ITMI952588A1

ITMI952588A1 - LANCE FOR THE INSULATION OF SUBSTANCES IN THE FLUID STATE INSIDE FURNACES PARTICULARLY FOR STEEL PRODUCTION

Info

Publication number: ITMI952588A1
Application number: IT95MI002588A
Authority: IT
Inventors: Federico Macario
Original assignee: Elti Srl
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-06-11
Also published as: ITMI952588A0; IT1279092B1

Abstract

Il presente trovato si riferisce ad una lancia per l'insufflazione di sostanze allo stato fluido all'interno di forni, particolarmente per la produzione di acciaio. La lancia comprende un corpo a conformazione allungata nel quale sono definiti almeno tre condotti che sfociano all'esterno del corpo citato in prossimità di una sua estremità longitudinale. Un primo condotto di tali condotti, almeno in prossimità della sua estremità che sfocia all'esterno del corpo della lancia si sviluppa all'interno di un secondo condotto. Tali condotti sono collegabili a mezzi di alimentazione di sostanze allo stato fluido da insufflare nel forno e, internamente al corpo della lancia, è definita, almeno in corrispondenza dell'estremità citata, una camera di circolazione di un fluido refrigerante.The present invention relates to a lance for the insufflation of substances in a fluid state into furnaces, particularly for the production of steel. The lance comprises an elongated body in which at least three ducts are defined which lead to the outside of the mentioned body near one of its longitudinal ends. A first conduit of these conduits, at least near its end which flows out of the body of the lance, develops within a second conduit. These ducts can be connected to means for feeding substances in a fluid state to be blown into the oven and, inside the body of the lance, a chamber for circulating a refrigerant fluid is defined, at least at the end mentioned.

Description

DESCR IZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato ha come oggetto una lancia per l'insufflazione di sostanze allo stato fluido all'interno di forni, particolarmente per la produzione di acciaio. The present invention relates to a lance for the insufflation of substances in a fluid state inside furnaces, particularly for the production of steel.

Come è noto, nei processi produttivi di acciaio con forni elettrici, è richiesta l'insufflazione di sostanze allo stato fluido all'interno del forno. As is known, in steel production processes with electric furnaces, the insufflation of substances in a fluid state inside the furnace is required.

L'insufflazione di queste sostanze viene eseguita mediante lance che vengono inserite all'interno del forno attraverso apposite porte definite nelle pareti laterali del forno superiormente al livello del metallo liquido . The insufflation of these substances is carried out by means of lances which are inserted inside the furnace through special doors defined in the side walls of the furnace above the level of the liquid metal.

Così, ad esempio, durante il caricamento del forno con il rottame o il materiale ferroso che costituisce la materia prima per la produzione dell'acciaio, si procede investendo il materiale caricato con un getto di ossigeno, erogato da un'apposita lancia, che ha la funzione di ottenere il taglio del materiale caricato favorendone la discesa nel forno e di fornire energia termica per coadiuvare la fusione del materiale immesso. Thus, for example, when loading the furnace with the scrap or ferrous material that constitutes the raw material for the production of steel, the loaded material is invested with a jet of oxygen, delivered by a special lance, which has the function of obtaining the cut of the loaded material favoring its descent into the furnace and of supplying thermal energy to assist the melting of the introduced material.

Durante la successiva fase di affinazione, si insuffla ossigeno e polverino di carbone nella scoria che riveste il metallo liquido. L'insufflazione di ossigeno e carbone in questa fase ha un effetto chimico sul metallo in quanto le sostanze insufflate reagiscono tra loro e con il metallo liquido favorendo lo schiumeggiamento della scoria ed un effetto fisico in quanto il getto erogato mantiene in costante movimento il metallo liquido favorendo le reazioni chimiche e rendendo omogenee le caratteristiche del metallo all'interno della sua massa. During the subsequent refining phase, oxygen and coal dust are blown into the slag that covers the liquid metal. The insufflation of oxygen and coal in this phase has a chemical effect on the metal as the insufflated substances react with each other and with the liquid metal, favoring the foaming of the slag and a physical effect as the jet delivered keeps the liquid metal in constant motion. favoring chemical reactions and making the characteristics of the metal homogeneous within its mass.

