EP1053292A1 - Melange gazeux combustible, notamment pour chalumeau d'oxycoupage - Google Patents

Melange gazeux combustible, notamment pour chalumeau d'oxycoupage

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EP1053292A1
EP1053292A1 EP99901642A EP99901642A EP1053292A1 EP 1053292 A1 EP1053292 A1 EP 1053292A1 EP 99901642 A EP99901642 A EP 99901642A EP 99901642 A EP99901642 A EP 99901642A EP 1053292 A1 EP1053292 A1 EP 1053292A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acetylene
propane
propylene
gas mixture
mixture
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99901642A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Cannet
Jean-Christophe Charbonnel
Gervais Lemesle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1053292A1 publication Critical patent/EP1053292A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/38—Torches, e.g. for brazing or heating
    • F23D14/42—Torches, e.g. for brazing or heating for cutting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/02—Compositions containing acetylene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/52—Methods of heating with flames

Definitions

  • the present invention relates, on the one hand, to a combustible gas mixture containing propane, propylene and acetylene, and, on the other hand, to a method of flame cutting a metal or a metal alloy by heating. using a flame and supply of a cutting oxygen flow.
  • flame cutting uses, on the one hand, a flame of. heats and, on the other hand, a jet or flow of cutting oxygen.
  • the heating flame usually fed by a mixture of combustible gas and heating oxygen, largely conditions the efficiency and quality of the flame cutting.
  • the known combustible gases for feeding the heating flame are acetylene, propane, methane, hydrogen and other liquefied petroleum gases (LPG), ethylene, propylene optionally mixed with methylacetylene, or mixtures of gases such as CRYLENE TM (mixture comprising approximately 73% ethylene, 22% acetylene and 5% propylene), TETRENE TM (MAPP type mixture containing approximately 39% methylacetylene and propadiene, 44% propylene and 17% of a mixture of butane, propane and their unsaturated derivatives); TETRENE TM and CRYLENE TM are marketed by the company L'AIR LIQUIDE.
  • mixtures of liquefied petroleum gas (G. P. L.), some of the constituents of which contain -OH radicals, are also used to feed an oxy-fuel flame. Mention may be made, for example, of the following combustible mixtures which are commercially available: FLAMEX TM, CHEMTANE II TM, HGX TM, OR EXCELLENE TM.
  • FLAMEX TM FLAMEX TM
  • CHEMTANE II TM CHEMTANE II TM
  • HGX TM HGX TM
  • OR EXCELLENE TM mixtures of liquefied petroleum gas
  • the aforementioned sophisticated mixtures and the specific gases derived from hydrocarbons have relatively high costs, in particular of implementation, since they consume a lot of oxygen. In addition, they are often sensitive to cold and are conditioned under low pressure.
  • Acetylene although making it possible to obtain high cutting speeds with good qualities of cutting edges, is poorly adapted to cuts of large thicknesses and is sensitive to flashback.
  • JP-A-61042592 describes, for its part, a gas mixture of combustion for welding, heating or cutting by fusion consisting of 20 to 70% of natural gas, 10 to 60% of hydrogen and 20 to 70% acetylene.
  • JP-A-50006003 teaches a liquid mixture for welding, heating or cutting metal consisting of 64 to 95% of methane and from 5 to 35% of 1 ethylene.
  • document JP-A-530065303 describes a gas mixture for fusion cutting containing methane, ethylene and liquefied petroleum gas (G. P. L.), for example propane or propylene.
  • document FR-A-2099217 relates to a combustible gas mixture intended for heating, melting, welding or cutting metals, containing 1 to 77% of methylacetylene and / or propadiene, methane, ethane, ethylene, propane and / or propylene.
  • flame cutting is carried out by supplying the heating flame with natural gas, essentially formed of methane.
  • natural gas essentially formed of methane.
  • the use of natural gas for flame cutting has the advantage of using a gas whose cost is low, while making it possible to cut metallic elements over a wide range of thicknesses.
