KR20140079388A - 상부 침지형 주입용 랜스 - Google Patents

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KR20140079388A KR1020147008712A KR20147008712A KR20140079388A KR 20140079388 A KR20140079388 A KR 20140079388A KR 1020147008712 A KR1020147008712 A KR 1020147008712A KR 20147008712 A KR20147008712 A KR 20147008712A KR 20140079388 A KR20140079388 A KR 20140079388A
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Abstract

본 발명은 상부 침지형 랜싱 (top submerged lancing; TSL) 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스 (10) 에 관한 것으로, 상기 랜스 (10) 는 실질적으로 동심인 내측 파이프 (12) 와 외측 파이프 (14) 를 적어도 구비한다. 상기 내측 파이프 (12) 의 하부 출구 단부는 건식야금 작업에 필요한 외측 파이프 (14) 의 하부 출구 단부에 대해 레벨을 두고서 세팅된다. 랜스 (10) 는 슈라우드 (22) 를 추가로 포함하고, 상기 슈라우드 (22) 를 통해 외측 파이프 (14) 가 연장하며, 상기 슈라우드 (22) 는 외측 파이프 (14) 와 함께 통로 (28) 를 규정하기 위하여 외측 파이프 (14) 의 상부 부분에 장착되어 상기 외측 파이프 (14) 의 상부 부분을 따라 연장하고, 상기 통로 (28) 를 따라서는, 가스가 랜스 (10) 의 밖으로의 방출을 위해 외측 파이프 (14) 의 출구 단부를 향해 유동하도록 공급될 수 있다. 슈라우드 (22) 와 외측 파이프 (14) 의 출구 단부들 사이의 길이방향 간격을 실질적으로 유지할 수 있도록 또는 변경할 수 있도록 슈라우드 (22) 는 외측 파이프 (14) 에 대해 길이방향으로 조절가능하다.

Description

상부 침지형 주입용 랜스{LANCES FOR TOP SUBMERGED INJECTION}
본 발명은 용융 욕 (bath) 건식야금 작업에서 사용하기 위한 상부 침지형 주입 랜스에 관한 것이다.
욕과 산소 함유 가스의 소스 사이의 상호작용을 필요로 하는 용융 욕 제련 또는 다른 건식야금 작업은 가스의 공급을 위해 수개의 상이한 장치 (arrangement) 를 활용한다. 일반적으로, 이러한 작업은 용융 매트/금속으로의 직접 주입을 포함한다. 이는 Bessemer 유형의 노에서와 같은 바닥 블로잉 송풍구 또는 Peirce-Smith 유형의 변환기에서와 같은 측면 블로잉 송풍구에 의한 것일 수 있다. 대안적으로, 상부 블로잉 또는 침지형 주입을 제공하기 위한 가스의 주입은 랜스에 의한 것일 수 있다. 상부 블로잉 랜스 주입의 예는, 순수한 산소가 용융 철로부터 강을 생성하기 위하여 욕의 위로부터 블로잉되는 KALDO 및 BOP 제강 플랜트이다. Mitsubishi 구리 프로세스의 제련 및 매트 변환 단계에 의해 상부 블로잉 랜스 주입의 다른 예가 제공되고, 주입 랜스는, 각각 구리 매트를 제조하고 변환하기 위하여, 욕의 상부 표면에 영향을 주고 욕의 상부 표면을 통과하도록, 공기 또는 산소 풍부 공기와 같은 산소 함유 가스의 분출을 야기한다. 침지형 랜스 주입의 경우에, 상부 침지형 랜싱 (top submerged lancing; TSL) 주입을 제공하기 위하여, 주입이 욕의 슬래그 층 위에서 보다는 욕의 슬래그 층 내에서 발생하도록 랜스의 하부 단부가 침지되고, 상기 상부 침지형 랜싱 주입의 잘 공지된 예는 폭넓은 범위의 금속 처리에 적용 되는 Outotec Ausmelt TSL 기술이다.
전술한 주입 형태들 모두로, 즉 상부 블로잉 및 TSL 주입으로, 랜스는 강렬하게 우세한 욕의 온도를 받게 된다. Mitsubishi 구리 프로세스의 상부 블로잉은 약 50㎜ 직경의 내측 파이프와 약 100㎜ 직경의 외측 파이프를 구비하는 비교적 소형인 다수의 강 랜스를 사용한다. 내측 파이프는 노의 루프의 레벨쯤에서, 그리고 반응 구역 위에서 끝난다. 노의 루프에서 수냉된 칼라에 스티킹 (sticking) 되는 것을 방지하기 위하여 회전가능한 외측 파이프는 용융 욕의 상부면 위로 약 500 ~ 800㎜ 에 하부 단부를 위치시키기 위하여 노의 가스 공간으로 하향 연장한다. 공기 내에 동반되는 입자상 공급물은 내측 파이프를 통해 블로잉되는 반면, 산소 풍부한 공기는 파이프들 사이의 고리를 통해 블로잉된다. 욕의 표면 위의 외측 파이프의 하부 단부의 간격과, 상기 간격을 통과하는 가스에 의한 랜스의 임의의 냉각에도 불구하고, 외측 파이프는 하루에 약 400㎜ 만큼 번 백 (burn back) 한다. 따라서, 외측 파이프는 서서히 하강되고, 필요하다면, 새로운 섹션이 소모가능한 외측 파이프의 상부에 부착된다.
TSL 주입용 랜스는 전술한 Mitsubishi 프로세스와 같이 상부 블로잉 프로세스용 랜스보다 훨씬 더 크다. TSL 랜스는 일반적으로 이하에서 추정되는 바와 같이 적어도 내측 파이프와 외측 파이프를 구비하지만, 내측 파이프 및 외측 파이프와 동심인 적어도 하나의 다른 파이프를 가질 수 있다. 전형적인 대규모의 TSL 랜스는 200 ~ 500㎜ 의 직경 또는 보다 큰 직경의 외측 파이프를 가진다. 또한, 랜스는 훨씬 더 길고, 높이가 약 10 ~ 15m 일 수 있는 TSL 반응기의 루프를 통해 하향 연장하여서, 외측 파이프의 하부 단부는 욕의 용융 슬래그 상에서 약 300㎜ 이상의 깊이로 담궈진다. 침지된 부분을 포함하는 TSL 랜스의 하부 크기는 주입된 가스 유동의 냉각 작용에 의해 외측 파이프의 외측 표면에 형성되고 유지되는 응고된 또는 냉각된 슬래그의 코팅에 의해 보호된다. 내측 파이프는 외측 파이프와 거의 같은 레벨에서, 또는 외측 파이프의 하부 단부 위로 최대 약 1000㎜ 의 더 높은 레벨에서 끝날 수 있다. 따라서, 이는 외측 파이프의 하부 단부만이 침지되는 경우일 수 있다. 임의의 경우에, 나선형 베인 또는 다른 유동 형상화 디바이스는 내측 파이프와 외측 파이프 사이의 환형 공간을 가로지르기 위하여 내측 파이프의 외측 표면에 장착될 수 있다. 베인은 강한 소용돌이 작용을 상기 고리를 따라서 공기 또는 산소 풍부한 블라스트에 전하고, 가스가 내측 파이프를 통해 공급되는 연료 및 공급재와 잘 혼합되는 것을 보장할 뿐만 아니라, 냉각 효과를 강화시키는 역할을 한다. 상기 혼합은, 내측 파이프가 외측 파이프의 하부 단부 위로 충분한 거리에서 끝나는 경우, 내측 파이프의 하부 단부 아래에서, 외측 파이프에 의해 규정되는 혼합 챔버에서 실질적으로 발생한다.
