MX2008016249A - Metodo de inyeccion de oxigeno. - Google Patents

Abstract

Se describe un método para inyectar oxígeno en una fundición ubicada dentro de un horno metalúrgico que tiene una atmósfera calentada del horno en donde el oxígeno y combustible se inyectan en 1 o más inyectores que tiene pasajes de configuración convergente-divergente bajo condiciones de flujo bloqueado para producir el chorro o chorros supersónicos descargados desde los pasajes. El combustible se inyecta en las ubicaciones circunferenciales internas de los pasajes para impartir una estructura a los chorros que son descargados los cuales tienen una región circunferencia! externa que contiene una mezcla de combustible y oxígeno y una región central que contiene esencialmente el oxígeno. Tal chorro estructurado durante la descarga interactúa con la atmósfera del horno para crear una zona de corte-mezcla externa en donde la capa circunferencial externa se mezcla con la atmósfera calentada de! horno y se auto-enciende para producir un cubierta de llama que rodea un chorro supersónico de oxígeno. El chorro de oxígeno y la cubierta de llama se pueden dirigir contra un fundición contenida dentro del horno metalúrgico para la inyección de oxígeno en la fundición.

Description

M ETODO D E INYECC ION D E OXIG E NO Campo de la Invención La presente i nvención se refiere a un método para i nyectar un chorro supersónico de oxigeno a una fusión ubicada dentro de u n horno metal úrgico en el cual un chorro de oxígeno se descarga desde un pasaje convergente-divergente de un inyector a una velocidad supersónica como parte de un chorro estructurado que tiene una región circunferencial externa i ntegrada por una mezcla de combustible y ox ígeno que se auto-enciende y quema en la atmósfera del horno y no dentro del inyector para formar una flama circundante para inhibir la d i sminución de velocidad y la disminución de concentración del chorro de oxígeno . Antecedentes de la Invención El oxígeno se inyecta comúnmente en los baños de metal fundido para propósitos tales como refi namiento de acero . Por ejemplo , el acero es refinado en hornos de arco eléctricos ( EAF , por sus siglas en inglés) y hornos de ox ígeno básicos (BOF , por sus siglas en inglés) inyectando el oxígeno a una fusión que contiene hierro y desechos. La inyección del oxígeno reacciona con el carbono, silicio , manganeso, hierro y las impu rezas que i ncl uyen el fósforo para ajustar el contenido de carbono de la fusión y eliminar las impurezas. Las reacciones de oxidación producen una capa de contami nantes sobre la parte superior de la fusión. El oxígeno se inyecta para otros propósitos, por ejemplo, cobre, plomo y zinc para propósitos de fundición. Es importante que el oxígeno penetre el baño de metal fundido. En el BOF, la reacción excesiva de oxígeno en la capa de contaminantes causa la generación de espuma incontrolada, que conduce a la eyección desmedida del material del convertidor, un fenómeno llamó "derrame". En el EAF, la poca penetración del oxígeno puede dar lugar a la oxidación indeseada de los electrodos de carbono, dando por resultado gastos de operación crecientes. Además, la penetración profunda del oxígeno, de una lanza metalúrgica, producirá una acción de agitación beneficiosa del metal fundido. Para lograr la penetración profunda, las lanzas metalúrgicas se han colocado tan cerca como sea posible de la superficie de fundición. Un problema con esto es que la vida de servicio de la lanza se vuelve muy corta debido al calor intenso generado en la superficie del metal fundido. Otro problema es el riesgo aumentado de liberar refrigerante de agua al horno, que puede dar lugar a las reacciones violentas y peligrosas con la fundición, debido al calentamiento excesivo de la lanza. También, se forman depósitos en la lanza del metal fundido, los cuales disminuyen su vida útil. Otro efecto perjudicial es que el metal fundido y los contaminantes y desperdicios pueden salpicar dando por resultado una pérdida de producto y problemas de mantenimiento del horno.

Para evitar la colocación de la lanza metalúrgica cerca de la superficie de fundición, es deseable que el oxígeno sea descargado desde la lanza metalúrgica con una velocidad tan alta como posible a modo que el oxígeno pueda penetrar el metal fundido mientras que al mismo tiempo la lanza se puede colocar a una distancia sobre la fundición. Sin embargo, cuando un chorro de oxígeno se descarga desde la lanza metalúrgica, el chorro interactuará con la atmósfera del horno. Tal interacción causa una disminución de la velocidad y de la concentración del chorro de oxígeno y una disminución consiguiente de la capacidad del chorro de oxígeno de penetrar el baño del metal fundido. Para superar este problema, se ha conocido proporcionar una cubierta o envoltura de fuego que envuelve el chorro de oxígeno para inhibir la disminución de la velocidad. Por ejemplo, en la Patente Norteamericana No. 3,427,151, el oxígeno se introduce en un inyector que se proporciona con un pasaje central que tiene una retracción para alcanzar una velocidad acústica en la retracción y una velocidad acústica del chorro de oxígeno que es descargado desde el inyector. El oxígeno y el combustible complementarios se expulsan desde los anillos concéntricos de los pasajes del oxígeno y de los pasajes de combustible que rodean el pasaje central para producir la cubierta de fuego que rodea el chorro de oxígeno central. La Patente Norteamericana No. 5,599,375 describe un quemador/inyector que tienen un pasaje convergente-divergente central para inyectar el oxígeno en una cámara de combustión. Alrededor del pasaje convergente-divergente se encuentran los pasajes de combustible para inyectar el combustible en la cámara de combustión. Alrededor de los pasajes de combustible se encuentran los pasajes secundarios de oxígeno para introducir un segundo gas oxidante en la cámara de combustión. Cuando el inyector/quemador opera en un modo de quemado de combustible, el combustible se quema dentro de la cámara de combustión junto con el oxígeno inyectado centralmente y el segundo gas oxidante. Esto crea un calentamiento de desechos y una flama de fusión dirigidos a través de la cámara de combustión hacia el desecho que será fundido. Una vez que una pequeña porción del desecho se funde, el flujo de combustible se reduce y el flujo de oxígeno aumenta para crear una llama altamente oxidante que reacciona rápidamente con el desecho precalentado para fundir el desecho adicional por el calor liberado a partir de la oxidación exotérmica. El flujo de combustible entonces además se reduce o elimina completamente y el flujo de oxígeno descargado del inyector convergente-divergente además aumenta sustancialmente, con preferencia a una velocidad supersónica, para reaccionar con una porción adicional del desecho precalentado ubicado lejos del quemador/inyector. Como se puede apreciar en la Patente Norteamericana No. 3,427,151, tienen solamente un pasaje estrecho y no un pasaje convergente-divergente incapaz de proyectar un chorro supersónico de oxígeno. Aunque la Patente Norteamericana No. 5,599,375 utiliza un pasaje convergente-divergente para producir un chorro supersónico de oxígeno, no se utiliza ninguna cubierta de llama debido a que poco o nada de combustible se inyecta y por lo tanto, el chorro supersónico de oxígeno disminuirá rápidamente debido a la interacción del chorro con la atmósfera del horno. Para solucionar estos problemas, la Patente Norteamericana No. 5,814,125 proporciona un método para inyectar un gas en la fundición líquida tal como hierro fundido. De acuerdo al método, un chorro supersónico de oxígeno se crea dentro de un inyector que tiene un pasaje convergente-divergente. El chorro supersónico de oxígeno es rodeado por un cubierta de llama que es producida expulsando el combustible y el oxígeno de un arreglo concéntrico interno y externo de los pasajes que rodean el pasaje convergente-divergente central. La cubierta de llama inhibe la disminución de la velocidad del chorro supersónico de oxígeno y permite que el oxígeno impacte la superficie de la fundición líquida a distancias de diámetros de 20 inyectores o mayor con una velocidad supersónica. En la Patente Norteamericana No. 6,604,937, un gas tal como oxígeno se puede hacer pasar a través de una pluralidad de inyectores convergentes-divergentes angulados exteriormente para producir los chorros que tienen una velocidad supersónica para la inyección en el metal fundido para los propósitos de refinamiento.

Alrededor de los inyectores de convergencia-divergencia se encuentra un anillo de los puertos para expulsar alternativamente el combustible y un oxidante para soportar la combustión del combustible. Tal combustión produce una solo cubierta de llama para rodear los chorros y de tal modo inhibir la disminución de la velocidad de los chorros. Incluso cuando un chorro supersónico de oxígeno cubierto con la llama se expulsa desde un inyector o lanza, según lo descrito en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,814,125 o 6,604,937, el metal y los desechos fundidos pueden formar depósitos conocidos como crisol que puede bloquear las aberturas los pasajes desde los cuales se expulsan el combustible y el oxígeno. Tal aumento puede interferir con la formación de la cubierta de llama y de tal modo degradar la utilidad del chorro o hacerlo ineficaz. Para solucionar este problema, la Solicitud de Patente Japonesa Publicada 2002-288,115 describe un montaje de lanza refrigerado con agua que tiene un pasaje convergente-divergente para expulsar un chorro de oxígeno supersónico desde la punta de la lanza. El chorro supersónico de oxígeno es rodeado por una llama producida dentro del pasaje convergente-divergente central por la inyección interna del combustible que se quema dentro del pasaje. Para estabilizar la llama, una sección recta del inyector que se comunica entre el extremo de la sección de divergencia del pasaje y la cara del inyector, se proporciona con un surco circunferencial en el cual el combustible y el oxígeno se recolecta , desacelera y q ueme d urante la ignición . Los problemas potenciales de seguridad y operacionales pueden presentarse a partir de la combustión que ocurre dentro del inyector. La combustión del combustible es una reacción oxidante exotérmica que puede degradar el inyector por sí mismo para causar la falla catastrófica eventual o rápida . Tales degradaciones pueden afectar negativamente el periodo de vida de la lanza y producir el riesgo de liberación del refrigerante de agua en el horno , que puede reaccionar violentamente con la fund ición . Hay pel igros de seguridad asociados a la mezcla de los h id rocarburos y oxígeno dentro de un espacio confinado en el cual se puede crear una mezcla combustible, si no explosiva . Los expertos en la técnica apreciarán las dificultades asociadas a los procedim ientos necesarios de ignición , estabi lización de la combustión y procedimientos de supervisión de llama . Como será d iscutido , la presente invención proporciona un método para inyectar chorros supersónicos de oxígeno en el metal fundido que es superior a la técnica anterior y de hecho mi ni miza , si no el imina , los problemas identificados en los d ispositivos de la técnica anterior d iscutidos arri ba . Breve Descripción de la Invención La presente i nvención proporciona un método para inyectar el oxígeno en el fundición ubicada dentro de un horno metal úrgico que tiene una atmósfera de horno calentado .

