JP2024008321A

JP2024008321A - 吹管及びガス溶断方法

Info

Publication number: JP2024008321A
Application number: JP2022110097A
Authority: JP
Inventors: 尚登上羽; Naoto Ueha; 和広吉田; Kazuhiro Yoshida; 詔仁北; Norihito Kita
Original assignee: Iwatani Industrial Gases Corp
Current assignee: Iwatani Industrial Gases Corp
Priority date: 2022-07-08
Filing date: 2022-07-08
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2042-07-08
Also published as: JP7257095B1

Abstract

【課題】本発明は、可燃性ガスを用いて対象物を溶断する際のＣＯ２の発生量を削減できる吹管の提供を目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係る吹管は、水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するための吹管であって、中央吐出口と、中央吐出口を取り囲むように配置される複数の周縁吐出口とを有する火口と、周縁吐出口に可燃性ガス及び予熱用酸素ガスの混合ガスを供給する予熱ガス用配管と、中央吐出口に溶断用酸素ガスを供給する溶断ガス用配管と、予熱ガス用配管を流れる混合ガスの流量を制御する第１バルブと、溶断ガス用配管を流れる溶断用酸素ガスの流量を制御する第２バルブとを備え、第１バルブが、少なくとも混合ガスの流量を第１の流量とする第１開度と、第１開度の流量よりも少ない第２の流量とする第１開度とに制御可能であり、第２バルブが、少なくとも溶断用酸素ガスを遮断可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、吹管及びガス溶断方法に関する。

可燃性ガスを用いて対象物を溶断するガス溶断方法が公知である。このガス溶断方法では、可燃性ガスを酸素ガスと混合した混合ガスを燃焼させ、その熱で上記対象物を予熱する。そして、上記対象物が十分に予熱された段階でさらに溶断用酸素ガスを供給し、上記対象物を酸化しつつ溶断する。

上記可燃性ガスとして、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスが提案されている（特許第４８４８０６０号公報参照）。この可燃性ガスは、貯蔵、運搬等が容易で、かつガス溶断後の仕上がり状態の高品質化に寄与することが可能であるとされている。

特許第４８４８０６０号公報

昨今の環境問題からＣＯ_２ガスの削減が強く求められており、上記可燃性ガスにおいてもＣＯ_２源となり得る炭化水素ガスは少ないほどよい。しかし、炭化水素ガスは上記可燃性ガスにおいてカロリー源、すなわち火力に寄与しており、これを削減すると溶断する時間が長くなる傾向にある。ＣＯ_２の発生量は、可燃性ガスに含まれる炭化水素ガス濃度×溶断時間で決まるから、単に炭化水素ガス濃度を減らしてもＣＯ_２の発生量を十分に減少させたことにはならない。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、可燃性ガスを用いて対象物を溶断する際のＣＯ_２の発生量を削減できる吹管及びこの吹管を用いたガス溶断方法の提供を目的とする。

本発明の一態様に係る吹管は、水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するための吹管であって、中央吐出口と、上記中央吐出口を取り囲むように配置される複数の周縁吐出口とを有する火口と、上記周縁吐出口に上記可燃性ガス及び予熱用酸素ガスの混合ガスを供給する予熱ガス用配管と、上記中央吐出口に溶断用酸素ガスを供給する溶断ガス用配管と、上記予熱ガス用配管を流れる上記混合ガスの流量を制御する第１バルブと、上記溶断ガス用配管を流れる上記溶断用酸素ガスの流量を制御する第２バルブとを備え、上記第１バルブが、少なくとも上記混合ガスの流量を第１の流量とする第１開度と、上記第１開度の流量よりも少ない第２の流量とする第１開度とに制御可能であり、上記第２バルブが、少なくとも上記溶断用酸素ガスを遮断可能に構成されている。

当該吹管は、第１バルブが、可燃性ガス及び予熱用酸素ガスの混合ガスの流量が多い第１開度と、上記流量が少ない第２開度とに制御可能であるので、溶断する際は第２開度として混合ガスの流量を減らすことができる。溶断時は対象物が溶断用酸素ガスにより酸化される状態を維持できればよいので、可燃性ガスにおいて高カロリーは不要であり、炭化水素ガスの量を低減もしくは０としても、溶断時間の増加は抑止できる。一方、当該吹管では、炭化水素ガスの量を低減もしくは０としても、予熱時は第１開度とすることで混合ガスの流量を増やし、予熱に必要なカロリーを確保することができるので、予熱時間の増加も抑止できる。従って、当該吹管を用いることで、可燃性ガスに含まれる炭化水素ガス濃度×溶断時間で決まるＣＯ_２の発生量において、溶断時間を維持しつつ炭化水素ガス濃度を減少させることができるので、当該吹管は、ＣＯ_２の発生量を削減できる。