TSL 랜스의 외측 파이프는 코팅이 없는 경우보다 보호용의 냉각된 슬래그 코팅에 의해 상당히 감소된 속도로 외측 파이프의 하부 단부에서 마모 및 번 백한다. 하지만, 이는 TSL 기술로 작업 모드에 의해 실질적인 정도로 제어된다. 용융 슬래그 욕의 매우 반응성의 그리고 부식성의 환경에서 랜스의 하부 단부가 침지되었음에도 불구하고, 작업 모드는 기술을 실행가능하게 한다. TSL 랜스의 내측 파이프는 욕의 슬래그 층에 주입될 농축물, 플럭스 및 환원제와 같은 공급재를 공급하기 위하여 사용될 수 있거나, 또는 연료유, 입상의 석탄 또는 분쇄된 (communuted) 플라스틱 재료와 같은 연료에 대해 사용될 수 있다. 공기 또는 산소 풍부 공기와 같은 산소 함유 가스는 파이프들 사이의 고리를 통해 공급된다. 욕의 슬래그 층 내에서 침지된 주입이 시작되기 이전에, 랜스에는 그의 하부 단부, 즉 외측 파이프의 하부 단부가 슬래그 표면 위에 적당한 거리로 이격되어 위치된다. 산소 함유 가스, 및 연료, 예컨대 연료유, 분탄 또는 탄화수소 가스는 랜스에 공급되고, 결과적인 산소/연료 혼합물은 슬래그에 영향을 주는 불꽃 분출을 생성하기 위하여 점화된다. 이는, 랜스의 외측 파이프 상에서, 전술한 고체 슬래그 코팅을 제공하기 위하여, 랜스를 통과하는 가스 스트림에 의해 응고되는 슬래그 층을 형성하도록 슬래그를 튀게 한다. 그 후, 랜스는 슬래그 내의 주입을 달성하기 위하여 하강될 수 있고, 랜스를 통한 산소 함유 가스의 계속되는 통과는, 응고된 슬래그 코팅이 유지되어 외측 파이프를 보호하는 온도에서 랜스의 하부 크기를 유지시킨다.
신규의 TSL 랜스로, 외측 파이프와 내측 파이프의 하부 단부의 상대 위치, 즉 내측 파이프의 하부 단부가 모든 경우에 외측 파이프의 하부 단부로부터 후퇴되는 거리는 설계 중에 결정되는 특정한 건식야금 작업 윈도우에 대한 최적의 길이이다. 최적의 길이는 TSL 기술의 상이한 용도에 대해 상이할 수 있다. 따라서, 산소가 슬래그를 통해 매트에 전달되면서 구리 매트를 블리스터 구리로 변환하기 위한 2 단계의 배치 (batch) 작업에서, 구리 매트를 블리스터 구리로 변환하기 위한 연속적인 단일 단계 작업, 납 함유 슬래그의 환원을 위한 프로세스 또는 선철의 생산을 위한 산화철 공급재를 제련하기 위한 프로세스는 모두 상이한 각각의 최적의 혼합 챔버의 길이를 가진다. 하지만, 각각의 경우에, 혼합 챔버의 길이는 외측 파이프의 하부 단부가 서서히 마모 및 번 백함에 따라 건식야금 작업에 대한 최적의 길이 미만으로 계속해서 줄어든다. 유사하게, 외측 파이프의 단부와 내측 파이프의 단부 사이에 제로의 오프셋이 존재하는 경우, 내측 파이프의 하부 단부는 슬래그에 노출되기 시작하고, 또한 마모되며, 번 백을 받게 된다. 따라서, 때때로, 제련 상태를 최적화하기 위하여 파이프 하부 단부의 최적의 상대 위치를 회복시키도록, 적절한 직경의 파이프의 길이가 용접되는 깨끗한 에지를 제공하기 위하여 적어도 외측 파이프의 하부 단부가 절단될 필요가 있다.
외측 파이프의 하부 단부가 마모하고 번 백하는 속도는 수행되는 용융 욕 건식야금 작업에 의해 변한다. 상기 속도를 결정하는 인자들은 공급물 처리 속도, 작업 온도, 욕 유동성 및 화학적 성질, 랜스 유동 속도 등을 포함한다. 일부 경우에서, 부식 마모 및 번 백의 속도는 상대적으로 높고, 최악의 경우에, 서비스로부터 취해진 마모된 랜스가 수리되는 동안, 작업으로부터 마모된 랜스를 제거하고 마모된 랜스를 다른 랜스로 교체하기 위해 처리하는 것을 중단해야 하므로, 수시간 작업 시간이 하루 사이에 손실될 수 있도록 부식 마모 및 번 백의 속도가 존재할 수 있다. 이러한 중단은 하루 사이에 여러 차례 발생할 수 있고, 각각의 중단은 비 처리 시간에 더해진다. TSL 기술이 다른 기술에 비해 비용 절감을 포함한 상당한 이점을 제공하는 반면, 랜스의 교체에 대해 손실된 작업 시간은 상당한 비용 불이익을 가진다.
2012년 6월 27일에 출원된, 본 출원인의 공동-계류중인 출원 PCT/AU2012/000751 은, 수리를 위한 랜스 교체에 대한 필요성을 통해 손실된 시간의 감소를 가능하게 하는 신규의 상부 침지형 랜스를 개시한다. PCT/AU2012/000751 의 신규의 랜스의 특징부들은, 외측 파이프의 하부 단부에 대하여, 내측 파이프의 하부 단부 또는 다음의 최내측 파이프의 하부 단부의 조정을 가능하게 함에 있어서 넓은 범위의 상부 침지형 랜스에 적용할 수 있다.
상부 침지형 랜스의 하위 그룹은, 예를 들어 호주 특허 640955 와 Flloyd 의 US 특허 5251879 의 대응 부분을 참조하여, Outotec Ausmelt TSL 기술이 잘 공지된 슈라우드 (shrouded) 랜스로서 명칭에 의해 구별되기 시작했다. 이러한 하위 그룹은 전형적인 랜스의 외측 파이프의 외부에 있는 추가의 파이프의 사용에 의해 구별된다. 추가의 파이프는, 주요 랜스의 외측 파이프가 연장하고 외측 파이프의 상부 크기 주위에 고정되는 비교적 짧은 슬리브 또는 슈라우드를 포함한다. 슈라우드는 랜스의 방출 단부가 침지되는 때에 용융 욕 위의 위치에서 종료한다. 슈라우드와 외측 파이프 사이의 통로를 통해 반응기 공간으로 하향된 가스의 방출은 용융 욕의 슬래그에 주입하기 위해 랜스를 통과하는 가스의 냉각 효과에 더해진다. 따라서, 슈라우드는 랜스의 외측 파이프의 하부 크기 상의 응고된 슬래그 코팅의 충분한 두께의 유지를 돕는다. 슈라우드 랜스로 달성할 수 있는 추가된 냉각은, 특히 랜스가 사용되는 프로세스가 랜스에 의해 주입되는 가스의 제한된 유동 속도를 필요로 하는 경우, 긴 랜스 길이로 매우 유리해진다. 또한, 슈라우드에 의해 제공된 냉각 효과는, 랜스가 긴 기간 동안 작업 중에 있어야 할 필요가 있는 때에 유리하다. 또한, 약 1100℃ 내지 약 1600℃ 의 온도 범위에서 작업하는 노에서, 랜스의 외측 파이프 상의 응고된 슬래그 코팅의 두께는 온도가 증가하면서 감소한다. 주어진 슬래그의 화학적 성질에 대해 과열 (super heat) 의 양은 일반적으로 크지 않지만, 높은 온도의 사용은 슬래그의 화학적 성질 또는 최종 생성물 요구에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 충분한 두께의 코팅을 보장하는데 있어서 슈라우드를 통해 공급된 가스에 의해 가능해질 수 있는 추가의 냉각은 높은 온도에서 점점 더 중요해진다.
슈라우드 랜스는 추가로 중요한 유용성을 가진다. 많은 예에서, 용융 슬래그 위의 반응기 공간에 가스를 공급하는 것이 요구된다. 발달된 금속 흄 (metal fume) 의 산화 또는 욕으로부터 발달된 가스들의 후연소 (post-combustion) 를 필요로 하는 경우처럼, 가스는 공기 또는 산소 풍부 공기와 같은 산소 함유 가스일 수 있다. 이러한 목적을 제공하기 위하여, 슈라우드의 출구는 용융 욕의 층에 대해 정확하게 위치되어야 한다. 너무 근접한 그리고 임의의 주입된 산소 함유 가스는 주요 욕 재료와 상호작용할 수 있다. 너무 먼 그리고 임의의 후연소 또는 산화 반응이 불완전해질 수 있다. 또한, 이러한 반응은, 욕으로부터 튄 슬래그가 이러한 발열 반응에 의해 가열되고 따라서 튄 재료가 욕의 주요 용적에 회수되는 때에 욕에 대해 직접적으로 이러한 에너지의 일부를 회복하는 열 전달 이점을 제공할 수 있다. 이는, 매끄러운 그리고 최적의 작업 및 오프가스의 컨디셔닝을 보장하기 위하여, 오프가스가 충분히 산화되면서 슬래그가 그의 상태를 유지하도록, 산소 포텐셜이 프리보드 (freeboard) 에서 제어되는 것을 보장한다.
