JP2018167299A - ガス切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者が多くの手動操作を行うことなく、かつ切断品質を安定させて、被切断材をガス切断する。【解決手段】ガス切断装置１００は、燃料ガスと、予熱用酸素ガスと、切断用酸素ガスと、が供給されるポストミキシング方式の切断火口１と、手持ちで被切断材Ｓの切断位置へ移動可能に構成され、切断火口１を保持し、被切断材Ｓ上を所定の走行速度で切断火口１とともに移動可能に構成された可搬式の台車３０と、台車３０から離隔して設置されるとともに台車３０と電気的に接続され、少なくとも台車３０の走行速度と、燃料ガスの流量と、予熱用酸素ガスの流量と、切断用酸素ガスの流量と、を被切断材Ｓの鋼種および板厚に応じて制御する制御装置４０と、を備える。制御装置４０は、台車３０の走行速度が第一速度から加速時間を経て第二速度に変化するように台車３０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス切断装置に関する。

従来、鋼からスラブ材やブルーム材などの板厚の厚い鋼片が形成された後、さらにこの鋼片（被切断材）を切断する際に、可搬式のガス切断機を用いて被切断材をガス切断する方法が知られている。このガス切断機を使用する場合、作業者は、被切断材上の所定の切断位置にガス切断機を設置した後、被切断材の傍で被切断材の切断状況を目視で確認しながら、ガス切断機を操作する。

また、近年、ガス切断における予熱炎の形成には、炭化水素系ガスに代えて水素ガスを主成分とする燃料ガスを用いることが行われている。例えば、特許文献１には、水素ガスを主成分とする燃料ガスを用いるガス切断装置が開示されている。このガス切断装置には、切断火口として、燃料ガスと予熱用酸素ガスとが切断火口の外部（切断火口の先端）で混合されるポストミキシング（アウトミキシングともいう。）方式の切断火口（例えば、特許文献２参照）を用いることができる。このようなポストミキシング方式の切断火口では、逆火による爆発に対する安全性を高めることができる。

国際公開第２０１１／１３２４９６号 特許第３２３８８１９号公報

上述したガス切断機では、切断をするためには、作業者は、予熱炎を目視で確認しながら、予熱用酸素ガスの流量と燃料ガスの流量とを切断トーチ又は切断トーチ近傍に設けられた各々のバルブで設定して予熱炎を形成し、被切断材の切断を開始する端面に切断火口から噴出する予熱炎が掛かる位置に切断火口を位置決めし、予熱炎により被切断材の端面の上縁部分を赤熱させる。次に作業者は、切断トーチ又は切断トーチ近傍に設けられた切断用酸素ガスのバルブを開いて、切断火口のセンターに形成された切断酸素噴出孔から切断用酸素ガスを噴出させるとともに、ガス切断機の速度設定ダイヤルにて切断速度を設定し、設定した速度で切断火口を被切断材の内側に向けて動かして、切断を行う。

しかしながら、作業者が切断火口から噴出する予熱炎を目視で確認しながら各ガスの流量を設定したり、ガス切断機の切断速度の設定や変更を手動操作にて行うことは、作業者毎の設定のばらつきや、操作の誤り等によって、切断開始時に被切断材の上面から下面まで切溝が形成されず下部が大きくえぐれたり、切断が途中で途切れたり、上面が溶けて丸くなったりする等の切断品質が低下する問題が生じることがあった。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、可搬式のガス切断機を用いて、作業者が多くの手動操作を行うことなく、かつ切断品質を安定させて、被切断材をガス切断することが可能なガス切断装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、ガス切断装置は、水素ガスまたは水素ガスに炭化水素系ガスを混合した混合ガスからなる燃料ガスと、予熱用酸素ガスと、切断用酸素ガスと、が供給され、前記燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出口と、前記予熱用酸素ガスを噴出させる予熱酸素噴出口と、前記切断用酸素ガスを噴出させる切断酸素噴出口と、を有し、前記燃料ガス噴出口から噴出した燃料ガスと前記予熱酸素噴出口から噴出した予熱用酸素ガスとを混合させるように構成されたポストミキシング方式の切断火口と、作業者の手持ちで被切断材の上面の切断位置へ移動可能に構成され、前記切断火口を保持し、前記被切断材の上面上を所定の走行速度で前記切断火口とともに移動可能に構成された可搬式の台車と、前記被切断材の切断時に発生する熱および粉塵の影響を抑制するように前記台車から離隔して設置されるとともに、前記台車と電気的に接続され、少なくとも前記台車の走行速度と、前記燃料ガスの流量と、前記予熱用酸素ガスの流量と、前記切断用酸素ガスの流量と、を前記被切断材の鋼種および板厚に応じて制御する制御装置と、を備え、前記制御装置には、前記被切断材の鋼種および板厚に応じて、切断切込み時の速度である第一速度と、定常切断を行う速度である第二速度と、が前記台車の走行速度として少なくとも設定され、かつ前記台車が前記第一速度で移動する時間である切込み時間および前記第一速度から前記第二速度に変化する時間である加速時間が設定されており、前記制御装置は、前記台車の走行速度が前記第一速度から前記加速時間を経て前記第二速度に変化するように前記台車を制御する。

