JP2021049546A - 溶融金属の注湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取鍋２０底部に設けたスライディングゲート１とロングノズル１１を経由して中間容器２２に溶融金属を注湯する、溶融金属の注湯装置において、ロングノズル内壁への介在物付着を低減し、溶融金属中の非金属介在物量を低減して溶融金属を高清浄度化し、中間容器底部耐火物の寿命を延長する。【解決手段】取鍋底部のスライディングゲート１は、それぞれのプレート２における流路孔６の流路軸線方向と摺動面垂直下流方向との間の流路軸線傾斜角度が５°以上７５°以下であり、摺動面流路軸線方向が、プレート相互間で相違し、下流に行くに従って時計回り方向あるいは反時計回り方向に変化することで、ロングノズル１１内の溶融金属流１７中にの旋回流を形成する。さらに、溶融金属流中に不活性ガスを吹き込む不活性ガス供給装置を有する。【選択図】図１

Description

本発明は溶融金属の注湯装置であり、特に、取鍋底部に設けたスライディングゲートとその下方のロングノズルを経由して溶融金属を注湯する、溶融金属の注湯装置に関するものである。

溶融金属、例えば溶鋼の連続鋳造においては、取鍋内に収容された溶鋼がタンディッシュなどの中間容器に移注され、さらにタンディッシュから鋳型内に注入される。取鍋底部にはスライディングゲートなどの流量調整機構を有する溶融金属排出装置が設けられ、スライディングゲートの下流側のタンディッシュ内に溶鋼が移注される。取鍋底部の溶融金属排出装置からタンディッシュ（中間容器）内の溶鋼表面までの溶鋼流について、大気との接触による溶鋼酸化を防止するため、溶鋼流を大気雰囲気から遮断する手段が講じられる。通常は、ロングノズルあるいは注入管と呼ばれる、溶鋼流を取り囲む耐火物製の管が設けられる。本発明では、ロングノズルを用いる場合を対象とする。以下、溶融金属として溶鋼を用いた場合であって、中間容器としてタンディッシュを用いた場合を例に取り、説明を行う。
ロングノズルは、溶融金属排出装置から流下した溶融金属流を取り囲むように配置され、ロングノズルの上端は溶融金属排出装置の下端に接しており、ロングノズルの下端は中間容器内に収容した溶融金属中に浸漬する位置に設けられる。

精錬が終了し、取鍋内に収容された溶鋼中には、脱酸生成物起因の非金属介在物が含まれている。取鍋からロングノズルを経由して排出された溶鋼流には非金属介在物が含まれているため、溶鋼中の非金属介在物がロングノズル内壁と接触し、ロングノズル内壁に非金属介在物が析出して堆積する現象が見られる。ロングノズル内壁に析出した非金属介在物が原因となり、ロングノズルの内壁に地金が付着すると、ロングノズル閉塞に至り、連続鋳造が中断される事態となる。
また、ロングノズルからの落下流がロングノズル直下のタンディッシュ底部に衝突することでロングノズル直下の底部耐火物が局所的に損耗してしまう。これを回避するためにロングノズル直下の耐火物のみ構造や組成が異なるようにタンディッシュは設計・組立施工されているが、その分、タンディッシュ施工のコストアップにつながる。

前述のように、連続鋳造工程において、取鍋からタンディッシュ内に注入される溶鋼中には非金属介在物が含まれており、取鍋からタンディッシュを経由して鋳型内に注入されるまでの過程においても、溶鋼が大気や酸化性スラグに接触する機会があり、溶鋼中の非金属介在物が増大することとなる。溶鋼中の非金属介在物は、鋳造された鋳片の内部や表面付近に取り込まれると、製品の内部欠陥や表面欠陥の原因となるので、極力除去する必要がある。

タンディッシュ内で非金属介在物を除去するためには、ロングノズルを経由してタンディッシュ内に流入した溶鋼中を非金属介在物が浮上し、タンディッシュ内溶鋼表面において溶鋼から分離するチャンスを増大することが好ましい。そのためには、ロングノズルから流出して流れ来る溶鋼の鋳型に至るまでの流れがプラグフローとなることが理想とされ、プラグフローのごとくタンディッシュ水平断面で溶鋼の均一な緩流を実現することで、溶鋼内の介在物が浮上する時間を十分に確保することが可能となる。
ところが、取鍋底部からタンディッシュ容器内の湯面下まで伸びるロングノズルを通る溶鋼は、ロングノズルから流出後も落下のエネルギーを大きく消散することなくタンディッシュ底部に輸送されるので、ロングノズル直下のタンディッシュ底部に衝突した溶鋼流は底部近傍を伝って浸漬ノズルを通して鋳型に流れ込む、いわゆるショートパスを形成してしまう。ショートパスの溶鋼流は短時間で浸漬ノズル部に到達して鋳型内に流入するため、介在物の浮上時間を十分に確保することができず、鋳造された鋳片中の介在物性欠陥が増加してしまう。
タンディッシュ内に堰を設置することでロングノズル使用時のショートパス形成を回避することが可能だが、施工のコストアップにつながる（非特許文献１）。

特許文献１、２には、注入管（ロングノズル）の、タンディッシュ内溶鋼に浸漬させた部位で、ロングノズル内に不活性ガスを吹き込みながら注入する介在物除去方法が開示されている。これにより、微細な気泡を溶鋼中に混入させることが可能となり、この気泡によりタンディッシュ内において介在物を効率よく除去できるとしている。
特許文献３には、取鍋から中間鍋ないしはタンディッシュを経由して連鋳モールドに溶鋼を鋳込む鋳造方法において、取鍋スライディングノズルから粉末を窒素ガスにより流入溶鋼に吹き込み、あるいは断気用ノズル（ロングノズル）からポーラスブリッジを介してＡｒガスを流出溶鋼中に吹き込む鋳造方法が開示されている。不活性ガスを吹き込む場所については、取鍋流出孔近傍がある。

