特開 2024-8477 鋼材の溶断装置および鋼材の溶断方法

(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】P2024008477

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】鋼材の溶断装置および鋼材の溶断方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 7/10 20060101AFI20240112BHJP

   F23K 5/00 20060101ALI20240112BHJP

   F23D 14/42 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

B23K7/10 U

F23K5/00 301Z

F23D14/42

B23K7/10 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110388

(22)【出願日】2022-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】000158312

【氏名又は名称】岩谷産業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000105394

【氏名又は名称】コータキ精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100137246

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勝也

(72)【発明者】

【氏名】菅野 勝広

(72)【発明者】

【氏名】吉田 佳史

(72)【発明者】

【氏名】山手 浩司

(72)【発明者】

【氏名】本山 知義

(72)【発明者】

【氏名】藤森 翔平

【テーマコード（参考）】

3K068

【Ｆターム（参考）】

3K068AA05

3K068BA03

3K068BB05

3K068CA04

3K068CA24

3K068CB01

(57)【要約】

【課題】水素ガス１００％でガス溶断を行うことが可能で、かつ、火口高さを容易に適切な位置に調整可能である鋼材の溶断装置、および、鋼材の溶断方法を提供すること。
【解決手段】酸素ガス供給源が接続された酸素ガス供給管と、可燃性混合ガス供給源が接続された第１の管と、水素ガス供給源が接続された第２の管と、前記第１の管および前記第２の管が切換機構を介して接続された燃焼ガス供給管と、前記酸素ガス供給管と前記燃焼ガス供給管とがそれぞれ接続された火口と、を備える溶断装置である。前記切換機構は、前記第１の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第１の状態と、前記第２の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第２の状態とを、択一的に切換可能である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素ガス供給源が接続された酸素ガス供給管と、
可燃性混合ガス供給源が接続された第１の管と、
水素ガス供給源が接続された第２の管と、
前記第１の管および前記第２の管が切換機構を介して接続された燃焼ガス供給管と、
前記酸素ガス供給管と前記燃焼ガス供給管とがそれぞれ接続された火口と、
を備え、
前記切換機構は、前記第１の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第１の状態と、前記第２の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第２の状態とを、択一的に切換可能である、
鋼材の溶断装置。

【請求項2】

前記可燃性混合ガスが、４．５体積％以上１２体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素ガスおよび不可避的不純物からなる可燃性混合ガスである、
請求項１に記載の溶断装置。

【請求項3】

前記可燃性混合ガス供給源は、前記可燃性混合ガスが収容された収容容器であり、
前記水素ガス供給源は、前記水素ガスが収容された収容容器である、
請求項１または請求項２に記載の溶断装置。

【請求項4】

鋼材を準備する準備工程と、
溶断装置の火口先端に火炎を形成し、火炎の白心を基準として、前記鋼材に対する前記火口の位置を調整する調整工程と、
前記調整工程において調整された前記火口の高さを維持した状態で、前記鋼材を予熱する予熱工程と、
前記鋼材の溶断すべき部分に沿って前記火口を移動させることにより、前記鋼材を溶断する溶断工程と、
を含み、
前記調整工程では、第１の燃焼ガスとして水素ガスと炭化水素ガスの混合ガスである可燃性混合ガスが前記火口に供給され、
前記予熱工程および前記溶断工程では、第２の燃焼ガスとして水素ガスが前記火口に供給される、
鋼材の溶断方法。

【請求項5】

さらに、前記調整工程と前記予熱工程との間に、
前記第１の燃焼ガスおよび前記第２の燃焼ガスの一方を前記火口に接続された燃焼ガス供給管に供給する切換機構を動作させて、前記燃焼ガス供給管に供給されるガスを、前記第１の燃焼ガスから前記第２の燃焼ガスに切り換える切換工程を含む、
請求項４に記載の溶断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鋼材の溶断装置および鋼材の溶断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼材のガス溶断において、水素ガスを使用することが知られている。この種の技術が、例えば特許文献１に記載されている。

