JP2004016846A - ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】幅方向に広い噴射角度をもつノズルにおいて、直交方向の厚さ方向の噴射角度も広げる。
【解決手段】ノズル本体の中心軸線に沿って、一端の流入口より他端の噴射側に向けて流路を設け、該流路の噴射側先端を円弧状の主孔とする一方、ノズル本体の噴射側先端の平坦面に直径方向の切り込みを設けると共に、該切り込みは長さ方向の両端より中心に向けて深さ方向に傾斜させ、該切り込みの中央部を上記主孔の先端と連通させて幅の長い主噴射孔を設け、かつ、主孔の基部に、上記切り込み方向と平行なデフレクタを上記主噴射孔と対向させて流路を横断させて取り付け、上記流入口側より流入する流体を上記デフレクタと衝突させて上記主噴射孔の幅方向と直交する厚さ方向に分流させ、厚さ方向の噴霧角度を増大させている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズルに関し、詳しくは、水と空気からなる気液混合の二流体を厚幅で噴霧させるもので、連続鋳造装置の二次冷却帯に連続的に引き出される鋳片に対して冷却水噴霧用として好適に用いられるものである。
【０００２】
従来、連続鋳造装置の二次冷却帯では並設されたロール間に多数ノズルを間隔をあけて並設し、噴霧範囲をラップさせて鋳片全面に冷却ミストを噴射して未冷却部分の発生をなくすと共に、冷却ムラを発生しないようにしている。
【０００３】
この種の鋳片冷却用のノズルとしては、本出願人は先に特開平５−３２９４０２号において、図１２に示す二流体ノズルを提供している。
該ノズル１はノズル本体１の中心軸線にそった気液混合流路の先端を円弧形状として主孔２を設けると共に、その両側に副孔３を設け、噴射側頂面に直径方向に設けた切り込み４を主孔２および副孔３と連通させて噴射孔５を設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記ノズルでは、噴霧パターンが両側のスソ引き部分が短い台形状となり、噴射範囲がラップした部分とラップしていない部分の流量、打力および粒子径の均等化が図られる。かつ、流量制御範囲のターンダウン比を１：２０以上の広い範囲に変動しても、上記ラップした部分とラップしていない部分との流量、打力、粒子径の変動が抑制できる利点を有するものである。
【０００５】
一般に二流体ノズルでは、空気量の割合を増大させると、厚さ方向の噴霧範囲を広がる一方、空気量の割合を減少させると噴霧範囲が狭くなる。
図１２に示すノズルでは、空気量の割合を減少させると、噴射孔５の幅方向Ｘに対して直交する厚さ方向Ｙの噴霧角度が狭くなる傾向がある。
近時、冷却速度をスピード化と省エネルギーの観点より、高圧空気の使用量を減少させることが要望されており、上記二流体ノズルにおいて空気量の割合を減少させても厚さ方向の噴霧角度を減少させないことが課題となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ノズル本体の中心軸線に沿って、一端の流入口より他端の噴射側に向けて流路を設け、該流路の噴射側先端を円弧状の主孔とする一方、
上記ノズル本体の噴射側先端の平坦面に直径方向の切り込みを設けると共に、該切り込みは長さ方向の両端より中心に向けて深さ方向に傾斜させ、該切り込みの中央部を上記主孔の先端と連通させて幅の長い主噴射孔を設け、
かつ、上記主孔の基部に、上記切り込み方向と平行なデフレクタを上記主噴射孔と対向させて流路を横断させて取り付け、
上記流入口側より流入する流体を上記デフレクタと衝突させて上記主噴射孔の幅方向と直交する厚さ方向に分流させ、厚さ方向の噴霧角度を増大させる構成としていることを特徴とするノズルを提供している。
【０００７】
