DE3047158A1

DE3047158A1 - Verfahren und vorrichtung zur abtragenden flaechenbehandlung von gegenstaenden aus hochkohlenstoffhaltigem eisen

Info

Publication number: DE3047158A1
Application number: DE19803047158
Authority: DE
Inventors: Egon 5650 Solingen Evertz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1982-07-22
Also published as: JPS57121875A; US4405383A; FR2495980A1; NL8105632A; IT8125520A0; CA1176143A; ZA818615B; BE891454A; IT1140104B; FR2495980B1

Description

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur abtragenden Flächenbehandlung von Gegenständen aus hochkohlenstoffhaltigem Eisen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren dieser Art ist nach der DE-PS 19 37 089 bekannt. Danach wird die Oberfläche von Gegenständen aus hochkohlenstoffhaltigem Eisen, und zwar aus Sphäroguß, an einer Stelle mit einer Gas-Sauerstoff-Flamme bis zum Schmelzfluß erhitzt, woraufhin später mit einem im wesentlichen aus Sauerstoff bestehenden Gasstrahl das Material abgetragen wird. Es kommt im Verlaufe dieser Behandlung indes zu einer beträchtlichen Entwicklung braunen Rauchs durch Oxydation des Eisens, so daß der Arbeitsplatz und die Umwelt beeinträchtigt werden können.

Andererseits sind bei aus Stahl bestehenden Gegenständen abtragende Flächenbehandlungen durch das sogenannte Flemmhobeln bekannt, jedoch setzt dies eine erhebliche Vorwärmung des Werkstoffs voraus, was nicht nur aufwendig ist, sondern bei Hohlkörpern und geometrisch schwieriger gestalteten Gegenständen nicht mehr mit der gewünschten Gleichmäßigkeit möglich ist, und sogar die Gefahr von Spannungsrissen mit sich bringen kann. Im übrigen unterscheiden sich Stahl sowie hochkohlenstoffhaltige Eisen, wie Gußeisen, grundlegend durch ihre erheblich voneinander abweichende Schmelz- und Siedepunkte, die gerade im Zusammenhang mit der Bildung von Eisendämpfen und braunem Rauch von erheblichem Einfluß sind. Auch sind die Wärmeleitfähigkeiten in erheblichem Maße vonein-

ν».: ^chiedea, so daß die Voraussetzungen für die SchmeißfL .^bildung nicht mehr übertragbar sind.

Die Erfindung legt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Verfc..:ren der einleitend beschriebenen Art die Bildung des braunen Rauches herabzusetzen.

Diese Aufgabenstellung wird durch den Vorschlag des i'ennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst, der in den Unteransprüchen in vorteilhafter Weise weitergebildet wird. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist in den Ansprüchen 6 bis 9 vorgeschlagen, während eine weitere vorteilhafte Ausführungsform nach den Ansprüchen lO bis 12 vorgesehen ist. Schließlich sehen die Ansprüche 13 bis 15 noch die Ausbildung eines Brenners für ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9 vor.

Wesentlich fUr die Erfindung ist mithin, daß einerseits die chemise en Voraussetzungen für die Unterdrückung braunen Rauches geschaffen werden, und daß darüber hinaus auch s tröitiungs technische Maßnahmen verwirklicht werden, die im Zusammenwirken mit den chemischen Verhältnissen zur Lösung der erfindungsgemäß zu Grunde gelegten Aufgabenstellung führen. Das erfindungsgemäß langsamer als das Heizgas und der Sauerstoff strömende endotherme Gas hat auf Grund seiner Strömungsgeschwindigkeit eine ausreichende Verweilzeit, um endotherm in befriedigendem Ausmaß zu reagieren. Dies setzt die Temperatur des gebildeten Schmelzflusses derart herab, daß nur noch in sehr verringertem Maße brauner Rauch gebildet wird. Man kann durch die Reaktion des endotherm reagierenden Gases mit den Flammgasen zu einer wärmeverbrauchenden Rückbildung bereits verbrannter Gase kommen, womit die erwähnte Rauchbildung zumindest stark verringert wird.

_BAD

_ η

Maßgeblich ist hierbei indes, daß, abweichend von der Lehre der DE-PS 19 37 089, während der gesamten Verhandlungsdauer nicht nur Sauerstoff, sondern auch Heizgas zugeführt und eine Flamme gebildet wird.

