HU176173B - Process and apparatus for thermochemical shelling - Google Patents

Description

A termokémiai hántolás általában három fázisban történik. Ezek a fázisok a következők:

1. A munkadarab befogása a hántoló egységbe.

2. előmelegítés, amelynek során a munkadarab felületén fémolvadékot hozunk létre és

3. a termokémiai hántolás vagy oxigén gyalulás elvégzése oly módon, hogy hántoló oxigénsugarat bocsátunk a munkadarab felületére és viszonylagos elmozdulást hozunk létre a munkadarab és a hántoló egység vagy hántoló egységek között.

A jelen találmány az ismertetett technológiai lépések közül a másodikra, nevezetesen a munkadarab előmelegítésére, illetve a fémolvadék létrehozására vonatkozik.

A munkadarabok előmelegítésével számos korábbi szabadalom foglalkozik. Ezekben különböző eljárásokat ismertetnek a termokémiai hántolás elvégzéséhez szükséges előmelegítés lefolytatására. A 2 267 405 sz. USA szabadalom például olyan eljárásra vonatkozik, amelyben oxigénből és éghető gázból kevert gázsugárral végzik ez előmelegítést. A kétféle gáz keverése a fúvókában történik és a begyújtás akkor következik, amikor a gázkeverék elhagyja a fúvókát. Ezt a megoldást általában előkeverésnek nevezik. Alapvető hátránya, hogy a kiáramló gázkeverék robbanásveszélyes és hajlamos visszagyúj tásra, azaz a fúvókán belül történő belobbanásra. Ez a belobbanás, illetve esetleges robbanás nem csupán a fúvókat teheti tönkre, hanem a kezelő személyzetet is veszélyezteti.

A 2 356 197 sz. USA szabadalmi leírás olyan megoldást ismertet, amely szerint az oxigént és az éghető gázt közvetlenül a fúvókából történő kiáramlás előtt keverik csak össze. Jóllehet ez a megoldás biztonságosabb, mint a fentiekben ismertetett módszer, az így működtetett berendezés még mindig belobbanás veszélyt rejt magában. Ha ugyanis a fúvóka külső része eltömődik, például fémolvadék cseppek jutnak bele, ugyanakkor az oxigénkivezető és az éghető gáz kibocsátó nyílások nyitva maradnak, a gázkeverék a fúvókán belül jön létre és rendkívül robbanásveszélyes.

A 3 231431 sz. USA szabadalmi leírás olyan előmelegítő berendezést ír le, amelyben az oxigén és az éghető gáz keveredése a kibocsátó fúvókákon kívül történik, így a belobbanás teljesen kizárt. Ugyanakkor azonban az ily módon előállított előmelegítő láng hatékonysága meglehetősen korlátozott. Ezzel a berendezéssel csak már egyébként is felhevített munkadarabot lehet hatékonyan előkészíteni a termokémiai hántoláshoz, egyébként a létrehozott lánggal csak rendkívül hosszú idő alatt lehetne a munkadarabot a kívánt hőmérsékletre melegíteni.

A 3 752 460 sz. USA szabadalmi leírásban olyan megoldás található, amely ún. oxigén csapda segítségével csökkenti a felmelegítési időt. Jóllehet ez a megoldás már valóban hatékonyabb az előzőnél, lévén annak továbbfejlesztése, ez sem alkalmas hideg munkadarabok gazdaságos előmelegítésére.

További hasonló megoldást ismertet a 3 966 503 sz. USA szabadalom. Ennél az előmelegítéshez szükséges időt oly módon csökkentik, hogy előtoló berendezéssel fémhuzalt érintenek a munkadarabhoz nagy intenzitású oxigénsugár kíséretében, és ezek segítségével alakítják ki rendkívül gyorsan a fémolvadékot. A találmány alkalmazásával a munkadaraboknak termokémiai hántoláshoz történő előmelegítése gyakorlatilag nem vesz időt igénybe, tehát ilyen szempontból hatékonysága jobb, mint a jelen találmány szerinti megoldásé. Ugyanakkor hátránya, hogy külön egységet igényel az indító fémhuzal tárolására és előtolására. Ezért alkalmazása valójában csak abban az esetben gazdaságos, hogy ha a termokémiai hántolás rendkívül gyors beindítására van szükség.

Az elmondottakból látszik, hogy mindezideig nem állt rendelkezésre olyan megoldás, amelynek segítségével termokémiai hántolás során a munkadarabok előmelegítése kellő gyorsasággal történhet, anélkül, hogy járulékos egységeket alkalmaznának, vagy elkerülhető lenne a belobbanás veszélye. Ez lényegében azt jelenti, hogy hatékony előmelegítés viszonylag egyszerű és olcsó eszközökkel nem volt megoldható.

A jelen találmánnyal tehát olyan eljárás és berendezés létrehozása a célunk, amely lehetővé teszi a termokémiai hántolás során a munkadarab viszonylag gyors felmelegítését, anélkül, hogy járulékos segédeszközöket vennénk igénybe, illetve robbanásveszély lépne fel.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldjuk meg, hogy a hántoláskor, amelynek során a megmunkálandó felületnek legalább egy részét előmelegítjük és egy pontban gyúlási hőmérsékletre hevítjük, majd a megolvadt anyagrészt hántoló oxigénsugárral elégetjük és a megmunkálás során az égést fenntartjuk, a hántoló oxigénsugarat és a munkadarabot pedig egymáshoz képest mozgásban tartjuk, legalább egy előmelegítő oxidáló gázsugarat és legalább egy éghető gázsugarat külön fúvókából áramoltatunk ki, hogy azok egymással hegyesszöget záijanak be és a munkadarab felszíne fölött messék egymást, majd kis intenzitású oxidáló gázsugarat bocsátunk ki és ezzel stabilizáljuk az előmelegítő lángot. Miután a munkadarab előmelegített felülete elérte a gyúlási hőmérsékletet, hántoló oxidáló gázsugarat bocsátunk hegyesszögben a munkadarab előmelegített felületére és ezzel egyidejűleg viszonylagos elmozdulást hozunk létre a hántoló oxidáló gázsugár és a munkadarab felülete között.

