MXPA03011217A - Metodo para la fusion y descarburizacion de funsiones de carbono de hierro. - Google Patents

Metodo para la fusion y descarburizacion de funsiones de carbono de hierro.

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Abstract

Un metodo y un aparato para introducir de manera ventajosa una flama y un gas de oxidacion a alta velocidad en un horno para fundir, refinar y procesar metal, particularmente la fabricacion de acero en un horno de arco electrico. El proceso de fabricacion del acero de un horno de arco electrico se realiza mas eficientemente acortando el tiempo de la fase de fusion del residuo e introduciendo una corriente efectiva del gas de oxidacion a alta velocidad en el proceso antes de descarburar el metal fundido. En una implementacion del aparato, se obtiene eficiencia mejorada instalando un quemador/lanza fijo mas cerca de la superficie caliente del refractario del horno en un angulo efectivo de inyeccion. Esta tecnica de instalacion acorta la distancia que tiene la flama del quemador para fundir completamente el residuo para despejar una trayectoria para el metal fundido y acortar la distancia que recorre el oxigeno a alta velocidad desde la lanza hasta la interfaz escoria-metal incrementando asi su poder de penetracion. El metodo incluye adicionalmente suministrar a una pluralidad de zonas de reaccion el gas de oxidacion a alta velocidad para descarburar el metal fundido. La pluralidad de zonas de reaccion incrementa el area de superficie disponible para la reaccion permitiendo asi una mas rapida velocidad de descarburacion y un bano de metal mas homogeneo. Las zonas de reaccion se suministran con el gas de oxidacion a alta velocidad de acuerdo con un perfil de suministro de oxigeno que se relaciona con el contenido de carbono del bano de metal. De esta manera puede introducirse una cantidad optima de oxigeno en el bano de metal para acortar el proceso de descarburacion sin producir excesiva oxidacion del bano de metal y excesivo oxigeno libre en el horno.

Description

MÉTODO PARA LA FUSIÓN Y DESCARBURACIÓN DE FUSIONES DE CARBONO DE HIERRO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Solicitudes Relacionadas Esta solicitud es una continuación parcial de !a solicitud de los E.U. Serie No. 09/502,064 presentada en Febrero 10 del 2000 por Shver, ahora Patente de E.U. 6,289,035. La exposición de la solicitud de E.U. Serie No: 09/502,064 se incorpora en la presente mediante la referencia. Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a un método y aparato utilizado en la fusión, refinación y procesamiento de metales, por ejemplo, en la fabricación de acero en un horno de arco eléctrico (EAF), y más particularmente, a un método y aparato para la fusión y descarburación de una fusión de carbono de hierro. Descripción de la Técnica Anterior Un horno de arco eléctrico (EAF) fabrica acero utilizando un arco eléctrico para fundir una o más cargas de metal de residuo que se colocan dentro del homo. Los EAFs modernos también fabrican acero fundiendo DRI (hierro directo reducido) combinado con el metal líquido de un alto horno. Además de la energía eléctrica del arco, se proporciona energía química por medio de quemadores auxiliares que utilizan combustible y un gas de oxidación para producir productos de la combustión con una alta capacidad calorífica para auxiliar al arco. Si el EAF utiliza una caldera de fusión de residuos, la carga de residuos se carga vaciándola dentro del horno a través de la abertura de la bóveda desde las cubetas que también pueden incluir carbono cargado y materiales escorificantes. Puede utilizarse un método de carga similar utilizando una cuchara de colada para el metal líquido de un alto horno, puede utilizarse junto con la inyección del DRI mediante una lanza para producir la carga. En la fase de fusión, el arco eléctrico y los quemadores funden la carga en un baño de fusión de metal, llamado una fusión de carbono de hierro, que se acumula en el fondo o crisol del horno. Típicamente, después de haberse formado un baño plano fundiendo toda la carga introducida, el horno de arco eléctrico entra en una fase de refinación y/o descarburación. En esta fase, el metal continúa siendo calentado por el arco hasta que los materiales escorificantes se combinan con las impurezas en la fusión de carbono de hierro y se elevan hacia la superficie como escoria. Cuando la fusión de carbono de hierro alcanza la temperatura de ebullición, el carbono cargado en la fusión se combina con cualquier oxígeno presente en el baño para formar burbujas de monóxido de carbono que se elevan hacia la superficie del baño. Generalmente, en este punto, se inyectan descargas de oxígeno a alta velocidad, comúnmente supersónica, dentro del baño ya sea con lanzas o quemador/lanza para producir una descarburación del baño mediante la oxidación del carbono contenido en el baño. Al hervir el baño con el oxígeno inyectado, el contenido de carbono del baño puede reducirse a un nivel seleccionado. Si una fusión de carbono de hierro se encuentra abajo del 2% de carbono ésta se convierte en acero. Los procesos para la fabricación del acero con EAF típicamente comienzan con cargas que tienen menos que del 1 % de carbono. El carbono en el baño de aceración se reduce continuamente hasta que alcanza el contenido deseado para producir un grado específico del acero, por debajo de menos que 1 % para aceros suaves. Con la urgencia de disminuir los tiempos de producción del acero en hornos de arco eléctrico, se hace necesario suministrar oxígeno efectivo de descarburación a la fusión de carbono de hierro tan tempranamente en el proceso de fabricación del acero como sea posible. Los quemadores convencionales instalados en las paredes laterales enfriadas con agua del horno generalmente deben esperar hasta que la fase de fusión del proceso sustancialmente se haya completado antes de iniciar la inyección a alta velocidad del oxígeno para el proceso de descarburación. Estos quemadores no pueden suministrar oxígeno a alta velocidad efectivo antes de entonces debido a que se encuentran residuos no fundidos en el camino de la trayectoria de inyección y desviarían el flujo de oxígeno. Adicionalmente, el fondo del horno de arco eléctrico tiene una configuración esférica y el residuo fundido forma la fusión en la parte media del horno primero y después se eleva rellenando los lados. Tempranamente en la fase de fusión la corriente de oxígeno a alta velocidad no tiene una manera efectiva de alcanzar la superficie de fusión de carbono de hierro para penetrarla y descarburar la fusión. Por lo tanto, sería altamente ventajoso reducir la fase de fusión de un horno de arco eléctrico de modo que pudiera inyectarse oxígeno a alta velocidad más pronto y descarburar la fusión más rápidamente. Una manera de acortar la fase de fusión es agregar sustancialmente más energía con los quemadores en momentos más tempranos en la fase de fusión para fundir los residuos más rápidamente. Sin embargo, existen consideraciones prácticas con los quemadores convencionales instalados en la pared lateral que limitan la cantidad de energía que puede introducirse en el horno y la tasa a la cual puede utilizarse eficientemente. Cuando se carga inicialmente el residuo dentro del horno, éste se encuentra muy cercano a la superficie de flama del quemador y el peligro de una llamarada de la flama contra la pared lateral donde se encuentra instalado es significativo. Los paneles en donde se instalan los quemadores típicamente se enfrían con agua y un incendio a través de un elemento portador de agua en un horno de arco eléctrico es un problema de seguridad. Para aliviar este problema, muchos quemadores fijos funcionan a menos de la capacidad estimada hasta que el residuo se funde algo distante de la superficie del quemador. Solo después de que la superficie del quemador se ha despejado el quemador opera para suministrar su máxima energía. Otro problema para incrementar la energía agregada durante la parte temprana de la fase de fusión es que la flama del quemador se dirige inicialmente a una pequeña área localizada del residuo en la parte externa de la carga del residuo. Es difícil transferir eficientemente grandes cantidades de energía del quemador desde este choque localizado hacia el resto del residuo. Hasta que el quemador ha fundido el residuo lejos de su superficie y ha abierto un área de transferencia de calor más grande, el incremento del quemador a su salida máxima solo daría como resultado que una sustancial porción de energía en los gases de combustión calentara la atmósfera. En consecuencia, sería ventajoso tener la capacidad de incrementar la cantidad de energía aplicada por un quemador durante la parte temprana de la fase de fusión que no produjera un riesgo de llamarada para los paneles enfriados con agua del blindaje superior del horno. También sería ventajoso utilizar esta cantidad incrementada de energía más eficientemente y transferir porciones incrementadas de la energía a la carga de residuos. Convencionalmente, se introduce o se inyecta oxígeno en la fusión de carbono de hierro donde éste reacciona con el carbono en el baño de fusión para disminuir el contenido de carbono al nivel deseado para el producto final. En general, el grado de descarburación en un horno de arco eléctrico es determinado por la concentración de carbono de la fusión de carbono de hierro, el grado de inyección de oxígeno y el área de superficie de los sitios de las reacciones. A más altas concentraciones de baño de carbono, el grado de reacción no se limita significativamente por la disponibilidad del carbono que entra a la reacción. Sin embargo, mientras el baño de carbono