DE1254364B - Verfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches mit hohem Waermeinhalt zum Schmelzen und/oder zum Frischen von Metallen und Brenner zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22b

Deutsche KL: 40 a-9/06

Nummer: 1254 364

Aktenzeichen: S 97347 VI a/40 a

Anmeldetag: 28. Mai 1965

Auslegetag: 16. November 1967

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Erzeugung von Gasgemischen mit hohem Wärmeinhalt, insbesondere zum Schmelzen von Metallen und/oder zum Frischen derselben, sowie Brenner zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, beim Schmelzen und Frischen von Metallen mittels Brennern über oder auf die zu behandelnden Metalle oxydierende Gase oder Gasgemische mit den höchsten erreichbaren Temperaturen zu blasen. Der hierbei erreichte Wirkungsgrad ist abhängig von der Höhe der Temperatur und dem Ausmaß der Wärmeabgabe an die zu schmelzenden oder zu frischenden Metalle.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades solcher Brenner ist vorgeschlagen worden, hierbei sehr stark oxydierende SauerstoSträger, ja sogar reinen Sauerstoff zu verwenden. Zum gleichen Zweck hat man auch vorgeschlagen, einen Brenner zu verwenden, in dem der Sauerstoffträger und der Brennstoff außerhalb des Brenners miteinander vermischt werden (sogenannter Brennstoff-Sauerstofl-Brenner), wobei vor dem Brenner ein flüssiger Brennstoff in Anwesenheit von reinem Sauerstoff durch den Sauerstoffträger zerstäubt wird. Mit derartigen Brennern können leicht Temperaturen in der Größenordnung von 2500° C bei einem Wärmedurchsatz je Brenner, der den Betrag von 10 000 000 Kalorien je Stunde erheblich übersteigt, erreicht werden, insbesondere deshalb, weil die Austrittsgeschwindigkeiten des Sauerstoffträgers hierbei in der Größenordnung der doppelten Schallgeschwindigkeit liegen können.

Es erweist sich aber als schwierig, die Temperatur eines derartigen Gases oder Gasgemisches, das aus üblichen Brennstoffen bei billigen Gestehungskosten hergestellt wird, noch erheblich zu erhöhen, wenn hierzu ausschließlich chemische Reaktionen mit exothermem Charakter verwendet werden, denn in diesem Fall setzen die spezifischen Eigenschaften solcher Reaktionen diesem Bestreben Schranken, nämlich deren Wärmebilanz, Zersetzungs- (Dissoziations-) Erscheinungen usw. Aus diesem Grund müssen andere Mittel und Wege gefunden werden, um den gewünschten bzw. erforderlichen Wärmedurchsatz bei hohen Temperaturen zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche neuen Mittel und Wege zu finden und ein Verfahren zu schaffen, das eine erheblicheErhöhung der Temperaturen und der Geschwindigkeit des Gases oder der Gasgemische und damit eine entsprechend verbesserte Wärmeübertragung auf die zu schmelzenden und/oder zu frischenden Metalle durch Berührung dieser Gase oder Gasgemische mit den Metallen ermöglicht.

Verfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches mit hohem Wärmeinhalt zum Schmelzen und/oder
zum Frischen von Metallen und Brenner zur
Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Societe Anonyme Cockerill-Ougree, Seraing;
Centre National de Recherches Metallurgiques,
Association sans but lucratif, Brüssel (Belgien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Stehmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Schweinzer,

Patentanwälte, Nürnberg 2, Essenweinstr. 4-6

Als Erfinder benannt:
Jean Levaux, Lüttich;
Etienne Denis, Grivegnee (Belgien)

Beanspruchte Priorität:

