DE69503847T2

DE69503847T2 - Rotierender Brenner

Info

Publication number: DE69503847T2
Application number: DE69503847T
Authority: DE
Inventors: Gianni I-33010 S.Stefano Di Buia Gensini (Ud); Val Alpharetta Ga 30202 Shver
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA; Process Technology International LLC
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA; Process Technology International LLC
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2015-05-27
Also published as: KR960001593A; ATE169392T1; CN1042975C; ES2119274T3; US5630713A; PL178992B1; EP0686807B1; DE69503847D1; EP0686807A1; CN1122370A; ZA954429B; BR9502217A; PL309028A1

Description

Rotierender Brenner

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Brenner, wie er im Hauptanspruch dargelegt ist. Genauer gesagt, ist der erfindungsgemäße rotierende Brenner zur Anbringung an die Seitenwand eines Ofens geeignet.
Der erfindungsgemäße rotierende Brenner ermöglicht es, Wärmeenergie in sogenannte kalte Bereiche des Ofens, d. h. in große Bereiche in kontrolliertem und kontrollierbarem Ausmaß einzubringen, und er sorgt gleichzeitig für ein Vermischen der Gase, Dämpfe und der Luft in der Umgebung.
Bekannte Brenner bestehen im allgemeinen aus Leitungen, die mit einer gasförmigen oder vergasten, brennbaren Substanz und mit einer oxidierenden Substanz, wie z. B. mit die Verbrennung unterstützendem Sauerstoff unter Druck, versorgt werden.
Abhängig von der Positionierung dieser Leitungen können die Brenner vom Typ, der parallele Ströme, schräge Ströme, Verwirbelungsströme oder verteilte Ströme erzeugt, sein.
Die zwei Ströme, die möglicherweise vorgemischt sind, einer brennbaren Substanz und eines Oxidationsmittels treffen sich in der Nähe des Auslasses des Brenners, wo die Verbrennung stattfindet.
Es wurden verschiedene Brennertypen offenbart, jedoch besteht bei diesen eine Reihe von Nachteilen, die nicht überwunden wurden:
a) Brenner mit konzentrierter Flamme, die mit dem Ofen zusammenhängend befestigt sind und den Mangel aufweisen, dass sie für geringe Wärmeausbeute sorgen, da sie nur einen begrenzten Bereich des Ofens beeinflussen;
b) Brenner mit breiter Flamme, die mit dem Ofen zusammenhängend befestigt sind und den Nachteil aufweisen, dass sie ein kompliziertes Fluten der Düsen benötigen, um die letzteren selbst dann sauber zu halten, wenn die Brenner plötzlich gelöscht werden.
c) Brenner mit konzentrierter oder breiter Flamme, die vom Ofen abgenommen und nach Wunsch positioniert werden können; ihr Einsetzen in den Ofen und ihre Entnahme von demselben benötigt Platz durch eine geeignete Öffnung; der Hauptnachteil ist die Schwierigkeit, diese Öffnung frei zu halten;
d) Brenner mit konzentrierter Flamme, die durch ein Zylindergelenk ausgerichtet werden können; dieser Typ eines Gelenks ermöglicht es, die Brenner im wesentlichen entlang einer geraden Linie auszurichten.
Die Positionierungs- und Befestigungsanordnungen bilden ein Kugelgelenk, das es ermöglicht, den Brenner in einer ersten Ebene zu positionieren und ihn in einer ersten Ebene rechtwinklig zur ersten Ebene auszurichten. Diese Lehre überwindet die Probleme einer korrekten, bestimmten Ausrichtung der Flamme innerhalb des Ofens nicht, und sie definiert auch keine Bereiche des Ofens, die überlappt werden sollen und auch keine Parameter, durch die die Brenner verschwenkt und ausgerichtet werden können.
Eine typische Verwendung dieser Brenner ist eine solche bei elektrischen Bogenöfen, unabhängig davon, ob die letzteren mit indirekter Heizung (Bogenschmelzöfen) oder direkter Heizung (Bogenreduktionsöfen) arbeiten. Die Brenner sind zumindest an den Seitenwänden des Ofens angeordnet.
Die Brenner sind im allgemeinen an einer bestimmten Höhe über dem Niveau des geschmolzenen Metalls angebracht, und sie sind mit einem gewünschten Winkel, der im allgemeinen zwischen 25º und 60º beträgt, jedoch nicht hierauf beschränkt ist, nach unten auf das geschmolzene Metall gerichtet.
Diese Hilfsbrenner werden meistens dazu verwendet, diejenigen Bereiche zu erwärmen, die im wesentlichen nahe an den Seitenwänden des Ofens und im Raum zwischen den Elektroden liegen, wo die Wirkung der Elektroden verzögert und weniger wirkungsvoll ist, weswegen im allgemeinen zusätzliche Zeit dazu erforderlich ist, das dort liegende Stück Material zu schmelzen.
