Технология кислородно флюсовой резки

Флюсы для кислородно-флюсовой резки;

Сущность процесса

Процесс кислородно-флюсовой резки состоит в том, что при наличии подогревающего пламени и режущей струи кислорода в зону реакции вводят дополнительно порошкообразный флюс, интенсивно окисляющийся или плавящийся в реакционной зоне и разжижающий образующиеся при резке шлаки.

Флюс термомеханического действия — железный порошок — сгорает в резе с выделением значительного количества теплоты, образует при окислении закись железа (РеО), сильно разжижающую шлаки, и способствует механическому удалению расплавленных шлаков из полости реза. .

Флюс механического действия — обычный кварцевый песок — плавится в зоне реакции без выделения дополнительного количества теплоты, но связывает тугоплавкие окислы в более легкоплавкие соединения, т. е. оказывает чисто флюсующее действие в процессе резки. Помимо этого, частицы песка, проходя через образуемый разрез с большой скоростью, способствуют механическому удалению расплавленных шлаков.

Флюсы для резки высоколегированных сталей. Данные исследований мартеновских шлаков показывают, что причиной повышения вязкости хромистых шлаков является образование хромита с температурой плавления около 2180 °С. Шлаки, образующиеся -при кислородно-флюсовой резке высокохромистых и хромоникелевых сталей, для обеспечения необходимой жидкотекучести должны содержать не более 15% окиси хрома. Это условие легко выполняется при разбавлении шлака компонентами флюса, в частности железным порошком, образующим при окислении в зоне реакции окись железа. В некоторых случаях для повышения тепловой эффективности, а следовательно, и производительности процессу резки к железному порошку добавляют до 5—10% алюминия, или для улучшения условий флюсования —до 30—20% силикокальция или до 25% железной окалины

С точки зрения качества кромок реза и легкости отделении от них ишака наилучшие результаты достигаются при составе флюса: 80-85% железа и 20— 25% силикокальция.

Флюсы для резки чугуна. Основная металлургическая задача при кислородно-флюсовой резке чугуна состоит в разбавлении расплавленного в объеме реза чугуна железом флюса и снижении в сплаве содержания углерода.

Другая также немаловажная задача — разжижение шлака, который обычно при плавлении чугуна отличается большой тугоплавкостью шлака повышенного содержания в нем SiO₂, переходящей в шлак из основного металла и сильно повышающей вязкость шлака.Таким образом, в состав флюса для резки чугуна могут входить железный порошок (иногда с добавкой 10% алюминия, поднимающего тепловую эффективность процесса) и какой-либо флюсующий компонент, способствующий увеличению жидкотекучести шлака, например феррофосфор, кварцевый песок и др.

Флюсы для резки меди и медных сплавов. Основная трудность резки меди, препятствующая процессу газовой резки этого металла,— это малый тепловой эффект образования окислов меди.

Для компенсации недостающей при окислении меди теплоты, в состав флюса целесообразно вводить значительные количества алюминия. Однако образующаяся в этом случае тугоплавкая окись алюминия Аl₂0₃ сильно повышает вязкость шлака, поэтому в состав флюса рекомендуется вводить такие флюсующие добавки, как кварцевый песок или железная окалина, понижающие вязкость шлака, или феррофосфор, способствующий получению легкоплавких шлаков.

Другая трудность резки меди связана с ее большой теплопроводностью , препятствующей сосредоточенному нагреву меди подогревающим пламенем резака. В значительной мере эта трудность устраняется предварительным подогревом меди и применением флюсов большой тепловой эффективности, способствующей концентрированному нагреву металла в зоне резки.

Флюсы для кислородно-флюсовой и порошково-копьевой резки бетона и других неметаллических материалов. Если интенсивное окисление (горение) в кислородной струе металла всегда сопровождается выделением значительного количества теплоты в зоне реакции, то при воздействии кислородной струи на нагретый и расплавленный неметаллический материал, будь то бетон, шлак или огнеупор, никакого тепловыделения не происходит. Объясняется это тем, что все подобные неметаллические материалы состоят в основном из окислов, дальнейшее окисление которых невозможно.

Для достижения необходимой тепловой эффективности флюса на железистой основе в состав его в повышенном количестве (до 20— 25%) вводят алюминий. Кроме того, флюс в этом случае применяют более мелких фракций, нежели при резке металлов.

Помимо основного теплового действия, вводимый в зону реакции резки металлический порошок должен осуществлять также необходимое флюсованне образующихся при резке тугоплавких окислов.