disminuye a concentraciones por debajo de aproximadamente 0.15%-0.20% de carbono, se hace mayormente difícil lograr una proporción aceptable. Esto se debe a que la concentración del carbono del baño se convierte en el factor determinante del grado de descarburación. El grado de descarburación, después de haber alcanzado el contenido crítico de carbono, es dominado por la transferencia de masa del carbono y la concentración del carbono. La práctica de la técnica anterior para descarburar una fusión de carbono de hierro se caracteriza por la aplicación localizada de un gran volumen de oxigeno por medio de dispositivos tales como lanzas y quemador/lanzas. Debido a la naturaleza localizada de este proceso, el grado de descarburación depende del grado de la inyección de oxígeno al baño, la concentración de carbono y la transferencia de masa del carbono al área de reacción. A niveles más bajos de carbono, la concentración de óxido de hierro en las escorias alcanza niveles mayores de lo que permitiría el equilibrio, debido a la empobrecida concentración local de carbono y al pobre transporte de masa. Esto ocasiona mayor erosión refractaría, pérdida de rendimiento del acero, incremento en los requerimientos de aleaciones, y una baja eficiencia de utilización de oxígeno. Por lo tanto, sería ventajoso proporcionar un método y aparato para suministrar oxígeno para la eficiente descarburación de la fusión de carbono de hierro a todas las concentraciones de carbono. Un método que incrementara el número de zonas de reacción y suministrara significativamente más oxígeno efectivo tempranamente en el proceso sería ventajoso debido a que acortaría la duración de la descarburación. Particularmente importante es la eficiencia del suministro de oxígeno después de que la fusión de carbono de hierro alcanza un bajo contenido de carbono a fin de maximizar el grado de descarburación, sin sobre oxidar la escoria y producir cantidades excesivas de FeO. Esto reduciría los costos de operación mejorando la eficiencia del oxígeno, reduciendo el exceso de oxidación en el hierro, mejorando la recuperación de la aleación, e incrementando la productividad. El equipo convencional de inyección de oxígeno que se ha utilizado para la descarburación generalmente no es adecuado para la eficiente introducción del oxígeno en una fusión de carbono de hierro. El uso de lanzas retráctiles consumibles o enfriadas con agua a través de la abertura de la puerta de escoria, o a través de la pared lateral, se limita siempre por el espacio disponible para la colocación del equipo alrededor del horno. Su localización es comúnmente solo práctica en el cuadrante del blindaje del horno cercano a la puerta de escoria. El diseño de horno básico, el movimiento manipulador requerido, la dimensión del manipulador y la necesidad de operadores para observar el uso así como para permitir el fácil acceso dictan la localización del manipulador. También el diseño es responsable de la introducción de una cantidad sustancial de aire ambiente frío en el proceso a través de la puerta de escoria o la abertura de la pared lateral durante la manipulación de la lanza movible. Estas grandes cantidades de aire frío reducen la eficiencia del proceso y también contribuyen a un aumento en el óxido nitroso en la atmósfera del horno. También existe un retraso significativo para el movimiento de la lanza dentro del horno a través de la carga de residuos. El residuo debe fundirse enfrente de la lanza antes de que pueda avanzar en la zona térmica de reacción del horno en donde puede suministrar oxígeno efectivo. El equipo fijo de inyección de oxígeno tal como un quemador/lanza instalado en los paneles enfriados con agua de la pared lateral, o en ios blindajes superiores del horno se encuentra colocado a una distancia significativa de la fusión de carbono de hierro. Esa distancia generalmente se determina por la geometría de la pared lateral del horno con respecto a la transición desde el blindaje superior hasta el blindaje inferior del horno lo cual forma una etapa. La parte enfriada con agua del blindaje superior donde se han localizado los quemador/lanzas se instala sobre el blindaje inferior o refractaria, pero típicamente a aproximadamente 15-24" detrás de la superficie caliente del refractario. Debido a que el quemador/lanza fijo ha tenido que quemarse durante esta etapa, el equipo tradicional de inyección de oxígeno de pared fija tuvo que localizarse a aproximadamente 45" sobre el baño de fusión en un intento para suministrar oxígeno con el ángulo óptimo de choque. Esta distancia y el ángulo requieren que la longitud de la corriente de oxígeno inyectada sea de aproximadamente 65" o mayor. Es muy difícil suministrar el 100% de una corriente de oxígeno efectivamente hacia una zona de reacción a estas distancias. La cantidad de suministro efectivo de una corriente de oxígeno a alta velocidad (energía de alta cinética) a la fusión de carbono de hierro es proporcional al diámetro de la abertura del inyector de oxígeno (en el caso de una tobera convergente-divergente, al tamaño del diámetro interior de la tobera) y a la longitud que recorre el chorro de oxigeno hacia la fusión de carbono de hierro. De este modo, el aumento del tamaño del diámetro interior incrementa la cantidad total de oxigeno efectivo que alcanza la fusión de carbono de hierro, pero también puede dar como resultado un aumento de oxígeno no utilizado en la atmósfera del horno. Otro método para aumentar la efectividad de una corriente de oxígeno para descarburación ha sido recubrirla con los productos de combustión u otros gases. El recubrimiento tiende a mantener la corriente unida sobre una distancia mayor incrementando así su poder de penetración. A pesar de la efectividad lograda con el recubrimiento, una significativa cantidad del oxígeno se pierde en el ambiente del horno ocasionando varios efectos dañinos en las operaciones. Inicialmente, existe un incremento en el costo de los gases de recubrimiento y en el equipo especializado para formar el recubrimiento. El exceso de oxígeno ocasiona daños en los paneles de la pared lateral, erosión del refractario del blindaje, desarrollo de óxido de hierro excesivo en la escoria, excesiva oxidación de electrodo, reducción en la vida del delta, y puede ocasionar el sobre calentamiento del sistema de evacuación del horno. Además, el equipo convencional de inyección de oxígeno que se ha utilizado para la descarburación generalmente no es adecuado para variar el grado de suministro de oxígeno sobre rangos sustanciales. El equipo fijo de inyección de oxígeno tal como quemador/lanzas instalado en los paneles de pared lateral del homo tiene el problema de que está colocado a alguna distancia lejos de la superficie de la fusión de carbono de hierro. Estas lanzas fijas obtienen su capacidad de inyección de oxígeno mediante una tobera supersónica o de alta velocidad que acelera el oxígeno de tal modo que su energía cinética es suficiente para penetrar la superficie de la fusión de carbono de hierro incluso desde distancias considerables. Si las proporciones de flujo de estos inyectores se reducen significativamente, las toberas de alta velocidad no impartirán suficiente velocidad de gas al oxígeno para penetrar y crear una zona de reacción eficiente para la descarburación. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención proporciona un método y aparato para mejorar las fases de fusión y descarburación de una fusión de carbono de hierro. Más particularmente, el método y aparato son útiles para la operación de fabricación del acero de un horno de arco eléctrico. De acuerdo con una modalidad de la invención para la fabricación del acero, la duración de la fase de fusión disminuye agregando cantidades aumentadas de energía tempranamente en la fase de fusión con los productos de combustión de una flama de quemador/lanza que se dirige a una zona de reacción de la combustión más eficiente, preferentemente debajo de la línea refractaria del horno. Cuando se genera la flama del quemador en esta posición del horno, varias distintas ventajas pertenecen al proceso de fabricación del acero. La fusión de una trayectoria para una inyección de oxígeno a alta velocidad se facilita debido a que existe una longitud menor de trayectoria a despejar y puede hacerse más rápido. El tiempo para fundir la longitud de la trayectoria se reduce además incrementando la salida del quemador a su máxima potencia de servicio tempranamente en la fase de fusión. Con una colocación de la flama debajo de la línea refractaria, existe sustancialmente una posibilidad menor de una llamarada y el refractario puede soportar tal operación sin una falla catastrófica. El proceso para fundir una trayectoria despejada es también más rápido debido a que la flama funciona en un área más caliente cercana al arco eléctrico. Además, los gases calientes de combustión fluyen de manera ascendente a través de la carga total del residuo y ocasionan una transferencia adicional de energía en lugar de calentar la atmósfera del horno. En adición a la ganancia en eficiencia ocasionada por la salida del gas de oxidación tempranamente en el ciclo de fusión, un método para la descarburación incluye un proceso para incrementar la eficiencia de la utilización del gas de oxidación en la fusión de carbono de hierro. Más particularmente, el método incluye suministrar una pluralidad de zonas de reacción con un gas de oxidación para descarburar una fusión de carbono de hierro con un perfil eficiente de suministro de oxígeno que se relaciona al contenido de carbono de la fusión. Las múltiples zonas de reacción se utilizan para incrementar la cantidad de oxígeno que puede