JP2008279491A - 溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル内径拡部のノズル外径を実質的に拡大することなく、鋳型内の適正かつ安定流動を実現できる浸漬ノズル、およびそれを用いた連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】（１）有底の円筒状本体の底部近傍の側壁に対向設置された２つの吐出孔を有する溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルであって、浸漬ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置よりも１０ｍｍ以上上方で、かつ浸漬ノズルの上端接合面よりも下方において、ノズルの内径が他の領域に比べて拡大した拡管部を有し、吐出孔よりも上方には拡管部以外には流動制御機構を有しない浸漬ノズルである。（２）前記（１）の浸漬ノズルを用い、溶融金属の流量Ｑが３０〜６０ｍ³／ｈであり、（溶融金属の流量調整部よりも上流側における不活性ガスの吹込み総量／８＋溶融金属の流量調整部よりも下流側における不活性ガスの吹込み総量）の値が０．２〜３ＮＬ／ｍｉｎである溶融金属の連続鋳造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造方法に関し、特に、鋳型内への溶融金属の供給速度（以下、「スループット」とも称する）の高い鋳造操業条件下においても鋳型内における溶融金属の流動を安定に保持することのできる浸漬ノズルおよびそれを用いた溶融金属の連続鋳造方法に関するものである。

従来、鋳型内流動を安定化する浸漬ノズルについては、主としてスラブの連続鋳造において、様々な検討がなされてきた。

例えば、特許文献１や特許文献２には内部の溶鋼を旋回させる浸漬ノズルが、また、特許文献３には浸漬ノズル内に他の本体部に比較してノズル内径を絞った段差を設ける浸漬ノズルが、さらには特許文献４に記載のように、ノズル底部の滝壺状の窪みの深さを大きくする浸漬ノズルが開示されている。

本発明者らは、本発明者らが上記特許文献１や特許文献２に提案した浸漬ノズルおよび連続鋳造方法が、他の様々な発明に比べて非常に優れた鋳型内流動の安定化効果を発揮することを、水モデルによる実験、流動の数値シミュレーションおよび溶鋼鋳造実験によって知見した。しかしながら、これらの発明では、旋回流を付与する機構が逆にノズルの閉塞を招くおそれがあり、発明の適用に制約があった。そこで、本発明者は、上記の旋回流を付与する浸漬ノズルと同程度の優れた流動の安定化効果を、特許文献３または特許文献４に記載の発明のように容易に実現できる浸漬ノズルの形状などについて様々な試験と検討を重ねた結果、本発明を成すに到った。

本発明者による試験によれば、特許文献３に示されたように浸漬ノズルの内径を部分的に縮小させた場合、ノズル内の流動には一定の整流効果が認められるものの、鋳型内流動が安定化する効果は不明確であった。この理由は、縮小部位の影響により浸漬ノズル本体内の下降流の流速分布がシャープな形状となり、ノズル中心部における下降流速の速い部分とノズル内壁近傍の下降流速の遅い部分との流速の差が増大することに起因していると推察された。

すなわち、ノズル底部に速い速度で衝突した下降流が横方向（ノズル半径方向）の流速を付与されてノズル吐出孔から噴出する際に、時折鋳型内湯面に向かって跳ね上がる流動を生じやすくなることが、鋳型内流動を乱す要因になっていると推察された。これは、鋳型内湯面に向かって跳ね上がる流動が、鋳型短辺から浸漬ノズル方向に向かって流れる湯面の流れと干渉するからである。

また、他の本体部に比較して内径を縮小させた部位は、鋳造条件によっては非金属介在物による閉塞が生じやすいという問題があった。さらに、内径縮小部位はノズル本体の肉厚が増すので、ノズルの質量が不必要に増大したり、熱的衝撃に弱くなるという問題を有している。

本発明者は、上記の内径を部分的に縮小した浸漬ノズルの問題点について考察を進める中で、安定した鋳型内流動を保持するという本発明の目的を実現する方法を具体化していった。

ここで、単に鋳型内流動の乱れを抑制するだけであれば、単純に大きな内径および吐出孔の浸漬ノズルを用いて、吐出流速を低下させればよい。しかしながら、単純に大きな内径および吐出孔の浸漬ノズルを用いることは、下記の２つの問題を生じる。

第一の問題は、鋳型内流動の停滞である。吐出流には鋳型内の流動を形成し、湯面に適正な流動を与えるとともに、熱を供給する役割があり、吐出流速をむやみに低下させればよいというのではない。重要な点は、適正な吐出流速が確保され、かつその空間的および時間的な変動が小さいことである。

上記の観点から、本発明者は試験および検討を重ねた。その結果、吐出流の変動を低減するには、浸漬ノズル内下降流のノズル内壁近傍から中心部にかけての流速分布を均一にすることが有効であることを想到し、さらに詳細な試験および考察を進めて本発明を完成させた。

本発明の要点は、浸漬ノズルの上部の内径を増すことが、吐出孔部における下降流速の均一性を高め、スループットの高い操業時における安定した鋳型内流動の維持に効果的であることを見出したことにある。

第二の問題は、単に浸漬ノズル全体の内径を大きくするとノズル外径も増大し、鋳型厚さや浸漬ノズル取り付け装置の制約から、適用が難しくなることである。浸漬ノズルは、鋳型内湯面に接するいわゆる「スラグライン部」がモールドフラックス溶融層によって溶損するので、スラグライン部には溶損が小さい材質を配置するとともに、スラグライン部の肉厚は鋳造時間内に進行する溶損量に強度上必要な厚さを加え、さらに、ある程度の余裕を加えた厚さが必要となる。鋼の連続鋳造を例にとると、浸漬ノズルのスラグラインは通常３０〜４０ｍｍ程度の厚さを有する。

このように浸漬ノズルのスラグライン部には、ある程度の肉厚が必要なのに対し、それよりも上部の肉厚は、強度上２０〜２５ｍｍ程度あれば十分である。このような理由から浸漬ノズルの製造時には、無用の質量増加を避けるべく、スラグラインよりも上部は静水圧プレス後に外径を削る場合が多く、歩留ロスおよび余分な工数増加を招いていた。

本発明は、スラグラインよりも上部の内径を拡大することによって実現できる。すなわち、本発明は、スラグラインよりも上部のノズル本体にスラグライン部と同等の外径、および、さらに薄い肉厚を与えることによって容易に実現され、浸漬ノズルの無用な質量増加や製造時の歩留りロスをも回避することができる。

つまり、本発明は、鋳型内に適正な強さの流動を安定して与えられること、従来は活かされていなかったスラグラインよりも上部の空間的余裕を活用することによって容易に実現できること、という２つの特徴を有する。

本発明とは目的や作用が異なるものの、構成の類似した発明としては、特許文献５および特許文献６に開示された発明がある。

特許文献５に開示された発明は、吐出孔よりも下部の本体断面積を縮小することによって、非金属介在物の付着を軽減しようとする発明である。しかしながら、本発明者の知見によれば、吐出孔よりも下部の本体断面積を縮小することは、逆に閉塞の危険を増すことになる場合が多い。それゆえ、同文献に開示された発明を実現するには、吐出孔よりも下部の本体断面積を現行ノズルと同程度に確保し、吐出孔よりも上部の本体断面積を拡大することが必要となる。しかし、吐出孔からスラグラインにかけては、浸漬ノズルの強度および耐溶損機能上、ある程度のノズルの肉厚が必要である。したがって、吐出孔よりも上部の本体断面積を拡大することは、浸漬ノズル外径の拡大をともなわざるを得ず、浸漬ノズル外面と鋳型長辺面との間隙の縮小や浸漬ノズル保持装置の改造などの問題や障壁が発生する。