본 발명의 목적은 상부 침지형 주입용의 개선된 슈라우드 랜스를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스가 제공되고, 상기 랜스는 실질적으로 동심의 내측 파이프 및 외측 파이프를 적어도 구비하고, 상기 랜스는 슈라우드 (shroud) 를 추가로 포함하고, 상기 슈라우드를 통해 상기 외측 파이프가 연장하며, 상기 슈라우드는 상기 외측 파이프로 통로를 규정하기 위하여 상기 외측 파이프의 상부 부분에 장착되어 상기 외측 부분의 상부 부분을 따라 연장하고, 상기 통로를 따라서는, 가스가 상기 랜스의 밖으로의 배출을 위하여 상기 외측 파이프의 출구 단부를 향해 유동하도록 공급될 수 있고, 상기 슈라우드의 출구 단부와 상기 외측 파이프의 출구 단부 사이의 길이방향 간격을 실질적으로 유지시킬 수 있도록 또는 상기 길이방향 간격을 변경시킬 수 있도록 상기 슈라우드는 상기 외측 파이프에 대해 길이방향으로 조절할 수 있다. 상기 랜스는, 상기 외측 파이프와 상기 내측 파이프 사이의, 또는, 상기 랜스가 적어도 세 개의 실질적으로 동심의 파이프들을 구비하는 경우, 외측 파이프와, 상기 외측 파이프와 상기 내측 파이프 사이의 다음의 최내측 파이프와의 사이의 환형 공간에서 길이방향으로 연장하는 나선형 베인 또는 다른 유동 형상화 디바이스를 선택적으로 포함한다. 내측 파이프의 하부 출구 단부, 또는 상기 외측 파이프로부터 적어도 다음의 최내측 파이프의 하부 출구 단부는 상기 건식야금 작업에 필요한 상기 외측 파이프의 하부 출구 단부에 대해 레벨을 두고서 세팅된다.
상기 랜스는 상기 슈라우드의 출구 단부와 상기 외측 파이프의 출구 단부 사이의 실질적으로 일정한 길이방향 간격을 유지하기 위하여 상기 외측 파이프에 대한 상기 슈라우드의 이동을 가능하게 할 수 있다. 상기 간격의 유지가 건식야금 작업에서의 상기 랜스의 사용에서 상기 외측 파이프의 하부 단부의 마모 및 버닝 백 (burning back) 을 상쇄시키도록 정렬될 수 있다. 상기 상쇄를 달성하기 위하여, 상기 슈라우드와 상기 외측 파이프 사이의 상대 이동은 상기 건식야금 작업 동안 연속적이거나 단계적일 수 있다. 이를 위하여, 상기 슈라우드는 반응기에 대해 고정되어 남아있을 수 있고, 상기 외측 파이프는, 상기 외측 파이프의 하부 단부의 마모 및 버닝 백을 상쇄시키기 위하여 상기 슈라우드를 통해 하강될 수 있다.
대안적으로, 상기 반응기에 대한 상기 슈라우드의 높이의 조절을 제공하기 위하여 랜스는 상기 외측 파이프에 대한 상기 슈라우드의 이동을 가능하게 할 수 있다. 이러한 경우에, 용융 또는 금속 상 (phase) 의 생성 및/또는 슬래그의 형성으로 인해 용융 욕의 용적이 증가함에 따라, 또는 상이 상기 건식야금 작업 동안 상기 반응기로부터 따라짐 (tapped) 에 따라, 상기 슈라우드는 상기 슈라우드의 하부 단부와 상기 용융 욕의 상부 표면 사이에 실질적으로 일정한 간격을 제공하기 위하여 조절가능해질 수 있다.
추가의 대안예에 있어서, 작용 위치와 비작용 위치 사이에, 또는 가스가 후연소 (post-combustion) 를 위해 존재하는 경우 상기 용융 욕에 대한 열 에너지 전달 속도를 조절하거나 상기 슈라우드의 하부 단부로부터 배출된 가스의 냉각 효과의 강도를 조절하기 위한 위치들 사이에서 상기 슈라우드를 이동시키기 위해 상기 슈라우드는 상기 외측 파이프에 대해 조절가능해질 수 있다.
상기 슈라우드는 둘 이상의 이러한 목적들의 조합에 따라 상기 외측 파이프에 대해 이동가능하거나 조절가능해질 수 있다. 결과로서, 본 발명의 슈라우드는 종래의 고정된 슈라우드 상부 침지형 랜스보다 수개의 이점들을 가능하게 한다. 이들은 다음을 포함한다:
- 상기 슈라우드의 하부 단부의 레벨 및, 따라서 가스가 슈라우드로부터 욕 위의 반응기 공간으로 방출되는 레벨의 전체 제어;
- 강한 산화로부터 강한 환원으로 욕 위의 반응기 공간의 상태를 조절하기 위한 능력;
- 침지된 주입에 의해 튀어진 슬래그 사이의 상호작용의 크기, 따라서 욕의 튀어진 슬래그 상에 의해 프리보드로부터 수취 (take up) 되는 후연소로부터의 열 에너지의 크기에 걸친 제어; 및
- 예를 들어 NOx, 다이옥신, 불안정한 황 및 다른 종의 함량의 감소에 의한 오프가스 품질의 제어.
본 발명의 랜스는 파이프들을 고정된 관계로 구비할 수 있고, 파이프들의 각각에 대해 슈라우드가 길이방향으로 조절되도록 되어 있다. 대안적으로는, 랜스는 전술한 출원 PCT/AU2012/000751 에서 개시된 바와 같은 길이방향으로 조절가능하도록 외측 파이프에 대해 준비될 수 있고, 이는 이하에서 가정된다. 따라서, 일 배열체에서, 내측 파이프의 하부 단부는 외측 파이프의 하부 단부로부터 실질적으로 제로의 오프셋을 가진다. 대안의 배열체에서, 내측 파이프의 하부 단부는 외측 파이프의 하부 단부로부터 후퇴되어 있어서, 내측 파이프의 하부 단부와 외측 파이프의 하부 단부 사이에 혼합 챔버가 규정된다.
랜스는 두 개의 파이프들을 가질 수 있고, 나선형 베인은 일 길이방향 에지가 내측 파이프의 외측 표면에 연결되고 다른 길이방향 에지가 외측 파이프의 내측면에 인접해 있다. 하지만, 파이프는 적어도 세 개의 파이프들을 가질 수 있고, 베인은 일 에지가 외측 파이프의 다음의 최내측 파이프의 외측 표면에 연결되고, 다른 에지가 외측 파이프의 베인 표면에 인접해 있다. 후자의 경우에, 외측 파이프 이외의 파이프들은 서로에 대해 고정되거나 길이방향으로 이동가능할 수 있다.
