JP2024069994A - Steel cutting device and method - Google Patents
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Abstract
【課題】熱間加工工程における鋼材を燃料ガスに水素ガスを用いてガス切断する。【解決手段】鋼材切断装置1は、水素ガス供給源を含む燃料ガス供給源と、酸素ガス供給源と、燃料ガス供給源から供給された燃料ガス及び酸素ガス供給源から供給された酸素ガスを先端に設けられた火口2aへ供給し、火口2aから大気中に噴出させた燃料ガス及び酸素ガスで火炎102を形成して熱間加工工程における鋼材101を予熱し、予熱した鋼材101の表面に向けて火口2aから酸素ガスを吹き付けて鋼材101が酸化反応による発熱によって溶融して貫かれるようにする吹管2と、鋼材101が貫かれるように溶融した部分が鋼材101を横切るように形成されて鋼材101を切断するように、火口2aから酸素ガスを吹き付ける吹管2が鋼材101の表面を横切るように移動させる駆動装置とを有している。【選択図】図1[Problem] Steel material in a hot working process is gas cut using hydrogen gas as fuel gas. [Solution] A steel cutting device 1 has a fuel gas supply source including a hydrogen gas supply source, an oxygen gas supply source, and a blowpipe 2 that supplies fuel gas supplied from the fuel gas supply source and oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source to a nozzle 2a provided at the tip, forms a flame 102 with the fuel gas and oxygen gas ejected from the nozzle 2a into the atmosphere to preheat a steel material 101 in a hot working process, blows oxygen gas from the nozzle 2a toward the surface of the preheated steel material 101 so that the steel material 101 melts and penetrates due to heat generated by an oxidation reaction, and a drive device that moves the blowpipe 2 that blows oxygen gas from the nozzle 2a across the surface of the steel material 101 so that a melted portion is formed across the steel material 101 so as to penetrate the steel material 101 and cut the steel material 101. [Selected Figure] Figure 1
Description
特許法第30条第2項適用申請有り (1)令和3年11月10日、三菱製鋼株式会社が、以下アドレスのウェブサイトで公開されている三菱製鋼株式会社のニュースリリースのウェブサイトにて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。 https://www.mitsubishisteel.co.jp/ https://www.mitsubishisteel.co.jp/news/2021.html https://www.mitsubishisteel.co.jp/news/pdf/20211110_2.pdf (2)令和3年11月10日、一般社団法人 日本経済団体連合会が、以下アドレスのウェブサイトで公開されているチャレンジ・ゼロのウェブサイトのイノベーション事例のウェブサイトにて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。 日本語版:https://www.challenge-zero.jp/jp/ https://www.challenge-zero.jp/jp/casestudy/ https://www.challenge-zero.jp/jp/casestudy/808 英語版:https://www.challenge-zero.jp/en/ https://www.challenge-zero.jp/en/casestudy/ https://www.challenge-zero.jp/en/casestudy/810 (3)令和3年11月11日、株式会社産業新聞社が、日刊産業新聞の第2面にて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。 (4)令和3年12月20日、株式会社産業新聞社が、以下アドレスのウェブサイトで公開されているWEB日刊産業新聞のウェブサイトにて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。 https://www.japanmetal.com/ https://www.japanmetal.com/news-to20211220113515.htmlApplication for application of Article 30,
特許法第30条第2項適用申請有り (5)令和4年5月19日、三菱製鋼株式会社が、以下アドレスのウェブサイトで公開されている三菱製鋼株式会社の株主・投資家情報のウェブサイトにて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。 https://www.mitsubishisteel.co.jp/ https://www.mitsubishisteel.co.jp/ir/ https://www.mitsubishisteel.co.jp/ir/presentation/pdf/20220520.pdf (6)令和4年5月26日、株式会社産業新聞社が、以下アドレスのウェブサイトで公開されているWEB日刊産業新聞のウェブサイトにて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。 https://www.japanmetal.com/ https://www.japanmetal.com/news-to20220526118102.html (7)令和4年6月22日、三菱製鋼株式会社が、以下アドレスのウェブサイトで公開されている三菱製鋼株式会社のニュースリリースのウェブサイトにて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。 https://www.mitsubishisteel.co.jp/ https://www.mitsubishisteel.co.jp/news/2022.html https://www.mitsubishisteel.co.jp/news/pdf/20220622.pdf (8)令和4年9月13日、三菱製鋼株式会社が、日刊産業新聞の第1面にて、豊島崇行及び松平光が発明した鋼材切断装置及び方法について公開した。(5) On May 19, 2022, Mitsubishi Steel Corporation disclosed the steel cutting device and method invented by Takayuki Toyoshima and Hikaru Matsudaira on the Mitsubishi Steel Corporation shareholder and investor information website at the following address: https://www.mitsubishisteel.co.jp/ https://www.mitsubishisteel.co.jp/ir/ https://www.mitsubishisteel.co.jp/ir/presentation/pdf/20220520. pdf (6) On May 26, 2022, Sangyo Shimbun Co., Ltd. published the steel cutting device and method invented by Toyoshima Takayuki and Matsudaira Hikaru on the website of the WEB Nikkan Sangyo Shimbun, which is available at the following address: https://www.japanmetal.com/ https://www.japanmetal.com/news-to20220526118102.html (7) On June 22, 2022, Mitsubishi Steel Corporation published the steel cutting device and method invented by Toyoshima Takayuki and Matsudaira Hikaru on the Mitsubishi Steel Corporation News Release website, which is available at the following address: https://www.mitsubishisteel.co.jp/ https://www. mitsubishisteel.co.jp/news/2022.html https://www.mitsubishisteel.co.jp/news/pdf/20220622.pdf (8) On September 13, 2022, Mitsubishi Steel Corporation published an article on the front page of the Nikkan Sangyo Shimbun about a steel cutting device and method invented by Takayuki Toyoshima and Hikaru Matsudaira.
