DE2251632A1

DE2251632A1 - Schneidbrenner

Info

Publication number: DE2251632A1
Application number: DE2251632A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Shimoyama; Nanji Ueda; Akira Ujiie
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Koike Sanso Kogyo KK
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Koike Sanso Kogyo KK
Priority date: 1971-10-27
Filing date: 1972-10-20
Publication date: 1973-05-10
Also published as: JPS5236107B2; FR2158928A5; US3788558A; GB1410517A; SE389725B; JPS4849654A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneidbrenner mit divergenter Düse.

Bekannte Sohneidbrenner, von denen ein- typisches Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist, weisen einen Sohneidsauerstoff-Kanal b auf, der von Mischgas-Kanälen c zur Zufuhr eines Gemisches aus Sauerstoff und Brenngas umgeben ist. Bei dieser Konstruktion wird aus dem Gasgemisch an der Brennerspitze eine Vorwärmflamme d gebildet, welche das Werkstück e vorwärmt und eine Schmelzlache f bildet, die unter Erzeugung von Schlacke h in Verbrennungsreaktion mit einem Strahl des SohneidsauerstoffStrahls g aus dem Auslaß des Kanals b gebracht wird. Dadurch wird eine Schnittrille gebildet und das Werkstück e wird schließlich durchgeschnitten.

Beim Gas-Brennsohneiden mittels eines derartigen, herkömmlichen Schneidbrenners ist jedoch die Söhneidgeschwindigkeit für viele Anwendungsfälle/niedrig.

Das Sohneiden eines Werkstücks mittels eines Sohneidbrenners erfolgt in drei Stufen, nämlich durch Einleitung der Verbrennungsreaktion von Eisen mit Sauerstoff in einem Ober-

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flächenbereich des Werkstücke, Ausbreitung tier Verbrennungsreaktlon von Bisen und Sauerstoff in den Innenbereich des Werkstücks hinein und Zwangsbeseitigung des Reaktionsprodukte Schlacke. Die Schneidgesohwindigkeit könnte dabei erhöht werden, wenn sich der Wirkungsgrad in den einzelnen Stufen verbessern ließe.

Dies ist jedoch derzeit sohwlerig zu realisieren, da in der ersten Stufe lediglich die Strahlungshitze einer Gaaflamme, beispielsweise einer Propangasflamme zur Wirkung kommt, während in der dritten Stufe der Speisedruck des Söhneid-Sauerstoffs höchstens 7 kg/cm beträgt, wobei die mechanische Energie des Schneidsauerstoffstroms ziemlich niedrig ist, wodurch wiederum die Sohneidleistung begrenzt #4*d. Die Wirkung in der zweiten Stufe ist schließlich daduroh erheblich eingeschränkt, daß die durch das Reaktionsprodukt Schlacke und das Gas in der Schneidzone gebildete Grenzschicht die Verteilung von Eisen und Sauerstoff verhindert. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen.

Eine wirksame Erhöhung der Sohneidgeschwindigkeit könnte grundsätzlich duroh Erhöhung dee Speisedruoks des Sohneidsauerstoffs erreioht werden. Bis jetzt ist jedoch noch kein für diesen Zweck zufriedenstellender Schneidbrenner bekannt. Außerdem stehen derzeit weder Mittel noch Techniken zur Verwendung von der Gasflamme, z.B. einer Propangasflamme, als Hitzequelle überlegenen Mitteln für das Vorwärmen zur Verfügung.

Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten, der Erhöhung der Sohneidgesohwindigkeit entgegenstehenden Schwierigkeiten zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungagemäß bei einem Schneidbrenner mit divergierender Düse gelöst, der daduroh gekennzeichnet

