(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金学的容器内において金属融液を製造するための方法であり、前記冶金学的容器内には、金属および／または金属酸化物を含有した供給材料が、固体の形態で投入されあるいは固体と融液との双方の形態で投入され、さらに、融解のために必要なエネルギーの大部分があるいは融解と供給材料の最終還元との双方のために必要なエネルギーの大部分が、電気的に供給されるおよび／または炭素含有材料の燃焼および／またはガス化によって供給されるようになっているような、金属融液の製造方法であって、
Ａ）燃焼ステップにおいて、前記供給材料に対して、多機能ランスを使用したガス状および／または液体状の燃料と酸素含有ガスとの供給さらには燃焼によって付加的なエネルギーを供給し、
Ｂ）カッティングおよび融解ステップにおいて、前記多機能ランスを使用した酸素含有ガスの集中的供給によって、前記固体供給材料をカットして部分的に融解させ、
Ｃ）精練ステップにおいて、前記多機能ランスを使用した酸素含有ガスの集中的供給によって、融解させた前記供給材料を精練し、
Ｄ）炭素供給ステップにおいて、前記多機能ランスを使用することによる炭素の供給によって、あるいは、前記多機能ランスを使用することによる炭素の供給と微粒状および／またはダスト状の固体炭素含有材料の燃焼との双方によって、前記供給材料に対して炭素および／または付加的エネルギーを供給し、
Ｅ）後燃焼ステップにおいて、前記冶金学的容器からの廃棄ガスを、前記多機能ランスによる前記冶金学的容器内の前記廃棄ガスの延在スペースに向けての酸素含有ガスの放出によって後燃焼させ、この場合、前記多機能ランスから放出される前記酸素含有ガスのジェットを、前記多機能ランスの長さ方向中心軸に対して傾斜させる場合において、
前記Ａ）ステップ〜前記Ｅ）ステップを、同じ前記多機能ランスを使用して行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
さらに、Ｆ）固体導入ステップにおいて、前記多機能ランスによる微粒状および／またはダスト状の固体凝集物および／または合金化剤の導入によって必要な物質を前記供給材料に対して供給し、これにより、前記金属融液の組成を所望の組成とする場合において、
前記Ａ）ステップ〜前記Ｆ）ステップを、同じ前記多機能ランスを使用して行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
前記冶金学的容器として、電気炉またはスチール転炉または溶融ガス化器または杓またはスラグ転換用容器を、使用することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法において、
前記冶金学的容器を、加圧状態または大気圧状態または減圧状態または真空状態とすることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法において、
前記多機能ランスと一緒に、バーナーと精練ランスと後燃焼ランスと電気炉バス下ノズルと電気炉中空電極と転炉側部ノズルと少なくとも１つの追加的な多機能ランスとのうちの任意のものを併用することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、
前記固体導入ステップにおいては、部分的にまたは完全に溶融した前記供給材料の内部にまたは上面上に、例えばクロム鉱石やニッケル鉱石やマンガン鉱石といったような金属鉱石、例えばニッケル酸化物やバナジウム酸化物やクロム酸化物といったような金属酸化物、鉄カーバイド、カルシウムカーバイド、アルミニウム、ＦｅＳｉ、ＦｅＣｒ、ＦｅＭｎ、オイル含有スケール、スラグ、スラグ発泡体、ダスト除去システムからのダスト、研磨ダスト、金属チップ、脱酸素剤、軽量シュレッダーダスト、石灰、石炭、コークス、および、スポンジ状鉄の中から選択された１つまたは複数の物質でありかつ微粒状およびダスト状とされた物質を導入することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法において、
前記後燃焼ステップにおいては、酸素含有ガスの供給を、周期的に変動させて、および／または、パルス的に、行うことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の方法において、
前記炭素供給ステップにおいては、および／または、電気炉の場合における固体導入ステップにおいては、前記多機能ランスからのジェットを、炉の屋根内の孔を通しての前記融液上への、固体材料の投入落下箇所に、向ける、あるいは、前記融液上へのアークの位置に向けることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の方法において、
前記炭素供給ステップにおいては、および／または、転炉の場合における固体導入ステップにおいては、前記多機能ランスからのジェットを、他のランスからのまたは側部ノズルからの酸素ジェットの前記融液に対しての衝突箇所に、向けることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法において、
前記Ａ）、Ｂ）、Ｄ）、Ｅ）ステップのうちの１つまたは複数のステップを、精練ステップと少なくとも部分的に時間的にオーバーラップしているようにして前記多機能ランスを使用して行うことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、
燃焼ステップを、精練ステップと少なくとも部分的に時間的にオーバーラップしているようにして前記多機能ランスを使用して行うことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法において、
精練ステップにおいて、０．４％以下という炭素含有率の小さい鉄融液あるいは０．４％以下という炭素含有率の小さいスチール融液を製造する場合には、酸素含有ガスの前記集中的供給に加えて、スチーム、および／または、例えば窒素といったような不活性ガス、および／または、希ガスを、部分的にまたは完全に溶融した前記供給材料の内部にまたは上面上に供給することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の方法において、
炭素供給ステップにおいて、０．４％以下という炭素含有率の小さい鉄融液あるいは０．４％以下という炭素含有率の小さいスチール融液を製造する場合には、前記融液の上方に位置したスラグの内部と上面上とにだけ、炭素含有材料を供給することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の方法において、
前記Ａ）、Ｂ）、Ｃ）、Ｅ）ステップのうちの１つまたは複数のステップを行う際には、可燃性および／または不燃性および／または毒性の液体を、前記多機能ランスを使用することによって導入し、これにより、前記液体の熱分解を行って環境に適合しやすい形態で廃棄するという液体導入ステップ（Ｇ）を行うことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、
精練ステップ時に前記液体導入ステップを行う、あるいは、前記液体ジェットを前記融液上のアークとの衝突箇所に向けることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の方法において、
前記精練ステップ（Ｃ）時には、酸素含有ガスからなる前記供給ジェットが、前記多機能ランスによる他のガスジェットの導入によって、制御されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載された方法において使用するための多機能ランスであって、
互いに入れ子式に配置されるとともに長さ方向中心軸（２）に対して同心的なものとされさらに多機能ランスのヘッドを形成することとなる共通端部を有しているような複数のチューブを具備してなり、
・供給ダクトを形成するための第１チューブ（１）を備えているという特徴点と、
・前記第１チューブ（１）を囲むことによって第１環状ギャップ（４）を形成する第２チューブ（３）であって、開口部材（５）がラバルノズルとして構成されている第２チューブ（３）を備えているという特徴点と、
・前記第２チューブ（３）を囲むことによって第２環状ギャップ（７）を形成する第３チューブ（６）を備えているという特徴点と、
・前記第３チューブ（６）を囲むことによって第３環状ギャップ（９）を形成する第４チューブ（８）を備えているという特徴点と、
・前記第４チューブ（８）を囲むことによって第４環状ギャップ（１１）を形成する第５チューブ（１０）であって、前記第４環状ギャップ（１１）が、前記開口部材の側において、複数の流出ダクト（１２）を形成するようにして終端しており、前記各流出ダクト（１２）の中心軸（１３）が、前記長さ方向中心軸（２）に対して傾斜しているような、第５チューブ（１０）を備えているという特徴点と、
を兼備していることを特徴とする多機能ランス。
【請求項１８】
請求項１７記載の多機能ランスにおいて、
・前記第１チューブ（１）が、微粒〜ダスト状とされた固体物質のための供給ダクトであり、
・前記第１環状ギャップ（４）が、酸素含有ガスを供給するものとされ、
・前記第２環状ギャップ（７）が、ガス状および／または液体状の燃料を供給するものとされ、
・前記第３環状ギャップ（９）が、酸素含有ガスを供給するものとされ、
・前記第４環状ギャップ（１１）が、酸素含有ガスを供給するものとされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項１９】
請求項１８記載の多機能ランスにおいて、
前記第５チューブ（１０）の外側には、冷却機構が設けられていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２０】
請求項１８または１９記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（１）の開口部材と前記第２チューブ（３）の開口部材と前記第３チューブ（６）の開口部材とは、前記長さ方向中心軸（２）に対して直交する第１開口平面（１５）内において終端しており、
前記第４チューブの開口部材と前記第５チューブの開口部材とは、前記長さ方向中心軸（２）に対して直交する第２開口平面（１６）内において終端しており、
前記第１開口平面（１５）は、前記第２開口平面（１６）よりも奥の方に配置されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（１）が、あるいは、前記第１チューブ（１）と前記第２チューブ（３）との双方が、耐摩耗性のものとして構成されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２２】
請求項２１記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（１）が、あるいは、前記第１チューブ（１）と前記第２チューブ（３）との双方が、クロムカーバイドと合金化されたスチールから、または、硬質クロムメッキされたスチールから、または、硬質クロムメッキされた銅から、または、銅から、または、セラミックインサートを有したスチールから、または、内面がセラミックによってカバーされているあるいは内面と外面との双方がセラミックによってカバーされているスチールから、形成されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２３】
請求項１８〜２２のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第３チューブ（６）および前記第４チューブ（８）は、長さ方向において分割されており、
それぞれのチューブ部分（６ａ、６ｂ）（８ａ、８ｂ）は、解除可能な連結によって、互いに固定されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２４】
請求項１８〜２３のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第２チューブ（３）の前記開口部材に加えて、前記第１チューブ（１）の開口部材および／または前記第３チューブ（６）の開口部材および／または前記第４チューブ（８）の開口部材および／または前記流出ダクト（１２）が、ラバルノズルとして構成されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２５】
請求項１８〜２４のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（１）と前記第１環状ギャップ（４）と前記第２環状ギャップ（７）と前記第３環状ギャップ（９）と前記第４環状ギャップ（１１）とには、キャリアガス供給手段（５３）が接続されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２６】
請求項１８〜２５のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（１）と前記第１環状ギャップ（４）と前記第３環状ギャップ（９）と前記第４環状ギャップ（１１）とには、酸素供給手段（５４）と、空気供給手段（５５）と、スチーム供給手段（５７）と、固体供給手段（５６）と、が接続されており、
前記固体供給手段（５６）は、着脱可能に構成されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２７】
請求項１８〜２６のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記キャリアガス供給手段（５３）および前記第１チューブ（１）の前記固体供給手段（５６）から、前記酸素供給手段（５４）への切換が、切換デバイスによって、可能とされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２８】
請求項１〜１６のいずれかに記載された方法において使用するための多機能ランスであって、
互いに入れ子式に配置されるとともに長さ方向中心軸（２１）に対して同心的なものとされさらに多機能ランスのヘッド（３７）を形成することとなる共通端部を有しているような複数のチューブを具備してなり、
・供給ダクトを形成するための第１チューブ（２０）を備えているという特徴点と、
・前記第１チューブ（２０）を囲むことによって第１環状ギャップ（２３）を形成する第２チューブ（２２）であって、開口部材（２４）がラバルノズルとして構成されている第２チューブ（２２）を備えているという特徴点と、