utilizarse efectivamente para la descarburación de la fusión incrementando el área de la zona de reacción y haciendo cada zona de reacción más eficiente. Cada zona de reacción es más eficiente debido a que las dinámicas de superficie del proceso se presentan en múltiples áreas localizadas. El carbono que se empobrece en cada área local se reaprovisiona más rápidamente que en una sola área debido al mejor transporte de masa. Esto disminuirá la duración del proceso de descarburación y al mismo tiempo oxidará menos hierro. De preferencia, después de alcanzar el contenido crítico de carbono, u opcionalmente un contenido de carbono cercano al contenido crítico por debajo del 0.2%, las múltiples zonas de reacción pueden suministrarse con cantidades reducidas de oxígeno que dependen de la cantidad del contenido de carbono en el tiempo particular del proceso. De preferencia, el perfil total de suministro de oxígeno para las múltiples zonas puede aproximar una disminución exponencial, similar a la demanda de oxígeno mediante la disminución del contenido de carbono. El uso de múltiples zonas de reacción durante esta fase del proceso de descarburación tiene varias distintas ventajas. Debido a que esta fase del proceso de descarburación depende de la cinética de la reacción de superficie y el contenido de carbono, mientras disminuye el contenido de carbono, las múltiples áreas localizadas se hacen aún más eficientes en comparación a una sola área de reacción. El incremento en la eficiencia es mayor debido al incremento total del área de reacción y a la disminución del tiempo para el transporte de masa del carbono en cada zona. Además, las múltiples zonas de reacción combinadas con la distancia más corta para que el oxígeno viaje hacia el metal fundido en cada zona crean varias áreas de profunda penetración de la fusión para incrementar la agitación lo cual es benéfico para la reacción. Una modalidad preferida de la invención incluye una pluralidad de aparatos de inyección que suministran eficientemente gases de combustión a alta velocidad y gas de oxidación a cada zona de reacción. El aparato de inyección comprende preferentemente quemador/lanzas o lanzas fijos que son capaces de inyectar gases de combustión y oxígeno a alta velocidad, preferentemente a velocidades supersónicas. En la modalidad ilustrada, el oxígeno a alta velocidad avanza por medio de una estructura de tobera de un quemador/lanza que acelera el gas de oxidación a velocidades supersónicas. La estructura de tobera del quemador/lanza incluye también chorros de combustible y de gas de oxidación secundario que se utilizan después de la combustión para formar un recubrimiento alrededor del oxígeno a alta velocidad y mantener su poder de penetración. El quemador/lanza o lanza se instala entonces en una caja de protección que permite que la estructura de tobera se localice más cercana a la superficie de la fusión y más cercana al centro del horno que otros quemadores fijos instalados sobre los paneles de pared lateral. La caja de protección en la modalidad preferida es una caja enfriada con fluido que tiene al menos una superficie adaptada para soportar el severo ambiente del interior del horno. El quemador lanza está instalado en un ángulo óptimo de ataque a través de una abertura de instalación en esta superficie. La instalación del quemador lanza en una caja de protección produce varias ventajas. La caja de protección mueve las flamas del quemador y el flujo de oxígeno a alta velocidad lejos de la pared del horno y más cercanos al borde del refractario. Esto reduce o elimina grandemente la posibilidad de que las flamas del horno o el flujo de oxígeno a alta velocidad se reflejen (llamarada) contra la pared del horno y creen un daño. Ventajosamente para el flujo de gas de oxidación a alta velocidad, el flujo tiene una distancia más corta que recorrer para alcanzar la fusión en comparación con una lanza instalada en la pared lateral. La longitud de trayectoria de flujo más corta permite que el gas de oxidación fluya para chocar sobre la fusión con una velocidad mayor y un patrón de flujo más concentrado que ocasiona una descarburación más eficiente y rápida. La longitud de trayectoria de flujo más corta elimina también la necesidad de excesivos gases de recubrimiento y chorros de oxígeno con grandes proporciones de flujo. Esto reduce significativamente los negativos efectos oxidantes en el horno debido al exceso de oxígeno. Además, la longitud de trayectoria de flujo más corta proporcionada por la caja y las zonas múltiples que permiten reducidas proporciones de flujo en cada zona, permite que el flujo del gas de oxidación en cada zona se controlado sobre un rango sustancial aún mientras se mantiene una alta velocidad y un eficiente poder de penetración para la fusión en cada zona. La capacidad del aparato preferido para permitir el control de la proporción de flujo del gas de oxidación sobre un rango sustancial aún mientras mantiene una velocidad de descarburación eficiente facilita el suministro de un perfil de gas de oxidación en cada zona de reacción lo que se relaciona con el contenido de carbono de la fusión. Estos y otros objetivos, aspectos y características de la invención se entenderán más claramente y se describirán mejor al leer la siguiente descripción detallada en conjunto con los dibujos anexos, en donde los elementos similares a través de todas las vistas tienen los mismos números de referencia, y en donde: BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista lateral parcialmente en sección transversal de una configuración mejorada de quemador/lanza para un horno de arco eléctrico capaz de una operación más eficiente para la fusión y descarburación de una fusión de carbono de hierro de acuerdo con la invención; La Figura 2 es una vista en planta parcialmente en sección transversal de la configuración de quemador/lanza para el horno de arco eléctrico ilustrado en la Figura 1 que ilustra una pluralidad de quemador/lanzas y un controlador para la regulación de su operación; La Figura 3 es una vista lateral parcialmente en sección transversal de una configuración convencional de quemador/lanza para un horno de arco eléctrico capaz que ilustra una instalación de pared lateral; La Figura 4 es una vista lateral más detallada de la configuración de quemador/lanza para un horno de arco eléctrico ilustrado en la Figura 1 que muestra la inyección con lanza de un gas de oxidación efectivo en una fase semi-fundida de la fabricación del acero; La Figura 5 es una vista lateral más detallada de la configuración de quemador/lanza para un horno de arco eléctrico ilustrado en la Figura 1 que muestra la inyección con lanza de un gas de oxidación efectivo en una fase completamente fundida de la fabricación del acero; La Figura 6 es una representación gráfica de la energía química como una función de tiempo introducida por un quemador/lanza durante la primera carga de la fase de fusión para el proceso de fabricación del acero de la configuración convencional de quemador/lanza ilustrada en la Figura 3; La Figura 7 es una representación gráfica de la energía química como una función de tiempo introducida por un quemador/lanza durante la primera carga de la fase de fusión para el proceso de fabricación del acero de la configuración mejorada de quemador/lanza ilustrada en las Figuras 4 y 5; La Figura 8 es una representación gráfica de la entrada total de energía eléctrica, la energía química y el gas de oxidación a un horno de arco eléctrico como una función de tiempo para el proceso de fabricación del acero de la configuración convencional de quemador/lanza; y La Figura 9 es una representación gráfica de la entrada total de nergía eléctrica, energía química y gas de oxidación a un horno de arco eléctrico como una función de tiempo para el proceso de fabricación del acero de acuerdo con una modalidad de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA MODALIDAD PREFERIDA Con referencia a las Figuras 1 y 2, una pluralidad de quemador/lanzas 10 se adaptan para operar en varios modos diferentes para proporcionar un calentamiento auxiliar, refinación de metal y otras capacidades metalúrgicas de procesamiento en un horno de arco eléctrico (EAF) 15, o un horno similar para la fusión, refinación y procesamiento de metal. De preferencia, el quemador/lanzas 10 pueden ser el descrito previamente en Shver, Shver et al., referencias I o II, pero también podrían ser cualquiera de otros quemadores de combustible de aire, quemadores de combustible de oxígeno, o quemadores de combustible de aire, oxígeno, comercialmente disponibles. También, aunque las modalidades preferidas de la invención se describirán utilizando e instalando tales quemador/lanzas, será evidente que pueden utilizarse otros aparatos similares, tales como lanzas fijas o lo similar, con la invención para producir resultados ventajosos. La invención será útil para cualquier aparato de fusión, refinación, o procesamiento de metal que tiene una abertura de descarga cuya eficiencia puede aumentarse colocando la abertura de descarga más cerca de la superficie del metal fundido o más cerca al centro del horno. Particularmente, la invención será ventajosa para aquellos aparatos, tales como quemador/lanzas y lanzas, que tienen una capacidad de inyección con un gas de oxidación a alta velocidad, tal como oxígeno supersónico. En la Figura 1 que muestra una vista lateral, el EAF 1 5 funde residuos ferrosos 13, u otros materiales a base de hierro, por medio de un arco eléctrico 17 producido a partir de uno o más electrodos 20 para recolectar un baño de metal fundido o fusión 18 en su crisol 21 . Las porciones de quemador del quemador/lanzas 1 0 ayudan en el proceso de fusión de residuos introduciendo flamas a alta temperatura y productos de combustión que transfieren el calor a los residuos. El crisol 21 generalmente de forma esférica se hace de material refractario para soportar la alta temperatura del metal fundido. Como se observa mejor en la Figura 2, el crisol 21 del EAF 15 está rodeado por un blindaje superior 19 que se encuentra comprendido de una serie de paneles 23 arqueados enfriados con fluido. Se sabe que los paneles 23 enfriados con fluido que forman la pared lateral del horno 1 5 pueden ser de varios tipos convencionales, tales como aquellos en la modalidad ilustrada con un miembro de blindaje externo 25 y una pluralidad de serpentines de enfriamiento 22 paralelas, una disposición abierta de serpentines de enfriamiento con columnas de soporte (no mostradas), o varias disposiciones de barra de aspersión en donde una placa interna se rocía con fluido de enfriamiento (no mostrado). La fusión 18 que consiste de hierro y carbono se cubre generalmente con varias cantidades de escoria 16 que se produce por medio de reacciones químicas entre la fusión y los materiales escorificantes agregados al horno antes o durante el proceso de fusión del metal. Una vez que el metal de residuo u otra carga se ha fundido, el baño de metal 18 generalmente se refina o descarbura mediante inyección de oxígeno. Esto reduce el contenido de carbono del metal al grado del acero deseado. Durante la refinación y posteriormente, el baño de metal 18 se calienta típicamente mediante el arco eléctrico 17 por arriba de su temperatura de fusión. Este super-calentamiento permite que la fusión hierva y continúe la oxidación del carbono con el oxígeno inyectado. El super-calentamiento se utiliza también para permitir que el baño de metal 18 permanezca fluido mientras se transporta en una cuchara de colada u otro vehículo hacía otra etapa del proceso. El quemador/lanzas 10 se instala preferentemente a través de una abertura en los serpentines de enfriamiento por fluido 22 de un panel 23 de pared lateral del horno 15 en bloques o cajas de instalación 14 generalmente de forma rectangular. En la modalidad ¡lustrada, la caja de instalación 14 descansa preferentemente sobre el escalón 24 formado entre los paneles 23 de la pared lateral del blindaje superior del horno 15 y el refractario del crisol 21 , pero también podría estar soportado o suspendido desde otro miembro estructural adecuado del horno 15. La caja de instalación 14 se muestra localizada en el interior de los serpentines de enfriamiento 22 del tipo de panel 23 de pared lateral que tiene un miembro de blindaje 25 externo. De manera similar, tal caja de instalación podría localizarse en la parte interior de los serpentines de enfriamiento de un tipo de serpentín abierto del panel de pared lateral o en el interior de un panel de pared lateral tipo barra de aspersión. Al readaptar un horno existente con la caja de instalación 14, esta configuración se preferiría debido a que se necesitaría muy poco cambio a la estructura del horno. Para hornos nuevos., o blindajes o paneles de repuesto nuevamente fabricados, la caja de instalación 14 podría integrarse también en el panel 23 de pared lateral retirando el área de serpentines de enfriamiento 22 o el área del blindaje enfriado por aspersión proporcionando la abertura para la caja de instalación 14. El quemador/lanza 10 se recibe en una abertura de instalación de la caja de instalación 14 de modo que su abertura o superficie de descarga se extiende más allá del borde caliente 12 del crisol refractario 21 . Esto permite que el flujo de materiales provenientes de la abertura de descarga del quemador/lanza 10 pierdan el borde del escalón a fin de no degradar el refractario, particularmente con un gas de oxidación a alta velocidad. La instalación de la abertura de descarga del quemador/lanza 10 sobre el escalón también atrae los flujos de material desde el quemador 10 cercanos a la superficie de la fusión 18 y cercanos al centro del horno 15 con lo cual hace la operación del proceso más eficiente. La caja de instalación 15 proporciona también protección para el quemador/lanza 10 del intenso calor del horno 15 y del daño mecánico por la caída de residuos 13. El quemador/lanza u otro aparato 10 se encuentra típicamente inclinado hacia abajo en un ángulo de instalación en la abertura de la instalación 26, preferentemente entre 30-60 grados, para dirigir un flujo de material 29 a partir del quemador/lanza 10 comprendido de los producto de combustión y/u otros flujos de materiales inyectados, hacia la fusión de metal 18 en el crisol 21 del horno. Además, para su inclinación hacia abajo, el quemador/lanza u otro aparato 10 puede también opcionalmente dirigirse desde una dirección radial (centro del horno), preferentemente de 0-10 grados. Para ocasionar la penetración adecuada del baño de metal 18 sin salpicar, debe chocar contra un flujo supersónico de gas oxidante, preferentemente oxígeno a un ángulo que no es ni muy superficial ni muy pronunciado, Si el ángulo es demasiado pronunciado, puede ocurrir la salpicadura del exceso de acero y escoria. Si el ángulo es demasiado superficial, entonces el flujo no puede penetrar suficientemente la superficie de la fusión 18. Preferentemente, se ha encontrado ser eficaz un ángulo de aproximadamente 45 grados (+9 grados o -9 grados) al producir resultados deseables a partir de inyectar oxígeno con la lanza con un gas oxidante a alta velocidad. Dependiendo de la configuración del horno 15, como se observa en la Figura 2 en una vista en planta, el quemador/lanzas 10 puede instalarse en cualquier parte a lo largo de la pared lateral 12 del blindaje superior. Los quemadores/lanzas o quemadores individuales (no mostrado) pueden también instalarse en el colector 27 del horno 15, si es un horno excéntrico de colada inferior o el arriba o en su puerta de escoria 28. Generalmente, un horno moderno 15 tiene más de un quemador/lanza u otro aparato 10 instalado alrededor de su periferia; el número depende de su tamaño, configuración, energía de fusión y operación. Generalmente, tales quemadores/lanzas 10 se encuentran estratégicamente localizados a lo largo de la pared lateral 12 para varios propósitos diferentes, por ejemplo, en los puntos fríos en el horno para ayudar con la fusión del residuo. Estos puntos fríos son diferentes para los hornos de CD (Corriente Directa) y los hornos de CA (Corriente Alterna) y pueden ser diferentes aún entre estos tipos de hornos dependiendo del tamaño, fabricante, y el procedimiento de operación del horno. La colocación puede también depender de otros factores tales como los materiales que se introducen en el horno mediante el quemador/lanza u otro aparato 10 y el propósito y tiempo de su introducción. Otras materiales que pueden introducirse incluyen agentes metalúrgicos y de aleación, agentes de formación de escoria y espumación, gases oxidantes para la refinación, fusión, descarburación, post-combustión, etc. La caja de instalación 14 puede colocarse e instalarse ventajosamente en el aparato 10 en cualquier parte que se necesite para estar sobre la pared lateral del horno 15. En la modalidad preferida, existen cuatro quemadores/lanzas 10 con cajas 14 que se encuentran igualmente espaciadas alrededor de la periferia del horno 15. La configuración, de acuerdo con la invención, se utiliza para proporcionar una distribución uniforme de las zonas de reacción 52, 54, 56 y 58 para la descarburación. Las zonas de reacción 52, 54, 56 y 58 son las áreas en donde el gas oxidante de alta velocidad penetra la escoria y la fusión de carbono de hierro y la reacción oxidante llamada descarburación que ocurre entre el gas de la inyección de oxígeno con lanza y el baño de carbono. Al proporcionar una pluralidad de zonas de reacción, la invención no solamente produce una distribución más uniforme del gas oxidante sino también más área en la que puede ocurrir la reacción. Esto permite utilizar cantidades incrementadas de gas oxidante que sean efectivas, i.e., el gas oxidante incrementado contribuye a reducir el tiempo de descarburación, a no sobre-oxidizar la fusión de carbono de hierro o producir oxígeno libre en la atmósfera del horno. Cualquiera de las otras funciones o modos que el quemador/lanzas 10 u otro aparato 10, pueda tener, es importante que cuando se proporciona un modo de inyectar con lanza gas oxidante, el aparato se encuentre más cerca de la superficie de la fusión y se dirija más al centro del horno. Además, cuando un aparato de modo múltiple 10 tiene un modo de quemador que ayuda a fundir el residuo y/o despejar una trayectoria a través del residuo para el modo de inyectar oxígeno con lanza, es importante que el aparato se encuentre más cerca de la superficie de la fusión y se dirija más hacia el centro del horno. La caja de instalación 14 proporciona una extensión para instalar el aparato 10 mas allá de los paneles enfriados por agua 23 del horno 15 para permitir que su abertura de descarga alcance mas allá del escalón 24 del refractario del crisol 21 y se encuentre más cerca del centro del horno. En la modalidad ilustrada de la Figura 2, el quemador/lanzas 10 son preferentemente aparatos convencionales de modo múltiple que tienen una función de quemador y una función de inyección de oxígeno con lanza. Un aparato que proporciona la inyección de la energía térmica ayuda en la fase de fusión del proceso de fabricación de acero y a la inyección de gas oxidante a alta velocidad para descarburar la fusión de carbono de hierro. La función del quemador del quemador/lanzas 10 se proporciona al mezclar un gas oxidante, preferentemente oxígeno y