【0003】

特許文献１には、水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスであって、炭化水素系ガスの含有量が０体積％超４体積％以下となる燃焼ガスを用いる、ワーク（鋼材）の切断方法が開示されている。従来、水素１００％のガスを燃焼ガスとして用いようとすると、火口の先端に形成される白心が視認できないことから、予熱炎の調整に課題があった。これに対して特許文献１は、前記の組成の燃焼ガスを用いること、特定の形状の火口を使用すること、当該火口によって特定される特定の地点とワーク表面とを合わせるように調整すること、を含む切断方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＷＯ２０１１／１３２４９６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されるガス切断方法では、白心を視認できるようにするために、燃焼ガスとして炭化水素系ガスを含む水素ガスを用いる。しかしながら、ＣＯ_２排出量のさらなる削減への要請などから、水素ガス１００％でガス溶断を行うことへのニーズがある。

【0006】

本開示の目的は、水素ガス１００％でガス溶断を行うことが可能で、かつ、火口の高さを容易に適切な位置に調整可能である鋼材の溶断装置、および、鋼材の溶断方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に従った鋼材の溶断装置は、酸素ガス供給源が接続された酸素ガス供給管と、可燃性混合ガス供給源が接続された第１の管と、水素ガス供給源が接続された第２の管と、前記第１の管および前記第２の管が切換機構を介して接続された燃焼ガス供給管と、前記酸素ガス供給管と前記燃焼ガス供給管とがそれぞれ接続された火口と、を備える。前記切換機構は、前記第１の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第１の状態と、前記第２の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第２の状態とを、択一的に切換可能である。

【0008】

本開示に従った鋼材の溶断方法は、鋼材を準備する準備工程と、溶断装置の火口先端に火炎を形成し、火炎の白心を基準として、前記鋼材に対する前記火口の位置を調整する調整工程と、前記調整工程において調整された前記火口の高さを維持した状態で、前記鋼材を予熱する予熱工程と、前記鋼材の溶断すべき部分に沿って前記火口を移動させることにより、前記鋼材を溶断する溶断工程と、を含む。前記調整工程では、第１の燃焼ガスとして水素ガスと炭化水素ガスの混合ガスである可燃性混合ガスが前記火口に供給される。前記予熱工程および前記溶断工程では、第２の燃焼ガスとして水素ガスが前記火口に供給される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、水素１００％ガスでガス溶断を行うことが可能で、かつ、火口高さを容易に適切な位置に調整可能である鋼材の溶断装置、および、鋼材の溶断方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、火口の先端に形成される火炎を示す模式図である。

【図2】図２は、ガス溶断される鋼材を示す模式図である。

【図3】図３は、実施の形態にかかる溶断装置を示す系統図である。

【図4】図４は、実施の形態にかかる溶断装置の作用を説明するタイムチャートである。

【図5】図５は、実施の形態にかかる溶断装置の火口を示す拡大図である。

【図6】図６は、溶断の手順の概略を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［実施の形態の概要］
初めに、本開示にかかる溶断装置および溶断方法の概要を列挙して説明する。
本開示に従った鋼材の溶断装置は、酸素ガス供給源が接続された酸素ガス供給管と、可燃性混合ガス供給源が接続された第１の管と、水素ガス供給源が接続された第２の管と、前記第１の管および前記第２の管が切換機構を介して接続された燃焼ガス供給管と、前記酸素ガス供給管と前記燃焼ガス供給管とがそれぞれ接続された火口と、を備える。前記切換機構は、前記第１の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第１の状態と、前記第２の管と前記燃焼ガス供給管とが連通する第２の状態とを、択一的に切換可能である。

【0012】

本発明者らは、溶断時の燃焼ガスとして水素ガスのみを用いるとともに、溶断装置の火口を容易に適切な位置に調整するための方策について、鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、溶断時に用いる水素ガスとは別に、火口の位置を調整する際に視認可能な白心を形成できる可燃性混合ガスを用いることを着想した。そして、火口に通じる燃焼ガス供給管に対して、水素ガスを供給する管路と、可燃性混合ガスを供給する管路とを切換可能に接続する切換機構を備えた装置を構成することに想到した。

