DE2107810A1 - Flammbrenner - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. QERHARD SCHWAN 2 I U /8 I U

8 MÖNCHEN 80 · QOERZER STRASSE 15

18, Feb. 1971

L-7979-G

UNION CARBIDE CORPORATION 27Ο Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V-St,A

Flämmbrenner

Die Erfindung betrifft einen von Hand haltbaren Flämmbrenner, insbesondere einen Flämmbrenner, der mit Sauerstoffdurchflußmengen von bis zu ungefähr 37Ο m /h arbeiten kann

Handflämmbrenner werden in der Stahlherstellung zur Beseitigung von Oberflächenfehlern benutzt. Beim Einsatz eines solchen Brenners wird der angezündete Brenner mit einem Stahlwerkstück in Flammenkontakt gebracht, wobei die Düse unter einem Winkel von ungefähr 45 zur Ebene der Werkstückoberfläche ausgerichtet wird. Wenn an der Oberfläche ein Schmelzvorgang eingesetzt hat, ™ wird ein Hauptsauerstoffstrom eingeschaltet, so daß der Schmelzvorgang durch eine exotherme Sauerstoff-Eisen-Reoktion aufrechterhalten wird, und wird der Brenner über das Werkstück bewegt. Dabei wird eine Rinne oder Riefe in das Werkstück eingeschnitten, die für gewöhnlich tief genug ist, um unerwünschte Fehlstellen zu beseitigen.. Mit dem Flämmbrenner werden mehrere sich überlappende parallele Stiche nacheinander an der Werkstückoberfläche ausgeführt, bis die gesamte zu flammende Oberfläche frei von '*',

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Fehlern ist. Wahrend derartiger Flammvorydnge muß der Arbeiter die Strahlrückstoßkraft auffangen, die auf die hohe Dusenaustrittsgeschwindigkeit des Sauerstoffstromes zurückzuführen ist.

Die Leistungsfähigkeit eines von Hand haltbaren Flammbrenners hangt unter anderem von der Stichbreite ab, die ihrerseits eine unmittelbare Funktion der Sauerstoffdurchflußmenge des Flammbrenners ist. Daraus folgt, daß eine Erhöhung der Sauerstoffdurchflußmenge zu einer Steigerung der Produktivität eines Handflämmbrenners führen würde. Würde man jedoch versuchen, bei einem bekannten Brenner mit einer größeren als der normal vorgesehenen Sauerstoffdurchflußmenge zu arbeiten, würde die Massendurchflußmenge am Sauerstoffdüsenauslaß so groß, daß die Strahl rückstoßkraft keine einwandfreie Handhabung des Brenners mehr zulassen würde. Außerdem hätte eine erhöhte Sauerstoffdurchflußmenge bei einem solchen bekannten Brenner eine Steigerung der Stichtiefe zur Folge; es würden Hohlkehlen und damit Grate auf dem Werk stück ausgebildet. Zur Gratbildung kommt es durch einen Impulsaustausch zwischen dem Sauerstoffstrom und dem angrenzenden fließfähigen Metall, durch den das Metall von der Werkstückoberfläche aus nach oben getrieben wird, wo es in Form eines Grates erstarrt.

Auf den ersten Blick könnte es den Anschein haben, als würde ein· bloße Vergrößerung bekannter Flämmbrenner zur Anpassung an höhere Sauerstoffdurchflußmengen bei Aufrechterhaltung der bisher verwendeten Werte für die Düsenaustrittsgeschwindigkeiten des

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Snt;t" ί -', ί ο ί ί .j t rorne·..· die St ι cht r &i t e dt.-:-. Brenners vergrößern, ohne daß ei zur- Ausbildung von Hohlkehlen oder Graten kommt. Eine solche Lösung verbietet, sich jedoch in der Praxis, weil das erhöht« Gewicht eines solchen Brenners die Brpop.erhandhabung un~ irh machen wurde,

Mit der Erfindung soll ein von Hand haltbarer Flämmbrenner geschaffen werden, der hinsichtlich seiner Große und seines Gewichtes mit bekannten H.andfldmmbrennem vergleichbar ist, bei j|

dem jedoch mit einer erhöhten Sauer stoff durchflußmenge gearbeitet werden kann, so daß die Flammstichtiefe wesentlich größer als bei bekannten Brennern ist, die einen vergleichbaren Schub haben. Die erhöhte Stichbreite soll erzielt werden können, ohne daß sich Probleme durch. Hohlkehl- und Gratbildungen ergeben.

