СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ МАССИВНОГО ЧУГУННОГО МОНОЛИТА
METHOD OF DESTRUCTING SOLID IRON BLOCKS

Изобретение относится к экономичным способам разрушения массивных чугунных монолитов, в том числе отработанных чугунных прокатных валков и может быть использовано в копровых цехах металлургических комбинатов и на предприятиях переработки металлолома.
Известен способ разрушения крупногабаритных отходов металлургического производства, в том числе валков мощных прокатных станов (RU №2042098, МПК 6 F27D 3/15, С22В 1/248, опубл. 1993). Этот способ включает формирование шпура в объекте разрушения, закладку в него взрывчатого вещества, инициирование взрыва, при этом шпур формируют кумулятивной струей, образующейся при взрыве кумулятивного заряда, а кумулятивный заряд направляют в зону центра масс разрушаемого объекта.
Этот способ эффективен, т.к. при кумулятивном взрыве происходит формирование шпура диаметром 60-100 мм и длиной 700-1400 мм. Однако данный способ требует специального оборудования и взрывчатых веществ, а также повышенных мер безопасности.
Известен наиболее близкий к заявленному изобретению способ термической кислородно-копьевой резки металлов (RU №2330748, МПК В23K 7/08, опубл. 2006). В этом способе после создания первоначального очага жидкого расплавления и сгорания, рабочую часть копья охлаждают до минимально возможной скорости ее сгорания посредством подачи высокоэнергетичной копьевой струи с повышенными значениями массопереноса кислорода и посредством установки торца рабочей части копья с зазором относительно поверхности металла, при этом интенсификация процесса разделки обеспечивается за счет более полного и более интенсивного сгорания разрезаемого металла, которое происходит в результате внутриполостной турбулентности высокоэнергетичной копьевой струи.
Данное изобретение применимо только для разделки крупногабаритных стальных массивов, т.к. поступление тепла в зону резания происходит в основном за счет сгорания разрезаемого стального материала.
Технический результат изобретения - расширение арсенала технических средств и технологических приемов разрушения чугунных монолитов.
Технический результат достигается тем, что производят забуривание шпура посредством термической кислородно-копьевой резки с постепенным продвижением кислородного копья внутрь монолита, а при достижении необходимой глубины шпура прекращают дальнейшее продвижение кислородного копья внутрь монолита и продолжают непрерывный подвод тепловой энергии через образовавшийся шпур с интенсивным прогреванием внутренней части монолита без его расплавления до его растрескивания за счет сгорания материала кислородного копья.
В качестве монолита для разрушения использован отработанный чугунный прокатный валок, при этом забуривание шпура производят в диаметральном направлении до продольной оси валка. В качестве копья термической кислородно-копьевой резки используют трубку, в полости которой расположены дополнительные стержни для горения, дополнительный стержень располагают по всей длине трубки и выполняют его в виде скрутки из нескольких проволок круглого сечения. Для забуривания шпура использовано кислородное копье без дополнительного стержня внутри трубки, а для интенсивного прогревания внутренней части монолита используют второе кислородное копье с дополнительным стержнем внутри трубки. При разрушении отработанного чугунного валка интенсивное прогревание может быть осуществлено только в одной из половин поперечного сечения валка, при этом забуривание шпура производят таким образом, чтобы точечное горение копья в шпуре происходило в точке шпура, равноудаленной от границ выбранной для прогревания половины поперечного сечения валка.
На фиг.1 изображена схема осуществления основного варианта способа с центральным прогреванием в поперечном сечении монолитного прокатного валка; на фиг.2 - вид А, на фиг.3 - конструкция кислородного копья с внутренней вставкой, профильный разрез; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - схема осуществления дополнительного варианта способа с периферийным прогреванием прокатного валка, поперечное сечение.
Способ разрушения массивного чугунного монолита осуществляется следующим образом (фиг.1-5).
Вначале (фиг.1, 2) посредством сгорающего кислородного копья 1 термической кислородно-копьевой резки в массивном чугунном монолите (например, в чугунном прокатном валке 2 забуривают шпур 3, постепенно продвигая сгорающее кислородное копье 1 внутрь валка 2 (например, в диаметральном направлении 4 до продольной оси 5 валка 2), с выдуванием образующихся шлаков избыточным кислородом копья 1.
