ES2629319T3 - Lanzas de inyección sumergida superior - Google Patents
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Abstract
Una lanza (10, 30, 50), para llevar a cabo una operación pirometalúrgica por inyección de lanza sumergida superior (TSL), donde la lanza (10, 30, 50) tiene una pluralidad de tuberías sustancialmente concéntricas que incluyen tuberías interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) y, opcionalmente, al menos una tubería entre las tuberías interior (12, 32, 52) y exterior; el extremo inferior de la interior o la tubería interior (12, 32, 52) y al menos una tubería más exterior siguiente está sustancialmente situada a un nivel requerido respecto al extremo inferior de la tubería exterior (14, 34, 54) requerido para la operación pirometalúrgica; y donde la lanza (10, 30, 50) define al menos dos pasos, que incluyen un paso anular (16, 36, 56) definido entre dos de las tuberías y un paso (17, 37, 57) definido por la tubería interior (12, 32, 52), por lo que la lanza (10, 30, 50) permite que el gas que contiene combustible/agente reductor y oxígeno sea inyectado por separado a través de la lanza (10, 30, 50) para que se mezcle en los extremos de salida de las tuberías interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) y genere una zona de combustión en la fase de escoria durante la inyección sumergida superior durante la operación pirometalúrgica, manteniendo al mismo tiempo un revestimiento protector de escoria solidificada sobre la superficie exterior de la tubería exterior (14, 34, 54) sobre al menos una parte inferior de la longitud de la lanza (10, 30, 50) sumergida en escoria fundida durante la operación, caracterizada por que el extremo inferior de la tubería interior (12, 32, 52) está retrasado del extremo inferior de la tubería exterior (14, 34, 54) de modo que entre estos extremos está definida una cámara de mezcla (18, 38, 58); y la lanza (10, 30, 50) está adaptada para suspensión de una instalación (22, 24, 26) que es operable para elevar o bajar la lanza (10, 30, 50) como un conjunto respecto a un reactor TSL y permite el movimiento longitudinal entre las tuberías interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54), siendo las posiciones relativas de las tuberías interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) longitudinalmente ajustables para permitir que el nivel o la longitud (L) fijados de la cámara de mezcla (18, 38, 58) entre los extremos inferiores de las tuberías interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) se mantengan durante un período de uso para compensar el desgaste y quemado del extremo inferior de la tubería exterior (14, 34, 54), y que incluye además un sistema de accionamiento (D) mediante el cual se genera el movimiento longitudinal relativo entre las tuberías interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54).
Description
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DESCRIPCION
Lanzas de inyeccion sumergida superior Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a lanzas de inyeccion sumergida superior para su uso en operaciones pirometalurgicas en bano fundido.
Antecedentes de la invencion
La fusion en bano fundido u otras operaciones pirometalurgicas que requieren la interaccion entre el bano y una fuente de gas que contiene oxigeno utilizan varias disposiciones diferentes para el suministro del gas. En general, estas operaciones implican la inyeccion directa en mata/metal fundido. Esta puede ser mediante toberas de soplado inferiores como en un tipo de horno Bessemer o toberas de soplado laterales como en un tipo de convertidor Peirce- Smith. De forma alternativa, la inyeccion de gas puede ser por medio de una lanza para proporcionar bien soplado superior o inyeccion sumergida. Ejemplos de inyeccion con lanza de soplado superior son las plantas de fabricacion de acero KALDO y BOP en las que el oxfgeno puro es soplado desde arriba del bano para producir acero a partir de hierro fundido. Otro ejemplo de inyeccion con lanza de soplado superior se proporciona por las etapas de fusion y conversion de mata del proceso de cobre Mitsubishi, en el que las lanzas de inyeccion provocan que chorros de gas que contiene oxigeno tal como aire o aire enriquecido con oxfgeno, incidan sobre y penetren en la superficie del bano, respectivamente para producir y para convertir la mata de cobre. En el caso de la inyeccion con lanza sumergida, el extremo inferior de la lanza esta sumergido de manera que la inyeccion se produce dentro y no desde arriba de una capa de escoria del bano, para proporcionar la inyeccion con lanza sumergida superior (TSL, del ingles “Top Submerged Lancing").
Con ambas formas de inyeccion desde arriba, es decir, soplado superior como inyeccion TSL, la lanza esta sometida a intensas temperaturas del bano predominantes. El soplado superior en el proceso de cobre Mitsubishi usa una serie de lanzas de acero relativamente pequenas que tienen 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, por encima de la zona de reaccion. La tubena exterior, que es giratoria para evitar que se pegue a un collar refrigerado por agua en el techo del horno, se extiende hacia abajo en el espacio de gas del horno para posicionar su extremo inferior aproximadamente 500-800 mm por encima de la superficie superior del bano fundido. La alimentacion de partfculas atrapadas en el aire es soplada a traves de la tubena interior, mientras que el aire enriquecido con oxigeno es soplado a traves del anillo entre las tubenas. A pesar de la separacion del extremo inferior de la tubena exterior por encima de la superficie del bano, y cualquier refrigeracion de la lanza por los gases que pasan a traves de ella, la tubena exterior se quema unos 400 mm al dfa. Por tanto, la tubena exterior se reduce lentamente y, cuando se requiera, se unen nuevas secciones a la parte superior de la tubena exterior consumible.