Luxemburg vom 30. Mai 1964 (46 203),

vom 28. Dezember 1964 (47 678) --

Bei einem Verfahren zur Erzeugung von Mischungen mit hohem Wärmeinhalt zum Schmelzen und/ oder zum Frischen von Metallen wird erfindungsgemäß die Temperatur bzw. der Wärmeinhalt der durch einen Brennstoff-Sauerstoff-Brenner erzeugten Flamme mittels eines elektrischen Lichtbogens und/ oder auf elektromagnetischem Wege erhöht.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit einer Einrichtung mit mindestens zwei Elektroden ausgerüstet, zwischen denen ein elektrischer Lichtbogen erzeugt werden kann, und der Brennstoffstrahl ist derart ausgerichtet, daß er den durch den elektrischen Lichtbogen ionisierten Bereich durchsetzt, während der Strahl aus dem mit Sauerstoff stark angereicherten Sauerstoffträger derart ausgerichtet ist, daß er mit dem Brennstoffstrahl in einer unmittelbar vor dem durch den Lichtbogen ionisierten Bereich liegenden Zone zusammentrifft.

Durch diese erfindungsgemäße Verfahrensweise wird vermieden, daß der hohe Geschwindigkeit aufweisende Strahl des Sauerstoffträgers durch den elektrischen Lichtbogen hindurchgeht, so daß jede störende Beeinflussung der Homogenität der Zerstäubung vermieden, gleichzeitig aber das Energieniveau der brennenden Gase erheblich erhöht wird.

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Erfindungsgemäß kann die durch den elektrischen Endtemperatur der Verbrennungsgase erhöht wird.

Lichtbogen bewirkte Ionisation des Brennstoffes Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ver-

noch dadurch erhöht werden, daß hierzu ein inter- fahrensweise ergibt sich dadurch, daß hierbei die

mittierender Lichtbogen verwendet wird, der vor- den Gasen verliehene Geschwindigkeit noch erheb-

zugsweise durch Mehrphasenwechselstrom, insbeson- 5 lieh erhöht wird, da unter dem Einfluß einer höheren

dere durch Drehsirom erzeugt wird, und daß der Temperatur diese sich weiter ausdehnen. Außerdem

Brennstoffstrahl derart ausgerichtet ist, daß seine bringt diese erfindungsgemäße Ausführungsform des

Achse innerhalb eines durch den Lichtbogen gebil- Verfahrens den weiteren Vorteil mit sich, daß die

deten Polygons verläuft. Bereiche höchster Temperatur in angemessener Ent-

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfin- io fernung von der Brennermündung auftreten, was die

dungsgemäßen Verfahrens werden die Achsen der Lebensdauer des Brenners bzw. Brennerkopfes noch

Brennstoffstrahlen und die Achsen des Sauerstoff- erheblich erhöht.

trägers so ausgerichtet, daß beide durch das Innere Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsfonn

des durch den durch mehrphasigen Wechselstrom des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die durch

erzeugten Lichtbogen gebildeten Polygons verlaufen, 15 das Gas oder die Gasmischung hindurch erzeugte

derart, daß die Brennstoffstrahlen in der durch den elektrische Entladung in bezug auf die aus dem

Lichtbogen ionisierten Zone verlaufen, während die Brenner austretende Flammenachse Radialsymmetrie

Sauerstoffträgerstrahlen diesen ionisierten Bereich auf, wodurch jede ungünstige Ablenkung der Ionen

nicht durchsetzen. Diese erfindungsgemäße, vorteil- unter dem Einfluß des elektrischen Feldes vermieden

hafte Verfahrensweise ermöglicht eine erhöhte Scho- ao wird.

nung der Elektroden; wenn man nämlich die EIek- Besonders vorteilhaft ist es, den Strom ionisierten

troden genügend nahe am Brennerkopf anordnet, Gases (das Plasma) während der Verbrennung auf

wo der Brennstoff nur in geringem Maße brennt, ist einen radial engbegrenzten Raum zu beschränken,

auch erst ein geringer Teil Brennstoff dissoziiert, vorzugsweise unmittelbar vor der heißesten Zone der

d. h., der größte Teil der endothermen Dissoziation 35 Flamme, wobei das Längsprofil dieses engbegrenzten

muß noch stattfinden; daher ist an dieser Stelle die Raumes derart gewählt ist, daß dem Plasma eine

Temperatur noch verhältnismäßig niedrig. größtmögliche Längsausdehnung verliehen wird. Da-

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform durch wird dem Gemisch Brennstoff—Sauerstoffdes erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen träger vor seiner Zündung und Ionisation eine maxiden Sauerstoffträgerstrahlen und den Elektroden eine 30 male Geschwindigkeit verliehen. Erfindungsgemäß isolierende Abschirmung angeordnet, vorzugsweise wird dies besonders vorteilhaft dadurch erreicht, daß dort, wo die Elektroden diesen Sauerstoffträgerstrah- das Plasma von einem elektromagnetischen Feld len am nächsten sind, wobei vorteilhafterweise die eingeschlossen wird, das auf die Ionen des Plasmas Elektroden von neutralem oder reaktionsträgem Gas eine nach der Mitte zugerichtete, in bezug auf die umströmt werden, wodurch deren Schutz gegenüber 35 Flammenachse zentripetale Wirkung ausübt. Diese dem Sauerstoff noch erhöht wird. Hierbei ist es be- erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens sonders vorteilhaft, den Brennstoffstrahl des Brenn- erlaubt, einer Mischung aus Brennstoff und Sauerstoff-Sauerstoff-Brenners durch die durch den elek- stoffträger eine erheblich höhere Temperatur zu vertrischen Lichtbogen ionisierte Zone hindurchzufüh- leihen, als die theoretische Verbrennungstemperatur ren und die ionisierte, durch die Verbrennung des 40 beträgt, und gleichzeitig die Geschwindigkeit der Brennstoffes durch den Sauerstoff träger gebildete Verbrennungsgase erheblich zu erhöhen.
Flamme durch eine Hülse zu führen, die Vorzugs- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsweise an der Stelle angeordnet ist, an der die Flamme form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine beginnt, sich zu konzentrieren, um der Flamme die bestimmte Menge Wasser entweder in flüssiger Form gewünschte Ausrichtung zu verleihen und gleich- 45 oder Dampfform eingeführt, sei es in den Brennstoff, zeitig die Geschwindigkeit der Gase zu erhöhen. in den Sauerstoffträger oder aber in die Flamme, in Vorteilhafterweise wird diese Hülse gekühlt und mit der das Wasser sich in Sauerstoff und Wasserstoff einer Stromwicklung umgeben, in deren elektro- dissoziiert; diese beiden Gase werden im elektrischen magnetischem Feld eine zentripetale, nach der Mitte Feld ionisiert und rekombinieren bei der Berührung zu gerichtete Wirkung auf die Ionen der Flamme 50 mit den Metallen, auf die sie aufgeblasen werden, ausgeübt wird. exotherm. Da diese Rekombination sehr stark exo-

SoIl die Homogenität der Zerstäubung des Brenn- therm verläuft, ermöglicht diese besonders vorteil-

stoffes gut sein, ohne daß diese besonders hoch zu hafte Verfahrensform durch unmittelbare Berührung

sein braucht, ist es gemäß der Erfindung besonders mit dem zu schmelzenden und/oder zu frischenden

vorteilhaft, den Brennstoffstrahl durch die durch den 55 Material diesem in besonders wirkungsvoller Weise

elektrischen Lichtbogen ionisierte Zone genau an der zusätzlich Wärme zuzuführen.

Stelle hindurchzuführen, an der der Strahl des Sauer- Besonders vorteilhaft ist es, dem Wasser vor seiner

stoffträgers mit dem Brennstoff zusammentrifft, also Ionisation einen schlackenbildenden, feinpulverisier-

da, wo der Verbrennungsvorgang sich zu entwickeln ten Stoff, z. B. Kalk, zuzufügen. Dieser Stoff kann

beginnt. 60 aber auch dem Sauerstoff oder auch dem Brennstoff

Die bei der Verbrennung sich entwickelnden Ver- zugefügt werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad brennungsgase erfahren hierbei gleichzeitig zweimal des Frischvorganges des Einsatzes und/oder gleicheine Temperaturerhöhung, deren erste durch die zeitig der des Schmelzens der Charge erheblich exothermen chemischen Reaktionen der Verbren- erhöht und verbessert.

