EP0012778A1 - Gas heated tunnel burner for raising the temperature in melting furnaces or crucibles - Google Patents

Gas heated tunnel burner for raising the temperature in melting furnaces or crucibles Download PDF

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Publication number
EP0012778A1
EP0012778A1 EP78101880A EP78101880A EP0012778A1 EP 0012778 A1 EP0012778 A1 EP 0012778A1 EP 78101880 A EP78101880 A EP 78101880A EP 78101880 A EP78101880 A EP 78101880A EP 0012778 A1 EP0012778 A1 EP 0012778A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
radial flange
outlet
burner
gas supply
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP78101880A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl Niemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elster Kromschroeder GmbH
Original Assignee
G Kromschroeder AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by G Kromschroeder AG filed Critical G Kromschroeder AG
Priority to EP78101880A priority Critical patent/EP0012778A1/en
Publication of EP0012778A1 publication Critical patent/EP0012778A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone

Definitions

  • the invention relates to a gas-heated tunnel burner for tempering melting furnaces or crucibles, comprising: a tubular burner housing which has an essentially cylindrical or weakly conical part and then has a frustoconical part which tapers towards an outlet opening, to which "in turn" the outlet end forming cylindrical end piece connects a gas supply pipe arranged coaxially to the burner housing and throttled at its outlet by throttling means, which carries an outwardly projecting radial flange and forms an annular space with the burner housing into which the radial flange projects, and a connection facing away from the outlet opening End of the burner housing for connection to air supply means.
  • the tubular burner housing contains a part which is slightly conically widened towards an outlet opening and which is followed by a frustoconical part which tapers towards the outlet opening. This latter part is in turn followed by a cylindrical end piece forming the outlet opening.
  • the burner housing is divided by an intermediate wall which sits in the connecting plane between the widening and the conically tapering part of the burner housing and has a central opening.
  • a gas feed pipe is located on the intermediate wall coaxially with the burner housing.
  • An air guide tube sits coaxially within this gas supply tube and surrounds the central opening in the intermediate wall.
  • An annular space is formed between the gas supply pipe and the frustoconical part of the burner housing.
  • At the outlet end of the gas supply pipe there is a radial flange which projects outwards into the annular space and forms a throttling outlet gap with the burner housing.
  • the air guide tube also has a radial flange at its outlet end, which also forms a throttling annular gap with the gas supply tube. In this way, an annular space is formed between the air guide pipe and the gas supply pipe, into which a gas feed line opens.
  • an air flow mainly passes through the central opening of the intermediate wall and through the air duct into the combustion chamber formed within the frustoconical part of the burner housing. Gas is throttled through the annular gap that is formed between the gas supply pipe and the radial flange of the air guide pipe. Finally, a further air flow enters the combustion chamber via the outer openings of the intermediate wall, the outer annular chamber which acts as a calming zone and the annular gap between the radial flange of the gas supply pipe and the burner housing and is directed inwards by the frustoconical part of the burner housing.
  • a burner is also known in which a gas supply pipe is arranged coaxially within a burner pipe, air being able to be introduced into the burner pipe via a lateral connection, in such a way that the air flow within the burner pipe gives a swirl around the gas supply pipe becomes.
  • the burner tube extends somewhat beyond the gas feed tube in the axial direction.
  • the gas supply pipe forms a gas supply channel that fills its entire cross section. At its end, the gas supply tube forms a central, throttling outlet nozzle.
  • the gas feed pipe also carries a radial flange upstream of this outlet nozzle. Lateral gas outlet openings are provided in the gas supply pipe upstream of the radial flange.
  • the air flow builds up on the radial flange.
  • the throttling outlet nozzle causes a certain gas jam in front of this nozzle. Gas therefore enters through the lateral gas outlet openings into the calming zone formed upstream of the radial flange.
  • the gas-air mixture formed there creates a holding flame that burns around the radial flange and prevents the flame from lifting off when there are high gas and air flows.
  • the escaping gas is ignited immediately by the flame.
  • the flame is the zone in which a chemical reaction takes place between the gas and the combustion air. If the gas is not completely combusted due to insufficient mixing of gas and air, unburned gas can accumulate in the melting furnace or crucible and "lead to a deflagration. This can also happen if the flame is so long that it reaches The flame should only burn within a combustion chamber formed in the burner housing, while only hot air and exhaust gases emerge from the outlet opening of the burner housing.
  • the invention is therefore based on the object of providing a gas-heated tunnel burner for tempering melting furnaces or crucibles, in which the most complete possible combustion of the gas takes place in a short flame burning within a combustion chamber in the burner housing and in which at the same time by regulating the gas supply to a large extent Limits the temperature of the emerging large amounts of air and exhaust gas between "warm air” and high operating temperatures.
  • a holding flame is generated by the radial flange on the gas supply pipe and the lateral gas outlet openings, which prevents the flame from being lifted off the outlet nozzle even at high gas speeds.
  • the generation of such a holding flame is known per se in the aforementioned burner.
  • this burner is not a tunnel burner for tempering melting furnaces or crucibles, in which a short flame is generated within a combustion chamber contained in the burner housing.
  • a short flame is ensured by mixing-promoting flow guide bodies, which ensure that swirling and mixing of gas and air take place within the combustion chamber and that the combustion reaction can therefore take place completely within the combustion chamber. This creates a short flame that is essentially formed within the combustion chamber. An intimate mixture of air and exhaust gases emerges from the outlet opening and has a uniform temperature corresponding to the heating power of the supplied and burned gas.
  • the mixing-promoting flow guide bodies are e.g. arranged to the guide vane ring of DE-AS 1 170 101 in the combustion chamber, which contains both gas and air. They therefore not only cause a swirl of the outer air column but also a swirling and mixing of gas and air, which ensures complete combustion of the gas in a short flame.
  • Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the burner housing 10 has an essentially cylindrical part 12 and then a truncated cone-shaped part 16 tapering towards an outlet opening 14.
  • the part 16 is in turn followed by a cylindrical end piece 18 which forms the outlet opening 14.
  • a gas supply pipe 20 is arranged coaxially to the burner housing 10 and is led laterally out of the burner housing 10 via a bend 22 and is connected to a source of fuel gas.
  • the gas supply pipe 20 forms a gas supply channel 24 which fills its entire cross section and at its end a central, throttling outlet nozzle 26.
  • a radial flange 28 is provided upstream of the outlet nozzle 26. Upstream of that. Radial flange 28 are provided in the gas supply pipe 20 lateral gas outlet openings 30.
  • the gas supply pipe 20 forms with the cylindrical part of the burner housing 10 an annular space 32 into which the radial flange 28 projects. However, there is only a slight throttling of the air flow between the radial flange 28 and the burner housing 10.
  • connection 34 is provided, which is connected to air supply means, e.g. can be connected to a blower.
  • the connection 34 is a connecting piece which is connected to the cylindrical part 12 of the burner housing 10 via a conical intermediate part 36. This connection 34 is practically unthrottled in connection with the annular space 32, so that the full air flow flows outside between the burner tube 20 and the burner housing 10.
  • a combustion chamber 38 is formed in the frustoconical part 16 between the outlet nozzle 26 and the outlet opening 14.
  • Mixing-promoting flow guide bodies are provided in this combustion chamber.
  • the mixing-promoting flow guide bodies comprise a ring of helical guide plates 40, which are provided on the inner wall of the frustoconical part 16 in the region of the combustion chamber 38.
  • the mixture-promoting flow guide bodies further comprise the outlet-side edge 42 of the frustoconical part 16, which projects like a funnel into the cylindrical end piece 18 and forms a tear-off edge 44 within the latter.
  • the gas emerging from the outlet nozzle 26 is intimately mixed in the combustion chamber 38 with the air which is caused to swirl by the guide surface 40, since the air is not only given a swirl by the guide plates 40 but the air as a result of the conical design of the part 16, simultaneously is diverted inwards. It has been shown that this causes swirling, which leads to an intimate mixture of air and gas and thus to a complete combustion of the gas within the combustion chamber 38.
  • the frustoconical part 16 does not protrude into the cylindrical end piece 18 as in FIG. 1, but conversely the cylindrical end piece 18 'protrudes with its edge 47 into the opening of the frustoconical part 16'.
  • Figure 4 shows a further modification of the arrangement for generating a holding flame.
  • the arrangement is similar to that in FIG. 1, and corresponding parts are given the same reference numerals in FIG. 4 as there.
  • a ring 52 is held parallel to the radial flange 28 via spacers 54 on its downstream side. This ring 52 projects radially outward beyond the radial flange 28.
  • An annular gap 56 is formed between the inner edge of the ring and the gas supply pipe 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

