Hospodárnost a efektivita řezání kyslíkem

• Foto

Přesto, že se v posledních letech i v našich výrobních provozech objevuje stále více moderních plazmových a laserových zařízení pro tepelné dělení materiálů, tradiční technologie řezání kyslíkem si stále zachovává své dominantní postavení. V oblasti výroby ocelových konstrukcí to platí dvojnásob a tento stav se určitě v blízké budoucnosti zásadně nezmění, což má své racionální důvody.

Řezání kyslíkem je technologie, která je průmyslově využívána již po mnoho desetiletí. Proto v této oblasti neprobíhá žádná technologická revoluce, ale evoluční vývoj se ani zde nezastavil a stále je možné proces dělení i jeho výsledky zefektivňovat.

O kvalitě, produktivitě a nákladech řezání kyslíkem rozhoduje mnoho faktorů. Z těch zásadních se jedná především o výpalek, organizaci práce, použité výrobní zařízení, technické plyny a vliv obsluhy pracoviště.

VÝPALEK
Již vlastní výpalek – jeho velikost, tvar, tloušťka, povrch, složení materiálu, řezatelnost kyslíkem, požadovaná přesnost obrysu, kvalita řezných hran, přípustné deformace aj. zásadním způsobem ovlivňují efektivitu procesu.

Je vhodné tyto vlivy zohlednit (již např. ve fázi technické přípravy výroby) volbou vhodných materiálů, tvarových tolerancí, požadavků na kvalitu řezných hran, zvážit nákup kvalitnějších polotovarů, zapracování přípravných operací (rovnání, pískování) do technologického postupu apod., abychom si problémy nevytvořili ještě dříve, než začneme řezat.

ORGANIZACE VÝROBY
Organizace výroby je mnohde „kyselým jablkem“, do kterého je však nutné kousnout – zabezpečení plynulého toku materiálu výrobou, sdružování zakázek do skupin, důsledné plánování výroby/ omezení neplánovaných zakázek, konstrukčně-technologická standardizace, pravidelná údržba zařízení a podobná opatření efektivitu dělení materiálu pozitivně ovlivní.

VÝROBNÍ ZAŘÍZENÍ
Použité výrobní zařízení („palící stroj“) – plynulost jeho pohybu, vibrace, pojezdové rychlosti, dostatečná dimenze přívodních potrubí pro technické plyny, dostatečný počet řezáků, celkový technický stav, ale ani složitost a efektivnost programování řídícího systému, nemůžeme z hlediska celkového výsledku také opominout.

Zvláštní pozornost se tradičně věnuje volbě optimálních řezacích dýz a řezáků, které jsou součástí vybavení stroje. Protože nákup současných moderních dýz i řezáků není finančně náročnou záležitostí, je v zájmu uživatele i na starších strojích nahradit tato zařízení novými. Většinou se toto jednoduché opatření rychle projeví v efektivitě dělení. Vyšší bezpečnost práce, kvalita řezných hran, využití stroje, výrazně nižší spotřeba náhradních dýz i technických plynů apod., to všechno jsou nezanedbatelné přínosy, kterých je možné rychle dosáhnout.

Z hlediska volby optimální dýzy, hořáku má dnes uživatel možnost výběru z široké nabídky. Typickými představiteli moderních zařízení pro řezání kyslíkem, které firma LINDE GAS a. s. zákazníkům nabízí, jsou kombinace rychlořezné injektorové dýzy A-SD a řezáku BIR, nebo vysokotlaké dýzy s přímým směšováním TRITEX a řezáku X541.

Špičkové vlastnosti obou dýz jsou dány moderní konstrukcí expanzního kanálu, tlakem řezacího kyslíku, vyšším výkonem a optimalizací nahřívacího plamene. To vše umožňuje zvýšení produktivity řezání při dosažení vysoké kvality řezných ploch. Použitý systém chlazení COOLEX zvyšuje životnost dýz, jejich konstrukce ze dvou částí – vnější a vnitřní – zjednodušuje a zkvalitňuje čištění. Dýzy i řezáky lze jednoduše adaptovat i na starší palící stroje a zařízení. Nezanedbatelné nejsou ani příznivé cenové relace těchto zařízení a jejich snadná dostupnost. Ve srovnání se staršími dýzami, např. systému RS 4B, mají navíc výrazně sníženou spotřebu plynů pro nahřívací plamen.

