JP5741886B2 - デスケーリング噴射ノズルアセンブリ - Google Patents

Description

[0001]本発明は一般的に噴射ノズルアセンブリに関し、さらに詳しくは、製鋼業において鋼からスケールを浸透除去するために広幅細線高圧液体排出を方向付けるように動作可能なデスケーリング噴射ノズルアセンブリに関する。

[0002]デスケーリング噴射ノズルアセンブリは、鋼の圧延およびその後の処理を行なう前に、表面に蓄積された酸化鉄スケールに浸透しそれを除去するため、広幅細線高圧噴射を鋼スラブの表面上に方向付けるために鋼処理で広く使用される。そのような噴射システムでは、スケールの最大限の衝撃圧力および浸透を達成するために、高圧液体排出ができるだけ細いことが望ましい。また、液体排出の分配が噴射パターンの幅全体で均一であることも望ましい。これまで、液体配分はしばしば排出噴射パターンの対向端に向かって不均一に低下し、それは衝撃力を低減させ、噴射の浸透およびスケール除去の均一性に悪影響を及ぼす。

[0003]そのようなデスケーリング噴射ノズルアセンブリは一般的に、液体の流れを加速するために下流方向に内向きにテーパを付けた液体流路が形成された、時に耐衝撃性取付管と呼ばれる管状体と、そのようなデスケーリング処理で一般的に使用される再循環式の鉄工所用水から粒状物質およびスケールを漉し取るために管状体の上流端に取り付けられたストレーナと、フラット噴射排出パターンを形成しかつ方向付けるために細長い液体排出オリフィスを有する、管状体の下流端に取り付けられたカーボンインサート噴射先端とを備える。ストレーナを介して方向付けられる高圧液体はかなりの乱流を引き起こすおそれがあり、それは次に排出噴射の均一性および衝撃力に悪影響を及ぼすおそれがある。

[0004]噴射先端を通過する前に、耐衝撃性取付管を介して乱流を低減し、液体フローストリームを整流するために、周方向に離間した複数の層流通路を事実上画成する複数の放射状ベーン要素を有するベーンを、ストレーナのすぐ下流に設けることが知られている。そのようなベーンは５個程度のように限定数の放射状ベーン要素を持つことしかできないので、高圧液体がストレーナに半径方向に流入し、次いでストレーナおよび耐衝撃性取付管を通過するために突然に方向を転換することによって生じる乱流などから非常に乱れたフローストリームを適切に緩和することが時折できない。より多数の放射状ベーン要素を持つそのようなベーンを設ける努力は、追加ベーンが結果的に層流通路の大きさを相応して縮小させ、それが流体の通過を制限し、望ましくない圧力低下を生じ、事実上乱流を増加させるので、受け入れられなかった。

[0005]そのようなデスケーリング噴射ノズルアセンブリはまた、受け入れられる性能を達成するために構成要素を高精度で形成し組み立てなければならないので、製造が比較的高価である。実際、細長い噴射先端排出オリフィスを液体整流ベーンの放射状ベーン要素に対して精密に配向しなければ、再び排出噴射パターンの均一性に悪影響を及ぼすおそれがある。

[0006]本発明の目的は、鋼スラブからスケールをより効率的かつ確実に均等に除去するために動作可能な噴射ノズルアセンブリを有するデスケーリング噴射システムを提供することである。

[0007]別の目的は、スケール表面に対する細線高圧衝撃を増強するためにノズル内の液体フローストリームの乱流をより効果的に低減するための液体整流ベーン部を有する、上記の特徴を持つデスケーリング噴射ノズルアセンブリを提供することである。

[0008]さらなる目的は、より均一な衝撃およびスケール除去のためにベーン部が液体分配の均一性の向上をさらに促進する、前述のタイプのデスケーリング噴射ノズルアセンブリを提供することである。

[0009]さらに別の目的は、液体の流れを制限することなく、または望ましくない圧力損失もしくは乱流の増加を生じることなく、これまで可能であった個数より多くの放射状ベーン要素を持つ液体整流ベーン部を有する、上記種類のデスケーリング噴射ノズルアセンブリを提供することである。

[0010]さらなる目的は、より経済的な製造および組立てに役立つデスケーリング噴射ノズルアセンブリを提供することである。関連する目的は、噴射先端の細長い排出オリフィスを放射状ベーン要素に対して特別に配向することなく、噴射先端および液体整流ベーン部を組み立てることができる、そのようなデスケーリングノズルアセンブリを提供することである。

[0011]本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、かつ図面を参照することにより、明らかになる。

[0020]本発明は種々の変形および代替的構成が可能であるが、図面にはその特定の例示的実施形態が示されており、それについて以下で詳述する。しかし、本発明を開示する特定の形態に限定する意図はなく、それどころか、本発明は、発明の精神および範囲内に該当する全ての変形、代替的構成、および均等物を包含するつもりであることを理解されたい。

本発明に係る噴射ノズルアセンブリを有する例示的デスケーリング噴射システムの図解的端面図である。 例示的噴射システムのデスケーリング噴射ノズルアセンブリの１つの拡大部分断面図である。 図２の線３−３の面で得られた例示的噴射ノズルアセンブリの拡大下流端面図である。 例示的噴射ノズルアセンブリのタングステンカーバイドインサート噴射先端の拡大縦断面図である。 図２の線５−５の面で得られた例示的噴射ノズルアセンブリの拡大縦断面図である。 図５の線６−６の面で得られた例示的噴射ノズルアセンブリの液体入口ストレーナの上流端面図である。 図５の線７−７の面で得られた噴射ノズルアセンブリの液体整流ベーン部分の横断面図である。 例示的噴射ノズルアセンブリのベーンの対の軸方向の整列および離間部材を示す拡大部分分解組立図である。

[0021]ここで特に図面を参照すると、製鋼業において移動する鋼スラブ１２の両面に高圧液体噴射を向けるための本発明に係る複数の噴射ノズルアセンブリ１１を有する、例示的デスケーリング噴射システム１０が図示されている。この事例における噴射システム１０は、一般的に製鋼設備で再循環される工場用水を供給される上部および下部液体供給ヘッダ１４ａ、１４ｂを含む。これらの噴射ノズルアセンブリ１１は、複数のフラット細線噴射パターン１３が鋼スラブ１２の全幅にわたって浸透してスケールを除去するように、それぞれのヘッダ１４ａ、１４ｂに沿って横方向に相隔てられた関係に取り付けられる。この事例における噴射ノズルアセンブリ１１は、移動するスラブ１２の上面に液体噴射を向けるために、上部液体供給ヘッダ１４ａから垂下状に支持され、かつ噴射ノズルアセンブリ１１は、噴射パターンをスラブ１２の下面全体に向けるために、下部液体供給ヘッダ１４ｂに対して上向きに延びる関係に支持される。各噴射ノズルアセンブリ１１はそのそれぞれのヘッダ１４ａ、１４ｂによって支持され、上流端はヘッダから供給液体を受け取るためにヘッダ内にあり、下流端は移動するスラブ１２と対向関係にヘッダの外側に配置される。噴射ノズルアセンブリ１１の各々は同様の構成であるので、ここでは１つについて詳述するだけで充分である。

[0022]噴射ノズルアセンブリ１１は各々、ヘッダ１４ａ、１４ｂの壁１６内に適切に支持された細長い耐衝撃性取付管１５と、耐衝撃性取付管１５の上流端に取り付けられ、ヘッダからの給水がそれを通して噴射ノズルアセンブリに流入するストレーナ１８と、耐衝撃性取付管１５の下流端に取り付けられ、フラット噴射パターンを排出しかつ方向付けるための細長い排出オリフィス２０が形成されたタングステンカーバイドインサート噴射先端１９と、噴射先端１９を取付位置に固定するための噴射先端保持器２１とを備える。この事例におけるストレーナ１８は、耐衝撃性取付管１５の上流端に螺合される細長い略カップ状の構成を有し、噴射先端保持器２１は、噴射先端１９を耐衝撃性取付管１５の下流端に対し当接関係に保持する内向き環状リップ部２２により、耐衝撃性取付管１５の下流端に螺合される。

[0023]この事例における噴射ノズルアセンブリ１１は、溶接１７によってヘッダの径方向開口内に固定された管状アダプタ２３を用いて、ヘッダ内に支持される。この事例におけるアダプタ２３は雄ねじが切られた下端を有し、それに対して噴射先端保持器２１の径方向フランジ２１ａが、雌ねじが切られた保持リング２４によって保持される。

