ES2626828T3 - Lanza de inyección con la parte superior sumergida para combustión sumergida mejorada - Google Patents

Abstract

Una lanza para inyección con la parte superior sumergida (TSL) en una operación pirometalúrgica, en donde la lanza tiene al menos dos tuberías sustancialmente concéntricas, con un paso anular para gas que contiene oxígeno definido entre una de las tuberías más exterior y una siguiente tubería adyacente y un paso adicional para combustible definido dentro de una de las tuberías más interior; la tubería más exterior tiene una parte inferior de su longitud, a partir de una extremidad de salida inferior sumergible de la lanza, por la cual se extiende la tubería más exterior más allá de una extremidad de salida de la o de cada otra tubería para definir entre la extremidad de salida de la tubería más exterior y la extremidad de salida de la o de cada otra tubería una cámara con la cual comunica el paso para gas que contiene oxígeno; y la lanza incluye además un dispositivo de modificación de flujo de gas que está dispuesto en una sección de extremidad inferior del paso para gas que contiene oxígeno, adyacente a la cámara, y que se puede utilizar para impartir un componente de flujo hacia dentro, lejos de la superficie interior de la tubería más exterior, para hacer pasar el gas que contiene oxígeno hacia y longitudinalmente dentro de la cámara hacia la extremidad de salida de la lanza y mejorar por ello la mezcla del gas que contiene oxígeno con el combustible que pasa a la cámara desde el paso para combustible, teniendo el dispositivo de modificación de flujo al menos un componente interior de forma helicoidal, y un componente exterior que se extiende alrededor de al menos un componente interior, de tal manera que el dispositivo de modificación de flujo restringe que el gas fluya a través de la sección de extremidad inferior del paso anular a un trayecto de flujo helicoidal, de sección transversal decreciente, alrededor de la superficie exterior de la siguiente tubería adyacente.

Description

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DESCRIPCION

Lanza de inyeccion con la parte superior sumergida para combustion sumergida mejorada Campo tecnico

La invencion se refiere a lanzas de inyeccion con la parte superior sumergida para utilizar en operaciones pirometalurgicas de bano fundido.

Antecedentes de la invencion

La siguiente descripcion de los antecedentes de la invencion pretende facilitar una comprension de la invencion. Sin embargo, debena apreciarse que la descripcion no es un reconocimiento o admision de que se haya publicado, alguno de los materiales mencionados, se haya conocido o forma parte del conocimiento general comun en la fecha de prioridad de la solicitud.

Las operaciones de fundicion de bano fundido, u otras operaciones piro-metalurgicas que requieren interaccion entre el bano y una fuente de gas que contiene oxfgeno, utilizan varias disposiciones diferentes para el suministro del gas. En general, estas operaciones implican inyeccion directa en mata/metal fundido. Esto puede ser por medio de toberas de soplado de fondo como en un tipo de horno Bessemer o toberas de soplado lateral como en un convertidor de tipo Peirce-Smith. Alternativamente, la inyeccion de gas puede ser por medio de una lanza para proporcionar bien el soplado superior o bien la inyeccion sumergida. Ejemplos de inyeccion de lanza de soplado superior son plantas de produccion de acero KALDO y BOP en las cuales el oxfgeno puro es soplado desde encima del bano para producir acero a partir de hierro fundido. Otro ejemplo es el proceso de cobre Mitsubishi, en el cual las lanzas de inyeccion provocan chorros de gas, tales como aire o aire enriquecido con oxfgeno, para incidir en y penetrar la superficie superior del bano, respectivamente para producir y convertir mata de cobre. En el caso de inyeccion de lanza sumergida, la extremidad inferior de la lanza esta sumergida de manera que la inyeccion ocurre dentro y no desde arriba de una capa de escoria del bano, para proporcionar la inyeccion de lanza con la parte superior sumergida (TSL), un ejemplo bien conocido de la cual es la tecnologfa Outotec Ausmelt TSL que es aplicada a un amplio rango de tratamiento de metales.

Con ambas formas de inyeccion desde arriba, es decir, tanto con el soplado superior como con la inyeccion TSL, la lanza es sometida a temperaturas intensas predominantes en los banos. El soplado superior en el proceso de cobre Mitsubishi utiliza un numero de lanzas de acero relativamente pequenas que tiene una tubena interior de aproximadamente 50 mm de diametro y una tubena exterior de aproximadamente 100 mm de diametro. La tubena interior termina aproximadamente al nivel del techo del horno, muy por encima de la zona de reaccion. La tubena exterior, que es giratoria para impedir que se pegue a un collar refrigerado por agua en el techo del horno, se extiende hacia abajo al espacio del gas del horno para colocar su extremidad inferior aproximadamente 500-800 mm por encima de la superficie superior del bano fundido. La alimentacion de partfculas arrastrada por el aire es soplada traves de la tubena interior, mientras el aire enriquecido con oxfgeno es soplado a traves del anillo entre las tubenas. A pesar del espaciamiento de la extremidad inferior de la tubena exterior por encima de la superficie del bano, y cualquier enfriamiento de la lanza por los gases que pasan a su traves, la tubena exterior se quema de nuevo unos 400 mm por dfa. La tubena exterior es por tanto bajada lentamente durante una operacion para compensar esta nueva combustion y, cuando se requiere, se unen nuevas secciones a la parte superior de la tubena exterior, consumible.

Las lanzas para la inyeccion TSL son mucho mas grandes que las utilizadas para el soplado superior, tal como en el proceso Mitsubishi descrito anteriormente. Una lanza TSL tiene normalmente al menos una tubena interior y una exterior, como se asume a continuacion, pero puede tener al menos otra tubena concentrica con las tubenas interior y exterior. Las lanzas TSL tfpicas de gran escala tienen un diametro de tubena exterior de 200 a 500 mm, o mayor. Tambien, la lanza es mucho mas larga y se extiende hacia abajo a traves del techo de un reactor TSL, que puede ser de aproximadamente 10 a 15 m de alto, de manera que la extremidad inferior de la tubena exterior es sumergida a una profundidad de aproximadamente 300 mm o mas en una fase de escoria fundida del bano, pero es protegida por un revestimiento de escoria solidificada formada y mantenida sobre la superficie exterior de la tubena exterior por la accion de refrigeracion del flujo de gas inyectado dentro. La tubena interior puede terminar a aproximadamente el mismo nivel que la tubena exterior, o a un nivel mas elevado de hasta aproximadamente 1000 mm por encima de la extremidad inferior de la tubena exterior. Asf, puede suceder que solamente se sumerja la extremidad inferior de la tubena exterior. En cualquier caso, un alabe helicoidal u otro dispositivo de formacion de flujo puede ser montado sobre la superficie exterior de la tubena interior para abarcar el espacio anular entre las tubenas interior y exterior. Los alabes imparten una fuerte accion de remolino a un chorro de aire o de aire enriquecido con oxfgeno a lo largo de dicho anillo y sirve para mejorar el efecto de refrigeracion asf como asegurar que el gas es mezclado bien con combustible y material de alimentacion suministrado a traves de la tubena interior con la mezcla que ocurre sustancialmente en una camara de mezclado definida por la tubena exterior, por debajo de la extremidad inferior de la tubena interior donde la tubena interior termina a una distancia suficiente por encima de la extremidad inferior de la tubena exterior.

