(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に配置された切断酸素孔と、前記切断酸素孔を囲んで配置された一次予熱酸素孔と、前記一次予熱酸素孔を囲む円周上に配置された副予熱酸素孔と、前記副予熱酸素孔を囲む円周上に且つ該副予熱酸素孔の間に配置された燃料ガス孔と、前記燃料ガス孔を囲む円周上に且つ該燃料ガス孔の間に配置された副燃料ガス孔と、前記副燃料ガス孔を囲んで配置された二次予熱酸素孔とを有し、先端に少なくとも前記副予熱酸素孔と二次予熱酸素孔と燃料ガス孔及び副燃料ガス孔が開口する溝を有すると共に前記副予熱酸素孔及び副燃料ガス孔の先端面がテーパ面として形成されていることを特徴とするガス切断火口。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温域にある被切断材を切断するに際し、停止状態で予熱することなく連続的に移動させた状態で切断を開始し得るガス切断火口に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所や製鋼所では、ガス切断火口を用いて高温域にある被切断材を切断する所謂熱間切断を行なうことがある。例えば、連続鋳造ラインでは、熱間領域のスラブ或いはブルーム等の被切断材を鋳造速度と同期して移動する切断装置に搭載したガス切断火口によって切り込みを開始した後、引き続き切断を行なっている。このようなガス切断装置は、連続鋳造ラインのみならず熱間圧延ラインや他の製造プラントに配置されている。
【０００３】
ガス切断は、ＬＰＧ（液化石油ガス）や天然ガス或いはアセチレンガス等の燃料ガスと予熱酸素を混合させて燃焼させることで形成した火炎によって被切断材の切り込み部位を加熱し、その後、加熱部位に高い純度を持った切断酸素を噴射させて被切断材を燃焼させ、同時に切断酸素噴流によって燃焼生成物及び母材からなる溶融物を排除することで行なわれる。
【０００４】
被切断材を効率良く加熱するには、予め設定された量の燃料ガスと該燃料ガスを燃焼させるのに必要な量の予熱酸素を供給して、ガス切断火口の内部（チップミキシングタイプ）で、或いはガス切断火口を取り付けるトーチの内部（トーチミキシングタイプ）で混合させておき、この混合ガスを燃焼させた火炎を用いることが好ましい。しかし、熱間切断に用いられるガス切断火口は被切断材からの輻射熱によって温度が上昇するため、前記各タイプのガス切断火口では、燃料ガスと予熱酸素との混合部位で燃焼が生起するような事故が発生する虞がある。
【０００５】
このため、熱間切断に使用されるガス切断火口は、燃料ガスと予熱酸素を夫々独立した通路から噴射することで、事故の発生を防止し得るように構成されている。特に、燃料ガスと予熱酸素との混合をガス切断火口の外部で行なうようにしたアウトミキシングタイプ、或いはガス切断火口の先端部分に溝を形成しておき、燃料ガスと予熱酸素を溝内で行なうようにしたフロントミキシングタイプとして構成されるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記アウトミキシングタイプ，フロントミキシングタイプのガス切断火口では、該ガス切断火口内部、或いはトーチ内部で燃焼することがなく、優れた安全性を有する。しかし、形成された火炎は温度の高い所謂中性炎ではなく、切り込み部位を充分に加熱するのに難点がある。
【０００７】
一方、連続鋳造ラインや圧延ラインに組み込まれた切断装置では、装置のサイクルタイムを短縮することが求められており、この要求を満足するための開発が行なわれているのが実情である。
【０００８】
本発明の目的は、形成された火炎をより中性炎に近づけることで予熱時間を短縮し、これによりガス切断作業のサイクルタイムを短縮し得るようにしたガス切断火口を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るガス切断火口は、中央に配置された切断酸素孔と、前記切断酸素孔を囲んで配置された一次予熱酸素孔と、前記一次予熱酸素孔を囲む円周上に配置された副予熱酸素孔と、前記副予熱酸素孔を囲む円周上に且つ該副予熱酸素孔の間に配置された燃料ガス孔と、前記燃料ガス孔を囲む円周上に且つ該燃料ガス孔の間に配置された副燃料ガス孔と、前記副燃料ガス孔を囲んで配置された二次予熱酸素孔とを有し、先端に少なくとも前記副予熱酸素孔と二次予熱酸素孔と燃料ガス孔及び副燃料ガス孔が開口する溝を有すると共に前記副予熱酸素孔及び副燃料ガス孔の先端面がテーパ面として形成されているものである。
