(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属及びスラグからなる溶融浴内に延在する細長い冶金用ランスであって、該冶金用ランスは、溶融浴内の金属層に固形粒子状材料を投入し、
（ａ）固形粒子状材料を通過させるための中央芯管と、
（ｂ）前記中央芯管をその長さの一部分全体に取り巻く環状冷却ジャケットであって、芯管の周りに配置した内側の細長い環状冷却液流通路と、内側冷却液流通路の周りに配置した外側の細長い環状冷却液流通路と、ジャケットの前方端で、内側および外側の環状冷却液流通路を相互連結する環状端部液流通路とを画定する環状冷却ジャケットと、
（ｃ）ジャケットの後端領域における、ジャケットの内側の環状冷却液流通路への冷却液の注入のための冷却液注入口手段と、
（ｄ）ジャケットの後端領域における、外側の環状冷却液流通路からの冷却液の排出のための冷却液排出口手段であって、それによって、冷却液を、内側の環状冷却液流通路に沿って前方にジャケットの前方端へ、次いで環状端部液流通路を通し、さらに外側の環状冷却液流通路を通して後方に流す冷却液排出口手段とを有し、
（ｉ）前記環状冷却ジャケットが、銅または銅合金でできた前端連結部によって相互連結された内管および外管を含み、
（ｉｉ）ジャケットの前方端部分の外壁が、高い伝熱特性を有し、かつジャケットを冷却液流によって冷却するとき、１１００℃より高い外部温度に耐えることができる、銅または銅合金からなる第１の材料から形成され、
（ｉｉｉ）ジャケットの本体部分の外壁が、ジャケットを冷却液流によって冷却するとき、１１００℃より高い外部温度に曝されても、その構造的な特性を維持し、それによって外壁が、このような温度においてランスの支持に寄与する構造部材としての役割を果たす、鋼鉄からなる第２の材料から形成され、さらに
（ｉｖ）前方端部分の外壁および本体部分の外壁が一体に溶接されている、ランス。
【請求項２】
ジャケットが、前方端部分の外壁と本体部分の外壁の間に位置する移行部を具備し、該移行部が両方の外壁と一体に溶接されている、請求項１に記載のランス。
【請求項３】
本体部分の外壁の壁厚が前方端部分の外壁の壁厚よりも薄い、請求項２に記載のランス。
【請求項４】
移行部の一方の端部における壁厚が、前方端部分の外壁の壁厚と同じであり、かつ移行部の他方の端部における壁厚が、本体部分の壁厚と同じである、請求項３に記載のランス。
【請求項５】
移行部が鋼鉄から形成されている、請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載のランス。
【請求項６】
前方端部分と移行部の間の溶接部が、ニッケルまたはニッケル合金でバタリングされている、請求項２から請求項５までのいずれか一項に記載のランス。
【請求項７】
使用に際して、自立的であるランスの長さが、少なくとも１．５メートルである、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のランス。
【請求項８】
ジャケットの内側および外側の環状冷却液流通路と環状端部液流通路が、
（ａ）環状の丸みをおびた前端連結部によってジャケットの前方端で閉鎖される単一の中空環状構造を形成するために、環状の丸みをおびた前端連結部によってジャケットの前方端で相互連結された内管および外管と、
（ｂ）中空環状構造内部に配置された細長い環状構造であって、該細長い環状構造が管部分および前端部分を有し、（ｉ）前記管部分が、中空環状構造の内部を前記内側と外側の細長い環状液流通路に分割するように、中空環状構造の内部に延在し、（ｉｉ）前記前端部分は、前記中空環状構造の環状の丸みをおびた前端連結部に隣接して配置されて、環状端部液流通路が、前記前端部分と前記前端連結部との間で画定されるようになっている、前記細長い環状構造と
によって画定される、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のランス。
【請求項９】
前記細長い環状構造の前記前方端部分と前記管部分とが一体に溶接されている、請求項８に記載のランス。
【請求項１０】
丸みをおびた前端連結部が、内管と外管のそれぞれに溶接されている、請求項８または請求項９に記載のランス。
