KR101173897B1 - 야금 용기 - Google Patents

Abstract

냉각 패널(31)이 쉘의 내부 라이닝을 형성하도록 야금 용기의 쉘(11)에 부착된다. 각 패널(31)은 지그재그형의 내측 및 외측 패널 구역(36, 37)을 형성하도록 구부러진 냉각제 흐름 튜브(36)를 구비한다. 연결기 스트랩에 의해 외측 패널 구역(38)에 연결된 패널 장착 핀(43)은 쉘의 개구(45) 및 개구(45)를 둘러싸는 튜브형 돌출부(46)를 통해 패널로부터 바깥쪽으로 측면으로 돌출한다. 핀(43)의 말단은 금속 디스크(47)를 용접함으로써 돌출부(46)의 외측 말단에 연결되어 개구(45)를 봉하는 방식으로 쉘의 외부에 연결부를 형성한다. 패널을 위한 냉각제 입구 및 출구 연결기(42)는 쉘의 개구(48) 및 이를 둘러싸는 튜브형 돌출부(49)를 통해 바깥쪽으로 돌출하고 상기 연결기(42) 및 돌출부(49) 사이에 디스크(51)를 용접함으로써 연결부가 만들어진다.

내화 라이닝, 돌출부, 돌기, 냉각, 튜브

Description

야금 용기{METALLURGICAL VESSEL}

본 발명은 야금 공정이 수행되는 야금 용기의 구성에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 그러나 이에 한정되지는 않고, 광석, 부분 환원 광석 및 금속-함유 폐류(waste streams)와 같은 금속 공급 물질로부터 순수한 또는 합금 형태의 용융 금속을 생산하기 위한 직접 제련을 수행하기 위해 쓰이는 용기에 관한 것이다.

알려진 직접 제련 공정은, 기본적으로 용융 금속층을 반응 매질로 하는 것에 따르고, 일반적으로 하이스멜트 공정이라고 불리는데, 본원 출원인의 미국 특허 제6267799호 및 국제특허공개 WO 96/31627에 설명되어 있다. 이 간행물들에 설명된 것과 같은 하이스멜트 공정은:

(a) 용기 내에 철 및 슬래그의 용탕을 형성하는 단계;

(b) (i) 금속 공급 물질, 전형적으로 금속 산화물, 및

(ii) 금속 산화물의 환원제 및 에너지원으로서 작용하는 고체 탄소 물질, 전형적으로 석탄

을 용탕 내로 주입하는 단계; 및

(c) 금속층에서 금속 공급 물질을 금속으로 제련하는 단계를 포함한다.

여기서 "제련"이라는 용어는 금속 산화물을 환원시키는 화학 반응이 일어나서 액체 금속을 생산하도록 하는 열 공정을 의미하는 것으로 이해된다.

하이스멜트 공정은 또한 용탕으로부터 산소 함유 가스와 함께 용탕 위의 공간으로 배출되고 후연소로부터 생성되는 열을 용탕에 전달하여 금속 공급 물질의 제련에 필요한 열 에너지에 기여하는 CO 및 H₂와 같은 후연소 반응 가스를 포함한다.

하이스멜트 공정은 또한 용탕의 공칭 정지 표면(nominal quiescent surface) 위에 전이대를 형성하는 단계를 포함하는데, 거기에 상당한 양의 용융 금속 및/또는 슬래그의 상승 후 하강하는 작은 방울 또는 튐 또는 흐름이 있고, 그것들이 용탕 위에서 후연소 반응 가스에 의해 생성되는 열 에너지를 용탕에 전달하는 효과적인 매체를 제공한다.

하이스멜트 공정에서 금속 공급 물질 및 고체 탄소 물질은, 제련 용기의 측벽을 통과하여 아래쪽 안쪽으로 뻗어나가 용기의 하부 구역으로 들어가서 용기의 하부에 있는 금속층으로 고체 물질을 운반하도록 수직에 대해 기울어진 다수의 랜스/송풍구를 통해 금속층으로 주입된다. 용기의 상부에서 반응 가스의 후연소를 촉진시키기 위해서, 열풍-이것은 산소 강화(oxygen-enriched)될 수도 있다-을 아래쪽으로 뻗어나간 열풍 주입 랜스를 통해 용기의 상부 구역으로 주입한다. 용기 내의 반응 가스의 후연소로부터의 배기가스는 배기가스관을 통해 용기의 상부로부터 배출된다.