【0013】

上記の装置によれば、視認できる白心を基準として火口の位置を調整可能であることから、従来のガス溶断で用いられる方法を大きく変更することなく溶断を実施できる。上記の装置によれば、火口の高さを容易に適切な位置に調整可能である。また、上記の装置によれば、可燃性混合ガスと水素ガスとを、切換機構によって択一的に燃焼ガス供給管に供給できる。この構成によれば、従来使用されている火口を変更することなく、水素１００％ガスを用いた溶断が実施できる。また、可燃性混合ガスと水素ガスとを同一の燃焼ガス供給管に供給する構成とすることで、火口調整工程における火炎の状態と、予熱工程および溶断工程における火炎の状態との間で変化が少なく、溶断を確実に実施できる。

【0014】

前記可燃性混合ガスは、４．５体積％以上１２体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素ガスおよび不可避的不純物からなる可燃性混合ガスであってよい。可燃性混合ガスとしてこの組成のガスを用いる場合、従来と同様の方法で火口高さを調整し、かつ、溶断工程においては水素１００％ガスで溶断を実施できる。

【0015】

前記可燃性混合ガス供給源は、前記可燃性混合ガスが収容された収容容器であってよく、前記水素ガス供給源は、前記水素ガスが収容された収容容器であってよい。可燃性混合ガスとして、予め混合され、容器に収容されたガスを用いることによって、溶断装置をシンプルに構成できる。また、一定の組成の可燃性混合ガスを供給することが可能で、装置運転が容易かつ安定して溶断を実施できる。

【0016】

本開示に従った鋼材の溶断方法は、鋼材を準備する準備工程と、溶断装置の火口先端に火炎を形成し、火炎の白心を基準として、前記鋼材に対する前記火口の位置を調整する調整工程と、前記調整工程において調整された前記火口の高さを維持した状態で、前記鋼材を予熱する予熱工程と、前記鋼材の溶断すべき部分に沿って前記火口を移動させることにより、前記鋼材を溶断する溶断工程と、を含む。前記調整工程では、第１の燃焼ガスとして水素ガスと炭化水素ガスの混合ガスである可燃性混合ガスが前記火口に供給される。前記予熱工程および前記溶断工程では、第２の燃焼ガスとして水素ガスが前記火口に供給される。

【0017】

上記溶断方法によれば、予熱工程および溶断工程において、水素１００％ガスを用いることができる。このため、ＣＯ_２排出量を削減し、環境負荷の少ない方法で鋼材の溶断を実施できる。また、火口位置を調整する工程では視認可能な白心を含む火炎を形成し、従来のガス溶断で用いられる火口位置の調整方法を大きく変更する必要がない。

【0018】

上記溶断方法において、さらに、前記調整工程と前記予熱工程との間に、前記第１の燃焼ガスおよび前記第２の燃焼ガスの一方を前記火口に接続された燃焼ガス供給管に供給する切換機構を動作させて、前記燃焼ガス供給管に供給されるガスを、前記第１の燃焼ガスから前記第２の燃焼ガスに切り換える切換工程を含んでもよい。このような構成によれば、従来使用されている火口を変更することなく、水素１００％ガスによるガス溶断が可能となる。また、切換機構を用いて第１の燃焼ガスと第２の燃焼ガスとを切り替えることによって、燃焼ガスの変更を迅速かつ確実に行うことが可能で、特別な調整方法や技能の習熟を要さず、汎用可能なガス溶断方法を実現できる。

【0019】

［実施の形態の具体例］
次に、本開示にかかる鋼材の溶断装置および鋼材の溶接方法の具体的な実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。なお、本明細書において、水素ガスとは水素および不可避不純物からなるガスを意味する。本明細書では、混合ガスと区別するために、混合ガスではない水素ガスを水素１００％ガスと称することもあるが、数学的に厳密に１００％水素からなることのみを指すのではなく、一般に水素ガスとして市販されるガスを包含する。