このようなガス切断装置によれば、制御装置は、被切断材の鋼種および板厚に応じて、燃料ガスの流量、予熱用酸素ガスの流量、および切断用酸素ガスの流量を制御しつつ、台車の走行速度を切断切込み時の第一速度から加速時間を経て定常切断を行う第二速度に変化するように台車を制御する。よって、作業者がこのような制御を行う必要がないため、作業者の手動操作を削減することができる。加えて、作業者毎のばらつきも生じないため、切断品質を安定させることができる。

上記のガス切断装置において、前記燃料ガスが、前記水素ガスに対する前記炭化水素系ガスの体積分率が５０％未満となるように前記水素ガスに前記炭化水素系ガスを混合した前記混合ガスからなる場合に、前記制御装置において、前記第一速度は８０ｍｍ／ｍｉｎ以上１００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定され、前記第二速度は２５０ｍｍ／ｍｉｎ以上３００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定されていてもよい。これによって、燃料ガスとして上述した混合ガスを使用する場合に、被切断材を好適に切断することができる。

上記のガス切断装置において、前記制御装置において、前記加速時間は５秒以上３０秒以下に設定されていてもよい。これによって、燃料ガスとして上述した混合ガスを使用する場合に、被切断材をより好適に切断することができる。

上記のガス切断装置によれば、作業者は、多くの手動操作を行うことなく、かつ切断品質を安定させて、被切断材をガス切断することができる。

本発明の一実施形態に係るガス切断装置の全体構成を示す図である。 前記ガス切断装置の切断火口の構成を示す図である。 前記ガス切断装置のガス供給路を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るガス切断装置１００の全体構成を示す図である。図１に示すように、ガス切断装置１００は、切断火口１と、台車３０と、制御装置４０と、を備えている。

切断火口１は、ポストミキシング方式を採用している。切断火口１は、燃料ガスと、予熱用酸素ガスと、切断用酸素ガスと、が供給され、燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出口４と、予熱用酸素ガスを噴出させる予熱酸素噴出口５と、切断用酸素ガスを噴出させる切断酸素噴出口２と、を有している。切断火口１は、燃料ガス噴出口４から噴出した燃料ガスと予熱酸素噴出口５から噴出した予熱用酸素ガスとを混合させるように構成されている。また、本実施形態では、切断火口１は、カーテン用酸素ガスを噴出させるカーテン酸素噴出口３をさらに有している。

燃料ガスとしては、水素ガス、または水素ガスに炭化水素系ガスを混合した混合ガスを用いることができる。炭化水素系ガスとしては、例えばプロパンガスやプロピレンガスなどを用いることができる。このような水素ガスを主体とした燃料ガスを用いることで、切断時に生じたノロの剥離性を良好なものとすることができる。

なお、ノロの剥離性のみに着目した場合は、水素ガスのみからなる燃料ガスを用いることが好ましい。しかしながら、水素は単位体積当たりの熱量が小さい（プロパンガスの約１／８）ので、水素ガスのみからなる燃料ガスを用いた場合は、切断開始のための予熱時間が長くなり、切断中の燃料ガスの流量を大きくしなければならなくなる。このため、一般的には水素ガスに炭化水素系ガスを混合した燃料ガスを用いることが好ましい。水素ガスに対する炭化水素系ガスの体積分率は、炭化水素系ガスの体積分率が５０％を超えるとノロの剥離性に影響するため、５０％未満とすることが好ましく、より好ましくは４０％以下である。

以下では、燃料ガスとして、水素ガスを主体にプロパンガスを混合した混合ガスを用いる例を説明する。

図２を参照して、切断火口１の構成を詳細に説明する。図２は、切断火口１の構成を示す図である。（ａ）は、切断火口１の構成を示す半断面図であり、（ｂ）は、切断火口１を先端側から見た平面図である。

切断火口１は、図２に示すように、先端面１ａの中心部に設けられた切断酸素噴出口２を中心に、半径方向の外側に向かって、カーテン酸素噴出口３と燃料ガス噴出口４と予熱酸素噴出口５とが同心状に並んで配置された構造を有している。

具体的に、この切断火口１は、火口ボディ６と、火口ボディ６を貫通した状態で配置されたインナーノズル７と、火口ボディ６の先端側に位置して、インナーノズル７の外側に同心円状に配置された第１のアウターノズル８と、火口ボディ６の先端側に位置して、第１のアウターノズル８の外側に同心円状に配置された第２のアウターノズル９と、火口ボディ６の先端側に位置して、第２のアウターノズル９の外側に同心円状に配置された第３のアウターノズル１０とを備えている。

なお、火口ボディ６、インナーノズル７、第１のアウターノズル８、第２のアウターノズル９、第３のアウターノズル１０は、例えば銅または銅合金（黄銅）などの熱伝導性に優れた金属材料を用いて形成されているが、これらの金属材料を用いたものに必ずしも限定されるものではない。

火口ボディ６は、軸線方向に貫通する断面円形状の中心孔６ａを有して、全体として略円筒状に形成されている。また、火口ボディ６の基端側には、酸素ガスおよび燃料ガスを供給する吹管３１に連結される連結部１１を有している。

連結部１１は、その基端側に向かって円錐台状に形成されたテーパー面１１ａを有している。また、連結部１１には、その基端側から順に、第１のリング溝１２ａと第２のリング溝１２ｂと第３のリング溝１２ｃとが軸線方向に並んで設けられている。第１のリング溝１２ａと第２のリング溝１２ｂと第３のリング溝１２ｃとは、それぞれ連結部１１のテーパー面１１ａを周方向に全周に亘って切り欠くことにより形成されている。

火口ボディ６には、この火口ボディ６の内側（中心孔６ａ）と第１のリング溝１２ａとの間を半径方向に連通させる複数の第１の連通孔１３ａが周方向に放射状に並んで設けられている。火口ボディ６には、この火口ボディ６の先端と第２のリング溝１２ｂとの間を軸線方向に連通させる複数の第２の連通孔１３ｂが周方向に放射状に並んで設けられている。火口ボディ６には、この火口ボディ６の先端と第３のリング溝１２ｃとの間を軸線方向に連通させる複数の第３の連通孔１３ｃが周方向に放射状に並んで設けられている。

インナーノズル７は、軸線方向に貫通する断面円形状の中心孔７ａを有して、全体として略円筒状に形成されている。また、インナーノズル７の基端側には、フランジ部７ｂが拡径方向に突出して設けられている。一方、中心孔６ａの基端側には、この中心孔６ａよりも拡径された拡径部６ｂが設けられている。また、拡径部６ｂの内側には、雌ネジ部６ｃが設けられている。

インナーノズル７は、火口ボディ６の基端側から中心孔６ａの内側に挿入されることによって、中心孔６ａと拡径部６ｂとの間の段差部分にフランジ部７ｂが当接された状態となる。この状態で、雌ネジ部６ｃと螺合される雄ネジ部１４ａが設けられた抜け止めナット１４を拡径部６ｂの内側に取り付ける。これにより、インナーノズル７は、火口ボディ６の中心孔６ａを貫通した状態で、この火口ボディ６の内側に取り付けられている。

インナーノズル７の中心孔７ａは、切断用酸素ガスが供給される切断酸素用流路を形成している。そして、中心孔７ａの先端は、この切断酸素用流路を介して供給された酸素ガスを噴出する断面円形状の切断酸素噴出口２を形成している。

第１のアウターノズル８は、軸線方向に貫通する断面円形状の中心孔８ａを有して、全体として略円筒状に形成されている。第１のアウターノズル８は、中心孔８ａと火口ボディ６の中心孔６ａとが連続するように、火口ボディ６の先端側に螺合により取り付けられている。

これにより、火口ボディ６および第１のアウターノズル８とインナーノズル７との間には、複数の第１の連通孔１３ａを介してカーテン用酸素ガスが供給されるカーテン酸素用流路１５が形成されている。そして、カーテン酸素用流路１５の先端は、このカーテン酸素用流路１５を介して供給された酸素ガスを噴出する断面円環状のカーテン酸素噴出口３を形成している。

第２のアウターノズル９は、軸線方向に貫通する断面円形状の中心孔９ａを有して、全体として略円筒状に形成されている。第２のアウターノズル９は、第１のアウターノズル８の周囲を囲むように、火口ボディ６の先端側に螺合により取り付けられている。

これにより、第２のアウターノズル９と第１のアウターノズル８との間には、複数の第２の連通孔１３ｂを介して燃料ガスが供給される燃料ガス用流路１６が形成されている。

また、第１のアウターノズル８の先端側は、第２のアウターノズル９の中心孔９ａと同径とされており、中心孔９ａの内側に嵌合された状態となっている。そして、第１のアウターノズル８の先端側には、この第１のアウターノズル８の先端と燃料ガス用流路１６との間を軸線方向に連通させる複数の燃料ガス噴出孔１７が周方向に放射状に並んで設けられている。そして、各燃料ガス噴出孔１７の先端は、燃料ガス用流路１６を介して供給された燃料ガスを噴出する断面円形状の燃料ガス噴出口４を形成している。

第３のアウターノズル１０は、軸線方向に貫通する断面円形状の中心孔１０ａを有して、全体として略円筒状に形成されている。第３のアウターノズル１０は、第２のアウターノズル９の周囲を囲むように、火口ボディ６の先端側に螺合により取り付けられている。また、第３のアウターノズル１０の基端側の外周面には、吹管に螺合により取り付けるための火口止めナット１８が設けられている。火口止めナット１８には、雄ネジ部１８ａが形成されている。

これにより、第３のアウターノズル１０と第２のアウターノズル９との間には、複数の第３の連通孔１３ｃを介して予熱用酸素ガスが供給される予熱酸素用流路１９が形成されている。そして、予熱酸素用流路１９の先端は、この予熱酸素用流路１９を介して供給された酸素ガスを噴出する断面円環状の予熱酸素噴出口５を形成している。

