SE531077C2 - Förfarande för värmning av metallmaterial - Google Patents

Description

25 30 531 077 Det vore önskvärt ifall den högre värmeöverföringseffektivi- teten vid användning av DFI-brännare även kunde användas vid värmning av ämnen med större tvärsnittsdimensioner. Detta är emellertid inte möjligt med hjälp av den kända tekniken.

Sådana ämnen hinner nämligen i allmänhet inte värmas upp i tillräckligt stor utsträckning i. hela materialvolymen innan dess att materialytan försämras genom till exempel smältning.

Föreliggande uppfinning löser det ovan beskrivna problemet.

Således hänför sig föreliggande uppfinning till ett förfaran- de för att värma metallmaterial, såsom ett ämne, med hjälp av minst en DFI-brännare, där värmeeffekten hos DFI-brännarens låga bringas att pulsera i cykler, så att värmeeffekten bringas att alternera mellan minst två olika, förutbestämda effektvärden, varvid varje förutbestämt upprätthålls under en viss respektive tidsperiod och vissa respektive värde effektvärden bringas att vara lägre än andra, där effektvär- dena bringas att vara tillräckligt låga och tidsperioderna bringas att vara tillräckligt korta för att kombinationen av effektvärdena och deras motsvarande tidsperioder skall medfö- ra att metallämnets yta inte bringas att värmas upp över en viss förutbestämd gränstemperatur under de högre effektvärde- nas tidsperioder, där denna pulserande värmning av metallma- terialet avbryts när ett visst slutvillkor är uppfyllt, och utmärks av att gränstemperaturen är lägre än metallmateria- lets slutliga, homogena temperatur och av att metallmateria- let slutligen uppvärms till en förutbestämd slutlig, homogen temperatur med hjälp av ett annat konventionellt värmnings- förfarande. 10 15 20 25 30 531 077 I det följande kommer uppfinningen att förklaras i detalj, med hänvisning till en i. de bifogade ritningarna beskriven utföringsform, där: Fig. 1 är en översiktsvy över en DFI-brännare som bringas att värma upp ett nætallmaterial i form av ett ämne i enlighet med förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 är ett diagranx son1 visar effekten som. funktion av tiden för DFI-brännaren i Fig. 1 i enlighet med förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Fig. l visar en DFI-brännare 1 av oxyfueltyp, som är anordnad inne i en industriugn 2, så att dess flamma 10 bringas att falla direkt emot ett metallmaterial 3 i form av ett ämne, som också är anordnat inne i ugnen 2. Metallmaterialet 3 är tillräckligt stort för att en uppvärmning av hela metallmate- rialets 3 volym till en viss önskad, förutbestämd temperatur- profil med hjälp av kontinuerlig användning av DFI-brännaren 1 skulle medföra att metallmaterialets 3 yta försämrades, till exempel genom att det skulle smälta. Företrädesvis är metallmaterialet 3 .i form av ett ämne som har en vikt av mellan 10 ton och 160 ton.

DFI-brännaren 1 bringas att vara försedd med en tillförselin- gång för bränsle 4 och en tillförselingång för oxidant 5.

Bränslet kan. vara vilket lämpligt bränsle som helst, till exempel ett gasformigt bränsle, såsom naturgas, ett flytande bränsle, såsom olja, eller ett fast bränsle, såsom kolpulver.

Oxidanten kan vara vilken lämplig, gasformig oxidant som helst. Enligt en föredragen utföringsform har oxidanten ett syreinnehåll av mer än 85 vikts-%. 10 15 20 25 30 531 07? Tillförselingångarna 4, 5 ansluts till en reglerenhet 6, som kontinuerligt bringas att reglera tillförseln av bränsle och oxidant. Reglerenheten 6 kopplas även till en temperatursen- sor 7, som är anordnad inne i ugnen.

Temperatursensorn 7 bringas att pyrometriskt mäta temperatu- ren hos den del av nætallmaterialets 3 yta som träffas av DFI-brännarens 1 flamma 10. Mätetalet för denna yttemperatur överförs kontinuerligt till reglerenheten 6.

Reglerenheten 6 bringas således att reglera värmeeffekten hos DFI-brännaren 1 genom att reglera mängden bränsle respektive oxidant som matas till DFI-brännaren 1 vid varje givet ögon- blick genom tillförselingångarna 4, 5. Denna reglering sker i föreliggande utföringsform genom _att samtidigt öka eller minska både mängden bränsle och nängden oxidant proportio- nellt.