Die Mängel der obigen Brenner ermöglichen es nicht, ein wirkungsvolles Arbeiten derartiger Brenner in Zusammenhang mit derartigen Bogenöfen zu gewährleisten, weswegen sie zu geringer Ausbeute, Schwierigkeiten bei der Arbeit und der Wartung, komplizierter Installation und Handhabung und noch anderen Problemen führen.
Das Dokument DE-U-89 08 577 beschreibt einen Brenner, der um eine im wesentliche horizontale Achse herum ausgerichtet werden kann, die zur Positionierungsachse des Brenners einen Neigungswinkel bildet, wobei die Hin- und Herposition zwischen dem Brenner und der rotierenden Schiene stationär ist.
Gemäß diesem Dokument ist die Auslassöffnung des Brenners im wesentlichen auf dem Niveau der Seitenfläche der Seitenwand des Ofens angeordnet, weswegen die Auslassöffnung durch das Stückmaterial beschädigt oder zerstört werden kann, das während des Ladeschritts des Ofens ausgegeben wird, was eine Beschränkung der Wirkung der Brenner zur Folge hat; diese Wirkung kann sogar aufgehoben werden, im schlechtesten Fall für die gesamte Periode, die das Stückmaterial benötigt, um zumindest teilweise aufzuschmelzen, d. h. für die Periode, in der die Wirkung der Brenner am wichtigsten ist.
Die Erfinder haben diese Erfindung konzipiert, getestet und realisiert, um die obigen Mängel im Stand der Technik zu überwinden und weitere Vorteile zu erzielen.
Die Erfindung ist im Hauptanspruch dargelegt und gekennzeichnet, während die abhängigen Ansprüche Varianten der Idee der Hauptausführungsform beschreiben.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, einen rotierenden Brenner zu schaffen, der an den Seitenwänden eines Ofens angebracht ist und innerhalb eines Kegels ausgerichtet werden kann, der sich zum Inneren des Ofens hin aufweitet, so dass der Brenner die Flamme in einen gewünschten Bereich des Ofens richten kann.
Der erfindungsgemäße rotierende Brenner umfasst eine Halte- und Befestigungsanordnung aus mindestens einer Anbringungsplatte, die mit der Seitenwand des Ofens zusammenhängend befestigt ist. Diese Halte- und Befestigungsanordnung ist in einer Öffnung installiert, die in der Seitenwand des Ofens ausgebildet ist.
Die Anbringungsachse der Halte- und Befestigungsanordnung verläuft im wesentlichen rechtwinklig zur Seitenwand des Ofens und damit in den meisten typischen Anbringungsfällen im wesentlichen horizontal.
Gemäß einer Variante liegt die Achse der Halte- und Befestigungsanordnung in einer Ebene, die in bezug auf die horizontale oder vertikale Ebene geneigt ist, vorzugsweise nach unten.
An der Halte- und Befestigungsanordnung ist eine Anordnung zum Positionieren und Ausrichten des rotierenden Brenners angebracht. Diese Anordnung zum Positionieren und Ausrichten des Brenners kann frei auf erforderliche und kontrollierte Weise um ihre eigene Achse gedreht werden, die im wesentlichen mit der Achse der Halte- und Befestigungsanordnung zusammenfällt. Gemäß einer Variante ist eine weitere Anordnung zum Ausrichten und Ändern der Ausrichtungsachse des Brenners zwischen der Halte- und Befestigungsanordnung und der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung angebracht, und sie ermöglicht es, die Position der Drehachse der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung auf gewünschte und kontrollierte Weise zu ändern, wodurch die Bahnen, wie sie vom Auslass des Brenners innerhalb des Ofens zurückgelegt werden, auf gewünschte Weise variabel sind.
Die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung enthält ein Durchgangsloch, in das der Körper des rotierenden Brenners in vorteilhafter Weise so eingesetzt ist, dass er ausgetauscht werden kann.
Die Anbringung des Körpers des Brenners erfolgt auf solche Weise, dass die Achse dieses Körpers im wesentlichen mit der Achse des Durchgangslochs zusammenfällt.
Die Achse des Durchgangslochs steht schräg in Beziehung zur Achse der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung. Dies hat die Wirkung, dass der Körper des Brenners so angebracht ist, dass seine Achse in bezug zur Achse der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung geneigt ist.
Die Drehung der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung um ihre eigene Achse sorgt dafür, dass die Achse des Körpers des Brenners, und daher der aus diesem austretenden Flamme, einen Kegel beschreibt, der sich in das Innere des Ofens hin aufweitet.
Die vom Brenner erzeugte Flamme folgt auf diese Weise einer gewünschten Bahn innerhalb des Ofens, die in vorteilhafter Weise einen großen Bereich des Ofens überlappen kann.
