EP2044366A1 - Flame burner and method for flame burning a metallic surface - Google Patents

Flame burner and method for flame burning a metallic surface

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EP2044366A1
EP2044366A1 EP07722449A EP07722449A EP2044366A1 EP 2044366 A1 EP2044366 A1 EP 2044366A1 EP 07722449 A EP07722449 A EP 07722449A EP 07722449 A EP07722449 A EP 07722449A EP 2044366 A1 EP2044366 A1 EP 2044366A1
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EP
European Patent Office
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nozzle
oxygen
flammbrenner
central
region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07722449A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Egon Evertz
Ralf Evertz
Stefan Evertz
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Egon Evertz KG GmbH and Co
Original Assignee
Egon Evertz KG GmbH and Co
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Publication date
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Abstract

The invention relates to a flame burner having a nozzle (10) disposed in a head, wherein in addition to annularly disposed gas supply channels (11) the nozzle has a central gas supply opening (12), which has a laval nozzle-like region and a stabilizing region having a consistent diameter connected thereto in the flow direction. In order to flame burn a metallic surface the oxygen gas guided through a central nozzle of a flame burner is incited to oscillate in such a manner, such that a pulsating oxygen flow exiting the nozzle mouth is formed at the speed of sound, or at supersonic speed.

Description

Flämmbrenner und Verfahren zum Brennflämmen einer metallischen Oberfläche Flame burner and method for flame blending a metallic surface
Die Erfindung betrifft einen Flämmbrenner mit einer in einem Kopf angeordneten Düse, die neben ringförmig angeordneten Gaszufuhrkanälen eine zentrale Gaszufuhröffnung aufweist.The invention relates to a Flammbrenner with a nozzle arranged in a head, which has a central gas supply opening in addition to annularly arranged gas supply channels.
Die Erfindung betrifft femer ein Verfahren zum Brennflämmen einer metallischen Oberfläche mittels des genannten Flämmbrenners.The invention further relates to a method for flame blending a metallic surface by means of said flame burner.
In den genannten Flämmbrennem wird das Brenngas über die ringförmig angeordneten Gaszufuhrkanäle zu einem Düsenkopf geführt, wo es mit dem über die zentrale Gaszuführung transportieren Sauerstoff vermischt wird und die Brennflamme bildet. Flämmbrenner werden für unterschiedliche Anwendungszwecke verwendet. So entstehen beispielsweise beim Abkühlen der durch Gießen hergestellten Brammen an deren Oberfläche häufig unerwünschte Risse, die durch eine Oberflächenbehandlung entfernt werden müssen. Entsprechendes gilt auch für Grate oder Barte, die beim Verarbeiten der Brammen, z. B. durch Schneiden entstehen. Die Flämmbrenner werden zur Beseitigung der Oberflächenfehler entlang der betroffenen Flächen geführt, was mit einem manuell geführten Brenner oder einem Flämm- Automat geschehen kann, bei dem an einem steuerbaren Roboterarm ein Flämmbrenner befestigt ist.In the aforementioned flame burners, the fuel gas is conducted via the ring-shaped gas supply channels to a nozzle head, where it is mixed with the oxygen transported via the central gas supply and forms the combustion flame. Flame burner are used for different applications. Thus, for example, when the slabs produced by casting are cooled on their surface, undesired cracks frequently occur which must be removed by a surface treatment. The same applies to burrs or beards, which occur during processing of the slabs, z. B. caused by cutting. The Flammbrenner be performed to eliminate the surface defects along the affected areas, which can be done with a manually guided burner or a scarfing machine in which on a controllable robotic arm a Flammbrenner is attached.
Die Bearbeitungskosten für die Oberflächenbehandlung werden im wesentlichen durch die Bearbeitungszeit sowie den Gasverbrauch bestimmt, wobei eine hinreichende Oberflächengüte gewährleistet bleiben muss.The processing costs for the surface treatment are essentially determined by the processing time and the gas consumption, whereby a sufficient surface quality must be ensured.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flämmbrenner und ein Verfahren zum Brennflämmen anzugeben, dem bei möglichst geringem Sauerstoffverbrauch und Bearbeitungszeit eine optimale Oberflächengüte des zu behandelnden Werkstückes möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird der in Anspruch 1 beschriebene Flämmbrenner, ferner das in Anspruch 9 beschriebene Verfahren vorgeschlagen.It is an object of the present invention to provide a flame burner and a method for Brennflämmen, the optimum surface quality of the workpiece to be treated is possible with the lowest possible oxygen consumption and processing time. To solve this problem, the flame burner described in claim 1, further proposed the method described in claim 9.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further developments of the invention are described in the subclaims.
