DE102005046198A1

DE102005046198A1 - Burner for industrial oven or furnace has annealed head fabricated in aluminum-coated cobalt alloy

Info

Publication number: DE102005046198A1
Application number: DE102005046198A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Biedenkopf
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-03-29

Abstract

A burner for an industrial oven or furnace has a first feed pipe (1, 1') for fuel gas and a second feed pipe (2, 2', 3) for oxygen. Parts (4, 4') of the burner head are fabricated of cobalt-based alloy with an aluminum coating. Further claimed is a process to fabricate the burner head in which the cobalt/alloy components are annealed, forming an aluminum-rich surface layer.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit zumindest einer Brenngasleitung sowie mindestens einer Leitung für ein sauerstoffhaltiges Gas.The The invention relates to a burner with at least one fuel gas line and at least one line for an oxygen-containing gas.

Brenngas-Luft-, Brenngas-Sauerstoff- und Brenngas-Luft-Sauerstoff-Brenner sind an sich bekannt. Solche Brenner können beispielsweise bei der Befeuerung von Industrieöfen, etwa zum Einschmelzen von Metallen, verwendet werden.Fuel gas-air, Fuel gas oxygen and fuel gas air-oxygen burner are on known. Such burners can For example, in the firing of industrial furnaces, such as for melting of metals.

Für eine wirtschaftliche Nutzung von Brennern sind unter anderem die durch den Betrieb verursachten Kosten relevant. Ein großer Kostenfaktor sind die für den Betrieb notwendigen Betriebsmittel, wie Brenngase oder sauerstoffhaltige Gase. Ein anderer wichtiger Kostenfaktor ist die Lebensdauer eines Brenners bzw. von Teilen desselben. Werden betriebsbedingt bestimmte Teile der Brenner schnell verschlissen, so verursacht dies natürlich hohe Kosten.For an economic Use of burners are among other things caused by the operation Costs relevant. A large Cost factor are the for the operation of necessary equipment, such as fuel gases or oxygenated Gases. Another important cost factor is the life of a Burner or parts thereof. Be determined for operational reasons Parts of the burners wear out quickly, so this naturally causes high levels Costs.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, einen verbesserten Brenner mit einem Brennerkopf und mindestens einer Brenngasleitung sowie mindestens einer Leitung für ein sauerstoffhaltiges Gas anzugeben.Of the The present invention is based on the problem of providing an improved Burner with a burner head and at least one fuel gas line and at least one line for indicate an oxygen-containing gas.

Die Erfindung richtet sich auf einen Brenner mit einem Brennerkopf und mindestens einer Brenngasleitung sowie mindestens einer Leitung für ein sauerstoffhaltiges Gas, so dass das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas während des Betriebes aus dem Brennerkopf austreten, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des Brenner-kopfes aus einer Kobaltbasislegierung bestehen, welche aufweist: 18–25 Gew.-% Chrom, 10–16 Gew.-% Wolfram, 4–12 Gew.-% Nickel und mindestens 50 Gew.-% Kobalt, wobei die Brennerkopfteile vor dem Einbau in den Brennerkopf mit einer 20–200 µm dicken Aluminiumschicht beschichtet worden sind und diese Brenner-kopfteile vor dem Einbau zur Eindiffusion des Aluminiums geglüht worden sind, so dass sie eine aluminiumreiche Oberflächenschicht aufweisen.The Invention is directed to a burner with a burner head and at least one fuel gas line and at least one line for an oxygenated Gas, so that the fuel gas and the oxygen-containing gas during the Operation emerge from the burner head, characterized that parts of the burner head are made of a cobalt-based alloy, which has: 18-25 Wt% chromium, 10-16 Wt% tungsten, 4-12 wt% Nickel and at least 50% by weight of cobalt, the burner head parts before installation in the burner head with a 20-200 μm thick aluminum layer have been coated and these burner head parts before installation have been annealed to the diffusion of aluminum, so they an aluminum-rich surface layer exhibit.

Die Erfindung richtet sich auch auf einen Ofen mit einem eingebauten erfindungsgemäßen Brenner.The Invention is also directed to an oven with a built-in burner according to the invention.

Weiter richtet sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines hitzebeständigen Materials für Teile eines Brennerkopfes aus einer Kobaltbasislegierung und auf ein Verfahren zum Betrieb eines Ofens mit einem erfindungsgemäßen Brenner.Further The invention is also directed to a method for the production a heat-resistant material for parts a burner head of a cobalt-based alloy and a method for operating a furnace with a burner according to the invention.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden näher erläutert. Die Offenbarung bezieht sich dabei stets sowohl auf die Erzeugnisaspekte als auch auf die Verfahrensaspekte der Erfindung.preferred Embodiments of the invention are specified in the dependent claims and will be closer in the following explained. The disclosure always refers to both the product aspects as well as the method aspects of the invention.

