特開 2023-151007 パウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズル

(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】P2023151007

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】パウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズル

(51)【国際特許分類】

   B23K 7/08 20060101AFI20231005BHJP

   B23K 7/00 20060101ALI20231005BHJP

   B23K 7/10 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B23K7/08 A

B23K7/00 D

B23K7/10 S

B23K7/10 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022060392

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000150981

【氏名又は名称】日酸ＴＡＮＡＫＡ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】320011650

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴置 宗夫

(72)【発明者】

【氏名】武田 隆志

(72)【発明者】

【氏名】加藤 隆

(57)【要約】

【課題】一般軟鋼をピアシングする際の予熱時間を大幅に短縮することで作業効率を高めることができ、かつ安全性の向上を図ることができる。
【解決手段】ガス切断火口２を使用して一般軟鋼からなる被切断材Ｗに対してピアシングを行うためのピアシング方法であって、ガス切断火口２から切断酸素および予熱ガスを噴出させる工程と、ガス切断火口２から噴出した切断酸素および予熱ガスからなる予熱炎気流Ｒに向けてパウダーＴを供給する工程と、を有し、予熱炎気流Ｒに添う向きにパウダーＴを供給するピアシング方法を提供する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス切断火口を使用して一般軟鋼からなる被切断材に対して鉄粉からなるパウダーを供給して切断するパウダー切断方法であって、
前記ガス切断火口は、切断酸素と、予熱用酸素及び可燃性ガスを混合させた予熱ガスと、を前記被切断材に向けて噴出可能に設けられ、
前記ガス切断火口から噴出した前記予熱ガスからなる予熱炎気流に向けて前記パウダーを供給する、パウダー切断方法。

【請求項2】

前記パウダーは、前記ガス切断火口の噴出口の外周から前記予熱炎気流に向けて供給され、前記予熱炎気流を囲むように粉流を形成し、
前記パウダーによる前記粉流は、前記パウダーの噴出方向にスリット状に延在し前記パウダーが供給されない非供給領域を形成する、
請求項１に記載のパウダー切断方法。

【請求項3】

前記ガス切断火口から前記予熱ガスを噴出させるとともに、前記ガス切断火口から噴出した前記予熱ガスからなる前記予熱炎気流に向けてパウダーを供給することで前記予熱炎気流の中に赤熱化されたパウダーが発生し、前記赤熱化されたパウダーが切断酸素気流の噴出定点周囲に配置され、前記噴出定点周囲の前記赤熱化されたパウダーに前記切断酸素を供給し前記被切断材に対してピアシングを行う、
請求項１又は２に記載のパウダー切断方法。

【請求項4】

前記ピアシングによって加工された貫通穴を切断開始点として、前記ピアシングを行う工程から継続し、前記ガス切断火口を移動させることにより前記被切断材を切断するガス切断工程を有し、
前記ガス切断工程の前に、前記ピアシングによって前記被切断材の上面に付着した吹上げノロを通過するまで前記パウダーを供給し続け、通過後に前記パウダーの供給を停止した後に、前記ガス切断工程を開始する、請求項３に記載のパウダー切断方法。

【請求項5】

切断酸素と、予熱用酸素及び可燃性ガスを混合させた予熱ガスとを、一般軟鋼からなる被切断材に向けて噴出可能に設けられたガス切断火口に装着して、前記被切断材に対してパウダー切断を行うためのパウダー供給ノズルであって、
前記ガス切断火口の外周に沿って周方向に延在し鉄粉からなるパウダーを供給するパウダー供給路と、
前記ガス切断火口から噴出した前記予熱ガスからなる予熱炎気流に向けて前記パウダーを噴出するパウダー噴出口と、を備える、パウダー供給ノズル。

【請求項6】

前記ガス切断火口に外嵌する内筒と、前記内筒の外周側に配置される外筒と、を有し、
前記パウダー噴出口は、前記内筒と前記外筒との間に配置され、ノズル軸方向から見てリング状に形成されている、請求項５に記載のパウダー供給ノズル。

【請求項7】

前記パウダー噴出口は、ノズル軸回りに周回する周方向に区画する仕切り部を備え、
前記仕切り部は、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とを接続する、
請求項６に記載のパウダー供給ノズル。

【請求項8】

前記仕切り部の周方向の幅寸法は、周方向に隣り合う前記仕切り部同士の間の距離より小さい、
請求項７に記載のパウダー供給ノズル。

【請求項9】

前記仕切り部は、前記周方向に９０度の間隔をあけて４箇所に設けられている、
請求項７又は８に記載のパウダー供給ノズル。

【請求項10】

前記ガス切断火口から噴出する前記切断酸素及び前記予熱ガスの供給における開始及び停止を制御する第１制御と、前記パウダー噴出口から噴出する前記パウダーの供給における開始及び停止を制御する第２制御と、は別々に制御される、
請求項５乃至９のいずれか１項に記載のパウダー供給ノズル。

