CN101968222B - 切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切割装置，包括切割枪体和割嘴，其中，割嘴包括切割嘴芯和切割嘴套，切割嘴芯包括嘴芯主体、切割氧通道、第一凸台、第一预热孔、第二预热孔和预热槽，切割嘴套包括嘴芯装配孔，切割嘴芯装配在切割嘴套内，且切割嘴芯和切割嘴套作为一个整体装配在切割枪体中，切割枪体包括燃气管、预热氧管和切割氧管，切割氧管与切割嘴芯的切割氧通道连通。本发明具有以下技术效果：火焰集中，切割速度快，断面光洁，割缝窄，节省钢材，节约能源，切割中无黑烟，环保，噪音小。

Description

切割装置

技术领域

本发明涉及一种切割装置，尤其涉及一种切割工件的火焰切割装置，可用于钢铁厂生产的钢坯分段、管道的切割和不锈钢的切割等，属切割工具类。

背景技术

目前，工件的切割工具包括等离子切割装置、激光切割装置和火焰切割装置这三种。火焰切割装置是利用燃气配氧气或者汽油配氧气进行金属材料切割的一种切割设备，与激光切割相比，火焰切割装置在切割速度精度以及切割材质种类方面都远不及激光切割机，但是在切割厚度和切割成本上都远远优于激光切割机。与等离子切割相比，由于火焰切割时的温度比等离子切割时温度低，直接导致了其切割速率不及等离子切割，而且通常无法切割不锈钢以及很多有色金属，但是其优点在于，可以切割大厚度板材(我国已经掌握了切割2000mm厚度的火焰切断技术)，切割设备和切割成本相对低廉，污染也较等离子切割机小。因此，火焰切割装置在切割或粗加工领域具有不可替代的重要作用。

火焰切割装置主要分为早期的手动切割机和半自动切割机、仿形切割机以及数控切割机，其中，数控切割机又分为悬臂式数控切割机、龙门数控切割机、台式数控切割机和专门用于钢管相贯线切割的相贯线数控切割机。其中根据金属材料和切割金属的厚度从工艺角度来说，一般5mm以上的碳钢板推荐用火焰进行切割，因为此类钢板产生的热变形很小。不锈钢和有色金属通常不能用火焰进行切割，原因是不锈钢在受热后表面产生高密度氧化层，阻止热量向下传递，从而影响板材的熔断；铜铝等有色金属的散热能力很强，导致割面的热量快速散失，也影响到板材熔断。

钢铁厂钢坯切割所用的传统切割工具采用的是预热氧和燃气的外混方式，其沿切割装置横截面的中心开有切割氧孔，外围即是预热槽。它虽在钢坯的切割中发挥了较大的作用，但往往由于上述孔和槽在其体身分布面积大而散，因此火焰喷射分散，造成切割温度低，切割速度慢，同时钢坯切割缝隙宽，浪费钢材。另外，由于氧气、燃气是在喷出切割嘴芯之后再混合点燃的，因此燃气和氧气利用率低。

发明内容

为了解决传统的外混火焰切割装置的割缝宽、火焰分散、浪费燃气和氧气等问题，本发明的目的在于提供一种割缝窄、节能、环保的火焰切割装置。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例提供一种割嘴，包括切割嘴芯，其中，切割嘴芯包括嘴芯主体、设置在嘴芯主体上的切割氧通道、预热孔和预热槽，预热槽和预热孔设置在嘴芯主体的下部外周，预热孔设置在预热槽的内侧。

所述割嘴还包括切割嘴套，切割嘴套的内壁和嘴芯主体的外表面之间设置有混合空间，所述混合空间用于混合预热氧和燃气，预热氧和燃气通过预热孔和预热槽喷出。

所述预热槽的截面具有齿状结构。

第二预热孔的截面为封闭形状。

根据本发明的另一实施例提供一种割嘴，包括切割嘴芯和切割嘴套，其中，切割嘴芯包括嘴芯主体、第一凸台、第二凸台、位于嘴芯主体中部的切割氧通道、第一预热孔、第二预热孔和预热槽，切割嘴套包括嘴芯装配孔，切割嘴芯装配在所述嘴芯装配孔中，第一凸台设置在嘴芯主体的上部，第二凸台设置在嘴芯主体的下部，第一预热孔设置在第一凸台上，预热槽和第二预热孔设置在第二凸台上，第二预热孔设置在预热槽的内侧，切割嘴套的内壁、第一凸台的下表面、嘴芯主体的中部外表面以及第二凸台的上表面限定出第二混合空间，所述第二混合空间用于混合预热氧和燃气，预热氧和燃气的混合气体通过第二预热孔和预热槽喷出。

