WO2011042044A1 - Düse zum schneiden von stahlwerkstücken und werkstücken aus eisenlegierungen - Google Patents

Düse zum schneiden von stahlwerkstücken und werkstücken aus eisenlegierungen Download PDF

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Lotz Horst K
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/52—Nozzles for torches; for blow-pipes
    • F23D14/54—Nozzles for torches; for blow-pipes for cutting or welding metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/38—Torches, e.g. for brazing or heating
    • F23D14/42—Torches, e.g. for brazing or heating for cutting

Definitions

  • the invention relates to a nozzle for cutting steel workpieces and workpieces made of iron alloys, comprising a nozzle body with,
  • Oxygen gas cutting torches are intended for cutting steel workpieces and iron alloy workpieces. This effectively cuts blocks and slabs, for example.
  • the ignited from a jet of oxygen and cutting gas flame of the cutting gas burner is directed onto the surface of the metal to be cut.
  • the metal is thereby heated to its ignition temperature with a jet of cutting oxygen oxidizing the heated metal to effect the cut.
  • premixing premixed
  • nachmischende post mixed
  • burner nozzles eliminated under ⁇ .
  • premixing nozzles heating oxygen and fuel gas are mixed within the burner head before it flows out to ignite.
  • Cutting torch the heating oxygen and the heating gas from the burner in a unmixed stream issued ⁇ .
  • Turbulence mixes the streams before ignition.
  • a so-called C nachmischende cutting nozzle of a cutting torch device ⁇ is known, in which a mixture of Me ⁇ serving heating oxygen, cutting oxygen and fuel gas from ⁇ finally takes place at the exit region of the flame.
  • the nozzle is comprised of a retaining nut surrounding the nozzle and connected to the cutting torch.
  • the nozzle has an axial bore for discharging cutting oxygen of a cutting torch.
  • the Weite ⁇ ren a plurality of Schugasbohronne is provided, which are arranged in an inner concentric circle around the axial bore.
  • the nozzle ei ⁇ ne plurality of Schwarzsauerstoffbohronne that in a outer concentric circle about the axial bore are arranged on ⁇ .
  • Each of the holes, namely, the axial bore Schubohronne and the heating oxygen ⁇ holes open into outlet openings in an off ⁇ flowing, the inner ⁇ half of the retaining nut merges into a cylindrical space, in which the cutting ⁇ flame is formed.
  • the oblique bores for supplying zusurbanli ⁇ chem heating gas of the first group extend from the inlet ⁇ side of the nozzle body and each open out in one of the concentric Thompsonsauerstoffbohrungen in the nozzle body, and
  • nozzle-mixing that is a mixture of the material Schusauer ⁇ -fuel gas mixture within the nozzle body, since fed at will in the longitudinal bores heating oxygen and heating gas, the oblique bores This takes place. Both media mix in the course of L Lucassbohrun ⁇ gene, so that a part of the total amount of gases is vor ⁇ mixed.
  • postmixing ie a mixing in of the cutting oxygen-outside air mixture at the outlet end of the nozzle, takes place in the cylindrical free space, therefore a further mixing of the gases takes place types of Schneidsau ⁇ erstoff mixed.
  • an air curtain is placed around the cutting flame.
  • the flame is produced from heating gas, heating oxygen and cutting Auer ⁇ material.
  • the heating oxygen is already partially premixed in the nozzle with additional heating gas through the first group of oblique holes.
  • By passing ⁇ roaming gas-oxygen mixture of the flame further ambient air is drawn in through the second group of oblique bores in the cylindrical blank, which wraps around the flame as the air curtain.
  • This air ⁇ veil ensures that the nozzle is additionally ge ⁇ cools. Because of the air curtain no Verun ⁇ Cleaners, such as dust and dirt particles can penetrate into the nozzle.
  • the oblique holes of the second group open near the outlet end of the nozzle in the cylindrical space to one hand the Air curtain to lay around the flame and on the other hand to cool the exit area of the nozzle body.
  • the nozzle body is integrally formed.
  • the axial bore at its end directed towards the cup-shaped cylindrical free space of the nozzle body is designed to widen conically.
  • the ko ⁇ African end portion of the axial bore is provided in order to further increase the speed of the cutting oxygen jet, which is generated at the previous bottleneck of the axial bore and to produce a smooth high velocity jet and energy according to the principle of Lavalle nozzle and which, when Burn away the slag to be cut from the metal to be cut.
  • the nozzle body has an external thread ⁇ ⁇ to connect to a Schneidbrennereinrich ⁇ device.
  • Fig. 1 is an input side end view of the nozzle according to the invention
  • Fig. 2 is a side view of the nozzle along the line
  • Fig. 3 is a side view of the nozzle along the line
  • the nozzle 1 according to FIGS. 1 to 3 has a nozzle ⁇ body 2, which is integrally formed.
  • the nozzle body 2 is partially provided with a hexagon 3 in order to fasten it with a suitable tool to a cutting torch (not shown).
  • Another portion of the outer periphery of Düsenkör ⁇ pers 2 is provided with an external thread 4 to screw the nozzle 1 with a cutting torch.
  • an axial bore 5 is formed, which extends from the inlet side 6 to a pot-like cylindrical free space 7 at the outlet ⁇ send 8 of the nozzle body 2.
  • the axial Boh ⁇ tion 5 has a conical Erwei ⁇ esterification by means of which the air flowing through the axial bore 5 in the cutting oxygen velocity and thus its energy is accelerated at their facing the cup-shaped cylindrical space 7 end.
  • the cutting flame 10 is formed, as shown in Fig. 3. 2
  • the nozzle 1 comprises a plurality of heating ⁇ oxygen holes 11, which extend parallel to the axial bore 5 of the inlet side 6 of the nozzle 1 to the pot-like cylindrical space 7 of the nozzle body 2.
  • a group of a plurality of concentrically arranged oblique holes 12 is formed, which in at an angle of approximately 45 ° relative to the axial bore 5 from the A ⁇ inlet side 6 each in one of the Schusauerstoffbohrun- gen 11 Open nozzle body 2.
  • About the oblique Boh ⁇ conclusions heating gas is passed through the pull of the heating oxygen in the Schusauerstoffbohrept 11 to ⁇ addition. In this case, a mixture of Schusauerstof ⁇ fes with the additional heating gas inside the nozzle 1 is carried out.
  • a plurality of Bankgasbohronne 13 are formed parallel to the axial bore 5, which are arranged in a concentric inner ring of the nozzle 1.
  • a group of oblique holes 14 is provided, which extend from the outer surface of the nozzle body 2 to the cylindrical space 7 of the nozzle 1 and open into this near the outlet end 8 of the nozzle 1.
  • atmospheric outside air is additionally sucked by the suction effect of the cutting flame and creates an air curtain around the cutting flame 10 and mixes simultaneously with the cutting oxygen from the axial bore 5 and the pre-mixed with heating ⁇ heating oxygen.