Die Fähigkeit, die Drehachse der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung durch das Anbringen der Anordnung zum Ausrichten und Ändern dieser Achse nach Wunsch auszurichten, versetzt den Benutzer des Ofens in die Lage, die Ausrichtung und Neigung der Bahnen zu ändern, wie sie vom Brenner während dessen Drehung und Ausrichtung zurückgelegt werden. Diese Änderung kann zu Beginn des Arbeitszyklus oder sogar während des Zyklus selbst ausgeführt werden, wenn das Erfordernis einer derartigen Änderung ersichtlich wird.
Der Brennerkörper enthält an seinem Vorderende einen Mischkopf, der mit mindestens einer zentralen Leitung zum Zuführen eines Oxidationsmittels wie z. B. Sauerstoff, einer äußeren, konzentrischen Ringleitung zum Zuführen einer verbrennbaren Substanz sowie einer weiteren, äußersten Ringleitung zum Zuführen eines Oxidationsmittels versehen ist.
Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht es, dass eine den Brenner verlassende Flamme erhalten wird, die durch einen Ring von Oxidationsmittel umgeben und eingeschlossen ist, was die verbrennbare Substanz dazu zwingt, vollständig mit dem Oxidationsmittel kombiniert zu werden, ohne dass eine Verteilung stattfindet, und ohne dass ein Überschuss von Kohlenstoff im Ofen vorhanden ist, und dies verbessert den Verbrennungs-Wirkungsgrad und die Ausbeute des Brenners.
Die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung ist mit einem Kühlsystem versehen, das durch Umwälzen eines Fluids arbeitet.
Der Brennerkörper, der auch eine unabhängige Kühleinrichtung enthält, arbeitet auch mit dem Kühlsystem der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung zusammen.
Der Brennerkörper kann, da er wegnehmbar an der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung angebracht ist, leicht von dieser zu Wartungszwecken, zum Austausch und/oder zur Einstellung abgenommen werden.
Der Brennerkörper liegt an einer Position, die innerhalb des Durchgangslochs, entfernt von der Innenseite des Ofens, zurückgezogen ist, und er ist daher vor Spritzern des geschmolzenen Materials und Schlacke geschützt, was ebenfalls Ausrichtungsprobleme erzeugen könnte.
Darüber hinaus ermöglicht diese zurückgezogene Position das Vorliegen einer sich drehenden Verbrennungskammer, wobei Stückmaterial auf der Auslasskante der Ofenkammer ruht.
Diese Situation ermöglicht es auch, die Kammer zum Vormischen und Vorverbrennen des verbrennbaren und des die Verbrennung unterstützenden Erzeugnisses auszuführen.
Darüber hinaus enthält die Seitenwand des Ofens zumindest über dem Brenner einen Vorsprung, der zum Inneren des Ofens hin vorspringt, um den Brenner zu schützen, insbesondere während des Schritts des Füllens des Ofens.
Die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung wirkt mit einer Antriebsanordnung zusammen, die durch eine im wesentlichen im Umfangsrichtung wirkende Schubkraft eine Drehung der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung um ihre Achse in einer richtung oder der anderen ausführt, und die möglicherweise auch für eine gesteuerte Auslenkung dieser Achse durch Betätigen der Anordnung bewirkt, die die Achse ausrichtet und ändert.
Wenn der rotierende Brenner in elektrischen Bogenöfen verwendet wird, wird die der Flamme verliehene Bahn in vorteilhafter Weise nicht auf die Elektroden gerichtet.
Die extremen Querpunkte dieser Bahn liegen außerhalb eines durch die Elektroden des Ofens gebildeten imaginären Umfangs, so dass die Flamme zwischen diesem imaginären Umfang und der Berandungslinie des Ofens wirkt.
Darüber hinaus wird die Flamme vorzugsweise zu den kalten Bereichen des Ofens hin ausgerichtet, d. h. zu den Bereichen, die durch die Wirkung der Elektroden weniger wirkungsvoll überlappt werden, wie den Zonen nahe dem vierten Loch des Ofens, nahe dem Schlackenloch usw.
Die beigefügten Figuren sind als nicht beschränkendes Beispiel beigegeben, und sie zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 ist eine teilgeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen rotierenden Brenners;
Fig. 2 ist eine Außenseitenansicht des rotierenden Brenners von Fig. 1 entlang dem Pfeil A;
Fig. 3 ist eine Innenseitenansicht des rotierenden Brenners von Fig. 1 entlang dem Pfeil B;
Fig. 4 zeigt eine Variante des Brenners von Fig. 1;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Anbringung des erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 6 und 7 zeigen zwei mögliche Verfahren einer Verwendungsweise des erfindungsgemäßen Brenners in Anwendung bei einem elektrischen Bogenofen;