Regleringen i föreliggande utföringsform bringas att utföras så att DFI-brännarens 1 värmeeffekt alternerar mellan två olika lägen; ett läge med högre effekt och ett läge med lägre effekt. Den lägre effekten kan i själva verket vara noll. Med andra ord kan DFI-brännaren 1 vara avstängd när den lägre effekten föreligger och den tänds åter när den högre effekten inträder. Emellertid är det möjligt att använda fler än två olika, alternerande effektlägen och att dessa effektlägen vart och ett kan vara associerade med vilket lämpligt värde som helst för effekten mellan noll och DFI-brännarens 1 maxi- mala effekt. Till exempel är det möjligt att ett lägre ef- fektläge är sådant att endast en låga av typen pilotlåga brinner, så att brännaren 1 inte behöver tändas på nytt när det lägre effektläget frånträds. 10 15 20 25 30 531 077 I det följande betecknar uttrycket det högre effektläget i föreliggande utföringsform och ”frånsla- get läge” ”tillslaget läge” betecknar det lägre effektläget i föreliggande utföringsform. Ett förfarande som växlar mellan minst ett tillslaget läge och ett frånslaget läge kallas häri ”on/off- förfarande”. lBàda effektlägena är associerade med varsin motsvarande tids- period. Således bringas reglerenheten 6 att reglera tillför- seln av bränsle respektive oxidant till DFI-brännaren 1 så att det tillslagna läget bringas att råda under en viss för- sta tidsperiod, varefter. det frånslagna läget bringas att ràda under en viss andra tidsperiod, varefter det tillslagna läget åter bringas att råda under den första tidsperioden, och så vidare, på ett alternerande sätt.

Under den första tidsperioden bringas metallmaterialet 3 att värmas upp. Om det tillslagna läget hade upprätthållits under en längre tid hade metallmaterialets 3 yta slutligen skadats, på grund av den alltför höga temperaturen. Emellertid bringas det frånslagna läget att inträda innan sådan skada inträffar.

I det följande kommer regleringen av DFI-brännarens l effekt över tiden i föreliggande utföringsform att förklaras i när- mare detalj, i samband med Fig. 2, som visar ett schematiskt diagram över DFI-brännarens 1 avgivna effekt som funktion av tiden från förfarandets början.

Vid värmningsförfarandets början håller metallmaterialet 3 en viss känd, jämn temperatur, effekt bringas 1 fulla, effekt. till exempel 600°C. Det tillslag- na lägets inledningsvis att vara DFI- brännarens Den andra tidsperiodens längd bringas att vara så lång i förhållande till den första tids- 10 15 20 25 30 531 07? periodens längd att metallmaterialets 3 yta hinner svalna tillräckligt mycket, genom att värme leds ned i næterialet under det frånslagna läget, för att inte hinna värmas upp över en viss förutbestämd, maximal yttemperatur under nästa tidsperiod med tillslaget läge. Denna maximala yttemperatur kallas häri ”gränstemperatur”.

Gränstemperaturen ställs exempelvis in så att den är strax under den temperatur som önskas som slutlig temperatur i hela metallmaterialets 3 volym. Om ett ämne exempelvis skall vär- mas till 1 225°C, ställs således gränstemperaturen in så att den är 1 225°C - X°C, där X exempelvis är 100, eller en annan lämplig säkerhetsmarginal. Emellertid kan gränstemperaturen ställas in så att den är vilken annan temperatur som helst som är lämplig för det specifika syftet med förfarandet en- ligt föreliggande uppfinning, såsom strax under metallmateri- alets 3 smältpunkt eller strax under metallmaterialets 3 glödskalssmältpunkt.

Inledningsvis kan de båda tidsperiodernas längd ställas in baserat på en empirisk undersökning med hjälp av just den typ av metallmaterial 3 som skall värmas, den använda industriug- nen 2, metallmaterialets 3 starttemperatur, etc. Det är även möjligt att längden hos de inledande tidsperioderna är dyna- miska, i den meningen att deras respektive effektläge bibe- hålls till dess att ett visst villkor uppfylls.

Således bringas metallmaterialets 3 yta att värmas upp under det tillslagna läget. Under det frånslagna läget leds värmen från metallmaterialets 3 yta, ned i metallmaterialets 3 inre delar och bringas således att genom värmeledning värma upp metallmaterialets 3 övriga volym, samtidigt som materialets 3 10 15 20 25 30 531 07? ytskikt svalnar. För varje alternerande cykel mellan tillsla- get läge och frånslaget läge bringas vidare metallmaterialets 3 volym att värmas upp alltmer, vilket följaktligen även gäller dess ytskikts genomsnittliga temperatur sedd över en hel cykel.