De acuerdo al método , una corriente de ox ígeno se i ntroduce en un inyector q ue tiene un pasaje de configuración convergente-divergente. Se debe observar que el pasaje entero no necesita tener u na configuración convergente-divergente y de hecho un pasaje de acuerdo a la presente invención puede tener una porción de configuración convergente-divergente seguida por una porción cil ind rica recta que se extiende a la cara del i nyector. Además el término "corriente de oxígeno" según lo utilizado en la presente y en las reivindicaciones comprende las corrientes mezcladas uniformemente que tienen una pureza de ox ígeno de por lo menos aproxi madamente 35 por ciento en vol umen , restante de un gas i nerte tal como argón . Si n embargo , en la fabricación de acero con oxígeno , son preferidas las concentraciones de oxígeno de aproximadamente 90 por ciento y mayores . U n combustible que contiene una especie de hid rógeno se inyecta en la corriente de oxígeno en las ubicaciones ci rcunferenciales internas del pasaje que se ubican enteramente dentro del pasaje . A este respecto , el término "especie de hid rógeno" significa el hid rógeno molecular o una molécula que contiene hid rógeno o cualquier sustancia que contiene átomos de hid rógeno o combi naciones de los mismos. Consecuentemente, una corriente que contiene combustible y oxígeno combi nados se forma dentro del pasaje que tiene una estructura i nteg rada por una región circunferencial externa que contiene u na mezcla de oxígeno y combustible y una región central interna rodeada por la región circunferencial externa y que contiene oxígeno y esencialmente ningún combustible. La corriente de oxígeno se introduce en una sección de entrada del pasaje a o por encima de una presión crítica. Por consiguiente, una condición de flujo bloqueado se establece dentro de una sección de abertura central del pasaje, la corriente que contiene el combustible y oxígeno combinados se acelera a una velocidad supersónica dentro de una sección de divergencia del pasaje y la corriente que contiene el combustible y oxígeno combinados se descarga como chorro estructurado desde el inyector en la atmósfera del horno. El chorro estructurado tiene la estructura del combustible y oxígeno combinados que contienen la corriente y la velocidad supersónica durante la descarga del inyector. La ignición y combustión del combustible mientras se encuentra dentro del pasaje es prevenida no introduciendo una fuente de ignición y proporcionando del pasaje con una superficie interna no interrumpida por ninguna discontinuidad dentro de la cual la región circunferencial externa podría decelerar de otra manera y proporcionar un sitio para la combustión estable del combustible. Se produce una cubierta de llama que rodea un chorro de oxígeno formado desde la región central interna del chorro estructurado y tiene inicialmente la velocidad supersónica. La cubierta de llama inhibe la disminución de la velocidad y la disminución de la concentración del chorro de oxígeno. La velocidad de otra manera disminuiría sin la cubierta de fuego debido a la interacción del chorro de oxígeno con la atmósfera del horno. Tal interacción también causa una dilución del chorro de oxígeno para producir un disminución de la concentración. Según lo utilizado en la presente y en las reivindicaciones, el término "cubierta de llama" significa una llama que rodea el chorro de oxígeno y se propaga a lo largo de la longitud del mismo por la combustión activa del combustible y de cualquier reactivo que pueda estar presente dentro de la atmósfera calentada del horno, en donde tal combustión es soportada entera o parcialmente por el oxígeno suministrado por el chorro de oxígeno. En la presente invención, la cubierta de fuego se produce enteramente fuera del inyector a través del contacto de la región circunferencial externa del chorro estructurado con la atmósfera calentada del horno. Este contacto crea una zona de corte-mezcla que contiene una mezcla inflamable integrada por el combustible, oxígeno y la atmósfera calentada del horno y la auto-ignición de la mezcla inflamable a través del calor suministrado por la atmósfera calentada del horno. El chorro del oxígeno se dirige en el fundición, mientras es rodeado por la cubierta de llama. Con respecto a esto, el término "fundición" según lo utilizado en la presente y en las reivindicaciones con respecto a un horno de la fabricación de acero, EAF o BOF, significa la capa de desechos y la acumulación fundida subyacente de metal. Consecuentemente, en tal horno, el chorro de oxígeno primero entraría a la capa de desechos. En el caso de un horno metalúrgico en el cual una capa de desechos no se produce, la "fundición" en cuál entra el chorro de oxígeno constituiría el metal fundido. Un ejemplo de esto sería un recipiente no ferroso de refinamiento. Aunque no se conozca en la técnica anterior, una descarga de un chorro estructurado, tal como el descrito arriba, cuando entra en contacto con la atmósfera calentada del horno produce una región dentro de una zona de corte-mezcla externa que se enciende para formar un cubierta de llama que rodeará e inhibirá la disminución de la velocidad y disminución de la concentración de un chorro supersónico de oxígeno formado por la región central interna del chorro estructurado. Esto permite que un inyector de la presente invención sea colocado a una cierta distancia lejos de la fundición y permita aumentar la acción de agitación beneficiosa de fundición. Según lo indicado arriba y según lo conocido en la técnica anterior, la producción e inyección de un chorro de oxígeno mientras que en una velocidad supersónica tiene la ventaja de maximizar la cantidad de oxígeno que puede reaccionar con la especie oxidable contenida dentro del fundición para los propósitos de refinamiento mientras que al mismo tiempo produce una acción de agitación vigorosa de fundición. Además, no hay pasajes externos de combustible que pueden bloquear la eliminación requerida de la lanza de servicio y la extracción de los depósitos, conocidos como crisol, cara del inyector. Además, como se puede apreciar a partir de la discusión anterior, las desventajas de la mezcla, ignición y combustión de una corriente que contiene oxígeno y combustible combinados dentro de un espacio son evitadas por la presente invención debido a que porque la ignición y combustión de la mezcla de combustible y oxígeno se previene mientras que se encuentra dentro del inyector. La corriente que contiene combustible y oxígeno combinados se puede ampliar completamente durante su descarga al igual que el chorro estructurado del inyector. El combustible se puede introducir a la corriente de oxígeno mientras se encuentra dentro de la sección de divergencia del inyector. De acuerdo a una medida de seguridad, la corriente que contiene el combustible y oxígeno combinados se pueden expandir durante su descarga al igual que el chorro estructurado del inyector tal que la corriente de oxígeno tiene una presión sub-ambiente mientras se ubica dentro de la sección de divergencia del inyector. El combustible se puede introducir en la corriente de oxígeno en una localización dentro de la sección de divergencia en la cual la corriente de oxígeno está a una presión sub-ambiente. Consecuentemente, durante la falta del sistema de suministro de combustible, el oxígeno no se expulsa a través de los pasajes de combustible que crean una condición peligrosa potencial. Otro resultado beneficioso es que el sistema de suministro de combustible no se requiere para superar la contrapresión positiva del oxígeno, de tal modo se minimiza la presión de la fuente requerida para el suministro de combustible en el inyector. La sección de divergencia del inyector puede extenderse desde la sección central de la abertura a una cara de inyector del inyector expuesto a la atmósfera calentada del horno. Otras posibilidades serán evidentes más adelante a partir de la discusión detallada. Preferiblemente, la velocidad supersónica del chorro estructurado de combustible y oxígeno combinados por lo menos es de aproximadamente Mach 1.7. El horno metalúrgico puede ser un horno de arco voltaico. En tal caso el combustible se introduce preferiblemente en la corriente del oxígeno en un cociente de equivalencia de entre aproximadamente 0.02 y aproximadamente 0.14. Alternativo, el horno metalúrgico puede ser un horno básico del oxígeno. En tal caso, el combustible se introduce preferiblemente en la corriente del oxígeno en un cociente de equivalencia de entre aproximadamente 0.01 y aproximadamente 0.06. En cualquier tipo de horno, la atmósfera calentada del horno contendrá el monóxido de carbono y la mezcla inflamable usada en la formación de la cubierta de fuego a su vez contendrá monóxido de carbono. Donde el horno metalúrgico es un horno básico de oxígeno, el inyector se puede montar en una lanza refrigerada por agua en una extremidad de lanza de la lanza refrigerada por agua. Se entiende, sin embargo, que el uso de la presente invención no está limitado a tales hornos y de hecho no se puede utilizar en un horno que tiene una atmósfera calentada de horno que no contenga ningún monóxido de carbono o ninguna otra sustancia que pueda servir como parte de la mezcla inflamable usada en la formación de la cubierta de fuego. Todo lo necesario con respecto a la "atmósfera calentada del horno" es que sea de temperatura suficiente para causar la auto-ignición de la mezcla inflamable. En cualquier modalidad de la presente invención, el combustible se puede introducir en la corriente de oxígeno en las localizaciones circunferenciales internas del pasaje inyectando el combustible en un elemento anular de metal poroso que tiene una superficie anular interna. La superficie anular interna forma parte de la sección de abertura o de la sección de divergencia del pasaje convergente-divergente. En un aspecto adicional de un método de la presente invención aplicado para inyectar el oxígeno en la fundición ubicada dentro de un horno metalúrgico que tiene una atmósfera calentada de horno que contiene monóxido de carbono, las corrientes de oxígeno se pueden introducir en los inyectores que tienen pasajes de configuración convergente-divergente en donde los inyectores se ubican en una extremidad de una lanza refrigerada por agua y son angulados exteriormente desde un eje central de la lanza refrigerada por agua. Tal horno metalúrgico puede ser un horno básico de oxígeno . El combustible que contiene una especie de hidrógeno se inyecta en las corrientes de oxígeno de la manera descrita arriba para formar los chorros estructurados , las cubiertas de llama y los chorros i ndivid uales de ox ígeno , que tienen inicialmente una velocidad supersón ica . La lanza refrigerada por agua se puede ubicar dentro del horno básico de oxígeno y los chorros de oxígeno se d irigen a la fundición . En lanzas básicas del horno de oxígeno , hay com únmente entre 3 y 6 i nyectores y los inyectores están angulados exteriormente entre aproximadamente 6 grados y aproximadamente 20 grados del eje central . Segú n lo i ndicado anteriormente , en el caso de un horno básico de oxígeno, el combusti ble puede ser i ntroducido en las corrientes de ox ígeno a una relación de equivalencia de entre aproximadamente 0.01 y aproximadamente 0.06 y la velocidad supersónica de cada uno de los chorros estructurados de combusti ble y oxígeno combinados puede estar por lo menos por encima Mach 1 .7. En una modalidad específica , el combustible se puede introd uci r en una cámara de combustible y los inyectores se colocan para pasar a través de la cámara de combustible. El combustible se introd uce en los pasajes a través de los pasajes de combusti ble ubicados dentro de la extremidad de la lanza y comunicados entre las ubicaciones circunferenciales internas de los pasajes y la cámara de combustible. A este respecto , puede estar entre aproximadamente 4 y aproximadamente 1 2 pasajes del combustible para cada uno de los pasajes. Se debe observar que más o menos pasajes de combusti ble se pueden utilizar. Breve descripción de los Dibujos Aunq ue la especificación concl uye con las reivi ndicaciones que indican disti ntamente la materia objeto que los Solicitantes consideran como su invención , se cree que la invención será entendida mejor en relación a los d ibujos anexos en donde: La figura 1 es una vista esquemática , seccionada transversalmente de un inyector q ue prod uce un chorro l ibre de ox ígeno de acuerdo a un método de la técnica anterior; La figura 2 es una vista esquemática , seccionada transversalmente de un inyector para conducir un método de acuerdo a la presente i nvención ; La figura 3 es una representación gráfica de la d istribución de presión estática axial que se desarrolla dentro de un pasaje convergente-divergente en el cual la corriente i nterna se ampl ia completamente durante la salida del inyector; La figura 4 es una representación gráfica de la distribución de presión estática axial dentro de u n pasaje convergente-divergente en el cual se diseña la sección de divergencia de salida para expulsar el oxígeno del inyector en un estado excesivamente ampl iado; La figura 5 es una representación gráfica de la distribución de presión estática axial dentro de un pasaje convergente-divergente que utiliza una extensión cilindrica que se extienda a la sección de salida a la cara del inyector a modo que el oxígeno se expulsa del inyector en un estado poco ampliado; La figura 6 es una representación gráfica de la cantidad de combustible requerida para formar un cubierta de llama para un chorro Mach 2 de oxígeno producido por un inyector del tipo ¡lustrado en la figura 2 contra la longitud del chorro mientras tiene una velocidad supersónica y una velocidad axial de la línea central de aproximadamente 92 por ciento de la velocidad inicial; La figura 7 es una representación gráfica de la cantidad de combustible requerida para formar una cubierta de llama para un chorro Mach 2 de oxígeno producido por un inyector del tipo ilustrado en la figura 12 contra la longitud del chorro mientras tiene una velocidad supersónica y una velocidad axial de línea central de aproximadamente 92 por ciento de la velocidad inicial; La figura 8 es una representación gráfica de la distribución de presión de inmovilidad radial y concentración de gas de un chorro estructurado Mach 2 formado por un método de acuerdo a la presente invención; La figura 9 es una representación gráfica de la concentración de gas y distribución de presión de inmovilidad radial de un chorro de oxígeno rodeado por un cubierta de llama formada por un método de acuerdo a la presente invención que se mide en una distancia desde la cara de inyector en la cual la velocidad axial de línea central del chorro ha disminuido a aproximadamente 92 por ciento del Mach 2 inicial, velocidad de 1,600 fps en la salida del inyector; La figura 10 ilustra una representación esquemática de un horno de arco eléctrico que utiliza un inyector de oxígeno para inyectar un chorro de oxígeno a una velocidad supersónica en un depósito de metal fundido a través del uso de un método de acuerdo a un método de la presente invención; La figura 11 ilustra el inyector de oxígeno utilizado en la figura 9; La figura 12 ilustra una modalidad alternativa del inyector de oxígeno de la figura 11; La figura 13 ilustra una representación esquemática de un horno básico de oxígeno que utiliza una lanza refrigerada por agua para inyectar los chorros de oxígeno a una velocidad supersónica en un depósito de metal fundido a través del uso de un método de acuerdo a un método de la presente invención; La figura 14 es una vista esquemática, seccional de la lanza refrigerada por agua utilizada en la figura 13; La figura 15 es una vista seccional ampliada de una extremidad de lanza de la lanza refrigerada por agua ilustrada en la figura 14; y La figura 16 es una vista seccional de la figura 15 tomada a lo largo de la línea 15-15 de la figura 15. Descripción Detallada de la Invención Con referencia a las figuras 1 y 2, la operación de un inyector 1 de la técnica anterior que se utiliza para inyectar un chorro supersónico de oxígeno en un horno metalúrgico se compara con la operación de un inyector 2 de acuerdo a la presente invención. El inyector 1 tiene un pasaje 10 de configuración convergente-divergente que incluye una sección de entrada convergente 12, una sección de abertura central 14 y una sección de salida de divergencia 16 que termine en una cara de inyector 18. Cuando una corriente de oxígeno se inyecta desde un pasaje de suministro 19 en la sección de entrada convergente 12 del pasaje 10, experimenta una extensión inicial. Si la presión de oxígeno está por encima de la referida en la técnica como "presión crítica" o "presión de extensión Mach 1" de la corriente de oxígeno que es introducida en el inyector 10, una condición de flujo bloqueado se logra en la sección de abertura central 14 en donde el oxígeno ha alcanzado una velocidad acústica. El término "velocidad acústica" según lo utilizado en la presente y en las reivindicaciones, significa una velocidad que tiene una magnitud de velocidad de sonido. Bajo una condición de flujo bloqueado, ningún aumento en la presión aumentará la velocidad de oxígeno dentro de la sección de abertura central 14. Dentro de la sección de salida de divergencia 16 del inyector 10, el flujo de oxígeno llega a ser supersónico mientras que el oxígeno además se amplía en tal sección. Según lo mencionado anteriormente, mientras que el aumento de la presión de oxígeno de manera ascendente desde la sección de entrada convergente 12 del inyector no aumentará la velocidad de oxígeno dentro de la sección de abertura 14, tal aumento de presión aumentará la velocidad dentro de la sección de salida de divergencia 16 del inyector 10. En la cara de inyector 18, un chorro de oxígeno 22 se descarga desde el inyector 10 en una atmósfera de alta temperatura del horno que está por lo general ligeramente sobre la presión atmosférica. En el caso de un horno básico de oxígeno, tal presión es, por lo general aproximadamente 25 por ciento más alta que la presión atmosférica. Durante la descarga de la cara de inyector 18, el chorro de oxígeno 22 tiene inicialmente una velocidad supersónica. En un horno que se utiliza en el procesamiento de acero, la atmósfera del horno contiene una alta concentración de monóxido de carbono debido a la reacción de oxígeno con el carbono contenido dentro de la fundición. Ya que el chorro de oxígeno 22 se extiende exteriormente desde la cara de inyector 18, su región circunferencial externa tenderá a interactuar con la atmósfera del horno que es referida como zona de corte-mezcla 24 en la cual la atmósfera del horno se mezcla con el oxígeno contenido en el chorro de oxígeno 22 por la formación de micro-vórtices. Mientras que puede haber combustión de monóxido de carbono en la atmósfera del horno en la zona de corte-mezcla 24, el índice de combustión del monóxido de carbono está a una velocidad suficientemente baja y es ineficaz en la formación de un cubierta de llama de la manera discutida arriba . De hecho , la combustión significativa ocurrirá solamente a una distancia de la cara de i nyector 1 8 que está comúnmente más allá de 6 d iámetros del inyector de la cara de inyector 1 8. Esta separación de la combustión hace que cualquier l lama que rodee el chorro de oxígeno 22 sea i neficaz para preveni r la d isminución de la velocidad y la disminución de la concentración del chorro de oxígeno 22 de una forma contemplada por la presente invención . La mezcla de oxígeno y la atmósfera del horno que ocurre dentro de la zona de corte-mezcla 24 aumenta a lo largo de la longitud del chorro de oxígeno 22 según lo visto en la cara de inyector 1 8 para producir una región cónica 25 en la cual el flujo no es afectado por el proceso de mezcla y de hecho tiene las mismas características que las existentes en la cara de i nyector 1 8. En la técnica, esta región es referida como base potencial . La reg ión de fl ujo más al lá de la base potencial 25 es el punto en el cual la velocidad del chorro supersónico de ox ígeno 22 comienza pri mero a dismi nuir por debajo de su velocidad en la cara de inyector 1 8. Lo expertos en la técnica reconocerán la existencia de una base supersónica 26 que se extiende más allá e i ncluye la base potencial 25, en la cual en todos los puntos la velocidad de flujo es mayor o ig ual a M ach 1 . Más al lá de la base supersónica , la velocidad de flujo es subsónica en todos los puntos 27. Ya que la zona de corte-mezcla y la reacción alcanzan eventualmente el eje del chorro, ocurre la transición a un chorro turbulento y la combustión completamente desarrollada. Con referencia a la figura 2, se ilustra un inyector 2 que se diseña para conducir un método de acuerdo a la presente invención. El inyector 2 incluye un pasaje convergente-divergente 28 en el cual una corriente de oxígeno se introduce desde un pasaje de suministro 29 en una sección de entrada convergente 30 para alcanzar la velocidad acústica dentro de una sección de abertura central 32 bajo condiciones de flujo bloqueado. Las velocidades supersónicas se alcanzan dentro de una sección de salida de divergencia 34 que se extienda desde la sección de abertura central 32 y termina en la cara de inyector 36. El combustible se inyecta en las localizaciones circunferenciales internas 38 y 40 de la sección de salida de divergencia 34 a través de los pasajes de combustible 42 y 44. Como sería entendido por los expertos en la técnica, los pasajes de combustible 42 y 44 y por lo tanto, las localizaciones circunferenciales internas de inyección serían colocadas a intervalos regulares dentro de la sección de salida de divergencia 26. Por ejemplo, si 4 puntos de inyección fueran deseados, habría 4 localizaciones circunferenciales, tales como 38 ó 40 separadas 90 grados entre sí según lo visto en una dirección transversal. Según lo mencionado, las localizaciones circunferenciales, tales como 38 ó 40 no tienen que ubicarse en el mismo plano axial. Podían ser escalonadas.

