CN1152110A - 加热熔体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种加热含有可氧化物质熔体的方法，该方法将燃料流和氧化剂流喷射在熔体上方，使燃料用该氧化剂燃料。燃料流和氧化剂流分别具有燃烧流动量和氧化剂流动量。将氧化剂流动量调节至低于一临界动量的值，在该临界动量氧化剂会将上氧化层推到一边，暴露出新鲜熔体，可使其氧化，增加上氧化层的厚度。调节燃料流的动量，使它大于氧化剂流的动量，并使氧化剂流和燃料流动的总比动量小于约60牛顿/兆瓦。
Description
本申请是1995年1月23日申请的美国专利申请号08/376,278的部分继续申请。发明的背景
本发明涉及一种加热含有可氧化物质的熔体的方法。具体地说，本发明涉及一种将燃料流和其下方的氧化剂流喷射在熔体的上方使燃料在氧化剂中燃烧的方法。更具体于说，本发明所涉及一种方法的特点是：控制氧化剂流的动量，使熔体的上表面充分地不受扰动以避免处于上表面下方的熔体上升到上表面而被氧化。
在已有技术提供的燃烧炉中，燃料在氧化剂即富氧空气或几乎纯的氧气中燃烧，产生在熔体上方的喷射的火焰。在许多此类燃烧炉中，氧化剂由位于燃料喷射下面的氧化剂喷嘴供应，使氧化剂流位于熔体和燃料流之间。为了喷射火焰，对位于下方的氧化剂流给予了较大的动量。然而，在火焰的下方有一个高温的含氧区域。在可氧化熔体诸如铝的情况下，可氧化熔体的上表面就会与燃料争夺氧气，产生了上氧化层，该上氧化层在技术上称为浮渣。该上氧化层起着将熔体与火焰隔绝的作用，其结果是妨碍了火焰将热量传递给熔体。这反过来增加了加热熔体至一定温度所需燃料的数量。
于是，本发明提供一种加热熔体的方法，在此方法中设法抑制上氧化层的生长，因而减轻该上氧化层绝热的作用。发明的简要说明
本发明提供一种加热含可氧化物质的熔体的方法。根据该方法，将至少一对燃料流和氧化剂流喷射在熔体上方，使燃料用该氧化剂进行燃烧。该氧化剂流至少有一部分位于燃料流和熔体之间。燃料流和氧化剂流分别具有燃料流动量和氧化剂流动量。氧化剂流在熔体的上表面产生了具有一定厚度的上氧化层。测定氧化剂流的一个临界动量，在该临界动量所述的氧化剂流会将所述的上氧化层推开，结果暴露出新鲜的熔体，使其被氧化，就增加了所述上氧化层的厚度。将氧化剂流的动量调节至低于该临界动量。调节燃料流的动量，使它大于氧化剂流的动量，从而吸引氧化剂靠近燃料，由此在燃料和氧化剂混合层中形成所需的可燃混合物。
在另一个方面中，本发明提供一种加热含可氧化物质熔体的方法。根据该方法，将至少一对燃料流和氧化剂流喷射在熔体上方，使燃料在该氧化剂中进行燃烧。该氧化剂流至少有一部分位于燃料流和熔体之间。燃料流和氧化剂流分别具有燃料流动量和氧化剂流动量，氧化剂流在熔体上表面产生了具有一定厚度的上氧化层。氧化剂流喷射动量应低于一临界动量，在此临界动量所述的氧化剂流会将所述的上氧化层推到边上去，暴露出新鲜的熔体使被氧化，就增加了所述上氧化层的厚度。燃料流的喷射动量应大于氧化剂流的动量从而吸引该氧化剂靠近该燃料，由此在燃料和氧化剂的混合层中形成所需的可燃混合物。
在本发明再一个方面中，该燃料流和氧化剂流具有一总的比动量，它定义为燃料和氧化剂流动量的和除以由该燃料燃烧产生的功率。根据本发明的这再一个方面，规定了氧化剂和燃料，在喷射时它们所述的总的比动量不得大于约60牛顿/兆瓦(所述燃料燃烧产生的功率)。
就其最广泛的方面来说，本发明可用于许多不同类型的燃烧器装置。例如，有一种燃烧器，其中央燃料喷嘴由外部同轴布置的一些氧化剂喷嘴所包围，其产生的氧化剂流只有一部分在燃料流的下方。如上所述的其它的燃料炉，其氧化剂流位于燃烧流的下方，因此氧化剂流完全处于燃料流和熔体之间。也有其它的燃烧器，它有上方的氧化剂流和下方的氧化剂流，燃料流则夹在中间，呈“三明治”式。本申请的权利要求书意在覆盖所有这些类型的燃烧器。另外，必须指出用于此处和权利要求书中的术语“氧化剂”为氧、富氧空气或空气。