Las lanzas para la inyeccion TSL son mucho mas grande que las usadas para soplado superior, tal como en el proceso Mitsubishi descrito anteriormente. Una lanza TSL generalmente tiene al menos una tubena interior y una exterior, como se supone a continuacion, pero puede tener al menos otra tubena concentrica con las tubenas interior y exterior. En la lanza TSL la tubena exterior tiene un diametro exterior de 200 a 500 mm, o mayor. Ademas, la lanza es mucho mas grande y se extiende hacia abajo a traves del techo de un reactor TSL, que puede ser de aproximadamente 10 a 15 m de altura, de modo que el extremo inferior de la tubena exterior esta sumergido a una profundidad de aproximadamente 300 mm o mas en una fase de escoria fundida del bano, pero esta protegida por un revestimiento de escoria solidificada formada y mantenida sobre la superficie exterior de la tubena exterior. La tubena interior, de aproximadamente 100-180 mm de diametro, puede terminar aproximadamente al mismo nivel que la tubena exterior, o en un nivel mas arriba de hasta aproximadamente 1000 mm por encima del extremo inferior de la tubena exterior. Una paleta helicoidal u otro dispositivo de conformacion de flujo puede estar montado en la superficie exterior de la tubena interior para abarcar el espacio anular entre las tubenas interior y exterior. Las paletas imparten una fuerte accion de remolino a una explosion de aire o enriquecida con oxigeno a lo largo del anillo y sirven para mejorar el efecto de refrigeracion, asf como asegurar que el gas se mezcla bien con el material combustible y alimentacion suministrados a traves de la tubena interior produciendose sustancialmente la mezcla en una camara de mezcla definida por la tubena exterior, debajo del extremo inferior de la tubena interior en el que la tubena interior termina a una distancia suficiente por encima del extremo inferior de la tubena exterior.
La tubena exterior de la lanza TSL se desgasta y se quema en su extremo inferior, pero a una velocidad que es considerablemente menor por el revestimiento de escoria protectora de lo que sena el caso 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 el extremo inferior de la lanza esta sumergido en el entorno altamente reactivo y corrosivo del bano de escoria fundida. La tubena interior de una lanza TSL suministra materiales de alimentacion, tales como concentrado, flujos y reductor para ser inyectados en una capa de escoria del bano, asf como combustible. Un gas que contiene oxigeno, tal como aire o aire enriquecido con oxigeno, se suministra a traves del anillo entre las tubenas. Antes de que comience la inyeccion sumergida dentro de la capa de escoria del bano, la lanza se coloca con su extremo inferior, es decir, el extremo inferior de la tubena exterior,
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separada a una distancia adecuada por encima de la superficie de la escoria. El gas que contiene oxfgeno y el combustible, tal como fueloleo, carbon fino o gas hidrocarbonado, son suministrados a la lanza y se encienda una mezcla de oxigeno/combustible resultante para generar un chorro de llama que se extiende mas alla del extremo sumergido de la tubena exterior e incide sobre la escoria. Esto hace que la escoria salpique para formar, en la tubena de lanza exterior, la capa de escoria que se solidifica por la corriente de gas que pasa a traves de la lanza para proporcionar el revestimiento de escoria solida mencionado anteriormente. La lanza es capaz entonces de ser desplazada hacia abajo para conseguir la inyeccion dentro de la escoria, con el paso continuo de gas que contiene oxfgeno a traves de la lanza que mantiene la menor parte de la lanza a una temperatura a la cual el revestimiento de escoria solidificada se mantiene para proteger la tubena exterior.
Con una nueva lanza TSL, las posiciones relativas de los extremos inferiores de las tubenas exterior e interior, es decir, la distancia del extremo inferior de la tubena interior de nuevo que esta retrasada, en todo caso, desde el extremo inferior de la tubena exterior, es una longitud optima para una ventana de operacion pirometalurgica particular, determinada durante el diseno. La longitud optima puede ser diferente para diferentes usos de la tecnologfa TSL. Asf, cada una de una operacion por lotes de dos etapas para la conversion de mata de cobre a cobre blister con transferencia de oxfgeno a traves de la escoria a mata, una operacion continua de una sola etapa para la conversion de mata de cobre a cobre blister, un proceso para la reduccion de una escoria que contiene plomo, o un proceso para la fusion de un material de alimentacion de oxido de hierro para la produccion de arrabio, todos requieren el uso de una longitud de camara de mezcla optima respectiva diferente. Sin embargo, en cada caso, la longitud de la camara de mezcla cae progresivamente por debajo de la optima para la operacion pirometalurgica a medida que el extremo inferior de la tubena exterior se desgasta lentamente y se quema. Del mismo modo, si hay desplazamiento cero entre los extremos de las tubenas exterior e interior, el extremo inferior de la tubena interior puede quedar expuesto a la escoria, con lo que tambien es desgastado y sujeto a quemado. Asf, a intervalos, el extremo inferior de al menos la tubena exterior necesita ser cortado para proporcionar un borde limpio al que se suelda un tramo de tubena de diametro apropiado, para restablecer las posiciones relativas optimas de los extremos inferiores de tubena para optimizar las condiciones de fusion.