E' da notare che nella fase di affinazione viene richiesto che il flusso di ossigeno debba unirsi con il flusso di carbone in modo tale da ottenere una reazione chimica tra ossigeno e carbone con formazione di CO indispensabile per il fenomeno della scorificazione. It should be noted that in the refining phase it is required that the oxygen flow must unite with the coal flow in such a way as to obtain a chemical reaction between oxygen and coal with the formation of CO which is indispensable for the phenomenon of slagging.

Per questo motivo, la lancia attraverso la quale viene insufflato ossigeno viene preventivamente connessa ad una o più lance attraverso le quali viene insufflato il polverino di carbone in modo tale che i flussi in uscita dalle varie lance debbano incontrarsi secondo un angolo prefissato. For this reason, the lance through which oxygen is blown is previously connected to one or more lances through which the coal dust is blown in such a way that the flows coming out of the various lances must meet at a predetermined angle.

A seguito dell'elevata temperatura all'interno del forno, le lance, che sono solitamente realizzate principalmente in acciaio al carbonio, possono subire indesiderate deformazioni che alterano, nel tempo, l'angolo di incontro dei flussi delle sostanze insufflate portando a risultati sensibilmente inferiori rispetto a quelli teorici. As a result of the high temperature inside the furnace, the lances, which are usually made mainly of carbon steel, can undergo undesirable deformations that alter, over time, the angle of encounter of the flows of the insufflated substances, leading to significantly lower results. than the theoretical ones.

Per risolvere questo problema, è stata realizzata una lancia, oggetto della domanda di brevetto n. MI95A-000782, della stessa Richiedente, che presenta un corpo a conformazione allungata nel quale sono definiti due condotti che sfociano all'esterno in prossimità di un'estremità longitudinale del corpo della lancia. Questa lancia consente di insufflare più sostanze all'interno del forno mantenendo un corretto orientamento relativo dei vari flussi delle sostanze insufflate. To solve this problem, a lance, object of the patent application n. MI95A-000782, by the same Applicant, which has an elongated body in which two ducts are defined which open outwards near a longitudinal end of the body of the lance. This lance allows more substances to be blown into the oven while maintaining a correct relative orientation of the various flows of the blown substances.

Nella sperimentazione di nuovi processi per la produzione di acciaio, si è sentita l'esigenza di insufflare, con particolari modalità, più sostanze all'interno del forno. In experimenting with new processes for the production of steel, the need was felt to blow, with particular methods, more substances into the furnace.

Ad esempio, in un procedimento per il trattamento degli ossidi metallici che si sviluppano durante la produzione di acciaio e che sono presenti nei fumi in uscita dal forno, oggetto della domanda di brevetto n. MI95A-0002208, si è riscontrata l'esigenza di insufflare, all'interno del forno, durante le varie fasi di produzione, oltre all'ossigeno ed al carbone altre sostanze combustibili, come ad esempio idrocarburi, nonché ulteriori sostanze atte ad abbassare il punto di fusione di alcuni ossidi, nonché ossidi metallici provenienti dalla filtrazione dei fumi. For example, in a process for the treatment of metal oxides which develop during the production of steel and which are present in the fumes coming out of the furnace, which is the subject of patent application no. MI95A-0002208, it was found the need to insufflate, inside the furnace, during the various stages of production, in addition to oxygen and coal, other combustible substances, such as hydrocarbons, as well as other substances capable of lowering the point of fusion of some oxides, as well as metal oxides coming from the filtration of fumes.

