ES2969050T3

ES2969050T3 - Quemador enriquecido con oxígeno y método de calentamiento mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno

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Publication number: ES2969050T3
Application number: ES18831781T
Authority: ES
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: JP2019015480A; CN110832254A; CN110832254B; US20200182461A1; EP3653933B1; EP3653933A4; TW201923283A; JP6633028B2; EP3653933A1; WO2019013127A1; TWI784025B

Abstract

El objetivo de la presente invención es proporcionar: un quemador enriquecido en oxígeno capaz de calentar uniformemente con una excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en posiciones alejadas del quemador, cuando se utiliza una llama autooscilante para calentar objetos a calentar; y un método de calentamiento que utiliza un quemador enriquecido con oxígeno. Se proporciona un quemador enriquecido con oxígeno que comprende: un puerto de descarga de fluido central (2); y un par de primeros puertos de descarga de fluido periféricos (3A) y un par de segundos puertos de descarga de fluido periféricos (3B), cada uno en el par enfrentado entre sí y cada par dispuesto en direcciones ortogonales, en la periferia del puerto de descarga de fluido central (2). Se proporcionan un par de aberturas (42a, 42b) en una pared lateral (41) de una trayectoria de flujo de descarga de fluido (4) en el lado aguas arriba del puerto central de descarga de fluido (2). El espacio entre un par de paredes laterales (43a, 43b) más en el lado de aguas abajo que dichas aberturas aumenta gradualmente hacia el lado de aguas abajo. El par de segundos puertos periféricos de descarga de fluido (3B) están dispuestos de manera que sean ortogonales a la dirección que mira a las aberturas (42a, 42b) y intercalan el puerto central de descarga de fluido (2) entre ellos. Un ángulo γ° formado entre el eje central del puerto de descarga de fluido central (2) y el eje central de los segundos puertos de descarga de fluido periféricos (3B), un ancho de salida (D1) entre las paredes laterales (41) del fluido central el puerto de descarga (2) y un ancho de salida (D2) en la dirección que sigue al ancho de salida (D1) en los segundos puertos de descarga de fluido periféricos (3B) cumplen una relación prescrita. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Quemador enriquecido con oxígeno y método de calentamiento mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un quemador enriquecido con oxígeno y a un método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno.

Descripción de la Técnica Relacionada

En general, para evitar daños a los refractarios (ladrillos refractarios y similares) en un horno (contenedor) debido al calentamiento rápido, el horno que recibe arrabio (metal fundido), tal como una cuchara de fundición usada en el proceso de fabricación de hierro se precalienta mediante el uso de una llama de un quemador.

Se requiere que la llama del quemador usado para tales aplicaciones tenga una alta eficiencia de transferencia de calor y que tenga características que permitan calentar un objeto uniformemente.

Como un método para aumentar la eficiencia de transferencia de calor del quemador, convencionalmente, por ejemplo, como en la técnica descrita en el Documento de Patente 1, existe un método para aumentar la eficiencia de transferencia de calor del quemador aumentando la temperatura de la llama mediante el uso de un aire enriquecido con oxígeno como un oxidante. Sin embargo, en el quemador que tiene una estructura como se describe en el Documento de Patente 1, dado que la llama tiene una forma lineal, existe una tendencia a que un punto del objeto a calentar tienda a calentarse localmente, y el quemador tiene el problema que uniformar el calentamiento es difícil. Por otro lado, el Documento de Patente 2 describe un método que puede uniformar el calentamiento mientras mantiene la eficiencia de la transferencia de calor utilizando un fenómeno de oscilación autoinducida de un flujo de chorro para hacer oscilar la llama. El Documento de Patente 3 describe otro quemador de combustión con oxígeno.

Documentos de la Técnica Anterior

Literatura de Patentes

Documento de Patente 1: Solicitud de Patente Japonesa No Examinada, Primera Publicación Núm. 2016-085021 Documento de Patente 2: Solicitud de Patente Japonesa No Examinada, Primera Publicación Núm. 2013-079753 Documento de Patente 3: JP2000-161614

Divulgación de la invención

Problema a resolver por la invención

Por otro lado, en la técnica descrita en el Documento de Patente 2, dado que la llama oscila, la llama tiende a acortarse. Como resultado, cuando se intenta calentar un objeto a calentar lejos de la superficie de la punta del quemador en la dirección axial mediante transferencia de calor por convección, existe el problema de que la eficiencia de la transferencia de calor disminuye porque la llama no alcanza al objeto a calentar.

La presente invención se ha hecho en vista de los problemas anteriores. Un objeto de la presente invención es para proporcionar un quemador enriquecido con oxígeno que pueda calentar uniformemente con una excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador cuando se calienta un objeto a calentar, tal como una cuchara de fundición que recibe arrabio, mientras se hace oscilar la llama mediante oscilación autoinducida, y un método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno. Medios para resolver el problema

La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Para resolver los problemas, la presente invención proporciona los siguientes quemadores enriquecidos con oxígeno. (1) Un quemador que se configura para expulsar al menos uno de un aire enriquecido con oxígeno y un gas combustible desde cada una de una pluralidad de salidas de expulsión de fluido proporcionadas en la superficie de la punta y quema,

en donde una pluralidad de las salidas de expulsión de fluido incluye una salida de fluido central y una salida de fluido periférica dispuestas alrededor de la salida de fluido central,

las paredes laterales de una trayectoria de flujo de expulsión de fluido en un lado aguas arriba de la salida de fluido central se proporciona con un par de aberturas en posiciones opuestas, y un par de las aberturas se comunican entre sí a través de una tubería de comunicación,

la trayectoria de flujo de expulsión de fluido en un lado aguas abajo de un par de las aberturas tiene una forma de abanico en sección en la que una distancia entre un par de las paredes laterales se expande gradualmente hacia el lado aguas abajo,

la salida de fluido periférico incluye un par de primeras salidas de fluido periféricas dispuestas una frente a la otra y un par de segundas salidas de fluido periféricas dispuestas una frente a la otra,

las primeras salidas de fluido periféricas y las segundas salidas de fluido periféricas se disponen alrededor de la salida de fluido central para intercalar la salida de fluido central,

un par de las segundas salidas de fluido periféricas se disponen en una dirección ortogonal a la dirección enfrentada de un par de las aberturas,

un ángulo y° formado por un eje central en una dirección de expulsión del aire enriquecido con oxígeno o el gas combustible en la salida de fluido central y un eje central en una dirección de expulsión del aire enriquecido con oxígeno o el gas combustible en un par de las segundas salidas de fluido periféricas satisface una expresión {0° < y < 15°}, y

un ancho de salida D1 entre un par de las paredes laterales en las que se disponen un par de las aberturas en la salida de fluido central y un ancho de salida D2 de un par de las segundas salidas de fluido periféricas en una dirección a lo largo del ancho de salida D1 satisfacen una expresión {0,5D1 < D2 < D1}.

(2) El quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con (1), en donde un par de las primeras salidas de fluido periféricas se disponen para intercalar un par de las paredes laterales en las que se disponen las aberturas desde ambos lados.

