KR930007447B1

KR930007447B1 - 가스 버어너

Info

Publication number: KR930007447B1
Application number: KR1019870700096A
Authority: KR
Inventors: 리틀 쥬니어 빅터; 엘 토마스 찰스
Original assignee: 아사르코 인코포레이팃드; 앨릭잰디 제이 질레스피 쥬니어
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1993-08-11
Also published as: FI86470B; FI870443A0; NO870410L; ATE58221T1; BR8507221A; KR880700213A; AU4496385A; EP0229048A4; DE3580486D1; FI86470C; EP0229048A1; WO1986007436A1; FI870443A; JPS62503115A; EP0229048B1; BG47799A3; AU573863B2

Abstract

내용 없음.

Description

가스 버어너

제1도는 버어너 조립체를 나타내는 확대 수직 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 바람직한 연소실을 나타내는 단면도.

제3도는 수직축 용융로 장치를 나타내는 도면.

제4도는 버어너 조립체와 연료 공급용 파이프의 일부분이 생략되어 도시된, 제3도의 용융로의 수직 단면도이다.

본 발명은 화염 안정성이 증진된 고속 가스 버어너에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 넓은 작동 범위에 걸쳐 증진된 화염 안정성을 가지며 용융로 및 그 밖의 같은 것에 이용될 수 있는 고속 가스 버어너에 관한 것이다.

효율적인 가열 및 용융을 제공하는 버어너의 필요성은, 특히 에너지 비용이 상승하고 연료 공급량이 감소되고 있는 오늘날 매우 중요한 산업상의 관심사이다. 이와 함께, 버어너가 오염이 없는 상업적으로 허용가능한 용융금속 제품의 생산을 유지하면서도 저톤수 및 고톤수 작동 조건 모두에서 노(爐)에 사용하는데 적합하여야 하는 것이 요구된다.

본 발명에 의해 제공되는 타입의 가스 버어너는, 높은 열(熱)이 요구되는 여러 가지 다른 노 또는 유니트들에 사용될 수 있다. 이 가스 버어너는 미국 특허 제3,199,977호(1965.8.10특허됨)에 기술 및 도시된 직립 용융로와 같은 용융로에 효과적인 것으로 밝혀 졌다. 그 미국 특허에서, 가스 버어너들은 노의 측벽의 구멍들 각각에 삽입되고 볼트들에 의해 고정된다. 그 볼트들은 가스가 새지 않도록 노의 동체에 대하여 각 버어너 본체의 장착판을 단단히 고정시킨다. 이 특허는 물론, 다른 관련 특허들도, 노 또는 다른 고성능 가열 유니트에 설치되는 버어너의 화염 안정성을 증진시키기 위한 어떠한 수단도 제시하고 있지 않다(예를 들어,미국 특허 제3,701,517호; 제3,715,203호; 제3,788,633호 및 그들에서 참고 문헌으로 인용된 다른 선행 기술 참조). 여러가지 가스 버어너 구조들이 이들 참고 문헌들에 기술되어 있고, 다른 버어너 연소실 시스템들이 미국 특허 제3,299,940호; 제4,211,555호; 제4,301,997호; 제4,309,170호; 및 제4,311,519호, 카나다 특허 제1,100,029호 및 독일 특허 공고 제2,946,120호에 논의되어 있다.

특히, 전술한 미국 특허 제3,199,977호의 직립 용융로와 같은 노에의 사용에 관한 버어너 기술에서의 어려운 문제점은 넓은 작동 조건들에서도 안정된 화염을 제공하는데 있다. 본 발명의 버어너에 있어서는 화염이 연소실의 내외측 모두에서 연소하고, 그 연소실 내에서의 화염의 형태는 연소실의 형태와 일치하고 연소실 외측에서의 그 화염의 형태는 대체로 원추형이다. 그 버어너는 전형적으로는 점화부 내에 점화기 봉을 가지며 연소실은 그 점화부의 출구보다 큰 직경을 가진다. 화염은 점화기 봉의 바로 하류측에서 유지되고, 그를 지나치는 미연소 혼합물쪽으로 전개된다. 또한, 점화부와 연소실과의 접속부의 어깨부에 의해 제공되는 환형 지역에 의해 화염이 부가적으로 보유된다. 그리하여, 2개의 화염 전면(flame front)이 형성되며, 그들중 하나는 점화기 봉으로부터 퍼지고, 다른 하나는 환형 어깨부를 가지는 화염 보유기(flame-holder)부분으로부터 퍼진다.