nung des Brennstoffes nach seiner Zerstäubung be- 65 Erfindungsgemäß kann das die Entladung bewir-

wirkt wird, während die zweite durch die Ionisation kende elektrische Feld stetig, beliebig veränderlich

zustande kommt, wodurch Wärmeverluste durch oder auch ein Wechselfeld sein, jeweils entsprechend

Konvektion verringert werden und folglich auch die den besonderen Bedürfnissen. Besonders vorteilhaft

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ist es dabei, ein pulsierendes Feld zu verwenden, das Bei einer etwas abgewandelten vorteilhaften Aussich aus der Überlagerung einer stetigen Kompo- führungsform des erfindungsgemäßen Brenners wird nente und einer veränderlichen Komponente bzw. ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff außerhalb einer Wechselstromkomponente geeigneter Frequenz des Brennerkörpers mit dem Sauerstoffträger verzusammensetzt. 5 mischt, und zwei Elektroden (oder Elektroden-Vorteilhaft wird gemäß einer weiteren Ausfüh- gruppen) sind so angeordnet, daß die durch die rungsfonn der zuletzt beschriebenen Verfahrensweise zwischen den Elektroden überschlagenden elektridas das Plasma umschließende elektromagnetische sehen Lichtbogen erzeugte Ionisationszone sowohl oder magnetische Feld in Achsrichtung veränderlich den Sauerstoffträger als auch den Brennstoff in der oder pulsierend ausgebildet, und zwar genauso wie io Nähe des Punktes, an dem die Verbrennung beginnt, das elektrische Feld und zweckmäßig synchron mit durchsetzt. Die Elektroden sind dabei vorteilhafterdiesem; dadurch wird dem auf das zu schmelzende weise so angeordnet, daß das zwischen ihnen be- und/oder zu frischende Material auftreffenden Gas- stehende elektrische Feld radialsymmetrisch in bezug strahl eine Pulsation (Unstetigkeit) verliehen, und auf die Flammenasche ausgebildet ist. diese wirkt sich besonders auf den auf das Material 15 Bei einer abgewandelten Ausführungsform der ausgeübten Druck aus, was eine weitere Verbesse- zuletzt beschriebenen Brennerart ist außerdem eine rung bzw. Beschleunigung des Schmelzvorganges Einrichtung vorgesehen, die erlaubt, den Strom ioni- bzw. der Aufspaltung dieses Materials mit sich sierten Gases mit Hilfe eines elektrischen Feldes einbringt, zuschnüren.

Erfindungsgemäß kann durch sorgfältige Ver- so Vorteilhafterweise liefert erfindungsgemäß der

teilung der Intensität des elektromagnetischen Feldes Generator für die benötigte elektrische Energie und/

in bezug auf die Flammenachse und sorgfältige Feld- oder die Einrichtung zur Begrenzung des Strahles

verteilung entlang der Flamme dem Gasstrahl bzw. des ionisierten Gases eine veränderliche oder sogar

dem Plasma eine Form verliehen werden, die auf- pulsierende Spannung bzw. ein solches elektromagne-

einanderfolgend verdichtete und verdünnte Ab- 35 tisches Feld.

schnitte aufweist, die sich insgesamt mit einer Ge- Nachfolgend werden an Hand der Zeichnungen

schwindigkeit fortbewegen, die abhängig ist von der das Wesen und weitere Merkmale und Vorteile des

Geschwindigkeit, mit der das elektromagnetische erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungs-

FeId sich entlang der Flammenachse bewegt. gemäßen Brenners zur Durchführung des Verfah-

Die Erfindung betrifft nicht nur ein Verfahren zur 30 rens beispielsweise und ohne einschränkende Bedeu-

Erzeugung von Gasgemischen mit hohem Wärme- tung erläutert. Es zeigt

inhalt zum Schmelzen und/oder zum Frischen von F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungs-Metallen, sondern auch Brenneranordnungen zur beispiel eines Brennerkopfes eines erfindungsgemä-Durchführung dieses Verfahrens. ßen Brenners zur Durchführung des erfindungsgemä-

