JPH064170B2

JPH064170B2 - 金属板冷却用ノズル

Info

Publication number: JPH064170B2
Application number: JP63010970A
Authority: JP
Inventors: 敬一熊谷; 修竹内
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPH01186210A

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200〜1000℃
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300〜2000mm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、パイプ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却用ノズ
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が停止域は移動されている。
尚、図中Ｌ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、上記スリツトノズル部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Ｌに対
して残冷冷却の体積が大きいので、開閉弁（図示せず）
の閉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１ｍ〜５ｍの
幅のノズル部４を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300mm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
フロー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、金属板
を冷却するためのスリットラミナー型ノズルにおいて、
ヘッダの上部に接続された均圧室と、ヘッダの側部に取
り付けられる後方側部壁を有すると共に、その後方側部
壁との間に下方に開放されたスリット空間を形成しかつ
そのスリット空間を縦列に仕切る複数の仕切板を挾んで
仕切板に着脱自在に取り付けられる前方側部壁を有する
ノズル部と、そのノズル部に形成された各スリット空間
と上記均圧室とを結ぶノズル孔に設けられ、そのノズル
孔を通過する液量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するノズル孔を通過することによ
り流量精度良く導入され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
の流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の開口面積はヘッド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側開口部よりもやや上方
に形成されている。また、ノズル部１６の後方の側部壁
１９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１
６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2/3〜1/5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、この流量調節
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、
このべ駆動装置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はフ
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、フラン
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は弁毎に夫々１台ずつ設けても良い
し、弁２〜５個に対しても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15mmに形成され、冷却液流出口１７の近傍は縮
幅され例えば５mm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。

冷却液は冷却液供給口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１
１の上部にこれより小さな容積を有する均圧室１３を設
け、これらを均圧室１５で通過する。この均圧孔１５の
開口面積は、ヘッダ１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１
５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のノズル部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
2/3〜1/5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１６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100〜4
0％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
量を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２
７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Ｌ
により、下式で求められる。

Ｌ（Ｋcal/hr・m²・℃）＝ｋ・Ｑ^(B) Ｂ，Ｋ＝定数ａ＝液量（／m²・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、制御計算機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
弁駆動装置２４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整弁を全閉として必要箇
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す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。

(3) 後方側部壁と前方側部壁との間にスリット空間を
縦列に仕切る仕切板が挾持されるので、これら側部壁間
の隙間が固定され、ノズル部を幅方向に延長させても、
幅方向の流量分布を均一にすることができる。

(4) 各ノズル孔に液量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) 液量調節手段に駆動制御器及び制御計算機及び金
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。

(6) 前方側部壁が仕切板に着脱自在に取り付けられる
ので、前方側部壁を取り外すだけで、ノズル部の内部を
開放でき、清掃等のためのノズル部の組立て分解が容易
である。

【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
III−III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量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は均圧化、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

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板を冷却するためのスリットラミナー
型ノズルにおいて、ヘッダの上部に接続された均圧室
と、ヘッダの側部に取り付けられる後方側部壁を有する
と共に、その後方側部壁との間に下方に開放されたスリ
ット空間を形成しかつそのスリット空間を縦列に仕切る
複数の仕切板を挾んで仕切板に着脱自在に取り付けられ
る前方側部壁を有するノズル部と、そのノズル部に形成
された各スリット空間と上記均圧室とを結ぶノズル孔に
設けられ、そのノズル孔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。