La velocidad a la que el extremo inferior de la tubena exterior se desgasta y se quema varia con la operacion pirometalurgica de bano fundido que se este realizando. Factores que determinan esa velocidad incluyen velocidad de procesamiento de alimentacion, temperatura de operacion, fluidez del bano, velocidades de flujos de lanza, etc. En algunos casos, la velocidad de desgaste por corrosion y quemado es relativamente alta y puede ser tal que en el peor de los casos pueden perderse en un dfa varias horas de tiempo de operacion debido a la necesidad de interrumpir el proceso para retirar una lanza desgastada de la operacion y reemplazarla con otra, mientras se repara la lanza desgastada retirada de servicio. Tales interrupciones pueden producirse varias veces en un dfa sumando cada parada al tiempo de no procesamiento. Aunque la tecnologfa TSL ofrece beneficios significativos, incluyendo el ahorro de costes, frente a otras tecnologfas, la perdida de tiempo de operacion para la sustitucion de lanzas conlleva una significativa penalizacion de costes.
El documento GB914086A describe una lanza de soplado superior para soplado de oxfgeno y material en polvo sobre o en un metal fundido. La lanza comprende una camisa para agua que rodea una tubena de oxfgeno que termina en una boquilla convergente-divergente, y un tubo de polvo coaxial con la tubena de oxfgeno 4 y que se extiende en la boquilla, y la lanza puede desilizarse sobre una tubena inferior 8 que se extiende en el tubo de polvo central desde un tambor colector giratorio por debajo de un contenedor de polvo. Notablemente, la lanza es una lanza de soplado superior que se usa para introducir gas y reaccionantes sobre la superficie de un metal fundido. El solicitante observa no obstante, que la lanza del documento GB914086A no es una lanza sumergida superior usada en un reactor con Lanza Sumergida Superior (TSL), no incluye una camara de mezcla para mezclar los reaccionantes antes de la inyeccion e incluye una tubena exterior que es fija en sentido longitudinal con respecto a su tubena interior.
La presente invencion esta dirigida a proporcionar una lanza sumergida superior alternativa que permita una reduccion en el tiempo perdido por la necesidad de reemplazos de lanza.
Compendio de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona una lanza (10, 30, 50), para llevar a cabo una operacion pirometalurgica por inyeccion de lanza sumergida superior (TSL), donde la lanza (10, 30, 50) tiene una pluralidad de tubenas sustancialmente concentricas que incluyen tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) y, opcionalmente, al menos una tubena entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior; el extremo inferior de la interior o la tubena interior (12, 32, 52) y al menos una tubena mas exterior siguiente esta sustancialmente situada a un nivel requerido respecto al extremo inferior de la tubena exterior (14, 34, 54) requerido para la operacion pirometalurgica; y donde la lanza (10, 30, 50) define al menos dos pasos, que incluyen un paso anular (16, 36, 56) definido entre dos de las tubenas y un paso (17, 37, 57) definido por la tubena interior (12, 32, 52), por lo que la lanza (10, 30, 50) permite que el gas que contiene combustible/agente reductor y oxfgeno sea inyectado por separado a traves de la lanza (10, 30, 50) para que se mezcle en los extremos de salida de las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) y genere una zona de combustion en la fase de escoria durante la inyeccion sumergida superior durante la operacion pirometalurgica, manteniendo al mismo tiempo un revestimiento protector de escoria solidificada sobre la superficie exterior de la tubena exterior (14, 34, 54) sobre al menos una parte inferior de la longitud de la lanza (10,
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30, 50) sumergida en escoria fundida durante la operacion, caracterizada por que
el extremo inferior de la tubena interior (12, 32, 52) esta retrasado del extremo inferior de la tubena exterior (14, 34, 54) de modo que entre estos extremos esta definida una camara de mezcla (18, 38, 58); y
la lanza (10, 30, 50) esta adaptada para suspension de una instalacion (22, 24, 26) que es operable para elevar o bajar la lanza (10, 30, 50) como un conjunto respecto a un reactor TSL y permite el movimiento longitudinal entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54), siendo las posiciones relativas de las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) longitudinalmente ajustables para permitir que el nivel o la longitud (L) fijados de la camara de mezcla (18, 38, 58) entre los extremos inferiores de las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) se mantengan durante un penodo de uso para compensar el desgaste y quemado del extremo inferior de la tubena exterior (14, 34, 54), y
que incluye ademas un sistema de accionamiento (D) mediante el cual se genera el movimiento longitudinal relativo entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54).
La lanza puede tener dos tubenas, con la paleta helicoidal, si se proporciona, conectada en un borde longitudinal a la superficie exterior de la tubena interior y teniendo su otro borde longitudinal adyacente a la superficie interior de la tubena exterior. No obstante, la tubena puede tener al menos tres tubenas, con la paleta conectada en un borde a la superficie exterior de la siguiente tubena mas interior de la tubena exterior, con su otro borde adyacente a la superficie interior de la tubena exterior. En el ultimo caso, las tubenas distintas de la tubena exterior pueden ser bien fijas o longitudinalmente moviles una respecto a la otra.
