Способ термической резки металлических заготовок

 

Литые заготовки размечают по длине на равновесные части, укладывают на основание машины термической резки с распределением заготовок по горизонтали. Все заготовки выравнивают по одной боковой стороне. Ориентируют каждую заготовку в направлении ее продольной оси симметрии по разметке с совмещением первой линии разметки с линией реза. Все заготовки дополнительно обжимают по боковой стороне. Осуществляют термическую резку всех заготовок, затем выполняют следующие резы. После очередного разрезания ориентируют каждую заготовку по продольной оси по следующей разметке с совмещением линии разметки с линией реза и заготовки обжимают по боковой стороне. 3 ил.

Изобретение относится к области пакетной термической резки слитков большого поперечного сечения, в частности, к способам пакетной равновесной термической резки слитков, производимых на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Известен способ пакетной кислородной резки металлических листов (см. а. с. N 1291320, кл.5 В 23 К 7/00, 1987 г.), при котором листы склеивают попарно эпоксидной клеевой композицией, каждая пара склеенных листов нагревается по линии реза до рабочей температуры резки, пары листов переворачивают нагретой стороной вниз и склеивают между собой, образующийся пакет укладывают между толстыми вспомогательным листами с пазами по линии реза и режут, а после резки клеевые швы нагревают до 300-400^oC, при этом швы выгорают, и разрезанные листы отделяют друг от друга.

К недостаткам способа относится то, что он специализированный и не может быть использован для пакетной резки крупногабаритных литых заготовок, производимых на МНЛЗ, в частности, литых заготовок прямоугольного сечения. В этом способе при пакетной резке листов режущая струя одновременно проходит через весь пакет изделий, при пакетной же резке литых заготовок, имеющих большое поперечное сечение, режущая струя перемещается последовательно от одного изделия к другому. То есть, вместо параллельного расположения изделий при резке литых заготовок используется их последовательное расположение. В противном случае ширина реза оказывается чрезмерно большой, производительность резки существенно снижается, растет расход кислорода, размеры зоны термического влияния и образующегося грата.

Поскольку литые заготовки имеют большие массы, то для сборки в пакет оказывается достаточным сближение их друг с другом, например, с помощью толкателя. Применение склеивания, как дополнительной меры удержания заготовок в пакете, нецелесообразно, т.к. заготовки за счет больших сил трения с поверхностью базирования и без этого оказываются неподвижными.

Способ не обеспечивает разрезание пакета на части равной массы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ использования устройства ориентации листов (см. а.с. N 1625610, кл.5 В 23 К 7/00, 1991 г.), применяемого в составе поточных линий машинной тепловой резки листового проката. Для выравнивания положения листа по осевой линии перед тепловой резкой включают двигатель и электромагнитные муфты. При этом вращаются ходовые винты правой и левой группы кареток, движущихся навстречу друг другу. С помощью них лист разворачивают и перемещают до тех пор, пока упоры правых и левых кареток не прижмутся к кромкам листа. По суммарным сигналам датчиков электродвигатель включают на реверс и каретки расходятся в исходное положение. Для выравнивания листа по одной из боковых сторон также включают электродвигатель и соответствующую муфту, при этом перемещаются каретки только одной группы. Способ позволяет ориентировать лист по осевой линии и обеим боковым кромкам.

К недостаткам способа относится невозможность равновесной резки литых заготовок.

Поскольку длина заготовки, как правило, много больше ее остальных герметических размеров, то способ пеpемещения групп кареток позволяет ориентировать заготовку лишь по продольной оси симметрии. Способ позволяет ориентировать по продольной оси симметрии одновременно несколько заготовок (пакет). Однако для равновесной термической резки требуется дополнительная ориентация заготовок и по поперечным разметкам равных масс, что данный способ не обеспечивает.

Целью патента является повышение производительности резки и точности термического разрезания литых заготовок на равновесные части путем резки пакетами, с поперечной разметкой каждой заготовки по длине на равновесные части и ориентацией заготовок в пакете по разметкам.

Сущность изобретения заключается в том, что литые заготовки, распределенные по горизонтали боковыми поверхностями друг к другу, укладывают на основание машины термической резки, выравнивают положение всех заготовок по одной боковой стороне, направление которой совпадает с направлением продольных осей заготовок, осуществляют поперечную разметку заготовок по длине на равновесные части, ориентируют заготовку в направлении ее продольной оси симметрии по разметке так, чтобы совместить первую линию разметки с линией реза, пакет дополнительно обжимают по боковой стороне, после чего осуществляют термическую резку всех заготовок, затем выполняют второй и последующие резы, причем, после очередного разрезания ориентируют заготовку в направлении ее продольной оси симметрии по следующей разметке с совмещением линии разметки с линией реза, и набор заготовок обжимают по боковой стороне.

