JP2023066986A

JP2023066986A - ノズルシステム

Info

Publication number: JP2023066986A
Application number: JP2021177891A
Authority: JP
Inventors: 希莉亜小嶋; Kiria Kojima; 友一塚口; Yuichi Tsukaguchi; 雄一鶴川; Yuichi Tsurukawa; 広大藤田; Kodai Fujita
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-16

Abstract

【課題】取鍋からノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給する際、溶融金属の再酸化、タンディッシュにおける裸湯やショートパスの発生等を抑制して、溶融金属の清浄度を高めることが可能な技術を開示する。【解決手段】取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給するノズルシステムであって、前記ロングノズルの外部から内部へと不活性ガスが供給されて、前記ロングノズルの内部に前記不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、前記気相領域の圧力が制御されることによって、二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上２０ｃｍ以下となるように構成されている、ノズルシステム。【選択図】図２

Description

本願は取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給するためのノズルシステムを開示する。

溶融金属の連続鋳造プロセスにおいて、取鍋から鋳型へと溶融金属を供給するための中間容器としてタンディッシュが用いられている。例えば、鋼の連続鋳造を想定した場合、タンディッシュは、（１）鋳型への溶鋼供給量の安定化機能、（２）複数の鋳型への溶鋼分配機能、（３）連続鋳造を複数の溶鋼鍋を用いて継続的に実施するためのバッファ機能、（４）非金属介在物の除去機能、などの複数の機能を有する。特に、清浄度が高い高級鋼材を効率的に生産する場合には、（４）非金属介在物の除去機能が極めて重要となる。

溶鋼中の非金属介在物は、主として製鋼プロセス中で発生する酸化物や窒化物、硫化物、気泡をはじめとした鋼中の不純物に由来する。このような非金属介在物が最終製品に残留した場合、例えば応力集中による破壊の起点となって、最終製品の材質を低下させることが知られている。また、製鋼プロセスそのものにおいても、耐火物流路の内壁に非金属介在物が付着・堆積し、流路の狭窄化や閉塞を引き起こすことで、円滑な製造を阻害するだけでなく、鋳造等の加工時に母材の表層・内部双方に欠陥を発生させ得ることから、製品歩留まりを低下させるなど、製造コストを圧迫する要因となる。そのため、多くの場合、溶鋼成分の最終調整が行われる二次精錬から鋳型に至るまでの限られた工程で、非金属介在物を溶鋼中から除去する必要がある。

溶鋼から非金属介在物を除去するためには、一般的に、溶鋼と非金属介在物との比重差を利用して非金属介在物を溶鋼中で浮上させたうえで、フラックスと呼ばれる酸化物の浮遊層で回収する方法が採られるが、この際の浮上速度は小型の非金属介在物であるほど低下し、フラックス層で回収するまでの時間が長大化することが知られている。従って、溶鋼中の非金属介在物を低減するにあたり、非金属介在物の浮上に必要な時間を確保するためには、タンディッシュ内での非金属介在物の滞留時間を長くすることが有効と考えられる。

一般的に、溶鋼鍋からタンディッシュへの溶鋼の供給は、流量調整機能を有するスライディングノズルと、下端をタンディッシュの溶鋼中に浸漬して用いる筒状耐火物であるロングノズルとを介し、位置エネルギーを利用して流下させることでなされる。しかしながら、ロングノズルからの高速吐出流がタンディッシュの底部に衝突することで、ショートパスと呼ばれる鋳型へと向かう短絡流を形成し得るために（図３参照）、タンディッシュにおける溶鋼の滞留時間を確保することは必ずしも容易ではない。この課題に対する一般的な対策は、タンディッシュの内部に堰を設けることで溶鋼流を迂回させる方法であるが、タンディッシュの内部に耐火物を施工することは、材料費や施工時間、作業負荷の増大を招くうえ、堰の近傍に流れがほとんどなく浮上除去に寄与しない空間が発生するほか、迂回しながらも高速で鋳型へと向かう新たな流れが誘起され得るため、必ずしも介在物の浮上を助けない。特に、小型の介在物は、浮力が小さく、溶鋼の流れに追随しやすいため、迂回による効果は大型の介在物の除去に限定され易い。

また、製鋼プロセスにおいては、溶鋼の再酸化によって意図せずに非金属介在物が増加することに対しても注意を払わなくてはならない。一般的に、溶鋼の温度低下に伴うガス発生によって安定した鋳造が困難となることを避ける観点等から、連続鋳造に供される溶鋼は、精錬工程において脱酸処理が施され、可溶酸素濃度を大きく下回る酸素濃度となっており、非常に酸素を吸収しやすい状態にある。空気や低級酸化物と溶鋼とが接触した場合、溶鋼が酸素を吸収し、酸素との親和性が溶鋼よりも高い元素（溶鋼中に溶解しているＡｌやＳｉなど）と結びつくことで非金属介在物が生成する再酸化現象が生じてしまう。そのため、溶鋼鍋やタンディッシュにおいては、不活性ガスを用いた雰囲気の置換によりタンディッシュ内を低酸素濃度とするか、或いは、低級酸化物の含有量が少ない低反応性のフラックスを用いた溶鋼表面の被覆により溶鋼を外気から遮断する必要がある。しかしながら、ロングノズルによって溶鋼をタンディッシュに供給する場合、上記のようにノズルから吐出される溶鋼流が非常に高速であるため、タンディッシュの底部に衝突して発生した反転上昇流によってロングノズル近傍の溶鋼表面を被覆するフラックスが押し退けられ、溶鋼表面が裸湯として外気に直接曝露され、溶鋼が雰囲気内の酸素を吸収する再酸化現象が生じ得る（図３参照）。あるいは、ロングノズル近傍には取鍋から流出したＦｅＯ等の低級酸化物の濃度が高いスラグが存在するので、ロングノズル近傍の激しい溶鋼流によってスラグ中の低級酸化物による溶鋼の再酸化が生じ得る。