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Abstract

Eine Düse (1) zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierungen umfasst einen Düsenkörper (2) mit einer axialen Bohrung (5) zum Ausströmen von Schneidsauerstoff und einen zylindrischen Freiraum (7) am die Schneidflamme bildenden Austrittsende (8) der Düse (1). Des Weiteren besitzt die Düse (1) eine Mehrzahl von Heizgasbohrungen (13) und eine Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen (11), die in einem äußeren oder inneren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung (5) angeordnet sind. Zusätzlich sind zwei Gruppen von mehreren konzentrisch angeordneten schrägen Bohrungen (12, 14) zum Zuführen von Heizgas bzw. atmosphärischer Außenluft vorgesehen. Dabei verlaufen die schrägen Bohrungen (12) für zusätzliches Heizgas der ersten Gruppe von der Eintrittseite (6) des Düsenkörpers (2) und münden jeweils in einer der konzentrischen Heizsauerstoffbohrungen (11) im Düsenkörper (2). Die schrägen Bohrungen (14) für Außenluft der zweiten Gruppe verlaufen von der Außenfläche des Düsenkörpers (2) zum zylindrischen Freiraum (7) der Düse (1) und münden in diesen.

Description

Düse zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierungen
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierun- gen, aufweisend einen Düsenkörper mit,
einer axialen Bohrung zum Ausströmen von Schneid¬ sauerstoff und einen topfartigen zylindrischen Freiraum am die Schneidflamme bildenden Austritt¬ sende der Düse,
- einer Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen, die in einem inneren oder äußeren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung angeordnet sind, und
einer Mehrzahl von Heizgasbohrungen, die in einem äußeren oder inneren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung angeordnet sind.
Sauerstoffgas-Schneidbrenner sind zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierungen vorgesehen. Damit werden beispielsweise Blöcke und Brammen effektiv geschnitten. Dabei wird die aus einem Strahl von Sauerstoff und Schneidgas entzündete Flamme des Schneidgasbrenners auf die Oberfläche des zu schneidenden Metalls gelenkt. Das Metall wird dadurch auf dessen Zündtemperatur erhitzt, wobei ein Strahl von Schneidsauerstoff das erhitzte Metall oxidiert, um den Schnitt zu bewirken. Dabei fängt das Werkstück an zu brennen und bildet eine Fuge, die sich zu einem Schnitt verlängert, wenn der Strahl weiterläuft. Da dabei noch Wärme entsteht, wird dieses Schneidbrennen als autogen bezeichnet, d.h. es erfolgt eine weitere Vorheizung der nächsten Stahlschichten der zu schneidenden Stelle aus der Temperatur, die aus dem verbrennenden Stahl gewon¬ nen wird.
Es werden prinzipiell vormischende (premixed) oder nachmischende (postmixed) Düsen bzw. Brenner unter¬ schieden. Bei vormischenden Düsen werden Heizsauerstoff und Heizgas innerhalb des Brennerkopfes gemischt bevor es zum Zünden ausströmt. In einem nachmischenden
Schneidbrenner werden der Heizsauerstoff und das Heiz- gas aus dem Brenner in einem ungemischten Strom ausge¬ geben. Durch Turbulenzen werden die Ströme miteinander vermischt bevor eine Zündung erfolgt.
Aus der US 6,277,323 Bl und der CA 2,109,772 C ist eine sogenannte nachmischende Schneiddüse für eine Schneid¬ brenneinrichtung bekannt, bei der eine Mischung der Me¬ dien Heizsauerstoff, Heizgas und Schneidsauerstoff aus¬ schließlich am Austrittsbereich der Flamme erfolgt. Die Düse wird von einer Haltemutter umfasst, welche die Dü- se umgibt und mit dem Schneidbrenner verbunden wird. Die Düse weist eine axiale Bohrung zum Ausströmen von Schneidsauerstoff eines Schneidbrenners auf. Des Weite¬ ren ist eine Mehrzahl von Heizgasbohrungen vorgesehen, die in einem inneren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Düse ei¬ ne Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen, die in einem äußeren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung an¬ geordnet sind. Jeder der Bohrungen, nämlich die axiale Bohrung, die Heizgasbohrungen und die Heizsauerstoff¬ bohrungen, münden in Ausströmöffnungen an einem Aus¬ strömende, das in einen zylindrischen Freiraum inner¬ halb der Haltemutter übergeht, in welchem die Schneid¬ flamme gebildet wird.
Bei dieser Düse handelt es sich also um eine außenmi¬ schende - auch „postmixing" genannt" - Düse, d.h. es erfolgt keine Mischung der Medien innerhalb der Düse. Darüber hinaus ist die Düse wegen der zusätzlichen Hal¬ temutter mehrteilig ausgebildet, so das diese teuer und aufwändig herzustellen ist. Darüber hinaus können sich am Austrittsbereich der Flamme im zylindrischen Frei¬ raum innerhalb der Haltemutter Verunreinigungen, wie Staub- und Schmutzpartikel, ansammeln und in die Düse eindringen .
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Düse der eingangs genannten Art zu schaffen, die preiswert herstellbar ist und dabei weitgehend gegen Verunreinigungen ge¬ schützt wird und einen höheren Wirkungsgrad beim
Schneidbrennen von Werkstücken aus Stahl- und Eisenle¬ gierungen erzielt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
- dass zusätzlich zwei Gruppen von mehreren konzen¬ trisch angeordneten und in einem Winkel von je¬ weils etwa 45°, bezogen auf die axiale Bohrung, verlaufende schräge Bohrungen zum Zuführen von Heizgas bzw. atmosphärischer Außenluft vorgesehen sind, wobei
die schrägen Bohrungen zum Zuführen von zusätzli¬ chem Heizgas der ersten Gruppe von der Eintritt¬ seite des Düsenkörpers verlaufen und jeweils in einer der konzentrischen Heizsauerstoffbohrungen im Düsenkörper münden, und
die schrägen Bohrungen zum Zuführen von atmosphä¬ rischer Außenluft der zweiten Gruppe von der Au¬ ßenfläche des Düsenkörpers zum zylindrischen Frei räum der Düse verlaufen und in diesen münden.
Durch die schrägen Bohrungen der ersten Gruppe an der Eintrittseite der Düse wird durch die Sogwirkung in den Bohrungen für den Heizsauerstoff zusätzlich Heizgas an¬ gesaugt und mit dem Heizsauerstoff vermischt, um den Wirkungsgrad der Schneidflamme zu verbessern.
Durch die schrägen Bohrungen der zweiten Gruppe wird atmosphärische Außenluft infolge des Unterdruckes und der damit verbundenen Sogwirkung in den topfartigen zy¬ lindrischen Freiraum am Austrittsende der Düse gesaugt und bildet in diesem Bereich einen die Schneidflamme umgebenden LuftSchleier, durch den der Wirkungsgrad der Schneidflamme erhöht wird.
Bei den schrägen Bohrungen der ersten Gruppe erfolgt ein „nozzle-mixing", also eine Mischung des Heizsauer¬ stoff-Heizgas-Gemisches innerhalb des Düsenkörpers. Da bei werden in die Längsbohrungen Heizsauerstoff und über die schrägen Bohrungen Heizgas zugeführt. Diese beiden Medien mischen sich im Verlauf der Längsbohrun¬ gen, so dass ein Teil der Gesamtmenge der Gase vorge¬ mischt wird. Hingegen erfolgt bei den schrägen Bohrungen der zweiten Gruppe ein „postmixing" , d.h. ein Nachmischen des Schneidsauerstoff-Außenluft-Gemisches am Austrittsende der Düse. Im zylindrischen freien Raum erfolgt daher eine weitere Vermischung der Gase. Bei der erfindungs- gemäßen Düse wird somit auf zwei Arten der Schneidsau¬ erstoff gemischt.
Mit der zweiten Gruppe von schrägen Bohrungen wird ein Luftschleier um die Schneidflamme gelegt. Die Flamme entsteht aus Heizgas, Heizsauerstoff und Schneidsauer¬ stoff. Der Heizsauerstoff wird bereits zum Teil in der Düse mit zusätzlichem Heizgas durch die erste Gruppe von schrägen Bohrungen vorgemischt. Durch das vorbei¬ streifende Gas-Sauerstoff-Gemisch der Flamme wird im zylindrischen freien Raum weitere Umgebungsluft über die zweite Gruppe von schrägen Bohrungen angesaugt, die sich als Luftschleier um die Flamme legt. Dieser Luft¬ schleier sorgt dafür, dass die Düse zusätzlich noch ge¬ kühlt wird. Wegen des LuftSchleiers können keine Verun¬ reinigungen, wie Staub- und Schmutzpartikel in die Düse eindringen .
Weiterhin ist vorgesehen, dass die schrägen Bohrungen der zweiten Gruppe nahe dem Austrittsende der Düse in den zylindrischen Freiraum münden, um einerseits den Luftschleier um die Flamme zu legen und andererseits den Austrittsbereich des Düsenkörpers zu kühlen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Düsenkörper einstückig ausgebildet. Dadurch ist die Dü¬ se mit weniger Bauteilen und somit preiswerter her¬ stellbar .
