JPS5970417A - フラツトラミナ−フロ−用ノズルヘツダ− - 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】 本発明は加熱鋼材を均一に冷却するためのフラットラミ
ナーフロー用ノズルヘッダーに関ｆ；Ｅ、。

従来、圧延直後又は熱処理炉から出て来た熱鋼板又は熱
鋼管を冷却熱処理する場合、冷却装置への鋼材装入温度
の変化に合わせて冷却停止温度を制御したり、冷却過程
で冷却速度を制御したりする等のことが各種板厚毎に行
われている。

この冷却には、板幅方向の冷却の均一化のために、扁平
で連続した水流を形成するフラットラミナーフローの使
用が適している。

従来、このフラットラミナーフローを得るだめのノズル
ヘッダーとして、ノズルへラダー内にノズルヘッダーを
２箇の室に分割する仕切板を有する第１図の如き上部開
放型のものが知られている。

第１図において％１はノズルヘッダ一本体、２けヘッダ
ー内部の仕切板、３は供給口、４はノズル、ｈは水頭、
ｆはノズルより吐出されるフラットラミナーフローを示
す。

このノズルヘッダーけ、上部が大気に開放しているため
に、ノズル上部の室に溜っている水の水頭りによって吐
出水ｌ”が決定される。従って、吐出水量を大きくする
ためには、ヘッダーの高さを高くしノズル上部の水頭り
を大きくする必要がある。ところが水頭りを大きくすれ
ばヘッダーの規模も大きくなる。一方、ヘッダー高さを
低くシテ水頭りを低くした場合は、最大吐出量が小さく
なってしまう欠点をもっており、従来の〔最大／最小〕
水量比は約５．０程変にすぎなかった。

このような事から、各種板厚の加熱鋼板を所定の温度ま
で冷却したり、冷却速度を調整しようとしても、後来の
開放型ノズルへラダーでは〔最大／最小〕吐出量の制御
範囲が狭いために、調整しきれない恐れがある。

又、各種熱処理において均−冷却及び強冷却能力を必要
とする場合は、ノズルからの吐出水流の形状が鏡面に近
く安定した垂下流の７ラツトラミナーフローがすぐれて
いることが知られている。

そこで、強冷却能力を得ようとする場合には、垂下流が
極端に乱れない範囲で水頭りを大きくして最大流量を吐
出することの出来るヘッダーの設計が行われる。然し、
このような高い仕切板を有するヘッダーを用いて比較的
弱い冷却能力を得たい場合は、水頭りを低くして吐出流
量を少くする操作が必要になって来る。このときには溜
っている水の水面が低い位置にあるため、仕切板上部か
らこぼれ落ちて来た水によって空気を巻きこむ。

落差の大きい程、巻きこむ空気量が増加し、然もノズル
入口まで気泡が達して、ノズルから吐出されるフラット
ラミナー７０−は気泡を含み白濁した流れとなる。この
気泡のために垂下流が不安定となり、かつ気泡と水とが
被冷却物体に衝突するため、不均一冷却及び冷却能力低
下をきたすことになっていた。

上記の如き開放型ノズルヘッダーの問題点を解決するた
めに、第２図に示す如く、単に密閉ヘッダーにしてヘッ
ダー内空気を全て抜き出し一定の水頭にして供給水の圧
力のみにより流量制御するものもある。第２図（ａ）は
密閉型ヘッダーの１例を示すもので、１けノズルヘッダ
一本体、３は水供給口、４はノズル、ｆはフラットラミ
ナー７０−を示す。

然し、上記密閉型ノズルヘッダーによれば、ヘッダーに
供給した水の流速分布（動圧）の差が直接ノズルまで達
してしまい、均一分布が得に〈〈なり、安定なフラット
ラミナーフローが広範囲には得られず、〔最大／最小〕
吐出量比は前記開放型と同様約５．０にすぎなかった。

第２図（ｂ）は、図（ａ）のノズルヘッダーのし方向に
おける流量の不均一性を示すグラフで、縦軸は流量／最
大流量を示し、横軸０点はノズルの中央部を示す。

本発明は、上記従来のノズルヘッダーの問題点を解決し
、〔最大／最小〕吐出流量比を従来達し得なかった程度
にまで大きくすることを可能とすると共に供給水の動圧
変動を緩和するフラットラミナーフロー用ノズルヘッダ
ーを提供することを目的とする。

