NO744221L - - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte ved varmeoverføring i metaller, legeringer og liknende og brenngass for utførelse av fremgangsmåten.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt skjæring, sveising, slaglodding, flammeherding, oppvarming, smelting samt uthuling av metaller, legeringer og liknende materialer. I en typisk arbeidsoperasjon når det gjelder metallskjæring, for-bindes en skjærebrenner med en brenngasskilde og en oksygen-kilde. Oksygen- og brenngassblandingen forbrennes mens den bringes i berøring med et arbeidsstykke av en metallegering eller liknende matériale som skal behandles. Typisk er det en forvarmingsperiode hvor mengden oksygen i brenngassblandingen ligger på et noe lavere nivå. Men etter at metallet som skal behandles har nådd en forutbestemt temperatur, dvs. etter at forvarmingstrinnet er over, økes prosentandelen oksygen i oksygen-brengassblandingen for å øke flammens temperatur. Flammens økte temperatur frembringer da en egnet varmekilde

for skjæring, sveising, uthuling, flammeherding, smelting eller liknende av metallet eller legeringen som skal behandles.

Typiske brenngasser som anvendes for disse formål og

for oppvarming og andre varmeoverføringsformål omfatter naturgass, propan, acetylen og butan. Når disse gasser forbrennes sammen med oksygen kan de frembringe meget varme flammer i det generelle område på fra 2.483°C opptil og kanskje litt over 3.028°c.

Som man vil forstå er prisen på naturgass, propan, butan

og acetylen ikke likegyldig. Derfor er det ønskelig å oppnå størst effektivitet av behandlingen pr. mengde industriell brenngass som anvendes. Dette er særlig tilfelle når tilførselen av naturgass, propan, butan og acetylen er noe begrenset. Effektiviteten til en industribrenngass, og av industrigasser som anvendes for hjemoppvarming og andre varmeoverføringsformål, måles i den mengde gass som er nødvendig for å utføre et gitt arbeid og utførelseshastigheten. For eksempel med hensyn til

brenngass som anvendes for metallbearbeidelse er det nødvendig med et mål for skjærehastigheten. Selvfølgelig vil en minskning i mengden brennstoffgass som er nødvendig for å utføre en gitt operasjon sammen med en økning i skjærekapasiteten bety en økt hastighet i meter pr. time og tilsvarende økning i penger spart pr. meter skjæring eller sveising, varmebehandling eller liknende behandlinger. En ideell brenngass vil således være en som vil frembringe hurtig behandling med en minimumsmengde anvendt brennstoff og oksygen.

I tillegg, til den ovenfor nevnte betraktning er godtagbarheten av en brenngass også bestemt av en undersøkelse av kvaliteten til skjæringene, sveisene og liknende som er oppnådd under anvendelse av en viss brenngass. Enda en annen målestandard for godtagbarheten av brenngass er dens påvirkning på metallet eller legeringen som behandles. For eksempel er det kjent at å utsette høykarbon-inneholdende stållegeringer for høye tem-peraturer i lengre tidsrom påvirker krystallstrukturen til legeringen selv. Særlig kan legeringens krystallgitter forandres fra en midtsentrert krystallstruktur til en overflatesentrert krystallstruktur. Som et resultat blir stålet meget mer herdet og sprøtt. Det herdete stål er selvfølgelig meget vanskeligere å maskinbearbeide. Men dersom det kunne utvikles en brenngass som ville oppnå dens mål om høy varme i løpet av en meget kort tidsperiode ville det være utilstrekkelig tid for legeringen til å forandre krystallgitterstruktur, og som et resultat ville ikke legeringens hardhetsegenskaper forandres. Dette ville på

sin side bety at legeringen kunne maskinbearbeides meget lettvintere .

Enda en annen viktig betraktning når det gjelder å bestemme velegnetheten for en gitt industribrenngass, og spesielt de brenngasser som anvendes for skjæring, er snittets generelle utseende etter at det er fremstilt. Et godt snitt er et som er et stort sett rettlinjet snitt, har liten eller ingen tilbakerulling,

få eller ingen tegn på brenning av metallet, samt lite eller ingen slagg langs snittlinjen. Omvendt kjennetegnes et dårlig snitt av en ureguler overflate langs snittet, et generelt utseende av uthuling langs snittet, mye slagg langs snittlinjen hvor slagget klebrer til snittet og er meget vanskelig å fjerne samt et generelt brent utseende over snittlinjen.