(3) El quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con (1) o (2), en donde un par de las primeras salidas de fluido periféricas y un par de las segundas salidas de fluido periféricas se configuran para controlar individualmente una cantidad de aire enriquecido con oxígeno expulsado o el gas combustible expulsado.

Además, para resolver los problemas, la presente invención proporciona los siguientes métodos para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno.

(4) Un método para el calentamiento de un objeto a calentar mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno, en donde el quemador enriquecido con oxígeno es el quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con una cualquiera de (1) a (3).

Efectos de la invención

El quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención incluye la salida de fluido central, un par de las primeras salidas de fluido periféricas y un par de las segundas salidas de fluido periféricas que se disponen en una dirección ortogonal entre sí alrededor de la salida de fluido central, y un par de las aberturas en la pared lateral de la trayectoria de flujo de expulsión de fluido en el lado aguas arriba de la salida de fluido central, el ángulo y° formado por el eje central de la dirección de expulsión de gas en la salida de fluido central y el eje central de la dirección de expulsión de gas en un par de las segundas salidas de fluido periféricas está dentro del intervalo predeterminado, y el ancho de salida D1 entre un par de las paredes laterales en las que se disponen las aberturas en la salida de fluido central y el ancho de salida D2 de las segundas salidas de fluido periféricas en la dirección a lo largo del ancho de salida D1 satisfacen la relación predeterminada.

Como se describió anteriormente, en el quemador que tiene una estructura en la que la llama oscila mediante oscilación autoinducida, optimizando el arreglo y la forma de cada salida de expulsión de fluido, se puede obtener tanto el efecto del calentamiento de manera uniforme sobre un área amplia mediante la acción de la oscilación autoinducida y el efecto de obtener una alta eficiencia de transferencia de calor hasta una posición alejada de la superficie de la punta del quemador en la dirección axial. Por lo tanto, cuando se calienta el objeto a calentar, es posible calentar uniformemente con excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador.

Además, el método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de la presente modalidad es el método para el calentamiento mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno que tiene la configuración anterior. En consecuencia, de manera similar a lo anterior, es posible calentar uniformemente el objeto a calentar sobre un área amplia y obtener una alta eficiencia de transferencia de calor hasta una posición alejada de la superficie de la punta del quemador.

Por lo tanto, de manera similar a lo anterior, cuando se calienta el objeto a calentar, es posible calentar uniformemente con una excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador enriquecido con oxígeno de una modalidad de acuerdo con la presente invención, y es un diagrama en planta que muestra un ejemplo de una relación posicional entre una salida de fluido central y salidas de fluido periféricas.

La Figura 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador enriquecido con oxígeno de una modalidad de acuerdo con la presente invención, y es un diagrama en sección transversal tomado a lo largo de la línea A-A del quemador enriquecido con oxígeno mostrado en la Figura 1.

La Figura 3 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador enriquecido con oxígeno de una modalidad de acuerdo con la presente invención, y es un diagrama en sección transversal tomado a lo largo de la línea B-B del quemador enriquecido con oxígeno mostrado en la Figura 1.

La Figura 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador enriquecido con oxígeno de una modalidad de acuerdo con la presente invención, y la Figura 4A y la Figura 4B son diagramas conceptuales que muestran un estado de oscilación de una dirección de expulsión de un fluido en el quemador enriquecido con oxígeno mostrado en las Figuras 1 a 3.

La Figura 5 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador enriquecido con oxígeno usado en los Ejemplos de la presente invención y Ejemplos Comparativos, la Figura 5A es un diagrama lateral y un diagrama en planta de un quemador usado en el Ejemplo Comparativo 1, la Figura 5B es un diagrama lateral y un diagrama en planta de un quemador usado en el Ejemplo Comparativo 2, la Figura 5C es un diagrama lateral y un diagrama en planta de un quemador usado en el Ejemplo Comparativo 3, y la Figura 5D es un diagrama en sección longitudinal y un diagrama en planta de un quemador usado en el Ejemplo 1.

La Figura 6 es un diagrama para explicar un ejemplo de un quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención, y es un gráfico que muestra una relación entre una distancia desde la superficie de la punta de un quemador y una cantidad de transferencia de calor en cada quemador de los Ejemplos Comparativos 1 a 3 y el Ejemplo 1.

La Figura 7 es un diagrama que muestra esquemáticamente un método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de una modalidad de acuerdo con la presente invención, y es un diagrama que muestra esquemáticamente una estructura en el momento de aplicar un quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención a una artesa usada en un proceso de fabricación de acero.

La Figura 8 es un diagrama para explicar un Ejemplo del quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención, y es un diagrama que muestra una relación entre el tiempo de precalentamiento y una diferencia AT de un valor máximo y un valor mínimo de una temperatura en una parte inferior del horno cuando se realizó una prueba de calentamiento en un horno mediante el uso de cada quemador del Ejemplo 2 y el Ejemplo Comparativo 4 y un horno simulado de artesa mostrado en la Figura 7.

La Figura 9 es un diagrama para explicar un Ejemplo del quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención, y es un diagrama que muestra una relación entre una distancia desde un eje central de un quemador y una temperatura en una parte inferior del horno cuando se realizó una prueba de calentamiento en un horno mediante el uso de cada quemador del Ejemplo 3 y el

Ejemplo Comparativo 5 y un horno simulado de artesa mostrado en la Figura 7.

Descripción detallada de la invención

De aquí en adelante, se describirá un quemador enriquecido con oxígeno y un método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de una modalidad de acuerdo con la presente invención con referencia a las Figuras 1 a 9, según corresponda. Además, en los dibujos usados en la siguiente descripción, para hacer las características fáciles de entender, hay casos en los que las porciones que son rasgos característicos de la presente invención se amplían por conveniencia, y las relaciones dimensionales y similares de los respectivos elementos constitutivos no siempre son los mismos que los reales. Además, los materiales y similares ejemplificados en la siguiente descripción son ejemplos, la presente invención no se limita a ellos, y pueden modificarse e implementarse apropiadamente sin cambiar la esencia de los mismos.

El quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención se puede aplicar, por ejemplo, a precalentar una artesa (véase la artesa 50 mostrada en la Figura 7) usada para almacenar y transportar hierro fundido o acero fundido en una acería o fábrica de acero.

[Quemador Enriquecido con Oxígeno]

A continuación, se describirán en detalle una estructura y un método de combustión de un quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención.