그러나, 불행하게도, 환형 어깨부로부터 퍼지는 화염은 불안정하여 그 어깨부상에서 완전하게 형성되지 못하고 따라서 어깨부상의 지역에 검은점, 즉, 냉점(Cold spot)을 형성할 수 있다. 이러한 타입의 화염은 너울거리고 펄럭거리는 불안정한 화염을 형성하는 것은 물론, 구리를 용융하기 위한 수직 노의 경우, 어깨부상의 지역에 냉점을 발생시키며, 그 지역에 구리가 퇴적할 수 있다. 연소실내의 이러한 구리 퇴적 및/또는 불안정한 화염은 노의 작동에 나쁜 영향을 끼쳐, 용융된 구리에 불순물을 형성하고 세정을 위한 노의 조업 중지를 초래할 수 있다. 화염의 불안정은 노와 버어너가 차거운 때 버어너의 시동시에 특히 심하지만, "정상 상태(steady-state)" 작업시에도 바람직하지 않게 존재하기도 한다.

이러한 문제는, 버어너내 안정된 화염을 유지하면서 2.5 : 1의 비로 턴다운(turn-down)될 수 있는 약 20 STPH(short tons per hour)보다 적은 적당한 용량을 가지는 노를 설계하는 것이 요구될 때 수직축 노(furnace)에서 특히 심하였다. 여기서 사용되는 "턴다운"이란 용어는 버어너에 공급되는 연료-산소 혼합물의 양을 감소시킴으로써 노의 용융 속도를 감소시키는 것을 의미한다. 20 STPH의 최대 설계 용량을 가지는 노에서의 25 : 1의 턴다운 비는 약 8 STPH(즉, 20/2.5=S)만큼 낮은 생산고를 제공한다. 그러한 넓은 작동 범위에서 노를 적절히 작동시키기 위해서는, 버어너가 그러한 턴다운 범위에서 안정된 화염을 유지하는 것이 요구된다. 화염이 낮은 작동 속도에서 불안정한 경우, 용융된 구리가 오염되고 금속이 연소실내에 퇴적하며, 다른 문제들이 발생한다.

예를 들어, 낮은 용량의 노는 전통적으로, 원주방향으로 떨어져 있는 단일 열의 버어너들을 가지고 작동되었는데, 그 이유는 제2열의 버어너들은 필요한 것보다 많은 용융용량을 제공하여, 노내에서의 금속 "슬럼핑(slumping)" 및 결빙(freeszing)을 피하지 않고 노 용융속도를 낮은 용융 속도로 턴다운시키는데 있어 문제들을 야기하는 것으로 생각되었기 때문이다. 작은 노에서는, 단일 열의 버어너들로부터 균일한 열(熱)분포를 얻는데 있어서의 문제가 심각한 문제이었다. 단일 열의 버어너를 가지는 노에서는, 최대의 가열속도에서 금속이 버어너 열 위에 쉽게 떠 있게 될 수 있어, 비용융 장입물이 노의 큰 상부 직경부로부터 노의 감소된 하부 직경부로 하강하지 못할 때 금속 부유 문제를 야기할 수 있다. 그러한 현상은 금속내 산소함량을 높이고 온도를 불균일하게 하며 노의 "스크리밍(screaming)"을 야기한다. 또한, 노에 장입된 금속이 노의 기부에 있지 않는 "공동(voiding)"현상은 불균일한 열 분포를 야기하고, 내화물질의 과열, 용융 금속온 도의 광범위한 변동, 및 최대 열 입력으로 또는 그에 가까운 값으로 작동될 때의 금속 흐름의 큰 변동을 야기한다. 2열의 버어너를 가지는 노는 물론, 단일열의 버어너를 가지는 노들에서도, 장시간에 걸쳐 감소된 턴다운은, 연료 공급의 감소에 따라 금속이 "연약(soft)" 하게 되게 할 수 있고, 따라서, 열 입력이 감소되어 결국에는 노내의 금속 슬럼핑을 야기하게 된다.

