BR112012027311B1 - queimador multichama com chama, bocal do queimador e método de tratamento térmico de materiais - Google Patents

Abstract

QUEIMADOR MULTICHAMA COM CHAMA. A presente invenção refere-se a um queimador multichama compreendendo bocais dos queimadores (10 a 15) que podem ser fornecidos com gás combustível, especialmente para métodos de tratamento térmico de material. De acordo com a invenção, pelo menos um dos bocais dos queimadores (10 a 15) é provido com pelo menos uma abertura do bocal secundário (40) disposta no lado de um arranjo do bocal principal (30) usado para produzir uma chama de trabalho (60,70), a dita abertura do bocal secundário sendo usada para produzir uma chama secundária (80) na direção de pelo menos um bocal do queimador adjacente (10 a 15).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um queimador multichama com bocais dos queimadores que podem ser carregados com um gás combustível, em particular para os métodos de tratamento térmico de materiais, um bocal do queimador de um queimador multichama deste tipo, o qual pode ser carregado com gás combustível, e também um método para o tratamento térmico do material, em que um queimador multichama deste tipo é usado.

Técnica Anterior

[0002] Embora a presente invenção seja descrita a seguir, com referência a determinados métodos de tratamento térmico de materiais, pode ser enfatizado que os queimadores multichama de acordo com a invenção podem também ser vantajosamente utilizados em outros campos de aplicação, assim como os bocais dos queimadores correspondentes. Por exemplo, a presente invenção pode ser utilizada para a soldagem de chama, fusão, por exemplo, de camadas de pulverização de chama, formação a quente e endurecimento da chama. Aqui, este também pode ser nomeadamente métodos de pré- aquecimento, pós-tratamento, imersão e a formação a quente, por exemplo, na construção de aço, engenharia mecânica e construção de recipiente. A invenção também pode, por exemplo, ser usada para a secagem, em particular para secar antes de soldagem a jato de areia, ou de marcação.

[0003] Por exemplo, aquecimento de chama de acordo com DIN 8522 é um método em que uma peça de trabalho é aquecida, a fim de alterar as suas propriedades, por exemplo, a fim de influenciar a resistência à deformação.

[0004] O aquecimento de chama é também aplicado para o pré- aquecimento durante a soldagem, corte e em métodos relacionados de processamento de metais. Por exemplo, durante o corte de chama, folhas de mais de 30 mm de espessura feitas de aço S355 são preaquecidas a 89 a 128°C diretamente antes do corte. No caso dos aços de carbono, as temperaturas de até 200°C são usadas em métodos de soldadura, para esta finalidade, e, no caso de liga de aço temperaturas entre 100 e 400°C são usadas.

[0005] Durante a remoção, por exemplo, com o acetileno, um arranjo do bocal do queimador é direcionado para uma superfície de peça de trabalho. Como um resultado, as superfícies de folhas limpas para processamento adicional podem ser alcançadas e enferrujadas, as camadas de pele e escala que rolam pode ser removida de forma simples e descomplicada. Por remoção, além do metal, superfícies de betão e de pedra natural também podem ser tratadas termicamente, a fim de, por exemplo, remover o verniz, revestimentos, contaminações de óleo ou marcas de borracha e para moldar as superfícies.

[0006] No contexto das aplicações apresentadas, queimadores de acetileno são frequentemente utilizados. Em comparação com outros gases combustíveis, acetileno tem uma temperatura de chama excepcionalmente elevada de mais de 3000°C, o que, inter alia pode ser rastreada para a entalpia de formação positiva da molécula do acetileno (C2H2). 8.714 kJ são liberados para uso térmico por quilograma de acetileno. Estas propriedades do acetileno são, portanto, de particular interesse no caso dos processos de aquecimento térmicos, como aqui, o calor é transferido rapidamente a partir da chama para a peça de trabalho, quanto maior for a temperatura da chama de combustão. Outras vantagens de acetileno incluem alta velocidade de ignição. A eficiência térmica é melhor no método mencionado, quanto mais rápida a combustão quente impactar os produtos sobre a peça. Este requisito surge em particular durante o aquecimento de um material metálico com uma dissipação de calor elevado, por exemplo, no caso do cobre, aço e alumínio.

