JP5915391B2 - Metal gas cutting method and metal gas cutting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、金属のガス溶削方法及び金属のガス溶削装置に関する。 The present invention relates to a metal gas cutting method and a metal gas cutting device.
連続鋳造機から出片された金属である鋳片には、その表層部位に、パウダーやノロと呼ばれる非金属介在物が付着している。連続鋳造工程の後に実施される圧延工程及び酸洗工程において、これら非金属介在物が製品表面に露出することで、製品欠陥につながることとなる。そのため、鋳片表層部の非金属介在物を除去するために、ハンドスカーフ又はマシンスカーフ等の設備を用いた、鋳片表層部の手入れが実施されている。 Non-metallic inclusions called powder and noro are attached to the surface layer of the slab, which is a metal piece from a continuous casting machine. In the rolling process and pickling process performed after the continuous casting process, these non-metallic inclusions are exposed on the product surface, leading to product defects. Therefore, in order to remove the non-metallic inclusions on the slab surface layer part, the slab surface layer part is maintained using equipment such as a hand scarf or a machine scarf.
マシンスカーフを実施する際の鋳片表面温度は鋳造条件や出片後からの冷却時間等で異なっており、溶削量を所定量とするために、鋳片表面温度に応じた溶削速度で所定の溶削量を確保する処理が行われている。 The slab surface temperature when carrying out the machine scarf varies depending on the casting conditions, the cooling time after the slab, etc. A process for securing a predetermined amount of welding is performed.
しかしながら、鋳片のコーナー部位と鋳片の中央部位とでは、温度は一定となっておらず、鋳片代表温度による一定の溶削速度では、最も温度が低いコーナー部位での溶削量を確保できず、鋳片のエッジが立った状態となり、このような状態の鋳片が製品欠陥になり得るため、マシンスカーフ後にコーナー部位のみを再手入れする場合もある。またコーナー部位での溶削量を確保するために、より低い温度設定で溶削を実施せざるを得なくなり、過溶削による歩留まり低下を招くこととなる。 However, the temperature at the corner part of the slab and the central part of the slab is not constant, and the amount of cutting at the corner part with the lowest temperature is ensured at a constant cutting speed at the slab representative temperature. This is not possible, and the slab edge becomes standing, and the slab in such a state may become a product defect. Therefore, only the corner part may be re-cared after the machine scarf. Further, in order to secure the amount of cutting at the corner portion, it is necessary to perform the cutting at a lower temperature setting, which leads to a decrease in yield due to over-cutting.
そこで、下記特許文献１では、鋼片のコーナー部に存在する凸部をマシンスカーフで溶削するために、長辺スカーフユニットと短辺スカーフユニットとの会合部近傍に位置する鋼片コーナー部に設けられた酸素流出孔の孔径を、中央部に設けられた酸素流出孔の孔径に対して１．５倍に拡大して、溶削量を拡大する技術が開示されている。 Then, in the following patent document 1, in order to shave the convex part existing in the corner part of the steel slab with a machine scarf, the steel slab corner part located in the vicinity of the meeting part of the long side scarf unit and the short side scarf unit is used. A technique is disclosed in which the diameter of the oxygen outflow hole provided is increased by 1.5 times the diameter of the oxygen outflow hole provided in the central portion to increase the amount of cutting.
ここで、上記特許文献１に記載の方法は、ある一定の幅を有する鋼片のみに対しては適用可能である。他方、種々の幅を有する鋼片の表面溶削を行う場合には、Ｌ面側溶削ユニットと短辺溶削ユニット、及び、Ｆ面側溶削ユニットと短辺溶削ユニットを組み合わせた溶削装置を使用することとなるが、このような溶削装置では、種々の幅毎に溶削ユニットを交換させることが必要であり、上記特許文献１に記載の方法を適用することは操業上の困難さを有する。 Here, the method of the said patent document 1 is applicable only to the steel piece which has a certain fixed width | variety. On the other hand, when performing surface cutting of steel slabs having various widths, a combination of an L-surface side cutting unit and a short-side cutting unit, and a combination of an F-side side cutting unit and a short-side cutting unit. Although a cutting device will be used, in such a cutting device, it is necessary to replace the cutting unit for each of various widths, and application of the method described in Patent Document 1 is an operation. Have difficulty.
このように、種々の幅を有する金属の表面を溶削するに際して、溶削性の向上を図ることが可能な技術が希求されている。 As described above, there is a demand for a technique capable of improving the machinability when the surface of a metal having various widths is cut.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、金属の表面を溶削する際の溶削性を更に向上させることが可能な、金属のガス溶削方法及び金属のガス溶削装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal gas capable of further improving the machinability when the metal surface is mashed. An object of the present invention is to provide a welding method and a metal gas cutting device.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ガスを利用して金属の表面を溶削する金属のガス溶削方法において、前記金属の酸化溶削部位に対して、酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給する金属のガス溶削方法が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, in a gas gas cutting method of a metal that uses a gas to cut a surface of a metal, oxygen molecules are oxidized with respect to the oxidized cut portion of the metal. And a metal gas cutting method for supplying at least one of electrons and / or negative oxygen ions.
前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方は、前記酸化溶削部位に直接供給されるか、又は、前記酸化溶削部位に供給される酸素ガスに混合されることが好ましい。 It is preferable that at least one of the oxygen molecules and electrons, or oxygen negative ions is directly supplied to the oxidation cutting site or mixed with oxygen gas supplied to the oxidation cutting site. .
前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方は、前記酸化溶削部位に直接供給され、前記酸化溶削部位に対する前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方の供給量を、前記金属の幅方向で変化させてもよい。 At least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions is directly supplied to the oxidized cutting site, and at least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions with respect to the oxidized cutting site. May be changed in the width direction of the metal.
前記金属は、電気的に接地されることが好ましい。 The metal is preferably electrically grounded.
前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給する供給部材は、電気的に絶縁されていることが好ましい。 It is preferable that the supply member for supplying at least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions is electrically insulated.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ガスを利用して金属の表面を溶削する金属のガス溶削装置において、電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を発生させる発生装置を備え、前記金属の酸化溶削部位に対して、前記発生装置で発生した前記電子及び酸素分子、又は、前記酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給する金属のガス溶削装置が提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, according to another aspect of the present invention, in a gas gas cutting apparatus for metal that uses a gas to cut the surface of a metal, at least one of electrons and oxygen negative ions A gas for supplying either of the electrons and oxygen molecules generated by the generator or the oxygen negative ions to the oxidized erosion site of the metal. A welding apparatus is provided.
前記発生装置は、前記酸化溶削部位に酸素ガスを供給する酸素ガス供給ライン上に設置されることが好ましい。 It is preferable that the generator is installed on an oxygen gas supply line that supplies oxygen gas to the oxidized cutting portion.
前記電子及び酸素分子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方は、スカーフノズルから前記酸化溶削部位に向かって供給される前記酸素ガスに混合されてもよい。 At least one of the electrons and oxygen molecules, or oxygen negative ions may be mixed in the oxygen gas supplied from a scarf nozzle toward the oxidized cutting portion.
前記電子及び酸素分子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方は、スカーフノズルの外部から前記酸化溶削部位に直接供給されてもよい。 At least one of the electrons and oxygen molecules or oxygen negative ions may be directly supplied from the outside of the scarf nozzle to the oxidized cutting site.
前記酸化溶削部位に対する前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方の供給量を、前記金属の幅方向で変化させてもよい。 The supply amount of at least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions with respect to the oxidized cutting portion may be changed in the width direction of the metal.
前記金属は、電気的に接地されることが好ましい。 The metal is preferably electrically grounded.
酸素ガス供給ライン及びスカーフノズルは、電気的に絶縁されていることが好ましい。 It is preferable that the oxygen gas supply line and the scarf nozzle are electrically insulated.
以上説明したように本発明によれば、金属の酸化溶削部位に対して、酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給することで、溶削に用いる酸素ガスそのものの反応性を向上させて、溶削性を更に向上させることができる。 As described above, according to the present invention, by supplying at least one of oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions to the metal oxidation and cutting site, the oxygen gas itself used for cutting is supplied. The reactivity can be improved and the machinability can be further improved.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
（酸化反応促進メカニズムについて）
本発明の実施形態に係る金属のガス溶削方法及び金属のガス溶削装置について説明するに先立ち、本発明者が見出し、本発明の実施形態において着目する酸化反応促進メカニズムについて、図１〜図３Ｂを参照しながら具体的に説明する。
(Oxidation reaction promotion mechanism)
Prior to describing a metal gas cutting method and a metal gas cutting device according to an embodiment of the present invention, the oxidation reaction promotion mechanism found by the present inventor and focused on in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This will be specifically described with reference to 3B.