Nach einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die axiale Bohrung an ihrem zum topfartigen zylindrischen Freiraum des Düsenkörpers gerichteten Endbereich sich konisch erweiternd ausgebildet. Der ko¬ nische Endbereich der axialen Bohrung ist vorgesehen, um die Geschwindigkeit des SchneidsauerstoffStrahles, die an dem vorangegangenen Engpass der axialen Bohrung entsteht, weiter zu erhöhen und einen glatten Strahl hoher Geschwindigkeit und Energie nach dem Prinzip der Lavalle-Düse zu erzeugen und die beim Verbrennen des zu schneidenden Metalls entstehende Schlacke wegzuschleu- dern.
Ferner ist vorgesehen, dass der Düsenkörper ein Außen¬ gewinde zum Verbinden mit einer Schneidbrennereinrich¬ tung aufweist. Dadurch kann eine Haltemutter, wie bei der Lösung gemäß dem Stand der Technik vorgesehen ist, eingespart werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbei- Spieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine eingangsseitige Stirnseitenansicht der erfindungsgemäß Düse, Fig. 2 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie
A - A gemäß Fig. 1 und,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie
B - B gemäß Fig. 1.
Die Düse 1 gemäß den Fig. 1 bis 3 besitzt einen Düsen¬ körper 2, der einstückig ausgebildet ist. Umfangsseitig ist der Düsenkörper 2 teilweise mit einem Sechskant 3 versehen, um diese mit einem geeigneten Werkzeug an ei- nem nicht dargestellten Schneidbrenner zu befestigen. Ein anderer Abschnitt des Außenumfanges des Düsenkör¬ pers 2 ist mit einem Außengewinde 4 versehen, um die Düse 1 mit einem Schneidbrenner zu verschrauben . Mittig des Düsenkörpers 2 ist eine axiale Bohrung 5 ausgebildet, die sich von der Eintrittsseite 6 bis zu einem topfartigen zylindrischen Freiraum 7 am Austritt¬ sende 8 des Düsenkörpers 2 erstreckt. Die axiale Boh¬ rung 5 besitzt an ihrem zum topfartigen zylindrischen Freiraum 7 gerichteten Endbereich eine konische Erwei¬ terung, mittels welcher der durch die axiale Bohrung 5 strömende Schneidsauerstoff in der Geschwindigkeit und damit seiner Energie beschleunigt wird. An diesem Ende der axialen Bohrung 5 bildet sich die Schneidflamme 10, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Gemäß Fig. 2 umfasst die Düse 1 eine Mehrzahl von Heiz¬ sauerstoffbohrungen 11, die sich parallel zur axialen Bohrung 5 von der Eintrittsseite 6 der Düse 1 bis zum topfartigen zylindrischen Freiraum 7 des Düsenkörpers 2 erstrecken. An der Eintrittseite 6 der Düse 1 ist eine Gruppe von mehreren konzentrisch angeordneten schrägen Bohrungen 12 ausgebildet, die in einem Winkel von etwa 45°, bezogen auf die axiale Bohrung 5, von der Ein¬ trittseite 6 jeweils in eine der Heizsauerstoffbohrun- gen 11 im Düsenkörper 2 münden. Über die schrägen Boh¬ rungen wird zusätzlich Heizgas durch die Sogwirkung des Heizsauerstoffes in die Heizsauerstoffbohrungen 11 zu¬ geführt. Dabei erfolgt eine Mischung des Heizsauerstof¬ fes mit dem zusätzlichen Heizgas im Inneren der Düse 1.
Gemäß Fig. 3 sind parallel zur axialen Bohrung 5 eine Mehrzahl von Heizgasbohrungen 13 ausgebildet, die in einem konzentrischen Innenring der Düse 1 angeordnet sind. Auch hier ist eine Gruppe von schrägen Bohrungen 14 vorgesehen, die von der Außenfläche des Düsenkörpers 2 zum zylindrischen Freiraum 7 der Düse 1 verlaufen und in diesen nahe dem Austrittsende 8 der Düse 1 münden. Hierdurch wird zusätzlich durch die Sogwirkung der Schneidflamme 10 atmosphärische Außenluft angesaugt und legt einen Luftschleier um die Schneidflamme 10 und vermischt sich gleichzeitig mit dem Schneidsauerstoff aus der axialen Bohrung 5 und den mit Heizgas vorge¬ mischten Heizsauerstoff. Liste der Bezugszeichen
1 Düse
2 Düsenkörper
3 Sechskant
4 Außengewinde
5 axiale Bohrung
6 Eintrittsseite
7 Freiraum
8 Austrittsende
9 konische Erweiterung
10 Schneidflamme
11 Heizsauerstoff ohrungen
12 schräge Bohrungen
13 Heizgasbohrungen
14 schräge Bohrungen

Claims

Ansprüche
Düse (1) zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierungen, aufweisend einen Düsenkörper (2) mit,
- einer axialen Bohrung (5) zum Ausströmen von Schneidsauerstoff und einen topfartigen zy¬ lindrischen Freiraum (7) am die Schneidflamme
(10) bildenden Austrittsende (8) der Düse (1) ,
einer Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen
(11) , die in einem inneren oder äußeren kon¬ zentrischen Kreis um die axiale Bohrung (5) angeordnet sind, und
einer Mehrzahl von Heizgasbohrungen (13), die in einem äußeren oder inneren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung (5) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zusätzlich zwei Gruppen von mehreren
konzentrisch angeordneten und in einem Winkel von jeweils etwa 45°, bezogen auf die axiale Bohrung (5) , verlaufende schräge Bohrungen (12,14) zum Zuführen von Heizgas bzw. atmo¬ sphärischer Außenluft vorgesehen sind, wobei die schrägen Bohrungen (12) zum Zuführen von zusätzlichem Heizgas der ersten Gruppe von der Eintrittseite (6) des Düsenkörpers (2) verlaufen und jeweils in einer der konzentri¬ schen Heizsauerstoffbohrungen (11) im Düsen¬ körper (2) münden, und die schrägen Bohrungen (14) zum Zuführen von atmosphärischer Außenluft der zweiten Gruppe von der Außenfläche des Düsenkörpers (2) zum zylindrischen Freiraum (7) der Düse (1) ver- laufen und in diesen münden.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Bohrungen (14) der zweiten Gruppe na¬ he dem Austrittsende (8) der Düse (1) in den zy- lindrischen Freiraum (7) münden.
3. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) einstückig ausgebildet ist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bohrung (5) an ihrem zum topfartigen zylindrischen Freiraum (7) des Düsenkörpers (2) gerichteten Endbereich sich konisch erweiternd ausgebildet ist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) ein Außengewinde (4) zum Ver¬ binden mit einer Schneidbrennereinrichtung auf¬ weist.
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