TWI411480B - Molten metal discharge nozzles - Google Patents

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TWI411480B
TWI411480B TW099118927A TW99118927A TWI411480B TW I411480 B TWI411480 B TW I411480B TW 099118927 A TW099118927 A TW 099118927A TW 99118927 A TW99118927 A TW 99118927A TW I411480 B TWI411480 B TW I411480B
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Arito Mizobe
Hideaki Kawabe
Manabu Kimura
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Krosaki Harima Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
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Description

熔融金屬排出用噴嘴
本發明係關於設置於熔融金屬容器底部而用來從該熔融金屬容器排出熔融金屬且具有讓熔融金屬通過的內孔之熔融金屬排出用噴嘴(以下簡稱「噴嘴」)，特別是關於噴嘴的內孔形狀。
設置於熔融金屬容器底部的噴嘴，是以熔融金屬的水頭高度作為推進力，通過內孔而朝大致垂直方向將熔融金屬排出。作為該噴嘴的內孔形狀，一般是包括：垂直地筆直延伸之直線狀者、噴嘴上端的角部呈圓弧狀者、從噴嘴上端至噴嘴下端呈傾斜之錐狀者等。
此外，關於噴嘴，不僅是排出熔融金屬，還具備用來控制其排出量(排出速度)、排出方向的功能者已被提出。例如，作為設置於喂槽(tundish)等的熔鋼容器的底部之連續鑄造用噴嘴，如第4圖所示在其下方具有流量控制裝置(例如滑動噴嘴(SN)裝置，參照第4圖的符號12)之上噴嘴1a是已知的。另一方面，如第5圖所示之不具備流量控制裝置的開放式噴嘴1b也是已知的。
無論是否設有流量控制裝置，在噴嘴中，若通過內孔之熔融金屬流發生亂流，會產生各種問題是已知的。例如，在具有流量控制裝置的情況會對流量控制造成阻礙，在開放式噴嘴的情況，從噴嘴下端釋放排出的熔融金屬流可能發生飛散(參照第5圖的符號15)。
通過內孔之熔融金屬流發生亂流的原因可列舉：來自熔融金屬之非金屬夾雜物等附著(以下簡稱「夾雜物附著」)於內孔(參照第4圖的符號14)、或是內孔因不均一的熔損而造成內孔形狀改變等。
為了避免上述情形，以往已嘗試各種的對策。例如在專利文獻1，作為夾雜物等附著的對策，是提出從噴嘴的內孔壁面吹入氣體。此外，在專利文獻2，是在噴嘴的內孔壁面形成難附著性的耐火物層。如此般從噴嘴的內孔壁面吹入氣體和難附著性的耐火物層的應用，是在上噴嘴、其下方的滑動噴嘴裝置、浸漬噴嘴等之連通於熔融金屬排出口之所有的噴嘴實施，已確認具有某種程度的夾雜物等附著防止效果。然而，依個別的作業，或即使是同一個作業但依作業上的變動要因，夾雜物等的附著部位、形態、附著速度等經常會改變，要完全防止夾雜物等附著的發生是困難的。此外，噴嘴為一體構造(上下方向由單一噴嘴構成)的情況必須依噴嘴的部位，噴嘴為分割構造(上下方向是由上噴嘴、浸漬噴嘴等複數個噴嘴所構成)的情況則必須依各個噴嘴來配置用來吹入氣體之複雜構造、難附著性的耐火物層，因此噴嘴的製造變煩雜，又加上作業上的煩雜和管理上的煩雜等，會構成成本上昇的原因。
