JP2008296197A - ノズル - Google Patents
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Abstract
【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孔に向けて流路を設け、該流路の噴射側先端を円弧状とした主孔とし、噴射側先端の平坦面に直径方向の切り込みを設け、該切り込みは直径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前記主孔の先端と連通させ、前記切り込み方向が長いと共に直交方向の幅が狭い細長い噴射孔を設け、前記主孔への流入部にオリフィスを設け、前記噴射孔の幅(W1)に対する前記オリフィスの流路幅(W2)の比を、W1:W2=1:1〜1:3の範囲に設定し、前記噴射孔に達する流路の幅は、前記オリフィスで狭めた後に前記主孔で広げ、前記噴射孔で狭くしている。
【選択図】図2
Description
特に、連続鋳造装置の二次冷却帯に配置するノズルへの供給管は直線状に配管しにくく屈曲して配管せざるを得ない場合が多く、この点でも配管の形態にかかわらずノズルの形状を改良することで打力分布、水量分布の均一化を図るようにすることが望まれている。
前記主孔への流入部にオリフィスを設け、前記噴射孔の幅(W1)に対する前記オリフィスの流路幅(W2)の比を、W1:W2=1:1〜1:3の範囲に設定し、
前記噴射孔に達する流路の幅は、前記オリフィスで狭めた後に前記主孔で広げ、前記噴射孔で狭くしていることを特徴とするノズルを提供している。
前記W1とW2との比は後述するように、本発明者がW1とW2に比をかけて繰り返し実験で知見した結果に基づく。
これは、オリフィスの長さ方向を狭くすると、幅狭で細長い形状とした噴射孔からの噴射時に、水量を長さ方向に均等に分布させにくくなることによる。
前記オリフィスを軸線方向(流路方向)に挟む両端面は、軸線方向に対して直交させていることが好ましい。
このように、オリフィスへの流入側を流路方向に対して直交する方向とすると、流入する空気はオリフィスの壁面に衝突した後にオリフィス内に流入し、オリフィス内での空気の整流機能を高めることができる。
また、オリフィスからの流出側も流路方向に対して直交方向とすることで、オリフィスから流出した空気を急膨張させて主孔内での水との撹拌機能を高めることができる。かつ、主孔を先端の噴射孔に向けて円弧形状としていることで、主孔の流入側で撹拌した気液混合流体を噴射孔に向けて圧力を増大させながら流通させることができる。
特に、噴射孔の形状が楕円であればオリフィスの断面形状も楕円とする等、噴射孔の形状と断面形状とを同一形状あるいは若干大きくした相似形状とすることが好ましい。
このように、オリフィスにおいて噴射孔と同様な形状として気液混合流体を通過させてから主孔で再撹拌した後に噴射孔から噴射すると、噴射孔から空気と水とを均一に混合させた気液混合流体を噴射することができ、噴霧パターンの全体において打力分布および流量分布を均等化させることができる。
噴射孔に向けて軸線方向では円弧形状とした主孔は、その長さ及び断面積は、オリフィスで整流とした気液混合流体を、所要の圧力に増大させことができれば、その断面形状、長さ、および断面積は限定されない。
前記ノズル本体は金属、セラミック、樹脂のいずれでも良い。また、オリフィスを形成するスリーブを取り付ける場合には、該スリーブも金属、セラミック、樹脂のいずれでもよい。
このように、同一形状のノズル本体に複数種類のスリーブを選択的に取り付けることで、ノズルの噴霧条件を変えることができる。よって、冷却用に多数のノズルを使用し、かつ、使用箇所によって噴霧条件を変える必要がある場合や鋼種に応じて冷却温度を調節する必要がある場合に、非常に有効なものとなる。
前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噴射孔の長さ方向中央部で直交方向両側に連通することより、幅方向の噴射角度をより広げることができる。
前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。
このように、噴射孔側に向けて円弧形状とした主孔の流入側にさらに円弧形状に拡径する下孔を連続させると、噴射孔へ向けて気液混合流体の圧力をスムーズに高めることができる。
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。
なお、急冷却用のノズルとして用いる場合には、ノズル本体に水のみを供給しても良いし、乾燥用のノズルとして用いる場合には、ノズル本体に空気のみを供給して一流体ノズルとして利用してもよい。
このように、高水量時と同様に低水量時にも打力分布の均等化を図ることができるため、水量を調節しても冷却ムラを発生させない効果を有する。
よって、鋳片冷却用として前記ノズルを配置した時に、冷却領域に応じて冷却温度に応じて水量を増減しても、冷却ムラの発生を防止することができる。
