WO1997012684A1 - Scale removing nozzle - Google Patents

Description

明 細 書 スケール除去用ノズル [技 術 分 野]

本発明はスケール除去用ノズルに関し、 詳しく は、 液体噴射方向下手側ほ ど小径の液体流路と、 入口側が前記液体流路の液体噴射方向下手側に連通す る、 液体噴射方向から視て長孔状のォリ フィ スとが超硬合金製のノズル本体 に形成されていて、 前記オリフィ スから噴射した高圧液体を金属表面に衝突 させて、 この金属表面のスケールを除去するスケール除去用ノズルに関する _c

[背 景 技 術]

冒記のスケール除去用ノズルは、 スケール除去性能を高めるため、 近年に おいては、 圧力が 3 0 ~ 1 0 0 M P a程度の超高圧水を噴射させて使用した い要望がある。 しかしながら、 高圧水の圧力が増大する程、 その高圧水がノ ズル本体のオリフィ ス周部に接触することによるオリフィ ス周部の磨耗が促 進されるから、 そのような要望を満たすためには、 オリフィ ス周部の磨耗を できるだけ少なく してその耐久性を高める必要がある。

特に、 噴射した高圧水を回収して繰り返し使用する場合は、 その高圧水中 に微細なスケール等が混入しているから、 その微細なスケール等によって磨 耗が一層促進されることになる。

そこで、 ノズル本体を形成している超硬合金の硬度を従来よりも一層高め て、 オリフィ ス周部の耐磨耗性を高めることが考えられている。 例えば、 タ ングステン （W) を主成分と した炭化物系超硬合金でノズル本体を形成する 場合である。 し力、し、 このように硬度を高めると、 その靭性が低下して耐衝 撃性が損なわれ、 欠け易くなることが知られている （例えば、 特開平 4 一 3 4 8 8 7 3号公報） 。

従来のスケール除去用ノズルでは、 図 1 2〜図 1 4に示すように、 ノズル 本体であるノズルチップ 0 1 の先端部に、 高圧水流出流路 0 2の高圧水噴射 方向下手側に交差させる状態で、 断面 U字状の長溝 0 3を形成して、 その高 圧水流出流路 0 2 と長溝 0 3との交差部に高圧水噴射方向視で （高圧水噴射 方向から見て） 長孔状のォリフィ ス 0 4を形成している。 そして、 オリフィ ス周部 0 5のうちの長溝 0 3底部に形成されるォリ フィ ス長径方向部分には、 ナイフエッジ状の薄肉部分 0 6が形成されている （例えば、 特開平 1 _ 1 1 1 4 6 4号公報） 。

このため、 従来よりも圧力が高い超高圧水を噴射すると、 その薄肉部分 0 6力^ 図 1 3中の一点鎖線で示すように、 磨耗したり欠け易く、 オリフィ ス周部 0 5が早期に破損してォリフィ ス 0 4の形状が変形し、 超高圧水の噴 射圧力が低下してスケールを効率よく除去できなく なる等、 オリフィ ス周部 0 5の耐久性を向上できない欠点がある。 特に、 微細なスケール等が混入し ているような超高圧水を噴射する場合は、 その微細なスケールがその薄肉部 分 0 6に銜突して、 一層欠け易くなるという欠点がある。

また、 圧延金属のスケール除去においては、 スケール除去用ノズルの複数 を並べて使用することが多く、 スケール除去用ノズルから噴射した超高圧水 が別のスケール除去用ノズルの長溝 0 3長手方向に沿って跳ね返って、 その ノズルチップ 0 1の薄肉部分 0 6に衝突する場合がある。 このことによって も、 オリフィ ス周部 0 5が早期に破損し易いという欠点がある。

本発明は、 上記従来技術の有する欠点を解消するため案出されたものであ つて、 その目的は、 オリフィ ス周部の形状を工夫することにより、 超高圧水 に対するオリフィ ス周部の耐磨耗性を高めながら、 その耐磨耗性を高めたこ とによる耐衝撃性の低下に伴う、 そのォリフィ ス周部の早期破損を効果的に 防止できるスケール除去用ノズルを提供する点にある。

[発 明 の 開 示]