Der erfindungsgemäße Flämmbrenner besitzt eine Düse mit mehreren Gaszufuhrkanälen, die ringförmig um eine zentrale Gaszufuhröffnung angeordnet sind. Die zentrale Sauerstoffzufuhröffnung hat in Strömungsrichtung betrachtet mindestens drei aufeinander folgende Bereiche, nämlich einen ersten sich bis auf einen minimalen Innendurchmesser verjüngenden Bereich, einen zweiten Bereich, in dem sich der Innenmantel bis auf einen gegenüber dem genannten minimalen Durchmesser größeren Durchmesser erweitert und einen dritten Bereich mit gleich bleibenden Querschnittsprofil, vorzugsweise gleich bleibenden zylinderförmigen Innendurchmesser. Wesentlich ist die Querschnittsverengung des Innendurchmessers bis zu einem kritischen Maß des Durchmessers, dem sich eine Durchmessererweiterung anschließt. Der letzte dritte Bereich mit gleich bleibendem Querschnittsprofil dient als Stabilisierungsring dazu, das erzeugte Gasströmungsprofil zu erhalten. Mittels dieser Bauart kann ein pulsierender Gasstrahl erzeugt werden, der am Düsenaustrittsende eine Schallgeschwindigkeit oder Überschallgeschwindigkeit besitzt. Das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffdruck vor der Düse und dem Umgebungsdruck einerseits sowie das Verhältnis des Sauerstoffdruckes an der Düsenaustrittsfläche und dem Umgebungsdruck bestimmen das Profil des Gases. Liegt der Druck an der Düsenaustrittsfläche unterhalb des Umgebungsdruckes, so hat der austretende Gasstrahl eine sich verengende Form im Anfangsabschnitt hinter der Düse, wohingegen bei einem umgekehrten Verhältnis die Form fassartig sich erweiternd gestaltet. Sind der Sauerstoffdruck vor der Düse und beim Austritt aus der Düse jeweils gleich groß dem Umgebungsdruck, so ergibt sich eine gradlinige Hüllkurve des Anfangsausschnittes des ausströmenden Gases.The flame burner according to the invention has a nozzle with a plurality of gas supply channels, which are arranged in a ring around a central gas supply opening. The central oxygen supply opening has in the direction of flow at least three successive areas, namely a first to a minimum inner diameter tapered region, a second region in which the inner sheath extends to a larger diameter relative to said minimum diameter and a third area with constant cross-sectional profile, preferably constant cylindrical inner diameter. Essential is the cross-sectional constriction of the inner diameter up to a critical dimension of the diameter, which is followed by a diameter extension. The last third area with constant cross-sectional profile serves as a stabilizing ring to obtain the generated gas flow profile. By means of this design, a pulsating gas jet can be generated, which has a speed of sound or supersonic speed at the nozzle exit end. The ratio between the oxygen pressure before the nozzle and the ambient pressure on the one hand and the ratio of the oxygen pressure at the nozzle exit surface and the ambient pressure determine the profile of the gas. If the pressure at the nozzle exit surface is below the ambient pressure, then the exiting gas jet has a narrowing shape in the initial section behind the nozzle, whereas with an inverse relationship the shape is barrel-shaped widening. If the oxygen pressure upstream of the nozzle and at the outlet from the nozzle are each equal to the ambient pressure, the result is a straight-line envelope of the initial section of the outflowing gas.
