(57)【要約】【課題】特に、製錬容器の燃焼ゾーン内に噴射を行うランスの導入端部で、内部および外壁の両方において、極めて高い温度に耐える、有効冷却の可能なランスの提供。【解決手段】この装置は、材料を投入するためのダクトと、ダクト壁を通して延在する内側および外側の、それぞれダクト後端から前端へ冷却水が流れる流入用通路およびダクト前端から後端へ冷却水が流れる流出用通路と、ダクト前端に配置され、内側および外側の水流路の間を連結して水が流れるようにする環状ダクト先端部とを含む。環状ダクト先端部は環状内端部材と、環状外端部材と、内端部材および外端部材の間に配置される環状中央部材と、外端部材および中央部材の間の空間を個々の半径方向通路に分割する分割装置とを含む。【選択図】図５
2008190854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金プロセスを実行するために粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置において、
前記装置が、
前記材料を吹き込むためのダクトと、
前記ダクトの壁を通って延在する内側流入水路および外側流出水路であって、それぞれ前記ダクトの後端から前端に向かう冷却水流入用の内側流入水路、および、前記ダクトの前端から後端に向かう冷却水流出用の外側流出水路と、
前記ダクトの前端に配置されて、前記内側流入水路と前記外側流出水路の間の水流連結を行う環状ダクト先端部とを含み、
前記環状ダクト先端部が、
環状内端部材と、
環状外端部材と、
前記環状内端部材と前記環状外端部材の間に置かれた環状中央部材と、
前記環状外端部材と前記環状中央部材の間の空間を個々の半径方向通路に分割して前記環状ダクト先端部の前記内部水流路として働かせるための、複数の半径方向に延在する分割手段とを含む、粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項２】
材料を吹き込むための前記ダクトが、ダクト前端からガス流を排出するガス流ダクトである請求項１に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項３】
前記分割手段が、前記環状外端部材に付された複数のリブである請求項１または請求項２に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項４】
前記環状中央部材は、前記環状外端部材の少なくとも幾つかのリブを受入れる一連の半径方向溝を有する請求項３に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項５】
前記環状外端部材のリブは、前記環状外端部材の円周方向で間隔を置いて位置する一連の第１のリブと、それら第１のリブの間にあって前記環状外端部材の円周方向で間隔を置いて位置する一連の第２のリブとを含み、前記一連の第１のリブは、前記一連の第２のリブよりも環状外端部材から大きく突出するとともに、前記環状中央部材の一連の溝によって受容される請求項４に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項６】
前記一連の第１のリブが、前記中央部材に対して溶接されている請求項５に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項７】
前記一連の第２のリブは、前記一連の第１のリブの間で前記中央部材に当接している請求項５または請求項６に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項８】
前記環状ダクト先端部の前記外端部材と前記中央部材との間の、前記リブによって前記個々の水流路に分割された前記空間が、その水流路に沿って半径方向外方へ向かって次第に狭くなっている請求項３から請求項７までのいずれか一項に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項９】
前記環状ダクト先端部の前記内端部材、前記外端部材および前記中央部材が同一材料で作られ、かつ、互いに溶接されている請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項１０】
前記環状ダクト先端部の前記内端部材、前記外端部材および前記中央部材が銅製である請求項９に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項１１】
材料を吹き込むための前記ダクトの壁が、内側および外側の水流路に再分割された内側および外側環状空間を形成する同心状に間隔を置いた内側管、中間管および外側管を含む請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項１２】
前記内側環状空間が、前記内側ダクト管の外周面に溶接されてその周囲を螺旋状に延在し、前記中間ダクト管内に嵌装された内側分割条によって、流入用の前記内側水流路に再分割されている請求項１１に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項１３】
前記外側環状空間が、前記中間ダクト管の外周面に溶接されてその周囲を螺旋状に延在し、前記外側ダクト管内に嵌装された外側分割条によって、流出用の前記外側水流路に再分割されている請求項１１または請求項１２に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項１４】
前記内側環状空間が、前記外側環状空間よりも半径方向で幅広になされ、また、前記内側分割条が、それに応じて前記外側分割条よりも半径方向で高さが大きくなされている請求項１１から請求項１３までのいずれか一項に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載された、前記冶金容器内に材料を吹き込むための装置が装着された直接製錬容器。
【請求項１６】
冶金プロセスで用いられる冶金容器内に粒状および／またはガス状の材料を吹き込むための装置において、
前記装置が、同心環状通路のダクト壁を有する、粒状および／またはガス状の材料を吹き込むためのダクトと、ダクト先端部とを含み、
前記同心環状通路のうちの第１の環状通路は、前記ダクトの後端から前端に向かって流れる流入冷却水用であり、
前記同心環状通路のうちの第２の環状通路は、前記ダクトの前端から後端に向かって流れる流出冷却水用であり、
前記同心環状通路が、内側スリーブ、外側スリーブ、および、中間スリーブから成る複数の同心スリーブによって形成されており、
前記ダクト先端部は、前記ダクトの前端に位置し、少なくとも前記内側および外側スリーブを結合して、前記第１の環状通路と前記第２の環状通路の間の水流接続を行うためのものであり、
前記外側スリーブは、前記装置の外面の少なくとも一部を形成するとともに、前部よりも直径の大きな後部を有し、
前記中間スリーブは、前部よりも直径の大きな後部を有し、該中間スリーブの後部は、前記外側スリーブの前記後部に隣接して配置され、かつ
前記外側スリーブの前記後部、および、前記中間スリーブの前記後部は、前記外側スリーブの後部近傍で、前記外側スリーブと前記中間スリーブの間に形成された前記同心環状通路の半径方向の幅が、前記外側スリーブの前部近傍で、前記外側スリーブと前記中間スリーブの間に形成された前記同心環状通路の半径方向の幅と概ね同じになるように、形成されている、粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込むための装置。
【請求項１７】
前記外側スリーブの後部の壁厚が、前記外側スリーブの前部の壁厚と概ね同じであり、また、前記中間スリーブの後部の壁厚が、前記中間スリーブの前部の壁厚よりも大きくなされている請求項１６に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項１８】
前記中間スリーブの外面に隣接して別のスリーブ部材が配置され、もって、前記中間スリーブの前記後部の前記大きな直径が付与されている請求項１６または請求項１７に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項１９】
前記別のスリーブ部材が、前記装置の後部から、内方に間隔を置いて懸吊され、もって前記ダクト壁に対して前記流入水または前記流出水のための少なくとも１つの水流路を形成している請求項１８に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２０】
ハウジング部材が、前記内側スリーブの後端を前記外側スリーブの前記後端に結合し、前記中間スリーブの後部が、前記ハウジングの端部の内側に配置されて、もって、前記中間スリーブの後方側に水流路を形成している請求項１９に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２１】