본 발명의 목적은, 넓은 작동 범위에서 증진된 화염 안정성을 가지는 고속 가스 버어너를 제공하는데 있다. 다른 목적들은 하기 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

발명의 요약

본 발명은, 산소 함유 가스(공기)의 유효 흐름을 공급하고 연료의 유효 흐름을 버어너에 공급하는데 적합하게 된 도입구들과, 산소 함유 가스의 흐름과 연료의 흐름을 혼합하기 위한 혼합부와, 그 혼합물의 점화시키기 위한 화염 보유기 부분과, 연소를 유지하고 연소를 증진시키는 사실상 원통형 형태의 연소실을 구비한 노 가스 버어너에 있어서, 약 2.5 : 1의 턴다운 용량을 가지면서 이 범위에서 균일하고 완전한 연소와 함께 안정된 화염을 유지하고, 증가된 버어너 타일 수명을 가지며, 연소실내 냉점들에 의해 야기되는 용융 금속오염이 최소로 되고, 기타 다른 이점들을 가지는 버어너를 제공하도록 연소실의 칫수가 버어너의 다른 칫수들과 상호관계를 갖게 한 것을 특징으로 하는 가스 버어너에 관한 것이다.

그 연소실은 사실상 원통형이고, 전체 버어너 타일 길이(L_T), "유효 길이"(L_E)(즉, 연소실과 화염 보유기 부분("어깨부")과의 교차점으로부터 연소실의 반대측 단부까지 측정한 타일 라이닝, 즉, 슬리이브의 길이), 및 직경(D_S)(연소실 전체에 걸쳐 사실상 일정함)를 가진다. 그 연소실은 연소가스 도입구 및 출구를 위한 개구부들(사실상 원통인 것이 바람직함)을 각 단부에 가진 외측 내화물 타일 하우징을 포함하고, 적당한 고온 저항성의 내화물질, 가장 바림직하게는, SiC로 만들어지는 것이 보통이다. 그 연소실은 또한, 연소실의 유효 길이를 따라, 미리 정해진 온도(바람직하게는, 약 2800°F(약 1538℃))의 사실상 균일한 온도 구배를 연속적으로 유지하면서, 도입 연료와 산소 함유 가스를 연소시키는데 적합하게 되어 있다. 그러한 성능은 여러가지 중요한 관계에 따라, 즉, (1)연소실의 직경(D_S)대 인접한 화염 보유기 부분의 출구 직경(D_F)의 비(D_S/D_F)가 약 1.35-1.70, 가장 바람직하게는 약 1.43이고, (2)연소실의 유효 길이(L_E) 대 직경(D_S)의 비(L_E/D_S)가 약 1.2-약3.70, 바람직하게는 1.56 또는 3.00이도록 연소실을 설계함으로써 얻어진다. 바람직한 예에서, 이 버어너 조립체 구조는 연소실 타일의 전체길이(L_T)대 연소실의 "유효 길이"(L_E), 즉, 화염 보유기 부분과의 교차점으로부터 연소실 출구 단부까지 측정한 연소성 타일 라이닝의 길이의 비(L_T/L_E)를 약 1.20-약2.00,바람직하게는 약 1.47이 되도록 조절한다.

버어너들이 혼합부를 가지는 것으로 설명되었으나, 연료와 공기가 버어너의 외측에서 혼합된 후 점화부 또는 화염 보유기 부분을 지나 연소실내로 이송될 수도 있음이 이 기술에 숙련된 자들에 의해 이해될 것이다. 이러한 구조를 가진 버어너들도 넓은 작동 범위에서 안정된 화염을 제공하도록 동일한 방식으로 작용한다.

