Спосіб газополуменевої обробки

Способ газопламенной обработки материалов путем нагрева обрабатываемой зоны горелкой, в которую подают горячий газ и кислород в соотношении от 0,81 до 1,31, о тличающийся тем, что в качестве горючего газа используют дициан. скорость, достигаемый уровень температур и пр.). Так, максимальная температура ацетиленово-кислородного пламени составляет 3428-3712 К. Для целого ряда тугоплавких материалов такая температура является недостаточной для эффективной газопламенной обработки. В основу изобретения поставлена задача создания такого способа газопламенной обработки материала, в котором сведены к минимуму обработка газообразного горючего и повышен верхний температурный предел горения, в результате чего достигается упрощение процесса и повышение эффективности обработки. Поставленная задача достигается тем, что в способе газопламенной обработки материалов путем нагрева обрабатываемой зоны горелкой, в которую подают горючий газ и кислород в соотношении от 0,81 до 1,31, согласно изобретению, в качестве горючего газа используют диццан. Отличительный признак предлагаемого изобретения характеризует использование нового вещества для осуществления способа и является общим существенным при с > ел ел со о 15854 знаком, который в совокупности с признаками ограничительной части является необходимым и достаточным для достижения указанного технического результата и реше- = ния поставленной задачи. 5 Сущность заявляемого технического решения заключается в реализации свойств дициана, ранее не использованных в процессах газопламенной обработки, при этом дициан получают деполимеризацией (воз- 10 гонкой) парациана, а газовую смесь формируют из дициана и кислорода, взятых в определенных соотношениях. Простота процесса газопревращения парациана по сравнению с ацетиленовым способом расширяет сферу его применения в экстремальных условиях (больших глубинах, космосе) т.к. для получения равных объемов газа в известном способе необходимо использовать в 1,5 раза больше исходных 20 материалов, чем в заявляемом. Устойчивость парациана в широком диапазоне температур и давлений (Кривошей И.В., Скоробогатов В.М. Сопряженные неорганические полимеры на основе углерода. 25 Успехи химии, том 50, вып.4, 1981, с.746767) позволяет производить его транспортировку и хранение даже в пластмассовой таре. Если для хранения 5-5,5 м ацетилена необходим 40-литровый баллон под давле- 30 нием 150-160 ат, то для хранения парациана с тем же газосодержанием необходима емкость 6,4 л (если парациан спрессовать) и 13,7 л - если использовать его в виде порошка. (Плотность парациана 2 г/см , насыпной 35 вес 0,93 г/см3). Кроме того, высокая температура пламени дициано-кислородной плавки, повышает эффективность использования способа при обработке тугоплавких матери- 40 алов. Способ реализуется путем получения горючего дициана возгонкой исходного сырья - парациана (С2№)п, представляющего собой сыпучий тонкодисперсный порошок 45 размером частиц 0,5-3 мкм при температурах 500-550°С. Эксперименты показали, что температуры 500-550°С являются достаточными и оптимальными для процессов газообразования. Повышение температуры 50 ведет к нерациональному использованию тепла, так как образуется то же самое количество газа, что и при 500°С, хотя для осуществления процесса температура может быть и 600, и 1000°С и выше. Полученный газ 55 смешивают с кислородом и направляют на сжигание. Отношение объемов кислорода и дициана было выбрано путем термодинамических расчетов, выполненных на электронно-вычислительной машине БЭСМ-6 с помощью пакета прикладных программ "Плазма" методом минимизации изобарноизотермического потенциала в режиме Р, Т const. Для сравнения с параметрами известного исследовали две топливные системы: заявляемая (парациан-дициан-кислород) и известная (ацетилен-кислород). Процесс оптимизировали по температуре. В таблице 1 приведена зависимость температуры в зоне горения от Km (Km - это отношение объема окислителя к обьему горючего при сжигании равного количества топлива (1 кг) и давлении Из представленных данных следует, что максимальные температуры в заявляемом способе 4755 и 4854 К (при 1 и 5 ат) соответствуют отношению 0,97 объемов кислорода к одному обьему дициана, т.е. отвечают К т =0,97. При сжигании ацетилена максимальной температуре 3428 К соответствует Km = =1,46. Таким образом, в известном способе расход кислорода в 1,5 раза выше, а температура на 1200 градусов ниже, чем в заявляемом. Объемное отношение кислорода к дициану в пределах 0,81-1,31 следует считать рабочим диапазоном заявляемого технического решения, поскольку в этом интервале адиабатическая температура в зоне реакции выше, чем максимальная температура в известном способе. При Km = 0,65 и Km = 1.46, т.