JP6210658B2 - Metal gas cutting method and metal gas cutting device - Google Patents
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本発明は、金属のガス切断方法及び金属のガス切断装置に関する。 The present invention relates to a metal gas cutting method and a metal gas cutting device.
連続鋳造工程において、製造された鋳片を所定の長さに切断することが行われており、特に、厚みが８０ｍｍ程度以上の鋳片に対しては、酸素ガスと、プロパンガス等の可燃ガスとを用いたガス切断技術が利用されている。 In the continuous casting process, the manufactured slab is cut into a predetermined length, and particularly for slabs having a thickness of about 80 mm or more, oxygen gas and flammable gas such as propane gas. Gas cutting technology using and is used.
近年、生産効率の向上を図るために連鋳機の機長を長くした高速鋳造に対して、ある所定の時間内で鋳片の切断を完了させる必要がある。その一方で、広幅スラブ、特殊合金鋼入り鋳片の切断においては、所定時間内での切断が完了せず、鋳造速度の低下や、出片後の二次切断等の増工程が余儀なくされている。そのため、トーチ本数の二重化を踏まえた切断ストロークの延長といった、大がかりな設備対応や切断速度を向上させる手法が開発されているのが実情である。 In recent years, in order to improve the production efficiency, it is necessary to complete the cutting of the slab within a predetermined time for high-speed casting in which the length of the continuous casting machine is increased. On the other hand, in the cutting of slabs with wide slabs and special alloy steel, the cutting within a predetermined time is not completed, and the casting process is reduced, and an additional process such as secondary cutting after the slab is forced. Yes. Therefore, the actual situation is that a large-scale facility response and a method for improving the cutting speed have been developed, such as extending the cutting stroke based on the duplication of the number of torches.
例えば、下記の特許文献１では、火炎をより中性炎に近づけるために火口のガス孔配置構造及び火口取り付け構造を変更した、切断火口に特徴を持った提案がなされている。 For example, in the following Patent Document 1, there is a proposal characterized by a cutting crater in which the gas hole arrangement structure and the crater mounting structure of the crater are changed in order to bring the flame closer to a neutral flame.
また、下記の特許文献２では、ガス切断におけるゲージ圧で１．５ＭＰａ以上の酸素によって連続鋳造材を溶断可能な吹管と、この吹管に供給される酸素をゲージ圧で１．５ＭＰａ以上に昇圧可能なガス昇圧手段とを備えるとともに、ガス昇圧手段から吹管までの間がゲージ圧で１．５ＭＰａ以上の酸素を供給可能な高圧配管で接続されている連続鋳造材のガス切断法が提案されている。
Moreover, in the following
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、切断に用いるガスそのものの反応性を向上させるものではないため、ガス切断性能を充分に向上させることができないという問題があった。
However, since the techniques described in Patent Document 1 and
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、金属に対するガス切断技術において、ガス切断性能を更に向上させることが可能な、金属のガス切断方法及び金属のガス切断装置を提供することにある。 Therefore, 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 cutting method capable of further improving the gas cutting performance in the gas cutting technology for metal. And providing 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を切断する金属のガス切断方法において、前記金属が酸化切断される部位である酸化切断部位に対して、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切断方法が提供される。
In order to solve the above-mentioned problem, according to a certain aspect of the present invention, in a gas cutting method for a metal that cuts a metal using a gas, with respect to an oxidative cleavage site where the metal is oxidatively cleaved, Provided is a gas cutting method for a metal that supplies at least one of oxygen molecules and electrons or oxygen negative 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、前記酸化切断部位に直接供給されるか、又は、前記酸化切断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 oxidative cleavage site or mixed with oxygen gas supplied to the oxidative cleavage site.
