ES2246968T3 - Lanza de chorro coherente refrigerada por fluido. - Google Patents

Lanza de chorro coherente refrigerada por fluido.

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ES2246968T3 ES01118541T ES01118541T ES2246968T3 ES 2246968 T3 ES2246968 T3 ES 2246968T3 ES 01118541 T ES01118541 T ES 01118541T ES 01118541 T ES01118541 T ES 01118541T ES 2246968 T3 ES2246968 T3 ES 2246968T3
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John Erling Anderson
William John Mahoney
Balu Sarma
Dennis Robert Farrenkopf
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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.
Campo técnico
De manera general, este invento se refiere a tecnología de chorro coherente.
Técnica anterior
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.
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.
Sumario del invento
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.
Breve descripción de los dibujos
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.
Descripción detallada
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.
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