Torch for thermochemical separation and/or desurfacing steel work-pieces

Abstract: 1. A burner for the thermochemical separation or desurfacing of thick steel workpieces of a thickness of from 150 to 600 mm by means of an oxygen lance, the burner mainly comprising a nozzle holder (3) and a nozzle (1) formed with a cutting oxygen entry bore (13), a nozzle bore (11) and a cutting oxygen exit bore (12), characterised in that the nozzle bore (11) is shaped cylindrically over its length of between 0.5 and 10 mm and has a diameter of from 1.5 to 3.6 mm and the transition (14) from the oxygen entry bore (13) to the nozzle bore (11) is sharp-edged.

Description: Brenner zum thermochemischen Brennen und/oder Abhobeln von Werkstücken aus Stahl Die Erfindung betrifft einen Brenner zum thermischen Trennen und/oder Abhobeln von Werkstücken aus Stahl mit einem Sauerstoffstrahl, wobei der Brenner im wesentlichen aus einem Düsenteil und einem Halteteil besteht. Es sind viele Arten derartiger Brenner bekannt, die für die verschiedensten Arbeiten, z.B. Trennen dünnerer, dickerer oder dickster Werkstücke aus Stahl oder zum Hobeln schmaler Fugen bis hin zu breitesten Flächen an Werkstücken aus Stahl eingesetzt werden. Beim thermochemischen Trennen und Abhobeln von Werkstücken aus Stahl hat das Bestreben, eine immer grössere Leistungsfähigkeit zu erreichen, d.h. grössere Flämmgeschwindigkeiten, grössere Flämmbreite, grössere Flämmtiefe, grössere Schneidgeschwindigkeiten und grössere Schneiddicken, zu erzielen, zu einer Vielzahl von Brennerentwicklungen geführt, wobei auch Fragen eines möglichst geringen Gasverbrauchs sowie geringe Schnittfugenbreiten und Probleme der Sicherheit, Umwelfreundlichkeit, z.B. in Bezug auf Geräuschentwicklung und wenig schädliche Abgase, sowie eine lange Lebensdauer der Düsen und günstige Wartung eine Rolle spielten. Insbesondere die erzielten Schneidgeschwindigkeiten können nicht als befriedigend angesehen werden, denn bei ausreichender Erhitzung des Reaktionsortes durch die Brennerheizung und die beim Schneiden entstehenden exo- therme Wärmeentwicklung erreichen die Schneidgeschwindigkeiten trotz grösster Sauerstoffreinheit nur einen Bruchteil der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit. Das rührt daher, dass die sich jeweils bildende Eisenoxydhaut über dem reaktionsfähigen Eisen erst durch die kinetische Energie des Schneidsauerstoffstrahles immer entfernt werden muss. Hinsichtlich der kinetischen Energie des Schneid sauerstoffstrahlsi gewonnen aus der Uinsetzung des Drucks des zugeführten Sauerstoffs, ergeben sich jedoch Beschränkungen durch Reibungs- und Stossverluste bei der Düsenverengung bzw. Düsenerweiterung und durch ungenügende Strahlausbildung. Es ist bekannt, im Starkschneidbereich relativ lange Düsen mit verengenden und/oder erweiternden konischen Führungen bei relativ niedrigen Drücken von 5 bis 8 bar am Düseneingang einzusetzen. Für höhere Drücke und Leistungen werden teure Brenner mit Düsen von grösserem Düsendurchmesser eingesetzt, weil man auf diese Weise Druckverluste vermeiden wollte. Ein anderer bekannter Weg besteht in der Anwendung von Lavaldüsenformen oder angenäherten Ausführungen, die mit einigem Erfolg bei dünnem Material eingesetzt werden. Abgesehen von dem fertigungstechnischen Aufwand von Laval-Düsen sind diese in Bezug auf ihre Effektivität sehr empfindlich bei Druckschwankungen. Da die bisherigen Druck-, Geschwindigkeitsund Abmessungsbereiche um die fliessende Grenze zwischen laminarer und turbulenter Strömung lagen und gewisse Arbeitsschwankungen sich überlagern, waren klare konstruktive Voraussetzungen für einfache und wirkungsvolle Düsen nicht gegeben. Das führte dazu, dass man teilweise in Niederdruckbereiche von 2 bis 6 bar auswich, um in den dabei vorhandenen laminaren Bereichen mit grösseren Düsenbohrungen bei mässigen Geschwindigkeiten zur Erzielung guter und gleichmässiger Schnitte zu kommen. Ein weiteres Problem stellt die Ausbildung der Schnittfuge dar. Durch eine zu grosse Schnittfugenbreite geht sehr viel Material verloren, wodurch auch die Bartausbildung verstärkt wird und sich dadurch der Aufwand für die Nacharbeit erhöht. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner verfügbar zu machen, der bei einer Unempfind lichkeit gegenüber Druckschwankungen sich durch eine ein fache, kostengünstige Bauart mit einer hohen Standzeit auszeichnet und bei einer maximalen Arbeitsgeschwindigkeit die Ausbildung dünner Schnittfugen ermöglicht. Auf diese Weise sollen möglichst kleine Bärte entstehen bei schar fen Kanten und wenig Perlen auf der Oberseite, so dass ein geringer Nacharbeitsaufwand erforderlich ist. Erfindungsgemäss wird das bei einem Brenner zum thermochemischen Brennen und Abhobeln von dicken Werkstük ken aus Stahl, vorzugsweise zwischen 51 bis 600 mm, mit einem Sauerstoffstrahl, wobei der Brenner im wesentlichen aus einem Düsen- und einem Halteteil besteht, dadurch er reicht, dass der Düsenteil eine eindeutig zylindrisch ge formte Düsenbohrung fürden Schneidsauerstoffstrahl mit einer geringen, nicht grösser als 10 mm bis gegen 0 gehen den Länge, vorzugsweise zwischen 0,5 bis 5 mm, und mit einem vergleichsweise geringen Durchmesser, gleich oder kleiner 4 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 bis 3,6 mm,aufweist. Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass auf der Ausgangsseite der Bohrung eine zylindrische Austrittsbohrung zur Strahlausbildung vorgesehen ist, die eine geringfügige Erweiterung gegenüber der Düsenbohrung darstellt. Eine zweckmässige Ausbildung besteht auch darin, dass die Austrittsbohrung sich zur Austrittsseite hin konisch erweitert, wobei die konische Erweiterung zwischen 5 und 10", vorzugsweise bei 7 , liegt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausgestaltung des Übergangs von der Eintrittsbohrung zur Düsenbohrung eine geringe Auslaufstrecke zur Strahlausbildung in der Düsen bohrung über den gesamten Querschnitt erforderlich macht unter Inkaufnahme eines höheren Stossverlustes. Der Übergang von Einlaufbohrung zu Düsenbohrung kann aus einer scharfkantigen Ecke am Beginn der Auslaufstrecke bestehen,oder es ist unter Berücksichtigung der Abhängigkeit von Druck, Düsenbohrungsdurchmesser und Dü- senbohrungslänge eine leichte Abrundung der Ecke zur Vermeidung eines maximalen Stossvertustes vorgesehen. Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der Konus der Austrittsbohrung direkt an den Boden der einen grösseren Durchmesser aufweisenden Eintrittsbohrung ansetzt. Dabei ist zweckmässig vorgesehen, dass die Eintrittsbohrung in Richtung auf die Austrittsbohrung bzw. die Düsenbohrung sich kurz vor dem Eintritt in diese konisch verjüngt. Weitere Einzelheiten der Erfindung und insbesondere vorteilhafte Abmessungen sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Brenner mit einem herkömmlichen Halteteil, in dem ein Düsenteil gemäss der Erfindung sitzt; Fig. 2 eine Kurzdüsenform in schematischer Dar stellung; Fig 3 eine abgewandelte Kurzdüsenform in schema tischer Darstellung, Fig. 4 eine an die Kurzdüsenform