Технико-экономическая оценка способов тепловой резки

Достоверно оценить преимущества того или иного способа тепловой резки можно лишь на основании сопоставления технико-экономических показателей этих процессов. Основными способами, имеющими наиболее широкое использование или перспективность развития, являются кислородная, плазменная и лазерная резка.

О лазерной резке можно сразу сказать, что этот способ резки весьма перспективен, но в настоящее время область его применения ограничена при малых толщинах разрезаемых металлических материалов, а также при резке неметаллических материалов. В других случаях этот способ пока не может конкурировать с кислородной и плазменной резкой как по техническим, так и по экономическим показателям.

Плазменной резке поддаются все металлические материалы, в то время как кислородной резкой можно обрабатывать только сталь и титановые сплавы. В связи с этим оценку и сравнение экономических показателей целесообразно выполнять только для показателей кислородной и плазменной резки конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей, так как для металлов, не поддающихся кислородной резке, плазменная резка экономически оправдана во всех случаях.

Скорость резки является одной из основных характеристик, оказывающих наиболее существенное влияние на экономические показатели любого способа резки, в том числе кислородной и плазменной.

На рис. 1.16 приведены кривые, показывающие изменение скорости ацетиленокислородной и воздушно-плазменной резки в зависимости от марки и толщины разрезаемого металла. Из рисунка следует, что воздушно-плазменная резка имеет значительно более высокие скорости резки, чем ацетиленокислородная в диапазоне наиболее употребительных толщин (до 30 мм). Однако с увеличением толщины металла эта разница уменьшается и при толщине более 50 мм воздушно-плазменная резка низкоуглеродистых и низколегированных сталей начинает уступать по скорости ацетиленокислородной резке.

С другой стороны, плазменная резка сталей толщиной менее 4 мм затруднена вследствие необходимости иметь слишком большие скорости, которые не могут быть успешно реализованы современными машинами и системами управления к ним (особенно для фигурной резки), из-за возникновения слишком больших инерционных сил. Такое явление имеет место вследствие того, что плазменная резка стандартных конструкционных сталей всех толщин выполняется с небольшими изменениями токовых параметров. С дальнейшим совершенствованием аппаратуры для плазменной резки технико-экономические показатели этого процесса возрастут.

Более наглядно можно производить сравнение протяженностей резов, которые можно получить за одинаковый промежуток времени, используя тот или иной способ резки для металла одной толщины. На рис. 1.17 приведены графики, показывающие протяженности резов, которые можно получить в течение года при плазменной и кислородной резке низкоуглеродистых и низколегированных сталей для толщин от 5 до 50 мм при двухсменной работе машин, а также кривая изменения отношения L_п/L_к длин плазменного и кислородного резов. Последняя показывает, что для толщины 10 мм данное соотношение равно 5,3, для толщины 30 мм — 4,3 и даже при толщине 40 мм плазменная резка по производительности более чем в два раза превосходит кислородную.

Аналогичным образом сравниваются данные по годовым эксплуатационным затратам (основной и дополнительной зарплате, амортизации оборудования и зданий, текущему ремонту оборудования, затратам на технологические цели и т. п.). На рис. 1.18 приведены графики, показывающие изменение указанных затрат на обработку одного и того же количества низкоуглеродистой стали в год при использовании ацетиленокислородной и воздушно-плазменной резки в пределах изменения толщины металла от 5 до 50 мм, а также кривая изменения отношения С_к/С_в-п затрат на кислородную и воздушно-плазменную резку, которая показывает, что при толщине 10 мм данное отношение равно 2,26; при толщине 30 мм — 1,23, а при толщине 40 мм затраты на плазменную резку уже превосходят затраты на кислородную.

На рис. 1.19 приведена зависимость экономического эффекта от толщины металла при замене машинной ацетиленокислородной резки низкоуглеродистой стали воздушно-плазменной резкой. Данные этого графика подтверждают, что плазменная резка является эффективным способом резки при обработке низкоуглеродистых и низколегированных сталей до толщины 35 мм.

Рис. 1.16. Кривые изменения скорости ацетиленокислородной и воздушно-плазменной резки в зависимости от марки и толщины разрезаемого металла:
1 - ацетиленокислородная безгратовая резка низкоуглеродистой стали; 2 - ацетиленокислородная резка легированной стали; 3 - ацетиленокислородная резка низкоуглеродистой стали; 4 - ацетиленокислородная резка титана; 5 - воздушно-плазменная резка низкоуглеродистой стали

Рис. 1.17. Зависимость протяженности реза, выполняемого за год при машинной тепловой резке и при двухсменной работе, от толщины разрезаемого металла и отношения протяженности плазменного реза L, к протяженности кислородного реза L_к: 1 - ацетиленокислородная резка; 2 - воздушно-плазменная резка; 3 - отношение L_п/L_к.

Для укрупненной оценки изменения выработки за одну смену при замене кислородной резки на плазменную можно использовать следующие усредненные данные, полученные из расчета, что при обработке одного листа размерами 2X8 м, толщиной 12—14 мм выполняется 40 м реза:

воздушно-плазменной резкой разрезается 10—12 листов, т. е. выполняется 400—480 м реза или перерабатывается 15—18 т стали;

ацетиленокислородной резкой разрезается 3,5—4 листа, т. е. выполняется 130—150 м реза или перерабатывается 5—6 т стали.

При увеличении или уменьшении насыщенности площади листа деталями, т. е. изменении суммарной длины резов, приведенные данные должны корректироваться пропорционально соотношению имеющейся средней протяженности реза к принятой в 40 м.

