(57)【要約】      （修正有）【課題】１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼ガスとして用いる場合に適した溶断用火口を提供する。【解決手段】１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを用いた溶断用火口である火口は、酸素ガスを吐出する酸素吐出口１４Ａと、酸素吐出口１４Ａを取り囲むように配置され、上記可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスを吐出する複数の混合ガス吐出口１３Ａとを備えている。そして、酸素吐出口１４Ａの内部壁面１２Ｃの表面粗さはＲａで１．４μｍ以下となっており、酸素吐出口１４Ａと複数の混合ガス吐出口１３Ａとは、同一平面Ａ上に位置する。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼させて形成した火炎によって鋼材の溶断部を加熱しつつ前記溶断部に酸素ガスを吹き付けることにより前記溶断部において前記鋼材を溶断する溶断用火口であって、酸素ガスを吐出する酸素吐出口と、前記酸素吐出口を取り囲むように配置され、前記可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスを吐出する複数の混合ガス吐出口とを備え、前記酸素吐出口の内部壁面の表面粗さはＲａで１．４μｍ以下となっており、前記酸素吐出口と複数の前記混合ガス吐出口とは、同一平面上に位置する、溶断用火口。
【請求項２】
内筒部材と、前記内筒部材を取り囲むように配置された外筒部材とを含み、前記内筒部材の径方向中央部には、長手方向に延在し、酸素ガスが通るための酸素流路が形成されており、前記外筒部材の内周面と前記内筒部材の外周面との間の領域は、長手方向に延在し、前記混合ガスが通るための混合ガス流路となっており、前記酸素流路の先端が前記酸素吐出口であり、前記混合ガス流路の先端が前記混合ガス吐出口である、請求項１に記載の溶断用火口。
【請求項３】
前記酸素流路を取り囲む壁面を構成する前記内筒部材の内周面の先端、前記混合ガス流路を取り囲む壁面を構成する前記内筒部材の外周面の先端、および前記混合ガス流路を取り囲む壁面を構成する前記外筒部材の内周面の先端が同一平面上に位置する、請求項２に記載の溶断用火口。
【請求項４】
前記混合ガス流路は、先端部において前記酸素流路に近づくように屈曲している、請求項２または３に記載の溶断用火口。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は溶断用火口に関し、より特定的には、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを用いたガス溶断に適した溶断用火口に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アセチレン（Ｃ２Ｈ２）は、ガス溶断、ガス溶接などにおいて燃焼ガスとして広く用いられている。アセチレンは、燃焼速度や燃焼強度において優れており、燃焼ガスとして好適である。
【０００３】
しかし、アセチレンは圧縮ガスの状態で貯蔵、運搬等を行なうと分解爆発のおそれがある。そのため、アセチレンはアセトン、ジメチルホルムアミドなどの溶媒に溶解された溶解ガスの状態で貯蔵、運搬される。その結果、アセチレンは集合容器や大型容器による大量輸送に不向きであるなどの問題点を有している。
【０００４】
これに対し、アセチレンに代えて、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなるガスを燃焼ガスとして用いることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８４８０６０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
水素ガスとエチレンガスとの混合ガス（以下、「水素−エチレンガス」という）の燃焼特性は、従来から用いられているアセチレンとは異なっている。そのため、「水素−エチレンガス」を用いたガス溶断には、「水素−エチレンガス」の燃焼特性を考慮した火口が用いられることが好ましいと考えられる。また、上記特許文献１では、エチレンの含有量が３８体積％未満となると、肩ダレの発生およびスラグの付着量の増加という問題が発生するため、エチレンの含有量を３８体積％未満とすることは好ましくないとされている。しかし、「水素−エチレンガス」に適した火口を用いることにより、エチレンの含有量が３８体積％未満の「水素−エチレンガス」も、ガス溶断に使用できる可能性がある。
【０００７】
本考案はこのような課題に対応するためになされたものであって、その目的は、「水素−エチレンガス」を燃焼ガスとして用いる場合に適した溶断用火口を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案に従った溶断用火口は、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼させて形成した火炎によって鋼材の溶断部を加熱しつつ溶断部に酸素ガスを吹き付けることにより溶断部において鋼材を溶断する溶断用火口である。この溶断用火口は、酸素ガスを吐出する酸素吐出口と、酸素吐出口を取り囲むように配置され、可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスを吐出する複数の混合ガス吐出口とを備えている。そして、酸素吐出口の内部壁面の表面粗さはＲａで１．４μｍ以下となっており、酸素吐出口と複数の混合ガス吐出口とは、同一平面上に位置する。
