CS263408B1

CS263408B1 - Crucible furnace with flameless combustion

Info

Publication number: CS263408B1
Application number: CS863122A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Mach; Josef Ing Csc Dusek
Original assignee: Jan Ing Mach; Josef Ing Csc Dusek
Priority date: 1986-04-29
Filing date: 1986-04-29
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS312286A1

Abstract

Řešení 3e týká^kelímkové pece u které mezi kelímkem a pláštěm je uložena radiační hmota tvořena keramickými kuličkami, propustná pro plyny. Podstata spočívá v tom, že kelímek je uložen na rozváděcím keramickém tělese napojeném na soustavu keramických trysek, u jejichž horního konce je vyústěna zapalovací elektroda a dolní konce keramických trysek jsou napojeny na kuželový nástavec se směšovačem plynu se vzduchem. Spalovací prostor v rozváděcím keramickém tělese vymezený dnem kelímku a ústím keramických trysek činí s výhodou nejvíce 1/3 prostoru potřebného ke spálení celého objemu spalitelné směsi.Solution 3e concerns a crucible furnace in which a radiation mass consisting of ceramic balls, permeable to gases, is placed between the crucible and the shell. The essence lies in the fact that the crucible is placed on a distributing ceramic body connected to a system of ceramic nozzles, at the upper end of which an ignition electrode is opened and the lower ends of the ceramic nozzles are connected to a conical attachment with a gas-air mixer. The combustion space in the distributing ceramic body, defined by the bottom of the crucible and the mouths of the ceramic nozzles, is preferably at most 1/3 of the space required to burn the entire volume of the combustible mixture.

Description

Vynález ae týká kelímkové pece g ohřevem bezplamenným apa lováním aměsi plynu ae vzduchem·The present invention relates to a crucible furnace g by heating without flame and by mixing gas and air.

Pece pro udržování nebo natavování taveniny využívají ve značné míře elektrický ohřev. V místech, kde je dostatek plynu a nedostatek elektrické energie^ jsou využívány kelímkové pece, které jsou ohřívány plynovými hořáky. Ohřev je však velmi nerovnoměrný. Kelímek ohřívaný dvěma až třemi hořáky je lokálně tepelně namáhán, účinnost zařízení je nízká a zplodiny hoření odcházejí nekontrolované do pracovního prostoru. Regulace výkonu hořáků se provádí většinou systémem zapni - vypni, neboť škrcení výkonu hořáku je závislé na udržování vhodného směšovaného poměru vzduchu a plynu. Regulační rozsah musí být značný/ neboť teploty tavení se pohybují od 400 do 1650 °C. Snaha zvyšovat podíl energie přenášené zářením na úkor jiných užívaných způsobů sdílení tepla je známá. Realizace však narážela dosud na potíže mezi omezeným množstvím tepla, které bylo dosud možno v objemové jednotce uvolňovat známými způsoby vedení spalovacích pochodů, a mezi vysokým odběrem tepla, které se dá zářením odvádět. Dokladem toho jsou například sálavé panely, u nichž spalování probíhá v celém průřezu průlinčité keramické desky, na jejíž čelní straně není vidět plamen. Odvod tepla z těchto zářičů je velmi intenzívní, přitom omezený výkon spalování v infrazářiči limituje maximální teploty infrazářič^ které jsou do 1000 °0, takže se hodí především pro sušící pochody. Použití sálavých panelů pro ohřev taveniny v kelímku je proto omezeno limitovanou teplotou do 1000 °G a dále tím, že průlinčitá keramická deska musí být přizpůsobena tvaru kelímku, který se různí podle obsahu a použitého materiálu. Povrch sálavého panelu a jeho tepelný výkon nelze zvyšovat, neboť je dán vnější plochou typového kelímku, přitom nezbytný tepelný výkon zařízení je určen obsahem a tavící teplotou taveniny.Furnaces for maintaining or melting the melt use electric heating to a large extent. In places where there is sufficient gas and lack of electric energy, crucible furnaces are used, which are heated by gas burners. However, the heating is very uneven. The crucible heated by two to three burners is thermally stressed locally, the efficiency of the device is low and the combustion products leave uncontrolled to the work area. The burner output is usually controlled by the on - off system, as throttling of the burner output is dependent on the maintenance of a suitable air / gas ratio. The control range must be considerable as the melting temperatures range from 400 to 1650 ° C. Efforts to increase the proportion of energy transmitted by radiation at the expense of other heat transfer methods used are well known. However, implementation has hitherto encountered difficulties between the limited amount of heat that could be released in the volume unit by known methods of conducting combustion processes and between the high heat consumption that can be dissipated by radiation. This is evidenced, for example, by radiant panels in which combustion takes place over the entire cross-section of a porous ceramic plate, the flame of which is not visible on the front side. The heat dissipation from these radiators is very intense, while the limited combustion power in the infrared heater limits the maximum temperatures of the infrared heater up to 1000 ° C, making it particularly suitable for drying processes. The use of radiant panels for melt heating in a crucible is therefore limited by a limited temperature of up to 1000 ° C and that the porous ceramic plate must be adapted to the shape of the crucible, which varies according to the content and the material used. The surface of the radiant panel and its heat output cannot be increased because it is given by the external surface of the crucible, while the necessary heat output of the device is determined by the content and melting temperature of the melt.

263 -103263 -103

Uvedené nevýhody odstraňuje kelímková pec 3 ohřevem bezplamenným spalováním, u které je v prostoru mezi kelímkem a pláštěm pece uložena průlinčitá radiační keramická hmota, propustná pro plyny, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že kelímek je uložen na rozváděcím keramickém tělese, přičemž spalovací prostor rozváděcího keramického tělesa je vymezen dnem kelímku a ústím soustavy keramických trysek, u jejichž horního konce je vyústěna zapalovací elektroda a spodní část soustavy keramických trysek je napojena na kuželový nástavec se směšovačem plynu se vzduchem.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the crucible furnace 3 by heating by flame-free combustion, in which a gas permeable radiant ceramic mass according to the invention is arranged in the space between the crucible and the furnace shell. SUMMARY OF THE INVENTION The crucible is disposed on a distributor ceramic body, wherein the combustion space of the distributor ceramic body is delimited by the bottom of the crucible and the mouth of the ceramic nozzle set, at the upper end of which the ignition electrode opens. with a gas-air mixer.

Výhodou uvedené kelímkové pece podle vynálezu je, že umožňuje řízení spalovacího pochodu, a to kontaktně-kinetického bezplamenného spalování, při němž chemicky vázané teplo plynného paliva se uvolňuje a radiačním zářením předává v místech, kde intenzívní přestup tepla lze považovat za nejvýhodnější, zatímco přestup tepla konvekcí, který převládá v dosavadních zařízeních, je v tomto případě zanedbatelný. Ve spalovacím prostoru se spaluje do 30 % objemových spalitelné směsi a zbytek této postupně vzněcované směsi se vede rychlostí 30 až 70 m/s do prostoru radiační hmoty prostupné pro plyny za účelem dokončení bezplamenného spalování a k předání takto uvolněné energie převážně zářením kelímku. Ohřev kelímku omezeným přívodem tepla jeho dnem a intenzivním přestupem tepla na spodním obvodu pláště kelímku rovnoměrně po celém jeho obvodu vytváří nejlepší podmínky pro ideální proudění taveniny v kelímku, nebot středem osy kelímku jde proud směrem ke dnu a ohřátý kov stoupá po celém obvodu vzhůru. Další výhodou navrženého uspořádání je to, že při dobré izolaci pláště kelímku jsou ztráty tepla povrchem nízké, možnost použití otočného víka zabraňuje nejen ochlazování lázně taveniny, ale současně umožňuje řízený odtah zplodin hoření. Tato opatření vedou ke snížení pracovní teploty v okolí pece a ke zlepšení čistoty ovzduší.The advantage of the crucible furnace according to the invention is that it enables the control of the combustion process, namely contact-kinetic flame-free combustion, in which the chemically bound heat of the gaseous fuel is released and transmitted by radiation to places where intense heat transfer can be considered the most In this case, the convection prevailing in the existing devices is negligible. In the combustion chamber, up to 30% by volume of the combustible mixture is combusted, and the remainder of this gradually ignited mixture is fed at a rate of 30-70 m / s into a gas permeable radiation mass space to complete flameless combustion and to transfer the energy released in the crucible. Heating of the crucible by limited heat input through its bottom and intensive heat transfer at the bottom circumference of the crucible shell equally over its entire circumference creates the best conditions for ideal melt flow in the crucible because the center of the crucible axis flows downward and the heated metal rises up the entire circumference. Another advantage of the proposed arrangement is that, with good insulation of the crucible shell, the heat loss through the surface is low, the possibility of using a swivel lid not only prevents cooling of the melt bath, but at the same time allows controlled exhaust of combustion products. These measures reduce the working temperature around the furnace and improve air quality.

Na připojeném v/kresy je znázorněn příklad provedení plynové kelímkové pece podle vynálezu ve svislém osovém řezu.The accompanying drawings show an exemplary embodiment of a gas crucible furnace according to the invention in vertical axial section.

Kelímek 2 pece je umístěn v plášti 2 ³ vyzdívkou a izolací ze skelných vláken a je postaven na rozváděči keramické těleso 15. které stojí na dnu £ plynové pece, přičemž prostor mezi vyzdívkou pláště 3, kelímkem J.» rozváděcím keramickým tělesem Jg. a dnem £ pece je vyplněn keramickými kuličkami 2. Kelímek J. je uzavřen otočným víkem 2 plynové pece s těsněním, aby nebyl ochlazován povrch tekuté lázně v kelímku J a zplodiny hořeníThe crucible 2 is placed in the furnace shell 2 and the lining ³ fiberglass insulation and is based on distributing the ceramic body 15, which stand on the bottom £ gas furnace, the space between the lining of the casing 3, a crucible J. »distribution Jg ceramic body. and the bottom of the furnace is filled with ceramic balls 2. The crucible J. is closed by a rotary lid 2 of the gas furnace with a seal so as not to cool the surface of the liquid bath in the crucible J and the combustion products.

403 odcházel^' místo do pracovního prostoru do odtahu 13 upraveného v horní části boční stěny pece* Ve dnu 2 P^ece s keramickou vyzdívkou je uložena soustava keramických trysek £, které jsou horním koncem vyústěny do zapalovacího prostoru v rpzváděcím keramickém tělese 15. ,kam ústí zapalovací elektroda 14 procházející kuželovým nástavcem 2 směsi, který je napojen na směšovač 12 opatřený přívodem χ vzduchu a druhým přívodem 1Q plynu s regulačním ventilem 11. Ke sledování postupu hoření je rozváděči keramické těleso 12 opatřeno náhlížecím okénkem 8. Spalovací prostor v rozváděcím keramickém tělese 15 vymezený dnem kelímku χ a ústím keramických trysek 2 činí méně než 1/3 prostoru potřebného ke spálení celého objemu spalovací směsi.403 left ^ 'instead of into the workspace to a duct 13 provided for in the upper side wall in the bottom of the furnace 2 * P ^ECE ceramic lining with an assemblage of ceramic £ nozzles which open into the upper end of the ignition chamber at rpzváděcím ceramic body 15, where an ignition electrode 14 extends through a conical mixer piece 2, which is connected to a mixer 12 provided with an air intake 12 and a second gas supply 10 with a control valve 11. To monitor the combustion process, the ceramic distributor 12 is provided with a viewing window 8. 15 defined by the bottom of the crucible χ and the mouth of the ceramic nozzles 2 is less than 1/3 of the space required to burn the entire volume of the combustion mixture.

Do přívodu 2 vzduchu je dávkován plyn z přívodu 10 plynu regulačním ventilem 11 plynu. Ze směšovače 12 plynu a vzduchu prochází tato směs kuželovým nástavcem J do keramických trysek 6, odkud proudí směs plynu a vzduchu po zapálení zapalovací elektrodou 14 do omezeného spalovacího prostoru, tvořeného dnem kelímku 2 a rozváděcím keramickým tělesem 15. oa uejnižšího bezpečného tepelného výkonu 10 % do plného výkonu 100 %. Při startu dochází po zapálení směsi zapalovací elektrodou 14 k zapálení této směsi v prostoru mezi ústím keramických trysek jó a dnem kelímku 2» kde omezený spalovací prostor dovolí, aby vyhořelo do 30 % směsi, a tím se omezí spalovací teploty pod dnem kelímku 2 ae hodnotu kolem 900 °C. S touto teplotou proudí částečně zapálená směs radiálními zářezy k okraji dna kelímku 2 vstupuje rychlostí 50 m/s do radiační vrstvy keramických kuliček 2. Změnou velikosti spalovacího prostoru a rychlosti proudění směsi plynu dojde v první třetině výšky keramických kuliček 2 od dna kelímku 2 k intenzivnímu hoření směsi podle tepelného zatížení mezi 1300 až 1600 °C za současného vyzařování uvolněného tepla do kelímku 2· Ve druhé třetině výšky zásypu se keramické kuličky 2 svým velkým povrchem ohřívají konvekčně i radiací dvojatomových plynů a přijaté teplo účinně vyzařuje za teploty mezi 1000 až 1200 °G na střední část vyzdívky pláště χ kelímku 2» ^v obou případech podle zákona pohybu fotonů v zrnité vrstvě, kde místo a úhel dopadu fotonu není totožný s místem a úhlem zrodu nového fotonu.Gas is supplied to the air inlet 2 from the gas inlet 10 by a gas control valve 11. From the gas-air mixer 12, this mixture passes through the conical nozzle J into the ceramic nozzles 6, from which the gas-air mixture flows after ignition of the ignition electrode 14 into a confined combustion space formed by the bottom of crucible 2 and the distribution ceramic 15. to full power 100%. At start, after igniting the mixture with the ignition electrode 14, the mixture ignites in the space between the mouth of the ceramic nozzles 6 and the bottom of the crucible 2 where the limited combustion space allows it to burn up to 30% of the mixture. around 900 ° C. At this temperature, the partially ignited mixture flows through radial indentations to the bottom of the crucible 2 entering at a velocity of 50 m / s into the radiation layer of the ceramic spheres 2. By changing the combustion chamber size and gas velocity combustion of the mixture according to the thermal load between 1300 to 1600 ° C while radiating the released heat to the crucible 2 · In the second third of the backfill height, the ceramic balls 2 are convective and radiated by diatomaceous gases. G in the middle of the lining of the shell χ of crucible 2 » ⁱⁿ both cases according to the law of the movement of photons in the granular layer, where the location and angle of incidence of the photon is not identical to the location and angle of origin of the new photon.

A to je výhoda radiační vrstvy, jejíž šířka není limitujícím faktorem. Nejvyšší vrstva radiační hmoty mění svoji funkci v závislosti na teplotním zatížení systému a chová se buá jako vrstva střední úměrně teplotě plynů a kelímku 2 předává menší část tepla, nebo jen chrání horní část kelímku 2 od vychladnu- 4 263 tí. Spaliny odcházejí výhradně zabudovaným odtahem 13. protože kelímek J je těsněním v otočném víku 2 plynotěsně oddělen, od pracovního prostředí. Kromě toho je kelímek J. tímto otočným víkem 2 chráněn od vyzařování tepla do pracovního prostoru.This is an advantage of a radiation layer whose width is not a limiting factor. The uppermost layer of radiation mass changes its function depending on the temperature load of the system, acting either as a median layer proportional to the temperature of the gases and transmitting less heat to the crucible 2 or just protecting the top of the crucible 2 from cooling down 4,263. The flue gases leave only the built-in exhaust 13, since the crucible J is gastightly separated from the working environment by a seal in the rotary cover 2. In addition, the crucible J is protected by this pivot lid 2 from radiating heat to the working space.

Intenzívní přestup tepla, zvláště v počátcích ohřevu, umož ňuje zkrácení natavovacího cyklu, což přispívá ke zvyšování výkonu sléváren. Regulační ventil 11 plynu ve spojení se směšovačem 12 plynu a vzduchu může být ovládán buď ručně, nebo automaticky, například ve vazbě na kontrolu tepla taveniny. Široký regulační rozsah od 10 do 100 % výkonu umožňuje maximální zkrácení doby natavení lázně využitím nejvyššího tepelného výkonu zařízení, přičemž udržování teploty při dobré izolaci pláště plynové pece a ochrany lázně víkem je možno dosáhnout při nepatrných ztrátách a nízké spotřebě energie. Všechna tato opatření vedou k podstatnému snížení energetické náročnosti a ke zlepšení pracovních podmínek jak co do snížení teplot v okolí pece, tak co do čistoty ovzduší.The intensive heat transfer, especially in the early stages of heating, allows the melting cycle to be shortened, which contributes to an increase in the foundry performance. The gas control valve 11 in conjunction with the gas-air mixer 12 can be operated either manually or automatically, for example in relation to the melt heat control. The wide control range from 10 to 100% of power allows maximum reduction of bath melting time by utilizing the highest heat output of the plant, while maintaining the temperature with good insulation of the gas furnace casing and protecting the bath with lid can be achieved with low losses and low energy consumption. All these measures lead to a significant reduction in energy consumption and an improvement in working conditions, both in terms of lowering the temperatures around the furnace and in terms of air quality.

Kelímková pec, vytápěná sálavým zářením, umožňuje regulovatelný ohřev nebo tavení tavenin kovových nebo nekovových materiálů v metalurgických, slévárenských a jiných provozech, podle požadavků návazné licí nebo jiné zpracovací technologie.The radiant-fired crucible furnace enables controllable heating or melting of molten metal or non-metallic materials in metallurgical, foundry and other plants, according to the requirements of downstream casting or other processing technology.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Crucible furnace with flame-free heating, in which a gas-permeable radiant ceramic is deposited in the space between the crucible and the furnace shell, characterized in that the crucible (1) is supported on a distributor ceramic body (15), the combustion space of the distributor the ceramic body (15) is defined by the bottom of the crucible (1) and the mouth of the ceramic nozzle assembly (6), at the upper end of which the ignition electrode (14) opens and the lower part of the ceramic nozzle assembly (6) is connected to a gas-air mixer (12).