CN102149498A - 气体切割方法及气体切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种气体切割方法及气体切割装置，该气体切割方法使用具有通过燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔以及喷射切割用氧气的切割氧气孔的割嘴来切割工件，能够向预热孔供给分别适合于加热工件时和切割工件时的燃料气体，从而减少氢气消耗量。本发明提供一种向具有预热孔(23)和切割氧气孔(22)的割嘴(20)供给氧气和燃料气体的气体切割装置(30)，其特征在于具有氧气供给线路(50)、氢气供给线路(41)、丙烷气供给线路(45)和控制部(60)，所述控制部(60)在加热所述工件时和切割所述工件时，使向所述预热孔(23)供给的所述氢气和所述烃类气体的比例改变。

Description

气体切割方法及气体切割装置
技术领域
本发明涉及一种用于通过割嘴切割工件的气体切割方法及气体切割装置，所述割嘴具有通过燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔和喷射切割用氧气来切割工件的切割氧气孔。
本申请基于2008年9月16日于日本提出的特愿2008-236703号请求优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
以前，例如在切割钢板等工件时，广泛使用如下的气体切割方法，该气体切割方法通过预热孔的预热火焰将工件的切割起始点加热至可以进行氧化反应的温度，并通过从切割氧气孔对加热部分喷射高纯度的氧气，以使该部分燃烧、熔化来切割工件。
所涉及的气体切割方法在切割起始点的加热工件时和切割工件时均向预热孔供给作为燃料气体的烃类气体和氧气，并使烃类气体和氧气燃烧成为预热火焰，但最近使用氢气以取代烃类气体(例如请参考发明专利文献1)。
然而，上述方法在加热工件时需要向预热孔供给大量的氢气，因此具有不够经济的问题。
于是，人们对通过预热火焰加热工件时能够对工件进行充分的加热且成本经济的技术手段的需求越来越高。
专利文献1：特开2002-66736号公报
发明内容
本发明是考虑到以下原因而提出的，其目的是提供一种气体切割方法及气体切割装置，该气体切割方法使用割嘴切割工件，割嘴具有通过燃料气体和预热氧气形成预热火焰的预热孔和喷射切割氧气的切割氧气孔，通过对预热孔供给分别适合于加热工件时和切割工件时的燃料气体，从而能够减少氢气消耗量。
为了解决上述课题，本发明提出了以下方案。
权利要求1所记载的发明是一种气体切割方法，使用具有通过燃料气体和预热用氧去形成预热火焰的预热孔以及喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔的割嘴，其特征在于，使用包含氢气和烃类气体中至少一种而构成的所述燃料气体，在加热所述工件时和切割所述工件时，改变向所述预热孔供给的所述氢气与所述烃类气体的比例。
权利要求10所记载的发明是一种气体切割装置，向具有通过燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔以及喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔的割嘴供给氧气和所述燃料气体与氧气，其特征在于，具有氧气供给线路、氢气供给线路、烃类气体供给线路和气体供给控制单元，所述预热孔与氧气供给线路、氢气供给线路和烃类气体供给线路连接，并且来自所述氢气供给线路的氢气的流量和来自所述烃类气体供给线路的烃类气体的流量能够改变，所述切割氧气孔与所述氧气供给线路连接，所述气体供给控制单元构成为，在加热所述工件时和切割所述工件时使向所述预热孔供给的所述氢气与所述烃类气体的比例改变。
根据本发明的气体切割方法及气体切割装置，在加热工件时和切割工件时，关于向预热孔供给的燃料气体，改变氢气与烃类气体的比例，因此能够形成分别适合于加热时和切割时的预热火焰，并减少氢气消耗。
而且，本说明书中记载的氢气、烃类气体(包含单体气体)和氧气并不意味着纯度必须为100％，不排除含有工业上允许的不可避免的杂质等。
权利要求2所记载的发明如下：根据权利要求1所述的气体切割方法，其特征在于，在加热所述工件时将所述氢气或者将所述氢气与所述烃类气体混合向所述预热孔供给。
权利要求11所记载的发明如下：根据权利要求10所述的气体切割装置，其特征在于，所述气体供给控制单元构成为，在加热所述工件时将所述氢气或者所述氢气与所述烃类气体混合的混合气体作为所述燃料气体向所述预热孔供给。