【０００９】
ガス溶断において、鋼材のピアッシング速度を速くすることにより、溶断が効率よく実施できるだけでなく、肩ダレやスラグの付着の発生を抑制することができる。本考案者らは、鋼材のピアッシング速度を速くすることが可能な溶断用火口の構造について、詳細に検討した。その結果、酸素吐出口の内部壁面の表面粗さをＲａで１．４μｍ以下とし、かつ複数の混合ガス吐出口を、酸素吐出口を取り囲むように配置するとともに、酸素吐出口と複数の混合ガス吐出口とを同一平面上に位置するように配置することにより、鋼材のピアッシング速度を速くすることが可能であることを見出した。本考案の溶断用火口は、このような構造を採用することにより、鋼材のピアッシング速度を速くすることができる。以上のように、本考案の溶断用火口によれば、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼ガスとして用いる場合に適した溶断用火口を提供することができる。
【００１０】
上記溶断用火口は、内筒部材と、内筒部材を取り囲むように配置された外筒部材とを含んでいてもよい。内筒部材の径方向中央部には、長手方向に延在し、酸素ガスが通るための酸素流路が形成されており、外筒部材の内周面と内筒部材の外周面との間の領域は、長手方向に延在し、混合ガスが通るための混合ガス流路となっていてもよい。そして、酸素流路の先端が酸素吐出口であり、混合ガス流路の先端が、混合ガス吐出口であってもよい。
【００１１】
また、上記溶断用火口においては、酸素流路を取り囲む壁面を構成する内筒部材の内周面の先端、混合ガス流路を取り囲む壁面を構成する内筒部材の外周面の先端、および混合ガス流路を取り囲む壁面を構成する外筒部材の内周面の先端が同一平面上に位置してもよい。
【００１２】
このような構造を採用することにより、上記本考案の溶断用火口を容易に作製することができる。
【００１３】
上記溶断用火口においては、混合ガス流路は、先端部において酸素流路に近づくように屈曲していてもよい。これにより、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼ガスとして用いる場合に一層適した溶断用火口を提供することができる。
【考案の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、本考案の溶断用火口によれば、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼ガスとして用いる場合に適した溶断用火口を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】火口の構造を示す概略側面図である。
【図２】火口の構造を示す概略正面図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う火口の概略断面図である。
【図４】溶断の手順の概略を示すフローチャートである。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下、本考案の一実施の形態について説明する。なお、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番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１７】
図１を参照して、本実施の形態における溶断用火口である火口１は、後端２０側から供給された１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスを先端１０側から吐出し、吐出される混合ガスに点火することにより火炎を形成することができる。図２および図３を参照して、火口１は、内筒部材１２と、内筒部材１２を取り囲む外筒部材１１とを備えている。図３に示すように、内筒部材１２の中央部には、長手方向（先端１０−後端２０方向）に延在し、酸素ガスが通るための酸素流路１４が形成されている。そして、酸素流路１４の先端が、酸素ガスを吐出する酸素吐出口１４Ａとなっている。
【００１８】
一方、外筒部材１１と内筒部材１２との間には、長手方向（先端１０−後端２０方向）に延在し、上記可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスが通るための混合ガス流路１３が形成されている。そして、混合ガス流路１３の先端が、混合ガスを吐出する混合ガス吐出口１３Ａとなっている。この混合ガス流路１３は、長手方向に垂直な面において酸素流路１４を取り囲むように複数形成されている。その結果、図２に示すように、端面側（先端側）から見て、複数の混合ガス吐出口１３Ａが、酸素吐出口１４Ａを取り囲むように配置されている。そして、図３に示すように、酸素吐出口１４Ａと複数の混合ガス吐出口１３Ａとは、同一平面Ａ上に位置している。別の観点から説明すると、内筒部材１２には、酸素ガスを吐出する酸素吐出口１４Ａが形成され、内筒部材１２と外筒部材１１との間には、複数の混合ガス吐出口１３Ａが形成されている。そして、外筒部材１１の先端と内筒部材１２の先端とが、同一平面Ａ上に位置している。より具体的には、酸素流路１４を取り囲む壁面を構成する内筒部材１２の内周面（酸素吐出口１４Ａの内部壁面）１２Ｃの先端１２Ａ、混合ガス流路１３を取り囲む壁面を構成する内筒部材１２の外周面の先端１２Ｂ、および混合ガス流路１３を取り囲む壁面を構成する外筒部材１１の内周面の先端１１Ａが同一平面Ａ上に位置する。さらに、図３を参照して、混合ガス流路１３は、先端部において酸素流路１４に近づくように屈曲している。また、酸素吐出口１４Ａの内部壁面１２Ｃの表面粗さはＲａで１．４μｍ以下である。