上記第１バルブ及び上記第２バルブが独立して制御可能であるとよい。このように上記第１バルブ及び上記第２バルブを独立して制御可能とすることで、溶断の状況に応じて火炎の強さを自由に制御できるので、溶断時間の増加をさらに抑止できる。

外部から上記可燃性ガスを取り込むための可燃性ガス流入口と、外部から酸素ガスを取り込むための酸素ガス流入口と、上記可燃性ガス流入口から上記予熱ガス用配管に上記可燃性ガスを供給する可燃性ガス用配管と、上記酸素ガス流入口から上記予熱ガス用配管及び上記溶断ガス用配管に上記酸素ガスを供給する酸素ガス用配管と、上記予熱ガス用配管に供給される上記可燃性ガスの流量を制御する第３バルブと、上記予熱ガス用配管に供給される上記酸素ガスの流量を制御する第４バルブとをさらに備えるとよい。このように吹管を構成することで、吹管内部で混合ガスを調整できるので、溶断作業者は手元で火炎の調整を行い易い。また、酸素ガスと可燃性ガスとの２本のガスボンベあるいはガスタンクを準備すれば当該吹管を用いることができるので、溶断設備全体をシンプルな構成とすることができる。

本発明の別の態様に係るガス溶断方法は、水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するガス溶断方法であって、本発明の吹管を用い、上記第１バルブを上記第１開度とし、上記第２バルブにより上記溶断用酸素ガスを遮断しつつ、火炎を形成する火炎形成工程と、上記火炎形成工程で形成した火炎により上記対象物を予熱する予熱工程と、上記予熱工程後に、上記第１バルブを上記第２開度とする流量制御工程と、上記予熱工程後に、上記溶断用酸素ガスを供給しつつ、上記対象物を溶断する溶断工程とを備える。

当該ガス溶断方法では、本発明の吹管を用い、予熱時には混合ガスの流量を増やし、溶断時には混合ガスの流量を減らす。このため、可燃性ガスに含まれる炭化水素ガス濃度×溶断時間で決まるＣＯ_２の発生量において、溶断時間を維持しつつ炭化水素ガス濃度を減少させることができるので、当該ガス溶断方法を用いることで、ＣＯ_２の発生量を削減できる。

上記可燃性ガスが、エチレンを含むとよい。このように上記可燃性ガスを、エチレンを含むものとすることで、ＣＯ_２の発生量を削減しつつ、ガス溶断後の仕上がり状態が高品質化できる。

本発明の吹管は、可燃性ガスを用いて対象物を溶断する際のＣＯ_２の発生量を削減できる。また、本発明のガス溶断方法は、この吹管を用いることでＣＯ_２の発生量を削減できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る吹管の構成を示す模式的断面図である。図２は、図１の吹管の配管の構成を示す模式図である。図３は、図１の吹管の火口の構成を示す模式的平面図である。図４は、本発明の一実施形態に係るガス溶断方法を示すフロー図である。図５は、本発明の図１とは異なる実施形態に係る吹管の構成を示す模式的側面図である。図６は、図５の吹管の配管の構成を示す模式図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る吹管及びガス溶断方法について、適宜図面を参照しつつ説明する。

［吹管］
図１及び図２に示す吹管１は、水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するための吹管である。当該吹管１は、火口１０と、可燃性ガス流入口２１と、酸素ガス流入口２２と、可燃性ガス用配管３１と、酸素ガス用配管３２と、予熱ガス用配管３３と、溶断ガス用配管３４と、第１バルブ４１と、第２バルブ４２と、第３バルブ４３と、第４バルブ４４とを備える。

上記対象物は、火炎によって溶断が可能なものであり、換言すると高温下で酸素に曝されることで酸化する金属材料である。上記対象物としては、鋼材、チタン材等を挙げることができる。

＜火口＞
火口１０は、図３に示すように、中央吐出口１０ａと、中央吐出口１０ａを取り囲むように配置される複数の周縁吐出口１０ｂとを有する。

具体的には、火口１０は、図３に示すように、同軸に配置される外筒１１と内筒１２との先端面で構成され、先端面において外筒１１と内筒１２との間は蓋部１３で覆われている。中央吐出口１０ａは内筒１２の出口で構成され、複数の周縁吐出口１０ｂは蓋部１３に形成された貫通孔で構成される。