La tubena exterior de la lanza TSL se desgasta y se quema de nuevo en su extremidad inferior, pero a una tasa que

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es considerablemente reducida por el revestimiento de escoria congelada protector de lo que sucedena sin el revestimiento. Sin embargo, esto es controlado en un grado sustancial por el modo de operacion con la tecnologfa TSL. El modo de operacion hace la tecnologfa viable a pesar de que la extremidad inferior de la lanza que es sumergida en el entorno altamente reactivo y corrosivo del bano de escoria fundida. La tubena interior de una lanza TSL puede ser utilizada para suministrar materiales de alimentacion, tales como concentrados, fundentes y reductores que han de ser inyectados en una capa de escoria del bano, o pueden ser utilizados para combustible. Un gas que contiene oxfgeno, tal como aire o aire enriquecido con oxfgeno, es suministrado a traves del anillo entre las tubenas. Antes de comenzar la inyeccion sumergida dentro de la capa de escoria del bano, la lanza es colocada con su extremidad inferior, es decir, la extremidad inferior de la tubena exterior, espaciada a una distancia adecuada por encima de la superficie de escoria. El gas que contiene oxfgeno y el combustible, tal como gasolina, finos de carbon o gas de hidrocarburos, son suministrados a la lanza y una mezcla de oxfgeno/combustible resultante es quemada para generar un chorro de llama que choca contra la escoria. Esto provoca que la escoria salpique para formar, sobre la tubena de lanza exterior, un revestimiento de escoria lfquida que es solidificada por la corriente de gas que pasa a traves de la lanzada para proporcionar el revestimiento de escoria solida mencionado anteriormente. Cuando la lanza es a continuacion bajada para conseguir la inyeccion dentro de la escoria, el paso en curso de gas que contiene oxfgeno a traves de la lanza mantiene la extension inferior de la lanza a una temperatura a la cual se mantiene el revestimiento de escoria solidificada y protege la tubena exterior.

Con una nueva lanza TSL, las posiciones relativas de las extremidades inferiores de las tubenas exterior e interior, es decir, la distancia de la extremidad inferior de la tubena interior es ajustada de nuevo, si acaso, desde la extremidad inferior de la tubena exterior, es una longitud optima para una ventana de operacion piro-metalurgica particular determinada durante el diseno. La longitud optima puede ser diferente para diferentes usos de la tecnologfa TSL. Asf, en una operacion por lotes en dos etapas para convertir mata de cobre a cobre blister o sin refinar con transferencia de oxfgeno a traves de la escoria a la mata, una operacion de una sola etapa continua para convertir mata de cobre a cobre blister, un proceso para la reduccion de una escoria que contiene plomo, o un proceso para la fundicion de un material de alimentacion de oxido de hierro para la produccion de fundicion bruta, todos tienen diferentes longitudes de camara de mezclado optimo respectivas. Sin embargo, en cada caso, la longitud de la camara de mezclado cae progresivamente por debajo del optimo para la operacion piro-metalurgica cuando la extremidad inferior de la tubena exterior se desgasta lentamente y se quema de nuevo. De manera similar, si hay desplazamiento cero entre las extremidades de las tubenas exterior e interior, la extremidad inferior de la tubena interior puede resultar expuesta a la escoria, siendo tambien desgastada y sometida a una nueva combustion. Asf, a intervalos, la extremidad inferior de al menos la tubena exterior necesita ser cortada para proporcionar un borde limpio al cual se suelda una longitud de la tubena del diametro apropiado, para restablecer las posiciones relativas optimas de las extremidades inferiores de la tubena para optimizar las condiciones de fundicion.

La tasa a la cual se desgasta y se quema de nuevo la extremidad inferior de la tubena exterior vana con la operacion piro-metalurgica de bano fundido que es llevada a cabo. Los factores que determinan la tasa incluyen tasa de tratamiento de alimentacion, temperatura de operacion, fluidez y qmmica del bano, caudales de lanza, etc. En algunos casos la tasa de desgaste de corrosion y de nueva combustion es relativamente elevada y puede ser tal que en el peor de los casos pueden perderse varias horas de funcionamiento al dfa debido a la necesidad de interrumpir el tratamiento para eliminar una lanza desgastada de la operacion y reemplazarla con otra, mientras la lanza desgastada tomada del servicio es reparada. Tales paradas pueden ocurrir varias veces en un dfa anadiendose cada parada al tiempo sin tratamiento. Mientras la tecnologfa TSL ofrece beneficios significativos, incluyendo ahorro de costes, sobre otras tecnologfas, cualquier perdida de tiempo operativo para el reemplazamiento de lanzas supone una penalizacion de costes significativa.

Ha habido propuestas para refrigeracion por fluido de lanzas de soplado superior y TSL para protegerlas de las altas temperaturas encontradas en procesos piro-metalurgicos. Ejemplos de lanzas refrigeradas por fluido para soplado superior son descritos en las patentes norteamericanas:

3.223.398 de Bertam y col.,

3.269.829 de Belkin,

3.321.139 de De Saint Martin,

3.338.570 de Zimmer,

3.411.716 de Stephan y col.,

3.488.044 de Shepherd,

3.730.505 de Ramacciotti y col.,

3.802.681 de Pfeifer,

3.828.850 de McMinn y col.,

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3.876.190 de Johnstone y col.,

3.889.933 de Jaquay,

4.097.030 de Desaar,

4.396.182 de Schaffar y col.,

4.541.617 de Okane y col.; y 6.565.800 de Dunne.

Todas estas referencias, con la excepcion de la 3.223.398 de Bertram y col., y de la 3.269.829 de Belkin, utilizan tubenas mas exteriores concentricas dispuestas para permitir el flujo de fluido a la punta de salida de la lanza a lo largo de un paso de suministro y de nuevo desde la punta a lo largo de un paso de retorno, aunque Bertram y col., utiliza una variante en la cual tal flujo esta limitado a una porcion de boquilla de la lanza. Mientras Belkin proporciona agua de refrigeracion, esta pasa a traves de las salidas a lo largo de la longitud de una tubena interior para mezclar con oxfgeno suministrado a lo largo de un paso anular entre la tubena interior y la tubena exterior, de modo que sea inyectado como vapor con el oxfgeno. El calentamiento y la evaporacion del agua proporcionan refrigeracion de la lanza de Belkin, mientras la corriente generada e inyectada se dice que devuelve calor al bano.

Las patentes de los EE.UU 3.521.872 de Themelis, 4.023.676 de Bennet y col. y 4.326.701 de Hayden Jr. y col. pretenden describir lanzas para inyeccion sumergida. La propuesta de Themelis es similar a la del documento US 3.269.829 de Belkin. Cada uno utiliza una lanza refrigerada anadiendo agua al flujo de gas y basandose en la evaporacion en la corriente inyectada, una disposicion que no es la misma que refrigerar la lanza con agua a traves de transferencia de calor en un sistema cerrado. Sin embargo, la disposicion de Themelis no tiene una tubena interior y el gas y el agua son suministrados a lo largo de una sola tubena en la cual se evapora el agua. La propuesta de Bennet y col., aunque es denominada como una lanza, es mas semejante a una tobera porque inyecta, por debajo de la superficie del metal ferroso fundido, a traves de la pared periferica de un horno en el cual esta contenido el metal fundido. En la propuesta de Benett y col., Las tubenas concentricas para inyeccion se extienden dentro de un manguito ceramico mientras el agua de refrigeracion es hecha circular a traves de tubenas contenidas en la ceramica. En el caso de Hayden Jr. y col., se provee un fluido refrigerante solamente en una extension superior de la lanza, mientras la extension inferior para la extremidad de salida sumergible comprende una unica tubena contenida en cemento refractario.

