Способ получения множества когерентных газовых струй при использовании единственной фурмы (варианты) и фурма для его осуществления

Способ получения множества когерентных газовых струй при использовании единственной фурмы (варианты) и фурма для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к области металлургии. Для получения множества когерентных струй, находящихся близко одна к другой, используют единственной фурму, в которой множество газовых струй выходит из соответствующего множества сопел на ее конце. Вокруг множества газовых струй образуют горящую среду для создания множества когерентных газовых струй и поддерживают отдельное течение каждой струи на протяжении всей ее длины. Фурма содержит выступающую часть корпуса за торцевую поверхность ее наконечника, образующую пространство, с которым соединены каждое из множества выпускных отверстий сопел и средства выпуска топлива и окислителя, расположенные на торцевой поверхности наконечника вокруг множества выпускных отверстий сопел. В указанном пространстве за счет рециркуляции подаваемых в него топлива и окислителя вокруг газовых струй и горения топлива с окислителем образуется горящая среда вокруг газовых струй. Технический результат - разработка системы, в которой используют только одну инжекционную фурму для получения множества когерентных газовых струй, которые могут перемещаться на протяженном расстоянии без какого-либо значительного уменьшения скорости или увеличения диаметра газового потока. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится главным образом к истечению газа. Изобретение позволяет обеспечить истечение более одной газовой струи из одной фурмы таким образом, чтобы газовые струи истекали в тесной близости одна к другой, оставаясь на протяженном расстоянии отделенными друг от друга.

Часто нужно получить поток газа. Например, поток газа можно вводить в жидкость по одной или нескольким различным причинам. Химически активный газ можно вводить в жидкость для взаимодействия с одним или несколькими компонентами жидкости в таком, например, случае, как введение кислорода в расплавленный чугун для взаимодействия с углеродом в расплавленном чугуне с целью обезуглероживания чугуна и обеспечения нагрева расплава. Кислород можно вводить в другие расплавленные металлы, такие как медь, свинец и цинк, с целью плавления или рафинирования, или в жидкости на водной основе, или в жидкие углеводороды для выполнения реакции окисления. Неокислительный газ, такой как инертный газ, можно вводить в жидкость для ее перемешивания с целью улучшения, например, распределения температуры или лучшего распределения компонентов в жидкости.

Иногда необходимо получить истечение газового потока на протяженном расстоянии с такой высокой скоростью, как сверхзвуковая. Это может быть достигнуто посредством окружения газового потока горящей средой. Горящая среда удерживает окруженный ею газ от втягивания в газовый поток, и это позволяет создать когерентный газовый поток, который может перемещаться на протяженном расстоянии без какого-либо значительного уменьшения скорости или увеличения диаметра газового потока.

Часто в процессе работы необходимо использовать более одного газового потока. Газ может быть одинаковым во всех газовых потоках, или можно использовать один или несколько потоков различных газов. Например, в практике использования электродуговых печей или печей с кислородным дутьем иногда предпочтительней вводить кислород в расплавленный металл в двух или более местах, чем в единственном месте. Кроме того, в практике эксплуатации электродуговых печей может быть желательно использовать один или более газовых потоков для введения в расплавленный металл и, помимо этого, один или несколько газовых потоков для введения кислорода в верхнее пространство внутренней емкости печи для досжигания.

Если при таком режиме многоструйной подачи газа необходимо, чтобы газовые потоки были также когерентными, то раньше этого достигали использованием отдельных фурм для введения каждого газового потока, посредством чего получали газовые потоки и соответствующие горящие среды для окружения каждого из газовых потоков. Хотя такая система использования многочисленных фурм и эффективно обеспечивает получение многочисленных когерентных газовых потоков, она является дорогостоящей и трудной в использовании. По мере увеличения количества отдельных фурм эти проблемы возрастают.

Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка системы, в которой используют только одну инжекционную фурму для получения множества когерентных струй.

Упомянутая выше и другие задачи, которые станут понятны специалистам в данной области техники при рассмотрении данного описания, реализуют в настоящем изобретении.