Алюминий, вводимый во флюс в количестве 15—25% (по объему), предназначен для еще большего повышения тепловой эффективности флюса, поднятия температуры в зоне реакции резки, поскольку образование А1_аО₃ связано с выделением большого количества теплоты. Обычно флюс для разделительной кислородно-флюсовой (резаковой) и копьевой резки бетона и железобетона содержит 75— 85 об. % железного порошка ПЖЗОМ и 15—25 об. % алюминиевого порошка АПП.

Железобетон, содержащий арматуру в виде стержней или проволоки из низкоуглеродистой стали, благодаря окислению арматурной стали режется лучше, чем чистый бетон без армирования.

Для резки других неметаллических материалов, таких как зашлакованные низкоуглеродистая сталь и чугун, зашлакованный высоколегированный скрап, содержащий наряду со шлаком и кусками огнеупорной кладки высокий процент никеля, зашла кованные латуни и бронзы, огнеупоры (шамот, кварцит, магнезит) и различные сочетания металлов с огнеупорами, применяют те же флюсы, что и для резки бетона. Колебания в содержании железа и алюминия во флюсе в этих случаях могут составлять не более 5—10%.

Глава XIV. Аппаратура и технология кислородно-флюсовой резки

§ 65. Сущность процесса и аппаратура для резки

В процессе кислородной резки металл сгорает при температуре, которая ниже температуры его плавления. Если температура плавления образующихся при горении окислов будет выше температуры плавления металла, то обычная кислородная резка таких металлов становится невозможной. Например, при резке хромистых сталей образуются окислы хрома с температурой плавления 2270°С, тогда как хром плавится при температуре 1903°С. То же относится к никелю (1985 и 1452°С) и другим металлам.

Тугоплавкая пленка окислов исключает контакт между подогретым до температуры воспламенения металлом и кислородной струей. Увеличивается отвод тепла соседними участками металла, струя кислорода охлаждает место реза и процесс резки прекращается.

К металлам, при окислении которых образуется тугоплавкая пленка, относятся коррозионностойкие (нержавеющие), жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные стали, чугуны, медь, сплавы меди и др.

Для успешной кислородной резки этих металлов необходимо обеспечить расплавление и перевод в шлак образующихся тугоплавких окислов. Это возможно осуществить за счет дополнительного нагрева места реза от сгорания флюса.

Сущность кислородно-флюсовой резки заключается в том, что к месту реза (в щель реза) вместе с режущим кислородом и подогревающим пламенем вводится порошкообразный флюс.

Флюс, подаваемый в зону резки, выполняет две функции: тепловую и абразивную. Тепловое действие флюса состоит в том, что он сгорает в щели реза, вследствие ‘чего повышается температура места реза, тугоплавкие окислы становятся жидкотекучими и под действием силы тяжести и давления кислородной струи без затруднений удаляются. С помощью флюса удается разрезать металл толщиной до 500 мм. Вдуваемый флюс образует в щели реза шлак из продуктов горения. Этот шлак передает свое тепло нижним слоям разрезаемого металла, нижние слои металла дополнительно подогреваются до температуры воспламенения и глубина реза возрастает.

Сущность абразивного действия флюса состоит в том, что его частицы, имеющие большую скорость, ударным трением стирают с поверхности реза тугоплавкие окислы.

Составы флюсов. Для выделения дополнительного количества тепла при резке в качестве флюса применяют в основном железный порошок. При сгорании железного порошка образуются легкоплавкие окислы железа, которые, сплавляясь с окислами поверхностной пленки, образуют более легкоплавкие шлаки, которые относительно легко удаляются из зоны реза.

Устойчивый процесс резки нержавеющих сталей протекает при содержании в железном порошке углерода до 0,4% и кислорода (в виде окислов) до 6%. Повышение содержания углерода и кислорода в железном порошке снижает температуру в зоне реза и ухудшает качество его поверхности, увеличивая расход порошка.

В соответствии с ГОСТ 9849 — 74 применяют пять марок железного порошка: ПЖ 1, ПЖ 2, ПЖ 3, ПЖ 4 и ПЖ 5, содержащие соответственно железа не менее 98,5; 98,0; 98,0; 96,0; 94,0; остальные примеси: углерод, кремний, марганец, сера и фосфор.

Кроме железного порошка, применяют различные смеси его с другими компонентами. Например, при резке хромоникелевых сталей наибольшую эффективность получают при добавлении к железному порошку 10 — 45% алюминиевого порошка. При сгорании этой смеси в кислороде образуются легкоплавкие шлаки с температурой плавления менее 1300°С. Легко сдувается при поверхностной резке шлак, если в железный порошок добавлять до 20% силикокальция (23 — 31% Ca, 62 — 59% Si, 1,5 — 3% Al и др.).

Порошки пропускают через сита. При этом количество частиц мельче 0,07 мм не должно превышать 10%, а частиц крупнее 0,28 мм — 5%. Большое количество крупных частиц может привести к неравномерному поступлению флюса в резак.

