PROCESS AND MULTIPLE FLAME BURNER FOR HEATING METAL WORK PIECES

Abstract: 1. A method for the heating or partial heating of metal workpieces by multiple burners supplied with mixtures of fuel gas-oxygen mixtures, characterised in that two kinds of flame gases, A, B, are used, and that the flame gas A is supplied in a mixing proportion smaller than the mixing proportion for maximum ignition speed and flame gas B is supplied in a mixing proportion greater than the mixing proportion for maximum ignition speed.

Description: Verfahren und Mehrflammenbrenner zum Erwärmen von Metallwerkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen oder partiellen Erwärmen von Metallwerkstücken durch mit Brenngas Sauerstoff-Gemischen gespeisten Mehrflammenbrenner sowie einen Mehrflammenbrenner zur Durchführung des Verfahrens. Es ist bekannt, dass der Erwärmungsvorgang, für den meist sogenannte Vormischbrenner eingesetzt werden, in Abhängigkeit der Werkstücktemperatur oder der Anwärmzeit gesteuert wird, um einerseits eine-kurze Anwärmzeit zu erzielen und andererseits ein Uberhitzen der Werkstückoberfläche zu vermeiden (z.B. Verfahren der Autogentechnik, Deutscher Verlag für SchweisstechnikGmbH, Düsseldorf, 1973, Kapitel 15 - Flammwärmen). Der Wärmeübergang auf das Metallwerkstück kann dabei durch Variation verschiedener Parameter beeinflusst werden: Z.B. durch andern der Gasdurchsätze, des Brennerabstandes von Werkstück, der Gemischzusammensetzung oder durch Zu- oder Abschalten einzelner Brenner. Die bekannte und an sich in bezug auf Wärmeübergang günstigere Bauart von Acetylen-Wärmebrennern, die Vormischbrenner haben den Nachteil, dass sie zum Rückzünden neigen, wenn das Mischungsverhältnis das Maximum der Zündgeschwindig- keit liefert und wenn die Gasdurchsätze zu stark reduziert werden. Rückzündungen können dabei leicht zur Zerstörung eines Brenners führen. Der Brennerabstand als variable Grösse bedingt keine Gaseinsparung. Da der Gaspreis von Acetylen etwa 10 mal höher liegt als der von Sauerstoff, sind sauerstoffreichere Flammen wirtschaftlicher. Diese verursachen jedoch eine Verzunderung an der Oberfläche. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Anwärmprozesse unter Verwendung von Mehrflammenbrennern wirtschaftlich zu optimieren, d.h. eine Verkürzung der Anwärmungszeit, Einsparungen an Gaskosten und Vermeidung des Verzunderns an der Werkstückoberfläche zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwei Arten von Flammgasen A, B verwendet werden, und dass das Flammgas A in einem Mischungsverhältnis kleiner der Zündgeschwindigkeit und das Flammgas B in einem Mischungsverhältnis grösser der Zündgeschwindigkeit eingesetzt werden. Untersuchungen haben ergeben, dass bei Verwendung von zwei Arten von Einzelflammen, die bei einem Mehrflammenbrenner angeordnet sind, die obengenannten Nachteile überwunden werden können. In zweckmässiger Ausbildung des erfindunsgemässen Verfahrens werden die Flammgase A und B einer Aussenmischung unterworfen. Mit dieser Verfahrensweise wird ein rückzündsicheres Verhalten des Brenners garantiert, da keine Einzelflamme mit dem Mischungsverhältnis der maximalen Zündgeschwindigkeit gespeist wird, aber durch Aussenmischung dieses für den Wärmeübergang günstige Verhältnis erzielt wird. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Flammgase A und B während eines Anwärmungsvorganges mit unterschiedlicher Brenndauer verwendet werden. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Zufuhr von Flammgas B nach Erreichen eines vorgegebenen Temperaturwertes abgeschaltet wird. Somit wird in einer ersten Anwärmphase eine maximale Wärmeleistung und damit schnelle Anwärmung bei hohem Einsatz von Sauerstoff erreicht. Während der dabei noch nicht sehr hohen Temperaturen tritt keine oder zumindest keine so starke Verzunderung auf. In einer zweiten Anwärmphase wird dann nur noch mit dem Flammgas A gearbeitet, wobei durch das entsprechend eingestellte Mischungsverhältnis eine Verzunderung vermieden wird. Gleichzeitig erfolgt bei reduzierter Wärmeleistung eine Durchwärmung des Werkstückes und eine langsame Temperaturerhöhung. Insgesamt ergibt sich mit dieser Arbeitsweise eine Gaseinsparung. Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit allen Arten von Brenngasen durchgeführt werden, z.B. Acetylen, Propan, Butan, Erdgas. Beispielhaft sei es jedoch für Acetylen angegeben. Die Ergebnisse sind für andere Brenngase bzw. Brenngasgemische ähnlich. Bei Verwendung von Acetylen als Brenngas hat es sich als geeignet erwiesen, wenn das Flammgas A in einem Mischungsverhältnis zwischen 1,1 und 1,6 O2 / CzH2, bevorzugt 1,3 O2 / C2112 und das Flammgas B in einem Mischungsverhältnis zwischen 1,6 und 2,5 2 / C2H21 bevorzugt 2,0 2 / C2H2 eingesetzt werden. Die Einzelflammen werden damit nicht mit dem Mischungsverhältnis der maximalen Zündgeschwindigkeit gespeist, so dass auch die hierbei auftretenden Nachteile nicht wirksam werden können. Durch die Aussenmischung kann jedoch, wie bereits erwähnt, das für den Wärmeübergang günstige Mischungsverhältnis der maximalen Zündgeschwindigkeit erzielt werden, wobei die Aussenmischung in bekannier Weise z.B. von dem Werkstoff oder dem Druck abhängt. Die Erfindung bezieht sich überdies auf einen Mehrflammenbrenner, der dadurch gekennzeichnet ist, dass Austrittskanäle für die Flammgase A, B in mindestens drei parallelen Reihen angeordnet sind und dass das Flammgas A in den äusseren Reihen und das Flammgas B in der inneren Reihe der Kanäle austritt. Weiterhin kann der Mehrflammenbrenner mit einer Steuereinrichtung zur Einstellung der erforderlichen Mischungsverhält nisse in Verbindung stehen, wobei Versorgungsleitungen für das Flammgas A bzw. für das Flammgas B an die Steuereinrichtung angeschlossen sind. Als SteuergröBen für die gewünschten Mischungsverhältnisse werden dabei zweckmässig die Temperatur und die Zeit verwendet. Im folgenden sei das erfindungsgemässe Verfahren anhand von in vier Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 die Stirnfläche eines Mehrflammenbrenners Figur 2 eine Anordnung mit einem Mehrflammenbrenner Figur 3 ein Zeit/Temperatur-Diagramm zur Erläuterung der beiden Anwärmphasen und Figur 4 eine Anordnung mit zwei Mehrflammenbrennern. Figur 1 zeigt die Stirnfläche eines Mehrflammenbrenners 1, bei dem in drei parallelen Reihen Austrittskanäle 2 für ein Flammgas A bzw. Austrittskanäle 3 für ein Flammgas B angeordnet sind. Gemäss Figur 2 wird die Versorgung des Mehrflammenbrenners 1 mit dem Brenngas-Sauerstoff-Gemisch gezeigt. Einer Steuereinrichtung 4 wird Sauerstoff und als Brenngas zum Beispiel Acetylen zugeführt und in Abhängigkeit von den Steuergrössen Temperatur/Zeit gemischt. Dabei entsteht ein Flammgas A, das z.B. ein Mischungsverhältnis von 1,3 2 / C2H2 aufweist und über eine Versorgungsleitung 5 in den Brenner eingespeist wird, um dort über die Kanäle 2 auszutreten. Weiterhin entsteht ein Flammgas B mit einem Mischungsverhältnis von 2,0 2 / C2H2, das über eine Versorgungsleitung 6 in den Brenner eingespeist wird und über die mittleren Kanäle 3 austritt. Die dargestellten Flammen A und B werden durch Aussenmischung derart eingestellt, dass sie in dem für den Wärmeübergang auf ein Metallwerkstück 7 günstigsten Verhältnis das Werkstück erwärmen. Der Erwärmungsvorgang wird dabei gemäss dem in Figur 3 dargestellten Diagramm (Abszisse: Zeit, Ordinate: Temperatur) in zwei Phasen aufgeteilt. Während einer ersten Phase wird der Mehrflammenbrenner mit Flammgas A und Flammgas B gespeist. Auf diese Weise wird eine maximale Wärmeleistung und damit schnelle Erwärmung erreicht. Der hohe Einsatz von Sauerstoff ist günstig, da Sauerstoff billiger ist als Acetylen. In dem unteren Temperaturbereich tritt dabei noch keine oder noch keine so starke Verzunderung auf. Während einer zweiten Phase wird die Zufuhr von Flammgas B abgeschaltet, so dass der Mehrflammenbrenner nur mit Flammgas A gespeist wird. Die zur Verfügung stehende reduzierte Wärmeleistung reicht für die Durchwärmung des Werkstückes und eine langsame Temperaturerhöhung aus. Dabei erfolgt eine Einsparung an Gasen und Verzunderung wird vermieden, da das Flammgas A mit entsprechendem Mischungsverhältnis eingestellt ist. Im allgemeinen ist Phase 1 des Anwärmungsvorganges kürzer als Phase 2, doch können je nach Anwendungsfall beide Phasen auch gleichlang sein. Die Abschaltung von Flammgas B erfolgt nach Erreichen einer bestimmten Temperatur. Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Mehr flammenbrenner 8, 9 parallel geschaltet sind. Sauerstoff wird über eine Leitung 10, Acetylen über eine Leitung 11 und Kühlwasser über eine Leitung 12 zugeführt. Die Spannungsversorgung erfolgt über eine elektrische Leitung 17. In den Leitungen 10, 11, 12 sind Druckwächter 13, 14, 15, 16 angeordnet. Der Druckwächter 13 für Sauerstoff spricht auf minimal 2,5 bar, der Druckwächter 14 für Acetylen auf minimal 0,5 bar, der Druckwächter 15 für Kühlwasser auf minimal 2,0 bar und der Druckwächter 16 für Kühlwasser auf maximal 0,5 bar an. In Leitung 10 und in einer Stichleitung 18 sind ausserdem Druckregler 19, 20 für Sauerstoff angeordnet, diebe de auf maximal 5,0 bar ansprechen. Über magnetisch gesteuerte Ventile 21 bis 24 (21,24 Ventile für Acetylen, 22,23 Ventile für Sauerstoff) kann mittels einer Zeitschaltuhr 25 durch entsprechende Signale auf die Magnetventile das Mischungsverhältnis für die Flammgase A bzw. B eingestellt werden. Dabei wird aus einer Stichleitung 26 Acetylen zur Erzeugung des Flammgases A mit Sauerstoff in Leitung 18 vermischt, Acetylen aus Stichleitung 27 mit Sauerstoff aus Leitung 10 zur Erzeugung eines Flammgases B für den Mehrflammenbrenner 8 sowie entsprechend Acetylen aus Stichleitung 28 mit Sauerstoff aus Stichleitung 29 zur Erzeugung des Flainrngases A und Acetylen aus Stichleitung 30 mit Sauerstoff aus Stichleitung 31 zur Erzeugung des Flammgases B für den Mehrflammenbrenner 9 vermischt. Die Flammencharakteristiken A und B sind dabei symbolisch angedeutet. Über Leitung 11 wird ausserdem eine Zündflamme 32 gespeist. Die Zündüberwachung erfolgt über 33. Nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Werkstückes bzw. nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne wird über die Zeitschalter 25 das Flammgas B des Mehrflammenbrenners 8 bzw. 9 abgeschaltet, so dass die weitere Temperaturerhöhung langsam mit Flammgas A erfolgt.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Erwärmen oder partiellen Erwärmen von Metallwerkstücken durch mit Brenngas-Sauerstoff-Gemi schen gespeisten Mehrflammenbrenner, dadurch gekenn zeichnet, dass zwei Arten von Flammgasen - A, B ver wendet werden und dass das Flammengas A in einem Mi schungsverhältnis kleiner der Zündgeschwindigkeit und das Flammgas B in einem Mischungsverhältnis grösser der Zündgeschwindigkeit eingesetzt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammgase A und B einer Aussenmischung unterworfen werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Flammgase A und B während eines Erwär mungsvorganges mit unterschiedlicher Brenndauer ver wendet werden. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Flammgas B nach Erreichen eines vorge gebenen Temperaturwertes abgeschaltet wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Verwen dung von Acetylen als Brenngas dadurch gekennzeichnet, dass das Flammgas A in einem Mischungsverhältnis zwischen 1,1 und EMI8.1 bevorzugt EMI8.2 und das Flammgas B in einem Mischungsverhältnis zwischen 1,6 und EMI8.3 bevorzugt EMI8.4 eingesetzt werden. 6. Mehrflammenbrenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Austrittskanäle für die Flammgase A, B in mindestens drei parallelen Reihen angeordnet sind und dass das Flamm gas A in den äusseren Reihen und das Flammgas B in der inneren Reihe der Kanäle austritt. 7. Mehrflammenbrenner nach Anspruch 6 gekennzeichnet durch eine automatische Steuereinrichtung zur Einstellung der erforderlichen Mischungsverhältnisse sowie einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Versorgungsleitung für das Flammgas A und einer Versorgungsleitung für das Flammgas B.

Inventors: MEINASS, HELMUT, DIPL.-ING., SCHUMACHER, KLAUS, DIPL.-ING.
Applicants: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: F23D14
IPC codes: F23D14, F23D99