DE2343861C2 - Brenner für Öfen der Metallverarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für öfen der Metallverarbeitung, insbesondere für gasförmige Brennstoffe und zur Anwendung in Glüh- und Wärmeöfen, mit einem feuerfest ausgekleideten Gehäuse, das wenigstens einen Verbrennungslufteinlaß, eine feuerfeste Stirnwand mit einer mittigen Brennstoffaustrittsöffnung, an die ein sich axial durch das Gehäuse erstreckendes Brennstoffzufuhrrohr angeschlossen ist, und die Brennstoffaustrittsöffnung koaxial in einem Kranz umgebende Luftaustrittsöffnungen aufweist, wobei die über diese aus einer das Brennstoffzufuhrrohr umgebenden ringförmigen Verbrennungsluftkammer austretende Verbrennungsluftmenge veränderbar ist.

Ein derartiger Brenner für Tiefofen ist aus der US-PS 18 062, insb. Fig. 5, bekannt, wobei zwei Kränze von Luftaustrittsöffnungen die mittige, zurückgesetzte

Brennstoffaustrittsoffnung umgeben. Bei Vollast wird normalerweise der äußere Kranz von Luftaustrittsöffnungen in Betrieb genommen, während der innere, gegenüber dem äußeren zurückgesetzte Kranz von Luftaustrittsöffnungen nur bei Teillast arbeitet Hierdurch ist die für die Behandlung der Stahlblöcke in der Aufheiz- und Glühperiode erforderliche Wärmezufuhr mittels einer einstellbaren Flamme erreichbar, wozu jedoch ein aufwendiger Brenner verwendet wird, der als

ίο ein großer Brenner angesehen werden kann, in dem ein kleiner Brenner angeordnet ist Zum Erhitzen der Stahlblöcke wird der äußere Brenner bei der höchstmöglichen Leistung betrieben, um die Stahlblöcke so schnell wie möglich auf die Walztemperatur zu bringen. Bei Erreichen der Soll-Temperatur wird auf den inneren Brenner zurückgestellt, um die geeignete Temperatur beim Glühen aufrechtzuerhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Brenner mit einstellbarer Flamme dahingehend fortzuentwickeln, daß er sich einfacher und betriebssicher aufbauen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs genannten Brenner darin, daß zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungsluftkammer wenigstens teilweise eine Verschlußeinrichtung vorgesehen ist, mit der die Verbrennungsluftzufuhr zu einigen der Luftaustrittsöffnungen unterbrechbar ist.

Bei diesem Brenner vermischen sich der Brennstoff und die Verbrennungsluft an der gleichen Stelle unabhängig von der Anzahl der eingeschalteten Verbrennungsluftdurchlässe durch ihre Anordnung in einem Kranz, wobei bei konstanter Energiezufuhr die Temperatur an einer bestimmten Stelle des Ofens durch Regulierung der Flammencharakteristik durch die

Verschlußeinrichtung verändert werden kann. Es sind plötzliche starke Änderungen in den Brennmittelmengen und Mischungsverhältnissen und damit in der Heizleistung möglich, ohne daß Änderungen in der Flammenverteilung die Folge sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Verschlußeinrichtung in Achsrichtung gegen jeweils eine Luftaustrittsöffnung verschiebliche feuerfeste Verschlußstöpsel auf. Die Luftaustrittsöffnungen werden im allgemeinen mittels der Verschlußeinrichtung nicht alle gleichzeitig verschlossen, sondern nur einige von ihnen. Es ist möglich, den Brenner mit Teillast zu betreiben, um eine Mindestheizleistung von beispielsweise 5 bis 10% aufrechtzuerhalten. Feuerfeste ringförmige Drosselorgane zur Regelung des Luftdurchsatzes in einem regelbaren Brenner stromauf der Brennstelle sind an sich bekannt (DE-AS 17 76 121). Dieser bekannte Brenner läßt sich kaum wirtschaftlich derart ausbilden, daß er gegen Hitzestrahlung aus dem Feuerraum

unempfindlich ist, so daß dessen Einsatz in Glühofen nicht sinnvoll erscheint, sondern bestimmungsgemäß nur für normale Kesselfeuerungen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Brenners ist vorgesehen, daß die Verschlußeinrichtung eine die

