直接火焰加热技术是一种新型、高效的加热技术,以对流传热代替了传统加热炉的辐射传热,它具有很高的火焰温度和极快的气流喷出速度,是实现带钢快速热处理的核心技术之一,而该技术的关键部分就是加热用烧嘴,本课题以新型的三层同心管烧嘴燃烧器作为研究对象,采用火焰冲击与富氧燃烧相结合的方法,对其生成的丙烷-空气-氧气扩散火焰特性与烧嘴加热性能进行分析研究。直接火焰冲击加热与富氧燃烧技术相结合可明显提高燃烧火焰温度和丙烷利用率;降低丙烷着火点、增大丙烷的着火浓度极限;改善燃烧过程并且使燃烧速率加快,使丙烷更充分燃烧,并减少NOx的排放。本文设计了一种新型的三层同心管烧嘴,根据烧嘴结构建设了一套单烧嘴火焰加热实验系统,包括:助燃剂供气系统、燃烧实验台和温度采集系统。实验研究内容主要包括火焰特性和单烧嘴的加热特性两部分。在火焰特性实验中,主要研究内容是在不同烧嘴最外层与中心层助燃剂分配比例、燃气流量、氧含量和空气过剩系数α条件下,测量火焰长度、火焰稳定性和中心轴线上火焰温度分布规律。在加热特性实验中,主要研究内容是在火焰的不同高度上,对加热速率的影响,找出加热速率最快的高度范围,在该实验结果的基础上,研究氧含量、燃气流量、过剩空气系数对加热速率的影响并总结规律。同时利用设定的工况参数加热钢板,研究加热均匀性。实验结果表明:当燃气流量为0.5m3/h,氧含量为35%时,出现熄火,为了使火焰稳定燃烧,氧含量应在40%以上;在一定燃气流量条件下,随着富氧浓度的增加,火焰温度升高,最高温度位置距烧嘴出口的距离下降,喷出速度下降;随着空气过剩系数的增加,火焰温度升高,喷出速度升高。最外层和中心层助燃剂分配比例为1:20时,火焰喷出速度快,湍流效应强烈,温度明显高于其他比例的火焰,最适于直接火焰冲击加热。当燃气流量为0.5 m3/h,氧含量为70%,空气过剩系数为1.0,外层和中心层助燃剂分配比例为1:20时,火焰喷出速度达到70m/s,火焰最高温度达到2300℃。利用上述条件下的火焰对厚度1mm的钢板进行静态加热,并计算将钢板加热至300℃、600℃和800℃时的加热速率,发现加热速率最快的位置位于火焰温度最高点上下20mm处,加热速率可达120℃/s;钢板的加热温度越高,温度分布的均匀性越差。研究还发现烧嘴外层通氧化剂可提高火焰的稳定性,防止脱火和熄火现象的发生。