ES2250755T3 - Procedimiento para producir un caldo metalico por medio de una lanza multifuncion. - Google Patents

Procedimiento para producir un caldo metalico por medio de una lanza multifuncion.

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ES2250755T3 ES03001437T ES03001437T ES2250755T3 ES 2250755 T3 ES2250755 T3 ES 2250755T3 ES 03001437 T ES03001437 T ES 03001437T ES 03001437 T ES03001437 T ES 03001437T ES 2250755 T3 ES2250755 T3 ES 2250755T3
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Abstract

Procedimiento para producir un caldo metálico en un recipiente metalúrgico, en especial un caldo de hierro o acero, cargándose en el recipiente metalúrgico insumos con contenido de metal y/o óxido metálico en forma fija y, dado el caso, fundida, aplicándose la parte principal de la energía necesaria para fundir y, dado el caso, acabar de reducir los insumos, por vía eléctrica y/o mediante combustión y/o gasificado de materiales con contenido de carbono, con las siguientes particularidades: A) en un paso de combustión se alimenta a los insumos una energía adicional mediante insuflado, que se produce por medio de una o varias lanzas multifunción, y combustión de materiales gaseosos y/o líquidos con contenido de carbono y gas con contenido de oxígeno, B) en un paso de corte y fusión se cortan y funden parcialmente los insumos sólidos mediante un insuflado más intenso, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción de gas con contenido de oxígeno, C) en un paso de afinado se afinanlos insumos fundidos mediante un insuflado más intenso, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, de gas con contenido de oxígeno, D) en un paso de insuflado de carbono se alimenta a los insumos mediante un insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, y dado el caso una combustión de materiales sólidos con contenido de carbono de grano fino y/o pulveriformes, carbono de aleación y/o energía adicional, E) en un paso de postcombustión se postqueman los gases de escape del recipiente metalúrgico mediante el insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, en la cámara de gases de escape del recipiente metalúrgico, estando situados los chorros del gas con contenido de oxígeno, que proceden en cada caso de una lanza multifunción, de una forma inclinada con respecto al eje longitudinal central de la respectiva lanza multifunción y están dirigidos hacia fuera de la misma, F) en un paso de insuflado de carbono se alimenta a los insumos mediante un insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, de materiales suplementarios sólidos de gran fino y/o pulveriformes y/o medios de aleación, las sustancias necesaria para obtener la composición deseada del caldo metálico, en donde los pasos A) a F), según la composición de los insumos y la composición deseada del caldo metálico, se llevan a cabo en cualquier combinación, en especial consecutivamente y/o en secuencia inversa y/o simultáneamente y/o omitiendo los pasos D) y/o F).

Description

Procedimiento para producir un caldo metálico por medio de una lanza multifunción.
La invención se refiere a un procedimiento para producir un caldo metálico en un recipiente metalúrgico, en especial un caldo de hierro o acero, cargándose en el recipiente metalúrgico insumos con contenido de metal y/o óxido metálico en forma fija y, dado el caso, fundida, aplicándose la parte principal de la energía necesaria para fundir y, dado el caso, acabar de reducir los insumos, por vía eléctrica y/o mediante combustión y/o gasificado de materiales con contenido de carbono.
El documento EP 0 257 450 A2 enseña un procedimiento para una aplicación de energía y un ahorro de corriente aumentados en hornos de arco eléctrico para la producción de acero. Con ello se utilizan chorros libres de oxígeno procedentes de dispositivos de insuflado para la postcombustión de los gases de escape del horno y toberas de sub-baños para el movimiento del baño. El carbono para la formación de CO se insufla a través de un electrodo hueco o de toberas de sub-baños y el oxígeno para la formación de CO se alimenta igualmente al caldo a través de toberas de sub-baños.
Con ello es desventajosa la elevada complejidad de aparatos para insuflado de carbono, formación de CO y post-combustión. Asimismo las toberas de sub-baños necesarias, que reciben oxígeno, están sometidas a un elevado desgaste y presentan de forma correspondiente un tiempo de vida útil sólo reducido.
Tampoco han faltado intentos de poner a disposición dispositivos y procedimientos para calentar y insuflar con fines metalúrgicos y para quemar en reactores metalúrgicos.
De este modo el documento GB 1,015,581 hace patente un quemador con un canal de oxígeno central, un canal de alimentación de combustible que circunda éste y un canal anular exterior para oxígeno. Combustible y oxígeno se mezclan entre sí justo después de la salida de las respectivas bocas. Conforme al documento GB 1,015,581 se ha previsto el quemador para usarse en todos los procedimientos de insuflado para producir oxígeno-acero.
Un quemador de este tipo no es sin embargo adecuado para aspirar en un gran volumen gases de horno para la post-combustión, de tal manera que no puede aportar nada o sólo poco a la mejora del equilibrio energético.
En el documento AT 402 963 B se describe la combustión de combustible por medio de un quemador configurado especialmente. Mediante la fluidización rápida e intensa del combustible con oxígeno en una cámara del quemador, la mezcla que fluye hacia fuera se hace muy pronto relativamente lenta a lo largo del recorrido del chorro de mezcla. Un quemador de este tipo presenta por tanto una longitud de llama relativamente reducida y desprecia con ello a su vez la aspiración de gases de horno, de tal modo que también con esto puede aportarse poco a una mejora del equilibrio energético. Aparte de esto un quemador de este tipo sólo es apropiado de forma forzosa para el afinado del caldo de acero.
En el documento WO 91/00366 se describe un procedimiento así como un dispositivo para calentar un horno metalúrgico, estando revestido anularmente un canal de oxígeno interior por un canal de combustible. El combustible se alimenta con ello por medio de un gas portador de inerte a débilmente reductor. Aquí tampoco se dispone de la posibilidad de postcombustión de gases de escape del horno ni de la posibilidad de afinar el caldo.
El documento EP-A-140 541 describe el insuflado de material sólido con contenido de carbono y gas con contenido de oxígeno sobre un medio de fusión con contenido de hierro de una lanza múltiple de toberas que termina por encima del baño. Una tobera central para insuflar el material con contenido de carbono está circundada por toberas dispuestas repartidas sobre dos anillos concéntricos, que alimentan gas con contenido de carbono. Las toberas del anillo exterior están dirigidas hacia fuera del eje de lanza. No existen toberas orientadas con una inclinación respecto al eje de lanza. La tarea de la invención del objeto es crear un procedimiento, que evite los inconvenientes conocidos del estado de la técnica. En especial quiere crearse un procedimiento que, para la producción de un caldo metálico, exija menos energía, tanto eléctrica como fósil, como procedimiento conocido y que pueda llevarse a cabo en menor tiempo. Las lanzas multifunción a utilizar para el procedimiento deben poder sujetarse de forma compacta y sencilla constructivamente y, en el caso de una reparación necesaria, poder repararse de nuevo de forma fácil y sencilla.
Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante la combinación de las siguientes particularidades:
caracterizadas porque
A)
en un paso de combustión se alimenta a los insumos una energía adicional mediante insuflado, que se produce por medio de una o varias lanzas multifunción, y combustión de materiales gaseosos y/o líquidos con contenido de carbono y gas con contenido de oxígeno,
B)
en un paso de corte y fusión se cortan y funden parcialmente los insumos sólidos mediante un insuflado más intenso, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción de gas con contenido de oxígeno,
C)
en un paso de afinado se afinan los insumos fundidos mediante un insuflado más intenso, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, de gas con contenido de oxígeno,
D)
en un paso de insuflado de carbono se alimenta a los insumos mediante un insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, y dado el caso una combustión de materiales sólidos con contenido de carbono de grano fino y/o pulveriformes, carbono de aleación y/o energía adicional,
E)
en un paso de postcombustión se postqueman los gases de escape del recipiente metalúrgico mediante el insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, en la cámara de gases de escape del recipiente metalúrgico, estando situados los chorros del gas con contenido de oxígeno, que proceden en cada caso de una lanza multifunción, de una forma inclinada con respecto al eje longitudinal central de la respectiva lanza multifunción y están dirigidos hacia fuera de la misma,
F)
en un paso de insuflado de carbono se alimenta a los insumos mediante un insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, de materiales suplementarios sólidos de gran fino y/o pulveriformes y/o medios de aleación, las sustancias necesaria para obtener la composición deseada del caldo metálico, en donde
los pasos A) a F), según la composición de los insumos y la composición deseada del caldo metálico, se llevan a cabo en cualquier combinación, en especial consecutivamente y/o en secuencia inversa y/o simultáneamente y/o omitiendo algunos de los pasos D) y/o F).
Con el procedimiento conforme a la invención pueden producirse caldos metálicos, según una particularidad ventajosa por ejemplo en hornos eléctricos o convertidores o gasificadores de fusión, de una forma especialmente ahorrativa de energía y tiempo. Como recipientes metalúrgicos pueden usarse asimismo cubetas o recipientes para transformar escoria. El recipiente metalúrgico respectivo puede estar sometido a sobrepresión, presión atmosférica, depresión o vacío.
Las lanzas multifunción, que se utilizan para el procedimiento conforme a la invención, hacen posible una ejecución flexible, de libre elección y en especial también de igual duración de los diferentes pasos de procedimiento.
El consumo de portadores metálicos sólidos para producir caldos, en especial caldos de acero, aumenta debido a que estos materiales ya son metálicos y no es por tanto necesario reducirlos con un gran esfuerzo. Estos portadores metálicos sólidos se recirculan por lo tanto en medida creciente. En especial se tratan en hornos eléctricos materiales tales como chatarra, arrabio, hierro de fundición, etc., de tal modo que es especialmente importante la mejora del funcionamiento de hornos eléctricos. La fusión y el afinado rápidos para el ajuste de reducidos ritmos de trabajo del horno es importante para conseguir pérdidas de calor y consumos de electrodos reducidos, así como para el abastecimiento sin interrupciones de las modernas instalaciones de colada continua. Aparte de esto se pretende aumentar la potencia de fusión de hornos eléctricos también mediante la aplicación paralela específica de energía eléctrica y fósil.
Estos requisitos se cumplen mediante el procedimiento conforme a la invención.
Según una particularidad ventajosa del procedimiento conforme a la invención se utilizan una o varias lanzas multifunción junto con quemadores y/o lanzas de afinado y/o lanzas de postcombustión y/o - en el caso de hornos eléctricos - toberas de sub-baños y/o electrodos huecos y/o - en el caso de convertidores - toberas laterales conocidos en cada caso por sí mismos.
Por medio de esto es posible que quemadores y/o lanzas de afinado y/o lanzas de postcombustión cubran en cierta medida la "carga básica" de un paso de procedimiento correspondiente y mediante la o las lanzas multifunción utilizadas adicionalmente para un desarrollo rápido del procedimiento, en puntos especialmente importantes del recipiente metalúrgico además se aplique energía, se recargue por fusión, se afine, se insuflen carbones y/o medios de aleación, se postqueme gas de escape, etc.
Otra forma de ejecución ventajosa del procedimiento conforme a la invención consiste en que en un paso de insuflado de material sólido se insuflen una o varias de las siguientes sustancias en o sobre los insumos recargados por fusión de forma parcial o completa: minerales metalíferos como mineral de cromo, mineral de níquel y mineral de manganeso, óxido metálicos como óxido de níquel, óxido de vanadio y óxido de cromo, carburo de hierro, carburo de calcio, aluminio, FeSi, FeCr, FeMn, cascarillas petrolíferas, escorias, conformadores de escorias, polvos de instalaciones de desempolvado, polvos abrasivos, virutas metálicas, medios desoxidantes, fracciones ligeras de trituración, cal, carbón, coque y esponja de hierro, en cada caso en forma de grano fino y/o polvo.