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Funktion des erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 9 ist ein Diagramm zum Mischkopf des erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 10 zeigt einen Schnitt entlang der Linie F-F in Fig. 9;
Fig. 11 zeigt eine Variante zu Fig. 10;
Fig. 12 zeigt eine Variante zu Fig. 9;
Fig. 13 zeigt eine andere Variante zu Fig. 9;
Fig. 14 zeigt eine Variante zu Fig. 2;
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer rotierender Brenner 10 an einer Seitenwand 11 eines Ofens befestigt dargestellt. Der Ofen kann ein Heizofen, ein Warmhalteofen, ein Schmelzofen, ein elektrischer Bogenofen oder ein anderer Typ eines Ofens sein; Diese Bedingung ist zu den Zwecken der Erfindung ziemlich unwichtig.
Der rotierende Brenner 10 umfasst eine Halte- und Befestigungsanordnung 12 aus mindestens einer Befestigungsplatte 16, die mit der Seitenwand 11 zusammenhängend an dieser befestigt ist.
In diesem Fall, der lediglich als Beispiel dargestellt ist, und bei dem die Seitenwand 11 des Ofens aus gekühlten Tafeln 18 besteht, die vertikal an der Seitenwand 11 angeordnet sind, wirkt die Befestigungsplatte 16 mit einer Öffnung 17 mit passender Form zusammen, die in einer der gekühlten Tafeln 18 enthalten ist.
Die gekühlte Tafel 18 besteht in diesem Fall aus einer Anzahl von Kühlleitungen 19, in denen ein Kühlfluid wie z. B. Wasser umläuft.
Der Befestigungsplatte 16 ist eine Positionierungs - und Ausrichtungsanordnung 13 zugeordnet.
Die Anbringung der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 an der Halte- und Befestigungsanordnung 12 erfolgt auf solche Weise, dass ihr im wesentlichen zylindrischer Endabschnitt 21 mit einem im wesentlichen zylindrischen Sitz 20 zusammenwirkt, der in die Befestigungsplatte 16 eingearbeitet ist. Die Aufgabe des Haltens des rotierenden Brenners 10 erfolgt durch die Drehgrenzfläche zwischen dem rotierenden Teil, oder dem zylindrischen Endteil 12, und dem stationären Teil, oder der Befestigungsplatte 16.
Wenn der rotierende Brenner 10 korrekt funktionieren soll und korrekt verstellt werden soll, ist es erforderlich, dass diese Wechselwirkungszone so wenig wie möglich der schmutzigen Umgebung des Ofens ausgesetzt wird, um zu verhindern, dass während des Arbeitsvorgangs Staubteilchen, Schlacke oder Stahl die Betätigung des rotierenden Brenners 10 innerhalb kurzer Zeit blockieren oder zumindest behindern.
Dies wird dadurch vermieden, dass der rotierende Teil, oder der zylindrische Endteil 21, an dem wärmebeständigen Material 53 gehalten wird. Das Ergebnis ist dasjenige, dass alle diese Schmutzteilchen in das wärmebeständige Material 53 eindringen, das weniger hart als die Seitenwand der Vorverbrennungskammer 44 ist, und dadurch beeinträchtigen diese Teilchen die Drehgrenzfläche 16-21 sehr wenig.
Dies ermöglicht es, dass der rotierende Brenner 10 auch in Umgebungen arbeitet, die sich durch starken Einschluss verschmutzender Teilchen auszeichnen, ohne dass dabei Nachteile entstehen, die aus einem Anhalten der Drehbewegung herrühren.
Die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 ist in diesem Sitz 20 auf solche Weise angebracht, dass sie sich um ihre eigene Achse 33 drehen kann, die beim Beispiel von Fig. 1 stationär ist und im wesentlichen in einer horizontalen Ebene liegt.
Gemäß einer Variante ist die Drehachse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 in bezug auf die horizontale Ebene geneigt, z. B. nach unten.
Gemäß einer anderen Variante ist die Drehachse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 in bezug zur vertikalen Ebene nach links oder rechts schief gestellt.
Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Variante kann die Position der Drehachse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 zu Beginn des Arbeitszyklus des rotierenden Brenners 10 oder sogar im Verlauf des Arbeitszyklus variabel gemacht werden.
In diesem Fall ist zwischen der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 und der Halte- und Befestigungsanordnung 12 eine Anordnung 38 zum Ausrichten und Ändern dieser Achse 33 angebracht. Die Konfiguration dieser Anordnung 38 zum Ausrichten und Ändern der Achse ist zumindest teilweise kugelig, und sie stimmt mit der Konfiguration der Befestigungsplatte 16 überein.
