ES2229586T3 - Chorro de gas coherente supersonico para proporcionar gas a un liquido. - Google Patents
Chorro de gas coherente supersonico para proporcionar gas a un liquido.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA PARA ESTABLECER Y MANTENER UN CHORRO DE GAS SUPERSONICO COHERENTE, EFECTIVO PARA UN GAS OXIDANTE O INERTE, EMPLEANDO UNA TOBERA CONVERGENTE/DIVERGENTE PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UNA VELOCIDAD SUPERSONICA INICIAL NO DISRUPTIVA, Y UNA ENVUELTA DE LLAMA LAMINAR TRIPLE DEFINIDA, QUE SE MUEVE MAS LENTAMENTE, COAXIAL CON EL CHORRO, PARA EL MANTENIMIENTO EFECTIVO DE LA VELOCIDAD SUPERSONICA. LA CITADA INVENCION ES ESPECIALMENTE UTIL PARA PROPORCIONAR GAS AL INTERIOR DE UN BAÑO DE LIQUIDO.
Description
Chorro de gas coherente supersónico para
proporcionar gas a un líquido.
Esta invención se refiere, de manera general, a
un método y a un aparato para producir y mantener un flujo
supersónico de gas. La invención es particularmente ventajosa
cuando la composición del gas cambia.
Muchas veces se desea establecer un flujo de gas.
Por ejemplo, un flujo de gas puede inyectarse en un líquido por una
o más razones. Un gas reactivo puede inyectarse en un líquido para
reaccionar con uno o más componentes del líquido como, por ejemplo,
la inyección de oxígeno en hierro fundido para reaccionar con
carbono en el hierro fundido para descarburar el hierro y para
proporcionar calor al hierro fundido. El oxígeno puede inyectarse
en otros metales fundidos como cobre, plomo y zinc con fines de
fundir o refinar o en un líquido acuoso o en hidrocarburo líquido
para llevar a cabo una reacción de oxidación. Un gas no oxidante,
como un gas inerte, puede inyectarse en un líquido para agitar el
líquido con el fin de conseguir, por ejemplo, una mejor distribución
de la temperatura o una mejor distribución de los componentes en el
líquido.
Muchas veces el líquido está contenido en un
recipiente como un reactor o un caldero de fusión donde el líquido
forma un conjunto en el recipiente ajustándose al fondo y a parte
de las paredes laterales del recipiente, y presentando una
superficie superior. Cuando se inyecta gas en el conjunto del
líquido, es deseable tener tanto flujo de gas en el líquido como sea
posible para llevar a cabo el propósito de inyectar gas. De acuerdo
con esto, el gas se inyecta desde un dispositivo para inyectar gas
en el líquido por debajo de la superficie del líquido. Si la tobera
para un chorro de gas normal estuviera separada una determinada
distancia por encima de la superficie del líquido, entonces mucha
cantidad del gas que afecta la superficie será desviada en la
superficie del líquido y no entrará en el conjunto del líquido. Más
aún, esta acción produce salpicaduras del líquido lo que puede
resultar en pérdida de material y en problemas
operativos.
operativos.
La inyección sumergida de gas en un líquido
utilizando dispositivos de inyección de gas montados en el fondo o
en la pared lateral, aunque resulta muy efectiva, presenta
problemas operativos cuando el líquido es un líquido corrosivo o
está a una temperatura muy alta, porque estas condiciones pueden
producir un deterioro rápido del dispositivo de inyección del gas y
un deterioro localizado del revestimiento del recipiente lo que
resulta tanto en la necesidad de sistemas externos de enfriamiento
sofisticados como en apagados frecuentes para mantenimiento y en
costes de operación elevados. Un recurso es situar el extremo o la
tobera del dispositivo de inyección del gas cerca de la superficie
del conjunto del líquido evitando el contacto con la superficie del
líquido e inyectar el gas desde el dispositivo de inyección del gas
a una velocidad alta de manera que una fracción significativa del
gas pase al líquido. Sin embargo, este recurso no resulta
satisfactorio porque la proximidad del extremo del dispositivo de
inyección del gas a la superficie del líquido puede resultar en un
daño significativo de este equipo. Más aún, en los casos en los que
la superficie del líquido no es estacionaria, la tobera debería ser
movida constantemente para dar cuenta de la superficie en
movimiento de manera que la inyección del gas ocurriría en la
localización deseada y la distancia requerida entre el extremo de
la lanza y la superficie del líquido se mantendría. En el caso de
hornos de arco eléctrico, esto requiere manipuladores de lanza
complicados movidos hidráulicamente que son caros y que requieren un
mantenimiento constante.