上記目的は、 請求項記載の発明により達成される。

即ち、 本発明のスケール除去用ノズルの特徴構成は、 液体噴射方向下手側ほど小径の液体流路と、

入口側が前記液体流路の液体噴射方向下手側に連通する、 液体噴射方向視 で長孔状のォリフィスと、

が超硬合金製のノズル本体に形成され、 前記ォリ フィ スから噴射した高圧 液体を金属表面に衝突させて、 この金属表面のスケールを除去するものであ つて、

前記ノズル本体の液体噴射方向先端部分に液体噴射方向上手側ほど小径の 凹面部を形成して、 前記先端部分が、 前記凹面部の外周側をその全周に亘っ て囲む環状に一体形成され、 前記オリフィ スの出口側が、 その全周に直って 前記凹面部の底部側に開口する状態で設けられている点にある。

このように構成すると、 凹面部と液体流路の内面とでォリ フィス周部を挟 む角度がォリフィスの全周に亘つて大きく形成することができ、 オリフィ ス 周部の液体噴射方向での厚みをォリ フィスの全周に亘つて厚肉化できる。 し かも、 オリフィスの出口側が、 その出口側よりも液体噴射方向先端側に突出 する環伏の先端部分で全周に亘つて囲まれており、 别のスケール除去用ノズ ルから噴射されて跳ね返った高圧水がォリ フィ スの出口側に衝突するおそれ が少ない。 又、 先端部分が、 凹面部の外周側をその全周に亘つて囲む環状に 一体に形成されているため、 先端部分が別部材で形成されている場合に比べ て、 構造的に強化されて過酷な条件に対処できるようになっている。

従って、 ノズル本体を形成している超硬合金の硬度を高めて超高圧水に対 するオリフィス周部の耐磨耗性を高めながら、 その超硬合金の硬度を高めた ことによる耐銜擊性の低下にともなう、 そのオリフィス周部の早期破損を効 果的に防止できる。

具体的には、 例えば、 図 4 , 図 6に示すような構成が実現できる。

本発明のスケール除去用ノズルとして、 前記超硬合金が、 J I S規格に規 定するロックゥヱル硬さ試験方法の A目盛り （Aスケール） によるロックゥ エル硬さ （H R A ) が9 4 . 0以上の超硬合金であることが好ましい。

このようになっていると、 オリフィス周部の早期破損を一層効果的に防止 できて、 一層耐久性に優れたスケール除去用ノズルを実現できる。

つまり、 ロックゥヱル硬さ （H R A ) が 8 8 . 7の超硬合金 Aと 9 0 . 7 の超硬合金 Bと 9 4 . 0の超硬合金 Cの各々で本発明形状のノズル本体を製 作し、 それらのノズル本体の各々を装着したスケール除去用ノズルについて、 ポンプ圧力が 1 5 . 7 M P aの高圧水を同一条件で一定時間 （約 5週間） 噴 射させて、 そのオリフィ ス周部の破損に伴う流量の増加率を計測したところ、 図 9に示すように、 超硬合金 A並びに超硬合金 Bで製作したノズル本体を装 着した場合の増加率が極めて大きい。 それに対して、 超硬合金 Cで製作した ノズル本体を装着した場合の増加率が極めて小さ く、 しかも、 ロックウェル 硬さ （H R A ) が 9 4 . 0を越えて増加するほどその増加率が一層小さくな るので、 ロックウェル硬さ （1"1 1¾八） が9 4 . 0以上の超硬合金であれば、 オリ フィ ス周部の早期破損を一層効果的に防止できるのである。

本発明のスケール除去用ノズルの前記凹面部が、 前記ォリフィ スから噴射 される高圧液体に接触しない状態に形成されていることが好ま しい。

このようになっていると、 凹面部の磨耗や欠けが発生し難いとともに、 高 圧液体の噴射パターンが凹面部の形状変化に伴って変化することがないので、 その噴射パターンを所定パターンに維持し易い。

本発明のスケール除去用ノズルの前記ォリフィ スの内周部に、 このオリフ ィ スの入口側と出口側とに亘つてォリ フィ ス軸芯と平行な内周面が形成され ていることが好ま しい。

このようになっていると、 例えば図 4 , 図 6に示すように、 オリ フィ ス周 部 1 3の液体噴射方向での厚みを一層厚肉化できるとともに、 図 5に示すよ うに、 オリフィ ス周部 1 3の入口側角部 1 5と出口側角部 1 6 とを鈍角に形 成でき、 オリフィ ス周部 1 3の強度を高めて、 その早期破損を一層効果的に 防止できる。

[図面の簡単な説明]

図 1 はスケール除去用ノズル装置の断面図、 図 2はノズルチップの斜視図、

図 3はノズルチップの正面図、

図 4は図 3の I V— I V線矢視断面図、

図 5は図 4の一部拡大図、

図 6は図 3の V I — V I線矢視断面図、

図 7は衝突力分布を比較するグラフ、

図 8は衝突力分布の計測方法を示す要部斜視図、

図 9は硬合金の硬さと流量増加率との関係を示すグラフ、

図 1 0は第 2実施形態を示す要部断面図、

図 1 1は図 1 0の一部拡大図、

図 1 2は従来のノズルチップの斜視図、

図 1 3は従来のノズルチップの正面図、

図 1 4は図 1 3の X I V— X I V線矢視断面図である。 [発明を実施するための最良の形態]

〔第 1実施形態〕

図 1は本実施形態のスケール除去装置を示す。

即ち、 このスケール除去装置は、 鋼板表面のスケールを除去するスケール 除去用ノズル 1がアダプタ P 2に固定されている。 そして、 図 4に示すよう に、 金属表面としての圧延中の鋼板表面に、 高圧液体としてのポンプ圧力が 1 5〜 6 0 M P a程度の高圧水 Wを、 厚みの薄い帯状のスプレーパターン S で噴射させて、 鋼板表面のスケールを除去する。 スケール除去用ノズル 1は、 筒状の流路形成部材 2と、 この流路形成部材 2の一端側に螺合装着したフィ ル夕 3と、 流路形成部材 2の他端側に螺合装着した噴射流路形成部材 4とを 備えている。

前記流路形成部材 2には、 整流器 5が装着されている整流路 2 aとその下 手側に連なる絞り流路 2 bとが同芯状に形成されている。 噴射流路形成部材 4は、 ノズルケース 6の内側にノズル本体としてのタングステンを主成分と した炭化物系超硬合金製のノズルチップ 7が同芯状に圧入されている。 ノズ ルチップ 7と流路形成部材 2 との間には、 ブッシュ 9が装着されていて、 絞 り流路 2 bの下流側にその絞り流路 2 bと同芯伏に連なる噴射流路 8が形成 されている。

アダプタ P 2は、 主導管 P 1 に枝管状に取り付けられている。 スケール除 去用ノズル 1 は、 アダプタ P 2内に、 フィ ルタ 3を主導管 P 1内に入り込ま せる状態で揷入される。 そして、 ノズルケース 6のフランジ（f l ange)部 6 a とアダプタ P 2端部との間にパッキンが挟まれるとともに、 ノズルケース 6 が袋ナッ ト 1 0によりアダプタ P 2側に締め付け固定されて、 スケール除去 用ノズル 1 は主導管 P 1側に固定されるようになっている。

前記ノズルチップ 7は、 J I S規格 （日本工業規格） に規定するロックウ エル硬さ試験方法の A目盛りによるロックゥヱル硬さ （H R A ) が略 9 4 . 0 の超硬合金製である。 そして、 前記ノズルチップ 7は、 図 2に示すように、 噴射流路 8の下流側を形成する高圧水噴射方向下手側ほど小径の高圧水流出 流路 7 aと、 入口側が高圧水流出流路 7 aの高圧水噴射方向下手側に連通す る、 高圧水噴射方向視で長孔状 （楕円形） のオリフィ ス 7 bと、 が形成され ている。 このオリフィ ス 7 bから噴射した高圧水 Wを鋼板表面に衝突させて、 鋼板表面のスケールを除去するのである。