A stabilizáló oxidáló gázsugarat az előmelegítő láng irányával hegyesszöget vagy 10—90°-ot bezáróan lehet kifúvatni.

A stabilizáló oxidáló gázsugarat lehet az előmelegítő láng mellett vagy az előmelegítő lángon keresztül átfúvatni.

Célszerűen a stabilizáló oxidáló gázsugarat és a hántoló oxidáló gázsugarat közös fúvókából fúvatjuk ki és ezt a fúvókát résfúvókaként alakítjuk ki.

Célszerű az előmelegítő oxidáló gázsugarat és az éghető gázsugarat egymással 5— 50°-os szöget bezáróan kibocsátani.

A találmány szerinti eljárás olyan berendezés segítségével foganatosítható, amely előmelegítő lángot előállító egységgel, hántoló oxidáló gázt kibocsátó fúvókával ellátott egységgel és adott esetben a hántoló oxidáló gázsugár és a munkadarab közötti viszonylagos elmozdulást létrehozó egységgel van ellátva, ahol az előmelegítő lángot előállító egységben a munkadarab felülete felé irányított, éghető gázsugarat kibocsátó gázfúvóka, vagy gázfúvókák, a gázfúvókák tengelyeivel hegyesszöget bezáró és azokat a munkadarab fölött, de a gázfúvókák kibocsátó nyílásain kívül metsző tengelyű előmelegítő oxidáló gáz kibocsátó oxigénfúvókája, vagy fúvókái és kis intenzitású stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvókája van.

A berendezésben a stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvóka tengelye a gázfúvóka, illetve gázfúvókák és az oxigén fúvóka, illetve oxigénfúvókák tengelyeinek metszéspontján át vagy azon kívül haladhat.

A stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvóka tengelye a gázfúvóka és az oxigénfúvóka tengelyének eredőjével 0—170°-os szöget zárhat be.

Az előmelegítő oxidáló gáz kibocsátó fúvóka és a stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvóka célszerűen egyetlen olyan résfúvókaként van kialakítva, amely a hántoló egység alsó fűtőtömbje és felső fűtőtömbje között helyezkedik el. A gázfúvókák és az oxigénfúvókák egymással 5— 50°-os szöget zárnak be.

A gázfúvókák és az oxigénfúvókák célszerűen egymással párhuzamos sorokban vannak elhelyezve, elrendezésük pedig többféle lehet: lehetnek a felső fűtőtömbben vagy az alsó fűtőtömbben elhelyezve, illetve kialakíthatók mindkét fűtőtömbben.

A jelen leírásban az oxidáló gáz kifejezésen olyan gázt vagy gázkeveréket értünk, amely oxidáló közeget tartalmaz. Az oxidáló gáz célszerűen kereskedelmi tisztaságú oxigén, amelyet az egyszerűség kedvéért oxigénnek fogunk nevezni. Természetesen a találmány szerinti eljárás foganatosítható egyéb oxidáló gáz alkalmazásával is. Felhasználható oxidáló gázként, például 99%, vagy ennél kisebb mennyiségű oxigént tartalmazó gázkeverék is. Általában azonban a jó eredmények legalább 99% oxigént tartalmazó gázkeverékek alkalmazásával érhetők el. Az előmelegítő oxidáló gáz nem kell azonban ilyen mennyiségű oxigént tartalmazzon. Erre a célra akár 21% oxigént tartalmazó gázkeverék, például levegő is megfelelő. Természetesen minél kisebb az előmelegítő oxidáló gáz oxigéntartalma, annál hosszabb időt vesz igénybe az előmelegítés.

A leírásban előmelegítésen azt a műveletet értjük, amelynek során a munkadarab hántolandó felületét olyan hőmérsékletre melegítjük, amelyen a munkadarab anyaga oxidáló atmoszférában elég.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy célszerű kiviteli alakjának vázlata oldalnézetben, a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott berendezés 2—2 metszete, a

3. ábra az 1. ábrán látható berendezés egy részének nagyított képe, a

4. ábra a fémolvadék kedvező elhelyezkedését mutatja az oxigénsugárhoz viszonyítva, amikor sík felületű munkadarabon megkezdjük a hántolási műveletet, az

5. ábra a hántolási művelet kezdetét mutatja egy munkadarab sarkánál, a

6. ábra a hagyományos és a találmány szerinti eljárásokkal elért előmelegítési időket mutatja be, a

7. ábra a találmány szerinti berendezés egy olyan kiviteli alakját szemlélteti, amelyben az előmelegítő lánghoz szükséges gáz kibocsátó fúvókák a hántoló egység alsó fűtőtömbjében vannak elhelyezve, a

8. ábra olyan megoldást mutat, ahol a stabilizáló oxigénfúvóka és a hántoló oxigénfúvóka külön van kialakítva, a

9. ábra a 8. ábrán bemutatott megoldás 9—9 nézete, a

10. ábra ugyancsak a 8. ábrán bemutatott megoldás elölnézete egy másik kiviteli alak esetén, a

11. ábra a találmány szerinti berendezés egy olyan kiviteli alakjának részlete oldalnézetben, ahol az előmelegítő láng és a stabilizáló gázsugár egymást közös fókuszban metszik, a

12. ábra a 3. ábrán bemutatott megoldáshoz hasonló kiviteli alak részletét mutatja oldalnézetben, ahol a stabilizáló láng és az előmelegítő gáz közös fókuszban metszik egymást, a

13. ábra olyan kiviteli alak részletének oldalnézetét mutatja, ahol a stabilizálandó gázsugár az előmelegítő láng fókusza mellett halad el, és a

14. ábra a 13. ábrán bemutatott megoldáshoz hasonló kiviteli alak, amelynél azonban a stabilizáló gázsugár keresztülhalad az előmelegítő láng fókuszán.