【００１９】
ここで、上記火口１を用いた鋼材の溶断方法の一例について説明する。図４を参照して、まず、鋼材が準備され（Ｓ１１）、当該鋼材が切断可能な状態とされる。
【００２０】
次に、トーチの先端部に配置された火口１に、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスを供給して燃焼させることにより、火炎を形成する（Ｓ１２）。具体的には、図１〜図３を参照して、まず、たとえばボンベから供給された上記可燃性ガスと、他のボンベから供給された酸素ガスとの混合ガスが、混合ガス流路１３を通して後端２０側から先端１０側へと送られる。そして、混合ガス吐出口１３Ａから吐出される混合ガスに点火することにより、火炎が形成される。
【００２１】
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切断されるべき部分（溶断部）を加熱する（Ｓ１３）。その後、たとえばボンベから供給された酸素ガス（純酸素）が、酸素流路１４を通して後端２０側から先端１０側へと送られる。そして、酸素吐出口１４Ａから吐出される酸素ガスが、上記火炎によって加熱された溶断部に吹き付けられる。これにより、当該溶断部の鋼材が燃焼し、溶融する。さらに、溶融した鋼材は、火口から吐出される酸素ガスの吹き付けにより除去される（Ｓ１４）。
【００２２】
そして、トーチを鋼材の切断すべき部分に沿って移動させることにより、上記鋼材の溶融と除去とが順次進行する。これにより、鋼材の切断が達成される（Ｓ１５）。以上の手順により、鋼材の溶断が完了する。このとき、上記本実施の形態における火口１を使用することにより、鋼材のピアッシング速度を速くすることができる。そのため、溶断を効率よく実施できる。また、鋼材のピアッシング速度を速くすることにより、切断部における肩ダレやスラグの付着を抑制することができる。その結果、エチレンの含有量が３８体積％未満のエチレン−水素ガスであっても、鋼材の溶断に使用することが可能となる。
【実施例】
【００２３】
１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを準備し、火口の構造の違いによるピアッシング時間への影響を調査する実験を行った。実験の手順は以下のとおりである。
【００２４】
まず、厚さ９ｍｍの鋼材（ＪＩＳ規格ＳＳ４００）を準備した。一方、火口として、従来のアセチレン用火口３番、およびエチレン用火口３番のほか、本考案の溶断用火口（開発品）を準備した。開発品の火口は、上記実施の形態において説明した構造を有しており、エチレン用火口において、酸素吐出口の内部壁面の表面粗さをＲａで１．４μｍ以下にするとともに、内筒部材の先端と外筒部材の先端とを同一平面上に位置するように、その構造を変更したものである。つまり、エチレン用火口は、基本的には開発品の火口と同様の構造を有するものの、先端部において内筒部材が外筒部材よりも短く、内筒部材に比べて外筒部材が先端側に突出している。一方、アセチレン用火口は、開発品と同様に内筒部材の先端と外筒部材の先端とが同一平面上に位置するものの、長手方向に垂直な面において、燃焼ガスであるアセチレンを吐出するアセチレン吐出口が酸素ガスを吐出する酸素吐出口を取り囲む環状の形状を有している点において、開発品とは異なっている。
【００２５】
上記火口を用いて鋼材のピアッシング試験を実施し、ピアッシング完了までの時間により、火口の特性を評価した。ピアッシング時間を短くすることにより、鋼材の溶断を効率よく実施することができるだけでなく、切断部の肩ダレや鋼材へのスラグ付着を抑制することができる。実験条件の詳細および実験結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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表１を参照して、開発品の火口を使用した場合、エチレンと水素との混合比にかかわらず、従来の火口を使用した場合に比べてピアッシング時間が短くなっている。このことから、開発品の火口は、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを用いた溶断に適した火口であることが確認される。
【００２７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本考案の範囲は上記した説明ではなく、実用新案登録請求の範囲によって規定され、実用新案登録請求の範囲と均等の範囲、および意味内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本考案の溶断用火口は、１８体積％以上４０体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼ガスとして用いた溶断に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００２９】
１  火口、１０  先端、１１  外筒部材、１１Ａ  内周面の先端、１２内筒部材、１２Ａ  内周面の先端、１２Ｂ  外周面の先端、１２Ｃ  内部壁面、１３  混合ガス流路、１３Ａ  混合ガス吐出口、１４酸素流路、１４Ａ  酸素吐出口、２０  後端。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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