JP2024043884A - ノズルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】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下向きに供給した場合に、ノズル内の二次メニスカスに溶融金属を叩き込んで多数の気泡を生成させ、且つ、当該気泡をノズル内に適切に回収することが可能なシステムを開示する。【解決手段】本開示のノズルシステムにおいては、（１）ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ、θ＞１５°、Ｈ≧６００ｍｍ、２５０ｍｍ≦ＬＤ≦４５０ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ２≦３５０ｍｍがなる条件が満たされるか、（２）ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、０°＜θ≦１５°、４００ｍｍ≦ＬＤ≦６００ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ２≦３５０ｍｍなる条件が満たされるか、又は、（３）ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、θ＞１５°、Ｈ＜６００ｍｍ、４００ｍｍ≦ＬＤ≦６００ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ２≦３５０ｍｍなる条件が満たされる。【選択図】図３

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、硫化物などに由来する。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５参照）、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５参照）。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。

本発明者の新たな知見によると、上記のショートパスを抑制し、且つ、反転上昇流による裸湯を抑制するためには、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供給する際、溶鋼の落下流をロングノズル内の湯面（二次メニスカス）に衝突させて、周囲の雰囲気を叩き込んで気泡群（プルーム）を生成し、気泡が有する大きな浮力によって溶鋼の注入流速を減少させることが有効である。しかしながら、生成したプルームがロングノズル内に保持・回収されず、ロングノズルの流出口から流出すると、タンディッシュ内の溶鋼に湯湧き（気泡がタンディッシュ湯面に浮上してフラックスを押しのけ、溶融金属の裸湯が大気に露出する現象）が発生し、溶鋼が再酸化される虞がある。

湯湧きによる再酸化を抑制するためには、ロングノズルの流出口からノズル外へと流出するプルームの量を低減する必要がある。本発明者は、特許文献１、２に開示されているようにロングノズルの下部を拡管することで、プルームがロングノズル内に保持され易くなり、且つ、プルームがロングノズル内に効率的に回収され易くなるものと考えた。しかしながら、本発明者の新たな知見によると、ロングノズルの形状や溶鋼のスループットやロングノズルの位置等により、ロングノズル内に生成するプルームの量が大きく変化し、ある条件においては十分な量のプルームが生成して溶鋼の注入速度が低減されてショートパスを抑制できる一方で、湯湧きによる再酸化の問題が生じたり、ある条件においてはプルームの生成量が少なく、湯湧きによる再酸化の問題は生じないものの、溶鋼の注入速度を低減できず、ショートパスや反転上昇流による裸湯の問題が生じたりする。すなわち、ロングノズルの形状を工夫するだけでは、タンディッシュにおけるショートパスの問題、反転上昇流や湯湧きによる溶融金属の再酸化の問題を解決することは難しい。

特開２００２－００１４９６号公報 特開平１１－０１０２９２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、溶融金属の落下流をロングノズル内の二次メニスカスに衝突させて十分な量のプルームを生成させることで、ショートパスや反転上昇流による裸湯を抑制しつつ、生成したプルームをロングノズル内に効率的に保持・回収することで、湯湧きによる溶融金属の再酸化を抑制することが可能な新たな技術を開示する。

本願は上記課題を解決するための手段として、以下の複数の態様を開示する。
（態様１）
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、流入口、最小径部、拡径部、直筒部及び流出口を有する筒状単孔ノズルであり、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記直筒部に至るまで存在して、前記最小径部から前記直筒部に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
前記直筒部が、前記拡径部の下端から前記流出口に至るまで存在し、
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内部に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、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在し、
下記条件１－１～１－５が満たされるか、下記条件２－１～２－４が満たされるか、又は、下記条件３－１～３－５が満たされる、
ノズルシステム。
条件１－１：ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件１－２：θ＞１５°
条件１－３：Ｈ≧６００ｍｍ
条件１－４：２５０ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦４５０ｍｍ
条件１－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
条件２－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件２－２：０°＜θ≦１５°
条件２－３：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
条件２－４：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
条件３－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件３－２：θ＞１５°
条件３－３：Ｈ＜６００ｍｍ
条件３－４：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
条件３－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
ここで、ＴＰは、溶融金属のスループットであり、
θは、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸とのなす角度であり、
Ｈは、前記最小径部から前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面までの距離であり、
Ｌ_Ｄは、前記ロングノズルの浸漬深さであり、
Ｄ_２は、前記流出口におけるノズルの内径である。
（態様２）
前記条件３－３が、Ｈ≦４００ｍｍなる条件である、態様１のノズルシステム。
（態様３）
下記条件４－１が満たされる、態様１又は２のノズルシステム。
条件４－１：５０ｍｍ≦Ｄ_１≦２００ｍｍ
ここで、Ｄ_１は、前記最小径部におけるノズル内径である。
（態様４）
下記条件４－２が満たされる、態様１～３のいずれかのノズルシステム。
条件４－２：０．２≦Ｄ_１／Ｄ_２≦１．０
（態様５）
前記タンディッシュが、堰を有しない、態様１～４のいずれかのノズルシステム。

本開示のノズルシステムによれば、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、ロングノズルの内部において溶融金属の落下流を二次メニスカスに衝突させて十分な量のプルームを生成させることで、ショートパスや反転上昇流による裸湯を抑制しつつ、生成したプルームをロングノズル内に効率的に回収することで、湯湧きによる溶融金属の再酸化を抑制することが可能である。

ノズルシステムにおける取鍋、ロング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。 ノズルシステムにおけるロングノズル周辺の構成の一例を概略的に示している。 ロングノズルの断面形状の一例を概略的に示している。 ロングノズルの内部の落下流の状態の一例を概略的に示している。拡径部における拡径率が小さい（角度θが小さい）場合を示している。 ロングノズルの内部の落下流の状態の一例を概略的に示している。拡径部における拡径率が大きい（角度θが大きい）場合を示している。 従来技術における課題を概略的に示している。