上記構成によれば、主孔の基部にデフレクタを設置し、流体がデフレクタと衝突して噴射孔の幅方向と直交する厚さ方向に分流され、厚さ方向へ拡がりを持たせた後に、主噴射孔より噴射させているため、主噴射孔の幅方向と直交する厚さ方向の噴射角度を広げることができる。
よって、気液混合の二流体の空気量の割合を減少させても、上記デフレクタを取り付けていることにより、厚さ方向の噴射角度を減少させず、かつ、水量の割合が増加することにより、冷却効果を高めることができる。
【０００８】
上記ノズルでは、頂面の切り込み方向と直交方向の上記主孔の両側に副孔を連通させて形成し、これら副孔を上記切り込みの対向する両側面に開口させ、上記主噴射孔の両側に副噴射孔を連通させて設けている。
上記のように主孔の両側に副孔を設けると、切込の両側面に開口する副噴射孔が幅方向に長い主噴射孔項の中央部で直交方向両側に連通することより、厚さ方向の噴射角度をより広げることができる。
【０００９】
具体的には、上記ノズル本体の噴射側先端を段状に縮径させ、該縮径部より噴射側の中央に上記主孔を設けると共にその両側に上記副孔を設け、かつ、上記段状縮径部に上記デフレクタを配置して、デフレクタより噴射側に副孔を設けている。
上記構成とすると、デフレクタにより分流された流体は副孔側へと流入して厚さ方向に膨らみ、該副孔を通して副噴射孔より噴射させることができるため、厚さ方向の噴霧の厚みをより確実に拡大させることができる。
【００１０】
上記直径方向の切り込みは、直交方向の寸法を一定とすると共に、その対向する両側面を切り込み底面に対して垂直あるいは所要角度で開口側に向けて外側に傾斜させ、かつ、上記直径方向の切り込みは中央部に向けて直線状あるいは円弧形状に傾斜させている。
【００１１】
上記切込の両側面は１０゜〜３０゜、好ましくは１４゜〜１５゜の範囲で面取りして傾斜させることが好ましいが、垂直としてもよい。
また、切り込みは中心部に向けて２５°〜７０゜の傾斜角で直線状に切り込んでも良いし、中心部に向けて円弧状に切り込んでもよい。いずれも場合も主噴射孔からの幅方向の噴射角度を切り込みの形状に沿わせて広角度とすることができる。
【００１２】
上記デフレクタは大略細長い板状とし、その両端をノズル本体の内周面に取り付けて流路中心軸線と直交させて取り付けている。デフレクタはノズル本体に固定してもよいし、着脱自在に交換できるようにしてもよい。
詳しくは、細長い板状の両側に円弧状の取付部を設け、該円弧状の取付部をノズル本体の内周面に密嵌させて取り付けている。
【００１３】
上記デフレクタの断面形状は、厚肉の矩形状、噴射孔側に向けて小径となる断面台形状あるいは断面三角形状、噴射孔側に向けて大径となる断面台形状あるいは断面三角形状、断面円形あるいは楕円形状のいずれでも良い。また、これらの形状の異なるデフレクタを用意し、噴霧条件に応じて選択して取り付けてもよい。
【００１４】
上記流路を横断して直径方向に配置するデフレクタは、直径方向と直交方向の寸法を上記主噴射孔の厚さ寸法と同等或いは若干大きくしている。
上記デフレクタの寸法を噴射孔の厚さよりも狭くすると、副孔への流入量が減少して副噴射孔からの噴霧量が減少して厚さ方向の噴霧量が減少すると共に噴霧角度をあまり広げることはできない。よって、デフレクタを主噴射孔の厚さ寸法よりも大きくすることが好ましいが、大きすぎると主噴射孔からの噴射量が減少する。従って、上記デフレクタの寸法は主孔の直径よりは小さくして、デフレクタで分流された流体が主孔と副孔の両方に流入させ、主噴射孔と副噴射孔の両方から適度のバランスで噴射されるように設定している。
【００１５】
上記主孔の両側に設ける副孔は、その先端を主孔の先端と略同一位置まで延在させ、該副孔先端を円弧状、平坦状、下孔部へ向かって傾斜するテーパ状、あるいはＶ形状とし、かつ、
上記副孔の先端を下孔の先端と平行あるいは下孔に寄せている。
上記のように副孔の先端形状を変えることにより、副噴射孔からの噴射量、噴射角度を任意に設定することができる。
【００１６】
