RU2100520C1

RU2100520C1 - Method of working of hard material surface and plant for its realization

Info

Publication number: RU2100520C1
Application number: RU95118210A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Полонский; Игорь Леонидович Мостинский; Валерий Ильич Залкинд; Николай Петрович Афанасьев; Александр Владимирович Орлов; Валерий Анатольевич Повелицын; Вадим Федорович Крапивный
Original assignee: Владимир Сергеевич Полонский; Игорь Леонидович Мостинский; Валерий Ильич Залкинд; Николай Петрович Афанасьев; Александр Владимирович Орлов; Валерий Анатольевич Повелицын; Вадим Федорович Крапивный
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: cutting of hard materials by a high-energy gas-abrasive jet. SUBSTANCE: surface of hard materials is worked in two stages: first the material surface is heated by a gas high- temperature heating jet up to reduction of its mechanical strength, then the softened surface is destructed by a high-energy gas-abrasive cutting jet. The heating jet is directed to the surface under working at an angle of 15 to 35 deg., and the cutting jet is directed to the softened section and moved along it at an angle of 25 to 40 deg. The heating and cutting jets are in the same plane perpendicular to the surface under working. The plant for working of hard material surface uses a high-temperature heating jet generator having a heating nozzle, high-energy cutting jet generator having a cutting nozzle producing this jet and located behind the heating nozzle relative to the direction of plant movement in the process of working. The nozzles are positioned in the same plane for their relative movement in this plane and relative to the surface under working. EFFECT: enhanced efficiency. 8 cl, 5 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к строительной и горнодобывающей индустрии, в частности к обработке, в том числе резко высокоэнергетической газообразивной струей твердых материалов и может быть использовано при реконструкции зданий, фундаментов тяжелого оборудования ТЭС и АЭС, замене бетонной защиты АЭС, в дорожном строительстве (замене дорожных бетонных покрытий и старых сооружений в мостостроении), при ликвидации последствий катастроф, а также при добыче и обработке природных твердых пород. The invention relates to the construction and mining industries, in particular to processing, including a sharply high-energy gaseous jet of solid materials and can be used in the reconstruction of buildings, foundations of heavy equipment of thermal power plants and nuclear power plants, replacement of concrete protection of nuclear power plants, in road construction (replacement of road concrete pavements and old structures in bridge building), in the aftermath of disasters, as well as in the extraction and processing of natural hard rocks.

Известен термообразивный способ обработки твердых материалов [1] заключающийся в формировании режущей струи в виде высокотемпературной (1800 - 2800К) газовой струи с большим динамическим напором, содержащей твердый абразив, и направлении ее на обрабатываемую поверхность материала. There is a known thermoobjective method for processing solid materials [1], which consists in forming a cutting jet in the form of a high-temperature (1800 - 2800K) gas jet with a large dynamic head containing a solid abrasive and directing it to the material surface to be treated.

Наиболее близкой к изобретению является установка [1] для термообразивной обработки поверхности твердых материалов, включающая генератор высокоэнергетической газообразивной режущей струи, содержащий камеру смещения газового потока, в частности высокотемпературной струи продуктов сгорания (как правило, углеводородного жидкого топлива, например керосина), с абразивом, разгонное режущее сопло и систему передвижения установки относительно обрабатываемой поверхности. Closest to the invention is an apparatus [1] for thermally forming a surface of solid materials, including a generator of a high-energy gas-forming cutting jet, comprising a gas flow bias chamber, in particular a high-temperature jet of combustion products (typically a hydrocarbon liquid fuel, for example kerosene), with an abrasive, an accelerating cutting nozzle and a system for moving the installation relative to the surface to be treated.

При обработке твердой поверхности указанным способом одновременно происходит локальное расплавление части поверхности и абразивное разрушение и унос материала поверхности, причем место обработки (реза), как правило, перегрето выше, температуры плавления материала. В связи с этим, учитывая значительные потери тепла в объеме массива и в окружающую среду, такой способ требует большого удельного расхода топлива. Кроме того, совмещение в одном агрегате высоких температур и большого давления рабочего газа (более 30 МПа) перед разгонным соплом требует особых конструктивных мер по его охлаждению и предотвращению эрозии его поверхностей, учитывая их одновременный нагрев от высокотемпературного газового потока и абразивное воздействие частиц в случае их попадания на стенки сопла. К тому же нагрев частиц в высокотемпературной струи, происходящий одновременно с их разгоном, может приводить к их размягчению и потере абразивных свойств, что снижает скорость разрушения твердых поверхностей. When treating a hard surface with the indicated method, local melting of a part of the surface and abrasive destruction and ablation of the surface material simultaneously occur, and the place of processing (cutting), as a rule, is overheated above the melting temperature of the material. In this regard, given the significant heat loss in the volume of the array and into the environment, this method requires a large specific fuel consumption. In addition, the combination of high temperatures and high working gas pressure (more than 30 MPa) in one unit in front of the accelerating nozzle requires special design measures to cool it and prevent erosion of its surfaces, given their simultaneous heating from a high-temperature gas stream and the abrasive effect of particles in case of their hit on the walls of the nozzle. In addition, the heating of particles in a high-temperature jet, which occurs simultaneously with their acceleration, can lead to their softening and loss of abrasive properties, which reduces the rate of destruction of hard surfaces.

Таким образом, основной трудностью в достижении необходимой производительности и рентабельности газообразивного способа обработки является достаточно высокая механическая прочность строительных материалов, как специально изготовленных (в первую очередь, класса бетонов и железобетонов), так и наиболее крепких природных пород типа гранита. Термоабразивный же способ разрушения, при котором хотя и достигается почти полное разупрочнение удаляемого слоя материала при локальном нагреве поверхности до температуры, близкой к температуре плавления, как указывалось выше, связан с недопустимо высокими затратами энергии. Thus, the main difficulty in achieving the necessary productivity and profitability of the gas-forming method of processing is the rather high mechanical strength of building materials, both specially made (primarily class of concrete and reinforced concrete), and the strongest natural rocks such as granite. The thermoabrasive method of destruction, in which although almost complete softening of the removed material layer is achieved when the surface is locally heated to a temperature close to the melting temperature, as mentioned above, is associated with unacceptably high energy costs.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2] обработки твердых материалов разрушения карбонатных полезных ископаемых, включающий термическое воздействие на поверхностные слои материала до снижения их механической прочности и последующее механическое разрушение материала - отделение горной массы. Closest to the proposed method is [2] the processing of solid materials of the destruction of carbonate minerals, including thermal exposure to the surface layers of the material to reduce their mechanical strength and subsequent mechanical destruction of the material - separation of the rock mass.

