JPH01186210A - 金属板冷却用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属板冷却用ノズルに係り、特に２００〜１０
００℃の温度に加熱された金属板を焼入。

制御冷却あるいは高速冷却等すべく水平に置かれて停止
あるいは移動している金属板上にその上方３００〜２０
００１１１ｍから冷却液を流出するための金属板冷却用
ノズルに関するものである。

［従来の技術］ 従来、加熱された金属板上にその上方から冷却液を流出
して冷却する金属板冷却用ノズルとしては、圧力噴射型
、バイブラミナー型及びスリットラミナー型等があった
。

第７図は代表例としてスリットラミナー型の冷部用ノズ
ルを示すものである。図示するように、冷却用ノズル１
は密閉された中空直方体の容器にて形成されたヘッダ２
と、このヘッダ２の側壁下方に設けられた冷却液供給口
３と、上記ヘッダ２内から垂下されたスリットノズル部
４とからなっている。このスリットノズル部４の直下に
は水平に置かれた金属板５が停止或は移動されている。

尚、図中しはノズル部４の入口からヘッダ２の天井まで
の距離を示し、Ｓはノズル部４の隙間を示すものである
。

この冷却用ノズル１の冷却液供給口３から供給された冷
却液はヘッダ２内で均圧化され、スリットノズル部４よ
り金属板５上に流出され、これを冷却する。

上記圧力噴射型の冷却用ノズルにあっては、上記スリッ
トノズル部４に相当する部分が圧力噴射ノズル部となっ
ており、上記パイプラミナー型の冷却用ノズルにあって
は、上記スリットノズル部４に相当する部分が複数のパ
イプノズル部になっている。

［発明が解決しようとする課題］ これらの冷却用ノズルにあっては次のような問題点があ
った。

スリットラミナー型の冷却用ノズルにあっては、ヘッダ
２内の液位、圧力の均一性が金属板５への流出量分布に
直接関係し、ヘッダ２の容量を大きくする必要があると
共に、流出量の可変幅が１００〜８０％と狭いという問
題があった。

また、スリットノズル部４からの流出量が少ないとスリ
ットの隙間に空気が入り、ノズル部４の幅方向に冷却液
が均一に流れなくなったり、極めて不安定な流れになる
という問題があった。

更に、冷却液供給口３からの冷却液の供給を止めても、
ノズル部４の入口からヘッダ２の天井までの距離りに対
して残冷却液の体積が大きいので、開閉弁（図示せず）
の開成から冷却液の流出停止までの時間が長くなるとい
う問題があった。

また更に、ノズル部４の幅の大きい例えば１ＴｒＬ〜５
ＴｒＬの幅のノズル部４を有するスリットラミナー型冷
却用ノズルにあってはノズル部４の隙間Ｓを均一に保て
ないため、ノズル部４の幅方向の流出量分布が悪いとい
う問題があった。

圧力噴射型の冷却用ノズルにあっては、圧力噴射ノズル
部の先端から金属板表面までの距離が、例えば３００ｍ
以上と大きくなると、噴射される冷却液が拡大して冷却
率が低下するという問題があった。

パイプラミナー型の冷却用ノズルにあっては、ラミナー
７０−が金属板上で円形に拡大していくため、隣接され
たパイプノズル部から流出される冷却液が互いに干渉を
生じて冷却能力が低下するという問題があった。

また、パイプノズル部の幅方向の流出量分布を変化させ
ることや、その清掃を行うことが困難であるという問題
があった。

上述の如き問題点に鑑みて本発明は、特に冷却液の流出
を安定化することができると共に、ノズル部の幅方向の
流出量分布を均一化することができる金属板の冷却用ノ
ズルを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 従来技術における問題点を解決すべく本発明は、冷却液
を貯留するヘッダと、このヘッダ上に設けられ、これよ
り小さな容量を有する均圧室と、これらヘッダと均圧室
とを連通する均圧孔と、上記均圧室の側部から垂下され
たスリット空間を有するノズル部と、このノズル部のス
リット空間を縦列に仕切る複数の仕切板と、これら仕切
板によって仕切られたノズル部のスリット空間と上記均
圧室とを夫々連通するノズル孔と、このノズル孔に設け
られ、これを通過する液口を調節するための液量調節手
段とから構成される。

［作　用］ 上述の如く構成され、冷却液はヘッダ内に供給され１次
的に均圧化される。このヘッダ内に貯留された冷却液は
均圧孔を通過することにより整流され均圧室内で２次的
に均圧化される。そして、均圧室内で均圧化された冷却
液は均圧室の側部から垂下されたスリット空間を有する
ノズル部にこれらを連通ずるノズル孔を通過することに
より流器精度良く導入され３次的に均圧される。このノ
ズル部のスリット空間にはこれを縦列に仕切る複数の仕
切板が設けられているので、金属板上にノズル部の幅方
向に沿って均一に冷却液が流出されるものである。さら
に、上記ノズル孔にこれを通過する液量を調節するため
の液量調節手段が設けられたことにより、金属板の板厚
や板幅等に応じて液量分布が可変となり、金属板の適切
な冷却がなされるものである。

［実施例〕 以下に本発明の金属板冷却用ノズルの一実施例を添付図
面に基づいて詳述する。

第１図乃至第４図に示す如く、冷却用ノズル１０の本体
は密閉された中空直方体の容器にて形成されたヘッダ１
１からなっている。このヘッダ１１の一方の側部壁の下
方には冷却液供給口１２が形成されている。また、ヘッ
ダ１１の上部にはこれより小さな容積を有する中空の容
器にて形成された均圧室１３が設けられている。この均
圧室１３は上記冷却液供給口１２と反対側に位置され、
その底部壁はヘッダ１１の上部壁１４を兼用している。

これらヘッダ１１及び均圧室１３は第１図の紙面に対し
て垂直な方向をノズルの幅方向として、該幅方向に長く
形成されている。上記ヘッダ１１の上部壁１４のヘッダ
１１と均圧室１３とを隔てている部分には、これらを連
通させる均圧孔１５が形成されている。この均圧孔１５
は上記幅方向に沿って一列に複数個形成されている。こ
の均圧孔１５の開口面積はヘッダ１１の横断面積よりも
十分小さく形成されている。そして、上記均圧室１３の
横断面積は均圧孔１５の開口面積よりも十分大きく、例
えば均圧孔１５の開口面積の３〜４倍に形成されている
。また、この均圧室１３の側部から垂下されてノズル部
１６が形成されている。このノズル部１６は内部がスリ
ット空間となるように中空直方体にて形成され、その底
部は開口されて冷却用ノズル１０の冷却液流出口１７と
なっている。このノズル部１６の上部壁１８は上記均圧
室１３の上部壁とは別個に形成され、その下面は後述す
るノズル孔２０のノズル部１６側開ロ部よりもやや上方
に形成されている。また、ノズル部１６の後方の側部Ｍ
１１９は上記ヘッダ１１及び均圧室１３の側部壁と兼用
するように形成されている。更に、ノズル部１６の幅方
向の長さは上記ヘッダ１１及び均圧室１３の幅方向の長
さと一致している。そして、上記ノズル部１６の後方の
側部壁１９のノズル部１６と均圧室１３とを隔てている
部分には、これらを連通させるノズル孔２０が形成され
ている。このノズル孔２０は均圧室１３側からノズル部
１６側に下方に傾斜するように貫通されている。このノ
ズル孔２０は上記幅方向に沿って複数個形成されている
。このノズル孔２０は相隣接する上記均圧孔１５の丁度
中心に位置されており、ノズル孔２０の数は均圧孔１５
の数＋１となっている。更に、ノズル孔２０の開口面積
は均圧孔１５の開口面積の略２７３〜１７５程度に形成
されている。このノズル孔２０にはこれを通過する冷却
液の液量を調節するための液量調節手段２１が設けられ
ている。この液量調節手段２１は均圧室１３側からノズ
ル孔２０内に進退する円錐状の流量調節弁２２と、この
流口調節弁２２の弁棒２３に取り付けられた流量調節弁
２２を作動させるための弁駆動装置２４と、第５図に示
す如く、この弁駆動装置２４を制御する駆動制御器２５
と、この駆動制御器２５に出力信号を与える制御計算機
２６と、この制御計算機２６に金属板２７の板厚及び板
幅等の入力信号を与える金属板センサ２８とからなって
いる。上記傾斜して形成されたノズル孔２０と相対向す
る均圧室１３の側部壁２９は傾斜して設けられ、この側
部壁２９には開口部が形成されている。上記弁駆動装置
２４は７ランジ３０に取り付けられており、上記開口部
から均圧室１３内に流量調節弁２２を臨ませて位置させ
、７ランジ３０を上記側部壁２９にボルト締結している
。上記流量調節弁２２はノズル孔２０と同数程設けられ
ている。上記弁駆動装置２４は弁筒に夫々１台ずつ設け
ても良いし、弁２〜５個に対して１台ずつ設けても良い
。上記駆動制御器２５．制御計算機２６及び金属板セン
サ２８は夫々１台とする。上記駆動装置２４には例えば
ステッピングモータを駆動源としたボールネジを使用す
る。

