DE1545448C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Brenngasgemischs zum Sauerstoffbrennschneiden und Schweißen von Metallen - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Brennstoffs beziehen, und 1 bis 3 Teilen pro Gewichtsrichtung zur Herstellung eines Brenngasgemischs zum teil Katalysator eines Lösungsstabilisators aus einem

Sauerstoffbrennschneiden und Schweißen von Me- Terpenkohlenwasserstoff, gegebenenfalls im Gemisch

tallen. mit Monophenylcarbinol, einem Alkyläther dieses

Es ist bereits bekannt, beispielsweise beim Gas- 5 Carbinols oder einem aliphatischen Ester einer aromaschweißen, ein Brenngas mit Sauerstoff je nach der tischen Carbonsäure, oder aus einem aliphatischen Empfindlichkeit des Werkstoffes gegen die Aufnahme Ester einer aromatischen Carbonsäure bestehtr
einzelner Gasbestandt ;ile oder nach Reaktionsfähig- Der gasförmige Brennstoff wird aus der Gruppe keit zu mischen. Dabei kann es sich bsi dem. Brenngas jener erwähnten gesättigten oder ungesättigten alium Wasserstoff, Methan, Propan, Acetylen, Benzol- ίο phatischen'Kohlenwasserstoffe gewählt, die gewöhndampf, Kohlenoxyd, Stadtgas oder Wassergas han- lieh für Schweiß- oder Sauerstoffbrennschneidvordeln. Hierbei werden jedoch die Gase lediglich im gänge verwendet werden! Vorzugsweise verwendet man gasförmigen Zustand miteinander gemischt, und das bereits erwähnte Propan, allein oder gemischt mit durch diese bekannten Verfahren werden Brennstoff- Propylen, und zwar des hohen Heizwertes und des gemische erzielt, die nicht den maximalen Heizwert 15 hohen Dampfdrucks dieser Kohlenwasserstoffe wegen, ergeben und somit auch nicht das schnellstmögliche Der flüssige Verbrennungsaktivator wirkt in der Arbeiten gestatten. Art eines Beschleunigers. Er erteilt dem Brennstoff-

Das bekannte Sauerstoffbrennschneiden beruht auf gemisch eine größere Verbrennungsgeschwindigkeit einer Oxydation des Metalls durch den Sauerstoff, und -ermöglicht vor allem ein rasches Arbeiten bei der wobei das Oxyd geschmolzen und mit Hilfe des Sauer- 20 Warmbehandlung, von Metallen. Bei diesem Aktistoffstrahles entfernt wird. Die Oxydation erfolgt vator kann es sich um einen Äther, z. B. Äthyläther bekanntermaßen bei einer sogenannten Zündtempera- handeln. In Bezug auf den Geruch, die Vergiftungstur, die unter dem Schmelzpunkt liegt und an allen gefahr und die . Wirksamkeit wird jedoch die ~ Verstellen des mit dem Sauerstoffstrahl bearbeiteten Wendung eines flüssigen Halogenäthers bevorzugt, Werkstückes erreicht werden muß. 25 insbesondere eines Chloräthers, der besonders wirt-

Es wurden schon zahlreiche Brenngasgemische der schaftlich und vorteilhaft ist. Unter den Chloräthern

erwähnten Art vorgeschlagen, die es ermöglichen, die kann man als Beispiel Chlormethoxymethan (Siede-

eine oder andere hierfür erforderliche Bedingung punkt 57,5°C), Chloräthoxyäthan (Siedepunkt 107

möglichst gut zu erfüllen, aber im allgemeinen werden bis 108° C), Chlormethyläthyläther(Siedepunktll2°C),

die bekannten Ergebnisse auf Kosten gewisser Nach- 30 Chlormethylisopropyläther(Siedepunkt 101 bis 102°C),

teile erzielt. Hierbei handelt es sich in erster Linie um Chlormethylisobutyläther (Siedepunkt 131°C) und

die höheren Gestehungskosten, die Schwierigkeiten, Chlormethyl-jS-chloräthyläther (Siedepunkt 154°C)

ein homogenes Gemisch zu erzielen, die steigende nennen.

