KR20140053025A - 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스 - Google Patents

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루벤스 엘브스 프레이리
레오나르도 크루즈 아란테스 캠포스
조지 리마 드 시께이라
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마그네시타 레프라타리오스 에스/에이
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Abstract

본 발명은 주입 랜스(1)의 상부 부위에 가스용 입구(5)와 하부 부위에 가스용 출구(6)을 갖는 내부 튜브 또는 파이프(2)와, 이 내부 튜브 또는 파이프(2)와 냉각 재킷을 형성하는 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3)로 구성된 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스에 관한 것으로, 상기 내부 튜브 또는 파이프 (2)는 상기 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3)에서 단지 하나의 지점에 고정되고, 상기 내부 튜브 또는 파이프(2)와 상기 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3) 사이에 형성된 냉각 재킷 영역에서 가스흐름은 단지 상기 냉각 재킷 내에서만 발생한다.

Description

야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스{COOLED LANCE FOR INJECTING INTO A METALLURGICAL VESSEL}
본 발명은 바람직하기에는, 비록 배타적이지는 않지만, 강철 또는 선철(pig iron)을 정련하기 위한 야금용기에, 고체입자와 조합하여 또는 고체입자없이 아르곤 또는 질소와 같은 가스를 주입하는 데에 사용되는 냉각된 주입 랜스(lance)에 관한 것이다.
야금용기에 가스를 주입하고 및/또는 고체를 공급하기 위한 주입 랜스는 종래기술로부터 알려져 있고, 또 일반적으로 야금용기의 정상부(top)에서, 즉 수직위치 또는 수직위치에 대해 주어진 각도에 위치된다.
이러한 주입 랜스의 통상적인 구성은, 가스 및/또는 분쇄된 고체요소와 가스의 혼합물을 공급하기 위한 튜브 또는 중앙 파이프가 구비되고, 금속 용탕(bath)과 접촉하는 내화 콘크리트가 외부에 위치된다. 튜브 또는 금속 덕트 주위에 냉각유체가 순환되는 냉각 슬리이브가 구비되고, 냉각유체는 액체, 가스로 미립화된 액체의 혼합물 또는 단지 가스인 특허도 있다. 튜브 또는 중앙 파이프와 냉각 슬리이브 사이에 가스통로용 중간 슬리이브를 제공할 가능성이 여전히 있다. 튜브 또는 중앙 파이프는, 그 출구에서 가스속도를 가속하기 위한 장치를 가질 수도 또는 갖지 않을 수 있다. 그러한 종래기술의 해결방안이 PI9710304-7, US 6,432,165 B1, WO 03/023073 A1 및 WO 2004046391 A1에 제시된다.
모든 종래 기술의 해결방안은 항상 가스 및/또는 고체를 안전한 방식으로 또 바람직하기에는 많은 활용 사이클을 위해 야금용기로 주입하는 것을 시도하고 있다. 야금용기 내부를 지배하는 고온으로 인하여, 내화 콘트리트 피복 및 냉각 재킷의 사용에도 불구하고 주입 랜스의 사용수명은 한정된다.
본 발명의 목적은, 효율적인 냉각 및 최적화된 내부 배열에 의해 구성부품의 기계적인 더 큰 강도가 얻어져서 사용 수명을 더 길게할 수 있는, 종래기술에 비하여 단순화된 구성이 구비된, 가스 및/또는 고체와 가스의 혼합물을 야금용기에 주입하기 위한 주입 랜스를 제공하는 것이다.
효율적인 냉각시스템의 사용은, 금속부품에서 온도 감소에 의해 주입 랜스에 더 큰 기계적인 강도를 부여하여, 주입 랜스의 사용수명에 상당한 연장을 제공한다. 또한, 콘크리트/금속 조립체의 열팽창을 감소하고, 이는 균열의 발생을 감소하며 또 액체 금속과 슬래그의 내화물로의 침입 그리고 그 결과로 주입 랜스의 내부 금속구조에 대한 손상을 감소한다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에서 주입 랜스 냉각 시스템은 일반적으로, 금속 용탕에 주입될 재료의 흐름과는 무관하게, 냉각 시스템과 동심원상인 적어도 2개의 튜브 또는 파이프 사이에 체임버로 구성된다. 본 발명은 금속 구조물을 냉각하기 위하여 주입된 가스의 내부 흐름을 사용하고, 그리하여 독립적인 냉각 시스템의 필요성을 제거한다. 이러한 방식으로, 주입 랜스의 제조 및 작동비용에 상당한 감소가 있다.