特許文献６に開示された発明は、浸漬ノズル本体の鋳型内湯面よりも下方部分に、内径縮小部を設けることを特徴としている。また、同文献に開示された発明は、ノズル内が非充満流であることを前提としてなされた発明であり、内径縮小の作用は、ノズル内湯面を上昇させることによる流動の安定化であるとされている。この発明においても、内径縮小部位が鋳型内湯面よりも下方に位置しており、内径を縮小することは、逆にノズル閉塞の危険を増すことから、上記の特許文献５に開示された発明と同様の問題を有する。また、特許文献６に記載の発明は、ノズル内を非充満流から充満流へと変化させる過程における流動の安定化効果を狙ったものである。

これに対して、本発明は、ノズル内の流動が充満流であることを踏まえた上で、さらに鋳型内流動を安定化させる技術であり、上記文献のいずれに記載された発明よりも高次元の課題解決を図るものである。

ＷＯ９９／１５２９１号公報（特許請求の範囲および５頁１０行〜６頁８行） 特開２００２−２３９６９０号公報（特許請求の範囲および段落［００１０］〜［００１３］） 特許第３２０７７９３号公報（特許請求の範囲および段落［００１５］および［００１６］） 特許第３０２７６４５号公報（特許請求の範囲および段落［０００５］） 特開昭６３−３０３６６５号（特許請求の範囲および２頁右下欄〜３頁左上欄） 特開平２−１２７９５０号（特許請求の範囲および２頁左下欄〜右下欄）

前述のとおり、従来の浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造技術には下記の問題があった。すなわち、（１）ノズル内に溶融金属への旋回流付与機構を設けた浸漬ノズルは、鋳型内流動の優れた安定化効果を発揮するが、ノズルの閉塞を招くおそれがあり、適用限界がある。（２）ノズルの内径を部分的に縮小させた浸漬ノズルは、ノズル内流動の整流効果はあるものの、鋳型内流動の明確な安定化効果が得られない。（３）浸漬ノズルの内径を単純に大きくすると、（ａ）鋳型内流動が停滞し、また、（ｂ）ノズル外径の増大による鋳型内面との間隙余裕の低下および装置上の制約から取り付けが困難となる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、浸漬ノズルのスラグラインよりも上部のノズル外径をスラグライン部と同程度に納め、鋳型内に適正な強さの流動を安定して与えることのできる浸漬ノズル、およびそれを用いた連続鋳造方法を提供することにある。

本発明者は、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、浸漬ノズルのスラグラインよりも上部の空間的余裕を有効活用することにより容易に実現可能な形状であって、かつ鋳型内に適正強度の流動を安定的に確保できる浸漬ノズル、およびそれを用いた連続鋳造方法を検討し、下記の（ａ）〜（ｅ）の知見を得て、本発明を完成させた。

（ａ）浸漬ノズルのスラグライン部の肉厚は、溶損量に強度上必要な厚さなどを加えた肉厚が必要なのに対し、スラグラインよりも上部では、強度上必要な肉厚が確保されれば十分である。

（ｂ）上記（ａ）の知見に基づき、スラグラインよりも上部の浸漬ノズルの外径をスラグライン部の外径と同程度に納め、ノズル内径を拡大することにより、高スループットの鋳造条件下においても、浸漬ノズル内の溶融金属下降流の半径方向流速分布を均一化し、吐出孔部における下降流速の均一性を高めて、安定した鋳型内流速を維持することができる。

（ｃ）上記（ｂ）に記載の形状の浸漬ノズルは、実質的にノズル外径の増大をともなわないので、鋳型内面との空間的余裕を確保することができ、また、取付け装置の制約を受けることもないので、容易に設置することができる。さらに、ノズル製造時における耐火物の歩留まりロスおよび製造工数をも低減できる。

（ｄ）浸漬ノズルは、鋳型内湯面相当高さ位置よりも１０ｍｍ以上から浸漬ノズルの上端接合面よりも下方の間の領域において、ノズル内径が拡大した拡管部を有する形状が適切である。また、拡管部のノズル軸方向長さは１５０ｍｍ以上であり、拡管部のノズルの平均内径は吐出孔直上部のノズル内径よりも６〜６０ｍｍ大きく、拡管部の下端部の内径の縮小勾配はノズル軸方向長さ１０ｍｍあたり３ｍｍ以上であり、拡管部の下端から浸漬ノズル底の内面までの距離が５００ｍｍ以下であることが好ましい。

（ｅ）浸漬ノズルの内部を流れる溶融金属流量を３０〜６０ｍ³／ｈとすると、十分に安定な鋳型内流動が得られるので好ましく、また、｛（溶融金属の流量調整部よりも上流側における不活性ガスの吹込み量）／８＋（流量調整部よりも下流側における不活性ガスの吹込み量）｝の値を０．２〜３ＮＬ／ｍｉｎとすると、鋳型内流動が乱れにくく、かつ介在物の付着を防止できるので好ましい。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示す溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズル、ならびに（４）および（５）に示す溶融金属の連続鋳造方法にある。

（１）有底の円筒状本体の底部近傍の側壁に対向して設けられた２つの吐出孔を有する溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルであって、該円筒状本体を有する浸漬ノズルをタンディッシュ底部の流量調整機構の下部に取り付けた際に、該浸漬ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置よりも１０ｍｍ以上上方で、かつ浸漬ノズルの上端接合面よりも下方の領域において、ノズルの内径が他の領域に比べて拡大した拡管部を有し、吐出孔よりも上方の領域には該拡管部以外には流動制御機構を有しないことを特徴とする溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第１発明」とも記す）。

（２）前記拡管部のノズル軸方向長さが１５０ｍｍ以上であり、該拡管部の上端は浸漬ノズル本体の上端接合面から１０ｍｍ以上下方にあり、該拡管部の平均内径は吐出孔直上部のノズル内径よりも６〜６０ｍｍ大きく、該拡管部の下端部における内径の縮小勾配が浸漬ノズルの軸方向長さ１０ｍｍあたり内径縮小量で３ｍｍ以上であり、該拡管部の下端から浸漬ノズル底部の内面までの距離が５００ｍｍ以下であり、該浸漬ノズル本体上端の接合面の面積が８０００ｍｍ²以上であることを特徴とする前記（１）に記載の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第２発明」とも記す）。

（３）前記吐出孔直上部のノズル内径が７０〜１１０ｍｍであり、吐出孔出口の最大幅が（ノズル内径−２０ｍｍ）以上（ノズル内径＋２０ｍｍ）以下の範囲内にあり、吐出孔の形状は吐出孔出口の該最大高さと該最大幅との比の値が０．６〜１．５であり、該吐出孔の水平面に対する下向き角度が１５〜４５°であり、ノズル底部の内面は深さが５〜３０ｍｍの凹形状であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第３発明」とも記す）。

（４）前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルを用いる連続鋳造方法であって、該浸漬ノズルの内部を流れる溶融金属の流量Ｑが３０〜６０ｍ³／ｈであり、溶融金属の流量調整部よりも上流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ１、溶融金属の流量調整部よりも下流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ２としたとき、（Ｇ１／８＋Ｇ２）の値が０．２〜３ＮＬ／ｍｉｎであることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法（以下、「第４発明」とも記す）。

（５）前記（４）に記載の溶融金属の連続鋳造方法であって、溶融金属を鋳造するための鋳型の横断面の長辺長さと短辺長さとの比が４〜１０であり、電磁力による溶融金属の流動制御を行わない場合に、鋳型の両短辺から鋳型幅の（１／４）の位置および鋳型の両短辺から鋳型幅の（１／８）の位置において鋳型短辺から浸漬ノズルの方向に向かう溶融金属表面の平均流速がいずれも１０〜４０ｃｍ／ｓであることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法（以下、「第５発明」とも記す）。