TECHNICKÉ PLYNY
Použité technické plyny – jejich volba, čistota, zásobovací systém, způsob distribuce aj. jsou dalším výrazným faktorem, který ovlivňuje efektivitu dělení materiálu.

Není žádnou novinkou, že rychlost a kvalita řezání výrazně závisí na kvalitě (čistotě) řezacího kyslíku. Za dostatečný průmyslový standard je považován tzv. kyslík 2.5 (čistota 99,5 %), který je dodáván jako stlačený v tlakových lahvích nebo ve svazcích. Pro velké odběry je možné využít dodávky kyslíku v kapalné formě do stabilních zásobníků. Využití dodávek kapalného kyslíku v minizásobnících (180 litrů) se s ohledem na manipulaci a vysoké ztráty odparem příliš neosvědčilo.

Tam, kde uživatel má k dispozici kapalný kyslík pro laserové řezání (čistota 3.5, tj. 99,95 % ), může být zajímavou alternativou zvýšení produktivity a kvality řezání využití tohoto vysoce kvalitního produktu i pro běžné řezání kyslíkem. Sjednocení zásobovacích systémů, zvýšení produktivity může být dostatečným přínosem na pokrytí vyšší ceny tohoto produktu.

Pro ohřev materiálu na zápalnou teplotu je při řezání kyslíkem využíváno teplo vznikající spalováním hořlavého plynu. Jako standardní hořlavý plyn pro řezání je využíván acetylen, který má pro řezání běžných tlouštěk optimální vlastnosti. Alternativně, s některými omezeními, je možné využít i jiné hořlavé plyny, a to zemní plyn, propan, propylen, etylen, vodík aj.

Acetylen je preferován především pro nedostižný primární výkon plamene, vysokou rychlost hoření a teplotu plamene, vlastnosti, které u běžných (malých a středních) tlouštěk zásadně ovlivňují dobu náhřevu, vnesené teplo (deformace) a rychlost řezání. Vykazuje také podstatně menší sklon k vytváření vrubů při řezání úkosových řezů než alternativní plyny. Nezanedbatelným faktorem použití acetylenu může také být minimální vznik vodních par při spalování, což je velmi důležité při dělení jemnozrnných ocelí, a jednoduché nastavení optimálního plamene obsluhou.

Současná technologie v podstatě vyřešila problém bezpečnosti acetylenu. Pro jeho skladování a distribuci využívá LINDE GAS a. s. moderní lahve, svazky lahví, s litou porézní hmotou, která velice efektivně brání samovolnému rozkladu acetylenu i v případě, že je lahev vystavena otevřenému ohni. Moderní výkonné řezáky i dýzy samotné jsou vysoce odolné proti přehřátí a zpětnému šlehnutí.

Alternativní plyny vykazují především v oblasti malých a středních tlouštěk vesměs horší užitné vlastnosti pro řezání než acetylen. Nízký primární výkon plamene, malá rychlost hoření mají za následek nižší produktivitu řezání a zvýšené deformace. Rozdíl se ještě s narůstající tloušťkou zvětšuje při řezání uvedených úkosových řezů. Zvýšené deformace jsou naopak problémem při řezání nižších tlouštěk, event. méně kvalitních polotovarů. Problematické pro obsluhu je také správné nastavení nahřívacího plamene.

Z hlediska zpětného šlehnutí mají „pomalu” hořící plyny teoretickou výhodu oproti acetylenu, neboť při jejich využití k tomuto jevu nedochází. Díky zmíněným moderním acetylenovým zařízením však dnes tato výhoda zůstává skutečně spíše teoretickou. Naopak za určitých okolností může být pro uživatele značným rizikem vyšší relativní hmotnost alternativních plynů (těžší než vzduch) a jejich snaha soustřeďovat se v níže položených místech (např. topných kanálech).

Zásobovací systémy pro alternativní plyny jsou poměrně jednoduché. Výjimku tvoří etylen, který je nutno skladovat v kryogenním zásobníku, kde vznikají ztráty odparem a transport není z hlediska předpisů a bezpečnosti jednoduchou záležitostí. S ohledem na přijatelné vlastnosti a snadnou dostupnost, vč. optimalizovaných dýz a řezáků, je z alternativních plynů nejvíce využíván propan.