上記ノズル本体の流路には液体とエアの気液混合の二流体を供給し、連続鋳造装置の二次冷却帯においてロール間に並設する冷却水噴射用として噴霧し、上記ロールによって連続的に引き出される鋳片の全面に対して噴射液が厚幅で噴射されるように配置している。
【００１７】
本発明のノズルは、幅の長い主噴射孔からの噴射で幅方向の噴射角度を広くしていると共に、デフレクタを配置することにより、直交方向の厚さ方向の噴射角度も広げているため、空気量の割合を減少させても厚さ方向の噴射角度が減少せず、かつ、水量の割合が増加することで、冷却速度を速めることができる。よって、鋳片冷却用として上記ノズルを配置した時に、各ノズルへの供給空気量の割合を低減して、エネルギーの省力化を図ることができ、大幅なランニングコストの削減を図ることができると同時に、冷却速度も早くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３に示すように、ノズル本体１０は中心軸線Ｌに沿った形成した流路１１の基端を気液混合液の流入口１２とし、該流入口１２の先端に段状縮径部１３を設け、該段状縮径部１３より噴射側先端に先端を円弧形状に収険した主孔１４を設けると共に、その対向する両側に一対の副孔１５（１５Ａ、１５Ｂ）を設けている。
【００１９】
上記主孔１４の両側に設ける副孔１５は、上記中心軸線Ｌに直交する断面を円形とし、断面大円形の主孔１４の両側に断面小円形の副孔１５がラップして連通した形状としている。また、副孔１５の噴射側の先端部１５ａは円弧状とすると共に、主孔１４の噴射側先端と略同一位置まで平行に延在させている。
【００２０】
ノズル本体１０の噴射側先端の平坦面１０ａに直径方向の切り込み１６を同一幅で設け、該切り込み１６は長さ方向の両端より中心に向けて深さ方向に直線状に傾斜さている。即ち、切り込み１６の底面１６ａはテーパ面１６ａとすると共に、幅方向に対向する両側面１６ｂ、１６ｃは開口側に向けて外開き方向に若干傾斜させている。
【００２１】
上記切り込み１６により主孔１４の先端部と副孔１５Ａ、１５Ｂの主孔側が切り込まれて、切り込み１６の底面１６ａに幅方向Ｘが長い主噴射孔１８が形成されると共に、切り込み１６の両側面１６ｂ、１６ｃに開口して主噴射孔１８の中央部に厚さ方向Ｙの一対の副噴射孔１９が主噴射孔１８と連通して形成される。
【００２２】
ノズル本体１０の内部には、主孔１４と副孔１５の基部にあたる上記段状縮径部にデフレクタ２０を嵌合させて取り付けている。該デフレクタ２０は主噴射孔１８の幅方向Ｘと平行方向として流路中央を横断するように配置している。
【００２３】
上記デフレクタ２０は図４に示す形状で、流路の直径方向に延在する細長い板状で、その両端に外周縁を円弧状とした取付部２０ｂを突設し、該取付部２０ｂの外周縁をノズル本体の流路内周面に当接させて取り付けている。
両側の取付部２０ｂに挟まれた分流板部２０ａは厚肉矩形状とし、該分流板部２０ａの両側面に沿って流体を分流させている。
上記分流板部の横幅Ｗ１は主噴射孔１８の厚さ方向Ｙの寸法よりは大とすると共に主孔１４の直径よりは小さくし、流入口から流入する流体をデフレクタ２０に衝突させて主噴射孔１８の厚さ方向Ｙに分流させ、この分流させた流体を主孔１４と副孔１５とに流入させている。
【００２４】
上記形状としたノズルでは、ノズル本体１０の流路に流入する気液混合流体はデフレクタ２０に衝突し、２分割されて、主孔１４の両側部と両側の副孔１５Ａ、１５Ｂへと流入する。分流されて主孔１４の両側に流入した流体は主孔１４を円弧状に収険していることにより主孔１６の中央部へと流れ込んで主噴射孔１８より噴射される。その際、主噴射孔１８を幅方向Ｘに広がった横長形状とし、かつ、主噴射孔１８が開口する切り込み１６を幅方向Ｘに貫通した形状としているため、この切り込み１６に沿って噴射され、幅方向Ｘの噴射角度が広い噴霧となる。
【００２５】
さらに、主噴射孔１８の幅方向Ｘと直交する厚さ方向Ｙでは、対向する副孔１５Ａ、１５Ｂに連通する副噴射孔１９Ａ、１９Ｂが主噴射孔１８の中央部両側と連通して開口し、これら副噴射孔１９Ａ、１９Ｂより厚さ方向Ｙの噴霧がなされるため、厚さ方向の噴射角度も拡げることができる。
【００２６】
上記ノズルは連続鋳造装置の二次冷却帯のロール（図示せず）の間に幅方向Ｘおよび厚さ方向Ｙとも間隔をあけて配置され、主噴射孔１８の幅方向Ｘと対応する噴霧範囲の両側をラップさせると共に厚さ方向Ｙの噴射範囲の両側をラップさせている。上記ノズル１０は噴霧の厚さ方向Ｙの噴霧角度が従来のノズルよりも拡げられているため、言わば、厚幅ノズルとなる。
このように、デフレクタを配置して、幅方向と直交する厚さ方向に分流させた後に噴射させて、構造的に厚幅な噴射ができる構成としているため、気液混合流体の空気量の割合を低減しても、幅方向の噴射角度が低減せず、空気量の割合の低減化で省エネルギー化を図ることができる共に、水量の割合の増加で冷却速度を早めることができる。
【００２７】
図５はデフレクタを備えた本発明のノズルと、デフレクタを備えていない前記図１２に示す従来のノズルとを用いて、厚さ方向の流量分布を測定して噴射角度をを求めた測定結果を示すグラフである。
測定条件は空気量は７５ＮＬ／ｍｉｎと一定とし、　水量を１Ｌ／ｍｉｎ→５Ｌ／ｍｉｎ→１５Ｌ／ｍｉｎと段階的に増加させ、　空気の割合（気水比）を段階的に低下させた。
【００２８】
図５に示すグラフより明らかなように、水量が１Ｌ／ｍｉｎで空気の混合比が大きくなる場合は、デフレクタを設けていない従来のノズルでは厚さ方向の噴射角度が３９°、デフレクタを設けた本発明のノズルでは３７°でデフレクタを設けていない方が若干噴射角度が広がっていた。一方、水量を５Ｌ／ｍｉｎと増加して空気の混合比を低下させると、厚さ方向の噴射角度は逆転し、従来のノズルでは２５°、本発明では３２°となった。さらに、水量を１５Ｌ／ｍｉｎと増加して空気の混合比をさらに低下させると、従来ノズルでは１８°、本発明のノズルでは３３°となった。
この結果より、デフレクタを設けた本発明のノズルでは、デフレクタを設けていない場合と比較して、空気量の割合を低減しても厚さ方向の噴霧角度は急減せず、かつ、空気量の減少割合を増加させていっても厚さ方向の噴霧角度を略一定の保持できることが確認できた。
【００２９】
また、上記デフレクタを設けた本発明のノズルと、デフレクタを設けていない従来のノズルとにおいて、厚さ方向と直交する幅方向の流量分布と噴霧角度を、上記厚さ方向の噴射角度の測定と同様に、空気量を一定とし、水量を段階的に増大させて測定した。その結果を図６のグラフに示す。
【００３０】
図６のグラフに示すように、幅方向の噴射角度は空気量の混合割合の増減にかかわらず、本発明のノズルは従来のノズルよりも若干広くなっていた。かつ、隣接配置したノズルの噴霧範囲が干渉するラップ部分においても、ラップしていない部分の同等な流量分布となり、流量分布の均一化が図れることが確認できた。
【００３１】
図７（Ａ）〜（Ｆ）はデフレクター２０の変形例を示す。
図７（Ａ）では、ノズル本体の内周面と当接する両端２０ｂを拡大させず、両端外周を円弧形状といる。
上記実施形態では、デフレクタ２０の流路軸線方向の断面を矩形状としているが、図７（Ｂ）では噴射側に向けて縮径させた断面三角形状と、図７（Ｃ）では台形状としている。図７（Ｄ）は図７（Ｂ）と、図７（Ｅ）は図７（Ｃ）と逆転させている。図７（Ｆ）では断面楕円形状としている。
上記図７（Ｂ）〜（Ｆ）に示すデフレクタ２０の断面形状により、分流される流体の方向が制御でき、特に厚さ方向の噴霧角度を任意に変えることができる。よって、断面形状が相違するデフレクタ２０を用意しておき、噴射条件に応じて選択して用いてもよい。
【００３２】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は副孔１５の先端部の変形例を示す。
図８（Ａ）では副孔１５の先端を平坦形状としている。このように平坦形状とすると、エンドミルにより副孔を加工することができる。
図８（Ｂ）は副孔１５の先端をＶ形状としている。
図８（Ｃ）は副孔１５の軸線を先端側で主孔１４側に寄せている。
【００３３】
図９（Ａ）（Ｂ）では、主孔１４の両側に設ける副孔１５Ａと１５Ｂを主孔１４を横断する断面楕円形状の両側部として形成している。
図１０では、主孔１４の両側にそれぞれ２個の副孔１５Ａ−１、１５Ａ−２と、１５Ｂ−１、１５Ｂ−２を設けている。
また、図示していないが、噴霧条件によっては、主孔１４の片側にのみ副孔を設けてもよい。
【００３４】
上記図８〜図１０に示すように副孔の形状を相違させることにより、ノズル本体の頂面の切り込により開口する副噴射孔の形状を相違させて、副噴射孔からの噴射角度、噴霧流量を調整することができる。
【００３５】
図１１はノズル本体の頂面に設ける直径方向に切り込み１６の変形例を示し、上記実施形態では、ノズル本体の中央部に向けて直線状の傾斜させて切り込んでいるが、変形例では円弧形状に傾斜させて切り込んでいる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、副孔を設けることが好ましいが、必ずしも副孔を設ける必要はなく、デフレクタを設けて厚さ方向に分流させた後に主噴射孔より噴射させた場合においても、厚さ方向の噴射角度をデフレクタを設けていない場合と比較して拡げることができる。
さらに、上記ノズルは空気と水とを混合した二流体ノズルとして好適に用いられるが、空気量の割合を減少を減少しても厚み方向の噴射角度が低減しないことより、空気量の割合をゼロとして水のみによる一流体ノズルとしても使用できる。この場合には冷却効果をより高めることが出来ると共に、高圧空気を不要とできるため、ランニングコストを大幅に低減することができる。
また、冷却用に限定されず、各種用途に使用できることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明のノズルによれば、主孔の基部にデフレクタを設置し、流体をデフレクタと衝突して主噴射孔の幅方向と直交する厚さ方向に分流させ、厚さ方向へ拡がりを持たせた後に、主噴射孔より噴射させているため、主噴射孔の幅方向と直交する厚さ方向の噴射角度を広げることができる。　よって、気液混合の二流体の空気量の割合を減少させても、上記デフラクタを取り付けていることにより、厚さ方向の噴射角度を減少させず、かつ、水量の割合が増加することにより、冷却効果を高めることができる。
【００３８】
さらに、上記主噴射孔の厚さ方向側において、主孔の両側に副孔を設け、該副孔に連通する副噴射孔を主噴射孔の中央両側に連通させて開口すると、デフレクタで分流された流体の一部が副孔を通して副噴射孔より噴射されるため、厚さ方向の噴射角度をより広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のノズルを示し、（Ａ）が噴射側の側面図、（Ｂ）は反対側の流入口側の側面図である。
【図２】上記ノズルの斜視図である。
【図３】（Ａ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】（Ａ）はノズル本体内に取り付けるデフレクタの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】本発明のデフレクタを取り付けたノズルと、従来のデフレクタを取り付けていないノズルとにおける厚さ方向の噴霧角度を測定した結果を示すグラフである。
【図６】本発明のデフレクタを取り付けたノズルと、従来のデフレクタを取り付けていないノズルとにおける幅さ方向の噴霧角度およびラップ状態を測定した結果を示すグラフである。
【図７】（Ａ）乃至（Ｆ）はデフレクタの変形例を示す図面である。