本発明において、「浸漬ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置」とは、円筒状本体を有する浸漬ノズルをタンディッシュ底部の流量調整機構の下部に設置した際に、鋳型内溶融金属の湯面高さに相当する、浸漬ノズルの軸方向位置（後述する図１において符号５にて示される範囲の位置）を意味する。

「浸漬ノズルの上端接合面」とは、浸漬ノズルの上端に位置し、浸漬ノズルをタンディッシュ底部の流量調整機構の下部に設置する際に、流量調整機構の下面または流量調整機構の下部に設置された中間ノズルの下面と接合する面（図１において符号６にて示される面）を意味する。

また、「吐出孔出口の最大幅」とは、ノズル軸に垂直な面内における吐出孔出口の最大幅（図１において符号ａにて示される寸法）を指し、出口の幅がノズルの軸方向に変化する場合は、出口の幅が最大となるノズル軸方向位置における出口の幅を採用する。また、「吐出孔出口の最大高さ」とは、吐出孔出口のノズル軸方向の最大高さ（図１において符号ｂにて示される寸法）を意味する。

さらに、「吐出孔出口の最大高さと最大幅との比の値が０．６〜１．５の形状」とは、最大高さと最大幅との比（ｂ／ａ）の値が上記の値を有する矩形、多角形、円形、楕円形（長円形）、部分的に円弧などの曲線部を有する矩形または多角形などを意味する。

そして、「溶融金属の流量調整部」とは、スライディングゲートなどの溶融金属の流量調整機構の中のスライダーなどの弁部を意味する。

本発明の浸漬ノズルは、ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置よりも上方において、実質的にノズル外径を増大することなく、その内径を拡大した形状を有するので、高スループットの鋳造操業条件下においても、鋳型内における溶融金属の安定流動を確保できるノズルである。しかも、鋳型内面との空間的余裕を確保することができ、また、取付け装置の制約を受けることもないので、取付けおよび取外しが容易であり、さらに、ノズル製造時における耐火物の歩留まりロスおよび製造工数をも低減できる。上記浸漬ノズルを用いる本発明の連続鋳造方法によれば、溶融金属の安定した鋳型内流動を容易に実現し、良好な品質の鋳片を高い生産性のもとに連続鋳造することができる。

以下に本発明の内容ならびに本発明を上記のとおり規定した理由および好ましい態様について図を交えて説明する。図１は、本発明の浸漬ノズルの構造を説明するための模式図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。

（１）第１発明
第１発明は、前記のとおり、有底の円筒状本体１の底部２近傍の側壁３に対向して設けられた２つの吐出孔４を有する溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルであって、円筒状本体１を有する浸漬ノズルをタンディッシュ底部の流量調整機構の下部に取り付けた際に、浸漬ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置５よりも１０ｍｍ以上上方で、かつ浸漬ノズルの上端接合面６よりも下方の領域において、ノズルの内径が他の領域に比べて拡大した拡管部７を有し、吐出孔４よりも上方の領域には拡管部７以外には流動制御機構を有しないことを特徴とする溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルである。

（１）−１ 吐出孔数
第１発明において、２つの吐出孔４は、吐出孔の中心軸８が矩形断面鋳型の長辺面と平行になるように、鋳型の２つの短辺面に向かってそれぞれ設けられる。これは、鋳型内において凝固シェルを健全に成長させる上で必要だからである。吐出孔４の数を２つとした理由は、吐出孔数が３つ以上の場合には、吐出孔４の閉塞による吐出流の不均衡を生じやすいことによる。

（１）−２ 内径拡管部のノズル軸方向位置
円筒状の浸漬ノズル本体１の鋳型内湯面相当高さ５よりも１０ｍｍ以上上方において、他のノズル本体部よりも内径が拡大した拡管部７を有する形状としたのは、鋳型内湯面相当高さ（すなわち浸漬ノズルのスラグライン）５よりも上部では、肉厚または外径に余裕があり、内径の拡大が容易だからである。また、スラグライン部は一般に高耐食性耐火物９により構成されることが多いが、スラグライン部におけるノズルの溶損には、上下方向にある程度の幅が存在することから、鋳型内湯面相当高さ５から拡管部の下端までの距離、すなわち図１中にＬ２で示す距離として、１０ｍｍ以上を確保することとした。

また、鋳型内湯面相当高さは鋳造操業条件により変動するので、操業中鋳型内湯面高さの設定範囲は同図中にＬ１にて示すような幅を有する。したがって、拡管部の下端は鋳型内湯面相当高さの上方Ｌ２の高さから（Ｌ２＋Ｌ１）の高さまでの範囲内に設けることとなる。もちろん、この距離は、スラグラインにおけるノズル耐火物の耐溶損機能を損なわない範囲において、短いことが好ましい。

また、拡管部７を、円筒状本体１の上端接合面（浸漬ノズルと、浸漬ノズル上方の中間ノズルまたはスライディングゲートなどの流量調整機構との接合面）６よりも下方に位置させたのは、上端接合面６の接合面積を確保するためには、拡管部７を上端接合面６よりも下方までの範囲に止め、上端接合面６の内径を縮小した方が有利だからである。すなわち、浸漬ノズル上端部においては、その内径を、上方の中間ノズルあるいは流量調整機構と同程度の内径にまで縮小して接合面積を確保する必要があるからである。上端接合面６の面積が不十分な場合には、接合面からの外気の吸い込みや、溶鋼漏れを引き起こしやすい。

浸漬ノズル本体１に上記のような拡管部７を設けることは、浸漬ノズル底部２近傍における下降流速のノズル内半径方向分布の均一化に有効である。

吐出孔４よりも上部の浸漬ノズル本体に上記拡管部７以外に流動制御機構を有さないのは、その必要がないからだけではなく、余計な凹凸や内装物が存在すると、拡管による流動制御効果が損なわれるおそれがあるからである。

（２）第２発明
第２発明は、拡管部７のノズル軸方向長さが１５０ｍｍ以上であり、拡管部７の上端７１は浸漬ノズル本体１の上端面６から１０ｍｍ以上下方にあり、拡管部７の平均内径は吐出孔直上部のノズル内径よりも６〜６０ｍｍ大きく、拡管部７の下端部の内径の縮小勾配が浸漬ノズルの軸方向長さ１０ｍｍあたり３ｍｍ以上であり、拡管部７の下端７２から浸漬ノズル底部２の内面２１までの距離が５００ｍｍ以下であり、浸漬ノズル本体上端の接合面６の面積が８０００ｍｍ²以上であることを特徴とする第１発明の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルである。

（２）−１ 拡管部のノズル軸方向長さおよびノズル上端面の軸方向厚さ
第２発明において、拡管部７がノズル軸方向に１５０ｍｍ以上の長さを有するのが好ましい理由は、この長さが１５０ｍｍ未満では、溶融金属の流動に与える拡管の効果が低減するからである。拡管部７のノズル軸方向長さは、２５０ｍｍ以上であることがより好ましい。拡管部７の長さは、長すぎても流動に悪影響を与えることはないが、浸漬ノズルの全長が一般に７００〜１０００ｍｍ程度であることから、長さの上限は自ずと５００〜７００ｍｍ程度となる。

拡管部の上端７１が浸漬ノズル本体の上端面６よりも１０ｍｍ以上下方に位置するのが好ましい理由は、浸漬ノズル上端の接合面６の圧縮強度を確保する上で、ノズル上端部の軸方向厚さとして１０ｍｍ以上を確保するのか好ましいからである。拡管部上端７１とノズル本体の上端面６との軸方向距離の、より好ましい範囲は２０ｍｍ以上である。また、上記の軸方向距離が長すぎると、拡管部７の長さが過度に短くなるので、拡管部上端７１とノズル本体の上端面６との軸方向距離は長くとも３００ｍｍまでに、好ましくは２００ｍｍまでに止めるのが望ましい。

