[發明專利]一種利用激光切割鑄坯的方法及裝置

在審

• 申請號: 201510342275.8
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104907710A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 鄭劍輝;幸偉
• 申請（專利權）人: 中冶連鑄技術工程有限責任公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/08;B23K26/142;B23K26/70
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;沈小川

技術領域

本發明涉及冶金連鑄的切割工藝，特別是涉及一種連鑄過程鑄坯切割的方法及裝置。

背景技術

在連鑄生產中，鑄坯切割是一個十分重要的環節，它直接關系到鑄坯的成材率，生產的連貫性及能源消耗，而切割定尺的精度又直接影響到下一道工序的正常運行。

鑄坯切割的任務是把完全凝固并矯直后的鑄坯切成所需的定尺或倍尺長度。因為連續鑄鋼中的切割過程是在鑄坯連續運動中完成，以切割裝置必須與鑄坯實行嚴格的同步運動。另外在多機多流連鑄機中，對切割裝置的橫向輪廓尺寸有所限制。現有的鑄坯切割方法主要類：火焰切割和機械剪切。

火焰切割機是用氧氣和燃燒氣體產生的火焰來切割鑄坯的。可燃氣體有乙炔、二丙烷、天然氣、氫氣和焦爐煤氣等。火焰在切割過程中的主要作用是將金屬加熱到燃點，然后利用高壓氧氣與金屬燃燒放出大量熱量，形成金屬氧化物將金屬切斷。

火焰切割裝置的優點是設備輕，加工制造容易，且不受鑄坯溫度和斷面大小的限制；設備的外形尺寸較小，對多流連鑄機尤為適合。目前，鑄坯厚度在200mm以上的幾乎都采用火焰切割。缺點是金屬損失大，約為鑄坯質量的1％～1.5％；割速度較慢；在切割時產生氧化鐵、廢氣和熱量的傳遞需要必要的運渣設備和通風裝置；當切割短定尺時需要增加二次切割，消耗氧和燃氣，同時切割面需進行去毛刺處理。因此現有技術中的“火焰切割機”噪音大、耗氧高、廢燃氣、割縫大、浪費原材料和能源，致使企業利潤降低，經營效益受到很大影響。

鑄坯的機械剪切方式由機械剪來完成，機械剪按其動力來源分為電動機和液壓機兩大類型。按剪切機與鑄坯同步運動的方式來劃分，則有擺動式和平行移動式兩種類型。按其剪刀片運動的方向來劃分，有上切式與下切式兩種方式，按所切鑄坯的運動方向來劃分，則有臥式與立式兩種類型。

機械剪切剪切時間短，便于剪切短定尺；剪切時金屬損失極少；操作安全可靠；工作環境好。其缺點是設備重、制造較難、消耗功率比較大，維護費用較高，設備故障率高且剪切能力有限，目前國內還限于剪切鑄坯厚度小于200mm以下的連鑄機。

隨著高效連鑄技術的發展，需要在保證鑄坯質量的前提下，鑄機作業率、澆注速度的全面提高，現有的鑄坯切割方法火焰切割或機械剪切均存在一定的局限性，難以同時滿足連鑄生產的提高生產率和/或優化的坯料生產。

發明內容

為了克服背景技術的不足，本發明提供了一種連鑄過程鑄坯切割的方法及裝置。本發明利用激光經聚焦的高功率密度激光束照射鑄坯，使被照射的鑄坯迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將鑄坯割開。本發明解決了現有鑄坯切割存在的能耗高，操作復雜，穩定性不足，切割精度低，需后續加工的技術問題，適用于弧形或立式，單流及多流的方坯、圓坯、板坯、異形坯等連鑄機，可同時滿足不同機型、不同斷面、不同流數及不同定尺長度的高效連鑄生產要求。同時本發明還具有激光切割過程中不會對工作表面造成劃傷；激光切割速度快，切口光滑平整，一般無需后續加工；切割熱影響區小，板材變形小，切縫窄；切口沒有機械應力，無剪切毛刺；加工精度高，重復性好，不損傷材料表面等優點。

本發明的技術方案是：一種利用激光切割鑄坯的方法，包括以下步驟：切割移動機構(1)縱向保持與鑄坯(4)同向同速呈相對同步移動；同時激光切割防護機構(2)和激光切割機(3)根據切割要求沿著鑄坯(4)移動垂直方向做橫向運動，激光切割器到鑄坯(4)上方設定位置，并根據定尺系統給出的切割信號開始切割，同時與激光光束同軸的高速氣流吹除熔融物質；切割移動機構(1)帶動激光切割機(3)沿鑄坯(4)運動反方向移動，退回到下一次切割作業起點位置，激光切割器開始沿切割反方向返回切割起點，并停在切割槍原位上。

根據如上所述的利用激光切割鑄坯的方法，其特征在于：所述的激光切割防護機構(2)采用風冷和水冷相結合的方式確保激光切割機(3)的穩定運行。

根據如上所述的利用激光切割鑄坯的方法，其特征在于：所述的高速氣流噴出口的噴嘴與鑄坯(4)表面間距不小于0.5mm，激光光束焦點位置處于鑄坯(4)表面之下不小于5mm。

根據如上所述的利用激光切割鑄坯的方法，其特征在于：所述的高速氣流采用壓縮空氣或惰性氣體。

根據如上所述的利用激光切割鑄坯的方法，其特征在于：所述的高速氣流采用活性氣體。

根據如上所述的利用激光切割鑄坯的方法，其特征在于：所述的活性氣體為氧氣。