A gas-heated tunnel burner for raising the temperature in melting furnaces or crucibles contains a tubular burner housing (10) with a frustoconical part (16) which forms an exit opening (14). A gas supply pipe (20) with a choking outlet nozzle (26) is arranged coaxially in the burner housing. It has a radial flange (28) and, upstream of this, lateral gas exit openings (30). By means of the latter, a holding flame is produced. Air is supplied to the annular space (32) via a connection (34). In the frustoconical part (16), there is arranged a collar of helical guide plates (40) which together with a breakaway edge (44) promote the mixing of gas and air in the burner chamber (38) and thus create a short flame. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen gasbeheizten Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmelzöfen oder Schmelztiegeln, enthaltend: ein rohrförmiges Brennergehäuse, welches einen im wesentlichen zylindrischen oder schwach konischen Teil sowie sich daran anschließend einen kegelstumpfförmigen, sich zu einer Austrittsöffnung hin verjüngenden Teil aufweist, an den" sich wiederum ein die Austrittsöffnung bildendes zylindrisches Endstück anschließt, ein koaxial zu dem Brennergehäuse angeordnetes, an seinem Auslaß durch Drosselmittel gedrosseltes Gaszufuhrrohr, das einen nach außen ragenden Radialflansch trägt und mit dem Brennergehäuse einen Ringraum bildet, in den der Radialflansch hineinragt, und einen Anschluß an der Austrittsöffnung abgewandten Ende des Brennergehäuses zum Anschluß an Luftzufuhrmittel.The invention relates to a gas-heated tunnel burner for tempering melting furnaces or crucibles, comprising: a tubular burner housing which has an essentially cylindrical or weakly conical part and then has a frustoconical part which tapers towards an outlet opening, to which "in turn" the outlet end forming cylindrical end piece connects a gas supply pipe arranged coaxially to the burner housing and throttled at its outlet by throttling means, which carries an outwardly projecting radial flange and forms an annular space with the burner housing into which the radial flange projects, and a connection facing away from the outlet opening End of the burner housing for connection to air supply means.