Однако для наиболее интересующих указанных типов материалов (бетоны, горные породы) с характерным для них малым коэффициентом температуропроводности (0,5 1,0•10^-6 м²/c) требование прогрева снимаемых слоев материала (на практике толщиной от 1 до 10 мм) и их необходимого для применения механической обработки охлаждения связано с очень большими временами (0,5 1,0 ч) и поэтому применение в указанном способе механического отделения разупрочненного материала связано с постоянными периодическими операциями постановки и вывода из зоны нагреваемой поверхности режущего инструмента, не выдерживающего повышенных температур, например 1000 - 1100К, необходимых для предварительного разупрочнения материалов таких, как гранит и другие породы.However, for the most interesting of these types of materials (concrete, rocks) with a characteristic low thermal diffusivity (0.5 1.0 • 10 ^-6 m ² / s), the requirement is to heat the removable layers of material (in practice, from 1 to 10 mm thick ) and their necessary for the application of mechanical processing of cooling is associated with very long times (0.5-1.0 h) and therefore the use in this method of mechanical separation of softened material is associated with constant periodic operations of setting and withdrawing from the zone of heated rhnosti cutting tool, not withstanding elevated temperatures, such as 1000 - 1100K required for preliminary softening materials such as granite and other species.

Таким образом, указанный способ не позволяет достаточно производительно и рентабельно обрабатывать твердые массивы в случае достаточно высоких температур их разупрочнения особенно в случае полностью автономного режима работы. Thus, this method does not allow sufficiently efficient and cost-effective processing of solid arrays in the case of sufficiently high temperatures of their softening, especially in the case of a fully autonomous mode of operation.

Задача изобретения создание способа и установки для обработки поверхностей твердых материалов, теряющих прочностные свойства при термическом воздействии, с использованием последовательного воздействия на поверхность материала высокотемпературной греющей газовой струи и высокоэнергетической газоабразивной разрушающей струи. The objective of the invention is the creation of a method and apparatus for treating surfaces of solid materials that lose strength properties when exposed to heat using sequential exposure to the surface of the material of a high-temperature heating gas jet and a high-energy gas-abrasive destructive jet.

Использование указанных способа и установки позволяет повысить скорость обработки (разрушения) твердых материалов при уменьшении энергетических затрат. Using the specified method and installation can increase the processing speed (destruction) of solid materials while reducing energy costs.

Этот результат достигается за счет того, что генератор режущей газоабразивной струи не убирается из зоны нагрева поверхности, так как даже при непосредственном взаимодействии греющей и режущей струи частицы абразива в силу своей большой тепловой и кинетической инерции не успевают при этом взаимодействии ни существенно отклониться от своей траектории или заметно потерять набранную скорость, ни нагреться настолько, чтобы потерять свою твердость, а следовательно, и абразивные свойства. This result is achieved due to the fact that the generator of the cutting gas-abrasive jet is not removed from the surface heating zone, since even with the direct interaction of the heating and cutting jet, the abrasive particles do not have time to deviate significantly from their trajectory due to their large thermal and kinetic inertia or noticeably lose the speed gained, nor heat enough to lose its hardness, and hence the abrasive properties.

Вследствие этого цикл времени между последовательными удавлениями режущей струей слоев разупрочненного материала может быть на порядок и более сокращен, а массив материала под указанными слоями греется постоянно, что дает возможность существенно (на порядок) сократить время и затраты энергии на прогревание следующих удаляемых слоев материала. As a result, the time cycle between successive pressures by the cutting jet of the layers of weakened material can be reduced by an order of magnitude or more, and the mass of material under the indicated layers is constantly heated, which makes it possible to significantly (by an order of magnitude) reduce the time and energy consumption for heating the next material layers to be removed.

С другой стороны, если сравнивать предлагаемый способ с термоабразивным способом резки [1] функции локального нагрева поверхности материала и ее обработки абразивосодержащей струей и предлагаемом способе разделены между двумя основными элементами (генератором греющей струи и генератором абразивной режущей струи) и оптимизации параметров каждого из них может проводиться раздельно, что обеспечивает более эффективную и надежную работу обоих элементов. On the other hand, if we compare the proposed method with a thermo-abrasive cutting method [1], the functions of local heating of the surface of the material and its processing with an abrasive-containing jet and the proposed method are divided between two main elements (a heating jet generator and an abrasive cutting jet generator) and optimization of the parameters of each of them can carried out separately, which ensures more efficient and reliable operation of both elements.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обработке поверхности твердых материалов, заключающемся в термическом воздействии на поверхностные слои материала до снижения их механической прочности и последующем их разрушении термическое воздействие осуществляют высокотемпературной греющей газовой струей, а разрушение проводят высокоэнергетической газоабразивной режущей струей, при этом греющую струю направляют на участок обрабатываемой поверхности материала под углом 15 - 35^o, а режущую струю направляют на разупрочненный участок поверхности материала и перемещают вдоль него под углом 25 50^o, причем греющую и режущую струи устанавливают в одной плоскости, перпендикулярной обрабатываемой поверхности материала.The essence of the invention lies in the fact that in the method of surface treatment of solid materials, which consists in the thermal effect on the surface layers of the material to reduce their mechanical strength and their subsequent destruction, the thermal effect is carried out by a high-temperature heating gas jet, and the destruction is carried out by a high-energy gas-abrasive cutting jet, while heating jet is directed on the material surface treated portion an angle of 15 - 35 ^o, and the cutting jet is directed to softening chastok material surface and moved along it at an angle of 25 to 50 ^o, wherein a heating and cutting jet is installed in one plane, perpendicular to the treated surface material.

Кроме того, режущую и греющую струю перемещают вдоль и вглубь обрабатываемой поверхности материала. In addition, the cutting and heating jets are moved along and deep into the material surface to be treated.

Кроме того, термическое воздействие на поверхностный слой материала может быть проведено одновременно греющей струей и радиационным нагревом всей разрушающей поверхности. In addition, the thermal effect on the surface layer of the material can be carried out simultaneously by a heating stream and radiation heating of the entire destructive surface.

Кроме того, поверхность обрабатываемого материала, прилегающая к зоне непосредственного контакта с греющей струей, может быть теплоизолирована от внешней среды, причем ширину теплоизолированной зоны выбирают в пределах 1,0
2,0Δ, где D ширина обрабатываемой поверхности материала, а удельное тепловое сопротивление теплоизоляции составляет 1,5 2,5 D/λ, где l - теплопроводность обрабатываемого материала.In addition, the surface of the processed material adjacent to the zone of direct contact with the heating stream can be insulated from the external environment, and the width of the insulated zone is chosen within 1.0
2.0Δ, where D is the width of the processed surface of the material, and the specific thermal resistance of thermal insulation is 1.5 2.5 D / λ, where l is the thermal conductivity of the processed material.