Las limitaciones de las propuestas de la tecnica anterior son resaltadas por Themelis. La descripcion es en relacion con el refinamiento de cobre por inyeccion de oxfgeno. Mientras el cobre tiene un punto de fusion de aproximadamente 1085 °C, es mostrado por Themelis que el refinamiento es conducido a una temperatura sobrecalentada de aproximadamente 1140 °C a 1195 °C. A tales temperaturas las lanzas del mejor acero inoxidable o aleaciones de acero tienen muy poca resistencia mecanica. Asf, incluso las lanzas de soplado superior utilizan tfpicamente refrigeracion de fluido en circulacion o, en el caso de las lanzas sumergidas de Bennett y Hayden Jr. y col., un revestimiento refractario o ceramico. El avance del documento US 3.269.829 de Belkin, y la mejora sobre Belkin proporcionada por Themelis, es utilizar la potente refrigeracion capaz de ser conseguida por evaporacion de agua mezclada dentro del gas inyectado. En cada caso, la evaporacion debe alcanzarse dentro, y enfriar la lanza. La mejora de Themelis sobre Belkin esta en la atomizacion del agua refrigerante anterior a su suministro a la lanza, evitando los riesgos de fallo estructural de la lanza y de una explosion provocada por la inyeccion de agua lfquida dentro del metal fundido.

La patente de los EE.UU 6.565.800 de Dunne describe una lanza de inyeccion de solidos para inyectar material en partfculas solidas al material fundido, utilizando un portador no reactivo. Es decir, la lanza es simplemente para utilizar en el transporte del material en partfculas a la masa fundida, en vez de como un dispositivo que permite mezclar materiales y combustion. La lanza tiene un tubo de nucleo central a traves del cual es soplado el material en partfculas y, en contacto directo termico con la superficie exterior del tubo de nucleo, una camisa de doble pared a traves de la cual puede circular refrigerante tal como agua. La camisa se extiende a lo largo de una parte de la longitud del tubo de nucleo para dejar una longitud sobresaliente del tubo de nucleo en la extremidad de salida de la lanza. La lanza tiene una longitud de al menos 1.5 metros y desde los dibujos realfsticos, es evidente que el diametro exterior de la camisa es del orden de aproximadamente 12 cm, con el diametro interno del tubo de nucleo del orden de aproximadamente 4 cm. La camisa comprende longitudes sucesivas soldadas juntas, siendo las longitudes principales de acero y la seccion de extremidad mas cercana a la extremidad de salida de la lanza de cobre o de una aleacion de cobre. La extremidad de salida sobresaliente de la tubena interior es de acero inoxidable que, para facilitar el reemplazamiento, es conectada a la longitud principal de la tubena interior por un acoplamiento roscado.

La lanza de documento US 6.565.800 de Dunne se dice que es adecuada para utilizar en el proceso HiSmelt para produccion de metal ferroso fundido, permitiendo la lanza la inyeccion de material de alimentacion de oxido de hierro y reductor carbonoso. En este contexto, la lanza es expuesta a condiciones hostiles, incluyendo temperaturas de funcionamiento del orden de 1400 °C. Sin embargo, como se ha indicado antes con referencia a Themelis, el cobre tiene un punto de fusion de aproximadamente 1085 °C e incluso a temperaturas de aproximadamente 1140 °C a

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1195 °C, los aceros inoxidables tienen muy poca resistencia mecanica. Quizas la propuesta de Dunne es adecuada para utilizar en el contexto del proceso HiSmelt, dada la elevada relacion de aproximadamente 8:1 en la seccion transversal de la camisa de refrigeracion a la seccion transversal del tubo de nucleo, y las pequenas secciones transversales totales implicadas. La lanza de Dunne no es una lanza TSL, ni es adecuada para utilizar en la tecnologfa TSL.

Se proporcionan ejemplos de lanzas para utilizar en los procesos pirometalurgicos basandose en la tecnologfa TSL mediante las patentes de los EE.UU 4.251.271 y 5.251.879, ambas de Floyd y la patente de los EE.UU 5.308.043 de Floyd y col. Como se ha detallado anteriormente, la escoria inicialmente es salpicada utilizando la lanza para el soplado superior sobre una capa de escoria fundida, para alcanzar un revestimiento protector de escoria sobre la lanza que es solidificado por el gas soplado superior a alta velocidad que genera la salpicadura. El revestimiento de escoria solida es mantenido a pesar de que la lanza es a continuacion bajada para sumergir la extremidad de salida inferior en la capa de escoria para permitir la inyeccion de la lanza con la parte superior sumergida requerida dentro de la escoria. Las lanzas de las patentes de los EE.UU 4.251.271 y 5.251.879, ambas de Floyd, operan de esta manera con el refrigerante para mantener la capa de escoria solida sea unicamente mediante gas inyectado en el caso de la patente de los eE.UU 4.251.271 y por dicho gas mas gas soplado a traves de una tubena de cubierta en el caso de la patente de los EE.UU 5.251.879. Sin embargo, con la patente de los EE.UU 5.308.043 de Floyd y col., la refrigeracion, adicional a la proporcionada por gas inyectado y gas soplado a traves de una tubena de cubierta, es proporcionada mediante fluido refrigerante hecho circular a traves de pasos anulares definidos por las tres tubenas exteriores de la lanza. Esto es hecho posible mediante la provision de una punta anular de aleacion de acero solida que, en la extremidad de la salida de la lanza, une las partes mas exterior y mas interior de esas tres tubenas alrededor de la circunferencia de la lanza. La punta anular es enfriada por el gas inyectado y tambien por el fluido refrigerante que fluye a traves de una cara de extremidad superior de la punta. La forma solida de la punta anular, y su fabricacion a partir de una aleacion de acero adecuada, da como resultado que la punta tiene un buen nivel de resistencia al desgaste y a una nueva combustion. La disposicion es tal que una vida util practica puede conseguirse con la lanza antes de que sea necesario reemplazar la punta con el fin de salvaguardarse contra un riesgo de fallo de la lanza que permite descargar el fluido refrigerante dentro del bano fundido.

Se ha aplicado la inyeccion de lanza con la parte superior sumergida (TSL) ampliamente en los procesos pirometalurgicos debido a sus ventajas sobre la lanza de soplado superior. En procesos pirometalurgicos tales como horno de fundicion TSL, uno de los problemas importantes es el diseno de la lanza. Debido a la naturaleza agresiva de la fase de escoria a alta temperatura en la cual se lleva a cabo la inyeccion sumergida, asf como la presencia normal de una llama de combustion generada por la combustion de combustible en o dentro de la extremidad sumergida de la lanza, el periodo operacional de la lanza con la parte superior sumergida entre las reparaciones de la punta puede ser menor. Esas condiciones provocan el desgaste y una nueva combustion en la extremidad de salida de la lanza, mientras el desgaste puede ser ademas exacerbado por la inyeccion de concentrado mineral en alguna de las operaciones piro-metalurgicas TSL. Se han propuesto algunas lanzas tfpicas para inyeccion con la parte superior sumergida en las patentes de los EE.UU antes mencionadas 4.251.271 y 5.251.879 de Floyd asf como en nuestras solicitudes pendientes W02013/000017 y WO2013/029092. Tfpicamente estas lanzas incluyen generadores de remolinos helicoidales que son utilizados para restringir el gas a un trayecto de flujo helicoidal en una parte superior de la longitud de la lanza, con el fin de facilitar la mezcla de gas inyectado y combustible en una zona de combustion dentro de una seccion de extremidad de salida de la lanza o al menos parcialmente mas alla de su extremidad.

La presente invencion se refiere a una lanza de inyeccion con la parte superior sumergida mejorada para utilizar en operaciones piro-metalurgicas TSL. La lanza de la presente invencion proporciona una eleccion alternativa a la lanza de la patente de los EE.UU 5.308.043 de Floyd y col. que, al menos en las formas preferidas, puede proporcionar beneficios sobre la lanza de esa patente.