combustible, preferentemente gas natural, que produce una flama comprendida de gases de combustión que tienen un alto contenido térmico. La energía térmica de los gases de combustión puede transferirse al metal del residuo que se funde en el horno a través de la radiación y convección o una combinación de estas como se conoce. Para controlar la función del quemador, se utiliza un controlador de flujo 40 para controlar el flujo del gas oxidante y el combustible hacia el quemador/lanzas 10 mediante los medios accionadores de control de flujo y detectores 42, 44, 46 y 48 localizados en las trayectorias de suministro entre el aparato 10 y elementos de servicio 50. El controlador de flujo 40 preferentemente es un dispositivo programable que tiene un programa para controlar independientemente la función del quemador para cada quemador/lanza 10 al menos en cuanto a la proporción del gas/combustible de oxidación y su salida de energía térmica. Preferentemente, el controlador de flujo 40 controla adicionalmente la función de inyectar oxígeno con lanza a través de su programa en cuanto a la cantidad de oxígeno de alta velocidad y su sincronización. Opcionalmente, el controlador de flujo 40 tiene como parte de su programa de control de la flama para proteger al gas de oxidación a alta velocidad incrementar su poder efectivo de penetración de la fusión de carbono de hierro. El controlador de flujo 40 también recibe las entradas 53, ya sea manualmente, a partir de los detectores, desde otro control programado - por ejemplo un controlador que regula la energía eléctrica del arco o desde un sincronizador interno que indique la fase del proceso de fabricación de acero y el contenido de carbono de la fusión de carbono de hierro. El controlador de flujo 40 utiliza estos parámetros físicos del horno 15 para determinar mediante su programa cuándo deben cambiarse los modos de la función del quemador, cuándo debe cambiarse la función del quemador a la función de inyección de oxígeno con lanza y como debe variar la función de inyección de oxígeno con lanza. Para mostrar más claramente las ventajas de la invención, ahora se hará una comparación entre la operación del quemador/lanza 1 1 convencional instalado en la pared lateral del horno 15, como se ilustra en la Figura 3 y la operación del mismo quemador/lanza 10 instalado en el caja enfriada con agua 14, de acuerdo con la invención como se ilustra en las Figuras 5 y 6. La configuración de instalación convencional del quemador/lanza 1 1 en la Figura 3 tiene el aparato instalado en el panel 23 de la pared lateral enfriada con agua a un ángulo de inyección de 42 grados o menos. El quemador/lanza 1 1 se encuentra típicamente localizado al menos a 24" arriba del escalón 24 y aproximadamente a 15-24" lejos de la superficie caliente 12 del refractario 21 (dependiendo del ancho del refractario) de manera que la flama del quemador/lanza y el flujo del gas oxidante despeje el escalón. El quemador/lanza 1 se supone que tiene una capacidad de inyectar oxígeno con lanza con un gas oxidante de alta velocidad a partir de una tobera supersónica. La distancia asumida efectiva de un núcleo de chorro supersónico a partir de la tobera con un recubrimiento de flama es de aproximadamente d2. Un horno 15 típico se muestra en donde la línea de acero completamente fundido es de aproximadamente 18" desde la línea de capa intrusiva o escalón 24. La línea de escoria es típicamente de aproximadamente 8" hacia arriba desde la línea de acero sin espumación. Con la presente capacidad y configuración para inyectar oxígeno con lanza, el quemador/lanza 1 1 debe esperar hasta que la línea de acero avance a partir de la parte inferior del horno o desde el extremo inferior de calor 29, hasta casi completamente fundido durante una o más etapas de fusión. A menos que puedan penetrarse las líneas de escoria y acero mediante el núcleo de chorro supersónico, la inyección de oxígeno con lanza del gas de oxidación no será efectiva y solamente contribuirá a la sobre-oxidación de la fusión de carbono de hierro y el oxígeno libre en la atmósfera del horno, siendo ambos perjudiciales a la operación del proceso eficiente de fabricación de acero. Además, debido a que existe residuo en la vía de inyección oxígeno con lanza del gas oxidante, debe despejarse antes de tal manera que pueda ocurrir la inyección de oxígeno con lanza. La función del quemador del quemador/lanza 1 debe despejar la superficie o descargar el extremo del aparato al fundir el residuo a partir de la pared lateral 23 hasta la superficie de fusión antes de que pueda iniciar la inyección de oxígeno con lanza efectiva. Debido a que el residuo generalmente cae hacia dentro a partir de la pared lateral 23, una cantidad sustancial de calor proveniente de los gases de combustión tiende a lanzarse fuera del montón a medida que se colapsa y solo sirve para incrementar la temperatura de la atmósfera del horno. Además, hasta que el quemador/lanza 1 1 funde una cavidad en el residuo, la flama del aparato tiende a flamear directamente hacia el panel 23 enfriado con agua, posiblemente con serias consecuencias. En contraste, la configuración para el quemador/lanza 10 y la caja 14 en las Figuras 4 y 5 ¡lustra que puede hacerse la inyección efectiva de oxígeno con lanza con el gas de oxidación mucho más temprano en el ciclo de fusión. La Figura 4 muestra la configuración quemador/lanza con la fase de fusión en un estado semi-fundído mientras que la Figura 5 muestra la configuración con la fase de fusión en un estado totalmente fundido. El extremo de descarga del quemador/lanza 1 1 avanza hacia el borde de la superficie caliente 12 del refractario al proteger el aparato con la caja 14. Esto mueve la superficie o el extremo de descarga de la lanza quemador hacia abajo (hacia la fusión) por la distancia que la pared lateral del quemador se ha elevado para quemar sobre el escalón y dentro (hacia el centro del horno) por el ancho del escalón. Esto produce varias ventajas en la operación sobre la configuración de la Figura 3. Para la función del quemador, existe una distancia mucho más corta para despejar una trayectoria a través del residuo (d1 como opuesto a d2) hacia la superficie de la fusión de manera que este trabajo pueda ocurrir más rápido. Además, la flama del quemador con esta posición no puede flamear en el panel 23 enfriado por agua y, si ocurre alguna llamarada, se absorberá mediante el refractario 21 que no fallará bajo tal operación. Por lo tanto, la función del quemador del quemador/lanza 10 puede regularse a su máxima velocidad más tempranamente que el quemador/lanza 1 1 mostrado en la Figura 3. La energía térmica del quemador/lanza se utiliza más eficientemente que la anterior debido a que en lugar de lanzarse fuera del exterior de la carga de residuo 13, los gases calientes permean hacia arriba a través de éste transfiriendo así más energía al residuo. Con respecto a la función de inyectar oxígeno con la lanza del quemador/lanza 11 , la distancia que el flujo del gas oxidante debe viajar desde el extremo de descarga del aparato hasta la superficie de escoria y fusión se ha reducido también por una cantidad proporcional a la distancia que se mueve hacia abajo y hacia adentro. Esto por sí solo produce un incremento significativo en la eficiencia de la descarburación. En la Figura 4, una vez que se ha despejado una trayectoria, se muestra que esto permite al gas de oxidación alcanzar un nivel semi-fundido del acero con energía efectiva de inyectar oxígeno con lanza más temprano en el ciclo de fusión que la configuración convencional, aún con la misma capacidad efectiva de inyectar oxígeno con lanza del quemador/lanzas. Esto permite que la descarburación efectiva se inicie más temprano en el ciclo de fusión de manera que pueda completarse más temprano y reducir el tiempo total del proceso. Además, como se observa en la Figura 5, después del inicio de la inyección de oxígeno con lanza efectiva el residuo continúa fundiéndose y la línea de acero se eleva hasta la etapa de completamente fundido. Desde la etapa semi-fundida hasta la etapa completamente fundida y después de esto, la efectividad de la inyección de oxígeno con lanza es mayor para el quemador/lanza 10. El núcleo del chorro supersónico penetra más profundo en la fusión de carbono de hierro debido a la distancia reducida de la trayectoria hacia la fusión proporcionada por esta configuración. Aunque la configuración preferida del quemador/lanza 10 instala el extremo de descarga de la flama tan cercano a la superficie caliente 12 del refractario 21 y de la línea de capa intrusiva 24 como sea posible para maximizar las ventajas de la invención, es evidente que cualquier movimiento del extremo de descarga en esas direcciones sería benéfico. Las ventajas aumentan de manera no lineal con el mayor incremento en efectividad que ocurre más cerca de la línea de capa intrusiva y de la superficie caliente del refractario pero aún existe un beneficio medible desde tan pequeño como un movimiento del 20% hacia la línea de capa intrusiva o hacia la superficie caliente del refractario. En otras palabras, los beneficios de la invención se obtienen a partir de la línea de capa intrusiva hasta 80% de la distancia vertical entre la línea de capa intrusiva y una instalación convencional en la pared lateral y desde la superficie caliente hasta 80% de la distancia horizontal entre la superficie caliente y una instalación convencional en la pared lateral. Para ilustrar más claramente la forma en la cual la invención mejora el proceso de fabricación del acero, se describirá ahora una fase de fusión y una fase de descarburación para fabricar acero. En la Figura 6, se determinan múltiples modos para el quemador/lanza 1 1 instalado en la pared lateral de un horno de arco eléctrico 15 durante al menos una porción del proceso de fusión del homo, en el ejemplo, el primero de varias cubetas de residuo (primera carga). Esta porción del proceso de fusión se determina durante aproximadamente 15 minutos. El quemador/lanza 1 1 ilustrado se gradúa para una salida máxima de 5 MW. Inicialmente, el quemador/lanza 1 1 se opera a una graduación de flama de 4 MW para estar seguro de que no se obstruye durante la carga del residuo. Tan pronto como el arco eléctrico se enciende para el horno 15, señalando que la bóveda se cerró y la carga de residuo se completó, el quemador se apaga a 2 MW, durante los primeros 5 minutos de esta porción del ciclo de fusión. Esto es para permitir que el quemador/lanza 1 1 haga una cavidad en el residuo de manera que la flama pueda diseminarse y no flamear en el panel 23 enfriado con agua. Durante este tiempo, para alguna parte del intervalo, por ejemplo en el inicio de los minutos 2 y 4, por aproximadamente 15-30 segundos, la proporción oxígeno/ combustible se eleva desde estoquiométrica (2: 1 ) hasta una proporción oxigenada mayor de (4:1 ). Esta operación algunas veces llamada inyección de oxígeno con la lanza suave debido a que el quemador/lanza utiliza oxígeno subsónico, permite que el residuo se queme mediante el exceso de oxígeno de manera que la cavidad puede establecerse más fácilmente, despejando la superficie del quemador/lanza 1 1 . Debido a que esta inyección de oxígeno con lanza suave se dirige para chocar en el residuo y no alcanza la zona de reacción, no efectúa ninguna descarburación de la fusión. En el minuto 5, la cavidad se forma básicamente y el quemador/lanza 1 1 puede entonces elevar su graduación máxima de 5 MW en donde se opera en cualquier parte a partir de 7-8 minutos, debido a que debe aún permanecer despejado el residuo entre el frente del quemador/lanza 1 1 y la fusión de carbono de hierro que se forma en el horno 15. Después de que el quemador/lanza 1 1 ha estado a su clasificación máxima por tiempo suficiente para ayudar a fundir el residuo, inicia un modo de inyectar oxígeno con lanza de oxígeno supersónico para los últimos 1-3 minutos del ciclo de fusión en donde el oxígeno efectivo puede suministrarse hacia la fusión de carbono de hierro en una zona de reacción. Si se va a fundir otra cubeta de residuo, el proceso idénticamente mostrado en la Figura 6 se repite hasta que todas las cubetas se han fundido. En la última cubeta de residuo a fundirse, el oxígeno supersónico se continúa hasta que la cantidad de carbono en la fusión de carbono de hierro se ha reducido al nivel deseado. Este proceso puede llevarse a cabo por uno o más quemadores/lanzas 1 1. De acuerdo con la invención, la fase de fusión, del proceso de fabricación de acero en la Figura 7 inicia con un caldeo similar al del quemador/lanza 10 durante la carga de residuo para evitar la obstrucción. Después de que se inicia el arco eléctrico, el proceso de fusión continúa al producir una flama media durante los minutos 1-2. Opcionalmente, esto puede acompañarse por una o más inyecciones de oxígeno con lanza suaves durante 15-30 segundos. El quemador/lanza 10 se enciende entonces a su energía graduada completa de 5 MW durante los minutos 3-7.5. Debido a la ubicación de la instalación del quemador/lanza 10, la flama no necesita fundir a lo largo de la trayectoria completa en la fusión de carbono de hierro y puede hacerlo así rápidamente en comparación al quemador/lanza 1 1 instalado en la pared lateral. Debido a que su posición de caldeo por debajo del escalón en el refractario, el quemador/lanza 10 puede encenderse a su máxima graduación más rápido en el ciclo de fusión del horno 15 sin preocuparse de una llamarada. Además, el quemador/lanza 10 funde el residuo más rápido debido a que la flama ya se localiza en un punto que se encuentra relativamente caliente a partir de la aplicación del arco eléctrico. Además, los gases de combustión calientes se elevan a través del resto del residuo no fundido para transferir su contenido de calor a este. El oxígeno supersónico inicia muy rápidamente en el ciclo de fusión en el minuto 7.5 y continúa hasta que se completa el ciclo. La inyección de oxígeno de acuerdo con la invención puede iniciar en esta parte del ciclo de fusión. Debido a la disminución de tiempo de la flama en preparar la trayectoria para la inyección y debido a que la fusión de carbono de hierro se encuentra más cerca al quemador/lanza 10 no tiene que fundirse tanto residuo antes de que pueda introducirse un flujo efectivo de oxígeno. Si una segunda cubeta de metal de residuo se va a fundir, el proceso se repite idénticamente al mostrado en la Figura 6, hasta que todas las cubetas se han fundido. En la última cubeta de residuo a fundirse, el oxígeno supersónico continúa hasta que la cantidad del carbono en la fusión de carbono de hierro se ha reducido al nivel deseado. Este proceso puede llevarse a cabo preferentemente por dos o más quemadores/lanzas, teniendo cada uno una zona de reacción independiente pero que pueden controlarse juntas como un sistema mediante el controlador 40. Como se tratará más completamente a continuación, una vez que el contenido de carbono de la fusión de carbono de hierro caiga por debajo de la cantidad crítica de contenido, aproximadamente 0. 5%-0.20% de carbono, entonces el flujo total de oxígeno supersónico para el área combinada de las zonas de reacción, se reduce por una cantidad relacionada con el contenido de carbono. En la Figura 8, se muestra la entrada de energía y la inyección de oxígeno con lanza del gas oxidante para una fusión convencional de dos cargas y el proceso de descarburación utilizado en la fabricación del acero. Durante la primera porción del ciclo de fusión, el arco eléctrico suministra energía eléctrica al residuo y se ayuda en el proceso de fusión mediante la energía qu ímica proveniente de los productos de combustión de uno o más quemadores/lanzas 1 1 . La primer cubeta de la fase de fusión se divide en un tiempo cuando el quemador/lanza 1 1 suministra una flama y un tiempo cuando suministra la inyección de oxígeno con lanza con un gas oxidante. De manera similar, una segunda cubeta de residuo se funde mediante el arco eléctrico y con la ayuda de los productos de combustión de uno o más quemadores/lanzas. Después del ciclo de fusión, la energía del arco eléctrico se reduce y se introduce una fase de refinación y/o descarburación. La segunda cubeta de la fase de fusión de divide en un tiempo cuando el quemador/lanza suministra una flama y un tiempo cuando suministra la inyección de oxígeno con lanza con un gas de oxidación. El inicio de la inyección de oxígeno con lanza se limita para después de que una trayectoria hacia la fusión del carbono de hierro se ha despejado y la fusión de carbono de hierro se establece suficientemente de tal forma que tiene lugar la inyección de oxígeno con lanza. Una vez que la segunda cubeta de residuo se funde, se introduce la fase de a descarburación por refinación. La inyección de oxígeno con lanza del gas oxidante permanece activa hasta que se alcanza el contenido de carbono deseado para el producto a elaborarse. La inyección de oxígeno con lanza del gas oxidante es esencialmente una operación dependiente del tiempo en donde una cantidad suficiente de oxígeno debe introducirse para oxidizar químicamente la cantidad de carbono a retirarse de la fusión de carbono de hierro. La Figura 9 ¡lustra una modalidad de la presente invención en donde para el mismo horno y carga de residuo, la inyección de oxígeno con lanza del gas oxidante puede iniciarse más pronto en cada una de las dos fases de fusión. Aunque el quemador/lanza convencional o instalado en la pared lateral sea capaz de iniciar la inyección de oxígeno con lanza del gas oxidante a aproximadamente 80% del tiempo a través de cada cubeta de la fase de fusión, la presente invención puede iniciar la inyección de oxígeno con lanza del gas oxidante más pronto, a aproximadamente 50% del tiempo a través de cada fase de fusión. La inyección de oxígeno con lanza de manera más temprana se encuentra disponible debido a la efectividad incrementada del quemador que funde y oxida el gas que se inyecta con lanza en ese momento. Como se ilustra, para la misma cantidad de oxígeno inyectado con lanza, el tiempo en el cual termina la descarburación es más pronto. Los ahorros totales de energía de las producciones cuando se realiza la descarburación es el parámetro del proceso que determina el final del ciclo de refinación/descarburación. El tiempo que el arco eléctrico debe permanecer encendido se reduce por aproximadamente la misma cantidad del tiempo que el ciclo de descarburación avanza ahorrando mediante esto significativa energía. En una modalidad preferida en la Figura 2, para el propósito de descarburación, se han establecido cuatro zonas separadas de reacción del oxígeno. El número de las múltiples zonas y su colocación se sugieren usualmente por la operación particular del horno y su configuración. Generalmente, aumentando el número de las zonas de reacción aumenta el área total sobre la cual tiene lugar la reacción de descarburación y es deseable para ambas fases de descarburación. Incrementar el número de las zonas de reacción hace la primera fase del proceso de descarburación más eficiente al incrementar la cantidad del gas oxidante que puede suministrarse mientras exista un exceso de demanda para el oxígeno. Esto reduce el tiempo necesario para alcanzar el contenido crítico de carbono de la fusión e iniciar la segunda fase. Incrementar el número de las