DE2300265A1

DE2300265A1 - Verfahren und vorrichtung zum thermischen lochstechen

Info

Publication number: DE2300265A1
Application number: DE19732300265
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kallenbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-01-04
Filing date: 1973-01-04
Publication date: 1974-07-18
Also published as: DE2300265C3; DE2300265B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Lochstechen.
Die erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Lochstechen durch einen angeu;andten Oxydations- Reduktionsprozess mittels stückförmiger Beichtmetalle.
Bekannt ist, daß zum thermischen Lochstechen in Stahl, zum Durchstechen von Mauerwerk, Beton und Gestein, Sauerstofflanzen zur Anwendung kommen.
Maßgebend für ein solches thermisches Durchstoßen dieser Grundwerkstoffe ist die unbeeinflußbare Brennfreudigkeit und Schnelzbarkeit dieser Stoffe und die variabele Wärmeleistung des jeweils verwendeten Brennelementes , das hierbei als Vierkzeug dient.
Angewendet werden als Brennelemente,ernlanzen, die aus einem Stahlrohr mit einer Stahldrahtfühllung bestehen, die bei einer selbstverzehrenden Verbrennung im beaufschlagten Sauerstoffstrom eine Wärmemenge von ca. 1700 kcal/kg freisetzen.Bei einer Brenngeschwindigkeit von etwa looo mm/min wird nur eine geringe Arbeitsge schwindigk eit und Leistung erreicht. Ihrer dadurch bedingten großen Bauart zufolge haben sie ein entsprechend begrenztes Arheits- und Anwendungsgebiet.
Durch einen nur einmal ablaufenden Oxydationsprozess wird der eingebrachte Sauerstoff schlecht genutzt und muß durch ein hohes Angebot eingebracht werden. Reduktionsreaktionen sind bei diesem Verfahren zufallsbedingt, und rühren dann vom Grundwerkstoff her.
Nach einem anderen bekannten Verfahren wird mit Metallpulvern gearbeitet,die als zusätzlicher Brennstoff mittels einer aufwendigen Einrichtung zugeführt werden.Hierbei können Redoxreaktionen genutzt werden.
Allerdings, auch wenn diese Pulvermischungen looF7o reduzierendes Aluminium führen würden, werden Abkülilvorgänge in der Brennschmelze eine Begrenzung bilden.Außerdem ist eine aflfwendige Aufbereitung und Zuführung des Pulvers nötig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach zu bedienendes Brennelement vorzuschlagen,das sich durch eine hohe Streckenenergle viahrend des laTaterialdurchstechens auszeichnet,das auch bei kleinen Lochdurchmesser zuverlässig arbeitet und bei gleicher Leistung in seinen Abmessungen sehr klein ausgefiiiirt werden kann. Ein solches Brennelementtsoll iscninell, und auch für Unterwasserarbeiten anwendbar sein.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, in Verbindung mit einem Leichtmetallangebot einen Oxydations-Reduktionskreis zu bewirken, bei dem die Leichtmetalle in Stückform fest eingebracht werden, ohne auf die Pulverform zurückzugreifen, wobei Stahl zusätzlich als Oxydationträger und Schlackebildner verwendet wird.
In besonderen Hinblick auf den Reduktionswerkstoff Aluminium, soll dieser aus der Stückform heraus, durch eine Stahl, Titan - oder Magnesiumoxydation beW t, so hoch vorgehezzt werden, daß das entstehende Schlackenbad nicht vor der einsetzenden Reduktion abgekühlt wird, sondern die Reduktionsenthalpie schlagartig freisetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, schnell brennende Gitanteile wirtschaftlich in Form zerkleinerten Schrottes zu verwenden, und den Sauerstoffbedarf durch mehrmalige Nutzung erheblich einzuschrsnken.
Zur Lösung dieser Erfindungsaufgabe wird vorgeschlagen, Leichtmetalle in einer Anlagerung mit Stahl im Sauerstoffstrom zu einer thermischen Wirkung zu bringen, so, daß der oxaldierende Stahl eine reduzierbare Schlacke liefert, wobei diese von den Leichtrnetallen fortlaufend reduziert wird,duch den dbergang der bei der Stahlverbrennung enstandenen Sauerstoffonen an das reduzierende Leichtmetall.
Dieser Prozess setzt die Oxydationswärme des Stahles frei,die anschließend mit der Reduktionswärme des Leichtmetalls substituiert wird, wobei der Reduktionsprozess ohne zusätzlichen Sauerstoffbedarf abläuft.
An Hand der abgebildeten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung weiter erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 , Die schematische Anwendung des Verfahrens.
Fig. 2 , Der vergrößerte Schnitt durch die Sitze eines Brennelementes an einer Brennstelle.
Fig. 3 , Die Schnitte zweier Brennrohre mit Brennmetallen in fester, verschiedener Stückform.
Fig. 4, Einen Brennrohrschnitt mit Aufnahme schlauch fiir Schrottkörper.
Fig. 5, Die Ansicht eines Brennrohres , bestückt mit Reaktionswerkstoff.
Fig. 6, Zur iiärmestauung gekerbt er Aluminiumwerks toff Fig. 7, Die Darstellung eines Brennelementes mit selbsttätiger Kernzustellung.
Fig. 8, Die Darstellung der mechanischen Vorschübe Fig. 9, Die Darstellung von itögliciikeiten der Zündanordnung.
Fig. lo,ine Verstärkung zum Erzeugen konischer Brennlöcher.
Fig. 11, Eine aufgesteckte Vorvarmbüchse.
Fig. 12, Ein Brennrohr mit Zusatz zum Schlackenauswurf.
