燃烧器、包括燃烧器的金属熔化炉和加热熔化金属的方法技术

一种熔化铁类碎块的燃烧器５０和其类似装置，它包括与混合室５８相通的一个燃料出口５６和一个第一氧化剂（Ｏ↓［２］）供应出口５２。该燃烧器５０还有一个主出口６２和一个第二氧化剂供应出口５４。此外还有一个与混合室５８相连的收缩－扩张型喷嘴。阀６４控制送给出口５６的气体燃料的流量，阀６６和５８分别控制送给出口５２和５４的第一和第二氧化剂的流量。在操作中，向出口５２和５４供应氧化剂，通过喷嘴６０使热火焰或燃烧气体加速，使其达到音速或超音速。这种较高的速度易于使燃烧气体穿过渣层进入熔化的金属中。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃烧器，特别涉及熔化金属用的燃烧器，当然本专利技术并不仅限于此。常规的熔化金属的装置包括具有辅助吹氧枪的公知电弧炉(如附图说明图1和图2所示)。该炉的操作包括在电极之间电击形成电弧从而产生通过待熔化金属的热流，以及使用吹氧枪吹入附加氧气，该氧枪可在需要时任意地靠近或远离金属。一旦放电，电弧会将金属加热到大约1620℃～1700℃的最终出炉温度，同时氧气氧化金属中不需要的成份，并使该成份从金属中分离出来，形成隔绝渣层，该渣层浮于熔化的金属表面。该隔绝渣层可防止炉壁和电极遭受飞溅起来的熔化金属的破坏。在炉壁上经常设置辅助氧气/燃料燃烧器，以辅助电弧加热的效果。但很不幸，虽然在初始熔化阶段该燃烧器具有较突出的优点，但是它们经常无法在最后和关键的加热步骤中穿透渣层，因而在达到最终出炉温度时几乎不起作用。在熔化期间经常采用辅助气体风口将氧气和其它气体直接吹入熔化的金属体中。上述风口虽然可促进熔化金属的循环，从而有助于热量的重新分布，但是一般吹入的是较凉的气体，这样只会加剧达到最终出炉温度时所产生的问题。本专利技术的目的在于减少并尽可能地消除上述结构所具有的问题。因此，本专利技术提供了一种燃烧器，它包括主体部分，其具有主出口；至少一个第一氧气供应出口和至少一个第二氧化剂供应出口，上述第二出口位于可将氧化剂送至所述主出口下游的位置；燃料出口；混合室，它位于主体内，与所述燃料出口和第一氧化剂供应出口连通，以便使燃料和第一氧化剂混合；加速器，它位于接收室下游，以便加速从混合室排出的气体；氧化剂流量控制装置，它控制从所述第一和第二氧化剂出口流出的氧化剂的流量，从而在不同的操作模式下氧化剂能以不同的流速从所述氧化剂出口中的任意一个出口或两个出口同时射出。在点燃燃料与第一和第二氧化剂中的一种或两种氧化剂的混合物时，燃烧器可按不同的模式有选择地操作，从而能够在加速器的下游侧或在加速器的上、下游两侧燃烧，而且该燃烧器产生以亚音速、音速或超音速排出燃烧器的排出气体。另一方面，本专利技术还提供了一种在下述炉中加热熔化金属的方法，该炉包括炉壁和上述燃烧器，其方法的步骤包括通过加速器使燃烧器在火焰气体为音速或超音的条件下工作，并使从燃烧器排出的热气体进入熔化的金属中。上述燃烧器可在亚音速以及无第一氧化剂的条件下工作。在加热操作期间，上述燃烧器的头部可以位于下述的一个或多个位置中，此位置为熔化的金属和其上面渣层表面的上方，但靠近该表面；渣层内；熔化的金属中；熔化的金属和渣的交界面处。当需要向熔化的金属供应氧化剂时，上述燃烧器按超化学计算量的氧化剂/燃料摩尔比操作，当不需要向熔化的金属供应氧化剂时，上述燃烧器按化学计算量的或亚化学计算量的氧化剂/燃料摩尔比操作。上述燃烧器可包括用来点燃燃料氧化剂混合物的独立点火器，如压电装置。作为替换方式，上述燃烧器可不设置该独立点火器，而是通过外部装置，如用炽热长蜡芯(glowing taper)进行点火。实际上，如果熔化炉已处于较高温度，则其本身可将燃烧器排出的燃料--氧化剂混合物点燃。下面参照附图通过实例对本专利技术作进一步描述。图1和2为已有电弧炉的剖面图；图3-8为带有本专利技术燃烧器的炉子的剖面图；图9为本专利技术燃烧器的端面图；图10为沿图9中箭头A--A方向的燃烧器剖面图。上述附图不是按比例绘制的。参照图1和2，电弧炉10包括砖衬砌基础12，炉壁14和贯穿有电极18、19、20的顶部16。吹氧枪22按下面将描述的方式设置，以便它可沿箭头I、O的方向伸入炉内或从其中移出。在沿炉壁的许多点上可设置辅助燃烧器24，其位于可使加热火焰26向下朝向待熔化金属28的位置。气体风口30以下面将要描述的方式位于可将气体直接引入熔化金属主体中的位置。在操作中，当电极移向金属碎块28时，在电极之间产生电弧，这样该电弧以本领域普通技术人员公知的、故在这里不再描述的方式加热金属碎块28并使其熔化。