[Estructura del Quemador Enriquecido con Oxígeno]

Las Figuras 1 a 3 son diagramas para explicar la estructura de un quemador 1 enriquecido con oxígeno de una modalidad de acuerdo con la presente invención. La Figura 1 es un diagrama en planta que muestra un ejemplo de la relación posicional entre una salida de fluido central y las salidas de fluido periféricas. La Figura 2 es un diagrama de sección transversal (diagrama de sección transversal vertical) tomado a lo largo de la línea A-A mostrada en la Figura 1. La Figura 3 es un diagrama de sección transversal (diagrama de sección transversal horizontal) tomado a lo largo de la línea B-B mostrada en la Figura 1. La Figura 4 es un diagrama conceptual que muestra un estado de oscilación de un fluido en la dirección de expulsión en el quemador enriquecido con oxígeno 1 de una modalidad de acuerdo con la presente invención. Además, en la Figura 1 a 4 (y la Figura 5 descrita en los Ejemplos) hay diagramas esquemáticos para mostrar la relación de arreglo y el tamaño de cada salida de expulsión de fluido, aberturas, y similares. Por este motivo, se omite parcialmente la representación de partes detalladas, como por ejemplo una pared de tubería como una tobera.

Como se muestra en las Figuras 1 a 4, el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad expulsa al menos uno de un aire enriquecido con oxígeno o un gas combustible desde cada una de una pluralidad de salidas de expulsión de fluido proporcionadas en la superficie de la punta, y quema,

Específicamente, el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad incluye una pluralidad de salidas de expulsión de fluido. Más específicamente, el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad incluye una salida de fluido central 2 y salidas de fluido periféricas 3 dispuestas alrededor de la salida de fluido central 2. La trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 se ubica en el lado aguas arriba de la salida de fluido central 2, y se proporcionan un par de aberturas 42a, 42b en las paredes laterales 41 en posiciones enfrentadas entre sí. Un par de aberturas 42a, 42b se comunican entre sí a través de una tubería de comunicación 5.

La trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 ubicada en el lado aguas abajo de las aberturas 42a, 42b tiene una forma de abanico en sección en la que la distancia entre un par de las paredes laterales 43, 43 se expande gradualmente hacia el lado aguas abajo.

Las salidas de fluido periféricas 3 se disponen para intercalar la salida de fluido central 2. Las salidas de fluido periféricas 3 se componen de un par de primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A dispuestas opuestas entre sí alrededor de la salida de fluido central 2, y un par de segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B dispuestas opuestas entre sí alrededor de la salida de fluido central 2.

Un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B se disponen para intercalar la salida de fluido central 2 desde ambos lados en una dirección ortogonal a la dirección enfrentada de un par de las aberturas 42a, 42b.

Además, como se muestra en la Figura 3, un ángulo y° formado por el eje central en una dirección de expulsión de un aire enriquecido con oxígeno o un gas combustible en la salida de fluido central 2 y el eje central J2 en la dirección de expulsión de un aire enriquecido con oxígeno o un gas combustible en un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B satisface la siguiente expresión {0° < y < 15°}.

Entonces, como se muestra en la Figura 1, el ancho de salida D1 entre un par de las paredes laterales 41, 41 en las que se disponen un par de aberturas 42a, 42b y el ancho de salida D2 de un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B en la dirección a lo largo del ancho de salida D1 satisface la siguiente expresión {0,5D1 < D2 < D1}. En el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad, se expulsan un aire enriquecido con oxígeno y un gas combustible por separado desde la salida de fluido central 2 o la salida de fluido periférica 3, respectivamente, pero puede expulsarse cualquier gas desde cualquier salida de expulsión. Por ejemplo, el gas combustible G1 puede expulsarse desde la salida de fluido central 2, y el aire enriquecido en oxígeno G2 puede expulsarse desde las salidas de fluido periféricas 3.

La salida de fluido central (tobera de expulsión de fluido central) 2 se configura como una salida (tobera) para expulsar cualquier gas hacia el exterior suministrando el aire enriquecido con oxígeno o el gas combustible desde la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 en el lado aguas arriba. Como se describirá más adelante, la salida de fluido central 2 tiene una forma rectangular en el diagrama en planta ya que la forma en sección de la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 es sustancialmente rectangular.

Al conectar la línea de suministro de fluido central 6 a la entrada 4a de la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4, se introduce lo mismo aire enriquecido con oxígeno que gas combustible en la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4. Lo mismo el aire enriquecido con oxígeno introducido o el gas combustible se expulsa desde la salida de fluido central 2.

Además, dado que la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 se forma, por ejemplo, de manera que la forma de la sección transversal en una dirección ortogonal a la dirección de flujo del fluido (gas) es sustancialmente rectangular, la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 tiene un par de las paredes laterales 41, 41 como se explicó anteriormente. Las paredes laterales 41 y 41 se proporcionan con un par de las aberturas 42a, 42b de manera que queden una frente a la otra. Además, como se muestra en la Figura 2, la tubería de comunicación 5 comunica entre un par de las aberturas 42a, 42b.

Además, como se describió anteriormente, la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 tiene una forma de abanico en sección en la que la distancia entre un par de las paredes laterales 43, 43 en el lado aguas abajo de las aberturas 42a, 42b se expande gradualmente hacia el lado aguas abajo. Es decir, la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 se forma por un par de las paredes laterales 43, 43 de manera que la sección longitudinal de la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 tiene sustancialmente forma de V. Por otro lado, la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 en el lado aguas arriba de las aberturas 42a, 42b se forma como una trayectoria de flujo en forma de tubo rectangular 44 que tiene una sección transversal sustancialmente rectangular que se extiende sustancialmente paralela a y entre las paredes laterales opuestas.

En el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad, como en la configuración anterior, un par de las porciones de abertura 42a, 42b comunicadas entre sí por una tubería de comunicación 5 se disponen de manera opuesta en un par de las paredes laterales 41 y 41 que forman la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4. De esta manera, se puede generar una oscilación autoinducida de una denominada tobera flip-flop en el aire enriquecido con oxígeno o en el gas combustible expulsado desde la salida de fluido central 2. En otras palabras, como se muestra en las Figuras 4A y 4B, cuando el fluido (el aire enriquecido con oxígeno G2 o el gas combustible G1) que ha pasado a través de la trayectoria de flujo en forma de tubo rectangular 44 pasa entre un par de las aberturas 42a, 42b y fluye entre un par de las paredes laterales 43, 43 que tienen una sección transversal en forma de abanico, el fluido se expulsa desde la salida de fluido central 2 mientras se autoinduce oscilación para hacer contacto alternativamente con la primera superficie 43a y la segunda superficie 43b de las paredes laterales 43, 43 (ver también la flecha R mostrada en la Figura 1).

Obsérvese que la amplitud y frecuencia del fluido debido a la oscilación autoinducida varían en dependencia de varias condiciones tales como las dimensiones de las aberturas 42a, 42b, un par de las paredes laterales 43, 43, y la tubería de comunicación 5 y la velocidad de flujo del fluido. Por lo tanto, estableciendo de manera óptima las dimensiones de estas partes, es posible ajustar el fluido expulsado desde la salida de fluido central 2 para que oscile en un ángulo y frecuencia deseados dentro de un cierto intervalo.

Obsérvese que la oscilación autoinducida por la tobera flip-flop se puede generar comunicando un par de las aberturas 42a, 42b con la tubería de comunicación 5, como se describió anteriormente.