Флюс выполняющий только абразивное действие, представляет собой кварцевый песок или смесь кварцевого песка с мраморной крошкой. Эти флюсы не получили промышленного применения по двум причинам: низкая производительность процесса резки и обильное выделение кварцевой пыли, которая может вызвать заболевание силикозом.

Аппаратура для резки. Применяются три схемы установок для кислородно-флюсовой резки: с внешней подачей флюса, с однопроводной подачей флюса под высоким давлением и с механической подачей флюса (рис. 94).

Рис. 94. Схемы установок для кислородно-флюсовой резки: а — с внешней подачей флюса, б — с однопроводной подачей флюса, в — с механической подачей флюса; 1 — газофлюсовая смесь, 2 — флюс, 3 — флюсонесущий газ, 4 — кислородно-флюсовая смесь, 5 — режущий кислород

По схеме с внешней подачей флюса (рис. 94, а) железный порошок струей кислорода подается из бачка флюсопитателя к резаку, имеющему специальную оснастку. Из отверстий этой оснастки газофлюсовая смесь засасывается струей режущего кислорода и вместе с ним поступает в зону резки. По этой схеме работают установки УРХС-4 (установка резки хромистых сталей, модель 4), УРХС-5 и УРХС-6 конструкции ВНИИавтогенмаш.

По схеме с однопроводной подачей (рис. 94, б) флюс из бачка флюсопитателя инжектируется (засасывается) непосредственно струей режущего кислорода. Смесь флюса с режущим кислородом по рукаву подводится к резаку и через центральный канал мундштука поступает к разрезаемому металлу. По этой схеме в промышленности работает установка УФР-2 (установка флюсовой резки, модель 2) конструкции МВТУ им. Н. Э. Баумана.

По схеме с механической подачей (рис. 94, в) из бачка флюсопитателя флюс подается с помощью шнекового устройства к головке резака, откуда засасывается струей режущего кислорода. По этой схеме разработаны установки на заводе «Красный Октябрь» и Златоустовском металлургическом заводе.

Основными узлами каждой установки для кислородно-флюсовой резки являются флюсопитатель и резак.

Флюсопитатели подразделяются на пневматические и с механической подачей.

Пневматическая подача флюса осуществляется инжекторным или циклонным (вихревым) устройством, к которому поступает кислород, воздух или азот, увлекающий флюс к резаку.

Механическая подача порошка от флюсопитателя до резака осуществляется шнековым устройством со шлангами и трубками.

Резаки для кислородно-флюсовой резки отличаются от резаков для кислородной резки тем, что они имеют дополнительные узлы для подачи флюса. Применяются резаки с подачей флюса по центральному каналу резака и с внешней подачей флюса. Универсальные резаки имеют сменные мундштуки.

Резак РАФ-1-65 (рис. 95), входящий в состав установки УРХС-5, состоит из серийного ручного резака «Пламя», укомплектованного специальной оснасткой.

Рис. 95. Резак РАФ-1-65 для кислородно-флюсовой резки

Оснастка, показанная на рис. 95, может применяться для любой конструкции серийных резаков, включая керосинорез РК-71.

Она состоит из колодки 2 с тройником 1, соединенных трубками. В колодке установлены сменные втулки 3 под углом 25° к оси мундштука. Через эти втулки подводится газофлюсовая смесь. К оснастке относится также порошковый вентиль 4, предназначенный для включения и выключения подачи флюса.

Установка с внешней подачей флюса УРХС-5 обеспечивает более высокую (в 1,5 — 3 раза) производительность резки и сокращение расхода флюса (в 1,5 — 4 раза) по сравнению с установкой, работающей по схеме с однопро-водной подачей флюса (УФР-2).

ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТУРА. КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВОЙ РЕЗКИ

§ 44. Сущность процесса кислородно-флюсовой резки

Высоколегированные хромистые, хромоникелиевые стали, чугун и цветные металлы не могут подвергаться обычной кислородной резке, так как они не удовлетво­ряют основным условиям резки. Хромистые и хромони­келевые нержавеющие стали на поверхности реза об­разуют тугоплавкие окислы хрома с температурой плавления около 2000° С, которые препятствуют нор­мальному протеканию процесса резки. Поэтому кисло­родная резка этих сталей требует применения особых способов.

Чугун имеет температуру плавления ниже темпера­туры воспламенения, поэтому при обычной резке чугун будет плавиться, а не сгорать в кислороде. Содержа­щийся в чугуне кремний, образует тугоплавкую окись кремния, которая также препятствует резке.

