DE2328216A1 - Brennschneiden mit metallpulver - Google Patents

Description

• Brennschneiden mit Metallpulver Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Brennschneiden mit Metallpu-iver, bei dem zusätzlich zur Schneidflamme Heizflammen vorgesehen sind.
• Es werden seit längerer Zeit Brennschneideinrichtungen verwendet, bei denen zur Erhöhung der Heizleistung und zur Erzeugung leicht flüssiger Schlacke Eisenpulver in die Brennflamme gebracht wird. Durch das Verbrennen des Metallpulvers wird zusätzliche Hitze erzeugt, die zum leichteren Schmelzen hoher Chrom-, Nickel und Molybdän-Gehalte oder anderer Zusätze mit relativ hohem Schmelzpunkt dient, wodurch der Sclineidschlackenfluß durch Vermischung schwerflüssiger Schlacken mit dünnflüssiger Eisenoxidschlacke verbessert wird. Durch die leicht flüssige Eisenpulverschlacke wird eine zusätzliche Spülwirkung erzielt, was von besonderem Vorteil ist.
• Beim üblichen Eisenpulver-Brennschneiden wird das aus einem besonderen Pulverbehälter mit trockener Pressluft, Stickstoff, Argon oder einem anderen inerten Gas angeförderte feinkörnige Metallpulver durch eine besondere Düse vor der Schneiddüse in die Heizflamme und in den Schneidsauerstoffstrahl geblasen, und von diesem während der Verbrennung in die Schneidfuge gezogen. Damit läßt sich ein Schneidbetrieb auch bei sehr hoch legierten Stählen aufrecht erhalten, åedoch sind die Schneidgeschwindigkeiten im Vergleich zum normalen Brennschneiden ohne Metallpulver sehr gerng, da das Metallpulver die Heizflammen durchdringen muß, ist der Metallpulververbrauch sehr hoch. Außerdem sind im allgemeinen die Schnittqualitäten nicht immer zufriedenstellend.
• Da-s Brennschneiden mit Metallpulver wurde durch zwei Maßnahmen verbessert: 1. Als Transportmittel wurde reiner Sauerstoff verwendet, um eine sich ungünstig auswirkende Verunreinigung des Schneidsauerstoffes mit Luft, Stickstoff oder inerten Transportgasen zu eliminieren.
• 2. In die Schneidbrenneraüse wurde mit der Pulverdüse zu einer Baueinheit zusammengefasst. In die Schneidbrennerdüse wurde mit der Pulverdüse zu einer Baueinheit zusammengefasst.
• An das Düsenmundstück wurde ein schräg verlauf endes Rohrstück für die Pulverzuführung angesetzt, und in Verlängerung des Rohrstückes wurde eine Bohrung schräg durch-das Düsenmundstück geführt, die neben der Bohrung für den Schneidsauerstoffstrahl mündet. Durch die so erzielt Vereinigung von Pulverdüse und Schneidbrennerdüse zu einem Aggregat ließ sich gegenüber den davor verwendeten Anordnungen ein raumsparender Aufbau und eine höhere Schneidgeschwindigkeit bei vermindertem Pulververbrauch erzielen. Letzteres des halb, weil nun nicht mehr außerhalb des Heizkranzes aufgegebenes Eisenpulver größtenteils weggeblasen wurde und nur teilweise in die Schneidfuge gelangte.
• Damit vom Pulver keine Heizflamrnen oder deren Gasströme durchstoßen werden müssen, sind bei dieser bekannten Anordnung die die Bohrung für den Schneidsauerstoff umgebenden Bohrungskränze für die Heizflammen im Bereich der Bohrung der Pulverdüse unterbrochen. Nun besteht eine wichtige Äufgabe des Heizflammenringes darin, den Schneidsauerstoffstrahl zu führen und eng zusammenzuhalten, was zu einer besseren Schneidwirkung und zu schmal er en Schneidfugen mit entsprechender Materialersparnis friert. Ist nun der Bohrungskranz an der Stelle der Metallpulverzuführung unter brochen, so kann die Schneidflamme nur teilweise von einem Heizflammenring umgeben werden. Die Führung und Bündelung der Schneidflamme wird dadurch erheblich verschlechtert, so daß entweder ein höherer Schneidsauerstoffbedarf oder eine verminderte Schneidgeschwindigkeit auftritt. Außerdem wird die Schneidfuge breiter, was einen höheren Materialbedarf bedeutet.