KR820000071B1 - 사후-혼합 안정화된 스카아핑예열 불꽃 발생 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

사후－혼합 안정화된 스카아핑예열 불꽃 발생 장치

제 1 도는 본 발명의 적합한 구체형을 예시한 스카아핑장치의 측면도.

제 2 도는 제 1 도의 2－2선에 따른 단면도.

제 3 도는 본 발명의 주요한 구성 요소를 나타내는 제 1 도의 확대 측면도.

제 4 도는 작업표면의 평평한 부분상에서 스카아핑 시작을 위한 스카아핑 산소기류에 대한 용융퍼들의 바람직한 위치를 도시한 것.

제 5 도는 작업표면의 끝 부분에서 시작하는 것을 예시한 것.

제 6 도는 작업표면의 예열에 있어서 종래의 방법과 본 발명의 실시에 의한 예열시간을 비교한 그래프.

제 7 도는 예열 기류가 스카아핑 장치의 하부 예열 블록으로부터 방출되는 본 발명의 구체형을 도시한 것.

제 8 도는 격리된 안정화산소와 스카아핑산소의 분출구를 가진 장치의 측면도.

제 9 도는 제 8 도의 9－9선에 따른 장치의 정면도.

제 10 도는 제 8 도의 장치를 구성하는 다른 방법을 보여주는 정면도.

제 11 도는 분리된 안정화 산소와 스카아핑 산소 분출구를 가지며, 거기에서 안정화 및 예열기류가 공통위치에서 충돌되는 장치의 측면도.

제 12 도는 제 3 도의 것과 비슷하지만, 안정화 및 예일기류를 공통위치에서 충돌시키는 장치의 측면도.

제 13 도는 안정화기류를 예열기류의 충돌위치에 근접시키지만, 불꽃과 동일한 방향으로 향하게 하지 않는 장치의 측면도.

제 14 도는 제 13 도의 것과 비슷하지만, 안정화기류가 예열기류들의 충돌부를 통과해 지나가는 장치의 측면도.

본 발명은 통상 스카아핑(scarfing)이라 불리우는 금속 작업편의 열화학적 표면절삭에 관한 것이다. 특히 본 발명은 스카아핑 반응이 시작될 금속 작업편의 표면을 예열시키기 위한 장치에 과한 것이다.

완전한 스카아핑 사이클은 통상으로 다음의 3단계로 이루어진다.

(1)스카아핑장치와 정합되도록 금속제품의 위치를 선정하고,

(2)용융퍼들(puddle)을 형성하도록 금속작업편을 예열하며,

(3)스카아핑 산소의 기류로서 스카아핑 반응을 수행하면서 작업편과 스카아핑 장치간에 상대적운동을 유발시킨다. 본 발명은 주로 예열 단계에 관한 것이다.

예열단계를 행하기 위한 여러 방법들이 종래 기술로 알려져 있다. 예를들면 존스(Jones)등에 의한 미국 특허 제2,267,405호에서는 토오치(torch)내에서 산소와 연료가스를 혼합하고 그 기체혼합물이 토오치를 떠날때에 점화시킴으로서 발생된 불꽃으로 예열하는 것을 발표하고 있다. 토오치내에서 산소와 연료가스를 혼합(이후 사전-혼합이라고 함)함에 있어서 폭발성 혼합물이 역화(flashback), 즉 토오치 내로 점화되기 쉽다는 문제점이 있는데, 이것은 토오치를 손상시키며, 안전사고의 위험이 있다.

사전－혼합불꽃의 개량에 관해 발표된 존스등의 미국특허 2,356,197호에서는 산소와 연료 가스를 노즐로부터 방출시키기 직전에 혼합한다. 이것이 기술상의 개량이었기는 하나 그 장치는 여전히 역화되기 쉬운 것이었다. 만약 외부노즐이 튀어오른 금속으로 막혀지고 장치내부의 산소와 연료가스 구멍은 개방된 상태로 남아 있게 된다면 두 가스는 장치 내부에서 혼합될 수 있으므로 역화되기 쉬운 폭발성 혼합물을 만들어 내게 되는 것이다.

올맹(Allmang)의 미국특허 제3,231,431호에서는 산소와 연료가스를 스카아핑장치밖에서 혼합함으로서 역화의 가능성을 완전히 배제한 사후－혼합예열장치가 발표되었다.

