DE1401853B2

DE1401853B2 -

Info

Publication number: DE1401853B2
Application number: DE1401853A
Authority: DE
Inventors: Leon Francis Whitehall Borough Conway; Walter Baldwin Borough Rudin
Original assignee: Bloom Engineering Co Inc
Current assignee: Bloom Engineering Co Inc
Priority date: 1962-04-16
Filing date: 1962-08-31
Publication date: 1975-01-02
Also published as: GB978117A; DE1401853A1; DE1401853C3; US3209808A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für Tieföfen mit einem zentralen Gaszuführungsrohr, einer dieses koaxial umgebenden, ofenseitjg mit einem quer angeordneten Mündungskörper abgeschlossenen ringförmigen Verbrennungsluftzuführung, deren Mündungskörper einen Kranz von Luftdurchtrittskanälen aufweist, die konzentrisch zur Austrittsöffnung des koaxial in einem zentralen Durchlaß des Mündungskörpers führenden Gaszuführungsrohres angeordnet sind, sowie einer achsgleich rotationssymmetrisch in einem Brennerstein ausgebildeten Misch- und Brennkammer, in der die Brennmittelzusammenführung durch Ansaugung des Gases durch die Luft erfolgt.

Es ist ein Gasbrenner dieser Bauart bekannt (französische Patentschrift 1 148 885), mit dem sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Tiefofen nicht erzielen läßt. Bei diesem bekannten Gasbrenner verlaufen nämlich die Luftdurchtrittskanäle parallel zur Brennerachse und erzeugen einen relativ schmalen, weit reichenden Flammenstrahl, der dazu führt, daß sich die Temperatur im Tiefofen parallel zu diesem aus dem Gasbrenner austretenden Flammenstrah¹ erheblich ändert. Insbesondere bleiben die Temperaturen der seitlich an den Brenner anschließenden Ofenwand und des daran angrenzenden Ofenbereichs merklich geringer als die Temperaturen im übrigen Ofenraum, da die seitlich an den Brenner angrenzenden Ofenbereiche vom Flammenstrahl ungenügend erwärmt werden.

Ferner ist ein Gasbrenner bekannt (britische Patentschrift 574 313), bei dem die Luftdurchtrittskanäle gegenüber der Brennerachse in Umfangsrichtung geneigt angeordnet sind und in Strömungsrichtung divergierend verlaufen können. Im Anschluß an die Austrittsöffnungen der Luftdurchtrittskanäle und des zentralen Brenngaszuführungsrohres ist e'ne Venturidüse vorgesehen. Im Eingangsteil dieser im Brennerstein vorgesehenen Venturidüse soll die Verbrennungsluft an der Wandung entlangstreichen, um dort eine Kühlung zu bewirkea Eine wesentliche Mischung von Gas und Luft soll ersrim engsten Querschnitt stattfinden, so daß praktisch auch erst dort die Verbrennung beginnt Der durch die geneigte Anordnung der Luftdurchtrittskanä-

is Je erzeugte Drall ist stromab von diesem engsten Querschnitt kaum noch vorhanden, da durch diese Vereingung eine Vernichtung des größten Teils der Drallenerigie erfolgt. Deshalb treten die Flammgase auch hier im wesentlichen als gebündelter Flammenstrahl aus, so

is daß die seitlichen Bereiche des Feuerraumes mangelhaft versorgt werden.

Es ist auch bereits ein Verfahren bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 919 110), einen Gasbrenner für Tiefofen mit veränderlicher Mischgeschwindigkeit bzw. einstellbarer 'Flammenlänge zu betreiben, um den Flammentemperaturhöchstwert im Sinne eines Temperaturausgleichs mit wechselnder Wirkungsrichtung im Ofen zu verlagern. Dabei wird der Flammenstrahl U-förmig geführt, und es müssen meistens mehrere

*5 Gasbrenner vorgesehen sein, bei denen bei einzelnen Brennern oder auch Brennergruppen die Flammenlängenregelung gegenüber den anderen Brennern mit Phasenverschiebung und/oder anderer Frequenz vorgenommen wird. Dieses Verfahren ist recht aufwendig und umständlich.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, einen Gasbrenner für Tieföfen der eingangs genannten Bauart zu schaffen, der eine im Ofenraum sich erweiternde, geringe Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Bereichen des Ofenraumes gewährleistende Flamme erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schnittpunkte der Achsen der Luftdurchtrittskanäle mit der stromauf gelegenen Stirnfläche des Mündungskörpers auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser desjenigen Kreises ist, auf welchem die Schnittpunkte der Achsen mit der stromab gelegenen Stirnfläche des Mündungskörpers liegen, und daß die letztgenannten Schnitt-

punkte gegenüber den erstgenannten in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.