Vergiftungsgefahr wegen der Anwesenheit gewisser Der Aktivator wird in einer Menge von 1 bis 12 %,

Zusätze und anderes mehr. 35 bezogen auf das Brennstoff gewicht, vorzugsweise 5

Es wurde bereits Brenngas durch Vermischen von bis 10%> verwendet; größere Mengen bringen keiner-

Propan, Propylen oder einer Mischung dieser Gase lei zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteil,

mit etwaigem geringen Gehalt an Butan mit einem Um die Verdampfung dieses Aktivators zu fördern

Zusatz aus Propylenoxyd oder einem Gemisch aus und eine gleichmäßige Vermischung mit dem Brenngas

Prop)lenoxyd und Diäthyläther hergestellt. Ein an- 40 zu erzielen, setzt man dem Aktivator Isopentan, das

deres Brenngas wurde aus bestimmten Mengen natür- einen hohen Heizwert und 'einen hohen Dampfdruck

liehen und synthetischen gasförmigen Brennstoffen, hat und in dem Aktivator löslich ist, in praktisch der

Äther und Benzin unter bestimmten Temperatur- und gleichen Menge wie den Aktivator, d. h. zwischen 1

Druck bedingungen erhalten. Auch Gemische aus-Di- ■ und 12 °/₀, "vorzugsweise zwischen-5 und 10%, be-

methyläther und Propan in speziellen Mischungsver- 45 zogenauf das Gewicht desverwendetenBrennstoffes,zu.

hältnissen wurden als Brenngas eingesetzt. Gegenüber Zwecks Förderung der Oxydationsreaktion der

diesen bekannten Brenngasen zeichnet sich das er- einzelnen Bestandteile durch den Sauerstoff bedient

findungsgemäß erhältliche Brenngas, wie durch den man sich erfindungsgemäß eines Katalysators. Zu

später aufgeführten Vergleichsversuch nachgewiesen diesem Zweck, setzt man der in dem Gemisch von

wird, durch eine wesentlich günstigere Schneidwirkung 5° Verbrennungsaktivator und die Verdampfung des

bei geringerem Brenngasverbrauch aus. Verbrennungsaktivators fördernden Isopentan be-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor- stehenden flüssigen Phase 0,1 bis 1% Pyridin oder

her erwähnten Nachteile zu vermeiden und die Wirt- Alkylpyridine, bezogen auf das Gewicht des Brenn-

schaftlichkeit des Schweißens oder Sauerstoff brenn- Stoffs, zu. Die Alkylgruppen der Alkylpyridine be-

schneidens zu verbessern, ohne daß die erwähnte 55 sitzen vorzugsweise niedrigere Molekulargewichte.

Vergiftungsgefahr in Erscheinung tritt. Diese Katalysatoren sind besonders wirksam. Bei

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß Verwendung der Katalysatoren innerhalb der an-

in einem gasförmigen Brennst jff aus einem gesättigten gegebenen Grenzen ergibt sich eine regelmäßige und

oder ungesättigten alphatischen Kohlenwasserstoff vollständige Oxydation; Mengen von mehr als 1%,

oder (inim Gemisch dieser Kohlenwasserstoffe eine 60 bezogen auf das Gewicht des Brennstoffs, liefern

homo£e.:e flüssige Mischung regelmäßig und gleich- keinerlei zusätzliche Vorteile und beeinträchtigen die

mäßig zerstäubt, die aus dem gleichen Brennstoff, Wirtschaftlichkeit des Verfahrens,

jedoch in flüssigem Zustand, 1 bis 12°/₀ eines Äthers Da die Pyridinbasen vergleichsweise höhere Dichten

oder eines Halogenäthers als Verbrennungsaktivator, haben als die anderen flüssigen Bestandteile, neigen

1 bis 12% Isopentan als die Verdampfung des Akti- 65 sie dazu, sich durch Dekantation von der flüssigen

vators begünstigender Kohlenwasserstoff, 0,1 bis 1% Phase abzuscheiden. Um eine stabile Lösung zu er-