그러나, 이 사후－혼합장치에 의해 생성된 불꽃은 그 강도가 제한되었다. 올맹법은 고온의 작업편을 예열시키는데는 사용할 수 있으나, 그의 낮은 강도의 불꽃은 저온의 작업편을 예열시키기 위해 너무 긴 시간을 요한다.

라이틀(Lytle)의 미국특허 제3,752,460호에는 예열시간을 단축시키기 위해 "트랩(trap)"산소의 기류를 사용하는 사후－혼합 예열장치가 발표되어 있다. 비록 라이틀의 발명이 올맹법보다 개량된 것이지만 라이틀의 장치는 상업적 작업에 충분할 정도록 빠르게 비교적 저온인 금속제품을 예열시킬 수는 없다.

엔젤(Engel)의 미국특허 제3,966,503호에는 작업편을 예열시키는데 필요한 시간을 거의 제로로 단축시키는 순간적인 스카아핑방법이 발표되어 있다. 엔젤법은 본 발명의 방법보다 빠르지만, 엔젤법은 본 발명에서는 요구되지 않는 로드공급기구(rod feed mechanism)와 높은 강도의 산소분출을 필요로 한다. 따라서 본 발명은 순간적인 스카아핑 개시를 필요로 하지는 않고 저온강철에 대해 신속한 개시가 요구되는 경우에 유리하다.

본 발명이전에는 역화의 위험없이 로드(rod)나 고강도의 취관(blowpipe)또는 기타 보조물질을 사용하지 않고, 불꽃을 사용하여 비교적 저온인 작업편의 표면부위를 스카아핑온도까지 신속하게 예열시킬 수 없었다.

그리하여 본 발명의 목적은, 역화의 위험없이 보조물질을 사용하지 않고 비교적 저온인 작업편을 스카아핑하는 데 필요한 예열시간을 단축시켜주는, 작업편의 표면을 스카아핑 하는 장치를 제공하려는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 종래의 기술보다 더 강한 사후－혼합 스카아핑 예열불꽃을 생성시키는 장치를 제공하려는 것이다.

동 분야의 기술에 숙련된 사람들에게 이미 명백한 상기의 목적 및 기타 목적들이 본 발명에 의해 성취되었으며, 본 발명의 장치는 다음과 같이 이루어져 있다. 즉 스카아핑장치는,

(a) 사후－혼합예열 불꽃을 형성하기 위한 장치,

(b) 스카아핑 노즐을 통해 스카아핑산화 가스의 기류를 방출시키는 장치 및,

(c) 스카아핑 산화가스와 작업편 사이에 상대적 이동을 일으키는 장치로 구성되며, 여기에서 예열불꽃을 형성하기 위한 장치는 다음의 특징을 지닌다.

(1) 예열연료가스의 기류를 방출시키기 위한 오리퍼스(orifice)장치의 축은 스카아핑 시킬 작업편으로 향한다.

(2) 예열산화가스의 기류를 방출시키기 위한 오리피스장치의 축은 오리피스 외부에서 작업편의 표면위에서 예열연료 가스 오리퍼스장치의 축과 예각으로 교차한다.

(3) 안정화 산화가스의 저－강도기류를 방출시키는 장치는 오리퍼스로 구성되고, 그 축은 예열연료가스 오리퍼스와 예열산화가스 오리퍼스의 축의 교차점 부근으로 그 축들의 결과적인 방향과 같은 방향으로 향한다.

본 발명의 다른 구체형에서는 산화가스의 저－강도 기류는 두 예열기류의 충돌 부를 통과할 수 있으며, 저－강도 기류는 불꽃의 전방축과 10－90°의 각을 형성할 수 있다.

적합한 산화가스는 산소이며, 예열기류를 사이의 바람직한 충돌각은 5°내지 50°사이이다. 적합한 구체형에서는 예열안정화 산소 기류와 스카아핑 산소 기류를 방출시키는 동일한 오리퍼스를 사용한다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용한 "산화가스"란 용어는 산화제를 포함한 가스를 의미한다. 적합한 산화가스는 시판중인 순수 산소이며, 간단히 하기 위해 이후 명세서 설명 중 "산소"라고 약칭한다. 그러나, 본 발명은 순수 산소 이외의 산화가스를 사용하여 행할 수 있다.

