ES3055239T3 - Combustible gas and process for the autogenous treatment of metals - Google Patents

Abstract

Un método para el mecanizado autógeno de metales, en el que el hidrógeno como gas combustible procedente de una fuente de gas combustible y el oxígeno como agente oxidante procedente de una fuente de agente oxidante se combinan en una herramienta de mecanizado, y se genera una llama para el mecanizado de una pieza de trabajo frente a la abertura de la boquilla de la herramienta de mecanizado, se caracteriza, según la invención, porque el gas combustible contiene, además de una proporción de al menos el 90 % en volumen de hidrógeno, componentes de un gas no combustible. En particular, se utilizan gases nobles, nitrógeno o dióxido de carbono como gases no combustibles. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Gas combustible y procedimiento para el procesamiento autógeno de metales

[0003] La invención se refiere a un procedimiento para el procesamiento autógeno de piezas de trabajo metálicas utilizando un gas combustible.

[0004] Para el procesamiento autógeno, tal como, por ejemplo, oxicorte, enderezado por llama, ranurado por llama o soldadura autógena, actualmente se utilizan predominantemente gases combustibles basados en hidrocarburos tales como propano, acetileno, propeno, eteno, etc., tal como se describen, por ejemplo, en el documento DE 2823305 A1. Debido a las emisiones de dióxido de carbono producidas durante la combustión de estos gases, en un futuro próximo debido a regulaciones legales que ya se encuentran en preparación, precisamente estos gases combustibles y mezclas de gases combustibles estarán sujetos a un impuesto por el CO₂. Independientemente del aspecto económico, evitar las emisiones de dióxido de carbono, perjudiciales para el clima, y de otras sustancias, tales como, por ejemplo, monóxido de carbono o micropartículas (carbono), que se producen como productos de reacción de la combustión, es de suma importancia para aumentar la seguridad laboral y la protección del medio ambiente.

[0005] En lugar de los gases combustibles basados en carbono, se ofrece como alternativa desde hace ya más de 100 años también el hidrógeno conocido como gas combustible en la tecnología autógena. El hidrógeno se utiliza como gas combustible en una forma pura o en forma de mezcla con otros componentes gaseosos.

[0006] En el documento EP 0 952 205 A1 se presenta un gas combustible, que está compuesto por acetileno y otro componente, que puede ser o bien hidrógeno o bien gas natural, que puede utilizarse para el oxicorte. A este respecto, la proporción de acetileno con respecto al otro componente varía entre 1:99 y 29,8:70,2.

[0007] En el documento EP 0952232 A2 se describe un procedimiento para el procesamiento térmico de piezas de trabajo metálicas utilizando una mezcla de gases, que está compuesta por un gas combustible constituido por hidrocarburo o hidrógeno, un aditivo constituido por fosfina, silano, amoniaco o sulfuro de hidrógeno, así como un gas inerte, tal como nitrógeno.

[0008] Sin hacer referencia a los gases combustibles, en el documento GB 901580 A y el documento CA 3165030 A1 se describen mezclas de gases que, además del componente principal hidrógeno, contienen componentes no combustibles tales como nitrógeno o argón.

[0009] En el documento DE 102010030907 A1 se propone añadir helio a una mezcla de gases que contiene hidrógeno que se utiliza en un procedimiento autógeno para mejorar la transferencia de calor de la llama a la pieza de trabajo. No obstante, una desventaja del uso de hidrógeno como gas combustible es que, debido a su baja densidad y al pequeño diámetro de sus moléculas, puede escapar fácilmente incluso por las grietas, poros, aberturas y similares más pequeños presentes en los sellos, o penetrar en las líneas de manguera por difusión o efusión. Esto representa un gran problema, en particular en la tecnología autógena, ya que frecuentemente en la misma, en particular en las instalaciones automatizadas, se utilizan numerosos elementos de conexión, sellados móviles y mangueras de diámetros relativamente pequeños, cada uno de los cuales puede representar una fuente de fugas de este tipo para hidrógeno. En consecuencia, existe el riesgo de que el hidrógeno se acumule en la zona circundante hasta alcanzar su límite de inflamabilidad, lo que representa un alto potencial de riesgo para los operarios y los dispositivos.

