本帖最后由 duckbillclinton 于 2014-1-25 23:22 编辑
前言
最近曾经有刀友短信我，询问一些燃气炉的问题。在回信里，我都尽量解答了，但过后还是觉得欠了点什么。 搜了一下国内的一些论坛，发现已经有不少刀友发的借鉴国外经验的设计图和自己的 DIY…… 不过，可能其中的解释、插图不够多吧，相当一部分刀友对燃气炉的理解还是不足。虽然这段时间我正筹划着写手工不锈大马士革钢的教程贴，现在看来还是抽点时间见缝插针地讲解一下燃气炉吧。
说到燃气炉的原理，多数刀友都会联想到家里厨房用的燃气灶。正因如此，很多刀友一般来讲对燃气炉有误解。比较常见的，有以下几种：
1. 燃气的燃烧温度不够高
以家用石油气为例，很多人以为其火焰温度只有 1200°C，其实这是指燃气在开扬环境下的燃烧温度。因为在这种情况下，空气过于充裕，超越了燃烧实际所需，导致燃烧中产生的相当一部分热量直接散失到大气中。实际上，家用石油气在略为封闭、隔热的环境内，尤其是在燃气炉里与空气以合理的比例混合燃烧是能够达到 1300°C 的，纯的工业用丙烷气更可以轻易达到1400°C 以上，而合理设计的 DIY丙烷气坩锅炉更加可以达到1600°C 左右，极端的设计则可以超过 1700°C （甚至有可能达到 1800°C 以上）。至于每种燃气的理论最高燃烧温度，化学知识比较好的刀友可以通过气体成分的每摩尔热值算出，这里就不讨论了，呵呵。下面这张图里的老兄就号称他的丙烷坩锅炉能熔融纯态的铬，那可是需要 1907 °C 啊。
（Credits: http://ronreil.abana.org/Furnace.shtml）
2. 燃气喷嘴需要用特别耐高温的材料
这应该是另一个最常见的误解了，呵呵。很多人都以为燃气是直接在喷嘴上燃烧的，其实这样的理解不全面，应该还要考虑到燃气离开喷嘴时的压力是多少。燃气是以高压的液体形式储存在气瓶里的，当我们以低压慢慢地在喷嘴上释放燃气作燃烧时，因为释出量少，液态的燃气基本上刚脱离喷嘴就能完全回复到气态，同时能够迅速地和空气里的氧气混合，具备了被点燃的条件，所以它给人的感觉就是燃烧确实是在喷嘴附近发生的。至于 DIY燃气炉，因为需要大量的燃气在炉膛内燃烧，燃气必须以高压从气瓶里释放，在离开喷嘴的一刻，由于释放量大，液态的的燃气回复成气态需要吸收周围大量的热量，同时和空气中的氧气混合成合适的燃烧比例也需要时间，所以，在这种情况下，燃气能够燃烧的位置，将会和喷嘴有一段的距离，燃气喷嘴的温度绝不会太高。其实有用过焊炬、焊枪的刀友都应该知道这个，而且常用的焊炬嘴、焊枪嘴多数是铜合金做的，比起钢的熔点低一大截。说了这么多，大家看一下这个图，这可是个正在燃烧中的炉子噢，留意一下燃气喷嘴在哪，燃烧的部分又在哪，呵呵。
3. 燃气炉需要鼓风
这也是一个相当困扰人的误解。产生这种想法的原因是大家把传统的木炭、煤炭炉子需要鼓风机的概念直接引用到燃气炉的设计里面了。燃气炉和煤炭炉在原理上是有区别的，只要燃气喷炬的设计制作合理的话，它自身已能够产生低压涡流把空气吸入，做到自给自足（具体细节，后面会详述）。除非是需要消耗大量燃气的坩锅炉或者大型炉子，鼓风机对于多数的小型 DIY 燃气炉来说是没有必要的，甚至是弄巧成拙，帮倒忙（之后的热效率章节会详述）。
* 高海拔的地区因为气压低，需要鼓风的机会应相当多，喷炬自身产生的低压虽然能够吸入空气，但是氧气量却未必足够。原本我写到这里的时候是没有考虑过海拔高度的问题的，正准备写喷炬原理的时候想到了气压，考虑到我国幅员辽阔，应该会有刀友住在高原地区。于是到国外网站查了一下，果然发现一些住在高海拔山区的老外有这个问题，燃气炉无法达到1300°C…… 其解决的办法就是减少不必要的炉膛体积，炉门关闭，适量遮挡出风口，鼓风增压，搞定。（看下面这图）
基本原理
说到燃气炉的基本原理，主要就是以燃气喷炬的工作原理 为主，炉体的设计没有什么原理需要解释，无非就是耐火、保温材料的选用。要解释燃气喷炬的原理，我们先讲一下它的构造。燃气喷炬本体的组件多少，主要看设计者想要搞得多豪华、多漂亮。去除所有花哨和辅助的东西，燃气喷炬最基本的组件有三大部分：1. 燃气喷嘴； 2. 喷炬身管； 3. 连接前述两样的固定件；
上面的第一图里就是燃气喷嘴部分，其由几个小零件构成，都是些常见的气体类接头、管子，还有就是丙烷、乙炔之类的焊枪、焊炬喷嘴。第二图里展示的喷炬身管其实就是一截不锈钢管，开了几个入风窗口。然后，不锈钢堵头直接拧进（或塞进）喷炬身管，中间钻洞，穿进燃气喷嘴，侧面钻一小洞，拧入螺丝以固定燃气喷嘴。
要理解燃气喷炬的工作原理，我们可以把上面的三个基本组件再简化一下，去除连接件，只用燃气喷嘴和一节铁管做个实验，请看下图（画工不好，见谅。老婆看了之后笑翻了，说像针管扎屁股{:5_149:}）。
看完上面图里的解释，大家应该对燃气喷炬的工作原理有所了解了。燃气喷炬之所以能够自己吸入空气，是因为原本储存燃气的高压在释放的过程中被转换成在燃气喷炬身管内制造负压和虹吸作用的动力，这是一种相当有效而且节能的方法，因此，我们无需另外再交电费去鼓风。
燃气喷炬除了上述的三个基本组件外，还有另外两个重要的辅助组件，它们就是喷炬的前喷嘴和入风窗口调节装置。在下面的第一图里，大家见到在燃气喷嘴的前方，除了燃气喷炬身管之外，外面还另外套了一截不锈钢管。再看第二图，原来这截不锈钢管的长度略比进气窗稍长一点，上面还有颗手拧螺丝，前后滑动、固定后就可以调节入风量。至于第二图的燃气喷炬前端，又另加了一截很粗的不锈钢管转换头，它就是喷炬的前喷嘴了，作用就是增加的管内直径可以令燃气再减压混合多一点，有利于燃烧。但是，一般来讲，燃气喷炬的前喷嘴是多余的，因为燃气喷炬在炉子上的安装，是通过塞入炉体上的套管，然后螺丝固定的，这套管的直径已经大过喷炬身管，所以它自己本身就是燃气喷炬的前喷嘴了。
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发表于 2013-11-25 23:48
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