Pierwszenstwo: Opublikowano: 24.VI.1970 (P. 141 556) 25.VI.1969 Stany Zjednoczone Ameryki 15.XII.1973 68484 KI. 49h,7/02 MKP B23k 7/02 UKD Twórca wynalazku: Thomas James Lytle Wlasciciel patentu: Union Carbid Corporation, Nowy Jork (Stany Zje¬ dnoczone Ameryki) Sposób ukosowania termochemicznego przedmiotów metalowych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób ukosowa¬ nia termochemicznego przedmiotów metalowych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu do¬ starczajace plomien podgrzewajacy utworzony z mieszanki paliwowej tlenu i gazu palnego poza palnikiem, w którym czas wymagany dla poczat¬ kowej operacji ukosowania a tym samym czas potrzebny do wykonania pelnej operacji ukoso¬ wania przedmiotu obrabianego jest znacznie skró¬ cony.Wynalazek przedmiotowy przeznaczony jest do ukosowania lub oczyszczania zarówno goracych jak i zimnych przedmiotów metalowych.Zgodnie z dotychczas stosowanymi sposobami, ukosowanie jest spowodowane pierwszym wzrostem temperatury powierzchni metalu poddanego ope¬ racji ukosowania az do osiagniecia temperatury zaplonu metalu w atmosferze tlenu. Temperatura ta moze byc nizsza niz temperatura topienia me¬ talu w otaczajacej atmosferze i jest okreslana w dalszej czesci opisu jako temperatura reakcji. Wte¬ dy gdy metal osiagnie temperature reakcji, przy stosunkowo duzej obecnosci tlenu, utworzona zo¬ staje mieszanina cieklego metalu, która zostaje usunieta, to iznaczy w wyniku reakcji termoche- micznej spowodowanej sila uderzenia strumienia gazowego w jeziorko cieklego metalu. Innymi slo¬ wy, w celu zapoczatkowania operacji ukosowania jeziorko stopionego metalu musi byc utworzone zanim nastapi przy bardzo duzej predkosci wy- 2 plywu strumienia tlenowego postepowe przemiesz¬ czenie metalu.Pelna operacja ukosowania sklada sie z czterech faz. W czasie pierwszej fazy przedmiot obrabiany B jest umieszczany i mocowany na stole roboczym automatu do ukosowania. W drugiej fazie urza¬ dzenie do ukosowania jest zamykane automatycz¬ nie lub recznie ze wszystkich ukosowanych stron przedmiotu obrabianego. W trzeciej fazie dokonuje io sie wstepnego podgrzewania przedmiotu ukosowa- nego za pomoca palnika tlenowego celem utwo¬ rzenia jeziorka stopionego metalu, przy obecnosci tlenu, a w czwartej fazie dokonuje sie operacji ukosowania z chwila pierwszego wyplywu tlenu 15 ukosujacego.Na przyklad przy ukosowaniu kesiska o dlu¬ gosci 9 m o temperaturze 1093°C, czas jego umiesz¬ czenia wynosi okolo 3 sek., zamkniecia okolo 5 sek., wstepnego podgrzewania okolo 10 sek. i uko- 20 sowania najdluzszej z krawedzi okolo 20 sek. Za¬ tem calkowity czas cyklu ukosowania kesiska o dlugosci 9 m wynosi 38 sek.Wymagany czas przeprowadzenia pelnego cyklu operacji ukosowania wynika z predkosci ukoso- 25 wania a w niektórych wypadkach wolniej niz predkosc walcowania stali w znanej walczarce.Celem jest zatem skrócenie czasu wymaganego do przeprowadzenia pelnego cyklu ukosowania tak aby operacja ukosowania mogla byc prowadzona so w sposób ciagly z procesem walcowania. Skróce- 68 48468484 nie czasu ukosowania moze byc oczywiscie osiag¬ niete przez skrócenie czasu wymaganego dla któ¬ rejkolwiek z wyszczególnionych faz, pelnego cyklu ukosowania. Z uwagi na to, ze umieszczenie i zam¬ kniecie przedmiotu ukosowanego wymaga lacznie 5 tylko okolo 8 sek. zatem mozliwosc poprawienia predkosci przebiegu operacji w tych dwu fazach jest wzglednie mala. Praktycznie uzasadnione kro¬ ki prowadzace do skrócenia czasu w celu popra¬ wienia predkosci przebiegu cyklu ukosowania la- 10 cza sie z faza wstepnego podgrzewania i/lub uko¬ sowania. Zwiekszenie predkosci wyplywu gazu pelnego i tlenu, skrócenie czasu podgrzewania i zwiekszenie predkosci ukosowania jest bezsku¬ teczne poniewaz nadwyzki tlenu i gazu palnego 15 nie moga byc wymieszane i spalone skutecznie w systemie wymieszania wtórnego.Zgodnie z wynalazkiem sposób termochemiczne- go ukosowania przedmiotów metalowych stalowych polegajacy na podgrzaniu obszaru rozciagajacego 20 sie na wskros od powierzchni wymienionego ele¬ mentu za pomoca plomienia utworzonego przez spalanie gazu palnego prowadzonego przynajmniej w górnej czesci strumienia tlenu ukosujacego w pewnej plaszczyznie skierowanego przy wzglednie 25 malej predkosci wyplywu w kierunku powierzchni przedmiotu ukosowanego, oraz na utworzeniu je¬ ziorka stopionego metalu na grubosc wymienionej powierzchni. Nastepnie skierowywania strumienia tlenu ukosujacego na wymienione jeziorko nad- 30 topionego metalu przy najwyzszej predkosci wy¬ plywu i rozbijania tego jeziorka, tym strumieniem oraz na wykonaniu ruchu wzglednego miedzy strumieniem tlenu i przedmiotem metalowym zgod¬ nie z kierunkiem ukosowania. 35 Zgodnie z wynalazkiem podczas wyplywu stru¬ mienia tlenu ukosujacego, przy wzglednie malej predkosci wyplywu kieruje sie dodatkowy stru¬ mien tlenu w ksztalcie plaszczyznowym od plo¬ mieni podgrzewajacych w kierunku powierzchni 40 przedmiotu obrabianego, która ma byc uderzona strumieniem tlenu ukosujacego w czasie wplywu przy najwiekszej predkosci, dzieki czemu tworzy sie z ta powierzchnia klinowata kieszen ograni¬ czona strumieniem gazu palnego podgrzewajacego 45 i strumieniem tlenu ukosujacego.Przedmiotem wynalazku jest równiez urzadze¬ nie do stosowania sposobu obejmujace zestaw do ukosowania oraz zestaw do wykonywania ruchu 50 wzglednego miedzy zestawem ukosujacym i przed¬ miotem ukosowanym wzdluz kierunku ukosowa¬ nia, przy czym zestaw do ukosowania krawedzi zawiera kanalik wylotowy tlenu w ksztalcie szcze¬ liny przechodzacy przez srodki regulacji przeply- 55 wu ze zródla tlenu i szereg kanalików wyloto¬ wych gazu palnego rozmieszczonych wzdluz przy¬ najmniej dolnej strony kanalu wylotowego i skie¬ rowanych pod katem ostrym w kierunku strefy rozciagajacej sie na wskros przedmiotu obrabia- 60 nego w kierunku glebokosci plaszczyzny utworzo¬ nej kanalikiem wylotowym tlenu, a ponadto za¬ wierajace szereg dodatkowych kanalików wyloto¬ wych tlenu w ksztalcie szczeliny rozmieszczonych powyzej kanalików wylotowych do gazu palnego 65 i skierowanych równiez pod katem ostrym w kie* runku plaszczyzny poziomej.Przedmiot wynalazku charakteryzuje sie tym, ze dodatkowe kanaliki wyplywowe tlenu polaczo¬ ne sa z oddzielnym srodkiem regulujacym prze¬ plyw tlenu dostarczanego do dodatkowych kana¬ lików przeplywowych tlenu dostarczanego do ka¬ nalika wyplywowego tlenu uksztaltowanego w po¬ staci szczeliny.Przedmiot wynalazku jest objasniony w dalszej czesci opisu w przykladzie wykonania przedsta¬ wionym na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia zestaw palnika do ukosowania w widoku z boku wyposazony w szereg przelotowych otwor¬ ków do tlenu rozmieszczonych w dolnym bloku podgrzewajacym powyzej otworów przelotowych gazu podgrzewajacego, fig. 2 przedstawia w wido¬ ku od czola zestaw do ukosowania wedlug fig. 1, fig. 3 — wykres porównujacy czas podgrzewania w zaleznosci od strumienia tlenu