JP2024069994A - 鋼材切断装置及び方法 - Google Patents

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

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．ｈｔｍｌ

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。

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。

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。

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。

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ＣＯ_２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ＣＯ_２を排出する炭化水素ガスから、ＣＯ_２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。

特開２０１８－３４１９１号公報 特開２０１８－１６７２９９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＣＯ_２の排出量を削減することができる。

鋼材切断装置の概略的な構成を示す図である。 鋼材切断装置の吹管の火口の断面図である。 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。 鋼材切断装置の使用の態様を示す側面図である。 鋼材切断装置を含む連続鋳造工程を示す側面図である。 鋼材のガス切断を説明する写真である。 実施例１において切断した鋼材を示す写真である。 実施例２において切断した鋼材を示す写真である。 比較例において切断した鋼材を示す写真である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ＣＯ_２の排出量を削減することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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

Claims (15)

1. 鋼材を切断する鋼材切断装置であって、
   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。
2. 前記燃料ガス供給源は、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、前記水素ガス供給源から供給された水素ガスに前記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する請求項１に記載の鋼材切断装置。
3. 前記炭化水素ガス供給源は、ＬＰガスを供給する請求項２に記載の鋼材切断装置。
4. 前記燃料ガス供給源は、前記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する請求項２に記載の鋼材切断装置。
5. 前記吹管の火口は、前記鋼材の表面に９０ｍｍから１８０ｍｍまでの範囲にある間隙を介して対向する請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼材切断装置。
6. 前記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する請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼材切断装置。
7. 連続鋳造工程を構成する一連の装置に含まれる請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼材切断装置。
8. 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する請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼材切断装置。
9. 連続鋳造工程においてスラブ又はブルームを切断する請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼材切断装置。
10. 鋼材を切断する鋼材切断方法であって、
    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、
    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。
11. 前記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する請求項１０に記載の鋼材切断方法。
12. 前記炭化水素ガスは、ＬＰガスである請求項１１に記載の鋼材切断方法。
13. 前記燃料ガスは、質量比で１０％以上の水素ガスを含む請求項１１に記載の鋼材切断方法。
14. 前記吹管の火口は、前記鋼材の表面に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る請求項１０から１２のいずれか一項に記載の鋼材切断方法。
15. 前記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する請求項１０から１２のいずれか一項に記載の鋼材切断方法。

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