  • natural gas only provides a low flame temperature, requires long preheating times and, moreover, leads to poor quality of the cutting edges.
  • the object of the present invention is therefore to propose a combustible mixture, in particular for flame cutting, which does not have the drawbacks of conventional gas mixtures, which makes it possible to replace the mixtures currently used, such as CRYLENE TM and TETRENE TM, which leads to good performance, which is easy and safe to use and of reasonable cost.
  • the present invention therefore relates to a combustible gas mixture containing acetylene, propane and propylene, characterized in that the ratio Qp / Qa of the proportion (Qp) of propane and propylene to the proportion (Qa) of acetylene of said mixture is such that:
  • the Qp / Qa ratio is between
  • 1 invention is a ternary mixture consisting of acetylene, propane and propylene and optionally containing impurities.
  • the propane / propylene proportion is between 50:50 and 99: 1, preferably between 60:40 and 98: 2 preferably between 70:30 and 95: 5.
  • the combustible mixture according to the invention may comprise at least one other compound chosen from nitrogen, oxygen, methane or another hydrocarbon and their mixtures.
  • the combustible mixture of the invention contains from 15% to 50% by volume of acetylene, the remainder being essentially propane and / or propylene, preferably from 20 to 45% of acetylene, preferably approximately 25% to 40% acetylene.
  • the fuel mixture according to the invention is preferably in gaseous form.
  • the invention also relates to a welding process chosen from flame cutting, drilling in full sheet metal, brazing, heating, heat treatment and flame treatment, in particular of granites and marbles, characterized in that it uses a combustible gas mixture according to the invention.
  • welding process is understood to mean a process for working with materials requiring an addition of heat delivered by a torch.
  • the pressure of the combustible mixture sent to the torch is between 0.1.10 5 Pa and 5.10 5 Pa, preferably between 0.5.10 5 Pa and 2.5.10 5 Pa.
  • the flow rate of said combustible mixture is between 20 lh “1 to 2000 lh “ 1 , preferably 150 lh “1 to 1000 lh “ 1 .
  • the pressure and the flow rate of heating oxygen they are adjusted, in a known manner, according to the type of torch used and the desired consumption ratio.
  • the invention relates to a process for manufacturing a combustible mixture containing propane, propylene and acetylene, characterized in that given proportions of acetylene, propane and of propylene, preferably mixed together, on the one hand, acetylene and, on the other hand, a propane / propylene premix, and in that one obtains a combustible mixture having the aforementioned Qp / Qa ratio .
  • the combustible mixture is produced directly at the site of use, for example, by means of a mixer comprising a flow meter measuring the flow of propane and / or propylene (Qp), controlling, from this measurement of Qp, a acetylene flow regulator (Qa) and also ensuring the maintenance and / or obtaining of the desired Qp / Qa value; the mixture thus obtained is then sent to a torch.
  • a mixer comprising a flow meter measuring the flow of propane and / or propylene (Qp), controlling, from this measurement of Qp, a acetylene flow regulator (Qa) and also ensuring the maintenance and / or obtaining of the desired Qp / Qa value; the mixture thus obtained is then sent to a torch.
  • a combustible mixture according to the invention containing a proportion (Qa) of acetylene and a proportion (Qp) of propane and propylene such as Qp / Qa ratio is preferably equal to about 1.9 to 2.6, and containing at least 25% (by volume) of acetylene, the remainder being mainly propane and propylene, makes it possible to obtain, when it is used in an oxycut sheet process, results equivalent to those obtained with a TETRENE TM type gases and significantly better than those obtained with propane alone.
  • the combustible mixture according to the invention leads to a preheating time, before cutting the sheet by adding cutting oxygen, substantially identical to that obtained with TETRENE TM, it turns out that the cutting quality is , meanwhile, significantly better than that resulting from cutting with a heating flame supplied with TETRENE TM, thanks to the presence of acetylene in high proportion compared to propane and propylene, which acetylene probably increases the heat exchange. taking place at the bottom of the groove between the flame and the workpiece.