Сущность изобретения заключается также в том, что установка для обработки поверхности твердых материалов, включающая генератор высокоэнергетической абразивосодержащей режущей струи, содержащий разгонное режущее сопло и систему передвижения вдоль обрабатываемой поверхности, дополнительно снабжена генератором высокотемпературной газовой греющей струи, содержащим формирующее эту струю греющее сопло, причем указанные сопла размещены в одной плоскости, проходящей через оси этих сопел и перпендикулярной обрабатываемой поверхности, с возможностью взаимного перемещения друг относительно друга в этой плоскости и относительно обрабатываемой поверхности, при этом режущее сопло расположено за греющим соплом относительно направления движения установки. The invention also lies in the fact that the installation for surface treatment of solid materials, including a generator of a high-energy abrasive-containing cutting jet, comprising an accelerating cutting nozzle and a movement system along the surface to be treated, is further provided with a generator of a high-temperature gas heating jet containing a heating nozzle forming this jet, wherein nozzles are placed in one plane passing through the axis of these nozzles and perpendicular to the surface to be treated, with POSSIBILITY mutual movement relative to each other in this plane relative to the work surface, the cutting nozzle is located behind the heating nozzle with respect to the installation directions of movement.

Кроме того, режущее сопло может иметь механизмы ориентации его под острым углом к обрабатываемой поверхности как в направлении движения установки, так и в противоположном направлении. In addition, the cutting nozzle may have mechanisms for orienting it at an acute angle to the surface to be machined both in the direction of movement of the installation and in the opposite direction.

Кроме того, с генератором и соплом греющей струи может быть механически связан теплоизолирующий экран, расположенный таким образом, чтобы экран вместе с участком обрабатываемой поверхности образовывал канал для прохождения греющей струи. In addition, a heat-insulating screen can be mechanically connected to the generator and the nozzle of the heating jet, so that the screen together with a portion of the surface to be treated form a channel for the passage of the heating jet.

Кроме того, в теплоизолирующем экране могут быть установлены электронагревательные элементы. In addition, electric heating elements can be installed in the heat-insulating screen.

Предлагаемый способ обработки имеет преимущества перед известными для широкого круга твердых материалов. The proposed processing method has advantages over those known for a wide range of solid materials.

Однако наиболее выгодным является применение предлагаемого способа и устройства при обработке широко используемых твердых материалов, имеющих температуру невосстанавливаемого разупрочнения (Т) существенно ниже, чем температура плавления, а также сравнительно низкую температуропроводностью. Типичными материалами такого вида являются бетоны и железобетоны, а также природные камни, употребляемые в строительстве. However, the most advantageous is the application of the proposed method and device in the processing of widely used solid materials having a temperature of non-reducible softening (T) significantly lower than the melting temperature, as well as a relatively low thermal diffusivity. Typical materials of this type are concrete and reinforced concrete, as well as natural stones used in construction.

В предлагаемом изобретении использована важная особенность строения указанных видов материалов. Они состоят из двух основных компонент более твердого (как правило, плавленого и большего по объему наполнителя (базальта и других)) и связки. Связкой в случае бетонов является цемент, состоящий в основном из силикатов кальция, содержащих различное количество гидратированной воды (типа 3SiO₂•2CaO•n•H₂O, где n 8 10). Цементы имеют температуру разупрочнения (на 60 80% потери прочности) на уровне 800 1000К, т. е. значительно более низкую, чем температура разрушения и плавления основного, как правило, плавленого наполнителя (выше 1300 - 1500К), причем процесс потери прочности обусловлен потерей гидратированной воды и поэтому (в отличие от процессов плавления затвердевания) является необратимым, то-есть при остывании прочность цемента не восстанавливается.In the present invention used an important structural feature of these types of materials. They consist of two main components of a harder (usually fused and larger in volume filler (basalt and others)) and ligaments. The bond in the case of concrete is cement, consisting mainly of calcium silicates containing various amounts of hydrated water (type 3SiO ₂ • 2CaO • n • H ₂ O, where n 8 10). Cements have a softening temperature (60–80% loss of strength) at a level of 800 1000K, i.e., significantly lower than the temperature of destruction and melting of the main, usually fused filler (above 1300 - 1500K), and the process of loss of strength is caused by a loss hydrated water and therefore (in contrast to the solidification melting processes) is irreversible, that is, when cooling, the strength of the cement is not restored.

Аналогичным образом ведут себя при нагревании и твердые природные породы (типа гранитов и других), у которых вещества связки между зернами также теряют свою прочность при температурах, значительно более низких, чем температура размягчения (тем более плавления) зерен основного материала как наполнителя (кварца, полевого шпата и др.). Solid natural rocks (such as granites and others) also behave similarly when heated, in which the substances of the binder between the grains also lose their strength at temperatures much lower than the softening temperature (especially the melting point) of the grains of the main material as filler (quartz, feldspar, etc.).

При этом температура термического воздействия (нагрева) на поверхность материала соответствует потере 60 80% прочности s вещества связки между зернами материала. In this case, the temperature of thermal influence (heating) on the surface of the material corresponds to a loss of 60–80% of the strength s of the binder material between the grains of the material.

Указанный диапазон потери прочности связки является характерной оптимальной величиной в силу типичной зависимости от температуры Т нагрева рассматриваемых материалов. Для данного класса материалов, в первую очередь - строительных бетонов, зависимость s (Т) такова, что при разогреве до определенного значения Т₀(400^oC) не происходит их заметного разупрочнения, однако подъем до Т^* 550 600^o резко снижает прочность до 20 40% этой величины при нормальной температуре (т.е. как раз до 60 80% потери прочности). Дальнейший подъем температуры до величин, не превышающих начало размягчения, т.е. примерно на 150 200^oC, сказывается на снижении прочностных характеристик связки гораздо меньше, но прогрев материала до такого уровня температур связан с большими затратами энергии, так как тепловые потери за счет излучения с обогреваемой поверхности возрастает пропорционально 4-ой степени температуры. При потере прочности менее 60% воздействие газоабразивной струи на обрабатываемый материал будет не столько эффективным, что повлечет за собой как снижение скорости обработки, так и неоправданные затраты на ее предварительный нагрев.The indicated range of bond strength loss is a characteristic optimum value due to a typical dependence on the heating temperature T of the materials in question. For this class of materials, primarily building concrete, the dependence s (T) is such that when heated to a certain value of T ₀ (400 ^o C), their appreciable softening does not occur, however, a rise to T ^* 550 600 ^o sharply reduces the strength to 20 40% of this value at normal temperature (i.e. just up to 60 80% loss of strength). A further rise in temperature to values not exceeding the onset of softening, i.e. approximately 150 200 ^o C, affects the decrease in the strength characteristics of the binder is much less, but heating the material to this temperature level is associated with large energy costs, since the heat loss due to radiation from the heated surface increases in proportion to the 4th degree of temperature. If the strength loss is less than 60%, the effect of the gas-abrasive jet on the processed material will not be so effective that it will entail both a reduction in the processing speed and unjustified costs of its preliminary heating.

