لوله لنس
لوله لنس (Lance Pipe) که به عنوان لنس اکسیژن نیز شناخته میشود، یک لوله فولادی است که در فرآیندهایی مانند تأمین اکسیژن و کربن برای کوره بلند یا برش قراضههای فلزی مورد استفاده قرار میگیرد.لولههای لنس با توجه به نوع کاربردشان، در مشخصات فنی متنوعی عرضه میشوند؛ مانند مدلهایی با دوام و ماندگاری بالاتر یا مدلهایی که برای تولید دماهای فوقالعاده بالا طراحی شدهاند،که برای انتقال گاز یا پودر در صنایع متالورژی و تولید فلزات مورد استفاده قرار میگیرد. لولههای لنس به گونهای طراحی شدهاند که اکسیژن یا سایر گازها را با فشار بالا به درون کورهها هدایت کنند؛ این فرآیند عمدتاً به منظور تنظیم گریدهای فولاد کربنی انجام میشود.
انواع لوله لنس
- لنس CA (کالورایز شده): قابل استفاده برای تزریق اکسیژن و پودر گرافیت به درون کوره قوس الکتریکی.
- لنس SC (پوشش سرامیکی): قابل استفاده برای عملیات تخلیه ذوب و تمیزکاری کورهها.
- لوله لنس سنگین (Heavy Lance Pipe): قابل استفاده برای تزریق آرگون و گازهای نجیب (بیاثر) به درون کوره پاتیلی.
تجهیزات برشکاری با لنس اکسیژن
- لنسهای پرشده با سیم
- گیره لنس (کلمپ)
- تأمینکننده اکسیژن به همراه اتصالات و شیلنگ
- منبع اشتعال (مشعل یا تورچ جوشکاری)
- تجهیزات ایمنی محیط کار
عملکرد لوله لنس
برشکاری با لنس اکسیژن، یک فرآیند برش اکسیژنی است که در آن از اکسیژن هدایتشده از طریق یک لوله یا لنس فولادی مصرفی استفاده میشود. پیشگرمایش لازم برای شروع فرآیند برش، از طریق دیگری تأمین میگردد.در اولین نسخههای فرآیند LOC، از یک لوله آهن سیاه معمولی به عنوان لنس استفاده میشد که جریان اکسیژن از درون آن عبور میکرد. در نسخه اصلاحشده و پیشرفتهتر لنس، تعدادی سیم از جنس فولاد کمکربن درون لوله فولادی فشرده میشوند. این کار باعث افزایش طول عمر برش و ارتقای کارایی لنس میگردد. لولههای موجود در بازار معمولاً دارای طول ۳.۲ متر و قطر ۱۶ میلیمتر هستند.
ابتدا از یک مشعل استفاده میشود تا انتهای برشکاری لنس به دمای ذوب سفید (White heat) برسد، سپس شیر اکسیژن به آرامی باز میشود تا جریان O2 برقرار شده و عملیات سوختن لنس پرشده آغاز گردد. هرچه فشار اکسیژن بالاتر باشد، شدت سوختن بیشتر خواهد بود. شیر اکسیژن بیشتر باز میشود و در عمق برش حدود ۱ تا ۲ سانتیمتر باید کاملاً باز باشد. کنترل دقیق جریان اکسیژن به کاهش جرقههای شدید در ابتدای برش کمک میکند. هرچه عمق برش بیشتر شود، جرقههای کمتری به بیرون پرتاب میشوند. در تمامی کاربردها باید از یک صفحه حفاظتی (سپر جرقهگیر/بافل پلیت) استفاده شود.
