DE2701585A1

DE2701585A1 - Verfahren und vorrichtung zum heizen eines ofenraumes

Info

Publication number: DE2701585A1
Application number: DE19772701585
Authority: DE
Inventors: James Eugene Hovis
Original assignee: Bloom Engineering Co Inc
Current assignee: Bloom Engineering Co Inc
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-01-15
Publication date: 1978-03-23
Also published as: BR7701059A; IT1086805B; LU76567A1; GB1520696A; AT378253B; JPS5339525A; SE7614100L; FR2365765A1; AU505663B2; CA1061547A; FR2365765B1; BE850199A; AU2303977A; ATA31077A; JPS6128885B2; US4083677A; NL7700985A; MX145392A; DE2701585C2

Description

JAEGER, GRAMS & PONTANI _r

I¹ATIiNTANWAl-TK 2 ' U 1 b O DIPL.-CHEM. DR. KLAUS JAEGER DIPL.-ING. KLAUS D. GRAMS DR.-ING. HANS H. PONTANI GRAFELFING · ARlBOStR. 47 8O31 STOCKDORF · KREUZWEG 34 8752 KLEINOSTHEIM ■ HIRSCHPFAD 3

BLO-1

BL(X)M ENGINEERING COMPANY, INC.

Horning and Curry Roads, Pittsburgh, Pennsylvania 15236 / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Heizen eines Ofenraumes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 genannten Art.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung und Aufrechterhaltung hoher Impulspegel in einer insbesondere für metallurgische Wärmebehandlungen verwendeten Ofenkammer. Die hohen Impulspegel sollen dabei während des gesamten Wärmebehandlungszyklus gleichmässig aufrechterhalten werden, um auf diese Weise in der gesamten Beschickung eine zumindest im wesentlichen gleichmässige Temperatur aufrechtzuerhalten, während zumindest über die gesamte Hauptfeuerungsphase mit der grössten Energieaufnahme mit stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis gefeuert wird. Dadurch kann die Energieaufnahme

809812/0564

TELEPHON: (OB9) 85427O1; 8574O8O; (O6O27) 8825 ■ TELEX: 521 777 isar d

AO

2 7 O 1 S R ¹S

auf ein Minimum gesenkt werden.

Ein Wärmebehandlungszyklus in einem metallurgischen Ofen richtet sich in seinen Kenndaten zunächst und vor allem nach den metallurgischen Erfordernissen der zu behandelnden Beschickung. In praktisch allen metallurgischen Wärmebehandlungsprozessen wird gegen Ende einer Haltezeit in einem Wärmebehandlungszyklus ein hohes Mass an Temperaturgleichverteilung in der Beschickung verlangt. In der Praxis ist ein so hohes Gleichmass der Temperaturverteilung häufig jedoch nur unter Schwierigkeiten einzustellen. Wenn dies technisch möglich ist, stehen der Einstellung dieses Ziels häufig jedoch wirtschaftliche Gründe entgegen, bei denen insbesondere die Energiekosten und Brennstoffkosten eine ausschlaggebende Rolle spielen. Gebräuchliche metallurgische Wärmebehandlungsöfen unterliegen in der Praxis in hohem Mass der Leckbildung, beispielsweise an den Türdichtungen, an Lehmdichtungen und zahlreichen anderen konstruktiv bedingten Stoßstellen, an denen sich Fugen und Ritzen bilden. Solche undichten Stellen lassen sich in aller Regel nur durch Aufrechterhalten eines Überdrucks im Ofenraum ausschalten. Beim Arbeiten mit Normaldruck tritt durch solche Leckstellen kalte Aussenluft in den Ofenraum ein und führt in der Beschickung zu örtlich begrenzten Kaltzonen. Nachteilig an den bekannten Uberdrucköfen ist ihr hoher Preis, der durch ein aufwendiges Druckregelsystem zumindest entscheidend mitbedingt ist. Solch aufwendige Druckregelsysteme sind erforderlich, da auch beim Fahren des Ofens auf kleinstem Energieaufnahmepegel, beispielsweise 10 bis 100/1 in der Abfahrphase, die Aufrechterhaltung eines Überdrucks mit absoluter Sicherheit gewährleistet sein muss. Ein weiterer Grund für das Auftreten von Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung in der Beschickung eines metallurgischen Wärmebehandlungsofens liegt darin, dass die Ofentür in der Regel einen höheren Wärmeverlust als die seitlichen Ofenwände aufweist. Die nahe der Ofentür liegenden Bereiche der Beschickung weisen daher häufig eine Temperatur auf, die unter der Ausgleichstemperatur in anderen Bereichen der

809812/0564

Beschickung liegt.

Weiterhin ist bekannt, dass ein hoher Grad an Zwangsumwälzung der Atmosphäre in einem Ofenraum ein wesentlicher Faktor zur Einstellung einer homogenen Temperaturverteilung in der Beschickung ist. Auch ist bekannt, dass der Umwälzunggrad eine direkt proportionale Funktion des Impulses der in den Ofenraum eintretenden Gase ist. Eines der Mittel zur Aufrechterhaltung eines hohen Impulses in der Ofenkammer ist die Einstellung eines starken konstanten Luftstromes im Ofen, dessen Stärke auf den Luftbedarf bei der höchstmöglichen Feuerungsleistung des Ofens abgestellt ist. Nachdem die Beschickung die Ausgleichstemperatur erreicht hat, wird die Brennstoffzufuhr gedrosselt, während gleichzeitig die starke Luftzufuhr unvermindert aufrechterhalten wird. Dadurch können die durch Lecks im Ofen auftretenden Probleme unterdrückt werden. Durch das grosse in den Ofenraum gedrückte Luftvolumen werden die Leckstellen mit einem aufwärts gerichteten Strom beaufschlagt. Nachteilig an diesem Verfahren ist sein geringer Wirkungsgrad im Hinblick auf die Brennstoffausnutzung, da grosse Mengen überschüssiger Luft, die in den Ofenraum geblasen werden, erwärmt werden müssen. Ein solches Verfahren ist angesichts der gestiegenen Brennstoffkosten und der gestiegenen Energiekosten im allgemeinen unwirtschaftlich und steht auch nicht mit einem verantwortlichen Umgang mit Energie im Einklang.

Das beste System zum Heizen eines Ofenraums ist vom Standpunkt der Brennstoffeinsparung die sogenannte Verhältnisfeuerung. Bei diesem System wird die aufgegebene Verbrennungsluft beim Vermindern der Brennstoffzufuhr in gleichem Masse vermindert, so dass praktisch keine überschüssige Luft in den Ofenraum gelangt. Der Brenner wird stets mit einem stöchiometrischen Gemisch von Verbrennungsluft zu Brennstoff gefahren. Dadurch wird im Hinblick auf den Brennstoff ein

809812/0564

sehr hoher Wirkungsgrad erzielt. Dieses System weist jedoch drei Nachteile auf.