Ausgehend von einem Flammbrenner mit einem Brennerkörper, der einen Schaftteil mit einem Düsenkopf aufweist, an dem eine Düse mit einem Sauerstoffauslaßkanal befestigt ist, der über einen Sauerstoffkanal im Düsenkopf und im Schaftteil sowie über eine im Brennerkörper angeordnete Ventileinrichtung mit einem Sauerstoffeinlaß in Verbindung steht, wird diese Aufgabe erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß der Sauerstoffkanal im Düsenkopf einen außer Sichtlinienverbindung mit der Öffnung des Sauerstoffauslaßkanals der Düse liegenden divergierenden Abschnitt und einen stromabwärts des divergierenden Abschnittes anschließenden erweiterten Abschnitt aufweist, der ebenso wie der Sauerstoffkanal der Düse eine Querschnittsflache hat, die mindestens gleich dem

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größten Querschnitt des divergierenden Abschnittes ist.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt;

Figur 1

eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines bekannten von Hand haltbaren Flämmbrenners,

Figur 2

eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Handflämmbrenners nach der Erfindung, und

Figur 3

eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des vorderen Endteiles eines abgewandelten von Hand haltbaren Flämmbrenners nach der Erfindung.

Figur 1 zeigt einen typischen bekannten Handflämmbrenner, dessen Brennerkörper einen Ventilblock 1 mit einem über einen Hebel 2 gesteuerten Sauerstoffventil und einem Brenngasventil aufweist. Der Ventilblock 1 ist mit einem Düsenkopf 4 über einen Schaftteil 3 verbunden, der Kanäle besitzt, die mit einem Sauerstoffkanal 7 bzw. einem Brenngaskanal 11 im Düsenkopf 4 in Verbindung stehen. Eine Düse 5, die einen mittleren Schneidsauerstoffkanal aufweist, der in eine AuslaBöffnung 8 mündet und von nicht ver-

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anschaulichten Vorwärmgasöffnungen umgeben ist, ist in dem Düsenkopf 4 lösbar gehalten, wobei die betreffenden Sauerstoffkanäle miteinander ausgerichtet sind. Eine von der Düse 5 und dem Düsenkopf 4 gebildete Mischkammer 12 hat die Aufgäbe,einen Teil des aus dem Sauerstoffkanal 7 kommenden Sauerstoffs mit dem Brenngas aus dem Kanal 11 zu mischen und das brennbare Gemisch gleichförmig auf Kanäle in der Düse zu verteilen, die zu den Vorwärmgasöffnungen führen.

Bei bekannten Flämmbrennern ist die Querschnittsfläche des Sauerstoff Kanals im Düsenkopf im wesentlichen gleich der Querschnittsfläche des Sauerstoffkanals im Schaftteil, während nach Wunsch eine Düse mit einem größeren oder kleineren Sauerstoffkanal gewählt werden kann.

Im Betrieb tritt Sauerstoff in den Ventilblock 1 über ein Anschlußstück 6 ein. Der Sauerstoff durchläuft den Ventilblock 1, den Schaftteil 3, den Düsenkopf 4 und die Düse 5, worauf er aus A der Auslaßöffnung 8 austritt. Brenngas tritt über ein Anschlußstück 1O des Ventilblockes 1 ein und strömt durch den Ventilblock 1, den Schaftteil 3 und den Düsenkopf 4. Nachdem das Brenngas in der Mischkammer 12 mit Sauerstoff gemischt ist, strömt es über die Vorwärmgasöffnungen der Düse 5 aus.