Az 1., 2. és 3. ábrákon a találmány szerinti megoldás egy célszerű kiviteli alakját mutatjuk be. A hántoló berendezés 3 hántoló egysége 1 felső fűtőtömbből és 2 alsó fűtőtömbből, valamint 4 talprészből áll. Az 1 felső fűtőtömböt és a 2 alsó fűtőtömböt a hagyományos berendezésekben előmelegítő tömböknek szokás nevezni, minthogy az előmelegítő lángot ezekből a tömbökből fúvatják ki. A találmány szerinti berendezés 1., 2. és 3. ábrán bemutatott kiviteli alakjánál azonban az előmelegítő láng kizárólag az 1 felső fűtőtömbből áramlik ki. Az 1 felső fűtőtömb és a 2 alsó fűtó'tömb között 16 résfúvóka van kialakítva, amelyből lapos oxigénsugár áramlik ki. A 16 résfúvókát az 1 felső fűtőtömb 20 alsó felülete és a 2 alsó fűtőtömb 21 felső felülete határolja. A 2 alsó fűtőtömbben 19 gázfúvókák vannak kialakítva, amelyek a szokásos módon gázvezetékekhez vannak csatlakoztatva. Ezeket a gázvezetékeket a rajzokon nem tüntettük fel. Az oxigént és az éghető gázt a 3 hántoló egységen keresztül vezetjük a fúvókákhoz, az ismert elosztó rendszeren keresztül, amelyet az egyszerűség kedvéért szintén nem tüntettük fel.

A 4 talprész a W munkadarab felületén fekszik fel a hántolás során és biztosítja a füvókáknak a W munkadarabtól Z távolságban történő megvezetését.

A hántolási a W munkadarab felületén kialakított fémolvadék begyújtásával indítjuk meg. A begyújtás a 16 résfúvókából kibocsátott lapos oxigénsugár segít ségével történik, amely hegyesszögben áramlik a W munkadarab felületére. A hántolás során a munkadarab és a hántoló egység között viszonylagos elmozdulást kell biztosítani.

A találmány szerint az 1 felső fűtőtömbben 17 gázfúvókák és 18 oxigénfúvókák vannak kialakítva. Ezek a 17 gázfúvókák és 18 oxigénfúvókák vezetékekkel vannak összekapcsolva, amelyeken át a gáz a berendezésbe áramlik. A 2. ábrán jól látható, hogy a 18 oxigénfúvókák a 17 gázfúvókák fölött vannak elhelyezve. Kialakítható a berendezés oly módon is, hogy a 17 gázfúvókák vannak a 18 oxigénfúvókák fölött, ez azonban az előbbinél kedvezőtlenebb kialakítás. Általában célszerű az előmelegítő éghető gázt kibocsátó 17 gázfúvókákat az előmelegítő oxigént kibocsátó 18 oxigénfúvókák és a stabilizáló oxigént kibocsátó 16 résfúvóka között elhelyezni.

A bemutatott berendezés a következőképpen működik. 9 előmelegítő oxigénsugarat bocsátunk ki a 18 oxigénfúvókákból és ezzel egyidejűleg előmelegítő 10 gázsugarat áramoltatunk ki a 17 gázfúvókákból. Ezzel éghető gázkeveréket hozunk létre, ahol a 9 előmelegítő oxigénsugár és a 10 gázsugár 30 metszéspontban találkozik (lásd 3. ábra). A 30 metszéspontban kialakul a 14 előmelegítő láng, amely kis intenzitású zónát és 12 nagy intenzitású zónát tartalmaz. A vizsgálatok során azt tapasztaltuk, hogy a 12 nagy intenzitású zónát úgy lehet meghosszabbítani, hogy 27 csúcsa pontosan a W munkadarab felületénél legyen, így hosszabb és hatékonyabban működő 14 előmelegítő lángot lehet kialakítani. Ezt kis intenzitású oxigénsugár segítségével biztosítjuk, amelyet a 14 előmelegítő láng irányába, a 30 metszéspont mellett hívatunk ki. A stabilizáló oxigénsugár célszerűen a 30 metszéspont közvetlen közelében halad el, de azt nem érinti.

Jóllehet a leírás során a metszéspont kifejezést alkalmazzuk, nyilvánvaló, hogy inkább metszési tartományról van szó, minthogy sem a sugarak, sem a láng nem vonalszerűek, így metszéspontjuk sincs geometriai értelemben, csupán metszési tartományuk. Mindazonáltal a továbbiakban az egyszerűség kedvéért változatlanul a metszéspont kifejezést fogjuk alkalmazni.

A 15 stabilizáló oxigénsugarat a 16 résfúvókából bocsátjuk ki. A berendezésben elhelyezett hagyományos szelepek biztosítják, hogy a 16 résfúvókából kis intenzitású 25 stabilizáló oxigénsugarat lehessen kibocsátani. A 15 stabilizáló oxigénsugár intenzitása lényegesen kisebb, mint az eljárás során alkalmazott hántoló oxigénsugáré, amelyet ugyancsak a 16 résfúvókából bocsátunk ki.

A 15 stabilizáló oxigénsugarat a 14 előmelegítő láng irányába fúvatjuk ki. Tengelye célszerűen a 14 előmelegítő láng tengelyével, hegyesszöget zár be. A előmelegítő láng és a 15 stabilizáló oxigénsugár közötti szög célszerű nagyságát később a 2. táblázatban ismertetjük. Az 1. és 3. ábrákon jól látható a 14 előmelegítő láng és a 15 stabilizáló oxigénsugár tengelyei között bezárt szög. Ugyancsak előnyös az eljárás szempontjából, ha a 15 előmelegítő oxigénsugár tengelye párhuzamos a 10 gázsugár tengelyével. Ez is jól látható az 1. és 3. ábrán.

A 10 gázsugár és a 9 előmelegítő oxigénsugár célszerűen hegyesszöget zárnak be egymással. A szög mindenképpen nagyobb kell legyen 0°-nál, és kisebb 90°-nál. A célszerű szögtartomány 5-50°. A vizsgálatok során legelőnyösebbnek a 15°-os szög bizonyult.