Одним аспектом изобретения является способ получения множества когерентных газовых струй при использовании единственной фурмы, в котором используют фурму, имеющую наконечник со множеством сопел, каждое из которых имеет выпускное отверстие для выпуска газа в виде струи в пространство, образованное выступающей частью корпуса фурмы за торцевую поверхность наконечника, с получением множества газовых струй, топливо и окислитель подают из наконечника фурмы в по меньшей мере один поток, при этом в указанном пространстве за счет рециркуляции подаваемых в него топлива и окислителя вокруг газовых струй и горения топлива с окислителем обеспечивают образование вокруг них горящей среды для создания множества когерентных газовых струй, при этом поддерживают отдельное течение каждой когерентной газовой струи на протяжении всей ее длины.

По меньшей мере два когерентных потока газовых струй могут выходить из фурмы под углом к ее центральной осевой линии.

Кроме того, по меньшей мере два когерентных потока газовых струй могут перемещаться параллельно.

Возможна также подача топлива и окислителя из наконечника фурмы вокруг множества газовых струй в виде двух концентрических потоков.

Дополнительно каждая когерентная газовая струя может иметь сверхзвуковую скорость, а по меньшей мере одна из когерентных газовых струй может содержать кислород.

Целесообразно также образование от трех до шести имеющих одинаковый состав когерентных газовых струй, каждая из которых движется со сверхзвуковой скоростью, при этом горящую среду вокруг них создают за счет подачи из наконечника фурмы топлива и окислителя в виде двух концентрических потоков.

Другим аспектом изобретения является фурма для получения множества когерентных газовых струй, содержащая наконечник с множеством сопел, каждое из которых имеет соединенное с источником газа впускное отверстие и расположенное на торцевой поверхности наконечника выпускное отверстие, по меньшей мере одно средство выпуска топлива и окислителя, расположенное на торцевой поверхности ее наконечника вокруг множества выпускных отверстий сопел, и выступающую часть корпуса за торцевую поверхность наконечника, образующая пространство, с которым соединены каждое из множества выпускных отверстий сопел и средства выпуска топлива и окислителя.

Дополнительно фурма может содержать на торцевой поверхности наконечника вокруг множества выпускных отверстий сопел первое кольцеобразное средство выпуска и размещенное вокруг него второе кольцеобразное средство выпуска топлива и окислителя соответственно.

Еще одним аспектом изобретения является способ получения множества когерентных газовых струй при использовании единственной фурмы, в котором используют фурму, имеющую наконечник со множеством сопел, каждое из которых имеет выпускное отверстие для выпуска газа в виде струи в пространство, образованное выступающей частью корпуса фурмы за торцевую поверхность наконечника, с получением множества газовых струй, топливо подают из наконечника фурмы в по меньшей мере один поток вокруг множества газовых струй, при этом в указанном пространстве за счет рециркуляции подаваемого в него топлива вокруг газовых струй и горения топлива с вводимым в его поток воздухом обеспечивают образование вокруг струй горящей среды для создания множества когерентных газовых струй, при этом поддерживают отдельное течение каждой когерентной газовой струи на протяжении всей ее длины.

Термин "кольцеобразный", как его используют здесь, означает в форме окружности.

Термин "горящая среда", как его используют здесь, означает поток горения соосно вокруг по меньшей мере одного из других газовых потоков.

Термин "длина", как его используют здесь, если он относится к газовой струе, означает расстояние от сопла, из которого выпускают газ, до заданной точки столкновения газовой струи.

Термин "отдельный", как его используют здесь, если он относится к газовой струе, означает: без значительного взаимодействия с другой газовой струей.

Термин "расход содержащегося кислорода", как он использован здесь, означает расход кислорода, кратный процентному содержанию кислорода в окислителе, деленному на 100. Например, 10000 кубических футов в час (283,2 м³/ч) воздуха включает приблизительно 2100 кубических футов в час (59,5 м³/ч) содержащегося кислорода.

На фиг.1 представлено поперечное сечение одного из предпочтительных вариантов выполнения концевой или носковой части фурмы, которую можно применять при практическом использовании настоящего изобретения.

На фиг.2 представлен вид верхней части конца фурмы, показанной на фиг.1, демонстрирующая торцовую поверхность концевой или носковой части фурмы.

На фиг.3 представлено поперечное сечение концевой части фурмы, показанной на фиг.1, в процессе работы.

На фиг.4 и 5 представлены графики по результатам испытаний, полученным при использовании настоящего изобретения, а также некоторые результаты для сравнения.

На фиг.6 представлены графики по результатам испытаний, полученным при использовании варианта настоящего изобретения, показанного на частичном поперечном сечении на фиг.7.

