RU2208749C2 - Способ введения газа в жидкость - Google Patents

Способ введения газа в жидкость Download PDF

Info

Publication number
RU2208749C2
RU2208749C2 RU98105422/02A RU98105422A RU2208749C2 RU 2208749 C2 RU2208749 C2 RU 2208749C2 RU 98105422/02 A RU98105422/02 A RU 98105422/02A RU 98105422 A RU98105422 A RU 98105422A RU 2208749 C2 RU2208749 C2 RU 2208749C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
liquid
volume
liquid volume
nozzle
Prior art date
Application number
RU98105422/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU98105422A (ru
Inventor
Джон Эрлинг Андерсон
Правин Чандра Матур
Рональд Джозеф Селинес
Original Assignee
Праксайр Текнолоджи, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=25229139&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2208749(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Праксайр Текнолоджи, Инк. filed Critical Праксайр Текнолоджи, Инк.
Publication of RU98105422A publication Critical patent/RU98105422A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2208749C2 publication Critical patent/RU2208749C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/234—Surface aerating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/234—Surface aerating
    • B01F23/2341—Surface aerating by cascading, spraying or projecting a liquid into a gaseous atmosphere
    • B01F23/23413—Surface aerating by cascading, spraying or projecting a liquid into a gaseous atmosphere using nozzles for projecting the liquid into the gas atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/21—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams with submerged injectors, e.g. nozzles, for injecting high-pressure jets into a large volume or into mixing chambers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/32—Blowing from above
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам введения газов в жидкость. Способ включает эжекцию газа из заостренного патрубка, имеющего конфузорно-диффузорное сопло с диаметром выхода d, образование газового потока, имеющего сверхзвуковую начальную скорость струи при эжекции из заостренного патрубка, создание вокруг потока газа оболочки пламени для превращения газового потока в когерентный поток газа, имеющий сверхзвуковую начальную осевую скорость струи, пропускание когерентного потока газа из заостренного патрубка к поверхности объема жидкости, контактирование поверхности объема жидкости с когерентным потоком газа и пропускание газа в объем жидкости. Заостренный патрубок удален на расстояние по меньшей мере 20d от поверхности объема жидкости. Когерентный поток газа пропускают через указанное расстояние по меньшей мере 20d в контакт с поверхностью объема жидкости, поддерживая оболочку пламени окружающего поток газа от конца указанного заостренного патрубка до поверхности объема жидкости, посредством чего когерентный поток газа контактирует с поверхностью объема жидкости при начальной осевой скорости струи по меньшей мере 50% от первоначальной скорости газа. Изобретение позволит вводить газ из устройства инжекции газа в жидкость без его погружения и повреждений, вызываемых соприкосновением с жидкостью. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к потоку газа и, в частности к введению потока газа в жидкость. Изобретение особенно полезно для введения газа в жидкость, такую как расплавленный металл, которая создает плотную окружающую среду для устройства инжекции газа.
Предпосылки изобретения
Газы могут вводиться в жидкости с одной или несколькими целями. Реакционноспособный газ может быть введен в жидкость для взаимодействия с одним или большим количеством компонентов жидкости, такого как, например, инжекция кислорода в расплавленное железо для взаимодействия с углеродом в расплавленном железе для обезуглероживания железа и обеспечения подвода тепла в расплавленное железо. Кислород может вводиться в другие расплавленные металлы, такие как медь, свинец и цинк, для целей процесса плавления. Не реакционноспособный газ, такой как инертный газ, может вводиться в жидкость для перемешивания жидкости для того, чтобы способствовать, например, лучшему температурному распределению или лучшему распределению компонентов в объеме жидкости.
Зачастую жидкость помещают в емкость, такую как реактор или плавильный котел, где жидкость образует объем, соответствующий дну емкости и некоторой длине боковых стенок емкости и имеющий верхнюю поверхность. При инжекции газа в объем жидкости для осуществления этого целевого введения необходимо вводить в жидкость как можно больший поток газа. Поэтому газ вводят в жидкость из устройства инжекции газа, расположенного ниже поверхности жидкости. Если сопло для обычной струи газа помещено на некотором удалении выше поверхности жидкости, то большое количество газа при столкновении с поверхностью жидкости будет отражаться от нее и не будет поступать в объем жидкости. Кроме того, такое действие вызывает разбрызгивание жидкости, которое может привести к потери материала и возникновению проблем при работе.