[0024]噴射ノズルアセンブリを通過中に液体を加速するために、耐衝撃性取付管１５には、下流方向に内向きにテーパが付けられた液体流路２５が形成される。図示した実施形態では、液体流路２５は、耐衝撃性取付管１５の長手軸に対し約１２°傾斜した第１の比較的短いテーパ部２６と、耐衝撃性取付管の長手軸に対し約５°傾斜した比較的長いより緩やかなテーパ部２８と、噴射先端１９のすぐ上流の流入部２９とを含む。耐衝撃性取付管１５は、図示した実施形態に示すように一体的に形成することができ、あるいは製造の容易さのために複数の長手方向に接続される構成要素を含むことができることが、当業者に理解される。

[0025]この事例におけるタングステンカーバイドインサート噴射先端１９には、アール付き流入通路部３４を介して耐衝撃性取付管流路２５と排出オリフィス２０との間を連通する入口流路部３２が形成される。この事例における細長い排出オリフィス２０は、流入通路部３４と交差する関係に噴射先端１９の端部を横切って横方向に延びる管状の溝または切通し部３５によって画成される。

[0026]ヘッダ１４ａ、１４ｂを通して方向付けられる再循環工場用水に存在するかもしれない小さい粒状物質を、噴射ノズルアセンブリ１１に流入するフローストリームから漉し取るために、ストレーナ１８には、ストレーナの管状側壁３９を貫通しかつ部分的にその上流端３９ａに連通する複数の細長いスリット３８が、ストレーナの周囲に形成される。給水は主として細長いスリット３８を通して半径方向にストレーナ１８に流入し、移動方向を９０°変化しなければならず、それが、噴射先端１９からの方向付けの前に、耐衝撃性取付管１５の内向きにテーパを付けた流路２５の方向に向けられるときに、液体に乱流を引き起こす。上述の通り、噴射先端１９に向けられた高圧液体フローストリームの乱流は、特に細線噴射パターンの横方向厚さを増大させ、それが液体の衝撃力および浸透を低下させることによって、かつ特に広幅噴射パターンの対向端における液体分配を変化させることによって、液体排出に悪影響を及ぼすおそれがあり、それは結果的に不均一な液体の浸透およびスケール除去を引き起こすおそれがある。

[0027]本発明の重要な態様では、噴射ノズルアセンブリは、噴射先端からの方向付けの前に液体の乱流をより効果的に低減させる多段液体整流ベーン部を有し、結果的に細いフラット噴射パターンの厳格性の制御および噴射パターン全体の液体分配の均一性を改善させる。さらに詳しくは、ベーン部は、複数の放射状ベーン要素を各々有する複数の液体整流ベーンを含み、１つのベーンの放射状ベーン要素は、耐衝撃性取付管を通過する液体の多段方向転換および整流のためにすぐ上流のベーンに対して周方向に偏位する。この目的のために、図示した実施形態では、５つのそれぞれ周方向に離間した層流通路４４ａ、４４ｂを画成するためにそれぞれのベーンの中心から延びる５つの放射状ベーン要素４２ａ、４２ｂを各々有する、２つの同一ベーン４１ａ、４１ｂを含むベーン部４０が設けられる。

[0028]本発明に従って、下流ベーン４１ｂの放射状ベーン要素４２ｂは、上流ベーン４１ａの放射状ベーン要素４２ａから周方向に偏位するので、上流ベーン４１ａの層流通路４４ａから出る５つの層流ストリームは、下流ベーン４１ｂの層流通路４４ｂに流入した後、段階的に制御して方向を転換しなければならない。図示した実施形態では、下流ベーン４１ｂの放射状ベーン要素４２ｂは、軸方向に見たときに、上流ベーン４１ａの層流通路４４ａの途中で整列するように、上流ベーン４１ａのベーン要素４１ａに対して周方向に３６°偏位する。ベーン部４０は、２つのベーン４１ａ、４１ｂより多数のベーンを含むことができ、その場合、連続的ベーンの放射状ベーン要素は、液体の段階的な長手方向の方向付けを達成するために、周方向に小さい距離だけ偏位させることができることが、理解される。