[0007] No contexto dos métodos mencionados, queimadores multichama são frequentemente utilizados, ou seja, arranjos de queimadores que têm bocais dos queimadores (bocais individuais) que são fornecidos a partir de uma fonte comum de gás combustível. Os queimadores multichama deste tipo encontram-se ilustrados nas figuras 1A a 1C. A figura 1A mostra um queimador convencional de mão, na figura 1B um assim chamado queimador de desempenho é ilustrado na figura 1C um queimador de lança encontra-se ilustrado. Os queimadores descritos que possuem um sistema de gás combustível como uma característica comum, por meio fornecem uma mistura de gás composta de acetileno e oxigênio, por exemplo, é fornecido. Os bocais dos queimadores 3 estão ligados em uma fonte de gás e segurando o aparelho ou um corpo de base do queimador 2. As chamas de trabalho 4 são formadas, no caso de descarga de gás combustível por meio da ignição dos bocais dos queimadores 3. Os bocais dos queimadores podem ter o controle e/ou aparelhos de ajuste 5.

[0008] Antes da utilização de um queimador correspondente, todos os bocais individuais devem ser inflamados, manual ou automaticamente, por exemplo, com as chamas piloto ou velas de ignição. Para a ignição do queimador manual, uma chama piloto é, neste caso, conduzida ao longo dos bocais dos queimadores, por exemplo, ou é assegurada por meio de uma pressão de retorno que forma uma chama em todos os bocais dos queimadores. Para isso, o queimador é, por exemplo, para ser mantido perto de uma folha de metal correspondentemente grande. O operador de um aparelho correspondente é o para assegurar que uma chama se forma em todos os bocais dos queimadores (os pontos de saída de mistura). Embora durante a ignição manual, um controle visual do processo de ignição seja possível, esta possibilidade nem sempre está presente durante a operação automática de um queimador correspondente, no qual um sistema de ignição automática também tem geralmente lugar. Para o funcionamento do queimador automatizado, a assim chamada "ignição de propagação" de todas as chamas provoca frequentemente dificuldades. Por exemplo, a aptidão para a propagação da ignição diminui se o queimador não for orientado para uma peça de trabalho ou a geometria da peça de trabalho não for adequada ou o espaçamento entre os bocais dos queimadores for muito grande.

[0009] No contexto do presente pedido, "ignição de propagação" pode ser entendida como significando a transferência de uma chama piloto ou de chama do queimador de um bocal do queimador para o próximo. Os bocais dos queimadores adicionais posteriormente inflamam um após o outro na sequência do primeiro bocal do queimador, isto é, inflamam em uma maneira de propagação.

[0010] Se a ignição de propagação não for bem sucedida, gases combustíveis não queimados podem escapar. Se nenhuma precaução de segurança adicional for feita, gases combustíveis se acumulam nos arredores do queimador e resulta em um risco de explosão.

[0011] Neste contexto, existe a exigência de queimadores multichama com melhores propriedades de ignição de propagação.

Descrição da Invenção

[0012] A invenção propõe um gravador de multichama com bocais dos queimadores que podem ser carregados com um gás combustível, em particular para os métodos de tratamento térmico de materiais, um bocal de queimador para um queimador de multichama deste tipo, o qual pode ser carregado com gás combustível, e também um método para tratamento térmico do material com as características das respectivas reivindicações de patentes independentes.

[0013] As modalidades preferidas são o objeto das sub- reivindicações respectivas, bem como também a descrição a seguir.