Погруженная инжекция газа в жидкость с использованием устройств инжекции газа, вмонтированных в дно или в боковые стенки, являясь очень эффективным способом, имеет некоторые технологические недостатки в тех случаях, когда жидкость является коррозионной жидкостью или имеет очень высокую температуру, поскольку такие условия могут приводить к быстрому повреждению устройства инжекции газа и местному износу футеровки реактора, приводящим к необходимости обеспечения чрезвычайно большой системы внешнего охлаждения, частым остановкам для поддержания нормальной работы, а также высокой стоимости обслуживания. Одно решение этой проблемы - поместить конец или сопло устройства инжекции газа вблизи поверхности объема жидкости, избегая контакта с поверхностью жидкости, и инжектировать газ из устройства инжекции с высокой скоростью так, чтобы значительная часть газа поступала в жидкость. Например, водоохлаждаемый заостренный патрубок в электродуговой печи обычно дает струю со скоростью около 1500 футов в секунду (457,2 м/сек) и его помещают на высоте от 6 до 12 дюймов (от 15,24 до 30,48 см) от поверхности расплавленного металла. Однако это решение еще не является удовлетворительным, так как близость конца устройства инжекции газа к поверхности жидкости все же может приводить к значительному повреждению этого оборудования. Кроме того, в тех случаях, когда поверхность жидкости не является стационарной, сопло должно постоянно двигаться ввиду движения поверхности таким образом, чтобы инжекция газа осуществлялась на нужном расстоянии и необходимая удаленность конца заостренного патрубка от поверхности объема жидкости сохранялась. Для электродуговых печей для этого необходимы сложные гидравлически управляемые манипуляторы заостренных патрубков, которые являются дорогими и требуют дорогостоящего обслуживания.
Другим решением является применение трубопровода, который вводится через поверхность объема жидкости. Например, не водоохлаждаемые трубы зачастую используют для инжекции кислорода в расплавленную сталь в электродуговой печи. Однако это решение также не является удовлетворительным, так как быстрый износ трубопровода требует усложненных гидравлически управляемых манипуляторов трубопровода, а также оборудования питания трубопровода для компенсации быстрого износа трубопровода. Кроме того, потери трубопровода, которые должны постоянно возмещаться, являются дорогостоящими.
Таким образом, предметом данного изобретения является разработка способа введения газа в объем жидкости, при котором по существу весь этот газ, вводимый из устройства инжекции газа, поступает в объем жидкости без необходимости погруженной инжекции газа в жидкость и без значительных повреждений устройств инжекции газа, вызываемых соприкосновением с жидкостью или близким расположением устройства к объему жидкости.
Краткое описание изобретения
Указанный выше и другие предметы данного изобретения, которые станут понятными специалисту данной области при чтении данного описания, достигаются с помощью данного изобретения, представляющего собой:
Способ введения газа в объем жидкости, включающий:
(A) эжекцию газа из заостренного патрубка, имеющего сопло с диаметром выхода (d) и имеющего конец, удаленный от поверхности объема жидкости, и получение потока газа, имеющего начальную осевую скорость струи при эжекции из конца заостренного патрубка;
(B) прохождение газовым потоком от конца заостренного патрубка до поверхности объема жидкости расстояния, равного по меньшей мере 20d, и контактирование поверхности объема жидкости с потоком газа, обладающим осевой скоростью струи, которая составляет по меньшей мере 50 процентов от начальной скорости струи; и
(С) поступление газа из потока газа через поверхность объема жидкости в объем жидкости.
В данном описании термин "заостренный патрубок (lance)" означает устройство, через которое пропускается газ и из которого он инжектируется.
В данном описании термин "ось струи" означает воображаемую линию, проходящую через центр струи вдоль ее длины.
В данном описании термин "осевая скорость струи" означает скорость газового потока вдоль оси струи.
В данном описании термин "конец заостренного патрубка" означает наиболее удаленную вытянутую рабочую часть конца заостренного патрубка, из которого инжектируется газ.
В данном описании термин "оболочка пламени" означает горящий поток, по существу коаксиальный к основному потоку газа.
В данном описании термин "кислород" относится к газу, в котором концентрация кислорода приблизительно равна концентрации кислорода в воздухе или превосходит ее. Предпочтительно концентрация кислорода в таком газе составляет, по меньшей мере, 30 мольных процентов, более предпочтительно, по меньшей мере, 80 мольных процентов. Воздух также может использоваться.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 и 2 представляют собой детальные изображения одного воплощения, причем фиг. 1 представляет собой поперечное сечение, а фиг.2 представляет собой вид сверху конца заостренного патрубка или конца заостренного патрубка инжекции, используемого при практическом применении данного изобретения.
Фиг. 3 иллюстрирует поперечное сечение одного воплощения конца заостренного патрубка, выход из конца заостренного патрубка основного газа для формирования основного потока газа и образование оболочки пламени в предпочтительном применении данного изобретения.
Фиг.4 иллюстрирует воплощение способа введения газа в жидкость при практическом применении данного изобретения.
Фиг. 5 иллюстрирует другое воплощение данного изобретения, в котором изобретение применяется для введения твердых и/или жидких частиц вместе с газом в жидкость.
Фиг. 6 представляет собой графическое изображение результатов испытаний, показывающее сохранение осевой скорости струи газа при применении данного изобретения.
Фиг.7 иллюстрирует для сравнения обычный способ введения газа, в котором струю газа, идущую сверху к поверхности жидкости, используют для введения газа в жидкость.
Для одних и тех же элементов в фигурах используются одни и те же номера.
Подробное описание изобретения
