DE1621669B2

DE1621669B2 - Vorrichtung zum Flämmen einer metallischen Werkstückoberfläche

Info

Publication number: DE1621669B2
Application number: DE1621669A
Authority: DE
Inventors: Cecil Robert Farmington Mich. Gingerich; Rudolph Frederick Orange Hinschlager; Allan Roy Warren Township Wandelt
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1966-03-10
Filing date: 1967-03-10
Publication date: 1975-01-09
Also published as: AT264024B; US3354002A; BR6787686D0; DE1621669C3; FR1515381A; DE1621669A1; BE695252A; GB1181393A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flämmen einer metallischen Werkstückoberfläche, gegen die ein Strom eines oxidierenden Gases gerichtet wird zur Erzeugung einer Reaktionszone auf der relativ dazu bewegten Werkstückoberfläche und unter Abscheidung der versprühten Schlacke, mit einer Düse, aus der ein die entstehende Schlacke mitnehmender Hauptflüssigkeitsstrahl entlang der Werkstückoberfläche strömt, und mindestens einer weiteren Düse, aus der ein zusätzlicher Flüssigkeitsstrahl parallel zum Hauptflüssigkeitsstrahl austritt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (GB-PS 672) wird ein Hauptflüssigkeitsstrahl und — falls dieser nicht ausreicht — mehrere zusätzliche Flüssigkeitsstrahlen unmittelbar entlang der Werkstückoberfläche geleitet, um die Schlacke aufzufangen. Bei sehr breiten Werkstücken ist eine sehr hohe Strahlgeschwindigkeit erforderlich, um die Werkstückoberfläche bis zur gegenüberliegenden Seite zu überstreichen. Die von der Werkstückoberfläche nach oben geschleuderte Schlackensprühe wird bei der bekannten Vorrichtung von den Flüssigkeitsstrahlen nur teilweise oder gar nicht aufgefangen; diese wegsprühenden Schlakkenteilchen können auf die blanke Werkstückoberfläche oder auf Oberflächen der Vorrichtung gelangen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Versprühen der Schlackentcilchen auf die bearbeitete Werkstückoberfläche und/oder Teile der Vorrichtung verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittelachsen des oder der zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen höher über der Werkstückoberfläche liegen als die Mittelachse des Hauptflüssigkeitsstrahls. Dadurch wird eine größere Auffangfläche nach

ίο Art eines im wesentlichen horizontalen Vorhangs aus Wasserstrahlen gebildet, die jeweils die Schlackensprühe auffangen. Dabei ist es nicht erforderlich, daß die zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen eine sehr hohe Geschwindigkeit haben, die wieder zu einem Abprallen

• 5 der Schlackensprühe führen könnte, weil die Strömung der zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen nicht durch die Werkstückoberfläche behindert wird.

Es ist zwar bekannt (US-PS 3 163 559), die von einem Wasserstrahl gebildete Auffangfläche für die Schlakkensprühe dadurch zu vergrößern, daß man den Flüssigkeitsstrahl als Hohlstrahl ausführt. Abgesehen von der Schwierigkeit, einen hohlen Flüssigkeitsstrahl über eine größere Strecke stabil zu halten, muß der untere Teil des Hohlstrahls immer der Werkstückoberfläche folgen, um auch die an der Werkstückoberfläche liegende Schlacke mitzunehmen. Dieser Teil des Strahls wird durch die Reibung an der Werkstückoberfläche abgebremst, so daß es bei breiten Werkstücken erforderlich ist, den Strahl mit hoher Anfangsgeschwindigkeit, d. h. mit großem Druck in der Düse, über das Werkstück zu leiten. Da der Strahl seinen Zusammenhalt behält, wirkt sich die an der Strahlunterseite auftretende Abbremsung auf den gesamten Strahlquerschnitt aus. Auch der obere Teil des Strahls, der weniger durch Reibung abgebremst wird, muß mit der erforderlichen sehr hohen Geschwindigkeit geführt werden. Diese hohe erforderliche Strahlgeschwindigkeit führt aber dazu, daß ein Teil der Schlackensprühe von dem Flüssigkeitsstrahl abprallt und eine sogenannte Sekundärsprühe bildet.

Es ist auch bekannt (US-PS 2 873 224), die Flüssigkeitsdüse für den die Schlacke mitnehmenden Flüssigkeitsstrahl höher als die Werkstückoberfläche anzuordnen. Hierbei ist die Düse jedoch geneigt angeordnet, so daß der Flüssigkeitsstrahl am Anfang der Werkstückoberfläche auf diese trifft und an ihr entlangströmt, um die Schlacke mitzunehmen. Schlackensprühe, die von der Werkstückoberfläche nach oben wegsprüht, wird von diesem Flüssigkeitsstrahl nicht oder nur teilweise aufgefangen.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß mehrere zusätzliche Flüssigkeitsstrahlen den Hauptflüssigkeitsstrahl teilweise umgeben. Dadurch wird eine Fläche gebildet, die für das Auffangen der Schlackensprühe besonders geeignet ist.