【請求項１１】
ジャケットの次の構成要素間、すなわち、
（ｉ）丸みをおびた前端連結部と内管の間、
（ｉｉ）丸みをおびた前端連結部と外管の間、および
（ｉｉｉ）前記細長い環状構造の前記前方端部分と前記管部分の間
の溶接連結部が、ジャケットの組立てを容易にするために軸線方向に間隔を置かれている、請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載のランス。
【請求項１２】
溶融鉄金属を生産するために鉄を含む供給材料を溶解する溶融浴ベースの製法を運転するための容器であって、炉床、炉床から上方に延在する側壁、および側壁を貫通して容器内に延在する、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の冶金用ランスのうちの少なくとも一つを有する容器。
【請求項１３】
ランスが、容器内に少なくとも１．５メートル延在し、かつその長さにわたって自立的である、請求項１２に記載の容器。
【請求項１４】
ランスの自立的な長さが少なくとも２．５メートルである、請求項１３に記載の容器。
【請求項１５】
ランスが、下向きに容器の側壁を貫通し、水平面に対して３０°から６０°の角度で炉床領域内に延在する、請求項１２から請求項１４までのいずれか一項に記載の容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  本発明は、容器（ｖｅｓｓｅｌ）内へ固形粒子状材料を投入する冶金用ランスを提供する。
【０００２】  このランスの１つの応用例が、溶融金属を生産する製法（直接製錬法など）において容器の溶融浴中へ冶金用供給材料を投入する手段としてある。
【０００３】  反応媒体として溶融金属層に依存し、一般にＨＩｓｕｍｅｌｔ法（ＨＩｓｍｅｌｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれて知られている製錬法が、本出願人の名義による国際出願ＰＣＴ／オーストラリア特許第９６／００１９７号（ＷＯ第９６／３１６２７号）に説明されている。
【０００４】  その国際出願に説明されているＨＩｓｍｅｌｔ法は、鉄を含む供給材料（鉱石、部分還元鉱石および屑流（ｗａｓｔｅ  ｓｔｒｅａｍｓ）含有金属など）から溶融鉄金属を生産する具体的な応用例を含む溶融浴をベースにした直接製錬法である。ＨＩｓｍｅｌｔ法は、
（ａ）容器内に溶融鉄とスラグの浴を形成すること、
（ｂ）その浴中へ、
（ｉ）金属を含む供給材料、典型的には金属酸化物、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作用する固形の炭素質材料、典型的には石炭を投入すること、
（ｃ）金属を含む供給材料を金属層の状態の金属に製錬することを含む。
【０００５】  「製錬する」という用語は、ここでは、液状の金属を生産するために、金属酸化物を還元する化学反応が生じる熱処理を意味するものと理解されたい。
【０００６】  ＨＩｓｍｅｌｔ法はまた、浴から、浴の上方の酸素含有ガスを含む空間に放出されるＣＯおよびＨ２などの反応ガスを後燃焼すること、および金属を含む供給材料を製錬するのに必要な熱エネルギーを供給するために、後燃焼によって生成される熱を浴に移転することを含む。
【０００７】  ＨＩｓｍｅｌｔ法はまた、浴の上方で反応ガスを後燃焼することによって生成される熱エネルギーを浴に移転するために効果的な媒体を提供する、好適に多量の上昇しかつその後降下する溶融金属および／またはスラグの小滴または飛沫または流れが存在する浴の基準静止表面（ｎｏｍｉｎａｌ  ｑｕｉｅｓｃｅｎｔｓｕｒｆａｃｅ）上方に、転移域（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｚｏｎｅ）を形成することを含む。
【０００８】  ＨＩｓｍｅｌｔ法では、金属を含む供給材料および固形の炭素質材料が、下向きかつ内向きに製錬容器を貫通して延在するように傾斜し、さらに固形物材料を容器底にある金属層中に送出するように容器の下方領域内に達する。商業運転の工程では、ランスが、長期間、典型的には少なくとも数ヶ月間、約１４００℃の運転温度を始めとする過酷な条件に製錬容器内で耐えなければならない。したがって、ランスは、このような厳しい環境の中で順調に動作するために、内部強制冷却システムを備えなければならず、さらに実質的な局部温度変化に耐えることが可能でなければならない。本発明は、このような条件下で有効に動作できるランスの製作を可能にする。