La inyección de combustible produce una corriente que contiene combustible y oxígeno combinados dentro del pasaje convergente-divergente 28 que continúa acelerándose desde los puntos de inyección, es decir, las localizaciones circunferenciales internas 38 y 40, mientras el flujo continúan ampliándose dentro de la sección de salida de divergencia 34. Debido a las condiciones de flujo bloqueado, el chorro de oxígeno, antes de la inyección de combustible, tendrá una velocidad supersónica y la corriente que contiene el combustible y oxígeno combinados se acelerará adicionalmente a velocidades supersónicas más altas mientras el flujo progresa hacia la cara de inyector 36. La inyección del combustible en las localizaciones circunferenciales, por ejemplo, 38 y 40, imparte una estructura a la corriente que contiene oxígeno y combustible combinados dentro del inyector 2 que tiene una región circunferencial externa 46 y una región central interna 48. La región circunferencial externa se compone de una mezcla de oxígeno y combustible. La región central interna 48 se compone de oxígeno y esencialmente no contiene ningún combustible. Se debe observar que aunque las localizaciones circunferenciales, por ejemplo, 38 y 40, se ilustren como ubicadas dentro de la sección de salida de divergencia 34, también podrían estar ubicadas dentro de la sección de abertura 32 o incluso dentro de la sección de entrada convergente 30. Por razones prácticas y de seguridad, la localización preferida del inyector de combustible está en la sección de salida de divergencia 34. Si n embargo , la invención sería eficaz si los inyectores de combustible fueran colocados alrededor del oxígeno de manera ascendente desde la entrada al inyector convergente-divergente. Sin embargo , tal colocación sería desventajosa para las limitaciones de la presión de seguridad y del combustible. Contrario a la técnica anterior, no hay ignición y combustión que ocurra dentro del inyector 2. Sin embargo , existe el peligro de tal combustión debido a las temperaturas altas del horno y del hecho que el oxígeno y el combustible están siendo mezclados dentro de un espacio muy confi nado . Por lo tanto , según lo indicado arriba , el método más seguro es inyectar el combustible en el punto donde haya bajas temperaturas y altas velocidades alcanzado debido a la extensión del flujo . Por lo tanto , los puntos más seguros de inyección de combustible estarán en la sección de salida de divergencia 34 debido a que las temperaturas más bajas y las velocidades más altas se alcanzan en tal sección debido a la extensión de oxígeno y a la extensión conti nua de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados . En la cara de inyector 36 , la corriente que contiene el com busti ble y oxígeno combinados se descarga como un chorro estructurado 50 que tiene la misma estructura que la corriente que contiene oxígeno y combustible combinados que fluye dentro del pasaje convergente-divergente 28 del i nyector 2. De acuerdo al chorro li bre prod ucido por el inyector 1 , la reg ión circunferencial externa del chorro estructurado 50 comenzará a interactuar con la atmósfera calentada del horno para formar una zona de corte-mezcla 52 en la cual el combustible, oxígeno y la atmósfera calentada del horno se mezclan. Estos mezclados juntos con el calor proporcionado por la atmósfera calentada del horno causará la auto-ignición y una cubierta de llama subsecuente 54 para proyectarse desde el inyector 36. Debido a la ignición, la zona de corte-mezcla 52 también contendrá productos calentados de combustión. Se debe observar que la cubierta de llama 54 no necesita unirse a la cara de inyector 36 para ser eficaz. La cubierta de llama 54 debe, sin embargo, formarse por lo menos en gran proximidad a la cara de inyector 36, por ejemplo, en aproximadamente 1 y aproximadamente 2 diámetros del inyector. Según lo precisado arriba, la atmósfera del horno no tiene que contener el monóxido de carbono o ninguna otra sustancia que reaccione para producir una llama. Lo único que necesita es la temperatura para causar la auto-ignición.