従来から、上記の課題を解決するための種々の手段が提案されている。例えば、特許文献１には、内径３００ｍｍ以上の耐火物性の筒状体によって注入流を外気から遮断する注入管を用いる連続鋳造方法が開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、ノズルから落下した注入流が管内の液面において管内の気体を叩き込むことで溶鋼中に多数の気泡を導入し、気泡が有する大きな浮力によって注入流速を減少させて、タンディッシュ内に緩やかな上昇流を生じさせることが可能と考えられる。加えて、固体の介在物は溶鋼との濡れ性が悪く、気泡に対して容易に付着するため、気泡が有する大きな浮力によって高速で浮上除去されることも期待される。一方で、上記のような注入管では、取鍋ノズルから放出された溶鋼の飛沫や浴面で飛散した溶鋼が管内壁に付着すると、管径が大きいため付着物の抜熱が著しく、付着物が凝固及び積層して閉塞に至り易い。これは、連続鋳造の操業の継続を困難にする大きな問題である。加えて注入管では、溶鋼が気相から酸素や窒素を吸収することを避けるために、管内を大量の不活性ガスで充満させる必要があり、ロングノズルを溶鋼中に浸漬させる場合と比較して大きな操業コストがかかってしまう問題がある。

特許文献２には、タンディッシュ底部で反転した上昇流によって裸湯の曝露が発生することを防ぐために、胴体部に流れ制御部を設けたノズルが開示されている。しかしながら、特許文献２に開示された技術においては、ショートパスの発生に対しては別途対策を講じる必要があり、製造コストが増加する。加えて、ノズルの重量が増加するためノズルを把持する装置への負荷が大きく、鋳造中にノズルを支えきれなくなり、ロングノズルの接合部から溶鋼が噴き出す虞がある。

特許文献３には、注入ノズルの内部に不活性ガスのガス空間を形成し、ノズル内の鋼浴面において注入流に不活性ガスを巻き込ませるとともに、タンディッシュの底面に設置した攪拌ボックス内で該注入流を攪拌することで、溶鋼中の介在物と気泡との凝集を促進する連続鋳造方法及び連続鋳造装置が開示されている。特許文献３に開示された技術において、連続鋳造装置の注入ノズルは吐出孔の内径が十分に大きいためガス空間が安定して形成される。一方で、特許文献３に開示された技術は、注入流が巻き込んだ気泡がすべて注入ノズル内へと再浮上し、攪拌ボックス内での攪拌作用が十分に発揮されないことを回避するために、注入ノズルの内径を所定値以下とすることを特徴としているが、注入ノズルを離脱しタンディッシュの溶鋼表面に浮上した気泡は上記の通り再酸化が生じる原因となり得る。また、撹拌ボックスのコストや施工の手間がかかるという問題もある。

特許第６５７５３５５号公報特表２０２０－５３０８１３号公報特開２０１１－２３５３３９号公報

本願は、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給する際、溶融金属の再酸化、タンディッシュにおける裸湯やショートパスの発生等を抑制して、溶融金属の清浄度を高めることが可能な技術を開示する。

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給するノズルシステムであって、
前記ロングノズルが、上流側である前記取鍋側に流入口を備え、下流側である前記タンディッシュ側に流出口を備え、且つ、上流側から下流側に向かって下向きに延在する、筒状単孔ノズルであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの外部から内部へと不活性ガスが供給されて、前記ロングノズルの内部に前記不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記気相領域の圧力が制御されることによって、下記式（１）で定義される二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上２０ｃｍ以下となるように構成されている、
ノズルシステム
を開示する。

ΔＨ＝（Ｐ_Ｔ－Ｐ_Ｌ）／（ρ・ｇ） …（１）
ここで、
Ｐ_Ｔは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
Ｐ_Ｌは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。

本開示のノズルシステムは、前記気相領域の圧力が第１の閾値よりも高い場合に、前記気相領域へと供給される前記不活性ガスの量が低下して、前記気相領域の圧力が低下するように構成されていてもよい。

本開示のノズルシステムは、前記気相領域の圧力が第２の閾値よりも低い場合に、前記気相領域へと供給される前記不活性ガスの量が増加して、前記気相領域の圧力が上昇するように構成されていてもよい。

本開示のノズルシステムにおいては、
前記ロングノズルが少なくとも１つの連通孔を有していてもよく、
前記ロングノズル内の前記気相領域と、前記タンディッシュ内の前記雰囲気とが、前記連通孔を介して、互いに連通可能に構成されていてもよい。

本開示のノズルシステムにおいては、前記タンディッシュが内部に堰を有しないものであってもよい。

本開示の技術によれば、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給する際、溶融金属の再酸化、タンディッシュにおける裸湯やショートパスの発生等を抑制して、溶融金属の清浄度を高めることができる。

取鍋、ノズル及びタンディッシュの位置関係の一例を概略的に示している。ノズルの断面形状等の一例を概略的に示している。従来技術における課題を概略的に示している。実施例及び比較例にて用いたロングノズルの形状を概略的に示している。

１．ノズルシステム
図１及び２に一実施形態に係るノズルシステム１００の構成を概略的に示す。図１に示されるように、ノズルシステム１００は、取鍋１０１からロングノズル１１０を介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給するシステムである。図２に示されるように、前記ロングノズル１１０は、上流側である前記取鍋１０１側に流入口１１０ｘを備え、下流側である前記タンディッシュ１０２側に流出口１１０ｙを備え、且つ、上流側から下流側に向かって下向きに延在する、筒状単孔ノズルである。また、前記ロングノズル１１０の前記流出口１１０ｙは、前記タンディッシュ１０２における前記溶融金属１０５の液面１０５ａよりも下方、且つ、前記タンディッシュ１０２の底面１０２ａよりも上方に位置している。また、ノズルシステム１００においては、前記ロングノズル１１０の外部から内部へと不活性ガスが供給されて、前記ロングノズル１１０の内部に前記不活性ガスを含む気相領域１１０ａと前記溶融金属１０５の二次メニスカス１１０ｂとが存在している。ノズルシステム１００は、上記のような構成を備えることを前提として、さらに、前記気相領域１１０ａの圧力が制御されることによって、下記式（１）で定義される二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上２０ｃｍ以下となるように構成されている。

