BRPI0715425A2

BRPI0715425A2 - queimador de chama e processo para queima de chama de uma superfìcie metálica

Info

Publication number: BRPI0715425A2
Application number: BRPI0715425-9A
Authority: BR
Inventors: Egon Evertz; Ralf Evertz; Stefan Evertz
Original assignee: Evertz Egon Kg Gmbh & Co
Priority date: 2006-07-22
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2013-01-01
Also published as: KR20090037894A; MX2009000447A; CN101460780A; DE102006034014A1; US20090214990A1; WO2008011851A1; EP2044366A1; EA012772B1; EA200802429A1; JP2009544925A

Abstract

QUEIMADOR DE CHAMA E PROCESSO PARA A QUEIMA DE CHAMA DE UMA SUPERFìCIE METáLICA. A presente invenção refere-se a um queimador de chama, com um bocal (10) disposto em um cabeçote, que ao lado de canais de alimentação de gás (11), dispostos de forma anular, apresenta uma abertura de alimentação de gás (12) central, que apresenta uma área como bocal de LavaI, e uma área de estabilização que se segue a ela na direção de corrente. Para a queima de chama de uma superfície metálica, o gás de oxigênio conduzido através de um bocal central de um queimador de chama é excitado para oscilar de tal modo que, se forma uma corrente de oxigênio pulsante que deixa a desembocadura do bocal com a velocidade do som ou velocidade supersónica.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "QUEIMADOR DE CHAMA E PROCESSO PARA A QUEIMA DE CHAMA DE UMA SU- PERFÍCIE METÁLICA".

A presente invenção refere-se a um queimador de chama, com um bocal disposto em um cabeçote, que, ao lado de canais de alimentação de gás dispostos de forma anular, apresenta uma abertura de alimentação de gás central.

Além disso, a invenção refere-se a um processo para a queima de chama de uma superfície metálica por meio do queimador de chama. Nos denominados queimadores de chama, o gás de combustão

é conduzido a um cabeçote do bocal através de canais de alimentação de gás dispostos de forma anular, onde ele é misturado com o oxigênio trans- portado através da alimentação de gás central, e forma a chama de queima. Queimadores de chama são empregados para diversas finalidades de apli- cação. Assim, por exemplo, durante o resfriamento dos lingotes fabricados pela fundição, em sua superfície surgem freqüentemente trincas indeseja- das, que precisam ser removidas através de um tratamento de superfície. O correspondente também vale para rebarbas, que durante o processamento dos lingotes surgem, por exemplo, através de corte. Os queimadores de chama são conduzidos ao longo das referidas superfícies para a eliminação das falhas de superfície, o que pode ocorrer com um queimador conduzido manualmente, ou com uma máquina de chamas automática, na qual em um braço de robô controlável está fixado um queimador de chama.

Os custos de processamento para o tratamento de superfície são definidos, em essência, através do tempo de processamento, bem co- mo, pelo consumo de gás, sendo que, precisa ser assegurada uma qualida- de de superfície suficiente.

A tarefa da presente invenção é indicar um queimador de chama e um processo para a queima de chama, com o qual seja possível, com consumo de oxigênio e tempo de processamento menor possível, uma qua- lidade de superfície otimizada da peça a ser tratada.

Para a solução dessa tarefa é sugerido o queimador de chama descrito na reivindicação 1, além disso, é sugerido o processo descrito na reivindicação 9.

Aperfeiçoamentos da invenção estão descritos nas reivindica- ções subordinadas.

O queimador de chama de acordo com a invenção possui um

bocal com vários canais de alimentação de gás, que estão dispostos de forma anular, em torno de uma abertura de alimentação de gás central. A abertura de alimentação de oxigênio tem, pelo menos, três áreas que se seguem uma à outra, observado na direção de corrente, ou seja, uma pri- meira área que se reduz a um diâmetro interno mínimo, uma segunda área, na qual o revestimento interno se amplia até um diâmetro maior em relação ao mencionado diâmetro mínimo e uma terceira área, que chega até a de- sembocadura do bocal com perfil da seção transversal que permanece i- gual, de preferência, com diâmetro interno em formato de cilindro que per- manece igual. Essencial é a redução da seção transversal do diâmetro in- terno até uma medida crítica do diâmetro, à qual se segue uma ampliação do diâmetro. A última terceira área, com perfil da seção transversal que permanece igual, serve como anel de estabilização, para manter o perfil da corrente de gás. Por meio dessa forma de construção pode ser produzido um jato de gás pulsante, que possui uma velocidade do som ou uma veloci- dade supersônica na extremidade de saída do bocal. A relação entre a pressão do oxigênio antes do bocal e a pressão do ambiente, por um lado, bem como, a relação da pressão do oxigênio na superfície de saída do bo- cal e a pressão do ambiente definem o perfil do gás. Se a pressão na super- ftcie de saída do bocal estiver abaixo da pressão do ambiente, então o jato de gás que sai tem uma forma que se reduz na seção do início atrás do bo- cal, ao passo que, no caso de uma relação inversa é moldada a forma como barril se alargando. Se a pressão do oxigênio antes do bocal e na saída do bocal for respectivamente, igual ao tamanho da pressão do ambiente, então resulta uma curva de envoltória em linha reta do recorte iniciai do gás que sai.

