JP5130536B2 - 連続金属鋳物冷却のためのフルコーン型エアアシスト式噴射ノズル - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

[0001]本特許出願は、２００６年６月５日に出願した米国特許仮出願第６０／８１１，０５９号の利益を主張し、当該仮出願は参照によって本明細書に組み込まれる。

発明の分野

[0002]本発明は、一般的に加圧エアアシスト式噴射ノズルアセンブリに関し、さらに詳しくは、連続金属鋳造システムで冷却液を噴射するように適応されたエアアシスト式噴射ノズルアセンブリに関する。

発明の背景

[0003]本願と同一譲受人に譲渡された米国特許第６，７２６，１２７号に開示されているような、連続金属鋳造システムで冷却液を噴霧するための加圧エアアシスト式噴射ノズルアセンブリは公知である。そのような噴射システムは一般的に、液体を予め霧化し、液体粒子を扁平噴射パターンに指向させる。複数のそのような噴射ノズルは、連続鋳造スラブの移動の経路に沿って整列される。

[0004]断面が略方形であるビレットの連続鋳造では、より完全かつ効果的なカバレッジのために円形噴射パターンを指向させることが望ましいと考えられる。しかし、これまでは、均一な液体粒子分布のフルコーン予霧化液体噴射吐出を確実に生じることは困難であった。そのような噴射ノズルは一般的に、比較的小さいサイズの旋回付与ベーンを必要とし、製造が難しくかつ高価につくことが考えられ、しかも詰まり易い恐れがある。

発明の目的および概要

[0005]本発明の目的は、金属鋳物の連続冷却システムに使用するために、フルコーン液体噴射パターンをより確実に指向させるように適応されたエアアシスト式噴射ノズルアセンブリを提供することである。

[0006]別の目的は、ビレット鋳造の効率的かつ完全な冷却のために、略均一な液体粒子分布のフルコーン液体噴射パターンを生成するのに効果的である、上記特徴を持つエアアシスト式噴射ノズルアセンブリを提供することである。

[0007]さらなる目的は、液体粒子分布および混合を増強するように適応された旋回方向付けベーンを含み、かつ比較的大きいサイズの詰まりにくい通路を含む、上記種類のエアアシスト式噴射ノズルアセンブリを提供することである。

[0008]別の目的は、精密かつ経済的に製造することのできる、そのようなエアアシスト式噴射ノズルアセンブリを提供することである。

[0009]本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、図面を参照することにより、明らかになる。

[0018]本発明は種々の変形および代替構造が可能であるが、その例示となる実施形態を図面に示し、以下に詳述する。しかし、開示した特定の形態に本発明を限定する意図は無く、逆に、本発明は、その精神および範囲内に入る全ての変形例、代替構造、および均等物に及ぶものであることを理解されたい。

本発明に係る例示的噴射ノズルアセンブリの縦断面図である。 例示された噴射ノズルアセンブリの噴射ノズルの拡大縦断面図である。 図２に示した噴射ノズルの上流側端の図である。 図２に示した噴射ノズルの旋回付与ベーンの下流端の平面図である。 図４の線５−５の面における例示的旋回付与ベーンの側面図である。 図４の線６−６の面における例示的旋回付与ベーンの側面図である。 図４の線７−７の面における例示的旋回付与ベーンの縦断面図である。 例示された旋回付与ベーンの上流端の平面図である。 ベーンの傾斜Ｖ字状液体通路の１つに対して略垂直方向に見た、例示的旋回付与ベーンの斜視図である。 ベーンの傾斜Ｖ字状液体通路の１つに対して略垂直方向に見た、例示的旋回付与ベーンの斜視図である。

好ましい実施形態の詳細な説明

[0019]今、特に図面の図１を参照すると、本発明に係る例示されるエアアシスト式液体噴射ノズルアセンブリ１０が示されている。その開示内容を参照によって本明細書に援用する前述の米国特許第６，７２６，１２７号に示されるような連続金属鋳造装置用の冷却システムに、複数のそのような噴射ノズルアセンブリを利用することができることが理解される。