Pyridin oder Alkylpyridin als Oxydationskatalysator, halten, setzt man der flüssigen Phase einen Lösungs-

. wobei sich die Prozentangaben auf das Gewicht des stabilisator in einer Menge von 1 bis 3 Teilen je Ge-

3 .. ' 4 ν

wichtsteil Katalysator zu. Hierzu sind besonders die Flamme, welche aus einer warmen Zone direkt am Terpenkohlenwasserstoffe geeignet, vor allem die Brenneraustritt, gefolgt von einer kälteren Zone Sesquiterpene, wie sie beispielsweise im Kade-Öl ent- größeren Volumens, besteht. In der warmen Zone wird halten sind. der Brennstoff einer ersten Oxydation unterworfen,

Darüber hinaus kann man die lösungsstabilisierende 5 und zwar unter Bildung von Produkten der restlosen Wirkung dieser Kohlenwasserstoffe dadurch fördern, Verbrennung (CO₂, Wasserdampf) sowie von Nebendaß man sie in Mischung mit einem Monophenyl- produkten (CO, C, H₂), welche dann in der kalten carbinol oder einem Alkyläther dieses Carbinols sowie Zone einer zweiten Oxydation unterworfen werden, mit einem aliphatischen Ester einer aromatischen Infolge der Zerstäubung flüssiger Produkte in dem Carbonsäure verwendet. io gasförmigen Brennstoff verdampfen die flüssigen

Vorzugsweise wird ein Monophenylcarbinol oder Produkte am Austritt aus dem Brenner und. werden ein Alkyläther dieses Carbinols mit einem Siedepunkt in der kalten Zone, und zwar am Kernbereich dieser von etwa 175 bis 225⁰C, insbesondere Benzylalkohol Zone, vor allem infolge des vorhandenen Oxydations-(Siedepunkt 205°C), dessen Äthyläther (Siedepunkt katalysator oxydiert: Daraus folgt, daß diese Zone 187 bis 189° C), dessen Propyläther (Siedepunkt 15 weniger kalt ist als bei den bisher bekannten Ver-196°C), dessen Isobutyläther (Siedepunkt 213°C) fahren, und es werden zusätzliche Kalorien erzeugt, oder Methylphenylcarbinol verwendet. Als alipha- die z. B. im Falle des Brennschneidens sehr nützlich tischen Ester einer aromatischen Säure wählt man sind, um die Schlacken unten an der Trennfuge wieder vorzugsweise Methylsalicylat, da dies den zusatz- zu erwärmen, wodurch das behandelte Werkstück ein liehen Vorteil bietet, den Geruch des Oxydations- 20 besseres Aussehen erhält und ein schnelleres Vorkatalysators zu überdecken. . rücken ermöglicht wird. .....-■-■..'

Bei Zugabe der angegebenen Mengen an Lösungs- Weitere Einzelheiten der Erfindung ergaben sich aus

stabilisator wird eine stabile Lösung des Oxydations- der Zeichnung. In dieser zeigt ■ '■ ■ ■
katalysators in der flüssigen Phase gewährleistet. F i g. 1 eine Lagerflasche im Schnitt,

Andererseits liegt der Brennstoff in den Lager- 25 Fig. 2 eine Brennerspitze im Längsschnitt,
flaschen unter Druck, und zwar im Falle des Propans F i g. 3 die gleiche Brennerspitze im Schnitt senk-

z. B. unter einem Druck von etwa 6 bis 10 kg/cm², recht zur Achse. .

teils in flüssiger Form und teils in der Gasphase vor. Zunächst wird die flüssige Phase hergestellt, indem