図1乃至図6に第1実施形態を示す。
該第1実施形態はノズル本体の流路に沿ってスリーブを取り付けてオリフィスを形成している。
ノズル本体10の噴射側先端面は平坦面10aとし、該平坦面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は開口側に向けて直線状に切り込んでいる。
前記切り込み16により主孔14の先端部を切り込んで、切り込み16の底面16aに、長さ方向Xが長いと共に幅方向Yが狭い長円形状の噴射孔18を形成している。該噴射孔18の幅方向寸法をW1とし、長さ方向寸法をL1とする。
オリフィス13の幅方向寸法W2は噴射孔18の幅方向寸法W1に対して、W1:W2=1:1〜1:3に設定しており、本実施形態ではW1:W2=1:3としている。
オリフィス13の長さ方向寸法L2は噴射孔18の長さ方向寸法L1より大きくし(L1<L2)、本実施形態ではL2はL1の1.5倍程度としている。
該オリフィス13の幅方向寸法W2は主孔14の流入端14aの直径よりも小さく、よって、幅方向Yではオリフィス13の幅方向両端13a、13bが流入端14aの幅方向両側より流路側へ段状に突出して流路幅W2を狭くしている。
前記オリフィス13の長さ方向寸法L2は主孔14の流入端14aの直径よりも大きく、よって、長さ方向Xでは主孔14の流入端14aがオリフィス13の長さ方向両端16c、16dより流路側に段状に突出している。
前記ノズル10は、図示していないが、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用いられ、前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噴射されるように配置している。よって、ノズル10の配置位置に応じて配管20は図5(A)に示すように直管の場合もあり、図5(B)に示すように曲管の場合もある。
詳細には、幅方向Yを長さ方向Xよりも縮小しているため、特に、幅方向Yにおいて空気を中央に集まるように整流し、空気Aの拡散および乱れを抑制し、噴射孔18と相似形状の長円形状に気液混合流体を流通させる。
第2実施形態ではオリフィス13をスリーブ21を設けて形成している点で第1実施形態と相違させている。
図示のように、ノズル本体10内に中心軸線に沿って設ける流路11は、流入口12を一端に開口した大径孔からなる流路22に主孔14を連通し、該主孔14の先端に噴射孔18を設けている。
前記スリーブ21の中央には第1実施形態のオリフィス13と同様な形状の貫通孔21aを設け、オリフィス13と同様な作用を生じさせている。
他の構成は第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第3実施形態は第2実施形態と同様にスリーブ21をノズル本体10に取り付け、該スリーブ21の貫通孔21aでオリフィスを形成している。
第3実施形態では、ノズル本体10に主孔14の幅方向Yの両側に副孔25(25A、25B)を設けている点で第2実施形態と相違させている。
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。
該構成とすると、幅方向Yの噴霧角度を更に広げることができる。
なお、図11の変形例に示すように、直径方向の切り込み16の底面16aを中央部に向けて円弧形状に傾斜させてもよい。
スリーブ21を設け、その貫通孔でオリフィスを形成している点を含めて他の構成は第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
他の構成は第2実施形態と同様である。
前記のように、噴射孔18に向けて円弧形状とした主孔14の流入側にさらに円弧形状に拡径する下孔28を連続させると、噴射孔18へ向けて気液混合流体の圧力をスムーズに高めることができる。
また、前記各実施形態では主孔14の断面形状を円形としているが、長円、楕円等の形状としてもよい。
オリフィスを形成していない従来の特許文献1のノズルと、該従来のノズルに対してオリフィスを形成した点のみを相違させた本発明のノズルを設け、該従来のノズルと本発明のノズルの打力分布を測定した。
その結果を図14のグラフに示す。測定条件は図14中に示す通りであり、Pa(MPa)は空気圧、Pw(MPw)は水圧、Qaは空気消費量(NL/min)、Qw(L/min)は水量を示す。
本発明のノズルと従来のノズルのいずれも、Qwが1.0L/minの低水量時、Qwが2.0L/minの中水量時、Qwが5.0L/minの高水量時の3段階で測定した。 打力分布および流量分布はノズルの噴射孔直下の200mmの位置で測定した。
この測定は、荷重センサーを吊り下げ固定し、該荷重センサーの下方位置にノズルを配置して上向きに噴口を位置させて荷重センサに向けて噴霧を発生させた。荷重センサーは噴霧の厚さよりも大きいものを使用し、かつ、ノズルを荷重センサーの吊り下げ位置の一側より真下を通過させて他側へと移動させた。
噴霧と接触することで荷重センサーは信号を発生し、この信号をグラフ化して図14に示す線図を得た。
