JPH05329601A

JPH05329601A - 気液混合装置

Info

Publication number: JPH05329601A
Application number: JP13526992A
Authority: JP
Inventors: Norio Onishi; 憲男大西; Katsunori Okimoto; 勝則沖本; Akimasa Kuramoto; 章正倉本; Koichi Ozawa; 宏一小澤; Tsuneo Kondo; 恒雄近藤; Taizo Sera; 泰三瀬良
Original assignee: H Ikeuchi and Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: H Ikeuchi and Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1993-12-14
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JP2922359B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スプレーノズルに接続する気液供給管が曲げ
配管される場合に、分布が乱れるため気液を再撹拌し
て、分布状態を均一としてスプレーノズルに供給する。【構成】略直角方向に流路を変更する第１通路と第２
通路とかなるＬ字形状の気液通路を設け、該液通路の第
１通路側の中心軸線をスプレーノズルの中心軸線と略一
致させて、該第１通路側の先端開口をスプレーノズル側
に接続する一方、第２通路を曲げ配管された気液供給管
に接続し、上記第２通路と対向する第１通路部分を第２
通路の断面積より大きな撹拌室とし、該撹拌室の内面に
第２通路から流入する二流体が衝突するように構成した
再撹拌部を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気液混合装置に関し、
詳しくは、連続鋳造装置の二次冷却帯における冷却ミス
ト噴射用として用いる二流体スプレーノズルと一体に設
けて、あるいは配管部分に取り付けて、曲がりのある配
管を通って乱れた気液を再撹拌し、流量分布の均一化を
図るものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の冷却ミスト噴霧用のスプレーノ
ズルとしては、従来、一流体ノズルが用いられていた
が、一流体ノズルでは局部的な過冷却や未冷却による鋳
片の表面割れやノズルの目詰まりが発生しやすく、か
つ、噴霧範囲が狭い等の問題があった。そのため、一流
体ノズルより流量分布の均一化を図ることが出来、よっ
て、局部的な過冷却、未冷却によるの鋳片の表面割れを
減少し、歩留まり率の向上が得られると共に、噴霧範囲
の拡大で製造時間の短縮を図ることが出来る二流体ノズ
ルに切り換えられている。

【０００３】図１０に示すように、連続鋳造装置の二次
冷却帯においては、スプレーノズル１は鋳片引き抜きロ
ール２の間に設置されており、よって、スプレーノズル
１に接続される気液供給管３はロール２の間を通してロ
ール背部側まで延在され、該気液供給管３の先端側に上
下スプレーノズル共通の給水管４とエア供給管５が接続
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記連続鋳造装置の二
次冷却帯では、ロール駆動機構が複雑であり、かつ、ロ
ール間にスペースが少ない等の理由により、気液供給管
３を図１１(Ａ)(Ｂ)に示す真っすぐな直管とできず、曲
げ配管となる場合が多い。また、曲げ配管の場合も、設
置場所により曲げ角度、曲げ位置等が種々相違する。即
ち、図１２(Ａ)(Ｂ)に示す曲げ気液供給管３ではＰ１点
で上下方向に曲がり、Ｐ２点で上下方向および左右方向
に曲がっている。また、図１３(Ａ)(Ｂ)に示す曲げ気液
供給管３では、Ｐ３点、Ｐ４点で上下方向に曲がり、ス
プレーノズル１との接続部直前のＰ５点で左右横方向に
直角に曲がっている。

【０００５】気液供給管３には、給水管４およびエア供
給管５より水とエアが十分に混合された状態で供給さ
れ、この混合された二流体が気液供給管３を通って、ス
プレーノズル１に供給されている。よって、気液供給管
３が直管の場合は、十分に混合された状態のままでスプ
レーノズル１に供給され、よって、流量分布が均一な噴
霧を発生させることが出来るために問題はない。

【０００６】しかしながら、気液供給管が図１２および
図１３に示すように曲げ配管となる場合は、曲げ部分で
配管内面に衝突とすると、混合状態が乱れて、水とエア
が偏在する状態が発生する。よって、この乱れた状態の
ままで、スプレーノズル１に供給されると、スプレーノ
ズル１から噴射される冷却ミストは流量分布が不均一な
状態となる。

【０００７】気液供給管３が図１１に示す直管の場合、
並びに、図１２および図１３に示す曲げ配管となる場合
について、流量分布を測定した。その結果について直管
の場合を図１４に示し、曲げ配管の場合図１５に示す。
曲げ配管(イ)が図１２に示す配管、 (ロ)が図１３に示す
配管の場合である。スプレーノズル１の対象物表面から
の高さは１５０mmに設定し、かつ、噴霧条件が下記の表
１に示す３段階の,,にわけて測定した。

【０００８】

【表１】低水量中水量高水量空気圧 Pa:kg/cm² ２.３０１.７０３.１５液圧 Pw: 〃０.４００.８５５.８０空気量 Qa:Nm²/min ０.２９０.２３０.２０液量 Qw:l/min ２.０１０.０４０.０気水比 Qa/Qw １４５２３５

【０００９】上記した図１４に示すように、気液供給管
が直管の場合は噴霧流量をかえても、流量分布の乱れは
少なく、台形状の噴霧パターンにおいて、両側スソ部Ｘ
を除く中央部Ｙにおける変動率は２０％以下となってい
る。一方、図１５に示すように、気液供給管が曲げ配管
となる場合、流量分布の乱れが非常に大きく、中央部に
おける変動率は２０％以上となっている。

【００１０】流量分布の変動した場合、冷却ムラが発生
しやすくなり、鋳片に割れが生じやすくなる。上記流量
の変動は、割れ感受性の小さい材質からなる鋳片に対し
ては、±５０％以下の差であれば、割れの発生を許容範
囲内に抑えることができたが、割れ感受性の大きな材質
からなる鋳片に対しては、±２０％以下にする必要があ
る。噴霧の対象物である鋼種の中には、低炭素含有材料
(Ｃ：０.１４〜０.２％、Ｎb,Ｖ,Ｃd,Ｎi)のようにオシ
ュレーション割れ、コーナー割れ、表面割れ等の割れ感
受性の強い材料も多い。近時、連続鋳造装置では、多品
種少量生産、鋼種の拡大が図られているため、上記した
流量分布における変動率は±２０％以下となるように要
請されている。

【００１１】さらに、鋳片寸法も巾が６００mm〜２１０
０mm、厚さ２００mm〜３００mmと従来に比べて対象範囲
が広がっている。それに応じて、噴霧流量の範囲を鋳片
寸法に応じて広い範囲で制御する必要がある。よって、
流量制御範囲、所謂ターンダウン比を１：２０にするこ
とが要請されている。しかしながら、曲げ配管では、噴
霧流量を増加すると、図１５に示すように、流量分布の
ムラがさらに顕著になり、所謂ターンダウン比は１：１
０の範囲以下とされている。しかし、上記ターンダウン
比＝１：１０以下でも、流量分布が変動し、２０％以上
の変動が生じて、鋳片の割れが発生している。

【００１２】鋳片の割れが生じた場合、後工程の圧延工
程で補修されているが、製鋼工程で一度降温した鋼を、
圧延工程で再度昇温して圧延するため、エネルギーロス
が生じている。この点に関して、省エネルギーおよび省
力化のため、製鋼から圧延までの温度ロスのない一貫生
産ラインの技術、即ち、ＨＤＲ方式(ホット・ダイレク
ト・ローリング方式)の採用に対する要求が高まってい
る。

【００１３】上述したように、連続鋳造において、鋳片
の割れをなくして、製鋼工程での不良率を低減し、ＨＤ
Ｒ方式の採用を可能とし、しかも、多品種小量生産の要
請に対応するには、曲げ配管の場合も流量分布の均一化
をはかり、流量変動率を２０％以下とすることが要望さ
れている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した要望を
達成せんとするもので、水供給管とエア供給管とに接続
され気液混合液が供給される気液供給管が、スプレーノ
ズルと接続する先端側までの間で、曲げ配管されるもの
において、略直角方向に流路を変更する第１通路と第２
通路とかなるＬ字形状の液通路を設け、該液通路の第１
通路側の中心軸線をスプレーノズルの中心軸線と略一致
させて、該第１通路側の先端開口をスプレーノズル側に
接続する一方、第２通路を曲げ配管された気液供給管に
接続し、上記第２通路と対向する第１通路部分を第２通
路の断面積より大きな撹拌室とし、該撹拌室の内面に第
２通路から流入する二流体が衝突するように構成した再
撹拌部を備えていることを特徴とする気液混合装置を提
供するものである。

【００１５】上記再撹拌部はスプレーノズル本体とは別
体に形成した再撹拌アダプタとして設け、第１通路側先
端をスプレーノズルのノズル本体に形成した中心軸線を
通る主孔に直接螺着等の方法で直付けしても良い。ある
いは、上記再撹拌アダプタを、気液供給管が曲げ箇所か
らスプレーノズル接続側まではスプレーノズルの主孔と
同一軸線上に配管される直管となる場合には、上記曲げ
箇所に上記再撹拌アダプタを介設しても良い。さらに、
上記再撹拌部をスプレーノズルのノズル本体と一体成形
で設けることも出来る。

