JP2003093926A - 流体噴射ノズル - Google Patents

流体噴射ノズル

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JP2003093926A
JP2003093926A JP2001288372A JP2001288372A JP2003093926A JP 2003093926 A JP2003093926 A JP 2003093926A JP 2001288372 A JP2001288372 A JP 2001288372A JP 2001288372 A JP2001288372 A JP 2001288372A JP 2003093926 A JP2003093926 A JP 2003093926A
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orifices
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Akihiko Tanigaki
明彦 谷垣
Ryota Kuge
良太 久下
Satoshi Nakajima
聡 中島
Kazunari Adachi
一成 安達
Kenji Oshima
健二 大島
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JFE Steel Corp
Kyoritsu Gokin Co Ltd
Original Assignee
Kyoritsu Gokin Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のオリフィスからの流体の噴射パターンを
合計した全噴射パターンの厚みを大きくできながら流量
分布を均一化でき、例えば連続鋳造設備で鋳片を冷却す
る手段として用いる場合、鋳片を全体にわたって均一に
冷却することができて、鋳片の品質低下を抑制できる流
体噴射ノズルを提供する。 【解決手段】ノズル本体1の先端部に、流路断面がノズ
ル本体1の先端部の径方向に長い複数の流体噴射用のオ
リフィス2をオリフィス2の幅方向に並設してある流体
噴射ノズルであって、各オリフィス2ごとに、オリフィ
ス2の上流側に設けた複数の流路部分3からの流体がオ
リフィス2の幅方向に対応する方向で衝突してからオリ
フィス2から噴射されるように構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル本体の先端
部に、流路断面が前記ノズル本体の先端部の径方向に長
い複数の流体噴射用のオリフィスを前記オリフィスの幅
方向に並設してある流体噴射ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の流体噴射ノズルは、例えば連続
鋳造設備における鋳片の搬送路に多数個配設されてお
り、鋳片に水と空気の混合体を噴射して鋳片を冷却して
いる。
【0003】オリフィスをノズル本体に複数個形成して
あるのは、1 個形成してある場合よりもオリフィスの噴
射パターンの厚みを大きくできて冷却効率・冷却性能を
上げることができるからである。
【0004】従来、上記の流体噴射ノズルは、図15,
図16に示すように、ノズル本体1の軸芯と沿う状態に
ノズル本体1内に設けた単一の流路5に複数のオリフィ
ス2を連通させて形成してあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成によれ
ば、ノズル本体1の流路5に供給された流体は、単にノ
ズル本体1の軸芯に沿って進んで各オリフィス2から噴
射されるだけであり、そのためにノズル本体1の流路内
での乱流化が不十分で、各オリフィス2の噴射パターン
の厚みを大きくしにくかった。噴射パターンの厚み、幅
については図3に示す通りで、Tが厚み、Wが幅であ
る。
【0006】その結果、オリフィスの長手方向に沿う方
向視(図4)で、オリフィス2の向きをノズル本体1の
軸芯に対してノズル本体の外方側に大きく傾斜させて、
複数のオリフィス2からの流体の噴射パターンを合計し
た噴射パターン(以下、「全噴射パターン」と称する)
の厚みを大きくしようとすると、全噴射パターンの厚み
方向中央部付近の水量が少なくなりやすかった。
【0007】このように水量分布が不均一になると、連
続鋳造工程で鋳片を全体にわたって均一に冷却すること
ができず、鋳片の品質の低下を招来する。
