JP2022121866A - 水冷用のスプレーノズルの運転方法、冷却水の噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷用のスプレーノズルにおいて、詰まりをより確実に抑制する。【解決手段】冷却水の噴射の停止の後、気体の停止と気体の噴射の組み合わせを少なくとも２回繰り返す。【選択図】なし

Description

本発明は、鋳片、鋼板、鋼管等の製造に用いられる水冷用のスプレーノズルの運転に関する。

例えば、鋳片、鋼片、鋼板又は鋼管等の製造工程におけるこれら材料の冷却は、適切な表面性状や組織を得るため、及び、均質化や安定した操業を確保する観点から重要である。

この冷却のために、冷却水を材料に供給する手段として水冷用のスプレーノズルが用いられる。水冷用のスプレーノズルは、ノズル吐出孔から冷却水を材料に向けて噴射することで冷却対象に冷却水を供給して冷却を行う。
一方、スプレーノズルのノズル吐出孔は細いため詰まりが生じやすい。そして詰まりが生じると材料の冷却ができなくなり、製品の品質や製造に影響を与えてしまう。

特許文献１、特許文献２にはノズル吐出孔の詰まりを防止するために空気をパージすることが開示されている。

特開２００２－１４３９９８号公報 公開実用昭和５６－４５５５８号公報

しかしながら、従来のように空気をパージするのみでは十分に詰まりを防止することができるとは言えなかった。

そこで本発明は、ノズル吐出孔の詰まりをより確実に抑制することができる水冷用のスプレーノズルの運転方法を提供することを課題とする。また、そのための冷却水の噴射装置を提供する。

本発明の１つの態様は、水冷用のスプレーノズルの運転方法であって、冷却水の噴射の停止の後、気体の停止と気体の噴射の組み合わせを少なくとも２回繰り返す、スプレーノズルの運転方法である。

本発明の他の態様は、冷却水の噴射装置であって、スプレーノズルと、スプレーノズルへの気体、及び、冷却水の供給及び停止を制御する制御装置と、を備え制御装置は、冷却水の噴射の停止の後、気体の停止と気体の噴射の組み合わせを少なくとも２回繰り返す制御を行う、冷却水の噴射装置である。

気体の噴射において噴射される気体の流量は、１回あたり１ｍ^３／ｈ以上２０ｍ^３／ｈとすることができる。

気体の噴射において気体の噴射時間は、１回あたり１０秒以下とすることができる。

本発明によれば、より確実にスプレーノズルの詰まりを抑制することができる。

冷却水の噴射装置１０の構成を模式的に表す図である。 スプレーノズル１１の構成を説明する図である。

１．冷却水の噴射装置
図１には冷却水の噴射装置１０の構成を模式的に示した。図１に示したように、冷却水の噴射装置１０は、スプレーノズル１１及び制御装置１２を有している。スプレーノズル１１には冷却水が流れる水配管１３及び空気が流れるエア配管１４が接続されている。また、水配管１３には電磁弁１５が設けられ、電磁弁１５の開閉により冷却水の供給及びその停止が切り替えられ、エア配管１４には電磁弁１６が設けられ、電磁弁１６の開閉により空気の供給及びその停止が切り替えられる。この電磁弁１５及び電磁弁１６は電気的に制御装置１２に接続され、制御装置１２により電磁弁１５及び電磁弁１６の開閉が制御されている。以下、スプレーノズル１１及び制御装置１２について説明する。
なお、本形態では空気を用いているがこれに限らず他の気体が用いられてもよい。

＜スプレーノズル＞
図２には、１つの形態にかかるスプレーノズル１１の構造を示した。このスプレーノズル１１は連続鋳造工程における鋳片の二次冷却用のスプレーノズルである。ただしこれは例示であり、他の工程の冷却に用いるスプレーノズルについても同様に考えることができる。他の工程としては例えば、鋳片の分塊圧延、形鋼圧延工程、熱間圧延工程等を挙げることができる。