Die mit der Düse erreichbare Impulsfrequenz sowie die Amplitude hängt im Einzelnen von dem Eingangsdruck, den Grad der Verjüngung und dem Grad der Erweiterung ab. Der erzeugte nicht isobare turbulente Überschallstrahl ist charakteri- siert durch starke räumliche Ungleichartigkeiten der Geschwindigkeits- und Druckfelder, die zu Erzeugung von unsteten Zustandsänderungen, nämlich den impulsartigen Verdichtungsstößen und Schichtenverschiebungen mit großen Geschwindigkeitsgradienten führen. Diese Strömungsgeschwindigkeit und Druckpulsation führen zu einem Pulsationssprektrum. Ab einem gewissen Wert erreicht die Gasgeschwindigkeit in der beschriebenen Düse im kritischen kleinsten Düsenquerschnitt örtlich die Schallgeschwindigkeit, bei deren Überschreiten pulsartige verdichtete und verdünnte Bereiche als Impulse auftreten. Diese Art von Stoßwellen können eine fassförmige Strömungsstruktur bilden, deren aufgereihte Verdichtungen von dem Verhältnis des Sauerstoffdruckes in der Düse zum Umgebungsdruck und von der sogenannten Machzahl abhängt, die das Verhältnis der Geschwindigkeit des Gases an der Düsenaustrittsfläche zur Schallgeschwindigkeit ist. Prinzipiell besitzt der Flämmbrenner eine Düse, die nach Art einer Laval-Düse ausgebildet ist, die mit dem dritten Bereich als „Stabilisierungsring" einen Schwingungsresonator bildet.The pulse rate achievable with the nozzle as well as the amplitude depends in detail on the inlet pressure, the degree of rejuvenation and the degree of dilation. The generated non-isobaric turbulent supersonic jet is characteristic is characterized by strong spatial imbalances of the velocity and pressure fields which lead to the generation of unsteady state changes, namely the pulsed compression collisions and layer shifts with large velocity gradients. This flow velocity and pressure pulsation lead to a Pulsationsssprektrum. From a certain value, the gas velocity in the nozzle described locally reaches the speed of sound in the critical smallest nozzle cross section, above which pulsed compressed and thinned regions occur as impulses. This type of shock wave can form a barrel-shaped flow structure, the strung densities of which depend on the ratio of the oxygen pressure in the nozzle to the ambient pressure and the so-called Mach number, which is the ratio of the velocity of the gas at the nozzle exit surface to the speed of sound. In principle, the Flammbrenner has a nozzle which is designed in the manner of a Laval nozzle, which forms a vibration resonator with the third region as a "stabilizing ring".
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich vorgesehen, dass der erste und der zweite Bereich unmittelbar aufeinanderfolgen, jedoch können hier kurze Teilstücke enthalten sein, in denen sich der minimale Durchmesser nicht verändert. Auf diesem kurzen Teilstück bleibt die Fließgeschwindigkeit erhalten.In the context of the present invention, it is basically provided that the first and the second region follow one another directly, but short sections may be included in which the minimum diameter does not change. The flow rate is maintained on this short section.
Bei der vorliegenden Erfindung endet die zentrale Gaszufuhröffnung auch geringfügig vor der Ebene, die durch die Öffnungen bestimmt ist, in denen die ringförmig angeordneten Gaszufuhrkanäle enden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind gleichfalls Lösungen mit einbezogen, bei denen koaxial mehrere Ringe von Gaszufuhrkanälen angeordnet sind, die gestaffelt in unterschiedlichen Ebenen hinter der Austrittsöffnung des zentralen Rohres enden.In the present invention, the central gas supply port also terminates slightly in front of the plane defined by the openings in which the annular gas supply channels terminate. In the context of the present invention, solutions are likewise included, in which a plurality of rings of gas supply channels are arranged coaxially, which end in different planes behind the outlet opening of the central tube.
Vorzugsweise ist aus strömungstechnischen Gründen die Länge des ersten Bereiches kleiner als die Länge des zweiten Bereiches und vorzugsweise auch kleiner als die Länge des dritten Bereiches. Der dritte Bereich kann je nach gewünschter Impulscharakteristik länger, gleichgroß oder sogar kürzer als die Gesamtlänge des ersten und zweiten Bereiches gewählt werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchmesser des dritten Bereiches kleiner als der maximale Ausgangsdurchmesser der zentralen Gaszufuhröffnung eingangs des ersten Bereiches. Zur Wirkungsoptimierung sind die Durchmesser sowie die Längen der drei genannten Bereich so abgestimmt, dass an dem Düsenaustrittsende das Gas impulsförmig ausströmt, vorzugsweise mit einer Impulsfrequenz, die zwischen 100 und 650 Hz liegt. In der zentralen Gaszufuhröffnung soll bei vorgegebenen Werten des Sauerstoff- und Brenngasdruckes vorzugsweise eine maximale Gasströmgeschwindigkeit von 2 Mach vorliegen.For reasons of flow technology, the length of the first region is preferably smaller than the length of the second region, and preferably also smaller than the length of the third region. Depending on the desired pulse characteristic, the third region can be chosen to be longer, the same size or even shorter than the total length of the first and second regions. According to a further embodiment of the invention, the diameter of the third region is smaller than the maximum output diameter of the central gas supply opening at the beginning of the first region. To optimize the effectiveness, the diameters and the lengths of the three regions mentioned are adjusted so that the gas exits in a pulsed manner at the nozzle exit end, preferably at a pulse frequency which is between 100 and 650 Hz. In the central gas supply opening, a maximum gas flow velocity of 2 Mach should preferably be present at predetermined values of the oxygen and fuel gas pressure.