Beim Herunterfahren des Ofens werden die Luftzufuhr und die Brennstoffzufuhr gemeinsam gedrosselt, so dass praktisch keine Energie in den Ofenraum gelangt, die die erforderliche Umwälzenergie zur Erzeugung der Homogenität der Temperaturverteilung aufbringen könnte. Für bestimmte Einsatzbereiche kann dieses Herabfahren des Ofens bis auf eine Grössenordnung von 100 : 1 erfolgen. In der Praxis haben diese Verhältnisse dazu geführt, dass gerade in jenen Phasen der Wärmebehandlungszyklen, in denen eine höchste Temperaturgleichverteilung benötigt wird, eben diese Temperaturgleichverteilung so weit verschlechtert ist, dass zufriedenstellende metallurgische Bearbeitungsergebnisse nicht mehr erzielbar sind.

Ein zweiter Nachteil der Verhältnisfeuerung ist, dass im Bereich jedes der Brenner die höchsten Flammentemperaturen und damit Bereiche hoher Temperaturen im Ofenraum, ausgebildet werden. Solche Hochtemperaturbereiche führen in der Beschickung zu lokalisierten UberhitZungsbereichen.

Ein dritter Nachteil schliesslich tritt bei der Verwendung mehrerer Brenner auf, die mit Verbrennungsluft und Brennstoff im stöchiometrischen Verhältnis gespeist werden, und zwar insofern, als der Wärmeübergang ausschliesslich durch Strahlung erfolgen muss. Das heisst mit anderen Worten, dass im Bereich niedriger Energiebeaufschlagung des Ofens praktisch kein Wärmeübergang durch Konvektion erfolgt. Dies führt letztlich zu ausserordentlich langen Ausgleichszeiten für die Beschickung im Ofenraum. Dies ist insbesondere für Beschickungen kritisch, die beispielsweise aus einer grösseren Anzahl senkrecht mit Abstand voneinander angeordneten Rundstäben oder Röhren bestehen. Bei geringem Wärmeübergang durch Konvektion müssen zunächst der oberste und bzw. oder der unterste Stab die Ausgleichstemperatur erreichen, um dann

809812/0564

- sf -

ihrerseits durch Strahlung die benachbarten Stäbe zu erwärmen. Dies führt für die gesamte Beschickung zu sehr langen Ausgleichszeiten.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Vorteile der beiden bekannten Verfahren, nämlich sparsamsten Brennstoffverbrauch und die Erzielung höchster Temperaturgleichverteilung im Ofenraum, miteinander verbindet, ohne die Nachteile beider Verfahren, nämlich Temperaturinhomogenitäten und lange Verweilzeiten, in Kauf nehmen zu müssen. Zur Durchführung dieses Verfahrens liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der im Ofenraum hohe Impulse der Gasströmung und massige Flammentemperaturen einstellbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist. Weiterhin wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 10 genannten Merkmale aufweist.

Das Verfahren zum Erwärmen eines Ofenraums sieht also im wesentlichen vor, zu Beginn mehrere mit hohen Gasgeschwindigkeiten arbeitende Brenner (Hochdruckbrenner) bei praktisch maximaler Brennstoffzufuhr und im wesentlichen stöchiometrischem Verhältnis Brennstoff/Verbrennungsluft zu betreiben.Wenn die Beschickung die Sollhaltetemperatur erreicht, werden die Brennstoffzufuhr und die Verbrennungsluftzufuhr unter Wahrung des stöchiometrischen Mischungsverhältnisses, also mit theoretischem Luftbedarf, gedrosselt. Beim Erreichen eines vorbestimmten Grenzwertes, beispielsweise beim Erreichen einer vorgegebenen Brennstoffdrosselung, wird ausserhalb der Verbrennungszonen der Brenner überschuss-

809812/0564

- y-

luft mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen. Dadurch wird zum einen die Aufrechterhaltung der erforderlichen Energiebeaufschlagung des Ofenraums erhalten und wird andererseits die Flammentemperatur massig oder stark gesenkt. Dieses Ablöschen der Flammentemperatur wird durch das hohe Impulsniveau der Uberschussluftdüsen erzielt, das zwei Wirkungen hervorruft: (1) Die sich auf hoher Temperatur befindende Flamme bzw. das Verbrennungsgas werden der kühleren Uberschussluft beigemischt und wieder in den Zwangsumlauf versetzt, und (2) die kühleren Gase der Ofenatmosphäre werden durch Zwangskonvektion wieder der hohen Temperatur der Brennerflamme oder der Verbrennungsgase zugeführt.

Die Vorrichtung zum Zuführen dieser Uberschussluft kann als Teil des Brenners, kann aber auch als unabhängige Vorrichtung ausgebildet sein. Wenn die Vorrichtung zum Zuführen der Uberschussluft als Teil des Brenners ausgebildet ist, so sind vorzugsweise durch den Mündungsblock hindurch die Kanäle für die Zufuhr der Uberschussluft ausgebildet. Wenn die Vorrichtung zur Zufuhr der Uberschussluft als unabhängige Vorrichtung ausgebildet ist, so ist sie vorzugsweise einfach als Brenner mit kleiner Kapazität ausgebildet, der mit dem theoretischen Luftbedarf gefeuert wird, und dem eine Uberschusslufteinheit so zugeordnet ist, dass während der Haltezeit der Wärmebehandlungszyklen Uberschussluft mit hoher Geschwindigkeit zur Verfügung steht. Vorzugsweise sind die Austrittsöffnungen für die Uberschussluft radial auswärts zur Mittelachse des Brenners und der Verbrennungsluftkammer angeordnet.