なお、内筒１２は予熱ガス用配管３３の一部（末端部）を構成し、外筒１１は溶断ガス用配管３４の一部（末端部）を構成する。すなわち、後述するように、中央吐出口１０ａからは溶断用酸素ガスが放出され、周縁吐出口１０ｂからは混合ガスが放出される。

＜流入口＞
可燃性ガス流入口２１は、外部から上記可燃性ガスを取り込むための流入口である。また、酸素ガス流入口２２は、外部から酸素ガスを取り込むための流入口である。

＜配管＞
可燃性ガス用配管３１は、可燃性ガス流入口２１から予熱ガス用配管３３に上記可燃性ガスを供給する。すなわち、可燃性ガス用配管３１は、可燃性ガス流入口２１と予熱ガス用配管３３とに連結されている。

酸素ガス用配管３２は、酸素ガス流入口２２から予熱ガス用配管３３及び溶断ガス用配管３４に上記酸素ガスを供給する。すなわち、酸素ガス用配管３２は、酸素ガス流入口２２と予熱ガス用配管３３とに連結され、かつ酸素ガス流入口２２と溶断ガス用配管３４とにも連結されている。酸素ガス用配管３２は、酸素ガス流入口２２から、それぞれ異なる配管で予熱ガス用配管３３と溶断ガス用配管３４とに連結してもよいが、図２に示すように、その一部が共有されていてもよい。

予熱ガス用配管３３は、周縁吐出口１０ｂに上記可燃性ガス及び予熱用酸素ガスの混合ガスを供給する。当該吹管１では、上記可燃性ガスは可燃性ガス用配管３１から供給される。また、上記予熱用酸素ガスは、酸素ガス用配管３２から供給される。これらのガスは、予熱ガス用配管３３内で混合されて周縁吐出口１０ｂに供給される。

溶断ガス用配管３４は、中央吐出口１０ａに溶断用酸素ガスを供給する。上記溶断用酸素ガスは、酸素ガス用配管３２から供給される。

＜第１バルブ＞
第１バルブ４１は、予熱ガス用配管３３に配設される。より具体的には、第１バルブ４１の配設位置は、可燃性ガス用配管３１と酸素ガス用配管３２とが合流する位置よりも下流側であり、かつ周縁吐出口１０ｂより上流側である。

第１バルブ４１は、予熱ガス用配管３３を流れる上記混合ガスの流量を制御する。第１バルブ４１は、少なくとも上記混合ガスの流量を第１の流量とする第１開度と、上記第１開度の流量よりも少ない第２の流量とする第２開度とに制御可能である。

第１バルブ４１は、第１の流量と第２の流量との間を切り替える切換バルブで構成されていてもよいし、無段階に流量を切り替えられる流量可変バルブで構成されていてもよい。第１バルブ４１を切換バルブで構成する場合、第１開度と第２開度との間を速やかにかつ安定的に切り替えることができる。一方、第１バルブ４１を流量可変バルブで構成する場合、対象物の種類や環境条件に応じて、第１開度と第２開度との微調整を行うことができるので、溶断条件を最適化し易い。

上記第２開度における流量（Ｌ／ｍｉｎ）に対する上記第１開度における流量（Ｌ／ｍｉｎ）の比（流量比）の下限としては、１．２が好ましく、１．５がより好ましい。一方、上記流量比の上限としては、３が好ましく、２．５がより好ましい。上記流量比が上記下限未満であると、対象物の予熱時間の短縮効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記流量比が上記上限を超えると、ＣＯ_２の発生量を十分に低減できないおそれがある。

＜第２バルブ＞
第２バルブ４２は、溶断ガス用配管３４に配設される。

第２バルブ４２は、溶断ガス用配管３４を流れる溶断用酸素ガスの流量を制御する。第２バルブ４２は、少なくとも上記溶断用酸素ガスを遮断可能に構成されている。第２バルブ４２は、溶断用酸素ガスの流れをＯＮ／ＯＦＦする切換バルブで構成することもできるが、流量を０とすることが可能な流量可変バルブで構成することが好ましい。このように第２バルブ４２を流量可変バルブで構成することで、溶断時の溶断用酸素ガスの流量を対象物の種類や環境条件に応じて調整できるので、ＣＯ_２の発生量を削減し易い。

第１バルブ４１及び第２バルブ４２は独立して制御可能であるとよい。このように第１バルブ４１及び第２バルブ４２を独立して制御可能とすることで、溶断の状況に応じて火炎の強さを自由に制御できるので、溶断時間の増加をさらに抑止できる。