・前記第２チューブ（２２）を囲むことによって第２環状ギャップ（２６）を形成する第３チューブ（２５）を備えているという特徴点と、
・前記第３チューブ（２５）を囲むことによって第３環状ギャップ（２８）を形成する第４チューブ（２７）を備えているという特徴点と、
・前記第４チューブ（２７）を囲むことによって第４環状ギャップ（３０）を形成する第５チューブ（２９）であって、前記第４環状ギャップ（３０）が、前記開口部材の側において、閉塞されているような、第５チューブ（２９）を備えているという特徴点と、
・前記第５チューブ（２９）を囲むことによって第５環状ギャップ（３２）を形成する第６チューブ（３１）であって、前記第５環状ギャップ（３２）が、前記開口部材の側において、複数の流出ダクト（３３）を形成するようにして終端しており、前記各流出ダクト（３３）の中心軸（１３）が、前記長さ方向中心軸（２１）に対して傾斜しているような、第６チューブ（３１）を備えているという特徴点と、
・前記第６チューブ（３１）を囲むことによって第６環状ギャップ（３６）を形成する第７チューブ（３５）であって、前記第６環状ギャップ（３６）が、前記開口部材の側において、閉塞しているように構成されており、前記第６環状ギャップ（３６）が、前記第４環状ギャップ（３０）に対して、前記流出ダクト（３３）に対しては交差していない孔（３８）を介して、前記ヘッド（３７）の領域において連通しているような、第７チューブ（３５）を備えているという特徴点と、
・耐摩耗性の構成とされたノズルチューブ（３９）であって、前記第５環状ギャップ（３２）内に配置されるとともに、それぞれの中心軸（８３）が、前記長さ方向中心軸（２１）と平行なものとされ、前記孔（３８）とも前記流出ダクト（３３）とも交差することなく、前記ヘッド（３７）において開口しているような、１〜９個のノズルチューブ（３９）を備えているという特徴点と、
を兼備していることを特徴とする多機能ランス。
【請求項２９】
請求項２８記載の多機能ランスにおいて、
・前記第１チューブ（２０）が、液体または酸素含有ガスのための供給ダクトを形成し、
・前記第１環状ギャップ（２３）が、酸素含有ガスを供給するものとされ、
・前記第２環状ギャップ（２６）が、ガス状および／または液体状の燃料を供給するものとされ、
・前記第３環状ギャップ（２８）が、酸素含有ガスを供給するものとされ、
・前記第４環状ギャップ（３０）が、冷却水を供給するものとされ、
・前記第５環状ギャップ（３２）が、酸素含有ガスを供給するものとされ、
・前記第６環状ギャップ（３６）が、冷却水の抽出のためのものとされ、
・前記１〜９個のノズルチューブ（３９）が、微粒〜ダスト状の固体物質を供給するものとされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３０】
請求項２８または２９記載の多機能ランスにおいて、
前記第２チューブ（２４）の開口部材と前記第３チューブ（４０）の開口部材とは、前記長さ方向中心軸（２１）に対して直交する第１開口平面（４２）内において終端しており、
前記第４，第５，第６，第７チューブ（２７，２９，３１，３５）の開口部材どうしは、前記長さ方向中心軸（２１）に対して直交する第２開口平面（４３）内において終端しており、
前記第１開口平面（４２）は、前記第２開口平面（４３）よりも奥の方に配置されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３１】
請求項２８〜３０のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第３チューブ（２５）および／または前記第４チューブ（２７）および／または前記第５チューブ（２９）および／または前記第６チューブ（３１）および／または前記第７チューブ（３３）は、長さ方向において少なくとも１回は分割されており、
それぞれのチューブ部分は、Ｏリングによってシールされたスライド連結によってまたは解除可能な連結によって、互いに固定されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３２】
請求項２８〜３１のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第３チューブ（２５）の開口部材および／または前記第４チューブ（２７）の開口部材および／または前記流出ダクト（３２）および／または前記ノズルチューブ（３９）の開口部材が、ラバルノズルとして構成され、
前記第１チューブ（２０）の開口部材の径が、拡径されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３３】
請求項２８〜３２のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記ノズルチューブ（３９）は、耐摩耗性のものとして構成されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３４】
請求項３３記載の多機能ランスにおいて、
前記ノズルチューブ（３９）は、クロムカーバイドと合金化されたスチールから、または、硬質クロムメッキされたスチールから、または、硬質クロムメッキされた銅から、または、銅から、または、セラミックインサートを有したスチールから、または、内面がセラミックによってカバーされているあるいは内面と外面との双方がセラミックによってカバーされているスチールから、形成されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３５】
請求項２８〜３４のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記ノズルチューブ（３９）には、前記ヘッド（３７）から離れたところに、固体分散用チャンバ（４５）が設けられており、
該固体分散用チャンバ（４５）は、全周を囲んでいる環状の中空ボディによって形成されているとともに、底面（４９）とカバー（４８）と側方限界（８４）とを有し、
前記ノズルチューブ（３９）は、前記固体分散用チャンバ（４５）の前記底面（４９）に対して下方から開口しており、
少なくとも１つの固体供給手段（５１）が、前記固体分散用チャンバ（４５）の前記側方限界（８４）内へと接線方向に開口していることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３６】
請求項３５記載の多機能ランスにおいて、
さらなる環状の中空ボディ（４６）が設けられており、
該さらなる中空ボディ（４６）は、上面が開口しているとともに、底面（５０）と側方限界（４８）とを有し、
該さらなる中空ボディ（４６）は、前記固体分散用チャンバ（４５）内において、前記固体分散用チャンバの前記カバー（４７）と該さらなる中空ボディ（４６）の前記側方限界（４８）との間にギャップ（８５）が形成されるようにして配置され、
前記ノズルチューブ（３９）は、前記さらなる中空ボディ（４６）の前記底面（５０）に対して開口していることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３７】
請求項３５または３６記載の多機能ランスにおいて、
前記固体分散用チャンバ（４５）は、キャリアガス供給ライン（６３）を介してキャリアガス供給手段（５３）に対して接続されているとともに、１つまたは複数の固体供給手段（５６）に対して接続されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３８】
請求項２８〜３４のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記ノズルチューブ（３９）は、キャリアガス供給手段（５３）に対して接続されているとともに、固体供給手段（５６）に対して接続されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項３９】
請求項２８〜３８のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（２０）と前記第１環状ギャップ（２３）と前記第２環状ギャップ（２６）と前記第３環状ギャップ（２８）と前記第５環状ギャップ（２９）とは、キャリアガス供給手段（５３）に対して接続されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４０】
請求項２８〜３９のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（２０）と前記第１環状ギャップ（２３）と前記第３環状ギャップ（２８）と前記第５環状ギャップ（２９）とは、酸素供給手段（５４）と、空気供給手段（５５）と、スチーム供給手段（５７）と、に対して接続されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４１】
請求項１７〜４０のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
２〜１６個の流出ダクト（１２，３３）が設けられていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４２】
請求項１７〜４１のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記長さ方向中心軸（２または２１）と前記流出ダクトの開口部材との双方を通る平面上に対しての、各流出ダクト（１２または３３）の中心軸（１３または３４）の垂直投影は、前記長さ方向中心軸（２または２１）に対して、２．５〜２５°という角度αを形成することを特徴とする多機能ランス。
【請求項４３】
請求項１７〜４２のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記長さ方向中心軸（２または２１）に対して直交する平面上に対しての、各流出ダクト（１２または３３）の中心軸（１３または３４）の垂直投影は、前記長さ方向中心軸（２または２１）と前記流出ダクトの開口部材との双方を通る平面に対して、２．５〜６０°という角度βを形成することを特徴とする多機能ランス。
【請求項４４】
請求項１７〜４３のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第２チューブ（３，２２）の開口部材の円錐台形状部の開口角度が、０．１〜５°という角度とされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４５】
請求項１７〜４４のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第２，第３チューブ（３，６、または、２２，２５）の開口部材（５，１８、または、２４，４０）が、外面にスロット（１９または４１）を有しており、
これらスロット（１９，４１）は、前記長さ方向中心軸（２，２１）と平行に配置されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４６】
請求項１７〜４５のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第１チューブ（１，２０）が、前記第２チューブ（３，２２）内において、前記長さ方向中心軸（２，２１）に沿って移動可能とされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４７】
請求項１７〜４６のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第２チューブ（３，２２）の開口部材（５，２４）が、前記第２チューブ（３，２２）に対して着脱可能に連結されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４８】
請求項１７〜４７のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
前記第２環状ギャップ（７，２６）には、液体状のおよび／またはガス状の燃料を供給するための燃料供給手段（５２）が接続されていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項４９】
請求項１７〜４８のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
多機能ランスに対してのガス供給が、各ガスの流入圧力を設定することによって制御可能とされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項５０】
請求項１７〜４９のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
多機能ランスに対してのガス供給が、個々のガスラインに対して取り付けられている単純な剛直ダイヤフラムおよび／または迅速作用式のストップバルブによって設定可能とされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項５１】
請求項１７〜５０のいずれかに記載の多機能ランスにおいて、
金属融液から放射される電磁波が、第１チューブ（１，２０）および／または第１環状ギャップ（４，２３）を通して、光学システムによって検出可能とされているとともに、前記金属融液の温度および／または化学組成を決定するための検出器に対して送信可能とされていることを特徴とする多機能ランス。
【請求項５２】
冶金学的容器であって、
請求項１７〜５１のいずれかに記載の多機能ランスを具備し、
前記多機能ランスが、固定式に配置されている、または、長さ方向軸に沿って移動可能であるようにして配置されている、または、回転可能に配置されていることを特徴とする冶金学的容器。
【請求項５３】
冶金学的容器であって、
請求項１７〜５１のいずれかに記載の多機能ランスを具備し、
前記冶金学的容器内へと挿入された銅パネルの下方に、前記多機能ランスが配置されていることを特徴とする冶金学的容器。
【請求項５４】
冶金学的容器であって、
請求項１７〜５１のいずれかに記載の多機能ランスを具備し、
１〜１０個の前記多機能ランスが使用されていることを特徴とする冶金学的容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冶金学的容器内において金属融液を製造するための方法に関するものであり、冶金学的容器内には、金属および／または金属酸化物を含有した供給物質が、固体の形態で投入されまた場合によっては融液の形態で投入され、さらに、融解のために必要なエネルギーの大部分がまた場合によっては供給物質の最終還元のために必要なエネルギーの大部分が、電気的に供給されるおよび／または炭素含有材料の燃焼および／またはガス化によって供給されるようになっている。本発明は、さらに、本発明による方法において使用される多機能ランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
