在機(jī)械制造行業(yè),各種金屬材料的切割工作量較大。自從1895年發(fā)明了氧乙炔火焰以來(lái),由于乙炔氣具有燃燒溫度高、使用方便、適合野外作業(yè)等優(yōu)點(diǎn),因而一直是金屬切割用主要燃?xì)?。但工業(yè)用的乙炔氣制備過(guò)程中存在能耗高、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。為此,自上世紀(jì)70年代以來(lái),國(guó)內(nèi)外先后開(kāi)發(fā)了丙烷、丙烯、液化石油氣等新型切割用燃?xì)庖蕴娲胰矚?近年來(lái),國(guó)內(nèi)許多公司推出了多種新型切割用燃?xì)猱a(chǎn)品,取得了一定的應(yīng)用效果。由于各種燃?xì)馊紵匦?、切割的工藝條件等對(duì)切割質(zhì)量都有很大影響，因此對(duì)各種新型燃?xì)獾娜紵匦?、工藝性能、切割參?shù)進(jìn)行全面的分析、總結(jié)很有必要。

新型工業(yè)切割用燃?xì)獾膽?yīng)用狀況

工業(yè)用的乙炔是一種易爆氣體,在一定條件下,遇火會(huì)引起爆炸,甚至自行爆炸。此外,在乙炔氣作為切割氣使用過(guò)程中,由于加工物表層氧化后存在熔渣,表面不平整,進(jìn)行焊接或裝配時(shí)通常要用砂輪進(jìn)行處理,這樣又加大了生產(chǎn)成本。多年來(lái),人們一直嘗試使用其它燃料來(lái)代替乙炔氣作為切割氣,但是由于其它燃料如天然氣、液化石油氣、丙烷氣、汽油等在氧氣中燃燒溫度均低于3000℃,直接作為切割氣使用效果很不理想。上世紀(jì)80年代,國(guó)外有些公司在丙烷氣、液化石油氣等燃料中添加了助燃添加劑,使這些燃?xì)鉁囟冗_(dá)到3000℃以上,開(kāi)始在工業(yè)上部分代替乙炔氣,經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn),這些新型工業(yè)燃?xì)饧耗軌蚪咏⑸踔吝_(dá)到乙炔氣的工作性能。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究表明,丙烷氣、丙烯氣、液化氣、天然氣、汽油等均可作為乙炔代替品。對(duì)于這些烴類燃?xì)?其爆炸極限都較乙炔范圍窄,因而操作安全性較高。在實(shí)際使用過(guò)程中添加一些助燃、汽化、催化等功能的添加劑后,工作性能和乙炔氣相當(dāng)。目前,各種代替乙炔氣的新型切割用燃?xì)鈶?yīng)用情況如下。

丙烷切割氣

丙烷是石油化工的副產(chǎn)品,來(lái)源豐富,且燃燒對(duì)環(huán)境無(wú)污染,是乙炔較為理想的替代品。但氧丙烷

焰預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng),切割速度慢,這是丙烷推廣使用中遇到的問(wèn)題。采用通過(guò)更換丙烷割嘴、調(diào)整割炬與切割表面的位置、加大氧氣量等措施,將氧—丙烷工業(yè)切割氣較好地應(yīng)用在大慶油田儲(chǔ)罐建設(shè)中,大幅度地降低了切割成本。近年來(lái),國(guó)外在丙烷工業(yè)氣的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用等方面取得了很大的進(jìn)展,如上世紀(jì)90年代初美國(guó)公司推出的氟萊瑪克斯氣、凱騰氣等新型工業(yè)切割燃?xì)?均采用丙烷作為主體基料,添加了各種助燃添加劑,克服了乙炔及其它燃?xì)獾闹T多缺點(diǎn),大大提高燃?xì)庑阅?使其在鋼鐵、船舶等切割量大的行業(yè)得以快速推廣。國(guó)內(nèi)的一些單位也在提高丙烷工業(yè)氣的切割性能方面開(kāi)展了大量應(yīng)用研究,開(kāi)發(fā)了多種添加劑和新型產(chǎn)品。實(shí)際應(yīng)用表明由于氧丙烷焰比氧乙炔焰的總熱值高,用于低碳鋼板氣割時(shí),氣割成本隨板厚不同而變化。新型丙烷切割用燃?xì)庾钸m合切割厚鋼板,用于厚鋼板氣割時(shí),節(jié)約成本顯著。

天然氣切割氣

天然氣主要成分是甲烷,是價(jià)格較為低廉的一種燃?xì)?但其燃燒速度慢,火焰溫度低,切割預(yù)熱時(shí)間相應(yīng)增長(zhǎng)。采用天然氣作為切割用燃?xì)獾膬?yōu)點(diǎn)較多,如天然氣不需大的儲(chǔ)存容器設(shè)備、生產(chǎn)成本較低、使用方便等等。根據(jù)天然氣和乙炔氣的燃燒性能和氣體消耗量,改變了割嘴結(jié)構(gòu),采用天然氣代替乙炔氣進(jìn)行火焰切割,取得了較好的應(yīng)用效果,但切割實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,單純采用天然氣作為切割用燃?xì)?其切割速度比乙炔氣要慢?？梢?jiàn),要提高天然氣的切割速度,必須在天然氣中添加催化劑以改變天然氣的燃燒性能,達(dá)到提高火焰溫度以及切割速度、降低使用成本等目的。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)用于天然氣切割氣的銳鋒天然氣添加劑,并且具有很好的使用效果。

液化石油氣切割氣

液化石油氣來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉。液化石油氣主要由丙烷、丁烷混合組成,因此液化石油氣火焰切割特性與丙烷類似。液化石油氣便于貯存,使用安全可靠,切割成本低,因而采用液化石油氣作為切割用燃?xì)饨?jīng)濟(jì)效益顯著。此外,采用液化石油氣切割時(shí)切口較為平齊、表面光滑,節(jié)省了后處理費(fèi)用。但液化石油氣耗氧量大、點(diǎn)火困難,使用時(shí)要防止漏氣。液化石油氣供氣設(shè)備包括氣瓶、汽化器、調(diào)壓器等,切割時(shí)需要配用液化石油氣專用割炬、割嘴。由于丙烷和天然氣與液化石油氣的性質(zhì)及特點(diǎn)很接近,因此,液化石油氣割炬也可以用于丙烷切割和天然氣切割。比較了液化石油氣與乙炔的熱值和使用成本,說(shuō)明采用有丙烯、丙烷及少量甲烷、乙烷等有機(jī)物組成的液化石油氣替代乙炔應(yīng)用于金屬切割中是完全可行的。

燃?xì)庠鲂┑难芯块_(kāi)發(fā)概況

各種新型工業(yè)切割氣的添加劑大多是一種氧化催化劑,其作用機(jī)理主要是催化、助燃、阻聚、防爆、氣化等功能,在相同氣溫下,使用添加劑的燃?xì)鈿饣潭缺绕渌惾細(xì)飧?。此?添加劑通過(guò)燃燒時(shí)改變火焰頻率及波長(zhǎng)、激活燃?xì)?使之能放出更多的能量,延長(zhǎng)燃燒時(shí)間,同時(shí)能抑制火焰的熱輻射,達(dá)到火焰集中、溫度高、節(jié)省切割氣的效果。由于丙烷、天然氣、液化氣等含碳量少于乙炔,所以一般燃?xì)獠荒苡糜跉夂?而加入高效添加劑后,亦可彌補(bǔ)了這一缺陷,使其氣焊性能與乙炔相當(dāng)。

目前,國(guó)內(nèi)外切割技術(shù)從單一的氧乙炔火焰氣割發(fā)展成為新型工業(yè)燃?xì)饣鹧媲懈?、等離子弧切割、激光切割、水射流切割等多種現(xiàn)代化切割技術(shù)但由于切割成本等原因,國(guó)內(nèi)仍以火焰氣割為主。新型工業(yè)切割氣由于成本低、節(jié)能、環(huán)保,不斷被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,如近年來(lái)人們又提出可采用天然氣替代丙烷氣乙炔作為切割金屬材料。相信隨著天然氣切割性能逐步提高,人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng),天然氣切割氣必將替代丙烷氣乙炔氣,成為金屬切割主要用燃?xì)?在機(jī)械制造領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。