Bei einem ersten vorteilhaften Ausführungsbei- 35 ßen Verfahrens,

spiel eines solchen Brenners besteht dieser aus einem Fi g. 2 eine Teilansicht eines Brennerkopfes nach

Brennerkörper, in dem Kanäle zur Zuführung des F i g. 1,

Brennstoffes und des Sauerstoffträgers angeordnet F i g. 3 einen Querschnitt durch ein anderes Aussind, die mit Düsen in der Stirnfläche des Brenner- führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennerkopfes verbunden sind, ferner aus mindestens zwei 40 kopfes,

vor dem Brennerkopf außen angeordneten Elektro- F i g. 4 eine Teilansicht eines Brennerkopfes nach

den zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens; F i g. 3,

dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Brenn- F i g. 5 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausstoffversorgungsleitung am Brennstoffaustritt derart führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennerausgerichtet ist, daß der Brennstoff durch den durch 45 kopfes,

einen elektrischen Lichtbogen ionisierten Bereich F i g. 6 schematisch und teilweise geschnitten ein

(die Ionisationszone) hindurchtritt, während die Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bren-

Achsen der Düsen zum Ausblasen des Sauerstoff- ners;

trägers so ausgerichtet sind, daß der Sauerstoff- F i g. 7 einen Querschnitt durch einen Teil eines träger mit dem Brennstoff in einem Bereich (Zone) so erfindungsgemäßen Brenners und zusammentrifft, der sich unmittelbar vor der F i g. 8 schematisch und unmaßstäblich einen abdurch den elektrischen Lichtbogen ionisierten Zone gewandelten Teil eines erfindungsgemäßen Brennerbefindet, kopfes.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfin- Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausdungsgemäßen Brenners sind drei Elektroden ange- 55 führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners ordnet, und die Achsen der Brennstoffdüsen ver- besteht der Brenner aus einer äußeren Brennerlaufen im Inneren eines Dreiecks, das durch einen ummantelung 8 mit einer inneren Querwand 5, die mittels Drehstrom erzeugten Lichtbogen gebildet zur Hindurchführung von über eine Leitung 2 zugewird. Vorteilhafterweise ist die Anordnung so ge- führten flüssigen Brennstoff 3 eine Mittelöffnung auftroffen, daß die Achsen der Sauerstoffträgerdüsen 60 weist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine ebenfalls innerhalb des durch den Drehstromlicht- Gruppe von drei Elektroden 1 bis 11 mit Drehstrom bogen gebildeten Dreiecks verlaufen. versorgt; diese Gruppe von Elektroden 1 ist gegen Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei- die Achse des Brennstoffstrahles 3 in Richtung auf spiel des erfindungsgemäßen Brenners ist dieser den Brennstoffaustritt geneigt. Die drei Enden der außer mit den Elektroden mit einer mit Kühlmitteln 65 Elektroden 1 bilden die drei Ecken eines Dreiecks, ausgestatteten Führungshülse versehen; diese Hülse das den Strahl des flüssigen Brennstoffes 3 umist im wesentlichen koaxial (gleichachsig) zur schließt; die Enden der Elektroden 1 sind unterein-Flamme angeordnet. ander so nahe, daß zwischen den einzelnen Elektro-

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den elektrische Lichtbogen überspringen können und Der Brennstoff kann die Elektrode 514 durch Ka-

sich so ein »rotierender« Lichtbogen ausbildet. näle 521 in der Elektrodenspitze verlassen. Am Aus-

Die Querwand 5 ist mit einer konischen Abschir- gang der Kanäle 521 wird der Brennstoff durch den

mung 12 ausgestattet, die zusammen mit der Quer- Sauerstoff mitgerissen und im Bereich der Zone 522,

wand einen halbgeschlossenen Raum 13 bildet, der 5 in der sich ein Lichtbogen 523 zwischen einem Teil

die Elektroden 1 umschließt und gleichzeitig drei einer Ringelektrode 524 und der auf der Achse die-

