KR20200037950A - 내부 지지 어셈블리를 구비한 랜스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스를 적어도 부분적으로 유도하기 위한 랜스를 제공한다. 상기 랜스는 그 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장하는 몸체를 구비하되, 상기 몸체는 상부 및 하부, 및 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기를 구비한다. 또한, 상기 랜스는 상기 몸체를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리를 구비하되, 상기 내부 지지 어셈블리는 상기 몸체 내부에 배치되고 상기 몸체의 상기 하부 및 상부와 적어도 부분적으로 결합되는 내부 튜브를 구비함으로써, 상기 내부 지지 어셈블리가 상기 분배기에 대해 상류측 및 하류측에서 상기 몸체를 지지한다. 또한, 상기 랜스는 상기 내부 지지 어셈블리에 대해 하류측에 배치되는 하부 확장 조인트, 및 상기 하부 확장 조인트에 대해 상류측에 배치되는 상부 확장 조인트를 구비한다. 상기 랜스를 이용하는 공정은 BOF에서 스크랩 중량을 증가시키고 랜스의 자가 세척 및 용기 세척을 수행하도록 발열반응을 이용하는 방식으로 산소 함유 또는 가연성 가스를 유도하기 위한 것이다.

Description

내부 지지 어셈블리를 구비한 랜스{A Lance Including An Internal Support Assembly}
본 발명은 BOF 내에서 스크랩(scrap)의 중량을 증가시키고; 랜스의 자가 세척(self-cleaning)을 수행하고; 용기 세척(vessel cleaning)를 수행하기 위한 발열반응(exothermic reaction)을 촉진하기 위해 산소 함유 또는 가연성 가스를 이용하도록 설계된 몸체를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리(internal support assembly)를 구비한 몸체를 갖는 랜스(lance)에 관한 것이다.
순산소 제강법(basic oxygen steelmaking)과 같은 제련공정에서는 제련용 전로(metallurgical converter)의 용탕(molten metal)으로부터 산화성 원소를 효율적으로 제거하기 위해 대형 수냉식 산소취입 랜스(water-cooled oxygen lances)(통상, 약 6 인치 내지 16 인지의 직경과 65-85피트의 길이를 가짐)가 이용된다. 이들 랜스는 일반적으로 대략 10톤가량의 중량 증가가 가능하고, 랜스의 말단부에 위치한 일차 산소포트 이외에도, 이 랜스는 랜스 외부에 위치하되 상기 일차 산소 포트로부터 이격되어 배치되는 소형 산소 포트 링(ring)을 구비한다. 이 링은 분배기(distributor)로 알려져 있다.
BOF 제강 공정에서, 일차 반응은 산소와 탄소 간에 일어난다. 제강욕(steelmaking bath)에서 일어나는 산소와 탄소 간의 일차 반응 이외에도, 일차 반응의 결과로서 두 번의 이차 반응이 일어난다. 후 연소(post combustion)란 일반적으로 선박의 건현(freeboard)의 제강욕 위에서 일어나는 일산화탄소와 유리 산소(free oxygen)간의 반응을 정의하기 위해 사용되는 일반 용어이다. 이차 탈탄(secondary decarburization)은 일차 반응의 결과로서 발생하는 슬래그-금속 에멀션(slag-metal emulsion)에 함유되어 있는 탄소 풍부 철 용적(carbon-rich iron droprets)과 산소 간의 반응이다. 두 번의 이차 반응에서 발생하는 열을 이용하는 방식으로 랜스를 통해 산소 함유 또는 가연성 가스를 효과적으로 유도함으로써, 상기 제강 공정은 추가적인 중량의 스크랩이 BOF에 투입되는 것을 허용하거나 랜스의 자가 세척을 허용하거나 용기 세척를 허용할 것이다.
열 전달 요건으로 인해, 상기 후 연소 또는 이차 탈탄 반응에서 발생한 국부열(localizaed heat) 및 노 분위기(furnace atmosphere)로부터 분배기를 보호하기 위해, 상기 분배기 (경우에 따라, 분배기 관련 배관)는 고순도의 구리와 같이 열전도가 높은 금속으로 제조된다.
경우에 따라 랜스는 산소를 제련용 전로 속으로 유도하는데 사용되기도 하지만, 원하는 반응에 따라 기타 다른 여러 가스들이 랜스를 통해 유도되기도 한다. 랜스를 통해 유도되는 일부 및 전체 반응 가스는 편의를 위해 이하에서 "가스"로 지칭되며, 이 가스는 산소 함유 또는 기타 다른 연소가스, 또는 이들 가스의 혼합물일 수도 있음을 이해해야 한다. 통상적으로, 가스는 초고속으로 랜스를 통해 조입된다. 예컨대, 산소는 100 m3/분 내지 1400 m3/분의 속도로 랜스 내에 주입될 수도 있다.
일반적인 랜스(10)의 단면도가 도 1a 및 도 1b에 도시된다.
랜스(10)는 가스가 도입되는 상류측 단부(12)와, 주 말단부(primary tip)(16)가 위치하는 하류측 단부 사이에서 연장된다. 상류측 단부에서의 가스의 도입은 도 1a에서 화살표 "A"로 표시된다. 분배기(18)는 상기 말단부(16)로부터 소정간격 이격되어 위치한다. 상기 통상적인 랜스는 최외곽 튜브 구성요소인, 상부(22) 및 하부(24)를 갖는 랜스 몸체(20)를 구비한다. 상기 상부(22)는 상기 하부(24)보다 약간 큰 내경 및 외경을 갖는다. 상기 몸체(20)는 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 상부(22)와 상기 하부(24) 사이에 배치되는 분배기(18)를 구비한다. 통상, 상기 상부 및 하부(22,24)는 단면이 거의 원형, 즉 대체로 원통형으로 이루어져 있다.
도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 상기 랜스(10)는 통상 (반드시는 아님) 제 1 상류부(28), 제 2 확대부(30), 및 상기 제 1 상류부 및 제 2 확대부를 연결하는 연결부(32)를 갖는 상부 내측 튜브(26)를 구비한다. 또한, 하부 내측 튜브(34)가 상기 몸체(20) 내부에 배치되되, 상기 상부 내측 튜브(26)의 하류쪽에 배치된다. 일반적으로, 상기 상부 및 하부 내측 튜브(26, 34)는 상호 간에 그리고 몸체(20)와 동축으로 위치한다. 상기 상부 및 하부 내측 튜브(26, 34)는 가스의 일부가 분배기(18)로 유도됨은 물론, 하부 내측 튜브(34)를 향해 유도되도록 하되, 하부 내측 튜브로부터 가스의 일부가 랜스의 말단부(16)에서 배출되도록 하는 형상을 취한다. 예컨대, 가스의 제 1 부분은 통상 랜스를 통해 흐르는 가스의 약 10%일 수 있고, 가스의 제 2 부분은 90%를 차지한다. 분배기를 통해 배출되는 가스 부분은 도 1a에서 화살표 "B"로 표시되며, 말단부(16)를 통해 배출되는 가스 부분은 도 1a에서 화살표 "C"로 표시된다.
알려진 바와 같이, 상기 상부 및 하부(22,24)는 통상 랜스 몸체(20)를 냉각시키기 위해 랜스(10) 사용중에 물(도시생략)이 순환되는 공동(cavities)(25)을 구비한다. 일반적으로, 물은 상기 상류측 단부(12)에서 취입 공동(intake cavity)속으로 도입되는데, 이 취입 공동은 상기 하류측 단부(14) 및 주 말단부(16)로 연장 형성되어 있고, 물은 출력 공동(output cavity)을 통해 상기 상류측 단부(14)로 귀환된다. 상기 공동(25)은 적어도 부분적으로 상기 상부(22)의 상부 중간 요소(29)에 의해 형성된다 (도 1b). 상기 하부(24)에 있는 상기 공동(25)은 적어도 부분적으로 하부 중간 요소(31)에 의해 형성된다.
역시 잘 알려진 바와 같이, 상기 상부 내측 튜브(26) 및 하부 내측 튜브(34)는 상기 몸체에 고정된다. 상기 상부 및 하부(22,24)는 거의 원통형으로 이루어 있고, 거의 상호 동축관계로 위치한다. 예컨대, 상기 상부 및 하부(22,24)에 의해 형성된 축들은 도 1b에서 참조부호 27로 표시된다. 또한, 상기 상부 내측 튜브(26)는 통상 상부 및 하부(22,24)와 거의 동축관계로 위치한다. 또한, 하부 내측 튜브(34)가 구비된 랜스에서, 하부 내측 튜브(34)(통상, 거의 원통형임)는 통상 상부 및 하부(22,24) 및 상부 내측 튜브(26)와 거의 동축관계로 위치한다.
랜스는 사용중에, 특히 상차 및 하차 동작(loading and unloading operations), 및 유압 및/또는 공압 해머와 스틸 팁(steel tips)을 이용한 기계장치를 비롯한 공격적인 기계수단을 이용하여 랜스의 외표면(36) 상에 과도하게 형성된 스틸 및 슬래그를 제거하는 랜스 스컬제거 동작(lance deskulling operations) 중에 굽힘 응력(bending stresses)를 받는다. 랜스는 사용시 통상 상기 상부 (즉, 분배기 위쪽)에서만 지지된다. 따라서, 랜스는 통상 받게 되는 굽힘 응력으로 인해 편향(deflection)(즉, 거의 또는 적어도 부분적으로 횡방향 편향)을 거친다. 예컨대, 도 1b에 도시된 랜스(10)는 도 1b에서 화살표 "D"로 표시된 것과 같이, 상기 상부에 대한 상기 하부의 하향 편향에 의해 횡방향으로 (즉, 축 27에 대해) 편향될 수도 있다.
상기 분배기가 장착된 랜스는 통상 심한 굽힘 응력(즉, 편향)을 받기 쉬운데, 경우에 따라서는 분배기의 열전도도가 높은 부품의 상대적으로 낮은 항복강도(yield strength)로 인해 분배기의 고장을 야기할 수도 있다. 랜스는 비교적 짧은 기간동안 사용 한 후 굽혀지므로 비교적 자주 분배기를 교체해줘야 한다.
잘 알려진 바와 같이, 랜스는 조립 조립시 튜브의 적절한 정렬상태를 유지하기 위해 하나 이상의 스페이서(spacers)(21')를 구비할 수도 있다. 이들 스페이서(21')는 랜스를 어느 정도까지 약간 강화시키는 역할을 하기도 하지만, 일반적으로는 이와 관련하여 한정된 국부 효과만을 가질 뿐이다. 예컨대, 스페이서(21')를 구비한 랜스(10')가 도 1c 내지 도 1h에 예시되어 있다. 도 1c 내지 도 1h에 예시된 종래기술에 따른 랜스에 관한 참조부호는 편의상 프라임(') 부호로 나태낸다.
예컨대, 도 1d에서 알 수 있는 바와 같이, 스페이서(21')는 하부 중간 요소(31') 상에 설치된다. 일반적으로, 통상적인 스페이서(21')는 튜브 요소의 외표면 상에 가늘고 긴 릿지(elongate ridges)로서 형성된다. 이들 스페이서(21')는 비교적 협소한 것이 바람직하고 (도 1f), 상기 하부 중간 요소(31')의 외표면(33') 주위에 상호 이격되어 있다.
부가적인 스페이서(21')가 도 1e에 도시되어 있다. 예컨대, 스페이서(21a',21b')는 상부 내측 튜브(26') 상에 설치된다 (도 1e). 부가적인 스페이서(21c',21d')는 상기 상부 내측 튜브(26')의 슬립 조인트부(26a') 상에 위치한다 (도 1e). 분배기(18')는 도 1e에도 도시되어 있고, 상기 하부 중간 요소(31') 상에 배치된 부가적인 스페이서(21g',21h')가 도 1e에서도 볼 수 있다.