【請求項11】

請求項５乃至１０のいずれか１項に記載のパウダー供給ノズルと、
前記パウダー供給ノズルを装着可能に設けられる前記ガス切断火口と、
を備える、パウダー切断ノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に示すようにガス切断火口を使用して一般軟鋼からなる被切断材を切断する際には、被切断材に対して例えば１～５分といった長時間の予熱をかけた後にピアシングを行うことが一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭４８－４１９５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の一般軟鋼からなる被切断材における切断方法では、ピアシングの作業において相当の予熱時間を要することから、切断にかかる総時間が長くなるという問題があり、その点で改善の余地があった。

【0005】

ところで、非鉄金属の切断において、鉄材をガス切断火口から噴出される予熱炎気流に供給して鉄粉からなるパウダーを燃焼させることで酸化反応を強化して高温とし、その熱で母材を溶かして切断する方法が知られている。このような鉄材を予熱炎気流に供給する方法を一般軟鋼の切断に採用すると、ヒュームが発生するという問題があり、また切断コストも増加することから、一般軟鋼の切断には適用しにくい現状がある。
また、従来は、予熱炎気流に供給する鉄材として番線等の鉄線を使用するケースもあるが、その供給のタイミング等、作業者の熟練した技術が必要であり、かつ品質が安定しない。しかも、作業者が被切断材の上で予熱炎気流中に噴出されている切断酸素気流に番線を供給する作業では、１５００℃を超える高温のスラグが作業者の近傍で飛散するため、作業性の点でより安全性を向上させることが求められていた。

【0006】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、一般軟鋼の切断時間を大幅に短縮することで作業効率を高めることができ、かつ安全性の向上を図ることができるパウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズルを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るパウダー切断方法は、ガス切断火口を使用して一般軟鋼からなる被切断材に対して鉄粉からなるパウダーを供給して切断するパウダー切断方法であって、前記ガス切断火口は、切断酸素と、予熱用酸素及び可燃性ガスを混合させた予熱ガスと、を前記被切断材に向けて噴出可能に設けられ、前記ガス切断火口から噴出した前記予熱ガスからなる予熱炎気流に向けて前記パウダーを供給する。

【0008】

また、本発明に係るパウダー切断方法は、前記パウダーは、前記ガス切断火口の噴出口の外周から前記予熱炎気流に向けて供給され、前記予熱炎気流を囲むように粉流を形成し、前記パウダーによる前記粉流は、前記パウダーの噴出方向にスリット状に延在し前記パウダーが供給されない非供給領域を形成する。

【0009】

また、本発明に係るパウダー切断方法は、前記ガス切断火口から前記予熱ガスを噴出させるとともに、前記ガス切断火口から噴出した前記予熱ガスからなる前記予熱炎気流に向けてパウダーを供給することで前記予熱炎気流中に赤熱化されたパウダーが発生し、前記赤熱化されたパウダーが切断酸素気流の噴出定点周囲に配置され、前記噴出定点周囲の前記赤熱化されたパウダーに前記切断酸素を供給し前記被切断材に対してピアシングを行う。

【0010】

また、本発明に係るパウダー切断方法は、前記ピアシングによって加工された貫通穴を切断開始点として、前記ピアシングを行う工程から継続し、前記ガス切断火口を移動させることにより前記被切断材を切断するガス切断工程を有し、前記ガス切断工程の前に、前記ピアシングによって前記被切断材の上面に付着した吹上げノロを通過するまで前記パウダーを供給し続け、通過後に前記パウダーの供給を停止した後に、前記ガス切断工程を開始する。

【0011】

また、本発明に係るパウダー供給ノズルは、切断酸素と、予熱用酸素及び可燃性ガスを混合させた予熱ガスとを、一般軟鋼からなる被切断材に向けて噴出可能に設けられたガス切断火口に装着して、前記被切断材に対してパウダー切断を行うためのパウダー供給ノズルであって、前記ガス切断火口の外周に沿って周方向に延在し鉄粉からなるパウダーを供給するパウダー供給路と、前記ガス切断火口から噴出した前記予熱ガスからなる予熱炎気流に向けて前記パウダーを噴出するパウダー噴出口と、を備える。

【0012】

また、本発明に係るパウダー供給ノズルは、前記ガス切断火口に外嵌する内筒と、前記内筒の外周側に配置される外筒と、を有し、前記パウダー噴出口は、前記内筒と前記外筒との間に配置され、ノズル軸方向から見てリング状に形成されている。

【0013】

また、本発明に係るパウダー供給ノズルは、前記パウダー噴出口は、ノズル軸回りに周回する周方向に区画する仕切り部を備え、前記仕切り部は、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とを接続する。