ガス溶削処理により被溶削材である金属を溶削する場合、金属は、いわゆる高温酸化により酸化されて母材部分から取り除かれていき、最終的に金属が溶削されることとなる。ここで、高温酸化とは、高温の状態にある鉄などの金属が酸素等の酸化性の気体と接触することで進行する酸化反応である。以下では、被溶削材である金属材料の一例として鉄（Ｆｅ）に着目し、ガス溶削の際に進行する鉄の高温酸化メカニズムについて簡単に説明する。図１は、鉄の高温酸化メカニズムについて説明するための説明図である。 In the case of metal cutting as a material to be cut by gas cutting, the metal is oxidized by so-called high-temperature oxidation and removed from the base material portion, and finally the metal is cut. Here, high-temperature oxidation is an oxidation reaction that proceeds when a metal such as iron in a high-temperature state comes into contact with an oxidizing gas such as oxygen. Below, focusing on iron (Fe) as an example of a metal material that is a material to be cut, a high-temperature oxidation mechanism of iron that proceeds during gas cutting will be briefly described. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the high-temperature oxidation mechanism of iron.
鉄の高温酸化メカニズムは、図１に示したように、母材である鉄が存在する領域（金属領域）、外部環境として取り扱われる酸化性気体の存在する領域（気体領域）、及び、金属領域と気体領域との間に位置し、酸化反応によって生成される酸化皮膜が存在する領域という、３つの領域を考慮した３相モデルで説明することが可能である。 As shown in FIG. 1, the high-temperature oxidation mechanism of iron includes a region in which iron as a base material exists (metal region), a region in which an oxidizing gas treated as an external environment exists (gas region), and a metal region. It can be described by a three-phase model that takes into account three regions, namely, a region in which an oxide film generated by an oxidation reaction exists and is located between the gas region and the gas region.
ガス溶削処理において、スカーフノズルに設けられた火口からの予熱炎により加熱された鉄（金属領域に存在する鉄）は、加熱による熱エネルギーによって、以下の反応式１のようにイオン化し、鉄イオン及び電子が生成される。 In the gas cutting process, the iron heated by the preheating flame from the crater provided in the scarf nozzle (iron existing in the metal region) is ionized as shown in the following reaction formula 1 by the heat energy by heating. Ions and electrons are generated.
生成した鉄イオン及び電子は、図１に示したように、金属領域及び酸化皮膜領域を、酸化皮膜領域と気体領域との間に位置する界面に向かって拡散していくこととなる。 As shown in FIG. 1, the generated iron ions and electrons diffuse through the metal region and the oxide film region toward the interface located between the oxide film region and the gas region.
一方、気体領域に存在する酸素は、気体領域と酸化皮膜領域との間に位置する界面に接触し、この界面を通過して、酸化皮膜領域の中へと拡散していく。ここで、酸化皮膜中を拡散している電子と、酸素とが下記反応式２に示した反応を起こすことにより、酸化物イオンが生成されることとなる。 On the other hand, oxygen present in the gas region contacts an interface located between the gas region and the oxide film region, passes through this interface, and diffuses into the oxide film region. Here, when the electrons diffusing in the oxide film and oxygen cause the reaction shown in the following reaction formula 2, oxide ions are generated.
生成した酸化物イオンと、酸化皮膜領域中を拡散している鉄イオンとが、下記反応式３に示した反応を起こすことで、酸化鉄ＦｅＯ（ウスタイト）が生成され、酸化皮膜領域が拡大する（換言すれば、酸化皮膜が成長する）こととなる。 The generated oxide ions and the iron ions diffusing in the oxide film region cause the reaction shown in the following reaction formula 3, whereby iron oxide FeO (wustite) is generated and the oxide film region is expanded. (In other words, an oxide film grows).
以上説明したような鉄の高温酸化メカニズムにおいて、外部の熱環境が高温である場合（より詳細には、鉄の燃焼温度に到達した場合）には、生成した酸化鉄が燃焼して、溶融することとなる。鉄の溶融物は、ガス溶削装置の火口から射出される酸素ガス（溶削ガス）によって吹き飛ばされて、鉄の表面が溶削されることとなる。 In the high-temperature oxidation mechanism of iron as described above, when the external thermal environment is high temperature (more specifically, when the iron combustion temperature is reached), the generated iron oxide burns and melts. It will be. The iron melt is blown off by oxygen gas (cutting gas) injected from the crater of the gas cutting apparatus, and the surface of the iron is cut.
Ｆｅ → Ｆｅ２＋ ＋ ２ｅ− ・・・（反応式１）
（１／２）Ｏ２ ＋ ２ｅ− → Ｏ２− ・・・（反応式２）
Ｆｅ２＋ ＋ Ｏ２− → ＦｅＯ ・・・（反応式３）
Fe → Fe 2+ + 2e − (reaction formula 1)
(1/2) O 2 + 2e − → O 2− (Reaction Formula 2)
Fe 2+ + O 2− → FeO (reaction formula 3)
また、ガス溶削処理ではなく、鉄を高温酸化させて鉄の表面に酸化皮膜層を形成し、この酸化皮膜層に含まれる成分を分析した。その結果、酸化皮膜層の表面（外界である空気と接触している層）に近づくほど、生成される酸化鉄を構成する鉄の酸化数が高い状態にあり、酸化皮膜層の表面から母材側に向かって、Ｆｅ２Ｏ３（ヘマタイト、鉄の酸化数＋３）、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）、ＦｅＯ（ウスタイト、鉄の酸化数＋２）が分布していることが明らかになった。このような結果は、ガス溶削処理を含む鉄の高温酸化反応において、酸化皮膜層の表面ほど鉄イオンと結合した酸化物イオンの量が多いことを示しており、酸素や酸化物イオンの供給（すなわち、酸化皮膜層と環境（気体）との界面における酸素や酸化物イオン）が、酸化反応の律速になっていることを示唆している。 Further, instead of gas cutting, iron was oxidized at a high temperature to form an oxide film layer on the surface of the iron, and components contained in the oxide film layer were analyzed. As a result, the closer to the surface of the oxide film layer (the layer in contact with the outside air), the higher the oxidation number of the iron constituting the generated iron oxide, and the base material from the surface of the oxide film layer. It was revealed that Fe 2 O 3 (hematite, iron oxidation number + 3), Fe 3 O 4 (magnetite), and FeO (wustite, iron oxidation number + 2) are distributed toward the side. These results indicate that in the high-temperature oxidation reaction of iron including gas cutting, the surface of the oxide film layer has a larger amount of oxide ions combined with iron ions, and the supply of oxygen and oxide ions (That is, oxygen or oxide ions at the interface between the oxide film layer and the environment (gas)) suggests that the rate of the oxidation reaction is limited.
図２は、本発明に係る酸化反応促進メカニズムについて説明するための説明図である。本発明者は、以上説明したような知見をもとに鋭意検討を行った結果、図２に示したように、電子及び酸素、又は、Ｏ２ −やＯ−のような酸素負イオンの少なくとも何れか一方を気体領域に更に供給することに想到した。気体領域に対し、電子や酸素負イオン等の高い反応性を有するものを供給することで、酸化皮膜領域−気体領域界面における酸素と電子との反応を更に生じさせたり、酸化物イオンＯ２−の量を増加させたりすることが可能となると考えられる。その結果、酸化反応の律速になっていると考えられる酸素や酸化物イオンの拡散度合いを増加させ、酸化皮膜領域−気体領域界面（換言すれば、酸化反応界面）における鉄の酸化反応を促進させることが可能となると考えられる。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an oxidation reaction promotion mechanism according to the present invention. As a result of intensive studies based on the knowledge described above, the present inventor, as shown in FIG. 2, at least of electrons and oxygen, or oxygen negative ions such as O 2 − and O −. It was conceived that either one of them was further supplied to the gas region. By supplying a highly reactive material such as electrons and oxygen negative ions to the gas region, the reaction between oxygen and electrons at the interface between the oxide film region and the gas region is further caused, or the oxide ion O 2− It is considered possible to increase the amount of. As a result, the degree of diffusion of oxygen and oxide ions, which are considered to be the rate-limiting of the oxidation reaction, is increased, and the iron oxidation reaction at the oxide film region-gas region interface (in other words, oxidation reaction interface) is promoted It will be possible.
本発明者は、上記のような知見について検証するために、図３Ａ及び図３Ｂに示したような実証実験を実施した。図３Ａは、本発明に係る酸化反応促進メカニズムについて説明するための説明図であり、図３Ｂは、本発明に係る酸化反応促進メカニズムについて説明するためのグラフ図である。 In order to verify the above knowledge, the present inventor conducted a demonstration experiment as shown in FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining an oxidation reaction promotion mechanism according to the present invention, and FIG. 3B is a graph for explaining an oxidation reaction promotion mechanism according to the present invention.