본 발명의 버어너는 저용량의 수직축 용융로, 즉, 사실상 원통형의 형태를 가지며 내화물 라이닝이 부착된 벽돌 연소실을 구비하고, 각각 충분한 양의 에너지, 대개 약 0.7-약1.8×10⁶BTU/hr를 공급하는데 적합하게 되고 원주방향으로 일정 간격으로 떨어져 있는 다수의 버어너들이 노의 하단부 주위에 일정 간격으로 배치되고, 금속(즉, 구리)을 약 20 STPH 보다 적게 생산하는 노에 사용하는데 특히 적합하다. 이들 노는, 노의 막힘 및 금속 결빙을 야기함이 없이 하강 고체 장입물, 즉, 바람직하게는, 구리 음극 및 스크랩(sorap)을 균일하게 용융시키기 위해 효과적인 분포의 열을 공급하도록 설계되어 있다. 보다 큰 버어너들이 보다 높은 용량의 노에 적합하게 이용될 수 있다.

넓은 작동 범위에서도 안정된 화염을 제공하는 다른 버어너들이 50×10⁶BTU/hr 이내 또는 그 이상, 바람직하게는, 약 2×10⁵-약 20×10⁶BTU/hr의 범위, 예를들어 30×10⁶BTU/hr의 에너지 수준을 위해 본 발명에 의해 제공된다. 바람직한 범위는 0.7-10×10⁶BTU/hr또는 5×10⁶BTU/hr이다.

제1도에서 볼 수 있는 바와같이, 버어너(3)는 단위 흐름(unit stream)을 형성하기 위해 연료의 흐름과 산소 함유 가스(공기)의 흐름을 혼합시키고 그 단위 흐름을 화염 보유기 부분(51)내로 도입시키기 위한 혼합부(50)를 포함한다. 그 버어너 본체부는 또한, 연소실(52)(제2도에 상세히 도시됨)을 구비하고 있고, 그 연소실(52)은 화염 보유기 부분(51)의 어깨부(쇼울더)(54)에 대하여 플렌지(53)상에 설치된다. 점화기 봉(58)이 화염 보유리 부분의 목부분내에 배치될 수 있고, 상기 단위흐름을 점화시키기 위한 통상의 전기 작동 스파이크 플러그(59)가, 그의 내측 단부가 점화기 봉(58)에 인접하게 배치된 채로 화염 보유기 부분(51)의 일측부에 설치되어 있다. 상기 목부분과 점화기 봉(58)의 조합체는, 특히 높은 연료 속도에서 연소실(52)내에서의 단위 흐름의 연소를 유지하는데 특히 유용하다. 화염 보유기 부분(51)은 또한, 단위 흐름의 샘플들을 채취하기 위한 구멍들(69,70)을 가지고 있다.

혼합부(50)는 환형 매니포울드 부분(60), 슬리이브(61), 굴곡부분(엘보우 부분)(62), 오리피스 판(63), 및 관찰 구멍(64)을 가지고 있다. 그 관찰 구멍(64)은 투명한 접안부(65)를 가지고 있다. 굴곡 부분의 어깨부(66) 및 혼합부(50)의 좌측 단부에 접하여 있는 슬리이브(61)는 환형 매니포울드 부분(60)과 협동하여, 혼합될 2개의 흐름들중 작은 흐름(즉, 파이프(37)를 통해 공급되는 예열된 연료 흐름)을 파이프(37)에 연결 된 파이프(36)로 부터 구멍들(67)을 통하여 혼합실(68)내로 도입시키기 위한 매니포울드(manifold)를 제공한다. 슬리이브(61)의 외중상의 구멍들(67)의 크기 및 분포는 혼합실(68)내로의 유체의 도입을 조절하도록 선택된다. 혼합될 2개의 흐름들중 큰흐름(산소 함유 가스 흐름)은 파이프(29)로 부터 오리피스 판(63)의 오리피스와 굴곡 부분(62)을 통하여 혼합실(68)내로 도입된다. 제1도에서, 번호(38)은 버어너에 정압으로 공급되는 연료의 양을 조절하는 통상의 다이아프램 밸브 수단을 나타낸다.

버어너의 작동에 있어서, 혼합될 2개의 흐름들중 큰 흐름은 오리피스를 통해 혼합실에 이르는 굴곡 부분내로 도입됨으로써 버어너 본체부로 들어가고, 그 흐름의 정확한 조성은 미국 특허 제3,199,977호에 기술된 방식으로 결정된다.

제2도는 노벽의 내화물 라이닝(5)에 설치된 때의 버어너의 연소실(52)이 바람직한 구조를 상세히 나타낸다. 기체상의 연료와 공기의 단위 흐름이 점화기 봉(58)을 지나 화염 보유기 부분(51)을 통과하고, 그때 그 혼합물은 스파아크 플러그(59) 또는 다른 효과적인 점화 수단에 의해 점화되어 버어너의 연소실(52)내로 들어간다.

연소실(52)은 그 연소실과 인접 화염 보유기 부분(51)의 교차점에 형성된 "어깨부"(99)로 부터 연장하는 사실상 완전히 원통형인 것이 바람직하고, 그 연소심은 출구 깔때기부(funnel)(96)의 시작 지점까지 거리(94)만큼 연장한다. 상기 지점에서, 연소된 연료 가스들이 노내로 들어가고 금속 장입물을 용융시킨다. 연소실(52)이, 실리콘 카바이드로 만들어지는 것이 바람직한 버어너라일(49)과 미리 정해진 균일한 칫수, 대개 약 1/2인치(약 1.27㎝) 두께의 얇은 원통형 슬리이브(90)에 의해 형성된 것으로 도시되어 있다. 상기 슬리이브(90)는 2800

(약1538℃)의 온도에의 장시간 노출에 견딜 수 있는 단단하고 치밀하며 내마멸성의 내화성 물질(바람직하게는, Sic)로 만들어진다. 제거 가능한 SiC 슬리이브를 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 가장 광범위한 실시예에서, 전체 구조가 후술되는 비와 칫수 조건에 부합되는 한 전체 버어너 타일구조와 슬리이브가 단일 주조물, 또는 그와 유사한 것인 경우에도 유사한 결과가 얻어질 수 있다. 슬리이브의 사용은 부식되거나 마모된 부분들의 고체를 용이하게 함과 동시에, 다른 톤수 조건들에서의 조업을 위해 필요한 경우 연소실 칫수의 변경을 가능케한다. 슬리이브의 "미리 정해진 칫수"란 용어는, 슬리이브 벽의 특정의 사실상 균일한 두께를 의미한다. 그 슬리이브(90)는 연소실 보어의 직경(92)내에 축방향으로 중심이 일치되게 배치되고, 인접한 버어너 라일(49)에 접합(바람직하게는, 산화물 접합)된다.

일정 범위의 작동 조건들에서의 버어너 성능은, 슬리이브(90)를 수용하는 버어너 타일(49)이 연소실의 여러가지 중요한 파라미터들, 즉, (1)연소실의 직경(즉, 슬리이브의 내경)(95)(D_S)대 화염 보유기 출구의 내경(97)(F)의 비와, (2)슬리이브의 "유효 길이"(L_E)대 슬리이브의 내경(D_S)의 비에 부합하도록 하는 칫수를 가진때 얻어진 다는 것이 밝혀졌다. 바람직한 예에서, 버어너는 버어너 타일(49)에의 입구로부터 버어너 타일의 출구의 면의 교차점까지 연소실 중앙선을 따라 측정한 버어너 타일의 전체길이(100)(L_T)대 연소실의 "유효 길이"(94) (L_E),즉, 화염 보유기 부분과의 교차점(어깨부(99)로부터 연소실 출구의 슬리이브 단부까지 측정한 슬리이브의 길이의 비에 부합하도록 설계된다. 이들 특정 파라미터 및 비가 중요한 이유는 완전히 이해되지 않고, 하기 이론들이 제시되었으나, 본 출원인들은 그에 구속되는 것을 원하지 않는다.

D_S/D_F의 이러한 구조적 관계는, 연료 혼합물이 화염 보유기 부분에서 나와 연소실내로 들어갈때 그 연료 혼합물의 팽창정도를 조절하도록 작용한다. 이러한 조절된 팽창은 점화가 일어나게 하고 화염이 화염 보유기 부분과 연소실 부분에 의해 형성된 어깨부상에 위치하게 한다. 종래의 버어너들에서는, 연소 반응이 연소실내로 약 절반까지 진행하지 못하는 것이 빈번하였고, 그러한 상태는 연소실내로의 도입후 고속 연료 흐름의 급격한 큰 팽창에 의해 발생되는 것으로 믿어졌다. 적절한 칫수의 연소실 직경대 화염 보유기 부분의 출구 직경의 비(D_S/D_F)가 "안정된" 화염을 제공하여 유지할 수 있고, 그리하여, 버어너의 용융 용량이 주로 대류(convecion)메카니즘을 통하여 금속을 용융시키는 화염을 형성하도록 최적의 수준으로 유지된다는 것이 의외로 밝혀졌다.

안정된 화염의 유지가 특히 바람직한데, 그 이유는 길고 불안정한 화염은 연료 및 산소의 연소 정도가 비교적 낮은 특징을 가지기 때문이다. 그러한 화염은 연소실내의 보다 많은 양의 구리 축적을 야기하고 구리의 산소 함량을 바람직하지 않은 수준까지 증대시킨다. 반대로, 짧고 안정된 화염은 연소실내에서 사실상 완전한 연소가 일어나게 한다. 불완전한 연소는 또한, 내화물 타일 온도의 상당한 변동과 불균일한 내화물 마모를 야기하여 내화물 타일의 수명을 짧게 한다.

연소실의 직경대 화염 보유기 출구 직경의 비(D_S/D_F)의 바람직한 범위는 약 1.35-1.70이고 더 바람직하게는 약 1.40-1.45, 예를들어 1.43인 것이 밝혀졌다.

또한, 연소실의 유효길이(L_E)대 연소실의 직경(즉, 슬리이브 내경(D_S)의 비는 버어너 성능에 대한 중요한 파라미터인 것으로 밝혀졌다. 이것은, 이 비가 연소를 증진시키고 전체 길이에 걸쳐 균일하게 가열된 벽을 유지하는 연소실의 적당한 기하학적 구조를 제공 한다는 사실에 기인한 것으로 믿어진다. 이 비는, 버어너의 작동 에너지 범위(BTU/hr)에 좌우되는 것으로 밝혀졌고, 일반적으로 작동 에너지 범위를 증가시키기 위해서는 낮은 비가 요구된다. 그리하여, 약 1.2-3.7의 범위가 본 발명에서 적절하게 이용될 수 있고, 가장 양호한 결과는,약10×10⁶BTU/hr보다 적은, 예를들어 약0.5×10⁶내지 4×10⁶BTU/hr의 소형 버어너들에서(L_E/D_S)가 약 1.85-3.70, 가장 바람직하게는 약 2.5-3.5, 예를들어 3.0인때 얻어진다. 예를들어 약10×10⁶BTU/hr이상의 대형 버어너에서는, 그 비가 약 1.2-1.7, 예를들어 약 1.3-1.6인 것이 바람직하다.

버어너 타일의 전체 길이(L_T)대 연소실의 "유효길이"(L_E)의 비(L_T/L_E)는 특정 버어너에서 소망의 결과를 제공하는 슬리이브길이를 결정하는데 중요하다. 가장 양호한 결과는, 전술한 비가 약 1.20-2.00의 범위일 때 얻어지고, 약 11인치(약 27.94㎝)길이의 내화물 타일을 위한 바람직한 구조는 약 6-9인치(약 15.24-22.86㎝), 바람직하게는 약 7.5인치(약 19.95㎝) 길이의 Sic 슬리이브를 가지며 1.47의 비를 제공한다.

D_S,D_F,L_E및 L_T의 절대값들은 전술한 비들이 유지되는 것을 조건으로, 요구되는 버어너의 크기(BTU/hr)에 따라 변한다는 것이 이 기술에 숙련된 자들에 의해 인식될 것이다. 일반적으로, 버어너의 BTU 출력이 높으면 높을수록 D_S,D_F,L_E및 L_T값들은 커진다.