特開２０００−２０２６０２号公報 特開２００２−２０５１５０号公報 特開昭５７−１７７９１４号公報

城田良康, 西山記念技術講座第143・144回, (1992), 167-191

本発明は、取鍋から中間容器、例えばタンディッシュへの溶融金属注入にロングノズルを用いる溶融金属の注湯装置において、ロングノズル内壁に非金属介在物が析出して堆積することに起因するロングノズルの閉塞を防止し、ロングノズル直下の中間容器（タンディッシュ）耐火物の損耗を防止するとともに、タンディッシュ内での非金属介在物の浮上分離を促進することのできる、溶融金属の注湯装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、ロングノズルから中間容器（タンディッシュ）を経由する溶融金属について、気泡を用いた非金属介在物の除去を増進することのできる、溶融金属の注湯装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
［１］取鍋内に収容された溶融金属を注湯するための注湯装置であって、
取鍋と、取鍋下方には取鍋から流下した溶融金属を収容する中間容器とを有し、前記取鍋の底部には溶融金属排出装置を有し、当該溶融金属排出装置は溶融金属の流量を調整するスライディングゲートを有し、溶融金属排出装置の下方には溶融金属排出装置から流下した溶融金属流を取り囲むようにロングノズルが配置され、当該ロングノズルの上端は前記溶融金属排出装置の下端に接しており、ロングノズルの下端は前記中間容器内に収容した溶融金属中に浸漬する位置に設けられ、
前記スライディングゲートは溶融金属が通過する流路孔が形成された複数のプレートを有し、前記プレートのうちの少なくとも１枚のプレートは摺動が可能なスライド板であり、
それぞれのプレートにおける流路孔は、プレートの表面のうち、通過する溶融金属の上流側に位置する上流側表面に上流側表面開孔を形成し、下流側に位置する下流側表面に下流側表面開孔を形成し、上流側表面開孔図形の重心から下流側表面開孔図形の重心に向く方向を流路軸線方向とし、
プレートの摺動面に垂直な下流方向（以下「摺動面垂直下流方向」という。）と前記流路軸線方向とがなす流路軸線傾斜角度αが５°以上７５°以下であり、
前記流路軸線方向を摺動面に投影した方向を摺動面流路軸線方向と呼び、スライディングゲートを閉とするときに前記スライド板を摺動する方向を摺動閉方向と呼び、摺動閉方向に対し、前記摺動面流路軸線方向が、前記摺動面垂直下流方向に見て時計回りになす角度を流路軸線回転角度θ（±１８０度の範囲）と呼び、当該流路軸線回転角度θは、隣接するプレート間で異なっており、最も上流側のプレートのθをθ₁、その一つ下流側のプレートのθをθ₂、さらに一つ下流側のプレートのθをθ₃と順に番号を付け、Δθ_N＝θ_N−θ_N+1（Ｎは１以上の整数でプレートの枚数−１まで）としたとき、
角度Δθ_Nがいずれも１０°以上かつ１７０°未満、又は角度Δθ_Nがいずれも−１７０°超かつ−１０°以下であることを特徴とする溶融金属の注湯装置。
［２］前記ロングノズルの内部空間は、円筒もしくは矩形の水平断面形状を有し、
スライディングゲートの流路孔の内径をＤとしたとき、前記ロングノズルの内径は１．５×Ｄ以下であることを特徴とする［１］に記載の溶融金属の注湯装置。
［３］前記溶融金属排出装置と前記ロングノズルの一方又は両方に、溶融金属流に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給装置を有することを特徴とする［１］又は［２］に記載の溶融金属の注湯装置。
［４］スライディングゲートを形成するプレートの数が２枚もしくは３枚でありスライド板が１枚であることを特徴とする［１］から［３］までのいずれか１つに記載の溶融金属の注湯装置。
［５］前記ロングノズルの下端部内周形状は、ロングノズル内壁からロングノズル出口に向かって拡管状形状を有するように成形してなることを特徴とする［１］から［４］までのいずれか１つに記載の溶融金属の注湯装置。

本発明は、ロングノズル内の流れを旋回流とした結果として、ロングノズル内壁への非金属介在物付着を防止し、ロングノズル下端から下方に向かう溶融金属流速を低減することができ、中間容器底面の耐火物寿命の延長が実現するとともに、タンディッシュ（中間容器）内の溶融金属流動において、ロングノズル部から注入孔までの溶鋼流動のショートパス形成を回避して、非金属介在物浮上時間を確保し、鋳片中の非金属介在物除去効率の向上が実現する。
本発明はまた、ロングノズル内の溶融金属流に旋回を付与するとともに不活性ガスを供給することより、不活性ガス気泡及び非金属介在物は旋回流に起因して溶融金属流の中心に集まり、ロングノズルの下端から中間容器内に流出した後、気泡に拘束された非金属介在物は速やかに中間容器内を上昇して溶融金属表面に分離除去される。

本発明の溶融金属の注湯装置を示す概念断面図である。 本発明の溶融金属の注湯装置のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）は下固定板のそれぞれ平面図、（Ｄ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｅ）はＥ−Ｅ矢視図、（Ｆ）はＦ−Ｆ矢視断面図である。 本発明の溶融金属の注湯装置のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視図、（Ｄ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｅ）はＥ−Ｅ矢視図である。 本発明のスライディングゲート内の流れを示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視図、（Ｄ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｅ）はＥ−Ｅ矢視図である。 本発明の溶融金属の注湯装置のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ矢視図、（Ｅ）はＥ−Ｅ矢視断面図である。 本発明の溶融金属の注湯装置のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ矢視図である。 本発明の上固定板の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ矢視断面図である。 比較例のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ矢視図、（Ｅ）はＥ−Ｅ矢視断面図である。 比較例のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ矢視図である。 従来のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）は下固定板のそれぞれ平面図、（Ｄ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｅ）はＥ−Ｅ矢視図、（Ｆ）はＦ−Ｆ矢視断面図である。 従来のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視図、（Ｄ）はスライディングゲートと下部ノズルを組み合わせた正面図、（Ｅ）はＥ−Ｅ矢視図である。 ロングノズル下端からの吐出流の流線を示す断面図であり、（Ａ）は旋回流を形成した本発明例、（Ｂ）は旋回流を形成しない比較例である。 不活性ガス供給装置を有する、本発明の溶融金属の注湯装置を示す概念断面図である。 水モデル実験において、旋回流を付与したときのロングノズル内での気泡の形成状況を示す図である。 本発明の連続鋳造用注湯装置のロングノズル下端部の形状を示す断面図である。 水モデル実験３で用いた注湯装置と中間容器を示す断面図である。

本発明は溶融金属の注湯装置であり、特に、取鍋底部に設けたスライディングゲートを経由して中間容器に溶融金属を注湯する、溶融金属の注湯装置に関するものである。溶融金属として、好ましくは溶鋼が用いられる。以下、溶融金属が溶鋼である場合を事例として説明を行う。

図１に示すように、取鍋２０底部に配設するスライディングゲート１は、溶融金属排出装置１３の一部として構成される。２枚もしくは３枚のプレート２を重ねて構成されたスライディングゲート１において、各プレート２には流路孔６が設けられている。図１０、図１１に示すように、スライディングゲート１を構成するプレートのうちのスライド板４を摺動させ、各プレートの流路孔６の重なりによってスライディングゲート１が「開」となっているとき、流路孔６の上流側から下流側に向けて溶融金属が流通する。プレート２の摺動面３０に垂直で下流方向に向かう方向（摺動面垂直下流方向３２）は、上から下に向かって鉛直下方に向いている。従来用いられているスライディングゲートにおいて、プレート２の流路孔６は、通常はその内周形状が円筒形であり、円筒の軸方向は摺動面垂直下流方向３２に平行に構成されている。溶融金属排出装置１３は、スライディングゲート１の下部に下部ノズル１４が配設される。