Der Erfinder hat festgestellt, dass viele Brenner unter hoher thermischer Belastung eine massive Degradation aufgrund von Hochtemperaturkorrosion und/oder -erosion aufweisen. Entsprechend sind die erzielten Lebensdauern der Brenner für viele Anwendungen unzureichend. Dies hat der Erfinder darauf zurückgeführt, dass die Lebensdauern der zum Bau von Brennern verwendeten Materialien, üblicherweise auf Eisen, Chrom und Nickel basierende Edelstähle, unbefriedigend sind.Of the Inventor has found that many burners under high thermal Stress a massive degradation due to high temperature corrosion and / or erosion. Accordingly, the achieved lifetimes the burner for many applications inadequate. This is what the inventor attributed to the lifetimes of the materials used to build burners, usually Iron, chromium and nickel based stainless steels are unsatisfactory.

Die Erfindung basiert auf der Idee, ausgehend von Kobaltbasislegierungen ein besser geeignetes Material für die thermisch stark beanspruchten Teile eines Brenners bzw. eines Brennerkopfes zu suchen. Kobaltbasislegierungen können sehr hitzebeständig sein.The Invention is based on the idea of starting from cobalt-based alloys a better suitable material for the thermally stressed parts of a burner or a Burner head to search. Cobalt-based alloys can do a lot heat-resistant be.

Die Kobaltbasislegierung weist 18–25 Gew.-% Chrom auf, bevorzugter sind 19 Gew.-% als untere Grenze und unabhängig davon 22 Gew.-% als obere Grenze für den Chromanteil. Weiter weist die Kobaltbasislegierung 10–16 Gew.-% Wolfram auf, bevorzugter sind 12 Gew.-% als untere Grenze und unabhängig davon 15,5 Gew.-% als obere Grenze für den Wolframanteil. Zusätzlich weist die Kobaltbasislegierung 4–12 Gew.-% Nickel auf, wobei 6 Gew.-% als untere Grenze für den Nickelanteil bevorzugter und unabhängig davon 11 Gew.-% als obere Grenze bevorzugter ist. Schließlich enthält eine erfindungsgemäße Kobaltbasislegierung mindestens 50 Gew.-% Kobalt. Die Kobaltbasislegierung kann "Verunreinigungen", wie Eisen und Silizium, enthalten. Üblicherweise entsprechen diese Verunreinigungen weniger als 1 Gew.-% der Kobaltbasislegierung.The Cobalt-based alloy has 18-25 wt% Chromium, more preferably 19% by weight as the lower limit and independently 22 wt .-% as upper limit for the chrome share. Further, the cobalt-base alloy has 10-16% by weight. Tungsten on, more preferably 12 wt .-% as the lower limit and independently 15.5 wt .-% as the upper limit for the Tungsten content. additionally For example, the cobalt-based alloy has 4-12 wt% nickel, wherein 6 wt .-% as the lower limit for the nickel content more preferably and independently 11 wt% as the upper one Boundary is more preferable. After all contains a cobalt-based alloy according to the invention at least 50% by weight Cobalt. The cobalt-base alloy may contain "impurities" such as iron and silicon. Usually these impurities correspond to less than 1% by weight of the cobalt base alloy.

Weiter basiert die Erfindung auf der Idee, die aus der Kobaltbasislegierung bestehenden Brennerkopfteile vor dem Einbau in den Brennerkopf mit einer 20–200 µm dicken Aluminiumschicht zu beschichten; bevorzugter ist eine minimale Schichtdicke von 50 µm und davon unabhängig eine maximale Schichtdicke von 150 µm. Diese Brennerkopfteile werden vor ihrem Einbau geglüht, so dass das Aluminium in die Kobaltbasislegierung eindiffundieren kann. Es entsteht eine aluminiumreiche Oberflächenschicht, welche weiter die Widerstandsfähigkeit der aus der Kobaltbasislegierung hergestellten Brennerkopfteile gegen thermische bzw. erosive/korrosive Einwirkungen verstärkt.Further The invention is based on the idea of the cobalt-based alloy existing burner head parts before installation in the burner head with a 20-200 μm thick Coat aluminum layer; more preferred is a minimum layer thickness of 50 μm and independent of it a maximum layer thickness of 150 μm. These burner head parts are annealed before installation, so that the aluminum can diffuse into the cobalt base alloy. The result is an aluminum-rich surface layer, which continues the resilience the torch head parts made of the cobalt-base alloy reinforced against thermal or erosive / corrosive effects.

Als Brenngase kommen viele verschiedene brennbare Gase in Frage, beispielsweise Erdgas, Koksofengas oder Propan. Das Brenngas kann mit einem sauerstoffhaltigen Gas oxidiert werden. Im einfachsten Fall ist dies Luft. Es kann aber auch ein Gas mit mindestens 80 Gew.-% Sauerstoff sein, bevorzugter sogar mit 99,5 Gew.-% Sauerstoff. Auch reiner Sauerstoff kann hier verwendet werden. Dem Brennerkopf werden diese Gase mit ggf. mehreren Zuleitungen zugeführt.As fuel gases come many different combustible gases in question, for example, natural gas, coke oven gas or propane. The fuel gas can be oxidized with an oxygen-containing gas. Im a In the simplest case, this is air. But it can also be a gas with at least 80 wt .-% oxygen, more preferably even with 99.5 wt .-% oxygen. Pure oxygen can also be used here. The burner head these gases are supplied with possibly several leads.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die gesamte äußere Ummantelung des Brennerkopfes, welche bei einem betriebsbereit in einen Ofen eingebauten Brennerkopf innerhalb des Ofens liegt, aus der Kobaltbasislegierung. So kann man sicherstellen, dass zumindest ein Großteil der mit dem Ofenrauchgas wechselwirkenden und thermisch stark beanspruchten Teile des Brennerkopfes aus der Kobaltbasislegierung bestehen.at a preferred embodiment the invention consists of the entire outer shell of the burner head, which in a burner head installed in an oven ready for use inside the furnace, made of the cobalt-based alloy. So can Make sure that at least a majority of the furnace smoke gas interacting and thermally stressed parts of the burner head consist of the cobalt-based alloy.

