JP3881616B2 - ガス切断火口 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ガスと予熱酸素との混合ガスによって形成した火炎によって鋼板を加熱すると共に切断酸素を噴射して切断するガス切断火口に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なガス切断火口は、燃料ガスとしてのアセチレンガスやプロパンガスと、前記燃料ガスを完全燃焼させるのに必要な予熱酸素とを内部で混合させ、この混合ガスを先端面に形成した予熱孔から噴射し、噴射された混合ガスに点火して火炎を形成している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
そして形成された火炎によって鋼板の局部を予熱した後、予熱部位に向けて切断酸素を噴射して鉄を燃焼させ、同時に切断酸素気流のエネルギーによって燃焼生成物を母材から排除することで溝を形成し、この燃焼反応及び燃焼生成物の排除反応を継続させた状態でガス切断火口を所望の方向に移動させることで、移動経路に沿って連続した溝を形成して目的の形状を切断するものである。
【０００４】
ガス切断では、切断を継続するには母材が燃焼温度を維持することが必要となる。母材の温度を維持するのに必要な熱は、母材の燃焼に伴う発熱の一部と、火炎の燃焼熱の一部によって供給される。特に、通常の切断作業の領域では、ガス切断火口による加熱性能と切断速度は密接な関係にある。即ち、加熱性能の向上に伴って切断速度を上昇させることが出来、この加熱性能が大きすぎると切断面の上端部分が溶融して切断面の品質が劣化する。
【０００５】
またガス切断火口は、鋼板を切断する際に方向性が限定されるのは作業性が損なわれるため好ましくない、とされており、予熱孔は切断酸素の噴射孔を中心とする円周上に均等に配置されている。このため、ガス切断火口をトーチに取り付ける際には、切断方向等を考慮することなく簡単な作業で取り付けている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−０８８２１６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ガス切断に用いる燃焼ガスは、アセチレンガスやプロパンガス等からなる炭化水素が一般的であり、必然的に炭酸ガスを発生する。このため、最近では環境問題を考慮して可及的に炭酸ガスを発生量を抑制することが求められている。
【０００８】
このため、ガス切断火口に供給する燃料ガスも、ガス切断を継続するのに必要な最小限の流量とすることが求められる。
【０００９】
本発明の目的は、燃料ガスと予熱酸素との混合ガスを噴射する予熱孔の断面積を変化させることによって、加熱性能を満足させると共に燃料ガスの無駄な消費を軽減することが出来るガス切断火口を提供することにある。
【００１０】
【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火口は、中心に切断酸素の噴出孔が形成されると共に該切断酸素の噴出孔の外周に燃料ガスと予熱酸素との混合ガスを噴出する予熱孔が形成されたガス切断火口に於いて、前記切断酸素の噴出孔の中心を通り且つ切断の進行方向に向かう半径方向の延長線を中心として両側の所定角度範囲に形成された予熱孔の断面積が他の予熱孔の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記ガス切断火口（以下「火口」という）では、切断酸素の噴出孔（以下「切断酸素孔」という）の中心を通る半径の延長線の両側の所定角度範囲にある予熱孔の断面積を他の予熱孔の断面積よりも大きくすることによって、前記延長線方向の予熱性能が向上する。このように、良好な予熱性能を発揮し得る方向が限定されるため、ガス切断の方向性が生じるが、直線専用の切断装置に利用する場合には何ら問題となるものではなく、良好な切断性能を発揮することが出来る。
【００１２】
特に、曲線切断を行うことが必要な場合、数値制御（ＮＣ）切断装置のようにトーチ旋回装置を搭載した切断装置に適用することで方向性を排除することが可能となり、良好な切断性能を発揮することが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、上記火口の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明に係る火口の端面に於ける予熱孔の分布状態を説明する図である。図２はスリットによって形成された予熱孔を持つ火口Ａの構成を説明する図である。図３は穴によって形成された予熱孔を持つ火口Ｂの構成を説明する図である。
【００１４】
本発明に係る火口は、図１に示すように、火口本体１の中心に切断酸素を噴出する切断酸素孔２が形成されており、該切断酸素孔２の中心２ａを通る半径の延長線３を中心として両側の所定角度範囲に設定された領域４に配置される予熱孔の断面積が他の領域５に配置された予熱孔の断面積よりも大きくなるように構成されている。
【００１５】
本発明に係る火口では、延長線３を中心とする領域４に配置された予熱孔に形成された火炎は、主として鋼板の予熱を行う機能を有しており、他の領域５に配置された予熱孔から形成された火炎は主として切断酸素気流の保護、即ち、切断酸素気流を構成する酸素ガスの純度保持、切断酸素気流の噴射速度の保持等の機能を有している。
【００１６】
従って、領域５に配置された予熱孔の断面積は、領域４に配置された予熱孔の断面積に対し相対的に小さくなるため、無駄なガスを消費することなく、良好な切断を行うことが可能となる。
【００１７】
火口に形成される予熱孔の形状は、使用する燃料ガスに応じて決定されるものであり、液化石油ガス（ＬＰＧ）や天然ガス（ＬＮＧ）等の比較的燃焼速度の遅いガス或いは水素ガス等を対象とする場合、図２に示すようなスリット２１，２２によって構成され、アセチレンガス等の燃焼速度の速いガスを対象とする場合、図３に示すような穴３１，３２によって構成されている。
【００１８】
延長線３は切断酸素孔２の中心から任意の方向に設定され、該延長線３を中心として両側に領域４が設定される。前記領域４の範囲は、延長線３の両側に形成され且つ切断酸素孔２の中心２ａと結ぶ線が、延長線４に対し略４５度の角度となる範囲に設定されている。
【００１９】
しかし、必ずしも４５度の角度範囲に限定するものではなく、切断酸素孔の径が小さい場合、領域４の角度範囲を延長線３の両側に夫々３０度程度に設定することが好ましい場合があり、また切断酸素孔の径が大きい場合、領域４の角度範囲を延長線３の両側に夫々５０度程度に設定することが好ましい場合がある。従って、延長線３を中心とする領域４の角度範囲は片側が３０度〜５０度である。
【００２０】
領域４に於ける予熱孔の断面積が他の予熱孔の断面積よりも大きいとは、必ずしも個々の予熱孔の断面積を比較するものではなく、領域４の面積に対する予熱孔の総断面積の比が他の領域の面積に対する予熱孔の総断面積の比よりも大きければ良い。
【００２１】
即ち、図２（ａ），図３（ａ）に示すように、火口Ａ，Ｂに配置される個々のスリット２１の断面積，穴３１の断面積を全て同一とし、領域４に対するスリット２１，穴３１の配置密度を他の領域よりも大きくすることであっても良い。従って、図２（ｂ），図３（ｂ）に示すように、火口Ａ，Ｂの領域４に配置されるスリット２２，穴３２の断面積を他の領域に配置されたスリット２１，穴３１の断面積よりも大きくすることでも良いことは当然である。
【００２２】
領域４に配置される予熱孔の単位面積当たりの断面積比（領域４の面積と該領域４に配置された予熱孔の断面積の比）と、他の領域に配置される予熱孔の単位面積当たりの断面積（領域４以外の領域の面積と該領域に配置された予熱孔の断面積の比）との関係（比率）は特に限定するものではないが、領域４に配置される予熱孔の単位面積当たりの断面積比が、他の領域に配置される予熱孔の単位面積当たりの断面積比の、約１．５倍〜２．０倍程度であることが好ましい。領域４に配置された予熱孔の断面積が前記比率よりも大きくなった場合、切断面の上縁が溶融して品質が劣化し、また前記比率よりも小さくなった場合、切断速度が低下するという問題が生じる。
【００２３】
次に、第１実施例に係る火口Ａの構成について図２により説明する。図に示す火口Ａは、燃料ガスとしてＬＰＧやＬＮＧ等の比較的燃焼速度の遅いガス或いは水素ガス等を使用するためのものである。
【００２４】
同図（ａ）に示す火口Ａは、切断酸素孔２の中心２ａを通る半径の延長線３の両側４５度の範囲に設定された領域４には５つのスリット２１が形成されており、他の領域には５つのスリット２１が形成されている。
【００２５】
従って、延長線３を中心とした領域４の範囲の予熱性能は他の領域５の予熱性能よりも高くなる。このため、例えば燃料ガスとして水素ガスを使用したとき、切断の進行方向を充分に予熱することが可能となる。
【００２６】
また燃料ガスとしてＬＰＧやＬＮＧを使用したとき、他の領域５の予熱性能を領域４の予熱性能よりも低くすることが可能となり、鋼板の予熱に寄与することのない領域５で消費するガス量を削減することが可能となる。
【００２７】
また同図（ｂ）に示す火口Ａは、延長線３を中心として両側に設定された領域４に配置されたスリット２２を他の領域５に配置されたスリット２１よりも深く形成することで、断面積を大きくしている。この場合、スリット２２を充分に深く形成するために、切断酸素孔２の火口本体１の中心からずらしておくことが好ましい。このように構成された火口Ａであっても、前述の同図（ａ）に示す火口Ａと同様に合理的な切断を行うことが可能である。
【００２８】
次に、第２実施例に係る火口Ｂの構成について図３により説明する。この火口Ｂはアセチレンガス等の燃焼速度の速いガスを使用するためのものである。 同図（ａ）に示す火口Ｂは、切断酸素孔２の中心２ａを通る半径の延長線３の両側４５度の範囲に設定された領域４に５つの穴３１が形成されており、他の領域には５つの穴３１が形成されている。従って、延長線３を中心とした領域４の範囲の予熱性能は他の領域５の予熱性能よりも高くなる。
【００２９】
また他の領域５の予熱性能を領域４の予熱性能よりも低くすることが可能となり、鋼板の予熱に寄与することのない領域５で消費するガス量を削減することが可能となる。
【００３０】
また同図（ｂ）に示す火口Ｂは、延長線３を中心として両側に設定された領域４に配置された穴３２を他の領域５に配置された穴３２よりも大きく形成することで断面積を大きくしている。この場合、穴３２を充分に深く形成するために、切断酸素孔２の火口本体１の中心からずらしておくことが好ましい。このように構成された火口Ｂであっても、前述の同図（ａ）に示す火口Ｂと同様に合理的な切断を行うことが可能である。
【００３１】
本件発明者は、図２（ａ）に示す火口Ａを用いて、材質がＳＳ４００、板厚が２０ｍｍの鋼板を切断したところ、燃料ガスにＬＰＧを用いた場合、従来の火口が毎分４００ｍｍのところ、延長線３と同方向である図１の矢印ａ方向では毎分６００ｍｍの切断速度を得た、また延長線３と反対方向である矢印ｂ方向では毎分３５０ｍｍの切断速度を得た、更に、延長線３と直交する方向である矢印ｃ，ｄ方向では毎分４００ｍｍの切断速度を得た。
【００３２】
また燃料ガスに水素８０％とＬＰＧ２０％の混合ガスを用いた場合、従来の火口が毎分４５０ｍｍのところ、延長線３と同方向である図１の矢印ａ方向では毎分６５０ｍｍの切断速度を得た、また延長線３と反対方向である矢印ｂ方向では毎分４００ｍｍの切断速度を得た、更に、延長線３と直交する方向である矢印ｃ，ｄ方向では毎分４５０ｍｍの切断速度を得た。
【００３３】
上記結果から、切断に方向性が生じるものの、方向を一致させることによって充分な切断性能を発揮し得ることが判明した。
【００３４】
【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火口では、予熱性能が延長線を中心とする領域に集中するため、切断の方向性が生じるものの、延長線と一致した方向では充分な切断速度を実現することが出来る。このため、水素ガスのような発熱量の少ないガスであっても、ガス切断に使用することが出来る。
【００３５】
またＬＰＧやＬＮＧ、或いはアセチレンガス等のガスを使用する場合には、直接予熱に寄与することのないガスを削減して燃料ガスの有効利用をはかることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る火口の端面に於ける予熱孔の分布状態を説明する図である。
【図２】スリットによって形成された予熱孔を持つ火口Ａの構成を説明する図である。
【図３】穴によって形成された予熱孔を持つ火口Ｂの構成を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ 火口
１ 火口本体
２ 切断酸素孔
２ａ 切断酸素孔の中心
３ 延長線
４ 領域
５ 他の領域
２１，２２ スリット
３１，３２ 穴

Claims (1)

1. 中心に切断酸素の噴出孔が形成されると共に該切断酸素の噴出孔の外周に燃料ガスと予熱酸素との混合ガスを噴出する予熱孔が形成されたガス切断火口に於いて、前記切断酸素の噴出孔の中心を通り且つ切断の進行方向に向かう半径方向の延長線を中心として両側の所定角度範囲に形成された予熱孔の断面積が他の予熱孔の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とするガス切断火口。

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