噴射ノズル及びデスケーリング又は洗浄方法
【課題】簡便な方法で、周囲の空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、高いデスケーリング又は洗浄能力を発現できる噴射ノズル装置を提供する。
【解決手段】フラットパターンの主水流５０を噴射可能な主吐出口１５と、主水流の厚み方向の両側から、それぞれ第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を噴射可能であり、主水流を第１及び第２の被覆気流のサンドイッチ状に被覆して噴射するための第１の補助吐出口及び第２の補助吐出口とを備えた噴射ノズルを用いて鋼板表面のスケールを除去する。前記主水流の噴射圧力は、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上に調整する。補助吐出口の噴射出口は、主吐出口の噴射出口よりも５〜１００ｍｍ上流側に位置させてもよい。主水流の噴射方向に向かって５〜３５°の角度で被覆気流を噴射してもよい。
【解決手段】フラットパターンの主水流５０を噴射可能な主吐出口１５と、主水流の厚み方向の両側から、それぞれ第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を噴射可能であり、主水流を第１及び第２の被覆気流のサンドイッチ状に被覆して噴射するための第１の補助吐出口及び第２の補助吐出口とを備えた噴射ノズルを用いて鋼板表面のスケールを除去する。前記主水流の噴射圧力は、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上に調整する。補助吐出口の噴射出口は、主吐出口の噴射出口よりも５〜１００ｍｍ上流側に位置させてもよい。主水流の噴射方向に向かって５〜３５°の角度で被覆気流を噴射してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延された圧延鋼板の表面のスケールの除去、半導体ウエハーや液晶基板などの洗浄などに利用できる噴射ノズル装置及びこのノズル装置を用いたデスケーリング又は洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱延鋼材は、鋼スラブを酸化性雰囲気の加熱炉で１１００〜１４００℃程度に加熱し、圧延機で熱間圧延することにより製造されている。前記加熱炉での加熱により鋼スラブの表面には酸化鉄で構成されたスケールが生成し、このスケールを除去しないまま熱間圧延すると、圧延鋼板の表面にスケール疵が生じ、製品価値を低下させる。このようなスケールを除去するため、水を高圧で噴射するためのデスケーリングノズルが使用されている。
【０００３】
デスケーリング効率（壊食能）を向上させるために、種々の工夫がされており、例えば、特開２０００−２６３１２４号公報（特許文献１）には、吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズルから水を吐出させ、吐出孔から鋼板までの距離１５０ｍｍ以下で鋼板の表面に衝突させてスケールを除去するためのデスケーリングノズルであって、吐出流の吐出方向がノズル軸心に垂直な面内の幅方向に広がりを有し、この幅方向と垂直な厚み方向に１．５〜２．５°の範囲の壊食厚み角度を有するデスケーリングノズルが開示されている。
【０００４】
このように、従来のデスケーリングノズルでは、噴射圧力、距離、角度などの条件を制御することにより、壊食能を向上させているが、設備上の制約などで、ノズルの壊食能を最大限に発揮させることは実用上困難である。
【０００５】
特に、気中水噴流の場合、ノズルから噴射された水柱は、周囲の空気との干渉により水流の周囲から微粒化が進むことが報告されており（ウォータージェット第６巻第３号（１９８９）、ｐ．３（非特許文献１））、噴霧特性と壊食能との関係では、液塊と液滴との混在状態で壊食能が最大となり、微粒化が進むにつれて、壊食能は低下することが報告されている（ウォータージェット第９巻第２号（１９９２）、ｐ．４５（非特許文献２））。すなわち、液塊と液滴との混在状態となる位置を噴射距離とすれば壊食特性は向上するが、液塊と液滴との混在状態となる位置は、前述の如く、他の使用条件によっても変化するため、実用上は、水流の微粒化が進行し、壊食性能が低下することとなる。
【０００６】
一方、特開２００１−１３７７４７号公報（特許文献２）には、ノズルボディ内部に導入された液体を吐出するとともに、同ノズルボディ内部に導入された気体を高速気流として噴射することにより、前記液体を外部混合により微粒化するノズルにおいて、前記高速気流は、前記ノズルボディに設けられた気体噴射口の前方位置に焦点を結ぶ先細り円錐状に前記気体噴射口から噴射される構成であって、前記焦点領域で、前記気体噴射口の内側に設けられた液体噴射口から噴出されて液柱を形成する液体を、前記高速気流によって前記液柱中心に及ぶまで粉砕して微粒化する微粒化ノズルが開示されている。
【０００７】
しかし、この微粒化ノズルでは、液体と気体とが混合して微粒化しているため、デスケーリング用ノズルとして利用した場合、デスケーリング能力が充分でない。
【０００８】
さらに、特開平１０−３２３７１０号公報（特許文献３）には、液体ジェットと気体ジェットを平行に噴出する剥離洗浄用液体ジェットのノズルが開示されている。この文献では、液体ジェットが周囲気体の粘性抵抗で減速することを、気体ジェットで抑制することにより洗浄効率を向上している。また、この文献には、気体ジェットの噴出速度を液体ジェットの噴出速度以上とすることが記載されるとともに、実施例では、デスケーリング圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ２（約１５ＭＰａ）の水ジェットに対して、給気圧３ｋｇｆ／ｃｍ２（約０．３ＭＰａ）の高圧空気を噴射している。
【０００９】
しかし、この方法では、高圧にて、高速の空気流を発生させるために、大容量のエアーコンプレッサーが必要となり、設備コストやユーティリティーコストが高価となり、簡便性や生産性が低く、実用化にまでは至らなかった。さらに、気体ジェットの噴出速度を液体ジェットの噴出速度以上とすることが記載されているだけであり、噴出流量や、気体ジェットと液体ジェットの交差角度については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２６３１２４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００１−１３７７４７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平１０−３２３７１０号公報（特許請求の範囲、段落［００１２］〜［００１６］、実施例）
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ウォータージェット第６巻第３号（１９８９）、ｐ．３
【非特許文献２】ウォータージェット第９巻第２号（１９９２）、ｐ．４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、簡便な方法で、周囲の空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、高いデスケーリング又は洗浄能力を発現できる噴射ノズル装置及びデスケーリング又は洗浄方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、低圧の空気流を用いても、デスケーリング能に優れ、スケールを効率よく除去できるデスケーリングノズル装置及びデスケーリング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、フラットパターンの主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から、主水流に対して低圧の被覆気流で主水流を被覆噴射して、被覆気流で主水流を被覆することにより、簡便な方法で、周囲の空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、高いデスケーリング又は洗浄能力を発現できることを見出し、本発明を完成した。
【００１５】
すなわち、本発明の噴射ノズル装置は、フラットパターンの主水流を噴射可能な主吐出口と、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側（側方）から主水流を被覆するための被覆気流を噴射可能な補助吐出口とを備えた噴射ノズル装置であって、主水流の噴射圧力が、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上である。本発明では、主水流に対して定圧の被覆気流を噴射するだけの簡便な方法で、周囲の空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、洗浄能力を向上できる。そのため、鋼板のデスケーリングなどに用いると、デスケーリング効率を高め、鋼板の生産性を向上できる。
【００１６】
本発明の噴射ノズル装置において、被覆気流の噴射流量は、被覆気流の噴射流量の１０倍以上であってもよく、例えば、主水流の噴射圧力と、被覆気流の噴射圧力との比が、前者／後者＝１００／１〜１００００／１であってもよい。被覆気流の最大流速は、主水流の最大流速の０．１〜０．７倍程度であってもよい。また、補助吐出口の噴射出口は、主吐出口の噴射出口よりも５〜１００ｍｍ上流側に位置してもよい。また、主水流の噴射方向に向かって５〜３５°の角度で被覆気流を噴射してもよい。さらに、主水流の噴射流量が１〜２０ｍ３／時間であり、かつ被覆気流の噴射流量は１０〜５００ｍ３／時間であってもよい。本発明では、噴射流量、流速、被覆気流の噴射位置及び角度をこのような範囲に調整することにより、低圧の被覆気流が主水流を攪拌混合することなく、かつ鋼板などの被洗浄体の到達時点でも速度を大きく低下せずに、主水流を有効に被覆できるため、主水流に対して低圧の被覆気流であっても、効果的に水流の微粒化を抑制でき、デスケーリング能や洗浄能を向上できる。
【００１７】
本発明の噴射ノズル装置において、被覆気流がブロワー方式で噴射された気流であり、被覆気流の噴射圧力が０．２ＭＰａ以下であってもよい。すなわち、本発明では、被覆気流の噴射圧力が低圧であり、ブロワー方式での噴射が可能であるため、大容量のエアーコンプレッサーなど不要であり、設備コストやユーティリティーコストも削減できる。
【００１８】
本発明の噴射ノズル装置は、デスケーリングノズル装置であり、鋼板表面において、主水流のフラットパターンの幅に対して被覆気流の幅が０．８倍以上であってもよい。本発明の噴射ノズル装置は、デスケーリングノズル装置として適しており、鋼板表面で被覆気流の被覆率を増大させると、デスケーリング能を向上でき、圧延鋼板のスケールを効率良く除去できる。
【００１９】
本発明の噴射ノズルにおいて、被覆気流が空気流であり、前記補助吐出口は、主水流の厚み方向の両側（両側方）から第１の被覆気流及び第２の被覆気流を噴射可能であり、主水流を第１及び第２の被覆気流でサンドイッチ状に被覆して噴射してもよい。被覆気流は、主水流の厚み方向の片側から被覆気流を吐出してもよいが、両側から吐出すると、サンドイッチ状に主水流を被覆気流で被覆することにより、主水流に対する空気の干渉をフラットパターンの両面から防止できるため、デスケーリングや洗浄能力をより向上できる。さらに、空気流であれば、安全性や操作性などにも優れている。
【００２０】
本発明の噴射ノズル装置は、主吐出口が主スプレーユニットに形成され、補助吐出口が前記主スプレーユニットと独立又は一体化して配設される補助スプレーユニットに形成されるとともに、前記主スプレーユニットが、先端部に形成された凹面又は凹部で開口した楕円形状の主吐出口と、この主吐出口から所定のテーパ角θで上流方向に延びる円錐状流路とを備えており、前記凹面又は凹部が、先端部から上流方向にいくにつれて半径方向の内方へ傾斜した傾斜側壁を備えており、かつ前記補助スプレーユニットが楕円形状、スリット状又は複数のドット状吐出口を有していてもよい。主スプレーユニットがこのような特定の円錐状流路を備えることにより、例えば、デスケーリングノズルとして使用した場合、低圧及び／又は低流量であってもデスケーリング効率を改善できるとともに、この主スプレーユニットと補助スプレーユニットとを組み合わせることにより、容易にデスケーリング又は洗浄能力を向上できる。
【００２１】
本発明には、前記噴射ノズル装置を用いて、主吐出口からフラットパターンの主水流を吐出するとともに、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から主水流を被覆して噴射するように、補助吐出口から被覆気流を吐出するデスケーリング又は洗浄方法も含まれる。
【００２２】
なお、本明細書では、被覆気流の「膜状」とは、厚みの薄い膜状又は面状の形状を意味し、「フラットパターン」とは、いわゆる「扇形吹きのパターン形状」のことであり、厚みが薄く、噴射方向に進むにつれて幅方向に拡がるパターン形状を意味する。
【００２３】
また、被覆気流の「噴射角度」とは、主水流に対するスプレーノズルの向きを意味する場合と、フラットパターンが噴射方向に進むにつれて幅方向に拡がる角度を意味する場合とがある。
【００２４】
また、「噴射ノズル装置（又はデスケーリングノズル装置）」とは、(1)主スプレーユニットの付属物として（又はその内部に）補助スプレーユニットを備えたスプレーユニット（ノズル単体又は一体型の装置）、(2)主スプレーユニットとこの主スプレーユニットに対して独立した補助スプレーユニット（例えば、主スプレーユニットと同様の構造を有する独立した補助スプレーノズルユニット）とを組み合わせたスプレーユニット（ノズル単体）、(3)複数の主スプレーユニットを備えたヘッダ（例えば、複数の主スプレーユニットを備えたヘッダ）と複数の補助スプレーを備えたヘッダ（例えば、複数の補助スプレーユニットを備えたヘッダ）とを組み合わせたノズルを含む装置、(4)複数の主スプレーユニットを備えたヘッダと、複数のヘッダから噴射される複数の主水流に対して単独のヘッダで主水流を被覆可能な補助スプレーユニットとを組み合わせたノズルを含む装置のいずれをも含む意味で用いる。
【００２５】