도 1e에는 분배기(18')의 제 1 내부 요소(23')가 하부 내측 튜브(34')에 용접되어 제 2 내부 요소(38')에 인접 배치되어 있는 상태가 도시되어 있다. 도 1e에서 알 수 있는 바와 같이, 랜스(10')는 대체로 축방향으로 (즉, 축(27')에 거의 평행한 방향으로) 제 1 내부 요소(23') 및 제 1 내부 요소(38')가 서로에 대해 이동 가능하도록 상기 제 1 내부 요소(23')에 설치되는 확장 조인트(35')를 구비한다. 도 1e에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 확장 조인트(35')는 다수의 O-링(37')을 구비하는 것이 바람직하다. 위와 같은 상대 이동이 일어나도록 하기 위해, 유사 장치(즉, 인접 구성요소들의 실질적인 축방향 상대이동을 허용하기 위한 확장 조인트)가 상기 상부(22')의 상단부에 제공될 수도 있다. 이와 같은 다른 확장 조인트 또는 유사 장치(도시생략)는 산소 함유 또는 가연성 가스 및 물이 랜스에 제공되도록 하는 매니폴드(도시생략) 근방에 배치된다. 해당 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이, 상기 확장 조인트들은 극단적인 온도차로 인해 랜스(10')의 다양한 요소들의 팽착 및/또는 수축작용을 허영하기 위해 필요하다.
위에서 언급한 바와 같이, 분배기는 상대적으로 약한 경향이 있기 때문에 (즉, 주로 구리로 이루어짐), 랜스는 분배기에서 휘어지는 경향이 있다. 일반적으로, 상기 하부(24')는 도 1c에서 화살표 "J"로 표시된 방향으로 하향하여 (중력의 영향하에서)이동하는 경향이 있다. 그러나, 도 1c 및 1e를 통해 알 수 있듯이, 상기 확장 조인트(35') 역시 랜스(10')에서 비교적 약한 영역을 제공하는데, 이 근방에서 상기 하부(24')가 하향하여 휘어지기 쉽다. 실제로는, 확장 조인트(35')가 PC 분배기(18')에 배치되는 것은 랜스(10')의 전체적인 구조적 완전성을 악화시킬 우려가 있다.
예컨대, 도 1f 내지 도 1h에서 알 수 있는 바와 같이, 스페이서(21J' 및 21K')는 하부 내측 튜브(34')의 외표면(39') 상에 위치한다. 그러나, 이들 스페이서(21J' 및 21K') 각각은 상기 하부 중간 요소(31')의 내표면(43')과 마주보는 외부 영역(41')을 갖는다. 즉, 이 외부 영역(41')은 상기 내표면(43')에 대향하여 위치한다. 상기 외부 영역(41') 및 상기 내표면(43')은 간극(45')에 의해 분리되어 있다. 이와 마찬가지로, 스페이서(21L' 및 21M')는 상기 하부 내측 튜브(34')의 외표면(33') 상에 설치된다. 이들 스페이서(21L' 및 21M') 각각은 외부 튜브(51')의 내표면(49')과 마주보는 외부 영역(47')을 구비한다. 각각의 경우에, 상기 외부 영역(47')은 간극(53')에 의해 상기 내표면(49')로부터 이격 배치된다.
따라서, 상기 스페이서들은 일반적으로 랜스 몸체에 충분한 지지 기능을 제공하지 못하며, 분배기에 또는 분배기 근방에 하나 이상의 확장 조인트를 배치함으로써 랜스의 강도를 약화시킬 가능성이 있음을 알 수 있다.
전술한 이유로 인해, BOF에 투입될 부가적인 스크랩의 중량을 허용하거나 랜스의 자가 세척 또는 용기의 세척을 허용하기 위해 산소 함유 또는 가연성 가스를 운반하는 것을 특징으로 하는, 내부 지지 어셈블리를 구비한 랜스의 필요성이 대두된다.
광의의 관점에서, 본 발명은 산소 함유 또는 가연성 가스를 적어도 부분적으로 유도하기 위한 랜스를 제공한다. 상기 랜스는 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장하는 몸체를 구비하는데, 상기 하류측 단부는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 주 말단부를 구비한다. 상기 몸체는 상부 및 하부, 및 상기 주 말단부로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기를 구비한다. 상기 분배기는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 다수개의 포트(119)를 구비한다. 상기 상부와 상기 하부는 상기 분배기에 대해 길이방향으로 상류측 및 하류측에 배치된다. 또한, 상기 랜스는 상기 몸체를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리를 구비한다. 상기 내부 지지 어셈블리는 상기 몸체 내부에 배치되고 상기 몸체의 상기 하부와 적어도 부분적으로 결합되는 내부 튜브를 구비한다. 또한, 상기 내부 지지 어셈블리는 상기 몸체의 상기 상부와도 적어도 부분적으로 결합되어 상기 내부 지지 어셈블리가 상기 분배기에 대해 상류측 및 하류측으로 상기 몸체를 지지한다. 상기 랜스는 열팽창으로 인해 상기 내부 지지 어셈블리의 적어도 일부와 상기 몸체의 적어도 일부의 상호 간 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 분배기에 대해 하류측에 배치되는 하부 확장 조인트를 구비한다. 또한, 상기 랜스는 열팽창으로 인해 상기 내부 지지 어셈블리의 적어도 일부와 상기 몸체의 적어도 일부의 상호 간 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부 확장 조인트에 대해 상류측에 배치되는 상부 확장 조인트를 구비한다. 또한, 제강 공정에서 상기 산소 함유 또는 가연성 가스를 이용하기 위한 방법이 제공된다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 랜스의 축에 의해 적어도 부분적으로 한정되고 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장하는 몸체를 갖는 랜스를 제공한다. 상기 상류측 단부는 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 하류측 단부는 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 주 말단부를 포함한다. 상기 몸체는 상부 및 하부, 및 상기 주 말단부로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기를 구비하고, 상기 분배기는 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 다수개의 포트를 가지며, 상기 상부와 상기 하부는 상기 분배기에 대해 상류측 및 하류측에 배치된다. 또한, 상기 몸체는 적어도 부분적으로 상기 분배기의 상류측에 배치되는 상부 내측 튜브, 적어도 부분적으로 상기 분배기의 하류측에 배치되는 하부 내측 튜브, 및 상기 산소 함유 또는 가연성 가스를 상기 상부로 유도하기 위한 연결 튜브를 구비한다. 또한, 상기 랜스는 상기 몸체를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리를 구비함으로써, 상기 내부 지지 어셈블리가 상기 분배기에 대해 상류측 및 하류측에서 상기 몸체를 지지한다. 또한, 상기 랜스는 열팽창으로 인해 상기 내부 튜브와 상기 주 말단부 상호 간에 상기 축에 거의 평행한 축방향으로 적어도 부분적으로 이루어지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부 근방에 배치되는 하부 확장 조인트, 및 열팽창으로 인해 상기 상부 내측 튜브와 상기 연결 튜브 상호 간에 상기 축방향으로 적어도 부분적으로 이루어지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 상부 근방에 배치되는 상부 확장 조인트를 구비한다. 또한, 제강 공정에서 상기 산소 함유 또는 가연성 가스를 이용하기 위한 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 내부 지지 어셈블리를 구비한 랜스는 산소 함유 또는 가연성 가스를 운반하는 특성을 가지며, BOF에 투입될 부가적인 스크랩의 중량을 허용하거나 랜스의 자가 세척 또는 용기의 세척을 허용하도록 발열반응을 이용하여 산소 함유 또는 가연성 가스의 흐름을 유도하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 랜스는 내부 지지 어셈블리 구조를 통해 랜스 몸체에 충분한 지지기능을 제공하여 랜스의 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 보다 이해가 잘될 것이다.
도 1a (이미 설명됨)은 랜스의 단면도이다.
도 1b (이미 설명됨)은 도 1a의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1c (이미 설명됨)는 또 다른 랜스를 축소 도시한 단면도이다.
도 1d (이미 설명됨)는 도 1c의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1e (이미 설명됨)는 도 1c의 랜스의 또 다른 일부를 도시한 단면도이다.
도 1f (이미 설명됨)는 임의의 스페이서가 예시된 도 1c의 랜스의 일부를 축소 도시한 또 다른 단면도 (부분 절취함).
도 1g (이미 설명됨)는 도 1f의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1h (이미 설명됨)는 도 1f의 랜스의 또 다른 일부를 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 내부 지지 어셈블리의 일 실시예를 구비하는 본 발명의 랜스의 일 실시예를 축소 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 2c는 도 2b의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 2d는 도 2c의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 랜스의 또 다른 실시예를 확대 도시한 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3c는 도 3b의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 랜스의 또 다른 실시예를 축소 도시한 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 랜스의 일부를 축소 도시한 단면도이다.
도 4c는 도 4b의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 랜스의 또 다른 실시예를 축소 도시한 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 5c는 도 5b의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 랜스의 또 다른 실시예를 축소 도시한 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 6c는 도 6a의 랜스의 또 다른 일부를 도시한 단면도이다.
도 6d는 도 6a의 랜스의 또 다른 일부를 도시한 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 랜스의 또 다른 실시예를 축소 도시한 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 7c는 도 7a의 랜스의 또 다른 일부를 도시한 단면도이다.
도 7d는 도 7a의 랜스의 또 다른 일부를 도시한 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 랜스의 또 다른 실시예를 축소 도시한 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 랜스의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 8c는 도 8a의 랜스의 또 다른 일부를 도시한 단면도이다.
우선, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 도면 참조부호 140으로 표시되는 본 발명에 따른 랜스의 일 실시예를 설명하기로 한다. 상기 랜스(140)는 산소 함유 또는 가연성 가스 (도시생략)를 적어도 부분적으로 유도하기 위한 것이다. 일 실시예에서, 상기 랜스(140)은 상류측 단부(112)와 하류측 단부(114) 사이에서 연장하는 몸체(120)를 구비한다. 상기 상류측 단부(112)는 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 하류측 단부(114)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스(140)에서 배출되도록 하는 주 말단부(116)를 구비한다. 상기 몸체(120)는 상부 및 하부(122,124) 및 상기 주 말단부(116)로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기(118)를 구비한다. 상기 분배기(118)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 다수개의 포트(119)를 구비한다. 일 실시예에서, 상기 랜스(140)는 적어도 부분적으로 상기 분배기(118)의 상류측에 배치되고 상기 상부(122)에 부착되는 상부 내측 튜브(126), 및 적어도 부분적으로 상기 분배기(118)의 하류측에 배치되고 상기 하부(124)에 부착되는 하부 내측 튜브(134)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 랜스(140)는 상기 몸체(120)를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리(142)(후술됨)를 구비하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 상기 내부 지지 어셈블리(142)는 상기 몸체(120) 내부에 위치함은 물론 상기 하부 내측 튜브(134)에 대해 적어도 부분적으로 상류측에 배치되는 내부 튜브(144)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 내부 튜브(144)는 상기 하부 내측 튜브(134)와 결합되는 것이 바람직하며, 이 역시 후술된다. 도 2b 및 2c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 튜브(144)의 하류부(148)는 상기 하부 내측 튜브(134)의 상류부(150)와 결합한다. 이로 인해 상기 내부 튜브(144)가 몸체(120)의 편향, 특히 몸체(120)의 횡방향 편향에 대해 내성을 갖게 된다.
상부 내측 튜브(126)는 상기 상부(122)에 고정 장착된다. 또한, 상기 하부 내측 튜브(134)는 상기 하부(124)에 고정 장착된다. 상기 상부 및 하부 내측 튜브(126,134)가 상기 상부 및 하부(122,124)에 고정되는 방식은 해당기술분야에 잘 알려져 있으므로, 설명하지 않는다. 도 2a 내지 도 2c에 도시되고 후술되는 바와 같이, 상기 내부 지지 어셈블리(142)는 상기 상부 및 하부 내측 튜브(126,134)와 각각 연결됨으로써, 상기 상부 및 하부(122,124)와 간접적으로 연결된다.