En el caso de varias sustancias a insuflar, éstas pueden insuflarse mezcladas entre sí o separadas en/sobre los insumos recargados por fusión de forma parcial o completa. La aplicación de una mezcla de sustancias puede ser por ejemplo ventajoso cuando se insuflan minerales metalíferos y/u óxidos metálicos junto con medios desoxidantes.
En un paso de postcombustión se realiza con preferencia el insuflado de gas con contenido de oxígeno de forma variable periódicamente y/o pulsatoria.
Por medio de esto la postcombustión de los gases de escape del recipiente metalúrgico puede realizarse de forma especialmente eficiente, de tal manera que la energía que con ello se libera se transmite a los insumos con un elevado grado de eficacia y no se pierde en el sistema de gases de escape, que incluso se descarga en cuanto a técnica térmica.
Según otra forma de ejecución del procedimiento conforma a la invención se dirige sobre el caldo, en un paso de insuflado de carbono y/o un paso de insuflado de material sólido en un horno eléctrico, el chorro procedente de una lanza multifunción en las proximidades del punto de incidencia o en el punto de incidencia de material sólido, que se carga al caldo a través de una abertura en la tapa del horno, o de un arco eléctrico.
Conforme a una forma de ejecución en la misma medida ventajosa se dirige sobre el caldo, en un paso de insuflado de carbono y/o un paso de insuflado de material sólido en un convertidor, el chorro procedente de una lanza multifunción en las proximidades del punto de incidencia o en el punto de incidencia de un chorro de oxígeno procedente de otra lanza o de una tobera lateral.
Las dos formas de ejecución citadas en último lugar son especialmente ventajosas si pueden reducirse grandes cantidades de minerales, NiO, disgregados y polvos oxídicos, que en cada caso pueden estar también mezclados con carbono. Mediante la introducción de carbono en el punto o en los puntos en donde al mismo tiempo también se produce la máxima alimentación de energía, se acelera especialmente la reducción y la recarga por fusión de los insumos.
Según una particularidad especialmente ventajosa del procedimiento conforme a la invención se ejecutan uno o varios de los pasos de procedimiento A, B, D, E y F por medio de una lanza multifunción fundamentalmente al mismo tiempo que un paso de afinado, siendo especialmente preferible ejecutar un paso de combustión fundamentalmente al mismo tiempo que un paso de afinado. Por "fundamentalmente al mismo tiempo" se entiende con ello una superposición, al menos parcialmente el mismo tiempo, de los dos pasos de procedimiento.
Adicionalmente al insuflado más intenso de gas con contenido de oxígeno, con lo que se afinan los insumos fundidos, se insuflan también sustancias con contenido de carbono líquidas y/o gaseosas y gas con contenido de oxígeno y se queman las sustancias con contenido de carbono.
Según otra particularidad ventajosa del procedimiento conforme a la invención se insufla en un paso de afinado durante la producción de caldos de hierro preferiblemente aleados - con bajo contenido de carbono, además del insuflado más intenso de gas-vapor de agua con contenido de oxígeno y/o un gas inerte como nitrógeno y/o gases nobles, en o sobre los insumos recargados por fusión parcialmente o ya completamente.
Con esto se reduce notablemente la presión parcial de CO y de este modo el escoriado de hierro, así como el escoriado de elementos de aleación, en especial el escoriado de cromo.
Conforme a una forma de ejecución del procedimiento conforme a la invención se insuflan en un paso de insuflado de carbono, para fabricar caldos de hierro o acero con reducido contenido de carbono, los materiales con contenido de carbono con baja velocidad solamente sobre y en la escoria situada sobre el caldo.
Por medio de esto se evita aquí una carburación adicional del caldo. Los materiales con contenido de carbono sirven después primordialmente para espumar la escoria.
Como consecuencia de otra forma de ejecución ventajosa del procedimiento conforme a la invención se ejecuta durante uno o varios de los pasos de procedimiento A, B, C y E un paso de insuflado de líquido (G), insuflándose, descomponiéndose térmicamente y con ello evacuándose de forma ecológica - por medio de la(s) lanza(s) multifunción - líquidos combustibles y/o incombustibles, de otro modo difíciles de evacuar, dado el caso tóxicos como por ejemplo hidrocarburos o aceites halogenados.
Por líquidos deben entenderse con relación a esto también soluciones de materiales sólidos a evacuar en disolventes correspondientes.
El paso de insuflado de líquido se realiza de forma preferible en el punto más caliente en el recipiente metalúrgico, y en consecuencia es especialmente ventajoso llevar a cabo el paso de insuflado de líquido durante un paso de afinado, o bien dirigir el chorro de líquido sobre el punto de incidencia de un arco eléctrico sobre el caldo.
En conexión con un post-tratamiento correspondiente de los gases de escape del recipiente metalúrgico, como por ejemplo enfriamiento, insuflado de carbón activo, etc., se consigue evacuar líquidos difíciles de evacuar no sólo de forma ecológica, sino también de forma útil.
Conforme a otra forma de ejecución del procedimiento conforme a la invención, durante un paso de afinado (C) se influye específicamente en el chorro insuflado del gas con contenido de oxígeno mediante un insuflado - que se realiza por medio de la lanza multifunción - de otro chorro de gas.
Una lanza multifunción para usarse en el procedimiento conforme a la invención está configurada con preferencia con varios tubos que se abrazan mutuamente, concéntricos con relación a un eje longitudinal central, uno de cuyos extremos comunes forma la cabeza de la lanza multifuncional.
La configuración de la lanza depende entre otras cosas de si la lanza debe ser adecuada para insuflar grandes o pequeñas cantidades de materiales sólidos.
La lanza utilizada para insuflar pequeñas cantidades de materiales sólidos tiene con preferencia las siguientes propiedades:
\bullet
un primer tubo (1) para formar un canal de alimentación en especial para materiales sólidos, de grano fino a pulveriformes,
\bullet
un segundo tubo (3) que circunda el primer tubo (1) formando una primera rendija anular (4) - en especial para alimentar un gas con contenido de oxígeno, estando configurada la pieza de boca (6) del segundo tubo (3) como tobera Laval,
\bullet
un tercer tubo (7) que circunda el segundo tubo (3) formando una segunda rendija anular (8) - en especial para alimentar combustible gaseoso y/o líquido,
\bullet
un cuarto tubo (9) que circunda el tercer tubo (7) formando una tercera rendija anular (10) - en especial para alimentar un gas con contenido de oxígeno,
\bullet
un quinto tubo (11) que circunda el cuarto tubo (9) formando una cuarta rendija anular (12) - en especial para alimentar un gas con contenido de oxígeno, terminando la cuarta rendija anular (12) por el lado de boca formando varios canales de salida (13) y estando orientado el eje central en cada caso de un canal de salida (13) de forma inclinada con respecto al eje longitudinal central y dirigido hacia fuera del mismo.
Aquí es especialmente ventajoso el primer tubo, a través del cual se insuflan materiales sólidos de grano fino y/o pulveriformes en y/o sobre el caldo o la escoria. Según el paso de procedimiento se produce en un paso de insuflado de carbono una alimentación de materiales con contenido de carbono, en especial carbones, pero por ejemplo también coque y/o fracciones de trituración, y en un paso de insuflado de material sólido una alimentación de materiales suplementarios y/o medios de aleación, entendiéndose por materiales suplementarios y medios de aleación todos los conformadores de escoria, medios para espumado de escoria, medios para oxidar elementos acompañantes indeseados, medios para ajustar la composición deseada del caldo metálico, etc. usuales, normalmente durante la producción de caldos de acero y arrabio. El primer tubo hace posible las funciones de insuflado de carbono y material sólido de la lanza multifunción.
Por medio de la lanza multifunción caracterizada por la anterior combinación de particularidades pueden insuflarse materiales sólidos de un orden de magnitud de hasta 10 kg/min.
Mediante la configuración de la pieza de boca del segundo tubo como tobera Laval puede transformarse la presión previa del gas con contenido de oxígeno, alimentado durante pasos de corte y fusión y durante pasos de afinado, en impulsos, es decir velocidad. La primera rendija anular formada el primer y el segundo tubo hace posible las funciones de corte, fusión y afinado de la lanza multifuncional.
Por gas con contenido de oxígeno debe entenderse de forma preferible oxígeno técnico, como el que se obtiene por ejemplo de una instalación de descomposición de aire, o bien aire o aire enriquecido con oxígeno.
La segunda o tercera rendija anular sirve, en un paso de combustión, para alimentar combustible gaseoso y/o líquido, por ejemplo gas natural y/o aceite combustible, o bien para alimentar gas con contenido de oxígeno, en especial oxígeno técnico con el que se quema el combustible. La segunda y la tercera rendija anular hacen posible, junto con un paso de combustión, la función de quemador de la lanza multifunción.
La cuarta rendija anular formada por el cuarto y el quinto tubo sirve, en un paso de postcombustión, para alimentar gas con contenido de oxígeno y hace posible de este modo la función de postcombustión de la lanza multifunción.
Conforme a una forma de configuración preferida la cuarta rendija anular termina por el lado de boca, formando de 2 a 16 canales de salida, con preferencia de 4 a 6.
Los canales de salida están dirigidos con preferencia hacia fuera del eje longitudinal central, de tal modo que la proyección normal del eje central en cada caso de un canal de salida sobre un plano, definido por el eje longitudinal central y la boca del canal de salida, forma con el eje longitudinal central un ángulo \alpha de entre 2,5º y 25º, con preferencia un ángulo \alpha de entre 5º y 15º.
Mediante esta configuración de los canales de salida puede detectarse con el gas con contenido de oxígeno, que se alimenta a través de los canales de salida de la atmósfera del recipiente metalúrgico, una amplia región de esta atmósfera y postquemarse gases de escape combustibles.
Los ejes centrales de los canales de salida están inclinados con respecto al eje longitudinal central de la lanza multifunción y precisamente con preferencia de tal modo, que la proyección normal del eje central en cada caso de un canal de salida sobre un plano, dirigido perpendicularmente al eje longitudinal central, forma con un plano definido por el eje longitudinal central y la boca del canal de salida, un ángulo \beta de entre 2,5º y 60º, con preferencia un ángulo \beta de entre 5º y 20º.
Esta configuración de los canales de salida permite una postcombustión todavía más amplia de gases de escape del recipiente metalúrgico, ya que por medio de esto el gas con contenido de oxígeno insuflado a través de los canales de salida y, en consecuencia, también los gases de escape aspirados en estos chorros de gas de oxígeno del recipiente metalúrgico se trasladan en un movimiento giratorio helicoidal. Esto provoca el mezclado del gas con contenido de oxígeno con los gases de escape, así como su postcombustión.
Los diferentes ángulos \alpha y \beta también pueden ser elegidos en cada caso de forma diferente para diferentes canales de salida, para cumplir óptimamente las condiciones marginales especiales durante el uso de la lanza multifunción.
El tubo más externo, es decir el quinto, está dotado ventajosamente de una refrigeración que está ejecutada con preferencia como camisa doble refrigerada por agua.
Mediante la refrigeración prevista según estas particularidades se prolonga la vida útil de la lanza multifunción.
Según otra particularidad ventajosa las piezas de boca del segundo y/o tercer tubo presentan por el lado exterior rendijas, estando dispuestas estas rendijas con preferencia en paralelo al eje longitudinal central. Estas rendijas sirven para una mejor refrigeración de la respectiva pieza de boca.
