華南理工大學(xué)學(xué)報990920華南理工大學(xué)學(xué)報舊玩數(shù)據(jù)資源系統(tǒng) AL OF SOUTH CHINA UNIVERSITY數(shù)化期刊AT△CHINAINFODIGITIZED PERIODICALTECHNOLOGY1999年第27卷第9期No9Vo.271999丙烯基工業(yè)切割氣性能研究徐建昌耿建銘王樂夫楊明芳張北述張思行摘要在丙烯燃?xì)庵屑尤攵喾N不同功能的添加劑,以提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?達(dá)到提高火焰溫度的目的所配制的丙烯基燃?xì)?火焰溫度可達(dá)3220°C,可有效地應(yīng)用于金屬切割及溥壁低碳鋼工件的焊接.關(guān)鍵詞丙烯;燃?xì)?添加劑;性能中圖資料分類號TG406STUDIES ON PROPENE BASED INDUSTRIAL CUTTING GASXu Jianchang Geng Jianming Wang Lefu Yiang Mingfang Zhang Beishu ZhangShihang(Dept of Chemical Engineering South China Univ. of TechAbstract Additives with different functions were mixed into the propene fuel gas in orderto increase flame propagation speed and raise flame temperature. The flame temperature of3220C could be reached with formulated propene based fuel gas. The fuel gas can beeffectively applied to metal cutting and welding of thin low carbon steel workpiecesKey words propene, fuel gas; additive; propert用乙炔為燃?xì)獾难跞惭孢M(jìn)行金屬材料的切割和焊接,是一項傳統(tǒng)的工藝.它具有火焰溫度高,切割、焊接速度快,工藝成熟,操作方式為實際操作人員所熟悉等優(yōu)點,同時也具有成本高,污染大,操作過程中易發(fā)生回火等缺點,而且乙炔氣的爆炸極限范圍廣,操作危險性較大,對安全工作的要求高,所以人們正不斷地尋求其它的燃?xì)鈦硖娲胰矚獬Ｓ玫娜細(xì)庵饕斜?、丙烯、丁烷、甲烷、液化石油氣?對于這些烴類燃,其爆炸極限都較乙炔范圍窄,因而操作安全性較高但旯一方面,這些燃?xì)獾幕鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣容^慢,火焰溫度也較乙炔低,在實際使用過程中,和乙炔氣相比,在性能和操作方式上會有一定的差異.用丙烯作燃?xì)庥糜谇懈罱饘?工件不易燒塌,切口光滑平整,掛渣少易清除切割時,與乙炔相比,預(yù)熱時間稍長,但切割速度與乙炔相當(dāng).此外染,使用方便安全可靠因此,在金屬切割中,已越來越廣泛件H中國煤化正污CNMHG但是,與乙炔相比,丙烯燃?xì)獾幕鹧鏈囟容^低,火焰?zhèn)鞑ニ俣炔惑{,改善火焰?zhèn)鞑ニ俣?是丙烯燃?xì)饽軌蛉嫣娲胰踩細(xì)獾年P(guān)鍵.fle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第1/6頁)2009123121:307華南理工大學(xué)學(xué)報9909201實驗1.1實驗設(shè)計工業(yè)用燃?xì)庥幸粋€共同的特點,即所有的燃?xì)舛夹枰醒鯕鈦泶龠M(jìn)燃燒,一種適用于焊接的燃?xì)庠谘鮾?nèi)燃燒時必須具有以下性能(1)火焰溫度高.(2)火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?(3)具有足夠的熱值(4火焰與母材及填充金屬的化學(xué)反應(yīng)最少在工業(yè)上實用的燃?xì)庵?乙炔氣很好地滿足了上述所有要求,其它一些燃?xì)?如丙烯、丙烷、天然氣以及以這些氣體為基礎(chǔ)的一些專門的氣體都具有足夠高的火焰溫度,但其火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?在氧與燃?xì)獾谋壤叩阶阋孕纬捎行У膫鞑ニ俣葧r,這些氣體的氧化性就過強(qiáng)了[因此,我們?yōu)榱耸寡?