Nun tritt erfindungsgemäß aber die Wirkung ein, daß man den Oxydationskatalysator und das lösungsdie außer dem erwähnten Brennstoff zur Verwendung 30 stabilisierende Mittel mischt. Anschließend setzt man kommenden einzelnen flüssigen Bestandteile, nämlich das Gemisch dem Aktivator und dem Isopentan zu, der Verbrennungsaktivator, der die Verdampfung des wobei diese Maßnahmen unter starkem Rühren er-Äktivators fördernde Kohlenwasserstoff Isopentan, folgen, bis eine homogene Lösung erzielt ist. Man der Oxydationskatalysator und das lösungsstabili- füllt das Gemisch der Zusätze in die Flasche, setzt sierende Mittel eine flüssige und stabile Phase mit dem 35 Propan unter einen Druck von etwa 9 kg/cm², bei flüssigen Teil des Brennstoffes bilden. dem ein Teil des Propans in die flüssige Phase über-

Diese Wirkung ist von besonderer Bedeutung; denn geht und dabei ein homogenes Gemisch mit den durch Zerstäubung dieses flüssigen Gemisches in dem anderen flüssigen Bestandteilen bildet,
gasförmigen Brennstoff wird man immer eine gleich- Die Flasche 1 enthält also die flüssige Phase 2, bemäßige Zusammensetzung des Endgemisches ohne 4° stehend aus einem Teil des Brennstoffs und den Zubevorzugte Verdampfung des einen oder anderen sätzen, überlagert mit Brennstoff der Gasphase 3. Bestandteils der flüssigen Phase erreichen. Unter dem von'dieser Gasphase ausgeübten Druck

Für die Zerstäubung der flüssigen Phase in dem steigt die Flüssigkeit in dem zentralen Rohr 4 beim gasförmigen Brennstoff kann man jede geeignete Vor- öffnen des Verteilungsventils 5 und mischt sich dann richtung, die eine gleichmäßige und homogene Ver- 45 mit dem gasförmigen Brennstoff, der in das Rohr 4 teilung des flüssigen Gemisches in dem Gas gewähr- durch die im oberen Teil der Wand dieses Rohres leistet, verwenden. vorgesehenen öffnungen 6 eindringt. Am Austritt des

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- Ventils 5 hat man so eine regelmäßige und gleichfahrens ist erfindungsgemäß eine einfache, aber den- förmige Verteilung des in dem gasförmigen Brennstoff noch sehr wirksame Vorrichtung vorgesehen, wobei 5° zerstäubten flüssigen Gemisches,
man von einer Lagerflasche ausgeht, in der sich unter Am Austritt des Brenners 7 (s. Fi g. 2) wird das

Druck stehender Brennstoff in der Gasphase über Gemisch aus brennbarem Gas, zerstäubter Flüssigkeit der homogenen flüssigen Phase befindet. und Verbrennungssauerstoff, das durch die Ring-

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch leitung 8 zugeführt wird, unter der Wirkung des unter gekennzeichnet, daß die Flasche (1) ein Verteilungs- 55 Druck durch die mittlere Leitung 9 eingeführten ventil (5) hat, an dem ein bis knapp an den Boden Sauerstoffes mit Bildung einer Flamme IO der Verdieser Flasche reichendes Tauchrohr (4) befestigt ist, brennung unterworfen. Diese Flamme zeigt eine das im oberen Teil mit öffnungen (6) versehen ist. heiße Zone 11 oder Zone der primären Verbrennung, Beim öffnen des Ventils steigt die Flüssigkeit in dem in deren Verlauf der in Gasform vorliegende Brenn-Tauchrohr hoch und wird in dem durch die öffnungen 60 stoff verbrennt, während die Tröpfchen der flüssigen in das Rohr eindringenden gasförmigen Brennstoff Phase verdampfen. Die Produkte dieser Verdampfung zerstäubt. Auf diese Weise tritt aus dem Verteilungs- sowie die in der Zone 11 enthaltenen Nebenprodukte ventil ein homogenes und gleichmäßiges Gemisch aus werden unter der Wirkung dss durch die zentrale Gas-und fein zerstäubter Flüssigkeit aus, das in diesem Leitung 9 zugeführten Sauerstoffes einer Verbrennung Zustand an den Brenner gelangt. 65 in der sogenannten kalten Zone 12 unterworfen. Die

Beim Austreten aus dem Brenner wird der Brenn- so gelieferten zusätzlichen Kalorien gestatten eine stoff in der Gasphase einer Oxydations- oder Ver- Beschleunigung der Arbeit der Wärmebehandlung brennungsreaktion unterworfen unter Bildung einer von Metallteilen.

