气体混合物的定量装置和包括该定量装置的窑炉 |
|||||||
| 申请号 | CN201020190334.7 | 申请日 | 2010-03-03 | 公开(公告)号 | CN201852466U | 公开(公告)日 | 2011-06-01 |
| 申请人 | FIB比利时股份公司; | 发明人 | R·布兰德斯; | ||||
| 摘要 | 本实用新型涉及对至少两种气体，例如，助燃气体和可燃气体混合物进行定量用的装置(1)。两气体之间的比例通过执行器(5，5′)控制，该执行器包括 电动机 (8，8′)和自 锁 传动装置。本实用新型还涉及有几个彼此连通的区域(43)的窑炉(42)，带有这些区域(43)用的气氛成分的分析仪(56)、每个区域(43)至少一个 喷嘴 (44)、至少一个按照上述 权利要求 中任何一个的定量装置(1)，用以向每个区域至少一个喷嘴提供可燃气体和助燃气体，和 电子 调节器(57)，连接到所述分析仪(56)和上述定量装置(1)的执行器(5)，用以在每个区域(43)中按照整定值把气氛成分维持基本上恒定。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于至少两种气体混合物的定量装置，所述定量装置包括： |
||||||
| 说明书全文 | 气体混合物的定量装置和包括该定量装置的窑炉技术领域[0001] 本实用新型涉及一种用于至少两种气体，例如，助燃气体和可燃气体混合物的定量装置，还涉及一种包括该定量装置的窑炉。 [0002] 背景技术 [0003] 窑炉中气氛成分的调节，特别地是为了在窑炉几个连通的区域中维持不同的成分，或者使该成分在一个周期的过程中改变，是下列几个技术领域中的一个共同问题，诸如，例如： [0004] *金属线的生产， [0005] *中空玻璃的生产，和 [0006] *诸如铜等有色金属或活性金属工业，以及在多区熔炉中气氛的相互作用可能影响材料处理的其他领域中。 [0007] 在金属线的生产中，例如，在国际专利申请书WO 03/104501中公开的在不同的拉丝步骤之间往往要进行的热处理步骤。该热处理，称为“钢丝韧化处理”分两个步骤实现，以便获得片状珠光体层结构，以允许或最后的拉丝，或固定最终断裂负载。 [0008] 在第一行程，金属丝升温至950至1000℃，以便使碳均匀化并获得奥氏体类型的结构。该步骤称为奥氏体化。 [0009] 在第二行程，令金属丝急剧地冷却到530至600℃的温度，以便最后维持这个温度约6至12秒，以保证碳以片状的形式沉淀。 [0013] 为了避免这种氧化，每条金属丝都应该插入外部加热管中，其特征在于，其中注入保护气体，或者该金属丝应该与固定成分的气氛直接接触，以此避免其表面氧化。 [0014] 这后一种解决方案应用于燃烧产物与金属线直接接触的窑炉中。这些窑炉称为“裸焰炉”。若人们不能阻止表面上非常薄的氧化物薄皮形成，则由于金属丝与燃烧剩余水份接触，这通常没有负面的后果。正好相反，几微米厚的薄皮有利于保证令人满意的表面状态。但应尽量避免对处理产物通常是致命的深度脱碳。 [0015] 这些窑炉，一般包括3至5个连续的区域，另外，随着金属线温度升高，气氛越来越还原。这些区域中的气氛通过出喷嘴的烟气成分加以固定，因而成分应该按照喷嘴在窑炉中的位置而改变，而且成分本身取决于提供给喷嘴的混合物的空气-燃料比例。 [0016] 在诸如瓶子或饮料玻璃等中空玻璃的生产中，在主熔化窑炉以外，人们发现采取通道形式的窑炉，其特征在于，其中玻璃缓慢冷却，以便获得与浇铸玻璃的铸型兼容的粘度。这种类型的窑炉称为“喂料器”或“前炉床”。 [0017] 在所有这些窑炉中，玻璃的成分，以及必要时其离子的氧化度，应该维持在非常狭窄的范围内，最后浇铸件冷却之后，或玻璃的成分，或颜色应该固定。 [0018] 在这种背景下，这些窑炉相对较长，还设置几个调节气氛成分的区域，其特征在于，其中各区应该重新维持气氛恒定，而不论生产水平的高低。 [0019] 在金属线的韧化处理中，在处理后的金属线出窑炉处，希望有完善的密封性，以避免最后的区域出现还原气氛。事实上，在高温下与一氧化碳还原剂接触的氧的所有存在都会产生火焰，都存在氧的自由基不使金属线表面脱碳的危险。因此，在窑炉中出现燃烧烟气沿着与金属线运动相反的方向移动。 [0020] 但是，因为该喷嘴要根据要求的加热功率进行调整，而且每个区域都接收来自下一个区域的烟气，所以通常需要维持一个稳定的负载，以避免窑炉不同区域中气氛的调整受到干扰。 [0021] 事实上，这些干扰是个重大的问题，因为一个区域中出现的一氧化碳含量变化，会使到达前一个区域的一氧化碳容积可能不同。因而这可能引起每个区域中温度的不稳定性，而且由于要管理的除鳞条件不稳定造成金属丝表面状态的不稳定，和在此期间，例如，金属丝通过铅淬火槽之后，污染金属丝表面的可能性。 [0022] 由于同一现象，在中空玻璃的生产中，一个区域功率的改变可能造成这个区域的气氛对另一个区域气氛的干扰。 [0023] 不论在金属线奥氏体化窑中，还是在中空玻璃生产用的这些“喂料机”中，正如以前在法国专利FR 1.180.156中公开那样，本领域技术人员都知道用带比例泵的混合器手动调整向每个喷嘴或每组喷嘴供给的空气-可燃气体的比例。每个区域的所有喷嘴可以由一台混合器给料或用几台混合器以同一空气-可燃气体比例给料。 [0024] 为了用一台这样的混合器手动调整空气-可燃气体比例，操作人员必须经常用分析仪测量窑炉每个区域中的气氛，整理测量结果，进而移动调节机构，调整混合器中的混合物。这要干预多个难以控制的因素，诸如对窑炉气氛进行测量的速率和规律性、区域的分析顺序、分析仪的利用(标定，读出)、所获得的结果的解读精度、燃烧数据类型的解读，例如，喷嘴指示灯(temoin)，和操作混合物调整机构时操作人员的敏感性。因而，人的因素对生产质量可能产生重大影响。每个区域中的气氛成分都要跟踪一个沿着生产周期而改变的整定值时，该同一问题在有一个或几个不同的区域的窑炉中就更为严重(gigue)。 [0025] 因而，为了解决这个问题，宜对混合器中混合物随着窑炉每个区域中希望气氛和真实气氛之间的偏差的调整进行自动化。为此，需要控制混合器，因而，需要使之机动化。 [0026] 在比利时专利BE764.407中提出机械化的混合器，在我们看来，它构成最近的先有技术。该装置用来对至少两种气体，例如，空气和可燃气体的混合物进行定量，包括： [0027] ·第一管嘴，包括直达出口的会聚部分，该管嘴处于所述会聚部分的上游，与上述气体的第一输送管道连通； [0028] ·第二管嘴，在第一管嘴的下游，基本上与之同轴，并包括至少一个入口会聚部分和一个出口发散部分，上述第一或第二管嘴装配得可彼 此相对滑动，于是，第一管嘴的出口可以引入第二管嘴的入口； [0029] ·一个室，其特征在于，其中输送上述气体中另一种的第二输送管道通到此室，与第一管嘴的出口和第二管嘴连通的入口连通；和 [0030] ·执行器，包括： [0032] -所述旋转轴和滑动管嘴之间的传动装置，用以把轴的旋转运动转换为滑动管嘴的轴向运动。 [0033] 在该先有技术的混合器中，该传动装置用啮合到围绕混合器的旋转环的直线减速齿轮系形成，该旋转环带有内螺纹，啮合至被引导到并连接到滑动管嘴的轴向外螺纹。 [0034] 但是，出乎意料地，该先有技术机械化的定量装置在诸如金属线韧化处理和中空玻璃生产等要求高精度混合的技术领域中没有得到实际应用。人们发现了几个缺点： [0035] 首先，直线减速齿轮系对于混合的调整，特别是对于连续的调节，其间隙过大。另外，它只提供有限的减速比，尤其它不能阻止作用在管嘴或该环上的外力或者震动可能造成的管嘴独立于电动机受控运动的轴向移动。然而，混合准确的调整要求准确地控制管嘴的位置，不给混合器装备昂贵而精巧的管嘴位置传感器，这是不可能的。 [0036] 另外，内螺纹和外螺纹的利用使其直径大而其螺纹角度小，要求精度高，因而制造成本高。发明内容 [0037] 本实用新型的一个目的是提供一种允许精确地自动调节而又没有敏感滞后的气体混合物定量装置。 [0038] 为了达到所述目的，本实用新型提出了一种用于至少两种气体混合物的定量装置，所述定量装置包括： [0039] -第一管嘴，包括会聚部分，在出口处开口，该第一管嘴在所述会聚部分的上游与上述气体中一种的第一输送管道连通； [0040] -第二管嘴在第一管嘴的下游，基本上与之同轴并包括至少出口会聚部分和一个入口发散部分，上述第一或第二管嘴之一装配得可相对于另一个滑动，于是，第一管嘴的出口可以引入第二管嘴的入口； [0041] -一个室，第二输送管道通入其中，用于上述气体中的另一种，与第一管嘴的出口和第二管嘴的入口连通；和 [0042] -执行器，该执行器包括： [0043] *带有旋转输出的电动机，和 [0044] *所述旋转轴和滑动管嘴之间的传动装置，用以把轴的旋转运动转换为滑动管嘴的轴向运动； [0045] 其特征在于，所述传动装置是自锁的。 [0046] 所述传动装置最好包括啮合到旋转轴的蜗轮-蜗杆减速齿轮系和啮合到所述减速齿轮系的转换机构，用以把减速后的旋转运动转换为轴向运动。 [0047] 带有蜗轮-蜗杆齿轮系的传动装置作为减速齿轮系，允许一个高得多减速比，而且间隙小得多。在下游进行的运动变换可以用螺杆和螺母的啮合进行，而不必求助于螺纹角度小的螺纹。因而，执行器的总间隙大大缩小，允许在没有敏感的滞后的情况下调整混合物。 [0048] 所述转换机构最好能够是一个螺杆-螺母传动装置。它更宜包括一个与所述管嘴不同轴的安装在该装置外部的螺杆。这样，该传动装置便可以轻易地伸到，以便对其进行维修，但外廓尺寸仍旧小。该螺杆和螺母传动装置同样可以具有至少部分地用合成材料制成的螺母，它最好具有预定的最大断裂负载，使得在混合器的机械发生阻塞的情况下折断，在电动机的电保护不起作用的情况下，或者在行程终点传感器不能正常工作的情况下，保证对所述混合器的保护，但仍限制该传动装置的间隙，因而限制混合物调整的滞后。特别地，螺母的最大断裂负载可以低于电动机的最大负载，以便防止其过载。 [0049] 但是，作为另一方案，所述传动装置可以是螺纹-钢珠型的。这样的传动装置同样允许准确地进行轴向调整，而没有敏感的间隙并自锁。 [0050] 该定量装置最好可以在壁部具有至少一个轴向切口，用定位销从中穿过连接至滑动管嘴。这样，滑动管嘴的移动是轴向引导的，并同样可以从外部驱动和/或测量。为此，所述定位销可以至少连接至所述传动装置，以便推动装配成滑动的管嘴发生轴向运动，和/或配置所述定位销的位置传感器，例如，行程终点传感器。 [0051] 根据本实用新型所提供的用于至少两种气体混合物的定量装置的 有益技术效果是：既能允许精确地自动调节，而又没有敏感滞后的。 [0052] 本实用新型的另一个目标是，提供一种带有至少一个气氛自动调节的热处理区域的窑炉。 [0053] 为此，本实用新型同样涉及一种窑炉，包括至少一个热处理区域；所述至少一个区域的气氛成分用的分析仪；每个区域至少一个喷嘴；至少一个按照本实用新型的定量装置，用以向每个区域的至少一个喷嘴提供助燃气体和可燃气体；和电子调节器，连接至所述分析仪和上述定量装置的执行器，用以把每个区域的气氛成分控制得基本上对应于整定值。 [0054] 根据本实用新型所提供的窑炉的有益技术效果是：可以在每个区域把预定的气氛成分控制得基本上恒定，或者按照周期变化，并独立于窑炉的负载控制。 [0055] 所述电子调节器最好是一个PID调节器，允许对偏离整定值作出快速响应，但仍一般地避免正反馈作用。 [0057] 所述分析仪最好可以具有氧和一氧化碳传感器，以便确定气氛成分的还原或氧化特性。 [0058] 所述分析仪最好可以按区域与抽样装置连通。于是，只用一个分析仪便能调节窑炉所有区域的气氛成分。这时该窑炉更宜还有抽吸泵、每个抽样装置一个三通阀，其第一通路与相应的区域连通，第二通路与所述抽吸泵连通，而第三通路与所述分析仪连通。这保证为分析仪从每个区域的气氛取样。该窑炉同样可以在所述取样装置和所述分析仪之间具有设有自动排除冷凝水的泵的冷却器，以便在分析仪更能接受的温度下提供每个区域的气氛干样品。在所述冷却器的下游，更宜安装湿度传感器，以便保证冷却器的正确运行。为了保证流向分析仪的气体样品流量，该窑炉同样可以在所述取样装置和所述分析仪之间设置一个泵，最好连接至流量计，以保证流量恒定和/或配备安全阀。 [0059] 所述窑炉可以是奥氏体化窑炉或金属线退火裸焰窑炉。 [0061] 现将参照附图描述有关本实用新型的细节。 [0062] 图1以透视图举例说明按照本实用新型第一实施模式的定量装置； [0063] 图2举例说明同一定量装置，其特征在于，其中揭去发动机罩以露出执行器； [0064] 图3是所露出的执行器的详图； [0065] 图4是图3执行器减速齿轮啮合的示意图； [0066] 图5是图1装置的透视图，表现滑动管嘴行程终点传感器； [0067] 图6是图1装置的纵剖面图，滑动管嘴处于第一位置； [0068] 图7是图1装置的另一个纵剖面图，滑动管嘴处于第二位置； [0069] 图8a和8b是图1装置包括滑动管嘴的第一段的透视图，没有执行器或行程终点传感器； [0070] 图9以透视图举例说明按照本实用新型第二实施模式的定量装置； [0071] 图10以纵剖面图举例说明图9的定量装置； [0072] 图11是按照本实用新型的一个实施模式的窑炉示意图；而 [0073] 图12是按照本实用新型的一个实施模式调节图11窑炉的方法的示意图。 具体实施方式 [0074] 图1举例说明按照本实用新型一个实施模式的第一和第二气体混合物的定量装置。该定量装置1包括第一气体用的输送管道2、第二气体用的输送管道3、该混合物用的出口管道4、用来调节混合物中气体定量并被发动机罩6遮盖的执行器5，和安装在定量装置1的横向与执行器5相反一侧的行程终点传感器7。 [0075] 在图2和3中，显示没有发动机罩6的定量装置1。于是，露出执行器5，它包括带有输出旋转轴9的电动机8、连接到所述旋转轴9的减速齿轮系10，和带有旋转输入端的用连接到所述减速齿轮系10的螺杆12形成的转换机构11，和用与所述螺杆12啮合的螺母13形成的输出轴。螺母13用合成材料制成，最好用耐热合成材料制成，保持在金属外壳14中，其上固定用与金属摩擦系数低的，最好用耐热合成材料 制成的导轨15。该导轨15在基本上平行于螺杆12并在装置1的外表面上加工的沟16中进行轴向引导。 [0076] 图4示意地举例说明减速齿轮系10。