本発明者は、厚み１２ｍｍの極低炭素（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｆｒｅｅ：ＩＦ）鋼を利用して、図３Ａに示したような実証実験を行った。すなわち、ＩＦ鋼の鋼板をガスバーナーで加熱するとともに、鋼板の裏側に設けた放射温度計を用いて、加熱位置の温度上昇の様子を測定した。また、電子銃と酸素供給ノズルとを組み合わせた電子発生装置を作製し、鋼板のガスバーナーと同じ側に設置した。電子発生装置は、真空に保たれた電子を発生させる電子発生源と、当該発生源から発生される電子線のみを大気中に取り出せる電子線透過膜とを備えた電子銃を用い、電子銃先端のスリット前段部位に酸素ガスを供給し、孔周囲を耐火材で覆われたスリットより、酸素負イオンが鋼板の加熱位置に向けて放出されることとなる。なお、かかる実験において、ガスバーナーの出力は一定とした。 The present inventor conducted a demonstration experiment as shown in FIG. 3A using an ultra-low carbon (IF) steel having a thickness of 12 mm. That is, the steel plate of IF steel was heated with a gas burner, and the state of temperature rise at the heating position was measured using a radiation thermometer provided on the back side of the steel plate. In addition, an electron generation device combining an electron gun and an oxygen supply nozzle was produced and installed on the same side as the gas burner of the steel plate. The electron generator uses an electron gun including an electron generation source that generates electrons kept in a vacuum, and an electron beam transmission film that can extract only the electron beam generated from the generation source into the atmosphere. Oxygen gas is supplied to the front stage part of the slit, and oxygen negative ions are released toward the heating position of the steel sheet from the slit whose periphery is covered with a refractory material. In this experiment, the output of the gas burner was constant.
図３Ｂは、得られた実験結果を示したグラフ図である。図３から明らかなように、ガスバーナー加熱のみの場合と比較して、加熱位置に対して酸素を供給した場合には、裏面温度がより早く上昇していることがわかる。また、加熱位置に対して酸素及び電子を供給した場合には、ガスバーナー加熱のみの場合や酸素のみを供給した場合と比べて、格段に速く温度が上昇していることがわかる。 FIG. 3B is a graph showing the experimental results obtained. As apparent from FIG. 3, it can be seen that the back surface temperature rises faster when oxygen is supplied to the heating position as compared with the case of only gas burner heating. It can also be seen that when oxygen and electrons are supplied to the heating position, the temperature rises much faster than when only gas burner heating or only oxygen is supplied.
このように、電子及び酸素、又は、Ｏ２ −やＯ−のような酸素負イオンの少なくとも何れか一方を加熱位置に供給することで、加熱位置で生じている詳細な反応機構は明らかではないものの、加熱位置における金属の昇温速度が格段に上昇することが明らかとなった。 Thus, by supplying at least one of electrons and oxygen or oxygen negative ions such as O 2 − and O − to the heating position, the detailed reaction mechanism occurring at the heating position is not clear. However, it has been clarified that the temperature rising rate of the metal at the heating position is remarkably increased.
本発明者は、以上のようにして得られた知見に基づき更なる検討を行った結果、以下で説明するような、本発明に係る金属のガス溶削方法及びガス溶削装置について想到した。 As a result of further studies based on the knowledge obtained as described above, the present inventor has conceived a metal gas cutting method and a gas cutting device according to the present invention as described below.
（第１の実施形態）
＜金属のガス溶削方法について＞
以下では、図４及び図５を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る金属のガス溶削方法について、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る金属のガス溶削方法における反応機構の一例について示した流れ図である。図５は、鋳片の溶削処理について説明するための説明図である。
(First embodiment)
<About metal gas cutting method>
Below, the gas gas cutting method of the metal which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated in detail, referring FIG.4 and FIG.5. FIG. 4 is a flowchart showing an example of a reaction mechanism in the metal gas cutting method according to the present embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the slab melting process.
なお、以下では、被溶削材である金属材料の一例として、ガス溶削処理が実施される鋳片を例に挙げて説明を行うが、本発明に係るガス溶削方法及びガス溶削装置が適用可能な金属材料が鋼板（鋳片）に限定されるわけではなく、アルミニウム、銅、チタン等といった鉄以外の金属材料やこれらの合金についても、同様に適用することが可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, as an example of a metal material that is a material to be cut, a slab that is subjected to a gas cutting process will be described as an example. However, a gas cutting method and a gas cutting device according to the present invention will be described. The metal materials that can be applied are not limited to steel plates (slabs), but can be applied to metal materials other than iron such as aluminum, copper, titanium, and alloys thereof as well. Needless to say.
本実施形態に係る金属のガス溶削方法では、金属の酸化溶削部位に対して、（ｉ）Ｏ−，Ｏ２ −，Ｏ２−等の酸素負イオン、又は、（ｉｉ）酸素分子Ｏ２及び電子ｅ−、の少なくとも何れか一方を供給する。 In the metal gas cutting method according to the present embodiment, (i) oxygen negative ions such as O − , O 2 − , O 2− , or (ii) oxygen molecule O with respect to the metal oxidation cutting portion 2 and electron e − are supplied.
金属のガス溶削処理とは、金属を、ＬＰＧ等の可燃ガスや酸素を用いたガスバーナーで加熱して被溶削材である金属の表面を溶融酸化させるとともに、溶融した酸化物や金属を酸素ガスの高速噴射により金属表面から除去する処理である。 With metal gas cutting, the metal is heated with a burner gas such as LPG or a gas burner using oxygen to melt and oxidize the surface of the metal that is the material to be cut, and the molten oxide or metal is removed. It is a process of removing from the metal surface by high-speed injection of oxygen gas.
価数が−１である酸素の陰イオンであるＯ−や、スーパーオキシドとも呼ばれるＯ２ −等の酸素負イオンは、その化学式からも明らかなように電子（ｅ−）を帯電しており、鉄イオンとイオン結合しやすい状態のイオン種である。また、酸素分子及び電子を共に供給することで、電子を帯電した酸素負イオンを形成させることができる。以下、本明細書では、Ｏ−，Ｏ２ −等の酸素負イオンや、酸素分子及び電子を総称して、酸素負イオン類と称することとする。 O − , which is an anion of oxygen having a valence of −1, and oxygen negative ions such as O 2 — also called superoxide, charge electrons (e − ), as is clear from its chemical formula, It is an ionic species that is easily ionically bonded to iron ions. Further, by supplying both oxygen molecules and electrons, oxygen negative ions charged with electrons can be formed. Hereinafter, in this specification, oxygen negative ions such as O − and O 2 — , oxygen molecules, and electrons are collectively referred to as oxygen negative ions.
本実施形態に係るガス溶削方法では、上記のような酸素負イオン類が、ガス溶削装置に設けられたスカーフノズルに供給される酸素ガスと混合した上で酸化溶削部位に供給されてもよいし、スカーフノズル以外から各種のノズル等を利用して酸化溶削部位に直接供給されてもよい。 In the gas cutting method according to the present embodiment, the oxygen negative ions as described above are mixed with oxygen gas supplied to a scarf nozzle provided in the gas cutting apparatus and then supplied to the oxidation cutting portion. Alternatively, other than the scarf nozzle, various nozzles or the like may be used to supply directly to the oxidation-cutting site.
本実施形態に係るガス溶削方法における溶削メカニズムについて、図４を参照しながら説明する。
予熱酸素供給ラインから供給される予熱用の酸素と、燃料ガス供給ラインから供給されるＬＰＧ等の可燃ガスと、が燃焼することで生成される予熱炎により、被溶削材である鉄が加熱される（ステップＳ１０１）。予熱炎によって被溶削材である鉄が加熱され、燃焼温度に到達した状態で（ステップＳ１０３）、溶削酸素供給ラインから供給される酸素が酸化溶削部位に供給されると（ステップＳ１０５）、燃焼温度に到達している鉄が燃焼する（ステップＳ１０７）。
The cutting mechanism in the gas cutting method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The preheated flame generated by the combustion of preheating oxygen supplied from the preheated oxygen supply line and combustible gas such as LPG supplied from the fuel gas supply line heats the iron that is the material to be cut. (Step S101). When the pre-heated flame heats the iron to be cut and reaches the combustion temperature (step S103), oxygen supplied from the cutting oxygen supply line is supplied to the oxidized cutting portion (step S105). The iron that has reached the combustion temperature burns (step S107).