Para uso en una operacion pirometalurgica TSL, la lanza esta suspendida de una instalacion que es operable para elevar o bajar la lanza como conjunto respecto al reactor TSL. La instalacion puede bajar la lanza en el reactor TSL para posicionar el extremo inferior de la lanza por encima de la superficie de la fase de escoria, en la parte superior de un bano fundido en el reactor, para permitir la formacion de un revestimiento de escoria sobre la lanza como se detalla antes. La instalacion es entonces capaz de bajar la lanza para posicionar el extremo inferior de la lanza en la fase de escoria y permitir la inyeccion sumergida en la escoria. La instalacion tambien es capaz de elevar la lanza desde el reactor, en estos movimientos, la lanza se mueve como conjunto. Sin embargo, la instalacion tambien es operable para proporcionar movimiento longitudinal relativo entre las tubenas interior y exterior de la lanza. El movimiento longitudinal relativo puede ser:
(a) bajar los accesorios mediante los cuales la lanza esta soportada como un conjunto, cuando se eleva la tubena interior respecto a los accesorios para mantener el extremo inferior de la tubena interior a un nivel sustancialmente constante, o
(b) bajar la tubena exterior respecto a la tubena interior, con la tubena interior mantenida estacionaria.
en cada caso, el movimiento longitudinal relativo mas preferiblemente es tal como para mantener un posicionamiento relativo sustancialmente fijo entre los extremos inferiores de las tubenas exterior e interior. Asf, cuando el posicionamiento relativo es tal como para proporcionar una camara de mezcla, el movimiento longitudinal relativo lo mas preferiblemente es tal como para mantener la camara de mezcla a una longitud sustancialmente fijada, predeterminada o seleccionada. La exactitud con la cual la longitud predeterminada o seleccionada de la camara de mezcla se mantiene necesita ser unicamente sustancialmente constante. Asf, el nivel del extremo de salida de la tubena interior respecto al extremo inferior de la tubena exterior puede mantenerse preferiblemente por el movimiento relativo entre las tubenas interior y exterior para que este en ± 25 mm de un nivel requerido para la tubena interior.
La lanza, o una instalacion que incluye la lanza, tiene un sistema de accionamiento mediante el cual se genera el movimiento longitudinal entre las tubenas interior y exterior. El sistema de accionamiento puede ser operable para generar el movimiento a una velocidad predeterminada, basada en una determinacion de una velocidad media a la cual el extremo inferior de la tubena exterior se desgasta y quema. Asf; si se conoce para una operacion pirometalurgica dada que el desgaste y quemado es de aproximadamente 100 mm en un ciclo de desplazamiento de cuatro horas, entonces el sistema de accionamiento puede generar movimiento relativo entre las tubenas interior y exterior de 25 mm por hora para mantener unas posiciones relativas sustancialmente constantes para los extremos inferiores de las tubenas, tal como una longitud de camara de mezcla sustancialmente constante.
El uso de un sistema de accionamiento que proporciona tal velocidad constante de movimiento relativo entre las tubenas interior y exterior puede estar basado en una suposicion de que existen condiciones de operacion estables que dan lugar a una velocidad sustancialmente constante a la cual el extremo inferior de la tubena exterior se desgasta y quema. Sin embargo, el accionamiento puede ser variable para acomodarse a una variacion en las condiciones de operacion. Las condiciones de operacion pueden variar entre sucesivos ciclos de operacion, o incluso en un ciclo dado, tal como debido a un cambio en la calidad de un material de alimentacion o de un combustible y/o agente reductor, o debido a un aumento en el volumen del bano, tal como debido a un aumento en el volumen de escoria y/o de una fase de metal o mata recuperada. Ademas, puede producirse una variacion entre
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las etapas de una operacion general dada, tal como entre una etapa de soplado de metal blanco y una etapa de soplado de cobre blister en un proceso de conversion de mata de cobre de dos etapas llevado a cabo en un unico reactor o entre dos etapas sucesivas de un proceso de recuperacion de plomo de tres etapas. Adicionalmente, puede resultar una variacion debido a una necesidad de operar a una mayor temperatura para compensar un aumento en la viscosidad de la escoria en el transcurso de una operacion de fusion.
El sistema de accionamiento puede ser ajustable bien manualmente o por medio de un control remoto. De forma alternativa, el sistema de accionamiento puede ser ajustable como respuesta a una senal de salida de al menos un sensor capaz de controlar al menos un parametro del proceso. Por ejemplo, el sensor puede ser uno adaptado para controlar la composicion de los gases de salida del reactor, la temperatura del reactor en una posicion adecuada, la presion en el reactor por encima del bano o en un conducto de extraccion de gas, la conductividad electrica de un componente del bano, tal como la fase de escoria, la conductividad electrica de la tubena exterior de la lanza, o puede ser un sensor optico para realizar una medida optica de la longitud real de la tubena exterior a lo largo de la longitud de la lanza entre las tubenas interior y exterior, o combinacion de sensores para controlar dos o mas de tales parametros.