Die Fig. 1 zeigt die Anordnung eines Brennelementes (6) zum Lochstechen in den Grundwerkstoff (1).
Fig. 2 veranschaulicht den Brennvorgang mit einer Aluminiumanlagerung. Dabei verbrennt im Sauerstoffstrom (7) der mit dem Brennrohr eingebrachte Stahlwerkstoff (2) unter whärmeabgabe zu Fe2 °) und Be3 O4 als Schlacke Gleichzeitig hiermit verbrennen die eingebrachten 'l'itanstücke (3) teilweise.
Von dem verbliebenen nest trennen sich fortlaufend Teilstücke ab, die von dem vorbeiziehenden Sauerstoffstrom(7) brennend in die heißen gerade entstehenden Fe-Oxide (8) an der Wand des Grundwerkstoffes (1) geschleudert werden.In diesem Punkt geht die Oxydation in eine Reduktion über. Das verbliebene Titan übernimmt exotherm das entstehende Sauerstoffjon aus der Stahlschlacke, und stellt gleichzeitig den hochreaktiven Fe-Teil frei.
Dies Verfahren kann unter Berücksichtigung seiner Brenngeschwindigkeiten mit Magnesium und allen im festen Zustand brennbaren Leichtmetalle nacü den gleichen Vorgängen durchgeführt werden. Dabei liefert bei einem Stahlwerkstoff als Grundwerkstoff (1) dieser selbst die reduzierbare Schlacke,(8) wobei in diesem Sonderfalle das gesamte Brennelement aus Leichtmetall besteht wobei diese sowohl als Brnnstoff, als auch zur Reduzierung dienen.
Sin besonderer Kernpunkt der Erfindung ist es, daß die eingebrauchten Leichtmetalle aus einer festen Stückform heraus zur Reaktion verwendet werden, durch die es möglich ist,ein nones inergieangebot in die chemothermischen Prozesse einzubringen.
Bei dem Xeduktionslretall Aluminium sind besondere Maßnahmen nötig, um es aus der Stückform in eine Reaktionsform überzuleiten. Die Aufschließung zur Reaktionform erfolgt im Hinblick auf sein großes Wärmeleitvermögen, das eine Kühlwirkung einschließt, die für den thermischen Ablauf ungünstig ist.
Zur thermischen Aufschließung wird es in seiner Stückform neben selbstbrennenden Metall (3) als Reduktionsmetall (4) in einem Mischverhältnis räumlich angelagert. Bei seiner Oxydation liefert dabei das Metall (3) soviel Strahlungs und Leitungswärme an das Aluminiumstück(4) ab, daij dieses partitiell in eine thermisch aufgeheizte ieaktionsform über geht, in der es vom Bauerstoff in die Schlacke getragen wird.
Zur weiteren Unterstutsung dieses Aufschließungsvorganges sind erben(lo) Fig 5, u. 6, in den aluminiumstücken angeordnet. Das Aluminium wird auch in gekerbter Stückform (lo) nach Fig. 5, suf einem Brennrohr (2) angeordnet.
Das verwendete Griff stück (35), in das die Brennrohre(2) eingesetzt werden, gestattet ein Nachführen des verschiebbaren Lanzenkernes(5)durch ein gegen Sauerstoff(7) abdichtendes Ventil (12), angebracht am rückwärtigen Ende des Griffes (35)0 Für den Selbsttransport stangen und schlauchförmiger sierkstoffe(5) ist dieser mit Verstärkungen(143 versehen,die durch diese Anordnung einen Druckunterschied im Rohr(2) bewirken und den so eingebrachten Werkstoff auf die Reaktionsstelle zu naciifördern.
Die gesamte Anordnung ist nach Fig.8 maschinell anwendbar gemacht. bs fahren die Förderelemente (31) das Brennrohr (2) mit dem Griffstück (35) und Ventil(12) unabhängig von den Förderteilen(3o) die den Brennern (5) zustellen.
Zur Sinleituns der Zündung des Brennronres (2) werden wasserabweisende, chemothermisch wirkende Zündkapseln(15) auf und in das Rohrende(2) gesteckt, mit der Brennrichtung auf das Rohrende zu, um durch Stauwärme die Zündung des Rohrwerkstoffes (2) durchzuführen.
Um einen starken Wärmeleiter als Grundwerkstoff(l) vorzuheizen, trägt die Rohrspitze auf dem Mantel (2) eine Vorwärmbüchse aus langsambrennendem Werkstoff, nach dessen Rückbrennen, (Teile 17 u. 18, Fig 11,) die Zündung der Lanze(2) erfolgt.
Teil 16 nach Fig. lo, ist ein metallischer brennbaree Körper,aufsteckbar auf ein Rohr (2), zum Stechen konischer Löcher in der Form nach Teil 14 der Fig. 1.
Die schlaucliförmige Brennstoffzuführung(ll) ermöglicht konstante Bauerstoffzufuhr zur ßrennstelle.Sie(ll) ermöglicht die Zuführung beliebiger Kleinstückformen (5) nach Fig. 4 , und wird im Brennrohr (2) angeordnet,das auswechselbar im Griff (35) geführt wird.
Die iiuführung im Schlauch(ll) erfolgt auch im hinblick auf eine gute Funktion des Brennelementes (6). Bind beisDielsv-eise derartige Kleinstücke (5) durch eine eintache Schüttung in das Rohr (2) eingebracht, werden diese bei einem betriebsbedingten Zurücksetzen des Brennelementes(6) vom Sauerstoffstrom (7) aus dem Brennrohr (2) ausgetrieben.bies wird vom Schlauch (11), der aus dem Ventil (12) herausragt,verhindert.
Beim Einstechvorgang in der senkrechten Lage von oben nach unten muß alle anfallende Schlacke (8) entgegen der Schwerkraft aus dem Brennloch gefördert werden.Diese Arbeit wird unterstützt durch Einbringenleines zusätzlichen Treibmittels, beispielsweise H2 0 , oder Luft. Diese Stoffe werden über ein Zusatzrohr (20), das über dem Brennrohr (2) angeordnet ist, unter inschaltung einer beliebigen Trägerschicht (21), nach Fig. 12, eingeleitet.