鋼の連続鋳造においては、図１に示すように、取鍋２０の下方に中間容器２２としてタンディッシュ２１が配置され、取鍋２０底部に設けたスライディングゲート１を経由して、溶鋼がタンディッシュ２１に移注され、さらにタンディッシュから図示しない鋳型内に注入される。取鍋底部に設けたスライディングゲート１が流量調整機構として機能する。取鍋底部のスライディングゲート１からタンディッシュ２１内の溶鋼表面（溶融金属表面２４）までの溶鋼流について、大気との接触による溶鋼酸化を防止するため、溶鋼流を大気雰囲気から遮断する手段として、溶鋼流を取り囲むように、ロングノズル１１あるいは注入管が配置される。本発明は、ロングノズル１１を用いる場合を対象とする。

ロングノズル１１は、溶融金属排出装置１３の下方に配置されている。ロングノズル１１の上端は溶融金属排出装置１３の下端に接しており、ロングノズル１１の下端は中間容器２２内に収容した溶融金属２３中に浸漬する位置に設けられている。これにより、取鍋底部の溶融金属排出装置１３から流出した溶融金属流１７は、大気と遮断されたままで中間容器内の溶融金属浴に到達するので、溶融金属の酸化を防止することができる。

本発明は、本発明に特有のスライディングゲート１を用いることにより、スライディングゲート１下方の溶融金属の流路（下部ノズル１４及びロングノズル１１が形成する流路）内において、溶融金属流１７が流路の軸方向を旋回軸として旋回しつつ流下することを特徴とする。
液体の旋回流が受ける遠心力場において、液体中に含まれ、液体よりも比重が軽い固体（あるいは気泡）は、重力場における浮力と同様、遠心力場と反対方向に力を受ける。この力を以下、この明細書では向心力と呼ぶ。
ロングノズル１１内を通過する溶融金属流１７中に含まれる非金属介在物は、溶融金属よりも比重が軽いので、ロングノズル内溶融金属流１７の旋回流に起因する向心力によって、溶融金属流１７の外周から中心へ移動する。その結果として、ロングノズル１１内壁への非金属介在物の付着が低減し、非金属介在物付着起因の地金付きを低減することができる。
ロングノズル内の溶融金属流１７を旋回流とした結果として、ロングノズル下端１２から下方に向かう溶融金属流速を低減することができる。この結果として第１に、中間容器２２底面への衝突負荷が減るので耐火物寿命の延長が実現する。また第２に、タンディッシュ２１（中間容器２２）内の溶融金属流動において、ロングノズル部から注入孔までの溶鋼流動のショートパス形成を回避して、溶融金属の滞留時間を増加するため非金属介在物浮上時間を確保し、鋳片中の非金属介在物除去効率の向上が実現する。

本発明は、ロングノズル１１内の溶融金属流１７に旋回を付与するとともに、溶融金属排出装置１３とロングノズル１１の一方又は両方に不活性ガス供給装置１５を配置し、溶融金属流１７に不活性ガスを供給することより、さらに良好な結果を得ることができる。図１３に示す例では、不活性ガス供給装置１５として、溶融金属排出装置１３の下部ノズル１４の四周からノズルを用いてガスを吹き込む形態としている。ガス吹き込み端としてポーラスレンガを用いても良い。ロングノズル内の溶融金属流１７において、吹き込んだ不活性ガス起因の気泡及び非金属介在物はいずれも溶融金属よりも比重が軽いので、旋回流に起因する向心力によって両者は溶融金属流１７の中心に集まり、集まった非金属介在物は同じく集まった気泡に捕捉され、ロングノズル下端１２から中間容器２２内に流出した後、気泡に捕捉された非金属介在物は速やかに中間容器２２内を上昇して溶融金属表面に分離除去される。
以下、本発明の詳細について順次説明する。

《スライディングゲート》
ここで、従来のスライディングゲートと、吐出流に旋回運動を付与できる本発明のスライディングゲートについて、図１〜図１１に基づいて説明する。

従来用いられているスライディングゲートにおいて、プレート２の流路孔６は、図１０、図１１に示すように、通常はその内周形状が円筒形であり、円筒の軸方向は摺動面垂直下流方向３２に平行に構成されている。これに対し本発明は、図２〜図９に示すように、流路孔６の向く方向を、摺動面垂直下流方向３２からある角度を持った斜孔とし、摺動面３０に投影した斜孔の方向を２枚ないしは３枚のプレートで異なった方向にしたものを適宜組み合わせることによって、スライディングゲート１及びその下流側のロングノズル１１内部の溶融金属流について、下流側に向かう流れのみでなく、周方向流速を付加し旋回流を形成するのである。

流路孔６の断面形状として、通常は軸方向に垂直な断面が真円の円筒形状が用いられる。本発明のスライディングゲート１において、プレート２に形成される流路孔６は、円筒形状に限られるものではなく、また流路孔の軸方向についても、プレート内において変化するものであってもかまわない。そこでまず、プレート２に形成された流路孔６の軸線を定義することとする。

図１０によって、従来のスライディングゲート１の流路孔６について説明する。図１０のスライディングゲート１は、３枚のプレート２を有し、上流側から上固定板３、スライド板４、下固定板５からなる。各プレート２には、断面が真円の円筒形状であって、円筒の軸方向が摺動面３０に垂直下流方向（摺動面垂直下流方向３２）に向いた流路孔６が形成されている。各プレートの上流側表面を上流面７ｕ、下流側表面を下流面７ｄと呼ぶ。上流面７ｕにおいて流路孔６の内周面が形成する図形（上流側表面開孔）を上流開孔８ｕと呼ぶ。また、下流面７ｄにおいて流路孔６の内周面が形成する図形（下流側表面開孔）を下流開孔８ｄと呼ぶ。図１０に示す例では流路孔６の円筒形状の軸線が摺動面に垂直であるため、図１０（Ａ）〜（Ｃ）においては、上流開孔８ｕと下流開孔８ｄが重なっている。上流開孔８ｕ、下流開孔８ｄの形状をそれぞれ図形と見なすと、当該図形の重心を定義することができる。それぞれ、上流側表面開孔図形重心を上流開孔重心９ｕ、下流側表面開孔図形重心を下流開孔重心９ｄと呼ぶこととする。図１０に示す例では、上流開孔８ｕ、下流開孔８ｄともに図形形状が真円であるため、上流開孔重心９ｕ、下流開孔重心９ｄは真円図形の中心と一致している。次に、上流開孔重心９ｕと下流開孔重心９ｄを通過し、下流側に向く方向を、流路軸線方向１０と定義する。図１０に示す例では、流路軸線方向１０は摺動面垂直下流方向３２と同じ方向となる。図１０（Ｆ）おいて、一点鎖線で描写した線が流路軸線方向１０である。

