DE102005023435A1 - Gasbrenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einem Zentralrohr für ein brennbares Gas und einem Mantelrohr für ein sauerstoffhaltiges oder sauerstoffangereichertes Gas. Zum Verändern der Flamme ist vorgesehen, dass die Austrittsöffnung des Mantelrohres in mindestens zwei Ringstücke unterteilt ist, die mit unterschiedlichen Gasmengen oder Gasarten beaufschlagt werden können.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gasbrenner mit einem Zentralrohr für ein brennbares Gas und einem Mantelrohr für ein sauerstoffhaltiges oder sauerstoffangereichertes Gas.
• Sauerstoff-Gasbrenner werden normalerweise Rohr in Rohr (konzentrisch) gebaut. In der Mitte befindet sich ein Brenngasrohr, welches konzentrisch von einem oder mehreren Sauerstoffzuführrohren umgeben ist. Der Austritt des Sauerstoffes findet durch den Spalt zwischen den konzentrischen Rohren statt. Dabei strömt durch eine oder mehrere Spalten Sauerstoff bzw. Gas unter Druck aus. Hierbei bildet sich eine konzentrische, symmetrische Flamme.
• Ein gattungsgemäßer Brenner ist beispielsweise aus der DE 35 19 395 A1 bekannt. Ein Zentralrohr für das Brenngas ist dort von einem Mantelrohr für Sauerstoff umgeben.
• Ähnliche Brenner sind aus der DE 199 09 743 A1 oder der DE 100 46 569 A1 bekannt. Beide Brenner weisen ein zentrales Rohr für das Brenngas und zwei bzw. drei konzentrisch dieses Rohr umgebende Mantelrohre für Sauerstoff und/oder Luft auf.
• Eine etwas andere Variante ist aus der EP 198 332 B1 bekannt, bei der das Brenngas durch ein Zentralrohr mit eckigem Querschnitt fließen kann, während der Sauerstoff in Kanälen ausströmt, die das Zentralrohr umgeben.
• Alle diese Brenner erzeugen symmetrische Flammen. Beim Einschmelzen von Substanzen ist es jedoch manchmal wünschenswert, die Flamme räumlich zu bewegen, um einen größeren Bereich der Hitze der Flamme auszusetzen, und damit den Einschmelzprozess zu beschleunigen. Aktuell müssen für diesen Effekt zusätzliche Brenner eingesetzt werden, da ihre Flammen senkrecht zur Austrittsrichtung je konstante, unflexible und mehr oder weniger symmetrische Ausdehnungen haben.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Brenner vorzuschlagen, dessen Flamme ohne mechanische Verstellung zur Seite gelenkt werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Brenner, dessen Austrittsöffnung des Mantelrohres in mindestens zwei Ringstücke unterteilt ist, die mit unterschiedlichen Gasarten oder Gasmengen beaufschlagt werden können.
• Ausführungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprüchen.
• Erfindungsgemäß ist die Austrittsöffnung des Mantelrohres also in zwei, drei, vier oder mehr Ringstücke unterteilt, die mit unterschiedlichen Gasen (Brennstoff, Sauerstoff oder Luft) und mit unterschiedlichen Gasdrücken oder Gasmengen beaufschlagt werden können. Durch die Unsymmetrie der Beaufschlagung der Flamme "verbiegt", verändert oder bewegt sich die Flamme in die gewünschte Richtung und gibt damit die Wärme nicht symmetrisch, sondern in einen bevorzugte Richtung ab. Die Flamme oder die Hauptabstrahlrichtung kann also zur Seite, nach oben oder nach unten bewegt werden.
• Ein einfaches Beispiel ist die Unterteilung der Austrittsöffnung in zwei Ringstücke, die dann jeweils einen Zentriwinkel von ca. 180° haben. Der Ringspalt, durch den der Sauerstoff oder das sauerstoffangereicherte Gas austritt, ist also zweigeteilt. Beide halben Ringspalten oder Ringstücke können individuell mit Sauerstoff versorgt werden. Werden beide mit der gleichen Sauerstoffmenge beaufschlagt, ergibt sich die Funktion wie bei den bisher bekannten Brennern des Standes der Technik. Reduziert man den Fluss einer Hälfte, während die andere Hälfte bei gleichem Fluss weiterbetrieben wird, verbiegt sich die Flamme und erhöht die Wärmestrahlung in Richtung des verminderten O₂-Durchflusses.
• Dies gilt ebenso für eine Aufteilung der Austrittsöffnung des Mantelrohres in drei oder vier Ringstücke, wobei der Zentriwinkel dann entsprechend 120 ° oder 90 ° beträgt. Möglich sind auch Ausführungen mit 5 oder mehr Ringstücken.
• Die Erfindung erreicht eine höhere Flexibilität des Brenners durch Variation der Brennerflamme senkrecht zur Mittelachse des Brenners, wobei keine mechanischen Bauteile zur Veränderung der Flammenform vorgesehen werden müssen. Dadurch ist die Ausfallwahrscheinlichkeit wesentlich reduziert. Die erfindungsgemäßen Brenner erlauben eine optimale Anpassung des Wärmeeintrags an die jeweiligen Einschmelzprozesse zum Beispiel in Elektro Lichtbogenöfen, Schachtöfen oder sonstigen Einschmelzöfen für Metalle.