Por otro lado, la oscilación autoinducida como se describió anteriormente se puede generar, por ejemplo, proporcionando un mecanismo de control de presión (no mostrado) en la trayectoria del tubo de comunicación 5 que comunica entre un par de las aberturas 42a, 42b. Al proporcionar dicho mecanismo de control de presión, por ejemplo, cuando la presión en la primera abertura 42a se controla para que sea menor que la presión estática, la presión en la otra abertura 42b se puede controlar para que sea mayor que la presión estática y la presión en un par de las aberturas 42a, 42b puede invertirse alternativamente. De esta manera, invirtiendo alternativamente las presiones de un par de las aberturas 42a, 42b, se cambia periódicamente la dirección de expulsión del fluido (el aire enriquecido con oxígeno G2 o el gas combustible G1) expulsado desde la salida de fluido central 2, y se puede generar una oscilación auntoinducida como se describió anteriormente.

Más detalladamente, cuando la presión en la primera abertura 42a se hace menor que la presión estática, y la presión en la segunda abertura 42b dispuesta en la posición opuesta de la primera abertura 42a se hace mayor que la presión estática mediante el uso del mecanismo de control de presión (no mostrado), como se muestra en la Figura 4A, el flujo de fluido se inclina hacia el lado de la primera superficie 43a de un par de las paredes laterales 43, 43, y se expulsa. Por otro lado, cuando la presión en la primera abertura 42a se hace mayor que la presión estática y la presión en la segunda abertura 42b se hace menor que la presión estática, como se muestra en la Figura 4B, el flujo de fluido se inclina hacia el lado de la segunda superficie 43b y se expulsa. El quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad puede expulsar el aire enriquecido con oxígeno y el gas combustible desde la salida de fluido central 2 cambiando periódicamente la dirección de expulsión del fluido mediante la configuración y operación como se describió anteriormente.

Además, el ángulo de abertura de un par de las paredes laterales 43, 43 en la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 mostrada en la Figura 2, es decir, el ángulo de abertura a de la salida de fluido central 2 no se limita particularmente, y se puede establecer en consideración del ángulo de abertura deseado de la llama. Sin embargo, desde el punto de vista de generar de manera estable una oscilación en la dirección de expulsión del fluido y realizar un calentamiento uniforme, el ángulo es preferentemente de 90° o menos.

Una pluralidad de salidas de fluido periféricas (toberas de expulsión de fluido periféricas) 3 se disponen alrededor de la salida de fluido central 2, como se describió anteriormente, y se componen por un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B, que se disponen una frente a la otra alrededor de la salida de fluido central 2.

Además, las líneas de suministro de fluido periféricas 7 (7A, 7B) se conectan a las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y a las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B, respectivamente, y se introduce lo mismo aire enriquecido con oxígeno que gas combustible. Es decir, las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B se configuran como aberturas (toberas) para expulsar cualquier gas.

En la presente modalidad, "la salida de fluido periférica 3 se proporciona alrededor de la salida de fluido central 2" significa que la salida de fluido central 2 y la salida de fluido periférica 3 se disponen dentro de una distancia deseada. Esto significa que la salida de fluido central 2 y la salida de fluido periférica 3 se disponen adyacentes una al lado de la otra.

Disponiendo la salida de fluido periférica 3 con respecto a la salida de fluido central 2 como se describió anteriormente, el aire enriquecido con oxígeno se puede expulsar desde una posición sustancialmente adyacente a una posición en la que se expulsa el gas combustible.

Como se describió anteriormente, una pluralidad de las salidas de fluido periféricas 3 incluidas en el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad se componen de un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B que se disponen alrededor de la salida de fluido central 2 de manera que estén una frente a la otra.

Como se muestra en las Figuras 1 y 2, un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A se disponen preferentemente para intercalar un par de las paredes laterales 41 y 41 en las que se disponen las aberturas 42a, 42b desde ambos lados.

Como se muestra en las Figuras 1 y 3, un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B se disponen preferentemente para intercalar la salida de fluido central 2 desde ambos lados en una dirección ortogonal a la dirección orientada hacia un par de las aberturas 42a, 42b, es decir, una dirección ortogonal a la dirección opuesta de un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A.

En el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad, como se describió anteriormente, se proporcionan una pluralidad de las salidas de fluido periféricas en posiciones simétricas respectivas alrededor de la salida de fluido central 2. Específicamente, un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3Ay un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B se disponen para intercalar la periferia de la salida de fluido central 2 desde la dirección vertical y la dirección horizontal.

De esta manera, por ejemplo, el gas combustible G1 expulsado desde la salida de fluido central 2 y el aire enriquecido con oxígeno G2 expulsado desde un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B se mezclan eficientemente. Al mismo tiempo, el aire enriquecido con oxígeno G2 expulsado desde un par de primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A se dirige hacia el exterior de la llama, de manera que se ensancha la región de reducción, y se mejora la eficiencia de combustión en el momento de formar la llama.

Se debe señalar que el ángulo de expulsión p formado por un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A para intercalar la salida de fluido central 2 mostrado en la Figura 2 no se limita particularmente. Sin embargo, desde el punto de vista de lograr tanto una mejora en la eficiencia de transferencia de calor como una expansión del área de calentamiento, el ángulo de expulsión p es preferentemente de manera que la relación con el ángulo de la abertura a de la salida de fluido central 2 satisfaga la expresión {-5° < p < (a 15°)}.

Cuando -5° < p, la eficiencia de transferencia de calor se puede mejorar porque el fluido expulsado desde las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y el fluido expulsado desde la salida de fluido central 2 están bien mezclados. Cuando p < (a 15°), el fluido expulsado desde la primera salida de fluido periférica 3 no perturba el flujo del fluido expulsado desde la salida de fluido central 2, de manera que se puede asegurar una amplia área de calentamiento.

Además, la distancia entre cada uno de un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B, que se disponen en posiciones simétricas, y la distancia entre las salidas de fluido periféricas 3 y la salida de fluido central 2 puede determinarse y diseñarse según sea apropiado teniendo en cuenta el régimen de flujo, y similares del gas combustible G1 y el aire enriquecido con oxígeno G2.

Además, el número de salidas de fluido periféricas 3 no se limita a las cuatro ubicaciones de un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B, como se muestra en el ejemplo mostrado. El número de salidas de fluido periféricas 3 se puede determinar según sea apropiado.

En la presente modalidad, como se muestra en la Figura 1, el ancho de salida D1 entre un par de las paredes laterales 41, 41 en las que se disponen las aberturas 42a, 42b en la salida de fluido central 2, y el ancho de salida D2 en la dirección a lo largo del ancho de salida D1 en un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B satisface la expresión {0,5D1 < D2 < D1}.

Cuando 0,5D1 < D2, se mantiene una buena mezcla del fluido expulsado desde las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B el fluido expulsado desde la salida de fluido central 2, de manera que es posible evitar una disminución en la eficiencia de la transferencia de calor. Cuando D2 < D1, se evita que el fluido expulsado desde las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B y el fluido expulsado desde la salida de fluido central 2 se mezclen rápidamente en la cercanía de cada salida de expulsión, y es posible aumentar la transferencia de calor en una distancia.