具体的には、例えば溶断途中で切り損ねによる中断が発生し、切り損ねた位置から再開する場合がある。このような場合、対象物は冷却しきっているわけではないので、第２バルブ４２により溶断用酸素ガスを供給しつつ、第１バルブ４１を一定期間第１開度とすることで、中断中に低下した分だけ対象物を一時的に加熱して復旧させることができる。また、溶断時間の最小化を優先する場合には、第１バルブ４１を第１開度のままで、第２バルブ４２により溶断用酸素ガスを供給して溶断を行ってもよい。

＜第３バルブ＞
第３バルブ４３は、予熱ガス用配管３３に供給される上記可燃性ガスの流量を制御する。第３バルブ４３は、可燃性ガス用配管３１に配設される。より具体的には、第３バルブ４３は、可燃性ガス用配管３１が予熱ガス用配管３３と合流する位置よりも上流側であり、かつ可燃性ガス流入口２１より下流側である。

第３バルブ４３により上記可燃性ガスの流量を制御することで、対象物の予熱速度が変化し、溶断時間や予熱時のＣＯ_２の発生量が決まることとなる。このため、第３バルブ４３は流量可変バルブで構成することが好ましい。

＜第４バルブ＞
第４バルブ４４は、予熱ガス用配管３３に供給される上記酸素ガスの流量を制御する。第４バルブ４４は、酸素ガス用配管３２に配設される。より具体的には、第４バルブ４４は、酸素ガス用配管３２が予熱ガス用配管３３と合流する位置よりも上流側であり、かつ酸素ガス流入口２２より下流側である。なお、酸素ガス用配管３２は、酸素ガス流入口２２から予熱ガス用配管３３及び溶断ガス用配管３４に酸素ガスを供給するが、図２に示すように、その上流側が共有配管となっている場合、この共有配管からの分岐位置より下流の溶断ガス用配管３４にのみ酸素ガスを供給する流路上に配置されることとなる。

第４バルブ４４により上記予熱用酸素ガスの流量を制御することで、火炎の状態（燃焼の状態）を制御することができる。このため、第４バルブ４４は流量可変バルブで構成することが好ましい。

当該吹管１では、第３バルブ４３及び第４バルブ４４を用いて吹管１内部で混合ガスを調整できるので、溶断作業者は手元で火炎の調整を行い易い。また、酸素ガスと可燃性ガスとの２本のガスボンベあるいはガスタンクを準備すれば当該吹管１を用いることができるので、溶断設備全体をシンプルな構成とすることができる。

＜利点＞
当該吹管１は、第１バルブ４１が、可燃性ガス及び予熱用酸素ガスの混合ガスの流量が多い第１開度と、上記流量が少ない第２開度とに制御可能であるので、溶断する際は第２開度として混合ガスの流量を減らすことができる。溶断時は対象物が溶断用酸素ガスにより酸化される状態を維持できればよいので、可燃性ガスにおいて高カロリーは不要であり、炭化水素ガスの量を低減もしくは０としても、溶断時間の増加は抑止できる。一方、当該吹管１では、炭化水素ガスの量を低減もしくは０としても、予熱時は第１開度とすることで混合ガスの流量を増やし、予熱に必要なカロリーを確保することができるので、予熱時間の増加も抑止できる。従って、当該吹管１を用いることで、可燃性ガスに含まれる炭化水素ガス濃度×溶断時間で決まるＣＯ_２の発生量において、溶断時間を維持しつつ炭化水素ガス濃度を減少させることができるので、当該吹管１は、ＣＯ_２の発生量を削減できる。

［ガス溶断方法］
図４に示すガス溶断方法は、水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するガス溶断方法である。当該ガス溶断方法は、例えば図１に示す吹管１を用いて行うことができる。当該ガス溶断方法は、火炎形成工程Ｓ１と、予熱工程Ｓ２と、流量制御工程Ｓ３と、溶断工程Ｓ４とを備える。

＜可燃性ガス＞
上記可燃性ガスは、上述のように水素を含む。上記可燃性ガスは、水素と不可避的不純物とのみから構成されていてもよいが、炭化水素を含むことが好ましい。可燃性ガスに炭化水素を含めることで、燃焼時に得られるカロリーが増加し、短時間で予熱あるいは溶断を行うことができるようになる。

上記炭化水素としては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、液化石油ガス（ＬＰＧ；ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＰｅｔｒｏｌｅｕｍＧａｓ）、液化天然ガス（ＬＮＧ；ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）などを挙げることができる。上記炭化水素としては、炭素数４以下のものが好ましく、エチレンがより好ましい。すなわち、上記可燃性ガスが、エチレンを含むとよい。このように上記可燃性ガスを、エチレンを含むものとすることで、ＣＯ_２の発生量を削減しつつ、ガス溶断後の仕上がり状態が高品質化できる。