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäß aufgebauten Flämmbrenner, dessen Größe und Kanal führung ähnlich wie bei dem Brenner nach Figur 1 sind. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin,

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daß der Sauerstoffkanal innerhalb des Düsenkopfes 14 nach Figur 2 einen divergierenden Abschnitt 1*5 besitzt, von dem ab stromabwärts die Querschnittsfläche des «anales um ungefähr 50 % vergrößert ist. Der vergrößerte Querschnitt des Sauerstoffkanals 7 bleibt auf der stromabwärts liegenden Seite des Abschnittes 15 ohne erneute Einengung erhalten. Der divergierende Abschnitt 15 liegt außer Sichtverbindung mit der Achse der Auslaßöffnung 17 der Düse. Befände sich der divergierende Abschnitt hinter der Abbiegung 19 des Düsenkopfes 14 und in Sichtlinienverbindung mit der Auslaßöffnung 17, würden sich die dynamischen Effekte des in den divergierenden Abschnitt eintretenden raschen Sauerstoffstromes durch die Auslaßöffnung 17 hindurch auswirken. Die Folge wäre eine höhere Düsenaustrittsgeschwindigkeit des Sauerstoffes und eine eine einwandfreie Handhabung des Brenners ausschließende hohe Schubkraft. Dadurch, daß der divergente Abschnitt 15 und die Auslaßöffnung 17 der Düse nicht in gegenseitiger Sichtlinienverbindung angeordnet werden, kann eine Sauerstoffdurchflußmenge erzielt werden, die bis zu zweimal so groß wie die Sauerstoffdurchflußmenge bei bekannten Brennern mit vergleichbarer Größe und Schubkraft und vergleichbarem Gewicht ist.

Liegt die Düse 16 so, daß ihre Strömungsachse mit der Achse des Schaftteils 3 im wesentlichen ausgerichtet ist (Figur 3), läßt sich der Brennerschub dadurch verringern, daß der Sauerstoffkanal 7 des Düsenkopfes stromabwärts des divergenten Abschnitts 15 mit einer Abbiegung 21 versehen wird. Dies schließt

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eine Sichtlinienverbindung zwischen dem divergenten Abschnitt 15 des Sauerstoffkanals 7 und der Auslaßöffnung 17 aus, so daß der dynamische Sauerstoffstrom in den divergierenden Abschnitt durch die stromabwärts liegende Abbiegung des Sauerstoffkanals 7 unterbrochen wird. Dadurch werden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt wie wenn die Düse so angeordnet ist, daß ihre Strömungsachse und diejenige des divergierenden Abschnittes 15 einen Winkel miteinander bilden, wie dies bei dem Brenner nach

Figur 2 der Fall ist, ή

Der Brennerschub wird letztlich durch die Masse und die Geschwindigkeit des Sauerstoffstromes entlang der Achse der Auslaßöffnung des Brenners bestimmt. Infolge der Geometrie und des Gewichtes des Brenners sowie des dynamischen Gasexpansionsverhaltens, wie es in einem vorgegebenen Handbrenner typischerweise auftritt, muß die Sauerstoffexpansion an einer Stelle stattfinden, die noch nicht mit der Austrittsachse ausgerichtet ist, um einen niedrigen Brennerschub sicherzustellen.

Das durch den divergierenden Abschnitt bestimmte Verhältnis zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts liegenden Kanalquerschnitt, der Druck des zugeführten Sauerstoffes sowie die Druckabfallabfalleigenschaften eines vorbestimmten Brenners im Ventilblock, im Schaftteil und in der Düse haben auf die schließlich an der Düsenauslaßöffnung sich einstellende Sauerstoff geschwindigkeit einen Einfluß. Infolgedessen läßt sich kein bestimmtes Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen auf

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der stromaufwärts und der stromabwärts liegenden Seite für alle Flämmbrenner angeben.,

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wurde ein Flammbrenner der in Figur 2 veranschaulichten Art unter Verwendung des Schaftteils und des Ventilblocks eines im Hände] erhältlichen Handflämmbrenners aufgebaut. Der Ventilblock wurde auf eine höhere Sauerstoffdurchflußkapazitat gebracht, indem der Innendurchmesser des als Sauerstoffeinlaß dienenden Anschlußstückes auf 13 mm vergrößert wurde. Im übrigen waren bei dem Ventilblock und dem Brennerkörper keine weiteren Änderungen erforderlich.

