一种利用激光切割铸坯的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金连铸的切割工艺，特别是涉及一种连铸过程铸坯切割的方法及装置。
【背景技术】
[0002]在连铸生产中，铸坯切割是一个十分重要的环节，它直接关系到铸坯的成材率，生产的连贯性及能源消耗，而切割定尺的精度又直接影响到下一道工序的正常运行。
[0003]铸坯切割的任务是把完全凝固并矫直后的铸坯切成所需的定尺或倍尺长度。因为连续铸钢中的切割过程是在铸坯连续运动中完成，以切割装置必须与铸坯实行严格的同步运动。另外在多机多流连铸机中，对切割装置的横向轮廓尺寸有所限制。现有的铸坯切割方法主要类:火焰切割和机械剪切。
[0004]火焰切割机是用氧气和燃烧气体产生的火焰来切割铸坯的。可燃气体有乙炔、二丙烷、天然气、氢气和焦炉煤气等。火焰在切割过程中的主要作用是将金属加热到燃点，然后利用高压氧气与金属燃烧放出大量热量，形成金属氧化物将金属切断。
[0005]火焰切割装置的优点是设备轻，加工制造容易，且不受铸坯温度和断面大小的限制；设备的外形尺寸较小，对多流连铸机尤为适合。目前，铸坯厚度在200mm以上的几乎都采用火焰切割。缺点是金属损失大，约为铸坯质量的1%?1.5% ;割速度较慢；在切割时产生氧化铁、废气和热量的传递需要必要的运渣设备和通风装置；当切割短定尺时需要增加二次切割，消耗氧和燃气，同时切割面需进行去毛刺处理。因此现有技术中的“火焰切割机”噪音大、耗氧高、废燃气、割缝大、浪费原材料和能源，致使企业利润降低，经营效益受到很大影响。
[0006]铸坯的机械剪切方式由机械剪来完成，机械剪按其动力来源分为电动机和液压机两大类型。按剪切机与铸坯同步运动的方式来划分，则有摆动式和平行移动式两种类型。按其剪刀片运动的方向来划分，有上切式与下切式两种方式，按所切铸坯的运动方向来划分，则有卧式与立式两种类型。
[0007]机械剪切剪切时间短，便于剪切短定尺；剪切时金属损失极少；操作安全可靠；工作环境好。其缺点是设备重、制造较难、消耗功率比较大，维护费用较高，设备故障率高且剪切能力有限，目前国内还限于剪切铸坯厚度小于200_以下的连铸机。
[0008]随着高效连铸技术的发展，需要在保证铸坯质量的前提下，铸机作业率、浇注速度的全面提高，现有的铸坯切割方法火焰切割或机械剪切均存在一定的局限性，难以同时满足连铸生产的提高生产率和/或优化的坯料生产。
【发明内容】
[0009]为了克服【背景技术】的不足，本发明提供了一种连铸过程铸坯切割的方法及装置。本发明利用激光经聚焦的高功率密度激光束照射铸坯，使被照射的铸坯迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将铸坯割开。本发明解决了现有铸坯切割存在的能耗高，操作复杂，稳定性不足，切割精度低，需后续加工的技术问题，适用于弧形或立式，单流及多流的方坯、圆坯、板坯、异形坯等连铸机，可同时满足不同机型、不同断面、不同流数及不同定尺长度的高效连铸生产要求。同时本发明还具有激光切割过程中不会对工作表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面等优点。
[0010]本发明的技术方案是:一种利用激光切割铸坯的方法，包括以下步骤:切割移动机构⑴纵向保持与铸坯⑷同向同速呈相对同步移动；同时激光切割防护机构⑵和激光切割机⑶根据切割要求沿着铸还⑷移动垂直方向做横向运动，激光切割器到铸还(4)上方设定位置，并根据定尺系统给出的切割信号开始切割，同时与激光光束同轴的高速气流吹除熔融物质；切割移动机构(I)带动激光切割机(3)沿铸坯(4)运动反方向移动，退回到下一次切割作业起点位置，激光切割器开始沿切割反方向返回切割起点，并停在切割枪原位上。
[0011]根据如上所述的利用激光切割铸坯的方法，其特征在于:所述的激光切割防护机构(2)采用风冷和水冷相结合的方式确保激光切割机(3)的稳定运行。
[0012]根据如上所述的利用激光切割铸坯的方法，其特征在于:所述的高速气流喷出口的喷嘴与铸坯(4)表面间距不小于0.5mm，激光光束焦点位置处于铸坯(4)表面之下不小于5mm ο
[0013]根据如上所述的利用激光切割铸坯的方法，其特征在于:所述的高速气流采用压缩空气或惰性气体。
[0014]根据如上所述的利用激光切割铸坯的方法，其特征在于:所述的高速气流采用活性气体。
[0015]根据如上所述的利用激光切割铸坯的方法，其特征在于:所述的活性气体为氧气。
[0016]—种利用激光切割铸还的装置，包括切割移动机构(I)、激光切割防护机构(2)、激光切割机(3)，激光切割防护机构⑵和激光切割机(3)安装在切割移动机构⑴上，且激光切割防护机构(2)和激光切割机(3)设置在铸坯(4)上方，其特征在于:所述的激光切割防护机构(2)和激光切割机(3)可根据切割要求沿着铸还(4)移动垂直方向做横向运动，且同时切割移动机构(I)纵向保持与铸坯(4)同向同速呈相对同步移动。
[0017]根据如上所述的利用激光切割铸坯的装置，其特征在于:所述的激光切割机(3)包括激光发射机构、激光控制机构、激光切割机主体三部分；激光发射机构发送的至少一束激光束切割铸坯(4)，激光控制机构根据被切铸坯的材质及断面尺寸，调整激光功率大小、焦距及焦点位置、激光束直径、喷吹气体压力及流量参数；激光切割机主体上装有激光切割器，激光切割器上装有高度跟随传感器。
[0018]根据如上所述的利用激光切割铸坯的装置，其特征在于:所述的喷吹气体与激光光束同轴。
[0019]根据如上所述的利用激光切割铸坯的装置，其特征在于:所述的激光切割防护机构(2)与激光切割机(3)设置在一起，激光切割防护机构(2)米用风冷和水冷相结合的方式确保激光切割机(3)的稳定运行。
[0020]本发明的有益效果是:1、本发明切割速度快、维护费用少、操作简单、稳定性好，可满足高拉速连铸生产节奏的要求；2、本发明切割效果好，切口窄，切割表面粗糙度好，无需后续加工，可提高铸坯切割质量、提高金属获得率、减少氧化铁熔渣，达到节能降耗的目的；
3、本发明切割定尺的精度高，可确保下一道工序的正常运行，有利于生产顺行。
【附图说明】
[0021]图1为本发明利用激光切割铸坯的方法及装置示意图。
【具体实施方式】
[0022]名称解释:
[0023]喷嘴:为激光切割机上辅助气体喷出的出口处，即高速气流喷出口。
[0024]高速气流:出气口直径在3mm以下，气压在3bar以上。
[0025]附图标记说明:I一切割移动机构、2—激光切割防护机构、3—激光切割机、4一铸坯
[0026]如图1所示，本发明的利用激光切割铸坯的装置，包括切割移动机构1、激光切割防护机构2、激光切割机3，激光切割防护机构2和激光切割机3设置在铸坯4上方，激光切割防护机构2和激光切割机3可以根据切割要求沿着铸还4移动垂直方向做横向运动，且同时切割移动机构I纵向保持与铸坯4同向同速呈相对同步移动。
[0027]本发明的激光切割机3包括激光发射机构、激光控制机构、激光切割机主体三部分；激光发射机构发送的至少一束激光束切割铸坯4，激光控制机构根据被切铸坯的材质及断面尺寸，调整激光功率大小、焦距及焦点位置、激光束直径、喷吹气体压力及流量等参数，激光切割机主体的激光切割器上装有高度跟随传感器，用于根据铸坯的实际高度自动移动激光切割器进行切割。激光切割机3装在切割移动机构I上，切割时实现与铸坯同步运动。
[0028]本发明的激光切割防护机构2与激光切割机3设置在一起，激光切割防护机构2采用风冷和水冷相结合的方式来确保激光切割机3的稳定运行。因为铸坯4切割的工作环境十分恶劣，如环境温度高、粉尘多，钢坯表面氧化皮、灰尘、杂质大等。激光切割机3工作时，连铸坯温度都在800°C以上，激光切割机发射机构及激光切割机主体，反复甚至长时间受到高温烘烤，极易损坏，激光切割防护机构2可以保证激光切割机3长期可靠的工作。
[0029]本发明的切割移动机构I可以保证激光切割机3沿着拉坯方向与铸坯4的同步运动。同时，在垂直与拉还之内方向装有直线导向装置，可使激光切割机3在垂直与拉还方向做往复运动，实现多次铸坯4的切割。
[0030]本装置的工作过程是激光切割器开始进行切割作业，激光切割器沿铸坯4移动垂直方向做横向运动，同时切割移动机构I纵