根据本发明的气体切割方法及气体切割装置，在加热工件时向预热孔供给氢气或将氢气与烃类气体混合的燃料气体，因此能够有效地确保加热工件所需要的热量。
权利要求3所记载的发明如下：根据权利要求2所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体对所述氢气的混合比按体积比为30％以下。
权利要求12所记载的发明如下：根据权利要求11所述的气体切割装置，其特征在于，所述气体供给控制单元构成为，将所述烃类气体对所述氢气的混合比按体积比调节为30％以下。
根据该发明的气体切割方法及气体切割装置，在加热工件时，与烃类气体相比能够提升生产效率，还能减少氢气消耗。
权利要求4所记载的发明如下：根据权利要求2所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体对所述氢气的混合比按体积比为10％以下。
根据该发明的气体切割方法，能够在确保与氢气基本相同的生产效率的同时减少氢气。
权利要求5所记载的发明如下：根据权利要求2至4中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，在切割所述工件时向所述预热孔供给所述烃类气体。
根据该发明的气体切割方法，能够在确保切割所需要的热能的同时无需消耗氢气。
权利要求6所记载的发明如下：根据权利要求2至4中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，在切割所述工件时向所述预热孔供给所述氢气与所述烃类气体的混合气体。
根据该发明的气体切割方法，能够在确保切割所需的热能的同时减少氢气消耗。
权利要求7所记载的发明如下：根据权利要求2至6中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体为液化石油气。
权利要求8所记载的发明如下：根据权利要求2至6中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体为丙烷气。
权利要求9所记载的发明如下：根据权利要求2至6中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体为丁烷气。
根据权利要求7至权利要求9的发明，能够使用比氢气更容易获取的气体且减少氢气消耗同时确保切割所需要的热能。
根据本发明的气体切割方法及气体切割装置，通过充分确保加热时的热量，能够形成分别适合于加热时和切割时的预热火焰，并减少氢气消耗。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施形态所涉及的气体切割装置的概略结构的图。
图2是用于说明第一实施形态所涉及的气体切割装置作用的时间图。
图3是表示本发明的第二实施形态所涉及的气体切割装置的概略结构的图。
图4是用于说明第二实施形态所涉及的气体切割装置作用的时间图。
图5是用于说明本发明的气体切割方法效果的图。
具体实施方式
下面参照图1和图2，说明本发明的第一实施形态。
图1是表示第一实施形态所涉及的气体切割系统1的图，附图标记20表示割嘴，附图标记30表示气体切割装置，气体切割装置30向割嘴20供给氧气和燃料气体。
割嘴20具有例如在形成为棒状的割嘴主体的一侧端面的中央部分开口的切割氧气孔22和围绕在该切割氧气孔22的周围而形成的预热孔23，由气体切割装置30向预热孔23供给燃料气体和氧气，向切割氧气孔22供给氧气，且通过预热火焰加热工件，并由切割氧气孔2对加热部分喷射氧气，从而对工件进行切割(包括穿孔)。
此外，割嘴中的预热孔及切割氧气孔的结构(各自的数目、位置关系等)并不局限于本实施形态。
气体切割装置30具有燃料气体供给线路40、氧气供给线路50和控制部(气体供给控制单元)60，燃料气体供给线路40和氧气供给线路50分别连接到割嘴20。
燃料气体供给线路40具有氢气供给线路41和丙烷气供给线路45。
氢气供给线路41连接到例如氢气罐等的氢气供给源Sh，并从氢气供给源Sh依次配置有压力调节阀41P、氢气电磁阀42，且通过来自控制部60的控制信号开启或关闭氢气电磁阀42，以控制氢气的流通。
丙烷气供给线路45连接到例如丙烷气罐等的丙烷气供给源Sp，并从丙烷气供给源Sp依次配置有压力调节阀45P、丙烷气电磁阀46，且通过来自控制部60的控制信号开启或关闭丙烷气电磁阀46，以控制丙烷气的流通。
氧气供给线路50具有连接到预热孔23的预热氧供给线路51和连接到切割氧气孔22的切割氧气供给线路55，分别连接到例如氧气罐等的氧气供给源So。