하이스멜트 공정은 엄청난 양의 용융 금속이 단일의 간결한 용기에서 직접 제련에 의해 생산될 수 있게 한다. 이 용기는 긴 기간 동안 연장될 수 있는 제련 과정 내내 매우 높은 온도에서 고체, 액체 및 기체를 담는 압력 용기로서 기능해야 한다. 본 출원인의 미국 특허 제6322745호 및 국제공개 WO 00/01854호에 설명된 바와 같이, 상기 용기는 강철 쉘과, 강철 쉘에 담기는 노로 구성되고, 상기 노는 내화재로 만들어지고 바닥과 적어도 용융 금속과 접촉하는 측면을 가지며, 여기서 측벽은 노의 측면으로부터 위로 뻗어나가며 슬래그 층 및 그 위의 가스 연속 공간과 접하며, 이러한 측벽의 적어도 일부는 수냉각 패널로 구성된다. 이러한 패널은 그 사이에 산재된 다져진(rammed) 또는 눌러 채워진(gunned) 내화재를 가지는 이중의 꼬불꼬불한 형상일 수 있다. 다른 야금 용기들에는 내부 내화재 및 내화재 냉각 시스템이 구비된다. 전통적인 제철 용광로에서는, 예를 들어, 냉각 시스템은 일반적으로 용광로의 기둥(column)을 통해 위쪽으로 뻗어나가는 많은 양의 적재물에 의해 생성되는 힘을 견딜 수 있는 강력 주철(robust cast iron) 구조의 일련의 냉각 널(staves)을 구비한다. 이러한 널들은 오직 재 라이닝 동안, 즉, 용광로가 오랜 기간 동안 폐쇄되는 동안에만 대체될 수 있다. 요즘, 연속적으로 작동하는 용광로를 위한 재 라이닝 사이의 기간은 20년을 초과할 수 있고, 재 라이닝은 수 개월을 넘긴다.

한편, 강철의 배치 생산(batch production)에 쓰이는 것과 같은 전기 아크로(arc furnaces)는 뚜껑이 제거되었을 때 접근할 수 있는 지지 골조(support cage)에 단순히 매달리고 거의 소모품처럼 다뤄지는 냉각 패널을 채용할 수 있다. 그것들은 일정이 없는 시간들 또는 가열 사이에 교체 및/또는 수리될 수 있다.

하이스멜트 공정을 수행하기 위한 야금 용기는, 본 출원인의 미국 특허 제6565798호에 설명된 바와 같이, 상기 공정이 연속적으로 진행되고, 상기 용기가 오랜 기간, 전형적으로 약 1년 또는 그 이상의 기간 동안 압력 용기로서 폐쇄되어 있어야만 하고, 짧은 시간 동안 빨리 재라이닝되어야만 한다는 유일한 문제를 보인다. 이것은 접근이 제한되는 구역 내에 내부 수 냉각 패널의 설치를 필요로 한다. 더욱이, 외부 쉘의 전체 형태(integrity)와 압력 용기로서의 그것의 성능을 훼손함이 없이 손상된 패널이 교체될 수 있는 것이 가장 바람직하다.

외부 쉘; 및

상기 쉘에 부착되어 적어도 용기의 상부에 대해 쉘의 내부 라이닝을 형성하며, 그 각각이 냉각제가 통과하여 흐를 수 있는 통로를 가지는 복수 개의 냉각 패널;을 포함하고,

여기서 외부 쉘에는 쉘로부터 바깥쪽으로 돌출되는 튜브형의 돌출부에 의해 둘러싸이는 복수의 개구들을 가지는 인접한 각 냉각 패널들이 구비되고, 각 패널은 패널의 측면으로 돌출하고 상기 외부 쉘의 개구들을 통해 뻗어나가며 튜브형 돌출부의 외측 말단과 연결되어 그 연결부가 냉각 패널을 외곽 쉘에 부착하여 개구를 봉하는 복수의 돌기를 구비하는 야금 용기를 본 발명이 제공한다.

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냉각 패널들은 용기의 내측에서 내화물질로 라이닝되어 용기의 내부 내화 라이닝을 형성할 수 있고, 상기 냉각 패널들은 상기 통로를 통해 냉각제가 흐름으로써 내화물질을 냉각하도록 작동될 수 있다.

상기 돌기들은 긴 형상이고, 서로에 대해 평행인 관계로 패널의 바깥쪽으로 돌출될 수 있다.

상기 돌기들은 일련의 핀들을 포함할 수 있다.

상기 돌기들은 패널을 위한 튜브형 냉각제 입구 및 출구 연결기를 더 포함할 수 있다.

용기 쉘은 일련의 상기 냉각 패널로 라이닝된 대략 원통형인 부분을 포함할 수 있다.

일련의 패널들은 용기의 대략 원통형 부분의 만곡에 맞는 곡률의 긴 아치형일 수 있다.

아치형 패널들은 용기에 환상형으로 이격된 패널들의 수직으로 이격된 단으로 배치될 수 있다.

패널들은 그것의 본체의 움직임을 통해 각 패널을 제거하기 위해 환상형으로 이격된 패널들 사이에서 필요한 간격을 줄이기 위해서 가깝게 이격될 수 있고, 각 단에는 적어도 6개의 환상형으로 이격된 패널들이 있을 수 있다. 더욱 자세히는, 이것들은 각 단에서 약 8개의 패널일 수 있다.

패널들은, 패널을 형성하기 위해 지그재그 구조로 만들어진 냉각제 흐름 튜브로 구성될 수 있다. 이 경우에, 돌기들은 지그재그 튜브 구조들과 지그재그 튜브 구조들의 말단으로부터 뻗어나간 튜브형 냉각제 입구 및 출구 연결기에 부착된 핀들로 구성될 수 있다.