【０００９】  本発明によれば、容器内部に収容されている溶融材料中に固形粒子状材料を投入するために、容器内に延在する細長い冶金用ランスを提供し、そのランスが、  （ａ）固形粒子状材料を通過させるための中央芯管と、
（ｂ）その中央芯管をその長さの実質的な部分全体に取り巻く環状冷却ジャケットであって、芯管の周りに配置した内側の細長い環状冷却液流通路と、内側冷却液流通路の周りに配置した外側の細長い環状冷却液流通路と、ジャケットの前方端で、内側および外側の環状冷却液流通路を相互連結する環状端部液流通路とを画定する環状冷却ジャケットと、
（ｃ）ジャケットの後端領域における、ジャケットの内側の環状冷却液流通路への冷却液の注入口のための冷却液注入口手段と、
（ｄ）ジャケットの後端領域における、外側の環状冷却液流通路からの冷却液の排出口のための冷却液排出口手段であって、それによって、冷却液を、内側の環状冷却液流通路に沿って前方にジャケットの前方端へ、次いで環状端部液流通路を通し、さらに外側の環状冷却液流通路を通して後方に流す冷却液排出口手段と具備し、
（ｉ）ジャケットの前方端部分の外壁が、高い伝熱特性を有し、かつジャケットを冷却液流によって冷却するとき、１１００℃より高い外部温度に長期間耐えることができる第１の材料から形成され、
（ｉｉ）ジャケットの本体部分の外壁が、ジャケットを冷却液流によって冷却するとき、１１００℃より高い外部温度に長期間曝されても、その構造的な特性を維持し、それによってその外壁が、このような温度においてランスの支持に寄与する構造部材としての役割を果たす第２の材料から形成され、さらに
（ｉｉｉ）前方端部分の外壁および本体部分の外壁が一体に溶接されている。
【００１０】  ランスの高い伝熱性と構造部分との上述の組合せによって、ランスを相対的に長くすることが可能になり、その結果、
（ａ）金属およびスラグの溶融浴を収容する容器内へランスが進入する位置が、静止スラグ層上方の容器の側壁内を取ることができ、したがって必然的に容器の極めて過酷な炉床領域の上方にあり、
（ｂ）供給材料を炉床領域の中心部分の中へ送出するために、ランスが下向きかつ内向きに十分な距離を延在する。
【００１１】  ランスの進入箇所をこの位置に、すなわち、静止スラグ層上方に配置することによって、容器が溶融金属およびスラグを収容しているときに、必要ならばランスを交換することも可能になる。したがって、ランスの交換に、容器を空にすることを伴う容器の大幅な運転休止の必要がない。
【００１２】  ジャケットが、前方端部分の外壁と本体部分の外壁の間に位置する移行部を具備し、かつその移行部が両方の外壁と一体に溶接されていることが好ましい。
【００１３】  本体部分の外壁の壁厚が、前方端部分の外壁のそれよりも薄いことが好ましい。
【００１４】  移行部の一方の端部における壁厚が、前方端部分の外壁のそれと実質的に同じであり、かつ移行部の他方の端部における壁厚が、本体部分のそれと実質的に同じであることが好ましい。
【００１５】  温度が、１２００℃よりも高いことが好ましい。
【００１６】  温度が、１３００℃よりも高いことがより好ましい。
【００１７】  第１の材料が、銅または銅合金であることが好ましい。
【００１８】  第２の材料が、鋼鉄であることが好ましい。
【００１９】  移行部が、鋼鉄から形成されていることが好ましい。
【００２０】
前方端部分と移行部の間の溶接部が、ニッケルまたはニッケル合金でバタリングされていることが好ましい。
【００２１】  ジャケットの外壁が、外壁上にスラグが凝固するためのキー構造を有することが好ましい。
【００２２】  キー構造が、切込みまたはばち形断面を有することが好ましい。
【００２３】  使用に際して、自立的であるランスの長さが、少なくとも１．５メートルであることが好ましい。
【００２４】  ジャケットの内側および外側の環状冷却液流通路と環状端部液流通路が、