Bei einem bekannten Tunnelbrenner dieser Art (US-PS 3 275 057, FR-PS 1 -430 591) enthält das rohrförmige Brennergehäuse einen zu einer Austrittsöffnung hin schwach konisch erweiterten Teil, an den sich ein kegelstumpfförmiger, sich zu der Austrittsöffnung verjüngender Teil anschließt. An diesem letzteren Teil schließt sich wiederum ein die Austrittsöffnung bildendes zylindrisches Endstück an. Das Brennergehäuse ist durch eine Zwischenwand geteilt, die in der Verbindungsebene zwischen dem sich erweiternden und dem sich konisch verjüngenden Teil des Brennergehäuses sitzt und einen zentralen Durchbruch aufweist. Auslaßseitig sitzt an der Zwischenwand koaxial zu dem Brennergehäuse ein Gaszufuhrrohr. Koaxial innerhalb dieses Gaszufuhrrohres sitzt ein Luftführungsrohr, welches den zentralen Durchbruch in der Zwischenwand umgibt. Zwischen dem Gaszufuhrrohr und dem kegelstumpfförmigen Teil des Brennergehäuses ist ein Ringraum gebildet. Am auslaßseitigen Ende des Gaszufuhrrohres sitzt ein Radialflansch, der nach außen in den Ringraum hineinragt und mit dem Brennergehäuse einen drosselnden Austrittsspalt bildelt. Das Luftführungsrohr weist ebenfalls an seinem austrittsseitigen Ende einen Radialflansch auf, der mit dem Gaszufuhrrohr ebenfalls einen drosselnden Ringspalt bildet. Zwischen dem Luftführungsrohr und dem Gaszufuhrrohr ist auf diese Weise ein Ringraum gebildet, in den eine Gaszuleitung mündet. In der Zwischenwand sind außerhalb des Gaszufuhrrohres Durchbrüche vorge-sehen, über welche der stromauf von der Zwischenwand liegende Teil des im Brennergehäuse gebildeten Raumes mit dem Ringraum in Verbindung steht, der zwischen dem Gaszufuhrrohr und dem Brennergehäuse gebildet ist. An dem der Austrittsöffnung abgewandten Ende des Brennergehäuses ist ein Anschluß vorgesehen, über den Luftzufuhrmittel, z.B. ein Gebläse angeschlossen werden können.In a known tunnel burner of this type (US Pat. No. 3,275,057, French Pat. No. 1 -430 591), the tubular burner housing contains a part which is slightly conically widened towards an outlet opening and which is followed by a frustoconical part which tapers towards the outlet opening. This latter part is in turn followed by a cylindrical end piece forming the outlet opening. The burner housing is divided by an intermediate wall which sits in the connecting plane between the widening and the conically tapering part of the burner housing and has a central opening. On the outlet side, a gas feed pipe is located on the intermediate wall coaxially with the burner housing. An air guide tube sits coaxially within this gas supply tube and surrounds the central opening in the intermediate wall. An annular space is formed between the gas supply pipe and the frustoconical part of the burner housing. At the outlet end of the gas supply pipe there is a radial flange which projects outwards into the annular space and forms a throttling outlet gap with the burner housing. The air guide tube also has a radial flange at its outlet end, which also forms a throttling annular gap with the gas supply tube. In this way, an annular space is formed between the air guide pipe and the gas supply pipe, into which a gas feed line opens. In the intermediate wall are e-see outside the gas supply tube openings prior g over which the upstream stands of the intermediate wall lying part of the space formed in the burner housing to the annular space in combination formed between the gas supply tube and the burner housing. At the end of the burner housing facing away from the outlet opening, a connection is provided via which air supply means, for example a fan, can be connected.

Bei diesem bekannten Brenner tritt ein Luftstrom hauptsächlich durch den zentralen Durchbruch der Zwischenwand und durch das Luftführungsrohr hindurch in die innerhalb des kegelstumpfförmigen Teiles des Brennergehäuses gebildete Brennkammer. Gas wird gedrosselt über den Ringspalt zugeführt, der zwischen dem Gaszufuhrrohr und dem Radialflansch des Luftführungsrohres gebildet ist. Schließlich tritt ein weiterer Luftstrom über die äußeren Durchbrüche der Zwischenwand, die als Beruhigungszone wirkende äußere Ringkammer und den Ringspalt zwischen dem Radialflansch des Gaszufuhrrohres und dem Brennergehäuse in die Brennkammer und wird durch den kegelstumpfförmigen Teil des Brennergehäuses einwärts gelenkt. Eine Vermischung von Gas und Luft soll dabei in dem torusförmigen Bereich stattfinden, der vor dem Gaszufuhrrohr und dem Luftführungsrohr um die Längsachse des Tunnelbrenners herum auftritt, und von diesem Bereich aus erstreckt sich die Flamme in die Brennkammer, wobei die Flamme mantelförmig ist und einerseits den zentralen Luftstrom umgibt und andererseits von dem äußeren Luftstrom, der zwischen Flamme und Wandung des Brennergehäuses verläuft, umgeben ist.In this known burner, an air flow mainly passes through the central opening of the intermediate wall and through the air duct into the combustion chamber formed within the frustoconical part of the burner housing. Gas is throttled through the annular gap that is formed between the gas supply pipe and the radial flange of the air guide pipe. Finally, a further air flow enters the combustion chamber via the outer openings of the intermediate wall, the outer annular chamber which acts as a calming zone and the annular gap between the radial flange of the gas supply pipe and the burner housing and is directed inwards by the frustoconical part of the burner housing. Mixing of gas and air should take place in the toroidal area that occurs in front of the gas supply pipe and the air guide pipe around the longitudinal axis of the tunnel burner, and from this area the flame extends into the combustion chamber, the flame being jacket-shaped and on the one hand surrounds the central air flow and on the other hand is surrounded by the external air flow that runs between the flame and the wall of the burner housing.

Es ist weiterhin bekannt (DE-AS 1 170 101) bei einem Rundbrenner über ein zentrales Rohr Luft, über ein koaxial darum herum angeordnetes Gaszufuhrrohr Gas und über ein weiteres koaxial um das Gaszufuhrrohr herum angeordnetes Rohr Luft zuzuführen, wobei die Luft in dem äußeren Rohr über einen Leitschaufelkranz geleitet wird, so daß dem äußeren Luftmantel ein Drall erteilt wird. Dieser Leitschaufelkranz ist dabei stromauf von der Gasaustrittsöffnung angeordnet und erzeugt lediglich einen Drall der Luft.It is also known (DE-AS 1 170 101) to supply air to a round burner via a central tube, gas via a gas supply tube arranged coaxially around it and air via another tube arranged coaxially around the gas supply tube, the air in the outer tube is passed over a guide vane ring, so that a swirl is given to the outer air jacket. This guide vane ring is arranged upstream of the gas outlet opening and only generates a swirl of the air.