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ist, daß er einen primären Schneidsauerstoff-Kanal, mehrere sekundäre Schneidsauerstoff-Kanäle, welche den primären Kanal an der Brennerspitze in Ringform umgehen, und mindestens einen die sekundären Kanäle umschließenden Vorwärmflammen-Kanal aufweist, daß der primäre Schneidsauerstoff-Kanal einen Mittelabschnitt kleineren Durchmessers aufweist, der in einem sich erweiternden "bzw. konischen, an einem kreisförmigen Düsenauslaß offenen Abschnitt ausläuft, und daß der aus den sekundären Kanälen austretende Strahl des sekundären Schneidsauerstoffs einen scheinbaren Schneidsauerstoffauslaß bildet, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des durch die sekundären Schneidsauerstoff-Kanäle festgelegten Rings entspricht. Mit dieser so gekennzeichneten Erfindung eines verbesserten Schneidbrenners lassen sich erhöhte Schneidge-.schwindigkeiten an zu schneidenden Werkstücken und erheblich verbesserte Schneidergebnisse erzielen, was im folgenden weiter erläutert wird.

Da der erfindungsgemäße Schneidbrenner einen primären Schneidsauerstoff-Kanal mit einem Mittelabsehnitt von kleinerem Durchmesser, der in einem sich erweiternden, an einem kreisförmigen Düsenauslaß offenen Abschnitt ausläuft, aufweist, strömt aus dem Auslaß ständig ein divergierender Sauerstoffstrahl hoher Reinheit und mit hoher mechanischer Energie aus;

Da außerdem die sekundären Schneidsauerstoff-Kanäle beim erfindungsgemäßen Schneidbrenner in Ringform um den primären Schneidsäuerstoff-Kanal an der Brennerspitze herum angeordnet sind, liefert der gegenüber der Schneidrichtung vorlaufende Teil des schwachen sekundären Schneidsauerstoffstrahls eine geringe Sauerstoffmenge zu der auf dem Werkstück gebildeten Schmelzlache und begünstigt somit die Vorwärmfunktion der Vorwärmflamme, welche an dem die Vorwärmflamme bildenden Kanal gebildet wird, so daß sowohl die Geschwindigkeit der Verbrennungsreaktion im Werkstück erhöht als auch

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die Entfernung des durch die Verbrennungsreaktion infolge des primären Schneidsauerstoffstrahls erzeugten Eisenoxids verbessert wird. Zudem kann auch die Schmelzlache sohneil mittels des sekundären Schneidsauerstoffstrahls verbrannt werden, wobei die resultierende, auf das Werkstück übertragene Verbrennungswärme zur Vorwärmwirkung beitragen kann.

Weiterhin unterliegt ein Teil des dem primären Schneidsauerstoffstrahl nachfolgenden sekundären SchneidsauerstoffStrahls einer Verbrennungsreaktion mit einem äußerst begrenzten Teil der durch den primären Strahl gebildeten Sohnittrille. Da diese Reaktion auf eine außerordentlich kleine Zone begrenzt ist, geht sie sehr schnell vor sich, wobei auch die Menge der beseitigten Schlacke im Vergleich zu der durch den primären Strahl ausgeblasenen Schlackemenge wesentlich kleiner ist.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigens

Pig. 1 einen Schnitt durch einen herkömmlichen Schneidbrenner,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Schneidbrenner nach der Erfindung,

Pig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt zur Veranachaulichung des den Sohneidsauerstoffstrahl liefernden Abschnitts,

Pig. 4 und 5 Aufsichten auf Sclmittrillen, die mit dem erfindungsgemäßen Schneidbrenner bzw. einem herkömmlichen Schneidbrenner gebildet worden sind,

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Fig. 6 und 7 graphische Darstellungen der Strahllänge und der Schneidgeschwindigkeit bei verschiedenen Werkstückdicken, die mit dem erfindungsgemäßen Schneidbrenner und ,einem herkömmlichen Schneidbrenner erzielt werden.