angepasste Lang düse und Fig. 5 eine Weiterbildung der Erfindung, bei der Düsenteil und Halteteil zu einer Brenner einheit integriert sind. In Fig. 1 ist ein Brenner dargestellt, bei dem eine Düse 1 mittels einer Düsenschraube 2 an einen Düsenhalter 3 befestigt ist. In die Düsenaufnahme 4 sind ein Schaftrohr 5 sowie ein Heizgaszuführungsrohr 6, ein Heizsauerstoffzuführungsrohr 7 und ein Schneidsauerstoffzuführungsrohr 8 eingelötet. Von Ringkanälen 9, die zwischen dem Düsenhalter 3 bzw. 4 und der Düse 2 ausgebildet sind, führen Heizgemischbohrungen 10 zum Düsenaustritt und um geben eine Schneidsauerstoffdüsenbohrung 11 mit ihrer Schneidsauerstoff-Austrittsbohrung 12. Der Schneidsauerstoff gelangt in die Düsenbohrung 11 vom Schaftrohr 8 über eine Schneidsauerstoff-Eintrittsbohrung 13. Gemäss der vorliegenden Erfindung wurde die Länge 1D der Düsenbohrung 11 wesentlich verkürzt und gleichzeitig der Durchmesser dA der Austrittsbohrung 12 wesentlich vergrössert. Auf diese Art und Weise konnte der Druckverlust in der Düsenbohrung stark herabgesetzt werden, was wiederum nur möglich war, wenn der Übergang 14 von der Eintrittsbohrung 13 der Düsenbohrung 11 so ausgebildet war, dass nur eine geringe Auslaufstrecke in der Düsenbohrung 11 erforderlich wurde. Der Übergang 14 von der Einlauf bohrung 13 zur Düsenbohrung 11 besteht aus einer scharfkantigen Ecke 14 und kann unter Berücksichtigung der Abhängigkeit von Druck, Düsenbohrungsdurchmesser dD und Düsenbohrungslänge 1D eine leichte Abrundung der Ecke 14 zur Vermeidung eines maximalen Stossverlustes erfahren. Auf diese Weise ist es möglich, unter Vermeidung eines grossen Druckverlustes einen Schneidstrahl mit dem gewünschten geringen Durchmesser zu erhalten, der erforderlich ist, um optimale Wärmeableitbedingungen zu ge währleisten. Bei einer Kurzdüsenform, wie sie aus den Fig.1 und 2 zu entnehmen ist, wurde bei einer'Düsenboh- rung 11 mit dem Durchmesser dD von 3 mm und einer Gesamtdüsenlänge L, wobei die Austrittsbohrung über eine Länge 1A von 10 mm auf einen Durchmesser dA von 4 mm aufgebohrt war, eine Druckerhöhung auf 10 bar ermöglicht,und bei einem nachfolgenden Schneidversuch wurden 220mm/min bei annehmbarer Schnittqualität erreicht. Eine Vergrösserung des Durchmessers dD der Düsenbohrung 11 auf 4 mm ergab eine Schnittgeschwindigkeit von 260 mm/min bei annehmbarer Qualität und guter Strahlform bei 12 bar. Mit einem Aufbohren des Durchmessers dA der Austrittsbohrung 12 auf 5 mm von der Austrittsseite her über eine Länge 1A von 15 mm erlaubte eine Druckerhöhung auf 14 bar bei einer Schneidgeschwindigkeitserhöhung auf 290 mm/min bei guter Schnittqualität. Ganz allgemein wurde gefunden, dass die zylindrisch geformte Düsenbohrung 11 für den Schneidsauerstoffstrahl mit einer geringen, nicht grösser als 10 mm bis gegen 0 gehenden Länge zu versehen ist, wobei vorzugsweise eine Länge von 0,5 bis 5 mm einzuhalten ist. Dabei ist ein vergleichsweise geringer Durchmesser von 4 mm oder weniger vorzusehen, wobei 1,5 mm bis 3,6 mm als Vorzugsbereich anzusehen sind. Die sich auslaufseitig anschliessende Austrittsbohrung sollte einen abschliessenden Austrittsdurchmesser von 6 mm oder weniger, vorzugsweise 3 bis 5,4 mm, aufweisen. Gute Ergebnisse wurden mit einer Düse erzielt, deren Düsenbohrungsdurchmesser 1,8 mm betrug bei einem Austrittsdurchmesser von 3,3 mm und einer weiteren Düse mit einem Düsenbohrungsdurchmesser von 2,8 mm und einem Austrittsdurchmesser von 4,8 mm. Weitere vorteilhafte Bemassungen sind im Kennzeichen der Unteransprüche 15, 