Con el fin de que la invencion pueda comprenderse mas facilmente, la descripcion se dirige ahora a los dibujos adjuntos, en los que:
• La Figura 1 es una representacion esquematica de una primera forma de lanza para operaciones pirometalurgicas TSL;
• La Figura 2 es una representacion esquematica de una segunda forma de lanza para tales operaciones; y
• La Figura 3 es una vista similar a la Figura 1, pero mostrando un mecanismo para conseguir el movimiento relativo entre las tubenas de una lanza.
La lanza 10 de la Figura 1 tiene dos tubenas de acero concentricas de seccion transversal circular. Esta incluye una tubena interior 12 y una tubena exterior 14. Un paso anular 16 esta definido entre las tubenas 12 y 14. A lo largo del paso 16 pueden usarse paletas o deflectores 20 para mejorar la refrigeracion. La, o cada, seccion de los deflectores 20 esta provista de una banda o cinta que se extiende helicoidalmente alrededor de la tubena 12, y tiene un borde soldado a la superficie exterior de la tubena 12, mientras que su otro borde es contiguamente adyacente a la superficie interior de la tubena exterior 14. La forma del deflector puede ser similar a la de las bandas turbulenciadoras 14 mostradas en la Figura 2 de la patente de Estados Unidos 4251271 de Floyd.
Como se apreciara, la tubena exterior 14 y los deflectores 20 se muestran en seccion longitudinal para permitir la visualizacion de la tubena interior 12 y los deflectores 20.
El extremo inferior de la tubena interior 12 esta separado por encima del extremo inferior de la tubena exterior 14 por la distancia L. Esto da como resultado una camara 18 en la extension de la tubena 14 por debajo de la tubena 12, que funciona como una camara de mezcla.
En la disposicion sencilla ilustrada, se suministra aire, oxfgeno o aire enriquecido con oxfgeno al paso 16, en el extremo superior de la lanza 10. En el extremo superior de la tubena 12 se suministra un combustible adecuado con cualquier medio de transporte requerido. El deflector helicoidal en el paso 16 imparte una fuerte accion de turbulencia al gas suministrado al paso 16. Asf, el efecto de refrigeracion del gas se mejora y el gas y el combustible se mezclan mtimamente entre sf en la camara 18 pudiendo la mezcla ser encendida para producir la suficiente combustion del combustible y la generacion de una intensa llama de combustion que salga del extremo inferior de la lanza 10. La relacion de oxfgeno a combustible puede variar, dependiendo de la intensidad de las condiciones de reduccion u oxidacion a generar en, o por debajo del extremo inferior de la lanza. El oxfgeno o combustible no consumidos en la llama de combustion se inyectan en la escoria del bano, estando cualquier componente del combustible que no se haya quemado disponible en la escoria como agente reductor. Por esta razon con frecuencia se indica en inyeccion TSL que el combustible/agente reductor es inyectado por la lanza. La relacion de combustible a agente reductor en el “combustible/agente reductor” vana con la relacion de oxfgeno a combustible/agente reductor a velocidades de alimentacion dadas tanto para oxfgeno como combustible/agente reductor.
La lanza 10 esta asegurada en su extremo superior a una instalacion aerea mediante la cual la lanza puede elevarse o bajarse, en conjunto, segun se requiera. La instalacion esta representada por el dispositivo de soporte 22, una lmea 24 y un actuador 26. La instalacion puede comprender un puente grua montado en railes o cabrestante 26 y un cable 24, con la lanza 10 asegurada al extremo inferior del cable 24, por una garra de fijacion 22 u otro dispositivo de sujecion adecuado.
La disposicion para la lanza 30 mostrada en la Figura 2 se comprendera a partir de la descripcion de la Figura 1. Partes correspondientes tienen la referencia de la Figura 1, mas 20. La diferencia en este caso es que la lanza 30 tiene tres tubenas concentricas, debido a una tercera tubena 33 que esta situada entre las tubenas interior 32 y exterior 34. Asf, el paso 36 y el turbulenciador 40 estan entre las tubenas 33 y 34. Luego el extremo de la tubena 33 esta retrasado del extremo inferior de la tubena 34 por una distancia (M-L), donde M es la distancia entre los
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extremos inferiores de las tubenas 33 y 34 y L es la distancia entre los extremos inferiores de las tubenas 32 y 33. Asf, la camara de mezcla 38 tiene una extension anular alrededor de la longitud de la tubena 32 que esta por debajo del extremo de la tubena 33. Ademas, las tubenas 33 y 34, y los deflectores 40 estan mostrados en seccion longitudinal para permitir apreciar los componentes en la tubena 34.
De nuevo, se proporciona un deflector helicoidal (no mostrado). Sin embargo, en este caso, el deflector esta montado sobre la superficie externa de la tubena 33 y se extiende a traves del paso 36 de modo que su borde exterior esta cercano a la superficie interior de la tubena 34.
