JPS5864155A

JPS5864155A - ラミナ−フロ−ノズル

Info

Publication number: JPS5864155A
Application number: JP16277381A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ueno; 康上野; Hiroshi Kamio; 神尾　寛; Takao Noguchi; 孝男野口
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1981-10-14
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1983-04-16
Also published as: JPS6223620B2

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】この発明は、ノズルからの吐出流を層流に維持し、しか
も最大／最少流量比を２以上任意にしかも容易に制御す
ることができるラミナーフローノズルに関するものであ
る。

熱延工場等において、厚鋼板の材質改善等のために加熱
された厚鋼板をラミナーロー冷却することが行なわれて
いる。このラミナラ０−冷却は、第１図に説明図で示す
如く、垂直状に設けた９円管ノズル１の下端円形開口か
ら水を流下させ円形層流とする円管ラミナーフローと、
垂直状に設けた扁平な矩形開口を有する扁平ノズル２の
下端矩形開口から水を鉛直または鉛直に近い線上に流下
させ、扁平な平形層流（液膜厚みａ　＜＜液膜幅ｂ）と
するフラットラミナー７０−とが知られている。

ラミナーフローは、本来鋼板に衝突時の流速がそのまま
維持されて、衝突後も層流状に拡散されていくのが特徴
であるが、円管ラミナーフローは鋼板に衝突後の流速が
一定に維持されている限り、水膜の厚みが減少する。こ
のため円管ラミナーフローは第１図に図示の如く、円管
ノズル１から流下した円形層流４が鋼板３に衝突して放
射状に広がると共に跳水５が発生し、この跳水５の発生
する円内が冷却される範囲となる。

これに対しフラットラミナーフローは、扁平ノズル２か
ら流下した平形層流６が′鋼板３に衝突して左右に分流
するが、その流れはほぼ一次元流となり水膜の減少は生
じない。従って、フラットラミナーフローの場合は、鋼
板３に衝突後には跳水は起らないから、冷却能力が高く
、円管ラミナーフローより冷却の均一性および冷却能力
の面から優れている。

第２図はフラットラミナーフロー用ノズルの斜視図、第
３図は第２図のＡ−Ａ線断面図で、７けノズル２が取付
けられたヘッダーである。ノズル２は第３図に示す如く
その断面が空洞状のほか、第４図に示す如き蜂の巣状の
ものもある。

フラットラミナーフローは、上述したような長所をもっ
ているが、その反面冷却能力の制御性に欠点がある。即
ち、冷却能力を制御するためには、扁平ノズル２から吐
出される水の流量を制御すればよいのであるが、第２図
乃至第４図に示した従来のノズルでは、第５図のノズル
間隙寸法ａと最低吐出流速Ｖとの関係を示す図かられか
るように、ノズル間隙寸法ａＫよって、層流を維持でき
る最低の吐出流速Ｖがあり、水の流量をこの最低吐出流
速以下にすると、ノズル内に空気が入りこむ結果、吐出
流は不連続かつ不均一な粒径の断続滴下水となり・層流
を維持することができなくなる。

このような断続滴下水により加熱された鋼板３を冷却す
ると、前記断続滴下水は鋼板３に衝突した時点で空気を
巻込み、水量密度が不拘−之なる。

この結果、冷却能力が不安定となり、鋼板３を均一に冷
却することはできない。

一方、扁平ノズル２から吐出する水の流量を増１、て冷
却能力を上げると、ノズル出口の吐出流速は高くなる。

この結果ノズル出口のレイノルズ数が約５Ｘ１０’を超
えると、吐出流は乱流状の噴流となってフラットラミナ
ー７０−が得られなくなる。このような噴流により、加
熱された鋼板３を冷却すると、前記噴流のもつエネルギ
ーが大きいため、鋼板３の表面に衝突した噴流は直ちに
飛散する。このため、吐出流量を増しても冷却能力は増
加せず、場合によっては減少する。

上述したことから、本来冷却能力の制御は、冷却され゛
る鋼板の厚み等によって、最大／最少流量比を５以上す
ることが必要とされるにもかかわらず、従来の扁平ノズ
ル２では、ノズル間隙寸法ａが２５１ｍ以下の場合、流
量を制御できる範囲は、最大／最少流量比で約２〜３の
低い値であった。

また、冷却能力を上げるために扁平ノズル２からの吐出
水量を多くするには、ノズル間隙寸法ａを大にしなけれ
ばならないが、ノズル間隙寸法ａを大くすると、第５図
から明らかなように、最低吐出流速は高くなり、冷却能
力の制御性が悪化する。

