专利名称：用氧生物柴油+柴油混合燃料火焰切割金属的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种金属切割方法，特别是用生物燃料火焰切割金属的工艺方法。
背景技术：
目前，在机械制造企业对于金属的下料切割主要采用的切割方法是氧乙炔火焰切 割技术和空气等离子切割。它是利用乙炔与氧气混合燃烧产生高温加热待切割处的金属， 当金属加热到燃烧温度点后，再给予高压氧气，使得金属燃烧产生液态的金属氧化物，同时 借助高速切割氧流排除氧化物熔渣，从而形成割缝的过程。对于低碳钢和低合金钢而言， 使用氧乙炔火焰切割历史悠久，操作简单，设备成本低。但是，该工艺方法存在的弊病是乙 炔气造价高，在生产和使用过程中对环境污染较大，在储存、运输及使用时安全性差等。为 此，焊接工作者先后开发了很多的代用燃料及与其相应的工艺方法，如丙烷、液化石油气、 丙烯、霞普气等替代燃气以及液体燃料一氧乙醇火焰(专利号200510046882. 6)和氧乙醇 燃油火焰切割技术(专利号200610046876. 5)等。虽然乙醇燃料具有很好的再生性能，但 是，目前乙醇的生产消耗了大量粮食，加剧了燃料与粮食资源的争夺危机。改革开放后，我国的经济得到了高速发展，而相应地所面临的环境保护的压力日 益严重。发展高效清洁的生物柴油应用及其产业化显得更加迫切。近年来，中国政府和一 些企业都对此非常重视，2004年科技部高新技术和产业化司启动了“十五”国家科技攻关计 划“生物燃料油技术开发”项目，包括了生物柴油方面的内容。生物柴油作为一种新型的可再生燃料，是动植物油脂通过酯化或者酯交换生成的 脂肪酸甲酯或者乙酯，其碳链集中在C14-C18.(石油柴油的碳链集中在C11-C22，石油柴油 是烃类，不含氧；生物柴油是酯类，含氧)。由于不含硫和芳烃，所以混有生物柴油的柴油产 品可以大大降低污染物的排放。具有较好的安全性能，由于闪点高，生物柴油不属于危险 品。因此，在运输、储存、使用方面的优势是显而易见的。生物柴油具有良好的燃料性能。 十六烷值高，使其燃烧性好于柴油。生物柴油和燃料乙醇一样具有可再生性能，与石油储量 受限不同，通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。而且生物柴油的生物降解性 高于常规柴油，可在自然状况下实现生物降解，减少对人类生存环境的污染。根据生物柴油 的特性和使用情况，开发利用氧生物柴油+柴油混合燃料火焰作为金属氧气切割的预热火 焰具有非常积极的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用氧生物柴油+柴油火焰切割金属的工艺方法，用生物 柴油+柴油混合燃料代替传统燃料气体(乙炔气、丙烷气、燃油、乙醇燃油等)以降低生产 成本、节省能源、减少对石油资源的利用和依赖，减少环境污染，提高油料农作物的利用和 生活废物地沟油的转化及工业化利用，使其变废为宝。本发明的技术方案是采用射吸式 (或等压式)燃油切割割炬，利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的高温火焰将待切割处金 属加热到金属燃烧温度点，利用高压纯氧氧化金属并吹开液态氧化渣，形成切割缝。所用可燃气体为雾化后的生物柴油+柴油。其中生物柴油的体积浓度为10% 30%。根据物理化学的焓变理论计算表明，生物柴油体积浓度在10% 30%之间变化 时，氧生物柴油+柴油中性火焰理论温度在3193K 3152K之间，在考虑火焰燃烧时消耗光 能后，计算火焰温度在1668K 1614K间。在切割过程中，预热火焰只是起着预热作用，且 只是将金属加热到燃点，而低碳钢以及低合金钢的燃点温度在1323 1523K间。