欧州特許出願公開明細書第０ ２５７ ４５０号には、製鉄のためのアーク炉においてエネルギー導入量を増大させるための方法および電流を節約するための方法が開示されている。この場合、吹付デバイスから自由酸素ジェットを放出することによって、炉からの廃棄ガスの後燃焼が行われ、バス下ノズルを使用することによってバスを移動させる。ＣＯの形成のための石炭が、中空電極を通してまたはバス下ノズルを通して供給され、ＣＯの形成のための酸素が、バス下ノズルを通して融液に対して同様に供給される。
【０００３】
この場合の欠点は、石炭導入装置やＣＯ形成装置や後燃焼装置としてみた場合の、消費の大きさである。さらに、酸素導入のために必要とされているバス下ノズルが大きな摩耗に曝され、そのため、使用寿命が短いことである。
【０００４】
また、冶金学的な目的のための加熱や送風に利用可能なまた冶金学的反応炉内における燃焼に利用可能な装置や方法として、多くの提案がなされている。
【０００５】
英国特許出願公開明細書第１，０１５，５８１号には、中央酸素ダクトと、このダクトを取り囲んで配置された燃料供給ダクトと、酸素のための外側環状ダクトと、を有してなるバーナーが開示されている。燃料と酸素とは、それぞれの放出口から放出された直後に相互混合することとなる。この文献においては、バーナーは、上方から酸素を供給するタイプのすべての製鉄方法において使用可能とされている。
【０００６】
しかしながら、そのようなバーナーは、後燃焼のために大量の炉ガスを吸入することに関しては不適切である。そのため、エネルギー収支の向上に際しては、全く寄与することができないあるいはごくわずかしか寄与することができない。
【０００７】
オーストリア国特許明細書第４０２，９６３号には、特別に構成されたバーナーによる燃料の燃焼が開示されている。バーナーのチャンバ内において燃料と酸素とが迅速にかつ大いに渦巻混合されることの結果として、放出される混合体は、混合ジェットの延在距離においてすぐに速度を落としてしまう。したがって、そのようなバーナーの火炎長さは、比較的短い。この場合にも、炉ガスの吸入は無視できる程度に小さなものであって、エネルギー収支の向上に対する寄与が小さい。さらに、そのようなバーナーは、溶融スチールの精練に対しては、ごくわずかしか適切ではない。
【０００８】
国際特許出願第９１／００３６６号には、冶金学的炉を加熱するための方法および装置が記載されており、この場合、内部酸素ダクトは、燃料ダクトによって環状に包み込まれている。この場合、燃料は、不活性〜弱い還元性という程度のキャリアガスによって供給される。この場合にも、バーナージェット内に炉廃棄ガスを吸入することによる炉廃棄ガスの後燃焼が起こらず、融液の精練には不適切である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は、従来技術における欠点を回避し得るような、上記方法において使用するための方法および装置を提供することである。特に、金属融液を製造するに際して、公知方法よりも電力や化石燃料といったようなエネルギー消費量が少ないとともにより短い時間で実行できるような方法が提供される。また、本発明による方法を実現するために使用するための多機能ランスであって、構成がコンパクトかつ単純であるとともに、修理が必要とされた場合には容易にかつ単純に修理し得るような多機能ランスが提供される。
【００１０】
上記目的は、本発明により、
Ａ）燃焼ステップにおいて、供給物質に対して、１つまたは複数の多機能ランスを使用したガス状および／または液体状の炭素含有材料と酸素含有ガスとの供給さらには燃焼によって付加的なエネルギーを供給し、
Ｂ）カッティングおよび融解ステップにおいて、１つまたは複数の多機能ランスを使用した酸素含有ガスの集中的供給によって、固体供給材料をカットして部分的に融解させ、
Ｃ）精練ステップにおいて、１つまたは複数の多機能ランスを使用した酸素含有ガスの集中的供給によって、融解させた供給材料を精練し、
Ｄ）炭素供給ステップにおいて、１つまたは複数の多機能ランスを使用することにより炭素含有材料および／または付加的エネルギーを前記供給材料に対して供給し、場合によっては、微粒状および／またはダスト状の固体炭素含有材料の供給ならびに燃焼によって供給材料に対して付加的エネルギーを供給し、
Ｅ）後燃焼ステップにおいて、冶金学的容器からの廃棄ガスを、１つまたは複数の多機能ランスによる冶金学的容器内の廃棄ガスの延在スペースに向けての少なくとも２次元的な酸素含有ガスの放出によって後燃焼させ、
Ｆ）固体導入ステップにおいて、１つまたは複数の多機能ランスによる微粒状および／またはダスト状の固体凝集物および／または合金化剤の導入によって必要な物質を供給材料に対して供給し、これにより、金属融液の組成を所望の組成とする場合において、
Ａ）ステップ〜Ｆ）ステップを、供給材料の組成に応じてまた金属融液の所望組成に応じて、所望の組合せにおいて選択的に行い、特に、Ａ）ステップ〜Ｆ）ステップを、この順に従って順次的に、および／または、この順とは逆の順に従って順次的に、および／または、同時に、および／または、いくつかのステップを省略することによって、行うことを特徴とする方法によって得られる。
【００１１】
本発明による方法により、有利な特徴点においては、金属融液を、例えば電気炉または転炉または溶融ガス化器において、エネルギーを節約しかつ時間を短縮できる態様でもって、得ることができる。さらに、杓またはスラグ転換用容器を、冶金学的容器として使用することができる。それぞれの冶金学的容器は、加圧状態または大気圧状態または減圧状態または真空状態とすることができる。
【００１２】
本発明による方法において使用される多機能ランスは、個々のステップを、フレキシブルにかつ自由な選択性でもって行うことができ、特に、同時に行うこともできる。
【００１３】
特にスチール融液といったような融液の製造のための固体金属キャリアは、これら材料が既に金属的なものでありそのため大きなエネルギー消費を要することなく還元できることにより、使用度が増大する。したがって、そのような固体金属キャリアは、大部分が再循環される。特に、例えばスクラップや銑鉄やキャスト鉄等といったようなそのような材料は、電気炉内において処理される。そのため、電気炉の動作特性を改良することが特に重要である。炉のサイクル時間を短縮するために融解および精練を迅速に行うことは、熱損失を小さくするために重要であり、電極の消費を少なくするために重要であり、さらに、近年の連続型キャストプラントにおける連続的供給のために重要である。しかも、電気炉の融解容量は、電気エネルギーと化石エネルギーとの並列的導入制御の結果として、増大する。
【００１４】
これら要求は、本発明による方法によって満足される。
【００１５】
本発明による方法における有利な特徴点においては、１つまたは複数の多機能ランスとして、バーナーと精練ランスと後燃焼ランスとのうちの任意のものを組み合わせたものが使用され、特に電気炉の場合には、１つまたは複数の多機能ランスとして、バーナーと精練ランスと後燃焼ランスとバス下ノズルと中空電極とのうちの任意のものを組み合わせたものが使用され、特に転炉の場合には、１つまたは複数の多機能ランスとして、バーナーと精練ランスと後燃焼ランスと任意構成の側部ノズルとのうちの任意のものを組み合わせたものが使用される。
【００１６】
よって、バーナーおよび／または精練ランスおよび／または後燃焼ランスは、対応ステップの『基本負荷』に対応し、加えて、特に重要な観点においては、多機能ランスを使用することにより、エネルギーが導入され、融解が行われ、精錬が行われ、石炭および／または合金化剤が供給され、廃棄ガスが後燃焼される。これにより、方法を迅速に行うことができる。
【００１７】
本発明による方法における他の有利な実施形態においては、固体導入ステップにおいて、部分的にまたは完全に溶融した供給材料の内部にまたは上面上に、例えばクロム鉱石やニッケル鉱石やマンガン鉱石といったような金属鉱石、例えばニッケル酸化物やバナジウム酸化物やクロム酸化物といったような金属酸化物、鉄カーバイド、カルシウムカーバイド、アルミニウム、ＦｅＳｉ、ＦｅＣｒ、ＦｅＭｎ、オイル含有スケール、スラグ、スラグ発泡体、ダスト除去システムからのダスト、研磨ダスト、金属チップ、脱酸素剤、軽量シュレッダーダスト、石灰、石炭、コークス、および、スポンジ状鉄の中から選択された１つまたは複数の物質でありかつ微粒状およびダスト状とされた物質が導入される。
【００１８】
複数の物質を導入する場合には、これら物質は、部分的にまたは完全に溶融した供給材料の内部にまたは上面上に、相互混合された状態でまたは個別的に、導入される。物質の混合導入は、例えば、金属鉱石および／または金属酸化物を脱酸素剤と一緒に導入する場合に、いささか有利である。
【００１９】
好ましくは、後燃焼ステップにおいては、酸素含有ガスの供給は、周期的に変動させて、および／または、パルス的に、行われる。
【００２０】
その結果、冶金学的容器内の廃棄ガスの後燃焼を、特に効果的に行うことができて、同時に放出されるエネルギーが、供給材料に対して高効率で伝達され、廃棄ガス系内における損失となることがなく、熱負荷を軽減することができる。
【００２１】
本発明による方法における他の実施形態においては、炭素供給ステップにおいて、および／または、電気炉の場合における固体導入ステップにおいて、多機能ランスからのジェットは、炉の屋根内の孔を通しての融液上への、固体材料の投入落下箇所の近傍に、または、固体材料の投入落下箇所に、向けられる、あるいは、融液上へのアークの近傍に向けられる。
【００２２】
同等に有利な実施形態においては、炭素供給ステップにおいて、および／または、転炉の場合における固体導入ステップにおいて、多機能ランスからのジェットは、他のランスからのまたは側部ノズルからの酸素ジェットの融液に対しての衝突箇所の近傍にまたは衝突箇所に、向けられる。
【００２３】
これら２つの実施形態は、大量の鉱石やＮｉＯや酸化性微粒およびダストを、石炭と混合して、還元しなければならない場合に、特に有利である。供給材料の還元および融解は、最大のエネルギーが同時に供給される場所に炭素を供給することによって、特に加速される。
【００２４】
本発明による方法の特に有利な特徴点においては、Ａ）、Ｂ）、Ｄ）、Ｅ）、Ｆ）ステップのうちの１つまたは複数のステップが、多機能ランスを使用して、精練ステップと実質的に同時に多機能ランスを使用して行われる。特に好ましくは、燃焼ステップが、精練ステップと実質的に同時に行われる。『実質的に同時に』という用語は、ここでは、２つのステップが少なくとも部分的に時間的にオーバーラップしていることを意味している。
【００２５】
酸素含有ガスを集中的に供給することによって、溶融した供給材料を精練することに加えて、液体状のおよび／またはガス状の炭素含有物質と酸素含有ガスとが導入され、炭素含有物質が燃焼される。
【００２６】
本発明による方法における他の有利な特徴点においては、精練ステップにおいて、炭素含有率の小さい好ましくは鉄合金融液を製造する場合に、酸素含有ガスの集中的供給に加えて、スチーム、および／または、例えば窒素といったような不活性ガス、および／または、希ガスが、部分的にまたは完全に溶融した供給材料の内部にまたは上面上に供給される。
【００２７】
したがって、ＣＯ分圧、ならびに、鉄のスラグ化および特にクロムのスラグ化といったような合金材料のスラグ化が、大いに低減される。
【００２８】
本発明による方法におけるある実施形態においては、炭素供給ステップにおいて、炭素含有率の小さい鉄融液またはスチール融液を製造するために、融液の上方に位置したスラグの内部と上面上とにだけ、低速で炭素含有材料が供給される。
【００２９】
これにより、融液の付加的な精練が避けられる。この場合、炭素含有材料は、主に、スラグの発泡に寄与する。
【００３０】
本発明による方法の他の有利な実施形態においては、Ａ）、Ｂ）、Ｃ）、Ｅ）ステップのうちの１つまたは複数のステップを行う際に、可燃性および／または不燃性の液体であるとともに可能であれば廃棄の困難な毒性の液体を、１つまたは複数の多機能ランスを使用することによって導入し、これにより、液体の熱分解を行って環境に適合しやすい（環境にやさしい）形態で廃棄するという液体導入ステップ（Ｇ）が行われる。
【００３１】
この場合における液体という用語は、溶媒に対しての廃棄固体の溶液をも包含している。
【００３２】
好ましくは、液体導入ステップは、冶金学的容器内の最高温度箇所において行われる。したがって、精練ステップ時に液体導入ステップを行うこと、あるいは、液体ジェットを融液上のアークとの衝突箇所に向けること、が特に好ましい。
【００３３】
例えばクエンチングや活性化された炭の供給等といったような、冶金学的容器内の廃棄ガスに関する適切な処置と組み合わせることにより、廃棄困難な液体を環境に適合した態様で廃棄できるだけではなく、有益に廃棄することができる。
【００３４】
本発明による方法における他の実施形態においては、精練ステップ（Ｃ）時に、酸素含有ガスからなる供給ジェットが、多機能ランスによる他のガスジェットの導入によって、制御された形態で影響を受ける。
【００３５】
本発明の主題は、また、本発明による方法において使用するための多機能ランスであって、互いに入れ子式に配置されるとともに長さ方向中心軸に対して同心的なものとされさらに多機能ランスのヘッドを形成することとなる共通端部を有しているような複数のチューブを具備している。
【００３６】
本発明の目的を達成するための手段は、特に、多機能ランスが大量の固体を投入するのに適しているか、あるいは、少量の固体を投入するのに適しているか、に依存する。
【００３７】
少量の固体を供給するに際しては、本発明における目的は、
・供給ダクトを形成するための、特に、微粒〜ダスト状とされた固体物質のための供給ダクトを形成するための、第１チューブ（１）を備えているという特徴点と、
・第１チューブ（１）を囲むことによって、特に酸素含有ガスを供給するための、第１環状ギャップ（４）を形成する第２チューブ（３）であって、開口部材（５）がラバルノズルとして構成されている第２チューブ（３）を備えているという特徴点と、
・第２チューブ（３）を囲むことによって、特にガス状および／または液体状の燃料を供給するための、第２環状ギャップ（７）を形成する第３チューブ（６）を備えているという特徴点と、