Указанные параметры нагрева (как и размер нагреваемой зоны) могут быть регулируемыми и оптимизируются с точки зрения максимальной эффективности и экономичности как параметрами греющей струи, так и ее наклоном к поверхности и удалением поверхности от среза сопла генератора греющей струи. Угол наклона a_гр греющей струи выбирают в пределах 15 35^o к обрабатываемой поверхности, что соответствует условиям наиболее эффективного нагревания. При углах α_гр менее 15 и более 35^o возрастают затраты энергии на нагревание обрабатываемого материала. Это связано с малой интенсивностью теплоотдачи от струи к поверхности при α_гр <15^o, а при α_гр > 35^o со слишком большим растеканием струи в стороны от линии реза.The indicated heating parameters (as well as the size of the heated zone) can be adjustable and optimized from the point of view of maximum efficiency and economy as parameters of the heating jet, and its inclination to the surface and the removal of the surface from the nozzle exit of the heating jet generator. The angle of inclination a _{gr of the} heating jet is selected within 15 35 ^o to the work surface, which corresponds to the conditions of the most efficient heating. When the angles α _gr less than 15 and more than 35 ^o increase energy costs for heating the processed material. This is due to the low intensity of heat transfer from the jet to the surface at α _gr <15 ^o , and at α _gr > 35 ^o with too much spreading of the jet to the sides of the cut line.

Угол наклона режущей струи выбирается в пределах α_р25 50^o. При углах наклона режущей струи менее 25^o скорость обработки слишком мала из-за снижения нормальной к поверхности составляющей скорости абразивных частиц, что приводит к падению скорости резания. При углах же наклона более 50^o не обеспечивается достаточно эффективного выноса отработавшего абразива и продуктов разрушенного материала из зоны обработки, что снижает эффективность воздействия частиц абразива на материал.The angle of inclination of the cutting stream is selected in the range of α _p 25 50 ^o . When the angles of inclination of the cutting stream less than 25 ^o the processing speed is too low due to a decrease in the normal to the surface component of the velocity of the abrasive particles, which leads to a decrease in the cutting speed. At angles of inclination of more than 50 ^° , a sufficiently effective removal of the spent abrasive and the products of the destroyed material from the treatment zone is not ensured, which reduces the effectiveness of the impact of abrasive particles on the material.

Для более эффективного нагрева зоны обработки прилегающую к ней поверхность теплоизолируют от внешней среды. Благодаря теплоизоляции уменьшаются лучистые потери с участков поверхности, прилегающих к зоне обработки. Удельное термическое сопротивление тепловой изоляции выбирается из условия, что оно должно быть примерно на порядок больше теплового сопротивления участка обрабатываемого материала в зоне нагрева в направлении вдоль поверхности. Оценки, проведенные на основании этого условия, дают для удельного теплового сопротивления теплоизоляции значения (1,5 2,5) Δ/λ, где D ширина резаж l теплопроводность обрабатываемого материала. Ширина теплоизолированных зон с каждой стороны от реза должна составлять 1,0 2,0 D. For more efficient heating of the treatment zone, the adjacent surface is thermally insulated from the external environment. Thanks to thermal insulation, radiant losses from surface areas adjacent to the treatment area are reduced. The specific thermal resistance of thermal insulation is selected from the condition that it should be approximately an order of magnitude greater than the thermal resistance of the processed material in the heating zone in the direction along the surface. Estimates made on the basis of this condition give for the specific thermal resistance of thermal insulation values of (1.5 2.5) Δ / λ, where D is the cut width l is the thermal conductivity of the material being processed. The width of the heat-insulated zones on each side of the cut should be 1.0 2.0 D.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Термическое воздействие (нагрев) обрабатываемой поверхности проводят высокотемпературной газовой греющей струей до снижения механической прочности, т. е. до температуры, которая соответствует потере 60^oC80% механической прочности вещества связки между зернами материала. Греющую газовую струи направляют на обрабатываемую поверхность материала под углом 15 35^o. Точный выбор угла наклона греющей струи производится, в первую очередь, исходя из задачи достижения необходимой температуры разупрочнения обрабатываемой поверхности, во-вторых, из соображений достаточно интенсивного обогрева максимально протяженного в направлении обработку (реза) участка поверхности при относительно малом растекании струи в стороны от направления резания. После нагрева греющей струей на разупрочненный участок поверхности направляют сформированную высокоэнергетическую газообразную режущую струю под углом 25 - 50^o и перемещают ее вдоль обрабатываемой поверхности. При этом оси греющей и абразивной струй находятся в одной плоскости, перпендикулярной обрабатываемой поверхности. Для обработки протяженных массивов возможно также перемещение греющей струи вдоль массива. При обработке непротяженных массивов (0,5 1 м) обрабатываемую поверхность подвергают термическому воздействию неподвижной греющей струей и дополнительно радиационным нагревом, например с помощью электронагревательных элементов, расположенных вдоль всей поверхности нагрева, для ее равномерного прогрева.The thermal effect (heating) of the treated surface is carried out by a high-temperature gas heating jet until the mechanical strength decreases, i.e., to a temperature that corresponds to a loss of 60 ^° C80% of the mechanical strength of the binder material between the grains of the material. The heating gas stream is directed to the treated surface of the material at an angle of 15 35 ^o . An accurate selection of the angle of inclination of the heating stream is made, first of all, based on the task of achieving the required softening temperature of the treated surface, and secondly, for reasons of sufficiently intense heating of the surface section as long as possible in the processing (cutting) direction with relatively small spreading of the stream away from the direction cutting. After heating with a heating stream, a formed high-energy gaseous cutting stream is directed at a weakened surface area at an angle of 25-50 ^° and is moved along the surface to be treated. In this case, the axes of the heating and abrasive jets are in the same plane perpendicular to the surface being machined. For processing extended arrays, it is also possible to move the heating jet along the array. When processing non-extended arrays (0.5-1 m), the surface to be treated is subjected to thermal action by a stationary heating stream and additionally by radiation heating, for example, by means of electric heating elements located along the entire heating surface for uniform heating.

Для резки массивов на глубину более чем 0,1 м необходимо перемещение греющей и режущей струей вглубь массива вслед за изменением положения разрушаемой поверхности. For cutting arrays to a depth of more than 0.1 m, it is necessary to move the heating and cutting jets into the interior of the array following a change in the position of the surface to be destroyed.

Поверхность обрабатываемого материала, прилегающая к зоне обработки, может быть теплоизолирована от внешней среды, причем ширину теплоизолированной зоны выбирают в пределах 1,0 2,0 от ширины обрабатываемой поверхности материала, а удельное тепловое сопротивление теплоизоляции составляет 1,5 - 2,5D/λ, где D ширина обрабатываемой поверхности; l теплопроводность обрабатываемого материала. Такая теплоизоляция позволяет снизить тепловую мощность греющей струи, т.к. при использовании теплоизоляции снижаются тепловые потери излучением с обрабатываемой поверхности. Теплоизоляция может быть осуществлена, например, с помощью теплоизолирующих обмазок или покрытий, наносимых на поверхность материала вдоль линии реза на ширину, равную ширине реза и более. Могут быть также применены листы или маты, набранные из элементов на основе эффективных теплоизоляционных материалов типа легковесов и ультралегковесов. The surface of the processed material adjacent to the processing zone can be insulated from the external environment, the width of the insulated zone being chosen within 1.0 2.0 of the width of the processed surface of the material, and the thermal resistivity of the insulation is 1.5 - 2.5 D / λ where D is the width of the surface; l thermal conductivity of the processed material. Such thermal insulation allows to reduce the thermal power of the heating stream, as when using thermal insulation, heat losses by radiation from the treated surface are reduced. Thermal insulation can be carried out, for example, using heat-insulating coatings or coatings applied to the surface of the material along the cut line to a width equal to the width of the cut and more. Sheets or mats composed of elements based on effective heat-insulating materials such as lightweights and ultra-lightweights can also be used.