Zuleitungen 6 für die Zufuhr des Sauerstoffträgers ser Ringelektrode angeordneten Elektrode 514 aus-

zur Verbindung mit dem benachbarten Brennstoff bildet, zerstäubt. Die Elektrode 524 wird durch eine

von diesen Elektroden 1 trennt, und zwar derart, daß mit 525 angedeutete Wasserzirkulation gekühlt und

die Abschirmung 12 weder mit einer Elektrode 1 io ist ebenso wie die Elektrode 514 mit einer (nicht

noch mit einem Lichtbogen in Berührung kommt. dargestellten) Gleichspannungsquelle verbunden. Die

Der halbgeschlossene Raum 13 wird von einem neu- Abschnitte 523 des Lichtbogens ionisieren die

tralen oder reaktionsträgen Gas (in den Zeichnungen Mischung des Brennstoffes mit dem Sauerstoff, so

nicht bezeichnet) ausgefüllt, das mit geringem Durch- daß aus dieser Mischung ein Flammenplasma 526

satz zugeführt wird und zusätzlich die Elektroden 1 15 entsteht,

gegen die Korrosionswirkung des Sauerstoffs schützt. Die Ringelektrode 524 ist in bezug auf die Achse

Die Öffnungen der Sauerstoffträgerdüsen 6 sind, 511 verschiebbar; so kann die Stellung des Lichtwie aus F i g. 2 ersichtlich, zwischen den Elektro- bogens 523 in bezug auf die Stelle, an der die Verden 1 angeordnet, und zwar auf der Halbierenden brennung beginnt, eingestellt oder reguliert werden, des zwischen diesen gebildeten Winkels. Vor der 20 Bei dem in F i g. 6 schematisch dargestellten Aus-Austrittsöffnung des Brenners ist eine Hülse 7 ange- führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners ordnet, die zur Führung der Brennerflamme an ihrem ist der Brennerkörper mit 61 bezeichnet; aus diesem Ursprung dient. steht axial eine Elektrode 62 am Brennerkopf her-

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbei- vor, die in eine Öffnung 63 in einer zweiten, ringförspiel des erfindungsgemäßen Brenners wird der flüs- 25 mig ausgebildeten Elektrode 64 hineinragt. Diese sige Brennstoff durch eine Leitung 2 zugeführt; der Ringelektrode 64 wird durch einen Kühlwasserkreishierbei erzeugte Brennstoffstrahl ist mit 3 bezeichnet, lauf 65, 66 gekühlt, der vom Brennerkörper 61 mitwährend der Sauerstoff durch Öffnungen 6, die um tels Isolierlaschen 67 gehalten wird. Bei 68 wird die die Austrittsöffnung für den Brennstoff 2 herum an- Elektrode 64 über eine Zuleitung 69 von einem geordnet sind, zugeführt wird. Die Elektroden 1, 30 Generator 610 mit Spannung versorgt. Die axial anzwischen denen Lichtbogen 4 überspringen, werden geordnete Elektrode 62 bildet mit dem Brennerkörbei 8 durch eine isolierende Platte 5 hindurch mit per 61 ein Stück und ist über eine Leitung 611 mit Drehstrom versorgt. dem Generator 610 verbunden.

Aus F i g. 4 ist zu erkennen, daß die Öffnungen 6 Der Brennerkörper 61 wird durch einen Kühlwasderartig ausgerichtet sind, daß ihre Achsen inner- 35 serkreislauf gekühlt, dessen Vorlauf mit 613 und deshalb des durch die Lichtbogen 4 gebildeten Dreiecks sen Rücklauf mit 614 bezeichnet ist; Vorlauf und verlaufen, diese Lichtbogen 4 jedoch nicht schneiden. Rücklauf bestehen aus Gummi. Die Sauerstoffzulei-

Bei dem in F i g. 5 im Längsschnitt dargestellten tung 615 ist mittels einer Isolierscheibe 616 zwischen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bren- Flanschen oder Platten 617 und 618 vom Brennernerkopfes weist dieser Brenner einen äußeren Mantel 40 körper 61 isoliert; damit wird die Leitung 621 gleich-51 auf, der bei 52 eine Öffnung hat, in der ein zylin- zeitig elektrisch gegenüber der Sauerstoffzufuhr 615 drischer Körper 53 angeordnet und koaxial zum isoliert.

