[发明专利]一种输入炬器与氧混合燃烧的强化烃

说明书

技术领域

本发明涉及一种强化烃，特别是涉及用于金属热切割、加工、焊接的工业强化烃燃料气。

背景技术

目前，在工业领域，用于金属切割加工主要是以热切割加工为主。利用化学反应能、电解和光能的切割法在切割时都伴有热过程，一般统称为热切割。现在工业上应用的热切割法主要是氧-火焰切割、等离子弧切割和激光切割三种热切割方法。而这三种热切割方法，又以氧-火焰切割方法作业范围最广，使用效率最高，经济效益最好。所以，一直以来在工业切割加工方面得到普遍使用。

氧-火焰气割中常用的燃气有乙炔、石油气(丙烷、丙烯及丙烷和丁烷等混合气)及各种混合燃气。

乙炔通常利用电石与水起反应而制取的。电石是制取乙炔的原料，它的化学名称为碳化钙(CaC2，相对分子质量为64.10)。工业上制备电石采用石灰石作原料，与焦炭和煤等在高温电弧炉中熔炼的方法。炼制1吨电石需耗电3300KW·h、焦炭600kg、煤500kg、碳精棒50kg，能源消耗量很大，生产成本较高。

电石与水发生反应，并产生乙炔气。它是一种无色的碳氢化合物。其相对分子质量为26.036，也称为电石气。在标准状态下，乙炔的密度为1.17kg/m3，在温度20℃时，压力为101.324kpa，密度为1.09kj/m3，比空气轻，总热值为55MJ/m3。在割炬混合室中乙炔与氧比例达到1∶1.1时就形成中性火焰。火焰温度为3100℃。当混合比1∶1.2，即氧化焰时，火焰的最高温度约3300℃。因此，乙炔是一种发热量大、燃烧速度(即火焰传播速度)快，火焰温度高的燃气，故是气割中应用较多的一种气体。

乙炔属不饱和烃，非常不稳定。纯乙炔当其压力和温度达到一定值时会自行爆炸。据此，现行的乙炔发生器，罐装溶解乙炔的标准规定，制取存储乙炔的压力应低于0.15MPa。乙炔与空气或氧的混合气体也易发生爆炸。与空气的混合气体，乙炔含量在2.5％-80.0％(体积分数)范围内，遇火星或其温度达到燃点(乙炔与空气混合气的燃点为305℃)就会爆炸。含乙炔7％-13％的空气-乙炔混合气和乙炔30％-40％的氧-乙炔混合气最易爆炸。而体积比为1∶1的乙炔-氧混合气的爆炸压力会超过35MPa，爆炸波的传播速度可达3000m/s，破坏极大。因此，乙炔是气割燃气中最具危险性的易爆气体，安全性较差，由此可知，在使用乙炔时必须严格安全管理，以免造成事故。所以，在使用乙炔作气割燃气时，为了安全起见应当安装防回火装置。

石油气是石油加工过程中的产品或副产品。气割中使用石油气有单质气体，如丙烷。丙烯；也有炼油的副产品——多组分混合气，通常为丙烷、丁烷、戊烷和丁烯等化合物。而目前丙烷是被用作热切割、加工领域中，来替代乙炔最具有代表性的一种烃。

丙烷(C3H8)相对分子质量为44.094，沸点-42.1℃，燃烧热(kJ/mol)：2217.8，引燃温度(℃)：450，总热值为(气态)104.4MJ/m3，总热值比乙炔高。但每克分子的燃烧热低于乙炔，燃烧速度较乙炔慢，所以，丙烷的火焰温度反而比乙炔的燃烧温度低，且火焰热量较分散。一个体积丙烷完全燃烧的理论耗氧量为5个体积，当丙烷火焰在氧气中燃烧时，实际耗氧量3.5个体积形成中性火焰，火焰的温度为2520℃，比乙炔要多耗50％以上的氧气，。而氧化焰的最高温度只有约2700℃。

丙烷主要作为燃气使用，是比较丰富价廉易得的碳氢化合物。国家科委从80年代就推广利用丙烷替代乙炔作金属切割加工燃气。因丙烷与氧燃烧产生的火焰温度较低，预热、切割、加工效率不够理想，客户反映较差，所以，推广利用一直不是很好。

近些年，国内外在以丙烷或以丙烷为主的碳氢混合气里加入少量添加剂，来改进提高火焰温度方面，起到的作用有限，也不是很理想。目前乙炔使用量仍然占据一定的市场份额。

通过实际使用、调研、了解，发现以丙烷或新型燃气存在以下主要问题。在以20mm-150mm碳素钢切割加工为例，起步预热时比乙炔慢4-20秒，穿孔时比乙炔多耗用1-3倍时间，切割速度只要稍微加快或操作工手拿割炬稍微不够稳，就会出现断割现象，导致工作中断，又要重新预热，而乙炔就不存在这种现象。在点火方面，丙烷或新型燃气不容易点火，特别是在有风的环境时点火更不容易，这样即浪费了时间，又浪费了燃气。在焊接方面，因火焰温度低，导致焊接处不密实，气孔较多，不够牢固，质量达不到要求。有些以碳三碳四为原料的新型燃气在使用后气瓶易出现较多残液存留，特别是当气温低于10摄氏度时情况更严重，而且，气体压力低，大量用气时气压跟不上等缺陷。所以，这些燃气在用于市场推广时会有较大难度。