Изобретение включает эжекцию газа из конца заостренного патрубка, удаленного от поверхности объема жидкости, и поступление этого газа в объем жидкости. Конец заостренного патрубка удален от поверхности объема жидкости на значительное расстояние, такое как два фута (0,61 м) или более. Газ эжектируют из заостренного патрубка через сопло, имеющее диаметр выходного отверстия (d), и конец заостренного патрубка удален от поверхности объема жидкости на расстояние, составляющее вдоль оси струи по меньшей мере 20d. Несмотря на это большое удаление, очень небольшое количество газа отражается от поверхности объема жидкости. По существу весь газ, который эжектируют из конца заостренного патрубка, проходит через поверхность объема жидкости в объем жидкости. В практике применения данного изобретения в общем случае по меньшей мере 70 процентов и обычно по меньшей мере 85 процентов газа, эжектируемого из заостренного патрубка, проходит через поверхность объема жидкости и поступает в объем жидкости. Это преимущество, которое дает возможность по существу устранить износ конца заостренного патрубка, достигается посредством получения потока газа, образующего в процессе эжекции из конца заостренного патрубка с начальной осевой скоростью и посредством сохранения по существу неизменной осевой скорости струи по мере того, как газ проходит от конца заостренного патрубка к поверхности объема жидкости. То есть поток газа, образующийся в процессе эжекции струи газа из конца заостренного патрубка обеспечивается начальной кинетической энергией, которая сохраняется неизменной в первоначальной струе газа или по диаметру струи при прохождении потока газа от конца заостренного патрубка к поверхности объема жидкости. В общем случае, осевая скорость струи потока газа при соприкосновении с поверхностью объема жидкости будет составлять по меньшей мере 50 процентов и предпочтительно по меньшей мере 75 процентов от начальной осевой скорости струи. Обычно в практике данного изобретения осевая скорость струи потока газа при столкновении с поверхностью жидкости должна находиться в интервале значений от 500 до 3000 футов в секунду (от 152,4 до 914,4 м/сек).
При практическом применении данного изобретения могут применяться любые устройства для сохранения осевой скорости струи потока газа, по существу неизменной для контактирования с поверхностью объема жидкости. Одним из предпочтительных способов такого сохранения осевой скорости струи потока газа является окружение потока газа оболочкой пламени, предпочтительно оболочкой, которая простирается по существу от конца заостренного патрубка до поверхности объема жидкости. Оболочка пламени обычно обладает скоростью, меньшей по сравнению с осевой скоростью струи потока газа, который в данном воплощении называют основным потоком газа. Оболочка пламени образует подвижную преграду или подвижный барьер вокруг главного потока газа. Этот барьер значительно снижает количество газов, которые поступают в основной поток газа из окружающей среды.
В общеизвестной практике, когда поток с высокой скоростью проходит через воздух или некоторую другую атмосферу, газы поступают в высокоскоростной поток, вызывая расширение его характеристического конусообразного профиля. При помощи воздействия оболочки пламени, движущейся медленнее, этот унос значительно уменьшается. Предпочтительно оболочка пламени защищает основной поток газа непосредственно в процессе его эжекции из конца заостренного патрубка, то есть оболочка пламени присоединяется к концу заостренного патрубка и, наиболее предпочтительно, оболочка пламени распространяется неразрушенной до поверхности жидкости таким образом, что оболочка пламени действительно ударяется о поверхность объема жидкости.
Газ эжектируют из конца заостренного патрубка через сопло, имеющее диаметр выходного отверстия (d), который обычно заключается в интервале значений от 0,1 до 3 дюймов (от 0,254 до 7,620 см), предпочтительно в интервале значений от 0,5 до 2 дюймов (от 1,27 до 5,08 см). Конец заостренного патрубка удален от поверхности объема жидкости так, что газ проходит от сопла до объема жидкости расстояние по меньшей мере 20d и может проходить расстояние до 100d или более. Обычно конец заостренного патрубка удален от поверхности объема жидкости так, что газ проходит от сопла до поверхности объема жидкости расстояние, которое заключается в интервале значений от 30 d до 60 d. Сохранение осевой скорости струи газа от сопла заостренного патрубка до поверхности объема жидкости дает возможность газовому потоку сохранять по существу всю его кинетическую энергию в площади поперечного сечения, которая по существу равна энергии в площади выхода из сопла по всему этому расстоянию, придавая, таким образом, по существу всему газу способность проникать в поверхность жидкости так, как если бы патрубок был помещен непосредственно над поверхностью.
Не только по существу весь выходящий из заостренного патрубка газ проникает в жидкость, но проникновение газа в объем жидкости является также более глубоким, обычно в 2,3 раза глубже, чем без использования данного изобретения для любого данного расстояния между концом заостренного патрубка и поверхностью жидкости и для любой данной скорости потока газа. Это глубокое проникновение повышает реакционную способность и/или перемешивающее действие газа, поступившего в жидкость. В самом деле, в некоторых случаях газ настолько глубоко проникает в жидкость до того, как выталкивающая сила вызывает его всплывание, что действие газа в жидкости соответствует действию газа, вводимого ниже поверхности.
Любой эффективный газ может использоваться для получения газового потока при применении данного изобретения. Среди таких газов можно назвать азот, кислород, аргон, диоксид углерода, водород, гелий, водяной пар и углеводородные газы, такие как метан и пропан. Смеси двух или большего количества газов также могут использоваться в качестве газа для образования потока газа при использовании данного изобретения. Природный газ и воздух представляют собой два примера таких смесей, которые могут быть использованы. Газ эжектируется из заостренного патрубка с высокой начальной осевой скоростью обычно - по меньшей мере 1000 футов в секунду (304,8 м/сек) и предпочтительно 1500 футов в секунду (457,2 м/сек). В предпочтительном воплощении изобретения газовый поток обладает в начале траектории сверхзвуковой осевой скоростью, а также обладает сверхзвуковой осевой скоростью струи при контактировании с поверхностью объема жидкости.
