ES2216760T3

ES2216760T3 - Lanza de varios usos para una camara bajo vacio para desgasificado y procedimiento de utilizacion.

Info

Publication number: ES2216760T3
Application number: ES00110618T
Authority: ES
Inventors: Kenichi Kawasaki Steel Corporation Orito; Kousei Kawasaki Steel Corporation Kuriwaki; Masaaki Kawasaki Steel Corporation Takada
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2004-11-01
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: EP1054069B1; TW517091B; KR100611835B1; JP3666301B2; CA2308744C; DE60008959T2; JP2000328134A; US6355205B1; CA2308744A1; DE60008959D1; CN1274759A; KR20000077326A; EP1054069A3; EP1054069A4; CN1227377C; EP1054069A2

Abstract

Una lanza multi-función para uso en una cámara de desgasificación a vacío, que comprende un paso interior de soplado superior cilíndrico refrigerado con agua (18) que proporciona una trayectoria de oxígeno gaseoso (3) formada con una tobera (2) prevista en un extremo de aguas abajo de dicha trayectoria de oxígeno (3) y utilizada para soplar oxígeno sobre un metal fundido; una camisa refrigerada con agua (19) que rodea la periferia exterior de dicho paso interior de soplado superior (18); al menos un conjunto de trayectorias (7, 8) para un combustible fluido (22) y un gas (23) para quemar el combustible (22) rodeado por dicha camisa refrigerada con agua (19); y un quemador de combustión (6) previsto en un extremo de aguas abajo de dichas trayectorias (7, 8) caracterizada porque dicho paso interior (18) está provisto con una abertura (4'') que tiene una placa transparente (4) que está prevista axialmente en el centro de dicho paso interior (18) y un sensor (5) está previsto para detectar la llama a través de la abertura (4'') y a través de dicho paso interior (18).

Description

Lanza de varios usos para una cámara bajo vacío para desgasificado y procedimiento de utilización.

La presente invención se refiere a una lanza multi-función para uso en una cámara de desgasificación a vacío. La invención se refiere también a una técnica para la realización de forma continua, utilizando una lanza de este tipo tanto de forma intermitente como de forma continua, de las operaciones múltiples de precalentamiento de un aparato de desgasificación a vacío (que comprende generalmente una cámara de desgasificación a vacío, un medio de evacuación, una cuchara, etc.) para refinado a vacío, control de la composición y similar de un acero fundido; elevación de la temperatura del acero fundido mantenida dentro del aparato; soplado de oxígeno gaseoso para descarburización y refinado del acero fundido, y soplado de un agente de desulfuración en polvo o similar para el control de composición del acero fundido.

Específicamente, la presente invención se refiere a una lanza multi-función de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Una lanza de este tipo es conocida a partir del documento JP 06 074 425 A que describe un quemador de múltiples usos para la retirada de adherencias en una caldera mediante calentamiento, precalentamiento de la caldera, elevación de la temperatura del acero fundido en la caldera y mejora del resultado del refinado debido a soplado ascendente del polvo. El quemador conocido a partir de este documento de la técnica anterior comprende un paso para el gas combustible y un paso para el gas de soporte de la combustión. Ambos pasos de gas están configurados en forma de anillo, se proporcionan adyacentes entre sí y están rodeados por una camisa refrigerada con agua. Concéntricamente a estos pasos de gas, se proporciona un paso interior de soplado superior rodeado del mismo modo por una camisa refrigerada con agua que separa los pasos de gas desde el paso interior soplado superior. El paso de gas interior de soplado superior proporciona oxígeno al extremo de aguas abajo del mismo.

