肖德政，王志平，曾令琴，段世新

（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

0 前言

天然氣切割技術(shù)是在天然氣中混合加入一定比例的增效劑，使混合后的天然氣燃燒溫度提高，滿足切割要求的一種技術(shù)。天然氣切割相比丙烷，具有高效、節(jié)能、環(huán)保和安全等特點(diǎn)[1]。近年來(lái)，天燃?xì)馇懈罴夹g(shù)已經(jīng)在礦用機(jī)械、車輪制造、船舶制造等領(lǐng)域的鋼板切割中得到應(yīng)用，并且相關(guān)企業(yè)描述應(yīng)用天然氣切割能節(jié)約成本約30%～50%，但天然氣切割推廣的速度仍然緩慢且應(yīng)用范圍不廣。天然氣切割的推廣和應(yīng)用除了受企業(yè)當(dāng)?shù)厥欠裼刑烊粴赓Y源限制外，企業(yè)對(duì)天然氣切割到底能節(jié)約多少成本，是否需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造以及鋼板切割面質(zhì)量是否滿足使用要求的疑慮也是一方面原因。相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了天然氣與丙烷切割的成本對(duì)比分析[2]，但沒(méi)有綜合考慮燃?xì)夂脱鯕獾南某杀荆矝](méi)有涉及到天然氣切割特厚鋼板的數(shù)據(jù)，而切割特厚板是大型礦山機(jī)械制造企業(yè)經(jīng)常遇到的問(wèn)題。

1 天然氣切割試驗(yàn)

1.1 天燃?xì)馇懈钐睾皲摪逶囼?yàn)

天然氣供應(yīng)采用六罐裝瓶組，通過(guò)減壓裝置將輸出壓力減到0.23 MPa，即燃?xì)夤?yīng)壓力。天然氣經(jīng)過(guò)增效劑混合裝置后連接到數(shù)控機(jī)床的燃?xì)廨斎胲浌堋Ｓ捎诤癜迩懈顣r(shí)氧氣消耗量大，瓶裝氧氣供應(yīng)量不足以滿足切割要求。試驗(yàn)用氧氣采用車間管道氧氣，管道氧氣壓力為1.68 MPa，即氧氣供應(yīng)壓力。切割設(shè)備為特厚板數(shù)控火焰切割機(jī)，型號(hào)OMN IMATP6000。試驗(yàn)割嘴使用原有丙烷割嘴，數(shù)控火焰切割機(jī)床不做任何改動(dòng)。試驗(yàn)切割厚度為280 mm和500 mm兩種鋼板，材質(zhì)Q235A，使用丙烷割嘴型號(hào)分別為300-450和450-600。

1.2 天然氣與丙烷切割成本對(duì)比試驗(yàn)

燃?xì)夤?yīng)分別為丙烷氣瓶和天然氣罐裝瓶組，氧氣供應(yīng)為氧氣瓶。試驗(yàn)時(shí)用兩個(gè)氧氣瓶分別連接數(shù)控機(jī)床的高壓和低壓氧氣軟管，作為氧氣供應(yīng)。丙烷氣瓶或天然氣連接到數(shù)控機(jī)床的燃?xì)廛浌?，作為燃?xì)廨斎?。在天然氣減壓后輸入數(shù)控切割機(jī)之前安裝一個(gè)FQL-I智能流量積算儀，即天然氣流量計(jì)，來(lái)統(tǒng)計(jì)天然氣的消耗量。切割設(shè)備仍采用特厚板數(shù)控火焰切割機(jī)，使用丙烷割嘴型號(hào)為60-100。切割同等工作量的鋼板，統(tǒng)計(jì)兩種切割方法燃?xì)夂脱鯕獾南牧俊?/p>

切割前后用磅秤對(duì)供氣氣瓶進(jìn)行稱重，來(lái)統(tǒng)計(jì)丙烷氣、低壓氧氣和高壓氧氣的消耗量。氣瓶稱重時(shí)帶減壓閥，軟管不拆卸。試驗(yàn)前后氣瓶稱重的狀態(tài)都保持一致，使稱重誤差處于同一個(gè)水平。當(dāng)兩組數(shù)據(jù)相減時(shí)，可以抵消一定誤差，使試驗(yàn)誤差減小。天然氣的消耗量從流量計(jì)上讀取流量后計(jì)算。

試驗(yàn)工作量為60 mm厚鋼板切割一個(gè)60 mm×2 000 mm的長(zhǎng)方形料和100 mm厚鋼板切割一個(gè)100 mm×1 000 mm的長(zhǎng)方形料，材質(zhì)為Q235A的鋼板。試驗(yàn)切割過(guò)程完全模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。切割前對(duì)氣瓶進(jìn)行稱重并記錄，切割后關(guān)閉數(shù)控機(jī)床的燃?xì)忾y門，對(duì)氣瓶進(jìn)行稱重并記錄。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 特厚板切割

厚280 mm鋼板切割時(shí)，切割速度90 mm/min，天然氣供應(yīng)壓力0.23 MPa，氧氣采用車間管道氧氣，供應(yīng)壓力1.68 MPa。切割面平面度良好，沒(méi)有割痕。將鋼尺直邊靠近切割面時(shí)，900 mm范圍內(nèi)貼合緊密，如圖1所示。將鋼板吊下數(shù)控床后目測(cè)垂直度良好，靠直角尺測(cè)量切割面垂直度，如圖2所示，用φ1.2的焊絲作參考可知，垂直度遠(yuǎn)小于1 mm。

厚500 mm鋼板切割時(shí)，切割速度30 mm/min，天然氣供氣壓力0.23 MPa，氧氣采用車間管道氧氣，供應(yīng)壓力1.68 MPa。切割面表面質(zhì)量良好，僅在切割開(kāi)始和結(jié)束時(shí)切割面底部存在割痕，上部和中間沒(méi)有割痕。在上部和中間整個(gè)切割面平面度測(cè)量小于1 mm，如圖3所示，底部平面度在切割結(jié)束的地方最大為4 mm（即割痕深度）?？恐苯浅邷y(cè)量切割面垂直度為4mm，如圖4所示，參考焊絲直徑1.2 mm。切割開(kāi)始和結(jié)束時(shí)切割面底部出現(xiàn)割痕是特厚板切割都會(huì)遇到的問(wèn)題，如果在切割縫開(kāi)始和結(jié)束的地方焊接工藝板（類似于引滅弧板），來(lái)保持切割火焰流的穩(wěn)定性，可以提高切割質(zhì)量。

圖1 厚280 mm鋼板切割面平面度Fig.1 Flatnessofcuttingsurface（thicknessof280 mm）

圖2 厚280 mm鋼板切割面垂直度Fig.2 Perpendicularityofcuttingsurface(thicknessof280mm)

圖3 厚500 mm鋼板切割面平面度Fig.3 Flatness of cutting surface(thickness of 500 mm)

2.2 切割成本對(duì)比

圖4 厚500 mm鋼板切割面垂直度Fig.4 Perpendicularity of cutting surface（thickness of 500 mm)

試驗(yàn)天然氣供應(yīng)壓力0.23 MPa，丙烷氣瓶供應(yīng)壓力0.07 MPa，高壓和低壓氧氣瓶供應(yīng)壓力0.9～1MPa。厚60 mm鋼板天然氣切割速度300 mm/min，丙烷切割速度269 mm/min。厚100 mm鋼板天然氣切割速度201 mm/min，丙烷切割速度189 mm/min。以某天然氣切割增效劑使用成本4.5元/m3為例，即每立方天然氣消耗增效劑成本。氧氣按1.2元/m3，丙烷按9元/kg，天然氣按2.58元/m3，氧氣按密度1.429 kg/m3換算成標(biāo)準(zhǔn)立方后計(jì)算成本。切割同等工作量，進(jìn)行天然氣和丙烷切割成本對(duì)比，如表1所示，從對(duì)比數(shù)據(jù)可知，天然氣切割成本相比丙烷下降44.1%。

3 結(jié)論

（1）燃?xì)夤竟?yīng)給企業(yè)的管道天然氣壓力一般為0.2～0.4 MPa，天然氣供應(yīng)壓力0.23 MPa即可滿足特厚鋼板切割的條件。天燃?xì)馇懈钐睾皲摪宓那懈蠲尜|(zhì)量良好，切割面的平面度和垂直度能滿足企業(yè)生產(chǎn)要求。

表1 天然氣與丙烷切割成本對(duì)比Tab.1 Cutting cost comparison between natural gas and propane

（2）采用天然氣切割不需要更換原有丙烷割嘴，不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。就天然氣使用壓力而言，輸氣管道也可以沿用原有丙烷管道。除增加天然氣增效劑混合裝置外，不會(huì)使企業(yè)產(chǎn)生額外的設(shè)備改造成本。

（3）天然氣切割鋼板的速度稍微比丙烷快。在不考慮效率的情況下，使用天然氣切割相比丙烷切割成本要下降44.1%。天然氣切割能節(jié)約企業(yè)的制造成本，同時(shí)具有更安全、高效率的特點(diǎn)，可以在大型礦山機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)用。

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[1]吳虎修，汪長(zhǎng)金，劉 虹.天然氣在金屬切割中的應(yīng)用[J].燃?xì)饧夹g(shù)，2008（395）：8-11.

[2]劉海鴿，張海霞，張亞南.天然氣替代丙烷切割在液壓支架中的推廣使用[J].新技術(shù)新工藝，2011（11）：78-79.