１．１取鍋
取鍋１０１は、タンディッシュ１０２への溶融金属１０５の供給元となる容器である。図１及び２に示されるように、ノズルシステム１００において、取鍋１０１は、底面１０１ａと側壁１０１ｂとを有して、溶融金属１０５を保持している。取鍋１０１は、さらに、蓋（不図示）を有していてもよい。取鍋１０１は、溶融金属１０５を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。また、取鍋１０１は、底面１０１ａの一部に流出口１０１ａｘが設けられ、ここから溶融金属１０５を流出できるように構成されていてもよい。流出口１０１ａｘには、溶融金属１０５の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。取鍋１０１の流出口１０１ａｘにはロングノズル１１０が直接的又は間接的に接続され得る。例えば、図２に示されるように、取鍋１０１の流出口１０１ａｘに対して、コレクターノズル１１１やスライディングノズル１１２を介して、ロングノズル１１０が接続されていてもよい。取鍋１０１とノズルとの接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、取鍋１０１とノズルとが接続されていてもよい。

１．２タンディッシュ
タンディッシュ１０２は、取鍋１０１からの溶融金属１０５の供給先となる容器である。図１及び２に示されるように、タンディッシュ１０２は、底面１０２ａと側壁１０２ｂとを有して、取鍋１０１から供給された溶融金属１０５を保持している。タンディッシュ１０２は、さらに、蓋１０２ｃを有していてもよい。タンディッシュ１０２は、溶融金属１０５を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。図１に示されるように、タンディッシュ１０２の底面１０２ａの一部には流出口１０２ａｘが設けられていてもよく、ここから他の容器（例えば、鋳型）へと溶融金属１０５を流出できるように構成されていてもよい。流出口１０２ａｘには、溶融金属１０５の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。タンディッシュ１０２の流出口１０２ａｘには、ノズル１２０が直接的又は間接的に接続されていてもよい。タンディッシュ１０２とノズル１２０との接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、タンディッシュ１０２とノズル１２０とが接続されていてもよい。

図２に示されるように、タンディッシュ１０２に供給された溶融金属１０５の液面１０５ａ上には、フラックスを含む浮上層１０６が存在していてもよい。フラックスとしては公知のフラックスを採用すればよい。このようにフラックスによって溶融金属１０５の液面１０５ａを被覆することで、溶融金属１０５を外気から遮断することができる。また、フラックスによって溶融金属１０５中の非金属介在物を回収することができる。さらに、タンディッシュ１０２内に不活性ガスが供給されてタンディッシュ１０２内に外気ができるだけ入り込まない状態とされていてもよい。これにより、溶融金属１０５の再酸化が一層抑制され得る。尚、後述するように、ノズルシステム１００によれば、気泡プルームによる溶融金属１０５の減速効果等によって、ロングノズル１１０から流出した溶融金属１０５がタンディッシュ１０２の底面１０２ａに衝突することによる反転上昇流（図３参照）を小さく抑えることができ、タンディッシュ１０２の液面１０５ａが乱れ難く、液面１０５ａの乱れによるフラックスの押し退けや途切れも生じ難いことから、裸湯による再酸化の問題が生じ難い。

図１に示されるように、タンディッシュ１０２は、その内部に堰を有しないものであってよい。本開示のノズルシステム１００においては、ロングノズル１１０の内部に二次メニスカス１１０ｂが形成され、溶融金属１０５の落下流が当該二次メニスカス１１０ｂに衝突する際に気相を巻き込む現象（気泡プルームの形成）によって、溶融金属１０５の下降流速が低減され易く、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５のショートパス（図３参照）も抑制され易いことから、タンディッシュ１０２の内部に堰を設けずとも溶融金属１０５に含まれる非金属介在物等を除去し易い。

１．３ノズル
１．３．１ロングノズル
図１及び２に示されるように、溶融金属１０５は、ロングノズル１１０を介して、取鍋１０１からタンディッシュ１０２へと供給される。ロングノズル１１０は、上流側である取鍋１０１側に流入口１１０ｘを備え、下流側であるタンディッシュ１０２側に流出口１１０ｙを備える。ロングノズル１１０は、上流側から下流側に向かって下向きに延在する、筒状単孔のノズルである。具体的には、ロングノズル１１０は、鉛直方向に中心軸を有する円筒状体であってもよい。尚、ロングノズル１１０は、タンディッシュ１０２とは独立して設置されるもので、タンディッシュ１０２に対して固定されている必要は無い。この点、タンディッシュの蓋に設置及び固定される注入管と、本願にいうロングノズルとでは、その構成が異なるものといえる。

図１及び２に示されるように、ロングノズル１１０の流出口１１０ｙは、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５の液面１０５ａよりも下方、且つ、タンディッシュ１０２の底面１０２ａよりも上方に位置している。すなわち、ロングノズル１１０は、下流側の先端部がタンディッシュ１０２の内部の溶融金属１０５に浸漬されている。図２に示されるように、ノズルシステム１００においては、タンディッシュ１０２の溶融金属１０５の液面１０５ａからロングノズル１１０の流出口１１０ｙまでの間に距離ｈ_１を有していてもよく、ロングノズル１１０の流出口１１０ｙからタンディッシュ１０２の底面１０２ａまでの間に距離ｈ_２を有していてもよい。ｈ_１やｈ_２の具体値やｈ_１とｈ_２との関係は特に限定されるものではない。例えば、ｈ_１は１００ｍｍ以上６００ｍｍ以下であってもよく、ｈ_２は２００ｍｍ以上９００ｍｍ以下であってもよく、ｈ_１とｈ_２との比ｈ_１／ｈ_２は０．２以上１．０以下であってもよく、流出口１１０ｙにおけるノズル内径Ｄ_３とｈ_２との比Ｄ_３／ｈ_２は０．２以上３．０以下であってもよい。ｈ_１やｈ_２を調整することで、後述するメカニズムによって生成した気泡のロングノズル１１０からの離脱等が一層抑制され易くなる。