即ち、吐出流を層流にするためには、下記一般式で表わ
されるレイノルズ数（Ｒｅ）は、５×１０５以下にしな
ければならない。

しかるに、ノズル間隙寸法ａが大の場合は、ａ＜＜ｂの
条件下ではレイノルズ数（Ｒｅ）が大きな値となり、こ
れを５Ｘ１０’以下にすることはむづかしく、経験的に
ノズル間隙寸法ａが５０１１以上になると、フラットラ
ミナーフローの形成が困難となることが判った。

従って、冷却能力を上げるために吐出水量を多くしたい
場合は、複数台の小間隙の扁平ノズルを使用せざるを得
なかった。この結果、加熱された鋼板３に対する水量密
度が均一とならず、水量密度の低い所が発生するため、
冷却能力の向上には限度が生じ、設備も複雑化する問題
があった０この発明は、上述のような観点から、ノズル
からの吐出流を層流に維持し、しかも最大／最少流量比
を２以−七に任意にかつ容゛易に制御することができ、
特に、ノズル間隙が大きい扁平ノズルにおいても、吐出
流を層流に維持できて、かつ流量制御も容易なラミナー
フローノズルを提供するもので、対向する長辺側壁と短
辺側壁とからなる長方形箱体の下面に、扁平な矩形状の
吐出口が形成されているラミナー７０−ノズルにおいて
、前記長方形箱体の内部を、前記短辺側壁間にわたり、
前記長辺側壁と平行な少くとも１枚の仕切板を設けて区
画することにより、少くとも２つの扁平なノズル室に区
分すると共に、前記ノズル室の各入口に、夫々開閉自在
の弁を設けたことに特徴を有す−るものである。

次に、この発明を実施例により図面と共に説明する。

第６図には、この発明のノズルが断面図により、第７図
には、ノズル本体部が拡大斜視図により゛、第８図には
、弁体部が拡大断面図により示されている。図面におい
て、８はノズル本体部、９はノズル本体部８の上部に設
けられた弁体部である。

ノズル本体部８は、対向する長辺側壁８ａ、８ｂと、短
辺側壁８ｃ、８ｄとからなる長方形箱体で、その内部に
は、短辺側壁８ｃと８ｄ間にわたり、長辺側壁８ａ、８
ｂと平行な仕切板１０．１１によって仕切られた扁平な
ノズル室１２．　１３．１４が形成されている。そして
、ノズル本体部８の下端面には、小寸の幅ａと大寸の長
さｂからなる扁平な、従来のノズルより開口面積の大き
い矩形状の吐出口１５が設けられている。

仕切板１０．１１の高さＣけ、ノズル室１２゜１３、　
１４ノｌｉｅの約１０倍以上にすることが必要で、これ
によりノズル’Ｍ１２，１３．１４内を流下した水を層
流とすることができる。仕切板１０゜１１の先端は、ノ
ズルｇ１２，１３．”　１４を通って吐出される水流が
前記先端から離脱する際に気泡が発生したり、流れが乱
されることのないように鋭角状に形成されている。

仕切板１０．１１の先端は、吐出口１５から突出しても
、または、吐出口１５より内方にあってもよい。なお、
仕切板１０．１１の先端と吐出口１５との間の寸法は、
経験的に吐出口１５の幅寸法ａ以内の寸法とすることが
望ましい。

ノズル室１２，１３．１４の幅寸法ｅは、前記ノズル室
１２，１３．１４からの吐出水が層流を形成し得る最低
吐出流速以上で、かつ、前述の（１）式に示したレイノ
ルズ数（Ｒｅ）が５×１０５以下ヲ満足するように、３
〜２５龍の範囲とすることが望ましい。即ち、幅寸法ｅ
が３１１１＋ｌ！未満では、水中に含まれている不純物
がノズル室１２．　１３．１４内に詰まるおそれがあり
、従って安定した流速が得られず、一方、幅寸法ｅが２
５ｓ＋ｍを超えると、最低吐出流速が高くなる結果、水
量の僅かな変動が吐出水の層流状態に大きな変化をもた
らし、安定したラミナーフローが得られなくなる。

弁体部９は、ノズル本体部８の上部に、その長辺方向に
わたり、幅寸法がノズル本体部８より大きく形成された
、内部がノズル本体部８と連通ずル長方形箱体で、ノズ
ル本体部８のノズル室１２゜１３．１４の上部を開閉自
在とする弁１６，１７゜１８が設けられている。