Compendio de la invencion

La presente invencion proporciona una lanza para inyeccion de lanza con la parte superior sumergida (TSL) en una operacion piro-metalurgica. La lanza tiene al menos dos tubenas sustancialmente concentricas, con un paso anular para gas que contiene oxfgeno definido entre una de las tubenas mas exterior y una siguiente tubena adyacente y un paso adicional para el combustible definido dentro de una de las tubenas mas interiores. La tubena mas exterior tiene una parte inferior de su longitud, desde una extremidad de salida inferior sumergible de la lanza, por la cual la tubena mas exterior se extiende mas alla de una extremidad de salida de la o de cada otra tubena para definir entre la extremidad de salida de la tubena mas exterior y la extremidad de salida de la o de cada otra tubena una camara con la cual comunica el paso para gas que contiene oxfgeno. La lanza incluye ademas un dispositivo de modificacion de flujo de gas que esta dispuesto en una seccion de extremidad inferior del paso para gas que contiene oxfgeno, adyacente a la camara, y que puede operar para impartir un componente de flujo hacia dentro, lejos de la superficie interior de la tubena mas exterior, al gas que contiene oxfgeno que pasa hacia y longitudinalmente dentro de la camara hacia la extremidad de salida de la lanza y mejora por tanto la mezcla del gas que contiene oxfgeno con combustible que pasa a la camara desde el paso para combustible. El dispositivo de modificacion de flujo tiene al menos un componente interior de forma helicoidal, y un componente exterior que se extiende alrededor de al menos un componente interior, de tal manera que el dispositivo de modificacion de flujo restringe el gas que fluye a traves de la seccion de extremidad inferior del paso anular a un trayecto de flujo

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helicoidal, de seccion transversal decreciente, alrededor de la superficie exterior de la siguiente tubena adyacente.

En el uso de la lanza TSL de la invencion, el gas que contiene oxfgeno es suministrado bajo presion a un primer conector en la extremidad superior de la lanza, para fluir longitudinalmente hacia abajo por la longitud del paso anular para el gas que contiene oxfgeno que esta definido entre la tubena mas exterior y la siguiente tubena adyacente. El gas puede ser oxfgeno, aire o aire enriquecido con oxfgeno. Tambien un combustible que puede ser petroleo, LPG, gas de petroleo o combustible en partfculas finas en un gas portador, tal como carbon u otro combustible carbonoso solido arrastrado en el aire o nitrogeno, es suministrado bajo presion a un segundo conector en la extremidad superior de la lanza, para fluir longitudinalmente hacia abajo por el paso para combustible que es definido dentro de la tubena mas interior o un paso definido entre la tubena mas interior y una siguiente tubena adyacente que no es la tubena mas exterior. La disposicion es tal que el gas que contiene oxfgeno y el combustible son capaces de mezclarse en la camara definida entre la extremidad de salida de la tubena mas exterior y la extremidad de salida de la o de cada otra tubena, para proporcionar una mezcla combustible capaz de ser quemada o encendida para generar una fuerte llama de combustion que se extiende mas alla de la extremidad de salida de la lanza.

Como se apreciara a partir de la descripcion anterior en los antecedentes de la invencion, la lanza es inicialmente suspendida sobre un bano de escoria de modo que la llama generada a partir de la mezcla de combustible choca contra la superficie de escoria para provocar que una seccion de extremidad inferior externa de la lanza sea revestida por gotitas de escoria salpicadas. La escoria solidificada por el efecto refrigerante del flujo de gas que contiene oxfgeno a lo largo y mas alla del paso anular para gas que contiene oxfgeno, para formar un revestimiento de escoria solidificada que es capaz de ser mantenido incluso despues de que la lanza sea bajada para sumergir la extremidad inferior de la lanza dentro de la escoria para permitir a la llama generar una zona de combustion dentro de la escoria. Este procedimiento ha sido ampliamente utilizado en numerosos procesos piro-metalurgicos diferentes, aunque se encuentran dificultades en algunas operaciones. Por ejemplo, la mezcla del gas que contiene oxfgeno y el combustible puede no ser suficiente para alcanzar la combustion eficiente del combustible, dando como resultado la dificultad de mantener la temperatura del bano por la combustion sumergida y la dispersion de combustible dentro del bano en el cual actua el combustible, contrario a las intenciones, como un agente de reduccion. Tambien, particularmente a temperaturas de bano proximas a la extremidad superior del intervalo de temperatura para utilizar en la tecnologfa TSL, el revestimiento de escoria solida requerido puede ser diffcil de mantener y, donde dicho revestimiento se pierde, ocurre una rapida erosion de la tubena mas exterior. A tales temperaturas mas elevadas, el efecto refrigerante proporcionado por el gas que contiene oxfgeno puede ser inadecuado para enfriar la tubena mas exterior, mientras la llama de combustion puede pasar demasiado cerca de la superficie interior de la tubena mas exterior y exacerbar ademas la dificultad de enfriar adecuadamente la tubena mas exterior. El dispositivo de modificacion de flujo de la lanza segun la presente invencion permite la operacion mejorada facilitando la mezcla del gas que contiene oxfgeno y mejorando por ello la eficiencia de la combustion de combustible, asf como actuando para concentrar la llama de combustion y por tanto incrementar el espaciamiento de la llama a partir de la superficie interior de la tubena mas exterior y ayudando asf a mantener el revestimiento de escoria solidificada.

La lanza de la invencion incluye preferiblemente al menos un generador de remolino de alabes helicoidales de un inicio o multiples inicios en el paso anular para el gas que contiene oxfgeno. La patente de los EE.UU 4.251.271 de Floyd propone el uso de una lanza con solamente un generador de remolinos para gas que contiene oxfgeno que se extiende sobre la mayor parte de la longitud del paso anular. Sin embargo, la lanza de la presente invencion incluye preferiblemente al menos un generador de remolinos relativamente corto, habiendo preferiblemente dos o mas de tales generadores de remolinos mas cortos que, en su forma de multiple inicio preferida, se denominan tambien como conjuntos. Esto que esta en lmea con las practicas actuales como el uso de generadores de remolinos o conjuntos cortos, en vez de generadores de remolinos mas largos como en el documento US 4.251.271, da como resultado una cafda de presion de gas inferior entre las extremidades superior e inferior de la lanza, permitiendo asf el uso de una presion de suministro de gas inferior.

Los generadores de remolinos hacen girar el gas que contiene oxfgeno inyectado a lo largo del paso anular. Como resultado el gas es forzado centnfugamente contra la superficie interior de la tubena mas exterior, mejorando el efecto refrigerante proporcionado por el gas con relacion al enfriamiento que se puede alcanzar sin generadores de remolinos. Sin embargo, esta accion de los generadores de remolinos es la opuesta de la requerida para la buena mezcla del gas con el combustible en la camara. Es decir, se requiere que el gas se mueva hacia dentro, en vez de hacia fuera, con el fin de obtener una mezcla eficiente en la camara, y el dispositivo de modificacion de flujo de la invencion esta para compensar cualquier desventaja resultante de la accion de los generadores de remolinos.

El dispositivo de modificacion de flujo puede tener una variedad de formas. Sin embargo, en cada forma, el dispositivo funciona impartiendo al gas que fluye longitudinalmente hacia la camara a traves de la seccion de extremidad inferior del paso anular para el gas que contiene oxfgeno, un componente de flujo lejos de la superficie interior de la tubena mas exterior. El componente puede en efecto ser de alguna manera radial o radial y longitudinal pero, en cualquier caso, preferiblemente genera turbulencia sustancial o corrientes parasitas en el gas que contiene oxfgeno que fluye hacia y dentro de la camara de manera que la mezcla del gas y el combustible es ademas mejorada.