Оболочка пламени, которая окружает основной поток газа в предпочтительном воплощении, может быть образована любым эффективным способом. Например, смесь топлива и окислителя может эжектироваться из заостренного патрубка кольцеобразным потоком коаксиально основному потоку газа и поджигаться на выходе из патрубка. Предпочтительно топливо и окислитель эжектируется из заостренного патрубка в двух потоках, каждый из которых является коаксиальным основному потоку газа, и эти два потока смешиваются и сгорают по мере того, как они вытекают из заостренного патрубка. Предпочтительно топливо и окислитель эжектируют из заостренного патрубка через два кольца каналов, окружающих главную струю газа по оси заостренного патрубка. Обычно топливо подают во внутреннее кольцо каналов, а окислитель подают во внешнее кольцо каналов. Топливо и окислитель, выходящие из двух колец каналов, смешиваются и сгорают. Воплощение этого предпочтительного расположения представлено на фиг.1-3.
Обратимся теперь к фиг.1-3, где иллюстрируется заостренный патрубок 1, имеющий центральный трубопровод 2, первый кольцеобразный канал 3 и второй кольцеобразный канал 4, причем каждый из кольцеобразных каналов является коаксиальным центральному трубопроводу 2. Центральный трубопровод 2 заканчивается инжекторным концом 5 или концом заостренного патрубка 1 для формирования главного выходного отверстия 11. Первый и второй кольцеобразные каналы также заканчиваются инжекторным концом. Первый и второй кольцеобразные каналы могут каждый образовывать кольцеобразные выходные отверстия 7, 8 вокруг главного выходного отверстия или могут заканчиваться в комплекте первой и второй инжекторных полостей 9 и 10, расположенных по окружности вокруг главного выходного отверстия. Центральный трубопровод 2 присоединяется к источнику основного газа (не показан). Второй кольцеобразный канал 4 присоединяется к источнику кислорода (не показан). Первый кольцеобразный канал 3 присоединяется к источнику топлива (не показан). Топливом может быть любое топливо, предпочтительно газообразное, наиболее предпочтительным является природный газ или водород. В другом воплощении топливо может пропускаться через заостренный патрубок в наиболее удаленном кольцеобразном канале и повторно кислород может проходить через заостренный патрубок во внутреннем кольцеобразном канале. Предпочтительно, как показано на фиг.1, сопло, используемое для эжекции газа из патрубка, представляет собой конфузорно-диффузорное сопло.
Основной газ эжектируется из заостренного патрубка 1 и образует основной поток газа 30. Топливо и окислитель эжектируются из заостренного патрубка 1 и образуют кольцеобразные потоки, которые начинают смешиваться сразу в процессе инжекции из заостренного патрубка 1 и воспламеняются с образованием оболочки пламени 33 вокруг главного потока газа 30, идущей от конца заостренного патрубка вдоль длины когерентного основного потока газа 30. Если изобретение применяется в окружающей среде с высокой температурой, такой как дугоплавильная печь, то отдельного источника поджигания топлива и кислорода не требуется. Если изобретение не используется в среде, где топливо и окислитель будут возгораться самопроизвольно, потребуется источник поджигания, такой как генератор искры. Предпочтительно скорость оболочки пламени будет меньше осевой скорости струи основного потока газа и в общем случае будет заключаться в интервале значений от 50 до 500 футов в секунду (от 15,24 до 152,4 м/сек).
Обратимся к фиг.4. Струя высокоскоростного когерентного основного потока газа сталкивается с поверхностью 35 жидкости и проникает в жидкость, образуя в жидкости полость 37, заполненную газом. Газовая полость имеет по существу диаметр, равный диаметру струи газа 30, когда она выходит из заостренного патрубка. После проникновения струи газа в объем жидкости 38 на некоторое расстояние ниже поверхности жидкости 35 в полость с газом 37, струя газа разрушается на пузырьки 36, которые продолжают продвигаться на некоторое расстояние в жидкости, а затем растворяются в жидкости. В зависимости от того, является ли газ реакционноспособным или он инертен, эти пузырьки далее растворяются или взаимодействуют с жидкостью, либо поднимаются к поверхности под действием выталкивающей силы.
Для сравнения на фиг.7 показано, что происходит, когда обычная струя 71 сталкивается с поверхностью 72 объема жидкости. Здесь не только не образуется глубоко проникающей полости газа, но также образуется значительное количество брызг 73 жидкости.
Обычно количество топлива и окислителя, подаваемое из заостренного патрубка, будет достаточным для образования эффективной оболочки пламени по нужной длине основного потока газа. Однако в некоторых случаях требуется, чтобы значительно больше топлива и окислителя выходило из заостренного патрубка так, чтобы оболочка пламени была не только барьером для проникновения газа окружающей среды в основной поток газа, но служила также для получения значительного количества теплоты для введения в объем над верхней поверхностью объема жидкости. То есть заостренный патрубок может в некоторых воплощениях функционировать также в качестве горелки.