일 실시예에서, 하류부(148)에 있는 상기 내부 튜브(144)의 외측벽(152)은 상류부(150)에 있는 상기 하부 내측 튜브(134)의 내측벽과 결합함으로써 내부 튜브(144)가 상기 몸체(120)를 지지하게 된다 (도 2d). 상기 내부 튜브(144)의 하류부(148) 및 상기 하부 내측 튜브(134)의 상류부(150)는 상호 활주 가능하게 결합된다. 즉, 상기 하부 내측 튜브(134)에 대한 내부 튜브(144)의 길이방향 활주 이동(그 반대도 가능함) 허용된다. 그러나, 적어도 부분적으로 횡방향으로 하부 내측 튜브의 굽힘(즉, 편향) 동작은 상기 내부 튜브(144) 및 하부 내측 튜브(134)의 밀착 결합으로 인해 내부 튜브(144)에 의해 저항을 받게 된다.
따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 상기 내부 튜브(144)의 상류부(150)가 상기 몸체(120)의 상부(122)와 간접적으로 연결되고, 상기 내부 튜브(144)의 하류부(148)가 상기 몸체(120)의 하부(124)와 간접적으로 (즉, 상기 하부 내측 튜브의 상류부와 상기 내부 튜브의 하류부 간의 결합을 통해) 연결된다. 내부 튜브의 상류부(150) 및 하류부(148)가 상기 상부 및 하부(122,124)와 간접적으로 각각 연결되기 때문에, 내부 지지 어셈블리(142)는 몸체에 대한 편향동작, 특히 적어도 부분적으로 횡방향으로의 편향동작에 대해 내성을 갖게 된다.
도 2a 내지 도 2c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 상부 내측 튜브(126)는 상기 상류측 단부(112)에 인접한 상류부(128)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 상류부(128)는 거의 원통형이며 외측벽(161) 및 내측벽(162)에 의해 한정되는 외경 및 내경을 갖는다. 또한, 상기 상부 내측 튜브(126)는 상기 분배기(118)에 인접하게 위치한 하류부(130)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 하류부(130)는 상기 상류부(128)의 외경보다 실질적으로 큰 외측벽(165)에 의해 한정되는 외경과, 상기 상류부(128)의 내경보다 실질적으로 큰 내측벽(158)에 의해 한정되는 내경을 갖는 것이 바람직하다 (도 2b). 또한, 상기 상부 내측 튜브(126)는 상기 상류부(128)와 상기 하류부(130)를 연결하는 연결부(132)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 내부 튜브(144)는 상기 하류부(130)의 내경보다 실질적으로 작은, 외측벽(152)에 의해 한정된 외경을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 내부 튜브(144)와 하류부(130) 사이에 환형고리(annulus)(172)가 형성된다. 이 환형 고리(172)는 포트(119)와 연통된다 (도 2b, 및 2c).
전술한 바와 같이, 랜스 몸체(120)의 상부 (122) 및 하부(124)는 스틸로 이루진다. 상기 분배기(118)는 통상 비교적 양호한 열전도도를 갖는 물질, 예컨대 구리로 이루어진다.
상기 내부 지지 어셈블리(142)는 적절한 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 내부 튜브(144)는 스틸로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 내부 튜브(144)는 몸체(120) 내부에서 상기 하부 내측 튜브(134)에 대해 적어도 부분적으로 하류측에 위치할 수 있다. 상기 내부 튜브(144)는 상기 하부 내측 튜브(134)와 결합 가능한 것이 바람직하다. 상기 내부 튜브(144)는 랜스(140)를 통해 산소 함유 또는 가연성 가스의 흐름을 용이하게 하기 위해 상부 및 하부 내측 튜브(126,134)와 동축으로 배치된다. 전술한 바와 같이, 상기 내부 튜브(144)는 상기 몸체(120)의 편향에 대해 내성을 갖도록 위치한다.
사용 중, 상기 랜스(140)는 상류측 단부(112)에서 또는 그 근방에서 지지된다. 랜스의 동작 중 상기 상부만이 직접 지지되기 때문에, 중력이 도 2b의 화살표 "E"로 표시된 바와 같이 상기 랜스의 하부(124)을 하향으로 작용한다. 하향으로 작용하는 힘은 몸체에 대해 거의 횡방향 (또는 적어도 부분적으로 횡방향)으로 작용한다. 그러나, 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 내부 튜브(144)는 랜스 몸체의 편향에 대해 내성을 보이는데, 그 이유는 내부 튜브(144)가 하류부(148)의 하부 내측 튜브와 결합됨은 물론, 상부 내측 튜브(126)와 결합되기 때문이다. 상기 내부 지지 어셈블리(142)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 몸체(120) 내부에 위치한다. 상기 내부 튜브(144)는 상기 몸체(120)와 거의 동축으로 몸체(120) 내부에 배치됨으로써, 내부 튜브(144)가 몸체의 편향에 대해 내성을 갖는다. 초기에 랜스(140) 내부에 도입되는 산소 함유 또는 가연성 가스는 도 2a, 도 2b, 및 도 2c에 도시된 바와 같이 화살표 "J"로 표시된다. 산소 함유 또는 가연성 가스의 일부 (도 2c 및 2d에서 화살표 "K1", "K2", "K3", "K4", "K5" 및 "K6"로 표시됨)는 환형 고리(174)에서 산소 함유 또는 가연성 가스의 일부가 랜스(140)를 빠져나가게 하는 포트(119)를 향하도록 유도된다. 산소 함유 또는 가연성 가스의 나머지 일부 (도 2a, 2b, 2c 및 2d에서 화살표 "L1", "L2", 및 "L3"로 표시됨)는 내부 튜브(144) 내부에서 하부 내측 튜브(134)를 통해 상기 나머지 가스 일부가 랜스(140)를 빠져나가게 하는 주 말단부(116)를 향하도록 유도된다.
도 3a 내지 도 3c는 내부 지지 어셈블리(342)가 상부 내측 튜브(326)의 상류부(328)와 결합되는 상류부(384)를 갖는 내부 튜브(344)를 구비하는 바람직한 본 발명의 랜스(340)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 상기 내부 튜브(344)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 상부 내측 튜브(326)의 상류부로부터 환형 고리(372) 쪽으로 유동하도록 상기 분배기(318)에 대해 적어도 부분적으로 상류측에 위치하는 하나 이상의 개구부(386)를 추가로 구비한다.
도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 랜스(340)는 상류측 단부(312)와 하류측 단부(314) 사이에서 연장하는 몸체(320)를 구비한다. 산소 함유 또는 가연성 가스는 상류측 단부(312)에서 수용가능하고, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분은 상기 하류측 단부(314)에 위치하는 주 말단부(316)를 통해 랜스(340)로부터 배출된다. 상기 상류측 단부(312)와 상기 하류측 단부(314) 사이에 배치되는 분배기(318)는 몸체의 상부 (322) 및 하부(324) 사이에 위치한다.
상기 내부 튜브(344)의 상류부(384)는 상기 상부 내측 튜브(326)의 상류부(328)와 결합하도록 상류측 (즉, 상부 내측 튜브(326)의 하류부(330) 및 연결부(332)를 벗어난 상류측) 방향으로 추가로 연장되는 것이 바람직하다. (전술한 실시예의 랜스(140)와 비교할 때) 본 실시예의 장점은 상기 랜스가 내부 튜브와 상부 내측 튜브 간의 추가 결합 영역을 제공한다는 점이다. 상기 상부 내측 튜브(326)는 상부(322)에 고정되는데, 이것은 내부 튜브(344)가 상부(322)와 그리고, 상기 상부 내측 튜브(326)의 상류부(328)와 상기 내부 튜브(344)의 상류부(384) 간의 결합을 통해 간접적으로 연결된다는 것을 의미한다. 또한, 상기 내부 튜브(344)의 하류부(348)는 상기 하부 내측 튜브(326)의 상류부(350)과 결합된다. 따라서, 상기 내부 지지 어셈블리(342)는 몸체(320)의 편향에 대해 내성을 갖는다.
상기 내부 튜브(344)의 상류부(384)는 상기 상류부(328)와 활주 가능하게 결합되고, 상기 내부 튜브(344)의 하류부(348)는 상기 하부 내측 튜브(336)의 상류부(350)와 활주 가능하게 결합된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 내부 튜브(344)의 상류부(384)와 상기 상부 내측 튜브(326)의 상류부(328) 간의 결합으로 인해, 상기 개구부(386)는 상기 내부 튜브(344)에 제공된다. 상기 내부 튜브(344)의 외측벽(352)과 상기 상부 내측 튜브(326)의 연결부 및 하류부(332,330) 사이에는 환형 고리(372)가 형성된다. 상기 환형 고리(372)는 상기 포트(319)와 연통되어 있다.
본 발명의 랜스(440)의 또 다른 실시예가 도 4a 내지 도 4c에 도시된다. 상기 랜스(440)는 상류측 단부(412)와 하류측 단부(414) 사이에서 연장하는 몸체(420)를 구비하고, 상기 상류측 단부(412)는 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성된다. 상기 하류측 단부(414)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스(440)에서 배출되도록 하는 주 말단부(416)를 구비한다. 상기 몸체(420)는 상부 및 하부(422,424) 및 상기 주 말단부(416)로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기(418)를 구비한다. 또한, 상기 랜스(440)는 적어도 부분적으로 상기 분배기(418)의 상류측에 배치되고 상기 상부(422)에 부착되는 상부 내측 튜브(426)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 랜스(440)는 상기 몸체(420)를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리(442)를 구비한다 (도 4a 내지 도 4c). 일 실시예에서, 상기 내부 지지 어셈블리(442)는 랜스(440)의 하류측 단부(414)에 인접 배치되는 하류측 단부(487)와, 상기 분배기(418)의 포트(419)에 대해 적어도 부분적으로 상류측에 위치하는 내부 튜브(444)의 상류측 단부(488) 사이에서 연장하는 내부 튜브(444)를 구비한다.
도 4b 및 도 4c에서 알 수 있는 바와 같이, 랜스(440)는 상기 내부 튜브(444)의 하류부가 활주 가능하게 결합될 수 있는 하부 내측 튜브를 구비하지 않는다. 상기 내부 튜브(444)는 임의의 적절한 수단을 이용하여 상기 내부 튜브(444)의 하류측 단부(487)에 있는 하부(424)에 장착되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 내부 튜브(444)는 임의의 적절한 위치, 즉 상기 하류측 단부(487)에서 상기 하부(424)에 용접될 수도 있다.
도 5a 내지 도 5c에는, 본 발명의 랜스(540)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 랜스(540)는 상류측 단부(512)와 하류측 단부(514) 사이에서 연장하는 몸체(520)를 구비하고, 상기 상류측 단부(512)는 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성된다. 상기 하류측 단부(514)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스(540)에서 배출되도록 하는 주 말단부(516)를 구비한다. 상기 몸체(520)는 상부 및 하부(522,524) 및 상기 주 말단부(516)로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기(518)를 구비한다. 또한, 상기 랜스(540)는 적어도 부분적으로 상기 분배기(518)(도 5b)의 상류측에 배치되고 상기 상부(522)에 부착되는 상부 내측 튜브(526)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 랜스(440)는 상기 몸체(520)를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리(542)를 구비한다. 일 실시예에서, 상기 내부 지지 어셈블리(542)는 랜스(440)의 하류측 단부(514)에 인접 배치되는 하류측 단부(587)와, 내부 튜브(544)의 상류측 단부(588) 사이에서 연장하는 내부 튜브(544)를 구비한다.
도 5a 내지 도 5c에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 상류부(584)가 상기 상부 내측 튜브(526)의 상류부(528)와 결합되는 것이 바람직하다. 상기 랜스(540)는 상기 내부 튜브(544)의 하류부가 활주 가능하게 결합될 수 있는 하부 내측 튜브를 구비하지 않는다. 상기 내부 튜브(544)는 임의의 적절한 수단을 이용하여 상기 내부 튜브(544)의 하부(524)에 결합되는 것이 바람직하다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 내부 튜브(544)는 하나 이상의 개구부(586)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 내부 튜브(544)는 상기 몸체(520) 내부에 배치됨으로써 상기 개구부(586)가 상기 분배기(518)의 포트(519)에 대해 적어도 부분적으로 하류측에 위치하게 된다.