（ａ）環状の丸みをおびた端部連結部によってジャケットの前方端で閉鎖される単一の中空環状構造を形成するために、環状の丸みをおびた端部連結部によってジャケットの前方端で相互連結された内管および外管と、
（ｂ）中空環状構造内部に配置され、（ｉ）中空環状構造の内部を前記内側と外側の細長い環状液流通路に分割するように、その内部で延在する管部分と、（ｉｉ）環状端部液流通路が、環状構造の前記前方端部分と前記中空環状構造の環状の丸みをおびた端部連結部の間で画定されるように、前記中空環状構造の環状の丸みをおびた端部連結部に隣接して配置されている前方端部分とを有する、細長い環状構造とによって画定されることが好ましい。
【００２５】  外管が、一体に溶接されている前方部と後方部を有することが好ましい。
【００２６】  外管の前方部が、第１の材料から形成されている、ジャケットの前方端部分の外壁を画定することがより好ましい。
【００２７】  外管の後方部がまた、第２の材料から形成されている、ジャケットの本体部分の外壁を画定することがより好ましい。
【００２８】  外管が、前方部と後方部の間に位置し、かつ前方部と後方部に溶接されている移行部を有することがより好ましい。
【００２９】  丸みをおびた端部連結部が、第１の材料から形成されていることがより好ましい。
【００３０】  前方端部分と細長い環状構造の管部分とが一体に溶接されていることが好ましい。
【００３１】  丸みをおびた端部連結部が、内管と外管のそれぞれに溶接されていることが好ましい。
【００３２】  ジャケットの次の構成要素間、すなわち、
（ｉ）丸みをおびた端部連結部と内管の間、
（ｉｉ）丸みをおびた端部連結部と外管の間、および
（ｉｉｉ）前方端部分と管部分の間の溶接連結部が、ジャケットの組立てを容易にするために軸線方向に間隔を置かれていることが好ましい。
【００３３】  芯管が、一部が冷却ジャケット内部に位置しかつ冷却ジャケットによって遮蔽されている一部分と、冷却ジャケットを越えて延在する別の部分を有するノズルを具備し、そのノズルが芯管に容易に着脱できるように、ノズルが、芯管の相補的なねじ山部に係合するねじ山が切ってある後端を有することが好ましい。
【００３４】  環状端部液流通路が、内側の環状冷却液流通路から外側の環状冷却液流通路まで滑らかに外側および後方向へ湾曲し、かつ環状端部液流通路を通る水流に関する有効断面積が、内側および外側の環状冷却液流通路の断面流量面積よりも小さいことが好ましい。
【００３５】  さらに、単一の中空環状構造が、その熱膨張および収縮の格差による、その内管と外管の間の相対的な長手方向の動きを許容するように取り付けられ、かつ細長い環状構造がその動きに適応するように取り付けられることが好ましい。
【００３６】  冷却液が水であることが好ましい。
【００３７】  本発明によれば、溶融鉄金属を生産するために鉄を含む供給材料を溶解する溶融浴ベースの製法を運転するための容器であって、炉床、炉床から上方に延在する側壁、および側壁を貫通して容器内に延在する上述の冶金用ランスのうちの少なくとも一方を有する容器が同様に提供される。
【００３８】  ランスの寸法が、ランスが容器内に少なくとも１．５メートル延在し、かつその長さにわたって自立的であるように選択されることが好ましい。
【００３９】  ランスの自立的な長さが少なくとも２．５メートルであることが好ましい。
【００４０】  ランスが、下方向に容器の側壁を貫通し、かつ水平面に対して３０から６０°の角度で炉床領域内に延在することが好ましい。
【００４１】  側壁が水冷パネルから形成されている部分を含み、かつランスがその部分を貫通して延在することが好ましい。
【００４２】  本発明を十二分に説明するために、添付図面を参照して１つの具体的な実施形態を説明する。
【００４３】  図１は、国際特許出願ＰＣＴ／オーストラリア特許第９６／００１９７号に説明されているＨＩｓｍｅｌｔ法を運転するのに適切な直接製錬容器（ｄｉｒｅｃｔ  ｓｍｅｌｔｉｎｇ  ｖｅｓｓｅｌ）を例示し、その国際出願の開示を相互参照によって合体する。以下の説明は、溶融鉄を生産するために鉄鉱石を製錬することに関連する。