El quemador descrito en el documento JP 06 074 425 A puede utilizarse para refinado adicional (designado como refinado secundario) para producir acero de alta calidad. Para refinado secundario de este tipo, un método prevaleciente comprende soplar oxígeno sobre el acero fundido mantenido dentro del aparato de desgasificación a vacío (que se refiere con frecuencia a continuación como "cámara de desgasificación") para realizar una descarburización. Sin embargo, en tal refinado de descarburización, la temperatura del acero fundido puede disminuirse en gran medida cuando la cámara es precalentada de manera insuficiente, o el funcionamiento uniforme puede ser interrumpido debido a la adhesión de una cantidad grande de metal bruto a la pared interior de la cámara de desgasificación.

Como consecuencia, se han estudiado e implementado varias contramedidas, tales como precalentamiento de la propia cámara de desgasificación, elevación de la temperatura del acero fundido, etc. Recientemente, en el documento JP-A-Hei6-73431 (el término "JP-A" como se utiliza aquí significa "una solicitud de patente Japonesa publicada no examinada") se propuso un aparato de desgasificación a vacío conocido como una denominada "lanza compleja 1" como se muestra en la presente Figura 4, que comprende una porción de soplado de oxígeno que tiene una porción de garganta 15 prevista en su núcleo axial, una porción 16 que se extiende hacia abajo conectada al lado inferior de la misma, y un agujero de suministro de combustible gaseoso 17 que se abre dentro de la porción 16 que se extiende hacia abajo. Este aparato de desgasificación a vacío está destinado para conseguir en gran medida efectos favorables de soplado de oxígeno al acero fundido, calentando el acero fundido por combustible gaseoso de combustión con el oxígeno, y previniendo que el metal bruto se adhiera a la cámara de desgasificación, etc., utilizando solamente una lanza compleja 1.

Sin embargo, de acuerdo con la estructura de la lanza compleja descrita en el documento JP-A-Hei6-73431, un combustible gaseoso es soplado simplemente fuera de la porción de tobera y es mezclado con oxígeno.

Como consecuencia, el valor calorífico proporcionado de este modo se encontró insuficiente como un asunto práctico para precalentar el interior de la cámara de desgasificación. Adicionalmente, puesto que la estructura es extremadamente simple, es previsible que se produzcan en la práctica los siguientes problemas:

(1) La estructura es efectiva solamente cuando se produce encendido espontáneo después de mezclar el oxígeno y combustible gaseoso, y la temperatura, por lo tanto, no puede elevarse una vez que se ha disminuido la temperatura dentro de la cámara de desgasificación. Además, la seguridad es muy pobre.

(2) Incluso en el caso de que se produzca un encendido espontáneo, si por cualquier razón el gas de combustión es extinguido durante el funcionamiento, existe un peligro de provocar una explosión debido al llenado de gas de combustión dentro de la cámara.

(3) Por lo tanto, desde el punto de vista de la seguridad, la operación de precalentamiento necesaria de la cámara de desgasificación tarda un largo tiempo, de manera que se disminuye la productividad.

Resumen de la invención

La presente invención pretende superar los problemas descritos anteriormente proporcionando una lanza multi-función para un aparato de desgasificación a vacío, que es capaz no solamente de realizar una operación de precalentamiento de una manera segura y en un corto periodo de tiempo, sino también de soplar oxígeno, elevando la temperatura del acero fundido, calentando el propio aparato de desgasificación a vacío, y refinando y controlando la composición del acero fundido mediante alimentación de los agentes de desulfuración en polvo y similares, utilizando todos la misma lanza.

Con el fin de conseguir este objeto, la presente invención proporciona una lanza multi-función como se define en la reivindicación 1.

Las formas de realización preferidas de la lanza de la invención se definen en las reivindicaciones 2 - 5.

La invención incluye también un método para utilizar la lanza de la invención, como se define en la reivindicación 6. Una forma de realización preferida del método de la invención se define en la reivindicación 7.

La figura 1(a) es una vista en sección axial de una forma de realización de la lanza multi-función de acuerdo con la presente invención.

La figura 1(b) es una vista en planta de la forma de realización de la figura 1(a).

