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Vorrichtung zum thermochemischen Flämmen von Metallkörpern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermochemischen Flämmen von Metallkörpern, bestehend aus einem Düsenkörper mit einem Kanal zur Zuführung eines Oxydationsgases zu einer Austritts- öffnung, die so ausgebildet ist, dass sie die Bildung eines flächigen Stromes des Oxydationsgases bewirkt, weiters bestehend aus einer mit einem Querschlitz versehenen Kappe und ferner bestehend aus einer
Mehrzahl von Brenngaskanälen, die sich in der gleichen Richtung wie der Kanal für das Oxydationsgas erstrecken.
Solche Vorrichtungen finden Verwendung bei der mit Hilfe einer aus Sauerstoff und Brenngas gebildeten Flamme durchgeführten mechanisierten Behandlung von Stahlblöcken,-knüppeln oder Bram- men mit Hilfe von Flämmaschinen mit zum Nachmischen eingerichteten flachschlitzförmigen Dasen. Eine solche Flämmaschine weist ein bis achtzehn oder mehr Düsengruppe zu je sechs bis neun Düsen auf.
Für viele Anwendungen des Flämmens, bei denen eine geringe Arbeitstiefe genügt, erhält man mit den normalen, zum nachträglichen Mischen eingerichteten flachschlitzförmigen Sauerstoff- und Brenngasdüsen eine einwandfreie Oberflächenbeschaffenheit des behandelten Stahls. Die relativ kleinen Grate, die nach der Behandlung auf der Oberfläche vorhanden sind, stellen bei den nachfolgenden Bearbeitungen kein Problem dar. Wenn jedoch eine tiefergehende Behandlung erwünscht ist oder hochlegierte Stähle behandelt werden, bleiben nach dem Flammen mit den bekannten zum nachträglichen Mischen eingerichteten, flachschlitzförmigen Sauerstoff-und Brenngasdüsen höhere und schärfere Grate auf der geflämmten Fläche zurück. Diese Gratbildung wird durch eine ungleichmässige Verteilung des austretenden Brenngases über die Breite des Düsenschlitzes verursacht.
Diese hohen und scharfen Grate sind sehr unerwünscht, weil sie nicht geflämmte Stellen enthalten oder nach dem Fertigwalzen auf der Oberfläche des Stahls überwalzte Nähte oder Fehler bilden können. Es können zwar bei entsprechend niedrigem Brenngasdruck (in der Grössenordnung bis zu 0, 07 atü) auch mit den bekannten Vorrichtungen annehmbare, gratlose Oberflächen hergestellt werden, jedoch ist die Stabilität bei diesem Druck gering.
Ziel der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Diffusionskammer zur Aufnahme des vonden Kanälen kommenden Brenngases, ferner durch einen von der Diffusionskammer wegführenden verengten Kanal und durch eine Ansaugkammer, die eine Wand hat, welche das abgegebene Brenngas in den Oxydationsgasstrom hinein ablenkt, so dass das Brenngas in den Oxydationsgasstrom hinein angesaugt und zusammen mit ihm auf die Reaktionszone abgegeben wird.
Durch diese erfindungsgemässe Ausbildung wird erreicht, dass das Brenngas in der Diffusionskammer verteilt und dann in den Oxydationsgasstrom hinein angesaugt wird, wodurch die Gratbildung vermieden wird. Es ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung die Geschwindigkeit des Brenngasstromes über seine Breite wesentlich einheitlicher, aus der Düse tritt in gar. zer Breite des Schneidsauerstoffstromes eine ununterbrochene flächige Vorerhitzungsflamme aus, und es werden glatte, ebene Flämmschnitte von guter Qualität erzielt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt auch eine wesentlich bessere Stabilität, da mit Drücken bis zu 0,35 atü gearbeitet werden kann und trotzdem einwandfreie Oberflächen erhalten werden.