Enda en annen viktig egenskap hos en brenngass av god kvalitet er at gassen må kunne forbrennes fullstendig til karbondioksyd og vann. Gasser som potensielt kunne være brukbare industrigasser, men som vil frembringe svovel- eller nitrogenoksyder som biprodukter er således uegnet som følge av deres uønskete forurensningsvirkninger.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det overraskende funnet brenngass-sammensetninger og fremgangsmåte til å formulere og bruke brenngasser, som når de utøves vil muliggjøre' anvendelse av en minimal mengde brenngass for å frembringe et gitt metall-bearbeidings arbeid på et minimum av tid og frembringe høykvali-tetssnitt, sveiser og andre metallbehandlinger, alle uten å ha vesentlig skadelig virkning på krystallstrukturen hos metallet som bearbeides. I tillegg er biproduktene fra forbrenningen av industrigassene ifølge den foreliggende oppfinnelse nesten alle karbondioksyd og vann, noe som indikerer nesten fullstendig forbrenning. Det er således ingen anvendelse av farlige tilsetningsmidler som vil frembringe uønskete, forurensende for-brenningsbiprodukter, såsom svoveldioksyd og nitrogenoksyder. Fremgangsmåten til å frembringe disse og andre formål ifølge oppfinnelsen vil forståes lettere av den etterfølgende detal-jerte beskrivelse av oppfinnelsen. For å forstå oppfinnelsen bedre er en grunnleggende forståelse av visse varmeenergi-prinsipper vesentlig. En meget elementær beskrivelse av disse prinsipper som er vesentlig for en forståelse av oppfinnelsen vil derfor bli gitt i det etterfølgende.

Når en flamme anvendes som en varmekilde, enten i et industribrennstoff for metallbearbeidelse, såsom skjæring, eller for varmeoverføring i hjemoppvarming eller liknende, er det to varme-overførings mekanismer i aktivitet når en flamme anvendes som varmekilde. Den ene av disse fremkommer som følge av den kinetiske energi ved forbrenningen av gassmolekyler, ofte benevnt varmeoverføring ved konveksjon, og den annen som følge av flammens varmeenergistråling. Forbrenningen av en brenngass setter først gassmolekylene i en tilstand av hurtig bevegelse. Disse molekyler kolliderer deretter med overflaten til materialet som skal bearbeides og setter ved overføring av deres kinetiske energi molekylene i materialet som skal bearbeides i hurtig vibrasjon. Disse treffer på sin side andre metallmolekyler og overfører således bevegelsen til den annen side av materialet som skal bearbeides.

Jo høyere forbrenningsvarmen til en brenngass er desto høyere er temperaturen i flammen og desto høyere er gassmolekyl-enes kinetiske energi. Følgelig kan det pr. tidsenhet overføres mer kinetisk energi (varme) til en gitt metalloverflate som skal bearbeides, slik at det frembringes den ønskete smelting eller fordampning av metallet i løpet av et kortere tidsrom.

I tillegg er en flamme også en kilde for elektromagnetisk stråling. Dette forhold mellom utstrålingen av elektrisk stråling for et oppvarmet fast stoff og absorpsjonen av stråling av et annet fast stoff er gitt av Kirchhoffs strålingslov. Denne lov angir ganske enkelt at en gitt substansevne til å emitere stråling når den oppvarmes pr. proporsjonal med dens evne til å absorbere stråling. Når stråling således absorberes fullstendig av en substans omdannes den til varme idet varmemengden er ekvivalent med den totale energi til den absorberte stråling.

Varmestrålebølger, såsom synlig lys, er elektromagnetiske bølger og har alle de generelle egenskaper som er kjent hos synlig lys. I denne forbindelse avhenger som hos lys hastig-heten som et legeme utstråler eller absorberer varme med ikke bare av den absolutte temperatur, men også av egenskapene til de eksponerte flater. Gjenstander som er gode varmeutstrålere absorberer også samme type stråling godt.

Utstrålings- og absorpsjonsegenskapene for strålingsenergi varierer selvfølgelig.for ulike materialer. Et metall,

en legering, et grunnstoff eller liknende materiale vil således ha andre utstrålings- og absorpsjonsegenskaper for strålingsenergi enn et annet metall, en annen legering eller et annet grunnstoff.

Det har nå vist seg at de strålingsenergibølger som har samme frekvenser som atomene i metallet, legeringene eller grunnstoffet som skal bearbeides absorberes meget effektivt.

Hvert metall, grunnstoff, legering eller annet materiale som skal varmebearbeides har et generelt område for bølgelengder for strålingsenergi som kan absorberes mest effektivt. Når metallet derfor utsettes for en kilde for emisjoner av strålingsenergi hvor kilden emitterer en høy prosentandel av de strål-ingsenergibølger med samme bølgelengde som materialet som skal bearbeides vil absorberes mest effektivt, oppnås det en maksimal effektivitet for overført strålingsenergi. En kritisk faktor ved. mest mulig effektiv anvendelse av brenngass er således ikke den maksimale temperatur som oppnås under forbrenningen av brenngassen med oksygenblandinger, men om den brennende brenngass vil emitere strålingsenergi av en bølgelengde som er mest mottakelig for absorpsjon av materialet som skal behandles eller ikke.

Energi lagres i en brenngass i kraft av de kjemiske egenskaper i brenngassen som følge av anordningen av atomene og elektronene i molekylene. Når et brennstoff brennes frigjøres således varme. Varmemengden som avgis pr. masseenhet av fullstendig brent brenngass benevnes dens forbrenningsvarme. Ved brenningen av en brenngass frigjøres således den energi som behøves for å danne forbindelsene i brenngassen ved forbrenningen av denne.