Численные обозначения позиций на чертежах являются одинаковыми для общих элементов.

Настоящее изобретение далее описано подробно со ссылкой на чертежи. Как показано на фиг.1 и 2, фурма 1 имеет концевую или носковую часть 2, содержащую несколько сопел 3. На фиг.1 показан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором каждое из сопел представляет собой сходящиеся/расходящиеся сопла. Каждое из сопел 3 имеет впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5. Предпочтительно, как показано на чертежах, чтобы выпускные отверстия сопел были кольцеобразными, хотя могут быть использованы и другие формы отверстий сопел, такие как эллиптические. В показанном на фиг.1 варианте все впускные отверстия 4 соединены с одним и тем же источником газа, который представляет собой газовый канал 6 внутри фурмы 1. Как вариант, одно или несколько из впускных отверстий 4 могут быть соединены с другим источником газа. Газ, имеющий одинаковый состав, можно подавать ко всем соплам, либо различные газы можно подавать к одному или нескольким соплам. Реально, различные газы можно подавать к каждому из сопел. Среди газов, которые можно использовать при практическом использовании настоящего изобретения для выпуска из сопла, можно назвать воздух, кислород, азот, аргон, двуокись углерода, водород, гелий, газообразные углеводороды, другие виды газообразного топлива и смеси, включающие один или несколько из них.

Газовые струи могут выходить из фурмы под любым углом выпуска. На чертежах показаны некоторые предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг.1-3, сопла могут быть ориентированы на конце фурмы так, что их центральные осевые линии параллельны центральной осевой линии фурмы. Как показано на фиг.1, на конце фурмы сопла ориентированы своими центральными осевыми линиями под внешним углом А к центральной осевой линии сопла. Угол А может составлять вплоть до 60 или более градусов, а предпочтительно находится в диапазоне от 0 до 30 градусов, более предпочтительно в диапазоне от 0 до 15 градусов. Диаметр горловины сопел находится в диапазоне от 0,25 до 3 дюймов (0,64-7,62 см), а диаметр выпускных отверстий 5 находится в диапазоне от 0,3 до 4 дюймов (0,76-10,16 см). Центральные осевые линии сопел предпочтительно образуют окружность на торцовой поверхности 7 конца 2 фурмы, имеющую диаметр D. Предпочтительно D составляет по меньшей мере 0,4 дюйма (1,02 см), но не более 10 дюймов (25,4 см), а более предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 8 дюймов (1,27-20,32 см).

При необходимости сопла могут быть ориентированы так, чтобы одна или несколько струй выбрасывались из фурмы под углом, ориентированным внутрь, к центральной осевой линии фурмы.

Газ выходит из каждого выпускного отверстия 5 сопел, предпочтительно со сверхзвуковой скоростью, а как правило в диапазоне от 500 до 10000 футов в секунду (fps) (152,4-3048 м/с), с образованием множества газовых струй, причем каждая струя направлена наружу от выпускного отверстия сопла.

Концевая часть сопла также имеет по меньшей мере одно средство выпуска, предпочтительно кольцеобразное средство выпуска, для выпуска из сопла по меньшей мере одного газового потока, предпочтительно концентрически вокруг множества газовых струй. Газовый поток или потоки, выходящие из средства выпуска, может иметь любую эффективную форму и при необходимости при истечении не окружает полностью множество газовых струй. Когда используют одно кольцеобразное средство выпуска, то концентрический газовый поток предпочтительно содержит смесь топлива и окислителя. В одном варианте выполнения изобретения может быть предусмотрено средство ввода только топлива, а окислитель, необходимый при горении топлива для образования горящей среды, может поступать из воздуха, захватываемого потоком или потоками топлива. Как показано на фиг.1 и 2, концевая часть фурмы предпочтительно имеет первое кольцеобразное средство 8 выпуска и второе кольцеобразное средство 9 выпуска для выпуска из фурмы топлива и окислителя, соответственно, в форме двух концентрических потоков. Топливо может быть любым текучим топливом, таким как метан, пропан, бутилен, природный газ, водород, коксовый газ или нефть. Окислителем может быть воздух или среда, имеющая концентрацию кислорода, превышающую его содержание в воздухе. Предпочтительно окислитель представляет собой среду, имеющую концентрацию кислорода по меньшей мере 30 мольных процентов, более предпочтительно по меньшей мере 50 мольных процентов. Предпочтительно топливо подают через первое кольцеобразное средство выпуска, а окислитель подают через второе кольцеобразное средство выпуска, когда выпускаемым из сопел газом является кислород. Если из сопел выпускают инертный газ, то кислород предпочтительно подают через первое кольцеобразное средство выпуска, а топливо подают через второе кольцеобразное средство выпуска. Если необходимо, то топливо и окислитель можно подавать, используя три кольцеобразных средства выпуска, причем окислитель подают из внутреннего и наружного кольцеобразного средства выпуска, а топливо подают из среднего кольцеобразного средства выпуска. Хотя один или оба кольцеобразных средства выпуска могут иметь форму непрерывного кольцеобразного отверстия на торцовой поверхности 7 фурмы, из которого выпускают топливо или окислитель, предпочтительно как показано на фиг.2, чтобы оба кольцеобразных средства выпуска, первое и второе, были образованы из нескольких отдельных отверстий, например круглых отверстий, из которых выпускают два концентрических потока топлива и окислителя. От средства выпуска не требуется, чтобы оно обеспечивало подачу топлива и окислителя, полностью окружающих газовые струи.

