JPS638752Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は金属ストリツプ等の急速冷却に用い
られる冷媒噴射用ノズルに関するものである。

金属ストリツプの連続焼鈍ラインにおける一次
急速冷却装置でのウオータ・クエンチ冷却設備で
は、第１図のように一個のスプレーボツクス１に
複数の切込み（スリツト）２を設け多段スリツト
ノズルとし、対向させた水中スプレーとしてスト
リツプ冷却を行なつていた。これは同一出願人の
発明（特公昭56−52094）によるものであり、当
初の目的は十分に果しており、これにても、工業
的価値を十分有するものであるが、この冷却方法
により生じる冷却水の流れは第２図に示すように
ノズル２の中央付近から吐出した冷却水は、スト
リツプＳ走行に伴う、いわゆる随伴流により下方
に向う傾向があり、その結果、図に示すような渦
を生じ、その流れはスリツト・ノズル間で逃げ場
がないため、横流れを生じること等が、その後、
発明者等により確認された。これによりストリツ
プ面上における冷却能力は板エツジ部分が、板中
央部分より大きくなる傾向があり、このため端部
の冷却がセンター部より速やかに行なわれ板セン
ター部は端部に比べ冷却による収縮が遅れるか
ら、板の形状は、耳波や複合中伸び等を生じ、ノ
ズルにストリツプがあたつたり、ストリツプの走
行が安定でなくなるなど操業上の支障をきたすこ
とが、しばしばあつた。

このように板幅方向中央部の冷却が端部に比べ
劣りがちな傾向は、多段スリツトノズルの中央部
（板幅方向、ライン方向とも）から、吐出される
水の逃げ場が、多段スリツトノズルの周縁部しか
無いために多段スリツトノズルの中央付近の静圧
が高くなり、中央付近で吐出する冷却水量は、周
縁部で吐出する冷却水量より少なくなる。また中
央付近で吐出した冷却水は横流れするため、中央
付近を有効に冷却していない。このために、冷却
速度の遅れがちな、板幅中央部で、製品品質上、
冶金学的に必要な冷却速度を確保するため、理想
的な場合よりもかなり、大量の冷却水流量を流し
ていた。そのため、冷却水吐出用のポンプとし
て、高圧、大流量のものが必要であり、ポンプ電
力が大きく、ランニングコストの上昇も招いてい
た。

考案者等は、多くの実験と理論的な流れ解析、
伝熱シミユレーシヨンを経て次に示す、「金属ス
トリツプ等の急速冷却装置」を考案した。この改
良考案はきわめて優れたもので、十分、工業的価
値を有するものである。これを第３、第４図に示
す。このノズル６は、ヘツダ７を囲むノズル本体
８にスリツト状ノズル９ａを有するノズル金物９
を取り付けて構成され、ヘツダ７の冷媒噴出口７
ａはノズル９ａの反対側に設けられている。第４
図のノズル配置では第２図の従来型のノズルに比
べてノズルから吐出した冷却水の排水流路を紙面
内に設けることにより、従来型のノズルで必然的
に生起していたストリツプ衝突後の冷却水の横流
れが生ぜず、板幅方向の均一冷却性、および単位
供給水量当りの冷却能力が著しく向上した。

考案者等はさらに詳細な検討を重ねた結果、第
４図では隣り合う２つのスリツト・ノズル間で
は、ストリツプＳ（この場合上→下に走行する。）
の面に対して、上半分はストリツプ進行方向と同
一方向に、下半分はストリツプ進行方向と逆方向
に、水のフロー・パターンは形成されている。つ
まり、上半分では、水流とストリツプ面の相対速
度は、ストリツプが静止している場合に比べてス
トリツプ走行速度分だけ減少し、逆に下半分で
は、相対速度は、ストリツプが静止している場合
に比べて、ストリツプ走行速度分だけ増加してい
る。このため、この冷却水噴流による冷却能力
も、ストリツプの静止状態を基準に考えると、上
半分は低下し、下半分は向上することを確かめ
た。

この考案は、上記のような知見に基づいてなさ
れたものであつて、板幅方向の均一冷却性および
供給水量当りの冷却能力を更に向上できるように
した冷媒噴射用ノズルを提出することを目的とす
るものである。

この考案の冷媒噴射用ノズルは、冷媒噴出口を
有する冷媒ヘツダを囲む断面円形のノズル本体に
スリツト状噴射ノズルを設けたものにおいて、ス
リツト状噴射ノズルをノズル本体の中心から偏倚
して設けると共に、冷媒噴出口からの噴出冷媒が
上記噴射ノズルに直接流出することを阻止する仕
切板をヘツダとノズル本体間に設け、冷媒噴出口
から噴出された冷媒をノズル本体内を一方向に旋
回させて上記噴射ノズルに向かせるようにしたこ
とを特徴とするものである。

以下この考案ノズルの１実施を第５図により説
明する。１２は冷媒ヘツダ１３を囲む断面円形の
ノズル本体で、中心から偏倚した位置にスリツト
状噴射ノズル１２ａが形成されている。冷媒ヘツ
ダ１３の冷媒噴出口１３ａは図上で右上方に設け
られ、その片側は仕切板１４でノズル本体１２の
内側に連結され、冷媒噴出口１３ａからの噴出媒
体が噴射ノズル１２ａに直接流出することを阻止
している。この構成によりヘツダ１３からの噴出
冷媒は、ノズル本体１２内を反時計方向に旋回し
てノズル１２ａの先端での圧力差によつて、冷媒
は図上右上方に向く渦を生ずるように噴射され
る。

このようなノズルを複数段配置することによ
り、第６図のような装置全体の構成となり、図示
の如きフローパターンが得られた。この場合、と
なりあう各ノズル間の冷却水流れをストリツプ面
上において確実に、ストリツプ走行速度と反対方
向にし、つまり相対速度が、ストリツプ走行速度
分だけ増加し、結果的に冷却速度も向上させるよ
うにしたものである。（この場合、ストリツプは
上→下へ進行するから、ストリツプ面近傍での冷
却水流れは下→上に向つているようにする。）そ
して、実験の結果ラインスピードmax300mpmま
で安定したフローパターンが得られた。

次に、熱伝達率の実測値を従来のものと対比し
て、第７図に示す。

第７ａ図は、従来ノズルで吐出圧1000mmAq、
冷却水量1100m³／ｈの場合のものであり、縦軸は
対数目盛としてある。第７ｂ図には、改良ノズル
と本考案ノズルの両者について示してあり、この
場合吐出圧1000mmAq、冷却水量650m³／ｈであ
る。

本考案ノズルは従来ノズルより良くなつている
ことは勿論、改良ノズルで横流れを防止した場合
に比べ、約５％程度熱伝達率が向上している。こ
のため同一冷却性能では約７％の水量を節減する
ことができ、ひいてはポンプ動力を低減すること
ができる。また板幅方向での差が、従来ノズルに
比べ格段と少なくなつており、均一冷却が可能と
なることを示している。

次に、改良ノズルで冷却水量650m³／ｈの場合
と、同程度の冷却能力を得るために必要な冷却水
量の比較試験を行なつた結果について説明する。

冷却対象ストリツプ幅900〜1200mm、ノズルの
スリツト幅（長辺長さ）1250mm、吐出圧力1000mm
Aqである。

従来ノズル（第１図、第２図）：ノズル段数14
段、スリツト開口短辺長さ2.5mm、冷却水量1100
m³／ｈ（第２図は模式図であり、実際のものとノ
ズル段数が異なつている）。

改良ノズル（第３図、第４図）：ノズル段数７
段、スリツト開口短辺長さ３mm、冷却水量650
m³／ｈ。

本考案ノズル（第５図、第６図）：ノズル段数
７段、スリツト開口短辺長さ３mm、冷却水量600
m³／ｈ。この場合ノズル間隔は80mm、ノズルとス
トリツプとの間隔は40mmである。