Vor ihrem Einbau in den Brennerkopf werden erfindungsgemäß die aus der Kobaltbasislegierung hergestellten Brennerkopfteile mit einer Aluminiumschicht beschichtet. Damit das Aluminium in die Kobaltbasislegierung eindiffundieren kann, werden die Teile in einer Inertgasumgebung geglüht. Dabei ist darauf zu achten, dass das Aluminium wirklich in die Kobaltbasislegierung hineindiffundiert und keine Tröpfchenbildung an der Oberfläche stattfindet, welche zu einer ungleichmäßigen Ausformung der aluminiumreichen Oberflächenschicht führen bzw. eine Diffusion des Aluminiums in die Kobaltbasislegierung sogar unterbinden kann. Um eine Tröpfchenbildung des Aluminiums zu verhindern, wird bei Temperaturen unterhalb des Aluminiumschmelzpunktes geglüht. Der Schmelzpunkt des Aluminiums kann hier aufgrund von Verunreinigungen tiefer liegen als bei elementarem Aluminium.In front their installation in the burner head according to the invention from the cobalt-base alloy burner heads produced with a Coated aluminum layer. So that the aluminum in the cobalt-base alloy can diffuse, the parts are in an inert gas environment annealed. It is important to ensure that the aluminum really in the cobalt-based alloy diffused into it and no droplet formation on the surface takes place, which leads to an uneven shaping of the aluminum-rich surface layer to lead or even a diffusion of the aluminum into the cobalt base alloy can prevent. To a droplet formation of the Aluminum is prevented at temperatures below the aluminum melting point annealed. The melting point of aluminum may be due to impurities lower than elemental aluminum.

Vorzugsweise wird bei einer Temperatur zwischen 450 und 650 °C geglüht, bevorzugter ist es, 550 °C als untere Grenze für die Glühtemperatur und unabhängig davon 620 °C als obere Grenze zu wählen.Preferably is annealed at a temperature between 450 and 650 ° C, more preferably 550 ° C lower Border for the annealing temperature and independent of which 620 ° C to choose as the upper limit.

Je höher die Glühtemperatur, umso geringer ist die notwendige Dauer des Glühvorganges. Die Kosten für das Glühen steigen allerdings überproportional mit der Temperatur. Insofern kann es ökonomisch sinnvoll sein, eine Glühdauer bei einer entsprechend geringeren Temperatur zu wählen, welche Glühdauer größer ist als die minimale bei maximaler Temperatur zu verwendende Glühdauer. Vorzugsweise wird zwischen 30 und 90 Minuten geglüht, bevorzugter ist eine minimale Glühdauer von 50 Minuten und unabhängig davon eine maximale Glühdauer von 70 Minuten.ever higher the annealing temperature, the lower the necessary duration of the annealing process. The cost of the glow increase but disproportionately with the temperature. In that sense, it can make economic sense, a annealing to choose at a correspondingly lower temperature, which annealing time is greater as the minimum annealing time to be used at maximum temperature. It is preferably annealed for between 30 and 90 minutes, more preferably is a minimum annealing time of 50 minutes and independent of which a maximum annealing time of 70 minutes.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die aus der Kobaltbasislegierung bestehenden Brennerkopfteile vor ihrem Einbau in den Brennerkopf in zwei Schritten in einer Inertgasumgebung geglüht worden. Der erste Schritt findet dabei bei einer Temperatur zwischen 450 und 650 °C statt. Bevorzugter ist eine minimale Temperatur von 550 °C und unabhängig davon eine Höchsttemperatur von 620 °C. Man beachte, dass die angegebenen Höchsttemperaturen jeweils unterhalb des Aluminiumschmelzpunktes liegen. Das Glühen sollte zwischen 30 und 90 Minuten dauern. Bevorzugter ist eine minimale Glühdauer von 50 Minuten und unabhängig davon eine maximale Glühdauer von 70 Minuten. Nach Vollendung des ersten Schrittes ist das Aluminium in die Kobaltbasislegierung eindiffundiert. Auf der Oberfläche befinden sich höchstens noch minimale Reste elementaren Aluminiums. In dem zweiten Schritt wird die Glühtemperatur auf Werte oberhalb des Aluminiumschmelzpunktes erhöht, so dass die Diffusion des Aluminiums in die Kobaltbasislegierung hinein beschleunigt wird; die Aluminium enthaltende Oberflächenschicht kann so in einer vorgegebenen Zeit entsprechend tiefer ausgebildet werden. Auf diese Weise kann man höhere Temperaturen nutzen, um die Diffusion zu fördern und gleichzeitig eine Tröpfchenbildung von elementarem Aluminium auf der Oberfläche zu verhindern. Der zweite Schritt findet bei einer Temperatur zwischen 700 und 900 °C zwischen 30 und 90 Minuten lang statt.at a preferred embodiment of the invention are those made of the cobalt-base alloy Burner head parts before installation in the burner head in two steps annealed in an inert gas environment Service. The first step takes place at a temperature between 450 and 650 ° C instead of. More preferred is a minimum temperature of 550 ° C and independently a maximum temperature of 620 ° C. Note that the specified maximum temperatures are below lie of the aluminum melting point. The glow should be between 30 and Take 90 minutes. More preferred is a minimum annealing time of 50 minutes and independent of which a maximum annealing time from 70 minutes. After completion of the first step is the aluminum diffused into the cobalt base alloy. Located on the surface at most still minimal remnants of elemental aluminum. In the second step becomes the annealing temperature increased to levels above the aluminum melting point, so that the Diffusion of aluminum into the cobalt-base alloy accelerated inside becomes; the aluminum-containing surface layer can thus in a be formed correspondingly lower in the given time. To this Way you can get higher Use temperatures to promote diffusion while allowing droplet formation of elemental aluminum on the surface to prevent. The second Step takes place at a temperature between 700 and 900 ° C For 30 and 90 minutes.

Bei einer zur eben beschriebenen Ausführungsform alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die aus der Kobaltbasislegierung bestehenden Brennerkopfteile vor ihrem Einbau in den Brennerkopf auch in zwei Schritten geglüht.at a preferred alternative to the embodiment just described embodiment of the invention are those made of the cobalt-base alloy Burner head parts before their installation in the burner head also in two Steps annealed.

Der erste Schritt entspricht dem ersten Schritt aus dem vorangehenden Absatz und wird deswegen hier nicht noch einmal beschrieben. Der zweite Schritt findet nicht in einer Inertgasumgebung, sondern an Luft und bei einer Temperatur zwischen 700 und 1000 °C maximal 1 Stunde lang statt. Es kann sieh eine stabile Chrom-Aluminium-Mischoxidschicht ausbilden. Je höher die verwendete Temperatur, umso weniger bildet sich Chromoxid und umso mehr bildet sich Aluminiumoxid aus. Je größer der Aluminiumoxidanteil in der Mischoxidschicht ist, umso schneller bildet sich diese Schicht.Of the first step corresponds to the first step from the previous one Paragraph and therefore will not be described again here. The second Step does not take place in an inert gas environment, but in air and at a temperature between 700 and 1000 ° C for a maximum of 1 hour instead. It can form a stable chromium-aluminum mixed oxide layer. The higher the the temperature used, the less chromium oxide is formed, and even more so Alumina forms. The larger the alumina content in the mixed oxide layer, the faster this layer forms.

Es kommen zahlreiche Verfahren in Frage, um die aus der Kobaltbasislegierung bestehenden Teile mit Aluminium zu beschichten. Es ist darauf zu achten, dass eine möglichst gleichmäßige Aluminiumschicht gebildet wird. Aluminiumschichten mit starken Dickeschwankungen führen auch zu stark uneinheitlichen aluminiumhaltigen Oberflächenschichten. Entsprechend wäre diese Oberflächenschicht auch an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich widerstandsfähig.It Numerous methods are in question to those of the cobalt-based alloy Coating existing parts with aluminum. It is important to ensure, that one possible uniform aluminum layer is formed. Aluminum layers with large thickness variations to lead also to strongly non-uniform aluminum-containing surface layers. Would be appropriate this surface layer also in different places differently resistant.

Vorzugsweise sind die Brennerkopfteile aus der Kobaltbasislegierung vor dem Glühen mittels des HVOF-Verfahrens mit Aluminium beschichtet worden. HVOF steht für High Velocity Oxygen Fuel Thermal Spray Process. Bei diesem Verfahren werden geschmolzene Aluminiumtröpfchen mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche geschossen. Dabei werden ein Brennmittel, wie Acetylen oder Wasserstoff, und Sauerstoff in eine Brennkammer geleitet. In der Brennkammer ist eine heiße Flamme, welche mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit durch eine Düse geleitet wird. Aluminium wird in pulverförmiger Form der Flamme zugeführt, darin aufgeschmolzen und mit der Flamme auf die zu beschichtende Oberfläche geschossen. Mit diesem Verfahren kann eine sehr gleichmäßige Beschichtung erzielt werden.Preferably, the burner head parts of the cobalt-base alloy have been coated with aluminum prior to annealing by the HVOF method the. HVOF stands for High Velocity Oxygen Fuel Thermal Spray Process. In this process, molten aluminum droplets are shot onto the surface at high speed. In this case, a fuel, such as acetylene or hydrogen, and oxygen are passed into a combustion chamber. In the combustion chamber is a hot flame, which is passed at high pressure and high speed through a nozzle. Aluminum is supplied in powder form to the flame, melted therein and fired with the flame on the surface to be coated. With this method, a very uniform coating can be achieved.

Bei einer dazu alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Brennerkopfteile aus der Kobaltbasislegierung vor dem Glühen mittels des LPPS-Verfahrens mit Aluminium beschichtet. LPPS steht für Low Pressure Plasma Spray. Die zum Aufschmelzen des Aluminiumpulvers notwendige Energie wird hier über eine Plasmaentladung zur Verfügung gestellt. Ein Inertgas wird zusammen mit dem Aluminiumpulver durch diese Plasmaentladung mit einem gewissen Druck geführt und durch eine Düse auf die zu beschichtende Oberfläche geleitet. Dieses Verfahren findet in einer Luft- oder Inertgasumgebung unter geringem Druck statt. Auch mit diesem Beschichtungsverfahren lassen sich hinreichend gleichmäßige Aluminiumschichten herstellen.at an alternative preferred embodiment of the invention the burner head parts of the cobalt-base alloy before annealing by means of the LPPS process coated with aluminum. LPPS stands for Low Pressure Plasma Spray. The energy required to melt the aluminum powder becomes over here a plasma discharge available posed. An inert gas is passed through together with the aluminum powder passed this plasma discharge with a certain pressure and through a nozzle on the surface to be coated directed. This process takes place in an air or inert gas environment held under low pressure. Also with this coating method sufficiently uniform aluminum layers can be produced.

Weiter können als Beschichtungsverfahren das APS (Arc Plasma Spray) und das VPS (Vacuum Plasma Spray) Verfahren verwendet werden.Further can as coating method the APS (Arc Plasma Spray) and the VPS (Vacuum plasma spray) method can be used.

Auch beim APS wird die zum Aufschmelzen des Aluminiumpulvers notwendige Energie über eine Plasmaentladung zur Verfügung gestellt allerdings findet dieses Verfahren unter Normaldruck an Luft statt.Also in the APS, the necessary to melt the aluminum powder Energy over a plasma discharge available However, this process is found under atmospheric pressure Air instead.

VPS ist der Vorläufer des LPPS und wird im Vakuum durchgeführt. Üblicherweise arbeitet das VPS-Verfahren stark punktuell, d.h. die Wechselwirkungsfläche zwischen dem Plasmastrahl und der zu bearbeitenden Oberfläche ist im Vergleich zum LPPS-Verfahren relativ klein.VPS is the precursor of the LPPS and is carried out in a vacuum. Usually, the VPS method works strongly punctiform, i. the interaction surface between the plasma jet and the surface to be processed is compared to the LPPS method relatively small.

Oft kann es sinnvoll sein, einen Brenner mit zwei unterschiedlichen sauerstoff-haltigen Gasen zu betreiben. Durch eine entsprechende Wahl der jeweiligen Anteile dieser Gase können wichtige Brennparameter, wie Flammenlänge, Flammen-temperatur und Stickoxiderzeugung, beeinflusst werden. Insbesondere ist der Vorteil einer zweifachen Sauerstoffzufuhr, dass durch gestuftes Verbrennen die Stickoxidwerte reduziert werden können. Eine gestufte Verbrennung führt zu geringeren Temperaturspitzen in der Flamme, was zu einer geringeren Stickoxid-bildung führt, da die Stickstoffspaltung (der erste Schritt der Stickoxidbildung) leichter bei höheren Temperaturen abläuft.Often It may be useful to have a burner with two different ones to operate with oxygen-containing gases. By an appropriate Choosing the respective proportions of these gases can be important firing parameters, like flame length, Flame temperature and nitrogen oxide production, to be influenced. Especially is the advantage of a double oxygen supply that is graded by Burn the nitrogen oxide levels can be reduced. A graded combustion leads to lower temperature peaks in the flame, resulting in a lower Nitric oxide formation leads, because the nitrogen splitting (the first step of nitric oxide formation) easier at higher Temperatures expire.

Vorzugsweise weist die Ummantelung des Brennerkopfes Aussparungen auf. Durch diese Aussparungen kann das Ofenrauchgas in den Brennerkopf eintreten, von dem Brenngas und den sauerstoffhaltigen Gasen mitgerissen und der Flamme zugeführt werden. Ein Teil des durch die Aussparungen eintretenden Gases entspricht dabei den Verbrennungsprodukten der zu diesem Brennerkopf gehörenden Flamme. Es findet also eine Rezirkulation von Gasen zwischen dem Ofeninnenraum und dem Brennerkopf statt. Das durch den Brennerkopf strömende Gas saugt das Ofenrauchgas durch die Aussparungen in der Ummantelung des Brennerkopfes nach dem Strahlpumpenprinzip an. Eine solche Rezirkulation kann die Bildung von Stickoxiden reduzieren, wie in der WO2004/029511 beschrieben ist.Preferably has the casing of the burner head recesses. By these recesses may enter the furnace flue gas into the burner head, entrained by the fuel gas and the oxygen-containing gases and supplied to the flame become. Part of the gas entering through the recesses corresponds while the combustion products belonging to this burner head flame. So there is a recirculation of gases between the furnace interior and the burner head instead. The gas flowing through the burner head The kiln flue gas sucks through the recesses in the casing of the burner head according to the jet pump principle. Such a recirculation can reduce the formation of nitrogen oxides, as in WO2004 / 029511 is described.

Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßer Brenner in einen Ofen eingebaut.Preferably is a burner according to the invention built into an oven.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines solchen Ofens ist der Brennerkopf des Brenners so ausgerichtet, dass während des Betriebes vor dem Brennerkopf, also nach Austritt des Gases aus dem Brennerkopf, eine Rezirkulation stattfindet. Dies kann zusätzlich zu der Rezirkulation durch die Aussparungen in der Ummantelung des Brennerkopfes geschehen.at a preferred embodiment of such a furnace, the burner head of the burner is oriented that while the operation in front of the burner head, so after the exit of the gas from the burner head, a recirculation takes place. This can be in addition to the recirculation through the recesses in the casing of the Burner head happen.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Zeichnungen erläutert. Dabei offenbarte Merkmale sind sowohl für den Vorrichtungsaspekt als auch für den Verfahrensaspekt der Erfindung maßgeblich und können auch in anderen als in den dargestellten Kombinationen erfindungswesentlich sein.in the The invention will now be described by way of example with reference to drawings explained. Characteristics disclosed herein are for both the device aspect as well for the Process aspect of the invention and can also essential to the invention in other than in the illustrated combinations be.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennerkopfes als Teil eines erfindungsgemäßen Brenners als erstes Ausführungsbeispiel zu der Erfindung. 1 shows a schematic representation of a burner head as part of a burner according to the invention as a first embodiment of the invention.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Brennerkopfes eines erfindungsgemäßen Brenners. 2 shows an alternative embodiment of a burner head of a burner according to the invention.

1 zeigt einen Brennerkopf als Teil eines erfindungsgemäßen Brenners. Der Brennerkopf insgesamt ist rotationssymmetrisch und entlang seiner Rotationsachse länglich ausgestaltet. Über einen Sockel 12 ist der Brennerkopf in der Wand eines Ofens verankert (die Wand ist nicht gezeigt). Der rechts des Sockels gezeichnete Teil des Brennerkopfes ragt dabei in den Ofen hinein. Der Sockel 12 ist aufgeteilt in einen außerhalb 6 und innerhalb 5 liegenden Teil. Zwischen diesen Sockelteilen 5, 6 kann sich die Ofenwand befinden. Über den äußeren Teil 6 des Sockels 12 können dem Brennerkopf über externe Zuleitungen (nicht gezeigt) verschiedene Gase zum Betrieb zugeführt werden. In der Ofenwand befinden sich entsprechende Durchlässe. Ein tubusförmiger Mantel 4 bildet die äußere Ummantelung des Brennerkopfes. An der der Ofenwand zugewandten Seite schließt die Ummantelung 4 dicht mit dem inneren Teil 5 des Sockels 12 ab. Die Ummantelung 4 weist Aussparungen 8 und eine zentrale, senkrecht zur Rotationsachse gelegene Austrittsöffnung 9 auf. Die Ummantelung 4 des Brennerkopfes besteht aus einer Kobaltbasislegierung, welche 20 Gew.-% Chrom, 15 Gew.-% Wofram und 10 Gew.-% Nickel aufweist. Der Rest besteht im Wesentlichen, d. h. bis auf evtl. Verunreinigungen, aus Kobalt. Vor ihrem Einbau in den Brennerkopf ist die Ummantelung 4 des Brennerkopfes aus der Kobaltbasislegierung mit einer 100 µm dicken Aluminiumschicht beschichtet und etwa 70 Minuten bei 600 °C in einer Inertgasumgebung geglüht worden. Dabei ist das Aluminium in die Kobaltbasislegierung eindiffundiert und es hat sich eine aluminiumreiche Oberflächenschicht gebildet. 1 shows a burner head as part of a burner according to the invention. The burner head as a whole is rotationally symmetrical and elongated along its axis of rotation. About a pedestal 12 the burner head is anchored in the wall of a stove (the wall is not shown). The right side of the base drawn part of the burner head protrudes into the oven. The base 12 is split into one outside 6 and within 5 lying part. Between these base parts 5 . 6 can the furnace wall be located. About the outer part 6 of the pedestal 12 can connect to the burner head via external (not shown) various gases are supplied to the operation. In the furnace wall there are corresponding passages. A tubular shell 4 forms the outer shell of the burner head. At the oven wall side facing the sheath closes 4 close to the inner part 5 of the pedestal 12 from. The jacket 4 has recesses 8th and a central outlet opening perpendicular to the axis of rotation 9 on. The jacket 4 of the burner head is made of a cobalt-based alloy comprising 20% by weight of chromium, 15% by weight of wofram and 10% by weight of nickel. The remainder consists essentially of cobalt, that is, except for any impurities. Before its installation in the burner head is the sheath 4 of the cobalt base alloy burner head was coated with a 100 μm thick aluminum layer and annealed at 600 ° C. for about 70 minutes in an inert gas atmosphere. In this case, the aluminum has diffused into the cobalt-base alloy and an aluminum-rich surface layer has formed.

