계, 및 캐리어 가스 흐름을 모니터링하고 조정하는 단계, 및 랜스 시스템(10)에 저압의 캐리어 가스(18)를 주입하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서, 라임 입자는 캐리어 가스로서 산소를 사용하는 야금학적 용기에 충전되는데(charged), 이 방법은: 라임 입자(14)를 야금학적 랜스 시스템(10)에 충전하여 입자 유입 튜브(12)를 통해 셧-오프 밸브(16)까지 제공하는 단계, 제 1 압력 조절 밸브(60)와 제 2 압력 조절 밸브(66)를 통해 캐리어 가스(18)로서 산소를 충전하여 랜스 시스템(10)을 통해 저압의 캐리어 가스(18)를 지속적으로 입자 배출구(30)에 공급하는 단계, 그 뒤, 셧-오프 밸브(16)를 여는 단계, 캐리어 가스(18)와 입자(14)를 선형으로(linear) 혼합시키는 단계, 셧-오프 밸브(16)를 닫는 단계, 시스템의 퍼지 공정을 위해 바이패스 밸브(62)를 여는 단계, 그 뒤, 바이패스 밸브(62)를 닫는 단계를 포함한다.

상기 방법의 또 다른 바람직한 실시에에서, 라임 입자는 캐리어 가스로서 산소를 사용하는 야금학적 용기에 충전되는데, 이 방법은: 라임 분말(14)을 야금학적 랜스 시스템(10)에 충전하여 입자 유입 튜브(12)를 통해 셧-오프 밸브(16)까지 제공하는 단계, 제 1 압력 조절 밸브(60)와 제 2 압력 조절 밸브(66)를 통해 캐리어 가스(18)로서 산소를 충전하여 랜스 시스템(10)을 통해 저압의 캐리어 가스(18)를 지속적으로 입자 배출구(30)에 공급하는 단계, 캐리어 가스 유량계(52)를 사용하여 캐리어 가스(18)를 모니터링 하면서 제 2 압력 조절 밸브(66)로 캐리어 가스 흐름을 조정하는 단계, 그 뒤, 셧-오프 밸브(16)를 여는 단계, 캐리어 가스(18)와 입자(14)를 선형으로(linear) 혼합시키는 단계, 캐리어 가스 유량계(52)를 사용하여 캐리어 가스(18)를 모니터링 하면서 제 2 압력 조절 밸브(66)로 캐리어 가스 흐름을 조정하는 단계 및 입자 유량계(54)를 사용하여 입자 흐름을 모니터링하고고 조정하는 단계, 셧-오프 밸브(16)를 닫는 단계, 시스템의 퍼지 공정을 위해 바이패스 밸브(62)를 여는 단계, 그 뒤, 바이패스 밸브(62)를 닫는 단계를 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 입자 주입 랜스를 예시한다. 도면의 중앙은 새로운 디자인의 랜스 끝단을 절단하여 도시한 도면으로서, 2 또는 3인치의 내측 직경을 가진 구멍(30)의 바람직한 실시예이다. 또한, 도 4는 4개의 노즐(40) 또는 5개의 노즐을 가진 그 외의 다른 바람직한 실시예(102 또는 104)를 도시한다.

도 5는 입자 로토-공급 유닛(106)을 도시한다. 라임은 상부(108)에서부터 로토-공급 유닛에 유입된다. 도 5는 입자 로토-공급 유닛(106)의 위치를 보여준다. 라임은 파이프(110)를 통해 로토-공급 유닛으로부터 배출된다.

도 6은 당업자가 잘 이해할 수 있는 것과 같이 플럭스 시스템을 가진 통상적인 BOP 용기의 한 예를 예시한다. 바람직한 한 실시예에서, 라임은 대략 2 인치 x 1/4 인치로 크기가 형성된다. 상기 실시예에서, 라임 취급 시스템은 자갈 제품을 처리한다(dictate). 라임은 파손되기 쉬운 재료이며 취급될 때 파손될 것이다. 라임은 중력을 사용하여 중량 호퍼(114)로부터 대형 호퍼(112) 내에 공정 내에 공급된다.

도 7은 당업자가 잘 이해할 수 있는 것과 같이 랜스 시스템을 가진 통상적인 BOP 용기의 한 예를 예시한다. 라임은 산화 반응(점화)이 시작될 수 있게 하기 위해 산소 송풍 공정이 시작된 뒤에 공정에 주입된다. 상기와 같이 라임이 늦게 주입되고 벌크(bulk)가 충전된 자갈 크기로 인해 기본적인 슬래그가 급격하게 형성되는 것을 모두 방지할 수 있다. 슬래그 형성 속도 제어는 BOP 공정을 최적화시키기 위해 중요하다.

