RS67461B1 - Gorivi gas i postupak za autogenu obradu metala - Google Patents

Description

[0001] Opis

[0002] Pronalazak se odnosi na postupak za autogenu obradu metalnih radnih komada uz upotrebu gorivog gasa.

[0004] Za autogenu obradu, kao što je, na primer, autogeno sečenje, ispravljanje plamenom, žlebljenje ili autogeno zavarivanje danas se pretežno koriste gorivi gasovi na bazi ugljovodonika kao što su propan, acetilen, propen, eten itd., kao što je, na primer, opisano u patentu DE 2823 305 A1. Zbog emisije ugljen dioksida koji nastaje sagorevanjem ovih gasova, po zakonu koji je već u pripremi u bliskoj budućnosti će se plaćati porez na CO<2>za ove gorive gasove i smeše gorivih gasova. Nezavisno od razmatranja troškova, izbegavanje emisije ugljen dioksida koji štetno deluje na klimu i drugih emisija, na primer, ugljen monoksida i mikročestica (ugljenik) koji nastaju kao reakcioni proizvodi sagorevanja, veoma je značajno radi povećanja bezbednosti na radu i zaštite čovekove okoline.

[0006] Kao alternativa gorivim gasovima na bazi ugljovodonika nudi se vodonik, koji je preko 100 godina poznat kao gorivi gas u autogenoj tehnici. Vodonik se kao gorivi gas koristi u čistom obliku ili u smeši sa drugim gasovitim komponentama.

[0008] U patentu EP 0952 205 A1 predstavljen je gorivi gas koji je posebno upotrebljiv za autogeno sečenje, i koji se sastoji od acetilena i dodatne komponente koja nije ni vodonik ni zemni gas. Odnos acetilena i druge komponente iznosi od 1:99 do 29,8:70,2.

[0010] U patentu EP 0952 232 A2 opisan je postupak za termičku obradu metalnih radnih komada koristeći smešu gasova sastavljenu od gorivog gasa koji se sastoji od ugljovodonika ili vodonika, aditiva koji se sastoji od fosfana, silana, amonijaka ili vodonik sulfida, i inertnog gasa kao što je azot.

[0012] Bez pominjanja gorivih gasova, u GB 901580 A i CA 3165 030 A1 opisane su smeše gasova, koje pored glavne komponente vodonika sadrže nezapaljive sastojke, kao što su azot ili argon.

[0013] U patentu DE 102010 030 907 A1 predlaže se da se u smešu gasova koja se koristi u autogenom postupku i koja sadrži vodonik doda helijum, da bi se poboljšao prenos toplote sa plamena na radni komad.

[0015] Nedostatak pri upotrebi vodonika kao gorivog gasa je taj što gas zbog svoje male gustine i malog prečnika molekula lako odlazi kroz najmanje pukotine, pore, otvore i slično na zaptivkama, ili putem difuzije ili efuzije može da prođe kroz creva kojima se sprovodi. To predstavlja posebno veliki problem kod autogene tehnike, jer se tamo često, naročito kod automatizovanih postrojenja, koristi veliki broj vezivnih elemenata, pokretnih zaptivača i creva sa uporedivo malim prečnikom, koji mogu predstavljati izvor takve nehermetičnosti za vodonik. Usled toga postoji opasnost da vodonik zasiti okolno područje do granice zapaljivosti pa tako predstavlja veliku potencijalnu opasnost po korisnika i uređaj.

[0017] Zadatak predmetnog pronalaska je da obezbedi postupak za autogenu obradu metalnih radnih komada koji prevazilazi te nedostatke.

[0019] Ovaj zadatak je rešen postupkom prema patentnom zahtevu 1. Pogodna otelotvorenja pronalaska su navedena u zavisnim zahtevima.

[0021] Gorivi gas koji se koristi u postupku prema pronalasku takođe ima udeo od 99,5 vol.% do 90 vol.% vodonika i ostalo je dodatni gas, koji ima najmanje jednu nezapaljivu gasovitu komponentu. Udeo nezapaljive komponente odnosno udeo ukupnih nezapaljivih gasovitih komponenata u gorivom gasu iznosi najmanje 0,5 vol.%, poželjno najmanje 1 vol.% i najviše 10 vol.%, poželjno najviše 5 vol.%.