・第３チューブ（６）を囲むことによって、特に酸素含有ガスを供給するための、第３環状ギャップ（９）を形成する第４チューブ（８）を備えているという特徴点と、
・第４チューブ（８）を囲むことによって、特に酸素含有ガスを供給するための、第４環状ギャップ（１１）を形成する第５チューブ（１０）であって、第４環状ギャップ（１１）が、開口部材の側において、複数の流出ダクト（１２）を形成するようにして終端しており、各流出ダクト（１２）を通しての流出の向きが、前記長さ方向中心軸（２）から遠ざかる向きとされているような、第５チューブ（１０）を備えているという特徴点と、
を組み合わせることによって得られる。
【００３８】
この場合、特に有利なのは、主に第１チューブを通して、微粒状および／またはダスト状の固体を、融液またはスラグの内部および／または上面上に供給することである。方法に依存して、炭素導入ステップにおいては、特に石炭といったような炭素含有材料の供給が行われ、ただし場合によっては、例えばコークスや軽量シュレッダーダストといったような炭素含有材料の供給が行われ、固体供給ステップにおいては、凝集物および／または合金化剤の供給が行われる。ここで、凝集物および合金化剤という用語は、特にスチール融液や銑鉄融液といったような金属融液の製造において通常的に使用されるような、すべての従来的なスラグ形成剤や、スラグ発泡剤や、不要同伴材料のための酸化剤や、金属融液の所望組成の硬化剤、等を意味している。第１チューブにより、本発明による多機能ランスは、炭素供給機能と固体供給機能とを行うことができる。
【００３９】
上記特徴点を組み合わせたことを特徴とする多機能ランスを使用すれば、最大１０ｋｇ／ｍｉｎという程度で、固体を供給することができる。
【００４０】
第２チューブの開口部材がラバルノズルとして構成されていることにより、カッティングおよび融解ステップ時におよび精練ステップ時に供給される酸素含有ガスの流入圧力は、パルスに変換することができる。すなわち、速度に変換することができる。第１チューブおよび第２チューブによって形成されている第１環状ギャップにより、本発明による多機能ランスは、カッティング機能と融解機能と精練機能とを行うことができる。
【００４１】
酸素含有ガスという用語は、好ましくは、例えば空気分離プラントにおいて得られる酸素といったような工業用酸素や、空気や、酸素が増量された空気、を意味している。
【００４２】
第２環状ギャップおよび第３環状ギャップは、燃焼ステップにおいて、例えば天然ガスや燃料オイルといったようなガス状および／または液体状燃料の供給のために使用される、あるいは、燃料を燃焼させるための特に工業用酸素といったような酸素含有ガスの供給のために使用される。第２環状ギャップと第３環状ギャップとを一緒に使用することにより、本発明による多機能ランスは、燃焼ステップにおいてバーナー機能を行うことができる。
【００４３】
第４チューブと第５チューブとによって形成された第４環状ギャップは、後燃焼ステップにおいて、酸素含有ガスの供給のために使用される。よって、第４環状ギャップを使用することにより、本発明による多機能ランスは、後燃焼機能を行うことができる。
【００４４】
好ましい実施形態においては、第４環状ギャップは、開口部材の側において、２〜１６個の好ましくは４〜６個の流出ダクトを形成するようにして、終端している。
【００４５】
流出ダクトは、長さ方向中心軸から遠ざかる向きとされている。好ましくは、流出ダクトは、長さ方向中心軸と流出ダクトの開口部材との双方を通る平面上に対しての、各流出ダクトの中心軸の垂直投影が、長さ方向中心軸に対して、２．５〜２５°という角度αを形成する好ましくは５〜１５°という角度αを形成するような、向きとされている。
【００４６】
流出ダクトのこの構成に基づいて、流出ダクトを通して冶金学的容器内に供給される酸素含有ガスにより、冶金学的容器内の幅広い領域をカバーすることができ、燃焼可能な廃棄ガスを後燃焼させることができる。
【００４７】
有利な特徴点においては、流出ダクトの中心軸は、多機能ランスの長さ方向中心軸に対して傾斜している。より詳細には、流出ダクトの中心軸は、長さ方向中心軸に対して直交する平面上に対しての、各流出ダクトの中心軸の垂直投影が、長さ方向中心軸と流出ダクトの開口部材との双方を通る平面に対して、２．５〜６０°という角度βを形成する好ましくは５〜３５°という角度βを形成する要にして、多機能ランスの長さ方向中心軸に対して傾斜している。
【００４８】
流出ダクトのこの構成により、流出ダクトを通して供給される酸素含有ガスが螺旋回転運動を行うことによりまた酸素ガスジェット内に巻き込まれる廃棄ガスも螺旋回転運動を行うことにより、冶金学的容器内の廃棄ガスの総合的な後燃焼が行われる。このことは、酸素含有ガスと廃棄ガスとの相互混合を促進し、後燃焼を促進させる。
【００４９】
また、個々の角度α、βは、それぞれの流出ダクトに対してそれぞれ異なるように選択することができる。これにより、多機能ランスを使用する場合の個別的な境界条件を、最適に考慮することができるようになる。
【００５０】
最も外側のチューブ、すなわち、第５チューブには、有利には、冷却機構が設けられている。好ましくは、冷却機構は、水冷式の二重ケーシングとして構成することができる。
【００５１】
この特徴点において設けられる冷却機構により、多機能ランスの寿命が、延長される。
【００５２】
他の有利な特徴点においては、第２，第３チューブの開口部材が、外面にスロットを有しており、これらスロットは、好ましくは、長さ方向中心軸に対して平行に配置されている。これらスロットは、各開口部材の冷却性能を改良するように機能する。
【００５３】
有利な構成の変形例においては、第１チューブの開口部材と第２チューブの開口部材と第３チューブの開口部材とは、長さ方向中心軸に対して直交する第１開口平面内において終端しており、第４チューブの開口部材と第５チューブの開口部材とは、長さ方向中心軸に対して直交する第２開口平面内において終端しており、第１開口平面は、第２開口平面よりも、奥の方に配置されている（セットバックされている）。
【００５４】
この場合、水冷式の二重壁ケーシングは、便宜的には、第２開口平面のところにまで先端側（前面側）へと延出される。
【００５５】
これにより、多機能ランスの内部に配置されているチューブが、開口部材にかかる機械的応力に対して、より良好に保護される。
【００５６】
修理作業をより迅速にかつより単純に行い得るように、第２チューブの開口部材は、第２チューブに対して、特にネジ連結といったようなものによって、着脱可能であるように形成されている。
【００５７】
有利な実施形態においては、第１チューブは、耐摩耗性のものとして構成されており、場合によっては、第２チューブも、耐摩耗性のものとして構成されている。
【００５８】
第１チューブの耐摩耗性構成、および、場合によっては第２チューブの耐摩耗性構成は、好ましくは、クロムカーバイドと合金化されたスチールから、または、硬質クロムメッキされたスチールから、または、硬質クロムメッキされた銅から、または、銅から、または、セラミックインサートを有したスチールから、または、内面がカバーされている場合によっては外面もカバーされているスチールから、形成される。
【００５９】
このような耐摩耗性構成により、例えば微粒状石炭や金属酸化物やスラグ形成剤等といったような摩耗性の媒質を、第１チューブを通して、場合によっては第１チューブと第２チューブとによって形成されている環状ギャップを通して、融液またはスラグの内部へとまたは上面上へと、キャリアガスを利用して、第１チューブおよび第２チューブの寿命を著しく縮めることなく、供給することができる。
【００６０】
さらに、修理をより迅速にかつより単純に行い得るように、有利には、第３チューブおよび第４チューブは、長さ方向において分割されており、それぞれのチューブ部分は、特にネジ連結といったような解除可能な連結によって、互いに固定されている。
【００６１】
他の有利な実施形態においては、第２チューブの開口部材に加えて、第１チューブの開口部材および／または第３チューブの開口部材および／または第４チューブの開口部材および／または流出ダクトが、ラバルノズルとして構成されている。
【００６２】
このことは、精練機能およびカッティング機能に加えて、特に、高速ジェットを得るためには、好都合である。したがって、特にバーナー機能や炭素供給機能や固体供給機能や後燃焼機能のうちの１つまたは複数の機能のために、ガスジェット、および／または、ガスと固体との混合ジェットを、パルス的にある深さ範囲で進入させに際して、好都合である。
【００６３】
第２チューブの開口部材をなすラバルノズルが、第２チューブの開口部材の円錐台形状部の開口角度γが０．１〜５°という角度とされている好ましくは０．５〜３°という角度とされているように、構成されていると有利である。
【００６４】
開口角度γの選択は、また、特に、融解容器内の条件にも依存する。この場合、融解容器が加圧状態であれば、γとしては、やや小さめの角度が選択される。逆に、融解容器が減圧状態または真空状態であれば、γとしては、大きめの値を選択することが有利である。
【００６５】
他の有利な実施形態においては、第１チューブが、第２チューブ内において、長さ方向中心軸に沿って移動可能とされており、固体供給機能および炭素供給機能に、さらなる影響を及ぼすことができる。さらに、第１チューブが第２チューブに対して引っ込められると、与えられている流入圧力が一定である場合には、酸素の供給量が多くなることとなる。
【００６６】
多機能ランスにキャリアガスを供給するために、第１チューブと第１環状ギャップと第２環状ギャップと第３環状ギャップと第４環状ギャップとには、特に不活性ガス供給手段とされるキャリアガス供給手段が接続されている。
【００６７】
現在実行されているステップに応じて、キャリアガスすなわち不活性ガスは、炭素や固体の注入のための注入ガスとして機能することができる、あるいは、カッティングおよび融解ステップや精練ステップや燃焼ステップにおいて供給される酸素含有ガスの特定酸素量を設定するための注入ガスとして機能することができる。さらに、多機能ランスは、本発明による方法における使用前においてまたは特定の目的のために使用されていない部分において、不活性ガスによる弱い流れによってクリーニングすることができ、金属残留物のない状態に維持することができる。
【００６８】
方法において必要とされるすべてのまたは他のガスを多機能ランスに対して供給するために、第１チューブと第１環状ギャップと第３環状ギャップと第４環状ギャップとには、酸素供給手段と、空気供給手段と、場合によってはスチーム供給手段と、固体供給手段と、が接続されており、固体供給手段は、着脱可能に構成されている。第２環状ギャップには、液体状のおよび／またはガス状の燃料を供給するための燃料供給手段が接続されている。
【００６９】
主には第１チューブは石炭および固体を供給するものではあるけれども、カッティングおよび融解ステップおよび／または精練ステップにおいて必要とされた場合に、第１チューブを通して酸素を供給可能とするために、キャリアガス供給手段および第１チューブの固体供給手段から、酸素供給手段への切換が、特に切換バルブといったような切換デバイスによって、可能とされている。
【００７０】
有利には、多機能ランスに対してのガス供給は、各ガスの流入圧力を設定することによって制御可能とされている。
【００７１】
これに代えて、あるいは、これに加えて、多機能ランスに対してのガス供給が、個々のガスラインに対して取り付けられている単純な剛直ダイヤフラムおよび／または迅速作用式のストップバルブによって設定可能とされる。
【００７２】
さらに、本発明の目的は、大量の固体を供給するに際しては、
・供給ダクトを形成するための、特に、液体または酸素含有ガスのための供給ダクトを形成するための、第１チューブを備えているという特徴点と、
・第１チューブを囲むことによって、特に酸素含有ガスを供給するための、第１環状ギャップを形成する第２チューブであって、開口部材がラバルノズルとして構成されている第２チューブを備えているという特徴点と、
・第２チューブを囲むことによって、特にガス状および／または液体状の燃料を供給するための、第２環状ギャップを形成する第３チューブを備えているという特徴点と、
・第３チューブを囲むことによって、特に酸素含有ガスを供給するための、第３環状ギャップを形成する第４チューブを備えているという特徴点と、
・第４チューブを囲むことによって、特に冷却水を供給するための、第４環状ギャップを形成する第５チューブであって、第４環状ギャップが開口部材の側において閉塞されているような、第５チューブを備えているという特徴点と、
・第５チューブを囲むことによって、特に酸素含有ガスを供給するための、第５環状ギャップを形成する第６チューブであって、第５環状ギャップが、開口部材の側において、複数の流出ダクトを形成するようにして終端しており、各流出ダクトを通しての流出の向きが、長さ方向中心軸から遠ざかる向きとされているような、第６チューブを備えているという特徴点と、
・第６チューブを囲むことによって、特に冷却水の抽出のための、第６環状ギャップを形成する第７チューブであって、第６環状ギャップが、開口部材の側において、閉塞しているように構成されており、第６環状ギャップが、第４環状ギャップに対して、流出ダクトに対しては交差していない孔を介して、ヘッドの領域において連通しているような、第７チューブを備えているという特徴点と、
・特に微粒〜ダスト状の固体物質を供給するために、耐摩耗性の構成とされたノズルチューブであって、第５環状ギャップ内に配置されるとともに、それぞれの中心軸が、長さ方向中心軸と平行なものとされ、孔とも流出ダクトとも交差することなく、ヘッドにおいて開口しているような、１〜９個のノズルチューブを備えているという特徴点と、
を組み合わせることによって、得られる。
【００７３】
この場合、特に有利なのは、ノズルチューブを通して、微粒状および／またはダスト状の固体を、融液またはスラグの内部および／または上面上に供給することである。方法に依存して、炭素導入ステップにおいては、特に石炭といったような炭素含有材料の供給が行われ、ただし場合によっては、例えばコークスや軽量シュレッダーダストといったような炭素含有材料の供給が行われ、固体供給ステップにおいては、凝集物および／または合金化剤の供給が行われる。ここで、凝集物および合金化剤という用語は、特にスチール融液や銑鉄融液といったような金属融液の製造において通常的に使用されるような、すべての従来的なスラグ形成剤や、スラグ発泡剤や、不要同伴材料のための酸化剤や、金属融液の所望組成の硬化剤、等を意味している。ノズルチューブにより、本発明による多機能ランスは、炭素供給機能と固体供給機能とを行うことができる。