Die Anordnung 38 zum Ausrichten und Ändern der Achse 33 wirkt mit einem zweiten Zylinder/Kolben-Stellglied 30b zusammen, das in diesem Fall durch einen Halter 39 and der Befestigungsplatte 16 befestigt ist, um eine kontrollierte Verstellung und Ausrichtung der Drehachse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 auszuführen.
Diese Verstellung wird z. B. in der durch einen Pfeil 40 dargestellten Richtung entsprechend den speziellen Erfordernissen des Arbeitszyklus, z. B. gemäß den Ergebnissen ausgeführt, wie sie die Bedienpersonen des Ofens während des Arbeitszyklus selbst auffinden.
Bei diesem Beispiel enthält die Befestigungsplatte 16 eine Innenkammer 23a für kontrollierte Kühlung.
Die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 enthält ein Durchgangsloch 22, in dem der Brennerkörper 14 austauschbar angebracht ist, wobei dieser Brennerkörper 14 eine Form aufweist, die zur Innenform des Durchgangslochs 22 passt.
Der Brennerkörper 14 nimmt nur den vorderen Teil des Durchgangslochs 22 ein, so dass er an einer gegen die Ofenkammer geschützten Position liegt.
Für korrekte Funktion des rotierenden Brenners 10 ist es tatsächlich erforderlich, dass seine Komponenten gegen Spritzer von Schlacke und flüssigem Metall geschützt sind.
Die Achse 34 des Durchgangslochs 22 ist in bezug auf die Drehachse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 nach unten geneigt, und sie bildet mit dieser einen Winkel "β" (Fig. 5).
Gemäß der Erfindung nimmt der Winkel "β" Werte zwischen 10º und 60º, jedoch vorteilhafterweise zwischen 25º und 45º ein.
Die Achse 34 des Durchgangslochs 22 ist nach unten zum Inneren des Ofens hin geneigt, und sie bildet mit der Vertikalen einen Winkel "γ", der das Komplement zum Winkel "β" bildet und einen Wert zwischen 30º und 80º, jedoch vorteilhafterweise zwischen 45º und 65º aufweist, wenn die Drehachse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 im wesentlichen in einer horizontalen Ebene liegt.
Die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 enthält zumindest in ihrem zylindrischen Endabschnitt 21 eine Kühlkammer 23b, in der ein Kühlfluid umläuft. Diese Kühlkammer 23b verfügt über mindestens einen Einlass 24a und einen Auslass 24b, die mit einem externen Kühlkreis von bekanntem Typ, der hier nicht dargestellt ist, verbunden sind.
Die Kühlkammer 23b ermöglicht das Kühlen des Brennerkörpers 14 und daher eine Verbesserung der Funktionsbedingungen dieses Körpers 14 selbst dann, wenn der letztere keine unabhängige Kühleinrichtung besitzt. Diese Situation ermöglicht es, einen Brennerkörper 14 zu verwenden, der nicht unmittelbar mit einer Kühleinrichtung versehen ist und der daher sehr einfach und wirtschaftlich im Vergleich mit einem komplizierteren und teuren gekühlten Brenner ist.
Die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 enthält einen Verbindungsflansch 25a zur wegnehmbaren Anbringung des Brennerkörpers 14, wobei dieser Flansch 25a mit einem passenden Verbindungsflansch 25b am Brennerkörper 14 zusammenwirkt.
In diesem Fall ist der Brennerkörper 14 von einem Typ, der mit parallelen Strömen arbeitet, und er umfasst drei koaxiale Leitungen, nämlich eine Ringleitung 26 zum Zuführen einer verbrennbaren Substanz sowie zwei Leitungen 27-28 zum Zuführen jeweils einer oxidierenden Substanz.
Jede der Leitungen 26-27-28 umfasst einen Einlass, der jeweils mit Kreisen (nicht dargestellt) verbunden ist, die eine verbrennbare Substanz, die im allgemeinen Methan oder ein anderes geeignetes brennbares Gas ist, und eine die Verbrennung unterstützende Substanz, die im allgemeinen Sauerstoff oder Luft unter Druck ist, liefern.
Die Speiseleitungen 26-27-28 versorgen die jeweiligen Zuführleitungen innerhalb eines Mischkopfs 45 des rotierenden Brenners 10 auf unabhängige und getrennte Weise.
Insbesondere verfügt der Mischkopf 45 (Fig. 9) über ein zentrales Rohr 41 zum Liefern des Oxidationsmittels, eine erste, äußere Ringleitung 42 zum Liefern einer verbrennbaren Substanz sowie eine zweite, äußerste Ringleitung 43 zum Liefern des Oxidationsmittels.
Das Rohr 41 und die Leitungen 42-43 sind konzentrisch, und sie zeigen mit ihren Enden in eine Vorverbrennungskammer 44.
Die zwei Ströme des Oxidationsmittels enthalten dieselbe Konzentration an Sauerstoff, wodurch das System zum Regeln und Einstellen des Gasflusses zum Mischkopf 45 extrem einfach und wirtschaftlich gemacht ist.
Die Vorverbrennungskammer 44 endet am Auslass 29 des rotierenden Brenners 10, wobei dieser Auslass 29 in das Innere des Ofens zeigt.