La cubierta de llama 54 actuará para inhibir la disminución de la velocidad y de la concentración del chorro de oxígeno 56 que se forma en la región central interna 48 de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados. En la caso del inyector 2, la cubierta de fuego se extiende desde la cara de inyector 36 o por lo menos en gran proximidad a la misma debido al hecho que el combustible utilizado en la formación de la cubierta de llama 54 contiene una especie de hidrógeno que reacciona mucho más rápidamente que un combustible tal como monóxido de carbono que solamente puede estar presente en la atmósfera calentada del horno. Los combustibles gaseosos comunes pueden ser hidrógeno, gas natural, metano, propano, gas de petróleo, gas de horno de coque, gas de síntesis, acetileno o un combustible, o mezclas líquida o gaseosa vaporizada y/o pirolizada de los mismos con el gas inerte y/o monóxido de carbono. Los combustibles líquidos comunes pueden ser aceite combustible, keroseno o gasolina de hidrocarburo que se han pre-atomizado en un gas o vapor que contiene gotitas de combustible, o se ha atomizado por la acción de la corriente de oxígeno por sí misma. El otro hidrógeno gaseoso y líquido que contiene los combustibles no hidrocarburos también puede ser conveniente para el uso en esta invención e incluir alcohol y amoníaco como ejemplos. Con respecto al chorro producido por el inyector 1, los núcleos potenciales y supersónicos 55 y 56 producidos por el inyector 2 son mucho más largos y por lo tanto, un chorro de oxígeno formado de una forma de acuerdo a la presente invención permitirá que el inyector 2 sea colocado a una mayor distancia de la superficie de fundición y aumentar tanto como sea posible el índice de agitación de la fundición a través del uso de la inyección de oxígeno solamente. Al mismo tiempo, puesto que no hay otras aberturas en la cara de inyector 36 en donde se inyecta el combustible y el oxígeno, no existe potencial para bloquear tales aberturas. Según lo mencionado anteriormente, no hay combustión que ocurra dentro del inyector 2. Según lo ilustrado, hacia abajo de las localizaciones circunferenciales internas 38 y 40, no hay discontinuidades en la superficie interna de la sección de salida 34 que tendería a decelerar la mezcla de combustible y oxígeno contenida dentro de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados que proporcionaría un sitio para la combustión estable del combustible que ocurriría si la mezcla se incendiará. A este respecto, una desaceleración de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados harán que ocurra la circulación por los vórtices y por lo tanto adicionalmente la mezcla de combustible y oxígeno y un potencial para la combustión de la mezcla. El potencial para la ignición del combustible y oxígeno existe cuando el flujo de oxígeno se disminuye tal que el inyector 2 el que será Infra-soplado. Esta situación puede presentarse durante las condiciones de alteración causadas por una falla del suministro de oxígeno o bajo otras circunstancias en donde el flujo de oxígeno se reduce útilmente durante un proceso de refinamiento. Como resultado de la reducción en el flujo de oxígeno, puede ocurrir una separación del flujo de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados de la superficie interna del pasaje convergente-divergente 28. Esto dará lugar a una separación para proporcionar un espacio para que la atmósfera calentada del horno entre en el inyector 2 , mezcla con el com bustible y el ox ígeno y proporcione suficiente calor para encender la mezcla . Esta cond ición infra-soplada también produce un chorro ampliado excesivo que como será d iscutido abajo puede ser beneficioso . Si n embargo, i ncluso cuando ocurre el proceso anterior, no hay sitio en donde estabilizar la llama dentro del inyector debido a la carencia de discontinuidades superficiales i nternas dentro del inyector tal como el surco util izado en la técnica anterior para estabi lizar una llama . Con referencia a la figura 3, una distribución de presión estática experimental derivada dentro de un inyector convergente-divergente se muestra en donde la corriente que sale del i nyector se amplia completamente . Las mediciones fueron obtenidas de un i nyector convergente-divergente con un diámetro de salida de 0.81 pulgadas y un diámetro de abertura de 0.62 pulgadas. El inyector fue d iseñado para admitir aproximadamente 36 , 000 scfh cuando fue suministrado con una presión de aproximadamente 1 00 psig y con lo cual el chorro de oxígeno , suprimido en el aire ambiente , sale del inyector ampliado com pletamente a Mach 2 y 1 ,600 fps. El término "completamente ampliado" segú n lo utilizado en la presente y en las reivindicaciones, significa que la corriente descargada del i nyector tiene una presión estática interna que es de aproxi madamente igual a la presión ambiente en un horno metal úrgico . Con referencia a la figura 4 , se muestra u na distribución de presión estática experimental derivada en la cual el chorro que sale del inyector está sobre-ampliada. El término "sobre-ampliado" según lo utilizado en la presente y en las reivindicaciones significa que el chorro que sale del inyector tiene una presión estática interna más baja que la atmósfera ambiente del horno. Aunque la presión estática interna del chorro se ha reducido, el chorro que sale del inyector sigue siendo supersónico. Si un chorro que sale un inyector está ampliado completamente o sobre-ampliado dependerá del diseño del inyector y del diferencial de presión entre el oxígeno suministrado y la atmósfera del horno. En el caso sobre-ampliado mostrado en la figura 4, la longitud de la sección de divergencia fue aumentada proporcionando una extensión sobre el inyector ya mencionado y el diámetro de salida aumentó a 0.89 pulgadas. Tales consideraciones de diseño son bien conocidas por los expertos en la técnica. Con referencia a la figura 5, el pasaje del inyector ilustrado en la figura 2 se proporciona con una extensión cilindrica que se extienda desde la sección de salida de divergencia a la cara de inyector. El efecto de la extensión es aumentar la presión estática de la corriente descargada desde el inyector en la cara del inyector. Puesto que la presión estática interna del flujo dentro del inyector ilustrado en la figura 5 está por encima de la presión dentro de la atmósfera del horno, el chorro que es expulsado es el infra-ampliado. La invención se podría practicar con el uso de un chorro infra-ampliado. Al igual que lo evidente a partir de las figuras, la correspondencia entre los cálculos isentrópicos (que no toman en cuenta efectos fricciónales), los cálculos de Fanno (figura 5 efectos fricciónales tomados en consideración para el flujo supersónico) y las mediciones de presión actual dadas por la "medición P-tap" es muy cercana. La adición de combustible para producir un chorro estructurado, tal como un chorro estructurado 50, tendría poco efecto en los resultados calculados y reales ilustrados en las figuras. Por lo tanto, un inyector de acuerdo con la presente invención se podría diseñar para producir un chorro estructurado que está ampliado completamente, sobre-ampliado o infra-ampliado y puede incorporar las extensiones cilindricas o cónicas a la sección de divergencia para formar corrientes infra-ampliadas y sobre-ampliadas, respectivamente. El caso sobre-ampliado mostrado en la figura 4 puede ser utilizado tal que la corriente de oxígeno y la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados pueden tener una presión sub-ambiente en las localizaciones dentro de una sección de salida de divergencia de un pasaje convergente-divergente de un inyector. La sección de salida de divergencia 34 del inyector 2 se podría diseñar para proporcionar un chorro estructurado sobre-ampliado. La ventaja de tal modalidad es que las localizaciones circunferenciales se puedan colocar en una localización sub-ambiente para que si, por cualquier razón, existe una interrupción del suministro de combustible debido a una falla del equipo, la corriente de oxígeno no entre en los pasajes 42 y 44 para crear el potencial para la combustión fuera del inyector y dentro del equipo utilizado para suministrar el combustible presurizado. Otra ventaja de esta modalidad es la fuente de suministro de combustible no se requiere para superar una contrapresión positiva de oxígeno, de tal modo se elimina la necesidad de comprimir el combustible por encima de una presión que esté comúnmente disponible a través de estaciones de combustible comerciales. Con referencia a la figura 6, los experimentos fueron conducidos para examinar el efecto de la velocidad de inyección de combustible sobre la conservación supersónica del chorro de oxígeno. El metano y el oxígeno fueron alimentados a un inyector del tipo ilustrado como inyector mostrado en la figura 2 bajo las siguientes condiciones experimentales. El inyector fue operado dentro de un aparato del horno de laboratorio que produjo un ambiente integrado por una mezcla de monóxido de carbono (hidrógeno libre) caliente y seco (aproximadamente 70 por ciento de volumen) y gas de dióxido de carbono (aproximadamente 30 por ciento en volumen) a aproximadamente 3,000°F ("prueba de horno A") (aproximadamente 30 por ciento en volumen). El inyector convergente-divergente fue diseñado para suministrar un chorro estructurado completamente ampliado con un flujo de oxígeno de 4,000 scfh cuando se suministra con 100 psig de oxígeno. El inyector tiene diámetros de salida y abertura de 0.266 pulgadas y 0.203 pulgadas, respectivamente. La longitud total del inyector es de 0.75 pulgadas y la longitud combinada de convergencia y de las secciones de abertura fue de 0.203 pulgadas El diámetro del conducto ascendente desde el inyector fue de aproximadamente 0.38 pulgadas. Bajo esta condición del suministro, el chorro sale del inyector a aproximadamente ach 2 y aproximadamente 1,600 fps. El metano fue inyectado en 4 puertos de perforación equidistantes cada uno de 0.031 pulgadas de diámetro y angulados con respecto al eje del inyector principal de oxígeno por aproximadamente 42 grados. El metano fue inyectado en la sección de divergencia del inyector en una localización que produjo una contrapresión de oxígeno de aproximadamente 12 psig. El metano fue inyectado en la corriente de oxígeno y fue variado de 0 a aproximadamente 4.5 por ciento del flujo de oxígeno. Para suministrar 2 por ciento de metano, una presión de suministro de aproximadamente 15 psig fue requerida y ésta dio lugar a una velocidad de metano de aproximadamente 590 fps y aproximadamente Mach 0.4. Un tubo Pitot fue utilizado para medir la presión de inmovilidad axial de línea central que correspondía a una distancia arbitraria de la salida del inyector "L". Esta longitud fue prescrita como correspondiente a la distancia de salida del inyector en donde la velocidad axial de línea central del chorro disminuyó a aproximadamente Mach 1.74, q ue correspondió a una velocidad de aproximadamente 1 .470 fps o a aproximadamente 92 por ciento de la velocidad de la sal ida del i nyector. Las mediciones entonces fueron divididas por el d iámetro de sal ida del i nyector, "D", para calcular el parámetro "L/D" , mostrado como la ordenada (eje y) en la g ráfica de la figura 6. El parámetro "L/D" representa una localización en la l ínea central axial del chorro que está fuera de la base potencial y dentro de la base supersónica . Como puede ser visto en la figura 3, los aumentos de la longitud del chorro con la inyección de metano miden y alcanzan aproximadamente 1 .9 veces la longitud i nicial concerniente al ambiente calentado y reactivo y ninguna i nyección de combustible. También , en la gráfica de la figura 6 "L/D" se mide en aire ambiente bajo la misma condición de operación del inyector. Se debe observar que los experimentos han verificado que la inyección de combusti ble de una forma que minimice la interrupción del chorro de oxígeno (es decir, inyección suave) es la forma más eficaz para producir los chorros estructurados que son capaces de producir los chorros más largos para un fl ujo específico de combustible. A este respecto , con referencia a la figura 7 , los experimentos fueron conducidos para examinar el efecto de la velocidad de inyección de combusti ble sobre la conservación del chorro supersónica de oxígeno con respecto a un i nyector del tipo mostrado en la figura 1 2. Tal i nyector incorpora la inyección de combusti ble a través del metal poroso y resulta en menos interrupción del chorro de oxígeno debido a la inyección de combustible. Tales experi mentos fueron cond ucidos bajo las siguientes condiciones. El i nyector fue operado dentro de un aparato del horno de laboratorio que prod ujo un ambiente i ntegrado por mezclas de monóxido de carbono (h idrógeno libre) calentado y seco (aproximadamente 70 por ciento en volumen ) y gas de dióxido de carbono aproximadamente 3 ,000°F ("prueba de horno") (aproxi madamente 30 por ciento en volumen ). Todas las "pruebas de horno" especificadas en la figura 7 fueron cond ucidas bajo condiciones idénticas para asegurarse que los resultados obtenidos fueran exactos y reproductivos. El i nyector convergente-divergente fue d iseñado para suministrar un chorro estructurado completamente ampliado con un flujo de oxígeno de 4 ,000 scfh cuando se suministra 1 00 psig de oxígeno . El inyector tiene d iámetros de salida y abertura de 0.266 pulgadas y 0.203 pulgadas, respectivamente . La longitud total del inyector fue de 0.75 pulgadas y la longitud combinada de las secciones de convergencia y abertura fue de 0.203 pulgadas. El diámetro del conducto ascendentemente desde el inyector fue de aproximadamente 0.38 pulgadas. Bajo esta condición de su ministro, el chorro sale del inyector a Mach 2 y 1 ,600 fps . El metano fue inyectado en la corriente de oxígeno y varió de 0 a aproximadamente 7.25 por ciento del fl ujo de oxígeno . U n tu bo Pitot fue uti lizado para medir la presión de inmovilidad axial de l ínea central que corresponde a una escala arbitraria "L" de la longitud en la figura 8. La escala "L" de longitud fue especificada para corresponder a la distancia de salida del inyector en donde la velocidad axial de l ínea central del chorro había di smin uido alrededor de Mach 1 .74 , que corresponde a una velocidad de 1 ,470 fps o aproximadamente 92 por ciento de la velocidad de la salida del inyector. Las mediciones entonces fueron dividid as por el diámetro de salida del inyector, "D", para calcular el parámetro "L/D" , mostrado como la ordenada (eje y) en la gráfica de la figu ra 7. La distancia "L/D" representa una localización a lo largo de la l ínea central axial del chorro que está fuera del núcleo potencial y dentro del núcleo supersónico . Como es evidente a partir de la figuras 6 y 7 , el flujo de metano tiene un efecto sobre la longitud del chorro de oxígeno solamente hasta un grado de casi aproximadamente 5 por ciento del fl ujo de oxígeno. A tal punto, la adición de com busti ble adicional no ten ía ningún efecto sobre la longitud del chorro supersónico de oxígeno . Por debajo de aproxi madamente 2.5 por ciento , la longitud del chorro supersónico de oxígeno fue altamente sensi ble a la velocidad de i nyección del metano . Por lo tanto , inyectando el metano entre aproximadamente 2.5 por ciento y aproximadamente 5 por ciento es eficaz para maximizar la longitud del chorro supersónico de oxígeno . Si n embargo , como se puede apreciar por los expertos en la técnica , la "recolección de hid rógeno" hizo que sea i ndeseable la inyección de hid rógeno o hidrocarburos en una fusión que contiene acero donde se desea ajustar la química de la fundición a través de la adición de oxígeno. Por lo tanto, en un horno básico de oxígeno casi 1.5 por ciento de metano a aproximadamente 3 por ciento de metano impacta entre la necesidad de ampliar la longitud del chorro sin inyección de combustible innecesaria en la fundición. Mientras que los flujos reales de combustible y oxígeno variarían con el diseño del inyector, los requisitos de refinamiento, por ejemplo, tamaño del horno, y combustible particular usado, se cree que los resultados de los experimentos anteriores pueden ser generalizados cuando están tomados con respecto a la relación de equivalencia, que es una relación actual del combustible al oxígeno que es utilizada dividida por la relación del combustible al oxígeno requerido para alcanzar la combustión estequiométrica. A este respecto, para un horno de arco eléctrico, la relación de equivalencia está preferiblemente entre aproximadamente 0.02 y aproximadamente 0.14. Para un horno básico de oxígeno, la relación de equivalencia debe estar entre aproximadamente 0.01 y aproximadamente 0.06. Otro punto es que el inyector o lanza que contiene el inyector está colocado preferiblemente con respecto a la fundición tal que el chorro de oxígeno durante la incorporación de la fundición está en la base supersónica. Más particularmente, el chorro de oxígeno durante la incorporación de la fundición tiene preferiblemente una velocidad de aproximadamente 90 por ciento de la velocidad del chorro durante la eyección del inyector o de los inyectores. El inyector o lanza se puede colocar a una mayor distancia y por lo tanto tener una velocidad más baja o una distancia más cercana con respecto a la fundición para tener una velocidad más alta durante la entrada en la fundición. Sin embargo, cuanto más cerca se coloca la lanza hacia la fundición, más baja será la vida útil de la lanza. Para un horno de arco eléctrico, los datos en la figura 6 y 7, para los diseños particulares del inyector y la inyección de combustible, se podrían utilizar para colocar el inyector con respecto a la fundición. Los ajustes tuvieron que hacerse para las condiciones operacionales reales, por ejemplo, la altura de la fundición dentro del horno. En un horno BOF existe un perfil de soplado que se basa en muchos factores conocidos en donde la posición de la lanza se cambia. Por lo tanto, en el caso de un horno BOF, tales datos serían utilizados como una guía para permitir las operaciones en donde la velocidad del chorro durante la entrada a la fundición se maximiza y tales, mientras que la mayor parte, el chorro de oxígeno estará en la base supersónica durante la entrada en la fundición, ocasionalmente, la lanza será colocada a modo que el chorro de oxígeno esté más allá de la base supersónica. Por ejemplo si el derramamiento ocurre, la lanza se puede contraer con respecto a la fundición. Con referencia a la figura 8, la estructura del chorro estructurado se ilustra gráficamente para un inyector tal como la modalidad mostrada en la figura 12 según lo visto desde la cara de inyector a una distancia axial de 1 diámetro del inyector. Para los propósitos de este experimento, el inyector fue operado dentro de un aparato del horno de laboratorio en donde puede produci r un ambiente i ntegrado por mezclas de monóxido de carbono (hid rógeno li bre) calentado y seco (aproxi madamente 70 por ciento en volumen ) y gas de d ióxido de carbono (aproximadamente 30 por ciento en volumen ) a aproximadamente 3,000°F ("prueba de horno"). El inyector convergente-divergente fue d iseñado para entregar un chorro estructurado completamente ampliado con un fl ujo de oxígeno de 4,000 scfh cuando se suministró 1 00 psig de oxígeno. Bajo esta condición de suministro , el chorro sale a aproximadamente Mach 2 desde el i nyector y a una velocidad de aproximadamente 1 ,600 fps. El inyector tuvo diámetros de salida y abertura de 0.266 pulgadas y 0.203 pulgadas , respectivamente. La longitud total del i nyector fue de 0.75 pulgadas y la longitud combi nada de las secciones de convergencia y abertura fue de 0.203 pulgadas El diámetro del conducto ascendentemente desde el inyector fue de 0.38 pulgadas El metano fue inyectado en la corriente de oxígeno desde un distribuidor de metal poroso (por ejemplo será d iscutido abajo con respecto a la modal idad mostrada en la figura 1 1 ) a un índice de aproximadamente 3.4 por ciento del flujo de oxígeno. Un tubo Pitot fue utilizado para med i r el perfil radial de la presión de i nmovilidad del chorro estructurado . El tubo Pitot también fue utilizado como sonda de succión y el perfil de composición radial del chorro estructurado también fue medido. De esta manera, la presión de inmovilidad local del chorro entonces se pudo comparar directamente a la composición local de la corriente. Las muestras de gas fueron analizadas para el oxígeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano e hidrógeno. En la periferia externa del chorro, r/R=1 (donde "r" es la posición del tubo Pitot y "R" es el radio de salida del inyector en la cara de inyector), allí existe la concentración más grande de metano que indica que el combustible está concentrado en la región circunferencial externa del chorro como una mezcla de metano y oxígeno. Esta región corresponde a la región circunferencial externa 46 del chorro estructurado 50 mostrado en la figura 2. En las localizaciones r/R>1, la atmósfera de horno comienza a mezclarse con la mezcla que contiene combustible y oxígeno en una zona de corte-mezcla y reacción 52 según lo indicado por la presencia de monóxido de carbono y dióxido de carbono y también por la disminución de la concentración de metano y oxígeno. Internamente desde la periferia externa del inyector, en una dirección tomada desde r/R=1 el eje central del inyector, r/R=0, la concentración de oxígeno aumenta a aproximadamente 100 por ciento. Ninguna combustión ocurre dentro del inyector 0<r/R<1 según lo indicado por la carencia de la detección de monóxido de carbono y dióxido de carbono. Esta región corresponde a la región central interna 56 del chorro estructurado 50. Al mismo tiempo, la presión de inmovilidad medida del chorro se está acercando a la esperada para un chorro de oxígeno de Mach 2, al considerar la pérdida de presión asociada a la presencia de una onda expansiva formada ascendentemente desde el tubo Pitot. Con referencia a la figura 9, a una mayor distancia axial, aproximadamente 41 diámetros de inyector, la presión de inmovilidad de línea central disminuyó a aproximadamente 50 psig en cuyo punto ha disminuido el número de Mach a aproximadamente 1.74 y la velocidad ha disminuido a aproximadamente 1,470 fps o aproximadamente 92 por ciento de la velocidad inicial del chorro. En esta localización, el flujo de línea central está fuera de la base potencial y dentro de la base supersónica. El perfil de presión radial se puede considerar para disminuir desde el eje central del chorro. Aproximadamente 41 diámetros de inyector, el chorro se compone principalmente de oxígeno en las localizaciones de aproximadamente 0<r/R<1.5. Mientras que el chorro supersónico de oxígeno está decelerándose, el chorro de oxígeno está divergiéndose como es mostrado por la cantidad de oxígeno detectada en las localizaciones radiales 1.5<r/R<7.5. A tal distancia de la salida de inyector, existe muy poco metano debido al hecho que se ha oxidado el metano, según lo indicado por la presencia de monóxido de carbono y dióxido de carbono, antes de este punto. Con referencia a la figura 10, se ilustra un horno de arco eléctrico 60 que se diseña para fundir y refinar acero de desecho.