Gemäss einer besonders zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung können die Brenngaskanäle in einem Paar von Quernuten endigen, welche im Endteil des Düsenkörpers parallel zu den längeren Seiten der länglichen Düsenkörper-Austrittsöffnungen ausgebildet sind, wobei der zwischen den Quernuten und
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körpers zwecks Bildung von Kanälen abgeflacht ist, welche Kanäle die Quernuten mit dem zwischen den abgeschrägten Stirnflächen des Düsenkörpers und der Kappe vorhandenen Raum verbinden.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 in Seitenansicht, teilweise geschnitten, eine Vorrichtung gemäss der
Erfindung, Fig. 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig. l, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1 und Fig. 4 in einem Schema die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Entsprechend der in Fig. 4 erläuterten Arbeitsweise wird ein flächiger Oxydationsgasstrom A auf eine
Reaktionszone B der Bearbeitungsfläche eines Metallkörpers so abgegeben, dass er unter einem spitzen
Winkel auf der Bearbeitungsfläche auftrifft. Mehrere einzelne Brenngasströme C werden in eine breite
Diffusionszone D abgegeben, die im Abstand vor und unterhalb des Oxydationsgasstromes A liegt. In der
Diffusionszone D vereinigen sich die einzelnen Brenngasstrome C zu einem einzigen flächigen Brenngasstrom, der in der Diffusionszone D weitergeführt wird, um eine weitere Diffusion des Brenngases zu er- zielen.
Bei E wird der flächige Brenngasstrom nach seiner weiteren Diffusion nach oben zu dem flächigen
Oxydationsgasstrom A hin abgelenkt, um in diesen hinein angesaugt und zusammen mit ihm als nachträg- lichgemischte Sauerstoff- und Brenngas-Vorerhitzungsflamme auf die Reaktionszone B abgegeben zu werden. Auf analoge Weise wird auch von oben her ein flächiger Brenngasstrom in den Oxydationsgasstrom hinein angesaugt.
Die in den Fig. 1-3 dargestellte, zum nachträglichen Mischen eingerichtete, zweiteilige Sauerstoffund Brenngas-Flammdüse besteht aus einem Düsenkörper 10 und einer Kappe 12, die aus einem gut wärmeleitenden Metall wie Kupfer bestehen.
Der Dosenkörper 10 hat einen Sauerstoffzuführungskanal14 und mehrere Brenngaszuführungskanäle 15. Der Sauerstoffzuführungskanal 14 hat eine Austrittsendstrecke, die allmählich von einem kreisförmigen in einen flachen Querschnitt übergeht und in einer langgestreckten Austrittsöffnung 16 endet.
Der vordere Endteil des Düsenkörpers 10 ist mit einem Querschlitz 20 versehen, der mit der Austritts- öffnung 16 fluchtet und breiter ist als diese. Die Kappe 12 ist ebenfalls mit einem Querschlitz 24 versehen, der mit dem Schlitz 20 des Körpers fluchtet. Der Schlitz 24 der Kappe ist nur wenig breiter als der Schlitz 20 des Körpers, um eine Ansaugwirkung auf das Brenngas zu gewährleisten. Durch Schrägflächen 28, die sich auf beiden Seiten des Schlitzes 20 unter einem Winkel von einer Grössenordnung von 300 zu dessen Mittelebene über die Stirnfläche des Düsenkörpers erstrecken, werden auf der Innenseite der Kappe 12 hinter dem Schlitz 24 Ansaugkammern 26 gebildet.
In der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den Düsenkörper 10 in der Nähe des Flammenendes zwei Quernuten 30 eingearbeitet, welche jeweils die drei Vorerhitzungskanäle schneiden. Ferner sind an gegenüberliegenden Seiten des Düsenkörpers zwischen den Quernuten 30 und den Schrägflächen 28 Abflachungen 34 ausgefräst. Die Teile der Vorerhitzungskanäle 15, die ursprünglich in der Stirnfläche des Düsenkörpers endeten, sind in dem zwischen den Quernuten 30 und der Schrägfläche 28 verbleibenden Abschnitt in geeigneter Weise zugestopft.