Der durch eine derartige Ausbildung erzielbare technische Fortschritt besteht darin, daß die Brenngase am Austritt aus der Misch- und Brennkammer eine radiale, tangentiale und axiale Bewegungskomponente aufweisen, so daß die Flamme beim Eintritt in den Ofenraum nach oben, nach unten und nach den Seiten gerichtet ist, und eine starke Zirkulation sowohl in der Vertikalebene als auch in der Horizontal- oder Axialebene erfolgt. Die starke Brechung der Flamme am Auslaß der Misch- und Brennkammer gewährleistet, daß die brennerseitige Ofenwand ausreichend heiß ist. um eine gleichförmige Temperaturverteilung von einem Ende zum anderen Ende des Ofens zu bewirken, zumal der axiale Impuls der Flamme ausreicht, um die erforderliche Temperatur auch an der dem Brenner gegenüberliegenden Stirnwand des Ofens aufrechtzuerhalten. Ferner sorgt die vorhandene Zirkulation für eine entsprechend gleichmäßige Temperaturverteilung in verti-

⁶S kaier Richtung des Ofens; dadurch erfolgt auch eine ausreichende Erwärmung des Bodens des Tiefofens.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gasbrenners die in einem Tiefofen ein-

gesetzten Barren oder Blöcke viel schneller als bisher auf die Bearbeitungstemperatur erhitzt und gleichmäßig ausgeglüht werden können. Dadurch läßt sich der Durchsatz von gleichförmig erhitzten, geglühten Barren erheblich erhöhen, ohne daß der Gasdurchsatz vergrößen werden müßte. Die Blöcke bzw. Brammen weise von oben bis unten über ihre ganze Länge jeweils gleiche Temperatur auf und besitzen auch untereinander gleiche Temperatur.

Vorzugsweise schließen die Achsen der Luftdurchtrit skanäle jeweils einen Winkel von etwa 25° mit einer axial verlaufenden Geraden ein.

Der Erfindungsgegenstand ist im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher «""-läutert Es zeigt 15,

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen rechteckigen Tiefofen längs der Linie 1-1 in F i g. 2, in dem ein einzelner Gasbrenner verwendet wird,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 1.

F i g. 3 einen Schnitt durch den Gasbrenner längs der Linie HI-III in F ig. 2,

F i g. 4 eine Teilansicht des Gasbrenners längs der Linie IV-IV in Fig.3.

F i g. 5 einen Schnitt durch den Mündungskörper des Gasbrenners längs der Linie V-V in F i g. 4.

In F i g. 1 und 2 ist ein rechteckiger Tiefofen IO dargestellt, der in einer Richtung von oben befeuert wird und einen einzigen, im oberen Teil eines Ofenendes angeordneten Gasbrenner 11 aufweist. Der Tiefofen 10 weist eine Stirnwand 12 und eine Rückwand 13 und Seitenwände 14 auf, die alle mit feuerfestem Material ausgekleidet sind, und ist mit einem hitzebeständigen Boden 15 ausgestattet, auf dem mehrere Blöcke oder Brammen 16, die erhitzt und ausgeglüht werden sollen, aufruhen. Weiterhin weist der Tiefofen 10 einen entfernbaren Deckel 17 auf, der mit feuerfestem Material ausgekleidet ist und der wenigstens dann geöffnet ist, wenn die Brammen 16 in den Tiefofen 10 eingesetzt oder aus diesem herausgenommen werden. Der untere Teil der Stirnwand 12 besitzt eine Abzugsöffnung 18. die zu einem Abzugsrohr 19 führt, durch das die aus dem Inneren des Tiefofens 10 ausströmenden Gase abgeführt werden. Um die Ofenkonstruktion in üblicher Weise zusammenzuhalten, ist ein Stahlrahmen 24 vorgesehen.

