JP3867072B2 - 金属帯上の液切りノズル - Google Patents

Description

本発明は、金属帯上の液切りノズルに関し、詳細には、気体を噴射することにより金属帯上の残留水分や油分などの液体を除去する金属帯上の液切りノズルに関する。

従来から、高温の金属帯を取り扱う圧延工程、熱処理工程等では、金属帯を冷却もしくは洗浄する目的で冷却液や洗浄液が用いられているが、この液が金属帯上に残留すると、金属帯の冷却が不十分となり所望の冷却効果が得られないという問題や、金属帯の温度分布が不均一となって形状不良等の品質不良が発生するという問題、さらには、液残りにより汚れが発生するという問題があった。このような問題に対し、金属帯上の液体を除去するために、例えば、液切りローラと共に金属帯に対向するように液切りノズルを設け、このノズルに形成されたノズル孔から空気等の気体を噴射して金属帯上の液を除去する技術が開示されている。このノズルは、長尺箱型形状もしくは筒型形状のものが一般的であり、その内部に空気等の気体が供給されて、該気体がスリット状の横長形状のノズル孔、もしくは長尺方向に複数配設された縦長形状のノズル孔から金属帯に向かって噴射されることになる（特許文献１参照）。また、筒型部材の外周面からノズル管を突出させて、このノズル管内周部（ノズル孔）から気体を噴射する技術も開示されている。
実開平５−６５４１１号公報

しかしながら、上記のような従来技術では、長尺部材に穿設したノズル孔から気体を噴射させるようにすると、噴射後の気体が金属帯以外の方向に拡散してしまう可能性があり、そのために金属帯に衝突する気体の圧力が低下し、十分な液切り効果が得られないという問題があった。ここで、液切りのための圧力を確保しようとすると、ノズルに多量の気体を供給しなければならず、液切り効率が悪化したり、騒音が発生するという問題が生じることになる。また、ノズル孔を管状にすれば、気体の金属帯への衝突圧力を増加させることはできるが、この場合、ノズル管に挟まれた部分では気体の金属帯への衝突圧力が低下するため、衝突圧力のばらつきが大きくなって圧力を均一化できないという問題や、ノズル管と気体が供給される長尺状部分との間に流れのよどみ部が形成されて該箇所に渦が発生し、それにより騒音が発生するという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、気体噴射時の騒音を低減することができ、かつ効率よく液切りをすることができる金属帯上の液切りノズルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の金属帯上の液切りノズルは、気体を噴射することにより、金属帯上の残留液体を除去する金属帯上の液切りノズルであって、長尺筒状で、前記気体が供給される気体供給部と、当該気体供給部の外周面から前記長尺方向と直交する方向に向かって突出し、前記長尺方向と直交する断面形状が、先端に向かって狭窄した略二等辺三角形状となった気体噴射部とを備え、当該気体噴射部には、前記二等辺三角形の相等しい二辺と所定角度θを形成しつつ、前記気体供給部の内周部分と連通したノズル孔が所定ピッチをもって複数個穿設され、前記気体噴射部から、前記所定ピッチ以下の所定厚を有する板状のつば部が、前記ノズル孔をそれぞれ挟み込んで前記長尺方向に対して均等に位置するように突設されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の金属帯上の液切りノズルでは、請求項１または２に記載の金属帯上の液切りノズルの構成に加えて、前記気体噴射部において、前記ノズル孔の径が０．６〜１．６ｍｍの範囲内にあるとき、前記所定ピッチが、前記ノズル孔の径に１．２〜３．５を乗じた値となっていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の金属帯上の液切りノズルでは、請求項１に記載の金属帯上の液切りノズルの構成に加えて、前記ノズル孔の貫通方向において、気体噴射部先端とつば部先端間の寸法値が、前記ノズル孔の径に１〜６を乗じた範囲内にあることを特徴とする。

さらに、請求項４に記載の金属帯上の液切りノズルでは、請求項１乃至３の何れかに記載の金属帯上の液切りノズルの構成に加えて、前記気体供給部が円筒状でかつ前記ノズル孔の長さが一定である場合、前記二等辺三角形の相等しい二辺が、前記気体供給部の外周円に接するときの各二辺と前記ノズル孔の貫通方向との間にそれぞれ形成される角度をΘとすると、前記所定角度θの値は、前記Θに０．７〜１．０を乗じた範囲内にあることを特徴とする。