次に図２によって、本発明のスライディングゲート１の流路孔６について説明する。図２のスライディングゲート１は、３枚のプレートを有し、上流側から上固定板３、スライド板４、下固定板５からなる。各プレートには、軸方向断面が真円の円筒形状であって、円筒の軸方向が摺動面垂直下流方向３２から傾いた方向となる流路孔６が形成されている。図２（Ａ）（Ｆ）により、上固定板３を例にとって説明する。図２（Ｆ）は図２（Ａ）のＦ−Ｆ矢視断面図である。円筒の軸方向と摺動面垂直下流方向３２とが傾いているため、図２（Ａ）において上流開孔８ｕと、下流開孔８ｄが異なった位置に描かれている。軸方向断面が真円で、軸方向が摺動面垂直下流方向３２から傾いた円筒形状であるため、上流開孔８ｕと下流開孔８ｄとはそれぞれ僅かに真円から外れた楕円を形成している。ただし、図面上は便宜上真円として描画している。上流開孔８ｕと下流開孔８ｄそれぞれの図形の重心を上流開孔重心９ｕ、下流開孔重心９ｄとして定めることができる。さらに、上流開孔重心９ｕと下流開孔重心９ｄとを通過して下流側に向くように、流路軸線方向１０を定めることができる。図２（Ｆ）において、一点鎖線で描写した線が流路軸線方向１０である。図２に示す例では、流路軸線方向１０は、流路孔６を形成する、軸方向断面が真円の円筒形状の軸線方向と一致している。ここにおいて、プレートの摺動面に垂直な下流方向（摺動面垂直下流方向３２）と流路軸線方向１０とがなす角度を流路軸線傾斜角度αとおく。ここで、流路軸線方向を定めるのに円の中心ではなく開孔重心を用いているのは、開孔形状が真円でない場合にも普遍的に流路軸線方向を定義するためである。

図１０に示す例では、上固定板３の下流開孔８ｄとスライド板４の上流開孔８ｕ、スライド板４の下流開孔８ｄと下固定板５の上流開孔８ｕが、それぞれ一致するように、スライド板４の摺動位置が定まっており、即ちスライディングゲート１は全開の状態である（図１０（Ｄ）参照）。図１０に示すスライディングゲート１は、スライド板４を図の左方向に移動することにより、スライディングゲート１の開度を小さくすることができる。図１１は、図１０と同じスライディングゲート１について、開度を１／２とした状態を示している。スライド板４の位置をさらに図の左側に移動することにより、スライディングゲート１を全閉とすることができる。図２、図３に示す例でも同様である。図２はスライディングゲート１が全開であり、上固定板３の下流開孔８ｄとスライド板４の上流開孔８ｕ、スライド板４の下流開孔８ｄと下固定板５の上流開孔８ｕが、それぞれ一致するように、スライド板４の摺動位置が定まっている。図３は図２と同じスライディングゲート１について、スライディングゲート１の開度が１／２の状態を示している。そこで、スライディングゲート１を閉とするときにスライド板４を摺動する方向を、以下「摺動閉方向３３」と呼ぶ。

図２に示す本発明の例では、流路軸線方向１０が摺動面垂直下流方向３２に対して流路軸線傾斜角度αで傾いているため、流路軸線方向１０を摺動面に投影した方向を摺動面流路軸線方向３１としたとき、摺動面流路軸線方向３１を定めることができる。図２（Ａ）〜（Ｃ）、（Ｆ）それぞれ、摺動面流路軸線方向３１を細線矢印で示している。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）では、摺動面流路軸線方向３１は流路軸線方向１０と重なっている。また、図１０に示す例では、流路軸線方向１０が摺動面垂直下流方向３２を向いているため、図１０（Ａ）〜（Ｃ）には摺動面流路軸線方向３１が現れない。

次に、摺動面流路軸線方向３１と摺動閉方向３３との間の角度関係について定義する。摺動閉方向３３に対し、摺動面流路軸線方向３１が、摺動面垂直下流方向３２に見て時計回りになす角度を流路軸線回転角度θと呼ぶ。流路軸線回転角度θは、±１８０°の範囲の角度として定義する。即ち、摺動面流路軸線方向３１が、摺動面垂直下流方向３２に見て時計回りに＋１８０°を超える角度（θ’）となったときには、「θ＝θ’−３６０°」として、角度θをマイナスの値として定める。角度θの下添え字として、最も上流側のプレートのθをθ₁、その一つ下流側のプレートのθをθ₂、さらに一つ下流側のプレートのθをθ₃と順に番号を付ける。代表してθ_Nと表現するとき、Ｎは１以上の整数でスライディングゲート１のプレート枚数までの数値を意味する。図２に示す例では、上固定板３は角度θ₁＝−４５°、スライド板４は角度θ₂＝＋９０°、下固定板５は角度θ₃＝−１３５°となる。

さらに、スライディングゲート１において、相互に接する２枚のプレート間の流路軸線回転角度の関係について以下のように定義する。即ち、Δθ_N＝θ_N−θ_N+1としてΔθ_Nを定める。Δθ_Nは、上記θ_Nと同様、±１８０度の範囲の角度として定義する。即ち、Δθ_Nが＋１８０°を超える角度（Δθ_N’）となったときには、「Δθ_N＝Δθ_N’−３６０°」として、Δθ_Nをマイナスの値として定める。また、Δθ_Nが−１８０°未満の角度（Δθ_N’）となったときには、「Δθ_N＝Δθ_N’＋３６０°」として、Δθ_Nをプラスの値として定める。これにより、Δθ_Nは±１８０°の範囲内の数字となる。ここで、Δθ_Nが０°超＋１８０°未満の場合には、上流から下流に向けて、流路軸線回転角度θ_Nが反時計回りに変化していることを示す。逆に、Δθ_Nが−１８０°超０°未満の場合には、上流から下流に向けて、流路軸線回転角度θ_Nが時計回りに変化していることを示す。図２に示す例では、Δθ₁＝θ₁−θ₂＝−１３５°、Δθ₂’＝θ₂−θ₃＝２２５°であるからΔθ₂＝Δθ₂’−３６０°＝−１３５°となる。Δθ₁、Δθ₂いずれも−１８０〜０°の範囲内にあるので、流路軸線回転角度が時計回りに変化していることを示す。

以上のような準備のもと、本発明のスライディングゲート１が具備すべき条件とその理由について説明する。

従来のスライディングゲート１においては、図１０、図１１に示すように、流路軸線方向１０が摺動面に垂直であり、即ち流路軸線傾斜角度αが０°であり、傾きを有していなかった。それに対して本発明は、流路軸線方向１０が摺動面垂直下流方向３２に対して傾いており、流路軸線傾斜角度αが０°ではないことを第１の特徴とする。流路軸線が摺動面垂直下流方向３２に対して傾いていることから、プレート内を流れる溶融金属は、摺動面垂直下流方向３２の速度成分のみならず、摺動面垂直下流方向３２に対して直角の速度成分（水平方向の速度成分）を有することとなる。本発明においては、流路軸線傾斜角度αが５°以上７５°以下である。角度αを５°以上とすることにより、溶融金属は十分な水平方向の速度成分を持つこととなり、下記に示すようにロングノズル内における旋回流の形成を可能とする。角度αは、好ましくは１５°以上、より好ましくは２５°以上である。一方、角度αが大きすぎると耐火物の強度確保や損耗抑制の観点から好ましくないので、角度αを７５°以下とする。角度αは、好ましくは６５°以下、より好ましくは５５°以下である。

連続鋳造中のスライディングゲート１の開口状況について、タンディッシュ内の湯面レベルが一定で、一定鋳造速度で鋳造を行っている定常状態においては、スライディングゲートの開口を全開（図１０参照）とするのではなく、開度を絞った状態（図１１参照）で鋳造が行えるよう、スライディングゲート流路孔断面積の選択が行われている。図１１はスライディングゲート１の開度が１／２である。この場合、スライディングゲート１の開口面積は、真円である流路孔の断面積の０．３１倍と計算される。定常の連続鋳造中において、このように絞られた小断面が開口面積となる結果、スライディングゲート１のスライド板４よりも下流側については、流路内を小断面の高速な流れが流れていく状況となる。

図３は、図２に示す形状の本発明のスライディングゲート１（開度全開）の開度を変更し、開度を１／２としたときのスライディングゲートを示している。図３（Ａ）は図３（Ｄ）のＡ−Ａ矢視図であり、上固定板３の下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、スライド板４については上流開孔８ｕ（４）のみが同じく一部実線、一部破線で描かれている。図３（Ｂ）は図３（Ｄ）のＢ−Ｂ矢視図であり、スライド板４の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、下固定板５の上流開孔８ｕが同じく一部実線、一部破線で、下流開孔８ｄが全部破線で描かれている。図３（Ｃ）は図３（Ｄ）のＣ−Ｃ矢視図であり、下固定板５の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれている。

図３に示すように開度を１／２としたときの、スライディングゲートの流路孔内及びロングノズル内の溶融金属の流れについて、図４に基づいて説明を行う。図４において、図４（Ａ）は図４（Ｄ）のＡ−Ａ矢視図であり、上固定板３の下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、スライド板４については上流開孔８ｕのみが同じく一部実線、一部破線で描かれている。図４（Ｂ）は図４（Ｄ）のＢ−Ｂ矢視図であり、上固定板３の下流開孔８ｄ（３）の位置が２点鎖線で示され、スライド板４の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、下固定板５の上流開孔８ｕが同じく一部実線、一部破線で、下流開孔８ｄが全部破線で描かれている。図４（Ｃ）は図４（Ｄ）のＣ−Ｃ矢視図であり、スライド板４の下流開孔８ｄ（４）の位置が２点鎖線で示され、下固定板５の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれている。また、溶融金属の流線１８が、図４（Ａ）〜（Ｃ）には太線矢印で、（Ｄ）（Ｅ）には太破線矢印で示されている。

図２、図３のスライディングゲート１については、前述のように、隣接する流路軸線回転角度θ_Nの差Δθ_Nは、Δθ₁＝Δθ₂＝−１３５°であって、いずれもΔθ_Nが−１８０°超０°未満であるから、上流から下流に向けて、流路軸線回転角度θ_Nが時計回りに変化していることを示す。上固定板３の流路孔６内を流れる溶融金属流は、図４（Ａ）に示すように、上固定板３の流路軸線方向１０に沿って流れる。上固定板３とスライド板４の接触面では、上固定板３の下流開孔８ｄ（図４（Ｂ）の２点鎖線）とスライド板４の上流開孔８ｕ（図４（Ｂ）の実線）との重なり部（開口部）の小断面内を下流側に流下する。スライド板４の流路孔６内においては、上固定板３の下流開孔８ｄ（図４（Ｂ）の２点鎖線）とスライド板４の上流開孔８ｕ（図４（Ｂ）の実線）との重なり部（開口部）の小断面から流出した溶融金属流は、図４（Ｂ）に流線１８を示すように、スライド板４の流路孔６の内側壁面（円筒面）に沿った旋回流を形成し、下流側の、スライド板４の下流開孔８ｄ（図４（Ｃ）の２点鎖線）と下固定板５の上流開孔８ｕ（図４（Ｃ）の実線）との重なり部（開口部）の小断面から、さらに下固定板５の流路孔６内に流出する。下固定板５の流路孔６内では、図４（Ｃ）に流線１８を示すように、下固定板５の流路孔６の内側壁面（円筒面）に沿った旋回流を形成し、そのまま、下流側のロングノズル１１内に流出し、図４（Ｄ）（Ｅ）に示すように、流路内で流線１８は旋回流を維持したまま、ロングノズル１１内を下流側に移動していく。

図１１に示すような従来のスライディングゲート１を用いた場合、スライディングゲート１の開口部から流出する際に溶融金属流が有している運動エネルギーのすべてが下流方向に向かう流速に費やされている。それに対して、図３に示すような本発明のスライディングゲート１を用いた場合、スライディングゲート１から流出する際に、溶融金属流の運動エネルギーは下流方向に向かう流速と旋回してロングノズルの内周面を旋回する旋回速度とに分散されるので、図１１に示す従来のスライディングゲート１と比較し、下流方向に向かう流速を抑制することが可能となる。

スライディングゲート１の流路孔６内に旋回流を形成し、スライディングゲート下流側のロングノズル内においても旋回流を形成するための、隣接するプレートの流路軸線回転角度θ_N相互間の差である角度Δθ_Nの条件について説明する。前述のように、Δθ_Nは±１８０°の範囲内の角度として定義されている。ここにおいて、Δθ_N＝−１０°超かつ＋１０°未満の場合には、流路軸線回転角度θ_Nとθ_N+1の差異が小さすぎ、旋回流を形成できない。一方、Δθ_Nが＋１７０°以上又は−１７０°以下の場合、Δθ_Nの絶対値が大きすぎ、かえって旋回流の形成を阻害することとなる。スライディングゲート１が２枚のプレートを有する場合、Δθ₁のみが定義され、当該Δθ₁が上記条件を満たしていれば良い。スライディングゲート１が３枚以上のプレートを有する場合、Δθ₁に加え、Δθ₂、さらにはそれ以上のΔθ_Nが定義される。そして、Δθ_Nがいずれも１０°以上かつ１７０°未満、又は角度Δθ_Nがいずれも−１７０°超かつ−１０°以下であることが必要である。これにより、プレートの１枚目と２枚目の流路軸線方向１０が時計回りに変化するときには３枚目以降についても同じように時計回りに変化し、プレートの１枚目と２枚目の流路軸線方向１０が反時計回りに変化するときには３枚目以降についても同じように反時計回りに変化するので、スライディングゲート内で旋回流を有効に形成することが可能となる。Δθ_Nのより好ましい範囲は、３０°以上、１６５°未満、又は−１６５°超、−３０°以下である。

スライディングゲート１を形成するプレートの数は、２枚もしくは３枚であると好ましい。図２〜図４に示す例は、上述のとおり、プレートの数が３枚の場合である。図５、図６は、プレートの数が２枚であり、上流側から１枚目が上固定板３、２枚目がスライド板４を構成している。図５は開度が全開、図６は開度が１／２の場合である。α＝５１．９５°、θ₁＝−２６．５７°、θ₂＝＋２６．５７°であり、Δθ₁＝−５３．１４°であって、時計回りの旋回流を形成することができる。スライディングゲート１を形成するプレートの数が２枚もしくは３枚であると好ましい理由は、スライディングゲートの絞り機構発現には最低２枚のプレートが必要であり、４枚以上のプレートは流量調整に不要で、プレート数の増加に伴いコストが上昇するからである。

プレートに形成する流路孔６については、図７に示すような形状の流路孔６とすることもできる。図７は上固定板３の一例を示す。プレートの上流面７ｕから厚みの途中までは、流路孔６の形状は、断面真円の円筒形状であって、円筒の軸線が摺動面垂直下流方向３２に向いている。プレートの下流面７ｄから厚みの途中までは、流路孔６の形状は、断面真円の円筒形状であって、円筒の軸線が摺動面垂直下流方向３２から傾斜して形成されている。プレートの厚み途中において、上流面７ｕからの流路孔６と下流面７ｄからの流路孔６が段差なく接続されている。このような形状の流路孔６を有するプレートにおいても、図７（Ｄ）に示すように、上流側表面開孔図形の重心（上流開孔重心９ｕ）から下流側表面開孔図形の重心（下流開孔重心９ｄ）に向く方向を流路軸線方向１０として定義することができる。

なお、スライディングゲート１を構成するプレートの厚みは同一でもよいが、スライド板４が最も薄いなどプレート毎に厚みが異なっていても構わない。また、スライディングゲート各プレートの入口および出口の流路孔形状は同じ大きさの円でもよいが、これが楕円もしくは長円であっても、本発明の規定を満たす限りにおいては、旋回流を得ることが可能である。あるいはその開孔面積が各プレートの入口および出口で異なっていても構わない。

角度αについては、全てのプレートで同一であっても異なっていても構わない。

《水モデル実験１》
取鍋２０から、スライディングゲート１及びロングノズル１１を経由して中間容器２２内に溶湯を注湯するに際し、ロングノズル下端を中間容器内の溶湯に浸漬させ、ロングノズルから中間容器内に吐出される吐出流の水平方向成分を定量的に評価するため、１／１スケール水モデル実験装置を用いた粒子画像流速計測法による吐出孔付近の速度分布計測を行った。特に、ロングノズル内径をＤ_Uとした時に吐出孔先端から１．０×Ｄ_Uの位置における速度分布に注目し、その位置での水平方向速度成分の平均を「水平方向速度強さ」とした。ここで、溶鋼の流動に関する１／１スケールの水モデル実験は、フルード数Ｆｒとレイノルズ数Ｒｅが一致している観点から溶鋼流動を十分に再現している。

スライディングゲート１として、ロングノズル１１内で旋回流を形成する本発明のスライディングゲート（以下「本発明ゲート」という。）と、従来から用いられている通常のスライディングゲート（以下「通常ゲート」という。）とを準備した。本発明ゲート、通常ゲートのいずれも、上下プレート厚みは４０ｍｍ、中プレート厚みは３５ｍｍプレートの流路孔径はφ５０ｍｍである。ここで、流路孔はプレートへの穴あけに使用するドリル径と一致する。

プレート２の摺動面３０に垂直な下流方向（摺動面垂直下流方向３２）と流路軸線方向１０とがなす流路軸線傾斜角度αについては、上固定板３のαをα₁、スライド板４のα
をα₂、下固定板５のαをα₃と順に番号を付ける。摺動面流路軸線方向３１が摺動面垂直下流方向３２に見て時計回りになす角度である流路軸線回転角度θについても同様に、上固定板３、スライド板４、下固定板５それぞれのθをθ₁、θ₂、θ₃と順に番号を付ける。

本発明ゲートは、図２〜図４に示す形状を有し、α₁＝α₃＝２０°、α₂＝１７．６°であり、θ₁＝３０°、θ₂＝９０°、θ₃＝−１５０°（３０−１８０）であり、ロングノズル内孔に流下する溶鋼流に時計回りの旋回流を形成する。通常ゲートは、図１０、１１に示す形状を有し、α₁＝α₂＝α₃＝０°であり、θ₁、θ₂、θ₃は値がない。

ロングノズル１１は、ロングノズル下端１２において中間容器の水中に浸漬しており、下方に向けて開孔している。ロングノズルの長さは１ｍ、内径は５０ｍｍ、浸漬深さは５００ｍｍで、底面からの距離は３００ｍｍである。ロングノズル下端１２の形状として、図１５（Ａ）（Ｂ）に示す２種類を用いた。図１５（Ａ）は、ロングノズル下端１２が直管であり、表１に「直管」と表示している。図１５（Ｂ）は、ロングノズル内壁から吐出孔出口に向かってラッパ型形状を有しており、表１に「ラッパ型」と表示している。なお、図１５（Ｃ）は、水モデル実験では使用していない。

スライディングゲートとロングノズルについて、表１に示すような組み合わせを準備し、それぞれで水モデル実験を行った。いずれの条件も、ロングノズル内を流下する水の流量は同一条件としている。

表１の試験条件Ｂ（本発明例）と試験条件Ｃ（比較例）のそれぞれについて、ロングノズル下端１２の下流側における吐出流１９の流速と流れの方向を計測した。ロングノズルの内径をＤ_U（＝５０ｍｍ）とし、ロングノズルの出口、ロングノズル下端から１．０×Ｄ_U下方、ロングノズル下端から２．０×Ｄ_U下方における流速と流れの方向を計測し、結果の模式図を図１２に示した。図１２（Ａ）は試験条件Ｂ（本発明例）、図１２（Ｂ）は試験条件Ｃ（比較例）である。図１２に示したように、通常ゲートを用い、旋回流を付与しない場合には、ロングノズル下端１２下方の吐出流１９は、水平方向の流速成分を持たず、また下方に向かうにつれての流路の広がりも僅かである。それに対して、旋回流を付与した本発明の場合には、ロングノズル下端１２下方の吐出流１９は、水平方向の流速成分を有し、また下方に向かうにつれての流路の広がりも大きくなることが明らかとなった。