각 패널은 용기 쉘에 대해 내측 및 외측 패널 구역을 형성하는 내측 및 외측 지그재그 층을 가질 수 있다.

용기의 사용시에 물이 냉각제로서 작용하기 위해 패널의 내부 통로를 통해 통과할 수 있다.

본 발명은 또한 야금 용기의 외부 쉘에 쉘의 내부 라이닝의 일부를 형성하도록 냉각 패널을 장착하는 방법을 제공하는데, 이 방법은:

냉각 패널에 패널로부터 측면으로 돌출한 복수의 돌기를 마련하는 단계;

용기의 외부 쉘에 패널의 돌기를 수용하는 복수의 개구와 상기 개구를 둘러싸고 쉘로부터 바깥쪽으로 돌출하는 튜브형 돌출부들을 마련하는 단계;
상기 돌기가 쉘의 개구를 통해 뻗어나가 패널이 쉘의 내부의 일부를 라이닝하는 위치까지 오게 하는 단계;

상기 돌기들과 튜브형 돌출부의 외측 말단 사이에 쉘의 바깥쪽에서 연결부를 형성하고 상기 연결부는 외부 쉘 상에 패널을 장착하며 개구를 봉하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 야금 용기의 외부 쉘에 장착되어 쉘의 내부 라이닝의 일부를 형성하기 위한 냉각 패널을 제공하는데, 이 냉각 패널은:

냉각제가 통과하여 흐르기 위한 내부 통로 수단을 가지는 패널 본체, 및

패널 본체의 일 측면으로 패널의 측면으로 돌출하고 쉘의 개구를 통해 뻗어나갈 때 패널을 지지할 수 있고 용기의 바깥에서 쉘에 연결되는 복수의 돌기들을 구비한다.

상기 패널 본체는 지그재그 형으로 성형된 냉각제 흐름 튜브를 포함할 수 있다.

더욱 자세히는, 상기 패널 본체는 지그재그형의 인접한 내측 및 외측 패널 구역을 형성하는 단일의 냉각제 튜브로 형성될 수 있고, 상기 돌기들은 외측 패널 구역으로부터 측면 바깥쪽으로 돌출할 수 있다.

패널은 긴 아치형일 수 있다.

외측 패널 구역은 서로에 대해 평행의 관계로 측면 외측으로 돌출된 돌기들과 함께 패널 곡선의 외측에 배치되어, 패널의 측면으로 및 패널 만곡에 방사상으로 뻗어나가는 중앙면에 평행하게 될 수 있다.

돌기들은 일련의 핀들과 냉각제 흐름 튜브의 말단으로부터 뻗어나가는 튜브형 냉각제 입구 및 출구 연결기를 포함할 수 있다.

튜브형 냉각제 연결기들은 패널의 한쪽 끝에 배치될 수 있고, 핀들은 패널의 말단들 사이에서 그것을 가로질러 이격될 수 있다.

핀들은 각각 그 끝이 인접한 내측 패널 구역의 튜브 구획에 고정되고 그 말단들 사이에서 바깥쪽으로 외측 패널 구역의 튜브 구획을 가로질러 뻗어나가는 연결기 스트랩에 의해 패널에 연결될 수 있다.

연결기 스트랩은 외측 패널 구역의 각 튜브 구획의 둘레에 맞도록 구부러진 V-형의 뿌리(root)를 가지는 대략 V-형일 수 있다.

핀들은 V-형의 뿌리로부터 바깥쪽으로 뻗어나가도록 연결기 스트랩에 용접될 수 있다.

본 발명을 더욱 충분히 설명하기 위해서, 첨부된 도면을 참고하여 일 특정 실시예가 자세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 냉각 패널이 구비된 직접 제련 용기의 수직 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 용기의 평면도이다.

도 3은 용기의 주된 원통형 배럴 부분을 라이닝하는 냉각 패널의 구성을 도시한다.

도 4는 도 3에 도시된 냉각 패널들의 전개도이다.

도 5는 용기에 맞춰진 냉각 패널들의 완전한 세트를 도식적으로 보여주는 전개도이다.

도 6은 용기의 원통형 배럴 부분에 맞춰진 냉각 패널들의 하나의 입면도이다.

도 7은 도 6에 도시된 패널의 평면도이다.

도 8은 도 6의 8-8 선을 따른 단면도이다.

도 9는 도 6에 도시된 냉각 패널의 정면도이다.

도 10은 냉각 패널의 상세도이다.

도 11 및 12는 냉각 패널의 용기 쉘에 대한 연결부의 상세도이다.

도 1 및 2는 미국 특허 제6267799호 및 국제특허공개 WO 96/31627에 설명된 바와 같은 하이스멜트 공정의 작동에 적합한 직접 제련 용기를 도시한다. 야금 용기는 전체로서 11로 표시되어 있고, 내화 벽돌로 형성된 바닥(13)과 측면(14)을 포함하는 노(12)와 용융 금속을 연속적으로 배출하는 전로(15) 및 용융 슬래그를 배출하는 탭홀(16)을 가진다.

