Мундштук-інжектор для газового різака: надійно і ефективно

У сучасному металургійному виробництві широко застосовують газокисневе різання. Воно використовується головним чином для відрізки прибутків та зачистки лиття, оброблення прокату і великогабаритних заготовок, скрапу і брухту, а також для видалення дефектів на виливках і поковках (поверхнева різка).
Поверхневою кисневої різкій називають процес зняття шару металу кисневої струменем з поверхні оброблюваної деталі або заготовки з ручним або механічним переміщенням газового різака по відношенню до оброблюваної поверхні.

За технологічним особливостям поверхнева різання може бути розділена на наступні процеси:

1. Вирізка канавок – строжке кисневої струменем для отримання одиночних канавок при видаленні місцевих пороків поверхні чорного прокату і сталевого лиття.
2. Строжке поверхонь – процес видалення шару металу (наприклад, очищення чорного прокату). Процес зазвичай виконується повторними проходами по поверхні в певній послідовності.

Різак газовий, що є основним інструментом для газокисневого різання – це пристрій, в якому відбувається безперервне змішування пального газу і кисню з одночасним згоранням горючої суміші та додатковою подачею концентрованої струменя ріжучого кисню вздовж центральної осі полум’я. Він складається з вузла підведення газів, голівки і мундштука, по центральному каналу якого пропускається ріжучий кисень, а по каналах, концентрично оточуючим центральний, – горюча суміш, що утворює Підігріває полум’я.

Згідно нормативів ISO / DIS 5172 в газових різаках використовуються пристрої для змішування газів двох принципів:

• змішувачі інжекторного типу;
• змішувачі безінжекторние.

Змішувач інжекторного типу – це система змішування, побудована на основі закону Бернуллі, приголосного яким швидкість проходження газу або рідини з якого-небудь каналу і його тиск є величинами обернено пропорційними. Іншими словами: чим вище швидкість потоку, тим нижче в ньому тиск, а при досягненні певної швидкості потоку тиск стає нижче атмосферного. Кисень, проходячи через отвір інжектора з великою швидкістю, зменшує тиск і захоплює горючий газ, що підводиться по іншому каналу (Мал. 1).

Система безінжекторного змішання – в якій горючий газ і кисень подаються при близькому за значенням тиску (вище атмосферного) і змішуються при зустрічі після виходу з відповідних отворів (Мал. 2). При цьому також існують дві системи: внутрісопловое змішання і зовнішнє змішання

Різаки з безінжекторним змішанням значно безпечніше в роботі. Це пояснюється тим, що в інжекторних різаках змішувальний пристрій, що складається з камери змішувача і інжектора, встановлено у самій різаку в безпосередній близькості до вентильному вузлу. При виникненні зворотного удару досить часто відбувається прогоряння трубки для подачі горючої суміші, а іноді і змішувальної камери, що призводить до повного виходу різака з ладу і часто опровождается травмами робітників. У безінжекторних різаках змішування газів відбувається безпосередньо в мундштуці, який є змінним елементом різака, або на виході з мундштука (різаки із зовнішнім змішуванням) та, у разі зворотного удару, з ладу виходить тільки мундштук.

У різаків з внутрісопловим змішанням використовуються мундштуки з декількома вихідними каналами (у вигляді отворів або пазів), розташованими концентрично навколо каналу ріжучого кисню паралельно або під кутом до його осі. Ріжучий кисень проходить за відповідною трубці різака і, через головку, надходить в центральний канал мундштука.Підігріваючий кисень і горючий газ – за відповідними трубкам підводяться до голівки різака. У голівці вони проходять по окремих кільцевих каналах і, виходячи з них, потрапляють у відповідні кільцеві канали мундштука.

Мундштук з боку кільцевих каналів забезпечений отворами, розташованими під кутом до осі мундштука, соединяющимися у вихідні канали і розташованіконцентрично навколо каналу ріжучого кисню. (Мал. 3) Таким чином, горюча суміш (на рис. 3 – Г.Г. + К.П.) утворюється лише у вихідних каналах мундштука.При виникненні зворотного удару процес горіння обмежується мундштуком, тобто зоною заповнення горючою сумішшю, що практично виключає можливість поширення полум’я в зону вентильного вузла.