Первое кольцеобразное средство выпуска на торцовой поверхности конца фурмы образует окружность вокруг множества выпускных отверстий сопел, а второе кольцеобразное средство выпуска на торцовой поверхности конца фурмы образует окружность вокруг первого кольцеобразного средства выпуска. Топливо и окислитель, выпускаемые из первого и второго кольцеобразных средств выпуска, поджигают для образования горящей среды вокруг множества газовых струй. Если окружающая среда, в которую вводят топливо и окислитель, нагрета недостаточно для автоматического воспламенения смеси, то необходим отдельный источник зажигания для обеспечения ее воспламенения. Горящая среда предпочтительно движется с меньшей скоростью, чем каждая из газовых струй, и, как правило, со скоростью в пределах диапазона от 100 до 1000 футов в секунду (30,48-304,8 м/с).

На фиг.3 на поперечном сечении показана горящая среда вокруг когерентных струй 20. Вблизи торцовой поверхности фурмы должна быть обособленная горящая среда у всех когерентных струй, находящихся внутри горящей среды 3, как показано на фиг.3. В зависимости от конструкции фурмы и условий эксплуатации ниже по ходу потока дальше от торцовой поверхности фурмы можно наблюдать обособленную горящую среду у всех когерентных струй, удерживаемых внутри этой горящей среды, и/или отдельные горящие среды вокруг каждой из когерентных струй. На фиг.3 с иллюстративной целью показаны такие отдельные горящие среды, представленные в виде горящих потоков 21 и 22.

Как показано на фиг.1, предпочтительно, чтобы выступ 10, имеющий длину, как правило, в диапазоне от 0,5 до 6 дюймов (1,27-15,24 см), отстоял от торцовой поверхности 7 фурмы, образуя пространство 11, с которым соединено каждое из множества выпускных отверстий 5 сопел, первое кольцеобразное средство 8 выпуска и второе кольцеобразное средство 9, и внутри которого первоначально образуется каждая из множества газовых струй и горящая среда вокруг множества газовых струй. Пространство 11, образованное выступом 10, создает защитную зону, которая служит для защиты газовых потоков и топлива с окислителем сразу после их выхода из концевой части 2 фурмы, помогая тем самым достичь когерентности у каждой газовой струи. Защитная зона инициирует рециркуляцию топлива и окислителя вокруг газовых струй и в некоторых случаях вокруг каждой отдельной газовой струи. Таким образом, даже хотя сначала в пространстве 11 подача топлива и окислителя не обеспечивает полного окружения газовых струй, рециркуляция топлива и окислителя внутри защитной зоны позволяет обеспечить образование одной или нескольких эффективных горящих сред, так чтобы создать когерентность для каждой газовой струи.