Et ytterligere mål på effektiviteten til en brenngass

er undersøkelsene av avgassene etter forbrenningen av brennstoffet. Fullstendig forbrenning av en hydrokarbonbrenngass vil frembringe bare karbondioksyd og vann som biprodukter. Dette er ytterst fordelaktig idet karbondioksyd og vann er uskadelige biprodukter, ikke skadelige forurensningskilder. Den grad en brenngass frembringer ufullstendig forbrenning og produserer for eksempel karbondioksyd er således en indikasjon på manglende fullstendig forbrenning, og derfor manglende fullstendig fri-gjøring av forbrenningsvarme hos brenngassen, og derfor manglende effektivitet.

Ifølge oppfinnelsen har det vist seg at visse tilsetningsmidler, som alle er forbindelser som er ugiftige, som når de forbrennes produserer ikke-forurensende biprodukter og som er sikre når det gjelder håndtering, øker brennstoffets arbeidskapasitet vesentlig. Selv om man ikke ønsker å være bundet til noen teori antas det at ved tilsetning til en industribrenngass bevirker brennstofftilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen økt brennstoffeffektivitet og arbeidskapasitet som følge av den økte energi som frigjøres av forbrenningsarmen hos brennstofftilsetningsmidlene. Når således industribrenngass, såsom en naturgass, mettes med tilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen, blandes med oksygen og brennes er mye mer varme tilgjengelig for frigjøring av flammen og resulterer i en meget varmere flamme.

Det har dessuten vist seg at effektiv varmeoverføring oppnås når tilsetningsmidlet er et middel som vil emittere strålings energi ved bølgelengder som lettvint absorberes av materialet, metallet, legeringer eller liknende, som skal bearbeides.

Industribrenngassene som anvendes i industrien er selv-følgelig i gasstilstand. Tilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen er ved omgivelsesforhold i væskéform. Men i en typisk operasjon hvor det anvendes en konvensjonell industrigass ledes brennstoffet før forbrenning gjennom en beholder som inneholder tilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen. Industrigassen fordamper et kvantum av de væskeformige tilsetningsmidler ifølge oppfinnelsen som er proporsjonal med damptrykket. For fullstendig metning av en industribrenngass med damper av de væskeformige tilsetningsmidler ifølge oppfinnelsen kan det være nødvendig å lede industribrenngassen gjennom to eller flere beholdere med væskeformige tilsetningsmidler, hvilke kan anbringes i rekker.

Tilsetningsmidlene som .er egnet for bruk sammen med industribrenngasser som beskrevet ovenfor kan beskrives som vanligvis væskeformet ved omgivelsesforhold, forbindelser som når de forbrennes gir bare karbon- og hydrogeninneholdende biprodukter og består av hydrokarboner, alkoholer, estre eller blandinger av disse.

Foretrukne hydrokarboner er hydrokarboner med fra og med

5 til og med 20 C-atomer i form av rettlinjete og forgrenete alkaner og cykloalkaner, rettlinjete og forgrenete alkener og cykloalkener, aromatiske forbindelser i form av mononukleare aromatiske forbindelser, dvs. benzener, og polynukleare aromatiske naftalener, antrazener og fenantrener. Dessuten C^- til C^q-arener, nemlig substituerte benzener med rettlinjete og forgrenete kjeder.

Eksempler på egnete C^- til C2Q-alkaner er n-Pentan, 2-metylbutan, 2 , 2-dimetylpropan, n-hexan, 2-metylpentan, 3-metylpentan, 2,2-dimetylbutan, 2 , 3-dimetylbutan, n-heptan, 2-metylheksan, 3-metylheksan, 3-etylpentan, 2,2-dimetylpentan, 2,3-dimetylpentan, 2,4-dimetylpentan, 3,3-dimetylpentan, 2,2,3-tri-metylbutan, n-oktan, 2-metylheptan, 3-metylheptan, 4-metylheptan, 3- etylheksan, 2>2-dimetylheksan, 2,3-dimetylheksan, 2,4-dimetylheksan, 2,5-dimetylheksan, 3,3-dimetylheksan, 3,4-dimetylheksan, 2-metyl-3-etylpentan, 3-metyl-3-etylpentan, 2,2,3-trimetylpentan, 2,2,4-trimetylpentan, 2,3,3-trimetylpentan, 2,3,4-trimetylpentan, 2,2,3,3-tetrametylbutan, n-nonan, 2-metyloktan, 3-metyloktan, 4- metyloktan, 3-etylheptan, 2,2-dimetylheptan, 2,6-dimetylheptan, 2.2.4- trimetylheksan, 2,2,5-trimetylheksan, 2,3,3-trimetylheksan, 2.3.5- trimetylheksan, 2,4,4-trimetylheksan, 3,3,4-trimetylheksan, 3,3-dietylpentan, 2,2-dimetyl-3-etylpentan, 2,4-dimetyl-3-etylpentan, 2,4-dimetyl-3-etylpentan, 2,2,3,3-tetrametylpentan, 2,2,3,4-tetramétylpentan, 2,2,4,4-tetrametylpentan, 2,3,3,4-tetrametylpentan, n-dekan, 2-metylnonan, 37inetylnonan, 4-metylnonan, 5-metylnonan, 2,7-dimetyloktan, 2,2,6-trimetylheptan, n-undekan, n-dodekan, n-tridekan, n-tetradekan, n-pentadekan, n-heksadekan, n-heptadekan, n-oktadekan, n-nonadekan samt n-eikosan.