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El dispositivo de modificacion de flujo tiene al menos un componente interior de forma helicoidal, y un componente exterior que se extiende alrededor de al menos un componente interior. La disposicion es tal que el dispositivo de modificacion de flujo restringe al gas que fluye a traves de la seccion de extremidad inferior del paso anular a un trayecto de flujo helicoidal, de seccion transversal decreciente, alrededor de la superficie exterior de la siguiente tubena mas interior. El o cada componente interior es preferiblemente un alabe helicoidal, de tal manera que el dispositivo de modificacion de flujo es una disposicion helicoidal de una solo inicio o de multiples inicios. Al menos un alabe del componente interior puede ser asegurado a intervalos, o continuamente, a lo largo de un borde helicoidal interior, a la superficie exterior de la siguiente tubena mas interior. Preferiblemente, al menos un alabe disminuye en anchura, radialmente con relacion a la siguiente tubena mas interior, desde una anchura maxima a o cerca de una extremidad superior del alabe. El componente exterior cierra la periferia exterior del trayecto de flujo helicoidal hacia fuera desde y alrededor de la siguiente tubena mas interior. Donde solamente existe un unico componente interior, el componente exterior puede ser de una forma helicoidal que tiene una superficie radialmente interior que puentea alrededor y entre vuelos sucesivos de un solo alabe. Sin embargo, el componente exterior puentea preferiblemente alrededor y a traves de vuelos sucesivos de la o de cada alabe. Donde se requiere puentear a traves de vuelos sucesivos, el componente exterior puede tener una superficie radialmente interior escalonada o conica. En una forma preferida, el componente exterior tiene una superficie interior troncoconica, mientras su superficie exterior puede ser tambien troncoconica o puede ser de cualquier otra forma tal como cilmdrica o un cono estrechado.

La o cada alabe que comprende al menos un componente interior tiene una superficie helicoidal superior que mira preferiblemente hacia una extremidad superior, de entrada de la lanza y que, en secciones radiales, es sustancialmente perpendicular al eje longitudinal de la lanza. Sin embargo, son posibles otras disposiciones en las que la superficie superior puede estar inclinada, o curvarse, hacia ese eje.

Mas preferiblemente el o cada alabe del dispositivo de modificacion de flujo es asegurada sobre, tal como a, la superficie exterior de la siguiente tubena adyacente. La fijacion puede ser por soldadura, bien continua o intermitentemente a lo largo de la longitud de cada alabe. Alternativamente, el componente exterior del dispositivo de modificacion de flujo puede comprender un manguito o alojamiento anular, mientras la o cada alabe puede ser asegurado a la superficie interior del manguito o alojamiento, de nuevo por soldadura continua o intermitente. Los componentes del dispositivo de modificacion de flujo pueden ser de acero, preferiblemente de uno que tiene caractensticas de expansion termica similares al acero del cual estan hechas las tubenas de la lanza, y preferiblemente de tal manera que los aceros son de la misma composicion, o son de composiciones parecidas.

En la medida en que el dispositivo de modificacion de flujo de la lanza de la invencion incluye al menos un alabe helicoidal, existe cierta similitud entre el dispositivo y los generadores de remolinos. Los generadores de remolinos son helicoidales y pueden ser de forma helicoidal de un solo inicio o de multiples inicios. Sin embargo, la forma helicoidal es la magnitud de la similitud, ya que los generadores de remolinos y los alabes del dispositivo de modificacion de flujo difieren significativamente en la forma total y en su funcion. Como una cuestion practica los generadores de remolinos son fijados o montados sobre y a lo largo de la superficie exterior de la siguiente tubena adyacente a la tubena mas exterior. Tambien, a lo largo de su longitud, tienen una anchura sustancialmente uniforme de tal manera que abarcan sustancialmente la anchura radial del paso anular para el gas que contiene oxfgeno, de manera que el dispositivo de generacion de remolinos restringe sustancialmente que todo ese gas fluya helicoidalmente. Sin embargo, mientras los alabes del dispositivo de modificacion de flujo pueden tambien ser asegurados o montados sobre y a lo largo de la superficie exterior de la siguiente tubena adyacente, solamente necesitan tener una anchura que abarque sustancialmente la anchura radial del paso anular en o hacia sus extremidades superiores, disminuyendo los alabes a continuacion en anchura. Tambien, los alabes estan para cooperar con el componente exterior del dispositivo de modificacion de flujo para definir un trayecto de flujo de seccion transversal decreciente. Por supuesto, existe la mayor diferencia en que los generadores de remolinos impartan un componente de flujo hacia fuera al gas, en vez de un componente de flujo hacia dentro conseguido por la combinacion de los alabes y el componente exterior del dispositivo de modificacion de flujo.

La presente invencion proporciona una lanza para inyeccion con la parte superior sumergida que, debido a la mejora del flujo de gas hacia y a traves de la camara de mezclado definida en la parte inferior de la longitud de la tubena exterior, proporciona una mezcla mejorada del gas con combustible que es inyectado, una combustion mejorada de la mezcla, y una llama de combustion mas fuerte que se concentra lejos de la superficie interior de la tubena exterior. Tambien, las mejoras permiten que la capa protectora de escoria solidificada sea mantenida mejor, incluso a temperaturas de funcionamiento mas elevadas, o sea mantenida a lo largo de un periodo de funcionamiento mas largo a una temperatura dada, proporcionando una reduccion en el coste operativo para la operacion pirometalurgica en la cual es utilizada la lanza aumentando el tiempo operativo entre apagados sucesivos para el reemplazamiento de la lanza.

Breve descripcion de los dibujos

La presente invencion sera ahora descrita con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, que ilustra realizaciones preferidas particulares de la presente invencion, en donde:

La fig. 1 es una vista en perspectiva esquematica, parcialmente rota, que representa un reactor de inyeccion de

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lanza con la parte superior sumergida (TSL);

La fig. 2 ilustra una forma de lanza TSL segun la invencion, adecuada para utilizar en un reactor TSL tal como se ha representado en la fig. 1;

La fig. 3 es una vista en seccion ampliada de componentes similares a los de la fig. 2; y

La fig. 4 es una vista en planta superior de una forma modificada de los componentes mostrados en la fig. 3, tomada sobre una lmea correspondiente a la lmea A-A de la fig. 3.

Descripcion detallada

Antes de abordar directamente los dibujos, es pertinente observar que una lanza TSL segun la invencion, como las lanzas TSL en general, es necesariamente de grandes dimensiones. En una ubicacion remota desde la extremidad de salida, tal como junto a una extremidad superior o de entrada, la lanza tiene una estructura por la cual puede ser suspendida de modo que cuelgue verticalmente hacia abajo dentro un reactor TSL. La lanza puede tener una longitud tan corta como de aproximadamente 7,5 m, tal como para un pequeno reactor TSL de proposito especial. La lanza puede ser de hasta aproximadamente 25 metros de longitud, o incluso mayor, para un reactor TSL grande de proposito general. Mas habitualmente, los rangos de lanza van desde aproximadamente 10 a 20 metros en longitud. Estas dimensiones se refieren a la longitud total de la lanza y a la tubena mas exterior a traves de la extremidad de salida. La siguiente tubena adyacente, y la tubena mas interior y cualquier otra tubena para una lanza con al menos tres tubenas sustancialmente concentricas, pueden extenderse a la extremidad de salida y por tanto ser de la misma longitud total sustancialmente que la de la tubena mas exterior. Sin embargo, cada tubena distinta de la tubena mas exterior puede terminar a una distancia corta desde la extremidad de salida de la tubena mas exterior, por ejemplo, de hasta aproximadamente 1000 mm. La lanza tiene tfpicamente un diametro grande, tal como ajustado por un diametro interno para la tubena mas exterior de desde aproximadamente 100 a 650 mm, preferiblemente aproximadamente de 200 a 650 mm, y un diametro total de desde 150 hasta 700 mm, preferiblemente aproximadamente de 250 a 550 mm.