【００１０】
上記ガス切断火口（以下単に「火口」という）では、燃料ガスの内周側に一次予熱酸素が噴射されると共に外周側に二次予熱酸素が噴射されるため、切断酸素の噴射の有無に関わらず、中性炎に近い火炎を形成することが出来る。
【００１１】
上記火口に於いて、副予熱酸素孔及び副燃料ガス孔の先端面がテーパ面として形成されていることによって、テーパ面に開口した副予熱酸素及び副燃料ガスの噴射方向がテーパ面に対して直角になるような方向に曲がり、これらの副予熱酸素が副燃料ガスの方向に接近すると共に副燃料ガスが二次予熱酸素の方向に接近し、これにより、副燃料ガスに対する予熱酸素（副予熱酸素及び二次予熱酸素）の混合が促進され、中性炎に近い火炎を形成することが出来、加熱効率を向上させて予熱時間の短縮をはかることが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、上記火口の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は火口の正面図である。図２は火口の断面図である。図３はアウターノズルの断面図である。図４はアウターノズルの正面図である。図５は図４のＶ−Ｖ断面図である。図６は図３のVI−VI断面図である。
【００１３】
図に於いて、火口Ａは、中心に切断酸素孔11を形成したインナーノズル１と、インナーノズル１を嵌合すると共に嵌合したインナーノズル１との間に一次予熱酸素孔12を形成し、且つ内部に副予熱酸素孔13，燃料ガス孔14及び副燃料ガス孔15を有するアウターノズル２と、アウターノズル２に嵌合したインナーノズル１を固定する固定部材３と、アウターノズル２を嵌合すると共に嵌合したアウターノズル２との間に二次予熱酸素孔16を形成するキャップとしての機能を有し且つ図示しないトーチに螺合して火口Ａを締結するナット４とによって構成されている。
【００１４】
また火口Ａの後方側（図２に於ける左側、以下同じ）には、切断酸素，一次予熱酸素，副予熱酸素と二次予熱酸素、及び燃料ガスを互いにシールして分配する分配部５が形成され、前方側（図２に於ける右側、以下同じ）にはアウターノズル２とナット４とによって溝６が形成されている。
【００１５】
インナーノズル１は火口Ａの中心に配置されるものであり、中心に切断酸素を噴出する切断酸素孔11が形成され、アウターノズル２に嵌合したとき該アウターノズル２の内周面との間に一次予熱酸素孔12が形成される。このため、インナーノズル１の後方側には切断酸素孔11と一次予熱酸素孔12との間のシールを行なうシール部１ａが形成され、前方側の外周所定位置にはアウターノズル２との同心性を確保すると共に一次予熱酸素を流通させるスリット１ｂが形成されている。
【００１６】
アウターノズル２は、内部に嵌合したインナーノズル１との間に一次予熱酸素孔12を構成すると共にナット４に嵌合して該ナット４との間に二次予熱酸素孔16を構成し、更に、内部に副予熱酸素孔13，燃料ガス孔14，副燃料ガス孔15が夫々形成されている。
【００１７】
アウターノズル２の中心にはインナーノズル１を嵌合する穴２ａが形成され、この穴２ａの後方側にネジ部２ｂが形成されている。そして穴２ａにインナーノズル１を嵌合してネジ部２ｂに固定部材３を螺合することで、インナーノズル１を固定すると共に該インナーノズル１によって切断酸素孔11と一次予熱酸素孔12とに分離している。
【００１８】
アウターノズル２の外周所定位置にはナット４に嵌合したとき、該ナット４との同心性を確保すると共に二次予熱酸素を流通させるスリット２ｃが形成されている。そしてアウターノズル２をナット４に嵌合したとき、スリット２ｃの近傍に二次酸素室16ａが形成され、更に、両者の前方側に溝６が形成される。
【００１９】
アウターノズル２の後方側には、図示しないトーチの先端部分に形成したテーパ状の器頭と当接して該トーチをへて供給された酸素と燃料ガスを分配する分配部５が形成されている。この分配部５は、アウターノズル２に形成された複数のシール部２ｄ〜２ｇによって形成された複数の溝５ａ〜５ｃによって構成されている。