このようにノズル本体の上端接合面６の内径を縮小することにより、接合面６の面積として８０００ｍｍ²以上を確保することが好ましい。接合面６の面積として１００００ｍｍ²以上を確保できればさらに好ましい。接合面６の面積は、一般的な浸漬ノズルの場合では、２００００ｍｍ²程度が上限である。

ここで、上端接合面６の面積とは、上端接合面６がフラットな浸漬ノズルの場合は、上端部の外径と内径とから求められる面積とし、上端面６の周囲に環状突起部（後述する図４中の符号１０）などを有する浸漬ノズルの場合は、環状突起部１０を除いた接合に有効な面の外径と内径とから求められる面積を採用する。

（２）−２ 拡管部内径、縮小・拡大勾配およびその下端からノズル底部までの距離
拡管部７の平均内径が吐出孔直上部の内径よりも６〜６０ｍｍ大きいのが好ましい理由は、この内径の差が６ｍｍ未満では、拡管による効果が十分には得られず、一方、内径の差が６０ｍｍを超えて大きくなると、内径が急激に変化する部位において熱衝撃による亀裂が生じやすくなるからである。また、６０ｍｍを超える内径差を得るには、拡管部７の外径を相当程度大きくする必要が生じ、既存の連続鋳造機への適用が難しくなるからである。この内径差の、より好ましい範囲は８〜３０ｍｍである。

拡管部７の下端部の内径の縮小勾配がノズル軸方向長さ１０ｍｍあたり内径縮小量で３ｍｍ以上が好ましい理由は、上記の縮小勾配よりも緩やかな勾配で内径を縮小すると、拡管の効果が薄れるからである。ここで、内径縮小の勾配が直線的でない場合には、その平均勾配を採用するものとする。また、縮小勾配の上限値は特に定めないが、一般的には無限大、すなわち勾配９０°が上限となる。

拡管部上端部における内径の拡大勾配についても特に規定しない。拡管部下端部と同程度の急激な勾配であってもよいし、拡管部７のノズル軸方向長さが確保できる範囲内において緩やかな勾配を採用しても構わない。ただし、拡管部７の長さを十分に確保する観点からは、ノズル本体１の上端接合面６から拡管部上端７１までの距離を３００ｍｍ以下とする勾配、より好ましくは２００ｍｍ以下とする勾配であることが望ましい。

拡管部の下端７２から浸漬ノズルの底部内面２１までの距離が５００ｍｍ以下であるのが好ましい理由は、浸漬ノズル底部内面２１までの距離が５００ｍｍを超えて長いと、拡管の効果が薄れるからである。同距離は４００ｍｍ以下であることがより好ましい。拡管部の下端７２から浸漬ノズル底部内面２１までの距離の下限値は特に規定しない。しかしながら、第１発明において、円筒状本体１の鋳型内湯面相当高さ５よりも１０ｍｍ以上上方において内径が他の領域に比べ拡大した拡管部７を有することが規定されていることから、鋳型内湯面相当位置５とノズル底部との距離（すなわち、ノズルの浸漬深さ）によって自ずと規定される。そして、同距離の下限値は、一般的には１５０〜３５０ｍｍ程度である。

ここで、拡管部７の下端部とは、拡管部下部の内径縮小勾配を有する領域７４（下端部長さＬ４）を意味し、また、拡管部７の上端部とは、拡管部上部の内径拡大勾配を有する領域７３（上端部長さＬ３）を意味する。拡管部の下端は、吐出孔直上部の内径よりも６〜６０ｍｍ内径が大きい条件を満たす拡管部下端部の下端７２と定義し、また、拡管部の上端は、ノズルの上端接合面の内径よりも６〜６０ｍｍ内径が大きい条件を満たす拡管部上端部の上端７１と定義する。したがって、拡管部の下端７２における内径Ｄｅ２および拡管部の上端７１における内径Ｄｅ１は、それぞれ拡管部の内径Ｄｅよりも６ｍｍ小さい。

拡管部の上端部または下端部の内径拡大または縮小勾配が無限大、すなわち、勾配が９０°の場合は、拡管部の下端部７４は拡管部の下端７２に一致し、また、拡管部の上端部７３は拡管部の上端７１に一致する。

（３）第３発明
第３発明は、吐出孔４直上部のノズル内径Ｄ３が７０〜１１０ｍｍであり、吐出孔出口の最大幅ａが（ノズル内径（Ｄ３）−２０ｍｍ）以上（ノズル内径（Ｄ３）＋２０ｍｍ）以下の範囲内にあり、吐出孔４の形状は吐出孔出口の最大高さｂと最大幅ａとの比の値が０．６〜１．５であり、吐出孔の水平面に対する下向き角度θが１５〜４５°であり、ノズル底部２の内面２１は深さが５〜３０ｍｍの凹形状であることを特徴とする第１発明または第２発明の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルである。

（３）−１ 吐出孔直上部の内径および吐出孔出口の形状
第３発明において、吐出孔直上部のノズル内径Ｄ３が７０〜１１０ｍｍであるのが好ましい理由は、同内径が７０ｍｍ未満の場合には、溶融金属の平均下降流速が高くなりすぎて、本発明の効果が損なわれる上、介在物などの付着により浸漬ノズルの閉塞も生じやすくなるからである。また、同内径が１１０ｍｍを超えて大きくなると、浸漬ノズルの外径が大きくなりすぎ、既存の連続鋳造機への適用が困難となるからである。

吐出孔出口の最大幅ａが（ノズル内径（Ｄ３）−２０ｍｍ）以上（ノズル内径（Ｄ３）＋２０ｍｍ）以下の範囲内にあるのが好ましい理由は、同最大幅ａがノズル内径よりも２０ｍｍを超えて大きくなると、ノズルの強度が低下しやすく、また、同最大幅ａがノズル内径よりも２０ｍｍを超えて小さくなると、介在物による閉塞が生じやすくなるからである。

吐出孔出口の最大高さｂと最大幅ａとの比（ｂ／ａ）の値が０．６〜１．５の範囲であるのは、同比の値が０．６未満では、吐出孔の高さ（縦寸法）が小さくなりすぎ、介在物による吐出孔の閉塞が生じやすいからである。また、同比の値が１．５を超えて大きくなると、吐出孔の高さが必要以上に大きくなり、鋳型内湯面上のモールドフラックスの吸い込みが生じやすくなるからである。吐出孔出口の形状は、矩形、多角形、円形、楕円形（長円形）、部分的に円弧などの曲線部を有する矩形または多角形などのいずれであってもよい。さらに、角部に曲率半径Ｒの丸みを設けた形状であってもよい。

（３）−２ 吐出孔の下向き角度およびノズル底部の形状
吐出孔の水平面からの下向き角度θが１５〜４５°であるのが好ましい理由は、同角度が１５°未満の場合には、吐出角度が小さくなりすぎて吐出流が鋳型短辺近傍で反転し、浸漬ノズルに向かって流れて来る表面流と吐出流との強い干渉が生じて、鋳型内流動が不安定になりやすいからである。また、同角度が４５°を超えて大きいと、吐出角度が大きくなりすぎて鋳型内湯面への熱および溶融金属の供給が不足するので、好ましくないからである。ここで、水平面に対して吐出孔の上壁および下壁のなす角度がθ１およびθ２などのように異なる場合には、それらの角度の平均値を吐出孔の下向き角度θとする。水平面に対して吐出孔の上壁と下壁のなす角度に差を与える場合は、上壁の下向き角度を下壁の下向き角度よりも大きくすることが、吐出孔における吐出流速分布を均一化し吐出孔上部での吸い込み流の発生を防止する観点から、好ましい。