Volviendo ahora a la fig. 1, se ha mostrado un reactor u horno 10 TSL adecuado para utilizar en la realizacion de una operacion pirometalurgica, utilizando la inyeccion de lanza con la parte superior sumergida (TSL) con una lanza TSL segun la presente invencion. El horno 10 es mostrado parcialmente cortado para revelar su interior, como si estuviera en el curso de la realizacion de una operacion pirometalurgica. El horno 10 tiene una seccion 12 de base cilmdrica alta para contener un bano fundido 14 que comprende, o que tiene una capa superior, de escoria. Extendiendose desde la extension superior de la seccion 12 de base, el horno 10 tiene un techo 16 troncoconico, asimetrico y, por encima del techo 16, una chimenea 18 de extraccion. La seccion 12 y el techo 16 del horno 10 tienen tfpicamente una carcasa exterior 20 de acero que esta revestida con un refractario 22 adecuado. Una lanza 24 verticalmente suspendida, mostrada en mas detalle en la fig. 2, se extiende hacia abajo a la seccion 12 de base del horno 10, a traves del techo 16 y proxima al eje de seccion 12. La lanza 24 pasa a traves de la porcion de techo 16 y es capaz de ser subida o bajada por un carro (no mostrado) al que se adapta la extremidad superior de la lanza 24 para ser conectada. El carro es movil verticalmente sobre una estructura de grna (no mostrada). Por medio de la lanza 24, un gas que contiene oxfgeno y un combustible adecuado pueden ser inyectados al bano 14. El combustible puede ser arrastrado en un gas portador, y tfpicamente es asf arrastrado si es un solido tal como carbon en partmulas finas. Sin embargo, el combustible puede ser tambien un gas o lfquido de hidrocarburo adecuado. Tambien, al menos parte del material de alimentacion que ha de ser fundido puede ser cargado al horno 10, para caer en el bano 14, a traves del puerto de entrada 26. Adicional o alternativamente, tal material de alimentacion, si son partmulas finas, puede ser inyectado al bano mediante un paso apropiado de la lanza 24. El sellado (no mostrado) es proporcionado para cerrar hermeticamente de manera sustancial alrededor de la abertura en la porcion del horno 16 a traves de la cual pasa la lanza 24, y en el puerto 26. Tambien, el horno 10 es mantenido por debajo de la presion atmosferica para impedir que los gases salgan del horno 10 de otra manera distinta que mediante la chimenea 18.

La lanza 24 mostrada en la vista axial, en seccion de la fig. 2 tiene una disposicion concentrica de una tubena exterior 28 y una tubena interior 30. La lanza 24 se extiende concentricamente a traves de un tubo de cubierta 32 que termina a una distancia sustancial por encima de la extremidad de punta inferior de la lanza 24 de manera que, en el uso de la lanza, el tubo 32 tambien termina a un nivel suficiente por encima del bano 14. Para algunas operaciones pirometalurgicas, las tubenas 28 y 30 pueden ser sustancialmente de la misma longitud. Sin embargo, para muchas operaciones pirometalurgicas, la tubena interior 30 termina por encima de la extremidad de la punta de la lanza, como puede verse en la fig. 2, para proporcionar una camara de mezcla y combustion 34 dentro de la tubena 28, por debajo de la extremidad de la tubena 30, como se requiere en lanza segun la presente invencion. Como se ha mostrado por la rotura de la region media de las tubenas 28 y 30, su longitud puede variar segun los requisitos para un proceso en el cual es utilizado. El gas de proceso que proporciona la refrigeracion externa para la tubena exterior 28 es suministrado mediante un conducto 36 a un espacio anular 38 entre el dispositivo de cubierta 32 y la lanza 24. Tambien, la refrigeracion interna de la tubena 28 es conseguida mediante un gas que contiene oxfgeno que es suministrado mediante un conducto 40 para el flujo del gas que contiene oxfgeno hacia bajo a un paso anular 42 definido entre las tubenas 28 y 30 y que comunica con la camara 34. El combustible puede ser suministrado mediante un conducto 44 para fluir hacia dentro y hacia bajo a un paso 46 que comprende el anima de

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la tubena 30.

Unos generadores de remolinos 48 axialmente espaciados estan previstos en el paso entre las tubenas 28 y 30, por encima de la extremidad inferior de la tubena 30 de la lanza 24. Cada remolino 48 puede tener la forma de una unica cinta helicoidal, como es mostrado, o un sistema de cintas helicoidales de multiples inicios. El flujo helicoidal de remolino es impartido por los generadores de remolinos 48 al gas que contiene oxfgeno que pasa bajo el paso 42, y esto fuerza al gas hacia afuera contra la superficie interior de la tubena 28 y mejora la refrigeracion de la tubena 28. La generacion de remolinos consigue tambien un grado de mezclado de dicho gas y del combustible en la camara de mezcla y combustion 34. Los generadores de remolinos 48 son montados sobre la superficie exterior de la tubena 30, tal como por soldadura, despues de lo cual la tubena 28 es recibida como un manguito a lo largo de la tubena 30 y a lo largo de los generadores de remolinos 48 previstos sobre la tubena 30. Los generadores de remolinos 48 tienen una anchura tal que cada uno tiene un borde helicoidal exterior estrechamente adyacente a la superficie interior de la tubena exterior 28. Asf, sustancialmente todo el gas que pasa bajo el paso 42 esta restringido a un trayecto de flujo helicoidal en el paso 42 antes de entrar en la camara 34, y este es capaz de alcanzar un grado de mezclado, en la camara 34, del gas procedente del paso 42 y el combustible que pasa a la camara 34 procedente del paso 46. Una mezcla de gas/combustible resultante es quemada para generar una llama de combustion que sale desde la camara 34 que es suficiente para el proposito de algunas operaciones pirometalurgicas TSL. No todo el material que comprende combustible necesita ser quemado, ya que puede requerirse la inyeccion de algo del material en el bano fundido para proporcionar un agente de reduccion o reductor. Donde se requiere el agente de reduccion en el bano fundido, es normal designar el material como "combustible/reductor", siendo inyectada esa parte no quemada, como combustible dentro el bano y capaz de funcionar como reductor.

Mientras la lanza 24 tiene solamente dos tubenas 28 y 30, puede haber mas de dos tubenas. Asf, en una disposicion, el paso 42 y el dispositivo generador de remolinos 48 pueden estar previstos entre la tubena 28 y una tubena intermedia que esta ubicada entre las tubenas 28 y 30. En esa disposicion, otro paso anular para material de alimentacion en partfculas sera definido entre la tubena intermedia y la tubena 30.