【００２０】
第１シール部２ｄと第２シール部２ｅとの間に形成された第１溝５ａには一次予熱酸素が供給され、該第１溝５ａからアウターノズル２とインナーノズル１との間に形成された一次予熱酸素孔12に連通する通孔12ａが形成されている。
【００２１】
第２シール部２ｅと第３シール部２ｆとの間に形成された第２溝５ｂには燃料ガスが供給され、該第２溝５ｂからアウターノズル２の前方側に向けて燃料ガス孔14と副燃料ガス孔15が夫々形成されている。各燃料ガス孔14，15は同一円周上に配置されるものではなく、図１，図６に示すように、異なる直径を持った円周上に配置されている。
【００２２】
即ち、燃料ガス孔14は一次予熱酸素孔12を囲む円周上に複数配置されており、副燃料ガス孔15は燃料ガス孔14を囲む円周上に複数（燃料ガス孔14と等しい数）配置され且つ燃料ガス孔14と交互に配置されている。本実施例では、燃料ガス孔14が配置される円周の直径が約19mm、副燃料ガス孔15が配置される円周の直径が約21mmに設定されている。
【００２３】
第３シール部２ｆと第４シール部２ｇとの間に形成された第３溝５ｃには二次予熱酸素が供給され、該第３溝５ｃからアウターノズル２とナット４との間に形成された二次酸素室16ａに向けて貫通する通孔16ｂが形成されている。
【００２４】
アウターノズル２の中心に形成された穴２ａに最も接近して副予熱酸素孔13が形成されており、ガーターアウターノズル２には副予熱酸素孔13と二次酸素室16ａを結ぶ通孔13ａが形成されている。従って、副予熱酸素孔13は分配部５から直接酸素が供給されるものではなく、二次予熱酸素孔16に対する供給と同時に供給される。
【００２５】
上記副予熱酸素孔13はアウターノズル２に於ける穴２ａと燃料ガス孔14との間に形成されいる。即ち、副予熱酸素孔13は、一次予熱酸素孔12を囲み且つ燃料ガス14に囲まれた円周上に配置されている。また副予熱酸素孔13は燃料ガス孔14と交互に配置されている。本実施例では、副予熱酸素孔13が配置される円周の直径は約16mmに設定され、且つ副燃料ガス孔15と同一放射線上に配置されている。
【００２６】
ナット４は、アウターノズル２を嵌合して二次予熱酸素孔16を構成する機能と、火口Ａをトーチに取り付ける機能を有するものである。このため、ナット４は、中心に形成されたアウターノズル２を嵌合する穴４ａと、後方側の外周部に形成されたネジ部４ａと、前方側の外周部に形成されたナット部４ｂと、を有している。
【００２７】
火口Ａに於いて、ナット４の前方側に該ナット４に嵌合されたアウターノズル２とによって溝６が形成されている。この溝６には副予熱酸素孔13，燃料ガス孔14，副燃料ガス孔15，二次予熱酸素孔16が夫々開口しており、各孔から噴射されたガスの混合を促進し得るように構成されている。
【００２８】
即ち、溝６は、アウターノズル２の前面に形成されたテーパ面６ａ，６ｂと平坦面６ｃ，６ｄとによって、一次予熱酸素孔12側（中心側）から二次予熱酸素孔16側（外側）に向かって順に深くなるように形成されており、テーパ面６ａに副予熱酸素孔13が開口すると共に他方のテーパ面６ｂに副燃料ガス孔15が開口し、平坦面６ｃに燃料ガス孔14が開口すると共に他方の平坦面６ｄに二次予熱酸素孔16が開口している。
【００２９】
尚、テーパ面６ａ，６ｂのテーパ角度は特に限定するものではなく、また各テーパ面６ａ，６ｂが同一のテーパ角度で形成されても良く、或いは異なる角度で形成されても良い。
【００３０】
上記の如く構成された溝６では、副予熱酸素と副燃料ガスは傾斜方向（外側）に向かうように屈折して噴出する。このため、副燃料ガスは外側から噴出する二次予熱酸素に接近し、且つ内側には、副燃料ガスの方向に向かって屈折して噴射する副予熱酸素が配置される。従って、副燃料ガスは副予熱酸素の混合と共に二次予熱酸素の混合が促進される。
【００３１】
また各平坦面６ｃ，６ｄに開口した燃料ガス孔14から噴出した燃料ガス、二次予熱酸素孔16から噴出した二次予熱酸素は夫々略直進し、燃料ガスは最も内側から噴射される一次予熱酸素と二次予熱酸素とに挟まれると共に吸引されて混合が促進される。
【００３２】