е. за пределами заявляемых отношений, она становится на уровне известного (см. таблицу 1 и примеры 3-6). Непосредственно измерять столь высокую температуру, достигаемую при горении ацетилена и дициана, чрезвычайно сложно. Для оценки уровня температур в рабочей зоне авторы пользовались косвенными методами. Например, температура плавления окиси тория 3273 К. В ацетиленовокислородном пламени это соединение не плавилось даже при длительной обработке (30-40с). Используя заявляемый способ (обработку дицианкислородным пламенем), получали оплавленную жидкую массу на поверхности кристалла окиси тория в течение 3-5 с (см. пример 2). О более высокой эффективности заявляемого способа свидетельствует и ускорение процесса резки материала. Так стальной прут диаметром Ю мм был разрезан дициановокислородным пламенем в 1,8 раза быстрее, чем равноценный прут ацетиленовокислородным пламенем. Для экспериментальной проверки степени разложения парациана в заявляемом •температурном интервале была собрана ус 15854 тановка, состоящая из металлической капсулы емкостью 30 мл с патрубком для газоотвода, через который вовнутрь емкости подведена термопара. Капсула снабжена подогревом от бензиновой зажигалки. Вы- 5 деляющийся при деполимеризации парациана газ через отводной шланг направляли в ротаметр РС-3. Для исследования процесса горения дициана в кислороде и сравнения параметров 10 горения с ацетиленкислородным пламенем использовали баллонный ацетилен и дициан под давлением. Дициан получали путем нагрева до температуры 550°С 100 г парациана, помещенного в литровый реактор, 15 снабженный редуктором ДПП-1-65, БПО-5. Давление в реакторе составило 42 Ат (25°С). Ацетиленовый баллон был снабжен редуктором ДАП-1-65; БАО-5, кислородный-ДКП-165; БКО-50. 20 П р и м е р 1. Навески парациана по 10 г каждая помещали в капсулу емкостью 30 мл и подогревали до температур 200; 450; 500; 550; 600; 950; 970°С. Объем выделившегося газа регистрировали по ротаметру. Отсоеди- 25 нив капсулу от системы газоизмерения, проводили взвешивание капсулы. В таблице 2 представлены полученные данные. Таким образом, при температуре 500°С и выше происходит полное превращение па- 30 рациана в газ. П р и м е р 2. Газ дициан, полученный из баллона, направили в ацетиленовую горелку и смешали с кислородом. Расход дициана составил 192, кислорода - 186 л/м (Km - 35 =0.97). В пламя горелки на вольфрамрениевом держателе внесли кристалл двуокиси тория (т.пл ' 3273 К), через 3 с кристалл начал оплавляться, через 5 с расплавился вместе с кон- 40 цом держателя (т.Пл около 4000 К). Для сравнения с прототипом в ацетиленкислородное пламя при оптимальном соотноше нии топливных компонентов (ацетилен 192, кислород - 280 л/мин, Km = 1,46) внесли аналогичный кристалл двуокиси тория. Плавление не наблюдалось. Эксперимент длился 30-40 с. П р и м е р 3. Эксперимент проводили как в примере 2. Расход дициана составил 192, кислорода - 252 л/мин ( К т -1.31). Через 6 с кристалл двуокиси тория вместе с концом держателя расплавился. П р и м е р 4. Эксперимент проводили как в примере 2. Расход дициана составил 192, кислорода -156 л/мин (Km - 0,81). Кристалл двуокиси тория и конец вольфрамрениевого держателя расплавился через 6 с. П р и м е р 5. Эксперимент проводили как в примере 2. Расход газов соответствовал Km = 0,65 (дициана 192, кислорода 12 л/мин) и Km = 1.46 (дициана - 192, кислорода - 280 л/мин). Плавление материалов не наблюдалось. П р и м е р б , Газ дициан, полученный из баллона, направили в ацетиленовую горелку и смешали с кислородом. Расход дициана составил 192, кислорода - 186 л/мин ( К т = =0,97). В пламя горелки внесли железный прут диаметром 10 мм, длиной 120 мм. В течение 4 с прут был разрезан. Аналогичный прут с помощью ацетиленовокислородного пламени при оптимальном расходе газов как в примере 2 был разрезан в течение 7,2 с. Следует отметить, что использование газобаллонной системы позволило авторам доказать преимущества заявляемого способа перед известным путем измерения объемов газа, идущего на сжигание, и получения более эффективных результатов. При использовании парациана применение газовых баллонов не требуется. Количество сжигаемого газа можно регулировать подачей порошка парациана, для чего необходимо специальное устройство. Таблица 1 Заявляемый способ п Km Р=1 ат . Известный способ Р=5ат Т, К 1 2 3 А 5 6 0,55 0,81 0,97 1.14 1.31 1,46 Т, К 3421 3824 4755 3911 3715 3414 3708 3917 4854 4134 3909 3710 1,30 1.38 1,46 1,54 1,62 1,71 Р=1 ат Р=5ат Т, К Km Т. К 3324 3398 3428 3409 3395 3386 3623 3682 3712 3701 3677 3666 15854 Таблица 2 Температура нагрева парациана, °С Объем выделившегося дициана, л Потеря массы парациана, мае. % 200 450 500 550 600 950 970 2,63 4,25 4,25 4,25 4,25 4,25 61,8 100 100 100 100 100 Упорядник Замовлення Техред М.Моргентал 4204 Коректор* О.Кравцова Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП. Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101