前記別のスリーブ部材が、前記中間スリーブの前記後部の前方側に配置され、もって、前記装置の後部を、前記環状通路に対する水の流入および流出のための第１および第２の水流路に分割している請求項５から請求項２０までのいずれか一項に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２２】
前記別のスリーブ部材が、前記装置の前記後部に固定され、また、スライド・シールが前記別のスリーブ部材と前記中間スリーブとの間に設けられ、もって、前記中間スリーブ部材と前記別のスリーブ部材との相対的な長手方向の動きが許容される請求項２１に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２３】
前記中間スリーブの後部が、前記別のスリーブ部材の後方側に延在する第１部分と、前記別のスリーブ部材から前記ダクト先端部に向かって前方側に延在する第２部分とを含み、また、スライド・シールが、前記中間スリーブの前記第２部分と前記別のスリーブ部材との間に設けられている請求項２２に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２４】
前記中間スリーブの内面および前記内側スリーブの外面が、両面間を螺旋構造で延在する少なくとも１つの分割条によって隔てられている請求項２３に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２５】
前記中間スリーブの第１部分が、前記少なくとも１つの分割条位置で固定されている請求項２４に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２６】
前記中間スリーブの内径が概ね一定である請求項１６に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２７】
前記内側スリーブの外面が概ね一定であり、これによって、前記内側スリーブと前記中間スリーブとの間に配置された前記水流路の半径方向の寸法が長さ方向で一定である請求項２６に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２８】
前記外側スリーブの内面および前記中間スリーブの外面が、両面間を螺旋構造で延在する少なくとも１つの分割条によって隔てられている請求項１６に記載された粒状および／またはガス状の材料を冶金容器内に吹き込む装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載された前記冶金容器内に材料を吹き込むための装置を装備する直接製錬容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容器内にガスを吹き込む装置を提供する。用途を限定するわけではないが、本発明は、特に、高温状態の冶金容器内にガス流を吹き込む装置に適用される。かかる冶金容器の例は、直接製錬法によって溶融金属が製造される製錬容器である。
【背景技術】
【０００２】
反応媒体として溶融金属層を使用し、また、一般にＨＩ製錬法（ＨＩｓｍｅｌｔ法）と称されている既知の製錬法が、米国特許第６０８３２９６号に記載されている。ＨＩ製錬法は、その特許に記載されているように、以下の内容を含む：
（ａ）容器内に溶融鉄とスラグから成る浴を形成すること、
（ｂ）前記浴中に、
（ｉ）含金属供給材料（代表的には金属酸化物）、および
（ｉｉ）金属酸化物の還元剤およびエネルギー源として働く固体炭素質材料（代表的には石炭）を吹き込むこと、および
（ｃ）溶融金属層中で含金属供給材料を製錬して金属にすること。
【０００３】
「製錬」という用語は、本明細書では、液体金属を製造するために金属酸化物を還元する化学反応が行われる熱プロセスを意味する。
【０００４】
また、ＨＩ製錬法は、浴から放出されるＣＯやＨ２などの反応ガスを、浴の上方空間で、酸素含有ガスによって後燃焼させること、および、この後燃焼で発生する熱を浴に伝え、含金属供給材料を溶融するために必要な熱エネルギーとして用いることを包含する。
【０００５】
また、ＨＩ製錬法は、浴の基準静止面よりも上方に遷移ゾーンを形成することを包含する。遷移ゾーンには、上昇し、また、下降する好適量の溶融金属および／またはスラグの液滴または飛沫または流れが存在し、これらが浴上方での反応ガスの後燃焼によって発生した熱エネルギーを浴に伝える有効な媒体になる。
【０００６】