本発明の吹管１及び本発明のガス溶断方法に好適に用いることができ、ＣＯ_２の発生量を特に削減できる可燃性ガスは、０体積％超１８体積％未満のエチレンを含み、残部が水素及び不可避的不純物である可燃性ガスである。

当該可燃ガスにおけるエチレン濃度は、上述のように０体積％超であり、１体積％超がより好ましく、５体積％超がさらに好ましい。一方、当該可燃ガスにおけるエチレン濃度は、上述のように１８体積％未満であり、１５体積％未満がより好ましく、１０体積％未満がさらに好ましい。エチレン濃度が上記下限以下であると、対象物の予熱時間の短縮効果が不十分となるおそれがある。逆に、エチレン濃度が上記上限以上であると、ＣＯ_２の発生量を十分に低減できないおそれがある。

上記不可避的不純物の濃度の上限としては、１．０体積％が好ましく、０．５体積％がより好ましく、０．１体積％がさらに好ましい。上記不可避的不純物の濃度を上記上限以下とすることで、当該可燃性ガスの特性が安定し易い。一方、上記不可避的不純物の濃度の下限としては、特に限定されず０体積％であってもよい。ここで、「不可避的不純物」には、意図せず含有する不純物に加え、当該可燃性ガスの性能が維持される範囲で意図的に加えられる不純物が含まれる。このように意図的に加えられる不純物としては、窒素、酸素、水分等が挙げられる。

当該可燃性ガスは、容器あるいはタンク内に加圧して蓄えられる。上記容器あるいはタンク内の圧力としては、容器内に封入するガスが液化しない圧力以下とすることが好ましく、運搬効率の観点からは上記圧力は高い方が好ましい。具体的には、３５℃における容器あるいはタンク内の圧力の下限としては、１ＭＰａが好ましく、６ＭＰａがより好ましい。一方、上記圧力の上限としては、５０ＭＰａが好ましく、２０ＭＰａがより好ましい。上記圧力が上記下限未満であると、当該可燃性ガスの効率的な運搬が困難となるおそれがある。逆に、上記圧力が上記上限を超えると、エチレンが液化し取扱いが困難となるおそれがある。

当該吹管１の可燃性ガス流入口２１及び酸素ガス流入口２２にそれぞれ供給される可燃性ガス及び酸素ガスの圧力は、容器あるいはタンク内の圧力をレギュレータ等により適宜調整される。この調整後の酸素ガスの圧力に対する可燃性ガスの圧力比の下限としては、０．５が好ましく、０．７５がより好ましい。一方、上記圧力比の上限としては、２が好ましく、１．３がより好ましい。上記圧力比を上記範囲内とすることで、当該吹管１の第１バルブ４１を第１開度及び第２開度間で切り替えた際に、可燃性ガスと酸素ガスとの流量比が極端に変化することを抑止できるので、火炎を安定させ易い。

＜火炎形成工程＞
火炎形成工程Ｓ１では、当該吹管１の第１バルブ４１を第１開度とし、第２バルブ４２により溶断用酸素ガスを遮断しつつ、火炎を形成する。

このとき、第３バルブ４３を用いて可燃性ガスの流量を調整し、さらに第４バルブ４４を用いて酸素ガス（予熱用酸素ガス）の流量を調整することで、好適な火炎に調整することができる。

＜予熱工程＞
予熱工程Ｓ２では、火炎形成工程Ｓ１で形成した火炎により上記対象物を予熱する。

具体的には、当該吹管１の火口１０を上記対象物の溶断すべき場所に近づけ、火炎により上記対象物を加熱する。このとき、第１バルブ４１は第１開度とされているので、可燃性ガスの流量が多く、上記対象物を速やかに加熱することができる。上記対象物が十分に加熱されると、溶断が始まる。溶断が始まった時点が予熱工程Ｓ２の終了時点である。

＜流量制御工程＞
流量制御工程Ｓ３では、予熱工程Ｓ２後に、第１バルブ４１を上記第２開度とする。すなわち、この工程では、可燃性ガスの流量を低減する。また、可燃性ガスとともに予熱用酸素ガスの流量も低減されることになる。

＜溶断工程＞
溶断工程Ｓ４では、予熱工程Ｓ２後に、上記溶断用酸素ガスを供給しつつ、上記対象物を溶断する。

予熱された対象物は、溶断用酸素ガスを供給されることで、酸化が進み、溶断が促進される。

上記対象物の溶断が完了すると、溶断用酸素ガスの供給を停止する。他の対象物あるいは同一対象物の他の部分を溶断する場合は、予熱工程Ｓ２、流量制御工程Ｓ３及び溶断工程Ｓ４が繰り返し行われる。一方、他に溶断するものがない場合は、第４バルブ４４及び第３バルブ４３をこの順に閉じて火炎を消し、当該ガス溶断方法を終了する。