Brenner angeschweißt ist. Bei 54 ist mit diesem Eine Abwandlung eines erfindungsgemäßen Bren-

zylindrischen Körper 53 eine Röhre 55 im Inneren ners ist in F i g. 7 dargestellt, in der gleiche Teile mit

des Brennermantels angeschweißt, durch die die 45 gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 6 bezeichnet sind.

Sauerstoffversorgung des Brenners erfolgt. Der zwi- Hierbei ist zwischen der Zuleitung für den Brenn-

schen der Röhre 55 und der Brennerumhüllung 51 stoff 622 und einer daran angebrachten Verlängerung

vorhandene Zwischenraum 56 dient zur Zirkulation 623, die das Innere des Brennerkörpers 61 durchsetzt,

von Kühlwasser, das am Ende des Brenners durch ebenfalls eine elektrische Isolation, ähnlich der in

Rohre 57 zugeführt wird. 50 F i g. 6 dargestellten, angeordnet, wobei die Isolier-

Der Körper 53 hat mehrere Bohrungen 58, die in scheibe 616 zwischen Platten oder Flanschen 617 einen Teil 59 auslaufen, dessen Achse 510 gegen die und 618 die Brennstoffzuleitung 622 vom Brenner-Achse 511 des Brenners zu geneigt ist. Auf der Stirn- körper 61 isoliert und Platten und Isolierscheibe fläche 512 des Körpers 53 ist bei 513 mittels Ge- mittels eines durchlaufenden, mittels Isoliermuffen winde eine Elektrode 514 (z. B. aus Platin) befestigt. 55 619 von den Flanschen oder Platten 617, 618 ge-Diese Elektrode 514 hat einen inneren, ausgehöhlten trennten Schraubenbolzens mit Muttern 620 zusam-Teil 515, in dem ein Kühlmittel zirkuliert, nämlich mengehalten werden.

flüssiger Brennstoff (Heizöl). Dieses Heizöl wird Fig. 8 zeigt eine etwas abgewandelte Ausfüh-

dem Brennerkopf durch eine Leitung 516 zugeführt, rungsform eines erfindungsgemäßen Brenners nach

die bei 517 mit dem Körper 53 fest verbunden ist, 60 Fig. 6, bei dem die Elektrode 62 von dem Brenner

der zu diesem Zweck mit einer rechtwinkligen Boh- schräg gegenüber der Längsachse des Brenners 61

rung 518 ausgestattet ist, deren eines Ende 519 das absteht. Hier verlaufen auch die Brennstoffstrahlen

Zentrum der Stirnfläche 512 einfaßt. Dieses Ende 625 und die Sauerstoffträgerstrahlen 626 schräg zur

519 hat einen Gewindestutzen 520, auf den die Elek- Brennerlängsachse.

trode 514 mit ihrem mit Gewinde versehenen Teil 65 Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Aus-

513 aufgeschraubt wird, derart, daß das Ende 519 führungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

der rechtwinkligen Bohrung 518 axial mit der inne- auch nicht auf die dargestellten und beschriebenen

ren Aushöhlung 515 in der Elektrode 514 fluchtet. Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bren-

Claims (12)

