JP4848060B1

JP4848060B1 - 可燃性ガス

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Publication number: JP4848060B1
Application number: JP2011529409A
Authority: JP
Inventors: 正彦中牟田; 敏明橋本; 佳史吉田; 和人松本
Original assignee: Iwatani Industrial Gases Corp
Current assignee: Iwatani Industrial Gases Corp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: EP2684941A1; US20130340893A1; CN103339239A; ES2627513T3; EP2684941B1; SG191779A1; CN103339239B; KR101341240B1; JPWO2012124030A1; US8845822B2; WO2012124030A1; EP2684941A4; KR20130112918A

Abstract

貯蔵、運搬等が容易で、かつガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能な可燃性ガスは、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は可燃性ガスに関し、より特定的には、ガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどに適した可燃性ガスに関するものである。

アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）は、ガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどにおいて燃焼ガスとして広く用いられている。アセチレンは、燃焼速度や燃焼強度において優れており、燃焼ガスとして好適である。

しかし、アセチレンは圧縮ガスの状態で貯蔵、運搬等を行なうと分解爆発のおそれがある。そのため、アセチレンはアセトン、ジメチルホルムアミドなどの溶媒に溶解された溶解ガスの状態で貯蔵、運搬される。その結果、アセチレンは集合容器や大型容器による大量輸送に不向きであるなどの問題点を有している。

これに対し、２０〜８０体積％のエチレンと８０〜２０体積％の水素との混合ガスをアセチレンの代替ガスとして使用することが提案されている。これにより、大気中への急速な拡散による船底作業、ピット内作業における安全性の向上、アセチレンに近い燃焼性能、低価格化、貯蔵および輸送の容易化などの効果が得られるとされている（たとえば、特開昭５３−１１８４０１号公報（特許文献１）参照）。

特開昭５３−１１８４０１号公報

一方、ガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの分野では、加工後の仕上がり状態の高品質化が要求されており、近年その要求品質は益々高くなっている。具体的には、たとえばガス溶断においては、切断面における肩ダレ（切断面外周部の変形）、切断面外周部へのスラグの付着などを低減するとともに、切断面の面粗さを低減することが求められている。このような要求に対応するためには、切断速度の調整、火口高さの調整などが有効であることが知られている。

本発明はこのような状況のもと創出されたものであって、その目的は貯蔵、運搬等が容易で、かつガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能な可燃性ガスを提供することである。

本発明に従った可燃性ガスは、鋼材のガス溶断に燃焼ガスとして用いられる可燃性ガスであって、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなっている。

本発明者は、ガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工後の仕上がり状態を向上させるべく詳細な検討を行なった。その結果、エチレンと水素との混合ガスが、貯蔵、運搬等においてアセチレンに比べて有利なばかりでなく、エチレンと水素との混合比を適切に調整することにより、上記仕上がり状態の向上にも寄与できることを見出し、本発明に想到した。

具体的には、エチレンの含有量を３８体積％以上４５体積％以下とすることにより、生成するスラグの処理性が向上するとともに、たとえばガス溶断に用いた場合に切断面の面粗さの低減が達成される。また、本発明の可燃性ガスは圧縮ガスの状態で貯蔵、運搬が可能であるため、貯蔵および輸送、特に集合容器や大型容器を用いた大量輸送が容易である。また、エチレンの含有量が低くなり過ぎると、燃焼時や消火時に逆火が発生するおそれがあるが、エチレンの含有量を３８体積％以上とすることにより、逆火が抑制される。このように、本発明の燃焼ガスによれば、貯蔵、運搬等が容易で、かつガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能な可燃性ガスを提供することができる。

上記可燃性ガスにおいて好ましくは、上記不可避的不純物は０．５体積％以下である。これにより、可燃性ガスの特性が安定し、上記本発明の効果をより確実に得ることができる。可燃性ガスの特性を一層安定させるためには、上記不可避的不純物は０．１体積％以下であることが望ましい。

上記可燃性ガスにおいては、容器内に封入され、当該容器内の圧力が３５℃において１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下であってもよい。

上記本発明の可燃性ガスは、ガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工が実施される場所においてエチレンガスと水素ガスとを混合して製造され、使用されてもよい。一方、本発明の可燃性ガスは、予めエチレンガスと水素ガスとを混合して製造され、容器内に封入された後、当該容器に保持された状態でガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工が実施される場所まで運搬され、使用されてもよい。この場合、効率的な運搬を達成するためには、容器内の圧力を上昇させることが好ましい。しかし、圧力を上昇させ過ぎると低温においてエチレンが液化し、使用時にエチレンと水素との所望の混合比を得ることが難しくなるおそれがある。容器内の圧力を３５℃において１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下とすることにより、このような問題の発生を抑制するとともに効率的な運搬を達成することができる。また、より効率的な運搬を達成するためには、容器内の圧力を３５℃において５ＭＰａ以上とすることが好ましく、１０ＭＰａ以上とすることがより好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明の可燃性ガスによれば、貯蔵、運搬等が容易で、かつガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能な可燃性ガスを提供することができる。

可燃性ガスの製造設備の一例を示す概略図である。可燃性ガスの製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本発明の可燃性ガスは、たとえば以下のように製造することができる。まず図１を参照して、可燃性ガスの製造設備について説明する。

図１を参照して、本実施の形態においては、可燃性ガスはエチレンガスおよび水素ガスが所望の混合比で容器１０に充填されることにより製造される。容器１０は、可燃性ガスを保持する本体部１１と、本体部１１に設置された容器弁１２と、容器弁１２に接続され本体部１１の内部に延在する管１３とを備えた管付き充填容器である。容器１０には、配管系２０を介して水素ガス貯蔵部４１、エチレンガス貯蔵部４２、減圧装置４４、ガス放出部４３および圧力計５１が接続されている。

具体的には、容器１０には、配管２１が接続されている。そして、配管２１は水素ガス貯蔵部４１に接続された配管２２に接続されている。配管２２には、水素ガス貯蔵部４１に向けてガスが流れることを防止する逆止弁３１が設置されている。また、配管２２には、逆止弁３１と水素ガス貯蔵部４１との間に弁３２が設置されている。

配管２１は、さらに配管２３に接続されている。そして、配管２３は、エチレンガス貯蔵部４２に接続された配管２４に接続されている。配管２４には、エチレンガス貯蔵部４２に向けてガスが流れることを防止する逆止弁３１が設置されている。また、配管２４には、逆止弁３１とエチレンガス貯蔵部４２との間に弁３３が設置されている。

配管２３は、さらに真空ポンプなどの減圧装置４４に接続された配管２５に接続されている。配管２５には、弁３５が設置されている。配管２３は、さらに配管２６に接続されている。そして、配管２６は圧力計５１に接続された配管２８に接続されている。この圧力計５１により、圧力計５１と連通状態にある配管系２０内の圧力を管理することができる。配管２６は、さらに配管系２０内のガスを外部に放出するガス放出部４３に接続された配管２７に接続されている。配管２７には、弁３４が設置されている。

次に、可燃性ガスの製造方法（充填方法）について図１および図２を参照して説明する。図２に示すように、本実施の形態における可燃性ガスの充填方法においては、まず工程（Ｓ１０）として排気工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図１を参照して、弁３２，３３，３４，３５が閉じられた状態で容器１０が配管２１に接続され、容器弁１２が開けられる。このとき、容器１０の本体部１１内に所定圧力以上のガスが残留している場合、弁３４が開けられて当該ガスがガス放出部４３から放出される。本体部１１内のガスの圧力は、圧力計５１により把握することができる。次に、弁３４が閉じられた状態で弁３５が開けられ、減圧装置４４が運転されることにより本体部１１内が減圧される。そして、本体部１１内の圧力が所望の圧力まで低下したことが圧力計５１により確認されたあと、弁３５が閉じられ、減圧装置４４の運転が停止される。

次に、工程（Ｓ２０）としてエチレンガス充填工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において減圧された容器１０の本体部１１にエチレンガスが充填される。具体的には、図１を参照して、弁３３が開けられ、エチレンガス貯蔵部４２内のエチレンガスが、本体部１１内に充填される。そして、容器１０の本体部１１内の圧力が、可燃性ガスにおけるエチレンの割合を３８体積％以上４５体積％以下とするために必要な圧力となった時点で弁３３を閉じ、エチレンガスの充填を終了する。

次に、工程（Ｓ３０）として水素ガス充填工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）においてエチレンガスが充填された容器１０の本体部１１に水素ガスが充填される。具体的には、図１を参照して、弁３２が開けられ、水素ガス貯蔵部４１内の水素ガスが、本体部１１内に充填される。そして、容器１０の本体部１１内の圧力が、可燃性ガスにおけるエチレンの割合を３８体積％以上４５体積％以下とするために必要な圧力となった時点で弁３２を閉じ、水素ガスの充填を終了する。

次に、工程（Ｓ４０）として容器取り外し工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ２０）および（Ｓ３０）においてエチレンガスおよび水素ガスが充填された容器１０の容器弁１２が閉じられ、配管系２０から容器１０が取り外される。以上の工程により、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる本発明の可燃性ガスが製造される。この可燃性ガスは、貯蔵、運搬等が容易で、かつガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能である。

ここで、上記不可避的不純物は、０．５体積％以下であることが望ましく、０．１体積％以下であることがより望ましい。これにより、可燃性ガスの特性が安定する。また、容器１０内の圧力は３５℃において１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下とすることが好ましい。これにより、エチレンの液化を抑制しつつ効率的な運搬が可能となる。また、より効率的な運搬を達成するためには、容器１０内の圧力を３５℃において５ＭＰａ以上とすることが好ましく、１０ＭＰａ以上とすることがより好ましい。

なお、容器１０内に充填されたエチレンガスと水素ガスは、充填後所定の時間が経過すれば均一に混合した状態となる。均一な混合を達成するまでの時間を短縮するためには、たとえば管１３の内径を調整すればよい。また、上記実施の形態においては可燃性ガスが容器１０に充填される場合について説明したが、本発明の可燃性ガスはこれに限られず、たとえばガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどの加工が実施される場所においてエチレンガスと水素ガスとを混合して製造され、容器に充填されることなく使用されてもよい。さらに、上記実施の形態においては、エチレンガスと水素ガスとの混合比が圧力によって管理される場合について説明したが、たとえば容器１０が秤に載置され、混合比が重量によって管理されてもよい。また、上記実施の形態においては、管１３を備えた管付き充填容器である容器１０が採用され、エチレンガス、水素ガスの順でガスの充填が実施される場合について説明したが、本発明の可燃性ガスの製造方法はこれに限られるものではない。たとえば、管を備えない容器を採用し、水素ガス、エチレンガスの順でガスの充填を実施することにより、本発明の可燃性ガスを製造してもよい。すなわち、エチレンガスと水素ガスとの均一な混合が十分に達成される限り、ガスの充填順序や管の有無は任意に選択することができる。

エチレンと水素との混合ガスを用いて鋼材のガス溶断を実施し、切断部の状態を調査する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。

まず、鋼材として一般構造用圧延鋼材であるＪＩＳ（ＪａｐａｎｅｓｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔａｎｄａｒｄｓ）Ｇ３１０１のＳＳ４００の鋼板（厚み２５ｍｍ、幅３００ｍｍ）を準備した。そして、火口：中圧式３段当たり火口２番、火口高さ：５ｍｍ、切断速度：３５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で当該鋼材をガス溶断により切断した。このとき、エチレンガスと水素ガスとの混合ガスにおいてエチレンガスの割合を３０〜５０体積％とした可燃性ガスを燃焼ガスとして用いた。可燃性ガスは、混合ガスの組成が所望の組成となるように決定した流量においてエチレンガスおよび水素ガスを流して混合することにより製造し、使用した。なお、比較のため、燃焼ガスとしてアセチレンを用いたガス溶断も実施した。そして、切断後における切断部の目視による外観評価、肩ダレの発生の有無、スラグの付着の有無、切断面の粗さを調査することにより、切断部の仕上がり状態を評価した。なお、切断面の粗さは、ＪＩＳＢ０６０１−２００１に基づいて測定した。実験条件および実験結果を表１に示す。

表１の「外観評価」においてＡは非常に良好であること、Ｂは良好であること、Ｃは劣ること、Ｄは著しく劣ることを示している。なお、Ｎｏ．１の条件では切断部外観が著しく劣るものであったため、外観評価以外の項目については評価しなかった。

表１に示すように、エチレンガスの割合が３８体積％以上４５体積％以下の範囲において外観評価がアセチレンを用いた場合に対して同等以上となっているばかりでなく、肩ダレ、スラグ付着、切断面粗さの評価を総合的に判断して、切断後の仕上がり状態が良好であるといえる。このことから、本発明の可燃性ガスによれば、加工後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能であることが確認される。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の可燃性ガスは、ガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどに、特に有利に適用され得る。

１０容器、１１本体部、１２容器弁、１３管、２０配管系、２１〜２８配管、３１逆止弁、３２〜３５弁、４１水素ガス貯蔵部、４２エチレンガス貯蔵部、４３ガス放出部、４４減圧装置、５１圧力計。

Claims

鋼材のガス溶断に燃焼ガスとして用いられる可燃性ガスであって、
３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる、可燃性ガス。
前記不可避的不純物は０．５体積％以下である、請求項１に記載の可燃性ガス。
容器内に封入され、前記容器内の圧力が３５℃において１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下である、請求項１に記載の可燃性ガス。
前記鋼材は一般構造用圧延鋼材である、請求項１に記載の可燃性ガス。
可燃性ガスを燃焼ガスとして用いて鋼材を溶断する鋼材のガス溶断方法であって、
前記可燃性ガスは３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなっている、鋼材のガス溶断方法。
前記鋼材は一般構造用圧延鋼材である、請求項５に記載の鋼材のガス溶断方法。