【００１６】上記再撹拌部の撹拌室は、その直径Ｄと第
２通路の直径ｄとの関係を、１.２５≦Ｄ／ｄ≦２とし
ている。尚、撹拌室の断面形状は円形、四角形、六角形
でもよく、特に、限定されない。

【００１７】また、撹拌室からスプレーノズル接続部先
端側の第１通路に、小径部、大径部からなる異径部を連
続的にもうけて段差を設けることが好ましい。該段差は
１段でも良く、あるいは、２段でも良い。尚、該段差を
もうけると、上記Ｄ／ｄを小さく設定でき、Ｄ／ｄ＝
１.２５程度にすることが出来、再撹拌部の小型化を図
ることが出来る。

【００１８】

【作用】上記再撹拌アダプタを取り付けることにより、
あるいは、スプレーノズルと一体に再撹拌部を設けるこ
とにより、曲げ箇所で流量分布が乱れた気液混合液が再
撹拌部の撹拌室内に流入すると、対向する内壁に空気及
び水が衝突して拡散し、この拡散により、断面積の大き
な撹拌室内で再度撹拌されることになる。よって、流量
分布を断面積の全体にわって略均等とすることが出来
る。上記撹拌室で流量分布を均等とした後、スプレーノ
ズルの主孔と同一軸線上にある第１通路および気液供給
管を通してスプレーノズルに気液を供給するため、スプ
レーノズルには流量分布が均等な気液を供給することが
出来る。

【００１９】さらに、第１通路に段差を設けた場合は、
上記撹拌室内で撹拌された気液が、小径部から大径部へ
流入する時に、外周方向に膨張し、次に、小径部に流入
する時に縮小し、この膨張、縮小を繰り返すことによ
り、さらに、気液の撹拌が為されて、流量分布の均一化
が図られる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により詳細
に説明する。図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、気液供給管１
０の一端側を液供給管１１と空気供給管１２とを接続
し、他端側に接続するスプレーノズル１３との間に、下
向に傾斜させた曲げ箇所Ｐ１があり、かつ、スプレーノ
ズル接続端側に左方向への曲げ箇所Ｐ２がある場合、図
２に示すように、スプレーノズル１３のノズル本体１４
に再撹拌アダプタ１５を直付けで組み付ている。

【００２１】再撹拌アダプタ１５は、大略Ｌ形状に屈折
させた円筒管からなり、該円筒管の中空部から構成する
Ｌ形状の気液通路２０を、ノズル本体１４と接続する第
１通路２１、気液供給管１０と接続する第２通路２２と
している。

【００２２】上記第１通路２１は、ノズル本体接続側の
一端を開口端２１ａとし、他端を閉鎖端２１ｂとしてお
り、該第１通路２１の主軸Ｌ１をノズル本体１４の主孔
４０の主軸Ｌ１と一致させている。該第１通路２１の断
面は真円形状としている。

【００２３】第１通路２１には、閉鎖端２１ｂ側に直径
Ｄの撹拌室２３を設け、撹拌室２３に連続して径を一回
り小さくした縮小室２４を設けている。さらに、縮小室
２４に連続して直径Ｄの膨張室２５を設け、該膨張室２
５に連続して、上記縮小室２４と同径としたノズル連通
室２６を設け、該ノズル連通室２６の先端を上記開口端
２１ａとしている。上記ノズル連通室２６の周壁の外周
面にはノズル本体との螺着用のネジ２７を設けている。

【００２４】第２通路２２の一端開口２２ａは撹拌室２
３の内側面に開口し、他端開口２２ｂは気液供給管１０
に接続するようにし、外周面に螺着用のネジ３０を設け
ている。第２通路２２の主軸Ｌ２は第１通路２１の主軸
Ｌ１と直交する方向に設定している。

【００２５】第２通路２２の直径ｄは撹拌室の直径Ｄよ
り小さくしており、かつ、１.２５≦Ｄ／ｄ≦２に設定
している。このＤ／ｄの数値は後述する実験結果より求
めている。

【００２６】上記再撹拌アダプタ１５は、第２通路２２
を気液供給管１０の先端に接続する一方、第１通路２１
側の開口端をノズル本体１４に接続して、スプレーノズ
ル１３に直付けしている。ノズル本体１４の形状は図示
のように、主孔４０の先端部にオリフィス４１を開口
し、該オリフィス４１の両端にガイド部４２が連続し、
かつ、主孔４０の前後両側に軸線に平行に副孔４３を設
けた形状としている。尚、再撹拌アダプタ１５と接続す
るスプレーノズルは上記構造のスプレーノズルに限定さ
れない。