ノズル底部２の内面２１が深さ５〜３０ｍｍの凹形状であるのは、ノズル底部の内面２１の形状がある程度の深さを有する凹型の形状である方が、フラット形状、または吐出孔下壁の勾配面がノズル底面にまで延びて連続的に繋がっている山型形状であるよりも、鋳型内流動が安定化するからである。

上記の凹形状の深さが５ｍｍ未満であると、鋳型内流動の安定化効果が損なわれ、一方、その深さが３０ｍｍを超えて大きくなると、同安定化効果が低減する。また、同深さが３０ｍｍを超えて大きくなることは、浸漬ノズル長さがいたずらに増大する点からも好ましくない。

（４）第４発明
第４発明は、前記（１）〜（３）のいずれか１項の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルを用いる連続鋳造方法であって、浸漬ノズルの内部を流れる溶融金属の流量Ｑが３０〜６０ｍ³／ｈであり、溶融金属の流量調整部よりも上流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ１、溶融金属の流量調整部よりも下流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ２としたとき、（Ｇ１／８＋Ｇ２）の値が０．２〜３ＮＬ／ｍｉｎであることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法である。

（４）−１ 溶融金属の流量および不活性ガスの吹込み量
第４発明において、ノズル内部を流れる溶融金属の流量Ｑが３０〜６０ｍ³／ｈであるのが好ましい理由は、溶融金属の流量Ｑが３０ｍ³／ｈ未満では、本発明の必要性が薄れ、一方、６０ｍ³／ｈを超えて多い流量では、本発明を適用しても十分に安定した鋳型内流動を形成することが困難だからである。

溶融金属の流量調整部よりも上流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ１、溶融金属の流量調整部よりも下流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ２としたとき、（Ｇ１／８＋Ｇ２）の値が０．２〜３ＮＬ／ｍｉｎであることが好ましいのは、下記の理由による。すなわち、本発明者は、不活性ガスの吹き込み場所と浸漬ノズル内に実際に流れる不活性ガス流量との関係を実験および測定により確認した。その結果、スライディングゲートのスライダーなどの流量調整部よりも上流側における吹込みガスは、平均してその（１／８）のみが浸漬ノズル内に流れるのに対し、流量調整部よりも下流側で吹き込んだガスは、そのほぼ全量が浸漬ノズル内に流れることを見出した。

上記の実験結果から、浸漬ノズルを介して鋳型内に流入する不活性ガス流量を（Ｇ１／８＋Ｇ２）（Ｇ１：溶融金属の流量調整部よりも上流側における不活性ガスの吹込み総量、Ｇ２：溶融金属の流量調整部よりも下流側における不活性ガスの吹込み総量）と見積もり、その値が３ＮＬ／ｍｉｎ以下である場合に、鋳型内流動の乱れが生じ難いことを実験的に確認した。また、上記の値が０．２ＮＬ／ｍｉｎ未満では、浸漬ノズル内壁にアルミナなどの介在物が付着しやすくなるので好ましくないことも確認した。これらの理由から、（Ｇ１／８＋Ｇ２）の値が０．２〜３ＮＬ／ｍｉｎであることが好ましい。

（４）−２ ノズル内の流動形態
一般に、ノズル内の流動が非充満流であるよりも、充満流である方が、流動は安定する。本発明は、溶融金属の流量Ｑを３０ｍ³／ｈ以上とし、不活性ガスの吹込み量（Ｇ１／８＋Ｇ２）の値を３ＮＬ／ｍｉｎ以下とすることにより、浸漬ノズル内の流れを溶融金属が充満した、いわゆる充満流として、鋳型内流動をより安定化する効果を発揮する技術である。

（５）第５発明
第５発明は、第４発明の溶融金属の連続鋳造方法であって、溶融金属を鋳造するための鋳型の横断面の長辺長さと短辺長さとの比が４〜１０であり、電磁力による溶融金属の流動制御を行わない場合に、鋳型の両短辺から鋳型幅の（１／４）の位置（以下、「両（１／４）幅」とも記す）および鋳型の両短辺から鋳型幅の（１／８）の位置（以下、「両（１／８）幅」とも記す）において鋳型短辺から浸漬ノズルの方向に向かう溶融金属表面の平均流速がいずれも１０〜４０ｃｍ／ｓであることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法である。

（５）−１ 溶融金属の表面流速
鋳型の横断面が矩形であって、その長辺長さと短辺長さとの比（長辺長さ／短辺長さ）が４〜１０であるのが好ましい理由は、同比の値が４未満の場合には、鋳型内流動が比較的安定であることから、本発明の必要性が小さいからである。また、同比の値が１０を超えるほど扁平度の大きな鋳型の場合には、本発明を用いても鋳型内流動を安定に保つのが困難となるからである。

また、電磁力による溶融金属の流動制御を行わない場合に、鋳型の両短辺から鋳型幅の（１／４）の位置および鋳型幅の（１／８）の位置において鋳型短辺から浸漬ノズルの方向に向かう溶融金属表面の平均流速がいずれも１０〜４０ｃｍ／ｓであることが好ましい理由は、下記のとおりである。

すなわち、電磁力による流動制御を行わない場合に、本発明によって安定に確保しようとする鋳型内流動は、吐出流が短辺近傍で反転し、短辺から浸漬ノズルへ向かう表面流を形成する、いわゆる「ダブルロールと称される流動パターン」である。このダブルロール流動パターンが安定して形成されるときは、鋳型内の両（１／４）幅および両（１／８）幅における平均表面流速がいずれも短辺から浸漬ノズルへ向かう方向に安定して保たれる。この平均流速が１０ｃｍ／ｓ未満であると、流動は停滞気味となり、ダブルロール流動パターンの形成は不十分となるからである。一方、この平均流速が４０ｃｍ／ｓを超えて大きくなると、たとえ流動が安定していても、鋳型内流動が激しすぎて、湯面レベルの変動や溶融モールドフラックスの巻き込みなどの他の問題を惹起するからである。

電磁力を用いた流動制御を適用する場合であっても、特に電磁ブレーキを適用する場合には、上記の平均表面流速が確保されるノズルを用いることが、鋳型内流動安定化に有効である。

（５）−２ 平均表面流速の把握
上記の鋳型内の両（１／４）幅および両（１／８）幅における平均表面流速としては、鋳型の両短辺からそれぞれ（１／８）幅および（１／４）幅だけ浸漬ノズル方向に寄った鋳型幅位置かつ鋳型厚さ方向中心位置の、湯面から下方５０ｍｍにおいて、少なくとも１０分間以上、より好ましくは３０分以上、同一鋳造条件において連続測定した流速の平均値を用いるのがよい。これは、鋳型内流動パターンは長周期で変動することがあるからであり、短時間の測定により得られた平均値は代表性に乏しいからである。鋳型内の溶融金属の流速を実測することは困難であることから、実機大の水モデル実験および流動の数値シミュレーションによって、確認するのが好ましい。

本発明の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造方法の効果につき、さらに実施例に基づいて詳細に説明する。

（実施例１）
図２は、本発明例の浸漬ノズルの構造を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。また、図３は、上記図２に示す本発明例に対応する比較例であって、拡管部を有しない浸漬ノズルの構造を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。