预热氧气供给线路51从氧气供给源So依次配置有压力调节阀51P、预热氧气电磁阀52，当通过来自控制部60的控制信号预热氧气电磁阀52开启时，预热氧气被供给到预热孔23。而且，在预热氧气供给线路51上设置有预热氧气高压线路53，在加热时和穿孔时向预热孔23供给高压氧气。
预热氧气高压线路53配置在氧气供给源So与预热氧气电磁阀52之间，从氧气供给源So依次配置有压力调节阀53P、预热氧气高压电磁阀54，当通过来自控制部60的控制信号预热氧气高压电磁阀54开启时，经过预热氧气高压线路53的氧气被供给到预热孔23。上述控制信号在加热工件时和进行穿孔时输出。
切割氧气供给线路55具有压力调节阀55P和切割氧气电磁阀56，从氧气供给源So压力调节阀55P和切割氧电磁阀56以此顺序配置，并连接氧气供给源So和切割氧气孔22。此外，切割氧气供给线路55通过来自控制部60的控制信号开启或关闭切割氧气电磁阀56，以控制氧气向切割氧气孔22的流通。
控制部60通过表示由程序等指示的加热工序、穿孔工序、切割工序的信号，向各自对应的电磁阀输出控制信号，开启或关闭这些电磁阀，从而将所需的氧气、燃料气体供给到割嘴20。图1中示出的连接控制部60和各电磁阀的虚线表示用于从控制部60向各电磁阀输送控制信号的信号电缆。
下面说明气体切割装置30的作用。
[加热工件时]
通过来自控制部60的控制信号开启氢气供给线路41的氢气电磁阀42，并开启预热氧气供给线路51的预热氧气电磁阀52及预热氧气高压线路53的预热氧气高压电磁阀54，以向预热孔23供给氢气和预热用氧气。
结果，在预热孔23中氢气和预热用氧气燃烧而形成预热火焰，并通过该预热火焰加热工件。
[穿孔时]
通过来自控制部60的控制信号开启氢气供给线路41的氢气电磁阀42，并开启预热氧气供给线路51的预热氧气电磁阀52及预热氧气高压线路53的预热氧气高压电磁阀54，以向预热孔23供给氢气和预热用氧气。
而且，通过来自控制部60的控制信号开启切割氧气供给线路55的切割氧气电磁阀56，以向切割氧气孔22供给切割用氧气。
结果，在预热孔23中氢气和预热用氧气燃烧而形成预热火焰以加热工件，并且由切割氧气孔22对加热部分喷射切割用氧气，以进行穿孔加工。
[切割时]
通过来自控制部60的控制信号开启丙烷气供给线路45的丙烷气电磁阀46，并开启预热氧气电磁阀52，向预热孔23供给丙烷气和氧气。切割时预热氧气高压电磁阀54被关闭。
此外，开启切割氧气供给线路55的切割氧气电磁阀56，以向切割氧气孔22供给切割用氧气。
结果，在预热孔23中丙烷气和氧气燃烧而形成预热火焰以加热工件，并且由切割氧气孔22对加热部分喷射切割用氧气以进行工件的切割。
根据气体切割装置30，在工件的加热时、工件的穿孔时和工件的切割时，对构成向预热孔23供给的燃料气体的氢气和丙烷气进行切换(改变比例)，由此能够形成分别适合于加热时、穿孔时、切割时的预热火焰。
结果，能够在确保所需热能的同时减少氢气消耗。
此外，由于在加热时、穿孔时、切割时切换向切割氧气孔22的切割用氧气供给，能够与预热火焰一起有效地对工件进行加热、穿孔、切割。
结果在切割工件时，向预热孔23只供给丙烷气，从而能够在确保切割时所需要的热能的同时，无需在切割工件时供给氢气。
下面，参照图3和图4，对本发明的第二实施形态进行说明。
图3是表示第二实施形态所涉及的气体切割系统2的图，其中附图标记70表示气体切割装置。
气体切割装置70与气体切割装置30的不同之处在于，在气体切割装置30中，通过氢气电磁阀42和丙烷气电磁阀46的开闭来控制氢气和丙烷气的供给，而在气体切割装置70中，氢气和丙烷气的供给可由设置在燃料气体供给线路80的氢气供给线路81和丙烷气供给线路85上的质量流量控制器进行无级控制。其他部分与气体切割装置30一样，标注同样的附图标记，并省略说明。
气体切割装置70具有燃料气体供给线路80、氧气供给线路50和控制部(气体供给控制单元)61。
燃料气体供给线路80具有氢气供给线路81、丙烷气供给线路85、混合装置88和燃料气体电磁阀89，氢气供给线路81和丙烷气供给线路85并列配置，且分别在下游侧连接到混合装置88。而且，混合装置88在下游侧连接到割嘴20，混合装置88与割嘴20之间设置有燃料气体电磁阀89，以控制燃料气体的流通。
氢气供给线路81具有质量流量控制器82和氢气电磁阀83，上游侧连接到氢气供给源Sh，质量流量控制器82和氢气电磁阀83从氢气供给源Sh以此顺序依次配置，下游侧连接到混合装置88。
此外，丙烷气供给线路85具有质量流量控制器86和丙烷气电磁阀87，上游侧连接到丙烷气供给源Sp，质量流量控制器86和丙烷气电磁阀87从丙烷气供给源Sp以此顺序依次配置，下游侧连接到混合装置88。