La figura 2 muestra un estado de precalentamiento de un depósito de desgasificación que utiliza la lanza multi-función de acuerdo con la presente invención.

La figura 3 muestra un estado de refinado de descarburización de un acero fundido que utiliza la lanza multi-función de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 muestra una vista en sección transversal vertical de una lanza compleja de la técnica anterior.

La figura 5(a) es una vista en sección axial, a lo largo de la línea A-A de la figura 5(b), de una lanza multi-función de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención, provista con una lanza utilizada específicamente para soplado de un polvo en paralelo con el quemador, y una placa de sección 29 para establecer una trayectoria definida para circulación del agua de refrigeración.

La figura 5(b) es una vista en planta de la forma de realización de la figura 5(a).

La figura 6(a) es una vista en sección axial de una lanza multi-función de acuerdo con todavía otra forma de realización de la presente invención, provista con una lanza específicamente utilizada para soplar un polvo en el lugar del quemador.

La figura 6(b) es una vista en planta de la forma de realización de la figura 6(a).

La figura 7 muestra un estado de soplado de polvo sobre el acero fundido, en el caso de que el polvo sea suministrado a una lanza de soplado de oxígeno ascendente.

Descripción detallada de las formas de realización preferidas

Una explicación más completa de la presente invención se dará ahora con referencia a los dibujos que se acompañan, que ilustran ejemplos preferidos, pero no limitativos, del presente dispositivo y método. En los dibujos, la siguiente lista asocia los números de referencia representados con el componente asociado:

1	Lanza multi-función
2	Tobera
3	Trayectoria para oxígeno gaseoso
4	Placa transparente inflamable
4'	Abertura
5	Sensor
6	Quemador de combustión
7	Trayectoria para combustible fluido
8	Trayectoria para gas de combustión (por ejemplo, aire)
9	Enchufe de encendido
10	Cámara de desgasificación a vacío (cámara de desgasificación)
11	Crisol de escoria
12	Cuchara
13	Acero fundido
14	Tolva de aleación
15	Porción de garganta
16	Porción que se extiende hacia abajo
17	Porción de suministro de gas combustible

18	Lanza de oxígeno de soplado superior cilíndrica refrigerada con agua
19	Camisa de refrigeración con agua
20	Tubo interior
21	Tubo exterior
22	Combustible fluido
23	Gas de combustión (por ejemplo, oxígeno)
25	Oxígeno gaseoso
26	Agua de refrigeración
27	Fundición
28	Polvo
29	Placa de sección para agua de refrigeración
30	Depósito de alimentación por compresión de polvo
31	Nitrógeno gaseoso
32	Polvo de alimentación por compresión.

Una forma de realización de acuerdo con la presente invención se describe a continuación con referencia a los dibujos para un caso que comprende cuatro quemadores.

Con referencia a la figura 1(a) y la figura 1(b), una lanza multi-función 1 para un aparato de desgasificación a vacío de acuerdo con la presente invención se basa en una lanza de oxígeno 18 de soplado superior cilíndrica refrigerada con agua, que tiene una trayectoria para oxígeno gaseoso 3 y una tobera 2, cuyo oxígeno de suministro debe soplarse contra el acero fundido. La lanza de oxígeno 18 de soplado superior está rodeada adicionalmente por una camisa de refrigeración con agua 19 y una placa de sección para agua de refrigeración 29 se coloca en la lanza multi-función, a saber, en camisa de refrigeración con agua 19 y la lanza de oxígeno 18 de soplado superior 18 para proporcionar trayectorias 7 para un combustible fluido 22 y trayectorias 8 para un gas de combustión (por ejemplo, oxígeno) 23. El extremo de aguas abajo de los tubos incluye quemadores de combustión 6 incorporados (referidos simplemente a continuación como "quemadores 6"). Los quemadores 6 están previstos generalmente en una estructura de tubo doble, de manera que un combustible fluido (por ejemplo, LPG) 22 fluye a través del tubo interior 20 y un gas de combustión 23 para el combustible fluye a través del tubo exterior 21. Un aspecto importante de la presente invención es que una bujía de encendido 9 (en el extremo de aguas arriba del tubo interior 20) se fija al menos a uno de una pluralidad de quemadores 6, de manera que se genera una chispa para encender la mezcla de gas que comprende el combustible fluido 22 y el gas de combustión 23. De esta manera, se puede prevenir que ocurra la extinción durante el funcionamiento del quemador 6.

En la presente invención, para incrementar adicionalmente la función de prevención de la extinción, se fija una placa transparente no inflamable 4 hecha de vidrio de cuarzo o similar al extremo de aguas arriba (es decir, el lado opuesto a la tobera en el eje concéntrico) del cilindro utilizado como la trayectoria para el oxígeno gaseoso 3, de manera que el interior puede observarse a través de la misma, y un sensor 5 (por ejemplo, un detector ultravioleta) está previsto para detectar la llama. Si no se detecta llama por el sensor 5, se interrumpe el suministro del combustible fluido 22 y el gas de combustión 23 al quemador 6, y se envía una señal para purgar con un gas inerte tal como N_{2}. Adicionalmente, se suministra simultáneamente una cantidad pequeña de oxígeno auxiliar para ayudar a la combustión a la tobera 2 junto con el suministro del combustible fluido 22 para mantener la temperatura alta estabilizando la llama en la proximidad de la tobera 2 a una temperatura predeterminada. De esta manera, se previenen las alarmas falsas del sensor 5.

A continuación se describe el método para utilizar la lanza multi-función 1 de acuerdo con la presente invención en una cámara de desgasificación de vacío 10. Los tubos interior y exterior (es decir, las trayectorias 7 y 8 para el combustible fluido y el gas de combustión, respectivamente) del quemador 6 son purgados primero con un gas inerte tal como N_{2} gaseoso durante un periodo de tiempo predeterminada, y, después de suministrar un combustible fluido 22 y un gas de combustión 23 al quemador equipado con una bujía de encendido, el combustible es encendido generando una chispa. Después de confirmar el encendido del combustible utilizando el sensor de detección 5 para la llama, o después del paso de una duración de tiempo predeterminado, el combustible fluido 22 y el gas de combustión 23 son suministrados al otro quemador 6 para iniciar la combustión. Después de la expiración de un periodo de tiempo predeterminado, la llama de combustión es supervisada con el sensor 5. Si la llama es detectada, se continúa el suministro del combustible fluido y similar, pero si la llama no es detectada, la llama se extingue y el interior del quemador 6 es purgado con un gas inerte, tal como N_{2} gaseoso. Simultáneamente con el suministro del combustible fluido 22 al quemador 6, se suministra una cantidad pequeña de oxígeno a la tobera 2 para mantener la llama supervisada a una temperatura alta, previniendo así que se produzca un mal funcionamiento del sensor 5. Como es evidente, si se produce un fallo de la combustión, el gas de oxígeno auxiliar para ayudar a la combustión se detiene en el tiempo, se detecta la extinción, y se suministra en su lugar N_{2} gaseoso.

Por otro lado, cuando se añade aluminio al acero fundido 13 dentro de la cámara de desgasificación a vacío 10 para elevar la temperatura, o en caso de refinado tal como descarburización y similar, el oxígeno gaseoso es soplado a partir de la tobera 2 para acelerar la reacción de oxidación. En un caso de este tipo, no se realiza calentamiento por el quemador 6 de la cámara de desgasificación (vacío) 10 o el acero fundido 13. En su lugar, se suministra una cantidad predeterminada de gas inerte tal como N_{2} gaseoso al quemador para evitar la obstrucción del extremo delantero del quemador debido a salpicaduras y similares.