Cuando los anchos de salida D1 y D2 satisfacen la fórmula anterior, por ejemplo, el gas combustible G1 expulsado desde la salida de fluido central 2 y el aire enriquecido con oxígeno G2 expulsado desde un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B se cruzan y mezclan eficientemente, y se mejora la eficiencia de la combustión al formar la llama.

Además, en la presente modalidad, como se muestra en la Figura 3, el ángulo y° formado por el eje central J1 de la dirección de expulsión del aire enriquecido con oxígeno o el gas combustible en la salida de fluido central 2 y el eje central J2 de la dirección de expulsión del aire enriquecido con oxígeno o el gas combustible en las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B satisface la expresión {0° <<y>^ 15°}.

Cuando el ángulo y° formado por el eje central J1 de la dirección de expulsión de la salida de fluido central 2 y el eje central J2 de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B satisfacen la expresión, como se describió anteriormente, el gas combustible G1 y el aire enriquecido con oxígeno G2 se cruzan y mezclan eficientemente, y se mejora la eficiencia de la combustión al formar la llama.

Además, en el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad, es preferible que una cantidad del aire enriquecido con oxígeno o el gas combustible expulsado desde un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B se controlarán individualmente. Para controlar individualmente la cantidad de fluido expulsado desde un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y la cantidad de fluido expulsado desde un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B, por ejemplo, se puede proporcionar un dispositivo de control de flujo no mostrado en las figuras en cada una de las trayectorias de suministro de fluido periféricas 7A, 7B mostradas en la Figura 2 o 3.

[Método para la Combustión de Quemador Enriquecido con Oxígeno]

A continuación, se describirá un método para la combustión del quemador enriquecido con oxígeno 1 que tiene la configuración explicada anteriormente de acuerdo con la presente modalidad.

El quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad básicamente expulsa el gas combustible G1 desde la salida de fluido central 2 y expulsa el aire enriquecido con oxígeno G2 desde un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B. De este modo, se puede formar una llama en la dirección de expulsión del gas combustible G1.

Como el gas combustible G1, típicamente puede ejemplificarse gas natural (LNG) o similar, pero, por ejemplo, puede usarse combustible líquido tal como petróleo pesado.

Además, como el aire enriquecido con oxígeno G2, puede ejemplificarse un gas mixto de oxígeno y aire. Como tal gas mixto, por ejemplo, puede usarse gas nitrógeno, gas dióxido de carbono, gas de escape o similares en lugar del aire, y el gas puede mezclarse con oxígeno y usarse. Además, puede usarse oxígeno puro industrial como el oxígeno usado para el gas mezclado.

Además, cuando se combustiona el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad, como se explicó anteriormente, el gas combustible G1 de la salida de fluido central 2 se expulsa mientras se cambia la dirección de expulsión alternativamente y periódicamente mediante oscilación autoinducida (véanse las Figuras 4A y 4B). En este momento, con respecto al gas combustible G1 expulsado desde la salida de fluido central 2 en un ángulo cambiado periódicamente, el aire enriquecido con oxígeno G2 es expulsado hacia fuera desde el eje central del quemador enriquecido con oxígeno 1 desde un par de las primeras salidas de fluidos periféricos 3A, 3A, es decir, el aire enriquecido con oxígeno G2 se expulsa en una dirección alejada del centro de la llama. Por esta razón, la región de reducción se expande (ver Figura 2). Por otro lado, como se muestra en la Figura 3, desde un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B, el aire enriquecido con oxígeno G2 se expulsa hacia el eje central J1 de la dirección de expulsión del gas combustible G1 desde la salida de fluido central 2, es decir, hacia la llama, y de esta manera contribuye a la formación de la llama.

En la presente modalidad, se puede mejorar la eficiencia de la transferencia de calor, y el objeto a calentar se puede calentar uniformemente expulsando el aire enriquecido con oxígeno G2 desde un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B proporcionados para rodear la salida de fluido central 2.

Obsérvese que el ciclo de conmutación por la oscilación autoinducida de la dirección de expulsión del gas combustible G2 expulsado desde la salida de fluido central 2 no se limita particularmente. El ciclo de conmutación se puede establecer apropiadamente dentro de un intervalo en el que se pueda realizar un calentamiento uniforme con una excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición alejada de la superficie de la punta en la dirección axial del quemador.

El quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad es un quemador que hace oscilar la llama mediante oscilación autoinducida, y tiene una configuración en la que el arreglo y la forma de cada salida de expulsión de fluido se optimizan como se describió anteriormente. Por esta razón, se obtienen tanto el efecto del calentamiento de manera uniforme en un área amplia como el efecto de obtener una alta eficiencia de transferencia de calor hasta una posición alejada de la superficie de la punta en la dirección axial del quemador. Por lo tanto, incluso cuando el objeto a calentar está alejado de la superficie de la punta en la dirección axial del quemador, es posible calentar el objeto a calentar uniformemente con una excelente eficiencia de transferencia de calor.

[Método de Calentamiento mediante el uso del Quemador Enriquecido con Oxígeno]

El método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de acuerdo con la presente invención es un método para el calentamiento de un objeto a calentar mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno 1 de acuerdo con la presente invención que tiene la configuración anterior.

El método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de la presente modalidad es un método para el calentamiento de un objeto a calentar mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno 1 configurado como se describió anteriormente. Por esta razón, se puede obtener una alta eficiencia de transferencia de calor en comparación con la técnica anterior incluso en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador en la dirección axial mientras se calienta el objeto a calentar uniformemente mediante la llama que oscila por oscilación autoinducida.

El objeto a calentar en el método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de la presente modalidad no se limita particularmente, sino se puede ejemplificar una cuchara de fundición o una artesa para recibir arrabio (por ejemplo, una artesa 50 que es un horno de imitación en la Figura 7) usado en un proceso de fabricación de acero.

La artesa 50 (horno de imitación) mostrada en la Figura 7 se forma de una pared del horno 51 y una tapa del horno 52 que se hacen de un material refractario tal como ladrillo. Para calentar el espacio del horno 50A cubierto con la pared del horno 51 y la tapa del horno 52, y la pared 51 del horno y similares, y formar una llama hacia el espacio del horno 50A, se proporciona el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad en un agujero pasante 52a formado en la tapa del horno 52.

Además, dado que la artesa 50 mostrada en la Figura 7 es un horno de imitación experimental, una pluralidad de termopares 55 para la medición de la temperatura de cada parte se unen a la parte inferior de la pared del horno 51. Además, la parte inferior de la pared del horno 51 se proporciona con un total de dos salidas 53 para sacar arrabio y similares alojados en el espacio del horno 50A.

El método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de la presente modalidad es un método para el calentamiento de un objeto a calentar tal como la artesa 50 mostrada en la Figura 7 mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad. Por esta razón, se pueden calentar uniformemente varios objetos a calentar en un área amplia, y se puede obtener una alta eficiencia de transferencia de calor hasta una posición alejada de la superficie extrema de la punta del quemador en la dirección axial. Como resultado, incluso en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador en la dirección axial, es posible calentar uniformemente con excelente eficiencia de transferencia de calor.