【0020】

図１は、鋼材のガス溶断に利用される火口と火口先端に形成される火炎を示す模式図である。図１を参照して、火口５１の先端に、火炎１００が形成される。火口５１の直下（口元）には、白心１０１が現れる。白心１０１は、ホワイトコーンとも称され、ガス炎のうち火炎の根本部に形成される白く輝く部分である。白心１０１の周囲に予熱炎１０２が形成される。予熱炎１０２は、燃焼ガスと酸素ガスとが火口で混合して形成される混合ガスが燃焼してなる部分である。予熱炎１０２の中心には、溶断用酸素ガス気流１０３が形成される。溶断用酸素ガスが供給されていない状態では、白心１０１は円すい形の部分として現れる。燃焼ガスとして、水素ガスに炭化水素ガスを含有する燃焼ガスを用いた火炎では、白心を視認可能である。燃焼ガスとして水素のみを用いた火炎では、白心を視認できない。本開示にかかる溶断装置および溶断方法では、火口調整工程においては白心１０１が視認できる火炎を形成する。予熱工程および溶断工程では、白心１０１が視認できない火炎を形成する。

【0021】

図２は、ガス溶断される鋼材を示す模式図である。図２を参照して、溶断対象である鋼材Ｍに、火炎が当接される。周知のとおり、予熱炎１０２によって鋼材Ｍの表面が加熱され、鋼の燃焼温度に達した部分ｍが生成する。そこに、溶断用酸素ガス気流１０３が吹き付けられることで、鋼は燃焼し、スラグとなって溶融するとともに溶断用酸素ガス気流１０３によって吹き飛ばされて溶断される。このとき、火口５１と鋼材Ｍの間の距離、すなわち鋼材Ｍに対する火口５１の高さは、白心１０１の長さを基準として設定される。本開示にかかる溶断装置および溶断方法では、視認できる白心１０１を用いて火口５１の高さを設定し、その高さを維持することによって、予熱および溶断工程では白心１０１が視認できなくても確実に溶断を実施できることを見出した。

【0022】

図３は、実施の形態にかかる鋼材の溶断装置を示す系統図である。なお、図３に示す系統図では、例えば安全装置等、本開示の特徴的な構成以外の構成は一部図示を省略している。図３を参照して、溶断装置１は、可燃性混合ガス供給源としての可燃性混合ガスボンベ１１、水素ガス供給源としての水素ガスボンベ１２、酸素ガス供給源としての酸素ガスボンベ１３を備える。溶断装置１において、可燃性混合ガス、水素ガスおよび酸素ガスの３種類のガスが必要に応じて切り換えられ、火口５１に供給される。特に、可燃性混合ガスと水素ガスは択一的に切り換えられ、火口５１に供給される。可燃性混合ガスボンベ１１は、第１の管としての配管３１に接続されている。水素ガスボンベ１２は、第２の管としての配管３２に接続されている。配管３１および配管３２は、切換機構としての三方弁２１を介して、燃焼ガス供給管としての配管５２に接続されている。配管３１、配管３２はそれぞれ、その途中に圧力計、電磁弁および安全装置が備えられている。また、配管３１、３２はそれぞれ、マスフローコントローラ４１、４２を備える。

【0023】

三方弁２１は、配管３１と配管５２とが連通する状態と、配管３２と配管５２とが連通する状態とを択一的に切り換える。すなわち、三方弁２１を切り換えることによって、可燃性混合ガスが火口５１に供給される状態と、水素ガスが火口５１に供給される状態とを択一的に切り換えできる。