zonas de reacción incrementa particularmente la eficiencia de la segunda fase de descarburación en donde el proceso depende de las cinéticas de superficie del proceso, particularmente la velocidad de transferencia de masa del carbono. En los hornos típicos del ya sea el horno tipo CA o del horno tipo CD, el número de las zonas de reacción puede ser un número desde 2-8 zonas de reacción independientes. Normalmente, el proceso de fabricación de acero se caracteriza por un proceso de descarburación en el cual se reduce firmemente la cantidad de carbono en el baño al soplar oxígeno hacia una fusión de carbono de hierro. La proporción a la cual esto puede hacerse es la proporción de descarburación (-dC/dt) que se mide en puntos/minutos, en donde un punto es 0.01 %. La proporción de descarburación es generalmente constante hasta que se alcance el contenido crítico de carbono, aproximadamente 0.15%- 0.20% del carbono, y después disminuye relativamente rápido a medida que el contenido de carbono y las cinéticas de reacción lleguen a limitar la proporción. El método para controlar el perfil de oxígeno suministrado durante un proceso de descarburación se tratará ahora con respecto a las Figuras 3 y 5. El controlador de flujo 40 incluye un programa que controla la cantidad total de oxígeno suministrado a partir de los cuatro quemador/lanzas 10 durante la operación de inyección de oxígeno con lanza. El perfil de oxígeno que aplica el controlador se basa de la cantidad de contenido de carbono de la fusión de carbono de hierro. El perfil de oxígeno se encuentra generalmente dividido en dos secciones que tienen: la primer sección que suministra una cantidad predeterminada de oxígeno por unidad de tiempo en base a la proporción a la cual tiene lugar la descarburación, la cantidad de carbono a retirarse y el tiempo permitido para retirarlo, generalmente a aproximadamente la proporción de 3-6 puntos por minuto hasta que se alcanza el contenido crítico de carbono; y la segunda sección en la cual se reduce proporcionalmente el suministro total de oxígeno para que el contenido de carbono reducido minimice cualquier sobre-oxidación de la fusión de carbono de hierro y libere oxígeno en la atmósfera del horno. Pueden utilizarse varias modalidades para el oxígeno que se perfila para la segunda sección, mediante el controlador 40. Una primera modalidad incluye el controlador 40 que tiene un programa que reduce el suministro total de oxígeno a las múltiples zonas de reacción después de que se alcanza el contenido crítico de carbono al apagar uno o más de los quemadores/lanzas 10 que suministran oxígeno a las zonas individuales de reacción 52, 54, 56 y 58. Una segunda modalidad incluye el controlador 40 que tiene un programa que reduce la cantidad total de oxígeno suministrado a las múltiples zonas de reacción después que se alcanzó el contenido crítico de carbono al variar el ciclo de trabajo de uno o más de los quemadores/lanzas 1 0 que suministran oxígeno a las zonas individuales de reacción 52, 54, 56 y 58. Estos esquemas de control permiten ventajosamente el suministro de oxígeno para seguir más cercanamente la demanda de oxígeno de la reacción después que se alcanza el contenido crítico. Además, estos son particularmente ventajosos para el equipo de inyección de gas de oxidación en donde este es ineficiente o incapaz de variar la proporción de flujo. Una tercera modalidad preferida incluye el controlador 40 que tiene un programa que reduce la cantidad total de oxígeno suministrado hacia las múltiples zonas de reacción después que se alcanza el contenido crítico de carbono mediante la combinación de apagar o vahar el ciclo de trabajo de uno o más de los quemadores/lanzas 10 que suministran oxígeno a las zonas individuales de reacción 52, 54, 56 y 58. Una cuarta modalidad incluye el controlador 40 que tiene un programa que reduce la cantidad total de oxígeno suministrado hacia las múltiples zonas de reacción después que se alcanza el contenido crítico de carbono al variar la proporción de flujo de uno o más de los quemadores/lanzas 10 que suministran oxígeno a las zonas individuales de reacción 52, 54, 56 y 58. Este esquema de control se utiliza más ventajosamente con el equipo de inyección de oxígeno con la capacidad de ajustar eficientemente las proporciones de flujo de inyección de gas oxidante a alta velocidad. Una quinta modalidad incluye el controlador 40 que tiene un programa que reduce la cantidad total de oxígeno suministrado hacia las múltiples zonas de reacción después que se alcanza el contenido crítico de carbono mediante la combinación de apagar, variando la proporción de flujo o variando el ciclo de trabajo de uno o más de los quemadores/lanzas que suministran oxígeno a las zonas individuales de reacción 52, 54, 56 y 58. Aunque la invención se ha descrito en relación con las modalidades preferidas, esta especificación no intenta limitar el alcance de la invención a las formas o métodos particulares establecidos, sino, por el contrario, se propone para cubrir cualquiera de tales alternativas, modificaciones y equivalentes según puedan incluirse dentro del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro en un horno de arco eléctrico que comprende las etapas de: formar una zona de reacción en la fusión de carbono de hierro inyectar un flujo de gas oxidante de alta velocidad hacia dicha zona de reacción; dirigir dicho flujo de gas oxidante desde un punto de inyección en un ángulo de inyección de manera que el flujo de gas oxidante viaje a lo largo de una trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro; y dirigir dicho flujo de gas oxidante desde el punto de inyección a una distancia de inyección de tal manera que la distancia a lo largo de dicha trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro sea menor que la distancia a lo largo de una trayectoria diagonal colineal desde la pared lateral del horno hasta la fusión de carbono de hierro. 2. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro en un horno de arco eléctrico como se establece en la reivindicación 1 , que comprende además las etapas de: inyectar un flujo de gas de combustión de alta velocidad hacia dicha zona de reacción; dirigir dicho flujo de gas de combustión desde un punto de inyección en un ángulo de inyección de tal manera que el flujo de gas de combustión viaje a lo largo de una trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro; y dirigir dicho flujo de gas de combustión desde el punto de inyección a una distancia de inyección de tal manera que la distancia a lo largo de dicha trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro sea menor que la distancia a lo largo de una trayectoria diagonal colineal desde la pared lateral del horno hasta la fusión de carbono de hierro. 3. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro en un horno de arco eléctrico que comprende las etapas de: formar una zona de reacción en la fusión de carbono de hierro; inyectar un flujo de gas de combustión a alta velocidad hacia dicha zona de reacción; dirigir dicho flujo de gas de combustión desde el punto de inyección en un ángulo de inyección de tal manera que el flujo de gas de combustión viaje a lo largo de una trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro; dirigir dicho flujo de gas de combustión desde el punto de inyección a una distancia de inyección de tal manera que la distancia a lo largo de dicha trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro sea menor que la distancia a lo largo de una trayectoria diagonal colineal desde la pared lateral del horno hasta la fusión de carbono de hierro. fundir los residuos con dicho flujo de gas de combustión a lo largo de dicha trayectoria diagonal; inyectar un flujo de gas oxidante de alta velocidad hacia dicha zona de reacción después que se han fundido los residuos y se ha formado una fusión de carbono de hierro en dicha zona de reacción; dirigir dicho flujo de gas oxidante desde un punto de inyección en un ángulo de inyección de tal manera que el flujo de gas oxidante viaje a lo largo de una trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro; y dirigir dicho flujo de gas oxidante desde el punto de inyección a una distancia de inyección de tal manera que la distancia a lo largo de dicha trayectoria diagonal desde el punto de inyección hasta la fusión de carbono de hierro sea menor que la distancia a lo largo de una trayectoria diagonal colineal desde la pared lateral del horno hasta la fusión de carbono de hierro. 4. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 3, en donde: dicha distancia de inyección es menor a 65". 5. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 4, en donde: dicho punto de inyección es menor a 24" verticalmente por arriba de la línea de la capa intrusiva del horno. 6. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 4, en donde: dicho punto de inyección es menor de 80% de la distancia vertical de la línea de la capa intrusiva hasta las 24" por arriba de la línea de capa intrusiva. 7. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 4, en donde: dicho punto de inyección es menor que la distancia horizontal desde la superficie caliente del refractario hasta la pared lateral. 8. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 4, en donde: dicho punto de inyección es menor de 80% de la distancia horizontal desde la superficie caliente del refractario hasta la pared lateral. 9. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 3, en donde: dicho punto de inyección se encuentra entre 0" y 24" por arriba de la línea de la capa intrusiva del horno. 10. Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 3, en donde: dicho gas oxidante es más de 50% de oxígeno. 