本发明涉及对金属工件进行热化学表面缺陷清除（火焰烧剥）装置，更具体地说，是关于在所述类型的火焰烧剥装置中使用的一种块状组件。在预热和开始进行烧剥时，这个组件可以与工件端部有较远的斜向投射距离（stand-off distance），从而不会把熔融金属吹落在烧剥装置上。 厚钢板通常用沿其顶面、底面和侧面移动的烧剥单元来进行处理，以清除其表面的缺陷，比如划痕，线缝，熔渣的粘附。一台常规的烧剥装置包括顶面、底面和相对的侧面烧剥单元，它们被安装在一个支架的宽度方向上和端部，从而当钢板在其间通过时对钢板所有面同时进行烧剥。
所有烧剥单元都有一个多支管与头部组件（manifold and hoad assembly）。这个组件接受氧气和燃气，并将它们分配给上、下预热块。上、下预热块彼此分开，在两块之间有一个氧气烧剥狭缝，一定数量的氧气通过这个狭缝吹到钢板表面对其进行烧剥。下预热块包括一条燃气通道，靠近氧化狭缝处有一个排气开口，从而在氧气流附近排出燃气。
例如美国专利No.4，115，154中所描述的那样，上预热块通常是一个整块，包括氧气和燃气通道，每个通道有多个排气孔做成喷嘴，氧气与燃气的结合由喷嘴射出，用来在烧剥之前对钢板进行预热。然后，一股氧气与燃气的混合气流用于烧剥。为了维持喷嘴出口与钢板之间有一个适当的垂直投射距离，顶面和底面烧剥单元都装有定位在各自的下预热块上的安置枕座（riding shoes）。由于整体形成的喷嘴无法提供由烧剥单元发出的高速气流，所以斜向总投射距离，即垂直投射距离和水平投射距离（由烧剥单元到钢板地前向距离）很小，在预热期间烧剥单元必须非常靠近钢板。因此，如上面引用的专利中所说的那样，在常规的烧剥单元中，上预热块向前伸出，突出于下预热块之上，以便在预热过程中将由上预热块射出的预热气流导向钢板。
由于在对钢板开始进行预热时上预热块向前伸超出了下预热块，所以，在钢板边缘形成的熔融钢水可能滴落到位于钢板下面的上预热块上。熔融的钢水可能损坏上预热块，使预热块需要修理或更换。为了避免这个问题，在开始预热时，把烧剥单元放得靠近钢板并加热钢板端部向里一、二英寸的钢板，这样来防止钢水和熔渣滴落到向前伸出的预热块上。由于从钢板边缘端部向里的地方开始烧剥，对未被烧剥的一、二英寸钢板就必须进行刮削或手工烧剥，导致生产成本的增加。
此外，经过连续使用，形成上预热喷嘴的排气端会磨损。因为预热喷嘴是在上预热块中整体形成的，对喷嘴区域的任何损坏都得或者更换整个上预热块，或者除去被损坏的部分并将新材料焊到上预热块上。
本发明的目的是提供一种烧剥装置，它容许离金属工件的斜向投射距离在预热和开始烧剥时较大，这样一来，就很少会有熔融金属被吹落到烧剥装置上。
本发明的更具体的目的是为烧剥装置提供一个块状组件，这种组件有多个用来将高速预热流射向工件的喷嘴。这种气流是由分开的氧化气流和燃气流组成的，气流适于在离烧剥装置一相当大的距离处被点火，从而很少有熔融金属颗粒被吹落到装置上。
本发明的另一个目的是为所述类型的烧剥装置提供一个块状组件，块状组件内整体形成一个气体分配网络以高效率地和有效地将两种分开的气体，即氧气和燃气，分配给装置的每个喷嘴。