本发明人已经确定，氧化剂流存在着一个特定的临界动量，在该动量下，氧化剂流会将使上氧化层推到边上去，将新鲜的即未氧化的熔体暴露出来，从而使其氧化。例如，上氧化层可能作为一个整体朝着氧化剂流的方向滑动，或者在上氧化层中会产生由于一处或多处裂缝。用于此处和权利要求书中的术语“推到边上去”的意义就所有这些可能性。氧化剂流的临界动量取决于许多因素，包括氧化剂流的方向朝着熔体偏移和氧化剂流与熔体之间的距离。当氧化剂流的动量增加时，该动量向熔体的转移也就增加，致使熔体翻腾，上氧化层下面的熔体就转移到表面被氧化，上述的机理就使上氧化层从熔体上表面计起的厚度逐渐增加。然而，上氧化层厚度的这种增长是因上氧化层被推到边上去而引起的。本发明并不能防止上氧化层的形成，然而本发明通过不扰动熔体的上表面而确实抑制了上氧化层的厚度的增加。
在本发明的实践中，当熔体加热时，氧化剂流的动量被调节至低于其临界动量。燃料流的动量则调节到氧化剂流被吸引靠近该燃料流，结果在混合层中产生所需的可燃混合物。这类所需的可燃混合物就是用来产生所需特定功率输出所必需的混合物。由于氧化剂流向着靠近燃料的方向移动，也即，向着离开熔体的方向移动，因而降低了熔体上方的氧浓度，结果起到了抑制熔体上氧化层厚度增加的作用。
该临界动量可用实验方法进行测定，即是在熔体开始被加热后观察其上氧化层的厚度。最初，熔体加热时，调节氧化剂流的动量，使熔体的上表面并不受到氧化剂流的扰动。然后，一面观察着上氧化层一面增加氧化剂流的动量直到在上氧化剂层出现一点扰动。如上所述，可以设定燃烧条件使上氧化剂层不受干扰地来实施本发明。一旦设定了，该设定条件可以记录下来，则用于加热熔体的燃烧器就可以按照本发明操作的这个设定条件或调节至更小的条件之间进行操作。本发明就可按上述操作，然而，为了进一步保证熔体的上氧化层不受扰动，应计算出在燃烧器出口的燃料流和氧化剂流的总的比动量然后调节燃料流和氧化剂流使得该总的比动量为或低于60牛顿/兆瓦。当熔体按照本发明加热时，由于氧化剂流的动量和/或总的比动量都成为限制因素，权用一个燃烧器可能不能产生满足熔体中的加热具体要求的热量。在此情况下，本发明就拟采用若干个燃烧器产生若干对燃料流的氧化剂流，或者采用在离燃烧器不远的距离内即将氧的动量耗散的燃烧器。
附图说明：
本发明以权利要求结束，清楚地指出了作为申请人所认为的本发明主题内容，而本发明结合以下附图可得到更好的理解。
图1是采用本发明加热方法的熔炉的剖视图；
图2是按照本发明操作的燃烧器的前视图；
图3是按照本发明方法操作的燃烧器垂直剖面图；
图4是图3的局部顶视图。
详细说明
图2和图2表示用于加热一种含可氧化物质的熔体例如，铝的熔炉1。熔体10具有上表面12和上氧化层14，熔体为铝的情况下，上氧化层即称为铝浮渣。为了清楚地图示，图中上氧化层14的厚度已被放大。实际上，这种上氧化层仅为几毫米厚。
熔炉1将燃烧器16安装于燃烧器座18中。燃烧器的设计应使燃料在氧化剂即氧或富氧空气中燃烧，以产生覆盖在熔体10上方的喷射火焰20。
另外参照图3，燃烧器16中装有中央燃料喷嘴22，它具体地设计成能将燃料流24以向外发散的扇形喷出。参照图4，由喷射火焰20即充分显示了这种向外发散的扇形结构。位于燃料喷嘴22下方的是氧化剂喷嘴26，它也设计成能产生向外发散的扇形的下方氧化剂流28，它位于熔体10和燃料流24的中间。同时还装了上方氧化剂喷嘴30，它也设计成能产生向外发散扇形的上方氧化剂流32。要说明的是，上方氧化剂喷嘴30，其截面积比下方氧化剂喷嘴26小，所以上方氧化剂流30就比下氧化剂流28具有较小的动量，以防止喷射火焰20冲向炉顶。上方氧化剂喷嘴30也可以制成与下方氧化剂喷嘴26相同的截面积。燃烧器16在颁发的美国专利5,299,929中作了充分说明和描述，也参考结合于本发明中。然而，要说明的是，对于本发明的方法来说，并不要求燃烧器为哪种具体类型，该方法适用于任何一种燃烧器，只要其中氧化剂(如空气、富氧空气或纯氧)是在燃料流下面和熔体上方喷射导入炉中。