図２に示されるように、ロングノズル１１０は、二次メニスカス１１０ｂよりも上流において最小の内径Ｄ_１を有し、二次メニスカス１１０ｂにおいて内径Ｄ_２を有し、二次メニスカス１１０ｂよりも下流の流出口１１０ｙにおいて内径Ｄ_３を有するものであってもよい。尚、Ｄ_２はＤ_１以上Ｄ_３以下で推移し得る。内径Ｄ_１～Ｄ_３の具体的な値は、特に限定されるものではない。例えば、Ｄ_１は１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であってもよく、Ｄ_２は１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよく、Ｄ_３は１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよい。

また、ロングノズル１１０は、流入口１１０ｘから二次メニスカス１１０ｂの位置までの間に長さＬ_１を有していてもよく、二次メニスカス１１０ｂの位置から流出口１１０ｙまでの間に長さＬ_２を有していてもよい。ロングノズル１１０の全体の長さＬはＬ_１＋Ｌ_２であってよい。Ｌ、Ｌ_１及びＬ_２の具体的な値は、特に限定されるものではない。例えば、Ｌは１０００ｍｍ以上１７００ｍｍ以下であってもよく、Ｌ_１は７５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であってもよく、Ｌ_２は２５０ｍｍ以上７００ｍｍ以下であってもよい。

図２に示されるように、ロングノズル１１０は、最小の内径Ｄ_１を有する部分と流出口１１０ｙとの間において、上流側から下流側に向かって内径が縮小する縮径部を有しないほうがよく、特に、二次メニスカス１１０ｂが位置する部分と流出口１１０ｙとの間において、上流側から下流側に向かって内径が縮小する縮径部を有しないほうがよい。二次メニスカス１１０ｂよりも下流に縮径部が存在すると、その部分において溶融金属１０５の下降流速が増大して、ノズルシステム１００による効果が若干低下する虞があるためである。

一方で、図２に示されるように、ロングノズル１１０は、上流側から下流側に向かって内径が増加する拡径部１１０ｃを有していてもよい。拡径部１１０ｃにおける拡径率については特に限定されるものではない。拡径部１１０ｃにおいては、上流側から下流側に向かってノズル内径が直線的に拡大（単調増加にて拡大）していてもよいし、曲線的に拡大していてもよい。また、拡径部１１０ｃにおいては、上流側から下流側に向かってノズル内径が連続的に拡大していてもよいし、断続的に拡大していてもよい。また、ロングノズル１１０の全体長さに占める拡径部１１０ｃの長さの割合も特に限定されるものではない。ロングノズル１１０においては、拡径部１１０ｃの下端（拡径が終了する部分）におけるノズル内径と、流出口１１０ｙにおけるノズル内径Ｄ_３とが、実質的に同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、ロングノズル１１０は、複数の拡径部を有するものであってもよい。

１．３．２コレクターノズル
図２に示されるように、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１１０の上流にコレクターノズル１１１が設けられていてもよい。コレクターノズル１１１は、その上流側の端部が、直接的又は間接的に取鍋１０１に接続され得る。また、コレクターノズル１１１は、その下流側の端部が、ロングノズル１１０の上流側の端部に接続され得る。図２に示されるように、コレクターノズル１１１は、ロングノズル１１０との接続部において、内径Ｄ_０を有していてもよい。Ｄ_０の具体的な値は特に限定されるものではない。例えば、Ｄ_０と上述のＤ_１とが１．０≦Ｄ_１／Ｄ_０≦１．４なる関係が満たしていてもよい。すなわち、ロングノズル１１０とコレクターノズル１１１との接続部において、コレクターノズル１１１の内径Ｄ_０（ｃｍ）に対するロングノズル１１０の最小の内径Ｄ_１（ｃｍ）の比Ｄ_１／Ｄ_０が１．０以上１．４以下であってもよい。この比が小さ過ぎると、ロングノズル１１０とコレクターノズル１１１との接続部又はその近傍で、上流側から下流側に向かって縮径することによる段差が生じる場合があり、溶融金属１０５の漏洩や耐火物の異常損耗を引き起こす虞がある。一方、この比が大き過ぎると、ロングノズル１１０の側面からの放熱の影響でロングノズル１１０の内壁に溶融金属１０５が固着し易くなる。また、ロングノズル１１０の重量が無用に増加する虞もある。コレクターノズル１１１は、従来公知のコレクターノズルから適宜選定して構成されてもよい。ロングノズル１１０とコレクターノズル１１１との接続部における構造は従来と同様であってよい。例えば、ロングノズル１１０の上端部とコレクターノズル１１１の下端部とを互いに嵌め合わせることで接続部が構成されていてもよい。

１．３．３スライディングノズル
図２に示されるように、ノズルシステム１００においては、コレクターノズル１１１の上流に流量調整機構１１２が設けられてもよい。流量調整機構１１２の具体例としては、例えば、図２に示されるようなスライディングノズルが挙げられる。スライディングノズルにおいては、流通口を有する少なくとも一枚のスライド板１１２ａが、溶融金属１０５の流通方向とは交差する方向にスライドされることで、流路径が変化し得る。或いは、流量調整機構１１２は、スライディングノズル以外の開閉機構であってもよい。流量調整機構１１２の形態については公知であることから、ここではこれ以上の説明を省略する。

