[其他]气体喷燃器

说明书

本发明所涉及为具有高度火焰稳定性的调整气体喷燃器。具体而言，本发明所涉及的这种高速气体喷燃器，在很宽的工作范围内增强了火焰的稳定性，可适用于熔炉或其它类似的设备。

工业部门所迫切关注的一个问题，就是对于能够高效率地进行加热和熔化作业的燃烧器的需求。特别是在能源价格不断上涨而燃料供应日见短缺的今天，更是如此。与此相应，现在所需要的是这样的燃烧器：无论是大吨位的熔炉还是小吨位的炉子，都能使用。而且能保持生产出可被市场所接受的熔炼金属产品，亦即没有杂质的产品。

本发明所提供的这种气体喷燃器可以用于数种不同的熔炉或需要高温的其它设备。这里所给出的气体喷燃器已被证实可有效地用在诸如美国专利3199977号里所描述和图示的立式熔化炉等类熔炉。该美国专利的颁布日期是1965年8月10日。发明者为阿尔伯特·J·菲利浦斯（Albert    J·phillips）等人。在该美国专利中，这些气体喷燃器通过炉体侧壁上的一个个孔插入炉内，并借助于螺栓将每一喷燃器的安装面紧压在炉子外壳上，以此来保证大体上的气密安装。但是，该专利以及与其有关的其它几项专利中，都未提出任何方法来加强装在熔炉上或其它高温加热设备上的这些喷燃器的火焰稳定性。例如我们可以参看美国专利3701517号，3715203号，3788623号，以及在这些参考文献中所引用的以前的一些技术手段。这些文献给出了若干种气体喷燃器的设计，此外还讨论了一些喷燃器的燃烧室系统，见于美国专利3299940号，4211555号，4301997号，4309170号和4311519号，以及加拿大专利1100029号，西德公开专利说明书DE-OS2946120号。

如何在大范围变动的工况下保持火焰的稳定性，一直是燃烧器技术中的一个难题，特别是当用于象菲利浦斯等人提出的那种立式熔炉时更是如此。在本发明的一种喷燃器设计中，火焰既在燃烧室的内部燃烧又在它的外部燃烧，燃烧室内部火焰的形状由燃烧室的形状决定，而外部火焰的形状则基本成圆锥形。这种喷燃器，在典型的情况下，其点火段内设有一根点火棒，而燃烧室的半径要大于点火段的出口。火焰被保持在紧靠点火棒的下游处，向流过的未燃混和气体传播。在点火段与燃烧室的连接处，形成了环状的肩部，也对火焰起到附加的保持作用。这样一来，就建立起了两个火焰前峰：一个由点火棒传播出来，另一个则从环形肩的火焰保持区传播出来。

然而糟糕的是，由环形肩部传播的火焰可能是不稳定的，这是因为火焰并不完全形成于该肩部，因而在肩部的区域产生了黑点或冷点。这种火焰便会成为闪烁跳动的不稳定火焰，当用于立式化铜炉时，在肩部产生的冷点处还会有金属铜沉积出来。这些在燃烧室中沉积的铜和/或不稳定的火焰会对炉子的运行发生不利的影响，造成熔过的铜材不纯净，甚至有可能要停下炉子进行清除工作。这种火焰的不稳定性在开炉的时候，即炉子和喷燃器都处于冷态时尤为严重。甚至在“稳态”的运行工况下，这种不稳定性也仍然存在。

上述问题在立式熔炉技术中一直很严重，特别是对于中等容量的炉子，即每小时小于20短吨者，这类炉子要求当下调率超过2.5∶1时，仍能保持喷燃器中火焰的稳定。这里用到的“下调”的意思，是指通过减少供给喷燃器的燃料-氧气混合气来降低炉子的熔化率。对于一台最大设计能力每小时20短吨的炉子来说，下调率为2.5/1可使产量低至每小时8短吨，即20/2.5＝8。要使炉子在这样宽的运行范围内正常工作，就需要喷燃器能在这样的下调范围内保持稳定的火焰。假如在低产率的情况下火焰不能稳定，则熔化了的铜将混入杂质，燃烧室内会有金属沉积，还会出现其它一些问题。

例如，小容量的炉子通常只沿周边布置一排喷燃器，而认为再加上一排喷燃器只能造成多余的熔化能力。这样，当把炉子的熔化速率调下来时，便会带来问题，即无法避免金属在炉内的“塌落”和凝结。在小型熔炉中仅靠一排喷燃器而要获得均匀的热量分布一直是个难题。这些单排喷燃器的熔炉中常见的问题是，在最大熔化率时，金属很容易悬在喷燃器之上而出现金属悬空现象，使得未熔化的金属装料不能从较大直径的上部下落到直径缩小的炉底部分。这种现象会导致金属含氧高，温度分布不均匀，以及炉子的“啸叫”。此外，这种热量分布不均匀的结果，还会产生“亏料”现象，即在炉子底部缺少金属的装料。这一现象会导致耐火材料的过热，金属熔化温度的大幅度变化，以及在热量输入最大或接近最大的时候，发生金属流动的剧烈波动。在双排燃烧器的炉子里，或既使在单排的炉子里，长时间的下调可能会使金属由于燃料供给减少即热量输入减少而变“软”，结果使得金属逐渐在炉内发生塌落。