Установка для осуществления способа обработки поверхности твердых материалов поясняется фиг. 1 5. Installation for implementing the method of surface treatment of solid materials is illustrated in FIG. 15.

На фиг. 1 и 2 изображена общая конструктивная схема установки для обработки (реза) протяженных твердых массивов (на фиг. 1 в плоскости реза, на фиг. 2 в плоскости, перпендикулярной направлению движения установки); на фиг. 3 схема установки для реза с автономным перемещением генераторов греющей и режущей струей, что целесообразно для задач резки не очень больших массивов (см. далее пример 1 для резки бетонных колонн); на фиг.4 и 5 показана схема установки, аналогичной изображенной на фиг. 1 и 2, но с применением теплоизолирующего экрана со встроенными в него электронагревательными элементами (или без таковых). In FIG. 1 and 2 depict a general structural diagram of an installation for processing (cutting) extended solid massifs (in Fig. 1 in the plane of the cut, in Fig. 2 in a plane perpendicular to the direction of movement of the installation); in FIG. 3 installation diagram for a cut with autonomous movement of the generators with a heating and cutting stream, which is advisable for tasks of cutting not very large arrays (see further example 1 for cutting concrete columns); Figures 4 and 5 show an installation diagram similar to that shown in Figs. 1 and 2, but with the use of a heat-insulating screen with built-in electric heating elements (or without them).

Установка включает генератор греющей струи, содержащий камеру сгорания 1 и формирующее высокотемпературную греющую газовую струю сопло 2, генератор высокоэнергетической газоабразивной режущей струи, содержащей камеру смещения абразива и высокоэнергетического газового потока 3 и разгонное режущее сопло 4, формирующее режущую струю, а также систему передвижения 5 установки вдоль обрабатываемой поверхности. Греющее 2 и режущее 4 сопла размещены в одной плоскости, проходящей через оси этих сопел, перпендикулярной обрабатываемой поверхности; генераторы греющей и режущей струй имеют средства для взаимного перемещения сопел друг относительно друга в этой плоскости и относительно обрабатываемой поверхности, например, с помощью электроприводов или гидроприводов 6 и 7. При этом режущее сопло 2 расположено за греющим соплом 4 относительно направления движения установки. The installation includes a heating jet generator comprising a combustion chamber 1 and forming a high-temperature heating gas jet nozzle 2, a high-energy gas-abrasive cutting jet generator containing an abrasive displacement chamber and a high-energy gas stream 3 and an accelerating cutting nozzle 4 forming a cutting jet, as well as a system of movement 5 of the installation along the processed surface. Heating 2 and cutting 4 nozzles are placed in the same plane passing through the axis of these nozzles, perpendicular to the surface to be treated; the heating and cutting jet generators have means for mutual movement of the nozzles relative to each other in this plane and relative to the surface to be treated, for example, using electric drives or hydraulic drives 6 and 7. In this case, the cutting nozzle 2 is located behind the heating nozzle 4 relative to the direction of movement of the installation.

Греющее 2 и режущее 4 сопла имеют механизмы ориентации 8 и 9 их под необходимым острым углом к обрабатываемой поверхности, причем греющее сопло 2 имеет указанный механизм для ориентации струи как в направлении движения установки, так и в противоположном направлении. Такое расположение струй позволяет уменьшить их влияние друг на друга, если при большом отличии их параметров такое влияние нежелательно. The heating nozzle 2 and the cutting nozzle 4 have orientation mechanisms 8 and 9 of them at a necessary sharp angle to the surface to be machined, the heating nozzle 2 having the indicated mechanism for orienting the jet both in the direction of installation movement and in the opposite direction. Such an arrangement of the jets makes it possible to reduce their influence on each other, if with a large difference in their parameters such an effect is undesirable.

Генераторы греющей и режущей струй могут быть размещены на едином основании иметь единую систему передвижения 5 (см. фиг.1 и 2) вдоль обрабатываемой поверхности или могут размещаться на разных основаниях и иметь самостоятельные системы передвижения 5 вдоль обрабатываемой поверхности (фиг. 3). Generators heating and cutting jets can be placed on a single base to have a single system of movement 5 (see figures 1 and 2) along the work surface or can be placed on different bases and have independent systems of movement 5 along the work surface (Fig. 3).

Греющее сопло 2 может быть жестко связано с теплоизолирующим экраном 10, образующим с участком разупрочненной поверхности канал для прохода струи, и установленным над этим участком поверхности. Теплоизолирующий экран 10 может быть выполнен в виде короба или желоба. Вся эта система может быть механизм перемещения 6 вдоль и вглубь обрабатываемой поверхности. Для более равномерного и интенсивного прогрева разрушаемой поверхности в теплоизолирующий экран 10 могут быть дополнительно вмонтированы электронагревательные элементы 11. The heating nozzle 2 can be rigidly connected with a heat-insulating screen 10, forming a channel for the passage of the jet with a portion of the softened surface and installed above this surface section. The heat-insulating screen 10 can be made in the form of a duct or gutter. This whole system can be a mechanism for moving 6 along and into the surface to be treated. For a more uniform and intense heating of the destructible surface, the electric heating elements 11 can be additionally mounted in the heat-insulating screen 10.

В качестве горючего для камеры сгорания генератора греющей струи, в зависимости от условий эксплуатации, могут использоваться дизельное топливо, керосин, сжиженный газ или другие углеводороды. Окислителем является атмосферный воздух. Требуемый режим работы камеры сгорания определяется условиями обработки (резания) и устанавливается регулированием расходов и давлением подачи горючего и окислителя. As fuel for the combustion chamber of the heating jet generator, depending on operating conditions, diesel fuel, kerosene, liquefied gas or other hydrocarbons can be used. The oxidizing agent is atmospheric air. The required mode of operation of the combustion chamber is determined by the processing (cutting) conditions and is set by controlling the flow rate and pressure of the fuel and oxidizer.

Работа устройства происходит следующим образом. The operation of the device is as follows.