ここで、本実施形態に係るガス溶削方法では、上記のような酸素負イオン類が、酸化溶削部位に更に供給されている。これにより、酸化溶削部位における被溶削材（鉄）と酸素との反応性が向上し、鉄の酸化反応が急激に進行することとなる。また、酸化溶削部位に対して反応性の高い酸素負イオン類が供給されることで、鉄とより多くの酸素とが反応し、通常はＦｅＯへと酸化されるＦｅが、Ｆｅ３Ｏ４やＦｅ２Ｏ３へと酸化されると考えられる。ここで、Ｆｅが、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３へと酸化される場合の反応熱は、下記の反応式４〜６に示した値であるため、酸化溶削部位に対して酸素負イオン類が供給されることで、ＦｅＯが生成する場合に比べてより多くの酸化発熱量が発生する。その結果、発生した熱エネルギーを利用して、更に効率良く被溶削材である鉄の表面を加熱することが可能となる。また、酸素ガスで覆われた酸化溶削部位に対して電子を供給することで、電子に帯電した酸素ガス（すなわち、酸素負イオン）を更に形成させることも可能となる。 Here, in the gas cutting method according to the present embodiment, oxygen negative ions as described above are further supplied to the oxidized cutting portion. Thereby, the reactivity of the to-be-cut material (iron) and oxygen in an oxidation cutting part improves, and the oxidation reaction of iron will advance rapidly. Further, by supplying oxygen negative ions having high reactivity to the oxidized cutting portion, Fe reacts with more oxygen, and Fe that is usually oxidized to FeO is Fe 3 O 4. It is thought that it is oxidized to Fe 2 O 3 . Here, since the reaction heat when Fe is oxidized to FeO, Fe 3 O 4 , and Fe 2 O 3 is the value shown in the following reaction formulas 4 to 6, By supplying oxygen negative ions, a greater amount of oxidation heat is generated than when FeO is generated. As a result, it is possible to more efficiently heat the surface of iron as the material to be cut using the generated thermal energy. Moreover, it is possible to further form oxygen gas (that is, oxygen negative ions) charged in electrons by supplying electrons to the oxidized cutting portion covered with oxygen gas.
Ｆｅ＋（１／２）Ｏ２→ＦｅＯ＋６４ｋｃａｌ ・・・（反応式４）
３Ｆｅ＋２Ｏ２→Ｆｅ３Ｏ４＋２６６．９ｋｃａｌ ・・・（反応式５）
２Ｆｅ＋（３／２）Ｏ２→Ｆｅ２Ｏ３＋１９０．７ｋｃａｌ ・・・（反応式６）
Fe + (1/2) O 2 → FeO + 64 kcal (Reaction Formula 4)
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4 +266.9 kcal (Reaction Formula 5)
2Fe + (3/2) O 2 → Fe 2 O 3 +190.7 kcal (Reaction Formula 6)
その後、被溶削材である鉄の燃焼により生じた燃焼熱により、酸化反応により生成された酸化鉄や母材である鉄が溶融し（ステップＳ１０９）、スカーフノズルに設けられた火口から射出される溶削酸素により、溶融酸化鉄及び溶融母材が酸化溶削部位から除去される（ステップＳ１１１）。以後、上記ステップＳ１０３〜ステップＳ１１１の現象が繰り返し発生することで、被溶削材である鉄の溶削処理が進行することとなる。 Thereafter, the iron oxide produced by the oxidation reaction and the iron base metal are melted by the combustion heat generated by the combustion of the iron to be cut material (step S109), and injected from the crater provided in the scarf nozzle. The molten iron oxide and the molten base material are removed from the oxidized cut portion by the cutting oxygen (step S111). Thereafter, the phenomenon of step S103 to step S111 repeatedly occurs, and the iron cutting which is the material to be cut progresses.
以上のようなメカニズムでガス溶削処理が進行することにより、本実施形態に係る金属のガス溶削方法では、酸素ガスの単位量あたりの反応性を更に向上させて、溶削速度の更なる向上を図ることが可能となる。 With the above-described mechanism of gas cutting, the metal gas cutting method according to the present embodiment further improves the reactivity per unit amount of oxygen gas and further increases the cutting speed. It is possible to improve.
図５は、鋳片の溶削処理について説明するための説明図である。図５最上段に示したように、酸素負イオン類を供給せずに溶削処理を行った場合には、図中破線で囲んだコーナー部の溶削量を確保可能な溶削速度で溶削処理を行うこととなるため、コーナー部に図に示したような凸部が生じることとなる。しかしながら、本実施形態に係るガス溶削処理では、被溶削材である鋳片の表面に、酸素負イオン類を含み反応性に富んだ酸素ガスが供給されるため、鋳片の溶削性を向上させることができる。その結果、溶削速度を増加させることが可能となって、図５中段に示したように、コーナー部への凸部の生成を抑制し、鋳片のより均一な溶削が可能となる。これにより、溶削工程における歩留まりの向上を図ることができる。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the slab melting process. As shown in the uppermost part of FIG. 5, when the cutting process is performed without supplying oxygen negative ions, the welding speed is such that the amount of cutting at the corner surrounded by the broken line in the figure can be secured. Since the cutting process is performed, a convex portion as shown in the figure is generated at the corner portion. However, in the gas cutting process according to the present embodiment, since the oxygen gas containing oxygen negative ions and rich in reactivity is supplied to the surface of the slab which is a material to be cut, the slabability of the slab Can be improved. As a result, it becomes possible to increase the cutting speed, and as shown in the middle part of FIG. 5, the generation of convex portions at the corner portions is suppressed, and the slab can be more uniformly cut. Thereby, the improvement of the yield in a welding process can be aimed at.
また、鋳片の幅方向で酸素負イオン類の供給量を変化させることで、鋳片の特定の部位を溶削することも可能となる。すなわち、凸部が生成される可能性のある鋳片のコーナー部に供給される酸素負イオン類の供給量を、鋳片の幅方向中央部近傍への供給量よりも多くすることで、例えば図５下段に示したように、凸部の生成を更に抑制することも可能となる。 In addition, by changing the supply amount of oxygen negative ions in the width direction of the slab, it is also possible to shave a specific part of the slab. That is, by increasing the supply amount of oxygen negative ions supplied to the corner portion of the slab where the convex portion may be generated, than the supply amount to the vicinity of the center portion in the width direction of the slab, for example, As shown in the lower part of FIG. 5, it is possible to further suppress the generation of convex portions.
このように、本実施形態に係る金属のガス溶削方法では、被溶削材である金属の幅方向で酸素負イオン類の供給量を変化させることによって、被溶削材の特定の部位を更に効率良く溶削することも可能となる。 As described above, in the metal gas cutting method according to the present embodiment, the specific portion of the material to be cut is changed by changing the supply amount of oxygen negative ions in the width direction of the metal that is the material to be cut. Further, it is possible to perform the efficient cutting.
＜金属のガス溶削装置について＞
続いて、図６Ａ〜図９Ｂを参照しながら、本実施形態に係る金属のガス溶削装置について詳細に説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、金属のガス溶削装置であるマシンスカーフについて説明するための説明図であり、図７Ａ〜図８Ｂは、本実施形態に係る金属のガス溶削装置の一例について示した説明図である。図９Ａ及び図９Ｂは、本実施形態に係る金属のガス溶削処理について説明するための説明図である。
<About metal gas cutting equipment>
Subsequently, the metal gas cutting apparatus according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6A to 9B. 6A and 6B are explanatory diagrams for explaining a machine scarf that is a metal gas cutting apparatus, and FIGS. 7A to 8B show an example of a metal gas cutting apparatus according to the present embodiment. It is explanatory drawing. FIG. 9A and FIG. 9B are explanatory diagrams for explaining a metal gas cutting process according to the present embodiment.
金属のガス溶削装置（以下、単にガス溶削装置ともいう。）は、例えば図６Ａに示したように、マシンスカーフ設備として利用することが可能である。当該マシンスカーフ設備では、図６Ａに示したように、鋳片が金属製のローラ上をある方向に向かって搬送されており、このラインの一部に、本実施形態に係るガス溶削装置が設けられる。ライン上を搬送される鋳片は、ガス溶削装置によってその表面が溶削されることとなる。
A metal gas cutting apparatus (hereinafter also simply referred to as a gas cutting apparatus) can be used as a machine scarf facility as shown in FIG. 6A, for example. In the machine scarf facility, as shown in FIG. 6A, the slab is conveyed on a metal roller in a certain direction, and the gas cutting apparatus according to the present embodiment is provided in a part of this line. Provided. The surface of the slab transported on the line is to be cut by a gas cutting apparatus.
