ES3050737T3 - Steelmaking method using a lance for blowing oxygen - Google Patents

Abstract

Una lanza (1) para soplar oxígeno sobre un baño de acero fundido que comprende una punta (15) provista de un primer medio de expulsión de oxígeno (16) y un distribuidor (17) provisto de un segundo medio de expulsión (18). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Procedimiento de fabricación de acero que usa una lanza para soplar oxígeno

[0003] La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de acero que usa un convertidor y una lanza para soplar oxígeno.

[0004] En el afinado de acero, los principales materiales de partida suelen ser una mezcla de arrabio líquido y chatarra. La cantidad de chatarra que se puede añadir, es decir, la adición de chatarra o la tasa de chatarra, depende notablemente de la temperatura del arrabio líquido y de la cantidad de calor que se genera en el convertidor por la oxidación de elementos químicos. La mayor parte concierne a la transformación del carbono en monóxido de carbono CO y, a continuación, en dióxido CO<2>. Cuanto más CO<2>se forma, más calor se crea y puede transferirse al baño para proporcionar energía para la fusión adicional de chatarra. La transformación de CO en CO<2>se conoce como poscombustión.

[0005] Típicamente, con un único flujo de oxígeno habitual, se produce muy poca poscombustión de CO en CO<2>en el interior del recipiente. Al inyectar un flujo secundario de oxígeno durante el proceso, el CO no quemado que se mueve hacia arriba se encuentra con el O<2>adicional proporcionado por este flujo secundario y a continuación se quema en CO2. La reacción se define por la ecuación comúnmente conocida: CO 1^O2 = CO2.

[0006] Existen dos tecnologías diferentes que se han desarrollado para proporcionar el flujo secundario de oxígeno. La primera consiste en tener un único suministro de flujo de oxígeno y, a continuación, dividirlo en un flujo primario para la descarburación estándar y un flujo secundario para mejorar la poscombustión.

[0007] Esta primera tecnología tiene la ventaja de requerir pocas modificaciones de las lanzas existentes y, por ejemplo, mantener el mismo diámetro y peso de la lanza, por lo que no perjudica la estructura de soporte general de la lanza y reduce los costos de inversión. La desventaja es que el caudal secundario de oxígeno, que se define por la relación de superficie entre los medios de eyección de oxígeno primario y secundario, no se puede gestionar de forma independiente del flujo primario según las fases del proceso. Asimismo, si el suministro de oxígeno es limitado, el flujo primario de oxígeno se reduce, lo que perjudica el proceso de descarburación y la productividad.

[0008] La segunda tecnología consiste en tener lanzas de doble flujo, donde los flujos de oxígeno primario y secundario tienen su propio suministro y se controlan de forma independiente. Un ejemplo de una lanza según esta tecnología se ilustra en la patente US 5,681,526. La principal ventaja de esta tecnología es que los flujos de oxígeno primario y secundario se controlan de forma independiente, lo que permite controlar con mayor precisión el proceso de poscombustión y, por tanto, aumentar la tasa de poscombustión. La desventaja de esta tecnología es que requiere un cambio general en la instalación y, por tanto, un alto coste de inversión.

[0009] Las patentes US 3,730,505 y US 3,697,058 ilustran lanzas de oxígeno de la técnica anterior que incluyen medios de eyección de oxígeno primario y secundario.

[0010] Por lo tanto, existe la necesidad de una lanza que permita realizar una poscombustión controlada que se pueda implementar fácilmente en la instalación existente y con un coste de inversión reducido.

[0011] Este problema se resuelve por un procedimiento según la reivindicación 1, teniendo la lanza una parte superior y una parte inferior y comprendiendo un tubo principal para el suministro de un flujo primario de oxígeno, un segundo tubo rodeando el tubo principal para formar un primer espacio anular para la circulación de agua de enfriamiento dentro de la lanza, un tercer tubo rodeando el segundo tubo para formar un segundo espacio anular para el suministro de un flujo secundario de oxígeno y extendiéndose sólo a lo largo de la parte superior de la lanza, un cuarto tubo comprendiendo una primera parte que rodea el tercer tubo a lo largo de la parte superior de la lanza y la segunda parte que rodea el segundo tubo a lo largo de la parte inferior de la lanza para formar un tercer espacio anular para la circulación de agua de enfriamiento dentro de la lanza, una punta, ubicada en el extremo de la parte inferior de la lanza, provista de al menos un medio primario de eyección de oxígeno para soplar el flujo primario de oxígeno que está diseñado para estar en conexión fluida con espacios anulares primero y tercero para asegurar la circulación de agua dentro de la lanza, y un distribuidor que une la parte superior y la parte inferior de la lanza, estando dicho distribuidor provisto de al menos un medio secundario de eyección de oxígeno en conexión fluida con el tercer espacio para soplar el flujo secundario de oxígeno, estando el medio secundario de eyección de oxígeno ubicado a una distancia d por encima del medio primario de eyección de oxígeno, tal como la relación entre la distancia d y el diámetro D interno del convertidor que es de 0,04 a 0,15.

[0012] El procedimiento de la invención también puede comprender las siguientes características opcionales consideradas por separado o según todas las combinaciones técnicas posibles:

[0013] -la relación entre la distancia d y el diámetro D interno del convertidor 2 es de 0,08 a 0,15

[0014] -los medios secundarios de eyección de oxígeno del distribuidor están ubicados entre 150 y 750 mm por encima de los medios primarios de eyección de oxígeno de la punta,

[0015] -el distribuidor está provisto de medios de sellado que evitan la fuga de agua,

[0016] -el distribuidor está montado de forma deslizable alrededor del cuarto tubo de la lanza,

[0017] -la punta comprende al menos cuatro medios primarios de eyección de oxígeno,

[0018] -los medios primarios de eyección de oxígeno tienen un diámetro comprendido de 40 a 50 mm,

[0019] -los medios primarios de eyección de oxígeno tienen un diámetro comprendido de 40 a 45 mm,

[0020] -los medios primarios de eyección de oxígeno están diseñados para eyectar el flujo primario de oxígeno con un ángulo a de eyección con el eje Z central de la lanza de 10 a 20°,

[0021] -los medios primarios de eyección de oxígeno están diseñados para eyectar el flujo primario de oxígeno con un ángulo a de eyección con el eje Z central de la lanza de 14 a 18°,

[0022] -los medios secundarios de eyección de oxígeno tienen una forma oblonga,

[0023] -el ancho más grande de los medios secundarios de eyección de oxígeno es de 10 a 25 mm,

[0024] -el primer espacio 31 anular permite la entrada de agua en la lanza y el tercer espacio anular permite la salida de agua de la lanza.

[0026] Otras características y ventajas de la invención surgirán claramente de la descripción de la misma que se da a continuación a modo de indicación y que no es de ninguna manera restrictiva, con referencia a las figuras adjuntas donde:

[0028] -la Figura 1 ilustra un procedimiento de poscombustión en un convertidor

[0029] -la Figura 2 ilustra una lanza de poscombustión según una realización de la invención

[0031] Los elementos en las figuras son ilustrativos y pueden no haber sido dibujados a escala.

[0033] La Figura 1 ilustra un convertidor 2 que contiene un baño 20 de metal fundido. El convertidor 2 está cubierto internamente con una pared 3 de refractarios y tiene un diámetro D. El metal fundido es arrabio que debe descarburarse para producir acero. Para realizar tal descarburación, se inserta una lanza 1 en el convertidor y se sopla un flujo 21 primario de oxígeno hacia el metal 20 fundido a través de un medio de eyección provisto en la punta 15 de la lanza. Esta descarburación permite eliminar el carbono del baño como CO. Con el fin de quemar el CO no quemado en la capa de escoria en CO<2>, se inyecta un flujo 22 secundario de oxígeno hacia el baño. Esta reacción es exotérmica y libera una gran cantidad de energía que puede usarse además para fundir la chatarra en el baño fundido.

[0035] Esta doble eyección de oxígeno se realiza con una lanza de poscombustión, como la ilustrada en la figura 2, según una realización de la invención. A modo de información, tal lanza suele tener más de 20 metros de largo. La lanza 1 de poscombustión según la invención comprende una pluralidad de tubos que se rodean entre sí y son concéntricos a un eje Z longitudinal central de la lanza. La lanza según la invención está hecha de una parte 1A superior y de una parte 1B inferior unidas entre sí por un distribuidor 17. La parte 1B inferior de la lanza es la más cercana al baño 20 cuando se inserta en el recipiente 2 de fabricación de acero. La lanza está compuesta por un primer tubo 11 que suministra el flujo 21 primario de oxígeno, un segundo tubo 12, que rodea el tubo 11 principal formando así un primer espacio 31 anular para el suministro de agua de enfriamiento dentro de la lanza 1. La lanza, al estar sometida a altas temperaturas dentro del proceso de fabricación de acero, debe enfriarse constantemente para evitar que se dañe rápidamente. Esos dos primeros tubos cubren toda la longitud de la lanza, cada uno en una sola pieza, lo que permite reducir los riesgos de problemas de estanqueidad. El primer tubo 11 está hecho preferentemente de un material que permite el paso de un flujo a una velocidad de al menos 60 m/s, tal como acero inoxidable.

[0037] La lanza 1 comprende entonces un tercer tubo 13, que rodea el segundo tubo 12 para formar un segundo espacio 32 anular para el suministro del flujo 22 secundario de oxígeno necesario para la poscombustión. Este tercer tubo no se extiende a lo largo de la longitud de la lanza 1, sino solamente a lo largo de la parte 1A superior. Este tercer tubo está diseñado preferentemente para que haya una relación de 1/5 entre la sección del espacio para la circulación del flujo primario de oxígeno y la sección del espacio para la circulación del flujo secundario de oxígeno. La lanza comprende un cuarto tubo 14, comprendiendo una primera parte 14A, que rodea el tercer tubo 13 a lo largo de la parte 1A superior de la lanza, y una segunda 14B parte que rodea el segundo tubo 12 a lo largo de la parte 1B inferior de la lanza. Este cuarto tubo 14 forma así un tercer espacio 33 anular que permite extraer el agua de enfriamiento. En otra realización, el primer espacio 31 anular puede diseñarse para extraer el agua de enfriamiento de la lanza 1, mientras que el tercer espacio 33 anular permite la entrada del agua dentro de la lanza 1.

[0039] [0016]La lanza 1 comprende además una punta 15, que cierra la parte inferior de la lanza 1B. Esta punta está en conexión fluida con los espacios anulares primero y tercero para cerrar el circuito de agua y proporcionar circulación de agua dentro de la lanza. Esto permite además el enfriamiento de la propia punta 15 que es la parte más cercana al acero fundido y, por tanto, sometida a las temperaturas más altas. La punta está provista de al menos un medio 16 primario de eyección de oxígeno para soplar el flujo 21 primario de oxígeno sobre el baño de acero fundido y permitir la descarburación. En una realización preferida de la invención, la punta está provista de al menos cuatro medios 16 primarios de eyección de oxígeno, cuyo número óptimo depende notablemente del tamaño de la cuchara y, por tanto, de la circunferencia del baño fundido. El diámetro de los medios primarios de eyección de oxígeno depende de los mismos parámetros. En una realización preferida de la invención, esos medios 16 primarios de eyección de oxígeno tienen un diámetro comprendido entre 40 y 50 mm, preferentemente entre 40 y 45 mm. En una realización preferida de la invención, estos medios de eyección están diseñados para eyectar el flujo primario de oxígeno con un ángulo a de eyección con el eje Z central de la lanza 1 comprendido entre 10 y 20°, preferentemente entre 14 y 18°. Esto permite encontrar el buen término medio entre la maximización de la superficie del baño fundido que recibe oxígeno y el mantenimiento de una distancia suficiente de las paredes de los refractarios para evitar su daño.

[0041] La lanza está diseñada para recibir un distribuidor 17 que realiza la unión entre la parte 1A superior y la parte 1B inferior de la lanza y garantiza la circulación de agua entre las partes 14A superior y las partes 14b inferior del cuarto tubo. Este distribuidor 17 está provisto de al menos un medio 18 secundario de eyección de oxígeno en conexión fluida con el tercer tubo 13 para soplar el flujo 22 secundario de oxígeno sobre el baño de acero fundido. Este flujo secundario de oxígeno proporcionará el combustible necesario para la combustión adicional de CO y la liberación de energía adicional para la fusión de la chatarra. En una realización preferida de la invención, el distribuidor 17 está provisto del mismo número de medios 18 secundarios de eyección que el número de medios 16 primarios de eyección proporcionados en la punta 15. Estos medios 18 de eyección pueden tener salidas con un diámetro comprendido entre 10 y 25 mm. Dichas salidas pueden tener una forma oblonga o circular. Los medios 18 secundarios de eyección de oxígeno están ubicados a una distancia d por encima de los medios 16 primarios de eyección de oxígeno de la punta 15, de modo que la relación (d/D) entre la distancia d y el diámetro D interno del convertidor 2 es de 0,04 a 0,15, preferentemente de 0,08 a 0,15. Pueden estar situados entre 500 y 750 mm por encima de los primeros medios 16 de eyección de oxígeno de la punta 15. Esta distancia d entre ambos medios de eyección permite mejorar la eficacia del flujo secundario de oxígeno al promover la mezcla de CO y O2 en el baño.

[0043] En una realización más preferida, el distribuidor está montado en la lanza 1 para poder deslizarse unos pocos centímetros, menos de 5 cm, a lo largo de la tubería 12 con el fin de seguir la expansión térmica del tubo 14 externo debido a las restricciones térmicas a las que está sometido. Esto se realiza por medios apropiados, tales como las juntas 19 tóricas. Es más, el distribuidor está provisto de medios de sellado que evitan las fugas de agua en los espacios anulares que suministran los flujos de oxígeno. Estos medios de sellado son, por ejemplo, juntas tóricas.

[0045] Con la lanza según la invención, es posible insertar el tercer tubo 13 dentro de los otros y, por tanto, el diámetro externo de la lanza no aumenta en comparación con la lanza existente y, por tanto, no hay necesidad de reemplazar la estructura de soporte general de la lanza, lo que reduce los costos de inversión para el proceso de poscombustión. Por otra parte, el flujo secundario de oxígeno cruza solamente una vez los canales de circulación de agua, lo que permite limitar las pérdidas de presión de agua en comparación con las lanzas de combustión de la técnica anterior. Finalmente, con la lanza según la invención, los riesgos de problemas de estanqueidad son limitados.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de fabricación de acero que usa un convertidor y una lanza (1) para soplar oxígeno sobre un baño (20) de acero fundido contenido en el convertidor (2), teniendo dicha lanza (1) una parte (1A) superior y una parte (1B) inferior, siendo la parte (1B) inferior la más cercana al baño de acero fundido, comprendiendo la lanza (1):

a. Un tubo (11) principal para el suministro de un flujo (21) primario de oxígeno,

b. Un segundo tubo (12) que rodea el tubo (11) principal para formar un primer espacio (31) anular para la circulación de agua de enfriamiento dentro de la lanza (1),

c. Un tercer tubo (13) que rodea el segundo tubo (12) para formar un segundo espacio (32) anular para el suministro de un flujo (22) secundario de oxígeno, extendiéndose dicho tercer tubo sólo a lo largo de la parte (1A) superior de la lanza,

d. Un cuarto tubo (14), comprendiendo dos partes (14A, 14B), la primera parte (14A) rodeando el tercer tubo (13) a lo largo de la parte superior de la lanza (1A) y la segunda parte (14B) rodeando el segundo tubo (12) a lo largo de la parte inferior de la lanza (1B), para formar un tercer espacio (33) anular para la circulación de agua de enfriamiento dentro de la lanza (1),

e. Una punta (15), ubicada en el extremo de la parte inferior de la lanza (1B), provista de al menos un medio (16) primario de eyección de oxígeno para soplar el flujo (21) primario de oxígeno en el baño de acero fundido y estando diseñada para estar en conexión fluida con ambos espacios anulares primero (31) y tercero (33) para asegurar la circulación de agua dentro de la lanza (1),

f. Un distribuidor (17) que realiza la unión entre la parte (1A) superior y la parte (1B) inferior de la lanza (1), estando dicho distribuidor (17) provisto de al menos un medio (18) secundario de eyección de oxígeno en conexión fluida con el tercer espacio (33) para soplar el flujo (22) secundario de oxígeno, estando dicho medio (18) secundario de eyección de oxígeno del distribuidor (17) ubicado a una distancia d por encima del medio (16) primario de eyección de oxígeno de la punta (15), de modo que la relación entre la distancia d y el diámetro D interno del convertidor (2) es de 0,04 a 0,15.

2. Un procedimiento de fabricación de acero según la reivindicación 1, donde la relación entre la distancia d y el diámetro D interno del convertidor (2) es de 0,08 a 0,15.

3. Un procedimiento de fabricación de acero según la reivindicación 1 o 2, donde el medio (18) secundario de eyección de oxígeno del distribuidor (17) está ubicado de 150 a 750 mm por encima del medio (16) primario de eyección de oxígeno de la punta (15).

4. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el distribuidor (17) está provisto de un medio de sellado que evita la fuga de agua.

5. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el distribuidor (17) está montado de forma deslizable alrededor del cuarto tubo (14) de la lanza (1).

6. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la punta (15) comprende al menos cuatro medios (16) primarios de eyección de oxígeno.

7. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios (16) primarios de eyección de oxígeno tienen un diámetro de salida de 40 a 50 mm.

8. Un procedimiento de fabricación de acero según la reivindicación 6, donde los medios (16) primarios de eyección de oxígeno tienen un diámetro de salida de 40 a 45 mm.

9. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios primarios de eyección de oxígeno están diseñados para eyectar el flujo primario de oxígeno con un ángulo a de eyección con el eje Z central de la lanza (1) de 10 a 20°.

10. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios primarios de eyección de oxígeno están diseñados para eyectar el flujo primario de oxígeno con un ángulo a de eyección con el eje Z central de la lanza (1) de 14 a 18°.

11. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios (18) secundarios de eyección de oxígeno tienen una salida con una forma oblonga.

12. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las otras reivindicaciones, donde la mayor dimensión de las salidas de los medios (18) secundarios de eyección de oxígeno es de 10 a 25 mm.

13. Un procedimiento de fabricación de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el

primer espacio (31) anular permite la entrada de agua en la lanza (1) y el tercer espacio (33) anular permite la salida de agua de la lanza (1).