Die Düse kann im Querschnitt rund oder konzentrisch aufgebaut sein, wobei insbesondere die zentrale Gaszufuhröffnung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, um den sich mindestens ein Ring, ggf. zwei Ringe erstrecken, auf dem weitere Gaszufuhröffnungen für das Brenngas liegen.The nozzle may be round or concentric in cross-section, wherein in particular the central gas supply opening has a circular cross section around which at least one ring, possibly two rings extend, are on the further gas supply openings for the fuel gas.
Wie grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt, wird der Düsenkopf vorzugsweise gekühlt, wobei sich als Kühlflüssigkeit insbesondere Wasser anbietet.As is generally known in the prior art, the nozzle head is preferably cooled, with water being the preferred cooling fluid.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Brennflämmen einer metallischen Oberfläche, z. B. einer Bramme, ist dadurch gekennzeichnet, dass der durch eine zentrale Düse eines Flämmbrenners geführte Sauerstoff so zum Schwingen angeregt wird, dass sich ein die Düsenmündung verlassender pulsierender Sauerstoffstrom mit Schall- oder Überschallgeschwindigkeit ausbildet. Der pulsierende Sauerstoffstrom besteht aus Längswellen, d. h. einer periodischen Aufeinanderfolge von Druckverdichtungen und Druckverdünnungen des Sauerstoffgases. Durch diese Maßnahme wird nicht nur der zentrale Sauerstoffstrom zum Pulsieren gebracht, sondern auch das peripher einströmende Brenngas zum Schwingen angeregt. Im Ergebnis ergibt sich eine erhebliche Einsparung an dem Sauerstoffverbrauch sowie eine glatte Oberfläche des durch Brennflämmen bearbeiteten Metallstückes. Vorzugsweise werden die Verfahrensparameter, insbesondere der Sauerstoffaufgabedruck, mit dem der Sauerstoffstrom in die Düse eingelassen wird, in Abhängigkeit der Düsengeometrie so gewählt, dass der Sauerstoffgasstrom in einen zentralen Strom und periphere Ströme aufgeteilt ist. Das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffdruck vor der zentralen Düse zum Umgebungsdruck N = po/pu liegt vorzugsweise zwischen 1 und 200, wohingegen das Verhältnis des Sauerstoffdruckes pa an der Düsenaustrittsfläche zum Umgebungsdruck pu zwischen 0,1 bis 100 liegt.The inventive method for Brennflämmen a metallic surface, for. B. a slab, is characterized in that the guided through a central nozzle of a Flammbrenners oxygen is excited to vibrate, that forms a nozzle mouth leaving pulsating oxygen flow at sonic or supersonic speed. The pulsating oxygen flow consists of longitudinal waves, ie a periodic succession of pressure compressions and pressure dilutions of the oxygen gas. By this measure, not only the central oxygen flow is made to pulsate, but also excited the peripheral incoming fuel gas to vibrate. The result is a significant saving in oxygen consumption as well as a smooth surface of the machined piece of flamed metal. Preferably, the process parameters, in particular the oxygen feed pressure with which the oxygen stream is introduced into the nozzle, are selected as a function of the nozzle geometry such that the oxygen gas stream is divided into a central stream and peripheral streams. The relationship between the oxygen pressure before central nozzle to the ambient pressure N = po / p u is preferably between 1 and 200, whereas the ratio of the oxygen pressure p a at the nozzle exit surface to the ambient pressure p u is between 0.1 and 100.
Weitere Ausführungsvarianten und Details der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben. Es zeigen:Further embodiments and details of the invention are illustrated in the drawings and described below. Show it:
Fig. 1 eine kombinierte Seitenansicht sowie einen Längsschnitt durch dieFig. 1 is a combined side view and a longitudinal section through the
Düse des erfindungsgemäßen Flämmbrenners,Nozzle of the flame burner according to the invention,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Düse undFig. 2 is a plan view of the nozzle and
Fig. 3a bis d jeweils Querschnitte durch die zentrale Gaszufuhröffnung mit unterschiedlichen Gastrom-Formen.Fig. 3a-d respectively cross-sections through the central gas supply opening with different Gastrom forms.