Цветные металлы (медь, алюминий, латунь, брон­за) имеют боЛЫЩЮ теплопроводность, образ) ЮТ T)fO птавкие окислы и также не поддаются обычной іазовои резке Удалить т)гоплавкие окислы можно либо пере­водом их в легкоплавкие, либо введением в зон реза дополнительного тепла

Резку высоколегированных сталей можно обеспечить наложением вдоль линии реза низко) глеродистои сталь­ной полосы, при сгорании коюрои выделившееся тепло, а также переходящее в шлак расплавленное железо и его окислы способств)Ют разжижению окислов хрома Этим способом можно резать нержавеющие стали тол­щиной до 20 мм, однако при этом рез пол) чается ширэ ким, а скорость резки низкая

Для резки хромистых, хромоникелевых нержавею­щих сталей, чг)на и цветных металлов применяют способ кислородно флюсовой резки Сущность кисло­родно флюсовой резки заключается в том, что в разрез вместе с реж)щнм кислородом вводится порошкообраз­ный флюс, при сгорании которого выделяется дополни­тельное тепло и повышается температ)ра в зоне реза. Кроме того, продхкты сгорания флюса, взаихюдейств) я с тзгоплавкими окислами, образуют жидкотекзчие шлаки, которые легко )даляются из зоны реза, не пре — пятств)я нормальном) протеканию процесса

Основным компонентом порошкообразных флюсоз, применяемых при кислородно-флюсовой резке метат — лов, является железный порошок. Железный порошок при сгорании выделяет большое количество тепла (око­ло 1800 ккал/кг). При выборе железного порошка не­обходимо иметь В ВИД), что процесс резки зависит от его химического состава и его грануляции. При исполь­зовании порошков, содержащих до 0,4% углерода и до 0,6% кислорода, процесс резки нержавеющей стали протекает устойчиво. Дальнейшее увеличение содержа­ния углерода и кислорода в порошке приводит к увели­чению расхода порошка и ухудшению качества поверх­ности реза.

Химический состав железных порошков, применяе­мых при кислородно-флюсовой резке по ГОСТ 9849—74, приведен в табл 30.

При резке нержавеющих сталей содержание кисло­рода в порошке не должно превышать 6% Кислород прис)тствует в порошке в виде окислов, которые замед-

№. Химический состав железных порошков для кислородно-флюсовой резки

Кислородно-флюсовая резка

Кислородно-флюсовая резка применяется для сталей, которые невозможно резать просто кислородом, так как нет необходимых требований для резки. Это могут быть хромоникелевые стали, высоколегированные хромистые, цветные металлы, чугун. При резании этих сталей они образуют очень твердые окислы, имеющие высокую температуру плавления, которые затрудняют процесс резания. Кислородно-флюсовая резка успешно решает эту проблему, благодаря тому, что в режущую зону вместе с кислородом вводится флюс в виде порошка, при сгорании которого выделяется значительно больше тепла и повышается температура в этой зоне. Также сгоревшие элементы флюса размягчают шлаки окислов и делают их жидкотекучими, что позволяет легко удалить их из зоны реза и улучшить дальнейшую резку металла. Флюсом служит железный порошок, роль которого во время сгорания выделять большое количество тепла, около 1800ккал/кг. От того каким будет химический состав этого порошка и какова его грануляция, зависит процесс резки. Если резать нержавеющую сталь, то содержание кислорода, который находится в порошке в виде окислов, должно быть не более 6%. При резке чугуна флюс снижает в сплаве содержание углерода, разжижает шлак. При этом используют флюс, содержащий железный и алюминиевый порошок. Подобным образом применяют флюс при резании цветных металлов.

При кислородно — флюсовой резке производят расчет флюсового состава для резки нужного металла по диаграмме состояния, получения шлакового состава с минимальной температурой плавления и вязкостью. Резаки кислородно-флюсовой резки имеют некоторое отличие от резаков для кислородной резки тем, что каналы, подающие кислород, имеют больший диаметр. Техника резания такая же, как и при кислородной резке, только мощность подогреваемого пламени больше на 15-20%, это позволяет флюсу равномерно нагреваться до момента воспламенения.

Скорость кислородно-флюсовой резки зависит от количества флюса, который подается в единицу времени. Такая резка применяется также и для резки бетона и железобетона, но при этом применяют флюс, имеющий большую тепловую эффективность, чем для металла. Чтобы флюс не воспламенился при кислородно-флюсовой резке в резаке, бачке или шланге, нужно применять порошок, имеющий менее 96% чистого железа или алюминия.

Кислородно-флюсовая резка имеет широкое применение в металлургии, тяжелом машиностроении для резания блюмов, когда они в холодном состоянии, при резании слитка мерных заготовок.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Технология кислородной резки заключается в том, что металл режется струей…