본 발명의 시스템은 더 낮은 온도에서 작동하는 주입 랜스의 내부 구조물이 얻어져서, 내화물에의 기계적인 응력을 줄이고, 증대된 뒤틀림(warp)을 방지하며 또 주입 랜스의 금속 구성부품들의 구조적인 기능을 보존한다. 이러한 맥락에서, 주입가스 자체와의 냉각 및 자신의 길이를 따른 내부 튜브 또는 파이프의 지지와 관련한 본 발명의 구성적인 특징들은 종래 기술의 장비에 대하여 확실한 효과를 얻기 위하여 적절하다.
일반적으로, 주입 랜스를 구성하는 튜브 또는 파이프 사이의 고정은, 길이를 따라 여러 지점에서 용접으로 이루어진다. 본 발명에서, 냉각 재킷에 대한 내부 튜브 또는 파이프의 고정은 한 지점, 바람직하기에는 상부 부위에서만 이루어진다. 내부 튜브 또는 파이프를 따라, 내부 튜브 또는 파이프와 냉각 재킷 사이의 상대이동을 가능하게 하기 위하여 단지 반경방향의 지지가 제공된다. 이러한 방식으로, 열 사이클에 의해 야기된 치수변경의 결과로 용접된 연결부의 파괴는 발생하지 않을 것이다. 또한, 내부 튜브 또는 파이프는 하부 부위에서 밀봉되고, 이는 야금용기의 바닥을 향한다. 이러한 폐쇄의 결과, 전체 가스 흐름은 냉각재킷에 의해 안내되고, 내부 튜브 또는 파이프는 본질적으로 주입 랜스를 지지하기 위한 기계적인 부재로서 역할을 한다.
본 발명은 내부 튜브 또는 파이프에 대하여 동심원상으로 또는 비동심원상으로 배열된 하나 이상의 내부 튜브 또는 파이프를 갖는 주입 랜스에 또한 사용될 수 있다.
본 발명은 도면에 나타낸 실시예를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 주입 랜스의 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 주입 랜스의 A-A선 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 주입 랜스의 C-C선 단면도이다.
도 4는 냉각 재킷과 내부 튜브 또는 파이프의 결합영역의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 주입 랜스의 B-B선 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 주입 랜스의 D-D선 단면도이다.
도 7은 내부 튜브 또는 파이프의 최종영역의 단면도이다.
도 8은 주입 랜스의 종단면도이다.
도 9는 내부의 가스흐름을 도시하는 주입 랜스의 종단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예의 주입 랜스(1)는 탄소강으로 만들어진 내부 튜브 또는 파이프(2)와 외부 튜브 또는 파이프(3)를 갖는다. 양쪽 사이에서, 주입 랜스(1)의 중간 섹션에 냉각 재킷이 형성되고, 이를 통해 주입된 가스가 흐른다. 내부 튜브 또는 파이프(2)는 3개의 다른 섹션을 갖는다. 시작 섹션 (2.1)은 가스 입구(5)에 인접하고 또 중간 섹션(2.2)과 연합하여 가능한한 멀리 연장한다. 중간 섹션(2.2)은 본질적으로 주입 랜스(1)의 냉각 재킷의 내부벽으로서 역할을 한다. 끝으로, 말단 섹션(2.3)은 그 내부에 중간 섹션(2.2)의 냉각 재킷으로부터 가스흐름을 수용하고 또 출구(6)만큼 멀리 이어진다.
주입 랜스(1)는 도 1에 점선으로 도시된 내화 콘크리트 코팅(4)을 더 갖는다. 이러한 내화물 코팅은 그 길이에 걸쳐 일반적으로 균일한 원통형상을 가질 수 있고 또 슬래그 및 가스 주입부위와 접촉하는 부위와 같은 내화 콘트리트 코팅(4)의 더 큰 마모의 정해진 영역의 기능으로서 계단부(step)를 가질 수 있다.
일반적으로 수직위치에 또는 수직에 소정각도로 위치된 주입 랜스(1)는, 야금용기의 외부에 위치된 입구(5)를 통해 가스를 수용하고, 가스는 출구(6)에서 액체금속 내로 주입된다.
주입 랜스(1)의 상부 영역, 즉 가스 입구(5)에 인접한 영역에서, 내부 튜브 또는 파이프(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 섹션(2.1)에서, 서로 균일하게 이격된 반경방향 리브(7)들을 갖는다. 이들 리브(7)는 연장해서 내부 튜브 또는 파이프(2)의 섹션(2.1)에 기계적인 안정성을 부여하도록 된다.