Die Schrägstellung der zweiten, äußersten Ringleitung 43, die das Oxidationsmittel liefert, sorgt dafür, dass die in der Vorverbrennungskammer 44 erzeugte Flamme durch einen Ring von Oxidationsmittel umgeben und eingeschlossen ist, was verhindert, dass die brennbare, gasförmige Substanz in der Umgebung verteilt wird, und dadurch wird erzwungen, dass die brennbare Substanz völlig mit dem Oxidationsmittel kombiniert wird. Dies führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Verbrennung durch den Brenner 10.
Darüber hinaus können das zentrale Rohr 41 und die zweite, äußerste Ringleitung 43 auf gewünschte Weise gewährleisten, dass Oxidationsmittel mit einer Menge im Überschluss gegenüber derjenigen ausgegeben wird, die für die Flamme des rotierenden Brenners erforderlich ist; diese Überschlussmenge kann in den Ofen ausgelassen werden und mit in der Ofenatmosphäre oder in der Schlackenschicht des Bads enthaltenen CO-Molekülen kombinieren, um CO&sub2; auszubilden, wodurch Energie in thermischer Form abgegeben wird.
Ferner können die zwei Ströme an überschüssigem Sauerstoff verschiedene Geschwindigkeiten von einer niedrigen Geschwindigkeit unter der Schallgeschwindigkeit bis zu Überschall aufweisen, weswegen sie gleichzeitig Sauerstoff in Bereiche leiten können, die nahe beim Brenner und entfernt von diesem liegen, um dadurch ein größeres Volumen des Ofens zu überdecken und die Oxidationsfähigkeiten zu verbessern, die dazu erforderlich sind, die Wärmeenergie innerhalb des Ofens freizusetzen.
Das die Verbrennung unterstützende Oxidationsmittel und die brennbare Substanz kombinieren in der Vorverbrennungskammer 44 und erzeugen die Flamme innerhalb des rotierenden Brenners 10.
Gemäß der in Fig. 13 dargestellten Variante umfasst der Mischkopf 45 eine Vorverbrennungskammer 44a, in die das das Oxidationsmittel zuführende zentrale Rohr 41 und die erste, äußere Ringleitung 42 münden, die die brennbare Substanz liefert.
Innerhalb der erste Vorverbrennungskammer 44a wird eine Flamme erzeugt, die sich dann in die zweite Vorverbrennungskammer 44b aufweitet, in die die zweite, äußerste Ringleitung 43 zeigt, die Oxidationsmittel zuführt.
In dieser zweiten Vorverbrennungskammer 44b ist die Flamme durch einen Ring von Oxidationsmittel umgeben, was jede verteilte und nicht kombinierte brennbare Substanz gegen die Flamme drückt, um so den Wirkungsgrad des rotierenden Brenners 10 zu verbessern.
Bei einem ersten, in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen die erste, äußere Ringleitung 42, die die brennbare Substanz zuführt, und die zweite, äußerste Ringleitung 43, die das Oxidationsmittel zuführt, mit einer Reihe von Löchern 49 bzw. 50, die in vorteilhafter Weise symmetrisch am Umfang verteilt sind, in die Vorverbrennungskammer 44.
Gemäß der in Fig. 11 dargestellten Variante zeigen die Leitungen 42 und 43 mit Öffnungen in die Vorverbrennungskammer 44, die als Umfangsbögen ausgebildet sind und mit 51 bzw. 52 gekennzeichnet sind.
Gemäß einer weiteren Variante, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist, tragen sowohl das Zuführrohr 41 als auch die beiden Zuführleitungen 42-43 Abschlussdüsen 48, die es ermöglichen, eine genaue und korrekte Dosierung und Geschwindigkeit der eingeleiteten gasförmigen Substanzen entsprechend den gewünschten stöchiometrischen Mengen sowie eine korrekte Verteilung jedes überschüssigen Oxidationsmittels, falls vom Prozess benötigt, zu gewährleisten.
Beim erfindungsgemäßen rotierenden Brenner 10 wird die Drehung der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 um ihre Achse 33 durch eine Antriebsanordnung 15 mit einem ersten Stellglied 30 erzielt, dessen eines Ende 31a so befestigt ist, dass es um einen Schwenkpunkt 32 in der Halte- und Befestigungsanordnung 12 schwenken kann, während sein anderes Ende 31b mit der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 zusammenwirkt.
In Fig. 2 ist dargestellt, dass das erste Stellglied 30a die Form eines hydraulischen Wagenhebers aufweist.
Gemäß der in Fig. 14 dargestellten Variante umfasst die Antriebsanordnung 15 eine Kette 54, die eine alternierende Bewegung von einem einer Antriebswelle 50 zugeordneten Kettenrad 55 auf den Flansch 25b überträgt, mit dem der Brennerkörper 14 einteilig verbunden ist.
Andere Typen von Stellgliedern, wie elektrische, hydraulische oder pneumatische Motoren oder andere Typen, können in gleicher Weise gut innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung verwendet werden.