在金属碎块开始熔化时，电极进一步移向剩余的金属碎块，以便确保有效的熔化，并减轻电极的损坏。一旦金属碎块完全熔化，若有氧枪则采用吹氧枪22和风口30向熔化的金属28中喷射氧气，并氧化/去除不需要的杂质，之后这些杂质会升至表面并形成隔离渣层32。这些渣可形成重要的防护层，该层可避免电极和炉壁遭受熔化金属的破坏，同时它还可起有效地防止燃烧器24将熔化的金属加热至最终出炉温度的隔离层的作用。通过风口30供应气体来冷却熔化的金属，从而使该金属更难于升至最终的出炉温度。与上述已有技术形成明显的对照，图3-10所示的本专利技术提供了一种极简单且能高效地加热/喷射气体的装置，该装置可迅速地熔化金属碎块，有效地形成所需的渣层，并且易于达到最终的出炉温度。特别是，本专利技术提供了一种燃烧器/喷射气体组合式的装置，该装置可在渣层中及渣层的上、下方操作，从而无需电极18、19、20以及辅助燃烧器24和风口30，另外，在熔化的金属升至最终的出炉温度时，可直接向熔化的金属传递热量。参照图3-10，特别是图9和图10，本专利技术提供了一种燃烧器50，它包括主体部分51，图10中仅示出了该主体部分的末端或头部50a，另外燃烧器还包括第一、第二氧化剂出口52、54和燃料出口56。头部50a一般由铜或铜合金制成。一个或许多第一氧化剂出口52和燃料出口56处在可将燃料/氧化剂排入整体地位于主体部分51内部的混合室58中的位置上，并且在收缩--扩张型喷嘴60形成的加速器的上游。喷嘴60的出口端形成燃烧器的主出口62，其作用将在下面进行描述。第二氧化剂出口54由多个槽形出口形成，该多个槽形出口围绕着喷嘴中心线圆周地间隔布置，位于可将氧化剂引入出口62下游区域的位置。如果需要，可设置图中所示的阀64、66和68构成的流量控制装置，以便控制送至出口52-56的燃料和氧化剂的流量。在燃烧器的头部50a周围设有多个冷却通道69，它们是连通的以便冷却流体(如水)从中通过，这样可在操作期间对该头部进行冷却。上述燃烧器可按多种不同的模式操作。比如，可向第一氧化剂通道提供氧气，这样燃料可在燃烧器主体部分51内的混合室58中与氧气相互混合。在点燃时，燃烧发生在收缩--扩张型喷嘴60的前面。如果在喷嘴60前发生燃烧，热的火焰气体会膨胀通过喷嘴60从而形成可穿透钢液的音速或超音速高温气流。如果不向第一氧化剂出口提供氧气，燃烧器以火焰根部在主出口62下游的头部混合模式操作。这里的这种操作模式有时被叫作“管中管(tube in tube)”模式。根据操作模式，氧气可以高(H)、中(M)或低(L)的流速从其中一个或从两个氧化剂出口供给，并且供给的氧化剂/燃料比大于、等于或小于2∶1，从而提供富氧和缺氧燃烧。与传统的头部混合燃烧器相对照，这里的气体在燃烧器主体外混合，并且氧与反应基出现在燃烧器外的一段距离后，本专利技术可基本达到完全燃烧。因此，本专利技术的燃烧器可避免下述问题，即与金属发生反应的反应物质量不确定，因此产量或产品质量发生不希望的变化。虽然在某些情况下最好采用该燃烧器向燃烧产物中喷入氧化剂，如O2，但同传统的既不知道也不易预计出上述物质的实际浓度的燃烧器相比，本专利技术的燃烧器能够控制喷射方式。参照图3-8，可以知道采用本专利技术的燃烧器的炉子结构与图1和2所述的不同。特别应注意到图中没有电极18、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器，它包括：主体部分，其具有主出口；至少一个第一氧气供应出口和至少一个第二氧化剂供应出口，所述的第二出口位于可将氧化剂送至主出口下游的位置；一个燃料出口；一个混合室，它位于主体部分内并与所述燃料出口和所述第一氧化剂供 应出口相通，以便使燃料与第一氧化剂混合；加速器，它位于接收室的下游，用于加速来自混合室的气体；以及氧化剂流量控制装置，它控制从所述第一和第二氧化剂出口排出的氧化剂的流量，从而可在不同的操作模式下使氧化剂从上述出口中的其中一个或两个出 口以不同的速度射出；在点燃燃料与第一及第二氧化剂中的其中一种或两种的混合物时，燃烧器可按不同的模式有选择地操作，从而既可在加速器的下游侧也可在加速器的上、下游两侧进行燃烧，这样所述燃烧器可产生以亚音速、音速或超音速从其排出口排出气体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CJ费尔德曼，
申请(专利权)人：英国氧气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]