Zusammengefasst schafft die Erfindung also ein Verfahren zum Beheizen eines Ofenraums, das hohe Impulspegel während des gesamten Wärmebehandlungszyklus ermöglicht und dadurch in der gesamten Beschickung ein hohes Mass an Temperatur-

809812/0564

gleichverteilung ermöglicht. Zu Beginn werden mehrere Hochgeschwindigkeitsbrenner bei maximaler Brennstoffzufuhr und im wesentlichen theoretischem Luftbedarf gefeuert. Anschliessend wird unter Beibehaltung des stöchiometrischen Verhältnisses Brennstoff/Verbrennungsluft die Brennstoffzufuhr gedrosselt, und zwar bleibt dabei das stöchiometrische Verhältnis so lange aufrechterhalten, wie der Wärmebehandlungszyklus noch in der Phase der stärkeren Brennstoffzufuhr geführt wird. Beim Eintreten eines bestimmten Grenzwertes, beispielsweise eines vorgegebenen Grades der Drosselung der Brennstoffzufuhr, wird Uberschussluft ausserhalb der Verbrennungszogen der Brenner eingeführt. Diese Uberschussluft dient dem Zweck, im Ofenraum den benötigten Impulspegel aufrechtzuerhalten. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem Hochgeschwindigkeitsbrenner, der in Baueinheit oder in Koordination mit einer Austragsvorrichtung für die Uberschussluft ausserhalb der Verbrennungskammer oder der Mündung des Brenners ausgerüstet ist. Die Uberschussluft kann durch eine in Baueinheit mit dem Brenner ausgebildete Vorrichtung zugeführt werden, beispielsweise durch im Brennermündungsblock ausgebildete periphere Kanäle, oder kann eine unabhängige Baueinheit sein, die mit dem Brenner verbindbar ist und vorzugsweise um den Mündungsblock herum, der die eigentliche Verbrennungskammer definiert, angeordnet werden kann.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in graphischer Darstellung einen

typischen Wärmebehandlungszyklus für einen metallurgischen Ofen;

Fig. 2 einen Vergleich des Gesamtbrennstoffverbrauchs für das Verfahren

809812/0564

und die Vorrichtung der Erfindung und Vergleiche mit dem Stand der Technik;

Fig. 3 in graphischer Darstellung den

Impuls und die Zwangsrückführung im Kreis im Vergleich zum Stand der Technik;

Fig. 4 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel

des Brenners der Erfindung;

Fig. 5 in Seitensicht den in Fig. 4 gezeigten Brenner;

Fig. 6 im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Brenners der Erfindung;

Fig. 7 in Seitensicht das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel und

Fig. 8 in schematischer perspektivischer

Darstellung das Steuer- und Regelsystem zur Steuerung und Regelung der einzelnen Wärmezyklen.

Ein einfacher Wärmebehandlungszyklus für einen metallurgischen Ofen weist eine Aufheizphase und eine Haltephase auf. Im einzelnen wird die Beschickung zu einem beliebigen Zeitpunkt bei nicht genau definierter Temperatur in der. Ofenraum gegeben. Anschliessend wird der Ofen durch mehrere Brenner aufgeheizt, die auf voller Leistung laufen, um die Solltemperatur im Ofen einzustellen. Aufgrund der Masse der Beschickung eilt die Temperatur der Beschickung hinter der Ofentemperatur während des Aufheizens nach. Sobald die Beschickung die Solltemperatur des Ofens erreicht, werden die Brenner allmählich

809812/0564

auf ein Niveau herabgefahren, das zur Aufrechterhaltung der Solltemperatur ausreicht. In der Fig. 1 ist ein solcher Wärmebehandlungszyklus für einen Durchlaufglühofen gezeigt. Das Verfahren und die Vorrichtung sind im folgenden unter bezug auf den in Fig. 1 gezeigten Zyklus beschrieben. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass er das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung auch auf andere Wärmebehandlungszyklen anwenden kann,insbesondere auf komplierte zusammengesetzte Zyklen und Phasenfolgen. Auch bedeutet die Konzentration der Beschreibung auf einen metallurgischen Wärmebehandlungsofen keine Beschränkung des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung auf solche öfen, vielmehr sind Verfahren und Vorrichtung auch für andere Ofentypen und zu anderen Zwecken einsetzbar.

Unter den zahlreichen Verfahren zum Beheizen von Ofenräumen ist auch ein Verfahren bekannt, das dem Zweck dient, konstant einen starken Luftstrom im Ofenraum aufrechtzuerhalten. Dieses Verfahren ist im folgenden als System oder Verfahren mit abgekühlter Flamme bezeichnet. Bei diesem Verfahren ist die Luftzufuhr zum Brenner gleich oder grosser als die theoretisch stöchiometrisch benötigte Luftmenge bei maximaler Brennstoffzufuhr. Der Luftstrom wird über den gesamten Zyklus konstant gehalten. Der Impuls im Ofenraum und das Kühlen der Brennerflamme wird durch grosse Mengen Uberschussluft bewirkt. Der Brennstoffverbrauch für einen Zyklus mit gekühlter Flamme nach Fig. 1 ist durch die unregelmässig unterbrochene Linie in Fig. 2 gezeigt. Sobald die Temperatur der Beschickung die Ofentemperatur unter Ausbildung einer homogenen inneren Temperatur erreicht, werden die Brenner so weit heruntergefahren, dass nur die Wärmeverluste im Ofen ausgeglichen zu werden brauchen. Durch die konstant hohe Luftzufuhr während des gesamten Zyklus wird ein beachtlicher Brennstoffanteil zur Erwärmung und Einhaltung der in den Ofenraum gelangenden Uberschussluit verbraucht. Für den in Fig. 1 gezeigten beispielhaften

809812/0564

- XT-

Wärmebehandlungszyklus wird bei der Verwendung von Erdgas als Brennstoff für das mit abgekühlter Flamme arbeitende System Brennstoff in der Grössenordnung von 55 GJ benötigt.

Am anderen Ende der Skala steht der mit der theoretisch benötigten Menge Verbrennungsluft gefeuerte Brenner, dessen Brennstoffbedarf in der Fig. 2 durch die gleichmässig unterbrochene Linie dargestellt ist. Auch bei der Feuerung mit stöchiometrischem Gemischverhältnis wird die Brennstoffzufuhr zum Brenner beim Erreichen der Haltetemperatur in der Beschickung gedrosselt. Gleichzeitig wird jedoch auch die Zufuhr der Verbrennungsluft unter Führung durch die Drosselung der Brennstoffaufgabe gedrosselt. Während dieser Phase des Herunterfahrens der Brennerleistung beim übergang zur Haltetemperatur bleibt stets ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis Brennstoff/Verbrennungsluft erhalten. Der Brennstoffbedarf beträgt bei diesem System der Verhältnisfeuerung für denselben Wärmebehandlungszyklus und ebenfalls bei Verwendung von Erdgas nur 18 GJ, was gegenüber dem Arbeiten mit Kühlung der Flamme eine Brennstoff einsparung von rd. 67 % bedeutet. Vorstehend ist jedoch dargelegt, dass diese Brennstoffeinsparung mit dem Nachteil viel zu geringer Zirkulation und Konvektion im Ofenraum und der Bildung heisser und kalter Bereiche im Ofenraum erkauft werden muss.

