加熱熔體的方法技術

一種加熱含有可氧化物質熔體的方法，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。將氧化劑流動量調節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。調節燃料流的動量，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。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
本申請是1995年1月23日申請的美國專利申請號08/376,278的部分繼續申請。專利技術的背景本專利技術涉及一種加熱含有可氧化物質的熔體的方法。具體地說，本專利技術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，本專利技術所涉及一種方法的特點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，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，產生了上氧化層，該上氧化層在技術上稱為浮渣。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量。于是，本專利技術提供一種，在此方法中設法抑制上氧化層的生長，因而減輕該上氧化層絕熱的作用。專利技術的簡要說明本專利技術提供一種加熱含可氧化物質的熔體的方法。根據該方法，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節至低于該臨界動量。調節燃料流的動量，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，本專利技術提供一種加熱含可氧化物質熔體的方法。根據該方法，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生了具有一定厚度的上氧化層。氧化劑流噴射動量應低于一臨界動量，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。在本專利技術再一個方面中，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生的功率。根據本專利技術的這再一個方面，規定了氧化劑和燃料，在噴射時它們所述的總的比動量不得大于約60牛頓/兆瓦(所述燃料燃燒產生的功率)。就其最廣泛的方面來說，本專利技術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利要求書中的術語“氧化劑”為氧、富氧空氣或空氣。本專利技術人已經確定，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生由于一處或多處裂縫。用于此處和權利要求書中的術語“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。當氧化劑流的動量增加時，該動量向熔體的轉移也就增加，致使熔體翻騰，上氧化層下面的熔體就轉移到表面被氧化，上述的機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。本專利技術并不能防止上氧化層的形成，然而本專利技術通過不擾動熔體的上表面而確實抑制了上氧化層的厚度的增加。在本專利技術的實踐中，當熔體加熱時，氧化劑流的動量被調節至低于其臨界動量。燃料流的動量則調節到氧化劑流被吸引靠近該燃料流，結果在混合層中產生所需的可燃混合物。這類所需的可燃混合物就是用來產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。該臨界動量可用實驗方法進行測定，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，調節氧化劑流的動量，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一點擾動。如上所述，可以設定燃燒條件使上氧化劑層不受干擾地來實施本專利技術。一旦設定了，該設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專利技術操作的這個設定條件或調節至更小的條件之間進行操作。本專利技術就可按上述操作，然而，為了進一步保證熔體的上氧化層不受擾動，應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節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。當熔體按照本專利技術加熱時，由于氧化劑流的動量和/或總的比動量都成為限制因素，權用一個燃燒器可能不能產生滿足熔體中的加熱具體要求的熱量。在此情況下，本專利技術就擬采用若干個燃燒器產生若干對燃料流的氧化劑流，或者采用在離燃燒器不遠的距離內即將氧的動量耗散的燃燒器。 附圖說明本專利技術以權利要求結束，清楚地指出了作為申請人所認為的本專利技術主題內容，而本專利技術結合以下附圖可得到更好的理解。圖1是采用本專利技術加熱方法的熔爐的剖視圖；圖2是按照本專利技術操作的燃燒器的前視圖；圖3是按照本專利技術方法操作的燃燒器垂直剖面圖；圖4是圖3的局部頂視圖。詳細說明圖2和圖2表示用于加熱一種含可氧化物質的熔體例如，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。燃燒器的設計應使燃料在氧化劑即氧或富氧空氣中燃燒，以產生覆蓋在熔體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，它具體地設計成能將燃料流24以向外發散的扇形噴出。參照圖4，由噴射火焰20即充分顯示了這種向外發散的扇形結構。位于燃料噴嘴22下方的是氧化劑噴嘴26，它也設計成能產生向外發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，它也設計成能產生向外發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在頒發的美國專利5,299,929中作了充分說明和描述，也參考結合于本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種加熱含有可氧化物質的熔體的方法，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 劑流的動量調節至低于所述的臨界動量；調節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。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：雅浦T羅，
申請(專利權)人：波克股份有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]