Conforme a una variante de configuración ventajosa las piezas de boca del primer, segundo y tercer tubo terminan en un primer plano de boca, perpendicular al eje longitudinal central, y las piezas de boca del cuarto y quinto tubo en un segundo plano de boca, perpendicular al eje longitudinal central, estando retrasado el primer plano de boca detrás del segundo.
Para este caso también la camisa doble refrigerada por agua está trefilada convenientemente hasta el segundo plano de boca.
Los tubos dispuestos en el interior de la lanza multifunción se protegen con esto, en su boca, mejor contra esfuerzos mecánicos.
Para poder llevar a cabo trabajos de reparación de forma rápida y sencilla, el extremo de boca del segundo tubo está formado por una pieza de boca, unida de forma desmontable al segundo tubo y unida en especial por rosca.
Conforme a formas de ejecución ventajosas el primer tubo y, dado el caso el segundo, están ejecutados de forma resistente al desgaste.
La ejecución resistente al desgaste del primer tubo y, dado el caso el segundo, está configurada con preferencia de tal modo que el primer tubo y, dado el caso, el segundo están fabricados con un acero aleado con carburos de cromo o con un acero cromado duro o con un cobre cromado duro o con cobre, o bien con un acero que está dotado por dentro y, dado el caso, por fuera de un suplemento o recubrimiento cerámico.
Estas ejecuciones resistentes al desgaste permiten insuflar medios abrasivos, como por ejemplo carbones de grano fino, óxidos metálicos, conformadores de escoria, etc. a través del primer tubo y, dado el caso, a través de la rendija anular formada por el primer tubo y el segundo, por medio de un gas portante, en el o sobre el caldo o la escoria, sin acortar con esto fundamentalmente las vidas útiles del primer tubo y del segundo.
Para poder llevar a cabo asimismo reparaciones de forma rápida y sencilla el tercer tubo y el cuarto están divididos ventajosamente a lo largo y las respectivs piezas tubulares están fijadas unas a otras mediante uniones desmontables, en especial uniones rosca-
das.
Conforme a otra forma de ejecución ventajosa, además de la boca del segundo tubo, también la(s) boca(s) del primer y/o del tercer y/o del cuarto tubo y/o los canales de salida están configuradas como toberas Laval.
Esto es especialmente conveniente para, además de la función de afinado y corte, también reciben para una o varias de las funciones quemador, insuflado de carbono y materiales sólidos y postcombustión, elevada velocidad y con ello impulso y alcance o profundidad de inmersión de los respectivos chorros de gas y/o gas/material sólido.
La configuración de la forma de toberas Laval de la boca del segundo tubo está ejecutada convenientemente de tal modo, que el ángulo de apertura \gamma de la parte cónica de la boca del segundo tubo es de entre 0,1º y 5º, con preferencia entre 0,5º y 3º.
La elección del ángulo de apertura \gamma depende entre otras cosas también de las condiciones imperantes en el recipiente de caldo. De este modo, en el caso de un recipiente de caldo sometido a sobrepresión, se eligen más bien menores valores para \gamma, mientras que en el caso de un recipiente de caldo en el que impere depresión o vacío son ventajosos mayores valores.
Como consecuencia de otra forma de configuración ventajosa el primer tubo puede trasladarse por dentro del segundo tubo a lo largo del eje longitudinal central, para poder seguir influyendo en la función de insuflado de materiales sólidos y carbonos. Asimismo puede conseguirse, cuando el primer tubo se ha trasladado hasta detrás del estrechamiento del segundo tubo, un aumento de la cantidad de oxígeno a insuflar con una presión previa dada.
Para abastecer la lanza multifunción con gas portador el primer tubo, así como la primera, segunda, tercera y cuarta rendija anular están unidos en cada caso a un abastecimiento de gas portante, en especial a un abastecimiento de gas inerte.
El gas portante o el gas inerte puede servir, según el paso de procedimiento llevado a cabo en ese momento, de gas inyector para inyectar carbono o material sólido o para ajustar un contenido de oxígeno definido del gas con contenido de oxígeno, alimentado durante un paso de corte y fusión, afinado o combustión. Asimismo la lanza multifunción puede enjuagarse antes de usarse en el procedimiento conforme a la invención, o bien las secciones transversales de insuflado no utilizadas en el respectivo momento, con una corriente reducida de gas inerte y mantenerse libre de salpicaduras metálicas.
Para abastecer la lanza multifunción con todos los gases restantes, necesarios para los pasos del procedimiento, el primer tubo así como la primera, tercera y cuarta rendija anular están unidos en cada caso a un abastecimiento de oxígeno, un abastecimiento de aire, dado el caso a un abastecimiento de vapor, así como a una inyección de material sólido que puede conectarse y desconectarse, y la segunda rendija anular a un abastecimiento de combustible - para el abastecimiento con combustible líquido y/o gaseoso.
Para poder insuflar dado el caso también oxígeno a través del primer tubo, que sirve por lo demás preferentemente para insuflar carbono y material sólido, en un paso de corte y fusión y/o afinado, puede conmutarse por medio de un mecanismo conmutador, en especial una válvula conmutadora, del abastecimiento de gas portante y material sólido del primer tubo al abastecimiento de oxígeno.
La alimentación de gases hasta la lanza multifunción puede regularse ventajosamente mediante un ajuste de la presión previa del respectivo gas.
Alternativa o adicionalmente a esto puede ajustarse la alimentación de gases hasta la lanza multifunción por medio de sencillos paneles rígidos y/o válvulas de cierre rápido, que están dispuestos en cada caso en los diferentes conductos de gas.
Para el insuflado de grandes cantidades de material sólido se utiliza con preferencia una lanza con las siguientes particularidades. La lanza tiene:
\bullet
un primer tubo para formar un canal de alimentación, en especial para líquidos o gas con contenido de oxígeno,
\bullet
un segundo tubo que circunda el primer tubo formando una primera rendija anular - en especial para alimentar un gas con contenido de oxígeno, estando configurada la pieza de boca del segundo tubo (3) como tobera Laval,
\bullet
un tercer tubo que circunda el segundo tubo formando una segunda rendija anular - en especial para alimentar combustible gaseoso y/o líquido,
\bullet
un cuarto tubo que circunda el tercer tubo formando una tercera rendija anular - en especial para alimentar un gas con contenido de oxígeno,
\bullet
un quinto tubo que circunda el cuarto tubo formando una cuarta rendija anular - en especial para alimentar agua de refrigeración, estando ejecutada la cuarta rendija anular cerrada por el lado de boca,
\bullet
un sexto tubo que circunda el quinto tubo formando una quinta rendija anular - en especial para alimentar gas con contenido de oxígeno, terminando la quinta rendija anular por el lado de boca formando varios canales de salida y estando orientado el eje central en cada caso de un canal de salida de forma inclinada con respecto al eje longitudinal central y dirigido hacia fuera del mismo.
\bullet
un séptimo tubo que circunda el sexto tubo formando una sexta rendija anular - en especial para extraer agua de refrigeración, estando ejecutada la sexta rendija anular cerrada por el lado de boca, y estando unida la cuarta rendija anular a la sexta rendija anular en la región de la cabeza de la lanza multifunción mediante taladros que no se cruzan con los canales de salida,
\bullet
de uno a nueve tubos de tobera ejecutados resistentes al desgaste - en especial para alimentar materiales sólidos, de grano fino a pulveriformes, estando dispuestos los tubos de tobera en el interior de la quinta rendija anular y el eje central en cada caso de un tubo de tobera en paralelo al eje longitudinal y atravesando los tubos de tobera la cabeza de la lanza multifunción, sin cruzarse con taladros ni canales de salida.
Especialmente ventajosos son aquí los tubos de tobera a través de los cuales se insuflan materiales sólidos de grano fino y/o pulveriformes en y/o sobre el caldo o la escoria. Según el paso de procedimiento se produce en un paso de insuflado de carbono una alimentación de materiales con contenido de carbono, en especial carbón, pero por ejemplo también coque y/o fracciones de trituración y, en un paso de insuflado de material sólido, una alimentación de materiales suplementarios y/o medios de aleación, entendiéndose por materiales suplementarios y medios de aleación todos los conformadores de escoria, medios para espumado de escoria, medios para oxidar elementos acompañantes indeseados, medios para ajustar la composición deseada del caldo metálico, etc. usuales, normalmente durante la producción de caldos de acero y arrabio. Los tubos de tobera hacen posible las funciones de insuflado de carbono y material sólido de la lanza multifunción.
La lanza multifunción caracterizada por la anterior combinación de particularidades es extraordinariamente apropiada para insuflar incluso cantidades muy grandes de material sólido de hasta 200 kg/min. Esto es especialmente ventajoso si se quiere sustituir grandes porciones de energía eléctrica, que era necesaria hasta ahora para producir el caldo, por energía fósil para aumentar aún más por ejemplo la productividad o cuando se pretende insuflar mayores cantidades de los materiales sólidos indicados anteriormente, para los casos aplicativos más diferentes, neumáticamente en la escoria y/o en el caldo.
Mediante la configuración de la pieza de boca del segundo tubo como tobera Laval puede transformarse la presión previa del gas con contenido de oxígeno, alimentado durante pasos de corte y fusión y durante pasos de afinado, en impulsos, es decir velocidad. La primera rendija anular formada por el primer y segundo tubo hace posible las funciones de corte, fusión y afinado de la lanza multifunción.
Por gas con contenido de oxígeno debe entenderse de forma preferible oxígeno técnico, como el que se obtiene por ejemplo de una instalación de descomposición de aire, o bien aire o aire enriquecido con oxígeno.
El primer tubo sirve para el control reproducible del impulso del chorro Laval desde la primera rendija anular, regulándose con el primer tubo el ensanchamiento del chorro y con ello también la acción de afinado del chorro Laval. Esto se aplica también para, en el caso de poca altura del baño, no obturar adicionalmente el fondo refractario del recipiente metalúrgico, o bien para garantizar específicamente mayores contenidos de FeO en escorias a través de caldos de acero, para de este modo mejorar considerablemente el desfosforado de los caldos metálicos incluso con mayores contenidos de carbono del caldo. La lanza multifunción conforme a la invención presenta por tanto también la capacidad de controlar los contenidos de óxido de hierro de las escorias y, de este modo, también el desfosforado, pero por ejemplo también el desvanadizado del caldo de hierro.
A través del primer tubo pueden inyectarse también líquidos a evacuar en el chorro Laval o en la mancha de foco delante de la lanza multifunción. El primer tubo hace de este modo posible, entre otras cosas, la función de insuflado de líquido de la lanza multifunción.
Normalmente, sin embargo, el primer tubo recibe oxígeno o gas con contenido de oxígeno. En el caso de afinado de caldos aleados el primer tubo puede recibir aire o gas inerte o vapor, para rebajar la presión parcial de CO en la mancha de foco delante de la lanza multifunción y de este modo reducir el escoriado de cromo.
La segunda o tercera rendija anular sirven, en el caso de un paso de combustión, para alimentar combustible gaseoso y/o líquido, por ejemplo gas natural y/o aceite combustible, o bien para alimentar gas con contenido de oxígeno, en especial oxígeno técnico con el que se quema el combustible. La segunda y la tercera rendija anular hacen posible, para un paso de combustión, la función de quemador de la lanza multifunción.
La quinta rendija anular formada por el quinto y sexto tubos sirve, en un paso de postcombustión, para alimentar gas con contenido de oxígeno y hace posible de este modo la función de postcombustión de la lanza multifunción.