Eksempler på egnete C^- til C^Q-cykloalkaner omfatter cyklopentan, metylcyklopentan, etylcyklopentan, 1,1-dimetyl-cyklopentan, cis-1,2-dimetylcyklopentan, trans-1,2-dimetyl-cyklopentan, cis-1,3-dimetylcyklopentan, trans-1,3-dimetyl-cyklopentan, n-propylcyklopentan, isopropylcyklopentan, 1-metyl-l-etylcyklopentan, cis-l-metyl-2-etylcyklopentan, trans-1-mety1-2-etylcyklopentan, cis-l-metyl-3-etylcyklopentan, trans-1- metyl-3-etylcyklopentan, 1,1,2-trimetylcyklopentan, 1,1,3-trimetylcyklopentan, 1,cis-2,cis-3-trimetylcyklopentan, 1,cis-2, trans-3-trimetylcyklopentan, 1,trans-2, cis-3-trimetylcyklopentan, .1,cis-2,cis-4-trimetylcyklppentan, 1,cis-2,trans-4-trimetylcyklopentan, 1,trans-2,cis-4-trimetylcyklopentan, n-butylcyklopentan, isobutylcyklopentan, sek-butylcyklopentan, tert-butyl-eyklopentan, cis-l-metyl-2-n-propylcyklopentan, trans-l-metyl-2- n-propylcyklopentan, l-metyl-2-isopropylcyklopentan, cis-1, 2-dietylcyklopentan, trans-1,2-dietylcyklopentan, cykloheksan, metylcykloheksan, etylcykloheksan, 1,1-dimetylcykloheksan, cis-1,2-dimetylcykloheksan, trans-1,2-dimetylcykloheksan, cis-1,3-dimetylcykloheksan, trans-1,3-dimetylcykloheksan, cis-1,4-dimetylcykloheksan, trans-1,4-dimetylcykloheksan, n-propyl-cykloheksan, isopropylcykloheksan, 1,1,2-trimetylcykloheksan, 1,1,3-trimetylcykloheksan, 1,trans-2,trans-4-trimetylcykloheksan, n-butylcykloheksan, isobutylcykloheksan, sek-butylcykloheksan, tert-butylcykloheksan, l-metyl-4-isopropylcykloheksan, cyklo-treptan, etylcykloheptan, cyklooktan, metylcyklooktan samt cyklo-nonan.

Eksempler på noen av de egnete og representative hydro-karbonforbindelser i gruppen C^- til C^Q-alener omfatter 1-penten, cis-2-penten, trans-2-penten, 2-metyl-l-buten, 3-metyl-1-buten, 2-metyl-2-buten, 1-heksen, cis-2-heksen, trans-2-heksen, cis-3-heksen, trans-3-heksen, 2-metyl-l-penten, 3-metyl-l-penten, 4-metyl-l-penten, 2-metyl-2-penten, 3-metyl-trans-2-penten, 3-metyl-cis-2-penten, 4-metyl-cis-2-penten, 4-metyl-trans-2-penten, 3- metyl-cis-2-penten, 4-metyl-trans-2-penten, 2,3-dimetyl-l-buten, 3,3-dimetyl-l-buten, 3,3-dimetyl-2-buten, 1-hepten, cis-2-hepten, trans-2-hepten, cis-3-hepten, trans-3-hepten, 4,4-dimetyl-l-penten, 2,3-dimetyl-2-penten, 2,3,3-trimetyl-l-buten, 1-okten, cis-2-okten, trans-2-okten, trans-3-okten, cis-4- okten, trans-4-okten, 2-metyl-l-hepten, 2,3-dimetyl-2-heksen, 2,3,3-trimetyl-l-penten, 2,4,4-trimetyl-l-penten, 2,4,4-trimetyl-2-penten, 1-nonen, 2,3-dimetyl-2-hepten.

Eksempler på egnete C^- til C2Q-cykloalkener omfatter cyklopenten, cykloheksen, 4-metylcykloheksen-l, 4-vinyl-cykloheksen-1 samt 1,5-cyklooktadien.

Eksempler på egnete aromater omfatter benzen og når det gjelder polynukleare aromater, antrazen og fenantren og med hensyn til arener, toluen, etylbenzen, 1,2-dimetylbenzen, 1,3-dimetylbenzen, 1,4-dimetylbenzen, n-propylbenzen, isopro-.pylbenzen, l-metyl-2-etylbenzen, l-metyl-3-etylbenzen, 1-metyl-4-etylbenzen, 1,2,3-trimetylbenzen, 1,2,4-trimetylbenzen, 1,3,5-trimetylbenzen, n-butylbenzen, isobutylbenzen, sek-butylbenzen, tert.-butylbenzen, l-metyl-2-isopropylbenzen, l-metyl-3-isopro-pylbenzen, l-metyl-4-isopropylbenzen, styren, n-metylstyren, cis-metylstyren, trans-metyls.tyren, o-metylstyren, m-metylstyren, p-metylstyren samt fenylacetylen.