도 6a 내지 도 6d에는 본 발명의 랜스(840)의 또 다른 대체 실시예가 도시되어 있다. 상기 랜스(840)는 산소 함유 또는 가연성 가스를 적어도 부분적으로 유도하기 위한 것이다. 도 6a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 랜스(840)은 상류측 단부(812)와 하류측 단부(814) 사이에서 연장하는 몸체(820)를 구비한다. 상기 하류측 단부(814)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 주 말단부(816)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 몸체(820)는 상부 및 하부(822,824) 및 상기 주 말단부(816)로부터 소정 간격 "Y"으로 이격되어 상기 상부(822)와 상기 하부(824) 사이에 배치되는 분배기(818)를 구비한다. 상기 분배기(818)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 다수개의 포트(819)(도 6d)를 구비한다. 도 6a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 상부(822) 및 상기 하부(824)는 상기 분배기(818)에 대해 각각 상류측 및 하류측에 위치한다. 또한, 상기 랜스(840)는 상기 몸체(820)를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리(842)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 내부 지지 어셈블리(82)는 상기 몸체(820) 내부에 위치함은 물론 상기 하부(824)와 적어도 부분적으로 결합되는 내부 튜브(844)를 구비하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 내부 지지 어셈블리(82)는 상기 몸체의 상부(822)와 적어도 부분적으로 결합됨으로써, 후술되는 바와 같이, 내부 지지 어셈블리(842)가 분배기에 대해 상류측 및 하류측에서 상기 몸체(820)를 지지하게 된다. 일 실시예에서, 상기 랜스(840)는 열팽창으로 인해 상기 내부 지지 어셈블리(842)의 적어도 일부분과 상기 몸체(820)의 적어도 일부분 상호 간의 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 분배기(818)에 대해 하류측에 배치되는 하부 확장 조인트(871), 및 열팽창으로 인해 상기 내부 지지 어셈블리(842)의 적어도 일부분과 상기 몸체(820)의 적어도 일부분 상호 간의 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부 확장 조인트(871)에 대해 상류측에 배치되는 상부 확장 조인트(857)를 구비하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 용어 "상류(측)(upstream)" 및 "하류(측)(downstream)"는 랜스를 통해 산소 함유 또는 가연성 가스의 흐름 방향에 대한 것으로 이해되어야 한다. 즉, 이 가스 흐름 방향은 일반적으로 랜스의 상류측 단부에서 부터 하류측 단부를 향해 진행된다.
도 6a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 몸체(820)는 상기 랜스의 축(827)에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 상기 몸체(820)는 상류측 단부(812)와 하류측 단부(814) 사이에서 연장한다. 상기 상류측 단부(812)는 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 하류측 단부(814)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스(840)에서 배출되도록 하는 주 말단부(816)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 몸체(820)는 상기 상부 및 하부(822,824) 및 상기 주 말단부(816)로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 상기 분배기(818)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 6a 및 도 6d에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 몸체(820)는 적어도 부분적으로 상기 분배기(818)의 상류측에 배치되는 상부 내측 튜브(826), 적어도 부분적으로 상기 분배기(818)의 하류측에 배치되는 하부 내측 튜브(834), 및 상기 산소 함유 또는 가연성 가스를 상기 상부(822)로 유도하기 위한 연결 튜브(855)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 랜스는 상기 몸체(820)를 지지하기 위한 상기 내부 지지 어셈블리(842)를 구비하는 것이 바람직한데, 상기 내부 지지 어셈블리(842)는 상기 몸체(820) 내부에 위치하고 상기 하부 내측 튜브(834)의 적어도 일부와 결합되는 상기 내부 튜브(844)를 갖는다. 일 실시예에서, 상기 내부 지지 어셈블리(842)는 열팽창으로 인해 상기 내부 튜브(844)와 상기 주 말단부(816) 상호 간에 상기 축(827)에 거의 평행한 축방향으로 적어도 부분적으로 이루지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부(824)에 인접 배치되는 하부 확장 조인트(871), 및 열팽창으로 인해 상기 상부 내측 튜브(826)와 상기 연결 튜브(855) 상호 간에 상기 축방향으로 적어도 부분적으로 이루지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 상부(822)에 인접 배치되는 상부 확장 조인트(857)를 구비하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 상기 상부(822)는 상기 분배기(818)로부터 상류측에 위치하고 상기 하부(824)는 상기 분배기(818)로부터 하류측에 위치한다. 상기 몸체의 일부 요소들은 반드시 상기 상부 또는 상기 하부에 완전하게 배치되지 않아도 된다. 도 6a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 상부 내측 튜브(826)는 상기 상부(822)에 적어도 부분적으로 배치되고 상기 하부 내측 튜브(834)는 상기 하부(824)에 적어도 부분적으로 배치된다.
도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 주 말단부(816)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 유도되도록 하는, 내부에 오리피스(860)를 갖는 주 노즐(primary nozzle)(859)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 주 말단부(816)는 말단 팁 튜브(tip tube)(863)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 노즐(859)은 상기 내부 튜브(844)의 하류부(848)과 활주 가능하게 결합되도록 형성되어 배치되는 상기 팁 튜브(863)에 고정되는 것이 바람직하다. 상기 팁 튜브(863)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 주 말단부(814)로 향하도록 유도한다. 즉, 상기 팁 튜브(863)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 노즐(859)로 향하도록 유도한다. 상기 팁 튜브(863)는 상기 몸체(820) 및 상기 내부 튜브(844)와 거의 동축을 이룸으로써, 상기 내부 튜브 및 팁 튜브는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 유도되도록 하는 중앙 채널(817)을 제공한다. 상기 팁 튜브 및 상기 하부 내측 튜브(834)는 각각 이들이 결합되도록 하는 결합부(869,873)를 구비한다. 상기 팁 튜브(863)의 외표면(864)은 상기 하부 내측 튜브(834)의 내표면(867)과 활주 가능하게 결합하는 것이 바람직하다 (도 6b).
상기 팁 튜브가 부분적으로 상기 하부 내측 튜브(834)의 내부에 배치됨으로써 상기 팁 튜브(863) 및/또는 하부 내측 튜브(834)의 열팽창이 거의 축방향으로, 즉 열팽창으로 인해 이들 요소에 실질적인 응력을 부가하지 않고 허용된다. 상기 결합부(869,873)의 축방향 이동으로 인해, 열팽창에 의한 큰 응력이 상기 팁 튜브(863) 또는 하부 내측 튜브(834)에서 발생하지 않는다.
일 실시예에서, 상기 하부 확장 조인트(871)는 상기 팁 튜브 외표면(864) 상에 설치되는 것이 바람직하다. 당업자라면 상기 확장 조인트(871)가 편의상 도 6b에서 868a 내지 868c로 표시된 다수의 O-링을 구비하는 것이 바람직하다는 것을 이해할 것이다.
상기 하부 확장 조인트(871)는 임의의 적절한 개수의 O-링을 구비할 수도 있음을 이해해야 한다. 당업자라면 상기 O-링 및 확장 조인트의 구체적인 상세는 특수한 설치에 특이한 다수의 인자들을 고려하여 매 경우에 결정될 것이라는 것을 이해할 것이다.
당업자라면 랜스의 구성요소들의 열팽창이 중요하며 랜스 구성시 고려되어야 함을 이해할 것이다. 랜스 외부의 전로(converter)의 온도는 약 1300℃~약 1750℃일 수 있다. 상기 랜스는 후술되는 바와 같이, 물에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. 따라서, 랜스는 전로 내에 도입되면 신속하게 가열되고, 그 구성 물질이 팽창하게 된다. 그러나, 랜스가 제거되면 냉각될 수 있다.
이를 위해, 용어 "열팽창"이라 함은 물질의 온도 증가로 인한 물질의 팽창은 물론, 물질의 수축을 의미한다. 해당 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이, 랜스의 상이한 물질들은 상이한 열팽창 계수를 가지므로, 이들 물질은 상이한 속도로 팽창한다. 또한, 랜스 (및 랜스가 전로 내부 및 외부로의 이동)를 통해 순환되는 물의 냉각 효과로 인해, 랜스의 상이한 부품들은 상이한 속도로 가열 (또는 경우에 따라 냉각)된다.
예컨대, 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스(예: 산소)의 제 1 부분이 내부 튜브(844)를 통해 유도되어 노즐(859)의 오리피스(860)를 통해 랜스에서 배출된다. 상기 중앙 채널(817)을 통한 산소의 이동 방향은 도 6b에서 화살표 "M1" 및 "M2"로 표시된다. (예시의 명확성을 위해 도 9B에는 하나의 오리피스(860) 만 도시된다.) 일 실시예에서, 상기 랜스(840)는 (외부 튜브(851)와 하부 중간 요소(831) 사이에 위치하는) 외부 공동(outer cavity)(825) 및 (그 일측 상의 하부 중간 요소(831)와, 그 타측 상의 내부 튜브(844) 및 팁 튜브(863) 사이에 위치하는) 내부 공동(inner cavity)(877)을 구비하는 것이 바람직하다. 당업자라면 후술되는 바와 같이, 랜스(840)을 냉각시키기 위해 물이 상기 내부 및 외부 공동(877, 825)을 통해 순환된다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 일 실시예에서 (도 6b에 예시됨), 물은 화살표 "N1"로 표시된 방향으로 내부 공동(877)을 통과하도록 유도됨은 물론, 화살표 "O1"로 표시된 방향으로 외부 공동(825)을 통과하도록 유도된다.
상기 랜스(840)의 부품의 열팽창의 결과로서, 그 일부 부품들은 거의 축방향으로, 즉, 거의 랜스(840)의 축(827)에 평행한 방향으로 상대적 이동을 하게 된다. 예컨대, 랜스(840)가 초기에 전로 내부에 위치하면, 랜스(840)가 신속히 가열되더라도, 하부(824)의 온도는 초기에 상부(822)의 온도보다 더 신속하게 증가한다. 랜스의 상이한 부품들의 온도차 및/또는 물질 간 차이로 인해, 상기 팁 튜브(863)의 결합부(869)는 열팽창 때문에 상기 하부 내측 튜브(834)의 결합부(873)에 대해 상대적으로 이동하고/하거나 그 반대일 수도 있다. 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 결합부(869, 873) 중 하나가 나머지 다른 하나에 대한 상대적 이동 (및/또는 경우에 따라 상기 결합부(869, 873) 양쪽 상호 간의 상대적 이동)은 축방향으로 이루어진다. 이러한 상대적 이동은 도 6b에서 화살표 "P1" 및 "P2"로 개략적으로 표시된다.
당업자라면 상기 하부 확장 조인트(871)는 열팽창으로 인해 상기 결합부(869, 873)의 축방향 이동을 수용하기도 하지만, 내부 공동(877)을 통해 흐르는 물이 중앙 채널(817)로 유입되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 상기 결합부(869, 873) 사이에 밀봉 씰을 제공하기도 한다.
도 6c에는 상기 하부 확장 조인트(871)가 예시된다. 상기 상부 내측 튜브(826)는 축(827) 및 연결 튜브(855)와 동축으로 배치된다. 도 6c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 연결 튜브(855)는 결합부(879)를 구비하고, 상기 상부 내측 튜브(826)는 결합부(881)을 구비하는데, 이들 결합부(879, 881)는 상호 결합 가능한 것이 바람직하다. 특히, 상기 결합부(879, 881)는 상호 활주 가능하게 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 연결 튜브(855)는 내표면(895)을 구비하고, 상기 상부 내측 튜브(826)는 외표면(897)을 구비한다. 도 6c에 예시된 바와 같이, 상기 내표면(895) 및 외표면(897)은 상호 활주 가능하게 결합되는 것이 바람직하다. 산소는 화살표 "M3"로 표시된 바와 같이, 커넥터 튜브(855)와 상부 내측 튜브(826)에 의해 형성되는 중앙 채널(833)을 따라 랜스 내부로 흐른다.