図２に示される本発明例の浸漬ノズルは、図３に示される浸漬ノズルに本発明を適用した例であり、第１発明〜第３発明で規定する条件を満足する。

図２に示す浸漬ノズルは、円筒状の本体１の底部２近傍に２つの吐出孔４を有し、また、円筒状本体１の鋳型内湯面相当高さ（つまり鋳造操業中における湯面設定高さ）５よりもＬ２以上（Ｌ２＋Ｌ１）以下だけ上方の範囲から、上端接合面６よりもＬ５だけ下方の位置までの範囲内に、内径Ｄｅが他の領域の内径Ｄ３およびＤ５よりも２０ｍｍ拡大した内径１１０ｍｍの拡管部７を有している。ここで、Ｌ２＝４５ｍｍ、（Ｌ２＋Ｌ１）＝４５＋８５＝１３０ｍｍ、Ｌ５＝８０ｍｍ、およびＤ３＝Ｄ５＝９０ｍｍである。また、拡管部７の長さ、すなわち拡管部の下端７２から拡管部の上端７１までの長さＬ６は３２０ｍｍである。

拡管部の下端部の内径の縮小勾配は、ノズルの軸方向長さ１０ｍｍあたりの内径縮小量が無限大、すなわち縮小勾配角度θ４が９０°であり、拡管部の下端７２から浸漬ノズル底部２の内面２１までの距離Ｌ７は３１０ｍｍである。また、上端接合面６の面積は１２５０７ｍｍ²である。拡管部の上端部７３の内径拡大勾配は、ノズルの軸方向長さＬ３（＝５０ｍｍ）あたり内径拡大量が２０ｍｍである。拡管部の上端７１は、内径がノズル上端接合面６の内径Ｄ５（＝９０ｍｍ）に対して６ｍｍ拡大した位置、すなわちＤｅ１＝９６ｍｍの位置という定義に基づいて決定している。

図２に示した浸漬ノズルは、吐出孔直上部の内径Ｄ３が９０ｍｍであり、吐出孔出口の形状は矩形であって、吐出孔出口の最大幅ａは９０ｍｍ、すなわち吐出孔部の内径と同じであり、同最大高さｂは９５ｍｍである。吐出孔出口の最大高さと最大幅との比（ｂ／ａ）の値は９５／９０＝１．０６である。また、同図の例では、吐出孔の上壁の下向角度θ１および下壁の下向角度θ２はともに３０°であるので、吐出孔の下向角度θは３０°である。ノズル底部２の内面２１は、深さＬ９が１５ｍｍの凹形状である。同図において、ノズル本体１の外径Ｄ４およびＤ６はいずれも１５５ｍｍであり、ノズル底部の厚さＬ８は２５ｍｍであり、そしてノズル全長Ｌ１０は７３５ｍｍである。

同図において、クロスするハッチングにより示された部分は、スラグラインに配置された高耐食性耐火物９である。ノズル本体１の内径拡大部７は、高耐食性耐火物９の有効厚さ、すなわち操業中の湯面高さ設定範囲における厚さを損なわない高さ位置に設けられている。

また図２に示される本発明例の浸漬ノズルは、図３に示される比較例の浸漬ノズルと本体の外形形状が同じであるので、適用に際しての形状面での障害が全くない。

（実施例２）
図４に、別の本発明例の浸漬ノズルの構造を示す。同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。また、図５には、図４に示す本発明例に対応する比較例であって、拡管部を有しない浸漬ノズルの構造を示す。同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。

図４に示される本発明例の浸漬ノズルは、図５に示される浸漬ノズルに本発明を適用した例であり、第１発明〜第３発明で規定する条件を満足する。

円筒状の本体１の底部２近傍に２つの吐出孔４を有し、また、円筒状本体１の鋳型内湯面相当高さ（つまり鋳造操業中における湯面設定高さ）５よりもＬ２以上（Ｌ２＋Ｌ１）以下だけ上方の範囲から、上端接合面６よりもＬ５だけ下方の位置までの範囲内に、内径Ｄｅが他の領域の内径Ｄ３およびＤ５よりも１２ｍｍ拡大した内径１０２ｍｍの拡管部７を有している。ここで、Ｌ２＝３３ｍｍ、（Ｌ２＋Ｌ１）＝３３＋１００＝１３３ｍｍ、Ｌ５＝２８ｍｍ、およびＤ３＝Ｄ５＝９０ｍｍである。また、拡管部７の長さ、すなわち拡管部の下端７２から拡管部の上端７１までの長さＬ６は４０４ｍｍである。

拡管部７の上端部７３および下端部７４の拡大勾配および縮小勾配はともに、ノズル長さ１０ｍｍあたり内径拡大量および内径縮小量で２０ｍｍ（半径拡大量および半径縮小量では１０ｍｍ）であり、すなわち、勾配角度θ３およびθ４はいずれも４５°である。

拡管部の下端７２から浸漬ノズル底部２の内面２１までの距離Ｌ７は２７８ｍｍである。また、上端接合面６の面積は１２５０７ｍｍ²である。拡管部の上端７１は、内径がノズル上端接合面６の内径Ｄ５（＝９０ｍｍ）に対して６ｍｍ拡大した位置、すなわちＤｅ１＝９６ｍｍの位置という定義に基づいて決定しており、また、拡管部の下端７２は、内径が吐出孔直上部の内径Ｄ３（＝９０ｍｍ）に対して６ｍｍ拡大した位置、すなわちＤｅ２＝９６ｍｍの位置という定義に基づいて決定している。

また、図４に示された浸漬ノズルは、吐出孔直上部の内径Ｄ３が９０ｍｍであり、吐出孔出口の形状は矩形であって、その最大幅ａは９０ｍｍ、すなわち吐出孔部の内径と同じであり、同最大高さｂは６５ｍｍである。したがって、吐出孔出口の最大高さと最大幅との比（ｂ／ａ）の値は６５／９０＝０．７２である。吐出孔の上壁の下向角度θ１は４５°であり、下壁の下向角度θ２は３０°であるので、吐出孔の下向角度はその平均値の３７．５°である。ノズル底部２の内面２１は、深さＬ９が２０ｍｍの凹形状であり、その周囲のコーナー部には曲率半径Ｒ１が２０ｍｍの丸みが設けられている。同図において、ノズル本体１の外径Ｄ４およびＤ６はいずれも１５５ｍｍであり、ノズル底部の厚さＬ８は２５ｍｍであり、そしてノズル全長Ｌ１０は７３５ｍｍである。

同図において、クロスするハッチングにより示された部分は、スラグラインに配置された高耐食性耐火物９である。ノズル本体１の内径拡大部７は、高耐食性耐火物９の有効厚さ、すなわち操業中の湯面高さ設定範囲における厚さを損なわない高さ位置に設けられている。また、ノズルの上端接合面６の外周部には環状突起部１０が設けられている。

図４に示される本発明例の浸漬ノズルは、図５に示される比較例の浸漬ノズルと本体の外形形状が同じであるので、適用に際しての形状面での障害が全くない。

（実施例３）
図６に、さらに別の本発明例の浸漬ノズルの構造を示す。同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。同図に示す本発明例の浸漬ノズルは、第１発明〜第３発明で規定する条件を満足する。

図６に示す浸漬ノズルは、円筒状の本体１の底部２近傍に２つの吐出孔４を有し、また、円筒状本体１の鋳型内湯面相当高さ（すなわち、鋳造操業中における湯面設定高さ）５よりもＬ２以上（Ｌ２＋Ｌ１）以下だけ上方の範囲から、上端接合面６よりもＬ５だけ下方の位置までの範囲内に、内径Ｄｅが他の領域の内径Ｄ３およびＤ５よりも３８ｍｍ拡大した内径１２８ｍｍの拡管部７を有している。ここで、Ｌ２＝６１ｍｍ、（Ｌ２＋Ｌ１）＝６１＋７５＝１３６ｍｍ、Ｌ５＝８０ｍｍ、およびＤ３＝Ｄ５＝９０ｍｍである。また、拡管部７の長さ、すなわち拡管部の下端７２から拡管部の上端７１までの長さＬ６は３１４ｍｍである。

