EP4341629B1

EP4341629B1 - Brenner

Info

Publication number: EP4341629B1
Application number: EP22729549.0A
Authority: EP
Inventors: Björn Klumbies; Günter Gesche
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2025-01-22
Anticipated expiration: 2042-05-16
Also published as: EP4341629A1; EP4341629C0; CN117355716A; DE102021204972A1; PL4341629T3; US20240255139A1; ES3025158T3; WO2022243248A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für einen Schachtschmelzofen, insbesondere für einen Kupferschachtschmelzofen, sowie einen Schachtschmelzofen, insbesondere einen Kupferschachtschmelzofen, umfassend den zumindest einen erfindungsgemäßen Brenner.
Ob in der Elektrotechnik und Elektronik, in der Heizungs- und Klimatechnik oder in der Automobilindustrie - der Einsatz von Kupfer- und Kupferlegierungen ist aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken, wodurch die weltweite Nachfrage an diesem Edelmetall stetig steigt. Der weltweiten Nachfrage stehen jedoch gestiegene Sicherheits- und Umweltanforderungen an die Produktion gegenüber. Hierzu sind u.a. leistungsstarke Brenner unverzichtbar.
Brenner für einen Schachtschmelzofen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart beispielsweise die WO 90/02909 einen gattungsgemäßen Brenner mit einer konisch ausgebildeten ersten Kammer, einer sich daran anschließenden Mischkammer sowie einem teleskopierbaren Okular, welches sich axial durch den Brenner erstreckt. Der aus der WO 90/02909 bekannte Brenner weist eine im Wesentlichen vollständige Verbrennung und eine gleichmäßige Flammenzusammensetzung auf, genügt jedoch zum einen nicht den heutigen, gestiegenen Umweltanforderungen an und ermöglicht zum anderen keine permanente Flammenüberwachung. Die DE2062144 A1 beschreibt ebenfalls einen Brenner für einen Schachtschmelzofen zum Erschmelzen von Kupfer.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen aus dem Stand der Technik bekannten Brenner dahingehend weiterzubilden, dass dieser in Bezug auf seine Energiebilanz verbessert wird. Bevorzugt ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Brenner bereitzustellen, der eine homogene Vermischung zwischen einem sauerstoffhaltigen Gas und einem Brenngas bei gleichzeitig geringerem Druckverlust ermöglicht.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Brenner mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Brenner ist für einen Schachtschmelzofen, insbesondere für einen Kupferschachtschmelzofen vorgesehen und umfasst eine erste Kammer mit einer Eintrittsöffnung, über die ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff, dem Brenner zuführbar ist, und eine Austrittsöffnung, die an einem distalen Ende eines sich konisch verjüngenden Teilabschnitts der ersten Kammer angeordnet ist; und eine mit dem konischen Teilabschnitt der ersten Kammer verbundene zweite Kammer mit einer Brennerdüse.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Brenner eine in der ersten Kammer mündende Brenngasleitung, über die ein Brenngas dem Brenner zuführbar ist; sowie eine in der Austrittsöffnung der ersten Kammer angeordnete Mischdüse mit einer Mischkammer umfasst, über die das sauerstoffhaltige Gas und das Brenngas zu einem Brenngasgemisch mischbar sind.
Als Brenngase eignen sich insbesondere kohlenwasserstoffhaltige Gase, insbesondere Methan oder Erdgas, Wasserstoff oder Gemische hiervon. Das Gemisch, beispielsweise eines aus Erdgas oder Methan und Wasserstoff wird vorteilhafterweise individuell im Bereich von 1 bis 100 Vol.-% vorgemischt, beispielsweise in einer Ventilstation, und sodann dem Brenner über die Brenngasleitung zugeführt. Ein Vorteil der Beimischung von Wasserstoff zu dem kohlenwasserstoffhaltigen Gas besteht darin, dass auf zukünftig ansteigende CO2-Bepreisung flexibel reagiert werden kann. Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass der Wasserstoff mittels erneuerbarer Energien gewonnen worden ist.