Tenga en cuenta que el objeto a calentar mediante el método para el calentamiento mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad no se limita a una plantilla o similares usada en el proceso de fabricación de acero como se describió anteriormente. En diversos procesos de fabricación que requieren un calentamiento uniforme, el método para el calentamiento de un objeto a calentar de la presente modalidad se puede usar sin ninguna limitación.

[Funciones y Efectos]

Como se describió anteriormente, el quemador enriquecido con oxígeno 1 de la presente modalidad incluye la salida de fluido central 2, un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B, que se disponen en una dirección ortogonal entre sí alrededor de la salida de fluido central 2, y un par de las aberturas 42a, 42b proporcionadas en las paredes laterales 41, 41 de la trayectoria de flujo de expulsión de fluido 4 en el lado aguas arriba de la salida de fluido central 2, el ángulo y° formado por el eje central J1 de la dirección de expulsión de gas en la salida de fluido central 2 y el eje central J2 de la dirección de expulsión de gas en un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B está dentro del intervalo predeterminado, y el ancho de salida D1 entre un par de las paredes laterales 41, 41 en las que se disponen las aberturas 42a, 42b en la salida de fluido central 2, y el ancho de salida D2 de un par de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B en la dirección a lo largo del ancho de salida D1, satisface la relación predeterminada.

Además, el método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de la presente modalidad es el método para el calentamiento mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno 1 que tiene la configuración anterior. En consecuencia, de manera similar a lo anterior, es posible calentar uniformemente el objeto a calentar en un área amplia y obtener una alta eficiencia de transferencia de calor hasta una posición alejada de la superficie de la punta del quemador. Por lo tanto, de manera similar a lo anterior, cuando se calienta el objeto a calentar, es posible calentar uniformemente con excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador en la dirección axial.

Ejemplos

De aquí en adelante, el quemador enriquecido con oxígeno de la presente invención y el método de calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno se describirán con más detalle con referencia a los Ejemplos, pero la presente invención no se limita a los siguientes Ejemplos. La presente invención se puede implementar con modificaciones apropiadas dentro de un intervalo que no cambia la esencia de la misma.

[Especificaciones y Condiciones de funcionamiento del Quemador Enriquecido con Oxígeno]

En los Ejemplos, se preparó el quemador enriquecido con oxígeno 1 que tenía la configuración mostrada en las Figuras 1 a 3, y se realizó una prueba de combustión bajo las condiciones siguientes.

El quemador enriquecido con oxígeno mostrado en la Figura 2 en el que el ángulo de abertura a de la salida de fluido central 2 se ajustó a 30° y el ángulo de expulsión p formado por un par de las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A se ajustó a 30° se usó como un quemador enriquecido con oxígeno 1 de los Ejemplos 1 a 3 y los Ejemplos Comparativos 1 a 3.

En los Ejemplos 1 a 3, se usó LNG como el gas combustible G1, se usó aire enriquecido con oxígeno que tenía una tasa de enriquecimiento de oxígeno del 40 % como el aire enriquecido con oxígeno G2, el gas combustible G1 se suministró a la salida de fluido central 2, el aire enriquecido con oxígeno G2 se suministró a las primeras salidas de fluido periféricas 3A, 3A y a las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B para formar una llama.

Como condiciones de funcionamiento del quemador, se fijó el régimen de flujo del gas combustible G1 (LNG) en 30 Nm3/h o 40 Nm3/h, el régimen de flujo del aire enriquecido con oxígeno G2 se ajustó a 181 Nm3/h o 241,5 Nm3/h, y la relación de oxígeno se ajustó a 1,05.

El régimen de flujo del aire enriquecido con oxígeno G2 en la primera salida de fluido periférica 3A, 3A y la segunda salida de fluido periférica 3B, 3B se ajustó de manera que la relación de distribución satisfizo la expresión {cantidad de flujo de las primeras salidas de fluido periféricas 3<a>, 3A/ cantidad de flujo de las segundas salidas de fluido periféricas 3B, 3B = 6/4}.

El ciclo de oscilación del gas combustible G1 mediante la oscilación autoinducida en la salida de fluido central 2 se ajustó a 1 segundo.

[Ejemplo 1]

En el Ejemplo 1, se realizó una prueba cambiando la distancia entre la superficie de la punta del quemador y una superficie de medición, y se evaluó la eficiencia de transferencia de calor por convección en la dirección axial del quemador.

La Figura 5 muestra la relación posicional entre la salida de fluido central y las salidas de fluido periféricas en el Ejemplo 1 y los Ejemplos Comparativos 1 a 3. La Figura 5A es un diagrama lateral y un diagrama en planta del quemador usado en el Ejemplo Comparativo 1, la Figura 5B es un diagrama lateral y un diagrama en planta del quemador usado en el Ejemplo Comparativo 2, la Figura 5C es un diagrama lateral y un diagrama en planta del quemador usado en el Ejemplo Comparativo 3, y la Figura 5D es un diagrama lateral y un diagrama en planta del quemador usado en el Ejemplo 1.

La Figura 6 muestra la relación entre la distancia desde la superficie de la punta del quemador y la cantidad de transferencia de calor en cada quemador del Ejemplo 1 y los Ejemplos Comparativos 1 a 3.

El Ejemplo Comparativo 1 en la Figura 6 muestra la relación entre la distancia desde la superficie de la punta del quemador y la cantidad de transferencia de calor mediante el uso del quemador de oscilación autoinducida que tiene la configuración mostrada en la Figura 5A.

En el quemador del Ejemplo Comparativo 1 mostrado en la Figura 5A, el ancho de salida D2 de las segundas salidas de fluido periféricas se configuró para satisfacer la expresión {D2 = 10D1} con respecto al ancho de salida D1 entre un par de las paredes laterales en las que las aberturas se disponen en la trayectoria del flujo de expulsión de fluido que conduce a la salida de fluido central.

En el Ejemplo Comparativo 1, el ángulo y° formado por el eje central J1 de la dirección de expulsión de la salida de fluido central y el eje central J2 de la dirección de expulsión de un par de las segundas salidas de fluido periféricas se ajustó a 0°.

Como se muestra en la Figura 6, se puede ver que la cantidad de transferencia de calor se reduce considerablemente a medida que la distancia desde la superficie de la punta del quemador se hace más larga en el Ejemplo Comparativo 1.

El Ejemplo Comparativo 2 en la Figura 6 muestra la relación entre la distancia desde la superficie de la punta del quemador y la cantidad de transferencia de calor mediante el uso del quemador de oscilación autoinducida que tiene la configuración mostrada en la Figura 5B.