Kernstück des Flämmbrenners nach Fig. 1 und 2 ist ein in einem Kopf angeordnete Düse 10, die neben ringförmig angeordneten Gaszufuhrkanälen 11 eine zentrale Gaszufuhröffnung 12 aufweist. Im vorliegenden Fall und im Einzelnen Fig. 2 zu entnehmen, liegen die Gaseintrittsöffnungen 111 und 112 jeweils auf Ringen, die sich konzentrisch um die Gaszufuhröffnung 12 erstrecken. Der Winkelabstand a wird durch die Anzahl n zu 360/n bestimmt. Im vorliegenden Fall führen Gaszufuhrkanäle 111 und 112 zu einem ringförmigen Gaszufuhrkanal 11 , wie dies Fig. 1 zu entnehmen ist. Die Kanäle 112, 111 und 11 führen ein Brenngas oder ein Gemisch aus Sauerstoff und einem Brenngas, wohingegen der zentrale Gaszufuhrkanal 12 für den Transport von Sauerstoff vorgesehen ist.The core of the scarfing burner according to FIGS. 1 and 2 is a nozzle 10 which is arranged in a head and has, in addition to annularly arranged gas supply channels 11, a central gas feed opening 12. In the present case and in detail in FIG. 2, the gas inlet openings 111 and 112 each lie on rings which extend concentrically around the gas supply opening 12. The angular distance a is determined by the number n to 360 / n. In the present case, gas supply channels 111 and 112 lead to an annular gas supply channel 11, as shown in FIG. 1 can be seen. The channels 112, 111 and 11 carry a fuel gas or a mixture of oxygen and a fuel gas, whereas the central gas supply channel 12 is provided for the transport of oxygen.
Über die dargestellte Gesamtlänge L unterteilt sich die zentrale Gaszufuhröffnung 12 in mehrere Bereiche Li, L2, L4, L3 und LK bzw. Li, Lc und LK, wovon die letztgenannten Bereiche von besonderer Bedeutung sind. Der Gaseintrittsbereich Li entspricht dem Eintrittsbereich, der bei nach dem Stand der Technik bekannten Düsen verwendet wird. Neuartig ist hingegen eine laval-düsenartige Form des zentralen Erstzufuhrkanals 12, die sich über die Länge Lc erstreckt. Diese Düsenform wird bestimmt durch einen Bereich, in dem sich der Düseninnendurchmesser bis auf einen minimalen kritischen Durchmesser dmjn, der über eine Länge L4 beibehalten wird (siehe auch Fig. 3). In dem in Gasströmrichtung 13 sich anschließenden Bereich erweitert sich der Innenmantel der Gaszufuhröffnung 12 kontinuierlich bis zu einem größeren Durchmesser dι< (siehe Fig. 3) der bis zum Ende der Düse über eine Restlänge Lk aufrechterhalten bleibt. In konkreten Ausführungsbeispielen sind folgende Maße gewählt worden: Li = 43 mm, L2 = 10 mm, L3 = 25 mm, L4 = 2 mm und Lk = 72 mm. Während L-i, L2, L3 und L4 bei gegebenen Sauerstoff und Brenngasdrucken unverändert bleiben, kann die Länge Lk auch zu 65 mm oder 25 mm verändert werden.Over the illustrated total length L, the central gas supply opening 12 is divided into a plurality of areas Li, L 2 , L 4 , L 3 and LK or Li, L c and LK, of which the latter areas are of particular importance. The gas inlet area Li corresponds to the inlet area which is used in nozzles known from the prior art. A novelty, however, is a laval-nozzle-like shape of the central Erstzufuhrkanals 12, which extends over the length L c . This nozzle shape is determined through a region in which the nozzle inner diameter is kept to a minimum critical diameter d m j n , which is maintained over a length L 4 (see also Fig. 3). In the area adjoining in the gas flow direction 13, the inner jacket of the gas feed opening 12 widens continuously up to a larger diameter d 1 (see FIG. 3) which remains maintained over the remaining length L k until the end of the nozzle. In concrete embodiments, the following dimensions have been chosen: Li = 43 mm, L 2 = 10 mm, L 3 = 25 mm, L 4 = 2 mm and L k = 72 mm. While Li, L 2 , L 3 and L 4 remain unchanged at given oxygen and fuel gas pressures, the length L k can also be changed to 65 mm or 25 mm.
