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Verfahren und Vorrichtung zum Flammenschneiden von Gesteinsblöcken
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Flammenschneiden
von Gesteinsblockens wie zum Beispiel Granit oder dergleichen. Die Erfindung betrifft
insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Aushöhlen mittels einer Brennerflamme,
bei welchem ein senkrechter Kanal in einen freiliegenden Granitblock geschnitten
wird.
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In der amerikanischen Patentschrift 3.019.004 wird ein Verfahren zum
Aushöhlen mittels einer Brennerflamme beschrieben, bei welchem eine verbesserte
Ausnützung der Flammenstrahlenergie verrJirklicht wird. Bei diesem Verfahren wird
ein Aushöhlungsvorgang mit einem Flammenstrahl erfolgreich ausgeführt, indem der
Flammenstrahl in einer geregelten Winkelrichtung gegen eine Gesteinsfläche gelenkt
und indem die Winkelrichtung innerhalb besonderer Grenzen geregelt wird, nämglich
unter Winkeln von 15 bis 30° zur Senkrechten, um einen gewünschten Beaufschlagungsbereich
zu erhalten. Gemäß dieser Patentschrift muß der Flammenstrahl bei dem Aushöhlungsvorgang
nicht nur innerhalb des angegebenen ltinkelbereichs gehalten, sondern auch mit einer
geringen Geschwindigkeit aufwärts- und abwärtsbewegt werden, damit eine wirksame
Abspaltung von Gesteinsteilchen erfolgt, um die Kosten des Brennstoffs und Oxidierungsmittels
zu rechtfertigen, die zur Bildung des Flammenstrahls verwendet werden.
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Um einen Flammenstrahl von Ublicher Form zu erhalten, ist es ueblich,
Verbrennungsprodukte aus dem Ende einer Brennereinheit von beträchtlicher Länge
austreten zu lassen. Die richtige Einstellung
des Brenners erfordert
daher eine besondere Ausrüstung und besondere Handhabungsverfahren. Der austretende
Flammenstrdl hat gewöhnlich die Form eines Kegels und jene Teile der Flamme die
sichtbar sind, erscheinen als ein etwas buschiger Flammenteil an den Beaufschlagungsspitzen
auf einer senkrechten Gesteinsfläche. Bei einer solchen Art der Flamme mit einem
üblichen konischen Querschnitt wird die in der Patentschrift beschriebene erforderliche
Winkelrichtung erzielt, indem der Brenner unter einem entsprechenden Winkel gehalten
oder indem ein Brenner mit einer entsprechend abgewinkelten Spitze verwendet wird,
so daß der Beaufschlagungsbereich begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt daher hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, ein
verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Flammenstpahls zu
entwickeln.
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Eine andere besondere Aufgabe besteht in der Ausbildung eines verbesserten
Verfahrens zum Aushöhlen mittels eines Flammenstrahls, bei welchem die Form oder
Formgebung des Flammenstrahles geregelt und derselbe auf eine senkrechte Fläche
eines Gesteinsblocks zur Einwirkung gebracht wird, um eine verzerrte Flamme zu bilden,
welche auf der Gesteinsfläche einen größeren wirksamen Beaufschlagungsbereich erzeugen
kann.
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Noch eine andere Aufgabe besteht in der Ausbildung einer Brennerkonstruktion,
mittels welcher ein verbesserter wassergekühlter kontinuierlicher Flammenstrahl
erzeugt wird, der mit geringen Geschwindigkeiten austreten und der für Aushöhlungszwecke
über einen größeren Bereich von Neigungswinkeln zur Senkrechten wirken kann, sowie
mit geringem Energieverlust und infolgedessen mit größerer Abspaltungswirksamkeit.