용기의 바닥은, 원통형 주 배럴부분(18), 위쪽 안쪽으로 좁아지는(tapering) 지붕 부분(19) 및 상부 원통형 부분(21)과 배기 가스 챔버(26)를 한정하는 뚜껑 부분(22)을 포함하는, 강철로 만들어진 외부 용기 쉘(17) 바닥 끝에 고정되어 있다. 상부 원통형 부분(21)에는 배기 가스를 위한 큰 지름의 출구(23)가 구비되고, 뚜껑 (22)은 용기의 상부 구역으로 열풍을 운반하기 위한 아래쪽으로 뻗어나가는 가스 주입 랜스를 장착하기 위한 개구(24)를 가진다. 쉘의 주 원통형 부분(18)은 8개의 원주를 따라 이격된 튜브형 장착물(25)을 가지는데, 그것을 통해 철광석, 탄소 물질, 및 플럭스를 용기의 바닥 부분으로 주입하기 위한 고체 주입 랜스가 뻗어나간다.

사용시에 용기는 철과 슬래그의 용탕을 담고, 용기의 상부는 약 1200℃의 극고온의 뜨거운 기체를 압력하에서 담아야만 한다. 용기는 따라서 오랜 기간 동안 압력 용기로서 작동해야 할 필요가 있고, 그것은 강성 구조(robust construction)이고 완전히 밀봉되어야만 한다. 용기의 내부에 접근하는 것은 극히 제한되며, 접근은 기본적으로 뚜껑 개구(24) 및 재 라이닝 접근 문(27)을 닫는 것에 제한된다.

용기 쉘(11)은 107개의 개별적인 냉각 패널의 세트로 내부 라이닝 되고, 그 것을 통해 냉각수가 순환할 수 있고, 이 냉각 패널들은 제련 구역 위의 용기에 수냉각되는 내부 내화 라이닝을 제공하도록 내화재로 싸인다. 냉각되지 않은 내화재는 빨리 손상되기 때문에 내화 라이닝이 사실상 연속이고 모든 내화재가 냉각되게 되는 것이 중요하다. 패널은, 쉘(11) 안에 내부적으로 설치될 수 있고 쉘의 전체 모양을 훼손함이 없이 열고 닫음에 의해서 개별적으로 제거되고 대체될 수 있는 방식으로 형성되고 쉘에 부착된다.

냉각 패널은 쉘의 주된 원통형 부분(18)을 라이닝하는 48개 패널들(31)의 세트와, 좁아지는 지붕 부분(19)을 라이닝하는 16개 패널들(32)의 세트로 구성된다. 제 1 세트의 네 개의 패널(33)은 좁아지는 지붕 부분(19) 바로 위의 배기 가스 챔버(26)의 하부를 라이닝한다. 20개의 패널(34)은 제 1세트의 네 개의 패널(33) 위의 배기가스 챔버 부분을 라이닝한다. 11개의 패널(35)은 뚜껑(22)을 라이닝하고, 8개의 패널(40)은 출구(23)를 라이닝한다.

배기가스 챔버의 패널들과 배럴 부분의 가장 아래쪽 줄의 패널들은 파이프의 단일층으로 형성되고, 한편 배럴 부분의 나머지 패널(31)들과 좁아지는 지붕 부분(19)의 패널들은 파이프의 이중층으로 형성되고, 용기 쉘(17)에 대하여 하나가 다른 하나의 앞에 배치된다. 배럴 부분의 가장 아래쪽 줄의 패널(31)들은 노의 내화재 뒤에 위치하고, 용융 금속에 가장 가깝다. 심한 내화재의 부식이나 파손의 경우에, 이 패널들이 용융 금속과 접촉할 가능성이 있고, 따라서 바람직하게는 구리로 구성된다. 배럴 부분의 나머지 패널들과 배기가스 챔버(26)의 패널들은 강철로 구성될 수 있다.

패널들(31)의 구성과 그것이 용기 쉘의 주된 원통형 배럴(18)에 장착되는 방식은 도 6 내지 12에 도시되었다. 도 3, 4 및 5에서 볼 수 있다시피, 이 패널들은 용기에 원주형으로 이격된 아치형 패널들의 수직으로 이격된 6개의 단으로 배치되고, 각 단에는 8개의 개별적인 패널(31)들이 있다. 각 패널(31)은 지그재그형의 내측 및 외측 패널 구역(37, 38)을 형성하도록 구부러진 냉각제 흐름 튜브(36)로 구성된다. 내측 및 외측 패널 구역들(37, 38)은 또한 하나의 패널 구역의 수평의 파이프 구획이 다른 패널 구역의 수평 파이프 구획의 중간에 위치하도록 수직으로 오프셋(off-set)된다. 냉각제 입구 및 출구 튜브형 연결기(42)들은 바람직하게는 각 패널의 한쪽 끝에서 내부 패널 구역으로부터 뻗어나오지만, 그것들은 또한 패널의 다른 구역 또는 패널 상의 위치로부터 뻗어나올 수 있다.