この発明は、ガス切断により鋼材を切断する鋼材切断装置及び方法に関し、詳しくは、熱間加工工程において鋼材を切断する鋼材切断装置及び方法に関する。 This invention relates to a steel cutting device and method for cutting steel by gas cutting, and more specifically to a steel cutting device and method for cutting steel in a hot working process.
従来、ガス切断により鋼材を切断する鋼材切断装置が広く利用されている。ガス切断による鋼材切断装置は、鋼材に燃料ガス及び酸素ガスで形成した火炎を吹き付けて鋼材の切断を開始する位置を予熱し、予熱した位置に酸素ガスを吹き付けて酸化反応による発熱で鋼材を溶融させて切断するものである。 Conventionally, steel cutting devices that cut steel materials by gas cutting have been widely used. A gas cutting steel cutting device preheats the position where cutting of the steel material starts by blowing a flame formed from fuel gas and oxygen gas onto the steel material, and then blows oxygen gas onto the preheated position, melting the steel material with the heat generated by the oxidation reaction, thereby cutting the steel material.
このような鋼材切断装置の燃料ガスとしてはLPガスのような炭化水素ガスが使用されているが、特許文献1及び2には、炭化水素ガスに水素ガスを混合して燃料ガスとする技術が開示されている。特許文献1は鋼材等のワークをガス切断するものであり、特許文献2は鋼片を切断する可搬式のガス切断機を提供するものであり、特許文献1及び2のいずれもガス切断は冷間で使用される。
Hydrocarbon gases such as LP gas are used as fuel gas for such steel cutting equipment, but
近年、カーボンニュートラルを実現する脱炭素化社会の実現に向けて、製造業におけるCO2排出量を削減する取り組みが進められている。このような観点から、製造業で使用する燃料ガスを燃焼によりCO2を排出する炭化水素ガスから、CO2を排出しない水素ガスに置き換える技術が研究されている。 In recent years, efforts to reduce CO2 emissions in the manufacturing industry have been underway to realize a carbon-neutral, decarbonized society. From this perspective, research is being conducted into technologies to replace the fuel gas used in the manufacturing industry, which is a hydrocarbon gas that emits CO2 when burned, with hydrogen gas, which does not emit CO2 .
製鋼業においても、連続鋳造工程のような熱間加工工程に使用する燃料ガスを炭化水素ガスから水素ガスに置き換える技術が研究されている。しかしながら、熱間加工工程における鋼材のガス切断に使用する燃料ガスとして、炭化水素ガスを水素ガスに置き換える技術は提供されていなかった。 In the steel industry, research is being conducted into technology to replace the fuel gas used in hot processing processes such as continuous casting with hydrogen gas instead of hydrocarbon gas. However, no technology has been provided to replace the fuel gas used in gas cutting of steel in hot processing processes with hydrogen gas.
この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、熱間加工工程における鋼材を燃料ガスに水素ガスを用いてガス切断するような鋼材切断装置及び方法を提供することを目的とする。 This invention has been proposed in light of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a steel cutting device and method that uses hydrogen gas as the fuel gas to gas-cut steel during hot processing.