【図８】（Ａ）乃至（Ｃ）は副孔の先端形状の変形例を示す図面である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は副孔の他の変形例を示す図面である。
【図１０】副孔の他の変形例を示す図面である。
【図１１】ノズル本体の頂面の切り込みの変形例を示す断面図である。
【図１２】（Ａ）乃至（Ｃ）は従来例のノズルを示す図面である。
【符号の説明】
１０　ノズル本体
１２　流入口
１３　縮径段部
１４　主孔
１５（１５Ａ、１５Ｂ）　副孔
１５ａ　先端部
１６　切り込み
１６ａ　底面
１６ｂ、１６ｃ　側面
１８　主噴射孔
１９（１９Ａ、１９Ｂ）　副噴射孔
２０　デフレクタ
２０ａ　分流板部
２０ｂ　取付部
Ｘ　幅方向
Ｙ　厚さ方向

Claims (7)

1. ノズル本体の中心軸線に沿って、一端の流入口より他端の噴射側に向けて流路を設け、該流路の噴射側先端を円弧状の主孔とする一方、
   上記ノズル本体の噴射側先端の平坦面に直径方向の切り込みを設けると共に、該切り込みは長さ方向の両端より中心に向けて深さ方向に傾斜させ、該切り込みの中央部を上記主孔の先端と連通させて幅の長い主噴射孔を設け、
   かつ、上記主孔の基部に、上記切り込み方向と平行なデフレクタを上記主噴射孔と対向させて流路を横断させて取り付け、
   上記流入口側より流入する流体を上記デフレクタと衝突させて上記主噴射孔の幅方向と直交する厚さ方向に分流させ、厚さ方向の噴霧角度を増大させる構成としていることを特徴とするノズル。
2. 上記切り込み方向と直交方向の上記主孔の両側に副孔を連通させて形成し、これら副孔を上記切り込みの対向する両側面に開口させ、上記主噴射孔の両側に副噴射孔を連通させて設けている請求項１に記載のノズル。
3. 上記ノズル本体の噴射側先端を段状に縮径させ、該縮径部より噴射側の中央に上記主孔を設けると共にその両側に上記副孔を設け、かつ、上記段状縮径部に上記デフレクタを配置して、デフレクタより噴射側に副孔を設けている請求項２に記載のノズル。
4. 上記直径方向の切り込みは、該切り込み方向と直交方向の寸法を一定とすると共に、その対向する両側面を切り込み底面に対して垂直あるいは所要角度で開口側に向けて外側に傾斜させ、かつ、
   上記直径方向の切込は中央部に向けて直線状あるいは円弧形状に傾斜させている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のノズル。
5. 上記デフレクタは大略細長い板状とし、その両端をノズル本体の内周面に当接させて流路中心軸線と直交させて取り付け、
   上記デフレクタの軸線方向の断面形状を、厚肉の矩形状、噴射孔側に向けて小径となる断面台形状あるいは断面三角形状、噴射孔側に向けて大径となる断面台形状あるいは断面三角形状、断面円形あるいは楕円形状とし、これらの形状の異なるデフレクタを噴霧条件に応じて選択して取り付けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のノズル。
6. 上記主孔の両側に設ける副孔は、その先端を主孔の先端と略同一位置まで延在させ、該副孔先端を円弧状、平坦状、下孔部へ向かって傾斜するテーパ状、あるいはＶ形状とし、かつ、
   上記副孔の先端を下孔の先端と平行あるいは下孔に寄せている請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のノズル。
7. 上記ノズル本体の流路には液体とエアの二流体を供給し、連続鋳造装置の二次冷却帯においてロール間に並設する冷却水噴射用として噴霧し、上記ロールによって連続的に引き出される鋳片の全面に対して噴射液が厚幅で噴射されるように配置している請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のノズル。

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