패널들(31)은 높이보다 큰 길이를 갖는 긴 아치형이고, 쉘의 주된 원통형 배럴 부분(18)의 만곡에 맞는 곡률을 가진다. 도 3 및 4에서 볼 수 있다시피, 일련의 구멍(55)들이 배럴 패널(31)들의 세트 내에 형성된다. 이 구멍들(55)은 원주형으로 이격된 튜브형 장착물(25)과 함께 정렬되고, 고체 주입 랜스들이 용기(11)의 내부로 들어가기에 적당한 틈을 제공하도록 작용한다. 전형적으로 상기 구멍들은 용기 쉘(17)과 패널(31)을 관통하여 관통한 중앙 지점에서 용기 쉘(17)에 접하는 수직면에 대해 각을 이루도록 뻗어나가는 대략 원통형의 고체 주입 랜스를 수용하도록 형성된다. 구멍(55)들은 모서리를 따라 형성된 우묵한 부분을 가지는 두 개 이상의 패널들의 정렬에 의해 형성된다. 우묵한 부분들은 수직 또는 수평의 모서리를 따라 있거나 하나 이상의 모퉁이에 있을 수 있다. 튜브형 장착물(25)들은 같은 높이에서 용기에 원주를 따라 이격된다. 구멍(55)을 형성하는 패널들은 튜브형 장착물(25)들 사이의 원주 거리에 해당하는 길이를 가져서, 전형적으로 각 랜스의 중앙선이 두 개 이상의 인접한 패널들의 수직 모서리를 따라 정렬된다. 이러한 구성은 고체 주입 랜스들의 구역에 있는 패널들이 양 수직 모서리를 따라 우묵한 부분을 가지게 한다. 이 우묵한 부분들은 패널의 상부 또는 하부의 모퉁이까지 뻗어나갈 수 있다.

네 개의 장착 핀(43)의 세트는 패널로부터 바깥쪽 측면으로 돌출하도록 연결기 스트랩(44)을 통해 외측 패널 구역(38)의 지그재그 튜브층에 연결된다. 각 연결기 스트랩(44)은 그것의 말단에서 내측 패널 구역의 인접한 튜브 구획에 고정되고, 도 10에 가장 명확하게 도시된 방식으로 그것의 말단 사이로 외측 패널 구역의 튜브 구획을 바깥쪽으로 가로질러 뻗어나간다. 연결기 스트랩(44)은 외측 패널 구역의 튜브 구획 주위에 알맞게 맞도록 V-형으로 구부러진 뿌리를 가지는 대략 V-형이다. 핀(43)은 V-형의 뿌리로부터 바깥쪽으로 뻗어나가도록 연결기 스트랩에 용접된다. 연결기 스트랩은 패널 전체에 분포된 많은 지점에서 이격된 관계로 단단히 튜브 구획을 고정함으로써 패널들을 보강하는 역할을 하고, 강하지만 유연한 패널 구성을 만든다.

장착 핀(43)은 쉘(17)의 개구(45)와, 개구(45)를 둘러싸고 쉘(17)로부터 바깥쪽으로 돌출하는 튜브형 돌출부(46)를 통해 뻗어나간다. 핀(43)의 끝은 튜브형 돌출부(46)의 외측 말단에 위치하는 플랜지(57) 너머로 돌출한다. 핀(43)은 환형의 금속 디스크(47)를 핀(43)에 용접함으로써 플랜지(57)에 연결되어 플랜지(57)는 개구(45)를 봉하도록 쉘의 외부에 연결부를 형성한다.

유사한 방식으로 패널을 위한 입구 및 출구 연결기(42)들이 쉘(17)의 개구(48)를 통해 그리고, 이 개구들을 둘러싸고 쉘로부터 바깥쪽으로 돌출하는 튜브형 돌출부(49)들을 통해 그 너머로 바깥쪽으로 돌출하고, 연결부들은 돌출부(49)의 끝에 위치한 연결기(42)와 플랜지(59) 사이에서 환형 디스크(51)를 용접함으로써 만들어진다. 이런 식으로, 각 패널(31)은 쉘의 외부의 개별적인 연결부에서 냉각제 연결기들(42)과 네 개의 핀들(43)을 통해 쉘에 장착된다. 핀과 냉각제 연결기들은 튜브형 돌출 튜브(46, 49) 내의 틈에 끼워진다. 돌출부(46, 49), 플랜지(57, 59), 디스크(47) 및 핀(43)들은 강체이고(rigid), 패널이 작동하여 냉각수로 채워지고 내화재에 둘러싸일 때 돌출부의 끝단으로부터 캔틸레버 방식으로 패널의 부하를 지탱하기에 충분한 힘을 가진다.

패널(31)은 핀(43)과 플랜지(57) 사이 및 냉각제 연결기(42) 및 플랜지(59) 사이의 용접을 갈아 없앰으로써 제거된다. 이런 식으로, 패널들은 쉽게 제거될 수 있다. 플랜지(57, 59)도 역시 대체 패널들을 설치하기 전에 갈아서 제거될 수 있다. 이 방법은 플랜지(57, 59) 및 돌출부(46, 49)에 따라서 용기(11)에 제한된 손상을 주면서 패널이 제거되도록 할 수 있다.