[0014] O termo "gás combustível" pode, no contexto do presente pedido, ser entendido como gases combustíveis puros, por exemplo, acetileno, metano, etano, propano, butano, etileno metilacetileno, ou hidrogênio, mas também quaisquer misturas desejadas de gases adequados e também misturas que contêm oxigênio e gás combustível, como, por exemplo, misturas de gás combustível/oxigênio/ar comprimido/entrada de ar.

[0015] De acordo com a invenção, pelo menos um dos bocais dos queimadores de um queimador multichama tem pelo menos uma abertura de bocal auxiliar disposta lateralmente para um arranjo do bocal principal para a geração de uma chama de trabalho. O mesmo gás combustível flui através da abertura do bocal auxiliar à medida que flui através da abertura do bocal principal e a abertura do bocal auxiliar está, vantajosamente, em comunicação fluídica com a abertura do bocal principal e um abastecimento de gás combustível.

[0016] Por meio da disposição e arranjo adequado de, pelo menos, um arranjo do bocal auxiliar, depois da ignição, pelo menos, uma chama auxiliar é formada, a orientação da qual tem uma componente direcional (componente de vetor) na direção do bocal do queimador adjacente, que é, portanto convenientemente orientado na direção de uma chama auxiliar ou de trabalho de um bocal do queimador adjacente. Por meio das medidas de acordo com a invenção, neste caso, a transferência de uma chama entre os bocais dos queimadores individuais de um queimador multichama pode ser significativamente melhorada. Como resultado, a ignição completa de propagação de todas as chamas de um queimador multichama pode ser conseguida de forma segura e fiável, se o espaçamento entre a cabeça do queimador e a quantidade de gás combustível e/ou a composição (por exemplo, de um queimador de acetileno) encontra-se na gama funcional. Por meio das medidas de acordo com a invenção, já não é necessário para o queimador ser orientado diretamente para uma peça de trabalho. O perigo da fuga de gases de combustível não queimado, devido aos queimadores, que não são inflamados de forma propagada, e também o risco de explosão por ele causado é reduzido ou eliminado.

[0017] No contexto do presente pedido, "chama de trabalho" pode ser entendida como sendo a chama principal de um respectivo bocal do queimador de um queimador multichama, que é direcionado para uma peça de trabalho e, por exemplo, é utilizado para aquecer essa peça. A chama de trabalho é geralmente criada ou por meio de um bocal individual, ou então por meio de um arranjo do bocal principal, no qual um tubo central está rodeado por bocais adicionais dispostos em torno do mesmo. Se, em vez de um arranjo do bocal principal, um bocal individual é fornecido, este pode ser constituído, no contexto da invenção pelo termo "arranjo do bocal principal".

[0018] Por conseguinte, uma "chama auxiliar" é a chama fornecida de acordo com a invenção, efetuada por meio de fornecimento de pelo menos uma abertura de bocal auxiliar, e orientada, pelo menos, em certa medida, para um bocal adjacente. Tipicamente, as chamas auxiliares são menores do que as chamas principais ou trabalham por conta de quantidades menores de gás ou fluxos volumétricos de fluxo através das aberturas dos bocais auxiliares.

[0019] Escusado será dizer que a região da "chama" é, na prática, não geometricamente claramente delimitada, de modo que uma "chama de trabalho" e uma "chama auxiliar" podem também ser regiões de chama de uma chama global correspondente. Tipicamente, no entanto, as chamas primárias, que são em cada caso, geradas nas aberturas dos bocais auxiliares e principal, por exemplo, de um bocal do queimador de acetileno, pode ser visualmente claramente diferenciado uns dos outros, pelo menos em certa medida. A chama assim chamada perdida que forma em torno de uma chama primária geralmente envolve a chama principal, sob a forma de uma chama global.