La camisa refrigerante formada por la quinta y sexta rendijas anulares y los taladros que unen estas rendijas anulares en la cabeza de la lanza multifunción se prolonga la vida útil de la lanza multifun-
ción.
Conforme a una forma de configuración preferida, la quinta rendija anular termina por el lado de boca formando de 2 a 16 canales de salida, con preferencia 4.
Los canales de salida están dirigidos de tal modo hacia fuera del eje longitudinal central, que la proyección normal del eje central en cada caso de un canal de salida forma, sobre un plano definido por el eje longitudinal central y la boca del canal de salida, un ángulo \alpha de entre 2,5º y 25º, con preferencia un ángulo \alpha de entre 5º y 15º.
Mediante esta configuración de los canales de salida puede detectarse, con el gas con contenido de oxígeno que se alimenta a través de los canales de salida a la atmósfera del recipiente metalúrgico, una amplia región de esta atmósfera y postquemarse gases de escape combustibles.
Conforme a una particularidad ventajosa los ejes centrales de los canales de salida están inclinados con respecto al eje longitudinal central de la lanza multifunción y precisamente de tal modo, que la proyección normal del eje central en cada caso de un canal de salida sobre un plano, dirigido perpendicularmente al eje longitudinal central, forma con un plano definido por el eje longitudinal central y la boca del canal de salida, un ángulo \beta de entre 2,5º y 60º, con preferencia un ángulo \beta de entre 5º y 20º.
Esta configuración de los canales de salida permite una postcombustión todavía más amplia de gases de escape del recipiente metalúrgico, ya que por medio de esto el gas con contenido de oxígeno insuflado a través de los canales de salida y, en consecuencia, también los gases de escape aspirados en estos chorros de gas de oxígeno del recipiente metalúrgico se trasladan en un movimiento giratorio helicoidal. Esto provoca el mezclado del gas con contenido de oxígeno con los gases de escape, así como su postcombustión.
Los diferentes ángulos \alpha y \beta también pueden ser elegidos en cada caso de forma diferente para diferentes canales de salida, para cumplir óptimamente las condiciones marginales especiales durante el uso de la lanza multifunción.
La configuración de la forma de toberas Laval de la boca del segundo tubo está ejecutada convenientemente de tal modo, que el ángulo de apertura \gamma de la parte cónica de la boca del segundo tubo es de entre 0,1º y 5º, con preferencia entre 0,5º y 3º.
La elección del ángulo de apertura \gamma depende entre otras cosas también de las condiciones imperantes en el recipiente de caldo. De este modo, en el caso de un recipiente de caldo sometido a sobrepresión, se eligen más bien menores valores para \gamma, mientras que en el caso de un recipiente de caldo en el que impere depresión o vacío son ventajosos mayores valores.
Según otra particularidad ventajosa las piezas de boca del segundo y/o tercer tubo presentan por el lado exterior rendijas, estando dispuestas estas rendijas con preferencia en paralelo al eje longitudinal central. Estas rendijas sirven para una mejor refrigeración de la respectiva pieza de boca.
Conforme a una variante de configuración ventajosa las piezas de boca del primer, segundo y tercer tubo terminan en un primer plano de boca, perpendicular al eje longitudinal central, y las piezas de boca del cuarto y quinto tubo en un segundo plano de boca, perpendicular al eje longitudinal central, estando retrasado el primer plano de boca detrás del segundo.
Los tubos dispuestos en el interior de la lanza multifunción se protegen con esto, en su boca, mejor contra esfuerzos mecánicos.
Como consecuencia de otra forma de configuración ventajosa el primer tubo puede trasladarse por dentro del segundo tubo a lo largo del eje longitudinal central, para poder seguir influyendo en la función de insuflado de materiales sólidos y carbonos. Asimismo puede conseguirse, cuando el primer tubo se ha trasladado hasta detrás del estrechamiento del segundo tubo, un aumento de la cantidad de oxígeno a insuflar con una presión previa dada.
Para poder llevar a cabo reparaciones de forma rápida y sencilla, el extremo de boca del segundo tubo está formado por una pieza de boca unida deforma desmontable al segundo tubo, unida en especial por rosca o por medio de una unión deslizante obturada mediante juntas tóricas.
Para poder llevar a cabo asimismo reparaciones de forma especialmente rápida y sencilla, el tercer y/o el cuarto y/o el quinto y/o el sexto y/o el séptimo tubo están dividas a lo largo al menos una vez y las piezas tubulares fijadas unas a otras mediante uniones desmontables, en especial uniones roscadas y/o uniones deslizantes obturadas mediante juntas tóricas.
Conforme a otra forma de ejecución ventajosa, además de la boca del segundo tubo, también la(s) boca(s) del tercer y/o del cuarto y/o del tubo de tobera y/o los canales de salida y/o los tubos de tobera están configurados como toberas Laval, y/o está ampliado el diámetro de la boca del primer tubo.
Esta forma de tobera Laval es especialmente conveniente para, además de la función de afinado y corte, también reciben para una o varias de las funciones quemador, insuflado de carbono y materiales sólidos y postcombustión, elevada velocidad y con ello impulso y alcance o profundidad de inmersión de los respectivos chorros de gas y/o gas/material sólido.
La ampliación del diámetro de la boca del primer tubo es especialmente ventajoso en el caso de un recipiente de fusión sometido a depresión o vacío.
Conforme a una forma de ejecución ventajosa el tubo de tobera o los tubos de tobera está(n) ejecuta-
do(s) resistente(s) al desgaste.
La ejecución resistente al desgaste de los tubos de tobera está configurada con preferencia de tal modo que el respectivo tubo está fabricado con un acero aleado con carburos de cromo o con un acero cromado duro o con un cobre cromado duro o con cobre, o bien con un acero que está dotado por dentro y, dado el caso, por fuera de un suplemento o recubrimiento cerámico.
Estas ejecuciones resistentes al desgaste permiten insuflar medios abrasivos, como por ejemplo carbones de grano fino, óxidos metálicos, conformadores de escoria, etc. a través de los tubos de tobera por medio de un gas portante, en el o sobre el caldo o la escoria, sin acortar con esto fundamentalmente las vidas útiles de los tubos de tobera.
Otra forma de ejecución ventajosa de la lanza multifunción consiste en que al/a los tubo(s) de tobera está asociada por cada extremo, que está alejado de la lanza multifunción, una cámara distribuidora de material sólido, estando formada la cámara distribuidora de material sólido por un cuerpo hueco fundamentalmente cilíndrico, circundado omnidireccionalmente y anular con un fondo, una cubierta y una delimitación lateral y atravesando el/los tubo(s) de tobera el fondo de la cámara distribuidora de material sólido () desde abajo y desembocando un conducto de alimentación de material sólido, tangencialmente, en la delimitación lateral de la cámara distribuidora de material sólido.
Adicionalmente a la forma de ejecución anterior está previsto con preferencia otro cuerpo hueco fundamentalmente cilíndrico, anular, estando abierto por arriba el otro cuerpo hueco y presentando un fondo y una delimitación lateral y estando dispuesto el otro cuerpo hueco de tal modo en el interior de la cámara distribuidora de material sólido, que entre la cubierta de la cámara distribuidora de material sólido y la delimitación lateral del otro cuerpo hueco permanece una rendija y desembocando el/los tubos de tobera en el fondo del otro cuerpo hueco.
El material sólido se insufla tangencialmente en la cámara distribuidora de material sólido y fluye a través de la rendija sobre una pared intermedia, que está formada por la delimitación lateral del otro cuerpo hueco, hasta una cámara desde la que salen los tubos de tobera (es decir, en el otro cuerpo hueco). La entrada a los tubos de tobera está conectada cónicamente y - como los propios tubos de tobera - está ejecutada resistente al desgaste.
La cámara distribuidora de material sólido está fijada con un cierre rápido o una brida sobre el cuerpo de lanza y puede extraerse, después de abrirse el cierre. Los tubos de tobera resistentes al desgaste están fijados a un anillo que forma el fondo de la cámara distribuidora de material sólido y pueden sustituirse fácilmente.
La cámara distribuidora de material sólido de la lanza multifunción está unida convenientemente a un abastecimiento de gas portador, en especial a un abastecimiento de gas inerte, así como a uno a varios abastecimientos de material sólido.
Para el ulterior abastecimiento de la lanza multifunción con gas portador el primer tubo, así como la primera, segunda, tercera y quinta rendijas anulares están unidos en cada caso a un abastecimiento de gas portador, en especial a un abastecimiento de gas inerte.
El gas portante o el gas inerte puede servir, según el paso de procedimiento llevado a cabo en ese momento, de gas inyector para inyectar carbono o material sólido o para ajustar un contenido de oxígeno definido del gas con contenido de oxígeno, alimentado durante un paso de corte y fusión, afinado o combustión. Asimismo la lanza multifunción puede enjuagarse antes de usarse en el procedimiento conforme a la invención, o bien las secciones transversales de insuflado no utilizadas en el respectivo momento, con una corriente reducida de gas inerte o aire y mantenerse libre de salpicaduras metálicas.
Para abastecer la lanza multifunción con todos los gases restantes, necesarios para los pasos del procedimiento, el primer tubo así como la primera, tercera y quinta rendija anular están unidos en cada caso a un abastecimiento de oxígeno, un abastecimiento de aire así como, dado el caso, a un abastecimiento de vapor, y la segunda rendija anular a un abastecimiento de combustible - para el abastecimiento con combustible líquido y/o gaseoso.
Adicional o alternativamente al abastecimiento de oxígeno y/o abastecimiento de aire, la primera y/o la quinta rendija anular pueden estar dotadas de un abastecimiento de viento caliente. Por viento caliente debe entenderse con ello un gas con contenido de oxígeno, por ejemplo aire enriquecido con oxígeno, con una temperatura de 200 a unos 1.200ºC.
La alimentación de gases hasta la lanza multifunción puede regularse ventajosamente mediante un ajuste de la presión previa del respectivo gas.
Alternativa o adicionalmente a esto puede ajustarse la alimentación de gases hasta la lanza multifunción por medio de sencillos paneles rígidos y/o válvulas de cierre rápido, que están dispuestos en cada caso en los diferentes conductos de gas.
Todas las formas de ejecución de las lanzas multifunción tienen en común que mediante el primer tubo y/o la primera rendija anular - como es conocido por sí mismo - pueden detectarse ondas electromagnéticas, en especial en el margen de la luz visible y del margen infrarrojo que limita con el mismo, por medio de un sistema óptico y alimentarse a un detector para determinar la temperatura y/o la composición química del caldo metálico.
Durante una medición de este tipo se insufla preferentemente gas inerte a través del primer tubo y/o la primera rendija anular; la función de quemador de la lanza multifunción puede permanecer con ello conectada. La valoración de las ondas electromagnéticas para determinar la temperatura y/o la composición química del caldo metálico puede realizarse con ello por medios pirométricos y/o espectrométricos. Un procedimiento similar se ha propuesto ya en el documento WO 97/22859, con la diferencia de que aquí no se mide sub-baño - como en el documento WO 97/22859.
Las lanzas multifunción - tanto la forma de ejecución para pequeñas cantidades de material sólido como la de para grandes - se disponen ventajosamente de tal manera que pueden desplazarse y/o bascularse a lo largo de su eje longitudinal. De este modo puede por un lado controlarse la profundidad de penetración de los respectivos chorros de gas en el caldo y ajustarse los tramos de recorrido de los chorros de gas, en el caso de una altura variable de la superficie del baño y, por otro lado, alcanzarse una mayor región de la superficie del baño o pasar por encima de la misma.
