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JP7752961B2 - 改良型のデスケーリングノズルアセンブリ - Google Patents

改良型のデスケーリングノズルアセンブリ

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JP7752961B2
JP7752961B2 JP2021081830A JP2021081830A JP7752961B2 JP 7752961 B2 JP7752961 B2 JP 7752961B2 JP 2021081830 A JP2021081830 A JP 2021081830A JP 2021081830 A JP2021081830 A JP 2021081830A JP 7752961 B2 JP7752961 B2 JP 7752961B2
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スプレイング システムズ カンパニー
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Description

[0001]本発明は、スプレーノズルアセンブリに関し、より詳細には、製鋼作業においてスケールを貫いて鋼から除去するために幅の広い薄い線状の高圧液体吐出を方向付けるのに特に効果的なデスケーリング用のスプレーノズルアセンブリに関する。
[0002]デスケーリングスプレーノズルアセンブリは、鋼の圧延およびその後の加工の前に表面上の酸化鉄スケールの蓄積を貫いて除去すべく、鋼スラブの表面上に幅の広い薄い線状の高圧スプレーを方向付けるために、鋼加工において広く使用されている。このようなスプレーシステムでは、高圧液体吐出は、スケールの最大衝撃圧力および最大貫通を達成するために可能な限り薄い又は細いことが望ましい。液体吐出の分布がスプレーパターンの幅にわたって均一であることも望ましい。
[0003]このようなデスケーリングスプレーノズルアセンブリは、典型的には、液体の流れを加速するために下流方向に内向きに先細になった液体流路が形成された、高衝撃アタッチメント管と呼ばれることもある管状本体と、管状本体の上流側端部に取り付けられ、デスケーリング処理で典型的に使用される製鋼所のリサイクルされた水から粒子状物質やスケールを濾過するストレーナと、管状本体の下流側端部に取り付けられ、平らなスプレー吐出のパターンを形成して方向付けるための細長い液体吐出オリフィスを有する炭化タングステン製インサート先端部とを備える。ストレーナを通って方向付けられる一般に2000~4000psiの圧力の高圧液体は、高衝撃アタッチメント管に直角に向きを変え、吐出スプレーの均一性および衝撃力に悪影響を及ぼす可能性がある広範な乱流を生成するのが一般的である。
[0004]乱流を低減し、スプレー先端部を通過する前に高衝撃アタッチメント管を通る液体流を整流するために、ストレーナの下流に複数の放射状ベーン要素を有するベーンを設けることが知られており、このベーンは周方向に互いに離間した複数の層流流路を効果的に画定する。また、液体の整流をさらに向上させるために、段階的に軸線方向に互いに離間して周方向に互いにオフセットされる(ずらされる)ように組み立てられた複数のベーンを使用することも知られている。
[0005]このようなベーンを用いても、高圧流の流れにかなりの乱流が残る可能性があり、一部はベーン自体によって生成され、液体のエネルギーを低減させ、吐出スプレーの衝撃力を減じる。高圧液体による管の摩耗もまた、効率的な液体整流性能を減じる可能性がある。さらに、複数段のベーンの使用は、効率的な組立および効率的な交換を妨げる可能性がある、互いに適切な位置になるようにベーンを正確に組み立てて、位置合わせをすることを必要とする。
[0006]本発明の目的は、乱流およびエネルギー損失を低減して、スプレーノズルアセンブリを通して液体をより効果的に方向付けて導く、デスケーリングスプレーノズルアセンブリを提供することである。
[0007]別の目的は、吐出する液体スプレーの衝撃力を変化させる可能性がある液体流の乱流およびエネルギー損失をより効果的に低減する複数段の液体整流ベーンを有する、前述のようなデスケーリングスプレーノズルアセンブリを提供することである。