Otro recurso es utilizar un tubo que se introduce
a través de la superficie del líquido. Por ejemplo, se utilizan
frecuentemente tubos enfriados sin agua para inyectar oxígeno en el
baño de acero fundido en un horno de arco eléctrico. Sin embargo,
este recurso tampoco es satisfactorio debido a que el rápido
deterioro del tubo requiere complicados manipuladores del tubo
movidos hidráulicamente así como un equipo para restaurar el tubo
para compensar el rápido deterioro del tubo. Más aún, la pérdida
del tubo, que debe ser reemplazado continuamente, es cara.
Estos problemas pueden solucionarse si se puede
establecer un chorro coherente. Un chorro de gas coherente conserva
su diámetro y velocidad, después de la eyección desde una tobera,
durante mucho más tiempo que un chorro de gas normal. Con un chorro
coherente, el extremo del inyector puede situarse
significativamente más lejos de la superficie del líquido a la vez
que permite que prácticamente todo el gas del chorro de gas
coherente entre en la superficie del líquido.
Se sabe que un chorro coherente de un gas
oxidante puede establecerse rodeando el chorro del gas oxidante
después de su eyección de una tobera con una envoltura de llama
formada por una corriente anular de combustible alrededor del
chorro de gas oxidante y una corriente de oxidante anular a la
corriente de combustible. El combustible y el oxidante entran en
combustión para formar la envoltura de llama que fluye de manera
coaxial con la corriente de gas oxidante y la mantiene coherente
durante una distancia larga después de la eyección de la
tobera.
Sin embargo, esta disposición de envoltura de
llama no funciona bien si el gas es un gas inerte. En estas
situaciones, la velocidad del chorro del gas se reduce rápidamente
y la coherencia del chorro del gas inerte se deteriora rápidamente.
Esto es un problema particular cuando se desea cambiar de un gas
oxidante a uno inerte porque esto requiere la alteración del sistema
de eyección de lanza del gas.
Se conoce un método de acuerdo con el preámbulo
de la reivindicación 1 y un aparato de acuerdo con el preámbulo de
la reivindicación 4 de EEUU 4.622.007 que se refiere a un sistema
de quemado donde la corriente del gas principal es una corriente de
oxígeno que tiene una concentración de oxígeno constante y donde
los conductos del segundo oxidante y los conductos del combustible
están en ángulo respecto a los conductos del primer oxidante y la
tobera principal de oxígeno. Los conductos del segundo oxidante se
proyectan más en la cámara de combustión que los conductos de
combustible, los conductos del primer oxidante y la tobera
principal de oxígeno.
Un sistema similar se describe en EEUU 5.714.113,
donde, sin embargo, la corriente de combustible rodea directamente
las corrientes del gas oxidante principal, sin una corriente de
oxidante adicional presente entre la corriente de combustible y la
corriente de gas oxidante principal.
Es un objetivo de esta invención proporcionar un
método para mantener la velocidad y la coherencia de un chorro de
gas independientemente de si el chorro de gas es un chorro de gas
oxidante o inerte.
Es otro objetivo de esta invención proporcionar
un método para mantener la velocidad y la coherencia de un chorro
de gas que permita cambiar la composición del chorro de gas.
Los objetivos arriba mencionados y otros, que
resultarán aparentes para una persona especializada en el tema
después de leer esta descripción, se consiguen por la presente
invención, un aspecto de la cual es un método para suministrar gas
a un líquido como se define en la reivindicación 1.
Otro aspecto de la invención es un aparato para
establecer una corriente coherente principal de gas con una
velocidad alta como se define en la reivindicación 4.
Como se utiliza en la presente memoria, el
término "anularmente" significa en la forma de un anillo.
Como se utiliza en la presente memoria, el
término "gas inerte" significa un gas puro o una mezcla de
gases que tiene una concentración de oxígeno menor de 5 por ciento
en moles.
Como se utiliza en la presente memoria, el
término "gas oxidante" significa un gas puro o una mezcla de
gases que tiene una concentración de oxígeno de al menos 5 por
ciento en moles.