１．４不活性ガス供給機構
図２に示されるように、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１１０の外部から内部へと不活性ガスが供給されて、ロングノズル１１０の内部に不活性ガスを含む気相領域１１０ａと溶融金属１０５の二次メニスカス１１０ｂとが形成される。ロングノズル１１０の外部から内部へと不活性ガスを供給する方法や手段は特に限定されない。例えば、図２に示されるように、ノズルシステム１００は、ロングノズル１１０の外部から内部へと不活性ガスを供給する、不活性ガス供給機構１１３を有していてもよい。尚、取鍋１０１からノズルを介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給する場合、取鍋１０１とノズルとの接続部やノズル同士の接続部等からエジェクタによってロングノズル１１０の内部へと外気が取り込まれる場合があるが、ノズルシステム１００においては、これとは別に、ロングノズル１１０の内部へと不活性ガスを意図的に供給する機構１１３が採用され得る。

ノズルシステム１００においては、溶融金属１０５の供給中に、ロングノズル１１０の内部に気相領域１１０ａ及び二次メニスカス１１０ｂが形成され、且つ、二次メニスカス高さΔＨが所定の範囲に維持される。二次メニスカス１１０ｂに溶融金属１０５の下降流が衝突することで、気相領域１１０ａから溶融金属１０５中に気体が巻き込まれ、溶融金属１０５中に大小様々な気泡群が生成し得る。ノズルシステム１００がロングノズル１１０の内部へと不活性ガスを供給する機構１１３を有することで、ロングノズル１１０の内部において気相領域１１０ａを維持し易くなり、二次メニスカス高さΔＨの制御もより容易となる。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒが挙げられる。ロングノズル１１０に対する不活性ガスの供給量は特に限定されるものではなく、また、気相領域１１０ａにおける圧力も特に限定されるものではなく、いずれについても二次メニスカス高さΔＨが所定の範囲となるようなものであればよい。不活性ガス供給機構１１３は、不活性ガスの供給量や圧力を制御する制御部を備えていてもよい。例えば、制御部からの信号等に基づいて、不活性ガス供給弁の開閉制御等が行われ、不活性ガスの供給量や圧力が目標値に制御され得る。

ロングノズル１１０の内部へと不活性ガスを供給する機構１１３の具体的な形態は限定されない。例えば、不活性ガス供給源（高圧の不活性ガスが充填された容器等）とロングノズル１１０とを配管や弁等を介して直接的又は間接的に接続することで、当該機構１１３が構成され得る。或いは、不活性ガス供給源とロングノズル１１０よりも上流側の位置（例えば、コレクターノズル１１１、スライディングノズル１１２又は取鍋１０１）とを接続して、不活性ガスが供給された溶融金属１０５がロングノズル１１０に流入するようにしてもよい。ただし、不活性ガス供給機構１１３がロングノズル１１０に対して直接的に接続された場合、或いは、ロングノズル１１０の近傍に接続された場合のほうが、ロングノズル１１０に吹き込まれる不活性ガスの量を制御し易くなる。例えば、上記の機構１１３によって不活性ガスが供給される位置は、ロングノズル１１０とコレクターノズル１１１との接続部又はその近傍であってよく、具体的には、接続部から１００ｍｍの範囲内にあってもよい。この範囲内であれば、上記の機構１１３を設置し易い。また、この範囲内において不活性ガスが供給されることで、ロングノズル１１０の内部に気相領域１１０ａを一層形成し易くなる。或いは、ロングノズル１１０が上述の拡径部１１０ｃを備える場合、不活性ガス供給機構１１３は当該拡径部１１０ｃに設けられていてもよい。

１．５式（１）
ノズルシステム１００においては、ロングノズル１１０内の気相領域１１０ａの圧力が制御されることによって、上記式（１）で定義される二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上２０ｃｍ以下とされることが重要である。ΔＨは１５ｃｍ以下であってもよい。

図２に示されるように、ΔＨは、ロングノズル１１０の内部の二次メニスカス１１０ｂの高さ位置とタンディッシュ１０２における溶融金属１０５の液面１０５ａの高さ位置との差に相当する。上記式（１）の通り、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１１０の内部の気相領域１１０ａの圧力が高ければ高いほど、ΔＨが小さくなる。ΔＨが０ｃｍの場合とは、気相領域１１０ａの圧力がタンディッシュ１０２内の雰囲気圧力と一致する場合に相当する。すなわち、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１１０の内部の気相領域１１０ａの圧力が、タンディッシュ１０２内の雰囲気圧力と同じか、それよりも負圧とされる。

ノズルシステム１００において、ΔＨがマイナスとなる場合（ロングノズル１１０の内部の気相領域１１０ａの圧力がタンディッシュ１０２内の雰囲気圧力に対して正圧である場合）、二次メニスカス１１０ｂから流出口１１０ｙまでのロングノズル１１０の容積が少なくなり、気泡プルームによる作用効果が発揮され難くなり、また、ロングノズル１１０内の気泡の保持が困難となる場合がある。一方、ロングノズル１１０の気相領域１１０ａの圧力を過度に低下させた場合、気密を保つことが難しくなり、外気の吸い込みを引き起こし易くなる。また、ΔＨが過度に大きくなって、溶融金属１０５の自由落下距離が短くなり、二次メニスカス１１０ｂに溶融金属１０５の下降流が衝突する際の衝突力が低下し、気相領域１１０ａから溶融金属１０５中への気体の巻き込みが少なくなり、気泡プルームが十分に生成しない虞がある。

これに対し、ノズルシステム１００においては、二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上となるように気相領域１１０ａの圧力が制御されることで、二次メニスカス１１０ｂから流出口１１０ｙまでの間においてロングノズル１１０の容積が十分に確保でき、気泡プルームによる作用効果が発揮されるとともに、ロングノズル１１０内に気泡を保持し易い。結果として、タンディッシュ１０２における裸湯やショートパスの発生等が抑制されて、溶融金属１０５の清浄度を高めることができる。一方、二次メニスカス高さΔＨが２０ｃｍ以下となるように気相領域１１０ａの圧力が制御されることで、気相領域１１０ａが過度に負圧となることがなく、外気の取り込みが抑制され、結果として溶融金属の再酸化が抑制され、溶融金属１０５の清浄度を高めることができる。