マシンスカーフ設備では、種々の幅を有する鋳片が搬送される。そのため、各種の幅を有する鋳片の溶削処理を可能なものとするために、ガス溶削装置は、図６Ｂ上段に示したように、鋳片の上面側を溶削するアッパー（ｕｐｐｅｒ）ユニットと、鋳片の下面側を溶削するローワー（ｌｏｗｅｒ）ユニットと、から構成される。 In the machine scarf facility, slabs having various widths are conveyed. Therefore, in order to enable the slab processing of slabs having various widths, the gas slicing apparatus, as shown in the upper part of FIG. The unit is composed of a lower unit for performing the welding on the lower surface side of the slab.
ガス溶削装置のアッパーユニット及びローワーユニットは、図６Ｂに示したように、鋳片の表面を溶削するための複数のスカーフブロックからなり、これらスカーフブロックには、各種ガスの供給ライン等（図示せず。）が設けられる。アッパーユニットには、鋳片の上面を溶削するための複数のヘッドブロックと、鋳片の一方の側面を溶削するためのヘッドブロックとが設けられており、ローワーユニットには、鋳片の下面を溶削するための複数のヘッドブロックと、鋳片のもう一方の側面を溶削するためのヘッドブロックとが設けられている。 As shown in FIG. 6B, the upper unit and the lower unit of the gas cutting apparatus are composed of a plurality of scarf blocks for cutting the surface of the slab, and these scarf blocks include various gas supply lines ( Not shown). The upper unit is provided with a plurality of head blocks for cutting the upper surface of the slab and a head block for cutting one side surface of the slab. A plurality of head blocks for cutting the lower surface and a head block for cutting the other side surface of the slab are provided.
アッパーユニット及びローワーユニットは、互いの相対的な位置を変更することが可能なようになっており、図６Ｂ下段に示したように、各ユニットが相対的な位置を変えることで様々な幅の鋳片に対して溶削処理を行うことが可能となる。 The relative position of the upper unit and the lower unit can be changed. As shown in the lower part of FIG. 6B, each unit can change its relative position to have various widths. It becomes possible to perform a cutting process with respect to a slab.
以上説明したようなアッパーユニット及びローワーユニットからなるガス溶削装置に対して本実施形態に係る金属のガス溶削方法を適用することで、酸素ガスの単位量あたりの反応性を更に向上させ、溶削性の更なる向上を図ることが可能となる。 By applying the metal gas cutting method according to the present embodiment to the gas cutting apparatus comprising the upper unit and the lower unit as described above, the reactivity per unit amount of oxygen gas is further improved, It becomes possible to further improve the machinability.
［ガス溶削装置の構成例−その１］
以下では、図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら、本実施形態に係るガス溶削装置の第１の構成例について説明する。
第１の構成例に係るガス溶削装置では、図７Ａに示したように、酸素を供給するラインと、ＬＰＧ等の可燃ガスを燃料ガスとして供給するラインと、が設けられており、各スカーフユニットに設けられたヘッドブロックを介して、溶削部位に対し、酸素ガス及び燃料ガスが供給される。
[Configuration Example of Gas Cutting Machine-Part 1]
Below, the 1st structural example of the gas welding apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIG. 7A-FIG. 7C.
In the gas cutting apparatus according to the first configuration example, as shown in FIG. 7A, a line for supplying oxygen and a line for supplying a combustible gas such as LPG as a fuel gas are provided. Oxygen gas and fuel gas are supplied to the cutting site via a head block provided in the unit.
酸素ガスは、供給ライン上に設けられた減圧弁により酸素ガス圧が制御された上で、燃焼温度に到達した部位に酸素を供給する溶削酸素供給ラインと、予熱炎の生成に利用される予熱酸素ラインと、の２系統に分岐される。予熱酸素供給ラインには、酸素ガス圧を更に制御するための減圧弁が設けられており、溶削酸素供給ライン及び予熱酸素供給ラインのそれぞれには、酸素ガスの流量を調整するための弁と、圧力計とが設置されている。更に、溶削酸素供給ライン及び予熱酸素供給ラインのそれぞれには、上記の発生装置が配設されている。これにより、溶削酸素ライン及び予熱酸素供給ラインによりヘッドブロックへと供給される酸素ガスの中に、酸素負イオンや電子等が混合されることとなる。 The oxygen gas is used for generating a preheated flame and a cutting oxygen supply line that supplies oxygen to a portion that has reached the combustion temperature after the oxygen gas pressure is controlled by a pressure reducing valve provided on the supply line. Branches into two systems, a preheated oxygen line. The preheating oxygen supply line is provided with a pressure reducing valve for further controlling the oxygen gas pressure. Each of the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line includes a valve for adjusting the flow rate of the oxygen gas. A pressure gauge is installed. Further, the above-described generator is provided in each of the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line. As a result, oxygen negative ions, electrons, and the like are mixed in the oxygen gas supplied to the head block by the cutting oxygen line and the preheated oxygen supply line.
また、ＬＰＧ等の可燃ガスをヘッドブロックに供給する燃料ガス供給ラインには、可燃ガスのガス圧を制御するための減圧弁と、可燃ガスの流量を調整するための弁と、圧力計とが設置されている。 In addition, a fuel gas supply line that supplies combustible gas such as LPG to the head block includes a pressure reducing valve for controlling the gas pressure of the combustible gas, a valve for adjusting the flow rate of the combustible gas, and a pressure gauge. is set up.
図７Ａに示した例では、溶削酸素供給ライン及び予熱酸素供給ラインのそれぞれに電子又は酸素負イオンを発生させる発生装置が配設される場合について図示しているが、例えば図７Ｂに示したように、溶削酸素供給ラインには発生装置を配設せずに、予熱酸素供給ラインに発生装置を配設してもよい。また、図７Ｂに示した場合とは逆に、予熱酸素供給ラインには発生装置を配設せずに、溶削酸素供給ラインに発生装置を配設してもよい。 In the example shown in FIG. 7A, a case where generators for generating electrons or oxygen negative ions are provided in each of the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line is shown. For example, FIG. As described above, the generator may be provided in the preheated oxygen supply line without providing the generator in the cutting oxygen supply line. Further, contrary to the case shown in FIG. 7B, the generator may be provided in the cutting oxygen supply line without providing the generator in the preheating oxygen supply line.
図７Ｃは、アッパーユニット及びローワーユニットに設けられた複数のヘッドブロックのうち、１つのヘッドブロックの部分を拡大して示した断面図である。図７Ｃに示した断面図は、ヘッドブロックを鋳片の搬送方向と平行に切断した場合の断面図の一例となっている。 FIG. 7C is a cross-sectional view showing an enlarged portion of one head block among a plurality of head blocks provided in the upper unit and the lower unit. The cross-sectional view shown in FIG. 7C is an example of a cross-sectional view when the head block is cut in parallel with the slab conveying direction.
ヘッドブロックは、図７Ｃに示したように、例えば、ヘッドブロックと、溶削処理において発生する熱からヘッドブロックを保護するために設置され、内部に例えば冷却機構が設けられたシューを備えている。 As shown in FIG. 7C, the head block includes, for example, a head block and a shoe that is installed to protect the head block from heat generated in the cutting process, and has a cooling mechanism provided therein, for example. .
ヘッドブロックには、図７Ａ又は図７Ｂに示した各ガス供給ラインから供給される溶削酸素、燃料ガス、予熱酸素の流れる流路がそれぞれ形成されている。各ガスの流路の配置方法は、図７Ｃに示した例に限定されるものではないが、例えば、溶削酸素用の流路の両側に燃料ガス用の流路が設けられており、燃料ガス用の流路の搬送方向上流側には、予熱酸素用の流路が設けられている。また、各ガスの流路の形状については、図７Ｃに示した例に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。 In the head block, flow paths through which the cutting oxygen, fuel gas, and preheated oxygen supplied from the gas supply lines shown in FIG. 7A or 7B flow are formed. The arrangement method of each gas flow path is not limited to the example shown in FIG. 7C. For example, a flow path for fuel gas is provided on both sides of the flow path for cutting oxygen, On the upstream side of the gas flow path in the transport direction, a preheated oxygen flow path is provided. Further, the shape of each gas flow path is not limited to the example shown in FIG. 7C, and may be any shape.