さらに、「洗浄方法」には、鋼板のスケールを除去するためのデスケーリング方法も含む意味で用いることがある。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から、主水流に対して低圧の被覆気流で主水流を被覆噴射するため、簡便な方法で、周囲の静止した空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、高いデスケーリング又は洗浄能力を発現できる。特に、デスケーリングノズルとして適しており、低圧の空気流を用いても、壊食能に優れ、スケールを効率よく除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の噴射ノズル装置の一例を示す概略部分切欠斜視図である。
【図２】図２は、図１の噴射ノズル装置のII-II線概略断面図である。
【図３】図３は、図１の噴射ノズル装置の噴射状態を示す概略側面図である。
【図４】図４は、図３の噴射状態の概略平面図である。
【図５】図５は、本発明の噴射ノズル装置の他の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図６】図６は、本発明の噴射ノズル装置のさらに他の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図７】図７は、本発明の噴射ノズル装置の別の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図８】図８は、本発明の噴射ノズル装置のさらに別の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図９】図９は、主スプレーユニットと補助スプレーユニットとを一体化した噴射ノズル装置の噴射状態を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、必要に応じて添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００２９】
本発明の噴射ノズル装置は、スケールなどを除去するためのフラットパターンの主水流に対して、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から、主水流に対して低圧の被覆気流を吐出して、主水流の少なくとも一部を被覆気流で被覆することを特徴とする。主水流は、被覆気流で被覆されると、被覆気流が低圧であるにも拘わらず、被覆気流との接触部分において周囲の空気（静止状態の空気）との緩衝により促進される微粒化を抑制できる。従って、本発明では、主水流の少なくとも一部を被覆すればよいが、被覆気流による被覆部分（被覆流との接触面積）が多いほど、主水流のデスケーリング又は洗浄効率は向上する。すなわち、本発明の噴射ノズル装置は、主水流の少なくとも一部を被覆気流で被覆することにより、このような効果を発現すればよく、装置の構造は下記図面の構造に限定されない。
【００３０】
図１は本発明の噴射ノズルの一例を示す概略部分切欠斜視図であり、図２は図１の噴射ノズルのII-II線概略断面図であり、図３は、図１の噴射ノズルの噴射状態を示す概略側面図であり、図４は、図３の噴射状態の概略平面図である。
【００３１】
この噴射ノズルは、主スプレーユニット１と、主スプレーユニット１の先端部に近接して配設され、かつ主スプレーユニット１の先端面に開口する楕円形状の主吐出口１５の短軸方向の両側に位置する第１のスリット状補助吐出口（吐出孔又は噴出口）３４及び第２のスリット状補助吐出口４４から、それぞれ第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２で前記主水流５０を被覆して噴射可能な第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０とで構成されている。
【００３２】
主スプレーユニット１は、水が流入可能な円筒状流路を備えた円筒状ケーシング２と、このケーシングが装着可能な円筒状ノズルケース１１と、このノズルケースの先端部に装着可能な超硬合金製ノズルチップ１２とで構成されており、これらの部材の軸芯にはノズル孔又は流路が軸線方向に形成されている。なお、円筒状ケーシング２は、前記ノズルケース１１に対して螺着可能な第１のケーシング２ａと、このケーシングに対して装着可能な第２のケーシング２ｂとで構成されている。
【００３３】
前記第２のケーシング２ｂの上流側端部の周面及び端面には、軸方向に延びる複数のスリット３が周方向に所定間隔毎に形成され、フィルタを構成している。また、第２のケーシング２ｂ内の流路には整流ユニット４が配設されており、この整流ユニット４は、芯体から放射方向に延びる複数の整流板５と、芯体の上流側及び下流側に同軸に形成され、かつそれぞれ先端部を上下流方向に向けて形成された鋭角な円錐部６ａ，６ｂとを備えている。
【００３４】
前記円筒状ケーシング２の流路は、第２のケーシング２ｂの上流側端部から整流ユニット４の下流端に至る円筒状流路Ｐ１と、前記整流ユニット４の下流端から下流方向に向かって第１のケーシング２ａの途中部に至り、かつ緩やかな傾斜でテーパ状に狭まる傾斜流路Ｐ２と、この傾斜流路の下流端から下流方向に向かって延びる円筒状流路Ｐ３とを備えている。この例では、傾斜流路（環状傾斜流路）Ｐ２を形成する傾斜壁（テーパ部）のテーパ角は、例えば、５〜１２°程度に形成されている。
【００３５】
前記ノズルケース１１内には、上流方向に向かって、超硬合金製ノズルチップ１２と、前記第１のケーシング２ａの下流端と同じ内径の流路が形成されたブッシュ１７とが順次装着されており、掛止段部１３により前記ノズルチップ１２の抜けが規制されている。前記ノズルチップ１２の先端面には、断面Ｕ字状の湾曲溝１４が半径方向に形成され、この湾曲溝１４の湾曲凹面には、楕円形状の主吐出口１５が開口している。
【００３６】
さらに、ノズル１の軸線方向に延びるノズル孔は、前記湾曲凹面１４で楕円形状に開口した主吐出口１５と、ノズルチップ１２に形成され、かつ前記主吐出口１５から軸線の上流方向に向かって直線的に拡径して延びるテーパ部１６により形成された円錐状流路Ｐ５と、前記テーパ部１６の上流端から軸線方向に沿って上流方向へ連なる円筒状流路Ｐ４とで構成されている。なお、前記テーパ部１６の上流端から実質的に同じ内径で延びる流路（Ｐ３及びＰ４）を径大部１８とすることができる。
【００３７】
さらに、楕円形状の主吐出口１５の長径Ｄａと短径Ｄｂとの比（Ｄａ／Ｄｂ）は、１．２〜１．５程度に形成され、楕円形状の主吐出口１５と径大部１８との関係について、主吐出口１５の短径Ｄｂに対する径大部１８（円筒状流路Ｐ３及びＰ４、又は整流ユニットから下流方向に延びる傾斜流路Ｐ２の下流端）の内径Ｄｃの割合（Ｄｃ／Ｄｂ）は、ノズルを小型化するとともに、液滴（又は噴霧液滴）の平均径を大きくするため、３〜６程度に設定されている。また、径大部１８の内径Ｄｃは、１０〜１５ｍｍ程度に、長さＬは、６０〜８０ｍｍ程度に設定され、径大部の長さＬと径大部の内径Ｄｃとの割合（Ｌ／Ｄｃ）は、６〜８程度である。さらには、低圧及び／又は低流量であっても衝突力を高めるため、前記テーパ部１６の角度（テーパ角）θは、４５〜５５°程度に設定されている。
【００３８】
このような主スプレーユニット１を利用すると、ノズル孔の径大部１８を経てテーパ部１６が直線的に傾斜して主吐出口１５に至っているため、シャープな衝突力分布を実現できるとともに、前記主吐出口を特定の楕円形状に形成し、前記主吐出口から延びるノズル孔を特定の円錐状テーパ部として形成し、かつ前記径大部を特定の形状に形成するため、ザウター平均粒子径が２００〜４５０μｍ程度の噴霧液を吐出することができ、小型であっても壊食能が高く、低圧及び／又は低流量で効率よくスケールを除去できる。また、低圧及び／又は低流量でデスケーリングできるため、鋼板の冷却を抑制しつつデスケーリング性能を改善できる。さらに、鋼板に対して主スプレーユニット１を近接させることにより、さらに衝突力を向上でき、デスケーリング性能を改善できる。
【００３９】
第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０は、主スプレーユニット１から噴射される主水流５０に対して、サンドイッチ状に第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２で被覆して噴射するために、主スプレーユニット１の先端面に開口する楕円形状の主吐出口１５の短軸方向の両側に配設される長尺の略矩形状又は板状ブロック部材で構成されている。
【００４０】
第１の補助スプレーユニット３０は、第１の被覆気流５１を噴射可能なノズル構造を有しており、ユニットの板面に立設して形成され、かつ中空円筒状である複数の気体導入口３１と、この気体導入口３１から導入した気体（空気）を流通（又は滞留）可能である長尺な略矩形状（又は板状）の流路３２と、ユニットの長尺方向の側面で開口する第１のスリット状補助吐出口３４とを備えている。さらに、流路３２の中央部には、ユニットの長手方向に沿って仕切り部３３が、流路の高さ（深さ）に対して０．６〜０．８倍程度の高さで形成されており、気体導入口３１と仕切り部３３との間に位置する空間を、気体が一時的に滞留する空間（気体溜まり）として作用させている。
【００４１】
第１の補助スプレーユニット３０は、第１のスリット状補助吐出口３４を、主ノズルユニット１の主吐出口１５の近傍で且つ主吐出口１５よりも後方に位置させるために、主スプレーユニット１の軸線に対して傾斜させて配設している。詳しくは、第１の補助スプレーユニット３０は、第１のスリット状補助吐出口３４が主吐出口１５に近づく方向に角度２０°程度傾斜させて配設している。
【００４２】
さらに、第２の補助スプレーユニット４０も、第１の補助スプレーユニット３０と同様に、第２の被覆気流５２を噴射可能なノズル構造を有し、かつ気体導入口４１と仕切り部４３を有する流路４２と第２のスリット状補助吐出口４４とを備えており、主吐出口１５の長軸を中心線として、第１の補助スプレーユニット３０と対称に配設されている。
【００４３】
このような第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０を利用すると、主スプレーユニット１から吐出された主水流５０に対して、第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０から第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を噴射することにより、第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を略膜状気流として、主水流５０の厚み方向の両側から主水流５０をサンドイッチ状に被覆できるため、周囲の静止した空気との干渉による主水流５０の微粒化を抑制でき、デスケーリングや洗浄能力を向上できる。特に、補助スプレーユニットの第１のスリット状補助吐出口３４及び第２の補助吐出口４４を、主スプレーユニット１の主吐出口１５の後方に配設するとともに、かつ主ノズルユニット１の軸線に対して約２０°の角度で第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を噴射しているため、図３及び図４に示すように、主水流が被覆気流により攪拌混合されることなく、主水流が被覆気流で充分に被覆されて進むため、周囲に滞留する空気との干渉による微粒化も抑制でき、鋼板５３を効率良くデスケーリング又は洗浄できる。
【００４４】
このような被覆気流の噴射圧力は、主水流に対して低圧であり、例えば、１０〜２０ＭＰａ程度の噴射圧力の主水流に対して、０．００１〜０．０１ＭＰａ程度であり、このような低圧の被覆気流であっても、主水流の微粒化を抑制できる。被覆気流の噴射流量は、特に制限されず、その一例は、１００〜３００ｍ３／時間程度であり、主水流の噴射流量５〜１０ｍ３／時間に対して１０倍以上の流量にすることにより、被覆気流による効果を向上できる。被覆気流の最大流速（吐出口における気流量と断面積から求めた理論流速）は、主水流の流速（噴霧距離３００ｍｍにおいて、位相ドップラー式レーザ粒子分析計（ＰＤＰＡ装置、ＴＳＩ社製）により実測した平均流速）に対して０．４〜０．５倍である。このような条件において、第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２で主水流５０を被覆噴射することにより、微粒化を抑制でき、デスケーリングや洗浄能力を向上できる。
【００４５】
さらに、スリット状補助吐出口は長尺に形成され、主スプレーユニット１及び第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０を前記条件で噴霧したとき、図４に示すように、補助吐出口３４から略膜状気流が噴射され、主水流５０の全幅を被覆気流５１でカバー（被覆）できるため、主水流５０の全幅において微粒化抑制効果を発現できる。なお、図４では、主水流、被覆気流をそれぞれ単独で噴射したときのパターン形状を示している。
【００４６】
このような主スプレーユニットと補助スプレーユニットとを組み合わせた噴射ノズル装置は、液滴（又は噴霧液）を吐出させ、熱間圧延などの鋼板表面のスケールを除去するためのデスケーリングノズル（又はフラットデスケーリングノズル）として有用である。また、各種の洗浄用ノズルとしても利用できる。
【００４７】
主スプレーユニットは、径大部から所定のテーパ部を経て吐出口に至るノズル孔を有し、かつフラットスプレーノズルを構成できる限り、テーパ部を含めてノズル孔の形状は特に制限されず、種々のノズル孔（例えば、特許第４０８４２９５号公報に記載のノズル孔など）が利用できる。例えば、テーパ部は、前記のように、所定の角度で直線状に傾斜しているテーパ部に限らず、異なる複数の角度で傾斜しているテーパ部（多段テーパ部）であってもよく、湾曲して傾斜しているテーパ部であってもよい。
【００４８】
ノズル孔は、通常、先端部の凹面又は凹部で開口した吐出口と、吐出口から延びるテーパ部と、このテーパ部に連なる径大部とで構成すればよく、前記吐出口とチップ端面との間には、通常、傾斜壁が形成されている。
【００４９】