1 1 . Un método para fundir y descarburar una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 3, en donde: dicho gas oxidante se inyecta a una velocidad sónica o mayor. 12. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro que comprende las siguientes etapas: formar una pluralidad de zonas de reacción para la fusión de carbono de hierro; e inyectar un flujo de gas oxidante a alta velocidad hacia cada una de dichas zonas de reacción desde un aparato que tiene un extremo de descarga instalado cerca de la inserción de la línea de la capa intrusiva y la superficie caliente del refractario del horno. 13. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 12, en donde: dicha pluralidad de zonas de reacción se distribuyen de manera uniforme alrededor de la periferia del horno. 14. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en las reivindicación 13 que incluye además la etapa de; controlar el flujo total de gas oxidante en base al contenido de carbono de la fusión de carbono de hierro. 1 5. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, en donde: existen cuatro de dichas zonas de reacción. 16. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 15, en donde el método se practica en un horno de arco eléctrico que tiene una puerta para escoria que define un punto de referencia de 0 grados y en donde: una primera zona de reacción se localiza a los 0-90 grados a partir de dicho punto de referencia; una segunda zona de reacción se localiza a los 90-180 grados a partir de dicho punto de referencia; una tercera zona de reacción se localiza a los 180-270 grados a partir de dicho punto de referencia; y una cuarta zona de reacción se localiza a los 270-360 grados a partir de dicho punto de referencia. 1 7. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, en donde el método se practica en un horno de arco eléctrico que tiene al menos una fase de fusión y una fase de refinación, y en donde dicha etapa de inyección incluye además: inyectar dicho flujo de gas oxidante al menos parcialmente durante la fase de fusión del horno. 18. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 17, en donde dicha etapa de inyección incluye además: inyectar dicho flujo de gas oxidante para más del 20% de la fase de fusión del horno. 19. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 17, en donde dicha etapa de inyección incluye además: inyectar dicho flujo de gas oxidante por aproximadamente el 50% de la fase de fusión del horno. 20. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 17, en donde dicha etapa de inyección incluye además: iniciar dicha inyección del flujo de gas oxidante cuando la descarburación efectiva puede tener lugar en dicha zona de reacción. 21 . Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, en donde dicha etapa de inyección comprende además: instalar dicho extremo de descarga de dicho aparato en un ángulo de inyección que ocasiona que dicho gas oxidante penetre la fusión de carbono de hierro. 22. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 21 , en donde: dicho ángulo de inyección es de aproximadamente 45 grados. 23. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, en donde dicha etapa de inyección comprende además: instalar dicho extremo de descarga de dicho aparato a menos del 80% de la distancia horizontal desde la superficie caliente del refractario hasta la pared lateral. 24. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, en donde dicha etapa de inyección comprende además: instalar dicho extremo de descarga de dicho aparato a menos del 80% de la distancia vertical desde la línea de la capa intrusiva hasta las 24" por arriba de la línea de la capa intrusiva. 25. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, en donde dicha etapa de inyección comprende además: instalar dicho extremo de descarga de dicho aparato en la intersección de la línea de capa intrusiva y la superficie caliente del refractario del horno. 26. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, en donde dicha etapa de inyección comprende además: instalar dicho aparato en una caja. 27. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 26, en donde: dicha caja protege a dicho aparato de las condiciones dentro del horno. 28. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 27, en donde dicha caja incluye además: medios para enfriar la caja con un fluido. 29. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 27, donde dicha caja incluye además: medios para desviar el residuo lejos de dicho aparato. 30. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 27, en donde dicha caja incluye además: medios para formar y retener una cubierta protectora contra la escoria. 31. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 13, que comprende además la etapa de: inyectar un flujo de gas de combustión a alta velocidad hacia cada una de dichas zonas de reacción desde un aparato que tiene un extremo de descarga instalado cerca de la intersección de la línea de capa intrusiva y la superficie caliente del refractario del horno. 32. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 31 , en donde el método se practica en un horno de arco eléctrico que tiene al menos una fase de fusión y una fase de refinación, y en donde dicha etapa de inyección de un flujo de gas de combustión incluye además: inyectar dicho flujo de gas de combustión al menos parcialmente durante la fase de fusión del horno. 33. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 32, en donde dicha etapa de inyección de un flujo de gas de combustión incluye además: inyectar dicho flujo de gas de combustión a menos del 80% de la fase de fusión del horno. 34. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 32, en donde dicha etapa de inyección de un flujo de gas de combustión incluye además: inyectar dicho flujo de gas de combustión aproximadamente al [50%] de la fase de fusión del horno. 35. Un método para fundir, retinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 32, en donde dicha etapa de inyección del flujo de gas de combustión incluye además: que dicha inyección del flujo del gas de combustión termine cuando pueda tener lugar la descarburación efectiva en dicha zona de reacción. 36. Un método para fundir, retinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro practicado en un horno de arco eléctrico que tiene al menos una fase de fusión y una fase de refinación que comprende las siguientes etapas: formar una pluralidad de zonas de reacción para la fusión de carbono de hierro uniformemente distribuidas alrededor de la periferia del horno; proporcionar una pluralidad de aparatos de inyección, cada uno asociado con una de dichas zonas de reacción y cada uno estando instalado por medio de una caja enfriada con agua de modo que un extremo de descarga de dicho aparato se instale cerca de la intersección de la línea de capa intrusiva y la superficie caliente del refractario del horno y en un ángulo de inyección de aproximadamente 45 grados; inyectar un flujo de gas de combustión a alta velocidad hacia cada una de dichas zonas de reacción desde dichos aparatos asociados durante al menos parte de la fase de fusión del horno hasta que pueda tener lugar la descarburación efectiva; inyectar un flujo de oxígeno supersónico hacia cada una de dichas zonas de reacción desde dichos aparatos asociados durante al menos parte de la fase de fusión y de la fase de refinación del horno hasta que se complete la descarburación; y controlar el flujo total de oxígeno supersónico suministrado a dichas zonas de reacción en base al contenido de carbono de la fusión de carbono de hierro. 37. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro que comprende las siguientes etapas: formar una pluralidad de zonas de reacción para la fusión de carbono de hierro; inyectar cada zona de reacción con un flujo de gas de oxidación a alta velocidad; y controlar el flujo total del gas de oxidación en base al contenido de carbono de la fusión de carbono de hierro. 38. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 37, en donde dicha etapa de controlar comprende además: apagar una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono. 39. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 37, en donde dicha etapa de controlar comprende además: variar el ciclo de trabajo de una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono. 40. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 37, en donde dicha etapa de controlar comprende además: variar la proporción de flujo de una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono. 41. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 37, en donde dicha etapa de controlar comprende además: apagar una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono; y variar el ciclo de trabajo de una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono. 42. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 37, en donde dicha etapa de controlar comprende además: apagar una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono; y variar la proporción de flujo de una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono. 43. Un método para fundir, refinar o procesar metal para una fusión de carbono de hierro como se establece en la reivindicación 37, en donde dicha etapa de controlar comprende además; apagar una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono; variar el ciclo de trabajo de una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono; y variar la proporción de flujo de una o más de dichas inyecciones cuando la fusión de carbono de hierro alcanza un contenido crítico de carbono.
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