Como se utiliza en la presente memoria, el
término "envoltura de llama" significa una corriente de
combustión anular coaxial con la corriente de gas principal.
La Figura 1 es una vista de un corte transversal
de una realización de la sección de la punta de una lanza que puede
utilizarse en la práctica de esta invención.
La Figura 2 es una vista frontal de la sección de
la punta de la lanza ilustrada en la Figura 1.
La Figura 3 es una representación de la lanza
mostrada en la Figura 1 en operación.
La Figura 4 es una vista de un corte transversal
de otra realización de la sección de la punta de una lanza que
puede utilizarse en la práctica de esta invención.
Los números en los dibujos son los mismos para
los elementos comunes.
La invención permite el establecimiento y
mantenimiento de un chorro de gas coherente independientemente de
si el gas es un gas oxidante o un gas inerte y, además, permite
cambiar el gas, de un chorro oxidante a uno inerte, sin deterioro
significativo de la coherencia y sin requerir ningún cambio en el
equipo más allá del necesario para suministrar el gas principal
diferente. Más aún, la invención permite cambiar la concentración
de oxígeno del gas principal sin que se produzca ninguna pérdida
significativa de coherencia en el chorro del gas principal.
La invención se describirá en detalle en
referencia a los dibujos. Si nos referimos a las Figuras 1 a 3, se
muestra el corte transversal de la sección 1 de la punta de la
lanza de una lanza que puede utilizarse en la práctica de la
invención. La sección 1 de la punta de la lanza incluye un conducto
1 del gas principal que comunica con una fuente de gas principal
(no mostrado). El gas principal es un gas oxidante (que cambia a un
gas inerte) o un gas inerte. Ejemplos de un gas oxidante incluyen
aire, aire enriquecido con oxígeno con una concentración de oxígeno
de al menos 30 por ciento en moles, particularmente al menos 90 por
ciento en moles, y oxígeno técnicamente puro con una concentración
de oxígeno de 99,5 por ciento en moles o más. Ejemplos de un gas
inerte incluyen nitrógeno, argón, dióxido de carbono, hidrógeno,
helio, hidrocarburo gaseoso y mezclas que comprendan dos o más de
éstos.
El conducto 2 del gas principal comunica con la
tobera 3 convergente/divergente en la entrada 4 de la tobera. La
tobera tiene una salida 5 que comunica con el espacio de eyección 6
en el que se inyectan los gases. La salida 5 de la tobera tiene un
diámetro generalmente en el intervalo de 0,25 a 7,62 cm (0,1 a 3
pulgadas), preferiblemente en el intervalo de 1,27 a 5,08 cm (0,5 a
2 pulgadas). Preferiblemente, como se ilustra en las Figuras 1 y 3,
el espacio de eyección 6 se confina inicialmente por la sección 7
de la extensión de la punta de la lanza y después se abre en un
volumen mayor por debajo de la sección 7 de la extensión. La
sección 7 de la extensión tiene típicamente una longitud de 1,27 a
10,16 cm (0,5 a 4 pulgadas) y sirve para estabilizar la combustión
del combustible y el oxidante anular para formar una envoltura de
llama 11 que tiene una estabilidad mayor en las etapas iniciales
después de la eyección de la sección de la punta de la lanza que la
que tendría sin la utilización de la sección de la extensión para
formar el espacio de eyección confinado inicial.
El gas principal pasa desde la fuente de gas
principal a través del conducto de gas principal 2 y en la tobera 3
a través de la entrada 4. El gas se acelera en la porción
divergente de la tobera de manera que tiene una velocidad
supersónica cuando se eyecta desde la salida 5 de la tobera en el
espacio de eyección 6. La tobera convergente/divergente permite el
logro inicial de la velocidad supersónica sin interrupción. Una
tobera con la superficie interior recta produciría la expansión del
gas para alcanzar la velocidad supersónica después de que el gas
deje la tobera, lo que produciría numerosos ciclos de pulsación de
expansión y contracción antes de que se alcance un estado
estacionario en algún lugar por debajo de la salida de la tobera.
La velocidad de la corriente 12 del gas principal eyectada de la
salida 5 de la tobera es supersónica, es decir, supera Mach 1, y
preferiblemente está en el intervalo de Mach 1,2 a Mach 3,0 cuando
eyecta el gas principal en una atmósfera a presión atmosférica.