１．ノズルシステム
図面を参照しつつ、実施形態に係るノズルシステムについて説明する。図１に示されるように、一実施形態に係るノズルシステム１００は、取鍋１０１からロングノズル１０を介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給するものである。図２及び図３に示されるように、前記ロングノズル１０は、流入口１１、最小径部１２、拡径部１３、直筒部１４及び流出口１５を有する筒状単孔ノズルである。前記最小径部１２は、前記流出口１５よりも前記流入口１１側に存在する。前記拡径部１３は、前記最小径部１２から前記直筒部１４に至るまで存在して、前記最小径部１２から前記直筒部１４に向かうにつれてノズルの内径が拡大している。前記直筒部１４は、前記拡径部１３の下端から前記流出口１５に至るまで存在する。前記流出口１５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よりも上方に位置する。図２、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、前記ロングノズル１０の内部には、不活性ガスを含む気相領域１０ａと前記溶融金属１０５の二次メニスカス１０ｂとが存在する。前記二次メニスカス１０ｂは、前記最小径部１２よりも前記流出口１５側に存在する。ここで、一実施形態に係るノズルシステム１００においては、下記条件１－１～１－５が満たされるか、下記条件２－１～２－４が満たされるか、又は、下記条件３－１～３－５が満たされる。

条件１－１：ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件１－２：θ＞１５°
条件１－３：Ｈ≧６００ｍｍ
条件１－４：２５０ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦４５０ｍｍ
条件１－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ

条件２－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件２－２：０°＜θ≦１５°
条件２－３：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
条件２－４：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ

条件３－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件３－２：θ＞１５°
条件３－３：Ｈ＜６００ｍｍ
条件３－４：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
条件３－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ

ここで、ＴＰは、溶融金属１０５のスループットであり、θは、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部１３におけるノズル内壁面とノズルの軸とのなす角度であり、Ｈは、前記最小径部１２から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までの距離であり、Ｌ_Ｄは、前記ロングノズル１０の浸漬深さであり、Ｄ_２は、前記流出口１５におけるノズルの内径である。

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及び図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１０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１０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及び図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２０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２０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２０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、本開示のノズルシステム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１０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５参照）を小さく抑えることができ、また、湯湧きを抑えることもでき、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１０の内部に二次メニスカス１０ｂが形成され、溶融金属１０５の落下流が当該二次メニスカス１０ｂ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５参照）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 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１０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１０は、上流側である取鍋１０１側に流入口１１を備え、下流側であるタンディッシュ１０２側に流出口１５を備える。ロングノズル１０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１０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１０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いわゆる「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。

１．３．１ 基本構成
図３に示されるように、ロングノズル１０は、流入口１１、最小径部１２、拡径部１３、直筒部１４及び流出口１５を有する筒状単孔ノズルである。流入口１１は、他の部材（例えば、コレクターノズルといったその他のノズルの下端、或いは、取鍋の流出口等）に接続され得る。最小径部１２は、流出口１５よりも流入口１１側に存在する。最小径部１２の位置は、流入口１１の位置と一致していてもよいし、流入口１１よりも流出口１５側に存在していてもよい。拡径部１３は、最小径部１２から直筒部１４に至るまで存在して、最小径部１２から直筒部１４に向かうにつれてノズルの内径が拡大している。直筒部１４は、拡径部１３の下端から流出口１５に至るまで存在する。図２に示されるように、流出口１５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。尚、流入口１１から最小径部１２に至るまでのノズル形状は、その径が最小径部１２の径以上であればよい。例えば、図３に示されるように、ロングノズル１０は、流入口１１から最小径部１２までが第２の直筒部１６となっていてもよい。また、拡径部１３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１３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、図３に示されるように、ロングノズル１０は、最小径部１２から流出口１５に至るまでにおいて、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１０ｂが位置する部分と流出口１５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１０ｂ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による効果が低下する虞があるためである。

１．３．２ 内径
図３に示されるように、ロングノズル１０は、流入口１１において内径Ｄ_０を有し、二次メニスカス１０ｂよりも上流にある最小径部１２において最小の内径Ｄ_１を有し、二次メニスカス１０ｂよりも下流にある流出口１５において内径Ｄ_２を有するものであってもよい。二次メニスカス１０ｂにおけるノズルの内径はＤ_１以上Ｄ_２以下で推移し得る。また、図２及び図３に示されるように、拡径部１３におけるノズルの内径は、最小径部１２側から直筒部１４側に向かうにつれて増加している。Ｄ_０、Ｄ_１及びＤ_２の具体的な値や関係については後述する。尚、「内径」とは、ノズルの開口形状についての面積円相当直径である。

１．３．３ 長さ
図３に示されるように、ロングノズル１０は、流入口１１から流出口１５に至るまでに長さＬを有し、流入口１１から最小径部１２の下流側の端部（拡径部１３の上流側の端部）に至るまでに長さＬ_０を有し、最小径部１２の下流側の端部（拡径部１３の上流側の端部）から流出口１５に至るまでに長さＬ_１を有し、直筒部１４の上流側端部から流出口１５に至るまでに長さＬ_２を有していてもよい。Ｌ、Ｌ_０、Ｌ_１及びＬ_２の具体的な値や関係については後述する。

１．３．４ 浸漬深さ、及び、ノズル下端とタンディッシュ底面との距離
図２に示されるように、ロングノズル１０の流出口１５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１０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１０の流出口１５までの間に距離Ｌ_Ｄ（浸漬深さＬ_Ｄ）を有していてもよく、ロングノズル１０の流出口１５からタンディッシュ１０２の底面１０２ａまでの間に距離Ｌ_Ｓを有していてもよい。Ｌ_Ｄ及びＬ_Ｓの具体的な値や関係については後述する。