【0014】

また、本発明に係るパウダー供給ノズルは、前記仕切り部の周方向の幅寸法は、周方向に隣り合う前記仕切り部同士の間の距離より小さい。

【0015】

また、本発明に係るパウダー供給ノズルは、前記仕切り部は、前記周方向に９０度の間隔をあけて４箇所に設けられている。

【0016】

また、本発明に係るパウダー供給ノズルは、前記ガス切断火口から噴出する前記切断酸素及び前記予熱ガスの供給における開始及び停止を制御する第１制御と、前記パウダー噴出口から噴出する前記パウダーの供給における開始及び停止を制御する第２制御と、は別々に制御される。

【0017】

また、本発明に係るパウダー切断ノズルは、上述したパウダー供給ノズルと、前記パウダー供給ノズルを装着可能に設けられる前記ガス切断火口と、を備える。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係るパウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズルによれば、一般軟鋼の切断時間を大幅に短縮することで作業効率を高めることができ、かつ安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態による切断ノズルの全体構成を示す半縦断面図である。

【図2】図１に示すＸ１－Ｘ１線矢視図であって、切断ノズルを先端側から見た正面図である。

【図3】図１に示すＸ２－Ｘ２線矢視図であって、切断ノズルを後方から見た背面図である。

【図4】切断ノズルを使用したピアシングの状態を示す図である。

【図5】図４に示すＸ３－Ｘ３線断面図であって、粉流領域を示した図である。

【図6】（ａ）～（ｄ）は、パウダーピアシングの動作説明図である。

【図7】実施例による試験方法を示す概略図であり、（ａ）は比較例でパウダー供給無しのケース、（ｂ）は実施例でパウダー供給有りのケースである。

【図8】変形例による切断ノズルを先端側から見た正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法等は適宜調整されている。

【0021】

図１は、本実施形態の切断ノズル１の全体構成を示す半縦断面図である。図２は、図１に示すＸ１－Ｘ１線矢視図であって、切断ノズル１を先端側から見た正面図である。図３は、図１に示すＸ２－Ｘ２線矢視図であって、切断ノズル１を後方から見た背面図である。図４は、切断ノズル１を使用したピアシングの状態を示す図である。図５は、図４に示すＸ３－Ｘ３線断面図であって、粉流Ｔａの領域を示した図である。図６は、パウダーピアシングの動作説明図である。そして、図１及び図３では、見やすくするためにガス切断火口２が省略されている。

【0022】

本実施形態によるガス切断方法は、図１に示す切断ノズル１（パウダー切断ノズル）を使用して行われるパウダー切断方法を使用して一般軟鋼からなる被切断材Ｗ（図４、図７参照）を切断するための方法である。すなわち、切断ノズル１は、被切断材Ｗに対してピアシングや被切断材Ｗの端部からの切り込みを行う際に使用できる。本実施形態の切断ノズル１では、例えば不図示の載置テーブルへ略水平面に載置された被切断材Ｗに対してピアシングを行い、ピアシングに続いてピアシングを切断開始点として切断を行う一例を示す。

【0023】

図１～図３に示すように、切断ノズル１は、ガス切断火口２と、パウダー供給ノズル３と、を備える。切断ノズル１は、ガス切断火口２の外周側にパウダー供給ノズル３が着脱可能な状態で装着される。
ここで、切断ノズル１において、ノズル軸Ｏに沿って切断酸素、予熱ガスが噴出する下流側を先端側、先端側と反対側を基端側という。

【0024】

ガス切断火口２は、切断酸素と、予熱用酸素及び可燃性ガスを混合させた予熱ガスと、を被切断材Ｗに向けて噴出可能に設けられ、被切断材Ｗを切断する際に用いる火口である。
ここで、可燃性ガスとしては、ＬＰＧ、アセチレン、プロピレン、ＬＮＧ、水素などであり、これらのうち１種類を採用してもよいし、これらと予熱用酸素とを混合した予熱ガスを採用することも可能である。

【0025】

ガス切断火口２は、切断酸素供給路２１を有する内部芯棒２Ａと、内部芯棒２Ａを挿通させた外部火口２Ｂと、口金（図示省略）と、を備える。
内部芯棒２Ａは、長尺の円筒形状であり、先端側に向かうに従い細くなる形状を有している。内部芯棒２Ａは、ノズル軸Ｏ方向で基端側において、上記の口金に螺着されている。これにより内部芯棒２Ａは、口金に嵌合されて互いに一体とされている。内部芯棒２Ａの材料としては、例えば熱伝導性および耐熱性が高く、かつ製造コスト等の経済性も高い黄銅が採用される。