De foretrukne tilsetningsmidler av hydrokarbontilsetnings-midlene er cykloalkaner og alkaner med rettlinjete og forgrenete kjeder og med fra og med 5 til og med 8 C-atomer og alkener og cykloalkener med fra og med 5 til og med 8 C-atomer.

Egnete alkoholer er C^- til C^-mono-, di- og polyalkoholer av de ovenfor nevnte hydrokarboner. De foretrukne alkoholer er mono-, di- og polyalkoholene av de ovenfor nevnte C,.- til Cg-hydrokraboner- og omfatter pentanoler, heksanoler, heptanoler, oktanoler, pentenoler, heksenoler, heptenoler samt oktenoler.

Eksempler på egnete estre er estre som inneholder fra og med 5 til og med 20 C-atomer av både alifatiske og aromatiske karboksylsyrer, forutsatt at esteren er en væske under omgiv-elsesf orhold . De foretrukne estre er C b - til coo-inneholdendeestre av lavere C^ til C^-alkoholer og lavere C^- til C^-alifatiske karboksylsyrer.

Som nevnt kort ovenfor er det viktig at tilsetningsmidlene til industribrennstoffene er væskeformige under omgivelsesforhold av flere årsaker. For det første er de væskeformige tilsetningsmidler lettest å håndtere, for det annet har disse væskeformige tilsetningsmidler med kortere kjeder et betydelig damptrykk under omgivelsesforhold og kan lettvint fordampes for hensikts-messig blanding med industribrenngasser og for det tredje er de lett tilgjengelige.

En kjedelengde på fra ca. C^til ca. C^q har vist seg å være det praktiske området for anvendelse i denne oppfinnelse. Når kjeden er kortere enn C,. har det vist seg at hydrokarbonets eller alkoholens eller esterens forbrenningsvarme er så lav at det ikke oppnås noen vesentlig forbedring i brennstoffutnyttelse. Når på den annen side kjedelengden er på over C^q er mange av forbindelsene ikke væskeformige, ikke lettilgjengelige, og dersom de er tilgjengelige og sogar væskeformige har de så lave damptrykk at det ikke vil forekommer vesentlig fordampning,

noe som resulterer i en meget liten mengde av tilsetningsmidlet i en industribrenngass..

Det er også viktig å merke seg at tilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen er usubstituerte forbindelser. Det vil si at de består bare av hydrogen og karbon, og når det gjelder alkoholer og estre oksygen i tillegg. Det kan ikke forekomme noen sub-stitusjon med for eksempel svovel, klor, andre halogener eller liknende. Dette er meget viktig idet det har vist seg at substituerte hydrokarboner, alkoholer og estre vil frembringe uønskete forurensningsbiprodukter ved forbrenning. For eksempel vil forbindelser som inneholder svovel og nitrogen frembringe svovel-og nitrogenoksyder som er kjent for å være skadelige, forurensende stoffer. Det er således viktig at alle forbindelsene er usubstituert.

Mengden brennstoffgass-tilsetningsmiddel som anvendes kan selvfølgelig variere og det sier seg selv generelt at jo større mengden tilsetningsmiddel som blandes med industribrenngassen desto større er forbrenningsvarmen og potensialet for effektiv varmeoverføring-som følge av den økte arbeidskapasitet for brennstoffet ved forbrenning. Men det har vist seg at når det forbrennes for rike sammensetninger som inneholder usedvanlig høye prosentandeler av brennstofftilsetningsmidler ifølge oppfinnelsen, er det en tendens til ufullstendig forbrenning, noe som resulterer i minsket effektivitet og selvfølgelig økte omkost-ninger og en økning i mengden karbonmonoksyd. Det har generelt vist seg at tilfredsstillende nivåer av tilsetningsmidlene ligger på fra ca. 0,1 volumprosent opptil metningsnivået ved det gitte temperatur- og trykkbetingelser for brenngassen. Som en generell rettesnor oppnås det tilfredsstillende resultater når mengden tilsetningsmiddel ligger på fra ca. 1,62 kg tilsetningsmiddel pr. 100 1 brenngass til 0,54 kg tilsetningsmiddel pr. 100 1 brenngass idet 0,81 kg tilsetningsmiddel pr.

100 1 brenngass foretrekkes.

Når det gjelder brennstoff som anvendes for kjeleoppvarming og hjemoppvarming har det vist seg at fra ca. 0,81 kg tilsetningsmiddel pr. 100 1 brenngass til ca. 27 kg pr. 100 1 brenngass er et egnet område, idet 0,40 kg tilsetningsmiddel

pr. 100 1 brenngass er mest foretrukket.

Generelt kan det sies at forbindelsene med rettlinjete kjeder virker bedre enn forbindelser med forgrenete kjeder og derfor foretrekkes. Alkener virker litt bedre enn mettete forbindelser og foretrekkes derfor. Langkjedete forbindelser inn-virker meget godt på forvarming og foretrekkes derfor i forbindelser som er beregnet ,til å frembringe hurtig forvarming. Ringer under spenning virker bedre enn stabiliserte ringer, dvs. at cyklopenten er et bedre tilsetningsmiddel enn cykloheksan.

De etterfølgende eksempler er gitt for å illustrere oppfinnelsen ytterligere, men uten å begrense denne.

Eksempler 1- 19.

I eksemplene 1-17 var som vist i tabellen nedenfor den anvendte brenngass naturgass som bestod nesten utelukkende av metan. Generelt kan det sies at mengden metan i naturgass utgjør ca. 97% av naturgassen. Den resterende del omfatter lavere alkaner, vanligvis C«til C^, alle i mindre mengder. I tillegg omfatter tabellen nedenfor i eksempler 18 og 19 anvendelse av propan som industribrenngass. Kontrollnumrene 1 og 2 er vist i tabellen for å angi egenskapene til naturgass uten brennstofftilsetningsmidler.

Ved utførelse av forsøkene som er vist i tabellen som angir eksemplene 1-19 ble det benyttet følgende fremgangsmåte. Dobbelprøve generatorer ble konstruert. Disse identiske enheter var innrettet til å frembringe et varierere væskenivå av tilsetningsmiddel og frembrakte således et middel til å kontrollere darapkonsentrasjonen i brengassen. Skjærebrenneren som ble anvendt var av konvensjonell konstruksjon og hadde en standard dyse HF-7. Alle analysene som er angitt i eksemplene 1-19 ble utført med gasskromatograf under anvendelse av enten flammeionisering eller varmeledningsdetektorer. Standard skjærebetingelsene som ble benyttet for å frembringe forsøkssnittene for å frembringe brenn-gassens effektivitet ble utført for hver undersøkt brenngass ved å regulere flammen inntil optimale skjærebetingelser var oppnådd for brenngassen uten tilsetning av tilsetningsmiddel. Dette snitt tjente deretter som standard for bedømmelse av kvaliteten av skjærebrennersnittene for vurdering av brennstofftil-setningsmidlets effektivitet. Ved begynnelsen av hvert forsøk ble generatoren fylt helt med flytende tilsetningsmiddel. Brenngassen ble deretter ledet gjennom generatoren for å fordampe et kvantum av tilsetningsmidlet som deretter ble ført av brenngassen inn i den brennende brenner. Brenneren ble regulert til en optimal flamme, og en størst mulig akseptabel skjærehastighet ble opprettet.

Væskenivået ble deretter senket i dampgeneratoren ved å regulere dets .høyde til ca. 30,5 cm, og det ovenfor beskrevne skjæreforsøk ble gjentatt. Deretter ble generatorens væskenivå regulert til ca. 15,2 cm, og skjæreforsøket ble gjentatt en gang til. Av de tre forsøk med hver prøve ble det forsøk som gav den optimale skjærehastighet valgt for videre vurdering. Det ble anvendt en forsøksstang av høykarbonholdig stål med en omtrent-lig tykkelse på 5,1 cm. Det ble deretter etablert en forvarmings-tid for flammen ved å bestemme den tid som medgikk før et lokal-isert punkt på metallet ved den første oppvarming ble gjennom-boret. Det ble tatt prøve på avgassene, og en prøve av brenngassen pluss tilsetningsmidlet ble fjernet for analyse.

I hvert av forsøkene ifølge eksemplene 1-19 ble forholdet mellom brennstoff og oksygen regulert inntil den best mulige skjæreflamme var oppnådd under hvert sett av forsøksbetingelser. I hvert eksempel ble samme stålemne anvendt. Likeledes ble samme brenner anvendt i alle forsøkene. I hvert av eksemplene 1-19 var snittet et godt snitt som oppviste et rettlinjet snitt med liten eller ingen tilbakerulling, ingen tegn på uregelmessig overflate og uthuling, og det fantes lite slagg, og den slagg som fantes var lett å fjerne. I eksemplene 1-17 ble det anvendt naturgass som brennstoff og i eksemplene 18 og 19 ble det anvendt propan.

Brennstoffbesparelser, oksygenbesparelser og produksjons-besparelser ble beregnet på følgende måte:

S-^= sk jærehastighet i cm/min med tilsetningsmiddel S2= skjærehastighet i cm/min med bare naturgass.

F^ = antall cm skåret pr. minutt med tilsetningsmiddel. F2= antall cm skåret pr. minutt med bare naturgass.

0^ = antall cm skåret pr. 1 me& tilsetningsmiddel. C>2 = antall cm skåret pr. 1 0 ? med bare naturgass.

I eksemplene ovenfor ble brennstoffbesparelsene, oksygen-besparelsene og produksjonsøkningen beregnet som angitt ovenfor.