本発明に係る金属帯上の液切りノズルでは、長尺筒状の気体供給部外周面から、その長尺方向と直交する方向に向かって気体噴射部が突出しており、この気体噴射部には、気体供給部の内周部分と連通しかつ気体供給部の長尺方向と直交する方向に貫通したノズル孔が所定ピッチをもって複数個穿設されている。また、気体噴射部は、その長尺方向と直交する断面形状が先端に向かって狭窄した略二等辺三角形状となっており、ノズル孔を挟み込むように相等しい二辺がそれぞれ延びている。気体噴射部がこのような形状になっていることにより、気体供給部に供給された気体を噴射部の出口からスムーズに噴出させられると共に、気体供給部と気体噴射部との間に流動気体のよどみ部が形成されることがなく、それにより騒音が発生するのを防止することができる。

また、気体噴射部において、ノズル間の所定ピッチ以下の所定厚を有する板状のつば部が、複数のノズル孔をそれぞれ挟み込んで気体供給部の長尺方向に対して均等に位置するように突設されており、ノズル孔の貫通方向において、気体噴射部先端とつば部先端間の寸法値をノズル孔の径に１〜６を乗じた範囲内とした。従って、つば部を必要以上に大きくすることなく、ノズル孔から噴射される気体の直進性を向上させることができるので、金属帯への気体の衝突圧力を高くでき、供給される気体の流量を無駄に多くすることなく効率的な液切りを行うことができる。

さらに、ノズル孔の径が０．６〜１．６ｍｍの範囲内にあるとき、ノズル孔のピッチを、ノズル孔径に１．２〜３．５を乗じた値とすることにより、ノズル孔間で、金属帯への気体の衝突圧力が変動するのを防止でき、均一な衝突圧力をもって金属帯上の残留液を確実に除去することができると共に、ノズル孔の個数を必要以上に増加させることがなく、製造コストの増大を招くことがない。

加えて、気体供給部が円筒状でかつノズル孔の長さが一定である場合、気体噴射部の断面に現出する略二等辺三角形の相等しい二辺が、気体供給部外周円の接線であるときの該二辺とノズル孔の貫通方向間に形成される角度をΘとすると、前記二辺とノズル孔の貫通方向との間に形成される所定角度θは、このΘに０．７〜１．０を乗じた値となっている。これにより、ある所定長さのノズル孔に対して、渦発生防止により騒音を低減できるように、気体噴射部のテーパー面のノズル孔貫通方向に対する傾斜角度を最適値に設定することができる。

以下、本発明を具体化した金属帯上の液切りノズルの一実施形態について、図を参照して説明する。ここで、図１は、液切りノズル１０の使用形態の１例を示す側面図であり、図２は、液切りノズル１０の全体構造を模式的に示す斜視図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図である。また、図４は液切りノズル１０の部分拡大図であり、図５はノズル１０の正面図である。尚、図３は、後述するノズル孔５１が穿設された箇所で液切りノズル１０を切断したときの断面図である。図１に示すように、金属帯７５は、圧延機８０で圧延され、冷却装置１００によって冷却された後に図示外のコイラで巻き取られるようになっており、本実施形態の液切りノズル１０は、この冷却装置１００による冷却工程の後側で金属帯７５に対向するように設けられている。

ノズル１０は、図２に示すように、長尺形状を有し、円筒状の気体供給部１２と、この気体供給部１２の外周面から長尺方向に渡って先端に向かって狭窄するように突出し、複数のノズル孔５１（図３参照）を備えた側面視略二等辺三角形状の気体噴射部１３とから構成されている。そして、金属帯５７上に残留した液体を除去すべく、図示外の気体供給装置から気体供給部１２に供給された気体（本実施の形態では空気）が、ノズル孔５１から金属帯７５に向かって噴射されるようになっている。

ノズル１０は、図３及び図４に詳細に示すように、円筒状の気体供給部１２と、その外周円に接する接線を上記長尺方向に引き延ばして形成されたテーパー面６３，６４を備えた気体噴射部１３とから構成されている。詳細には、テーパー面６３，６４は、気体供給部１２の外周円の液平方向中央部における上側及び下側端部から、図中右側に向かってそれぞれ同じ所定角度だけ進んだ箇所において外周円に接する線分を引き、この線分を上記長尺方向に引き延ばすことにより形成される面である。テーパー面６３，６４は、各々その先端部で直接交わらず、鉛直方向と平行な平坦面６５を介して連結されており、気体噴射部１３は、側面視で、このテーパー面６３，６４を左右の相等しい二辺として持ち、頂部が平坦面６５によって僅かに潰れた略二等辺三角形形状となっている。そして、気体噴射部１３には、液平方向と平行でかつ上記長尺方向と直交する方向を貫通方向とするノズル孔５１が複数穿設されている。ノズル孔５１は、その長さ方向断面が円形で、気体供給部１２の内周部２２と連通しており、ノズル孔５１によって上記平坦面６５の中心部が開口した状態となっている。