Греющую струю с выбранными параметрами соплом 2 направляют на начальный участок линии обработки (разрезания). После прогрева этого участка до необходимой температуры и выдержки при этой температуре с помощью разгонного режущего сопла 4 направляют на прогретый участок газоабразивную струю, и система передвижения 5 перемещают генераторы греющей и режущей струй или только генератор режущей струи вдоль обрабатываемой поверхности с заданной скоростью. Скорость перемещения генератора греющей струи выбирают таким образом, чтобы каждый участок на линии обработки выдерживался при требуемой температуре (выше Т^*) необходимое время, генератор абразивной режущей струи может быть включен одновременно с началом движения всей установки. В дальнейшем движение обоих генераторов (греющей и режущей струй) осуществляют одновременно, так что после прогрева определенного участка греющую струю постоянно перемещают на следующий участок по линии реза, а разупрочненный на данном участке после тепловой обработки материал подвергают воздействию режущей струи, перемещающейся вслед за греющей струей. После одного прохода всего реза установку возвращают в исходное положение и процесс повторяют. При этом, поскольку обрабатываемый материал уже был нагрет во время первого прохода, время нагревания при втором и последующих проходах может быть существенно сокращено. К тому же прогрев улучшается по мере углубления реза.The heating stream with the selected parameters of the nozzle 2 is sent to the initial section of the processing line (cutting). After warming up this section to the required temperature and holding at this temperature, with the help of an accelerating cutting nozzle 4, a gas-abrasive jet is directed to the heated section, and the movement system 5 moves the heating and cutting jet generators or only the cutting jet generator along the surface to be machined at a given speed. The speed of movement of the generator of the heating stream is chosen so that each section on the processing line is maintained at the required temperature (above T ^* ) for the required time, the generator of the abrasive cutting stream can be turned on simultaneously with the start of movement of the entire installation. In the future, the movement of both generators (heating and cutting jets) is carried out simultaneously, so that after heating a certain section, the heating stream is constantly moved to the next section along the cutting line, and the material weakened in this section after heat treatment is exposed to a cutting stream moving after the heating stream . After one pass of the entire cut, the installation is returned to its original position and the process is repeated. Moreover, since the material being processed has already been heated during the first pass, the heating time in the second and subsequent passes can be significantly reduced. In addition, warming improves as the cut deepens.

При обработке твердого материала, остаточная прочность которого мала, необходимая скорость перемещения генератора абразивной струи может быть значительно больше скорости передвижения генератора греющей струи. Например, скорость перемещения генератора греющей струи для достижения требуемого разупрочнения может составлять 0,1 м/мин, а скорость перемещения генератора абразивной режущей струи, необходимая для удаления разупрочненного материала, может составлять 10 м/мин. В этом случае генераторы могут перемещаться независимо друг от друга сначала проводится вдоль всей линии реза обработка греющей струей, а затем в течение значительно меньшего времени обработка абразивной струей. За время работы абразивной струи генератор греющей струи возвращается к началу обработки и начинается второй проход. В рассматриваемой ситуации генератор абразивной струи включается периодически только на время разрушения разупрочненного материала. When processing solid material, the residual strength of which is small, the necessary speed of movement of the generator of the abrasive jet can be significantly higher than the speed of movement of the generator of the heating jet. For example, the movement speed of the heating spray generator to achieve the required softening may be 0.1 m / min, and the movement speed of the abrasive cutting jet generator necessary to remove the softened material may be 10 m / min. In this case, the generators can move independently from each other, first along the entire cutting line the treatment with a heating stream is carried out, and then for a significantly shorter time the treatment with an abrasive stream. During the operation of the abrasive jet, the heating jet generator returns to the beginning of processing and the second pass begins. In the situation under consideration, the abrasive jet generator is switched on periodically only for the time of destruction of the softened material.

Расстояние вдоль оси от среза сопла 4 режущей струи до обрабатываемой поверхности выбирают из условия достижения частицами абразива максимальной скорости в соответствии с параметрами разгонного режущего сопла 4. The distance along the axis from the nozzle exit 4 of the cutting jet to the surface to be machined is selected from the condition that the particles reach the maximum abrasive speed in accordance with the parameters of the accelerating cutting nozzle 4.

Расстояние между центрами выходных сечений сопел 2 и 4 греющей и режущей струй определяется длиной эффективного прогрева линии обработки. The distance between the centers of the exit sections of the nozzles 2 and 4 of the heating and cutting jets is determined by the length of the effective heating of the processing line.

При размещении над обрабатываемой поверхностью теплоизолирующего экрана 10 греющую струю от сопла 2 направляют в полость над этим экраном 10. При этом снижаются тепловые потери излучением в окружающее пространство и сокращается подмешивание окружающего холодного воздуха. Это позволяет снизить энергетические затраты и повысить интенсивность прогрева разупрочняемой поверхности радиационным излучением от экрана. Электронагревательные элементы 11, установленные в теплоизолирующей экране 10, могут быть также использованы для дополнительного радиационного нагрева разрушаемой поверхности. When a heat-insulating screen 10 is placed above the surface to be treated, the heating stream from the nozzle 2 is directed into the cavity above this screen 10. At the same time, thermal losses by radiation into the surrounding space are reduced and the mixing of the surrounding cold air is reduced. This allows you to reduce energy costs and increase the intensity of heating of the softened surface by radiation from the screen. The electric heating elements 11 installed in the heat-insulating screen 10 can also be used for additional radiation heating of the destructible surface.

Параметры режущей и греющей струй, равно как их взаимное расположение и перемещение, а также расположение и перемещение вдоль и относительно обрабатываемой поверхности определяются характеристиками обрабатываемого материала и требованиями к режиму обработки (резания), например скорости обработки, стоимости обработки, ширине или глубине обработки и пр. The parameters of the cutting and heating jets, as well as their relative position and movement, as well as the location and movement along and relative to the surface to be treated, are determined by the characteristics of the material being processed and the requirements for the processing (cutting) mode, for example, processing speed, cost of processing, width or depth of processing, etc. .

Примеры осуществления способа. Examples of the method.

Пример 1. Осуществление способа обработки на примере газоабразивной резки железобетонного массива. Example 1. The implementation of the processing method on the example of gas-abrasive cutting of reinforced concrete massif.

Разрезание подвергается вертикальная колонна, выполненная из железобетона (или из тяжелого бетона, например, марки М400) со связкой на портландцементе и наполнителем в виде гранита и(или) габбро размерами до 20 25 мм. Арматурой служат стальные прутья диаметром 16 20 мм, заложенные в бетонный монолит параллельно продольной оси колонны. Поперечное сечение колонны 1,0•1,0 м². Рез проводится перпендикулярно продольной оси колонны, т.е. плоскость реза горизонтальная.A vertical column is made of cutting, made of reinforced concrete (or of heavy concrete, for example, grade M400) with a binder on Portland cement and a filler in the form of granite and (or) gabbro up to 20 25 mm in size. The reinforcement is steel rods with a diameter of 16 to 20 mm embedded in a concrete monolith parallel to the longitudinal axis of the column. The cross section of the column is 1.0 • 1.0 m ² . The cut is carried out perpendicular to the longitudinal axis of the column, i.e. horizontal cutting plane.