前記金属は、電気的に接地されていてもよい。 The metal may be 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を切断する金属のガス切断装置において、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、前記金属が酸化切断される部位である酸化切断部位に対して、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切断装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, in a metal gas cutting apparatus that cuts metal using gas, at least one of electrons or oxygen negative ions is generated. A metal that supplies the electrons and oxygen molecules generated by the generator and / or oxygen negative ions to an oxidative cleavage site that is a site where the metal is oxidatively cleaved A gas cutting apparatus is provided .
前記発生装置は、前記酸化切断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。 The generator is preferably installed on an oxygen gas supply line that supplies oxygen gas to the oxidative cutting site.
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、火口から前記酸化切断部位に向かって供給される酸素ガスに混合されてもよい。
The electrons and oxygen molecules, or oxygen at least one of negative ions may be mixed in the oxygen gas from the crater Ru is supplied toward the oxidation cleavage site.
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、火口の外部から前記酸化切断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 to the oxidative cleavage site from the outside of the crater.
前記金属は、電気的に接地されてもよい。 The metal may be electrically grounded.
前記酸化切断部位に酸素ガスを供給する酸素ガス供給ライン及び火口は、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 for supplying oxygen gas to the oxidative cutting site and the crater are electrically insulated.
以上説明したように本発明によれば、金属の酸化切断部位に対して、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、切断に用いる酸素ガスそのものの反応性を向上させて、ガス切断性能を更に向上させることができる。 As described above, according to the present invention, the reactivity of oxygen gas itself used for cutting is supplied by supplying at least one of oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions to the metal oxidation cutting site. The gas cutting performance 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切断方法及び金属のガス切断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, FIGS. 1 to 3B show an oxidation reaction promotion mechanism that the present inventors have found and focused on in the embodiment of the present invention. This will be specifically described with reference to FIG.
ガス切断処理により被溶削材である金属を切断する場合、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、最終的に金属が切断されることとなる。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、ガス切断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。 When cutting a metal which is a material to be cut by gas cutting treatment, 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.
ガス切断において、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, iron (iron existing in the metal region) heated by the preheating flame from the crater is ionized as shown in the following reaction formula 1 by heat energy by heating, and iron 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
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
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、ガス切断装置の火口から射出される酸素ガス（切断ガス）によって吹き飛ばされて、切断溝が生成することとなる。 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 device, and a cut groove is generated.
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、ガス切断処理ではなく、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、ガス切断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 treatment, 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. Such a result shows that in the high-temperature oxidation reaction of iron including gas cutting treatment, the surface of the oxide film layer has a larger amount of oxide ions combined with iron ions, and supply of oxygen and oxide ions ( That is, it is suggested that oxygen and oxide ions (at the interface between the oxide film layer and the environment (gas)) are the rate-limiting rate of the oxidation reaction.
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 rate of the oxidation reaction, is increased, and the iron oxidation reaction at the oxide film region-gas region interface (in other words, the 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切断方法及びガス切断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）
＜金属のガス切断方法について＞
以下では、図４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切断方法について、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る金属のガス切断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。
(First embodiment)
<About metal gas cutting method>
Hereinafter, the metal gas cutting method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an example of a reaction mechanism in the metal gas cutting method according to the present embodiment.
なお、以下では、被溶削材である金属材料の一例として、ガス切断処理を適用可能な鋼板を例に挙げて説明を行うが、本発明に係るガス切断方法及びガス切断装置が適用可能な金属材料が鋼板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 steel sheet to which gas cutting treatment can be applied will be described as an example, but the gas cutting method and the gas cutting device according to the present invention can be applied. Needless to say, the metal material is not limited to a steel plate, and the present invention can be similarly applied to metal materials other than iron such as aluminum, copper, and titanium, and alloys thereof.
本実施形態に係る金属のガス切断方法では、金属の酸化切断部位に対して、（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 this embodiment, (i) oxygen negative ions such as O − , O 2 − , O 2− , or (ii) oxygen molecules O 2 and At least one of the electrons e − is supplied.
金属のガス切断処理とは、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金属に切断溝を形成していき、この切断溝を金属の厚み方向に沿って形成していくことで、被削体である金属を切断する処理である。 The metal gas cutting process is to form a cutting groove in the metal by heating the metal with a gas burner using an inflammable gas such as LPG or oxygen and forming the cutting groove along the thickness direction of the metal. This is a process of cutting the metal that is the workpiece.
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切断方法では、上記のような酸素負イオン類が、ガスバーナーの吹管及び火口から供給される酸素ガスと混合した上で酸化切断部位に供給されてもよいし、ガスバーナーの吹管及び火口以外から各種のノズル等を利用して酸化切断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 may be supplied to the oxidation cutting site after being mixed with the oxygen gas supplied from the blow tube and the crater of the gas burner. It may be directly supplied to the oxidative cutting site from various nozzles other than the blow pipe and crater.
本実施形態に係るガス切断方法における切断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、予熱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）、切断酸素供給ラインから供給される酸素が酸化切断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）。
A 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 preheated gas supply line heats the iron that is the material to be cut. (Step S101). When the iron to be cut is heated by the preheating flame and reaches the combustion temperature (step S103), oxygen supplied from the cutting oxygen supply line is supplied to the oxidation cutting site (step S105). The iron that has reached the temperature burns (step S107).
ここで、本実施形態に係るガス切断方法では、上記のような酸素負イオン類が、酸化切断部位に更に供給されている。これにより、酸化切断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、酸化切断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、酸化切断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切断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 oxidation cutting site. Thereby, the reactivity of the to-be-cut material (iron) and oxygen in an oxidative cutting part improves, and the oxidation reaction of iron will advance rapidly. Further, by supplying oxygen negative ions having high reactivity to the oxidative cleavage site, Fe reacts with more oxygen, and Fe that is usually oxidized to FeO becomes Fe 3 O 4 or 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 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. Further, by supplying electrons to the oxidative cleavage site covered with oxygen gas, it is possible to further form oxygen gas charged to electrons (that is, oxygen negative ions).
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）、火口から射出される切断酸素により、溶融酸化鉄及び溶融母材が酸化切断部位から除去されて、切断溝が形成される（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切断処理が進行していき、最終的には被溶削材が切断されることとなる。 After that, the iron oxide generated by the oxidation reaction and the iron as the base material are melted by the combustion heat generated by the combustion of the iron as the material to be cut (step S109), and melted by the cutting oxygen injected from the crater. The iron oxide and the molten base material are removed from the oxidation cutting site to form a cutting groove (step S111). Thereafter, the phenomenon of step S103 to step S111 is repeatedly generated, so that the cutting process of iron as the material to be cut progresses, and finally the material to be cut is cut.
以上のようなメカニズムでガス切断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切断方法では、酸素ガスの単位量あたりの反応性を更に向上させて、切断速度の更なる向上を図ることが可能となる。 As the gas cutting process proceeds by the mechanism as described above, the metal gas cutting method according to the present embodiment further improves the reactivity per unit amount of oxygen gas and further improves the cutting speed. It becomes possible.
＜金属のガス切断装置について＞
続いて、図５Ａ〜図７を参照しながら、本実施形態に係る金属のガス切断装置について詳細に説明する。図５Ａ〜図６Ｂは、本実施形態に係る金属のガス切断装置の一例について示した説明図である。図７は、本実施形態に係る金属のガス切断処理について説明するための説明図である。
<About metal gas cutting device>
Next, the metal gas cutting device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 5A to 7. 5A to 6B are explanatory diagrams showing an example of a metal gas cutting device according to the present embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a gas cutting process for a metal according to the present embodiment.
本実施形態に係る金属のガス切断装置は、ＬＰＧ等の可燃ガスと酸素ガスとを利用して金属を切断するものであって、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有しており、金属の酸化切断部位に対して、発生装置で発生した電子及び酸素分子、又は、酸素負イオンの少なくとも何れか一方を供給する。 The metal gas cutting device according to the present embodiment cuts a metal using a combustible gas such as LPG and oxygen gas, and generates at least one of electrons or oxygen negative ions. An apparatus is provided, and at least one of electrons and oxygen molecules generated in the generator and oxygen negative ions is supplied to the metal oxidative cleavage site.
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.
このような発生装置は、酸化切断部位に対して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。 Such a generator is preferably installed on an oxygen gas supply line for supplying oxygen gas to the oxidative cutting site.
［ガス切断装置の構成例−その１］
以下では、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら、本実施形態に係る金属のガス切断装置の第１の構成例について説明する。
第１の構成例に係るガス切断装置では、図５Ａに示したように、酸素を供給するラインと、ＬＰＧ等の可燃ガスを供給するラインと、が設けられており、吹管及び火口を介して、酸化切断部位に対して、酸素ガス及び予熱ガスが供給される。
[Configuration Example of Gas Cutting Device-Part 1]
Below, the 1st structural example of the metal gas cutting device which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIG. 5A and 5B.
In the gas cutting device according to the first configuration example, as shown in FIG. 5A, a line for supplying oxygen and a line for supplying a flammable gas such as LPG are provided. The oxygen gas and the preheating gas are supplied to the oxidative cutting site.
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切断酸素供給ラインと、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、切断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、切断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、切断酸素供給ライン及び予熱酸素供給ラインにより火口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。 For oxygen gas, the oxygen gas pressure is controlled by a pressure reducing valve provided on the supply line, and then a cut oxygen supply line that supplies oxygen to the portion that has reached the combustion temperature, and preheating that is used to generate a preheating flame. It is branched into two systems, the oxygen line. The preheating oxygen supply line is provided with a pressure reducing valve for further controlling the oxygen gas pressure, and each of the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line has a valve for adjusting the flow rate of oxygen gas, A pressure gauge is installed. Furthermore, each of the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line is provided with the above-described generator. Thereby, oxygen negative ions, electrons, and the like are mixed into the oxygen gas supplied to the crater by the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line.
また、ＬＰＧ等の可燃ガスを火口に供給する予熱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 preheating gas supply line for supplying flammable gas such as LPG to the crater has 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. Has been.
図５Ｂは、吹管の先端に設置された火口の近傍を拡大して示した模式図である。
図５Ｂに示したように、予熱ガス供給ラインから供給された可燃ガスと、予熱酸素供給ラインから供給される酸素負イオン類を含む酸素ガスと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鉄を加熱する。燃焼温度に到達した部分である反応域に対して切断酸素供給ラインから酸素負イオン類を含む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。また、スラグの除去された部分には、図５Ｂに示したように、ドラグラインが形成される。ここで、切断酸素供給ライン及び予熱酸素供給ラインの双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、切断速度を上昇させることができる。
FIG. 5B is an enlarged schematic view showing the vicinity of the crater installed at the tip of the blow tube.
As shown in FIG. 5B, a preheating flame was generated by the combustion of the combustible gas supplied from the preheating gas supply line and the oxygen gas containing oxygen negative ions supplied from the preheating oxygen supply line. A preheating flame heats iron which is an example of a material to be cut. By supplying oxygen gas containing oxygen negative ions from the cut oxygen supply line to the reaction zone that has reached the combustion temperature, the iron oxide and the base iron are melted, and the molten iron oxide and the base material (Fe, FeO, Fe 3 O 4, Fe 2
図５Ａ及び図５Ｂに示したように、本構成例に係るガス切断装置は、酸素負イオン類が火口から酸化切断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。なお、図５Ａに示した例では、切断酸素供給ライン及び予熱酸素供給ラインの双方に、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、発生装置は、切断酸素供給ライン又は予熱酸素供給ラインの何れか一方にのみ配設されていてもよい。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the gas cutting device according to this configuration example is a device configuration example when oxygen negative ions are mixed with oxygen gas supplied from the crater toward the oxidation cutting site. ing. In the example shown in FIG. 5A, a case where generators that generate electrons or oxygen negative ions are provided in both the cut oxygen supply line and the preheated oxygen supply line is illustrated. You may arrange | position only in any one of a cutting | disconnection oxygen supply line or a preheating oxygen supply line.
［ガス切断装置の構成例−その２］
続いて、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら、本実施形態に係る金属のガス切断装置の第２の構成例について説明する。
第２の構成例に係るガス切断装置では、図６Ａに示したように、火口に酸素を供給するラインと、火口にＬＰＧ等の可燃ガスを供給するラインと、吹管及び火口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、酸化切断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 Device-Part 2]
Next, a second configuration example of the metal gas cutting device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
In the gas cutting device according to the second configuration example, as shown in FIG. 6A, a line for supplying oxygen to the crater, a line for supplying flammable gas such as LPG to the crater, and the blow pipe and the crater are provided separately. An oxygen negative ions supply line for supplying oxygen gas containing oxygen negative ions to the supply nozzle, and oxygen negative ions are supplied to the oxidation cutting site via the oxygen negative ions supply line. The oxygen gas containing is supplied.
火口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切断酸素供給ラインと、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、切断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。 The oxygen gas supplied to the crater is controlled by a pressure reducing valve provided on the supply line, and then a cut oxygen supply line that supplies oxygen to the portion that has reached the combustion temperature and generation of a preheating flame It is branched into two systems, a preheated oxygen line used for The preheating oxygen supply line is provided with a pressure reducing valve for further controlling the oxygen gas pressure, and each of the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line has a valve for adjusting the flow rate of oxygen gas, A pressure gauge is installed.
また、ＬＰＧ等の可燃ガスを火口に供給する予熱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 preheating gas supply line for supplying flammable gas such as LPG to the crater has 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. Has been.
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には、酸素ガスのガス圧を制御するための減圧弁と、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。 An oxygen negative ions supply line for supplying oxygen negative ions to a supply nozzle for supplying oxygen negative ions includes a pressure reducing valve for controlling the gas pressure of oxygen gas and 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.
図６Ｂは、吹管の先端に設置された火口の近傍を拡大して示した模式図である。
図６Ｂに示したように、本構成例に係るガス切断装置では、切断酸素供給ライン及び予熱酸素供給ラインからの酸素ガスと、予熱ガス供給ラインからの可燃ガスと、が供給される火口に加えて、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切断部位に供給する供給ノズルと、を有している。供給ノズルは、図６Ｂに示したように、火口の切断方向上流側に設けられていても良いし、切断方向下流側に設けられていても良い。また、火口の切断方向上流側及び下流側の双方に供給ノズルを配置してもよく、火口の周囲に複数の供給ノズルを配置してもよい。
FIG. 6B is an enlarged schematic view showing the vicinity of the crater installed at the tip of the blow tube.
As shown in FIG. 6B, in the gas cutting device according to this configuration example, in addition to the crater to which the oxygen gas from the cutting oxygen supply line and the preheating oxygen supply line and the combustible gas from the preheating gas supply line are supplied. And a supply nozzle for supplying oxygen gas containing oxygen negative ions from the oxygen negative ions supply line to the oxidation cutting site. As shown in FIG. 6B, the supply nozzle may be provided on the upstream side in the cutting direction of the crater, or may be provided on the downstream side in the cutting direction. Moreover, a supply nozzle may be arrange | positioned both in the cutting direction upstream and downstream of a crater, and a some supply nozzle may be arrange | positioned around a crater.
予熱ガス供給ラインから供給された可燃ガスと、予熱酸素供給ラインから供給される酸素ガスと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鉄を加熱する。燃焼温度に到達した部分である反応域に対して切断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。また、スラグの除去された部分には、図５Ｂに示したように、ドラグラインが形成される。ここで、予熱炎及び切断酸素の更に外部から、酸素負イオン類を含むガスが供給されるため、鉄と酸素ガスとの反応性を更に向上させて、切断速度を上昇させることができる。 Combustion gas supplied from the preheating gas supply line and oxygen gas supplied from the preheating oxygen supply line burn to generate a preheating flame, and the generated preheating flame is made of iron, which is an example of the material to be cut. Heat. By supplying oxygen gas from the cutting oxygen supply line to the reaction zone 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, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 and the like) are removed as slag. In addition, a drag line is formed in the portion where the slag is removed, as shown in FIG. 5B. Here, since the gas containing oxygen negative ions is supplied from the outside of the preheating flame and the cutting oxygen, the reactivity between iron and oxygen gas can be further improved, and the cutting speed can be increased.
図６Ａ及び図６Ｂに示したように、本構成例に係るガス切断装置は、酸素負イオン類が酸化切断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６Ａ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酸化切断部位に直接供給する場合について図示しているが、火口の近傍に電子発生装置のみを配置し、電子だけを酸化切断部位に供給するようにしてもよい。 As shown in FIGS. 6A and 6B, the gas cutting device according to this configuration example is a device configuration example in the case where oxygen negative ions are directly supplied to the oxidation cutting site. In the example shown in FIG. 6A, the case where electrons or oxygen negative ions are directly supplied to the oxidative cleavage site together with oxygen gas is illustrated. However, only the electron generator is disposed near the crater, and only the electrons are oxidized. You may make it supply to a cutting | disconnection site | part.
以上、図５Ａ〜図６Ｂを参照しながら、本実施形態に係るガス切断装置の構成例について詳細に説明した。 The configuration example of the gas cutting device according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS. 5A to 6B.
なお、図５Ａ〜図６Ｂに示したような本実施形態に係るガス切断装置において、予熱酸素及び予熱ガスの混合方式は、いわゆるプリミックス（火口混合）タイプではなく、アウトミックスタイプとすることが好ましい。アウトミックスタイプとすることにより、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 the gas cutting apparatus according to the present embodiment as shown in FIGS. 5A to 6B, the preheating oxygen and preheating gas mixing method is not a so-called premix (crater mixing) type, but an outmix type. preferable. By using an outmix type, backfire to oxygen gas or combustible gas can be prevented.
また、酸素負イオン類を供給する供給ラインは、火口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の爆発を防止することができる。 Moreover, it is preferable that the supply line which supplies oxygen negative ions is electrically insulated including a crater and a supply nozzle. By electrically insulating a supply line for supplying oxygen negative ions, etc., explosion of oxygen gas or combustible gas can be prevented.
また、図７に示したように、本実施形態に係るガス切断装置及びガス切断方法において、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。 Moreover, as shown in FIG. 7, in the gas cutting apparatus and the gas cutting method according to the present embodiment, the metal material that is the material to be cut is electrically grounded so as not to be electrically insulated. It is preferable. 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.
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切断方法及びガス切断装置では、酸素負イオン類を酸化切断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、ガス切断性能を更に向上させることができる。そのため、広幅スラブや、特殊合金鋼入り鋳片等の切断しにくく所定時間内での切断が完了しない切断工程において、切込み速度、切断速度、切離し速度が向上し、切断サイクルタイム内での鋳片の切断を行うことが可能となる。これにより、各種金属材の鋳造速度を向上させることができる。 As described above, in the metal gas cutting method and the gas cutting device according to the embodiment of the present invention, by supplying oxygen negative ions to the oxidation cutting site to further improve the reactivity between iron and oxygen, Gas cutting performance can be further improved. Therefore, the cutting speed, cutting speed, and cutting speed are improved in the cutting process in which wide slabs and cast slabs with special alloy steel are difficult to cut within a predetermined time, and the slab is improved within the cutting cycle time. Can be cut. Thereby, the casting speed of various metal materials can be improved.
また、上記のように切断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。 In addition, since the cutting time can be shortened as described above, consumption of oxygen, propane gas, and the like can be reduced, and energy saving can be achieved.
更に、切断サイクルタイム内で切断可能な金属材料においては、切断性が向上することにより、切断の口径がより小さな火口での切断が可能になり、切断歩留まりロスを低減することができる。 Further, in a metal material that can be cut within the cutting cycle time, cutting performance is improved, so that cutting with a crater having a smaller cutting diameter is possible, and cutting yield loss can be reduced.
このように、本発明の実施形態に係る金属のガス切断方法及びガス切断装置を用いることで、切断作業の短縮を図ることができ、生産効率を向上させることができる。 As described above, by using the metal gas cutting method and the gas cutting device according to the embodiment of the present invention, the cutting work can be shortened 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切断方法及びガス切断装置について、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切断方法及びガス切断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切断方法及びガス切断装置が、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 examples shown below are merely examples of the metal gas cutting method and gas cutting device according to the embodiment of the present invention, and the metal gas cutting method and gas cutting device according to the embodiment of the present invention are: However, the present invention is not limited to the examples shown below.
（実験例１）
以下では、鋳片幅１２００ｍｍ、鋳片厚２５０ｍｍのＩＦ鋼を利用して、かかる鋼板をガス切断処理により切断した。この際、鋼片の幅方向の両方から２本の火口を利用して、鋼片の切断を行った。
(Experimental example 1)
Below, this steel plate was cut | disconnected by the gas cutting process using IF steel of slab width 1200mm and slab thickness 250mm. At this time, the steel piece was cut using two craters from both sides in the width direction of the steel piece.
＜実施例１＞
上記の鋼片を、図５Ａ及び図５Ｂに示したガス切断装置を利用して切断した。この際に、切断酸素圧は０．９９ＭＰａ、予熱酸素圧は０．１８ＭＰａ、予熱ＬＰＧ圧は０．０９ＭＰａに設定した。
<Example 1>
The steel pieces were cut using the gas cutting device shown in FIGS. 5A and 5B. At this time, the cutting oxygen pressure was set to 0.99 MPa, the preheating oxygen pressure was set to 0.18 MPa, and the preheating LPG pressure was set to 0.09 MPa.
ここで、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。 Here, as the generator, the electron generator shown in FIG. 3A was used.
また、切断酸素供給ライン及び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、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 generators installed in the cut oxygen supply line and the preheated oxygen supply line is in accordance with the method described in JIS B9929 (2006) “Method for measuring ion density in air”. Then, it was measured with a simple flat plate ion measuring machine, and it was confirmed separately that it was 2.5 million pieces / cc or more.
このようなガス切断装置を利用して、上記鋼板の切断に要する時間を測定した。 Using such a gas cutting device, the time required for cutting the steel sheet was measured.
＜実施例２＞
上記の鋼片を、図６Ａ及び図６Ｂに示したガス切断装置を利用して切断した。この際に、切断酸素圧、予熱酸素圧及び予熱ＬＰＧ圧は、実施例１と同様の値に設定した。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>
The steel piece was cut using the gas cutting device shown in FIGS. 6A and 6B. At this time, the cutting oxygen pressure, the preheating oxygen pressure, and the preheating LPG pressure were set to the same values as in Example 1. 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、上記の鋼片を切断した。
<Comparative example>
The steel piece was cut in the same manner as in Example 1 except that the electron generator was not used in Example 1.