핀(43)과 냉각제 입구 및 출구 연결기(42)들은 서로에 대해 평행인 관계로 패널로부터 바깥쪽 측면으로 돌출하도록, 그리고 용기에 방사상으로 패널을 통해 바깥쪽으로 뻗은 중앙면에 평행하도록 방향을 잡아서, 용기의 원통형 배럴의 내측으로 및 외측으로의 패널 본체의 이동에 의해 패널이 삽입되고 제거될 수 있게 한다.

원주형으로 이격된 패널들(31) 사이의 간격(53)은, 제거될 패널이 핀(43)과 연결기(42)의 방향을 따라 안쪽으로 물러날 때 제거할 패널의 바깥쪽 모서리를 끌 어 당겨서, 인접한 패널들의 안쪽 모서리를 제거할 수 있게 하기에 충분해야만 한다. 필요한 간격의 크기는 아치형 패널의 길이에 따르며, 따라서 배럴 부분(18)의 원주를 따라 뻗어나가는 패널들의 수에 따른다. 도시된 실시예에서는, 패널(31)의 여섯 개의 단 각각에 8개의 원주형으로 이격된 패널들이 있다. 이것은 패널들 간에 최소한의 간격을 허용하고, 상기 간격에서의 내화재의 적합한 냉각을 보장한다는 것이 밝혀졌다. 일반적으로 만족스러운 냉각을 위해 각 단을 적어도 6개의 원주를 따라 이격된 패널들로 나누는 것이 필요하다. 또한, 외측 패널 구역의 아치형 길이는 내측 패널 구역의 아치형 길이보다 작을 수 있다. 이러한 구조는 인접한 패널들의 내측 패널 구역 사이의 간격(53)이, 외측 패널 구역 및 내측 패널 구역이 같은 길이인 구성의 경우와 비교하여 최소화되도록 한다.

내화 리테이너(retainer) 핀(50)은, 패널로부터 안쪽으로 돌출하고 패널 바깥으로 뿌려지는 내화 물질에 대한 고정장치(anchor)로서 작용하도록 패널(31)의 냉각제 튜브에 맞대기 용접된다. 핀들(50)은 각 튜브로부터 바깥쪽으로 방사상으로 퍼지는 핀들의 그룹으로 배열될 수 있고 패널 전체를 통해 튜브를 따라 일정한 간격으로 배열될 수 있다.

용기의 원통형으로 굽은 부분에 끼워진 패널(33, 34)은 상기 설명된 바와 같은 패널(31)과 같은 방식으로 형성되고 장착되지만, 패널(34)의 일부는 배기가스 출구(23) 둘레에 맞도록 도 5에 도시된 방식으로 형성된다.

용기의 좁아지는(tapering) 부분에 끼워지는 패널(32, 35)은, 도 5에 도시된 전개도에서 보여지는 방식으로 대략 원추형으로 굽어진다. 이런 형태의 변형은 예외로 하지만, 이 패널들은 또한 패널(31)들과 유사한 방식으로 형성되고 쉘에 장착되는데, 각각이 패널로부터 바깥쪽 측면으로 돌출하는 장착 핀들과 패널의 마주하는 말단들에서 한 쌍의 입구/출구 냉각제 연결기로 고정되고, 핀들과 연결기들은 쉘의 개구를 통과하여 뻗어나가 쉘로부터 바깥쪽 측면으로 돌출한 튜브에 연결되어 쉘의 외부에서 연결부를 형성하고, 그것이 개구를 봉하고 패널의 움직임에 약간의 자유를 허용하면서도 패널에 대한 단단한 장착을 제공한다.

본 발명의 도시된 실시예는 오직 예로써 제시되었다. 본 발명이 이 실시예의 상세 구성에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.

본 발명에 의해 외부 쉘의 전체 형태(integrity)를 훼손함이 없이 제거되고 교체될 수 있는 수냉각 패널이 제공된다.

Claims (42)

1. 금속을 함유하는 재료와 탄소를 함유하는 재료가 용탕으로 공급되어 용융 금속(molten iron)과 슬래그로 제련되고, 용탕으로부터 배출된 가스가 용탕의 상부에 제공되는 빈 공간에서 연소되는 직접 제련 공정용 용탕을 위한 야금 용기에 있어서,

   각각이 쉘로부터 바깥쪽으로 돌출하면서 상기 쉘에 견고하게(rigidly) 연결되는 강체 튜브형 돌출부에 의해 둘러싸인 복수의 개구를 가지는 외부 쉘; 및

   용기의 상부에 대해서 내부 라이닝을 형성하는 복수의 냉각 패널을 포함하고, 각 패널은 지그재그형으로 성형되어 패널을 형성하면서 튜브형 냉각제 입구와 출구 연결기 사이에서 냉각제가 통과하여 흐르기 위한 내부 통로를 가지는 냉각제 흐름 튜브와, 상기 흐름 튜브와 견고하게 연결되면서 상기 패널의 측면으로 돌출하여 상기 패널의 부하를 지지하는 복수의 강체 돌기들을 구비하며,