[0020] Para formar chamas de apoio em direção a pelo menos um dos bocais dos queimadores adjacentes, pelo menos uma abertura de bocal auxiliar e/ou pelo menos um canal de bocal atribuído a uma abertura de bocal auxiliar correspondente podem ser dispostos em um ângulo para o arranjo do bocal principal e/ou um canal de bocal atribuído ao mesmo.

[0021] Com vantagem particular, nomeadamente no caso de um arranjo de uma pluralidade de bocais dos queimadores em um queimador multichama em série ou em um campo do queimador, pelo menos, um dos bocais dos queimadores é provido com aberturas dos bocais auxiliares para gerar chamas auxiliares no sentido de pelo menos, dois bocais dos queimadores adjacentes. Por meio desta disposição, uma abertura de bocal auxiliar, através do qual flui o gás combustível, na sequência da sua ignição pode transferir uma chama diretamente a uma abertura de bocal adjacente auxiliar que ainda não está acesa, mas através da qual flui o gás combustível. Como resultado, o bocal do queimador adjacente é inflamado como um todo, e pode por seu lado transferir a chama de pelo menos um bocal do queimador posterior, devido à disposição das aberturas de bocais auxiliares, isto é, inflama um arranjo do queimador em uma forma de propagação.

[0022] A fim de conseguir uma formação particularmente eficaz das chamas auxiliares com geometrias vantajosas, um queimador multichama do tipo de acordo com a invenção tem de preferência dois, três, ou uma pluralidade de aberturas de bocais auxiliares em pelo menos um lado do arranjo do bocal principal. Por meio de um arranjo correspondente, de modo geral, uma configuração apropriada da geometria de seção transversal de uma chama do queimador e chamas auxiliares correspondentes é efetuada. A geometria da seção transversal desse tipo pode ser definida de uma forma direcionada, por exemplo, sobre a base de um espaçamento entre queimadores individuais e/ou o tipo ou a pressão de um gás combustível usado, de modo que uma transferência especialmente eficaz de chamas do queimador é ativada.

[0023] Como foi explicado, um queimador multichama de acordo com a invenção é configurado de modo que pelo menos um dos queimadores é usado para inflamar pelo menos um bocal de queimador adjacente pelo menos através de uma chama auxiliar. Isto pode, por exemplo, ser conseguido por orientação adequada das aberturas dos bocais auxiliares, a geometria do mesmo, mas também por meio de espaçamento apropriado dos bocais dos queimadores. Com base na configuração particular dos bocais dos queimadores auxiliares com chamas, só é adicionalmente necessário acender um arranjo de queimador para acender um queimador, por exemplo, de uma forma automática, em local, em que uma ignição segura de propagação do queimador global é assegurada.

[0024] Com vantagem particular, um queimador multichama de acordo com a invenção pode ser construído como um queimador de mão ou queimador da máquina, por exemplo, como um queimador de desempenho ou queimador de lança, particularmente para a operação com acetileno como gás combustível. Queimadores de lança e de desempenho com arranjo de queimador linear em particular beneficiam as medidas de acordo com a invenção, devido à sua pior tendência para inflamar em modo de propagação.

[0025] Um queimador multichama do tipo mencionado tem por ignição, pelo menos, um bocal do queimador, um aparelho de ignição manual, uma chama piloto, uma vela de ignição ou um dispositivo de ignição piezo, como um resultado do qual o queimador multichama é adequado em particular para aplicações automáticas com ignição não manual.

[0026] Para as características e vantagens do bocal do queimador, que é do mesmo modo provido de acordo com a invenção e pode ser carregado com gás combustível, a referência pode ser feita expressamente para as características do queimador multichama anteriormente mencionado. Em particular, a um bocal do queimador deste tipo, o qual pode ser carregado com gás combustível, é construído substituível, de modo que bocais individuais substituíveis podem ser combinados em um corpo de base do queimador para formar um queimador multichama e, como resultado da transferência de chama podem ser otimizados. Além disso, para as vantagens e os campos de aplicação vantajosas do método de acordo com a invenção, pode ser feita referência às características anteriormente mencionadas.