또한, 상기 랜스(840)의 몸체는 상부 중간 요소(829)를 구비하는 것이 바람직하다. 내부 공동(885)은 상기 몸체의 일측 상의 상부 중간 요소(829)와, 상기 몸체의 타측 상의 연결 튜브(855) 및 상부 내측 튜브(826) 사이에 위치하고 상기 상부 중간 요소(829)와 상기 연결 튜브(855) 및 상부 내측 튜브(826)에 의해 형성된다. 이와 마찬가지로, 상기 상부 중간 요소(829)와 상기 외부 튜브(851) 사이에는 외부 공동(888)이 위치한다. 상기 상부의 내부 공동(885)은 상기 하부의 내부 공동(877)과 연통되고, 상기 상부의 외부 공동(888)은 상기 하부의 외부 공동(825)과 연통된다. 도 6c에는, 랜스(840)를 냉각시키기 위해 상기 공동들을 통과하도록 유도되는 물의 흐름 방향이 화살표 "N2" 및 "O2"로 표시된다.
도 6c에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 상부 확장 조인트(857)는 도 6c에서 868D 내지 868F로 표시된 세 개의 O-링을 구비하는 것이 바람직하다. (상기 확장 조인트(857)는 임의의 적절한 개수의 O-링을 구비할 수도 있다) 상기 결합부(879, 881)는 도 6c에서 화살표 "P3" 및 "P4" 로 표시된 바와 같이, 축방향으로 상호 간 상대적 이동이 가능하다. 전술한 이유로 인해, 상기 결합부(879, 881) 중 하나 또는 둘 모두가 열팽창으로 인해 상호 간 상대적 이동이 가능할 수도 있다. 이러한 상대적 이동은 상기 결합부(879, 881)의 상호 간 활주 가능한 결합 형태, 즉 상기 결합부 중 하나 또는 모두가 다른 하나와 활주 가능하게 결합하는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 상부 확장 조인트(857)는 이러한 상대적 이동을 허용함은 물론, 상기 내부 공동(877) 내부의 물이 중앙 채널(883) 내부로 누수되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 밀봉 씰을 제공하기도 한다.
도 6d에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분은 포트를 통해 상기 랜스(840)에서 배출된다. 도 6d에서, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분의 흐름은 화살표 "M4"로 표시된다. 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분은 화살표 "M5"로 표시된다.
전술한 내용으로부터, 상기 몸체(820)는 상기 내부 지지 어셈블리(842)를 제외하고 상기 랜스(840)의 거의 전체를 구비한다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 상기 몸체(820)는 상부 내측 튜브(826) 및 하부 내측 튜브(834)는 물론, 외부 튜브(851), 분배기(818), 하부 중간 요소(831), 팁 튜브(863), 및 상부 중간 요소(829)를 구비하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 상기 외부 튜브(851)는 랜스(840)의 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장하는 연속적인 물리적 요소가 아닌 것이 바람직하지만, 그 대신 두 개의 부분, 즉 분배기(818)에 대해 상류측에 위치하는 일측 부분과, 상기 분배기에 대해 하류측에 위치하는 타측 부분으로 분할된다.
전술한 내용으로부터, 상기 랜스(840)에서, 상기 하부 및 상부 확장 조인트(871, 857)는 상기 랜스의 하단부 및 상단부에 위치한다. 즉, 상기 하부 및 상부 확장 조인트(871, 857)는 상기 분배기(818)로부터 소정 간격 Q1 및 Q2 (도 6a)로 배치된다. 또한, 도 6d에서, 상기 랜스(840)는 상기 분배기(818)에 배치되거나 분배기(818)에 인접 배치되는 확장 조인트를 구비하지 않는 것이 바람직하다. 상기 하부 및 상부 확장 조인트(871, 857)는 일반적으로 상기 랜스의 하단부 및 상단부에 각각 인접 배치되고, 특히 랜스(840)는 상기 분배기에 인접한 확장 조인트를 구비하지 않는다.
도 6a에 예시되고 전술한 바와 같이, 상기 내부 튜브(844)는 하부 내측 튜브(834)와 결합되는 것이 바람직하다. 상기 내부 튜브(844)의 일부는 하부 내측 튜브와의 활주 가능한 결합을 위해, 즉 열팽창으로 인해 상기 내부 튜브(844) 및/또는 상기 하부 내측 튜브(834) 상호 간의 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부 내측 튜브(834) 내부에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 하부 내측 튜브(834) 및 상기 내부 튜브(844)는 편의상 도 6a에서 "X"로 표시되는 바와 같이, 내부 튜브(844)의 길이를 따라 결합된다. 열팽창으로 인한 상기 하부 내측 튜브(834)와 상기 내부 튜브(844) 상호 간 상대적 이동은 거의 축방향, 즉 도 6d에서 화살표 "P5" 및 "P6"으로 표시되는 방향으로 이루어진다.
실제로, 상기 몸체(820)는 상기 내부 지지 어셈블리(842)에 의해 분배기(818)의 상부 또는 하부에서 지지된다. 또한, 도 6a 및 도 6d에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 튜브(844)는 부분적으로 상기 분배기(818)에 인접 배치됨으로써 (즉, 상기 내부 튜브(844)가 그 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장됨으로써), 상기 내부 지지 어셈블리(842)는 분배기(818)를 거의 직접적으로 지지하게 된다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 내부 지지 어셈블리(842)는 그 상류측 단부(801)와 하류측 단부(802) 사이에서 연장한다. 상기 내부 튜브(844)는 상기 하류측 단부(802)에서 종료된다. 상기 상류측 단부(801) 및 상기 하류측 단부(802)는 상기 분배기(818)에 대해 각각 상류측 및 하류측에 위치한다. 따라서, 상기 몸체(820)에 대해 상기 내부 지지 어셈블리(842)가 제공하는 지지 효과는 "브릿징(bridging)" 효과이다, 즉, 상기 내부 지지 어셈블리(842)는 상기 분배기(818)에 대해 상류측에 위치하는 상류측 단부(801)와 상기 분배기에 대해 하류측에 위치하는 하류측 단부(802) 사이에 걸쳐 연장된다. 또한, 도 6a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 확장 조인트(871, 857)는 내부 지지 어셈블리(842) 외부에, 즉 랜스(840)의 상기 "브릿징"부 외부에 위치한다. 잘 알려진 바와 같이, 상기 하부 및 상부 확장 조인트(871, 857)는 상대적으로 취약하다. 그리고, 이들 확장 조인트(871, 857)는 상기 브릿징부의 외부에 위치하기 때문에, 전반적으로 상기 랜스(840)의 구조적 강도에 실제로 영향을 주지 못한다.
또한, 당업자라면 하단부 및 상단부에서의 상기 내부 튜브(844)의 활주 가능한 결합으로 인해, 열팽창이 수용된다.
상기 랜스(840)는 스페이서(821)를 구비하는 것이 바람직하다 (도 6b). 상기 스페이서(821)는 상기 랜스에 지지체를 제공할 수 있지만, 이러한 지지체는 국부화된다 (즉, 스페이서가 제공하는 지지 효과의 정도는 일반적으로 그 직근방으로 한정된다.). 특히, 도 6a 및 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 스페이서가 제공하는 지지체는 상기 분배기(818)에 대한 상류측 위치와 하류측 위치 사이에서 연장하지 않는다. 즉, 상기 스페이서는 상기 분배기에 대해 브릿징 효과를 제공하지 못한다.
전술한 바와 같이, 상기 몸체의 하부는 분배기에서 하향하여 편향되는 경향이 있는데, 그 이유가 상기 분배기는, 스틸로 이루어져 일반적으로 강한, 분배기 상하부의 튜브와는 대조적으로, 통상 구리로 이루어져 있기 때문이다. 또한, 확장 조인트는 경우에 따라서는 실질적으로 분배기에 위치하게 되는데, 이 분배기는 또한 랜스로 하여금 분배기에서 거의 편향되도록 하는 경향이 있다. 따라서, 전술한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 랜스(840)는 열팽창이 수용되고 몸체(820)의 편향동작이 상기 내부 지지 어셈블리(842)에 의해 내성을 받는 비교적 강한 구조를 제공한다.
도 6d에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 상기 내부 튜브(844)의 하류부(848)는 몸체(820)와 동축 상에 있는 소정의 위치에서 상기 내부 튜브(844)를 지지하기 위해 상기 하부 내측 튜브(834)의 상류부(850)과 결합하여 내부 튜브(844)가 몸체(820)의 편향에 대해 내성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하류부(848)에 있는 내부 튜브(844)의 외측벽(852)는 몸체(820)와 동축 상에 있는 소정의 위치에서 상기 내부 튜브(844)를 지지하기 위해 상기 상류부(850)에 있는 하부 내측 튜브(834)의 내측벽(854)과 결합하여 내부 튜브(844)가 몸체(820)의 편향에 대해 내성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 상기 내부 튜브(844)의 하류부(848) 및 상기 하부 내측 튜브(834)의 상류부(850)는 상호 간에 활주 가능하게 결합함으로써, 상기 내부 튜브(844)는 열팽창으로 인해 상기 내부 튜브(844) 및/또는 상기 하부 내측 튜브(826) 상호 간 상대적 이동을 허용하는 동시에 상기 몸체의 상기 하부를 지지하는 것이 바람직하다.
도 6a에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 상기 상부 내측 튜브(826)는 상기 상류측 단부(812)에 인접해 있고 거의 원통형이며 외경과 내경을 갖는 상류부(828), 상기 분배기에 인접해 있고 상기 상류부의 외경 보다 실제로 큰 외경과 상기 상류부의 내경 보다 실제로 큰 내경을 갖는 하류부(830), 및 상기 상류부 및 하류부(828, 830)를 연결하는 연결부(832)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 내부 튜브(844)는 상기 하류부(830)의 내경 보다 실제로 큰 외경을 가짐으로써, 상기 내부 튜브(844)와 상기 하류부(830) 사이에 환형 고리(872)가 형성된다. 상기 환형 고리(872)는 상기 분배기(818)의 포트(819)와 연통되는 것이 바람직하다. 상기 환형 고리(872)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 상부 내측 튜브(826)의 상류부(828)로부터 상기 분배기(818)의 포트(819)쪽으로 흐르도록 허용한다는 것을 이해할 것이다.
도 7a 내지 도 7d에는 본 발명의 랜스(940)의 또 다른 실시예가 예시된다. 도 7a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 랜스(940)는 상기 랜스의 축(927)에 의해 적어도 부분적으로 한정되고 상기 랜스(940)의 상류측 단부(912)와 하류측 단부(914) 사이에서 연장하는 몸체(920)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 상류측 단부(912)는 압력하에 랜스 내부로 유도되게끔 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 하류측 단부(914)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스(940)에서 배출되도록 하는 주 말단부(916)를 구비한다. 상기 몸체(920)는 상부 및 하부(922,924) 및 상기 주 말단부(916)로부터 소정 간격 "2Y" 로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기(918)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 상부 및 하부(922, 924)는 상기 분배기(918)에 대해 각각 상류측 및 하류측에 위치한다. 상기 분배기(918)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 다수개의 포트(919)(도 7d)를 구비한다. 상기 랜스(940)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스를 상기 상부(922)로 유도하기 위한 연결 튜브(955)(도 7a, 도 7c), 및 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분을 상기 주 말단부(914)로 유도하기 위한 팁 튜브(963)(도 7a, 도 7b)를 구비하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 또한, 상기 랜스(940)는 상기 몸체(920)를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리(942)를 구비하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 도 7a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 지지 어셈블리(942)는 상기 랜스(940)의 상기 하류측 단부(914)에 인접 배치되는 하류부(948)와, 상기 분배기(980)의 포트(919)에 대해 상류측에 위치하는 내부 튜브(944)의 상류부(956) 사이에서 연장하는 내부 튜브(944)를 구비하는 것이 바람직하다 (도 7a). 상기 상류부(956)는 상기 연결 튜브(955)(도 7c)와 결합가능하고, 상기 하류부(948)는 상기 분배기(918)에 대해 하류측에 있는 상기 팁 튜브(963)(도 7b)와 결합 가능한 것이 바람직하다. 또한, 상기 랜스(940)는 열팽창으로 인해 상기 내부 튜브(944)와 상기 팁 튜브(963) 상호 간에 상기 축(927)에 거의 평행한 축방향으로 적어도 부분적으로 이루지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부(924)에 인접 배치되는 하부 확장 조인트(971)(도 7b)를 구비하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 또한, 상기 랜스(940)는 열팽창으로 인해 상기 내부 튜브(944)와 상기 연결 튜브(955) 상호 간에 상기 축방향으로 적어도 부분적으로 이루지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 상부(922)에 인접 배치되는 상부 확장 조인트(957)(도 7c)를 구비하는 것이 바람직하다.