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Brennschneiden mit Metallpulver verfügbar zu machen, bei dem zusätzlich zur Schneidflamme Heizflammen vorgesehen sind, und bei dem die Brennschneidflamme vollständig von einem Heizflammenring umgeben ist, ohne daß das Metallpulver das Heizgasgemisch quer zu dessen Strömungsrichtung zu durchdringen braucht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metallpulver dem Heizgas-Heizsauerstoff-Gemisch vor dessen Entzündung beigefügt wird.
• Der Vorteil dieser Methode besteht darin, daß das Metallpulver zusammen mit dem Heizgasgemisch in Strömungsrichtung des Schneidsauerstoffs austritt und den Schneidstrahl von allen Seiten umgibt. Dadurch wird erreicht, daß zu allen Seiten der- Schneidflamme eine gleichmäßige Metallpulverzuführung erfolgt.
• Um eine besonders hohe Gleichmäßigkeit der Metallpulverzufuhr rings um die Schneidflamme zu erzielen, besteht ein weiterer erfindungsgemäßar Vorschlag darin, in einem Mischraum das Metallpulver mit dem Heizgemisch oder zusammen mit dem Heizgas mit dem Heizsauerstoff zu vermischen. Dabei kann das Metallpulver entweder mittels eigenen Trägers von einem Vorratsbehälter in den Mischraum transportiert werden, wo es mit dem bereits vorgemischten Heizgemisch vermischt wird, oder es kannwenigstens ein Teil des Heizgases für den Transport vom Vorratsbehälter in den Mischraum verwendet werden.
• Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag wird das Metallpulver teils mittels eigenen Trägers, teils mit Hilfe wenigstens einen Teils des Heizgases transportiert.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Brennschneiden mit Metallpulver wird eine Brennschneideinrichtung vorgeschlagen mit einer Düse, einer im Düsenkopf angeordneten Zuführungseinrichtung für Hei zgas ynd Heizsauerstoff, und mit den Schneidsauerstoffkanal umgebenden Heizgas- und Heizsauerstoffdosierungsbohrungen, wobei alle Heizgas- oder Heizsauerstoffdoserungsbohrungen in eine Druckausgleichskammer und alle Heizsauerstoff- bzw. Heizgasdosierungsbohrungen in eine Mischkammer führen, die beiden Kammern über einen Ring#kanal miteinander verbunden sind, und wobei sich von der untersten Kammer zum gasaustrittsseitigen Ende des Düsenfußes ein Heizgemischkanal erstreckt. Diese Brennschneideinrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß ein seitlich durch die Düsenwand hindurchführender Metallpulverzuführungsschacht in eine der beiden Kammern, vorzugsweise die unterste, oder in beide Kammern einmündet.
• Weitere Vorschläge und erfindungsgemäße Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 3 eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 4 eine Brennschneideinrichtung, bei welcher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Vorrichtung nach Fig. 2 verwendet wird.
