ES2246968T3 - Lanza de chorro coherente refrigerada por fluido. - Google Patents
Lanza de chorro coherente refrigerada por fluido.Info
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Abstract
Una lanza para proporcionar al menos un chorro coherente, que comprende: (A) un conducto principal que comunica con al menos una boquilla para proporcionar gas principal a partir de la lanza; (B) un primer conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al conducto principal para que fluya el fluido de refrigeración; (C) un segundo conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al primer conducto anular para que fluya el primer fluido envolvente de llama; (D) un tercer conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al segundo conducto anular para que fluya el segundo fluido envolvente de llama; (E) un cuarto conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al tercer conducto anular para que fluya el fluido de refrigeración; y (F) al menos un conducto de flujo para que fluya el fluido de refrigeración entre el primer conducto anular y el cuarto conducto anular; caracterizado porque dicho segundo y tercer conductos anulares se encuentran localizados entre dicho primer y cuarto conductos anulares.
Description
Lanza de chorro coherente refrigerada por
fluido.
De manera general, este invento se refiere a
tecnología de chorro coherente.
Un avance significativo reciente en el campo de
las lanzas de gas es el desarrollo de la tecnología de chorro
coherente descrita, por ejemplo, en la patente de EE.UU. Nº.
5.814.125 - Anderson et al. En la práctica de esta
tecnología, un chorro de gas de alta velocidad expulsado por una
lanza se mantiene coherente en una distancia relativamente larga
mediante la utilización de un envolvente de llama que se extiende
alrededor y en sentido coaxial al chorro de gas de alta velocidad.
El envolvente de llama se genera produciendo la combustión
respectiva de corrientes de combustible y oxidante que adoptan una
configuración anular con respecto al chorro de gas expulsado a alta
velocidad. El chorro coherente resultante puede utilizarse para
suministrar gas dentro de un líquido, tal como un metal fundido,
desde una distancia relativamente grande por encima de la superficie
del líquido. Una aplicación muy importante de esta tecnología de
chorro coherente ha sido para proporcionar oxígeno para su
utilización en los hornos de arco
eléctrico.
eléctrico.
Además, a partir de la patente europea
A-0 918 093 se conoce una lanza de chorro coherente
como se define en la parte que pre-caracteriza de la
reivindicación 1.
Resulta deseable emplear la tecnología de chorro
coherente en otras operaciones de producción de acero tal como los
hornos de oxígenos básicos. Si los chorros coherentes se hicieran
más largos, aumentaría el potencial para la utilización de la
tecnología de chorro coherente en los hornos de oxígeno básicos y en
otras aplicaciones a gran escala.
Por consiguiente, un objeto de este invento es
proporcionar una lanza que pueda ser utilizada para proporcionar un
chorro de gas coherente que sea más largo en comparación con los
chorros coherentes conocidos hasta el momento.
Los objetos anteriores y otros, que pueden
resultar aparentes para los expertos en la técnica tras la lectura
de esta descripción, se logran mediante el presente invento que
es:
una lanza para proporcionar al menos un chorro
coherente como se define en la reivindicación 1.
Según se emplea en la presente memoria, la
expresión "chorro coherente" significa un chorro de gas que
presenta un perfil de velocidad a lo largo de una distancia
considerable aguas abajo de la boquilla a través de la cual es
expulsado que es similar al perfil de velocidad que tiene nada más
ser expulsado por la boquilla.
Según se emplea en la presente memoria, el
término "anular" significa con forma de anillo.
Según se emplea en la presente memoria, la
expresión "envolvente de llama" significa una corriente de
combustión anular y coaxial con la corriente de gas principal.
Según se emplea en la presente memoria, el
término "longitud", cuando se refiere a un chorro de gas
coherente, significa la distancia desde la boquilla a través de la
cual es expulsado hasta el punto de impacto deseado del chorro de
gas coherente o hasta donde el chorro de gas deja de ser
coherente.