在生物柴 油比例为10% 30%的生物柴油+柴油火焰温度高出金属燃点最高温度90°C以上，可以满 足切割预热需求。而实验表明，在此混合比例下，氧生物柴油+柴油火焰燃烧过程稳定，燃 烧产物污染小。根据目前市场价格，切割成本较氧乙炔火焰切割要低，接近氧燃油火焰切割 成本。在具体使用时，可以针对不同切割工件厚度选用相适应的生物柴油含量比例的生物 柴油+柴油进行切割，以达到最佳的切割速度和切割质量。根据上述理论分析和试验研究表明，采用氧生物柴油+柴油(生物柴油体积浓度 10% 30% )火焰对金属进行切割，来代替传统燃料气体(乙炔气、丙烷气、纯燃油以及乙 醇燃油等)切割工艺，切割质量基本能达到传统燃料的切割质量。具有切割过程稳定，切割 速度接近氧乙醇火焰切割速度、切割操作过程简单、使用安全等优点，完全可以满足生产要 求。理论分析计算表明，在相同燃料流量下，氧气消耗量较氧乙醇燃油火焰要高出20%，总 的生产成本将低于氧乙炔切割工艺方法。随着生物柴油使用量的增加，该方法产生的社会 资源和环境效益都将得到很好体现，生产企业的经济效益也将随着生物柴油生产工艺改进 和应用的扩大而得到提高，该方法可适用于低碳钢和低合金钢的手工和自动切割过程。
四
附图为本发明的生产工艺图。
五具体实施例方式使用前，需将装有杂质过滤网22的燃料导流管25 —次性安装在储存瓶出口阀2 上。使用时，先将连接件24通过出口阀2安装在储存瓶1上，连接件24上装有流量检测表 3。再用燃料输送管12将燃油切割割炬14与连接件24上的油管接头6相连接。将事先按 比例调配混合好的生物柴油+柴油混合燃料通过燃料注入口 5灌入储存瓶1中，灌装3/4体 积后通过储存瓶1的加压活塞4加压到要求压力(对于射吸式割枪，压力为0. IOMPa ；等压 式割枪为0. 20MPa)，瓶内压力由安装在储存瓶1上的压力检测表26进行检测。根据燃油切 割机标准的要求，储存瓶1中需填充一定数量的防爆填料23。此外，将氧气压力调节器11 安装于氧气瓶7的出口处，用氧气输送管13按工艺要求将氧气压力调节器11与燃油切割 割炬14连起来，组成一套完整的切割装置。随后按照顺序分别调节氧气瓶开关阀8和氧气 压力调节器11的开启度，观察氧气高压表9与氧气低压表10的压力，就可知道氧气瓶7内 的高压氧气压力以及送到燃油切割割炬14的低压氧气压力。打开储存瓶1上的出口阀2， 开启燃油切割割炬14上的燃料开关阀15，调节燃料流量调节阀16。右手握住燃油切割割 炬14之手柄19，使燃油切割割炬14保持水平位置，左手少量开启氧气调节阀17和燃料流 量调节阀16，看到燃油切割割炬14的割咀20有生物柴油+柴油混合燃料和氧气的混合气 体喷出或流淌生物柴油+柴油混合燃料液体，此时将点着的点火器置于割咀20的出口处， 混合气体即刻燃烧，再适当调节燃料流量调节阀16和氧气调节阀17的开启度，使燃烧的火焰达到切割板厚所要求的火焰能率并呈中性火焰时，即可进行切割作业。生物柴油+柴油混合燃料通过瓶内压力由导流管25、出口阀2、连接件24、燃料输 送管12流入燃油切割割炬14，在割嘴20内通过与氧气充分混合并雾化后喷出。通过切割 氧调节阀18进行调整切割氧流量，以满足不同厚度金属的切割。在用火焰预热金属时，尽可能使用火焰外焰进行预热，可提高预热效果，减少预热 时间。长时间使用后，要对储存瓶1内沉淀残留的杂质进行清理，可通过储存瓶排污阀门21 将其排出。使用该切割技术，可代替目前使用的传统氧乙炔切割技术和新型燃料氧燃油以及 醇烃燃料等传统火焰切割技术，适用于低碳钢和低合金钢的切割。这里例举三种不同燃料类型的具体切割工艺参数(自动切割过程)。(1)燃料类型10%生物柴油+90%柴油(0#)示例一钢板材料Q235，厚度10mm，切割工艺参数燃料流量33g/min，氧气压力 6个大气压，切割速度350mm/min。(2)燃料类型20%生物柴油+80%柴油(0#)，燃料流量21g/min，氧气压力6个大气压。示例一钢板材料Q235，厚度28mm，切割速度300mm/min。示例二 钢板材料Q235，厚度50mm，切割速度250mm/min。示例三钢板材料Q235，厚度104mm，切割速度200mm/min(3)燃料类型30%生物柴油+70%柴油(0#)示例三钢板材料Q235，厚度10mm，切割工艺参数燃料流量15g/min，氧气压力 6个大气压，切割速度400mm/min。
权利要求
一种用氧生物柴油+柴油混合燃料火焰切割金属的工艺方法，采用燃油切割割炬，利用可燃气体与氧气混合燃烧高温火焰将待切割处金属加热到金属燃烧温度点，再利用高压纯氧氧化金属并吹开液态氧化渣，形成割缝，其特征是所用可燃气体为雾化后的生物柴油+柴油混合燃料。
2.根据权利要求1所述的用氧生物柴油+柴油混合燃料火焰切割金属的工艺方法，其 特征是在生物柴油+柴油混合燃料中生物柴油的体积浓度为10% 30%。
3.根据权利要求1所述的用氧生物柴油+柴油混合燃料火焰切割金属的工艺方法，其 特征是工艺过程为使用时，先将连接件(24)通过出口阀(2)安装在储存瓶(1)上，连接 件(24)上有流量检测表(3)；再用燃料输送管(12)将燃油切割割炬(14)与连接件(24) 上的油管接头(6)相连接；将事先按比例调配混合好的生物柴油+柴油混合燃料通过燃料 注入口(5)灌入储存瓶(1)中，灌装3/4体积后通过储存瓶(1)的加压活塞(4)加压；将氧 气压力调节器(11)装于氧气瓶(7)的出口处，用氧气输送管(13)按工艺要求将氧气压力 调节器(11)与燃油切割割炬(14)连起来，组成一套完整的切割装置；随后按照顺序分别调 节氧气瓶开关阀(8)和氧气压力调节器(11)的开启度，观察氧气高压表(9)与氧气低压表 (10)的压力，就可知道氧气瓶(7)内的高压氧气压力以及送到燃油切割割炬(14)的低压 氧气压力；打开储存瓶(1)上的出口阀(2)，开启燃油切割割矩(14)的燃料开关阀(15)，调 节燃料流量调节阀(16)；右手握住燃油切割割炬(14)之手柄(19)，使燃油切割割炬(14) 保持水平位置，左手少量开启氧气调节阀(17)和燃料流量调节阀(16)，看到燃油切割割炬 (14)的割咀(20)有生物柴油+柴油混合燃料和氧气的混合气体喷出或流淌生物柴油+柴 油混合燃料液体，此时将点着的点火器置于割咀(20)的出口处，混合气体即刻燃烧，再适 当调节燃料流量调节阀(16)和氧气调节阀(17)的开启度，使燃烧的火焰达到切割板厚所 要求的火焰能率并呈中性火焰时，即可进行切割作业。
全文摘要
本发明公开了一种用氧生物柴油+柴油混合燃料火焰切割金属的工艺方法，是采用燃油切割割炬，利用可燃气体与氧气混合燃烧高温火焰将待切割处金属加热到金属燃烧温度点，再利用高压纯氧氧化金属并吹开液态氧化渣，形成割缝。所用可燃气体为雾化后的生物柴油+柴油混合燃料。在生物柴油+柴油混合燃料中生物柴油的体积浓度为10％～30％。本发明用生物柴油+柴油代替传统燃料气体(乙炔气、丙烷气、燃油、乙醇燃油、甲醇燃油等)以降低生产成本、节省能源、减少对石油资源的利用和依赖，减少环境污染，提高油料农作物的利用和生活废物地沟油的转化及工业化利用，使其变废为宝。该方法可适用于低碳钢和低合金结构钢的手工和自动切割过程。
文档编号B23K7/00GK101941110SQ20101027273
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者佟洪波, 刘峰, 李宪臣, 王利波, 石峻松, 胡传顺, 蒋应田, 闫峰, 马喜龙 申请人:辽宁石油化工大学