【0026】

内部芯棒２Ａは、長手方向のノズル軸Ｏに沿って延びる切断酸素供給路２１を有している。切断酸素供給路２１は、先端において外部空間に連通している。切断酸素供給路２１の先端で内部芯棒２Ａの先端面２ａには、切断酸素を噴出する切断酸素噴出口２２が形成されている。切断酸素供給路２１を通過した切断酸素は、切断酸素噴出口２２から先方に向けて噴出される。

【0027】

また、内部芯棒２Ａは、切断酸素供給路２１の外側でノズル軸Ｏに沿って延びる予熱ガス供給路２３を有している。予熱ガス供給路２３は、先端において外部空間に連通している。予熱ガス供給路２３の先端で内部芯棒２Ａの先端面２ａには、ノズル軸Ｏ方向から見て切断酸素噴出口２２から半径方向に放射状に延びる複数のスリット形状の予熱ガス噴出口２４が形成されている。予熱ガス供給路２３を通過した予熱ガスは、予熱ガス噴出口２４から先方に向けて噴出される。

【0028】

外部火口２Ｂは、長尺の円筒形状であり、ノズル軸方向に見て同心円状に内部芯棒２Ａに嵌合している。外部火口２Ｂは、外部火口２Ｂの内面２ｃと内部芯棒２Ａの外面２ｂとの間に予熱酸素と燃焼ガスを混合した予熱ガスを通過させる予熱ガス供給路２３を形成している。外部火口２Ｂの外面には、装着されるパウダー供給ノズル３が配置される。

【0029】

次に、パウダー供給ノズル３の構成について詳細に説明する。図１～図３に示すように、パウダー供給ノズル３は、ガス切断火口２とは別体で設けられている。パウダー供給ノズル３は、ガス切断火口２の外周部にパウダーＴを供給するパウダー供給路３１を形成し、パウダーＴを噴出するパウダー噴出口３２を有する。

【0030】

パウダー供給ノズル３は、ガス切断火口２に外嵌する内筒３５と、内筒３５の外周側に配置される外筒３６（外周壁）と、内筒３５の内側に挿通させたガス切断火口２を係止するための火口止めナット３４と、を備えている。火口止めナット３４、内筒３５及び外筒３６は、それぞれの断面形状は円形である。火口止めナット３４と内筒３５のノズル軸方向に連設する接続部分の内面３４ａ、３５ｂ同士はほぼ面一に形成されている。火口止めナット３４と内筒３５との内側にはガス切断火口２が基端側から挿入されて嵌合される。火口止めナット３４の先端部、内筒３５及び外筒３６の基端部には、それぞれを同軸に連通する雌ねじ部３ａが形成されている。火口止めナット３４、内筒３５及び外筒３６は、雌ねじ部３ａに図３に示すねじ３ｂを締め付けることにより一体的に組み付けられている。

【0031】

図１に示すように、内筒３５の内面３５ｂの形状は、ガス切断火口２の外周面２ｄに一致し、先端側に向かうに従い縮径している。内筒３５の外周面３５ａの先端側には、先端に向けて外径が小さくなる先端テーパ部３５１が形成されている。

【0032】

外筒３６は、内筒３５とノズル軸方向の長さが同じである。外筒３６は、基端側に配置されノズル軸方向に同心円上に延びる円筒状の基端部３６１と、基端部３６１の先端側に連設する円錐状のテーパ部３６２と、を有する。テーパ部３６２は、先端側に向かうに従い細くなる形状となっている。

【0033】

内筒３５と外筒３６との間には、パウダーＴが供給される上記のパウダー供給路３１が形成されている。内筒３５の基端側には、径方向外側に突出する閉止フランジ３５ｃが全周にわたって設けられている。閉止フランジ３５ｃは、外筒３６の基端側の内周面３６ａに対して液密に接触している。これにより、パウダー供給路３１内に供給されるパウダーＴは先端側のパウダー噴出口３２から噴出される。

【0034】

基端部３６１には、パウダー供給路３１に連通する複数（ここでは２つ）のパウダー導入継手３７がねじ締結によって取り付けられている。パウダー導入継手３７は、不図示のパウダー供給装置に接続され、このパウダー供給装置からパウダーがパウダー供給路３１内に供給される。図３に示すように、２つのパウダー導入継手３７同士のノズル軸方向から見た取付け角度θは、６０°に設定されている。
なお、パウダー導入継手３７の取付け角度θは、パウダーがパウダー供給路３１に均一に供給されるように配置されることが好ましい。そのため、最良の取付け角度θとしては、例えば１８０°ピッチで２箇所、あるいは１２０°ピッチで３箇所などがよい。ただし、パウダー導入継手３７と上記パウダー供給装置とを繋ぐ配管（図示省略）の取り合いを考慮して、本実施形態のように２箇所を片側に寄せた配置としてもよい。