【００７４】
上記特徴点を組み合わせたことを特徴とする多機能ランスを使用すれば、最大２００ｋｇ／ｍｉｎという程度で、固体を供給することができる。このことは、従来までは融液の製造のために必要とされていた電気エネルギーの比較的大部分を化石エネルギーによって代替する場合には、特に有利である。これにより、例えば、幅広い様々な使用例においてスラグおよび／または融液内に気圧的に比較的大量の上記固体を供給する場合に、製造効率を向上させることができる。
【００７５】
第２チューブの開口部材がラバルノズルとして構成されていることにより、カッティングおよび融解ステップ時におよび精練ステップ時に供給される酸素含有ガスの流入圧力は、パルスに変換することができる。すなわち、速度に変換することができる。第１チューブおよび第２チューブによって形成されている第１環状ギャップにより、本発明による多機能ランスは、カッティング機能と融解機能と精練機能とを行うことができる。
【００７６】
酸素含有ガスという用語は、好ましくは、例えば空気分離プラントにおいて得られる酸素といったような工業用酸素や、空気や、酸素が増量された空気、を意味している。
【００７７】
第１チューブは、ジェット伝搬がしたがってラバルジェットの精練効果が第１チューブによって制御されるという点において、第１環状ギャップからのラバルジェットのパルスを再現性良く制御するように機能する。このことは、また、バス高さが低い場合に冶金学的容器の耐火性底面が付加的な摩耗を受けないために、または、スチール融液の上方におけるスラグ内の大きなＦｅＯ含有率を制御するために、使用される。これにより、融液の炭素含有率が比較的高い場合であってさえも、金属融液の脱リン特性を大幅に改良することができる。したがって、本発明による多機能ランスは、スラグ内の酸化鉄含有率を制御することができる。したがって、脱リン特性を制御することができる。また、鉄融液の例えば脱バナジウムを行うこともできる。
【００７８】
廃棄すべき液体を、第１チューブを通して、多機能ランスの前方側のラバルジェット内へとまたは焦点スポット内へと、注入することもできる。よって、第１チューブにより、特に、本発明による多機能ランスは、液体供給機能を行うことができる。
【００７９】
しかしながら、通常は、第１チューブ内には、酸素ガスや酸素含有ガスが導入される。合金融液の精練時には、第１チューブ内には、多機能ランスの前方側の焦点スポットにおけるＣＯ分圧を低下させるためにしたがってクロムのスラグ化を低減させるために、空気や不活性ガスやスチームを導入することができる。
【００８０】
燃焼ステップにおいては、第２環状ギャップおよび第３環状ギャップは、例えば天然ガスや燃料オイルといったようなガス状および／または液体状燃料の供給のために使用される、あるいは、燃料を燃焼させるための特に工業用酸素といったような酸素含有ガスの供給のために使用される。第２環状ギャップと第３環状ギャップとを一緒に使用することにより、本発明による多機能ランスは、燃焼ステップにおいてバーナー機能を行うことができる。
【００８１】
第５チューブと第６チューブとによって形成された第５環状ギャップは、後燃焼ステップにおいて、酸素含有ガスの供給のために使用される。よって、第５環状ギャップを使用することにより、本発明による多機能ランスは、後燃焼機能を行うことができる。
【００８２】
多機能ランスの寿命は、多機能ランスのヘッド内に配置された冷却機構によって、延長される。冷却機構は、第５環状ギャップと第６環状ギャップと、これらギャップ間を連通する孔と、によって形成されている。
【００８３】
好ましい実施形態においては、第５環状ギャップは、開口部材の側において、２〜１６個の好ましくは４〜６個の流出ダクトを形成するようにして、終端している。
【００８４】
流出ダクトは、長さ方向中心軸から遠ざかる向きとされている。好ましくは、流出ダクトは、長さ方向中心軸と流出ダクトの開口部材との双方を通る平面上に対しての、各流出ダクトの中心軸の垂直投影が、長さ方向中心軸に対して、２．５〜２５°という角度αを形成する好ましくは５〜１５°という角度αを形成するような、向きとされている。
【００８５】
流出ダクトのこの構成に基づいて、流出ダクトを通して冶金学的容器内に供給される酸素含有ガスにより、冶金学的容器内の幅広い領域をカバーすることができ、燃焼可能な廃棄ガスを後燃焼させることができる。
【００８６】
有利な特徴点においては、流出ダクトの中心軸は、多機能ランスの長さ方向中心軸に対して傾斜している。より詳細には、流出ダクトの中心軸は、長さ方向中心軸に対して直交する平面上に対しての、各流出ダクトの中心軸の垂直投影が、長さ方向中心軸と流出ダクトの開口部材との双方を通る平面に対して、２．５〜６０°という角度βを形成する好ましくは５〜３５°という角度βを形成する要にして、多機能ランスの長さ方向中心軸に対して傾斜している。
【００８７】
流出ダクトのこの構成により、流出ダクトを通して供給される酸素含有ガスが螺旋回転運動を行うことによりまた酸素ガスジェット内に巻き込まれる廃棄ガスも螺旋回転運動を行うことにより、冶金学的容器内の廃棄ガスの総合的な後燃焼が行われる。このことは、酸素含有ガスと廃棄ガスとの相互混合を促進し、後燃焼を促進させる。
【００８８】
また、個々の角度α、βは、それぞれの流出ダクトに対してそれぞれ異なるように選択することができる。これにより、多機能ランスを使用する場合の個別的な境界条件を、最適に考慮することができるようになる。
【００８９】
第２チューブの開口部材をなすラバルノズルが、第２チューブの開口部材の円錐台形状部の開口角度γが０．１〜５°という角度とされている好ましくは０．５〜３°という角度とされているように、構成されていると有利である。
【００９０】
開口角度γの選択は、また、特に、融解容器内の条件にも依存する。この場合、融解容器が加圧状態であれば、γとしては、やや小さめの角度が選択される。逆に、融解容器が減圧状態または真空状態であれば、γとしては、大きめの値を選択することが有利である。
【００９１】
他の有利な特徴点においては、第２，第３チューブの開口部材が、外面にスロットを有しており、これらスロットは、好ましくは、長さ方向中心軸に対して平行に配置されている。これらスロットは、各開口部材の冷却性能を改良するように機能する。
【００９２】
有利な構成の変形例においては、第２チューブの開口部材と第３チューブの開口部材とは、長さ方向中心軸に対して直交する第１開口平面内において終端しており、第４チューブの開口部材と第５チューブの開口部材と第６チューブの開口部材と第７チューブの開口部材とは、長さ方向中心軸に対して直交する第２開口平面内において終端しており、第１開口平面は、第２開口平面よりも、奥の方に配置されている（セットバックされている）。
【００９３】
これにより、多機能ランスの内部に配置されているチューブが、開口部材にかかる機械的応力に対して、より良好に保護される。
【００９４】
他の有利な実施形態においては、第１チューブが、第２チューブ内において、長さ方向中心軸に沿って移動可能とされており、第１環状ギャップからのラバルジェットに対して、さらなる影響を及ぼすことができる。さらに、第１チューブが第２チューブに対して引っ込められると、与えられている流入圧力が一定である場合には、酸素の供給量が多くなることとなる。
【００９５】
修理作業をより迅速にかつより単純に行い得るように、第２チューブの開口部材は、第２チューブに対して、特にネジ連結といったようなものによって、着脱可能であるように形成されている。
【００９６】
さらに、修理をより迅速にかつより単純に行い得るように、有利には、第３チューブおよび／または第４チューブおよび／または第５チューブおよび／または第６チューブおよび／または第７チューブは、長さ方向において少なくとも１回は分割されており、それぞれのチューブ部分は、特にネジ連結および／またはＯリングによってシールされたスライド連結といったような解除可能な連結によって、互いに固定されている。
【００９７】
他の有利な実施形態においては、第２チューブの開口部材に加えて、第３チューブの開口部材および／または第４チューブの開口部材および／または流出ダクトおよび／または１つまたは複数のノズルチューブの開口部材が、ラバルノズルとして構成され、第１チューブの開口部材の径が、拡径されている。
【００９８】
このラバルノズル構成は、精練機能およびカッティング機能に加えて、特に、高速ジェットを得るためには、好都合である。したがって、特にバーナー機能や炭素供給機能や固体供給機能や後燃焼機能のうちの１つまたは複数の機能のために、ガスジェット、および／または、ガスと固体との混合ジェットを、パルス的にある深さ範囲で進入させに際して、好都合である。
【００９９】
第１チューブの開口部材の口径の拡径は、特に融解容器が減圧状態または真空状態とされている場合に、有利である。
【０１００】
有利な実施形態においては、１つまたは複数のノズルチューブが、耐摩耗性のものとして構成されている。
【０１０１】
ノズルチューブの耐摩耗性構成は、好ましくは、クロムカーバイドと合金化されたスチールから、または、硬質クロムメッキされたスチールから、または、硬質クロムメッキされた銅から、または、銅から、または、セラミックインサートを有したスチールから、または、内面がカバーされている場合によっては外面もカバーされているスチールから、形成される。
【０１０２】
このような耐摩耗性構成により、例えば微粒状石炭や金属酸化物やスラグ形成剤等といったような摩耗性の媒質を、ノズルチューブを通して、融液またはスラグの内部へとまたは上面上へと、キャリアガスを利用して、ノズルチューブの寿命を著しく縮めることなく、供給することができる。
【０１０３】
本発明による多機能ランスの他の有利な実施形態においては、１つまたは複数のノズルチューブには、ヘッドから離れたところに、固体分散用チャンバが設けられている。固体分散用チャンバは、全周を囲んでいる環状の実質的に円筒形の中空ボディによって形成されているとともに、底面とカバーと側方限界とを有している。１つまたは複数のノズルチューブは、固体分散用チャンバの底面に対して下方から開口しており、少なくとも１つの固体供給手段が、固体分散用チャンバの側方限界内へと接線方向に開口している。
【０１０４】
上記構成に加えて、さらなる環状の実質的に円筒形の中空ボディが、好ましくは、設けられており、このさらなる中空ボディは、上面が開口しているとともに、底面と側方限界とを有している。さらなる中空ボディは、固体分散用チャンバ内において、固体分散用チャンバのカバーとさらなる中空ボディの側方限界との間にギャップが形成されるようにして配置されている。１つまたは複数のノズルチューブは、さらなる中空ボディの底面に対して開口している。
【０１０５】
固体は、固体分散用チャンバ内へと接線方向に導入され、さらなる中空ボディの側方限界によって形成されている中間壁を介してギャップ内を流通し、その後、ノズルチューブと連通している空間（つまり、さらなる中空ボディの内部空間）内へと入る。ノズルチューブ内への進入部は、ノズルチューブ自身と同様に円錐台形状であって、耐摩耗性のものとして構成されている。
【０１０６】
固体分散用チャンバは、迅速作用式の固定具またはフランジによって、ランスボディに対して固定される。固体分散用チャンバは、固定を解除することによって、取り外すことができる。耐摩耗性のノズルチューブは、固体分散用チャンバの底面を形成しているリング内に固定される。ノズルチューブは、容易に交換することができる。
【０１０７】
本発明による多機能ランスにおける固体分散用チャンバは、特に不活性ガス供給手段といったようなキャリアガス供給手段に対して接続されているとともに、１つまたは複数の固体供給手段に対して接続されていることが好都合である。
【０１０８】
これに代えて、固体分散用チャンバが設けられない場合には、ノズルチューブ自身が、特に不活性ガス供給手段といったようなキャリアガス供給手段に対して接続されるとともに、１つまたは複数の固体供給手段に対して接続される。
【０１０９】
さらに、多機能ランスからキャリアガスを供給するために、第１チューブと第１環状ギャップと第２環状ギャップと第３環状ギャップと第５環状ギャップとは、特に不活性ガス供給手段といったようなキャリアガス供給手段に対して接続される。
【０１１０】
現在実行されているステップに応じて、キャリアガスすなわち不活性ガスは、炭素や固体の注入のための注入ガスとして機能することができる、あるいは、カッティングおよび融解ステップや精練ステップや燃焼ステップにおいて供給される酸素含有ガスの特定酸素量を設定するための注入ガスとして機能することができる。さらに、多機能ランスは、本発明による方法における使用前においてまたは特定の目的のために使用されていない部分において、不活性ガスによる弱い流れによってクリーニングすることができ、金属残留物のない状態に維持することができる。
【０１１１】
方法において必要とされるすべてのまたは他のガスを多機能ランスに対して供給するために、第１チューブと第１環状ギャップと第３環状ギャップと第５環状ギャップとには、酸素供給手段と、空気供給手段と、場合によってはスチーム供給手段と、が接続されている。第２環状ギャップには、液体状のおよび／またはガス状の燃料を供給するための燃料供給手段が接続されている。
【０１１２】
酸素および／または空気の供給に加えて、あるいは、酸素および／または空気の供給に代えて、第１環状ギャップおよび／または第５環状ギャップには、高温ガス供給手段を設けることができる。この場合には、高温ガスとは、約２００℃〜約１２００℃という温度の、例えば酸素過剰とされた空気といったような酸素含有ガスを意味している。
【０１１３】
有利には、多機能ランスに対してのガス供給は、各ガスの流入圧力を設定することによって制御可能とされている。
【０１１４】
これに代えて、あるいは、これに加えて、多機能ランスに対してのガス供給が、個々のガスラインに対して取り付けられている単純な剛直ダイヤフラムおよび／または迅速作用式のストップバルブによって設定可能とされる。
【０１１５】
本発明による多機能ランスのすべての実施形態に共通して、金属融液から放射される特に可視光から近赤外領域の範囲といったような電磁波が、第１チューブおよび／または第１環状ギャップを通して、光学システムによって検出可能とされているとともに、金属融液の温度および／または化学組成を決定するための検出器に対して送信可能とされている。
【０１１６】