Det fremgår ved sammenlikning av brennstoffene hvor det

ble anvendt brennstofftilsetningsmiddel ifølge oppfinnelsen med kontrollbrennstoffene i kontrollprøvene 1 og 2 at det ble oppnådd en vesentligøkning i skjærehastighet, at brennstoff- og oksygeneffektivitetene ble øket sterkt, at forvarmingstiden ble minsket og som forklart ovenfor at kvaliteten på snittet var bedre.

Eksempel 20

Dette eksempel er et eksempel på en industrigass anvendt for kjeleoppvarming. Brennstoffet bestod av fire volumdeler nor-mal pentan, fire volumdeler isopentan og en del heksanisomerer. I dette eksempel vil dette heretter bli benevnt tilsetningsmiddel-sammensetning.

Den anvendte kjel var en Powermasterenhet, modell 3, med

en ytelse i hestekrefter på 200, en avgitt effekt på 1.687.140 kilokalorier pr. time, en dampytelse på 3.133 kg/time og en vannkapasitet pr, m 2 på 481.000. Kjelens totale dimensjoner var lengde 543, 3 cm, bredd-e 198 cm og høyde 289 ,5 cm.

Fødevann til kjelen bestod av kondensat fra atskillige oppvarmingsenheter på forskjellige steder i en fabrikk. Naturgass ble tilført til forbrenningskammeret gjennom en vanlig brenneranordning. Luft til brenneren ble tilført med et konstant volum og trykk av en vifte på 5 hestekrefter. Brennstoff som ble tilført til brenneren ble automatisk regulert ved hjelp av vanlige ventiler. Kjelens damptrykk ble holdt på ca. 0,7 kg/ cm 2 med et fuktighetsinnhold på mindre enn 0,5%. Det ble utført to prøver med denne kjel. I en første prøve ble bare naturgass tilført til brenneren mens luft ble tilført til brenneren med en vifteenhet med konstant hastighet og med en motor på 5 hestekrefter.

Energiytelser bestod av tørr, mettet damp på 0,7 kg/cm 2, røkgass med en temperatur på fra 149 til 163°C samt stråling fra kjelens overflate.

Kjeleforsøkene ble utført under anvendelse av ca. 9 cal/l tilført naturgass, og en nøyaktig dobbelprøve ble utført under anvendelse av naturgass som inneholdt tilsetningsmiddelsammensetningen i en mengde av ca. 39 g/l naturgass.

Resultater:

Anvendt brennstoff:

naturgass uten tilsetningsmiddel = 43.457 l/time. naturgass med tilsetningsmiddel = 29.464 l/time. Brennstofføkning 13.993 l/time

Vann tilført til kjelen:

Tid under trykk (0,949 kg/cm 2)

Det mest vesentlige fremskritt i dette forsøk er den mest bemerkelsesverdige besparelse i brennstoff som ble oppnådd når naturgassen anvendes sammen med tilsetningsmiddelsammensetningen ifølge oppfinnelsen. Beregnet av behovet for ytterligere brennstoff kreves det 47% mer naturgass uten tilsetningsmiddelsammensetningen for å utføre samme arbeidsmengde som en 47% mindre mengde naturgass med tilsetningsmiddelsammensetningen ifølge oppfinnelsen.

Man bør merke seg at tilsetningsmidlet bør være ikke-korrosivt overfor metalleger.ihg eller liknende materiale som skal bearbeides. Dessuten bør det emittere strålingsenergi ved en bølgelengde i området for størst absorpsjonsevne for metallet, legeringen eller liknende materiale som skal bearbeides.

Dersom ett eller flere av de ovenfor beskrevne, ikke-korrosive tilsetningsmidler er tilstede vil det emitteres strålingsenergi ved en bølgelengde i det bølgelengdeområde med størst absorpsjonsevne for materialet som skal behandles. Resultatet er en økt hastighet for utførelse av arbeidet, anvendelse av en minimal mengde brenngass, en øket kvalitet på snitt, sveiser, slaglodding, uthuling, smelting, oppvarming eller liknende behandlinger, og idet arbeidet utføres meget hurtig er det en bemerkelsesverdig liten forandring i hardhetsegenskapene til metallet, legeringen eller liknénde materialer som bearbeides. Idet hardhetsegenskapene ikke er blitt forandret, og krystallstrukturen ikke er under spenning kan følgelig metallet maskin bearbeides lettvintere senere. Det oppnås således ifølge oppfinnelsen alle de angitte formål.

Claims (20)

1. Industribrennstoff, karakterisert ved at det omfatter en industribrenngass og som tilsetningsmiddel fra ca. 0,1 volumprosent av gassen opptil metning av en under omgivelsesforhold vanligvis væskeformig hydrokarbon, alkohol, ester eller blandinger av disse.

2. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at brenngassen er naturgass.

3. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at brenngassen er propan.

4. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at brenngassen er butan.

5. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at brenngassen er acetylen.

6. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at tilsetningsmidlet omfatter alkaner og cykloalkaner med rettlinjete og forgrenete kjeder og med 5-20 karbonatomer, alkener og cykloalkener med rettlinjete og forgrenete kjeder og med 5-20 karbonatomer, alkyner og cykloalkyner med rettlinjete og forgrenete kjeder og med 5-20 karbonatomer, mono- og polynukleare aromater med mindre enn 20 karbonatomer samt arener med 7-20 karbonatomer.

7. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er en alkohol i form av mono-, di- og polyoler med 5-20 karbonatomer.

8. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er en ester méd en kjedelengde på 5-20 karbonatomer.

9. Brennstoff i samsvar méd krav 6, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er en alkan med 5-8 karbonatomer .

10. Brennstoff i samsvar med krav 6, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er en cykloalkan med 5-8 karbonatomer.

11. Brennstoff i samsvar med krav 6, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er en alken med 5-8 karbonatomer.

12. Brennstoff i samsvar med krav 6, karakterisert ved at tilsetningsmidlet er en cykloalken med 5-8 karbonatomer.

13. Brennstoff i samsvar, med krav 7, karakterisert ved at alkoholen har en kjedelengde på 5-8 karbonatomer.

14. Brennstoff i samsvar med.krav 8, karakterisert ved at esteren er en ester med 5-8 karbonatomer av alkoholer med 1-4 karbonatomer og alifatiske karboksylsyrer.

15. Brennstoff i samsvar med krav 1, karakterisert ved at mengden tilsetningsmiddel utgjør fra ca.

0,54 til ca. 1,62 kg pr. 100 1 brenngass.

16. Fremgangsmåte for bearbeidelse av et metallarbeidsstykke ved minimal krystallspenning på arbeidsstykket, karakterisert ved fordampning av fra ca. 0,1 volumprosent opptil metning av en vanligvis flytende hydrokarbon, alkohol eller ester i en industrigass for å frembringe et brennstoff, forbrenning av brennstoffet, samt bearbeidelse av arbeidsstykket med det forbrennende brennstoff.

17. Fremgangsmåte til økning av arbeidskapasiteten til ét industribrennstoff, karakterisert ved at brennstoffet tilsettes fra ca. 0,1 volumprosent opptil dampmet-ning, beregnet av brennstoffet, av en vanligvis væskeformig hydrokarbon, alkohol eller ester.

18. Fremgangsmåte for formulering av en industribrenngass for skjæring, slaglodding, sveising, uthuling, oppvarming og smelting av metaller, legeringer og liknende materialer, karakterisert ved at den omfatter bestemmelse av den optimale bø lgelengde for strålings-energiabsorpsjon i materialet som skal bearbeides, tilsetning av et egnet, ikke-korrosivt, organisk materiale til brenngassen, idet tilsetningsmidlet når det forbrenner emitterer en høy prosentandel strålingsenergi ved den bølge-lengde som lettest absorberes av materialet som skal behandles.

19. Fremgangsmåte for skjæring, slaglodding, sveising, uthuling, oppvarming og smelting av metaller, legeringer og liknende, karakterisert ved at den omfatter bestemmelse av den' optimale bølgelengde for strålings-energiabsorpsjon i materialet som skal bearbeides, tilsetning av et egnet, ikke-korrosivt, organisk materiale til en brenngasskilde, idet tilsetningsmaterialet når det forbrennes er innrettet til'å emittere varmeenergi i bølge-lengdeområdet for optimal varmeabsorpsjonsevne hos materialet som skal bearbeides, samt skjæring, slaglodding, sveising, uthuling, oppvarming og/ eller smelting av materialet som skal bearbeides med en brenn-bar blanding av den tilsetningsmiddelinneholdende brenngass og oksygen

20. Fremgangsmåte for skjæring eller slaglodding av arbeids-stykker i form av kjeramiske materialer, og metaller i fast tilstand, ved varmeenergioverfø ring, omfattende strålingsenerg.i-absorpsjon, karakterisert ved at den omfatter dannelse av en brenngassblanding ved å blande et gass-formig hovedbrennstoff i form av metan, propan, acetylen og blandinger av disse med et supplerende, organisk varmetilsetningsmiddel og oksygen, idet det organiske varmetilsetnings middel omfatter en rekke brennbare hydrokarboner som ved forbrenning emitterer strålingsenergibølger i område med størst absorbsjonsevne hos materialene som skal skjæres eller slagloddes og som er ikke-korrosive overfor materialet som skal skjæres eller slagloddes, idet det organiske varmetilsetningsmidlet tilsettes til det gassformige hovedbrennstoff i en mengde på fra til 20 vektsprosent av det gassformige hovedbrennstoff, preparering av arbeidsstykket for skjæring eller'slaglodding ved å øke temperaturen i et lokalt område av arbeidsstykket som skal skjæres eller slagloddes til en temperatur som er egnet for skjæring eller slaglodding, samt forbrenning av brenngassblandingen som inneholder det organiske varmetilsetningsmiddel i en slik stilling i forhold til arbeidsstykket hvis temperatur er blitt øket, slik at strålingsenergi overføres i bølgelengdeområdet med størst absorbsjonsevne hos arbeidsstykket, og konveksjonsvarmeenergi til arbeidsstykket i en tilstrekkelig mengde til å bevirke en tilstandsforandring hos arbeidsstykket.