また、図３に示すように、テーパー面６３，６４とノズル孔５１の貫通方向（図中左右方向）との間には、それぞれ等しい傾斜角θが形成されている。ここで、本実施の形態では、テーパー面６３，６４がそれぞれ気体供給部１２の外周円への接線によって画定されており、θの値は、気体供給部１２の外周円への接線とノズル孔５１の貫通方向との間に形成される角度（以下、「Θ」とする。）となっているが、ノズル孔の長さａが決まっている場合、気体供給部１２と気体噴射部１３との間で気体流れのよどみ部が形成されることがないよう、即ち大きな騒音が発生することがないように、θの値を上記Θに０．７〜１．０を乗じた範囲内とすることが好ましい。尚、ノズル孔５１の長さａは、発達流れを形成する助走区間を確保するためにある程度長くすることが必要であるが、本実施の形態では、ノズル孔５１内の圧力損失を増大させないために、ノズル孔５１の長さａを、後述するノズル孔５１の直径ｄに５〜２０を乗じた範囲内、即ち助走区間を確保できる最低限の範囲内で設定している。

また、図４及び図５に示すように、ノズル孔５１は、気体噴射部１３の平坦面６５において、その長尺方向に沿って均等に位置するように複数穿設されており、自身の直径ｄ（０．６〜１．６ｍｍの範囲内であって、本実施の形態では、ｄ＝１．２ｍｍ）に１．２〜３．５を乗じた所定ピッチｐ（本実施の形態では、ｐ＝１．５ｍｍ）を空けて配設されている。ここで、ノズル孔５１の径寸法ｄは、設備的な制約によって決められるノズルと金属帯との距離（面間距離）に対し、ノズルへ供給する気体を少量にしてかつ気体の金属帯への衝突速度を大きくするために、上記範囲内の値をとるようになっている。

具体的には、ノズル孔５１の径寸法の下限値（０．６ｍｍ）は、孔への異物付着や詰まりなどを防止するために確保すべき最小値であり、孔径を大きくすると、単一孔あたりの噴射流速が低下するのに加え、金属帯への気体の衝突流速の均一化に必要な距離を大きくしなければならないことから、上述のように決められた所定の面間距離の条件下で、気体の衝突速度を確保するために径寸法の最大値を１．６ｍｍとしている。そして、以上のようにして決定された所定ピッチ毎にノズル孔５１を配設することにより、ノズル孔５１間における気体の金属帯への衝突流速を均一化することができ、金属帯上の液体を均等に除去できるようになっている。

さらに、気体噴射部１３からは、所定厚を有する板状のつば部３５が、ノズル孔５１をそれぞれ挟み込むように複数突設されている。つば部３５は、ノズル孔５１のピッチより小さい所定厚を有し、その前記長尺方向と直交する断面が、つば部３５が突設されていない箇所（例えば、ノズル孔５１が穿設された箇所）における略二等辺三角形状の断面よりも一回り大きな略台形形状となっている。具体的には、つば部３５における断面は、つば部３５のない断面にてテーパー面６３，６４によって画定された二等辺三角形の左右２辺及び平坦面６５によって画定された頂部に対し、その外側に位置する左右２つの斜辺及び平坦面６５と平行に延びた上底とを備えた台形形状となっている。これにより、テーパー面６３，６４を連結する平坦面６５、即ちノズル孔５１の先端部分（出口部分）が、一対となった２つのつば部３５に挟まれてその内側に僅かに入り込んだ状態となっている。

このように、空気が噴射されるノズル孔５１の出口をその左右両側で囲むようにつば部３５を設けることにより、ノズル孔５１から噴射される空気の直進性を向上させることができる。ここで、空気の直進性を上げるために、図３に示すつば部３５の高さｈ（ノズル孔５１の貫通方向に沿った、平坦面６５からつば部３５先端部までの長さ）を高くするのが効果的であるが、つば部３５の高さｈを必要以上に高くすると、つば部の破損や製造コストの増大の原因となってしまう。このため、好適には、つば部３５の高さｈを、ノズル孔５１の径寸法に１〜６を乗じた値とするのが望ましい。

以上説明した液切りノズル１０を用いて、実際に金属帯上の液を除去しようとした場合、以下の各表に示すように、従来のスリットノズル及び複数のノズル管が連なって構成された多連パイプノズルとの性能の違いは明らかである。表１に示すように、各ノズルに同じ流量の気体を投入した場合、本実施形態の液切りノズル１０では、良好な液切り効果が得られ、騒音が８６ｄＢであるのに対し、スリットノズル及び多連パイプノズルでは、何れも液切りノズル１０よりも大きな騒音が発生しており、かつ金属帯の液切り効果も十分ではない。即ち、騒音が大きくなるにも関わらず、所望の液切り効果が得られないことになる。