そのような測定の際には、好ましくは、不活性ガスが、第１チューブおよび／または第１環状ギャップを通して供給され、同時に、多機能ランスのバーナー機能を、駆動状態のままとすることができる。この場合、金属融液の温度の決定および／または金属融液の化学組成の決定のための、電磁波の評価手法は、高温測定法および／またはスペクトル解析法によって行うことができる。同様の方法は、国際特許出願第９７／２２８５９号において既に提案されている。この文献との相違点は、本発明においては、この文献において実施されているようなバス内での測定を、行わないことである。
【０１１７】
少量向けの実施形態においても多量向けの実施形態においても、本発明による多機能ランスは、有利には、長さ方向軸に沿って移動可能であるようにして配置される、または、長さ方向軸回りに回転可能に配置される。したがって、一方においては、それぞれのガスジェットの、融液内への進入深さを、制御することができるとともに、バス面の高さが可変とされている場合には、ガスジェットの延在長さを設定することができ、他方においては、より広範なバス面に対してアクセスすることができるあるいは掃引することができる。
【０１１８】
さらに、冶金学的容器内へと挿入された銅パネルの下方に、多機能ランスを、移動可能および／または回転可能としつつ配置することが有利であることがわかった。それは、多機能ランスが、より良好に保護されるからである。
【０１１９】
本発明による方法において冶金学的容器内に設置される多機能ランスの数は、冶金学的容器のタイプとサイズと、使用している多機能ランスの実施形態と、に依存して変化する。１〜１０個の多機能ランスを使用することができる。数を多くすると高くなってしまう設備コストは、炭素および固体によってエネルギーが導入されることと、炉内空間全体にわたってまたは融液表面全体にわたって実質的に均等に後燃焼が起こることと、各冶金学的容器の製造効率が向上することと、によって、それ以上に補償される。
【０１２０】
例えば５個といったような比較的数の多い多機能ランスの場合には、多機能ランスを小さな寸法のものとして構成することが有利である。これにより、供給に関しての合計断面積が、例えば１個や２個の多機能ランスを使用するといったような少数の多機能ランスを設ける場合と、ほぼ同じとなる。
【０１２１】
以降、電気炉および転炉が、本発明を限定することのない非制限的な例示としての典型例として採用される。
【０１２２】
特に断らない限り、以下においては、比較的大量の固体を供給するのに適した多機能ランスを例にとって説明する。
【０１２３】
用語を簡略化するために、それぞれ関連する開口部材や流出ダクトも含めて、第１チューブ、第１環状ギャップ、第２環状ギャップ、第３環状ギャップ、第５環状ギャップ、および、ノズルチューブに対して、それぞれ、ノズル１、ノズル２、ノズル３、ノズル４、ノズル５、および、ノズル６という表現を使用する。
【０１２４】
本発明においては、１つの多機能ランスが、あるいは、大きな炉の場合には複数の多機能ランスが、融液の取出前の時点で測ったときのバス表面の上方に、好ましくは、側壁に、ベイ領域、あるいは、炉の屋根から送風し得るような他の位置に、設置される。多機能ランスが側壁にあるいはベイ領域に設置される場合には、多機能ランスの長さ方向中心軸は、バス表面に対して、３５°以上という傾斜を有しているものとされる。多機能ランスは、一般的には、固定式に設置される。スラグ領域に長い耐火構造を有した電気炉の場合には、または、よくあるようにベイ領域に長い耐火構造を有した電気炉の場合には、直線的に移動可能とされた多機能ランスが、側壁におよび／またはベイ領域にまたは炉の屋根に設置される。この場合、多機能ランスは、回転可能であっても回転不可能であっても良い。
【０１２５】
電気炉が従来技術におけるようなバーナーや後燃焼ランスを備えているかどうかに応じて、多機能ランスは、好ましくは、炉内の低温領域（低温スポット）またはベイ領域において使用される。しかしながら、原理的には、多機能ランスは、すべての炉内環境において使用することができ、また、炉の屋根から下方に移動することができる。第５屋根孔から大量のスポンジ状鉄が例えば連続的に供給されるような電気炉の場合には、多機能ランスからのジェットが、融液上へのスポンジ状鉄の落下衝撃箇所の近傍に位置するように構成することが有利である。なぜなら、落下衝撃箇所においては、速やかにエネルギーを必要とするからである。ＣＯが発生するものの、このＣＯは、後燃焼させることができ、石炭の供給によってＦｅＯの形成が低減される。
【０１２６】
側壁におけるランスの設置高さ位置に関しては、融液の特定の精練が重要であって融液内への酸素ジェットの進入が重要である場合には、例えばノズル２からのジェットの延在長さが、２ｍ以下である必要がある。電気炉のベイ領域においては、ジェットの延在長さは、最大でも１．２ｍである。転炉や同様の反応炉においては、ジェットの延在長さは、実質的に２ｍよりも長いものとすることもできる。
【０１２７】
多機能ランスを側壁に設置する場合には、電極の消費を最適化するために、多機能ランスは、好ましくは、仮想円筒に対して接線方向を向くようにして設置される。円筒直径は、電極配置円と炉壁との間である。
【０１２８】
多機能ランスは、好ましくは、一辺の長さが約０．５ｍとされたほぼ正方形をなす銅パネルであって強度の冷却がなされている銅パネルの内部に、挿入される。これにより、ランスの周辺部分の寿命が延びる。このことは、特に、大きなスクラップ破片が使用され、ノズル４から酸素を供給しかつノズル３から燃料を供給しながらの予熱時間が短いものとされる場合に、重要である。その場合、特に、ノズル５からの酸素ジェット、および、付加的にはノズル２からの酸素ジェットは、従来型バーナーにおいて行われているように、短時間にわたって偏向させることができ、供給量の一部をパネルに向けることができる。炉の内方に向けて楔形状として挿入された銅パネルの下方に多機能ランスを設置することが特に重要であることがわかった。というのは、多機能ランスが特に効果的に保護されるからである。
【０１２９】
本発明による多機能ランスの動作について、以下説明する。
【０１３０】
待機状態においては、各ノズルには媒体を導入する。すなわち、空気を導入し（ノズル１）、空気を導入し（ノズル２）、Ｎ2 を導入し（ノズル３）、空気を導入し（ノズル４）、空気を導入する（ノズル５）。この場合、例えば０．２ｂａｒでもって導入するといったように、流量は最小量とする。
【０１３１】
供給時には、ランスが炉内空間からの痕跡量に曝されることにより、ノズルに対しての圧力を、約１．５ｂａｒへと増大させる。
【０１３２】
例えばスクラップおよび／またはキャスト鉄といったような鉄キャリアや塊状石炭や直接還元鉄やスラグ形成剤等の供給後に、多機能ランスを、段階的に駆動する。まず最初は、クリア量に維持する（流入圧力は、１ｂａｒ以下）。これは様々な目的のために適用される。しかしながら、各ステップの時間フローは、特に、供給材料の塊状度合い、融液の所望炭素含有率、スラグ内の金属酸化物含有率、融液の所望脱リン特性、等に依存して、変化することとなる。極端な例においては、開始時点からすべての機能が駆動状態とされ、所定時間にわたって一定に維持される。
【０１３３】
従来的なスクラップといったような平均的な供給材料の場合には、典型的な動作は、以下のようなものである。
【０１３４】
まず最初に、アークの点火および廃棄ガスエルボー内における火炎形成後に、ノズル４を通しての酸素供給を開始し、その直後に、ノズル３からの、例えば天然ガスといったような燃料（０．６〜０．７Ｎｍ3／ｍｉｎ） を、接続する。スクラップは、ランスの上流側において、予熱する（バーナー機能）。
【０１３５】
使用されているスクラップ混合体に応じた短時間後に、例えば２分後に、スクラップのカッティングおよび酸化融解のために、ノズル２を通しての平均的酸素導入を開始する。精練のために予め計算されたＯ2 量に応じて、例えば２０ｃｍという深さの金属溜まりが形成された後に、融液を、第１チューブによって制御される酸素ジェットパルスによる大量の酸素でもって、脱炭素化する。この場合、たいていの使用例においては、バーナー機能は、駆動状態のままである。これは、融解効率を最適化するためであり、融液の脱炭素化を最適化するためであり、さらに、融液の部分的酸化を最適化するためである。
【０１３６】
ノズル５からの酸素供給を接続した後に、可燃性の炉ガスを、個々の酸素ジェット内に巻き込み、部分的に燃焼させる。同時に放出される熱は、高効率でもってスクラップやスラグや融液に対して伝達され、廃棄ガス系内における損失となることがなく、廃棄ガス系内における熱負荷を軽減することができる。ノズル５からの酸素ジェット、すなわち、１個の多機能ランスあたりにつき２個〜１６個のジェットは、ランスの長さ方向中心軸から遠ざかる向きに傾斜して、スクラップ駆動ギア内に向けて下向きに、導入される。
【０１３７】
固体を少量供給するのに適したランスにおいては、ノズルの入口部分に特別の切換バルブが設置されている場合には、中央ノズルは、例えば石炭供給に関しての窒素による洗浄後に、空気モードから酸素モードへと切り換えることができる。精練のために酸素供給が要望された場合には、石炭供給が中止され、切換バルブを使用することにより、ノズルがＮ2 でもってクリーニングされ、ノズル１およびノズル２から、所定量の酸素が供給される。
【０１３８】
ノズル２を通しての酸素量は、炉のサイズや多機能ランスの数に依存して、１時間あたり４００〜３０００Ｎｍ3 とされる。ノズル６を通しては、１ｍｍ2 という供給断面積あたりにつき最大０．３ｋｇ／ｍｉｎの石炭が供給される。したがって、動作モードに応じて、融液を即座に精練することも、あるいは、脱炭素化することもできる。１２ｍｍという公称幅を有したノズル６を通しては、例えば、ノズル２から少量のＯ2 が供給されている場合には、最大３４ｋｇ／ｍｉｎでもって石炭を供給することができる。石炭の吹込により、スラグは、非常に迅速にかつ大いに発泡し、スラグ内におけるＦｅＯ含有率が、２０％以下という低レベルで安定化される。融液内の炭素含有率が例えば０．０４％という場合であってさえも、スチール内の酸素含有率は、約１０００ｐｐｍから、約６００ｐｐｍへと、低減される。これにより、特に、合金化剤の消費量が低減され、純粋な鉄が得られることとなる。このような効果は、窒素と、アルゴンおよびＣＨ4 の混合ガスと、の一方または双方を供給するクリーニング用（清掃用）ノズルを正確に制御することにより融液をクリーニングすることによって、増強することができる。
【０１３９】
例えば０．０３％といったように、融液内の炭素含有率を低く設定しなければならず、かつ、融液の過熱期間内にスラグを発泡させなければならないという場合には、石炭が、ごく小さな圧力でもってかつ小さな流量でもってノズル６を通してスラグ上に供給され、その後、再度、精錬が行われる。
【０１４０】
比較的大量の炭素を、融液に対して、あるいは、条件調整のためにスラグに対して、供給する場合には、不活性ガスまたは空気または少量の酸素が、ノズル２を通して供給され、大量の石炭が、ノズル６を通して供給される。ノズル６の入口における圧力は、次の式に従って、石炭供給につれて（固体供給につれて）増大する。
【数１】
0004563583.tif 000002
ここで、ｆは、キャリアガス量が一定の場合における圧力上昇係数を示しており、Ｂは、単位をｋｇ／Ｎｍ3 としたときにキャリアガス濃度を示している。
【０１４１】
特にＣｒ合金融液の場合には、ＣＯ分圧の減少、および、ノズル１，ノズル２，ノズル４からの酸素に対しての不活性ガスまたはスチームの混合によって炭素含有率が例えば１％以下である場合におけるＣｒスラグ化の減少が、特に有利である。
【０１４２】
その結果、０．４％以下という炭素含有率を効果的に得ることができる。すなわち、低温において高効率で合金要素の低レベルのスラグ化を得ることができる。このため、その後のＶＯＤ（真空による酸素の脱ガス）処理を、大幅に短縮することができ、ＥＡＦによる方法の全体的製造効率を、１つまたは複数の多機能ランスを使用しＶＯＤ処理を行うことで、実質的に増大させることができる。多機能ランスと組み合わせて、酸素や不活性ガスやスチームの底面吹込を行うことは、例えばステンレススチールといったような合金スチールを、ＥＡＦ内において本発明による方法を使用して製造するに際しては、特に適切な組合せである。極端な例においては、ステンレススチールは、ＶＯＤ処理なしであっても、そのようなＥＡＦ内において製造することができる。
【０１４３】
【発明の実施の形態】
本発明による多機能ランスおよびその使用について、以下、図１〜図９を参照してより詳細に説明する。
【０１４４】
この場合、図１〜図３には、比較的少量の固体を供給するための多機能ランスが示されている。また、図４〜図７には、比較的大量の固体を供給するための本発明による多機能ランスが示されている。
【０１４５】
図１に示す多機能ランスは、第１チューブ（１）を備えている。この第１チューブ（１）は、特に、気圧的に搬送することができるような、微小粒〜ダスト状の固体物質を供給するために使用される。この第１チューブ（１）は、多機能ランスの長さ方向中心軸（２）に沿って延在しており、第１環状ギャップ（４）を介して第２チューブ（３）によって囲まれている。第１環状ギャップ（４）は、第１チューブと第２チューブとの間に形成されており、この第１環状ギャップ（４）を通しては、特に、酸素含有ガスが供給される。
【０１４６】
第２チューブ（３）の内部は、ラバル（Laval） ノズルのようにして構成されている。第２チューブの端部開口は、ネジ結合によって第２チューブ（３）に対して容易に着脱可能とされた特定の開口部材（５）によって形成されている。このため、酸素含有ガスまたは酸素は、開口部材（５）から超音速で噴出する。
【０１４７】
第２チューブ（３）は、第３チューブ（６）によって囲まれている。これにより、第２チューブと第３チューブとの間には、第２環状ギャップ（７）が形成されている。この第２環状ギャップを通しては、気体状および液体状の燃料が供給される。
【０１４８】
第４チューブ（８）が、第３チューブ（６）を囲んでいる。これにより、第３チューブと第４チューブとの間には、第３環状ギャップ（９）が形成されている。この第３環状ギャップを通しては、特に、酸素含有ガスが供給される。
【０１４９】
さらに、第４チューブ（８）は、第５チューブ（１０）によって囲まれている。これにより、第４チューブと第５チューブとの間には、第４環状ギャップ（１１）が形成されている。この第４環状ギャップを通しては、特に、酸素含有ガスが供給される。
【０１５０】