  • the following tests aim to determine the evolution of the priming time in full sheet metal for a cutting torch as a function of the proportion of acetylene in the fuel supply mixture; the remainder of the mixture being propane and propylene, and possibly common impurities.
  • the propane used contains a few% of propylene, typically about 1 to 5%, but, for the sake of simplification, we speak below only of propane while bearing in mind that it it is in fact a propane / propylene mixture, the proportion of propane being much higher in this case than that of propylene.
  • the measurement on the priming time that is to say the time necessary to bring the sheet to the cutting temperature (about 1,300 ° C.) from ambient temperature, the priming time being defined experimentally as being the time minimum heating which allowed to obtain a cutting initiation of the sheet during the supply of cutting oxygen.
  • a series of tests is in fact carried out, during which the test pieces are initially heated with the same gas mixture at room temperature for different periods of time.
  • the priming time is determined which is the minimum period of time which gave rise to a priming, that is to say at the beginning of combustion of the test piece in the oxygen jet.
  • the cutting head is of the MACH 3S PROPANE type
  • the cutting head is of type MACH 3S TETRENE.
  • the priming time is an inverse function of the acetylene content of the mixture.
  • a time saving of 30 to 42% is obtained for a mixture composed of 70% propane and 30% acetylene, which increases with the content 10
  • acetylene in the combustible mixture makes it possible to obtain a luminous flame and the morphology of the dart and the plume facilitates the adjustment of the consumption ratio of the torch compared to its use powered only by propane and propylene. .
  • acetylene added to propane and propylene increases the flame temperature and improves the quality of the cutting edges.
  • acetylene provides only a short flame length
  • the mixture of acetylene and propane and propylene makes it possible to obtain a flame having a longer length, which makes it possible to cut out elements of strong thickness.
  • the mixture of propane, propylene and acetylene with Qa / Qp ⁇ 2.30 approximately and containing approximately 30% acetylene is advantageously usable in applications of welding, surface quenching, heating, shrinking or thermal spraying.
  • this mixture is versatile and can be used for all of the applications implemented, for example, by a boilermaker or a metal carpenter.
  • the combustible mixture according to the present invention is particularly well suited for use in an oxycutting process of metals, such as steels, in particular non-alloyed or low-alloyed steels, as defined in particular in the document AFNOR N ° FD CR 12187.1995. F; April 1996.

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Abstract

Mélange combustible contenant de l'acétylène, du propane et du propylène, tel que le rapport Qp/Qa de la proportion (Qp) de propane et propylène à la proportion (Qa) d'acétylène du mélange est tel que: 1.1≤Qp / Qa≤4. De préférence, la proportion propane/propylène dans le mélange gazeux est comprise entre 50:50 et 99:1. Avantageusement, le mélange gazeux contient de 15 % à 50 % en volume d'acétylène, le reste étant du propane et du propylène. Application du mélange combustible à l'oxycoupage des métaux, le mélange combustible étant réalisé sur site d'utilisation, en particulier dans un mélangeur de gaz.

Description

TvTCT.ANftE AΑ 7KTTX rOMmTSTTBT.T. , NOTAMMENT POUR CHAT.TTM .ATT n ' oyv TT ACT
La présente invention concerne, d'une part, un mélange gazeux combustible contenant du propane, du propylene et de l'acétylène, et, d'autre part, un procédé d'oxycoupage d'un métal ou d'un alliage métallique par chauffage à l'aide d'une flamme et apport d'un flux d'oxygène de coupe.
Classiquement, l'oxycoupage met en oeuvre, d'une part, une flamme de. chauffe et, d'autre part, un jet ou flux d'oxygène de coupe.