Применение такой резки дает существенные преимущества, связанные с исключением операций предварительного разогрева металла в начале реза до температуры резки. Прижатые друг к другу заготовки составляют единое массивное тело, и последующая заготовка разогревается во время окончания реза предыдущей. В результате исключения операции предварительного разогрева сокращается общее время резки заготовок и на 23-27% увеличивается производительность резки. Экономятся горючие газы и кислород. Снижаются размеры зоны термического влияния металла в зоне начала реза. Последнее связано с низкой скоростью и большим временем предварительного подогрева. За счет использования пакетной загрузки и выгрузки заготовок снижается общее время погрузочно-разгрузочных работ.

Использование последовательной схемы расположения заготовок при резке (рядом друг с другом), а не параллельной (друг на друге) снижает ширину реза. В результате снижаются потери металла, увеличивается производительность резки за счет снижения теплоотвода из зоны реза, уменьшения механического сопротивления потоку газов, меньшего искривления траектории движения газа. Кроме того, снижается расход кислорода и горючих газов за счет снижения температуры пламени, уменьшения ширины реза, снижения длины факела, снижения кривизны траектории движения газа и сопротивления потоку газов. Одновременно снижаются размеры зоны термического влияния за счет увеличения скорости резки и снижаются размеры образующегося грата.

Последовательное расположение массивных литых заготовок, имеющих большое поперечное сечение, позволяет осуществлять достаточно независимую ориентацию заготовок в направлении их продольных осей. Такое расположение заготовок удобно для быстрой их совместной загрузки и выгрузки краном с электромагнитными подвесками.

Поскольку литые заготовки с МНЗЛ поступают с разных ручьев, то они имеют различные поперечные сечения. Поэтому при равных плотностях металла заготовок равные массы их частей будут получаться при различных длинах. Это обстоятельство исключает возможность резки заготовок на равновесные части с их ориентацией в направлении продольных осей путем часто используемого простого упирания заготовок в неподвижные упоры. В этом случае места поперечных разметок нескольких заготовок не совпадут между собой. Технология резки может вестись двояко: непрерывно и прерывисто.

В первом случае резак режет первую заготовку и, меняя направление движения на 90^o, по месту контакта первой и второй заготовок с той же скоростью движется к линии разметки ко второй заготовке. Далее, вновь изменяя направление движения на 90^o, разрезает вторую заготовку и т.д. Увеличивается путь резака, растут потери времени, металла, горючих газов, кислорода, нарушается форма заготовок.

Во втором случае заготовки рассредотачиваются и осуществляется их резка по отдельности. Резка без рассредоточения заготовок практически невозможна, т. к. требует прожигания слитка большой толщины по месту контакта двух заготовок. Кроме того, это может привести к выплавлению большого объема металла, нарушению формы обеих контактирующих заготовок, образованию больших брызг металла, забиванию сопла резака, прекращению процесса резки и выходу резака из строя.

С учетом вышесказанного, применение ориентирования в пакете каждой заготовки в отдельности в направлении ее продольной оси симметрии по разметке с совмещением линии разметки с линией реза позволяет расположить разметки всех заготовок, во-первых, по одной линии, во-вторых, по линии, совпадающей с линией реза. Это обеспечивает наиболее эффективную резку заготовок по прямой. Кроме того, это дает возможность использовать для решения задачи термической резки типовые установки термической резки с резаками, имеющими одну степень свободы, например, выпущенными ЮУМЗ.

Применение поперечной разметки заготовок по длине на равновесные части обеспечивает возможность разрезания заготовки на равновесные части и ориентирование по ней при установке заготовки путем совмещения линии разметки с линией реза.

Дополнительное обжатие всего набора заготовок перед каждой резкой по боковой стороне позволяет сблизить заготовки друг с другом, так как при их раздельном ориентировании по направлению продольных осей возможно рассредоточение заготовок и появление зазоров. В результате зазоры выбираются и появляется возможность реализовать в полной мере резку пакетом.

Способ позволяет производить разрезание набора и каждой заготовки на несколько равных частей.

Таким образом, вновь введенные операции поперечной разметки заготовок по длине на равновесные части, а перед каждым резом ориентирование каждой заготовки в направлении ее продольной оси симметрии по разметке, с совмещением линии разметки с линией реза, и дополнительного обжатия набора заготовок по боковой стороне, а также использование распределенных по горизонтали боковыми поверхностями друг к другу литых заготовок в указанной связи с другими операциями, дает возможность осуществлять равновесную термическую резку массивных литых заготовок большого сечения, позволяет, сохранив преимущества пакетной резки, вести ее по наилучшей кратчайшей линии реза и разделять заготовки на равновесные части, что обеспечивает повышение производительности резки и точности термического разрезания литых заготовок на равновесные части.

