KR101958409B1

KR101958409B1 - 토치 절단장치의 노즐

Info

Publication number: KR101958409B1
Application number: KR1020180067595A
Authority: KR
Inventors: 조중래; 김동현
Original assignee: 삼덕기계공업주식회사; 김동현
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2019-03-18

Abstract

본 발명은 가스공급라인에서 공급되는 고압산소, 저압산소 및 예열가스를 일측인 후면부로 공급받아 타측인 전면부로 분사하기 위하여 일정의 형태를 형성하는 노즐몸체와, 노즐몸체 내부의 중앙에 구비되어 고압산소를 이송하는 고압산소공급관과, 상기 고압산소공급관의 외측에 해당하는 노즐몸체의 일정 부분에 이중의 동심원 형태로 각각 구비되어 저압산소, 예열가스, 또는 저압산소와 절단산소가 혼합된 혼합가스를 이송하는 외측 예열관과 내측 예열관을 포함하여 구성되는 토치 절단장치의 노즐에 관한 것이다.
또한 본 발명은 외측 예열관에서 분사되는 예열가스에 의한 불꽃이 외측 예열관의 분사구 초입에서는 외측 예열관의 분사구가 위치되는 노즐몸체의 전면부면의 후방으로 향한 기울기에 의하여 노즐몸체의 외측으로 퍼지는 형상을 한 후, 노즐몸체 주변에 존재하는 공기에 의한 저항력 및 고압산소공급관에서 고압으로 분사되는 고압산소에 의한 분사력으로 인하여, 외측 예열관의 분사구 초입에서 멀어지면서 노즐몸체의 중앙방향으로 굽혀지며 집중되는 형상으로 생성되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

토치 절단장치의 노즐{Nozzle for torch cutting machine}

본 발명은 저압산소와 예열가스가 혼합된 혼합가스를 이용하여 피절단물의 절단부 주변의 구역을 예열하고, 고압산소를 이용하여 예열된 예열구역의 중심에 해당하는 절단부를 절단하기 위한 토치 절단장치의 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스공급라인에서 공급되는 고압산소, 저압산소 및 예열가스를 일측인 후면부로 공급받아 타측인 전면부로 분사하기 위하여 일정의 형태를 형성하는 노즐몸체와, 노즐몸체 내부의 중앙에 구비되어 고압산소를 이송하는 고압산소공급관과, 상기 고압산소공급관의 외측에 해당하는 노즐몸체의 일정 부분에 이중의 동심원 형태로 각각 구비되어 저압산소, 예열가스, 또는 저압산소와 절단산소가 혼합된 혼합가스를 이송하는 외측 예열관과 내측 예열관을 포함하여 구성되는 토치 절단장치의 노즐에 관한 분야이다.

피절단물을 절단하는 보통의 가스절단은 절단 화구(토치 절단장치의 노즐)에서 분출하는 고온의 화염으로 강재를 발화온도 (약 900℃)까지 가열한다. 그 부분을 고순도의 산소를 불어, 강재를 연소시켜, 그 열로 강재를 용융시키는 동시에, 연소생성물과 용융금속을 절단산소의 기계적 에너지(분출력)로 불어 날리는 것이다. 이 상태에서 화구를 연속적으로 이동시켜, 좁은 홈 모양으로 강재를 제거하여 절단을 행한다.

일반적으로 제철소 연속주조공장에서 주어진 일정한 속도로 생산되는 열간 슬라브는 연속주조기의 생산계획 공정에 의해 후공정과 수요가의 요구에 알맞은 길이로 슬라브 주편 길이가 편성되고, 슬라브 절단설비인 TCM(Torch Cutting Machine)에 슬라브를 절단하라는 지시를 보내게 되며, TCM은 지시된 슬라브 절단길이에 따라 정확하게 절단하게 된다.

또한 연속 강철 주조용 산소 토치 절단 장치의 노즐은 가열산소, 가열 연료, 커팅 산소를 별도의 공급관으로 공급하면서, 3개 기체의 공급관의 배열, 수직방향에 대하여 기울어진 각도, 기체 공급 속도, 내부 유지 압력 등을 변형하여 슬라브의 절단 손실을 줄이도록 구성되고 있다.

산소가 일정하게 공급되도록 조절하는 산소-조절 밸브와, 절단하기 위한 열간 및 냉간 슬라브 등의 소재와 노즐 사이의 거리 및 노즐의 단면을 변화시킴으로써 생긴 노즐 후퇴 효과를 억제하는 양-흐름 밸브와, 작업압력이 약 15~20bar인 분사 노즐이 하단부에 결합된 절단 토치와, 상기 절단 토치에 의해 소재를 절단하는 슬릿팅 장치를 갖추고, 절단 토치 안에서 밀봉표면에 치상돌기-유도 채널이 구비된 것으로 알려지고 있는 연속 강철 주조 장치는 분사 노즐에 구비된 중심부 채널을 형성하면서 소재의 가열 및 절단 효율을 높이기 위하여 가스 유입부는 입구 직경이 2.6mm 내외이고 가스 유입부의 길이가 10mm 내외가 되도록 한정하여 형성되어 있으며, 가스 유출부는 입구 직경이 2.6mm에서 6° 내외의 각도로 경사지게 형성하고, 가스 유출부 길이가 25~45mm 내외로 형성하도록 되어 있다. 또한 직경이 20mm 내외의 피치원을 갖는 14개의 외부 가열채널은 중앙 축을 향하여 경사지게 형성되고, 9.5mm의 피치원을 갖는 7개의 내부 가열 채널은 분사 노즐의 중앙축과 나란하게 단일 각도로 형성되어 있다.

