(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後端部から、ガスを放出する前端部（３６）まで伸長するガス流ダクト（３１）と、
前記ガス流ダクトの前記前端部の中心部に配置された中心伸長体であり、前記ガス流ダクトの前記前端部（３６）を通って流れるガスが前記中心伸長体に沿って流過するようになっている前記中心伸長体（３８）と、
前記ガス流ダクトの前記前端部を通るガス流に旋回を与えるために前記ガス流ダクト（３１）と前記中心伸長体（３８）との間に配設された複数の指向流付与羽根と、
前記ガス流ダクトの前記前端部に対して冷却水の供給および還流を行なうための、前記ガス流ダクトの壁を貫いて前記ガス流ダクトの前記後端部から前記前端部（３６）まで延在する冷却水供給還流通路手段（５１）と、
前記ガス流ダクトの前記前端部に位置するダクト先端部材内の内部冷却水通路手段（５３）であり、前記冷却水供給還流通路手段と連通して、前記ダクト先端部材を内部から水冷するために冷却水を受け入れて還流するようになっている前記内部冷却水通路手段（５３）と
を含むガス注入装置において、
前記指向流付与羽根（３９）および前記中心伸長体（３８）の内部の冷却水通路（６６，７５，７６，８７）であり、前記冷却水供給通路手段から前記指向流付与羽根（３９）を通って内側に向かい、前記中心伸長体（３８）の前記冷却水通路（７５，７６）内に水を流すとともに、これらの通路から前記指向流付与羽根（３９）を通って外側に向かい、前記ガス流ダクト（３１）の前記還流通路手段（５１）へ水を流すために、前記ガス流ダクト（３１）の前端部（３６）内の前記冷却水供給還流通路手段（５１）に連通する前記冷却水通路（６６，７５，７６，８７）を有することを特徴とする、容器内にガスを注入するための装置。
【請求項２】
前記ガス流ダクトの前記先端部材が前記ガス流ダクトの前記前端部から前方に突出した中空環状構造体として形成され、該中空環状構造体がダクト先端部材の前記内部冷却水通路手段を構成する環状通路を画成している請求項１に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項３】
前記冷却水供給還流通路手段（５１）が、前記ガス流ダクトの前記先端部材（４４）内の前記内部冷却水通路手段（５３）と連通する第一の供給還流通路（５２，５６）、および前記指向流付与羽根（３９）と前記中心伸長体（３８）の内部の前記冷却水通路（６６，７５，７６，８７）と連通する第二の供給還流通路（６０）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項４】
前記ガス流ダクト（３１）が、前記冷却水供給還流通路手段（５１）を与える一連の環状空間（５２，５６，５９）を画成する一連の同心円管（３２，３３，３４，３５）を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項５】
３つの同心環状空間を画成する４つの前記同心円管が存在することを特徴とする請求項４に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項６】
前記環状空間（５２，５６）が、前記ガス流ダクトの前記先端部材（４４）の前記内部冷却水通路手段（５３）に対する水の入出のための前記冷却水供給還流通路手段を与えることを特徴とする請求項５に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項７】
最も内側の前記環状通路（５９）が内部で分割され、前記指向流付与羽根と前記中心伸長体内の冷却水通路に対する水の入出のための水供給還流通路（６０）を与えることを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項８】
前記ダクト管（３２，３３，３４，３５）の前端が、前記ガス流ダクトの前記先端部材に接続されていることを特徴とする請求項４から請求項７までのいずれか１項に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項９】