Описание генераторов греющей и режущей струй и их параметры. Description of the generators of the heating and cutting jets and their parameters.

Греющую газовую струю генерируют камерой сгорания, имеющей дозвуковое разгонное сопло и крепящейся первоначально вблизи ребра колонны, примыкающего к поверхности, с которой начинается разрезание колонны (фиг. 3). Выходное сечение сопла греющей струи отстоит на 70 100 мм от поверхности колонны, прогреваемой в начале операции резки, причем ось струи наклонена к этой поверхности под углом 15^o.A heating gas stream is generated by a combustion chamber having a subsonic booster nozzle and initially mounted near the edge of the column adjacent to the surface from which the cutting of the column begins (Fig. 3). The output section of the nozzle of the heating jet is 70 100 mm from the surface of the column heated at the beginning of the cutting operation, and the axis of the jet is inclined to this surface at an angle of 15 ^o .

При указанных ниже параметрах интенсивность теплообмена от греющей струи к нагреваемой (и затем разрушаемой абразивной струей) поверхности меняются не более чем вдвое по всей длине (1 м) прогреваемой полосы. Поэтому в данном варианте обработки не предполагается передвижение греющей струи по направлению реза, так как интенсивность нагрева от греющей струи является достаточной для необходимой скорости нагрева даже на дальнем от горелки конце прогреваемой полосы. With the parameters indicated below, the heat transfer intensity from the heating stream to the heated (and then destroyed by the abrasive stream) surface changes no more than twice along the entire length (1 m) of the heated strip. Therefore, in this processing variant, the movement of the heating stream in the direction of the cut is not assumed, since the intensity of heating from the heating stream is sufficient for the required heating rate even at the end of the heated strip farthest from the burner.

По мере разрезания колонны греющую струю перемещают в горизонтальной плоскости, так чтобы она сохраняла свое положение по отношению к перемещаемой внутрь массива поверхности реза, разрушаемой абразивной струей по мере перемещения реза вглубь объема колонны. As the column is cut, the heating jet is moved in a horizontal plane so that it maintains its position with respect to the cut surface moved inside the array, which is destroyed by the abrasive jet as the cut moves deeper into the column volume.

Газоабразивную режущую струю формируют в генераторе, воздух на который подают от передвижного компрессора марки СД-15/25 мощностью 160 кВт, смонтированного на платформе грузового автомобиля КРАЗ. A gas-abrasive cutting jet is formed in a generator, the air for which is supplied from a portable compressor of the SD-15/25 brand with a capacity of 160 kW mounted on the platform of a KRAZ truck.

Для достижения оптимального уровня температуры режущей струи перед смесительной камерой в генераторе встроена камера сгорания (горелка), работающая на воздухе в качестве окислителя (приблизительно половина от общего расхода воздуха) и керосина в качестве топлива. To achieve the optimum temperature of the cutting jet in front of the mixing chamber, a generator has a built-in combustion chamber (burner) that works in air as an oxidizing agent (approximately half of the total air flow) and kerosene as fuel.

Основные параметры греющей и газоабразивной струй приведены в табл. 1. The main parameters of the heating and gas abrasive jets are given in table. one.

Основные характеристики и порядок термического воздействия (прогрева) и разрушения (резки) бетона. The main characteristics and the procedure for thermal exposure (heating) and destruction (cutting) of concrete.

Параметры и расположения греющей и режущей струй, соотношение их характеристик и скоростей перемещения, а также интенсивности прогрева и резки бетона подбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимые скорости прогрева и резки по всей длине реза (1 м). Параметры прогрева и резки бетона приведены в табл. 2. The parameters and locations of the heating and cutting jets, the ratio of their characteristics and movement speeds, as well as the intensity of heating and cutting of concrete are selected in such a way as to ensure the necessary heating and cutting speeds along the entire length of the cut (1 m). The parameters of heating and cutting concrete are given in table. 2.

В начале разогрева при указанных параметрах греющей струи время прогрева поверхности от нормальной температуры до температуры Т^* потери прочности связки (Т^*=600^oC) значительно выше, чем для последующих разрушаемых слоев, и составляет от 30 до 60 мин (в зависимости от содержания в бетоне влаги и химически связанной воды). Для ускорения начального прогрева при этом применяется теплоизолирующей кожух, накладываемый на прогреваемую полосу поверхности. Кожух выполнен из пеноматериалов типа шамотных легковесов или на основе асбеста (толщина теплоизоляции 3-4 см; теплопроводность - 0,2-0,3 Вт/м. К) и закрывает греющую струю и прогреваемую полосу поверхности от окружающего пространства.At the beginning of heating with the specified parameters of the heating stream, the surface heating time from normal temperature to temperature T ^{*, the} loss of bond strength (T ^* = 600 ^o C) is significantly higher than for subsequent destructible layers, and ranges from 30 to 60 minutes (depending on the content in concrete moisture and chemically bound water). In order to accelerate the initial heating, a heat-insulating casing is applied, which is superimposed on the heated strip of the surface. The casing is made of foam materials such as chamotte lightweights or asbestos-based (insulation thickness 3-4 cm; thermal conductivity - 0.2-0.3 W / m. K) and covers the heating stream and the heated strip of the surface from the surrounding space.

Пример 2. Пример относится к установке для обработки (резки) больших массивов твердого материала, первоначальная прочность которого высока и поэтому остаточная прочность, несмотря на ее значительное снижение по сравнению с первоначальной, достаточно велика и требуется воздействие разрушающей абразивной среды, соизмеримое по времени со временем термического воздействия (разогрева). Example 2. An example relates to an installation for processing (cutting) large masses of solid material, the initial strength of which is high and therefore the residual strength, despite its significant decrease compared to the original, is large enough and requires the impact of a destructive abrasive medium, comparable in time with time thermal effects (warming up).

Конкретно данный пример относится к разрезанию массивов и добыче твердых природных пород типа гранитов, базальтов и других, используемых в строительстве, а также к разрезанию фундаментов, выполненных из наиболее прочных марок бетона и железобетона. Specifically, this example relates to the cutting of massifs and the extraction of solid natural rocks such as granites, basalts and others used in construction, as well as to the cutting of foundations made of the most durable grades of concrete and reinforced concrete.

Приведенные далее конкретные характеристики устройства и параметры нагрева и разрушения относятся к резке массива мелкозернистого гранита для добычи его в карьерах блоками размером 2 х 2 х 2 м².The following specific characteristics of the device and the parameters of heating and destruction relate to cutting an array of fine-grained granite for quarrying in blocks of 2 x 2 x 2 m ² .

Устройство и параметры установки. Device and installation parameters.