図 3〜図 6に示すように、 高圧水噴射方向と直交する扁平面 1 1 a力 ノ ズルチップ 7の高圧水噴射方向先端部分 1 1 に形成されている。 扁平面 1 1 a の中央部に高圧水噴射方向上手側ほど小径のすり鉢状の凹面部 1 2が高圧水 噴射方向視で楕円形に形成されている。 前記先端部分 1 1 は、 凹面部 1 2の 外周側をその全周に亘つて囲む環状に一体形成されている。 そして、 オリフ イ ス 7 bの出口側がその全周に亘つて凹面部 1 2の底部側に開口させる状態 で設けられていて、 オリフィ ス周部 1 3の高圧水噴射方向での厚みが、 オリ フィ ス 7 bの全周に亘つて厚肉化されている。

オリフィ ス 7 bの内周部に、 このオリフィ ス 7 bの入口側と出口側とに亘 つてオリフィ ス軸芯 Xと平行な幅狭 （実施例では、 0 . 2 m m程度） の内周 面 1 4がオリフィス 7 bの全周に亘つて形成されている。 凹面部 1 2の開き 角度 αは、 略 6 0 ° に形成されている。 そして、 オリフィス 7 bから約 2 7 ° の噴射角度；5で噴射される高圧水 Wが、 その凹面部 1 2に接触しないような つている。

図 1 2に示す従来形状のノズルチップ 0 1を装着したスケール除去用ノズ ルと、 本発明による形状のノズルチップ 7を装着したスケール除去用ノズル とを、 それらの流量と噴射角度 /3が同一になるように製作して、 ポンプ圧力 が 1 4. 7 MP a. 2 9. 4 MP a, 4 9. 0 MP a , 6 2. 8 MP aの各 々の場合について、 受圧センサー Qにより、 図 8に示すように衝突力の分布 を計測した。 その結果を、 図 7に示す。 図 7より、 従来形状のノズルチップ 0 1 による衝突力分布と、 本発明形状のノズルチップ 7による衝突力分布と に大きな差異がないことがわかる。

つぎに、 ロックウェル硬さ （HRA) が 8 8. 7の超硬合金 Aと 9 0. 7 の超硬合金 Bと 9 4. 0の超硬合金 Cの各々で本発明形状のノズル本体を製 作し、 それらのノズル本体の各々を装着したスケール除去用ノズルについて、 ポンプ圧力が 1 5. 7 MP aの高圧水を同一条件で一定時間 （約 5週間） 噴 射させたときの、 そのォリフィ ス 7 bの破損に伴う流量の増加率を、 図 9に、 百分率で示してある。 超硬合金 A並びに超硬合金 Bで製作したノズル本体を 装着した場合の増加率が極めて大きいのに対して、 超硬合金 Cで製作したノ ズル本体を装着した場合の増加率が極めて小さいことがわかる。

尚、 ロックウェル硬さ （HRA) が 9 4. 0以上の超硬合金を製造する方 法は、 種々の方法により可能である。 例えば、 炭化物系金属間化合物 （WC など） の粒子を均一かつ微細 （例えば、 1 m径以下） にすることにより、 あるいはこれに T i , T a, Vなどの金属炭化物 （あるいは窒化物） の 1種 または 2種以上を適当量添加することにより容易に製造できる。

〔第 2実施形態〕

図 1 0 , 図 1 1 は、 オリフィ ス 7 bの内周部に、 第 1実施形態で示したォ リフィ ス軸芯 Xと平行な内周面 1 4を形成していない実施形態を示し、 その 他の構成は第 1実施形態と同様である。 この場合も、 従来の技術に比べて、 オリフィ ス周部の耐久性の高いスケール除去用ノズルが得られる。