＜結果＞
得られた結果を図８に示した。図８は、実験例１の結果について示したグラフ図である。図８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、鋼片を切断するのに３分を要したのに対し、実施例２では切断時間が２．５分となり、実施例１では２．３分となった。この結果からも明らかなように、酸化切断部位に対して酸素負イオン類を供給することによって、鋼片の切断に要する時間を約１０％〜２０％程度短縮することが可能となる。
<Result>
The obtained results are shown in FIG. FIG. 8 is a graph showing the results of Experimental Example 1. As shown in FIG. 8, in the comparative example in which the electron generator was not used, it took 3 minutes to cut the steel piece, whereas in Example 2, the cutting time was 2.5 minutes. 1 was 2.3 minutes. As is clear from this result, it is possible to reduce the time required for cutting the steel slab by about 10% to 20% by supplying oxygen negative ions to the oxidative cutting site.
なお、供給ノズルを用いて酸素負イオン類を供給した実施例２が、実施例１よりも切断時間が長くなった理由としては、供給ノズルから噴射される酸素負イオン類のガス流により、切断酸素、予熱酸素及び予熱ガスのガス流がわずかに乱れたためと考えられる。 The reason why Example 2 in which oxygen negative ions were supplied using a supply nozzle was longer than that in Example 1 was that cutting was caused by the gas flow of oxygen negative ions injected from the supply nozzle. This is probably because the gas flow of oxygen, preheated oxygen, and preheated gas was slightly disturbed.
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切断方法及びガス切断装置では、酸素負イオン類を酸化切断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、ガス切断性能を更に向上させることができる。 As described above, in the metal gas cutting method and the gas cutting device according to the embodiment of the present invention, by supplying oxygen negative ions to the oxidation cutting site to further improve the reactivity between iron and oxygen, Gas cutting performance can be further improved.
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 (10)
前記金属が酸化切断される部位である酸化切断部位に対して、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、金属のガス切断方法。 In the metal gas cutting method of cutting metal using gas,
A metal gas cutting method characterized by supplying at least one of oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions to an oxidative cleavage site which is a site where the metal is oxidatively cleaved .
ことを特徴とする、請求項１に記載の金属のガス切断方法。 At least one of the oxygen molecules and electrons or oxygen negative ions is directly supplied to the oxidative cleavage site or mixed with oxygen gas supplied to the oxidative cleavage site. The metal gas cutting method according to claim 1.
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属のガス切断方法。 3. The metal gas cutting method according to claim 1, wherein the metal is electrically grounded.
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切断方法。 The metal according to any one of claims 1 to 3, 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、
前記金属が酸化切断される部位である酸化切断部位に対して、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、金属のガス切断装置。 In a metal gas cutting device that cuts metal using gas,
A generator for generating at least one of electrons or oxygen negative ions,
The metal is characterized in that at least one of the electrons and oxygen molecules generated by the generator or the oxygen negative ions is supplied to an oxidative cleavage site, which is a site where the metal is oxidatively cleaved. Gas cutting device .
ことを特徴とする、請求項５に記載の金属のガス切断装置。 6. The metal gas cutting device according to claim 5, wherein the generator is installed on an oxygen gas supply line for supplying oxygen gas to the oxidation cutting site.
ことを特徴とする、請求項５又は６に記載の金属のガス切断装置。 The at least one of the electrons and oxygen molecules, or oxygen negative ions is mixed with oxygen gas supplied from a crater toward the oxidative cleavage site, according to claim 5 or 6. Metal gas cutting device.
ことを特徴とする、請求項５又は６に記載の金属のガス切断装置。 7. The metal gas cutting device according to claim 5, wherein at least one of the electrons and oxygen molecules or oxygen negative ions is directly supplied to the oxidation cutting site from the outside of a crater. .
ことを特徴とする、請求項５〜８の何れか１項に記載の金属のガス切断装置。 The metal cutting apparatus according to claim 5, wherein the metal is electrically grounded.
ことを特徴とする、請求項５〜９の何れか１項に記載の金属のガス切断装置。
10. The metal gas cutting device according to claim 5, wherein an oxygen gas supply line for supplying oxygen gas to the oxidative cutting site and a crater are electrically insulated.
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