A freqüência de impulso que pode ser obtida com o bocal, bem como, a amplitude depende isoladamente da pressão do início, do grau da redução e do grau de ampliação. O raio supersônico produzido turbulento não isóbaro é caracterizado pelas fortes heterogeneidades espaciais dos campos de velocidade e de pressão, que levam à produção de alterações de estado descontínuas, isto é, aos choques de compressão como impulsos e deslocamentos de camadas com grandes gradientes de velocidade. Essa velocidade de corrente e pulsação de pressão levam a um espectro de pul- sação. A partir de um certo valor, a velocidade do gás no bocal descrito a- tinge localmente a velocidade do som na seção transversal menor do bocal crítica, em cuja ultrapassagem surgem as áreas comprimidas e diluídas co- mo impulsos. Esse tipo de onda de choque pode formar uma estrutura de corrente em forma de barril, cujas compressões em série dependem da re- lação da pressão do oxigênio no bocal em relação à pressão do ambiente, e do chamado número de Mach, que é a relação da velocidade do gás na su- perfície de saída do bocal para a velocidade do som. Em princípio, o quei- mador de chama possui um bocal, que é executado de acordo com o tipo de um bocal de Lavai, que forma com a terceira área um ressonador de oscila- ção, como "anel de estabilização".

No contexto da presente invenção, em princípio está previsto que, a primeira e a segunda área se sucedam imediatamente uma à outra, todavia, neste caso, podem estar contidas peças parciais curtas, nas quais o diâmetro mínimo não se altere. Nessa peça parcial curta, a velocidade de fluxo permanece mantida.

No caso da presente invenção, a abertura de alimentação de gás central termina também pouca coisa antes do plano, que é definido pe- las aberturas, nas quais terminam os canais de alimentação de gás. No con- texto da presente invenção, do mesmo modo, estão incluídas soluções, nas quais vários anéis de canais de alimentação de gás estão dispostos coaxi- almente, os quais terminam graduados em diversos planos, atrás da abertu- ra de saída do tubo central.

De preferência, por motivos de técnica de corrente o compri- mento da primeira área é menor que o comprimento da segunda área e, de preferência, também menor que o comprimento da terceira área. Depen- dendo da característica do impulso desejada, a terceira área pode ser esco- lhida mais longa, do mesmo tamanho ou até mesmo mais curta que o com- primento total da primeira e da segunda área.

De acordo com uma outra forma de execução da invenção, o

diâmetro da terceira área é menor que o diâmetro original máximo da aber- tura de alimentação de gás central do início da primeira área. Para a otimi- zação da eficiência, os diâmetros, bem como, os comprimentos das três á- reas mencionadas são ajustados um ao outro de tal modo que, na extremi- dade de saída do bocal o gás saia em forma de impulso, de preferência, com uma freqüência de impulso, que se situa entre 100 e 650 Hz. Na aber- tura de alimentação de gás central, com valores predeterminados da pres- são do gás de oxigênio e do gás de combustão, deve existir uma máxima velocidade da corrente de gás de 2387 km/h (2 Mach). Na seção transversal o bocal pode ser formado redondo ou con-

cêntrico, sendo que, em particular, a abertura de alimentação de gás central apresenta uma seção transversal em forma de círculo, em torno da qual se estende, pelo menos, um anel, eventualmente dois anéis, sobre a qual ficam outras aberturas de alimentação de gás para o gás de combustão. Como é conhecido, em princípio, de acordo com o estado da

técnica, o cabeçote do bocal é, de preferência, resfriado, sendo que, como líquido de resfriamento é empregado, em particular, água.