Durch die Anordnung der Brenngasleitung innerhalb der ersten Kammer, die als Sammelkammer für das sauerstoffhaltige Gas dient, wird das Brenngas mit dem sauerstoffhaltigen Gas vorvermischt. Das vorvermischte Brenngasgemisch strömt anschließend durch die in der Austrittsöffnung angeordnete Mischdüse und wird sodann in der Mischkammer, die vorteilhafterweise eine spezifische Mischgeometrie aufweist, homogen vermischt. Die gesamte Mischdüse ist dabei derart ausgebildet, dass diese einen besonders geringen Druckverlust von lediglich 70 mbar verursacht. Hierdurch wird letztendlich erzielt, dass der permanente Druckverlust am Brenner kontinuierlich auf einem Minimum gehalten werden kann, wodurch der Brenner im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Brennern eine bessere Energiebilanz aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Um die erste Verschneidung zwischen dem sauerstoffhaltigen Gas und dem Brenngas innerhalb der ersten Kammer weiter zu erhöhen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Brenngasleitung in dem konisch verjüngenden Teilabschnitt der ersten Kammer mündet, und besonders bevorzugt zumindest eine oder eine Mehrzahl von Düsenöffnungen umfasst, mittels derer das Brenngas in einem Winkel von 30° bis 60° bezogen auf eine Längsachse des Brenners dem sauerstoffhaltigen Gas, welches beim Durchströmen der ersten Kammer durch den konischen Teilabschnitt im Wesentlichen gleichgerichtet wird, zugeführt werden kann.
Wie bereits ausgeführt, verursacht die Mischdüse einen besonders geringen Druckverlust, der sich energetisch vorteilhaft auf den Betrieb des Brenners auswirkt. Der geringe Druckverlust wird hierbei über die spezifische Mischgeometrie erzielt, die vorteilhafterweise durch eine Mehrzahl von in der Mischkammer angeordneten Schaufeln gebildet ist. Die Mischkammer ist dabei ringförmig ausgebildet und weist einen Innenring und einen Außenring auf. Innerhalb der ringförmigen Mischkammer weist die Mischdüse vorzugsweise einen ersten Satz radial außen angeordneter Schaufeln und einen zweiten Satz radial innen angeordneter Schaufeln auf, wobei die beiden Schaufelsätze gegenläufig zueinander angeordnet sind, vorzugsweise derart, dass eine jede Schaufel des ersten Satzes mit jeweils drei Schaufeln des zweiten Satzes bzw. eine jede Schaufel des zweiten Satzes mit jeweils drei Schaufeln des ersten Satzes drei Scherebenen ausbildet. Bei dieser Anordnung wird erzielt, dass das über die Schaufelflächen der radial außen angeordneten Schaufeln strömende Brenngasgemisch auf die im Wesentlichen senkrecht hierzu angeordneten Schaufelflächen der radial innen angeordneten Schaufeln aufschlägt und sich hierbei mit dem über die Schaufelflächen der radial innen angeordneten Schaufeln strömenden Brenngasgemisch vermischt und umgekehrt. Durch diese Mehrfachverschneidung des bereits vorgemischten Brenngasgemisches wird eine homogene Vermischung der beiden Gase bei gleichzeitig geringem permanentem Druckverlust erzielt.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst der Brenner weiterhin eine Beobachtungseinrichtung mit einer sich durch die erste Kammer, die Mischdüse, die zweite Kammer und die Brennerdüse erstreckenden Sichtachse, über die der Austrittsbereich des Brenners als auch der Flammraum des Schachtschmelzofens durch einen Bediener oder mittels eines Kameramoduls überwacht werden kann, um auf Störungen im Flammraum reagieren zu können.