溶削酸素用の流路には、溶削酸素供給ラインから、溶削酸素として用いられる酸素ガスが供給され、燃料ガス用の流路には、燃料ガス供給ラインから、燃料ガスとして用いられるＬＰＧ（例えば、プロパンガス等）が供給される。また、予熱酸素用の流路には、予熱酸素供給ラインから、予熱酸素として用いられる酸素ガスが供給される。 The oxygen gas used as the cutting oxygen is supplied from the cutting oxygen supply line to the flow path for cutting oxygen, and the LPG used as the fuel gas from the fuel gas supply line to the flow path for fuel gas. (For example, propane gas or the like) is supplied. In addition, oxygen gas used as preheated oxygen is supplied from the preheated oxygen supply line to the flow path for preheated oxygen.
供給ラインから供給される燃料ガス及び予熱酸素ガスが燃焼することで予熱炎が発生し、発生した予熱炎は、被溶削材の一例である鋳片の表面を加熱する。燃焼温度に到達した鋳片表面に対して溶削酸素供給ラインから酸素ガスが供給されることで、酸化鉄及び母材である鉄が溶融するとともに、溶融した酸化鉄及び母材（Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３等）がスラグとして除去される。ここで、図７Ａや図７Ｂに示したように、溶削酸素供給ライン又は予熱酸素供給ラインの少なくとも一方から供給される酸素ガスには酸素負イオン類が混合されているため、鉄と酸素ガスとの反応性を更に向上させて、溶削速度あるいは溶削量を上昇させることができる。 The preheating flame is generated by the combustion of the fuel gas and the preheating oxygen gas supplied from the supply line, and the generated preheating flame heats the surface of the slab which is an example of the material to be cut. By supplying oxygen gas from the cutting oxygen supply line to the slab surface that has reached the combustion temperature, the iron oxide and the base iron are melted, and the molten iron oxide and the base metal (Fe, FeO) are melted. , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3, etc.) are removed as slag. Here, as shown in FIGS. 7A and 7B, since oxygen negative ions are mixed in oxygen gas supplied from at least one of the cutting oxygen supply line or the preheated oxygen supply line, iron and oxygen gas are mixed. Can be further improved to increase the cutting speed or the amount of cutting.
ここで、電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を発生させる発生装置としては、真空に保たれた電子を発生させる電子発生源と、当該発生源から発生される電子線のみを大気中に取り出せる電子線透過膜とを備えた電子銃等を用い、これら電子銃等と酸素ガス供給装置を組み合わせた電子発生装置を利用することが可能である。また、これ以外の電子発生源として、例えば、コロナ放電式、電子放射式、放射性物質利用式、レナード式等の電子発生装置を利用してもよい。 Here, as a generator for generating at least one of electrons and oxygen negative ions, only an electron generation source for generating electrons kept in a vacuum and an electron beam generated from the generation source in the atmosphere. It is possible to use an electron generator equipped with an electron beam permeable film that can be taken out and use an electron generator in which these electron guns and the like are combined with an oxygen gas supply device. As other electron generation sources, for example, a corona discharge type, an electron emission type, a radioactive substance use type, a Leonard type or the like may be used.
図７Ａ〜図７Ｃに示したように、本構成例に係るガス溶削装置は、酸素負イオン類がヘッドブロックから溶削部位に向かって供給される酸素ガスに混合される場合の装置構成例となっている。 As shown in FIGS. 7A to 7C, the gas cutting apparatus according to this configuration example is an apparatus configuration example in which oxygen negative ions are mixed with oxygen gas supplied from the head block toward the cutting site. It has become.
［ガス溶削装置の構成例−その２］
以下では、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら、本実施形態に係るガス溶削装置の第２の構成例について説明する。
第２の構成例に係るガス溶削装置では、図８Ａに示したように、複数のヘッドブロックに酸素を供給するラインと、複数のヘッドブロックにＬＰＧ等の可燃ガスを供給するラインと、ヘッドブロックとは別に設けられた供給ノズルに対して酸素負イオン類を含む酸素ガスを供給する酸素負イオン類供給ラインと、が設けられており、酸素負イオン類供給ラインを介して、溶削部位に酸素負イオン類を含む酸素ガスが供給される。
[Configuration Example of Gas Cutting Machine-Part 2]
Below, the 2nd structural example of the gas welding apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIG. 8A and 8B.
In the gas cutting apparatus according to the second configuration example, as shown in FIG. 8A, a line for supplying oxygen to the plurality of head blocks, a line for supplying flammable gas such as LPG to the plurality of head blocks, and the head An oxygen negative ions supply line for supplying oxygen gas containing oxygen negative ions to a supply nozzle provided separately from the block is provided, and the cutting site is provided via the oxygen negative ions supply line. Is supplied with oxygen gas containing oxygen negative ions.
ヘッドブロックに供給される酸素ガスは、供給ライン上に設けられた減圧弁により酸素ガス圧が制御された上で、燃焼温度に到達した部位に酸素を供給する溶削酸素供給ラインと、予熱炎の生成に利用される予熱酸素ラインと、酸素負イオン類を供給する供給ノズルに酸素負イオン類を供給する酸素負イオン類供給ラインと、の３系統に分岐される。予熱酸素供給ライン及び酸素負イオン類供給ラインには、それぞれ酸素ガス圧を更に制御するための減圧弁が設けられており、溶削酸素供給ライン、予熱酸素供給ライン及び酸素負イオン類供給ラインのそれぞれには、酸素ガスの流量を調整するための弁と、圧力計とが設置されている。また、酸素負イオン類供給ラインには、上記の発生装置が配設されている。これにより、酸素負イオン類供給ノズルに供給される酸素ガスの中に、酸素負イオンや電子等が混合されることとなる。 The oxygen gas supplied to the head block is controlled by a pressure reducing valve provided on the supply line, and a cutting oxygen supply line for supplying oxygen to a portion that has reached the combustion temperature, and a preheating flame Is divided into three systems: a preheated oxygen line used for generating oxygen and an oxygen negative ions supply line for supplying oxygen negative ions to a supply nozzle for supplying oxygen negative ions. Each of the preheating oxygen supply line and the oxygen negative ions supply line is provided with a pressure reducing valve for further controlling the oxygen gas pressure, and the cutting oxygen supply line, the preheating oxygen supply line and the oxygen negative ions supply line are provided. Each is provided with a valve for adjusting the flow rate of oxygen gas and a pressure gauge. In addition, the above generator is arranged in the oxygen negative ions supply line. Thereby, oxygen negative ions, electrons, and the like are mixed in the oxygen gas supplied to the oxygen negative ions supply nozzle.
また、ＬＰＧ等の可燃ガスを燃料ガスとしてヘッドブロックに供給する燃料ガス供給ラインには、可燃ガスのガス圧を制御するための減圧弁と、可燃ガスの流量を調整するための弁と、圧力計とが設置されている。 In addition, a fuel gas supply line that supplies combustible gas such as LPG to the head block as fuel gas includes a pressure reducing valve for controlling the gas pressure of the combustible gas, a valve for adjusting the flow rate of the combustible gas, and a pressure A total is installed.
図８Ｂは、アッパーユニット及びローワーユニットに設けられたヘッドブロックのうち、１つのヘッドブロックの部分を拡大して示した断面図である。図８Ｂに示した断面図は、ヘッドブロックを鋳片の搬送方向と平行に切断した場合の断面図の一例となっている。 FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view of one head block portion of the head blocks provided in the upper unit and the lower unit. The cross-sectional view shown in FIG. 8B is an example of a cross-sectional view when the head block is cut in parallel to the slab conveying direction.
本構成例に係るスカーフユニットは、図８Ｂに示したように、例えば、ヘッドブロック及びシューから構成されるヘッドブロックに加えて、酸素負イオン類供給ラインからの酸素負イオン類を含む酸素ガスを酸化溶削部位に供給する供給ノズルと、を有している。 As shown in FIG. 8B, the scarf unit according to this configuration example, for example, in addition to a head block including a head block and a shoe, oxygen gas including oxygen negative ions from an oxygen negative ion supply line is supplied. And a supply nozzle for supplying to the oxidized cutting portion.
ここで、本構成例に係るヘッドブロックには、図７Ｃに示した第１の構成例に係るヘッドブロックと同様に、図８Ａに示した溶削酸素供給ラインから溶削酸素が供給される流路と、予熱酸素供給ラインから予熱酸素が供給される流路と、燃料ガス供給ラインから燃料ガスが供給される流路と、がそれぞれ設けられている。また、本構成例に係るシューは、図７Ｃに示した第１の構成例に係るシューと同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。 Here, in the same manner as the head block according to the first configuration example shown in FIG. 7C, the flow in which the cutting oxygen is supplied from the cutting oxygen supply line shown in FIG. 8A to the head block according to the present configuration example. A channel, a channel through which preheated oxygen is supplied from the preheated oxygen supply line, and a channel through which fuel gas is supplied from the fuel gas supply line are provided. Further, the shoe according to this configuration example has the same configuration as the shoe according to the first configuration example shown in FIG. 7C, and has the same effect.
また、図８Ｂに示したように、本構成例に係るガス溶削装置では、供給ノズルは、スカーフユニットの搬送方向上流側に設けられている。また、供給ノズルは、例えば図６Ｂに示したような複数のヘッドブロック群の全てに対して設けられていても良く、一部のヘッドブロック（例えば、被溶削材のコーナー部に位置することの多いヘッドブロック）に対して設けられていても良い。また、図８Ｂに示した例では、スカーフユニットに対して１つの供給ノズルが設けられている場合について図示しているが、１つのヘッドブロックに対して複数の供給ノズルを配置してもよい。 Further, as shown in FIG. 8B, in the gas cutting apparatus according to this configuration example, the supply nozzle is provided on the upstream side in the transport direction of the scarf unit. Further, the supply nozzle may be provided for all of the plurality of head block groups as shown in FIG. 6B, for example, and may be located at a part of the head blocks (for example, the corner portion of the material to be cut). May be provided for a head block having a large number of heads). 8B illustrates the case where one supply nozzle is provided for the scarf unit, a plurality of supply nozzles may be arranged for one head block.
供給ラインから供給される燃料ガス及び予熱酸素ガスが燃焼することで予熱炎が発生し、発生した予熱炎は、被溶削材の一例である鋳片の表面を加熱する。燃焼温度に到達した鋳片表面に対して溶削酸素供給ラインから酸素ガスが供給されることで、酸化鉄及び母材である鉄が溶融するとともに、溶融した酸化鉄及び母材（Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３等）がスラグとして除去される。ここで、予熱炎及び溶削酸素の更に外部から、酸素負イオン類を含むガスが供給ノズルより供給されるため、鉄と酸素ガスとの反応性を更に向上させて、溶削速度あるいは溶削量を上昇させることができる。 The preheating flame is generated by the combustion of the fuel gas and the preheating oxygen gas supplied from the supply line, and the generated preheating flame heats the surface of the slab which is an example of the material to be cut. By supplying oxygen gas from the cutting oxygen supply line to the slab surface that has reached the combustion temperature, the iron oxide and the base iron are melted, and the molten iron oxide and the base metal (Fe, FeO) are melted. , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3, etc.) are removed as slag. Here, since gas containing oxygen negative ions is supplied from the supply nozzle from the outside of the preheating flame and the cutting oxygen, the reactivity between iron and oxygen gas is further improved, and the cutting speed or cutting is improved. The amount can be increased.
ここで、電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を発生させる発生装置としては、第１の構成例と同様に、真空に保たれた電子を発生させる電子発生源と、当該発生源から発生される電子線のみを大気中に取り出せる電子線透過膜とを備えた電子銃等を用い、これら電子銃等と酸素ガス供給装置を組み合わせた電子発生装置を利用することが可能である。また、これ以外の電子発生源として、例えば、コロナ放電式、電子放射式、放射性物質利用式、レナード式等の電子発生装置を利用してもよい。 Here, as a generator for generating at least one of electrons or negative oxygen ions, as in the first configuration example, an electron generation source for generating electrons kept in a vacuum, and the generation source It is possible to use an electron generator that uses an electron gun or the like provided with an electron beam permeable film that can take out only the generated electron beam into the atmosphere, and combines the electron gun and the like with an oxygen gas supply device. As other electron generation sources, for example, a corona discharge type, an electron emission type, a radioactive substance use type, a Leonard type or the like may be used.
図８Ａ及び図８Ｂに示したように、本構成例に係るガス溶削装置は、酸素負イオン類が溶削部位に対して直接供給される場合の装置構成例となっている。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示した例では、酸素ガスとともに電子又は酸素負イオンを溶削部位に直接供給する場合について図示しているが、スカーフノズルの近傍に電子発生装置のみを配置し、電子だけを溶削部位に供給するようにしてもよい。 As shown in FIGS. 8A and 8B, the gas cutting apparatus according to this configuration example is an apparatus configuration example in the case where oxygen negative ions are directly supplied to the cutting site. In the example shown in FIGS. 8A and 8B, the case where electrons or oxygen negative ions are directly supplied to the cutting site together with oxygen gas is illustrated, but only the electron generator is disposed in the vicinity of the scarf nozzle, You may make it supply only an electron to a welding site | part.
なお、図８Ａ及び図８Ｂに示したような構成例のガス溶削装置は、従来から用いられているマシンスカーフ設備に供給ノズルを追加することで実現可能であり、より簡素な製造ラインの改造で実現することができる。 8A and 8B can be realized by adding a supply nozzle to a conventionally used machine scarf facility, and a simpler production line modification is possible. Can be realized.
以上、図７Ａ〜図８Ｂを参照しながら、本実施形態に係るガス溶削装置の構成例について詳細に説明した。 The configuration example of the gas welding apparatus according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS. 7A to 8B.
なお、酸素負イオン類を供給する供給ラインは、スカーフノズルや供給ノズルも含めて電気的に絶縁されていることが好ましい。酸素負イオン類を供給する供給ライン等を電気的に絶縁することで、酸素ガスや可燃ガスへの逆火を防止することができる。 In addition, it is preferable that the supply line which supplies oxygen negative ions is electrically insulated including a scarf nozzle and a supply nozzle. By electrically insulating the supply line for supplying oxygen negative ions and the like, backfire to oxygen gas and combustible gas can be prevented.
また、図９Ａ及び図９Ｂに示したように、本実施形態に係るガス溶削装置及びガス溶削方法において、被溶削材である金属材料は、電気的に絶縁とならないように、電気的に接地されていることが好ましい。被溶削材が電気的に接地されていない場合には、金属材料に向かって供給される負の電荷を帯びた酸素負イオン類によって金属材料が負に帯電し、供給される酸素負イオン類と被溶削材とが電気的に反発するようになってしまう。 Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, in the gas cutting apparatus and gas cutting method according to the present embodiment, the metal material that is the material to be cut is electrically insulated so as not to be electrically insulated. It is preferable to be grounded. When the material to be cut is not electrically grounded, the negatively charged oxygen negative ions supplied toward the metal material negatively charge the metal material, and the supplied oxygen negative ions And the material to be cut will be electrically repelled.
ここで、被溶削材である金属材料を電気的に接地するために、図９Ａに示したように、金属材料そのものを電気的に接地してもよい。また、連続鋳造ライン等では、被溶削材である金属材料を搬送するために金属製のローラが用いられていることが多いため、図９Ｂに示したように金属製のローラを電気的に接地することで、金属材料を電気的に接地してもよい。 Here, in order to electrically ground the metal material that is the material to be cut, as shown in FIG. 9A, the metal material itself may be electrically grounded. In addition, in a continuous casting line or the like, a metal roller is often used to convey a metal material that is a material to be cut, so that the metal roller is electrically connected as shown in FIG. 9B. The metal material may be electrically grounded by grounding.
以上説明したように、本発明の実施形態に係る金属のガス溶削方法及びガス溶削装置では、酸素負イオン類を酸化溶削部位に供給して鉄と酸素との反応性を更に向上させることで、ガス溶削性能を更に向上させ、溶削速度を向上させることができる。これにより、各種金属材の溶削時間を短縮させることができる。 As explained above, in the metal gas cutting method and gas cutting device according to the embodiment of the present invention, oxygen negative ions are supplied to the oxidized cutting portion to further improve the reactivity between iron and oxygen. Thus, the gas cutting performance can be further improved and the cutting speed can be improved. Thereby, the time for cutting various metal materials can be shortened.
また、上記のように溶削時間の短縮を図ることが可能となるため、酸素、プロパンガス等の消費量を削減することができ、省エネルギーを図ることができる。 Moreover, since it becomes possible to shorten the cutting time as described above, it is possible to reduce consumption of oxygen, propane gas, and the like, and to save energy.
また、酸素ガスの反応性を高めることで溶削性が向上するため、被溶削材の幅方向の均一溶削が可能となり、歩留まりの向上を実現することができる。更に、被溶削材の幅方向端部の溶削が１回の溶削で可能となるため、コーナー部に生じた凸部を除去する等の増工程処置が不要となる。 Further, since the machinability is improved by increasing the reactivity of the oxygen gas, uniform welding in the width direction of the material to be cut can be performed, and the yield can be improved. Furthermore, since the cutting of the end portion in the width direction of the work material can be performed by one time of cutting, it is not necessary to perform an additional process such as removing the convex portion generated at the corner portion.
このように、本発明の実施形態に係る金属のガス溶削方法及びガス溶削装置を用いることで、溶削作業の効率化を図ることができ、生産効率を向上させることができる。 Thus, by using the metal gas cutting method and gas cutting apparatus according to the embodiment of the present invention, the efficiency of the cutting work can be improved, and the production efficiency can be improved.
以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明の実施形態に係る金属のガス溶削方法及びガス溶削装置について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の実施形態に係る金属のガス溶削方法及びガス溶削装置のあくまでも一例であって、本発明の実施形態に係る金属のガス溶削方法及びガス溶削装置が、下記に示す実施例に限定されるわけではない。 Hereinafter, the metal gas cutting method and the gas cutting device according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The following examples are merely examples of the metal gas cutting method and gas cutting apparatus according to the embodiment of the present invention, and the metal gas cutting method and gas melting method according to the embodiment of the present invention. The cutting device is not limited to the embodiments shown below.
（実験例１）
以下では、鋳片幅１２００ｍｍ、鋳片厚２５０ｍｍのＩＦ鋼の鋳片に対して、以下の実施例又は比較例に示すガス溶削装置（マシンスカーフ設備）を用いて表面をガス溶削した。以下では、鋳片の代表表面温度が３００℃になるまで冷却した鋳片を用い、片面当たりの平均溶削量が１．０ｍｍとなるライン速度を探索した。この際に、溶削酸素圧は０．３ＭＰａ、予熱酸素圧は０．２５ＭＰａ、予熱ＬＰＧ圧（プロパン圧）は０．０９ＭＰａに設定した。
(Experimental example 1)
In the following, the surface of the slab of IF steel having a slab width of 1200 mm and a slab thickness of 250 mm was subjected to gas cutting using a gas cutting apparatus (machine scarf equipment) shown in the following examples or comparative examples. Below, the slab cooled until the representative surface temperature of the slab reached 300 ° C. was used, and the line speed at which the average amount of cutting per side was 1.0 mm was searched. At this time, the cutting oxygen pressure was set to 0.3 MPa, the preheating oxygen pressure was set to 0.25 MPa, and the preheating LPG pressure (propane pressure) was set to 0.09 MPa.
＜実施例１＞
上記のような条件のもとで、図７Ｂ及び図７Ｃに示したヘッドブロックを設置したスカーフユニットを有するガス溶削装置を用い、片面当たりの平均溶削量が１．０ｍｍとなるライン速度を探索した。
<Example 1>
Under the conditions as described above, using a gas cutting apparatus having a scarf unit with the head block shown in FIG. 7B and FIG. 7C, the line speed at which the average amount of cutting per side is 1.0 mm is set. Explored.
なお、発生装置としては、図３Ａに示した電子発生装置を利用した。 As the generator, the electron generator shown in FIG. 3A was used.
また、予熱酸素供給ラインに設置した電子発生装置から発生する酸素負イオン類の量は、ＪＩＳ Ｂ９９２９（２００６）「空気中のイオン密度測定方法」に記載されている方法に則して簡易の平板式イオン測定機で測定し、ガス溶削装置のヘッドブロック位置で２５０万個／ｃｃ以上であることを別途確認した。 The amount of oxygen negative ions generated from the electron generator installed in the preheated oxygen supply line is a simple flat plate according to the method described in JIS B9929 (2006) “Method for measuring ion density in air”. It was measured by a type ion measuring machine, and it was separately confirmed that it was 2.5 million pieces / cc or more at the head block position of the gas cutting apparatus.
＜実施例２＞
上記のような条件のもとで、図８Ａ及び図８Ｂに示したヘッドブロックと幅方向全幅に供給ノズルを設置したスカーフユニットを有するガス溶削装置を用い、片面当たりの平均溶削量が１．０ｍｍとなるライン速度を探索した。また、電子発生装置についても、実施例１と同様のものを使用した。
<Example 2>
Under the conditions as described above, using the gas cutting apparatus having the head block shown in FIGS. 8A and 8B and the scarf unit in which the supply nozzle is installed in the full width direction, the average amount of cutting per side is 1 A line speed of 0.0 mm was searched. The same electron generator as in Example 1 was used.
＜比較例＞
実施例１において電子発生装置を使用しない以外は、実施例１と同様にして、片面当たりの最小の溶削量が１．０ｍｍとなるライン速度を探索した。
<Comparative example>
Except not using an electron generator in Example 1, it searched for the line speed from which the minimum amount of cutting per surface becomes 1.0 mm like Example 1.
＜結果＞
得られた結果を図１０に示した。図１０は、実験例１の結果について示したグラフ図である。図１０に示したように、電子発生装置を用いなかった比較例では、ライン速度は、１２．３ｍ／分となったのに対し、実施例２ではライン速度は１４．８ｍ／分となり、実施例１ではライン速度は１６．０ｍ／分となった。この結果からも明らかなように、溶削部位に対して酸素負イオン類を供給することによって、ガス溶削装置のライン速度を約２０％〜３０％程度向上させることが可能となる。
<Result>
The obtained results are shown in FIG. FIG. 10 is a graph showing the results of Experimental Example 1. As shown in FIG. 10, in the comparative example in which the electron generator was not used, the line speed was 12.3 m / min, whereas in Example 2, the line speed was 14.8 m / min. In Example 1, the line speed was 16.0 m / min. As is apparent from this result, it is possible to improve the line speed of the gas cutting apparatus by about 20% to 30% by supplying oxygen negative ions to the cutting site.
以上説明したように、本発明の実施形態に係る金属のガス溶削方法及びガス溶削装置では、酸素負イオン類を溶削部位に供給して鉄と酸素との反応性を更に向上させることで、被溶削材である金属の表面を溶削する際の溶削性を更に向上させることができる。 As described above, in the metal gas cutting method and gas cutting apparatus according to the embodiment of the present invention, oxygen negative ions are supplied to the cutting site to further improve the reactivity between iron and oxygen. Thus, it is possible to further improve the machinability when the metal surface as the material to be cut is to be cut.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
Claims (12)
前記金属の酸化溶削部位に対して、酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給する
ことを特徴とする、金属のガス溶削方法。 In the gas gas cutting method of metal that uses gas to cut the metal surface,
A metal gas cutting method, characterized in that at least one of oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions is supplied to the oxidized cutting portion of the metal.
ことを特徴とする、請求項１に記載の金属のガス溶削方法。 At least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions is directly supplied to the oxidation cutting site or mixed with oxygen gas supplied to the oxidation cutting site. The metal gas cutting method according to claim 1.
前記酸化溶削部位に対する前記酸素分子及び電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方の供給量を、前記金属の幅方向で変化させる
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属のガス溶削方法。 At least any one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions is directly supplied to the oxidation cutting site,
3. The metal according to claim 1, wherein a supply amount of at least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions to the oxidation cutting site is changed in a width direction of the metal. Gas cutting method.
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の金属のガス溶削方法。 The metal gas cutting method according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal is electrically grounded.
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の金属のガス溶削方法。 The metal according to any one of claims 1 to 4, wherein the supply member for supplying at least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions is electrically insulated. Gas cutting method.
電子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を発生させる発生装置を備え、
前記金属の酸化溶削部位に対して、前記発生装置で発生した前記電子及び酸素分子、又は、前記酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給する
ことを特徴とする、金属のガス溶削装置。 In a metal gas cutting machine that uses gas to cut the metal surface,
A generator for generating at least one of electrons or oxygen negative ions,
A metal gas cutting apparatus, characterized in that at least one of the electrons and oxygen molecules generated by the generator and the oxygen negative ions is supplied to the metal oxide cutting section.
ことを特徴とする、請求項６又は７に記載の金属のガス溶削装置。 The at least one of the electrons and oxygen molecules, or oxygen negative ions is mixed with the oxygen gas supplied from a scarf nozzle toward the oxidized cutting portion. A metal gas cutting apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする、請求項６又は７に記載の金属のガス溶削装置。 8. The metal gas according to claim 6, wherein at least one of the electrons and oxygen molecules or oxygen negative ions is directly supplied from the outside of a scarf nozzle to the oxidation-scraped portion. Welding equipment.
ことを特徴とする、請求項９に記載の金属のガス溶削装置。 10. The metal gas according to claim 9, wherein a supply amount of at least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions to the oxidation cutting site is changed in a width direction of the metal. Welding equipment.
ことを特徴とする、請求項６〜１０の何れか１項に記載の金属のガス溶削装置。 The metal gas cutting apparatus according to any one of claims 6 to 10, wherein the metal is electrically grounded.
ことを特徴とする、請求項６〜１１の何れか１項に記載の金属のガス溶削装置。 The metal gas cutting apparatus according to any one of claims 6 to 11, wherein the oxygen gas supply line and the scarf nozzle are electrically insulated.
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