O processo de acordo com a invenção para a queima de chama de uma superfície metálica, por exemplo, de um lingote é caracterizado pelo fato de que, o oxigênio conduzido através de um bocal central de um quei- mador de chama é excitado para oscilar de tal modo que se forma uma cor- rente de oxigênio pulsante que deixa a desembocadura do bocal com a ve- locidade do som ou velocidade supersônica. A corrente de oxigênio pulsante é constituída de ondas longas, isto é, de uma seqüência periódica de com- pressões de pressão e diluições de pressão do gás de oxigênio. Através dessa medida é levada a pulsar não apenas a corrente de oxigênio central, mas também o gás de combustão que entra de modo periférico é excitado para oscilar. No resultado obtém-se uma economia considerável de consu- mo de oxigênio, bem como, uma superfície lisa da peça de metal processa- da pela queima de chama. De preferência, os parâmetros do processo, em particular, a pressão de alimentação de oxigênio, com a qual a corrente de oxigênio é admitida no bocal, são escolhidos em função da geometria do bocal, de tai modo que a corrente de gás de oxigênio é devidida em uma corrente central e em correntes periféricas. A relação entre a pressão do oxigênio antes do bocal central para a pressão do ambiente N = po / pu se situa, de preferência, entre 1 e 200, ao passo que a relação da pressão do oxigênio pa na superfície de saída do bocal para a pressão do ambiente pu se situa entre 0,1 e 100.

Outras variantes de execução e detalhes da invenção serão re- presentados nos desenhos e descritos a seguir. São mostradas:

figura 1 uma vista lateral combinada, bem como um corte Iongi- tudinal através do bocal do queimador de chama de acordo com a invenção, figura 2 uma vista de cima sobre o bocal e figuras de 3a a d respectivamente, cortes transversais através da abertura de alimentação de gás com diversas formas de corrente de gás.

A peça principal do queimador de chama de acordo com as figu- ras 1 e 2 é um bocal 10 disposto em um cabeçote, que ao lado de canais de alimentação de gás 11 dispostos em forma de anel, apresenta uma abertura de alimentação de gás 12 central. No caso em questão e a ser deduzido nos detalhes da figura 2, as aberturas de alimentação de gás 111 e 112 estão respectivamente, sobre anéis, que se estendem, de forma concèntrica, em torno da abertura de alimentação de gás 12. A distância angular α é definida através do número η para 360/n. No caso em questão, os canais de alimen- tação de gás 111 e 112 levam a um canal de alimentação de gás 11 em forma de anel, como pode ser depreendido da figura 1. Os canais 112, 111 e 11 conduzem um gás de combustão ou uma mistura de oxigênio e um gás de combustão, ao passo que o canal de alimentação de gás 12 central está previsto para o transporte de oxigênio.

Ao longo do comprimento total L representado, a abertura de alimentação de gás 12 central se divide em várias áreas Li, L2, L», U e U. ou L1, Lc e Lk, das quais as áreas mencionadas por último são de especial significado. A área de entrada de gás Li corresponde à área de entrada, que é empregada em bocais conhecidos de acordo com o estado da técnica, No entanto é novidade uma forma do primeiro canal de alimentação 12 central como bocal de Lavai, que se estende ao longo do comprimento Lc. Essa forma de bocal é definida por uma área, na qual o diâmetro interno do bocal se reduz até um diâmetro crítico mínimo dmjn, que é mantido ao longo de um comprimento U (ver também figura 3). Na área que se segue na direção da corrente de gás 13, o revestimento interno da abertura de alimentação de gás 12 se amplia continuamente até um diâmetro maior d* (ver figura 3) que é mantido até a extremidade do bocal ao longo de um comprimento residual Lk. Em exemplos de execução concretos foram escolhidas as seguintes me- didas: Li = 43 mm, L2 = 10 mm, L3 = 25 mm, L4 = 2 mm e U = 72 mm. En- quanto que Li, L2, Ue L4 permanecem inalterados com oxigênio especifica- do e pressões de gás de combustão, o comprimento Lk também pode ser alterado para 65 mm ou 25 mm.

Na figura 3 estão desenhadas somente vistas da seção trans- versal da abertura de alimentação de gás central na área equipada como bocal de Lavai e na área de estabilização. O gás de oxigênio que entra na área equipada como bocal de Lavai tem uma pressão P0 e uma temperatura T0. Na saída dessa área como bocal de Lavai, isto é, na extremidade da á- rea de comprimento Lc. a pressão é Pa. A primeira área, na qual o bocal se reduz conicamente, está designada com 121, a área da ampliação do bocal cônica é designada com 122, ao passo que finalmente, a área que se segue com diâmetro constante tem o número de referência 123, e mostra uma i- magem de acordo com a figura 3. As figuras de a até d mostram diferentes pulsações de gás em função da pressão de entrada po, que aparecem como ondas longitudinais, nas quais se alternam pressões mais altas e mais bai- xas. Além disso, pode ser reconhecido que, dependendo da pressão de en- trada po, escolhida, também a corrente de gás de oxigênio centrai, que está circundada por uma corrente de gás de combustão periférica, é contraída mais estreita ou mais larga. O comprimento Lk é decisivo para, em que me- dida a corrente de oxigênio puisante pode ser estabilizada.