而且，控制部61分别控制质量流量控制器82、质量流量控制器86的开度，并开启或关闭氢气电磁阀83、丙烷气电磁阀87、燃料气体电磁阀89，以控制氢气、丙烷气的流通。
通过上述结构，气体切割装置70可通过来自控制部61的控制信号控制质量流量控制器82、86的开度来控制氢气供给线路81的氢气流量及丙烷气供给线路85的丙烷气流量，从而调节丙烷气相对于氢气的混合比(体积比)。
结果，在对工件进行加热时、穿孔时、切割时，能够向预热孔23供给氢气、丙烷气、或者混合的燃料气体，并调节氢气与丙烷气的混合比(体积比)。
下面说明气体切割装置70的作用。
[加热工件时]
通过来自控制部61的控制信号分别控制质量流量控制器82及质量流量控制器86的开度，并与质量流量控制器82、86对应地开闭氢气电磁阀83、丙烷气电磁阀87，燃料气体(氢气、丙烷气、或者氢气与丙烷气混合的混合气中任何一种)经由燃料气体电磁阀89供给到预热孔23。此时燃料气体电磁阀89开启。
而且，通过来自控制部61的控制信号开启预热氧气供给线路51的预热氧气电磁阀52和预热氧气高压线路53的预热氧气高压电磁阀54，以向预热孔23供给氢气和预热氧气。
结果，在预热孔23中燃料气体和预热氧燃烧而形成预热火焰，并通过该预热火焰加热工件。
[穿孔时]
通过来自控制部61的控制信号分别控制质量流量控制器82及质量流量控制器86的开度，并与质量流量控制器82、86对应地开闭氢气电磁阀83、丙烷气电磁阀87，燃料气体(氢气、丙烷气、或者氢气与丙烷气混合的混合气中任何一种)经由燃料气体电磁阀89供给到预热孔23。此时燃料气体电磁阀89开启。
而且，通过来自控制部61的控制信号开启氢气供给线路81的氢气电磁阀83，并开启预热氧气供给线路51的预热氧电磁阀52以及预热氧气高压线路53上的预热氧气高压电磁阀54，以向预热孔23供给氢气和预热用氧气。
此外，通过来自控制部61的控制信号开启切割氧气供给线路55的切割氧气电磁阀56，以向切割氧气孔22供给切割用氧气。
结果，在预热孔23中燃料气体与预热用氧气燃烧而形成预热火焰以加热工件，并由切割氧气孔22对加热部分喷射切割用氧气以进行穿孔。
[切割时]
通过来自控制部61的控制信号，将质量流量控制器82的开度设为零的同时关闭氢气电磁阀83，而且将质量流量控制器86控制成所设定的开度的同时开启丙烷气电磁阀87，丙烷气经由燃料气体电磁阀89供给到预热孔23。此时，燃料气体电磁阀89开启。
此外，通过来自控制部61的控制信号开启氢气供给线路81的氢气电磁阀83，向预热孔23供给预热用氧气。切割时预热氧气高压电磁阀54关闭。
另外，开启切割氧气供给线路55上的切割氧气电磁阀56，向切割氧气孔22供给切割用氧气。
结果，在预热孔23中丙烷气与氧气燃烧而形成预热火焰以加热工件，并且由切割氧气孔22对加热部分喷射切割用氧气以进行工件的切割。
上述加热时，在穿孔时，在把丙烷气对氢气的混合比按体积比调节到30％以下的情况下，能够在确保加热工件所需要的预热火焰的热能的同时，减少氢气消耗，因此是适宜的。
另外，在把烃类气体对氢气的混合比按体积比调节到10％以下的情况下，能够在确保与氢气几乎同等的加热力的同时，减少氢气消耗，因此是更为适宜的。
根据气体切割装置70，在切割工件时，将氢气和丙烷气的混合气体作为燃料气体向预热孔23供给，因此能够在确保切割所需的热能的同时能减少氢气消耗。
此外，本发明并不局限于上述实施形态，在不脱离本发明宗旨的范围内可进行各种变更。
在上述实施形态中说明了作为烃类气体使用丙烷气的情况，但取代丙烷气，也可以将LPG(液化石油气)、丁烷气、或者混合有丙烷气、LPG(液化石油气)、丁烷气中至少一种的气体作为燃料气体来使用。
而且，也可以使用丙烷气、LPG、丁烷气之外的烃类气体或它们的混合气体。
另外，在上述实施形态中说明了氢气供给源、丙烷气供给源、氧气供给源为气罐的情况，但也可以由其他供给源构成，例如也可以使用将水电解以产生氧气和氢气的氢气发生器作为氢气供给源。
此外，在上述实施形态中概念性地举例说明了利用电磁阀或质量流量控制器对燃料气体的切换进行控制，然而关于氢气、燃料气体(包含构成燃料气体的氢气、烃类气体)的切换，为了使气体流动顺畅或者提高效率等目的，例如可以使多个电磁阀的切换时间重叠，或者通过设置时滞来设置时间间隔。
此外，在上述实施形态中说明了通过组合多个电磁阀控制氧气的结构，但也可以用质量流量控制器等其他流量控制手段来控制氧气。
下面说明本发明的气体切割方法的效果。