Der bekannte Schneidbrenner gemäß Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Der in Fig. 2 dargestellte Schneidbrenner A weist einen zentralen, primären Schneidsauerstoffstrahl-Kanal bzw. -Düse 1 zur kontinuierlichen Zufuhr von hochreinem Sauerstoff mit hoher kinetischer Energie auf. Dieser Kanal 1 weist einen Abschnitt 1a von gleichbleibendem Durchmesser auf, der unterbrechungslos zu einem dünneren Abschnitt 1b mit einem Durchmesser von 0,5 - 2 mm verläuft, der seinerseits in einen sich erweiternden bzw. konischen Absohnitt 1c mit einem Kegelwinkel von 5 - 10° an einem kreisförmigen Düsenauslaß übergeht, dessen Durchmesser das 15Q- bis 250-fache des dünneren Abschnitts 1b beträgt und der einen divergierenden Sauerstoffstrahl bildet« Der Schneidbrenner A ist außerdem mit einer Anzahl von sekundären Sohneidsauerstoffstranl-Kanälen 2 versehen, die über Verbindungen 3 mit dem zentralen Kanal 1 kommunizieren und an der Brennerspitze in Ringform um den Kanal 1 herum angeordnet sind.

Der aus der Büse bzw. Mündung des Kanals 1 austretende primäre Sohneidsauerstoffstrahl B ist somit von einem ring förmigen, aus den Kanälen 2 austretenden sekundären Sohneidsauerstoffstrahl 0 uageben,

Fig. 3 veranschaulicht die divergierend· Form des primären Sauerstoffstrahla, B. Infolge der ringförmigen Wand des sekundären Sohneideauerßtoffstrahls,' welcher die Divergenz des primären Strahls ermöglicht, ist die Sohneid- bzw. Brennerspitze, die sich normalerweise am Punkt P befindet,

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zum Punkt P' hin verschoben, so daß auch der Düsen-Auslaßc*' rchmesser des Kanals 1 von' φ auf jzi', d.h. den Innedurohmesser jzf des durch die Kanäle 2 gebildeten Rings vergrößert ist.

Weiterhin ist der Schneidbrenner A mit einem oder mehreren Vorwärmflammen-Kanälen 4 versehen, welche um die Kanäle 2 herum angeordnet sind und an denen eine auf das Werkstück E gerichtete Vorwärmflamme D erzeugt wird.

Bei dem dargestellten Sohneidbrenner mit der vorstehend besohriebenen Konstruktion kann ein Teil des schwachen sekundären Sauerstoffstrahls 0, der aus den Kanälen 2 austritt, welche sich in der durch den Pfeil angedeuteten Bewegungsrichtung vor einer mittels der Vorwärmflamme an den Vorwärmflammen-Kanälen 4 auf dem Stahl-Werkstüok E gebildeten Sohmelzlache P befinden, die Verbrennungsgesohwindigkeit erhöhen und die Beseitigung von Eisenoxid begünstigen, das durch die Verbrennungsreaktion mit dem primären Sauerstoffstrahl B erzeugt wird. Die Sohmelzlache F wird schnell in eine Verbrennungsreaktion mit dem sekundären Saueratoffstrahl versetzt, wobei die Verbrennung8wärmt auf da« Werkstüok E übertragen wird und die Vorwärmung bewirkt.

Sin Teil dta dem primären Sauerstoffstrahl nachlaufenden sekundären Sauerstoffstrahl· unterliegt einer Verbrennungareaktion mit einem äußerst begrenzten Teil des Eisens f* an den beiden Rändern der duroh den primären Säuerstoffstrahl 1 im Werkatüek E gebildettn Sohnittrill·· iiitii fe?br«nnungsreaktion findet in einer äußerst kleinen Zone statt, so daß sie sehr schnell vor sioh geht. Außerdem let die Menge der dabei zu beseitigenden Schlacke G- wesentlich kleiner als die vom primären Sauerstoffstrahl zu beseitigende, d.h. auszublasende Menge an Schlacke Q*.

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Die Fig. 4 und 5 sind Aufsichten auf Y/erkstücke, in denen Schnittrillen einmal auf herkömmliche Weise und zum anderen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schweißbrenners ausgebildet worden sind. Die mit dem erfindungsgemäßen Schneidbrenner hergestellte Schnittrille besitzt größere Breite, da der primäre Schneidsauerstoffstrahl- B vom sekundären Schneidsauerstoff strahl C umgeben ist. Der genannte, kleine Teil des Eisens E¹, der mit dem sekundären Sauerstoffstrahl reagiert, besitzt gemäß Fig. 5 eine Breite w, so daß die Gesamtbreite der Sohnittrille W + 2w beträgt, wobei ¥/ die Breite der Sohnittrille infolge des primären SauerstoffStrahls bedeutet.