Asimismo ha demostrado ser ventajoso disponer una lanza multifunción por debajo de un panel de cobre abombado en la dirección del interior del recipiente metalúrgico, permaneciendo desplazable y/o basculable la lanza multifuncional, ya que la lanza multifuncional se protege por medio de esto especialmente bien.
La cantidad de lanzas multifunción utilizadas para el procedimiento conforme a la invención en un recipiente metalúrgico varía con la clase del recipiente metalúrgico y su tamaño, así como con las formas de ejecución de las lanzas multifunción utilizadas. Pueden estar previstas de una a 10 lanzas multifunción. Los mayores costes de inversión en el caso de mayores cantidades se compensan sobradamente, por medio de que en toda la cámara de horno o toda la superficie del caldo la aplicación de energía, carbono y material sólido así como la postcombustión se producen en gran medida de forma homogeneizada y se aumenta la productividad del recipiente metalúrgico respectivo.
En el caso de mayores cantidades, por ejemplo 5 lanzas multifunción, es también ventajoso ejecutar las lanzas multifunción con menores dimensiones, de tal modo que la suma de las secciones transversales de insuflado sea aproximadamente la misma que en el caso de usarse una menor cantidad de lanza multifunción, por ejemplo sólo 2 lanzas multifunción.
A continuación se aplican los hornos eléctricos y el convertidor como ejemplos normales, aunque no limitados, para describir la invención.
En tanto no se indique lo contrario las siguientes ejecuciones se refieren aun procedimiento con lanzas multifunción para insuflar mayores cantidades de materiales sólidos.
Para simplificar la terminología a continuación se designan el primer tubo, la primera, segunda, tercera y quinta rendijas anulares así como los tubos de tobera, junto con la pieza de boca correspondiente en cada caso o los canales de salida como tobera 1, tobera 2, tobera 3, tobera 4, tobera 5 y tobera 6.
Se disponen una o varias lanzas multifunción - en el caso de grandes hornos - por encima de la superficie del baño, medido antes de la sangría del caldo, con preferencia en la pared lateral, en la región de arimez o incluso insuflando desde la tapa de horno. El eje longitudinal de la lanza multifuncional debe mostrar, en el caso de una disposición en la pared lateral o en la región de arimez, una inclinación con relación a la superficie del baño superior a 35º. La lanza multifuncional está dispuesta normalmente de forma estacionaria. En el caso de una disposición en hornos eléctricos con grandes piedras en la zona de escorias o a veces también en la región de arimez del horno eléctrico está prevista una disposición de lanza, desplazable linealmente dotada o no de posibilidad de basculamiento, en la pared lateral y/o en la región de arimez o en la tapa de horno.
Según cómo esté equipado el horno eléctrico con quemadores y/o lanzas de postcombustión correspondientes al estado de la técnica, se aplican las lanzas multifunción con preferencia en la región de las regiones de horno más frías (cold spots) o de arimez. Sin embargo, las lanzas multifunción pueden aplicarse principalmente a todos los puntos del perímetro del horno o bajando desde la tapa del horno. En el caso de hornos eléctricos que se cargan con grandes cantidades de esponja de hierro a través de un quinto orificio de tapa, por ejemplo continuamente, es ventajosa una disposición de una clase tal en la que los chorros procedentes de las lanzas multifunción inciden sobre el caldo en las proximidades del punto de incidencia de la esponja de hierro, ya que allí se necesita urgentemente energía, se produce CO y puede postquemarse, así como se reduce la formación de FeO mediante el insuflado de carbón.
Con relación a la altura de la posición de lanza en la pared lateral debe afirmarse que el tramo de recorrido por ejemplo del chorro procedente de la tobera 2 debe ser inferior a 2 m, si el afinado definido del caldo y con ello la entrada del chorro de oxígeno en el caldo es importante. En el arimez del horno eléctrico el tramo de recorrido de los chorros es casi siempre inferior a 1, 2 m. En el convertidor o reactores similares los tramos de recorrido de los chorros también pueden ser bastante más largos de 2 m.
Para optimizar el consumo de electrodos se disponen las lanzas multifuncionales, cuando éstas están dispuestas en la pared lateral, con preferencia tangencialmente a un cilindro imaginario. El diámetro del cilindro está situado entre el círculo parcial del electrodo y la pared del horno.
La lanza multifunción se aplica con preferencia en un panel de cobre refrigerado intensamente, aproximadamente cuadrático, con una longitud lateral de aproximadamente 0,5 m. Por medio de esto se prolonga la vida útil del entorno de la lanza. Esto es especialmente importante cuando en parte se utilizan grandes trozos de chatarra y se mantiene corto el tiempo de precalentamiento durante el insuflado de oxígeno desde la tobera 4 y de combustible desde la tobera 3. Después puede en especial desviarse el chorro de oxígeno procedente de la tobera 5 o de la tobera 2 y rozar brevemente una cantidad parcial el panel, como puede suceder también en el caso de quemadores usuales. La instalación de la lanza multifunción por debajo de un panel de cobre, abombado cuneiformemente en la dirección del interior del horno ha demostrado ser especialmente ventajosa, ya que la lanza se protege con esto especialmente bien.
El modo de trabajo con la lanza multifunción puede describirse de la siguiente forma:
En la posición de espera las toberas reciben los medios aire (tobera 1), aire (tobera 2), N_{2} (tobera 3), aire (tobera 4) y aire (tobera 5) en cantidades mínimas, que fluyen por ejemplo a 0,2 bares.
Para la carga se aumenta brevemente la presión sobre las toberas hasta aproximadamente 1, 5 bares, cuando la lanza está sometida durante la carga a salpicaduras procedentes de la cámara de horno.
Tras la carga de portadores de hierro como chatarra y/o hierro fundido, de carbón trozeado, hierro directamente reducido, conformadores de escoria, etc., la lanza multifunción se activa paso a paso proviniendo de las cantidades de mantenimiento libre y usarse para los diferentes usos. El desarrollo temporal de los pasos de procedimiento depende sin embargo, entre otras cosas, del trozeado de los insumos, del desarrollo previsto del contenido de carbono del caldo, de los contenidos en óxidos metálicos en la escoria, del desfosforado necesario del caldo, etc., y puede variar. En caso extremo se conectan todas las funciones desde el principio y la lanza se hace funcionar constantemente durante cierto tiempo.
En el caso de insumos promedio - normalmente chatarra - el modo de trabajo usual es el siguiente:
En primer lugar - tras el encendido del arco eléctrico y la inflamación en el codo - se conecta oxígeno a través de la tobera 4 y justo después de conecta además combustible, como por ejemplo gas natural (de 0,6 a 7 Nm^{3}/min) desde la tobera 3. La chatarra se precalienta delante de la lanza (función de quemador).
Después de un corto tiempo, que depende de la mezcla de chatarra utilizada, se conecta después de por ejemplo 2 minutos un flujo medio de oxígeno desde la tobera 2 para el corte y la fusión oxidante de la chatarra. Según la cantidad de O_{2} precalculada, para el afinado se descarboniza el caldo tras la formación de un baño metálico con una profundidad de por ejemplo 20 cm, con una mayor cantidad de oxígeno, con un impulso del chorro de oxígeno controlado mediante el primer tubo. La función de quemador permanece con ello conectada en la mayoría de los casos aplicativos, para optimizar la efectividad del caldo y el descarbonizado y la oxidación parcial del
caldo.
Los gases de horno combustibles se aspiran, después de conectar el oxígeno procedente de la tobera 5, en los diferentes chorros de oxígeno y se queman parcialmente. La energía liberada con ello se transmite con un elevado grado de eficacia a la chatarra, la escoria y al caldo y no se pierde por el sistema de escape de gases. Éste incluso se descarga en cuanto a técnica térmica. Los chorros de oxígeno procedentes de la tobera 5, es decir, de 2 a 16 unidades por lanza multifunción, se insuflan hacia abajo, inclinados hacia fuera del eje longitudinal de la lanza, en el mecanismo activador de chatarra.
En el caso de una lanza para pequeñas tasas de insuflado de material sólido la tobera central 1, cuando se instala una válvula de conmutación especial a la entrada de la tobera, puede conmutarse de aire en funcionamiento de oxígeno y tras el enjuague con nitrógeno por ejemplo a insuflado de carbón. Si existe una gran necesidad de oxígeno para afinar se detiene la inyección de carbón, se enjuaga con N_{2} la tobera 1 con ayuda de la válvula de conmutación y la tobera 1, así como la tobera 2, recibe un flujo de oxígeno prefijado.
La cantidad de oxígeno a través de la tobera 2 es, conforme al tamaño del horno y la cantidad de las lanzas multifunción, de 400 a 3.000 Nm^{3} por hora. A través de las toberas 6 se insuflan por cada mm^{2} de sección transversal de insuflado hasta 0,3 kg de carbón/min. Según la manera de traslación el caldo puede o bien descarbonizarse rápidamente o incluso carburarse. A través de una tobera 6 con una anchura nominal de 12 mm puede insuflarse por ejemplo hasta 34 kg de carbón/min al insuflar con pequeñas cantidades de O_{2} a través de la tobera 2. Mediante el insuflado de carbón se espuma la escoria muy rápidamente e intensamente, se estabilizan los contenidos de FeO en las escorias hasta un nivel bajo de hasta menos del 20% e, incluso en el caso de contenidos de carbono del caldo de por ejemplo el 0,04%, se reducen los contenidos de oxígeno en el acero de unos 1.000 a unos 600 ppm. Esto conduce entre otras cosas también a menores consumos de medios de aleación y a un acero más limpio. Estos efectos pueden reforzarse enjuagando el caldo con toberas de enjuague que puedan regularse bien, que reciben nitrógeno y/o argón más CH_{4}.
Si es necesario ajustar menores contenidos de carbono del caldo por ejemplo del 0,03% y la escoria también debe espumarse en el periodo de sobrecalentamiento del caldo, se insufla el carbón a través de las toberas 6 sólo con una presión muy reducida y una pequeña cantidad/minuto sobre la escoria y después vuelve a afinarse.
Si se quiere alimentar al caldo o a la escoria - para acondicionar - brevemente mayores cantidades de carbono, se insuflan a través de la tobera 2 gas inerte, aire o pequeñas cantidades de oxígeno y a través de la tobera 6 grandes cantidades de carbón. La presión a la entrada de la tobera 6 aumenta con el insuflado de carbón (o también insuflado de material sólido) según la siguiente fórmula empírica:
f = \surd(1,4 + B)/1,4;
Con ello f representa el factor para aumentar la presión en el caso de cantidad constante de gas portador y B la carga del gas portador en kg/Nm^{3}.
En especial en el caso de caldos aleados con Cr es especialmente ventajosa la reducción de la presión parcial de CO y, de este modo, la escorificación de Cr en el caso de contenidos de carbono de por ejemplo menos del 1% mediante la adición de gas inerte o vapor al oxígeno procedente de la tobera 1, la tobera 2 y la tobera 4.
Por medio de esto pueden producirse económicamente contenidos de carbono de hasta menos del 0,4%, es decir, en el caso de escorificación de los elementos de aleación, a temperatura reducida con elevada productividad. Un tratamiento VOD (Vacuum Oxygen Degassing) postconectado se reduce con esto bastante y aumenta bastante toda la productividad de la ruta de procedimiento EAF con lanza(s) multifuncional y VOD. También el insuflado del fondo por medio de oxígeno y gas inerte o vapor en combinación con las lanzas multifunción es una combinación especialmente apropiada para generar acero aleado
- como por ejemplo acero inoxidable - en la EAF con el uso del procedimiento del objeto. En caso extremo puede producirse acero inoxidable en una EAF así también sin tratamiento VOD.