Vorteilhafterweise umfasst die Beobachtungseinrichtung hierzu ein Rohr, welches sich axial durch die erste Kammer erstreckt, wobei ein erstes Ende des Rohrs außerhalb des Brenners angeordnet ist und ein Schauglas und/oder ein Kameramodul umfasst, und ein zweites Ende des Rohrs in einer zentrischen Öffnung der Mischdüse angeordnet, und beispielsweise mittels eines Bajonettverschlusses arretiert ist. Unter strömungsdynamischen Gesichtspunkten hat sich gezeigt, dass eine koaxial um das Rohr der Beobachtungseinrichtung angeordnete Brenngasleitung besonders vorteilhaft ist. Daher ist in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass die Brenngasleitung koaxial um das Rohr der Beobachtungseinrichtung angeordnet ist und an ihrem zur Mischdüse orientierten Ende eine Mehrzahl von Düsenöffnungen umfasst, die besonders bevorzugt über deren Umfang verteilt angeordnet sind. Jede der Mehrzahl von Düsenöffnungen ist dabei in einem Winkel von 40° bis 50°, bevorzugt in einem Winkel von 45°, bezogen auf die Sicht- bzw. Längsachse des Brenners ausgerichtet, um einen besonders hohen ersten Verschnitt zwischen dem aus den Düsenöffnungen ausströmenden Brenngas und dem sauerstoffhaltigen Gas zu erzielen.
An dem zur Mischdüse axial gegenüberliegend angeordneten Ende der zweiten Kammer ist die Brennerdüse angeordnet, die vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Leitschaufeln umfasst. Diese sind in einem in Strömungsrichtung vorderen Bereich der Brennerdüse angeordnet. Die Leitschaufeln sind dabei derart ausgebildet und zueinander ausgerichtet, dass das Brenngasgemisch zum Zentrum des Kanals getrieben wird, wodurch gezielt Turbulenzen im Zentrumsbereich erzeugt und somit eine freie Durchströmung des Brenngasgemisches unterbunden wird. Hierdurch wird bei gleichzeitiger Erhaltung der Sichtachse bewirkt, dass ein homogenes Geschwindigkeitsprofil über den gesamten Strahlrohr-Querschnitt realisiert wird und das Brenngasgemisch vor dem Auftreffen auf ein einzuschmelzendes Schmelzgut vollständig reagiert hat, so dass es zu keinen reaktionslosen Strähnen kommt.
Im in Strömungsrichtung hinteren Bereich weist die Brennerdüse sodann eine sich konisch verjüngende Austrittsöffnung auf, deren Kante gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante eine gezackte, insbesondere eine mit Ausnehmungen versehene, Struktur aufweist, über die eine Turbulenz gezielt erzeugt werden kann, die zu einer Ausbildung einer stabilen Flammwurzel führt. Der Brenner wird vorliegend mittels einer Zündionisationskerze gezündet, die kurz hinter der Kante angeordnet ist, und vorteilhafterweise über eine lonisationsüberwachung kontinuierlich überwacht. Hierzu ist es erforderlich, dass der Überwachungsdraht im gesamten Leistungsspektrum des Brenners immer in der Flamme positioniert ist. Durch die Ausbildung der stabilen Flammwurzel kann dies zu jeder Zeit gewährleistet werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem einen Schachtschmelzofen, insbesondere ein Kupferschachtschmelzofen, umfassend zumindest einen, mehr bevorzugt eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Brenner. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass der zumindest eine, bevorzugt sämtliche der erfindungsgemäßen Brenner in einem geneigten Winkel bezogen auf eine Horizontale in einer Wandung des Schachtschmelzofens angeordnet ist bzw. sind.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Brenners in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 2 die in Figur 1 gezeigte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Brenners in einer Schnittdarstellung,
Fig. 3 eine Ausführungsvariante des Rohrs mit der Brenngasleitung in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante der Mischdüse in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 5 die in Figur 4 gezeigte Ausführungsvariante der Mischdüse in einer Schnittdarstellung,
Fig. 6 eine Ausführungsvariante der Brennerdüse in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 7 die in Figur 6 gezeigte Ausführungsvariante der Brennerdüse in einer Schnittdarstellung, und
Fig. 8 die in den Figur 6 und 7 gezeigte Ausführungsvariante der Brennerdüse in einer Frontdarstellung.