一連のダクト管（３２，３３，３４，３５）の各後端が前記一連のダクト管（３２，３３，３４，３５）の相互の長さ方向の相対的な動きを許容するように配設され、もって前記ダクト管の熱膨張・収縮差に順応するようになっていることを特徴とする請求項４から請求項８までのいずれか１項に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１０】
前記中心伸長体（３８）が円筒形状になされていることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１１】
前記中心伸長体（３８）が半球状の前端部および後端部（４１，４２）を有することを特徴とする請求項１０に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１２】
前記中心伸長体（３８）の前記先端が前記ガス流ダクトの前記先端部材を越えて前方に突出しており、それによって該先端と前記ガス流ダクトの前記先端部材（４４）とが協働して、前記指向流付与羽根（３９）によって与えられた旋回を伴って外方に拡大するガス流のための環状ノズルを形成していることを特徴とする請求項１１に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１３】
前記中心伸長体の半球形の端部が、ガス流によって搬送される粒子材料による摩耗に耐えるように、表面硬化処理されている請求項１１または請求項１２に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１４】
前記指向流付与羽根（３９）が、多数枚螺旋構造体として形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１５】
前記指向流付与羽根（３９）が、前記ガス流ダクト（３１）の周方向で離隔した多数位置で前記ガス流ダクトに接続されていることを特徴とする請求項１４に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１６】
４枚螺旋構造体として配列され、前記指向流付与羽根の前端にて前記ガス流ダクトの周囲における９０度角間隔の４つの位置で前記ガス流ダクトに接続された４枚の指向流付与羽根（３９）が存在することを特徴とする請求項１５に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１７】
前記ガス流ダクト（３１）内の前記冷却水供給通路手段（５１）が、前記指向流付与羽根の各々に冷却水を供給するために、多数の独立した水路（６０）から成ることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１８】
前記独立水路（６０）が、前記ガス流ダクトの環状通路（５９）内で前記ガス流ダクトに沿って螺旋状に伸長する分割体によって形成されていることを特徴とする請求項１７に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項１９】
前記中心伸長体（３８）内に、前記指向流付与羽根（３９）内の前記冷却水通路（６６，８７）の各々にそれぞれ接続された独立水路（７５，７６）が存在することを特徴とする請求項１７に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項２０】
前記指向流付与羽根（３９）内の前記冷却水通路が、
冷却水流が前記ガス流ダクトの前部の前記冷却水供給通路手段（５１）から前記中心伸長体内の前記独立水路（７５，７６）内に半径方向内側へ向かって流れるための前記指向流付与羽根の前部内の入水口部分（６６）と、
還流水が前記中心伸長体内の前記冷却水通路から前記ガス流ダクト内の前記冷却水還流通路手段へ流れるための前記指向流付与羽根の後部内の還流部分（８７）とを含むことを特徴とする請求項１９に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項２１】
前記中心伸長体（３８）内の前記冷却水通路が、
前記指向流付与羽根（３９）内の前記入水口部分（６６）から水を受け入れて、それを前記中心伸長体の前部の周囲に送るための、前記中心伸長体の前部内の前部通路部分（７５）と、
前記前部通路部分から水を受け入れて、それを前記中心伸長体の後部の周囲に送るとともに前記指向流付与羽根（３９）の前記後部内の前記還流通路部分（８７）に送るための後部通路部分（７６）とを含むことを特徴とする請求項２０に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【請求項２２】
前記指向流付与羽根（３９）が、前記ガス流ダクト（３１）に接続されるとともに、それらの前端部でのみ前記中心伸長体（３８）に接続され、それによって、熱膨張時に、これらの接続部分から前記ガス流ダクトに沿って自由に動くようになっていることを特徴とする請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載された容器内にガスを注入するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容器内にガスを注入する装置を提供する。本発明は高温状態の冶金用容器へのガス流の注入に適用されるが、それに限定されるものではない。そのような冶金用容器の例としては、直接製錬プロセスにより溶融金属が作られる製錬容器がある。
【０００２】
【従来の技術、発明が解決しようとする課題】
一般にＨＩ製錬法と称され、反応媒体を溶融金属層に依存する既存の直接製錬プロセスが、本件出願人による国際出願  ＰＣＴ／ＡＵ９６／００１９７（ＷＯ９６／３１６２７）に記載されている。
【０００３】
本国際出願の記載によれば、ＨＩ製錬法プロセスは、以下の内容を含む。
（ａ）容器中に溶融鉄およびスラグの浴を形成する段階、
（ｂ）該浴に、金属を含む供給材料（代表的なものとしては金属酸化物。）と含炭素固体材料（代表的なものとしては石炭で、金属酸化物の還元剤ならびにエネルギー源として働く。）を注入する段階、および
（ｃ）溶融金属層中で金属を含む供給材料を金属に製錬する段階。
【０００４】
本明細書において、「製錬」とは、液体金属を製造するため、金属酸化物を還元する化学反応が生じる熱処理プロセスを意味する。
【０００５】
また、ＨＩ製錬法プロセスは、浴から放出される一酸化炭素と水素などの反応ガスが浴上方空間で後燃焼すること、および該燃焼によって生まれた熱を金属鉱物の製錬に必要な熱エネルギーに役立てるため浴に移転することを含む。
【０００６】
ＨＩ製錬法プロセスは、公称静止浴表面上方に遷移帯域を形成することをも含み、そこでは溶融金属および／またはスラグの液滴、飛沫、あるいは流れといった適切質量の上昇と下降があり、これが浴上方での反応ガスの後燃焼により生まれた熱エネルギーを浴へ伝達するのに効果的な媒体を提供する。
【０００７】
ＨＩ製錬法プロセスでは、金属を含む供給材料と含炭素固体材料が多数のランス／羽口を通じて金属層に注入されるが、これらのランス／羽口は、容器底部の金属層に固体材料を投入するために、製錬容器側壁を貫いて下向き内側に容器の下部領域まで伸長するように、鉛直方向に対して傾斜している。容器上部での反応ガスの後燃焼を促進するために、下方に向けて伸びる熱空気衝風注入ランスを通じて熱空気衝風（酸素富化してもよい）の吹き込みが行われる。容器上部でのガスの効果的後燃焼を促進するためには、進入する熱空気衝風が旋回流でランスから出ることが望ましい。このためには、ランス出口端に内部誘導体を取り付けて、適切な旋回流を与えればよい。容器上部領域の温度は２０００℃程度に達し、熱空気衝風は１１００〜１４００℃程度でランスに供給されるだろう。したがって、ランスは内外壁ともに、容器内の燃焼帯域に挿入されることとなる先端部においては特に、極めて高い温度に耐えるものでなければならない。本発明は、個々の構成部品を内部から水冷し極めて高い温度で使用できるランス構造を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以下の装置が提供される。
後端から、ガスを放出する前端まで伸長するガス流ダクトと、
前記ダクトの前端内の中心部に配置された伸長体であり、ダクトの前端を通って流れるガスが該伸長体に沿って流過するようになっている該伸長体と、
ダクトの前端を通るガス流に旋回を与えるためにダクトと前記中心伸長体との間に配設された複数の指向流付与羽根と、
ダクトの前端部に対して冷却水の供給および還流を行なうための、ダクトの壁を貫いてダクトの後端部から前端部まで延在する冷却水供給還流通路手段と、
ダクトの前端に位置するダクト先端部材内の内部冷却水通路手段であり、冷却水供給還流通路手段と連通して、ダクト先端部材を内部から水冷するために冷却水を受け入れて還流するようになっている該内部冷却水通路手段と、
指向流付与羽根および中心伸長体の内部の冷却水通路であって、冷却水供給通路手段から指向流付与羽根を通って内側に向かい、中心伸長体の冷却水通路内に水を流すとともに、これらの通路から指向流付与羽根を通って外側に向かい、ダクトの還流通路手段へ水を流すために、ダクトの前端部内の冷却水供給還流通路手段に連通する該冷却水通路とを含む、容器内にガスを注入するための装置。
【０００９】
冷却水供給還流通路手段は、ダクト先端部材の内部冷却水通路手段と連通する第一の供給還流通路と、指向流付与羽根および中心伸長体内の冷却水通路と連通する第二の供給還流通路を含むことが好ましい。
【００１０】
ダクトの先端部材は、ダクトの他の部分から前方に突出した中空環状構造体として形成され、該中空環状構造体はダクト先端部材の内部冷却水通路手段を構成する環状通路を画成する。
【００１１】
ダクトは、冷却水供給還流通路手段を与える一連（すなわち、一群）の環状空間を画成する同心円管群を含む。そのような４本の同心円管で３つの同心環状空間を画成する。最も外側の２つの環状空間が、ダクトの先端部材の内部冷却水通路手段に対する水の入出のための冷却水供給還流通路手段を与える。最も内側の環状通路が内部で分割され、指向流付与羽根と中心伸長体内の冷却水通路に対する水の入出のための水供給還流通路を与える。
【００１２】
中心伸長体は、半球形の先端部を有する概ね円筒形状であってよい。
【００１３】
指向流付与羽根は、好適には多数枚螺旋構造体になされ、ダクトの周方向で離隔した多数位置でダクトに接続される。特定的には、４枚螺旋構造体として配列され、指向流付与羽根の前端にてダクトの周囲における９０度角間隔の４つの位置でダクトに接続された４枚の指向流付与羽根が存在する。
【００１４】
ダクト内の冷却水供給通路手段は、指向流付与羽根の各々に冷却水を供給するために、適切な数の独立した水路から成るものであってよい。そのような独立水路はダクトの環状通路内でダクトに沿って螺旋状に伸長する分割体によって形成することができる。
【００１５】
ダクト管の前端はダクト先端部材と接続される。後端は、各管の熱膨張・収縮差に順応すべく、その長さ方向の相対的な動きを許容するように配設することができる。
【００１６】
指向流付与羽根は、ダクトに接続されるとともに、前端部のみで中心伸長体の部分に接続され、それによって熱膨張時にそれらの接続部からダクトに沿って自由に動くようにすることができる。
以下、本発明の一具体例について添付図を見ながら説明する。
【００１７】
【実施の形態】
図１は、国際特許出願  ＰＣＴ／ＡＵ９６／００１９７に記載されているＨＩ製錬法プロセスの操業に適した直接製錬容器を示す。全体を１１で示される冶金用容器が、耐火材レンガで形成された底部１２および側部１３を含む炉床と、炉床側部１３から上方に伸張する概ね円筒形の樽形状をなすとともに上樽部分１５および下樽部分１６を含む側壁１４と、天井部分１７と、放出ガス用排気口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ための栓孔２１とを有する。
【００１８】
操業中、溶融鉄と溶融スラグの浴、すなわち溶融金属層２２とその上の溶融スラグ層２３が容器内にある。符号２４で示す矢印は金属層２２の公称静止表面位置を示し、また符号２５で示す矢印は同様のスラグ層２３の公称静止表面位置を示す。ここで、「静止表面」とは、容器中に固体およびガスの注入がない時の表面を意味する。
【００１９】
容器には、容器上部に熱空気衝風を吹き込むために下方に伸長する熱空気衝風注入ランス２６が取り付けられ、また２本の固体材料装入ランスが側壁１４を貫いて下方内側に向かってスラグ層２３内に伸長し、酸素を減少させた搬送ガスの流れに乗せて鉄鉱石、含炭素固体材料および溶剤を金属層２２内に注入するようになされている。ランス２７の位置は、その出口端２８が操業過程を通じて金属層２２の表面よりも上位になるように選択される。このランス位置は、溶融金属との接触により損傷する危険性を減じ、また容器中の溶融金属に水が接触するような重大な危険なく強制内部水冷によりランスを冷却することを可能にする。
【００２０】