【００２７】上記再撹拌アダプタ１５を取り付けた場
合、気液供給管１０より供給される気液が曲げ部分で流
量分布が乱れて、空気と水とが偏在していると、この乱
れた気液が第２通路２２を通って第１通路２１の撹拌室
２３に流入する。撹拌室２３では開口端２２ａと対向す
る内面２３ａに流入した水と空気が衝突する。内面２３
ａは円弧形状であるため、衝突した水と空気は多方向に
向かって反射し拡散する。この拡散により、偏在してい
た水と空気とが撹拌されて、均一な混合状態となる。

【００２８】具体的には、低水量の場合は、水は第２通
路２２の底面側に偏在して流れ、撹拌室２３の内面２３
ａに衝突しないものもあるが、空気が内面２３ａに衝突
して拡散するため、この拡散した空気に水が吸い込まれ
て、空気と水との混合が図られる。一方、高水量の場合
は、水も撹拌室２３の内面２３ａに衝突して拡散し、同
様に、内面２３ａと衝突して拡散した空気と混合するこ
ととなる。

【００２９】撹拌室２３内で撹拌された気液は撹拌室２
３より第１通路２１の縮小室２４→膨張室２５→ノズル
連通室２６へと流入する。その際、気液は各室の仕切壁
の内面に衝突して、周方向の縮小、膨張、縮小が繰り返
され、この作用によって、さらに、気液の混合を促進出
来る。

【００３０】上記のように、再撹アダプタ１５により、
気液供給管１０の曲げ箇所で乱れた流量分布が断面全体
に渡って均一な状態となり、この均一な状態でノズル本
体１５の主孔４０に供給される。よって、主孔４０より
噴射される噴霧の流量分布を均一とすることが出来る。

【００３１】再撹拌アダプタ１５は上記実施例に限定さ
れず、図３に示すように、第１通路２１に膨張室を設け
ず、撹拌室２３にノズル連通室２５を連続させても良
い。その場合の撹拌室２３の直径Ｄと第２通路２２の直
径ｄとの関係は、図４(Ａ)(Ｂ)の実験データに示すよう
に、Ｄ／ｄ＝２とすることが好ましい。

【００３２】尚、図４の実験データにおいて、噴霧条件
は前記表１に示す条件と同一とし、ノズル高さも同一の
１５０mmとしている。図４に示すように、Ｄ／ｄが１.
０,１.５,１.７５の場合は、流量分布の変動率が２０％
以上となっているが、Ｄ／ｄが２の場合は変動率は噴霧
条件を変えても２０％以下となっている。

【００３３】一方、第１通路２１に膨張室２５を構成す
る段溝を設けた場合は、図５の実験データに示す通すよ
うに、撹拌室２３の直径Ｄと第２通路２２の直径ｄをＤ
／ｄ＝１.２５に設定しても、流量部分の変動を２０％
以下に抑えることができた。図５の実験データの噴霧条
件も上記表１と同一としている。上記実験結果から、第
１通路に膨張室を設けた場合には、膨張室をもうけない
場合より、Ｄ／ｄを小さい値に出来ることが確認でき
た。

【００３４】また、上記実施例では、撹拌室２３を断面
真円形状としているが、図６(Ａ)に示すように断面四角
形としても良く、また、図６(Ｂ)に示すように断面六角
形としても良く、撹拌室２３の形状は限定されない。

【００３５】上記図６(Ａ)に示す形状とした場合の実験
データを図７に示す。噴霧条件は前記表１と同一として
いる。図７より明らかなように、撹拌室２３の断面形状
を四角形としても、流量分布の均一性を図ることが出
来、その変動率を２０％以下に抑えることができた。

【００３６】図８に示す実験データは、図２に示す再撹
拌アダプタ１５(Ｄ／ｄ＝１.２５)を用いて、気液供給
管１０の軸線位置からスプレーノズル１３の軸線位置ま
での距離Ｗ(図１に示す)を５０mmとした場合、１００mm
とした場合の実験結果を示している。噴霧条件は表１
と同一としている。図８より明らかなように、５０mm、
１００mm離れたいずれも場合も、流量分布の均一化を図
ることが出来、その変動率を２０％以下に抑えることが
出来た。