预热槽的截面具有齿状结构。

第二预热孔的截面为封闭形状。

第二预热孔的中轴线相对于切割氧通道的中轴线倾斜，并且在向着气体喷出侧的方向上逐渐靠近切割氧通道的中轴线。

预热槽的槽面相对于切割氧通道的中轴线倾斜，并且在向着气体喷出侧的方向上逐渐靠近切割氧通道的中轴线。

切割氧通道包括直径不同的两段柱状通道，两段柱状通道中直径相对大的一段的直径为D1，直径相对小的一段的直径为D2，满足D1/D2＞2.5，直径为D2的那段通道位于切割氧通道的气体喷出侧。

优选地，D1/D2等于3。

在切割氧通道的与切割氧管相连的上端具有斜坡。

第一预热孔的中轴线相对于切割氧通道的中轴线倾斜，并且在向着气体喷出侧的方向上逐渐靠近切割氧通道的中轴线。

嘴芯装配孔具有内径不同的两个部分，其中相对较小的内径与预热槽的最大外缘直径相同。

第一预热孔、第二预热孔和预热槽均具有多个，且所述多个第一预热孔、所述多个第二预热孔和所述多个预热槽均沿嘴芯主体的外周均匀设置。

第一预热孔的数量为2-90个，第二预热孔的数量为2-80个，预热槽的数量为3-100个。

当切割嘴芯与切割嘴套装配到位后，第一凸台朝下的台阶面搁置在切割嘴套的顶表面上，切割嘴芯的底表面与切割嘴套的底表面齐平或者略高于切割嘴套的底表面。

第二混合空间仅通过第一预热孔、第二预热孔和预热槽与外部连通。

在第二混合空间中设置一个或多个隔膜，从而将第二混合空间划分成多个子混合空间，所述隔膜上具有孔。

在所述切割嘴芯的下端安装调节片，调节片上具有多个第三预热孔和第二切割氧通道，第三预热孔与第二预热孔的直径相同，且对应分布。

第二切割氧通道的直径略大于切割氧通道在切割嘴芯的底面上的直径，第二切割氧通道位于旋转片的中心，调节片的外径小于多个预热槽的槽底面在切割嘴芯的底面上分布的圆周的直径，所述调节片可旋转地安装在切割嘴芯的下端。

根据本发明的实施例，提供一种切割装置，该切割装置包括切割枪体和如上所述的割嘴，其中，切割嘴芯装配在切割嘴套内，且切割嘴芯和切割嘴套作为一个整体装配在切割枪体中，切割枪体的部分内壁、第一凸台的上表面以及嘴芯主体的上端部分表面限定出第一混合空间，切割枪体包括燃气管、预热氧管和切割氧管，预热氧管和燃气管接入第一混合空间，第一混合空间用于初步混合预热氧和燃气，切割氧管与切割嘴芯的切割氧通道连通。

该切割装置还包括：喷粉枪，所述喷粉枪用于喷出助燃剂，设置喷粉枪的倾斜角度和位置，使喷粉枪喷出的助燃剂在待切割工件上的落点与切割氧在待切割工件上的落点一致。

该切割装置还包括：进水管和出水管，用于通入循环的冷却剂，所述进水管延伸到切割枪体底部，所述出水管的底部位于切割枪体的顶部。

燃气和预热氧分别经过燃气管和预热氧管进入第一混合空间，然后通过第一预热孔喷出。

第一混合空间设置一个或多个隔膜，从而将第二混合空间划分成多个子混合空间，所述隔膜上具有孔。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和技术效果：

(1)工艺先进：火焰集中，切割速度快，断面光洁，上缘不塌边，下缘挂渣少，成材率高，可实现切割自动化。

(2)节省钢材：可切割方坯、板坯、圆坯和矩形坯，割缝可保持在3mm以下。

(3)节约能源：可节省燃气50％以上，节省氧气40-50％，切割中可实现自动断火与点火。

(4)环保：切割中无黑烟，噪音小，粉尘少，经检测噪音低于国际标准，同时降低二氧化碳排放70％。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是切割枪体100、切割嘴芯200和切割嘴套300的装配剖视图；