Indes ist es ausreichend, das endotherm reagierende Gas erst nach anfänglicher Bildung des Schmelzflusses zuzusetzen. Dies hat den Vorteil, daß während der Anfangsphase eine Leistungsverringerung durch Herabsetzung der Wärmezufuhr noch nicht besteht.

Das endotherm reagierende Gas läßt sich einerseits durch Verbrennung eines Teils des Heizgases bilden, während es andererseits auch getrennt von der Flamme an deren Auftreff bereich heranführbar ist. Man kann es ebenfalls der Flamme zusetzen.

Nach einer ersten Ausführungsform, bei v/elcher der Sauerstoff zentral und das Heizgas den Sauerstoffstrahl umgebend zugeführt wird, wird die Flamme aus einem Kohlenwasserstoffgas und Sauerstoff mit einem etwa stöchiometrischen Verbrennungsverhältnis gebildet, während das endotherm reagierende Gas getrennt zugeführt wird. Besonders interessant ist es, nach diesem Verfahren als endotherm reagierendes (".as einen Stmhl von CO in einer Menge von 0,5 Volumen % bis 2,0 Volumen 7, der Sauer :;l of fmenge zuzusetzen, wobei die Strömunqsgeschwindiqkeit 1,2 bis 3,0 % derjenigen des SauerstoffStrahls beträgt. Das von der Flamme getrennt zugesetzte endotherm reagierende Gas beeinträchtigt in diesem Geschwindigkeitsund Mengenverhältnis die Abtragungsleistung praktisch nicht, wenngleich es in befriedigender Weise den brauen Rauch unterdrückt. Dabei wird der gebildete Schmelzfluß von der kinetischen Energie des Gasstrahls aus der

Schmelzzone

iiOj;:"L-^:cjCii.:äcki-, so daß die beabsichtige Flächen- al.·- .::. j...nq eintritt.

üf.v;ni:i:id unter dem Gesichtspunkt der ausreichenden Wärmezufuhr sowie einer l·.inreichenden kinetischen L-:nv.i.";: i.e -"^;l.r Entfernung der n-ebilde' en Schmelze eirrnet sich ;.ei gleichzeitiger Zufuhr des erwähnten Strahles von CO-j ein Kauerstoff strahl mit etwa 1,2-fach bis 4-fach größerer Geschwindigkeit als der Heitqasstrah. Die mit diesen relativen Geschvindiakeiten zueiander auf die abzutragende Oberfläche aerichteten Gasstrahlen setzen dabei jedoch eine M.indestqeschwindio-kei t voraus, welche danach bemessen wird, daß der Sauerstoffstrahl eta loo m/sec nicht unterschreiten sollte, woMnnerren an.ic-rerseits die Obergrenze für die Geschwindiakeit des i-'auerstoffntrahls etv:a 300 m/sec betragen sollte. Die Geschwindigkeit des Heizgasstrahls läßt sich auf Grund der genannten Relation ermitteln.

Eine weitere Ausgestaltuna des Verfahrens sieht die Bildung des endotherm reagierenden Gases durch eine Umsetzung in der Flamme des Heizgases vor. Dabei liegt die Gesamtzufuhr an Sauerstoff etwa 1,1-fach bis 1,3-fach über dem stöchiometrischen Verbrennunasverhältnis, wobei das Heizgas wiederum ein Fohlenwasserstoffgas ist und der Flammenkern mit einem etwa kreisförmigen, in der erwähnten Weise üherschi"ssiqen Sauerstoffstrahl auf die Oberfläche des Gegenstandes qe-

BAD

richtet ist. Die endotherme Reaktion tritt also in einer die Flamme ummantelnde Zone ein und verhindert damit in jedem Fall Bildung und Ausbreitung des braunen Rauches, sofern das vorgeschlagene Verhältnis des SauerstoffÜberschusses besteht. Unterhalb des genannten Verhältnisses wird die Bildung braunen Rauches zwar auch noch unterdrückt, doch geht dann die Abtragungsleistung merklich zurück.