podawanego otworkami przelotowymi zgodnie z wynalazkiem w porównaniu z zestawem do ukosowania krawe¬ dzi nie wyposazonego w otworki przelotowe stru¬ mienia tlenu.Zgodnie z fig. 1, w celu wprowadzenia maksy¬ malnej ilosci ciepla do przedmiotu w strefie re¬ akcji, górne i dolne strumienie gazu palnego pod¬ grzewajacego 11 i 12 jak równiez strumien 9 tlenu ukosujacego wyplywajacego z glównej szczeliny 8 sa skierowane tak, ze ich proste przebiegi po¬ krywaja sie w punkcie A na powierzchni przed¬ miotu W. Jednakze w wyniku zjawiska aerody¬ namicznego wywolanego przeplywem goracych ga¬ zów reagujacych i chlodzacych od strefy nad po¬ wierzchnia jak równiez spadku cisnienia spowo¬ dowanego wyplywem gazów z duza predkoscia je¬ ziorko 20 ksztaltuje sie nie w punkcie A lecz jest raczej przesuniete od tego punktu o kilka centy¬ metrów wstecz w stosunku do kierunku ukoso¬ wania, do punktu B.Wskutek tego koniecznym jest w praktyce cof¬ niecie palnika ukosujacego lub przedmiotu uko¬ sowanego o kilka centymetrów przed strumien tlenu poczatkujacego a po jego zapoczatkowaniu strumien tlenu ukosujacego skierowany zostanie w jeziorko roztopionego metalu a nie przed nie.To cofniecie zestawu ukosujacego lub przedmiotu obrabianego miedzy podgrzewaniem i poczatkiem reakcji ukosowania jest powodem w czesci nad¬ miaru czasu wymaganego na podgrzewanie.Strumien plaszczyznowy tlenu uformowany zgod¬ nie z wynalazkiem powyzej strumieni podgrzewa¬ jacych gazu palnego tworzy kieszen klinowata utworzona miedzy nim a powierzchnia metalu ukosowanego.Plaszcz tlenowy jest utworzony przez polaczenie sie szeregu strumieni tlenu wyplywajacych z sze¬ regu otworków 23 tlenowych rozmieszczonych po¬ wyzej górnego rzedu otworków 15 do gazu pal¬ nego podgrzewajacego w glowicy zestawu. Duza predkosc wyplywu gazu palnego z górnej 1 i dol¬ nej 2 glowicy podgrzewajacej skierowanego do kieszeni tworzy w niej zamkniecie syfonowe gazu i jest wskutek tego zmuszony do gruntownego6&4S4 & t wymieszania ze strumieniem - tlenu i wyplywaja¬ cego i otworu 8.Dzieki temu uzyskuje sie zrtóczne-skróeenie cza¬ su podgrzewania przez zwiekszenie ilosci garotpal- nego i tlenu odpowiednio zmieszanych do spalania podczas dokladnego ustalania polozenia roztopio¬ nego jeziorka w wymaganym punkcie.Utworzony plaszcz tlenowy daje nastepujace dwojaki^ Wdzaju skutki, po pierwsze dziala ja¬ ko fizyczna^ pgzegifoda oslaniajaca lub zamykajaca gaz palny celem skutecznego wymieszania z tle¬ nem i po drugie jako wynik poprawia wymiesza¬ nie gazu palnego i tlenu oraz umozliwia zwiek¬ szenie pelnej ilosci mieszanki palnej stwarzajacej przy tym warunki utworzenia plomienia o wyzszej wartosci cieplnej. Polaczenie tych dwu efektów poprawia przekazywanie ciepla do przedmiotu obrabianego i koncentracje ciepla przy poszcze¬ gólnych szczelinach.Zaskakujacym efektem uzyskanym dzieki roz^ wiazaniu wedlug wynalazku jest to, ze jeziorko cieklego metalu jest uksztaltowane nie w punk¬ cie B, za punktem A, lecz w punkcie C — przed punktem A. Dzieki temu, ze punkt C jest przed punktem przeciecia sie prostej przebiegu strumie¬ nia 9 z powierzchnia przedmiotu obrabianego uni¬ ka sie potrzeby cofania przedmiotu obrabianego lub zestawu ukosujacego przed rozpoczeciem wy¬ plywu tlenu tnacego. Daje to z kolei korzysc dodatkowa w zwiekszeniu predkosci podgrzewa¬ nia. ? Jak przedstawiono na fig. 1 i 2 zestaw ukosu- jacy zawiera górny blok podgrzewajacy 1 i dolny blok podgrzewajacy 2, glowice 3 i slizg 4 