图2是切割嘴芯200的剖视图；

图3是切割嘴套300的剖视图；

图4A是图2的俯视图；

图4B是图2的切割嘴芯200沿A-A向截取的俯视图；

图4C是图1的仰视示意图；

图5是切割枪体100与喷粉枪400一起工作时的示意图；

图6是调节片18的安装示意图；

图7是调节片18的平面图。

具体实施方式

钢材的火焰切割(也叫氧气切割)是利用气体火焰(下文中称为预热火焰)将钢材表层加热到燃点，并形成活化状态，然后送进高纯度、高流速的切割氧，使钢中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣同时放出大量的热，借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的下层和切口前缘使之也达到燃点，直至工件的底部。与此同时，切割氧流的动量把熔渣吹除，从而形成切口将钢材割开。因此，从宏观上来说，氧气切割是钢中的铁(广义上来说是金属)在高纯度氧中燃烧的化学过程和借切割氧流动量排除熔渣的物理过程相结合的一种加工方法。本发明的实施例提供了一种基于上述机理的切割装置。

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1是切割枪体100、切割嘴芯200和切割嘴套300的装配剖视图，为了示出清楚，省略了切割枪体100的剖面线，但保留了切割嘴芯200和切割嘴套300的剖面线。如图1-图3所示，根据本发明的实施例的切割装置包括切割枪体100、切割嘴芯200和切割嘴套300，其中，切割嘴芯200和切割嘴套300组成割嘴。切割嘴芯200装配在切割嘴套300的嘴芯装配孔4内，然后切割嘴芯200和切割嘴套300作为一个整体以任意合适的方式安装在切割枪体100中。例如，可以分别在切割嘴套300的外表面和切割枪体100的内表面设置螺纹，从而使切割嘴套300和切割枪体100通过螺纹连接在一起。当然，也可以在通过螺栓、卡扣等方式连接。

传统的火焰切割器不能切割不锈钢，这是因为不锈钢含有大量的合金成分(如铬、镍等)，在火焰切割过程中会在不锈钢表面产生一层高熔点氧化层(Cr₂O₃的熔点为2000度左右，NiO的熔点为1900度左右)，阻碍金属与高速氧流的接触，妨碍下一层金属燃烧，故不能正常切割。根据本发明的实施例，可以使用铁粉等作为助燃氧熔剂，铁粉可以选用还原铁粉或者纯铁粉，使铁粉在切割过程中不间断地随切割氧流进入切割区域，铁粉在火焰中起着猛烈的氧化反应，放出大量的热能，使割口上部产生熔化并同时提高了熔渣的流动性，以顺利地完成切割。因此，根据本发明的实施例的切割装置除了包括切割枪体100、切割嘴芯200、切割嘴套300之外，还可以包括喷粉枪400，喷粉枪400利用高压气体将铁粉喷出，使喷出的铁粉与切割氧在待切割工件上的落点一致，如图5中所示。

切割枪体100可包括五根管道，分别为燃气管31、预热氧管32、切割氧管33、进水管34和出水管35，分别通入或排出切割过程中所使用的各种气体或液体。

燃气管31用于通入燃气，例如，乙炔、丙烷等，燃气用于钢板的预热。预热氧管32用于通入预热用的氧气，切割氧管33用于通入切割用的氧气。

进水管34是冷却水的进水管道，出水管35用于排出已经过热交换的冷却水，由于在切割过程中会产生大约1000多摄氏度的高温，会使得切割枪体变形，尤其是可能会造成其中的氧气管道和燃气管道熔化变形，导致事故的发生，因此本发明采用循环水来冷却切割枪体100。进水管34一直延伸到切割枪体100的底部，而出水管35的底部连接在切割枪体100的顶部。当切割装置开始工作时，冷却水通过进水管34进入切割枪体100的底部，然后冷却水在切割枪体100中逐渐上升，接触燃气管31、预热氧管32和切割氧管33并与它们进行热交换，最后到达切割枪体100的顶部，从出水管35排出，从而实现了对切割枪体100的充分冷却。