Eine 75 -Düse wurde aus Kugeleisen gegossen. Sie hatte einen Sauerstoffkanal mit einem divergenten Abschnitt, der am Einlaß einen Durchmesser von 13 mm und am Auslaß einen Durchmesser von 20 mm besaß. Einen Durchmesser von 2O mm hatte auch der restliche stromabwärts liegende Teil des Sauerstoffkanals. Der Düsenkopf war ferner so beschaffen, daß er eine im Handel erhältliche Düse für eine hohe Sauerstoffdurchflußmenge aufnehmen konnte. Der spezielle Düsenkopf und die Düse wurden auf den Schaftteil des Brenners aufgesetzt. Flämmsauerstoff wurde über einen Schlauch von geeignetem Innendurchmesser und einer Länge von 4,6 m zugeführt. Der auf diese Weise abgewandelte Brenner konn te bei gleichem Sauerstoffleitungsdruck fast die doppelte Flämmsauerstoffmenge eines herkömmlichen Brenners abgeben. Unter normalen Arbeitsbedingungen arbeitet der herkömmliche Bren-

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ner mit einem Sauerstoffreglerdruck von ungefähr 7,4 kg/cm und einer Sauerstoffdurchflußmenge von ungefähr 17Om /h. Der Flämmbrenner nach der Erfindung hatte im Betrieb einen Sauer-

stoffreglerdruck von ungefähr 8,8 kg/cm und arbeitete mit ungefähr 354 m Sauerstoff pro Stunde. Versuche zeigten, daß dieser Brenner einen Schub hatte, der vergleichbar mit dem eines herkömmlichen Brenners war. Beim Arbeiten des erfindungsgemäß abgewandelten Brenners und des herkömmlichen Brenners waren das Zündverfahren, die Vorschubgeschwindigkeit und der Brennerwin- % kel im wesentlichen die gleichen. Der Brenner nach der Erfindung ergab einen breiten flachen Stich; eine unerwünschte Gratbildung war vermieden; die Ecken waren gut ausgespült; allgemein war die Fehlstellenbeseitigung besser als bei dem herkömmlichen Brenner. Das beste Betriebsverhalten ergab sich bei dem Brenner nach der Erfindung, wenn bei strömendem Sauerstoff der Druck am Regler zwischen ungefähr 8,8 und 9,1 kg/cm lag. In diesem Falle war die Stichbreite ungefähr 50 % größer als bei dem herkömmlichen Brenner unter vergleichbaren Bedingungen hin- A sichtlich der Stahlqualität und der Oberflächenbeschaffenheit. Die erfindungsgemäßen Abwandlungen erhöhten das Gewicht des herkömmlichen Brenners von normalerweise ungefähr 3,9 kg nur um etwa O,9 kg.

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Claims (3)

1. - 1O Ansprüche

   Flämmbrenner mit einem Brennerkörper, der einen Schaftteil mit einem Düsenkopf aufweist, an dem eine Düse mit einem Sauerstoffauslaßkanal befestigt ist, der über einen Sauerstoffkanal im Düsenkopf und im Schaftteil sowie über eine im Brennerkörper angeordnete Ventileinrichtung mit einem Sauerstoffeinlaß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffkanal (7) im Düsenkopf (14) einen außer Sichtlinienverbindung mit der Öffnung des Sauerstoffauslaßkanals der Düse (16) liegenden divergierenden Abschnitt (15) und einen stromabwärts des divergierenden Abschnittes anschließenden erweiterten Abschnitt aufweist, der ebenso wie der Sauerstoffkanal der Düse eine Querschnittsfläche hat, die mindestens gleich dem größten Querschnitt des divergierenden Abschnittes ist.
2. 2. Flämmbrenner nach Anspruch 1, bei dem die Düse im Düsenkopf unter einem stumpfen Winkel mit Bezug auf den Schaftteil des Brenners angeordnet ist und der Sauerstoffkanal im Düsenkopf, der den Sauerstoffkanal in der Düse mit dem Sauerstoff kanal im Schaftteil verbindet, eine Abbiegung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Abschnitt (15) des Sauerstoffkanals (7) im Düsenkopf (14) stromaufwärts der Abbiegung angeordnet ist.

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3. 3. Flämmbrenner nach Anspruch 1, bei dem die Düse innerhalb des Düsenkopfes mit dem Schaftteil des Brenners im wesentlichen an einer Linie liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb des Düsenkopfes stromabwärts des divergierenden Abschnittes (15) befindliche Teil des Sauerstoffkanals gewellt oder abgekröpft ist.

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