專利名稱：尤其是用于鋼鐵再加熱爐的流體燃料燒嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體燃料燒嘴且尤其是用于鋼鐵產(chǎn)品再加熱爐的流體燃料燒嘴。本發(fā)明的目的是設(shè)計出一種火焰鋪展的燒嘴，依靠此燒嘴來改善由火焰形成的熱流的分布，以抑制在待加熱產(chǎn)品中引起的溫度不均勻性。
我們都知道，熱處理爐且尤其是再加熱爐和均熱爐是設(shè)計用于將產(chǎn)品且特別是板坯和大方坯等加熱到如軋制或者是為了獲得某種冶金組織而需要的溫度。
我們還知道，產(chǎn)品的加工質(zhì)量如軋制質(zhì)量或熱處理質(zhì)量要求在產(chǎn)品中有精確、均勻的溫度，這個溫度取決于所需的加工類型和/或待處理產(chǎn)品的化學成分。
例如，在冶金產(chǎn)品的再加熱爐中，通過使產(chǎn)品經(jīng)過所謂的加熱區(qū)來獲得平均溫度級別，其中所述加熱區(qū)的特點是在較短時間內(nèi)產(chǎn)生可觀的熱流，因此在再加熱產(chǎn)品中產(chǎn)生了明顯的熱不均勻性。為了獲得后續(xù)處理所需的溫度均勻性，離開加熱區(qū)的產(chǎn)品經(jīng)過一個均溫區(qū)，熱流在所述均溫區(qū)內(nèi)很小，由此可以均衡產(chǎn)品內(nèi)部的溫度。
附

圖1以側(cè)視圖和垂直橫截面圖示意地表示了一個已知類型的鋼鐵產(chǎn)品再加熱爐的示例。此爐子屬于上、下加熱的類型。
如圖1所示，待再加熱的產(chǎn)品1在爐子內(nèi)由一個由固定梁2和步進梁3構(gòu)成的系統(tǒng)支承和運送，所述步進梁3依靠平移架4和升降架5的聯(lián)合作用而移動，從而使產(chǎn)品1作皮爾格周期式運動或分步后退，結(jié)果將產(chǎn)品從爐子的入口運向爐子出口。這是一種本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道的系統(tǒng)，它不是本發(fā)明的一部分并因此無需詳述。
爐子是由絕熱室6構(gòu)成的，它如可以從圖1中清楚地看到的那樣分別具有加熱區(qū)和均溫區(qū)以及裝入爐頂中的均熱燒嘴8，其中在所述絕熱室中安裝了上加熱燒嘴7和下加熱燒嘴7’。在此示例中，裝入爐子側(cè)壁內(nèi)的加熱區(qū)的燒嘴7和7’是產(chǎn)生軸向鋪展的軸線對稱火焰的燒嘴。待處理產(chǎn)品被安放在平行于燒嘴軸線的水平平面內(nèi)。燒嘴可以布置在一個位于產(chǎn)品料床平面上方的平面內(nèi)(上燒嘴7)或者位于產(chǎn)品料床平面下方的平面內(nèi)(下燒嘴7’)。爐室6的高度是由產(chǎn)品1的平面與爐底的間距和產(chǎn)品平面與爐頂?shù)拈g距決定的。此高度取決于來自裝在爐子側(cè)壁中的燒嘴7’和7的火焰的形狀和特性。
附圖2示意地示出了由產(chǎn)生軸向鋪展的軸線對稱火焰的燒嘴7和7’產(chǎn)生的熱流的分布情況。在此圖中，參考標記B表示一個燒嘴，P表示產(chǎn)品料床的平面，I表示傳送的熱流的圖象。如圖所示，熱流在垂直且平行于火焰軸線的垂直平面內(nèi)顯示出了不均勻性。這些不均勻點是由在火焰根部的燃燒的逐漸擴展或在火焰中存在熱區(qū)而引起的，這些是這種已知燒嘴的特點。
在此示例中，爐子還具有安裝在處于爐子均溫區(qū)的爐頂中的燒嘴8。它們是產(chǎn)生低軸向動量、強渦流火焰的燒嘴。傳給待再加熱產(chǎn)品的熱流在某個直徑范圍內(nèi)且在一個垂直于燒嘴8的軸線且平行于產(chǎn)品料床的平面內(nèi)是恒定的。這些燒嘴在產(chǎn)品中產(chǎn)生了有限的熱不均勻性，但是，用于由各燒嘴產(chǎn)生的均勻輻射交換的區(qū)域被限制成一個小單位區(qū)域，因此需要設(shè)置大量象8這樣的燒嘴以保證均勻地加熱整個產(chǎn)品表面。圖3示意地示出了裝入爐頂中的燒嘴8。在此圖中，參考標記Z表示各爐頂燒嘴8的主加熱區(qū)，Pv表示爐頂表面，Ip表示在產(chǎn)品料床平面內(nèi)的傳送熱流的圖象。