本发明的上述和其它目的与优点在本文所述的具体装置中得到了实现，本发明提供了一种用于烧剥装置的块状组件。这个块状组件包括一金属材料块，它有相对的前面和后面，相对的上面和下面，以及确定纵向方向的二个相对的端面。多个排气孔沿着前表面彼此相邻排成纵向的一排，这些孔向后延伸到块体内部一相当距离，因此每个孔有一与块的后表面相距离的内端。第一内孔在块体内沿纵向伸展，并在排气孔向后伸展的长度的中部与每一个排气孔相接通。在块体内沿纵向伸展的第二内孔在靠近排气孔的内端处与每一个排气孔相接通。第一管道把第一种气体即燃气传送到第一内孔，第二管道把第二种气体即氧气传送到第二内孔。因此，可以同时将第一和第二种气体在互相离开的位置传送给每一个排气孔，从而气体由位于所述前表面的每个排气孔向外流出。
在优选实施例中，块状组件由两个分开的部件组成，即一个后面件或基体件（base member）和一个外部件或延伸件（extension）。将一块分成两个部件使拆下、修理和更换最容易磨损的延伸件变得容易，与整体部件相比明显减少了费用。
本发明的块状组件进一步包括放入每个排气孔中的细长喷嘴插件。每个喷嘴插件有一个沿轴向穿透插件长度的中心孔，中心孔的内端与相关的排气孔的内端接通，从而与第二内孔接通。密封件与相关的排气孔在第一和第二内孔之间的部分相配合而定位，用于在相关排气孔的这一部分与喷嘴插件的外缘之间形成密封。喷嘴插件的外表面在第一内孔与块的前表面之间处有多个沿轴向伸展的基本互相平行的凹槽，这些凹槽与排气孔确定了由第一内孔伸展至块的前表面的一条外部通道。这样，氧气可以作为中心气流由每个喷嘴插件的中心孔喷出，而燃气可以作为与中心气流共轴的同心气流由每个喷嘴插件射出。
对本发明的某些目的和优点已经作了说明，其它将在下面与附图结合起来的描述中谈到。这些附图为：
图1是体现本发明特征的烧剥装置的部分剖面、部分示意的侧视图，装置处于开始进行烧剥操作之前对钢板进行预热的位置。
图2是图1中所示装置的上预热块状组件的基体件和延伸件的透视和分解图;
图3是与图2类似的块状组件的后视图;
图4是块状组件的侧剖面图，用来说明组件的气体分配网络;
图5是适用于本发明的块状组件的喷嘴插件的一种优选实施例的透视图;
图6是图5插件的剖面图;
图7是图5所示喷嘴插件的端视图。
更具体地参见附图，图1为一种体现了本发明特征的烧剥装置10。图中所示的烧剥装置10为整个系统的上烧剥单元，这样的系统通常由位于被烧剥的钢板S平面的上面和下面的相似的烧剥装置组成。上、下烧剥装置伸展横过钢板S的全宽度。此外，安装同样设计的侧面烧剥装置用以对钢板S的侧面进行烧剥。钢板S通常放在可移动的辊道（未示出）上，穿过由几个烧剥装置确定的矩形框架并按箭头11的方向送料。
按照本发明制造的烧剥装置10允许在预热过程中与钢板S有一个大的投射距离。这样，预热可以从钢板端部角上开始而没有明显数量的熔渣或其它热的熔融金属滴落在装置上。而其它常规烧剥单元在邻近钢板前缘处开始时就会出现这种问题。
如图1所示，装置10包括一个多支管与头部组件12。这个组件通常由一块黄铜或铜材料制成，有一个一般为平面的前表面13。上预热块状组件15和下预热块16都装在这个前表面上。多支管与头部组件12的块体内分别有两根燃气管线18，19，二根氧气管线20，21和入水、出水管线22，23。所有这些管线都与前表面13连通，其用途将在下面谈到。
上预热块状组件15和下预热块16彼此分开，形成一个氧气狭缝26和具有预先确定尺寸的排气孔27，这个狭缝用于接受来自多支管与头部组件中氧气管线20的烧剥氧气流，并在烧剥过程中将这股烧剥氧气通过排气孔27喷射到钢板S上。