Eine ähnliche Anodnung zeigt die US-PS 3 049 173. Es ist weiterhin ein Brenner bekannt, bei welchem ein Gaszufuhrrohr koaxial innerhalb eines Brennerrohres angeordnet ist, wobei in das Brennerrohr über einen seitlichen Anschluß Luft einleitbar ist, und zwar in einer solchen Weise, daß dem Luftstrom innerhalb des Brennerrohres um das Gaszufuhrrohr herum ein Drall erteilt wird. Das Brennerrohr erstreckt sich in axialer Richtung etwas über das Gaszufuhrrohr hinaus. Das Gaszufuhrrohr bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal. An seinem Ende bildet das Gaszufuhrrohr eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse. Das Gaszufuhrrohr trägt weiterhin einen Radialflansch stromauf von dieser Auslaßdüse. Stromauf von dem Radialflansch sind in dem Gaszufuhrrohr seitliche Gasaustrittsöffnungen vorgesehen. Die Luftströmung staut sich an dem Radialflansch. Durch die drosselnde Auslaßdüse erfolgt ein gewisser Gasstau vor dieser Düse. Gas tritt daher durch die seitlichen Gasaustrittsöffnungen in die stromauf von dem Radialflansch gebildete Beruhigungszone. Das dort gebildete Gas-Luft-Gemisch erzeugt eine Halteflamme, die um die Radialflansch herum brennt und ein Abheben der Flamme bei hohen Gas- und Luftströmungen verhindert. Durch die Halteflamme wird das austretende Gas jeweils sofort gezündet.A similar arrangement is shown in US Pat. No. 3,049,173. A burner is also known in which a gas supply pipe is arranged coaxially within a burner pipe, air being able to be introduced into the burner pipe via a lateral connection, in such a way that the air flow within the burner pipe gives a swirl around the gas supply pipe becomes. The burner tube extends somewhat beyond the gas feed tube in the axial direction. The gas supply pipe forms a gas supply channel that fills its entire cross section. At its end, the gas supply tube forms a central, throttling outlet nozzle. The gas feed pipe also carries a radial flange upstream of this outlet nozzle. Lateral gas outlet openings are provided in the gas supply pipe upstream of the radial flange. The air flow builds up on the radial flange. The throttling outlet nozzle causes a certain gas jam in front of this nozzle. Gas therefore enters through the lateral gas outlet openings into the calming zone formed upstream of the radial flange. The gas-air mixture formed there creates a holding flame that burns around the radial flange and prevents the flame from lifting off when there are high gas and air flows. The escaping gas is ignited immediately by the flame.

Tunnelbrenner der eingangs genannten Art werden benutzt zur Antemperung von Schmelzöfen. Dabei geht es um folgendes:

  • Schmelzöfen, z.B. für Glasschmelzen, sind mit einer feuerfesten Auskleidung versehen. Diese feuerfeste Auskleidung besteht aus feuerfesten Steinen, die zur Auskleidung des Schmelzofens aneinandergesetzt werden. Die Steine müssen dann in einem Antemperungsprozeß langsam auf die Betriebstemperatur der Glasschmelze aufgeheizt werden, wobei ein Sinterungsprozeß stattfindet, bei welchem sich die Steine zu einer durchgehenden Auskleidung miteinander verbinden. Dieser Antemperungsprozeß, der mehrere Tage dauert, erfordert eine langsame und genau kontrollierte Temperaturerhöhung praktisch von warmer Zimmertemperatur bis zu der endgültigen Betriebstemperatur, wobei einige bestimmte Temperaturen, bei denen der Sinterungsprozeß stattfindet, nach einem vorgegebenen Programm über längere Zeit gehalten werden. Das bedeutet, daß der Brenner zunächst mit einem sehr großen Luftüberschuß betrieben werden muß, so daß die Luftmenge mit der Verbrennungswärme der zunächst relativ dazu kleinen Gasmenge nur wenig erwärmt wird. Im Verlaufe des Antemperungsprozesses wird dann die Gasmenge kontrolliert auf die der Luftmenge entsprechenden Mengen erhöht. Dabei wird mit recht hohen Luftmengen gearbeitet, damit durch die Verwirbelung der heißen Luft in dem Schmelzofen oder Schmelztiegel eine gleichmäßige Erwärmung des Schmelzofens oder Schmelztiegels stattfindet.
Tunnel burners of the type mentioned at the outset are used to anneal melting furnaces. It is about the following:
  • Melting furnaces, eg for glass melts, are provided with a refractory lining. This refractory lining consists of refractory bricks that are put together to line the furnace. The stones then have to be slowly heated to the operating temperature of the glass melt in a tempering process, a sintering process taking place in which the stones combine to form a continuous lining. This A ntemperungsprozeß takes several days, requires a slow and precisely controlled temperature increase practically of warm room temperature to the final operating temperature, some specific temperatures at which the sintering process takes place, are kept to a predetermined program over time. This means that the burner must first be operated with a very large excess of air, so that the amount of air is only slightly heated with the heat of combustion of the initially small amount of gas. In the course of the tempering process, the amount of gas is then increased in a controlled manner to the amounts corresponding to the amount of air. This involves working with quite large amounts of air so that the swirling of the hot air in the melting furnace or crucible results in uniform heating of the melting furnace or crucible.

Man muß anstreben, daß das Gas in einer relativ kurzen Flamme möglich vollständig verbrannt wird. Flamme ist dabei die Zone, in welcher eine chemische Reaktion zwischen dem Gas und der Verbrennungsluft stattfindet. Wenn durch ungenügende Vermischung von Gas und Luft das Gas nicht vollständig verbrannt wird, dann kann sich in dem Schmelzofen oder Schmelztiegel unverbranntes Gas ansammeln und"zu einer Verpuffung führen. Das kann auch geschehen, wenn die Flamme so lang ist, daß sich bis zu der gegenüberliegenden Wandung des Schmelzofens oder Schmelztiegels erstreckt. Außerdem würde in einem solchen Falle die Erwärmung ungleichmäßig. Die Flamme sollte nur innerhalb einer in dem Brennergehäuse gebildeten Brennkammer brennen, während aus der Austrittsöffnung des Brennergehäuses nur heiße Luft und Abgase austreten.One must strive for the gas to be burned completely in a relatively short flame. The flame is the zone in which a chemical reaction takes place between the gas and the combustion air. If the gas is not completely combusted due to insufficient mixing of gas and air, unburned gas can accumulate in the melting furnace or crucible and "lead to a deflagration. This can also happen if the flame is so long that it reaches The flame should only burn within a combustion chamber formed in the burner housing, while only hot air and exhaust gases emerge from the outlet opening of the burner housing.