A 16 résfúvókából kibocsátott 15 stabilizáló oxigénsugár intenzitása lényegesen kisebb kell legyen, mint az előmelegítő oxigénsugár vagy az éghető gázsugár intenzitása. A 15 stabilizáló oxigénsugár kilépő sebessége előnyösen mintegy 10%-a az előmelegítő gázsugarak kilépő sebességének.

Abban az esetben, ha az előmelegítő lángot nem stabilizáljuk a fent leírt módon, a 14 előmelegítő láng 12 nagy intenzitású zónája olyan rövid lenne , hogy az előmelegítést nem volna mód megfelelő gyorsasággal végezni. Ebben az esetben ugyanis a Z távolságot kellene csökkenteni, ami azt jelentené, hogy egy stabilizálatlan láng nagy intenzitású zónáját kéne olyan közel vinni a W munkadarab felületéhez, hogy a felfröccsenő fémrészecskék lehetetlenné tennék a normális _ üzemelést.

A 19 gázfúvókákból kiáramló éghető gáz keveredik a 16 résfúvókából kibocsátott oxigénnel és tulajdonképpen a hántoló reakciót tartja fenn. Ezeket a lángokat tulajdonképpen nem szükséges az előmelegítés során használni, de a 19 gázfúvókáknak az előmelegítés során történő használata megakadályozza a 19 gázfúvókák esetleges eltömŐdését, így technológiailag kedvező.

Miután a 3. ábrán látható módon létrehoztuk a B pontban a szükséges fémfürdőt, fokozzuk a 16 résfúvókából kiáramló oxigén intenzitását és beindítjuk a hántolást. Ezzel egyidejűleg megkezdjük a munkadarabnak a hántoló oxigénsugárhoz képest történő elmozdítását. A hántolás művelete alatt a 9 előmelegítő oxigénsugarat és a 10 gázsugarat nem állítjuk le teljesen, de intenzitásukat jelentős mértékben csökkentjük. Ezek fenntartása tulajdonképpen segíti a hántolási reakció lejátszódását. A 17 gázfúvókák és a 18 oxigénfúvókák fölött az 1 felső fűtőtömbben 28 terelő van kialakítva, amely megakadályozza a kis intenzitású lángnak a hántolás során történő kialvását.

A találmány szerinti berendezés kialakítása során számos paramétert kell figyelembe venni. Ezek a változók azonban egymástól nem függetlenek. A hagyományos hántoló berendezések tervezésénél rendszerint az alábbi paramétereket rögzítik:

1. G — a hántoló oxigénsugár és a munkadarab felülete közötti szög nagysága,

2. X — a 16 résfúvóka vastagsága,

3. V — a 3 hántoló egységnek a munkadarab felületétől mért távolsága,

4. ·υ — a 3 hántoló egység szélessége (lásd 2. ábra),

5. az éghető gáz minősége,

6. az oxidáló gáz minősége.

A fenti értékek rögzítése után a hántolási folyamat többi jellemzőit lehet meghatározni. Ezek a jellemzők az adott értékek rögzítése mellett bizonyos tartományban választhatók meg.

Az I. táblázatban bemutatjuk a hagyományos termokémiai hántolás, illetve oxigén gyalulás során általában alkalmazott jellemző rögzített paramétereket.

I. táblázat

G hántolási szög 35°

X a résfúvóka vastagsága 5,6 mm

Z a hántoló egység magassága 25,0 mm

U a hántoló egység szélessége 270,0 mm az alkalmazott gáz földgáz az oxidáló gáz oxigén

A II. táblázatban a találmány szerinti eljáráshoz tartozó jellemző értékeket mutatjuk be az I. táblázatban rögzített peremfeltételek mellett.

A II. táblázatban feltüntetett értékek egymástól is függenek. Ha tehát valamelyik paraméter értéke jelentősen eltér az előnyöstől, a többi paraméter is távolabb kerül az optimális értéktől. Természetesen, ha az I. táblázatban bemutatott rögzített paraméterek bármelyikének értékét megváltoztatjuk, a II. táblázatban feltüntetett előnyös tartományok határértékei is jelentős részben megváltoznak. A szakember számára nyilvánvaló, hogy a bemutatott két táblázat alapján gyakorlatilag végtelen számú paraméter kombinációval érhető el megfelelő eredmény.

A 17 gázfúvókák és a 18 oxigénfúvókák célszerűen kör keresztmetszetűek, de egyéb kialakítás is működőképes lehet. Elképzelhető a berendezés négyzetes vagy sokszögű keresztmetszetű fúvókákkal is. Működőképes a berendezés egyetlen széles előmelegítő oxigént kibocsátó résfúvókával és ugyancsak egyetlen előmelegítő éghető gázt kibocsátó résfúvókával is, jóllehet ez a kialakítás nem túlságosan kedvező. A berendezés lényegesen hatékonyabban működik, hogyha több fúvókát alakítunk ki és ezek egymással párhuzamos sorokban vannak elhelyezve, amint az például a 2. vagy 10. ábrán látható.

Ha több fúvókát alakítunk ki a hántoló egységben, célszerű a fúvókák közötti Y távolságot állandó értéken tartani. Ügyelni kell arra is, hogy minden egyes 18 oxigénfúvókával szemben megfelelő 17 gázfúvóka legyen elhelyezve. Ez a kialakítás biztosítja ugyanis a legegyenletesebb és a leggyorsabb előmelegítést, jóllehet egyéb kialakítások is eredményhez vezethetnek.

A 14 előmelegítő lángnak a munkadarab felületével bezárt F szöge, azaz az előmelegítés szöge célszerűen 40—55° közötti érték, ha a 3 hántoló egységnek a munkadarab felületétől mért Z távolsága 25 mm. Ha az F szög 55°-nál nagyobb, a 14 előmelegítő láng könnyen lyukat éget a munkadarabban. Ha az F szög viszont kisebb, mint 40°, a 14 előmelegítő láng 27 csúcsa és ezzel a 12 nagy intenzitású zóna túl messze lesz a munkadarab felszínétől, így rövid előmelegítési idő nem várható. Az F szög értékét ugyancsak az I. és

II. táblázatban bemutatott paraméterek határozzák meg. Az ott feltüntetett előnyös tartományok kedvező előmelegítési szöget biztosítanak, de a feltüntetetteken kívül is léteznek működőképes kombinációk.