Las lanzas multifunción así como el procedimiento con el uso de las mismas se explican a continuación con más detalle en los dibujos de las figuras 1 a 9.
Los dibujos de las figuras 1 a 3 ilustran con ello la lanza multifunción para el insuflado de cantidades de material sólido relativamente pequeñas:
la figura 1 ilustra un corte longitudinal reducido, que está practicado a través del eje longitudinal central de la lanza multifunción,
la figura 2 muestra la cabeza de la lanza multifunción,
la figura 3 es una vista de la cabeza representada en la figura 2 en la dirección de la flecha I de la figura 2.
Los dibujos de las figuras 4 a 7 representan la lanza multifunción conforme a la invención para el insuflado de cantidades de material sólido relativamente grandes.
La figura 4 ilustra en un corte longitudinal reducido toda la estructura de esta lanza, mientras que
la figura 5 representa la cabeza de la lanza multifuncional.
En la figura 6 puede verse una vista de la cabeza representada en la figura 5, en la dirección de la flecha IV.
La figura 7 representa la lanza multifuncional para cantidades de material sólido relativamente grandes junto con los conductos de abastecimiento de gas,
las figuras 8 y 9 muestran la instalación de lanzas multifunción conforme a la invención en recipientes metalúrgicos.
La lanza multifuncional representada en la figura 1 presenta un primer tubo 1, que se utiliza en especial para la alimentación de sustancias sólidas, de gran fino a pulveriformee que pueden transportarse neumáticamente. Este primer tubo 1 se extiende en la dirección del eje longitudinal central 2 de la lanza multifunción y está circundado por un segundo tubo 3, a través del cual entre el primer y el segundo tubo una primera rendija anular 4, a través de la cual se alimenta en especial gas con contenido de oxígeno.
El lado interior del segundo tubo 3 está configurado a modo de tobera Laval en el extremo de boca, que se forma mediante una pieza de boca 5 propia y puede desmontarse fácilmente del segundo tubo 3 mediante una unión roscada, de tal manera que el gas con contenido de oxígeno o el oxígeno sale de la pieza de boca 5 a velocidad supersónica.
El segundo tubo 3 está circundado por un tercer tubo 6, de tal modo que entre el segundo y tercer tubo está configurada una segunda rendija anular 7, a través de la cual se alimenta combustible gaseoso y/o líquido.
Un cuarto tubo 8 circunda el tercer tubo 6, de tal modo que entre el tercer y cuarto tubo está configurada una tercera rendija anular 9, a través de la cual se alimenta a su vez en especial gas con contenido de oxígeno.
El cuarto tubo 8 está circundado asimismo por un quinto tubo 10, de tal manera que entre el cuarto y el quinto tubo está configurada una cuarta rendija anular 11, a través de la cual se alimenta en especial gas con contenido de oxígeno.
La cuarta rendija anular 11 termina por el lado de boca en varios canales de salida 12. Los ejes centrales 13 de los canales de salida 12 están inclinados respecto al eje longitudinal 2 de la lanza multifunción. La proyección normal del eje central 13 en cada caso de un canal de salida 12 sobre un plano (que en el dibujo de la figura 2 es idéntico al plano del dibujo), definido por el eje longitudinal central 2 y la boca del canal de salida 12, forma con el eje longitudinal central 2 un ángulo \alpha de entre 2,5º y 25º. Como medida para la inclinación la proyección normal del eje central 13 en cada caso de un canal de salida 12 sobre un plano (siendo idéntico este plano al plano de dibujo de la figura 3 y coincidiendo esta proyección normal con el eje central en la vista elegida de la figura 3), dirigido perpendicularmente al eje longitudinal central 2, forma con un plano definido por el eje longitudinal central 2 y la boca del canal de salida, un ángulo \beta de entre 2,5º y 60º.
Por medio de esto se trasladan el gas con contenido de oxígeno insuflado a través de los canales de salida 12 y, en consecuencia, también los gases de escape aspirados en estos chorros de gas con oxígeno del recipiente metalúrgico en un movimiento de mezclado helicoidal, y los gases de escape se aspiran en los chorros de gas con oxígeno. Esto conduce a un mezclado eficiente del gas con contenido de gas y de los gases de escape y a su postcombustión más amplia.
El quinto tubo 10 está circundado exteriormente por una camisa doble 14 refrigerada por agua, que termina normalmente en el mismo plano de boca 15 que el primer, segundo y tercer tubos 1,3,6 o sus piezas de boca. El cuarto y quinto tubos 8 y 10 pueden terminar junto con la camisa doble 14 refrigerada por agua en un segundo plano de boca 16, mientras que el primero está retrasado detrás del segundo plano de boca (representado con línea de trazos 17).
Las piezas de boca 5, 18 de los tubos segundo y tercero 3 y 6 están dotados por su lado exterior de varias rendijas, con lo que se consigue una acción refrigerante reforzada de los gases alimentados a través de la segunda y la tercera rendijas anulares 7 y 9.
El primer tubo 1 está ejecutado interiormente resistente al desgaste. Para esto presenta interiormente un suplemento cerámico. El primer tubo 1 puede trasladarse también a lo largo del eje longitudinal central, por ejemplo por medio de un accionamiento neumático.
Tanto el tercer tubo 6 como el cuarto 8 están divididos en su longitud y las respectivas piezas tubulares 6a, 6b o 8a, 8b están fijadas unas a otras por medio de uniones roscadas. Por medio de esto pueden intercambiarse rápidamente las piezas tubulares 6b y 8b en el caso de una reparación. La obturación se produce por ejemplo por medio de una junta tórica.
La lanza multifuncional representada en la figura 4 presenta un primer tubo 20, que se utiliza en especial para la alimentación de gas con contenido de oxígeno. Este primer tubo 20 se extiende en la dirección del eje longitudinal central 21 de la lanza multifuncional y está circundado por un segundo tubo 22, a través del cual se forma entre el primer y el segundo tubo una primera rendija anular 23, a través de la cual se alimenta a su vez en especial gas con contenido de oxígeno.
Durante la alimentación de gas con contenido de oxígeno a través del primer tubo 20 éste sirve principalmente para controlar el impulso del chorro de gas desde la primera rendija anular 23, o para controlar los contenidos de FeO de escorias. Para esto el primer tubo 20 puede trasladarse a lo largo del eje longitudinal central 21, como se indica mediante la flecha III, por ejemplo por medio de un accionamiento neumático. Sin embargo, con el primer tubo 20 puede llevarse a cabo también un paso de insuflado de líquido.
El lado interior del segundo tubo 22 está configurado sobre la pieza de boca 24 a modo de tobera Laval, de tal modo que el gas con contenido de oxígeno o el oxígeno sale de la pieza de boca 24 a velocidad supersónica.
El segundo tubo 22 está circundado por un tercer tubo 25, de tal modo que entre el segundo y el tercer tubo está configurada una segunda rendija anular 26, a través de la cual se alimenta combustible gaseoso y/o líquido.
Un cuarto tubo 27 circunda el tercer tubo 25, de tal modo que entre el tercer y el cuarto tubo está configurada una tercera rendija anular 28, a través de la cual se alimenta a su vez en especial gas con contenido de oxígeno.
El cuarto tubo 27 está circundado asimismo por un quinto tubo 29, de tal modo que entre el cuarto y el quinto tubo está configurada una cuarta rendija anular 30, a través de la cual se alimenta agua refrigerante.
El quinto tubo 29 está circundado asimismo por un sexto tubo 31, de tal modo que entre el quinto y el sexto tubo está configurada una quinta rendija anular 32, a través de la cual se alimenta en especial gas con contenido de oxígeno.
La quinta rendija anular 32 termina por el lado de boca en varios canales de salida 33. Los ejes centrales 34 de los canales de salida 33 están inclinados respecto al eje longitudinal 21 de la lanza multifunción. La proyección normal del eje central 34 en cada caso de un canal de salida 33 sobre un plano (que en el dibujo de la figura 5 es idéntico al plano del dibujo), definido por el eje longitudinal central 21 y la boca del canal de salida 33, forma con el eje longitudinal central 21 un ángulo \alpha de entre 2,5º y 25º. Como medida para la inclinación la proyección normal del eje central 34 en cada caso de un canal de salida 33 sobre un plano (siendo idéntico este plano al plano de dibujo de la figura 6 y coincidiendo esta proyección normal con el eje central en la vista elegida de la figura 6), dirigido perpendicularmente al eje longitudinal central 21, forma con un plano definido por el eje longitudinal central 21 y la boca del canal de salida, un ángulo \beta de entre 2,5º y 60º.
Por medio de esto se trasladan el gas con contenido de oxígeno insuflado a través de los canales de salida 33 y, en consecuencia, también los gases de escape aspirados en estos chorros de gas con oxígeno del recipiente metalúrgico en un movimiento de mezclado helicoidal, y los gases de escape se aspiran en los chorros de gas con oxígeno. Esto conduce a un mezclado eficiente del gas con contenido de gas y de los gases de escape y a su postcombustión más amplia.
El sexto tubo 31 está circundado exteriormente por un séptimo tubo 35, con lo que se forma una sexta rendija anular 36, a través de la cual se extrae agua refrigerante.
Las rendijas anulares cuarta 30 y sexta 36 están ejecutadas cerradas por el lado de boca y están unidas mediante taladros 38 en la cabeza 37 de la lanza multifunción. Las rendijas anulares cuarta 30 y sexta 36 forman, junto con los taladros 38, una camisa doble refrigerada por agua a través de la cual fluyen durante el funcionamiento aproximadamente 60 m^{3}/hora.
En el interior de la quinta rendija anular 32 discurren varios tubos de tobera 39 para alimentar materiales sólidos de pulverifomes a de grano fino, estando representado en los dibujos de las figuras 4 y 5, a causa de la vista elegida, sólo uno de los tubos de tobera 39 en sección transversal. Los tubos de tobera 39 están ejecutados interiormente resistentes al desgaste, para lo que están dotados de un suplemento cerámico. Los tubos de tobera 39 desembocan en la cabeza 37 de la lanza multifunción o atraviesan la misma. Las bocas de los tubos de tobera 39 están configuradas aquí cilíndricamente, pero también pueden estarlo ensanchadas de forma ligeramente cónica o en forma de tobera Laval.
En casos especiales, cuando también se prescinde del uso de los canales de salida 33 para la postcombustión, toda la quinta rendija anular 32 puede recibir adicionalmente gas portador y material sólido. El material sólido se insufla después a través de los canales de salida 33, que están ejecutados para este caso resistentes al desgaste.
Las piezas de boca 24, 40 de los tubos segundo 22 y tercero 25 están dotadas por su lado exterior de varias ranuras 41, con lo que se consigue una acción refrigerante reforzada de los gases alimentados a través de las rendijas anulares segunda 26 y tercera 28.
Las piezas de boca de los tubos cuarto 27, quinto 29, sexto 31 y séptimo 35 terminan en un primer plano de boca 42. Las piezas de boca 24, 40 de los tubos segundo 22 y tercero 25 terminan en un segundo plano de boca 43, estando retrasado el segundo plano de boca algo detrás del primero.