In besonders vorteilhafter Ausbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Hauptflüssigkeitsstrahl mit mehreren zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen zusammen in Gestalt einer Tasche angeordnet ist, die zu der Reaktionszone auf dem Werkstück geöffnet ist. Diese Tasche fängt wirksam die gesamte Schlackensprühe auf; der Flüssigkeitsbedarf ist dabei verhältnismäßig gering, da die gesamte Fläche der Tasche gut ausgenutzt wird.

In noch weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß mindestens einer der zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen näher an der Reaktionszone liegt als der Hauptflüssigkeitsstrahl. Dadurch wird

erreicht, daß auch die nach oben sprühenden Schlakkenteilchen nahe an der Reaktionszone aufgefangen werden, so daß der Anteil der nicht aufgefangenen Schlackensprühe sehr gering ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Durchmesser der Düse für den zusätzlichen Flüssigkeitsstrahl kleiner ist als der Durchmesser der Düse für den Hauptflüssigkeitsstrahl. Diese Ausführung trägt der Tatsache Rechnung, daß ein beachtlicher Teil der Schlacke flüssig auf der Werkstückoberfläche bleibt und von dem größeren Hauptflüssigkeitsstrahl weggeschwemmt werden muß, während die Schlackensprühe in verhältnismäßig geringerer Menge von dem zusätzlichen Flüssigkeitsstrahl aufgefangen wird. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet zum Flämmen von breiten Werkstücken, wie Brammen, wobei man einen verhältnismäßig starken Hauptflüssigkeitsstrom braucht, um die ganze Werkstückoberfläche mit genügender Kraft zu überstreichen und um die Schlacke seitlich von der Werkstückoberfläche in eine Schlakkenrinne zu fördern. Die kleineren zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen dienen dazu, die feine Schlackensprühe abzuscheiden, die nicht vom Hauptflüssigkeitsstrom erfaßt wurde.

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in Stirnansicht die Reaktionszone eines zu flammenden Werkstücks mit den Flüssigkeitsstrahlen zum Auffangen der Schlacke,

F i g. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung und

F i g. 3 eine verkleinerte Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform.

Das in den Figuren gezeigte zu flammende metallische Werkstück W wird über einen Rolltisch zu einer Flämmvorrichtung M bewegt. An der Oberfläche des Werkstücks W entsteht ein geschmolzenes Metallbad in der Reaktionszone, und zwar durch die Vorwärmflammen der Vorrichtung M Dann leitet man einen bandförmigen Strom S eines oxidierenden Gases, üblicherweise reinen Sauerstoff, in einem spitzen Winkel gegen die geschmolzene Oberfläche, wobei eine thermochemische Reaktion stattfindet. Das Werkstück W und der Strom S des oxidierenden Gases werden gegeneinander bewegt, damit die Umsetzung entlang der ganzen Oberfläche des Werkstücks stattfindet. Beim Fortschreiten der Umsetzung entsteht geschmolzene Schlacke, die nach vorn und oben aus der Reaktionszone Z herausgeschleudert wird, wie in F i g. 2 mit Pfeilen angedeutet.

Der größte Teil der geschmolzenen Schlacke gelangt in Berührung mit einem Hauptflüssigkeitsstrahl 10, der Wasser von hoher Geschwindigkeit führt. Dieser Strahl fließt aus einer Düse 12, die so angeordnet ist, daß die Flüssigkeit entlang der Oberfläche des Werkstücks W streicht, und zwar an einer Stelle in Richtung des Gasstroms etwas hinter der Reaktionszone Z. Der Flüssigkeitsstrahl 10 gelangt in eine Schlackenrinne 14, die sich an der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks IVbefindet. Der größte Teil der geschmolzenen Schlakke wird hierbei granuliert und in die Schlackenrinne gefördert.

Zum Abscheiden und Abführen der Schlackenteilchen (Schlackensprühe), die durch den Hauptflüssigkeitsstrahl 10 von der Schlackenrinne 14 abgelenkt werden und desjenigen Teils, der nicht in Berührung mit dem Hauptflüssigkeitsstrahl kommt, werden zusätzliche Flüssigkeitsstrahlen 16 über das Werkstück W in die Schlackenrinne 14 geführt. Die Mittelachsen dieser zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen liegen höher über der Werkstückoberfläche als die Mittelachse des Hauptflüssigkeitsstrahls 10 und umgeben diesen vorzugsweise wenigstens teilweise, wie in F i g. 2 dargestellt. Vorzugsweise ist auch wenigstens einer der zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen 16 gegen den Hauptstrahl 10 in Richtung zur Reaktionszone Z versetzt. Ein großer Teil der Schlacke, die von dem Hauptflüssigkeitsstrahl 10 nach oben abgelenkt ist, wird hierbei durch den zusätzlichen Flüssigkeitsstrahl 16 abgeschieden und in die Schlackenrinne 14 gefördert. Ebenso wird auch ein Teil der geschmolzenen Schlacke, die mit dem Hauptflüssigkeitsstrahl nicht in Berührung gekommen ist, von dem zusätzlichen Flüssigkeitsstrahl oder den zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen 16 aufgefangen, granuliert und in die Schlackenrinne 14 gefördert.