Beim Verfahren und System der Erfindung werden die Brenner zu Beginn des Wärmebehandlungszyklus ebenso wie in den beiden vorstehend beschriebenen bekannten Systemen mit maximaler Brennstoffzufuhr betrieben. Anschliessend wird die Brennstoffzufuhr gedrosselt und wird gleichzeitig auch die Verbrennungsluftzufuhr in der Weise gedrosselt, dass die Brenner im wesentlichen mit dem theoretischen Luftbedarf, also mit dem stöchiometrischen Verhältnis von Brennstoff zu Sauerstoff, betrieben werden. Bis zu dieser

809812/0564

Phase gleicht das Verfahren der Erfindung dem Verfahren
der Verhältnisfeuerung, also der Feuerung mit theoretischem Luftbedarf. Beim Erreichen bestimmter Grenzparameter wird
jedoch beim Verfahren der Erfindung dann das Einblasen von
Uberschussluft in den Ofenraum mit hoher Geschwindigkeit
und unabhängig von der den Brennern zugeführten Verbrennungsluft, sozusagen extern zur Verbrennungsluftzufuhr, eingeleitet. Anschliessend an diesen Aufschalten der zusätzlichen Uberschussluft wird der Brenner vorzugsweise stets mit einer Verbrennungsluftzufuhr entsprechend dem theoretischen Luftbedarf heruntergefahren. Sollte jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen ein weiteres Abkühlen der Flamme erforderlich sein, so kann das nach dem Einsetzen der Zufuhr
der externen Uberschussluft erfolgende Herabfahren des
Brenners auch unter konstanter Verbrennungsluftzufuhr, also unter zusätzlicher Kühlung der Flamme,erfolgen. Bei dem
speziell in Fig. 2 dargestellten Verfahrensausiührungsbeispiel wird die Überschussluft mit hoher Geschwindigkeit in den
Ofenraum eingeblasen, sobald die Drosselung der Brennstoffzufuhr 25 % der maximalen Aufgabeleistung erreicht. Für
dieses Verfahren beträgt der Gesamtbrennstoffbedarf in
Energieeinheiten 19 GJ. Dieser Wert entspricht einer Brennstoff einsparung von 65 % gegenüber dem mit gekühlter Flamme arbeitenden System und liegt nur wenig über dem Brennstoffbedarf für die Feuerung mit theoretischem Luftbedarf.

Das Auslösen der Zufuhr der mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenraum eingeblasenen Überschussluft kann durch die verschiedensten Parameter und Bedingungen ausgelöst werden und braucht nicht prinzipiell an die Drosselung der Brennstoffzufuhr gekoppelt zu sein. So kann die Überschussluftaufgabe beispielsweise sehr einfach auch durch Erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur oder durch ein Zeitsignal ausgelöst werden. Eine an die Drosselung der Brennstoffzufuhr gekoppelte Steuerung ist schematisch in der Fig. 8 dargestellt und unten

809812/0564

näher beschrieben.

Der Fig. 3 kann entnommen werden, dass der Gesamtimpuls, der den Zwangsumlauf in dem Ofenraum herbeiführt, wesentlich höher für das System der Erfindung als für das System mit Flammenkühlung oder das System mit Verhältnisfeuerung ist. Die in der graphischen Darstellung der Fig. verwendeten Daten sind in der Tabelle 1 zusammengestellt. Der Gesamtimpuls ist in der Tabelle 1 auch für den Fall der Uberschussluftzufuhr durch einen Hochdruckbrenner hindurch berechnet, um diese Werte mit der Uberschussluftzufuhr durch zum Brenner externe Vorrichtungen, wie sie im Rahmen der Erfindung vorgesehen sind, zu vergleichen.

Tabelle 1

Impulsniveauvergleiche für einen Durchlaufofen mit Transportwagendurchlauf

System Impuls (Ns) während der

Haltezeit

25 % Uberschussluft extern zum Hochgeschwindigkeitsbrenner 24,2

Flammenkühlung im Nieder ge schwindigkeitsbrenner (100 % Überschussluft) 11,6

25 % Luftüberschuss durch den Hochgeschwind igkeitsbrenner hindurch 10,0

Verhältnisfeuerung mit Hochgeschwindigkeitsbrenner 0,14

Der Grad des Zwangsumlaufs im Ofenraum ist eine direkte

809812/0564

Funktion des Impulses, mit dem die Gase in die Ofenkammer eintreten. Dabei sind alle Arten und Formen der eintretenden Gase zu berücksichtigen, vorliegend also die Verbrennungsgase,die mit der Flamme mitgeführten Gase und die Uberschussluft. Die in der Tabelle 1 wiedergegebenen Impulsdaten können als "unmittelbarer" Impuls bezeichnet werden, da diese Daten aus dem Produkt der Massenstromleistung ((kg·s )'S ) der in den Ofenraum eintretenden Gase und der Strömungsgeschwindigkeit dieser Gase am Eintrittsort abgeleitet werden.

Ein wesentlicher Vorteil wird durch die Zufuhr der überschussluft extern zu den Hochgeschwindigkeitsbrennern erzielt, wenn man diese Art der Überschussluftzufuhr mit einer Uberschussluftzufuhr durch die Verbrennungskammer eines Hochgeschwindigkeitsbrenners hindurch vergleicht. Einem Impuls von 24,2 Ns für den Fall der nicht durch die Verbrennungskammer geführten Oberschussluft steht ein Impuls von nur 10,0 Ns bei Führung der Uberschussluft durch die Verbrennungskammer hindurch gegenüber. Dieser Vorteil ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, dass die extern zum Brenner dem Ofen zugeführte Oberschussluft mit ungewöhnlich hohen Geschwindigkeiten unter Ausnutzung eines hohen Druckabfalls über die Eintrittsdüse zugeführt werden kann. Der in der Tabelle 1 angegebene Wert von 24,2 Ns wird mit einem Oberdruck der Oberschussluft von 50 mbar erhalten, der eine Luftgeschwindigkeit von ungefähr 136 m-s ermöglicht. Diesem Wert für die Luftströmungsgeschwindigkeit steht ein Wert von nur 9 m-s am Brennermund für den Fall gegenüber, dass die Überschussluft durch den Hochgeschwindigkeitsbrenner hindurch bei Feuerung mit dem theoretischen Luftbedarf erzielbar ist.