In Figur 1 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Brenners 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, der grundsätzlich in allen metallurgischen Einschmelzaggregaten einsetzbar ist, in denen eine visuelle Brennraumüberwachung erforderlich ist. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass der Brenner 1 in einem Kupferschachtschmelzofen (nicht dargestellt) eingesetzt wird, in dem Kupferkathoden eingeschmolzen werden, um Kupfer wiederzugewinnen.
Der in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante gezeigte Brenner 1 umfasst einen ersten Stutzen 2, über den ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Luft, dem Brenner 1 zuführbar ist, sowie einen zweiten Stutzen 3, über den ein Brenngas dem Brenner 1 zuführbar ist. Das Brenngas kann beispielsweise ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas, wie Erdgas oder Methan, Wasserstoff oder ein Gemisch hiervon umfassen. Ferner umfasst der Brenner 1 eine erste Kammer 4, die einen konischen Teilabschnitt 5 aufweist, eine zweite Kammer 6 mit einer Brennerdüse 7 (siehe Fig. 2), sowie ein Strahlrohr 8. Das Strahlrohr 8 besteht vorliegend aus Siliziumcarbid. Im hinteren Teil weist der Brenner 1 zudem eine Beobachtungseinrichtung 9 sowie ein Kameramodul 10 auf, über die eine visuelle Brennraumüberwachung erfolgen kann. Wie anhand der Darstellung in Figur 1 erkennbar, weist der Brenner 1 des Weiteren einen ersten Messstutzen 11, der in dem ersten Stutzen 2 angeordnet ist, sowie einen zweiten Messstutzen 12 auf, der an einem distalen Ende der zweiten Kammer 6 angeordnet ist. Über die beiden Messstutzen 11, 12 können beispielsweise die Volumenströme und/oder die Zusammensetzung des sauerstoffhaltigen Gases bzw. des Brenngasgemisches detektiert werden. Ferner ist an dem distalen Ende der zweiten Kammer 6 eine Zündionisationskerze 13 angeordnet, über die das Brenngasgemisch in der Brennerdüse 7 gezündet und unmittelbar im Anschluss die Flamme überwacht werden kann. Der in Figur 1 gezeigte Brenner 1 ist auf einen Durchsatz von 900 Nm3/h ausgelegt und weist einen Druckverlust von lediglich 90 mbar auf.
Um den Brenner 1 ergonomisch einbauen zu können, weist dieser an der Außenseite der zweiten Kammer 6 zwei Kranösen 41 auf, die sich im Schwerpunkt befinden und jeweils ein Langloch umfassen, um Veränderungen des Schwerpunktes, die sich durch ergänzende Anbauten ergeben können, auszugleichen.
Der Brenner 1 kann sowohl von oben, wie dies in Figur 2 und 3 dargestellt ist, als auch von unten mit dem sauerstoffhaltigen Gas gespeist werden. Sofern eine Einspeisung des sauerstoffhaltigen Gases von unten vorteilhaft ist, wird der Brenner 1 um 180° gedreht. Auch der zweite Stutzen 3, über den das Brenngas dem Brenner 1 zuführbar ist, kann je nach Einbaubedingungen um 90° Schritte verdreht montiert werden, wobei durch den axialen Aufbau die Wirkung des Brenners 1 nicht beeinflusst wird.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Brenners 1 in einer Schnittdarstellung, jedoch ohne das Kameramodul 10.