Durch eine zentrale Brenngaszuleitung (Brennstofflanze) 1 wird das Brenngas, hier Erdgas, zugeführt. Koaxial um diese zentrale Brenngaszuleitung 1 herum sind Leitungen (Lanzen) für 99,9 %igen Sauerstoff angeordnet. In der Zeichenebene von 1 sind nur drei Sauerstofflanzen 2 zu erkennen, wobei in diesem Beispiel die zentrale Brenngaszuleitung 1 jedoch von vier Sauerstofflanzen 2 umgeben ist. Das Brenngas vermischt sich mit dem Sauerstoff in der Umgebung der Austrittsöffnung 9, so dass sich eine Flamme 7 ausbilden kann.Through a central fuel gas supply (fuel lance) 1 the fuel gas, here natural gas, is supplied. Coaxially around this central fuel gas supply line 1 around are arranged lines (lances) for 99.9% oxygen. In the drawing plane of 1 are only three oxygen lances 2 to recognize, in this example, the central fuel gas supply line 1 but of four oxygen lances 2 is surrounded. The fuel gas mixes with the oxygen in the vicinity of the outlet opening 9 , so that a flame 7 can train.

Das durch den Brennerkopf strömende Gas saugt durch die Aussparungen 8 Ofenrauchgas an, so dass ein Teil des aus dem Brennerkopf ausströmenden und an dem Verbrennungsprozess beteiligten Gases durch die Aussparungen 8 wieder dem Gasstrom in dem Brennerkopf zugeführt wird und diesen durch die Austrittsöffnung 9 verlässt (Rezirkulation 10).The gas flowing through the burner head sucks through the recesses 8th Furnace flue gas, so that a portion of the effluent from the burner head and involved in the combustion process gas through the recesses 8th is returned to the gas flow in the burner head and this through the outlet opening 9 leaves (recirculation 10 ).

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Brennerkopf eines erfindungsgemäßen Brenners. Viele Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels sind praktisch identisch mit Merkmalen des vorangehenden Ausführungsbeispiels. Diese tragen die entsprechenden Ziffern aus dem ersten Ausführungsbeispiel in gestrichener Form und werden nur im Falle von Abwandlungen erläutert. Die Ummantelung des Brennerkopfes 4' ist, anders als im vorangehenden Ausführungsbeispiel, vor ihrem Einbau in den Brennerkopf nicht nur mit einer 100 µm dicken Aluminiumschicht beschichtet und 70 Minuten lang bei 600 °C in einer Inertgasumgebung geglüht worden, sondern zusätzlich und im Anschluss daran 70 Minuten lang bei 900 °C an Luft geglüht worden. Dabei hat sich eine stabile Mischoxidschicht an der Oberfläche ausgebildet. 2 shows a second embodiment of a burner head of a burner according to the invention. Many features of the second embodiment are virtually identical to features of the previous embodiment. These carry the corresponding figures from the first embodiment in a painted form and are explained only in the case of modifications. The casing of the burner head 4 ' is, unlike the previous embodiment, not only coated with a 100 micron thick aluminum layer before its installation in the burner head and calcined at 600 ° C for 70 minutes in an inert atmosphere, but additionally and then at 900 ° C for 70 minutes annealed in air. In this case, a stable mixed oxide layer has formed on the surface.

Zusätzlich zu der Brenngasleitung 1' und den Sauerstoffleitungen 2' weist der Brennerkopf Zuleitungen 3 für Luft auf. Auch diese Zuleitungen sind koaxial um die Rotationsachse des Brennerkopfes angeordnet. In diesem Beispiel gibt es sechs Zuleitungen 3. Weiter weist die Ummantelung 4' keine Aussparungen zur Rezirkulation des Ofenrauchgases auf. Der Brennerkopf ist jedoch so in den Ofen eingebaut, dass während des Betriebes das Ofenrauchgas vor der Brennerkopföffnung 9' rezirkulieren 11 kann.In addition to the fuel gas line 1' and the oxygen lines 2 ' the burner head has leads 3 for air on. These supply lines are arranged coaxially about the axis of rotation of the burner head. In this example, there are six leads 3 , Next, the sheath 4 ' no recesses for the recirculation of the furnace smoke gas. However, the burner head is installed in the oven so that during operation the kiln flue gas in front of the burner head opening 9 ' recirculate 11 can.

Eine Ausführungsform, bei der die Brennerkopfummantelung Aussparungen 8 zur Rezirkulation des Ofenrauchgases aufweist und zusätzlich eine Rezirkulation des Ofenrauchgases vor der Brennerkopfaustrittsöffnung 9 bzw. 9' auftritt, ist natürlich auch sinnvoll.An embodiment in which the burner head jacket recesses 8th for recirculation of the furnace smoke gas and in addition a recirculation of the furnace smoke gas in front of the burner head exit opening 9 respectively. 9 ' occurs, of course, makes sense.