La lancia oggetto della domanda di brevetto N. MI95A-0Q0782 si è dimostrata quindi suscettibile di ulteriori perfezionamenti per soddisfare queste esigenze. The lance object of patent application No. MI95A-0Q0782 has therefore proved to be susceptible of further improvements to meet these requirements.

Compito precipuo del presente trovato è appunto quello di realizzare una lancia che consenta di insufflare contemporaneamente più sostanze all'interno del forno mantenendo un corretto orientamento relativo dei vari flussi delle sostanze insufflate per ottenere un rendimento ottimale nei moderni processi di produzione dell'acciaio. The main aim of the present invention is precisely to provide a lance which allows several substances to be blown into the furnace at the same time while maintaining a correct relative orientation of the various flows of the blown substances to obtain optimum performance in modern steel production processes.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare una lancia che risulti di impiego estremamente semplice ed agevole. Within this aim, an object of the invention is to provide a lance which is extremely simple and easy to use.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare una lancia che possa essere prodotta con costi competitivi rispetto ai costi delle lance di tipo tradizionale. Another object of the invention is to provide a lance which can be produced at competitive costs with respect to the costs of traditional lances.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare una lancia che consenta comunque di insufflare anche una sola sostanza all'interno del forno in modo tale da soddisfare pienamente le esigenze operative nelle varie fasi di produzione dell'acciaio con forni elettrici. A further object of the invention is to provide a lance which in any case allows even a single substance to be blown into the furnace in such a way as to fully satisfy the operating requirements in the various stages of steel production with electric furnaces.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una lancia per l'insufflazione di sostanze allo stato fluido all'interno di forni, particolarmente per la produzione di acciaio, caratterizzata dal fatto di comprendere un corpo a conformazione allungata con definiti almeno tre condotti sfocianti all'esterno di detto corpo in prossimità di una sua estremità longitudinale; un primo condotto di detti condotti, almeno in prossimità della sua estremità sfociante all'esterno di detto corpo, sviluppandosi all'interno di un secondo condotto di detti condotti; detti condotti essendo collegati a mezzi di alimentazione di sostanze allo stato fluido da insufflare nel forno e, internamente a detto corpo, essendo definita, almeno in prossimità di detta estremità, una camera di circolazione di un fluido refrigerante. This task, as well as these and other purposes which will appear better later, are achieved by a lance for the insufflation of substances in a fluid state inside furnaces, particularly for the production of steel, characterized by the fact that it comprises a body with a conformation elongated with defined at least three ducts opening to the outside of said body near one of its longitudinal ends; a first duct of said ducts, at least in proximity to its end opening outside of said body, developing inside a second duct of said ducts; said ducts being connected to means for feeding substances in the fluid state to be blown into the oven and, inside said body, a circulation chamber for a cooling fluid being defined, at least in proximity to said end.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, della lancia secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the lance according to the invention, illustrated, by way of non-limiting example, in the accompanying drawings, in which:

la figura 1 illustra la lancia secondo il trovato sezionata assialmente; Figure 1 is an axially sectioned view of the lance according to the invention;

la figura 2 illustra la lancia secondo il trovato vista in pianta dall1alto; Figure 2 is a top plan view of the lance according to the invention;

la figura 3 illustra un particolare ingrandito della figura 1; Figure 3 illustrates an enlarged detail of Figure 1;

la figura 4 è una sezione della figura 1 eseguita lungo l'asse IV-IV; Con riferimento alle figure citate, la lancia secondo il trovato, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un corpo 2, a conformazione allungata, all'interno del quale sono definiti almeno tre condotti 3, 4 e 5 che sono collegabili, in prossimità dell'estremità posteriore della lancia, ad esempio mediante giunti di tipo noto 6, 7 e 8, a mezzi di alimentazione, anch'essi di tipo noto e non illustrati per semplicità, di sostanze allo stato fluido da insufflare all'interno del forno. Figure 4 is a section of Figure 1 taken along the IV-IV axis; With reference to the aforementioned figures, the lance according to the invention, globally indicated by the reference number 1, comprises an elongated body 2, inside which at least three ducts 3, 4 and 5 are defined which can be connected, in proximity of the rear end of the lance, for example by means of known joints 6, 7 and 8, to feeding means, also of a known type and not illustrated for simplicity, of substances in a fluid state to be blown into the oven .