Erkennbar ist anhand dieser Darstellung zum einen die erste Kammer 4, die eine Eintrittsöffnung 14 aufweist, über die das sauerstoffhaltige Gas über den ersten Stutzen 2 in die erste Kammer 4 eingebracht wird. Die erste Kammer 4 umfasst neben einem Hauptabschnitt 15, in dem die Eintrittsöffnung 14 mündet, den sich konisch verjüngenden Teilabschnitt 5, der eine an seinem distalen Ende angeordnete Austrittsöffnung 16 aufweist. Mit dem konischen Teilabschnitt 5 der ersten Kammer 4 ist die zweite Kammer 6 verbunden, die aus einem hohlzylindrischen Element, beispielsweise einem Rohr, gebildet ist und ein erstes, dem konischen Teilabschnitt 5 zugewandtes, Ende 17 sowie ein axial gegenüberliegend angeordnetes zweites Ende 18 aufweist, an welchem die Brennerdüse 7 angeordnet ist. Die Brennerdüse 7 ist vorliegend mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aus Stahl hergestellt und wird in den Figuren 6 bis 8 näher erläutert.
An dem ersten Ende 17 der zweiten Kammer 6 bzw. in der Austrittsöffnung 16 der ersten Kammer 4 ist vorliegend eine Mischdüse 19 mit einer Mischkammer 20 angeordnet, über die das sauerstoffhaltige Gas und das Brenngas zu einem Brenngasgemisch mischbar sind. Das Brenngas wird dabei über eine Brenngasleitung 21 in den Brenner 1 eingebracht, die in der ersten Kammer 4, insbesondere in dem konisch verjüngenden Teilabschnitt 5 der ersten Kammer 4 mündet.
Wie anhand der Darstellung in Figur 2 erkennbar, ist die Brenngasleitung 21 in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante koaxial um ein Rohr 22 der Beobachtungseinrichtung 9 angeordnet und weist an ihrem zur Mischdüse 19 orientierten Ende eine Mehrzahl von Düsenöffnungen 23 auf, die über deren Umfang verteilt angeordnet sind (siehe Figur 3). Jede der Düsenöffnungen 23 ist dabei in einem Winkel von 40° bis 50° bezogen auf eine Sichtachse 28 des Brenners 1 ausgerichtet, um einen ersten Verschnitt zwischen dem aus den Düsenöffnungen 23 ausströmenden Brenngas und dem sauerstoffhaltigen Gas zu erzielen, welches die erste Kammer 4 durchströmt. Das derart vor der Mischdüse 19 vorgemischte Brenngasgemisch durchströmt anschließend die Mischdüse 19. Das Rohr 22 der Beobachtungseinrichtung 9, welches sich axial durch die erste Kammer 4 erstreckt weist ein erstes Ende 24 auf. Dieses ist außerhalb des Brenners 1 angeordnet und umfasst ein Schauglas 25 oder alternativ das Kameramodul 10 (Figur 1), über welches die visuelle Brennraumüberwachung erfolgen kann. Über das Schauglas 25 kann ein Bediener entlang der sich durch die erste Kammer 4, die Mischdüse 19, die zweite Kammer 6 und die Brennerdüse 7 erstreckenden Sichtachse 28 in einen Schachtschmelzofeninnenraum schauen, um Störungen zu identifizieren. Ferner umfasst das Rohr 22 ein zweites Ende 26, das in einer zentrischen Öffnung 27 der Mischdüse 19 angeordnet ist und über einen Bajonettverschlusses 29 mit diesem positionsfest verbunden ist (siehe Figur 3).