式（１）の計算に必要なタンディッシュ１０２の内部の雰囲気圧力Ｐ_Ｔは、タンディッシュ１０２の内部に通じる配管等に設置した圧力計によって計測することが可能である。また、ロングノズル１１０の内部の気相領域１１０ａの圧力Ｐ_Ｌも、同様にロングノズル１１０の内部の気相領域１１０ａに通じる流路を耐火物に穿ちその流路に接続した配管等に設置した圧力計によって計測することが可能である。あるいは、予備実験によってロングノズル１１０の内部へ供給される不活性ガスの流量とロングノズル１１０の内部の気相領域１１０ａの圧力Ｐ_Ｌとの関係を求めておき、不活性ガスの供給流量からＰ_Ｌを推定できるようにしておいても構わない。尚、式（１）を用いてΔＨを計算する際は、単位を全てＳＩ単位に揃えて計算する。得られるΔＨの単位はｍとなるが、これをｃｍに換算すればよい。

気相領域１１０ａの圧力は、上述の圧力計等で連続的又は断続的に測定されればよく、測定された圧力に応じて気相領域１１０ａに供給される不活性ガスの量を増減させることで、二次メニスカス高さΔＨを０ｃｍ以上２０ｃｍ以下に維持することができる。具体的には、ノズルシステム１００は、気相領域１１０ａの圧力が第１の閾値よりも高い場合に、気相領域１１０ａへと供給される不活性ガスの量が低下して、気相領域の圧力が低下するように構成されていてもよい。また、ノズルシステム１００は、気相領域１１０ａの圧力が第２の閾値よりも低い場合に、気相領域１１０ａへと供給される不活性ガスの量が増加して、気相領域の圧力が上昇するように構成されていてもよい。不活性ガスの供給量の制御は、例えば、上述したような制御部による開閉弁の制御等によってなされ得る。尚、「第１の閾値」については特に限定されるものではなく、例えば、上記のΔＨが０ｃｍとなる圧力を基準に適当な閾値が設定されればよい。また、「第２の閾値」についても特に限定されるものではなく、例えば、上記のΔＨが２０ｃｍとなる圧力を基準に適当な閾値が設定されればよい。第１の閾値と第２の閾値とは互いに異なる閾値であってもよいし、同じ閾値であってもよい。

或いは、気相領域１１０ａとタンディッシュ１０２内の雰囲気とを互いに連通させることで、気相領域１１０ａの圧力をタンディッシュ１０２内の雰囲気と一致させることができ、結果としてΔＨが０ｃｍとなる。この点、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１１０が少なくとも１つの連通孔（不図示）を有していてもよく、ロングノズル１１０内の気相領域１１０ａと、タンディッシュ１０２内の雰囲気とが、当該連通孔を介して、互いに連通可能に構成されていてもよい。上述したように、タンディッシュ１０２は、その内部に不活性ガスが供給されて、タンディッシュ１０２内に外気ができるだけ入り込まないように構成され得る。この場合、（１）連通孔を介して、気相領域１１０ａをタンディッシュ１０２内に常時開放して、二次メニスカス高さΔＨを常に０ｃｍに保持してもよいし、（２）気相領域１１０ａの圧力が第１の閾値よりも高い場合に、連通孔を介して、気相領域１１０ａからタンディッシュ１０２内へと不活性ガスが排出されるようにしてもよいし、（３）気相領域１１０ａの圧力が第２の閾値よりも低い場合に、連通孔を介して、タンディッシュ１０２内から気相領域１１０ａへと不活性ガスが供給されるようにしてもよい。すなわち、連通孔は、気相領域１１０ａとタンディッシュ１０２内の雰囲気との間において常時開放されていてもよいし、弁等によって開閉制御されるものであってもよい。連通孔の大きさや数は特に限定されるものではない。尚、ノズルシステム１００においては、例えば、ロングノズル１１０内の気相領域１１０ａの圧力が過度に高くなった場合に、気相領域１１０ａが外気に開放されるようにしてもよいが、この場合、ロングノズル１１０内への外気の取り込み及び溶融金属１０５の再酸化を防ぐために、何らかの工夫（例えば、逆止弁を設ける等）が必要となる。

１．６その他の条件や構成
ノズルシステム１００においては、上記の構成やΔＨが満たされる限り、それ以外の条件や構成は特に限定されるものではない。以下、その他の条件や構成の一例を示す。

１．６．１溶融金属の流量及びタンディッシュにおける平均滞留時間
ロングノズル１１０に供給される溶融金属１０５の流量Ｑは、例えば、８０００ｃｍ^３／ｓ以上であってもよく、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５の平均滞留時間τは、例えば、２４０秒以上であってもよい。ノズルシステム１００における溶融金属１０５の流速低減効果は、大流量の溶融金属１０５がタンディッシュを通過する高生産性の連続鋳造において特に有用である。具体的には、溶融金属１０５の流量Ｑが８０００ｃｍ^３／ｓ以上となるような場合である。さらに同流量が１８０００ｃｍ^３／ｓ以上であるとなお有用である。同流量の上限は特に限定されないが、４００００ｃｍ^３／ｓを超える連続鋳造は現実的でない。それほど大きな生産速度には他工程が追随し得ないからである。一方、タンディッシュ１０２内の平均滞留時間τが短過ぎると、溶融金属１０５について十分な清浄化効果を得ることが難しくなる虞がある。同時間が２４０秒以上であることで、例えば、５０～１００ミクロン程度の介在物も浮上によって除去され易くなるものと考えられる。同時間の上限値は特に限定されないが、連続鋳造の定常操業時に同時間が１５００秒を超えることは現実的でない。平均滞留時間が長すぎるとタンディッシュ１０２における溶融金属１０５の温度低下が大きくなり過ぎるからである。尚、平均滞留時間τは、タンディッシュ１０２の容量Ｖ_τ（ｃｍ^３）と、ノズルからの溶融金属の流量Ｑ（ｃｍ^３／ｓ）との比Ｖ_τ／Ｑとして計算され得る。