Auch für das vorstehend beschriebene Verfahren ist die Geschwindigkeitsrelation zwischen Flamin- bzw. Sauerstoffstrahl und dem endotherm reagierenden Gasstrahl wesentlich, und zwar werden die besten Ergebnisse dann erzielt, wenn der Sauerstoffstrahl mit einer 1,5-fach bis 2-fach größeren Geschwindigkeit al:· der Heizaasstrahl auf die Oberfläche gerichtet wird.

Speziell für die flächenabtragende Behandlung von Gußeisen_/ Sphäroguß ^un<ä Stahleisen bemißt sich das auf die Zeiteinheit bezogene Wärmeangebot nach einer Zufuhr an Propangas von etwa 500 l/min, welches mit Sauerstoff einer Zuführmenge von etwa 2500 l/min bis 3300 l/min verbrannt wird. Bei einem derartigen Härmeangebot läßt sich einerseits eine jeweils hinreichend große Menge an Gußeisen schmelzen und durch die kinetische Energie der Flamme fortdrücken, während andererseits die Bildung des braunen Haucht¹;; befri endigend unterdrück werden kann.

Einen besonders für die Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 6 bis 9 entwickelten Brenner veranschaulicht die Zeichnung. Darin zeigen:

Figur 1 die Gesamtansicht des Brenners, Figur 2 die Vorderansicht der Brennerdüse,

igur 3: öie Vorderansicht der Flachdüse

i-'irjur <ϊ: eine Seitenansicht auf die Flachdüse.

Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, besitzt der Brennerkopf 3 eine flach- rechteckige Austrittsöffnung 1 für den Sauerstoff, während zu den beiden Längsseiten die Gasaustrittsöffnungen 2 in zwei Reihen von 12 Einzeldüsen liegen. Für die Gaszufuhr dient der Anschluß 7, während das Heizgas über den mit kleinerem Querschnitt ausgeführten Anschluß 8 zugeführt wird. Somit bildet sich die Flamme im wesentlichen in einer vor der Düse 6 liegenden Ebene 3 aus, welche während des Betriebes auf den Gegenstand, der oberflächlich abzutragen ist, gerichtet wird.

Zwischen der Düse 6 und den Gasanschlüssen 7 und 8 ist die Bogenführung 9 angeschlossen, in deren bogenförmigen Schlitz 10 die Flachdüse 4 mit den Führungsrollen 11, 12 und der Feststellschraube 13 einstellbar ist. Der in Richtung des Pfeiles 5 austretende Flachstrahl schneidet somit die Ebene 3, in welcher sich die Flamme erstreckt, an einer Stelle, die von der Einstellung derFlachdüse 4 abhängig ist. Man kann diesen Einstellbereich mithin in weiten Grenzen wählen und eine Anpassung an die Flammenausbreitung vornehmen. Der Flachstrahl erfährt beim Durchgang durch die Flachdüse 4 eine Ausbildung entsprechend der in Figur 3 wiedergegebenen, elliptischen Querschnittsform 14.

Der Austrittsquerschnitt für die zentrale Ausgangsöffnung 1 des Sauerstoffs beträgt bei dem betriebsmäßigen Modell

- 11 -

COPV ORIGINAL INSPECTED

- ii -

2,85 cm während die Summe aller Austrittsöffnungen 2

das in Form von Propan eingesetzte Heizgas 1,18 cm beträgt. Die Flachdüse 4 hat den beschriebenen elliptischen

2 Austrittsquerschnitt mit einer Fläche von 1,50 cm .

Für die Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 10 bis 12 findet eine Düse mit kreisförmigem, zentralem

Öffnungsaustritt des Sauerstoffs mit 1,86 cm Verwendung, der von einem Ring von 14 kleinen Austrittsöffnungen

für das Propan .im Gesamtquerschnitt 0,53 cm konzentrisch umgeben ist.