【0024】

酸素ガスボンベ１３は酸素ガス供給配管としての配管３３に接続されている。配管３３は、予熱用酸素ガスを供給する配管である配管５３と、溶断用酸素ガスを供給する配管である配管５４とに分岐する。配管５３、配管５４にはそれぞれ、圧力計、電磁弁および安全装置が備えらえれる。配管５３は、マスフローコントローラ４３が備えられている。配管５３、５４は一端が火口５１に接続されている。

【0025】

可燃性混合ガスボンベ１１には、可燃性混合ガスが収容される。可燃性混合ガスとして、燃焼時に視認できる白心を形成しうるガスを用いる。可燃性混合ガスは、典型的にはエチレンガス、プロピレンガス等の炭化水素ガスを含む水素ガスである。可燃性混合ガスは、４．５体積％以上１２体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素ガスおよび不可避的不純物からなることが好ましい。可燃性混合ガスにおけるエチレンの含有割合は、４．５体積％以上１０体積％以下であることがより好ましく、４．５体積％以上５．５体積％以下であることがさらに好ましい。可燃性混合ガスとして、この構成の可燃性混合ガスを用いる場合、可燃性混合ガスと酸素ガスとを混合して燃焼させることで視認容易な白心を形成できる。また、水素１００％ガスの予熱炎を形成する場合と同等の酸素流量で、適切な大きさの白心を形成することができる。このため、白心を形成して火口の高さを調整し、次いで、三方弁を切り換えて水素１００％ガスにより予熱炎を形成し、溶断を行う一連の工程を容易にできる。

【0026】

水素ガスボンベ１２には、水素ガスが収容される。水素ガスボンベとしては、汎用される水素ガスが充填されたボンベを用いてもよく、その他の水素ガス収容容器であってもよい。酸素ガスボンベ１３には、酸素ガスが収容される。酸素ガスボンベとしては、汎用される酸素ガスが充填されたボンベを用いてもよく、その他の酸素ガス収容容器であってもよい。ガスボンベ以外のガス収容容器としては、例えばＬＧＣ（Liquid Gas Container）、ＣＥ（Cold Evaporator）等の液化ガス容器であってもよく、設備の規模やガス使用量に応じて選択されうる。

【0027】

本開示にかかる溶断装置は、既存のガス溶断機の一部として、あるいは既存のガス溶断機と組み合わせて実施できる。ガス溶断機としては、特に制限されないが、例えば門型のＣＮＣ切断機、フレームプレーナー、型紙倣い溶断機等であってよい。

【0028】

図４は、実施の形態にかかる溶断装置の作用を説明するタイムチャートである。図３および図４を参照して、溶断装置１について説明する。

【0029】

［火口の調整］
鋼材の溶断において、予熱および溶断を開始する前に、溶断対象の鋼材に対する火口の位置を調整する。火口の位置は、鋼材の上面や溶断形状に合わせた水平方向位置（Ｘ－Ｙ方向位置ともいう）と、鋼材の上面に対する火口の高さ（Ｚ方向位置ともいう）とで定められる。Ｘ－Ｙ方向位置は、常法に従って設定されうる。

【0030】

火口の位置の調整は、タイムチャートを参照すると、時刻ｔ１からｔ２を含む。Ｚ方向位置の調整を行う際、三方弁２１が操作され、配管３１と配管５２とが連通する状態とされる。三方弁２１の操作は、制御プログラムによる自動切換えであってもよいし、作業者が手作業で行ってもよい。時刻ｔ１からｔ２まで、火口５１に、可燃性混合ガスと予熱用酸素ガスとが供給される。可燃性混合ガスは配管３１および配管５２を通じて供給され、その流量はマスフローコントローラ４１によって調整される。予熱用酸素ガスは配管３３および配管５３を通じて供給され、その流量はマスフローコントローラ４３によって調整される。この状態で点火され、火口５１の先端に、可燃性混合ガスが燃焼してなる火炎が形成される。この火炎は白心が形成され、白心を目安として鋼材に対する火口の高さ（Ｚ方向位置）が調整される。白心と鋼材との位置関係は特に限定されず、従来の知見に従って火口の位置を調整できる。