도 7a 내지 도 7d에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 랜스(940)는 랜스(940)를 냉각시키기 위해 물이 유도되도록 하는 공동(cavities)을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 랜스의 일측 상의 하부 중간 요소(931)와, 상기 랜스의 타측 상의 상기 내부 튜브(944) 및 상기 팁 튜브(963) 사이에 내부 공동(977)이 형성된다. 상기 하부 중간 요소(931)와 외부 튜브(951)(도 7b) 사이에는 외부 공동(925)이 형성된다. 일 실시예에서, 상기 랜스를 냉각시키기 위해 상기 공동(977, 925)을 통해 물을 순환시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 물은 도 7b에서 화살표 "2N1"로 표시된 방향으로 상기 내부 공동(977)을 통해 흐르도록 하고, 도 7b에서 화살표 "2O1"로 표시된 방향으로 상기 외부 공동(925)을 통해 흐르도록 하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 상기 주 말단부(916)는 하나 이상의 오리피스(960)를 갖는 노즐(959), 및 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분을 상기 노즐(959)로 유도하기 위한 팁 튜브(963)을 구비하는 것이 바람직하다. 도 7b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스(예: 산소)의 제 1 부분은 상기 팁 튜브(963)와 상기 내부 튜브(944)에 의해 형성되는 중앙 채널(917)을 통해 유도되어 상기 노즐(959)의 오리피스(960)를 통해 랜스(940)에서 배출된다. 상기 산소의 제 1 부분의 이동방향은 도 7b에서 화살표 "2M1" 및 "2M2"로 표시된다.
전술한 이유로 인해, 상기 랜스의 상이한 구성요소들은 상이한 속도로 열팽창을 거친다. 도 7b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 팁 튜브(963)는 상기 내부 튜브(914)의 결합부(973)와 활주 가능하게 결합되는 결합부(969)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 7b에서 화살표 "2P1" 및 "2P2"로 표시된 바와 같이, 상기 결합부들(969, 973)은 상기 팁 튜브(963) 및 상기 내부 튜브(944) 중 하나 또는 다른 하나, 또는 상기 두 개 튜브의 열팽창으로 인해 축방향으로 (즉, 도 7b에서 화살표 "2P1" 및 "2P2"로 표시된 방향으로) 상호 간 활주 가능한 결합을 위해 배치된다. 특히, 상기 팁 튜브(963)의 외표면(964) 및 상기 내부 튜브(944)의 내표면(967)은 상호 간 활주 가능한 결합을 위해 위치한다.
또한, 상기 하부 확장 조인트(971)는 상기 팁 튜브(963)의 외표면(964) 상에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 하부 확장 조인트(971)는 소정 개수의 O-링을 구비하는 것이 바람직하다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 도 7b에 예시된 실시예에서, 상기 하부 확장 조인트(971)는 968a 내지 968c로 표시된 세 개의 O-링을 구비한다. 당업자라면 상기 하부 확장 조인트(971)가 열팽창으로 인한 결합부(969, 973)의 축방향 이동을 수용함은 물론, 상기 내부 공동(977)을 통해 흐르는 물이 상기 중앙 채널(917) 내부로 유입되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 상기 결합부(969, 973) 사이에 밀봉 씰을 제공한다는 것을 이해할 것이다.
도 7c에는 상기 상부 확장 조인트(957)가 예시된다. 상기 내부 튜브(944)는 축(927) 및 연결 튜브(955)와 동축으로 배치된다. 도 7c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 연결 튜브(955)는 결합부(979)를 구비하고, 상기 내부 튜브(944)는 상부 결합부(989)을 구비하는데, 이들 결합부(979, 989)는 상호 결합 가능한 것이 바람직하다. 특히, 상기 결합부(979, 989)는 상호 간에 즉, 실질적으로 상기 축방향으로 활주 가능하게 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 상기 연결 튜브(955)의 내표면(995) 및 상기 내부 튜브(944)의 외표면(996)은 상호 활주 가능하게 결합되도록 위치하는 것이 바람직하다. 도 7c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스는 화살표 "2M3"로 표시된 바와 같이, 커넥터 튜브(955)와 내부 튜브(944)에 의해 형성되는 중앙 채널(983)을 따라 랜스 내부로 흐른다.
또한, 상기 랜스(940)의 몸체는 상부 중간 요소(929)를 구비하는 것이 바람직하다. 내부 공동(985)은 상기 몸체의 일측 상의 상부 중간 요소(929)와, 상기 몸체의 타측 상의 연결 튜브(955) 및 내부 튜브(944) 사이에 위치하고 상기 상부 중간 요소(929)와 상기 연결 튜브(955) 및 내부 튜브(944)에 의해 형성된다. 이와 마찬가지로, 상기 상부 중간 요소(929)와 상기 외부 튜브(951) 사이에는 외부 공동(988)이 위치한다. 상기 상부의 내부 공동(985)은 상기 하부의 내부 공동(977)과 연통되고, 상기 상부의 외부 공동(988)은 상기 하부의 외부 공동(925)과 연통된다. 도 7c에는, 랜스(940)를 냉각시키기 위해 상기 공동들을 통과하도록 유도되는 물의 흐름 방향이 화살표 "2N2" 및 "2O2"로 표시된다.
도 7c에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 상부 확장 조인트(957)는 도 7c에서 968D 내지 968F로 표시된 세 개의 O-링을 구비하는 것이 바람직하다. (상기 확장 조인트(957)는 임의의 적절한 개수의 O-링을 구비할 수도 있다) 상기 결합부(979, 989)는 도 7c에서 화살표 "2P3" 및 "2P4" 로 표시된 바와 같이, 축방향으로 상호 간 상대적 이동이 가능하다. 전술한 이유로 인해, 상기 결합부(979, 989) 중 하나 또는 둘 모두가 열팽창으로 인해 상호 간 상대적 이동이 가능할 수도 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 상대적 이동은 상기 결합부(979, 989)의 상호 간 활주 가능한 결합 형태, 즉 상기 결합부(979, 989) 중 하나 또는 모두가, 하나 또는 나머지 다른 하나에 대한 실질적인 축방향으로의 상대적 이동 (또는 둘 모두의 이동)을 위해, 다른 하나와 활주 가능하게 결합하는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 상부 확장 조인트(957)는 이러한 상대적 이동을 허용함은 물론, 상기 내부 공동(977) 내부의 물이 중앙 채널(983) 내부로 누수되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 밀봉 씰을 제공하기도 한다.
도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분은 포트(919)를 통해 상기 랜스(940)에서 배출된다. 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분의 흐름은 도 7d에서 화살표 "2M4"로 개략적으로 표시된다. 도 7d에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분은 내부 튜브(944)를 통해 분배기(918)를 통과해 흐른다. 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분의 이동은 화살표 "2M5"로 개략적으로 표시된다.
상기 내부 지지 어셈블리(942)는 상기 분배기(918)에 대해 상류측에 위치하는 내부 튜브(944)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 7a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 지지 어셈블리(942)는 상류측 단부(901)(도 7c)과 하류측 단부(902)(도도 7b) 사이에서 연장되되, 이들 단부 각각이 튜브 요소와 활주 가능하게 결합되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 상류측 단부(901)는 전술한 바와 같이, 상기 상부 연결 튜브(955)(도 7c)의 결합부(979) 내부에서 결합되는 결합부(989)를 구비한다. 위에서 설명한 바와 같이, 상기 결합부들(979, 989)는 상호 결합되기도 하지만, 연결 튜브 및/또는 내부 튜브(944)의 열팽창을 수용하기 위해 화살표 "2P3" 및 "2P4"로 표시되는 방향으로 이동 가능하다. 따라서, 상기 연결 튜브(955)는 그 상류측 단부(901)에서 상기 내부 튜브(944)를 지지한다. 이와 마찬가지로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 내부 튜브(944)의 하류측 단부(902)는 상기 팁 튜브(963)의 결합부(969)와 활주 가능하게 결합되는 결합부(973)를 구비한다. 따라서, 상기 팁 튜브(963)는 그 하류측 단부(902)에서 상기 내부 튜브(944)를 지지한다.
전술한 내용으로부터, 상기 몸체(920)는 상기 내부 지지 어셈블리(942)를 제외하고 상기 랜스(940)의 거의 전체를 구비한다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 상기 몸체(920)는 연결 튜브(955) 및 하부 내측 튜브(934)는 물론, 외부 튜브(951), 분배기(918), 하부 중간 요소(931), 팁 튜브(963), 및 상부 중간 요소(929)를 구비하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 상기 외부 튜브(951)는 랜스(940)의 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장하는 연속적인 물리적 요소가 아닌 것이 바람직하지만, 그 대신 두 개의 부분, 즉 분배기(918)에 대해 상류측에 위치하는 일측 부분과, 상기 분배기에 대해 하류측에 위치하는 타측 부분으로 분할된다.
전술한 내용으로부터, 상기 랜스(940)에서, 상기 하부 및 상부 확장 조인트(971, 957)는 상기 랜스의 하단부 및 상단부에 위치한다. 즉, 상기 하부 및 상부 확장 조인트(971, 957)는 상기 분배기(918)로부터 소정 간격 2Q1 및 2Q2 (도 7a)로 배치된다. 또한, 도 7d에서, 상기 랜스(940)는 상기 분배기(918)에 배치되거나 분배기(918)에 인접 배치되는 확장 조인트를 구비하지 않는 것이 바람직하다. 상기 하부 및 상부 확장 조인트(971, 957)는 일반적으로 상기 랜스의 하단부 및 상단부에 각각 인접 배치되고, 도 7d에 도시된 바와 같이, 랜스(940)는 상기 분배기에 인접한 확장 조인트를 구비하지 않는다. 그 결과, 상기 랜스(940)는 확장 조인트가 통상 상기 분배기에 인접 배치되는 랜스 보다 분배기(918)에서의 굽힘 현상(bending)에 덜 취약해진다.
실제로, 상기 몸체(920)는 상기 내부 지지 어셈블리(942)에 의해 분배기(918)의 상부 또는 하부에서 지지된다. 상기 내부 튜브(944)는 상기 내부 지지 어셈블리(942)의 상류측 단부(901)와 하류측 단부(902) 사이에서 연장되는 단일의 통합 요소이다. 또한, 도 7a 및 도 7d에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 튜브(944)는 부분적으로 상기 분배기(918)에 인접 배치됨으로써, 상기 내부 지지 어셈블리(942)는 분배기(918)를 거의 직접적으로 지지하게 된다.
상기 상류측 단부(901) 및 상기 하류측 단부(902)는 상기 분배기(918)에 대해 각각 상류측 및 하류측에 위치한다. 따라서, 상기 몸체(920)에 대해 상기 내부 지지 어셈블리(942)가 제공하는 지지 효과는 "브릿징(bridging)" 효과이다, 즉, 상기 내부 지지 어셈블리(942)는 상기 분배기(918)에 대해 상류측에 위치하는 상류측 단부(901)와 상기 분배기에 대해 하류측에 위치하는 하류측 단부(902) 사이에 걸쳐 연장된다. 또한, 도 7a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 상부 및 하부 확장 조인트(971, 957)는 내부 지지 어셈블리(942) 외부에, 즉 랜스(940)의 상기 "브릿징"부 외부에 위치한다. 잘 알려진 바와 같이, 상기 하부 및 상부 확장 조인트(971, 957)는 상대적으로 취약하다. 그리고, 이들 확장 조인트(971, 957)는 상기 내부 지지 어셈블리(942)의 단부에 위치하기 때문에, 전반적으로 상기 랜스(940)의 구조적 강도에 실제로 영향을 주지 못한다,
또한, 당업자라면 하단부 및 상단부에서의 상기 내부 튜브(944)의 활주 가능한 결합으로 인해, 열팽창이 수용된다.
도 7a 및 7b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 튜브(944)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 분배기로 흐르도록 하기 위해, 상기 분배기의 포트(919)에 대해 적어도 부분적으로 상류측에 위치하는 하나 이상의 개구부(986)를 추가로 구비한다.