Das Ergebnis der Betriebsweise ist in der nachstehenden Tabelle für die ßetriebsparameter zusammengestellt:

Düsenausbildung

1) konzentrische Düse

2) flach-rechteckige Brennerdüse mit zusätzlicher Flachdüse für CO

Betriebsbedingungen

a) 14 bar O₂,1,5 bar Propan,

b) 12 bar 0 ,1,5 bar Propan,

c) 14 bar O₃,1,5 bar Propan, 6 bin P, bar

d) 10 bar O₃,1,5 bar Propan

Ergebnisse a)

■ starker Rauch

b)

weniger Rauch

c)

d)

deutlicher Rauchrückgang, geringer Leistung

2) starker weniger brauchbare zu geringe Lei Rauch Rauch, sehr Leistung, stung, stark

niedrige Leistung

stark verminderter
Rauch

verminderter Bauch

COPY ORIGINAL INSPECTED

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur abtragenden Flächenbehandlung von Gegenständen aus hochkohlenstQf-fhalt.iaein^^is^en, wie Gußeisen, Sphäroguß und Stahleisen, wobei eine durch Verbrennung eines Heizgases mit Sauerstoff gebildete Flamme auf die abzutragende Fläche des Gegenstandes gerichtet und unter Bildung eines Schmelzflusses an der Auftragsstelle linier weise nebeneinander unter örtlicher Fortsetzung des Schmelzflusses und dessen Entfernung über die gesamte Fläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Auftreffbereich des Strahles der Flamme eine langsamer als das Heizgas und der Sauerstoff strömendes sowie unter Wärmebindung mit wenigstens einem Teil der Flamm-

COPY

ORIGINAL INSPECTED

gase endotherm reagierendes Gas zur Einwirkung auf die Ctoarfläche gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffbereich der Flamme erst nach Bildung des Schmelzflusses mit dem endotherm reagierenden Gas beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das endotherm reagierende Gas durch Verbrennung wenigstens eines Teiles des Heizgases gebildet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das endotherm reagierende Gas getrennt von der Flamme an deren Auftreffbereich herangeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das endotherm reagierende Gas in die Flamme eingeführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Sauerstoff zentral und das Heizgas den Sauerstoffstrahl umgebend zugeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme aus einem Kohlenwasserstoff-Gas und Sauerstoff mit einem etwa stö'chiometrischen Verbrennungsverhältnis gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als endotherm reagierendes Gas ein Strahl CO₂

in einer " Menge von 0,5 Volumen % bis 2,0 Volumen % der Sauerstoffmenge und einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,2% bis 3,0 % des Sauerstoff Strahls getrennt von der Flamme zugeführt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffstrahl mit etwa 1,2-fach bis 4-fach größerer Geschwindigkeit als der Heizgasstrahl auf die Oberfläche gerichtet wird, wobei die Geschwindigkeit des SauerstoffStrahls zwischen 100 bis 300 m/sec beträgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das endotherm reagierende Gas durch Umsetzung in der Flamme des Heizgases gebildet v/ird, indem die Gesamtzufuhr an Sauerstoff etwa 1,1-fach bis 1,3-fach über dem stöchiometrischen Verbrennuncrsverhältnis gewählt wird, wobei das Heizgas ein Kohlenwasserstoffgas ist und der Flammenkern mit überschüssigem, etwa kreisförmigem Sauerstoffstrahl auf die Oberfläche gerichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffstrahl mit einer 1,1-fach bis 2-fach größeren Geschwindigkeit als der Heizgasstrahl auf die Oberfläche gerichtet wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die abzutragende Fläche gerichtete Flamme durch Verbrennung von etwa 500 l/min Propan mit etwa 2750 l/min bis 3300 l/min Sauerstoff gebildet wird.

13. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine

e/./a 'echteckige, zentrale Sauerstoff-Austrittsöf fnu*, · (1) , je eine Reihe kleiner, zu beiden Liinc: .ei ten der Sauerstoff-Austrittsöffnung (1) verlaufende Gasaustrittsöffnungen (2) und eine ..- "_; auiv zu der hiervon gebildeten Brennerstrahlebe. e (3) einstellbar verschwenkbare Flachdüsen (4) aufweist, deren Verschwenkwinkel von einer parallelen bis zu einer um 45 geneigten Stellung ihres Schlagstrahls (5) relativ zur Brennerstrahlebene (3) reicht.

14. Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdüse (4) eine Querschnittsfläche aufweist, deren Größe zwischen derjenigen der Sauerstoff-Austrittsöffnung (1) und der Summe derjenigen aller Gas-Austrittsöffnungen (2) liegt.

. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdüse (4) mit elliptischer Querschnittsform mit einem Achsenverhältnis von etwa 1 : 10 ausgeführt ist.

BAD