１．３．５ ノズル内の溶融金属流
溶融金属１０５は、所定のスループットＴＰにて、ロングノズル１０の流入口１１を介してロングノズル１０の内部へと流入し、ロングノズル１０の流出口１５を介してロングノズル１０の外部へと流出する。本発明者の新たな知見によると、ノズル内の溶融金属の流れは、拡径部１３における角度θの大小によって変化し得る。角度θが小さい場合（例えば、１５°以下である場合）、図４Ａに示されるように、ロングノズル１０の内部において、溶融金属１０５が、最小径部１２の近傍からノズルの内壁を伝うように流れ落ちて二次メニスカス１０ｂに衝突し得る。一方、角度θが大きい場合（例えば、１５°超である場合）、図４Ｂに示されるように、ロングノズル１０の内部において、溶融金属１０５が、最小径部１２の近傍から自由落下によって二次メニスカス１０ｂに衝突し得る。また、図２に示されるように、ロングノズル１０は最小径部１２からタンディッシュ１０２の液面１０５ａまでの間に高さＨを有していてもよい。高さＨが大きいほど、溶融金属の落下流が二次メニスカス１０ｂへと衝突した際に生成する気泡が増加し易い。また、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の液面から二次メニスカス１０ｂまでの間に高さΔＨが存在していてもよい。ＴＰ、θ、Ｈ及びΔＨの具体的な値については後述する。

１．４ 条件１－１～１－５
本開示のノズルシステム１００は、その第１形態において、上記の条件１－１～１－５が満たされる。すなわち、ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ、θ＞１５°、Ｈ≧６００ｍｍ、２５０ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦４５０ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件が満たされる。

１．４．１ 条件１－１
本発明者の新たな知見によると、溶融金属１０５のスループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ未満である場合、溶融金属１０５が二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーが小さく、十分な量のプルームが生成し難い。結果として、溶融金属１０５の落下流をプルームによって十分に減速させることができず、ショートパスや反転上昇流が生じ易い。そのため、スループットＴＰ以外の条件を工夫することで、プルームの生成量を増加させる必要がある。条件１－１に関して、スループットＴＰは、４ｔｏｎ／ｍｉｎ以下、３ｔｏｎ／ｍｉｎ以下又は２ｔｏｎ／ｍｉｎ以下であってもよい。

１．４．２ 条件１－２
スループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ未満である場合に十分な量のプルームを生成させるためには、図４Ｂに示されるように、拡径部１３における角度θを１５°超と大きくして、ロングノズル１０の内部において溶融金属１０５を自由落下させることで、溶融金属１０５の落下流が二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーを増大させるとよい。条件１－２に関して、角度θは、１６°以上、１７°以上、１８°以上、１９°以上又は２０°以上であってもよく、６０°以下、５０°以下、４０°以下又は３０°以下であってもよい。

１．４．３ 条件１－３
スループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ未満である場合に十分な量のプルームを生成させるためには、最小径部１２から溶融金属１０５の液面１０５ａまでの高さＨを６００ｍｍ以上と高くして、ロングノズル１０の内部における溶融金属１０５の自由落下距離を長くすることで、溶融金属１０５の落下流が二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーを増大させるとよい。

１．４．４ 条件１－４
ノズルシステム１００において、条件１－１～１－３が満たされることで、ロングノズル１０の内部に適切な量のプルームを生成させることができる。このようにして適切な量のプルームを生成させた場合において、ロングノズル１０の浸漬深さＬ_Ｄが浅すぎると、ロングノズル１０の内部においてプルームを保持・回収するための体積が小さくなり、ロングノズル１０の流出口１５から気泡が流出して、湯湧きが発生してしまう。この点、浸漬深さＬ_Ｄが２５０ｍｍ以上であれば、このような問題が生じ難い。一方、湯湧きを抑制する観点からは、浸漬深さＬ_Ｄが深すぎる分には問題ない。ただし、浸漬深さＬ_Ｄが深すぎると、ロングノズル１０の流出口１５とタンディッシュ１０２の底面１０２ａとの距離が近くなりすぎて、反転上昇流やショートパスが発生し易くなる虞がある。この点、浸漬深さＬ_Ｄが４５０ｍｍ以下であれば、このような問題が生じ難い。条件１－４に関して、浸漬深さＬ_Ｄは、３００ｍｍ以上又は３５０ｍｍ以上であってもよく、４２５ｍｍ以下又は４００ｍｍ以下であってもよい。

１．４．５ 条件１－５
ノズルシステム１００において、条件１－１～１－３が満たされることで、ロングノズル１０の内部に適切な量のプルームを生成させることができる。このようにして適切な量のプルームを生成させた場合において、ロングノズル１０の流出口１５の内径Ｄ_２が小さすぎると、ロングノズル１０の流出口１５から気泡が流出して、湯湧きが発生してしまう。この点、内径Ｄ_２が１５０ｍｍ以上であれば、このような問題が生じ難い。一方、湯湧きを抑制する観点からは、内径Ｄ_２が大きい分には問題ない。ただし、内径Ｄ_２が大きすぎると、ロングノズル１０の重量が過度に増加する虞がある。この点、内径Ｄ_２が３５０ｍｍ以下であれば、このような問題が生じ難い。条件１－５に関して、内径Ｄ_２は、２００ｍｍ以上又は２５０ｍｍ以上であってもよく、３２５ｍｍ以下又は３００ｍｍ以下であってもよい。

１．５ 条件２－１～２－４
本開示のノズルシステム１００は、その第２形態において、上記の条件２－１～２－４が満たされる。すなわち、ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、０°＜θ≦１５°、４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件が満たされる。

１．５．１ 条件２－１
本発明者の新たな知見によると、溶融金属１０５のスループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上である場合、溶融金属１０５が二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーが大きく、過剰な量のプルームが生成して湯湧きが発生し易い。そのため、スループットＴＰ以外の条件を工夫することで、プルームの生成量を抑えること、及び／又は、生成したプルームがロングノズル１０の流出口１５から流出しないようにすることが必要となる。条件２－１に関して、スループットＴＰは、６ｔｏｎ／ｍｉｎ以上、７ｔｏｎ／ｍｉｎ以上、８ｔｏｎ／ｍｉｎ以上又は９ｔｏｎ／ｍｉｎ以上であってもよい。ＴＰの上限は特に限定されず、ノズルシステム１００の操業条件によって適切なＴＰが決定されればよい。ＴＰは、１５ｔｏｎ／ｍｉｎ以下、１３ｔｏｎ／ｍｉｎ以下又は１０ｔｏｎ／ｍｉｎ以下であってもよい。