In Fig. 3 sind lediglich Querschnittsansichten der zentralen Gaszufuhröffnung in dem Laval-düsenartig ausgestatteten Bereich und im Stabilisierungsbereich gezeichnet. Das in den lavalartigen Bereich einströmende Sauerstoffgas hat einen Druck Po und eine Temperatur TQ. Am Ausgang dieses lavalartigen Bereichs, d. h. am Ende des Längenbereiches Lc beträgt der Druck PA. Der erste Bereich, in dem sich die Düse konisch verjüngt ist mit 121 bezeichnet, der sich anschließende Bereich der konischen Düsenerweiterung mit 122, wohingegen schließlich der Bereich mit konstantem Durchmesser das Bezugszeichen 123 trägt und ein Bild gemäß Fig. 3 zeigt. Fig. a bis d zeigen je nach Eingangsdruck po unterschiedliche Gas-Pulsationen die als Längswellen erscheinen, in denen sich höhere und niedrigere Drucke abwechseln. Erkennbar ist weiterhin, dass je nach dem gewählten Eingangsdruck po auch der zentrale Sauerstoffgasstrom, der von einem peripheren Brenngasstrom umgeben ist, enger oder weiter eingeschnürt wird. Die Länge LK ist entscheidend dafür, in welchem Maß der pulsierende Sauerstoffstrom stabilisiert werden kann.In Fig. 3 are drawn only cross-sectional views of the central gas supply opening in the Laval-nozzle-like equipped area and in the stabilization area. The oxygen gas flowing into the lavelike region has a pressure Po and a temperature TQ. At the exit of this lavaline area, ie at the end of the length range L c , the pressure is PA. The first region in which the nozzle tapers conically is denoted by 121, the adjoining region of the conical nozzle extension by 122, whereas finally the region of constant diameter bears the reference numeral 123 and shows an image according to FIG. Fig. A to D show depending on the input pressure po different gas pulsations appear as longitudinal waves in which alternate higher and lower pressures. It can also be seen that, depending on the selected inlet pressure po, the central oxygen gas flow, which is surrounded by a peripheral fuel gas flow, is narrowed or narrowed further. The length LK is decisive for the degree to which the pulsating oxygen flow can be stabilized.
Der erfindungsgemäße Flämmbrenner kann sowohl als Handgerät als auch als Flämmautomat ausgebildet sein. Die verwendeten Drucke, unter denen das Sauerstoffgas in die zentrale Öffnung geleitet wird, liegen zwischen 5 und 20 bar. Das als Brenngas verwendete Erdgas, besteht im wesentlichen aus Methan, wird unter einem Druck von 1 bis 5 bar aufgegeben. Methan wird über den Düseneinlass 111 zugegeben, der sich mit dem über den Düseneinlass 112 zugegebenen Sauerstoff vermischt, so dass peripher über die Ringöffnung 11 ein Sauerstoff-Methangemisch zum Düsenaustrittsende strömt. Die bei dem genannten Aufgabedruck des Sauerstoffstroms in der zentralen Leitung 112 angestrebte Geschwindigkeit soll im Überschallbereich liegen und bis zu 2 Mach bei vorgegebenen Werken des Sauerstoff- und des Brenngasdruckes betragen.The flame burner according to the invention can be designed both as a hand-held device and as a flame-cutting machine. The pressures used, under which the oxygen gas is passed into the central opening, are between 5 and 20 bar. The natural gas used as fuel gas, consisting essentially of methane, is fed under a pressure of 1 to 5 bar. Methane is added via the nozzle inlet 111, which is in communication with the oxygen added via the nozzle inlet 112 mixed, so that peripherally via the ring opening 11, an oxygen-methane mixture flows to the nozzle exit end. The speed aimed for at the stated charging pressure of the oxygen flow in the central duct 112 should be in the supersonic range and should be up to 2 Mach for given plants of the oxygen and fuel gas pressure.
Bei Versuchen mit Flämmbrennern sind folgende Ergebnisse erzielt worden:In tests with flame burners the following results have been achieved:
Zunächst wurde ein erster Flämmbrenner mit einer herkömmlichen, nach dem Stand der Technik bekannten Düse zum Abflämmen einer Bramme verwendet. Über die zentrale Düse ist Sauerstoff unter einem Druck von ca. 12 x 105Pa und über die peripher angeordneten Düsen Brenngas unter einem Druck von 2 x 105Pa eingeführt worden.First, a first flame burner was used with a conventional, known in the prior art nozzle for flaming a slab. Oxygen was introduced via the central nozzle under a pressure of approximately 12 × 10 5 Pa and via the peripherally arranged nozzles fuel gas under a pressure of 2 × 10 5 Pa.
Anschließend wurde ein Flämmbrenner mit einer erfindungsgemäßen Düse verwendet. Infolge der sich einstellenden Druckimpulse wurde der Rückstoß so groß, dass ein Handflämmen bei einem Sauerstoffdruck von 12 x 105Pa nicht durchführbar war. Aus diesem Grund ist der Sauerstoffdruck auf 8 x 105Pa reduziert worden, wohingegen der Brenngasdruck unverändert bliebt.Subsequently, a flame burner was used with a nozzle according to the invention. As a result of the self-adjusting pressure pulses, the recoil was so great that a hand fleshing at an oxygen pressure of 12 x 10 5 Pa was not feasible. For this reason, the oxygen pressure has been reduced to 8 × 10 5 Pa, whereas the fuel gas pressure remains unchanged.