上述の課題を解決するために、この発明に係る鋼材切断装置は、鋼材を切断するものあって、水素ガス供給源を含み、水素ガス供給源から供給された水素ガスを燃料ガスとして供給する燃料ガス供給源と、酸素ガスを供給する酸素ガス供給源と、燃料ガス供給源から供給された燃料ガス及び酸素ガス供給源から供給された酸素ガスを先端に設けた火口へ供給し、火口から噴出した燃料ガス及び酸素ガスで形成した火炎で熱間加工工程における鋼材を予熱し、予熱した鋼材の表面に向けて火口から酸素ガスを吹き付けて鋼材が酸化反応による発熱によって溶融して貫かれるようにする吹管と、鋼材が貫かれるように溶融した部分が鋼材を横切るように形成されて鋼材を切断するように、火口から酸素ガスを吹き付ける吹管が鋼材の表面を横切るように移動させる駆動装置とを含む。 In order to solve the above problems, the steel cutting device of the present invention cuts steel, includes a hydrogen gas supply source, a fuel gas supply source that supplies hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply source as fuel gas, an oxygen gas supply source that supplies oxygen gas, a blowpipe that supplies the fuel gas supplied from the fuel gas supply source and the oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source to a nozzle provided at the tip, preheats the steel in the hot working process with a flame formed by the fuel gas and oxygen gas ejected from the nozzle, blows oxygen gas from the nozzle toward the surface of the preheated steel so that the steel melts and penetrates due to heat generated by an oxidation reaction, and a drive device that moves the blowpipe that blows oxygen gas from the nozzle across the surface of the steel so that the molten portion is formed across the steel to penetrate the steel and cut the steel.
燃料ガス供給源は、炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給源をさらに含み、水素ガス供給源から供給された水素ガスに炭化水素ガス供給源から供給された炭化水素ガスを混合した燃料ガスを供給してもよい。炭化水素ガス供給源は、LPガスを供給してもよい。燃料ガス供給源は、燃料ガスにおいて水素ガスが質量比で10%以上含まれるように水素ガスに炭化水素ガスを混合してもよい。 The fuel gas supply source may further include a hydrocarbon gas supply source that supplies a hydrocarbon gas, and may supply a fuel gas obtained by mixing hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply source with hydrocarbon gas supplied from the hydrocarbon gas supply source. The hydrocarbon gas supply source may supply LP gas. The fuel gas supply source may mix the hydrogen gas with the hydrocarbon gas so that the hydrogen gas is contained in the fuel gas at a mass ratio of 10% or more.
吹管の火口は、鋼材の表面に90mmから180mmまでの範囲にある間隙を介して対向してもよい。吹管の火口から酸素ガスが延びる方向に130mmから600mmの厚さを有する鋼材の切断を可能にしてもよい。 The blowpipe tip may face the surface of the steel material with a gap ranging from 90mm to 180mm. It may be possible to cut steel material having a thickness of 130mm to 600mm in the direction in which the oxygen gas extends from the blowpipe tip.
連続鋳造工程を構成する一連の装置に含まれてもよい。連続鋳造工程において鋳片を切断してスラブ又はブルームに加工してもよい。連続鋳造工程においてスラブ又はブルームを切断してもよい。 It may be included in a series of devices that make up the continuous casting process. In the continuous casting process, the cast piece may be cut and processed into a slab or bloom. In the continuous casting process, the slab or bloom may be cut.
この出願に係る鋼材切断方法は、鋼材を切断するものであって、熱間加工工程にある鋼材を提供する工程と、水素ガス供給源から供給された水素ガスを燃料ガスとして供給する工程と、供給された燃料ガス及び酸素ガスを吹管の先端に設けられた火口から大気中に噴出させて火炎を形成する工程と、吹管の火口から延びる火炎が鋼材を予熱するように吹管を鋼材の表面に対向して設置する工程と、予熱した鋼材の表面に向けて吹管の火口から酸素ガスを吹き付けて鋼材が酸化反応による発熱によって溶融して貫かれるようする工程と、鋼材が貫かれるように溶融した部分が鋼材を横切るように形成されて鋼材を切断するように、火口から酸素ガスを吹き付ける吹管が鋼材の表面を横切るように移動させる工程とを含む。 The steel cutting method according to this application cuts steel and includes the steps of providing steel undergoing a hot processing process, supplying hydrogen gas from a hydrogen gas supply source as fuel gas, ejecting the fuel gas and oxygen gas from a nozzle at the tip of the blowpipe into the atmosphere to form a flame, positioning the blowpipe facing the surface of the steel so that the flame extending from the nozzle of the blowpipe preheats the steel, blowing oxygen gas from the nozzle of the blowpipe toward the surface of the preheated steel so that the steel melts and penetrates due to heat generated by an oxidation reaction, and moving the blowpipe, which blows oxygen gas from the nozzle, across the surface of the steel so that a molten portion is formed across the steel to penetrate the steel and cut the steel.