En el quemador del Ejemplo Comparativo 2 mostrado en la Figura 5B, el ancho de salida D2 de las segundas salidas de fluido periféricas se ajustó de manera que satisface la expresión {D2 = 10D1} con respecto al ancho de salida D1 entre un par de las paredes laterales en las que las aberturas se disponen en la trayectoria de flujo de expulsión de fluido que conduce a la salida de fluido central, y el ángulo y° formado por el eje central J1 de la dirección de expulsión de la salida de fluido central y el eje central J2 de la dirección de expulsión de un par de las segundas salidas de fluido periféricas se ajustó a 15°.

Como se muestra en la Figura 6, en el Ejemplo Comparativo 2, la mezcla del gas combustible G1 y el aire enriquecido con oxígeno G2 se promovió inclinando la dirección de expulsión de las segundas salidas de fluido periféricas hacia la dirección de expulsión de la salida de fluido central. Por otro lado, dado que la llama se acortó, la cantidad de transferencia de calor tendió a ser menor que la del Ejemplo Comparativo 1 cuando la distancia desde la superficie de la punta del quemador era de aproximadamente 600 mm.

El Ejemplo Comparativo 3 en la Figura 6 muestra la relación entre la distancia desde la superficie de la punta del quemador y la cantidad de transferencia de calor mediante el uso del quemador de oscilación autoinducida que tiene la configuración mostrada en la Figura 5C.

En el quemador del Ejemplo Comparativo 3 mostrado en la Figura 5C, el ancho de salida D2 de las segundas salidas de fluido periféricas se configuró para que sea el mismo que el ancho de salida D1 en la trayectoria del flujo de expulsión de fluido, y el ángulo y° formado por el eje central J1 y el eje central J2 se fijó en 0°.

Como se muestra en la Figura 6, en el Ejemplo Comparativo 3, aunque el ancho de salida D2 de las segundas salidas de fluido periféricas era estrecho, el ángulo y° formado por los ejes centrales J1 y J2 era 0°, de manera que la eficiencia de mezcla del gas combustible G1 y el aire enriquecido con oxígeno G2 se redujeron, y hubo una tendencia a que la cantidad de transferencia de calor disminuyera en general en comparación con el Ejemplo Comparativo 1.

El Ejemplo 1 en la Figura 6 muestra la relación entre la distancia desde la superficie de la punta del quemador y la cantidad de transferencia de calor mediante el uso del quemador de oscilación autoinducida que tiene la configuración mostrada en la Figura 5D.

En el quemador del Ejemplo 1 mostrado en la Figura 5D, el ancho de salida D2 de las segundas salidas de fluido periféricas se configuró para que fuera el mismo que el ancho de salida D1 en la trayectoria del flujo de expulsión de fluido, y el ángulo y° formado por el eje central J1 y el eje central J2 se fijó en 15°.

Como se muestra en la Figura 6, en el Ejemplo 1, dado que el ancho de salida D2 de las segundas salidas de fluido periféricas era estrecho, la eficiencia de mezcla del gas combustible G1 y el aire enriquecido con oxígeno G2 se redujo y, por lo tanto, cuando la distancia desde la superficie de la punta del quemador era más corta que 400 mm, hubo una tendencia a que la cantidad de transferencia de calor disminuyera en comparación con el Ejemplo Comparativo 1.

Por otro lado, en el Ejemplo 1, se confirmó que la mezcla del gas combustible G1 y el aire enriquecido con oxígeno G2 en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador se promovía inclinando la dirección de expulsión de las segundas salidas de fluido periféricas hacia la dirección de expulsión de la salida de fluido central, y cuando la distancia desde la superficie de la punta del quemador era de 400 mm o más, la cantidad de transferencia de calor aumentó en comparación con el Ejemplo Comparativo 1.

[Ejemplo 2]

En el Ejemplo 2, se usó una artesa 50 como un horno simulado como se muestra en la Figura 7, y se realizó una prueba de calentamiento mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno usado en el Ejemplo 1. Además, en el Ejemplo Comparativo 4, se usó un quemador enriquecido con oxígeno del tipo multitubo convencional, y se realizó una prueba de calentamiento mediante el uso de la artesa 50 mostrada en la Figura 7.

En la artesa 50 (horno simulado) mostrada en la Figura 7, el quemador enriquecido con oxígeno usado en el Ejemplo 1 estaba unido a un agujero pasante 52a formado en una tapa del horno 52 de manera que pudiera formarse una llama hacia un espacio del horno 50A para calentar el espacio del horno 50A cubierto por la pared del horno 51 y la tapa del horno 52, y la pared del horno 51. Además, se unieron una pluralidad de termopares 55 a la parte inferior de la pared del horno 51 para medir la temperatura de cada parte, y se proporcionaron unas salidas de descarga 53 para sacar arrabio y similares alojados en el espacio del horno 50A en dos lugares.

En el Ejemplo 2, en la prueba de calentamiento de la artesa 50, la temperatura se midió mediante una pluralidad de termopares 55 instalados en la parte inferior del horno. Se obtuvo y evaluó una diferencia de temperatura AT entre la temperatura máxima y la temperatura mínima medida mediante la pluralidad de termopares 55.

En el Ejemplo 2, el quemador se instaló de manera que la distancia desde la superficie de la punta del quemador en la artesa 50 hasta la parte inferior (superficie de la parte inferior) de la pared del horno 51 fuera de 600 mm.

La Figura 8 muestra la relación entre el tiempo de precalentamiento y la diferencia de temperatura AT entre la temperatura máxima y la temperatura mínima en la parte inferior del horno cuando la prueba de calentamiento en el horno se realizó mediante cada quemador en el Ejemplo 2 y el Ejemplo Comparativo 4 mediante el uso de la artesa 50 mostrada en la Figura 7.

En la Figura 8, también se muestra el cambio de la temperatura del gas de escape en la prueba de calentamiento realizada en el Ejemplo 2.

En el Ejemplo 2 y el Ejemplo Comparativo 4, la prueba de calentamiento se llevó a cabo con un patrón de aumento de temperatura que tiene una temperatura de gas de escape como se muestra en la Figura 8. Como resultado, se puede ver que la diferencia de temperatura AT es menor en el Ejemplo 2 que en el Ejemplo Comparativo 4. Es decir, se considera que la temperatura dentro del horno se puede aumentar más uniformemente mientras se logra la misma eficiencia de transferencia de calor que la del quemador enriquecido con oxígeno convencional mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno del

Ejemplo 2.

[Ejemplo 3]

En el Ejemplo 3, se usó una artesa 50 como un horno simulado como se muestra en la Figura 7, y se realizó una prueba de calentamiento mediante el uso del quemador enriquecido con oxígeno usado en el Ejemplo 1. Además, en el Ejemplo Comparativo 5, se usó un quemador enriquecido con oxígeno del tipo multitubo convencional, y se realizó una prueba de calentamiento mediante el uso de la artesa 50 mostrada en la Figura 7.

En el Ejemplo 3, en la prueba de calentamiento de la artesa 50, se examinó la distribución de temperatura en el eje central del quemador. Específicamente, la relación entre la distancia desde el eje central del quemador y la temperatura de la parte inferior del horno se midió midiendo la temperatura de las partes (parte inferior del horno) con una pluralidad de termopares 55 instalados en la parte inferior de la pared del horno 51. Se midió la temperatura después de 40 minutos desde el inicio del aumento de temperatura.