切割嘴芯200包括嘴芯主体5、切割氧通道8、第一预热孔7、第一凸台9、第二凸台、预热槽6、第二预热孔10。在切割嘴芯200上沿轴线方向具有贯穿的切割氧通道8，在嘴芯主体5的上部外周设置直径上大下小的环柱形第一凸台9。在将切割枪体100、切割嘴芯200与切割嘴套300组装在一起时，令切割氧通道8与切割氧管33对准连通，使第一凸台9的朝下的台阶面11搁置在切割嘴套300的顶表面12上，并保证切割嘴芯200的底表面与切割嘴套300的底表面齐平或者略高于切割嘴套300的底表面。在嘴芯主体5的下部外周设置大致环柱形的第二凸台15，预热槽6和第二预热孔10设置在第二凸台15上。第二预热孔的截面为圆形、椭圆形等任意封闭的形状，预热槽6的截面为齿状。

参见图2、图4A-图4C，其中，图4A是图2的俯视图，图4B是图2的A-A向示意图，图4C是图1的仰视图。第一预热孔7沿嘴芯主体5的外圆周侧布置在第一凸台9上，第一预热孔7可以为多个，例如，可以为2-90个，这些第一预热孔7可以沿圆周均匀布置在第一凸台9上。第一预热孔7从第一凸台9的上表面贯穿到下表面，其中轴线L1可以平行于切割氧通道8的轴线，也可以从上至下逐渐接近切割氧通道8的轴线，即L1相对于切割氧通道8的轴线倾斜。

第二预热孔10和预热槽6沿嘴芯主体5靠近气体喷出侧的一端的外周布置，具体说是设置在第二凸台15上，第二预热孔10布置在预热槽6的内侧。第二预热孔10和预热槽6均可以为多个，所述多个第二预热孔10和所述多个预热槽6均可以沿圆周均匀分布，即，所有第二预热孔10均可以分布在一个圆周轨迹上，所有预热槽6均可以分布在另一个圆周轨迹上。预热槽6具有高低不平的齿状结构，具有最突出于外部的齿顶面和最深陷内部的槽底面。

第二预热孔10的数量可以与预热槽6的数量一一对应，但是它们的数量也可以不相等。优选的是，预热槽6的数量可以为3-100个，而第二预热孔10的数量可以为2-80个。

切割嘴套300包括基座1、喷嘴套3和螺纹2。切割嘴套300内部的空腔为嘴芯装配孔4。根据实施例的嘴芯装配孔4可以具有内径不同的两个部分，即嘴芯装配孔4的内壁有台阶，其中较小的那部分内径与预热槽6的最大外缘直径相同或者略大于该最大外缘直径，优选为相同，设置该台阶的目的是为了限制切割嘴芯200的位置，使其在移动过程中不随意晃动，避免钢坯上的割线不直。切割嘴套300外表面形成有对接螺纹2，一端是基座1，通过旋转基座1可将切割嘴套300安装到切割枪体100内。

再次参照图1，燃气管31和预热氧管32接入到环柱状的第一混合空间13中，该环柱状的第一混合空间13由切割枪体100的部分内壁、第一凸台9的上表面以及嘴芯主体5的上端部分的外表面限定，在燃气和预热氧按比例分别通入燃气管31和预热氧管32之后，预热氧和燃气在第一混合空间13中初步混合，然后经过第一凸台9上的第一预热孔7，使得输入的燃气和预热氧气在第二混合空间14中进一步充分混合(所述第二混合空间14设置在切割嘴套300的内壁和嘴芯主体5的中部外表面之间，具体地说，第二混合空间14由第二凸台的上表面、嘴芯主体5的中部外表面、第一凸台9的下表面和切割嘴套300的内壁限定)，最后通过第二预热孔10和预热槽6喷出。正是由于根据本发明的实施例的切割装置采用上述这种内混方式(在切割嘴芯内先混合燃气和预热氧)，且嘴芯上的第一预热孔7、第二预热孔10和预热槽6与切割嘴套组合后布孔面小，具有一定的阻尼作用，使得预热氧和燃气进入孔内时有两级的缓冲空间，从而使得预热氧和燃气充分混合均匀，使得能够充分燃烧，提高了氧气和燃气的利用率，可节省燃气50％以上，节省氧气40％-50％。另外，这种孔槽状的内混设计提高了切割温度和切割速度。