En caso de realizar control de la composición tal como desulfuración añadiendo un agente de desulfuración en polvo, etc., al acero fundido 13 dentro de la cámara de desgasificación a vacío 10, el polvo es soplado desde una lanza de oxígeno o una lanza provista específicamente. Si se utiliza una lanza específica, se detienen el calentamiento de la cámara de desgasificación 10 que utiliza el quemador 6 y el soplado de oxígeno desde la tobera 2, y, en su lugar, se suministra gas inerte tal como N_{2} gaseoso (nitrógeno) a la tobera 2 y al quemador 6 en una cantidad predeterminada para evitar la obstrucción del extremo delantero de cada lanza debido a salpicaduras y similares.

Ejemplo 1

Una lanza multi-función 1 de acuerdo con la presente invención se aplicó a un aparato de desgasificación a vacío 10 de un tipo RH. Puesto que se encontró que una cantidad grande de metal bruto se había adherido primero a las superficies de pared interior de la cámara de desgasificación 10 utilizada en refinado a vacío, se retiró el metal bruto mientras que se suspendió la operación, y, al mismo tiempo, la cámara de desgasificación 10 se precalentó para la siguiente operación. Después de colocar una caldera 11 (designada como "un crisol de escoria") para recibir la fundición 27 (por ejemplo, metal bruto, escoria, etc.) en el lado inferior de la cámara de desgasificación 10, como se muestra en la figura 2, se insertó una lanza multi-función 1 de acuerdo con la presente invención desde el lado superior de la cámara de desgasificación 10 y se colocó en posición. Entonces, de acuerdo con el método de calentamiento de la cámara de desgasificación 10 como se describe anteriormente, el quemador 65 de la lanza multi-función 1 se utilizó para precalentar la cámara de desgasificación 10. El depósito de desgasificación a vacío 10 es un depósito de desgasificación a vacío de tipo RH capaz de procesar 180 toneladas de acero fundido, y el precalentamiento de la cámara se realizó durante 5 horas en total utilizando propano gaseoso como el combustible fluido, que se suministró a una velocidad de flujo de 60 Nm^{3}/hr. durante 4 horas, y a 134 Nm^{3}/hr. durante una hora. Durante este proceso, se elevó la temperatura de la pared interior de la cámara desde 1045ºC hasta 1400ºC. Como resultado, la retirada del metal bruto y el precalentamiento se consiguieron uniformemente sin sufrir ninguna extinción. El tiempo necesario para el precalentamiento fue sólo de aproximadamente 70% del tiempo necesario en caso de utilizar una lanza convencional 1, como se muestra en la figura 4.

Luego, utilizando la cámara de desgasificación a vacío precalentada 10, se realizó la fundición de descarburización de un acero fundido 13. El acero fundido 13 se alimentó dentro de la cuchara 12, y la porción inferior de la cámara de desgasificación 10 se sumergió dentro. Por lo tanto, la fundición se realizó circulando el acero fundido 13 a vacío entre la cuchara 12 y la cámara de desgasificación 10. En este caso, como se muestra en la figura 3, la lanza multi-función 1 de acuerdo con la presente invención se insertó desde el lado superior de la cámara de desgasificación 10 y se colocó en posición, de manera que el oxígeno gaseoso 25 fue soplado bajo condiciones predeterminadas al acero fundido 13 a través de la tobera 2. La concentración de carbono (C) incorporado en el acero fundido en la cuchara (12) sacado inmediatamente después desde el horno de conversión fue 496 ppm. Por lo tanto, utilizando la lanza de acuerdo con la presente invención en una cámara de desgasificación a vacío de tipo RH (10), el acero fundido se sometió a inyección de oxígeno con lanza refinando a vacío a una velocidad de flujo de oxígeno de 20 Nm^{3}/min. durante un periodo de tiempo predeterminado. Después de 23 minutos, se encontró que la concentración del acero fundido se había reducido hasta la región de un contenido de carbono super-bajo de 20 ppm. Como resultado, se encontró que la descarburización del acero fundido 13 se realizó uniformemente de una manera comparable a un caso que utiliza una lanza convencional 1 de la figura 4.