【００３７】さらに、上記実施例は、いずれも再撹拌ア
ダプタ１５をスプレーノズル１３のノズル本体１４に直
付けするものであるが、図９(Ａ)に示すように、気液供
給管１０のスプレーノズル１３への接続部分１０'が、
スプレーノズルの軸線と一致する一方、スプレーノズル
１３から離れた位置で曲げ部分があり、しかも、スプレ
ーノズル設置位置にはスペースが無い場合には、再撹拌
アダプタ１５をスプレーノズル１３から離れた位置で気
液供給管１０の間に介設しても良い。

【００３８】さらにまた、図９(Ｂ)に示すように、スプ
レーノズル１３と再撹拌部１５'を一体成形で形成して
も良い。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係わる気液混合装置では、再撹拌部を設けているた
め、気液供給管が曲げ配管されても、再撹拌部で再度気
液が撹拌がなされ、気液の分布を均一にすることが出来
る。

【００４０】しかも、上記再撹拌部を通してスプレーノ
ズルに供給することにより、スプレーノズルからの噴霧
の流量分布を均一として、変動率を２０％以下に抑えら
れるため、割れ感受性の強い鋳片に対しても使用するこ
とが出来る。さらに、噴霧流量を変えても、上記変動率
を２０％以下に抑えることが出来るため、流量制御幅の
ターンダウン比を従来の１：１０から１：２０まで広げ
ることが出来る。よって、多品種少量生産の要請に対応
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる気液混合装置を示し、(Ａ)は
平面図、(Ｂ)は側面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】再撹拌アダプタの他の実施例の断面図であ
る。

【図４】 (Ａ)(Ｂ)は図３の再撹拌アダプタを用いた場
合の実験結果を示す流量分布線図である。

【図５】再撹拌アダプタの形状を変更した場合の実験
結果を示す流量分布線図である。

【図６】 (Ａ)(Ｂ)は再撹拌アダプタの変形例を示す断
面図である。

【図７】図６(Ａ)の再撹拌アダプタを用いた場合の実
験結果を示す流量分布線図である。

【図８】再撹拌アダプタの取付位置をかえた場合の実
験結果を示す流量分布線図である。

【図９】 (Ａ)(Ｂ)は本発明の変形例を示す断面図であ
る。

【図１０】連続鋳造装置の二次冷却帯に設置するスプ
レーノズルの概略配置図である。

【図１１】 (Ａ)(Ｂ)は気液供給管が直管である場合の
平面図および側面図である。

【図１２】 (Ａ)(Ｂ)は気液供給管が曲げ配管となる場
合の平面図および側面図である。

【図１３】同上

【図１４】図１１の直管の場合の流量分布線図であ
る。

【図１５】図１２および図１３の曲げ配管される場合
の流量分布線図である。

【符号の説明】

１０気液供給管１１液供給管１２空気供給管１３スプレーノズル１４ノズル本体１５再撹拌アダプタ２０気液通路２１第１通路２２第２通路２３撹拌室２５膨張室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小澤宏一東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者近藤恒雄東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者瀬良泰三東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水供給管とエア供給管とに接続され気液
混合液が供給される気液供給管が、スプレーノズルと接
続する先端側までの間で、曲げ配管されるものにおい
て、略直角方向に流路を変更する第１通路と第２通路とかな
るＬ字形状の液通路を設け、該液通路の第１通路側の中
心軸線をスプレーノズルの中心軸線と略一致させて、該
第１通路側の先端開口をスプレーノズル側に接続する一
方、第２通路を曲げ配管された気液供給管に接続し、上
記第２通路と対向する第１通路部分を第２通路の断面積
より大きな撹拌室とし、該撹拌室の内面に第２通路から
流入する二流体が衝突するように構成した再撹拌部を備
えていることを特徴とする気液混合装置。
【請求項２】上記再撹拌部をスプレーノズル本体とは
別体に形成した再撹拌アダプタとして設け、第１通路側
先端をスプレーノズルのノズル本体に中心軸線を一致さ
せて連結している請求項１記載の気液混合装置。
【請求項３】上記再撹拌部をスプレーノズル本体とは
別体に形成した再撹拌アダプタとして設け、該再撹拌ア
ダプタを気液供給管の所要箇所に介設する構成としてい
る請求項１記載の気液混合装置。
【請求項４】上記再撹拌部をスプレーノズルのノズル
本体と一体成形している請求項１記載の気液混合装置。
【請求項５】上記第１通路には撹拌室から先端開口ま
での間に異径部を設けて、気液を周方向に拡散および縮
小させて撹拌する構成としている前記請求項のいずれか
１項に記載の気液混合装置。