Verbrennungsluftkammer diagonal durchsetzende und sie in eine vordere und eine hintere Kammer unterteilende Trennwand hat, daß einige der Luftaustrittsöffnungen an die hintere Kammer angeschlossen sind, während die restlichen Luftaustrittsöffnungen in die vordere Kammer münden, und beide Kammern getrennte Verbrennungslufteinlässe aufweisen und daß der hinteren Kammer ein vorgeschaltetes Ventil zugeordnet ist Eine solche Ausgestaltung ist zum Teil

aus der einen Brenner mit zwei Kränzen von Luftaustrittsöffnungen um eine zentrale Brennstoffzuführung zeigenden US-PS 32 09 811 bekannt, der eine eine Verbrennungsluftkammer in eine vordere Kammer und eine hintere Kammer unterteilende Tr snnwand hat, so daß einige der Luftaustrittsöffnungen an die hintere Kammer und andere an die vordere Kammer angeschlossen sein können. Diese Trennwand reicht in den LufteinlaB hinein und trägt an ihrer einiaßseitigen Stirnkante eine verstellbare Luftklappe, mit welcher der in die hu/tere Kammer oder vordere Kammer gelangende Luftstrom ganz oder teilweise unterbrochen werden kann.

Jeder Verschlußstöpsel kann von einer achsparallelen durch die Brennerrückwand verlaufenden Stange gehalten sein, die verschieblich in einem an dem Brennstoffzufuhrrohr befestigten Halter geführt ist. Auf diese Weise sind die Stöpsel leicht von außen her gegen einen in der feuerfesten Brennerstirnwand ausgebildeten Verschlußsitz anlegbar, so daß die nicht mit Verbrennungsluft versorgte Luftaustrittsöffnung keine Hitzestrahlung in das Brennerinnere durchlassen kann, wie das bei jenen Brennern der Fall ist, bei denen die Luftzufuhr mit Abstand von den Austrittsöffnungen, beispielsweise durch Ventile in den Zuluftleitungen, unterbrochen wird.

Zweckmäßig ist es ferner, wen: die an die hintere Kammer angeschlossenen Luftaustriitsöffnungen über Rohre mit der Trennwand verbunden sind, weil diese dann von den zu den anderen Luftaustrittsöffnungen strömenden Luftströmen gekühlt sind.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner mit einstellbarer Flamme und schräger Trennwand, F i g. 2 eine Stirnansicht des Brenners nach F i g. 1,

F i g. 3 eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform nach Fig.3 mit axial beweglichen Verschlußstöpsein, wobei der Längsschnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 3 geführt ist,

Fig.5 einen Schnitt durch einen den Fig. 1 und 2 vergleichbaren Brenner mit konzentrischen Brennstoffrohren und

F i g. 6 einen Längsschnitt durch einen den F i g. 3 und 4 vergleichbaren Brenner mit konzentrischen Brennstoffzufuhrrohren.

Der Brenner W besteht aus einem Brennergehäuse 11 mit einer inneren feuerfesten Auskleidung 12, s. Fig. 1 bis 6, und kann mittels eines Flansches 13 an einer Ofenwand befestigt werden. Die Stirnwand 14 ist feuerfest. Die Rückwand 15 besteht aus einer mit einer feuerfesten Auskleidung 16 versehenen Stützplatte, Ein Brennstoffzufuhrrohr 17 verläuft mittig durch den Brenner zu einer Brennstoffaustrittsöffnung 18 in der feuerfesten Stirnwand 14, wie dies in den F i g. 1 bis 4 gezeigt ist. Das Brennstoffzufuhrrohr 17 verläuft durch die Rückwand 15. An es wird eine Brenngasleitung über ein einstellbares Ventil angeschlossen. Zwischen dem Brennstoffzufuhrrohr 17 und der feuerfesten Auskleidung 12 ist eine ringförmige Verbrennungsluftkammer 20 gebildet.