本発明のフラットラミナー７０−用ノズルヘツダーは１
本体が前側壁、後側壁、左右両側壁、土壁及び底壁より
々る箱型をなし、後側壁或いはその近傍に水供給口が設
けられたヘッダーノズルにおいて、後側壁と前側壁との
間に、後側壁側に土壁より垂下し底壁との間にギャップ
を形成する垂下仕切板を設は一前側壁側に底壁から立上
る少くとも前記ギャップよりも大きい高さを有する立上
り仕切板を設け、該立上り仕切板と前側壁とによって区
分される室内の底壁或いはその近傍にスリットノズルの
入口を開口し、スリットノズル上方の土壁或いはその近
傍にガス抜き弁を設けたことを特徴とするものである。

以下実施例図によシその詳細を説明する。

第３図（ａ）及び（ｂ）は、本発明のノズルヘッダーの
１実施例における構成を示す図で、（ａ）は斜視図、（
ｂ）は縦断面図である。図（ω及び（ｂ）において％５
はノズルヘッダ一本体の後側壁、６は後側壁に対向する
前側壁である。図（ａ）においては内部を示すために左
側の側壁部を取除いた形にしである。７は土壁、８は底
壁、３１　　は後側壁に取付けられた水供給口である。

９け上壁７より底壁８に向って垂下してノズルヘッダー
を仕切シ、底壁８との間にギャップを有する垂下仕切板
で、１０は底壁８から・上壁７に向って立上る高さの低
い立上り仕切板である。両仕切板は後側壁と前側壁との
間に位置し、且垂下仕　　　□切板は後側壁側に、立上
り仕切板は前側壁側にある。４ｉＦｉ前側壁に近接して
底壁８に取付けたスリット状ノズル、１１はノズル上方
の室の土壁に取付けられたガス抜き弁である。１２は垂
下仕切板９と後側壁５との間に任意に（必須ではない）
に設けられる仕切板、１３は水位計である。ｆけフラッ
トラミナーフローを示す。

第３図においては、水はへラダー側壁に水平に取付けら
れた水供給口を介してヘッダーに供給されているが１本
発明においてはこれに限定されるものではなく、ヘッダ
ー上方から又は下方から供給されてもかまわない。要は
ヘッダーの１側壁（これを後側壁と称した）近傍に水の
供給口が開口し、これと対向する側壁（とれを前側壁と
称した）ア側に□スリットノズルが設けられておればよ
い。

垂下仕切板９は、底壁８との間に、安定なフラットラミ
ナーフロー形成の条件下で想定されるノズルヘッダーの
最大吐出流量の通過に壺障のない哄鹸において出来るだ
け小さいギャップを有するものである。立上シ仕切板１
０は、水供給口３１より供給される水をしてこれを乗越
えさせ、ノズル上部の室に流入させる作用をなすことは
従来技術と変シないが、本発明においては立上り仕切板
１０けその高さを出来るだけ低くし、これを乗越えてノ
ズル上部の室に流入する水へのガス（空気）の巻込みを
少くするようになっている。又、立上り仕切板は、これ
に対向して後側壁側に設けた垂下仕切板９と底壁８との
ギャップとの関係において、少くともこのギャップより
も大きな高さを有することにより、ヘッダーへの水の供
給口の取付けの位置、方向や供給口数にかかわらず、供
給水に緩衝作用をおよぼしスリットノズル長さ方向の動
用分布を平均化する作用をする。

本発明は垂下仕切板と立上シ仕切板各１箇を前述した関
係位置に配置することを必須要件とするものであるが、
垂下仕切板と後側壁の間に、更に図における１２の如く
仕切板を底壁から立上らせ、又は之に加えて土壁から仕
切板を後側壁側に垂下させても差支えはない。これらの
仕切板を設けることは、ヘッダーの水供給口の数を少く
し然も太き表流速でヘッダーに水を供給する場合でも、
これらめ仕切板□によって水が数ｉＫわたり緩衝される
ことになり、ノズルから流出させる長さ方向（Ｌ方向）
の流量分布の均一化に効果がある。又垂下仕切板９と底
壁８間を流入する水の流速が２ｍ・／　ｓｅｃ以上にな
るとここを通過した水が立上り仕切板１０に衝突してス
プラッシュを形成する傾向を生じ好ましくないが、垂下
仕切板９と後側壁間に前記の如き仕切板を追加すること
等によりこの流速をコントロールするととが容易となる
。

本発明においては、第６図に示す如く、ヘッダーは上壁
７を有して密閉構造をなすと共に、ノズル上方の室の土
壁部にガス抜き弁が設けられていることも壽徴をなして
いる。本発明は、スリットノズルからの供給水量を従来
の如く水頭りのみによって制御するのではなく、ヘッダ
ー内にガス（空気）を必ず溜めて水頭りとヘッダー内ガ
ス圧力の相・互を制御可能にするために、ヘッダーを密
閉構造とし且ガス抜き弁を設けたものである。第６図に
示すようにノズル上方に位置する室（垂下仕切板９と前
側壁６とによって形成される）内のガス層圧力をコント
ロールすることにより水頭りもコントロール可卵である
。従ってヘッダー内ガス層が垂下仕切板９によって完全
に連絡を絶たれた状態にあることが、ノズル上方に位置
する室内のガス層圧力を短時間に所定圧力とする上には
好都合であるが、垂下仕切板９と上壁７との間隙を介し
てガス層が移動可能であってもヘッダーが全体として気
密であればノズル上方の室における必要なガス層圧力は
、ヘッダー内ガス圧力をその値とすることによって得る
ことが出来る。