スプレーノズル１１は、内側に中空部を有する混合器１１ａ、導管１１ｂ、及び先端部材としてのノズルチップ１１ｃを有して構成されている。
図２からわかるように、水配管１３及びエア配管１４が混合器１１ａに接続され、その中空部で空気と冷却水とが混合するように構成されている。また、導管１１ｂの一端が混合器１１ａに接続されており、導管１１ｂの他端にノズルチップ１１ｃが配置されている。
従って、水配管１３により供給された冷却水、及び、エア配管１４により供給された空気は、混合器１１ａの中空部にて混合され、導管１１ｂを流れてノズルチップ１１ｃに達し、ノズルチップ１１ｃに設けられたノズル吐出孔から材料（冷却対象）に向けて噴射される。

ここで、ノズルチップ１１ｃには表面処理による被覆が設けられてもよい。これによりさらにスプレーノズルの異物が除去されやすくなり、詰まりの抑制を効果的に行うことができる。表面処理の種類は特に限定されることはないが、例えばポリテトラフルオロエチレンや金属（例えば、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｕ、Ａｕ合金）等を挙げることができる。

＜制御装置＞
制御装置１２は、電気的に電磁弁１５及び電磁弁１６に接続され、電磁弁１５及び電磁弁１６の開閉を制御する。この開閉の制御は制御装置１２に保存されているプログラムに基づいて行われ、冷却水及び空気の供給及び停止が切り替えられる。
具体的な制御の内容は、後述する水冷用のスプレーノズルの運転方法において説明する。

このような制御装置１２としては特に限定されることはないが、コンピュータを挙げることができる。この場合、制御装置は、記憶されたプログラムに基づいて演算を行う演算子、演算の際の作業領域として機能するＲＡＭ、制御の根拠なるプログラムや得られたデータが保存される記憶装置、電磁弁の作動のタイミングを得るためのセンサなどの外部機器からの信号を受信するポートとなる受信装置、及び、電磁弁に対して開閉の指令のための信号を出力するポートとなる出力装置を備えている。

２．水冷用のスプレーノズルの運転方法
次にスプレーノズルの運転方法について説明する。

＜冷却水の噴射時＞
冷却対象を冷却するために冷却水を噴射する場面では、通常の通りに冷却水及び空気の供給がおこなわれ、スプレーノズルから冷却水と空気との混合流体が冷却対象に向けて噴射される。上記噴射装置１０を用いる場合には、制御装置１２に保存されたプログラムを演算子が演算し、その演算の結果に基づいた指令により、電磁弁１５及び電磁弁１６が開放状態とされ、水配管１３から供給された冷却水、及び、エア配管１４から供給された空気が、混合器１１ａの中空部にて混合され、導管１１ｂを流れてノズルチップ１１ｃに達し、ノズルチップ１１ｃに設けられたノズル吐出孔から材料（冷却対象）に向けて噴射される。

＜冷却水の停止後＞
冷却水の噴射を停止した後は、冷却水の供給は停止するとともに、「１回の空気の停止及び１回の空気の噴射」を１つの組み合わせとしてこの組み合わせを２回以上行う。これによりスプレーノズルのノズル吐出孔の異物を効率よく除去して、詰まりをより確実に抑制することができる。
繰り返しの回数は２回以上であれば特に限定されることはないが、回数が多いことで効果的に詰まりを抑制することができるため３回以上が好ましい。一方、回数を多くすることにより効果が飽和し、時間の無駄が生じる虞があるため、１０回以下であることが好ましい。より好ましくは５回以下である。

１回あたりの空気の停止時間は特に限定されることはないが、１０秒以下であることが好ましく、より好ましくは５秒以下である。一方、１回あたりの空気の停止時間は１秒以上であることが好ましい。
また、１回あたりの空気の停止時間はその直後に行われる空気の噴射時間より短いことが好ましい。

１回あたりの空気の噴射時間は特に限定されることはないが、２０秒以下が好ましく、１０秒以下であることが好ましい。一方、１回あたりの空気の噴射時間は２秒以上であることが好ましい。
また、１回あたりの空気の噴射流量は限定されることはないが、１ｍ^３／ｈ以上２０ｍ^３／ｈであることが好ましい。より好ましくは５ｍ^３／ｈ以上１５ｍ^３／ｈ以下である。