In der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ist die Kammer 20 mit Hilfe einer schrägen Trennwand 23, die von der oberen rückwärtigen Innenfläche des Gehäuses 11 zu der unteren vorderen Innenfläche des Gehäuses verläuft, in zwei Kammern, eine hintere Kammer 22 und eine vordere Kammer 21, unterteilt Die Trennwand 23 hat eine mittige Öffnung, durch die das Brennstoffzufuhrrohr 17 hindurchgeführt ist

Die feuerfeste Stirnwand 14 enthält mehrere Luftaustrittsöffnungen 24 — in Fig. 2 sind zwölf dargestellt — die auf einem Kreis konzentrisch zur Brennstoffaustrittsöffnung 18 liegen. Die Achsen der Luftaustrittsöffnungen können zu der Brennerlängsachse parallel, konvergierend, divergierend oder in ίο Umfangsrichtung geneigt verlaufen, um die gewünschte Brennstoff-Luft-Mischung zu erzielen. Diese verschiedenen Konstruktionsmöglichkeiten für die Stirnwand sind bereits bekannt Jede dritte Luftaustrittsöffnung oder insgesamt vier stehen mit der rückwärtigen Kammer 22 über ein Rohr 25 aus einer hitzebeständigen Metallegierung in Verbindung, daß von einer Öffnung in der Trennwand 23 in einem versenkten Teil der Luftaustrittsöffnung 24 auf der Rückseite der Stirnwand 14 führt

Die vordere Kammer 21 ist mit einem großen Verbrennungslufteinlaß 26 verbunden und die hintere Kammer 22 an einen kleineren Lufteinlaß 27 angeschlossen. Ebenso wie Brennstoff ständig aus dem Brennstoffzufuhrrohr 17 austritt, strömt Luft aus den acht Luftaustrittsöffnungen 24 ununterbrochen aus. Je nach der gewünschten speziellen Flammencharakteristik wird Luft durch den Lufteinlaß 27 über ein nicht dargestelltes übliches Ventil in die Kammer 22 geleitet. Die Luft strömt durch die Rohre 25 und aus den Luftaustrittsöffnungen 24 aus, um die Flammencharakteristik und das resultierende Temperaturprofil des Ofens, den der Brenner befeuert, zu ändern.

In den Fig.3 und 4 kann das Verschließen von bestimmten Luftaustrittsöffnungen 24 der Stirnwand 14 mit Hilfe von längsverschieblichen feuerfesten Stöpseln 30 erreicht werden, die in die Verbrennungsluftkammer 20 geführt sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Stöpsel 30 jeder dritten Luftaustrittsöffnung 24 einer Stirnwand 14 mit neun Öffnungen zugeordnet. Die feuerfesten Stöpsel 30 kommen am sich rückwärtig konisch erweiternden Teil der verschließbaren Öffnungen 24 zur Anlage. Sie sind am Ende einer verschieblichen Stange 31 befestigt, die durch eine öffnung in der Rückwand 15 nach außen geführt ist. Die Stangen 31 sind gleitend in kreuzförmigen Haltern 32 geführt, die auf das mittige Brennstoffzufuhrrohr 17 geklemmt sind. Ein einziger Verbrennungslufteinlaß 33 führt in das Gehäuse 11 zur Luftkammer 20. Die Stangen 31 können mit der Hand betätigt werden, um bestimmte Verbrennungsluftaustrittsöffnungen 24 zu verschließen, sofern sie nicht mittels einer Steuereinrichtung fernbedienbar sind. Eine solche Fernsteuereinrichtung könnte in Abhängigkeit der Temperatur an bestimmten Ofenstellen betätigt werden.