برای ایجاد سوراخ، لنس به طور مداوم حدود ۹۰ درجه به سمت راست و چپ (جهت عقربههای ساعت و خلاف آن) چرخانده میشود و همزمان فشار کمی برای پیشروی لنس اعمال میگردد. پس از ورود به درون سوراخ، لنس به صورت حرکات رفت و برگشتی حرکت داده میشود تا شعله احتراق مورد نیاز در انتهای لنس حفظ شده و خروج سرباره بهبود یابد. تخلیه روان و بدون مانع سرباره، یک فاکتور تعیینکننده در راندمان این فرآیند است. در نتیجه، سوراخکاری به سمت بالا بهترین نتایج را به همراه خواهد داشت اما این حالت به دلیل رعایت ایمنی کار و محدودیت در طول تغذیه لنس که ناچاراً باید خم شود، به کاربردهای بسیار کمی محدود میشود. بنابراین، برشکاری افقی لنس مناسبترین راهکار است در این حالت لنس در وضعیتی نگه داشته میشود که نوک آن کمی به سمت بالا متمایل است. برشکاری را میتوان به صورت عمود بر قطعه کار نیز انجام داد، اما این کاربرد برای تخلیه ایمن سرباره نیازمند هدایت و راهنمایی بهینه لنس است.
با استفاده از این روش، میتوان سوراخی به قطر ۶۴ میلیمتر را در بتن مسلح با سرعت تقریبی ۱۰۰ میلیمتر بر دقیقه ایجاد کرد. این فرآیند همچنین برای باز کردن مجراهای تخلیه ذوب کورهها و پاکسازی مواد منجمد و سفتشده از درون ظروف، پاتیلها و قالبها کاربرد دارد. علاوه بر این، میتوان از آن برای برش آجر نسوز، ملات و سرباره استفاده کرد.
فرآیند برشکاری با لنس اکسیژن (LOC) قابلیت اجرا در زیر آب را نیز دارد. برای این کار، لنس باید پیش از قرار گرفتن در زیر آب روشن (مشتعل) شود، اما پس از آن، فرآیند سوراخکاری و نفوذ اساساً مشابه با محیط هوا پیش میرود. البته این فرآیند در زیر آب باعث ایجاد حبابهای شدیدی میشود که میتواند میدان دید اپراتور را محدود کند.
مکانیزم عملکرد و ساختار مغزی لوله لنس در برش بتن و فولاد
- بتن
در برشکاری بتن، معیار تعیینکننده حرارتِ لنس نیست، بلکه اکسیدهای آهنی است که در اثر مصرف شدن لوله فولادی تولید میشوند. بتن مذاب که در حالت عادی چسبناک و غلیظ (ویسکوز) است، به دلیل تشکیل سیلیکات بسیار روان (سیال) میشود و فشار اکسیژن، خروج این گدازه روان را از درون سوراخ تسهیل میکند. به دلیل هدایت حرارتی ضعیف بتن و تشکیل یک رینگ سرباره عایق به ضخامت حدود ۱ میلیمتر، هیچ خطری برای آسیب دیدن مغز بتن اطراف وجود ندارد. دما در پشت این رینگ عایق تنها در حدود ۲۴۰ درجه سانتیگراد است. علاوه بر این، بخش اصلی حرارت تولید شده به همراه گدازه خارجشده دفع میشود. سوراخکاری در بتن مسلح نیز به همین راحتی انجام میگیرد چرا که حرارت حاصل از احتراق میلگردها حتی به فرآیند سوراخکاری کمک میکند. افزایش دمای لنس را میتوان با قرار دادن سیمهای آلومینیومی در داخل لوله به دست آورد با این حال، میزان آلومینیوم در مغزی نباید از حداکثر ۲۰٪ فراتر رود، در غیر این صورت لنس دیگر روشن نخواهد شد.
- فولاد
در اینجا، وجود سیمهای فشردهشده در داخل لوله برای اهداف برشکاری ضروری نیست، زیرا خودِ فولاد حاوی آهن کافی برای احتراق میباشد. در واقع یک لوله ساده برای تغذیه اکسیژن به نقطه احتراق کفایت میکند. قرار دادن دو تا سه سیم به قطر ۳ میلیمتر در داخل لوله، صرفاً جهت تسهیل در روشن شدن مطمئن لنس است. استفاده از لنس اکسیژن برای سوراخکاری فولاد، هرچه ضخامت متریال بیشتر باشد اقتصادیتر خواهد بود. نتایج تأییدشده حاصل از آزمایشها برای ضخامتهای ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلیمتر در دسترس است و مقادیر به دست آمده در یک دیتاشیت خلاصه شدهاند.