La flamme de chauffe, habituellement nourrie par un mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffe, conditionne en grande partie le rendement et la qualité de 1 ' oxycoupage. Actuellement, les gaz combustibles connus pour l'alimentation de la flamme de chauffe sont l'acétylène, le propane, le méthane, l'hydrogène et d'autres gaz de pétrole liquéfié (G. P. L.), l'éthylène, le propylene éventuellement mélangé avec du méthylacétylène, ou encore des mélanges de gaz tels que le CRYLENE™ (mélange comportant environ 73% d'éthylène, 22% d'acétylène et 5% de propylene) , le TETRENE™ (mélange de type MAPP comptant environ 39% de méthylacétylène et de propadiène, 44% de propylene et 17% d'un mélange de butane, propane et de leurs dérivés insaturés) ; le TETRENE™ et le CRYLENE™ sont commercialisés par la société L'AIR LIQUIDE.
Par ailleurs, des mélanges de gaz de pétrole liquéfié (G. P. L.) dont certains constituants comportent des radicaux -OH, sont également utilisés pour alimenter une flamme d'oxycoupage. On peut citer, par exemples, les mélanges combustibles suivants qui sont disponibles dans le commerce: FLAMEX™, CHEMTANE II™, HGX™,OU EXCELLENE™. Or, les mélanges sophistiqués précités et les gaz spécifiques dérivés d'hydrocarbures ont des coûts relativement élevés, notamment de mise en oeuvre, étant donné qu'ils consomment beaucoup d'oxygène. Par ailleurs, ils sont souvent sensibles au froid et sont conditionnés sous une faible pression. L'acétylène, bien que permettant d'obtenir des vitesses de coupe élevées avec de bonne qualités d'arêtes de coupe, est mal adapté aux découpes des fortes épaisseurs et est sensible au retour de flamme.
Des recherches visant à améliorer la flamme de chauffe d'un procédé d'oxycoupage ont conduit à mélanger entre eux les différents gaz ci-dessus et ont permis d'obtenir des mélanges gazeux présentant des propriétés variables pour l'application considérée.
A ce titre, on peut citer le document EP-A-0313176 décrivant un procédé de placage à la flamme à l'aide d'un canon à détonation mettant en oeuvre un mélange gazeux combustible-comburant constitué d'oxygène ou d'oxyde azoteux, en tant que comburant, et d'un prémélange d'acétylène et de propylene, méthane, éthylène, méthylacétylène, propane, pentane, butadiène, butylène, butane, oxyde d'éthylène, éthane, cyclopropane, propadiène et/ou cyclobutane, en tant que combustible.
En outre, le document US-A-3982883 enseigne un procédé de coupage à la flamme mettant en oeuvre un gaz de combustion constitué, d'une part, de propane, butane, gaz naturel, d'acétylène et leurs mélange et, d'autre part, d'un additif hydrocarboné, tels le 1-pentène, le cyclopentane, le 1-octène...
Le document JP-A-61042592 décrit, quant à lui, un mélange gazeux de combustion pour le soudage, la chauffe ou le coupage par fusion constitué de 20 à 70% de gaz naturel, 10 à 60% d'hydrogène et de 20 à 70% d'acétylène.
Par ailleurs, le document JP-A-50006003 enseigne un mélange liquide pour le soudage, la chauffe ou le coupage de métal constitué de 64 à 95% de méthane et de 5 à 35% d1 éthylène.
De même, le document JP-A-530065303 décrit un mélange gazeux pour le coupage par fusion contenant du méthane, de l' éthylène et du gaz de pétrole liquéfié (G. P. L.), par exemple du propane ou du propylene.
En outre, le document FR-A-2099217 a trait à un mélange gazeux combustible destiné au chauffage, à la fusion, au soudage ou à la coupe des métaux, contenant 1 à 77% de méthylacétylène et/ou propadiène, du méthane, de l'ethane, de 1* éthylène, du propane et/ou du propylene.
Dans certains cas, l'oxycoupage est effectué en alimentant la flamme de chauffe avec du gaz naturel, essentiellement formé de méthane. En effet, l'emploi de gaz naturel pour l'oxycoupage présente l'avantage d'utiliser un gaz dont le coût est faible, tout en permettant de couper des éléments métalliques sur une large plage d'épaisseurs. Toutefois, il a été observé que le gaz naturel ne procure qu'une faible température de flamme, nécessite des temps de préchauffage longs et conduit, par ailleurs, à une mauvaise qualité des arêtes de coupe.