【0035】

図２に示すように、パウダー噴出口３２は、内筒３５の外周面３５ａと外筒３６の内周面３６ａとの間に配置され、ノズル軸方向から見てリング状に形成されている。さらにパウダー噴出口３２は、ノズル軸回りに周回する周方向に区画する複数（本実施形態では４つ）の仕切りリブ３３（仕切り部）を備えている。すなわち、仕切りリブ３３は、周方向に９０°ピッチで間隔をあけて設けられている。

【0036】

仕切りリブ３３は、パウダー噴出口３２の周方向に一定の間隔をあけて複数配置され、内筒３５の外周面３５ａと外筒３６の内周面３６ａとを接続する。仕切りリブ３３は、周方向に９０°の間隔をあけて４箇所に設けられている。仕切りリブ３３は、図１に示すように、内筒３５及び外筒３６の先端から基端側に延びている。仕切りリブ３３が配置される領域は、内筒３５の先端テーパ部３５１に対して径方向に対向する範囲である。ここで、仕切りリブ３３の周方向の幅寸法は、周方向に隣り合う仕切りリブ３３同士の間の距離より小さくなっている。

【0037】

パウダー供給ノズル３のパウダー噴出口３２から噴出されるパウダーＴは、ガス切断火口２の噴出口の外周から予熱炎気流Ｒに向けて供給され、予熱炎気流Ｒを囲むように粉流Ｔａを形成する。そして、パウダー噴出口３２に仕切りリブ３３を設けることにより、図５に示すように、このパウダーＴによる粉流Ｔａは、パウダーＴの噴出方向にスリット状に延在しパウダーＴが供給されない非供給領域Ｔｂを形成する。

【0038】

次に、切断ノズル１を使用して一般軟鋼からなる被切断材Ｗに対してピアシングを行うためのピアシング方法と、このピアシング方法を使用して被切断材Ｗを切断するガス切断方法と、を実施する際の動作、および上述した本実施形態のパウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズルの作用について説明する。

【0039】

先ず、図２に示すように、使用する切断ノズル１は、ガス切断火口２にパウダー供給ノズル３を組み付けて一体化した状態で使用する。
図２及び図４に示すように、予熱用酸素及び可燃性ガスを混合させた予熱ガスが切断ノズル１のガス切断火口２の予熱ガス供給路２３に供給され、この予熱ガスが予熱ガス噴出口２４から外部に噴出されて予熱炎を発生させる。これと同時に、切断酸素が切断酸素供給路２１に供給されて切断酸素噴出口２２から噴出される。さらに、パウダー供給ノズル３において、パウダーＴがパウダー供給路３１に供給されてパウダー噴出口３２から噴出される。このときパウダー噴出口３２から噴出されるパウダーＴは、予熱ガスからなる予熱炎気流Ｒに向けて供給される。
なお、図４では、見やすくするためにパウダーＴ（粉流Ｔａ）が予熱炎気流Ｒの外周に沿うように噴出した図になっているが、予熱炎気流Ｒの流通方向に対して交差する向きでパウダーＴが供給される。

【0040】

本実施形態では、パウダー噴出口３２がガス切断火口２の切断酸素噴出口２２及び予熱ガス噴出口２４の外周側に配置されているので、パウダー噴出口３２から噴出されるパウダーＴは予熱炎気流Ｒの外周側に沿って供給される。すなわち、予熱炎気流Ｒは、パウダーＴの粉流Ｔａによって覆われた状態となる。
なお、上述したように粉流Ｔａには非供給領域Ｔｂが形成されるので、予熱炎気流Ｒが粉流Ｔａによって全周にわたって覆われている状態ではなく、粉流Ｔａの一部がスリット状に開放されている。

【0041】

噴出されるパウダーＴは、粉流Ｔａの内側の予熱炎気流Ｒに供給され、十分に加熱・溶融されて一般軟鋼からなる被切断材Ｗに向けて噴出される。しかも、パウダーＴが外方に飛散して損失することがなく、ほとんどのパウダーＴを効率よく燃焼させることができる。

【0042】

より具体的には、図６（ａ）～（ｄ）に示すように、ガス切断火口２から予熱ガスを噴出させるとともに、ガス切断火口２から噴出した予熱ガスからなる予熱炎気流Ｒに向けてパウダーＴを供給することで予熱炎気流Ｒ中に赤熱化されたパウダーＴ３が発生する。ここで、図６（ａ）～（ｄ）において符号Ｔ１は噴出直後のパウダーを示し、符号Ｔ２は赤熱化する途中のパウダーを示し、符号Ｔ３は赤熱化したパウダーを示している。そして、赤熱化されたパウダーＴ３は、切断酸素気流Ｖの噴出定点Ｖａ周囲に配置される。その噴出定点Ｖａ周囲の赤熱化されたパウダーＴ３に切断酸素を供給することで、一気に酸化反応を起こし、極めて短い予熱時間で被切断材Ｗに対してピアシング、あるいは切断を行うことができる。