第４環状ギャップ（１１）は、開口部材の側において、複数の流出ダクト（１２）でもって終端している。流出ダクト（１２）の中心軸（１３）は、多機能ランスの長さ方向中心軸（２）に対して傾斜している。長さ方向中心軸（２）と流出ダクト（１２）の開口部材との双方を通る平面（この平面は、図２の紙面に等しい）上に対しての、各流出ダクト（１２）の中心軸（１３）の垂直投影は、長さ方向中心軸（２）に対して、２．５〜２５°という角度αを形成する。傾斜のために、長さ方向中心軸（２）に対して直交する平面（この平面は、図３の紙面に等しい）上に対しての、各流出ダクト（１２）の中心軸（１３）の垂直投影（この垂直投影は、図３の図示における中心軸と一致する）は、長さ方向中心軸（２）と流出ダクト（１２）の開口部材との双方を通る平面に対して、２．５〜６０°という角度βを形成する。
【０１５１】
その結果、流出ダクト（１２）から吹き込まれる酸素含有ガスは、螺旋状混合運動を行い、これに伴い、冶金学的容器内の廃棄ガスが酸素ガスジェット内に巻き込まれて螺旋状混合運動内に巻き込まれる。この結果、酸素含有ガスと廃棄ガスとの十分な相互混合が起こり、廃棄ガスの総合的な後燃焼が起こる。
【０１５２】
第５チューブ（１０）の外側は、水冷式の二重壁ケーシング（１４）によって囲まれている。水冷ケーシング（１４）は、従来のものと同様に、第１，第２，第３チューブ（１，３，６）またはこれらの開口部材と同じ開口平面（１５）でもって終端している。第４チューブ（８）と第５チューブ（１０）とは、水冷二重壁ケーシング（１４）と一体的に、第２開口平面（１６）でもって終端することができる。この場合、第１開口平面は、（破線（１７）によって示されているように）第２開口平面よりも奥に配置されている。
【０１５３】
第２チューブ（３）の開口部材（５）と第３チューブ（６）の開口部材（１８）とには、外面上に、複数のスロット（１９）が形成されている。このため、第２環状ギャップ（７）および第３環状ギャップ（９）を通して供給されるガスに対して、増強された冷却効果が得られる。
【０１５４】
第１チューブ（１）は、内面が、耐摩耗性であるように構成される。この目的のために、第１チューブは、内面上にセラミックインサートを有している。この第１チューブ（１）は、また、例えば気圧式の駆動手段によって、矢印IIで示すように長さ方向中心軸に沿って移動可能とされている。
【０１５５】
第３チューブ（６）と第４チューブ（８）との双方は、長さ方向において分割されている。この場合、チューブ部分（６ａ、６ｂ）どうしは、ネジ連結によって互いに固定されており、チューブ部分（８ａ、８ｂ）どうしも、ネジ連結によって互いに固定されている。その結果、チューブ部分（６ｂ、８ｂ）は、修理を必要とした際には、迅速に交換することができる。例えばＯリングを使用したシールが採用されている。
【０１５６】
図４に示す多機能ランスは、第１チューブ（２０）を備えている。この第１チューブ（２０）は、特に、酸素含有ガスを供給するために使用される。この第１チューブ（２０）は、多機能ランスの長さ方向中心軸（２１）に沿って延在しており、第１環状ギャップ（２３）を介して第２チューブ（２２）によって囲まれている。第１環状ギャップ（２３）は、第１チューブと第２チューブとの間に形成されており、この第１環状ギャップ（２３）を通しても、特に、酸素含有ガスが供給される。
【０１５７】
第１チューブ（２０）を通して酸素含有ガスが供給されたときには、第１チューブは、主に、第１環状ギャップ（２３）から噴出するガスジェットのパルスを制御するように機能する、あるいは、スラグのＦｅＯ含有率を制御するように機能する。この目的のために、第１チューブ（２０）は、例えば気圧式の駆動手段によって、矢印III で示すように長さ方向中心軸（２１）に沿って移動可能とされている。しかしながら、第１チューブ（２０）を使用して、液体の注入ステップを行うこともできる。
【０１５８】
第２チューブ（２２）の内部は、端部開口部材（２４）のところにおいて、ラバル（Laval） ノズルのようにして構成されている。このため、酸素含有ガスまたは酸素は、開口部材（２４）から超音速で噴出する。
【０１５９】
第２チューブ（２２）は、第３チューブ（２５）によって囲まれている。これにより、第２チューブと第３チューブとの間には、第２環状ギャップ（２６）が形成されている。この第２環状ギャップを通しては、気体状および液体状の燃料が供給される。
【０１６０】
第４チューブ（２７）が、第３チューブ（２５）を囲んでいる。これにより、第３チューブと第４チューブとの間には、第３環状ギャップ（２８）が形成されている。この第３環状ギャップを通しては、特に、酸素含有ガスが供給される。
【０１６１】
さらに、第４チューブ（２７）は、第５チューブ（２９）によって囲まれている。これにより、第４チューブと第５チューブとの間には、第４環状ギャップ（３０）が形成されている。この第４環状ギャップを通しては、冷却水が供給される。
【０１６２】
さらに、第５チューブ（２９）は、第６チューブ（３１）によって囲まれている。これにより、第５チューブと第６チューブとの間には、第５環状ギャップ（３２）が形成されている。この第５環状ギャップを通しては、特に、酸素含有ガスが供給される。
【０１６３】
第５環状ギャップ（３２）は、開口部材の側において、複数の流出ダクト（３３）でもって終端している。流出ダクト（３３）の中心軸（３４）は、多機能ランスの長さ方向中心軸（２１）に対して傾斜している。長さ方向中心軸（２１）と流出ダクト（３３）の開口部材との双方を通る平面（この平面は、図５の紙面に等しい）上に対しての、各流出ダクト（３３）の中心軸（３４）の垂直投影は、長さ方向中心軸（２１）に対して、２．５〜２５°という角度αを形成する。傾斜のために、長さ方向中心軸（２１）に対して直交する平面（この平面は、図６の紙面に等しい）上に対しての、各流出ダクト（３３）の中心軸（３４）の垂直投影（この垂直投影は、図６の図示における中心軸と一致する）は、長さ方向中心軸（２１）と流出ダクト（３３）の開口部材との双方を通る平面に対して、２．５〜６０°という角度βを形成する。
【０１６４】
その結果、流出ダクト（３３）から吹き込まれる酸素含有ガスは、螺旋状混合運動を行い、これに伴い、冶金学的容器内の廃棄ガスが酸素ガスジェット内に巻き込まれて螺旋状混合運動内に巻き込まれる。この結果、酸素含有ガスと廃棄ガスとの十分な相互混合が起こり、廃棄ガスの総合的な後燃焼が起こる。
【０１６５】
第６チューブ（３１）の外側は、第７チューブ（３５）によって囲まれている。これにより、第６環状ギャップ（３６）が形成されている。この第６環状ギャップを通しては、冷却水が抽出される。
【０１６６】
第４環状ギャップ（３０）と第６環状ギャップ（３６）とは、開口部材の側において閉塞するように構成されており、多機能ランスのヘッド（３７）内の孔（３８）を通して連通している。第４環状ギャップ（３０）と第６環状ギャップ（３６）とは、孔（３８）も含めて、水冷式の二重壁ケーシングを形成している。動作時には、この二重壁ケーシングを通して、約６０ｍ3／ｈ という量の水が流れる。
【０１６７】
ダスト状〜微粒という固体を供給するための複数のノズルチューブ（３９）が、第５環状ギャップ（３２）内に設置されている。図４および図５においては、選択した断面の都合により、断面内にただ１つのノズルチューブ（３９）だけが図示されている。ノズルチューブ（３９）は、内面が、耐摩耗性であるように構成される。この目的のために、第１チューブは、内面上にセラミックインサートが設けられている。ノズルチューブ（３９）は、多機能ランスのヘッド（３７）において開口している。つまり、ヘッドに孔を開けている。ノズルチューブ（３９）の開口は、この場合には円筒形状とされているけれども、わずかに円錐台形状に拡径することもでき、また、ラバルノズルの形状とすることもできる。
【０１６８】
場合によって、後燃焼のために流出ダクト（３３）が使用されないときには、第５環状ギャップ（３２）の全体を使用して、キャリアガスおよび固体を付加的に導入することができる。その場合、固体は、この場合には耐摩耗性のものとして構成されている流出ダクト（３３）を通して、吹き込まれる。
【０１６９】
第２チューブ（２２）の開口部材（２４）と第３チューブ（２５）の開口部材（４０）とには、外面上に、複数のスロット（４１）が形成されている。このため、第２環状ギャップ（２６）および第３環状ギャップ（２８）を通して供給されるガスに対して、増強された冷却効果が得られる。
【０１７０】
第４，第５，第６，第７チューブ（２７，２９，３１，３５）は、第１開口平面（４２）でもって終端している。第２チューブ（２２）の開口部材（２４）と第３チューブ（２５）の開口部材（４０）とは、第２開口平面（４３）でもって終端している。この場合、第２開口平面は、第２開口平面よりも、いくらか奥に配置されている。
【０１７１】
第４チューブ（２７）と第５チューブ（２９）との双方は、長さ方向において分割されている。この場合、第４チューブ（２７）は、２カ所で分割されており、第５チューブ（２９）は、１カ所で分割されている。それぞれのチューブ部分どうしは、ネジ連結（４４）によって互いに固定されている。その結果、それぞれのチューブ部分は、修理を必要とした際には、迅速に交換することができる。例えばＯリングを使用したシールが採用されている。
【０１７２】
多機能ランスのヘッド（３７）の水冷部分は、換言すれば、第４〜第７チューブ（２７，２９，３１，３５）の開口部材は、好ましくは、銅から形成されており、より詳細には、溶接または鍛造されており、好ましくはキャストされている。いずれにしても溶接痕が１つだけであるので、これら部材は、容易に取り外すことができ、したがって、容易に交換することができる。
【０１７３】
ノズルチューブ（３９）には、多機能ランスのほぼ中央に、固体分散用チャンバ（４５）が設けられている。このチャンバは、環状中空ボディとして構成されていて、多機能ランスを囲んでいる。固体分散用チャンバ（４５）内には、さらなる環状中空ボディ（４６）が配置されている。しかしながら、この環状中空ボディ（４６）は、上面が開口しているものとして構成されている。ここで、このため、固体分散用チャンバ（４５）のカバー（４７）と、環状中空ボディ（４６）の側方境界（４８）と、の間には、ギャップが形成されている。ノズルチューブ（３９）は、固体分散用チャンバ（４５）の底面を孔開けしており、中空ボディ（４６）の底面（５０）内において開口している。固体供給口（５１）は、固体分散用チャンバ（４５）に対してほぼ接線方向に開口している。送り込まれた固体は、固体分散用チャンバ（４５）内において分散され、さらなる中空ボディ（４６）の側方境界（４８）を通して流通する。ここで、側方境界は、一種のオーバーフロー部を形成している。固体は、このようにしてまず中空ボディ（４６）内に流入し、その後、ノズルチューブ（３９）内へと流入する。
【０１７４】
図７は、（比較的大量の固体を供給するための）多機能ランスに対してのガスと固体との供給システムを示している。
【０１７５】
すべての使用例において必要なすべてのガスと固体とを供給するために、燃料供給手段（５２）と、キャリアガス供給手段（５３）と、酸素供給手段（５４）と、空気供給手段（５５）と、１つまたは複数の固体供給手段（５６）と、が設けられており、さらに、特定の使用例においては、スチーム供給手段（５７）が設けられる。
【０１７６】
例えばメタンやエタンやプロパンやブタンやあるいはこれらの混合ガスといったような炭化水素を、主に、燃料として使用することができる。しかしながら、利用可能性によっては、例えば燃料オイルといったような液体燃料を使用することが適切であることもある。液体燃料を使用する場合、液体燃料が高粘性オイルであるときには、使用前に予熱することが有利である。
【０１７７】
典型的には、例えば窒素やアルゴンやこれらの混合ガスといったような不活性ガスが、キャリアガスとして使用される。しかしながら、使用例によっては、例えば空気や天然ガスといったような他のガスを、キャリアガスとして使用することもできる。
【０１７８】
第１チューブ（２０）、第１環状ギャップ（２３）、第２環状ギャップ（２６）、第３環状ギャップ（２８）、および、第５環状ギャップ（３２）には、それぞれガス供給ライン（５８，５９，６０，６１，６２）が設けられている。第２環状ギャップ（２６）には、燃料供給手段（５２）とキャリアガス供給手段（５３）とが接続されている。残りの環状ギャップ（２３，２８，３２）および第１チューブ（２０）には、キャリアガス供給手段（５３）と酸素供給手段（５４）と空気供給手段（５５）とが接続されている。特定の使用例においては、残りの環状ギャップ（２３，２８，３２）および第１チューブ（２０）には、スチーム供給手段（５７）が接続される。
【０１７９】
本発明による多機能ランスの石炭供給機能および固体供給機能のために、固体分散用チャンバ（４５）に対してのキャリアガス供給ライン（６３）には、また、場合によっては第１，第３，第５環状ギャップに対してのガス供給ライン（５９，６１，６２）には、総合的な機能融通性の効果のために、固体供給手段（５６）を連結することも、連結解除することも、できる。
【０１８０】
そのような場合であっても、主に石炭とされる固体の大部分の量は、ノズルチューブ（３９）を通して導入される。しかしながら、場合によっては、ある程度の量の固体を、環状ギャップ（２３，２８，３２）のうちの１つまたは複数のものを通して、任意のタイミングで導入することもできる。その場合、固体の導入のための各キャリアガスは、酸素や空気やスチームやあるいはこれらの混合ガスとすることができる。
【０１８１】
さらに、多機能ランスには、すなわち、第４環状ギャップ（３０）および第６環状ギャップ（３６）には、冷却水流入口（６４）と冷却水排出口（６５）とが設けられている。冷却水は、多くの使用例においては、省略することができる。そのため、ランスヘッドの耐久性を維持する必要がなければ、冷却水の省略は、電気炉においても可能である。
【０１８２】
図８は、電気炉（６６）の鉛直方向断面図を示しており、本発明による多機能ランス（６７，６８）が設置されている。さらに、融液（７０）またはスラグ（７１）内へのジェット（６９）の進入が示されており、また、炉廃棄ガスの後燃焼のための酸素ジェット（短い矢印（７２））が示されている。その上、電気炉（６６）内には、従来のものと同様の、バーナー／後燃焼ランス（７５）と、ドアバーナー（７４）と、底面清掃ノズル（７５）と、が設置されている。また、取出口（７６）が設けられている。多機能ランス（６８）は、炉内部に向けて前方側に湾曲したパネル（７７）によって保護されている。
【０１８３】
図８ａは、図８の電気炉（６６）の水平方向断面を示している。多機能ランス（６８）は、電極配置円（７８）に対して偏心している円に関してのほぼ接線方向に配置されている。これにより、過度の電極消費や早すぎる摩耗を防止している。他の多機能ランス（６７）は、電気炉（６６）の副室（ベイ）（７９）内に配置されている。
【０１８４】