Течение каждой газовой струи остается отдельным от течения всех других газовых струй, выходящих из отверстий сопел фурмы 1 на всей длине такой газовой струи до тех пор, пока газовая струя не достигнет своей цели. Такой целью может быть, например, поверхность жидкой ванны, такой как расплавленный металл или жидкость на основе воды, или цель может быть твердой или газообразной, такой как другая газовая струя, с которой взаимодействует данная газовая струя. Это отличается от случая, когда из такой же фурмы выходят обычные газовые струи. В случае таких газовых струй они быстро сливаются или текут вместе, образовав единую газовую струю. Газовые струи остаются раздельными на расстоянии по меньшей мере 10 выходных диаметров сопла, обычно по меньшей мере 20 выходных диаметров сопла, а как правило, на расстоянии в диапазоне от 20 до 100 выходных диаметров сопла.

Было обнаружено, что, по мере того как возрастает полная скорость течения газовых струй, выпускаемых из сопел, полный расход топлива и окислителя, выпускаемых из средства выпуска для образования горящей среды, также возрастает, но с меньшей скоростью, чем возрастание скорости течения газовых струй. Если полная скорость течения газовых струй, выпускаемых из сопел, находится в диапазоне от 20000 до 100000 кубических футов в час (566-2832 м³/ч), то полный расход топлива, образующего горящую среду, находится предпочтительно в диапазоне от 2 до 15 миллионов Британских тепловых единиц в час (MMBTU/hr) (0,50410⁶-3,7810⁶ ккал/ч), а полный расход содержащегося в окислителе кислорода, образующего горящую среду, предпочтительно находится в диапазоне от 2000 до 15000 кубических футов в час (56,6-424,8 м³/ч). Если полная скорость течения газовых струй, выпускаемых из сопел, находится в диапазоне от 400000 до 2000000 кубических футов в час (11330-566000 м³/ч), то полный расход топлива, образующего горящую среду, находится предпочтительно в диапазоне от 10 до 70 миллионов Британских тепловых единиц в час (MMBTU/hr) (2,5210⁶-17,6410⁶ ккал/ч), а полный расход содержащего кислород окислителя, образующего горящую среду, предпочтительно находится в диапазоне от 10000 до 70000 кубических футов в час (283,2-1982 м³/ч).

Чтобы продемонстрировать эффективность настоящего изобретения, были выполнены испытания с использованием вариантов изобретения, подобных тем, что показаны на фиг.1-3, при использовании кислорода в качестве газа, выпускаемого из сопел, и эти испытания и полученные результаты описаны ниже и показаны на фиг.4, наряду с результатами испытаний сравнения. Эти испытания представлены с целью иллюстрации или сравнения и не являются ограничивающими.

Вокруг оси фурмы по окружности были расположены четыре сопла. Каждое сопло представляло собой сходящееся/расходящееся сопло с диаметрами горловины и выпускного отверстия 0,27 и 0,39 дюйма (0,69-0,99 см) соответственно. Диаметр окружности (D) составлял 3/4 дюйма (1,91 см). Угол (А) между когерентными струями и осью фурмы составлял 0 градусов, а периметр каждой струи отстоял на 0,14 дюйма (0,36 см) от периметров соседних струн. Природный газ и окислитель для горящей среды подавали через расположенные на двух окружностях отверстия: внутреннюю окружность (16 отверстий диаметром 0,154 дюйма (0,39 см) на окружности 2 дюйма (5,08 см)) для природного газа и наружную окружность (16 отверстий диаметром 0,199 дюйма (0,51 см) на окружности диаметром 2 3/4 дюйма (6,99 см)) для окислителя, которым в данном случае был кислород промышленной чистоты, имеющий концентрацию кислорода 99, 5 мольн.% Выступ (диаметром 3 1/2 дюйма (8,89 см) и длиной 2 дюйма (5,08 см)) был присоединен к концу фурмы для обеспечения рециркуляции для стабилизации горения.

Испытания проводили при избыточном давлении 150 фунтов на квадратный дюйм (psig) (1034,2 кПа) основного кислорода, впускаемого из сопел. При таком давлении непосредственно выше по ходу потока от сопла расход кислорода через каждое сопло составлял 10000 кубических футов в час (283,2 м³/ч) при суммарном расходе 40000 кубических футов в час (1132,8 м³/ч). Расчетная температура на выходе, скорость и число Маха для когерентных струй на выходе из сопел составляли соответственно -193F (-125C), 1700 футов в секунду (518,16 м/с) и число Маха 2,23. Расходы природного газа и кислорода из отверстий внутренней и наружной окружностей составляли 5000 и 6000 футов кубических в час (141,6 и 169,9 м³/ч) соответственно.

Четыре отдельных когерентных струи наблюдали визуально, и взаимодействия между ними обнаружено не было. Скорости, рассчитанные по измерениям на трубке Пито в плоскости В-В, как показано на фиг.2, на расстоянии 18, 24 и 30 дюймов (45,72, 60,96 и 76,2 см) от торцовой поверхности сопел, показаны в виде кривых А, В и С на фиг.4.

При течении обычных струй в тесной близости взаимное притяжение вызывает их слияние с образованием единой струи, как показано кривой D на фиг.4, на которой приведены результаты, полученные при повторении вышеописанных испытаний, но без горящей среды вокруг четырех струй. Проделанные на трубке Пито измерения, показанные на кривой D, были получены на расстоянии 10,25 дюйма (26,04 см) от торцовой поверхности сопел. Такого притяжения не происходило при испытаниях в соответствии с описанием настоящего изобретения, даже хотя когерентные струи находились в очень тесной близости. Это очень поражало, особенно в случае четырех когерентных струй, параллельных оси фурмы, и при периметре каждой струи, отстоявшем от периметра соседних струй менее чем на 1/4 дюйма (0,635 см). Каждая струя действовала так, как если бы она была единственной струей в свободном пространстве, оставаясь когерентной на значительном расстоянии от торцовой поверхности сопла. Очень эффективным средством является подача горящей среды вокруг множества когерентных струй, через расположенные на двух окружностях отверстия (для природного газа и кислорода), окружающей все когерентные струи. Такая конструкция, наряду с выступом, который обеспечивает циркуляцию газа вблизи сопла, позволяет получить в результате однородную горящую среду вокруг каждой когерентной струи.

На фиг.5 показаны результаты, полученные для другого варианта настоящего изобретения, подобного тому, что показан на фиг.1, за исключением того что в этом варианте использованы только два сопла. Каждое отверстие сопла было ориентировано под внешним углом 5 градусов от оси фурмы, а расстояние между центральными осевыми линиями отверстий сопел составляло 0,875 дюйма (2,223 см). Расход кислорода, подаваемого через каждое сопло, составлял 20000 кубических футов в час (566 м³/ч), а на выходе из сопел расстояние между периметрами выпускных отверстий сопел составляло 0,32 дюйма (0,813 см). Природный газ и вторичный кислород поступали из расположенных на окружностях отверстий при расходе 5000 и 4000 кубических футов в час (141,6-113,3 м³/ч) соответственно. Были получены две отдельные когерентные струи, и профили их скоростей на расстоянии 18 дюймов (45,72 см) (кривая Е) и 24 дюйма (60,96 см) (кривая F) показаны на фиг.5. Интерференция между двумя струями отсутствовала, и каждая струя функционировала так, как если бы она была единственной струей в свободном пространстве.

На фиг.6 приведены результаты, полученные для другого варианта настоящего изобретения, показанного на поперечном сечении на фиг.7. В этом варианте концевой части фурмы было два сопла с двумя отверстиями или выпускными каналами при расстоянии между центральными осями отверстий, равным 0,725 дюйма (1,842 см). Первое сопло было спроектировано на подачу 30000 кубических футов в час (849,6 м³/ч) с осью, параллельной оси фурмы. Второе сопло было спроектировано на подачу 10000 кубических футов в час (283,2 м³/ч) с осью, расположенной под углом 5 градусов от оси фурмы. Расстояние на выходе между периметрами соседних отверстий составляло 0,20 дюйма (0,508 см). Расход природного газа и вторичного кислорода через расположенные на окружностях отверстия (не показаны) составлял 5000 и 4000 кубических футов в час (141,6-113,3 м³/ч) соответственно. Расходы через два сходящихся/расходящихся сопла различались на коэффициент, равный трем. Профили скоростей на расстояниях 30, 34 и 38 дюймов (76,2, 86,36 и 96,52 см) от торцовой поверхности сопла показаны на фиг.6 в виде кривых G, Н и I. При высокой скорости струи (30000 кубических футов в час (849,6 м³/ч) кислорода) профиль оставался по существу одинаковым за пределами диапазона расстояний от торцовой поверхности сопел. Когерентная струя оставалась параллельной оси фурмы. Как и ожидалось, при низкой скорости (10000 кубических футов в час (283,2 м³/ч) кислорода) струя начинала терять свою когерентность на расстоянии более 30 дюймов (76,2 см) от торцовой поверхности сопла. Расположение пиков показывает, что струя находилась под углом приблизительно 5,5 градусов от оси фурмы. Это близко к углу 5 градусов у торцовой поверхности фурмы. Интерференции между двумя струями обнаружено не было. Эти результаты иллюстрируют приспособляемость, возможную для фурм с множеством когерентных струй. Например, кислород, как для продувки, так и для дожигания топлива, можно получать при использовании единственной фурмы с множеством сопел. Одну струю можно направлять для продувки к ванне с расплавом, тогда как струю с меньшим расходом можно направлять выше ванны для дожигания топлива. Все это можно выполнить при использовании фурмы с множеством когерентных струй.