II. táblázat

Jellemző	Célszerű érték	Megengedhető tartomány
Gázfúvóka átmérő	1,0 mm	0,7-1,7 mm
Előmelegítő gáz sebesség	1,7 Nm3 /óra	1-3,5 Nm3/óra
Fúvókatávolság Y (2. ábra)	6,0 mm	3—16 mm
Oxigénfúvóka átmérő	1,6 mm	1—2,3 mm
Előmelegítő oxigén sebesség	3,7 Nm3/óra	1,5—6 Nm3/óra
Oxigénfúvóka osztás Y	6,0 mm	3—16 mm
Az előmelegítő oxigénfúvókák és a gázfúvókák tengelyei által bezárt szög D (3. ábra)	15°	5°-50°
A gázfúvókák távolsága a fölső fűtőtömb alsó lapjától (26 távolság a 3. ábrán)	10 mm	3—15 mm
Az előmelegítő oxigénfúvóka tengelye és a munkadarab által bezárt szög (H a 3. ábrán)	50°	40°-75°
A 30 metszéspont távolsága a fúvókáktól (31 és 32 távolság a 3. ábrán)	15 mm	3—22 mm
A fúvókasorok távolsága egymástól (29 távolság a 2. ábrán)	4 mm	1,5—6 mm
A stabilizáló oxigénáram sebessége az előmelegítés során a résfúvóka szélességének 1 cm-re számítva	6 Nm3/óra	3-10 Nm3/óra

A találmány szerinti eljárás célszerű foganatosítási módjánál az előmelegítő gáz fúvókák és oxigénfúvókák olyan közel vannak egymáshoz elhelyezve, amennyire ez lehetséges anélkül, hogy a gázsugarak a berendezésen belül keveredjenek és belobbanási veszélyt jelentsenek.

A 4. ábrán a találmány szerinti berendezés egy olyan célszerű kiviteli alakja látható, amelynél a hántolás beindításakor képződő D fémolvadék a 16 résfúvókából kiáramló 15 oxigénsugár tengelyének és a W munkadarab T felületének metszéspontjában fekszik. Amint az a 4. ábrán látható, a 15 oxigénsugár a B fémolvadék C hátsó széléhez áramlik, ha a hántoló egység a J nyíl irányába mozog. A B fémolvadék ilyen elhelyezkedése lehetővé teszi, hogy a gázsugár kifújja azt, és a hántolás irányában előre mozgassa, miáltal elkerülhetővé válik a megmunkált felületen sorja, illetve bordák kialakulása.

Ha a hántolást a W munkadarab sarkánál kell elkezdeni, amint az az 5. ábrán látható, akkor a 16 résfúvókából kiáramló 15 oxigénsugarat a fémolvadék tetszőleges részére lehet irányítani, rpinthogy itt a kezdéskor nem vízszintes felületről van szó és ♦5 nem áll fenn a sorjaképződés veszélye az E oldalfelületen.

A 7-14. ábrákon a találmány szerinti megoldás különböző kiviteli alakjait mutatjuk be, amelyekkel viszonylag jó eredmény érhető el, jóllehet nem 50 ezek az optimális kialakítások. Mindazonáltal valamennyi bemutatott megoldás viszonylag gyors előmelegítést biztosít és kiküszöböli a belobbanás veszélyét.

A 7. ábrán az 1., 2. és 3. ábrákon bemutatott 55 megoldás látható oldalnézetben, azzal a különbséggel, hogy a 17 gázfúvókák és a 18 oxigénfúvókák a 2 alsó fűtőtömbben vannak elhelyezve. A berendezés működése lényegében megegyezik az 1., 2. és 3. ábrákon bemutatott berendezésével.

A 8. és 9. ábrákon olyan megoldás látható, amelynél a berendezésben a 16 résfúvókán kívül 16’ oxigénfúvókák vannak kialakítva a stabilizáló oxigénsugár kibocsátására. A 9 előmelegítő oxigénsugarat a 18 oxigénfúvókákból, a 10 gázsugarat a

17 gázfúvókákból bocsátjuk ki. Az előmelegítés a előmelegítő lánggal történik. A 14 előmelegítő lángot a 16’ járulékos résfúvókából kiáramló 15’ stabilizáló oxigénsugár segítségével stabilizáljuk. A 15’ stabilizáló oxigénsugarat a 30 metszéspont közelében fúvatjuk el, a 14 előmelegítő láng irányába. A 17 gázfúvókák és a 18 oxigénfúvókák, valamint a járulékos 16’ oxigénfúvóka az 1 fölső fűtőtömbben vannak kialakítva. Semmi akadálya azonban annak, hogy a 2 alsó fűtőtömbbe helyezzük el őket.

Miután a berendezés segítségével az előmelegítést elvégeztük, a 16 résfúvókából hántoló oxigénsugarat bocsátunk ki a munkadarab felülete felé. A hántolás során a 19 gázfúvókákból kiáramló éghető gáz a hántolási reakció fenntartását segíti elő.

A 9. ábrán a 8. ábrán bemutatott megoldás elölnézete látható a körkeresztmetszetű fúvókákkal. A 10. ábra ugyanezt a megoldást mutatja, azzal a különbséggel, hogy a 16 résfúvóka mellett másik 16” járulékos résfúvóka van kialakítva. Mint mondottuk, a többi fúvóka is lehet résfúvókaként kialakítva, azonban ez a bemutatottaknál kedvezőtlenebb megoldás.