In den Figuren 4 und 5 ist die Mischdüse 19 mit ihrer spezifischen Mischgeometrie dargestellt, die vorliegend, wie die Brennerdüse 7, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt worden ist, jedoch im Gegensatz zu dieser, aus Siliziumcarbid. Die Mischdüse 19 weist in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante eine ringförmig ausgebildete Mischkammer 20 auf, die von einem Innenring 30 und einem radial gegenüberliegend angeordneten Außenring 31 begrenzt wird. Innerhalb der Mischkammer 19 sind Schaufeln 32, 34 angeordnet, über die das vorgemischte Brenngasgemisch durch Mehrfachverschneidung in Strömungsrichtung homogen vermischt werden kann. Im Einzelnen umfasst die Mischkammer 20 einen ersten Satz radial außen angeordneter Schaufeln 32, die von dem Außenring 31 getragen werden, und einen, gegenläufig zu dem ersten Satz angeordneten, zweiten Satz radial innen angeordneter Schaufeln 34, die von dem Innenring 30 getragen werden. Die Schaufeln 32, 34 der beiden Sätze sind in Umfangsrichtung derart zueinander angeordnet, dass eine jede Schaufel 32 des ersten Satzes mit jeweils drei Schaufeln 34 des zweiten Satzes bzw. eine jede Schaufel 34 des zweiten Satzes mit jeweils drei Schaufeln 32 des ersten Satzes drei Scherebenen ausbildet. Mit anderen Worten wird das über die Schaufelflächen 33 der radial außen angeordneten Schaufeln 32 strömende Brenngasgemisch auf die im Wesentlichen senkrecht hierzu angeordneten Schaufelflächen 35 der radial innen angeordneten Schaufeln 34 geleitet, welches sich hierbei mit dem über die Schaufelflächen 35 der radial innen angeordneten Schaufeln 34 strömenden Brenngasgemisch vermischt und umgekehrt. Zudem weist jede der Mehrzahl von Schaufeln 32, 34 im Querschnitt eine leicht gebogene Form auf.
In den Figuren 6 bis 8 ist eine Ausführungsvariante der Brennerdüse 7 in unterschiedlichen Darstellungen gezeigt. Diese besteht im Wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Element und weist in einem vorderen Bereich eine Mehrzahl von Leitschaufeln 36 auf, über die das Brenngasgemisch zunächst durch einen zwischen den Leitschaufeln 36 gebildeten zentrischen Kanal 37 leitbar ist (Figur 8). Wie anhand der Darstellung in Figur 7 erkennbar, weisen die einzelnen Leitschaufeln 36 hierzu eine bogenförmige Biegung auf, wodurch das Brenngasgemisch beim Durchströmen des vorderen Bereichs der Brennerdüse 7 zunächst in die Mitte getrieben wird, bevor es den Kanal 37 passiert. Dieser wird im Wesentlichen durch die distalen Endabschnitte der einzelnen Leitschaufeln 36 definiert (Figur 8). In Strömungsrichtung unmittelbar dahinter weist die Brennerdüse 7 eine sich konisch verjüngende Austrittsöffnung 38 auf, deren umgebende Stirnfläche bzw. Kante 39 eine mit Ausnehmungen 40 versehene Struktur aufweist.

Bezugszeichenliste

1: Brenner
2: erster Stutzen
3: zweiter Stutzen
4: erste Kammer
5: konischer Teilabschnitt
6: zweite Kammer
7: Brennerdüse
8: Strahlrohr
9: Beobachtungseinrichtung
10: Kameramodul
11: erster Messstutzen
12: zweiter Messstutzen
13: Zündionisationskerze
14: Eintrittsöffnung
15: Hauptabschnitt
16: Austrittsöffnung
17: erstes Ende der zweiten Kammer
18: zweites Ende der zweiten Kammer
19: Mischdüse
20: Mischkammer
21: Brenngasleitung
22: Rohr
23: Düsenöffnungen
24: erstes Ende des Rohrs
25: Schauglas
26: zweites Ende des Rohrs
27: zentrische Öffnung
28: Sichtachse
29: Bajonettverschluss
30: Innenring
31: Außenring
32: erster Satz Schaufeln
33: Schaufelfläche radial äußerer Schaufeln
34: zweiter Satz Schaufeln
35: Schaufelfläche radial innerer Schaufeln
36: Leitschaufeln
37: Kanal
38: konisch verjüngende Austrittsöffnung Brennerdüse
39: Stirnfläche / Kante
40: Ausnehmungen

Claims

Brenner (1) für einen Schachtschmelzofen, insbesondere für einen Kupferschachtschmelzofen, umfassend eine erste Kammer (4) mit einer Eintrittsöffnung (14), über die ein sauerstoffhaltiges Gas dem Brenner (1) zuführbar ist, und einer Austrittsöffnung (16), die an einem distalen Ende eines sich konisch verjüngenden Teilabschnitts (5) der ersten Kammer (4) angeordnet ist; eine mit dem konischen Teilabschnitt (5) der ersten Kammer (4) verbundene zweite Kammer (6) mit einer Brennerdüse (7);
gekennzeichnet durch
eine in der ersten Kammer (4) mündende Brenngasleitung (21), über die ein Brenngas dem Brenner (1) zuführbar ist; sowie eine in der Austrittsöffnung (16) der ersten Kammer (4) angeordnete Mischdüse (19) mit einer Mischkammer (20), über die das sauerstoffhaltige Gas und das Brenngas zu einem Brenngasgemisch mischbar sind.