Detta initiala alternerande förlopp visas grafiskt i Fig. 2 som ”Fas A”.

Exemplifierande värden under Fas A är för den första tidsperioden (tillslaget läge) 15 sekunder och för den andra tidsperioden (frånslaget läge) 15 sekunder.

Reglerenheten 6 bringas kontinuerligt att erhålla information om metallmaterialets 3 genomsnittliga yttemperatur från tem- peratursensorn 7. den När genomsnittliga yttemperaturen överskrider ett visst första bestämt värde bringas regleren- heten 6 att växla över till att förkorta det tillslagna lä- gets tidsperiod över varje alternerande cykel. Detta anges i Fig. 2 som ”Fas B”. Denna förkortning av det tillslagna lä- gets tidsperiod medför att metallmaterialets 3 yta hinner värmas upp i mindre utsträckning under varje första tidsperi- od, då det tillslagna läget råder, och dess temperatur hinner inte komma över den förutbestämda gränstemperaturen under det tillslagna I läget, trots metallmaterialets 3 högre invändiga temperatur relativt utgångstemperaturen jämfört med under inledningen av Fas A.

När den genomsnittliga yttemperaturen överskrider ett visst andra bestämt värde, bringas reglerenheten 6 att växla över till att dessutom förlänga det frånslagna lägets tidsperiod över varje alternerande cykel. Detta anges i Fig. 2 som ”Fas C”. Denna förlängning av det frånslagna lägets tidsperiod medför att metallmaterialets 3 yta hinner svalna i större utsträckning än i Fas B under det frânslagna läget, för att 10 15 20 25 30 531 077 säkerställa att metallmaterialets 3 yta inte heller fortsätt- ningsvis överskrider den förutbestämda gränstemperaturen.

När den genomsnittliga yttemperaturen överskrider ett visst tredje bestämt värde bringas reglerenheten 6 att växla över till att dessutom minska det tillslagna lägets effekt till exempelvis halva DFI-brännarens vilket ytterligare minskar uppvärmningen under det tillslagna läget. 1 maximala effekt, Detta anges i Fig. 2 som ”fas D”.

Fas D bringas att upprätthållas, med dess måttliga uppvärman- de effekt, till dess att metallmaterialets 3 genomsnittliga yttemperatur uppnår ett visst förutbestämt värde. Alternativt bringas fas D att upprätthállas under en viss förutbestämd tidsperiod. Den förutbestämda, genomsnittliga yttemperaturen eller den förutbestämda tidsperioden kan vara empiriskt fast- ställda, baserat på det material som värms, den önskade slut- liga, homogena temperaturen, etc.

För att uppnå en förutbestämd slutlig, homogen temperatur i hela metallmaterialets 3 volym, används därefter en annan uppvärmningsanordning, till exempel en ugn med brännare av konventionellt snitt, för att slutföra uppvärmningen av me- tallmaterialet 3. Om den önskade slutliga, homogena tempera- turen exempelvis är 1 225°C, pågår detta andra uppvärmnings- steg till dess att denna temperatur har uppnåtts i hela me- tallmaterialets 3 volym.

Således bringas i förfarandet som beskrivits ovan, med hän- visning till Fas A, Fas B, Fas C och Fas D, motsvarande ef- fektvärden och/eller~ motsvarande tidsperioder över på var- andra följande cykler att förändras, så att det högre effekt- värdet minskas, det lägre effektvärdets motsvarande tidsperi- 10 15 20 25 30 531 07? od förlängs och/eller det högre effektvärdets motsvarande tidsperiod förkortas, så att den genomsnittliga effekten riktad mot metallmaterialets 3 yta över en senare cykel är mindre än denna genomsnittliga effekt över en tidigare cykel.

Reglerenheten 6 är emellertid inte begränsad till att utföra en reglering såsom den som beskrivits för faserna A, B, C och D. Snarare går det att använda vilken lämplig reglering som helst, där effektvärdena och/eller deras motsvarande tidspe- rioder bringas att förändras över på varandra följande cyk- ler, så att högre och/eller lägre effektvärden minskar, lägre effektvärdens och/eller högre effektvärdens motsvarande tidsperioder förkortas, så motsvarande tidsperioder förlängs att den genomsnittliga effekten riktad mot metallmaterialets 3 yta över en senare cykel är mindre än denna genomsnittliga effekt över en tidigare cykel.

I den beskrivna utföringsformen bringas förändringen av ef- fektvärdena och/eller deras motsvarande tidsperioder att förändras som en funktion av nætallmaterialets 3 momentana yttemperatur.