Più particolarmente, il corpo 2 è costituito da un corpo a conformazione sostanzialmente cilindrica, cavo internamente, e i tre condotti 3, 4 e 5 sono definiti da corpi tubolari che sono inseriti all'interno del corpo 2. More particularly, the body 2 consists of a body with a substantially cylindrical conformation, hollow internally, and the three ducts 3, 4 and 5 are defined by tubular bodies which are inserted inside the body 2.

Secondo il trovato, il primo condotto 3 di tali condotti, almeno in prossimità della sua estremità che sfocia all'esterno del corpo 2, si sviluppa internamente al secondo condotto 4. According to the invention, the first duct 3 of these ducts, at least in the vicinity of its end which flows outside the body 2, extends inside the second duct 4.

Preferibilmente, il primo condotto 3 si sviluppa internamente e coassialmente all'interno del secondo condotto 4 pressoché per tutta la sua estensione in lunghezza all'interno del corpo 2. Preferably, the first duct 3 develops internally and coaxially inside the second duct 4 almost for its entire length within the body 2.

Il primo condotto 3 e il secondo condotto 4 si sviluppano sostanzialmente parallelamente all'asse longitudinale del corpo 2 e sfociano all'esterno del corpo 2 in corrispondenza della sua estremità anteriore o punta 9, mentre il terzo condotto 5 si sviluppa anch'esso parallelamente all’asse longitudinale del corpo 2 terminando con un ugello di erogazione 10 che presenta una direzione inclinata rispetto a tale asse in modo tale da intersecare, all'esterno del corpo 2, la direzione di erogazione del primo condotto 3 e del secondo condotto 4. The first duct 3 and the second duct 4 develop substantially parallel to the longitudinal axis of the body 2 and flow out of the body 2 at its front end or tip 9, while the third duct 5 also develops parallel to the longitudinal axis of the body 2 ending with a delivery nozzle 10 which has an inclined direction with respect to this axis in such a way as to intersect, outside the body 2, the delivery direction of the first duct 3 and of the second duct 4.

Preferibilmente, lo sbocco del terzo condotto 5 e lo sbocco del primo condotto 3 e del secondo condotto 4 sono orientati in modo tale che le due direzioni di erogazione si intersechino secondo un angolo a che è sostanzialmente compreso tra 30* e 40’, preferibilmente di 35°. Preferably, the outlet of the third duct 5 and the outlet of the first duct 3 and of the second duct 4 are oriented in such a way that the two delivery directions intersect according to an angle a which is substantially comprised between 30 ° and 40 ', preferably of 35 °.

Vantaggiosamente, il primo condotto 3 è supportato internamente al secondo condotto 4 mediante boccole Ila e 11b nelle quali sono definiti condotti assiali 12 per il passaggio delle sostanze fluide insufflate nel secondo condotto 4. Advantageously, the first duct 3 is supported inside the second duct 4 by bushings 11a and 11b in which axial ducts 12 are defined for the passage of the fluid substances blown into the second duct 4.

Internamente al corpo 2, almeno in prossimità dalla sua estremità o punta 9, che è destinata ad essere inserita all'interno del forno, è definita una camera di circolazione di un fluido refrigerante, costituito ad esempio da acqua. Inside the body 2, at least in proximity to its end or tip 9, which is intended to be inserted inside the oven, a circulation chamber for a cooling fluid is defined, consisting for example of water.