На фиг. 1 показан пример устройства для реализации способа в плане; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 то же, главный вид.

Устройство для реализации способа в плане, представленное на фиг. 1, содержит: 2 толкатель; 3 двигатель перемещения толкателя; 4, 13 - редукторы; 5, 6, 14 цепные передачи; 7, 8, 16 ходовые винты; 9 контакт между боковыми поверхностями заготовок; 10 первые линии разметки заготовок, совмещенные с линией реза АА; 11 неподвижные упоры; 12 двигатели перемещения каретки; 15 каретки; 17 резак; 18, 19, 20 следующие линии разметки, не совпадающие с линией реза; 21 штанги.

На фиг. 1 дополнительно обозначено: 1 литые заготовки; АА линия реза; ВВ линия базирования заготовок по боковой стороне.

Толкатель предназначен для выравнивания и обжатия набора заготовок по боковой стороне ВВ. Он размещен сбоку от пакета и приводится в поступательное движение перпендикулярно линии базирования заготовок ВВ от двигателя 3 через редуктор 4, цепные передачи 5 и 6 и ходовые винты 7 и 8.

Количество кареток в устройстве равно не менее чем удвоенному числу заготовок в наборе. Каждая каретка 15 имеет индивидуальный привод, состоящий из двигателя 12, редуктора 13, цепной передачи 14 и ходового винта 16. Каретка несет на себе штангу 21, с помощью которой осуществляется перемещение и закрепление заготовки в направлении ее продольной оси.

Резак 17 (устройство его перемещения на фиг. 1 не показано) выполняет рез по линии АА перпендикулярно продольной оси симметрии заготовок.

Линия базирования ВВ, обеспечиваемая положением упоров 11, параллельна рабочей поверхности толкателя 2. При неизменном положении линии реза АА каретки 15 со штангами 21, ходовые винты 16 должны иметь такую величину хода, чтобы обеспечить установку каждой заготовки любой разметкой на линию реза.

На фиг. 2 дополнительно обозначено: 22 основание машины термической резки с опорными элементами (рольгангом); 23 неподвижный портал; 24 - тележка; 25 консоль.

Пакет заготовок 1 размещается на основании 22 и имеет возможность перемещаться толкателем 2 и каретками 15 со штангами 21 во взаимно перпендикулярных направлениях.

Тележка 24, несущая консоль 25 с укрепленным на ней резаком 17, имеет возможность перемещения по линии реза.

На фиг. 3 дополнительно обозначено: 26 продольная ось заготовки. Установка показана в разрезе, проходящем по контакту 9 между боковыми поверхностями ближайшей к толкателю и следующей заготовками.

Ходовые винты 15 размещены под рольгангом, а верхние части штанг 21 над ним. Большие длины штанг обеспечивают значительные величины перемещения заготовки и позволяют устанавливать ее по любой разметке на линию реза. Размещение ходовых винтов под рольгангом позволяет освободить место для размещения штанг.

С помощью устройства способ реализуется следующим образом. Перед началом работы все каретки 15 отведены в исходное положение (максимально разделены), освобождая место на основании машины термической резки для размещения заготовок. Осуществляют поперечную, т.е. поперек продольной оси симметрии 26, разметку заготовок по длине на равновесные части. Если сечение одной заготовки по длине неизменно, то такая разметка будет делить данную заготовку на равные части. Поскольку сечение заготовок различное, то равновесные части разных заготовок будут иметь различную длину. На основание машины термической резки 22 укладывают набор заготовок, распределенных по горизонтали боковыми поверхностями друг к другу, включают двигатель 3 и перемещением толкателя 2 выравнивают положение пакета по одной боковой стороне. При этом набор заготовок упирается в упоры 11 по линии ВВ. После этого реверсированием двигателя 3 толкатель отводят от пакета для снижения трения заготовок при ориентировании. Ориентируют каждую заготовку в направлении ее продольной оси симметрии 26 по разметке с совмещением первой линии разметки 10 с линией реза АА. Для этого, последовательно друг за другом, заготовки, во-первых, перемещают по оси 26 до совмещения первой разметки с линией реза, а, во-вторых, зажимают по торцам для закрепления в установленном положении, что создает условия для ориентирования следующей заготовки, не приводя, за счет трения друг с другом, к одновременному смещению предыдущей заготовки. Ориентацию начинают с одной из сторон набора со стороны толкателя, либо с противоположной. Каждая заготовка по оси 26 может перемещаться одной кареткой в одну, а другой кареткой в противоположную сторону. Поэтому включают тот двигатель, соответственно, из пары М2, М5; либо М4, М7, который приводит в движение каретку в направлении, противоположном смещению линии разметки относительно линии реза, этот двигатель отключают и включают двигатель привода каретки с другой стороны заготовки. Перемещают каретку вплоть до упирания штанги в торец и зажима заготовки. Двигатель отключают. После установки и закрепления первой заготовки, аналогично по очереди ориентируют последующие заготовки. Ослабляют зажимы отводом кареток от заготовок на 10-20 мм. Кратковременным включением двигателя 3 толкателя 2 обжимают набор по боковой стороне. Отводят толкатель в исходное положение, перемещением тележки 24 подводят резак 17 к первой заготовке, расположенной со стороны толкателя. Производят подогрев металла у края заготовки в зоне реза, после подогрева включают режущий кислород и производят рез всего пакета с постоянной скоростью. Отводят тележку 24 в исходное положение. Поскольку произведенный рез перпендикулярен оси 26, то он не ухудшает процесс дальнейшего ориентирования разрезанных заготовок, операции ориентации и реза заготовок повторяют при выполнении второго и последующих резов. После окончания всей равновесной резки каретки возвращают в исходное положение, то есть максимально разводят друг относительно друга.