Рис. 1.18. Зависимость годовых эксплуатационных затрат от толщины разрезаемого металла при машинной тепловой резке и отношение затрат при ацетиленокислородной резке С_к к затратам при воздушно-плазменной резке С_в-п: 1 — воздушно-плазменная резка; 2.— воздушно-плазменная резка; 3 — ацетиленокислородная резка; 4 — отношение С_к/С_в-п.

Рис. 1.19. Зависимость годового экономического эффекта от толщины разрезаемого металла при замене ацетиленокислородной резки низкоуглеродистой стали воздушно-плазменной резкой

1. Технические требования к материалам и оборудованию

1.1. Технические требования к материалам.

1.1.1. Металл, поступающий на термическую резку, должен удовлетворять требованиям СНиП III-18-75.

Допускается производить термическую резку стальных листов и фасонного профиля (уголок, швеллер, двутавр) с нанесенным слоем грунта, если выделение вредных газов и аэрозолей при резке не превышает предельно допустимые концентрации вредных веществ, установленные СН 245-71, и не ухудшает качества поверхности реза.

1.1.2. Газы и жидкости, применяемые при термической резке, должны отвечать требованиям государственных стандартов, приведенных в табл.1

Выбор горючего и плазмообразующего газов следует производить с учетом возможности их бесперебойного получения, способов транспортировки и объема работ по резке.

Таблица 1

Газы и жидкости, применяемые при термической резке

1.1.3. Для плазменно-дуговой резки следует применять циркониевые и гафниевые электроды (катоды).

1.2. Требования к оборудованию.

1.2.1. Для термической резки следует применять стационарные и переносные машины по ГОСТ 5614-74.

Техническая характеристика основных машин и установок для термической резки листового металла, труб, фасонного и гнутого замкнутого сварного профиля приведена в табл. 1-5 справочного приложения 1.

1.2.2. При плазменно-дуговой резке следует применять аппаратуру по ГОСТ 12221-79, выпрямители по ГОСТ 14935-77.

1.2.3.Ручные резаки для кислородной резки должны соответствовать требованиям ГОСТ 5191-79.

Машинные резаки для кислородной и плазменно-дуговой резки должны соответствовать требованиям рабочих чертежей и техническим условиям на изготовление машин.

Для ручной и машинной кислородной резки на пропан-бутане и природном газе допускается применять серийные ручные и машинные резаки для ацетиленокислородной резки с рассверленной цилиндрической частью смесительной камеры до 3 мм и инжектора до 0,9 мм.

Техническая характеристика резаков для ручной и машинной кислородной резки приведена в табл. 1-3 справочного приложения 2.

1.2.4. Для машинной и ручной кислородной резки следует применять мундштуки, изготовленные по рабочим чертежам организаций, перечень которых приведен в рекомендуемом приложении 3.

Допускается применение мундштуков других конструкций, обеспечивающих качество поверхности реза в соответствии с п.3.1.5. стандарта.

1.2.5. Баллоны для хранения кислорода и ацетилена должны соответствовать требованиям ГОСТ 949-73, пропан-бутана - требованиям ГОСТ 15860-70.

1.2.6. Балонные сетевые и рамповые газовые редукторы для термической резки должны соответствовать ГОСТ 6268-78 и ГОСТ 13861-80.

1.2.7. Резиновые рукава для подачи газов к резаку должны соответствовать требованиям ГОСТ 9356-75.

1.2.8. Давление газов на входе в газорезательные машины, оснащенные тремя резаками и более, должно быть не менее:

- кислорода - 0,7 МПа (7 кгс/см²);

- ацетилена, пропан-бутана, природного газа - 0,12 МПа (1,2 кгс/см²).

1.2.9. Раскроечные столы для термической резки должны быть изготовлены с соблюдением следующих основных требований:

- конструкция стола должна быть жесткой, исключающей его вибрацию, обеспечивать горизонтальное положение разрезаемого листа и свободное перемещение отхода в процессе резки;

- опорная поверхность стола должна обеспечивать свободную укладку листа и удобный съем вырезанных деталей;

- стол должен быть оснащен вентиляцией, обеспечивающей требования СН 245-71;

- размеры стола должны выбираться из условий резки наибольших деталей.

1.2.10. Точность работы машины следует проверять не реже одного раза в неделю согласно требованиям ГОСТ 5614-74. В течение смены газорезчик обязан проверять точность работы машины путем выборочного контроля параметров вырезанных деталей.

1.2.11. Питание участков термической резки газами должно осуществляться централизованно от заводских или цеховых трубопроводов, подключенных к различным источникам питания: баллонным рампам, кислородным и ацетиленовым станциям газификации сжиженных газов, находящихся в передвижных или стационарных емкостях; компрессорным станциям.

Перечень типовых проектов кислородных станций, стационарных и передвижных газификационных установок и газификаторов приведен в табл. 1, 2, справочного приложения 4.

1.2.12. Для подачи газа из сети к месту потребления должны быть установлены газоразборные посты.

На газоразборных постах горючих газов должен быть установлен предохранительный затвор против обратного удара и запорный вентиль, на газоразборных постах кислорода - входной вентиль и редуктор.

Техническая характеристика газоразборных постов для кислорода и горючих газов приведена в справочном приложении 5.

1.2.13. Предохранительные жидкостные затворы для ацетилена должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8766-81.

Для пропан-бутана и природного газа следует применять сухие предохранительные затворы и обратные клапаны. Допускается применение жидкостных предохранительных затворов по ГОСТ 8766-81.

Техническая характеристика предохранительных затворов приведена в справочном приложении 6.