Unabhängig vom Ausmass des Zwangsumlaufs und des Impulses wird die Gleichverteilung der Temperatur auch vom Gesamtgewicht der in den Ofenraum eingebrachten Materie bestimmt

809812/0564

-W-

Xl

sowie vom Temperaturabfall in dieser Materie aufgrund der Wärmeabgabe an den Ofenraum zum Ausgleich von Wärmeverlusten. Das mit gekühlter oder temperierter Flamme arbeitende System verfügt über den gesamten Wärmebehandlungszyklus über das höchstmögliche Gewicht an zugeführter Materie. Bei dem hier angenommenen Beispiel wird dagegen bei dem mit theoretischem Luftbedarf befeuerten System und bei dem Verfahren der Erfindung die Durchflussleistung während des Haltezyklus auf 25 % gedrosselt. In diesen beiden zuletzt genannten Fällen beträgt die theoretische Temperaturdifferenz das Vierfache der Temperaturdifferenz des mit temperierter Flamme arbeitenden Systems. Im Verfahren der Erfindung wird aber dieser theoretische hohe Temperaturabfall durch die wesentlich höheren Umwälzgeschwindigkeiten kompensiert. Durch diese praktisch vollkommene und mit hohem Wirkungsgrad erzielte Durchmischung der Uberschussluft mit den Ofengasen ist eine minimale Temperaturdifferenz gewährleistet.

Gebräuchliche öfen für die Wärmebehandlung weisen mehrere Brenner auf. So wird beispielsweise der den Figuren 1 bis zugrunde liegende Durchgangsofen mit 38 Brennern gefeuert, die in zueinander parallelen Batterien entlang dem Boden des Ofens angeordnet sind. Die Brenner sind alle 122 cm angeordnet. Sie werden mit Erdgas gefeuert und liefern in der Flamme eine Temperatur von 2040 ⁰C. Im System der Erfindung wird diese Flamme wirksam gekühlt, wodurch ein Auftreten heisser Bereiche in der Umgebung der Brenner unterdrückt wird. Die Hochgeschwindigkeitsdüsen für die externe Uberschussluft erzeugen um die Brennermündungen herum einen Unterdruck, der die Ofengase in innige Berührung mit der Brennerflamme führt. Die Kombination der treibenden Uberschussluft, die vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 370 ⁰C vorgewärmt ist, mit den Ofengasen kühlt die ebenfalls treibende Flamme.

Zur Aufbringung der hohen Impulspegel und Impulsleistungen, die zur Durchführung des Verfahrens zum Aufheizen eines

809812/0564

- V5- -

2b

Ofenraums erforderlich sind, können durch Brenner und UberschuBsluftbaueinheiten der verschiedensten Auslegung herbeigeführt werden. Eine solche Brenner/Uberschussluft-Vorrichtung 10 ist in den Figuren 4 und 5 gezeigt. An einem Brennergehäuse 12 ist eine äussere Ringwand 39 befestigt, an die ein ringförmig ausgebildeter Halterungsflansch 36 zur Befestigung der Vorrichtung an der in den Figuren nicht dargestellten Wand des Ofenraums angeformt ist. Ein aus feuerfestem Material bestehender Mündungsblock 16, der mit dem stromabgelegenen Ende des Brennergehäuses 12 in Verbindung steht, ist von und innerhalb der Aussenwand 39 gehaltert. Im Mündungsblock ist eine Verbrennungskammer 18 ausgebildet, die auf der Zentralachse des Brennergehäuses liegt. Stromauf von der Verbrennungskammer und innerhalb der Aussenwandung 39 ist ein Leitrohr 14 aus feuerfestem Material angeordnet. Statt aus feuerfestem Material kann das Leitrohr 14 selbstverständlich auch aus Metall bestehen. Das Leitrohr 14 weist eine zentrale BrennstoffÖffnung 20 auf, die koaxial zur Verbrennungskammer 18 ausgerichtet ist. Das Leitrohr 14 weist ausserdem mehrere,hier in diesem Beispiel acht, Verbrennungsluf töffnungen 24 auf, die sich gerad .inig oder schräg so durch das Leitrohr 14 hindurchziehen dass sie auch zur Verbrennungskammer 18 sich in diese >ffnend ausgerichtet sind. Die Verbrennungsluftöffnungen 24 sini, bezogen auf die Ebene der BrennstoffÖffnung, radial iuswärts zur Brennstofföffnung und auf einem Kreis um diese herum angeordnet.

Das Leitrohr 14 weist eine sich nach rückwärts (in der Fig. 4 nach links) erstreckende hülsenförmige Ringwand 25 auf, in der konzentrisch um einen zentralen Brennstoffkanal herum eine Verbrennungsluftkammer 26 ausgebildet ist. Der Brennstoffkanal 22 endet in der Brennstofföffnung 20 und steht an seinem gegenüberliegenden Ende mit einer Brennstoff kammer 32 in Verbindung, die im Brennergehäuse 12 ausgebildet ist. Die Brennstoffkammer 32 wird über einen Brenn-

809812/0564

stoffeinlass 34 mit Brennstoff, vorzugsweise mit Erdgas, beaufschlagt.

Entsprechend steht die Verbrennungsluftkammer 26 mit einer stromauf im rückwärtigen Teil des Brennergehäuses 12 gelegenen Verbrennungsluftkammer 28 in Verbindung, in der ein Lufteinlass zum Anschluss an eine Luftquelle oder an eine andere Quelle vorgesehen ist, die den Brenner mit einem die Verbrennung unterhaltenden Gas beaufschlagen kann. Die verschiedenen Konstruktionselemente des Brenners und der Uberschussluftvorrichtung 10, die nicht einstückig ausgebildet sind, sind durch Dichtungsringe oder Dichtungsscheiben 38 gasdicht miteinander verbunden.

Die ringförmige Aussenwand 39 umgibt die rückwärtig verlängerte Hülsenwand 25 des Leitrohres 14 konzentrisch. Der zwischen diesen beiden Wänden gebildete Ringraum bildet eine Uberschussluftkammer 40, die über eine Einlassöffnung 42 mit der Uberschussluft beaufschlagbar ist. Die Überschussluftkammer 4 0 wird vorzugsweise mit vorerhitzter Luft beaufschlagt, die über einen der Vorrichtung 10 vorgeschalteten Gasvorwärmer bezogen wird. Durch den Mündungsblock 16 hindurch erstrecken sich mehrere, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel (Fig. 5) vier, Uberschussluftkanäle 44, die rückwärtig mit der Uberschussluftkammer 40 und vorderseitig mit dem in den Figuren nicht dargestellten Ofenraum in Verbindung stehen. Die Uberschussluftkanäle 44 sind radial auswärts und im wesentlichen kreisförmig zur Zentralachse des Brenners und zur und um die Verbrennungskammer 18 herum angeordnet. In der ofenseitigen Mündung der Uberschussluftkanäle 44 sind Drosseldüsen 26 eingesetzt, die der Uberschussluft hohe Mündungsgeschwindigkeiten erteilen.