【００４４】  図を参照すると、全体として冶金容器を符号１１として示し、耐火煉瓦から作製した基部１２および側部１３を含む炉床と、その炉床の側部１３から上方向に延在して、水冷パネルから形成した上方本体部１５１と水冷パネルおよび耐火煉瓦の内張りから形成した下方本体部１５３とを含む、概ね円筒形の本体を形成する側壁１４と、屋根１７と、排ガス用の排気口１８と、溶融金属を連続して排出するための前炉１９と、溶融スラグを排出する湯出し口２１とを備える。
【００４５】  使用に際して、容器は、静止状態の下で、溶融金属層２２およびその金属層２２上の溶融スラグ層２３を含む、鉄とスラグの溶融浴を収容する。「金属層」という用語は、ここでは、大部分が金属である浴の領域を意味するものと理解されたい。「スラグ層」という用語は、ここでは、大部分がスラグである浴の領域を意味するものと理解されたい。符号２４によって表示した矢印は、金属層２２の基準静止表面の位置を示し、さらに符号２５によって表示した矢印は、スラグ層２３の（すなわち、溶融浴の）基準静止表面の位置を示す。「静止表面」という用語は、容器内にガスおよび固形物が存在しないときの表面を意味するものと理解されたい。
【００４６】  容器には、高温のエア・ブラストを容器の上方領域に送出するための下方向に延在する高温空気噴付けランス２６が嵌合する。
【００４７】  容器にはまた、鉄鉱石、固形炭素質材料および酸素が欠乏しているキャリヤ・ガス（ｃａｒｒｉｅｒ  ｇａｓ）によって運ばれる溶剤を溶融浴中に投入するために、下向きにかつ内向きに側壁１４を貫通して延在し、さらにスラグ層２３中に達する固形物投入ランス２７（２つを示す）が嵌合する。ランス２７の位置は、それらの炉内進入箇所がスラグ層２３の静止表面２５上方にあり、かつその放出口端２８が、工程運転中は、金属層２２上方にあるように配置されている。ランスのこのような位置によって、溶融金属との接触による損傷の危険性を減らし、かつ水が容器内の溶融金属と接触する重大な危険性を伴わずに、強制内部水冷によってランスを冷却することも可能になる。ランス２７は、水平面に対して３０°から６０°の角度で、容器内に少なくとも１．５メートル延在し、かつその長さにわたって自立的である。固形物投入ランスの構造を図２から６に詳細に例示する。
【００４８】  ＨＩｓｍｅｌｔ法を運転するために容器を使用する際は、鉄鉱石、固形炭素質材料（典型的には石炭）およびキャリヤ・ガス（典型的にはＮ2）によって運ばれる溶剤（典型的には、石灰およびマグネシア）が、ランス２７を経由して溶融浴内に投入される。固形材料／キャリヤ・ガスの勢いによって、固形材料およびガスが溶融浴の下方領域に達する。固形材料とキャリヤ・ガスの投入によって、溶融金属が浮揚して持ち上がり、次に固形炭素とスラグが溶融浴中で実質的な攪拌を引き起こし、その結果、溶融浴の体積が拡大し、矢印３０によって示す表面を有するようになる。攪拌の程度は、溶融浴全体を通して、典型的には１４５０から１５５０°の適度に均一な温度になる程である。さらに、溶融金属、固形炭素およびスラグが浮揚し持ち上がることによって引き起こされる溶融材料の飛沫、小滴および流れの上方移動が、容器内の溶融浴上方の上部空間３１内に達して、
（ａ）転移域２８を形成し、さらに
（ｂ）幾らかの溶融材料（大部分がスラグ）を、転移域２８を越えてその転移域２８上方にある側壁１４の上方本体部１５１の一部および屋根１７にまで跳ね上げる。
【００４９】  拡大した溶融浴および転移域２８が、持ち上がった浴を画定する。
【００５０】  以上の他に、ランス２６を経由して８００から１４００℃の温度にある高温のエア・ブラストが、転移域２８内で反応ガス、すなわちＣＯおよびＨ2を後燃焼し、さらにガス空間内で約２０００℃以上の高温を生じる。その熱が、ガス噴付け領域内で、上昇しかつ降下する溶融材料の飛沫、小滴および流れに移転され、次いでその熱は、一部が溶融浴全体に移転される。
【００５１】  図２から６を参照すると、固形物投入ランス２７がそれぞれ、固形物材料を送出する中央芯管３１とその中央芯管３１をその長さの実質的な部分にわたって取り巻く環状冷却ジャケット３２とを有する。