また、上記ノズル部１６にはスリット空間を上記幅方向
に沿って縦列に仕切る複数の仕切板３１が設けられてい
る。これら仕切板３１は均圧孔１５と同じ数だけ設けら
れており、相隣接するノズル孔２０間を区分している。

すなわち、ノズル部１６のスリット空間は仕切板３１に
よってノズル孔２０と同数の空間に区分され、各々の空
間と上記均圧室１３とは夫々ノズル孔２０にて連通され
ている。この仕切板３１はノズル孔２０の近傍は拡幅さ
れ例えば１５ｊ１１１に形成され、冷却液流出口１７の
近傍は縮幅され例えば５顛以下に形成されている。また
、ノズル部１６の前方の側部壁３２は着脱自在に形成さ
れ、仕切板３１に形成されたボルト孔３３にボルト３４
を締結することにより前方の側部壁３２は仕切板３１に
固定されている。

次に、上記実施例における作用を述べる。

冷却液は冷ｋ】液供給口１２からヘッダ１１内に供給さ
れ、ヘッダ１１と均圧室１３との間に形成された均圧孔
１５を経由して均圧室１３内に導入され、さらに均圧室
１３とノズル部１６との間に形成されたノズル孔２０を
経由してノズル部１６内に導入され、その冷却液流出口
１７から下向きに流出され加熱された金属板を冷却する
。

上記ヘッダ１１は冷却液の流れをできるだけ乱さない流
速にして１次的に均圧化する。しかし、ヘッダ１１の寸
法等の制約から例えば０．５ｍ／Ｓのような低速にする
ことはできず、未だ流れの乱れは残る。そこで、ヘッダ
１１の上部にこれより小さな容積を有する均圧室１３を
設け、これらを均圧孔１５で連通ずる。この均圧孔１５
の開口面積は、ヘッダ１１の横断面積よりも小さく形成
されているため、均圧孔１５は流れを整流して２次的に
均圧化して均圧室１３内に冷却液が導入される。この均
圧室１３内には仕切板は設けられておらず、均圧室１３
の横断面積は均圧孔１５よりも十分大きく、例えば均圧
孔１５の３〜４倍に形成されているので、相隣接する均
圧孔１５を通過する冷却液の小さな圧力差をなくする。

加えて、均圧室１３の容積がヘッダ１１の容積よりも小
さく形成されているので、冷却液の供給を停止した時の
流れの停止時間を短くしている。

また、均圧室１３とノズル部１６との間°に形成された
ノズル孔２０の開口面積は上記均圧孔１５の開口面積の
略２７３〜１７５程度に小さく形成されているので、流
量調節弁２２が開放されているとき、このノズル孔２０
により３次的に均圧化を図った後にノズル部２０内に冷
却液が導入される。

従って、ノズル部１６の冷却液流出口１７からは冷却液
が極めて均一な圧力で流出されることになる。

更に、ノズル部１６のスリット空間は仕切板３１で複数
の部屋に区分され、これらは夫々ノズル孔２０により均
圧室１３と連通されているので、各ノズル孔２０からの
流れは区分された部屋内で独立して流れ、従来のスリッ
トラミナー型冷却用ノズルのように冷却液が幅方向で干
渉することがない。そして、この仕切板３１はノズル孔
２０近傍が拡幅され、冷却液流出口１７近傍で縮幅され
ているので、冷却液はノズル部１６の区分された部屋内
で夫々拡大流となり、上記冷却液流出口１７では幅方向
に切れ目のない液流となり、スリットラミナー型冷却用
ノズルの正常時の液流の如く幅方向に連続した液流とな
って下方に流出される。

また更に、ノズル部１６の前方の側部壁３２はボルト締
結により仕切板３１に着脱自在に装着されているので、
この前方の側部壁３２は軽量化することができ、該側部
壁３２の変形が少ないためノズル部１６の隙間を均一に
保つことができる。

そして、この前方の側部壁３２を取り外せばノズル部１
６内の清掃を容易に行うことができる。加えて、ノズル
部１６内に仕切板３１が設けられ、スリット空間が区分
されたことにより、絞り比を１００〜４０％程度に大き
くすることができた。