さらに表１の試験条件Ａ〜Ｃのすべてについて、水平方向速度成分強さと垂直方向速度成分強さの計測結果を同じ表１の「水モデル実験１」欄に示す。
まず、ロングノズルの出口形状が直管である場合について、スライディングゲート（以下単に「ゲート」とも呼称）の形状が旋回流に及ぼす影響を評価した。表１から明らかなように、ロングノズルと通常ゲートとの組合せ（試験条件Ｃ）では垂直方向に大きな吐出流速を示しているが、本発明ゲートとロングノズルの組合せ（試験条件Ｂ）では、垂直方向へ流れる流体の速度が小さくなることがわかる。これは、ロングノズルと通常ゲートとの組合せ（試験条件Ｃ）で発生しなかった水平方向速度(周方向速度及び半径方向速度)が、ロングノズル内に旋回流を発生させる本発明ゲートとロングノズルの組合せ（試験条件Ｂ）で付加されたためだと考えられる。

次に、スライディングゲートとして本発明ゲートを用い、ロングノズルの出口形状が及ぼす影響を評価した。ロングノズルの出口形状に注目すると、出口形状が直管形状（試験条件Ｂ）であっても旋回の効果によって鋳造方向速度が抑制され、水平方向速度(周方向速度及び半径方向速度)が付加されている。一方で、吐出孔の出口形状がラッパ型形状（試験条件Ａ）だと、直管形状（試験条件Ｂ）に比べてより大きな鋳造方向速度の抑制効果と半径方向速度の増強効果が明らかになった。これは、壁付近の粘性によって、鋳造方向へ流れる流体がラッパ型形状の壁に引き寄せられるように半径方向に向かう、コアンダ効果が発現しているためと考える。

以上の水モデル実験結果によれば、ロングノズル１１内の溶融金属流１７に旋回を付与した結果として、ロングノズル下端１２から下方に向かう溶融金属流速を低減することができる。この結果として第１に、中間容器底面の耐火物寿命の延長が期待できる。また第２に、ロングノズル１１からの吐出流速が低減した結果として、タンディッシュ２１（中間容器２２）内の溶融金属流動において、ロングノズル部から注入孔までの溶鋼流動のショートパス形成を回避して、非金属介在物浮上時間を確保し、鋳片中の非金属介在物除去効率の向上が期待できる。

《水モデル実験２》
上記水モデル実験１の条件に加え、溶融金属排出装置位置において注入流中に空気を吹き込む実験を行った。溶融金属排出装置１３を構成する下部ノズル１４に、四周から貫通孔ノズルを用いて１．０Ｌ／ｍｉｎの空気を吹き込む形態の空気供給装置を採用した（図１４参照）。ロングノズルを透明材料で構成し、ロングノズル内を充満して流下する水流中の気泡の挙動について観察を行った。
まず、上記水モデル実験１の試験条件Ｃ（比較例）と同じ条件において、スライディングノズル中に空気吹き込みを行った。その結果、ロングノズル内に充満する水流中には、ロングノズルの内周に接する位置からロングノズルの内径の中心に至るまで、気泡がまんべんなく分布しつつ水流とともに降下する状況が確認された（図示せず）。
次に、上記水モデル実験１の試験条件Ｂ（本発明例）と同じ条件において、スライディングノズル中に空気吹き込みを行った。その結果、ロングノズル内に充満する水流中において、図１４に示すように、気泡２５はロングノズル１１の内径の中心付近に集まって、気柱状の気泡の集合が形成され、その気泡の集合が水流とともに降下する状況が確認された。

溶融金属中の非金属介在物は、溶融金属よりも比重が軽いので、同じく比重が軽い気泡と同じような挙動を示すと考えられる。水モデル実験２からは、水中の気泡（比重が水に比較して軽い）がロングノズル内水流の軸中心に集まっていたことから、同じく比重が溶融金属に比較して軽い非金属介在物についても、ロングノズル内溶融金属流の軸中心に集まることが期待される。
そうすると、溶融金属中の非金属介在物は溶融金属流の軸中心に集まり、即ちロングノズルの内周と接する部分（溶融金属流の外周部分）に滞在する非金属介在物が減少し、その結果として、ロングノズル内周に付着する非金属介在物が減少し、非金属介在物起因の地金付着が減少するものと期待される。

また、ロングノズル内溶融金属流の軸中心において、集まった非金属介在物は同じく集まった気泡に拘束され、ロングノズルの下端から中間容器内に流出した後、気泡に拘束された非金属介在物は速やかに中間容器内を上昇して溶融金属表面に分離除去されることが期待される。そこで次に示す《水モデル実験３》を行った。

《水モデル実験３》
タンディッシュを模した中間容器２２を準備し、図１６に示すように、中間容器２２の長手方向一方の端部付近にはロングノズル１１を含む注湯装置を設け、中間容器２２の長手方向他方の端部付近の底部に出口２６を設けている。注湯装置の諸元は水モデル実験１と同じである。注湯装置を経由して中間容器２２内に水を供給し、出口２６からの水の単位時間当たりの排出流量Ｗ（ｍ^３／ｓ）を一定に保持しつつ、中間容器内の液面レベルを一定に保持するよう、注湯装置のスライディングゲート１の開度を調整し、流入水量の調整を行った。ロングノズル１１から出口２６までの長手方向距離をＬ（ｍ）、長手方向に垂直な断面における中間容器内の液体部分断面積をＳ（ｍ^２）とする。中間容器内の水の流れが、長手方向に向かう完全プラグフローの場合、ロングノズル１１から出口２６まで水が到達する所要時間（平均滞留時間）ｔ（ｓｅｃ）は、
ｔ＝Ｌ×Ｓ／Ｗ
と計算できる。なお、水モデル実験においては、Ｗ、Ｌ、Ｓの値は具体的にはそれぞれ概略、Ｗ＝０．００２ｍ^３／ｓ、Ｌ＝２ｍ、Ｓ＝０．８ｍ^２で行った。

注湯装置として、表２に示すように、前記表１に示す本発明例Ａ、Ｂ、比較例Ｃと同じ注湯装置を用いた。注湯装置から中間容器を経由して定常の水の流れを維持した状態で、アクリル粒子の懸濁液をスライディングゲート直上から一定濃度で継続的に注入した。出口から流出する液中のアクリル粒子の濃度を継続的に測定した。使用したアクリル粒子はポリエチレン粒子であり、その条件は、粒子密度：０．９２ｋｇ／ｍ^３、粒子平均径：２９０μｍ、粒子投入量：３００ｇである。
第１に、出口２６から排出される水中のアクリル粒子の濃度が定常状態に到達した段階で、出口から流出する液を採取し、単位体積当たりのアクリル粒子の濃度を計測した。表２の「水モデル実験３」欄の「相対流出粒子濃度指数」の欄に、比較例Ｃの粒子濃度を１として規格化した値を記載している。
第２に、アクリル粒子の懸濁液を注入開始した以降、出口２６から流出した粒子濃度がピークに達するまでの時間（ピーク到達時間）を計測した。表２の「水モデル実験３」欄の「到達時間比」欄に、ピーク到達時間を前記計算した完全プラグフローの場合の平均滞留時間ｔで除した値を記載している。