最后，安裝在產(chǎn)品1料床平面下方的下燒嘴7’是不能用產(chǎn)生低軸向動量、強渦流火焰的燒嘴代替的，這是因為它們因設(shè)有產(chǎn)品支承裝置且在再加熱過程中成型于產(chǎn)品表面上的部分氧化皮掉落而不可能被裝入爐底中。因此，盡管在這種燒嘴中本身就存在熱流分布缺陷，但均溫區(qū)的下燒嘴7’也只能是產(chǎn)生軸向鋪展的軸線對稱火焰的燒嘴。
如從上述內(nèi)容中了解到的那樣，在冶金產(chǎn)品再加熱爐或熱處理鋪展的軸線對稱火焰的燒嘴技術(shù)的限制，或者，只有通過復(fù)雜且昂貴地設(shè)置大量在爐頂上的產(chǎn)生低軸向動量、強渦流火焰的燒嘴才可能局部獲得良好的溫度均勻性。
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種通過擴大火焰與待處理產(chǎn)品料床平面之間的熱交換區(qū)來限制熱流在平行于且垂直于火焰軸線的垂直平面內(nèi)的分布不均勻性的燒嘴。
為了讓人們更清楚地理解本發(fā)明可獲得的效果，參見圖4，它示出了根據(jù)本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)而形成的燒嘴火焰的熱流分布情況。如圖2所示，參考標記B表示燒嘴，P表示產(chǎn)品料床的平面，I表示傳遞熱流的圖象?？梢詮膱D4中明顯看到，本發(fā)明的燒嘴平行于產(chǎn)品料床地形成了火焰鋪展，其熱流優(yōu)選地位于燃燒隧道主對稱軸線的平面內(nèi)且平行于產(chǎn)品平面。將圖4與圖2進行比較，如上所述，圖4清楚地示出了與現(xiàn)有技術(shù)的燒嘴相比本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)進步。
通過本發(fā)明的燒嘴獲得了所示結(jié)果，這種燒嘴的主要特點就是它配有一個形狀寬闊的燃燒隧道，所述隧道開設(shè)有氧化劑噴射孔和燃料噴射孔，這些孔大致平行于該隧道的主對稱軸線，該隧道的內(nèi)部形狀以及燃料噴射孔和氧化劑噴射孔的取向是如此選擇的，即能夠產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物的分布與回收的煙氣的分布之間的差異，由此產(chǎn)生了確保熱流均勻分布的鋪展火焰。
根據(jù)本發(fā)明，該燃燒隧道可以成矩形或橢圓形或者這兩種形狀的組合形狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特點，氧化劑噴射孔和/或燃料噴射孔的軸線位于大致平行于待處理產(chǎn)品平面的平面內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個非限定性實施例，燒嘴可以包括-一方面，配有噴射通道的氧化劑供應(yīng)源，該噴射通道的出口通過所述噴射孔出現(xiàn)在燃燒隧道中，所述噴射孔環(huán)繞燒嘴軸線分布且其軸線位于大致平行于待處理產(chǎn)品平面的平面內(nèi)；-另一方面，位于中心的且配有噴射通道的燃料供應(yīng)源，這些噴射通道環(huán)繞燒嘴軸線分布且其軸線位于大致平行于產(chǎn)品平面的平面射通道環(huán)繞燒嘴軸線分布且其軸線位于大致平行于產(chǎn)品平面的平面內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，噴射通道的出口通過燃料噴射孔出現(xiàn)在燃燒隧道中，或者在本發(fā)明被用于具有獨立的燃料噴射管的情況下，燃料噴射通道和噴射孔位于噴射管內(nèi)。