１．５．２ 条件２－２
スループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上である場合にプルームの生成量を抑えるためには、図４Ａに示されるように、拡径部１３における角度θを１５°以下と小さくして、ロングノズル１０の内部において溶融金属１０５がノズル内壁を伝って流れ落ちるようにすることで、溶融金属１０５が二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーを減少させるとよい。条件２－２に関して、角度θは、１４°以下、１３°以下、１２°以下、１１°以下又は１０°以下であってもよく、０°超であり、２°以上、４°以上、６°以上又は８°以上であってもよい。

１．５．３ 条件２－３
本発明者の新たな知見によると、ノズルシステム１００において、条件２－１及び２－２が満たされた場合、ロングノズル１０の内部におけるプルームの生成量をある程度抑えることができるものの、プルームの生成量が依然として多い傾向にある。このようにプルームの生成量が多い場合に、ロングノズル１０の浸漬深さＬ_Ｄが浅すぎると、ロングノズル１０の内部においてプルームを保持・回収するための体積が小さくなり、ロングノズル１０の流出口１５から気泡が流出して、湯湧きが発生してしまう。この点、浸漬深さＬ_Ｄが４００ｍｍ以上であれば、このような問題が生じ難い。一方、湯湧きを抑制する観点からは、浸漬深さＬ_Ｄが深すぎる分には問題ない。ただし、浸漬深さＬ_Ｄが深すぎると、ロングノズル１０の流出口１５とタンディッシュ１０２の底面１０２ａとの距離が近くなりすぎて、反転上昇流やショートパスが発生し易くなる虞がある。この点、浸漬深さＬ_Ｄが６００ｍｍ以下であれば、このような問題が生じ難い。条件２－３に関して、浸漬深さＬ_Ｄは、４２５ｍｍ以上又は４５０ｍｍ以上であってもよく、５５０ｍｍ以下又は５００ｍｍ以下であってもよい。

１．５．４ 条件２－４
上述の通り、ノズルシステム１００において、条件２－１～２－３が満たされた場合、プルームの生成量が多い傾向にあるものの、浸漬深さＬ_Ｄが調整されることで、湯湧きの発生が抑制され得る。ただし、浸漬深さＬ_Ｄが調整されたとしても、ロングノズル１０の流出口１５の内径Ｄ_２が小さすぎると、ロングノズル１０の流出口１５から気泡が流出して、湯湧きが発生してしまう。この点、内径Ｄ_２が１５０ｍｍ以上であれば、このような問題が生じ難い。一方、湯湧きを抑制する観点からは、内径Ｄ_２が大きい分には問題ない。ただし、内径Ｄ_２が大きすぎると、ロングノズル１０の重量が過度に増加する虞がある。この点、内径Ｄ_２が３５０ｍｍ以下であれば、このような問題が生じ難い。条件２－４に関して、内径Ｄ_２は、２００ｍｍ以上又は２５０ｍｍ以上であってもよく、３２５ｍｍ以下又は３００ｍｍ以下であってもよい。

尚、上述の通り、ノズルシステム１００において条件２－２が満たされる場合、ロングノズル１０の内部において溶融金属１０５がノズル内壁を伝って流れ落ちることとなる。そのため、最小径部１２から溶融金属１０５の液面１０５ａまでの高さＨが変化したとしても、プルームの生成量は実質的に変わらない。すなわち、条件２－１～２－４が満たされる場合、高さＨに特に制限はない。この場合の高さＨは、例えば、１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であってもよい。

１．６ 条件３－１～３－５
本開示のノズルシステム１００は、その第３形態において、上記の条件３－１～３－５が満たされる。すなわち、ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、θ＞１５°、Ｈ＜６００ｍｍ、４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件が満たされる。

１．６．１ 条件３－１
上述の通り、溶融金属１０５のスループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上である場合、溶融金属１０５が二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーが大きく、過剰な量のプルームが生成して湯湧きが発生し易い。そのため、スループットＴＰ以外の条件を工夫することで、プルームの生成量を抑えること、及び／又は、生成したプルームがロングノズル１０の流出口１５から流出しないようにすることが必要となる。条件３－１に関して、スループットＴＰは、６ｔｏｎ／ｍｉｎ以上、７ｔｏｎ／ｍｉｎ以上、８ｔｏｎ／ｍｉｎ以上又は９ｔｏｎ／ｍｉｎ以上であってもよい。スループットＴＰの上限は特に限定されず、ノズルシステム１００の操業条件によって適切なＴＰが決定されればよい。ＴＰは、１５ｔｏｎ／ｍｉｎ以下、１３ｔｏｎ／ｍｉｎ以下又は１０ｔｏｎ／ｍｉｎ以下であってもよい。

１．６．２ 条件３－２
スループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上である場合において、図４Ｂに示されるように、拡径部１３における角度θを１５°超と大きくして、ロングノズル１０の内部において溶融金属１０５を自由落下させて、二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーを増大させた場合、ロングノズル１０の内部におけるプルームの生成量がさらに増加する。そのため、ＴＰ及びθ以外の条件を工夫することで、プルームの生成量を抑えること、及び／又は、生成したプルームがロングノズル１０の流出口１５から流出しないようにすることが必要となる。条件３－２に関して、角度θは、１６°以上、１７°以上、１８°以上、１９°以上又は２０°以上であってもよく、６０°以下、５０°以下、４０°以下又は３０°以下であってもよい。