Espaciado radialmente del conducto 2 del gas
principal está el primer conducto anular 8, espaciado radialmente
del primer conducto anular 8 está el segundo conducto anular 9, y
espaciado radialmente del segundo conducto anular 9 está el tercer
conducto anular 10. El primer conducto anular 8 comunica con una
fuente del primer oxidante (no mostrado) que preferiblemente es un
líquido con una concentración de oxígeno de al menos 30 por ciento
en moles, más preferiblemente al menos 90 por ciento en moles, y
puede ser oxígeno técnicamente puro. El primer oxidante pasa a
través del primer conducto anular 8 y se eyecta desde la lanza al
espacio de eyección 6 en un flujo anular a la corriente de gas
principal y tiene una velocidad menor que la de la corriente de gas
principal. Generalmente, el flujo del primer oxidante tendrá una
velocidad en el intervalo de 91,4 a 457,2 m/s (300 a 1.500 pies por
segundo (fps)).
El segundo conducto anular 9 comunica con una
fuente de combustible (no mostrado). El combustible puede ser
cualquier combustible líquido como metano, propano, butileno, gas
natural, hidrógeno, gas de hornos de coke, o aceite. El combustible
puede estar diluido con un diluyente, como, por ejemplo, nitrógeno.
El combustible pasa a través del segundo conducto anular 9 y se
eyecta desde la lanza al espacio de eyección 6 en un flujo anular
al flujo del primer oxidante y teniendo una velocidad menor que la
de la corriente del gas principal. Generalmente, el flujo del
combustible tendrá una velocidad en el intervalo de 91,4 a 457,2
m/s (300 a 1.500 fps). Preferiblemente, el flujo del combustible
tendrá una velocidad prácticamente igual a la velocidad del flujo
del primer oxidante.
El tercer conducto anular 10 comunica con una
fuente del segundo oxidante (no mostrado) que puede ser la misma
que la fuente del primer oxidante. Esto es, el segundo oxidante
puede tener, y preferiblemente tiene, la misma composición que el
primer oxidante. Preferiblemente, el segundo oxidante es un líquido
con una concentración de oxígeno de al menos 30 por ciento en
moles, más preferiblemente al menos 90 por ciento en moles, y puede
ser oxígeno técnicamente puro. El segundo oxidante pasa a través
del tercer conducto anular 10 y se eyecta desde la lanza al espacio
de eyección 6 en un flujo anular al flujo del combustible y tiene
una velocidad menor que la de la corriente del gas principal y
preferiblemente menor que la del flujo del primer oxidante.
Preferiblemente, el flujo del segundo oxidante tiene una velocidad
menor que la del flujo de combustible. Generalmente, el flujo del
segundo oxidante tendrá una velocidad en el intervalo de 30,5 a
457,2 m/s (100 a 1.500 fps) y preferiblemente en el intervalo de
30,5 a 152,4 m/s (100 a 500 fps).
El primero, el segundo y el tercer conducto
anular comunican, cada uno, con el espacio de eyección 6
preferiblemente, como se ilustra en las Figuras 1 y 3, a nivel de
la salida 5 de la tobera convergente/divergente 3. Preferiblemente,
como se muestra en la Figura 2, el primero, el segundo y el tercer
conducto anular se vuelven, cada uno, una pluralidad de conductos
individuales de manera que el primero, el segundo y el tercer
conducto anular comunican, cada uno, con el espacio de eyección 6
como un anillo de agujeros alrededor de la salida 5. De manera
alternativa, uno o más del primero, el segundo y el tercer conducto
anular pueden comunicar con el volumen de inyección 6 como un anillo
circular de la salida 5.
Después de la eyección en el espacio de eyección,
el combustible se mezcla con y entra en combustión con al menos
uno, y preferiblemente con ambos, de los oxidantes primero y
segundo para formar una envoltura de llama 11 alrededor de la
corriente de gas principal 12. Si la invención se utiliza en un
ambiente caliente como un horno de fundir metales, no se requiere
una fuente de ignición independiente para el combustible y el
oxidante. Si la invención no se utiliza en un ambiente en el que el
combustible y el oxidante se auto encenderán, se requerirá una
fuente de ignición como un generador de chispas. La envoltura de
llama tendrá una velocidad menor que la velocidad de la corriente de
gas principal y generalmente en el intervalo de 15,2 a 304,8 m/s
(50 a 1.000 fps).