ＨＩ製錬法では、含金属供給材料および固体炭素質材料が、垂直に対して傾斜した多数のランス／羽口を通じて金属層中に噴射注入される。前記ランス／羽口は、製錬容器の側壁を通して、下向き内方に指向して製錬容器の下部領域内に延在し、前記固体材料を製錬容器の底部にある金属層中に吹き込まれる。製錬容器の上部での反応ガスの後燃焼を促進するために、下方に延在する高温空気噴射ランスを通して、製錬容器の上部領域内に酸素の豊富な高温空気の衝風が注入される。進入する高温空気衝風は、製錬容器の上部でのガスの有効な後燃焼を促進するために、旋回流としてランスから流出することが望ましい。これを達成するために、ランスの出口端部に、適当な旋回流を与えるための内部流れガイドを嵌装するとよい。製錬容器の上部領域は２０００℃程度の温度に達し、高温空気が温度約１１００〜１４００℃でランスに導入される。したがって、ランスは、内部および外壁の両方において（特に、製錬容器の燃焼ゾーン内に突出入するランスの導入端部で）、極めて高い温度に耐えなければならない。
【０００７】
米国特許第６４４０３５６号は、ＨＩ製錬法において遭遇する極限状態に合致するように設計されたガス噴射ランス構造を開示している。その構造においては、螺旋羽根の形状をした流れガイドが、ガス流ダクトの前端で中央本体に取付けられている。これらの羽根は、ガス流ダクトの壁に連結され、冷却水で羽根内部を水冷されており、冷却水はダクト壁内に設けた供給通路および帰還通路を通して流される。米国特許第６６７３３０５号は、代替ランス構造を開示しており、それによると、ガス流ダクトの全長を通して延在する中央管構造体に螺旋流れ案内羽根が配設されている。この中央管構造体は水流路を備え、これらの通路は、一般にガス流ダクトの先端内部に配置される中央管構造体の前部へ向かう冷却水の流れを与える。この構造では、流れ案内羽根が冷却されず、また、ダクトの耐火ライナー付き壁部分内でダクトの先端から後退した位置にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
米国特許第６４４０３５６号および同第６６７３３０５号に開示された構造においては、ダクトの先端に単一の環状空間が形成されて、その空間を通してダクト壁内の導入通路から帰還通路に冷却水が流れる。それらの通路は、ほぼ同じ長さになされる。本発明は、先端のさらに有効な冷却を可能にし、また、構造強度の改善を可能にする改良された構造を提供する。本発明はまた、固体粒状材料を容器内に吹き込むための固体噴射ランスにも適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、冶金プロセスで用いられる冶金容器内に粒状および／またはガス状の材料を吹き込むための、以下の装置が提供される。
この装置は、
前記材料を吹き込むためのダクトと、
前記ダクトの壁を通って延在する内側流入水路および外側流出水路であって、それぞれ前記ダクトの後端から前端に向かう冷却水流入用の内側流入水路、および、前記ダクトの前端から後端に向かう冷却水流出用の外側流出水路と、
前記ダクトの前端に配置されて、前記内側流入水路と前記外側流出水路の間の水流連結を行う環状ダクト先端部とを含み、
前記環状ダクト先端部が、
環状内端部材と、
環状外端部材と、
前記環状内端部材と前記環状外端部材の間に置かれた環状中央部材と、
前記環状外端部材と前記環状中央部材の間の空間を個々の半径方向通路に分割して前記環状ダクト先端部の前記内部水流路として働かせるための、複数の半径方向に延在する分割手段とを含む。
【００１０】
前記ダクトは、その前端からガス流を排出するガス流ダクトであってよい。
【００１１】
前記分割手段は、環状外端部材に付された複数のリブであってよい。
【００１２】
前記環状中央部材は、環状外端部材の少なくとも幾つかのリブを受入れる一連の半径方向溝を有することができる。
【００１３】
前記環状外端部材のリブは、環状外端部材の円周方向で間隔を置いて位置する一連の第１のリブと、それら第１のリブの間にあって環状外端部材の円周方向で間隔を置いて位置する一連の第２のリブとを含み、前記一連の第１のリブは、前記一連の第２のリブよりも環状外端部材から大きく突出するとともに、環状中央部材の一連の溝によって受容される。
【００１４】
一連の第１のリブは、環状ダクト先端部の中央部材に対して溶接するとよい。
【００１５】
一連の第２のリブは、一連の第１のリブの間で環状ダクト先端部の中央部材に当接させるとよい。
【００１６】