도 8a 내지 도 8c에는 본 발명의 랜스(1040)의 대체 실시예가 예시된다. 상기 랜스(1040)는 산소 함유 또는 가연성 가스를 적어도 부분적으로 유도하기 위한 것이며, 축(1027)에 의해 적어도 부분적으로 한정되고 상류측 단부(1012)와 하류측 단부(1014) 사이에서 연장하는 몸체(1020)를 구비한다. 상기 상류측 단부(1012)는 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 하류측 단부는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스(1040)에서 배출되도록 하는 주 말단부(1016)를 구비한다. 또한, 상기 몸체(1020)는 상부 및 하부(1022,1024), 및 상기 주 말단부(1016)로부터 소정 간격 "3Y"로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기(1018)를 구비한다. 상기 상부 및 하부(1022,1024)는 상기 분배기(1018)에 대해 각각 상류측 및 하류측에 배치된다. 상기 분배기(1018)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스(1040)에서 배출되도록 하는 다수개의 포트(1019)(도 8b)를 구비한다. 일 실시예에서, 상기 분배기(1018)는 포트(1019)(도 8b)에 대해 상류측으로 연장되는 분배기 튜브(1090), 및 상기 분배기로부터 적어도 부분적으로 상류측에 위치하는 상부 내측 튜브(1026)를 추가로 구비한다. 또한, 상기 랜스(1040)는 상기 상부 내측 튜브(1026)에 고정되고 상기 분배기 튜브(1090)와 결합 가능한 어댑터(1091), 및 상기 분배기(도 8b)로부터 적어도 부분적으로 하류측에 위치하는 하부 내측 튜브(1034)를 구비한다. 또한, 상기 랜스(1040)는 상기 몸체(1020)를 지지하기 위한 내부 지지 어셈블리(1042)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 내부 지지 어셈블리(1042)는 상기 몸체(1020) 내부에 위치함은 물론, 상기 분배기(1080)에 대해 적어도 부분적으로 하류측에 있는 상기 하부 내측 튜브(1034) 및 상기 분배기(1080)에 대해 적어도 부분적으로 상류측에 있는 상기 상부 내측 튜브(1026)와 결합되는 내부 튜브(1044)를 구비하는 것이 바람직하다. 후술되는 바와 같이, 상기 랜스(1040)는 열팽창으로 인해 상기 하부 내측 튜브(1034)와 상기 주 말단부(1016) 상호 간에 상기 축에 거의 평행한 축방향으로 적어도 부분적으로 이루지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부(1024)에 인접 배치되는 하부 확장 조인트(1071)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 랜스는 열팽창으로 인해 상기 상부 내측 튜브(1026)와 상기 분배기 튜브(1090) 상호 간에 상기 축방향으로 적어도 부분적으로 이루지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 분배기 튜브(1090)와 결합하기 위해 상기 어댑터(1091) 상에 배치되는 상부 확장 조인트(1057)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 8a에 예시된 바와 같이, 상기 상부 내측 튜브(1026)는 상기 상부(1022) 내부에 적어도 부분적으로 배치되고 상기 하부 내측 튜브(1034)는 상기 하부(1024) 내부에 적어도 부분적으로 배치된다.
도 8a 내지 도 8c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 랜스(1040)는 랜스(1040)를 냉각시키기 위해 물이 유도되도록 하는 공동을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 랜스의 일측 상의 하부 중간 요소(1031)와, 상기 랜스의 타측 상의 상기 하부 내측 튜브(1034) 및 상기 팁 튜브(1063) 사이에 내부 공동(1077)이 형성된다. 상기 하부 중간 요소(1031)와 외부 튜브(1051)(도 8c) 사이에는 외부 공동(1025)이 형성된다. 일 실시예에서, 상기 랜스를 냉각시키기 위해 상기 공동(1077, 1025)을 통해 물을 순환시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 물은 도 8c에서 화살표 "3N1"로 표시된 방향으로 상기 내부 공동(1077)을 통해 흐르도록 하고, 도 8c에서 화살표 "3O1"로 표시된 방향으로 상기 외부 공동(1025)을 통해 흐르도록 하는 것이 바람직하다.
상기 주 말단부(1016)는 노즐(1059), 및 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분을 상기 노즐(1059)로 유도하기 위한 팁 튜브(1063)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 도 8c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분은 상기 팁 튜브(1063) 및 상기 내부 튜브(1044)에 의해 형성되는 중앙 채널(1017)을 통해 유도되어 오리피스를 통해 상기 랜스(1040)에서 배출된다. 상기 산소의 제 1 부분의 이동방향은 도 8c에서 화살표 "3M1" 및 "3M2"로 표시된다.
전술한 이유로 인해, 상기 랜스의 상이한 구성요소들은 상이한 속도로 열팽창을 거친다. 도 8c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 팁 튜브(1063)는 상기 하부 내측 튜브(1034)의 결합부(1073)와 활주 가능하게 결합되는 결합부(1069)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 8c에서 화살표 "3P1" 및 "3P2"로 표시된 바와 같이, 상기 결합부들(1069, 1073)은 상기 팁 튜브(1063) 및 상기 하부 내측 튜브(1034) 중 하나 또는 다른 하나, 또는 상기 두 개 튜브의 열팽창으로 인해 축방향으로 (즉, 도 8c에서 화살표 "3P1" 및 "3P2"로 표시된 방향으로) 상호 간 활주 가능한 결합을 위해 형성 및 배치된다. 상기 팁 튜브(1063)의 외표면(1064) 및 상기 하부 내측 튜브(1034)의 내표면(1067)은 상호 간 활주 가능한 결합을 위해 위치한다.
또한, 상기 하부 확장 조인트(1071)는 상기 팁 튜브(1063)의 외표면(1064) 상에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 하부 확장 조인트(1071)는 소정 개수의 O-링을 구비하는 것이 바람직하다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 도 8c에 예시된 실시예에서, 상기 하부 확장 조인트(1071)는 편의상 1068a 내지 1068c로 표시된 세 개의 O-링을 구비한다. 당업자라면 상기 하부 확장 조인트(1071)가 열팽창으로 인한 결합부(1069, 1073)의 축방향 이동을 수용함은 물론, 상기 내부 공동(1077)을 통해 흐르는 물이 상기 중앙 채널(1017) 내부로 유입되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 상기 결합부(1069, 1073) 사이에 밀봉 씰을 제공한다는 것을 이해할 것이다.
상기 상부 확장 조인트(1057)는 도 8b에 도시된다. 상기 내부 튜브(1044)는 상기 축(127) 및 상기 상부 내측 튜브(1026)와 동축으로 배치된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 상부 내측 튜브(1026)는 결합부(1079)를 구비하고, 상기 내부 튜브(1044)는 상부 결합부(1089)를 구비한다., 이들 결합부(1079, 1089)는 상호 결합 가능하도록 형성 및 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 결합부(1079, 1089)는 상호 간에 즉, 실질적으로 상기 축방향으로 상호 활주 가능하게 결합되면서 이동 가능하다는 것을 이해할 것이다. 도 8c에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 산소는 화살표 "3M3"로 표시된 바와 같이, 상부 내측 튜브(1026)와 내부 튜브(1044)에 의해 형성되는 중앙 채널(1083)을 따라 랜스 내부로 흐른다.
또한, 상기 랜스(1040)의 몸체(1020)는 상부 중간 요소(1029)를 구비하는 것이 바람직하다. 내부 공동(1085)은 상기 몸체의 일측 상의 상부 중간 요소(1029)와, 상기 몸체의 타측 상의 상부 내측 튜브(1026) 및 분배기 튜브(1090) 사이에 위치하고 상기 상부 중간 요소(1029)와 상기 상부 내측 튜브(1026) 및 분배기 튜브(1090)에 의해 형성된다. 이와 마찬가지로, 상기 상부 중간 요소(1029)와 상기 외부 튜브(1051) 사이에는 외부 공동(1088)이 위치한다. 상기 상부의 내부 공동(1085)은 상기 하부의 내부 공동(1077)과 연통되고, 상기 상부의 외부 공동(1088)은 상기 하부의 외부 공동(1025)과 연통된다. 도 8b에는, 랜스(1040)를 냉각시키기 위해 상기 공동들을 통과하도록 유도되는 물의 흐름 방향이 화살표 "3N2" 및 "3O2"로 표시된다.
도 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 어댑터(1091)는 어댑터의 내측부(1006)에 인접한 위치(1092)에서 상부 내측 튜브(1026)에 고정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 어댑터의 내측부(1006)는 상기 내부 튜브(1044)와 활주 가능하게 결합하도록 구성된다. 상기 어댑터의 외측부(1093)는 상기 분배기 튜브(1090)의 내표면(1094)과 활주 가능하게 결합하도록 형성 및 위치한다. 또한, 상기 상부 확장 조인트(1057)는 상기 어댑터(1091)의 외측부(1093) 상에 설치됨으로써, 상기 상부 확장 조인트(1057)가 상기 분배기 튜브(1090)의 내표면(1094)와 밀봉가능하게 결합한다.
일 실시예에서, 상부 확장 조인트(1057)는 도 8b에서 1068D 및 1068E로 표시된 두 개의 O-링을 구비하는 것이 바람직하다. (상기 확장 조인트(1057)는 임의의 적절한 개수의 O-링을 구비할 수도 있다) 상기 결합부(1079, 1081)는 도 11b에서 화살표 "3P3" 및 "3P4"로 표시된 바와 같이, 축방향으로 상호 간 상대적 이동이 가능하다. 그러나, 또한, 상기 분배기 튜브(1090) 및 어댑터(1091)는 열팽창으로 인해 상호 이동 가능하다 (즉, 개별적으로, 또는 둘 모두 동시에). 상기 어댑터(1091) 및 분배기 튜브(1090)의 이동, 또는 상기 어댑터(1091) 및 분배기 튜브(1090)의 상호 각각에 대한 이동은 실질적으로 축방향, 즉 도 8b에서 화살표 "3P3" 및 "3P4" 로 표시된 방향으로 진행된다.
전술한 이유로 인해, 상기 결합부(1079, 1089) 중 하나 또는 둘 모두가 열팽창으로 인해 상호 간 상대적 이동이 가능할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 상대적 이동은 상기 결합부(1079, 1089)의 상호 간 활주 가능한 결합 형태, 즉 상기 결합부(1079, 1089) 중 하나 또는 모두가 다른 하나와 활주 가능하게 결합하는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 상기 분배기 튜브(1090) 및 어댑터(1091)는 열팽창으로 인해 거의 축방향으로 상호 간 이동 가능하므로, 상기 분배기 튜브(1090)의 내표면(1094) 및 상기 어댑터(1091)의 외측부(1093)는 상기와 같은 이동이 일어날 때 상호 간 활주 가능하게 결합된다. 상기 확장 조인트(1057)는 이러한 상대적 이동을 허용함은 물론, 상기 내부 공동(1077) 내부의 물이 중앙 채널(1083) 내부로 누수되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 밀봉 씰을 제공하기도 한다.
도 8a 및 도 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 튜브(1044)는 상기 분배기(1018)에 대해 각각 상류측 및 하류측에 위치하는 상류측 단부(1001)와 하류측 단부(1002) 사이에서 연장된다. 전술한 바와 같이, 상기 상류측 단부(1001)에 인접한 상기 내부 튜브(1044)의 결합부(1089)는 상기 상부 내측 튜브(1026)의 결합부(1079)와 활주 가능하게 결합된다. 또한, 상기 내부 튜브(1044)의 길이(1004)를 따라, 상기 내부 튜브(1044)가 상기 하부 내측 튜브(1034)와 활주 가능하게 결합된다. 따라서, 상기 내부 튜브(1044)는 도 8b에서 화살표 "3P3" 및 "3P4"로 표시된 방향으로 상기 상부 및 하부 내측 튜브(1026, 1034)에 대해 상대적 이동이 가능하다 (즉, 이러한 상대적 이동의 원인은 열팽창이다.). 상기 어댑터의 내측부(1006)는 상기 내부 튜브(1044)와 활주 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
전술한 내용으로부터, 상기 몸체(1020)는 상기 내부 지지 어셈블리(1042)를 제외하고 상기 랜스(1040)의 거의 전체를 구비한다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 상기 몸체(1020)는 상부 내측 튜브(1026) 및 하부 내측 튜브(1034)는 물론, 외부 튜브(1051), 분배기(1018), 하부 중간 요소(1031), 팁 튜브(1063), 및 상부 중간 요소(1029)를 구비하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 상기 외부 튜브(1051)는 랜스(1040)의 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장하는 연속적인 물리적 요소가 아닌 것이 바람직하지만, 그 대신 두 개의 부분, 즉 분배기(1018)에 대해 상류측에 위치하는 일측 부분과, 상기 분배기에 대해 하류측에 위치하는 타측 부분으로 분할된다.