Beim Flämmen breiter Brammen ist es schwierig, einen zusammenhängenden Hauptflüssigkeitsstrahl aufrechtzuerhalten, da er durch das Auftreffen auf die Schlacke zersprüht. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, zur Unterstützung des Hauptflüssigkeitsstrahls 10 einen zweiten Hauptflüssigkeitsstrahl 20 vorzusehen, der ebenfalls über die Oberfläche des Werkstücks streicht. Bei Verwendung eines zweiten Hauptflüssigkeitsstrahls ordnet man die zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen 16 zweckmäßigerweise so an, daß sie nur den einen Hauptstrahl 10 teilweise umgeben, und zwar in der Nähe der Reaktionszone Z. Eine derartige Anordnung ist in der F i g. 2 gezeigt.

Beispielsweise kann die Oberfläche eines 2,4 m breiten metallischen Werkstücks mit Sauerstoff geflammt werden, wobei man stündlich etwa 900 m³ Sauerstoff zuführt und das Flämmen mit einer Geschwindigkeit von etwa 37 m/min durchführt. Der Hauptwasserstrahl hat einen Durchmesser von etwa 5 cm und fließt mit einer Menge von 1200 l/min über die Werkstückoberfläche. Drei zusätzliche Wasserstrahlen, die so angeordnet sind, wie die F i g. 1 und 2 es zeigen, dienen zum Abscheiden und Entfernen der Schlackensprühe. Jeder zusätzliche Wasserstrahl hat einen Durchmesser von etwa 3 cm und fließt in einer. Menge von etwa 750 I/min.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die besonders geeignet ist zum Bearbeiten von metallischen Werkstücken geringerer Breite, z. B. von Knüppeln und Blöcken. Bei dieser Ausführungsform bilden die einzelnen Flüssigkeitsstrahlen 30 über der Werkstückoberfläche neben der Reaktionszone Zim Querschnitt eine Tasche. Diese aus den Einzelstrahlen gebildete Tasche ist mit ihrer Öffnung gegen die Reaktionszone Zgerichtet. Die Flüssigkeitsstrahlen dienen zum Abscheiden der Schlacke und zur Förderung in die Schlackenrinne. Außer der in F i g. 3 gezeigten bogenförmigen Ausbildung der Tasche sind auch andere Formen möglich.

Wie in F i g. 3 gezeigt, kann die Tasche aus mehreren Einzelstrahlen bestehen; diese können aber auch zusammenhängen und aus einem einzigen, entsprechend geformten Mundstück austreten. In jedem Fall entsteht eine aus Flüssigkeit gebildete Tasche, die die Schlacke abscheidet und sie in seitlicher Richtung vom Werkstück hinweg in die Schlackenrinne fördert.

Bei einem Anwendungsbeispiel wurde ein gewalzter Block mit einer 25 cm breiten Oberfläche mit einem Sauerstoffstrom von 1200 m³ je Stunde mit einer Ge-

schwindigkeit von 37 m/min geflammt. Zwölf einzelne Wasserstrahlen mit einem Durchmesser von je etwa b mm und einer Gesamtmenge von etwa 950 l/min waren taschenförmig über und vor der Reaktionszone angeordnet, ähnlich wie F i g. 3 es zeigt. Die Schlacke wurde weitaus besser entfernt ah bei bekannten Vorrichtungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Flämmen einer metallischen Werkstückoberfläche, gegen die ein Strom eines oxidierenden Gases gerichtet wird zur Erzeugung einer Reaktionszone auf der relativ dazu bewegten Werkstückoberfläche und unter Abscheidung der versprühten Schlacke, mit einer Düse, aus der ein die entstehende Schlacke mitnehmender Hauptflüssigkeitsstrahl entlang der Werkstückoberfläche strömt, und mindestens einer weiteren Düse, aus der ein zusätzlicher Flüssigkeitsstrahl parallel zum Hauptflüssigkeitsstrahl austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen des oder der zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen (16) höher über der Werkstückoberfläche liegen als die Mittelachse des Hauptflüssigkeitsstrahls (10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zusätzliche Flüssigkeitsstrahlen (16) den Hauptflüssigkeitsstrahl (10) teilweise umgeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptflüssigkeitsstrahl mit mehreren zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen zusammen in Gestalt einer Tasche (30) angeordnet ist, die zu der Reaktionszone (Z) auf dem Werkstück (W) geöffnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zusätzlichen Flüssigkeitsstrahlen (16) näher an der Reaktionszone (Z) liegt als der Hauptflüssigkeitsstrahl (10).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Düse für den zusätzlichen Flüssigkeitsstrahl (16) kleiner ist als der Durchmesser der Düse für den Hauptflüssigkeitsstrahl (10).