表２の結果から明らかなように、本発明例における相対流出粒子濃度指数の低減と、到達時間比の増加による介在物浮上に寄与する滞留時間の長時間化の効果を確認できた。
従って、溶鋼系においても、ロングノズル内での旋回流の形成により、ロングノズル出口からの中間容器（タンディッシュ）底部への強烈な鉛直方向落下流を防止し、中間容器内でのショートパス形成を回避して、中間容器内での介在物浮上時間を確保することで、中間容器出口から溶鋼とともに流出する介在物の除去効率向上が期待できる。

《好適な実施態様》
ロングノズルの内部空間は、円筒もしくは矩形の水平断面形状とすることができる。
ロングノズル１１の内径は、通常はスライディングゲートの流路孔の内径Ｄと同等あるいはそれよりも大きな内径が用いられる。好ましくは、ロングノズルの内径は１．５×Ｄ以下である。ロングノズルの内径が大きすぎると、スライディングノズルで形成し下部ノズル内で維持された旋回流が、ロングノズル内で維持が困難になるが、ロングノズルの内径が１．５×Ｄ以下であれば、ロングノズル内の溶融金属流に好適に旋回を付与することができる。

図１３に示すように、溶融金属排出装置１３とロングノズル１１の上端近傍の一方又は両方に、溶融金属流１７に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給装置１５を有すると好ましい。ロングノズル内の溶融金属流に旋回を付与するとともに不活性ガスを供給することより、不活性ガス起因の気泡及び非金属介在物は旋回流に起因する向心力によって溶融金属流の中心に集まり、ロングノズルの下端から中間容器内に流出した後、気泡に捕捉された非金属介在物は速やかに中間容器内を上昇して溶融金属表面に分離除去される。
溶融金属排出装置１３は、通常は上部ノズル１６、スライディングゲート１、下部ノズル１４によって構成されている。不活性ガス供給装置１５のガス流出部は、上部ノズル１６、スライディングゲート１、下部ノズル１４のいずれに設けても良い。不活性ガス供給装置１５をロングノズル１１に設ける場合、実際に操業上可能な位置であれば高さ方向のいずれの位置に設けても良い。不活性ガス供給装置１５のうち、溶融金属流と接する部分については、ポーラスプラグ、あるいは金属管ノズルとすることができる。吹き込む不活性ガスとしては、Ａｒガスを好適に用いることができる。

ロングノズルの下端部内周形状は、ロングノズル内壁からロングノズル出口に向かって拡管状形状を有するように成形すると好ましい。これにより、直管形状に比べてより大きな鋳造方向速度の抑制効果と半径方向速度の増強効果を得ることができる。なお、ロングノズル下端部を拡管状形状とした上で、ロングノズル内の溶融金属中にガスを吹き込んだ場合については、ガス気泡に捕捉された非金属介在物は、ロングノズル出口から中間容器に流出後、速やかに中間容器内を上昇して溶融金属表面に分離除去される。

１ スライディングゲート
２ プレート
３ 上固定板
４ スライド板
５ 下固定板
６ 流路孔
７ｕ 上流面（上流側表面）
７ｄ 下流面（下流側表面）
８ｕ 上流開孔（上流側表面開孔）
８ｄ 下流開孔（下流側表面開孔）
９ｕ 上流開孔重心（上流側表面開孔図形重心）
９ｄ 下流開孔重心（下流側表面海溝図面重心）
１０ 流路軸線方向
１１ ロングノズル
１２ ロングノズル下端
１３ 溶融金属排出装置
１４ 下部ノズル
１５ 不活性ガス供給装置
１６ 上部ノズル
１７ 溶融金属流
１８ 流線
１９ 吐出流
２０ 取鍋
２１ タンディッシュ
２２ 中間容器
２３ 溶融金属
２４ 溶融金属表面
２５ 気泡
２６ 出口
３０ 摺動面
３１ 摺動面流路軸線方向
３２ 摺動面垂直下流方向
３３ 摺動閉方向
α 流路軸線傾斜角度
θ 流路軸線回転角度

Claims (5)

1. 取鍋内に収容された溶融金属を注湯するための注湯装置であって、
   取鍋と、取鍋下方には取鍋から流下した溶融金属を収容する中間容器とを有し、前記取鍋の底部には溶融金属排出装置を有し、当該溶融金属排出装置は溶融金属の流量を調整するスライディングゲートを有し、溶融金属排出装置の下方には溶融金属排出装置から流下した溶融金属流を取り囲むようにロングノズルが配置され、当該ロングノズルの上端は前記溶融金属排出装置の下端に接しており、ロングノズルの下端は前記中間容器内に収容した溶融金属中に浸漬する位置に設けられ、
   前記スライディングゲートは溶融金属が通過する流路孔が形成された複数のプレートを有し、前記プレートのうちの少なくとも１枚のプレートは摺動が可能なスライド板であり、
   それぞれのプレートにおける流路孔は、プレートの表面のうち、通過する溶融金属の上流側に位置する上流側表面に上流側表面開孔を形成し、下流側に位置する下流側表面に下流側表面開孔を形成し、上流側表面開孔図形の重心から下流側表面開孔図形の重心に向く方向を流路軸線方向とし、
   プレートの摺動面に垂直な下流方向（以下「摺動面垂直下流方向」という。）と前記流路軸線方向とがなす流路軸線傾斜角度αが５°以上７５°以下であり、
   前記流路軸線方向を摺動面に投影した方向を摺動面流路軸線方向と呼び、スライディングゲートを閉とするときに前記スライド板を摺動する方向を摺動閉方向と呼び、摺動閉方向に対し、前記摺動面流路軸線方向が、前記摺動面垂直下流方向に見て時計回りになす角度を流路軸線回転角度θ（±１８０度の範囲）と呼び、当該流路軸線回転角度θは、隣接するプレート間で異なっており、最も上流側のプレートのθをθ₁、その一つ下流側のプレートのθをθ₂、さらに一つ下流側のプレートのθをθ₃と順に番号を付け、Δθ_N＝θ_N−θ_N+1（Ｎは１以上の整数でプレートの枚数−１まで）としたとき、
   角度Δθ_Nがいずれも１０°以上かつ１７０°未満、又は角度Δθ_Nがいずれも−１７０°超かつ−１０°以下であることを特徴とする溶融金属の注湯装置。
2. 前記ロングノズルの内部空間は、円筒もしくは矩形の水平断面形状を有し、
   スライディングゲートの流路孔の内径をＤとしたとき、前記ロングノズルの内径は１．５×Ｄ以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の注湯装置。
3. 前記溶融金属排出装置と前記ロングノズルの一方又は両方に、溶融金属流に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給装置を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶融金属の注湯装置。
4. スライディングゲートを形成するプレートの数が２枚もしくは３枚でありスライド板が１枚であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の溶融金属の注湯装置。
5. 前記ロングノズルの下端部内周形状は、ロングノズル内壁からロングノズル出口に向かって拡管状形状を有するように成形してなることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の溶融金属の注湯装置。

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