本发明不限于包括两个混合空间，在只有一个混合空间的情况下也可以，即省去第一凸台9，让预热氧和燃气直接通入第二混合空间。当然，优选的方案是具有两个混合空间。另一种优选方案是，在第一混合空间中设置一个或多个隔膜，或者在第二混合空间中设置一个或多个隔膜，从而分别将第一混合空间和/或第二混合空间划分成多个子混合空间。所述隔膜中具有多个孔，气体可以从中通过，这种多个子混合空间对气体具有进一步的阻尼作用，可以将燃气和预热氧充分混合均匀。隔膜的数量需考虑喷出速度和混合的均匀程度这两个因素，在两者之间取得平衡，优选总共具有一个或两个隔膜。

如图5中的轨迹A所示，传统的火焰切割器的切割嘴芯只有预热槽，没有第二预热孔，且其预热槽分布比较分散，分布面积大，而且预热燃气的喷射角度也是扩散的，因此喷出的区域是轨迹A所包围的较大的区域，这样，从喷粉枪400出来的铁粉在落到钢坯之前就会遇到预热火焰和预热氧和燃气的混合气体，从而部分铁粉过早地就被氧化，释放的热量没有传到钢坯上的待切割位置，就在空气中散发掉了，导致助燃效果不明显，因此造成很大的浪费，而且由于混合气体的喷出面较广，也会将铁粉吹得四处散落，会产生黑烟、粉尘很大，导致污染，而且会产生很大的噪声，也浪费了铁粉。其次由于喷出面广，使得预热火焰的面积也大，在工件上产生的割缝也高达十几毫米，浪费了工件的材料，切割断面不光洁，下缘易挂渣，并且切割速度较慢。但是如果缩小预热槽的分布面积，减小预热槽的尺寸，则会减小切割氧和燃气的喷出量，因此会大大降低预热火焰的温度，使得难以达到预热的效果，切割速度将大大降低。因此，传统的火焰切割器无法解决上述问题，现有技术中的切割嘴芯的预热槽分布均比较分散且分布面积大，非常浪费铁粉、燃气和氧气，同时造成很大污染。

而为了达到在减小切割氧和燃气的喷出范围的同时又能保证不降低预热火焰温度的目的，本发明的发明人经过艰辛的创造性设计，想到了在切割嘴芯200下部的第二凸台15上除了设置预热槽6之外，还设置第二预热孔10，首先，这样增加了喷出气体的量，使得预热火焰的温度增加。

其次，由于预热槽6和第二预热孔10都设置在位于切割装置最内侧的切割嘴芯上，因此就为实现分布面积小的混合气体出口提供了前提条件，而如果将第二预热孔设置在切割嘴套300上，则由于其内部有切割嘴芯的限制，而且切割嘴芯和切割嘴套之间还需要留有一定的装配空间，因此使得第二预热孔的分布面积变小受到诸多限制，因此本发明将第二预热孔设置在切割嘴芯200上。优选的是将第二预热孔10设置在预热槽6内侧，因为孔的四周均需要金属包围，而槽只要一边有金属就行，因此，若将孔设置在内侧，这样预热孔和预热槽所在圆周的直径就可以尽可能地小，使得第二凸台15的最大外缘直径能够更小，从而对应于不同的切割材料和环境，槽和孔的分布均能够尽可能地密集，从而能够使火焰更加集中。更加优选的是，将第二预热孔10设置在预热槽6的槽齿的根部，这样更加能节省分布空间，从而第二预热孔10和预热槽6就能设置地更靠近中心，使得槽和孔的分布能够最密集。

当采用根据本发明的实施例的上述设计的切割嘴芯200和切割嘴套300之后，预热氧和燃气的喷出范围缩小，而且在采用锥形设计之后(将在下文描述)喷出角度也是收缩的，如轨迹B所示，因此喷粉枪400喷出的铁粉与切割枪体100的预热火焰在靠近工件的切割点处才相遇，因此铁粉不会被过早氧化，绝大部分铁粉都会在切割点被氧化，释放出的大部分热量都被用于熔化不锈钢等待切割工件；其次，由于预热氧和燃气的混合气喷出范围也变得很小，因此不会将铁粉喷地四处散落，因此加工过程非常环保。同时由于第二预热孔10的存在，混合气体的喷出量也较大，在缩窄了火焰和气体喷出角的同时，保证了较强的火焰温度，达到了显著的效果。