１．６．３ 条件３－３
スループットＴＰが５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上で、且つ、角度θが１５°超である場合に、ロングノズル１０の内部におけるプルームの生成量を抑えるためには、最小径部１２から溶融金属１０５の液面１０５ａまでの高さＨを６００ｍｍ未満と低くして、ロングノズル１０の内部における溶融金属１０５の自由落下距離を短くすることで、溶融金属１０５の落下流が二次メニスカス１０ｂに衝突した際のエネルギーを減少させるとよい。条件３－３に関して、高さＨは、５５０ｍｍ以下、５００ｍｍ以下、４５０ｍｍ以下又は４００ｍｍ以下であってもよい。高さＨの下限は特に限定されず、ノズルシステム１００の操業条件によって適切な高さＨが決定されればよい。高さＨは、２００ｍｍ以上、２５０ｍｍ以上、３００ｍｍ以上又は３５０ｍｍ以上であってもよい。

１．６．４ 条件３－４
本発明者の新たな知見によると、ノズルシステム１００において、条件３－１～３－３が満たされた場合、ロングノズル１０の内部におけるプルームの生成量をある程度抑えることができるものの、プルームの生成量が依然として多い傾向にある。このようにプルームの生成量が多い場合に、ロングノズル１０の浸漬深さＬ_Ｄが浅すぎると、ロングノズル１０の内部においてプルームを保持・回収するための体積が小さくなり、ロングノズル１０の流出口１５から気泡が流出して、湯湧きが発生してしまう。この点、浸漬深さＬ_Ｄが４００ｍｍ以上であれば、このような問題が生じ難い。一方、湯湧きを抑制する観点からは、浸漬深さＬ_Ｄが深すぎる分には問題ない。ただし、浸漬深さＬ_Ｄが深すぎると、ロングノズル１０の流出口１５とタンディッシュ１０２の底面１０２ａとの距離が近くなりすぎて、反転上昇流やショートパスが発生し易くなる虞がある。この点、浸漬深さＬ_Ｄが６００ｍｍ以下であれば、このような問題が生じ難い。条件３－４に関して、浸漬深さＬ_Ｄは、４２５ｍｍ以上又は４５０ｍｍ以上であってもよく、５５０ｍｍ以下又は５００ｍｍ以下であってもよい。

１．６．５ 条件３－５
上述の通り、ノズルシステム１００において、条件３－１～３－４が満たされた場合、プルームの生成量が多い傾向にあるものの、浸漬深さＬ_Ｄが調整されることで、湯湧きの発生が抑制され得る。ただし、浸漬深さＬ_Ｄが調整されたとしても、ロングノズル１０の流出口１５の内径Ｄ_２が小さすぎると、ロングノズル１０の流出口１５から気泡が流出して、湯湧きが発生してしまう。この点、内径Ｄ_２が１５０ｍｍ以上であれば、このような問題が生じ難い。一方、湯湧きを抑制する観点からは、内径Ｄ_２が大きい分には問題ない。ただし、内径Ｄ_２が大きすぎると、ロングノズル１０の重量が過度に増加する虞がある。この点、内径Ｄ_２が３５０ｍｍ以下であれば、このような問題が生じ難い。条件３－５に関して、内径Ｄ_２は、２００ｍｍ以上又は２５０ｍｍ以上であってもよく、３２５ｍｍ以下又は３００ｍｍ以下であってもよい。

１．７ その他の条件
以下、第１形態、第２形態及び第３形態の各々に共通する条件について説明する。

１．７．１ 流入口における内径Ｄ_０
流入口１１におけるノズルの内径Ｄ_０は、後述の最小径部１２におけるノズルの内径Ｄ_１と実質的に同じであってもよいし、異なっていてもよい。流入口１１におけるノズルの内径Ｄ_０は、例えば、７０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上であってもよく、２００ｍｍ以下、１７０ｍｍ以下又は１５０ｍｍ以下であってもよい。

１．７．２ 最小径部における内径Ｄ_１
最小径部１２におけるノズルの内径Ｄ_１は、例えば、下記条件４－１を満たすものであってもよい。内径Ｄ_１は、７０ｍｍ以上又は９０ｍｍ以上であってもよく、１９０ｍｍ以下、１８０ｍｍ以下又は１５０ｍｍ以下であってもよい。また、最小径部１２におけるノズルの内径Ｄ_１と、流出口１５におけるノズルの内径Ｄ_２との比Ｄ_１／Ｄ_２は、下記条件４－２を満たすものであってもよい。比Ｄ_１／Ｄ_２は、０．３以上又は０．４以上であってもよく、０．９以下又は０．８以下であってもよい。

条件４－１：５０ｍｍ≦Ｄ_１≦２００ｍｍ
条件４－２：０．２≦Ｄ_１／Ｄ_２≦１．０

１．７．３ ロングノズルの長さＬ
ロングノズル１０は、流入口１１から流出口１５に至るまでに長さ（全長）Ｌを有し得る。長さＬは、後述の長さＬ_０と長さＬ_１との合計に等しい。

１．７．４ 流入口から最小径部の下流側端部までの長さＬ_０
ロングノズル１０は、流入口１１から最小径部１２の下流側の端部（拡径部１３の上流側の端部）に至るまでに長さＬ_０を有していてもよい。また、上述の通り、ロングノズル１０は、流入口１１から最小径部１２までが第２の直筒部１６となっていてもよい。このような直筒部１６を備えることで、ノズル内の溶融金属１０５の流速及び流通方向が安定化し、ノズル内の気相領域１０ａや二次メニスカス１０ｂが安定し、直筒部１６よりも下流側において安定してプルームを生成させ易くなる。この場合、長さＬ_０は、第２の直筒部１６の長さと一致し得る。長さＬ_０は、例えば、２５０ｍｍ以上又は５００ｍｍ以上であってもよく、１０００ｍｍ以下又は８００ｍｍ以下であってもよい。