   상기 복수의 강체 돌기들은 외부 쉘의 상기 개구를 통해 돌출하고, 냉각 패널을 외곽 쉘에 부착하며 개구를 봉하는 연결부에 의해 상기 복수의 강체 돌기들이 튜브형 돌출부의 외측 말단과 연결되어 상기 패널의 부하를 지지함을 야금 용기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 연결부는 돌기들이 위치하는 구멍을 가지는 판 부재를 포함하고, 판 부재들은 돌기 및 돌출부의 외측 말단에 용접되어 상기 개구를 봉하는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
4. 제1항에 있어서, 냉각 패널은 내화재로 용기의 내부를 라이닝하여 용기의 내부 내화 라이닝을 형성하고, 냉각 패널들은 상기 통로를 통해 냉각제가 흐름으로써 내화재를 냉각하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
5. 제1항에 있어서, 상기 돌기들은 긴 형상이고, 서로에 대해 상호 간에 평행인 관계로 패널의 측면으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
6. 제1항에 있어서, 상기 돌기들은 일련의 핀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
7. 제6항에 있어서, 상기 돌기들은 패널을 위한 튜브형 냉각제 입구 및 출구 연결기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
8. 제1항에 있어서, 용기 쉘은 일련의 상기 냉각 패널로 라이닝이 형성된 원통형인 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
9. 제8항에 있어서, 상기 일련의 패널들은 용기의 원통형인 부분의 만곡과 맞는 곡률을 가지는 긴 아치형인 것을 특징으로 하는 야금 용기.
10. 제9항에 있어서, 상기 일련의 패널들은 높이보다 더 큰 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
11. 제9항에 있어서, 돌기들은 서로에 대해 평행인 관계로 바깥쪽으로 측면으로 돌출하여, 패널의 측면으로 패널의 만곡에 방사상으로 뻗어나가는 중앙면에 평행인 것을 특징으로 하는 야금 용기.
12. 제8항에 있어서, 상기 일련의 패널들은 용기에 원주형으로 이격된 패널들의 수직으로 이격된 단으로 배치되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
13. 제12항에 있어서, 상기 패널들은 근접하여 이격되지만, 원주형으로 이격된 패널들 사이에 그것들의 본체의 움직임에 의해 각 패널의 제거를 허용하기에 충분한 간격이 있는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
14. 제13항에 있어서, 각 단에는 6개 또는 7개 이상의 원주형으로 이격된 패널들이 있는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
15. 삭제
16. 제1항에 있어서, 상기 돌기들은 지그재그형 튜브 및 지그재그형 튜브의 말단으로부터 뻗어나가는 튜브형 냉각제 입구 및 출구 연결기에 부착된 핀들로 구성되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
17. 제1항에 있어서, 패널의 일부는 용기 쉘에 대한 내측 및 외측 패널 구역을 형성하는 내측 및 외측 지그재그층을 가지는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
18. 제17항에 있어서, 외측 패널 구역의 아치형의 길이는 내측 패널 구역의 아치형의 길이보다 작아서 인접한 패널의 수직 모서리 사이의 간격이 최소화되도록 하는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
19. 제17항에 있어서, 상기 내측 패널 구역 및 상기 외측 패널 구역은 하나의 패널 구역의 하나 이상의 수평 파이프 구획이 다른 패널 구역의 수평 파이프 구획의 중간에 위치하도록 수직으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
20. 제1항에 있어서, 내화 라이닝된 노, 상기 내화 라이닝된 노의 위에 위치하는 배럴 부분, 및 상기 배럴 부분의 위에 위치하는 배기가스 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
21. 제20항에 있어서, 배럴 부분의 일부는 이중층 패널로 라이닝되고, 배기가스 챔버는 단일층 패널로 라이닝되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
22. 제21항에 있어서, 상기 배럴 부분의 가장 아랫줄 패널만 단일층 패널로 구성되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기에는 각각이 외부 쉘의 복수 개의 구멍 중 하나를 통해 용기의 안쪽 구역으로 뻗어나가는 복수 개의 고체 주입 랜스들이 위치하고, 복수 개의 냉각 패널들이 외부 쉘의 상기 구멍에 대응하는 복수 개의 구멍들을 제공하여 상기 랜스들이 상기 패널을 관통하여 상기 용기의 내부로 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
24. 제23항에 있어서, 상기 구멍은 하나 또는 두 개 이상의 패널의 모서리에 위치하는 우묵한 부분에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
25. 제24항에 있어서, 상기 구멍은 두 개 또는 세 개 이상의 패널 모서리를 따라 또는 모퉁이에 위치하는 두 개 또는 세 개 이상의 우묵한 부분의 정렬에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
26. 제23항에 있어서, 상기 랜스들은 용기 쉘 상에 같은 높이에 위치하며, 상기 랜스들의 상기 높이에 위치하는 패널들 중 일부는 랜스 간의 아치형 거리에 실질적으로 상응하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 야금 용기.
27. 금속을 함유하는 재료와 탄소를 함유하는 재료가 용탕으로 공급되어 용융 금속(molten iron)과 슬래그로 제련되고, 용탕으로부터 배출된 가스가 용탕의 상부에 제공되는 빈 공간에서 연소되는 직접 제련 공정용 용탕으로 적합한 야금 용기의 외부 쉘에 장착되어, 쉘의 내부 라이닝의 일부를 형성하는 냉각 패널에 있어서,