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Im Hinblick auf diese Aufgaben sieht die Erfindung ein Verfahren zum
Aushöhlen mittels einer Flamme vor, hei welchem der Austritt einer Strömung von
Verbrennungsprodukten aus einem Brenner wahlweise geregelt wird, um einen Strahl
mit geregelter Eormgebung
zu bilden. Eine bevorzugte Ausführungsform
einer durch eine solche Formgebung gekennzeichneten Aushöhlungsflamme kann als ein
federartiger Flammenstrahl bezeichnet werden. Diese neuartiX ge Flammenstrahlformgebung
ist durch einer äußeren, im allgemeinen dünn geformten Teil gekennzeichnet, der
einen wesentlich vergrößerten Beaufschlagungsbereich auf einer Gesteinsfläche für
Abspaltungszwecke erzeugen kann.
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Es wurde ferner festgestellt, daß die Formgebung eines Flammenstrahls,
der die beschriebenen Eigenschaften aufweist, wahlweise geregelt werden kann indem
eine besondere Form eines Brenners vorgesehen wird, der mit einer Auslaßöffnung
verstehen st, durch welche eine Strömung von Verbrennungsprodukten des Brenn ners
abgelenkt-wird, und eine verzerrte Flamme sowohl nach außen als auch nach unten
austritte Eine unmittelbare Folge ist daß ein federartiger Flammenstrahl erzeugt
wird, der äußere fächerförmige Teile aufweist, welche einen wesentlich größeren
Beaufschlagungsbereich auf einer Gesteins fläche erzeugen0 Auf diese Weise kann
eine verstärkte Abspaltungswirkung erzielt werden, wobei der fächerförmige Flammenteil
die Aufgabe hat, ei ne konzentrierte ErhiBzung bei hoher Temperatur und mit großer
Geschwindigkeit auszuführen und einen größeren Beaufschlagungsbereich zu bestreichen.
Wenn sich der fächerförmige Flammenteil aufwärts- oder abwärtsbewegt, wird ein wirksames
bpalte'n erzielt, ohne auf einen Neigungswinkel von 15 bis 300 begrenzt zu sein.
Der tatsächliche wirksame Beaufachlagungsbereich der Flamme liegt in einem Winkelbereich
von 15 bis 7000 Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsformen der En%n dung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in wel chen zeigt: Fig. 1 eine
schematische Ansicht, welche schaubildlich einen typischen Aushöhlungsvorgang mittels
einer Flamme veranschaulicht, der in einem Granitsteinbruch ausgeführt wird,
Fig.
2 eine andere schematische Ansicht, welche einen Aushöhlungsvorgang genauer veranschaulicht,
wobei ein Teil des Gesteinsblocks weggebrochen ist, um den Brenner gemäß der Erfindung
in einer Arbeitsstellung deutlicher zu zeigen, Fig. 3 eine Seitenansicht einer bevorzugten
Ausfuhrungsfor-m des Brenners, sowie schematisch den federartigen Fammenstrahl gemäß
der Erfindung, Fig. 4 einen Längsschnitt nach der Linie 4 - 4 der Fig. 3, Fig. 5
einen Querschnitt nach der Linie 5 - 5 der Figi 4, Fig. 6 einen Querschnitt nach
der Linie 6 - b der Fig. 4, Fig. 7 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform
des Brenners und des federartigen Flammenstrahls zur Ausführung des Aushöhlungsverfahrens
gemäß der Erfindung.
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Die Figuren 7a, 8 und 9 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform
der Brennerkonstruktion zum Erzeugen eines federartigen Flammenstrahls.
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Die Figuren 10, 11, 12, 13, 14 und 15 veranschaulichen abgeänderte
Ausführungsformen der Brennerkonstruktion.
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Fig.16 zeigt schematisch im Grundriß den federartigen Flammenstrahl
gemäß der Erfindung, der in einer Gesteinsfläche einen senkrechten Kanal erzeugt.
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Fig¢17 ist eine andere schematische Ansicht, welche den Aushöhlungsvorgang
von einer Seite gesehen veranschaulicht.
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In Fig. 1 ist mit 2 ein Gesteinsblock, wie zum Beispiel Granit, bezeichnet,
der in einem Steinbruch abgebaut wird. Hinsichtlich der Einzelheiten eines üblichen
Aushöhlungsvorgangs mittels einer
Flamme zum Erzeugen von Schnitten
in einem Granitblock wird auf die oben erwähnte amerikanische PatentschriSt 3.019.004
Bezug genommen.
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Wie Fig. 1 zeigt9 weist der Granitblock 2 eine senkrechte Fläche 4
aufs in welcher nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ein senkrechter Kanal C erzeugt
wird, Der Granitblock 2 kann eine ,Höhe von 6 bis 9 m oder mehr und eine solche
seitliche Ausdehnung auSeisen, daß eine Anzahl von dem Kanal C entsprechenden Kanälen
in den GraGnitblock 2 in entsprechenden Abständen geschnitten werden können, die
15 bis 30 m oder mehr betragenO Die Abschnitte oder Blöcke des Granit die durch
mehrere Aushöhlungsvorgänge begrenzt sind, können später längs senkrechter Linien
durch Drahtsägen getrennt werden, um die Abspaltung und an dere nachfolgende Gesteinsbearbeitungsvorgänge
zu erleichtern.
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Es ist daher leicht ersichtlich, daß das Flammenschneiden einen sehr
wichtigen Teil der Gesteinsbearbeitungsvorgänge bildet und daß sich die Schnitte
längs des Steinbruchs in waagerechter Richtung über beträchtliche Längen verstrecken
müssen. Auch die Tiefe der Schnitte kann von drei Metern bis zu sechs bis zwölf
Metern oder mehr betragen. Aus diesen Erwägungen ergibt sich, daß verhältnismäßig
kleine Verbesserungen des Flammenschneidens und der Handhabungsverfahren von beträchtlicher
Bedeutung sind.
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Gemäß der Erfindung wurde ein verbessertes Verfahren zum Aushöhlen
mittels einer Flamme entwickelt. Bei diesem Verfahren des Aushöhlens mittels einer
Flamme wird die Strömung von Verbrennungsprodukten durch einen Brenner kontinuierlich
geregelt, um einen federartigen Flammenstrahl zu erzeugen, der durch äußere fächerförmige
Flammenteile gekennzeichnet ist0 Wenn der federartige Flammenstrahl auf eine Gesteinsfläche
zur Einwirkung gebracht wird, muß der Brenner nicht in einem kritischen Winkelbereich
von 15 bis 300 gehalten werden, sondern kann in einer nahezu senkrechten Stellung
angeordnet werden, in welcher
die fächerförmigen Flammenteile einen
relativ größeren Beaufschlagungsbereich erzeugen, so daß ene erhöhte Erhitzungs-und
Bestreichungswirkung verwirklicht werden kann. Es kann daher eine bessere Ausnützung
der gesamten Flammenenergie erzielt werden und der vergrößerte Beaufschlagungsbereich
der Flamme kann sich über einen Winkelbereich von 15 bis 700 erstrecken.
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Der federartige Flammenstrahl, der in der beschriebenen Weise in einer
Winkelstellung gehalten wird, kann angehoben und gesenkt werden, um eine progressiv
konzentrierte Erhitzung der Gesteinsfläche durch die Spitze oder Zunge der Flamme
auszuführen. Ein relativ wirksamerer Vorgang kann daher durch die fäicherförmigen
Flammenteile erzeugt werden, die längs eines größeren Beaufschlagungsbereichs der
Flamme wirken.
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Diese Schritte sollen nunmehr genauer beschrieben werden. In den Figuren
1 und 2 ist mit B der besonders ausgebildete Brenner gemäß der Erfindung bezeichnet,
der einen Verbrennungsvorgang mittels eines federartigen Flammenstrahls erzeugt,
wie oben angegeben. Der Brenner B ist auf einem beweglichen Schlitten 10 mittels
einer aufrechten Stütze 12 aufgehängt, längs welcher sich ein Hubseil 14 zu einer
Fördertrommel 16 erstreckt. Der Brenner B wird in üblicher Weise von einer Zuführungseinheit
18 mit Oxidierungsmittel, Brennstoff und Kühlwasser durch Leitungen 20, 22 bzw.