下预热块16有一个燃气出口，这个出口最好做成一排孔28（见图4），这些孔靠近排气孔27，并在纵向上（即沿垂直于图1平面的方向）沿块的长度方向彼此分开。孔28与块16内的燃气分配管线30接通，燃气分配管线30又与多支管与头部组件12内的燃气管线18接通。因此，燃气可以通过组件12的燃气管线18流至燃气分配管线30，进而通过孔28流出形成烧剥火焰的一部分。把一块安置枕座32沿着下预热块16的下边安装在组件12上。枕座32的下表面33有几个钢板接合滑行架34与钢板接触，以便将烧剥排气孔27和其它喷射出的燃气流、氧气流定位于离钢板有一个预定距离的地方。如图1所示，烧剥装置10在钢板S的上面。类似的装置也被安排在钢板S的下面和相对的侧面。
每个上预热块状组件15包括一个基体件40和一个延伸件42，延伸件紧固在基体件40上，并向前伸展。基体件40由一块金属材料（最好是铜）制成。它有相对的前、后面44，45，相对的上、下面46，47和相对的端面48，49，两个端面之间为纵向。由图4可较清楚地看到，上表面46有一个U形通道50，从而限定出一个后壁52和一个前壁53。用穿透后壁52的螺栓54把基体件68后表面45可拆开地紧固在多支管与头部组件的前表面13上。一对销钉56伸入后壁中的闭孔57中，以便把基体件40进一步紧固并精确定位在前表面13上。
基体件40也有一个第一种气体的出口，它是沿纵向伸展的长形通道58，并与块的前表面44连通。第一气体供应管道59穿过块体由所述后表面45一直伸展到第一气体出口通道58。第一气体供应管道59进而与组件12中的燃气供应管线19接通。
第二种气体的出口是另一个沿纵向伸展的长形通道60，它与块的前表面44连通。第二气体供应管道61穿过块体由所述后表面45一直伸展到第二气体出口60。第二气体供应管道61进而与组件12中的氧气供应管线21接通。
延伸件42由一块金属材料（最好是铜）制成。它有相对的前、后面62，63，相对的上、下面64，65，相对的端面66，67，两个端面之间为纵向。延伸件的后表面63有两个螺纹孔68，两个安装螺栓69穿过基体件的前壁53上的通孔70拧在孔68内。此外，两个销钉71可以被紧固在延伸件的后表面的孔中，并紧密地放在前壁53的孔72中。这样，延伸件42与基体件40既可以拆开又能紧密连接在一起。延伸件的后表面63压在并接合于基体件的前表面44上。
延伸件42还有多个排气孔74，它们沿着前表面62彼此靠近排成一纵排，并向块体内伸进一个距离，这样一来，每个孔74确定了一个内端75。内端与后表面63离有一定距离。每个排气孔有一个较大直径的外部77（图4）和一个有相对较小直径的靠近内端75的内部78。每个孔74的中部79具有内螺纹，这样一来，每个排气孔适于在其内螺接一个插件100，如下面将描述的，插件有一个带外螺纹的内端。
延伸件42的前表面62上有一排沿纵向伸展的排气出口80。这一排出口80与上述那排孔74相平行并位于其上。
第一内孔在延伸件42体内沿着纵向伸展，并在排气孔向后的轴向长度的中部与每一个排气孔74相连通。第一管道件为多个沿纵向彼此离开并互相平行的管道82，它们由后表面63通到第一内孔81，用来把燃气输送到第一内孔。第二内孔84在块体内沿纵向伸展，并与每个排气孔74的内部78连通。第二管道件为多个沿纵向彼此离开并互相平行的管道85，它们由后表面63通到第二内孔，用来把氧气输送到第二内孔。
每个孔74的直径相对较大部分79位于所述前表面62与第一内孔81之间，直径相对较小的内部78位于第一内孔81与所述第二内孔84之间。
第三管道件用来将氧气输送到每个排气出口。更具体地说，这第三管道件由在块体内沿纵向伸展的第三内孔88，连通第二内孔84和第三内孔88的第一气体通路和连通第三内孔88和排气出口80的第二气体通路组成。其中第一气体通路中分别与每根管道85同轴的多个孔89组成;第二气体通路由多个孔90组成，这些孔分别与每个出口80连通，并与第三内孔88接通。