La envoltura de llama 11 de triple capa de
movimiento lento alrededor de la corriente inicialmente supersónica
12 del gas principal de la tobera convergente/divergente, sirve
para mantener la corriente de gas coherente, es decir, con una
pérdida pequeña de velocidad y con una expansión pequeña de la
anchura de la corriente del gas principal, durante una distancia
significativa de la tobera, es decir, al menos 20 diámetros de la
salida de la tobera (d) y hasta 100d o más, manteniendo la
velocidad supersónica. Esto permite situar la lanza de manera que
la punta de la lanza está espaciada una distancia mayor desde la
que el gas principal impacta o interacciona con un líquido,
aumentando de esta manera la seguridad y conservando mejor la
integridad de la lanza. Preferiblemente, el gas principal impacta
con el líquido diana a una velocidad supersónica y preferiblemente
la envoltura de llama se extiende desde la punta de la lanza hasta
la superficie del líquido diana.
Generalmente, la cantidad de combustible y de
oxidante proporcionados desde la lanza serán suficientes para
formar una envoltura de llama eficaz para la longitud deseada de la
corriente del gas principal. Sin embargo, puede haber ocasiones en
las que se desea que pasen desde la lanza más combustible y
oxidante de manera que la envoltura de llama no sirve sólo para
proteger a la corriente de gas principal del arrastre por el gas
ambiental, sino que sirve también para proporcionar un calor
significativo en el volumen de inyección. Esto es, la lanza puede,
en algunas realizaciones de esta invención, funcionar también como
un quemador.
La Figura 4 ilustra otra realización de la punta
de la lanza de la invención donde el primer conducto anular
comunica con el tercer conducto anular en la lanza de manera que el
primer conducto anular recibe el oxidante para ser eyectado en el
volumen de eyección desde el tercer conducto anular mediante el
conducto de conexión interna 13. El tamaño del conducto de conexión
13 se ajusta para asegurar que la diferencia de velocidad entre la
corriente del primer oxidante y la corriente del segundo oxidante
se consigue en la realización preferida de la invención.
La invención resultará particularmente útil para
la inyección de un gas en un líquido cuando se desee mantener la
punta de la lanza fuera del líquido y, más aún, espaciada de manera
significativa de la superficie del líquido. Por ejemplo, la
invención puede utilizarse para suministrar un reactante gaseoso en
un hidrocarburo líquido o un líquido acuoso, como para una reacción
de oxidación, hidrogenación o nitrogenación. Resultará
particularmente útil cuando el líquido sea un líquido corrosivo,
como un líquido muy ácido o muy básico, o cuando el líquido tenga
una temperatura muy alta, como el metal fundido. Un uso
particularmente eficaz de la invención es proporcionar oxígeno, el
gas principal, en metal fundido para reaccionar con carbono en el
metal fundido para descarburar el metal y para proporcionar calor
al metal fundido. Después de esto, el gas principal se cambia para
ser un gas inerte como argón, sin ningún otro cambio en el equipo o
en los flujos a los conductos anulares, para suministrar el argón
al metal fundido para agitar el metal fundido y para distribuir
mejor el calor. Este cambio puede realizarse relativamente rápido y
sin la pérdida experimentada hasta este momento en la eficacia del
establecimiento del chorro de gas principal coherente.
Una utilización particularmente ventajosa de esta
invención es para inyectar gases que tengan concentraciones de
oxígeno diferentes en un líquido como metal fundido, sin la
necesidad de ningún otro cambio importante cuando la concentración
de oxígeno del gas principal se cambia. Por ejemplo, en la
fabricación de acero inoxidable, la invención puede utilizarse para
proporcionar una corriente de gas principal coherente en el metal
fundido desde una lanza que tenga una punta espaciada una distancia
significativa de la superficie del metal fundido. Esta inyección
con lanza puede utilizarse en lugar de la inyección convencional de
gas a través de toberas sumergidas. Durante las etapas iniciales
del proceso del acero inoxidable, la corriente del gas principal
comprende un gas oxidante como oxígeno puro o una mezcla de
líquidos con una concentración de oxígeno de aproximadamente 75 por
ciento en moles donde el compensador es nitrógeno, argón o dióxido
de carbono. Al progresar el proceso de refinamiento, la
concentración de oxígeno en el gas principal se desciende de manera
programada. En la última parte del proceso de refinamiento, el gas
principal se convierte en un gas inerte. La invención y sus
ventajas se ilustrarán adicionalmente en conexión con los ejemplos
siguientes y con ejemplos comparativos. Los ejemplos se presentan
con fines ilustrativos y no pretenden ser limitantes.