熱空気衝風注入ランス２６の構造が図２〜図９に示されている。これらに見られるごとく、ランス２６は、それを通じて熱空気衝風流（酸素富化されることもある。）を通す伸長ダクト３１を含む。伸長ダクト３１は、ダクト前端部３６の方へ伸びそこで先端部材３７に接続された、４本で１セットの同心鋼管３２，３３，３４，３５からなる。４枚の旋回流（指向流）付与羽根３９を担持する伸長体部分３８がダクト前端部３６内中央に配置されている。中心伸長体部分３８は半球状の前、後端部４１，４２を持つ長円筒形である。羽根３９は４枚螺旋形に配置され、その前部の、中心から外周方向に伸びる羽根端部４５でダクト前部に接続される。
【００２１】
伸長ダクト３１は、ダクトの最も内側の金属管３５内に付されて、羽根の前端部位置まで存在する耐火材内張り４３によって、ほとんど全長に亘って内張りされており、羽根３９は前端部４２の後方で耐火材内張りにきちんと接している。
【００２２】
ダクトの先端部材３７は中空環状の頭部または先端形状４４で、耐火材内張り表面と概ね同じ高さでダクトの他の部分から突出し、ダクトを通るガスの効果的な流れ通路を画成する。中心伸長体部分３８の前端は、この部分と先端部材が協働して環状ノズルを形成し、羽根３９で加えられた強い回転または旋回を伴って環状に拡がる形態での激しい熱空気衝風がここから発生するように、先端部材４４を越えて突出している。
【００２３】
本発明に従って、ダクト先端部材４４、中心伸長体部分３８および羽根３９は全て、ダクト壁を貫いて伸長し全体として５１で指示される冷却水通路手段によって供給される冷却水流で内部を水冷される。冷却水通路手段５１は、ダクト管３３，３４の間の環状空間に形成され冷却水をダクト先端部材３７の円周に設けられた開口部５４を経てダクト先端部材４４の内部空隙５３に供給するための給水路５２を含む。水はダクト先端部材３７の円周に設けられた開口部５５を経て、ダクト管３２と同３３の間に形成され冷却水通路手段５１の一部でもある環状還流路５６へ戻される。先端部材３７の内部空隙５３は内部冷却通路として機能するため、このように連続的に冷却水を供給される。ランス先端部材への冷却水はランス後端部にある入水口５７を通じて給水路５２へ配られ、還流水はランス後端部の出口５８を通って出てゆく。
【００２４】
ダクト管３４と３５の間の環状空間５９は、螺旋に巻かれた形状の分割材により、ダクト後端部から前端部３６へ続く８つの独立螺旋形通路６０に分割される。これらのうち４つは、羽根３９と中心伸長体部分３８の冷却のための独立給水を行うため、ダクト管円周に設けられた入水口６２にから独立給水される。入水口６２は、環状マニホルド９０を介して共通給水管８０に連通している。残る４つの通路６０は共通環状還流マニホルド通路６３および単一排水口６４に通じており、還流路として機能する。
【００２５】
羽根３９は中空構造体であり、給水、排水の通路を形成するため内部が分割されており、該通路を通り、同じく内部水冷のため水路が形成されている中心伸長体部分３８へ、そして該部品から、水が流れる。羽根３９の前端部４５は、４つの入水スロット（細長い穴）６５の近傍で最内部ダクト管３５の前端部と接続されており、水がこれらの入水スロットを通じて４つの独立に給水される入水路から、羽根の前端部にあり半径内方向へと作られた給水路６６に流れ込む。冷却水はその後中心伸長体部分３８の前端部へと流れる。
【００２６】
中心伸長体部分３８は、主円筒部７１ならびに半球形の前端部４１および後端部４２（これらは高温ガス流に運ばれる耐火材粉塵または他の粒子材料による摩耗に耐えるため表面硬化処理されている）から成るケーシング（外皮壁）７０内に収納された前部および後部の内部部材６８，６９からなる。内部部材６８，６９と中心伸長体部分の外部ケーシングの間の隙間は、内部部材６８，６９の外周面に形成された分割リブ（肋骨状部材）７７，７８によって２組の外周水路７５，７６へとさらに細分化される。２組の外周水路のうち、前部のもの７５は図８に示されるように中心伸長体部分の先端部から扇状に、そして中心伸長体部分の周囲では後方向に広がってゆくように配置されている。流れ誘導装入部材（インサート）８１が内部部材６８の内部中央に配設されて水路６７を通って延在し、該水路を円周方向で離隔した４つの水路に分割している。これらの水路は、羽根前端部の入水路６６を通じて進入する水を個別に受け入れ、中心伸長体部分の先端に至る４つの独立入水流を維持する。これらの独立水流は４つの前部外周水路と連通しており、これらの水路を通じて中心伸長体部分の前端部を廻って還流する。