拡管部７の下端部７４の縮小勾配は、ノズル長さ３８ｍｍあたり内径縮小量で３８ｍｍ、すなわち、ノズルの軸方向長さ１０ｍｍあたりの内径縮小量が１０ｍｍであり、拡管部下端７２から浸漬ノズル底部２の内面２１までの距離Ｌ７は３１１ｍｍである。また、上端接合面６の面積は１６３３６ｍｍ²である。拡管部上端部７３の拡管勾配は、ノズルの軸方向長さ９５ｍｍあたり内径拡大量で３８ｍｍである。拡管部の上端７１は、内径がノズル上端接合面６の内径Ｄ５（＝９０ｍｍ）に対して６ｍｍ拡大した位置、すなわちＤｅ１＝９６ｍｍの位置であり、また、拡管部の下端７２は、内径が吐出孔直上部の内径Ｄ３（＝９０ｍｍ）に対して６ｍｍ拡大した位置、すなわちＤｅ２＝９６ｍｍの位置である。

図６に示される浸漬ノズルは、吐出孔直上部の内径Ｄ３が９０ｍｍであり、吐出孔４の出口の最大幅ａは１００ｍｍであって、同最大幅は吐出孔部のノズル内径Ｄ３よりも１０ｍｍ大きい。つまり、吐出孔４の幅は同図（ｂ）に示されるとおり、内部から出口に向かって扇形に拡大している。また、吐出孔出口の形状は、同図（ｃ）に示されるとおり、その最大高さと最大幅との比（ｂ／ａ）の値が９０／１００＝０．９０の横長の略長円形であり、図中のＲ２は４５ｍｍ、Ｌ１１は１０ｍｍである。吐出孔の上壁の下向角度θ１および下壁の下向角度θ２はともに３０°であり、吐出孔の下向角度θは３０°である。

ノズル底部２の内面２１は、深さＬ９が１５ｍｍの凹形状であり、ノズル本体１の外径Ｄ４は１５５ｍｍ、Ｄ６は１７０ｍｍ、Ｄ７は１８０ｍｍ、ノズル底部の厚さＬ８は２５ｍｍ、そしてノズル全長Ｌ１０は７３０ｍｍである。

図６に示される本発明例の浸漬ノズルは、内径の拡管部において、外径も拡大されている点が、図２および図４に示した本発明例の浸漬ノズルとは異なる。スラグライン部の外形Ｄ４に対する拡管部７の外径Ｄ７の拡大量は２５ｍｍである。外径拡大量が大きな場合には、浸漬ノズルの装着が困難になる場合が多いが、スラグライン部に対する外径拡大量が３０ｍｍ以内であれば大きな問題とはならない。

（実施例４）
次に、本発明の浸漬ノズルおよび比較例の浸漬ノズルを用いて実機による溶鋼の連続鋳造試験を行い、本発明の鋳造方法の効果を確認した。試験は、図２に示した本発明例の浸漬ノズルを用いた場合および図３に示した比較例の浸漬ノズルを用いた場合の両ケースについて行い、結果を比較した。

図７は、図２に示す本発明例の浸漬ノズルを流量調整機構であるスライディングゲートの下部に取り付けた試験状況を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。

図２に示した本発明例の浸漬ノズルまたは図３に示した比較例の浸漬ノズルを、上固定盤１０１、スライダー１０２および下固定盤１０３を有する３層式スライディングゲート１００の下部に装着した。そして、溶鋼流量Ｑを４５ｍ³／ｈとし、溶鋼の流量調整部であるスライダー１０２よりも上流側にある上固定盤１０１に備えられたＡｒガス吹込み部１０４から、Ａｒガスを１０ＮＬ／ｍｉｎの流量で吹き込みながら、電磁気流動制御装置を用いずに、鋳型サイズが厚さ２７０ｍｍ×幅１６２５ｍｍ（すなわち矩形比が６．０２）の鋳型により、スラブを連続鋳造した。

鋳造には、質量％で、Ｃ：０．０５％、Ｍｎ：０．３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３％および不可避不純物を含有したアルミキルド低炭素鋼を用いた。また、同一条件を模して行った実機大の水モデル実験によって、図２および図３のいずれに示された浸漬ノズルを用いた場合にも、鋳型内の両（１／４）幅および両（１／８）幅の位置における平均表面流速は、両（１／４）幅で２６〜３５ｃｍ／ｓであり、両（１／８）幅で１８〜３０ｃｍ／ｓであって、いずれも鋳型短辺から浸漬ノズルへ向かう方向に１０〜４０ｃｍ／ｓの範囲内であることを確認した。実機大の水モデル実験における鋳型内流速測定には、直径３ｍｍの小型プロペラ流速計を用いた。

また、この時、第４発明で規定する（（Ｇ１／８）＋Ｇ２）の値は１．２５ＮＬ／ｍｉｎとなる。実機大の水モデル実験は、不活性ガスを吹き込まずに実施したが、流動の数値シミュレーションによる検討の結果、ノズル内のＡｒ流量が１．２５ＮＬ／ｍｉｎでは、鋳型内流動への影響は実験誤差の範囲内であり、小さいことを確認している。

したがって、図２の浸漬ノズルを使用した上記の鋳造条件は、第４発明および第５発明で規定する条件を満足している。

図２に示す本発明例の浸漬ノズルを使用した鋳造と、図３に示す比較例の浸漬ノズルを使用した鋳造とにおける鋳型内湯面レベルの変動幅を比較した結果、図３に示す比較例の浸漬ノズルを使用した場合を１０として、図２に示す本発明例の浸漬ノズルを使用した場合には、４〜７の範囲に低減した。

また、上記の実機大の水モデル実験によれば、図２の浸漬ノズルを用いた本発明の連続鋳造方法および図３の浸漬ノズルを用いた比較例の方法の双方において、鋳型内平均表面流速は同程度であっても、その変動は、本発明の連続鋳造方法の場合では下記のとおり低減した。すなわち、鋳型内の両（１／４）幅を１５分間にわたり０．５秒ピッチで測定した流速データの標準偏差を平均値により除した値である流速安定度指標は、図３に示す浸漬ノズルを用いた比較例の方法の場合を１０として、図２に示す浸漬ノズルを用いた本発明の方法では８．５に低減した。

（実施例５）
図４示した本発明例の浸漬ノズルを用いた場合および図５示した比較例の浸漬ノズルを用いた場合の両ケースについて試験を行い、その結果を比較した。

図８は、図４に示す本発明例の浸漬ノズルを流量調整機構の下部に取り付けて行った試験状況を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。

図４に示した本発明例の浸漬ノズルまたは図５に示した比較例の浸漬ノズルを、上固定盤１０１、スライダー１０２を有する２層式スライディングゲート１００の下部に中間ノズル１１０を介して装着した。そして、溶鋼流量Ｑを４５ｍ³／ｈとし、溶鋼の流量調整部であるスライダー１０２よりも上流側にある上固定盤１０１に備えられたＡｒガス吹込み部１０４から５ＮＬ／ｍｉｎの流量で、さらに浸漬ノズル本体１に設けられたＡｒガス吹込み部１０５から０．４ＮＬ／ｍｉｎの流量で、それぞれＡｒガスを吹き込みながら、電磁気流動制御装置を用いずに、スラブを連続鋳造した。この鋳造では、鋳型サイズは、厚さ２５０ｍｍ×幅１８２５ｍｍ（すなわち矩形比が７．４０）の鋳型を使用した。