Le but de la présente invention est donc de proposer un mélange combustible, notamment pour l'oxycoupage, ne présentant pas les inconvénients des mélanges gazeux classiques, qui permette de remplacer les mélanges actuellement utilisés, tels le CRYLENE™ et le TETRENE™, qui conduise à de bonnes performances, qui soit facile et sûr d'utilisation et de coût raisonnable.
La présente invention concerne alors un mélange gazeux combustible contenant de l'acétylène, du propane et du propylene, caractérisé en ce que le rapport Qp/Qa de la proportion (Qp) de propane et de propylene à la proportion (Qa) d'acétylène dudit mélange est tel que:
1.1 < Qp / Qa < 4. De préférence, le rapport Qp/Qa est compris entre
1.5 et 3 environ, de préférence entre 1.9 et 2.6 environ.
Avantageusement, le mélange combustible selon
1 ' invention est un mélange ternaire constitué d'acétylène, de propane et de propylene et contenant éventuellement des impuretés.
De préférence, la proportion propane/propylène est comprise entre 50:50 et 99:1, de préférence entre 60:40 et 98:2 préférentiellement entre 70:30 et 95:5.
Selon le cas le mélange combustible selon l'invention peut comprendre au moins un autre composé choisi parmi l'azote, l'oxygène, le méthane ou un autre hydrocarbure et leurs mélanges.
Avantageusement, le mélange combustible de l'invention contient de 15% à 50 % en volume d'acétylène, le reste étant essentiellement du propane et/ou du propylene, de préférence de 20 à 45% d'acétylène, préférentiellement environ 25% à 40% d'acétylène.
Le mélange combustible selon 1 ' invention est préférentiellement sous forme gazeuse. Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un procédé de soudage choisi parmi l'oxycoupage, le perçage en pleine tôle, le brasage, la chauffe, le traitement thermique et le flammage notamment des granits et des marbres, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un mélange gazeux combustible selon l'invention. Dans le cadre de l'invention, on entend par procédé de soudage, un procédé de travail des matériaux requérant un apport de chaleur délivrée par un chalumeau.
De préférence, la pression du mélange combustible envoyé au chalumeau est comprise entre 0,1.105 Pa et 5.105 Pa, de préférence entre 0,5.105 Pa et 2,5.105 Pa.
De préférence, le débit dudit mélange combustible est comprise entre 20 l.h"1 à 2 000 l.h"1, de préférence 150 l.h"1 à 1 000 l.h"1. La pression et le débit d'oxygène de chauffe sont, quant à eux, réglés, de manière connue, en fonction du type de chalumeau utilisé et du rapport de consommation souhaité.
Selon encore un autre aspect, l'invention a trait à un procédé de fabrication d'un mélange combustible contenant du propane, du propylene et de l'acétylène, caractérisé en ce qu'on mélange des proportions données d'acétylène, de propane et de propylene, de préférence on mélange ensemble, d'une part, de l'acétylène et, d'autre part, un pré-mélange propane/propylène, et en ce qu'on obtient un mélange combustible ayant le rapport Qp/Qa susmentionné.
Avantageusement, le mélange combustible est réalisé directement sur site d'utilisation, par exemple, au moyen d'un mélangeur comprenant un débitmètre mesurant le débit de propane et/ou propylene (Qp) , pilotant, à partir de cette mesure de Qp, un régulateur de débit d'acétylène (Qa) et assurant, en outre, le maintien et/ou l'obtention de la valeur Qp/Qa souhaitée; le mélange ainsi obtenu étant ensuite envoyé vers un chalumeau.