Regleringen kan emellertid även bringas att utföras baserat inte bara på den momentana yttemperaturen hos metallmateria- let 3, såsom mäts med hjälp av en pyrometer, utan även på andra och/eller parametrar, såsom exempelvis beräkningar erfarenhetsvärden. Dessutom kan en annan typ av temperatur- sensor användas istället för en pyrometer, såsom exempelvis en värmekamera.

Dessutom kan föreliggande förfarande användas som ett komple- ment_ till andra uppvärmningsförfaranden, till exempel i. en industriugn, tillsammans med andra uppvärmningsanordningar. 10 531 077 10 Ett exempel på detta är användning i en vagnugn för värmning av ett göt, där ugnen värms upp med hjälp av dess egna, kon- ventionella värmeelement eller -brännare. I detta fall place- ras extra brännare för uppvärmning i enlighet med uppfinning- ens förfarande exempelvis i valvet och i nedre delen av ug- nen, riktade direkt mot götet. Ämnena chargeras kalla eller förvärmda.

Ovan har olika föredragna utföringsformer beskrivits. Emel- lertid kommer det att vara uppenbart för fackmannen att många förändringar kan göras av den beskrivna utföringsformen utan att frångå uppfinningens tanke. Sålunda skall uppfinningen inte vara begränsad av de beskrivna utföringsformerna, utan vara möjlig att variera inom ramen för de bifogade kraven.

Claims (11)

15 20 25 531 07? ll P A. T E N T K R .A. V

1. Förfarande för att värma metallmaterial, såsom ett ämne (3), med hjälp av minst en DFI-brännare (1), där värmeeffek- ten hos DFI-brännarens (1) låga (10) bringas att pulsera i cykler, så att värmeeffekten bringas att alternera mellan minst två olika, förutbestämda effektvärden, varvid varje respektive förutbestämt värde upprätthålls under en viss respektive tidsperiod och vissa effektvärden bringas att vara lägre än andra, där effektvärdena bringas att vara tillräck- ligt låga och tidsperioderna bringas att vara tillräckligt korta för att kombinationen av effektvärdena och deras mot- svarande tidsperioder skall medföra att metallämnets (3) yta inte bringas att värmas upp över en viss förutbestämd gräns- temperatur under de högre effektvärdenas tidsperioder, där denna pulserande värmning av metallmaterialet (3) avbryts när ett visst slutvillkor är uppfyllt, k ä n n e t e c k n a t a v att gränstemperaturen är lägre än metallmaterialets (3) slutliga, homogena temperatur och av att metallmaterialet (3) slutligen uppvärms till en förutbestämd slutlig, homogen temperatur med hjälp av ett annat konventionellt värmnings- förfarande.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att slutvillkoret är att metallmaterialets (3) ytas genom- snittliga temperatur över en hel cykel överskrider ett visst förutbestämt värde.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att slutvillkoret är att en viss tid har förflutit från för- farandets början. 15 20 25 30 531 07? 12

4. Förfarande enligt något av föregående krav, t e c k n a t att de olika, k ä n n e - a v förutbestämda effektvärdena åstadkoms genom reglering av' mängden tillfört bränsle och oxidant till DFI-brännaren (1).

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k äI1n e - t e c k n a t a v att regleringen av DFI-brännaren (1) sker enligt ett on/off-förfarande.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ärin e - t e c k n a t a v att gränstemperaturen är lägre än metall- materialets (3) smälttemperatur.

7. Förfarande enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e - t e c k n a t a v att gränstemperaturen är lägre än metall- materialets (3) glödskalssmälttemperatur.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - t e c k n a t a v att motsvarande effektvärden och/eller motsvarande tidsperioder över på varandra följande cykler bringas att förändras, så att högre och/eller lägre effekt- värden minskar, lägre effektvärdens motsvarande tidsperioder förlängs och/eller högre effektvärdens motsvarande tidsperio- der förkortas, så att den genomsnittliga effekten riktad mot metallmaterialets (3) yta över en senare cykel är mindre än denna genomsnittliga effekt över en tidigare cykel.

9. Förfarande k ä n n e t e c k n a t enligt krav 8, 8 V att förändringen av effektvärdena och/eller deras motsvarande tidsperioder bringas att förändras som en funktion av metall- materialets (3) momentana yttemperatur. 53% 077 13

10. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t a v att DFI-brännaren drivs med en oxidant som. har ett syreinnehåll överskridande 85 vikts-%.

11. ll. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t a v att DFI-brännaren (1) används i en indu- striugn (2) tillsammans med andra uppvärmningsanordningar.