JP3550178B2 - ガス切断方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に曲線状の角部を有する鋼材に対するガス切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所や製鋼所では、比較的厚い鋼材を熱間状態に於いてガス切断火口を用いて切断することが行われる。この切断はガス切断火口に形成した予熱炎によって切断すべき鋼材を予熱し、その後、切断酸素を噴射しつつ火口を切断方向に移動させることで行われる。
【０００３】
一般に被切断材を予熱炎によって予熱する場合、予め所定量の燃料ガスと該ガスを燃焼させるに必要な量の酸素を混合させ、この混合ガスをガス切断火口の予熱孔から噴出させて形成した予熱炎（中性炎）を用いるのが最も効率的である。
【０００４】
然し、熱間切断に使用されるガス切断火口及び該火口を取り付けるトーチは、鋼材からの輻射熱によって昇温するため、上記の如き予熱酸素と燃料ガスをトーチの内部で混合させるトーチミキシングタイプ、或いは火口の内部で混合させるチップミキシングタイプでは逆火事故が発生する虞がある。
【０００５】
このため、熱間切断に使用されるガス切断火口は、予熱酸素と燃料ガスの混合を火口の外部で行わせるアウトミキシングタイプ、或いは両者の混合を火口の先端部分に形成した溝内で行わせるフロントミキシングタイプとして構成するのが一般である。
【０００６】
一方、熱間切断を必須とする連続鋳造用の切断装置では、切断に要する時間をより短縮化することが要求されている。この要求を満足させるためには、切断速度を向上させることによる切断時間の短縮化、予熱時間の短縮化をはかることが必要となる。
【０００７】
予熱時間の短縮化に着目した場合、外部混合タイプのガス切断火口では、予熱酸素と燃料ガスを十分に混合させることは困難であり、ガス切断火口に形成された予熱炎の予熱力が小さい。このため、予熱時には、予熱炎の形成と同時に切断酸素を鋼材を切断するために設定された圧力で噴出させ、切断酸素噴流の一部を予熱酸素として利用することで、該噴流の周囲に中性炎状の予熱炎を形成して予熱力を向上させている。
【０００８】
然し、予熱時に鋼材を切断するために設定された圧力で切断酸素を噴出させたとき、切断酸素噴流の周囲に形成される中性炎の領域は極めて狭く、予熱時に於ける鋼材に対するガス切断火口の位置設定が極めて微妙になり、且つ切断酸素噴流が鋼材に接触した場合、該噴流が予熱すべき鋼材に対する冷却作用を発揮してしまい効果的な予熱を期待し得ないという問題がある。
【０００９】
本出願人は、上記問題を解決したフロントミキシングタイプのガス切断火口を開発して提案している（実公平１−１３２２５号）。このガス切断火口は、切断酸素を噴出する孔の外周で且つ二次予熱酸素孔との間に、予熱酸素を噴出する副予熱酸素孔と燃料ガスを噴出する燃料ガス孔を同一円周上に交互に配置して構成したものである。
【００１０】
上記技術では、火口の先端に形成された溝内に於いて予熱酸素と燃料ガスとの混合を促進することが可能となり、鋼材に対する予熱時により強力な予熱炎を形成することが出来る。このため、アウトミキシングタイプのガス切断火口と比較して予熱時間の短縮をはかることが出来る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
連続鋳造ラインや圧延ライン等の総合的なプラントの一部として組み込まれる切断装置にあっては、サイクルタイムの短縮化は常に変わらぬ要求として存在している。
【００１２】