한편, 도 3에서 단면 C-C는 내부 튜브 또는 파이프(2)와 외부 튜브 또는 파이프(3) 사이에 위치된 중앙 지지부(8)들을 도시한다. 섹션(2.2)에서 내부 튜브 또는 파이프(2)의 원주 주위에 균일하게 분포된 이들 중앙 지지부(8)는 단지 내부 튜브 또는 파이프(2)에만 용접되고, 또 이들은 열팽창 또는 기계적인 응력으로 인한 튜브 또는 파이프 사이의 상대변위의 경우에 외부 튜브 또는 파이프(3)에서 슬라이딩할 수 있다. 중앙 지지부(8)의 개수는 튜브 또는 파이프의 직경에 달려 있지만, 내부 튜브 또는 파이프(2)가 외부 튜브 또는 파이프(3)와 접촉하는 것을 방지하기 위하여 적어도 3개이다.
도 4는 외부 튜브 또는 파이프(3)에 의한 내부 튜브 또는 파이프(2)의 시작 섹션(2.1)과 중간 섹션(2.2) 사이의 결합영역을 도시한다. 결합은, 한편으로는, 내부 튜브 또는 파이프(2)의 시작 섹션(2.1)의 외부 원주에 균일하게 이격되어 배열된 리브(7)에 그리고 내부 튜브 또는 파이프(2)의 시작 섹션(2.1)의 단부에 배열된 연결 스페이싱 링(spacing ring)(11)상에 외부 튜브 또는 파이프(3)를 용접함으로써 이루어진다. 연결 스페이싱 링(11)은 내부 튜브 또는 파이프(2)의 시작 섹션 (2.1)의 단부에서 가스 배출을 완전히 밀봉한다. 다른 한편으로는, 외부 튜브 또는 파이프(3)는 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)상에 용접된 연결 스페이서(10)에 용접된다. 내부 튜브 또는 파이프(2)의 섹션(2.1, 2.2)들 영역에서 조립체에 더 큰 기계적인 안정성을 부여하기 위하여, 외부 튜브 또는 파이프(3)와 리브 (7) 위에 리브(9)들이 위치되고 또 용접된다.
단면 B-B를 나타내는 도 5에 도시된 바와 같이, 리브(9)들은 리브(7)들 위의 외부 원주에 균일하게 이격되어 있다. 도시된 본 발명의 실시예에서, 리브(7)는 그 개수가 4개이다. 도 4에는, 도 6에 도시된 단면 D-D 가 있다.
도 6에서, 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2) 및 연결 스페이서 (10)들이 어떻게 외부 튜브 또는 파이프(3) 및 리브(9)에 용접으로 결합되는 지를 알 수 있다. 이는 단지 외부 튜브 또는 파이프(3)에 대한 내부 튜브 또는 파이프 (2)의 중간 섹션(2.2)의 고정 지점이다.
도 7은 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)이 중앙 지지부(8)상의 외부 튜브 또는 파이프(3)에 대하여 안내된 것을 도시한다. 여기서, 외부 튜브 또는 파이프(3)에 대하여 내부 튜브 또는 파이프(2)의 길이 방향의 운동 자유도가 있다. 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)의 단부는 막힘부재(13)에 의해 폐쇄되고, 이는 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2) 내에서 가스가 흐르는 것을 방지한다. 외부 튜브 또는 파이프(3)는 또한 이 영역에서 내부 튜브 또는 파이프(2)의 말단 섹션(2.3)에 용접으로 결합된다. 외부 튜브 또는 파이프(3)와 내부 튜브 또는 파이프(2)의 말단 섹션(2.3) 사이에 연결 스페이싱 링(12)이 위치되고 또 용접되어, 이 영역에서 가스 배출을 밀봉한다.
도8은 주입 랜스(1)의 중간 섹션을 도시한 것으로, 외부 튜브 또는 파이프 (3)와 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2) 사이에 중앙 지지부(8)에 의해 제공된 공간을 확인할 수 있다. 중앙 지지부(8)는 단지 내부 튜브 또는 파이프(2)에만 용접된다.