這些特征導(dǎo)致了弱渦流或沒有渦流的氣體，由此保證了大面積地分布熱流(或反之)，在燃燒隧道出口處的火焰優(yōu)選地在燃燒隧道主對稱軸線的平面內(nèi)并大致平行于產(chǎn)品平面地鋪展開。
根據(jù)另一個實施例，燒嘴具有調(diào)整燒嘴火焰分布區(qū)的裝置，這些裝置可以是通過以至少兩個獨立組的方式輸送氧化劑和/或燃料而形成的。
本發(fā)明的主題還在于一種配有具有上述特點的燒嘴的爐子，而且尤其是用于再加熱鋼鐵產(chǎn)品的爐子。此爐子可具有一道輻射壁或熱交換壁，此壁大致平行于待處理產(chǎn)品平面并面向燒嘴的火焰鋪展平面。這些燒嘴是如此定位的，即火焰鋪展平面大致平行于其中一個爐壁。根據(jù)本發(fā)明，可以將燒嘴安裝到爐子的側(cè)壁中，裝在至少一個爐子前壁內(nèi)并且位于待處理產(chǎn)品平面的上方和/或下方。
根據(jù)以下結(jié)合附圖的描述，將看到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，這些附圖示出了沒有任何限定特征的本發(fā)明的實施例，其中圖1如上所述地以側(cè)視圖和垂直橫截面圖示出了可應(yīng)用本發(fā)明的爐子的一個實施例；圖2示出了由目前知道的上述類型的燒嘴產(chǎn)生的熱流的分布情況；圖3如上所述地是一個表示設(shè)置在圖1所示已知爐子的均溫區(qū)內(nèi)的爐頂燒嘴的分布情況的示意圖；圖4示出了本發(fā)明燒嘴火焰的熱流的分布情況；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的燒嘴的示意圖并且它示出了平行于圖6中的平面P和PS的平面的橫截面；圖6是從爐子內(nèi)側(cè)看過去時同一燒嘴的視圖；以及圖7是與圖5相似的視圖，它示出了構(gòu)成本發(fā)明主題的燒嘴的第二實施例。
圖5和圖6示出了本發(fā)明燒嘴的第一實施例?？梢詮膱D中看到，此燒嘴具有一個寬大的燃燒隧道10，它在如圖所示的非限定性實施例中為矩形，其尺寸為L和H且其位于平面PS內(nèi)的對稱主軸線大致平行于待處理產(chǎn)品1的平面P。當然，這僅僅是一個沒有限定特征的實施例，可以將燃燒隧道10制成具有任何其它寬闊的形狀，如橢圓形的或融合了橢圓形和矩形且L/H比大于1的燃燒隧道。
如圖5所示，可以在寬度范圍F內(nèi)使燃燒隧道10的壁向外擴大。
燃料(在此非限定性實施例中是氣體)供應(yīng)源在12處與燒嘴相連，燃料是經(jīng)過孔14噴入的。氧化劑(在此非限定性實施例中是空氣)供應(yīng)源在11處與燒嘴相連，氧化劑是經(jīng)過孔13噴入的。
燃料和氧化劑噴射通道環(huán)繞燒嘴軸線分布。它們的軸線位于大致與平面PS平行的平面內(nèi)，從而保證了各流體的優(yōu)選分布，這使得火焰在一個大致平行于平面PS和平面P的平面內(nèi)鋪展開。
于是，燒嘴在隧道10的出口處產(chǎn)生了熱流在大致平行于平面PS的平面內(nèi)均勻分布的鋪展火焰。所獲得的熱流分布情況如圖4所示。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特點，燒嘴可以配有調(diào)整燒嘴火焰的熱流的分布區(qū)域的裝置。這樣的裝置的一個實施例由圖7示出。
此圖示出了結(jié)合圖5和圖6描述的本發(fā)明燒嘴的各組成部分。在沒有限定特征的該實施例中，氧化劑被分成獨立的兩組11A、11B，它們分別向獨立的兩組噴射通道13A、13B供應(yīng)氧化劑，噴射通道13A、13B的軸線大致平行于平面PS。這兩組通道可以相對燒嘴軸線以相同的或不同的方式傾斜。