Comme détaillé dans les exemples suivants, donnés à titre illustratif, mais non limitatif de l'invention, un mélange combustible selon l'invention contenant une proportion (Qa) d'acétylène et une proportion (Qp) de propane et de propylene telles que le rapport Qp/Qa soit préférentiellement égal à environ 1,9 à 2,6, et contenant au moins 25% (en volume) d'acétylène, le reste étant principalement du propane et du propylene, permet d'obtenir, lors de sa mise en oeuvre dans un procédé d'oxycoupage de tôle, des résultats équivalents à ceux obtenus avec un gaz de type TETRENE™ et nettement meilleurs à ceux obtenus avec du propane seul.
En effet, si le mélange combustible selon l'invention conduit à un temps de préchauffage, avant coupage de la tôle par apport d'oxygène de coupe, sensiblement identique à celui obtenu avec TETRENE™, il s'avère que la qualité de coupe est, quant à elle, nettement meilleure que celle résultant d'un coupage avec flamme de chauffage alimentée au TETRENE™ et ce, grâce à la présence d'acétylène en forte proportion par rapport au propane et propylene, lequel acétylène augmente vraisemblablement l'échange thermique ayant lieu au fond de la saignée entre la flamme et la pièce à couper.
Exemples
Les essais suivants visent à déterminer l'évolution du temps d'amorçage en pleine tôle pour un chalumeau coupeur en fonction de la proportion d'acétylène dans le mélange combustible d'alimentation; le reste du mélange étant du propane et du propylene, et éventuellement des impuretés habituelles.
Dans le cadre de ces essais, le propane utilisé contient quelques % de propylene, typiquement environ 1 à 5%, mais, dans un soucis de simplification, on ne parle ci-après que de propane tout en gardant à l'esprit qu'il s'agit en fait d'un mélange propane/propylène la proportion de propane étant très supérieure dans ce cas à celle de propylene.
Les essais ont été menés avec un chalumeau muni d'une tête de coupe "Mach 3S" de calibre 10/10 commercialisé par la société LA SOUDURE AUTOGENE FRANÇAISE.
En outre, les paramètres opératoires adaptés sont les suivants: - éprouvettes: plaques d'acier de 100 mm x 100 mm et d'épaisseur de 20 mm, lesquelles sont préalablement soumises à un sablage de surface;
- nature de l'acier des éprouvettes: type A42;
- oxygène de coupe: pureté d'au moins 99,9% (ici de l'oxygène commercialisé sous la dénomination LASAL 2003™ par la société L'AIR LIQUIDE, S. A.);
- pression de l'oxygène de coupe: 5.105 Pa;
- débit total de gaz combustible (mélange acétylène + propane) : 300 l.h"1; - température des éprouvettes: 15 à 20°C environ;
- autres matériels de type classique: détendeurs, mélangeur, régulateur de débit massique (15 1/h) pour l'acétylène, débit mètre massique (35 1/h) pour le propane, adaptateurs... Ainsi que susmentionné, la mesure porte sur le temps d'amorçage, c'est-à-dire le temps nécessaire pour amener la tôle à la température de coupe (environ 1 300°C) depuis la température ambiante, le temps d'amorçage étant défini expérimentalement comme étant le temps de chauffe minimal ayant permis d'obtenir une amorce de coupe de la tôle lors de l'apport d'oxygène de coupe.
Pour déterminer le temps d'amorçage, on procède, en fait, à une série d'essais au cours desquels on chauffe avec un même mélange de gaz des éprouvettes initialement à la température ambiante pendant des périodes de temps différentes.
Puis, immédiatement après la chauffe, on fournit à chaque fois de l'oxygène de coupe.
De là, on détermine le temps d'amorçage qui est la période de temps minimale ayant donné lieu à un amorçage, c ' est-à-dire à un début de combustion de 1 • eprouvette dans le jet d'oxygène.
Les résultats obtenus sont consignés dans les tableaux I à III ci-après et sur la figure unique annexée.