En la puesta en marcha con el horno 10, la lanza 24 es bajada a una posicion en la cual su extremidad de punta inferior esta por encima del bano 14 inicialmente inactivo. Cuando el gas que contiene oxfgeno a traves del conducto 40 y el combustible a traves del conducto 44 son inyectados a traves de la lanza 24, el combustible es quemado mediante ignicion de la mezcla resultante del gas que contiene oxfgeno y del combustible formada en la camara 34 antes de salir desde la extremidad de punta inferior de la lanza 24. Los materiales suministrados a traves de la lanza para esta combustion del combustible son suministrados a una velocidad elevada que resulta en la generacion de un chorro o llama de combustion muy fuerte que choca contra la superficie de la escoria del bano 14, causando por ello fuertes salpicaduras de la escoria. La superficie externa de la tubena 28 por debajo de la extremidad inferior del tubo de cubierta 32 resulta cubierta con gotitas de escoria fundida que son solidificadas por el efecto refrigerante de los gases que pasan hacia abajo por la tubena 28, a lo largo y mas alla del paso 42. La escoria acumulada forma una capa 50 de revestimiento protector (vease la insercion ampliada A) sobre la superficie exterior de la tubena 28. Si no ha comenzado previamente, se inicia un flujo de gas refrigerante a traves del conducto 38, saliendo el gas desde la extremidad inferior del tubo de cubierta 32 para enfriar mas la tubena 28. La lanza 24 es a continuacion bajada de manera que la extremidad de la punta inferior es sumergida en la escoria, para proporcionar inyeccion sumergida y formar una zona de combustion dentro de la escoria por la combustion del combustible en la llama de combustion sumergida. La inyeccion con la parte superior sumergida genera tal turbulencia sustancial en la escoria que la salpicadura de la escoria continua, y se puede conseguir un mezclado mtimo del material de alimentacion con la escoria. El horno 10 esta entonces en una condicion que permite que un proceso pirometalurgico requerido sea realizado. En el curso de ese proceso, un gas refrigerante puede ser suministrado a traves del conducto 36 al paso 38 entre el tubo de cubierta 32 y la tubena exterior 28 de la lanza 24 de modo que salga a un espacio de gas 52 por encima del bano 14. El gas refrigerante ayuda ademas en la refrigeracion de la superficie exterior de la tubena 28 de la lanza 24 y en el mantenimiento de la capa de revestimiento 34 de la escoria solidificada. El gas refrigerante puede ser un gas que contiene oxfgeno tal como aire o aire enriquecido con oxfgeno para permitir la recuperacion de energfa termica al bano 14 por la postcombustion de gases, tales como monoxido de carbono e hidrogeno, evolucionados desde el bano 14 durante la operacion pirometalurgica. Alternativamente, el gas refrigerante puede ser un gas no oxidante tal como nitrogeno o un gas de proceso refrigerado que esencialmente no es oxidante recuperado de los gases de chimenea.

Con la lanza 24 de las figs. 1 y 2, la parte inferior de la longitud del paso 42 esta prevista con un dispositivo 60 de modificacion de flujo de gas. Como puede verse, el dispositivo 60 esta dispuesto por encima de la camara 34, entre la tubena exterior 28 y la tubena interior 30. El dispositivo 60 se puede utilizar para impartir un componente de flujo hacia dentro, lejos de la superficie interior de la tubena 28, al gas que contiene oxfgeno que fluye hacia abajo al paso 42, antes de que el gas pase longitudinalmente a la camara 34 y hacia la extremidad de salida, inferior de la lanza 24. Impartiendo tal componente de flujo al gas, el dispositivo es capaz de mejorar la mezcla del gas con el combustible que pasa a la camara 34 desde el paso 46 de la tubena 30, con relacion a la mezcla capaz de ser conseguida unicamente por los generadores de remolinos 48 (es decir sin el dispositivo 60).

En la fig. 2, el dispositivo 60 comprende una disposicion de tres inicios de alabes 62 helicoidales circunferencialmente espaciados, y un manguito troncoconico o anillo de cono 64 que se extiende alrededor y cierra

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hermeticamente contra la periferia exterior de cada alabe 62. Los tres alabes 62 se extienden longitudinalmente a la union entre el paso 42 y la extremidad superior de la camara 34. Los alabes 62, ademas de extenderse longitudinalmente, tambien se extienden circunferencialmente alrededor de la superficie exterior de la tubena 30, de modo que sean de forma helicoidal. Cada alabe 62 tiene forma de tira estrecha, y fijado, tal como por soldadura, a lo largo de uno de sus bordes laterales a la superficie exterior de la tubena 34, de manera que su anchura sobresale de dicha superficie. Aunque se ha ilustrado solo de manera esquematica, cada uno de los alabes 62 se estrecha en anchura lo largo de su longitud desde una anchura maxima en o mas cerca de su extremidad superior. Adicionalmente, aunque los alabes 62 mostrados son sustancialmente planos en secciones transversales y perpendiculares al eje longitudinal de la lanza 24, como es preferido, pueden ser inclinados o curvados en tales secciones transversales y asf su superficie superior mira hacia dicho eje. Sin embargo, en cada disposicion para la lanza 24 los alabes 62, en combinacion con el manguito o anillo de cono 64 estan para ayudar a impartir un componente de flujo hacia dentro, lejos de la tubena 28, al gas que fluye a traves de la parte inferior de la longitud del paso 42, mejorando por tanto la mezcla del gas con combustible recibida en la camara 34 procedente del paso 46, mejorando la combustion de combustible y fortaleciendo la intensidad de la llama. Estos factores dan como resultado tambien el espaciamiento de la llama desde la superficie interior de la tubena 28 y minimizan por tanto el calentamiento de la tubena 28 por la llama.

En la disposicion de la fig. 2, el dispositivo 60 tiene un anillo de cono 64 anular macizo que tiene una superficie interior 66 troncoconica. Con la tubena interior 30, la superficie 66 define un paso 68 anular que disminuye en anchura radial desde un maximo en la extremidad superior 68a a un mmimo en la extremidad inferior 68b. La disposicion es tal que el anillo 64, los alabes 62 y la tubena 30 juntos definen un trayecto de flujo helicoidal respectivo de seccion transversal disminuida entre cada par de alabes 62 sucesivos, con cada trayecto de flujo no solamente restringiendo el gas a los trayectos de flujo helicoidal que imparten un componente de flujo lejos de la tubena exterior 28, sino incrementando tambien la velocidad de flujo del gas a un maximo en la extremidad inferior 68b.

En la disposicion de la fig. 2, el anillo 64 conico macizo tiene una superficie exterior 70 sustancialmente cilmdrica que puede contactar o ser muy adyacente a la superficie interior de la tubena exterior 28. Sin embargo, como se ha mostrado en la insercion ampliada B en la fig. 2, la superficie exterior 70 del anillo 64 puede ser espaciada lo suficiente desde la superficie interior de la tubena 28 para definir un hueco anular 72 estrecho entre ellos. El hueco 72 es suficiente preferiblemente para permitir una proporcion menor del gas que pasa hacia abajo al paso 42 para pasar entre el dispositivo 60 y la tubena 28, refrigerando por ello esta ultima. Para una uniformidad sustancial de refrigeracion de la tubena 28, el hueco 72 permite mas preferiblemente el paso de una cortina anular de gas. La contrapresion resultante de la seccion transversal decreciente de trayectos de flujo de gas a traves del dispositivo 60 actua para incrementar la velocidad de flujo del gas que pasa a traves de hueco 72, ayudando ademas con la refrigeracion de la tubena 28.

Como se ha indicado, los alabes 62 del dispositivo 60 son fijados en sus bordes interiores a la tubena 30. Tambien, el anillo 64 conico puede ser fijado en su superficie interior 66 a los bordes radialmente exteriores de los alabes 62, tal como por soldadura. Alternativa, o adicionalmente, el anillo 64 puede ser fijado a intervalos alrededor de su superficie exterior 70 a la tubena exterior 28, tal como por sujetadores, o por correas de sujecion que puentean a traves del paso 42 a ubicaciones sobre la tubena interior 30 por encima del dispositivo 60.

En las disposiciones similares de las figs. 3 y 4, partes correspondientes a las de la fig. 2 tienen los mismos numeros de referencia, mas 100 y 200, respectivamente. En la fig. 3, el dispositivo de modificacion de flujo 160 tiene dos alabes 162 en una disposicion de dos inicios, mientras el dispositivo 260 de la fig. 4 tiene ocho alabes 262. Tambien, en vez de un anillo 64 conico macizo como en el dispositivo 60 de la fig. 2, los dispositivos 160 y 260 tienen un manguito troncoconico 164, 264. Mientras cada uno de los manguitos 164, 264 tiene una superficie interior 166, 266 troncoconica, los manguitos estan formados de chapa de metal y tienen una superficie exterior 170 respectiva en el caso del dispositivo 160, pero no mostrada para el dispositivo 260, que tiene la misma forma que la superficie 166, 266.