24 gespeist. Ein Arbeiter A führt den Brenner B in der in Fig. 1 vorgeschlagenen
Weise längs einer gewünschten Bewegungsbahn, welche beispielsweise beginnt, wenn
sich das untere sunde des Brenners B angrenzend an einen unteren Abschnitt des Granitblocks
2 befindet, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
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In Fig. 3 ist schematisch ein Brenner 3 und eine wünschenswerte Form
des federartigen Flammenstrahls veranschaulicht, der bei einem typischen Aushöhlungsvorgang
auftritt. In den Figuren 16 und 17 ist dieser federartige Flammenstrahl in einem
etwas größeren Maßstab dareUgestellt, der gegen einen Teil des Blocks 2 gerichtet
ist. Fig. 17 veranschaulicht insbesondere die fächerförmigen
Flammenteile,
welche eine abzuspaltende Granitfläche beaufschlagen.
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die Fig. 3 zeigt, wird der federartige Flammenstrahl durch Regelung
einer Strömung der Verbrennungsprodukte erzeugt9 die sich aus der Verbrennung von
Brennstoff und Oxidierungsmittel unter überatmosphärischem Druck im Brenner B ergeben.
Wie bereits erwohnt, ist der federartige Flammenstrahl gekennzeichnet durch eine
obere, verhältnismäßig dünne, federartige Flammenzunge 30, die allmählich an Größe
zunimmt, um einen unteren, verhältnismäßig ausgebreiteten, buschigen Flammenteil
32 zu bilden Der verhältnismäßig dünne, federartige Flammenteil 90 kann erzeugt
werden, indem man einen Teil der Verbrennungsprodukte, , die sich durch den Brenner
B bewegen, in seitlicher Richtung durch einen schmalen langgestreckten Auslaß austreten
läßt, der mit 34 bezeichnet und in Fig. 3 mit einer unterbrochenen Linie angedeu
tet ist. Gleichzeitig wird ein anderer größerer Teil der Verbrennungsprodukte gegen
einen geschlossenen Endteil 36 des Brenners B strömen gelassen und plötzlich durch
eine verhältnismäßg große Öffnung 38 nach außen und unten abgelenkt, um den unteren,
verhältnismäßig ausgebreiteten, buschigen Flammenteil 32 zu bil den.
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Indem bewirkt wird, daß die Strömung der Verbrennungsprodukte in seitlicher
Richtung durch eine Auslaßöffnung in der Seite des Brenners abgelenkt wird, ergibt
sich als wichtiges Merkmal eine neuartige Verzerrung, welche in der in Fig. 4 schematisch.
vorgeschlagenden Weise erfolgt, wodurch äußere fächerförmige Flammenteile gebildet
werden, die sich über einen Winkelbereich von ungefähr 70° erstrecken, wie aus Fig.
4 ersichtlich ist. Als Ergebnis wird ein größerer Beaufschlagungsbereich erzeugt,
wenn die Flamme gegen die senkrechte Fläche eines Gesteinsblocks -2 gelenkt wird,
wie Fig. 17 zeigt.
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Einzelheiten des Brenners B sind auch in den Figuren 7a, 8 und 9 dargestellt.
In Fig. 9 sind mit 40 und 42 Durchlässe bezeichnet,
welche Kühlwasser
durch den Brenner B leiten.
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Gemäß den Figuren 16 und 17 sind die fächerförmigen Flammenteile gegen
die senkrechte Fläche eines Gesteinsblocks 2 gerichtet und werden allmählich nach
oben angehoben, um einen progressiven Abspaltungsvorgang auszuführen. Wie Fig. 16
zeigt, bewirkt der obere Flammenteil 30 eine anfängliche Erhitzung des Gesteins
längs einer in der Querrichtung verlaufenden Schnittlinie 46 und trachtet daher,
die Erhitzungs- und Bestreichungswirkung auf einen verhältnismäßig kleinen Abschnitt
des Gesteins zu konzentrieren, der schematisch durch den innerhalb der unterbrochenen
Linie 48 liegenden Bereich angegeben ist. Es wird daher eine erwünschte Hitzeübertragung
auf den Gesteinsabschnitt an den Stellen bewirkt, die durch die Pfeile a1, a2, a3
bezeichnet sind.