Tanto el cuarto tubo 27 como el quinto 29 están divididos en su longitud, el cuarto tubo 27 doblemente y el quinto tubo 29 de forma sencilla, y las respectivas piezas tubulares están fijadas unas a otras por medio de uniones roscadas 44. Por medio de esto pueden sustituirse rápidamente las respectivas piezas tubulares en el caso de una reparación. La obturación se produce por ejemplo con juntas tóricas.
Las piezas refrigeradas por agua de la cabeza 37 de la lanza multifunción, es decir, las piezas de boca de los tubos cuarto a séptimo 27, 29, 31, 35 están fabricadas con preferencia con cobre y precisamente ya sea soldadas, forjadas, pero con preferencia fundidas. Tras la separación de en cada caso sólo una costura de soldadura estas piezas pueden extraerse fácilmente y de este modo sustituirse.
A los tubos de tobera 39 está asociada, aproximadamente en el centro de la lanza multifunción, una cámara distribuidora de material sólido 45, que está configurada como cuerpo hueco anular y circunda la lanza multifunción. En el interior de la cámara distribuidora de material sólido 45 se encuentra otro cuerpo hueco 45 anular, que evidentemente está ejecutado abierto por arriba, con lo que entre la cubierta 47 de la cámara distribuidora de material sólido 45 y la delimitación lateral 48 del otro cuerpo hueco anular 46 permanece una rendija. Los tubos de tobera 39 atraviesan el fondo 49 de la cámara distribuidora de material sólido 45 y desembocan en el fondo 50 del otro cuerpo hueco 46. En la cámara distribuidora de material sólido 45 desemboca - aproximadamente tangencial a la misma - un conducto de alimentación de material sólido 51. Los materiales sólidos insuflados se distribuyen en la cámara distribuidora de material sólido 45 y circulan a través de la delimitación lateral 48 - que forma una especie de rebose - del otro cuerpo hueco 46, primero en éste y después en los tubos de tobera 39.
En el dibujo de la figura 7 se ha representado el sistema de abastecimiento de gas y material sólido de una lanza multifunción (para cantidades de material sólido relativamente grandes).
Para el abastecimiento con todos los gases y materiales sólidos necesarios para todos los casos aplicativos se han previsto un abastecimiento de combustible 52, un abastecimiento de gas portador 53, una abastecimiento de oxígeno 54, una abastecimiento de aire 55, uno o varios abastecimientos de material sólido 56 y - para casos aplicativos especiales - un abastecimiento de vapor 57.
Como combustibles se utilizan casi siempre hidrocarburos como metano, etano, propano o butano, CO o mezclas de estos gases, aunque según la disponibilidad también puede se apropiado el uso de combustibles líquidos, por ejemplo aceite combustible, siendo ventajoso - en especial en el caso de aceites semilíquidos, si el respectivo combustible se precalienta antes de su uso.
Como gas portador se utilizan normalmente gases inertes como nitrógeno, argón o mezclas de estos gases. Según el caso aplicativo pueden usarse sin embargo como gas portador otros gases, por ejemplo aire o gas natural.
El primer tubo 20, las rendijas anulares primera 23, segunda 26, tercera 28 y quinta 32 están dotados de conductos de alimentación de gas 58, 59, 60, 61, 62, estando unida la segunda rendija anular 26 al abastecimiento de combustible 52 y al abastecimiento de gas portador 53 y las restantes rendijas anulares 23, 28, 32 así como el primer tubo 20 están unidas en cada caso tanto al abastecimiento de gas portador 53, oxígeno 54, aire 55 como, para casos aplicativos especiales, al abastecimiento de vapor 57.
Para las funciones de insuflado de carbón y material sólido de la lanza multifunción el conducto de alimentación de gas portador 63 a la cámara distribuidora de material sólido 45, así como - para casos especiales - los conductos de alimentación de gas 59, 61, 62 a las rendijas anulares primera, tercera y quinta están dotados en cada caso de abastecimientos de material sólido 56, que pueden conectarse y desconectarse en cada caso en el sentido de una multiplicidad de funciones lo más amplia posible.
La cantidad principal de los materiales sólidos, y aquí a su vez principalmente carbones, se insufla a través de los tubos de tobera 39. Sin embargo, pueden insuflarse ulteriores cantidades de materiales sólidos en casos de excepción, también en cualquier momento, a través de una o varias de las rendijas anulares 23, 28 y 32, pudiendo ser el respectivo gas portador para insuflar material sólido gas portador, oxígeno, aire, vapor o mezclas de estos gases.
La lanza multifunción, o bien las rendijas anulares cuarta 30 y sexta 36, están equipadas asimismo con un conducto de alimentación de agua refrigerante 64 y un desagüe de agua refrigerante 65. En ciertos casos aplicativos puede prescindirse de la propia refrigeración por agua. De este modo esto es posible, en cada caso, en el horno eléctrico sin abandonar la extraordinaria durabilidad de la cabeza de lanza.
La figura 8 muestra el corte vertical, a través del cual se disponen hornos eléctricos 66 en las lanzas multifunción 67, 68. Se ha representado además la penetración de los chorros 69 en el caldo 70 o la escoria 71, así como los chorros de oxígeno (flechas cortas 72) para la postcombustión de los gases de escape del horno. En el horno eléctrico 66 están dispuestos asimismo lanzas usuales de quemador/postcombustión 75, así como un turboquemador 74 y toberas de enjuague de fondo 75, y se ha previsto una sangría 76. Las lanzas multifunción 68 están protegidas mediante un panel 77 prebombeado hacia el interior del horno.
La figura 8a representa un corte horizontal a través del horno eléctrico 66 de la figura 8. Las lanzas multifunción 68 están dispuestas casi tangencialmente a un círculo concéntrico al círculo parcial de electrodo 78. Con esto se impide un uso excesivo de electrodos o un desgaste prematuro. La otra lanza multifunción 67 está dispuesta en el arimez 79 del horno eléctrico 66.
La figura 9 o la figura 9a representa la disposición de las lanzas multifunción 67, 68 en un horno eléctrico 80 con envuelta excéntrica, las lanzas de quemador/postcombustión 73, así como toberas de fondo 75. Otra lanza multifunción 81 se implanta mediante un mecanismo elevador (no representado en el dibujo), situado fuera del horno eléctrico 80, en una o varias posiciones mediante aberturas en la tapa en el interior del horno para el insuflado. En este tipo de horno es especialmente importante que la chatarra 82, precalentada y en parte ya pastosa sin formación de lobos, se mueva en la dirección de los electrodos 86.
Esto se consigue de forma especialmente notable con la disposición de toberas representada. Los tiempos de sangría han podido reducirse a menos de 40 minutos y el consumo de corriente a menos de 290 kWh/t de acero líquido. A esto ha contribuido también la lanza multifunción implantada a través de la tapa de horno.
Ejemplos de ejecución
En los siguientes ejemplos se utilizan de nuevo las designaciones tobera 1, tobera 2, tobera 3, tobera 4, tobera 5 y tobera 6 para el primer tubo, las rendijas anulares primera, segunda, tercera y quinta, así como los tubos de tobera o sus respectivas piezas de boca.
Ejemplo 1
En un horno eléctrico de 115 t con 80 MVA de potencia de transformador se han instalado 3 lanzas multifunción (49 y 50), como se ha representado en las figuras 5 y 5a. El horno se ha equipado además con 2 toberas de enjuague de fondo y 4 unidades de lanzas de postcombustión/quemador 55 así como un turboquemador 57.
Después de la carga de la primera jaula de chatarra con 49 t de chatarra, 19 t de arrabio sólido y 1.000 kg de carbón trozeado sobre un baño metálico de unas 20 t, haciéndose funcionar las tobera 1, tobera 2, tobera 4 y tobera 5 durante la carga con aire, la tobera 3 y la tobera 4 han recibido 6 Nm^{3} de O_{2}/min (tobera 4) o 3 Nm^{3} de CH_{4}/min (tobera 3). Después de 2 minutos la tobera 2 y la tobera 5 se han conmutado de aire a oxígeno y han recibido 6 (tobera 2) o 4,5 Nm^{3}/min. A través de la tobera 6 se ha insuflado aire en cada caso con 5 kg/min de carbón en grano fino, para acelerar la fusión de la chatarra y controlar la oxidación de chatarra. 5 minutos después del encendido, es decir, después de un aumento de la cantidad en metal fundido, se ha aumentado la cantidad de oxígeno de la tobera 2 hasta 16 Nm^{3} y se ha duplicado el transporte de carbón a través de la tobera 1 hasta 12 kg/min. Al final del proceso de fusión para la primera jaula se ha recuperado de nuevo la cantidad de oxígeno a través de la tobera 5.
Con la segunda jaula se han cargado 57 t de chatarra y con las lanzas multifunción y de postcombustión se ha llevado a cabo el mismo proceder como precalentamiento, corte, fusión acelerada y postcombustión de los gases de escape del horno, así como con los chorros de oxígeno de las toberas 5 desde las 3 lanzas multifunción el afinado intenso. Las dos toberas de fondo 57 se han hecho funcionar en cada caso con 0,4 Nm^{3} de N_{2}/min y 0,2 Nm^{3} de CH_{4}/min, que se han premezclado en la estación reguladora de gas, si bien durante los dos periodos de baño plano sólo con las tasas mitad. Las cantidades de oxígeno a través de todas las lanzas de postcombustión 55 se han adaptado para el análisis de gases de escape, de tal manera que el contenido de CO no ha subido por encima de aproximadamente el 10% en el gas de escape.
El insuflado de carbón se ha ajustado entre otras cosas, según la necesidad, para la formación de escorias espumadas y para un contenido de carbono en el caldo de aproximadamente 1.580ºC y aproximadamente el 0,30%. Durante un periodo de 3 minutos se ha sustituido el carbón por una fracción ligera de trituración granulada. El espumado de la escoria también ha funcionado con esto. En el periodo de sobrecalentamiento se ha afinado con hasta un total de 4.500 Nm^{3} de O_{2}/hora. Durante el mismos se han mantenido libres con aire las toberas de postcombustión (tobera 5) de las lanzas multifunción 49 y 50 y del quemador 55. 2 minutos antes de la sangría y después del escoriado se ha insuflado de nuevo intensamente carbón con una acción mínima de afinado, para reducir el contenido de oxígeno del caldo hasta aproximadamente 600 ppm.
En el caso de un 0,3% de C en el caldo (meltdown) era el contenido de FeO en la escoria del 18% y, de este modo, también era elevada la extracción de acero líquido con un 92%. El tiempo secuencial de sangría y la potencia de fusión era de 52 minutos, respectivamente superior a 132 t/h. Los consumos eran de 39 kg de cal/t, 2,1 kg de electrodos/t, 9 kg de carbón trozeado/t, 12 kg de carbón insuflado/t, 55 Nm^{3} de O_{2}/t, 4 Nm^{3} de CH_{4}/t, así como 290 kWh/t de acero líquido. Las lanzas multifunción usadas con ello tenían una durabilidad de 800 cargas. Solamente se sustituyeron una vez las toberas para insuflado de carbón como medida preventiva.
Ejemplo 2
Para la producción de un caldo aleado con cromo en un horno eléctrico de 60 t se pudo reducir el contenido de carbono del caldo del 0,8% al 0,3%, con ayuda de 3 lanzas multifunción de menor tamaño. El contenido de Cr_{2}O_{3} de la escoria pudo mantenerse por debajo del 12% mediante el insuflado de 40% de O_{2} y 60% de N_{2} en el último tercio del periodo de afinado. Durante estos ensayos se utilizaron en el fondo del horno eléctrico 3 toberas de enjuague, que se hicieron funcionar con N_{2} + CH_{4}. Mediante este periodo de afinado con las lanzas multifunción pudo acortarse el subsiguiente tratamiento VOD en 30 minutos/carga. Mediante el insuflado de conformadores de escoria se espumó la escoria. Para esto fue evidentemente necesario la cantidad insuflada de material sólido hasta en total 90 kg/min. El contenido final de carbono fue del 0,03%.
Ejemplo 3
Para fundir el 80% de DRI y el 20% de chatarra se aplicó una lanza multifunción en la región de sangría del arimez de horno y 2 lanzas multifunción a través de la tapa del horno, de forma que pueden insertarse en el interior del horno. Estas dos lanzas insuflaron en la dirección del punto de incidencia del DRI transportado continuamente en el horno. Esta región de baño se mezcló además mejor con 2 toberas de enjuague que estaban instaladas en el fondo del horno e insuflaban con N_{2} + CH_{4}. La ventaja principal fue una reducción del tiempo de sangría de 105 a 83 minutos en el caso de este horno eléctrico de 150 t. La productividad aumentó en un 20%.
Ejemplo 4
En un convertidor de 65 t que insufla en el fondo oxígeno y polvo de cal se dispuso una lanza multifuncional, estacionariamente, por fuera del círculo de giro del convertidor. A través del fondo se han insuflado 200 Nm^{3} de O_{2}/min y a través de la lanza multifunción, en el periodo de descarbonizado principal, hasta 105 Nm^{3} de O_{2}/min. Mediante el precalentamiento de chatarra de 3 minutos, el insuflado de 15 kg de carbón/t y mediante la postcombustión parcial de los gases de escape del convertidor en el convertidor y la transmisión de calor puso aumentarse la tasa de chatarra (con relación a la extracción de acero líquido) del 22% al 27%. El número de toberas de fondo pudo reducirse, aumentarse la distancia entre las toberas y aumentarse la durabilidad del fondo de 700 a 820 cargas. También fue especialmente importante que los suplementos de metal y escoria en el interior del cono superior del convertidor se redujeron hasta tal punto, que éstos no tuvieron que extraerse ya mediante incineración o un quebrantamiento que consume mucho tiempo. La disponibilidad del convertidor aumentó por medio de esto. Mediante la particularidad de la lanza multifunción pudo trasladarse la alimentación de oxígeno desde la tobera lateral en la pared de convertidor hacia fuera del círculo de giro del convertidor. La longitud de recorrido del chorro libre aumentó en 2,4 m, sin ningún efecto desventajoso.
Ejemplo 5
Ha demostrado ser especialmente ventajoso el uso de las lanzas multifunción en un horno eléctrico DC de 120 t, en el que el suplemento metálico se componía en un 52% de arrabio líquido con pocos oligoelementos y en un 48% e chatarra. El arrabio tenía evidentemente un contenido de fósforo del 0,15%. En este horno eléctrico con 95 MVA de potencia de transformador se instalaron 4 lanzas multifunción en la pared lateral del horno. Con 2 de las 4 lanzas no se llevó a cabo ningún insuflado de carbón, ya que el arrabio líquido contiene suficiente carbono. Evidentemente se envió periódicamente a las toberas 6 polvo de cal (en total 100 kg/min), para apoyar el escoriado de fósforo. A esto se añadió la medida de someter las toberas 1 de las lanzas multifunción en algunos periodos de insuflado a una elevada presión de oxígeno (8 bares), con lo que aumentó el contenido de FeO de la escoria del 20% al 35%. Esto tuvo como consecuencia que la distribución del fósforo entre escoria y caldo puso aumentarse de 50 a 90, es decir, que se mejoró notablemente el desfosforado, con lo que pudo ajustarse un contenido de fósforo del 0,015% en la muestra final sin pérdida de tiempo. La cantidad de escoria fue de 120 kg/t de acero líquido.
Las dos lanzas de oxígeno refrigeradas por agua disponibles, que se introducen en el horno para afinar y espumar escoria normalmente a través de la puerta de escoria, se extrajeron. La puerta del horno sólo se abrió para extraer la escoria, con lo que se redujo notablemente la entrada de aire frío con contenido de nitrógeno. Se aplicó el siguiente modo de
funcionamiento:
Después de la carga de la primera y única jaula de chatarra se fundió la región de chatarra debajo del electrodo en 5 minutos, se abrió la tapa del horno y se vació rápidamente el arrabio líquido con la cubeta de arrabio en esta cámara. Hasta esta interrupción de la alimentación de corriente se hicieron funcionar las lanzas multifunción en funcionamiento de quemador y antes del vaciado de arrabio en funcionamiento de postcombustión y corte de chatarra. Después del vaciado de arrabio se afinó en los 4 puntos, en los que los chorros de afinado de las lanzas multifunción incidieron sobre el caldo, en cada caso con 1.700 Nm^{3} de O_{2}/h. Las toberas 5 para la postcombustión de los gases del horno insuflaron a menos distancia desde el eje longitudinal de la lanza multifunción que en el caso de funcionamiento del horno con el 100% de uso de chatarra. Por medio de esto se transmitió con mayor eficiencia a la escoria y al caldo el calor liberado durante la postcombustión.
El resultado fue una reducción del consumo de corriente de 225 a 190 kWh/t de acero líquido, reducción del tiempo secuencial de sangría en un 10% y reducción de los contenidos de nitrógeno en el acero acabado de 58 a 49 ppm como promedio. La durabilidad de las lanzas multifunción es también con esta aplicación muy superior a la de las lanzas de afinado refrigeradas por agua.
En el sentido de la invención pueden combinarse en diferentes configuraciones las diferentes posibilidades que permiten las lanzas multifunción y sus modos de funcionamiento, y adaptarlas también a las condiciones operativas de otros reactores para producir los caldos más diversos, por ejemplo ferroaleaciones con bajos contenidos de carbono.

Claims (15)

1. Procedimiento para producir un caldo metálico en un recipiente metalúrgico, en especial un caldo de hierro o acero, cargándose en el recipiente metalúrgico insumos con contenido de metal y/o óxido metálico en forma fija y, dado el caso, fundida, aplicándose la parte principal de la energía necesaria para fundir y, dado el caso, acabar de reducir los insumos, por vía eléctrica y/o mediante combustión y/o gasificado de materiales con contenido de carbono, con las siguientes particularidades:
A)
en un paso de combustión se alimenta a los insumos una energía adicional mediante insuflado, que se produce por medio de una o varias lanzas multifunción, y combustión de materiales gaseosos y/o líquidos con contenido de carbono y gas con contenido de oxígeno,
B)
en un paso de corte y fusión se cortan y funden parcialmente los insumos sólidos mediante un insuflado más intenso, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción de gas con contenido de oxígeno,
C)
en un paso de afinado se afinan los insumos fundidos mediante un insuflado más intenso, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, de gas con contenido de oxígeno,
D)
en un paso de insuflado de carbono se alimenta a los insumos mediante un insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, y dado el caso una combustión de materiales sólidos con contenido de carbono de grano fino y/o pulveriformes, carbono de aleación y/o energía adicional,
E)
en un paso de postcombustión se postqueman los gases de escape del recipiente metalúrgico mediante el insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, en la cámara de gases de escape del recipiente metalúrgico, estando situados los chorros del gas con contenido de oxígeno, que proceden en cada caso de una lanza multifunción, de una forma inclinada con respecto al eje longitudinal central de la respectiva lanza multifunción y están dirigidos hacia fuera de la misma,
F)
en un paso de insuflado de carbono se alimenta a los insumos mediante un insuflado, que se produce por medio de la(s) lanza(s) multifunción, de materiales suplementarios sólidos de gran fino y/o pulveriformes y/o medios de aleación, las sustancias necesaria para obtener la composición deseada del caldo metálico, en donde
los pasos A) a F), según la composición de los insumos y la composición deseada del caldo metálico, se llevan a cabo en cualquier combinación, en especial consecutivamente y/o en secuencia inversa y/o simultáneamente y/o omitiendo los pasos D) y/o F).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como recipiente metalúrgico se utiliza un horno eléctrico o un convertidor de acero o un gasificador de fusión o una cubeta o un recipiente para transformar escoria.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el recipiente metalúrgico está sometido a sobrepresión, presión atmosférica, depresión o vacío.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se utilizan una o varias lanzas multifunción junto con quemadores y/o lanzas de afinado y/o lanzas de postcombustión y/o
- en el caso de hornos eléctricos - toberas de sub-
baños y/o electrodos huecos y/o - en el caso de convertidores - toberas laterales conocidos en cada caso por sí mismos.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en un paso de insuflado de material sólido se insuflen una o varias de las siguientes sustancias en o sobre los insumos recargados por fusión de forma parcial o completa: minerales metalíferos como mineral de cromo, mineral de níquel y mineral de manganeso, óxido metálicos como óxido de níquel, óxido de vanadio y óxido de cromo, carburo de hierro, carburo de calcio, aluminio, FeSi, FeCr, FeMn, cascarillas petrolíferas, escorias, conformadores de escorias, polvos de instalaciones de desempolvado, polvos abrasivos, virutas metálicas, medios desoxidantes, fracciones ligeras de trituración, cal, carbón, coque y esponja de hierro, en cada caso en forma de grano fino y/o polvo.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en un paso de postcombustión se realiza con preferencia el insuflado de gas con contenido de oxígeno de forma variable periódicamente y/o pulsatoria.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en un paso de insuflado de carbono y/o un paso de insuflado de material sólido en un horno eléctrico, el chorro procedente de una lanza multifunción en las proximidades del punto de incidencia o en el punto de incidencia de material sólido, que se carga al caldo a través de una abertura en la tapa del horno, o de un arco eléctrico.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en un paso de insuflado de carbono y/o un paso de insuflado de material sólido en un convertidor, el chorro procedente de una lanza multifunción en las proximidades del punto de incidencia o en el punto de incidencia de un chorro de oxígeno procedente de otra lanza o de una tobera lateral.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se ejecutan uno o varios de los pasos de procedimiento A, B, D, E y F por medio de una lanza multifunción fundamentalmente al mismo tiempo que un paso de afinado.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se ejecuta un paso de combustión por medio de una lanza multifunción fundamentalmente al mismo tiempo que un paso de afina-
do.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se insufla en un paso de afinado durante la producción de caldos de hierro preferiblemente aleados - con bajo contenido de carbono, además del insuflado más intenso de gas-vapor de agua con contenido de oxígeno y/o un gas inerte como nitrógeno y/o gases nobles, en o sobre los insumos recargados por fusión parcial o completamente.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se insuflan en un paso de insuflado de carbono, para fabricar caldos de hierro o acero con reducido contenido de carbono, los materiales con contenido de carbono con baja velocidad solamente sobre y en la escoria situada sobre el caldo.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se produce durante uno o varios de los pasos de procedimiento A, B, C y E un paso de insuflado de líquido (G), insuflándose, descomponiéndose térmicamente y con ello evacuándose de forma ecológica - por medio de la(s) lanza(s) multifunción - líquidos combustibles y/o incombustibles, de otro modo difíciles de evacuar, dado el caso tóxicos.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque el paso de insuflado de líquido se lleva a cabo durante un paso de afinado, o bien se dirige el chorro de líquido sobre el punto de incidencia de un arco eléctrico sobre el caldo.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque durante un paso de afinado (C) se influye específicamente en el chorro insuflado del gas con contenido de oxígeno mediante un insuflado - que se realiza por medio de la lanza multifunción - de otro chorro de gas.
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