TABLEAU IÎ Mélange C3H8 + C2H2 au rapport de consommation pratique
% Débit Débit Débit A Rapport Temps Gain de
C2H2 C3H8 C2H2 02 Qp/Qa d ' amorçage temps (1/h) (1/h) (1/h) (sec. ) ( )
0 300 - 1 125 3,75 - 24 -
10 270 30 1 045 3,49 9 22 8,3
20 240 60 966 3,22 4 20 16,7
30 210 90 886 2,96 2,33 14 41,7
40 180 120 807 2,69 1,50 14 41,7
50 150 150 727 2,43 1 13 54,2
TABLEAU 11 Î Mélange C3H8 au rapport de consommation stoechiométrique
% Débit Débit Débit A Rapport Temps Gain de C2H2 C3H8 C2H2 02 Qp/Qa d ' amorçage temps (1/h) (1/h) (1/h) (sec. ) (%)
0 300 - 1 500 5 - 15 -
10 270 30 1 425 4,75 9 14 6,7
20 240 60 1 350 4,50 4 12 20
30 210 90 1 275 4,25 2,33 9 40
50 150 150 1 125 3,75 1 7 53,3 TABLEAU ini Mélange C3H8 + C2H2 au rapport de consommation pratique
% Débit Débit Débit A Rapport Temps Gain de
C2H2 C3H8 C2H2 02 Qp/Qa d ' amorçage temps (1/h) (1/h) (1/h) (sec. ) (%)
0 300 - 1 125 3,75 - 37 -
10 270 30 1 045 3,49 9 32 13,5
20 240 60 966 3,22 4 30 18,9
30 210 90 886 2,96 2,33 26 29,7
40 180 120 807 2,69 1,5 24 35,1 La grandeur A correspond au rapport de consommation, c'est-à-dire le débit d'oxygène de chauffe ramené au débit de combustible, et est déterminé comme suit: A(mélange) = % A(propane) +% A(acétylène) Il s'ensuit qu'on obtient alors: - pour un rapport de consommation pratique: A(propane) = 3,75 A(acétylène) = 1,10
- pour un rapport de consommation stoechiométrique: A(propane) = 5 A(acétylène) = 2,50.
En outre, il est à noter que, selon les essais des tableaux I (courbe PP sur figure) et II (courbe PS) , la tête de coupe est de type MACH 3S PROPANE, alors que, selon les essais du tableau III (courbe TP sur figure) , la tête de coupe est de type MACH 3S TETRENE.
On constate, au vu des tableaux I à III, que le temps d'amorçage est fonction inverse de la teneur en acétylène du mélange. En particulier, un gain de temps de 30 à 42% est obtenu pour un mélange composé à 70% de propane et à 30% d'acétylène, lequel croît avec la teneur 10
en acétylène, jusqu'à atteindre 54% pour un mélange à 50% d'acétylène.
Plus précisément, comme il apparaît sur la figure annexée, on observe une inflexion de la courbe de temps d'amorçage (en sec.) par rapport à la quantité d'acétylène (en %) dans le mélange combustible à partir d'environ 25% ± 5% d'acétylène avec un Qa/Qp d'environ égale à 2,3 ± 0.3.
Cette inflexion s'observe quelle que soit la tête de coupe utilisée (courbes TP, PP et PS sur figure) , mais est plus marquée dans le cas des essais réalisés avec la tête de coupe de type MACH 3S PROPANE au rapport stoechiométrique (courbe PS sur figure et Tableau II) .
Par ailleurs, on observe que si le gain en temps d'amorçage est significatif lorsqu'on augmente la concentration du mélange combustible en acétylène (C2H2) , il accroît encore davantage lorsqu'on augmente la convergence des dards en utilisant des têtes de coupe différentes: têtes de type MACH 3S PROPANE ou TETRENE. Toutefois, cette augmentation de la convergence des dards est néfaste pour la fusion d'arête et donc pour la qualité de coupe.
En outre, la présence d'acétylène dans le mélange combustible permet d'obtenir une flamme lumineuse et dont la morphologie du dard et du panache facilite le réglage du rapport de consommation du chalumeau par rapport à son utilisation alimenté uniquement par du propane et du propylene.
Par ailleurs, l'acétylène ajouté au propane et au propylene augmente la température de flamme et améliore la qualité des arêtes de coupe.