از آنجا که سوراخکاری فولاد عمدتاً برای ایجاد یک سوراخ اولیه (Stab hole) جهت برشکاریهای بعدی با گاز استفاده میشود، در اکثر مواقع این کار باید در موقعیت عمود بر ورق انجام گیرد. در این حالت باید توجه ویژهای به تخلیه سرباره داشت. نباید اجازه داد سرباره به داخل سوراخ برگردد؛ بنابراین، سرباره خارجشده باید به طور مداوم با دمیدن پاکسازی شود. سربارهای که به شدت اطراف سوراخ چسبیده است را میتوان به راحتی با استفاده از چکش و قلم یا دستگاههای مناسب جدا کرد. تا کنون نتایج رضایتبخشی از مواد جداساز (ضد چسبندگی) برای جلوگیری از چسبیدن سرباره گزارش نشده است.
کاربرد لوله لنس
- متالورژی: لولههای لنس در کورههای فولادسازی برای تزریق اکسیژن به درون فولاد مذاب استفاده میشوند که این امر موجب تقویت فرآیند اکسیداسیون و تصفیه (پالایش) فلز میگردد.
- صنایع شیمیایی: لولههای لنس در راکتورهای شیمیایی برای وارد کردن اکسیژن یا سایر گازها جهت انجام واکنشهای شیمیایی مختلف به کار گرفته میشوند.
- بازیافت و فرآوری پسماند: لولههای لنس میتوانند در فرآیندهای زبالهسوزی جهت بهبود احتراق و کاهش آلایندگیها مورد استفاده قرار گیرند.
ایمنی لازم هنگام استفاده از لوله لنس
چند قانون باید برای کاربری ایمن با لنس رعایت شود. از آنجا که اکسیژن از احتراق هر ماده سوختنی پشتیبانی میکند، قوانین و مقررات مربوط به استفاده از اکسیژن باید به دقت رعایت شوند. تهویه کافی باید در هر ایستگاه کاری فراهم باشد. لنسها باید عاری از هرگونه روغن و گریس نگه داشته شوند تا از واکنشهای شدید با اکسیژن جلوگیری شود.
رگلاتورهای فشار و شیلنگها باید الزامات کلاس B مندرج در استانداردهای DIN 8546 و DIN 8541 را برآورده کنند. کلمپها ترجیحاً باید از جنس برنج ساخته شوند و هرگز نباید از جنس فولاد باشند. لباس کار محافظ شخصی باید مقاوم در برابر شعله (نسوز) بوده و تمام بدن را بپوشاند. علاوه بر این، استفاده از لولههای مکنده برای دود و گازها، و صفحات حفاظتی در برابر جرقه توصیه میشود.
نکاتی هنگام خرید لوله لنس باید رعایت کرد
مهمترین فاکتور در اقتصادی بودن فرآیند، نسبت مناسب اکسیژن به متریال لنس است و این فاکتور (نسبت فلز به اکسیژن) نباید کمتر از ۰.۵ باشد. اکسیژنِ بیش از حد باعث «دمش سرد» و خاموش شدن لنس در حال سوختن میشود که این اتفاق هرگز نباید رخ دهد. این فاکتور بهینه با استفاده از سیمهای فولادی در درون لوله لنس به دست میآید. این سیمها به دو دلیل نسبت به مغزیهای پروفیلی برتری دارند: اول اینکه سطح تماس بزرگی را در برابر اکسیژن فراهم میکنند و دوم اینکه در صورت خم شدن لنس، مساحت مقطع کافی را برای عبور جریان اکسیژن حفظ میکنند.بیشترین میزان نفوذ و سوراخکاری، در کنار کمترین میزان مصرف لنس، کمترین مصرف اکسیژن و طولانیترین مدتزمان سوختن را میتوان در نسبت مساحت مقطع ۱.۲ : ۱ : ۰.۷ برای لوله به سیم به اکسیژن انتظار داشت.