〔その他の実施形態〕

(1) 凹面部は、 いわゆる拡径 （トランぺッ 卜） 状に形成されていても良い,

(2) オリフィ スの内周部の一部に、 このオリフィスの入口側と出口側とに 亘つてォリフィ ス軸芯と平行な内周面が形成されていても良い。

(3) 凹面部は、 オリフィ スから噴射される高圧液体に接触して、 その噴射 方向を規制する状態に形成されていても良い。

(4) オリフィ ス 7 bの内周部に、 このオリフィ ス 7 bの入口側と出口側と に亘つてォリフィ ス軸芯 Xと平行な幅挟の内周面 1 4がォリ フィ ス 7 b の全周に亘つて形成する代わりに、 この部分を連铳的な曲面形状と して もよい。 つまり、 図 5に示したように、 オリフィ ス周部 1 3の入口側角 部 1 5と出口側角部 1 6 とをエッジを有する鈍角に形成せず、 滑らかな 凸面状とするものである。 このようにしても、 オリフィ ス周部 1 3の強 度を高めて、 その早期破損を効果的に防止できる。 その場合、 オリフィ ス周部 1 3の出口側部の曲率を小さく しておけば、 凹面部が高圧水に接 触しないようにすることが出来て好ましい。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 液体噴射方向下手側ほど小径の液体流路 （ 7 a ) と、

入口側が前記液体流路 （7 a ) の液体噴射方向下手側に連通する、 液体 噴射方向視で長孔状のオリフィス （7 b) と、

が超硬合金製のノズル本体 （7 ) に形成されていて、

前記オリフィス （ 7 b) から噴射した高圧液体 （W) を金属表面に衝突 させて、 この金属表面のスケールを除去するようになっており、

前記ノズル本体 （ 7 ) の液体噴射方向先端部分 （ 1 1 ) に、 液体噴射方 向上手側ほど小径となるような凹面部 （ 1 2 ) が形成されていて、 前記先 端部分 （ 1 1 ) が、 前記凹面部 （ 1 2 ) の外周側をその全周に亘つて囲む 環状に一体形成されていると共に、

前記オリフィ ス （ 7 b) の出口側が、 その全周に亘つて前記凹面部 ( 1 2 ) の底部側に開口する伏態で設けられているスケール除去用ノズル。

2. 前記超硬合金が、 J I S規格に規定するロックウェル硬さ試験方法の A 目盛りによるロックゥヱル硬さ （HRA) が 9 4. 0以上の超硬合金であ る請求項 1記載のスケール除去用ノズル。

3. 前記凹面部 （ 1 2 ) は、 前記ォリフィ ス （ 7 b) から噴射される高圧液 体 （W) に接触しない伏態に形成されている請求項 1又は 2記載のスケー ル除去用ノズル。

4. 前記ォリフィ ス （ 7 b) の内周部に、 このォリフィ ス （ 7 b ) の入口側 と出口側とに亘つてオリフィ ス軸芯 （X) と平行な内周面 （ 1 4 ) が形成 されている請求項 1〜 3のいずれか 1項記載のスケール除去用ノズル。

5. 前記凹面部 （ 1 2 ) と前記液体流路 （ 7 a ) の内面とで前記ォリフィ ス ( 7 b) の周部 （ 1 3 ) を挟む角度 （ Θ ) が前記ォリフィ ス （ 7 b) の全 周に亘つて鈍角に形成されていて、 これにより前記ォリフィ ス周部 （ 1 3 ) の液体噴射方向での厚みが前記オリフィ ス （ 7 b ) の全周に亘つて厚肉化 されている請求項 1 ~ 4のいずれか 1項記載のスケール除去用ノズル。

6. 前記ノズル本体 （ 7 ) の高圧水噴射方向先端部分 （ 1 1 ) は、 高圧水噴 射方向と直交する扁平面 （ 1 1 a ) が前記ォリ フィ ス （ 7 b) の出口側全 周に亘つて形成されている請求項 1 ~ 5のいずれか 1項記載のスケール除 去用ノズル。

7. さらに、 筒状の流路形成部材 （ 2 ) と、 この流路形成部材 （ 2 ) の一端 側に螺合装着したフィルタ （ 3 ) と、 前記流路形成部材 （ 2 ) の他端側に 螺合装着した噴射流路形成部材 （ 4 ) とを備えている請求項！〜 6のいず れか 1項記載のスケール除去用ノズル。

8. 前記流路形成部材 （ 2 ) には、 整流器 （ 5 ) が装着されている整流路 ( 2 a ) とその下手側に連なる絞り流路 （ 2 b ) とが同芯状に形成されて いる請求項 7記載のスケール除去用ノズル。

9. 前記超硬合金が、 炭化タングステンを主成分とする炭化物系超硬合金で ある請求項 2〜 8のいずれか 1項記載のスケール除去用ノズル。