[0029]本発明をさらに実施するに当たり、多段ベーン部４０のベーン４１ａ、４１ｂは、２段のベーン４１ａ、４１ｂ間の遷移流路４８を画成するために長手方向に離間される。図示した実施形態では、多段ベーン４１ａ、４１ｂは、上流ベーン４１ｂの層流通路４４ａの出口端と下流ベーン４１ｂの層流通路４４ｂの入口端との間に遷移流路４８を画成するために軸方向に離間される。この場合、ベーン４１ａ、４１ｂは各々長手方向に等しい長さＬを有し、軸方向間隙距離Ｄだけ分離され、それはベーン４１ａ、４１ｂ間の遷移流路４８の長さを画成する。好適な実施形態では、間隙距離Ｄはベーンの軸方向長さＬの２分の１より小さく、かつ上流ベーン４１ａの入口端と下流ベーン４１ｂの出口端との間の距離Ｋの２５パーセントより小さい。本発明の有効な実施形態では、ベーンは各々１０ｍｍの軸方向の長さＬを持ち、ベーン間の間隙距離Ｄは４ｍｍである。

[0030]さらに本発明に従って、ベーン４１ａ、４１ｂは、耐衝撃性取付管１５に取り付けるための出来事として、ベーン４１ａ、４１ｂを相互に軸方向に離間させかつ周方向に整列させるために、軸方向に延びる整列および離間部材４３ａ、４３ｂを有する。図示した実施形態では、上流ベーン４１ａは、下流方向に延びる軸方向整列および離間部材またはラグ（突耳部）４３ａを有し、下流ベーン４１ｂは、その上流端から延びる整列および離間部材またはラグ４３ｂを有する。整列および離間部材４３ａ、４３ｂには各々に、それぞれの固締および整列キー４８ａ、４８ｂを画成する十字形スロット、およびベーン４１ａ、４１ｂ間の連動係合のための凹部４９ａ、４９ｂが形成される。固締キー４８ａ、４８ｂは各々、隣接するベーンの凹部４９ａ、４９ｂと当接してそれらの間に長手方向の間隔を確立するためのそれぞれの端面５０ａ、５０ｂ、およびベーン４１ａ、４１ｂの相互に対する所定の周方向の配向を確立するための軸平面内の整列面５１ａ、５１ｂを有する。

[0031]多段ベーン部４０は排出フラット噴射パターンの噴射性能特性を改善することが、思いがけず明らかになった。排出噴射は、鋼スラブのスケール表面に対する高圧衝撃および浸透を高めるために、より制御された狭幅の横方向厚さＴ（図３）を有する。スラブからスケールをよりいっそう均一に除去するために、液体分配も細線噴射の幅全体にわたって略均一である。動作の理論は完全には理解されていないが、多段ベーン部４０の改善された整流および乱流抑制は、液体が複数のベーン４１ａ、４１ｂの増大した個数の放射状ベーン要素４２ａ、４２ｂによって制御されることによって達成されると考えられる。例えば図示した実施形態では、液体は１０個の放射状ベーン要素４２ａ、４２ｂによって制御されかつ方向転換される。しかし、ベーン４１ａ、４１ｂの多段構成のおかげで、より多数の放射状ベーン要素が層流通路４４ａ、４４ｂを不当に制限することはなく、また１０個の放射状ベーン要素を有する単一のベーンを利用する結果として放射状ベーン要素の周方向の間隔が必然的に密になる場合に発生する、乱流または実質的圧力損失をフローストリームに生じることもない。

[0032]さらに、本発明の噴射ノズルアセンブリは、許容範囲の要件を緩和し、より経済的な製造を可能にすることが明らかになった。従前のデスケーリングノズルでは、噴射先端排出オリフィス、噴射ノズルアセンブリの他の構成要素の形成におけるばらつきの許容範囲、または層流通路に対する細長い噴射先端オリフィス２０の配置における配向のばらつきの許容範囲は、噴射性能に影響を及ぼすおそれがあることが明らかになっている。本発明の噴射ノズルアセンブリは、排出噴射の液体分配または細線衝撃を変化させることなくより大きいばらつきを許容し、層流通路に対する細長い噴射先端排出オリフィスのランダム配向を可能にする。