TSL 건식야금 작업에서의 사용을 위하여, 랜스는 TSL 반응기에 대해 상기 랜스를 전체로서 상승시키거나 하강시키기 위해 작동될 수 있는 장치 (installation) 로부터 현수될 수 있다. 상기 장치는, 전술된 바와 같이, 랜스에 슬래그 코팅을 형성할 수 있도록, 반응기의 용융 욕의 상부에서, 슬래그 상 (phase) 의 표면 위로 랜스의 하부 단부를 위치시키기 위하여 TSL 반응기 내로 랜스를 하강시킬 수 있다. 즉, 이러한 슬래그 코팅은 랜스의 외측 파이프의 하부 크기의 외측 표면에 형성되고, 슈라우드의 하부 크기의 외측 표면에 또한 형성될 수 있다. 그 후, 장치는 슬래그 상 내에 랜스의 하부 단부를 위치시키고 슬래그 내에 침지형 주입을 가능하게 하기 위하여, 그리고 슬래그의 표면 위에 슈라우드의 하부 단부를 위치시키기 위하여 랜스를 하강시킬 수 있다. 또한, 장치는 반응기로부터 랜스를 상승시킬 수 있다. 이러한 이동에서, 랜스는 통째로 이동된다. 하지만, 장치는 슈라우드와 외측 파이프 사이의, 그리고 바람직하게는 랜스의 내측 파이프와 외측 파이프 사이의 길이방향 상대 이동을 제공하기 위하여 또한 작동가능하다. 길이방향 상대 이동은:
(a) 슈라우드의 출구 단부를 통해 방출되는 가스의 기능을 변경시키기 위하여 슈라우드의 출구 단부와 외측 파이프의 출구 단부 사이의 간격을 변경시키도록 랜스의 파이프들에 대해 슈라우드를 상승시키거나 하강시키거나;
(b) 외측 파이프의 하부 단부가 마모하고 번 백함에 따라, 슈라우드의 출구 단부와 외측 파이프의 출구 단부 사이의 실질적으로 일정한 간격을 유지하기 위하여 랜스의 파이프들에 대해 슈라우드를 상승시키거나; 또는
(c) 외측 파이프의 출구 단부와 내측 파이프의 출구 단부의 상대 위치를 실질적으로 일정하게 유지시키기 위하여 또는 조절하기 위하여 외측 파이프가 내측 파이프에 대해 길이방향으로 이동함에 따라 (a) 또는 (b) 에서와 같은 이동을 달성한다.
각각의 경우에, 길이방향 상대 이동은 예컨대 슈라우드의 하부 단부와 외측 파이프의 하부 단부, 및 내측 파이프의 하부 단부 사이에 실질적으로 고정된 상대 위치 결정을 유지시키는 것일 수 있다. 따라서, 상대 위치 결정이 예컨대 혼합 챔버를 제공하는 경우, 길이방향 상대 이동은 가장 바람직하게는 예컨대 실질적으로 고정된, 미리 정해진 또는 선택된 길이에서 혼합 챔버를 유지시키면서, 실질적으로 고정된, 미리 정해진 또는 선택된 길이에서 슈라우드의 하부 단부와 외측 파이프의 하부 단부를 유지시키는 것이다. 미리 정해진 또는 선택된 길이가 유지되는 정확도는 단지 실질적으로 일정해질 필요가 있다. 따라서, 외측 파이프의 하단부에 대한 내측 파이프의 출구 단부의 레벨은 내측 파이프에 대해 필요한 높이의 ± 25㎜ 내에 있도록 내측 파이프와 외측 파이프 사이의 상대 이동에 의해 유지될 수 있다. 유사하게, 외측 파이프의 하부 단부에 대한 슈라우드의 출구 단부의 레벨은 슈라우드에 대해 필요한 레벨의 ± 25㎜ 내에 있도록 유지될 수 있다.
랜스 또는 랜스를 포함하는 장치는 슈라우드와 외측 파이프 사이, 그리고 바람직하게는 내측 파이프와 외측 파이프 사이의 길이방향 상대 이동을 발생시키는 구동 시스템을 구비할 수 있다. 구동 시스템은 외측 파이프의 하부 단부가 마모 및 번 백하는 평균 속도의 판단에 기반하여, 미리 정해진 속도로 이동을 발생시키도록 작동가능할 수 있다. 따라서, 주어진 건식야금 작업에 대해 마모 및 번 백이 4 시간 이동 주기에서 약 100㎜ 인 것으로 공지되는 경우, 구동 시스템은, 그 후, 실질적으로 일정한 혼합 챔버의 길이와 같은, 파이프의 하부 단부에 대한 그리고 슈라우드에 대한 일정한 상대 위치 및 슈라우드에 대한 실질적으로 일정한 상대 레벨을 유지시키기 위하여 1 시간당 25㎜ 의 슈라우드와 외측 파이프 사이의, 그리고 내측 파이프와 외측 파이프의 상대 이동을 발생시킬 수 있다.
슈라우드와 외측 파이프 사이의, 그리고 내측 파이프와 외측 파이프 사이의 상대 이동의 이러한 일정한 속도를 제공하는 구동 시스템의 사용은, 외측 파이프의 하부 단부가 마모 및 번 백하는 실질적으로 일정한 속도를 초래하는 안정한 작동 상태가 존재한다는 것에 대한 가정에 기반할 수 있다. 하지만, 드라이브는 작동 상태에서 변경을 수용할 수 있도록 변할 수 있다. 작동 상태는 연속적인 작동 사이클 사이에서 변할 수 있고, 또는 예컨대 공급 재료의 또는 연료 및/또는 환원제의 그레이드의 변경으로 인해, 또는 욕의 용적의 증가로 인해, 예컨대 슬래그 및/또는 회수된 금속 또는 매트 상의 용적의 증가로 인해 심지어 주어진 사이클 내에서 변할 수 있다. 또한, 변경은 주어진 전반적인 작동의 단계들 사이에서, 예컨대 단일 반응기 내에서 수행되는 2 단계의 구리 매트 전환 프로세스에서의 블리스터 (blister) 구리 블로우 단계와 화이트 금속 블로우 단계 사이에서 또는 3 단계의 납 회수 프로세스의 연속적인 단계들 사이에서 발생할 수 있다. 구동 시스템은 수동으로 또는 원격 제어에 의해 조절가능할 수 있다. 대안적으로, 구동 시스템은 프로세스의 적어도 하나의 파라미터를 모니터링할 수 있는 적어도 하나의 센서로부터의 아웃풋에 응하여 조절가능할 수 있다. 예를 들어, 센서는 반응기 오프-가스의 조성, 적합한 위치에서의 반응기 온도, 욕 위의 또는 가스 오프-테이크 (off-take) 덕트 내의 가스 압력, 슬래그 상과 같은 욕의 구성 요소의 전기 전도율, 랜스의 외측 파이프의 전기 전도율을 모니터링하기에 적합한 센서일 수 있고, 또는 센서는 슈라우드와 외측 파이프 사이의, 또는 내측 파이프와 외측 파이프 사이의 랜스의 길이를 따라 외측 파이프의 실제 길이를 광학 측정하기 위한 광학 센서일 수 있고, 또는 2 개 이상의 이러한 파라미터를 모니터링하기 위한 센서들의 조합일 수 있다.
본 발명이 더 용이하게 이해될 수 있도록, 상세한 설명은 첨부한 도면에 관한 것이다.
도 1 은 건식야금 상부 침지형 랜싱 작업을 수행하는데 있어서 사용 중의 랜스의 제 1 형태를 측면도로 개략적으로 도시한다.
도 2 는 도 1 에 상응하지만, 랜스의 제 2 형태를 도시한다.
도 3 은 TSL 건식야금 작업용 랜스의 제 3 형태의 단면도를 개략적으로 나타낸다.
도 4 는 도 3 에 상응하지만, 상기 작업용 랜스의 제 4 형태를 개략적으로 나타낸다.
도 5 는 도 3 에 상응하지만, 상기 작업용 랜스의 제 5 형태를 개략적으로 나타낸다.
도 1 은, 사용 중에서와 같이 개략적으로 도시된 상부 침지형 랜스 (11) 를 도시한다. 랜스 (11) 는, 적어도 내측 파이프 (미도시) 가 공축으로 연장하는 외측 파이프 (13), 및 상기 파이프 (13) 의 상부 크기와 동심인 슈라우드 (shroud; 15) 를 포함한다. 랜스 (11) 의 하부 단부는 상부 침지형 랜싱 반응기 (미도시) 에 포함된 용융 욕의 슬래그 (17) 층에 침지되어 도시된다. 외측 파이프 (13) 내에 하향 통과하는 재료가 슬래그 (17) 의 표면 아래로 주입되는 동안에 슈라우드 (15) 의 하부 단부가 슬래그 (17) 의 상부 표면 위로 이격되도록 침지의 크기가 존재한다.