这指的是蜗轮17和蜗杆18的自锁啮合，其特征在于，其中蜗杆18啮合至电动机8的输出旋转轴9，而蜗轮17啮合到转换机构11的旋转输入。这样的蜗轮和蜗杆啮合提供一个优点：以一个小的外廓尺寸和尤其以非常有限的间隙提供一个高的减速比。 [0077] 在一个有利的实施模式中，本实用新型一个推荐的实施模式的减速齿轮系10的减速比是31∶1。例如，螺杆12的齿距为2.5mm，结果电动机每100转螺母13前进约8mm，这便于螺母13位置的准确调整。 [0078] 利用该有利的实施模式，用最大断裂负载为2.4kN的螺母13和最大力矩大致为0.25Nm的电动机8，就是说通过所述减速齿轮系10和螺杆12，可以施加约3kN的最大负载，所述螺母13的受控断裂保护电动机8免于过载。 [0079] 在图5上人们可以看到两个行程终点传感器7，安装在装置1的与执行器5相反的一侧。 [0080] 现将翻到图6和7，人们将会看到定量装置1的纵剖面图。在那儿会看到，该定量装置1包括三段19，20和21。第一段19包括套筒22，带有所述第一气体的输送管道2，其出口在滑动地装配在套筒22中的第一管嘴23中。该第一管嘴23包括会聚的第一部分24，和圆柱形的第二部分25。围绕其出口端26，该第一管嘴23同样包括一个圆形的外部边缘27。第一管嘴23通过穿过套筒22中的切口29的定位销28连接至执行器5螺母13的金属外壳14，使得螺母13的轴向运动传递到第一管嘴23。导轨15封闭切口29，于是阻止第一气体通过该切口29逸出。第一段19同样包括定位销30和相同的切口31，并与定位销28和切口29处于径向相反的位置，以便指示第一管嘴23在行程终点传感器7上的位置。因而，正如图8a和8b举例说明的，第一段19基本上是对称的，而且人们可以按照装置1外廓尺寸的绝对必要，交换执行器5和行程终点传感器7的位置。 [0081] 在第一管嘴23和套筒22之间，在切口29和31的两侧设置环形密封接缝32。这些接缝32固定在安排于第一管嘴23外壁部的环形凹槽 33内。 [0082] 第二段20连接第一段和第三段19和21，包括第二气体的输送管道3，并围绕第一管嘴23的输出端26形成室34。 [0083] 最后，第三段21包括一个与会聚的第一入口部分36固定的第二管嘴35、圆柱形的第二部分37和发散的第三出口部分38。于是，第二管嘴35形成一个文丘里流速计。会聚部分36由设置得首尾相接的两个圆锥根部39和40形成。第一根部39的锥度基本上大于另一个根部40的锥度，更确切地说其锥度较小。 [0084] 当第一气体开始流动时，定量装置1作为喷射器工作，其特征在于，其中从第一管嘴喷出的第一气体的喷射流，并本身成正比地驱动第二气体流量。定量装置1允许获得混合物中两个气体恒定的比例，特别在混合物彼此接触时，使混合物保持该装置中两种气体同轴的重迭层的层流。边缘27允许在第一管嘴23外壁上建立一个稳定的气体薄膜，从而减小这个壁部和围绕它流出的气体之间的摩擦力。该两气体实际的混合只发生在定量装置1的下游。 [0085] 这样，对于可燃气体和助燃的混合物，当定量装置1装配成向一个喷嘴或一组喷嘴供气时，两气体的比例不受一个或多个喷嘴的输出背压影响。 [0086] 两气体之间的比例可以通过相对于第二管嘴35轴向移动第一管嘴23来调节。由于入口36采取会聚的形状，当两个管嘴23和35靠近时，两者之间的环形空间将缩小，从而减小第二气体的流量。在图6上，举例说明定量装置1的第一管嘴23处于离第二管嘴最远的位置，因而在该混合物中第二和第一气体之间达到最大比例。反之，在图7上，第一管嘴23前进到与第二管嘴35的入口壁部36接触的位置，于是，关闭环形空间41，以便截断第二气体的通道。 [0087] 第一管嘴23的这个移动是由执行器5进行的。当电动机8使输出轴9旋转时，其旋转运动首先在齿轮系10中被减速，接着通过机构11转变为螺母13的轴向移动。螺母13和定位销28驱动第一管嘴23在套筒22中发生轴向移动，使之靠近或远离第二管嘴35。于是，通过向电动机8发指令，便可以调节两气体之间的比例。 [0088] 图9和10举例说明按照本实用新型定量装置的一个替代实施模式。 除执行器以外，该定量装置1′与第一实施模式的相同。但是在这另一种定量装置1′中，执行器5′包括步进电动机8′，带有一个其取向与定量装置1′的轴平行的输出旋转轴(未示出)和一个带有连接到电动机8′的所述旋转轴的旋转输入和输出轴13′的螺纹-钢珠型传动装置。执行器5′的该输出轴13用穿过套筒22中的切口29的定位销28连接至管嘴23，使输出轴13′的轴向运动传递到第一管嘴23。 [0089] 若在螺纹-钢珠型传动装置中螺纹的螺距为每转4mm，并利用精密步进电动机5′，则可能获得约十分之一毫米的轴向精度。举例说明的执行器1′的最大轴向力为 800N，而最大轴向速度为130mm/s。 [0090] 图11示意地呈现一个窑炉42，包括几个要调节气氛并彼此连通的区域43。该窑炉42，例如，可以是一个串行通过区域43的金属线的奥氏体化窑，或者是一个安装在熔化玻璃的主窑炉和赋予中空玻璃形状的铸型装置之间的“喂料器”型窑炉。在举例说明的窑炉42中，每个区域43包括几个喷嘴44，用上面公开的定量装置1送入可燃气体空气混合物。但是，为了简化该示意图，每个区域43都只画出一个喷嘴44。每个区域43还包括抽样装置45，允许从这个区域43的气氛中抽取气体样品，并包括三通阀46，其第一个通路与相应区域43连通，第二个与共用的抽吸泵47连通，而第三个与共用的管道48连通。在该管道48上安装标定气体输送装置49，设有泵51的冷却器50，自动排除冷凝水；在冷却器50的下游有一个湿度传感器52，保证其正确运行；和一个泵53，配备安全阀54，用以避免下游的正压，并连接至流量计55，用以保证管道48中恒定的流量。该管道48通到分析仪56，至少包括这些区域43中提取的气氛样品的氧和一氧化碳相对体积含量的传感器。分析仪56连接至电子调节器57，以便向其传递所述含量。该电子调节器57本身连接至定量装置1，以便按区域调节向每个喷嘴44供给的空气燃料混合物，并在相应的区域43中气氛成分偏离预定的整定值时进行修正。该整定值可以在运行中由用户既根据每个区域43中要求的氧化或还原特性，又根据所用的可燃气体(例如，甲烷、天然气、液化天然气(GPL)、丙烷、丁烷等等)及其与助燃气体的比例加以调整。 [0091] 图12举例说明窑炉42每个区域43气氛成分的调节方法。当装置45所提取的气氛样品通过带有冷却器50和泵53的管道48提供给分析 仪56时，测量其氧和一氧化碳含量，并把相应的信号58和59发送到调节器57。在所述调节器57中，对应于氧含量的信号58减去对应于一氧化碳含量的信号59。接着，把所得信号60与对应于所述预设的整定值的信号61进行比较，以便获得信号62。该信号62通过比例框63、积分框64和微分框65受到PID(比例微分积分)调节规律调节，以便获得定量装置1执行器5电动机8的调节信号66。 [0092] 该调节器57同样进行控制，依次打开和关闭取样装置45的阀门46，以便依次从每个区域43取出样品，并这样相继地调节每个定量装置1。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