El acero de desecho es cargado cargando el desecho en el horno de arco eléctrico 60 a través de la parte superior. Los electrodos de carbono 62 se proyectan en el horno para producir un arco que derrita el desecho y caliente la acumulación fundida resultante de metal 64. En los hornos de refinamiento de hierro tales como el horno de arco eléctrico ilustrado 60 o un horno básico de oxígeno que se describirá más abajo, el oxígeno que es introducido en la fundición oxida una pequeña porción de hierro y el carbono se combina con el hierro oxidado para producir el monóxido de carbono. El monóxido de carbono es producido principalmente por el carbono disuelto que se combina con el oxígeno. En lugar de monóxido de carbono en su lugar se oxida para producir el dióxido de carbono. Las burbujas de monóxido de carbono se elevan a la superficie del depósito fundido de metal 64 donde emergen en la capa de desechos 66. La capa de desechos 66 se forma por oxidación de las impurezas y elementos metálicos en la fundición, por ejemplo, fósforo, hierro, silicio y manganeso, y la disolución de los óxidos resultantes con los materiales de fundición, tales como cal y dolomía que se agregan al horno según lo conocido en la técnica. Generalmente la atmósfera calentada del horno que cubre el depósito fundido de metal 64 contiene monóxido de carbono, dióxido de carbono y puede tener una temperatura entre aproximadamente 2,500°F, y aproximadamente 3,500°F.