１．６．２タンディッシュ内の堰
上述したように、ノズルシステム１００においては、タンディッシュ１０２の内部に溶融金属１０５の流動制御機能を有する堰を設ける必要がない。ノズルシステム１００によれば、堰を使わずともタンディッシュ１０２の内部における溶融金属１０５の滞留時間を確保することが可能である。むしろ、タンディッシュ１０２に堰を設置すると、デッドゾーンと呼ばれる淀み域を形成して実質タンディッシュ容量を減じる問題や、コスト増大の問題がある。

１．６．３高さ寸法
ノズルシステム１００の高さ方向寸法は特に限定されない。同寸法は、取鍋１０１側のコレクターノズル１１１とタンディッシュ１０２の液面１０５ａとの距離や、ロングノズル１１０の浸漬深さから決定され、概ね１ｍから２．５ｍとなる場合が多い。

１．６．４溶融金属の種類
ノズルシステム１００において、取鍋１０１からロングノズル１１０を介してタンディッシュ１０２へと供給される溶融金属１０５の種類に特に制限はない。特に、溶融金属１０５が溶鋼である場合に、ノズルシステム１００による高い効果が期待できる。溶鋼の鋼種は特に限定されない。

１．７作用・効果
以上の通り、ノズルシステム１００においては、二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上２０ｃｍ以下となるように気相領域１１０ａの圧力が制御されることで、ロングノズル１１０の内部の二次メニスカス１１０ｂよりも下流側における溶融金属１０５に気泡プルームを形成する機能と、気泡プルームを構成する大型気泡をロングノズル１１０の内部に保持する機能とを両立し易い。これにより、非金属介在物の捕捉除去、ロングノズル吐出流速の低減、ロングノズル周囲の湯面における再酸化の防止、を同時に実現することができる。また、ロングノズル１１０内の気相領域１１０ａが過度に負圧となることがなく、ロングノズル１１０内への外気の取り込みも抑制される。これらの結果、図３に示されるような裸湯の問題やショートパスの問題が生じ難く、また、外気の取り込みによる溶融金属１０５の再酸化の問題も生じ難く、溶融金属１０５の清浄度が高まり易い。

２．溶融金属の連続鋳造方法
本開示の技術は、溶融金属の連続鋳造方法としての側面も有する。本開示の溶融金属の連続鋳造方法は、上記本開示のノズルシステム１００を用いることに特徴がある。本開示の連続鋳造方法は、例えば、ノズルシステム１００を用いて、取鍋１０１からロングノズル１１０を介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給すること、タンディッシュ１０２からノズル１２０を介して鋳型（不図示）へと溶融金属１０５を供給すること、及び、鋳型から鋳片を連続的に引き抜くこと、を含み得る。本開示の溶融金属の連続鋳造方法においては、上記のノズルシステム１００が採用されることを除いて、一般的な連続鋳造条件が採用され得る。或いは、上述したように、流量Ｑや平均滞留時間τが所定以上となるように調整されてもよい。

３．補足
尚、上記した種々の指標とその適正範囲の探索には、本出願人による特許第６７５０５３３号による実験装置を活用することができる。当該実験装置は、溶融金属流に作用する重力、慣性力、粘性力及び表面張力の影響を忠実に再現し、気泡の浮力や浮上速度を含めた気液二相流現象を精度よく再現できる装置である。

以下、実施例を示しつつ本発明についてさらに説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱せず、その目的を達する限りにおいては、種々の条件を採用可能とするものである。

図１及び２に示されるようなシステムを用いて鋼の連続鋳造を行った。下記表１及び２に、実施例及び比較例の各々の連続鋳造条件を示す。また、下記表３に、実施例及び比較例にて採用した鋳片の組成を示す。尚、表１及び２における「鋼の清浄度指数」とは、厚み２５０ｍｍ幅１８００ｍｍに凝固した鋳片内の介在物濃度を幅中央１／４厚み、１／４幅１／４厚み、３／４幅１／４厚み、幅中央３／４厚み、１／４幅３／４厚み、３／４幅３／４厚み、の６か所から採取した５ｍｍ角×５０ｍｍ長さの試料中の酸化物総量として分析した値を、後に示す比較例３Ｂの値を１０として指数化したものである。当該指数が小さいほど、溶鋼の清浄度が高い。

１．ロングノズルＡを用いた場合
図４（Ａ）に示されるロングノズルを用いて連続鋳造を行った。図４（Ａ）において、ロングノズルの流入口から拡径部の上端までの長さＬ_ａは７３３ｍｍ、拡径部の長さＬ_ｂは２６７ｍｍ、拡径部の下端から流出口までの長さＬ_ｃは４００ｍｍであった。この場合において、図２に示されるロングノズルの内径Ｄ_１は１３０ｍｍ、Ｄ_２は１３０～２１０ｍｍ、Ｄ_３は２１０ｍｍであり、ｈ_１は５４０ｍｍ、ｈ_２は７４０ｍｍであり、ロングノズルの流入口（上端）から流出口（下端）までの長さＬは１４００ｍｍであった。

１．１実施例１Ａ
表１の実施例１Ａにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが２５ｃｍであったものを５ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝５９０ｍｍであった）。

１．２実施例２Ａ
表１の実施例２Ａにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが－５ｃｍであったものを０ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが０ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝５４０ｍｍであった）。

１．３実施例３Ａ
表１の実施例３Ａにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、二次メニスカス高さΔＨが１０ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝６４０ｍｍであった）。

１．４実施例４Ａ
表１の実施例４Ａにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが３０ｃｍであったものを５ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝５９０ｍｍであった）。