また、表１に示す流量（１３０Ｎｍ^３／ｈｒ）を投入したときの液切りノズル１０と同等の液切り効果を、スリットノズル及び多連パイプノズルで達成しようとすると、表２に示すように、スリットノズルでは、１９０Ｎｍ^３／ｈｒの流量が必要であると共に、１００ｄＢの騒音が発生してしまう。さらに、多連パイプノズルでは、２３０Ｎｍ^３／ｈｒもの流量を流したとしても、十分な液切り効果が得られないと共に、１０５ｄＢという大きな騒音が発生してしまう。以上のように、本実施形態の液切りノズル１０は、スリットノズル及び多連パイプノズルの何れのノズルに比べても低騒音であり、かつ液切り性能が優れていることが分かる。

以上説明したように、本実施の形態の金属帯上の液切りノズル１０では、気体を噴射するノズル孔５１を備えた気体噴射部１３を、側面視略二等辺三角形状の先細り形状とし、気体供給部１２と気体噴射部１３との間で渦が発生するのを防止したので、気体の噴射による騒音を低減することができる。また、気体噴射部１３において、ノズル孔５１を挟み込むようにつば部３５を複数突設させたので、ノズル孔５１から噴射される気体の直進性を向上させることができ、気体の金属帯７５への衝突圧力を確保することができる。また、ノズル孔５１のピッチを最適な値に調整することにより、ノズル孔５１間で金属帯への衝突速度（圧力）が不均一になるのを防止することができる。さらに、気体供給部１２を気体の噴射方向と直交する方向に長尺の筒状としたことにより、ノズルの配置場所の自由度が増すと共に、金属帯の幅方向に対応する長さを長くすることができ、金属帯に対して多くのノズルを設置する必要がない。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、気体供給部を円筒状に、気体噴射部を側面視三角形状に形成したが、気体供給部は筒状であれば他の形状に変形可能で、また気体噴射部も、気体供給部との間に気体流れのよどみ部が形成されないような他の形状に変形することができる。また、本実施の形態で示したノズル孔の径、長さ及びピッチ、またテーパー面の傾斜角度等は、噴射する気体の種類や流量等、対象となる金属帯の種類等により適宜変更可能である。さらに、ノズルから噴射する気体も空気に限られるものではない。

液切りノズル１０の使用形態を示す側面図である。 液切りノズル１０の全体構造を模式的に示す斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図である。 液切りノズル１０の部分拡大図である。 液切りノズル１０の正面図である。

符号の説明

１０ 液切りノズル
１２ 気体供給部
１３ 気体噴射部
２２ 内周部
３５ つば部
５１ ノズル孔
７５ 金属帯
８０ 圧延機
１００ 冷却装置

Claims (4)

1. 気体を噴射することにより、金属帯上の残留液体を除去する金属帯上の液切りノズルであって、
   長尺筒状で、前記気体が供給される気体供給部と、
   当該気体供給部の外周面から前記長尺方向と直交する方向に向かって突出し、前記長尺方向と直交する断面形状が、先端に向かって狭窄した略二等辺三角形状となった気体噴射部とを備え、
   当該気体噴射部には、前記二等辺三角形の相等しい二辺と所定角度θを形成しつつ、前記気体供給部の内周部分と連通したノズル孔が所定ピッチをもって複数個穿設され、
   前記気体噴射部から、前記所定ピッチ以下の所定厚を有する板状のつば部が、前記ノズル孔をそれぞれ挟み込んで前記長尺方向に対して均等に位置するように突設されていることを特徴とする金属帯上の液切りノズル。
2. 前記気体噴射部において、前記ノズル孔の径が０．６〜１．６ｍｍの範囲内にあるとき、前記所定ピッチが、前記ノズル孔の径に１．２〜３．５を乗じた値となっていることを特徴とする請求項１に記載の金属帯上の液切りノズル。
3. 前記ノズル孔の貫通方向において、気体噴射部先端とつば部先端間の寸法値が、前記ノズル孔の径に１〜６を乗じた範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の金属帯上の液切りノズル。
4. 前記気体供給部が円筒状でかつ前記ノズル孔の長さが一定である場合、前記二等辺三角形の相等しい二辺が、前記気体供給部の外周円に接するときの各二辺と前記ノズル孔の貫通方向との間にそれぞれ形成される角度をΘとすると、
   前記所定角度θの値は、前記Θに０．７〜１．０を乗じた範囲内にあることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の金属帯上の液切りノズル。

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