En esta forma de realizacion de una lanza 30, se suministra combustible en el extremo superior de la tubena 32, mientras que se suministra gas que contiene oxfgeno libre a traves de la tubena 34, a lo largo del paso 36 entre las tubenas 33 y 34. Ademas, material de alimentacion, tal como escoria concentrada, granular o mate granular, mas fundente, pueden suministrarse a traves de la tubena 33, a lo largo del paso anular 37 entre la tubena 32 y la tubena 33. La mezcla de gas que contiene oxfgeno y alimentacion comienza antes del extremo de la tubena 32 y la mezcla de gas/alimentacion se combina entonces con combustible por debajo del extremo de la tubena 32. De nuevo, el combustible se quema en la camara de mezcla 36, mientras la alimentacion puede ser al menos precalentada, posiblemente fundirse parcialmente o reaccionar, antes de ser inyectada en la capa de escoria de un reactor en el que se extiende la lanza 30.
Como con la lanza 10, la lanza 30 puede elevarse o bajarse como conjunto por un dispositivo de soporte 42, lmea 44 y un actuador 46. Estos pueden ser como se describe para la lanza 10, o de una forma alternativa.
Como los expertos en la tecnica apreciaran las disposiciones de alimentacion indicadas son solo ejemplos de variaciones al concepto central. El anillo de inyeccion o paso elegido para los diversos gases y solidos puede variarse sin afectar la naturaleza de la invencion.
Cada una de las lanzas 10 y 30 puede ser usada en una diversidad de operaciones pirometalurgicas, para la produccion de diversos metales desde una gama de alimentaciones primarias o secundarias, y en la recuperacion de metales de una gama de residuos y desechos. Las lanzas 10 y 30 consisten en tubenas concentricas y aunque son usuales dos o tres tubenas, puede haber al menos una tubena adicional en lanzas para algunas aplicaciones especiales. Las lanzas pueden usarse para inyectar alimentaciones, combustible y gases de proceso al bano fundido
En todos los casos, las tubenas de la lanza son de una longitud de operacion fija por debajo del techo de un reactor TSL en el que la lanza se va a usar. Mas espedficamente, la posicion de la lanza es relativa al bano, y la longitud total de la lanza es tfpicamente suficientemente larga para alcanzar una distancia fija desde el corazon del horno. Sin embargo, cada una de las lanzas 10 y 30 puede ajustarse con el fin de mantener una longitud sustancialmente constante para la camara de mezcla 16 y 36 respectiva. En el caso de la lanza 10, la disposicion permite que la longitud L se mantenga sustancialmente constante, a pesar del desgaste y quemado del extremo inferior de la tubena 14, que de otro modo reducina la longitud L. Similarmente, en la lanza 30, la disposicion permite que cada una de las longitudes L y M se mantengan sustancialmente constantes, a pesar del desgaste y quemado del extremo inferior de la tubena 34, que de otro modo reducina las longitudes L y M. Asf, la longitud L en la lanza 10 y las longitudes L y M en el caso de la lanza 30 pueden mantenerse en configuraciones que proporcionan condiciones optimas para inyeccion con lanza sumergida de una operacion pirometalurgica requerida y para condiciones de operacion requeridas.
En el caso de la lanza 30, los pasos 36 y 37 permiten aislar diferentes materiales entre sf hasta la descarga de materiales en la camara 38 y mezcla. La lanza puede tener al menos otra tubena adicional, dando lugar a un paso adicional a traves del cual puede pasar otro material adicional. La al menos una tubena adicional puede tener una distancia retrasada que corresponde a L o M o a una distancia distinta de L y M. Ademas, en la lanza 30, cada una de L y M, y la distancia retrasada de cualquier tubena adicional, puede ser ajustable para compensar un cambio requerido en las condiciones de operacion.
Las lanzas 10 y 30 se muestran teniendo un sistema de activacion D de cualquiera de una diversidad de formas diferentes. Aunque cada sistema D se muestra separado de la lanza 10, 30 respectiva, y operativamente conectado por una lmea o conector de accionamiento 42, el sistema de accionamiento D puede estar montado sobre la lanza 10, 30, sobre una instalacion de la cual la lanza esta suspendida y puede ser elevada o bajada como conjunto, o sobre alguna estructura adyacente, dependiendo de la naturaleza del sistema D. Asf, la lmea o conector 42 puede ser un accionamiento mecanico directo mediante el cual una tubena puede ser desplazada longitudinalmente respecto a otra con el fin de compensar el desgaste o quemado del extremo inferior de la tubena exterior. Como alternativa, la lmea o conector 42 puede indicar la accion del sistema D a traves de un acoplamiento a una instalacion mediante la cual la lanza 10, 30 esta suspendida. En cada caso, el sistema D puede ser operable en una base controlada por tiempo configurada, para impartir una velocidad fija de movimiento relativo entre las tubenas de lanza 10, 30. Como alternativa, el accionamiento puede ser operable como respuesta a una senal generada por una unidad de control C. La disposicion puede ser tal que la senal sea ajustable como respuesta a una senal de salida de un sensor S que es controlado por la unidad de control C. El sensor puede estar colocado y ser operable para proporcionar una senal de salida indicativa de variacion en la longitud L y M causada por desgaste y quemado del extremo inferior del manguito exterior de la lanza 10 y 30.
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El sistema de accionamiento D y el sensor S pueden ser operables o de una naturaleza detallada antes en la presente memoria.