La oxidación del carbono, monóxido de carbono y de los elementos de formación de desechos ocurre a través de la inyección de oxígeno por un inyector de oxígeno 68 que inyecta un chorro de oxígeno 70 que tiene una velocidad supersónica en el depósito fundido de desechos y metal 64. Como será discutido, el inyector de oxígeno 68 incorpora un inyector en el cual opera de manera similar al inyector 2, discutido anteriormente, para producir una cubierta de llama 72 que cubre el chorro de oxígeno 70 y de hecho toca la superficie del depósito fundido de desechos y metal 64. Comúnmente, al final del proceso de refinamiento el gas de oxígeno se combina con el carbono dentro del baño de metal fundido 64 para producir el acero con un contenido de carbono deseado y puede ser menos de aproximadamente 0.02 por ciento para los aceros con poco carbono. Aunque no se ilustra, es conocido en la técnica, el inyector de oxígeno 68 se fija dentro de un bloque dentro de una pared del horno 74 que es refrigerada por agua. También, nuevamente según lo no ilustrado, un inyector se puede proporcionar para que la inyección de oxígeno se combine con monóxido de carbono en la atmósfera calentada del horno. Las partículas de carbono también se pueden inyectar de una forma conocida en la técnica para ajustar las características de los desechos y ajustar adicionalmente el contenido de carbono del acero. Con referencia a la figura 11, se ilustra el inyector de oxígeno 68. El inyector de oxígeno 68 es de una configuración cilindrica y tiene una extremidad de lanza 80 que se ubica en el extremo de un conducto de combustible 82. La extremidad de lanza 80 se construye preferiblemente de cobre. El conducto de combustible 82 tiene una admisión de combustible 84 para suministrar un combustible tal como gas natural y según lo ilustrado puede incorporar un aditamento roscado para la unión a la manguera de combustible u otro conducto para combustible. Se ubica centralmente dentro del conducto de combustible 82 un conducto de oxígeno 86 que tiene una entrada 87 de oxígeno a la fuente de oxígeno. La entrada de oxígeno 87 también puede estar en forma de un aditamento roscado para la unión a la manguera otro conducto a la fuente de oxígeno. El combustible atraviesa un espacio anular 88 definido entre el conducto de combustible 82 y el conducto de oxígeno 86 y el oxígeno fluye dentro del conducto de oxígeno a un pasaje convergente-divergente 90. El pasaje convergente-divergente 90 tiene una sección de entrada convergente 92 formada dentro del extremo del conducto de oxígeno 86, una sección de abertura central 94 y una sección de salida de divergencia 96 que termine en una cara de inyector 98 de la extremidad de lanza 80. Un diferencial de presión entre la fuente de oxígeno contra la atmósfera del horno que existe en la cara de inyector 98 es tal que una condición de flujo bloqueado se puede establecer dentro de una sección de abertura central 94 del pasaje convergente-divergente 90. El combustible fluye desde el espacio anular 88 a los pasajes de combustible, cada uno tiene secciones de paso 100 y 101 que terminan dentro de la sección de salida de divergencia 96 del pasaje convergente-divergente 90 en las localizaciones circunferenciales internas definidas por las aberturas 102 con las cuales el combustible se inyecta en el oxígeno que fluye dentro de la sección de salida de divergencia 96. En la modalidad especificada hay 4 pasajes de combustible que terminan en 4 aberturas equidistantes 102 según lo visto en una dirección transversal de la cara de inyector 98. Se debe precisar que aunque la lanza 68 se ilustre con respecto a un horno de arco eléctrico también podría utilizarse en otro horno metalúrgico tal como, por ejemplo, en recipientes no ferrosos de fundición y refinamiento. Con referencia a figura 12, se ilustra una extremidad de lanza 80' que constituye una modificación de la extremidad de lanza 80 mostrada en la figura 11. La extremidad de lanza 80' se puede formar de dos secciones 80a y 80b. Aunque no se ilustra, la sección 80b se pueda unir a la sección 80a por los conectores roscados tales como tornillos de máquina o por otros métodos tales como unión. El oxígeno se alimenta al pasaje convergente-divergente de manera semejante según lo visto en el inyector ilustrado en la figura 11. Además, un combustible de la sección de paso 101 es para una hendidura 104 definida dentro de la sección de configuración anular 80a. El sistema dentro de la hendidura 104 es un elemento poroso metálico anular 106 para alimentar el combustible en la sección de salida de divergencia 96 del pasaje convergente-divergente 90. El uso de tales elementos metálicos porosos para la inyección de combustible tiene la ventaja de producir una mezcla altamente uniforme de combustible y oxígeno en la región circunferencial externa del chorro estructurado mientras que proporcionan un método para inyectar el combustible a una velocidad baja para interrumpir mínimamente la corriente de oxígeno. Tales elementos metálicos porosos también se conocen como metales porosos, metales sinterizados y espumas metálicos y se pueden obtener comercialmente. Esta manera de inyección se puede utilizar en cualquier modalidad de la presente invención. Con referencia a figura 13, se ilustra un horno de oxígeno básico 110 en donde el hierro contenido en un depósito de metal fundido 112 se debe refinar a acero. Una lanza refrigerada por agua 114 se proporciona para tales propósitos de inyección de los chorros supersónicos de oxígeno 116 en el depósito de metal fundido 112. Los chorros de oxígeno 116 se inyectan mientras que son rodeados por la cubierta de llama individual 120 que es formada por un método de acuerdo a la presente invención según lo descrito arriba. En el procesamiento de oxígeno básico, el hierro fundido, transportado generalmente desde un horno, se encarga del desecho en el horno de oxígeno básico 110. Los chorros de oxígeno 116 se inyectan en el horno para descarburar el hierro caliente y generar el calor de reacción requerido para derretir el desecho. El oxígeno oxida el carbono, un poco de hierro y las impurezas presentes dentro del depósito de metal fundido 112, tal como silicio, manganeso y fósforo, para producir una capa de desechos emergente 124. Con referencia a la figura 14, se ilustran los detalles del diseño de la lanza 114. Se debe preciar que aunque la lanza 114 se ilustre con respecto a un horno básico de oxígeno podría también utilizarse en otros hornos metalúrgicos tal como, por ejemplo, hornos de arco eléctricos, recipientes no ferrosos de fundición y refinamiento y hornos de solera giratoria. La lanza 114 se proporciona con un conducto de oxígeno central 130 que se extienda desde una entrada, no se muestra, una extremidad de lanza 134. El conducto de oxígeno 130 alimenta el oxígeno a los inyectores 136 que tienen pasajes convergentes-divergente 138 que terminan en una cara de inyector 140 situada en la extremidad de lanza 134. Se coloca coaxialmente dentro del conducto de oxígeno 130, un conducto de combustible 142 que termina en un compartimiento de combustible 144. Con referencia adicional a las figuras 15 y 16, los pasajes de combustible 146 se comunican entre la cámara de combustible 144 y las aberturas 145 definidas dentro de las secciones de salida de divergencia 148 de los pasajes convergentes-divergentes 138 para inyectar el combustible en una corriente de oxígeno acelerada a velocidades supersónicas dentro de los pasajes convergentes-divergentes 138. A este respecto, cada uno de los pasajes convergentes-divergentes 138 tienen una sección de entrada convergente 150, una sección de abertura central 152 y la sección de salida de divergencia 148 en donde se inyecta el combustible. Las aberturas 145 son por lo tanto las localizaciones circunferenciales internas para la inyección del combustible en los pasajes convergentes-divergentes 138 para formar chorros estructurados que interactúan con la atmósfera del horno de una forma de acuerdo a la presente invención para producir los chorros de oxígeno 116 rodeados por las cubiertas de llama individuales 120. En la modalidad ilustrada, puesto que hay 4 inyectores 136, 4 chorros de oxígeno 116 son producidos y rodeados por 4 cubiertas de llama individuales 120. En la modalidad ilustrada hay 8 pasajes de combustible 146 y por lo tanto, 8 aberturas 145 para cada uno de los inyectores 136. Las modalidades de la presente invención, sin embargo, tienen preferiblemente entre aproximadamente 4 y aproximadamente 12 pasajes de combustible para cada inyector. Además, hay 4 inyectores presentes 136 dentro de la extremidad de lanza 134. Dependiendo del tamaño del horno básico de oxígeno y por lo tanto del tamaño de lanza, las instalaciones comunes incluirán entre 3 y 6 inyectores. A este respecto, los inyectores, dependiendo del tamaño del horno serán de nuevo comúnmente angulosos exteriormente entre aproximadamente 6 grados y aproximadamente 20 grados del eje central de la lanza.

