ES2644020T3

ES2644020T3 - Tobera para el corte de piezas de acero

Info

Publication number: ES2644020T3
Application number: ES14714662.5T
Authority: ES
Inventors: Horst Karl Lotz
Original assignee: GEFAM GmbH
Current assignee: GEFAM GmbH
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2017-11-27
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: EP2979030B1; WO2014154819A1; EP2979030A1; US9764405B2; US20160052075A1; DE102013106511A1; DE102013106511B4

Abstract

Tobera (1) para cortar piezas de acero y piezas de aleaciones de hierro, con: a) un cuerpo (2) de la tobera; b) presentando el cuerpo (2) de la tobera al menos dos orificios (5, 5a) del oxígeno de corte, los cuales transcurren desde un lado (6) de la entrada del cuerpo (2) de la tobera hacia un lado (8) de salida del cuerpo (2) de la tobera, para la formación de al menos dos chorros de corte (10, 10a); c) presentando el cuerpo (2) de la tobera un espacio libre (7), el cual es limitado por el lado (8) de salida, y en el que desembocan los orificios (5, 5a) del oxígeno de corte; d) varios orificios (11) del oxígeno de calentamiento y orificios (13) del gas de calentamiento, los cuales están situados en círculos concéntricos alrededor de los dos orificios (5, 5a) del oxígeno de corte; caracterizada por e) una ranura anular interior (30), configurada en la pared del espacio libre (7), cuya pared del lado de la salida tiene un ángulo de 45º respecto al eje central de la tobera (1), y en la que desembocan los orificios (11) del oxígeno de calentamiento.

Description

DESCRIPCION

Tobera para el corte de piezas de acero Campo de la invencion

La invencion se refiere a una tobera para cortar piezas de acero y piezas hechas de aleaciones de hierro.

5 Los sopletes de gas oxfgeno estan previstos para el corte de piezas de acero y piezas de aleaciones de acero. Con ello se cortan, por ejemplo, bloques y lingotes. En ello, se dirige la llama encendida del soplete de gas de corte, de oxfgeno y, por ejemplo, propano como gas de calentamiento, sobre la superficie del metal a cortar. En ello, el metal se calienta mediante el gas de calentamiento y el oxfgeno de calentamiento a la temperatura de ignicion, de 1.500°C, de los mismos, despues de lo cual es conectado adicionalmente el oxfgeno de corte y es oxidado el metal 10 caliente, a fin de efectuar el corte. En ello, la pieza empieza a arder, y forma una hendidura que se prolonga hasta constituir un corte cuando el corro se desplaza.

Dado que en ello se produce aun calor, ese corte con soplete se denomina como autogeno, es decir, que un calentamiento previo de las siguientes capas de acero de la zona a cortar tiene lugar a partir de la temperatura que se origina por el acero que se quema.

15 El documento US 5.002.261 publica una tobera segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Objetivo

El objetivo de la invencion es conseguir una tobera que logre un grado mas elevado de rendimiento en el corte con soplete de piezas de acero y de aleaciones de acero.

Solucion

20 Este tarea objetivo se alcanza mediante la invencion con las caractensticas de la reivindicacion independiente. Otros perfeccionamientos ventajosos de la invencion estan descritos en las reivindiaciones subordinadas. Con esto, la redaccion de todas las reivindicaciones se hace con referencia al contenido de esta descripcion.

La tobera propuesta para el corte de piezas de acero y de pieza de aleaciones de acero presenta un cuerpo de tobera. El cuerpo de la tobera tiene preferentemente dos orificios de oxfgeno de corte, los cuales transcurren desde 25 un lado de entrada para los gases hacia un lado de salida del cuerpo de la tobera para los gases, para la formacion de un chorro de corte. No obstante, tambien pueden ser tres o mas. El cuerpo de la tobera tiene un espacio libre, el cual es limitado por el lado de salida, y en el cual desembocan los orificios de oxfgeno de corte. En ese espacio libre se forma la llama, la cual alcanza no obstante mucho mas alla de ese espacio libre, a fin de poder cortar la pieza. Varios orificios de oxfgeno de calentamiento y de gas de calentamiento estan dispuestos, en drculos concentricos, 30 alrededor de los dos orificios de oxfgeno de corte.

La tobera esta rodeada, de forma tfpica, por una tuerca de sujecion (por ejemplo una hexagonal) para atornillar la tobera sobre un soplete de cortar. Con la ayuda de esa tuerca hexagonal, la tobera es comprimida con union positiva de forma contra una junta plana en las tuberias de suministro de gas. En ello, la fuerza de presion ha de ser tan elevada que las presiones de 4-6 bar para el gas de calentamiento, asf como de forma tfpica de 10 bar para el 35 oxfgeno de corte, puedan ser superadas.

El cuerpo de la tobera, o bien el soplete de cortar en el que se atornilla el cuerpo de la tobera, ha de orientarse durante su utilizacion de forma que los dos orificios del oxfgeno de corte, y con ello los dos chorros de corte, se coloquen uno tras otro en la direccion del corte.

El proceso de corte actua de forma mas fuerte y mas temprana cerca de la tobera de corte. Si la misma se desplaza 40 de forma tfpica con su velocidad de corte de mas de 100 mm/min, a traves de por ejemplo un lingote, el transcurso del corte en el lingote tiene una cola en forma de arco que queda detras de la tobera de corte, la llamada cola de ranura. En esa cola de ranura es efectivo el segundo corro de corte generado mediante el segundo orificio de oxfgeno de corte. El segundo chorre de corte sopla de forma efectiva la escoria que se forma durante el proceso de corte y se derrama en la cola de ranura. A traves de ello permanece tambien, entre otras cosas, menos escoria en el 45 lingote.

Ademas, el segundo chorro de corte refuerza la accion de corte. A traves de ello se profundiza la cola de ranura. Con ello se incrementa efectivamente la accion de corte. Esto permite incrementar la velocidad de corte hasta el doble de la velocidad de corte, comparada con las toberas de corte con un solo canal de oxfgeno de corte.

La velocidad de corte incrementada tiene como consecuencia un menor consumo de gas de calentamiento y de 50 oxfgeno de calentamiento.

Ademas, tanto el anillo de llamas de gas de calentamiento y oxfgeno de calentamieto, como tambien el segundo

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chorro de corte, amortiguan el ruido originado en el canto de corte que esta ardiendo de forma autogena. A traves de ello resulta una considerable reduccion del ruido.

De forma ventajosa, el espacio libre esta configurado a modo de cazo concavo, a fin de que la llama de corte pueda configurarse al principio sin estorbos.

Cuando el espacio hueco en forma de cazo y la tuerca hexagonal estan configurados de una sola pieza, es decir, formam una tobera en un bloque de una sola pieza, se evita que, durante la utilizacion de la tobera en el proceso de corte, se deposite y se gripe escoria en los puntos de union que se esten formando, o bien en las hendiduras.

El suelo del espacio hueco en forma de cazo puede estar configurado con forma de cono concavo. A traves de ello se enfocan los chorros de forma mas solida. Con ello se consigue un ahorro adicional de gas y oxfgeno de corte.

En ello, el angulo del cono puede ser de 116-118°. En ese caso, el cono puede configurarse en el lado de salida con una broca comun que tenga, de forma tfpica, exactamente ese angulo.

Ademas, en el extremo del lado de salida del espacio libre puede estar configurado un escalon. Desde ese escalon rebotan los gases en expansion, con lo que se enfocan de forma mas solida.

A traves de un canal de union entre el orificio del oxfgeno de calentamiento y el orificio del gas de calentamiento puede anadirse el gas de calentamiento al oxfgeno de calentamiento de forma dosificada. A traves de ello se mezclan mejor los gases necesarios para la combustion, y la combustion se hace mas eficiente. A traves de ello se incrementa la temperatura en el chorro de corte.

Se puede alcanzar una considerable reduccion del ruido al conformar una ranura anular en el interior de la pared del espacio libre, la cual tiene en su pared del lado de la salida un angulo de unos 45° respecto al eje central de la tobera, y desemboca en el orificio del oxfgeno de calentamiento. Esto conduce a que la mezcla encendida de gas fluya de forma mas uniforme alrededor de los cantos siguientes del cuerpo de la tobera.

Cuando no solamente los orificios axiales, al menos dos, sino tambien el espacio libre, se abren hacia el lado de salida con un angulo de apertura de 6,5 hata 7,5°, puede alcanzarse una aceleracion adicional, como consecuencia de la cafda de presion del gas que sale.

La tobera segun la invencion tiene aun la ventaja adicional de que puede ser utilizada al mismo tiempo como una tobera de eliminacion de la rebaba. Es decir, que si se gira 90° la tobera segun la invencion, la misma ofrece un chorro ancho de llamas, el cual puede chamuscar la rebaba que se origina en el lingote en la ranura de corte.

Otros detalles y caractensticas resultan de la siguiente descripcion de ejemplos preferidos de ejecucion, en union con las reivindicaciones subordinadas. En ello pueden cumplirse las caractensticas correspondientes por sf solas o en varias combinaciones entre sf. Las posibilidades de alcanzar el objetivo no estan limitadas a los ejemplos de ejecucion. Asf, a tttulo de ejemplo, los datos de margenes comprenden siempre a todos las valores intermedios - no citados - y a todos los intervalos parciales imaginables.

Los ejemplos de ejecucion estan representados esquematicamente en las figuras. En ello, los mismos numeros de referencia en las distintas figuras designan elementos iguales o con la misma funcion, o bien elementos correspondientes entre sf desde el punto de vista de sus funciones. En detalle se muestra:

Fig. 1 una vista frontal del lado de la salida de un primer ejemplo de ejecucion de la tobera, el cual no es parte de la invencion;

Fig. 2 una vista de un corte de un primer ejemplo de ejecucion de la tobera, a lo largo de la lmea A-A en la figura 1.

Fig. 3 una vista frontal del lado de la entrada de la tobera, del primer ejemplo de ejecucion segun la figura 1;

Fig. 4 una vista frontal del lado de la salida de un segundo ejemplo de ejecucion de la tobera segun la invencion;

Fig. 5 una vista de un corte de un segundo ejemplo de ejecucion de la tobera, a lo largo de la lmea B-B en la figura 4.

Fig. 6 una vista frontal del lado de la entrada de la tobera, del segundo ejemplo de ejecucion segun la figura 4, y

Fig. 7 una vista de un corte del segundo ejemplo de ejecucion de la tobera, a lo largo de la lmea A-A en la figura

6.

La tobera 1, segun las figuras 1 a 3, posee un cuerpo 2 de la tobera, el cual esta configurado de una sola pieza. En el lado de su penmetro, el cuerpo 2 de la tobera esta dotado parcialmente de una tuerca hexagonal 3, a fin de sujetar el mismo con una herramienta adecuada a un soplete de corte, no representado. Otra seccion del penmetro exterior del cuerpo 2 de la tobera esta dotado con una rosca exterior 4, a fin de atornillar la tobera 1 con un soplete

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de corte.

El cuerpo 2 de la tobera tiene un diametro tipico de 30 mm, y una altura tipica de 35 mm, y esta configurado en cobre y de una sola pieza.

En el centro del cuerpo 2 de la tobera se han configurado dos orificios axiales 5, 5a para el oxfgeno de corte, los cuales se prolongan desde el lado 6 de la entrada hasta un espacio libre 7, a modo de cuenco cilmdrico, en el lado 8 de la salida del cuerpo 2 de la tobera. El lado 8 de la salida, y el espacio libre 7, a modo de cuenco cilmdrico, se definen directamente y se limitan mediante la tuerca hexagonal 3. El espacio libre 7, a modo de cuenco cilmdrico, tiene una profundidad tfpica de 10 mm, y un diametro de 20 mm.

El lado 6 de la entrada posee una escotadura 12 de la que parten los dos orificios 5, 5a del oxfgeno de corte. La escotadura 12 tiene un diametro de 6 mm y una profundidad tfpica de 3-5 mm. En ella se produce una perdida de empuje del oxfgeno de corte a la entrada en los orificios axiales 5, 5a. En esa perdida de empuje se disminuye la presion, por lo cual, segu el teorema de Bernouilli, se aumenta la velocidad del gas, lo cual es deseado a fin de incrementar la eficiencia al cortar el acero.

Los diametros de las dos aberturas de entrada 5, 5a para el oxfgeno de corte son de 2,7 hasta 2,75 mm. A las aberturas de entrada les siguen, en cada uno de los orificios axiales 5, 5a, un estrechamiento 14, el cual transcurre de forma fundamentalmente paralela. El estrechamiento conduce a una nueva perdida de presion, y con ello a otro incremento de la velocidad del oxfgeno de corte.

A continuacion del estrechamiento, los dos orificios axiales 5, 5a poseen, en su extremo orientado hacia el espacio libre 7 a modo de cuenco cilmdrico, un ensanchamiento 9 con forma de embudo, o bien conica, mediante el cual es acelerado el oxfgeno de corte que fluye a traves de los orificios axiales 5, 5a. Los ensanchamientos conicos se abren hacia el lado de la salida con un angulo de 6-8°, preferentemente de 7°.

Los diametros de las aberturas de salida de los dos los orificios axiales 5, 5a para el oxfgeno de corte son de 4,5 mm. En el extemo de salida de los orificios axiales 5, 5a se forman los chorros de corte 10, 10a que estan representados en la figura 2.

La parte del lado 8 de salida, que esta situada dentro del espacio libre 7 a modo de cuenco cilmdrico, esta configurada con forma de cono concavo, siendo el angulo del cono de 118°. Ademas, en la parte del lado de salida del espacio libre 7 a modo de cuenco cilmdrico, se ha configurado un escalon 16. El escalon 16 tiene una profundidad tfpica de 3-5 mm, y una anchura de 1,5-2 mm. Desde ese escalon rebotan los gases en expansion, mediante lo cual son enfocados mas fuertemente e impiden que se deposite escoria sobre la pared del cazo 7.

La tobera 1 comprende a varios orificios 11 para el oxfgeno de calentamiento, tipicamente dieciseis, los cuales estan dispuestos en un cfculo exterior concentrico alrededor del orificio axial 5, 5a, y se prolongan, de forma no completamente paralela respecto a los orificios axiaesl 5, 5a, desde el lado 6 de la entrada de la tobera 1 hasta el espacio libre 7 a modo de cuenco cilmdrico del cuerpo 2 de la tobera. Los orificios para el oxfgeno de calentamiento estan colocados en un canal anular 18, el cual esta limitado a traves de un anillo externo 20 de empaquetadura, y de un anillo intermedio 22 de empaquetadura. El canal anular 18 para el oxfgeno de calentamiento tiene una anchura tfpica de 2,5 mm, y una profundidad de 0,8 mm, referida a los anillos de empaquetadura, los cuales acaban en un plano comun. Los anillos de empaquetadura tienen una anchura tfpica de 1 mm.

Ademas estan previstos varios orificios 13 del gas de calentamiento, tfpicamemte ocho, los cuales estan dispuestos en un cfrculo concentrico interior alrededor del orificio axial, y que se prolongan asimismo, de forma no completamente paralela respecto a los orificios axiales 5, 5a, desde el lado 6 de la entrada de la tobera 1 hasta el espacio libre 7 a modo de cuenco cilmdrico del cuerpo 2 de la tobera. Los orificios 13 del gas de calentamiento estan colocados en un canal anular 24, el cual esta limitado a traves de un anillo intermedio 22 de empaquetadura, y de un anillo interno 26 de empaquetadura. El canal anular 24 para el gas de calentamiento tiene una anchura tfpica de 2,5 mm, y una profundidad de 0,8 mm, referida a los anillos de empaquetadura, los cuales acaban en un plano comun. Los anillos sobresalientes de empaquetadura configuran una junta plana, y son comprimidos sobre una alimentacion de gas, configurada correspondientemente con forma plana.

Cada uno de los orificios, a saber, los orificios axiales 5, 5a, los orificios 13 del gas de calentamiento, y los orificios 11 para el oxfgeno de calentamiento, desembocan en el espacio libre cilmdrico 7, en el cual se forman los chorros de corte.

Segundo ejemplo de ejecucion

Las figuras 4 a 7 muestran un segundo ejemplo de ejecucion, segun la invencion, de la tobera 1. Los elementos de la tobera 1 que coinciden en los dos ejemplos de ejecucion estan designados con los mismos numeros de referencia, y no se describen de nuevo. Se describen solamente las diferencias entre los dos ejemplos de ejecucion.

La figura 5 muestra las innovaciones fundamentales del segundo ejemplo de ejecucion.

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En primer lugar, en la figura 5 se observa un canal 28 de union que transcurre entre el orificio 11 para el oxfgeno de calentamiento y el orificio 13 del gas de calentamiento. El canal de union tiene un diametro de 1 mm, y conduce, bajo un angulo de 45° en la direccion del flujo, desde el orificio 13 del gas de calentamiento hacia el orificio 11 del oxfgeno de calentamiento. A traves del canal 28 de union penetra, de forma dosificada, el gas de calentamiento desde el orificio 13 del gas de calentamiento al orificio 11 para el oxfgeno de calentamiento.

El orificio 11 para el oxfgeno de calentamiento desemboca, en este segundo ejemplo de ejecucion, en una ranura anular 30 configurada en la pared del espacio libre 7, y situada interiormente, cuya pared del lado de la salida tiene un angulo de 45° respecto al eje central de la tobera 1. La ranura anular 30, situada interiormente, conduce a la mezcla de calentamiento hacia el interior en el espacio libre 7, bajo un angulo tfpico de 45°. Esto conduce a que la misma fluya de forma mas uniforme alrededor de los cantos siguientes del cuerpo de la tobera 2. Esto conduce a una considerable reduccion del ruido.