上記フロントミキシングタイプのガス切断火口であっても形成された予熱炎は所謂炭化炎であり、中性炎の予熱炎と比較した場合、鋼材を予熱する際の予熱力は未だ小さく、特に、切断すべき鋼材の角部が曲線状である場合、切断開始点を集中して予熱することが出来ないという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、フロントミキシングタイプのガス切断火口を用いて鋼材を切断するに際し、該鋼材を効果的に予熱して切断に移行することが出来るガス切断方法を提供せんとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るガス切断方法は、先端に設けた溝に燃料ガスと予熱用酸素を噴射して混合させて予熱炎を形成するガス切断火口を用いて曲線状の角部を有する鋼材を該角部から切断する切断方法であって、鋼材に対する切込み時にガス切断火口の先端に設けた溝内で混合させた燃料ガスと予熱用酸素とによる予熱炎の形成と同時に鋼材を切断するために設定された圧力の６０％以下の圧力を持った切断酸素を噴出して、前記予熱炎を中性炎或いは弱酸化炎とし、その後、鋼材に対する切断を開始する際に切断酸素を該鋼材を切断するために設定された圧力で噴出させることを特徴とするものである。
【００１５】
上記ガス切断方法に於いて、鋼材を予熱する際に噴出させる切断酸素の圧力を鋼材の角部に於ける曲線形状及び／又は鋼材の温度に応じて鋼材を切断するために設定された圧力の６０％以下の範囲内で変化させることが好ましい。
【００１６】
【作用】
上記ガス切断方法では、鋼材を予熱する際に切断酸素を、鋼材を切断するために設定された圧力（以下『切断圧』という）の６０％以下の圧力で噴出させることで中性炎或いは弱酸化炎からなる予熱炎を形成することが出来る。このため、形成された予熱炎の予熱力を向上させることが出る。
【００１７】
また予熱時に噴出する切断酸素の圧力が切断圧力の６０％以下と低いため、噴出時の温度降下が減少し、且つ予熱時に於ける切断酸素流量も切断時の流量よりも少なくなり、鋼材に対する冷却作用を低減させることが出来る。この冷却作用の低減により相対的に予熱炎の予熱力を向上させることが出来る。
【００１８】
また鋼材の角部に於ける曲率半径，鋼材温度に応じて予熱時に噴出させる切断酸素の圧力を切断圧の６０％よりも低い範囲内で適宜設定することにより、予熱炎の予熱力を調整することが出来る。このため、個々の鋼材に於ける角部の曲率半径の変化，鋼材温度の変化に関わらず必要な予熱時間を略一定に維持することが出来る。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係るガス切断方法について図により説明する。図１はフロントミキシングタイプのガス切断火口の一例を示す図、図２はガス切断火口に形成された予熱炎の状態を説明する図、図３は予熱時に於ける鋼材と予熱炎との関係を説明する図、図４は予熱時に噴出させた切断酸素圧の切断圧に対する比率の変化に応じた予熱時間の関係を示す図である。
【００２０】
先ず、フロントミキシングタイプのガス切断火口Ａの概略構成について図１により説明する。尚、図に示すガス切断火口Ａは、実公平１−１３２２５号公報に開示されたガス切断火口の予熱力をより向上させるように改良したものである。
【００２１】
図に於いて、ガス切断火口Ａは、ノズル部材１と、ノズル部材１を嵌合する分配部材２と、分配部材２に嵌合したノズル部材２を固定する固定部材３と、分配部材２を嵌合するキャップ４とによって構成されている。
【００２２】
ノズル部材１はガス切断火口Ａの中心に配置されるものであり、中心に切断酸素を噴出する切断酸素孔５が形成されている。ノズル部材１の外周所定位置には、ノズル部材１を分配部材２に嵌合したときに分配部材２の内周壁と当接して該部材２とノズル部材１の同心性を確保すると共に、一次予熱酸素を流通させるスリット１ａが形成されている。
【００２３】
分配部材２は内部にノズル部材１を嵌合して両者の間に一次予熱酸素孔６を形成すると共に、図示しないトーチの先端に形成された分配部と当接して該分配部に供給された切断酸素，一次予熱酸素，燃料ガス，副予熱酸素及び二次予熱酸素をガス切断火口Ａの対応部分に分配する機能を有する。このため、分配部材２の一方側の端部には４つのシール部２ａが形成されており、前記シール部２ａによってトーチの分配部から供給される各ガスが他の流路に漏洩することを防止している。
【００２４】
分配部材２の外周所定位置にはキャップ４の内周面と当接して分配部材２の同心性を確保すると共に、二次予熱酸素を流通させるスリット２ｂが形成されている。分配部材２には、燃料ガスを噴出する燃料ガス孔７及び副予熱酸素孔８が形成されている。これ等の燃料ガス孔７及び副予熱酸素孔８は、分配部材２の前方側の端面に於ける同一円周上に交互に形成されている。
【００２５】
キャップ４は内部に分配部材２を嵌合して両者の間に二次予熱酸素孔９を形成すると共に、分配部材２の前方側の端面との間に各ガスの混合部となる溝１０を形成する。また分配部材２に形成された副予熱酸素孔８は、該部材２とキャップ４との間に形成された酸素室に開口している。
【００２６】
上記の如く構成されたガス切断火口Ａでは、トーチを通して供給された一次予熱酸素は一次予熱酸素孔６から噴出する。二次予熱酸素及び副予熱酸素は、分配部材２とキャップ４の間に形成された酸素室を通り、二次予熱酸素孔９からガス切断火口Ａの先端に形成された溝１０に噴出し、同時に、酸素室を通って副予熱酸素孔８から溝１０に噴出する。燃料ガスは燃料ガス孔７から溝１０に噴出する。
【００２７】
従って、溝１０からガス切断火口Ａの外部に噴出した燃料ガスの周囲には一次予熱酸素，副予熱酸素，二次予熱酸素が存在することとなり、燃料ガスと酸素の混合が促進されて予熱力の向上した予熱炎が形成される。
【００２８】
次に上記の如く構成されたガス切断火口Ａを用いて鋼材Ｂを切断する際の方法について図２〜図４により説明する。ガス切断火口Ａに燃料ガスを供給すると共に各予熱酸素を供給して点火したとき、該火口Ａに形成された予熱炎１１は、図２（ａ）に示すように、溝１０を基点とした中性炎１１ａが形成され、この中性炎１１ａから長い炭化炎１１ｂが形成される。このような予熱炎１１であっても、角部の曲率半径がＲ５程度の鋼材を約１０秒程度で予熱することが可能である。
【００２９】
ガス切断火口Ａに予熱炎１１を形成した後、切断酸素孔５から切断酸素を噴出すると、予熱炎１１は図２（ｂ）に示すように、溝１０を基点とし且つ切断酸素噴流１２に沿って弱酸化炎状の中性炎１１ｃが形成され、この中性炎１１ｃに沿って炭化炎１１ｂが形成される。
【００３０】
次いで、図３に示すように、上記の如くして中性炎１１ｃを形成した予熱炎１１を鋼材Ｂの角部１３に接触させてガス切断火口Ａを停止させ、角部１３を中性炎１１ｃによって集中的に予熱することで、鋼材Ｂに対する予熱を実施すると共に切断を開始することが可能である。
【００３１】
ガス切断火口Ａに形成される中性炎１１ｃの長さや酸化炎気味になる状態は、切断酸素孔５に供給する切断酸素の圧力に応じて変化する。即ち、切断酸素の供給圧の上昇に伴って中性炎１１ｃの長さが増大する。また中性炎１１ｃの酸化度が増加する傾向になる。
【００３２】
本件発明者等が、厚さ １５０ｍｍ〜 ２５０ｍｍ，温度約 ６００°Ｃ，角部１３の曲率半径Ｒ５の鋼材に対し、予熱時に於ける切断酸素の供給圧を変化させて予熱時間の変化を測定したところ図４に示す結果を得た。尚、図に於ける横軸は、予熱時に於ける切断酸素の供給圧の鋼材の厚さに応じて変化する切断圧に対する比率〔（予熱時の切断酸素供給圧／切断圧）× １００（％）〕である。
【００３３】
また角部１３の曲率半径がＲ５，Ｒ１０，Ｒ１５の鋼材に対し同様の実験を行ったところ、曲率半径の増加に伴って予熱時間が多少増加するものの図４と同様の傾向を示す結果を得た。
【００３４】
また鋼材の温度を冷間域から熱間域まで変化させると、温度の上昇に伴って予熱時間が短縮するが、予熱時に於ける切断酸素の供給圧の変化に対する予熱時間の変化の傾向は図４と同様の結果を示した。前記実験結果から、予熱時に於ける切断酸素の供給圧を増加させることによって予熱時間を減少させることが可能であるということが判明する。
【００３５】
従って、本発明では予熱時に切断酸素を噴出することを前提とし、且つ予熱時に於ける切断酸素の供給圧の切断圧に対する比率が６０％以上では酸素流量の増加の割りに予熱時間の低減を期待し得ないことから上限を６０％として設定し、予熱時には前記比率以下の切断酸素を噴出させている。
【００３６】
連続鋳造ラインの如きプラントでは、該プラントを構成する個々の装置が予め設定されたサイクルタイム内で安定して稼働すべきことが要求される。従って、連続鋳造用の切断装置では予め設定された切断処理時間内で確実な予熱を実施すると共に切断を実施することが必要である。
【００３７】
即ち、鋼材の角部に於ける曲率半径の変化や鋼材温度の変化に関わらず、予熱不足による鋼材の切込み不良を発生させることなく、且つ鋼材の切込み位置（角部）を過予熱による過度の溶融を発生させることのない予熱を予め設定された予熱時間内で確実に実施することが必要となる。
【００３８】
このため、鋼材の角部に於ける曲率半径が大きくなるのに伴って予熱時に噴出させる切断酸素の圧力を増加させ、鋼材の温度が高くなるのに伴って予熱時に噴出させる切断酸素の圧力を減少させることで、予熱時間が略一定の値になるようにすることが可能である。
【００３９】
従って、予熱時に於ける切断酸素の供給圧の切断圧に対する比率の上限を６０％とし、予熱時に鋼材の角部に於ける曲率半径の変化や鋼材温度の変化に応じて前記比率以下の切断酸素を噴出させることで、切断すべき鋼材の条件の変化に関わらず略一定の予熱時間で安定した予熱を実施することが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るガス切断方法では、フロントミキシングタイプのガス切断火口を用いて鋼材を予熱するに際し、切断圧の６０％以下の圧力を持った切断酸素を噴出することで、予熱時間を短縮することが出来る。
【００４１】
また予熱時に鋼材の角部に於ける曲率半径の変化や鋼材温度の変化に応じて切断酸素の供給圧の切断圧に対する比率を６０％以下の範囲で変化させて噴出させることで、切断すべき鋼材の条件の変化に関わらず略一定の予熱時間で安定した予熱を実施する出来るという特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】フロントミキシングタイプのガス切断火口の一例を示す図である。
【図２】ガス切断火口に形成された予熱炎の状態を説明する図である。
【図３】予熱時に於ける鋼材と予熱炎との関係を説明する図である。
【図４】予熱時に噴出させた切断酸素圧の切断圧に対する比率の変化に応じた予熱時間の関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ 火口 １ ノズル部材
１ａ，２ｂ スリット ２ 分配部材
２ａ シール部 ３ 固定部材
４ キャップ ５ 切断酸素孔
６ 一次予熱酸素孔 ７ 燃料ガス孔
８ 副予熱酸素孔 ９ 二次予熱酸素孔
１０ 溝 １１ 予熱炎
１１ａ，１１ｃ 中性炎 １１ｂ 炭化炎
１２ 切断酸素噴流 １３ 角部

Claims (2)

1. 先端に設けた溝に燃料ガスと予熱用酸素を噴射して混合させて予熱炎を形成するガス切断火口を用いて曲線状の角部を有する鋼材を該角部から切断する切断方法であって、鋼材に対する切込み時にガス切断火口の先端に設けた溝内で混合させた燃料ガスと予熱用酸素とによる予熱炎の形成と同時に、鋼材を切断するために設定された圧力の６０％以下の圧力を持った切断酸素を噴出して、前記予熱炎を中性炎或いは弱酸化炎とし、その後、鋼材に対する切断を開始する際に切断酸素を該鋼材を切断するために設定された圧力で噴出させることを特徴としたガス切断方法。
2. 鋼材を予熱する際に噴出させる切断酸素の圧力を鋼材の角部に於ける曲線形状及び／又は鋼材の温度に応じて鋼材を切断するために設定された圧力の６０％以下の範囲内で変化させることを特徴とした請求項１に記載したガス切断方法。

Images