【0031】

［予熱］
時刻ｔ２からｔ３の間に三方弁２１が操作され、配管３２と配管５２とが連通する状態に切り換えられる。この状態とすることで、時刻ｔ３以降は、配管５２を通じて火口５１に水素ガスが供給される。時刻ｔ３からｔ４まで（時間Ｔ１）は予熱期間であり、火口５１に水素ガスと予熱用酸素ガスとが供給される。水素ガスは配管３２および配管５２を通じて供給され、その流量はマスフローコントローラ４２によって調整される。予熱用酸素ガスは配管３３および配管５３を通じて供給され、その流量はマスフローコントローラ４３によって調整される。時刻ｔ３からｔ４に流通される予熱用酸素ガスの流量は、時刻ｔ１からｔ２に流通される予熱用酸素ガスの流量と同じであってもよいし、異なってもよい。同じであることが好ましい。この状態で点火され、火口５１の先端に、水素ガスが燃焼してなる火炎が形成される。この火炎は白心が視認できないが、先の工程で調整された火口高さを維持して予熱を実施できる。

【0032】

［溶断］
時刻ｔ４からｔ５まで、溶断用酸素ガスが火口５１に供給される。溶断用酸素ガスのＯＮ／ＯＦＦは、配管５４に設けられた電磁弁で制御される。火口５１の先端において水素ガスが燃焼する火炎が形成され、また、火口５１から溶断用酸素が噴射される。火口５１は所定の溶断形状に沿ってＸ－Ｙ方向に移動し、溶断が実施される。時刻ｔ５において溶断が終了すると、溶断用酸素ガスがＯＦＦとなり、次いで、水素ガスおよび予熱用酸素ガスもＯＦＦとされる。

【0033】

図５は、実施の形態にかかる溶断装置の火口を示す拡大図である。本開示にかかる溶断装置が備える火口としては公知の火口を使用でき、特に限定されないが、一例として、図５に開示する火口５１を好ましく使用できる。

【0034】

図５（ａ）は火口５１の断面図模式図であり、図５（ｂ）は火口５１を火口先端側から見た図である。図５を参照して、火口５１は、ノズル部材８１と、カバー部材８２と、胴中８３と、が組み合わされて構成される。カバー部材８２は、ノズル部材８１の外側に嵌装される。胴中８３の下端が、ノズル部材８１とカバー部材８２との間に挿入されて固定される。ノズル部材８１の内部に、軸方向に沿って溶断用酸素ガス通路７１が設けられている。ノズル部材８１の外周面とカバー部材８２の内周面との間に、混合ガス通路７２が形成される。

【0035】

胴中８３は、配管５２、配管５３、配管５４の先端に接続するソケット部に挿入して装着される。ソケット部には、溶断用酸素ガスの通路である配管５４と、予熱用酸素ガスの通路である配管５３と、可燃性混合ガスおよび水素ガスの通路である配管５２とが接続する。胴中８３をソケット部に挿入して装着すると、ソケット部の溶断用酸素ガスの通路と胴中８３の溶断用酸素ガス通路７１とが接続される。また、ソケット部の予熱用酸素ガスの通路と胴中８３の外周面に設けられた溝部８３ａとが接続される。さらに、ソケット部に設けられた燃焼ガス通路と、胴中８３の外周面に設けられた溝部８３ｂとが接続される。

【0036】

溝部８３ａと溝部８３ｂとは、胴中８３の内部に設けられた混合室８３ｅにそれぞれ連通されている。混合室８３ｅ内で、溝部８３ａを通じて供給される予熱用酸素ガスと、溝部８３ｂを通じて供給される可燃性混合ガスまたは水素ガスとが混合される。混合されたガスは、混合ガス通路７２を通じて火口５１の先端から吐出される。

【0037】

火口５１の先端部において、ノズル部材８１の先端部の端面８１ｃからカバー部材８２の先端部の端面８２ｃまでの距離は１ｍｍである。この構成によれば、ノズル部材８１の先端にカバー部材８２による深さ１ｍｍのポケット８８が設けられる。