도 8은 중앙 홀(구멍(30)) 산소 랜스의 한 예를 예시한다. 통상적인 랜스 직경은 10 또는 12인치이다. 비율이 잘 맞춰진(proportioned) 중앙 홀(구멍(30))은 2 또는 3인치이다. 4개의 노즐(40)을 가진 바람직한 실시예를 확대한 도면이 도시된다. 이 도면은 바람직한 산소 랜스 장치(10) 위치배열을 보여준다.

도 9는 당업자가 잘 이해할 수 있는 것과 같이 라임 주입 설비를 가진 순산소 공정(basic oxygen process)의 한 예를 예시한다. 상기 바람직한 실시예에서, 도 5의 라임 주입 설비가 예시된다.

도 10은 로토-공급 피더 유닛(106)을 개략적으로 도시한다. 바람직한 한 실시예에서, 재료가 분배 용기(116)를 통해 유입된다. 로터(124)와 기어박스(122)를 통해 모터(120)에 연결된 교반기(118)가 재료를 이동시킨다. 이 재료는 가스 이송 유입구(128)로부터 나온 가스와 함께 하우징(126)을 통해 흐른다. 이 재료와 가스는 파이프(110)를 통해 하우징(126)로부터 배출된다.

사용 시에, 본 시스템은 라임 파이프(입자 주입 랜스의 내부 마모 배럴(28))에 공급되는 2중 압력 조절 산소 공급장치를 가져서, 라임 주입 공정 동안 저압(30 psi)이 사용될 수 있어야 하며 라임 주입 공정이 작동되지 않을 때에는 마모 배럴(28)의 퍼지 공정을 위해 고압(150 psi)이 사용될 수 있게 한다. 마모 배럴(28)로의 산소 흐름은 전체 송풍 공정을 통해 연속적이어서 양압을 유지하고 슬래그 삽입으로 인한 막힘 문제가 줄어드는 것이 바람직하다.

산소는 독립적인 보조 가스 튜브(20)에 의해 공급될 수 있거나 또는 랜스 장치(10) 위에 있는 산소 유입구(36) 위에 포함된 포트(port)로부터 공급될 수 있다. 산소 압력 조절 밸브(60 및 66)는 라임 주입 상부 어댑터 위에 장착되거나, 랜스(10) 위에 장착되거나 혹은 편의상 어느 위치라도 가능한 임의의 상점에 위치된 원격 스키드(56) 위에 장착될 수 있다. 산소 압력은 어느 압력이 사용되는 지를 결정하기 위해 2개의 압력 조절기/압력 조절 밸브(60 및 66)(하나는 저압 용이고 하나는 고압용)에 의해 조절될 수 있거나, 혹은 단일의 조정 압력 조절 밸브에 의해 조절될 수 있다.

라임(또는 입자) 주입 상부 어댑터는 라임 및 산소 흐름을 선형으로 통합시켜(merge) 랜스를 통해 라임을 구동시키도록 도움을 주면서도 라임 흐름 경로를 따라 발생되는 마모로 인한 잠재적인 마모 지점을 줄이도록 구성된다. 특정 마모 박스(32)는 라임 흐름에 있어 90° 굽힘(turn)이 필요한 위치에서 긁힘으로 인한 마모 문제를 줄인다. 산소 및 라임 흐름 압력은 랜스에서 모니터링되어 사용자가 산소 압력 밸브를 조정하여 라임 주입 및 퍼지 공정 동안 이상적인 압력과 유량을 보장할 수 있게 한다. 라임 주입 상부 어댑터는 라임 셧-오프 밸브(16)를 포함하며, 공급 유닛(바람직하게는, 스테인리스 스틸로 제조된)에 배압이 제공되는 것을 방지하기 위해 랜스가 라임 공급 유닛으로부터 분리될 수 있게 한다.

입자/라임이 흐르게 하기 위하여 교체식 마모 파이프(28)가 사용될 수 있으며, 파이프가 고장났을 때 쉽게 교체할 수 있게 하고 랜스 파이프에 직접 형성되는 마모로부터 보호할 수 있다. 라임 주입 상부 어댑터는 쉽게 탈착가능하며 대부분의 랜스 디자인에 장착될 수 있는 것이 바람직하다. 라임 외에도, 본 시스템은 그 밖의 재료, 가령, 광석(ore) 또는 탄소(carbon)를 주입하기 위해 사용될 수도 있다. 이송 가스는 아르곤, 공기, 질소 또는 산소와 함께 사용될 수도 있다.