슬래그 (17) 내의 주입은 상기 슬래그의 난류 및 튐 (splashing) 을 생성한다. 튐은 파이프 (13) 의 오른쪽에 라인 19 에 의해 개략적으로 도시되었지만, 사실은, 튐은 파이프 (13) 의 전체 둘레의 주위에 생성될 수 있다. 랜스 (11) 는, 화살표 A 로 나타낸 바와 같이 랜스 (11) 를 전체로서 상승시키거나 하강시킬 수 있는 장치 (installation; 미도시) 로부터 현수된다. 랜스 (11) 가 그의 하부 단부를 침지시키기 위하여 위치되기 이전에, 랜스 (11) 는, 하부 단부가 슬래그 (17) 의 표면 바로 위에 존재하도록 위치된다. 그 후, 공기가 랜스 (11) 로부터 슬래그 (17) 를 향해 하향 블로잉되어, 슬래그가 휘저어지고 튐 (19) 이 생성된다. 이는 외측 파이프 (13) 의 외측 표면의 하부 크기를 덮는 용융 슬래그 액적을 초래한다. 랜스를 통해 블로잉되는 가스가 파이프 (13) 를 냉각시키고 슬래그 튐 (19) 을 응고시켜, 응고된 슬래그 코팅 (21) 이 형성된다. 그 후, 랜스 (11) 는 랜스 (11) 의 하부 단부를 침지시키기 위하여 장치에 의해 하강된다. 부분적으로 침지되었음에도 불구하고, 코팅 (21) 은 용융 슬래그 (17) 와 접촉상태에 있는 응고된 슬래그에도 불구하고 주입된 가스의 냉각 효과에 의해 유지될 수 있다.
용융 슬래그 (17) 위에 있는 슈라우드 (15) 의 하부 단부의 높이는, 도시된 바와 같이, 슈라우드 (15) 의 외측 표면이 튐 (19) 에 의해 임의의 상당한 정도까지 코팅되지 않도록 존재할 수 있다. 가스, 전형적으로는 공기 또는 산소 풍부 공기는, 화살표 23 으로 나타낸 바와 같이, 파이프 (13) 를 따라 하향 유동되고 슬래그 (17) 의 표면 위의 반응기 공간으로 방출하도록 슈라우드 (15) 와 파이프 (13) 사이의 환형 공간을 통해 공급될 수 있다. 슈라우드 (15) 의 높이에도 불구하고, 가스 유동 (23) 은 고체 슬래그 코팅 (21) 을 유지시키기 위하여 파이프 (13) 의 충분한 냉각을 유지시키는 것을 돕는다. 코팅 (21) 의 유지는, 슬래그 튐 (19) 에 의해 시작되는 후연소로부터 열 에너지를 야기시키기 위해 가스 유동 (23) 이 용융 욕으로부터 발달되는 가스의 후연소를 위해 사용되는 때에도 여전히 가능하다. 후연소는 금속 증기, 유리 (free) 유황, 수소 및/또는 일산화탄소, NOx 및/또는 다이옥신 및 다른 유해 유기물을 가질 수 있다.
슈라우드 랜스의 공지된 형태에서, 슈라우드는 고정된 길이를 갖고, 슈라우드의 출구 단부가 외측 파이프의 출구 단부로부터 이격되는 거리는, 단지, 슈라우드의 하부 단부로부터의 일부를 절단함으로써, 또는 현존하는 슈라우드에 추가의 길이를 용접함으로써 변할 수 있다. 따라서, 슈라우드는 고정되고, 슈라우드의 조절은, 랜스가 사용되지 않는 동안, 비교적 미세한 조절에 적합하지 않은 수동 작업을 본질적으로 필요로 한다.
슈라우드 랜스의 공지된 형태에 대조하여, 슈라우드 (15) 는, 슈라우드 (15) 의 하부 단부와 파이프 (13) 의 하부 출구 단부 사이의 간격 (X) 을 변경시킬 수 있도록 파이프 (13) 의 상부 단부에 대해 조절할 수 있다. 간격 (X) 을 변경시킬 수 있는 다수의 상이한 배열체가 존재한다. 제 1 배열체에서, 슈라우드 (15) 는 파이프를 따라서 전체로서 역전가능하게 이동할 수 있도록 파이프 (13) 의 상부 단부에 조절가능하게 장착된다. 제 2 배열체에서, 슈라우드 (15) 는 파이프 (13) 에 관하여 고정되지만, 슈라우드 (15) 는, 슈라우드의 하부 단부가 거리 (X) 를 각각 감소시키거나 증가시키기 위하여 파이프 (13) 의 하부 단부를 향해 연장되거나 상기 파이프 (13) 의 하부 단부로부터 후퇴될 수 있도록 길이를 변경시킬 수 있다. 제 2 배열체의 일 형태에서, 슈라우드 (15) 는 길이방향으로 겹쳐지는 적어도 두 개의 텔레스코픽 섹션 (telescopic section) 을 포함할 수 있고, 상기 섹션들 중 하나는 파이프 (13) 에 관하여 고정되는 반면, 다른 섹션 또는 각각의 다른 섹션은 고정된 섹션에 대해 길이방향으로 슬라이딩할 수 있다.
제 2 배열체의 다른 형태에 있어서, 슈라우드 (15) 는 또한 길이방향으로 겹쳐지는 적어도 두 개의 섹션들을 포함하고, 상기 섹션들 중 하나는 외측 파이프에 관하여 고정되거나 체결되고, 적어도 하나의 섹션이 연장되거나 후퇴될 수 있는 나사형 스레디드 결합에 의해 섹션들은 조절가능해진다.
도시한 바와 같은 도 1 의 배열체로, 파이프 (13) 의 침지 깊이에 대한 간격 (X) 은 슬래그 코팅이 슈라우드 (15) 에 형성되지 않도록 존재한다. 물론, 이것은 더 큰 침지의 깊이에 대해, 건식야금 작업 동안 슬래그의 상승 레벨을 변경시킬 수 있거나, 파이프 (13) 상의 슈라우드 (15) 를 하강시키거나 간격 (X) 을 줄이면서 슈라우드 (15) 의 길이를 증가시킬 수 있다. 또한, 일부 먼지 또는 다른 침전물은 슈라우드 (15) 의 외측 표면에 수집될 수 있다. 슈라우드 (15) 에 형성되는 가능한 슬래그 또는 먼지 코팅의 관점에서, 제 2 배열체의 각각의 형태로, 슈라우드 (15) 의 최내측 섹션은 파이프 (13) 와 관련하여 고정되어서 외측 섹션이 완전히 후퇴되는 때에도 길이 (X) 의 변경 범위에 걸쳐 노출되지 않는 것이 바람직하다.
도 2 는 랜스 (11a) 의 대안의 형태를 도시한다. 이러한 배열체는 도 1 의 랜스 (11) 의 상세한 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다. 도 2 에 도시된 특징부들은 도 1 에 도시된 바와 같이 동일한 참조 번호를 가지지만, 접미사 "a" 에 의해 구별된다.
랜스 (11a) 용 배열체는 주로 슈라우드 (15a) 가 더 길다는 점에서 상이하여, 도 1 의 랜스 (11) 에 대한 거리 (X) 보다 실질적으로 더 작은 외측 파이프 (13a) 의 하부 단부와 슈라우드 (15a) 의 하부 단부 사이의 거리 (Y) 를 야기한다. 결과로서, 슬래그 코팅 (25a) 은 파이프 (13a) 상의 코팅 (21a) 에 더하여 슈라우드 (15a) 에 형성되었다. 볼 수 있는 바와 같이, 파이프 (13a) 에서의 코팅 (21a) 의 두께는, 슈라우드 (15a) 가 파이프 (13a) 에 대한 슈라우드 (15a) 의 조절로 얻어질 수 있는 범위에 대해 최소 값으로 거리 (Y) 를 갖고서 최하부 위치에 있을 때에, 예를 들어, 슈라우드 (15a) 와 파이프 (13a) 사이의 환형 공간의 하부 단부를 차단하지 않는다.