ners beschränkt. Auch alle Unterkombinationen fallen in den Bereich der Erfindung. So ist es z. B. möglich, getrennte Ionisation der auf das zu schmelzende und/oder zu frischende Metall aufgeblasenen Stoffe und eine Vereinigung derselben im ionisierten Zustand vorzunehmen. Es können aber auch nur einzelne dieser Stoffe ionisiert werden. Für eine derartige Ionisation kommen sowohl verschiedene mögliche Sauerstoffträger als auch der Brennstoff oder alle anderen Stoffe oder Mischungen von Feststoffen, flüssigen Stoffen oder gasförmigen Stoffen, die auf die zu behandelnden Metalle aufgebracht werden, in Frage. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Temperatur einer Flamme eines Brennstoff-Sauerstoff-Brenners, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Strahl flüssigen Brennstoffes vor dessen Verbrennung durch den Sauerstoffträger ein oder *> mehrere elektrische Lichtbogen und/oder elektromagnetische Kräfte einwirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mindestens zwischen zwei Elektroden »5 ein oder mehrere elektrische Lichtbogen aufrechterhalten werden, daß der den Brenner verlassende Brennstoffstrahl so ausgerichtet wird, daß er durch einen von einem oder mehreren elektrischen Lichtbogen ionisierten Bereich hindurchtritt, während der Strahl eines vorzugsweise stark mit Sauerstoff angereicherten, den Brenner verlassenden Sauerstoffträgers derart ausgerichtet ist, daß er mit dem Brennstoffstrahl in einer Zone unmittelbar vor dem durch einen oder mehrere elektrische Lichtbogen ionisierten Bereich zusammentrifft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem elektrischen Lichtbogen die Form eines Lichtbogenpolygons gebildet wird und die Brennstoffstrahlen innerhalb dieses Polygons hindurchgeschickt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Strahlen des Sauerstoffträgers und den Elektroden eine isolierende Abschirmung angeordnet wird und die Elektroden von einem neutralen oder reaktionsträgen Schutzgas umgeben werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl die durch einen oder mehrere elektrische Lichtbogen ionisierte Zone genau an der Stelle durchsetzt, an der der Sauerstoffträgerstrahl auf den Brennstoff trifft, nämlich am Ursprung der Verbrennung, von dem aus diese sich weiterentwickelt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerflamme ein elektromagnetisches Feld durchsetzt und dieses Feld auf die innerhalb der Flamme während deren Durchtritt durch den durch einen oder mehrere elektrische Lichtbogen ionisierten Bereich erzeugten Ionen eine nach der Mitte zu gerichtete Wirkung ausübt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Menge Wasser in flüssiger Form oder Dampfform dem Sauerstoffträger oder dem Brennstoff oder der Flamme zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere elektrische Lichtbogen und/oder das elektromagnetische Feld pulsieren bzw. Wechselfelder sind.

9. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem Brennerkörper besteht, in dem Versorgungsleitungen für Brennstoff und Sauerstoffträger angeordnet sind, die mit in der Stirnfläche des Brennerkopfes angeordneten Düsen verbunden sind, daß ferner mindestens zwei Elektroden außerhalb des Brenners und vor dem Brennerkopf angeordnet sind, zwischen denen ein oder mehrere elektrische Lichtbogen aufrechterhalten werden, daß die Austrittsöffnungen der Brennstoffversorgungsleitungen derart ausgerichtet sind, daß der Brennstoff in den durch den oder die elektrischen Lichtbogen ionisierten Bereich gebracht wird, während die Austrittsöffnungen für den Sauerstoffträger derart ausgerichtet sind, daß der Sauerstoffträger mit dem Brennstoff in einer Zone zusammentrifft, die unmittelbar vor diesem durch den oder die elektrischen Lichtbogen ionisierten Bereich liegt.

10. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versorgungsleitung für Brennstoff und eine Versorgungsleitung für Sauerstoffträger vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, daß der Sauerstoffträger und der Brennstoff sich vor dem eigentlichen Brennerkörper vermischen, daß ferner zwei Elektroden oder Elektrodengruppen derart am Brenner angeordnet sind, daß der durch den oder die zwischen den Elektroden überspringenden elektrischen Lichtbogen ionisierte Bereich den Sauerstoffträger und den Brennstoff in der Nähe des Ursprungs der Verbrennung kreuzt und daß ein elektrischer Generator zur Versorgung der Elektroden mit der notwendigen Spannung vorgesehen ist.

11. Brenner nach Anspruch 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Flammenführung dienende Hülse angeordnet ist, ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, das eine nach der Mitte zu gerichtete zentripetale Kraft auf die Ionen in der Flamme ausübt, sowie eine Vorrichtung zur Kühlung der Hülse und eines Generators zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes.

12. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden radialsymmetrisch zueinander und in bezug auf die Flammenachse angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Umschau, 1961, S. 713/714 und 742/743.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 688/341 11.67 O Bundesdruckerei Berlin