Según se emplea en la presente memoria, el
término "eje" significa la línea imaginaria que se extiende
longitudinalmente a lo largo del centro de la lanza.
La Figura 1 es una vista de una realización
preferida de la lanza de chorro coherente refrigerada por fluido de
este invento.
La Figura 2 es una vista de corte transversal de
la lanza ilustrada en la Figura 1 tomada a lo largo de
B-B.
Los números de los dibujos son iguales para los
elementos comunes.
El invento plasma el descubrimiento en el que,
siendo el resto de cosas iguales, puede aumentarse la longitud del
chorro coherente si se proporciona un envolvente de llama alrededor
del chorro de gas principal espaciada radialmente a partir del
chorro de gas principal. En el invento, el fluido de refrigeración
se pasa por un conducto anular inmediatamente adyacente al conducto
principal por el que fluye el gas principal que forma el chorro
coherente. Este tiene el efecto de espaciar radialmente los
conductos anulares que suministran el fluido envolvente de llama a
una distancia del conducto principal mayor que la de la práctica
convencional. El otro conducto de fluido de refrigeración se
encuentra en la otra parte de los dos conductos de fluidos
envolventes de llama. De esta forma los fluidos envolventes de llama
son expulsados por la lanza a una distancia del perímetro del
chorro(s) coherente mayor que la distancia convencional, para
permitir un chorro(s) coherente de longitud mayor, pero no a
una distancia demasiado grande como para que tenga un efecto
perjudicial sobre la eficacia del envolvente de llama a la hora de
establecer y mantener el chorro(s) coherente.
El invento se describirá con mayor detalle
haciendo referencia a los dibujos. Con respecto a las Figuras 1 y 2,
la lanza 1 de chorro coherente comprende un conducto principal 2 que
comunica con las boquillas 3. El conducto principal 2 comunica con
una fuente de gas principal (no vista). El gas principal puede ser
cualquier gas o mezcla de gas. Ejemplos de gas principal incluyen
oxígeno, nitrógeno, argón y aire. El gas principal pasa a través del
conducto principal y es expulsado fuera por la lanza a través de los
boquillas al interior del espacio de inyección 4, tal como, por
ejemplo el interior de un horno de producción de acero. Como puede
verse a partir de la Figura 1, la realización del invento que se
ilustra en los dibujos emplea cuatro boquillas para la expulsión del
gas principal por parte de la lanza 1. Asimismo, como se muestra en
la Figura 2, el gas principal, así como también los fluidos
envolventes de llama que se describirán a continuación, se
proporcionan primero al interior de la zona de protección 5 formada
mediante la extensión de la lanza 6, antes de pasar al interior del
espacio de inyección 4. Preferiblemente, como se muestra en la
Figura 2, la zona protectora 5 tiene una profundidad mayor en su
periferia y presenta su menor profundidad en el punto medio,
coincidiendo con el eje de la lanza.
El primer conducto anular 7 es coaxial y se
encuentra espaciado radialmente con respecto al conducto principal
2. El fluido de refrigeración, tal como agua, fluye a través del
primer conducto anular 7. Preferiblemente, como se muestra en la
Figura 2 mediante la flecha de flujo 8, el fluido de refrigeración
fluye a través del primer conducto anular 7 hacia la cabeza o cara
de la lanza 1 aunque, si se desea esta dirección de flujo del fluido
de refrigeración puede invertirse.
El segundo conducto anular 9 es coaxial y se
encuentra espaciado radialmente con respecto al primero conducto
anular 7 y comunica con el medio interno de inyección anular tal
como el círculo de orificios 11. El tercer conducto anular 10 es
coaxial y se encuentra espaciado radialmente a partir del segundo
conducto anular 9 y comunica con el medio externo de inyección
anular tal como el círculo de orificios 12. El fluido envolvente de
llama, ya sea combustible u oxidante, pasa a través de los conductos
9 y 10 y es inyectado a través de los respectivos círculos de
orificios 11 y 12 al interior de la zona de protección 5 y a
continuación al interior del espacio de inyección 4, en el que se
quema para formar el envolvente de llama alrededor de chorro de gas
principal. En una realización preferida el combustible, tal como gas
natural, es el primer fluido 13 envolvente de llama en el conducto 9
y un oxidante es el segundo fluido 14 envolvente de llama en el
conducto 10. El oxidante puede ser un oxidante eficaz tal como aire,
aire enriquecido en oxígeno u oxígeno puro. Las fuentes del primer y
segundo fluidos envolventes de llama no se muestran en los dibujos.