유기 실리콘은 특히 크기가 약 250 메시(mesh)인 백운석 라임(dolomitic lime)에 대한 표면 차지(surface charge)를 줄인다. 라임 제품이 첨가될 때, 분상의(pulverized) 라임 제품의 통상적인 밀도는 라임이 흐를 때에는 약 42 lbs/ft³이고 고정되어 처리될 때에는 약 60 lbs/ft³이다. 첨가 동안 라임 제품은 밀가루 또는 활석(talcum) 분말과 유사한 크기를 가지지만 액체로 보인다. 라임 제품은 흐르기가 용이하고 그 외의 다른 분말 라임(powdered lime)과 같이 수화되지 않아서 막힘이 없다. 라임은 랜스 내에 위치된 3" 파이프에서 약 2,000 lbs/분 속도로 흐를 수 있다.

랜스의 디자인은, 분말 라임 주위에 산소 슈라우드(shroud)를 제공하는 주입 용도의 2" 또는 3" 직경의 중앙 홀이 있고 직경이 12인치인 4-홀 산소 랜스인 것이 바람직하다. 그 밖의 바람직한 랜스는 산소를 공정에 전달하기 위해 중앙 홀들이 있는 4-홀 또는 5-홀 랜스를 포함한다.

탱크의 퍼지 공정을 위해 질소 또는 산소가 사용될 수 있다. 산소는 라임에 대한 캐리어 가스이다. 캐리어 가스와 라임을 탱크로부터 랜스로 이송시키기 위해 스테인리스 스틸 가요성 호스가 사용되는 것이 바람직하다.

본 공정은 현재 기술이 비해 다음 중 일부 또는 전부에 대해 개선되었다. 산소 제트(oxygen jet)는 슬래그/스틸 경계면(interface)에 직접 제공되는 분말 라임에 대한 캐리어로서 작용할 것이다. 라임 첨가 공정의 용해 속도 최적화(dissolution rate optimization)에 대해 공정 가열 시간이 감소되는 것이 예상된다. 공정은 원할 시에는 많은 양의 칼슘 또는 백운석 라임이 첨가될 수 있도록 융통성이 있다. 공정이 개선되어, 라임 소비가 약 5% 내지 10% 만큼 감소되는 것이 예상된다. 랜스 끝단 수명은 라임이 끝단을 배쓰 방사능(bath radiation)으로부터 보호할 것이기 때문에 더 늘어날 것으로 예상된다. 또한, 분말 라임 재료의 분배 밀도는 히트 싱크(heat sink)를 덜 생성시킬 것이다.

그 외에도, 야금학적으로 다음 중 일부 또는 전부의 이점이 있을 것이다. 산화 반응 위치에서 반응 라임은 애시드 슬래그 중화(acid slag neutralization)를 향상시킬 것이다. 첨가된 재료의 표면적이 더 넓기 때문에 용해 속도 최적화 공정이 개선될 것이다. 슬래그 염기도(basicity)를 제어할 수 있는 것도 내화성을 향상시키는 데 이점이 될 것이다. 또한, 상기 공정 개선은, 초기 인 제거공정(phosphorus removal)을 향상시키고 슬래그 염기도를 향상시키며 늦은 인 제거공정에 대해 냉각을 위해 산화 반응에 라임을 주입하기 위해 유용할 것이다.

또한, 본 발명으로부터 환경적인 이점들도 예상된다. BOP 공정 층에 있는 라임 먼지 및 오프 가스(off gas)가 줄어들어 안전 및 환경 문제가 개선될 것이다. 배출물질 관리에 있어서도 제반 비용이 감소하게 될 것이다.

제어가능한 공급은 재료를 공정 내에 안정적으로 제공하며, 주입 속도는 조절가능하고 공정의 요구사항들을 충족시키도록 제어될 수 있다. 용적형 피더(volumetric feeder)에 반대로, 주입 속도는 보다 정확하게 제어될 수도 있다. 그 외에도, 재료는 압축 환경(pressurized environment)에 대해 주입될 수 있다. 기술된 것과 같이 주입 시스템은 더 큰 공정 설비 내에 일체로 형성될 수 있으며 광범위한 재료들이 내부로 이송될 수 있다.

본 발명이 본 발명의 바람직한 실시예들에 관해 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 다양한 변형예와 개선예들이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 하기 청구범위에 의해서만 제한되는 것이지 바람직한 실시예들을 설명한 위에서 기술된 기술 내용에 의해서는 제한되지 않는다.