Hieraus ergibt sich nicht nur eine beträchtliche Geschwindigkeitserhöhung, sondern " auch eine sehr beachtliche Einsparung an Brennstoff infolge der Verwendung eines Sauerstoffstrahles mit verringertem Querschnitt und des Wegfallens aller Arbeiten einer mechanischen Nachbearbeitung der behandelten Teile.

Unter Verwendung herkömmlicher Verfahren des bekannten Sauerstoffbrennschneidens erfordert das Schneiden eines Flußeisenbleches 8 Minuten und 10 Sekunden. Darüber hinaus ist die Oberfläche des Werkstückes streifig und die Ränder sind oxydiert.

Genau die gleiche Arbeit erfordert bei Verwendung des erfindungsgemäßen gasförmigen Brennstoffs, in dem also die flüssigen Bestandteile in der erfindungsgemäßen Weise zerstäubt wurden, nur 6 Minuten und 35 Sekunden.- Außerdem ist die Oberfläche dann glatt und die Ränder des Werkstückes sind scharf kantig und nicht oxydiert. Unter Berücksichtigung der Einsparung der mechanischen Bearbeitung erzielt man eine Gesamtkosteneinsparung (Material und Lohnkosten) von ungefähr 50%.

Es wurden Vergleichsversuche unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Gas folgender Zusammensetzung:

Äthyläther 5%

Isopentan 4%

Methylsalicylat 0,6%

Pyridin 0,4%

Propan 90%

sowie mit bekannten Gasen durchgeführt, wobei eine Flußstahlpiatte von 60 mm Stärke mit einem Schneid brenner zerschnitten wurde. Diese Versuche lieferten folgende Ergebnisse:

Dauer des Schnitts, Sekunden
Verbrauch (zum Zerschneiden

der 300 mm)

brennbares Gas, g

Sauerstoff, 1

Schneidgeschwindigkeit (m/h) Verbrauch pro Stunde an

brennbarem Gas (kg) .

Sauerstoff (m*)

35

Brennbares Gas

erfindungsgemäßes Gas

Acetylen

14,50

0,725
11,50

16,80

. 0,820
9,9

Bei anderen Versuchen wurde eine Platte von 35 mm Stärke und 300 mm Länge zerschnitten:

Brennbares Gas

erfindungsgemäßes Gas

Propan

72

12 97

48

7,25 59.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Brenngasgemischs zum Sauerstoffbrennschneiden und Schweißen von Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gasförmigen Brennstoff aus einem gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoff oder einem Gemisch dieser Kohlenwasserstoffe eine homogene flüssige Mischung regelmäßig und gleichmäßig- zerstäubt wird, die aus dem gleichen Brennstoff, jedoch in flüssigem Zustand, 1 bis 12% eines Äthers oder eines Halogenäthers als Verbrennungsaktivator, 1 bis 12% Isopentan als die Verdampfung des Aktivators begünstigender Kohlenwasserstoff, 0,1 bis 1 % Pyridin oder Alkylpyridin als Oxydationskatalysator, wobei sich die Prozentangaben auf das Gewicht des Brennstoffs beziehen, und 1 bis 3 Teilen pro Gewichtsteil Katalysator eines Lösungsstabilisators aus einem Terpenkohlenwasserstoff, gegebenenfalls im Gemisch mit Monophenylcarbinol, einem Alkyläther dieses Carbinols oder einem aliphatischen Ester einer aromatischen Carbonsäure, oder aus einem aliphatischen Ester einer aromatischen Carbonsäure besteht.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bestehend aus einer Lagerflasche, in der sich unter Druck stehender Brennstoff in der Gasphase über einer homogenen flüssigen Phase befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche (1) ein Verteilungsventil (5) hat, an dem ein bis knapp an den Boden dieser Flasche reichendes Tauchrohr (4) befestigt ist, das im oberen Teil mit öffnungen (6) versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen