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氢氧切割技术

 

1 氢氧切割与焦炉煤气切割效果对比
  氢氧气燃烧的热值为12250kJ/m3左右,焦炉煤气燃烧的热值为17128kJ/m3左右,相比之下,虽然氢氧气的热值较焦炉煤气低,但氢氧气的火焰温度较高,为2660℃左右,而焦炉煤气的火焰温度为1900℃左右。切割时氧燃气焰的作用是预热铸坯和切割氧,保证切割点处钢坯的氧化反应温度,因此较高的火焰温度能保证较快的切割速度。实际切割过程中发现,氢氧切割较焦炉煤气切割速度平均可高出30%以上。
  对两种燃气的切割断面进行分析观察,发现氢氧切割时铸坯割断面光滑、平整无凹凸,断面下缘基本不挂渣。同时,由于氢氧气火焰挺直度好,切割断面平整,节省了清理和后序加工时间,还能保证被切割材料不被参碳。而焦炉煤气切割时断面凹凸不平整、不光滑,断面下缘挂渣较多。因此使用氢氧切割可以为后期的轧制工艺提供优质的原料,进而可以提高最终产品的质量。
  经过连续的试验对比,观察测量连铸坯切割缝宽度,以我厂生产的230mm×1800mm规格的板坯为例,使用氢氧切割时的割缝宽度为不足6mm,而使用焦炉煤气时割缝宽度约为12mm,因此使用氢氧切割可以大幅降低割缝宽度,提高铸机金属收得率。
  2 氢氧气与焦炉煤气安全性能对比
  氢氧气来源于氢氧发生器,它采用电解水技术原理,通电从水中产生氢氧燃气,并且火焰集中不发散,没有任何污染。氢氧发生器产生的气源是即产即用的,水电解氢氧发生器工作压力低(≤0.09MPa),并没有贮存,没有高压燃气(乙炔、丙烷)瓶的爆炸风险以及泄漏的风险。氢氧燃料燃烧时不产生任何污染环境和危害的有害气体,它来源于水燃烧后又还原成水,可称之为绿色可再生能源。焦炉煤气中因含有CO等有毒气体,如操作不当易对人身安全造成危险,因此使用氢氧气可大大提高现场操作的安全性。
  同时为了防止氢氧切割时燃气回火,在原有焦炉煤气干式回火器的基础上又增设了汇流安全柜,氢氧气由氢氧发生器产生后,经由汇流安全柜对其进行滤水、汇流,分配到输出管道,起到双重防止回火的安全作用。
  3 氢氧切割与焦炉煤气切割成本对比
  氢氧切割中水电解制取的氧气本身就满足了氢气燃烧的需要,因此不需要消耗混合氧,可以省下大量的混合氧费用,其直接使用成本只与电费、水费有关,氢氧机工作过程中每生产1m3氢氧混合气仅消耗0.8kg水和4度电,因此消耗的水成本基本可以忽略。净化后的焦炉煤气是无色、有臭味的有毒气体,其主要成分是H2(60%)、CH4(22%~26%)、CO(6%~9%)、CnHm(4.5%)及CO2、N2、O2等杂质。根据成分折算,焦炉煤气燃烧需要混合氧气体积比约为1∶1。根据现场实验测得,氢氧切割时的耗电量约为0.76度/吨,焦炉煤气切割时混合氧耗气量约为0.51m3/t,焦炉煤气的耗气量约为0.51m3/t。
  根据同期市场调研,工业用电为0.8元/度,焦炉煤气1.2元/m3,混合氧气0.5元/m3,根据计算得出,使用氢氧气、焦炉煤气的吨钢成本分别为0.61元、0.87元,以设计年产520万吨连铸坯为例,使用氢氧切割每年可节约成本:
  C1=5200000吨×(0.87-0.61)元/吨=135.2万元。
  同时使用氢氧气较之于焦炉煤气,其金属收得率高。使用氢氧切割时割缝较窄为6mm,而使用焦炉煤气割缝为12mm。以切割230mm×1600mm规格定尺为10m,设计年产520万吨连铸坯为例,采用氢氧切割每年增加的经济效益为:
  单根钢坯重:0.23m×1.6m×10m×7.8t/m3=28.704t;
  年产折合钢坯数量:5200000t÷28.704t/块=181159块;
  割缝减少6mm,年可节约金属损失: 181159×0.23m×1.6m×0.006m×7.8t/m3
  =3120t
  成品按4000元/吨,铸坯钢渣按2500元/吨计,每年多创效:
  C2=3120t×(4000-2500)元/t=468万元。
  总计:C1+C2=135.2万元+468万元=603.2万元
  由此看出,使用氢氧切割较之传统的焦炉煤气切割年可节约开支约600万元,而设备改造投入不高于300万元,因此使用氢氧切割可大大节约投入,取得良好的经济效益。
  4 结语
  与传统的焦炉煤气相比,使用氢氧切割技术可有效改善切割机割缝较大的状况,同时实现了切割机清洁、安全、高效切割,降低了生产成本,对提高连铸机金属收得率、提高生产效率、提高管理水平有着很大影响,还可大大降低消耗成本,大幅提高了经济效益和社会效益。

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