Ejemplo 2

Con referencia a la figura 7, a continuación se describe un ejemplo de soplado de un agente de desulfuración basado en CaO utilizando una lanza multi-función de acuerdo con la presente invención.

El polvo se lanzó bajo las siguientes condiciones:

Cantidad de agente de desulfuración soplado - - - 6,7 kg/tonelada de acero fundido.

Velocidad de soplado - - - 100 a 126 kg/min.

Duración de soplado - - - 15 a 18 minutos

Velocidad de flujo del gas portador - - - 3,0 Nm^{3}/min.

Como resultado, el contenido de azufre se redujo a 15 ppm o menos.

Como se describe anteriormente, se pueden conseguir una operación de precalentamiento, un refinado de descarburización, o una desulfuración más seguras, o cualquier combinación de estas operaciones, utilizando la misma lanza de acuerdo con la invención, y en un tiempo más corto.

Aunque la invención se ha descrito en detalle haciendo referencia a ejemplos específicos, debería entenderse que pueden hacerse varios cambios y modificaciones sin apartarse del alcance y espíritu de la presente invención.

Claims

1. Una lanza multi-función para uso en una cámara de desgasificación a vacío, que comprende un paso interior de soplado superior cilíndrico refrigerado con agua (18) que proporciona una trayectoria de oxígeno gaseoso (3) formada con una tobera (2) prevista en un extremo de aguas abajo de dicha trayectoria de oxígeno (3) y utilizada para soplar oxígeno sobre un metal fundido; una camisa refrigerada con agua (19) que rodea la periferia exterior de dicho paso interior de soplado superior (18);

al menos un conjunto de trayectorias (7, 8) para un combustible fluido (22) y un gas (23) para quemar el combustible (22) rodeado por dicha camisa refrigerada con agua (19); y

un quemador de combustión (6) previsto en un extremo de aguas abajo de dichas trayectorias (7, 8) caracterizada porque

dicho paso interior (18) está provisto con una abertura (4') que tiene una placa transparente (4) que está prevista axialmente en el centro de dicho paso interior (18) y un sensor (5) está previsto para detectar la llama a través de la abertura (4') y a través de dicho paso interior (18).

2. La lanza multi-función de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho al menos un quemador (6) está equipado con una bujía de encendido (9) prevista internamente.

3. La lanza multi-función de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende adicionalmente una placa de sección (29) para refrigeración con agua.

4. Una lanza multi-función de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por un paso para soplar un polvo (28) proporcionado en paralelo con el quemador (6) de la lanza multi-función.

5. La lanza multi-función de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende adicionalmente al menos un paso para soplar un polvo (28) proporcionado entre dicho paso interior de soplado superior (18) y la camisa refrigerada con agua (19).

6. Un método para accionar la lanza multi-función (1) como se define en la reivindicación 1, en una cámara de desgasificación a vacío (10) caracterizado porque

la presencia de una llama en un extremo de aguas abajo de dicho conjunto de trayectorias (7, 8) para un combustible fluido (22) y un gas (23) para quemar el combustible (22) se detecta por dicho sensor (5) a través de dicha abertura (4') y dicho paso interior (18) y porque el oxígeno auxiliar es suministrado al interior de dicho paso interior de soplado superior (18) de tal manera que se eleva la temperatura de la porción de la llama que está siendo detectada,

mientras que el suministro de oxígeno auxiliar es detenido y el gas inerte es suministrado en su lugar en el instante en que se detecta la extinción de la llama.

7. El método como se define en la reivindicación 6, caracterizado porque un polvo (28) es suministrado al interior de dicho paso interior de soplado superior (18) para soplar el polvo (28) sobre el metal fundido en la cámara de desgasificación a vacío desde la lanza.