此外，作為從開放式噴嘴下端之熔融金屬飛散對策，專利文獻3是在內孔形成特異形狀的段差部分，專利文獻4則是在內孔形成錐部。然而，依據專利文獻3和專利文獻4的開放式噴嘴，在一部分的特定作業條件的情況，作業初期雖有某種程度的效果，但隨著作業條件的變動會使效果的程度產生差異，有隨著作業時間經過效果變小的問題等，並不是完美的對策。
[專利文獻1]　日本特開2007-90423號公報
[專利文獻2]　日本特開2002-96145號公報
[專利文獻3]　日本特開平11-156501號公報
[專利文獻4]　日本特開2002-66699號公報
本發明的課題是為了提供一種噴嘴，能利用簡單的構造來抑制熔融金屬流的亂流。
亦即，本發明的課題是為了提供一種噴嘴，能讓通過內孔之熔融金屬流的亂流穩定化，可抑制內孔壁面上之夾雜物等附著和開放式噴嘴下端之熔鋼飛散等。
本發明之熔融金屬排出用噴嘴，是設置於熔融金屬容器底部而用來從該熔融金屬容器排出熔融金屬且具有讓熔融金屬通過的內孔之熔融金屬排出用噴嘴；設噴嘴長度為L、計算上的水頭高度為Hc、從噴嘴上端往下方距離z的位置之內孔半徑為r(z)時，沿著內孔軸切斷之內孔壁面的截面形狀之一部分或全部是包含log(r(z))=(1/n)×log((Hc+L)/(Hc+z))+log(r/L))(6≧n≧1.5)…式1所表示的曲線；前述計算上的水頭高度Hc，設噴嘴上端之內孔半徑為r(0)、噴嘴下端之內孔半徑為r(L)時，Hc=((r(L)/r(0))n ×L)/(1-(r(L)/r(0))n )(6≧n≧1.5)…式2
以前述距離z為橫軸(X軸)、以該距離z位置之水平方向截面的內孔中心之熔融金屬壓力為縱軸(Y軸)繪製的圖形中，不同時包含在該圖形的線之近似式內常數正負相反的部分，且將該線視為線性回歸近似式的情況，其相關係數的絕對值為0.95以上。
以下是使用：熔融金屬容器當中，作為熔鋼容器之喂槽的底部的熔鋼排出口所設置之噴嘴(連續鑄造用噴嘴)為例，來詳細說明本發明。
本發明人等發現，通過噴嘴內孔之熔鋼流的亂流是起因於內孔之熔鋼壓力分布混亂。
從喂槽通過噴嘴內孔之熔鋼流在內孔內的壓力等，根據一般的流體理論，是受熔鋼浴的深度Hm(實際的水頭高度，以下也簡稱「Hm」，參照第1圖)支配。此外，喂槽的熔鋼量，在作業中大致保持一定，因此Hm是一定的。理論上從噴嘴排出的熔鋼壓力，是受該一定的Hm支配而成為一定或穩定狀態。
然而，根據模擬及實際作業之噴嘴的解析結果等得知，實際作業時，在熔鋼從噴嘴排出的期間噴嘴內孔之溶鋼壓力，在噴嘴上端附近會大幅改變，且以該壓力改變部分為起點會產生熔鋼流的亂流。
第2圖係顯示其示意圖。亦即，第2圖的線9代表隨著從熔鋼上面往下方之壓力分布的理想圖形。然而，實際上是如第2圖的線8所示般，在噴嘴上端附近會大幅改變。