간격 (X) 과 비교하여 더 작은 간격 (Y) 은 복사열 에너지에 대한 외측 파이프 (13a) 에 증가된 보호를 제공하는 슈라우드 (15a) 를 야기한다. 또한, 슈라우드 (15a) 와 파이프 (13a) 사이의 환형 공간을 통해 공급되는 가스는 파이프 (13a) 의 더 큰 길이에 걸쳐 냉각을 제공할 수 있다. 이는, 심지어 용융 슬래그 (17a) 와 접촉 상태에 있는 침지된 부분에 걸쳐, 파이프 (13a) 에 고체 슬래그 코팅 (21a) 을 유지시키는 것을 돕는다. 추가된 냉각은, 슈라우드 (15a) 의 하부 단부로부터 방출되는 산소 함유 가스가 슬래그 (17) 의 표면에 근접하여 후연소를 위해 사용되는 경우에도 고체 슬래그 코팅 (21a) 의 유지를 가능하게 하는데 유리할 수 있어서, 후연소에 의해 생성된 열 에너지의 슬래그에 의한 수취가 높다.
도 1 및 도 2 의 랜스 (11 및 11a) 는 구동 시스템과 사용될 수 있다. 이는 본 명세서에서 전술된 바와 같이 존재할 수 있거나, 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명되는 바와 같이 존재할 수 있다.
도 3 의 랜스 (10) 는 환형 단면의 두 개의 동심의 강 파이프들을 가진다. 상기 파이프들은 내측 파이프 (12) 와 외측 파이프 (14) 를 포함한다. 환형 통로 (16) 는 파이프들 (12 및 14) 사이에서 규정된다. 통로 (16) 를 따라, 나선형 베인 또는 배플 (20) 이 냉각을 강화하기 위하여 사용될 수 있다. 배플의 섹션 또는 각각의 섹션은, 파이프 (12) 주위에 나선형으로 연장하는 스트립 또는 리본에 의해 제공되고 일 에지가 파이프 (12) 의 외측 표면에 용접되며, 다른 에지가 외측 파이프 (14) 의 내측 표면에 가까이 인접해 있다. 배플의 형태는 Floyd 의 U.S. 특허 4251271 의 도 2 에 도시된 스윌러 스트립 (swirler strips; 14) 의 형태와 유사할 수 있다.
또한, 랜스 (10) 는, 파이프 (12 및 14) 와 동심이고 외측 파이프 (14) 의 상부 단부에 장착되는 환형 슈라우드 (22) 를 포함한다. 슈라우드 (22) 는, 파이프 (12 및 14) 에 관하여 고정된 내측 슬리브 (24) 및 상기 내측 슬리브 (24) 에서 길이 방향으로 조절가능한 외측 슬리브 (26) 를 포함하는 두 개의 동심의 슬리브들을 구비한다. 내측 슬리브 (24) 상의 외측 슬리브 (26) 를 하강시키거나 상승시킴으로서, 슬리브 (26) 의 하부 단부와 외측 파이프 (14) 의 하부 출구 단부 사이의 간격 (N) 이 도시된 바와 같이 최대와 최소 사이에서 변경될 수 있다.
슬리브 (26) 는 슬리브 (24) 상에서 텔레스코픽 슬라이딩이 가능해질 수 있다. 상기 경우에, 슬리브들 중 하나는 스플라인 커플링을 제공하기 위하여 다른 슬리브에서 규정된 그루브들과 함께 맞물리는 리지들 (ridges) 또는 톱니들을 가질 수 있다. 리지들 또는 톱니들 그리고 그루브들은 랜스 (10) 의 축선에 평행하게 또는 상기 축선 주위에 나선 방향으로 연장할 수 있어서, 슬리브 (26) 는 슬리브 (24) 를 따라서 선형으로 이동할 수 있거나 길이방향으로 그리고 둘레방향으로 모두 이동하도록 회전할 수 있다. 후자의 경우에, 슬리브들 (24, 26) 은, 상기 슬리브들 사이의 스레디드 커플링을 규정하는 나선형 리지들 및 그루브들을 각각 구비할 수 있다.
내측 파이프 (12) 의 하부 단부는 거리 (L) 만큼 외측 파이프 (14) 의 하부 단부 위로 이격된다. 이는, 혼합 챔버로서 기능하는 파이프 (12) 아래의 파이프 (14) 의 크기의 챔버 (18) 를 초래한다.
도시된 간단한 배열체에서, 공기, 산소 또는 산소 풍부 공기는 랜스 (10) 의 상부 단부에서 통로 (16) 에 공급된다. 임의의 필요한 이송 매체를 갖는 적합한 연료는 파이프 (12) 의 상부 단부에 공급된다. 통로 (16) 내의 나선형 배플은 통로 (16) 에 공급되는 가스에 강한 소용돌이 작용을 가한다. 따라서, 가스의 냉각 효과는 강화되고 가스 및 연료는 챔버 (18) 내에서 함께 친밀하게 혼합되고, 혼합물은 랜스 (10) 의 하부 단부로부터 나오는 강한 연소 화염의 생성 및 연료의 효과적인 연소를 생성하기 위하여 점화될 수 있다. 연료에 대한 산소의 비는 랜스의 하부 단부에서 또는 랜스의 하부 단부 아래에서 생성되는 환원 또는 산화 조건들의 강도에 따라 변할 수 있다. 연소 화염에서 소비되지 않은 산소 또는 연료는 욕의 슬래그 내에 주입되고, 연소 화염에서 소비되지 않은 연료의 임의의 성분은 환원제로서 슬래그 내에서 이용가능하다. 이를 위하여, 이는 종종 연료/환원제가 랜스에 의해 주입되는 TSL 주입으로 나타낸다.
통로 (16) 에 공급되는 산소 또는 산소 풍부 공기의 공급에 더하여, 공기, 산소 또는 산소 풍부 공기는 슈라우드 (22) 와 파이프 (14) 에 의해 규정되는 통로 (28) 의 상부 단부에 공급된다. 통로 (28) 에 공급된 가스는 통로 (16) 에 공급된 가스와 동일하거나 상이할 수 있다. 통로 (28) 의 길이는 슬리브 (24) 의 상부 단부와 슬리브 (26) 의 하부 출구 단부 사이의 간격에 상응하고, 슬리브 (24) 에 대한 슬리브 (26) 의 연장 또는 후퇴로 변경된다. 통로 (28) 를 통해 공급된 가스는 외측 파이프 (14) 를 냉각시키기 위해 제공되고, 슈라우드 (22) 의 하부 단부에서 방출하는 때에는, 예를 들어, 랜스 (10) 가 건식야금 프로세스 또는 작업을 수행하는 동안 사용되는 용융 욕으로부터 발달하는 금속 증기, 유리 유황, 수소, 일산화탄소, NOX 및/또는 유기물, 예를 들어 다이옥신의 후연소를 가능하게 한다.
도 4 에 도시된 랜스 (30) 용 배열체는 도 3 의 상세한 설명으로부터 이해될 것이다. 상응하는 부품들은 도 3 의 참조 번호에 20 을 더한 참조 번호를 가진다. 이러한 경우에서의 차이점은, 내측 파이프와 외측 파이프 (32 및 34) 사이에 위치되는 제 3 파이프 (33) 로 인해, 랜스 (30) 가 3 개의 동심의 파이프를 갖는 것이다. 따라서, 통로 (36) 및 스윌러 (40) 는 파이프들 (33 및 34) 사이에 있다. 또한, 파이프 (33) 의 하부 단부는 파이프 (34) 의 하부 단부로부터 거리 (M-L) 만큼 후퇴되고, 여기서 M 은 파이프들 (33 및 34) 의 하부 단부들 사이의 거리이고, L 은 파이프들 (32 및 33) 의 하부 단부들 사이의 거리이다. 따라서, 혼합 챔버 (38) 는 파이프 (33) 의 단부 아래에 있는 파이프 (32) 의 길이의 주위에 환형 연장부를 갖는다.
게다가, 나선형 배플 (미도시) 이 제공된다. 하지만, 이러한 경우에, 배플은 파이프 (33) 외 외측 표면에 장착되고 통로 (36) 를 가로질러 연장하여서, 배플의 외측 에지는 파이프 (34) 의 내측 표면에 근접해 있다. 게다가, 도 4 의 랜스 (30) 는 거리 (P) 를 변화시키기 위하여 파이프 (34) 에 고정된 슬리브 (44) 및 상기 슬리브 (44) 상에서 조절가능한 슬리브 (46) 를 갖는 슈라우드 (42) 를 구비한다.
랜스 (30) 의 이러한 실시형태에서, 연료는 파이프 (32) 의 상부 단부에서 공급되고, 유리 산소 함유 가스는 파이프 (34) 를 통해 파이프 (33) 와 파이프 (34) 사이의 통로 (36) 를 따라 그리고 슈라우드 (42) 와 파이프 (34) 사이의 통로 (48) 를 따라 공급된다. 또한, 플럭스 (flux) 에 더하여, 농축물, 과립 슬래그 또는 과립 매트와 같은 공급재는 파이프 (33) 를 통해 파이프 (32) 와 파이프 (33) 사이의 환형 통로 (37) 를 따라 공급될 수 있다. 산소 함유 가스 및 공급물의 혼합은 파이프 (32) 의 단부 이전에 시작되고, 그 후 가스/공급물의 혼합물이 파이프 (32) 의 단부 아래에서 연료와 혼합된다. 또, 연료는 혼합 챔버 (36) 에서 연소되고, 공급물은, 랜스 (30) 가 연장하는 반응기의 슬래그층 내에 주입되기 이전에, 적어도 예열되거나, 가능하게는 부분적으로 용융되거나 반응될 수 있다.
도 5 는 도 3 의 랜스 (10) 의 변형예를 도시한다. 유사한 변형예는 도 4 의 랜스 (30) 를 기반할 수 있다. 랜스 (10) 의 부품들에 상응하는 도 5 의 랜스의 부품들은 동일한 참조 번호에 40 을 더한 참조 번호를 가진다.
도 5 의 랜스 (50) 는 랜스 (10) 의 상세한 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다. 일 차이점은 나선형 배플이 제공되지 않는다는 것이지만, 배플이 사용될 수도 있다.
또한, 슈라우드 (62) 는 랜스를 따라서 외측 파이프 (54) 를 전체로서 조절가능한 단일 슬리브 (25) 만을 포함한다. 조절은 예를 들어 랜스 (10) 의 슈라우드 (22) 의 내측 슬리브 (24) 상의 외측 슬리브 (26) 의 조절에 대해 설명될 수 있다.
당업자들이 인식할 수 있는 바와 같이, 도 3 내지 도 5 에 나타낸 공급 배열체는 단지 중심 개념에 대한 변형의 예이다. 다양한 기체 및 고체에 대해 선택된 주입 고리 또는 통로는, 그 안에 스월러 또는 배플이 사용되거나 사용되지 않을 수도 있는 것처럼, 본 발명의 본질에 영향을 미치지 않으면서 변할 수 있다.
각각의 랜스 (10, 30 및 50) 는, 다양한 1 차 공급물 및 2 차 공급물로부터의 여러 금속들의 생산을 위해, 그리고 다양한 잔류물 및 폐기물로부터의 금속의 회수에 있어서, 여러 가지의 건식야금 작업에서 사용될 수 있다. 랜스 (10, 30 및 50) 는 동심의 파이프로 구성되고, 2 개 또는 3 개의 파이프들이 통상적이며, 일부 특정 적용을 위해 랜스에 적어도 하나의 추가의 파이프가 있을 수 있다. 랜스는 공급물, 연료 및 처리 가스를 용융 욕에 주입시키기 위해 사용될 수 있다.
모든 경우에서, 랜스의 파이프들은 랜스가 사용되는 TSL 반응기의 루프 아래에 고정된 작업 길이를 가진다. 더 구체적으로는, 랜스 위치는 욕에 상관이 있고, 전반적인 랜스의 길이는 통상적으로 노의 화로로부터 고정된 거리에 이르기에 충분히 길다. 하지만, 바람직하게는, 각각의 랜스 (10, 30 및 50) 는 특히 건식야금 작업에 필요한 각각의 혼합 챔버 (16 및 36) 에 대해 실질적으로 일정한 길이를 유지시키기 위해 조절가능하다. 랜스 (10 및 50) 의 경우에, 다른 방법으로 길이 (L) 를 감소시킬 수 있는 파이프 (14) 의 하부 단부의 마모 및 번 백에도 불구하고, 배열체는 길이 (L) 를 실질적으로 일정하게 유지시킬 수 있다. 유사하게, 랜스 (30) 의 경우에, 다른 방법으로 길이 (L 및 M) 를 감소시킬 수 있는 파이프 (34) 의 하부 단부의 마모 및 번 백에도 불구하고, 배열체는 각각의 길이 (L 및 M) 를 실질적으로 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 랜스 10 및 50 의 경우의 길이 L, 및 랜스 30 의 경우의 길이 L 및 M 은 원하는 건식야금 작업의 상부 침지형 랜싱 주입에 그리고 원하는 작업 조건에 대해 최적의 조건을 제공하는 세팅으로 유지될 수 있다.
랜스 (30) 의 경우에, 통로 (36 및 37) 는, 상이한 재료들이 챔버 (38) 로 배출되어 혼합되는 때까지, 상이한 재료들을 서로 격리시킬 수 있다. 랜스는, 여전히 추가의 재료를 통과시킬 수 있는 추가의 통로를 초래하는 적어도 하나의 추가의 파이프를 가질 수 있다. 적어도 하나의 추가의 파이프는 L 또는 M 에 상응하는 후퇴 거리 또는 L 및 M 과는 다른 후퇴 거리를 가질 수 있다. 또한, 랜스 (30) 에서, 각각의 L 및 M, 및 임의의 추가의 파이프의 후퇴 거리는 작업 조건에서의 요구되는 변화를 보상하도록 조절가능할 수 있다.
랜스 (10 및 30) 는 여러 가지 상이한 형태 중 임의의 구동 시스템 (D) 을 갖는 것으로 도시된다. 각각의 시스템 (D) 이 각각의 랜스 (10, 30) 로부터 이격되고 라인 또는 구동 링크 (41) 에 의해 작동 연결된 것으로서 도시되는 반면, 구동 시스템 (D) 은, 구동 시스템 (D) 의 본질에 따라, 랜스 (10, 30) 상에, 랜스가 현수되는 장치에, 또는 일부 인접한 구조체 상에 장착될 수 있다. 따라서, 라인 또는 링크 (41) 는, 각각의 슈라우드 (22, 42) 의 외측 슬리브를 내측 슬리브에 대해 길이방향으로 조절할 수 있는 직접적인 기계적인 드라이브일 수 있다. 또한, 링크는, 외측 파이프의 하부 단부의 마모 및 번 백을 보상하기 위하여 하나의 파이프를 다른 파이프에 대해 길이방향으로 이동시킬 수 있다. 대안적으로, 라인 또는 링크 (41) 는, 랜스 (10, 30) 를 현수하는 장치에 대한 커플링을 통해 시스템 (D) 의 작용을 나타낼 수 있다. 각각의 경우에, 시스템 (D) 은 랜스의 슬리브들 사이에서, 바람직하게는 랜스 (10, 30) 의 파이프들 사이에서 고정 속도의 상대 이동을 전하기 위하여, 제어된 설정 시간에 기반하여 작동될 수 있다. 대안적으로, 드라이브는 제어 유닛 (C) 에 의해 생성되는 신호에 응답하여 작동가능할 수 있다. 신호가 제어 유닛 (C) 에 의해 모니터링되는 센서 (S) 로부터의 아웃풋 (output) 에 응답하여 조절가능하도록 배열체가 구성될 수 있다. 센서는 랜스 (10 및 30) 의 외측 슬리브의 하부 단부의 마모 및 번 백에 의해 야기되는 길이 (L 및 M) 의 변경을 나타내는 아웃풋을 제공하도록 위치되어 작동가능할 수 있다.
구동 시스템 (D) 및 센서 (S) 는 작동가능할 수 있거나 전술한 본질을 가질 수 있다.
본 발명의 랜스는 종래의 고정식 슈라우드의 상부 침지형 랜스보다 많은 이점을 제공할 수 있다. 이러한 이점들은 다음을 포함한다:
(a) 랜스의 마모 및 번 백이 불가피한 경우, 슈라우드의 출구 단부와 외측 파이프의 출구 단부 사이의 요구되는 간격이 실질적으로 유지될 수 있다. 이는 최적 세팅이 건식야금 작업을 통해 유지되는 것을 가능하게 한다.