[0020]例示される噴射ノズルアセンブリ１０は基本的に、予備的な液体霧化ヘッドまたは霧化部２０と、上流端を霧化ヘッド２０に接続された細長い筒状の胴２１と、胴２１の下流端に接続された噴射ノズル２２とを備える。霧化ヘッド２０は、軸方向に延びる細長い膨張チャンバ２５を有する中空体２４と、中空体２４の上流端で軸方向穴２９と螺合するオリフィス金具２８によって画定される加圧エア入口２６と、中空体２４の側壁を貫通して延びる半径方向穴３２と螺合するオリフィス金具３１によって画定される膨張チャンバと横方向に連通する液体冷却剤入口３０とを含む。エア入口オリフィス金具２８は加圧エア供給管路３４に接続され、液体入口オリフィス金具３１は、液体冷却剤、好ましくは水の供給管路３５に結合される。霧化ヘッド２０はさらに、液体入口３０と半径方向対向関係に半径方向穴３９内に圧入などによって固定された、衝突柱３８を含む。衝突柱３８はチャンバ２５内に延入し、中央凹所４１が形成された外端４０は中空体２４のほぼ長手軸線上にある。液体およびエア入口２６、３０をそれぞれ介して導入された加圧エア流および液体エア流は衝突ピン柱３８の助けを借りて霧化ヘッド内に収束し、胴２１を通して方向付け、噴射ノズル２２から吐出するために液体を予め霧化する。この場合の胴２１は、前述の特許第６，７２６，１２７号の開示と合致するねじ付き環状リテーナキャップ４２によって、中空体２４に着脱自在に固定される。

[0021]噴射ノズル２２は、回転および軸方向運動のために胴２１の下流端に支持されたねじ付き環状保持部材４６によって胴２１の端に接続するための外ねじ付き上流端４５を有する、細長い中空体４４を含む。リテーナ４６の回転によりリテーナ部材４６が噴射ノズル端４５と螺合することにより、噴射ノズル２２の上流端が胴２１の下流端に固定され係合する。

[0022]ノズル本体４４は、ノズル本体の下流端で胴２１および円形吐出オリフィス５０と連通する軸方向液体通路４８を有する。この場合の吐出オリフィス５０は筒状に構成され、内向きに収束する切頭円錐形の入口部５１、および出口端の外向きに広がる比較的小さい切頭円錐形の部分５２を持つ。

[0023]ノズル本体４４を通過する液体に旋回運動を付与するため、かつ吐出オリフィス５０から放出されるフルコーン液体噴射パターン全体に分配されるように液体粒子を細分化するために、ベーン５５が、通路４８のノズル本体の上流端と吐出オリフィス５０との中間に設けられる。この場合のベーン５５は、液体通路４８内に圧入される別個の部材または挿入体である。下で明らかになるように、ベーン５５は、比較的大径の上流端面５７を画定する筒状の上流部５６、および比較的小径の下流端面５９を画定する内向きにテーパ付けられた切頭円錐形の部分５８を有するブランクスラグから形成することができる。通路４８がベーン５５と吐出オリフィス５０との間に略筒状の旋回および混合チャンバ６０を画定するように、吐出オリフィス５０の上流におけるベーン５５の予め定められた長手方向の位置決めを確実にするために、ベーン５５が配置される位置決め座６１を画定する小さい座ぐり穴が通路４８に形成される。ベーン５５が緩んだときにノズル本体４４からの偶発的位置ずれを起こすことを防止するために、ノズル本体４４には、入口通路４８の上流端付近に内向きの半径方向杭６２が形成される。

[0024]本発明によると、ノズルベーンは、連続金属鋳造作業で移動する金属形材の冷却などにおける均一な施用を向上するために、予霧化された液体のさらなる細分化および吐出フルコーン噴射パターン全体の液体粒子の略均一な分配を促進する独自の通路構成を有する。この目的を達成するために、旋回付与ベーン５５には、ベーンの長手軸線６６に対して斜めに進み、Ｖ字状切込みによって画定される複数の液体通路６５が形成される。相互に鋭角を成す側壁６５ａ、６５ｂを有する通路６５は、ベーンの上流の比較的大径の端面５７および比較的小さい下流端面５９の両方を貫通して延びる。１つの好ましい実施形態によると、軸方向長さの７倍の直径を持つ筒状部分５６および軸方向長さの４倍の下流端面直径５９を有する下流の切頭円錐形の部分５８を有するスラグから、特に良好な性能を持つベーンを作成することができる。さらに、その好ましい実施形態では、ベーンは、端面が吐出オリフィス５０から該オリフィスの長さｙの約７倍の距離ｌに位置し、かつ吐出オリフィス５０がそのオリフィスの長さｙの５．５倍の直径を持つように、ノズル２２内に配置することができる。

[0025]各Ｖ字状通路６５の頂部６５ｃは、ベーンの長手軸線に対し角度βを成し、ベーンの軸線方向中心６６を除き、下流端面５９を貫通して延びる。例示される実施形態では、ベーン５５は、ベーンの周囲に均等に配置された４つのＶ字状通路６５を有する。各Ｖ字状通路６５は、ベーンの長手軸線に対し約５５°の角度βを成す頂部６５ｃを有する。さらに、Ｖ字状通路６５の側面６５ａ、６５ｂは約４０°から約５０°の間の鋭角αを画定することが好ましく、約４６°の角度が最も好ましい。この場合、ベーン５５の上流端面５７は、Ｖ字状切込みの側面６５ａ、６５ｂと、確実に保持するためにノズル本体内に圧入することのできるベーン５５の上流筒状部分５６の４つの略周方向に配置された座部５４ａとによって画定される、略矩形外観を有する。この場合、Ｖ字状通路６５を画定する切込みはさらに、通路の頂部６５ｃとは反対側のベーンの上流筒状部分５６に小さい突縁６９を画定する。

[0026]本発明に従って、Ｖ字状通路６５を画定する切込みは、ベーンの下流端面５９の中心付近まで延びる。さらに詳しくは、Ｖ字状通路６５の頂部６５ｃは、通路６５の頂部６５ｃを通る円によって画定される比較的小さい円形端面７０を画定するように、下流端面５９と交差する。頂部６５ｃは、ベーン５５の切頭円錐形の端部の下流端面５９の直径の約１／８以下の直径を有する円形端面７０を画定するように、ベーン軸線から約０．０１５インチ以内にまで延びることが好ましい。この場合の４つのＶ字状通路６５は、円形中心端面７０と、ベーンの下流端から見えるように（図４）中心端面７０からわずかに外向きに広がる関係に延びる４つの比較的小さい表面積の脚７１とによって画定される、比較的小さい十字状の端面パターンを画定する。したがってベーン５５は、略十字リーフの外観を有する。Ｖ字状通路は、十字パターンの最大幅ｗが端面５９の直径の１／４となるように、深さを有することが好ましい。

[0027]噴射ノズルアセンブリ１０の動作中に、予霧化ヘッド２０に方向付けられる液体流および加圧エア流は、衝突柱３８の陥凹端面に衝突する液体流の助けを借りて、液体を予め霧化することが分かる。予霧化された液体粒子は、胴２１を介して噴射ノズル２２に強制的に方向付けられる。予霧化液体粒子がベーン５５の複数の傾斜通路６５を通過するにつれて、粒子はさらに細分化され、旋回しながら下流の混合チャンバ６０内に方向付けられる。これにより、液体は、その後に略均一に霧化された液体がフルコーン噴射パターン全体に分配され、フルコーン液体噴射パターンの吐出オリフィス５０を通して吐出するように、さらに細分化されかつ混合される。例示される噴射ノズルは、ベーンのＶ字状通路および大きい開放先端が詰まるのを防止しながら、１０ｐｓｉから１００ｐｓｉの間のような大きい圧力範囲にわたって比較的一定の噴射角度を維持するのに効果的である。

[0028]これまでの説明から、均一な粒子分布を持つフルコーン噴射パターンを確実に指向するように適応され、連続金属鋳造システムに適用するのに特に効果的な、エアアシスト式噴射ノズルアセンブリがもたらされることが分かる。噴射ノズルアセンブリは、詰まりにくい比較的大きいサイズの通路により液体粒子分布および混合を向上するように適応された、旋回方向付けベーンを含む。ベーンはさらに、精密でありながら経済的な製造に向いている。

[0029]公開公報、特許出願、および特許を含め、本明細書に引用した文献は全て、あたかも各文献が個別にかつ具体的に参照によって援用されると明記され、かつ本明細書にその内容が完全に記載されているかのように、同程度に参照によって本明細書に援用する。

[0030]本発明を説明する文脈における（特に以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ（前記／該／上記）」ならびに同様の指示対象の使用は、本明細書で特に異なる指摘がなされない限り、または文脈上明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈すべきである。用語「備える」、「有する」、および「含む」は、特に異なる指摘がなされない限り、非制約的な用語として解釈すべきである（すなわち、「非限定的に含む」ことを意味する）。本明細書における数値の範囲の列挙は、本明細書で特に異なる指摘がなされない限り、範囲内に入る各個別値を個々に言及する簡便な方法として役立つように意図しただけである。本明細書に記載する全ての方法は、本明細書で特に異なる指摘がなされない限り、または文脈上明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書で提供されるいずれかもしくは全ての例または例示を表わす言語（例えば「のような」）の使用は、単に本発明をいっそうよく解明するように意図されたものであって、特許請求の範囲に規定しない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書のいかなる言語も、非請求要素を発明の実施に不可欠なものと指摘していると解釈すべきではない。

[0031]発明者らが知る発明を実施するための最良の態様を含め、本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載されている。上記の説明を読むことにより、これらの好ましい実施形態の変形が当業者には明らかになる。発明者らは当業者がそのような変形を適宜使用することを期待しており、発明者らは、本発明が、本明細書に具体的に記載する以外の方法で実施されるように意図している。したがって、本発明は、適用法によって認められる通り、本明細書に付属する特許請求の範囲に記載する発明の対象の全ての変形および均等物を含む。さらに、その全ての可能な変形における上記要素の任意の組合せは、本明細書で特に異なる指摘がなされない限り、または文脈上明らかに矛盾しない限り、本発明によって包含される。

１０…エアアシスト式液体噴射ノズルアセンブリ、２０…霧化ヘッド、２１…胴、２４…中空体、２５…膨張チャンバ、２６…加圧エア入口、２８…エア入口オリフィス金具、２９…軸方向穴、３０…液体冷却剤入口、３１…液体入口オリフィス金具、３２…半径方向穴、３４…加圧エア供給管路、３８…衝突柱、４４…ノズル本体、５０…吐出オリフィス、５４ａ…座部、５５…ベーン、６０…旋回および混合チャンバ、６５…Ｖ字状通路、６５ａ，６５ｂ…側壁、７０…円形端面

Claims (12)

1. 下流端に吐出オリフィスを有し、かつ液体供給源に接続するための入口を上流端に有するノズル本体であって、前記入口と前記吐出オリフィスとの間で連通する液体流路が貫通して延びるノズル本体と、
   前記吐出オリフィスの上流で、前記ノズル本体に対して固定され係合されて液体流路に配置された外周を有すると共に、円形の上流端面および下流端面を有するベーンであって、前記ベーンの略周方向に配置されて前記ベーンの上流端面および下流端面の間を延びると共に、上流端面および下流端面を貫通して延びる複数のＶ字状通路を有するベーンと、
   前記ベーンと前記吐出オリフィスとの間に前記液体流路によって画定される旋回および混合チャンバと、を備え、
   前記Ｖ字状通路のそれぞれが、前記ベーンの長手軸線に対して所定の角度を成す直線状の頂部をもった相互に鋭角を成す一対の側壁を有する、フルコーン液体噴射ノズル。
2. 前記ベーンが上流筒状部分および下流切頭円錐形部分を含む、請求項１に記載の噴射ノズル。
3. 前記ベーンが前記流路に保持されるように前記ノズル本体の流路の内壁に係合された複数の座部を前記ベーンの筒状部分に画定するように、前記Ｖ字状通路が配置構成された、請求項２に記載の噴射ノズル。
4. 前記Ｖ字状通路の各々の頂部が、前記ベーンの軸心から偏位した位置で、前記ベーンの下流面と交差する、請求項１に記載の噴射ノズル。
5. 前記Ｖ字状通路の頂部を通る円によって画定される略円形端面を形成するように、前記Ｖ字状通路と前記ベーンの下流面との交差がある、請求項４に記載の噴射ノズル。
6. 前記略円形端面が前記ベーンの下流端面の直径の１／８以下の直径を有する、請求項５に記載の噴射ノズル。
7. 前記ベーンの下流端面に向かって見たときに前記円形端面から外向きに延びる複数の表面積脚を画定するように、前記Ｖ字状通路が配置構成された、請求項５に記載の噴射ノズル。
8. 各表面積脚の幅が前記ベーンの下流面の直径の約１／４の最大幅を有する、請求項７に記載の噴射ノズル。
9. 前記ベーンの前記筒状部分が前記筒状部分の軸方向長さの約７倍の直径を有する、請求項２に記載の噴射ノズル。
10. 前記切頭円錐形部分が前記ベーンの下流面位置で、前記切頭円錐形部分の軸方向長さの約４倍の直径を有する、請求項２に記載の噴射ノズル。
11. 前記ベーンの下流面が前記吐出オリフィスから前記吐出オリフィスの長さの約７倍の距離にくるように、前記ベーンが前記液体流路に配置された、請求項１に記載の噴射ノズル。
12. 前記ベーンの各Ｖ字状通路の前記側壁が約４０°から５０°の間の角度を画定する、請求項１に記載の噴射ノズル。

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