Die Stirnwand weist Bohrungen 20 für die Aufnahme von Thermoelementen 21 auf, um die Temperatur des Stahls an diesem Ende des Ofens 10 anzuzeigen. Zusätzlich sind Bohrungen 22 in der feuerfesten Auskleidung des anderen Endes des Tiefofens 10 vorgesehen, so in denen Thermoelemente 23 angeordret sind, um die Temperatur des Stahls an dieser Stelle anzuzeigen.

Die dargestellte Ausführungsform des Gasbrenners 11 weist ein Brennergehäuse auf, das von einem Metallmantel 25 und einer feuerfesten Auskleidung 26 gebildet wird. Der Gasbrenner 11 kann mittels eines Flansches 27 an dem Metallmantel des Tiefofens 10 befestigt werden. Er besitzt eine Verbrennungsluftzuführung 28 mit einem Einlaß 29, welcher im rechten Winkel zu der ersteren angeordnet ist und zur Ankupplung an eine Luftleitung 30 Flansche 31 aufweist. Die Achse 32 der Luftzuführung 28, die einen zylindrischen Querschnitt besitzt, ist in axialer Richtung mit einer Misch- und Brennkammer 33 in i.nem Brennerstein 34 aus einem feuerfesten Material in Flucht angeordnet. Der Brennerstein 34 ist in der Stirnwandung 12 des Tiefofens 10 angeordnet.

Das hintere Ende des Gasbrenners U weist eine axiale Öffnung 35 auf, die mii einer Platte 36 verschlossen werden kann. Die Platte 36 ist mit feuerfestem Material 37 ausgefüttert und besitzt selbst eine kleine axia · Ie öffnung 38 für ein koaxial zu der Achse 32 angeordnetes Brenngaszuführungsrohr 39. Das dargestellte Brenngaszuführungsrohr 39 ist für die Zufuhr von Naturgas, Koksofengas, Kohlenwasserstoffgas oder einem Gas mit geringem Energiegehalt bei geringer Geschwindigkeit und geringem Druck geeignet Das äußere Ende des Brenngaszuführungsrohres 39 ist mit einer ringförmigen Befestigungsplatte 40 verschweißt, die in Flucht mit einem Einlaßrohrstück 41 angeordnet ist, dem das Gas durch eine Leitung 42 zugeführt wird. Das äußere Ende des Einlaßrohrstücks 41 ist mit einer Platte 43 abgeschlossen. Das Gaszuführungsrohr 39 ist koaxial innerhalb der Luftzuführung 28 angeordnet Die Verbrennungsluft tritt in den Einlaß 29 ein und wird axial h Richtung der Pfeile 44 durch die von der Luftzuführung 28 gebildete Ringlehung gegen einen Mündungskörper 45 aus feuerfestem Material geleitet.

Der Mündungskörper 45 ist eine in axialer Richtung verhältnismäßig dicke, kreisförmige Scheibe, die mit einer Ringdichtung 46 aus feuerfestem Zement dicht in das flammenseitige Ende des Gasbrenners 11 eingesetzt ist. Der Mündungskörper 45 besitzt eine ebene rückwärtige Stirnflache 47, die senkrecht zur Achse 32 orientiert ist und eine koaxial zur Achse 32 verlaufende Mittelöffnung 48 aufweist durch die das Brenngas, das aus dem Brenngaszuführungsrohr 39 ausströmt, geführt wird. Die stromab gelegene Stirnfläche 49 des Mündungskörpers 45 besteht aus einem ebenen Randteil und einem Mittelteil mit einer kegelstumpfförrnigen Oberfläche 50, die in Richtung der Misch- und Brennkammer 33 relativ stark divergiert und die Mittelöffnung 48 schneidet. Im Mündungskörper 45 sind Luftdurchtrittskanäle 51 ausgebildet die um die Achse 32 und die Mittelöffnung 48 angeordnet sind.