또 다른 중요한 시스템 파라미터는, 연소 가스가 연소실을 통과하는 속도이다. 놀라웁게도, 가장 양호한 결과를 위해서, 배출가스의 속도는 종래 기술의 버어너들에서의 가스 속도보다 약 2배 더 높다. 이것은, 전술한 비들에 따른 버어너 칫수들의 상호 관계로부터 얻어지는 결과와 연료 가스의 연소 증가에 기인한 것으로 믿어진다.

그리하여, 적절한 칫수의 연소실을 제공하기 위한 본 발명에 따른 버어너 칫수들의 상호관계는, 약 2.5 : 1의 턴다운 비에서 화염 안정성을 향상시켜 용융된 구리내 불순물 수준을 감소시키고 연소실 마모를 크게 감소시키는 것을 조장한다.

제3 및 4도는 수직축 용융로(1), 홈통(launder)(2), 및 2개의 원주 방향 열들로 배치된 다수의 버어너들(3)에 연료와 산소 함유가스(공기)를 공급하기 위한 부속 배란으로 이루어진 장치를 나타내고 있다. 제4도에 도시된 바와 같이, 용융로(1)는 그의 측벽 및 저부에 내화물 라이닝(5)으 구비하고 있고, 그 내화물 라이닝은, 사실상 가스가 새지않는 동체(shell)를 형성하도록 예를들어 용접에 의해 적절히 조립되어 적당한 금속(바람직하게는, 강)으로 만들어진 동체(6)에 의해 둘러싸여 있다. 용융로의 측벽들에는 버어너들(3)을 위한 다수의 구멍(7)이 형성되어 있다. 제4도에 도시된 바와같이, 용융로의 하부 측벽(8)은 내측으로 경사져 있고, 용융로의 바닥(9)은 홈통(2)에 연결된 출탕구(tap hole)(10)쪽으로 경사져 있다.

제3도에서, 송풍기(11)로부터의 공기는 소망의 정압(正壓)으로 파이프(12)를 통과하여 제어 밸브(13)로 보내지고, 그 제어 밸브는 그 공기를 매니포울드(14)로 공급하고, 그 매니포울드로부터 공기가 소망의 정압으로, 보온된 파이프들에 의해 각각의 버어너(3)로 송출된다. 적당한 공급원으로 부터 공급되는 기체상 연료는 소망의 정압으로 파이프(15)를 통해 흐른다. 그 파이프(15)에는 연료를 예열시키기 위해, 전기열이나 뜨거운 연소 생성물을 사용하는 열교환기와 같은, 어떤 적당한 방식으로 열이 공급되는 가열기(16)가 설치되어 있다. 예열된 연료는 보온된 파이프들과 제어 밸브들(16A)을 통과하여 각각의 버어너(3)에 공급된다. 그 버어너들도 열손실을 막기위해 보온될 수 있다. 버어너들(3) 각각은 용융로의 측벽의 구멍들 각각에 삽입되고 볼트들(17)에 의해 그곳에 보유된다. 그 볼트들은 사실상 기체가 새지 않도록 각 버어너의 장착판(18)을 동체(6)에 단단하게 고정시킨다. 버어너들의 폐쇄된 구조와 함께 그러한 기밀 장착에 의해, 버어너 구멍을 통하여 용융로내로 외부 공기가 들어가는 것이 사실상 방지된다. 전술한 바와같이, 각 버어너가 용융로의 둘레에서 다른 버어너들에 대하여 소정의 간격으로 떨어져 위치한 채로 다수의 버어너들이 용융로에 설치되는 것이 바람직하다.

예시적인 수직축 용융로 및 버어너의 상세한 것은 미국 특허 제3,199,977호(그의 내용이 참고문헌으로 여기에 포함됨)에 기술되어 있다.