環状ダクト先端部の外端部材と中央部材との間の、リブによって前記個々の水流路に分割された空間は、その水流路に沿って半径方向外方へ向かって次第に狭くするとよい。
【００１７】
環状ダクト先端部の内端部材、外端部材および中央部材は、同一材料で作ってもよく、また、互いに溶接してもよい。それらの部材は、例えば、銅で形成され、また、その銅は少なくとも純度９９％にして、環状ダクト先端部を経由する効果的かつ均一な熱伝達を促進させることができる。
【００１８】
この材料吹き込みダクトの壁は、内側および外側の水流路に再分割された内側および外側環状空間を形成する同心状に間隔を置いた内側管、中間管および外側管を含むことができる。
【００１９】
内側環状空間は、内側ダクト管の外周面に溶接されてその周囲を螺旋状に延在し、中間ダクト管内にぴったり嵌装された内側分割条によって、流入用の内側水流路に再分割することができる。
【００２０】
外側環状空間は、中間ダクト管の外周面に溶接されてその周囲を螺旋状に延在し、外側ダクト管内にぴったり嵌装された外側分割条によって、流出用の外側水流路に再分割することができる。
【００２１】
内側環状空間は、外側環状空間よりも半径方向で幅広になされ、また、内側分割条は、それに応じて外側分割条よりも半径方向で高さが大きくなされる。
【００２２】
また、本発明によれば、容器内に材料を吹き込む前記装置に適合する直接製錬容器が提供される。
【００２３】
さらに、本発明によれば、冶金プロセスで用いられる冶金容器内に粒状および／またはガス状の材料を吹き込むための、以下の装置が提供される。
この装置は、同心環状通路のダクト壁を有する、粒状および／またはガス状の材料を吹き込むためのダクトと、ダクト先端部とを含み、
前記同心環状通路のうちの第１の環状通路は、前記ダクトの後端から前端に向かって流れる流入冷却水用であり、
前記同心環状通路のうちの第２の環状通路は、前記ダクトの前端から後端に向かって流れる流出冷却水用であり、
前記同心環状通路が、内側スリーブ、外側スリーブ、および、中間スリーブから成る複数の同心スリーブによって形成されており、
前記ダクト先端部は、前記ダクトの前端に位置し、少なくとも前記内側および外側スリーブを結合して、前記第１の環状通路と前記第２の環状通路の間の水流接続を行うためのものであり、
前記外側スリーブは、前記装置の外面の少なくとも一部を形成するとともに、前部よりも直径の大きな後部を有し、
前記中間スリーブは、前部よりも直径の大きな後部を有し、該中間スリーブの後部は、前記外側スリーブの前記後部に隣接して配置され、かつ
前記外側スリーブの前記後部、および、前記中間スリーブの前記後部は、前記外側スリーブの後部近傍で、前記外側スリーブと前記中間スリーブの間に形成された前記同心環状通路の半径方向の幅が、前記外側スリーブの前部近傍で、前記外側スリーブと前記中間スリーブの間に形成された前記同心環状通路の半径方向の幅と概ね同じになるように、形成されている。
【００２４】
前記外側スリーブの後部の壁厚が、前記外側スリーブの前部の壁厚と概ね同一になし、また、前記中間スリーブの後部の壁厚が、前記中間スリーブの前部の壁厚よりも大きくすることができる。
【００２５】
この装置は、前記中間スリーブの外面に隣接する別のスリーブ部材を含むことができ、それによって、前記中間スリーブの前記後部の前記大きな直径が付与される。
【００２６】
前記別のスリーブ部材を、前記装置の後部から、内方に間隔を置いて懸吊可能であり、それによって、前記ダクト壁に対して前記流入水または前記流出水のための少なくとも１つの水流路が形成される。
【００２７】
この装置は、前記内側スリーブの後端を前記外側スリーブの前記後端に結合するハウジング部材を含むことができ、この場合、前記中間スリーブの後部が、前記ハウジングの端部の内側に配置され、もって、前記中間スリーブの後方側に水流路が形成される。
【００２８】
前記別のスリーブ部材を、前記中間スリーブの前記後部の前方側に配置することができ、もって、前記装置の後部が、前記環状通路に対する水の流入および流出のための第１および第２の水流路に分割される。
【００２９】
前記別のスリーブ部材を、前記装置の前記後部に固定することができ、また、スライド・シールが前記別のスリーブ部材と前記中間スリーブとの間に設けられ、もって、前記中間スリーブ部材と前記別のスリーブ部材との相対的な長手方向の動きが許容される。
【００３０】