16, 17 und 18 angegeben. Wie im einzelnen aus Fig. 2 näher zu entnehmen istr sind die Bohrungen zylindrisch, abgesehen von Fasen, Kantenabrundungen, Bohrerwinkeln und Dichtungsflächen. So tritt ein Kegelwinkel etwa pA durch das Glättwerkzeug zwischen Austrittsbohrung 12 und Düsenbohrung 11 auf und ein Bohrerwinkel bzw. Fase pE am Übergang von Eintrittsbohrung zur Düsenbohrung. Diese geringen Abweichungen von den grundsätzlich glatten zylindrisch ausgestalteten Düsenbohrungen bzw. Austrittsbohrungen sind als nicht wesentlich anzusehen und weitgehend durch die Fertigung bedingt. Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, kann die Austrittsbohrung eine geringe konische Erweiterung "tA aufweisen. Wie Fig. 3 zeigt, lässt der Konus der Austrittsbohrung 12 nur eine geringe Länge der Düsenbohrung 11 übrig, wobei die Eintrittsbohrung 13 sich bei 15 konisch verjüngt. Es ist auch möglich, dass der Konus der Austrittsbohrung 11 direkt an den Boden der einen grösseren Durchmesser aufweisenden Eintrittsbohrung 13 ansetzt oder die Düsenbohrung 11 eine etwas grössere Länge aufweist,als es in Fig. 3 dargestellt ist. Die in Fig. 3 dargestellte Düse setzt sich praktisch aus dem Zylinder und Kegelstumpf der Eingangsbohrung 13, der kurzen Zylinderbohrung 11 und dem umgekehrten Kegelstumpf der Austrittsbohrung 12 zusammen. Die Herstellung erfordert drei Arbeitsgänge: Entweder wird zunächst erstens die zylindrische Bohrung dD hergestellt, zweitens die Eintrittsbohrung dE aufgebohrt und drittens die Austrittsbohrung dA aufgebohrt und der Konus aufgerieben, oder es wird erstens die Eingangsbohrung dE hergestellt, zweitens die Düsenbohrung dD anschliessend aufgebohrt und drittens der Konus dA vorzugsweise zwischen 6 und 8" aufgerieben. Die Länge des Austrittskonus mit Durchmesser hängt im einzelnen von den Druck- und Mengenverhältnissen ab. Es wurde festgestellt, dass das Verhältnis von Düsendurchmesser und Düsenaustrittskante vorzugsweise im Bereich von 0,5 eis 0,8 liegt, bzw. es ergaben sich günstige Werte bei einem Verhältnis der Querschnitte von Düsenbohrung zu Düsenaustrittsquerschnitt im Bereich von 0,3 bis 0,35. Mit derartigen Düsen konnte bei einem Sauerstoffarbeitsdruck von 16 bis 20 bzw. 7 bis 7 bar eine Schneidgeschwindigkeit von 180 bis 210 bzw. 150 bis 250 mm/min erzielt werden, wobei sich eine Schnittfuge von nicht mehr als 6 bis 7 mm bzw. 6,5 bis 9 mm ergab. Bei diesen Düsen war die Länge der Düsenbohrung 3,25 bzw. 0,65 mm bei einem Bohrungsdurchmesser von 1,8 bzw. 2,6mm. Fig. 4 zeigt die Anpassung der Kurzdüsenform an eine Langdüse. Der Durchmesser d der Eintrittsbohrung 13 ist wesentlich grösser als der Durchmesser dD der Düsenbohrung 11. Auf diese Weise wird durch die Eintrittsbohrung 13 praktisch kein Druckverlust erzielt. In Fig. 5 ist eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt. An die Düse 22 ist ein äusseres Schaftrohr 23 und ein inneres Schaftrohr 24 angelötet. Die vom inneren Schaftrohr 24 umgebene Kammer 25 ist mit einem Sauer stoffzuführstutzen 26 versehen, während der Zwischenraum 27, der vom konzentrisch im Abstand voneinander angeordneten äusseren Schaftrohr 23 und innerem Schaftrohr 24 gebildet wird, mit einem Gaszufuhrstutzen 28 versehen ist. Vom Zwischenraum 27 führen zu den Heizgasbohrungen 29 Verbindungskanäle 30, und die Heizgasbohrungen 29 sind ausserdem durch Verbindungskanäle 31 mit der Sauerstoffkammer 25 verbunden, so dass den Bohrungen 29 ein Gemisch von Heizgas und Heizsauerstoff zugeführt wird. Von der Sauerstoffkammer 25 verläuft