• In einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen das Mantelrohr und das Zentralrohr über weite Strecken gerade. Zumindest am Austritt oder entlang der letzten 50 cm verlaufen die Rohre koaxial, so dass die Gase im Wesentlichen in Axialrichtung ausgestoßen werden. Das innere Gasrohr kann gerade sein, kann aber auch als Düse oder Lavaldüse ausgebildet sein.
• Die Größenverhältnisse zwischen Innenrohr und Mantelrohr sind so gewählt, dass im Wesentlichen der gleiche Gasdurchsatz zwischen Brenngas und Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas erreichbar ist. Das Verhältnis von Innenradius r zu Außenradius R schwankt z.B. von 1:2 bis 5:6, beträgt bevorzugt aber 2:3, so dass sich ungefähr gleich große Flächen für die Austrittsöffnung des Zentralrohres und die Summe der Ringstücke ergeben.
• Als Gase können sowohl brennbare Gase als auch Sauerstoff, sauerstoffangereicherte Luft, Luft und alle möglichen Mischungen in die einzelnen Ringstücke oder das Zentralrohr gegeben werden. Vorteilhaft sind folgende Gasmengen: Gas 50–400 Nm³/h und Sauerstoff 100–800 Nm³/h.
• In einer Ausführung der Erfindung sind ein oder mehrere der Ringstücke mit Brenngas versorgt, während das Zentralrohr ebenfalls mit Brenngas versorgt wird. Die Drucke der unterschiedlichen Brenngasleitungen können unterschiedlich eingestellt werden.
• Der erfindungsgemäße Brenner eignet sich besonders für einen Einsatz in Stahlwerken und in Öfen, bei denen eine erhöhte Flexibilität der Brenneranwendung aus metallurgischen Gründen notwendig ist. Durch die Variation der Durchflüsse und der daraus resultierenden Flammrichtungsänderung kann der Brenner einen größeren Bereich im Ofen erreichen, und damit erhitzen bzw. einschmelzen. Nach heutigem Stand der Technik ist das gleiche Ergebnis nur durch Einsatz mehrerer Brenner möglich.
• Der Brenner führt zu einer erhöhten Effizienz und zu einem geringeren Verschleiß der Ausmauerung. Da die Flammrichtungsänderung über wechselnde Durchflüsse realisiert wird, werden keine beweglichen Teile wie Schwenkmechanismen benötigt. Daraus folgt ein geringer Wartungsaufwand. Die hohe Effizienz resultiert auch aus der großen Reaktionsfläche durch Flammrichtungsänderung im Vergleich zu einem heute bekannten Brenner. Der vom Brenner bestrichene Bereich erhöht sich dabei um bis zu 100% gegenüber heute üblichen Brennern.
• Eine Ausführung der Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch eine Ansicht auf die Brennerausströmöffnung eines erfindungsgemäßen Brenners. Der Brenner enthält ein Zentralrohr 3, das von einem Mantelrohr 4 umgeben ist. Das Mantelrohr 4 ist hier in ein erstes Ringstück 1 und ein zweites Ringstück 2 aufgeteilt. Das Zentralrohr hat den Radius r, das Mantelrohr den Radius R. In dieser Ausführung wird durch das Zentralrohr 3 brennbares Gas geführt, während durch die beiden Ringstücke 1 und 2 Sauerstoff geblasen wird. Bei unterschiedlich starken Sauerstoffdurchsätzen verbiegt sich die Flamme entweder nach links oder nach rechts. Bevorzugt kann der Brenner in der Ofen-Seitenwand mit einem Winkel zwischen 10° und 45° Neigung zum Schmelzbad hin angeordnet sein.

Claims (8)

1. Gasbrenner mit einem Zentralrohr (3) für ein brennbares Gas und einem Mantelrohr (4) für ein sauerstoffhaltiges oder sauerstoffangereichertes Gas, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung des Mantelrohres (4) in mindestens zwei Ringstücke (1, 2) unterteilt ist, die mit unterschiedlichen Gasmengen oder Gasarten beaufschlagt werden können.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Ringstücke (1, 2) mit dem Zentriwinkel von ca. 180°.
3. Gasbrenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei Ringstücke mit einem Zentriwinkel von ca. 120°.
4. Gasbrenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vier Ringstücke mit einem Zentriwinkel von ca. 90°.
5. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr und das Zentralrohr zumindest am Austritt oder die letzten 50 cm vor dem Austritt koaxial verlaufen.
6. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Innenradius r zu Außenradius R von 1:2 bis 5:6, bevorzugt von 2:3.
7. Verfahren zum Heizen bzw. Schmelzen von Metallen, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Brenners nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Ringstücke (1, 2) mit Brenngas versorgt werden.