JP6181843B1 - Lance pipe for oxygen lance - Google Patents
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Abstract
【課題】テルミット反応をランスパイプとして利用することが可能になり、溶融切断の能力を著しく高めることができる酸素ランス用ランスパイプを提供する。【解決手段】金属製の外管1とこの外管1に内装される金属製の内管2を設ける。内管2の内壁に接するように内装される複数の金属線3を設ける。内管2と金属線3との間隙を酸素流路4とする。内管2と外管1との間に間隙空間5を形成する。外管1を二層構造に構成する。外管1の外側に鉄層1Aを形成する。外管1の内側に異種金属層1Bを形成する。鉄層1Aと異種金属層1Bとを圧着により固着する。この固着部分に沿った外管1の燃焼端部にテルミット反応が生じるように構成する。【選択図】 図1To provide a lance pipe for an oxygen lance which can use a thermite reaction as a lance pipe and can remarkably enhance the ability of melt cutting. A metal outer tube 1 and a metal inner tube 2 provided in the outer tube 1 are provided. A plurality of metal wires 3 are provided so as to be in contact with the inner wall of the inner tube 2. A gap between the inner tube 2 and the metal wire 3 is defined as an oxygen channel 4. A gap space 5 is formed between the inner tube 2 and the outer tube 1. The outer tube 1 is configured in a two-layer structure. An iron layer 1 </ b> A is formed outside the outer tube 1. A dissimilar metal layer 1B is formed inside the outer tube 1. The iron layer 1A and the dissimilar metal layer 1B are fixed by pressure bonding. The thermite reaction is configured to occur at the combustion end of the outer tube 1 along the fixed portion. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、鉄筋コンクリート等の建造物及びその他の構造物、岩石、鉄骨、耐火物、あるいは水中における構造物、岩礁等を溶解しながら穿孔、切断、解体等を行う際に使用する酸素ランス用ランスパイプに関する。 The present invention relates to a lance for oxygen lances used for drilling, cutting, dismantling, etc. while dissolving structures such as reinforced concrete and other structures, rocks, steel frames, refractories, underwater structures, reefs, etc. Regarding pipes.
従来、この種の酸素ランスは、例えば、鋼管の内部に金属線材や金属管材等を内装して熔削能力を高めたものが一般的に使用されている。すなわち、各種の熔削対象物を高熱で溶解しながら穿孔、切断する酸素ランスは、鉄製のランスパイプの先端から金属線材及び金属管材に着火し、ランスパイプ先端に生じる急激な酸化反応で得られる高熱を利用する。このランスパイプ先端の高熱が対象物を溶解すると共に、ランスパイプ内に連続供給される高圧酸素の圧力で溶けた対象物を吹き飛ばすことで溶融切断を行うものである。 Conventionally, as this type of oxygen lance, for example, a metal pipe, a metal pipe, or the like provided inside a steel pipe to improve the cutting ability is generally used. That is, an oxygen lance that drills and cuts various types of objects to be melted with high heat is obtained by igniting a metal wire and a metal tube from the tip of an iron lance pipe and a rapid oxidation reaction that occurs at the tip of the lance pipe. Use high heat. The high heat at the tip of the lance pipe melts the object and blows off the object melted by the pressure of the high-pressure oxygen continuously supplied into the lance pipe.
そのため、酸素ランスに使用するランスパイプは、更に高熱の溶融反応が得られるように、テルミット反応を利用したランスパイプの提供が望まれていた。このテルミット反応とは、金属酸化物と金属アルミニウムを溶融・反応を促進させ、アルミニウムは金属酸化物を還元しながら高温を発生する反応で、このテルミット反応をランスパイプに利用すると、極めて高温の溶融切断が可能になる。 Therefore, the lance pipe used for the oxygen lance has been desired to provide a lance pipe using the thermite reaction so that a higher-temperature melting reaction can be obtained. This thermite reaction is a reaction that melts and accelerates the metal oxide and metal aluminum, and aluminum generates a high temperature while reducing the metal oxide. When this thermite reaction is used in a lance pipe, it melts at a very high temperature. Cutting becomes possible.