【0038】

本開示にかかる溶断装置１によれば、火口５１の先端に、例えば、長さが６～８ｍｍの白心を有する火炎を形成できる。この白心を基準として、溶断対象である鋼材の表面から火口５１までの距離（火口の高さ）を、例えば６ｍｍ～８ｍｍ程度に設定できる。

【0039】

図６は、溶断の手順の概略を示すフローチャートである。本開示にかかる鋼材の溶断方法を、図６に基づいて説明する。

【0040】

まず、鋼材が準備され（Ｓ１１）、当該鋼材が溶断可能な状態とされる。

【0041】

次に、水素ガスと炭化水素ガスの混合ガスである可燃性混合ガス（第１の燃焼ガス）と、予熱用酸素ガスとを溶断装置の火口に供給し、火炎を形成する。具体的には例えば、既述のとおり、可燃性混合ガスボンベから供給された可燃性混合ガスと、酸素ガスボンベから供給された酸素ガスとの混合ガスが、トーチの先端部に配置された火口に供給される。既述の火口内部でこれらのガスが混合されて、混合ガスとなる。この混合ガスに点火することにより、火炎が形成される。この火炎は白心が視認可能である。白心の長さは特に制限されないが、例えば２０ｍｍ～２００ｍｍ程度の板厚の鋼板を溶断しようとする場合、白心の長さが２ｍｍ～６ｍｍ程度の火炎が形成されることが好ましい。白心を基準として、火口の高さを調整する（Ｓ１２）。

【0042】

次に、ステップ（Ｓ１２）において形成された火炎により上記鋼材の溶断されるべき部分を加熱する（Ｓ１３）。ステップＳ１３では、燃焼ガスとして水素ガス（第２の燃焼ガス）が火口に供給され、水素ガスが燃焼して形成される予熱炎によって、鋼材が加熱される。ステップＳ１３が予熱工程である。

【0043】

次いで、火口から溶断用酸素ガスが噴射され、当該酸素ガスが、上記火炎によって加熱された鋼材の溶断されるべき部分に吹き付けられる。これにより、当該部分の鋼材が燃焼し、溶融する（Ｓ１４）。さらに、溶融した鋼材は、火口から噴射される酸素ガスの吹き付けによって除去される。このように溶断が実施される。さらに、所定の溶断形状に沿って火口を移動させて溶断を行う（Ｓ１５）。ステップＳ１４およびＳ１５が、溶断工程である。以上の手順により、鋼材の溶断が完了する。本実施の形態における鋼材の溶断方法によれば、火口の位置の調整においては、可燃性混合ガスを供給して白心を視認できる火炎を形成し、予熱および溶断においては水素ガスのみを燃焼ガスとして火炎を形成する。このようにして、水素ガス１００％でガス溶断を行うことが可能で、かつ、火口高さを容易に適切な位置に調整可能となる。

【0044】

溶断工程の条件は、種々の条件に応じて変更可能であり特に制限されるものではないが、一例として、板厚が１５ｍｍ～５０ｍｍ程度の鋼材を溶断する場合、予熱用酸素ガスの流量を６．４Ｌ／ｍｉｎ～８．０Ｌ／ｍｉｎ、水素ガスの流量を１６．０Ｌ／ｍｉｎ程度とし、酸素：水素の比率を０．４～０．５：１程度とすることができる。予熱用酸素ガスの圧力は０．３ＭＰａ程度、水素ガスの圧力は０．０３ＭＰａ程度とできる。溶断用酸素の圧力は、０．５ＭＰａ程度とできる。溶断速度は、３００ｍｍ／ｍｉｎ～４５０ｍｍ／ｍｉｎ程度とできる。また、板厚が５０ｍｍ～１５０ｍｍ程度の鋼材を溶断する場合、予熱用酸素ガスの流量を７．０Ｌ／ｍｉｎ～８．８Ｌ／ｍｉｎ、水素ガスの流量を１７．６Ｌ／ｍｉｎ程度とし、酸素：水素の比率を０．４～０．５：１程度とすることができる。予熱用酸素ガスの圧力は０．４ＭＰａ程度、水素ガスの圧力は０．０３ＭＰａ程度とできる。溶断用酸素の圧力は、０．５ＭＰａ程度とできる。溶断速度は、２００ｍｍ／ｍｉｎ～２５０ｍｍ／ｍｉｎ程度とできる。

