JP6162377B2 - 可燃性ガスおよび鋼材の溶断方法 - Google Patents

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エチレンを含む可燃性ガス、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、ＪＩＳ Ｋ２３０１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、３６体積％以上４４体積％以下のエチレンを含有し、残部メタン系ガスおよび不可避的不純物からなる。

本発明者は、メタン系ガスをベースとした燃焼ガスを用いて鋼材の溶断を実施するに際し、鋼材の切断面に発生するノッチを低減する方策について検討した。その結果、メタン系ガスにエチレンを混合し、かつメタン系ガスとエチレンとの混合比を適切に調整することにより、切断面におけるノッチの発生を有効に抑制できることを見出した。より具体的には、メタン系ガスに３６体積％以上４４体積％以下の混合比でエチレンを混合することにより、断面におけるノッチの発生を有効に抑制できる。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、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以下とされてもよい。

上記本発明の可燃性ガスは、鋼材の溶断が実施される場所においてエチレンガスと純メタンや天然ガスなどのメタン系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メタン系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鋼材の溶断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メタン系ガス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。

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。この鋼材の溶断方法において用いられる可燃性ガスは、３６体積％以上４４体積％以下のエチレンを含有し、残部メタン系ガス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、切断面におけるノッチの発生を有効に抑制した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。

エチレン濃度２４体積％の場合の切断面の写真である。 エチレン濃度２８体積％の場合の切断面の写真である。 エチレン濃度３２体積％の場合の切断面の写真である。 エチレン濃度３６体積％の場合の切断面の写真である。 エチレン濃度４０体積％の場合の切断面の写真である。 エチレン濃度４４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、容器内にエチレンガスが供給され、容器内の圧力が可燃性ガスにおけるエチレンの割合を３６体積％以上４４体積％以下とするために必要な圧力となるように、容器内にエチレンが充填される。

次に、上述のようにエチレンが充填された容器内にメタンガス、天然ガスなどのメタン系ガスが供給され、容器内の圧力が可燃性ガスにおけるエチレンの割合を３６体積％以上４４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。これにより、３６体積％以上４４体積％以下のエチレンを含有し、残部メタン系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。このとき、当該容器内の圧力が３５℃において１ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下であることが好ましい。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。

この燃焼ガスを用いた鋼材の溶断は、たとえば以下のように実施することができる。まず、軟鋼などの鋼からなる被切断材料が準備される。次に、先端部に火口を有するバーナーに、たとえばボンベなどの容器に充填された上記実施の形態の可燃性ガスと酸素との混合気体が供給され、これに点火することにより火炎が形成される。そして、この火炎により上記被切断材料が加熱されつつ、さらにバーナーの先端部の火口から切断用の酸素が供給される。これにより、被切断材料の一部が燃焼し、その燃焼熱で被切断材料の一部が溶融するとともに、供給されるガス流によって溶融した部分が除去される。そして、バーナーの火口を被切断材料に対して相対的に移動させることにより上記現象が連続的に進行し、被切断材料が切断される。

このとき、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６５０ｍｍ／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４５°以下とすることができる。

メタンガスとエチレンとの混合ガスにおいて、エチレンの含有率を１８〜５０体積％としたものを準備し、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。切断速度（火口の鋼材に対する相対速度）は４５０ｍｍ／ｍｉｎ、開先角度は３０°、火口の向きに沿った火口と鋼材との距離は１０ｍｍとし、軟鋼であるＳＳ４００からなる鋼材を切断した。鋼材の厚みは２５ｍｍである。実験結果を表１および図１〜図６に示す。図１、図２、図３、図４、図５および図６は、それぞれエチレン濃度が２４体積％、２８体積％、３２体積％、３６体積％、４０体積％および４４体積％の場合の、切断面を示している。

表１および図１〜図６を参照して、エチレン濃度が３２体積％以下の場合、切断面にノッチが発生した。これに対し、エチレン濃度が３６体積％以上４４体積％以下の範囲で、切断面にノッチを発生させることなく、溶断を実施することができた。一方、エチレン濃度が４６体積％以上の場合、溶断を達成することができなかった。このことから、エチレンの濃度は、３６体積％以上４４体積％以下にすべきであるといえる。また、表１および図６に示すように、エチレン濃度が４４体積％の場合、ノッチは発生しなかったものの、切断面の周囲にスラグが多く付着した。スラグの付着は、スラグ除去工程の追加的な実施が必要となることから、好ましくない。そのため、スラグの付着を低減する観点からは、エチレンの濃度は４０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、鋼材の溶断における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 (3)

1. 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、
   ３６体積％以上４４体積％以下のエチレンを含有し、残部メタン系ガスおよび不可避的不純物からなる、可燃性ガス。
2. 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。
3. 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、３６体積％以上４４体積％以下のエチレンを含有し、残部メタン系ガスおよび不可避的不純物からなっている、鋼材の溶断方法。