其原因已知是包括：熔鋼並不是從包含喂槽的熔鋼面之熔鋼浴的廣範圍朝向噴嘴內孔上端形成直接且均一的流動，而是從熔鋼排出口的起點(噴嘴內孔上端附近之喂槽底面)朝向內孔形成多方向的流動，其流速相對較大，且多方向的流速相互發生碰撞等。因此，關於在作為熔鋼排出口之內孔的熔鋼流速及壓力，必須考慮從喂槽底面附近朝向內孔上端之流動。
此外還得知，該從喂槽底面附近朝向內孔上端的流動以及起因於此之壓力變動等的現象，不僅是內孔上端附近之熔鋼流的變動，也會遍及內孔的下方全體而對熔鋼流的形態(穩定性、亂流等)造成很大的影響。
而且，本發明人等發現，該從喂槽底面附近朝向內孔上端的流動以及起因於此之壓力變動等的現象，受內孔形狀的影響很大，藉由將該內孔如後述般設定成既定形狀，即可進行整流化(熔鋼流的穩定化，防止亂流)。
內孔內之熔鋼的整流化(熔鋼流的穩定化，防止亂流)，是取決於內孔內的熔鋼流動方向(亦即上下方向)的位置以及各位置的壓力分布。換言之，是取決於在噴嘴上端和其下方位置之熔鋼流內的能量損失的變遷狀態。
產生通過噴嘴內孔之熔鋼流速的能量，基本上是喂槽內的熔鋼水頭高度，因此從噴嘴上端(內孔上端)往下方距離z的位置之熔鋼流速v(z)，設重力加速度為g、容器內的實際水頭高度為Hm、流量係數為k，能用v(z)=k(2g(Hm+z))1/2 …式3表示。
而且，通過噴嘴內孔之熔鋼流量Q，由於為流速v和截面積A的乘積，設噴嘴長度為L、噴嘴下端(內孔下端)之熔鋼流速為v(L)、內孔下端的截面積為A(L)，能用Q=v(L)×A(L)=k(2g(Hm+L))1/2 ×A(L)…式4表示。
此外，在內孔內的任何位置，與內孔軸垂直的截面之流量Q都是一定的，因此從噴嘴上端(內孔上端)往下方距離z的位置之截面積A(z)，能用A(z)=Q/v(z)=k(2g(Hm+L))1/2 ×A(L)/k(2g(Hm+z))1/2 …式5
表示，將兩邊同時除以A(L)則變成A(z)/A(L)=((Hm+L)/(Hm+z))1/2 …式6的式子。
在此，設圓周率為π，由於A(z)=πr(z)2 ，A(L)=πr(L)2 ，A(z)/A(L)=πr(z)2 /πr(L)2 =((Hm+L)/(Hm+z))1/2 …式7
r(z)/r(L)=((Hm+L)/(Hm+z))1/4 …………………式8
因此，內孔的任意位置z的半徑r(z)，能以log(r(z))=(1/4)×log((Hm+L)/(Hm+z))+log(r(L))…式9
表示，藉由使內孔壁面的截面形狀成為符合該式9的形狀，能使能量損失變得最小。
將前述式9用圖形表示，可得出4次曲線。而且，內孔壁面形狀相當於式9的圖形的情況，能使熔鋼的壓力損失變得最小。再者，符合該式9的形狀時，隨著從噴嘴上端(內孔上端)往下方任意的距離z之位置改變逐漸(平緩地)減少壓力，而成為整流化的狀態。
上述使用Hm之壓力分布的算式，其前提為：熔鋼是藉由喂槽的熔鋼面的水頭壓力，而朝與內孔上端大致垂直的方向直接且均一地流入。
然而在實際作業時是如前述般，熔鋼是形成從熔鋼排出口的起點(噴嘴上端附近的喂槽底面附近)朝向內孔之多方向流動。因此，為了正確地掌握內孔之現實的壓力分布，必須取代Hm，而使用對來自噴嘴上端附近的喂槽底面附近的熔鋼流動影響很大的水頭高度。
於是，本發明人等依據各種模擬進行探討的結果發現，將前述式9中z=0時的Hm，當作計算上的水頭高度Hc(以下也簡稱「Hc」)是有效的。