• In Fig. 1 ist eine Düse für eine erfindungsgemäße Brennschneideinrichtung dargestellt. Im Düsenkopf 11 befindet sich ein Schneidsauerstoffkanal 13, der von Heizgas- (15) und Heizsauerstoffdosierungsbohrungen (17) umgeben ist. Alle Heizsauerstoffdosierungsbohrungen (17) münden in eine Druckausgleichskammer 19, wo sich die in den einzelnen Heizsauerstoffdosierungsbohrungen zugeführten Sauerstoffanteile in einem ringförmigen Raum in ihr ein Druck ausgleichen können. Die Heizgasdosierungsbohrungen 15 münze in einer Mischkammer 21, die in Gasströmungsrichttrng unterhalb der Druckausgleichskammer 19 liegt. Beide Kammern weisen an ihrer in Gasströmungsrichtung gesehen unteren Begrenzung eine Anfasung 23 auf und sind über einen Ringkanal 25 miteinander verbunden. In der Mischkammer wird einerseits ein Druckausgleich für die einzelnen durch die Heizgasdosierungsw bohrungen zuströmenden Heizgasanteile ermöglicht, andererseits erfolgt eine Vermischung zwischen dem über den Ringkanal 25 zuströmenden Heizsauerstoff. Von der Mischkammer 21 erstreckt sich zum gasaustrittsseitigen Ende des Düsenfußes ein Heizgemischkanal 29. In die Mischkammer 21 mündet ein seitlich durch die Düsenwand 31 hindurchfUlrender Metallpulverdüsenschacht 33 ein. Dabei kann es sich um einen ringförmigen Metallpulverzuführungsschacht oder um #eine, vorzugsweise zwei rohrartige Metallpulverdüsen handeln.
• Zusätzlich zum oder anstelle des Metallpulverschachtes 33 kann eine weitere Metallpulverzutührungsvorrichtung in die Druckausgleichskammer 19 einmünden. Weiterhin kann das Metallpulver zusätzlich oder ausschließlich durch die Heizgasdosierungsbohrungen zugeführt werden, wobei das Heizgas als Trägergas fungiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
• In Fig. 2 ist die Düse einer Brennschneideinrichtung darge.-stellt, bei welcher die MetalLpuLver zufuhr durch zusätzlich zu den Heizgas- (15) und Heizsauerstoffdosierungsbohrungen (17) vorgesehene Netallpulverdosierungsbohrungen 35, die in einer Pulvermischkammer 37 enden. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 münden die Heizsauerstoffdosierungsbohrungen in einer Druckausgleichskarnmer 19 und die Heizgasdosierungsbohrungen in einer Mischkammer 21, die mit Hilfe eines Ringkanals 25 verbunden sind. Die Pulvermischkammer 37 stellt bezüglich der Gasströmungsrichtung die unterste Kammer dar, die mit der darüberliegenden Mischkammer 21 über einen Heizgemischkanal 29 verbunden ist. Auch die Pulvermischkammer 37 ist mit einer Anfasung 23 versehen, um strömungstechnisch eine bessere Vermischung zu erzielen. Von der Pulvermischkammer 37 führt ein Pulvergemischkanal 39 zum gasaustrittsseitigen Ende des Düsenfußes 27. Als Träger für das durch die Metallpulverdosierungsbohrungen 35 zugeführte Metallpulver dient irgendein Trägergas, beispielsweise Stickstoff.
• Der aus dem Schneidsauerstoffkanal 13 austretende Schneidsauerstoff wird bei einer Runddüse ringförmig und bei einer Flachdüse zu beiden Seiten von einem mit Metallpulver vermischten Heizgemisch umgeben und geführt. Da die Mischkammer 21 bzw. Pulvermischkammer 37 auch für das Metallpulver einen Druckausgleich und eine ringförmige Verteilung auf den Heizgemischkanal 29 bzw. Pulvergemischkanal 39 bewirkt, ist eine gleichmäßige Verteilung des Metallpulvers in der die Schneidflamme umgebenden Heizflamme gewährleistet. Somit ergibt sich wegen der vollkommenen Netallpulverausnutzung nicht nur ein geringerer Pulververbrauch, sondern wegen der gleichmäßigen Pulververteilung auch eine gleichförmige Heizwirkung der die Schneidflamme umgebenden Heizflammen.