(b) 상이한 작업 조건을 요구하는 단계의 시퀀스에서 건식야금 작업이 수행되는 경우, 슈라우드는 각각의 스테이지에서 요구되는 대로 위치되거나 주어진 단계에서 요구되지 않으면 후퇴될 수 있다.
(c) 후연소, 오프가스 제어, 및 튀어진 슬래그와 상부 노의 구역에서 발생하는 반응들과의 상호작용을 포함하는 프로세스 파라미터의 제어.
마지막으로, 여러 변경, 수정 및/또는 추가가 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어남 없이 전술한 부품들의 구성 및 배열체에 도입될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (23)

  1. 상부 침지형 랜싱 (top submerged lancing; TSL) 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스로서,
    상기 랜스는 실질적으로 동심인 내측 파이프 및 외측 파이프를 적어도 구비하고, 상기 내측 파이프 또는 적어도 다음의 최내측 파이프의 하부 출구 단부가 상기 건식야금 작업에 필요한 상기 외측 파이프의 하부 출구 단부에 대해 레벨을 두고서 세팅되고,
    상기 랜스는 슈라우드 (shroud) 를 추가로 포함하고, 상기 슈라우드를 통해 상기 외측 파이프가 연장하며, 상기 슈라우드는 상기 외측 파이프와 함께 통로를 규정하기 위하여 상기 외측 파이프의 상부 부분에 장착되어 상기 외측 파이프의 상기 상부 부분을 따라 연장하고, 상기 통로를 따라서는 가스가 상기 랜스의 밖으로의 방출을 위해 상기 외측 파이프의 상기 출구 단부를 향해 유동하도록 공급되고, 상기 슈라우드의 출구 단부와 상기 외측 파이프의 출구 단부 사이의 길이방향 간격을 실질적으로 유지시킬 수 있도록 또는 변경시킬 수 있도록 상기 슈라우드는 상기 외측 파이프에 대해 길이방향으로 조절할 수 있는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    건식야금 작업에서의 랜스의 사용 시에 상기 외측 파이프의 하부 단부의 마모 (wearing) 및 버닝 백 (burning back) 을 상쇄 (offset) 시키기 위하여, 예를 들어, 슬래그 및 오프가스에서의 화학 포텐셜을 유지/제어하기 위하여, 상기 슈라우드의 출구 단부와 상기 외측 파이프의 출구 단부 사이의 실질적으로 일정한 길이방향 간격을 유지하도록 상기 외측 파이프에 대한 상기 슈라우드의 이동이 가능해지는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슈라우드와 상기 외측 파이프 사이의 상대 이동은 작업 중에 연속적이거나 단계적일 수 있는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슈라우드는 반응기에 대해 고정 상태로 남아있고, 상기 외측 파이프는, 상기 외측 파이프의 하부 단부의 마모 및 버닝 백을 상쇄시키기 위하여 상기 슈라우드를 통해 하강될 수 있는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    용융 또는 금속 상 (phase) 의 생성 및/또는 슬래그의 형성으로 인해 욕 (bath) 의 용적이 변화함에 따라 또는 상이 작업 중에 상기 반응기로부터 따라짐 (tapped) 에 따라, 상기 슈라우드의 하부 단부와 용융 욕의 상부 표면 사이에 실질적으로 일정한 간격을 제공하기 위해 조절될 수 있는 상기 슈라우드에 의해, 상기 반응기에 대한 상기 슈라우드의 높이의 조절을 제공하도록 상기 랜스는 상기 외측 파이프에 대한 상기 슈라우드의 이동을 가능하게 하는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  6. 제 3 항에 있어서,
    작용 위치와 비작용 위치 사이에서, 또는 가스가 후연소 (post-combustion) 를 위해 존재하는 경우 용융 욕에 대한 열 에너지 전달 속도를 조절하거나 상기 슈라우드의 하부 단부로부터 배출된 가스의 냉각 효과의 강도 (intensity) 를 조절하기 위한 위치들 사이에서 상기 슈라우드를 이동시키기 위해 상기 슈라우드는 상기 외측 파이프에 대해 조절가능한, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프들은 고정된 관계로 존재하고, 상기 파이프들의 각각에 대해 상기 슈라우드가 길이방향으로 조절되도록 되어 있는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슈라우드가 전체로서 상기 외측 파이프를 따라 이동할 수 있도록 상기 슈라우드는 상기 외측 파이프에 조절가능하게 장착되는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슈라우드는 적어도 두 개의 동심 슬리브들을 포함하고, 상기 슬리브들 중 하나는 상기 외측 파이프에 관하여 고정되고 적어도 하나의 다른 슬리브는 고정된 슬리브와 상기 외측 파이프에 대해 조절가능한, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 파이프의 하부 단부와 다음의 파이프의 하부 단부 사이에서 규정된 혼합 챔버의 길이가, 상기 외측 파이프의 하부 단부의 마모 및 버닝 백을 보상하기 위하여 사용 기간 동안에 원하는 세팅으로 유지될 수 있도록 하기 위해, 상기 내측 파이프와 상기 외측 파이프의 상대 위치는 길이방향으로 조절가능한, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 내측 파이프의 하부 단부는 상기 외측 파이프의 하부 단부로부터 실질적으로 제로 (zero) 오프셋을 갖는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 내측 파이프의 하부 단부는 상기 외측 파이프의 하부 단부로부터 후퇴 (set back) 되어 있어서, 상기 내측 파이프의 하부 단부와 상기 외측 파이프의 하부 단부 사이에 혼합 챔버가 규정되는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 랜스는 적어도 세 개의 파이프들을 구비하고, 베인 (vane) 은 일 길이방향 에지가 상기 외측 파이프의 다음의 최내측 파이프의 외측 표면에 연결되고, 다른 에지가 상기 외측 파이프의 내측 표면에 인접해 있는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 파이프 이외의 파이프들은 서로에 대해 길이방향으로 고정되는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 랜스는 TSL 반응기에 대해 상기 랜스를 전체로서 상승시키거나 하강시키기 위해 작동될 수 있는 장치 (installation) 로부터 현수 (suspended) 될 수 있고, 상기 내측 파이프가 장착부에 대해 상승될 때에 상기 랜스를 전체로서 지지하는 장착부를 하강시키는 상기 장치에 의해 상기 랜스는 상기 내측 파이프와 상기 외측 파이프 사이의 길이방향 상대 이동을 가능하게 하거나, 상기 내측 파이프를 고정 유지시키면서 상기 외측 파이프를 하강시킴으로써 상기 랜스는 상기 내측 파이프와 상기 외측 파이프 사이의 길이방향 상대 이동을 가능하게 하는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 파이프의 하부 단부에 대한 상기 슈라우드의 출구 단부의 레벨은 상기 내측 파이프에 대해 필요한 레벨의 ±25㎜ 내에 있도록 상기 슈라우드와 상기 외측 파이프 사이의 상대 이동에 의해 유지될 수 있는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슈라우드와 상기 외측 파이프의 길이방향 상대 이동을 발생시키는 구동 시스템을 추가로 포함하는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은 미리 정해진 실질적으로 일정한 속도로 상대 이동을 발생시키도록 작동가능한, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 드라이브는 상기 랜스가 사용되는 작동 조건에서의 변경을 수용하기 위하여 가변적인, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은 수동으로 조절가능한, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 시스템은 원격 제어로 조절가능한, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  22. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 랜스는, 건식야금 작업의 적어도 하나의 파라미터를 모니터하고 상기 구동 시스템을 조절할 수 있는 아웃풋 (output) 을 제공할 수 있는 연계된 센서를 포함하거나 구비하는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 랜스는, 상기 외측 파이프와 상기 내측 파이프와의 사이의 또는 상기 랜스가 적어도 세 개의 실질적으로 동심의 파이프들을 구비하는 경우에는 상기 외측 파이프와, 상기 외측 파이프와 상기 내측 파이프 사이의 다음의 최내측 파이프와의 사이의 환형 공간에서 길이방향으로 연장하는 나선형 베인 또는 다른 유동 형상화 디바이스를 추가로 포함하는, 상부 침지형 랜싱 주입에 의해 건식야금 작업을 수행하기 위한 랜스.
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