前記中間スリーブの後部は、前記別のスリーブ部材の後方側に延在する第１部分と、前記別のスリーブ部材から前記ダクト先端部に向かって前方側に延在する第２部分とを含むことができ、また、スライド・シールを、前記中間スリーブの前記第２部分と前記別のスリーブ部材との間に設けることができる。
【００３１】
前記中間スリーブの内面と前記内側スリーブの外面との間を、螺旋構造で延在する少なくとも１つの分割条によって隔てることができる。
【００３２】
前記中間スリーブの第１部分を、前記少なくとも１つの分割条位置で固定可能である。
【００３３】
前記中間スリーブの内径を概ね一定にすることができる。
【００３４】
前記内側スリーブの外面を概ね一定にすることができ、これによって、前記内側スリーブと前記中間スリーブとの間に配置された前記水流路の半径方向の寸法を長さ方向で一定にできる。
【００３５】
前記外側スリーブの内面と前記中間スリーブの外面との間を、螺旋構造で延在する少なくとも１つの分割条によって隔てることができる。
【００３６】
本発明をさらに完全に説明するために、添付図面を見ながら実施例の説明を行う。
【実施例】
【００３７】
図１は、米国特許第６０８３２９６号に記載されているようなＨＩ製錬法による作動に適当な直接溶融用容器を示している。この冶金容器は全体を符号１１で示されており、耐火煉瓦で形成された基部１２および側部１３を含む炉床と、炉床の側部１３から上方へ延在する一般的に円筒形の胴体を形成した、また上胴部１５および下胴部１６を有する側壁１４と、ルーフ１７と、ガスを排出する出口１８と、溶融金属を連続的に排出するための前炉床１９と、溶融スラグを排出するタップ穴２１とを有する。
【００３８】
使用において、容器は、鉄とスラグから成る溶融浴を含み、この浴は溶融金属層２２と、その金属層２２上の溶融スラグ層２３とを含む。符号２４を付した矢印は金属層２２の基準静止面の位置を示し、符号２５を付した矢印はスラグ層２３の基準静止面の位置を示す。「静止面」という用語は、容器内にガスおよび固体を噴射していない時の表面を意味する。
【００３９】
容器は、温度１２００℃程度の空気流を容器の上部領域に供給する、いわゆる「高温空気吹込み」のための下方へ延在している高温空気噴射ランス２６と、鉄鉱石、固体炭素質材料および酸欠キャリヤ・ガスに含まれるフラックスを金属層２２の中へ投入するための側壁１４を通してスラグ層２３の中へ向かって下方かつ内方へ延在している固体投入ランス２７とを取付けられている。ランス２７の位置は、冶金プロセス作業時に、それらの出口２８が金属層２２の表面よりも上方に位置するように選ばれる。ランスのこの位置は、溶融金属との接触により損傷される危険を減少させ、また、強制される内部冷却により、水が容器内の溶融金属に接触する危険を生じることなくランスの冷却を可能にする。
【００４０】
高温空気噴射ランス２６の異なる実施例の構造が図２〜図１８に示されている。図２は第１の実施例を示し、図３〜図５は第２の実施例を示している。図２〜図５において、同様部材は同じ符号を付されている。図６〜図１８に示されたランス先端部は、図３〜図５に示したランスの第２の実施例の記述において説明される。図２に示されたランス先端部は同じ構造を有している。
【００４１】
図２を参照すれば、ランス２６は細長いダクト３１を含み、このダクトはガス入口構造３２を通して高温ガスを受取り、それを容器の上部領域へ吹き込む。環状ダクト先端部３６はガス流ダクト３１の前端に配置される。このランスは、細長い中央管構造体３３を含み、この中央管構造体はガス流ダクト３１内をその後端から前端へ向かって延在している。このダクトの前端に隣接して、中央管構造体３３はダクトを流出するガスに対して旋回流を与える一連の旋回流付与羽根３４を担持している。旋回流付与羽根３４は４つの始点を有する螺旋形状として形成できる。それらの入口（後）端は、最初の真直部から十分に旋回した螺旋部へ滑らかに連なり、乱れおよび圧力低下を最小限にしている。
【００４２】
中央管構造体３３の前端はドーム形ノーズ３５を有しており、このノーズはダクト３１の先端部３６を超えて前方へ突出し、これにより中央本体の前端および環状ダクト先端部が協働して、羽根３４で旋回流を与えられてダクトから出る末広ガス流用の環状ノズルを形成するようになされる。
【００４３】
ガス入口３２から下方へ延在するダクト３１の主部の壁は、内部から水冷される。ダクトのこの部分は一連の３つの鋼製管３７，３８，３９で構成されており、それらの管はダクトの前端部へ延在して、そこで環状ダクト先端部３６に連結される。
【００４４】