Дополнительное обжатие набора прямых заготовок непосредственно перед резкой незначительно и приводит к перемещению заготовок в пределах 10-15 мм. Колебание сечения заготовок находится в пределах, оговоренных технологическими инструкциями, и обычно не превышает 7-9% от номинального значения. При этом ширина заготовок может изменяться в пределах 2-3% Штанга 21 имеет на рабочем конце ширину, в несколько раз меньшую, чем ширина заготовки. Поскольку пакет базируется по боковой стороне строго по упорам, то оси 26 заготовок располагаются достаточно однозначно относительно продольных осей симметрии штанг 21. Так, при общей ширине пакета 2000 мм, максимальное смещение осей симметрии, имеющей место на первой от толкателя заготовке, составляет 70-75 мм.

При любых допустимых колебаниях ширины заготовок и величины обжатия набора, торец каждой штанги не выйдет за пределы торца зажимаемой данной штангой заготовки. Это позволяет в конструкции устройства иметь однозначное и постоянное для данного типа заготовок расположение ходовых винтов 16, кареток 15 со штангами 21. С другой стороны, перед дополнительным обжатием набора заготовок (перед резкой) нет необходимости в отводе кареток в исходное состояние, т.е. в разведении кареток на максимально возможное расстояние. При дополнительном обжатии нет опасности поломки штанг выступающими концами соседних заготовок.

Пример.

Стальные заготовки высотой 291-300 мм, шириной 320-330 мм и весом 4000+15 кг, что обеспечивается при длине около 6000 мм, разливаются на четырехручьевой МНЛЗ в электросталеплавильном цехе АО "Кузнецкий металлургический комбинат".

Поставлена задача: для коммерческой поставки проката из литых заготовок по весу обеспечить равновесный раскрой каждой заготовки на три части. Раскрой осуществить на машинах термической резки с одной оперативной степенью свободы резака.

Общее колебание длины заготовки составляет до 100 мм. При резке по неподвижным упорам и колебаниях поперечных сечений заготовок от ручья к ручью решение поставленной задачи невозможно. Предложенный способ позволяет осуществлять высокопроизводительный, экономичный и высококачественный равновесный раскрой.

Каждая отрезанная часть заготовки имеет вес 1320+5 кг. Экономический эффект от внедрения способа составляет около 624 млн.руб. в год.

Применение способа позволяет повысить производительность резки, снизить затраты на материалы и повысить точность разрезания литых заготовок.

Формула изобретения

Способ термической резки металлических заготовок, при котором изделие укладывают на основание машины термической резки, выравнивают его положение по одной боковой стороне, отличающийся тем, что при резке литых заготовок их укладывают последовательно по горизонтали боковыми поверхностями друг к другу, перед резкой дополнительно осуществляют поперечную разметку заготовок по длине на равновесные части, ориентируют каждую заготовку в направлении ее продольной оси симметрии по разметке с совмещением первой линии разметки с линией реза, набор заготовок дополнительно обжимают по боковой стороне для получения единого тела, после чего осуществляют термическую резку всех заготовок, затем выполняют второй и последующие резы, причем, после очередного разрезания набора заготовок, ориенируют каждую заготовку в направлении ее продольной оси симметрии по следующей разметке с совмещением линии разметки с линией реза и набор заготовок обжимают по боковой стороне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3