La Figura 9 muestra la relación entre la distancia desde el eje central del quemador y la temperatura en la parte inferior del horno cuando se realizó la prueba de calentamiento en el horno en el Ejemplo 3 y el Ejemplo Comparativo 5 mediante el uso de la artesa 50 mostrada en la Figura 7. En la Figura 9, los datos del Ejemplo 3 se muestran mediante un gráfico sólido, y los datos del Ejemplo Comparativo 5 se muestran mediante un gráfico blanco.

Como se muestra en la Figura 9, en el Ejemplo Comparativo 5, se puede observar que la temperatura cerca del eje central del quemador aumenta significativamente. Es decir, en el Ejemplo Comparativo 5, está claro que ocurre un calentamiento local del espacio del horno 50A.

Por otro lado, en el Ejemplo 3, se puede observar que la distribución de temperatura es uniforme en comparación con el Ejemplo Comparativo 5. Es decir, en el Ejemplo 3, está claro que cada parte del espacio del horno 50A se puede calentar uniformemente calentando el espacio del horno 50A de la artesa 50 con el quemador enriquecido con oxígeno usado en el Ejemplo 1.

A partir de los resultados de los Ejemplos y Ejemplos Comparativos como se describió anteriormente, se puede entender que el quemador enriquecido con oxígeno usado en los Ejemplos puede mejorar la eficiencia de transferencia de calor en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador en comparación con el quemador de oscilación autoinducida que tiene una estructura convencional.

Por lo tanto, está claro que cuando el quemador enriquecido con oxígeno usado en los Ejemplos y el método para el calentamiento mediante el uso del mismo se aplican a un precalentamiento tal como una artesa, se evita el calentamiento local e incluso con varios tipos de objetos a calentar ubicados lejos de la superficie de la punta del quemador en la dirección axial, se puede lograr un calentamiento uniforme con una excelente eficiencia de transferencia de calor.

Aplicabilidad industrial

De acuerdo con el quemador enriquecido con oxígeno, y el método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de la presente invención, cuando se calienta el objeto a calentar mientras se hace oscilar la llama con oscilación autoinducida, incluso en una posición alejada de la superficie de la punta del quemador en la dirección axial, se puede lograr un calentamiento uniforme con excelente eficiencia de transferencia de calor. En consecuencia, el quemador enriquecido con oxígeno, y el método para el calentamiento mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno de la presente invención es muy útil en varias aplicaciones en las que un objeto a calentar se calienta mediante el uso de un quemador además de la aplicación del calentamiento de la artesa y la cuchara de fundición usado para almacenar y transportar hierro fundido y acero fundido en plantas fabricación de acero y plantas de fabricación de acero.

Explicación de los Símbolos

1 quemador enriquecido con oxígeno

2 salida de fluido central

3 salida de fluido periférica

3A (un par de) primera salida de fluido periférica

3B (un par de) segunda salida de fluido periférica

4 trayectoria del flujo de expulsión de fluido

4a entrada

41 (un par de) pared lateral

42a, 42b (un par de) abertura

43 (un par de) pared lateral

43a primera superficie

43b segunda superficie

44 trayectoria de flujo (en forma de tubo rectangular)

5 tubería de comunicación

6 línea de suministro de fluido central

7 (7A, 7B) línea de suministro de fluido periférico

50 artesa (horno de imitación)

50A espacio de horno

51 pared del horno

52 tapa del horno

53 Salida

G1 gas combustible

G2 aire enriquecido con oxígeno

J1 eje central (de la dirección de expulsión en la salida de fluido central)

J2 J2 eje central (de la dirección de expulsión en la segunda salida de fluido periférica)

Claims

REIVINDICACIONES

Un quemador (1) que se configura para expulsar al menos uno de un aire enriquecido con oxígeno (G2) y un gas combustible (G1) desde cada una de una pluralidad de salidas de expulsión de fluido proporcionadas en una superficie de la punta y quema,

en donde la pluralidad de salidas de expulsión de fluido incluye una salida de fluido central (2) y una salida de fluido periférica (3) dispuesta alrededor de la salida de fluido central (2),

las paredes laterales (41) de una trayectoria de flujo de expulsión de fluido (4) en un lado aguas arriba de la salida central de fluido (2) se proporcionan con un par de aberturas (42a, 42b) en posiciones opuestas, y el par de las aberturas (42a, 42b) se comunican entre sí a través de una tubería de comunicación (5), la trayectoria de flujo de expulsión de fluido (4) en un lado aguas abajo del par de las aberturas (42a, 42b) tiene una forma de abanico en sección en la que una distancia entre un par de las paredes laterales (43) se expande gradualmente hacia el lado aguas abajo,

un fluido expulsado desde la salida de fluido central (2) se hace oscilar mediante oscilación autoinducida, la salida de fluido periférica (3) incluye un par de primeras salidas de fluido periféricas (3A) dispuestas una frente a la otra y un par de segundas salidas de fluido periféricas (3B) dispuestas una frente a la otra, las primeras salidas de fluido periféricas (3A) y las segundas salidas de fluido periféricas (3B) se disponen alrededor de la salida de fluido central (2) para intercalar la salida de fluido central (2),

el par de las segundas salidas de fluido periféricas (3B) se disponen en una dirección ortogonal a la dirección enfrentada del par de las aberturas (42a, 42b),

un ángulo y° formado por un eje central (J2) en una dirección de expulsión del aire enriquecido con oxígeno (G2) o el gas combustible (G1) en la salida de fluido central (2) y el eje central (J2) en una dirección de expulsión del aire enriquecido con oxígeno (G2) o del gas combustible (G1) en el par de las segundas salidas de fluido periféricas (3B) satisface una expresión {0° < y < 15°}, y

un ancho de salida D1 entre el par de las paredes laterales (43) en las que el par de las aberturas (42a, 42b) se disponen en la salida de fluido central (2) y un ancho de salida D2 del par de las segundas salidas de fluido periféricas (3B) en una dirección a lo largo del ancho de salida D1 satisface una expresión {0,5D1 < D2 < D1}.

El quemador enriquecido con oxígeno (1) de acuerdo con la Reivindicación 1, en donde el par de las primeras salidas de fluido periféricas (3A) se disponen para intercalar el par de las paredes laterales (43) en las que las aberturas (42a, 42b) se disponen desde ambos lados.

El quemador enriquecido con oxígeno (1) de acuerdo con la Reivindicación 1 o 2, en donde el par de las primeras salidas de fluido periféricas (3A) y el par de las segundas salidas de fluido periféricas (3B) se configuran para controlar individualmente una cantidad del aire enriquecido con oxígeno (G2) o el gas combustible (G1) expulsado.

Un método para el calentamiento de un objeto a calentar mediante el uso de un quemador enriquecido con oxígeno (1), en donde el quemador enriquecido con oxígeno (1) es el quemador enriquecido con oxígeno (1) de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3.