Ademas, en la figura 5 se observa que el espacio libre 7 se abre hacia el lado 8 de salida con un angulo de apertura de 6,5 a 7,5°. En los ejemplo preferidos de ejecucion de la figura 5, el angulo de apertura es de 6,5°, correspondiendo respectivamente 3,25° a todos los lados.

Signos de referencia

1 tobera

2 cuerpo de la tobera

3 tuerca hexagonal

4 rosca exterior

5 primer orificio axial

5a segundo orificio axial

6 lado de entrada

7 espacio libre

8 lado de salida

9 ampliacion conica

10 chorro de corte

10a chorro de corte

11 orificios de oxfgeno de calentamiento

12 escotadura

13 orificios de gas de calentamiento

14 garganta

16 escalon

18 canal anular

20 junta anular exterior

22 junta anular central

24 canal anular

26 junta anular interior

28 canal de union

30 ranura anular situada en el interior

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Tobera (1) para cortar piezas de acero y piezas de aleaciones de hierro, con:

a) un cuerpo (2) de la tobera;

b) presentando el cuerpo (2) de la tobera al menos dos orificios (5, 5a) del oxfgeno de corte, los cuales transcurren desde un lado (6) de la entrada del cuerpo (2) de la tobera hacia un lado (8) de salida del cuerpo (2) de la tobera, para la formacion de al menos dos chorros de corte (10, 10a);

c) presentando el cuerpo (2) de la tobera un espacio libre (7), el cual es limitado por el lado (8) de salida, y en el que desembocan los orificios (5, 5a) del oxfgeno de corte;

d) varios orificios (11) del oxfgeno de calentamiento y orificios (13) del gas de calentamiento, los cuales estan situados en drculos concentricos alrededor de los dos orificios (5, 5a) del oxfgeno de corte;

caracterizada por

e) una ranura anular interior (30), configurada en la pared del espacio libre (7), cuya pared del lado de la salida tiene un angulo de 45° respecto al eje central de la tobera (1), y en la que desembocan los orificios (11) del oxfgeno de calentamiento.
2. Tobera segun la reivindicacion precedente, caracterizada por que los dos orificios (5, 5a) del oxfgeno de corte estan configurados con forma de embudo, y se abren hacia el lado de la salida con un angulo de 6-8°, preferentemente de 7°.
3. Tobera segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el lado (6) de la entrada presenta una escotadura (12) de la que parten dos orificios (5, 5a) del oxfgeno de corte.
4. Tobera segun la reivindicacion precedente, caracterizada por que la escotadura (12) posee un diametro de al menos 6 mm.
5. Tobera segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que los diametros de la aberturas de entrada de los dos orificios (5, 5a) del oxfgeno de corte son de 2,75 mm.
6. Tobera segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que los diametros de la aberturas de salida de los dos orificios (5, 5a) del oxfgeno de corte son de 4,5 mm.
7. Tobera segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el espacio libre (7) esta configurado a modo de cuenco concavo.
8. Tobera segun la reivindicacion precedente, caracterizada por que el cuerpo (2) de la tobera esta rodeado parcialmente por fuera, del lado de su penmetro, por una tuerca (3) de sujecion para atornillar la tobera a un soplete de corte, y por que el espacio libre (7) a modo de cuenco y la tuerca (3) de sujecion estan configuradas en una sola pieza.
9. Tobera segun una de las dos reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el suelo del espacio libre (7) a modo de cuenco esta configurada con forma de cono concavo.
10. Tobera segun la reivindicacion precedente, caracterizada por que el angulo del cono es de 116° hasta 118°.
11. Tobera segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que entre el orificio (11) del oxfgeno de calentamiento y el orificio (13) del gas de calentamiento se ha configurado un canal (28) de union, teniendo el canal de union un diametro de 0,8 hasta 1,2 mm, preferentemente de 1 mm, y que conduce desde el orificio (13) del gas de calentamiento hacia el orificio (11) del oxfgeno de calentamiento bajo un angulo de 45° respecto al eje central de la tobera (1), de tal forma que el gas de calentamiento llega de forma dosificada desde el orificio (13) del gas de calentamiento hasta dentro el orificio (11) del oxfgeno de calentamiento.
12. Tobera segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el espacio libre (7) se abre hacia el lado (8) de la salida con un angulo de apertura de 6,5 hasta 7,5°.