亦即，Hc能用下式10表示。
Hc=((r(L)/r(0))4 ×L)/(1-(r(L)/r(0))4 )…式10
如此般，Hc是藉由噴嘴上端的內孔半徑r(0)和噴嘴下端的內孔半徑r(L)比例的大小、及噴嘴長度L來規定，該計算上的水頭高度Hc，會影響本發明的噴嘴之內孔內的熔鋼壓力。亦即，藉由取代前述式9的Hm而使用Hc算出之內孔壁面的截面形狀，可抑制在內孔上端附近發生之急劇的壓力變化。
若將Hc轉換成r(0)和r(L)的比例的關係，能用下式11來表示。
r(0)/r(L)=((Hc+L)/(Hc+0))1/4 …式11
在熔鋼容器(喂槽)和噴嘴(連續鑄造用噴嘴)之軸向截面的示意圖中，Hc是如第1圖所示。第1圖中的噴嘴1，係具備讓熔鋼通過的內孔4。而且，符號5代表噴嘴上端2的內孔大徑部(內孔半徑(r(0))，符號6代表噴嘴下端3的內孔小徑部(內孔半徑(r(L))，從內孔大徑部5至內孔小徑部6都有內孔壁面7存在。又噴嘴上端2是前述距離z的起點。
如上述般，藉由取代前述式9的Hm而使用Hc算出之內孔壁面的截面形狀，噴嘴之內孔中心的壓力分布相對於高度方向的位置可連續地漸減，能使熔鋼流變穩定，而形成能量損失少之平穩(一定)的熔鋼流。在本發明發現到，作為評價該熔鋼流的穩定性、平穩性的方法，依據電腦模擬進行流體解析，而求出從噴嘴上端(內孔上端)往下方距離z位置之水平方向截面的內孔中心之熔鋼壓力是有效的。
此外，本模擬是使用Fluent公司製的流體解析軟體，商品名「Fluent Ver.6.3.26」。該流體解析軟體的輸入參數如下所示。
‧　計算單元數：約12萬(依其模式會有變動)
‧　流體：水(但已確認出，熔鋼的情況也能相對地進行同樣的評價)
密度998.2kg/m3
黏度0.001003kg/m‧s
‧　水頭高度(Hm)：600mm
‧　壓力：入口(熔鋼面)=((700+噴嘴長度mm值)×9.8)Pa(表壓)
出口(噴嘴下端)=0Pa
‧　噴嘴長度：120、230、800mm(參照表1)
‧　Viscous Model：K-omega計算
詳細的流體解析的結果，以從噴嘴上端(內孔上端)往下方的距離z為橫軸(X軸)、以該距離z位置之水平方向截面的內孔中心之熔鋼壓力為縱軸(Y軸)繪圖(以下稱「z-壓力圖」)，本發明人等發現，在該圖中之線的形態，對為了解決本發明的課題所必要之熔鋼流的穩定性(防止亂流)有重要的影響。
亦即，本發明的噴嘴之特徵在於，在z-壓力圖中，隨著前述距離z的增大，前述壓力不會發生急劇變化的部分，而是平緩地減少(若隨著距離z變大前述壓力發生急劇變化的部分，會以該部分會起點而在其下方產生熔鋼流的亂流)。
換言之，本發明的噴嘴，在z-壓力圖中的圖形線，是形成大致直線狀(例如第6(a)圖)或是接近平緩圓弧的曲線(例如第6(b)圖)。例如形態不像英文字母的「S」、「C」、「L」等那樣包含曲率或方向急劇變化的部分(例如第6(c)圖、第7A圖、第7B圖、第7C圖、第7D圖等)。