Генераторы греющей и режущей струй с формирующими эти струи соплами расположены на общей платформе основании и имеют общую систему передвижения над поверхностью разрезаемого массива параллельно линии реза. При этом механизмы крепления обоих генераторов на платформе позволяет проводить изменение их положения, при котором возможно варьировать расстояние между ними по направлению движения установки, а также высоту их расположения над поверхностью массива, по которой передвигается вся установка. Generators of heating and cutting jets with nozzles forming these jets are located on a common base platform and have a common system of movement above the surface of the cut massif parallel to the cut line. Moreover, the fastening mechanisms of both generators on the platform allows changing their position at which it is possible to vary the distance between them in the direction of installation movement, as well as the height of their location above the surface of the array along which the entire installation moves.

Одновременно механизм крепления генераторов обоих струй позволяет изменять угла наклона этих струй по отношению к поверхности разрешаемого массива. At the same time, the fastening mechanism of the generators of both jets allows you to change the angle of inclination of these jets relative to the surface of the resolved array.

Генератор греющей струи расположен таким образом, чтобы струя была направлена вдоль линии реза под углом 20^o к поверхности разрезаемого массива.The heating jet generator is positioned so that the jet is directed along the cutting line at an angle of 20 ^o to the surface of the cut array.

Расстояние выходного сечения греющего сопла (по его сои) до обрабатываемой поверхности принято равным 3 диаметрам выходного сечения греющего сопла. Характеристики генератора греющей струи выбраны исходя из необходимости получения температуры Т^* материала, обеспечивающей его разупрочнение в зоне нагрева на глубину не менее 5^oC10 мм. Температура Т^* необходимого разупрочнения для природных твердых пород типа гранитов Т^* 800 850^oC.The distance of the outlet section of the heating nozzle (along its soybeans) to the surface to be treated is taken to be 3 diameters of the outlet section of the heating nozzle. The characteristics of the heating jet generator are selected based on the need to obtain the temperature T ^{* of the} material, which ensures its softening in the heating zone to a depth of at least 5 ^° C10 mm. The temperature T ^* required softening for natural hard rocks such as granites T ^* 800 850 ^o C.

Ось газоабразивного режущего сопла и режущей струи составляет с поверхностью материала угол 45^o, при чем она может быть наклонена как в ту же сторону, что и греющая струя (фиг. 1), так и в противоположную наклону греющей струи. Расстояние вдоль оси от среза сопла режущей струи до обрабатываемой поверхности составляет для рассматриваемого случая 12 диаметров выходного сечения режущего сопла.The axis of the gas-abrasive cutting nozzle and the cutting jet makes an angle of 45 ^° with the surface of the material, and it can be inclined both in the same direction as the heating stream (Fig. 1) and in the opposite direction to the angle of the heating stream. The distance along the axis from the cut of the nozzle of the cutting jet to the surface being machined amounts to 12 diameters of the output section of the cutting nozzle for the case under consideration.

Расстояние между центрами выходных сечений сопел греющей и режущей струй составляет для греющей струи с параметрами, указанными в табл. 3, а именно 0,5 0,9 м для природных камней и в зависимости от характерного размера (фракций) наполнителя. The distance between the centers of the output sections of the nozzles of the heating and cutting jets is for the heating jet with the parameters indicated in the table. 3, namely 0.5 to 0.9 m for natural stones and depending on the characteristic size (fractions) of the filler.

Приведенные в табл. 3 и 4 мощности и другие параметры греющей и режущей струй согласованы между собой таким образом, чтобы на подогрев определенного участка реза и его разрушение требовалось одно и то же время. Given in the table. 3 and 4, the power and other parameters of the heating and cutting jets are coordinated among themselves so that the heating of a certain section of the cut and its destruction required the same time.

Эффективность способов обработки по примерам 1 и 2. The effectiveness of the processing methods in examples 1 and 2.

Как показывают опыты на модельной экспериментальной установке ГАР "Гамма" и их анализ с помощью разработанной теории газоабразивной резки, без предлагаемого предварительного прогрева разрушающей поверхности скорость обработки при указанных в табл. 1 и 3 примерах ГАР составляет 0,16 м²/ч, для бетона типа М-400 и 0,08 0,1 м²/ч для мелкозернистого гранита, т.е. в 4,5 6 раз меньше (табл. 2 и 4), чем в приведенных примерах осуществления способа обработки. Дополнительные энергетические мощности составляют лишь 2,5 28% от общих энергетических затрат на создание режущей струи.As the experiments on the GAM GAR model experimental installation and their analysis using the developed theory of gas-abrasive cutting show, without the proposed preliminary heating of the destructive surface, the processing speed for those indicated in Table. 1 and 3 examples of GAR is 0.16 m ² / h for concrete type M-400 and 0.08 0.1 m ² / h for fine granite, i.e. 4.5 6 times less (Tables 2 and 4) than in the above examples of the processing method. Additional energy capacities make up only 2.5 28% of the total energy costs for creating a cutting jet.

Claims

1. The method of surface treatment of solid materials, which consists in the thermal effect on the surface layers of the material to reduce their mechanical strength and their subsequent destruction, characterized in that the thermal effect to reduce the mechanical strength of the material is carried out by a heating gas jet, and the destruction is carried out by a high-energy gas-abrasive cutting jet, while the heating stream is directed to the area of the processed surface of the material at an angle of 15 - 35 ^o , and the cutting stream is directed to softened th section of the surface of the material and move along it at an angle of 25 50 ^o , and the heating and cutting jets set in one plane perpendicular to the processed surface of the material.

2. The method according to p. 1, characterized in that the surface of the processed material adjacent to the zone of direct contact with the heating stream is heat insulated from the environment, the width of the heat-insulated zone being selected within 1.0 ÷ 2.0Δ, where Δ is the width of the processed the surface of the material, and the specific thermal resistance of thermal insulation is 1.5 ÷ 2.5Δ / λ, where λ is the thermal conductivity of the processed material.

3. The method according to claim 1, characterized in that the thermal effect on the surface layers of the material is carried out simultaneously by a heating stream and additionally by radiation heating of the entire destructible surface.

4. The method according to claim 1, characterized in that the heating and cutting jets are moved along and deep into the processed surface of the material.

5. Installation for surface treatment of solid materials, including a generator of a high-energy gas-abrasive jet, comprising an accelerating nozzle forming this jet, and a system of movement along the surface to be treated, characterized in that it is additionally equipped with a high-temperature gas jet generator containing a heating nozzle forming this jet, wherein nozzles are placed in one plane passing through their axis perpendicular to the machined surface with the possibility of mutual movement relative to relative to each other in this plane and relative to the machined surface, while the cutting nozzle is located behind the heating nozzle relative to the direction of movement of the installation.

6. Installation according to claim 5, characterized in that the heating and cutting nozzles have mechanisms for orienting them at an acute angle to the surface to be treated, and the heating nozzle has a specified mechanism for its orientation both in the direction of movement of the installation and in the opposite direction.

7. Installation according to claim 5, characterized in that the heating nozzle is rigidly connected to a heat-insulating screen that limits the flow area of the heating jet.

8. Installation according to claim 6, characterized in that electric heating elements are installed in the heat-insulating screen.