図１に示すように、本実施形態では、台車３０は、軌道部材２０を介して被切断材Ｓの上面上に配置されている。軌道部材２０は、ガス切断装置１００で切断する対象となる鋼片などの被切断材Ｓの上面上に着脱可能に設置されている。本実施形態では、軌道部材２０は、一対のレール２１、２１から構成されている。レール２１は、略Ｌ字状の断面を有して直線状に延びる部材である。一対のレール２１、２１は、所定の間隔をあけて自身の長手方向に沿って互いに平行に配置され、かつ互いに屈曲の内側が対向するように配置されている。一対のレール２１、２１の間隔は、台車３０の車輪３３の間隔に合うように設定されている。また、一対のレール２１、２１の長手方向の寸法は、被切断材Ｓの切断する長さに応じて設定されている。

一対のレール２１、２１は、一対のレール２１、２１の間に配置された連結部材２２によって互いに連結されている。連結部材２２は、レール２１の長手方向に間隔をあけて複数設けられている。一対のレール２１、２１および連結部材２２は、例えば鋼材で構成されている。

軌道部材２０は、被切断材Ｓの所定の切断位置に合わせて、被切断材Ｓ上に配置されている。通常、軌道部材２０は、その自重によって被切断材Ｓ上で安定するので、必ずしも軌道部材２０を被切断材Ｓに公知の固定手段などで固定する必要はない。なお、軌道部材２０は、必須の構成ではなく、省略してもよい。この場合には、台車３０を被切断材Ｓの上面上に直接配置してもよい。

台車３０は、可搬式の台車であり、作業者の手持ちで被切断材Ｓの上面の切断位置へ移動可能に構成されている。台車３０は、例えば１０ｋｇ程度以下の重量であり、切断する対象である被切断材Ｓへ適宜持ち運ぶことができる。台車３０は、切断火口１を保持し、被切断材Ｓの上面上を所定の走行速度で切断火口１とともに移動可能に構成されている。本実施形態では、台車３０は、軌道部材２０上を所定の走行速度で移動可能に構成されている。

図１に示すように、台車３０の上部には、吹管３１を保持する保持部３２が取り付けられている。吹管３１の先端には、切断火口１が火口止めナット１８により取り付けられている。なお、図１では、吹管３１に燃料ガスや酸素ガスを供給するためのホースなどの図示を省略している。

台車３０の進行方向に対する側方を向く両側面には、車輪３３が設けられている。車輪３３は、それぞれの側面に二つずつ設けられている。車輪３３は、軌道部材２０のレール２１上を長手方向に沿って回転可能に構成されている。また、台車３０の内部には、車輪３３に接続され、車輪３３を駆動させるモーターなどの駆動機構（不図示）が設けられている。駆動機構は、制御装置４０と電気的に接続されており、制御装置４０から送信される制御信号に従って車輪３３を駆動させる。これにより、台車３０は、車輪３３を介して軌道部材２０上を移動することができる。

図１に示すように、制御装置４０は、配線４１を介して台車３０と電気的に接続されている。制御装置４０は、少なくとも台車３０の走行速度と、燃料ガスの流量と、予熱用酸素ガスの流量と、切断用酸素ガスの流量と、を被切断材Ｓの鋼種および板厚に応じて制御する。具体的には、制御装置４０には、所定の鋼種および板厚に対応した走行速度、燃料ガスの流量、予熱用酸素ガスの流量、および切断用酸素ガスの流量がそれぞれ予め設定されている。制御装置４０は、これらの設定された値に従って、台車３０や燃料ガス流量などを制御する。

制御装置４０は、被切断材Ｓの鋼種および板厚に応じて、台車３０の走行速度を制御する制御信号を生成し、配線４１を介して生成した制御信号を台車３０の駆動機構に送信する。台車３０の駆動機構は、受信した制御信号に従って車輪３３を駆動させ、台車３０を所定の走行速度で軌道部材２０上を走行させる。このようにして、制御装置４０は、台車３０の走行速度を制御する。

制御装置４０は、台車３０の走行速度を、第一速度と、第二速度との少なくとも二段階に変化させるように制御する。ここで、第一速度は、切断切込み時の速度である。第二速度は、定常切断を行う速度である。また、制御装置４０は、台車３０が第一速度で移動する時間である切込み時間と、台車３０の走行速度が第一速度から第二速度に変化する時間である加速時間とをさらに制御する。

燃料ガスとして、水素ガスに対する炭化水素系ガスの体積分率が５０％未満となるように水素ガスに炭化水素系ガスを混合した混合ガスを用いる場合には、第一速度は８０ｍｍ／ｍｉｎ以上１００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定され、第二速度は２５０ｍｍ／ｍｉｎ以上３００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定され、切込み時間は１０秒以上３０秒以下に設定され、加速時間は５秒以上３０秒以下に設定されている。これらの設定は、被切断材Ｓとして板厚２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の軟鋼材を切断する場合に用いることが好ましい。

また、本実施形態では、制御装置４０は、被切断材Ｓの切断時に発生する熱および粉塵の影響を抑制するように台車３０から離隔して設置されている。なお、制御装置４０と台車３０との間に遮蔽板などを設けて、制御装置４０が被切断材Ｓの切断時に発生する熱および粉塵の影響を受けないようにしてもよい。

図３は、ガス切断装置１００のガス供給路を示す図である。なお、図３に示すガス供給路は一例であり、これに限るものではない。ガス切断装置１００は、ガス供給路として、水素ガス供給源５０と、炭化水素系ガス供給源５１と、酸素ガス供給源５２と、混合装置５３と、燃料ガス供給路５４と、水素ガス供給路５５と、炭化水素系ガス供給路５６と、予熱用酸素ガス供給路５７と、切断用酸素ガス供給路５８と、カーテン用酸素ガス供給路５９と、を備えている。

水素ガス供給源５０は、例えば水素ガスタンクや水素ガスボンベなどであり、水素ガスを供給する。炭化水素系ガス供給源５１は、炭化水素系ガスを供給する。本実施形態の例では、炭化水素系ガスとしてプロパンガスを用いているので、炭化水素系ガス供給源５１は、例えばプロパンガスタンクやプロパンガスボンベなどであり、プロパンガスを供給する。酸素ガス供給源５２は、例えば酸素ガスタンクや酸素ガスボンベであり、酸素ガスを供給する。

水素ガス供給路５５は、水素ガス供給源５０と混合装置５３とを接続している。水素ガス供給路５５には、圧力計６０と、マスフローコントローラー６１と、電磁弁６２と、が設けられている。圧力計６０、マスフローコントローラー６１、および電磁弁６２は、水素ガス供給源５０から混合装置５３に向かってこの順で配置されている。マスフローコントローラー６１および電磁弁６２はそれぞれ、制御装置４０と電気的に接続されている。マスフローコントローラー６１は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、水素ガス供給路５５の水素ガスの流量を制御する。電磁弁６２は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、水素ガス供給路５５を開閉し、これによって水素ガスの流通を制御する。

炭化水素系ガス供給路５６は、炭化水素系ガス供給源５１と混合装置５３とを接続している。炭化水素系ガス供給路５６には、圧力計６３と、マスフローコントローラー６４と、電磁弁６５と、が設けられている。圧力計６３、マスフローコントローラー６４、および電磁弁６５は、炭化水素系ガス供給源５１から混合装置５３に向かってこの順で配置されている。マスフローコントローラー６４および電磁弁６５はそれぞれ、制御装置４０と電気的に接続されている。マスフローコントローラー６４は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、炭化水素系ガス供給路５６のプロパンガス（炭化水素系ガス）の流量を制御する。電磁弁６５は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、炭化水素系ガス供給路５６を開閉し、これによってプロパンガスの流通を制御する。

混合装置５３には、水素ガス供給源５０から水素ガス供給路５５を介して水素ガスが供給され、炭化水素系ガス供給源５１から炭化水素系ガス供給路５６を介してプロパンガスが供給される。混合装置５３は、供給された水素ガスおよびプロパンガスを混合し、混合ガスを生成する。混合装置５３は、生成された混合ガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路５４に供給する。

燃料ガス供給路５４は、混合装置５３と切断火口１の燃料ガス用流路１６とを接続している。燃料ガス供給路５４には、電磁弁６６と、安全器６７と、が設けられている。電磁弁６６および安全器６７は、混合装置５３から燃料ガス用流路１６に向かってこの順で配置されている。電磁弁６６は、制御装置４０と電気的に接続されている。電磁弁６６は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、燃料ガス供給路５４を開閉し、これによって燃料ガスの流通を制御する。安全器６７は、逆火を防止する公知の機構を有している。

予熱用酸素ガス供給路５７は、酸素ガス供給源５２と切断火口１の予熱酸素用流路１９とを接続している。予熱用酸素ガス供給路５７には、圧力計６８と、マスフローコントローラー６９と、電磁弁７０と、が設けられている。圧力計６８、マスフローコントローラー６９、および電磁弁７０は、酸素ガス供給源５２から予熱酸素用流路１９に向かってこの順で配置されている。マスフローコントローラー６９および電磁弁７０はそれぞれ、制御装置４０と電気的に接続されている。マスフローコントローラー６９は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、予熱用酸素ガス供給路５７の予熱用酸素ガスの流量を制御する。電磁弁７０は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、予熱用酸素ガス供給路５７を開閉し、これによって予熱用酸素ガスの流通を制御する。

切断用酸素ガス供給路５８は、酸素ガス供給源５２と切断火口１のインナーノズル７の中心孔７ａとを接続している。切断用酸素ガス供給路５８には、圧力計７１と、マスフローコントローラー７２と、電磁弁７３と、が設けられている。圧力計７１、マスフローコントローラー７２、および電磁弁７３は、酸素ガス供給源５２からインナーノズル７の中心孔７ａに向かってこの順で配置されている。マスフローコントローラー７２および電磁弁７３はそれぞれ、制御装置４０と電気的に接続されている。マスフローコントローラー７２は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、切断用酸素ガス供給路５８の切断用酸素ガスの流量を制御する。電磁弁７３は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、切断用酸素ガス供給路５８を開閉し、これによって切断用酸素ガスの流通を制御する。