【００２７】
隔壁８２が、羽根の前端部と中心伸長体部分の給水路６６，６７を、羽根後部と中心伸長体部分の水路とに分割している。前部外周水路７５を通って戻る水流は、後部内部部材６９内の中央水路８４へ戻るべく、給水路６６の中間に置かれた隔壁のスロット８３を通って進む。この水路もまた、中心伸長体後端部に至る４つの独立水流を継続するため、中央水流誘導体８５により４つの独立流路に分割されている。後部外周水路７６もまた、中心伸長体後部で４つの独立水流を受け入れ、中心伸長体外周を回りケーシング内円周に設けられた４つの出口スロット８６へ、さらに本スロットを通して羽根中の還流路８７へ戻すように、４つの中心伸長体前端部の迂回通路７５と類似の方式で、４つ一組で配列されている。
【００２８】
中空羽根は、羽根の中心側の前端から同後端まで、次に中心から外向き方向へ、さらに羽根の円周側の長手方向に沿って前方へ、それから羽根前端部４２に半径方向に伸びる排水路９１に至るまで冷却水通路が形成されるように、内部で長手方向の隔壁８９により区分される。そして排水路９１は、ダクト壁を貫いて円周上に設けられ、ダクト後端の共通排水出口６４へ伸びている４つの還流路に出口スロット９３を通じて連通している。図３に見られるように各羽根はダクト管３５の前端部に長手方向に対し羽根の螺旋角と合った角度で形成されており、隔壁８２は羽根内の給水通路６６と排水通路９１を隔てるとともに、入水スロット６５と出口スロット９３を隔てる。
【００２９】
４つの同心円ダクト管３２，３３，３４，３５は、ランス前端部で強固な構造体となるように先端部片５５の３つのフランジ９４，９５，９６に溶接される。ダクト管後端部は、操業中の熱膨張差を許容するように、互いに長手方向で動くことができる。図１０に最もよく示されているが、ダクト管３２の後端部には突出したフランジ１０１が設けられ、該フランジ１０１に入、排水口５７，５８，６２，６４を担持する連続構造体１０２が溶接されている。構造体１０２は内部にオーリングシール１０４付きの環状フランジを持ち、ダクト管３３の後端部のスライド式架台として機能し、外側ダクト管３２の長手方向の独立な伸縮を許容する。ダクト管３４の後端部に溶接された構造体１０５はオーリングシール１０８，１０９付きの環状フランジ１０６，１０７を含み、ダクト管３４もまたダクト管３２とは独立に伸縮できるように、ダクト管３２の後端部に固定された外側構造体１０２の内側にあるダクト管３４の後端部のスライド式架台となる。最内管３５の後端部にはオーリングシール１１２付きの突出したフランジ１１１が付けられ、外側構造体１０２に付帯する環状リング１１３と組み合わされ、長手方向の独立な伸縮を許容するように最内管３５にもスライド式架台が供される。
【００３０】
流れ誘導羽根３９および内部部材３８の熱膨張に関しても同様の準備がなされる。羽根３９はダクトと内部部材と前部だけで、より詳しくは羽根前端部の内側並びに外側部分で給水と排水が在る場所だけでしか接続されていない。羽根の主要部分はダクトの耐火材内張り４３と中心伸長体部分３８のケーシングの間に単にぴったり嵌っているに過ぎず、長手方向の伸びは自由である。中心伸長体部分の後部内の水流分割体８５は、隔壁８２上の管継ぎ手部材１２２の機械加工された表面内で滑動する前端円板を有し、熱膨張時に、分離された水路間のシールを維持したまま中心伸長体の前部と後部が別々に動くことを許容する。中心伸長体部分の前部および後部間の熱膨張に順応するため、熱膨張継ぎ手１３３が設けられている。
【００３１】
さらに熱膨張に対処するため、羽根の角度を半径外方向に向かう真の方向に対し、ランス管と中心伸長体が冷たい状態にある時に前もって僅かに差し引いておくとか、断面図で見た場合に中心伸長体部分のケーシングとダクトの耐火材内張りの間で外方向に伸びないように、羽根３９の形を作ることができる。ランス使用中に続いて起こるダクト管の膨張は、羽根のダクト内張りと中心伸長体との適切な接触を保ちつつ、熱膨張による羽根上の半径方向応力を避けつつ、羽根が真に半径外方向に引っ張られるのを許容する。
【００３２】
図示された熱空気衝風注入ランスの操業では、独立冷却水流が４つの渦巻き羽根３９へ供給され、そのため、流れ効果の差による冷却効率の低下はあり得ない。独立冷却水流は、中心伸長体部分３８の前部および後部にもまた提供され、それによって偏流効果で生じ得る水流不足による高温点が排除される。これは製錬容器内で極めて高温に曝される中心伸長体部分の前端部４１の冷却にとって特に重要である。
【００３３】
ダクト管群は熱膨張と収縮効果の下で長手方向に互いに独立に伸縮し得るし、羽根および中心伸長体部分もまたランスの構造的一体性あるいは種々の独立冷却水流の保持を損なうことなく伸縮し得る。
【００３４】
図示されたランスは、高度な製錬プロセスにより溶融鉄が生産されている直接製錬容器内の極度温度条件の下で使用可能である。４枚の渦巻き羽根および中心伸長体部分を流れる冷却水流の代表的流量は、毎時９０ｍ3程度であろう。そして外部架構とランス先端部材を流れる水の流量は毎時４００ｍ3程度であろう。したがって、１５００ｋｐaｇ程度の最大使用圧力において、合計流量は毎時４９０ｍ3程度であろう。
【００３５】
図示されるランスは直接製錬容器に熱空気衝風を吹き込むために考案されたが、同様のランスがどんな容器であれ、内部が高温状態の容器にガスを注入するのに、例えば酸素、空気または燃料ガスを炉容器に注入するのに、使用されれば高く評価されよう。
【００３６】
したがって、本発明は図示された詳細構造に限定されるものではなく、また多くの修正と変更が特許請求の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って作られた一対の固体材料注入ランスと熱空気衝風注入ランスを具備する直接製錬容器の鉛直方向断面図。
【図２】熱空気衝風注入ランスの長手方向断面図。
【図３】ランス前端部の長手方向拡大断面図。
【図４】図３における４−４線に沿う断面図。
【図５】図３における５−５線に沿う断面図。
【図６】図５における６−６線に沿う断面図。
【図７】図６における７−７線に沿う断面図。
【図８】ランス前端と共に配設された中心伸長体の前部に形成された水路を示す。
【図９】ランス前部における中心伸長体部分と４つの渦巻き羽根のための入出水ギャラリーの配置を示す展開図。
【図１０】ランス後部の拡大断面図。
【符号の説明】
１１  冶金用容器
１２  底部
１３  側部
１４  側壁
１５  上樽部分
１６  下樽部分
１７  天井部分
１８  放出ガス用排気口
１９  前炉床
２１  栓孔
２２  溶融金属層
２３  溶融スラグ層
２４，２５  公称静止表面位置
２６  熱空気衝風注入ランス
２７  ランス
２８  出口端
３１  伸長ダクト
３２，３３，３４，３５  同心鋼管
３６  ダクト前端部
３５  金属管
３７  先端部材
３８  中心伸長体部分
３９  旋回流付与羽根
４１  前端部
４２  後端部
４３  耐火材内張り
４４  先端部材
４５  羽根前端部
５１  冷却水通路手段
５２  給水路
５３  内部空隙
５４，５５  開口部
５６  環状還流路
５７  入水口
５８  出口
５９  環状空間
６０  螺旋形通路
６２  入水口
６３  共通環状還流マニホルド通路
６４  排水口
６５  入水スロット（細長い穴）
６６  給水路
６８，６９  内部部材
７１  主円筒部
７５，７６  外周水路
７７，７８  分割リブ
８０  共通給水管
８１  流れ誘導装入部材
８２  隔壁
８３  スロット
８５  水流分割体
８６  出口スロット
８７  還流路
８９  隔壁
９０  環状マニホルド
９１  排水路
９３  出口スロット
１０１  フランジ
１０２  構造体
１０４  オーリングシール
１０５  構造体
１０６，１０７  環状フランジ
１０８，１０９  オーリングシール
１１３  環状リング
１２２  管継ぎ手部材
【図１】
0004789327.tif 000002
【図２】
0004789327.tif 000003
【図３】
0004789327.tif 000004
【図４】
0004789327.tif 000005
【図５】
0004789327.tif 000006
【図６】
0004789327.tif 000007
【図７】
0004789327.tif 000008
【図８】
0004789327.tif 000009
【図９】
0004789327.tif 000010
【図１０】
0004789327.tif 000011