更詳細的說，在具有方向或曲率急劇變化的部分之情況，若將近似式繪圖，會包含複數個線性回歸線(相關係數的絕對值約0.95以上)或複數個非線性的曲線等。此外，將該曲線用回歸線的常數評價的情況，在從噴嘴上端位置(亦即z=0)至下方既定距離位置為止的曲線回歸中存在複數個近似曲線，這些曲線不能對X值為正負相反的常數(以第6(c)圖為例作說明，圖中將距離z和壓力的關係繪圖的曲線，在將z大致3等分的區域分別包含甲乙丙3個非線性的近似曲線。甲和乙、乙和丙的近似式分別成為正負相反的常數。)，亦即，z-壓力圖的線本身，必須不能同時包含對X值為正負相反的常數之部分。
此外，此z-壓力圖的線，為了獲得最穩定的熔鋼流，必須為一定的直線狀，較佳為無限接近直線狀。作為此直線狀的評價基準，在將該線視為線性回歸的近似式的情況，其相關係數的絕對值必須為0.95以上。若內孔內的熔鋼壓力有急劇變化的部分，在將z-壓力圖的線視為線性回歸的近似式的情況，其相關係數的絕對值變小。若其絕對值未達0.95，會產生要解決本發明的課題變困難之熔鋼流的亂流。
這些可根據藉由前述Fluent的模擬、實際作業的結果等依實驗而獲得的結果來決定。
再者，本發明人等發現，根據模擬等的結果，只要前述式9及式10之4次方的次方為1.5以上6以下的範圍之曲線，即可謀求整流化。亦即，將次方用n取代的情況，式9變成log(r(z))=(1/n)×log((Hc+L)/(Hc+z))+log(r(L))(6≧n≧1.5)…式1同樣的式10能用Hc=((r(L)/r(0))n ×L)/(1-(r(L)/r(0))n )(6≧n≧1.5)…式2表示。
n值未達1.5及超過6的情況，z-壓力圖的線會發生急劇變化(參照後述的實施例)。
根據本發明的式1及式2之噴嘴內孔壁面形狀的示意圖如第3圖所示。第3圖係顯示上噴嘴1a，(a)為縱截面圖，(b)為立體圖。第3圖中，符號10為n=1.5時的內孔壁面形狀，符號11為n=6時的內孔壁面形狀。
另外，根據本發明的式1及式2之噴嘴內孔壁面形狀，較佳為前述z-壓力圖的線符合既定要件的部分(平緩的曲線，線性回歸之相關係數的絕對值為0.95以上)是遍及內孔全長來形成，但只要在內孔全長當中至少以內孔上端為起點的一部分含有即可。經由實施例確認出(參照實施例B)，即使在此形狀部分的下方進一步存在噴嘴(熔鋼流路)的延長部分，藉由本發明的形狀而整流後的熔鋼流仍能維持穩定性，而不致破壞整流化的效果。
能使在噴嘴(用來從熔融金屬容器排出熔融金屬)的內孔之熔融金屬的流動狀態不發生亂流而成為穩定的狀態。如此，可抑制在內孔壁面上之夾雜物等附著和內孔壁面之局部熔損等的發生，能夠長時間維持穩定流動狀態下之熔融金屬排出作業。此外，也能抑制從開放式噴嘴下端之熔融金屬的飛散。
再者，本發明的噴嘴，單純藉由將其內孔壁面做成適當的形狀即可獲得，且不須設置氣體吹入機構等特別的機構，因此構造簡單且容易製造，而能降低成本。
以下，根據模擬及實際作業的結果，用實施例來說明本發明的實施形態。
<實施例A>
實施例A，是在從喂槽往其下方的鑄模排出熔鋼之噴嘴當中，以噴嘴流路內不具備流量控制裝置之開放式噴嘴(參照第5圖)為例進行模擬的結果。表1顯示各條件及結果。
※1.式1、式2中的參數
※2.依據模擬之z-壓力圖的線
2-1　對於z-壓力圖的線，求出線性回歸近似式時的相關係數(將小數點以下3位數以下捨去)
2-2　對於z-壓力圖的線的形態之評價○=良好(穩定，無亂流的形態)，×=不良(有亂流的形態)
※3.水模式下噴嘴下端的飛散狀態(依據目視之相對觀察結果)：○=飛散小~無，×=飛散大~有，-=未確認
模擬，是使用前述Fluent公司製的流體解析軟體，商品名「Fluent Ver.6.3.26」來進行。其輸入參數與前述相同。
第7A圖~第7M圖係顯示表1各例之依據前述模擬的z-壓力圖。亦即，第7A圖~第7M圖係顯示，Z表1各例之前述模擬的結果，以從噴嘴上端(內孔上端)往下方的距離z為橫軸(X軸)、以該距離z位置之水平方向截面的內孔中心之熔鋼壓力為縱軸(Y軸)繪製的圖形。該壓力為相對值，其絕對值會依條件而改變。
實施例1~8係運用前述式1及式2之本發明的噴嘴。其中，實施例1、2、5、6，是讓式1中的n在1.5~6間改變而觀察n的影響之例子。n為1.5(實施例1，第7E圖)和2(實施例2，第7F圖)的情況，z-壓力圖的線形成平緩的圓弧，看不到彎曲部位。此外，隨著n從1.5往2增大，圓弧的曲率變得平緩而接近直線。而且兩個圓弧中不存在彎曲部位。
接著n變成4(實施例5，第7I圖)及6(實施例6，第7J圖)時，z-壓力圖的線變成大致直線。將該線視為線性回歸的近似式的情況之相關係數，隨著前述n的增大分別為-0.95、-0.97、-0.99、-0.99，可知是成為相關性極強的直線。
如此般在z-壓力圖的線不含彎曲部位且隨著距離z增大而使壓力漸減，是表示遍及內孔流路全體未產生亂流而能獲得穩定的流動狀態。
實施例3、實施例4及實施例5，是在n=4的情況，觀察r(L)/r(0)亦即噴嘴上端的內孔半徑和噴嘴下端的內孔半徑之比例大小對流動狀態(z-壓力圖的線)的影響之例子。這些實施例都是，在z-壓力圖的線(第7G圖~第7I圖)不存在彎曲部位，顯示相關係數-0.99的大致直線狀態，看不出r(L)/r(0)的影響。
實施例7、實施例8，是在r(L)及r(0)比前述各實施例更大且以噴嘴長度L約7倍左右往下延長的情況，觀察r(L)及r(0)的大小和噴嘴長度L的影響的例子。在此，n=4，r(L)/r(0)分別為2及2.5，且採用對應於實施例3、實施例4的條件。根據z-壓力圖(第7L圖及第7M圖)可知，r(L)/r(0)及噴嘴長度L對流動狀態沒有影響。
以上的實施例都是，在z-壓力圖的線不存在彎曲部位，顯示相關係數-0.95的大致直線狀態，看不出r(L)/r(0)及噴嘴長度的影響。這表示，在z-壓力圖的線不存在彎曲部位，且該線的線性回歸之近似式的相關係數的絕對值為0.95以上的情況，即使噴嘴長度往下方延長，仍能維持穩定而無亂流之熔鋼的流動狀態。
相對於前述實施例，比較例4及比較例5係式1及式2中的n偏離本發明的範圍之例子。
在n=1.0之比較例4，如第7D圖所示般z-壓力圖的線雖不存在S字形的彎曲部位，但成為斜率差異很大的直線以接近直角的角度交叉的曲線。因此，在此情況，在前述交叉部位附近的下方，起因於流速變動等之些微作業條件的變動，引起熔鋼流亂流發生的可能性大，故並不理想。
n=7.0之比較例5，如第7K圖所示在z-壓力圖的線上，雖不是非常大但可看到S字形的彎曲部位。亦即，在內孔上端及內孔下端附近之近似曲線和其中間部分的近似曲線具有正負相反的常數，以其等的邊界附近為起點引起熔鋼流的亂流之可能性大，故並不理想。因此n必須為1.5以上6以下。
比較例1是內孔形狀為上端至下端都是直線，亦即圓筒狀的例子；比較例2是錐狀的例子，比較例3是R=47之圓弧狀的例子，這些比較例都是，在z-壓力圖的線具有S字形等的極端彎曲的部位(第7A圖~第7C圖)，以其等的邊界附近為起點會引起熔鋼流的亂流。
將以上本實施例A的各例作成模型，依目視確認從深度約600mm之水槽的排水狀態。結果，本發明的各實施例之飛散程度小或僅為無法目視確認的程度，相對於此，比較例始終或斷續發生可目視確認程度之飛散(參照第5圖的符號15)。
<實施例B>
實施例B，是在從喂槽往其下方的鑄模排出熔鋼之噴嘴當中，以在噴嘴流路內具備流量控制裝置(滑動噴嘴(SN)裝置)之所謂SN上噴嘴為例，進行模擬及實際作業驗證的結果。此情況的熔鋼流路包含：以喂槽為基點位於下方之上噴嘴(參照第4圖的1a)、滑動噴嘴裝置(參照第4圖的12)、下部噴嘴(第4圖雖未圖示出，但存在於第4圖的12和13之間)、以及浸漬噴嘴(參照第4圖的13)。又下部噴嘴和浸漬噴嘴形成一體的情況(第4圖的情況)，也視為與本實施例的條件相同。
表2顯示各條件及結果。本實施例B的模擬，流量控制裝置的面積開度為50%。其他條件是與前述實施例A相同。
※1.式1、式2中的參數(L的下端位置是滑動噴嘴裝置之下板面的上端)
※2.依據模擬之z-壓力圖的線
2-1　對於z-壓力圖的線，求出線性回歸近似式時的相關係數(將小數點以下3位數以下捨去)
2-2　對於z-壓力圖的線的形態之評價　○=良好(穩定，無亂流的形態)，×=不良(有亂流的形態)
※4.實際作業之內孔壁面上以氧化鋁為主之附著物的平均厚度
第8A圖~第8D圖係顯示表2各例之依據前述模擬的z-壓力圖。亦即，第8A圖~第8D圖係顯示，將表2各例之前述模擬的結果，以從噴嘴上端(內孔上端)往下方的距離z為橫軸(X軸)、以該距離z位置之水平方向截面的內孔中心之熔鋼壓力為縱軸(Y軸)繪製的圖形。該壓力為相對值，其絕對值會依條件而改變。
實施例9及實施例10係運用前述式1及式2之本發明的噴嘴。在z-壓力圖的線都看不到彎曲部位，成為近似直線之相關係數的絕對值為0.99之大致直線狀(第8C圖及第8D圖)。
相對於此，比較例7雖是與實施例9及實施例10同樣的具有根據前述式1及式2之內孔壁面形狀，但r(L)/r(0)為1.1而成為接近圓柱的形狀。在該比較例7，如第8B圖所示在z-壓力圖的線可看到彎曲部位，而表示有熔鋼流的亂流之存在。如此般可知，僅符合式1及式2的條件要抑制熔鋼流亂流會有困難的情況，必須進一步評價z-壓力圖的線的形態，以決定具體的內孔壁面形狀。
比較例6係內孔壁面形狀為錐狀之習知噴嘴例。在本例中，如第8A圖所示在z-壓力圖的線具有S字形等的彎曲部位，以其等的邊界附近為起點會引起熔鋼流的亂流。
將實施例10的噴嘴應用於：使用習知比較例6的噴嘴之實際作業。其條件為，喂槽內之實際熔鋼水頭高度約800mm，熔鋼的排出速度約1~2噸/分鐘，鑄造(通鋼)時間約60分鐘。
實際作業的結果，實施例10在從上噴嘴至下方的浸漬噴嘴內壁之任何部位都看不到夾雜物的附著，且完全不發生局部熔損，可維持極穩定的鑄造狀態(開度之調整頻率少)。如此可知，即使在本發明的內孔形狀部分的下方進一步存在噴嘴(熔鋼流路)的延長部分，仍能使藉由本發明的形狀整流化之熔鋼流維持穩定性，不致破壞整流化的效果。
相對於此，在比較例6的噴嘴，遍及上噴嘴至下方浸漬噴嘴內壁之廣範圍，會形成平均20mm厚之以氧化鋁為主的附著層(參照第4圖的14)，而成為不穩定的鑄造狀態(開度之調整頻率多)。
1‧‧‧噴嘴
1a‧‧‧上噴嘴
1b‧‧‧開放式噴嘴
2‧‧‧噴嘴上端
3‧‧‧噴嘴下端
4‧‧‧內孔
5．．．內孔大徑部
6．．．內孔小徑部
7．．．內孔壁面
8．．．現實的從熔鋼容器至噴嘴內的熔鋼壓力分布曲線(示意)
9．．．從熔鋼容器至噴嘴內之理想的熔鋼壓力分布曲線(示意)
10．．．n=1.5時之內孔壁面形狀
11．．．n=6時之內孔壁面形狀
12．．．流量控制裝置(滑動噴嘴裝置)
13．．．浸漬噴嘴
14．．．附著物(示意)
15．．．熔鋼飛散(示意)
第1圖係熔鋼容器(喂槽)和噴嘴(連續鑄造用噴嘴)之軸向截面的示意圖。
第2圖係熔融金屬容器和噴嘴內的熔融金屬之壓力分布示意圖。
第3圖係本發明的噴嘴之內孔壁面形狀的示意圖，(a)為縱截面圖，(b)為立體圖。
第4圖係上噴嘴(在下方具有滑動噴嘴的例子)之軸向截面的示意圖。在滑動噴嘴和下方浸漬噴嘴之間亦可含有中間噴嘴、下部噴嘴等。
第5圖係開放式噴嘴之軸向截面的示意圖。
第6圖係z-壓力圖的線之示意圖，(a)為直線狀的例子，(b)為接近平緩圓弧的例子，(c)為包含複數個常數(正負)不同的近似曲線的例子(本例為三個的情況)。
第7A圖係比較例1之z-壓力圖。
第7B圖係比較例2之z-壓力圖。
第7C圖係比較例3之z-壓力圖。
第7D圖係比較例4之z-壓力圖。
第7E圖係實施例1之z-壓力圖。
第7F圖係實施例2之z-壓力圖。
第7G圖係實施例3之z-壓力圖。
第7H圖係實施例4之z-壓力圖。
第7I圖係實施例5之z-壓力圖。
第7J圖係實施例6之z-壓力圖。
第7K圖係比較例5之z-壓力圖。
第7L圖係實施例7之z-壓力圖。
第7M圖係實施例8之z-壓力圖。
第8A圖係比較例6之z-壓力圖。
第8B圖係比較例7之z-壓力圖。
第8C圖係實施例9之z-壓力圖。
第8D圖係實施例10之z-壓力圖。
1．．．噴嘴
2．．．噴嘴上端
3．．．噴嘴下端
4．．．內孔
5．．．內孔大徑部
6．．．內孔小徑部
7．．．內孔壁面
Hc．．．計算上的水頭高度
Hm．．．熔鋼浴的深度
L．．．噴嘴長度
r．．．內孔半徑

Claims (1)

  1. 一種熔融金屬排出用噴嘴，是設置於熔融金屬容器底部而用來從該熔融金屬容器排出熔融金屬且具有讓熔融金屬通過的內孔之熔融金屬排出用噴嘴；設噴嘴長度為L、計算上的水頭高度為Hc、從噴嘴上端往下方距離z的位置之內孔半徑為r(z)時，沿著內孔軸切斷之內孔壁面的截面形狀之一部分或全部是包含log(r(z))=(1/n)×log((Hc+L)/(Hc+z))+log(r/L))(6≧n≧1.5)…式1所表示的曲線；前述計算上的水頭高度Hc，設噴嘴上端之內孔半徑為r(0)、噴嘴下端之內孔半徑為r(L)時，Hc=((r(L)/r(0))n ×L)/(1-(r(L)/r(0))n )(6≧n≧1.5)…式2以前述距離z為橫軸(X軸)、以該距離z位置之水平方向截面的內孔中心之熔融金屬壓力為縱軸(Y軸)繪製的圖形中，不同時包含在該圖形的線之近似式內常數正負相反的部分，且將該線視為線性回歸近似式的情況，其相關係數的絕對值為0.95以上。
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