さらに、上記ノズル孔２０にこれを通過する冷却液の液
量を調節するための液量調節手段２１が設けられたので
、液量分布が可変となる。上述したように、弁駆動装置
２４に例えばステッピングモータを駆動源としたボール
ネジを使用すると、弁位置及び弁ストロークを極めて正
確に設定、制御することができ、ノズル孔２０よりも流
出を０〜１００％まで可変にすることができる。この液
量調節手段２１は、まず金属板センサ２８により金属板
２７の板厚や板幅等を検知してその値を入力信号として
制御計算機２６に与える。この制御計算機２６はその金
属板２７に応じた必要冷却速度を計算する。冷却速度は
、一般に例えば冷却液の量Ｑの変化に対応した熱伝導率
りにより、下式で求められる。

しくにｃａｌ／ｈｒ　−＊　−”Ｃ）　−ｋ　−Ｑ（Ｂ
）３、に一定数 ａ＝液ｆｆ１（Ｊｌ／７Ｉｉ−ｈｒ） また、金属板センサ２８が金属板２７の温度を検知して
制御計算機２６が冷却停止温度を求めるようにしてもよ
い。そして、１１１１１１計ＩＱ！２６は求めた冷却速
度を出力信号として駆動制御器２５に与え、この駆動制
御器２５が弁駆動装Ｎ２４を制御することにより、その
制御内容に応じて流量調節弁２２が開閉調節されるもの
である。例えば第６図に示す如く板幅方向の液量分布を
制御する。図中、Ａは板厚が大きく板幅の広い金属板を
早く冷却するため液量分布を均一に大量に流すものであ
る。また、Ｂは板厚が小さく板幅の広い金属板について
、板の両端が温度低下するため、液量分布を中央に多く
両端に少なくして流すものである。

更に、Ｃは板厚が小さく板幅も狭い金属板について、ゆ
っくり冷却する場合であり、板の無い箇所のノズル孔の
流量調節弁を全開として必要箇所のみ冷却液を流すもの
である。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次の如き優れた効果を発揮
する。

（１）　　ヘッダ上にこれより小さな容積を有し、均圧
孔で連通された均圧室が設けられたので、冷却液の流れ
が均圧孔により整流化され、ヘッダ内の流れの乱れの干
渉を小さくすることができ冷却液の流れを安定化させ、
さらに冷却液の流出停止時の動作を早くすることができ
る。

（２）　　均圧室の側部から垂下された冷却液を流出す
るためのノズル部にこれらを連通ずるノズル孔から冷却
液を導入するので、ノズル部の流量精度を極めて向上さ
せることができる。

（り　ノズル部のスリット空間にこれを縦列に仕切る複
数の仕切板が設けられ、これら仕切板によって仕切られ
たノズル部のスリット空間と均圧室とがノズル孔によっ
て夫々連通されたので、ノズル部の幅方向の流れの干渉
がなくなり、ノズル部の幅の大きいものでも上記ノズル
孔により幅方向の流量分布を均一にすることができる。

従って、ノズル部の幅方向の干渉の少ないスリット型の
流れとなり流ｌ絞り比を向上させることができる。

（４）　　各ノズル孔に液ω調節手段を設けたので、冷
却用ノズルの幅方向の流量分布や板幅に応じたノズル幅
の調節ができ、金属板を均一に冷却することができると
共に、流量分布パターンを任意に変化させることができ
る。

（５）　　液量Ｓｌ！！節手段に駆動制御器及び制御計
篩機及び金属板センサを備えると、金属板の処理要求に
合せた冷却速度、冷却停止及びノズル幅方向の流量パタ
ーンの制御を自動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属板冷却用ノズルの一実施例を示す
側断面図、第２図は第１図の背面図、第３図は第１図の
■−■線矢視図、第４図は第１図の正面図、第５図は本
発明に採用する液」調節手段を示す概略図、第６図は板
幅に対する液量分布を示すグラフ、第７図は従来の金属
板冷却用ノズルを示す側断面図である。 図中、１０は冷却用ノズル、１１はヘッダ、１３は均圧
室、１５は均圧孔、１６はノズル部、２０はノズル孔、
２１は液量調節手段、３１は仕切板である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、冷却液を貯留するヘッダと、該ヘッダ上に設けられ
   、これより小さな容量を有する均圧室と、これらヘッダ
   と均圧室とを連通する均圧孔と、上記均圧室の側部から
   垂下されたスリット空間を有するノズル部と、該ノズル
   部のスリット空間を縦列に仕切る複数の仕切板と、これ
   ら仕切板によつて仕切られたノズル部のスリット空間と
   上記均圧室とを夫々連通するノズル孔と、該ノズル孔に
   設けられ、これを通過する液量を調節するための液量調
   節手段とからなることを特徴とする金属板冷却用ノズル
   。