본 발명의 기술 내용이, 본 발명을 명확하게 이해하기 위해 관련이 있는 요소들을 예시하면서도, 간결성을 위해 잘 알려져 있는 그 밖의 요소들을 설명하지 않도록 단순화되었다고 이해하면 된다. 당업자는 본 발명을 실시하기 위하여 그 외의 다른 요소들도 바람직하거나 및/또는 필요하다는 것을 이해할 것이다. 하지만, 이러한 요소들이 종래 기술에 잘 알려져 있기 때문에, 또한 본 발명을 더 잘 쉽게 이해할 수 있지 않기 때문에, 본 명세서에서는 이러한 요소들을 논의하지 않는다. 추가로, 본 발명은 위에서 기술된 실시예들에만 제한되지는 것이 아니라 본 발명의 범위 내에 있는 임의의 실시예들과 모든 실시예들을 포함한다는 것을 이해해야 한다.

Claims (14)

1. 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기(charging) 위한 방법에 있어서,
   상기 방법은:
   - 저압의 캐리어 가스가 야금학적 용기에 유입되도록 상기 캐리어 가스를 랜스 시스템을 통해 주입하는 단계;
   - 저압의 캐리어 가스가 입자를 야금학적 용기 내로 이동시키도록 상기 캐리어 가스에 입자를 공급하는 단계;
   - 입자 공급을 중지시키는 단계; 및
   - 고압의 캐리어 가스로 랜스 시스템을 퍼지(purge)하는 단계를 포함하는, 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방법은 캐리어 가스 흐름과 입자 흐름을 모니터링하고 조정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 방법.
3. 제1항에 있어서,
   입자는 라임이고 캐리어 가스는 산소인 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 방법.
4. 제1항에 있어서,
   저압의 캐리어 가스는 제 1 및 제 2 조절 밸브에 의해 조절되고, 고압의 캐리어 가스는 제 1 조절 밸브 및 바이패스 밸브에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 방법.
5. 제1항에 있어서,
   저압의 캐리어 가스와 고압의 캐리어 가스는 단일의 압력 조절 밸브에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 방법.
6. 제5항에 있어서,
   저압의 캐리어 가스와 고압의 캐리어 가스는 단일의 압력 조절 밸브에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 방법.
7. 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기(charging) 위한 장치에 있어서,
   상기 장치는:
   - 야금학적 랜스를 포함하며, 상기 야금학적 랜스는 랜스의 헤더와 랜스의 끝단과 소통하는 내부 배럴을 가지고;
   - 헤더에서 내부 배럴과 개방 소통상태에 있는 제 1 단부와 입자 유입 튜브의 외부에서 밀봉된 제 2 단부를 가진 외부 튜브를 가지며, 상기 입자 유입 튜브는 외부 튜브 제 2 단부로부터 외부 튜브 내에서 동축구성된 제 1 부분으로 연장되고 제 2 부분이 외부 튜브 외측으로 연장되며, 입자 유닛 튜브의 제 2 부분은 셧-오프 밸브를 가지고;
   - 외부 튜브와 개방 소통상태에 있는 제 1 단부를 가진 보조 가스 튜브를 포함하며, 입자 유입 튜브 제 1 부분에 인접하고 외부 튜브와 제 2 밀봉된 단부 사이에 개방 소통부가 위치되며, 보조 가스 튜브의 제 2 단부는 하나 이상의 압력 조절 밸브와 소통되는, 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 장치는 입자 유입 튜브 내에 하나 이상의 마모 박스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 장치는 외부 튜브 내에 하나 이상의 마모 박스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.
10. 제7항에 있어서,
    하나 이상의 압력 조절 밸브는 오직 하나의 압력 조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.
11. 제7항에 있어서,
    하나 이상의 압력 조절 밸브는 고압 조절 밸브, 상기 고압 조절 밸브의 하류에 있는 저압 조절 밸브, 및 저압 조절 밸브를 바이패스하기 위한 바이패스 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.
12. 제7항에 있어서,
    상기 장치는 입자 유입 튜브 내에 입자 유량계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.
13. 제7항에 있어서,
    상기 장치는 보조 가스 튜브 내에 가스 유량계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.
14. 제7항에 있어서,
    하나 이상의 압력 조절 밸브는 야금학적 랜스로부터 원격 위치에 있는 것을 특징으로 하는 랜스 시스템을 통해 야금학적 용기에 입자를 충전하기 위한 장치.

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