【００５２】  図４を参照すると、中央芯管３１が、ほとんどその長さ全体を鋼鉄管３３から形成されている。中央芯管３１はまた、その前方端に、冷却ジャケット３２の前方端を越えて突出するノズルを形成するステンレス鋼部分３４を有する。芯管３１の前方端部３４が、溶接部１０１で一体に溶接されている前方部分９３とアダプタ部分３５を有する。その前方端部３４は、アダプタ部分３５と管３３に形成したねじ山３６によって管３３に連結されている。このような構成によって、その前方端部３４を容易に交換することが可能になる。
【００５３】  中央芯管３１は、一連の鋳造セラミック管によって形成した薄いセラミックの内張り３７で内側全体を前方端部３４まで裏打ちされている。図３で最も適正に分かるように、中央芯管３１の後方端が、Ｔ字状部分３９にカップリング３８を介して連結するが、そのＴ字部分を通って、粒子状の固形物材料を加圧流動化するガス運搬体、例えば窒素によって送出する。
【００５４】
最初に図２Ａを参照すると、環状冷却ジャケット３２が、丸みをおびた前端連結部４４によって相互連結する外管および内管４２、４３からなる長い中空環状構造４１と、その中空環状構造４１内に、その中空環状構造４１の内部を内側の細長い環状水流通路（環状冷却液流通路）４６と外側の細長い環状水流通路（環状冷却液流通路）４７とに分割するように配置されている細長い環状構造４５とを含む。
【００５５】
図４を参照すると、ジャケット３２の前端連結部４４が、中実の熱間鍛造の銅ビレットから手削りされている。前端連結部４４に関する材料選択は、１３００℃を超える運転温度で高い伝熱性を備えていることが基本である。
【００５６】
外管および内管４２、４３は、少なくとも２メートルの長さが典型的である。内管４３は、鋼鉄から形成され、前方端を前端連結部４４に溶接部８３で連結されている。外管４２には２つの主要部、すなわち前方部５０と後方部４８があり、さらに２つの主要部の間に位置しかつ溶接部９５、９７でそれらの２つの主要部に溶接されている移行部５１を含む。その前方部５０は銅製であり、その後方部４８および移行部５１は鋼鉄製である。前方部５０と移行部５１の間の溶接部９５が、ニッケルまたはニッケル合金でバタリング（ｂｕｔｔｅｒｅｄ）されている。バタリング（ｂｕｔｔｅｒｉｎｇ）の段階は、溶接するべき部分を６００℃まで予熱することを含む。前方部５０は、溶接部７９で前端連結部４４に溶接されている。移行部５１の前方にあるランス部分が、ランスの前方端部分であり、そして移行部５１があり、さらにその移行部５１の後方にあるランス部分が、ランスの本体部分である。内管４３と外管４２の後方部４８とに関する材料選択は、容器内で１３００℃を超える温度に曝されたとき、構造が損なわれないことが基本である。したがって、これらの構成要素の材料選択に関して主に考慮することは、構成要素の構造部材としての性能である。外管４２の前方部５０に関する材料選択は、１３００℃を超える運転温度で高い伝熱性を備えていることが基本である。性能要件に適合するために、前方部５０の壁厚が、後方部４８のそれよりも厚い。移行部５１は、前方部５０に溶接されている端部から後方部４８に溶接されている他端部にかけて、壁厚が薄くなっていくように形成されている。
【００５７】
細長い環状構造４５は、機械加工した鋼鉄製の前端部分４９に溶接部８５で溶接した長い鋼鉄管６０によって形成されているが、その前方端部分は、中空環状構造４１の前端連結部４４内部に収まり、内側の環状水流通路４６および外側の環状水流通路４７の前方端部を相互連結する環状端部液流通路５３を形成する。
【００５８】
図４で最も適正に分かるように、溶接部７９、８３および８５が、ジャケット３２を製造し易くするために軸線方向にずらしてある。最初に、前端連結部４４と内管４３を一体に溶接することによって、ジャケット３２の構成要素を一体に組み立てて、溶接部８３を形成するように構成されている。次の段階は、一連の円周方向に間隔をおいたダボ（ｄｏｗｅｌｓ）７０を介して、前端部分４９を前端連結部４４に連結し、次いで管６０を前方端部分４９に溶接することである。得られる溶接部８５を溶接部８３の軸線方向に前方に配置することによって、溶接部８５を形成するとき、既に形成した溶接部８３に対する熱の影響を最小限に抑える。最終段階は、外管４２（前方部５０、移行部５１および後方部４８を一体に溶接することによって先行して組み立てた）を前端連結部４４に溶接することである。同様に、得られる溶接部７９を溶接部８５の軸線方向に前方に配置することによって、溶接部７９を形成するとき、既に形成した溶接部８５に対する熱の影響を最小限に抑える。
