[发明专利]用氧生物柴油+柴油混合燃料火焰切割金属的工艺方法

说明书

一、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。

二、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—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。

三、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℃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。