본 발명에 따라, 바람직한 고속 버어너 구조가 제2도에 도시되어 있고 하기 칫수들을 가진다. 버어너 타일(49)은 정사각형이고 그의 변이 9인치(약 22.86㎝)이다. 버어너 타일(49)의 슬리이브 내경(d_s)은 약 2.5인치(약 6.35㎝)이고, 화염 보유기 부분(51)의 출구 직경(D_F)은 약 1.75인치(약 4.45㎝)이며, D_S/D_F는 약 1.43이다. 이 버어너는 단위 흐름을 점화시키기 위해 전기 작동 스파아크 플러그(59)를 구비하고 있고, 연소실(52)내에서의 단위 흐름의 연소를 유지하는 것을 돕도록 점화기 봉(58)을 구비하고 있다. 화염 보유기 부분(51)의 단부로부터 연소실의 단부까지 측정한 유효길이(L_E)는 약 7.5인치(약 19.05㎝)이고, 버어너 타일의 전체길이(L_T/L_E)는 약 11인치(약 27.94㎝)이어서, L_T/L_E는 1.47이다. 유효길이(L_E)대 슬리이브 내경(D_S)의 비(L_E/D_S)는 3.00이다. 이러한, 버어너는 약 20 STPH의 설계 용융 용량을 가지는 미국 특허 제3,199,977호에 기술된 타입의 수직 용융로에서 약 2.5 : 1의 턴다운비로 안정된 화염을 제공한다.

제2도에서, 10×10⁶BTU/hr 이상을 제공하는 본 발명에 따른 고용량 버어너는 약 10.25인치(약 26.04㎝)의 슬리이브 내경(D_S), 약 7.5인치(약 19.05㎝)의 출구 직경(D_F), 약 16인치(약 40.64㎝)의 유효 길이(L_E), 및 약 23

인치(약 58.89㎝)의 타일 전체 길이(L_T)를 가진다. D_S/D_F의 비는 1.37이고, L_E/D_S)는 1.56이며, L_T/L_E는 1.45이다. 이 버어너는 약 2.5 : 1의 턴다운비에서 안정된 화염을 제공한다.

Claims

산소 함유 가스의 흐름과 연료의 흐름을 혼합하기 위한 혼합부와, 반경방향 내측으로 연장하는 어깨부를 일단부에 가지며 출구 직경(D_F)을 가지고 연료와 산소 함유 가스의 혼합물을 점화시키기 위한 화염 보유기 부분과, 내화성 버어너 타일에 의해 형성되고, 원통형 형태로 되어 있으며, 일정한 직경(D_S), 유효 길이(L_E) 및 전체 버어너 타일 길이(L_T)를 가지고, 연소를 유지 및 증진시키기 위해 화염 보유기 부분에 인접하여 배치되고, 화염 보유기 부분의 상기 어깨부와 직접 연통하도록 상기 직경이 화염 보유기 부분의 출구 직경보다 크게 된 단일의 연소실을 포함하고, 약 2.5 : 1의 턴다운(turndown) 용량을 제공하면서 이 범위에서 균일하고 완전한 연소와 함께 한정된 화염을 유지하는 가스 버어너에 있어서, 연소실의 직경대 화염 보유기 부분의 출구 직경의 비(D_S/D_F)가 약 1.35-1.70이고 연소실의 유효 길이대 직경의 비(L_E/D_S)가 약 1.2-3.7이도록 버어너 칫수들이 상호 관련되어 정해지는 것을 특징으로 하는 가스 버어너.
제1항에 있어서, 전체 버어너 타일 길이대 유효 길이의 비(L_T/L_E)가 약 1.2-2.0이도록 연소실 버어너 칫수들이 상호 관련되어 정해지는 것을 특징으로 하는 가스 버어너.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연소실의 직경대 화염 보유기 부분의 출구 직경의 비(D_S/D_F)가 약 1.40-1.45인 것을 특징으로 하는 가스 버어너.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연소실의 유효 길이대 직경의 비(L_E/D_S)가 약 1.85-3.7인 것을 특징으로 하는 가스 버어너.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연소실의 유효길이대 직경의 비(L_E/D_S)가 약 1.2-1.7인 것을 특징으로 하는 가스 버어너.
제1항에 있어서, 연소실이 화염 보유기 부분과 공통의 중앙선을 따라 축방향으로 인접하여 배치된 것을 특징으로 하는 가스 버어너.