【0043】

このように、本実施形態では、一般軟鋼の被切断材Ｗに対してもパウダー切断方法を適用することが可能となり、切断時間を大幅に短縮することで作業効率を高めることができ、かつ安全性の向上を図ることができる。
従って、パウダーＴの燃焼比率は高くなり、発熱反応が強力となって燃焼効率が上昇し、被切断材Ｗの母材を溶融させると同時に、燃焼生成物を予熱炎気流Ｒの機械的エネルギーで吹き飛ばし、被切断材Ｗをピアシングしたり切り込む動作を容易に行うことができる。

【0044】

このように予熱用酸素及び可燃性ガスを混合させた予熱ガスからなる予熱炎気流ＲにパウダーＴを供給することにより被切断材Ｗをピアシングして貫通穴Ｐを形成する。
また、本実施形態では、従来のようなピアシング前に例えば１～５分に及ぶ長時間の予熱を行うことなく、即、ピアシングのみを開始できる。しかも、上述したようにピアシングにおいてパウダーＴを予熱炎気流Ｒに供給することにより、燃焼効率が上昇するため、短時間（例えば１０秒以下程度）でピアシングを行うことができ、動作時間を大幅に短縮することができる。

【0045】

続いて、予熱炎気流ＲにパウダーＴを供給することにより被切断材Ｗをピアシングして貫通穴Ｐを形成した後でガス切断工程の前に、ピアシングによって被切断材Ｗの上面に付着した吹上げノロＧを通過するまでパウダーＴを供給し続ける。そして、吹上げノロＧをパウダーＴにより吹き飛ばして剥離させて除去した後に、パウダーの供給を停止し、ガス切断工程を開始する。
このように、本実施形態では、吹上げノロＧの剥離工程をピアシング工程の中で同時に行うことができる。そのため、通常の工程では、予熱工程、ピアシング工程、吹上げノロＧの剥離工程、予熱工程、切断工程となるところを、本実施形態では予熱工程、ピアシング工程（吹上げノロＧの剥離工程を含む）、切断工程となって工程を省略することが可能となる。

【0046】

さらに、本実施形態では、切断ノズル１により自動的にパウダーＴを噴出することが可能となるので、従来のように鉄線を人力で予熱炎気流Ｒに供給するといった作業が不要となる。すなわち、被切断材Ｗ上で作業員が行う作業をなくすことができ、作業にかかる安全性を高めることができる。しかも、本実施形態の切断ノズル１は切断装置に組み込み、自動化できるので、作業効率や品質を向上できる。

【0047】

また、このとき使用される切断ノズル１は、切断酸素供給路２１を形成し切断酸素を噴出する切断酸素噴出口２２、及び予熱ガス供給路２３を形成し予熱ガスを噴出する予熱ガス噴出口２４を有するガス切断火口２と、パウダー供給ノズル３と、を備えている。パウダー供給ノズル３は、パウダー供給ノズル３は、ガス切断火口２の外周に沿って周方向に延在しパウダーＴを供給するパウダー供給路３１と、ガス切断火口２から噴出した予熱ガスからなる予熱炎気流Ｒに向けてパウダーＴを噴出するパウダー噴出口３２と、を備える。ガス切断火口２に外嵌する内筒３５と、内筒３５の外周側に配置される外筒３６と、を有する。パウダー噴出口３２は、内筒３５と外筒３６との間に配置され、ノズル軸方向から見てリング状に形成されている。この場合、パウダー供給ノズル３のパウダー噴出口３２が同芯のリング状となるので、パウダーＴの供給が安定する利点がある。

【0048】

そして、ピアシング完了後にパウダー供給ノズル３から噴出されるパウダーＴの供給のみを停止する。
その後、ピアシングによって加工された被切断材Ｗの貫通穴Ｐを切断開始点として、ピアシングを行う工程から継続して噴出される予熱炎気流Ｒによって被切断材Ｗに対してガス切断が行われる。このように、本実施形態では、ピアシング後にパウダーＴの噴出を停止することのみで、予熱炎気流Ｒはそのまま継続して噴出して被切断材Ｗに対して所定形状の切り込みを設けることができる。つまり、ピアシングと切り込みの動作の切り換えによりガス切断火口２を停止する必要がなく、効率よく、かつ短時間で切り込み動作を行うことができる。

【0049】

このように、本実施形態ではピアシング後にそのまま連続的に切り込みを行うことが可能となる。そのため、一旦停止させることがなく、切り込み箇所を損傷させることを防止でき、被切断材Ｗの廃棄箇所を低減できる利点がある。

【0050】

なお、本実施形態では、ピアシングによって形成した貫通穴Ｐを切断開始点として切断するパウダー切断方法の一例を示したが、ピアシングを行わずに被切断材Ｗの端面から直接切り込む切断方法に上述したパウダー切断方法を適用することができる。