Erstaunlicher Weise sind im erst genannten Fall bei Flämmarbeiten Sauerstoffmengen verbraucht worden, die zwischen 370 bis 390 m3 lagen. Für dieselben Flämmarbeiten wurde bei Verwendung der erfindungsgemäßen Düse lediglich 90 bis 100 m3 benötigt, was verdeutlicht, dass eine enorme Sauerstoffgasersparnis zu erzielen ist. Amazingly, in the former case, the amount of oxygen consumed during scouring work was between 370 and 390 m 3 . When using the nozzle according to the invention, only 90 to 100 m 3 were required for the same scouring work, which illustrates that an enormous oxygen gas saving can be achieved.

Claims

Ansprüche claims
1. Flämmbrenner mit einer in einem Kopf angeordneten Düse (10), die neben ringförmig angeordneten Gaszufuhrkanälen (11 , 111 , 112) eine zentrale Gaszufuhröffnung (12) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zentrale Gaszufuhröffnung (3) in Strömungsrichtung (13) unmittelbar aufeinander folgende Bereiche hat, nämlich a) einen ersten sich bis auf einen minimalen Innendurchmesser (dmin) verjüngenden Bereich (121), b) einen zweiten Bereich (122), in dem sich der Innenmantel bis auf einen gegenüber dem genannten minimalen Durchmesser (dmin) größeren Durchmesser (dk) erweitert und c) einen dritten bis zur Düsenmündung reichenden Bereich (123) mit gleich bleibendem Querschnittsprofil, vorzugsweise gleich bleibendem zylinderförmigen Innendurchmesser.1. Flammbrenner with a nozzle arranged in a head (10), in addition to annular gas supply channels (11, 111, 112) has a central gas supply opening (12), characterized in that the central gas supply opening (3) in the flow direction (13) directly to each other a) has a first region (121) tapering down to a minimum inner diameter (d m in), b) a second region (122) in which the inner jacket extends to a minimum diameter (i m i n ) larger diameter (d k ) expands and c) a third reaching to the nozzle orifice area (123) with a constant cross-sectional profile, preferably constant cylindrical inner diameter.
2. Flämmbrenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Länge l_2 des ersten Bereiches (121) kleiner ist als die Länge L3 des zweiten Bereichs (122).2. Flammbrenner according to claim 1, characterized in that the length l_ 2 of the first region (121) is smaller than the length L 3 of the second region (122).
3. Flämmbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser dκ des dritten Bereiches (123) kleiner als der maximale Ausgangsdurchmesser eingangs des ersten Bereiches (121) ist.3. Flammbrenner according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter d κ of the third region (123) is smaller than the maximum output diameter at the entrance of the first region (121).
4. Flämmbrenner nach eine der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der drei Bereiche sowie der Längen so aufeinander abgestimmt sind, dass an dem Düsenaustrittsende das Gas impulsförmig ausströmt.4. Flammbrenner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the diameters of the three regions and the lengths are coordinated so that at the nozzle exit end, the gas flows in a pulsed manner.
5. Flämmbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz am Düsenaustrittsende bei 100 bis 650 Hz liegt. 5. Flammbrenner according to claim 4, characterized in that the pulse frequency at the nozzle exit end is 100 to 650 Hz.
6. Flämmbrenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Gasströmgeschwindigkeit 2 Mach (= doppelte Schallgeschwindigkeit) bei vorgegebenen Werten des Sauerstoff- und des Brenngasdruckes beträgt.6. Flammbrenner according to claim 4 or 5, characterized in that the maximum gas flow velocity 2 Mach (= double the speed of sound) at predetermined values of the oxygen and the fuel gas pressure.
7. Flämmbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Gaszufuhröffnung (12) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.7. Flammbrenner according to one of claims 1 to 6, characterized in that the central gas supply opening (12) has a circular cross-section.
8. Flämmbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (10) flüssigkeitsgekühlt, insbesondere wassergekühlt ist.8. Flammbrenner according to one of claims 1 to 7, characterized in that the nozzle head (10) is liquid-cooled, in particular water-cooled.