끝으로, 도 9는 본 발명의 주입 랜스(1)를 따른 가스 흐름을 도시한다. 초기에 입구(5)로부터의 가스 흐름은 내부 튜브 또는 파이프(2)의 시작 섹션(2.1)을 통해 흐른다. 가스가 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)과 시작 섹션(2.1)의 결합영역에 도달하면, 가스는 중간 섹션(2.2)과 외부 튜브 또는 파이프(3) 사이에 형성된 공간으로 2개 섹션 사이로 연통되는 개구부를 통해 흐른다. 외부 튜브 또는 파이프(3)와 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2) 사이에서 냉각 재킷을 향하는 흐름이 발생하는바, 왜냐하면 양쪽 단부에서 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)의 단부에서 가스의 통과를 차단하는 막힘부재(13)가 있기 때문인데, 즉 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)은 가스로 충진되지만. 그 내부에서 가스흐름은 없다. 따라서 가스는 단열재(thermal insulator)로서 역할을 한다. 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)의 결합은, 내부 튜브 또는 파이프 (2)와 외부 튜브 또는 파이프(3)에 의해 형성된 조립체에 기계적인 안정성을 부여한다.
내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2) 주위에 형성된 냉각 재킷과 중간 섹션(2.2)내에서 가압되어 유지된 가스는, 이 영역의 금속이 상대적으로 낮은 온도를 유지할 수 있게 하고, 따라서 양호한 기계적인 물성을 나타낸다. 막힘부재 (13)가 위치된 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)의 단부에서, 냉각 재킷으로부터의 가스흐름이 내부 튜브 또는 파이프(2)내에서 발생하고, 이미 말단 섹션 (2.3)에서 연결 스페이싱 링(12)은 외부 튜브 또는 파이프(3)와 내부 튜브 또는 파이프(2)의 말단 섹션(2.3) 사이의 결합영역을 완전히 밀봉하며, 또 그래서 이 지점에서 외부로의 가스 통과는 없게 된다.
상술된 실시예는 단일 냉각회로, 즉 야금용기에 주입된 가스가 냉각용으로 사용된 것과 동일한 가스를 사용하는 종래기술에 비해 이점을 갖는다. 냉각 재킷을 통해 완전히 안내된 가스흐름 및 구성에 의해, 내부 튜브 또는 파이프(2)는 더 낮은 작동온도를 나타내고, 또 그 결과로 양호한 물리적 물성을 부여하여 비틀림을 방지하고 또 더 긴 사용수명으로 이어진다.
실시예의 바람직한 예가 기재되었는바, 본 발명의 범위는 다른 가능한 변형예들을 포함하고, 단지 첨부된 특허청구범위의 내용에 의해서만 한정되며, 가능한 균등물을 포함한다.

Claims (10)

  1. 주입 랜스(1)의 상부 부위에 가스용 입구(5)와 하부 부위에 가스용 출구(6)을 갖는 내부 튜브 또는 파이프(2)와, 이 내부 튜브 또는 파이프(2)와 냉각 재킷을 형성하는 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3)로 구성된 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스에 있어서,
    상기 내부 튜브 또는 파이프(2)는 상기 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3)에서 단지 하나의 지점에 고정되고, 상기 내부 튜브 또는 파이프(2)와 상기 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3) 사이에 형성된 냉각 재킷 영역에서 가스흐름은 단지 상기 냉각 재킷 내에서만 발생하는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 튜브 또는 파이프(2)는, 시작 섹션(2.1)과 중간 섹션(2.2) 및 말단섹션(2.3)을 갖는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은, 내부 튜브 또는 파이프(2)의 중간 섹션(2.2)과 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3) 사이에 형성된 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
    상기 내부 튜브 또는 파이프(2)는, 중간 섹션에서 단지 내부 튜브 또는 파이프(2)에만 용접된 중앙 지지부(8)를 갖는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
    상기 내부 튜브 또는 파이프(2)는, 내부 튜브 또는 파이프(2)에 위치된 연결 스페이서(10)와 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3) 아래에 위치된 리브(9) 사이에서 용접에 의해 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3)에 고정된 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,
    상기 내부 튜브 또는 파이프(2)는, 말단 섹션(2.3)에 인접한 중간 섹션(2.2)의 단부에, 내부 튜브 또는 파이프(2)를 밀봉하기 위하여 막힘부재(13)를 갖는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 시작섹션(2.1)은 내부 튜브 또는 파이프(2)의 원주 주위에 균일하게 분포된 리브(7)를 갖는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  8. 제2항 또는 제7항에 있어서,
    상기 시작 섹션(2.1)은, 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3)에 대하여 밀봉되게 용접된 연결 스페이싱 링(11)을 갖는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 말단 섹션(2.3)은, 적어도 하나의 외부 튜브 또는 파이프(3)에 대하여 밀봉되게 용접된 연결 스페이싱 링(12)을 갖는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 있어서,
    연속적인 또는 계단부가 형성된 원통형상 섹션을 갖는 내화 콘크리트 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는, 야금용기로 주입하기 위한 냉각된 주입 랜스.
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