なお、図４に示すフローでは、流量制御工程Ｓ３後に溶断工程Ｓ４を開始しているが、溶断工程Ｓ４を開始した後に流量制御工程Ｓ３を行うことも可能である。この場合、溶断工程Ｓ４を開始した後、速やかに流量制御工程Ｓ３を行うことが好ましい。

＜利点＞
当該ガス溶断方法では、本発明の吹管１を用い、予熱時には混合ガスの流量を増やし、溶断時には混合ガスの流量を減らす。このため、可燃性ガスに含まれる炭化水素ガス濃度×溶断時間で決まるＣＯ_２の発生量において、溶断時間を維持しつつ炭化水素ガス濃度を減少させることができるので、当該ガス溶断方法を用いることで、ＣＯ_２の発生量を削減できる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る吹管及びガス溶断方法について、適宜図面を参照しつつ説明する。

［吹管］
図５及び図６に示す吹管２は、水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するための吹管であって、中央吐出口１０ａと、中央吐出口１０ａを取り囲むように配置される複数の周縁吐出口１０ｂとを有する火口１０と、周縁吐出口１０ｂに上記可燃性ガス及び予熱用酸素ガスの混合ガスを供給する予熱ガス用配管３３と、中央吐出口１０ａに溶断用酸素ガスを供給する溶断ガス用配管３４と、予熱ガス用配管３３を流れる上記混合ガスの流量を制御する第１バルブ４５と、溶断ガス用配管３４を流れる上記溶断用酸素ガスの流量を制御する第２バルブ４２とを備え、第１バルブ４５が、少なくとも上記混合ガスの流量を第１の流量とする第１開度と、上記第１開度の流量よりも少ない第２の流量とする第２開度とに制御可能であり、第２バルブ４２が、少なくとも上記溶断用酸素ガスを遮断可能に構成されている。

当該吹管２は、外部から上記可燃性ガスを取り込むための可燃性ガス流入口２１と、外部から酸素ガスを取り込むための酸素ガス流入口２２とを備え、可燃性ガス流入口２１と予熱ガス用配管３３とに連結される可燃性ガス用配管３１と、酸素ガス流入口２２と予熱ガス用配管３３とに連結され、かつ酸素ガス流入口２２と溶断ガス用配管３４とにも連結される酸素ガス用配管３２をさらに備える。また、当該吹管２は、予熱ガス用配管３３に供給される上記可燃性ガスの流量を制御する第３バルブ４３と、予熱ガス用配管３３に供給される上記酸素ガスの流量を制御する第４バルブ４４とを備える。

当該吹管２は、第１バルブ４５を除き、第１実施形態の吹管１と同様に構成できるので、同一符号を付し詳細説明を省略する。

＜第１バルブ＞
第１バルブ４５は、図５に示すように、一対のトグルバルブ４５ａと、このトグルバルブ４５ａを操作するレバー４５ｂとから構成されている。

一対のトグルバルブ４５ａは、図６に示すように、可燃性ガス用配管３１と酸素ガス用配管３２とにそれぞれ配設されている。トグルバルブ４５ａは、トグルスイッチによりそのトグルバルブ４５ａを介して流れるガスの流量が制御される。具体的には、トグルスイッチを押さない場合、ガスの流量は低く保たれ、トグルスイッチを押すと、ガスの流量が増えるように構成されている。そして、トグルバルブ４５ａは、トグルスイッチに触れない場合は、ガスの流量が低く保たれるように構成されている。すなわち、トグルバルブ４５ａは、トグルスイッチを押したときのみガスの流量が増える。

レバー４５ｂは、一対のトグルバルブ４５ａのトグルスイッチを制御する。レバー４５ｂは、可燃性ガス用配管３１及び酸素ガス用配管３２より外側に設けられており、可燃性ガス用配管３１及び酸素ガス用配管３２側に倒すことで一対のトグルバルブ４５ａのトグルスイッチを同時に押すことができるように構成されている。また、このレバー４５ｂに触れていない場合は、レバー４５ｂはトグルスイッチが押されない位置に保たれる。

第１バルブ４５は、このように構成されているので、レバー４５ｂを押すと、第１バルブ４５は第１開度となり、ガスの流量が増える。一方、レバー４５ｂを離すと、第１バルブ４５は瞬時に第２開度となり、ガスの流量は元に戻り、上記第１開度の流量よりも少ない第２の流量となる。