В некоторых примерах наряду с газом может потребоваться также введение в объем жидкости частиц жидкости и/или твердого вещества. Это позволило бы эффективно вводить добавки или реагенты в форме порошка и избегать применения обычных способов и обычного оборудования для инжекции порошка в железо и сталь, таких как покрытые огнеупорной футеровкой патрубки, которые выходят из строя и являются дорогостоящими, или полой проволоки, которая также является дорогой. На фиг.5 показан пример такого воплощения изобретения, в котором поток жидкости или газообразный поток, содержащий частицы жидкости и/или твердого вещества (показаны как поток 40 на фиг.5), кольцеобразно контактирует с основным потоком газа 30 немного выше поверхности 35 объема жидкости 38 и проходит с основным потоком газа в объем жидкости. В соответствии с другим способом поток 40 мог бы соприкасаться со струей 30 вблизи от того места, где он эжектируется из заостренного патрубка 1, и жидкий и/или твердый материал будет окружать струю газа и проходить как таковой в жидкость. На фиг.5 также показан подъем пузырьков газа 41 в объем жидкости после поступления в жидкости из газовой полости 37 и холмик 42 на поверхности жидкости, образованный "шлейфом" поднимающихся пузырьков по мере их высвобождения из объема жидкости.
Образование холмика 42 происходит вследствие действия сил, заставляющих пузырьки подниматься вверх и вовлекать жидкость в свободную зону выше уровня, на котором обычно должна находиться жидкость. Этот поднимающийся "шлейф" пузырьков и последующее образование холмика 42 обеспечивает эффективное смешение жидкости с любым отдельным компонентом, который может присутствовать в виде слоя на жидкости.
На фиг. 6 представлено графическое изображение результатов испытаний, полученных при практическом применении данного изобретения.
Опыты проводили с использованием аппаратуры, аналогичной той, которая представлена на фиг.1-3. Измерения pitot tube проводили на расстоянии 2, 3 и 4 футов (0,610, 0,914 и 1,219 м) от точки инжекции для получения удара о поверхность объема жидкости. Результаты представлены на фиг.6, где кривые А, В и С показывают результаты использования когерентной струи газа изобретения на расстоянии 2, 3 и 4 футов (0,6210, 0,914 и 1,219 м) соответственно, а кривая D представляет результаты, полученные при 2 футах (0,610 м) с обычным потоком газа в виде струи. Для получения результатов испытаний, приведенных на фиг. 6, в качестве основного газа использовался кислород, исходящий со скоростью 42000 куб.футов в час (1189,3 куб.м/час) (измерено при 69 град. F (20,6oС) и давлении 1 атмосфера). Кислород пропускался через сверхзвуковое конфузорно-диффузорное сопло с диаметром выходного отверстия 0,671 дюйма (2,170 см) и диаметром выхода 0,872 дюйма (2,21 см). Природный газ (3000 куб. футов в час (84,95 куб.м/час)) проходил через кольцеобразно расположенные 16 каналов диаметром 0,154 дюйма (0,39 см) и диаметр кольца 2 дюйма (5,08 см). Второй кислород (5000 куб.футов/час - 141,59 куб.м/час) пропускался через кольцеобразно расположенные 16 каналов диаметром 0,199 дюйма (0,505 см), которые расположены на кольце диаметром 2,3/4 дюйма (6,98 см). Измерения давления pitot tube, которые могли бы использоваться для определения скорости газа и температуры, были проведены в нескольких точках внутри струи. На фиг.6 представлена скорость по радиальному расстоянию от центральной точки сопла для расстояния 2, 3 и 4 футов (0,610, 0,914 и 1,219 м) для струй с оболочкой пламени и расстояния 2 футов (0,610 м) для нормальной струи без оболочки пламени. Кроме того, вычисленный профиль скоростей на выходе из сопла показан пунктирной линией. При практическом применении данного изобретения скорость остается по существу постоянной по оси на расстоянии 2 и 3 футов (0,610 и 0,914 м). На расстоянии 4 футов (1,219 м) имело место снижение скорости, но поток все еще оставался сверхзвуковым. В пределах исходного диаметра сопла (0,872 дюйма - 2,21 см) все скорости были сверхзвуковыми на расстоянии до 4 футов (1,219 м) от сопла. Для сравнения, на расстоянии 2 футов (0,610 м) от сопла профиль скорости обычной струи располагался ниже звукового и представлял собой относительно широкий плоский профиль.
Приведенный ниже пример представлен только для иллюстрации изобретения и не является ограничивающим.
Кислород инжектируют в расплавленный металл. Кислород эжектируют из заостренного патрубка через сопло с диаметром выходного отверстия 0,807 дюйма (1,81 см). Конец заостренного патрубка располагается на расстоянии 28 дюймов (71,12 см) от поверхности расплавленного металла и под углом 40 градусов к горизонту так, что кислород проходит расстояние 43 дюйма (109,22 см) или 53 диаметра сопла от конца заостренного патрубка до поверхности расплавленного металла. Основной газ окружают оболочкой пламени от конца заостренного патрубка до поверхности расплавленного металла, начальная осевая скорость струи газа составляет 16000 футов в секунду (487,7 м/сек) и сохраняет это значение при столкновении струи с поверхностью расплавленного металла. Около 85 процентов кислорода, эжектируемого из патрубка, поступает в объем расплавленного металла и способен вступать в реакцию с составными компонентами расплавленного металла. Примерно 367 стандартных кубических футов кислорода в час (10,30 куб.м/час) на 1 тонну расплавленного металла требуется для сжигания приблизительно 20 фунтов (9,072 кг) углерода на 1 тонну расплавленного металла, в то время как при использовании обычного способа введения газа требуется 558 куб.футов/час кислорода (15,79 куб.м/час) для удаления этого же количества углерода.
Хотя изобретение описывается подробно со ссылкой на некоторые воплощения, квалифицированному специалисту будет понятно, что имеют место и другие воплощения изобретения, которые входят в объем изобретения и его формулу изобретения.