Si se desea, el oxidante para el envolvente de llama puede fluir por
el conducto interno 9 envolvente de llama, y el combustible para el
envolvente de llama puede fluir por el conducto externo 10
envolvente de llama.
El cuarto conducto anular 15 es coaxial y se
encuentra espaciado radialmente a partir del tercer conducto anular
10. El fluido de refrigeración fluye a través del conducto 15.
Preferiblemente, como muestra la flecha de flujo 16 de la Figura 2,
el fluido de refrigeración fluye por el conducto 15 fuera de la
cabeza o de la cara de la lanza 1.
El primer conducto anular 7 y el cuarto conducto
anular 15 se comunican mediante uno o más conductos de flujo 17. En
la realización que se muestra en los dibujos, el fluido de
refrigeración fluye a partir del primer conducto anular 7 a través
de los conductos de flujo 17 hacia el interior del cuarto conducto
anular 15. Preferiblemente, como se muestra en la Figura 2, el
conducto(s) 17 es en parte paralelo y en parte perpendicular
al eje de la lanza 1, aunque el conducto(s) 17 puede estar
también en ángulo agudo con respecto al eje de la lanza 1. Por
supuesto, se entiende que el primer y cuarto conductos anulares
difieren del segundo y tercer conductos anulares en que no existe
medio alguno por el que el fluido que fluye por el primer y cuarto
conducto anulares pueda pasar desde la lanza, en la cabeza o en la
cara de la misma, hacia el interior de la zona de inyección. Esto
es, los conductos anulares 7 y 15 se encuentran cerrados a la cabeza
o la cara de la lanza 1.
El invento permite la refrigeración eficaz de la
lanza, que resulta particularmente importante si la lanza se emplea
en un entorno caliente tal como un horno de producción de acero, al
tiempo que también orienta los conductos de suministro del
envolvente de llama a una distancia mayor del conducto principal,
dando como último resultado la generación de un chorro de gas
coherente más largo que puede utilizarse de manera ventajosa en una
operación a gran escala tal como un horno básico de oxígeno.
Claims (4)
1. Una lanza para proporcionar al menos un chorro
coherente, que comprende:
- (A)
- un conducto principal que comunica con al menos una boquilla para proporcionar gas principal a partir de la lanza;
- (B)
- un primer conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al conducto principal para que fluya el fluido de refrigeración;
- (C)
- un segundo conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al primer conducto anular para que fluya el primer fluido envolvente de llama;
- (D)
- un tercer conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al segundo conducto anular para que fluya el segundo fluido envolvente de llama;
- (E)
- un cuarto conducto anular coaxial y espaciado radialmente con respecto al tercer conducto anular para que fluya el fluido de refrigeración; y
- (F)
- al menos un conducto de flujo para que fluya el fluido de refrigeración entre el primer conducto anular y el cuarto conducto anular;
caracterizado porque dicho
segundo y tercer conductos anulares se encuentran localizados entre
dicho primer y cuarto conductos
anulares.
2. La lanza de la reivindicación 1, que tiene una
pluralidad de boquillas.
3. La lanza de la reivindicación 1, que tiene una
extensión que forma una zona protectora con la que comunica al menos
una de dichas boquillas.
4. La lanza de la reivindicación 1, en la que al
menos uno de dichos conductos de flujo para que fluya el fluido de
refrigeración entre el primer conducto anular y el cuarto conducto
anular es en parte paralelo y en parte perpendicular al eje de la
lan-
za.
za.
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