カーテン用酸素ガス供給路５９は、酸素ガス供給源５２と切断火口１のカーテン酸素用流路１５とを接続している。カーテン用酸素ガス供給路５９には、圧力計７４と、マスフローコントローラー７５と、電磁弁７６と、が設けられている。圧力計７４、マスフローコントローラー７５、および電磁弁７６は、酸素ガス供給源５２からカーテン酸素用流路１５に向かってこの順で配置されている。マスフローコントローラー７５および電磁弁７６はそれぞれ、制御装置４０と電気的に接続されている。マスフローコントローラー７５は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、カーテン用酸素ガス供給路５９のカーテン用酸素ガスの流量を制御する。電磁弁７６は、制御装置４０から送信される制御信号に従って、カーテン用酸素ガス供給路５９を開閉し、これによってカーテン用酸素ガスの流通を制御する。

上述したガス供給路において、制御装置４０は、マスフローコントローラー６１の開度を制御して水素ガス供給路５５の水素ガスの流量を制御するとともに、マスフローコントローラー６４の開度を制御して炭化水素系ガス供給路５６のプロパンガスの流量を制御する。これによって、制御装置４０は、燃料ガスの流量を制御することができ、さらに、水素ガスとプロパンガスとの混合比、すなわち燃料ガスに対する炭化水素系ガスの体積分率を制御することができる。

また、制御装置４０は、マスフローコントローラー６９の開度を制御して予熱用酸素ガス供給路５７の予熱用酸素ガスの流量を制御することができる。制御装置４０は、マスフローコントローラー７２の開度を制御して切断用酸素ガス供給路５８の切断用酸素ガスの流量を制御することができる。制御装置４０は、マスフローコントローラー７５の開度を制御してカーテン用酸素ガス供給路５９のカーテン用酸素ガスの流量を制御することができる。

次に、ガス切断装置１００を用いたガス切断方法について説明する。

まず、図１に示すように、被切断材Ｓの所定の切断位置に合わせて、軌道部材２０を被切断材Ｓ上に設置する。続いて、台車３０を軌道部材２０上に設置し、台車３０が保持する切断火口１を被切断材Ｓの切断切込み位置に合わせる。

制御装置４０は、電磁弁６２を開くとともに、マスフローコントローラー６１を制御して所定の流量の水素ガスを混合装置５３に供給する。制御装置４０は、電磁弁６５を開くとともに、マスフローコントローラー６４を制御して所定の流量のプロパンガスを混合装置５３に供給する。これにより、混合装置５３において、水素ガスとプロパンガスとが混合され、燃料ガスが生成される。なお、このときの水素ガスの流量およびプロパンガスの流量は、混合装置５３において所定の混合比の燃料ガスが生成されるように制御されている。制御装置４０は、電磁弁６６を開き、燃料ガスを混合装置５３から安全器６７を介して切断火口１の燃料ガス用流路１６に供給する。これによって、燃料ガスは、切断火口１の燃料ガス噴出口４から噴出する。燃料ガス噴出口４から噴出した燃料ガスは、公知の着火器具を用いて点火される。

また、制御装置４０は、電磁弁７０を開くとともに、マスフローコントローラー６９を制御して所定の流量の予熱用酸素ガスを切断火口１の予熱酸素用流路１９に供給する。これによって、予熱用酸素ガスは、切断火口１の予熱酸素噴出口５から噴出する。燃料ガス噴出口４から噴出した燃料ガスと予熱酸素噴出口５から噴出した予熱用酸素ガスは、切断火口１の外側で混合して燃焼し、予熱炎を形成する。この予熱炎によって、被切断材Ｓの切断すべき箇所が予熱される。

次に、制御装置４０は、電磁弁７３を開くとともに、マスフローコントローラー７２を制御して所定の流量の切断用酸素ガスを切断火口１のインナーノズル７の中心孔７ａに供給する。これによって、切断用酸素ガスは、切断火口１の切断酸素噴出口２から噴出する。同時に、制御装置４０は、電磁弁７６を開くとともに、マスフローコントローラー７５を制御して所定の流量のカーテン用酸素ガスを切断火口１のカーテン酸素用流路１５に供給する。これによって、カーテン用酸素ガスは、切断火口１のカーテン酸素噴出口３から切断用酸素ガスの周囲を取り巻くように噴出する。切断酸素噴出口２から噴出した切断用酸素ガスは、予熱炎によって加熱された被切断材Ｓと反応し、これによって被切断材Ｓの切断が開始する。

被切断材Ｓの切断を進めるため、制御装置４０は、切断切込み時の速度である第一速度で所定時間の間、軌道部材２０上で台車３０を移動させる。これにより、切断火口１が第一速度で軌道部材２０に沿って移動する。続いて、制御装置４０は、所定の加速時間の間に、台車３０の走行速度を第一速度から、定常切断を行う速度である第二速度に変化させる。なお、第二速度は、第一速度よりも大きい値に設定されている。制御装置４０は、所定時間の間、第二速度で台車３０を軌道部材２０上で移動させる。これに伴い、切断火口１も第二速度で軌道部材２０に沿って移動し、被切断材Ｓの切断が進められ、被切断材Ｓの端部まで到達する。これにより、被切断材Ｓの切断が終了する。