[0023] Ovde se pod terminom „vodonik“ podrazumeva gas sa udelom vodonika od najmanje 99,5 vol.%, poželjno najmanje 99,99 vol.%.

[0025] „Nezapaljiva gasovita komponenta“ ovde označava gas koji ne reaguje sa kiseonikom, ili reaguje sa njim samo pod uslovima koji obično ne nastupaju kod tehničkog postupka sagorevanja, kao što je, na primer, plemeniti gas, azot ili ugljen dioksid.

[0027] Neočekivano se ispostavilo da se sklonost vodonika da odlazi kroz pukotine, pore itd.

[0028] vezivnih elemenata voda koji provodi gorivo ili da putem difuzije ili efuzije prolazi kroz elemente kojima se sprovodi, znatno smanjuje pri primeni gorivog gasa prema pronalasku. Istovremeno, dodavanje nezapaljivih gasovitih komponenata u udelu manjem od 10 vol.% u većini slučajeva beznačajno utiče na svojstvo gorenja gorivog gasa. Pored toga, nezapaljivost ove gasovite komponente olakšava čuvanje dodatnog gasa i njegove smeše sa vodonikom, jer ovde nisu potrebne nikakve posebne bezbednosne mere.

[0030] Mešanjem dodatnih gasova, gustina gorivog gasa se povećava. Bez ograničavanja pronalaska, ovde je jedno moguće objašnjenje za manju sklonost vodonika da odlazi kroz pukotine ili pore u zaptivkama i delovima vodova odnosno da putem difuzije ili efuzije odlazi kroz granične zidove, leži u tome da se molekuli odnosno atomi nezapaljive gasovite komponente/komponenata, koji imaju veći prečnik u odnosu na molekule vodonika, tokom transporta gorivog gasa skladište na postojećim pukotinama ili porama vezivnih elemenata ili otvora u zidovima cevi ili creva koji propuštaju vodonik, i na taj način otežavaju ili sasvim sprečavaju da vodonik kroz njih izađe.

[0032] Gorivi gas koji se koristi u postupku prema pronalasku poželjno kao nezapaljivu gasovitu komponentu sadrži plemeniti gas kao što je argon, azot ili ugljen dioksid. Gorivi gas takođe može da ima više nezapaljivih gasovitih komponenata, na primer argon i/ili azot i/ili ugljen dioksid. Težak plemeniti gas kao što je argon takođe može da se koristi; helijum je zbog svog srazmerno manjeg prečnika atoma manje pogodan, pa dodatni gas zato poželjno ne sadrži helijum.

[0034] Posebno poželjno, udeo nezapaljive gasovite komponente/komponenata je od 1 vol.% do 5 vol.%.

[0036] U pogodnom otelotvorenju pronalaska, dodatni gas pored pomenutih nezapaljivih komponenata sadrži najmanje jednu lako zapaljivu komponentu kao što je acetilen, zemni gas ili drugi gas koji sadrži ugljovodonik ili više ovih komponenata. Mešanjem takvih lako zapaljivih komponenata može pozitivno da se utiče na neke osobine sagorevanja vodonika, kao što je, na primer, obojenost plamena ili temperatura plamena. Udeo lako zapaljive komponente (komponenata) u gorivom gasu poželjno je od 0,25 vol.% do 9,5 vol.%, poželjno od 0,5 vol.% do 5 vol.%.