La Figura 3 muestra una lanza 50 similar a la de la Figura 1, y partes correspondientes tienen los mismos numeros de referencia, mas 40. No se muestra una instalacion mediante la cual la lanza 50 puede elevarse o bajarse con respecto a un bano de escoria fundida. Sin embargo, se muestra un disposicion mecanica 64 para proporcionar movimiento longitudinal relativo entre la tubena interior 52 y la tubena exterior 54. Ademas, la Figura 3 muestra un sello 65 montado en el extremo superior de la lanza 50. El sello 65 previene sustancialmente que el gas se descargue en el extremo superior de la lanza 50. El sello 65 previene sustancialmente que el gas se descargue en el extremo superior de la lanza 50, permitiendo al mismo tiempo el movimiento relativo entre las tubenas 52 y 54, y en el deslizamiento, el contacto de estanqueidad con la tubena 54 o la tubena 52, respectivamente. La disposicion es tal que el suministro de gas a presion al conector de entrada 54a de la tubena 54 da lugar al paso de gas hacia el paso 56 entre las tubenas 52 y 54 para descargar en el extremo inferior de la lanza 50.
La disposicion 64 para permitir el movimiento longitudinal relativo entre las tubenas 52 y 54 incluye una brida, o bridas 66, montadas en el extremo superior de la tubena 54. Ademas, el extremo superior de la tubena 52 se proyecta por encima del extremo superior de la tubena 54, y la disposicion 64 incluye una brida o bridas 67 en el extremo superior de la tubena 52, por debajo de un conector 52a para la tubena 52 pero por encima de la brida, o bridas 66 sobre la tubena 54. Para proporcionar movimiento longitudinal entre las tubenas 52 y 54, la disposicion 64 incluye tornillos estiradores 68 que actuan entre las bridas 66 y 67. Cada tornillo 68 tiene un eje roscado 69 asegurado a la brida o bridas 66 y que pasan por encima a traves de la brida o bridas 67, y una tuerca 70 acoplada en la parte superior de su eje 69. Asf, la rotacion de las tuercas 70 en una direccion tira de los ejes 69 hacia arriba y de este modo levanta de la tubena 54 hacia arriba con respecto a la tubena 52, mientras que la rotacion de las tuercas 70 en la direccion opuesta permite el movimiento longitudinal inverso de los ejes 69, y de la tubena 54 con respecto a la tubena 52. Asf, la longitud L de la camara de mezcla 58 puede mantenerse sustancialmente constante, a pesar del desgaste o quemado del extremo inferior de salida de la tubena 54. De forma alternativa, la longitud L puede ajustarse a partir de una configuracion requerida para una operacion pirometalurgica a una longitud diferente requerida para otra operacion pirometalurgica.
Aunque no se muestra, la lanza 50 preferiblemente tiene un sistema de accionamiento que incluye y, cuando es requerido, opera la disposicion 64. Asf, como en cada una de las Figuras 1 y 2, puede estar provisto un sensor 5 para proporcionar una senal de salida indicativa de la posicion longitudinal relativa de las tubenas 52 y 54 con un actuador operable para hacer girar las tuercas 70, segun se requiera, para variar estas posiciones. La senal de salida del sensor S puede pasar a traves de una unidad de control C, proporcionando la unidad de control una senal de salida para accionar el actuador.
La lanza de la presente invencion puede proporcionar numerosos beneficios con respecto a lanzas sumergidas superiores de tubena fija convencionales. Estos beneficios incluyen:
(a) En procesos especialmente diffciles en los que el desgaste de la lanza es inevitable, la longitud de la camara de mezcla deseada puede mantenerse durante un penodo mayor que con una lanza fija tfpica para controlar la presion parcial de oxfgeno en una banda optima estrecha para la aplicacion particular. Esto minimiza la frecuencia de cambios de lanza y permite asf menor interrupcion del procesado.
(b) Una longitud de camara de mezcla variable permite que la camara de mezcla sea personalizada para el combustible espedfico usado en el momento y sea ajustada si existe una variacion en la fuente de combustible, incluyendo fuentes secundarias tales como plasticos.
(c) Una longitud de camara de mezcla variable permite un control total de la mezcla de combustible y aire/oxfgeno dependiendo de los requerimientos de descarga deseados en la salida de la lanza en el bano de escoria fundida.
(d) Una longitud de camara de mezcla variable tambien puede ser util para controlar las condiciones del horno cuando la lanza se posiciona por encima del bano durante penodos de parada o espera.