鋳造には、質量％で、Ｃ：０．００２％、Ｍｎ：０．４％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３％、少量のＴｉおよびＮｂ、ならびに不可避不純物を含有しためっき鋼板用アルミキルド極低炭素鋼を用いた。また、同一条件を模して行った実機大の水モデル実験によって、図４および図５のいずれに示された浸漬ノズルを用いた場合にも、鋳型内の両（１／４）幅および両（１／８）幅の位置における平均表面流速は、両（１／４）幅で２２〜３１ｃｍ／ｓであり、両（１／８）幅で１３〜２４ｃｍ／ｓであって、いずれも鋳型短辺から浸漬ノズルへ向かう方向に１０〜４０ｃｍ／ｓの範囲内であることを確認した。実機大の水モデル実験における鋳型内流速測定には、直径３ｍｍの小型プロペラ流速計を用いた。

また、この時、第４発明で規定する（（Ｇ１／８）＋Ｇ２）の値は１．０２５ＮＬ／ｍｉｎとなる。実機大の水モデル実験は、不活性ガスを吹き込まずに実施したが、流動の数値シミュレーションによる検討の結果、ノズル内のＡｒ流量が１．０２５ＮＬ／ｍｉｎでは、鋳型内流動への影響は実験誤差の範囲内であり、小さいことを確認している。

したがって、図２の浸漬ノズルを使用した上記の鋳造条件は、第４発明および第５発明で規定する条件を満足している。

図４に示す本発明例の浸漬ノズルを使用した鋳造と、図５に示す比較例の浸漬ノズルを使用した鋳造とにおける鋳型内湯面レベルの変動幅を比較した結果、図５に示す比較例の浸漬ノズルを使用した場合を１０として、図４に示す本発明例の浸漬ノズルを使用した場合には、５〜７の範囲に低減した。

また、上記の実機大の水モデル実験によれば、図４の浸漬ノズルを用いた本発明の連続鋳造方法および図５の浸漬ノズルを用いた比較例の方法の双方において、鋳型内平均表面流速は同程度であっても、その変動は、本発明の連続鋳造方法の場合では下記のとおり低減した。すなわち、鋳型内の両（１／４）幅を１５分間にわたり０．５秒ピッチで測定した流速データの標準偏差を平均値により除した値である流速安定度指標は、図５に示す浸漬ノズルを用いた比較例の方法の場合を１０として、図４に示す浸漬ノズルを用いた本発明の方法では８．０に低減した。

本発明の浸漬ノズルは、ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置よりも上方において、ノズル外径が実質的に増大することなく、その内径が拡大した形状を有するので、高スループットの鋳造操業条件下においても、鋳型内における溶融金属の安定流動を確保できるノズルである。しかも、鋳型内面との空間的余裕を確保することができ、また、取付け装置の制約を受けることもなく、さらに、ノズル製造時における耐火物の歩留まりロスおよび製造工数をも低減できる。上記浸漬ノズルを用いる本発明の連続鋳造方法によれば、溶融金属の安定した鋳型内流動を容易に実現し、良好な品質の鋳片を高い生産性のもとに連続鋳造することができる。したがって、本発明は溶融金属の連続鋳造工程において広範に適用できる価値の高い技術である。

本発明の浸漬ノズルの構造を説明するための模式図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。 本発明例の浸漬ノズルの構造を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。 図２に示す本発明例に対応する比較例の浸漬ノズルの構造を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。 別の本発明例の浸漬ノズルの構造を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。 図４に示す本発明例に対応する比較例の浸漬ノズルの構造を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。 さらに別の本発明例の浸漬ノズルの構造を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。 図２に示す本発明例の浸漬ノズルを流量調整機構の下部に取り付けた状況を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。 図４に示す本発明例の浸漬ノズルを流量調整機構の下部に取り付けた状況を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面を、同図（ｃ）は吐出孔出口の形状を、それぞれ示す。

符号の説明

１：浸漬ノズル本体（円筒状本体）、 ２：底部、 ２１：底部内面、
３：底部近傍の側壁、 ４：吐出孔、５：浸漬ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置の範囲、
６：上端接合面、 ７：拡管部、 ７１：拡管部上端、 ７２：拡管部下端、
７３：拡管部の上端部、 ７４：拡管部の下端部、 ８：吐出孔の中心軸、
９：高耐食性耐火物、 １０：環状突起部、 １００：流量調整機構（スライディングゲート）、 １０１：上固定盤、 １０２：スライダー、 １０３：下固定盤、
１０４、１０５：Ａｒガス吹込み部、
ａ：吐出孔出口の最大幅、 ｂ：吐出孔出口の最大高さ、
Ｄｅ：拡管部の内径、 Ｄｅ１：拡管部上端での内径、 Ｄｅ２：拡管部下端での内径、
Ｄ３：吐出孔直上部のノズル内径、 θ：吐出孔の水平面からの下向き角度、
Ｌ１：操業中鋳型内湯面高さの設定範囲、 Ｌ２：鋳型内湯面相当高さから拡管部の下端までの上向き距離

Claims (5)

1. 有底の円筒状本体の底部近傍の側壁に対向して設けられた２つの吐出孔を有する溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルであって、該円筒状本体を有する浸漬ノズルをタンディッシュ底部の流量調整機構の下部に取り付けた際に、該浸漬ノズルの鋳型内湯面相当高さ位置よりも１０ｍｍ以上上方で、かつ浸漬ノズルの上端接合面よりも下方の領域において、ノズルの内径が他の領域に比べて拡大した拡管部を有し、吐出孔よりも上方の領域には該拡管部以外には流動制御機構を有しないことを特徴とする溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズル。
2. 前記拡管部のノズル軸方向長さが１５０ｍｍ以上であり、該拡管部の上端は浸漬ノズル本体の上端接合面から１０ｍｍ以上下方にあり、該拡管部の平均内径は吐出孔直上部のノズル内径よりも６〜６０ｍｍ大きく、該拡管部の下端部における内径の縮小勾配が浸漬ノズルの軸方向長さ１０ｍｍあたり内径縮小量で３ｍｍ以上であり、該拡管部の下端から浸漬ノズル底部の内面までの距離が５００ｍｍ以下であり、該浸漬ノズル本体上端の接合面の面積が８０００ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズル。
3. 前記吐出孔直上部のノズル内径が７０〜１１０ｍｍであり、吐出孔出口の最大幅が（ノズル内径−２０ｍｍ）以上（ノズル内径＋２０ｍｍ）以下の範囲内にあり、吐出孔の形状は吐出孔出口の該最大高さと該最大幅との比の値が０．６〜１．５であり、該吐出孔の水平面に対する下向き角度が１５〜４５°であり、ノズル底部の内面は深さが５〜３０ｍｍの凹形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融金属の連続鋳造用浸漬ノズルを用いる連続鋳造方法であって、該浸漬ノズルの内部を流れる溶融金属の流量Ｑが３０〜６０ｍ³／ｈであり、溶融金属の流量調整部よりも上流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ１、溶融金属の流量調整部よりも下流側における不活性ガスの吹込み総量をＧ２としたとき、（Ｇ１／８＋Ｇ２）の値が０．２〜３ＮＬ／ｍｉｎであることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
5. 請求項４に記載の溶融金属の連続鋳造方法であって、溶融金属を鋳造するための鋳型の横断面の長辺長さと短辺長さとの比が４〜１０であり、電磁力による溶融金属の流動制御を行わない場合に、鋳型の両短辺から鋳型幅の（１／４）の位置および鋳型の両短辺から鋳型幅の（１／８）の位置において鋳型短辺から浸漬ノズルの方向に向かう溶融金属表面の平均流速がいずれも１０〜４０ｃｍ／ｓであることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。

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