燃料ガスを供給する工程は、水素ガスに炭化水素ガスを混合して燃料ガスとして提供してもよい。炭化水素ガスは、LPガスであってもよい。燃料ガスは、質量比で10%以上の水素ガスを含んでもよい。 The step of supplying the fuel gas may include mixing hydrogen gas with a hydrocarbon gas to provide the fuel gas. The hydrocarbon gas may be LP gas. The fuel gas may contain 10% or more hydrogen gas by mass.
吹管の火口は、鋼材の表面に90mmから180mmまでの範囲にある間隙を介して対向するように設置されてもよい。吹管の火口から酸素ガスが延びる方向に130mmから600mmの厚さを有する鋼材の切断を可能にしてもよい。 The blowpipe tip may be positioned to face the surface of the steel material with a gap ranging from 90mm to 180mm. It may be possible to cut steel material having a thickness of 130mm to 600mm in the direction in which the oxygen gas extends from the blowpipe tip.
この発明によると、熱間加工工程における鋼材を燃料ガスに水素ガスを用いて予熱することでガス切断することができ、ひいては、鋼材のガス切断により発生するCO2の排出量を削減することができる。 According to this invention, the steel material in the hot working process can be preheated using hydrogen gas as the fuel gas to perform gas cutting, thereby reducing the amount of CO2 emissions generated by gas cutting of the steel material.
以下、鋼材切断装置及び方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、鋼材切断装置1の概略的な構成を示す図である。本実施の形態の鋼材切断装置1は、連続鋳造工程などの熱間加工工程に設置されて使用されるものである。
The following describes in detail an embodiment of a steel cutting device and method with reference to the drawings. Figure 1 is a diagram showing the general configuration of a
鋼材切断装置1は、先端の火口2aから大気中に燃料ガス及び酸素ガスを噴出させて火炎102を形成する吹管2、吹管2に燃料ガスを供給する図示しない燃料ガス供給源、及び吹管2に酸素ガスを供給する酸素ガス供給源を有している。燃料ガス供給源は、図示しない水素ガス供給源及びLPガス供給源を有している。それぞれのガスの供給源は、ガスを蓄積したタンクやボンベ、又はパイプラインによる供給であってもよい。また、水素ガス及び酸素ガスの供給源は、水素ガス及び酸素ガスの製造設備であってもよい。
The
水素ガスは水素ガス供給源から水素ガス流路5を通って吹管2に向けて送られ、水素ガスの圧力や流量は水素ガス弁5aによって設定される。LPガスはLPガス供給源からLPガス流路6を通って吹管2に向けて送られ、LPガスの圧力や流量はLPガス弁6aによって設定される。なお、LPガスは、プロパン、ブタンを主成分とする液化石油である。酸素ガスは酸素ガス供給源から酸素ガス流路4を通って吹管2に向けて送られ、酸素ガスの圧力や流量は酸素ガス弁4aによって設定される。
Hydrogen gas is sent from the hydrogen gas supply source through the hydrogen
吹管2に向かう水素ガス流路5及びLPガス流路6は合流して燃料ガス流路3となり、水素ガス及びLPガスは混合されて燃料ガスとなって吹管2に供給される。燃料ガスは、水素ガスのみによって構成されてもよい。この場合、LPガス流路6のLPガス弁6aは閉じられる。燃料ガスが水素ガス及びLPガスを混合して得られる場合には、水素ガスの濃度は10%以上であってもよく、20%以上であってもよく、50%以上であってもよい。
The hydrogen
図2は、吹管2の火口2aの断面図である。この断面図は、吹管2の火口2aから火炎102が延びる方向を軸として、この軸を含む平面で火口2aを切断したものである。火口2aは、吹管2の先端に設けられ、吹管2から燃料ガス及び酸素ガスが供給されている。火口2aは、先端が吹管2から突出し、先端の鋼材101に対向する面の中央に形成された鋼材101を切断するための酸素ガスを噴出するための第1噴出孔2cと、第1噴出孔2cの周囲に形成された燃料ガス及び酸素ガスを混合したガスを噴出して予熱のための火炎102を形成するための第2噴出孔2dとを有している。