O queimador de chama de acordo com a invenção pode ser e- xecutado tanto como aparelho manual como também como máquina auto- mática de chama. As pressões empregadas, sob as quais o gás de oxigênio é conduzido para a abertura centrai, se situam entre 0,5 e 2 mPa (5 e 20 bar). O gás natural empregado como gás de combustão, constituído, em essência, de metano, é fornecido sob uma pressão de 0,1 a 0,5 mPa (1 a bar). O metano é alimentado através da entrada do bocal 111, que se mis- tura com o oxigênio fornecido através da entrada do boca! 112, de tal modo que, através da abertura anular 11 periférica flui uma mistura de metano e oxigênio para a extremidade de saída do bocal. A velocidade almejada no condutor central 112 com a pressão de alimentação mencionada da corrente de oxigênio deve ficar na faixa supersônica e deve ter até 2387 km/h (2 Mach) em produtos especificados da pressão de oxigênio e do gás de combustão.

Em experiências com queimadores de chama foram obtidos os seguintes resultados:

Primeiramente, foi empregado um primeiro queimador de chama com um bocal tradicional, conhecido do estado da técnica, para a queima de um lingote. Através do bocal central foi introduzido oxigênio sob uma pres- são de cerca de 12 χ 105Pa, e através de bocais dispostos de forma periféri- ca foi introduzido gás de combustão sob uma pressão de 2 χ 105Pa.

Em seguida, foi empregado um queimador de chama com um bocal de acordo com a invenção. Em conseqüência do impulso de pressão se ajustando, a repulsão foi tão grande que uma queima manual com uma pressão de oxigênio de 12 χ IO5Pa não pode ser realizada. Por esse motivo, a pressão de oxigênio foi reduzida para 8 χ IO5Pa1 ao passo que a pressão do gás de combustão permaneceu inalterada.

De forma surpreendente, no primeiro caso mencionado, em tra- balhos com chama foram consumidas quantidades de oxigênio, que ficaram entre 370 até 390 m3. Para os mesmos trabalhos com chama, com o em- prego do bocal de acordo com a invenção foi necessário somente de 90 a 100 m3, o que ilustra que pode ser obtida uma enorme economia de gás de oxigênio.

Claims

1. Queimador de chama, com um bocal (10) disposto em um cabeçote, que ao lado de canais de alimentação de gás (11, 111, 112), dis- postos de forma anular, apresenta uma abertura de alimentação de gás (12) central, caracterizado pelo fato de que, a abertura de alimentação de gás (3) central possui áreas que se seguem imediatamente uma à outra na direção da corrente (13) ou seja, a) uma primeira área (121) que se reduz a um diâmetro inter- no mínimo (dmin). b) uma segunda área (122), na qual o revestimento interno se amplia até um diâmetro maior (dk) em relação ao mencio- nado diâmetro mínimo (dmin) e c) uma terceira área (123) que chega até a desembocadura do bocal com perfil da seção transversal que permanece igual, de preferência, com diâmetro interno em formato de cilindro que permanece igual.

2. Queimador de chama de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de que, o comprimento L.2 da primeira área (121) é menor que o comprimento L3 da segunda área (122).

3. Queimador de chama de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, o diâmetro dk da terceira área (123) é menor que o diâmetro original máximo do início da primeira área (121).

4. Queimador de chama de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, o diâmetro das três áreas, bem como, os comprimentos são ajustados um ao outro de tal modo que, na ex- tremidade de saída do bocal o gás sai em forma de impulso.

5. Queimador de chama de acordo com a reivindicação 4, carac- terizado pelo fato de que, a freqüência de impulso na extremidade de saída do bocal se situa em 100 até 650 Hz.

6. Queimador de chama de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que, a máxima velocidade da corrente de gás é 2387 km/h (2 Mach) (= o dobro da velocidade do som) com valores prede- terminados da pressão do gás de oxigênio e do gás de combustão.

7. Queimador de chama de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, a abertura de alimentação de gás (12) central apresenta uma seção transversal em forma de círculo.

8. Queimador de chama de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que, o cabeçote do bocal (10) é resfria- do por um líquido, em particular, é resfriado por água.

9. Processo para a queima de chama de uma superfície metáli- ca, caracterizado pelo fato de que, o gás de oxigênio conduzido através de um bocal central de um queimador de chama (10) é excitado para oscilação de tal modo que, se forma uma corrente de oxigênio pulsante que deixa a desembocadura do bocal com a velocidade do som ou velocidade supersô- nica.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, a corrente de oxigênio é dividida em uma corrente central e em correntes periféricas.

11. Processo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracteri- zado pelo fato de que, a relação entre a pressão do oxigênio antes do bocal central para a pressão ambiente N = p0 / pu se situa entre 1 e 200, ao passo que a relação da pressão do oxigênio pa na superfície de saída do bocal pa- ra a pressão ambiente pu se situa entre 0,1 e 100.