【００５９】
環状冷却ジャケット３２の後端に、注水口（冷却液注入口手段）５２を設けて、その注水口を通じて冷却水の流れを内側の環状水流通路４６内に導入し、かつ排水口（冷却液排出口手段）５３’を設けて、その排水口から水をランスの後端にある外側の環状水流通路４７から抜き取る。したがって、ランスの使用に際して、冷却水は、内側の環状水流通路４６を通ってランスを前方に流れ下り、次いで外側に向かってかつ環状端部液流通路５３を回り込んで戻り、外側の環状水流通路４７内に流入し、その通路を通って冷却水が、ランスに沿って後方に流れて排水口５３’から流出する。それによって、投入された固形物材料がランスの前方端から吐出する前に、それが確実に溶解または燃焼しないように、最も冷たい水がこの材料と熱移転関係にあることを保証し、かつランスの中央芯部を通って投入される固形物材料の効果的な冷却とランスの前方端および外表面の効果的な冷却とを可能にする。
【００６０】
外管４２と中空環状構造４１の前端連結部４４との外表面は、四角い突き出たボス５４の規則的なパターンが機械加工されており、それらのボスが、ランスの外表面上にスラグが凝固するためのキー構造（ｋｅｙｉｎｇ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ）として機能するように、それぞれのボスが切込みまたはばち形（ｄｏｖｅ−ｔａｉｌ）断面を有する。ランス表面上にスラグが凝固することによって、ランスの金属構成要素中の温度を最低限にするのを助ける。ランスの前方または先端上に凝結するスラグが、容器内部の過酷な運転条件にランスの金属構成要素を曝すことからさらに保護するランス延在部として機能する延在パイプを、固形材料から形成するための土台の役割を果たすことが使用に際して判明した。
【００６１】
ランスの先端部を冷却することにとって、環状端部液流通路５３付近の高い水流速度を維持することが重要であることが判明した。特に、最大の熱移転を実現するためには、約毎秒１０メートルの水流速度をこの領域で維持することが最も望ましい。この領域の水流速度を最大にするために、環状端部液流通路５３を通る水流に関する有効断面積を、内側の環状水流通路４６と外側の環状水流通路４７の有効断面積よりも大幅に小さくする。細長い環状構造４５の前端部分４９は、内側の環状水流通路４６の前方端から流れる水が、環状端部液流通路５３内を通過する前に、渦および速度損失（ｌｏｓｓｅｓ）を最小にするために、内側に向かって狭くなっていくまたは先細りになっているノズル水流通路部分６１を通過するような形状になされかつ位置決めされている。環状端部液流通路５３はまた、その通路の屈曲部付近および外側の環状水流通路４７に戻っていく水流の増大した速度を維持するように、水が流れる方向に有効流量面積が減少する。このような様式で、過剰な水圧低下およびランスの他の部分における障害物の危険性もなく、冷却ジャケットの先端領域で必要な高い水流速度を実現することが可能になる。
【００６２】
環状端部液流通路５３付近の冷却水の適切な速度を維持し、かつ熱移転のばらつきを最小にするためには、前端部分４９と細長い環状構造４５と中空環状構造４１の前端連結部４４との間で、一定に制御された間隔を維持することが重要である。それは、ランスの構成要素における熱膨張および収縮の較差による問題を提起する。特に、中空環状構造４１の外管４２は、その構造の内管４３よりも遥かに高温に曝され、したがってその構造の先方端が、図４に破線６２によって示すような様式で前方にせり出す傾向がある。それによって、ランスが溶融炉内部の運転条件に曝されるとき、環状端部液流通路５３を画定する構成要素（前端連結部４４、前端部分４９）の間の間隙が広くなる傾向が生じる。反対に、温度の降下が運転中に起こると、その通路が狭くなる傾向が生じ得る。この問題を克服するために、中空環状構造４１の内管４３の後端を摺動式取付け部６３で支持し、その内管がその構造の外管４２に対して軸線方向に移動できるようにし、内管４３および細長い環状構造４５が軸線方向に一体に移動できるように、細長い環状構造４５の後端も同様に摺動式取付け部６４に取り付け、かつ一連の円周方向に間隔をおいた連結クリート（ｃｌｅａｔｓ）６５によって、中空環状構造４１の内管４３に連結する。さらに、ランス・ジャケットの熱膨張および収縮下での適切な間隔を維持するために、中空環状構造４１と細長い環状構造４５の端部分（前端連結部４４、前端部分４９）を、円周方向に間隔をおいたダボ７０によって確実に相互連結する。
