JP5738254B2

JP5738254B2 - 可燃性ガスおよび鋼材の溶断方法

Info

Publication number: JP5738254B2
Application number: JP2012219870A
Authority: JP
Inventors: 吉田　佳史; 佳史吉田; 清之三品; 誠伴
Original assignee: Iwatani Industrial Gases Corp
Current assignee: Iwatani Industrial Gases Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: JP2014069232A

Description

本発明は可燃性ガスおよび鋼材の溶断方法に関し、より特定的には、メタン系ガスおよび水素を含む可燃性ガス、および当該可燃性ガスを用いた鋼材の溶断方法に関するものである。

アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）は、ガス圧接、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、アセチレンに代えて、天然ガスを燃焼ガスとして用いることが提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特開２００６−２１２３３号公報特開２００５−２２４８５６号公報特開２００５−２０５４６５号公報

しかしながら、燃焼ガスとしてアセチレンに代えて天然ガスなどのメタン系ガスを用いて鋼材の溶断を行った場合、良好な切断面の状態を確保することが困難になるという問題がある。より具体的には、燃焼ガスとしてメタン系ガスを用いて鋼材の溶断を行うと、鋼材の切断面に溝状の欠陥（ノッチ）が発生する場合が多い。この場合、切断面の状態が何ら問われないような場合を除き、鋼材の切断面は補修される必要がある。その結果、切断面の補修という追加的工程が必要となり、当該鋼材を用いた部材の製造コストが上昇するという問題が生じる。

本発明はこのような問題に対応するためになされたものであって、その目的は、鋼材の溶断にアセチレンの代替ガスとして適用可能な可燃性ガス、および当該可燃性ガスを用いた鋼材の溶断方法を提供することである。なお、本願において「メタン系ガス」とは、純メタンのほか、メタンを主成分とするガスである天然ガスを含み、メタンを主成分とするガスを意味する。また、「天然ガス」とは、ＪＩＳＫ２３０１に定義されるガスであって、天然に産出するメタンを主成分とするガスを意味する。成分組成は、メタンを主成分とし、ガス状炭化水素類、水素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素および窒素を含む。より具体的には、一般的な天然ガスは、９０体積％程度のメタンを主成分とし、エタン、プロパン、ブタンを含み、その他の成分は１体積％未満である。

本発明に従った可燃性ガスは、鋼材の溶断に燃焼ガスとして用いられる可燃性ガスである。この可燃性ガスは、１５．４体積％以上２４．１体積％以下のメタン系ガスを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる。

本発明者は、鋼材の溶断にアセチレンの代替ガスとして適用可能な可燃性ガスとして、種々の成分組成のガスを検討した。その結果、水素ガスにメタン系ガスを混合し、かつ水素ガスとメタン系ガスとの混合比を適切に調整することにより、アセチレンの代替ガスとして適用可能な可燃性ガスが得られることを見出した。より具体的には、水素ガスに１５．４体積％以上２４．１体積％以下の混合比でメタン系ガスを混合することにより、良好な切断面の状態を達成しつつ、鋼材の溶断を行うことができる。このように、本発明の可燃性ガスによれば、鋼材の溶断にアセチレンの代替ガスとして適用可能な可燃性ガスを提供することができる。

上記可燃性ガスは、メタン系ガスの含有量が１７．１体積％以上１９．２体積％以下であってもよい。これにより、上記可燃性ガスを用いた鋼材の溶断における切断面の状態を一層良好なものとすることができる。

本発明に従った鋼材の溶断方法は、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溶断方法である。この溶断方法において用いられる可燃性ガスは、１５．４体積％以上２４．１体積％以下のメタン系ガスを含有し、残部水素および不可避的不純物からなっている。

本発明の鋼材の溶断方法によれば、燃焼ガスとしてアセチレンを用いることなく、良好な切断面の状態を達成しつつ、鋼材の溶断を行うことができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の可燃性ガスおよび鋼材の溶断方法によれば、鋼材の溶断にアセチレンの代替ガスとして適用可能な可燃性ガス、および当該可燃性ガスを用いた鋼材の溶断方法を提供することができる。

溶断の手順の概略を示すフローチャートである。天然ガス濃度１０．５体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度１３．４体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度１５．４体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度１６．５体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度１７．１体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度１８．３体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度１９．２体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度２０．１体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度２１．１体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度２２．２体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度２３．０体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度２４．１体積％の場合の切断面の写真である。天然ガス濃度２５．０体積％の場合の切断面の写真である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。本実施の形態における可燃性ガスは、たとえば以下のようにボンベなどの容器に充填して製造することができる。まず、可燃性ガスを充填すべき容器内が所望のレベルまで減圧される。次に、容器内にメタン系ガス、たとえば天然ガスまたはメタンガスが供給され、容器内の圧力が可燃性ガスにおけるメタン系ガスの割合を１５．４体積％以上２４．１体積％以下、好ましくは１７．１体積％以上１９．２体積％以下とするために必要な圧力となるように、容器内にメタン系ガスが充填される。

次に、上述のようにメタン系ガスが充填された容器内に水素ガスが供給され、容器内の圧力が可燃性ガスにおけるメタン系ガスの割合を１５．４体積％以上２４．１体積％以下、好ましくは１７．１体積％以上１９．２体積％以下とするために必要な圧力となるように、容器内に水素ガスが充填される。これにより、１５．４体積％以上２４．１体積％以下、好ましくは１７．１体積％以上１９．２体積％以下のメタン系ガスを含有し、残部水素ガスおよび不可避的不純物からなる可燃性ガスが容器内に充填される。このように、可燃性ガスが容器内に充填されることにより、運搬が可能となり、鋼材の溶断に燃焼ガスとして適用することが容易となる。

次に、この燃焼ガスを用いた鋼材の溶断方法について、図１を参照して説明する。まず、鋼材が準備され（Ｓ１１）、当該鋼材が切断可能な状態とされる。

次に、上記可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスを燃焼させることにより、火炎を形成する（Ｓ１２）。具体的には、たとえばボンベから供給された上記可燃性ガスと、他のボンベから供給された酸素ガスとの混合ガスが、トーチの先端部に配置された火口に供給される。そして、当該混合ガスに点火することにより、火炎が形成される。

次に、ステップ（Ｓ１２）において形成された火炎により上記鋼材の切断されるべき部分を加熱する。そして、上記混合ガスとは異なる流路を通して上記火口から酸素ガスが吐出され、当該酸素ガスが、上記火炎によって加熱された鋼材の部分（切断されるべき部分）に吹き付けられる。これにより、当該部分の鋼材が燃焼し、溶融する。さらに、溶融した鋼材は、火口から吐出されるガスの吹き付けにより除去される（Ｓ１３）。

そして、トーチを鋼材の切断すべき部分に沿って移動させることにより、上記鋼材の溶融と除去とが順次進行する。これにより、鋼材の切断が達成される（Ｓ１４）。以上の手順により、鋼材の溶断が完了する。本実施の形態における鋼材の溶断方法によれば、上記本実施の形態における可燃性ガスが燃焼ガスとして用いられることにより、燃焼ガスとしてアセチレンを用いることなく、良好な切断面の状態を達成しつつ、鋼材の溶断を行うことができる。

なお、上記実施の形態においては、可燃性ガスがボンベなどの容器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、たとえば鋼材の溶断が実施される場所において、メタン系ガスと水素ガスとが混合されて製造され、容器に充填されることなく使用されてもよい。

また、上記鋼材の溶断は、ロボット等を用いて自動的に実施してもよいし、作業者による手作業で実施してもよい。また、鋼材（被切断材料）に対する火口の相対的な移動速度は、たとえば１００ｍｍ／ｍｉｎ以上６００ｍｍ／ｍｉｎ以下とすることができる。さらに、溶断時の開先角度は、たとえば０°以上８０°以下とすることができる。

メタン系ガスである圧縮天然ガス（ＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ；ＣＮＧ）と水素ガスとの混合ガスにおいて、天然ガスの含有量を１０．５〜２５．０体積％としてものを準備し、これを用いて鋼材の溶断を行ない、切断面の状態等を確認する実験を行った。天然ガス用火口を用い、切断速度（火口の鋼材に対する相対速度）４００ｍｍ／ｍｉｎ、開先角度２２．５°、酸素圧０．５ＭＰａの条件で、軟鋼であるＳＳ４００からなる鋼材（鋼板）を切断した。鋼材の厚みは２５ｍｍである。実験結果を表１および図２〜図１４に示す。表１においては、切断面の状態に問題があるものをＣ、切断面の状態が良好なものをＢ、切断面の状態が特に良好なものをＡと評価している。図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３および図１４は、それぞれ天然ガス濃度が１０．５体積％、１３．４体積％、１５．４体積％、１６．５体積％、１７．１体積％、１８．３体積％、１９．２体積％、２０．１体積％、２１．１体積％、２２．２体積％、２３．０体積％、２４．１体積％、および２５．０体積％の場合の、切断面の状態を示している。

表１および図２〜図１４を参照して、天然ガス濃度が１５．４体積％未満の場合および２４．１体積％を超える場合、切断面に剥離させることが困難なスラグが付着した。これに対し、天然ガス濃度が１５．４体積％以上２４．１体積％以下の範囲で、剥離困難なスラグ付着の無い良好な切断面が得られた。このことから、天然ガス（メタン系ガス）の濃度は、１５．４体積％以上２４．１体積％以下にすべきであるといえる。また、天然ガス濃度が１７．１体積％未満の場合および１９．２体積％を超える場合、切断面に焼けの発生（酸化被膜の形成）が比較的顕著にみられた。これに対し、天然ガス濃度が１７．１体積％以上１９．２体積％以下の範囲で、焼けの発生が低減され、特に良好な切断面が得られた。このことから、天然ガス（メタン系ガス）の濃度は、１７．１体積％以上１９．２体積％以下とすることが好ましいといえる。

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特許請求の範囲によって示され、特許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および鋼材の溶断方法は、鋼材の溶断において燃焼ガスとして用いられる可燃性ガス、および当該燃焼ガスを用いた鋼材の溶断に、特に有利に適用され得る。

Claims

鋼材の溶断に燃焼ガスとして用いられる可燃性ガスであって、
１５．４体積％以上２４．１体積％以下のメタン系ガスを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる、可燃性ガス。
メタン系ガスの含有量が１７．１体積％以上１９．２体積％以下である、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溶断方法であって、
前記可燃性ガスは、１５．４体積％以上２４．１体積％以下のメタン系ガスを含有し、残部水素および不可避的不純物からなっている、鋼材の溶断方法。