[0010] El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar un procedimiento para el procesamiento autógeno de piezas de trabajo metálicas que supere las desventajas mencionadas anteriormente.

[0011] Este objetivo se logra mediante un procedimiento según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se reivindican formas de realización ventajosas de la invención.

[0012] El gas combustible utilizado en el procedimiento según la invención está constituido por una proporción de entre el 99,5% en volumen y el 90% en volumen de hidrógeno, siendo el resto un gas adicional que contiene al menos un componente gaseoso no combustible. A este respecto, la proporción del componente no combustible o, respectivamente, la proporción de todos los componentes gaseosos no combustibles en el gas combustible es de al menos el 0,5% en volumen, preferentemente de al menos el 1% en volumen y como máximo del 10% en volumen, preferentemente como máximo del 5% en volumen.

[0013] En el presente documento se entenderá por "hidrógeno" un gas con una proporción de hidrógeno de al menos el 99,5% en volumen, preferentemente de al menos el 99,99% en volumen.

[0014] El término "componente gaseoso no combustible" se refiere en el presente documento a un gas que no reacciona con el oxígeno, o que solo reacciona en condiciones que no se dan habitualmente en los procesos de combustión técnicos, tal como, por ejemplo, un gas noble, nitrógeno o dióxido de carbono.

[0015] Sorprendentemente, se ha descubierto que la tendencia del hidrógeno a escapar a través de grietas, poros, etc., en los elementos de conexión de una línea de transporte de combustible, o a penetrar a través de los elementos de la línea por difusión o efusión, se reduce significativamente al utilizar el gas combustible según la invención. Asimismo, la adición de componentes gaseosos no combustibles en una proporción inferior al 10% en volumen solo afecta negativamente de forma irrelevante a las propiedades de combustión del gas combustible en la mayor parte de los casos. Además, la no combustibilidad de estos componentes gaseosos facilita el almacenamiento del gas adicional y su mezclado con el hidrógeno, ya que no se requieren medidas de seguridad especiales para este fin.

[0016] La adición del gas adicional aumenta la densidad del gas combustible. Sin limitar la invención a esto, una posible explicación para la menor tendencia del hidrógeno a escapar a través de huecos o poros en sellados y secciones de tubería o, respectivamente, por difusión o efusión a través de las paredes de delimitación, es que las moléculas o, respectivamente, los átomos del componente gaseoso no combustible o de los componentes gaseosos no combustibles, con su mayor diámetro en comparación con las moléculas de hidrógeno, se adhieren a los huecos o poros existentes en los elementos de conexión o a las aberturas permeables al hidrógeno en las paredes de tuberías o de líneas de manguera durante el transporte del gas combustible, dificultando o incluso impidiendo el paso del hidrógeno a través de los mismos.

[0017] Preferentemente, el gas combustible utilizado en el procedimiento según la invención contiene un gas noble tal como argón, nitrógeno o dióxido de carbono como componente gaseoso no combustible. El gas combustible también puede contener varios componentes gaseosos no combustibles, por ejemplo argón, nitrógeno o dióxido de carbono. También se puede utilizar un gas noble más pesado que el argón; sin embargo, el helio, debido a su diámetro atómico relativamente pequeño, resulta menos adecuado, por lo que preferentemente el gas adicional está exento de helio. De forma particularmente preferida, la proporción del componente gaseoso no combustible o de los componentes gaseosos no combustibles se encuentra entre el 1% en volumen y el 5% en volumen.

[0018] En una forma de realización ventajosa de la invención, el gas adicional contiene, además de los componentes no combustibles mencionados anteriormente, al menos un componente altamente combustible, tal como acetileno, gas natural u otro gas que contenga hidrocarburos, o varios de estos componentes. Al añadir dichos componentes altamente combustibles de este tipo, se puede influir positivamente sobre determinadas propiedades de la combustión del hidrógeno, tales como, por ejemplo, la coloración de la llama o la temperatura de la llama. La proporción del componente altamente combustible o de los componentes altamente combustibles en el gas combustible se encuentra preferentemente entre el 0,25% en volumen y el 9,5% en volumen, preferentemente entre el 0,5% en volumen y el 5% en volumen.