Figure 2 is a cross-sectional view of the
火口2aにおいて、第1噴出孔2cを形成する流路には、酸素ガス流路4から分岐した第1酸素ガス分路4bから酸素が送られている。第1酸素ガス分路4bを送られる酸素の圧力や流路は、第1酸素ガス分路4bに設けられた第1酸素ガス分路弁4dによって設定されている。また、第2噴出孔2dを形成する流路には、燃料ガス流路3から燃料ガスが送られ、酸素ガス流路4から分岐した第2酸素ガス分路4cから酸素ガスが送られている。第2酸素ガス分路4cを送られる酸素の圧力や流路は、第2酸素ガス分路4cに設けられた第2酸素ガス分路弁4eによって設定されている。なお、後述するように、第1酸素ガス分路4bを送られる酸素は鋼材101の切断に用いられ、第2酸素ガス分路4cを送られる酸素は鋼材101の予熱に用いられるため、以下ではそれぞれ切断酸素ガス及び予熱酸素ガスと称することもある。
In the
再び図1を参照すると、鋼材切断装置1は、鋼材101の切断を開始する位置において、吹管2の火口2aから延びる火炎102によって鋼材101を予熱するように吹管2を鋼材101の表面に対向するように設置し、予熱した鋼材101に向けて吹管2の火口2aから吹き付けた酸素ガスによって鋼材101が酸化反応による発熱によって貫かれるように溶融した部分が鋼材101を横切って形成されて鋼材101を切断するように、鋼材101を横切る方向に吹管2を移動させる図示しない駆動装置を有している。さらに、鋼材切断装置は、熱間加工工程において上流の工程から送られた鋼材101を受け取ってガス切断の間にわたり支持し、ガス切断された鋼材101を下流の工程に送るための図示しないロールを有している。
Referring again to FIG. 1, the
図3は、鋼材切断方法の一連の工程を示すフローチャートである。最初のステップS1では、鋼材切断装置1に上流の熱間加工工程から鋼材101が提供される。鋼材101は、上流からロールによって搬送され、鋼材切断装置1が受け取った鋼材101は鋼材切断装置1の備えるロールによって所定の位置で支持される。
Figure 3 is a flow chart showing a series of steps in the steel cutting method. In the first step S1,
ステップS2では、吹管2の火口2aから燃料ガスと酸素ガスを混合したガスを噴出して火炎102を形成する。吹管2の火口2aの第2噴出孔2dから噴出された燃料ガスと酸素ガスを混合したガスは、火口2aから吹管2の軸方向に延びる火炎102を形成する。
In step S2, a mixture of fuel gas and oxygen gas is ejected from the
ステップS3では、吹管2の火口2aから延びる火炎102が鋼材101において切断を開始する位置を予熱するように、吹管2は駆動装置によって鋼材101の表面の一つの縁部に対向するように設置される。鋼材101は熱間加工工程にあるため数百度の温度を有するが、鋼材101の切断する位置は火炎102によって切断が可能になるような千度程度の温度までさらに加熱される。
In step S3, the
ステップS4では、予熱された鋼材101の切断を開始する位置において、鋼材101の表面に向けて吹管2の火口2aから酸素ガスを吹き付け、鋼材101が酸化反応による発熱によって貫かれるように溶融する。鋼材101の表面には、吹管2の火口2aの第1噴出孔2cから酸素ガスが吹き付けられる。鋼材101は、ステップS3の予熱によって所定の温度に到達しているため、吹管2の火口2aから鋼材101に酸素ガスを吹き付けると鋼材101は激しく酸化反応を起こし、発熱して溶解する。吹管2の火口2aから吹き付けられる酸素ガスにしたがい、鋼材101が溶融する位置は、反応によって鋼材101を除去しながら表面から次第に深さ方向に進み、鋼材101の裏面に達し、溶融した部分によって鋼材101が貫かれるまで継続する。
In step S4, oxygen gas is sprayed from the
ステップS5では、ステップS4において酸素ガスによって形成された鋼材101を貫くように溶融した部分が鋼材101を横切るように形成されて鋼材101が切断されるようにする。このため、駆動装置で吹管2が鋼材101を横切るように移動させる。ステップS4と同様に、鋼材101の表面には吹管2の火口2aの第1噴出孔2cから酸素ガスが吹き付けられ、鋼材101は酸素ガスとの酸化反応による発熱で溶融し、鋼材101を貫くように溶融した部分が鋼材101を除去しながら横切る方向に拡大する。鋼材101において、このように溶融した部分が鋼材101を横切るように形成されせることにより鋼材101が切断される。鋼材101は切断を終えると、ロールによって下流の工程に送られる。
In step S5, the molten portion formed by the oxygen gas in step S4 is formed to penetrate the
図4は、鋼材切断装置1の使用の態様を説明する側面図である。図中において、鋼材101は、鋼材切断装置1のロール20によって支持されている。鋼材切断装置1によって切断することができる鋼材101は、吹管2から酸素ガスが延びる鋼材101の厚さT方向又は深さ方向に、70mmから500mmの範囲にあってもよく、100mmから550mmの範囲にあってもよく、130mmから600mmの範囲にあってもよい。本実施の形態では、燃料ガスに水素ガスを使用することによって、このような厚さTの鋼材101の切断を可能にしている。
Figure 4 is a side view illustrating the manner of use of the
鋼材101の表面と吹管2との間に形成される間隙の大きさDは、80mmから190mmの範囲にあってもよく、90mmから180mmの範囲にあってもよく、100mmから170mmの範囲にあってもよい。なお、間隙の大きさDは、吹管2の先端から突き出した火口2aと鋼材101の表面との距離をいうものとする。本実施の形態では、このような間隙の大きさDを確保することにより、吹管2及び火口2aの過熱を防止している。
The size D of the gap formed between the surface of the
図5は、鋼材切断装置1を含む連続鋳造工程10を示す側面図である。図5は、鋼材切断装置1を熱間加工工程における鋼材101の切断に使用する一例として示すものである。鋼材切断装置1は、連続鋳造工程10を構成する一連の装置の一つとして設置されている。
Figure 5 is a side view showing a
連続鋳造工程10において、取鍋11に注がれた溶鋼はタンディッシュ12及び鋳型13を経て所定の断面を有するように形成され、サポートロール14に支持されて冷却されつつ降下し、軽圧下ロール15による圧下により内部品質が改善され、鋳片103として提供される。この鋳片103は、一次カッター16によって切断されて所定サイズのスラブ又はブルーム104に加工され、ロール20によって下流に向けて搬送され、秤量機17によって秤量された後、バリ取り装置18によってバリ取り処理を施され、二次カッター19によってさらに切断される。
In the
鋼材切断装置1は、一次カッター16及び二次カッター19に使用することができる。鋼材切断装置1を一次カッター16に使用する場合、鋼材切断装置1には上流の軽圧下ロール15から鋳片103が送られる。鋼材切断装置1は、鋳片103を切断して所定のサイズのスラブ又はブルーム104に加工する。鋼材切断装置1を二次カッター19に使用する場合、鋼材切断装置1には上流のバリ取り装置18でバリ取り処理を施されたスラブ又はブルーム104が送られる。鋼材切断装置1は、スラブ又はブルーム104をさらに切断する。例えば、スラブ又はブルーム104が所定のサイズになるように、スラブ又はブルームの端部を切断するクロップ処理や、サンプル採取のためのもの切断であってもよい。
The
以上のように、本実施の形態の鋼材切断装置1及び方法によると、熱間加工工程における鋼材101のガス切断に水素ガスを用いることができる。したがって、ガス切断に使用する炭化水素ガスを削減することができ、CO2の排出量を削減することができる。
As described above, according to the
また、燃料ガスに水素ガスを用いると、燃焼によって形成される火炎102は、燃料ガスに炭化水素のみを使用したときよりも高い燃焼温度に達する。このため、燃料ガスに水素ガスを使用することにより、鋼材101の切断面がきれいになり、ノッチが少なく平滑な切断面が得られる。また、鋼材101を予熱するための時間が短縮され、鋼材101をガス切断する工程の能率が向上する。
In addition, when hydrogen gas is used as the fuel gas, the
なお、本実施の形態では燃料ガスにLPガスを使用したが、燃料ガスはLPガスに限らず、例えば天然ガスのような他の種類の炭化水素ガスを使用してもよい。また、燃料ガスに水素ガスのみを使用する場合には、燃料ガス供給源にはLPガス供給源を設けなくてもよい。 In this embodiment, LP gas is used as the fuel gas, but the fuel gas is not limited to LP gas, and other types of hydrocarbon gases such as natural gas may be used. Also, if only hydrogen gas is used as the fuel gas, it is not necessary to provide an LP gas supply source as the fuel gas supply source.
本実施の形態では、図2に示した火口2aの第2噴出孔2dから燃料ガス及び酸素ガスを混合したガスを噴出して火炎を形成したが、燃料ガス及び酸素ガスを別の噴出孔から噴出し、燃料ガス及び酸素ガスを火口2aの外部で混合して火炎を形成するように構成してもよい。この場合、予熱酸素ガス及び切断酸素ガスを火口2aの同一の噴出孔から噴出するように構成してもよい。
In this embodiment, a flame is formed by ejecting a mixture of fuel gas and oxygen gas from the
本実施の形態では鋼材切断装置1を使用する熱間加工工程の例として連続鋳造工程10を示したが、鋼材切断装置1を使用することができる熱間加工工程はこれに限らない。例えば、鋼材を予熱炉で予熱して加工する熱間圧延工程においても鋼材切断装置1を使用することができる。
In this embodiment, the
以下、本実施の形態の鋼材切断装置1及び方法を適用した実施例を説明する。実施例1では、鋼材切断装置1の燃料ガスには水素ガスを用いた。実施例1の条件及び結果を表1及び表2に示す。なお、表1及び表2には、後述する実施例2及び比較例についても併せて記載する。
Below, examples in which the
実施例1においては、熱間加工工程における鋼材101を想定して、表1に示すように、鋼種(S55C)の普通鋼による鋳片を用意した。表1に、鋳片の中央と端部で測定した温度を示す。本実施の形態の鋼材切断装置1を用いて、表1に示すような条件で切断酸素ガス、予熱酸素ガス及び燃料ガスの水素ガスを供給して鋼材101を加工した。前述したように、切断酸素ガスは火口2aの第1噴出孔2cから噴出されて鋼材101の切断に用いられ、予熱酸素ガスは火口2aの第2噴出孔2dから燃料ガスの水素ガスと混合されて噴出されて火炎102を形成し、鋼材101の予熱に用いられる。
In Example 1, assuming
図6は、鋼材101のガス切断を説明する写真である。図6(a)は、実施例1における鋼材101の切断を示す写真である。写真の中央に吹管2が位置し、鋼材101の表面において切断を開始する鋼材101の縁部が予熱により輝いているのが観察されるが、吹管2から鋼材101に延びる火炎102は明瞭に観察されない。図6(b)は、比較のために燃料ガスとして水素ガスにLPガスを混合したガスを用いた場合における鋼材101の切断を示す写真である。燃料ガスにLPガスが含まれるため、吹管2から延びる火炎102が明瞭に観察される。
Figure 6 is a photograph illustrating gas cutting of
なお、燃料ガスに水素ガスのみを用いると火炎102が明瞭に観察されないため、火炎102が明瞭になるように燃料ガスにLPガスのような炭化水素ガスを添加してもよい。添加する炭化水素ガスの量は、3質量%から20質量%の範囲にあってもよいし、5質量%から15質量%にあってもよいし、7質量%から13質量%にあってもよい。火炎102が明瞭に観察することができることで、鋼材101の切断位置などを確認することができる。
When only hydrogen gas is used as the fuel gas, the
図7は、実施例1で加工した鋼材101を示す写真である。図7(a)から図7(c)は、470mmまで切断したところで水素ガス供給源からの水素ガスの供給が尽きたため加工を中止した鋼材101を異なる角度から撮影したものである。図7(d)は、加工中の鋼材101をサーモグラフィーで撮影した写真である。鋼材101の火炎102により予熱している位置は、1250℃に達していることが観察される。
Figure 7 is a photograph showing the
図7に示したような実施例1の加工においては、表2に示すような結果が得られた。表2に示すように、燃料ガスに水素ガスのみを用いても、鋼材101への切込み及び切断の加工が所定の速度で可能であることが明らかになった。ただし、切り離しの加工は、水素ガス供給源からの供給が尽きたために中止した。
In the processing of Example 1 as shown in Figure 7, the results shown in Table 2 were obtained. As shown in Table 2, it became clear that cutting and cutting into the
なお、切込みとは酸素ガスが鋼材101と反応して鋼材101を溶融して除去しながら鋼材101の厚さ方向又は鋼材101の深さ方向へ進む加工をいい、切断とは酸素ガスにより鋼材101の表面から裏面まで貫いて溶融した部分が鋼材101を溶融して除去しながら鋼材101を横切る方向又は鋼材101の幅方向に進む加工をいうものとする。また、切り離しとは、切断の加工の内で、火炎102が鋼材101の一方の縁部から他方の縁部まで完全に横切り、溶融により形成された断面により鋼材101を二つに切り離す加工をいうものとする。
Inscribing refers to a process in which oxygen gas reacts with the
実施例2においても、鋼材切断装置1には燃料ガスには水素ガスを用いた。実施例2の条件及び結果は、表1及び表2に示されている。実施例2においては、熱間加工工程における鋼材101を想定して、表1に示すように、鋼種(S55C)の鋳片を用意した。表1に、鋳片の中央と端部で測定した温度を示す。本実施の形態の鋼材切断装置1を用いて、表1に示すような条件で切断酸素ガス、予熱酸素ガス及び燃料ガスの水素ガスを供給して鋼材101を加工した。
In Example 2, hydrogen gas was used as the fuel gas for the
図8は、実施例2で加工した鋼材101を示す写真である。図8(a)から図8(c)は、切り離した鋼材101を異なる角度から撮影したものである。図8に示したような実施例2の加工においては、表2に示すような結果が得られた。表2に示すように、燃料ガスに水素ガスのみを用いても、鋼材101への切込み、切断及び切り離しの加工が所定の速度で可能であることが明らかになった。
Figure 8 is a photograph showing the
(比較例)
比較例は、本実施の形態の鋼材切断装置1を使用して冷間の鋼材101を切断するものである。鋼材101には鋼種(SMn438)を使用する他は、燃料ガスに水素ガスのみを用いるなど実施例1及び実施例2と同様の条件で鋼材101を加工した。
Comparative Example
In the comparative example, a
比較例の加工においては、表2に示すような結果が得られた。表2に示すように、燃料ガスに水素ガスのみを用いても、冷間の鋼材101への切込み及び切断の加工が所定の速度で可能であることが明らかになった。ただし、切り離しの加工は、水素ガス供給源からの供給が尽きたために中止した。
In the processing of the comparative example, the results shown in Table 2 were obtained. As shown in Table 2, it became clear that even if only hydrogen gas was used as the fuel gas, it was possible to perform the processing of cutting and cutting
この発明は、熱間圧延鋼材の製造に利用することができる。 This invention can be used in the production of hot-rolled steel.
1 鋼材切断装置
2 吹管
2a 火口
3 燃料ガス流路
4 酸素ガス流路
5 水素ガス流路
6 LPガス流路
10 連続鋳造工程
16 一次カッター
19 二次カッター
101 鋼材
102 火炎
103 鋳片
104 スラブ、ブルーム
REFERENCE SIGNS
Claims (15)
水素ガス供給源を含み、前記水素ガス供給源から供給された水素ガスを燃料ガスとして供給する燃料ガス供給源と、
酸素ガスを供給する酸素ガス供給源と、
前記燃料ガス供給源から供給された燃料ガス及び前記酸素ガス供給源から供給された酸素ガスを先端に設けた火口に供給し、前記火口から噴出した燃料ガス及び酸素ガスで形成した火炎で熱間加工工程における鋼材を予熱し、予熱した前記鋼材の表面に向けて前記火口から酸素ガスを吹き付けて前記鋼材が酸化反応による発熱によって溶融して貫かれるようにする吹管と、
前記鋼材が貫かれるように溶融した部分が前記鋼材を横切るように形成されて前記鋼材を切断するように、前記火口から酸素ガスを吹き付ける前記吹管が鋼材の表面を横切るように移動させる駆動装置と
を含む鋼材切断装置。 A steel cutting device for cutting steel materials,
a fuel gas supply source including a hydrogen gas supply source and supplying the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply source as a fuel gas;
an oxygen gas supply source for supplying oxygen gas;
a blowpipe which supplies fuel gas supplied from the fuel gas supply source and oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source to a nozzle provided at a tip, preheats steel in a hot working process with a flame formed by the fuel gas and oxygen gas ejected from the nozzle, and blows oxygen gas from the nozzle toward a surface of the preheated steel so that the steel melts and penetrates due to heat generated by an oxidation reaction;
and a drive device that moves the blowpipe, which blows oxygen gas from the nozzle, across the surface of the steel material so that a molten portion is formed across the steel material so as to penetrate the steel material and cut the steel material.
熱間加工工程にある鋼材を提供する工程と、
水素ガス供給源から供給された水素ガスを燃料ガスとして供給する工程と、
供給された燃料ガス及び酸素ガスを吹管の先端に設けられた火口から大気中に噴出させて火炎を形成する工程と、
前記吹管の火口から延びる火炎が鋼材を予熱するように前記吹管を前記鋼材の表面に対向して設置する工程と、
予熱した前記鋼材の表面に向けて前記吹管の火口から酸素ガスを吹き付けて前記鋼材が酸化反応による発熱によって溶融して貫かれるようにする工程と、
前記吹管から前記鋼材に向かう酸素ガスによって前記鋼材が貫かれるよう溶融した部分が前記鋼材を横切るように形成されて前記鋼材を切断するように、前記火口から酸素ガスを吹き付ける吹管が前記鋼材の表面を横切るように移動させる工程と
を含む鋼材切断方法。 A steel cutting method for cutting a steel material, comprising the steps of:
Providing a steel product undergoing a hot working process;
supplying hydrogen gas supplied from a hydrogen gas supply source as a fuel gas;
a step of ejecting the supplied fuel gas and oxygen gas into the atmosphere from a nozzle provided at the tip of the blowpipe to form a flame;
placing the blowpipe facing a surface of the steel material so that a flame extending from a nozzle of the blowpipe preheats the steel material;
a step of blowing oxygen gas from the nozzle of the blowpipe toward the surface of the preheated steel material so that the steel material melts and penetrates due to heat generated by an oxidation reaction;
and moving a blowpipe that blows oxygen gas from the nozzle across the surface of the steel material so that a molten portion is formed across the steel material so that the steel material is penetrated by the oxygen gas directed from the blowpipe toward the steel material, thereby cutting the steel material.
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