A 11. ábrán olyan berendezés oldalnézete látható, amelyben a 8. ábrán bemutatotthoz hasonlóan a 16 résfúvókán kívül járulékos 16’ oxigénfúvókák vannak kialakítva a stabilizáló oxigénsugár létrehozására. így a 16 résfúvóka kizárólag a hántoló oxigénsugár kibocsátására szolgál. All. ábrán látható megoldásnál azonban a járulékos 16’ oxigénfúvókákból kiáramló 15’ stabilizáló oxigénsugár keresztülhalad a 9 előmelegítő oxigénsugár és a 10 gázsugár 30 metszéspontján.

A berendezéssel végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy célszerű 28 és 28’ terelők kialakítása annak érdekében, hogy növekedjék az a tartomány, amelyen belül az előmelegítő és stabilizáló gázsugarak sebessége megválasztható a stabilizált láng létrehozásához. Különösen kedvező kialakítást lehet biztosítani, ha a 17 gázfúvókát nem a 18 oxigénfúvóka és a járulékos 16’ oxigénfúvóka között helyezzük el, hanem az 1 fölső fűtőtömb szélénél és közvetlenül mellette alakítjuk ki a 28 terelőt. Megállapítottuk ugyanakkor azt is, hogy a berendezés a 28 és 28’ terelők nélkül is működik.

A 12. ábrán olyan berendezés látható, amelyben a 16 résfúvókából bocsátjuk ki mind a hántoló oxigénsugarat, mind a stabilizáló oxigénsugarat, hasonlóan a 3. ábrán bemutatott megoldáshoz. A

12. ábrán szereplő kialakításnál azonban a 15 stabilizáló oxigénsugár keresztülhalad a 9 előmelegítő oxigénsugár és a 10 gázsugár 30 metszéspontján. Ehhez természetesen a 30 metszéspontnak a munkadarab fölött kell elhelyezkedni.

Mint már korábban említettük, a 15 stabilizáló oxigénsugarat a 14 előmelegítő láng irányában fúvatjuk ki. Ez kedvező az előmelegítés hatékonysága szempontjából, de a működőképességet nem záija ki az sem, ha a 15 stabilizáló oxigénsugarat a 14 előmelegítő láng tengelyére merőleges irányban, vagy akár azzal szemben fúvatjuk ki.

A 13. ábrán ugyancsak oldalnézetben látható egy másik kiviteli alak. Ennél a 15’ stabilizáló oxigénsugár nem a 14 előmelegítő láng irányában, hanem azzal részben szemközt áramlik. A 9 előmelegítő oxigénsugár és a 10 gázsugár itt is az előbbiekben ismertetett módon 30 metszéspontban találkozik és előmelegítő lángot alkot. A 14 előmelegítő láng 22 tengelye a 23 pontban metszi a 15’ 5 stabilizáló oxigénsugár tengelyét. Látható, hogy a 22 tengely és a 15’ stabilizáló oxigénsugár tengelye közötti A szög 90°-nál kisebb. Ha az A szög 90°-nál nagyobb lenne, az elmondottak alapján a stabilizáló oxigénsugarat a láng irányába fúvat10 nánk ki.

Összefoglalva tehát megállapítható, hogy a találmány szerint a stabilizáló oxigénsugarat kétféle módon lehet kifúvatni. Ha a 13. ábrán látható A szög 90°-nál kisebb, akkor a stabilizáló oxigénsugár 15 az előmelegítő lánggal szembe áramlik, ha ez a szög 90°-nál nagyobb, akkor definíciónk szerint a stabilizáló oxigénsugarat az előmelegítő láng irányába fúvatjuk.

A vizsgálatok során bebizonyosodott, hogy az 20 előmelegítés kielégítő volt, ha a stabilizáló oxigénsugár, amelyet az előmelegítő lánggal szembe hívattunk, A = 10—90°-os szöget zárt be az előmelegítő láng tengelyével. A 14 előmelegítő láng helyzetét természetesen befolyásolja a fúvókák helyzete, irá25 nya és a gázsugarak sebessége.

A 13. ábrán látható 15’ stabilizáló oxigénsugár a 9 előmelegítő oxigénsugár és a 10 gázsugár 30 metszéspontja előtt éri el az előmelegítő lángot. Kielégítő eredmények érhetők el azonban akkor is, 30 ha az előmelegítő oxigénsugár a 30 metszéspont mögé van irányítva.

A 14. ábrán a 13. ábrához hasonló kialakítást mutatunk be, ahol a 15’ stabilizáló oxigénsugár a 30 metszésponton halad át. Ez a kialakítás is 35 alkalmas gyors előmelegítésre.

Jóllehet az előmelegítés lefolyását szabályzó tényezők meglehetősen bonyolultak, az alábbiakban megkíséreljük magyarázatát adni a találmány szerinti eljárással és berendezéssel megvalósítható 40 gyors előmelegítésnek.

Vizsgálataink során megfigyeltük, hogy ha olyan előmelegítő lángot alakítunk ki, amely nem kapcsolódik stabilizáló oxigénsugárhoz, viszonylag nagy az előmelegítő láng kis intenzitású zónája, a nagy 45 intenzitású zóna pedig meglehetősen kicsi. Olyan eset is előfordult, hogy egyáltalán nem jött létre nagy intenzitású zóna. Ezen túlmenően azt tapasztaltuk, hogy a stabilizálatlan előmelegítő láng könnyen rezgésbe jön.

⁵⁰

Ha a stabilizálatlan előmelegítő láng nagy intenzitású zónáját megkíséreljük megnövelni, a gázsugarak sebességének növelésével a láng ; rezgése fokozódik. További hátránya a sebesség fokozásának, 55 h°8y a láng leszakad a fúvókákról és bizonyos idő után kialszik. Emellett azt is tapasztaltuk, hogy a terelők némileg megakadályozzák a láng leszakadását a sebesség növelésekor, és a kialvást is késleltetik.

¢0 Ha ezzel szemben az előmelegítő lángot a találmány szerint kis intenzitású oxigénsugárral stabilizáljuk, a láqg rendkívül gyorsan növekedő intenzív zónát hoz létre és a rezgés is megszűnik. Az előmelegítő . gázsugarak sebességének növelésével 65 sem lehet a lángot a fúvókákról leszakítani és olyan sebességek is alkalmazhatók, amelyeknél a stabilizálatlan láng már kialszik.