По достижении необходимой глубины шпура 3 (например, до продольной оси 5 валка 2 или глубже) прекращают дальнейшее продвижение копья 1 внутрь монолитного валка 2. При этом может быть продолжена работа копья 1 по его прямому назначению - выдуванию в конце шпура 3 каплевидной полости 6, размеры которой больше диаметра шпура и которая может быть полезной для дальнейшего продолжения процесса увеличения неравномерных термических напряжений внутри валка 2 (т.е. с целью интенсивного нагревания без расплавления сформированных стенок шпура).
По окончании формирования шпура 3 (при этом шпур 3 может быть углублен дальше расположения каплевидной полости 6, например, для улучшения условий прогревания валка 2, (такой удлиненный шпур на чертежах, фиг.1,2, не показан, но забуривание шпура 3 до сквозного отверстия, т.е. «на выходе», нежелательно из-за больших потерь тепла через сквозное отверстие), необходимо интенсифицировать процесс нагревания всех образовавшихся внутри валка 2 стенок и дна шпура 3, т.к. чем быстрее они будут нагреваться до максимально возможной температуры (в оптимальном режиме без оплавления стенок и дна), тем полнее будут использоваться возможности теплопередачи в глубину материала валка 2 по всем направлениям 7, 8, 9, 10, 11 в диаметральной плоскости валка 2 (фиг.1) и по всем направлениям 12, 13, 14, 15, 16 множества профильных плоскостей валка 2, проходящих через продольную ось 5 валка 2 (фиг.2), тем больше будут перепады температур в материале валка 2 и тем большая неравномерность термических напряжений возникнет в массиве материала валка 2 (что и может привести к разрушению валка 2, например, к появлению трещины 17 на поверхности 18 валка 2).
Поэтому необходимо продолжать непрерывный интенсивный подвод тепловой энергии через образовавшийся шпур 3, но уже без плавления материала валка 2, как при забуривании шпура 3. В рассматриваемом способе продолжают подводить ту же экзотермическую тепловую энергию сгорания железа копья 1 в кислороде, но при этом узконаправленное факельно-огнеструйное выделение тепла в струе избыточного кислорода копьевой резки преобразуют посредством исключения подачи избыточного кислорода в точечное выделение тепла, т.е. копьевой факел горения преобразуют в точечное горение железа копья 1 при безызбыточной подаче кислорода (например, при уменьшенном давлении кислорода или при уменьшенном проходном сечении копья 1).
Безызбыточная подача кислорода внутрь шпура с поддержанием интенсивного горения железа возможна, потому что, во-первых, вся полость шпура 3 постоянно заполняется наступающим из копья 1 кислородом, во-вторых, все продукты сгорания вытесняются слабым давлением поступающего кислорода и успевают отдать большую часть тепла стенкам шпура 3 и, в-третьих, внутри шпура 3 постоянно поддерживается первоначальная высокая температура, необходимая для интенсивного окисления (горения) железа копья 1.
При вышеописанном прекращении дальнейшего продвижения копья по окончании формирования шпура 3, преобразовании огнеструйного горения копья в точечное горение копья и, особенно, при возникающей целесообразности интенсификации точечного горения копья, - наличие в шпуре 3 каплевидной полости 6 может предотвратить оплавление стенок и дна шпура 3 и их шлакование продуктами сгорания копья с уменьшением коэффициента теплопередачи в материал валка 2 (особенно при оптимальном расположении копья в центре каплевидной полости 6 и при размерах этой полости, превышающей диаметр шпура 3 в несколько раз, например, в 2-3 раза).
Тем не менее, для дальнейшей интенсификации горения копья внутри полости 6 желательно увеличить количество сгорающего в ней железа. Этого увеличения достигают, например, введением в трубку копья 1 дополнительного материала для экзотермического горения с соответствующим увеличением подачи кислорода для горения дополнительного материала. При этом желательно увеличить общую площадь поверхностей реагирования дополнительного материала с кислородом, поступающим по копью 1, и, по возможности, увеличить сопротивление течению потока кислорода в трубке копья 1 (особенно с целью быстрого нагревания дополнительного железа для его быстрейшего воспламенения и точечного сгорания копья для исключения поступления избыточного кислорода, например, при оптимальном давлении кислорода копьевой резки, чтобы не использовать интуитивное регулирование давления поступающего кислорода). Этих двух целей можно легко добиться, например, регламентированием основных технических характеристик копья 1 с внутренней вставкой из дополнительного железосодержащего материала для каждого из значений давления кислорода, используемых в кислородно-копьевой резке.
Например, на фиг.3, 4 показана конструкция копья 19 с внутренней вставкой 20, в которой большую часть поперечного проходного сечения трубки 21 заполняют дополнительным материалом внутренней вставки 20, а в свободную меньшую часть 22 поперечного проходного сечения трубки 21 подают кислород оптимального давления, используемого для кислородно-копьевой резки. Такая конструкция копья 19 удовлетворяет обеим вышеуказанным целям, так как вставку 2 располагают по всей длине трубки 21 и выполняют ее в виде скрутки из нескольких проволок 23 круглого сечения. Наиболее точную по диаметру вставку 20 (чтобы подавать строго определенное количество кислорода по меньшей части 22 поперечного сечения трубки 21) удобно выполнять в виде скрутки из 7 круглых проволок, как показано на фиг.3, 4.
Однако могут быть выполнены и другие варианты копья 19. Например, скрутка внутренней вставки 20 в трубку 21 может быть выполнена из меньшего или большего числа проволок 23, причем необязательно круглого сечения, а, например, прямоугольного сечения. При этом можно добиться значительного увеличения сопротивления течению потока кислорода (в том числе, например, уменьшением зазора 24 между вставкой 20 и трубкой 21, наличием множества ребристых сужений 25 и ребристых расширений 26 скрученной вставки 20, закручивающих струи кислорода при его течении внутри трубки 21).
Возможности предлагаемого способа разрушения массивных чугунных монолитов могут быть значительно расширены, например, некоторыми ниже описываемыми технологическими приемами, которые можно применить в дополнительной технологии.
Например, для удобства работы могут использоваться два разных копья (чтобы исключить случайные факторы в работе), например, для забуривания шпура 3 используют кислородное копье без дополнительного материала внутри трубки, а для интенсивного прогревания внутренней части монолита используют второе кислородное копье с дополнительным материалом внутри трубки, с вышеописанными регламентированными характеристиками, гарантирующими высокое качество работы и высокую эффективность.
Следует указать, что на фиг.1, 2 показан вариант бурения шпуров 3 наклонно вниз. Однако шпур может быть пробурен как горизонтально, так и наклонно вверх (на чертежах не показано), например, для улучшения условий выдувания каплевидной полости 6 и удаления шлаков.
Как при отсутствии видимых признаков разрушения монолита, так и при наличии трещин после интенсивного прогревания внутренней части монолита его могут разбивать мощным ударом, например копровой разбивкой.
При больших размерах монолитов, а также при их различных физико-химических и механических характеристиках выгодными могут быть другие точки забуривания шпуров (т.е. не в центр тяжести монолита, как в вышеописанном варианте выполнения способа разрушения по фиг.1, 2).
Например, очень эффективным может быть интенсивное прогревание (фиг.5) не от центра 27 массивного валка 28 по направлениям ко всем периферийным участкам 29, 30, 31, 32 валка 28 (как в вышеописанном основном варианте), а только, например, верхней половины сечения валка (заштрихованный на фиг.5). В этом случае шпур 33 пробуривают в валке 28 таким образом, чтобы центр 34 каплевидной полости 35 был примерно равноудален от границ выбранного участка сечения валка (т.е. от границ верхней половины сечения валка 28). При этом шпур 33 может быть углублен дальше каплевидной полости 35 продолжающимся участком 36 шпура 33 (с целью улучшения условий быстрого прогревания всей верхней половины сечения валка 28). При этом суммарные неравномерные термические напряжения и, как следствие, их суммарные разрывающие усилия в прогретой верхней половине сечения валка 28 будут иметь не только большие значения, но и большое плечо действия по отношению к нижней (незаштрихованной на фиг.5) половине сечения валка 28 и особенно по отношению к ее периферийному участку 31, оставшемуся в холодном состоянии. Поэтому именно из-за большого плеча действия усилий в верхней половине сечения валка 28 относительно нижней половины сечения валка 28 наиболее вероятно появление скрытых микроскопических или открытых трещин в нижней половине сечения от центра 27 валка 28 до его периферийного участка 31. При этом, как и в вышеописанном варианте осуществления способа, направление шпура 33 может быть не только наклонно вверх, как на фиг.5, но и в любом удобном для работы положении, например, наклонно вниз, вертикально вниз, горизонтально и т.д. (на чертежах не показано).
Технико-экономические преимущества способа разрушения массивного чугунного монолита - уменьшение затрат и экономичное использование тепла экзотермических реакций.