• Fig. 4 zeigt eine Brennschneideinrichtung, für welche eine Düse entsprechend Fig. 1 verwendet wird, bei welcher das Metallpulver ausschließlich durch die Heizgasdosierungsbohrungen 15 zugeführt wird. In eine Düse 41 mündet eine Schneidsauerstoffleitung 43 ein, sowie eine Heizsauerstoffleitung 45 und eine Heizgasleitung 47. Letztere Leitungen stehen mit den jeweiligen Dosierungsbohrungen in Verbindung.
• Beide Sauerstoffleitungen, also Schneid- und Heizsauerstoffleitung, zweigen von einer Sauerstoffhauptleitung 49 ab. Eine Heizgashauptleitung 51 verz#weigt sich in drei Leitungen. Die erste führt, wie auch die Sauerstoffleitungen, über ein Magnetventil, ein mechanisch einstellbares Ventil und ein Druckmessgerät zur Brennschneiddüse 41. Eine erste Bypassleitung 53 mündet in einen Metallprüfervorratsbehälter 55, eine zweite Bypassleitung 57 mündet in eine Pulveraustrittsöffnung 59, die über eine Verbindungsleitung 61 mit der in die Düse 51 mündenden Heizgasleitung 47 verbunden ist. Beide Heizgas-Bypassleitungen weisen nach der Abzweigung von der Heizgashauptleitung 51 ein Magnetventil, ein mechanisch einstellbares Ventil und ein Druckanzeigegerät auf. Mit der ersten Bypassleitung 53 wird Heizgas als Trägergas in den Metallprüfervorratsbehälter 55 eingeführt, um Metallpulver durch die Verbindungsleitung 61 zur Düse hin zu transportieren. Mit Hilfe der zweiten Bypassleitung 57 wird mit dem Heizgas ein Sog oder eine Injektorwirkung für das in die Pulveraustrittsöffnung 59 gelangende Metallpulver bewirkt. Die Vermischung von mit Metallpulver angereichertem Heizgas und Heizsauerstoff erfolgt dann in der Düse 41 entsprechend der bereits beschriebenen Methode.
• Um eine Beschädigung oder Abnutzung des Düsenmaterials an den Stellen zu verhindern, an denen das Metallpulver aus der Zuführung in die Mischkammer 21 (Fig. 1 und 2) oder Pulvermischkammer 37 (Fig. 3) eintritt, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 1 an der Innenwand der Mischkammer 21 gegenüber der Mündung des oder der Metallpulverzuführungs-Schächte 33, und bei den Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 an der Anfasung 23 der Misch- bzw. Pulvermischkammer eine oder mehrere Schutzeinlagerungen 24 bzw.
• 26 vorgesehen. Dabei kann es sich um auf- oder eingelegte Schutzplatten harten Materials, um einlegierte harte Zonen oder dergleichen handeln.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Brennschneiden mit Metallpulver, bei dem zusätzlich zur Schneidflamme Heizflammen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver dem Heizgas-Heizsauerstoff-Gemisch vor dessen Entzündung beigefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n 7, e i c h n e t , daß wenigstens ein Teil des Heizgases für den Transport des Metallpulvers von einem Vorratsbehälter in einen Mischraum verwendet wird, wo eine Vermischung mit dem Heizsauerstoff erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver mittels eigenen Trägers, z.B. Stickstoff, vom Vorratsbehälter in den Mischraum transportiert wird, wo es mit dem bereits vorgemischten Heizgemisch vermischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Metallpulver zusätzlich mit Hilfe wenigstens eines Teils des Heizgases transportiert wird.

5. Brennschneideinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Düse, insbesondere Rund- oder Flachdüse, mit einer im Düsenkopf angeordneten Zuführungseinrichtung für Heizgas und Heizsauerstoff und mit den Schneidsauerstoffkanal umgebenden Heizgas- und -Heizsauerstoffdosierungsbohrungen, wobei alle Heizgas- oder Heizsauerstoffdosierungsbohrungen in eine Druckausgleichskammer und alle Heizsauerstoff-bzw. Heizgasdosierungsbohrungen in eine Mischkammer führen, die beiden Kammern über einen Ringkanal miteinander verbunden sind, und wobei sich von der untersten Kammer zum gasaustrittsseitigen Ende des Düsenfußes ein Heizgemischkanal erstreckt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß wenigstens ein durch die Düsenwand (31) hindurchführender Metallpulverzuführungsschacht (33) in eine der beiden Kammern, vorzugsweise die unterste, oder in beide Kammern einmündet.

6. Brennschneidei:nrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der. Metallpulverzuführungsschacht (33) als Ringdüse ausgebildet ist.

7. Brennschneideeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulverzuführungsschacht (33) wenigstens eine, vorzugsweise zwei Metallpulverdüsen vorgesehen sind.

8. Brennschneideeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a.d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß an der Innenwand der Mischkammer (21) der Mündung der Metallpulverzuführungsschächte (33) gegenüberliegende Schutzeinlagerungen (24) vorgesehen sind.

9. Brennschneideeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Düse, insbesondere Rund- oder Flachdüse, mit einer im Düsenkopf angeordneten Zuführungseinrichtung für Heizgas und Heizsauerstoff und mit den Schneidsauerstoffkanal umgebenden Heizgas- und Heizsauerstoffdosierungsbohrungen, wobei alle Heizgas- oder Heizsauerstoffdosierungsbohrungen in eine Druckausgleichskammer und alle Heizsauerstoff-bzw. Heizgasdosierungsbohrungen in eine Mischkammer führen, die beiden Kammern über einen Ringkanal miteinander verbunden sind, und wobei sich von der untersten Kammer zum gasaustrittsseitigen Ende des Düsenfußes ein Heizgemischkanal erstreckt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Heizgasdosierungsbohrungen (15) als Metallpulverzuführungen vorgesehen sind.

10. Brennschneideinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Düse, insbesondere Rund- oder Flachdüse, mit einer im Düsenkopf angeordneten Zuführungseinrichtung für Heizgas und Heizsauerstoff und mit den Schneidsauerstoffkanal umgebenden Heizgas- und Heizsauerstoffdosierungsbohrungen, wobei alle Heizgas- oder Heizsauerstoffdosierungsbohrungen in eine Druckausgleichskammer und alle Heizsauerstoff-bzw. Heizgasdosierungsbohrungen in eine Mischkammer führen, die beiden Kammern über eine Ringkanal miteinander verbunden sind, und wobei sich von der untersten Kammer zum gasaustrittsseitigen Ende .des Düseiifußes ein Heizgemischkanal erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Heizgas- (15) und Heizsauerstoffdosierungsbohrungen (17) Metallpulverdosierungsbohrungen (35) vorgesehen sind, die in einer-Pulvermischkammer (37) enden, in welche der Heizgemischkanal (29) mündet, und daß von der Pulvermischkammer (37) ein Pulvergemischkanal (39) zum gasaustrittsseitigen Ende (27) des Düsenfußes führt.

11. Brennsclrneideinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, mit einem Metallpulvervorratsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Düse führende Heizgaszuführung (51) zwei Bypassleitungen (53, 57) aufweist, von denen eine (57) durch die Pulveraustrittsöffnung (59) des Vorratsbehälters (55) hindurch, die andere (53) in den Vorratsbehälter hineinführt, und daß beide eine gemeinsame Verbindungsleitung (61) von der Pulveraustrittsöffnung (59) zur Heizgasleitung (47) aufweisen, wobei die einzelnen Zuführungsleitungen mit Magnetventilen und mechanisch einstellbaren Ventilen beeinflußbar sind.

12. Brennschneideinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß an der Anfasung (23) der Kammer (21 bzw. 37), in welcher das Metallpulver aus den Dosierungsbohrungen (15 bzw. 35) austritt, eine Schutzeinlagerung (26 vorgesehen ist.

13. Brennschneideinrichtung nach Anspruch 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzeinlagerungen in das Düsenmaterial einlegierte harte Bereiche vorgesehen sind.

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