Con el fin de demostrar sistemas conocidos, se
empleó una lanza con una punta de lanza similar a la ilustrada en
las Figuras 1 y 3, pero sin el tercer conducto anular. La tobera
convergente/divergente tiene un diámetro de cuello de 0,909 cm
(0,358 pulgadas) y un diámetro de salida de 1,34 cm (0,526
pulgadas). Se eyectó oxígeno puro desde la tobera para formar una
corriente de gas principal con una velocidad inicial de 524,3 m/s
(1.720 fps). Se pasó gas natural en el volumen de inyección desde
el primer conducto anular a una velocidad de 185,9 m/s (610 fps) y
se pasó oxígeno puro en el volumen de inyección desde el segundo
conducto anular a una velocidad de 125,0 m/s (410 fps) formando una
envoltura de llama alrededor de la corriente de oxígeno gas
principal. La velocidad de la corriente del gas principal en su eje
se determinó a una distancia de 91,4 cm (36 pulgadas) desde la
salida de la tobera y se vio que sólo se había producido una
pequeña caída respecto a su velocidad inicial. La velocidad
normalizada de la corriente de oxígeno gas principal, es decir, su
velocidad del eje del chorro 91,4 cm (36 pulgadas) desde la salida
de la tobera dividida por su velocidad inicial del eje del chorro,
era 0,95 ó 95%. Sin embargo, cuando el ensayo se repitió utilizando
nitrógeno puro a una velocidad inicial de 560,8 m/s (1.840 fps)
como gas principal, su velocidad normalizada fue sólo 43 por
ciento.
El deterioro de la velocidad del chorro del
nitrógeno gas se redujo al revertir el orden del combustible y el
oxidante que forman la envoltura de llama. Esto es, el oxígeno se
suministró a través del primer conducto anular y el gas natural se
suministró a través del segundo conducto anular. En este ensayo la
velocidad normalizada del nitrógeno mejoró hasta el 73%. Sin
embargo, cuando este ensayo se repitió utilizando oxígeno como gas
principal, la velocidad normalizada del oxígeno bajó hasta el 81
por ciento.
Para demostrar la invención se utilizó una punta
de lanza similar pero con un tercer conducto anular, como la
ilustrada en las Figuras 1 y 3. El procedimiento fue similar al
descrito previamente excepto en que se eyectó oxígeno puro en el
espacio de eyección desde el primer conducto anular a una velocidad
de 185,9 m/s (610 fps), se eyectó gas natural en el espacio de
eyección desde el segundo conducto anular a una velocidad de 185,9
m/s (610 fps), y se eyectó oxígeno puro en el espacio de eyección
desde el tercer conducto anular a una velocidad de 82,3 m/s (270
fps) para formar la envoltura de llama. Cuando se utilizó oxígeno
como gas principal, su velocidad normalizada fue 90 por ciento lo
que representó una mejoría significativa respecto al 81 por ciento
conseguido previamente cuando el gas principal era un gas oxidante
y el gas de la envoltura de llama cercano al gas principal era un
oxidante. Más aún, cuando el gas principal se cambió a nitrógeno,
su velocidad normalizada fue 89 por ciento, lo que representó una
mejoría significativa respecto a todos los datos conocidos y
demuestra que la invención puede utilizarse con una buena eficacia
para establecer y mantener un chorro coherente utilizando un gas
oxidante o un gas inerte en el chorro coherente.