Es posible sin embargo construir una lanza refrigerada por agua con un solo inyector tal como el inyector 136 para producir un solo chorro de oxígeno y una solo cubierta de llama para inhibir la disminución del chorro de oxígeno. Con referencia adicional a la figura 13 y con referencia continua a las figuras 14 y 15, el conducto de lanza 142 es mantenido en la posición por una serie de elementos separadores 156 que se extiendan radialmente de manera exterior desde el conducto de combustible 142 al conducto de oxígeno 130. Una válvula de verificación 158 se puede proporcionar para prevenir la expulsión de oxígeno en el combustible por una falla del equipo que se utiliza para introducir el combustible en el conducto de combustible 142. La lanza 114 es refrigerada por agua y se proporciona con un revestimiento externo formada por un pasaje interno de alimentación de agua 160 definido entre un conducto de agua 162 y el conducto de oxígeno 130 y un pasaje de retorno de agua 164 formado entre el conducto de agua 162 y el revestimiento externo 166 de la lanza 114. El agua se alimenta a la lanza 114 a través de la entrada de agua 168 y atraviesa el pasaje de alimentación de agua 160 en la dirección de la punta de flecha "A" al pasaje de retorno de agua 164 en la dirección de la punta de flecha "B" después de lo cual el agua se descarga desde la salida de agua 170. Como se puede observar mejor en la figura 13, el conducto de oxígeno 138 se proporciona con una sección de extremidad 172 que es sostenida en su lugar por sellos de alta temperatura tipo anillo en O 172. Similarmente, el conducto de combustible 142 se proporciona con una sección de extremidad 175 que es sellada con el resto del conducto de combustible 142 por los sellos de anillo en O 176. Asimismo, el conducto de agua 162 también tiene una sección de extremidad 178 que es sellada por los sellos de anillo en O 180. El arreglo de sello permite retirar y reemplazar la extremidad de lanza 134 que usará eventualmente y necesitará el reemplazo. Preferiblemente y con la excepción de los elementos metálicos porosos, los componentes de la extremidad de lanza 134 se fabrican de aleaciones de cobre o cobre y se montan juntos usando soldadura u otras técnicas de unión. Los elementos metálicos porosos se pueden componer de cualquier metal incluyendo aceros. Aunque la invención se ha descrito con referencia a una modalidad preferida será evidente para los expertos en la técnica, numerosos cambios, adiciones y omisiones que se pueden hacer sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un método para inyectar el oxígeno en la fundición ubicada dentro de un horno metalúrgico que tiene una atmósfera calentada de horno, que comprende: introducir una corriente de oxígeno en un inyector que tiene un pasaje de configuración convergente-divergente; inyectar un combustible que contiene una especie de hidrógeno en la corriente de oxígeno en las ubicaciones circunferenciales internas del pasaje que se ubican enteramente dentro del pasaje para formar una corriente que contiene combustible y oxígeno combinados dentro del pasaje que tiene una estructura integrada por una región circunferencial externa que contiene una mezcla de oxígeno y combustible y una región central interna rodeada por la región circunferencial externa y que contiene oxígeno y esencialmente ningún combustible; la corriente de oxígeno se introduce en una sección de entrada del pasaje a o por encima de una presión crítica, a modo para producir: una condición de flujo bloqueado dentro de la sección central de abertura del pasaje; aceleración de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados a una velocidad supersónica dentro de una sección de divergencia del pasaje; y descargar la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados como un chorro estructurado del inyector en la atmósfera del horno, el chorro estructurado tiene la estructura de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados y la velocidad supersónica durante la descarga del inyector; prevenir la ignición y combustión del combustible dentro del pasaje proporcionando al pasaje con una superficie interna no interrumpida por ninguna discontinuidad dentro de la cual la región circunferencial externa podría decelerar de otra manera y proporcionar un sitio para la combustión estable del combustible; producir un cubierta de llama que rodea un chorro de oxígeno formada desde la región central interna del chorro estructurado e inicialmente tiene la velocidad supersónica para inhibir la disminución de la velocidad y la disminución de la concentración del chorro de oxígeno, la cubierta de fuego es producida enteramente fuera del inyector a través del contacto de la región circunferencial externa del chorro estructurado con la atmósfera calentada del horno para crear una zona de corte-mezcla que contiene una mezcla inflamable integrada por el combustible, oxígeno y la atmósfera del horno y la auto-ignición de la mezcla inflamable calentada con el calor suministrado por la atmósfera calentada del horno; y dirigir el chorro de oxígeno en la fundición, mientras es rodeado por la cubierta de llama.