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Gleichzeitig wird auch bewirkt, daß in dem innerhalb der unterbrochenen
Linie 52 der Fig. 16 liegenden Bereich ein Erhitzen und Bestreichen mit entsprechender
Abspaltung längs der Gesteinsfläche durch den buschigen Flammenteil 32 an den unteren
Stellen erfolgt, die in Fig. 17 durch die Pfeile b1, b2, b3, b4 und b5 bezeichnet
sind. Daraus ist ersichtlich, daß der fächerförmige Flammenteil über einen wesentlich
größeren Beaufschlagungsbereich wirksam ist, als durch eine übliche Flamme bedeckt
werden kann.
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cnn durch eine Regelung der Strömung der Verbrennungsprodukte durch
eine Auslaßöffnung in der Seite des Brenners eine entsprechende Verzerrung erfolgt,
kann eine Verringerung der Flammengeschwindigkeit eintreten. Dies kann eine wirksamere
Abspaltung ergeben, was von den Mengen des verwendeten Brennstoffs und Oxidierungsmittels
sowie von der Art den abzuspaltenden Gesteins abhängt. Aus Fig. 17 ist ersichtlicll,
daß der federartige Flammenteil einen wesentlich größeren I3eiifschlagungsbereich
der Flamme zu erzeugen trachtet, der sich iiber einen Winkelbereich von 15 bis 700
erstreckt, was eineii verminderten J::nergieverlust und eine bessere Abspaltungswirksamkeit
ergibt. Die wahlwcise Regelung
der Strömung der Verbrennungsprodukte
kann auch modifiziert werden, um verschiedene andere Formgebungen der aus den Auslaßöffnungen
austretenden Flammen zu erzeugen, wenn diese Öffnungen in verschiedenen Abständen
längs der Seite des Brenners angeordnet sind.
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Bei Verwendung des federartigen Flammenstrahls kann es auch erwünscht
sein, die Geschwindigkeit zu verändern, mit welcher Brennstoff und Oxidierungsmittel
zugef'uh"rt werden, und insbesondere die Zuführungsgeschwindigkeiten zu regeln,
damit gewünschte Formen und Größen von Teilen des federartigen Flammenstrahls gebildet
werden. Außerdem können die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners nach oben oder
nach unten sowie die Breite und Länge der Auslaßöffnungen in der gewünschten Weise
verändert werden.
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Abgeänderte Formen der Flammenstrahlen können erzeugt werden, indem
verschiedene andere Arten der Brennerkonstruktion verwendet werden, die in den Figuren
10 bis 15 dargestellt sind.
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Bei den in den Figuren 7 und 10 bis 12 dargestellten Konstruktionen
ist ein Brenner B' mit einer länglichen Öffnung 34' versehen, welche sich über den
ganzen Brenner nach unten erstreckt und mit einem axial angeordneten Durchlaß 35'
in Verbindung steht, der durch das Ende des Brenners hindurchgeht. Bei dieser Anordnung
kann die Flamme einen größeren unteren buschigen Teil aufweisen, der längs der Brennerachse
gerichtet ist, um eine etwas andere Flammenformgebung 37' zu ergeben, wie Fig. 7
zeigt. Bei dieser Ausführungsform des Brenners sind die Kühlwasserdurchlässe mit
60 bezeichnet.
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In den Figuren 13, 14 und 15 ist noch eine andere abgeänderte Ausführungsform
dargestellt, bei welcher ein Brenner Bl mit einem länglichen V-förmigen Schlitz
60 versehen ist und außerdem eine winklige Form aufweist.
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In der vorstehenden Beschreibung der Erfindung wird ein verbessertes
Verfahren zum Aushö-hlen mittels eines Flainmenstrahis beschrieben,
bei
welchem eine Strömung von Verbrennungsprodukten durch eine Auslaßöffnung in einer
geregelten Weise austritt, um die Strömung aus einem gewöhnlich konisch geformten
Querschnitt zu verzerren und dadurch einen federartigen Flammenstrahl zu bilden,
welcher durch äußere fächerförmige Teile gekennzeichnet ist, die einen größeren
Bereich einer senkrechten Gesteinsfläche beaufschlagen können.
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Patentans9rüche: