DK154810B - Fremgangsmaade til skaering af metalemner ved hjaelp af gasstroemme udsendt ved periferien af en roterende skive - Google Patents

Description

DK 154810 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til skæring af metalemner ved hjælp af gasstrømme udsendt fra periferien af en roterende skive af den i indledningen til krav 1 angivne art.

5

Udviklingen inden for den metallurgiske industri fører til den kontinuerlige produktion af emner med meget betydelige dimensioner, tykke metalplader, støbeblokke eller stålblokke. Disse emner med en tykkelse i størrel-10 sesordenen 300 mm eller endog 500 mm skæres med oxygenskæring i de dimensioner, som er egnet til den påtænkte anvendelse.

Den traditionelle fremgangsmåde til skæring ved hjælp af 15 oxygen-skæring består i, at man i emnet danner et snit, som går igennem hele emnets tykkelse under indvirkning af en enkelt og meget kraftig oxygenstrøm, som stort set er rettet perpendikulært på emnet. Den dyse, hvorfra strømmen kommer, forskyder sig i sideretningen, idet den 20 forbliver i nogle centimeters afstand fra emnets overflade.

Por at snittet skal kunne gå igennem hele emnets tykkelse, bør oxygenstrømmen ikke alene brænde metallet, men 25 ligeledes medrive det smeltede metal, urenhederne og oxiderne, og dette over hele emnets tykkelse langs med den forreste kant af snittet. Man tvinges til ved kraftige tykkelser for at opnå en hurtig skæring at udsprøjte oxygenet i større og større mængder og med større og 30 større hastigheder. Por tykkelser på 300-500 mm tvinges man til at danne et snit i metallet, som har en bredde på 10 t i. 1 15 mm under anvendelse af en stor skærebrænder, som forbruger en oxygenstrøm i størrelsesordenen fra 80 til 150 m^/h ved standard temperatur og tryk, og 35

DK 154810 B

2 med dyser med en diameter større end 4 mm.

Bredden af dette snit svarer til et betydeligt tab af metal. Den medfører en kraftig overophedning og hyppigt 5 en ændring af karakteristika for det metal, der befinder sig i nærheden, hvilket kan nødvendiggøre anvendelsen af en påfølgende varmebehandling.

Samtidig hermed er udnyttelsen af oxygenet meget middel-10 mådig. De molekyler, der befinder sig i midten af gasstrømmen, kommer ikke i kontakt med det metal, der skal brændes. Man anvender alene deres kinetiske energi til at medrive det flydende metal og slaggerne. En betydelig del af dette flydende metal og af slaggerne størkner i-15 midlertid, idet det på begge sider af snittet danner sig brede, fastsiddende slaggestrenge, som kan nå op på adskillige centimeters tykkelse, og som det er nødvendigt at fjerne ved hjælp af en lufthammer, en slibeskive eller en skærebrænder før udvalsningen.

20 I fr-ansk patentskrift nr. 2 349· 387 omtales et eksempel på en fremgangsmåde til skæring ved oxygen-skæring af metalemner med stor tykkelse samt en diskussion af de dertil knyttede problemer.

25

Den maksimale skærehastighed, dvs. fremføringshastigheden for snittet i emnet, overskrider ved den traditionelle fremgangsmåde næppe 12 m/h for tykke emner.

30 Såvel for at reducere tabene af brændt eller nedbrudt metal som for at forbedre udnyttelsesgraden for den forbrugte oxygen har men altid søgt at gennemføre snit med så lille én bredde som muligt.

35

DK 154810 B

3

Til dette formål har man foreslået at gennemføre skæringen af metalemner ikke ved den klassiske metode ved hjælp af en oxygenstrøm med stor hastighed som strømmer ud fra en enkelt dyse med stort tværsnit/ og som er ret-5 tet perpendikulært mod den pågældende overflade, men ved indvirkning af en serie af mindre kraftige oxygenstrømme, som stammer fra et antal dyser med lille tværsnit, der passerer hurtigt og regelmæssigt hen langs bunden af det snit, som er dannet af den skærende indvirknings 10 forreste kant.

I fransk patentskrift nr. 886 034 beskrives således i detaljer en sådan fremgangsmåde. De skærende gastrømme udsendes fra periferien af en fordelingsskive, som dre-15 jer sig rundt om sin omdrejningsakse. Strømmene har deres akse i skivens symmetriplan, samtidig med, at de er vinkelstillet i forhold til de tilsvarende radier, dvs., at de hver har den samme vinkel, som er mindre end 90°, med den tangent til skiven, som trækkes i skæringspunk-20 tet for denne akse og skivens periferi. I patentskriftet beskrives ligeledes én anordning bestående af en roterende skive (D), som er meget lig skiven af en mekanisk rundsav, hvis tænder langs periferien er erstattet med en serie af åbninger 39 eller udstrømningsdyser 50, 25 hvorfra oxygenstrømmene kommer.

En hjælpedyse, som forsynes med opvarmningsgas, tillader, at man, om nødvendigt, forvarmer metallet på det punkt, hvor det påvirkes af rækken af oxygenstrømme.

30 I ovennævnte patentskrift tilrådes det kraftigt at bøje gasstrømmene i fremadgående retning i forhold til deres forskydningsretning, og dette i en vinkel på fra 10° til 70° i forhold til den nederste del af snittet, som udgør 35

DK 154810 B

4 den forreste del af skæringsområdet, stort set koncentrisk med skivens periferi. Det præciseres, at successive gasstrømme gør det muligt: "successivt at fjerne tynde lag af snittets forreste væg". Endelig tilrådes 5 det, "at udgangsdyserne 50 bevæger sig fremad i snittet med den hastighed, hvormed snittet dannes".

Den ovenfor omtalte placering af gasstrømmene, som hælder fremad i retning af deres forskydning i forhold til 10 snittets bund, synes meget naturligt for enhver, som er kendt med teknikken inden for oxygenskæring og med fjernelse af metalfejl. Man har altid tilstræbt at lade smeltebadet bevæge sig fremad, idet man skubber det foran en oxygenstrøm, således at man omhyggeligt undgår at 15 "tabe badet" gennem en for hurtig fremføring af oxygenstrømmen. Dersom strømmen overhaler badet, risikerer man faktisk at skæreflammen kommer i kontakt med metal, der stadig er fast, og således befinder sig ved en temperatur lavere end den, der er nødvendig til gennemførelse 20 af forbrændingen. For enhver, som er kendt med fremgangsmåderne til oxygen-skæring eller til fjernelse af metalfejl, vil således den fremgangsmåde til skæring, som tilrådes i fransk patentskrift nr. 886034, synes at være særdeles rationel. Ved analogi med funktionen af en 25 mekanisk sav, hvor hver tand gennemfører et snit og fordyber det indsnit, som er blevet udført af den foregående tand, synes det meget rationelt, at hver gasstrøm er bøjet fremad i retning af dens forskydning for at uddybe den skærefure, som er udhulet af den forudgående 30 gasstrøm, idet den skubber foran sig det smeltede metal såvel som oxiderne, slaggerne og de forskellige urenheder .

For en sådan anordning, som ikke er cirkulær, men af ty-35 .

' DK 154810 B

5 pen en retlinet kniv, der bevæger sig frem og tilbage, som f.eks. en anordning, som er vist på nævnte franske patentskrift nr. 886034 fig. 1, tilrådes det at placere to sæt af udstrømningsdyser i modsat retning i forhold 5 til hinanden således, at der kan arbejdes såvel i fremadgående som i returnerende retning med en serie af dyser, der hver gang hælder i den pågældende knivs bevægelsesretning.

10 Skønt fransk patentskrift nr. 886034 allerede er indleveret i 1939, er en fremgangsmåde til oxygen-skæring ved hjælp af et antal oxygenstrømme udsendt fra periferien af en i rotation værende fordelingsskive hidtil ikke blevet udviklet. Forsøg, som er blevet gennemført ifølge 15 en teknik, som ligner den i det franske patentskrift nr. 886034 omtalte, har været meget skuffende.

Dersom man ikke vil anvende materialer, der er altfor kostbare eller skrøbelige, slår skiven sig. Dersom man 20 ønsker at holde dyserne og således skivens periferi i nærheden af den forreste del af snittet, vil de slaggepartikler, som fjernes af oxygenstrømmene, der er bøjet i skivens rotationsretning, periodevis blokere skiven i snittet, hvorved denne nedbrydes ved mekanisk og varme-25 påvirkning.

Man kan forestille sig, at de oxygenstrømme og strømme af forbrændingsgas, som på forsiden skubber det flydende metal og slaggerne, bliver forstyrret af disse bevæge-30 lige forhindringer, og at de altfor hyppigt på uregelmæssig måde bringes til at afvige fra deres bevægelsesbane. Man kan antage, at de vinkelmæssige afvigelser af gasstrømmene i forhold til skivens symmetriplan er af størrelsesordenen 7° på hver side af symmetriplanet.

35

DK 154810 B

6

Det i metalemnet dannede snit er bredt og udvidet i den nedre del af emnet. De to sider af snittene er uregelmæssige. Deres overfladetilstand gør fremgangsmåden ueg-5 net i praksis. Endelig dannes der ved foden af hver af disse to sider af snittet en tyk og fastsiddende slaggestreng, som ligeledes nødvendiggør en påfølgende oprensningsbehandling ved hjælp af en pneumatisk hammer eller en skærebrænder. Forsøg udført fornylig har igen 10 bekræftet, at selv under anvendelse af den nuværende teknologi, er fremgangsmåden ifølge fransk patentskrift nr. 886 034, fortsat uden praktisk interesse.

Før man endeligt opgav de omtalte forsøg, kom man hel-15 digvis på den ide, at man kunne vende skivens rotation i modsat retning af den, som tilrådes ifølge fransk patentskrift nr. 886 034, dvs. i den retning, som er modsat hældningsretningen for oxygenstrømmene i forhold til de radier, som når ud til de forskellige udtrømningsåb-20 ninger af de omtalte strømme, dvs., i retningen modsat den tangentielle vektorkomposant af strømmene, således som de forlader dyserne.

De pågældende metalgenstande blev angrebet fra siden, og 25 som følge heraf var bunden af snittet, som udgjorde den forreste del af skæringsområdet, stort set vertikalt eller i mere eller mindre udstrækning hældende i forhold til den horisontale linie.

30 Skiven blev placeret i forhold til den genstand, der skulle skæres, på den side, som svarede til en nedadret-tet orientering af de gasstrømme, der befandt sig i nærheden af genstanden umiddelbart før påvirkningen. Skiven roterede i den retning, som fik til følge en forskydning 35

DK 154810B

7 af disse dyser nedefra og opefter, dvs. i den modsatte omdrejningsretning til den tangentielle hastighedskompo-sant for oxygenstrømmene, hvor de forlod dyserne.

Dysen for opvarmningsgas blev holdt i niveau med den øverste overflade af emnet, rettet mod det første angrebspunkt på emnet af de gasstrømme, som successivt bevægede sig forbi foran skiven.

Helt i modsætning til, hvad man ville kunne forvente, viste snittet sig at være meget rent, idet de to sider placeret overfor hinanden i snittet var rene og regelmæssige. Den slaggestreng, som dannedes på den nederste rand af væggene, var tynd og havde ringe vedhæftnings-evne. Skæringen blev gennemført hurtigt med en snitbred-de, som var klart mindre end hidtil, dvs. i størrelsesordenen 10 mm. Dette snit var ikke udvidet i emnets nederste område. Metaltabet var ligeledes reduceret, og dette gjaldt ligeledes forbruget af oxygen. Metal i smeltet tilstand og slagger bortløb regelmæssigt ved tyngdekraften og ved trykket fra oxygenet, og dette til trods for, at den relative hastighed af gassen i forhold til snittets bund var mindre, end den man tidligere havde haft med den modsat rettede omdrejningsretning for skiven, eftersom i det foreliggende tilfælde de tangentielle hastigheder for gassen og for hjulet skulle trækkes fra hinanden i stedet for at blive lagt sammen. Gasforbruget mindskedes, eftersom man ved udgangsåbningen for oxygendyserne havde et undertryk og ikke et overtryk. Fremfor alt var mængden af gas, som forlod dyserne, mere regelmæssig. Eftersom dyserne blev forskudt i modstrøm med afstrømningen af smeltet metal og af slagger behøvede gasstrømmene ikke nødvendigvis at skubbe dette metal og disse slagger bort.

DK 154810B

8

Som opsummering af ovennævnte kan anføres, at en fremgangsmåde ifølge fransk patentskrift nr. 886 034, der som et væsentligt element indebærer, at skiven roterer i en sådan retning, F^, at periferien af skiven bevæger 5 sig i samme retning som den udstrømmende oxygen, i praksis ikke fører til acceptable resultater, mens fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvorved skiven roterer i den modsatte retning, og periferien af skiven således bevæger sig modsat den udstrømmende oxygen, har vist sig 10 at indebære følgende fordele: Forhøjet skærehastighed; det opnåede snit var renere og med regelmæssige sidevægge; den eventuelle slaggesøm hæftede dårligt og krævede kun lidt afrensningsarbejde; snitbredden var forholdsvis reduceret, og der gik mindre metal til spil-15 de, ligesom oxygenforbruget var mindre; snittet var ikke udvidet i den nederste del af emnet; og endelig kørte skiven ikke så hyppigt fast med behov for genstart.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan en skæring 20 fortsættes uden at blive afbrudt af en lokal urenhed, medens ved den traditionelle fremgangsmåde til skæring en lokal mangel eller fejl hyppigt afbryder forbrændingen og kræver en genopstartningsprocedure i et rent område.

25

Den foreliggende opfindelse vil bedre kunne forstås ved betragtning af. den efterfølgende beskrivelse af et sær- ‘ ligt eksempel for oxygenskæring af et metalemne gennemført ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen un-30 der anvendelse af en skiveformet anordning, som er fremstillet i overensstemmelse med den vedlagte tegning.

Denne tegning viser skematisk en skive 1 med aksen 0 og med en tykkelse på 8 mm og en diameter på 1050 mm. I 35

DK 154810 B

9 skiven findes 63 radiale kanaler c, der munder ud i skivens periferi via dyser βχ, a2, a3 .... ag3 med en diameter på 3r5 mm målt ved halsen. Disse dyser er anbragt med regelmæssig afstand langs periferien 2 af skiven 1 med indbyrdes afstande et i størrelsesordenen 50 mm. De pågældende dysers, ax, a2, a3 .... ag3 akser befinder sig alle i skivens symmetripian, og de skråner alle i samme retning i forhold til den radiale kanal c, idet de alle i den samme retning danner én og samme vinkel β i størrelsesordenen 15° med tangenten til skiven i skæringspunktet mellem dyseakserne og skivens periferi. I midten af skiven er skematisk vist en fordeler inddelt i sektioner t, som tillader den samtidige tilførsel af gas til syv dyser (i figuren dyserne βχ, a2, a3# 34, as, ag og &η). På tegningen ses endvidere skematisk en tilførselsdyse b for forbrændingsgas til forvarmning af den øverste del af et metalemne 3, som er vist i snittet svarende til symmetriplanet for skiven 1. Skiven er allerede trængt ind i emnet 3 langs med et indsnit, hvis bund 4,5 udgør den forreste del af snittet. Med pilen Ρχ er angivet omdrejningsretningen for skiven, således som den tilrådes ifølge det franske patentskrift nr. 886 034, dvs. ifølge den kendte teknik, og som ved første blik ville synes at være den mest logiske. Pilen F2 indikerer skivens fremføringsretning i forhold til emnet 3.

Syv dyser (som i den pågældende figur er markeret βχ, a2, 83, a4, as, ag og aj) anbragt på en nedre sidedel af skiven, blev forsynet med oxygen gennem de radiale kanaler c og fordeleranordningen t, således som det er vist på figuren, idet der var tale om et oxygentryk i størrelsesordenen 8 atmosfærer absolut ved indgangen til fordeleren t. Oxygenhastigheden var i størrelsesordenen

DK 154810 B

10 30 m^/h/dyse ved standard tryk og temperatur.

Dysen b blev tilført en opvarmningsgs bestående af oxygen og butan, og dens flamme blev tændt.

5

Man gennemførte talrige forsøg med skæring af almindelige stålstøbeblokke 3 (lupper) med tykkelsen e = 200 mm, idet man bevægede skiven 1 i rotationsretningen Fi med en hastighed på 10 omdrejninger pr. sekund. Luppen 3 10 blev fremført horisontalt til at møde skiven 1, idet deres relative forskydning svarende til retningen af pilen F2 på tegningen, og idet omdrejningsaksen 0 af skiven 1 og af dens distributionsanordning t befandt sig oven over emnet 3. Man gennemførte ligeledes forsøg, idet man 15 påvirkede emnet vertikalt fra oven, dvs., idet man lod skiven 1 gå ned imod emnet 3, således som det er anført på fig. 9 i fransk patentskrift nr. 886 034.

I begge nævnte tilfælde var resultaterne særdeles skuf-20 fende. I det mindst ufordelagtige, hvor skiven fremførtes horisontalt, havde snittet 4,5 en bredde større end 15 mm med en stor tragtformet udvidelse i den nedre del og med uacceptable uregelmæssigheder på overfladen. I den nederste del af snittets to flader fandtes en kraf-25 tig strengsøm af slagge, som klæbede kraftigt til materialet, og som med nogen vanskelighed lod sig fjerne ved hjælp af en pneumatisk hammer. Fremføringshastigheden for skiven ind i luppen var langsom, og som følge heraf var forbruget af oxygen meget betydeligt. Metaltabet 30 svarede til et snit med bredden 20 mm, som er større, end ved den traditionelle fremgangsmåde.

I modsætning hertil gennemførte man forsøg ifølge opfindelsen, dvs., idet man lod skiven rotere i retning mod-35

XI

DK 154810 B

sat til markeringen f^, med den samme hastighed på 10 omdrejninger/s. Resultaterne var særdeles gynstige.

Det opnåede snit var rent, med en bredde på kun 10 mm 5 uden tragtformet dannelse i bunden, den nederst på hver af de to snitvægge dannede slaggestreng havde ringe ved-hæftningsevne, og disse slaggestrenge besad et rumfang ca. ti gange mindre, end når snittet blev gennemført ved, at man lod skiven rotere i den retning, som er an-10 vist i fransk patentskrift nr. 886 034. Fremføringshastigheden for snittet, dvs. for skiven 1 igennem emnet 3 var af størrelsesordenen 1 meter/min.

Man ser på figuren, at dyserne ai, &2i .... a63» n®r 15 skiven 1 drejer sig i retning modsat pilen F]_, påvirker emnet 3 fra bunden, idet de så at sige bevæger sig baglæns i forhold til den tangentielle vektorkomponent af oxygenstrømmen, som udsendes i nedadgående retning. Dyserne ai, a2, a3 .... ag3 påvirker emnet 3 fra bunden, 20 idet de bevæger sig opad rettet mod den forreste del af snittet 4,5. Når man ønsker at skære et koldt emne 3, er det nødvendigt at tilføre en opvarmningsgas til dysen b, som er placeret ved den øvre del af emnet 3 for at igangsætte forbrændingen af metallet på den øvre del 4 25 af snittet. Metal i smeltet tilstand og de varme slagger løber derpå naturligt under tyngdekraftens indflydelse og skubbet frem af de successive oxygenstrømme, som er rettet nedad. De understøtter forbrændingen langs med hele den forreste del 4,5 af snittet. Oxygenstrømmene, 30 som er rettet nedad, forskydes nedefra og opefter i snittet 4,5, så at sige i modstrøm til det flydende metal og de varme slagger. Oxygenforbruget mindskedes, eftersom åbningerne af dyserne a^, a2, a3 .... ag3 befinder sig under et undertryk og ikke under et overtryk 35

DK 154810 B

12 på grund af skivens omdrejningsretning, under i øvrigt lige forhold bevæger gasmolekylerne sig i forhold til det flydende metal og til slaggerne hen mod den nederste del 5 af snittet med en hastighed, der er mindre, end 5 når skiven 1 roterer i retning af pilen Fi ifølge det franske patentskrift nr. 886 034. Der er ingen risiko for blokering af dyseåbningerne med flydende metal og slagger. Gasmængden er mere regelmæssig og som følge heraf, er snittet mere regelmæssigt.

10 Når skæringen er påbegyndt, kan man afbryde tilførselen af gas til dysen b. Metalforbrændingen fortsætter automatisk, eftersom oxygenstrømmene skrider frem med udgangspunkt i den nederste del 5 af snittet, som er op-15 varmet af det smeltede metal, som løber ned fra den øvre del 4 af snittet.

Man har gennemført andre og særdeles tilfredsstillende forsøg med en skive med diameteren 1500 mm, med tykkel-20 sen 6 mm og med 183 dyser med diameteren 3 mm. Man opnår en snithastighed i størrelsesordenen 90 m/h. Den slaggesøm, som dannes på de to læber i snittet, har en næsten negligerbar tykkelse. Man kan endelig forestille sig en skive, som er fremstillet i form af et turbinehjul med 25 to sidestykker, der holdes sammen af simple vinger, som retter gasstrømmen bagud i forhold til skivens rotationsretning. I stedet for på hinanden følgende oxygenstrømme, har man således sammenhængende strømme, som kan siges at udgøre en kontinuert oxygenkniv. Dersom man 30 skal skære et varmt metalemne, f. eks. en stålblok eller en tyk plade, der kommer fra en kontinuert udstøbnings-anordning, kan opvarmningsdysen b være unødvendig. Dette vil sandsynligvis være den mest interessante anvendelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

35

DK 154810 B

13

Fremgangsmåden tillader skæring uden afbrydelse af metalgenstande, placeret oven på hinanden. Mellemrummet mellem to emner kan være i størrelsesordenen 10 mm, uden at det er nødvendigt at gennemføre en genoptagelsespro-5 cedure, takket være hældningen og kurvefaconen af den forreste del af snittet 4,5.

Man kan ligeledes udnytte princippet ifølge opfindelsen med andre skæregasarter end oxygen, f.eks. med en gasart 10 i plasmatilstand.

Til gennemførelse af skæring af emner i kold tilstand, kan opvarmningsdysen b være erstattet af en lysbue eller af en plasmadyse.

15 20 25 30 35

Claims (2)

1. Fremgangsmåde til skæring af metalemner ved hjælp af 5 gasstrømme, såsom oxygenstrømme udsendt fra periferien af en om en drejningsakse roterende fordelingsskive, hvilke gasstrømme forløber i skivens symmetriplan vinkelret på skivens omdrejningsakse og danner en vinkel på under 90° med tangenten til skiven i skæringspunktet 10 mellem gasstrømmens akse og skivens periferi, kendetegnet ved, at skiven bringes til at rotere i den modsatte retning af gasstrømmens tangentielle vektorkom-posant.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man påvirker det pågældende emne fra siden ved hjælp af fordelingsskiven og med den side af skiven, hvorpå gasstrømmene er rettet nedad, og at man lader skiven fremføre horisontalt i forhold til emnet, idet 20 den bringes til at rotere i den retning, der svarer til en forskydning nedefra og opefter af de oven for emnet placerede gastrømme. 25 30 35