従来ではこのテルミット反応をランスパイプに利用した火焔棒(特許文献1)や、従来、溶接の世界ではテルミット反応を溶接棒に利用したテルミット式溶接棒(特許文献2)が提案されているが何れも机上論にて成功していない。また、特許文献3、4に記載の酸素ランス用ランスパイプにおいてもテルミット反応等について考察されている。
Conventionally, a flame rod (Patent Document 1) using this thermite reaction for a lance pipe and a thermite type welding rod (Patent Document 2) using a thermite reaction for a welding rod in the world of welding have been proposed. Has not been successful in desktop theory. Further, in the lance pipes for oxygen lances described in
特許文献1のランスパイプは、外管とする鋼管内部にアルミ管を内装し、このアルミ管と鋼管との間に鉄線やアルミニウム線を充填した構造であり、溶融温度(火焔温度)を摂氏約2,500乃至5,000度の高温が得られるとしている。ところが、このような構造では、テルミット反応が生じたとしても僅かな時間に限られ、テルミット反応を持続させることはできなかった。しかも、何時反応するか予想すらできないので、溶融切断時にテルミット反応が生じた場合は、溶融温度が急激に上昇し、溶融切断作業が極めて危険になるなど、実用性に欠けるものである。 The lance pipe of Patent Document 1 has a structure in which an aluminum pipe is housed inside a steel pipe as an outer pipe, and an iron wire or an aluminum wire is filled between the aluminum pipe and the steel pipe, and the melting temperature (flame temperature) is about centigrade. It is said that high temperatures of 2,500 to 5,000 degrees can be obtained. However, in such a structure, even if the thermite reaction occurs, it is limited to a short time, and the thermite reaction cannot be sustained. In addition, since it is impossible to predict when the reaction will occur, if a thermite reaction occurs during melt cutting, the melting temperature will rise rapidly, and the melt cutting operation will be extremely dangerous.
特許文献2のテルミット式溶接棒は、鉄心の周りをアルミニウムと酸化鉄との混合物で包み、先端にマグネシウムの点火剤を装着した構造である。そのため、マグネシウムに点火した途端、溶接棒が一瞬で爆燃する可能性があり、極めて危険な構造であることから、これまでに製品化されたことはない。
The thermite-type welding rod of
特許文献3は、当発明者が先に提案した酸素ランス用のランスパイプである。すなわち、特許文献3は、内管のみに酸素を供給するホルダー装着部を設け、オリフィスの原理に基づき内管と外管との間に酸素流路を有する間隙空間を形成することで少量の酸素量で大量の空気を圧送し熔削物の除去を促進させるランスパイプの溶融切断作業を効率的にしたものである。また、外管の外側を被覆体で被覆することで、外管の酸化反応を抑制しランスパイプ先端部分の溶断穿孔能力を高めている。
一方、特許文献4は、外表面または内外表面にカロライズ効果を目的とした耐熱性処理が施された適宜金属製のランスパイプを形成し、このランスパイプの先端がわ部分を大径部として内部に燃焼消耗充填材を充填したものである。このランスパイプによると溶断穿孔時に、充填材が消耗するまでは、単位時間当たりの被熔削物の穿孔量を多くすることができる。
On the other hand, in
すなわち、テルミット反応は、金属酸化物と金属アルミニウムとの混合物に着火した場合に、アルミニウムが金属酸化物を還元して高温を発生する反応である。従来技術において、アルミニウム素材をランスに活用した例はあるが、形状・質量の不足及び反応させるための構造・組み合わせに問題があって実用に供してもその効果を発揮することが不可能であった。 That is, the thermite reaction is a reaction in which aluminum generates a high temperature by reducing the metal oxide when a mixture of the metal oxide and the metal aluminum is ignited. In the prior art, there are examples of using aluminum materials for lances, but there are problems with the lack of shape / mass and the structure / combination for reacting, making it impossible to demonstrate the effect even when put to practical use. It was.