なお、被切断材Ｓの切断を途中で中止した後、再び被切断材Ｓの切断を開始する場合には、通常の切断で被切断材Ｓの端面から切断を行う場合と同様に、切断を再開する位置に切断火口１を位置決めする。そして、制御装置４０の制御により、上記の場合と同様に、各ガスの流量を調整しつつ台車３０を所定の第一速度から加速時間を経て第二速度で移動させる。このようにして、通常の被切断材Ｓの端面からの切断と同様に、被切断材Ｓを切断することができる。このため、この場合でも吹き上げなどの発生がない正常な切込みが可能である。

（実施例）
上記の切断方法に従って、被切断材Ｓを切断した場合の具体例を示す。

（１）被切断材Ｓとして、板厚２５０ｍｍの高炭素鋼を使用した。台車３０の走行速度として、第一速度を８０ｍｍ／ｍｉｎ、第二速度を２６０ｍｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定した。また、第一速度での切込み時間を３０秒に設定し、第一速度から第二速度への加速時間を３０秒に設定した。燃料ガスとして、水素ガスにプロパンガスを混合した混合ガスを使用した。燃料ガスに対する水素ガスの体積分率は９０％であり、プロパンガスの体積分率は１０％であった。燃料ガスの流量は１６０ＮＬ／ｍｉｎ、予熱用酸素ガスの流量は８０ＮＬ／ｍｉｎ、切断用酸素ガスの流量は１２００ＮＬ／ｍｉｎ、カーテン用酸素ガスの流量は４ＮＬ／ｍｉｎにそれぞれ設定した。

上記の条件で高炭素鋼を切断した結果、吹き上げや切断面の凹み（えぐれ）などの切断不良は発生しなかった。また、発生したノロは容易に剥離することができ、ノロの剥離性は良好であった。

（２）被切断材Ｓとして、板厚２５０ｍｍの極低炭素鋼を使用した。台車３０の走行速度などの各設定値は、切断用酸素ガスの流量を１０００ＮＬ／ｍｉｎに設定した点を除いて、上記（１）の条件と同様である。

上記の条件で極低炭素鋼を切断した結果、吹き上げや切断面の凹み（えぐれ）などの切断不良は発生しなかった。また、発生したノロは容易に剥離することができ、ノロの剥離性は良好であった。

本実施形態に係るガス切断装置１００は、水素ガスまたは水素ガスに炭化水素系ガスを混合した混合ガスからなる燃料ガスと、予熱用酸素ガスと、切断用酸素ガスと、が供給され、燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出口４と、予熱用酸素ガスを噴出させる予熱酸素噴出口５と、切断用酸素ガスを噴出させる切断酸素噴出口２と、を有し、燃料ガス噴出口４から噴出した燃料ガスと予熱酸素噴出口５から噴出した予熱用酸素ガスとを混合させるように構成されたポストミキシング方式の切断火口１と、作業者の手持ちで被切断材Ｓの上面の切断位置へ移動可能に構成され、切断火口１を保持し、被切断材Ｓの上面上を所定の走行速度で切断火口１とともに移動可能に構成された可搬式の台車３０と、被切断材Ｓの切断時に発生する熱および粉塵の影響を抑制するように台車３０から離隔して設置されるとともに、台車３０と電気的に接続され、少なくとも台車３０の走行速度と、燃料ガスの流量と、予熱用酸素ガスの流量と、切断用酸素ガスの流量と、を被切断材Ｓの鋼種および板厚に応じて制御する制御装置４０と、を備える。制御装置４０には、被切断材Ｓの鋼種および板厚に応じて、切断切込み時の速度である第一速度と、定常切断を行う速度である第二速度と、が台車３０の走行速度として少なくとも設定され、かつ台車３０が第一速度で移動する時間である切込み時間および第一速度から第二速度に変化する時間である加速時間が設定されている。制御装置４０は、台車３０の走行速度が第一速度から加速時間を経て第二速度に変化するように台車３０を制御する。

上述した構成によれば、制御装置４０は、被切断材Ｓの鋼種および板厚に応じて、燃料ガスの流量、予熱用酸素ガスの流量、および切断用酸素ガスの流量を制御しつつ、台車３０の走行速度を切断切込み時の第一速度から加速時間を経て定常切断を行う第二速度に変化するように台車３０を制御する。よって、作業者がこのような制御を行う必要がないため、作業者の手動操作を削減することができる。加えて、作業者毎のばらつきも生じないため、切断品質を安定させることができる。

また、燃料ガスが、水素ガスに対する炭化水素系ガスの体積分率が５０％未満となるように水素ガスに炭化水素系ガスを混合した混合ガスからなる場合に、制御装置４０において、第一速度は８０ｍｍ／ｍｉｎ以上１００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定され、第二速度は２５０ｍｍ／ｍｉｎ以上３００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定されている。これによって、燃料ガスとして上述した混合ガスを使用する場合に、被切断材Ｓを好適に切断することができる。

また、制御装置４０において、加速時間は５秒以上３０秒以下に設定されている。これによって、燃料ガスとして上述した混合ガスを使用する場合に、被切断材Ｓをより好適に切断することができる。