【0051】

なお、切断ノズル１は制御部（図示省略）に接続されていてもよい。この場合の制御部では、ガス切断火口２から噴出される切断酸素及び予熱ガスの供給における開始及び停止を制御する第１制御と、パウダー噴出口３２から噴出されるパウダーＴの供給における開始及び停止を制御する第２制御と、は別々に制御される。これによりパウダーＴの供給のタイミングや供給時間を、切断方法や被切断材Ｗの厚みや材質などの条件に合わせて適宜調整することが可能となる。

【0052】

また、本実施形態のピアシング方法では、予熱炎気流Ｒは、供給されるパウダーＴによって膜状に覆われている。そのため、パウダーＴが予熱炎気流Ｒの外周部から周方向に均等に接触させた状態で供給することができ、断面視でパウダーＴの燃焼領域にムラが無く断面全体に均等に燃焼させることができる。

【0053】

また、本実施形態のピアシング方法では、図５に示すように、パウダーＴがガス切断火口２の噴出口の外周から予熱炎気流Ｒに向けて供給され、予熱炎気流Ｒを囲むように粉流Ｔａを形成している。パウダーＴによる粉流Ｔａは、パウダーＴの噴出方向にスリット状に延在しパウダーＴが供給されない非供給領域Ｔｂを形成している。これにより、予熱炎気流Ｒ全体がパウダーＴの粉流Ｔａによって外方から完全に覆われることがなく、粉流Ｔａの一部に非供給領域Ｔｂの隙間が形成される。すなわち、図４に示すように、ピアシングの際に切断ノズル１側に向かって飛散してくる吹上げノロＧが、非供給領域Ｔｂのスリット状の隙間から粉流Ｔａの外方に拡散する。そのため、切断ノズル１のガス切断火口２の火口に吹上げノロＧが付着することを抑制でき、ガス切断火口２が逆火することを防止できる。

【0054】

また、本実施形態の切断ノズル１は、パウダー噴出口３２は、ノズル軸回りに周回する周方向に区画する仕切りリブ３３を備えている。仕切りリブ３３は、内筒３５の外周面３５ａと外筒３６の内周面３６ａとを接続する。これにより、予熱炎気流Ｒ全体がパウダーＴの粉流Ｔａによって外方から完全に覆われることがなく、粉流Ｔａの一部に非供給領域Ｔｂの隙間が形成される。すなわち、図４に示すように、ピアシングの際に切断ノズル１側に向かって飛散してくる吹上げノロＧが、非供給領域Ｔｂの隙間から粉流Ｔａの外方に拡散する。そのため、切断ノズル１のガス切断火口２の火口に吹上げノロＧが付着することを抑制でき、ガス切断火口２が逆火することを防止でき、ピアシングの安定性を維持することができる。

【0055】

また、本実施形態の切断ノズル１は、仕切りリブ３３の周方向の幅寸法が周方向に隣り合う仕切りリブ３３同士の間の距離より小さくなるように配置されている。この場合、予熱炎気流Ｒに向けて十分な量のパウダーＴを供給することができる。

【0056】

また、本実施形態の切断ノズル１は、仕切りリブ３３は、周方向に９０度の間隔をあけて４箇所に設けられているので、吹上げノロＧを非供給領域Ｔｂの隙間から粉流Ｔａの外方４方向に向けて均一に拡散することができる。

【0057】

また、本実施形態の切断ノズル１は、ガス切断火口２から噴出する切断酸素及び予熱ガスの供給における開始及び停止を制御する第１制御と、パウダー噴出口３２から噴出するパウダーＴの供給における開始及び停止を制御する第２制御と、は別々に制御される。そのため、ピアシング後に第２制御によりパウダーＴの噴出のみを停止し、予熱炎気流Ｒはそのまま継続して噴出して被切断材Ｗに対して所定形状の切り込みを設ける動作を行うことができる。

【0058】

次に、上述した実施形態によるパウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズルの効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。

【0059】

（実施例）
本実施例では、上記の実施形態の切断ノズル１を使用し、所定板厚の被切断材Ｗに対してピアシングによる試験を行い、パウダー（パウダー）の有無によるピアシング時間を評価した。図７は、試験方法を示す概略図であり、（ａ）は比較例でパウダー供給無しのケース、（ｂ）は実施例でパウダー供給有りのケースを示す。表１は、試験の条件と試験結果を示す。