この試験結果も、上記熱伝達率の測定結果と一
致し、水量節減が可能であることが確められた。

この考案のノズルは上記のようなものであるか
ら、冷却不均一を大幅に緩和することができ、且
つ冷却能力を大幅に向上することができる。

なお、本考案は、連続走行する薄鋼板の急冷装
置にのみ限られるものではなく、浸漬水中におけ
る強冷却装置に、若干のノズル配置等の変更を加
えればそのまま応用できるものである。例えば熱
間、冷間圧延における、ワーク・ロール冷却にお
いて、ロール外周部を囲むように設けた、水冷ジ
ヤケツト内にノズルを設置する冷却設備等にも適
用でき、本実施例中で述べたと同様な効果を発揮
するものである。

本考案ノズルを熱間圧延用ワーク・ロールの、
冷却用設備として応用した、他の実施例を第８図
に示す、上ワーク・ロール２１、下ワーク・ロー
ル２２の出側に、それぞれ、ストリツパー・ガイ
ド２３，２４（冷却水飛沫が鋼板にかかり、鋼板
温度を下げたり、通板時や尻抜け時にストリツプ
の頭部、尾部が冷却設備等の圧延機付帯設備を破
損しないようにするのが主たる役目のもの）に近
接し、設けた、水冷ジヤケツト２５，２６中に本
考案の考え方による、スリツト・ノズル１１を設
けたものであり、上、下ワーク・ロール用とも、
スリツト・ノズル本数は各４ケ、各スリツト・ノ
ズルの開口部寸法は５mm×1740mm、ヘツダーの吐
出圧は、1000mmAqである。本実施例でのロール
胴長は1780mm、最大通板サイズの場合のストリツ
プ幅は1650mmである。これらのノズルから浸漬水
中に吐出される水中水噴流は、図示の如く、ロー
ル近傍において、ロールの進行方向とは逆方向に
流れ、各スリツトノズルの間隙を抜け紙面に垂直
な方向に横流れすることなく、排出用パイプ２
７，２８を通つて、ストリツプの両サイドから重
力によつて冷却水ピツトへ排出されるわけであ
る。

従来、熱間圧延用のワーク・ロールの冷却で
は、10〜30Kg／cm²程度の高圧の水を、フラツト・
スプレー型のノズルによつて大量にロールに噴射
していたが、本考案によつて、この冷却水噴射用
のポンプ所要動力をきわめて大幅に減少させるこ
とができた。

また、本実施例では、浸漬水中の水噴流ノズル
について述べたが、冷却媒体が空気、または雰囲
気ガスの如き、ガス本体でも、流れの状況、およ
び伝熱特性は、まつたく同様な傾向をもつもので
あつて、例えば薄鋼板の連続式熱処理炉における
ガス・ジエツトノズルによる加熱、冷却設備にも
応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来ノズルの縦断面、第２図は第１図
のノズルによるフローパターンの説明図、第３図
は改良ノズルの縦断面図、第４図は第３図のノズ
ルを多段に対向配置した場合のフローパターンの
説明図、第５図は本考案ノズルの一実施例を示す
縦断面図、第６図は第５図のノズルを多段に対向
配置した場合のフローパターンの説明図、第７図
は各種ノズルを用いた場合の熱伝達率を示す説明
図で、第７図ａは従来ノズル、第７図ｂは改良ノ
ズルと本考案ノズルについて示してある。第８図
は本考案ノズルをワークロール冷却に使用する場
合の説明図である。 １１……冷媒噴射用ノズル、１２……ノズル本
体、１２ａ……スリツト状噴射ノズル、１３……
冷媒ヘツダ、１３ａ……噴出口、１４……仕切
板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 冷媒噴出口を有する冷媒ヘツダを囲む断面円形
   のノズル本体にスリツト状噴射ノズルを設けたも
   のにおいて、スリツト状噴射ノズルをノズル本体
   の中心から偏倚して設けると共に、冷媒噴出口か
   らの噴出冷媒が上記噴射ノズルに直接流出するこ
   とを防止する仕切板をヘツダとノズル本体間に設
   け、冷媒噴出口から噴出された冷媒をノズル本体
   内を一方向に旋回させて上記噴射ノズルに向かせ
   るようにしたことを特徴とする冷媒噴射用ノズ
   ル。