예를 들면, 스카아핑 및 안정화를 위한 산화가스는 99% 또는 그 이하의 순도를 갖는 산소라도 무방하다. 그러나 불순한 산소, 특히 99% 이하의 순도를 갖는 산소의 경우 결과는 종지 못할 것이다. 예열산화가스는 21%정도로 산소 함유량이 낮은 것 즉 공기를 사용할 수도 있으나, 예열산화가스 기류의 산소백분율을 감소시킴에 따라 예열시간이 길어질 것이다. "예열"이란 용어는 작업편 표면의 일부분을 산화가스 점화 온도로 올려주는 것을 의미하는 것으로 작업편이 산화가스의 가스체속에 있을 때에 점화되는 온도를 말한다.

본 발명을 이하 첨부도면을 참조로 상세히 설명할 것이다.

제 1, 2 및 3 도는 본 발명의 적합한 구체형을 도시한 것이다. 전형적인 스카아핑 장치는 상부예열블록(1), 하부예열블록(2), 헤드(head)(3) 및 슈우(shoe)(4)로 구성된다. 블록(2) 및 (3)은 예역블록이라고 칭하는데, 그 이유는 예열불꽃이 종래의 장치에서 이들블록으로부터 방출되기 때문이다. 그러나, 제 1,2 및 3 도에 도시한 장치에서 상부예열블록으로부터 방출된 불꽃만이 예열에 사용된다.

스카아핑 산소의 판상기류(sheat－like stream)가 방출되는 슬로트(slot)형 스카아핑노즐(16)은 상부에 열블록(1)의 하부표면(20)과 하부예열블록(2)의 상부표면(21)에 의해 형성된다. 하부예열블록(2)에는 종래의 적합한 가스통로(도시하지 않음)와 연결되는 일렬의 연료 가스분출구(19)가 장치되어있다. 산소와 연료 가스는 파이프(도시하지 않았음)를 통해 헤드(3)에 공급된 다음에 동 기술분야에 알려진 장치에 의해 해당 가스통로로 공급된다. 슈우(4)는 스카아핑노즐이 작업 표면으로부터 일정한 거리 Z(제 3 도 참조)를 유지하도록 스카아핑도중 작업편 W의 표면위로 놓여 이동된다.

스카아핑 반응은 작업표면에 대해 예각으로 노즐(16)로부터 방출된 스카아핑 산소의 판상기류를 용융퍼들상에 충돌시키면서 동시에 작업편과 스카아핑 장치가 상대적으로 이동되게 함으로서 수행된다.

본 발명에 따르면 상부예열블록에는 일련의 예열연료 가스 분출구(17)와 일렬의 예열산소분출구(18)가 장치되어 있는데, 이 분출구는 각각 연료와 산소용 공급통로(도시하지 않았음)와 연결된다. 한편 도면에서는 예일산소 분출구(18)가 예열 연료가스 분출구(17)위에 위치한 것을 도시했지만 적합하지는 않더라도 그 반대의 배치로도 사용할 수 있다. 더 일반적으로는 예열연료 가스분출구를 예열산소분출구와 뒤에 설명할 안정화산소분출구 사이에 배치시키는 것이 바람직하지만 다르게 배열시킬 수도 있다.

장치는 다음과 같이 작동한다. 분출구(18)로부터의 예열산소기류(9)와 분출구(17)로부터의 예열연료 가스기류(10)눈 충돌하여 가연성 혼합물을 형성한다. 충돌은 제 3 도에서 한점(30)으로 나타냈다. 점화하면 가연성혼합물은 저강도 대역(13)과 고강도대역(12)을 갖는 불꽃(14)을 형성한다. 고강도대역(12)을 길게하여 그 첨단(27)이 작업편 W의 표면 바로위에 있도록 할 수 있는 데, 그럼으로써 충돌지점(30)과 근접통과 하며 불꽃(14)와 거의 같은 방향을 갖는 산소의 저 강도 기류를 공급하여 예열 불꽃을 안정화시킴으로써 더 길고 강한 불꽃을 생성시킬 수 있음을 발견했다.