[0008]さらなる目的は、液体整流ベーンが、長時間の後にスプレーノズルアセンブリを通って方向付けられる高圧液体からの摩耗の影響を受けにくい、前述の種類のデスケーリングスプレーノズルアセンブリを提供することである。
[0009]さらなる目的は、より容易でより効率的に組み立てることに適合された複数の液体整流ベーンを有する、前述のタイプのデスケーリングスプレーノズルアセンブリを提供することである。関連する目的は、複数の個別のベーンを取り扱って、正確に組み立てることの必要性を排除するようなタイプのデスケーリングスプレーノズルアセンブリを提供することである。
[0010]さらに別の目的は、設計構造が比較的単純であり、経済的な製造に役立つ前述のタイプのデスケーリングスプレーノズルアセンブリを提供することである。
[0011]本発明の他の目的および他の利点は、以下の詳細な説明を読み、図面を参照することによって明らかになるであろう。
本発明によるスプレーノズルアセンブリを有する例示的なデスケーリングスプレーシステムの概略端部立面図である。 例示的なスプレーシステムのデスケーリングスプレーノズルアセンブリのうちの1つの部分拡大断面図である。 図2の3-3線の平面で切り取られた、例示のスプレーノズルアセンブリの拡大された下流側端部の端面図である。 例示のスプレーノズルアセンブリの炭化タングステン製インサートスプレー先端部の拡大長手方向断面図である。 5-5線の平面で切り取られた、図2に示すスプレーノズルアセンブリの拡大長手方向断面図である。 例示のスプレーノズルアセンブリの一体型ベーンセグメントの拡大側面図である。 Fig.7は図6に示す一体型ベーンセグメントの長手方向断面図である。Fig.7AはFig.7に示す例示の一体型ベーンセグメントのベーンセクションのうちの1つの上流側端部の拡大詳細図である。Fig.7Bは、例示の一体型ベーンセグメントのベーン要素の端部を示す拡大詳細図である。 例示の一体型ベーンセグメントの上流側端部の端面図である。 例示の一体型ベーンセグメントの下流側端部の端面図である。 図6の10-10線で切り取られた横断面図である。 図6の11-11線の平面で切り取られた横断面図である。
[0025]本発明は、様々な修正および代替の構成が可能であるが、その特定の例示的な実施形態を図面に示していて、以下で詳細に説明する。しかしながら、本発明を、開示された特定の形態に限定する意図はなく、逆に、その意図は、本発明の精神および範囲内に入るすべての修正、代替構成、および均等物を網羅することであることを理解されたい。
[0026]ここでより詳細に図面を参照すると、製鋼作業において、移動する鋼スラブ12の対向する側に高圧液体スプレーを方向付けるための、本発明による複数のスプレーノズルアセンブリ11を有する例示的なデスケーリングスプレーシステム10が示されている。この場合のスプレーシステム10は、典型的には製鋼施設においてリサイクルされる工場水が供給される上部液体供給ヘッダ14aおよび下部液体供給ヘッダ14bを備える。これらのスプレーノズルアセンブリ11は、複数の平らな薄い線状のスプレーパターン13が鋼スラブ12の全幅にわたってスケールを貫いて除去するように、それぞれのヘッダ14a、14bに沿って側方に離間した関係で取り付けられている。この場合のスプレーノズルアセンブリ11は、移動するスラブ12の上側に液体スプレーを方向付けるために上部液体供給ヘッダ14aから垂下状態で支持され、スプレーノズルアセンブリ11は、スラブ12の下側を横切ってスプレーパターンを方向付けるために下部液体供給ヘッダ14bに対して上方に延びるように支持される。各スプレーノズルアセンブリ11は、そのそれぞれのヘッダ14a、14bによって支持され、ヘッダ内の上流側端部は、ヘッダから供給液を受け取るためのものであり、下流側端部は、移動するスラブ12に面するようにヘッダの外側に配置される。スプレーノズルアセンブリ11の各々は同様の構造であるので、本明細書では詳細に説明するのは1つのみとする。
[0027]例示のスプレーノズルアセンブリ11はそれぞれ、細長い略カップ形状の液体ストレーナ18の形態の上流側セクション(上流側部分)であって、ヘッダ14a、14bからの供給水がスプレーノズルアセンブリ11に入る上流側セクションと、ヘッダ14a、14bの壁16内に支持された細長い高衝撃アタッチメント管15の形態の下流側セクション(下流側部分)とを備える細長いノズル本体13を有する。炭化タングステン製インサートスプレー先端部19は、平らなスプレーパターンを吐出して方向付けするための細長い吐出オリフィス20が形成された高衝撃アタッチメント管15の下流側端部に取り付けられ、スプレー先端部リテイナ(保持器)21は、スプレー先端部19を取付位置に固定する。内向きに方向付けられた環状リップ22がスプレー先端部19を高衝撃アタッチメント管15の下流側端部に対して隣接関係で保持する状態で、スプレー先端部リテイナ21が、高衝撃アタッチメント管15の下流側端部にねじ込まれる。