前記テーパ部の角度（テーパ角）θは、特に制限されず、２０〜８０°程度の範囲から選択してもよく、通常、例えば、３０〜８０°、好ましくは３５〜７５°（例えば、３５〜６０°）、さらに好ましくは４０〜７０°、特に４０〜６０°程度の範囲から選択できる。なお、テーパ部が湾曲部で構成されている場合、前記テーパ角θは、吐出側（下流側）に位置する最小の孔部（吐出口）と、上流側に位置する径大部の始端部とを結ぶ線で形成される角度を意味する。また、テーパ部が複数のテーパ部で構成されている場合、前記テーパ角θは、噴霧特性に影響を与える最も吐出側（下流側）に位置するテーパ部の角度を意味する。
【００５０】
また、吐出口の短径Ｄｂに対する径大部の内径Ｄｃの割合（Ｄｃ／Ｄｂ）は、特に制限されず、２〜１０程度であってもよい。ノズルを小型化するためには、割合（Ｄｃ／Ｄｂ）は、３以上（特に、３以上７未満）、例えば、３〜６．９（例えば、３〜６）、好ましくは３．５〜６．９（例えば、３．５〜６）、さらに好ましくは４〜６．５（例えば、４〜６）程度であり、４．５〜６（例えば、４．５〜５．５）程度であってもよい。なお、径大部の内径Ｄｃは、８〜２０ｍｍ（例えば、８〜１５ｍｍ、好ましくは９〜１５ｍｍ）程度であってもよい。
【００５１】
吐出口において、長径Ｄａと短径Ｄｂとの割合は、例えば、Ｄａ／Ｄｂ＝１．１〜３．０程度の範囲から選択でき、例えば、１．１５〜２．８、好ましくは１．２〜２．５、さらに好ましくは１．２〜２（特に１．２〜１．５）程度であってもよい。吐出口の長径Ｄａは、１．５〜７ｍｍ（好ましくは１．８〜６ｍｍ、さらに好ましくは２〜５ｍｍ）程度であってもよい。また、前記吐出口の短径Ｄｂは、１〜５ｍｍ（好ましくは１．２〜４．５ｍｍ、さらに好ましくは１．５〜４ｍｍ）程度であってもよい。
【００５２】
径大部は、通常、実質的に同じ内径に形成する場合が多いものの、デスケーリング効率や洗浄効率を損なわない限り、前記傾斜部のように、角度０〜５°（例えば、０〜３°）で上流方向に向かって内径が若干拡大して傾斜していてもよい。前記図２の筒状ケーシングの傾斜流路（環状傾斜流路）Ｐ２のテーパ角は、例えば、５°を越え２５°以下［好ましくは７〜１５°（例えば、１０〜１５°）］程度に形成してもよい。径大部（円筒状径大部又は径大流路部）の全体の長さは、特に制限されず、例えば、３０〜３００ｍｍ（例えば、５０〜２００ｍｍ）、好ましくは５０〜１８０ｍｍ（例えば、７５〜１６０ｍｍ）程度である。なお、テーパ部の上流端から実質的に同じ内径で延びる径大部の長さ（例えば、前記図２に示す例では、第１のケーシング２ａの途中まで延びる流路の長さ）は、例えば、２５〜２００ｍｍ（例えば、３０〜１５０ｍｍ）、好ましくは３５〜１５０ｍｍ（例えば、４０〜１２５ｍｍ）程度であってもよい。
【００５３】
主スプレーユニットは、前記吐出口から上流方向に延びるテーパ部と、このテーパ部からほぼ同じ内径で延びる径大部とを備えていればよく、前記筒状ケーシングは必ずしも必要ではない。さらに、ノズルの上流側において整流ユニットは必ずしも必要ではないが、通常、整流手段、例えば、前記スタビライザ（又は整流ユニット）が配設されている。ケーシング及びスタビライザとしては、図１及び図２に記載のケーシング及びスタビライザの他に、例えば、特許第４０８４２９５号公報に記載のケーシング、スタビライザなどを利用できる。
【００５４】
補助スプレーユニットにおいて、補助吐出口は、主水流の厚み方向の両側に形成されたユニットに限定されず、片側に形成されたユニットであってもよいが、主水流の微粒化を高度に抑制する点から、両側に形成されたユニットが好ましい。
【００５５】
ノズルの構造において、主スプレーユニットとは別個に独立して補助スプレーユニットを設置する構造としては、並列した複数の主スプレーユニットに対して、各々の主スプレーユニットに対応する複数の補助スプレーユニットを、主スプレーユニットと独立して設置する構造（複数の主スプレーユニット毎に独立した補助スプレーユニットを設置する構造）に限定されず、並列した複数の主スプレーユニットに対して、１個の長尺のスリット状又は複数のドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを主スプレーユニットと別個に独立したユニットとして設置する構造（複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造）であってもよい。
【００５６】
複数の主スプレーユニット毎に独立した補助スプレーユニットを設置する構造において、補助スプレーユニットとしては、フラットパターンの気流を噴射できる限り、前記スリット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットに限定されず、慣用のスプレーノズル、例えば、図１に示される主スプレーユニット（ノズル孔が楕円形状やスリット状のフラットパターンのデスケーリングノズル）、コイン状スプレーノズル（例えば、特開平４−６５１４６号公報に記載のノズルなど）などが利用できる。これらのスプレーノズルのうち、容易に広角のフラットパターンを噴射できる点から、図１に示す補助スプレーユニット、ノズル孔が楕円形状やスリット状のフラットパターンのデスケーリングノズルが好ましい。
【００５７】
図５は、並列した複数の主スプレーユニットに対して、各々の主スプレーユニットに対応する複数のフラットパターンのデスケーリングノズル（補助スプレーユニット）を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図５に示すように、圧延鋼板のデスケーリングでは、工業生産される鋼板は幅広であるため、１枚の鋼板６５に対して、ヘッダ６２に所定の間隔をおいて並設された複数の主スプレーユニット（デスケーリングノズル）６１を用いてスケール除去が行われる。詳しくは、各主スプレーユニット６１からフラットパターンの主水流６１ａが鋼板６５の表面に対して略垂直となるように鋼板６５に向けて高圧で噴射されて、鋼板表面のスケールが除去される。なお、図示されていないが、鋼板の熱間圧延を行うラインでは、鋼板は、フィードローラーによってライン内を搬送されるため、ノズルの設置位置によってはフィードローラーの間隙から水流を噴射してもよい。
【００５８】
この例では、前記ヘッダ６２の周方向には一対の補助ヘッダ６４，６４′が配設され、これらの補助ヘッダ６４，６４′には、各々主スプレーユニット６１に対応して複数の補助スプレーユニット６３，６３′が装着されている。各補助ヘッダ６４，６４′に装着された補助スプレーユニット６３，６３′は、斜め方向から主スプレーユニットの噴霧方向に向いている。詳しくは、各補助ヘッダ６４，６４′に並設された複数の補助スプレーユニット６３，６３′から、前記フラットパターンの主水流６１ａと所定の角度で交差するように略同方向に１対の被覆気流６３ａ，６３′ａが噴射され、主水流６１ａを厚み方向の両側からサンドイッチ状に被覆している。
【００５９】
なお、図５の概略模式図では、ノズルの構造や位置関係の理解を容易にするため、主水流６１ａ及び被覆気流６３ａ，６３′ａの厚みは記載していないが、実際は主水流６１ａ及び被覆気流６３ａ，６３′ａは噴射方向に向かうにつれて若干拡がる厚みを有している（図６〜８も同様）。また、図５では、主水流及び被覆気流の供給ラインは省略されている（図６〜８も同様）。
【００６０】
複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、１個の長尺のスリット状又は複数のドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットとしては、例えば、長尺な円柱状又は矩形状（角柱状）ブロックの内部に、ブロックの長尺方向に延びる流路（円筒状流路など）を有し、かつブロックの長尺方向に延びるスリット状補助吐出口を有するノズルや、ブロックの長尺方向に並列した複数のドット状補助吐出口を有するノズルなどを利用できる。なお、ドット形状は、特に限定されず、例えば、円形状、楕円形状、多角形状などであってもよい。このようなノズルを用いると、吐出口からブロックの長尺方向に連続した気膜がエアーナイフ状に噴射され、並列した複数の主水流を１個の被覆気流で被覆できる。特に、スリット補助吐出口の長軸径は、主水流の全幅を被覆できるように設計されるのが好ましい。このような補助スプレーユニットは、通常、金属で形成されている。
【００６１】
図６は、複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、補助スプレーユニットとして、長尺のスリット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図６に示すように、フラットパターンの主水流７１ａに対して、厚み方向の両側から主水流７１ａを被覆するように、円柱パイプ状の補助スプレーユニット７３，７３′により被覆気流７３ａ，７３ａ′が噴射されている。詳しくは、補助スプレーユニット７３，７３′において、ユニットの長軸方向に沿って形成された長尺のスリット状補助吐出口（図示せず）から、複数の主水流７１ａに対して、主水流７１ａに対して所定の角度交差するように略同方向に噴射された１対の被覆気流７３ａ及び７３ａ′でサンドイッチ状に被覆している。
【００６２】
なお、図６の概略模式図でも、実際は主水流７１ａ及び被覆気流７３ａは噴射方向に拡がる厚みを有しており、主水流７１ａが鋼板７５に達する前に被覆気流７３ａと接触している。特に、被覆気流は噴射直後から幅方向及び厚み方向に拡がりながら噴射され、主水流の噴射直後から主水流と接触している。
【００６３】
図７は、複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、補助スプレーユニットとして、複数のドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図７に示すように、この例では、円柱パイプ状の補助スプレーユニット８３の長尺方向に、複数のドット状補助吐出口８３ａが並列して形成されており、この補助吐出口８３ａから噴射される被覆気流も噴射直後から幅方向及び厚み方向に拡がりながら噴射され（図示せず）、エアーナイフ状に拡がって主水流８１ａをサンドイッチ状に被覆する。なお、この例では、ヘッダ８２及び補助スプレーユニット８３と、圧延鋼板８５との間には、揺動する圧延鋼板との接触からノズルを保護するためのプロテクター（金属板など）８６が介在しており、このプロテクター８６には主水流及び被覆気流を貫通可能な孔部８６ａが形成されている。
【００６４】
図８は、複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、ドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットとして、図７とは異なる補助スプレーユニットを用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図８に示すように、この例では、矩形状の補助スプレーユニット９３の長尺方向に、複数のドット状補助吐出口９３ａが３段に並列して形成されている。このように、補助吐出口を複数段形成することにより、被覆気流の流量を増大することができる。
【００６５】
ノズルの構造は、主スプレーユニットの先端部の近傍において、主スプレーユニットとは別個に独立して補助スプレーユニットを配設（設置）する構造に限定されず、例えば、主スプレーユニットの先端部に対して、嵌合などにより装着する構造、主スプレーユニット（特に、主スプレーユニットのノズルケース）と一体化した構造などであってもよい。
【００６６】
図９は、主スプレーユニットと補助スプレーユニットとが一体化した噴射ノズル装置の噴射状態を示す概略側面図である。この例では、主スプレーユニット１０１と補助スプレーユニット１０２とがノズルケース１０３によって一体化されている。
【００６７】
補助スプレーユニットは、気体を導入するための気体導入口と、この気体導入口から導入した気体を滞留させつつ流通可能な流路と、この流路に滞留した気体を噴射可能な補助吐出口とを備えていればよい。
【００６８】
気体導入口は、ユニットの表面から立設した中空円筒状に限定されないが、通常、中空円筒状である。気体導入口は、形状や構造については特に限定されないが、流量の均等性の点から、複数設けるのが好ましく、流量の均等性を向上させるために、長尺のユニットほど気体導入口の数を多くするのが好ましい。
【００６９】
補助スプレーユニットの補助吐出口（吐出口が形成された壁面における流路）は、主水流を被覆気流で被覆（特に、サンドイッチ状に被覆気流で主水流を被覆）できるように、主水流の噴射方向（フラットスプレーパターンの中心軸方向）に向かって、所定の傾斜角度（又交差角度）で被覆気流を噴射するのが好ましい。主水流の噴射方向に対する被覆気流（又は被覆気流の噴射方向）の傾斜又は交差角度（即ち、主スプレーユニットの軸線に対する補助吐出口が形成された壁面の流路の軸線の傾斜角度）は０〜３５°程度の範囲から選択できるが、主水流に対する被覆効率の点から、例えば、３５°以下（例えば、１〜３５°）であってもよく、好ましくは３〜３０°（例えば、５〜２５°）、さらに好ましくは５〜２０°（特に８〜１５°）程度である。傾斜角度が小さすぎると、被覆気流による主水流の被覆率が小さくなるためか、デスケーリング又は洗浄効率が低下し、一方、大きすぎると、被覆気流により主水流が攪拌混合されるため、デスケーリング又は洗浄効率が低下する。なお、主水流を攪拌混合しない観点からは、被覆気流が主水流に対して略平行に噴出されるのが好ましいが、本発明では、低圧で被覆気流を噴出することにより、被覆気流が主水流を攪拌混合する作用が弱いため、このように所定の傾斜角度で被覆気流を噴射するのが好ましい。
【００７０】
補助吐出口が形成された壁面の流路の長さは、例えば、０．３〜５ｍｍ、好ましくは０．５〜４ｍｍ、さらに好ましくは１〜３ｍｍ程度である。
【００７１】
補助吐出口の位置は、被覆気流が主水流を被覆できる限り限定されず、主吐出口と同じ位置や主吐出口よりも前方に形成されていてもよいが、主水流のフラットパターンの全面を被覆し易い点から、主吐出口よりも後方に形成されているのが好ましい。具体的には、補助吐出口の噴出出口は、主吐出口の噴出出口よりも５〜１００ｍｍ（好ましくは１０〜８０ｍｍ、さらに好ましくは２０〜７５ｍｍ、特に３０〜７０ｍｍ）上流側（又は後方）に形成されていてもよい。すなわち、補助吐出口の先端部と主吐出口の先端部との軸方向における距離（図４中のＬ）がこの範囲であってもよい。
【００７２】