なお、トグルバルブ４５ａを予熱ガス用配管３３に１つ設けて同様の制御することも可能であるが、可燃性ガスと酸素とを混合した後の混合ガスの流量を制御することとなる。この場合、第１開度から第２開度へ流量を切り替えた際に、その抵抗の増大によって混合ガスが逆流し、可燃性ガス用配管３１や酸素ガス用配管３２に侵入するおそれがある。そうすると、この逆流した混合ガスの影響により可燃性ガスと酸素との混合比率が所望の値からずれてしまうおそれがある。従って、本実施形態のように、トグルバルブ４５ａは、可燃性ガス用配管３１と酸素ガス用配管３２とにそれぞれ配設することが好ましい。

［ガス溶断方法］
当該吹管２を用いたガス溶断方法は、水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するガス溶断方法であって、第１バルブ４５を上記第１開度とし、第２バルブ４２により上記溶断用酸素ガスを遮断しつつ、火炎を形成する火炎形成工程と、上記火炎形成工程で形成した火炎により上記対象物を予熱する予熱工程と、上記予熱工程後に、第１バルブ４５を上記第２開度とする流量制御工程と、上記予熱工程後に、上記溶断用酸素ガスを供給しつつ、上記対象物を溶断する溶断工程とを備える。

各工程は、第１実施形態のガス溶断方法の対応する工程と同様であるので、詳細説明は省略する。

［利点］
当該吹管２では、第１バルブ４５を一対のトグルバルブ４５ａと、このトグルバルブ４５ａを操作するレバー４５ｂとから構成したので、手元で容易に操作することができる。また、第１バルブ４５の操作により火口１０が振動し難いので、予熱から溶断作業にスムーズに移行することができる。また、部品点数が少ないので、当該吹管２が重くなり難いので、当該吹管２を用いた溶断作業の作業効率の低下を抑止できる。

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

上記実施形態では、吹管が可燃性ガス流入口と酸素ガス流入口とを備え、吹管内部で可燃性ガスと酸素ガスとを混合する場合を説明したが、吹管外部でこれらのガスを混合した後、上記混合ガスを吹管に供給する構成とすることもできる。この場合、吹管には可燃性ガス流入口に代えて、混合ガス流入口が設けられる。

この場合、可燃性ガス用配管及び酸素ガス用配管は省略され、混合ガスは予熱ガス用配管へ、酸素ガスは溶断ガス用配管へ直接供給される。また、第３バルブ及び第４バルブも省略される。すなわち、可燃性ガスや酸素ガスの流量は吹管外部で制御される。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

可燃性ガスとして、エチレンを含み、残部が水素及び不可避的不純物である可燃性ガスを、エチレン濃度を変えて４種類準備した（表１のＮｏ．１～Ｎｏ．４）。

また、溶断する対象物として、厚さ２５ｍｍの鋼板を準備した。

上述の４種類の可燃性ガスをそれぞれ用いて、上記鋼板を、可燃性ガスを８Ｌ／ｍｉｎに固定し、予熱用酸素ガスを表１に示す流量にて予熱を行い、その後、５０Ｌ／ｍｉｎの溶断用酸素ガスをさらに加えて溶断を行った。

この溶断時の予熱時間及び最大溶断速度を計測した。結果を表１の「８Ｌ／ｍｉｎに固定した場合」の欄に示す。なお、最大溶断速度は、以下の手順により求められる速度である。まず、速度を任意に設定できる走行台車に吹管を取り付ける。この走行台車を一定の速度で走行させながら、厚さ２５ｍｍの鋼板の溶断を実施する。走行台車の速度が低い場合は、上記鋼板から溶断片が切り落とされる。この速度が低い状態から、徐々に走行台車の速度を上げて溶断を繰り返すと、やがて溶断片を切り落とすことができない速度に達する。このとき、溶断が可能である走行台車の速度の最大値を最大溶断速度とする。

表１の結果からＣＯ_２指標を算出した。ここで、「ＣＯ_２指標」とは、エチレン濃度×可燃性ガスの流量×予熱時間で算出される量であり、予熱時に供給されたＣ総量を表す指標である。結果を表１に示す。

表１の結果から、最大溶断速度は、可燃性ガスのエチレン濃度に対する依存性が比較的低いのに対し、予熱時間は、エチレン濃度が４０％を切ると著しく増大している。このため、可燃性ガス中のエチレンの濃度を１０％まで低減しても、むしろ排出されるＣＯ_２量はエチレン濃度を４０％とする場合よりも増えてしまうことが分かる。