위와 같은 종래의 절단토치장치용 분사 노즐은 전면부가 노즐 몸체에 형성되는 중심 절단 가스통로와 내부 가열가스통로의 출구측 단부만 직교되는 형태로 형성되고, 중심축선을 따라 점차 중심축 쪽으로 가까워지도록 경사지게 형성되어 외부 가열가스통로의 출구 측 단부가 노즐 가스통로의 전면부와 직각을 이루지 못하므로 에너지가 손실되고 열효율이 감소되어 절단시간이 증대되며, 불꽃의 응집력이 감소되어 절단 시 발생하는 절단폭이 증대되어 절단 손실이 증대되는 문제점이 있다. 또한 동축도와 위치도가 관리되지 않아 통로를 통해 분사되는 가스의 손실이 증대됨으로써 불꽃의 열효율이 감소되고 응집력이 감소되어 절단 컨디션이 떨어지며, 표면 거칠기가 관리되지 않아 산소 및 연소가스가 원활하게 공급되지 않고, 연소손실이 증대되는 문제점이 발생하였다.

다음은 토치 절단장치의 노즐에 관한 대표적인 종래기술이다.

대한민국 등록특허 제10-1180213호는 본 출원인이 선출원한 절단토치용 노즐에 관한 것으로 산소가스라인과 연료가스라인이 내장된 가스관에 후단부가 삽입체결되는 노즐몸체; 상기 산소가스라인과 연통되게 상기 노즐몸체에 형성된 절단가스 통로부; 및 상기 연료가스라인과 연통되게 상기 노즐몸체에 형성된 가열가스 통로부;를 포함하며, 상기 가열가스 통로부 중 적어도 하나는 상기 노즐몸체의 중심축선에 대해 경사진 길이방향을 가지며, 상기 노즐몸체의 전면에서 상기 가열가스 통로부의 출구단면이 길이방향에 대해 직교인 것을 특징으로 구성된다.

하지만 상기 종래기술에 의한 노즐에서 분사되는 연료가스(본 발명의 '예열가스'와 대응됨.)가 지나치게 노즐의 중앙에 위치된 산소가스라인(본 발명의 '고압산소공급관'과 대응됨.) 방향으로 분사되어, 연료가스에 의하여 생성된 불꽃이 서로 겹쳐져 쉽게 꺼지는 문제가 발생하여, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1180213호(2012.08.30.)

본 발명은 토치 절단장치 노즐의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 토치 절단장치의 노즐은 피절단물에 대한 절단력을 제공하는 고압산소가 분사되는 고압산소공급관의 외측에 구비된 예열관들이 고압산소공급관 방향으로 기울어지게 구성됨과 동시에, 예열관의 출구 끝단면이 예열관의 중심축에 대해 직교의 구조를 가지도록 구성되었으나, 상기 구성의 예열관에서 분사되는 예열가스는 고압산소공급관, 즉 노즐몸체의 중앙방향으로 집중되어 분사되기 때문에, 집중된 분사력을 가지는 예열가스에 의하여 생성된 불꽃이 서로 겹쳐서 쉽게 꺼지는 문제가 발생하였고;

노즐몸체의 중앙방향으로 집중되어 분사되는 예열가스에 의하여 생성된 불꽃의 겹침에 의하여 생성된 와류가 불꽃의 면적을 더욱 넓게 형성하도록 하여, 피절단물의 절단부분이 넓어지고, 절단면이 불량해지며, 드래그 라인이 불량해지는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

길이방향의 중앙을 관통하여 고압산소를 이송하는 고압산소공급관을 구비하는 노즐몸체의 길이방향에 대한 일측에서 타측을 관통하되, 상기 고압산소공급관의 외측에 해당하는 노즐몸체의 일정 부분에 이중의 동심원 형태로 각각 구비되어, 예열가스 또는 저압산소 중 어느 하나 이상을 이송하는 외측 예열관과 내측 예열관;을 포함하여 구성되고, 상기 외측 예열관은 고압산소공급관의 길이방향 중심축을 기준하여, 노즐몸체의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체의 중심축 방향으로 기울어지도록 구성되며, 외측 예열관의 분사구가 위치되는 노즐몸체의 전면부면은 고압산소공급관의 길이방향 중심축에 직교 상태를 갖는 고압산소공급관의 분사구가 위치되는 노즐몸체의 전면부면을 기준하여, 후방으로 기울어지도록 구성되는 토치 절단장치의 노즐을 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 토치 절단장치의 노즐은 외측 예열관에서 분사되는 예열가스에 의한 불꽃이 외측 예열관의 분사구 초입에서는 외측 예열관의 분사구가 위치되는 노즐몸체의 전면부면의 후방으로 향한 기울기에 의하여 노즐몸체의 외측으로 퍼지는 형상을 한 후, 노즐몸체 주변에 존재하는 공기에 의한 저항력 및 고압산소공급관에서 고압으로 분사되는 고압산소에 의한 분사력으로 인하여, 외측 예열관의 분사구 초입에서 멀어지면서 노즐몸체의 중앙방향으로 굽혀지며 집중되는 형상으로 생성되도록 하는 효과를 발휘하여, 불꽃이 서로 겹쳐서 쉽게 꺼지는 문제를 해결하는 효과를 얻을 수 있고;

불꽃의 겹침으로 인하여 생성된 와류가 적어 불꽃이 좁은 면적으로 날카롭게 형성될 수 있도록 하여, 피절단물의 절단부분의 면적이 좁아지고, 양질의 절단면 및 드래그 라인을 형성할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 토치 절단장치의 노즐을 나타내는 부분 단면 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 토치 절단장치의 노즐을 나타내는 수직 단면도.
도 3 내지 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 토치 절단장치의 노즐을 나타내는 부분 상세 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 토치 절단장치의 노즐을 나타내는 또 다른 수직 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 토치 절단장치의 노즐의 전면부를 나타내는 정면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 토치 절단장치의 노즐을 나타내는 측면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 토치 절단장치의 노즐의 후면부를 나타내는 배면도.

본 발명은 저압산소와 예열가스가 혼합된 혼합가스를 이용하여 피절단물의 절단부 주변의 구역을 예열하고, 고압산소를 이용하여 예열된 예열구역의 중심에 해당하는 절단부를 절단하기 위한 토치 절단장치의 노즐에 관한 것으로서, 길이방향의 중앙을 관통하여 고압산소를 이송하는 고압산소공급관(20)을 구비하는 노즐몸체(10)의 길이방향에 대한 일측에서 타측을 관통하되, 상기 고압산소공급관(20)의 외측에 해당하는 노즐몸체(10)의 일정 부분에 이중의 동심원 형태로 각각 구비되어, 예열가스 또는 저압산소 중 어느 하나 이상을 이송하는 외측 예열관(30)과 내측 예열관(40);을 포함하여 구성되고, 상기 외측 예열관(30)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 기울어지도록 구성되며, 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)에 직교 상태를 갖는 고압산소공급관(20)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(14)을 기준하여, 후방으로 기울어지도록 구성되는 토치 절단장치의 노즐에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 8을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명에 의한 노즐몸체(10)는 가스공급라인(미도시)에서 공급되는 고압산소, 저압산소 및 예열가스를 일측인 후면부에서 공급받아 타측인 전면부에서 분사하는 구성이다. 즉 중앙에는 길이방향의 중앙을 관통하는 고압산소공급관(20)이 구비되어 피절단물에 대한 절단력을 제공하는 절단가스인 고압산소가 노즐의 중앙을 관통하여 전방으로 분사될 수 있도록 하는 구성이고, 상기 고압산소공급관(20)의 외측에는 복수 개의 예열관(하기의 내측 예열관(40) 및 외측 예열관(30))을 구비하여 피절단물의 절단부분 주변을 예비가열할 수 있도록 하는 구성이다.

이때, 노즐몸체(10)의 외부 형태는 도 7과 같이, 고압산도, 예열가스 및 저압산소를 공급하는 가스공급라인의 공급부와 밀착 체결되는 연결부(11)와, 연결부(11)에서 연장되고 일정의 나사산이 구비되어 가스공급라인 나사산과 대응체결되는 체결부(12)와, 체결부(12)에서 연장되고 노즐몸체(10)를 회전시킬 수 있는 공구가 체결가능한 볼트형의 헤드부(13)가 순차적으로 구비되는 것이 바람직하다.

또한 고압산소공급관(20)은 상기 노즐몸체(10)의 일측에서 타측을 관통하도록 노즐몸체(10)의 중앙에 위치되어 고압산소를 이송하는 구성으로서, 가스공급라인의 공급부(미도시)에서 공급되는 고압산소를 노즐몸체(10)의 타측인 전면부의 전방으로 강하게 분사하여 피절단물을 절단함과 동시에, 절단시에 발생되는 연소생성물과 용융된 슬러그를 피절단물로부터 분리시킬 수 있는 구성이면 어떠한 구성을 하여도 무방하다.

이때, 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)은 노즐몸체(10)의 길이방향 중심축과 일치한다.

상기와 연관하여, 본 발명의 고압산소공급관(20)은 노즐몸체(10)의 일측과 관통 구성되는 인입부(21); 상기 인입부(21)와 연통되고, 인입부(21)보다 작은 직경을 갖는 압력생성부(22)와; 상기 압력생성부(22)와 연통되되, 노즐몸체(10)의 타측과 관통 구성되는 나팔관 형태의 분사부(23);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 고압산소공급관(20)은 도 1과 같이 일측에 위치된 인입부(21)의 직경이 가장 크고, 인입부(21)에서 타측방향으로 연장된 압력생성부(22)의 직경은 인입부(21)의 직경보다 작은 직경을 갖고, 압력생성부(22)에서 타측방향으로 연장된 분사부(23)는 압력생성부(22)의 타측 말단과 동일한 직경으로 시작하여 타측방향으로 갈수록 큰 직경을 갖는 다이버젠트 형태의 분사구를 갖는 것이 바람직하다.

이때, 압력생성부(22)는 인입부(21)보다 작은 직경으로 구성되어 인입부(21)에서 공급된 고압산소의 압력을 상승시키는 효과를 발휘하고, 다이버젠트 형태의 분사구는 분사구의 단면 모양이 끝으로 갈수록 넓어지기(나팔모양) 때문에, 분사구에서 고압산소의 유속이 음속 이상의 속력을 발휘하여 피절단물의 절단을 용이하게 하는 효과를 실현가능하고, 고압산소가 음속 이상의 속도에서도 안정된 상태를 유지할 수 있기 때문에 피절단물의 절단면이 양질을 유지할 수 있는 효과를 발휘하며, 절단속도를 일반적인 스트레이트 형태의 분사구보다 20~25% 증가시킬 수 있는 효과를 실현가능하다.

아울러 고압산소공급관(20)의 인입부(21)는 4.7~5.3mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되고 일측에서 타측으로 10.4~11.0mm의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 압력생성부(22)는 2.3~2.7mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되어 일측에서 타측으로 6.2~6.6mm의 길이를 갖는 것이 바람직하며, 분사부(23)는 일측 말단은 상기 압력생성부(22)와 동일한 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되고, 노즐몸체(10)의 일측에서 타측으로 12.4~13.2mm의 길이를 갖으며 연장되어 타측 말단에서는 인입부(21)보다 작고 압력생성부(22)보다는 큰 직경을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 분사부(23)의 일측에서 타측으로의 경사각(25)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 4.0~4.4°를 유지하는 것이 바람직하다.

아울러 외측 예열관(30)과 내측 예열관(40)은 상기 노즐몸체(10)의 길이방향에 대한 일측에서 타측을 관통하되, 고압산소공급관(20)의 외측에 해당하는 노즐몸체(10)의 일정 부분에 이중의 동심원 형태로 각각 구비되어, 예열가스 또는 저압산소 중 어느 하나 이상을 이송하는 구성으로서, 예열가스와 저압산소에 의하여 생성된 불꽃으로 피절단물의 예열지역을 발화온도까지 가열하기 위한 구성이다.

구체적으로, 본 발명에 의한 토치 절단장치의 노즐은 도 2와 같이, 노즐몸체(10)의 타측에 해당하는 복수 개의 외측 예열관(30)과 내측 예열관(40)의 분사구에서 각각 분사되는 고온의 불꽃(예열가스와 저압산소에 의하여 생성)을 생성하고, 불꽃으로 인하여 가열된 피절단물의 예열구역 내부에 절단가스인 고압산소를 분사함으로써 예열구역을 더욱 가열하여 용융시키는 동시에, 연소생성물과 용융된 슬러그를 고압산소에 의한 기계적 에너지(분사력)로 불어 날림으로서, 피절단물을 절단할 수 있는 구성이다.

이때, 피절단물은 노즐에서부터 지속적으로 이동됨으로써, 좁은 홈 모양의 절단면을 가지며 절단되고, 외측 예열관(30)과 내측 예열관(40) 역시, 피절단물의 이동에 따라 피절단물 상에서 지속적으로 이동되며 피절단물을 예열하는 구성을 한다.

또한 외측 예열관(30)은 노즐몸체(10)의 길이방향에 수직하게 단면하였을 때, 노즐몸체(10)의 내부이자 내측 예열관(40)의 바깥쪽 동심원 상에 구비되는 복수 개의 구성으로서, 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 기울어지도록 구성된다.

즉, 외측 예열관(30)은 노즐몸체(10)의 길이방향에 수직하게 단면하였을 때, 노즐몸체(10)의 내부이자 고압산소공급관(20)의 외곽 동심원 상에 구비되는 복수 개의 구성으로서, 예열가스 또는 저압산소를 별개의 외측 예열관(30)을 통하여 노즐몸체(10) 내부에서 이송하여도 무방하나, 예열가스와 저압산소를 노즐몸체(10) 일측에 체결된 가스공급라인의 공급부에서 각각 공급받고, 공급받은 예열가스와 저압산소를 외측 예열관(30) 내에서 혼합하여, 노즐몸체(10)의 타측의 외측 예열관(30) 분사구로 분사할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 외측 예열관(30)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 기울어지도록 구성되는 것이 바람직한데, 상기와 같이 외측 예열관(30)이 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 기울어지도록 구성되면, 외측 예열관(30)의 분사구에서 노즐몸체(10) 전면부의 전방으로 분사되는 예열가스와 저압산소가 혼합된 혼합가스를 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24) 방향으로 유도할 수 있는 효과를 발휘하여, 외측 예열관(30)에서 분사된 혼합가스가 피절단물의 필요 예열지역 이외의 지역으로 유출되어 예열효과가 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과를 실현하였다.

이때, 외측 예열관(30)의 경사각(35)은 당업자의 판단에 따라 적절하게 조절할 수 있으나, 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 1~7°로 기울어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

구체적으로 외측 예열관(30)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 1~7°의 경사각(35)을 가지며 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 외측 예열관(30)의 경사각(35)이 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)에서 1°미만의 경사각(35)을 가지면, 외측 예열관(30)의 분사구에서 분사되는 혼합가스의 분사각이 지나치게 커져 피절단물의 예열지역이 지나치게 넓어지는 문제가 발생하고, 7°를 초과한 경사각(35)을 가지면, 혼합가스가 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24) 방향으로 지나치게 향하여 피절단물의 예열지역이 지나치게 좁아지고, 분사되는 예열가스에 의하여 생성된 불꽃이 서로 겹쳐져지는 문제가 발생하므로 상기 범위 내의 경사각(35)을 갖는 것이 바람직하다.

상기와 연관하여, 본 발명의 외측 예열관(30)은 노즐몸체(10)의 일측과 관통 구성되는 두 개의 인입홈(31a, 31b)과; 일측은 상기 두 개의 인입홈(31a, 31b) 중 어느 하나의 인입홈(31a)과 연통되어 인입홈(31a)에 공급되는 예열가스를 인입받는 예열가스인입관(32)과; 일측은 상기 두 개의 인입홈(31a, 31b) 중 다른 하나의 인입홈(31b)과 연통되어 인입홈(31b)에 공급되는 저압산소를 인입받는 저압산소인입관(33)과; 상기 예열가스인입관(32)의 타측과 저압산소인입관(33)의 타측이 일측과 연결되어 연통되고, 예열가스인입관(32)과 저압산소인입관(33)에서 각각 공급되는 예열가스와 저압산소를 혼합하며 노즐몸체(10)의 전면부로 이송시키는 혼합이송관(34);포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 인입홈(31a, 31b)은 노즐몸체(10)의 외측에 위치된 공급부로부터 예열가스 또는 저압산소를 공급받는 구성으로서, 가스공급라인 공급부의 예열가스 공급관 또는 저압산소 공급관과 밀착되어 예열가스 또는 저압산소를 공급받는다.

또한 인입홈(31a, 31b)은 도 2와 같이, 가스공급라인의 예열가스 공급관 또는 저압산소 공급관과의 용이한 공급로 형성을 위하여, 하기의 예열가스인입관(32)과 저압산소인입관(33)보다 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다.

아울러 인입홈(31a, 31b)은 가스공급라인의 공급부로부터 용이하게 예열가스 또는 저압산소를 공급받기 위하여, 예열가스를 공급받는 복수 개의 인입홈(31a)은 인입홈(31a)끼리 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 중심으로 일정 거리 떨어진 동일한 동심원상에 위치되도록 구성하고, 저압산소를 공급받는 복수 개의 인입홈(31b)은 인입홈(31b)끼리 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 중심으로 상기 예열가스를 인입받는 인입홈(31a)과는 다른 거리 떨어진 동일한 동심원상에 위치되도록 구성하며, 예열가스를 인입받는 인입홈(31a)과 저압산소를 공급받는 인입홈(31b)) 사이에는 일정의 단턱이 구비되도록 하여, 예열가스와 저압산소가 인입홈(31a, 31b)에서 서로 혼합되지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.

아울러 예열가스인입관(32)은 일측은 상기 두 개의 인입홈(31a, 31b) 중 어느 하나의 인입홈(31a)과 연통되어 인입홈(31a)에 공급되는 예열가스를 인입받아 이송하는 구성이고, 저압산소인입관(33)은 일측은 상기 두 개의 인입홈(31a, 31b) 중 다른 하나의 인입홈(31b)과 연통되어 인입홈(31b)에 공급되는 저압산소를 이송하는 구성이다.

즉, 본 발명에 의한 예열가스와 저압산소는 상기 예열가스인입관(32)과 저압산소인입관(33)을 통하여 노즐몸체(10) 내부로 이송되고, 예열가스인입관(32)과 저압산소인입관(33)과 연통된 혼합이송관(34)을 통하여 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 분사구에서 피절단물을 향해 혼합되어 분사된다.

또한 예열가스인입관(32)과 저압산소인입관(33)은 예열가스 또는 저압산소를 각각 공급받아, 혼합이송관(34)에서 혼합하여 피절단물 방향으로 분사할 수 있는 구성이면, 노즐몸체(10) 내에서 어떠한 형태로 구성되어도 무방하고, 상기 예열가스인입관(32)과 혼합이송관(34)은 일직선상을 하며 길이를 형성하도록 구성되고, 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 타측에 해당하는 위치를 중심으로 1~7°의 경사각을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 예열가스인입관(32)과 혼합이송관(34)이 노즐몸체(10)의 일측에서 타측방향으로 일정의 길이를 형성할 때, 예열가스인입관(32)과 혼합이송관(34)이 도 2와 같이, 일직선을 유지하며 길이를 형성함으로써, 예열가스인입관(32)으로부터 혼합이송관(34)으로 이송되는 예열가스의 유동을 최소한의 저항으로 유도할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 연관하여, 예열가스인입관(32)과 혼합이송관(34)이 일직선상에 구성될 때, 저압산소인입관(33)은 예열가스인입관(32)으로 이송되는 예열가스와 혼합되는 저압산소가 혼합이송관(34) 방향으로 원활하게 이송될 수 있는 구성이면 어떠한 구성을 하여도 무방하나, 도 5와 같이, 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 일측에 해당하는 위치를 중심으로 37~41°의 경사각(36)을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명은 혼합가스를 구성하는 예열가스와 저압산소 중에서, 예열지역에 대한 주된 연소력을 제공하는 예열가스의 유동을 혼합이송관(34)에서의 분사방향과 동일하게 설정하여 예열효과의 상승을 주되게 확보하고, 예열가스의 연소력을 향상시키기 위하여 추가되는 저압산소의 혼합이송관(34)으로의 이송을 부가적으로 확보하였다.

이때, 저압산소인입관(33)이 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)으로부터 37°미만의 경사각(36)을 가지면, 저압산소인입관(33)과 예열가스인입관(32) 간의 체결각이 상대적으로 작아져 혼합이송관(34)으로 이송되는 예열가스가 혼합이송관(34) 방향으로 유동되지 못하고 저압산소인입관(33) 방향으로 역류할 수 있는 우려가 발생하고, 41°를 초과한 경사각(36)을 가지면, 저압산소인입관(33)과 예열가스인입관(32) 간의 체결각이 상대적으로 커져서 혼합이송관(34)으로 이송되는 예열가스와 저압산소의 유동에 따른 이송각이 커져, 예열가스의 혼합이송관(34)으로의 유동을 저해할 우려가 발생하기 때문에 상기 범위 내의 경사각(36)을 갖는 것이 바람직하다.

아울러 예열가스인입관(32), 저압산소인입관(33) 및 혼합이송관(34)은 예열가스, 저압산소 및 혼합가스를 각각의 이송관 내부로 원활하게 이송할 수 있으면 어떠한 크기를 가져도 무방하나, 예열가스인입관(32)은 1.3~1.5mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되어 노즐몸체(10)의 일측(인입홈(31a))에서 타측으로 5.4~5.6mm의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 저압산소인입관(33)은 0.9~1.1mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되어 노즐몸체(10)의 일측(인입홈(31b))에서 타측으로 4.3~4.5mm의 길이를 갖는 것이 바람직하며, 혼합이송관(34)은 2.3~2.5mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되어 예열가스인입관(32)의 타측 말단에서부터 노즐몸체(10)의 타측 말단까지 22.5~22.9mm의 길이를 갖는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 주안점인 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)에 직교 상태를 갖는 고압산소공급관(20)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(14)을 기준하여, 후방으로 기울어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 도 3과 같이, 고압산소공급관(20)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(14)는 노즐몸체(10)의 길이방향과 동일한 방향을 하는 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)과 직교의 상태를 하고, 고압산소공급관(20)의 전면부면 외측에 해당하는 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)는 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)과 후방으로 예각의 상태를 가져, 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)가 후방으로 기울어진 상태를 갖는다.

구체적으로, 상기 구성의 외측 예열관(30)의 분사구에서 분사되는 예열가스(예열가스 또는 혼합가스(예열가스와 저압가스가 혼합된 것))는 고압산소공급관(20)이 위치된 분사구 안쪽의 말단 부분(100)에 대한 걸림 크고, 고압산소공급관(20)의 외측에 해당하는 분사구 바깥쪽의 말단 부분(100')에 대한 걸림은 안쪽 말단 부분(100)에 대한 걸림보다 작기 때문에, 분사구 바깥쪽 말단 부분(100')을 통과하여 분사되는 예열가스는 더 작은 저항을 받으며 노즐몸체(10)의 외측으로 퍼져나가지만, 노즐몸체(10)의 외측에 위치된 공기에 의하여 분사구에서 멀어질수록 더 저항을 받아 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24) 방향으로 휘어지며 분사된다.

즉, 외측 예열관(30)의 분사구에서 분사되는 예열가스 중, 노즐몸체(10)의 안쪽에 해당하는 분사구의 안쪽 말단 부분(100)에서 분사되는 예열가스는 예열가스 자체의 분사력으로 인하여 외측 예열관(30)의 경사각(35)에 해당하는 각도를 가지며 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 향하여 초기 분사되지만, 노즐몸체(10)의 바깥쪽에 해당하는 분사구 바깥쪽의 말단 부분(100')을 통과하여 분사되는 예열가스는 초기 분사시에는 노즐몸체(10)에서 멀어지는 방향으로 분사되다가 분사구 전방으로 멀어짐에 따라 분사력이 저하되고, 그 결과 공기에 대한 저항력의 영향을 더욱 크게 받아 노즐몸체(10)의 중앙방향으로 휘어지며 분사된다.

따라서, 본 발명에 의한 토치 절단장치의 노즐은 외측 예열관(30)에서 분사되는 예열가스에 의한 불꽃이 외측 예열관(30)의 분사구 초입에서는 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)의 경사각(16)에 의하여 노즐몸체(10)의 외측으로 퍼지는 형상을 한 후, 노즐몸체(10) 주변에 존재하는 공기에 의한 저항력 및 고압산소공급관(20)에서 고압으로 분사되는 고압산소에 의한 분사력으로 인하여, 외측 예열관(30)의 분사구 초입에서 멀어지면서 노즐몸체(10)의 중앙방향으로 굽혀지며 집중되는 형상으로 생성되도록 하는 효과를 발휘하고, 불꽃의 겹침으로 인하여 생성된 와류가 적어 불꽃이 좁은 면적으로 날카롭게 형성될 수 있도록 하여, 피절단물의 절단부분의 면적이 좁아지고, 양질의 절단면 및 드래그 라인을 형성할 수 있도록 하는 효과를 발휘한다.

아울러 본 발명에 의한 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)은 상기와 같이, 고압산소공급관(20)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(14)을 기준하여 후방으로 기울어지도록 구성되되, 외측 예열관(30)과 동일한 경사각(16)을 가지도록 구성될 수 있다.

즉, 도 3과 같이 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 기울어지도록 구성되는 외측 예열관(30)의 경사각(35)과 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)의 경사각(16)이 동일하면, 외측 예열관(30)의 경사각(35)에 따라 달라지는 혼합가스의 분사각과 고압산소공급관(20)의 외측에 해당하는 분사구 바깥쪽의 말단 부분(100')의 걸림에 의한 혼합가스의 퍼짐각을 일괄적으로 적절하게 조절할 수 있는 효과를 실현할 수 있다.

구체적으로, 외측 예열관(30)의 큰 경사각(35)에 의하여 혼합가스가 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24) 방향으로 크게 기울어져 분사되면, 고압산소공급관(20)의 외측에 해당하는 분사구 바깥쪽의 말단 부분(100')에 대한 혼합가스의 걸림은 커져(외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)의 경사각(16)이 커지고, 그 결과 분사구의 안쪽의 말단 부분과(100) 바깥쪽 말단 부분(100') 간의 거리가 멀어지기 때문에, 분사되는 혼합가스가 분사구의 바깥쪽 말단 부분(100')에 먼저 걸리며 분사되어 분사구 바깥쪽의 말단 부분(100')에 대한 혼합가스의 걸림이 커지게 됨.) 노즐몸체(10)의 외측으로 향하는 혼합가스의 퍼짐각이 커지게 된다.

또한 외측 예열관(30)의 작은 기울기(100)에 의하여 혼합가스가 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24) 방향으로 작게 기울어져 분사되면, 고압산소공급관(20)의 외측에 해당하는 분사구 바깥쪽의 말단 부분(100')에 대한 혼합가스의 걸림은 작아져 노즐몸체(10)의 외측으로 향하는 혼합가스의 퍼짐각이 작아지도록 조절된다.

즉, 상기와 같이 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)가 고압산소공급관(20)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(14)을 기준하여 후방으로 기울어지도록 구성되되, 외측 예열관(30)과 동일한 경사각(16)을 가지도록 구성되면, 혼합가스에 의하여 생성된 불꽃의 분사각과 퍼짐각을 적절하게 조절할 수 있게 되어, 불꽃의 겹침으로 인하여 생성된 와류의 면적을 조절할 수 있고, 그에 따라 불꽃의 면적을 조절할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한 내측 예열관(40)은 고압산소공급관(20)과 외측 예열관(30)의 사이에 해당하는 동심원상에 복수 개 구비되는 구성으로서, 예열가스 또는 저압산소 중 어느 하나 이상을 노즐몸체(10)의 일측에서 타측으로 이송하는 구성이다.

이때, 내측 예열관(40)은 도 2와 같이, 외측 예열관(30)보다 고압산소공급관(20)과 인접된 상태이기 때문에, 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 고압산소공급관(20)과 평행하게 구성되는 것이 바람직하다. 더불어 내측 예열관(40)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)에 직교한 상태를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 구성의 내측 예열관(40)에서 분사되는 예열가스 또는 저압산소 중 어느 하나 이상의 가스는 내측 예열관(40) 분사구 말단의 동일한 위상에 의하여 분사구 말단의 걸림이 동일하기 때문에 분사구 말단 주변의 와류가 동일하게 형성되어, 고압산소공급관(20)에서 분사되는 고압산소와 평행한 방향으로 분사되는 효과를 얻을 수 있다.

아울러 본 발명은 상기 내측 예열관(40)을 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 고압산소공급관(20)과 평행하게 구성하고, 노즐몸체(10)의 일측면에 형성된 인입홈(41)과 일측이 연통되어 저압산소를 인입받는 저압산소인입관(42)과; 상기 저압산소인입관(42)보다 큰 직경을 가지도록 구성하되, 저압산소인입관(42)의 타측과 일측이 연통되어 인입받은 저압산소를 노즐몸체(10)의 타측으로 이송시키는 저압산소이송관(43);을 포함하여 구성할 수 있다.

상기 인입홈(41)은 외측 예열관(30)의 인입홈(31b)과 동일한 구성을 하되, 노즐몸체(10)의 일측면 해당하는 어떠한 위치에 구성되어도 무방하나, 도 8과 같이, 외측 예열관(30)의 인입홈(31b)과 동일한 동심원 상에 해당하는 위치에 각각 구성되어, 저압산소를 공급하는 가스공급라인의 공급부의 구성 위치를 동일한 동심원 상으로 통일할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다. 이하, 내측 예열관(40)의 인입홈(41)에 관한 구체적인 설명은 상기 외측 예열관(30)의 인입홈(31b)에 대한 구체적인 설명으로 대신하겠다.

아울러 저압산소인입관(42), 저압산소이송관(43)은 상기 외측 예열관(30)의 예열가스인입관(32), 혼합이송관(34)과 각각 동일한 구성을 하되, 노즐몸체(10)의 타측면에 위치되는 내측 예열관(40)의 저압산소이송관(43) 타측 말단(분사구)은 상기 외측 예열관(30)의 타측 말단(분사구)보다 고압산소공급관(20)의 중심으로 더 작은 동심원 상에 해당하는 노즐몸체(10)의 타측면에 구성된다.

아울러 본 발명에 의한 내측 예열관(40)의 저압산소인입관(42)과 저압산소이송관(43)은 예열가스를 각각의 관 내부로 원활하게 이송할 수 있으면 어떠한 크기를 갖아도 무방하나, 저압산소인입관(42)은 1.7~1.9mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되어 노즐몸체(10)의 일측(인입홈(41))에서 타측으로 2.8~3.1mm의 길이를 갖는 것이 바람직하며, 저압산소이송관(43)은 2.2~2.4mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되어 저압산소인입관(42)의 타측 말단에서부터 타측으로 25.9~26.4mm의 길이를 갖는 것이 바람직하다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

10 : 노즐몸체 11 : 연결부
12 : 체결부 13 : 헤드부
20 : 고압산소공급관 21 : 인입부
22 : 압력생성부 23 : 분사부
24 : 고압산소공급관의 길이방향 중심축 25 : 분사부의 경사각
30 : 외측 예열관 31a, 31b : 인입홈
32 : 예열가스인입관 33 : 저압산소인입관
34 : 혼합이송관 35 : 외측 예열관의 경사각
36 : 저압산소인입관의 경사각 40 : 내측 예열관
41 : 인입홈 42 : 저압산소인입관
43 : 저압산소이송관

Claims

길이방향의 중앙을 관통하여 고압산소를 이송하는 고압산소공급관(20)을 구비하는 노즐몸체(10)의 길이방향에 대한 일측에서 타측을 관통하되, 상기 고압산소공급관(20)의 외측에 해당하는 노즐몸체(10)의 일정 부분에 이중의 동심원 형태로 각각 구비되어, 예열가스 또는 저압산소 중 어느 하나 이상을 이송하는 외측 예열관(30)과 내측 예열관(40);을 포함하여 구성되고,
상기 외측 예열관(30)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체(10)의 중심축 방향으로 기울어지도록 구성되며,
외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)에 직교 상태를 갖는 고압산소공급관(20)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(14)을 기준하여, 후방으로 기울어지도록 구성되며,
상기 외측 예열관(30)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(15)은,
고압산소공급관(20)의 분사구가 위치되는 노즐몸체(10)의 전면부면(14)을 기준하여, 후방으로 기울어지도록 구성되되,
외측 예열관(30)과 동일한 경사각(16)을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제1항에 있어서,
상기 고압산소공급관(20)은,
노즐몸체(10)의 일측과 관통 구성되는 인입부(21)와;
상기 인입부(21)와 연통되고, 인입부(21)보다 작은 직경을 갖는 압력생성부(22)와;
상기 압력생성부(22)와 연통되되, 노즐몸체(10)의 타측과 관통 구성되는 나팔관 형태의 분사부(23);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제2항에 있어서,
상기 인입부(21)는,
4.7~5.3mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제3항에 있어서,
상기 압력생성부(22)는,
2.3~2.7mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제4항에 있어서,
상기 분사부(23)는,
압력생성부(22)와 연통되는 일측은 압력생성부(22)와 동일한 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되고,
노즐몸체(10)의 일측에서 타측으로의 경사각(25)은 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 4.0~4.4°를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제1항에 있어서,
상기 외측 예열관(30)은,
고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 전면부에 해당하는 위치에서 노즐몸체의 중심축 방향으로 1~7°의 경사각(35)을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
삭제
제1항에 있어서,
상기 내측 예열관(40)은,
고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 고압산소공급관(20)과 평행하게 구성되고,
노즐몸체(10)의 일측면에 형성된 인입홈(41)과 일측이 연통되어 저압산소를 인입받는 저압산소인입관(42)과;
상기 저압산소인입관(42)보다 큰 직경을 가지도록 구성되되, 저압산소인입관(42)의 타측과 일측이 연통되어 인입받은 저압산소를 노즐몸체(10)의 타측으로 이송시키는 저압산소이송관(43);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제1항에 있어서,
상기 외측 예열관(30)은,
노즐몸체(10)의 일측과 관통 구성되는 두 개의 인입홈(31a, 31b)과;
일측은 상기 두 개의 인입홈(31a, 31b) 중 어느 하나의 인입홈(31a)과 연통되어 인입홈(31a)에 공급되는 예열가스를 인입받는 예열가스인입관(32)과;
일측은 상기 두 개의 인입홈(31a, 31b) 중 다른 하나의 인입홈(31b)과 연통되어 인입홈(31b)에 공급되는 저압산소를 인입받는 저압산소인입관(33)과;
상기 예열가스인입관(32)의 타측과 저압산소인입관(33)의 타측이 일측과 연결되어 연통되고, 예열가스인입관(32)과 저압산소인입관(33)에서 각각 공급되는 예열가스와 저압산소를 혼합하며 노즐몸체(10)의 전면부로 이송시키는 혼합이송관(34);포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제9항에 있어서,
상기 예열가스인입관(32)과 혼합이송관(34)은 일직선상에 구성되고, 고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 타측에 해당하는 위치를 중심으로 1~7°의 경사각을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제10항에 있어서,
상기 저압산소인입관(33)은,
고압산소공급관(20)의 길이방향 중심축(24)을 기준하여, 노즐몸체(10)의 일측에 해당하는 위치를 중심으로 37~41°의 경사각(36)을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.
제9항에 있어서,
상기 예열가스인입관(32)은 1.3~1.5mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되고,
상기 저압산소인입관(33)은 0.9~1.1mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되며,
상기 혼합이송관(34)은 2.3~2.5mm의 직경을 갖는 원통형 홀로 구성되는 것을 특징으로 하는 토치 절단장치의 노즐.