補助吐出口の形状は、被覆気流を噴射できればよく、スリット状（略線状）、楕円形状、複数のドット状に限定されず、円形状、長円形状、多角形状などであってもよい。複数の主スプレーユニットに対して１個の補助スプレーユニットを使用する場合、通常、スリット状補助吐出口又は楕円形状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを、スリット形状又は楕円形状の長軸が、主スプレーユニットの楕円形状主吐出口の長軸に平行となるように設置される。また、複数のドット状補助吐出口は、複数に並列されたドット状吐出口の列方向を、主スプレーユニットの楕円形状主吐出口の長軸に平行となるように設置される。
【００７３】
補助吐出口の大きさは、特に限定されず、主水流のフラットパターンの拡がり幅などに応じて選択できるが、鋼板などの被洗浄体に到達するまでの間、主水流の全幅を被覆できるように調整するのが好ましい。複数の主スプレーユニットに対して、１個の長尺のスリット状又は複数のドット状補助吐出口を形成する場合、両端の主スプレーユニットの水流を被覆できるように長径やドットの数を調整してもてよい。スリット状補助吐出口の短径又はドット状吐出口の平均径は、例えば、０．１〜１００ｍｍ、好ましくは０．２〜５０ｍｍ、さらに好ましくは０．３〜３０ｍｍ程度であってもよい。
【００７４】
本発明の方法において、主水流は、例えば、吐出圧又は噴射圧５〜５５ＭＰａ（好ましくは８〜２５ＭＰａ、さらに好ましくは１０〜２０ＭＰａ、特に１２〜１８ＭＰａ）程度でノズルから液滴（又は噴霧液）を吐出させることにより噴射される。特に、デスケーリング方法の場合、本発明では、このような低圧及び／又は低流量であってもデスケーリング効率を大きく改善できる。そのため、デスケーリング過程での鋼板の冷却を抑制でき、熱間圧延を円滑に行うことができる。液滴（又は噴霧液）の吐出流量（又は噴射流量）は、例えば、０．１〜３０ｍ３／時間程度の範囲から選択でき、通常、１〜２０ｍ３／時間、好ましくは３〜１５ｍ３／時間、さらに好ましく５〜１０ｍ３／時間程度であってもよい。
【００７５】
本発明では、前記主水流の噴射圧力に対して低圧の被覆気流を噴射することを特徴とする。すなわち、主水流の噴射圧力が、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上であればよく、例えば、主水流（主スプレーユニット）の噴射圧力と、被覆気流（補助スプレーユニット）の噴射圧力（第１及び第２の被覆気流を噴射する場合、各噴射圧力）との比は、前者／後者＝１００／１〜１００００／１、好ましくは５００／１〜８０００／１、さらに好ましくは１０００／１〜５０００／１（特に２０００／１〜４０００／１）程度である。本発明では、このような微圧の被覆気流を主水流に対して噴射するだけで、効果的に主水流の微粒化を抑制できる。なお、主水流に対する被覆気流の噴射圧力が大きすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が圧力に比例して上昇せず、高価な設備が必要となり、一方、小さすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が低下する。
【００７６】
具体的には、被覆気流の噴射圧力は０．２ＭＰａ以下の範囲から選択でき、例えば、０．００１〜０．２ＭＰａ、好ましくは０．００２〜０．１ＭＰａ、さらに好ましくは０．００３〜０．０１ＭＰａ（特に０．００４〜０．００８ＭＰａ）程度である。このような低圧の噴射圧力は、ブロワー（扇風機）方式での噴射が可能であるため、エアーコンプレッサーなどの設備が不要であり、簡便性や生産性が高い。
【００７７】
被覆気流の噴射流量（第１及び第２の被覆気流を噴射する場合、各噴射流量）は、主水流の噴射流量の１０倍以上であるのが好ましく、例えば、１０〜１００倍、好ましくは１５〜８０倍、さらに好ましくは２０〜６０倍（特に３０〜５０倍）程度である。主水流に対する被覆気流の噴射流量が小さすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が低下する。被覆気流の噴射流量は、例えば、１０〜５００ｍ３／時間、好ましくは５０〜４００ｍ３／時間、さらに好ましくは１００〜３５０ｍ３／時間（特に２００〜３００ｍ３／時間）程度である。本発明では、主水流に対する被覆気流の噴射流量を調整することにより、被覆気流が被洗浄体に到達した際の速度の低下を抑制できるため、主水流の微粒化を抑制できる。
【００７８】
被覆気流の最大流速［補助吐出口における理論的流速（流量／吐出口面積）］は、主水流の最大流速よりも低くてもよく、例えば、０．１〜０．７倍、好ましくは０．２〜０．６倍、さらに好ましくは０．３〜０．５５倍（特に０．３５〜０．５倍）程度である。主水流に対する被覆気流の最大流速が大きすぎると、最大流速の増加に比例した主水流の微粒化抑制効果が得られず、一方、小さすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が低下する。被覆気流の最大流速は、例えば、２０〜２００ｍ／秒、好ましくは３０〜１５０ｍ／秒、さらに好ましくは４０〜１００ｍ／秒（特に５０〜８０ｍ／秒）程度であってもよい。
【００７９】
被覆気流の形状は、膜状又はフラットパターン形状（扇形吹きのパターン形状）に限定されず、楕円吹きのパターン形状（楕円錐形状）、円錐（フルコーン又はホロコーン）吹きのパターン形状（円錐形状）などであってもよいが、主水流のデスケーリングや洗浄能を低下させずに主水流を被覆できる点から、厚みの薄い膜状（噴射方向に略同一幅の膜状）又はフラットパターン形状が好ましい。
【００８０】
主水流に対する被覆気流の大きさは、特に限定されず、主水流のフラットパターンの幅よりも小さい幅の被覆気流であってもよいが、主水流の微粒化を効果的に抑制する点から、鋼板などの被洗浄体への到達点において、被覆気流（第１及び第２の被覆気流を噴射する場合、各被覆気流）の幅は、主水流の幅（複数の主水流を噴射する場合、全体の主水流の幅）と略同じであるか、又は主水流の幅よりも大きいのが好ましく、例えば、到達点における主水流のフラットパターンの幅に対して、各被覆気流の幅が０．８倍以上であってもよく、例えば、１〜２倍、好ましくは１．０５〜１．８倍、さらに好ましくは１．１〜１．５倍程度であってもよい。すなわち、被覆気流により被覆率８０％以上で主水流を被覆するのが好ましい。
【００８１】
被覆気流は、通常、空気流であるが、炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、蒸気などの気流であってもよい。
【００８２】
被洗浄体（鋼板など）に対する噴射距離（スプレー距離）は、主スプレーユニットの先端を基準にして、例えば、６００ｍｍ以下（例えば、５０〜５００ｍｍ程度）の範囲から適当に選択できる。本発明では、主水流の微粒化が抑制されるため、広い噴射距離に亘って高いデスケーリングや洗浄能力を示す。
【実施例】
【００８３】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における各評価項目の評価方法は以下の通りである。
【００８４】
比較例１
図１に示す噴射ノズル装置（デスケーリングノズル装置）のうち、主スプレーユニットのみを用いた。このノズルは、断面Ｕ字状溝の凹面で開口されたノズルチップの楕円形状吐出口（長径４．８ｍｍ、短径３．３ｍｍ）、吐出口からテーパ部のテーパ角θ＝５０°、ノズルケース及び第１のケーシングの途中部まで延びる内径１１ｍｍφ及び長さ７５ｍｍの円筒状流路（径大部）、この円筒状流路（径大部）の上流端からテーパ角７．５°で延びる傾斜部傾斜流路（長さ３６ｍｍ）、この傾斜流路の上流端から内径１６ｍｍφで延び、且つ整流部材（羽根の軸方向の長さ１６ｍｍ、軸部から放射状に延出た羽根の数８枚）が装着された円筒状流路、第２のケーシングの上流側端部に形成された１２個のスリット（スリット長３２ｍｍ）を有している。
【００８５】
この主スプレーユニットを用いて、スプレーの噴出圧（吐出圧）１５ＭＰａ、噴射流量１１６リットル／分（６．９６ｍ３／時間）、最大流速１４８ｍ／秒に設定し、噴射距離３００ｍｍで、デスケーリング性能の評価手法の一つである鉛板の壊食試験を１５秒間行った。この主スプレーユニットから噴射されるフラットパターンの噴射角度（幅方向の拡がり角度）θ１は３５°であった。
【００８６】
実施例１〜１４
図１に示す噴射ノズル装置（デスケーリングノズル装置）を用いて、主スプレーユニットからの主水流を、補助スプレーユニットの被覆気流でサンドイッチするように噴射させて、比較例１と同様の実験を行った。
【００８７】
なお、補助スプレーユニットは、図１の補助スプレーユニットの長尺方向の長さが主スプレーユニット１個の長さに対応する長さ（スリット状補助吐出孔の長径２８０ｍｍ、短径２ｍｍ）のユニットを用いた。補助スプレーユニットとしては、ブロワーノズルを用いて、空気圧０．００５２ＭＰａ、噴射流量２６４ｍ３／時間、最大流速６６ｍ／秒に設定し、空気流を噴射した。スリット状補助吐出口の位置は、主スプレーユニットの主吐出口より３５ｍｍ前方（図４のＬ＝−３５ｍｍ）の位置、同じ位置（Ｌ＝０ｍｍ）、３５ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍ後方の位置（Ｌ＝３５ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍ）のいずれかに設定した。また、主水流に対する補助スプレーユニットの吐出口の傾斜角度も０〜３０°の間で変化させた。
【００８８】
結果を表１に示す。なお、鉛壊食量は、比較例１の壊食量を１としたときの相対値で表した。得られた壊食痕の長さは約１９０ｍｍであった。
【００８９】
【表１】
【００９０】
表１の結果から明らかなように、実施例のデスケーリングノズルでは、比較例のデスケーリングノズルよりも壊食能が向上している。
【００９１】
さらに、比較例１と実施例８について、位相ドップラー式レーザ粒子分析計（ＰＤＰＡ装置、ＴＳＩ社製）を用いて、粒子３万個中の粒子径分布を測定し、比較した結果を表２に示す。
【００９２】
【表２】
【００９３】
表２の結果から明らかなように、比較例１に比べて、実施例８では、１５０μｍ以上の径大粒子の数が多い。同一の噴射条件の場合、壊食能力は、衝突力に比例するが、液滴径も大きく影響を与える。この結果は、表１の結果とも整合している。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、種々の用途、例えば、被処理体の洗浄（半導体ウエハーや液晶基板など精密機器部品の洗浄）、被冷却体の冷却などに利用できる。特に、種々の鋼板表面のデスケーリング（熱間圧延工程での鋼板表面のデスケーリング）に有効に利用でき、鋼板の種類は特に制限されない。例えば、鋼板はＳｉ含有量の多い高Ｓｉ鋼板であってもよいが、Ｓｉ含有量の少ない低Ｓｉ鋼（例えば、Ｓｉ含有量が０．５重量％以下（０．２〜０．５重量％程度）の普通鋼など）のデスケーリングに有効に利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１，６１，１０１…主スプレーユニット
２…円筒状ケーシング
４…整流ユニット
１１，１０３…ノズルケース
１２…ノズルチップ
１４…湾曲溝
１５…主吐出口
１６…テーパ部（又は円錐状傾斜壁）
１７…ブッシュ（又は環状側壁）
１８…径大部
３０，４０，６３，７３，８３，９３，１０２…補助スプレーユニット
３１，４１…気体導入口
３２，４２…流路（気体溜まり）
３３，４３…仕切り部
３４，４４…スリット状補助吐出口
５０…主水流
５１，５２…被覆気流
５３，６５，７５，８５…鋼板
６２，８２…ヘッダ
６４，７３，８３，９３…補助ヘッダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延された圧延鋼板の表面のスケールの除去、半導体ウエハーや液晶基板などの洗浄などに利用できる噴射ノズル装置及びこのノズル装置を用いたデスケーリング又は洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱延鋼材は、鋼スラブを酸化性雰囲気の加熱炉で１１００〜１４００℃程度に加熱し、圧延機で熱間圧延することにより製造されている。前記加熱炉での加熱により鋼スラブの表面には酸化鉄で構成されたスケールが生成し、このスケールを除去しないまま熱間圧延すると、圧延鋼板の表面にスケール疵が生じ、製品価値を低下させる。このようなスケールを除去するため、水を高圧で噴射するためのデスケーリングノズルが使用されている。
【０００３】
デスケーリング効率（壊食能）を向上させるために、種々の工夫がされており、例えば、特開２０００−２６３１２４号公報（特許文献１）には、吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズルから水を吐出させ、吐出孔から鋼板までの距離１５０ｍｍ以下で鋼板の表面に衝突させてスケールを除去するためのデスケーリングノズルであって、吐出流の吐出方向がノズル軸心に垂直な面内の幅方向に広がりを有し、この幅方向と垂直な厚み方向に１．５〜２．５°の範囲の壊食厚み角度を有するデスケーリングノズルが開示されている。
【０００４】
このように、従来のデスケーリングノズルでは、噴射圧力、距離、角度などの条件を制御することにより、壊食能を向上させているが、設備上の制約などで、ノズルの壊食能を最大限に発揮させることは実用上困難である。
【０００５】
特に、気中水噴流の場合、ノズルから噴射された水柱は、周囲の空気との干渉により水流の周囲から微粒化が進むことが報告されており（ウォータージェット第６巻第３号（１９８９）、ｐ．３（非特許文献１））、噴霧特性と壊食能との関係では、液塊と液滴との混在状態で壊食能が最大となり、微粒化が進むにつれて、壊食能は低下することが報告されている（ウォータージェット第９巻第２号（１９９２）、ｐ．４５（非特許文献２））。すなわち、液塊と液滴との混在状態となる位置を噴射距離とすれば壊食特性は向上するが、液塊と液滴との混在状態となる位置は、前述の如く、他の使用条件によっても変化するため、実用上は、水流の微粒化が進行し、壊食性能が低下することとなる。
【０００６】
一方、特開２００１−１３７７４７号公報（特許文献２）には、ノズルボディ内部に導入された液体を吐出するとともに、同ノズルボディ内部に導入された気体を高速気流として噴射することにより、前記液体を外部混合により微粒化するノズルにおいて、前記高速気流は、前記ノズルボディに設けられた気体噴射口の前方位置に焦点を結ぶ先細り円錐状に前記気体噴射口から噴射される構成であって、前記焦点領域で、前記気体噴射口の内側に設けられた液体噴射口から噴出されて液柱を形成する液体を、前記高速気流によって前記液柱中心に及ぶまで粉砕して微粒化する微粒化ノズルが開示されている。
【０００７】
しかし、この微粒化ノズルでは、液体と気体とが混合して微粒化しているため、デスケーリング用ノズルとして利用した場合、デスケーリング能力が充分でない。
【０００８】
さらに、特開平１０−３２３７１０号公報（特許文献３）には、液体ジェットと気体ジェットを平行に噴出する剥離洗浄用液体ジェットのノズルが開示されている。この文献では、液体ジェットが周囲気体の粘性抵抗で減速することを、気体ジェットで抑制することにより洗浄効率を向上している。また、この文献には、気体ジェットの噴出速度を液体ジェットの噴出速度以上とすることが記載されるとともに、実施例では、デスケーリング圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ２（約１５ＭＰａ）の水ジェットに対して、給気圧３ｋｇｆ／ｃｍ２（約０．３ＭＰａ）の高圧空気を噴射している。
【０００９】
しかし、この方法では、高圧にて、高速の空気流を発生させるために、大容量のエアーコンプレッサーが必要となり、設備コストやユーティリティーコストが高価となり、簡便性や生産性が低く、実用化にまでは至らなかった。さらに、気体ジェットの噴出速度を液体ジェットの噴出速度以上とすることが記載されているだけであり、噴出流量や、気体ジェットと液体ジェットの交差角度については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２６３１２４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００１−１３７７４７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平１０−３２３７１０号公報（特許請求の範囲、段落［００１２］〜［００１６］、実施例）
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ウォータージェット第６巻第３号（１９８９）、ｐ．３
【非特許文献２】ウォータージェット第９巻第２号（１９９２）、ｐ．４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、簡便な方法で、周囲の空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、高いデスケーリング又は洗浄能力を発現できる噴射ノズル装置及びデスケーリング又は洗浄方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、低圧の空気流を用いても、デスケーリング能に優れ、スケールを効率よく除去できるデスケーリングノズル装置及びデスケーリング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、フラットパターンの主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から、主水流に対して低圧の被覆気流で主水流を被覆噴射して、被覆気流で主水流を被覆することにより、簡便な方法で、周囲の空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、高いデスケーリング又は洗浄能力を発現できることを見出し、本発明を完成した。
【００１５】
すなわち、本発明の噴射ノズル装置は、フラットパターンの主水流を噴射可能な主吐出口と、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側（側方）から主水流を被覆するための被覆気流を噴射可能な補助吐出口とを備えた噴射ノズル装置であって、主水流の噴射圧力が、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上である。本発明では、主水流に対して定圧の被覆気流を噴射するだけの簡便な方法で、周囲の空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、洗浄能力を向上できる。そのため、鋼板のデスケーリングなどに用いると、デスケーリング効率を高め、鋼板の生産性を向上できる。
【００１６】
本発明の噴射ノズル装置において、被覆気流の噴射流量は、被覆気流の噴射流量の１０倍以上であってもよく、例えば、主水流の噴射圧力と、被覆気流の噴射圧力との比が、前者／後者＝１００／１〜１００００／１であってもよい。被覆気流の最大流速は、主水流の最大流速の０．１〜０．７倍程度であってもよい。また、補助吐出口の噴射出口は、主吐出口の噴射出口よりも５〜１００ｍｍ上流側に位置してもよい。また、主水流の噴射方向に向かって５〜３５°の角度で被覆気流を噴射してもよい。さらに、主水流の噴射流量が１〜２０ｍ３／時間であり、かつ被覆気流の噴射流量は１０〜５００ｍ３／時間であってもよい。本発明では、噴射流量、流速、被覆気流の噴射位置及び角度をこのような範囲に調整することにより、低圧の被覆気流が主水流を攪拌混合することなく、かつ鋼板などの被洗浄体の到達時点でも速度を大きく低下せずに、主水流を有効に被覆できるため、主水流に対して低圧の被覆気流であっても、効果的に水流の微粒化を抑制でき、デスケーリング能や洗浄能を向上できる。
【００１７】
本発明の噴射ノズル装置において、被覆気流がブロワー方式で噴射された気流であり、被覆気流の噴射圧力が０．２ＭＰａ以下であってもよい。すなわち、本発明では、被覆気流の噴射圧力が低圧であり、ブロワー方式での噴射が可能であるため、大容量のエアーコンプレッサーなど不要であり、設備コストやユーティリティーコストも削減できる。
【００１８】
本発明の噴射ノズル装置は、デスケーリングノズル装置であり、鋼板表面において、主水流のフラットパターンの幅に対して被覆気流の幅が０．８倍以上であってもよい。本発明の噴射ノズル装置は、デスケーリングノズル装置として適しており、鋼板表面で被覆気流の被覆率を増大させると、デスケーリング能を向上でき、圧延鋼板のスケールを効率良く除去できる。
【００１９】
本発明の噴射ノズルにおいて、被覆気流が空気流であり、前記補助吐出口は、主水流の厚み方向の両側（両側方）から第１の被覆気流及び第２の被覆気流を噴射可能であり、主水流を第１及び第２の被覆気流でサンドイッチ状に被覆して噴射してもよい。被覆気流は、主水流の厚み方向の片側から被覆気流を吐出してもよいが、両側から吐出すると、サンドイッチ状に主水流を被覆気流で被覆することにより、主水流に対する空気の干渉をフラットパターンの両面から防止できるため、デスケーリングや洗浄能力をより向上できる。さらに、空気流であれば、安全性や操作性などにも優れている。
【００２０】
本発明の噴射ノズル装置は、主吐出口が主スプレーユニットに形成され、補助吐出口が前記主スプレーユニットと独立又は一体化して配設される補助スプレーユニットに形成されるとともに、前記主スプレーユニットが、先端部に形成された凹面又は凹部で開口した楕円形状の主吐出口と、この主吐出口から所定のテーパ角θで上流方向に延びる円錐状流路とを備えており、前記凹面又は凹部が、先端部から上流方向にいくにつれて半径方向の内方へ傾斜した傾斜側壁を備えており、かつ前記補助スプレーユニットが楕円形状、スリット状又は複数のドット状吐出口を有していてもよい。主スプレーユニットがこのような特定の円錐状流路を備えることにより、例えば、デスケーリングノズルとして使用した場合、低圧及び／又は低流量であってもデスケーリング効率を改善できるとともに、この主スプレーユニットと補助スプレーユニットとを組み合わせることにより、容易にデスケーリング又は洗浄能力を向上できる。
【００２１】
本発明には、前記噴射ノズル装置を用いて、主吐出口からフラットパターンの主水流を吐出するとともに、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から主水流を被覆して噴射するように、補助吐出口から被覆気流を吐出するデスケーリング又は洗浄方法も含まれる。
【００２２】
なお、本明細書では、被覆気流の「膜状」とは、厚みの薄い膜状又は面状の形状を意味し、「フラットパターン」とは、いわゆる「扇形吹きのパターン形状」のことであり、厚みが薄く、噴射方向に進むにつれて幅方向に拡がるパターン形状を意味する。
【００２３】
また、被覆気流の「噴射角度」とは、主水流に対するスプレーノズルの向きを意味する場合と、フラットパターンが噴射方向に進むにつれて幅方向に拡がる角度を意味する場合とがある。
【００２４】
また、「噴射ノズル装置（又はデスケーリングノズル装置）」とは、(1)主スプレーユニットの付属物として（又はその内部に）補助スプレーユニットを備えたスプレーユニット（ノズル単体又は一体型の装置）、(2)主スプレーユニットとこの主スプレーユニットに対して独立した補助スプレーユニット（例えば、主スプレーユニットと同様の構造を有する独立した補助スプレーノズルユニット）とを組み合わせたスプレーユニット（ノズル単体）、(3)複数の主スプレーユニットを備えたヘッダ（例えば、複数の主スプレーユニットを備えたヘッダ）と複数の補助スプレーを備えたヘッダ（例えば、複数の補助スプレーユニットを備えたヘッダ）とを組み合わせたノズルを含む装置、(4)複数の主スプレーユニットを備えたヘッダと、複数のヘッダから噴射される複数の主水流に対して単独のヘッダで主水流を被覆可能な補助スプレーユニットとを組み合わせたノズルを含む装置のいずれをも含む意味で用いる。
【００２５】
さらに、「洗浄方法」には、鋼板のスケールを除去するためのデスケーリング方法も含む意味で用いることがある。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から、主水流に対して低圧の被覆気流で主水流を被覆噴射するため、簡便な方法で、周囲の静止した空気との干渉による水流の微粒化を抑制でき、高いデスケーリング又は洗浄能力を発現できる。特に、デスケーリングノズルとして適しており、低圧の空気流を用いても、壊食能に優れ、スケールを効率よく除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の噴射ノズル装置の一例を示す概略部分切欠斜視図である。
【図２】図２は、図１の噴射ノズル装置のII-II線概略断面図である。
【図３】図３は、図１の噴射ノズル装置の噴射状態を示す概略側面図である。
【図４】図４は、図３の噴射状態の概略平面図である。
【図５】図５は、本発明の噴射ノズル装置の他の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図６】図６は、本発明の噴射ノズル装置のさらに他の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図７】図７は、本発明の噴射ノズル装置の別の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図８】図８は、本発明の噴射ノズル装置のさらに別の例を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。
【図９】図９は、主スプレーユニットと補助スプレーユニットとを一体化した噴射ノズル装置の噴射状態を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、必要に応じて添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００２９】
本発明の噴射ノズル装置は、スケールなどを除去するためのフラットパターンの主水流に対して、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から、主水流に対して低圧の被覆気流を吐出して、主水流の少なくとも一部を被覆気流で被覆することを特徴とする。主水流は、被覆気流で被覆されると、被覆気流が低圧であるにも拘わらず、被覆気流との接触部分において周囲の空気（静止状態の空気）との緩衝により促進される微粒化を抑制できる。従って、本発明では、主水流の少なくとも一部を被覆すればよいが、被覆気流による被覆部分（被覆流との接触面積）が多いほど、主水流のデスケーリング又は洗浄効率は向上する。すなわち、本発明の噴射ノズル装置は、主水流の少なくとも一部を被覆気流で被覆することにより、このような効果を発現すればよく、装置の構造は下記図面の構造に限定されない。
【００３０】
図１は本発明の噴射ノズルの一例を示す概略部分切欠斜視図であり、図２は図１の噴射ノズルのII-II線概略断面図であり、図３は、図１の噴射ノズルの噴射状態を示す概略側面図であり、図４は、図３の噴射状態の概略平面図である。
【００３１】
この噴射ノズルは、主スプレーユニット１と、主スプレーユニット１の先端部に近接して配設され、かつ主スプレーユニット１の先端面に開口する楕円形状の主吐出口１５の短軸方向の両側に位置する第１のスリット状補助吐出口（吐出孔又は噴出口）３４及び第２のスリット状補助吐出口４４から、それぞれ第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２で前記主水流５０を被覆して噴射可能な第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０とで構成されている。
【００３２】
主スプレーユニット１は、水が流入可能な円筒状流路を備えた円筒状ケーシング２と、このケーシングが装着可能な円筒状ノズルケース１１と、このノズルケースの先端部に装着可能な超硬合金製ノズルチップ１２とで構成されており、これらの部材の軸芯にはノズル孔又は流路が軸線方向に形成されている。なお、円筒状ケーシング２は、前記ノズルケース１１に対して螺着可能な第１のケーシング２ａと、このケーシングに対して装着可能な第２のケーシング２ｂとで構成されている。
【００３３】
前記第２のケーシング２ｂの上流側端部の周面及び端面には、軸方向に延びる複数のスリット３が周方向に所定間隔毎に形成され、フィルタを構成している。また、第２のケーシング２ｂ内の流路には整流ユニット４が配設されており、この整流ユニット４は、芯体から放射方向に延びる複数の整流板５と、芯体の上流側及び下流側に同軸に形成され、かつそれぞれ先端部を上下流方向に向けて形成された鋭角な円錐部６ａ，６ｂとを備えている。
【００３４】
前記円筒状ケーシング２の流路は、第２のケーシング２ｂの上流側端部から整流ユニット４の下流端に至る円筒状流路Ｐ１と、前記整流ユニット４の下流端から下流方向に向かって第１のケーシング２ａの途中部に至り、かつ緩やかな傾斜でテーパ状に狭まる傾斜流路Ｐ２と、この傾斜流路の下流端から下流方向に向かって延びる円筒状流路Ｐ３とを備えている。この例では、傾斜流路（環状傾斜流路）Ｐ２を形成する傾斜壁（テーパ部）のテーパ角は、例えば、５〜１２°程度に形成されている。
【００３５】
前記ノズルケース１１内には、上流方向に向かって、超硬合金製ノズルチップ１２と、前記第１のケーシング２ａの下流端と同じ内径の流路が形成されたブッシュ１７とが順次装着されており、掛止段部１３により前記ノズルチップ１２の抜けが規制されている。前記ノズルチップ１２の先端面には、断面Ｕ字状の湾曲溝１４が半径方向に形成され、この湾曲溝１４の湾曲凹面には、楕円形状の主吐出口１５が開口している。
【００３６】
さらに、ノズル１の軸線方向に延びるノズル孔は、前記湾曲凹面１４で楕円形状に開口した主吐出口１５と、ノズルチップ１２に形成され、かつ前記主吐出口１５から軸線の上流方向に向かって直線的に拡径して延びるテーパ部１６により形成された円錐状流路Ｐ５と、前記テーパ部１６の上流端から軸線方向に沿って上流方向へ連なる円筒状流路Ｐ４とで構成されている。なお、前記テーパ部１６の上流端から実質的に同じ内径で延びる流路（Ｐ３及びＰ４）を径大部１８とすることができる。
【００３７】
さらに、楕円形状の主吐出口１５の長径Ｄａと短径Ｄｂとの比（Ｄａ／Ｄｂ）は、１．２〜１．５程度に形成され、楕円形状の主吐出口１５と径大部１８との関係について、主吐出口１５の短径Ｄｂに対する径大部１８（円筒状流路Ｐ３及びＰ４、又は整流ユニットから下流方向に延びる傾斜流路Ｐ２の下流端）の内径Ｄｃの割合（Ｄｃ／Ｄｂ）は、ノズルを小型化するとともに、液滴（又は噴霧液滴）の平均径を大きくするため、３〜６程度に設定されている。また、径大部１８の内径Ｄｃは、１０〜１５ｍｍ程度に、長さＬは、６０〜８０ｍｍ程度に設定され、径大部の長さＬと径大部の内径Ｄｃとの割合（Ｌ／Ｄｃ）は、６〜８程度である。さらには、低圧及び／又は低流量であっても衝突力を高めるため、前記テーパ部１６の角度（テーパ角）θは、４５〜５５°程度に設定されている。
【００３８】
このような主スプレーユニット１を利用すると、ノズル孔の径大部１８を経てテーパ部１６が直線的に傾斜して主吐出口１５に至っているため、シャープな衝突力分布を実現できるとともに、前記主吐出口を特定の楕円形状に形成し、前記主吐出口から延びるノズル孔を特定の円錐状テーパ部として形成し、かつ前記径大部を特定の形状に形成するため、ザウター平均粒子径が２００〜４５０μｍ程度の噴霧液を吐出することができ、小型であっても壊食能が高く、低圧及び／又は低流量で効率よくスケールを除去できる。また、低圧及び／又は低流量でデスケーリングできるため、鋼板の冷却を抑制しつつデスケーリング性能を改善できる。さらに、鋼板に対して主スプレーユニット１を近接させることにより、さらに衝突力を向上でき、デスケーリング性能を改善できる。
【００３９】
第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０は、主スプレーユニット１から噴射される主水流５０に対して、サンドイッチ状に第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２で被覆して噴射するために、主スプレーユニット１の先端面に開口する楕円形状の主吐出口１５の短軸方向の両側に配設される長尺の略矩形状又は板状ブロック部材で構成されている。
【００４０】
第１の補助スプレーユニット３０は、第１の被覆気流５１を噴射可能なノズル構造を有しており、ユニットの板面に立設して形成され、かつ中空円筒状である複数の気体導入口３１と、この気体導入口３１から導入した気体（空気）を流通（又は滞留）可能である長尺な略矩形状（又は板状）の流路３２と、ユニットの長尺方向の側面で開口する第１のスリット状補助吐出口３４とを備えている。さらに、流路３２の中央部には、ユニットの長手方向に沿って仕切り部３３が、流路の高さ（深さ）に対して０．６〜０．８倍程度の高さで形成されており、気体導入口３１と仕切り部３３との間に位置する空間を、気体が一時的に滞留する空間（気体溜まり）として作用させている。
【００４１】
第１の補助スプレーユニット３０は、第１のスリット状補助吐出口３４を、主ノズルユニット１の主吐出口１５の近傍で且つ主吐出口１５よりも後方に位置させるために、主スプレーユニット１の軸線に対して傾斜させて配設している。詳しくは、第１の補助スプレーユニット３０は、第１のスリット状補助吐出口３４が主吐出口１５に近づく方向に角度２０°程度傾斜させて配設している。
【００４２】
さらに、第２の補助スプレーユニット４０も、第１の補助スプレーユニット３０と同様に、第２の被覆気流５２を噴射可能なノズル構造を有し、かつ気体導入口４１と仕切り部４３を有する流路４２と第２のスリット状補助吐出口４４とを備えており、主吐出口１５の長軸を中心線として、第１の補助スプレーユニット３０と対称に配設されている。
【００４３】
このような第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０を利用すると、主スプレーユニット１から吐出された主水流５０に対して、第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０から第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を噴射することにより、第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を略膜状気流として、主水流５０の厚み方向の両側から主水流５０をサンドイッチ状に被覆できるため、周囲の静止した空気との干渉による主水流５０の微粒化を抑制でき、デスケーリングや洗浄能力を向上できる。特に、補助スプレーユニットの第１のスリット状補助吐出口３４及び第２の補助吐出口４４を、主スプレーユニット１の主吐出口１５の後方に配設するとともに、かつ主ノズルユニット１の軸線に対して約２０°の角度で第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２を噴射しているため、図３及び図４に示すように、主水流が被覆気流により攪拌混合されることなく、主水流が被覆気流で充分に被覆されて進むため、周囲に滞留する空気との干渉による微粒化も抑制でき、鋼板５３を効率良くデスケーリング又は洗浄できる。
【００４４】
このような被覆気流の噴射圧力は、主水流に対して低圧であり、例えば、１０〜２０ＭＰａ程度の噴射圧力の主水流に対して、０．００１〜０．０１ＭＰａ程度であり、このような低圧の被覆気流であっても、主水流の微粒化を抑制できる。被覆気流の噴射流量は、特に制限されず、その一例は、１００〜３００ｍ３／時間程度であり、主水流の噴射流量５〜１０ｍ３／時間に対して１０倍以上の流量にすることにより、被覆気流による効果を向上できる。被覆気流の最大流速（吐出口における気流量と断面積から求めた理論流速）は、主水流の流速（噴霧距離３００ｍｍにおいて、位相ドップラー式レーザ粒子分析計（ＰＤＰＡ装置、ＴＳＩ社製）により実測した平均流速）に対して０．４〜０．５倍である。このような条件において、第１の被覆気流５１及び第２の被覆気流５２で主水流５０を被覆噴射することにより、微粒化を抑制でき、デスケーリングや洗浄能力を向上できる。
【００４５】
さらに、スリット状補助吐出口は長尺に形成され、主スプレーユニット１及び第１の補助スプレーユニット３０及び第２の補助スプレーユニット４０を前記条件で噴霧したとき、図４に示すように、補助吐出口３４から略膜状気流が噴射され、主水流５０の全幅を被覆気流５１でカバー（被覆）できるため、主水流５０の全幅において微粒化抑制効果を発現できる。なお、図４では、主水流、被覆気流をそれぞれ単独で噴射したときのパターン形状を示している。
【００４６】
このような主スプレーユニットと補助スプレーユニットとを組み合わせた噴射ノズル装置は、液滴（又は噴霧液）を吐出させ、熱間圧延などの鋼板表面のスケールを除去するためのデスケーリングノズル（又はフラットデスケーリングノズル）として有用である。また、各種の洗浄用ノズルとしても利用できる。
【００４７】
主スプレーユニットは、径大部から所定のテーパ部を経て吐出口に至るノズル孔を有し、かつフラットスプレーノズルを構成できる限り、テーパ部を含めてノズル孔の形状は特に制限されず、種々のノズル孔（例えば、特許第４０８４２９５号公報に記載のノズル孔など）が利用できる。例えば、テーパ部は、前記のように、所定の角度で直線状に傾斜しているテーパ部に限らず、異なる複数の角度で傾斜しているテーパ部（多段テーパ部）であってもよく、湾曲して傾斜しているテーパ部であってもよい。
【００４８】
ノズル孔は、通常、先端部の凹面又は凹部で開口した吐出口と、吐出口から延びるテーパ部と、このテーパ部に連なる径大部とで構成すればよく、前記吐出口とチップ端面との間には、通常、傾斜壁が形成されている。
【００４９】
前記テーパ部の角度（テーパ角）θは、特に制限されず、２０〜８０°程度の範囲から選択してもよく、通常、例えば、３０〜８０°、好ましくは３５〜７５°（例えば、３５〜６０°）、さらに好ましくは４０〜７０°、特に４０〜６０°程度の範囲から選択できる。なお、テーパ部が湾曲部で構成されている場合、前記テーパ角θは、吐出側（下流側）に位置する最小の孔部（吐出口）と、上流側に位置する径大部の始端部とを結ぶ線で形成される角度を意味する。また、テーパ部が複数のテーパ部で構成されている場合、前記テーパ角θは、噴霧特性に影響を与える最も吐出側（下流側）に位置するテーパ部の角度を意味する。
【００５０】
また、吐出口の短径Ｄｂに対する径大部の内径Ｄｃの割合（Ｄｃ／Ｄｂ）は、特に制限されず、２〜１０程度であってもよい。ノズルを小型化するためには、割合（Ｄｃ／Ｄｂ）は、３以上（特に、３以上７未満）、例えば、３〜６．９（例えば、３〜６）、好ましくは３．５〜６．９（例えば、３．５〜６）、さらに好ましくは４〜６．５（例えば、４〜６）程度であり、４．５〜６（例えば、４．５〜５．５）程度であってもよい。なお、径大部の内径Ｄｃは、８〜２０ｍｍ（例えば、８〜１５ｍｍ、好ましくは９〜１５ｍｍ）程度であってもよい。
【００５１】
吐出口において、長径Ｄａと短径Ｄｂとの割合は、例えば、Ｄａ／Ｄｂ＝１．１〜３．０程度の範囲から選択でき、例えば、１．１５〜２．８、好ましくは１．２〜２．５、さらに好ましくは１．２〜２（特に１．２〜１．５）程度であってもよい。吐出口の長径Ｄａは、１．５〜７ｍｍ（好ましくは１．８〜６ｍｍ、さらに好ましくは２〜５ｍｍ）程度であってもよい。また、前記吐出口の短径Ｄｂは、１〜５ｍｍ（好ましくは１．２〜４．５ｍｍ、さらに好ましくは１．５〜４ｍｍ）程度であってもよい。
【００５２】
径大部は、通常、実質的に同じ内径に形成する場合が多いものの、デスケーリング効率や洗浄効率を損なわない限り、前記傾斜部のように、角度０〜５°（例えば、０〜３°）で上流方向に向かって内径が若干拡大して傾斜していてもよい。前記図２の筒状ケーシングの傾斜流路（環状傾斜流路）Ｐ２のテーパ角は、例えば、５°を越え２５°以下［好ましくは７〜１５°（例えば、１０〜１５°）］程度に形成してもよい。径大部（円筒状径大部又は径大流路部）の全体の長さは、特に制限されず、例えば、３０〜３００ｍｍ（例えば、５０〜２００ｍｍ）、好ましくは５０〜１８０ｍｍ（例えば、７５〜１６０ｍｍ）程度である。なお、テーパ部の上流端から実質的に同じ内径で延びる径大部の長さ（例えば、前記図２に示す例では、第１のケーシング２ａの途中まで延びる流路の長さ）は、例えば、２５〜２００ｍｍ（例えば、３０〜１５０ｍｍ）、好ましくは３５〜１５０ｍｍ（例えば、４０〜１２５ｍｍ）程度であってもよい。
【００５３】
主スプレーユニットは、前記吐出口から上流方向に延びるテーパ部と、このテーパ部からほぼ同じ内径で延びる径大部とを備えていればよく、前記筒状ケーシングは必ずしも必要ではない。さらに、ノズルの上流側において整流ユニットは必ずしも必要ではないが、通常、整流手段、例えば、前記スタビライザ（又は整流ユニット）が配設されている。ケーシング及びスタビライザとしては、図１及び図２に記載のケーシング及びスタビライザの他に、例えば、特許第４０８４２９５号公報に記載のケーシング、スタビライザなどを利用できる。
【００５４】
補助スプレーユニットにおいて、補助吐出口は、主水流の厚み方向の両側に形成されたユニットに限定されず、片側に形成されたユニットであってもよいが、主水流の微粒化を高度に抑制する点から、両側に形成されたユニットが好ましい。
【００５５】
ノズルの構造において、主スプレーユニットとは別個に独立して補助スプレーユニットを設置する構造としては、並列した複数の主スプレーユニットに対して、各々の主スプレーユニットに対応する複数の補助スプレーユニットを、主スプレーユニットと独立して設置する構造（複数の主スプレーユニット毎に独立した補助スプレーユニットを設置する構造）に限定されず、並列した複数の主スプレーユニットに対して、１個の長尺のスリット状又は複数のドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを主スプレーユニットと別個に独立したユニットとして設置する構造（複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造）であってもよい。
【００５６】
複数の主スプレーユニット毎に独立した補助スプレーユニットを設置する構造において、補助スプレーユニットとしては、フラットパターンの気流を噴射できる限り、前記スリット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットに限定されず、慣用のスプレーノズル、例えば、図１に示される主スプレーユニット（ノズル孔が楕円形状やスリット状のフラットパターンのデスケーリングノズル）、コイン状スプレーノズル（例えば、特開平４−６５１４６号公報に記載のノズルなど）などが利用できる。これらのスプレーノズルのうち、容易に広角のフラットパターンを噴射できる点から、図１に示す補助スプレーユニット、ノズル孔が楕円形状やスリット状のフラットパターンのデスケーリングノズルが好ましい。
【００５７】
図５は、並列した複数の主スプレーユニットに対して、各々の主スプレーユニットに対応する複数のフラットパターンのデスケーリングノズル（補助スプレーユニット）を用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図５に示すように、圧延鋼板のデスケーリングでは、工業生産される鋼板は幅広であるため、１枚の鋼板６５に対して、ヘッダ６２に所定の間隔をおいて並設された複数の主スプレーユニット（デスケーリングノズル）６１を用いてスケール除去が行われる。詳しくは、各主スプレーユニット６１からフラットパターンの主水流６１ａが鋼板６５の表面に対して略垂直となるように鋼板６５に向けて高圧で噴射されて、鋼板表面のスケールが除去される。なお、図示されていないが、鋼板の熱間圧延を行うラインでは、鋼板は、フィードローラーによってライン内を搬送されるため、ノズルの設置位置によってはフィードローラーの間隙から水流を噴射してもよい。
【００５８】
この例では、前記ヘッダ６２の周方向には一対の補助ヘッダ６４，６４′が配設され、これらの補助ヘッダ６４，６４′には、各々主スプレーユニット６１に対応して複数の補助スプレーユニット６３，６３′が装着されている。各補助ヘッダ６４，６４′に装着された補助スプレーユニット６３，６３′は、斜め方向から主スプレーユニットの噴霧方向に向いている。詳しくは、各補助ヘッダ６４，６４′に並設された複数の補助スプレーユニット６３，６３′から、前記フラットパターンの主水流６１ａと所定の角度で交差するように略同方向に１対の被覆気流６３ａ，６３′ａが噴射され、主水流６１ａを厚み方向の両側からサンドイッチ状に被覆している。
【００５９】
なお、図５の概略模式図では、ノズルの構造や位置関係の理解を容易にするため、主水流６１ａ及び被覆気流６３ａ，６３′ａの厚みは記載していないが、実際は主水流６１ａ及び被覆気流６３ａ，６３′ａは噴射方向に向かうにつれて若干拡がる厚みを有している（図６〜８も同様）。また、図５では、主水流及び被覆気流の供給ラインは省略されている（図６〜８も同様）。
【００６０】
複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、１個の長尺のスリット状又は複数のドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットとしては、例えば、長尺な円柱状又は矩形状（角柱状）ブロックの内部に、ブロックの長尺方向に延びる流路（円筒状流路など）を有し、かつブロックの長尺方向に延びるスリット状補助吐出口を有するノズルや、ブロックの長尺方向に並列した複数のドット状補助吐出口を有するノズルなどを利用できる。なお、ドット形状は、特に限定されず、例えば、円形状、楕円形状、多角形状などであってもよい。このようなノズルを用いると、吐出口からブロックの長尺方向に連続した気膜がエアーナイフ状に噴射され、並列した複数の主水流を１個の被覆気流で被覆できる。特に、スリット補助吐出口の長軸径は、主水流の全幅を被覆できるように設計されるのが好ましい。このような補助スプレーユニットは、通常、金属で形成されている。
【００６１】
図６は、複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、補助スプレーユニットとして、長尺のスリット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図６に示すように、フラットパターンの主水流７１ａに対して、厚み方向の両側から主水流７１ａを被覆するように、円柱パイプ状の補助スプレーユニット７３，７３′により被覆気流７３ａ，７３ａ′が噴射されている。詳しくは、補助スプレーユニット７３，７３′において、ユニットの長軸方向に沿って形成された長尺のスリット状補助吐出口（図示せず）から、複数の主水流７１ａに対して、主水流７１ａに対して所定の角度交差するように略同方向に噴射された１対の被覆気流７３ａ及び７３ａ′でサンドイッチ状に被覆している。
【００６２】
なお、図６の概略模式図でも、実際は主水流７１ａ及び被覆気流７３ａは噴射方向に拡がる厚みを有しており、主水流７１ａが鋼板７５に達する前に被覆気流７３ａと接触している。特に、被覆気流は噴射直後から幅方向及び厚み方向に拡がりながら噴射され、主水流の噴射直後から主水流と接触している。
【００６３】
図７は、複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、補助スプレーユニットとして、複数のドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図７に示すように、この例では、円柱パイプ状の補助スプレーユニット８３の長尺方向に、複数のドット状補助吐出口８３ａが並列して形成されており、この補助吐出口８３ａから噴射される被覆気流も噴射直後から幅方向及び厚み方向に拡がりながら噴射され（図示せず）、エアーナイフ状に拡がって主水流８１ａをサンドイッチ状に被覆する。なお、この例では、ヘッダ８２及び補助スプレーユニット８３と、圧延鋼板８５との間には、揺動する圧延鋼板との接触からノズルを保護するためのプロテクター（金属板など）８６が介在しており、このプロテクター８６には主水流及び被覆気流を貫通可能な孔部８６ａが形成されている。
【００６４】
図８は、複数の主スプレーユニットに対して独立した単独の補助スプレーユニットを設置する構造において、ドット状補助吐出口を有する補助スプレーユニットとして、図７とは異なる補助スプレーユニットを用いて、圧延鋼板の表面をデスケーリングしている状態を示す概略斜視図である。図８に示すように、この例では、矩形状の補助スプレーユニット９３の長尺方向に、複数のドット状補助吐出口９３ａが３段に並列して形成されている。このように、補助吐出口を複数段形成することにより、被覆気流の流量を増大することができる。
【００６５】
ノズルの構造は、主スプレーユニットの先端部の近傍において、主スプレーユニットとは別個に独立して補助スプレーユニットを配設（設置）する構造に限定されず、例えば、主スプレーユニットの先端部に対して、嵌合などにより装着する構造、主スプレーユニット（特に、主スプレーユニットのノズルケース）と一体化した構造などであってもよい。
【００６６】
図９は、主スプレーユニットと補助スプレーユニットとが一体化した噴射ノズル装置の噴射状態を示す概略側面図である。この例では、主スプレーユニット１０１と補助スプレーユニット１０２とがノズルケース１０３によって一体化されている。
【００６７】
補助スプレーユニットは、気体を導入するための気体導入口と、この気体導入口から導入した気体を滞留させつつ流通可能な流路と、この流路に滞留した気体を噴射可能な補助吐出口とを備えていればよい。
【００６８】
気体導入口は、ユニットの表面から立設した中空円筒状に限定されないが、通常、中空円筒状である。気体導入口は、形状や構造については特に限定されないが、流量の均等性の点から、複数設けるのが好ましく、流量の均等性を向上させるために、長尺のユニットほど気体導入口の数を多くするのが好ましい。
【００６９】
補助スプレーユニットの補助吐出口（吐出口が形成された壁面における流路）は、主水流を被覆気流で被覆（特に、サンドイッチ状に被覆気流で主水流を被覆）できるように、主水流の噴射方向（フラットスプレーパターンの中心軸方向）に向かって、所定の傾斜角度（又交差角度）で被覆気流を噴射するのが好ましい。主水流の噴射方向に対する被覆気流（又は被覆気流の噴射方向）の傾斜又は交差角度（即ち、主スプレーユニットの軸線に対する補助吐出口が形成された壁面の流路の軸線の傾斜角度）は０〜３５°程度の範囲から選択できるが、主水流に対する被覆効率の点から、例えば、３５°以下（例えば、１〜３５°）であってもよく、好ましくは３〜３０°（例えば、５〜２５°）、さらに好ましくは５〜２０°（特に８〜１５°）程度である。傾斜角度が小さすぎると、被覆気流による主水流の被覆率が小さくなるためか、デスケーリング又は洗浄効率が低下し、一方、大きすぎると、被覆気流により主水流が攪拌混合されるため、デスケーリング又は洗浄効率が低下する。なお、主水流を攪拌混合しない観点からは、被覆気流が主水流に対して略平行に噴出されるのが好ましいが、本発明では、低圧で被覆気流を噴出することにより、被覆気流が主水流を攪拌混合する作用が弱いため、このように所定の傾斜角度で被覆気流を噴射するのが好ましい。
【００７０】
補助吐出口が形成された壁面の流路の長さは、例えば、０．３〜５ｍｍ、好ましくは０．５〜４ｍｍ、さらに好ましくは１〜３ｍｍ程度である。
【００７１】
補助吐出口の位置は、被覆気流が主水流を被覆できる限り限定されず、主吐出口と同じ位置や主吐出口よりも前方に形成されていてもよいが、主水流のフラットパターンの全面を被覆し易い点から、主吐出口よりも後方に形成されているのが好ましい。具体的には、補助吐出口の噴出出口は、主吐出口の噴出出口よりも５〜１００ｍｍ（好ましくは１０〜８０ｍｍ、さらに好ましくは２０〜７５ｍｍ、特に３０〜７０ｍｍ）上流側（又は後方）に形成されていてもよい。すなわち、補助吐出口の先端部と主吐出口の先端部との軸方向における距離（図４中のＬ）がこの範囲であってもよい。
【００７２】
補助吐出口の形状は、被覆気流を噴射できればよく、スリット状（略線状）、楕円形状、複数のドット状に限定されず、円形状、長円形状、多角形状などであってもよい。複数の主スプレーユニットに対して１個の補助スプレーユニットを使用する場合、通常、スリット状補助吐出口又は楕円形状補助吐出口を有する補助スプレーユニットを、スリット形状又は楕円形状の長軸が、主スプレーユニットの楕円形状主吐出口の長軸に平行となるように設置される。また、複数のドット状補助吐出口は、複数に並列されたドット状吐出口の列方向を、主スプレーユニットの楕円形状主吐出口の長軸に平行となるように設置される。
【００７３】
補助吐出口の大きさは、特に限定されず、主水流のフラットパターンの拡がり幅などに応じて選択できるが、鋼板などの被洗浄体に到達するまでの間、主水流の全幅を被覆できるように調整するのが好ましい。複数の主スプレーユニットに対して、１個の長尺のスリット状又は複数のドット状補助吐出口を形成する場合、両端の主スプレーユニットの水流を被覆できるように長径やドットの数を調整してもてよい。スリット状補助吐出口の短径又はドット状吐出口の平均径は、例えば、０．１〜１００ｍｍ、好ましくは０．２〜５０ｍｍ、さらに好ましくは０．３〜３０ｍｍ程度であってもよい。
【００７４】
本発明の方法において、主水流は、例えば、吐出圧又は噴射圧５〜５５ＭＰａ（好ましくは８〜２５ＭＰａ、さらに好ましくは１０〜２０ＭＰａ、特に１２〜１８ＭＰａ）程度でノズルから液滴（又は噴霧液）を吐出させることにより噴射される。特に、デスケーリング方法の場合、本発明では、このような低圧及び／又は低流量であってもデスケーリング効率を大きく改善できる。そのため、デスケーリング過程での鋼板の冷却を抑制でき、熱間圧延を円滑に行うことができる。液滴（又は噴霧液）の吐出流量（又は噴射流量）は、例えば、０．１〜３０ｍ３／時間程度の範囲から選択でき、通常、１〜２０ｍ３／時間、好ましくは３〜１５ｍ３／時間、さらに好ましく５〜１０ｍ３／時間程度であってもよい。
【００７５】
本発明では、前記主水流の噴射圧力に対して低圧の被覆気流を噴射することを特徴とする。すなわち、主水流の噴射圧力が、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上であればよく、例えば、主水流（主スプレーユニット）の噴射圧力と、被覆気流（補助スプレーユニット）の噴射圧力（第１及び第２の被覆気流を噴射する場合、各噴射圧力）との比は、前者／後者＝１００／１〜１００００／１、好ましくは５００／１〜８０００／１、さらに好ましくは１０００／１〜５０００／１（特に２０００／１〜４０００／１）程度である。本発明では、このような微圧の被覆気流を主水流に対して噴射するだけで、効果的に主水流の微粒化を抑制できる。なお、主水流に対する被覆気流の噴射圧力が大きすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が圧力に比例して上昇せず、高価な設備が必要となり、一方、小さすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が低下する。
【００７６】
具体的には、被覆気流の噴射圧力は０．２ＭＰａ以下の範囲から選択でき、例えば、０．００１〜０．２ＭＰａ、好ましくは０．００２〜０．１ＭＰａ、さらに好ましくは０．００３〜０．０１ＭＰａ（特に０．００４〜０．００８ＭＰａ）程度である。このような低圧の噴射圧力は、ブロワー（扇風機）方式での噴射が可能であるため、エアーコンプレッサーなどの設備が不要であり、簡便性や生産性が高い。
【００７７】
被覆気流の噴射流量（第１及び第２の被覆気流を噴射する場合、各噴射流量）は、主水流の噴射流量の１０倍以上であるのが好ましく、例えば、１０〜１００倍、好ましくは１５〜８０倍、さらに好ましくは２０〜６０倍（特に３０〜５０倍）程度である。主水流に対する被覆気流の噴射流量が小さすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が低下する。被覆気流の噴射流量は、例えば、１０〜５００ｍ３／時間、好ましくは５０〜４００ｍ３／時間、さらに好ましくは１００〜３５０ｍ３／時間（特に２００〜３００ｍ３／時間）程度である。本発明では、主水流に対する被覆気流の噴射流量を調整することにより、被覆気流が被洗浄体に到達した際の速度の低下を抑制できるため、主水流の微粒化を抑制できる。
【００７８】
被覆気流の最大流速［補助吐出口における理論的流速（流量／吐出口面積）］は、主水流の最大流速よりも低くてもよく、例えば、０．１〜０．７倍、好ましくは０．２〜０．６倍、さらに好ましくは０．３〜０．５５倍（特に０．３５〜０．５倍）程度である。主水流に対する被覆気流の最大流速が大きすぎると、最大流速の増加に比例した主水流の微粒化抑制効果が得られず、一方、小さすぎると、主水流の微粒化を抑制する効果が低下する。被覆気流の最大流速は、例えば、２０〜２００ｍ／秒、好ましくは３０〜１５０ｍ／秒、さらに好ましくは４０〜１００ｍ／秒（特に５０〜８０ｍ／秒）程度であってもよい。
【００７９】
被覆気流の形状は、膜状又はフラットパターン形状（扇形吹きのパターン形状）に限定されず、楕円吹きのパターン形状（楕円錐形状）、円錐（フルコーン又はホロコーン）吹きのパターン形状（円錐形状）などであってもよいが、主水流のデスケーリングや洗浄能を低下させずに主水流を被覆できる点から、厚みの薄い膜状（噴射方向に略同一幅の膜状）又はフラットパターン形状が好ましい。
【００８０】
主水流に対する被覆気流の大きさは、特に限定されず、主水流のフラットパターンの幅よりも小さい幅の被覆気流であってもよいが、主水流の微粒化を効果的に抑制する点から、鋼板などの被洗浄体への到達点において、被覆気流（第１及び第２の被覆気流を噴射する場合、各被覆気流）の幅は、主水流の幅（複数の主水流を噴射する場合、全体の主水流の幅）と略同じであるか、又は主水流の幅よりも大きいのが好ましく、例えば、到達点における主水流のフラットパターンの幅に対して、各被覆気流の幅が０．８倍以上であってもよく、例えば、１〜２倍、好ましくは１．０５〜１．８倍、さらに好ましくは１．１〜１．５倍程度であってもよい。すなわち、被覆気流により被覆率８０％以上で主水流を被覆するのが好ましい。
【００８１】
被覆気流は、通常、空気流であるが、炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、蒸気などの気流であってもよい。
【００８２】
被洗浄体（鋼板など）に対する噴射距離（スプレー距離）は、主スプレーユニットの先端を基準にして、例えば、６００ｍｍ以下（例えば、５０〜５００ｍｍ程度）の範囲から適当に選択できる。本発明では、主水流の微粒化が抑制されるため、広い噴射距離に亘って高いデスケーリングや洗浄能力を示す。
【実施例】
【００８３】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における各評価項目の評価方法は以下の通りである。
【００８４】
比較例１
図１に示す噴射ノズル装置（デスケーリングノズル装置）のうち、主スプレーユニットのみを用いた。このノズルは、断面Ｕ字状溝の凹面で開口されたノズルチップの楕円形状吐出口（長径４．８ｍｍ、短径３．３ｍｍ）、吐出口からテーパ部のテーパ角θ＝５０°、ノズルケース及び第１のケーシングの途中部まで延びる内径１１ｍｍφ及び長さ７５ｍｍの円筒状流路（径大部）、この円筒状流路（径大部）の上流端からテーパ角７．５°で延びる傾斜部傾斜流路（長さ３６ｍｍ）、この傾斜流路の上流端から内径１６ｍｍφで延び、且つ整流部材（羽根の軸方向の長さ１６ｍｍ、軸部から放射状に延出た羽根の数８枚）が装着された円筒状流路、第２のケーシングの上流側端部に形成された１２個のスリット（スリット長３２ｍｍ）を有している。
【００８５】
この主スプレーユニットを用いて、スプレーの噴出圧（吐出圧）１５ＭＰａ、噴射流量１１６リットル／分（６．９６ｍ３／時間）、最大流速１４８ｍ／秒に設定し、噴射距離３００ｍｍで、デスケーリング性能の評価手法の一つである鉛板の壊食試験を１５秒間行った。この主スプレーユニットから噴射されるフラットパターンの噴射角度（幅方向の拡がり角度）θ１は３５°であった。
【００８６】
実施例１〜１４
図１に示す噴射ノズル装置（デスケーリングノズル装置）を用いて、主スプレーユニットからの主水流を、補助スプレーユニットの被覆気流でサンドイッチするように噴射させて、比較例１と同様の実験を行った。
【００８７】
なお、補助スプレーユニットは、図１の補助スプレーユニットの長尺方向の長さが主スプレーユニット１個の長さに対応する長さ（スリット状補助吐出孔の長径２８０ｍｍ、短径２ｍｍ）のユニットを用いた。補助スプレーユニットとしては、ブロワーノズルを用いて、空気圧０．００５２ＭＰａ、噴射流量２６４ｍ３／時間、最大流速６６ｍ／秒に設定し、空気流を噴射した。スリット状補助吐出口の位置は、主スプレーユニットの主吐出口より３５ｍｍ前方（図４のＬ＝−３５ｍｍ）の位置、同じ位置（Ｌ＝０ｍｍ）、３５ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍ後方の位置（Ｌ＝３５ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍ）のいずれかに設定した。また、主水流に対する補助スプレーユニットの吐出口の傾斜角度も０〜３０°の間で変化させた。
【００８８】
結果を表１に示す。なお、鉛壊食量は、比較例１の壊食量を１としたときの相対値で表した。得られた壊食痕の長さは約１９０ｍｍであった。
【００８９】
【表１】
【００９０】
表１の結果から明らかなように、実施例のデスケーリングノズルでは、比較例のデスケーリングノズルよりも壊食能が向上している。
【００９１】
さらに、比較例１と実施例８について、位相ドップラー式レーザ粒子分析計（ＰＤＰＡ装置、ＴＳＩ社製）を用いて、粒子３万個中の粒子径分布を測定し、比較した結果を表２に示す。
【００９２】
【表２】
【００９３】
表２の結果から明らかなように、比較例１に比べて、実施例８では、１５０μｍ以上の径大粒子の数が多い。同一の噴射条件の場合、壊食能力は、衝突力に比例するが、液滴径も大きく影響を与える。この結果は、表１の結果とも整合している。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、種々の用途、例えば、被処理体の洗浄（半導体ウエハーや液晶基板など精密機器部品の洗浄）、被冷却体の冷却などに利用できる。特に、種々の鋼板表面のデスケーリング（熱間圧延工程での鋼板表面のデスケーリング）に有効に利用でき、鋼板の種類は特に制限されない。例えば、鋼板はＳｉ含有量の多い高Ｓｉ鋼板であってもよいが、Ｓｉ含有量の少ない低Ｓｉ鋼（例えば、Ｓｉ含有量が０．５重量％以下（０．２〜０．５重量％程度）の普通鋼など）のデスケーリングに有効に利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１，６１，１０１…主スプレーユニット
２…円筒状ケーシング
４…整流ユニット
１１，１０３…ノズルケース
１２…ノズルチップ
１４…湾曲溝
１５…主吐出口
１６…テーパ部（又は円錐状傾斜壁）
１７…ブッシュ（又は環状側壁）
１８…径大部
３０，４０，６３，７３，８３，９３，１０２…補助スプレーユニット
３１，４１…気体導入口
３２，４２…流路（気体溜まり）
３３，４３…仕切り部
３４，４４…スリット状補助吐出口
５０…主水流
５１，５２…被覆気流
５３，６５，７５，８５…鋼板
６２，８２…ヘッダ
６４，７３，８３，９３…補助ヘッダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラットパターンの主水流を噴射可能な主吐出口と、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から主水流を被覆するための被覆気流を噴射可能な補助吐出口とを備えた噴射ノズル装置であって、主水流の噴射圧力が、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上である噴射ノズル装置。
【請求項２】
被覆気流の噴射流量が主水流の噴射流量の１０倍以上である請求項１記載の噴射ノズル装置。
【請求項３】
被覆気流の最大流速が主水流の最大流速の０．１〜０．７倍である請求項１又は２記載の噴射ノズル装置。
【請求項４】
補助吐出口の噴射出口が、主吐出口の噴射出口よりも５〜１００ｍｍ上流側に位置する請求項１〜３のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項５】
主水流の噴射方向に向かって５〜３５°の角度で被覆気流を噴射する請求項１〜４のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項６】
主水流の噴射流量が１〜２０ｍ３／時間であり、かつ被覆気流の噴射流量が１０〜５００ｍ３／時間である請求項１〜５のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項７】
被覆気流がブロワー方式で噴射された気流であり、被覆気流の噴射圧力が０．２ＭＰａ以下である請求項１〜６のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項８】
主水流の噴射圧力と、被覆気流の噴射圧力との比が、前者／後者＝１００／１〜１００００／１である請求項１〜７のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項９】
デスケーリングノズル装置であり、鋼板表面において、主水流のフラットパターンの幅に対して被覆気流の幅が０．８倍以上である請求項１〜８のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項１０】
被覆気流が空気流であり、補助吐出口が、主水流の厚み方向の両側から第１の被覆気流及び第２の被覆気流を噴射可能であり、主水流を第１及び第２の被覆気流でサンドイッチ状に被覆して噴射する請求項１〜９のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項１１】
主吐出口が主スプレーユニットに形成され、補助吐出口が前記主スプレーユニットと独立又は一体化して配設される補助スプレーユニットに形成されるとともに、
前記主スプレーユニットが、先端部に形成された凹面又は凹部で開口した楕円形状の主吐出口と、この主吐出口から所定のテーパ角θで上流方向に延びる円錐状流路とを備えており、前記凹面又は凹部が、先端部から上流方向にいくにつれて半径方向の内方へ傾斜した傾斜側壁を備えており、かつ
前記補助スプレーユニットが楕円形状、スリット状又は複数のドット状吐出口を有する請求項１〜１０のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずかに記載の噴射ノズル装置を用いて、主吐出口からフラットパターンの主水流を吐出するとともに、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から主水流を被覆して噴射するように、補助吐出口から被覆気流を吐出するデスケーリング又は洗浄方法。
【請求項１】
フラットパターンの主水流を噴射可能な主吐出口と、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から主水流を被覆するための被覆気流を噴射可能な補助吐出口とを備えた噴射ノズル装置であって、主水流の噴射圧力が、被覆気流の噴射圧力の７０倍以上である噴射ノズル装置。
【請求項２】
被覆気流の噴射流量が主水流の噴射流量の１０倍以上である請求項１記載の噴射ノズル装置。
【請求項３】
被覆気流の最大流速が主水流の最大流速の０．１〜０．７倍である請求項１又は２記載の噴射ノズル装置。
【請求項４】
補助吐出口の噴射出口が、主吐出口の噴射出口よりも５〜１００ｍｍ上流側に位置する請求項１〜３のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項５】
主水流の噴射方向に向かって５〜３５°の角度で被覆気流を噴射する請求項１〜４のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項６】
主水流の噴射流量が１〜２０ｍ３／時間であり、かつ被覆気流の噴射流量が１０〜５００ｍ３／時間である請求項１〜５のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項７】
被覆気流がブロワー方式で噴射された気流であり、被覆気流の噴射圧力が０．２ＭＰａ以下である請求項１〜６のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項８】
主水流の噴射圧力と、被覆気流の噴射圧力との比が、前者／後者＝１００／１〜１００００／１である請求項１〜７のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項９】
デスケーリングノズル装置であり、鋼板表面において、主水流のフラットパターンの幅に対して被覆気流の幅が０．８倍以上である請求項１〜８のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項１０】
被覆気流が空気流であり、補助吐出口が、主水流の厚み方向の両側から第１の被覆気流及び第２の被覆気流を噴射可能であり、主水流を第１及び第２の被覆気流でサンドイッチ状に被覆して噴射する請求項１〜９のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項１１】
主吐出口が主スプレーユニットに形成され、補助吐出口が前記主スプレーユニットと独立又は一体化して配設される補助スプレーユニットに形成されるとともに、
前記主スプレーユニットが、先端部に形成された凹面又は凹部で開口した楕円形状の主吐出口と、この主吐出口から所定のテーパ角θで上流方向に延びる円錐状流路とを備えており、前記凹面又は凹部が、先端部から上流方向にいくにつれて半径方向の内方へ傾斜した傾斜側壁を備えており、かつ
前記補助スプレーユニットが楕円形状、スリット状又は複数のドット状吐出口を有する請求項１〜１０のいずれかに記載の噴射ノズル装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずかに記載の噴射ノズル装置を用いて、主吐出口からフラットパターンの主水流を吐出するとともに、主水流の厚み方向の少なくとも一方の側から主水流を被覆して噴射するように、補助吐出口から被覆気流を吐出するデスケーリング又は洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８３４９７（Ｐ２０１２−１８３４９７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８８５７（Ｐ２０１１−４８８５７）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００１４２０２３）株式会社共立合金製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００１４２０２３）株式会社共立合金製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
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