Aunque no desean atenerse a ninguna teoría, los
solicitantes creen que los resultados ventajosos alcanzados con su
invención se deben, al menos en parte, al mantenimiento de la
envoltura de llama cercana al chorro del gas principal. La
corriente oxidante anular exterior de baja velocidad, que está en
contacto con la corriente de combustible anular media, sirve para
estabilizar una llama en el lado de la tobera. La estabilidad de la
llama se incrementa mediante una extensión que hace que algunos de
los gases de combustión calientes circulen cerca del lado de la
tobera actuando de esta manera como una fuente de ignición
continua. La corriente oxidante anular interior se mezcla con la
corriente de combustible anular media lo que proporciona una mezcla
de combustible y oxígeno rica en oxígeno muy cerca del perímetro
del chorro del gas principal. Esta atmósfera rica en oxígeno
mantiene la envoltura de llama cerca del perímetro del chorro del
gas principal. La presencia de la corriente oxidante anular interior
resulta especialmente eficaz cuando el gas principal es un gas
inerte que contiene poca cantidad de oxígeno o que no contiene
oxígeno.
Ahora, mediante la utilización de esta invención,
se puede establecer y mantener durante una distancia larga un
chorro de gas supersónico coherente con aproximadamente la misma
eficacia independientemente de si el chorro de gas es un gas
oxidante o un gas inerte. Aunque la invención se ha descrito en
detalle en referencia a determinadas realizaciones preferidas, las
personas especializadas en el tema reconocerán que existen otras
realizaciones de la invención que están en el ámbito de las
reivindicaciones.
Claims (6)
1. Un método para suministrar gas en un líquido
que comprende:
- (A)
- eyectar un gas principal desde una lanza que tiene una tobera convergente/divergente para formar una corriente de gas principal que tiene una velocidad supersónica;
- (B)
- eyectar un flujo de un primer oxidante desde la lanza de manera anular a y rodeando la corriente de gas principal, teniendo dicho flujo del primer oxidante una velocidad menor que la de la corriente del gas principal;
- (C)
- eyectar un flujo de combustible desde la lanza de manera anular a y rodeando el flujo del primer oxidante, teniendo dicho flujo de combustible una velocidad menor que la de la corriente del gas principal;
- (D)
- eyectar un flujo de un segundo oxidante desde la lanza de manera anular a y rodeando el flujo de combustible, teniendo dicho flujo del segundo oxidante una velocidad menor que la de la corriente del gas principal;
- (E)
- quemar combustible con al menos uno del primer oxidante y del segundo oxidante para formar una envoltura de llama alrededor de la corriente del gas principal; y
- (F)
- hacer pasar gas desde la corriente del gas principal a un líquido;
caracterizado porque
el gas principal es un gas inerte con menos del 5
por ciento en moles de oxígeno o el gas principal cambia de un gas
oxidante, con una concentración de oxígeno de al menos 5 por ciento
en moles, a un gas inerte con menos del 5 por ciento en moles de
oxígeno y la corriente del gas principal atraviesa una distancia de
al menos 20 diámetros de la salida de la tobera desde la tobera
hasta el líquido.
2. El método de la reivindicación 1, donde el
líquido es metal fundido.
3. El método de la reivindicación 1, donde el gas
principal contiene oxígeno y la concentración de oxígeno en el gas
principal cambia con el tiempo.
4. Aparato para establecer una corriente de gas
principal coherente de alta velocidad que comprende:
- (A)
- una lanza que tiene un conducto de gas principal que comunica con una tobera convergente/divergente para eyectar un gas principal en un espacio de eyección;
- (B)
- un primer conducto dentro de la lanza para eyectar un flujo del primer oxidante en el espacio de eyección de manera anular a y rodeando la corriente del gas principal, estando el mencionado primer conducto conectado a una fuente del mencionado primer oxidante;
- (C)
- un segundo conducto dentro de la lanza para eyectar un flujo de combustible en el espacio de eyección de manera anular a y rodeando el flujo del primer oxidante, estando el mencionado segundo conducto conectado a una fuente del mencionado combustible; y
- (D)
- un tercer conducto dentro de la lanza para eyectar un flujo del segundo oxidante en el espacio de eyección de manera anular a y rodeando el flujo de combustible, estando el mencionado tercer conducto conectado a una fuente del mencionado segundo oxidante;
caracterizado porque
el primero, segundo y tercer conducto están
orientados, cada uno, en paralelo con la tobera y el primero,
segundo y tercer conducto comunican, cada uno, con el espacio de
eyección nivelado con la salida de la tobera.
5. El aparato de la reivindicación 4, que
comprende además una extensión en la lanza para formar el espacio
de eyección.
6. El aparato de la reivindicación 4, que
comprende además un conducto de conexión dentro de la lanza que
permite al primer conducto comunicar con el tercer conducto.
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