En el dispositivo 160 de la fig. 3, la disposicion se ha mostrado como teniendo el dispositivo 160 instalado en el paso 142 entre una tubena exterior 128 que tiene un diametro interior P1 y una tubena interior 130 que tiene un diametro exterior P2. El dispositivo 160 tiene una altura total H1, teniendo el manguito 164 una altura H2, con un diametro superior D1 y un diametro inferior D2. El diametro superior D1 del manguito 164 es menor que el diametro interior P1 de la tubena exterior 128 para dejar un pequeno hueco anular G1 en la parte superior del manguito 164, y un espaciamiento anular W1 relativamente grande entre la extremidad superior del manguito 164 y la tubena 130. La forma troncoconica del manguito 164 da como resultado un hueco anular G2 mucho mas grande entre la extremidad inferior del manguito 164 y la superficie interior de la tubena exterior 128 y un espaciamiento W2 correspondientemente menor entre la extremidad inferior del manguito 164 y la superficie exterior de la tubena 130. La anchura radial del hueco G1 permite que una proporcion menor de gas pase hacia abajo al paso 142 para fluir hacia abajo, y enfriar, la superficie interior de la tubena 128. La mayor parte del gas pasa hacia abajo a traves del dispositivo 160, a lo largo de los trayectos de flujo entre cada par de alabes 162 sucesivos. Sin embargo, el estrechamiento hacia abajo de los componentes del dispositivo 160 da como resultado aquellos trayectos de flujo que disminuyen en la seccion transversal a la extremidad de salida, inferior del dispositivo 160, y asf el gas que fluye a la camara 134 sale a una velocidad de flujo aumentada y dirigido hacia el eje de la lanza 124, por debajo de la

extremidad de salida, inferior de la tubena interior 130. Como resultado, se consigue un mezclado eficiente, sustancialmente completo, entre el gas que entra en la camara 134 desde el paso 142 y el dispositivo 160 y el combustible que entra en la camara 134 desde la tubena 130. Este mezclado mejorado permite una combustion mas eficiente, sustancialmente completa del combustible cuando la mezcla es quemada, generando una llama de 5 combustion fuerte que esta localizada por debajo de la tubena 130 y espaciada de manera lateral desde la superficie de la tubena 128.

Aunque los dispositivos 60 de la fig. 2 y el dispositivo 160 de la fig. 3 tienen agrupaciones de alabes 62, 162, de multiples inicios, la muestra de tres y dos alabes, respectivamente, es por simplicidad de la ilustracion. Hay preferiblemente al menos cuatro alabes, tales como de siete a doce.

10 Los expertos en la tecnica apreciaran que la invencion descrita aqu es susceptible de variaciones y modificaciones distintas de las descritas espedficamente. Se entiende que la invencion incluye la totalidad de tales variaciones y modificaciones que caen dentro del espmtu y del alcance.

A lo largo de toda la descripcion y las reivindicaciones de la memoria la palabra "comprender" y variaciones de la palabra, tales como "comprendiendo" y "comprende", no pretenden excluir otros aditivos, componentes, enteros, u 15 operaciones.

Claims (12)

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   REIVINDICACIONES

   1. - Una lanza para inyeccion con la parte superior sumergida (TSL) en una operacion pirometalurgica, en donde

   la lanza tiene al menos dos tubenas sustancialmente concentricas, con un paso anular para gas que contiene oxfgeno definido entre una de las tubenas mas exterior y una siguiente tubena adyacente y un paso adicional para combustible definido dentro de una de las tubenas mas interior; la tubena mas exterior tiene una parte inferior de su longitud, a partir de una extremidad de salida inferior sumergible de la lanza, por la cual se extiende la tubena mas exterior mas alla de una extremidad de salida de la o de cada otra tubena para definir entre la extremidad de salida de la tubena mas exterior y la extremidad de salida de la o de cada otra tubena una camara con la cual comunica el paso para gas que contiene oxfgeno; y

   la lanza incluye ademas un dispositivo de modificacion de flujo de gas que esta dispuesto en una seccion de extremidad inferior del paso para gas que contiene oxfgeno, adyacente a la camara, y que se puede utilizar para impartir un componente de flujo hacia dentro, lejos de la superficie interior de la tubena mas exterior, para hacer pasar el gas que contiene oxfgeno hacia y longitudinalmente dentro de la camara hacia la extremidad de salida de la lanza y mejorar por ello la mezcla del gas que contiene oxfgeno con el combustible que pasa a la camara desde el paso para combustible, teniendo el dispositivo de modificacion de flujo al menos un componente interior de forma helicoidal, y un componente exterior que se extiende alrededor de al menos un componente interior, de tal manera que el dispositivo de modificacion de flujo restringe que el gas fluya a traves de la seccion de extremidad inferior del paso anular a un trayecto de flujo helicoidal, de seccion transversal decreciente, alrededor de la superficie exterior de la siguiente tubena adyacente.
2. 2. - La lanza de la reivindicacion 1, en donde el dispositivo de modificacion de flujo funciona impartiendo al gas que fluye longitudinalmente hacia la camara a traves de la seccion de extremidad inferior del paso anular gas que contiene oxfgeno, un componente de flujo lejos de la superficie interior de la tubena mas exterior que en efecto es algo radial o radial y longitudinal.
3. 3. - La lanza de la reivindicacion 1 o 2, en donde el o cada componente interior es un alabe helicoidal, de tal manera que el dispositivo de modificacion de flujo es una disposicion helicoidal de uno o multiples inicios.
4. 4. - La lanza de la reivindicacion 1 o 2, en donde al menos un alabe del componente interior esta fijado a intervalos, o continuamente, a lo largo de un borde helicoidal interior, a la superficie exterior de la siguiente tubena mas interior.
5. 5. - La lanza de la reivindicacion 1, 2, 3 o 4, en donde al menos un alabe disminuye en anchura, radialmente con relacion a la siguiente tubena mas interior, desde una anchura maxima en o mas cerca de una extremidad superior del alabe.
6. 6. - La lanza de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el componente mas exterior cierra la periferia exterior del trayecto de flujo helicoidal hacia afuera desde y alrededor de la siguiente tubena mas interior.
7. 7. - La lanza de la reivindicacion 6, en donde el componente exterior puentea alrededor y a traves de vuelos sucesivos del o de cada alabe.
8. 8. - La lanza de la reivindicacion 7, en donde el componente exterior tiene una superficie interior troncoconica, mientras su superficie exterior es tambien troncoconica o de otra forma tal como cilmdrica.
9. 9. - La lanza de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el o cada alabe del dispositivo de modificacion de flujo es fijado sobre, tal como, la superficie exterior de la siguiente tubena adyacente, tal como por soldadura, ya sea continua o intermitentemente, a lo largo de la longitud de cada alabe.
10. 10. - La lanza de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el componente exterior del dispositivo de modificacion de flujo puede comprender un manguito o alojamiento anular, y el o cada alabe es fijado a la superficie interior del manguito o alojamiento tal como mediante soldadura continua o intermitente.
11. 11. - La lanza de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el dispositivo de modificacion de flujo incluye al menos cuatro alabes, tal como de siete a doce alabes.
12. 12. - La lanza de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el dispositivo de modificacion de flujo esta adaptado para impartir un componente de flujo hacia dentro a una proporcion mayor de gas que fluye hacia abajo al paso anular para el gas que contiene oxfgeno, pero define con la tubena mas exterior un hueco anular a traves del cual una proporcion menor del gas es capaz de pasar para fluir sobre la superficie interior de la tubena mas exterior.