１．７．５ 最小径部の下流側端部から流出口までの長さＬ_１
最小径部１２の下流側の端部（拡径部１３の上流側の端部）から流出口１５に至るまでに長さＬ_１は、例えば、３００ｍｍ以上、４００ｍｍ以上又は５００ｍｍ以上であってもよく、１２００ｍｍｍ以下、１０００ｍｍ以下又は８００ｍｍ以下であってもよい。また、長さＬ_０と長さＬ_１との比Ｌ_０／Ｌ_１は、例えば、０．３以上、０．４以上又は０．５以上であってもよく、２．０以下、１．８以下又は１．６以下であってもよい。長さＬ_１が長いほど、ノズル内部の二次メニスカス１０ｂからノズル下端までの体積が大きくなり易く、プルームの保持体積が大きくなり易い。そのため、溶融金属の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等の種々の効果が一層顕著に得られ易くなる。一方、長さＬ_１が長すぎると、これら効果が飽和するほか、ノズル重量が過度に重くなり易い。また、長さＬ_１が長すぎても短すぎても、上記の高さＨや浸漬深さＬ_Ｄに係る条件を満たすことができなくなる虞がある。

１．７．６ 直筒部の上流側端部から流出口に至るまでの長さＬ_２
直筒部１４の上流側端部から流出口１５に至るまでの長さＬ_２は、例えば、３００ｍｍ以上、３５０ｍｍ以上又は４００ｍｍ以上であってもよく、１０００ｍｍ以下、９００ｍｍ以下又は８００ｍｍ以下であってもよい。また、長さＬ_１と長さＬ_２との比Ｌ_１／Ｌ_２は、例えば、０．３以上、０．４以上又は０．５以上であってもよく、２．０以下、１．８以下又は１．６以下であってもよい。長さＬ_２が長いほど、ロングノズル１０の内部においてプルームを保持・回収するための体積が大きくなり易く、また、浸漬深さＬ_Ｄを大きくし易い。

１．７．７ 流出口からタンディッシュの底面までの距離Ｌ_Ｓ
ロングノズル１０の流出口１５からタンディッシュ１０２の底面１０２ａまでの距離Ｌ_Ｓは、例えば、２００ｍｍ以上９００ｍｍ以下であってもよい。また、浸漬深さＬ_Ｄと距離Ｌ_Ｓとの比Ｌ_Ｄ／Ｌ_Ｓは、例えば、０．２以上２．０以下であってもよい。また、流出口１５におけるノズルの内径Ｄ_２と距離Ｌ_Ｓとの比Ｄ_２／Ｌ_Ｓは、例えば、０．２以上２．０以下であってもよい。

１．７．８ 二次メニスカス高さΔＨ
上述の通り、ロングノズル１０の内部には気相領域１０ａ及び二次メニスカス１０ｂが形成される。ここで、気相領域１０ａの圧力によって、二次メニスカス１０ｂの高さΔＨが若干変化し得る。二次メニスカス高さΔＨは、下記式（１）で定義され得る。ノズルシステムにおいては、二次メニスカスの高さΔＨが、－１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下とされてもよい。ΔＨは－７ｃｍ以上、－５ｃｍ以上、－３ｃｍ以上又は－１ｃｍ以上であってもよく、１０ｃｍ以下、７ｃｍ以下、５ｃｍ以下、３ｃｍ以下又は１ｃｍ以下であってもよい。

ΔＨ＝（Ｐ_Ｔ－Ｐ_Ｌ）／（ρ・ｇ） …（１）
ここで、Ｐ_Ｔは、タンディッシュ１０２内の雰囲気圧力であり、
Ｐ_Ｌは、ロングノズル１０内の気相領域１０ａの圧力であり、
ρは、溶融金属１０５の密度であり、
ｇは、重力加速度である。

１．７．９ タンディッシュにおける平均滞留時間τ
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。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τ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。

１．８ その他の構成
１．８．１ コレクターノズル
図２に示されるように、ノズルシステムにおいては、ロングノズル１０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１０の上流側の端部に接続され得る。コレクターノズル１１１は、ロングノズル１０との接続部において、内径Ｄ_Ｃを有していてもよい。Ｄ_Ｃの具体的な値は特に限定されるものではない。例えば、Ｄ_Ｃと上述のＤ_１とが１．０≦Ｄ_１／Ｄ_Ｃ≦１．４なる関係を満たしていてもよい。すなわち、ロングノズル１０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_Ｃ（ｃｍ）に対するロングノズル１０の最小の内径Ｄ_１（ｃｍ）の比Ｄ_１／Ｄ_Ｃ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１０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１０の側面からの放熱の影響でロングノズル１０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１０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１０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１０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。

１．８．２ 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。

１．８．３ 不活性ガス供給機構
図２に示されるように、ノズルシステムにおいては、ロングノズル１０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１０の内部に不活性ガスを含む気相領域１０ａと二次メニスカス１０ｂとが形成されるようにしてもよい。ロングノズル１０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、ノズルシステムは、ロングノズル１０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効果によってロングノズル１０の内部へと外気が取り込まれる場合があるが、ノズルシステムにおいては、これとは別に、ロングノズル１０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。

図２に示されるように、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１０の内部に気相領域１０ａ及び二次メニスカス１０ｂ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ようにしてもよい。ノズルシステム１００がロングノズル１０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１０の内部において気相領域１０ａ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１０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１０ａにおける圧力も特に限定されるものではない。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１０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１０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１０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１０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１０に対して直接的に接続された場合、或いは、ロングノズル１０の近傍に接続された場合のほうが、ロングノズル１０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１０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１０の内部に気相領域１０ａを一層形成し易くなる。或いは、不活性ガス供給機構１１３はロングノズル１０の拡径部１３に設けられていてもよい。

１．８．４ タンディッシュ内の堰
上述したように、本開示のノズルシステムにおいては、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。本開示のノズルシステム１００によれば、堰を使わずともショートパスを防止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。

１．８．５ 高さ寸法
本開示のノズルシステム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１０の浸漬深さＬ_Ｄ等から決定され、概ね１ｍ～２．５ｍとなる場合が多い。

