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Die Erfindung betrifft einen Vorwärmbrenner für eine Giessform zur Durchführung der aluminothermischen Schienenverbindungsschweissung.
Bei der Durchführung dieses Schweissverfahrens, das in der Regel mit einer aus Formsand hergestellten, gebrannten Giessform erfolgt, ist eine Erwärmung der von der Giessform umschlossenen Schienenenden erforderlich. Hiezu wird üblicherweise ein Vorwärmbrenner angewendet, der mit einem Gemisch aus Brenngas und Sauerstoff gespeist wird und ein quer zur Schienenlängsrichtung orientiertes Flammenband abgibt, das von oben her in den Steigerkanal der Giessform und in die Lücke zwischen den beiden Schienenenden schlägt. Dabei wird eine dem Schienenprofil möglichst angepasste, rasche und intensive Wärmezufuhr angestrebt, um eine gleichmässige Erwärmung beider Stirnflächen vor dem Einguss zu erreichen und damit Gefügeunregelmässigkeiten im gesamten Gussbereich, insbesondere aber im Übergang vom Schienensteg in den Schienenfuss zu vermeiden.
Die bisher bekannten Vorwärmbrenner weisen zur Erzeugung des Flammenbandes in der Regel einen Brennerkopf aus Stahl mit zwei parallelen Reihen von z. B. je 11 Düsenbohrungen auf, aus denen Einzelflammen austreten, die dann gemeinsam das Flammenband bilden. Bei Anwendung dieser Vorwärmbrenner in Verbindung mit z. B. vorgefertigten, aus gebranntem Formsand hergestellten Giessformen, die eine Schweissung ohne nennenswerten Schweisswulst ergeben, also dem Schienenprofil weitestgehend angepasst sind, hat sich in der Praxis gezeigt, dass die die Lücke unterhalb des Schienenkopfes abdeckenden Formteile vom Flammenband so stark erwärmt und durch die direkte Flammeneinwirkung so intensiv beansprucht werden, dass es zu einer Abschmelzung im Kopfbereich kommt, während der Fussteil der beiden Schienen die erforderliche Temperatur noch nicht erreicht hat.
Diese stark beanspruchten Formteile müssen deshalb in der Regel aus besonders hitzebeständigem Material, z. B. Magnesit, ausgebildet werden, was den Herstellungs- und Kostenaufwand für die Formen erhöht.
Schliesslich haben sich in der Praxis auch Probleme infolge von schädlichen Wärmespannungen innerhalb der Form und infolge einer ungleichmässigen und unzureichenden Flammenbeaufschlagung bzw. Erwärmung der Übergangszone vom Schienenfuss in den Schienensteg ergeben, was zu Gefügeunregelmässigkeiten führt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass es im oberen Bereich des Formhohlraumes, d. h. im Schienenkopfbereich zu einem Flammenstau kommt, was zur Folge hat, dass nur etwa 60% der Flamme in den unteren Stegbereich gelangt.
Der erwähnte bekannte Vorwärmbrenner mit zwei parallelen Reihen von Düsenbohrungen im Brennerkopf hat ausserdem einen hohen Energiebedarf. Beispielsweise wird bei einem Durchmesser der Düsenbohrungen von 1, 1 mm üblicherweise mit einem Sauerstoffdruck von etwa 4,5 bar und einem Propandruck von etwa 1,0 bar gearbeitet.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen zur Anwendung bei Giessformen für die aluminothermische Schienenschweissung bestimmten Vorwärmbrenner zu schaffen, der die geschilderten Schwierigkeiten vermeidet ; der Vorwärmbrenner soll in den an die Schienen angesetzten Sandfertigformen insbesondere eine einwandfreie Flammenbeaufschlagung des Schienensteges und des Übergangsbereiches vom Schienenfuss in den Schienensteg gewährleisten und zugleich das Entstehen von Wärmespannungen in der Giessform hintanhalten. Der Vorwärmbrenner soll ferner geringen Energieverbrauch haben.
Der erfindungsgemässe Vorwärmbrenner, der einen Brennerkopf aus Stahl aufweist, in dessen rechteckiger Stirnseite mehrere Düsenbohrungen vorgesehen sind, zeichnet sich dadurch aus, dass die Düsenbohrungen über die Länge der Stirnseite des Brennerkopfes auf drei Zonen verteilt sind, wobei in einer mittleren Zone der überwiegende Teil aller Düsenbohrungen ausgebildet ist, und diese mittlere Zone beidseits durch jeweils eine bohrungsfreie Zone von jeweils einer seitlichen Zone getrennt ist, die nur wenige Düsenbohrungen enthält.
Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass von der Mitte des Brennerkopfes eine gebündelte, konzentrierte Flamme ausgeht, die eine einwandfreie Erwärmung auch der unteren Zonen der Zwischengusslücke gewährleistet, wobei zugleich eine Überhitzung der oberen Giessformzonen im Schienenkopfbereich vermieden wird. Insbesondere kommt es zu einer gleichmässigen Erwärmung der gesamten Giessform, wodurch Wärmespannungen vermieden werden. Es hat sich ferner überraschenderweise gezeigt, dass durch die Anordnung von wenigen Düsenbohrungen im Bereich der
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seitlichen Enden der Brennerkopfstirnfläche im Betrieb, d. h. beim Erhitzen oder Vorwärmen der
Schienen, in der Fertigform ein Sauerstoffüberschuss erzielbar ist, der eine vollständige Verbrennung des eingesetzten Gases begünstigt.
Der Vorwärmbrenner kann deshalb bei gleichem Düsenquerschnitt und bei gleich langer Vorwärmzeit mit Brenngas, insbesondere mit Sauerstoff und Propan, unter einem niedrigeren Druck betrieben werden als der herkömmliche Brenner.
Insgesamt ermöglicht der erfindungsgemässe Vorwärmbrenner eine rasche und gezielte Vor- wärmung, die energiesparend ist bzw. eine optimale Ausnutzung der zugeführten Energie gewähr- leistet.
Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezug- nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer
Giessform mit einem Vorwärmbrenner gemäss der Erfindung und Fig. 2 eine Ansicht der Stirnseite des Brennerkopfes.
Die aus zwei Formhälften --1, 2-- bestehende Giessform umgibt die zu verschweissenden Schienen --S--. Die Giessform weist Eingusskanäle --3-- für die aluminothermische Stahlschmelze sowie einen
Steiger --4-- auf. Der Formhohlraum ist so ausgebildet, dass sich am Schienenfuss und Schienensteg praktisch keine Schweisswulst ergibt, wodurch Nachbearbeitungsvorgänge vermieden und die Einsatz- möglichkeiten der Schiene erhöht werden.
Ein mit Propan und Sauerstoff beschickter Vorwärmbrenner --5-- erstreckt sich in den Stei- ger --4--, um die Zwischengusslücke mit Flammen zu beaufschlagen. Der Brenner --5-- hat einen quer zur Schienenlängsrichtung orientierten Brennerkopf --6--.
Wie Fig. 2 zeigt, ist in der rechteckigen Brennerkopfstirnseite --7-- in einer mittleren, rauten- förmigen Zone A eine Vielzahl von Düsenbohrungen --8-- ausgebildet; beim gezeigten Beispiel sind es 14 Düsenbohrungen mit einem Durchmesser von 1, 1 mm. Es hat sich gezeigt, dass überraschender- weise der rautenförmige Umriss der Zone A eine optimale Wärmebeaufschlagung der Schweisslücke der Giess- form gewährleistet. An die rautenförmige Zone A schliesst beidseits eine bohrungsfreie Zone B an, welche die mittlere Zone A von je einer weiteren Zone C mit einer Querreihe von z. B. nur 2 Düsenboh- rungen --8-- trennen.
Diese Düsenanordnung bewirkt im Betrieb eine gebündelte, konzentrierte
Flamme-F-im Stegbereich der Zwischengiesslücke, was eine ausreichende Erwärmung des Schienen- steges, insbesondere im Übergangsbereich desselben in den Schienenfuss sichert, ohne dass dabei der Schienenkopfbereich der Giessform überhitzt wird. Die Giessformhälften brauchen deshalb nicht aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Mit dem erfindungsgemässen Brenner kann eine praktisch vollständige Verbrennung des Propangases erzielt werden, weil sich gezeigt hat, dass bei Betriebsdruck über die seitlichen Düsenzonen C ein Sauerstoffüberschuss erhalten wird.
Bei einem Durchmesser der Düsenbohrungen von 1, 1 mm kann der Vorwärmbrenner mit Sauerstoff unter einem Druck von etwa 2, 5 bar und mit Propan unter einem Druck von etwa 0, 3 bis 0, 2 bar betrieben werden, wobei während der gleichen Vorwärmzeit, von z. B. 6 min, eine günstigere Erwärmung als mit einem herkömmlichen Brenner erzielt wird.
Es versteht sich, dass das erläuterte Ausführungsbeispiel im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens insbesondere hinsichtlich der Anzahl und geometrischen Anordnung der Düsenbohrungen in den Zonen A und C der Brennerkopfstirnseite abgewandelt werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit der dargestellten Anordnung die günstigsten Ergebnisse erzielt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorwärmbrenner für eine Giessform zur Durchführung der aluminothermischen Schienenverbindungsschweissung, mit einem Brennerkopf aus Stahl, in dessen rechteckiger Stirnseite mehrere Düsenbohrungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbohrungen (8) über die Länge der Stirnseite (7) des Brennerkopfes (6) auf drei Zonen (A, B, C) verteilt sind, wobei in einer mittleren Zone (A) der überwiegende Teil aller Düsenbohrungen (8) ausgebildet ist, und diese mittlere Zone (A) beidseits durch jeweils eine bohrungsfreie Zone (B) von jeweils einer seitlichen Zone (C) getrennt ist, die nur wenige Düsenbohrungen (8) enthält.