충돌지점에 근접해서 저 강도의 기류(15)를 통과시킨다는 것은 기류를 충돌지점(30)에 가깝게 통과시키지만 그곳으로 통과시키지는 않음을 의미한다. "충돌지점"이란 용어가 사용되었지만, "충돌위치"란 용어가 더 적당함을 인식해야 하는데, 그 이유는 다수의 교차기류가 있어서 충돌지점이 많고, 또한 기류에 두께가 있어 교차부가 단순한 점이라기 보다 영역을 이루기 때문이다. 그리하여, 간략하게 하기 위해 전 명세서와 청구범위에 걸쳐, "충돌부"란 용어는 예열연료가스와 예열산화가스기류의 충돌지역의 위치를 의미하는 것으로 사용한다. 안정화산소기류(15)의 적합한 공급원은 스카아핑 노즐(16)이다. 종래의 밸브장치(도시하지 않았음)는 스카아핑노즐(16)을 통해 저강도의 산소기류(15)(스카아핑 산소기류보다 낮은 강도)를 만들기 위해 장치되어있다.

기류(15)는 불꽃과 동일방향으로 향하게 되어야 한다. 즉 기류(15)를 두 개의 벡터 성분으로, 즉 불꽃의 방향에 평행한 것과 수직인 것으로 분해하면, 불꽃에 평행한 벡터성분은 불꽃과 동일한 방향을 가리켜야 한다. 제 3 도에 도시한 본 발명의 구체형을 표Ⅰ 및 Ⅱ의 적합한 값으로 실시하면 불꽃은 예열산소와 예열연료가스 분출구의 축에 의해 형성된 각의 이등분선에 근접할 것이다. 기류(15)와 불꽃(14)의 축의 연장선은 제 1 및 제 3 도에 도시한 바와 같이 예각을 형성하도록 교차한다. 안정화기류(15)의 축은 역시 제 1 및 3 도에 도시한 바와 같이 예열연료 가스기류의 축에 평행한 것이 좋다.

예열연료가스와 산소기류는 예각으로, 즉 0°보다 크지만 90°보다 작은 각도로 충돌해야 한다. 적합한 범위는 5°내지 50°이고, 가장 바람직한 충돌각은 15°이다.

노즐(16)로부터 나온 안정화산소기류(15)는 저강도이어야 하는데, 즉노즐(18) 및 (17)로부터 나온 예열산소 및 연료가스보다 노즐속도가 느려야 한다. 안정화산소의 노즐속도는 예열기류의 약 10%가 적합하다.

만약 예열불꽃이 상기한 바와 같이 안정화되지 않는다면 고강도 대역의 길이(충돌부 (30)로부터 맨끝(27)까지)는 너무 짧아지게 되어, 이격된 거리 Z가 감소되지 않는 한 예열단계는 만족스러울 정도의 짧은 시간내에 수행될 수 없다. 안정화되지않은 불꽃의 고강도 대역의 첨단이 작업편에 근접하도록 이격거리 Z를 줄이면 스카아핑장치는 정상적인 이격거리에서 발생하는 경우보다 훨씬 더 뛰어오르는 금속이나 슬래그로부터 손상을 입기가 쉬워진다.

하부분출구(19)로부터 나온 연료 가스를 노즐(16)로부터 나온 산소와 혼합함으로써 생선된 불꽃은 스카아핑 반응을 지속시키는 데 사용된다. 이들 불꽃은 예열중에는 필요치 않으나 연료 가스는 분출구의 막힘을 예방하기 위해 예열중 분출구(19)로부터 방출되어야 한다.

용융퍼들이 지점 B에 형성된 후, 슬로트(16)로부터 흘러나오는 산소기류를 제어하는 밸브장치는 저강도로부터 스카아핑 강도로 산소기류의 강도가 증가하도록 조정되며, 작업편과 스카아핑장치 사이의 상대적인 이동이 시작되어 작업편의 표면상에 스카아핑 절삭부가 만들어진다.

스카아핑 동작중 기류(9) 및 (10)에 의해 형성된 예열불꽃은 스카아핑 반응을 저속시키기 위하여 예열중일때 보다 낮은 강도로 유지된다.

예열분출구(17) 및 (18)위에 위치한 배플(baffle)(28)은 스카아핑 도중 저강도 불꽃의 분출을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명의 장치를 제작할 경우에 결정해야 할 수 개의 설계 변수가 있으며, 이들중 대부분은 서로 무관하지 않다. 종래의 스카아핑 장치에 대해서, 다음의 경들은 항상 정해져 있다.

(1)G, 접합산소와 작업편 표면사이의 각,

(2)X, 노즐(16)의 높이,

(3)Z, 이격 거리.

(4)U, 접합 장치의 폭(제 2 도 참조),

(5)사용하는 연료가스의 유형,

(6)사용하는 산화가스의 유형.

상기의 파라미터의 각각의 값들에 대해, 본 발명에 따라 예열장치를 설계하는데 사용되는 적합한 변수치와 동작 범위가 있다.

다음의 두 표는 본 발명을 실시하는데 만족한 것으로 발견된 수치의 예이다. 표1은 양호한 스카아핑을 제공하는 것으로 알려진 종래의 스카아핑 장치용 파라미터의 전형적인 수치를 나타낸 것이다.

[표 Ⅰ]

표Ⅱ는 고정된 파라미터가 표Ⅰ에 나타낸 수치일 경우 본 발명을 실시하는데 유용한 것으로 발견된 적합한 변수와 동작범위를 제시한 것이다.

[표 Ⅱ]

표Ⅱ에 나타낸 변수는 서로 연관 관계가 있다. 그러므로, 만약 어느것이라도 적정치로부터 상당히 다르면 다른 변수의 적정치와 작동범위도 변한다. 물론, 표Ⅰ의 고정된 파라미터중 어느 것이 변한다면, 표Ⅱ의 변수중 몇 개의 적정치와 작동범위가 변할 수 있다. 이 기술분야의 숙련가들은 표Ⅰ 및 Ⅱ의 수치를 조합하여 만족스런 결과를 얻는 방법이 거의 무한정하다는 것을 알 것이다.

분출구(17) 및 (18)의 적합한 모양은 원형이지만, 다른 모양도 사용할 수 있다. 예를 들면, 분출구는 정방형 또는 장방형으로 될 수 있다.

바람직스럽지는 않지만 단일의 긴 예열산소노즐을 단일의 긴 예열 연료 가스노즐과 함께 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 제 2 도 및 10 도에 예시한 바와 같이 여러개의 산소 및 연료 가스 분출구를 서로 마주보는 열로 배치할 경우 가장 양호하게 동작한다. 다수의 예열분출구를 사용하는 경우, 제 2 도에서 Y로 표시된 분출구 간격이 균일해야 된다.

각 산소분출구(18)는 연료 가스분출구(17)와 직접 마주보게 되어야 한다. 이렇게 배치하면 가장 균일하고 가장 빠른 예열이 제공되지만, 분출구 간격이 균일하지 않거나 연료 가스 및 산소분출구가 서로 엇갈려 있어도 작동은 하게 될 것이다. 작업편 W의 표면에 대한 불꽃(14)의 축이 이루는 각인 불꽃 각 F는 이격거리 Z가 25㎜일 경우 40°와 55°사이여야 한다. 불꽃각 F가 55°를 초과하면 불꽃이 작업편을 둥글게 깍아내게되는 경향이 있다. 불꽃각 F가 40°이하이면 고강도 대역(12)의 첨단(27)이 작업표면 T로부터 너무 떨어지게 되어 바람직하게 예열시간을 단축시킬 수 없게 된다. 불꽃각 F는 표Ⅰ 및 Ⅱ의 파라미터의 값에 의해 결정되어진다. 상기한 변수의 적정수치는 만족한 불꽃각도를 제공해 주게 되지만, 이 기술분야의 숙련가들은 여러 가지의 다른 성공적인 조합이 가능함을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 예열연료가스와 산소분출구가 접합장치 내에서 가스가 모임으로써 사전혼합이나 역화를 유발시키게 하지 않으면서 가능한한 서로 근접될 경우 가장 양호한 성능을 발휘하게 된다.

제 4 도는 작업편 W의 상부표면 T상에서 시작할 경우 스카아핑산소노즐(16)의 축(15)의 중심 연장선에 대해 시작퍼들 B의 적합한 위치를 예시한 것이다. 제 4 도에 예시한 바와같이, 슬로트(16)로부터 나온 산소기류는 화살표 J로 나타낸 스카아핑 절삭부의 방향에 대해 시작퍼들 B의 후단부 C상에 충돌해야 된다. 시작퍼들이 이 위치에 있음으로써 퍼들로부터 모든 용융물질이 전방으로 흩어져 날리게 되어, 절살부의 배후에는 융기한 모양이나 지느러미 모양으로 형성될 것이 남지 않게 된다.

제 5 도에 나타낸 바와같이 작업편 W의 끝부분에서 시작될 경우에는 슬로트(16)로부터 나온 접합산소 기류가 스타팅 퍼들의 어느 부분에 충돌해도 만족스런 결과가 얻어지게 되는데, 그 이유는 퍼들의 배후에 융기한 모양이 형성될 수 있는 작용표면 T가 없기 때문이다. 끝부분 표면 E상에 지느러미 모양이 형성되더라도 아무런 상관이 없기 때문이다.

제 7 도에서 14 도는 본 발명의 또 다른구체형을 예시한 것으로, 최적의 것은 아니지만 그럼에도 불구하고 안정화된 사후－혼합 예열 불꽃을 생성시킬 수 있다.

제 7 도는 제 1, 2 및 3 도의 것과 유사한 스카아핑 장치의 측면도이지만 차잇점은 예열산소 및 연료가스 분출구(18)과 (17)이 각각 하부예열 블록(2)에 배치되어 있는 것이다. 이 장치는 제 1, 2 및 3 도의 장치와 유사하게 작동한다.

제 8 도 및 9 도는 안정화산소를 스카아핑산소 슬로트(16)가 아닌 다른분출구(16')로부터 공급하는 것을 나타낸 것이다. 여기서는 분출구(18)로부터 나온 예열산소(9)의 기류가 분출구(17)로부터 나온 예열연료가스(10)의 기류에 충돌하여, 사후－혼합불꽃(14)을 형성한다. 이 불꽃은 불꽃의 방향으로 충돌부(30)의 부근으로 향하는 분출구(16')로부터 나온 저강도 산소 기류(15 ')에 의해 안정화된다.

예열 및 안정화 분출구(17),(18) 및 (16')는 상부예열블록(1)내에 배치되어있는 것으로 도시되어 있다. 이들은 또한 하부 예열블록(2)내에 배치시킬 수도 있다. 예열이 이루어진 후, 슬로트(16)로부터 나온 스카아핑 산소 기류가 나오기 시작하여 작업편을 스카아핑 한다. 전술한 바와 같이, 분출구(19 )로부터 방출된 연료가스는 스카아핑반응을 지속시킨다.

제 10 도는 제 9 도와 유사하지만, 다른점은 안정화산소가 기다란 슬로트형의 노즐(16")로부터 나온다는 점이다. 예열산소와 연료도 또한 비록 이와 같은 장치가 최적은 아닐지라도, 기다란 슬로트형 노즐로부터 공급될 수 있다.

제 11 도는 접합산소 분출구(16)로부터 분리된 안정화 산소분출구(16' )를 갖는 장치의 측면도로서 제 8 도와 유사한 것이다. 그러나, 안정화산소기류 (15')는 예열산소 기류(9)와 예열연료기류(10)의 충돌부(30)를 관통해 지난다. 절대적으로 필요한 것은 아니지만, 배플(23) 및 (28')이 예열 및 안정화기류의 유속변화 범위를 증가시켜주며 이 범위 내에서는 계속 안정화된 불꽃이 생성될수 있음을 발견했다. 연료가스 분출구가 예열 및 안정화산소 분출구 사이에 있지 않을 경우, 배플이 연료 가스분출구 가까이에 있으면 특히 도움이 된다.

제 12 도는 안정화 및 스카아핑산소가 제 3 도처럼 동일한 노즐(16)로부터 방출되는 장치의 측면도이다. 그러나, 제 12 도에서 안정화산소는 예열기류의 충돌부를 통과한다. 제 3 도의 것과 같이 최적은 아니지만, 이장치 역시 안정화된 예열불꽃을 생성할 수 있는데, 단 충돌부(30)가 작업편(도시하지 않았음)상부에 위치되어야 한다.

안정화 산소기류를 불꽃과 동일한 방향으로 향하게 하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 이것은 안정화 산소기류가 두 개의 백터성분 즉, 불꽃의 방향과 평행한 것과 수직인 것으로 분해될 경우 불꽃과 평행한 백터성분이 불꽃과 동일한 방향을 향함을 의미한다. 그러나 짧은 예열시간을 얻을 수 있는 안정된 불꽃은, 안정화 산소기류방향이 불꽃에 수직이거나 불꽃의 방향과 반대되는 경우 형성될 수 있음을 발견했다.

제 13 도는 안정화산소기류(15')가 불꽃과 동일한 방향으로 향하지 않는 장치의 측면도이다. 여기에서 예열산소기류(9)와 예열연료가스기류(10)은 전술한 바와 같이 충돌부(30)에 충돌되어, 안정화기류가 불꽃의 중심축과 교차하는 지점(23)의 전방에 놓이는 불꽃의 중심축의 일부분으로 정의되는 전방축(22)를 갖는 사후－혼합 불꽃(14)을 형성시킨다. "전방"이란 용어는 예열기류의 충돌에 의해 형성된 "V"로 표시된 것과 동일한 방향을 의미한다. 그리하여, 안정화산소 기류가 불꽃의 전방축에 대해 90°이상의 각도 A를 형성하면, 안정화기류는 불꽃과 동일한 방향이 된다. 그러나, 각도 A가 10°에서 90°사이일 경우에도 안정화된불꽃이 생성될 수 있음을 또한 발견했다. 예열 분출구축들사이의 각의 이등분선의 전방방향에 대한 불꽃의 위치는 안정화산소의 방향, 속도 및 유속에 의해 영향을 발음을 유의해야 된다. 제 13 도에서, 안정화산소기류(15')는 예열기류의 충돌부에 근접하여 충돌부 전방으로 통과 한다. 안정화기류가 충돌부 후방으로 향하는 경우에도 만족스런 결과를 얻을 수 있다.

제 14 도는 제 13 도의 것과 비슷한 장치의 측면도이지만, 차잇점은 안정화산소기류(15')가 예열기류의 충돌부를 관통해 지난다는 점이다. 이 장치로도 또한 만족한 결과를 얻을 수 있다.

특정이론에 결속시키고 싶지는 않지만, 다음은 본 발명이 예열시간을 단축시키는 방법을 설명하는 것이다. 예열연료 가스와 예열산소만의 충돌에 의해 형성된 안정화되지 않은 사후－혼합 불꽃은 저강도대역이 비교적크고 그 강도 대역은 매우작은 경향이 있음을 발견했다. 어떤 경우에는, 고강도대역이 전혀 나타나지 않았다. 또한, 안정화 되지 않은 사후－혼합 불꽃은 펄럭거리는 경향이 있다. 예열산소와 예열연료가스의 유속을 증가시켜 안정화 되지 않은 불꽃의 강도를 증가시키려고 시도하는 경우, 불꽃의 펄럭임이 더 현저해진다. 종국에는 안정화되지 않은 불꽃은 가스유속을 증가시킴으로써 예열방출구로부터 멀리 날려가서 소멸되어 버린다. 배플은 불꽃을 정위치에 있게 하고, 불꽃이 소멸되기 전에 예열가스유속을 어느정도 높아지게함을 발견했다.

본 발명에 따라, 사후－혼합불꽃을 저강도 산소기류에 의해 안정화 시킬 경우에, 안정된 불꽃은 매우 신속하게 길고도 분명한 고강도대열을 형성하며 펄럭임이 멈추게 된다. 예열연료가스와 예열산소의 기류를 안정화되지 않은 불꽃이 소멸되는 유속보다 빠른 속도로 증가시키더라도 불꽃은 안정한채로 남는다.

제 3 도에 나타낸 바와 같이 향하게 할 경우, 안정화기류의 유익한 효과가 다음과 같은 이유로 성취되는 것으로 믿어진다.

(1) 안정화산소가 저－강도기류로 부가되므로, 이것은 예열산소와 예열연료가스기류의 외부혼합을 방해하지 않는다. 그러면서도 이것이 산소를 부가하여 연소를 지속시키며, 불꽃의 고－강도대역을 둘러싸는 산소가스체를 제공한다. 이 산소가스체는 예열방출분출구를 향해 불꽃이 뒤쪽으로 전달되게 하는 우수한 매질을 제공하여 그 분출구에 더 가까이 있는 연소되지 않은 연료가스를 점화시킨다.

(2) 안정화산소기류는 또한 공기로부터 불꽃을 보호하기 위한 차폐막을 제공하는데, 공기는 산소만큼 양호한 불꽃 전달매질이 되지 못하므로 불꽃을 불안정하게 하여 예열방출구로부터 날려가 버리게 한다.

[표 및 에 기초한 실시예]

실험실에서 표Ⅰ에 기재된 수치와 표Ⅱ의 적정치를 갖는 장치를 사용하여 제 4 도에 도시한 바와 같이 작업편의 상부표면으로부터 스카아핑을 개시했다. 시험결과를 제 6 도에서 곡선 X로 표시하였는데 여기에서 한 축은 금속편의 초기 온도(T℃)이며, 다른 축은 요구되는 초단위의 예열시간(t)이다. 비교의 목적상곡선 Y는 라이틀(Lytle)에 의한 미국특허 제 3,752,460호에 발표된 스카아핑 장치를 사용하여 비교되는 조건하에서 얻은 결과를 나타내며, 곡선 Z는 올맹(Allmong)의 미국특허 제3,231,431호에 발표된 바와 같은 스카아핑노즐과 연료 분사기로부터 방출된 산소에 의해 형성된 통상의 사후－혼합예열 불꽃에 의해 얻을 수 있는 결과를 나타낸 것이다.

제 6 도에 나타낸 바와 같이, 저온의 작업편에 대해 본 발명은 종래의 예열법보다 상당히 개량된 것으로 라이틀 법에 의해 200℃ 이상의 금속제품을 예열시키는데 필요로 하는 시간보다 절반이하의 예열시간만 필요로 한다. 200℃ 이하의 금속제품에 대해, 본 발명은 라이틀법의 예열시간보다 절반 훨씬 이하의 예열시간을 필요로 한다. 그래프에 표시된 것처럼 라이틀의 트랩산소법이 250℃이하의 금속제품에 대해 예열시간을 20초 이내로 할 수 없는 반면에, 본 발명은 0℃에서 금속제품을 예열시키기 위해 20초 이하의 예열시간을 필요로 한다는 사실을 주의해야 할 것이다.

[제 11 도에 기초한 실시예]

두 개의 예열기류 및 안정화기류를 제 11 도에 나타낸 바와 같이 공통지역에서 충돌시킴으로써 사후－혼합 안정화 불꽃을 발생시켰다. 표Ⅲ에는 본 발명을 실행하는데 유용한 작동범위와 적합한 변수치가 제시되어 있다. 적정치 하나를 달리하면 작동범위와 기타 적정변수치도 변화된다.

[표 Ⅲ]

표 Ⅲ에 기록되지 않은 변수의 적정치는 표 Ⅱ에 기록된 것들과 동일하다.

[제 13 도에 기초한 실시예]

표 Ⅳ는 제 13 도에 따라 본 발명을 실행하는데 유용한 변수의 작동범위와 적정치를 나타낸 것이다.

[표 Ⅳ]

이전의 표와같이, 이 수치는 서로 관계가 있다. 어느하나의 수치가 바뀌면 기타 변수의 범위도 변화된다. 표 Ⅳ에 기재되지 않은 변수의 적정치는 표 Ⅱ에 기재된 것들과 동일하다.

Claims (1)

1. 사후 혼합 예열불꽃을 형성시키는 장치(1)과 스카아핑노즐(16)을 통해스카아핑 산화가스 기류를 방출시키는 장치 및 스카아핑 산화가스와 작업편(W)사이에 상대적 이동을 유발시키는 장치로 구성되어 있고, 그중예열 불꽃을 형성시키는 장치내에서 예열연료가스 기류를 방출 하는 오리피스 장치(17)의 축은 스카아핑될 작업편 쪽으로 향해 있으며, 예열산화가스 기류를 방출하는 오리피스장치(18)의 축은 작업편 위에서 오리피스의 바깥에서 예열 연료가스 오리피스 장치의 축과 예각으로 교차하도록 향해있고, 안정화 산화가스의 저강도기류를 방출하는 장치(16)의 오리피스의 축은 예열 연료가 오리피스와 예열 산화가스 오리피스의 축들의 교차부 부근으로 그들 축의 내각의 이동분선 방향으로 향하도록 되어있음을 특징으로 하는 사후－혼합 안정화된 스카이핑 예열 불꽃 발생장치.

Images