上述のように本実施形態では、切断火口としてポストミキシング方式の切断火口１を用いている。これにより、厚物切断においては、予熱用酸素ガスと燃料ガスとが、別々に切断火口から噴出された後で混合され燃焼するため、逆火が皆無であるので、２００ｍｍから４００ｍｍの板厚を有する被切断材の切断に最も適している。また、厚物切断におけるガス切断での切断速度は、ポストミキシング方式の切断火口を用いた場合が最も早くなる。加えて、燃料ガスに水素ガスまたは水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを用いると、切断速度がさらに向上する。また、燃料ガスに水素ガスを用いると、ＬＮＧなどの他の燃料ガスを用いた場合に比べて、被切断材の下面に付着するノロの剥離性が良好になる。特に厚物切断では付着するノロの量が多いため、剥離性が良いとノロの剥離作業が軽減されて全体として切断作業の効率化が図れる。

なお、本実施形態では、切断火口１において、燃料ガス噴出口４よりも内側にカーテン酸素噴出口３が配置されていたが、これに限らない。カーテン酸素噴出口３は、切断用酸素ガスの純度を保持するとともに、燃料ガスの燃焼を補助する上で有効であるが、必ずしも必須の構成ではなく、省略してもよい。

また、軌道部材２０は、一対のレール２１、２１から構成されていたが、これに限らない。軌道部材２０は、台車３０を所定の方向に移動するように案内可能に構成されていれば、特に限定されない。

制御装置４０は、マスフローコントローラーを用いて燃料ガスなどの流量を制御していたが、これに限らない。制御装置４０は、その他の公知の流量制御手段によって燃料ガスなどの流量を制御してもよい。また、制御装置４０は、必ずしも全てのガスの流量を制御しなくてもよい。例えば、制御装置４０は、カーテン用酸素ガスの流量を制御しなくてもよい。

また、制御装置４０は、台車３０の走行速度を第一速度および第二速度の二段階に変化させるように制御していたが、これに限らない。制御装置４０は、台車３０の走行速度を、第一速度、第二速度、および第三速度の三段階に変化させるように制御してもよい。ここで、第三速度は、切り終り時の速度であり、第二速度よりも小さい値に設定される。このように台車３０の走行速度を三段階に変化させる場合には、第二速度で被切断材Ｓの切断を進めた後、所定の減速時間の間に、台車３０の走行速度を第二速度から第三速度に変化させる。第三速度としては、例えば８０ｍｍ／ｍｉｎ以上１００ｍｍ／ｍｉｎ以下である。また、台車３０の走行速度を三段階に変化させる場合には、被切断材Ｓの切り終り位置の手前に第二速度から第三速度に変化させる位置を検出するための検出器が設けられる。検出器として、例えばリミットスイッチを用いることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

１ 切断火口
１ａ 先端面
２ 切断酸素噴出口
４ 燃料ガス噴出口
５ 予熱酸素噴出口
２０ 軌道部材
３０ 台車
４０ 制御装置
１００ ガス切断装置
Ｓ 被切断材

Claims (3)

1. 水素ガスまたは水素ガスに炭化水素系ガスを混合した混合ガスからなる燃料ガスと、予熱用酸素ガスと、切断用酸素ガスと、が供給され、前記燃料ガスを噴出させる燃料ガス噴出口と、前記予熱用酸素ガスを噴出させる予熱酸素噴出口と、前記切断用酸素ガスを噴出させる切断酸素噴出口と、を有し、前記燃料ガス噴出口から噴出した燃料ガスと前記予熱酸素噴出口から噴出した予熱用酸素ガスとを混合させるように構成されたポストミキシング方式の切断火口と、
   作業者の手持ちで被切断材の上面の切断位置へ移動可能に構成され、前記切断火口を保持し、前記被切断材の上面上を所定の走行速度で前記切断火口とともに移動可能に構成された可搬式の台車と、
   前記被切断材の切断時に発生する熱および粉塵の影響を抑制するように前記台車から離隔して設置されるとともに、前記台車と電気的に接続され、少なくとも前記台車の走行速度と、前記燃料ガスの流量と、前記予熱用酸素ガスの流量と、前記切断用酸素ガスの流量と、を前記被切断材の鋼種および板厚に応じて制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置には、前記被切断材の鋼種および板厚に応じて、切断切込み時の速度である第一速度と、定常切断を行う速度である第二速度と、が前記台車の走行速度として少なくとも設定され、かつ前記台車が前記第一速度で移動する時間である切込み時間および前記第一速度から前記第二速度に変化する時間である加速時間が設定されており、
   前記制御装置は、前記台車の走行速度が前記第一速度から前記加速時間を経て前記第二速度に変化するように前記台車を制御する
   ガス切断装置。
2. 請求項１に記載のガス切断装置であって、
   前記燃料ガスが、前記水素ガスに対する前記炭化水素系ガスの体積分率が５０％未満となるように前記水素ガスに前記炭化水素系ガスを混合した前記混合ガスからなる場合に、前記制御装置において、前記第一速度は８０ｍｍ／ｍｉｎ以上１００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定され、前記第二速度は２５０ｍｍ／ｍｉｎ以上３００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定されている
   ガス切断装置。
3. 請求項１または２に記載のガス切断装置であって、
   前記制御装置において、前記加速時間は５秒以上３０秒以下に設定されている
   ガス切断装置。

Images