Claims (7)

1. Способ введения газа в объем жидкости, включающий эжекцию газа из заостренного патрубка, имеющего конфузорно-диффузорное сопло с диаметром выхода d, при этом заостренный патрубок удален от поверхности объема жидкости; образование газового потока, имеющего сверхзвуковую начальную скорость струи при эжекции из заостренного патрубка; создание вокруг потока газа оболочки пламени для превращения газового потока в когерентный поток газа, имеющий сверхзвуковую начальную осевую скорость струи; пропускание когерентного потока газа из заостренного патрубка к поверхности объема жидкости, контактирование поверхности объема жидкости с когерентным потоком газа и пропускание газа в объем жидкости, отличающийся тем, что заостренный патрубок удален на расстояние по меньшей мере 20d от поверхности объема жидкости, и когерентный поток газа пропускают через указанное расстояние по меньшей мере 20d в контакт с поверхностью объема жидкости, поддерживая оболочку пламени окружающего поток газа от конца указанного заостренного патрубка до поверхности объема жидкости, посредством чего когерентный поток газа контактирует с поверхностью объема жидкости при начальной осевой скорости струи по меньшей мере 50% от первоначальной скорости газа.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газ представляет собой по меньшей мере один газ из группы, включающей кислород, азот, аргон, диоксид углерода, водород и углеводородный газ.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем жидкости включает расплавленный металл.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает образование газовой полости в объеме жидкости и барботирование газа в объем жидкости из указанной газовой полости.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает образование "шлейфа" поднимающихся пузырьков в объеме жидкости, содержащим газ, который поступает в объем жидкости.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ представляет собой кислород, объем жидкости представляет собой расплавленный металл, диаметр выходного отверстия сопла заключается в интервале значений от 1,27 до 5,08 см и расстояние, которое проходит поток газа от конца заостренного патрубка до поверхности объема жидкости заключается в интервале значений от 20d до 100d.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ представляет собой аргон, объем жидкости представляет собой расплавленный металл, диаметр выходного отверстия сопла заключается в интервале значений 1,27 до 5,08 см и расстояние, которое проходит поток газа от конца заостренного патрубка до поверхности жидкости, в интервале значений от 20d до 100d.
RU98105422/02A 1997-03-18 1998-03-17 Способ введения газа в жидкость RU2208749C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/819,810 US5814125A (en) 1997-03-18 1997-03-18 Method for introducing gas into a liquid
US08/819,810 1997-03-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98105422A RU98105422A (ru) 2000-01-10
RU2208749C2 true RU2208749C2 (ru) 2003-07-20

Family

ID=25229139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98105422/02A RU2208749C2 (ru) 1997-03-18 1998-03-17 Способ введения газа в жидкость

Country Status (16)

Country Link
US (1) US5814125A (ru)
EP (1) EP0866138B1 (ru)
JP (1) JP3309073B2 (ru)
KR (1) KR100368517B1 (ru)
CN (1) CN1140761C (ru)
AR (1) AR012076A1 (ru)
AU (1) AU749671B2 (ru)
BR (1) BR9800914A (ru)
CA (1) CA2232215C (ru)
DE (1) DE69802983T2 (ru)
ES (1) ES2143968T3 (ru)
ID (1) ID20066A (ru)
MY (1) MY119920A (ru)
PL (1) PL325310A1 (ru)
RU (1) RU2208749C2 (ru)
TW (1) TW470776B (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449025C2 (ru) * 2006-06-28 2012-04-27 Праксайр Текнолоджи, Инк. Способ инжекции кислорода
RU2550438C2 (ru) * 2010-12-29 2015-05-10 Смс Зимаг Аг Способ пирометаллургической обработки металлов, металлических расплавов и/или шлаков
RU2796956C1 (ru) * 2022-12-28 2023-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) Устройство для подачи газа в жидкость

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6176894B1 (en) 1998-06-17 2001-01-23 Praxair Technology, Inc. Supersonic coherent gas jet for providing gas into a liquid
US6123542A (en) 1998-11-03 2000-09-26 American Air Liquide Self-cooled oxygen-fuel burner for use in high-temperature and high-particulate furnaces
US6342086B1 (en) * 1999-02-16 2002-01-29 Process Technology International, Inc. Method and apparatus for improved EAF steelmaking
FR2793263A1 (fr) * 1999-05-07 2000-11-10 Air Liquide Four a arc electrique pour la production d'acier et procede de mise en oeuvre de ce four
DE19935010A1 (de) * 1999-07-26 2001-02-01 Linde Gas Ag Verfahren und Vorrichtung zum Imprägnieren von Flüssigkeiten mit Gasen
US6306890B1 (en) * 1999-08-30 2001-10-23 Vanderbilt University Esters derived from indolealkanols and novel amides derived from indolealkylamides that are selective COX-2 inhibitors
US6142764A (en) * 1999-09-02 2000-11-07 Praxair Technology, Inc. Method for changing the length of a coherent jet
US6261338B1 (en) * 1999-10-12 2001-07-17 Praxair Technology, Inc. Gas and powder delivery system and method of use
US6139310A (en) * 1999-11-16 2000-10-31 Praxair Technology, Inc. System for producing a single coherent jet
US6241510B1 (en) 2000-02-02 2001-06-05 Praxair Technology, Inc. System for providing proximate turbulent and coherent gas jets
US6334976B1 (en) * 2000-08-03 2002-01-01 Praxair Technology, Inc. Fluid cooled coherent jet lance
US6254379B1 (en) * 2000-09-27 2001-07-03 Praxair Technology, Inc. Reagent delivery system
US6400747B1 (en) 2001-05-18 2002-06-04 Praxair Technology, Inc. Quadrilateral assembly for coherent jet lancing and post combustion in an electric arc furnace
US6432163B1 (en) * 2001-06-22 2002-08-13 Praxair Technology, Inc. Metal refining method using differing refining oxygen sequence
US20060030900A1 (en) * 2001-07-18 2006-02-09 Eckert C E Two-phase oxygenated solution and method of use
US20100151041A1 (en) * 2001-07-18 2010-06-17 Eckert C Edward Hypersaturated gas in liquid
US6450799B1 (en) 2001-12-04 2002-09-17 Praxair Technology, Inc. Coherent jet system using liquid fuel flame shroud
DE10201108A1 (de) * 2002-01-15 2003-07-24 Sms Demag Ag Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von Metallen, Metallschmelzen und/oder Schlacken sowie eine Injektorvorrichtung
BE1015533A5 (fr) * 2002-05-24 2005-05-03 Praxair Technology Inc Systeme de jets coherents avec enveloppe de flammes annulaire unique.
US6604937B1 (en) * 2002-05-24 2003-08-12 Praxair Technology, Inc. Coherent jet system with single ring flame envelope
US6773484B2 (en) * 2002-06-26 2004-08-10 Praxair Technology, Inc. Extensionless coherent jet system with aligned flame envelope ports
DE10257422A1 (de) * 2002-12-09 2004-07-08 Specialty Minerals Michigan Inc., Bingham Farms Verfahren zum Positionieren einer Messvorrichtung, die optische Strahlung emittiert und empfängt, zum Messen von Verschleiß der Auskleidung eines Behälters
US6875398B2 (en) * 2003-01-15 2005-04-05 Praxair Technology, Inc. Coherent jet system with outwardly angled flame envelope ports
US20040178545A1 (en) * 2003-03-14 2004-09-16 Cates Larry E. System for optically analyzing a molten metal bath
US20050145071A1 (en) * 2003-03-14 2005-07-07 Cates Larry E. System for optically analyzing a molten metal bath
US6932854B2 (en) * 2004-01-23 2005-08-23 Praxair Technology, Inc. Method for producing low carbon steel
EP1751516A4 (en) * 2004-02-16 2012-03-14 Measurement Technology Lab Corp PARTICLE FILTER AND USE METHOD
EP1749109B1 (en) * 2004-05-14 2009-07-22 Linde, Inc. Refining molten metal
US7438848B2 (en) * 2004-06-30 2008-10-21 The Boc Group, Inc. Metallurgical lance
ITMI20050241A1 (it) * 2005-02-18 2006-08-19 Techint Spa Iniettore multifunzione e relativo procedimento di combustione per trattamento metallurgico in un forno ad arco elettrico
US7297180B2 (en) * 2005-07-13 2007-11-20 Praxair Technology, Inc. Method for operating a vacuum vessel with a coherent jet
US20070175298A1 (en) * 2006-02-02 2007-08-02 Adrian Deneys Method for refining non-ferrous metal
US20080264209A1 (en) * 2006-02-02 2008-10-30 Adrian Deneys Method and system for injecting gas into a copper refining process
BRPI0720287B1 (pt) * 2006-12-15 2017-05-09 Praxair Technology Inc método de injetar gás inerte no banho localizado dentro de um forno metalúrgico tendo uma atmosfera de forno aquecida.
US8142711B2 (en) * 2009-04-02 2012-03-27 Nu-Core, Inc. Forged copper burner enclosure
US20110127701A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-02 Grant Michael G K Dynamic control of lance utilizing co-flow fluidic techniques
US8323558B2 (en) * 2009-11-30 2012-12-04 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Dynamic control of lance utilizing counterflow fluidic techniques
US8377372B2 (en) * 2009-11-30 2013-02-19 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Dynamic lances utilizing fluidic techniques
US10168112B2 (en) * 2012-07-26 2019-01-01 Cool Technology Solutions, Inc. Heat exchanging apparatus and method for transferring heat
JP6551375B2 (ja) * 2016-12-07 2019-07-31 トヨタ自動車株式会社 水素ガスバーナ構造およびこれを備えた水素ガスバーナ装置
US11313554B2 (en) 2016-12-19 2022-04-26 Praxair Technology, Inc. Fluidic burner with heat stability
US11098894B2 (en) 2018-07-11 2021-08-24 Praxair Technology, Inc. Multifunctional fluidic burner