Gemäß einer anderen Variante kann ein einzelnes Stellglied die Ausrichtung des rotierenden Brenners 10 und die Änderung der Achse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 ausführen.
Wenn das erste Stellglied 30a oder das Kettenrad 55 in der einen oder der anderen Richtung betätigt wird, wird die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 in Uhrzeiger- oder in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht, was dafür sorgt, dass die den Brennerkörper 14 verlassende Flamme um einen Bruchteil des Drehkegels läuft, um einen großen Bereich des zu erwärmenden Materials zu überlappen.
Gemäß der Erfindung kann der Drehwinkel, der in den Fig. 5 und 8 mit "ρ" gekennzeichnet ist, der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 Werte erreichen, die von ungefähr ±15º bis zu ungefähr ±180º reichen, jedoch vorteilhafterweise zwischen ±30º und ±90º liegen.
Gemäß einer Variante können die zwei auf einer Seite oder der anderen der Drehachse 33 ausgebildet sind und in Fig. 8 mit "α1" bzw. "α2" gekennzeichnet sind, voneinander verschieden sein, wenn dies erforderlich ist, um eine Anpassung an spezielle Verarbeitungserfordernisse zu erzielen. Gemäß einer Variante kann die Verdrehung der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 kontinuierlich mit einem Winkel von "ρ" von 360º ausgeführt werden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen schematisch Beispiele zweier möglicher Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen rotierenden Brenners 10, wenn dieser an einem elektrischen Bogenofen befestigt ist. Drei Elektroden des Ofens sind mit 35 gekennzeichnet.
Beim Beispiel der Fig. 6 verläuft die Rotationsachse 33 der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung 13 im wesentlichen zu einer Elektrode 35.
Der vom rotierenden Brenner 10 während seiner Funktion umschriebene Drehkegel sorgt dafür, dass die Flamme einer Bahn 37 folgt, die nie zur Elektrode 15 ausgerichtet ist, sondern die immer außerhalb eines durch die Elektroden 35 gebildeten imaginären Umfangs 36 liegt.
In diesem Fall enthält die Bahn 37, der die Flamme folgt, zwei Extrempunkte, nämlich D und E außerhalb des imaginären Umfangs 36, sowie einen dazwischenliegenden Übergangspunkt C; die Punkte D und E repräsentieren im wesentlichen die Grenzen der Bahn 37.
Die Fig. 6 und 7 zeigen auch die Verteilung 46 der Flamme an den Grenzpunkten D und E sowie die Konzentration 47 der Flamme am Punkt C.
Die Verteilung 46 der Flamme an den extremen Querpunkten D und E der Bahn 37 ermöglicht es, dass die Flamme eine große Masse der Füllung in der Zone außerhalb des durch die Elektroden 35 erzeugten imaginären Umfangs 38 überlappt.
Bei diesem Funktionstyp trifft die Flamme nicht unmittelbar auf die Elektroden 35, da ein derartiges Auftreffen für die Konstruktion und die Lebensdauer und das Funktionsvermögen der Elektroden 35 gefährlich wäre.
Darüber hinaus trägt die Flamme durch ihr Überlappen mit Bereichen außerhalb des durch die Elektroden 35 gebildeten Umfangs 36 zur Bewegung des rotierenden Rührens des Bads bei, wie durch die Abfolge der Phasen beim Zuführen von Strom zu den Elektroden 35 hervorgerufen. Ferner überlappt die Flamme des rotierenden Brenners 10 das Stückgut in den kältesten Bereichen des Ofens, wobei es für diese Bereiche stärker erforderlich ist, dass ein Zusatzbeitrag von Wärme vorhanden ist, als für andere Bereiche des Ofens.
Fig. 7 zeigt schematisch ein anderes mögliches Verfahren für die Funktion des rotierenden Brenners 10, wobei bei diesem Beispiel die Drehachse 33 der Anordnung 13 zur relativen Positionierung und Ausrichtung nicht auf eine der Elektroden 35 gerichtet ist. Die Bahn 37, der die Flamme folgt, liegt immer außerhalb des durch die Elektroden 35 gebildeten imaginären Umfangs 36, und sie überlappt die kalten Bereiche des Ofens.
Das untere Ende 18a zumindest der Tafel 18 über dem rotierenden Brenner 10 steht teilweise nach außen in den Ofen vor, um den rotierenden Brenner 10 insbesondere während der Schritte des Füllens des Ofens zu schützen.
Darüber hinaus schützt dieses untere Ende 18a aus den oben detailliert angegebenen Gründen auch die Drehgrenzfläche zwischen den beweglichen und stationären Teilen (16-21) gegen die flüssige Schlacke, die während der Überhitzungs- und Raffinierschritte des Schmelzprozesses entlang den gekühlten Tafeln 18 läuft.