本発明におけるガス抜き弁の使用法及びヘッダー内水頭
りの制御方法には次の２通りがある。

１）ノズル４１の出口を閉じながら、且ノズル上部の室
の土壁部に設けたガス抜き弁１１を開にし壜大気開放し
な□がら、ヘッダーに水を供給する。

するとノズル上部の室には水が溜りガスが抜かれ、しば
らくして所定の水頭りに達する。水頭りになったらガス
抜き弁を閉にし大気遮断し、所定の供給水量に設定し、
且ノズル出口を開放してフラットラミナーフローを形成
させる。

２）ガス抜き弁を開き大気開放しながら、スリットノズ
ルから吐出する水量よりも充分に多量の水をヘッダーへ
供給して、所定の水頭りに達するまで水頭を上昇させる
。設定の水頭りに達したらガス抜き弁を閉にし大気遮断
し、所定の供給水量にしてフラットラミナーフローを形
成させる。

上記の操作の内、ガス抜き弁の開放時間はタイマーや水
位計により制御することが出来る。

一般に大気開放型ヘッダーのノズルからの吐出水量はノ
ズル上部に溜っている水の水頭によって決定されるが、
密閉型のヘッダーの場合は、Ｑｔ　ｍＱｏ＝＝ｃ−Ａ　
　２Ｐ（ｈ　＋（Ｐｇ　−Ｐｔ）／７ｗ　）の関係式か
られかるように、ヘッダーの供給水量Ｑｆによってヘッ
ダー内圧力（ｈ　＋　（Ｐａ　−Ｐｔ　）／Ｖｖ　）が
決定される。

（上式において、ｈ：水頭、ｈ：ヘッダー内ガス圧力、
Ｐｌ：大気圧、ｆｗ：水の比重、Ｑｉ：供給水量、ＱＯ
：吐出水量（Ｑｉ＝ＱＱ）、Ｃ：ノズル係数％Ａニスリ
ットノズル断面積。） 従ってノズルからの吐出水量Ｑｏを少くしようとすると
きは、従来の開放型ヘッダーでは、水頭りを小さくして
流量Ｑｏを下げていたが、本発明においてけ水頭りを高
くした状態でもヘッダー内ガス圧力を負圧即ち（Ｐｇ　
　Ｐｔ）（０に出来る。

然して水頭りが高い状態でも立上シ仕切板１０の高さよ
りも水頭りを大きくすればガスの巻込みを完全になくす
ることが出来、然もヘッダー内圧（ｈ　十（Ｐｓ　−Ｐ
ｌ）／　７’ｗ　）　を低く出来るので安定した小水量
ラミナーフローが形成出来ることになる。

又、水頭りが立上り仕切板１０の高さよシ低くなって落
下水が生じる場合でも、本発明においては立上り仕切板
１０は垂下仕切板９と底壁８とのギャップよりも高い範
囲内で出来るだけ低くするものであるから、これによる
水の落差を小さくすることが可能で、落下水によるガス
の巻込みを抑制することが出来、従来より更に小水量ま
で制御が可能となる。尚、垂下仕切板９と底壁８の間に
形成されるギャップが立上り仕切板１０の高さより大き
くなると供給水の動圧がノズルまで直接達してしまい不
都合である。

次に、大流量を出したい場合には、従来の開放型へラダ
ーでは水頭を高くして装置を大型化せざるを得なかった
が、本発明においてはヘッダーは密閉型であるため、ヘ
ッダーに供給する水を加圧してやればヘッダー内圧も同
時に上昇しくｈ十＜ｐｍ−ｐｒ）／（ｗ）　　の（Ｐｌ
　　Ｐｔ）〉Ｏなるカス圧力条件となって、ノズルから
の吐出流量が増大する。このときヘッダー内では、ノズ
ル上部の室に溜る水の水頭りを立上シ仕切板１０の高さ
より超えさせておけば、落下水が無くなりガス巻込みが
防止されるため、大流量においても安定なラミナーフロ
ーが得られる。

このようにヘッダー内の圧力を、水頭りとガス圧力均と
の２つを相互に制御することにより制御出来るので、ヘ
ッダー高さを高ぐして水頭りを大きくする必要がなくな
り、ヘッダーのコンパクト化が可能となる。