Wie in F i g. 5 dargestellt ist weist jeder Luftdurchtrittskanal 51 eine gerade Achse 52 und eine abgerundete Eintrittskante 53 auf, um die Turbulenz am Eintritt möglichst klein zu halten. Die Länge jedes Luftdurchtrittskanals 51 bezogen auf seine Querschnittsfläche und die durchströmende Luftmenge ist ausreichend, um die Luft in Form eines Düsenstrahls in Richtung der Achse 52 aus dem Auslaß 54 austreten zu lassen. Die austretende Verbrennungsluft wird bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform von vorne gesehen in einer Richtung entgegen dem Uhrzeiger verwirbelt, wie durch die Pfeile 55 angedeutet ist. Die Schnittpunkte der Achsen 52 der Luftdurchtrittskanäle 51 mit der stromauf gelegenen Stirnfläche 47 des Mündungskörpers 45 liegen auf einem Kreis, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser desjenigen Kreises ist, auf welchem die Schnittpunkte der Achsen 52 mit der stromab gelegenen Stirnfläche 49 des Mündungskörpers 45 liegen; ferner sind die letztgenannten Schnittpunkte gegenüber den erstgenannten in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Der Kreis, auf dem die Schnittpunkte der Achsen 52 mit der stromab gelegenen Stirnfläche 49 des Mündungskörpers 45 liegen, entspricht der Schnittkante, die von der kegelstumpfförmigen Oberfläche 50 mit der Stirnfläche 49 gebildet wird. Dadurch entsteht nicht nur ein kombinierter Wirbel aus in dieselbe Drehrichtung gerichteten Luftstrahlen, sondern die Luftstrahlen haben außerdem die Tendenz, auseinanderzustreben, d. h. der Luftwirbel hat die Tendenz, sich zu erweitern. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Achsen 52 der Luftdurchtrittskanäle 51 je-

weils einen Winkel von 25° mit einer axial verlaufenden Geraden einschließen zu lassen.

Die Verschneidung der gegenüber der Achse 32 inneren Kanten der Austrittsöffnungen der Luftdurchtrittskanäle 51 mit der kegelstumpfförmigen Oberfläche 50 bildet wellenförmige Vertiefungen 54a und wirkt im Sinne einer schnelleren Mischung von Luft und Brenngas, so daß sich die Flammenfront praktisch an den Mündungskörper 45 bzw. dessen stromab gelegene Stirnfläche 49 anschmiegt

Der Gasbrenner 11 ist mit einer Sparflammenöffnung 56 versehen, die sich durch die Brennerwandung und den Mündungskörper 45 hindurcherstreckt und in

der sich ein Flammenwächter 57 befindet.

1st der Tiefofen 10 frisch beschickt worden, so wird der Brenner 11 bei normaler Betriebsweise derart eingestellt, daß er mit maximaler Flamme brennt, um die frischen Brammen 16 so schnell wie möglich auf die Endtemperatur zu erhitzen. Dann wird der Brenner 11 während des Ausglühens so eingestellt, daß ihm so schnell wie möglich ein Minimum von Brennstoff zugeführt werden kann (minimale Flammenstellung), was bewirkt, daß die Endtemperatur am Ende der Glühperiode an jeder Bramme 16 von außen nach innen, von oben nach unten und von Bramme 16 zu Bramme 16 in demselben Tiefofen 10 verhältnismäßig gleich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasbrenner für Tiefofen mit einem zentralen Gaszuführungsrohr, einer dieses koaxial umgebendenTtofenseitig mit einem quer angeordneten Mündungskörper abgeschlossenen ringförmigen Verbrennungsluftzuführung, deren Mündungskörper einen Kranz von Luf.durchtrittskanälen aufweist, die konzentrisch zur Austrittsöffnung des koaxial in einen zentralen Durchlaß des Mündungskörpers führenden Gaszuführungsrohres angeordnet sind, sowie einer achsgleicti rotationssymmetrisch in einem Brennerstein ausgebildeten Misch- und Brennkammer, in der -die Brennmittelzusamtrienführung durch Ansaugung des Gases durch die Luft erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittpunkte der Achsen (52) der Luftdurchtrittskanäle (51) mit der stromauf gelegenen Stirnfläche (47) des Mündungskörpers (45) auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser desjenigen Kreises ist, auf welchem die Schnittpunkte der Achsen (52) mit der stromab gelegenen Stirnfläche (49) des Mündungskörpers (45) liegen, und daß die letztgenannten Schnittpunkte gegenüber der erstgenannten in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (52) der Luftaustrittskanäle (51) jeweils einen Winkel von etwa 25° mit einer axial verlaufenden Geraden einschließen.