延伸件42带有在块体内贴近前表面62沿纵向伸展的第四内孔92。水通路与这个内孔92连通，并与块的后表面63连通，使水通过第四内孔92循环来冷却块体。更具体地说，由基体件40的后表面45通到前表面44的入水管93形成水通路，它与组件12的入水管线22连通，并与由延伸件的后表面63伸展至第四内孔92且与块的端部67平行的入水管线94连通。回水管线96穿过延伸件42，并在端面66附近与第四内孔92的端部相连通。回水管线96伸展到延伸件42的后表面63，并与穿过基体件的另一管线97接通。基体件的管线97进而与多支管与头部组件的出水管线23连通。
当以如图1所示方式将延伸件42与基体件40彼此装配在一起，并装配到多支管组件12上，输送到基体件40的后表面45的第一气体供应管道59的燃气通过管道59被进一步输送到位于前表面的第一气体出口通道58。通道58用来将燃气分配给延伸件后表面的每根管道82，其气体压力沿延伸件整个纵向长度是基本相同的。然后，燃气通过管道82输送到第一内孔81，这样，气压沿孔81的纵向长度也是基本均匀的。结果，进入每个排气孔74中部的燃气流体基本上均匀。
类似地，通过管线21输送给基体件40的后表面45的氧气供应管道61的氧气被进一步经过管道61输送到前表面44的气体出口通道60。通道60用来把氧气以基本相同的气压分配给延伸件后表面63的每个管道85。然后，氧气通过管道85输送到第二内孔84，再进入每个排气孔74的内部78。氧气也通过孔89由第二内孔84输送到第三内孔88，最终通过孔90被分别输送到延伸件前表面上的每个排气进口80。气压沿孔84，88纵向长度基本均匀，结果，通过每个排气孔74的氧气流速基本均匀，并且通过每个排气出口80的流速也基本均匀。
延伸件42的内孔81，84，88和92可以方便地用向延伸件的端面67进行纵向钻孔来做成，而且要刚好钻到离相对的端面66不远的某点。然后，把钻成的孔在端面67上封堵住，如图3所示。另外，延伸件和基体件中的其它内孔和管道也可以按熟练技术人员熟知的方式通过钻孔来做成。这样，基体件和延伸件的相对端面48，49，66，67基本上是平的，没有凸出的外管接头或类似元件，因此块状组件可以与其它类似的组件彼此排在一起安装成一个在纵向长度上伸展足以覆盖被烧剥钢板的总宽度的组件。
从图2和5-7可清楚地看到，每个排气孔74装上一个喷嘴插件100，在所述的实施例中，每个喷嘴插件100呈细长基本上为圆柱体状，它由一整块金属如黄铜或铜制成。这个插件有外端101，内端102和一个沿轴向穿透插件长度的中心孔103。中心孔103由以下几部分组成：靠近内端的直径相同的第一部分104，收缩的喉道部分105，直径相同的中间部分106和靠近外端的扩张部分107，由图6可清楚地看出，收缩的喉道部分105以较陡的角度向内变细，而扩张部分107以一不太陡的角度向外变细。当如图4所示的那样装配到相关的排气孔74中时，插件的外端101与前表面62相平，在排气孔的内部78接收到的来自第二内孔84的氧气先被限制在收缩部分105中，气流速度增高。然后氧气作为精确定向的高速（最好为超音速）气流喷出外端101。