弁１６，１７．１８は、ノズル室１２，１３゜１４の上
部開口１２　ａ、　　１３　ａ、　　１４　ａをその長
さおよび幅方向にわたって、全面的に閉鎖し得る蓋状体
からなり、その一端１６　ａ、　　１７　ａ、　１８ａ
が軸１９，２０．２１により、ノズル本体８の長辺側壁
８ａより外方に突出する取付座２２に起伏自在に軸着さ
れている。また、弁１６，１７゜１８の他端には、仕切
板１０．１１およびノズル本体８の長辺側壁８ｂの上面
に当接するフランジ１６ｂ、１７ｂ、１８ｂが設けられ
ている。

即ち弁１６は、その倒伏状態においてフランジ１６ｂの
端面が仕切板１ｏの上面に当接することによりノズル室
１２を閉鎖し、弁１７は、その倒伏状態において、７ラ
ンジ１７ｂの端面が仕切板１１の上面に当接することに
よりノズル室１３を閉鎖し、また弁１８は、その倒伏状
態において、７ランジ１８ｂの端面がノズル本体８の長
辺側壁８ｂ上面に当接することによりノズル室１４を閉
鎖する。なお、弁１６，１７．１８の起伏は、例えば図
示されてはいないがそのフランジ１６ｂ。

】７ｂ、１８ｂの端面に操作軸を突設し、前記操作軸を
弁体部９の短辺側壁に設けられた彎曲状のスリットから
突出せしめ、前記操作軸を操作することにより容易に行
なうことができる。

この発明は、上述のように構成されているので、弁１６
，１７．１８を起立せしめノズル室１２゜１３．１４を
全部開放状態にしておくときは、弁体部９からノズル本
体部８に入った水は、ノズル室１２．１３．．１４を通
って吐出口１５から層流状に吐出され、従来より大量の
吐出水量により、しかも良好なフラットラミナー７０−
状態で、加熱された鋼板３を効率的に冷却することがで
きる。

次に、吐出水量の最大／最少流量比を制御するに当って
は、弁１６．１７．１８を倒伏せしめ、ノズル室１２，
１３．１４を順次閉鎖することによって、吐出口１５か
らの吐出水量を、良好なフラットラミナーフロー状態で
適確に制御することができる。なお、この場合の流速は
一定である。

また、このような弁１６，１７．１８による制御のほか
に、吐出口１５からの吐出流量全体を、層流を維持する
ための最低流速以内で調整することにより流量比を制御
することも勿論可能である。

上述した実施例では、仕切板を２枚設けることにより３
室のノズル室を形成せしめたが、１枚の仕切板により２
室のノズル室を形成せしめても、また３枚以上の仕切板
により４室以上つノズル室を形成せしめてもよいことは
勿論である。

以上述べたように、この発明によれば、複数の間隙扁平
ノズルとなし、前記小間隙扁平ノズルの個々を複数の弁
で開閉することにより、大間隙扁平ノズルからの吐出流
量を制御するようになした結果、ノズルからの吐出流を
層流に維持した状態で、従来より大量の水量により、加
熱された鋼板を効率的に冷却することができ、かつ、最
大／最少流量比を２以上に任意にかつ容易に制御するこ
とができる等、工業上優れた効果がもたらされる０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のラミナーフロー冷却を示す説明図、第２
図は従来のフラットラミナーフロー用ノズルの斜視図、
第３図は第２図のＡ−Ａ線断面図、第４図は他のフラッ
トラミナーフロー用ノズルを示す断面図、第５図はノズ
ル間隙と最低吐出流速との関係を示す図、第６図はこの
発明のノズルの断面図、第７図は弁体部を示す拡大斜視
図、第８図はノズル本体部を示す拡大断面図である。図
面において、３・・・鋼板、８・・・ノズル本体部、８ａ、８ｂ・・
・長辺側壁、８ｃ、８ｄ・・・短辺側壁、９・・・弁体
部、１０．１１・・・仕切板、１２．１３．１４・・・
ノズル室、１２ａ、１３ａ。１４ａ・・・上部開口、１５・・・吐出口、１６．１７
．１’８・・・弁、１６　ａ、　１７　ａ、　１８　ａ
−弁の端部、１６ｂ。１７ｂ、１８ｂ・・・フラン・ゾ、１９，２０．２１・
・・軸、２２・・・取付座。出願人　日本鋼管株式会社代理人　堤敬太部外１名Ｕ）外Ｉ／ノス゛ル間隙α（Ｍ閣＋ｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

対向する長辺側壁と短辺側壁とからなる長方形箱体の下
面に、扁平な矩形状の吐出口が形成されているラミナー
フローノズルにおいて、前記長方形箱体の内部を、前記
短辺側壁間にわたり、前記長辺側壁と平行な少くとも１
枚の仕切板を設けて区画することにより、少くとも２つ
の扁平なノズル室に区分すると共に、前記ノズル室の各
入口に、夫々開閉自在の弁を設けたことを特徴とするラ
ミナーフローノズル。