A találmány szerint stabilizált előmelegítő láng előnyei a következők.

Minthogy a láng stabilitását biztosító oxigént kis intenzitású sugárban fúvatjuk ki, az nem zavaija az előmelegítő oxigénsugár és az előmelegítő gázsugár keveredését a fúvókákon kívül. Ugyanakkor oxigént biztosít az égés lejátszódásához és a nagy intenzitású zónát is oxigénburokkal veszi körül. Ez az oxigénburok rendkívül jó körülményeket biztosít a láng terjedése számára a fúvókák felé is, így a fúvókák közelében levő még meg nem gyulladt gázrészek is elégethetők.

Másrészt a stabilizáló oxigénsugár védő burkolatot alkot az előmelegítő láng körül, amely megakadályozza levegőnek a lánghoz történő hozzáférését. Ez azért kedvező, mert a levegő nem biztosít jó körülményeket a láng tovateijedéséhez, ezért válik a láng oxigénburok hiányában instabillá és válik le a fúvókákról, illetve alszik ki bizonyos esetekben.

Megjegyezzük, hogy különösen kedvezőnek bizonyult a 3. ábrán bemutatott megoldás, ahol a stabilizáló oxigénsugarat az előmelegítő gáz irányába fúvatjuk.

Ahhoz, hogy a stabilizáló oxigénsugarat az előmelegítő láng irányába fúvassuk, a már korábban megadott definíció szerint, a stabilizáló oxidáló gázt kibocsátó fúvóka tengelyének a gázfúvóka és az oxigénfúvóka i tengelyeinek eredőjével hegyesszöget kell bezárnia. Ha viszont a stabilizáló oxidáló gázsugár a 13. ábrán bemutatott megoldás szerint az előmelegítő lánggal szembe kell áramoljon, a stabilizáló oxidáló gázt kibocsátó fúvóka tengelye a gázfúvóka és az oxigénfúvóka tengelyének eredőjével 90-170°-os szöget kell bezárjon.

A továbbiakban konkrét példákon mutatjuk be a találmány szerinti eljárás hatékonyságát.

Termokémiai hántolást, azaz oxigén gyalulást végeztünk a 4. ábrán bemutatott megoldás szerint laboratóriumi körülmények között. A berendezést az 1. táblázatban megadott rögzített paraméterekkel készítettük el és a 2. táblázat kedvező paraméter tartományait is betartottuk. Az eredményeket a 6. ábrán mutatjuk be. A diagramban az X jelű görbe a találmány szerinti eljárással történt előmelegítést mutatja. A diagram vízszintes tengelyén az előmelegítéshez szükséges idő, függőleges tengelyén a munkadarab kezdeti hőmérséklete szerepel, összehasonlításképpen látható a diagramban az Y és Z jelű görbe. Az Y jelű görbe a 3 752 460 sz. USA szabadalom szerint végzett hántolással elért eredményt és a Z jelű görbe a 3 231 431 sz. USA szabadalmi leírás szerint végzett hagyományos hántolás előmelegítési idejét mutatja.

A diagramból jól látható, hogy a találmány szerinti megoldással jóval kedvezőbb előmelegítési idők biztosíthatók. 200°C-nál magasabb kiindulási hőmérsékletű munkadarabok esetén is fele a találmány szerinti eljárásnál szükséges előmelegítési idő a kedvezőbb hagyományos eljárásnál szükséges időnek. 200 °C-nál alacsonyabb kiindulási hőmérsékletű munkadarab esetén a hagyományos eljárással az előmelegítési idő többszöröse a találmány szerintinek. Fontos körülmény az is, hogy a hagyományos megoldással 25O°C-nál hidegebb munkadarab előmelegítése 20 másodperc alatt egyáltalán nem oldható meg. Ugyanakkor a találmány szerint teljesen hideg munkadarab előmelegítéséhez sem szükséges 20 másodpercnyi idő.

A 11. ábrán bemutatott kiviteli alak segítségével végeztünk termokémiai hántolást. A Hl. táblázatban megadjuk a termokémiai hántoláshoz ebben az esetben szükséges optimális paramétereket. Természetesen ezek az értékek épp úgy, mint a 11. táblázatban bemutatott értékek egymástól is függenek, tehát valamely érték megváltoztatása maga után vonja a többi megváltozását is.

A 111. táblázatban külön fel nem tüntetett paraméterek értéke azonos a 11. táblázatban bemutatott paraméterekkel.

Végezetül a IV. táblázatban megadjuk a 13. ábrán bemutatott berendezés működtetéséhez szükséges optimális paraméterek értékét.

Természetesen a IV. táblázatban megadott paraméterek is egymástól függenek és önállóan nem változtathatók meg. A IV. táblázatban fel nem tüntetett paraméterek értékei itt is azonosak a 11. táblázatban megadottakkal.

Az elmondottak alapján látható, hogy a találmány szerinti eljárás és berendezés alkalmas arra, hogy a hagyományosnál jóval rövidebb idő alatt lehessen a munkadarabok előmelegítését elvégezni a termokémiai hántolás előtt. A bemutatott megoldások lényege, hogy az előmelegítő lángot oxidáló gázsugárral stabilizáljuk és ezzel lehetővé tesszük az előmelegítés idejének csökkentését.