[0019] Por ejemplo, el gas combustible utilizado en el procedimiento según la invención está constituido por una proporción del 1% en volumen al 5% en volumen de un gas adicional constituido por argón, nitrógeno, dióxido de carbono o una mezcla de dos o más de estos componentes gaseosos no combustibles, siendo el resto hidrógeno; por una proporción de entre el 5% en volumen y el 10% en volumen de un gas adicional constituido por argón, nitrógeno, dióxido de carbono o una mezcla de dos o más de estos componentes gaseosos no combustibles, siendo el resto hidrógeno; por una proporción del 1% en volumen al 10% en volumen de un gas adicional constituido por una proporción del 0,5% en volumen a menos del 10% en volumen de al menos un componente gaseoso no combustible tal como argón, nitrógeno, dióxido de carbono o una mezcla de dos o más de estos componentes y una proporción de más del 0% en volumen al 9,5% en volumen de un componente gaseoso altamente combustible tal como acetileno o gas natural, siendo el resto hidrógeno; una proporción del 1% al 10% en volumen de un gas adicional, constituido por una proporción del 1% en volumen al 5% en volumen de al menos un componente gaseoso no combustible tal como gas noble, nitrógeno, dióxido de carbono o una mezcla de dos o más de estos componentes y una proporción del 1% en volumen al 5% en volumen de un componente gaseoso altamente combustible tal como acetileno o gas natural, siendo el resto hidrógeno; por una proporción del 1% en volumen al 10% en volumen de un gas adicional, constituido por una proporción del 5% en volumen a menos del 10% en volumen de al menos un componente gaseoso no combustible tal como gas noble, nitrógeno, dióxido de carbono o una mezcla de dos o más de estos componentes y una proporción de más del 0% en volumen a menos del 5% en volumen de un componente gaseoso altamente combustible tal como acetileno o gas natural, siendo el resto hidrógeno.

[0020] Según la invención, durante el procesamiento autógeno de metales, el gas combustible se lleva a combustión con un oxidante que contiene oxígeno, preferentemente aire o un gas con una proporción de oxígeno superior a la del aire. El agente oxidante presenta, de forma particularmente preferida, una proporción de oxígeno superior al 99% en volumen, y de forma más preferida una proporción de oxígeno superior al 99,9% en volumen.

[0021] En el procedimiento según la invención, un gas combustible se suministra a través de una línea de alimentación de gas combustible y se combina en una herramienta de procesamiento con un oxidante suministrado a través de una línea de alimentación de oxidante y se hacen reaccionar entre sí, generándose una llama que se utiliza para el procesamiento autógeno de una pieza de trabajo delante de una abertura de desembocadura de la herramienta de procesamiento.

[0022] A este respecto, como gas combustible se utiliza una mezcla de gases que está constituida por del 90% en volumen al 99,5% en volumen de hidrógeno y un gas adicional que presenta uno o más componentes gaseosos no combustibles, tales como argón, nitrógeno o dióxido de carbono, con una proporción del 0,5% en volumen al 10% en volumen, o uno de los otros gases adicionales descritos anteriormente.

[0023] Según la invención, se utiliza como herramienta de procesamiento una herramienta convencional para procesamiento autógeno, por ejemplo, una máquina de oxicorte autógena, un dispositivo de proyección a la llama, un dispositivo de ranurado por llama o un aparato de soldadura autógeno. Por lo tanto, el procedimiento según la invención resulta especialmente adecuado para todos los procedimientos de procesamiento autógeno mencionados al principio. La línea de alimentación de gas combustible se encuentra en conexión fluídica con una fuente de gas combustible, que en particular es una fuente de gas combustible utilizada habitualmente para procesamiento autógeno, tal como, por ejemplo, una bombona de gas a presión, un conjunto de bombonas de gas a presión o un tanque estático. Como fuente de oxidante se utiliza en particular una fuente de oxidante de uso convencional para procesamiento autógeno, por ejemplo, una bombona de gas a presión, un conjunto de bombonas de gas a presión o un tanque.

[0024] La idoneidad del gas combustible descrito anteriormente para el procesamiento autógeno de piezas de trabajo, en particular metálicas, se debe principalmente a que los requisitos de pureza de los gases combustibles para fines autógenos no son comparables a los requerimientos que existen para otros campos tecnológicos, por ejemplo para la tecnología de células de combustible. Los parámetros importantes para el procesamiento autógeno, tales como, por ejemplo, la temperatura de la llama, la velocidad de ignición y la potencia de la llama, no se ven afectados, o solo se ven afectados de forma irrelevante, por el componente gaseoso no combustible o los componentes gaseosos no combustibles con una proporción de hasta el 10% en volumen.