【0060】

【表1】

【0061】

試験は、使用燃料ガス（可燃性ガス）として、炭化系水素ガス（ＬＰＧ）と水素混合ガスの２種類を使用し、それぞれ板厚が２５ｍｍ、５０ｍｍの一般軟鋼の被切断材Ｗに対してパウダー供給有りの実施例と、パウダー供給無しの比較例によりピアシングを行いピアシング予熱時間（秒）とピアシングによって形成される貫通穴径（ピアス穴径（ｍｍ））を確認した。
ここで、図７（ａ）の符号Ｐ２（Ｐ）は比較例（パウダー供給無し）によるピアス穴を示し、図７（ｂ）の符号Ｐ１（Ｐ）は実施例（パウダー供給有り）によるピアス穴を示している。

【0062】

試験条件であるパウダー供給量（ｇ／ｍｉｎ）、開口率（パウダー供給口（上述したパウダー噴出口に相当））、火口高さＨ（ｍｍ）は、表１に示す通りである。被切断材Ｗの上面から火口までの火口高さＨは、実施例（パウダー供給有り）の場合で１００ｍｍとし、比較例（パウダー供給無し）の場合で１０ｍｍとしている。

【0063】

表１に示すように、試験の結果、実施例（パウダー供給有り）の場合のピアシング予熱時間（秒）は、板厚２５ｍｍで４～８秒、板厚５０ｍｍで１０秒となった。一方、比較例（パウダー供給無し）の場合のピアシング予熱時間（秒）は、板厚２５ｍｍで４０～６０秒（炭化系水素ガス）、２０～３０秒（水素予熱ガス）、板厚５０ｍｍで７０～９０秒（炭化系水素ガス）、６０～８０秒（水素予熱ガス）となった。このように実施例は比較例に比べて大幅にピアシング予熱時間を短縮できることがわかる。また、実施例では、被切断材Ｗの板厚を大きくしてもピアシング予熱時間は数秒増える微増であるのに対して、比較例では、被切断材Ｗの板厚を大きくするほど、ピアシング時間も倍近く増加する。

【0064】

また、ピアス穴径は、実施例（パウダー供給有り）が比較例（パウダー供給無し）よりも小径になっている。被切断材Ｗの板厚が２５ｍｍの場合には、実施例で８ｍｍであるのに対して比較例では１２ｍｍとなった。また、被切断材Ｗの板厚が５０ｍｍの場合には、実施例で１２ｍｍであるのに対して比較例では２倍で２４ｍｍとなった。このことから、パウダー供給を行うことにより、ピアス穴径を小さくでき効率的であることがわかった。

【0065】

さらに、実施例の場合には、ピアシング予熱時間、ピアス穴径ともに、ガスの種類による変動がみられなかった。そのため、例えば低コストのガスを使用しても同様の効果が得られる。

【0066】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述した実施形態及び以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

【0067】

例えば、上述した実施形態では、ガス切断火口２とパウダー供給ノズル３とを備えた切断ノズル１を使用したパウダー切断方法を例示したが、切断ノズル１を使用してパウダーを供給するパウダー切断方法であることに限定されることはない。例えば、本実施形態の切断ノズル１ではなく、例えばパウダー供給ノズル３と同様の機能を有するパウダー供給手段をガス切断火口２とは別体で設け、ガス切断火口２から噴出される予熱炎気流Ｒに対してパウダー供給手段からパウダーを供給する方法とすることも可能である。

【0068】

また、本実施形態では、パウダー供給ノズル３のパウダー噴出口３２に仕切りリブ３３（仕切り部）を設ける構成としているが、この仕切りリブ３３は省略することも可能であり、あるいは仕切りリブ３３の数量や位置を変更することも可能である。
例えば、図８に示す変形例のパウダー供給ノズル３Ａの内筒３５の外周面３５ａと外筒３６の内周面３６ａとの間のパウダー噴出口３２Ａように、仕切りリブ３３（仕切り部）が設けられず全周にわたってリング状に開口する構成であってもかまわない。

【0069】

また、ガス切断火口２の各構成（切断酸素供給路２１、切断酸素噴出口２２、予熱ガス供給路２３、予熱ガス噴出口２４など）の形状、数量についても、上記実施形態に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明に係るパウダー切断方法、パウダー供給ノズル、及びパウダー切断ノズルによれば、一般軟鋼の切断時間を大幅に短縮することで作業効率を高めることができ、かつ安全性の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 切断ノズル
２ ガス切断火口
３、３Ａ パウダー供給ノズル
２１ 切断酸素供給路
２２ 切断酸素噴出口
２３ 予熱ガス供給路
２４ 予熱ガス噴出口
３１ パウダー供給路
３２、３２Ａ パウダー噴出口
３３ 仕切りリブ（仕切り部）
３４ ナット
３５ 内筒
３５ａ 外周面
３６ 外筒（外周壁）
３６ａ 内周面
Ｏ ノズル軸
Ｐ 貫通穴
Ｒ 予熱炎気流
Ｔ パウダー
Ｔ３ 赤熱化されたパウダー
Ｔａ 粉流
Ｔｂ 非供給領域
Ｗ 被切断材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】