調(diào)整流過兩組噴射通道13A、13B的兩股氧化劑的流速和壓力之比可以調(diào)整火焰鋪展的區(qū)域。當然，至于燃料供應(yīng)，可以采用同樣的布置結(jié)構(gòu)，也可以獨立分組地形成燃料供應(yīng)系統(tǒng)以便控制并調(diào)整燒嘴熱流的分布區(qū)域。
構(gòu)成本發(fā)明主題的上述燒嘴尤其是可被用于裝備鋼鐵產(chǎn)品的再加熱爐、均溫爐或熱處理爐，顯然這些應(yīng)用例子沒有限定的意味。燒嘴如此地位于這些爐子中，即火焰鋪展的平面大致平行于其中一個爐壁，從而獲得了大致平行于待處理產(chǎn)品平面的輻射壁。
構(gòu)成本發(fā)明主題的燒嘴可被裝入爐子側(cè)壁中并如圖1所示的那樣設(shè)置在產(chǎn)品平面P的上方和/或下方，如在圖1中的7和7’所示的那樣，從而能夠均勻地再加熱產(chǎn)品的上、下表面。
本發(fā)明的燒嘴也可以定位在爐子的至少一個前壁上并定位于待產(chǎn)品產(chǎn)品平面P的上方和/或下方。圖8示出了幾個已知的燒嘴例子，這些燒嘴被裝入圖1所示類型的再加熱爐的前壁中。燒嘴15可以被裝入爐子的端壁內(nèi)并位于產(chǎn)品平面P的上方或下方。燒嘴16可被安裝在沿爐子的任意點上并位于產(chǎn)品平面P的下方。燒嘴17可被安裝在沿爐子的任意點上并位于產(chǎn)品平面P的上方。
如將被理解的那樣，本發(fā)明提供了一種火焰鋪展的燒嘴，它可以限制位于配有這樣的燒嘴的爐子中的產(chǎn)品表面上的溫度梯度并因此可以所傳熱量相同地在整個產(chǎn)品范圍內(nèi)限制溫度梯度。通過擴展火焰與產(chǎn)品料床平面之間的熱交換區(qū)而實現(xiàn)的減少熱流在垂直于并平行于火焰軸線的垂直面內(nèi)的分布不均勻性尤其是可以-縮短產(chǎn)品均溫階段的持續(xù)時間并因而縮短再加熱爐均溫區(qū)的長度；-因在火焰中沒有熱區(qū)或熱點而減少了產(chǎn)品局部過熱的危險，此特征允許處理產(chǎn)品的最終冶金狀態(tài)得到改善。
-使燃燒分布在更大的區(qū)域內(nèi)，由此允許更好地控制這些流體的混合并因此更好地控制爐內(nèi)氣氛和煙氣的成分。這減少了燃燒產(chǎn)生的廢氣的排放量并抑制了氧化皮在再加熱產(chǎn)品表面上的生成；-通過縮短垂直于產(chǎn)品平面的火焰的大小或者通過減少燒嘴數(shù)量來降低爐子加熱室的高度；-用裝入爐壁的少量燒嘴代替裝入爐頂?shù)拇罅繜?，燃料和氧化劑輸送環(huán)路比較短且可以低成本地形成這樣的環(huán)路。
上述優(yōu)點與產(chǎn)品的上、下表面有關(guān)，構(gòu)成本發(fā)明主題的燒嘴可以安裝在位于產(chǎn)品上方或其下方的平面內(nèi)，如圖1所示的那樣。
當然，還要說明的是，本發(fā)明不局限于上述實施例和/或在此示出的例子，而是包含了其任何的變型。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生軸向鋪展的軸線對稱火焰的流體燃料燒嘴，其特征在于，它配有一個具有寬闊形狀的燃燒隧道(10)，所述燃燒隧道開設(shè)有氧化劑噴射孔(13)和燃料噴射孔(14)，這些孔大致平行于所述隧道的主對稱軸線，所述隧道的內(nèi)部形狀以及燃料噴射孔(14)和氧化劑噴射孔(13)的取向是如此選擇的，即能夠產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物的分布與回收的煙氣分布之間的差異，由此產(chǎn)生了確保熱流均勻分布的鋪展火焰。
2.如權(quán)利要求1所述的燒嘴，其特征在于，它配有一個矩形的燃燒隧道(10)。
3.如權(quán)利要求1所述的燒嘴，其特征在于，它配有一個橢圓形的燃燒隧道(10)。