次に、本発明のガス溶断方法に従って、４種類の可燃性ガスをそれぞれ用いて、溶断した。このとき、予熱工程において、可燃性ガスと予熱用酸素ガスとは同流量比としたまま、予熱時間がＮｏ．４（エチレン濃度４０％）と同じ７秒となる流量に第１開度を設定した。設定された各可燃性ガスの流量、予熱時間及びＣＯ_２指標を表１の「本発明の予熱工程を用いた場合」の欄に示す。なお、溶断用酸素ガスの流量は「８Ｌ／ｍｉｎに固定した場合」と同じであるため、最大溶断速度も「８Ｌ／ｍｉｎに固定した場合」と同値であり、表１では記載を省略している。

表１から分かるように、本発明のガス溶断方法を用いることで、予熱時間が短縮されるとともにＣＯ_２の発生量が低減できることが分かる。中でも０体積％超１８体積％未満のエチレンを含み、残部が水素及び不可避的不純物であるＮｏ．１の可燃性ガスを用いた場合、エチレン濃度が４０％である可燃性ガスと比較して、同じ予熱時間でＣＯ_２の発生量が１／２とできている。このことから、０体積％超１８体積％未満のエチレンを含み、残部が水素及び不可避的不純物である可燃性ガスが、ＣＯ_２の発生量削減に特に有効であることが分かる。

以上説明したように、本発明の吹管は、可燃性ガスを用いて対象物を溶断する際のＣＯ_２の発生量を削減できる。また、本発明のガス溶断方法は、この吹管を用いることでＣＯ_２の発生量を削減できる。さらに、本発明の可燃性ガスは、当該吹管及び当該ガス溶断方法に用いることで、ＣＯ_２の発生量を削減できる。

１、２吹管
１０火口
１０ａ中央吐出口
１０ｂ周縁吐出口
１１外筒
１２内筒
１３蓋部
２１可燃性ガス流入口
２２酸素ガス流入口
３１可燃性ガス用配管
３２酸素ガス用配管
３３予熱ガス用配管
３４溶断ガス用配管
４１第１バルブ
４２第２バルブ
４３第３バルブ
４４第４バルブ
４５第１バルブ
４５ａトグルバルブ
４５ｂレバー

Claims

水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するための吹管であって、
中央吐出口と、上記中央吐出口を取り囲むように配置される複数の周縁吐出口とを有する火口と、
上記周縁吐出口に上記可燃性ガス及び予熱用酸素ガスの混合ガスを供給する予熱ガス用配管と、
上記中央吐出口に溶断用酸素ガスを供給する溶断ガス用配管と、
上記予熱ガス用配管を流れる上記混合ガスの流量を制御する第１バルブと、
上記溶断ガス用配管を流れる上記溶断用酸素ガスの流量を制御する第２バルブと
を備え、
上記第１バルブが、少なくとも上記混合ガスの流量を第１の流量とする第１開度と、上記第１開度の流量よりも少ない第２の流量とする第２開度とに制御可能であり、
上記第２バルブが、少なくとも上記溶断用酸素ガスを遮断可能に構成されている吹管。
上記第１バルブ及び上記第２バルブが独立して制御可能である請求項１に記載の吹管。
外部から上記可燃性ガスを取り込むための可燃性ガス流入口と、
外部から酸素ガスを取り込むための酸素ガス流入口と、
上記可燃性ガス流入口から上記予熱ガス用配管に上記可燃性ガスを供給する可燃性ガス用配管と、
上記酸素ガス流入口から上記予熱ガス用配管及び上記溶断ガス用配管に上記酸素ガスを供給する酸素ガス用配管と、
上記予熱ガス用配管に供給される上記可燃性ガスの流量を制御する第３バルブと、
上記予熱ガス用配管に供給される上記酸素ガスの流量を制御する第４バルブと
をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の吹管。
水素を含む可燃性ガスを用いて対象物を溶断するガス溶断方法であって、
請求項１に記載の吹管を用い、
上記第１バルブを上記第１開度とし、上記第２バルブにより上記溶断用酸素ガスを遮断しつつ、火炎を形成する火炎形成工程と、
上記火炎形成工程で形成した火炎により上記対象物を予熱する予熱工程と、
上記予熱工程後に、上記第１バルブを上記第２開度とする流量制御工程と、
上記予熱工程後に、上記溶断用酸素ガスを供給しつつ、上記対象物を溶断する溶断工程と
を備えるガス溶断方法。
上記可燃性ガスが、エチレンを含む請求項４に記載のガス溶断方法。