そこで、本発明は上述のごとき課題を解消すべく創出されたもので、従来ではテルミット反応に不十分な形状・質量の不足及び反応させるための構造・組み合わせを改良することで、テルミット反応をランスパイプとして利用することが可能になり、酸素ランスにおける溶融切断の能力を著しく高めることができる酸素ランス用ランスパイプの提供を目的とするものである。 Therefore, the present invention was created to solve the above-mentioned problems. Conventionally, the thermite reaction is improved by improving the structure / combination for reacting with the insufficient shape / mass and the insufficient thermite reaction. An object of the present invention is to provide a lance pipe for an oxygen lance that can be used as a pipe and can significantly enhance the melt cutting ability of the oxygen lance.
上述の目的を達成すべく本発明における第1の手段は、金属製の外管1とこの外管1に内装される金属製の内管2と、この内管2の内壁に接するように内装される複数の金属線3とを備え、金属線3に囲まれた高速流路4Aと内管2と金属線3との間に形成された低速支流路4Bとを有する酸素流路4を形成すると共に、酸素の流通経路が遮断された間隙空間5を内管2と外管1との間に形成した酸素ランス用ランスパイプにおいて、外管1の外側に形成される鉄層1Aと、外管1の内側に形成され、鉄層1Aに対してイオン化傾向差のある異種金属層1Bとを圧着による固着手段にて一体化した二層構造の外管1を構成し、金属線3及び内管2の燃焼に伴って外管1が燃焼すると鉄層1Aと異種金属層1Bにてテルミット反応が生じるように構成したことにある。
In order to achieve the above-described object, the first means in the present invention includes a metal outer tube 1, a metal
第2の手段は、前記外管1において、前記鉄層1Aを高純度鉄にて構成し、前記異種金属層1Bをアルミ材にて構成したものである。 According to a second means, in the outer tube 1, the iron layer 1A is made of high-purity iron, and the dissimilar metal layer 1B is made of an aluminum material.
第3の手段は、前記外管1と前記内管2との間の前記間隙空間5内に、高純度鉄製の中外管6を配して外側間隙空間5Aと内側間隙空間5Bとを設けたものである。
In the third means, an
第4の手段において、前記外管1は、前記鉄層1Aを形成する金属パイプの内側に前記異種金属層1Bを形成するアルミパイプを重合し、重合したパイプ相互を圧着手段にて一体化することで鉄層1Aと異種金属層1Bとを固着したものである。 In the fourth means, the outer pipe 1 superimposes the aluminum pipe forming the dissimilar metal layer 1B inside the metal pipe forming the iron layer 1A, and integrates the polymerized pipes together by pressure bonding means. Thus, the iron layer 1A and the dissimilar metal layer 1B are fixed.
本発明の請求項1によると、外管1を、外側に形成する鉄層1Aと内側に形成する異種金属層1Bとを固着した二層構造にしたことで、外管1の燃焼端部にテルミット反応を発生させることに成功した。このテルミット反応は、金属線3及び内管2が先行燃焼して融点が低い異種金属層1Bを溶融分子の中に取り込み鉄層1Aと更なる反応を促進させ効果を最大まで高めることができた。
According to the first aspect of the present invention, the outer tube 1 has a two-layer structure in which the iron layer 1A formed on the outside and the dissimilar metal layer 1B formed on the inside are fixed, so that the combustion end portion of the outer tube 1 is formed. Successful generation of thermite reaction. In this thermite reaction, the
しかも、酸素の流通経路が遮断された間隙空間5を、内管2と外管1との間に形成したことで、外管1燃焼時の酸素流路において溶融分子が再燃焼させ分子を極微小化させることにより分子の表面積が増大し単位時間あたりの発熱量が高まり、テルミット反応による高温の酸化物還元反応を安定して持続させることが可能になった。この結果、極めて安全な使用ができ、従来では溶融切断が困難であった耐火レンガや、特殊鋼、フェロシリコン、シリコマンガン等のフェロアロイ等の金属などでも容易に溶融切断することが可能になった。
In addition, since the
更に、テルミット反応による高温の酸化物還元反応は、外管1の燃焼端部に生じるものであるから、ランスパイプ先端の単位面積あたりの熱量が豊富になる。したがって、同じ対象物を溶解する際に、従来のランスパイプより小径のランスパイプで溶解することが可能になり、ランスパイプの重量が軽減され操作性も向上するといった効果がある。しかも、高温の酸化物還元反応が外管1の燃焼端部に生じるので、ランスパイプの先端で溶融切断する酸素ランスにとって極めて扱い易いものになる。 Furthermore, since the high-temperature oxide reduction reaction due to the thermite reaction occurs at the combustion end of the outer tube 1, the amount of heat per unit area at the tip of the lance pipe is abundant. Therefore, when the same object is melted, it is possible to melt with a lance pipe having a diameter smaller than that of the conventional lance pipe, and there is an effect that the weight of the lance pipe is reduced and the operability is improved. Moreover, since a high-temperature oxide reduction reaction occurs at the combustion end of the outer tube 1, it becomes extremely easy to handle for an oxygen lance that is melt-cut at the tip of the lance pipe.
請求項2のように、外管1の二層構成において、鉄層1Aを高純度鉄にて構成し、異種金属層1Bをアルミ材にて構成することで、極めて安定化したテルミット反応が得られるものである。すなわち、テルミット反応はアルミニウムと金属酸化物の金属のイオン化傾向の差が大きいほど、多量の熱を発生する反応である。そこで、鉄層1Aの材質に高純度鉄を選択すると、酸化物還元反応が大きく、しかもコントロール可能なテルミット反応を得ることに成功した。
As in
請求項3のように、外管1と内管2との間に高純度鉄製の中外管6を配して外側間隙空間5Aと内側間隙空間5Bとを設けたことで、低速支流路4Bが遮断された内側間隙空間5Bにより、外管1燃焼時の酸素流路において溶融分子が再燃焼させ分子を極微小化させることにより分子の表面積が増大し単位時間あたりの発熱量が高まり、テルミット反応による高温の酸化物還元反応を安定して持続させることが可能になった。この結果、極めて安全な使用ができ、従来では溶融切断が困難であった耐火レンガや、特殊鋼、フェロシリコン、シリコマンガン等のフェロアロイの金属などでも容易に溶融切断することが可能になった。
As in
請求項4のごとく、鉄層1Aを形成する金属パイプの内側に前記異種金属層1Bを形成するアルミパイプを重合し、重合したパイプ相互を圧着手段にて一体化して外管1を構成するので、二層構造の外管1を容易に提供することが可能になる。しかも、鉄層1Aと異種金属層1Bとが固着されたために熱伝導が融点の低いアルミから融点の高い鉄層に無駄なく熱量を与えテルミット反応を確実に発生させることができる。
As in
このように、本発明によると、安定して持続的なテルミット反応をランスパイプに利用することが可能になり、酸素ランスの溶融切断能力を著しく高めることができるなどといった当初の目的を達成した。 As described above, according to the present invention, it is possible to use a stable and stable thermite reaction for the lance pipe, and achieve the initial purpose such that the melt cutting ability of the oxygen lance can be remarkably enhanced.
以下、本発明の実施例を説明する。本発明は酸素ランスに使用するランスパイプの構成にある。すなわち、金属製の外管1とこの外管1に内装される金属製の内管2と、この内管2の内壁に接するように内装される複数の金属線3とを備えたものである(図1参照)。
Examples of the present invention will be described below. The present invention resides in the construction of a lance pipe used for an oxygen lance. That is, a metal outer tube 1, a metal
そして、内管2と金属線3との間隙を酸素流路4とし、この酸素流路4に酸素ボンベ10から酸素が供給される(図1参照)。したがって、酸素アセチレンPや着火剤Q等でランスパイプの先端に着火すると(図4参照)、金属線3や内管2の先端がわが燃焼し、次第に外管1側に燃焼が広がり、酸素を遮断した間隙空間5とすることで、ランスパイプの酸化反応熱や酸化還元反応熱により対象物を溶融切断するものである。この間隙空間5は酸素流路でありながら遮断されねばならない。この方式は過去30年に渡る永くベストセラー品として本発明の基礎をなすもので多くのユーザーが世界で認めたものである。
The gap between the
酸素流路4は、高速流路4Aと低速支流路4Bとで構成されている(図1参照)。高速流路4Aは、金属線3で囲まれた比較的広い空間で、低速支流路4Bは金属線3と内管2との間の比較的狭い空間である。そして、酸素流路4に酸素が供給されると、ランスパイプの先端は、酸素との接触が多い順となる金属線3、内管2の順に燃焼が広がるものである。
The
このとき、内管2と外管1との間に形成された間隙空間5にて燃焼時の酸素の流れが渦巻き状に回転する(図1参照)。この間隙空間5は、内管2と外管1との間に形成された空間で、酸素ボンベ10から酸素が供給されないように酸素の流路が遮断された空間である(図2参照)。そして、酸素の供給を受けた内管2の燃焼が拡大して間隙空間5に至ると、ランスパイプ内の熔融物や、対象物の溶融物を外部に排出できるようになる。この際、酸素ボンベ10から供給される酸素流路4の流れが間隙空間5に沿って高速になる。
At this time, the flow of oxygen during combustion rotates spirally in the
このような酸素の高速な回転に伴って外管1が内側から燃焼する際に、鉄層1Aと異種金属層1Bとの固着境界部分にテルミット反応が生じるものである。このテルミット反応は、金属線3及び内管2の燃焼に伴って外管1の燃焼端部に生じる。したがって本発明ランスパイプは、外管1の先端部分に極めて高温の酸化物還元反応が継続して得られることになり、ランスパイプの径に伴った溶融切断が可能になる。
When the outer tube 1 burns from the inside along with such high-speed rotation of oxygen, a thermite reaction occurs at the fixed boundary portion between the iron layer 1A and the dissimilar metal layer 1B. This thermite reaction occurs at the combustion end of the outer tube 1 as the
このとき、鉄層1Aと異種金属層1Bとのイオン化傾向差が大きいほど酸化物還元反応が大きくなる。本発明では、鉄層1Aを高純度鉄にて構成し異種金属層1Bをアルミ材にて構成することで、酸化物還元反応が大きく、しかもコントロール可能なテルミット反応を得ることに成功した。更に、内管2や金属線3の材質においても高純度鉄を使用することで、より高温の酸化反応熱や酸化還元反応熱が得られる。また、鉄層1Aや内管2、金属線3等の材質は高純度鉄以外を選択することも可能である。
At this time, the greater the difference in ionization tendency between the iron layer 1A and the dissimilar metal layer 1B, the greater the oxide reduction reaction. In the present invention, the iron layer 1A is made of high-purity iron, and the dissimilar metal layer 1B is made of an aluminum material, thereby succeeding in obtaining a controllable thermite reaction with a large oxide reduction reaction. Furthermore, by using high-purity iron also for the material of the
図3に示すランスパイプは、先端部の径をより大径にしたものを示し、間隙空間5内に中外管6を配して外側間隙空間5Aと常に遮断された内側間隙空間5Bとを設けたものである。そして、この外側間隙空間5Aを遮断すれば長時間燃焼、開放すれば燃焼効率が最大となるコントロールが可能となる外側間隙空間5A内に中外管6を配置したものである。このとき中外管6は内管2や外管1に接しないように、外側間隙空間5Aや内側間隙空間5Bが極力狭くなるように形成している。この中外管6の材質及び、鉄層1A、内管2、金属線3の材質も高純度鉄にて形成されている。このようなランスパイプによると、追加した中外管6とそれの内側に構成された高能率・低消耗ランス構造が外管1の異種金属層1Bと鉄層1Aとが反応することにより熱伝導が融点の低いアルミニウムから融点の高い鉄層に無駄なく熱量を与えられ高能率を可能ならしめた。
The lance pipe shown in FIG. 3 has a larger diameter at the tip, and an inner /
そして、内管2と中外管6との間に、遮断された内側間隙空間5Bを形成することで、外管1燃焼時の酸素流路において溶融分子を再燃焼させ分子を極微小化させることにより分子の表面積が増大し単位時間あたりの発熱量が高まり、テルミット反応による高温の酸化物還元反応を安定して持続させることが可能になる。この結果、極めて安全な使用ができ、従来では溶融切断が困難であった耐火レンガや、特殊鋼、フェロシリコン、シリコマンガン等のフェロアロイ等の金属などでも容易に溶融切断することが可能になった。
Then, by forming a blocked
しかも、テルミット反応が得られる外管1の径を大きくしているので、ランスパイプの燃焼パワーを増大することが可能になり、より大きな被熔削物を熔削することが可能になる。このように、外管1や内管2の径の変更や鉄層1Aと異種金属層1Bとの厚みの比率等は任意に変更することが可能である。
And since the diameter of the outer tube | pipe 1 from which a thermite reaction is obtained is enlarged, it becomes possible to increase the combustion power of a lance pipe, and it becomes possible to fuse a bigger to-be-cut workpiece. Thus, the change of the diameter of the outer tube 1 and the
外管1の具体的な製造手段として、鉄層1Aを形成する金属パイプの内側に異種金属層1Bを形成するアルミパイプを重合し、重合したパイプ相互を圧着手段にて一体化する方法がある。このように鉄層1Aとアルミ層1Bとを圧着して一体化することで、熱伝導が融点の低いアルミ層1Bから融点の高い鉄層1Aに無駄なく熱量を与え、安定したテルミット反応が得られる。また、外管1の製造手段は他の手段を用いることも可能である。 As a specific means for manufacturing the outer pipe 1, there is a method in which an aluminum pipe for forming the dissimilar metal layer 1B is polymerized inside the metal pipe for forming the iron layer 1A, and the superposed pipes are integrated by a pressure bonding means. . By thus pressing and integrating the iron layer 1A and the aluminum layer 1B, heat conduction gives heat from the aluminum layer 1B having a low melting point to the iron layer 1A having a high melting point without waste, and a stable thermite reaction is obtained. It is done. Also, other means can be used as the means for manufacturing the outer tube 1.
図1、図3に示す間隙空間5において、外側間隙空間5Aや内側間隙空間5Bの間隙空間5に流通しないように酸素の流通経路を遮断するには、例えば外管1を内管2に対する加締加工や、外管1を中外管6に対する加締加工、あるいはランスパイプに接続するランスホルダー11の酸素供給口を内管2に限定する手段や、あるいは、間隙空間5に物理的な閉塞部を部分的に設ける手段など、任意の手段から選択することができる。
In the
尚、本発明の各構成は図示例に限定されるものではなく、鉄層1Aや内管2、金属線3等の材質の変更や鉄層1Aと異種金属層1Bとの固着手段など本発明の要旨を変更しない範囲での変更は自由である。
In addition, each structure of this invention is not limited to the example of illustration, The change of materials, such as the iron layer 1A, the
1 外管
1A 鉄層
1B 異種金属層
2 内管
3 金属線
4 酸素流路
4A 高速流路
4B 低速支流路
5 間隙空間
5A 外側間隙空間
5B 内側間隙空間
6 中外管
10 酸素ボンベ
11 ランスホルダー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer pipe 1A Iron layer 1B
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