Claims

Patentansprüche.

1. Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Lochstechen in Grundwerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lochung durch einen Oxydations-Redoxreaktionsprozess erfolgt, der von Stahl- Leichtmetallzusamenstellungen (2, 3 und 4) bewirkt wird, die in fester Stückform (5) in einem Brennelement (6) mit einem sauerstoffbeaufschlagten Brennrohr (2) angeordnet sind, wobei alle beteiligten Stoffe in einem angenäherten stöchiometrischen Verhältnis zum Grundwerkstoff (1) eingestellt sind, und zusätzlich eingebrachte Aluminiumstücke für eine Reduktion zuvor thermisch aufgeschlossen werden.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leichtmetalle als Brennstoffe und Reduktionsmittel in alleiniger anordnung, und in Anordnung mit Stahlwerkstoffen als Brennstoffe und Schlackebildner in einen Brennelement (6) zur Anwendung kommen.

3. Verfahren und Vorrichtunb nach Unspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da das Breunrolir (2) au tahl besteht, wobei Leichtmetallen (3, 4 und 5) als Brennkern angeordnet sind.

4. Vorfahren und Vorrichtung nach anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennrohr (2) aus Leichtmetall besteht, wobei im Kern Leichtmetalle (3,4 und 5) , oder Stahl angeordnet sind,

5. Verfahren und Vorrichtung nach Ansprucll 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Brennrohr (2) Stahl- und Leichtmetallstücke (9) angeordnet sind.

6. Verfahren und Vorrcihtung anch Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem verwendeten Aluminium Unterbrechungen und Kerben (10) angeordnet sind.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennrohr (2) angeordnete metallstücke (5) in blaht- oder Stangenform oder Mittels eines Füllschlauches (11) durch ein Ventil (12) im Griffstück (35) nachgeführt werden.

8. Verfahren und Vorrichtung nach Ansprcuh 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nrennrohr(2) und aer Brennkern (5) mechanisch angetrieben werden (30 und 31).

9. Verfahren und Vorrichtung nach Mispruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der brennkern auf seinem Umfang Verstärkungen (14) trägt

10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Brennrohres (2) einen selbstbrennenden , wasserdichten Zandkörpe, (15) trägt.

11. Verfahren und Vorrichtung nacn Anspruch 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement (6) durch eine elektrisches Potential des Kernes (5) gegenüber dem Rohr (2) gezündet wird.

12. Verfahren und Vorrichtung nacn Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkung (16), aufsteckbar, auf der Spitze des Brennrohres (2) geführt wird.

13. Verfahren und Vorrichtung, anch Anspruch 1 bis 12, dndurch gekennzeichnet, daß auf der Brennrohrspitze (2) eine Vorsatzbüchse (17) mit langsam brennenem werkstoff geführt

14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Brennrohr (2) ein Kammerrohr (20) mit einem Treibmittelaufnahmeteil (21) angeordnet ist.

15. Verfahren und Vorrcihtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als brennrohr2ein hitzebeständiges oder Wassergehültes zur Anwendung kommt.