另外，在火焰切割技术中，必须保证切割氧射流位于预热火焰的中心，这样才能达到精准的切割效果。而本发明设置第二预热孔10的另一个目的就是为了使得切割氧射流位于预热火焰的中心。根据本发明的实施例的第二预热孔10沿切割氧的外周均匀分布，通过这种独特的设计，气体从多个第二预热孔10喷出后形成了一个气圈，从而将切割氧射流精准地限制在待切割工件的预热火焰中心处，从而达到优良的切割效果。

采用根据本发明的实施例的第二预热孔10的这种布置后，切割氧射流被气圈限制在预热火焰中心附近，同时预热火焰集中且预热火焰的温度也较高，使得助燃效果明显，节省了铁粉和切割氧，同时也非常环保，不会造成污染，也减小了噪声。根据本发明的实施例的切割装置最终可以以小于3mm或3mm左右的切割缝来切割工件，而现有技术中的切割装置的切割缝为十多毫米，切割线不精良。

根据本发明的实施例第二预热孔10的中轴线L2和预热槽6的槽面均可以相对于切割氧通道8的轴线倾斜，当然，也均可以平行于切割氧通道8的轴线，或者其中之一平行于切割氧通道8的轴线。如图2所示，本发明优选的一种方式是，第二预热孔10的中轴线L2由上至下逐渐靠近切割氧通道8的轴线，即，多个第二预热孔10的内壁可排布在顶点朝向钢坯的假想圆锥的侧面上，即，采用锥形设计。类似地，预热槽6的槽面也由上至下逐渐靠近切割氧通道8的轴线。这样当预热氧和燃气的混合气体从多个第二预热孔10喷出后所形成的气圈就是一个直径逐渐缩小的气圈，预热火焰也将是逐渐集中的火焰，如图5中的轨迹B所示，其在钢坯上形成的圈的直径将很小，从而可以在更小的范围内切割，并在更小的范围内与铁粉相遇，提高了铁粉的利用效率，同时，由于这种锥状设计，使得火焰集中、喷射面小，进一步使得切割缝隙变窄，从而最终可以形成大约小于3mm(通常为1-3mm)的割缝。

根据本发明的实施例的切割氧通道8可以由上至下各处的直径一致，也可以不一致。参见图2，本发明的一种优选的方式是，在切割嘴芯200的上部的大部分距离的一段切割氧通道8的直径D1较大，而在切割嘴芯200的气体喷出侧附近的一小段切割氧通道8的直径D2较小(在图2和图4中用8′表示直径较小的那一段切割氧通道)。当提高切割氧的喷出速度后可以提高切割速度，因为更快速的氧射流可以更快地把熔渣吹走，而发明人通过创造性的劳动发现，要提高氧射流的速度不但可以从提高氧气源的压强方面考虑，而且还可以通过改变切割嘴芯200的切割氧通道的上下直径比来实现切割氧压强的二次增压，即，使喷出侧的直径D2小于其上端的直径D1，优选的是，满足D1/D2＞2.5，当采用这样的数值范围后，可以实现切割断面上缘不塌边、下缘挂渣少且可提高切割速度的显著效果。当D1/D2小于下限值时，实现的二次增压效果不明显。D1/D2优选为3。根据本发明的实施例的切割氧通道还可以在切割氧通道的与切割氧管相连的最上端具有斜坡，该斜坡向上张开，以有助于切割氧管插入切割氧通道，而且由于这种上大下小的结构，进一步对切割氧进行了增压，使得切割氧的喷出速度更快。