[0025] En una forma de realización conveniente y particularmente sencilla de la invención, el gas combustible utilizado en el procedimiento según la invención ya se encuentra presente en la fuente de gas combustible como una mezcla gaseosa terminada antes del inicio del procesamiento autógeno. Sin embargo, en este caso, debe tenerse cuidado en asegurar que no se produzcan procesos de segregación en la fuente de gas combustible en caso de periodos de almacenamiento prolongados, lo que alteraría significativamente la composición del gas combustible extraído.

[0026] Una alternativa ventajosa a este forma de realización consiste en almacenar el gas adicional, o sus componentes individuales, por separado del hidrógeno, y mezclarlos únicamente durante el procesamiento, es decir, al inicio del transporte del hidrógeno a la herramienta de procesamiento. Esta variante garantiza, en particular, que la menor fluidez del combustible en comparación con el hidrógeno puro no se vea afectada por procesos de segregación en la fuente de gas combustible. Por ejemplo, la alimentación del gas adicional se realiza mediante un accesorio mezclador adecuado dispuesto en la línea de alimentación lo más inmediatamente posible después de la válvula de cierre de un recipiente cilíndrico o tanque relleno con hidrógeno utilizado como fuente de gas combustible. De esta manera, los componentes no combustibles del gas adicional, en particular, pueden mezclarse con el gas combustible sin requerimientos de seguridad especiales.

[0027] Esta alternativa también ofrece la ventaja de que la composición del gas combustible alimentado a la herramienta de procesamiento puede modificarse antes o durante el procesamiento de una pieza de trabajo según los requerimientos respectivos o regularse según un programa predefinido y/o en función de parámetros medidos.

[0028] El procedimiento según la invención es adecuado para todos los procedimientos conocidos de procesamiento autógeno de piezas de trabajo metálicas, tales como, por ejemplo, soldadura autógena, oxicorte, enderezado por llama o ranurado por llama. Además, pueden procesarse todos los materiales que se pueden procesar habitualmente con tecnología autógena, en particular aceros sin alear o de baja aleación, cobre o compuestos de cobre y materiales de aluminio. El procedimiento según la invención resulta especialmente adecuado para el oxicorte de aceros sin alear o de baja aleación, en particular aquellos con un espesor de chapa superior a 10 mm.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el procesamiento autógeno de piezas de trabajo metálicas, en el que un gas combustible suministrado a través de una línea de alimentación de gas combustible y un oxidante suministrado a través de una línea de alimentación de oxidante se combinan en una herramienta de procesamiento y reaccionan entre sí, en el que delante de una abertura de desembocadura de la herramienta de procesamiento se genera una llama utilizada para el procesamiento autógeno de una pieza de trabajo

en el que como gas combustible se utiliza una mezcla de gases constituida por al menos el 90% en volumen de hidrógeno y un gas adicional que contiene al menos un componente gaseoso no combustible, en el que el componente gaseoso no combustible o los componentes gaseosos no combustibles presentan una proporción del 0,5% al 10% en volumen.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que como al menos un componente gaseoso no combustible del gas adicional se utiliza argón, nitrógeno o dióxido de carbono.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la proporción del componente gaseoso no combustible o de los componentes gaseosos no combustibles en el gas combustible se encuentra entre el 1% en volumen y el 5% en volumen.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas adicional contiene al menos un componente gaseoso altamente combustible tal como acetileno, gas natural u otro gas que contenga hidrocarburos.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la proporción del componente gaseoso altamente combustible o los componentes gaseosos altamente combustibles en el gas combustible es del 0,25% en volumen al 9,5% en volumen, preferentemente del 0,5% en volumen al 5% en volumen.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesamiento autógeno de la pieza de trabajo consiste en soldadura, oxicorte, enderezado por llama o ranurado por llama.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas combustible se producein situmediante el mezclado de hidrógeno y gas adicional antes o durante el procesamiento autógeno.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la composición del gas combustible se modifica según un programa predefinido y/o en función de parámetros medidos.