Brenner (1) nach Anspruch 1, wobei die Brenngasleitung (21) in dem konisch verjüngenden Teilabschnitt (5) der ersten Kammer (4) mündet.
Brenner (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mischdüse (19) eine Mehrzahl von Schaufeln (32, 34) umfasst, die in der Mischkammer (20) angeordnet sind, wobei die Mischkammer (20) vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist.
Brenner (1) nach Anspruch 3, wobei die Mischdüse (19) innerhalb der ringförmigen Mischkammer (20) einen ersten Satz radial außen angeordneter Schaufeln (32) und einen zweiten Satz radial innen angeordneter Schaufeln (34) umfasst, wobei die Schaufeln (32, 34) beider Sätze gegenläufig zueinander angeordnet sind.
Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Beobachtungseinrichtung (9) mit einer sich durch die erste Kammer (4), die Mischdüse (19), die zweite Kammer (6) und die Brennerdüse (7) erstreckenden Sichtachse (28), über die ein Flammraum des Schachtschmelzofens überwachbar ist.
Brenner (1) nach Anspruch 5, wobei die Beobachtungseinrichtung (9) ein Rohr (22) umfasst, welches sich axial durch die erste Kammer (4) erstreckt, wobei ein erstes Ende (24) des Rohrs (22) außerhalb des Brenners (1) angeordnet ist und ein Schauglas (25) und/oder ein Kameramodul (10) umfasst, und ein zweites Ende (26) des Rohrs (22) in einer zentrischen Öffnung (27) der Mischdüse (19) angeordnet ist.
Brenner (1) nach Anspruch 6, wobei die Brenngasleitung (21) koaxial um das Rohr (22) der Beobachtungseinrichtung (9) angeordnet ist und an ihrem zur Mischdüse (19) orientierten Ende eine Mehrzahl von Düsenöffnungen (23) umfasst, die vorzugsweise über deren Umfang verteilt angeordnet sind.
Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennerdüse (7) eine Mehrzahl von Leitschaufeln (36) umfasst, die vorzugsweise in einem vorderen Bereich der Brennerdüse (7) angeordnet sind.
Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennerdüse (7) eine konisch verjüngende Austrittsöffnung (38) umfasst, die vorzugsweise in einem hinteren Bereich der Brennerdüse (7) angeordnet ist.
Brenner (1) nach Anspruch 9, wobei die konisch verjüngende Austrittsöffnung (38) eine Kante (39) mit einer gezackten, insbesondere eine mit Ausnehmungen (40) versehene, Struktur aufweist.
Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischdüse (19) und/oder die Brennerdüse (7) aus Siliziumcarbid besteht.
Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei Messstutzen (11, 12).
Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein aus einer Keramik, vorzugsweise aus Siliziumcarbid (SiC), bestehendes Strahlrohr (8), welches besonders bevorzugt austauschbar ausgebildet ist.
Schachtschmelzofen, insbesondere ein Kupferschachtschmelzofen, umfassend zumindest einen Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Schachtschmelzofen nach Anspruch 14, wobei der zumindest eine Brenner (1) in einem geneigten Winkel bezogen auf eine Horizontale in einer Wandung des Schachtschmelzofens angeordnet ist.