Wenn das Verfahren der Erfindung mit einem bereits vorhandenen gebräuchlichen Brenner 13 durchgeführt werden soll, so kann

809812/0564

in der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Weise eine unabhängige Überschusslufteinheit 50 als Zusatzgerät zum Brenner eingesetzt werden. Der Brenner 13 ist ein Hochgeschwindigkeitsbrenner mit einem Brennergehäuse 12, dessen stromab gelegener Bereich durch einen Leitblock 14' verschlossen ist. Der Leitblock 14' weist mehrere (im hier gezeigten Beispiel acht) Verbrennungsluftöffnungen 24' auf, die eine Verbrennungsluftkammer 28' mit der Verbrennungskammer 18* im Mündungsblock 16' verbinden. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Verbindungskanäle 24' in an sich bekannter und beliebiger Weise geradlinig und parallel zueinander und parallel zur Brennerachse oder divergierend, konvergierend oder schraubenförmig angeordnet und ausgebildet sein. Die öffnungen der Verbrennungsluftkanäle 24" sind auf der Seite der Verbrennungskammer radial auswärts kreisförmig um die Zentralachse des Brenners 13 herum und um eine zentrale Brennstofföffnung 20' herum angeordnet. Auch die Brennstofföffnung 20' steht mit der Verbrennungskammer 18' in Verbindung. Entlang der Zentralachse des Brenners 13 erstreckt sich ein Brennstoffkanal 22', dessen eines Ende in der Brennstofföffnung 20' endet und dessen gegenüberliegendes Ende sich in eine kleine Brennstoffkammer 32' öffnet. Die Brennstoffkammer 32' besitzt einen Anschluss und Einlass 34' zur Brennstoffbeaufschlagung. Der Brennerkörper 12" weist ausserdem um den zentralen Brennstoffkanal 22* herum hinter dem Leitblock 14' die ringförmige Verbrennungsluftkammer 28' auf. Die Verbrennungsluftkammer 28' endet in einem Einlaßstutzen 30* zum Anschluss einer Verbrennungsluftquelle.

Die Uberschusslufteinheit 50 besitzt einen grossen ringförmigen Leitblock 52 aus feuerfestem Werkstoff, der den Mündungsblock 16' umgibt. Hinter dem ringförmigen Leitblock (also stromauf) ist eine ringförmig ausgebildete Uberschussluf tkammer 58 vorgesehen. Die aus konzentrischen Wandelementen 62 aufgebaute Ringkammer 58 für die Uberschussluft ist mit

809812/0564

- ur -

dem Brennergehäuse 12" einerseits und dem Leitblock 52 andererseits verbunden. Die Ringkammer 58 kann über einen Einlaßstutzen 60 mit Uberschussluft beaufschlagt werden.

Durch den ringförmigen Leitblock 52 hindurch sind mehrere, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel vier, Uberschussluftkanäle 54 ausgebildet, die so zur Uberschussluftkammer 58 ausgerichtet sind, dass sie sich in diese öffnen. Auf der gegenüberliegenden Seite sind diese Kanäle so ausgerichtet, dass sie sich in den in den Figuren nicht dargestellten Ofenraum öffnen. Die Uberschussluftkanäle 54 sind gleichmässig auf den Umfang verteilt auf einem Zylindermantel um die Verbrennungskammer 18 herum und mit radialem Abstand von dieser angeordnet. In den ofenseitigen Mündungen der Uberschussluftkanäle 54 sind Drosseldüsen 56 eingesetzt, die der aus ihnen austretenden Uberschussluft eine hohe Mündungsgeschwindigkeit erteilen.

Die beiden vorstehend beschriebenen Brennertypen arbeiten unabhängig vom Anteil der Uberschus3luft, wenngleich die Zufuhr der Uberschussluft durch ein? bestimmte Variable innerhalb der Brenner ausgelöst wer len kann, beispielsweise durch das Erreichen einer bestimmte ι Drosselung der Brennstoffzufuhr. In der Fig. 8 ist ein Steuererungssystem 66 zum Betrieb der in den Figuren 4 un1 5 gezeigten Brenner dargestellt. Eine solche Steuerung "<ann auch für Brenner eingesetzt werden, die nach Art der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Brenner aufgebaut sind.

Das Steuerungssystem 66 ist für zwei zueinander parallele Brennerbänke mit je fünf Brennern, die der klareren Darstellung halber nicht abgebildet sind, beschrieben. Die angesaugte Umgebungsluft wird in Vorerhitzern 70 vorgewärmt. Alle Brenner werden zentral gesteuert. Voneinander unabhängige Dreiweghähne 76 und 76' sind jedem einzelnen Brenner zugeordnet

80981 2/0564

Zu Beginn des Wärmebehandlungszyklus werden die Brenner mit dem theoretischen Verbrennungsluftbedarf bei hoher Leistung gefeuert. Die Hochleistungsphase der Brenner wird durch einen Ofensolltemperaturregler TC überwacht, der den Motor M und das Stellglied 74 für starke Luftströmungen stellt. Die Umgebungsluft gelangt über eine Lufteintrittsblende 72 und das Steuerglied 74 für starke Luftströme in die Vorerhitzer 70. Aus dem Vorerhitzter 70 gelangt die jetzt vorgeheizte Luft über den Dreiwegehahn 76 in die Verbrennungsluftkanuner 28 des Brenners 10, der stellvertretend für die Brennerbatterien dargestellt ist. Gleichzeitig wird der vorzugsweise gasförmige Brennstoff im stöchiometrischen Verhältnis zur zugeführten Verbrennungsluft unter Steuerung eines Reglers 84 zugeführt, der das Druckgleichgewicht und das Mischungsverhältnis für starke Brennstoff ströme überwacht. Dazu wird das Gas zunächst über einen Gasdruckwächter 78 und eine Eintrittsblende 80 geführt, bevor es in den Regler 84 eintritt. Der an sich bekannte und gebräuchliche Regler 84 gleicht den Brenngasstrom mit dem Verbrennungsluftstrom unter Wahrung eines stets gleichbleibenden Mischungsverhältnisses ab. Der Regler 84 ist durch ein Drosselventil 86 manuell stellbar. Das Drosselventil 86 wird nur zum einmaligen anfänglichen Einstellen des Verhältnisses Brenngas zu Verbrennungsluft betätigt. Das Gas strömt dann weiter in die Brennstoffkanäle 22 des Brenners 10. Wenn also der Regler aufgrund der im Ofenraum herrschenden Isttemperatur eine geringere Feuerungsleistung fordert, wird aufgrund der Regelsignale zunächst der starke Luftstrom gedrosselt und unter Führung durch den gedrosselten Luftstrom anschliessend die Brennstoffzufuhr gegen den gedrosselten Luftstrom abgeglichen, um so den Brenner 10 auch beim Herunterregeln mit der theoretisch und stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge zu feuern.