Das ist sehr schwer zu erreichen, da, wie gesagt, ein hoher Durchsatz von Gas und Luft stattfindet, wobei der hohe Luftdurchsatz auf jeden Fall gegeben ist. Die Gasmenge wird in sehr weiten Grenzen reguliert. Dabei darf die Flamme nicht zu'lang werden. Sie darf auch nicht abheben oder erlöschen.This is very difficult to achieve because, as I said, there is a high throughput of gas and air, and the high air throughput is definitely there. The The amount of gas is regulated within very wide limits. The flame must not be too long. It must also not take off or go out.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gasbeheizten Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmlezöfen oder Schmelztiegeln zu schaffen, bei welchem in einer kurzen, innerhalb einer Brennkammer im Brennergehäuse brennenden Flamme eine möglichst vollständige Verbrennung des Gases stattfindet und bei welchem dabei durch Regelung der Gaszufuhr in weiten Grenzen die Temperatur der austretenden großen Luft-und Abgasmengen zwischen "Warmluft" und hohen Betriebstemperaturen veränderbar ist.The invention is therefore based on the object of providing a gas-heated tunnel burner for tempering melting furnaces or crucibles, in which the most complete possible combustion of the gas takes place in a short flame burning within a combustion chamber in the burner housing and in which at the same time by regulating the gas supply to a large extent Limits the temperature of the emerging large amounts of air and exhaust gas between "warm air" and high operating temperatures.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination der nachstehenden Merkmale:

  • (a) Das Gaszufuhrrohr bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal und an seinem Ende eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse und trägt den Radialflansch stromauf von dieser Auslaßdüse, und stromauf von dem Radialflansch sind in dem Gaszufuhrrohr seitliche Gasaustrittsöffnungen vorgesehen..
  • (b) Der Auslaß steht im wesentlichen ungedrosselt mit dem Ringraum in Verbindung.
  • (c) In der in dem kegelstumpfförmigen Teil zwischen der Auslaßdüse und der Austrittsöffnung gebildeten Brennkammer sind vermischungsfördernde Strömungsleit-- körper vorgesehen.
According to the invention, this object is achieved by the combination of the following features:
  • (a) The gas supply pipe forms a gas supply duct which fills its entire cross section and at its end a central, throttling outlet nozzle and carries the radial flange upstream of this outlet nozzle, and upstream of the radial flange there are lateral gas outlet openings in the gas supply pipe.
  • (b) The outlet communicates with the annulus substantially unthrottled.
  • (c) Mixing-promoting flow guide bodies are provided in the combustion chamber formed in the frustoconical part between the outlet nozzle and the outlet opening.

Durch den Radialflansch am Gaszufuhrrohr und die seitlichen Gasaustrittsöffnungen wird eine Halteflamme erzeugt, die ein Abheben der Flamme von der Auslaßdüse auch bei hohen Gasgeschwindigkeiten verhindert. Die Erzeugung einer solchen Halteflamme ist zwar bei dem vorerwähnten Brenner an sich bekannt. Bei diesem Brenner handelt es sich jedoch nicht um einen Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmelzöfen oder Schmelztiegeln, bei welchem eine kurze Flamme innerhalb einer im Brennergehäuse enthaltenen Brennkammer erzeugt wird.A holding flame is generated by the radial flange on the gas supply pipe and the lateral gas outlet openings, which prevents the flame from being lifted off the outlet nozzle even at high gas speeds. The The generation of such a holding flame is known per se in the aforementioned burner. However, this burner is not a tunnel burner for tempering melting furnaces or crucibles, in which a short flame is generated within a combustion chamber contained in the burner housing.

Es tritt ein gerader zentraler Gasstrom aus der Auslaßdüse aus. Im Gegensatz zu der Anordnung nach der US-PS 3 275 057 ist also kein zentraler Luftstrahl vorhanden. Der um das Gaszufuhrrohr gebildete Ringraum steht ungedrosselt mit dem Anschluß für die Luftzufuhrmittel in Verbindung. Es wird also ein starker, ungedrosselter Luftstrom um den zentralen Gasstrom herum erzeugt. Damit wird ein hoher Durchsatz von Luft und Gas ermöglicht.A straight, central gas stream emerges from the outlet nozzle. In contrast to the arrangement according to US Pat. No. 3,275,057, there is therefore no central air jet. The annular space formed around the gas supply pipe is unthrottled in connection with the connection for the air supply means. So a strong, unthrottled air flow is generated around the central gas flow. This enables a high throughput of air and gas.

Eine kurze Flamme wird durch vermischungsfördernde Strömungsleitkörper gewährleistet, die sicherstellen, daß innerhalb der Brennkammer eine Verwirbelung und Vermischung von Gas und Luft stattfinden und somit innerhalb der Brennkammer die Verbrennungsreaktion vollständig ablaufen kann. Damit wird eine kurze, im wesentlichen innerhalb der Brennkammer gebildete Flamme erzeugt. Aus der Austrittsöffnung tritt ein inniges Gemisch von Luft'und Abgasen aus, welches eine gleichmäßige Temperatur entsprechend der Heizleistung des zugeführten und verbrannten Gases besitzt.A short flame is ensured by mixing-promoting flow guide bodies, which ensure that swirling and mixing of gas and air take place within the combustion chamber and that the combustion reaction can therefore take place completely within the combustion chamber. This creates a short flame that is essentially formed within the combustion chamber. An intimate mixture of air and exhaust gases emerges from the outlet opening and has a uniform temperature corresponding to the heating power of the supplied and burned gas.