2. El método de la reivindicación 1, en donde: la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados se amplía completamente durante su descarga al igual que el chorro estructurado del inyector; y el combusti ble se i ntroduce a la corriente de oxígeno mientras se ubica dentro de la sección de d ivergencia del inyector.

3. El método de la reivindicación 1 , en donde : la corriente que contiene combustible y oxígeno combi nados se sobre-ampl ía durante su descarga al igual que el chorro estructurado del inyector tal que la corriente de oxígeno tiene una presión sub-ambiente mientras se ubica dentro de la sección de divergencia del inyector; y el combusti ble se introduce a la corriente de oxígeno en u na localización dentro de la sección de divergencia en donde la corriente de oxígeno está a una presión sub-ambiente.

4. El método de la reivindicación 2 ó 3 , en donde l a sección de d ivergencia del inyector se extiende desde la sección de abertura central a una cara de inyector del inyector expuesto a la atmósfera calentada del horno.

5. El método de la reivindicación 1 , en donde la velocidad supersón ica de cada uno de los chorros de oxígeno es de por lo menos por encima de Mach 1 .7.

6. El método de la reivindicación 1 , en donde el horno metal úrgico es un horno de arco eléctrico y el com bustible se introduce en la corriente de ox ígeno a una relación de equivalencia de entre aproximadamente 0.02 y aproximadamente 0. 1 4.

7. El método de la reivindicación 1 , en donde el horno metalúrgico es un horno de oxígeno básico y el combustible se introduce en la corriente de oxígeno a una relación de equivalencia de entre aproximadamente 0.01 y aproximadamente 0.06.

8. El método de la reivindicación 1, en donde el horno metalúrgico es un horno de arco eléctrico o un horno de oxígeno básico, la atmósfera calentada del horno contiene monóxido de carbono y la mezcla inflamable contiene monóxido de carbono.

9. El método de la reivindicación 1, en donde el horno metalúrgico es un horno de oxígeno básico y el inyector se monta en una lanza refrigerada por agua en una extremidad de lanza de la lanza refrigerada por agua.

10. El método de la reivindicación 1, en donde el combustible es introducido en la corriente de oxígeno en las ubicaciones circunferenciales internas del pasaje inyectando el combustible en un elemento anular de metal poroso que tiene una parte de formación superficial anular interna de la sección de abertura o de la sección de divergencia del pasaje co n ve rg ente-divergen te.

11. Un método para inyectar el oxígeno en la fundición ubicado dentro de un horno metalúrgico que tiene una atmósfera calentada del horno que contiene monóxido de carbono, que comprende: la introducción de una corriente de oxígeno en los inyectores que tienen pasajes de configuración convergente-divergente, los inyectores se ubican en una extremidad de una lanza refrigerada por agua y están angulados exteriormente desde un eje central de la lanza refrigerada por agua; inyección de un combustible que contiene una especie de hidrógeno en la corriente de oxígeno en las ubicaciones circunferenciales internas de los pasajes que se ubican enteramente dentro de los pasajes para formar la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados dentro de los pasajes, cada uno tiene una estructura integrada por una región circunferencial externa que contiene una mezcla de oxígeno y combustible y una región central interna rodeada por la región circunferencial externa y contiene oxígeno y esencialmente ningún combustible; las corrientes de oxígeno son introducidas en las secciones de entrada de los pasajes a o por encima de una presión crítica, a modo de producir: una condición de flujo bloqueado dentro de las secciones de abertura centrales de los pasajes; la aceleración de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados a una velocidad supersónica dentro de las secciones de divergencia de los pasajes; y la descarga de la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados como chorros estructurados de los inyectores en la atmósfera del horno, los chorros estructurados tienen la estructura la corriente que contiene combustible y oxígeno combinados y la velocidad supersónica durante la descarga del inyector, prevenir la ignición y combustión del combustible dentro de los pasajes proporcionando los pasajes con una superficie interna no interrumpido por cualquier discontinuidad dentro de la cual la región circunferencial externa podría decelerar de otra manera y proporcionar un sitio para la combustión estable del combustible; producir las cubiertas de llama que rodean los chorros individuales de oxígeno formados desde la región central interna de los chorros estructurados e que inicialmente tienen la velocidad supersónica para inhibir la disminución de la velocidad y la disminución de la concentración de los chorros de oxígeno, las cubiertas de llama son producidas enteramente fuera de los inyectores a través del contacto de la región circunferencial externa de los chorros estructurados con la atmósfera calentada del horno para crear una zona de corte-mezcla que contiene una mezcla inflamable integrada por combustible, oxígeno y la atmósfera calentada del horno y la auto-ignición de la mezcla inflamable con el calor suministrado por la atmósfera calentada del horno; y ubicar la lanza refrigerada por agua dentro del recipiente metalúrgico y dirigir los chorros de oxígeno en la fundición, mientras que son rodeados por las cubiertas de llama.

12. El método de la reivindicación 11 , en donde el horno metalúrgico es un horno de oxígeno básico.

13. El método de la reivindicación 12, en donde hay entre 3 y 6 inyectores y son angulados exteriormente entre aproximadamente 6 grados y aproximadamente 20 grados desde el eje central.

14. El método de la reivindicación 13, en donde el combustible se introduce en la corriente de oxígeno a una relación de equivalencia de entre aproximadamente 0.01 y aproximadamente 0.06.

15. El método de la reivindicación 14, en donde la velocidad supersónica de cada uno de los chorros de oxígeno es de por lo menos por encima de Mach 1.7.

16. El método de la reivindicación 12 ó, en donde: el combustible se introduce en una cámara de combustible y los inyectores pasan a través de la cámara de combustible; y el combustible se introduce en los pasajes a través de los pasajes de combustible ubicados dentro de la extremidad de la lanza y comunicados entre las ubicaciones circunferenciales internas de los pasajes y la cámara de combustible.

17. El método de la reivindicación 15, en donde hay entre aproximadamente 4 y aproximadamente 12 pasajes de combustible para cada uno de los pasajes.