專利名稱：加熱熔體的方法
本申請是1995年1月23日申請的美國專利申請?zhí)?8/376,278的部分繼續(xù)申請。發(fā)明的背景本發(fā)明涉及一種加熱含有可氧化物質(zhì)的熔體的方法。具體地說，本發(fā)明涉及一種將燃料流和其下方的氧化劑流噴射在熔體的上方使燃料在氧化劑中燃燒的方法。更具體于說，本發(fā)明所涉及一種方法的特點(diǎn)是控制氧化劑流的動量，使熔體的上表面充分地不受擾動以避免處于上表面下方的熔體上升到上表面而被氧化。
在已有技術(shù)提供的燃燒爐中，燃料在氧化劑即富氧空氣或幾乎純的氧氣中燃燒，產(chǎn)生在熔體上方的噴射的火焰。在許多此類燃燒爐中，氧化劑由位于燃料噴射下面的氧化劑噴嘴供應(yīng)，使氧化劑流位于熔體和燃料流之間。為了噴射火焰，對位于下方的氧化劑流給予了較大的動量。然而，在火焰的下方有一個高溫的含氧區(qū)域。在可氧化熔體諸如鋁的情況下，可氧化熔體的上表面就會與燃料爭奪氧氣，產(chǎn)生了上氧化層，該上氧化層在技術(shù)上稱為浮渣。該上氧化層起著將熔體與火焰隔絕的作用，其結(jié)果是妨礙了火焰將熱量傳遞給熔體。這反過來增加了加熱熔體至一定溫度所需燃料的數(shù)量。
于是，本發(fā)明提供一種加熱熔體的方法，在此方法中設(shè)法抑制上氧化層的生長，因而減輕該上氧化層絕熱的作用。發(fā)明的簡要說明本發(fā)明提供一種加熱含可氧化物質(zhì)的熔體的方法。根據(jù)該方法，將至少一對燃料流和氧化劑流噴射在熔體上方，使燃料用該氧化劑進(jìn)行燃燒。該氧化劑流至少有一部分位于燃料流和熔體之間。燃料流和氧化劑流分別具有燃料流動量和氧化劑流動量。氧化劑流在熔體的上表面產(chǎn)生了具有一定厚度的上氧化層。測定氧化劑流的一個臨界動量，在該臨界動量所述的氧化劑流會將所述的上氧化層推開，結(jié)果暴露出新鮮的熔體，使其被氧化，就增加了所述上氧化層的厚度。將氧化劑流的動量調(diào)節(jié)至低于該臨界動量。調(diào)節(jié)燃料流的動量，使它大于氧化劑流的動量，從而吸引氧化劑靠近燃料，由此在燃料和氧化劑混合層中形成所需的可燃混合物。
在另一個方面中，本發(fā)明提供一種加熱含可氧化物質(zhì)熔體的方法。根據(jù)該方法，將至少一對燃料流和氧化劑流噴射在熔體上方，使燃料在該氧化劑中進(jìn)行燃燒。該氧化劑流至少有一部分位于燃料流和熔體之間。燃料流和氧化劑流分別具有燃料流動量和氧化劑流動量，氧化劑流在熔體上表面產(chǎn)生了具有一定厚度的上氧化層。氧化劑流噴射動量應(yīng)低于一臨界動量，在此臨界動量所述的氧化劑流會將所述的上氧化層推到邊上去，暴露出新鮮的熔體使被氧化，就增加了所述上氧化層的厚度。燃料流的噴射動量應(yīng)大于氧化劑流的動量從而吸引該氧化劑靠近該燃料，由此在燃料和氧化劑的混合層中形成所需的可燃混合物。
在本發(fā)明再一個方面中，該燃料流和氧化劑流具有一總的比動量，它定義為燃料和氧化劑流動量的和除以由該燃料燃燒產(chǎn)生的功率。根據(jù)本發(fā)明的這再一個方面，規(guī)定了氧化劑和燃料，在噴射時它們所述的總的比動量不得大于約60牛頓/兆瓦(所述燃料燃燒產(chǎn)生的功率)。
就其最廣泛的方面來說，本發(fā)明可用于許多不同類型的燃燒器裝置。例如，有一種燃燒器，其中央燃料噴嘴由外部同軸布置的一些氧化劑噴嘴所包圍，其產(chǎn)生的氧化劑流只有一部分在燃料流的下方。如上所述的其它的燃料爐，其氧化劑流位于燃燒流的下方，因此氧化劑流完全處于燃料流和熔體之間。也有其它的燃燒器，它有上方的氧化劑流和下方的氧化劑流，燃料流則夾在中間，呈“三明治”式。本申請的權(quán)利要求書意在覆蓋所有這些類型的燃燒器。另外，必須指出用于此處和權(quán)利要求書中的術(shù)語“氧化劑”為氧、富氧空氣或空氣。
本發(fā)明人已經(jīng)確定，氧化劑流存在著一個特定的臨界動量，在該動量下，氧化劑流會將使上氧化層推到邊上去，將新鮮的即未氧化的熔體暴露出來，從而使其氧化。例如，上氧化層可能作為一個整體朝著氧化劑流的方向滑動，或者在上氧化層中會產(chǎn)生由于一處或多處裂縫。用于此處和權(quán)利要求書中的術(shù)語“推到邊上去”的意義就所有這些可能性。氧化劑流的臨界動量取決于許多因素，包括氧化劑流的方向朝著熔體偏移和氧化劑流與熔體之間的距離。當(dāng)氧化劑流的動量增加時，該動量向熔體的轉(zhuǎn)移也就增加，致使熔體翻騰，上氧化層下面的熔體就轉(zhuǎn)移到表面被氧化，上述的機(jī)理就使上氧化層從熔體上表面計起的厚度逐漸增加。然而，上氧化層厚度的這種增長是因上氧化層被推到邊上去而引起的。本發(fā)明并不能防止上氧化層的形成，然而本發(fā)明通過不擾動熔體的上表面而確實(shí)抑制了上氧化層的厚度的增加。
在本發(fā)明的實(shí)踐中，當(dāng)熔體加熱時，氧化劑流的動量被調(diào)節(jié)至低于其臨界動量。燃料流的動量則調(diào)節(jié)到氧化劑流被吸引靠近該燃料流，結(jié)果在混合層中產(chǎn)生所需的可燃混合物。這類所需的可燃混合物就是用來產(chǎn)生所需特定功率輸出所必需的混合物。由于氧化劑流向著靠近燃料的方向移動，也即，向著離開熔體的方向移動，因而降低了熔體上方的氧濃度，結(jié)果起到了抑制熔體上氧化層厚度增加的作用。
該臨界動量可用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定，即是在熔體開始被加熱后觀察其上氧化層的厚度。最初，熔體加熱時，調(diào)節(jié)氧化劑流的動量，使熔體的上表面并不受到氧化劑流的擾動。然后，一面觀察著上氧化層一面增加氧化劑流的動量直到在上氧化劑層出現(xiàn)一點(diǎn)擾動。如上所述，可以設(shè)定燃燒條件使上氧化劑層不受干擾地來實(shí)施本發(fā)明。一旦設(shè)定了，該設(shè)定條件可以記錄下來，則用于加熱熔體的燃燒器就可以按照本發(fā)明操作的這個設(shè)定條件或調(diào)節(jié)至更小的條件之間進(jìn)行操作。本發(fā)明就可按上述操作，然而，為了進(jìn)一步保證熔體的上氧化層不受擾動，應(yīng)計算出在燃燒器出口的燃料流和氧化劑流的總的比動量然后調(diào)節(jié)燃料流和氧化劑流使得該總的比動量為或低于60牛頓/兆瓦。當(dāng)熔體按照本發(fā)明加熱時，由于氧化劑流的動量和/或總的比動量都成為限制因素，權(quán)用一個燃燒器可能不能產(chǎn)生滿足熔體中的加熱具體要求的熱量。在此情況下，本發(fā)明就擬采用若干個燃燒器產(chǎn)生若干對燃料流的氧化劑流，或者采用在離燃燒器不遠(yuǎn)的距離內(nèi)即將氧的動量耗散的燃燒器。


本發(fā)明以權(quán)利要求結(jié)束，清楚地指出了作為申請人所認(rèn)為的本發(fā)明主題內(nèi)容，而本發(fā)明結(jié)合以下附圖可得到更好的理解。
圖1是采用本發(fā)明加熱方法的熔爐的剖視圖；圖2是按照本發(fā)明操作的燃燒器的前視圖；圖3是按照本發(fā)明方法操作的燃燒器垂直剖面圖；圖4是圖3的局部頂視圖。
詳細(xì)說明圖2和圖2表示用于加熱一種含可氧化物質(zhì)的熔體例如，鋁的熔爐1。熔體10具有上表面12和上氧化層14，熔體為鋁的情況下，上氧化層即稱為鋁浮渣。為了清楚地圖示，圖中上氧化層14的厚度已被放大。實(shí)際上，這種上氧化層僅為幾毫米厚。
熔爐1將燃燒器16安裝于燃燒器座18中。燃燒器的設(shè)計應(yīng)使燃料在氧化劑即氧或富氧空氣中燃燒，以產(chǎn)生覆蓋在熔體10上方的噴射火焰20。
另外參照圖3，燃燒器16中裝有中央燃料噴嘴22，它具體地設(shè)計成能將燃料流24以向外發(fā)散的扇形噴出。參照圖4，由噴射火焰20即充分顯示了這種向外發(fā)散的扇形結(jié)構(gòu)。位于燃料噴嘴22下方的是氧化劑噴嘴26，它也設(shè)計成能產(chǎn)生向外發(fā)散的扇形的下方氧化劑流28，它位于熔體10和燃料流24的中間。同時還裝了上方氧化劑噴嘴30，它也設(shè)計成能產(chǎn)生向外發(fā)散扇形的上方氧化劑流32。要說明的是，上方氧化劑噴嘴30，其截面積比下方氧化劑噴嘴26小，所以上方氧化劑流30就比下氧化劑流28具有較小的動量，以防止噴射火焰20沖向爐頂。上方氧化劑噴嘴30也可以制成與下方氧化劑噴嘴26相同的截面積。燃燒器16在頒發(fā)的美國專利5,299,929中作了充分說明和描述，也參考結(jié)合于本發(fā)明中。然而，要說明的是，對于本發(fā)明的方法來說，并不要求燃燒器為哪種具體類型，該方法適用于任何一種燃燒器，只要其中氧化劑(如空氣、富氧空氣或純氧)是在燃料流下面和熔體上方噴射導(dǎo)入爐中。如前所述，氧化劑(此情況為氧氣)的動量通過閥34調(diào)節(jié)至一臨界動量以下，具體地講，用閥34調(diào)節(jié)下方氧化劑流28的速度。然后，用燃料閥36調(diào)節(jié)，燃料流24的速度因而調(diào)節(jié)其動量。燃料流24的動量應(yīng)調(diào)節(jié)至大于下方氧化劑流28的動量，使燃料流24中產(chǎn)生一低壓區(qū)，將氧化劑流吸引，遠(yuǎn)離熔體10，而朝向燃料流在燃料和氧化劑的混合層中形成所需要的可燃混合物。另外，如上所述，燃料和氧化劑流24和28總的比動量是可以計算出來的。在此情況下，有可能需要重新調(diào)節(jié)燃料流和氧化劑流，使總的比動量約在或低于60牛頓/兆瓦(由燃燒器16發(fā)出的功率)。
雖然本發(fā)明的說明是通過了一個優(yōu)選的實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下是可以作出許多變化增加和刪改的。
權(quán)利要求
1.一種加熱含有可氧化物質(zhì)的熔體的方法，其特征在于所述的方法包括將至少一對燃料流和氧化劑流噴射在熔體上方，使燃燒用該氧化劑進(jìn)行燃燒，所述的氧化劑流至少有一部分位于所述的燃料流和所述的熔體之間；所述的燃料流和氧化劑流分別具有一定的燃料流動量和氧化劑流動量，所述的氧化劑流在所述的熔體所述上表面產(chǎn)生了具有一定厚度的上氧化層；測定一臨界動量，在此臨界動量所述的氧化劑流將所述的上氧化層推到邊上去，使新鮮的熔體暴露出來而可能被氧化，從而增加所述上氧化層的所述厚度；將所述氧化劑流的動量調(diào)節(jié)至低于所述的臨界動量；調(diào)節(jié)所述的燃料流的動量，使它大于氧化劑流的動量，使得所述的氧化劑和燃料在它們的混合層中形成所需的可燃混合物。
2.一種加熱含有氧化物質(zhì)的熔體的方法，其特征在于所述的方法包括將至少一對燃料流和氧化劑流噴射到熔體上方，使燃料用該氧化劑進(jìn)行燃燒，所述的氧化劑流至少有一部分位于所述的燃料流和所述的熔體之間；所述的燃料流和氧化劑流分別具有一定的燃料流動量和氧化劑流動量，所述的氧化劑流在所述的熔體所述的上表面產(chǎn)生具有一定厚度的上氧化層；噴射所述的氧化劑流時，其動量應(yīng)低于一臨界動量，在該臨界動量，所述的氧化劑流將所述的上氧化層推到邊上去暴露出新鮮的熔體使之可能被氧化，從而增加所述上氧化層的所述厚度；所述的燃料流噴射時，其動量大于所述的氧化劑流的動量，使得所述的氧化劑和燃料在它們的混合層中形成所需的可燃混合物。
3.一種加熱含有可氧化物質(zhì)的熔體的方法，其特征在于所述的方法包括將至少一對燃料流和氧化劑流噴射到熔體上方，使燃料用該氧化劑進(jìn)行燃燒，所述的氧化劑流至少有一部分位于所述的燃料流和所述的熔體之間；所述的燃料流和氧化劑流分別具有一定的燃料流動量和氧化劑流動量，所述的燃料流和氧化劑流具有一總的比動量，它定義為所述的的燃料流和所述的氧化劑流動量之和除以燃料燃燒的功率輸出，所述的氧化劑流在所述熔體的所述上表面產(chǎn)生了具有一定厚度的上氧化層；噴射所述的氧化劑流時，其動量應(yīng)低于一臨界動量，在該臨界動量所述的氧化劑流將所述的上氧化層推到邊上去，暴露出新鮮的熔體使其可能被氧化，從而增加所述上氧化層的所述厚度；所述的燃料流噴射時，其動量大于所述氧化劑流的動量，使得所述的氧化劑和燃料它們的混合層中形成所需的可燃混合物；所述的氧化劑流和燃料流燃噴射它們的總的比動量不大于60牛頓/兆瓦，其中兆瓦是所述的燃料在進(jìn)行所述燃料時產(chǎn)生功率的單位。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述的燃料流和氧化劑流均具有向外發(fā)散的扇形形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括在所述燃料流的上方產(chǎn)生一個上方的氧化劑流，使所述的燃料流夾在所述的上、下氧化劑流之間。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的熔體是鋁。
全文摘要
一種加熱含有可氧化物質(zhì)熔體的方法，該方法將燃料流和氧化劑流噴射在熔體上方，使燃料用該氧化劑燃料。燃料流和氧化劑流分別具有燃燒流動量和氧化劑流動量。將氧化劑流動量調(diào)節(jié)至低于一臨界動量的值，在該臨界動量氧化劑會將上氧化層推到一邊，暴露出新鮮熔體，可使其氧化，增加上氧化層的厚度。調(diào)節(jié)燃料流的動量，使它大于氧化劑流的動量，并使氧化劑流和燃料流動的總比動量小于約60牛頓/兆瓦。
文檔編號F27D7/02GK1152110SQ9610191
公開日1997年6月18日 申請日期1996年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月23日
發(fā)明者雅浦T·羅 申請人:波克股份有限公司