Claims (21)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Eljárás termokémiai hántolás elvégzésére, amelynek során a megmunkálandó felületnek legalább egy részét előmelegítjük és egy pontban gyúlási hőmérsékletre hevítjük, majd a megolvadt anyagrészt hántoló oxigénsugárral elégetjük és a megmunkálás során az égést fenntartjuk, a hántoló oxigénsugarat és a munkadarabot pedig egymáshoz képest mozgásban tartjuk, azzal jellemezve, hogy

   - legalább egy előmelegítő oxidáló gázsugarat és legalább egy éghető gázsugarat külön fúvókákból úgy áramoltatunk ki, hogy azok egymással hegyesszöget zárjanak be, és a munkadarab felszíne fölött messék egymást, majd

   - kis intenzitású oxidáló gázsugarat bocsátunk ki és ezzel stabilizáljuk az előmelegítő lángot,

   - miután a munkadarab előmelegített felülete elérte a gyúlási hőmérsékletet, hántoló oxidáló gázsugarat bocsátunk hegyesszögben a munkadarab előmelegített felületére és

   - ezzel egyidejűleg viszonylagos elmozdulást hozunk létre a hántoló oxidáló gázsugár és a munkadarab felülete között. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló oxidáló gázsugarat az előmelegítő láng irányával hegyesszöget bezáróan fúvatjuk ki. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.

   III. táblázat

   Jellemző Célszerű érték Megengedhető tartomány a C szög értéke 25° 5-90° a metszéspont távolsága a fúvókáktól 15 mm 3—22 mm a stabilizáló oxigénfúvóka átmérője 2 mm 1—6 mm a stabilizáló oxigénsugár sebessége 1,3 Nm³ /óra 1-4 Nm³/óra IV. táblázat Jellemző Célszerű értékek Megengedhető tartomány a metszéspont távolsága a fúvókáktól 15 mm 3—22 mm a stabilizáló oxigénfúvóka átmérője 2 mm 1-6 mm a stabilizáló oxigénsugár sebessége 1,3 1-4 az A szög értéke 80° 10-90°
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló oxidáló ⁴¹ gázsugarat az előmelegítő' láng irányával 90—170°-ot bezáró szögben fúvatjuk ki. Elsőbbsége: 1978. 07. 03.
4. 4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló ^{4 5 6 7 8}· oxidáló gázsugarat az előmelegítő láng mellett fúvatjuk el. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
5. 5. A 2. vagy 3. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az előmelegítő oxidáló gázsugarat az előmelegítő lángon ke- ^5t resztül fúvatjuk át. Elsőbbsége: 07. 03.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló oxidáló gázsugarat és a hántoló oxidáló gázsugarat közös fúvókából fúvatjuk ki. Elsőbbsége: ^5í 1977. 09. 26.
7. 7. Az 1 —6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy oxidáló gázként oxigént alkalmazunk. Elsőbbsége: 1977. 09. 26. 6C
8. 8. Az 1 —7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az előmelegítő oxidáló gázsugarat és az éghető gázsugarat egymással 5-50°-os szöget bezáróan fúvatjuk ki. Elsőbbsége: 1977. 09. 26. 65
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az éghető gázt 1—3,5 N köbméter/óra SCMH sebességgel, az előmelegítő oxidáló gázt 1,5—6 N köbméter/óra SCMH sebességgel, a stabilizáló oxidáló gázt pedig résfúvókából, a fúvóka magasságának minden centiméterére vonatkozóan 3—ION köbméter/óra SCMH sebességgel áramoltatjuk ki. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
10. 10. Berendezés termokémiai hántoláshoz, előmelegítő lángot előállító egységgel, hántoló oxidáló gázt kibocsátó fúvókával ellátott egységgel és adott esetben a hántoló oxidáló gázsugár és a munkadarab közötti viszonylagos elmozdulást létrehozó előtoló egységgel, azzal jellemezve, hogy az előmelegítő lángot előállító egységben a munkadarab felülete felé irányított, éghető gázsugarat kibocsátó gázfúvóka vagy gázfúvókák (17, 19), a gázfúvókák (17, 19) tengelyeivel hegyesszöget bezáró és azokat a munkadarab fölött, de a gázfúvókák (17, 19) kibocsátó nyílásain kívül metsző tengelyű előmelegítő fúvókája vagy fúvókéi (18) és kis intenzitású stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvókája van. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
11. 11. A 10. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvóka tengelye a gázfúvóka (17, «

    19) és az oxigénfúvóka (18) tengelyeinek metszéspontján (30) kívül fekszik. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
12. 12. A 10. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló oxidáló 5 gáz kibocsátó fúvóka tengelye a gázfúvóka (17, 19) és az oxigénfúvóka (18) tengelyeinek metszéspontján (30) halad át. Elsőbbsége: 1978. 07. 03.
13. 13. A 11. és 12. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló 10 oxidáló gáz kibocsátó fúvóka tengelye hegyesszöget zár be a gázfúvóka (17, 19) és az oxigénfúvóka (18) tengelyeinek 'eredőjével. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
14. 14. A 11. vagy 12. igénypont szerinti bérén- 15 dezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvóka tengelye 90—170°-os szöget zár be a gázfúvóka (17, 19) és az oxigénfúvóka (18) tengelyeinek eredőjével. Elsőbbsége: 1978. 07. 03. 20
15. 15. A 10—14. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az előmelegítő oxidáló gáz kibocsátó fúvóka és a stabilizáló oxidáló gáz kibocsátó fúvóka egyetlen 25 résfúvókaként (16) van kialakítva. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
16. 16. A 15. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a résfúvóka (16) a hántoló egység (3) alsó fűtőtömbje (2) és felső fűtőtömbje (1) között van kialakítva. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
17. 17. A 10-16. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gázfúvókák (17, 19) és az oxigénfúvókák (18) egymással 5— 50°-os szöget bezáróan vannak kialakítva. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
18. 18. A 10-17. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gázfúvókák (17, 19) és az oxigénfúvókák (18) egymással párhuzamos sorokban vannak elhelyezve. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
19. 19. A 18. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gázfúvókák (17) és az oxigénfúvókák (18) a felső fűtó'tömbben (1) vannak elhelyezve. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
20. 20. A 18. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gázfúvókák (17) és az oxigénfúvókák (18) az alsó fűtőtömbben (2) vannak elhelyezve. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.
21. 21. A 18. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, - azzal jellemezve, hogy a gázfúvókák (17, 19) a felső fűtőtömbben és az alsó fűtőtömbben is el vannak helyezve. Elsőbbsége: 1977. 09. 26.