１０…デスケーリング噴射システム、１１…噴射ノズルアセンブリ、１２…鋼スラブ、１３…噴射パターン、１４ａ…上部液体供給ヘッダ、１４ｂ…下部液体供給ヘッダ、１５耐衝撃性取付管、１６…ヘッダの壁、１８…ストレーナ、１９…噴射先端、２０…排出オリフィス、２１…噴射先端保持器、２２…環状リップ部、２３…管状アダプタ、２５…液体流路、２６…比較的短いテーパ部、２８…比較的長いより緩やかなテーパ部、３２…入口流路部、３４…アール付き流入通路部、３５…切通し部、３８…細長いスリット、４０…ベーン部、４１ａ…上流ベーン、４１ｂ…下流ベーン、４２…放射状ベーン要素、４３…離間部材、４４…層流通路、４８…固締および整列キー、４９…凹部、５０…固締キーの端面、５１…固締キーの整列面

Claims (11)

1. 液体通路を有する細長い管状部材であって、前記液体通路は、下流方向に内向きにテーパを付けた径で前記液体通路の長手軸に沿って延びる前記管状部材と、
   フラット液体噴射パターンを放出しかつ方向付けるため前記液体通路の前記長手軸に横向きの細長い排出オリフィスを有する前記管状部材の下流端の噴射先端と、
   前記噴射先端の上流の前記管状部材の液体通路の上流端と連通する入口と、
   前記入口と噴射先端との中間にある多段ベーン部と
   を備え、
   前記多段ベーン部が、上流ベーンおよび下流ベーンを含む複数のベーンを含み、
   前記ベーンが各々、前記入口と前記管状部材の液体通路との間を連通する複数の長手方向に延び周方向に離間した液体整流層流通路を画成する、複数の放射状ベーン要素を有し、
   前記下流ベーンの前記放射状ベーン要素は、形状が同一であり、前記下流ベーンの放射状ベーン要素が前記上流ベーンの前記放射状ベーン要素に対して周方向に偏位するように取り付けられ、層流の液体フローストリームは、実質的圧力損失を生じることなく多段方向転換及び整流を受け、噴射される表面に対する高圧衝撃を高める為に実質的に均一な液体分布を持つ均一な幅の細線フラット噴射パターンを前記排出オリフィスから排出させる、耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
2. 前記下流ベーンの放射状ベーン要素が、軸方向に見たときに、前記上流ベーンの放射状ベーン要素の対に対して略中心配置関係に配向されるように、前記ベーンが相互に周方向に偏位して取り付けられている、請求項１に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
3. 前記ベーン間に所定の軸長の遷移通路を画成するように、前記ベーンが相互に対して軸方向に離間して取り付けられている、請求項１に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
4. 前記遷移通路が前記個々のベーンのいずれかの軸方向長さの２分の１以下の軸方向長さを有する、請求項３に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
5. 前記ベーンの各々が４個から６個の間の放射状ベーン要素を有する、請求項１に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
6. 前記遷移通路が、前記上流ベーンの上流端と前記下流ベーンの下流端との間の軸方向距離の４分の１以下の軸長を有する、請求項３に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
7. 前記細長い管状部材の通路の長手軸に対して平行関係にストレーナの周囲に配置された複数の長手方向開口が形成されたストレーナによって、前記入口が画成される、請求項１に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
8. 前記ベーンの少なくとも１つが、隣合う前記ベーン間の軸方向の間隔を自動的に定めるために軸方向に延びる部材を有する、請求項３に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
9. 前記多段ベーン部が１対の前記ベーンを含み、前記ベーンの相互に対する長手方向の間隔および周方向の配向を自動的に定めるために、前記ベーンの各々が軸方向に延びる整列および離間部材を有する、請求項３に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
10. 前記ベーンの相互に対する周方向の配向を定めるために、前記整列および離間部材が各々、軸平面内に整列面を有する、請求項９に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。
11. 前記整列および離間部材の各々に、それぞれの位置決めキーおよび凹部が形成され、前記整列および離間部材のキーが他の前記部材の凹部内に受容される、請求項９に記載の耐衝撃性液体噴射ノズルアセンブリ。

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