A l'inverse, alors que l'acétylène a une vitesse de déflagration élevée, le présent mélange combustible possède une vitesse de déflagration réduite exigeant ainsi une précision réduite des réglages du chalumeau. 11
En outre, alors que l'acétylène ne procure qu'une faible longueur de flamme, le mélange d'acétylène et de propane et propylene permet d'obtenir une flamme ayant une longueur supérieure, ce qui rend possible la découpe d'éléments de forte épaisseur.
Par ailleurs, le mélange de propane, propylene et d'acétylène avec Qa/Qp ≥ 2,30 environ et contenant environ 30% d'acétylène est avantageusement utilisable dans des applications de soudage, de trempe superficielle, de chauffe, de retrait ou de projection thermique. Ainsi, ce mélange est polyvalent et peut être utilisé pour l'ensemble des applications mises en oeuvre, par exemple, par un chaudronnier ou un charpentier métallique. Toutefois, il faut noter que pour des pourcentages d'acétylène supérieurs à 50%, le coût du mélange devient trop important et il est nécessaire d'utiliser des buses de chalumeau spécifiques, ce qui tend à conclure "que la gamme 30% à 50% en acétylène est préférée. II est à noter que des essais visant à comparer l'effet du propane N25 (pureté de 99,5% environ) à du propane industriel (mélange propane/propylène 70/30) n'ont pas montré de différences notables sur les temps d'amorçage; la pureté du propane n'a donc a priori que peu ou pas d'importance.
Le mélange combustible selon la présente invention est particulièrement bien adapté à une utilisation dans un procédé d'oxycoupage de métaux, tels les aciers, en particulier les aciers non-alliés ou faiblement alliés, tels que définis notamment dans le document AFNOR N° FD CR 12187.1995. F; avril 1996.

Claims

12REVENDICATIONS
1. Mélange gazeux combustible contenant de l'acétylène, du propane et du propylene, caractérisé en ce que le rapport Qp/Qa de la proportion (Qp) de propane et de propylene à la proportion (Qa) d'acétylène dudit mélange est tel que: 1.1 < Qp / Qa < 4.
2. Mélange gazeux combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport Qp/Qa est compris entre 1.5 et 3 environ, de préférence entre 1.9 et 2.6 environ.
3. Mélange gazeux combustible selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'acétylène, de propane et de propylene.
4. Mélange gazeux combustible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient de 15% à 50% en volume d'acétylène, le reste étant du propane et du propylene, de préférence d'environ 20% à 45% d'acétylène, préférentiellement encore de 25% à 40% environ d'acétylène.
5. Mélange gazeux combustible selon l'une des revendications 1 à 4 , caractérisé en ce que le rapport de la proportion de propane à la proportion de propylene dans le mélange gazeux est comprise entre 50:50 et 99:1, de préférence entre 60:40 et 98:2, préférentiellement encore entre 70:30 et 95:5.
6. Procédé de soudage choisi parmi l'oxycoupage, le perçage en pleine tôle, la chauffe, le traitement thermique, le brasage et le flammage notamment des granits et des marbres, mettant en oeuvre un chalumeau caractérisé en ce qu'il met en oeuvre, en outre, un mélange gazeux combustible selon l'une des revendications 1 à 5.
7. Utilisation d'un mélange gazeux combustible selon l'une des revendications 1 à 5 dans un procédé 13
d'oxycoupage des aciers, de préférence des aciers non- alliés ou faiblement alliés.
8. Procédé de fabrication d'un mélange combustible contenant du propane, du propylene et de l'acétylène, caractérisé en ce qu'on mélange des proportions données d'acétylène, de propane et de propylene, de préférence on mélange de l'acétylène avec un pré-mélange propane/propylène, et en ce qu'on obtient un mélange combustible ayant un rapport Qp/Qa selon l'une des revendications 1 à 5.
9. Procédé de fabrication selon la revendication 8 , caractérisé en ce que le mélange combustible est réalisé sur site d'utilisation.
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un mélangeur.
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