[0028]この例のスプレーノズルアセンブリ11は、ヘッダ14の放射状開口部内に適切に固定された円筒形アダプタ23によってヘッダ内に支持される。アダプタ23は、おねじが切られた下部端部を有して、この下部端部に対して、スプレー先端部リテイナ21の、外向きに延びる放射状フランジ21aが円筒形アダプタ23に固定された、めねじが切られた保持リング24によって保持される。
[0029]スプレーノズルアセンブリを通過する間に液体を加速するために、高衝撃アタッチメント管15には、下流方向に向けて内向きに先細になった液体流路25が形成されている。この場合の、高衝撃アタッチメント管15の下流側端部に固定された炭化タングステン製インサートスプレー先端部19には、放射状入口流路セクション34を通して、高衝撃アタッチメント管流路25と吐出オリフィス20との間を連通する入口流路セクション32が形成されている(図4)。この例の細長い吐出オリフィス20は、入口流路セクション34と交差する関係でスプレー先端部19の端部を横切って横断方向に延びる円筒形の溝または円筒形の切込み35によって画定される。
[0030]スプレーノズルアセンブリ11に入る流れからヘッダ14a、14bを通って導かれたリサイクルされた製鋼所の水に存在する可能性がある小さな粒子状物質を濾過するために、ストレーナ18には、ストレーナの円筒形側壁39を通って円筒形側壁の上流側端部39aに部分的に連通するストレーナの周りに周方向に複数の細長いスリット38が形成されている。供給水は、主に細長いスリット38を通って放射方向にストレーナ18に入り、方向の動きを90°変化させなければならず、液体に著しい乱流を引き起こすが、これは、スプレー先端部19からの方向付けの前に高衝撃アタッチメント管15の内向きに先細になった流路25に向けられるからである。上で示したように、スプレー先端部19に向けられた高圧液体流の乱流は、特に薄い線状のスプレーパターンの横断方向の厚さを増加させることによって、液体吐出に悪影響を及ぼす可能性があり、この厚さの増加により、液体の衝撃力および貫通性が減少し、それによって特に、幅の広いスプレーパターンの両端部で、液体の分布が変化し、不均一な液体の貫通性、および不均一なスケールの除去をもたらす可能性がある。
[0031]本実施形態の重要な態様によれば、スプレーノズルアセンブリは、上流側ストレーナ18と高衝撃アタッチメント管15とによって画定された、ノズル本体13の中央液体流路41内に配置された一体型多段液体整流ベーンセグメント40を有し、一体型多段液体整流ベーンセグメント40により、スプレー先端部19への方向付けおよびスプレー先端部19を通る方向付けの前に液体の乱流がより効果的に低減され、その結果、細く平らなスプレーパターンの引き締まり(tightness)の制御、およびスプレーパターン全体にわたる液体分布の均一性の制御が改善される。例示の一体型の多段液体整流ベーンセクション40は、複数の一体的に形成され、周方向に互いにオフセットされた液体整流ベーンセクション45a、45bを含み、この液体整流ベーンセクション45a、45bは、複数の個別のベーン構成要素の手間のかかる取り扱いなしに、スプレーノズルアセンブリにおけるより容易でより効率的な、組立および交換に役立つ。この場合の例示の一体型ベーンセグメント40は、中央液体流路41の長手方向軸線を通って放射状平面で中央ハブ44の放射状で外向きに延びる複数の平らなベーン要素45aを含む、第1のベーンセクションまたは上流側ベーンセクション46aを有する中央長手方向に延びるハブ44と、第1のベーンセクション45aのベーン要素45aに対して周方向にオフセットされて、共通の中央長手方向ハブ44の放射状で外向きに延びる複数の同様の平らなベーン要素45bを含む、第1のベーンセクション45aの下流に設けられた、第2のベーンセクションまたは下流側ベーンセクション45bとを備える。
[0032]例示の一体型ベーンセグメント40は、上流側ベーンセクション46aおよび下流側ベーンセクション46bの両方のベーン要素46a、46bに対して取り囲むように一体的に形成された外側円筒形カラー48を有する。上流側ベーンセクション45aの、外側カラー48、中央ハブ44およびベーン要素46aは、周方向に離間して配置された複数の囲まれた層流流路50aを画定し(図11)、下流側ベーンセクション45bの外側カラー48、中央ハブ44およびベーン要素46bは、第1のベーンセクション45aの層流流路50bから周方向にオフセットした囲まれた層流流路50bの第2の環状アレイを画定する(図10)。例示の実施形態では、ベーンセクション45a、45bはそれぞれ、5つの周方向に互いに離間した層流流路50a、50bを画定するために、共通の中央ハブ44と外側カラー48との間に延びる5つの放射状ベーン要素46a、46bを有し、下流側ベーンセクション45bのベーン要素46bが、長手方向に見たとき、上流側ベーンセクション45aのベーン要素46aの中間に配置される。好ましくは、ベーンセクション45a、45bはそれぞれ、4つ~6つの間の共通の数のベーン要素46a、46bを有する。
[0033]高衝撃アタッチメント管15に入る前にベーンセグメント40を通る高圧液体46aを段階的に整流することを可能とするために、下流側ベーンセクション46bのベーン要素46bは、上流側ベーンセクション46aの放射状ベーン要素45aから軸線方向に離間し、周方向にオフセットされている。例示の実施形態では、長手方向に見たとき、下流側ベーンセクション45bのベーン要素46bは、上流側ベーンセクション45aの層流流路50aに対して中間になるように整列している。この場合のベーン要素46a、46bはそれぞれ、等しい長手方向長さLを有し、ベーンセクション45a、45bの間の移行流路52の長さを画定する軸線方向ギャップD(図5および図7)によって分離されている。好ましい実施形態では、ギャップDは、ベーン要素46a、46bの個別の長さの軸線方向長さの半分未満である。
[0034]本実施形態のさらなる態様によれば、ベーンセグメント40は、ベーンセグメント40を通って方向付けられる高圧液体流の乱流およびエネルギー損失を低減するための流線形設計構造を有する。より具体的には、ベーンセグメント40は、高圧液体流を妨げて、高圧液体流に対してさらなる乱流を与える傾向がある鈍い表面を最小限に抑えるように設計されている。この目的のために、中央ハブ44には、ベーンセグメント40を通るさらなる層流流路を画定する長手方向中央流路54が形成されている。中央ハブ44には、下流方向に放射状外向きに先細になった円錐台形の外側液体ガイド面56が形成された(図7のFIG.7およびFIG.7B)、上流側バルブ45aの上流に延びる突出部55をさらに有する。中央液体流路54および円錐台形の液体ガイド面56の両方に対して、尖った環状入口端部58を画定するために、円錐台形の液体ガイド面56は、ハブ44の中央液体流路54と交差する。このような上流側突出部55は、高圧液体流にさらなる乱流を与える鈍い表面なしに、より制御された方法で、中央液体流路54および円錐台形液体ガイド面56に液体を方向付けること、および上流側バルブ45aの層流流路50aに液体を方向付けることを容易にすることを見出した。層流流路50aに液体を方向付けることをさらに容易にするために、上流側バルブおよび下流側バルブ45a、45bのベーン要素46a、46bは、図7のFIG.7Aに示すように、尖った上流側端部58sを有する。この場合の中央ハブ44は、再びこの場合、下流側バルブ45bの層流流路50bから高圧アタッチメント管25内に液体を導くために、下流方向に内向きに先細になった外側円錐台形面を有する下流側突出部59をさらに有する。
[0035]この実施形態をさらに実施する際に、スプレーノズルアセンブリ11は、スプレーノズルアセンブリのノズル本体13の別個のセクションを備えるベーンセグメント40との効率的な組立に適合される。そのために、ベーンセグメント40は、ノズル本体の上流側セクション、すなわちこの場合は液体ストレーナ18と、ノズル本体の下流側セクション、すなわちこの場合は高衝撃アタッチメント管15との間に置かれるように取り付けられる。例示の実施形態では、ストレーナ18の下流側端部は、ベーンセグメントのカラー48の上流側端部に固定的に圧着され、ベーンセグメントのカラー48の下流側端部は、高衝撃アタッチメント管15の上流側端部に圧着される。この場合のベーンセグメント40のカラー48は、高衝撃アタッチメント管15およびストレーナ18の直径と一致する直径を有する。多数の液体整流ベーンを、取り扱うことなく、または正確に位置合わせすることなく、このようなスプレーノズルアセンブリ11を容易に組み立てることができることが理解されよう。