１．８．６ 溶融金属の種類
本開示のノズルシステム１００において、取鍋１０１からロングノズル１０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、本開示のノズルシステム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。

１．９ 作用・効果
以上の通り、本開示のノズルシステム１００においては、条件１－１～１－５、条件２－１～２－４、又は、条件３－１～３－５が満たされることで、取鍋１０１からロングノズル１０を介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給する際、ロングノズル１０の内部において溶融金属１０５の落下流を二次メニスカス１０ｂに衝突させて十分な量のプルームを生成させることで、ショートパスや反転上昇流による裸湯を抑制しつつ、生成したプルームをロングノズル１０内に効率的に回収することで、湯湧きによる溶融金属１０５の再酸化を抑制することが可能である。

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、本開示のノズルシステム１００を用いて、取鍋１０１からロングノズル１０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２０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、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。

１．予備実験
水を作業流体とするモデル実験を行なった。作業流体である水（以下、単に水と標記する）は、ロングノズルの拡径部の開始位置までは内壁に沿って流れ、拡径部の角度θが１５°未満の場合、そのまま内壁に沿ってロングノズルの内部の二次メニスカスに衝突することを確認した（図４Ａ）。一方、拡径部の角度θが１５°以上の場合は、水の流れが内壁面から離れ、完全な自由落下流として二次メニスカスに衝突することを確認した（図４Ｂ）。水のスループットを同じ量とした場合、後者のほうが気泡（プルーム）の生成量が多くなることが分かった。

また、水モデル実験により、気泡の生成量が過剰に少ないと、水の下降流の流速低減効果が小さくなり、ショートパスが発生し易くなることを確認した。一方で、気泡の生成量が過剰に多いと、ロングノズルの下部を拡管しても、プルームをロングノズル内に回収することが難しくなり、湯湧きが発生することを確認した。また、プルームの生成量は、水の流量（スループット）、自由落下距離、落下流の表面乱れによって変化することを確認した。例えば、水のスループットＴＰが大きく、自由落下距離Ｈが長く、落下流の表面乱れが大きいほど気泡の生成量は多くなることを確認した。例えば、スループットが溶融金属に換算して５ｔｏｎ／ｍｉｎ未満と小さく、拡径部の角度θが１５°未満と小さい場合、プルームの生成量が少なく（図４Ａ）、ショートパスが形成され易い。一方、スループットが溶融金属に換算して５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上と大きく、拡径部の角度θが１５°以上で、且つ、拡径部の開始位置がタンディッシュ湯面から離れていると、プルームの生成量が多くなり（図４Ｂ）、ロングノズル下部を拡管してもプルームを回収することが難しい。

種々の条件にて予備実験を行ったところ、水のスループットＴＰが溶融金属に換算して５ｔｏｎ／ｍｉｎ未満と小さい場合は、拡径部の角度θを１５°以上とし、且つ、拡径部の開始位置をタンディッシュ湯面から離れた位置（６００ｍｍ≦Ｈ）とし、自由落下距離を稼ぐことで、プルームの生成量を適切な量とすることができることが確認された（第１形態）。また、スループットＴＰが溶融金属に換算して５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上と大きい場合、拡径部の角度θを１５°以下として、ノズル内壁を伝うように溶融金属を流れ落としつつ二次メニスカスに衝突させることで、プルームの生成量が適切な量に抑えられることが確認された（第２形態）。或いは、スループットＴＰが溶融金属に換算して５ｔｏｎ／ｍｉｎ以上と大きく、拡径部の角度θが１５°以上と大きい場合、拡径部の開始位置をタンディッシュ湯面近傍に設定（Ｈ＜６００ｍｍ、好ましくはＨ≦４００ｍｍ）し、自由落下距離を短くすることで、プルームの生成量を適切な量に抑えられることが確認された（第３形態）。

２．連続鋳造試験
連続鋳造試験を行い、溶融金属の流量（スループット）、自由落下距離、落下流の表面乱れ等の関係を確認し、上記の第１～第３形態に係る効果が妥当であることを確認した。具体的には、図１～図３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に、実施例及び比較例の各々の連続鋳造条件を示す。表１におけるＴＰ、Ｄ_０、Ｄ_１、Ｄ_２、θ、Ｌ、Ｌ_０、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_Ｄ及びＨについては、図２及び図３に示される通りである。また、下記表２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（鋳造方向長さ）の試料中の酸化物総量（Ｔ．Ｏ）として分析した値を、後に示す比較例４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。

ロングノズル中の気泡がノズル外へ流出すると、その気泡がタンディッシュ湯面に浮上して湯湧きを引き起こす。表１における「気泡の回収率」とは、湯湧きの発生状況をカメラで撮影し、その程度により、以下の基準で評価したものである。
〇：湯湧きが全く発生しない
△：湯湧きが時々発生する
×：湯湧きが常時発生する

実施例１～４は、ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ、θ＞１５°、Ｈ≧６００ｍｍ、２５０ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦４５０ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件を満たす例であり、上記の第１形態に相当する。実施例１～４においては、スループットＴＰが小さいものの、拡径部の角度θを大きくし、且つ、高さＨを高くすることで、ロングノズルの内部において溶鋼がノズル壁面から離れて自由落下流として二次メニスカスに叩き込まれて多くの気泡（プルーム）が生成した。実施例１～４については、十分な量のプルームが生成し、且つ、それをロングノズル内に回収することができたため、タンディッシュにおける湯湧きやショートパスの発生が抑制され、鋼の清浄度が向上したものと考えられる。これに対し、比較例１においては、ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ、２５０ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦４５０ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件が満たされるものの、θ＞１５°、且つ、Ｈ≧６００ｍｍなる条件が満たされなかったため、ロングノズルの内部におけるプルームの生成量が不足し、ショートパスが発生して、鋼の清浄度指数が悪化したものと考えられる。