prze¬ mieszczajacy sie na prowadnicy 5.Dolna powierzchnia 6 górnego bloku podgrzewa¬ jacego 1 i górna powierzchnia 7 dolnego bloku podgrzewajacego 2 tworza ciagly kanal szczelino¬ wy 8 dla przebiegu strumienia 9 tlenu. Tylny ko¬ niec 10 kanalu tlenowego 8 polaczony jest ze zró¬ dlem zasilania tlenem (nie przedstawionym na ry¬ sunku). Tlen potrzebny do spalania gazu palnego wyplywajacego górnym 11 i dolnym strumieniem 12 jest dostarczany kanalem 8. Po uformowaniu jeziorka 13 poteguje sie ilosc tlenu wyplywajace¬ go strumieniem 9 w celu dostarczania wystarcza¬ jacej ilosci tlenu potrzebnego do operacji ukoso¬ wania.Górny blok podgrzewajacy 1 posiada szereg ka¬ nalików 14 do gazu palnego podgrzewajacego, ma¬ jacych wylot przy powierzchni czolowej bloku podgrzewajacego 1 w postaci szeregu otworków wylotowych gazu palnego. Kanaliki do gazu 14 polaczone sa z komora 24 znajdujaca sie w glo¬ wicy 3, od której do komory dostarczany jest gaz palny. Gaz ziemny jest najkorzystniejszym gazem palnym, jednakze moga byc równiez stosowane inne gazy palne takie jak metan, propan lub gaz koksowniczy. Dolny blok podgrzewajacy 2 zawie¬ ra szereg kanalików 17 do gazu palnego, które la¬ cza sie ze zródlem zasilania gazu palnego poprzez komore 18 znajdujaca sie w glowicy 3.Kanaliki 17 maja wylot przy powierzchni czo¬ lowej dolnego bloku podgrzewajacego 2 szeregiem dolnych otworków przelotowych 19 do gazu pal¬ nego podgrzewajacego. Zarówno osie otworków 15 górnych do gazu palnego podgrzewajacego jak i otworki 19 dolne do gazu palnego podgrzewaja¬ cego biegna ku punktowi przeciecia prostych prze- 5 biegu strumieni 11 i 12 gazowych z plaszczyzna przedmiotu obrabianego, przy czym prosie te po¬ krywaja sie w punkcie przebiegu prostej strumie¬ nia 9 tlenowego w ksztalcie plaszcza i zbiegaja sie w punkcie A na powierzchni przedmiotu uko- sowanego. i W wyniku zjawiska aerodynamicznego gorafcyfch strumieni gazowych, jak wyjasniono poprzednio, jeziorko 20 jest utworzone na powierzchni przed- miotu ukosowanego W w punkcie B, zgodnie ze znanymi sposobami ukosowania, to znaczy bez sto-* sowania syfonowego strumienia tlenu 21.Zgodnie z wynalazkiem górny blok podgrzewa¬ jacy 1 wyposazony jest w szereg kanalików 22 do tlenu, które maja wylot przy powierzchni czolo¬ wej wymienionego bloku szeregiem otworków wy¬ lotowych 23 syfonowych; Tlen jest wprowadzany do kanalików 22 z komory tlenowej 16 znajduja¬ cej sie w glowicy 3.Strumienie syfonowe 21 tlenu wyplywajace z otworków przelotowych 23 równiez skierowane w punkt skupienia prostych przebiegu strumienia ga¬ zu palnego 11 i 12 i prostych strumienia tlenu 9 w punkcie A. Zaslona tlenowa uformowana szere¬ giem syfonowych strumieni 21 tlenu tworzy kli¬ nowata kieszen miedzy soba a powierzchnia przed¬ miotu ukosowanego W, która ogranicza strumien gazowy podgrzewajacy 11, 12 i strumien 9 tleno¬ wy. W wyniku zjawisk aerodynamicznych w ukla* dzie, strumienie gazu palnego i tlenu przy pred¬ kosci wyplywu przy podgrzewaniu nie biegna po prostych 9, 11, 12 i 21 lecz biegna raczej po pro¬ stej przeplywu F. W wyniku tego, z chwila roz¬ poczecia operacji ukosowania, po utworzeniu je¬ ziorka 13 w punkcie C, strumien tlenu 9 wzrasta przez prosta regulacje zaworu lub innego znanego elementu regulujacego przeplyw do zadanej pred¬ kosci przeplywu przy ukosowaniu przy czym przyjmuje trwale kierunek przeplywu wzdluz pro¬ stej 9 a przedmiot ukosowany W jest nastepnie wprawiany w ruch w kierunku na prawo, zgodnie ze strzalka, bez potrzeby cofania przedmiotu uko¬ sowanego lub zestawu ukosujacego, który musial¬ by miec jeziorko uksztaltowane w punkcie B aby mozna bylo rozpoczac operacje ukosowania ude¬ rzeniem strumienia tlenu tnacego 9 o jeziorko.Po zakonczeniu fazy podgrzewania i rozpoczeciu operacji ukosowania wyplyw syfonowy tlenu ko¬ rzystnie zatrzymuje sie, calkowicie wylacza sie lub obniza sie do nieznacznej wartosci ulatniania sie w celu zabezpieczenia otworków wylotowych 23 przed zatkaniem sie rozpryskiwanym metalem sto¬ pionym i zuzlem. Osiaga sie to przez nastawienie zaworu lub innego srodka regulujacego przeplyw wlaczonego miedzy rurowy przewód rozgaleziony a zródlo tlenu.Utrzymywanie wyplywu syfonowego tlenu o pel¬ nej wartosci wyplywu podczas ukosowania nie daje zadnych korzysci technicznych i produkcyj¬ nych.Na fig. 3 przedstawiono wykres porównujacy 15 20 25 80 85 40 45 50 55 607 czasy podgrzewania stosowane przy zastosowaniu zestawu ukosujacego z pózniejszym wymieszaniem tlenu-gazu palnego oraz przy zastosowaniu zesta¬ wu ukosujacego wedlug wynalazku zawierajacy szereg otworków syfonowych tlenu powyzej otwór- 5 ków przelotowych gazu palnego podgrzewajacego w celu wytworzenia zaslony tlenowej. Predkosci wyplywu gazu palnego podgrzewajacego, na przy¬ klad gazu ziemnego wynosily w obydwu wypad¬ kach okolo 99 m8/m. Calkowita ilosc tlenu w oby- 10 dwu wypadkach byla równiez taka sama i wyno¬ sila 212 m3/h. Jednakze rozprowadzenie tlenu bylo rózne.W przypadku zastosowania znanego zestawu ukosujacego wyplynela otworem centralnym, pod- czas gdy w przypadku zestawu ukosujacego we¬ dlug wynalazku w przyblizeniu polowa ilosci tle¬ nu wyplynela otworem centralnym a druga polo¬ wa syfonowymi otworkami wylotowymi do tlenu.Jak to da sie zaobserwowac z wykresu czas pod- OA grzewania zalezy od temperatury powierzchni sta¬ lowego przedmiotu ukosowanego i ze im wyzsza temperatura powierzchni roboczej tym krótszy czas podgrzewania. Krzywa x przedstawia wyniki uzy¬ skane przy zastosowaniu zestawu ukosujacego we¬ dlug wynalazku, a krzywa X przedstawia wyniki uzyskane przy zastosowaniu zestawu ukosujacego znanego.Z porównania krzywych x i y wynika, ze stal ogrzana wstepnie do temperatury 1093°C wymaga tylko 3 sek. czasu na podgrzewanie przedmiotu ukosowanego do temperatury reakcji zgodnie z wy¬ nalazkiem i az 10 sek. czasu podgrzewania przed¬ miotu obrabianego przy zastosowaniu znanego ze¬ stawu do ukosowania. Daje to skrócenie czasu 35 o 7 sek. to znaczy wiecej niz 3-krotne. Podobny wynik mozna uzyskac przy wstepnym podgrzaniu do temperatury 816°C i wówczas wymagany czas podgrzewania wynosi 5 sek. przy zastosowaniu ze¬ stawu do ukosowania wedlug wynalazku i okolo 27 sek. przy zastosowaniu zestawu znanego.Znaczenie wyników uzyskiwanych dzieki roz¬ wiazaniu wedlug wynalazku ma szczególna wy¬ mowe w czasie podgrzewania kesa do tempera¬ tury 1093°C i wynosi 7 sek. co w cyklu oczyszcza¬ nia powyzej opisanym zabiera 38 sek. czasu, a 45 przy zastosowaniu wynalazku jest skrócony do 30 sek., co daje poprawe ponad 20% w calym cy¬ klu oczyszczania i jest wystarczajaca dla zwiek¬ szenia wydajnosci maszyny do oczyszczania.Ponadto z fig. 3 mozna wywnioskowac, ze dla 50 dodatkowego skrócenia czasu podgrzewania roz¬ wiazanie wedlug wynalazku pozwala dodatkowo zaoszczedzic czas podgrzewania przez wyelimino¬ wanie potrzeby cofania przedmiotu obrabianego lub zestawu ukosujacego przed rozpoczeciem operacji 55 ukosowania. PL PL