Più particolarmente, tutta la parte della cavità all'interno del corpo 2 che non è occupata dai condotti 3, 4 e 5 risulta suddivisa sostanzialmente in due porzioni delle quali: una porzione 13 che è situata immediatamente a ridosso della superficie interna del mantello del corpo 2 ed una porzione 14, più interna, che è costituiscono rispettivamente una porzione di mandata ed una porzione di ritorno per il fluido refrigerante, ad esempio acqua, pompato internamente al corpo 2. La porzione 13 e la porzione 14 sono in collegamento tra loro in prossimità della punta della lancia. More particularly, all the part of the cavity inside the body 2 which is not occupied by the ducts 3, 4 and 5 is substantially divided into two portions of which: a portion 13 which is located immediately behind the internal surface of the body shell 2 and an innermost portion 14, which respectively constitute a delivery portion and a return portion for the cooling fluid, for example water, pumped internally to the body 2. The portion 13 and the portion 14 are connected to each other in proximity to the tip of the spear.

La porzione di mandata 13 è collegata d un imbocco di ingresso 15, mentre la porzione di ritorno 14 è collegata ad uno sbocco 16 che vengono connessi a mezzi di pompaggio del fluido refrigerante, di tipo noto e non illustrati per semplicità, costituiti ad esempio da una pompa servita da un apposito circuito di refrigerazione. The delivery portion 13 is connected to an inlet 15, while the return portion 14 is connected to an outlet 16 which are connected to pumping means for the refrigerant fluid, of a known type and not illustrated for simplicity, consisting for example of a pump served by a special refrigeration circuit.

La porzione del corpo 2 situata in prossimità della punta 9, ovvero la sua porzione che durante l'impiego della lancia è destinata ad essere immersa eventualmente nella scoria superiormente al livello del metallo liquido, è preferibilmente realizzata in materiale ad elevata conducibilità termica, come ad esempio rame, in modo tale da assicurare, in corrispondenza della zona della lancia che è più sollecitata termicamente, un'efficace asportazione di calore per evitare, quanto più possibile, deformazioni o danneggiamenti del corpo della lancia durante l'impiego. The portion of the body 2 located in proximity to the tip 9, i.e. its portion which during the use of the lance is intended to possibly be immersed in the slag above the level of the liquid metal, is preferably made of a material with high thermal conductivity, such as for example copper, in such a way as to ensure, in the area of the lance which is most thermally stressed, an effective removal of heat to avoid, as much as possible, deformations or damage to the body of the lance during use.

L'impiego della lancia secondo il trovato risulta evidente da quanto descritto ed illustrato. In particolare, risulta evidente come la lancia secondo il trovato possa essere utilizzata nelle varie fasi della produzione dell'acciaio per operare l'insufflazione di ossigeno e/o di altre sostanze all'interno del forno. The use of the lance according to the invention is evident from what has been described and illustrated. In particular, it is evident that the lance according to the invention can be used in the various stages of steel production to operate the insufflation of oxygen and / or other substances inside the furnace.

In particolare, il primo condotto 3 è preferibilmente destinato ad essere impiegato per l'insufflazione di idrocarburi, preferibilmente metano, polverino di carbone, ossido di calcio, ossido di magnesio, dolomite o altre sostanze atte ad abbassare la temperatura di fusione degli ossidi, nonché ossidi metallici recuperati dai fumi in uscita dal forno, oppure altre sostanze opportunamente fluidificate, come ad esempio scaglia di laminazione, come descritto nella domanda di brevetto n. MI95A-002208. In particular, the first duct 3 is preferably intended to be used for the insufflation of hydrocarbons, preferably methane, coal dust, calcium oxide, magnesium oxide, dolomite or other substances suitable for lowering the melting temperature of the oxides, as well as metal oxides recovered from the fumes leaving the furnace, or other suitably fluidized substances, such as for example rolling scale, as described in patent application no. MI95A-002208.