Мундштук приєднується до голівки за допомогою сполучної гайки. Ущільнення між головкою і мундштуком відбувається за трьома концентричні конічних поверхнях c центральним кутом 300 або 450.

Порівняльні випробування цих ризиків з інжекторними показали, що при рівних потужностях полум’я нагрів металу відбувається швидше, а ширина зони нагріву звужується. Стійкість до зворотного удару полум’я у різаків з внутрісопловим змішанням навіть при самих жорстких випробуваннях виявилася значно більшою, ніж у інжекторних різаків.Це підтверджується промисловою експлуатацією таких ризиків на установках безперервного розливання стали протягом декількох років.

Різаки із зовнішнім змішуванням практично не схильні до зворотного удару полум’я і, тому, є більш безпечними при різанні металів великої товщини (при великих витратах горючого газу). Однак через менш якісного змішання пального газу з подогревающим киснем їм притаманні наступні недоліки:

• більш низька температура полум’я, що підігріває;
• підвищена витрата пального газу;
• при налаштуванні на максимальний витрата горючої суміші часто виникає відрив полум’я від торцевої поверхні мундштука.

Для ручної поверхневої газокисневого різання (зачистки, стругання) в промисловості застосовуються різні по конструкції і області застосування різаки, наприклад, такі як РПК-2-72 м. Одеса , та ін Крім того, практично на кожному великому металургійному підприємстві є свої конструкції різаків для поверхневої зачистки, які створені і адаптовані до місцевих умов заводськими умільцями.

Завод автогенного обладнання «ДОНМЕТ» поставив перед собою завдання створити різак, який би відповідав запитам і умов експлуатації широкого кола споживачів. Проведений аналіз дозволив визначитися з інтервалом робочих тисків, конструктивними недоліками існуючих ризиків і запитами користувачів даної продукції.

У результаті був створений газовий різак «ДОНМЕТ» 508 РЗЧІ (представлений на фото) з внутрісопловим змішанням газів основне призначення якого – зачистка внутрішніх поверхонь чавунних виливниць. Відмінною особливістю мундштука в цьому різаку є відсутність дозуючих отворів для пального газу, розташованих під кутом до осі каналу ріжучого кисню. Замість них на кордоні дозуючих каналів подогревающего кисню і входом у змішувальні канали для горючої суміші виконана кільцева проточка заданої ширини (див. мал. 4). Кисень для полум’я, що підігріває, проходячи через дозуючі отвори, розганяється і, проходячи через кільцеву проточку, захоплює за собою з останньої горючий газ у вихідний канал, де відбувається інтенсивне змішування. Така конструкція мундштука дозволяє підводити горючий газ концентрично навколо струменя кисню в місці його закінчення з дозуючого отвори, що сприяє більш якісному змішання пального газу і кисню. Таким чином, мундштук, одночасно виконуючи функції інжектора, за якістю змішування надає різака гідності інжекторного, в той же час зберігаючи гідності безінжекторного з безпеки експлуатації.

Велика потужність полум’я, що підігріває дозволяє провести швидкий нагрів краю виливниці перед початком поверхневоїзачистки. Процес зачистки ведеться «ялиночкою» у кілька проходів (по ширині), причому кожний наступний прохід різака виробляється поруч з попереднім.Ширина доріжки може досягати 100 мм при глибині до 20 мм.

Відпрацювання конструктивних рішень і технологічних параметрів вироблялася на металургійних комбінатах «Азовсталь», ім. Ілліча (м. Маріуполь) та «Запоріжсталь» (м. Запоріжжя). Перші напрацювання в цьому напрямку з’явились у 1997 р. Минулі п’ять років підтвердили ефективність прийнятих конструктивних рішень та надійність роботи різака «ДОНМЕТ» 508.

Слід зазначити, що на сьогоднішній день завод «ДОНМЕТ» м.Краматорськ,Донецькій області є єдиним в Україні виробником спеціального газополум’яного обладнання для металургійного виробництва.

Автори:
Сергієнко Володимир Олександрович
Гуменшаймер Іван Іванович