Die Ausführungsform der F i g. 1 und 2 sowie der F i g. 3 und 4 haben einen vergrößerten Flammeneinstellungsbereich, wenn ein weiteres Brennstoffzufuhrrohr 35 konzentrisch in das andere Brennstoffzufuhrrohr 17 eingesetzt wird, wie es die F i g. 5 und 6 zeigen. Das weitere Brennstoffzufuhrrohr 35 führt ebenfalls zur mittigen Austrittsöffnung 18 und verläuft nach rückwärts durch die Rückwand 15. Wenn ein inneres Brennstoffzufuhrrohr 35 zusätzlich zum äußeren Brennstoffzufuhrrohr 17 verwendet wird, erfolgt die Brennstoffzufuhr über ein großes T-Stück 36, daß an der Außenseite der Rückwand 15 angebracht ist. Das T-Stück 36 hat einen axialen Einlaßanschluß 37, der mit dem inneren Rohr 35 verbunden ist. und einen dazu

rechtwinkligen seitlichen Einlaßanschluß 38, der zum äußeren Brennstoffzufuhrrohr 17 führt. Das innere und das äußere Brennstoff'zufuhrrohr können unabhängig oder in Verbindung mit der fernverstellbaren Verschlußeinrichtung verwendet werden, um einen weiteren Bereich der Flammeneinstellung für eine gegebene Heizleistung zu liefern.

Nach Versuchen, bei denen ein Brenner gemäß F i g. 6 in einem wassergekühlten metallurgischen Ofen verwendet wurde, kann die Temperatur bei konstanter Energiezufuhr je nach der Flammencharakteristik an

einem gegebenen Punkt im Ofen um einen erheblichen Betrag, beispielsweise 95°C variieren. Die Beeinflussung der Flammencharakieristik liefert daher ein Mittel zur genauen Temperatursteuerung, die den aufeinanderfolgenden Behandlungsschritten eines Werkstoffes angepaßt ist, das durch den metallurgischen Ofen hindurchläuft. Zusätzlich ist die Verschlußeinrichtung keinen heißen Verbrennungsprodukten ausgesetzt und kann daher während der gesamten Lebensdauer des Brenners verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Brenner für öfen der Metallverarbeitung, insbesondere für gasförmige Brennstoffe und zur Anwendung in Glüh- und Wärmeöfen, mit einem feuerfest ausgekleideten Gehäuse, das wenigstens einen Verbrennungslufteinlaß, eine feuerfeste Stirnwand mit einer mittigen Brennstoffaustrittsöffnung, an die ein sich axial durch das Gehäuse erstreckendes Brennstoffzufuhrrohr angeschlossen ist, und die Brennstoffaustrittsöffnung koaxial in einem Kranz umgebende Luftaustrittsöffnungen aufweist, wobei die über diese aus einer das Brennstoffzufuhrrohr umgebende ringförmigen Verbrennungsluftkammer austretende Verbrennungsluftmenge veränderbar ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungsluftkammer (20) wenigstens teilweise eine Verschlußeinrichtung vorgesehen ist mit der die Verbrennungsluftzufuhr zu einigen der Luftaustrittsöffnungen (24) unterbrechbar ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Verschlußeinrichtung in Achsrichtung gegen jeweils eine Luftaustrittsöffnung (24) verschiebliche feuerfeste Verschlußstöpsel (30) aufweist (F ig. 4,6).

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung eine die Verbrennungsluftkammer (20) diagonal durchsetzende und sie in eine vordere Kammer (21) und eine hintere Kammer (22) unterteilende Trennwand (23) hat, daß einige der Luftaustrittsöffnungen (24) an die hintere Kammer (22) angeschlossen sind, während die restlichen Luftaustrittsöffnungen in die vordere Kammer (21) münden, und beide Kammern getrennte Verbrennungslufteinlässe (26, 27) aufweisen und daß der hinteren Kammer (22) ein vorgeschaltetes Ventil zugeordnet ist (F i g. 1,5).

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verschlußstöpsel (30) von einer achsparallelen, durch die Brennerrückwand (15) verlaufenden Stange (31) gehalten ist, die verschieblich in einem an dem Brennstoffzufuhrrohr (17) befestigten Halter (32) geführt ist.

5. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die hintere Kammer (22) angeschlossenen Luftaustrittsöffnungen (24) über Rohre (25) mit der Trennwand (23) verbunden sind.