１．５比較例１Ａ
表１の比較例１Ａにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、二次メニスカス高さΔＨが－５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝４９０ｍｍであった）。

１．６比較例２Ａ
表１の比較例２Ａにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが５０ｃｍであったものを２５ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが２５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝７９０ｍｍであった）。

１．７比較例３Ａ
表１の比較例３Ａにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、二次メニスカス高さΔＨが２５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝７９０ｍｍであった）。

２．ロングノズルＢを用いた場合
図４（Ｂ）に示されるロングノズルを用いて連続鋳造を行った。図４（Ｂ）において、ロングノズルの流入口から拡径部の上端までの長さＬ_ｄは７３３ｍｍ、拡径部の上端から流出口までの長さＬ_ｅは６６７ｍｍであった。この場合において、図２に示されるロングノズルの内径Ｄ_１は１３０ｍｍ、Ｄ_２は１３０～２１０ｍｍ、Ｄ_３は２１０ｍｍであり、ｈ_１は５４０ｍｍ、ｈ_２は７４０ｍｍであり、ロングノズルの流入口（上端）から流出口（下端）までの長さＬは１４００ｍｍであった。

２．１実施例１Ｂ
表２の実施例１Ｂにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが３０ｃｍであったものを１０ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが１０ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝６４０ｍｍであった））。

２．２実施例２Ｂ
表２の実施例２Ｂにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが２５ｃｍであったものを１５ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが１５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝６９０ｍｍであった）。

２．３実施例３Ｂ
表２の実施例３Ｂにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、二次メニスカス高さΔＨが１０ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝６４０ｍｍであった）。

２．４実施例４Ｂ
表２の実施例４Ｂにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが－１０ｃｍであったものを５ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝５９０ｍｍであった）。

２．５比較例１Ｂ
表２の比較例１Ｂにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが－１０ｃｍであったものを－５ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが－５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝４９０ｍｍであった）。

２．６比較例２Ｂ
表２の比較例２Ｂにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが３５ｃｍであったものを２５ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが２５ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝７９０ｍｍであった）。

２．７比較例３Ｂ
表２の比較例３Ｂにおいては、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶鋼を所定の溶鋼スループットにて供給しつつ、ロングノズル内へと不活性ガスとしてのＡｒを吹き込むことで、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを形成し、Ａｒの吹込み量又は吸引量（排出量）を調整することで、二次メニスカス高さΔＨが２５ｃｍであったものを－１０ｃｍへと変化させたうえで、ΔＨが－１０ｃｍを維持した状態で連続鋳造を行った（このとき、図２にいうＬ_２は、Ｌ_２＝ΔＨ＋ｈ_１＝４４０ｍｍであった）。

３．結果
表１及び２に示される結果から、ロングノズルの形状によらず、二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上２０ｃｍ以下となるようにロングノズル内の気相領域の圧力を制御することで、ΔＨが０ｃｍ未満や２０ｃｍ超となるように制御した場合よりも、連続鋳造後に得られる鋳片における鋼の清浄度が向上することが分かる。すなわち、ΔＨが０ｃｍ以上に制御されることで、ロングノズルの内部の二次メニスカスよりも下流側における溶鋼に気泡プルームを形成する機能と、気泡プルームを構成する大型気泡をロングノズルの内部に保持する機能とを両立することができたものと考えられる。これにより、非金属介在物の捕捉除去、ロングノズル吐出流速の低減、ロングノズル周囲の湯面における再酸化の防止、を同時に実現することができる。また、ΔＨが２０ｃｍ以下であれば、ロングノズル内の気相領域が過度に負圧となることがなく、ロングノズル内への外気の取り込みも抑制されたものと考えられる。これらの結果、タンディッシュにおける裸湯の問題やショートパスの問題が生じ難く、また、外気の取り込みによる溶鋼の再酸化の問題も生じ難く、鋼の清浄度が向上したものと考えられる。

１００ノズルシステム
１０１取鍋
１０１ａ底面
１０１ｂ側壁
１０２タンディッシュ
１０２ａ底面
１０２ｂ側壁
１０２ｃ蓋
１０５溶融金属
１１０ロングノズル
１１０ｘ流入口
１１０ｙ流出口
１１０ａ気相領域
１１０ｂ二次メニスカス
１１０ｃ拡径部
１１１コレクターノズル
１１２流量調整機構（スライディングノズル）
１１２ａスライド板
１１３不活性ガス供給機構
１２０ノズル

Claims

取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給するノズルシステムであって、
前記ロングノズルが、上流側である前記取鍋側に流入口を備え、下流側である前記タンディッシュ側に流出口を備え、且つ、上流側から下流側に向かって下向きに延在する、筒状単孔ノズルであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの外部から内部へと不活性ガスが供給されて、前記ロングノズルの内部に前記不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記気相領域の圧力が制御されることによって、下記式（１）で定義される二次メニスカス高さΔＨが０ｃｍ以上２０ｃｍ以下となるように構成されている、
ノズルシステム。
ΔＨ＝（Ｐ_Ｔ－Ｐ_Ｌ）／（ρ・ｇ） …（１）
ここで、
Ｐ_Ｔは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
Ｐ_Ｌは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。
前記気相領域の圧力が第１の閾値よりも高い場合に、前記気相領域へと供給される前記不活性ガスの量が低下して、前記気相領域の圧力が低下するように構成されている、
請求項１に記載のノズルシステム。
前記気相領域の圧力が第２の閾値よりも低い場合に、前記気相領域へと供給される前記不活性ガスの量が増加して、前記気相領域の圧力が上昇するように構成されている、
請求項１又は２に記載のノズルシステム。
前記ロングノズルが少なくとも１つの連通孔を有し、
前記ロングノズル内の前記気相領域と、前記タンディッシュ内の前記雰囲気とが、前記連通孔を介して、互いに連通可能に構成されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載のノズルシステム。
前記タンディッシュが内部に堰を有しない、
請求項１～４のいずれか１項に記載のノズルシステム。