流量分布に関しても、従来のノズルと比較して本発明のノズルは両側の傾斜部分が少なく、台形状の山となり、流量分布にかんしても従来のノズルよりも均等化されていることが確認できた。
かつ、噴霧角度に関して、本発明のノズルは低水量時と高水量時と同一の115°であった。それに対して従来のノズルは低水量時は101°、高水量時は99°と差が生じていた。
このように、打力分布、流量分布および噴霧角度のいずれにおいても、本発明のノズルは従来のノズルより水量の影響をうけず均一化がはかれることが確認できた。
ノズルに接続する気液混合流体の配管形状を図15に示すように変え、配管形状が打力分布に与える影響を測定した。ノズルは本発明の第2実施形態のスリーブを取り付けてオリフィスを形成したノズとした。また、測定時に流量を1.0L/min〜10.0L/minと段階的に変化させて測定した。打力分布の測定方法は前記と同様とした。
さらに、前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。
12 流入口
13 オリフィス
14 主孔
16 切り込み
18 噴射孔
21 スリーブ
21a 貫通孔
25(25A、25B) 副孔
28 下孔
X 長さ方向
Y 幅方向
Claims (12)
- 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孔に向けて流路を設け、該流路の噴射側先端を円弧状とした主孔とし、噴射側先端の平坦面に直径方向の切り込みを設け、該切り込みは直径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前記主孔の先端と連通させ、前記切り込み方向が長いと共に直交方向の幅が狭い細長い噴射孔を設け、
前記主孔への流入部にオリフィスを設け、前記噴射孔の幅(W1)に対する前記オリフィスの流路幅(W2)の比を、W1:W2=1:1〜1:3の範囲に設定し、
前記噴射孔に達する流路の幅は、前記オリフィスで狭めた後に前記主孔で広げ、前記噴射孔で狭くしていることを特徴とするノズル。 - 前記オリフィスの流路幅と直交している長さ寸法は、前記噴射孔の長さ方向の寸法より大きく設定している請求項1に記載のノズル。
-
前記オリフィスを軸線方向(流路方向)に挟む両端面は、軸線方向に対して直交させている請求項1または請求項2に記載のノズル。 - 前記オリフィスの軸線方向と直交方向の断面形状を、楕円、長円、円形または前記主噴射孔と相似形としている請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のノズル。
- 前記主孔は中心軸線に対する直交方向の断面が円形、楕円または長円である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のノズル。
- 前記主孔の流入端に段差を介して連続する大径流路を設け、該大径流路に、中央に貫通孔を設けたスリーブを内嵌固定し、該スリーブの貫通孔で前記オリフィスを形成している請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のノズル。
- 前記スリーブは、前記貫通孔の形状、該貫通孔の断面積、あるいは/および板厚が相違する複数種からなり、噴霧条件に応じてスリーブを選択して取り付け可能としている請求項6に記載のノズル。
- 前記ノズル本体には、前記切り込み方向と直交方向の前記主孔の両側に副孔を連通させて形成し、これら副孔を前記切り込みの対向する両側面に開口させ、前記噴射孔の両側に連通した副噴射孔を設けている請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のノズル。
- 前記主孔の流入側に円弧状に拡径する下孔を設け、該下孔に前記オリフィスを連通させている請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のノズル。
- 前記ノズル本体の噴射側端面に設ける前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、前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9のいずれか1項に記載のノズル。
- 前記ノズル本体の流路には液体とエアの二流体を供給している請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載のノズル。
- 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用いられ、前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噴射されるように配置している請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載のノズル。
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