上記の如く構成された火口Ａでは、トーチを介して供給された一次予熱酸素は第１溝５ａに形成された通孔12ａを通って一次予熱酸素孔12に供給され、該一次予熱酸素孔12から外部に噴出する。二次予熱酸素は第３溝５ｃに形成された通孔16ｂから二次酸素室16ａに供給され、該二次酸素室16ａから二次予熱酸素孔16を通って溝６に噴出し、同時に通孔13ａを経て副予熱酸素孔13に供給され、該副予熱酸素孔13から溝６に噴出する。このとき、噴出した副予熱酸素は、テーパ面６ａのテーパ角度の影響を受けて外側（副燃料ガス側）に屈折する。
【００３３】
また燃料ガスは第２溝５ｂに供給され、該第２溝５ｂに形成された燃料ガス孔14，副燃料ガス孔15を経て溝６に噴出する。このとき、噴出した副燃料ガスはテーパ面６ｂのテーパ角度の影響を受けて外側（二次予熱酸素側）に屈折する。
【００３４】
従って、燃料ガス孔14を挟んで一次予熱酸素と二次予熱酸素が配置されることになり、各予熱酸素の噴出及び切断酸素の噴出に伴って燃料ガスが吸引され、切断酸素の気流を長く保持し、これにより酸素純度を維持することが可能である。また副燃料ガスは二次予熱酸素に向けて屈折して噴出し、且つ副予熱酸素が同一放射線上で屈折した状態で噴出するので、副燃料ガスと各予熱酸素との混合が促進され、中性炎に近い火炎を形成することが可能となる。このため、被切断材に対する加熱効率を高めて安定した切り込み及び切り込みに引き続く切断を実現することが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る火口では、一次予熱酸素孔を囲んで副予熱酸素孔，燃料ガス孔，副燃料ガス孔及び二次予熱酸素孔を配置したので、熱間切断を行なう際に火口内で火炎が形成される事故が発生することがない。
【００３６】
また副予熱酸素孔及び副燃料ガス孔をテーパ面に開口させることで、これらの孔から噴出した副予熱酸素及び副燃料ガスがテーパ面の影響を受けて屈折し、この副燃料ガスを囲んで噴出する二次予熱酸素に対し積極的に混合する。このため、より中性炎に近い火炎を形成することが出来、強い加熱を実現することが出来る。このため、被切断材に対する予熱時間を短縮することが可能となり、且つ熱間切断の場合に切り込み速度を向上することが出来る。また切断酸素の酸化反応を促進出来、切断速度の向上を見込むことが出来る。従って、サイクルタイムの短縮化を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】火口の正面図である。
【図２】火口の断面図である。
【図３】アウターノズルの断面図である。
【図４】アウターノズルの正面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図３のVI−VI断面図である。
【符号の説明】
Ａ                火口
１                インナーノズル
１ａ              シール部
１ｂ，２ｃ        スリット
２                アウターノズル
２ａ              穴
２ｂ              ネジ部
２ｄ〜２ｇ        シール部
３                固定部材
４                ナット
４ａ              ネジ部
４ｂ              ナット部
５                分配部
５ａ〜５ｃ        溝
６                溝
６ａ，６ｂ        テーパ面
６ｃ，６ｄ        平坦面
11                切断酸素孔
12                一次予熱酸素孔
12ａ，13ａ，16ｂ  通孔
13                副予熱酸素孔
14                燃料ガス孔
15                副燃料ガス孔
16                二次予熱酸素孔
16ａ              二次酸素室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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