图5是表示燃料气体为丙烷气、30％丙烷气+70％氢气的混合气体(数值为体积比，下同)、20％丙烷气+80％氢气的混合气体、10％丙烷气+90％氢气的混合气体、5％丙烷气+95％氢气的混合气体、以及氢气的情况下，本发明的气体切割方法中“根据气体混合比的燃烧热量与最短穿孔时间的关系”的图。。
图5中横轴表示气体切割中的燃烧热量(MJ/h)，纵轴表示最短穿孔时间(秒)。此外，所谓最短穿孔时间是指，从加热开始到喷出切割氧气以使加热部氧化反应(燃烧)的最短时间，亦即意味从加热开始升温到发生氧化反应的温度的最短时间。
此外，工业上可以说横轴的燃烧热量越小、纵轴的最短穿孔时间越短越好。
根据图5，热投入量为50(MJ/h)时，与丙烷气的最短穿孔时间相比，在30％丙烷气+70％氢气的混合气体的情况下缩短约30％，在10％丙烷气+70％氢气的混合气体的情况下缩短约65％，由此可以获得很大的效果。
如此可以确认，在氢气中混合30％的丙烷气时，能够在确保所需要的热能的同时减少氢气消耗。
工业上的可利用性
本发明的气体切割方法及气体切割装置，通过充分确保加热时的热量，能够形成分别适合于加热时和切割时的预热火焰，并减少氢气消耗，因此在工业上非常有用。
附图标记说明
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Claims (12)

1.一种气体切割方法，使用具有通过燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔以及喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔的割嘴，其特征在于，
使用包含氢气和烃类气体中至少一种而构成的所述燃料气体，
在加热所述工件时和切割所述工件时，改变向所述预热孔供给的所述氢气与所述烃类气体的比例。
2.根据权利要求1所述的气体切割方法，其特征在于，在加热所述工件时，将所述氢气或者将所述氢气与所述烃类气体混合向所述预热孔供给。
3.根据权利要求2所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体对所述氢气的混合比按体积比为30％以下。
4.根据权利要求2所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体对所述氢气的混合比按体积比为10％以下。
5.根据权利要求2至4中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，在切割所述工件时，向所述预热孔供给所述烃类气体。
6.根据权利要求2至4中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，在切割所述工件时，向所述预热孔供给所述氢气与所述烃类气体的混合气体。
7.根据权利要求2至6中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体为液化石油气。
8.根据权利要求2至6中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体为丙烷气。
9.根据权利要求2至6中的任何一项所述的气体切割方法，其特征在于，所述烃类气体为丁烷气。
10.一种气体切割装置，向具有通过燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔以及喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔的割嘴供给氧气和所述燃料气体与氧气，其特征在于，
具有氧气供给线路、氢气供给线路、烃类气体供给线路和气体供给控制单元，
所述预热孔与氧气供给线路、氢气供给线路和烃类气体供给线路连接，并且来自所述氢气供给线路的氢气的流量和来自所述烃类气体供给线路的烃类气体的流量能够改变，
所述切割氧气孔与所述氧气供给线路连接，
所述气体供给控制单元构成为，在加热所述工件时和切割所述工件时，使向所述预热孔供给的所述氢气与所述烃类气体的比例改变。
11.根据权利要求10所述的气体切割装置，其特征在于，所述气体供给控制单元构成为，在加热所述工件时，使所述氢气或者所述氢气与所述烃类气体混合的混合气体作为所述燃料气体向所述预热孔供给。
12.根据权利要求11所述的气体切割装置，其特征在于，所述气体供给控制单元构成为，将所述烃类气体对所述氢气的混合比按体积比调节为30％以下。
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