    튜브형 냉각제 입구와 출구 연결기 사이에서 냉각제가 통과하여 흐르기 위한 내부 통로 수단을 가지는, 또한, 지그재그 형상의 단일 냉각제 흐름 튜브로 형성된 곡률을 가지는 패널 본체, 및

    패널 본체의 일측으로 패널의 측면으로 돌출하고 쉘의 개구를 통해 뻗어나가 용기의 외부에서 쉘에 연결될 때 패널을 지탱할 수 있는 복수의 강체 돌기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
28. 삭제
29. 제27항에 있어서, 상기 패널 본체는 지그재그형의 인접한 내측 및 외측 패널 구역을 형성하도록 성형된 단일의 냉각제 튜브로 형성되고, 상기 돌기들은 외측 패널 구역으로부터 바깥쪽 측면으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
30. 제29항에 있어서, 상기 내측 패널 구역 및 상기 외측 패널 구역은 한 패널 구역의 하나 이상의 수평 파이프 구획이 다른 패널 구역의 수평 파이프 구획의 중간에 위치하도록 수직으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
31. 제29항에 있어서, 외측 패널 구역의 길이는 내측 패널 구역의 길이보다 작아서 사용시에 인접한 패널들의 수직 모서리 사이의 간격이 최소화되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
32. 제29항에 있어서, 패널은 긴 아치형이고, 외측 패널 구역은 패널 만곡의 외측면에, 서로에 대해 평행인 관계로 바깥쪽 측면으로 돌출하고, 패널의 측면으로 패널 만곡에 방사상으로 뻗어나가는 중앙면에 평행한 돌기들과 함께 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
33. 제29항에 있어서, 상기 패널은 높이보다 큰 길이를 가지는 긴 아치형인 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
34. 제29항에 있어서, 돌기들은 일련의 핀들과 냉각제 흐름 튜브의 말단으로부터 뻗어나가는 튜브형 냉각제 입구 및 출구 연결기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
35. 제34항에 있어서, 튜브형 냉각제 연결기들은 패널의 한 말단에 위치하고, 핀들은 패널의 말단들 사이에서 패널을 가로지르도록 이격되는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
36. 제34항에 있어서, 핀들은 말단에서 내부 패널 구역의 인접한 튜브 구획에 각각 고정되고 그 말단들 사이로 외측 패널 구역의 튜브 구획을 가로질러 바깥쪽으로 뻗어나가는 연결기 스트랩에 의해 패널에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
37. 제36항에 있어서, 연결기 스트랩은 외측 패널 구역의 각 튜브 구획의 둘레에 맞춰진 V-형으로 구부러진 뿌리를 가지는 V-형인 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
38. 제36항에 있어서, 핀들은 V-형의 뿌리로부터 바깥쪽으로 뻗어나가도록 연결기 스트랩에 용접되는 것을 특징으로 하는 냉각 패널.
39. 금속을 함유하는 재료와 탄소를 함유하는 재료가 용탕으로 공급되어 용융 금속(molten iron)과 슬래그로 제련되고, 용탕으로부터 배출된 가스가 용탕의 상부에 제공되는 빈 공간에서 연소되는 직접 제련 공정용 용탕으로 적합한 야금 용기의 외부 쉘에,

    지그재그형으로 성형되면서 튜브형 냉각제 입구와 출구 연결기 사이에서 냉각제가 통과하여 흐르기 위한 내부 통로를 가지는 냉각제 흐름 튜브에 의해 형성되는 냉각 패널을 부착하는 방법으로서,

    쉘의 내부 라이닝의 일부를 형성하도록 야금 용기의 외부 쉘에 냉각 패널을 장착하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

    냉각 패널에 패널로부터 측면으로 돌출하는 복수의 돌기를 마련하고;

    용기의 외부 쉘에 패널의 돌기를 수용하는 복수의 개구와 상기 개구를 둘러싸고 쉘로부터 바깥쪽으로 돌출하는 강체 튜브형 돌출부들을 마련하며;

    상기 돌기가 쉘의 개구를 통해 뻗어나가 패널이 쉘의 내부의 일부를 라이닝하는 위치까지 오게 하고;

    각각의 상기 돌기들과 각각의 상기 돌기에 대응하는 튜브형 돌출부의 외측 말단 사이에 쉘의 바깥쪽에서 강체 연결부를 형성하고 상기 연결부는 외부 쉘 상에 패널을 장착하여 개구를 봉함과 아울러 상기 패널의 부하를 지지함을 특징으로 하는 냉각 패널 장착 방법.
40. 제39항에 있어서, 상기 돌기들은 튜브형 냉각제 입구 및 출구 연결기를 포함함을 특징으로 하는 냉각 패널 장착 방법.
41. 제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 냉각 패널은 제27항 내지 제38항 중 어느 한 항에 따른 냉각 패널인 것을 특징으로 하는 냉각 패널 장착 방법.
42. 삭제

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