Il secondo condotto 4 viene preferibilmente impiegato per l'insufflazione di idrocarburi il cui getto, in uscita dalla lancia, ingloba le sostanze insufflate attraverso il primo condotto 3. The second duct 4 is preferably used for the insufflation of hydrocarbons whose jet, coming out of the lance, incorporates the substances blown through the first duct 3.

Il terzo condotto 5 viene preferibilmente utilizzato per l'insufflazione di ossigeno. The third duct 5 is preferably used for oxygen insufflation.

A seconda delle varie fasi di produzione dell'acciaio, i vari condotti 3, 4, 5 potranno essere utilizzati per l'insufflazione di una sola sostanza o di più sostanze contemporaneamente all'interno del forno, a seconda delle esigenze. According to the various stages of steel production, the various ducts 3, 4, 5 can be used for the insufflation of a single substance or of several substances at the same time inside the furnace, according to requirements.

E' da notare che, essendo la lancia secondo il trovato praticamente monolitica, le direzioni dei flussi delle sostanze insufflate si mantengono praticamente inalterate durante l'insufflazione consentendo di ottenere un'elevata efficacia della lancia durante il suo impiego ottenendo un miglior rendimento qualitativo e un migliore sfruttamento delle sostanze insufflate. It should be noted that, since the lance according to the invention is practically monolithic, the directions of the flows of the insufflated substances remain practically unchanged during the insufflation, allowing to obtain a high efficiency of the lance during its use, obtaining a better qualitative efficiency and a better exploitation of insufflated substances.

Si è in pratica constatato come la lancia secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto, essendo dotata di un corpo praticamente monolitico all'interno del quale sono previsti più condotti per l'insufflazione contemporanea di più sostanze allo stato fluido all'interno di un forno per la produzione di acciaio, mantiene correttamente orientati i vari flussi delle sostanze nel tempo ottenendo il massimo livello possibile in termini di rendimento. In practice it has been found that the lance according to the invention fully achieves the intended aim since, being equipped with a practically monolithic body inside which several ducts are provided for the simultaneous insufflation of several substances in the fluid state inside a a furnace for the production of steel, keeps the various flows of substances correctly oriented over time, obtaining the highest possible level in terms of efficiency.

La lancia così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientrati nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. The lance thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept; moreover, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica. In practice, the materials employed, so long as they are compatible with the specific use, as well as the dimensions, may be any according to the requirements and the state of the art.

Claims

CLAIMS 1. Lance for the insufflation of substances in a fluid state inside furnaces, particularly for the production of steel, characterized by the fact of comprising an elongated body with defined at least three ducts opening outwards of said body in proximity to a longitudinal end thereof; a first duct of said ducts, at least in proximity to its end opening outside of said body, developing inside a second duct of said ducts; said ducts being connectable to means for feeding substances in the fluid state to be blown into the oven and, inside said body, a circulation chamber for a cooling fluid being defined, at least in proximity to said end.

2. Lance, according to claim 1, characterized in that said first duct, at least in proximity to its end opening outside of said body, develops coaxially inside said second duct.

3. Lance, according to claims 1 and 2, characterized in that the outlet of the third duct and the outlet of said first and second ducts are oriented according to two delivery directions converging externally to said body.

4. Lance according to one or more of the preceding claims, characterized in that said two delivery directions intersect at an angle substantially comprised between 30 ° and 40 °.

5. Lance, according to one or more of the preceding claims, characterized in that said two delivery directions intersect at an angle substantially of 35 ".

6. Lance according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least said longitudinal end of said body is made of metal material with high thermal conductivity.

7. Lance, according to one or more of the preceding claims, characterized in that said circulation chamber for a cooling fluid comprises a delivery portion extending close to the internal shell of said body and a return portion extending internally to said delivery portion .

8. Lance, according to one or more of the preceding claims, characterized in that said ducts are defined by tubular bodies inserted in said body.

9. Lance for the insufflation of substances in a fluid state inside furnaces, particularly for the production of steel, characterized by the fact that it comprises one or more of the characteristics described and / or illustrated.