【0045】

本開示にかかる溶断装置および溶断方法の実証を行った。
［エチレン水素・混合ガスによる火炎の形成］
可燃性混合ガスとして、５体積％のエチレンを含有する水素ガスおよび１０体積％のエチレンを含有する水素ガスを用いて、［表１］に示す流量の条件で火炎を形成し、形成される白心の長さを確認した。火口として、３段当たり切断火口（水素ガス用）を用いた。
なお、可燃性混合ガスとして５体積％のエチレンを含有する水素ガスを用いる場合は、火口調整工程における酸素流量と、予熱および溶断工程で用いる酸素流量とは同一とした。可燃性混合ガスとして１０体積％のエチレンを含有する水素ガスを用いる場合は、火口調整工程における酸素流量は、予熱工程および溶断工程で用いる酸素流量の４０～５０％を想定した。

【0046】

【表1】

【0047】

表１に示されるとおり、可燃性混合ガスとして、５体積％のエチレンを含有する水素ガスを用いる場合、酸素／可燃性混合ガス流量比が０．４～０．５７のいずれの場合も、白心の長さが６～８ｍｍである火炎を形成できた。また、１０体積％のエチレンを含有する水素ガスを用いる場合、酸素／可燃性混合ガス流量比が０．４～０．７５のいずれの場合も、白心の長さが６～１０ｍｍの火炎を形成できた。

【0048】

さらに、１０体積％のエチレンを含有する水素ガスを用いて、異なる火口を用いる場合に形成される火炎の白心の長さを確認した。使用した火口番手、ガス流量と、白心長さを表２に示す。

【0049】

【表2】

【0050】

表２に示されるとおり、火口の番手を変更した場合も、白心の長さが６～８ｍｍの下縁を得ることができた。

【0051】

水素１００％ガスによって溶断を実施する場合、最適な火口高さは鋼材表面から６～８ｍｍ程度が良好であることが確認されているところ、上記の実証によれば、エチレン・水素混合ガスを用いて白心長さが６～１０ｍｍ程度の火炎を形成できることが確認された。可燃性混合ガスとして、エチレンを４．５体積％以上１２体積％以下含有する水素ガスが適切であると考えられた。

【0052】

［水素ガス火炎による鋼材の溶断］
上記方法によって火口を調整し、水素ガス火炎によって鋼材を溶断する実証実験を行った。鋼材として、材質ＳＳ４００、板厚２８ｍｍ、４５ｍｍ、１００ｍｍの鋼材を用いた。火口として、３段当たり火口（水素ガス用）を用いた。予熱用酸素ガスおよび水素ガスの流量、流量比率および圧力、溶断用酸素ガスの圧力、溶断速度をまとめて［表３］に示す。

【0053】

【表3】

【0054】

表３に示される条件で鋼材を溶断し、溶断面、溶断上面およびドロスの状態から、良好に溶断が実施できたと判断された。

【0055】

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。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り示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

１ 溶断装置、１１ 可燃性混合ガスボンベ、１２ 水素ガスボンベ、１３ 酸素ガスボンベ、２１ 三方弁、３１、３２、３３、５２、５３、５４ 配管、４１、４２、４３ マスフローコントローラ、７１ 溶断用酸素ガス通路、７２ 混合ガス通路、８１ ノズル部材、８２ カバー部材、８３ 胴中、８８ ポケット、１００ 火炎、１０１ 白心、１０２ 予熱炎、１０３ 溶断用酸素ガス気流。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】