JP2007090395A - ノズルならびに熱延コイルの冷却装置 - Google Patents
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Abstract
それを用いることで、操業上よい結果を得たり、あるいは、納期が非常に迫っている、などの特段の事情がある場合などに対応できる。
【解決手段】環状のスリット式のノズル10から流体を噴きつけるようにした熱延コイルの冷却装置。
【選択図】 図1
Description
そのような際、熱延コイルの強制冷却の方法には、主要なものとして、空冷と水冷があり、このことはすなわち、前述の流体には、空気と水とが主要な例として挙げられる、ということであるが、一方、例えば、冷却の方法の例である「空冷」をとってみれば、熱延コイルが自然に先述のある程度の温度以下になるのを待つ自然空冷と、ファン等により熱延コイルに空気を噴きつける強制空冷とがあることになる、と言えよう。
水冷の場合は、強制水冷とは称されないが、全て強制冷却に該当する。特許文献2には、図12に示すように、熱延コイルの側面を水冷することが記載されている。図12(a)のものは床から水を噴き上げるタイプのものであるが、図12(b)のものは熱延コイルの側面に対し、真横から水を噴きつけるようにするとともに、熱延コイルの内巻き部から冷却を開始し、内巻き側と外巻き側の温度差により生じた熱延コイルの間隙(BさらにはD)に冷却水を供給して冷却する処理を次第に内巻き側から外巻き側に向けて拡げていくことを記載している。
すなわち、上記特許文献1に記載の熱延コイルの冷却装置においては、熱延コイルの側面に大量の空気を噴きつけるべく大容量のファンが必要となり、ファンの建設費ならびにファンの運転費(電気代)もそれだけかかる。また、大量の空気をダクトにて供給するため、その過程での圧力損失を低減すべく、ダクトの寸法(断面積)も大きなものとなり、その結果、ダクトの建設費もかかる。また、ダクト自体が熱延コイル近傍の自然上昇流(ドラフト効果)を阻害し、冷却の妨げとなってしまう可能性もある。
ここで、一般に、流量を大きくするには、例えば、空気を噴きつけるノズルであれば、ノズル周囲の流体(空気)が巻き込まれる作用(速度の速いところは分子が疎になり、周囲から分子が流入しようとする作用:ベルヌーイの法則)を利用することにより、ファンから供給すべき流体(空気)の流量を、巻き込まれる流体(空気)の流量の分だけ低減できることが、また、速度を大きくするには、ノズルから流体を噴射する際の速度の減衰をより小さくすることが、それぞれ手立てとして考えられる。しかし、
1.例えば、上記特許文献1に記載のもののように、ノズルの先端、すなわち、噴射口の断面の形状が、単純な形状、例えば、図14(a)に示すように、円形である、単管ノズルのような場合、噴射する流体11と周囲の流体12との接触面積が小さいため、周囲の流体が巻き込まれる効果は小さい。
本発明は、上記のような種々の課題を解決し、ノズルの形状を、噴射する流体により巻き込まれる流体の量を大きくでき、ノズルから流体を噴射する際の速度の減衰も小さくできるとともに、構造簡単、加工も容易とし、建設費、運転費ともに大幅に低減できる熱延コイルの冷却装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明のノズルは、環状のスリット式のノズルであり、内側と外側の2重円管にて前記スリットを形成するのが好ましく、前記環状のスリット式のノズルの、流体を噴射する側と反対側の、スリットの間隙部分は、全体にわたり塞ぐようにし、前記内側の円管の内側は開くようにするのが好ましい。
また、本発明の熱延コイルの冷却装置は、集合配管から、流体供給管経由で、複数の前記環状のスリット式のノズルに向け、流体を供給するようにしてもよく、その場合、流体の供給源から遠ざかるに従って、各環状のスリット式のノズルに通ずる前記流体供給管を通過するにつれ、漸次、集合配管の径を細くなるようにするのが好ましい。
あるいはさらに、本発明の熱延コイルの冷却装置を使用するに際しては、熱延コイルを床面よりかさ上げして載置すれば、ドラフト効果をより促進することが可能であり、かつ、本発明の熱延コイルの冷却装置はコンパクトであるため、ドラフト効果が阻害されてしまうこともない。
図1は、本発明の環状のスリット式のノズルの一つの実施の形態について、ノズルの先端部分を抜出して、その作用がわかるよう、模式的に示したものである。図1中、10は、環状のスリット式のノズル全体を示し、11は、噴射する流体、12は、周囲の流体を示す。14は、内側の管(以下、内管)を、15は、外側の管(以下、外管)を示す。内管14と外管15の間隙部分が、環状のスリット式のノズル10を形成している。
2.また、内管14と外管15により円環状のスリット式のノズル10が形成されるのであるが、本発明の環状のスリット式のノズルは、例えば、図2(a)に示すように、流体を噴射する側と反対側のスリットの間隙部分を塞がないで、ゴムホースや鉄管製の流体供給管16を、スリットの間隙部分に挿入することで、簡単に加工して製作することができる。このほか、図2(b)に示すように、その流体を噴射する側と反対側のスリットの間隙部分を塞ぐようにし、内管14の内側は開くようにすることにより、塞いだ側の後方の流体13を吸込み、反対側から噴射させることが可能となり、巻き込む周囲の流体12とあわせ、さらなる流量増加が期待できる。
(外管15の内径−内管14の外径)/2
は、冷却しようとする熱延コイルの冷却が十分にできる限度において、できるだけ小さくする方が、供給すべき流体の流量を少なくでき、供給装置をコンパクト化できるので、好ましい。前記内管と外管の間隔の好適範囲として、例えば1〜5mmが挙げられる。なお、図2中、17は、留め金である。
流体供給管16を接続する場合、外管15の接線方向に接続する場合の接続角αを0°、外管15の法線方向に接続する場合の接続角αを90°とすれば、αは、0〜90°内のいかなる角度で接続してもよく、また、流体供給管16の径は、先述のように、冷却しようとする熱延コイルの冷却が十分にできる限度において、できるだけ小さくするのが好ましい。径を小さくすれば、噴射する流体の周方向の圧力分布および流速分布がより均一化し、外管15の外側の周囲の流体12の流れへの影響も軽微ですむからである。前記接続角αの好適範囲として、例えば45〜90°が挙げられる。前記流体供給管の径の好適範囲として、例えば20〜50mmが挙げられる。
その際の環状のスリット式のノズル10と熱延コイル91の相対的な位置関係は、円環状のスリット式のノズル10の中心線と熱延コイル91の中心線とのなす角θ=45°、ノズル10の先端から熱延コイル91の端面までの距離:L1=250mm、ノズル10の先端から熱延コイル91の外周までの距離:L2=200mmを満足するように設置すれば、熱延コイル91の幅が500mm以下の範囲内すなわちL1=250〜500mmの範囲内で変動しても、熱延コイル91の端面上の空気の流速分布は大きく変わらない。強制空冷の冷却効率は熱延コイル91の端面上の風速分布すなわち熱延コイル91の端面に沿って流れる空気の流量に依存するため、L1=250〜500mmの範囲内で変動しても、ほぼ同等の冷却性能を得ることができる。
ここで、熱延コイル91の周辺には、熱せられた空気の上昇流ができ、それにより、さらに熱延コイル91が冷却される作用があるので(ドラフト効果)、本発明においては、環状のスリット式のノズル10から噴射される空気の流れにて、この上昇流ができる限り妨げられないようにすることが好ましく、逆に、環状のスリット式のノズル10から噴射される空気の流れと、熱延コイル91によって熱せられた空気の上昇流と、の相乗効果を利用した方がよい。
図7(a)は、図3に示した円環状のスリット式のノズルを用いて、ノズルの根元での圧力を500mmH2Oとして、空気(30℃)を供給したときの、ノズルの先端における、スリットの間隙部分および内管の中心における速度分布を示したものである。
図7(a)より、流体供給管16と外管15の接続部に近い位置では、ノズルから流体を噴射する際の速度の低下があるものの、円環状のスリット式のノズルを形成する、内側と外側の円管の円周方向には、ほぼ均一な速度分布を形成できていることが分かる。
図7(c)は、図3に示した円環状のスリット式のノズルを用いて上記と同様にした場合の、数値シミュレーションから分かった結果であるが、ノズル出側における周囲の空気の巻き込み量は、さらに大きく、空気の供給源側からの空気の供給量の10倍以上あると想定される。よって、上記条件において、空気の供給源側からの空気の流量1に対して12倍以上の流量増加効果が見込まれることになる。
11 噴射する流体
12 周囲の流体
13 後方の流体
14 内管
15 外管
16 流体供給管
17 留め金
18 集合配管
19 ポンプ(ターボファン)
90 コイルヤード
91 熱延コイル
93 スキッド
95 クレーン
97 床面
98 ノズル(従来)
100 熱延コイルの冷却装置
Claims (9)
- 環状のスリット式のノズル。
- 前記環状のスリット式のノズルは、内側と外側の2重円管にて前記スリットを形成したことを特徴とする請求項1に記載のノズル。
- 前記環状のスリット式のノズルの、流体を噴射する側と反対側の、スリットの間隙部分は、全体にわたり塞ぐようにし、前記内側の円管の内側は開くようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載のノズル。
- 熱延コイルの表面または側面に流体を噴きつける熱延コイルの冷却装置であって、環状のスリット式のノズルから流体を噴きつけるものであることを特徴とする熱延コイルの冷却装置。
- 前記環状のスリット式のノズルは、内側と外側の2重円管にて前記スリットを形成したものであることを特徴とする請求項4に記載の熱延コイルの冷却装置。
- 前記環状のスリット式のノズルの、流体を噴射する側と反対側の、スリットの間隙部分を、全体にわたり塞ぐようにし、前記内側の円管の内側は開くようにしたものであることを特徴とする請求項4または5に記載の熱延コイルの冷却装置。
- かさ上げして載置された熱延コイルに向け流体を噴きつけるように配置され、前記環状のスリット式のノズルの先端を設置する高さは、前記熱延コイルの中心より低いことを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の熱延コイルの冷却装置。
- 集合配管から、流体供給管経由で、複数の前記環状のスリット式のノズルに向け、流体を供給することを特徴とする請求項4ないし7のいずれかに記載の熱延コイルの冷却装置。
- 流体の供給源から遠ざかるに従って、各環状のスリット式のノズルに通ずる前記流体供給管を通過するにつれ、漸次、集合配管の径を細くなるようにしたことを特徴とする請求項8に記載の熱延コイルの冷却装置。
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