9. Verfahren zum Brennflämmen einer metallischen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch eine zentrale Düse eines Flämmbrenners (10) geführte Sauerstoffgas so zum Schwingen angeregt wird, dass sich ein die Düsenmündung verlassender pulsierender Sauerstoffstrom mit Schall- oder Überschallgeschwindigkeit ausbildet.9. A method for Brennflämmen a metallic surface, characterized in that the guided through a central nozzle of a Flammbrenners (10) oxygen gas is excited to vibrate, that forms a nozzle mouth leaving pulsating oxygen flow at sonic or supersonic speed.
10. Verfahren zum Brennflämmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgasstrom in einen zentralen Strom und periphere Ströme aufgeteilt ist.10. The method for Brennflämmen according to claim 9, characterized in that the oxygen gas stream is divided into a central stream and peripheral streams.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffdruck vor der zentralen Düse zum Umgebungsdruck N = p0 / pu zwischen 1 und 200 liegt, wohingegen das Verhältnis des Sauerstoffdruckes pa an der Düsenaustrittsfläche zum Umgebungsdruck pu zwischen 0,1 bis 100 liegt. 11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the ratio between the oxygen pressure in front of the central nozzle to the ambient pressure N = p 0 / p u is between 1 and 200, whereas the ratio of the oxygen pressure p a at the nozzle exit surface to the ambient pressure p u is between 0.1 to 100.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140291900A1 (en) * 2011-11-25 2014-10-02 Alexander Deica Nozzle System for a Cutting Torch for Autogenous Torch-Cutting with a Sleeve-Like Pipe Jacket for Drawing in Outside Air
US10188344B2 (en) 2012-12-27 2019-01-29 Ihi Corporation Optimum administration form providing system for magnetic drug
DE102013101184A1 (en) * 2013-02-07 2014-08-07 Gega Lotz Gmbh Flämmblockbaugruppe
JP7455653B2 (en) * 2016-06-15 2024-03-26 リケンテクノス株式会社 Antibacterial hard coat and its manufacturing method
CN108204590B (en) * 2016-12-16 2020-01-24 中国石油化工股份有限公司 Combustor for gas well blowout test
WO2020227221A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-12 Thierry Rozot Systems, apparatuses, and methods for reducing the size of a material
JP7270577B2 (en) * 2020-05-12 2023-05-10 リケンテクノス株式会社 ANTIBACTERIAL HARD COAT AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
JP7032473B2 (en) * 2020-05-12 2022-03-08 リケンテクノス株式会社 Antibacterial hard coat and its manufacturing method
JP7270578B2 (en) * 2020-05-12 2023-05-10 リケンテクノス株式会社 ANTIBACTERIAL HARD COAT AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
CN113757660B (en) * 2021-09-29 2023-08-29 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 Burner and gas stove

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2825202A (en) * 1950-06-19 1958-03-04 Snecma Pipes traversed by pulsating flow gases
US3230924A (en) * 1962-12-26 1966-01-25 Sonic Dev Corp Sonic pressure wave generator
DE2823037C2 (en) * 1976-04-30 1980-06-26 E. Schlueter Fachhandel Fuer Schweisstechnik, 3014 Laatzen Welding, cutting, heating or scarfing torches
US5304256A (en) * 1991-12-09 1994-04-19 Esab Welding Products, Inc. Scarfing method
US5714113A (en) * 1994-08-29 1998-02-03 American Combustion, Inc. Apparatus for electric steelmaking
DE4442362C1 (en) * 1994-11-18 1996-04-18 Mannesmann Ag Method and appts. for performing a variety of processes on a melt using standard equipment
GB2342610B (en) * 1998-10-14 2003-01-15 Heckett Multiserv Plc Surface treatment of metal articles
IT1302798B1 (en) * 1998-11-10 2000-09-29 Danieli & C Ohg Sp INTEGRATED DEVICE FOR THE INJECTION OF OXYGEN AND GASTECNOLOGICS AND FOR THE INSUFFLATION OF SOLID MATERIAL IN
EP1179602A1 (en) * 2000-08-07 2002-02-13 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method for injection of a gas with an injection nozzle
FR2823290B1 (en) * 2001-04-06 2006-08-18 Air Liquide COMBUSTION PROCESS INCLUDING SEPARATE INJECTIONS OF FUEL AND OXIDIZING AND BURNER ASSEMBLY FOR IMPLEMENTATION OF THIS PROCESS
ITMI20021526A1 (en) * 2002-07-11 2004-01-12 Danieli Off Mecc INJECTOR FOR METAL MATERIAL MELTING OVENS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008011851A1 *

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Publication number Publication date
KR20090037894A (en) 2009-04-16
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BRPI0715425A2 (en) 2013-01-01
JP2009544925A (en) 2009-12-17

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