丙烯火焰可用于焊接,主要是要提高其火焰溫度,改善火焰的傳播速度,同時應(yīng)避免因氧的過量而導(dǎo)致工件及填充材料的過度氧化,影響焊接質(zhì)量從有關(guān)文獻(xiàn)[2,3]可以知道,一些含氧有機(jī)物可以作為氧-丙烯火焰的燃燒活化劑,并可提高火焰的傳播速度本研究在添加含氧有杋物以促進(jìn)火焰的燃燒方面,主要使用醇、醚、酮等有機(jī)含氧化合物.在配方設(shè)計過程中尚需考慮其與主燃?xì)庵g的相容性,揮發(fā)性等因素時,還需添加部分氧化劑、汽化劑、穩(wěn)定劑等輔助組分對配方研究,將主要以以下幾部分進(jìn)行(1)主燃?xì)?丙烯.(2)燃燒活化劑.(3)汽化劑.(4)火焰?zhèn)鞑ニ俣却龠M(jìn)劑.(5)助溶劑或溶解穩(wěn)定劑也可根據(jù)實際情況,增刪以上一至兩個組分,以火焰溫度作為探針進(jìn)行配方優(yōu)劣的評價1.2溫度測量溫度測量所采用的儀器為上海自動化儀表三廠生產(chǎn)的WG」-01型精密光學(xué)高溫計,量程為900~3200°C由光學(xué)高溫計測得的亮度溫度S按下式換算為真實溫度T1/(T+273)=1S+273)+10404×104gEx這里E入為石墨的黑度系數(shù)0951.3配方實驗及其火焰溫度的測量配方一:此配方中加入燃燒活化劑、氧化催化劑和溶解穩(wěn)定劑,以及可以使這些液態(tài)添加劑均勻霧化的汽化劑,整個添加劑量為10%中國煤化工配方二∶該配方中主要加入了可提高火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊拇?、CNMHG為6%配方三:此配方中加入醇、酮添加劑并加入一定量的汽化劑,添加總量為7%fle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第2/6頁)2009123121:307華南理工大學(xué)學(xué)報990920配方四:此配方加入醇、醚,用于提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?并加入氧化劑及汽化劑,添加總量為10%加入添加劑后的丙烯燃?xì)獾幕鹧鏈囟葴y定如表1所示表1火焰溫度測量結(jié)果Table 1 Measurement results of flame temperature燃?xì)飧罹鼗鹧鏈囟?C焊矩中性焰溫度C乙烯33003100丙烯30002870配方31902960配方二31602940配方三31002900配方四322029802實驗及結(jié)果測試2.1切割實驗采用G01-30型氧-乙炔割炬,專用梅花型氧-丙烯割嘴,對厚度為6~50mm的鋼板進(jìn)行了切割實驗與氧-乙炔焰相比切割時預(yù)熱時間稍長,且需較大的氧量,但進(jìn)入正常切割之后可再調(diào)小氧量.切割質(zhì)量要比氧-乙炔焰的好,主要是切口光滑平整,掛渣少而且容易清除.2.2焊接實驗采用H01-礬A型氧-乙炔焊炬,專用梅花型焊嘴,焊絲采用含脫氧劑的08MηS焊絲.分別對厚度為236mm的低碳鋼板進(jìn)行焊接試驗,試驗結(jié)果如表2所;表2焊接試驗結(jié)果Table2 Testing results of welding鋼板厚度m火焰焊接速度熔池焊縫質(zhì)量236中性焰「稍快較清澈「較平整輕微氧化焰稍慢較清澈較平整氧化焰慢不清澈少量氣孔中國煤化工CNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第3/6頁)2009123121:307華南理工大學(xué)學(xué)報9909202.3焊接的力學(xué)性能測試1)冷彎試驗采用厚度為3mm的A3號鋼板,分別用乙炔燃?xì)饧凹恿颂砑觿┑呐浞剿谋┤細(xì)夂附?焊條型號為08Mn2Sⅰ,按冷彎試驗標(biāo)準(zhǔn)裁切5個相同的試樣試驗時將試樣彎曲180°,試驗結(jié)果如表3所示表3冷彎試驗結(jié)果Table3 Testing results of cold bending乙炔焊接試樣丙烯焊接試樣3425無裂口無裂口無裂口無裂囗無裂口有裂囗無裂口無裂囗微裂口無裂口冷彎試驗結(jié)果表明,用乙炔焊接的試樣,在試驗條件下經(jīng)彎曲180°而無裂口,所做5次試驗全部合格,而用加了添加劑的丙烯燃?xì)夂附拥脑嚇?只有3次試驗合格,說明其焊接部位抗彎強(qiáng)度比乙炔焊接的稍差.(2)抗拉強(qiáng)度試驗采用厚度為2mm的A3號鋼板,分別用乙炔燃?xì)饧芭浞剿谋┤細(xì)夂附?采用平口對焊,焊條型號為08MnSi,按抗拉強(qiáng)度試驗標(biāo)準(zhǔn)裁切4個相同的試樣,試驗結(jié)果如表4所示表4抗拉強(qiáng)度試驗結(jié)果Table 4 testing results of tensile strength試樣包應(yīng)力/(N:mm2)乙炔焊接丙烯焊接1831531881371771344#188145中國煤化工CNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第4/6頁)2009123121:307華南理工大學(xué)學(xué)報9909203結(jié)果分析理論上,乙炔完全燃燒可用下述化學(xué)反應(yīng)方程式表示:C2H2+2502-→2CO2+H2O+134kmo但實際上燃燒是分兩個階段進(jìn)行的,一次反應(yīng)發(fā)生在火焰的內(nèi)區(qū)(焰心)內(nèi),用下述化學(xué)反應(yīng)方程式表示C2H2+02-→2C0+H2+464kmol這一反應(yīng)放出的熱量和形成的高溫是由于乙炔的分解,以及分解出的碳局部氧化而產(chǎn)生的當(dāng)焊炬噴嘴中噴岀的氣體的比例如上述反應(yīng)方程式所示的那樣為1:1時,反應(yīng)形成典型的極為明亮的藍(lán)色焰心,這種相當(dāng)小的火焰產(chǎn)生岀焊接鋼板時所需的燃燒強(qiáng)度,此火焰稱作中性焰因為沒有過剩的碳或氧使金屬滲碳或氧化,反應(yīng)后的產(chǎn)物實際上是還原性的,在焊接鋼時是有益的對氧-乙炔焰,其中性焰溫度為3100°C左右.在火焰外層,一次反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳及氫和周圍大氣中的氧燃燒,形成二氧化碳和水蒸氣,即發(fā)生二次反應(yīng),其方程式如下所示2CO+H2+15022CO2+H2O+880k/mol雖然外區(qū)燃燒產(chǎn)生的熱量大于焰心產(chǎn)生的熱量,但由于其橫截面積大,所以焰的燃燒強(qiáng)度和溫度均較低丙烯的完全燃燒可用下述化學(xué)反應(yīng)方程式表示:C3H6+45023C02+3H20+2175 k]/mol理論耗氧量為45:1.其一次反應(yīng)為:C3H6+1.50x3C0+3H2+391kmo此時的氧-丙烯中性焰溫度為280°C,氧-丙烯焰的二次反應(yīng)如下中國煤化工3CO+3H2+3023CO2+3H20+178kyCNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第5/6頁)2009123121:307華南理工大學(xué)學(xué)報990920因此,對于氧-丙烯焰來說,雖然其總熱值2175-k/mol大于氧-乙炔焰的總熱值134kJmo但由于其一次反應(yīng)的熱值及中性焰溫度都較低,因而,對于焊接,特別是焊接較厚的工件時,氧-丙烯火焰是有一定缺陷的.我們的試驗通過在丙烯燃?xì)庵屑尤胩砑觿┑姆椒▉碓黾悠淙紵偀嶂?提高火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M(jìn)而達(dá)到提高火焰溫度的目的從試驗結(jié)果來看加入添加劑之后火焰溫度有較大幅度的提高特別是用割炬測定的火焰溫度(氧化焰)較高,在應(yīng)用于金屬切割時,得到很好的切割效果焊接使用的是中性焰,而中性焰溫度很大程度上受制于丙烯的一次反應(yīng),雖然我們在配方四試驗中,加了添加劑后的丙烯燃?xì)庵行匝鏈囟缺燃儽┤細(xì)馓岣吡?10°℃C,達(dá)2980°℃,但與乙炔中性焰溫度3100℃相比,尚有較大的差距.4結(jié)論1.與純丙烯燃?xì)庀啾容^,加入不同添加劑以后的丙烯燃?xì)馄浠鹧鏈囟染忻黠@的提高,溫度可提高30~220°C.2由于加入添加劑以后的丙烯燃?xì)?其火焰溫度得到提高,特別是氧化焰溫度因此,應(yīng)用于金屬切割時,有較大的改善,主要是縮短了預(yù)熱時間,提高了切割速度,改善了切口的質(zhì)量,并且降低了燃?xì)庥昧?加入添加劑后的丙烯燃?xì)?其中性焰溫度也有較大的提高因此,可用于6mm以下的低碳鋼及鋁、銅等金屬的焊接,焊接質(zhì)量較好.廣州石油化工總廠華穗公司作者簡介:徐建昌,男,1963年生,講師;主要研究方向:多相催化作者單位:(華南理工大學(xué)化學(xué)工程系廣州510641)參考文獻(xiàn)1齊曉東四種燃?xì)獾幕咎卣骱附?1992,(6):11~152 Kessler E L Industrial gas. US.3, 591, 355, 19713 Frank H Liquified fuel gas and process for making and using the same wO94/01515,1994收稿日期:1998-1021中國煤化工CNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第6/6頁)2009123121:307