1/1'1/1 ': BrenngasleitungFuel gas line
2/2'2/2 ': Sauerstoffleitungen (-lanzen)oxygen lines (Lances)
33: Zuleitungen für sauerstoffhaltiges Gasleads for oxygenated gas
4/4'4/4 ': Ummantelungjacket
5/5'5/5 ': innerer Sockelteilinternal base part
6/6'6/6 ': äußerer Sockelteilouter base part
7/7'7/7 ': Flammeflame
88th: Aussparungenrecesses
9/9'9/9 ': Austrittöffnungoutlet opening
1010: Rezirkulation durch Aussparungenrecirculation through recesses
1111: Rezirkulation vor dem Brennerkopfrecirculation in front of the burner head
1212: Sockelbase

Claims

Burner with a burner head and at least one fuel gas line ( 1 . 1' ) and at least one line ( 2 . 2 ' . 3 ) for an oxygen-containing gas, characterized in that parts ( 4 . 4 ' ) of the burner head consist of a cobalt-based alloy comprising: - 18-25% by weight chromium, - 10 - 16% by weight tungsten, - 4 - 12% by weight nickel and - at least 50% by weight cobalt, the burner head parts ( 4 . 4 ' ) have been coated with a 20-200 μm thick aluminum layer prior to installation in the burner head, and these burner head parts ( 4 . 4 ' ) have been annealed prior to incorporation to infiltrate the aluminum to have an aluminum-rich surface layer.

Burner according to Claim 1, in which an outer casing ( 4 . 4 ' ) of the burner head, which is at a burner head installed in an oven ready for operation within the furnace, consists of the cobalt-based alloy.

Burner according to Claim 1 or 2, in which the burners consisting of the cobalt-base alloy headboards ( 4 . 4 ' ) were annealed at 450 to 650 ° C in inert gas for 30 to 90 minutes prior to their installation in the burner head and after coating with aluminum.

Burner according to Claim 1 or 2, in which the burner head parts consisting of the cobalt-base alloy ( 4 . 4 ' ) were annealed in inert gas prior to their installation in the burner head and after coating with aluminum in two steps, the first step at a temperature between 450 and 650 ° C between 30 and 90 minutes and the second step at a temperature between 700 and 900 ° C for between 30 and 90 minutes.

Burner according to Claim 1 or 2, in which the burner head parts consisting of the cobalt alloy ( 4 . 4 ' ) were first annealed in inert gas prior to their installation in the burner head and after coating with aluminum, this first step taking place at a temperature between 450 and 650 ° C for between 30 and 90 minutes, and a second step at a temperature between 700 and 1000 ° C for a maximum of one hour in air, so that the aluminum-rich surface layer is a chromium-aluminum mixed oxide layer.

Burner according to one of the preceding claims, in which the burner head parts ( 4 . 4 ' ) have been coated with aluminum from the cobalt base alloy prior to annealing by the HVOF process.

Burner according to one of Claims 1 to 5, in which the burner head parts ( 4 . 4 ' ) have been coated with aluminum from the cobalt base alloy prior to annealing by the LPPS method.

Burner according to one of the preceding claims, which comprises at least one line ( 3 ) for a second oxygen-containing gas.

Burner according to Claim 2 and one of the preceding claims, in which the casing of the burner head has recesses ( 8th ) for a recirculation ( 10 ) of the furnace flue gas.

Oven with a burner according to one of claims 1 to 9th

Oven with a burner according to one of claims 1 to 9, wherein the burner is arranged so that during operation in front of the burner head recirculation ( 11 ) of the furnace flue gas takes place.

Method for producing parts ( 4 . 4 ' ) of a refractory cobalt base alloy burner head comprising - 18-25 wt% chromium - 10-16 wt% tungsten - 4-12 wt% nickel and - at least 50 wt% cobalt, and in which process This alloy is coated with a 20-200 microns thick aluminum layer prior to installation in the burner head and then annealed to the diffusion of aluminum, so that an aluminum-rich surface layer is formed.

Process according to claim 12, in which the aluminum-coated burner head parts ( 4 . 4 ' ) are annealed in inert gas at 450-650 ° C for 30 to 90 minutes prior to installation.

Process according to claim 12, in which the aluminum-coated burner head parts ( 4 . 4 ' ) are annealed in two steps in inert gas, wherein in the first step at a temperature between 450 and 650 ° C is annealed between 30 and 90 minutes and annealed in the second step at a temperature between 700 and 900 ° C between 30 and 90 minutes.

Process according to claim 12, in which the aluminum-coated burner head parts ( 4 . 4 ' ) are annealed in two steps, wherein in the first step at a temperature between 450 and 650 ° C between 30 and 90 minutes in inert gas is annealed and in the second step at a temperature between 700 and 1000 ° C for a maximum of one hour in air is annealed so that a stable chromium-aluminum mixed oxide layer is formed as the aluminum-rich surface layer.

A method of operating a furnace with a burner according to claim 9 and one of claims 1 to 8, wherein the furnace flue gas during operation through the recess ( 8th ) of the burner head jacket is recirculated ( 10 ).

A method of operating a furnace according to claim 10 or 11, wherein during operation the kiln flue gas recirculates in front of the burner head ( 11 ).