図３〜図５に示されるような第２の実施例において、外側管３９は、３９Ａ位置に段差が形成され、その管の後部３９Ｂは前部３９Ｃよりも大径となるようにされている。中間管３８の後部は、外側管３９の後部３９Ｂ内に配置される。一定した半径方向幅の内側環状空間４１が管３７，３８の間に形成され、また、それよりも小さい一定した半径方向幅の外側環状空間４２が管３８，３９の間に形成され、両空間４１，４２は環状ダクト先端部からダクト後部まで延在し、外側環状空間４２は外側管３９の拡大径の後部３９Ｂに沿って外方かつ戻る方向に延在する。環状空間４１，４２は螺旋状に延在する内側分割条４３および螺旋状に延在する外側分割条４４によってそれぞれ内側および外側の水流路に分割されて、一連の４つの螺旋状に延在する内側流路４５および一連の第２の４つの螺旋状に延在する外側流路４６を形成するようになされる。
【００４５】
冷却水はダクト後端の２つの水入口４７および環状入口マニホルド４８を通して内側流路４５へ供給される。水は螺旋状の流路４５に沿って前方へと先端部３６へ流れ、その先端部を通して、本明細書で後述するように、逆方向に向かって外側の螺旋状に延在する流路４６へ流入し、その流路４６に沿ってダクトの後端へ戻り、出口マニホルド４９および２つの水出口５１を通して流出する。
【００４６】
内側流路４５は４つの始点を有する螺旋配列で延在する。外側流路４６もまた４つの始点を有する螺旋配列で延在するが、螺旋状の内側流路４５よりも格段にピッチが小さい。さらに詳しくは、内側流路４５は、たったの約１／４旋回でダクトの後端から先端へ延在するのに対して、外側流路４６はさらに短いピッチで数旋回で先端部から出口マニホルド４９までの距離を延在する。このことは、水が外側流路４６内にある滞留時間を長くして、ダクトの外部の冷却を向上させる。内側流路４５の半径方向幅は外側流路４６の半径方向幅よりも大きく、また、水の流れは先端部を流れるときに加速されて、先端部を通る熱抽出は改善され、一定した体積流量が狭い外側流路４６を通して保持される。
【００４７】
内側分割条４３は内側ダクト管３７の外周面に溶接されてその周囲を螺旋状に延在し、中間管３８内にぴったり嵌装される。外側流路を形成する外側分割条４４は中間管３８（第２の実施例の厚肉化された後部３９Ｂを含む）の外周面に溶接されてその周囲を螺旋状に延在し、外側ダクト管３９（その管の拡径後部３９Ｂを含む）内にぴったり嵌装される。
【００４８】
ダクト管３９の後端は、内側管３７および中間管３８の後端を受入れ、水入口４７および水出口５１を担持する管状ハウジング５２に連結される。
【００４９】
外側スリーブ４０は管状ハウジング５２の内部に配置され、それに固定される。これがランスの後部を２つの水流路、すなわち流入水路４８と、流出水路４９とに分割する。
【００５０】
中間管３８は前記ハウジング５２の端壁の内方に配置され、通路４８から内側通路４５へ向かう流路を形成する。
【００５１】
ハウジング５２は、ガス入口構造（例えば、第１の実施例の入口構造３２）に結合するための後部フランジ５３を具備する。また、フランジ５３は、ランスを容器に取付けるための取付けフランジ５４に結合されている。第１の実施例において、フランジ５４は、容器内でランスを垂直姿勢で懸吊し、全重量が外側管３９を介して支持される。
【００５２】
第２の実施例は、垂直に対して或る角度で懸吊され、大径部３９Ｂが容器に配置された取付けノズル内での位置決めのための取付けスリーブを形成する。典型的に、図１に示された形式の容器では、そのような多数のノズルがルーフ１７上に配置され、また第２の実施例で示された形式のランスは図１に示したランス２６と交換される。典型的に、大径部３９Ｂはランスの長さの１／４および１／２の間の長さを有する。
【００５３】
中間管３８の後端はスライド・シール５５によりハウジング５２内で支持され、各種ランス部材の膨張差による管の相対的な長手方向の動きを可能にする。特に、中間管３８はランスの後方へ延在されて螺旋状の分割条４３に固定された第１部分に分けることができる。中間管３８の第２の部分は環状ダクト先端部へ向かって前方へ延在する。
【００５４】
水冷ダクト３１は内面に内側耐火ライナー５６を張付けられており、このライナーはダクトの内側管３７内に嵌めこまれてダクトの水冷先端部３６へ延在されている。環状ダクト先端部３６の内周面は、ダクトを通る有効なガス流路を形成する耐火ライナーの内面と概ね一致する。
【００５５】