Spolu se zmíněnými technologickými a bezpečnostními faktory hraje při výběru optimálního plynu důležitou roli i jeho vliv na celkové náklady řezání. Výhodou alternativních plynů je, ve srovnání s acetylenem, výrazně nižší kilogramová nákupní cena. Pro kalkulaci nákladů je však nutné tuto cenu přepočíst na „kubíkovou“ a zde se již cenové rozdíly, s ohledem na různé převodní koeficienty, sbližují. Acetylenu nahrává především vysoká produktivita řezání, která snižuje dominantní vliv nákladů strojních a režijních a jeho nízký směšovací poměr s kyslíkem (tj. spotřeba kyslíku pro nahřívání).

S ohledem na komplikovanost celého procesu je vhodné posoudit výhodnost plynu z hlediska celkových nákladů např. formou kalkulace nákladů pro charakteristické výpalky uživatele. Tento postup umožní s dostatečnou přesností zahrnout konkrétní podmínky uživatele.

Praktické zkušenosti ukazují, že v rozsahu nižších a středních tlouštěk řezání, je z hlediska výrobních nákladů většinou výhodnější využívat acetylen, v oblasti vyšší řezaných tlouštěk naopak např. propan (pokud ale často neřežeme úkosové řezy). Vždy je však nutné v kalkulaci zohlednit konkrétní situaci uživatele.

Významným hlediskem pro upřednostnění acetylenu může však být i jeho universálnost – z hlediska nákladů na budování zásobovacího systému, rozvodů, distribuci ap. – můžeme použít pouze jeden standardní hořlavý plyn, se kterým můžeme velice efektivně řezat, rovnat, svařovat, drážkovat, nahřívat aj., což je s alternativními plyny nemožné.

VLIV OBSLUHY PRACOVIŠTĚ
Přesto, že správně vyškolený a motivovaný zaměstnanec na jednotlivých postech je základní podmínkou úspěchu firmy, vliv obsluhy pracoviště na kvalitu, produktivitu a náklady řezání většinou zůstává nedoceněn. Absence periodického odborného školení pracovníků, jejich značná fluktuace aj. se negativně promítají do procesu dělení materiálu – zvyšují náklady, snižují kvalitu i produktivitu výroby.

To se netýká jenom vlastní operace dělení, ale i operací následných. Pokud si do nákladů promítneme, co znamená např. zvýšené dokončování/čištění výpalků vlivem nesprávně nastavených řezacích parametrů, nebo „podřezání“ svarové hrany vlivem obsluhy o 1 mm (tzn. zvětšení plochy svaru) – o kolik procent naroste spotřeba svarového kovu, jak se zvětší výsledné deformace, které musíme následně odstranit – je nám vše jasné – na přípravě personálu se rozhodně nevyplatí šetřit.

Ve výrobní praxi výše uvedené vlivy a výrobní problémy, které se od nich odvíjejí, jsou stále řešeny většinou nahodile, jednotlivě, v okamžiku, kdy nastanou. Skutečně optimálních výsledků z hlediska kvality, produktivity a nákladů řezání (a následně i svařování a dokončení!) je se však možné dosáhnout pouze důsledným komplexním přístupem – tzn. vzájemným sladěním všech podstatných faktorů do jednolitého celku. Je proto nutné nic nevynechat, nic nepodcenit.

Ve snaze pomoci výrobním firmám nabízí LINDE GAS a. s. výrobním firmám „Audit dělení materiálu“, kdy aplikační technici LINDE GAS a. s. spolu s pracovníky uživatele zhodnotí současný stav dělení materiálu, identifikují problémové oblasti, navrhnou komplexní řešení a následně jej realizují tak, aby se situace z hlediska kvality, produktivity a nákladů v oblasti dělení materiálu zlepšila. Protože jednorázová akce má většinou krátkodobý účinek, součástí nabídky jsou i periodická odborná i bezpečnostní školení personálu, včetně praktického výcviku přímo na pracovišti.

Economy and efficiency of oxygen cutting
Division of materials is an important stage of producing the welded structures. This operation not only significantly participates in total production costs, but from the point of view of quality of its execution, it significantly contributes to the result, and also on costs, operations connected – welding and adjusting. From this point of view, it needs to be paid attention to. There are many factors which decide on the quality, productivity and costs of oxygen cutting. Out of the crucial ones, these are mainly spent wash, work organisation, used production equipment, technical gases and impact of the operating staff.

Autor

• Ing. Kopřiva Jaroslav

Hospodárnost a efektivita řezání kyslíkem