[0027] Outras vantagens e configurações da invenção resultam a partir da descrição e do desenho anexo.

[0028] É para ser entendido que as características anteriormente mencionadas e as características que ainda estão para ser mencionadas a seguir, podem ser usadas não apenas na combinação, respectivamente especificada, mas também em outras combinações ou isoladamente, sem fugir do âmbito da presente invenção.

[0029] A invenção é ilustrada esquematicamente no desenho, com base em uma modalidade exemplificativa e está descrito em detalhes no que se segue, com referência ao desenho.

Descrição das Figuras

[0030] A figura 1 mostra os queimadores multichama de acordo com a técnica anterior em uma ilustração esquemática.

[0031] A figura 2 mostra um bocal do queimador de acordo com uma modalidade particularmente preferida da invenção, em uma vista em perspectiva oblíqua.

[0032] A figura 3 mostra um arranjo do bocal do queimador de acordo com uma modalidade particularmente preferida da invenção, em uma vista plana a partir de cima.

[0033] A figura 4 mostra esquematicamente uma disposição de bocais dos queimadores de acordo com uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, que estão em operação, em uma vista lateral.

[0034] Como mencionado anteriormente, as figuras 1A e 1C mostram queimadores multichama de acordo com a técnica anterior.

[0035] Nas figuras seguintes, idênticas ou componentes que atuam da mesma maneira são fornecidos com números de referência idênticos. Por uma questão de clareza, uma explicação repetida destes elementos é evitada.

[0036] A figura 2 mostra um bocal do queimador de acordo com uma modalidade particularmente preferida da invenção, designado como um todo com 10, o qual pode, por exemplo, ser usado em um queimador multichama de acordo com a invenção.

[0037] O bocal do queimador 10 tem uma cabeça de bocal do queimador 20 e uma base do bocal do queimador 21. Se o bocal do queimador 10 é um bocal substituível, este pode ser fixado com o bocal do queimador 21 na base de um corpo de base do queimador. Na saída da cabeça de queimador 20, uma disposição de bocal principal 30 é fornecida, a qual tem uma abertura de bocal principal e aberturas de bocais adicionais em torno do mesmo de uma maneira circular. O arranjo do bocal principal 30 é, como explicado anteriormente, criado para formar uma chama de trabalho.

[0038] Além disso, o bocal do queimador 10 tem aberturas de bocais auxiliares 40 fornecidas além do arranjo do bocal principal 30 para gerar chamas auxiliares. As aberturas dos bocais auxiliares 40 próprios ou os canais correspondentes do bocal podem neste caso ser angularmente deslocadas para a orientação do arranjo do bocal principal 30, de modo que uma orientação de destino das chamas auxiliares no sentido de bocais dos queimadores adjacentes ou as chamas do mesmo pode ser alcançada.

[0039] Nas figuras 3, 4 os bocais do queimador 11, 12, 13, 14 encontram-se ilustrados em geral de acordo com uma modalidade particularmente preferida da invenção, em uma vista plana.

[0040] Os bocais dos queimadores 11, 13 e 14 correspondem em termos de configuração e arranjo às aberturas dos bocais auxiliares 40, neste caso, do bocal do queimador 10 a partir da figura 2. O bocal do queimador 12 por contraste tem aberturas dos bocais auxiliares 41 que aponta perpendicularmente para baixo na figura, os quais são orientados na direção do bocal de um queimador 14 disposto em ângulo reto com a linha dos bocais dos queimadores 11, 12 e 13. Por meio da disposição, tal como está ilustrado na figura 3, a propagação da chama de ignição ou de transferência, tal como é ilustrado por meio das setas 50, podem ser obtidas com vantagem particular entre os bocais dos queimadores individuais 11, 12, 13 e 14. Os bocais dos queimadores 11,12,13e14 ilustrados podem, neste caso, ser parte de um queimador multichama ou um campo do queimador de um queimador multichama. Escusado será dizer que a configuração ilustrada na figura 3 pode ser expandida, de qualquer forma desejada e, se outras aberturas dos bocais auxiliares 40, 41 forem fornecidas, uma ignição segura de propagação 50 pode também ser efetuada em direções complementares.