809812/0564

Die Brenngaszufuhr durch die Eingangsblende 80 hindurch wird durch einen Brennstoffwächter 88 überwacht. Bei einer vorgegebenen Drosselung der Brennstoffzufuhr beaufschlagt der Brennstoffwächter 88 das Stellorgan 90, das den Dreiwegehahn 76 sperrt und den Dreiwegehahn 76' öffnet.Gleicherweise wird das Stellglied 74 für den starken Luftstrom und der Regler 84 zur überwachung des Druckabgleichs und zur Regulierung des theoretischen Verhältnisses Brennstoff/ Verbrennungsluft bei starken Brennstoffstrom abgeschaltet. Die Stellvorgänge erfolgen durch Stellen eines Kontaktes im Motor M bzw. im Schließ-Solenoid 82.

Dies führt dazu, dass die angesaugte Umgebungsluft nach dem Durchtritt durch die Zonenblende 72 über das Ventil 94 und dessen Stellmotor M¹ gestellt wird, die ihrerseits vom Druckwächter 92 für schwache Luftströme zur Aufrechterhaltung des benötigten Druckes gestellt werden. Die Drucksignalimpulsleitungen zum Druckwächter 92, zum Stellventil 94 und zum Brennstoffwächter 88 sind in der Fig. 8 durch unterbrochen gezeichnete Linien dargestellt. Die Uberschussluft und die Verbrennungsluft treten dann durch den Vorerhitzer. Die vorerhitzte Luft gelangt über die Verbrennungsluftblende 98 in die Verbrennungsluftkammer 30 des Brenners 10 und über den Dreiwegehahn 76' in die Uberschussluftkammer 40. Der Druckregler 92 hält im Zusammenwirken mit der Zonenblende 98 den Solldruck sowohl für die Verbrennungsluft als auch für die Überschussluft ein.

Beim Betreiben des Brenners mit geringer Leistung wird das Brenngas über ein auf geringe Brenngasströme ausgelegtes Stellglied 96 geführt, das von einem Motor M" unter Führung durch den Ofentemperaturregler stellbar ist. Das Brenngas gelangt dann in den Brenngaskanal 22 des Brenners 10. Während des Feuerns mit theoretischem Luftbedarf bei starkem Verbrennungsluftzustrora sind also der Luftdruckwächter 92 und das Verbrennungsgasstellglied

809812/0564

270158.S

für schwache Verbrennungsgasströme vollständig gesperrt, während in der Phase des Einblasens von Uberschussluft bei geringen Brennerleistungen das für starke Luftströme ausgelegte Steuerglied 74 und der Druckabgleichregler 84 vollkommen gesperrt sind.

Beim Arbeiten mit Uberschussluft hängt der Brenngasstrom also nicht von der Verbrennungsluft ab, so dass bei dem hier beschriebenen Steuerungssystem der Brenner nach dem System der gekühlten Flamme arbeitet. Das System kann jedoch auch so eingestellt werden, dass die Feuerung mit dem theoretischen Verbrennungsluftbedarf auch nach Zuschalten der externen Uberschussluft beibehalten wird. Für zahlreiche Wärmebehandlungsaufgaben wird das zuletzt genannte Verfahren vorzugsweise eingesetzt.

Das Verfahren kann auch ohne Vorerhitzung der Luft durchgeführt werden.

809812/0564

ι Leer

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Beheizen eines Ofenraums unter Aufrechterhaltung hoher Impulspegel während eines gesamten Wärmebehandlungszyklus zur Erzielung einer praktisch vollkommen homogenen Temperaturverteilung in der gesamten Ofenbeschickung., gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen:

A) Feuern mehrerer Hochgeschwindigkeitsbrenner durch Einführen von Brennstoff und Verbrennungsluft durch die Verbrennungszoren der Brenner bei hohen Brennstoffaufgabeleistungen und im wesentlichen stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis;

B) Drosseln der Brennstoffaufcabeleistung unter Beibehaltung des stöchiometrischen Verhältnisses zur Verbrennungsluft beim Erreichen der Wärmebehandlungs-Solltemperatur in einer Ofenbeschickung und

C) Einführen externer Uberschussluft ausserhalb der Verbrennungszonen der Hochgeschwindigkeitsbrenner zur Aufrechterhaltung eines Sollirrpulspegels im Ofenraum während des gesamten verbleibenden Wärmebehandlungszyklus.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffaufgabeleistung gedrosselt wird, wenn die Temperatur in der Beschickung die Ofentemperatur erreicht.

809812/0564

ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Einführen der Uberschussluft bei einem vorgegebenen Grad der Drosselung der Brennstoffaufgabeleistung begonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass die Uberschussluft bei einer Drosselung der Brennstoffaufgabeleistung von rd. 25 % der Brennstoff auf gabeleistung im Hochleistungsbereich erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Einführung der Uberschussluft beim Erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur in der Beschickung ausgelöst wird.

6. Verfahren nach einem der Ansp-üche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das stöchiometrische Verhältnis Brennstoff/Verbrennungsluft auch nach dem Beginn des Einführens der Uberschussluft für den Rest des Wärmebehandlungszyklus beibehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Verbrennungsluft nach dem Zuschalten der externen Uberschussluft bei weiter gedrosseltem Brennstoffzufuhrstrom für den Rest des Wärmebehandlungszyklus konstant gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

809812/0564

gekennzeichnet , dass die Uberschussluft vor dem Einführen in den Ofenraum ausserhalb der Verbrennungszonen des Brenners vorerhitzt wird.