【００６３】
細長い環状構造４５の内部端に関する摺動式取付け部６４は、注水口５２および排水口５３’を画定する水流マニホルド構造６８に取り付けたリング６６によって設けられ、かつＯリング・シール６９によって封止されている。中空環状構造４１の内管４３の後端に関する摺動式取付け部６３は、水マニホルド構造６８に固定したリング・フランジ７１によって同様に設けられ、かつＯリング・シール７２によって封止されている。環状ピストン７３が、リング・フランジ７１内部に位置し、かつ注水口５２から供給する冷却水流を受け入れる注水口マニホルド室７４を閉鎖するように、中空環状構造４１の内管４３の背後端にねじ山連結部８０によって連結されている。ピストン７３は、リング・フランジ７１の硬化表面内部を摺動し、Ｏリング８１、８２が嵌めてある。ピストン７３によって設けた摺動式封止によって、中空環状構造４１の熱膨張格差による内管４３の動きを許容するばかりでなく、それによって管４３の動きが、冷却ジャケット中の過剰な水圧によって生じるどんな構造的な動きにも適応することができる。何らかの理由で冷却水流の圧力が過剰になると、中空環状構造４１の外管が外側に圧迫されることになり、さらにピストン７３が、それに従って内管を移動して圧力の増大を緩和することができる。ピストン７３とリング・フランジ７１の間の内部空間７５が、ピストンが動けるようにかつピストンを通過して漏出する水を逃がせるように、開孔７６を貫通して通してある。
【００６４】
環状冷却ジャケット３２の後部には、ランスを途中まで下ったところに外部補剛パイプ８３が設けられ、そのパイプが環状冷却水通路８４を画定し、それを通って別体の冷却水流が、注水ダクト８５’および排水ダクト８６を経由して通過する。
【００６５】
典型的には、冷却水は、ジャケットの先端領域で毎分１０メートルの水流速度を生み出すために、８００ｋＰａの最大動作圧において毎時１００ｍ3の流量で、冷却ジャケットを通過することになる。冷却ジャケットの内部および外部は、約２００℃の温度格差に曝される可能性があり、摺動式取付け部６３、６４内部での管４２および細長い環状構造４５の動きは、ランスの動作中にかなりの大きさになり得るが、環状端部液流通路５３の有効断面流量面積は、全運転条件を通じて実質的に一定に維持される。
【００６６】  例示したランスは、直接還元溶融炉内に固形物を投入するために設計されているが、同様のランスを使用して固形粒子状材料をいずれの冶金炉中にも導入することができるし、あるいは高い温度条件が常態であるいずれの容器にも導入できることが理解されよう。したがって、本発明は、例示した構造の詳細に限定されることはなく、さらに数多くの変更形態および変形形態が、本発明の趣旨および範囲に入るものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従って製作した一対の固形物投入ランスを組み込んだ冶金炉をよぎる垂直断面図である。
【図２Ａ】  固形物投入ランスのうちの一方の長手方向断面図である。
【図２Ｂ】  固形物投入ランスのうちの他方の長手方向断面図でり、図２Ａで示されるものと線Ａ−Ａで接合されている。
【図３】  ランスの後方端部をよぎる長手方向断面を示す拡大図である。
【図４】  ランスの前方端部をよぎる断面を示す拡大図である。
【図５】  ジャケットの移行部を例示する、ランスの後方端部の一部を示す拡大断面図である。
【図６】  図２Ｂの線６−６における横断面を示す拡大図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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