【0008】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、複数のオリフィスからの流体の噴射パ
ターンを合計した全噴射パターンの厚みを大きくできな
がらその厚み方向での流量分布を均一化でき、例えば連
続鋳造設備で鋳片を冷却する手段として用いられる場合
は、鋳片を全体にわたって均一に冷却しやすくすること
ができて、鋳片の品質低下を抑制できる流体噴射ノズル
を提供する点にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1による発明の構
成・作用・効果は次の通りである。
【0010】[構成]冒頭に記載した流体噴射ノズルに
おいて、各オリフィスごとに、前記オリフィスの上流側
に設けた複数の流路部分から衝突合流室へ流れ込んだ流
体が前記オリフィスの幅方向に対応する方向で衝突して
から前記オリフィスから噴射されるように構成してあ
る。
【0011】[作用]各オリフィスごとに、オリフィス
の上流側に設けた複数の流路部分からの流体がオリフィ
スの幅方向に対応する方向で衝突してからオリフィスか
ら噴射されるから、複数の流路部分からの流体の反発力
が大きくなって乱流化を十分促進することができ、これ
により流体をオリフィスの幅方向に拡散させることがで
きるとともに、噴射パターンの厚み方向での流量の分布
を均一化することができる。
【0012】また本発明者は、空気と水との気液混合体
を上記構成の流体噴射ノズルで噴射させた場合、気液混
合体の噴射対象物に対する噴射パターンの厚み方向での
気液混合体の衝突力の分布と水量の分布とのいずれをも
均一化しやすくなることを、後述するように実験により
確認した。
【0013】[効果]従って、複数のオリフィスからの
流体の噴射パターンを合計した全噴射パターンの厚みを
大きくできながらその厚み方向での流量分布を均一化で
き、例えば連続鋳造設備で鋳片を冷却する手段として用
いられる場合は、鋳片を全体にわたって均一に冷却しや
すくすることができて、鋳片の品質低下を抑制できる流
体噴射ノズルを提供することができた。
【0014】請求項2による発明の構成・作用・効果は
次の通りである。
【0015】[構成]請求項1による発明の構成におい
て、前記複数の流路部分を前記ノズル本体の軸芯方向視
で前記オリフィスの幅方向両外方側に振り分け配置して
ある。
【0016】[作用]請求項1の構成による作用と同様
の作用を奏することができるのに加え、複数の流路部分
を前記ノズル本体の軸芯方向視で前記オリフィスの幅方
向両外方側に振り分け配置してあるから、オリフィスの
上流側に設けた複数の流路部分からの流体同士をオリフ
ィスの幅方向に対応する方向でより確実に衝突させやす
くなる。
【0017】[効果]従って、請求項1の構成による効
果と同様の効果を得やすくなった。
【0018】請求項3による発明の構成・作用・効果は
次の通りである。
【0019】[構成]請求項1又は2による発明の構成
において、前記ノズル本体の先端部に設けたオリフィス
の数は2個であり、前記オリフィスの長手方向に沿う方
向から見て、前記オリフィスと前記複数の流路部分との
間に設けた衝突合流室の向きを前記オリフィスの向きに
対して前記ノズル本体の外方側に傾斜させてある。
【0020】[作用]請求項1又は2の構成による作用
と同様の作用を奏することができるのに加え、次の作用
を奏することができる。
【0021】オリフィスと複数の流路部分との間に設け
た衝突合流室の向きをオリフィスの向きに対してノズル
本体の外方側に傾斜させてあるから、複数のオリフィス
からの流体の噴射パターンを合計した全噴射パターンの
厚みを、衝突合流室の向きに対応した所望の厚みに設定
しやすくなる。
【0022】[効果]従って、請求項1又は2の構成に
よる効果と同様の効果を奏することができるのに加え、
複数のオリフィスからの流体の噴射パターンを合計した
全噴射パターンの厚みを正確に設定しやすくなった。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0024】図1,図2,図3(イ),図3(ロ)に、
連続鋳造設備において鋳片に空気と水の混合体である気
液混合体を噴射して冷却する気液混合体噴霧用ノズルN
(流体噴射ノズルの一例)の構造を示してある。
【0025】この気液混合体噴霧用ノズルNは、側面視
で先端に丸みを付けたノズル本体1の先端部に、流路断
面がノズル本体1の先端部の径方向に長い一対の気液混
合体噴射用のオリフィス2を、ノズル軸芯Oを挟んで位
置する状態にオリフィス2の幅方向に並設して構成して
ある。
【0026】前記ノズル本体1内の気液混合体の流路を
形成するに、上流側のノズル本体部分に、ノズル本体1
の軸芯Oと同芯の大径の第1流路部分5を形成し、各オ
リフィス2ごとに対応させて、第1流路部分5からの気
液混合体を通す一対の丸孔状の第2流路部分3を、ノズ
ル本体1の軸芯方向視でオリフィス2の幅方向両外方側
に振り分け配設するとともに(図4,図5参照)、オリ
フィス2と両第2流路部分3との間に横向き丸穴状の衝
突合流室4を形成してある。
【0027】図3(ロ)に、上記構造の気液混合体噴霧
用ノズルNの噴射パターンを示してある。複数のオリフ
ィス2からの気液混合体の噴射パターンを合計した全噴
射パターンの厚みはT、幅はWである。
【0028】図3(ロ)は全噴射パターンの幅Wを噴射
対象物Aの全幅に対応した幅に設定して描いてあるが、
上記のように噴射対象物が鋳片である場合は、全噴射パ
ターンの幅Wよりも鋳片の全幅の方がかなり大きく、鋳
片の全幅に対して複数個の気液混合体噴霧用ノズルNが
配置される。また、鋳片の長手方向にも複数個の気液混
合体噴霧用ノズルNが配置される。
【0029】図1に示すように、オリフィス2の長手方
向に沿う方向から見て、衝突合流室4の向きをオリフィ
ス2の向きに対してノズル本体1の外方側に傾斜させて
ある。
【0030】これにより、複数のオリフィス2からの気
液混合体の噴射パターンを合計した全噴射パターンの厚
みTを、衝突合流室4の向きに対応した所望の厚みに設
定することができる。
【0031】前記オリフィス2は先広がり状に形成して
あり、図2に示すように側面視で扇形になっている。そ
して、図4にも示すように正面視で中央がくびれた鼓形
に形成し、オリフィスの長手方向でくびれ部の両側の一
対づつの内側壁2Aが成す角度θを所定の角度に設定し
て、噴射パターンの幅方向の水量分布形状を所望の形状
に設定してある。
【0032】上記の構造により、第1流路部分5からの
気液混合体を一対の第2流路部分3を通して衝突合流室
4内に導入し、衝突合流室4内でオリフィス2の幅方向
に対応する方向で衝突させてからオリフィス2から噴射
させる。
【0033】本発明者は、上記構造の気液混合体噴霧用
ノズルと従来の気液混合体噴霧用ノズルとによる空気と
水の気液混合体の噴射実験を噴射条件を変えて行なっ
た。
【0034】従来の構造の気液混合体噴霧用ノズルと
は、図15,図16に示すように、ノズル本体1の軸芯
と沿う状態にノズル本体1に設けた単一の流路5に複数
のオリフィス2を連通させて形成してあるノズルであ
る。
【0035】噴射条件は次の通りである。
【0036】[第1の噴射条件] PA(空気の圧力) = 0.12 MPa PW(水の圧力) = 0.03 MPa QA(空気の噴射量)= 12.6 m3 /h QW(水の噴射量) = 3.5 L/min QA/QW(気水体積比)= 60.0 [第2の噴射条件] PA(空気の圧力) = 0.23 MPa PW(水の圧力) = 0.39 MPa QA(空気の噴射量)= 12.6 m3 /h QW(水の噴射量) = 20.0 L/min QA/QW(気水体積比)= 10.5 [第3の噴射条件] PA(空気の圧力) = 0.38 MPa PW(水の圧力) = 0.98 MPa QA(空気の噴射量)= 12.6 m3 /h QW(水の噴射量) = 35.0 L/min QA/QW(気水体積比)= 6.0 第1〜第3噴射条件ともノズル本体1のオリフィス2か
ら噴射対象物までの距離(測定点までの距離)は 12
0 mmである。各圧力、各噴射量は空気、水の元の圧
力、噴射量である。
【0037】[実験結果]第1噴射条件での実験結果と
して図6に示す衝突力分布グラフと図9に示す流量分布
グラフとを得た。また、第2噴射条件での実験結果とし
て図7に示す衝突力分布グラフと図10に示す流量分布
グラフとを、第3噴射条件での実験結果として図8に示
す衝突力分布グラフと図11に示す流量分布グラフとを
得た。
【0038】これらの図で横軸の「ノズルセンターから
の距離」とは全噴射パターンの厚み方向でのノズルセン
ターからの距離である。
【0039】図6〜図11からわかるように、本発明に
かかる気液混合体噴霧用ノズルによれば、従来の気液混
合体噴霧用ノズルで噴射した場合よりも噴射パターンの
厚み方向での衝突力の分布と水量の分布とのいずれも均
一化することができるようになった。
【0040】衝突力とは空気と水から成る気液混合体が
噴射対象物(鋳片)に衝突する力である。これにより、
連続鋳造工程において鋳片を全体にわたって均一に冷却
できるようになる。
【0041】ちなみに、従来の気液混合体噴霧用ノズル
による全噴射パターンの厚みが、本発明にかかる気液混
合体噴霧用ノズルで噴射した場合の全噴射パターンの厚
み(図9,図10,図11に示してある全噴射パターン
の厚み)とほぼ同一になるように従来の気液混合体噴霧
用ノズルで噴射したところ、図12,図13,図14に
示すように、全噴射パターンの厚み方向中央部付近の水
量が少ない流量分布グラフが得られた。
【0042】これらの図からも、本発明にかかる気液混
合体噴霧用ノズルによれば、従来の気液混合体噴霧用ノ
ズルで噴射した場合よりも噴射パターンの厚み方向での
水量の分布を均一化できることがわかる。
【0043】[別実施形態]本発明にかかる流体噴射ノ
ズルは次の1)〜3)の流体噴射ノズルにも適用することが
できる。
【0044】1) 連続鋳造設備以外の設備に設けられる
流体噴射ノズル 2) 冷却以外に洗浄・塗装・薬剤散布・消泡等の手段に
用いられる流体噴射ノズル 3) 水又は空気だけを噴射する流体噴射ノズル、あるい
はこれら以外の流体又はそれらの流体の混合体を噴射す
る流体噴射ノズル 前記ノズル本体1の先端部に設けるオリフィス2の数は
3個以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】流体噴射ノズルの横断平面図
【図2】流体噴射ノズルの縦断側面図(図1のA−A視
図)
【図3】(イ)流体噴射ノズルの斜視図 (ロ)ノズルの噴射パターンを示す図
【図4】流体噴射ノズルの正面図(図1のB−B視図)
【図5】流体噴射ノズルの後面図(図1のC−C視図)
【図6】衝突力分布グラフを示す図
【図7】衝突力分布グラフを示す図
【図8】衝突力分布グラフを示す図
【図9】流量分布グラフを示す図
【図10】流量分布グラフを示す図
【図11】流量分布グラフを示す図
【図12】流量分布グラフを示す図
【図13】流量分布グラフを示す図
【図14】流量分布グラフを示す図
【図15】従来技術を示す図
【図16】従来技術を示す図
【符号の説明】
1 ノズル本体 2 オリフィス 3 流路部分 4 衝突合流室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久下 良太 兵庫県氷上郡柏原町北山字野中130−3 株式会社共立合金製作所内 (72)発明者 中島 聡 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 安達 一成 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 大島 健二 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Fターム(参考) 4E004 KA07 4F033 AA05 BA02 BA04 CA02 DA02 EA01 NA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズル本体の先端部に、流路断面が前記
    ノズル本体の先端部の径方向に長い複数の流体噴射用の
    オリフィスを前記オリフィスの幅方向に並設してある流
    体噴射ノズルであって、 各オリフィスごとに、前記オリフィスの上流側に設けた
    複数の流路部分から衝突合流室へ流れ込んだ流体が前記
    オリフィスの幅方向に対応する方向で衝突した後、前記
    オリフィスから噴射されるように構成してある流体噴射
    ノズル。
  2. 【請求項2】 前記複数の流路部分を前記ノズル本体の
    軸芯方向視で前記オリフィスの幅方向両外方側に振り分
    け配置してある請求項1記載の流体噴射ノズル。
  3. 【請求項3】 前記ノズル本体の先端部に設けたオリフ
    ィスの数は2個であり、前記オリフィスの長手方向に沿
    う方向から見て、前記オリフィスと前記複数の流路部分
    との間に設けた衝突合流室の向きを前記オリフィスの向
    きに対して前記ノズル本体の外方側に傾斜させてある請
    求項1又は2記載の流体噴射ノズル。
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