上記噴射装置１０を用いる場合には、制御装置１２に保存されたプログラムを演算子が演算し、その演算の結果に基づいた指令により、電磁弁１５が閉鎖され、電磁弁１６が開閉を繰り返すことで、上記した空気の停止及び噴射が行われる。

発明者は、冷却水の噴射が終了した後に、断続的にエアを噴射することによりスプレーノズルに残っている冷却水に加速度を与えることができるため、スプレーノズルの先端からの水切れが良くなり、これによりスプレーノズルのノズル吐出孔の異物を効率よく除去して、詰まりを抑制することができると考えた。そこで実施例では、冷却水の噴射の終了後に空気のみの噴射を行い、当該空気のみの噴射後にスプレーノズルから垂れ落ちた冷却水を回収してその量を測定した。具体的には次のように試験を行った。

（１）実際の製造を模擬するため、測定対象としたスプレーノズル（１つ）の周囲の雰囲気に４４０℃設定の熱風を流す。
（２）熱風を流し始めてから６０分経過後に、スプレーノズルから空気を噴射し始める。
（３）スプレーノズルから空気を噴射し始めてから５秒後、合わせて冷却水を噴射し始める。冷却水の流量は２５Ｌ／分である。
（４）冷却水を噴射し始めてから７０秒経過した時点で冷却水の噴射を停止する。冷却水の停止後、５秒後に空気の噴射を停止する。
（５）この空気の噴射を停止してから５秒後から、表１に表したパターンで空気の噴射及び停止を行う。噴射する空気量は、１０ｍ^３／ｈである。また、各例についてそれぞれ３回試験を行った。
（６）各例において最後の空気の噴射を終えると同時にスプレーノズルの下に容器を置き、２０秒間、スプレーノズルから落ちた冷却水を集め、その量（質量）を測定した。

上記（５）における空気の噴射条件、及び、上記（６）で集まった冷却水の量（結果）を表１に示す。表１では、合計の空気噴射時間ごとに、空気の停止と噴射のパターンを変更した条件を示した。また、結果は、各例で得た水量の合計を試験回数（３回）で除した平均値とした。

表１からわかるように、合計の空気噴射時間が同じである場合、いずれも複数回に亘って断続的に空気の噴射及び停止を繰り返すことで、検出水量が大きく低下している。すなわち、複数回に亘って断続的に空気の噴射及び停止を繰り返すことでスプレーノズル内に残留する冷却水を効率よく排除することができる。
スプレーノズル内に残留する冷却水はスプレーノズルの詰まりの原因の１つとなるため、冷却水の効率よい排除によりスプレーノズルの詰まりも抑制することが可能となる。
また、複数回の空気の噴射のうちでも、回数が多い方がその効果は顕著となる。従って、少なくとも２回の噴射であれば効果は認められるが、３回以上であることがより好ましい。

１０ 冷却水の噴射装置
１１ スプレーノズル
１２ 制御装置
１３ 水配管
１４ エア配管
１５ 電磁弁
１６ 電磁弁

Claims (6)

1. 水冷用のスプレーノズルの運転方法であって、
   冷却水の噴射の停止の後、気体の停止と気体の噴射の組み合わせを少なくとも２回繰り返す、スプレーノズルの運転方法。
2. 前記気体の噴射において噴射される気体の流量は、１回あたり１ｍ^３／ｈ以上２０ｍ^３／ｈである請求項１に記載のスプレーノズルの運転方法。
3. 前記気体の噴射において気体の噴射時間は、１回あたり１０秒以下である、請求項１又は２に記載のスプレーノズルの運転方法。
4. 冷却水の噴射装置であって、
   スプレーノズルと、
   前記スプレーノズルへの気体、及び、冷却水の供給及び停止を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記冷却水の噴射の停止の後、前記気体の停止と前記気体の噴射の組み合わせを少なくとも２回繰り返す制御を行う、
   冷却水の噴射装置。
5. 前記気体の噴射において噴射される気体の流量は、１回あたり１ｍ^３／ｈ以上２０ｍ^３／ｈである請求項４に記載の冷却水の噴射装置。
6. 前記気体の噴射において気体の噴射時間は、１回あたり１０秒以下である、請求項４又は５に記載の冷却水の噴射装置。

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