В одном особенно предпочтительном варианте настоящего изобретения, который применили при эксплуатации печи с кислородным дутьем, использовали от 3 до 6 газовых струй, причем каждую струю отклоняли под углом относительно другой, и каждая струя имела сверхзвуковую скорость, при этом каждая струя имела одинаковый состав газа, а для получения горящей среды использовали два концентрических потока топлива и окислителя вокруг множества газовых струй.

Хотя изобретение описано подробно со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты, специалистам в данной области техники будет понятно, что существуют другие варианты настоящего изобретения в пределах существа и сферы притязаний формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Способ получения множества когерентных газовых струй при использовании единственной фурмы, характеризующийся тем, что используют фурму, имеющую наконечник со множеством сопел, каждое из которых имеет выпускное отверстие для выпуска газа в виде струи в пространство, образованное выступающей частью корпуса фурмы за торцевую поверхность наконечника, с получением множества газовых струй, топливо и окислитель подают из наконечника фурмы в по меньшей мере один поток, при этом в указанном пространстве за счет рециркуляции подаваемых в него топлива и окислителя вокруг газовых струй и горения топлива с окислителем обеспечивают образование вокруг них горящей среды для создания множества когерентных газовых струй, при этом поддерживают отдельное течение каждой когерентной газовой струи на протяжении всей ее длины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере два когерентных потока газовых струй выходят из фурмы под углом к ее центральной осевой линии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере два когерентных потока газовых струй движутся параллельно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо и окислитель подают из наконечника фурмы вокруг множества газовых струй в виде двух концентрических потоков.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждая когерентная газовая струя имеет сверхзвуковую скорость.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из когерентных газовых струй содержит кислород.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что образуют от трех до шести имеющих одинаковый состав когерентных газовых струй, каждая из которых движется со сверхзвуковой скоростью, при этом горящую среду вокруг них создают за счет подачи из наконечника фурмы топлива и окислителя в виде двух концентрических потоков.

8. Фурма для получения множества когерентных газовых струй, содержащая наконечник с множеством сопел, каждое из которых имеет соединенное с источником газа впускное отверстие и расположенное на торцевой поверхности наконечника выпускное отверстие, по меньшей мере одно средство выпуска топлива и окислителя, расположенное на торцевой поверхности ее наконечника вокруг множества выпускных отверстий сопел, и выступающую часть корпуса за торцевую поверхность наконечника, образующую пространство, с которым соединены каждое из множества выпускных отверстий сопел и средства выпуска топлива и окислителя.

9. Фурма по п.8, отличающаяся тем, что она содержит на торцевой поверхности наконечника вокруг множества выпускных отверстий сопел первое кольцеобразное средство выпуска и размещенное вокруг него второе кольцеобразное средство выпуска топлива и окислителя соответственно.

10. Способ получения множества когерентных газовых струй при использовании единственной фурмы, характеризующийся тем, что используют фурму, имеющую наконечник со множеством сопел, каждое из которых имеет выпускное отверстие для выпуска газа в виде струи в пространство, образованное выступающей частью корпуса фурмы за торцевую поверхность наконечника, с получением множества газовых струй, топливо подают из наконечника фурмы в по меньшей мере один поток вокруг множества газовых струй, при этом в указанном пространстве за счет рециркуляции подаваемого в него топлива вокруг газовых струй и горения топлива с вводимым в его поток воздухом обеспечивают образование вокруг струй горящей среды для создания множества когерентных газовых струй, при этом поддерживают отдельное течение каждой когерентной газовой струи на протяжении всей ее длины.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7