Wie erwähnt, ist beim erfindungsgemäßen Schneidbrenner der Durchmesser des über den Kanal 1 zugeführten primären Sauerstoff Strahls an der scheinbaren Brennerspitzenposition vergrößert, und ü,war entsprechend dem Innendurchmesser $* des durch die Kanäle 2 festgelegten Rings. Infolgedessen ist es möglich, einen für den Brennschneidvorgang vorteilhafteren schmalen Strahl des primären Schneidsauerstoffs hervorzubringen. Dieser Strahl eines erfindungsgemäßen Sohneidbrenners ist im Vergleich zu dem an einer herkömmlichen Brennerspitze erzeugbaren Strahl scharf gebündelt und lang»

Während der Sohneidsauerstoff-Speisedruck an der Brennerspitze üblicherweise höchstens 7 kg/cm beträgt, kann beim erfindungsgemäßen Sohneidbrenner ein ausgezeichneter primärer Schneidsauerstoffstrahl mit einem Druck von bis zu etwa 50 kg/om erzeugt werden, indem das Verhältnis von Düsen-Auslaßdurchmesser zu Durchmesser des dünneren Abschnitts entsprechend gewählt wird, z.B. mit einem Wert von.1,64 zur Gewährleistung eines Drucks von 16 kg/cm bis zu 2,04 zwecks Gewährleistung eines Drucks von 36 kg/cm~.

Mit dem erfind ungsg etaäße η Schneidbrenner kann außerdem die des primären iJchneidsauerstoffstrahls im Vergleich zum

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herkömmlichen Sohneidbrenner beträchtlich vergrößert werden, wodurch die mechanischen Energie des Strahls, wie dies aus Pig. 6 ersichtlich ist, außerordentlich erhöht wird.

Pig. 7 zeigt einen Vergleich der Sohneidgesohwindigkeit des erfindungsgemäßen Schneidbrenners mit derjenigen herkömmlicher Schneidbrenner für verschiedene Dicken des Werkstücks, Ersiohtlicherweise beträgt die erfindungsgemäß erreichbare Schneidgeschwindigkeit das 2,0- bis 2,5-fache derjenige eines herkömmlichen Schneidbrenners mit gerader Düse und das 1,5- bis 2,0-fache derjenigen eines herkömmlichen Schneidbrenners mit divergenter Düse bei einem Druck von 7 kg/om . Obgleich die Strömungs- bzw. Durchsatzgesohwindigkeit im Vergleioh zu den herkömmlichen Sohheidbrennern hoch ist, kann eine erhebliche Verminderung der erforderlichen Arbeitsstunden bei Erhöhung der Sohneidgeschwindigkeit erwartet werden, wodurch die Arbeitskosten für den Sohneidvorgang gesenkt werden und gleichzeitig die Qualität der Schnittkante verbessert wird.

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3 Π ί! 8 1 9 / 0 L: U 1

Claims

Patentanspruch.

Sohneidbrenner mit divergenter Düse, d a d u r ο h gekennzeichnet , daß er einen primären Schneidsauerstoff-Kanal (1), mehrere sekundäre Sohneidsauerstoff-Kanäle (2), weiche den primären Kanal an der Brennerspitze in Ringform umgeben, und mindestens einen die sekundären Kanäle umschließenden Vorwärmflammen-Kanal (4) aufweist, daß der primäre Sohneidsauerstoff-Kanal (1) einen Mittelabschnitt (1b) kleineren Durohmessers aufweist, der in einem sich erweiternden bzw, konischen, an einem kreisförmigen Düsenauslaß offenen · Abschnitt (1o) ausläuft, und daß der aus den sekundären Kanälen (2) austretende Strahl des sekundären Sohneid-Sauerstoffs einen scheinbaren Sohneidsauerstoffauslaß bildet, dessen Durohmesser dom Innendurchmesser des durch die sekundären Sohneidsauerstoff-Kanäle (2) festgelegten Rings entspricht.

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