Claims (13)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Una lanza (10, 30, 50), para llevar a cabo una operacion pirometalurgica por inyeccion de lanza sumergida superior (TSL), donde la lanza (10, 30, 50) tiene una pluralidad de tubenas sustancialmente concentricas que incluyen tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) y, opcionalmente, al menos una tubena entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior; el extremo inferior de la interior o la tubena interior (12, 32, 52) y al menos una tubena mas exterior siguiente esta sustancialmente situada a un nivel requerido respecto al extremo inferior de la tubena exterior (14, 34, 54) requerido para la operacion pirometalurgica; y donde la lanza (10, 30, 50) define al menos dos pasos, que incluyen un paso anular (16, 36, 56) definido entre dos de las tubenas y un paso (17, 37, 57) definido por la tubena interior (12, 32, 52), por lo que la lanza (10, 30, 50) permite que el gas que contiene combustible/agente reductor y oxfgeno sea inyectado por separado a traves de la lanza (10, 30, 50) para que se mezcle en los extremos de salida de las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) y genere una zona de combustion en la fase de escoria durante la inyeccion sumergida superior durante la operacion pirometalurgica, manteniendo al mismo tiempo un revestimiento protector de escoria solidificada sobre la superficie exterior de la tubena exterior (14, 34, 54) sobre al menos una parte inferior de la longitud de la lanza (10, 30, 50) sumergida en escoria fundida durante la operacion,caracterizada por queel extremo inferior de la tubena interior (12, 32, 52) esta retrasado del extremo inferior de la tubena exterior (14, 34, 54) de modo que entre estos extremos esta definida una camara de mezcla (18, 38, 58); yla lanza (10, 30, 50) esta adaptada para suspension de una instalacion (22, 24, 26) que es operable para elevar o bajar la lanza (10, 30, 50) como un conjunto respecto a un reactor TSL y permite el movimiento longitudinal entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54), siendo las posiciones relativas de las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) longitudinalmente ajustables para permitir que el nivel o la longitud (L) fijados de la camara de mezcla (18, 38, 58) entre los extremos inferiores de las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) se mantengan durante un penodo de uso para compensar el desgaste y quemado del extremo inferior de la tubena exterior (14, 34, 54), yque incluye ademas un sistema de accionamiento (D) mediante el cual se genera el movimiento longitudinal relativo entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54).
- 2. La lanza (10, 30, 50) de la reivindicacion 1, donde una paleta helicoidal o dispositivo de conformacion de flujo (20, 40) esta provisto entre la tubena exterior (14, 34, 54) y la tubena interior (12, 32, 52) o, donde la lanza (10, 30, 50) tiene al menos tres tubenas sustancialmente concentricas, entre la tubena exterior (14, 34, 54) o una tubena mas interior siguiente entre la tubena exterior (14, 34, 54) y la tubena interior (12, 32, 52).
- 3. La lanza (10, 30, 50) de la reivindicacion 2, donde la lanza (10, 30, 50) tiene dos tubenas, con una paleta (20, 40) conectada en uno de los bordes longitudinales opuestos a la superficie exterior de la tubena interior (12, 32, 52) y su otro borde longitudinal adyacente a la superficie interior de la tubena exterior (14, 34, 54).
- 4. La lanza (10, 30, 50) de la reivindicacion 2, donde la lanza (10, 30, 50) tiene al menos tres tubenas, con una paleta conectada en uno de los bordes longitudinales opuestos a la superficie exterior de una tubena mas interior siguiente de la tubena exterior (14, 34, 54), con su otro borde longitudinal adyacente a la superficie interior de la tubena exterior (14, 34, 54).
- 5. La lanza (10, 30, 50) de la reivindicacion 4, donde las tubenas distintas de la tubena exterior (14, 34, 54) son longitudinalmente fijas unas respecto a otras.
- 6. La lanza (10, 30, 50) de la reivindicacion 4, donde las tubenas distintas de la tubena exterior (14, 34, 54) son longitudinalmente moviles unas respecto a otras.
- 7. La lanza (10, 30, 50) de cualquier reivindicacion precedente, donde la lanza (10, 30, 50) permite movimiento longitudinal relativo entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) mediante la instalacion (22, 24, 26) que hace bajar un dispositivo de soporte (22) mediante el cual la lanza (10, 30, 50) como un conjunto esta soportada cuando la tubena interior (12, 32, 52) es elevada respecto a los dispositivos de soporte (22).
- 8. La lanza (10, 30, 50) de cualquier reivindicacion precedente, donde la lanza (10, 30, 50) permite movimiento longitudinal relativo entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) siendo la tubena interior (12, 32, 52) bajada mientras la tubena exterior (14, 34, 54) es mantenida estacionaria.
- 9. La lanza (10, 30, 50) de cualquier reivindicacion precedente, donde el nivel del extremo de salida de la tubena interior (12, 32, 52) respecto al extremo inferior de la tubena exterior (14, 34, 54) puede mantenerse mediante movimiento relativo entre las tubenas interior (12, 32, 52) y exterior (14, 34, 54) para que este a menos de 25 mm de un nivel requerido para la tubena interior (12, 32, 52).
- 10. La lanza (10, 30, 50) de cualquier reivindicacion precedente, en la que el sistema de accionamiento (D) es operable para generar movimiento relativo a una velocidad predeterminada sustancialmente constante.
- 11. La lanza (10, 30, 50) de cualquier reivindicacion precedente, donde el sistema de accionamiento (D) es variable para acomodarse a una variacion en condiciones de operacion en las que se usa la lanza (10, 30, 50).
- 12. La lanza (10, 30, 50) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el sistema de accionamiento (D) es ajustable manualmente.5 13. La lanza (10, 30, 50) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el sistema de accionamiento (D)es ajustable por control remoto.
- 14. La lanza (10, 30, 50) de cualquier reivindicacion precedente, donde la lanza (10, 30, 50) incluye o tiene un sensor asociado (S) capaz de controlar al menos un parametro de una operacion pirometalurgica y proporcionar una senal de salida por medio de la cual el sistema de accionamiento (D) es ajustable.10
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