Claims

1. Rotierender Brenner, der zur Installation an einer Seitenwand (11) eines Ofens und zum Zusammenwirken mit dem Inneren des Ofens geeignet ist, der über mindestens eine mit Kühlplatten (18) versehene Seitenwand (11) verfügt, wobei der rotierende Brenner (10) mindestens eine Halte- und Befestigungsanordnung (12) aufweist, die der Seitenwand (11) des Ofens zusammenhängend zugeordnet ist und mit der Oberfläche der Seitenwand (11) fluchtet, und der mindestens eine Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) aufweist, die drehbar an der Achse der Halte- und Befestigungsanordnung (12) befestigt ist und ein Durchgangsloch (22) aufweist, in dem der Körper des rotierenden Brenners (12) herausnehmbar in einer zurückgezogenen Stellung befestigt ist, wobei die Achse (34) dieses Durchgangslochs (22) zum Inneren des Ofens mit einem Winkel "β" zwischen 10º und 60º in Bezug zur Drehachse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) nach unten geneigt ist, wobei die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) durch die Wirkung einer Antriebsanordnung (15) um einen durch einen Winkel (189) definierten Umfangsbogen verdreht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (18) über dem rotierenden Brenner (10) mindestens einen Vorsprung (18a) aufweist, der zur Innenseite des Ofens vorspringt, um für Schutz zu sorgen, wobei zwischen der Auslassmündung des Körpers (14) des Brenners und der Innenseite des Ofens eine Vorverbrennungskammer (44) für die durch den Brenner zugeführten Komponenten gebildet ist, wobei zumindest ein Teil der Vorverbrennungskammer (44) einen Teil des Durchgangslochs (22) belegt.

2. Rotierender Brenner (10) nach Anspruch 1, mit einem Mischkopf (45), der die Vorverbrennungskammer (44) enthält, in die ein mittleres Rohr (41) zum Zuführen von Oxidationsmittel, eine erstere, äußere Ringleitung (42) zum Zuführen einer verbrennbaren Substanz sowie eine zweite, äußerste Ringleitung (43) zum Zuführen von Oxidationsmittel zeigen, wobei das Rohr (41) und die Leitungen (42-43) im wesentlichen konzentrisch liegen.

3. Rotierender Brenner (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vorverbrennungskammer (44) durch eine erste Vorverbrennungskammer (44a), in die zumindest das Oxidationsmittel zuführende mittlere Rohr (41) und die erste, äußere, eine verbrennbare Substanz zuführende Ringleitung (42) zeigen, und eine zweite Vorverbrennungskammer (44b) gebildet ist, die zur Innenseite des Ofens zeigt und in die zumindest die zweite, äußerste, Oxidationsmittel zuführende Ringleitung (43) zeigt.

4. Rotierender Brenner (10) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zumindest die erste, äußere, eine verbrennbare Substanz zuführende Ringleitung (42) sowie die zweite, äußerste, Oxidationsmittel zuführende Ringleitung (43) als Löcher ausgebildete Abschlussöffnungen aufweisen.

5. Rotierender Brenner (10) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zumindest die erste, äußere, eine verbrennbare Substanz zuführende Ringleitung (42) sowie die zweite, äußerste, Oxidationsmittel zuführende Ringleitung (43) als Kreisbogen ausgebildete Abschlussöffnungen (41-42) aufweisen.

6. Rotierender Brenner (10) nach Anspruch 2 bis 5, bei dem zumindest die erste, äußere, eine verbrennbare Substanz zuführende Ringleitung (42) sowie die zweite, äußerste, Oxidationsmittel zuführende Ringleitung (43) Abschlussdüsen (48) aufweisen.

7. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Drehachse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) stationär ist und in einer horizontalen Ebene liegt.

8. Rotierender Brenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Drehachse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) stationär ist und in Beziehung zur horizontalen Ebene geneigt ist.

9. Rotierender Brenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in Zuordnung zur Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) eine Anordnung (38) zum Ausrichten und Ändern der zugehörigen Achse (33) in solcher Weise vorhanden ist, dass die Drehachse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) auf gewünschte, kontrollierte Weise positioniert werden kann.

10. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Drehachse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) nach rechts oder links in bezug zur radialen Vertikalebene des Ofens geneigt ist.

11. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Brennerkörper (14) im ersten vorderen Segment des Durchgangslochs (22) liegt.

12. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) zumindest eine Kühlkammer (23b) enthält.

13. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) kontinuierlich auf einem Bogen mit einem Umfang von 360º gedreht werden kann.

14. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Antriebsanordnung (15) zumindest ein erstes Stellglied (30a-54-55) aufweist, das an der Halte- und Befestigungsanordnung (12) befestigt ist und mit der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) zusammenwirkt.

15. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Antriebsanordnung (15) ein zweites Stellglied (30b) aufweist, das an der Halte- und Befestigungsanordnung (12) befestigt ist und mit der Anordnung (38) zusammenwirkt, die die Achse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) ausrichtet und ändert.

16. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Bahn (37), der die durch den rotierenden Brenner (10) während seiner Drehung erzeugte Flamme folgt, immer außerhalb eines imaginären Umfangs (36) liegt, der durch die Elektroden (35) gebildet ist, und sie zwischen diesem imaginären Umfang (36) und der Berandungslinie (11) des Ofens liegt.

17. Rotierender Brenner (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Drehachse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) zu einer Elektrode (35) gerichtet ist.

18. Rotierender Brenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Drehachse (33) der Positionierungs- und Ausrichtungsanordnung (13) nicht zu einer Elektrode (35) gerichtet ist.