一方、ノズル上部の室に溜っている水の上方のガス層は
、溜っている水に水平に近い水面を形成させる役割をも
有し、スリットノズルの長手方向（Ｌの方向）に対して
水位りを均一化する効果を示す。これと同時に、ヘッダ
ー処供給される加圧水の圧力を、水と比較して極めて比
重の小さいガス層のガス圧力伝播に置き換えられて吸収
されるので、ヘッダー内の水供給口の数を少くし流速の
大きい状態で長手方向（Ｌ方向）に不均一に供給しても
、供給水の動圧け、（仕切板の緩衝作用による緩和もあ
るがそれに加えて）ヘッダー内ガス層で動圧伝播が遮断
され、スリットノズルの長手方向へほぼ均等な水頭りと
ガス圧Ｐ！とに置換されるという重要な効果を発揮する
。

この効果は、第４図（ａ）に示す如き長尺で断面形状の
異るスリットノズルでも１図（ｂ）に示す如く全体にわ
たって均等な吐出圧力分布を生ぜしめる。

第４図（ａ）は３種（１，Ｉｌ、　ＩＩＩ）の断面形の
スリットノズルを示し、図（ｂ）は本発明のヘッダーに
適用した場合のそれによる長手方向の吐出圧力分布の均
−性を示すグラフである。従って、不均一な圧力分布（
不均一な吐出流速分布）のためにおさえられていた従来
のフラットラミナーフローの最大吐出流量に比べて、吐
出流量が著しく上昇し、ギャップ５．０　ｍ＋のスリッ
トノズルの場合には〔最大／最小〕紺量比が（２，０（
ｍ”／ｍ　ｍ）１０．０７　（ｍ”／−ｉ＝ｍ）　）中
２９までに拡大することが出来た。

尚、本発明は既に説明したように、ヘッダー内ガス層圧
力と水頭高さの両方を相互に調整することにより流量―
整番可能とするものであるから、ノズルはヘッダー内ガ
ス圧力を大きく変動出来る位置即ちヘッダーの出来るだ
け底部に近いところに設けるもので、少くともヘッダー
高さの１／！よりは下方にその入口が位置するように配
置すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の開放型ノズルヘッダ′−の構成を示す縦
断面図、第２図（ａ）゛は従来の密閉型ノズルヘッダー
の構成を示す斜視図、第２図（ｂ）はそのノズル長手方
向の流量の変化を示すグラフ、第６図は本発明のノズル
ヘッダーの構成を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
縦断面図、第４図（ａ）はスリットノズルの６種の形状
を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）のノズルを本発明のヘ
ッダーに適用した場合の吐出圧力分布の均等性を示すグ
ラフである。 １：ノズルヘッダ一本体、　２：仕切板、３゜６１：水
供給口、　４．４ｉ：ノズル、　ｈ：水頭、ｆ：フラッ
トラミナーフロー、　５：後側壁、６：前側壁、　　７
：上壁、　　８：底壁、　　９：垂下仕切板、　　１０
：立上り仕切板、　　１１：ガス抜き弁、　１２：任意
に設ける仕切板、　１３：水位計。 弁理人　弁理士　木　村　三　朗 １、事件の表示 昭和５７年　　特許願第１７９０２０号２、発明の名称 フラットランナーフロー用ノズルヘッダー３、補正をす
る者 事件との関係　　　特許出願人 名　称（４１２）日本鋼管株式会社 （氏　名） ４、代理人 ６、補１トの対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補市の内容 ６頁下から２行目に「高さの低い」とあるを「少くとも
前記ギャップよりも大きい高さを有する」と補正する。 （２）８頁１行乃至８行の「水供給口６１より供給され
る・・・・・・・・・少くするようになっている。又、
立上り仕切板は、」を削除する。 （３）１２頁下から８行乃至最終行の「又、水頭りが・
・・・・・・・・・・・制御が可能となる。」を削除す
る。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 本体が前側壁、後側壁、左右両側壁、土壁及び底壁より
   なる箱型をなし、後ｆｕｌｌ壁或いはその近傍に水供給
   口が設けられたノズルヘッダーにおいて、後側壁と前側
   壁との間に、後側壁側に土壁より垂下して底、壁との間
   にギャップを形成する垂下仕切板を設け、前側壁側圧底
   壁から立上る少くとも前記ギャップよりも大きい高さを
   有する立上シ仕切板を股、け、＃立上り仕切板と前側壁
   とによって区分される室内の底壁或いはその近傍にスリ
   ットノズルの入口を開口し、スリットノズル上方の土壁
   或いはその近傍にガス抜き弁を設けたことを特徴とする
   フラットラミナー７０−用ノズルヘツダー。