氢氧切割在生产中的应用及经济效益分析-工业论文

The Application of Oxy-hydrogen Cutting and Economic Benefits Analysis

Abstract：Introduce the advantages of Oxy-hydrogen gas mixture in industrial applications as a green, low carbon, environmentally friendly gas. Analysis and comparison the economic benefits of the Oxy-hydrogen gas mixture and the propane gas. Discuss the feasibility of replacing the propane gas by the Oxy-hydrogen in the NC flame cutting machine.

Key words：hydrogen and oxygen gas; propane; cutting; economic benefits analysis

关键词：氢氧气、丙烷、切割、经济效益分析

1 原理分析

1.1 氢氧气的生产和切割过程

① 化学反应：2H₂O            2H₂ + O₂

②化学反应：2H₂+O₂            2H₂O

从上式可以看出由电解水产生氢氧混合气体，燃烧后产物仍是水，绿色环保，不产生对人体有害的有毒气体。这也符合目前低碳的经济发展需求。

1.2 几种常见气体特性比较

表1

从表1可以看出，氢氧气的燃烧温度和丙烷的燃烧温度差不多，都可以达到钢铁的燃烧温度，但是其热值较低，因此热影响区小，加上燃烧速度比丙烷高3倍，所以火焰较集中，穿透力强，预热时间短。

2 氢氧切割现场切割试验

2.1 试验参数

表2

2.2 试验反馈

2.2.1 火焰：该气体的火焰纯净，火焰成淡蓝色，燃烧速度快，穿透力强，热影响区小，无明显反水现象，切割热值较低，不会出现温度过高融化挂渣现象。但是无明显燃心，因此需要在气体中混入5%-8%的丙烷气体帮助工人寻找燃心，以便于预热。待工人熟练后即可取消丙烷气。

2.2.2 割缝质量：与传统气源相比较，切割质量好，切割表面平滑，挂渣较少，因为氢氧切割时气体本身不含碳，因此切割后的氧化皮较脆，容易清理。（敲击钢板侧面即可敲掉），并且可以对100mm以下的厚板进行切割，如图3。 

2.2.3安全性：机内压力达到0.15MPa时自动停机。继续用气，压力低于0.05MPa时回复工作。每小时产生氢氧混合气体9000L。每台氢氧切割设备可以带多把割枪，可同时使用一个水封进行保护。燃气随产随用，不储存，开机一分钟即可进行切割，避免了其他燃气再集中运输，储存带来的安全隐患。

2.2.4 操作者使用情况反馈：工人刚开始操作时会有火焰比其他气体“冲”的感觉，并且不利于切割前的预热。管道输送能力差，不宜长距离管道，输送途中一旦有泄露现象则会因为压力不足不能完成切割需求。氢氧气无毒不会损害现场人员的健康，燃烧后无废物排出，不污染环境，符合环保要求，可以减少环保排污费用支出。

3 硬度试验

以δ25mm的16Mn钢板为母材做割坡口硬度试验。分别选用了纯丙烷气、纯氢氧气、氢氧气+5%的丙烷气作为切割气进行硬度比较。

通过表3数据可以看出，使用氢氧混合气切割坡口时材料的硬度没有变化，切割外观光滑完好。

表3

4 与丙烷气切割对比经济效果分析

对氢氧气和丙烷气切割的经济效益的对比分析。 氢氧发生器和丙烷的切割试验在相同的切割条件下（一把枪）进行，试验结果如下：
4.1 实验数据

表4

4.2 试验成本比较

实验共进行四次：其中丙烷气消耗量为112kg，氢氧消耗电能650度。

按成本价格丙烷6.8元/kg，电价0.6元/度计算。

消耗丙烷气成本：6.8χ112=762元

氢氧气成本：0.6χ650=390元，

由此可知使用氢氧混合气比使用丙烷气成本节约：(762-390)÷762≈49%

5 结论

1）氢氧发生器以水为原料，通过电解，产生纯净的氢氧混合气，其燃烧产物也是水，绿色环保。与传统气源比较，火焰纯净，燃烧速度快，不产生H₂S、CO₂、NO等有害气体，穿透力度强，热影响区小，切割质量好，且对切割表面的硬度没有影响。

2）该设备所产燃气为氢氧混合气。燃气随产随用，不储存，开机一分钟即可进行切割，避免了其它燃气再集中运输，储存带来的安全隐患。节省工人因为换气罐造成的停工等待时间，提高下料效率；

3）使用氢氧发生器切割后，照比传统切割技术每年可节约成本55%左右。综上所述

参考文献：

[1] 吕勇. 攀钢连铸机氢氧切割工艺技术研究. 冶金动力[J]，2008年，2期：11~14.

[2] 厉焕波.氢氧焰在连铸坯切割上应用经济技术分析.连铸[J],1999(6)

[3] 鲍建萍.一种水解氢氧焊割装置.山东煤炭科技[J],2000年增刊：87.