[0037] Gorivi gas koji se koristi u postupku prema pronalasku poželjno se sastoji od udela od 1 vol.% do 5 vol.% dodatnog gasa koji se sastoji od argona, azota, ugljen dioksida ili smeše dve ili više ovih nezapaljivih gasovitih komponenata, ostatak je vodonik; od udela od 5 vol.% do 10 vol.% dodatnog gasa koji se sastoji od argona, azota, ugljen dioksida ili smeše dve ili više ovih nezapaljivih gasovitih komponenata, ostatak je vodonik; od udela od 1 vol.% do 10 vol.% dodatnog gasa koji se sastoji od udela od 0,5 vol.% do manje od10 vol.% najmanje jedne nezapaljive gasovite komponente kao što je argon, azot, ugljen dioksid ili smeša dve ili više ovih komponenata i udela od više od 0 vol.% do 9,5 vol.% lako zapaljive gasovite komponente kao što je acetilen ili zemni gas, ostatak je vodonik; udela od 1 vol.% do 10 vol.% dodatnog gasa, koji se sastoji od udela od 1 vol.% do 5 vol.% najmanje jedne nezapaljive gasovite komponente kao što je plemeniti gas, azot, ugljen dioksid ili smeša jedne ili više ovih komponenata i udela od 1 vol.% do 5 vol.% lako zapaljive gasovite komponente kao što je acetilen ili zemni gas, ostatak je vodonik; iz udela od 1 vol.% do 10 vol.% dodatnog gasa, koji se sastoji od udela od 5 vol.% do manje od 10 vol.% najmanje jedne nezapaljive gasovite komponente kao što je zemni gas, azot, ugljen dioksid ili smeše dve ili više ovih komponenata i udela od više od 0 vol.% do manje od 5 vol.% lako zapaljive gasovite komponente kao što je acetilen ili zemni gas, ostatak je vodonik.

[0039] Gorivi gas prema pronalasku kod autogene obrade metala sagoreva sa oksidacionim sredstvom koje sadrži kiseonik, poželjno vazduhom ili gasom sa udelom kiseonika većim nego u vazduhu. Posebno poželjno, oksidaciono sredstvo ima udeo kiseonika veći od 99 vol.%, posebno poželjno udeo kiseonika veći od 99,9 vol.%.

[0041] U postupku prema pronalasku, gorivi gas se dovodi preko voda za gorivi gas i spaja se na alatu za obradu sa oksidacionim sredstvom dovedenim preko dovodne instalacije oksidacionog sredstva i sa njim reaguje, pri čemu se ispred izlaznog otvora alata za obradu proizvodi plamen koji se koristi za autogenu obradu radnog komada.

[0043] Kao gorivi gas se koristi gasovita smeša, koja se sastoji od 90 vol.% do 99,5 vol.% vodonika kao i dodatnog gasa, koji ima udeo od 0,5 vol.% do 10 vol.% jedne ili više nezapaljivih gasovitih komponenata, kao što je argon, azot ili ugljen dioksid, ili neki drugi dodatni gas opisan u nastavku.

[0044] Kao alat za obradu prema pronalasku se primenjuje uobičajeni alat za autogenu obradu, na primer mašina za autogeno sečenje, uređaj za raspršivanje plamenom, uređaj za žlebljenje ili uređaj za autogeno zavarivanje. Postupak prema pronalasku posebno je pogodan za sve prethodno pomenute postupke za autogenu obradu. Vod za gorivi gas je u protočnoj vezi sa izvorom gorivog gasa, pri čemu je konkretno u pitanju izvor gorivog gasa uobičajen za autogenu obradu, kao što je, na primer, boca pod pritiskom, baterija boca pod pritiskom ili rezervoar. Kao izvor oksidacionog sredstva koristi se posebno izvor oksidacionog sredstva uobičajen za autogenu obradu, na primer upravo boca pod pritiskom, baterija boca pod pritiskom ili rezervoar.

[0046] Prikladnost prethodno opisanog gorivog gasa za autogenu obradu posebno metalnih radnih komada posledica je konkretno činjenice da zahtevi za čistoću gorivih gasova za autogeno zavarivanje nisu uporedivi sa zahtevima koji postoje u drugim tehničkim oblastima, kao što je tehnologija gorivnih ćelija. Nezapaljive gasovite komponente u udelu do 10 vol.% ne utiču ili samo neznatno utiču na parametre bitne za autogenu obradu, kao što je, na primer, temperatura plamena, brzina paljenja ili dejstvo plamena.

[0048] U svrsishodnom i posebno jednostavnom otelotvorenju pronalaska, gorivi gas koji se koristi za postupak prema pronalasku je još pre početka autogene obrade prisutan u obliku gotove gasovite smeše u izvoru gorivog gasa. U ovom slučaju pre svega treba paziti da se kod dužeg skladištenja ne odigra proces razdvajanja smeše u izvoru gasa kojim će se sastav izdvojenog gorivog gasa suštinski promeniti.

[0050] Pogodna alternativa ovom otelotvorenju predviđa da se dodatni gas ili njegove pojedinačne komponente čuvaju odvojeno od vodonika i da se sa njim mešaju tek prilikom obrade, dakle na početku transporta vodonika do alata za obradu. U ovoj varijanti je posebno obezbeđeno da smanjena tečljivost gorivog gasa u poređenju sa čistim vodonikom nije pogoršana procesom razdvajanja smeše u izvoru gorivog gasa. Na primer, dodatni gas se dovodi iz pogodnog ventila za mešanje koji se nalazi u dovodnom vodu, što neposrednije nishodno od zaustavnog ventila baterija boca ili rezervoara koji se koriste kao izvor gorivog gasa. Konkretno nezapaljive dodatne gasovite komponente tako mogu da se pomešaju sa gorivim gasom bez dodatnih bezbednosnih zahteva.

[0051] Ova alternativa pored toga ima prednost što sastav gorivog gasa koji se dovodi na alat za obradu pre ili tokom obrade radnog komada može da se promeni u skladu sa odgovarajućim zahtevima ili da se reguliše prema prethodno zadatom programu odnosno u zavisnosti od izmerenih parametara.

[0053] Postupak prema pronalasku pogodan je za sve poznate autogene postupke obrade metalnih radnih komada, na primer za autogeno zavarivanje, autogeno sečenje, ispravljanje plamenom ili žlebljenje. Nadalje, mogu da se obrađuju svi materijali obradivi autogenom tehnologijom, a posebno nelegirani ili niskolegirani čelici, bakar i jedinjenja bakra ili aluminijumski metali. Postupak prema pronalasku je posebno pogodan za autogeno sečenje nelegiranih ili niskolegiranih čelika, a posebno onih sa debljinom lima većom od 10 mm.

Claims (8)

1. Patentni zahtevi

1. Postupak za autogenu obradu metalnih radnih komada u kome se gorivi gas doveden putem voda za gorivi gas i oksidaciono sredstvo dovedeno putem voda za oksidaciono sredstvo zajedno dovode na alat za obradu i uzajamno reaguju, pri čemu se ispred izlaznog otvora alata za obradu proizvodi plamen koji se koristi za autogenu obradu radnog komada, pri čemu se kao gorivi gas koristi gasovita smeša koja se sastoji od najmanje 90 vol.% vodonika i dodatnog gasa, koji sadrži najmanje jednu nezapaljivu gasovitu komponentu, pri čemu nezapaljiva gasovita komponenta ili nezapaljive gasovite komponente imaju udeo od 0,5 vol.% do 10 vol.%.

2. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu se kao najmanje jedna nezapaljiva gasovita komponenta dodatnog gasa koristi argon, azot ili ugljen dioksid.

3. Postupak prema zahtevu 1 ili 2, pri čemu udeo nezapaljive gasovite komponente ili nezapaljivih gasovitih komponenata u gorivom gasu iznosi od 1 vol.% do 5 vol.%.

4. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, pri čemu dodatni gas sadrži najmanje jednu lako zapaljivu gasovitu komponentu kao što je acetilen, zemni gas ili drugi gas koji sadrži ugljovodonik.

5. Postupak prema zahtevu 4, pri čemu udeo lako zapaljive gasovite komponente ili lako zapaljivih gasovitih komponenata u gorivom gasu iznosi od 0,25 vol.% do 9,5 vol.%, poželjno od 0,5 vol.% do 5 vol.%.

6. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, pri čemu se autogena obrada metalnih radnih komada sastoji od zavarivanja, autogenog sečenja, ispravljanja plamenom ili žlebljenja.

7. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, pri čemu se gorivi gas pre ili tokom autogene obrade proizvodi na licu mesta mešanjem vodonika i dodatnog gasa.

8. Postupak prema zahtevu 7, pri čemu se sastav gorivog gasa menja prema prethodno zadatom programu odnosno u zavisnosti od izmerenih parametara.

Izdaje i štampa: Zavod za intelektualnu svojinu, Kneginje Ljubice 5, 11000 Beograd

8