每个喷嘴插件的外端或排气端在其外表面有多个沿轴向相间设置的凹槽108，由延伸件的第一内孔81伸展到延伸件的前表面62。因此，插件的凹槽108和排气孔74确定了一个外部通道，它由第一内孔81直通到前表面62，并且同轴地环绕在插件的中心孔103周围。这样，燃气可作为同轴气流排出，它同轴地环绕着由插件的中心孔103喷出的氧气流。
每个插件的外圆周表面还包括一靠近内端102的外螺纹部分110。这个螺纹部分110适于与块体的圆柱孔74的相配的螺纹部分79啮合（见图4），并且为了容易地进行此螺纹连接的啮合和松开，在插件外端101的孔被做成六角形的承窝12，它适于用六方孔螺钉头用板手或类似工具来拧动。如果愿意，也可以用一个槽来代替六角形承窝，以便可以用普通的螺丝刀来拧动。
插件100在凹槽108与外螺纹部分110之间还有同轴地设有一对相隔一定距离分开的凸出部114，115，在它们之间形成了一个环形通道116，该通道中适于放置弹性的O环118。向后的凸出部115还有一个朝向后面的截头锥面部分120，它适于与延伸件块体的柱形孔74内的一个与之配合的面之间形成一个金属对金属的底座配合面。从而金属对金属的底座配合面和O环118形成了密封，阻止气体在第一内孔81与第二内孔84之间通过排气孔74流动。
使用过程中，装置10一开始如图1所示那样放置，在下面和侧面还有别的烧剥单元（图中未示出），控制通过各种通路的氧气流和燃气流对钢板S开始进行预热。由于喷嘴插件100提供了从装置10流出的高效率氧气流和燃气流，燃气流与氧气流在喷嘴附近没有明显的交叉，由每个插件的中心孔103射出的氧气的动量一直被维持，直到离延伸件更远的下游才与燃气相交。结果，得到了更强、更热的火焰，并且，与其它常规的烧剥装置相比可以增加斜向的投射距离。用本发明，斜向投射距离可高达十五英寸。由于这个较大的斜向投射距离，在开始对钢板S进行预热的过程中不会有明显数量的熔渣和熔融钢水滴落在装置上，烧剥可以从钢板的端部开始。还有，在连续使用装置的过程中，喷嘴插件100的外端101会被磨损。喷嘴插件100可以很容易地更换，只要简单地将其由相关的排气孔中拧出，然后将一个新的喷嘴插件插进并旋入其装配位置即可。
开始进行烧剥过程的步骤在相关的申请No.07/988，450中作了详述。简要地说，把放置钢板的辊道（未画出）移到一个位置使烧剥装置10位于其上方，并靠近钢板的一端。然后，在低流速下点燃烧剥装置的预热燃气，预热氧气也以低流速喷出。同时，少量氧气通过烧剥狭缝26射出提供一下屏蔽气流，见图4。然后提高预热燃气的流速，并在预热燃气流速提高以后立即也提高预热氧气流的速度，这个氧气流包括一股稳定氧气流，它刚好位于发自排气出口的预热气流的上面。
在一个优选实施例中，中心氧气流以几乎超音速的速度由每个插件100的中心孔103喷出，同轴的燃气流以较中心气流低的速度射出。上、下氧气稳定流分别以各自的较燃气流低的速度排出。
一旦钢板被预热，预热氧气流显著减少，并通过狭缝26产生烧剥氧气流。当烧剥氧气流达到其峰值气压和流速后，减少预热燃气，放置钢板的辊道朝着烧剥装置移动。开始，辊道以相对较低的速度向前移动，典型的速度为约每分钟3至4米。在经过一个预先确定的时间之后，移动速度被提高到正常的烧剥速度，约为初始速度的四倍。当辊道速度达到正常烧剥速度时，稍稍降低氧气流速。然后继续烧剥，最好由下块16的燃气出口28的排气端同时射出一股燃气流，以便于维持氧化反应。多支管头部组件12靠近使滑行架34与移动的钢板S接触上，整个装置10“浮”在移动的钢板上。
在附图和说明书中描述了本发明的一个优选实施例，尽管采用了特定的术语，它们只是在通常的和描述性的意义下使用的，而不是为了起限制的作用。