9. Verfahren zum Beheizen eines Ofenraums unter Beibehaltung hoher Impulspegel während eines gesamten Wärmebehandlungs-Zyklus zur Erzielung einer praktisch vollkommen gleichmassigen und homogenen Temperaturverteilung in einer im Ofenraum befindlichen Beschickung, ge kennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

A) Feuern mehrerer Hochgeschwindigkeitsbrenner unter Regelung durch die Ofentemperatur durch Einführen von Brennstoff und Verbrennungsluft über Verorennungszonen der Brenner bei hohen Brennstoffaufgabeleistungen und im wesentlichen stöchiometrischem Verhältnis Brennstoff/Verbrennungsluft, wobei das stöchiometrische Verhältnis durch Druckabgleich des Brennstoffs gegen die Verbrennungsluft geregelt wird;

B) Drosseln der Verbrennungsluft unter Beibehaltung des stöchiometrischen Verhältnisses Brennstoff/Luft durch Druckabgleich der Brennstoffzufuhr gegen die Verbrennungsluft;

C) Einführen von Uberschussluft ausserhalb der Verbrennungszonen der Hochgeschwindigkeitsbrenner ab einem vorgegebenen

809812/0564

-VS-

Grenzwert der Brennstoffzufuhrdrosselung unter gleichzeitiger Aufhebung des Druckabgleichs und

D) im wesentlichen Konstanthalten des Verbrennungsluftpegels nach Beginn der Einführung der Uberschussluft unter gleichzeitiger weiterer Drosselung der Brennstoffaufgabe unter Führung durch ein Ofentemperatur-Regelsignal.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch

A) ein Brennergehäuse;

B) einen Leitrohrblock, der d^.e ofenseitige Stirnwand des Brennergehäuses bildet und meirere voneinander getrennt angeordnete öffnungen für eir die Verbrennung unterhaltendes Gas aufweist, die sich durch en gesamten Stirnwandblock hindurch erstrecken und auf e ner. Kreis radial auswärts um eine Brennstoffmündung (Br inmrmündung) herum angeordnet sind, die koaxial zur Mittela :hs« des Brennergehäuses angeordnet ist;

C) einen Brennstoffkanal, der sich koaxial durch das Brennergehäuse hindurch erstreck- und mit der Brennstofföffnung fluchtet;

D) eine stromab hinter der Le tblockstirnwand ausgebildete Verbrennungskammer, die mit d η öffnungen für das die Verbrennung unterhaltende Gas und der Brennstofföffnung und der Mittelachse des Brenn rs fluchtet;

809812/0564

E) eine Kammer für das die Verbrennung unterhaltende Gas stromauf vor den Durchtrittsöffnungen im Leitrohrblock, wobei diese Kammer innerhalb des Brennergehäuses ausgebildet ist;

F) Vorrichtungen zum Brennstoffeinlass und zum Einlass des die Verbrennung unterhaltenden Gases, wobei diese Vorrichtungen mit dem Brennstoffkanal bzw. mit der Kammer für das die Verbrennung unterhaltende Gas in Verbindung stehen, und

G) eine Überschussluftvorrichtung, die jedem der Brenner zugeordnet ist und in einigem Abstand von der Verbrennungskammer angeordnet ist und die Uberschussluft mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenra'im hinein richten kann, und zwar unter Wahrung eines Abs.andes zur Verbrennungskammer .

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, go kenn ze ichnet durch einen Mündungsblock, der stromab mit dem Brenner in Verbindung steht und in dem die Verbrennungskammer ausgeformt ist, wobei die Überschussluftvorrichtung als eine Folge von überschussiuftkanälen ausgebildet ist, die sich durch den Mündungsblock hindurch erstrecken und die kreisförmig um die Verbrennungskammer herum radial auswärts zu dieser angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekenn ze ichnet durch eine Überschussluft-Ringkammer, die koaxial um den Brenner herum ausgebildet ist und mit den Uberschuss-

809812/0564

luftkanälen in Verbindung steht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekenn ze ichnet durch eine Überschussluftkammer, die im Brenner und um die Kammer für das die Vert rennung unterhaltende Gas herum ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durci in jedem Überschussluftkanal zur Erhöhung der Mündum sgeschwindigkeit der anregenden Überschussluft ange ordnete Drosseldüsen.

15. Vorrichtung nach einem dar An: irüche 10 oder 11, dadurch gekennzeich net dass die Überschussluftvorrichtung einen ringförmiger die Verbrennungskammer umgebenden Leitkanalblock umfe st, der mehrere durch

ihn hindurchgehende Uberschus: uftdüsen und stirnseitig eine Überschussluft-Ringkamme: stromauf zu den Kanälen im Leitblock enthält, wojei d Überschussluft-Ringkammer zur Beaufschlagung mit Uoersch ssluft mit den Überschussluf tdüsen im Leitblock i Verbindung steht.

16. Vorrichtung zur Durchführung c .s Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, i.nsbesc dere im Zusammenhang mit einem metallurgischen Wärmebeh ndlungsofen, mit mehreren Hochgeschwindigkeitsbrennern, on denen jeder mit einer eigenen Brennkammer ausgerüste ist, gekennzeich

809812/0564

ORIGINAL INSPECTED

- »er -

net durch eine Uberschussluftvorrichtung und eine Steuer- und Regelvorrichtung für diese, die mit jedem der Brenner verbunden sind, wobei die Uberschussluftvorrichtung eine Uberschussluftkammer und diese mit dem Ofenraum verbindende Uberschussluftkanäle aufweist, wobei diese Uberschussluftkanäle vom Brenner getrennt der Richtung eines Uberschussluftstromes hoher Strömungsgeschwindigkeit in den Ofenraum hinein in räumlicher Trennung von der Brennkammer dieren und wobei die Steuer- und Regelvorrichtung Glieder zur Steuerung und Regelung der Brennerfunktion über den gesamten Wärmebehandlungszyklus und Glieder zur Steuerung und Regelung der Uberschussluftvorrichtung während bestimmter Phasen des Wärmebehandlungszyklus enthält.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuer- und Regelvorrichtung ein nach Massgabe der Ofentemperatur geführtes Luftstellglied enthält, das die gesamte Einlaufluft als Verbrennungsluft zum Brenner führt, einen Druckabgleichregler enthält, der die Brennstoffzufuhr zum Brenner auf ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis zur Verbrennungsluft abgleicht, einen Brennstoffdurchflusswächter enthält, der den Abfall der Brennstoffzufuhr unter einen vorgegebenen Sollwert überwacht und signalisiert, durch den Brennstoffdurchlaufwächter gestellte Ventile enthält, die einen Teil der einlaufenden Luft zur Uberschussluftkammer leiten, einen Luftdruckwächter enthält,

809812/0564

der zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Solldrucks der Uberschussluft zur Uberschussluftkanuner und zur Einhaltung eines vorgegebenen Solldrucks der Verbrennungsluft zum Brenner in die Uberschussluftleitung eingeschaltet ist, und einen Brennstoffzufuhrregier enthält, der durch die Ofentemperatur geführt wird und zur Regelung der Brennstoffzufuhr zum Brenner in die Uberschussluf tleitung eingeschaltet ist, so dass der Luftdruckregler und der Regler zum Druckabgleich aus dem Regelkreis ausgeschaltet «ind, sobald die Uberschussluft zugeschaltet ist.

809812/0564