実施例５～８は、ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、０°＜θ≦１５°、４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件を満たす例であり、上記の第２形態に相当する。実施例５～８おいては、スループットＴＰが大きいものの、拡径部の角度θを小さくし、浸漬深さＬ_Ｄを深くすることで、ロングノズルの内部に適切な量のプルームが生成し、且つ、それをロングノズル内に回収することができたため、タンディッシュにおける湯湧きやショートパスの発生が抑制され、鋼の清浄度が向上したものと考えられる。これに対し、比較例２においては、ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、０°＜θ≦１５°、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件が満たされるものの、４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍなる条件が満たされなかったため、生成したプルームをロングノズル内に保持・回収することができず、湯湧きが発生して、鋼の清浄度指数が悪化したものと考えられる。

実施例９～１２は、ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、θ＞１５°、Ｈ＜６００ｍｍ、４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件を満たす例であり、上記の第３形態に相当する。実施例９～１２においては、スループットＴＰが大きく、拡径部の角度θが大きいものの、高さＨを低くし、且つ、浸漬深さＬ_Ｄを深くすることで、ロングノズルの内部に適切な量のプルームが生成し、且つ、それをロングノズル内に回収することができたため、タンディッシュにおける湯湧きやショートパスの発生が抑制され、鋼の清浄度が向上したものと考えられる。これに対し、比較例３においては、ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ、θ＞１５°、４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ、且つ、１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍなる条件が満たされるものの、Ｈ＜６００ｍｍなる条件が満たされなかったため、プルームが過剰に生成し、生成したプルームをロングノズル内に保持・回収することができず、湯湧きが発生して、鋼の清浄度指数が悪化したものと考えられる。

また、比較例４は、ロングノズルの流出口の内径Ｄ_２が小さ過ぎたため、ロングノズルの内部に生成したプルームが流出口から流出し、且つ、生成したプルームをロングノズル内に保持・回収することができず、湯湧きが発生して、鋼の清浄度指数が悪化したものと考えられる。

尚、上記実施例では、溶融金属として所定の組成を有する溶鋼を用いた場合を例示したが、上記実施例による効果は、溶鋼以外の溶融金属を用いた場合にも同様に期待できる。

３．まとめ
以上の結果から、以下のノズルシステムによれば、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、ロングノズルの内部において溶融金属の落下流を二次メニスカスに衝突させて十分な量のプルームを生成させることで、ショートパスや反転上昇流による裸湯を抑制しつつ、生成したプルームをロングノズル内に効率的に回収することで、湯湧きによる溶融金属の再酸化を抑制することが可能であるといえる。

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、流入口、最小径部、拡径部、直筒部及び流出口を有する筒状単孔ノズルであり、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記直筒部に至るまで存在して、前記最小径部から前記直筒部に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
前記直筒部が、前記拡径部の下端から前記流出口に至るまで存在し、
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内部に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、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在し、
下記条件１－１～１－５が満たされるか、下記条件２－１～２－４が満たされるか、又は、下記条件３－１～３－５が満たされる、
ノズルシステム。
条件１－１：ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件１－２：θ＞１５°
条件１－３：Ｈ≧６００ｍｍ
条件１－４：２５０ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦４５０ｍｍ
条件１－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
条件２－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件２－２：０°＜θ≦１５°
条件２－３：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
条件２－４：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
条件３－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
条件３－２：θ＞１５°
条件３－３：Ｈ＜６００ｍｍ
条件３－４：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
条件３－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
ここで、ＴＰは、溶融金属のスループットであり、
θは、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸とのなす角度であり、
Ｈは、前記最小径部から前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面までの距離であり、
Ｌ_Ｄは、前記ロングノズルの浸漬深さであり、
Ｄ_２は、前記流出口におけるノズルの内径である。

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
１０ ロングノズル
１１ 流入口
１２ 最小径部
１３ 拡径部
１４ 直筒部
１５ 流出口
１６ 第２の直筒部
１０ａ 気相領域
１０ｂ 二次メニスカス
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
２０ ノズル

Claims (5)

1. 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、流入口、最小径部、拡径部、直筒部及び流出口を有する筒状単孔ノズルであり、
   前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
   前記拡径部が、前記最小径部から前記直筒部に至るまで存在して、前記最小径部から前記直筒部に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
   前記直筒部が、前記拡径部の下端から前記流出口に至るまで存在し、
   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内部に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、
   前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在し、
   下記条件１－１～１－５が満たされるか、下記条件２－１～２－４が満たされるか、又は、下記条件３－１～３－５が満たされる、
   ノズルシステム。
   条件１－１：ＴＰ＜５ｔｏｎ／ｍｉｎ
   条件１－２：θ＞１５°
   条件１－３：Ｈ≧６００ｍｍ
   条件１－４：２５０ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦４５０ｍｍ
   条件１－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
   条件２－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
   条件２－２：０°＜θ≦１５°
   条件２－３：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
   条件２－４：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
   条件３－１：ＴＰ≧５ｔｏｎ／ｍｉｎ
   条件３－２：θ＞１５°
   条件３－３：Ｈ＜６００ｍｍ
   条件３－４：４００ｍｍ≦Ｌ_Ｄ≦６００ｍｍ
   条件３－５：１５０ｍｍ≦Ｄ_２≦３５０ｍｍ
   ここで、ＴＰは、溶融金属のスループットであり、
   θは、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸とのなす角度であり、
   Ｈは、前記最小径部から前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面までの距離であり、
   Ｌ_Ｄは、前記ロングノズルの浸漬深さであり、
   Ｄ_２は、前記流出口におけるノズルの内径である。
2. 前記条件３－３が、Ｈ≦４００ｍｍなる条件である、
   請求項１に記載のノズルシステム。
3. 下記条件４－１が満たされる、
   請求項１に記載のノズルシステム。
   条件４－１：５０ｍｍ≦Ｄ_１≦２００ｍｍ
   ここで、Ｄ_１は、前記最小径部におけるノズル内径である。
4. 下記条件４－２が満たされる、
   請求項３に記載のノズルシステム。
   条件４－２：０．２≦Ｄ_１／Ｄ_２≦１．０
5. 前記タンディッシュが、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。

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