Wenn die Kappe 12 über dem Flammenende des Dasenkörpers angeordnet ist, bildet die zylindrische Wand der Kappe die vierte Wand der Diffusionskammer. Das aus den Vorerhitzungskanälen 15 austretende Brenngas trifft auf die vordere Wand der die Diffusionskammer bildenden Quernut 30 auf und verteilt sich im wesentlichen gleichmässig über die ganze Diffusionskammer. Das Brenngas tritt daher als relativ flacher Strom aus den Quernuten 30 und durch die verengten bogenförmigen Kanäle 35, die zwischen den gefrästen Abflachungen 34 am vorderen Ende des Düsenkörpers und der zylindrischen Wand der Düsenkappe gebildet werden.
Diese flachen Brenngasströme werden dann von der Stirnfläche der Düsenkappe in der Ansaugkammer 26 einwärts zum Schneidsauerstoffstrom hin abgelenkt und vermischen sich dort mit den äusseren Rändern des Sauerstoffstroms, so dass eine flache, flächige Vorerhitzungsflamme gebildet wird, die unter einem Winkel von etwa 250 auf dem Werkstück auftrifft.
Die für die obere Vorerhitzungsflamme vorgesehene Diffusionskammer dient lediglich dazu, um den Einbau der Düsen in die Düsenträger der Flämmaschine zu erleichtern, doch ist dies zur Erzielung von glatten, ebenen geflämmten Flächen guter Qualität nicht notwendig.
Mit Hilfe von normalen, zum nachträglichen Mischen eingerichteten flachschlitzförmigen Sauer- stoff-und Brenngasdüsen und von erfindungsgemässen Düsen wurden geflämmte Flächen hergestellt. Diese Flämmbehandlungen wurden unter identischen Bedingungen durchgeführt, d. h. auf kaltem Stahl, der mit einer Geschwindigkeit von 9, 1 m pro min bewegt wurde und bei Anwendung von Sauerstoff unter einem Druck von 2,8 atü und von Erdgas unter einem Druck von 0,35 atü. Beim Flämmen mit drei üblichen Düsen bekannter Art waren auf der geflämmten Fläche einer Stahlplatte deutlich sichtbare, hohe Grate vorhanden.
Bei der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung durchgeführten analogen Bearbeitung wurden da-
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gegen glatte, ebene Flächen erzielt.
In den meisten Versuchen wurde Erdgas als Brenngas verwendet. Die Versuche haben jedoch gezeigt, dass auch bei Acetylendüsen, welche mit der erfindungsgemässen Diffusionskammer arbeiten, die erfindungsgemässe Verbesserung der geflämmten Fläche erzielt wird. Ausserdem hat es sich gezeigt, dass die Tiefe der Metallabnahme bei Anwendung von Acetylen um etwa 101o vergrössert wurde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum thermochemischen Flämmen von Metallkörpern, bestehend aus einem Düsenkörper mit einem Kanal zur Zuführung eines Oxydationsgases zu einer Austrittsöffnung, die so ausgebildet ist, dass sie die Bildung eines flächigen Stromes des Oxydationsgases bewirkt, weiters bestehend aus einer mit einem Querschlitz versehenen Kappe und ferner bestehend aus einer Mehrzahl von Brenngaskanälen, die sich in der gleichen Richtung wie der Kanal für das Oxydationsgas erstrecken, gekennzeichnet durch eine Diffusionskammer (30) zur Aufnahme des von den Kanälen kommenden Brenngases, ferner durch einen von der Diffusionskammer wegführenden verengten Kanal (35) und durch eine Ansaugkammer (26), die eine Wand (28) hat, welche das abgegebene Brenngas in den Oxydationsgasstrom hinein ablenkt,
so dass das Brenngas in den Oxydationsgasstrom hinein angesaugt und zusammen mit ihm auf die Reaktionszone abgegeben wird.