Die vermischungsfördenden Strömungsleitkörper sind, im Gegensatz z.B. zu dem Leitschaufelkranz der DE-AS 1 170 101 in der Brennkammer angeordnet, in welcher sowohl Gas als auch Luft enthalten ist. Sie bewirken daher nicht nur einen Drall der äußeren Luftsäule sondern unmittelbar eine Verwirbelung und Vermischung von Gas und Luft, wodurch eine vollständige Verbrennung des Gases in einer kurzen Flamme gewährleistet ist.In contrast, the mixing-promoting flow guide bodies are e.g. arranged to the guide vane ring of DE-AS 1 170 101 in the combustion chamber, which contains both gas and air. They therefore not only cause a swirl of the outer air column but also a swirling and mixing of gas and air, which ensures complete combustion of the gas in a short flame.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

  • Fig. 1 zeigt ein Vertikalschnitt durch einen nach der Erfindung ausgebildeten gasbeheizten Tunnelbrenner.
  • Fig. 2 zeigt einen zugehörigen Querschnitt.
  • Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform.
  • Fig. 4 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 3 eine weitere Abwandlung.
Some exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings:
  • Fig. 1 shows a vertical section through a gas-heated tunnel burner designed according to the invention.
  • Fig. 2 shows an associated cross section.
  • Fig. 3 shows a modified embodiment.
  • FIG. 4 shows a further modification in a representation similar to FIG. 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 weist das Brennergehäuse 10 einen im wesentlichen zylindrischen Teil 12 sowie sich daran anschließend einen kegelstumpfförmigen, sich zu einer Austrittsöffnung 14 hin verjüngenden Teil 16 auf. An den Teil 16 schließt sich wiederum ein die Austrittsöffnung 14 bildendes zylindrisches Endstück 18 an. Koaxial zu dem Brennergehäuse 10 ist ein Gaszufuhrrohr 20 angeordnet, das über einen Krümmer 22 seitlich aus dem Brennergehäuse 10 herausgeführt und mit einer Quelle von Brenngas verbunden ist. Das Gaszufuhrrohr 20 bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal 24 und an seinem Ende eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse 26. Stromauf von der Auslaßdüse 26 ist ein Radialflansch 28 vorgesehen. Stromauf von dem. Radialflansch 28 sind in dem Gaszufuhrrohr 20 seitliche Gasaustrittsöffnungen 30 vorgesehen.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the burner housing 10 has an essentially cylindrical part 12 and then a truncated cone-shaped part 16 tapering towards an outlet opening 14. The part 16 is in turn followed by a cylindrical end piece 18 which forms the outlet opening 14. A gas supply pipe 20 is arranged coaxially to the burner housing 10 and is led laterally out of the burner housing 10 via a bend 22 and is connected to a source of fuel gas. The gas supply pipe 20 forms a gas supply channel 24 which fills its entire cross section and at its end a central, throttling outlet nozzle 26. A radial flange 28 is provided upstream of the outlet nozzle 26. Upstream of that. Radial flange 28 are provided in the gas supply pipe 20 lateral gas outlet openings 30.

Das Gaszufuhrrohr 20 bildet mit dem zylindrischen Teil des Brennergehäuses 10 einen Ringraum 32, in welchen der Radialflansch 28 hineinragt. Dabei erfolgt aber nur eine geringe Drosselung des Luftstroms zwischen Radialflansch 28 und Brennergehäuse 10.The gas supply pipe 20 forms with the cylindrical part of the burner housing 10 an annular space 32 into which the radial flange 28 projects. However, there is only a slight throttling of the air flow between the radial flange 28 and the burner housing 10.

An dem der Austrittsöffnung 14 abgewandten Ende des Brennergehäuses 10 ist ein Anschluß 34 vorgesehen, der mit Luftzufuhrmitteln, z.B. einem Gebläse verbunden werden kann. Der Anschluß 34 ist ein Stutzen, der über einen konischen Zwischenteil 36 mit dem zylindrischen Teil 12 des Brennergehäuses 10 verbunden ist. Dieser Anschluß 34 steht praktisch ungedrosselt mit dem Ringraum 32 in Verbindung, so daß der volle Luftstrom außen zwischen dem Brennerrohr 20 und dem Brennergehäuse 10 hindurchströmt.At the end of the burner housing 10 facing away from the outlet opening 14, a connection 34 is provided, which is connected to air supply means, e.g. can be connected to a blower. The connection 34 is a connecting piece which is connected to the cylindrical part 12 of the burner housing 10 via a conical intermediate part 36. This connection 34 is practically unthrottled in connection with the annular space 32, so that the full air flow flows outside between the burner tube 20 and the burner housing 10.

In dem kegelstumpfförmigen Teil 16 zwischen der Auslaßdüse 26 und der Austrittsöffnung 14 ist eine Brennkammer 38 gebildet. In dieser Brennkammer sind vermischungsfördernde Strömungsleitkörper vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die vermischungsfördernden Strömungsleitkörper einen Kranz von wendelförmigen Leitblechen 40, welche auf der Innenwandung des kegelstumpfförmigen Teils 16 im Bereich der Brennkammer 38 vorgesehen sind. Die vermischungsfördernden Strömungsleitkörper umfassen weiterhin den austrittseitigen Rand 42 des kegelstumpfförmigen Teils 16, der trichterartig in das zylindrische Endstück 18 ragt und innerhalb desselben eine Abreißkante 44 bildet.A combustion chamber 38 is formed in the frustoconical part 16 between the outlet nozzle 26 and the outlet opening 14. Mixing-promoting flow guide bodies are provided in this combustion chamber. In the exemplary embodiment shown, the mixing-promoting flow guide bodies comprise a ring of helical guide plates 40, which are provided on the inner wall of the frustoconical part 16 in the region of the combustion chamber 38. The mixture-promoting flow guide bodies further comprise the outlet-side edge 42 of the frustoconical part 16, which projects like a funnel into the cylindrical end piece 18 and forms a tear-off edge 44 within the latter.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende:

