RU2156404C1 - Vacuum chamber lining heating burner - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy; vacuum chamber heating facilities. SUBSTANCE: gas-air- oxygen burner used for heating vacuum chamber is driven into immersible branch pipes of vacuum chamber between vacuum treatment operations. Burner has gas nozzle, injection mixer and tip with burner stone. It has also additional air and oxygen nozzles. Air nozzle is installed coaxially before tip with burner stone, and oxygen nozzle is installed on air duct before air nozzle. Lined cover pointed with its lining to vacuum chamber is installed before burner which is made for displacement. At diameter "d" of injection mixer, diameters of gas, air and oxygen nozzles are made equal to 0.1-0.2d, 0.1-0.3d, 0.05-0.15d, respectively. EFFECT: provision of high-temperature heating of chamber lining before vacuum treatment of metal. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нагревательным устройствам для обогрева вакуумкамеры. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to heating devices for heating a vacuum chamber.

Известно устройство для электрического обогрева вакуумкамеры посредством излучающего электрода, установленного герметично в футерованной стенке вакуумкамеры ( а.с. 1271892, C 21 C 7/00, H 05 B 3/42). A device is known for electric heating of a vacuum chamber by means of a radiating electrode mounted hermetically in a lined wall of a vacuum chamber (A.S. 1271892, C 21 C 7/00, H 05 B 3/42).

Недостатком указанного известного устройства является сложность герметичной установки и замены вышедшего из строя электрода. The disadvantage of this known device is the complexity of the sealed installation and replacement of a failed electrode.

Известна инжекционная горелка, принятая за прототип, выполненная угловой формы и включающая газовое сопло, инжекционный смеситель и насадок с горелочным камнем ( М.Ш. Исламов. Проектирование топок специального назначения, Энергоиздат 1982 г., стр. 133-136, рис. 4 - 18, 4 - 17). Known injection burner, adopted for the prototype, made angular in shape and including a gas nozzle, injection mixer and nozzles with a burner stone (M.Sh. Islamov. Designing special-purpose furnaces, Energoizdat 1982, pp. 133-136, Fig. 4 - 18, 4-17).

Недостатком указанной инжекционной горелки является невозможность ее использования для обогрева футеровки вакуумкамеры по следующим причинам:
- недостаточная температура нагрева (требуется температура нагрева футеровки 1400 - 1500^oC);
- невозможность осуществления плавного подъема температуры вакуукамеры;
- невозможность получения жесткого факела регулируемой длины.The disadvantage of this injection burner is the inability to use it for heating the lining of the vacuum chamber for the following reasons:
- insufficient heating temperature (requires heating temperature of the lining 1400 - 1500 ^o C);
- the impossibility of a smooth rise in the temperature of the vacuum chamber;
- the inability to obtain a hard torch of adjustable length.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение - плавный высокотемпературный нагрев футеровки камеры перед операцией вакуумирования металла. The technical problem to which the invention is directed is smooth high-temperature heating of the chamber lining before the metal evacuation operation.

Это достигается тем, что горелка выполнена с возможностью перемещения и размещается каждый цикл в перерывах между операциями вакуумирования своим насадком с горелочным камнем вертикально вверх, напротив погружного патрубка. При установке горелки указанным образом ее факел направлен через погружной патрубок внутрь камеры вакуумирования, что позволяет осуществлять рациональный высокотемпературный нагрев футеровки до 1400 - 1500^oC, регулируя температуру и длину факела.This is achieved by the fact that the burner is movable and is placed every cycle in between vacuuming operations with its nozzle with the burner stone vertically upward, opposite the immersion nozzle. When installing the burner in this way, its torch is directed through an immersion nozzle into the vacuum chamber, which allows rational high-temperature heating of the lining to 1400 - 1500 ^o C, adjusting the temperature and length of the torch.

Для предотвращения потерь тепла из вакуумкамеры при установке горелки погружной патрубок перекрывают футерованной крышкой горелки с огнеупорной изоляцией, выполненной со стороны патрубка. Одновременно изоляция предохраняет металлические части горелки от излучения пространства вакуумкамеры. To prevent heat loss from the vacuum chamber when installing the burner, the immersion pipe is overlapped with a lined burner cover with refractory insulation made on the pipe side. At the same time, the insulation protects the metal parts of the burner from radiation from the vacuum chamber space.

Жесткость факела горелки и длину факела изменяют подачей сжатого воздуха через воздушное сопло горелки, установленное соосно с насадком горелочного камня. При увеличении расхода сжатого воздуха жесткость факела и его длина возрастает, причем жесткость факела обеспечивается как расходом воздуха, так и соосностью воздушной струи и насадка горелочного камня. При указанной соосности струя сжатого воздуха равномерно смешивается в насадке и горелочном камне с газовоздушной смесью инжекционного смесителя, в результате чего объем факела получается в 1,5-3 раза меньше, чем при тех же расходах газа у обычных инжекционных горелок (факел становится жестче). Конфигурация факелы изменяется, угол раскрытия и сечение уменьшается, а длина увеличивается. The stiffness of the torch torch and the length of the torch are changed by the supply of compressed air through the air nozzle of the burner, mounted coaxially with the nozzle of the burner stone. With increasing consumption of compressed air, the stiffness of the torch and its length increases, and the stiffness of the torch is ensured by both the air flow rate and the alignment of the air stream and the nozzle of the burner stone. With the indicated alignment, the compressed air jet is evenly mixed in the nozzle and burner stone with the gas-air mixture of the injection mixer, as a result of which the volume of the torch is 1.5-3 times less than with the same gas flow rates for conventional injection burners (the torch becomes stiffer). The configuration of the torches changes, the opening angle and cross section decreases, and the length increases.

Температуру факела регулируют, подмешивая к струе сжатого воздуха кислород. При подмешивании кислорода количество продуктов сгорания уменьшается, одновременно растет их температура и увеличивается температура факела. Регулируя расходы сжатого воздуха и кислорода можно изменять скорость нагрева футеровки. The temperature of the torch is regulated by mixing oxygen into the stream of compressed air. When oxygen is mixed, the amount of combustion products decreases, at the same time their temperature rises and the flame temperature increases. By adjusting the flow rates of compressed air and oxygen, the speed of heating the lining can be changed.

На фиг. 1 изображена горелка для нагрева футеровки вакуумкамеры; на фиг. 2 - узел 1 фиг. 1, собственно горелка. In FIG. 1 shows a burner for heating the lining of a vacuum chamber; in FIG. 2 - node 1 of FIG. 1, the burner itself.

Горелка 1 включает в себя инжекционный смеситель 2, газовое сопло 3, воздушные отверстия 4, заслонку 5, насадок 6 с горелочным камнем 7. Диаметр инфекционного смесителя 2 обозначен на чертеже символом "d". По оси 8 насадка 6 с горелочным камнем 7 установлено воздушное сопло 9, к которому подсоединен воздуховод 10. Перед воздушным соплом 9 на воздуховоде 10 установлено кислородное сопло 11. Burner 1 includes an injection mixer 2, a gas nozzle 3, air holes 4, a shutter 5, nozzles 6 with a burner stone 7. The diameter of the infectious mixer 2 is indicated by the symbol "d" in the drawing. On the axis 8, the nozzle 6 with the burner stone 7 has an air nozzle 9 to which the duct 10 is connected. An oxygen nozzle 11 is installed in front of the air nozzle 9 on the duct 10.

Горелка 1 каждый цикл после окончания вакуумирования перемещается на тележке 12 под погружные патрубки 13 вакуумкамеры 14, имеющей футеровку 15. The burner 1 each cycle after the end of the evacuation is moved on a trolley 12 under the immersion nozzles 13 of the vacuum chamber 14 having a lining 15.

Горелка 1 снабжена крышкой 16, имеющей отверстие 17 и футеровку 18, обращенную в сторону погружных патрубков 13 вакууматора 14. The burner 1 is provided with a cover 16 having an opening 17 and a lining 18 facing the immersion nozzles 13 of the vacuum cleaner 14.

Горелка 1 работает следующим образом. Burner 1 operates as follows.

После окончания цикла вакуумирования горелка 1 перемещается на тележке 12 и устанавливается своей крышкой 16 под погружным патрубком 13 вакуумкамера 14. Далее вакуумкамера 14 опускается до соприкосновения своим погружным патрубком 13 с поверхностью футеровки 18 крышки 16, обращенной в сторону вакуумкамеры. Таким образом получается, что вакуумкамера оказывается заключенной со всех сторон в футеровку 15 и 18, что препятствует передаче тепла из вакуумкамеры 14 в окружающую среду. Футерованная крышка 16 устанавливается перед горелкой 1, так как при указанном взаимоположении крышки 16 и горелки 1 последняя защищается от теплового излучения вакуумкамеры 14, разогретой до температуры 1400 - 1500^oC (чем исключается перегрев горелки 1). Указанная футерованная крышка 16 устанавливается соосно своим отверстием 17 горелочному камню 7, что исключает деформацию факела. При отсутствии соосности отверстий горелочного камня 7 и крышки 17 факел деформируется, то есть не располагается в вакуумкамере 14 вертикально, из-за чего не обеспечивается равномерность нагрева вакуумкамеры 14.After the evacuation cycle, the burner 1 moves on the trolley 12 and is mounted with its cover 16 under the immersion pipe 13 of the vacuum chamber 14. Next, the vacuum chamber 14 is lowered to touch its immersion pipe 13 with the surface of the lining 18 of the cover 16 facing the vacuum chamber. Thus, it turns out that the vacuum chamber is enclosed on all sides in the lining 15 and 18, which prevents the transfer of heat from the vacuum chamber 14 to the environment. The lined cover 16 is installed in front of the burner 1, since with the indicated relationship of the cover 16 and the burner 1, the latter is protected from the thermal radiation of the vacuum chamber 14, heated to a temperature of 1400 - 1500 ^o C (thereby eliminating overheating of the burner 1). The specified lined cover 16 is installed coaxially with its hole 17 to the burner stone 7, which eliminates the deformation of the torch. In the absence of alignment of the holes of the burner stone 7 and the cover 17, the torch is deformed, that is, it is not vertically located in the vacuum chamber 14, which does not ensure uniform heating of the vacuum chamber 14.

Установленная под погружными патрубками 13 горелка 1 разжигается, для чего через сопло 3 подают газ. The burner 1 installed under the immersion nozzles 13 is ignited, for which gas is supplied through the nozzle 3.

Газ из сопла 3 истекает с большой скоростью порядка 200-300 м/с, в результате чего у устья струи газа возникает разрежение и засасывается воздух из атмосферы через отверстия 4. Проходя инжекционный смеситель 2 газ и воздух перемешивается, что обуславливает устойчивое горение смеси на выходе из горелочного тоннеля 7. Заслонкой 5 устанавливается необходимое количество воздуха для горения, которое в данном случае поддерживают равным 40 - 60% от теоретически необходимого. Остальной воздух вносится через линию сжатого воздуха, при его истечении и через воздушное сопло 9, установленное соосно с насадком 6 горелочного тоннеля 7. Gas from the nozzle 3 flows out at a high speed of the order of 200-300 m / s, as a result of which a rarefaction occurs at the mouth of the gas stream and air is sucked in through the openings 4. Passing the injection mixer 2, the gas and air are mixed, which causes stable combustion of the mixture at the outlet from burner tunnel 7. Damper 5 sets the required amount of combustion air, which in this case is maintained equal to 40-60% of the theoretically necessary. The rest of the air is introduced through the compressed air line, at its expiration, and through the air nozzle 9, mounted coaxially with the nozzle 6 of the burner tunnel 7.

Насадок 6 горелочного камня 7, при условии его установки соосно соплу 9 и непосредственно перед ним, формирует равномерный подсос газовоздушной смеси в корень струи, истекающей из сопла 9 (то есть в зону разряжения). The nozzles 6 of the burner stone 7, provided it is installed coaxially with the nozzle 9 and immediately in front of it, forms a uniform suction of the gas-air mixture into the root of the jet flowing out of the nozzle 9 (i.e., into the discharge zone).

Истечение сжатого воздуха из сопла 9 происходит с большой скоростью (240 - 260 м/с), факел приобретает удлиненную форму, уменьшаясь в сечении, что позволяет разогревать футеровку 15 вакуумкамеры 14 на всю высоту. Температура в ядре факела повышается из-за убыстрения массопереноса внутри факела при больших его скоростях. The outflow of compressed air from the nozzle 9 occurs at a high speed (240 - 260 m / s), the torch acquires an elongated shape, decreasing in cross section, which allows the lining 15 of the vacuum chamber 14 to be heated to its entire height. The temperature in the core of the torch rises due to the acceleration of mass transfer inside the torch at high speeds.

При отсутствии соосной установки сопла 9 перед насадком 6 горелочного камня 7 факел теряет жесткость и стабильность и не может применяться для нагрева вакуумкамеры 14. In the absence of a coaxial installation of the nozzle 9 in front of the nozzle 6 of the burner stone 7, the torch loses its rigidity and stability and cannot be used to heat the vacuum chamber 14.

Для поддержания температуры футеровки 15 вакуумкамеры на уровне 1400 - 1500^oC в сжатый воздух добавляют кислород до достижения в ядре факела температуры 1800 - 2200^oC. Изменяя количество сжатого воздуха добиваются интенсификации прогрева отдельных участков вакуумкамеры 14 по высоте; изменяя количество кислорода в смеси с воздухом изменяют скорость нагрева футеровки 15 вакуумкамеры, устанавливая ее оптимальной для используемого типа огнеупорных материалов.To maintain the temperature of the lining 15 of the vacuum chamber at the level of 1400 - 1500 ^o C, oxygen is added to the compressed air until the core reaches a temperature of 1800 - 2200 ^o C. By changing the amount of compressed air, intensification of heating of the individual sections of the vacuum chamber 14 in height is achieved; by changing the amount of oxygen in the mixture with air, the heating rate of the lining 15 of the vacuum chamber is changed, setting it optimal for the type of refractory material used.

После окончания цикла вакуумирования горелку 1 отключают, наружные патрубки 13 поднимают до верхнего уровня, а горелку 1 перемещают на тележке 12 на позицию ожидания. Вакуумкамера 14 сообщается с атмосферой через погружение патрубки 13, небольшого сечения, через которые потери тепла в окружающую среду незначительны; поэтому до установки ковша под вакуумкамерой последняя не успевает охладиться. After the end of the vacuum cycle, the burner 1 is turned off, the external nozzles 13 are raised to the upper level, and the burner 1 is moved on the cart 12 to the standby position. The vacuum chamber 14 communicates with the atmosphere through the immersion of the nozzle 13, a small section through which the heat loss to the environment is negligible; therefore, before installing the bucket under the vacuum chamber, the latter does not have time to cool.

После окончания вакуумирования цикл поддержания температуры вакуумкамеры 14 повторяется, и таким образом рабочая температура вакуумкамеры 14 в период эксплуатации поддерживается непрерывно на уровне 1400 - 1500^oС.After the evacuation, the cycle of maintaining the temperature of the vacuum chamber 14 is repeated, and thus the operating temperature of the vacuum chamber 14 during operation is maintained continuously at the level of 1400 - 1500 ^o C.

Горелка устойчиво работает при соотношение элементов, зависящих от диаметра инжекционного смесителя обозначенного на чертеже символом "d". The burner works stably with a ratio of elements depending on the diameter of the injection mixer indicated by the symbol "d" in the drawing.

При работе горелки в инжекционном смесителе образуется смесь газа и воздуха. Газ истекает из газового сопла 9, а воздух засасывается за счет инжекции через воздушные отверстия 4. Указанная смесь должна содержать 40 - 60% воздуха от теоретически необходимого для сжигания газа (так как указанное соотношение газа и воздуха наиболее благоприятно для устойчивого горения и розжига горелки). Скорость газовой смеси в инжекционном смесителе выбирают в пределах 15 - 30 м/с (из условия исключения проскока пламени). When the burner is operating in an injection mixer, a mixture of gas and air is formed. Gas flows out of the gas nozzle 9, and the air is sucked in by injection through the air holes 4. This mixture should contain 40-60% of the air theoretically necessary for burning gas (since the indicated ratio of gas to air is most favorable for stable combustion and ignition of the burner) . The speed of the gas mixture in the injection mixer is selected in the range of 15-30 m / s (from the condition of eliminating the breakthrough of the flame).

При указанных параметрах газовоздушной смеси диаметр газового сопла горелки должен составлять 0,1 - 0,2 диаметра инжекционного смесителя. При значении диаметра газового сопла менее 0,1 d содержание газа в смеси получается ниже 40%, а скорость смеси в инжекционном смесителе ниже 15 м/с, что усложняет горение газа. With the specified parameters of the gas-air mixture, the diameter of the gas nozzle of the burner should be 0.1 - 0.2 of the diameter of the injection mixer. When the diameter of the gas nozzle is less than 0.1 d, the gas content in the mixture is lower than 40%, and the speed of the mixture in the injection mixer is lower than 15 m / s, which complicates the combustion of gas.

При значении диаметра газового сопла более 0,2 d содержание газа в смеси получается выше 60%, а скорость смеси в инжекционном смесителе выше 30 м/с, что также усложняет работу горелки. When the diameter of the gas nozzle is more than 0.2 d, the gas content in the mixture is higher than 60%, and the speed of the mixture in the injection mixer is higher than 30 m / s, which also complicates the operation of the burner.

Количество сжатого воздуха, подаваемого в факел не должно превышать 50% от теоретически необходимого для сжигания газа (иначе горелка тухнет). При значении подачи сжатого воздуха в горелку менее 15% от теоретически необходимого для сжигания газа факел становится вялым и не может прогреть вакуумкамеру на всю высоту. При указанных параметрах по количеству подачи сжатого воздуха диаметр воздушного сопла выбирается в пределах 0,1 - 0,3 диаметра смесителя. При значении диаметра воздушного сопла более 0,3 d горелка тухнет, а при значении менее 0,1 d горелка дает факел недостаточной высоты для прогрева вакуумкамеры. The amount of compressed air supplied to the torch should not exceed 50% of the theoretically necessary for gas combustion (otherwise the burner will go out). If the compressed air supply to the burner is less than 15% of the theoretically necessary for gas combustion, the torch becomes sluggish and cannot warm the vacuum chamber to its full height. With the indicated parameters, the diameter of the air nozzle is selected within the range of 0.1 - 0.3 of the diameter of the mixer according to the amount of compressed air supply. When the value of the diameter of the air nozzle is more than 0.3 d, the burner goes out, and if the value is less than 0.1 d, the burner gives a torch of insufficient height to warm up the vacuum chamber.

Аналогично, при значении диаметра кислородного сопла более 0,15 d горелка тухнет, а при значении менее 0,05 d температура факела получается недостаточной для поддержания температуры футеровки вакуумкамеры на уровне 1400 - 1500^oC.Similarly, when the diameter of the oxygen nozzle is more than 0.15 d, the burner will go out, and if the value is less than 0.05 d, the temperature of the torch is insufficient to maintain the temperature of the lining of the vacuum chamber at the level of 1400 - 1500 ^o C.

Claims (2)

1. Горелка для нагрева футеровки вакуумкамеры через погружные патрубки, включающая газовое сопло, инжекционный смеситель и насадок с горелочным камнем, отличающаяся тем, что горелка снабжена воздушным и кислородным соплами и футерованной крышкой с отверстием, причем воздушное сопло установлено перед насадком горелочного камня и соосно с ним, кислородное сопло установлено на воздуховоде перед воздушным соплом, футерованная крышка установлена перед горелкой соосно насадку горелочного камня и обращена футеровкой в сторону вакуумкамеры, причем горелка выполнена с возможностью перемещения. 1. The burner for heating the lining of the vacuum chamber through immersion nozzles, including a gas nozzle, an injection mixer and nozzles with a burner stone, characterized in that the burner is equipped with air and oxygen nozzles and a lined lid with a hole, and the air nozzle is installed in front of the nozzle of the burner stone and coaxially with him, the oxygen nozzle is installed on the duct in front of the air nozzle, the lined cover is installed in front of the burner coaxially with the nozzle of the burner stone and facing the lining towards the vacuum chamber, moreover, the burner is made with the possibility of movement. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что при диаметре смесителя d диаметр газового сопла составляет 0,1 - 0,2 d, диаметр воздушного сопла 0,1 - 0,3 d, диаметр кислородного сопла 0,05 - 0,15 d. 2. The burner according to claim 1, characterized in that when the diameter of the mixer d, the diameter of the gas nozzle is 0.1 - 0.2 d, the diameter of the air nozzle is 0.1 - 0.3 d, the diameter of the oxygen nozzle is 0.05 - 0, 15 d.

Images