在实际的使用过程中，随着所使用燃气、预热氧或者工作环境、带切割工件等各种变化，可能需要调节预热火焰，但是传统的切割装置很难调节预热火焰，其只能通过调节切割嘴芯到切割工件的高度来微调，但经常顾此失彼。如图6和图7所示，根据本发明的实施例的切割装置，还可以切割嘴芯的最下端安装一个调节片18，调节片18上具有多个第三预热孔16和第二切割氧通道20，所述第三预热孔16与第二预热孔10的直径相同、分布对应，所述第二切割氧通道20的直径略大于切割氧通道8在切割嘴芯200的底面上的直径(即保证切割嘴芯200的底面在靠近切割氧通道8的边缘处的部分能露出，从而留出安装下文所述的金属条的空间)，第二切割氧通道20位于调节片18的中心，另外，调节片18的外径小于多个预热槽6的槽底面在切割嘴芯200的底面上分布的圆周轨迹的直径，即保证调节片18不遮挡预热槽6。将调节片18枢转地安装到切割嘴芯200的下端(例如，可以在切割嘴芯200靠近切割氧通道8的底缘的底面上焊接多个金属条，然后将调节片18穿过金属条贴附在切割嘴芯200的底面上，然后将多个金属条如图6所示垂直地弯折成金属爪17)，从而可以旋转调节片18，使得调节片18上的第三预热孔16可以以不同程度与第二预热孔10重叠，从而可以完全打开或者部分打开第二预热孔10，从而可以方便地调节第二预热孔10的开口率，从而方便地调节预热火焰。另外，为方便起见，还可以在调节片18上安装旋钮或拨杆，以轻松地旋转调节片18。

下面详细介绍根据本发明的实施例的切割装置的工作方法。

再次参照图1，首先打开燃气阀和预热氧阀，使燃气(例如，乙炔或丙烷)和氧气分别通过燃气管31和预热氧管32进入第一混合空间13中，预热氧和燃气在第一混合空间13中按比例初步混合，然后经过第一预热孔7，使得燃气和预热氧在第二混合空间14中进一步充分混合，最后通过第二预热孔10和预热槽6喷出。当喷出的按比例混合的预热氧和燃气碰到灼热的工件(例如，当将该切割装置用于钢铁厂生产的钢坯的分段时)后会自动点燃，也可以通过自动点火器或者手持打火机点燃，点燃后在待切割工件上形成了预热火焰。当将工件预热到一定温度时，打开切割氧阀，从而切割用的高压纯氧进入切割氧管33，然后通过与其相连通的切割氧通道8喷射出来。高压纯氧喷射到被切割的工件上，使被切割金属在氧射流中燃烧，氧射流把燃烧生成的熔渣(氧化物)吹走而形成割缝。接着切割装置沿着预定轨道运行，沿预定轨迹切割，当切割完毕时，关闭预热氧阀、燃气阀和切割氧阀，关掉电源开关，机器停止工作。

归纳起来，整个氧气切割过程可分为互有关联的4个阶段：

1.起割点处的金属表面用预热火焰加热到其燃点，随之在切割氧中开始燃烧反应。

2.燃烧反应向金属下层传播。

3.排除燃烧反应生成的熔渣，沿厚度方向割开金属。

4.利用熔渣和预热火焰的热量将切口前缘的金属上层加热到燃点，移动切割装置，使切割氧割点移动到起割点的所述切口前缘，使切割氧继续与所述前缘的金属上层产生燃烧反应。

上述过程不断重复，金属切割就连续地进行。

本发明的各个实施例可以任意组合(例如，发明内容部分的各段中的所概括的各个实施例)，并没有限制和冲突。例如，当第二预热孔10的中轴线L2和预热槽6的槽面相对于切割氧通道8的轴线倾斜时，切割氧通道8的直径则既可以均匀一致又可以按上大下小布置。例如，当切割氧通道8的直径按上大下小布置时，第二预热孔10的中轴线L2和预热槽6的槽面既可以相对于切割氧通道8的轴线倾斜，也可以平行于切割氧通道8的轴线。

根据本发明的实施例，其核心是提供一种割嘴，包括切割嘴芯和切割嘴套，其中，切割嘴芯包括嘴芯主体、切割氧通道、预热孔和预热槽，预热槽和预热孔设置在嘴芯主体的下部外周，预热孔设置在预热槽的内侧。只要满足上述条件，就能解决本发明所要解决的主要的技术问题，即，在不减小预热焰温度的同时，使得预热火焰能够尽可能集中，同时也能将切割氧射流限制在预热火焰的中心。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了根据本发明的切割装置和切割方法，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种割嘴，包括切割嘴芯和切割嘴套，其中，