  • Jber den-Anschluß 34 wird ein starker Luftstrom praktisch ständig in konstanter Stärke zugeführt, während über das Brennerrohr 20 ein regelbarer Gasstrom zugeführt werden kann. Der Luftstrom staut sich an dem Radialflansch 28, so daß dort eine Verwirbelung und eine Beruhigungszone entsteht. Das Gas, welches Vor der Auslaßdüse 26 geringfügig gestaut wird, tritt durch die seitlichen Gasaustrittsöffnungen 30 aus und vermischt sich in der Beruhigungszone 46 mit der dort verwirbelten Luft. Nach dem Zünden bildet dieses Gas-Luft-Gemisch eine Halteflamme, die unabhängig von der Gasströmung ständig brennt und daher ein Abheben der Flamme von der Auslaßdüse 26 verhindert, weil das aus der Auslaßdüse 26 austretende Gas auch bei hoher Strömungsgeschwindigkeit ständig durch die Halteflamme gezündet wird. Die Halteflamme brennt um den Radialflansch 28 herum und wird auch bei hoher Gas- oder Luftgeschwindigkeit nicht abge-. hoben oder ausgeblasen.
The arrangement described works as follows:
  • Via the port 34, a strong air flow is practically constantly supplied in constant strength, while a controllable gas flow is supplied via the burner tube 20 can. The air flow builds up on the radial flange 28, so that there is a swirl and a calming zone. The gas, which is slightly stowed in front of the outlet nozzle 26, exits through the lateral gas outlet openings 30 and mixes in the calming zone 46 with the air swirled there. After ignition, this gas-air mixture forms a holding flame which burns continuously regardless of the gas flow and therefore prevents the flame from being lifted off the outlet nozzle 26 because the gas emerging from the outlet nozzle 26 is continuously ignited by the holding flame even at high flow rates . The holding flame burns around the radial flange 28 and is not extinguished even at high gas or air speeds. lifted or blown out.

Das aus der Auslaßdüse 26 austretende Gas wird in der Brennkammer 38 mit der durch die Leitfläche 40 in Drall versetzten Luft innig vermischt, da der Luft durch die Leitfbleche 40 nicht nur ein Drall erteilt wird sondern die Luft infolge der konischen Ausbildung des Teils 16, gleichzeitig nach innen umgelenkt wird. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch eine Verwirbelung stattfindet, die zu einer innigen Mischung von Luft und Gas und damit zu einer vollständigen Verbrennung des Gases innerhalb der Brennkammer 38 führt.The gas emerging from the outlet nozzle 26 is intimately mixed in the combustion chamber 38 with the air which is caused to swirl by the guide surface 40, since the air is not only given a swirl by the guide plates 40 but the air as a result of the conical design of the part 16, simultaneously is diverted inwards. It has been shown that this causes swirling, which leads to an intimate mixture of air and gas and thus to a complete combustion of the gas within the combustion chamber 38.

Reste von Gas, die in das zylindrische Endstück 18 treten, erfahren eine weitere Verwirbelung an der Abreißkante 44, hinter welcher sich eine Beruhigungszone in dem toten Winkel zwischen dem konischen Teil 16 und dem zylindrischen Endstück 18 bildet. Hierdurch werden auch solche Reste noch verbrannt. Die Flamme, also die Zone in welcher die Reaktion des Gases mit dem Sauerstoff der Luft stattfindet, tritt daher praktisch nicht aus der Austrittsöffnung 14 aus. Aus der Austrittsöffnung 14 fließt vielmehr ein weitgehend homogener Strom von warmer oder heißer Luft, vermischt mit den Abgasen der Verbrennung.Residues of gas entering the cylindrical end piece 18 undergo further swirling at the tear-off edge 44, behind which a calming zone is formed in the blind spot between the conical part 16 and the cylindrical end piece 18. As a result, such residues are still burned. The flame, that is to say the zone in which the reaction of the gas with the oxygen in the air takes place, therefore practically does not emerge from the outlet opening 14. Rather, a largely homogeneous stream of warm or hot air, mixed with the, flows from the outlet opening 14 Exhaust from combustion.

Bei der abgewandelten Ausführung nach Fig. 3 ragt nicht wie bei Fig. 1 der kegelstumpfförmige Teil 16 in das zylindrische Endstück 18 sondern umgekehrt das zylindrische Endstück 18' ragt mit seinem Rand 47 in die öffnung des kegelstumpfförmigen Teils 16' hinein. Hierdurch wird ein Stau in dem Raum 48 erzeugt, der zwischen dem Endstück 18' und dem kegelstumpfförmigen Teil 16' gebildet ist, und die Oberkante 50 des Endstücks 18 bildet eine Abreißkante, die zu einer Verwirbelung und damit zu einer besseren Vermischung von Gas und Luft führt.In the modified embodiment according to FIG. 3, the frustoconical part 16 does not protrude into the cylindrical end piece 18 as in FIG. 1, but conversely the cylindrical end piece 18 'protrudes with its edge 47 into the opening of the frustoconical part 16'. This creates a jam in the space 48, which is formed between the end piece 18 'and the frusto-conical part 16', and the upper edge 50 of the end piece 18 forms a tear-off edge which leads to swirling and thus to better mixing of gas and air leads.