entsprechend den bisher geschilderten Düsenformen eine Schneidsauerstoff-Düsenboh- rung 32 ab, die in die Schneidsauerstoff-Austrittsbohrung 33 einmündet. Auf diese Weise ist ein Brenner verfügbar gemacht, der aus einem einheitlichen Düsenteil mit integriertem Halteteil mit Anschlüssen besteht. Die Erfindung kann auch sinnvoll bei Düsen Anwendung finden, die direkt eingeschraubt werden. Der kürzer gestaltete Düsenteil ist dazu mit einem zum Einschrauben im Halteteil unterhalb des dichtenden Kopfes mit einem Gewinde und am Fuss in Austrittsnähe mit Schlüsselflächen versehen. In einer Weiterbildung, was im einzelnen in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, kann der mit Gewwinde versehene Düsenteil oder eine Düsenschraube mit angearbeiteter Führung zum sicheren Ansetzen und damit leichterem Einschrauben versehen sein, wobei das anfäng licne Muttergewinde in zwei Bereichen am Umfang unterbrochen ist und das Schraubengewinde am Düsenteil scharf abgesetzt beginnt. Um etwaige Zusammenstecicstellung vor dem Verschraubep anzuzeigen, können Markierungen am Düsenteil und Halteteil vorgesehen sein.

Claims: A burner for the thermochemical separation or planing of thick workpieces of steel having a thickness between 150 and 600 mm, with a cutting oxygen jet, the burner consisting basically of a nozzle (1) having a cutting oxygen entry bore (13), a nozzle bore (11), and a cutting oxygen exit bore (12), and a nozzle holder (3), characterised in that in order to achieve a shock loss the transition (14) from the cutting oxygen entry bore (13) to the nozzle bore (11) is constructed as a sharp-edged shoulder, in that in order to reduce the subsequent friction loss the diameter (d D ) of the nozzle bore (11) is constant over a short length (l D ), in that the adjoining nozzle outlet (12) appreciably increases, in that the following dimensioning is provided: the total length (L) of the nozzle (1) from the nozzle bore (11) and cutting oxygen exit bore has the dimensions: L = 24 - 30 mm in the case of a nozzle bore diameter (d D ) ≦ 3 mm, L = 28 - 40 mm for a nozzle bore diameter (d D ) ≦ 4 mm, wherein the exit length (l A ) in the case of a nozzle bore d D ≦ 3 mm is 8 - 18 mm and in the case of a nozzle bore d D ≦ 4 mm is 12 - 24 mm and in that the nozzle bore is of cylindrical shape over its length between 0.5 and 10 mm and is provided with a diameter of between 1.5 and 3.6 mm. A burner according to claim 1, characterised in that the widening is conical and is between 5 and 10°, preferably 7°. A burner according to claim 1 or 2, characterised in that the sharp-edged transition (14) is disposed at the start of the nozzle bore (11). A burner according to claim 3, characterised in that the transition (14) has a slight radiusing. A burner according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the nozzle (1) has a lengthened entry bore (13) of a diameter which is much larger than the nozzle bore (11). A burner according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the screwthreaded nozzle (1, 22) is screwed into the correspondingly screwthreaded holder part and is thus replaceable. A burner according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the nozzle (1) for screwing into the holder part (3) is screwthreaded beneath the sealing head and has key surfaces at the base near the exit.

Inventors: HENNECKE FRANZ, HENNECKE, FRANZ
Applicants: AUTE AUTOGENE TECH, AUTE AG GESELLSCHAFT FUER AUTOGENE TECHNIK
Application year: 1982
Main classification: F23D14
IPC codes: F23D14