切割嘴芯包括嘴芯主体、第一凸台、第二凸台、切割氧通道、第一预热孔、第二预热孔和预热槽，切割嘴套包括嘴芯装配孔，切割嘴芯装配在所述嘴芯装配孔中，第一凸台设置在嘴芯主体的上部，第二凸台设置在嘴芯主体的下部，第一预热孔设置在第一凸台上，预热槽和第二预热孔设置在第二凸台上，第二预热孔设置在预热槽的内侧，第一预热孔、第二预热孔和预热槽均为多个，且所述多个第二预热孔和所述多个预热槽均沿嘴芯主体的外周均匀设置在第二凸台中，切割嘴套的内壁、第一凸台的下表面、嘴芯主体的中部外表面以及第二凸台的上表面限定出第二混合空间，所述第二混合空间用于混合预热氧和燃气，预热氧和燃气的混合气体通过第二预热孔和预热槽喷出，

其中，第二预热孔的形状为封闭形状，预热槽的截面具有齿状结构，

其中，第二预热孔的中轴线和预热槽的槽面均相对于切割氧通道的中轴线倾斜，并且在向着气体喷出侧的方向上均逐渐靠近切割氧通道的中轴线，

其中，切割氧通道包括直径不同的两段柱状通道，并且在与切割氧管相连的上端具有斜坡，两段柱状通道中直径相对大的一段的直径为D1，直径相对小的一段的直径为D2位于下端，满足D1/D2＞2.5，直径为D2的那段通道位于切割氧通道的气体喷出侧，

其中，第一预热孔的中轴线相对于切割氧通道的中轴线倾斜，并且在向着气体喷出侧的方向上逐渐靠近切割氧通道的中轴线，

其中，嘴芯装配孔具有内径不同的两个部分，其中相对较小的内径与预热槽的最大外缘直径相同，

其中，第一预热孔的数量为2-90个，第二预热孔的数量为2-80个，预热槽的数量为3-100个。

2.根据权利要求1所述的割嘴，其中，

当切割嘴芯与切割嘴套装配到位后，第一凸台朝下的台阶面搁置在切割嘴套的顶表面上，切割嘴芯的底表面与切割嘴套的底表面齐平或者略高于切割嘴套的底表面。

3.根据权利要求1所述的割嘴，其中，

第二混合空间仅通过第一预热孔、第二预热孔和预热槽与外部连通。

4.根据权利要求1所述的割嘴，其中，

在第二混合空间中设置一个或多个隔膜，从而将第二混合空间划分成多个子混合空间。

5.根据权利要求1或4所述的割嘴，其中，

在所述切割嘴芯的下端安装调节片，调节片上具有多个第三预热孔和第二切割氧通道，第三预热孔与第二预热孔的直径相同，且对应分布。

6.根据权利要求5所述的割嘴，其中，第二切割氧通道的直径略大于切割氧通道在切割嘴芯的底面上的直径，第二切割氧通道位于调节片的中心，调节片的外径小于多个预热槽的槽底面在切割嘴芯的底面上分布的圆周的直径，所述调节片可旋转地安装在切割嘴芯的下端。

7.一种切割装置，包括切割枪体和如权利要求1-6中任一项所述的割嘴，其中，

切割嘴芯装配在切割嘴套内，且切割嘴芯和切割嘴套作为一个整体装配在切割枪体中，切割枪体的部分内壁、第一凸台的上表面以及嘴芯主体的上端部分表面限定出第一混合空间，

切割枪体包括燃气管、预热氧管和切割氧管，预热氧管和燃气管接入第一混合空间，第一混合空间用于初步混合预热氧和燃气，切割氧管与切割嘴芯的切割氧通道连通。

8.根据权利要求7所述的切割装置，还包括：

喷粉枪，所述喷粉枪用于喷出助燃剂，设置喷粉枪的倾斜角度和位置，使喷粉枪喷出的助燃剂在待切割工件上的落点与切割氧在待切割工件上的落点一致；

进水管和出水管，用于通入循环的冷却剂，所述进水管延伸到切割枪体底部，所述出水管的底部位于切割枪体的顶部。

9.根据权利要求7或8所述的切割装置，其中，

燃气和预热氧分别经过燃气管和预热氧管进入第一混合空间，然后通过第一预热孔喷出。

10.根据权利要求7或8所述的切割装置，其中，

第一混合空间中设置一个或多个隔膜，从而将第一混合空间划分成多个子混合空间。

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