[0041] Na figura 4, uma disposição de bocal de queimador correspondente em operação é ilustrada esquematicamente. Um gás combustível aqui escapa dos queimadores 15 através de um arranjo do bocal principal e das aberturas dos bocais lateralmente auxiliares 40 dispostos lateralmente à mesma. Como um resultado, a formação de uma chama principal ou chama de trabalho 60, que pode ser orientada para uma peça de trabalho, resulta.

[0042] A chama primária desta chama de trabalho é indicada com 70. Além da chama principal 60 ou da chama primária 70, chamas auxiliares 80 com as correspondentes chamas primárias 90 estão ilustradas na figura 4. As chamas auxiliares 80 são orientadas, pelo menos, em certa medida, no sentido de bocais adjacentes, como um resultado do qual resulta a dita ignição de propagação especialmente vantajosa.

Claims (8)

1. Queimador multichama compreendendo bocais dos queimadores (10 a 15) que podem ser carregados com gás combustível, especialmente para métodos de tratamento térmico de materiais, em que o queimador multichama é constituído como um queimador manual ou queimador de máquina, por exemplo como um queimador em barra ou de lança, adequado para operação com acetileno como um gás combustível, e em que pelo menos um dos bocais dos queimadores (10 a 15) é fornecido com pelo menos uma abertura do bocal secundário (40) para gerar uma chama secundária (80), disposta no lado de um arranjo do bocal principal (30) para gerar uma chama de trabalho (60), a orientação de cuja chama secundária possuindo uma componente direcional na direção de um bocal do queimador adjacente (10 a 15), caracterizado pelo fato de que, pelo menos um dos bocais dos queimadores (10 a 15) é provido de duas, três ou mais aberturas de bocais secundários (40) linearmente dispostas em pelo menos um lado do arranjo do bocal principal (30).

2. Queimador multichama, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura de bocal secundário (40) e/ou pelo menos um canal de bocal atribuído a uma abertura de bocal secundário (40) é disposta em um ângulo para o arranjo do bocal principal (30) e/ou um canal de bocal atribuído ao arranjo do bocal principal (30).

3. Queimador multichama, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos bocais dos queimadores (10 a 15) está provido com aberturas de bocais secundários (40) para gerar chamas secundárias (80) na direção de pelo menos dois bocais dos queimadores adjacentes (10 a 15).

4. Queimador multichama, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos bocais dos queimadores (10 a 15) está configurado para ignição (50) de um bocal de queimador adjacente (10 a 15) por meio de pelo menos uma chama secundária (80).

5. Queimador multichama, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que está equipado para a ignição de pelo menos um bocal de queimador (10 a 15) por meio de um aparelho de ignição manual, uma chama piloto, uma vela de ignição e/ou um dispositivo de ignição piezo.

6. Bocal do queimador caracterizado pelo fato de que pode ser fornecido com gás combustível para um queimador multichama, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. Método de tratamento térmico de materiais, caracterizado pelo fato de que um queimador multichama, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, é utilizado, em que pelo menos um bocal do queimador (10 a 15) é inflamado (50) por meio de uma chama secundária (80) de um bocal do queimador adjacente (10 a 15).

8. Método de tratamento térmico de material, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que inclui pelo menos uma etapa de soldadura de chama, uma etapa de ligação por fusão, uma etapa de formação a quente, uma etapa de endurecimento de chama, uma etapa de jateamento de chama, uma etapa de preaquecimento, uma etapa de pós-aquecimento, uma etapa de imersão, uma etapa de secagem e/ou uma etapa de termoformação.

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