図９および図９ａは、偏心したシャフトとバーナー／後燃焼ランス（７３）と底面ノズル（７５）とを備えてなる電気炉（８０）内における、多機能ランス（６７，６８）の設置を示している。さらなる多機能ランス（８１）が、上下動ギア（図示せず）を介して、設置されている。このさらなる多機能ランスは、電気炉（８０）の外部に設置されるもので、一時的通風の目的のために、炉の屋根内の複数のオリフィスを通して、１つまたは複数の位置から炉内に連通する。このタイプの炉においては、予熱されて既に部分的にペースト状となったスクラップ（８２）を、スカルを形成させることなく電極（８６）に向けて移動させることが、特に重要である。
【０１８５】
このことは、図示のノズル構成によって、特に効果的に得られる。図示の構成では、取出時間を４０分以内へと短縮することができた。また、液体スチールに関して電流消費を２９０ｋＷｈ／ｔ以下に低下させることができた。炉の屋根を通して設置されているさらなる多機能ランスも、また、この成果に貢献している。
【０１８６】
［実際の実験例］
以下の実験例においても、第１チューブ、第１環状ギャップ、第２環状ギャップ、第３環状ギャップ、第５環状ギャップ、および、ノズルチューブまたはそれぞれの開口部材に対して、ノズル１、ノズル２、ノズル３、ノズル４、ノズル５、および、ノズル６という表現が使用される。
【０１８７】
［実験例１］
８０ＭＶＡという変圧器容量の１１５ｔタイプの電気炉において、図５および図５ａに示したような３個の多機能ランス（４９および５０）が実装された。炉には、さらに、２個の底面清掃用ノズルと、４個の後燃焼／バーナーランス（５５）と、ドアバーナー（５７）と、が実装された。
【０１８８】
ノズル１、ノズル２、ノズル４、および、ノズル５を、空気でもって動作させつつ、約２０ｔの金属溜まり上に、４９ｔの第１スクラップバスケットと、１９ｔの固体銑鉄と、１０００ｋｇの塊状石炭と、を投入した後に、ノズル３およびノズル４を使用して、Ｏ2を６Ｎｍ3／ｍｉｎという流量で（ノズル４）、また、ＣＨ4を３Ｎｍ3／ｍｉｎという流量で（ノズル３）、導入した。２分後に、ノズル２とノズル５とが、空気供給から酸素供給へと変更され、６Ｎｍ3／ｍｉｎ という流量（ノズル２）と４．５Ｎｍ3／ｍｉｎ という流量（ノズル５）とで酸素が供給された。空気と５ｋｇ／ｍｉｎという量の微粒石炭とが、ノズル６を通して導入された。これにより、スクラップの溶融が加速されるとともにスクラップの酸化が制御された。５分後の電力が通電された。すなわち、溶融金属の量が増えた後に通電された。ノズル２を通しての酸素量は、１６Ｎｍ3／ｍｉｎ へと増やされ、ノズル１を通しての石炭導入量は、１２ｋｇ／ｍｉｎへと倍増された。第１バスケットに関しての溶融操作の終了に向けては、ノズル５を通しての酸素導入量が、減らされた。
【０１８９】
５７ｔのスクラップが第２バスケット内に供給され、多機能ランスと後燃焼ランスとを使用することによって、予熱やカッティングや溶融加速や炉廃棄ガスの後燃焼といったような先と同じ操作が、行われた。３個の多機能ランスのノズル５からの酸素ジェットにより、集中的な精練が行われた。２個の底面ノズル（５７）は、０．４Ｎｍ3／ｍｉｎという流量でＮ2を供給するように、および、０．２Ｎｍ3／ｍｉｎという流量でＣＨ4を供給するように、駆動された。これらガスは、ガス制御ステーションにおいて事前に混合された。ただし、２つのフラットバス期間においては、流量は、半分とされた。すべての後燃焼ランス（５５）を通しての酸素量は、廃棄ガス中のＣＯ含有率が１０％を超えないように、廃棄ガスの分析結果に合わせて行われた。
【０１９０】
石炭の供給は、とりわけ、発泡スラグを形成したいという要求に応じて、また、約１５８０℃という融液内における炭素含有率を約０．３０％にしたいという要求に応じて、セットされた。３分間の間に、石炭は、粒状の軽量シュレッダーダストへと置き換えられた。スラグの発泡も、また、この手段によって行われた。過熱期間においては、精練は、Ｏ2流量が全体で最大４５００Ｎｍ3／ｈであるようにして行われた。一方、多機能ランス（４９，５０）の後燃焼ノズル（ノズル５）およびバーナー（５５）は、空気によるクリーニング状態に維持された。スラギングオフ（slagging-off）後かつ取出の２分前には、最小の精練効果でもって融液の酸素含有率を約６００ｐｐｍへと低下させるために、石炭が、再度大量に供給された。
【０１９１】
融液（融解物）内のＣの量が０．３％であると、スラグ内のＦｅＯ含有率は、１８％であり、したがって、液体スチールの収率は、９２％と高いものであった。取出フォローアップ時間は、約５２分であり、溶融能力は、１３２ｔ／ｈ以上であった。液体スチール１ｔあたりの消費量は、石灰が３９ｋｇ、電極が２．１ｋｇ、塊状石炭が９ｋｇ、石炭吹込量が１２ｋｇ、Ｏ2が５５Ｎｍ3、ＣＨ4 が４Ｎｍ3、 電力が２９０ｋＷｈであった。この場合に使用された多機能ランスは、８００バッチに及ぶ耐久性を有していた。石炭供給用のノズルだけが、用心のために、一度だけ交換された。
【０１９２】
［実験例２］
６０ｔの容量の電気炉内におけるクロムによる合金化融液の製造においては、３個の小流量タイプの多機能ランスを使用することにより、融液内の炭素含有率を、０．８％から０．３％へと低下させることができた。スラグ内のＣｒ2Ｏ3量は、精練期間の終了前の３分の１の期間にわたって、４０％のＯ2と６０％のＮ2とを供給することにより、１２％以下に維持することができた。これらのテストにおいては、電気炉の底面において、３個の清掃用ノズルが、Ｎ2とＣＨ4とを供給するというようにして駆動されることにより、使用された。多機能ランスを使用したこの精練期間により、その後のＶＯＤ処理を１バッチあたり３０分ずつ短縮することができた。スラグは、スラグ発泡器内に吹き込むことによって、発泡された。しかしながら、この目的のために、固体供給量は、全体で９０ｋｇ／ｍｉｎへと増大させる必要があった。最終的な炭素含有率は、０．０３％であった。
【０１９３】
［実験例３］
８０％ＤＲＩおよび２０％スクラップの溶融においては、炉のベイ部（副室）内の取出領域に、１個の多機能ランスが設置され、炉の屋根を通して移動可能であるようにして炉内に開口するようにして、２個の多機能ランスが設置された。これら２個のランスは、炉内へと連続的に投入されるＤＲＩの投入落下箇所に向けて配置された。このバス領域は、炉の底面に設置されてＮ2＋ＣＨ4を導入するよう駆動される２個の清掃用ノズルによってより効果的に相互混合された。主な利点は、この１５０ｔ容量の電気炉からの取出時間を、１０５分から８３分へと短縮できたことであった。製造効率は、２０％も向上した。
【０１９４】
［実験例４］
底部に酸素と石灰ダストとが導入されるようになっている６５ｔ容量の転炉において、転炉の径方向外側に固定式に多機能ランスが設置された。底部に、Ｏ2 が、２００Ｎｍ3／ｍｉｎ で供給され、メインの脱炭素期間には、多機能ランスによって、Ｏ2が、最大１０５Ｎｍ3／ｍｉｎで供給された。３分間のスクラップ予熱と、１ｔあたりにつき１５ｋｇという石炭の供給と、転炉内の廃棄ガスの部分的後燃焼および熱伝達と、により、（液体スチールの収率に関しての）スクラップ速度を、２２％から２７％へと増大させることができた。底面ノズルの数を減少させることができ、ノズルどうしの間の間隔を広げることができ、さらに、底面ノズルの耐久性を７００バッチから８２０バッチへと向上させることができた。また、転炉の上部円錐領域内に位置している金属とスラグ外皮とが、時間のかかる態様で燃焼させたり破砕したりすることによって除去する必要がない程度にまで、減少されていることも、また、特に重要である。これにより、転炉の利用効率が、向上した。多機能ランスの格別の特徴点により、酸素供給を、転炉壁内に設置される側壁ノズルから、転炉の径方向外側へと、移行させることができた。形成されるジェットの自由長さは、悪影響をもたらすことなく、２．４ｍも長くなった。
【０１９５】
［実験例５］
金属性の供給物質が、微量成分（トレース成分）の少ない液体銑鉄が５２％とスクラップが４８％とから構成されている場合に、１２０ｔ容量のＤＣ電気炉内において多機能ランスを使用することが、特に有利であることがわかった。しかしながら、銑鉄は、リン成分を０．１５％含有している。９５ＭＶＡという変圧器容量のこの電気炉においては、炉の側壁内に、４個の多機能ランスが実装された。４個のランスのうちの２つのものは、液体銑鉄が十分な量の炭素を含有していることにより、石炭供給を行わなかった。しかしながら、リンのスラグ化を補助するために、ノズル６を使用することにより、石灰ダストが周期的に導入された（合計で１００ｋｇ／ｍｉｎ）。さらに、いくつかの通風（吹込）期間に、高圧（８バール）の酸素を多機能ランスのノズル１から導入するための手段が設けられた。その結果、スラグ内のＦｅＯ含有率は、２０％から３５％へと増大した。これにより、スラグと融液との間におけるリンの分散度合いを、５０から９０へと上昇させることができた。つまり、脱リン性能が明確に改良された。その結果、時間的な損失をもたらすことなく、最終サンプル内において、０．０１５％というリン濃度を達成することができた。スラグ量は、液体スチール１ｔあたりにつき１２０ｋｇであった。
【０１９６】
２つの水冷式酸素ランスは、除去された。これらランスは、通常、精練およびスラグ発泡に際して、スラグドアを通して、炉内へと導入される。炉のドアは、スラギングオフのときにだけ開放された。これにより、窒素を含有した冷たい空気の流入が、実質的に低減された。以下の操作モードが採用された。
【０１９７】
ただ１つの第１バスケットの投入後に、電極よりも下方のスクラップ領域を、５分で融解させた。炉の屋根が開放され、銑鉄用の杓を使用して、液体銑鉄がこの融解領域内に迅速に移された。電流供給のこの中断時までは、多機能ランスは、バーナーモードで使用され、銑鉄が移される前には、多機能ランスは、後燃焼モードおよびスクラップカッティングモードで使用された。銑鉄の投入後には、精錬が行われた。その場合、Ｏ2を１７００Ｎｍ3／ｈで供給することによって多機能ランスの精練ジェットが、４カ所で形成され、融液内に進入した。炉廃棄ガスの後燃焼のためのノズル５は、スクラップを１００％投入するという炉駆動時よりも、多機能ランスの長さ方向軸からあまり離れることなく、使用された。これにより、後燃焼時に放出される熱は、スラグおよび融液に対して、より効率的に伝達された。
【０１９８】
結局、液体スチール１ｔあたりの電流消費が２２０ｋＷｈから１９０ｋＷｈへと低減され、取出フォローアップ時間が１０％も短縮され、最終スチールにおける窒素含有率が平均で５８ｐｐｍから４９ｐｐｍへと低減された。この使用時にも、多機能ランスの耐久性は、水冷式の精練ランスよりも、ずっと大きなものであった。
【０１９９】
本発明は、添付図面および実験例において例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に際して使用可能であるような当業者に公知のすべての手段をも包含するものである。
【０２００】
よって、多機能ランスおよびその動作モードにおいて利用可能であるような様々な可能性を組み合わせたものも本発明の範囲内であり、例えば炭素含有率の小さな鉄合金の融液といったような様々な融液の製造のための他の反応炉の動作条件に対しての多機能ランスおよびその動作モードの適用も、本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  中央長さ方向軸に沿って多機能ランスを示す長さ方向断面図である。
【図２】  多機能ランスのヘッドを示す長さ方向断面図である。
【図３】  図２に示すヘッドを、図２における矢印I 方向において示す図である。
【図４】  比較的大量の固体を供給するための本発明による多機能ランスの構成全体にわたっての長さ方向断面図である。
【図５】  図４の多機能ランスのヘッドを示す長さ方向断面図である。
【図６】  図５に示すヘッドを、図５における矢印IV方向において示す図である。
【図７】  比較的大量の固体を供給するための多機能ランスを、ガス供給ラインとともに示す図である。
【図８】  冶金学的容器内への本発明による多機能ランスの設置状況を示す図である。
【図９】  冶金学的容器内への本発明による多機能ランスの設置状況を示す図である。
【符号の説明】
１    第１チューブ
２    長さ方向中心軸
３    第２チューブ
４    第１環状ギャップ
５    開口部材
６    第３チューブ
６ａ  チューブ部分
６ｂ  チューブ部分
７    第２環状ギャップ
８    第４チューブ
８ａ  チューブ部分
８ｂ  チューブ部分
９    第３環状ギャップ
１０    第５チューブ
１１    第４環状ギャップ
１２    流出ダクト
１４    水冷式の二重ケーシング
１５    第１開口平面
１６    第２開口平面
２０    第１チューブ
２１    長さ方向中心軸
２２    第２チューブ
２３    第１環状ギャップ
２４    開口部材
２５    第３チューブ
２６    第２環状ギャップ
２７    第４チューブ
２８    第３環状ギャップ
２９    第５チューブ
３０    第４環状ギャップ
３１    第６チューブ
３２    第５環状ギャップ
３３    流出ダクト
３５    第７チューブ
３６    第６環状ギャップ
３７    ヘッド
３８    孔
３９    ノズルチューブ
４２    第１開口平面
４３    第２開口平面
４４    ネジ連結
４５    固体分散用チャンバ
４６    中空ボディ（さらなる固体分散用チャンバ）
５１    固体供給手段
５３    キャリアガス供給手段
５４    酸素供給手段
５５    空気供給手段
５６    固体供給手段
５７    スチーム供給手段
６３    キャリアガス供給ライン
８３    中心軸
【図１】
0004563583.tif 000003
【図２】
0004563583.tif 000004
【図３】
0004563583.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004563583.tif 000009
【図８】
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【図８ａ】
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【図９】
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【図９ａ】
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