4.如權(quán)利要求1所述的燒嘴，其特征在于，燃燒隧道(10)的形狀是矩形和橢圓形的任何組合形狀。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的燒嘴，其特征在于，氧化劑噴射孔(13)和/或燃料噴射孔(14)的軸線幾乎平行于待處理產(chǎn)品的平面(P)的平面內(nèi)。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的燒嘴，其特征在于，它具有一個配有噴射通道的氧化劑供應(yīng)源(11)，噴射通道的出口通過所述噴射孔(13)位于所述隧道中，所述噴射孔環(huán)繞燒嘴軸線分布并具有位于大致平行于產(chǎn)品平面(P)的平面內(nèi)的軸線。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的燒嘴，其特征在于，它具有一個位于中央的且配有噴射通道的燃料供應(yīng)源(12)，所述噴射通道環(huán)繞燒嘴軸線分布，它們的軸線位于大致平行于待處理產(chǎn)品的平面(P)的平面內(nèi)。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的燒嘴，其特征在于，燃料噴射通道的出口通過所述噴射孔(14)出現(xiàn)在燃燒隧道(10)中。
9.如前述權(quán)利要求1至7之一所述的燒嘴，其特征在于，它是具有一獨立的燃料噴射管類型的燒嘴，燃料噴射通道和噴射孔位于噴射管中。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的燒嘴，其特征在于，以至少獨立的兩組的方式輸送氧化劑和/或燃料。
11.如權(quán)利要求10所述的燒嘴，其特征在于，以獨立的兩組(11A，11B)的方式輸送氧化劑，它們分別給兩組噴射通道(13A，13B)供應(yīng)氧化劑，所述噴射通道的軸線大致平行于產(chǎn)品的平面(P)。
12.如權(quán)利要求11所述的燒嘴，其特征在于，這兩組噴射通道相對燒嘴軸線以相同的或不同的方式傾斜。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的燒嘴，其特征在于，燃燒隧道(10)的壁在其寬度(F)上是擴大的。
14.尤其是用于再加熱鋼鐵產(chǎn)品的爐子，其特征在于，它配有如前述權(quán)利要求之一所述的燒嘴。
15.如權(quán)利要求14所述的爐子，其特征在于，它具有一個輻射壁或熱交換壁，此壁大致平行于待處理產(chǎn)品的平面(P)并面向燒嘴的火焰鋪展面。
16.如權(quán)利要求14或15所述的爐子，其特征在于，燒嘴是如此定位的，即火焰鋪展平面大致平行于其中一個爐壁。
17.如權(quán)利要求14-16之一所述的爐子，其特征在于，燒嘴被安裝到爐子側(cè)壁中并位于待處理產(chǎn)品平面(P)的上方和/或下方。
18.如權(quán)利要求14-17之一所述的爐子，其特征在于，它還包括位于至少一個爐子前壁上且位于待處理產(chǎn)品平面(P)的上方和/或下方的燒嘴。
全文摘要
一種產(chǎn)生軸向鋪展的軸線對稱火焰的流體燃料燒嘴,其特征在于,它配有一個具有寬闊形狀的燃燒隧道(10),所述隧道開設(shè)有氧化劑噴射孔(13)和燃料噴射孔(14),這些孔大致平行于該隧道的主對稱軸線,隧道的內(nèi)部形狀以及燃料噴射孔(14)和氧化劑噴射孔(13)的取向是如此選擇的,即能夠產(chǎn)生在燃燒產(chǎn)物的分布與回收的煙氣分布之間的差異,由此產(chǎn)生了確保熱流均勻分布的鋪展火焰。
文檔編號F27D99/00GK1250814SQ9912151
公開日2000年4月19日 申請日期1999年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者帕特里克·吉羅, 讓－克勞德·蒙格蒙特, 法蘭西斯·帕默 申請人:斯坦尼埃爾迪公司