Figur 4 zeigt eine weitere Abwandlung der Anordnung für die Erzeugung einer Halteflamme. Die Anordnung ist ähnlich wie in Figur 1, und entsprechende Teile sind in Figur 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. An dem Radialflansch 28 ist auf dessen stromabwärtiger Seite ein Ring 52 über Abstandsstücke 54 parallel zu dem Radialflansch 28 gehaltert. Dieser Ring 52 ragt radial nach außen über den Radialflansch 28 hinaus. Zwischen dem Innenrand des Ringes und dem Gaszufuhrrohr 20 ist ein Ringspalt 56 gebildet.Figure 4 shows a further modification of the arrangement for generating a holding flame. The arrangement is similar to that in FIG. 1, and corresponding parts are given the same reference numerals in FIG. 4 as there. On the radial flange 28, a ring 52 is held parallel to the radial flange 28 via spacers 54 on its downstream side. This ring 52 projects radially outward beyond the radial flange 28. An annular gap 56 is formed between the inner edge of the ring and the gas supply pipe 20.

Durch den Ring 52 wird die Halteflamme und ein Teil der Luft wieder zur Mitte geleitet, so daß die Halteflamme unmittelbar um die Auslaßdüse 26 herum brennt.Through the ring 52, the flame and part of the air is directed back to the center, so that the flame burns immediately around the outlet nozzle 26.

Claims (5)

1. Gasbeheizter Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmelzöfen oder Schmelztiegeln, enthaltend: ein rohrförmiges Brennergehäuse, welches einen im wesentlichen zylindrischen oder schwach konischen Teil sowie sich daran anschließend einen kegelstumpfförmigen, sich zu einer Austrittsöffnung hin verjüngenden Teil aufweist, an den sich wiederum ein die Austrittsöffnung bildendes zylindrisches Endstück anschließt, ein koaxial zu dem Brennergehäuse angeordnetes, an seinem Auslaß durch Drosselmittel gedrosseltes Gaszufuhrrohr, das einen nach außen ragenden Radialflansch trägt und mit dem Brennergehäüse einen Ringraum bildet, in den der Radialflansch hineinragt, und einen Anschluß an dem der Austrittsöffnung abgewandten Ende des Brennergehäuses zum Anschluß an Luftzufuhrmittel, gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale: (a) Das Gaszufuhrrohr (20) bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal (24) und an seinem Ende eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse (26) und trägt den Radialflansch (28) stromauf von dieser Auslaßdüse (26), und stromauf von dem Radialflansch (28) sind in dem Gaszufuhrrohr (20) seitliche Gasaustrittsöffnungen (30) vorgesehen. (b) Der Anschluß (34) steht im wesentlichen ungedrosselt mit dem Ringraum (32) in Verbindung. (c) In der in dem kegelstumpfförmigen Teil (16) zwischen der Auslaßdüse (26) und der Austrittsöffnung (14) gebildeten Brennkammer (38) sind vermischungsfördernde Strömungsleitkörper (40,42) vorgesehen. 1. Gas-heated tunnel burner for tempering melting furnaces or crucibles, containing: a tubular burner housing which has an essentially cylindrical or slightly conical part and then a truncated cone-shaped part which tapers towards an outlet opening, which in turn is adjoined by a cylindrical end piece which forms the outlet opening, a gas supply pipe arranged coaxially to the burner housing and throttled at its outlet by throttling means, which carries an outwardly projecting radial flange and forms an annular space with the burner housing into which the radial flange projects, and a connection at the end of the burner housing facing away from the outlet opening for connection to air supply means, characterized by the combination of the following features: (a) The gas supply pipe (20) forms a gas supply channel (24) which fills its entire cross section and at its end a central, throttling outlet nozzle (26) and carries the Radial flange (28) upstream from this outlet nozzle (26) and upstream from the radial flange (28) are provided in the gas supply pipe (20) lateral gas outlet openings (30). (b) The connection (34) is essentially unthrottled with the annular space (32). (c) Mixing-promoting flow guide bodies (40, 42) are provided in the combustion chamber (38) formed in the frustoconical part (16) between the outlet nozzle (26) and the outlet opening (14). 2. Tunnelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vermischungsfördernden Strömungsleitkörper einen Kranz von wendelförmigen Leitblechen (40) umfassen, welche auf der Innenwandung des kegelstumpfförmigen Teils (16) im Bereich der Brennkammer (38) vorgesehen sind.2. Tunnel burner according to claim 1, characterized in that the mixture-promoting flow guide body comprise a ring of helical baffles (40) which are provided on the inner wall of the frustoconical part (16) in the region of the combustion chamber (38). 3. Tunnelbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vermischungsfördernden Strömungsleitkörper den austrittseitigen Rand (42) des kegelstumpfförmigen Teils (16) umfassen, der trichterartig in das zylindrische Endstück (18) ragt und innerhalb desselben eine Abreißkante (44) bildet.3. Tunnel burner according to claim 1 or 2, characterized in that the mixture-promoting flow guide body comprise the outlet-side edge (42) of the frustoconical part (16) which projects like a funnel into the cylindrical end piece (18) and forms a tear-off edge (44) within the latter. 4. Tunnelbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vermischungsfördenden Strömungsleitkörper den brennkammerseitigen Rand (47) des zylindrischen Endstücks (18') umfassen, der in die austrittseitige engere öffnung des kegelstumpfförmigen Teils (16) hineinragt (Fig. 3).4. Tunnel burner according to claim 1 or 2, characterized in that the mixing-promoting flow guide body comprise the combustion chamber-side edge (47) of the cylindrical end piece (18 ') which projects into the outlet-side narrower opening of the frustoconical part (16) (Fig. 3). 5. Tunnelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Radialflansch auf dessen stromabwärtiger Seite ein Ring über Abstandsstücke parallel zu den Radialflansch gehaltert ist und daß dieser Ring radial nach außen über den Radialflansch hinausragt und zwischen dem Innenrand des Ringes und dem Gaszufuhrrohr ein Ringspalt gebildet ist. 5. tunnel burner according to claim 1, characterized in that on the radial flange on its downstream side a ring is held parallel to the radial flange via spacers and that this ring protrudes radially outward beyond the radial flange and an annular gap is formed between the inner edge of the ring and the gas supply pipe.
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