如前所述，氧化剂(此情况为氧气)的动量通过阀34调节至一临界动量以下，具体地讲，用阀34调节下方氧化剂流28的速度。然后，用燃料阀36调节，燃料流24的速度因而调节其动量。燃料流24的动量应调节至大于下方氧化剂流28的动量，使燃料流24中产生一低压区，将氧化剂流吸引，远离熔体10，而朝向燃料流在燃料和氧化剂的混合层中形成所需要的可燃混合物。另外，如上所述，燃料和氧化剂流24和28总的比动量是可以计算出来的。在此情况下，有可能需要重新调节燃料流和氧化剂流，使总的比动量约在或低于60牛顿/兆瓦(由燃烧器16发出的功率)。
虽然本发明的说明是通过了一个优选的实施方案，但本领域的技术人员可以想到，在不脱离本发明的精神和范围的条件下是可以作出许多变化增加和删改的。
Claims (6)
1.一种加热含有可氧化物质的熔体的方法，其特征在于所述的方法包括：
将至少一对燃料流和氧化剂流喷射在熔体上方，使燃烧用该氧化剂进行燃烧，所述的氧化剂流至少有一部分位于所述的燃料流和所述的熔体之间；
所述的燃料流和氧化剂流分别具有一定的燃料流动量和氧化剂流动量，所述的氧化剂流在所述的熔体所述上表面产生了具有一定厚度的上氧化层；
测定一临界动量，在此临界动量所述的氧化剂流将所述的上氧化层推到边上去，使新鲜的熔体暴露出来而可能被氧化，从而增加所述上氧化层的所述厚度；
将所述氧化剂流的动量调节至低于所述的临界动量；
调节所述的燃料流的动量，使它大于氧化剂流的动量，使得所述的氧化剂和燃料在它们的混合层中形成所需的可燃混合物。
2.一种加热含有氧化物质的熔体的方法，其特征在于所述的方法包括：
将至少一对燃料流和氧化剂流喷射到熔体上方，使燃料用该氧化剂进行燃烧，所述的氧化剂流至少有一部分位于所述的燃料流和所述的熔体之间；
所述的燃料流和氧化剂流分别具有一定的燃料流动量和氧化剂流动量，所述的氧化剂流在所述的熔体所述的上表面产生具有一定厚度的上氧化层；
喷射所述的氧化剂流时，其动量应低于一临界动量，在该临界动量，所述的氧化剂流将所述的上氧化层推到边上去暴露出新鲜的熔体使之可能被氧化，从而增加所述上氧化层的所述厚度；
所述的燃料流喷射时，其动量大于所述的氧化剂流的动量，使得所述的氧化剂和燃料在它们的混合层中形成所需的可燃混合物。
3.一种加热含有可氧化物质的熔体的方法，其特征在于所述的方法包括：
将至少一对燃料流和氧化剂流喷射到熔体上方，使燃料用该氧化剂进行燃烧，所述的氧化剂流至少有一部分位于所述的燃料流和所述的熔体之间；
所述的燃料流和氧化剂流分别具有一定的燃料流动量和氧化剂流动量，所述的燃料流和氧化剂流具有一总的比动量，它定义为所述的的燃料流和所述的氧化剂流动量之和除以燃料燃烧的功率输出，所述的氧化剂流在所述熔体的所述上表面产生了具有一定厚度的上氧化层；
喷射所述的氧化剂流时，其动量应低于一临界动量，在该临界动量所述的氧化剂流将所述的上氧化层推到边上去，暴露出新鲜的熔体使其可能被氧化，从而增加所述上氧化层的所述厚度；
所述的燃料流喷射时，其动量大于所述氧化剂流的动量，使得所述的氧化剂和燃料它们的混合层中形成所需的可燃混合物；
所述的氧化剂流和燃料流燃喷射它们的总的比动量不大于60牛顿/兆瓦，其中兆瓦是所述的燃料在进行所述燃料时产生功率的单位。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述的燃料流和氧化剂流均具有向外发散的扇形形状。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括在所述燃料流的上方产生一个上方的氧化剂流，使所述的燃料流夹在所述的上、下氧化剂流之间。
6.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的熔体是铝。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |