(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167017
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】鋼材の溶削方法、および、鋼材の溶削装置
(51)【国際特許分類】
B23K 7/06 20060101AFI20221027BHJP
F23D 14/56 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
B23K7/06 A
B23K7/06 M
F23D14/56 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021072507
(22)【出願日】2021-04-22
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】土岐 正弘
(72)【発明者】
【氏名】青木 利一
(72)【発明者】
【氏名】舟金 仁志
【テーマコード（参考）】
3K017
【Ｆターム（参考）】
3K017CA07
3K017CB02
3K017CD02
(57)【要約】
【課題】鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能な鋼材の溶削方法を提供する。
【解決手段】可燃性ガスおよび予熱用酸素を噴出する予熱用ガス噴出部と、溶削用酸素を噴出する溶削用酸素噴出部と、を有するスカーファーユニットを用いて、前記鋼材の表面を溶削する鋼材の溶削方法であって、溶削工程では、前記溶削用酸素が前記鋼材と酸化反応して形成される火点の溶削進行方向前方側に、可燃性ガスと酸素からなる前方シールドガスを噴出するとともに、前記火点の溶削進行方向後方側に可燃性ガスからなる後方シールドガスを噴出する構成とされており、前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に応じて、後方シールドガスのガス量Ｑを設定する。
【選択図】なし
【解決手段】可燃性ガスおよび予熱用酸素を噴出する予熱用ガス噴出部と、溶削用酸素を噴出する溶削用酸素噴出部と、を有するスカーファーユニットを用いて、前記鋼材の表面を溶削する鋼材の溶削方法であって、溶削工程では、前記溶削用酸素が前記鋼材と酸化反応して形成される火点の溶削進行方向前方側に、可燃性ガスと酸素からなる前方シールドガスを噴出するとともに、前記火点の溶削進行方向後方側に可燃性ガスからなる後方シールドガスを噴出する構成とされており、前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に応じて、後方シールドガスのガス量Ｑを設定する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可燃性ガスおよび予熱用酸素を噴出する予熱用ガス噴出部と、溶削用酸素を噴出する溶削用酸素噴出部と、を有するスカーファーユニットを用いて、鋼材の表面を溶削する鋼材の溶削方法であって、
前記鋼材の表面に、前記予熱用ガス噴出部から可燃性ガスと予熱用酸素を吹き付けて燃焼させ、前記鋼材の表面に湯溜まり部を形成する予熱工程と、前記溶削用酸素噴出部から前記鋼材の表面に溶削用酸素を吹き付けるとともに前記鋼材を搬送し、前記溶削用酸素と鉄との酸化反応熱によって、搬送される前記鋼材の表面を溶削する溶削工程と、を有し、
前記溶削工程では、前記溶削用酸素が前記鋼材と酸化反応して形成される火点の溶削進行方向前方側に、可燃性ガスと酸素からなる前方シールドガスを噴出するとともに、前記火点の溶削進行方向後方側に可燃性ガスからなる後方シールドガスを噴出する構成とされており、
前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗである場合には、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ≦Ｑ≦０．１９×Ｗの範囲内とし、
隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ＜５．５×Ｗである場合には、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に対して、（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．０９×Ｗ≦Ｑ≦（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．１９×Ｗの範囲内とすることを特徴とする鋼材の溶削方法。
前記鋼材の表面に、前記予熱用ガス噴出部から可燃性ガスと予熱用酸素を吹き付けて燃焼させ、前記鋼材の表面に湯溜まり部を形成する予熱工程と、前記溶削用酸素噴出部から前記鋼材の表面に溶削用酸素を吹き付けるとともに前記鋼材を搬送し、前記溶削用酸素と鉄との酸化反応熱によって、搬送される前記鋼材の表面を溶削する溶削工程と、を有し、
前記溶削工程では、前記溶削用酸素が前記鋼材と酸化反応して形成される火点の溶削進行方向前方側に、可燃性ガスと酸素からなる前方シールドガスを噴出するとともに、前記火点の溶削進行方向後方側に可燃性ガスからなる後方シールドガスを噴出する構成とされており、
前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗである場合には、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ≦Ｑ≦０．１９×Ｗの範囲内とし、
隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ＜５．５×Ｗである場合には、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に対して、（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．０９×Ｗ≦Ｑ≦（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．１９×Ｗの範囲内とすることを特徴とする鋼材の溶削方法。
【請求項2】
前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされていることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の溶削方法。
【請求項3】
可燃性ガスおよび予熱用酸素を噴出する予熱用ガス噴出部と、溶削用酸素を噴出する溶削用酸素噴出部と、を有するスカーファーユニットを備え、鋼材の表面に可燃性ガスと予熱用酸素を吹き付けて前記鋼材の表面に湯溜まり部を形成し、この湯溜まりに向けて溶削用酸素を吹き付けて前記溶削用酸素と鉄との酸化反応熱によって、前記鋼材の表面を溶削する鋼材の溶削装置であって、
前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされていることを特徴とする鋼材の溶削装置。
前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされていることを特徴とする鋼材の溶削装置。
【請求項4】
前記スカーファーユニットの下部にスキッドが配設されており、前記スキッドの高さが５．５ｍｍ以上とされていることを特徴とする請求項３に記載の鋼材の溶削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼材の表面を溶削する鋼材の溶削方法、および、鋼材の溶削装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、連続鋳造によって製造される鋳片等の鋼材の表面には、介在物の巻き込みや表面疵等の表面欠陥が発生することがある。
このような鋼材の表面欠陥を除去する際には、例えば特許文献１－４に開示された溶削装置（スカーファー設備）が用いられる。これらの溶削装置（スカーファー設備）は、鋳片（鋼材）の表面を局所的に加熱して溶融し、表面欠陥を除去するものである。
上述の溶削装置（スカーファー設備）においては、鋼材の表面に対向するようにスカーファーユニットが配設されている。
このような鋼材の表面欠陥を除去する際には、例えば特許文献１－４に開示された溶削装置（スカーファー設備）が用いられる。これらの溶削装置（スカーファー設備）は、鋳片（鋼材）の表面を局所的に加熱して溶融し、表面欠陥を除去するものである。
上述の溶削装置（スカーファー設備）においては、鋼材の表面に対向するようにスカーファーユニットが配設されている。
【0003】
このような構成の溶削装置（スカーファー設備）においては、まず、鋼材の表面に対して可燃性ガスと予熱用酸素を吹き付けて可燃性ガスを燃焼させ、この燃焼熱により、鋼材の表面を局所的に溶融して湯溜まり部を形成する（予熱ステップ）。
次に、鋼材の表面に溶削用酸素を供給するとともに鋼材を搬送し、上述の湯溜まり部を熱源として溶削用酸素と鉄とを酸化反応させ、この酸化反応熱によって、鋼材の表面を溶融し、表面欠陥を除去する（溶削ステップ）。なお、溶削用酸素が供給され、鋼材の鉄との酸化反応が生じる領域を火点と称す。
次に、鋼材の表面に溶削用酸素を供給するとともに鋼材を搬送し、上述の湯溜まり部を熱源として溶削用酸素と鉄とを酸化反応させ、この酸化反応熱によって、鋼材の表面を溶融し、表面欠陥を除去する（溶削ステップ）。なお、溶削用酸素が供給され、鋼材の鉄との酸化反応が生じる領域を火点と称す。
【0004】
ここで、上述の溶削装置で鋼材を溶削する場合には、鋼材の溶削深さは、おおよそ酸素の供給律速となる。溶削深さを深くする場合には、供給酸素圧を高くする、あるいは、鋼材の送り速度を遅くして、単位時間当たりの酸素供給量を増加させることになる。
溶削の生産性を向上させるためには、鋼材の送り速度を上げることが一般的だが、送り速度を上げると溶削深さは徐々に浅くなり、局所的に未溶削部分が生じる。
溶削の生産性を向上させるためには、鋼材の送り速度を上げることが一般的だが、送り速度を上げると溶削深さは徐々に浅くなり、局所的に未溶削部分が生じる。
【0005】
このような課題に対して、例えば特許文献１，２には、酸素流路にオリフィスや整流板などを入れて幅方向で溶削酸素を均一化させる方法が開示されている。
また、特許文献３には、火口の吐出方向を溶削方向に対して角度をつける方法が開示されている。
さらに、特許文献４には、供給酸素圧を高圧と低圧とに交互に切り替える方法が開示されている。
また、特許文献３には、火口の吐出方向を溶削方向に対して角度をつける方法が開示されている。
さらに、特許文献４には、供給酸素圧を高圧と低圧とに交互に切り替える方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】実開平０３－０７０８５６号公報
【特許文献2】特開平１０－２７２５６１号公報
【特許文献3】特開平０７－２１４３０２号公報
【特許文献4】特開２０１０－０２９９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、最近では、溶削の生産性向上、及び、溶削時の歩留まり向上のため、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが求められている。
しかしながら、溶削深さを２ｍｍ以下にしようと鋼材の送り速度を速くすると、酸素供給が不安定となり、安定して溶削を行うことができず、幅方向において溶削深さに変動が生じ、溶削後の鋼材の表面に大きな凹凸が形成されることがあった。このため、溶削深さを浅くすることが困難であった。
しかしながら、溶削深さを２ｍｍ以下にしようと鋼材の送り速度を速くすると、酸素供給が不安定となり、安定して溶削を行うことができず、幅方向において溶削深さに変動が生じ、溶削後の鋼材の表面に大きな凹凸が形成されることがあった。このため、溶削深さを浅くすることが困難であった。
【0008】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能な鋼材の溶削装置、および、鋼材の溶削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。
従来、上述の溶削工程においては、火点の溶削進行方向後方側に可燃性ガスからなる後方シールドガスを噴出し、火点への大気の侵入を抑制する構成とされている。
ここで、噴出した後方シールドガスが安定して排出されないと、後方シールドガスが火点側に流れ込み、火点へと溶削用酸素を安定して供給できないおそれがあった。
従来、上述の溶削工程においては、火点の溶削進行方向後方側に可燃性ガスからなる後方シールドガスを噴出し、火点への大気の侵入を抑制する構成とされている。
ここで、噴出した後方シールドガスが安定して排出されないと、後方シールドガスが火点側に流れ込み、火点へと溶削用酸素を安定して供給できないおそれがあった。
【0010】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明に係る鋼材の溶削方法は、可燃性ガスおよび予熱用酸素を噴出する予熱用ガス噴出部と、溶削用酸素を噴出する溶削用酸素噴出部と、を有するスカーファーユニットを用いて、前記鋼材の表面を溶削する鋼材の溶削方法であって、前記鋼材の表面に、前記予熱用ガス噴出部から可燃性ガスと予熱用酸素を吹き付けて燃焼させ、前記鋼材の表面に湯溜まり部を形成する予熱工程と、前記溶削用酸素噴出部から前記鋼材の表面に溶削用酸素を吹き付けるとともに前記鋼材を搬送し、前記溶削用酸素と鉄との酸化反応熱によって、搬送される前記鋼材の表面を溶削する溶削工程と、を有し、前記溶削工程では、前記溶削用酸素が前記鋼材と酸化反応して形成される火点の溶削進行方向前方側に、可燃性ガスと酸素からなる前方シールドガスを噴出するとともに、前記火点の溶削進行方向後方側に可燃性ガスからなる後方シールドガスを噴出する構成とされており、前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗである場合には、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ≦Ｑ≦０．１９×Ｗの範囲内とし、隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ＜５．５×Ｗである場合には、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に対して、（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．０９×Ｗ≦Ｑ≦（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．１９×Ｗの範囲内とすること特徴としている。
【0011】
この構成の鋼材の溶削方法によれば、前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に応じて、後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を設定しているので、噴出された後方シールドガスをスカーファーユニットの後方側へと排出することができ、後方シールドガスが火点近傍に侵入することが抑制され、火点へと溶削用酸素を安定して供給することができ、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能となる。
【0012】
ここで、本発明の鋼材の溶削方法においては、前記溶削工程において、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされていること好ましい。
この場合、噴出された後方シールドガスをスカーファーユニットの後方側へと排出することができる。よって、火点へと溶削用酸素を安定して供給することができ、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能となる。
また、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ以上となるので、火点近傍への大気の侵入を抑制することができる。一方、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．１９×Ｗ以下となるので、噴出された後方シールドガスが火点側に流れ込むことを抑制でき、火点へと溶削用酸素を安定して供給することができる。
この場合、噴出された後方シールドガスをスカーファーユニットの後方側へと排出することができる。よって、火点へと溶削用酸素を安定して供給することができ、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能となる。
また、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ以上となるので、火点近傍への大気の侵入を抑制することができる。一方、前記後方シールドガスのガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．１９×Ｗ以下となるので、噴出された後方シールドガスが火点側に流れ込むことを抑制でき、火点へと溶削用酸素を安定して供給することができる。
【0013】
本発明に係る鋼材の溶削装置は、可燃性ガスおよび予熱用酸素を噴出する予熱用ガス噴出部と、溶削用酸素を噴出する溶削用酸素噴出部と、を有するスカーファーユニットを備え、鋼材の表面に可燃性ガスと予熱用酸素を吹き付けて前記鋼材の表面に湯溜まり部を形成し、この湯溜まりに向けて溶削用酸素を吹き付けて前記溶削用酸素と鉄との酸化反応熱によって、前記鋼材の表面を溶削する鋼材の溶削装置であって、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされていることを特徴としている。
【0014】
この構成の鋼材の溶削装置によれば、前記鋼材の進行方向に直交する断面における前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされているので、噴出された後方シールドガスをスカーファーユニットの後方側へと排出することができる。よって、火点へと溶削用酸素を安定して供給することができ、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能となる。
【0015】
ここで、本発明の鋼材の溶削装置においては、前記スカーファーユニットの下部にスキッドが配設されており、前記スキッドの高さが５．５ｍｍ以上とされていることが好ましい。
この場合、前記スカーファーユニットの下部に併設されたスキッドの高さが５．５ｍｍ以上とされているので、鋼材の表面にスキッドの底面を接触させた場合であっても、前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）を十分に確保することができ、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとすることができ、噴出された後方シールドガスをスカーファーユニットの後方側へと排出することが可能となる。
この場合、前記スカーファーユニットの下部に併設されたスキッドの高さが５．５ｍｍ以上とされているので、鋼材の表面にスキッドの底面を接触させた場合であっても、前記スカーファーユニットと前記鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）を十分に確保することができ、前記スカーファーユニットの幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとすることができ、噴出された後方シールドガスをスカーファーユニットの後方側へと排出することが可能となる。
【発明の効果】
【0016】
上述のように、本発明によれば、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能な鋼材の溶削装置、および、鋼材の溶削方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に、本発明の実施形態である鋼材の溶削方法、および、鋼材の溶削装置について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【0019】
本発明の実施形態である鋼材の溶削装置１０は、図１に示すように、鋼材１の表面に対向するように配置されたスカーファーユニット２０と、鋼材１を搬送する搬送テーブル（図示なし）と、を有している。
このスカーファーユニット２０には、図１に示すように、予熱用酸素２７と可燃性ガス２８とを噴出する予熱用ガス噴出部２１と、溶削用酸素３７を噴出する溶削用酸素噴出部３０が設けられている。なお、溶削用酸素噴出部３０においては、溶削用酸素３７とともに可燃性ガスからなる後方シールドガス３８が噴出されるように構成されている。
鋼材１は、搬送テーブルの上に載置されており、図１の矢印Ｘ方向に搬送されるように構成されている。
なお、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、溶削用酸素噴出部３０から噴出される溶削用酸素３７の噴出流は、予熱用ガス噴出部２１から噴出される予熱用酸素２７及び可燃性ガス２８の噴出流よりも、鋼材１の搬送方向Ｘの前方側に衝突するように配置されている。
このスカーファーユニット２０には、図１に示すように、予熱用酸素２７と可燃性ガス２８とを噴出する予熱用ガス噴出部２１と、溶削用酸素３７を噴出する溶削用酸素噴出部３０が設けられている。なお、溶削用酸素噴出部３０においては、溶削用酸素３７とともに可燃性ガスからなる後方シールドガス３８が噴出されるように構成されている。
鋼材１は、搬送テーブルの上に載置されており、図１の矢印Ｘ方向に搬送されるように構成されている。
なお、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、溶削用酸素噴出部３０から噴出される溶削用酸素３７の噴出流は、予熱用ガス噴出部２１から噴出される予熱用酸素２７及び可燃性ガス２８の噴出流よりも、鋼材１の搬送方向Ｘの前方側に衝突するように配置されている。
【0020】
ここで、本実施形態である鋼材の溶削装置１０においては、図２に示すように、スカーファーユニット２０の下部にスキッド４１が配設されており、スキッド４１の高さが５．５ｍｍ以上とされていることが好ましい。
そして、本実施形態である鋼材の溶削装置１０においては、鋼材１とスキッド４１の底面を接触させた場合に、鋼材１の進行方向に直交する断面におけるスカーファーユニット２０と鋼材１との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされていることが好ましい。図２においては、スキッド４１が２本配置されており、隙間面積Ｓは、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３となる。
そして、本実施形態である鋼材の溶削装置１０においては、鋼材１とスキッド４１の底面を接触させた場合に、鋼材１の進行方向に直交する断面におけるスカーファーユニット２０と鋼材１との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされていることが好ましい。図２においては、スキッド４１が２本配置されており、隙間面積Ｓは、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３となる。
【0021】
次に、本実施形態である鋼材の溶削装置１０を用いた鋼材の溶削方法について説明する。
上述の構成の鋼材の溶削装置１０においては、まず、図１（ａ）に示すように、スカーファーユニット２０の予熱用ガス噴出部２１から予熱用酸素２７および可燃性ガス２８を鋼材１の表面に向けて噴出するとともに、この可燃性ガス２８を燃焼させる。そして、可燃性ガス２８の燃焼熱により、鋼材１の表面の一部を溶融して、湯溜まり部３を形成する（予熱工程）。
なお、鋼材１の表面に形成される湯溜まり部３の搬送方向Ｘに沿った長さは、例えば２０ｍｍ～３０ｍｍ程度の範囲とされる。
上述の構成の鋼材の溶削装置１０においては、まず、図１（ａ）に示すように、スカーファーユニット２０の予熱用ガス噴出部２１から予熱用酸素２７および可燃性ガス２８を鋼材１の表面に向けて噴出するとともに、この可燃性ガス２８を燃焼させる。そして、可燃性ガス２８の燃焼熱により、鋼材１の表面の一部を溶融して、湯溜まり部３を形成する（予熱工程）。
なお、鋼材１の表面に形成される湯溜まり部３の搬送方向Ｘに沿った長さは、例えば２０ｍｍ～３０ｍｍ程度の範囲とされる。
【0022】
次に、スカーファーユニット２０の溶削用酸素噴出部３０から溶削用酸素３７を鋼材１の表面に向けて噴出するとともに、湯溜まり部３が形成された鋼材１を搬送方向Ｘに向けて搬送する。
このとき、予熱用ガス噴出部２１から予熱用酸素２７および可燃性ガス２８を噴出し、前方シールドガスとして利用する。また、可燃性ガスからなる後方シールドガス３８を噴出する。後方シールドガス３８は、溶削用酸素３７の一部によって燃焼する。これにより、火点近傍への大気の侵入が抑制される。
このとき、予熱用ガス噴出部２１から予熱用酸素２７および可燃性ガス２８を噴出し、前方シールドガスとして利用する。また、可燃性ガスからなる後方シールドガス３８を噴出する。後方シールドガス３８は、溶削用酸素３７の一部によって燃焼する。これにより、火点近傍への大気の侵入が抑制される。
【0023】
そして、溶削用酸素噴出部３０から噴出される溶削用酸素３７の噴出流が、搬送される鋼材１の湯溜まり部３を通過し、この湯溜まり部３を熱源として溶削用酸素３７と鉄とを酸化反応させ、この酸化反応熱によって、鋼材１の表面を溶融させ、鋼材１の表面を溶削する（溶削工程）。
すなわち、湯溜まり部３の搬送方向Ｘの後方側が、酸化反応熱によって溶削されることになる。なお、溶削用酸素３７が供給され、鋼材１の鉄との酸化反応が生じる領域が火点となる。
すなわち、湯溜まり部３の搬送方向Ｘの後方側が、酸化反応熱によって溶削されることになる。なお、溶削用酸素３７が供給され、鋼材１の鉄との酸化反応が生じる領域が火点となる。
【0024】
ここで、本実施形態においては、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、鋼材１の進行方向に直交する断面におけるスカーファーユニット２０と鋼材１との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に応じて設定している。
【0025】
上述の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗである場合には、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ≦Ｑ≦０．１９×Ｗの範囲内とする。
上述の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ＜５．５×Ｗである場合には、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に対して、（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．０９×Ｗ≦Ｑ≦（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．１９×Ｗの範囲内とする。
上述の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ＜５．５×Ｗである場合には、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を、隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に対して、（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．０９×Ｗ≦Ｑ≦（０．６×Ｓ／（５．５×Ｗ）＋０．４）×０．１９×Ｗの範囲内とする。
【0026】
以上のような構成とされた本実施形態である鋼材の溶削方法によれば、溶削工程において、鋼材１の進行方向に直交する断面におけるスカーファーユニット２０と鋼材１との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に応じて、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）を設定しているので、噴出された後方シールドガス３８をスカーファーユニット２０の後方側へと排出することができ、後方シールドガス３８が火点近傍に侵入することが抑制される。よって、火点へと溶削用酸素３７を安定して供給することができ、鋼材１の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能となる。
【0027】
本実施形態において、鋼材１の進行方向に直交する断面におけるスカーファーユニット２０と鋼材１との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされている場合には、噴出された後方シールドガス３８をスカーファーユニット２０の後方側へと安定して排出することが可能となる。よって、火点へと溶削用酸素を安定して供給することができ、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能となる。
また、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ以上となるので、火点近傍への大気の侵入を抑制することができる。一方、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．１９×Ｗ以下となるので、噴出された後方シールドガス３８が火点側に流れ込むことを抑制でき、火点へと溶削用酸素３７を安定して供給することができる。
また、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．０９×Ｗ以上となるので、火点近傍への大気の侵入を抑制することができる。一方、後方シールドガス３８のガス量Ｑ（Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、０．１９×Ｗ以下となるので、噴出された後方シールドガス３８が火点側に流れ込むことを抑制でき、火点へと溶削用酸素３７を安定して供給することができる。
【0028】
本実施形態である鋼材の溶削装置によれば、鋼材１の進行方向に直交する断面におけるスカーファーユニット２０と鋼材１との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）が、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとされているので、噴出された後方シールドガス３８をスカーファーユニット２０の後方側へと安定して排出することができる。よって、火点へと溶削用酸素３７を安定して供給することができ、鋼材１の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能となる。
【0029】
本実施形態において、スカーファーユニット２０の下部に併設されたスキッドの高さが５．５ｍｍ以上とされている場合には、鋼材１の表面にスキッドの底面を接触させた場合であっても、スカーファーユニット２０と鋼材１との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）を十分に確保することができ、スカーファーユニット２０の幅Ｗ（ｍｍ）に対して、Ｓ≧５．５×Ｗとすることができ、噴出された後方シールドガス３８をスカーファーユニット２０の後方側へと安定して排出することが可能となる。
【0030】
以上、本発明の実施形態である本実施形態である鋼材の溶削装置１０、および、鋼材の溶削方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0031】
本実施形態では、スカーファーユニットの下部にスキッドを配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、スキッドを有さずに、鋼材の表面と間隔をあけてスカーファーユニットを配設して溶削を実施してもよい。この場合であっても、鋼材の進行方向に直交する断面におけるスカーファーユニットと鋼材との間の隙間面積Ｓ（ｍｍ２）に応じて、後方シールドガスのガス量Ｑを調整すればよい。
【実施例0032】
以下に、本発明の効果を確認すべく実施した実験結果について説明する。
【0033】
本実施形態で説明した鋼材の溶削装置において、表１に示すように、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓと後方シールドガス量Ｑを設定し、溶削状況を確認した。
安定して均一に溶削できた場合を「〇」、幅方向で不均一に溶削（通称トラガリと呼んでいる）された場合、あるいは、溶削できなかった場合を「×」と評価した。
安定して均一に溶削できた場合を「〇」、幅方向で不均一に溶削（通称トラガリと呼んでいる）された場合、あるいは、溶削できなかった場合を「×」と評価した。
【0034】
なお、図３には、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓと後方シールドガス量Ｑを可変した場合、火点への大気巻き込み限界と同じく後方シールドガス巻込み限界のイメージを図示した。
火点への大気巻き込みは、後方シールドガス量Ｑが少ない場合、あるいは、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓが大きい場合に、発生し易い傾向にある。一方、火点へのシールドガス巻込みは、後方シールドガス量Ｑが多い場合、あるいは、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓが小さい場合に、発生し易い傾向にある。
火点への大気巻き込みは、後方シールドガス量Ｑが少ない場合、あるいは、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓが大きい場合に、発生し易い傾向にある。一方、火点へのシールドガス巻込みは、後方シールドガス量Ｑが多い場合、あるいは、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓが小さい場合に、発生し易い傾向にある。
【0035】
【表1】
【0036】
スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓが「０」の場合においては、後方シールドガス量Ｑが１５Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔの場合にのみ安定して溶削することが可能であり、シールドガス量Ｑが１０Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ以下と少な過ぎる場合には大気を巻き込み、３０Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ以上と多い場合にはシールドガスを巻き込み、火点の溶削酸素濃度を低下させ、溶削状況が「×」となった。
【0037】
一方、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓが「≧５．５×Ｗ」の場合においては、シールドガス量Ｑが３０から４５Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔの場合には安定して溶削することが可能であったが、シールドガス量Ｑが１５Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ以下と少な過ぎる場合は大気を巻き込み、５０Ｎｍ３／ｈ／ｕｎｉｔ以上と多い場合にはシールドガスを巻き込み、火点の溶削酸素濃度を低下させ、溶削状況が「×」となった。
【0038】
また、スカーファーと鋼材間との隙間面積Ｓが「０から５．５×Ｗ未満」の場合においては、隙間面積Ｓの程度により溶削可能範囲が異なり、夫々にシールドガス量Ｑが少な過ぎる場合は大気を巻き込み、多過ぎる場合にはシールドガスを巻き込み、火点の溶削酸素濃度を低下させために、溶削状況が「×」となる結果となった。
【0039】
以上の結果を図解したのが図３である。このように本発明例によれば、鋼材の表面を安定して溶削することができ、溶削深さを浅く、かつ、均一に溶削することが可能な鋼材の溶削装置、及び、鋼材の溶削方法を提供できることが確認された。
【符号の説明】
【0040】
１ 鋼材
３ 湯溜まり部
１０ 鋼材の溶削装置
２０ スカーファーユニット
２１ 予熱用ガス噴出部
３０ 溶削用酸素噴出部
３ 湯溜まり部
１０ 鋼材の溶削装置
２０ スカーファーユニット
２１ 予熱用ガス噴出部
３０ 溶削用酸素噴出部
【図1】
【図2】
【図3】