説明

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

フルコーン液体噴射ノズルを提供する。噴射ノズルは、下流端に吐出オリフィスを有しかつ上流端に液体供給源に接続される入口を有するノズル本体を含む。液体流路はノズル本体を貫通して延び、入口と吐出オリフィスとの間を連通する。ベーンは液体流路で吐出オリフィスの上流に配置される。ベーンは複数のV字状通路を有する。各V字状通路は、ベーンの上流面と下流面との間で、ベーンの長手軸線に対して斜めに内向きに延びる。液体流路によって画定される旋回および混合チャンバは、ベーンと吐出オリフィスとの間に配設される。

【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
[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】
[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】
[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】
[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】
[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】
[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】
[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】
[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】
[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。
【0010】
[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。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】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。
【図2】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3】図2に示した噴射ノズルの上流側端の図である。
【図4】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5】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6】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7】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。
【図8】例示された旋回付与ベーンの上流端の平面図である。
【図9】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。
【図10】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】
【0012】
[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。
【0013】
[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。
【0014】
[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。
【0015】
[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。
【0016】
[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。
【0017】
[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。
【0018】
[0025]各V字状通路65の頂点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を成す頂点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、通路の頂点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。
【0019】
[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の頂点65cは、通路65の頂点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。頂点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。
【0020】
[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。
【0021】
[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。
【0022】
[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。
【0023】
[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。
【0024】
[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。
【符号の説明】
【0025】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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液体流路に配置されたベーンであって、複数のV字状通路を有し、各V字状通路が前記ベーンの上流端面と下流端面との間に前記ベーンの長手軸線に対して内側に斜めに延びるように構成されたベーンと、
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、
を備えるフルコーン液体噴射ノズル。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項4】
前記複数のV字状通路が前記ベーンの外周に等間隔に配置された、請求項2に記載の噴射ノズル。
【請求項5】
前記V字状通路の各々の頂点が、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。
【請求項6】
前記V字状通路の頂点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5に記載の噴射ノズル。
【請求項7】
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6に記載の噴射ノズル。
【請求項8】
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6に記載の噴射ノズル。
【請求項9】
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8に記載の噴射ノズル。
【請求項10】
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。
【請求項11】
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。
【請求項12】
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。
【請求項13】
前記吐出オリフィスが前記吐出オリフィスの長さの約5.5倍の直径を有する、請求項12に記載の噴射ノズル。
【請求項14】
各V字状通路が相互に鋭角を成す1対の側壁を含む、請求項1に記載の噴射ノズル。
【請求項15】
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14に記載の噴射ノズル。
【請求項16】
各V字状通路が前記ベーンの長手軸線に対し約55°の角度を画定する頂点を有する、請求項1に記載の噴射ノズル。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公表番号】特表2009−539614(P2009−539614A)
【公表日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−514327(P2009−514327)
【出願日】平成19年6月4日(2007.6.4)
【国際出願番号】PCT/US2007/013151
【国際公開番号】WO2007/145893
【国際公開日】平成19年12月21日(2007.12.21)
【出願人】(595170502)スプレイング システムズ カンパニー (18)
【Fターム(参考)】