[0036]前述の説明から、乱流およびエネルギー損失を低減して、スプレーノズルアセンブリを通る液体流をより効果的で効率的に整流するために、デスケーリングスプレーノズルアセンブリが提供されることが分かる。吐出液体スプレーの衝撃力を変化させる可能性があり、長期間後にスプレーノズルアセンブリを通って方向付けられる高圧液体による摩耗の影響を受けにくい液体流の乱流およびエネルギー損失を、一体型多段液体整流ベーンセグメントが、さらに最小限に抑える。さらに、スプレーノズルアセンブリは、複数の個別のベーン要素を取り扱うこと、および複数の個別のベーン要素に正確な位置合わせすることを必要とせずに、より容易で効率的な組立および交換に適合される。
10…デスケーリングスプレーシステム、11…スプレーノズルアセンブリ、12…鋼スラブ、13…ノズル本体、14…ヘッダ、14a…上部液体供給ヘッダ、14b…下部液体供給ヘッダ、15…高衝撃アタッチメント管、16…壁、18…液体ストレーナ、19…インサートスプレー先端部、20…吐出オリフィス、21…スプレー先端部リテイナ、21a…放射状フランジ、22…環状リップ、23…円筒形アダプタ、24…保持リング、25…高衝撃アタッチメント管流路、32…入口流路セクション、34…放射状入口流路セクション、35…切込み、38…スリット、39…円筒形側壁、39a…上流側端部、40…一体型多段液体整流ベーンセグメント、41…中央液体流路、44…中央長手方向ハブ、45a…上流側ベーンセクション、第1のベーンセクション、45b…下流側ベーンセクション、第2のベーンセクション、46a…上流側ベーンセクション、46b…下流側ベーンセクション、48…外側円筒形カラー、50a…層流流路、50b…層流流路、52…移行流路、54…長手方向中央流路、55…上流側突出部、56…円錐台形液体ガイド面、58…尖った上流側端部、59…下流側突出部

Claims (10)

  1. 鋼スラブから酸化鉄スケールを除去するための鋼加工システムであって、
    前記鋼加工システムを通って方向付けられる鋼スラブの上方および下方に配置される上部ヘッダおよび下部ヘッダ(14a,14b)を備え、各ヘッダは高圧液体の供給に接続され、
    前記上部ヘッダおよび前記下部ヘッダ(14a,14b)のそれぞれは、複数のデスケーリング液体スプレーノズルアセンブリ(11)を有し、前記複数のデスケーリング液体スプレーノズルアセンブリは、前記鋼加工システムを通って方向づけられる鋼スラブの上側及び下側の幅にわたって液体スプレーを線状に方向付けるために幅方向に離間した関係で取り付けられ、
    前記複数のデスケーリング液体スプレーノズルアセンブリ(11)のそれぞれは、液体流路(25)を有する細長いノズル本体(13)と、スプレー先端部(19)とを含み、
    前記ノズル本体の液体流路(25)は、当該スプレーノズルアセンブリが取り付けられている各ヘッダを通して方向付けられる高圧液体と連通する液体入口を有し、前記ノズル本体の液体流路は、前記液体流路の長手方向軸線に沿って下流方向に、内向きに先細になった直径で延びるセクションを有し、前記内向きに先細になる部分を通して液体を加速するようにし、
    前記ノズル本体(13)の下流側端部にある前記スプレー先端部は、線状の液体スプレーを吐出して方向付けるために、前記鋼加工システムを通って方向付けられる鋼スラブの方向に対して横断方向に向けられた細長い吐出オリフィスを有し、
    前記スプレー先端部の上流にある前記ノズル本体の液体流路内に、一体型多段ベーンセグメント(40)が配置されており、
    該一体型多段ベーンセグメントが、上流側ベーンセクション(45a)と、前記上流側ベーンセクションの下流に下流側ベーンセクション(45b)とを備え、
    前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションがそれぞれ、ほぼ同数の放射状のベーン要素(46a,46b)を有し、前記ベーン要素は、前記液体流路の長手方向軸線に対して平行な方向に液体を長手方向に方向付けするために、前記液体入口と連通する、長手方向に延びる周方向に互いに離間した複数の層流流路を画定し、
    前記下流側ベーンセクションの軸線方向に見たときに前記上流側ベーンセクションのそれぞれが前記下流側ベーンセクションの放射状の前記ベーン要素の対に対して実質的に中央になるように配向されるように、前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションの前記ベーン要素が互いに周方向にオフセットされており、
    前記高圧液体の供給は、2000~4000psiの範囲の圧力に加圧されており、前記ベーン要素が、乱流を低減し、前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションを通過する液体の流れを整流することにより、前記スプレー先端部の吐出オリフィスからの液体スプレーの吐出ラインがそのライン全体にわたって均一な液体分布を有し、これにより、鋼加工中に鋼スラブの幅にわたって鋼板スラブに蓄積した酸化鉄スケールを貫いて除去する、鋼加工システム。
  2. 前記一体型多段ベーンセグメント(40)が、該一体型多段ベーンセグメントの中心に沿って長手方向に延びる中央ハブ(44)を含み、前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションの前記ベーン要素がそれぞれ、前記中央ハブの放射状外向きに延びる、
    請求項1に記載の鋼加工システム
  3. 前記一体型多段ベーンセグメント(40)が、前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションの両方の前記ベーン要素に対して取り囲むように配置された、一体的に形成された外側円筒形カラー(48)を含み、前記外側円筒形カラー(48)が、前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションを通って軸線方向に延びる前記複数の層流流路の周りを囲むようになっている、
    請求項2に記載の鋼加工システム
  4. 前記一体型多段ベーンセグメントの前記中央ハブ(44)が、前記上流側ベーンセクションの上流に延びる上流側突出部(55)を有し、前記上流側突出部(55)が、前記上流側ベーンセクションの前記周方向に互いに離間した層流流路に液体を導くために、下流方向に外向きに先細になった円錐台形状の外側ガイド面(56)を有する、
    請求項2に記載の鋼加工システム
  5. 前記中央ハブが、さらなる層流流路を画定するために、前記中央ハブを通って延びる軸線方向流路を有し、前記上流側突出部の円錐台形状の前記外側ガイド面が、前記中央ハブの前記軸線方向流路と交差して、前記さらなる層流流路を通って方向付けて前記上流側突出部の円錐台形状の前記外側ガイド面上に方向付けるために液体の流れを分割するための前記上流側突出部の尖った環状の上流側端部を形成する、
    請求項4に記載の鋼加工システム
  6. 前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションの前記ベーン要素が、液体流をそれぞれの前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションのそれぞれ対応の環状の前記層流流路に分割するための尖った上流側端部を有する、
    請求項4に記載の鋼加工システム
  7. 前記中央ハブが、前記下流側ベーンセクションの前記周方向に互いに離間した層流流路から液体を導くために下流方向に内向きに先細になった下流側円錐台形突出部を有する、
    請求項4に記載の鋼加工システム
  8. 前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションがそれぞれ、ほぼ同数のベーン要素を有する、
    請求項2に記載の鋼加工システム
  9. 前記上流側ベーンセクションおよび前記下流側ベーンセクションが、前記上流側ベーンセクションと前記下流側ベーンセクションとの間に移行流路を画定するように、互いに軸線方向に離間するように配置されている、
    請求項2に記載の鋼加工システム
  10. 前記液体入口が、ストレーナによって画定され、前記ストレーナには、細長い前記ノズル本体の長手方向軸線に対して平行に、該ストレーナの周りに周方向に配置された複数の長手方向開口部が形成されている、
    請求項1に記載の鋼加工システム
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