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3216714A (en) * 1963-02-04 1965-11-09 Bot Brassert Oxygen Technik Ag Heating and blowing device for metallurgical purposes
FR1424029A (fr) * 1964-01-06 1966-01-07 Union Carbide Corp Procédé et appareil pour introduire un courant de gaz de traitement dans un bain de métal en fusion
US3889933A (en) * 1974-02-28 1975-06-17 Int Nickel Canada Metallurgical lance
US4210442A (en) * 1979-02-07 1980-07-01 Union Carbide Corporation Argon in the basic oxygen process to control slopping
US4373949A (en) * 1979-02-07 1983-02-15 Union Carbide Corporation Method for increasing vessel lining life for basic oxygen furnaces
US4426224A (en) * 1981-12-25 1984-01-17 Sumitomo Kinzoku Kogyo Kabushiki Gaisha Lance for powder top-blow refining and process for decarburizing and refining steel by using the lance
US4599107A (en) * 1985-05-20 1986-07-08 Union Carbide Corporation Method for controlling secondary top-blown oxygen in subsurface pneumatic steel refining
US5302325A (en) * 1990-09-25 1994-04-12 Praxair Technology, Inc. In-line dispersion of gas in liquid
US5569180A (en) * 1991-02-14 1996-10-29 Wayne State University Method for delivering a gas-supersaturated fluid to a gas-depleted site and use thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449025C2 (ru) * 2006-06-28 2012-04-27 Праксайр Текнолоджи, Инк. Способ инжекции кислорода
RU2550438C2 (ru) * 2010-12-29 2015-05-10 Смс Зимаг Аг Способ пирометаллургической обработки металлов, металлических расплавов и/или шлаков
RU2796956C1 (ru) * 2022-12-28 2023-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) Устройство для подачи газа в жидкость

Also Published As

Publication number Publication date
AU749671B2 (en) 2002-07-04
TW470776B (en) 2002-01-01
JP3309073B2 (ja) 2002-07-29
US5814125A (en) 1998-09-29
BR9800914A (pt) 1999-09-21
JPH10263384A (ja) 1998-10-06
CA2232215C (en) 2003-07-08
ES2143968T3 (es) 2002-08-01
EP0866138B1 (en) 2001-12-19
CN1140761C (zh) 2004-03-03
AR012076A1 (es) 2000-09-27
KR19980080282A (ko) 1998-11-25
CA2232215A1 (en) 1998-09-18
MY119920A (en) 2005-08-30
KR100368517B1 (ko) 2003-04-21
DE69802983T2 (de) 2002-07-18
ID20066A (id) 1998-09-24
ES2143968T1 (es) 2000-06-01
PL325310A1 (en) 1998-09-28
EP0866138A1 (en) 1998-09-23
DE69802983D1 (de) 2002-01-31
CN1196473A (zh) 1998-10-21
AU5842598A (en) 1998-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2208749C2 (ru) Способ введения газа в жидкость
KR100486184B1 (ko) 초음속의 응집성 가스젯 제공 방법 및 장치
KR101361889B1 (ko) 산소 주입 방법
US6096261A (en) Coherent jet injector lance
JP3901423B2 (ja) 多重コヒーレントジェットの形成法
TW593685B (en) Metal refining method using differing refining oxygen sequence
MXPA98002063A (en) Method to introduce gas in a liquid
MXPA99005608A (en) Gas jet supersonic coherent to provide gas to a liquid

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: CONCESSION

Effective date: 20150902

Free format text: CONCESSION

Effective date: 20150903