第２の実施例で段差３９Ａと先端部３６との間に位置する外側管３９の前部の外周面５６′は、表面上にスラグが付着することを促進する手段として働くように粗面とされるか突起を備えており、スラグはその表面の過熱に対する保護層として作用する。
【００５６】
環状ダクト先端部３６は環状形をしており、環状内端部材６１と、環状外端部材６２と、内端部材および外端部材の間に配置される環状中央部材６３とを含む。外端部材６２は複数の半径方向に延在するリブを備えて、外端部材６２と中央部材６３との間の空間を個々の半径方向通路６４に分割しており、螺旋状の流入流路４５から螺旋状の流出通路４６へ水が流れるときに先端部をまわるようにさせる。外端部材６２は、外端部材の円周方向に間隔を隔てられた一連の第１のリブ６５と、外端部材の円周方向に間隔を隔てられて一連の第１のリブ６５の間に位置された一連の第２のリブ６６とを含む。一連の第１のリブ６５は一連の第２のリブ６６よりも外端部材から大きく突出している。中央部材６３は一連の第１のリブ６５を受入れるために、一連の半径方向溝６７を備えており、低い一連の第２のリブは溝６７内に嵌合された高いリブ６５の間で先端部の中央部材６３に単に当接しているだけである。高いリブ６５の外端部は位置６８において中央部材６３に溶接されて、外端部材６２および中央部材６３を、それらの間の空間を個々の水流路６４に再分割するリブ６５，６６によって互いにしっかりと固定するようになされる。先端部の内端部材６１と中央部材６３との間の空間６９は分割されず、したがって流入通路４５から個々の先端部通路６４へ至る単一の内方へ向けられた環状流路を形成しており、通路６４は半径方向外方へ延在し、先端部の外端部材を回って流出流路４６へ向かって逆方向に延在している。リブ６５，６６で個々の水流路６４に分割された外端部材６２と中央部材６３との間の空間は、通路に沿って半径方向外方へ向かって狭くなり、これにより通路６４は半径方向外方へ向かって有効断面積が減少し、先端部を流れるときに冷却水を加速させるようになされている。
【００５７】
先端部の内端、外端および中央部材６１，６２，６３は互いに溶接されており、また、全てが高純度の銅で作られて、先端部を通しての有効かつ均等な伝熱を促進するとともに、先端部を通る個々の水流路の形状寸法に影響を及ぼしてしまう熱膨張差による部材間のどのような動きも防止するようになされている。
【００５８】
本発明の図示実施例はガス噴射ランスであるが、環状ダクト先端部は固体投入ランス、例えば国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００５／００１６０３に概略開示されたランスに使用することもできることは認識されるであろう。したがって、本発明は図示実施例の構造細部に限定されることはないこと、および、多くの変形例が範囲内で可能なことが理解されねばならない。
【００５９】
例として、ランスのこれらの実施例は高温空気噴射ランスとして記載されたが、本発明はそれに限定されず、何れか適当なガスの噴射および粒状材料の噴射にまで拡張される。例えば、噴射される粒状材料は鉄鉱石微粉末および／または炭素質材料を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明により構成された高温空気噴射ランスの一実施例を包含する直接製錬容器の垂直断面図。
【図２】高温空気噴射ランスの長手方向断面図。
【図３】ランスの他の実施例の前部の側面図。
【図４】図３に示されたランスの前部の端面図。
【図５】図３に示されたランスの前部の長手方向断面図。
【図６】図５のランスの前部の、ランス先端部の構造を示す拡大図であり、図２に示されたランスのランス先端部は同じ構造を有する。
【図７】図６の線７−７に沿う断面図。
【図８】ランスの環状先端部の内端部材を示す。
【図９】図８の線９−９に沿う断面図。
【図１０】ランス先端部の外端部材を示す。
【図１１】図１０に示された部材の内面の斜視図。
【図１２】図１０に示された部材の概略図。
【図１３】図１０の線１３−１３に沿う断面図。
【図１４】図１０の線１４−１４に沿う断面図。
【図１５】図１０の線１５−１５に沿う断面図。
【図１６】環状ダクト先端部の中央部材を示す
【図１７】図１６に示された先端部材の側面図。
【図１８】図１６の線１８−１８に沿う断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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