실제로, 상기 몸체(1020)는 상기 내부 지지 어셈블리(1042)에 의해 분배기(1018)의 상부 또는 하부에서 지지된다. 또한, 도 8a 및 도 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 튜브(1044)는 부분적으로 상기 분배기(1018)에 인접 배치됨으로써, 상기 내부 지지 어셈블리(1042)는 분배기(1018)를 거의 직접적으로 지지하게 된다.
상기 상류측 단부(1001) 및 상기 하류측 단부(1002)는 상기 분배기(1018)에 대해 각각 상류측 및 하류측에 위치한다. 따라서, 상기 몸체(1020)에 대해 상기 내부 지지 어셈블리(1042)가 제공하는 지지 효과는 "브릿징(bridging)" 효과이다, 즉, 상기 내부 지지 어셈블리(1042)는 상기 분배기(1018)에 대해 상류측에 위치하는 상류측 단부(1001)와 상기 분배기에 대해 하류측에 위치하는 하류측 단부(1002) 사이에 걸쳐 연장된다. 또한, 도 8a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 하부 확장 조인트(1071)는 내부 지지 어셈블리(1042) 외부에, 즉 랜스(1040)의 상기 "브릿징"부 외부에 위치한다.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 상부 확장 조인트(1057)는 상기 어댑터(1091) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상부 확장 조인트(1057)는 분배기(1018)에 인접 배치되되, 상기 내부 지지 어셈블리(1042)의 상류측 단부(1001)와 하류측 단부(1002) 사이에 배치된다. 그러나, 상기 상류측 단부(1001)와 상기 하류측 단부(1002) 사이에서 내부 지지 어셈블리(1042)가 제공하는 지지 구조로 인해, 상기 상부 확장 조인트(1057)는 전반적으로 랜스(1040)의 구조적 강도에 물질적으로 악영향을 주지는 않는다.
도 8a에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 튜브(1044)는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 분배기(1018)의 포트(1019)로 흐르도록 하기 위한 하나 이상의 개구부(1086)를 구비하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 상기 내부 튜브(1044)는 상기 하부 내측 튜브(1034)와 활주 가능하게 결합된다. 또한, 상기 내부 튜브(1044)는 상기 상부 내측 튜브(1026)와 활주 가능하게 결합되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 상기 어댑터(1091)는 분배기 튜브(1090)와 활주 가능하게 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 활주 가능한 결합의 의도는 열팽창으로 인한 이들 부품의 상대적 이동(즉, 각각 서로에 대해)을 수용하기 위한 것이다.
따라서, 상기 내부 튜브(1044)는 상기 몸체(1020)를 지지하여, 상기 내부 지지 어셈블리(1042)가 분배기(1018)에 대해 상류측 및 하류측 위치에서 몸체(1020)를 지지하게 되는 "브릿징" 효과를 발휘한다. 또한, 랜스(1040)에서, 상기 하부 확장 조인트(1071)는 랜스의 하단부에 배치되지만, 상기 상부 확장 조인트(1057)는 상기 분배기(1018)에 인접 배치된다. 그러나, (어댑터(1091))를 통한) 내부 튜브(1044) 및 상부 내측 튜브에 의해 지지되는 분배기 튜브는 분배기 근방에서 몸체(1020)의 편향에 대해 내성을 보인다. 그 결과, 랜스(1040)는 분배기(1018)에서의 굽힘 현상(bending)에 덜 취약해진다.
당업자라면 본 발명은 다양한 형태를 취할 수 있고, 이러한 형태들은 전술한 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 전술한 내용들은 예시적으로 설명한 것이며, 이들 전술한 내용의 범위는 본 명세서에서 제공되는 바람직한 실시예에 한정되어서는 안된다.
112 : 상류측 단부 114 : 하류측 단부
116 : 주 말단부 118 : 분배기
119 : 포트 120 : 몸체
122 : 상부 124 : 하부
126 : 상부 내측 튜브 128 : 상류부
130 : 하류부 132 : 연결부
134 : 하부 내측 튜브 140 : 랜스
142 : 내부 지지 어셈블리 144 : 내부 튜브
148 : 하류부 150 : 상류부
152 : 외측벽 158 : 큰 내측벽
161 : 외측벽 162 : 내측벽
165 : 큰 외측벽 172 : 환형고리

Claims (16)

  1. 산소 함유 또는 가연성 가스를 적어도 부분적으로 유도하기 위한 랜스로서,
    상기 랜스는 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 길이방향으로 연장하는 몸체를 포함하되, 상기 하류측 단부는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 주 말단부를 포함하고,
    상기 몸체는 상부 및 하부; 및
    상기 주 말단부로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되는 분배기를 포함하되, 상기 분배기는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 다수개의 포트를 포함하며, 상기 상부와 상기 하부는 상기 분배기에 대해 길이방향으로 상류측 및 하류측에 배치되는, 랜스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 주 말단부로부터 이격되는 상기 소정 간격은 BOB 공정에서 스크랩 중량의 증가를 허용하기 위해 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 반응(후 연소 또는 이차 탈탄 반응)을 보장하도록 0.5 m 내지 3.5 m인, 랜스.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 주 말단부로부터 이격되는 상기 소정 간격은 상기 랜스의 자가 세척을 허용하기 위해 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 반응(후 연소 또는 이차 탈탄 반응)을 보장하도록 1.5 m 내지 5 m인, 랜스.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 주 말단부로부터 이격되는 상기 소정 간격은 용기 세척을 허용하기 위해 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 반응(후 연소 또는 이차 탈탄 반응)을 보장하도록 2 m 내지 6 m인, 랜스.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 다수개의 포트는 상기 산소 함유 가스가 상기 랜스의 본체를 손상시키기 않으면서 최적 위치에서 연소가스와 반응하는 것을 보장하기 위해 마하 1.0 내지 마하 2.5의 속력을 갖도록 상기 길이방향 하류측 단부에 대해 10ㅀ내지 60ㅀ의 각도로 4 개 내지 16 개가 형성된, 랜스.
  6. 산소 함유 또는 가연성 가스를 적어도 부분적으로 유도하기 위한 랜스로서,
    상기 랜스는 상기 랜스의 축에 의해 적어도 부분적으로 한정되고 상류측 단부와 하류측 단부 사이에서 연장하는 몸체를 포함하되, 상기 상류측 단부는 산소 함유 또는 가연성 가스를 수용하도록 구성되고, 상기 하류측 단부는 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 1 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 주 말단부를 포함하고,
    상기 몸체는 상부 및 하부;
    상기 주 말단부로부터 소정 간격으로 이격되어 상기 상부와 상기 하부 사이에 배치되고, 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 랜스에서 배출되도록 하는 다수개의 포트를 포함하는 분배기를 포함하되, 상기 상부와 상기 하부는 상기 분배기에 대해 상류측 및 하류측에 배치되고;
    상기 몸체를 지지하기 위해, 상기 몸체 내부에 배치되고 상기 몸체의 상기 상부 및 상기 하부와 적어도 부분적으로 결합되는 내부 튜브를 포함하는 내부 지지 어셈블리;
    열팽창으로 인해 상기 내부 튜브와 상기 주 말단부 상호 간에 상기 축에 거의 평행한 축방향으로 적어도 부분적으로 이루어지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 하부 근방에 배치되는 하부 확장 조인트; 및
    열팽창으로 인해 상기 내부 튜브와 상기 연결 튜브 상호 간에 상기 축방향으로 적어도 부분적으로 이루어지는 상대적 이동을 허용하기 위해 상기 상부 근방에 배치되는 상부 확장 조인트;를 포함하는, 랜스.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 주 말단부로부터 이격되는 상기 소정 간격은 BOB 공정에서 스크랩 중량의 증가를 허용하기 위해 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 반응(후 연소 또는 이차 탈탄 반응)을 보장하도록 0.5 m 내지 3.5 m인, 랜스.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 주 말단부로부터 이격되는 상기 소정 간격은 상기 랜스의 자가 세척을 허용하기 위해 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 반응(후 연소 또는 이차 탈탄 반응)을 보장하도록 1.5 m 내지 5 m인, 랜스.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 주 말단부로부터 이격되는 상기 소정 간격은 용기 세척을 허용하기 위해 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 반응(후 연소 또는 이차 탈탄 반응)을 보장하도록 2 m 내지 6 m인, 랜스.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 다수개의 포트는 상기 산소 함유 가스가 상기 랜스의 본체를 손상시키기 않으면서 최적 위치에서 연소가스와 반응하는 것을 보장하기 위해 마하 1.0 내지 마하 2.5의 속력을 갖도록 상기 길이방향 하류측 단부에 대해 10ㅀ내지 60ㅀ의 각도로 4 개 내지 16 개가 형성된, 랜스.
  11. 청구항 6에 있어서, 상기 내부 지지 어셈블리는 상기 분배기에 대해 상류측 및 하류측에서 상기 몸체를 지지하도록 상기 몸체의 상기 상부 및 상기 하부와 적어도 부분적으로 결합되는, 랜스.
  12. 상기 내부 지지 어셈블리의 하류부는 상기 몸체의 편향에 대해 내성을 갖도록 상기 몸체와 동축인 소정 위치에서 상기 내부 어셈블리를 지지하기 위해, 상기 내부 지지 어셈블리의 상류부와 결합하는, 랜스.
  13. 기 내부 지지 어셈블리는 상기 산소 함유 또는 가연성 가스의 제 2 부분이 상기 분배기로 흐르도록 허용하기 위해, 상기 분배기의 포트에 대해 적어도 부분적으로 상류측에 형성되는 적어도 하나의 개구부를 포함하는, 랜스.
  14. 랜스를 자가 세척 방식으로 작동시키는 방법으로서,
    상기 랜스를 제강용기 내에 위치시키는 단계; 및
    상기 랜스 상에서의 전체 스컬의 축적을 방지하기 위해 후 연소 또는 이차 탈탄 반응을 촉진시키도록 산소 함유 또는 가연성 가스를 5 Nm3/분 내지 30 Nm3/분의 유속으로 분배기 및 적어도 하나의 포트로 유동시키는 단계;를 포함하는 방법.
  15. 제강용기에서 스크랩 금속의 사용을 증가시키는 방식으로 랜스를 작동시키는 방법으로서,
    상기 랜스를 제강용기 내에 위치시키는 단계; 및
    추가 스크랩의 사용을 허용하기 위해 후 연소 또는 이차 탈탄 반응을 촉진시키도록 산소 함유 또는 가연성 가스를 15 Nm3/분 내지 50 Nm3/분의 유속으로 분배기 및 적어도 하나의 포트로 유동시키는 단계;를 포함하는 방법.
  16. 투입구 및 콘 영역(cone area)에 스컬이 축적되어 있는 제강용기를 세척하는 방식으로 랜스를 작동시키는 방법으로서,
    상기 랜스를 제강용기 내에 위치시키는 단계; 및
    상기 용기 내에 있는 스컬을 제거하고 상기 용기의 투입구 및 콘 영역에 스컬이 축적되는 것을 방지하기 위해, 후 연소 또는 이차 탈탄 반응을 촉진시키도록 산소 함유 또는 가연성 가스를 5 Nm3/분 내지 100 Nm3/분의 유속으로 분배기 및 적어도 하나의 포트로 유동시키는 단계;를 포함하는 방법.
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