WO2011121802A1

WO2011121802A1 - 浸漬ノズル

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Publication number: WO2011121802A1
Application number: PCT/JP2010/059309
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Inventors: 有人溝部; 立川　孝一
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Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-10-06
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Abstract

　浸漬ノズルの吐出孔から流出する溶鋼流を均一化，整流化し，ひいては浸漬ノズル近傍でのモールドパウダーの巻き込みを抑制するために、上端に設けられた溶鋼の導入部から溶鋼が下方に通過する上下縦方向に管状の直胴部と，この直胴部の下部に設けられ，溶鋼を直胴部の側面から横方向に吐出する左右対称となる一対の吐出孔とを有する浸漬ノズルにおいて，浸漬ノズルの中心と吐出孔の中心とを通る浸漬ノズルの縦方向断面の吐出孔部内孔の形状が，吐出孔起点から端部に向かって漸次吐出孔内孔が曲線で縮径し，かつその漸次縮径する曲線が，浸漬ノズル縦方向断面の径によって表される吐出孔の内側形状を，少なくとも吐出孔内の一部又は全部に有する構造とする。

Description

浸漬ノズル

　本発明は，鋳型に溶鋼を注入する連続鋳造用の浸漬ノズル，とくにその吐出孔の構造に関する。

　溶鋼の連続鋳造において，溶鋼を注入する鋳型内の溶鋼流の状態は，鋼の品質に大きな影響を及ぼすことから，その流動状態を制御することは，その流動状態に直接影響を及ぼす浸漬ノズルの構造とも相俟って，連続鋳造操業にとっては重要な技術事項である。

　浸漬ノズルの内孔の構造，とくにその吐出孔の構造が溶鋼流の状態に大きな影響を及ぼす。　

　吐出孔からの溶鋼流の状態によっては，鋳型内での流動状態が安定せず，鋳型内のさまざまな部位で反転流，その他の局部的な偏流が，時間経過に伴って絶えず変化する等の溶鋼流の乱れと，それらによる「波打ち」，「うねり」，「流動方向の転換」等の湯面変動が不規則に発生して，鋳片の端部付近では介在物が十分に浮上しなかったり，鋳片表面へのモールドパウダーの均一な移動がなされなかったり，モールドパウダーや介在物の鋳片内部への不均一な巻き込み等も発生する。

　これらに加え，溶鋼の凝固過程におけるシェルの形成に必要若しくは理想的な鋳型内溶鋼の温度分布が得られにくい等の問題も生じている。これらにより，鋳片の品質への悪影響やブレークアウトの危険性等も高まる。

　このような問題の解決のためには，流速をできる限り均一化すること，偏流を生じさせないこと等が必要である。しかし，単に吐出孔の角度や吐出孔の面積等の調整のみではモールドパウダーを巻き込まないような安定した溶鋼流を得ることができない。

　この対策として，浸漬ノズルの吐出孔から流出する溶鋼の流れを，その浸漬ノズルの吐出孔の角度を上方向に設定することで，鋳型端部付近の位置まで湯面上付近の流動を得ようとする試みがなされてきた。しかし，直胴部の壁の一部に開けた吐出孔の角度をその直胴部の肉厚の範囲内で変化させても，十分な安定流動を得ることはできない。

　また，溶鋼流を制御する手段として，例えば特許文献１には吐出孔の形状を下端が円筒の内径と等しい弦であって上方が円筒の内周の半分の弧である半円形としたものが提案されている。しかしながら，このような吐出孔の溶鋼流出方向の断面形状を円形等にしただけでは，吐出孔から放出される際の溶鋼流の乱れや，その断面における速度の不均一性を解決することができず，依然として，前述のようなモールドパウダー巻き込み，その他の諸問題を解決することはできない。

　また，特許文献２には，浸漬ノズルの吐出孔の形状を，横長の矩形にすること，またその矩形の縦横比を１．０１　～１．２０にすること等が提案されている。しかしながら，このような吐出孔の溶鋼流出方向の断面形状を矩形にしただけ，あるいは，矩形の縦横比を特定しただけでは，吐出孔から放出される際の溶鋼流の乱れやその断面における速度の不均一性を解決することができず，依然として，モールドパウダー巻き込み等の諸問題を解決することはできない。

　さらに，特許文献３には，鋳物製品のペンシルタイプ欠陥を防止するために，吐出孔に連通する中心穴が，ノズル構造体の周縁まで延び，かつ，前記出口ポートの下側表面部分を形成する上方に向って皿形の底面で終わっており，それにより上方に向って皿形の底面を横切って流れる溶融した鋼が前記ノズル構造体から外側上方に向って案内されるようにした溶融鋼導入用没入ノズル，および，前記出口ポートが下方に向って傾斜したリップによって一部が区画形成された上側部分を有し，それにより前記リップを横切る溶融鋼の流れが前記上方に向って皿形の底面に沿って溶融鋼の出てくる流れの中に外側下方に向って案内されるようにしている没入ノズル（「浸漬ノズル」と同義）が示されている。しかしながら，この場合は，アルゴンガスの滞留等をなくすためもあって，溶鋼流を特定の方向に集中させることを意図しており，モールドパウダー巻き込み等の諸問題を解決するための吐出孔から流出する溶鋼流の均一化や整流化の効果は期待できない。

実開平４－１３４２５１号公報特開２００４－２０９５１２号公報特開平１１－２９１０２６号公報

　　本発明の課題は，浸漬ノズルの吐出孔から流出する溶鋼流を均一化，整流化し，ひいては浸漬ノズル近傍でのモールドパウダーの巻き込み等を抑制することにある。

　本発明は，溶鋼の連続鋳造の鋳型に溶鋼を注入する連続鋳造において，浸漬ノズル近傍でのモールドパウダーの溶鋼内への巻き込み等は，浸漬ノズル吐出孔から流出する溶鋼流が，溶鋼の放出点，すなわち，浸漬ノズル外周側吐出孔の外側端部において不均一であることが大きな影響を及ぼしていること，そしてこのような吐出流によって，モールド内，特に溶鋼上端面付近の上下方向での流速分布幅が大きい場合に発生しやすいという本発明者らによる新規知見に基づく。

　この知見によるモールドパウダーの溶鋼内への巻き込みを抑制し，または，小さくするためには，この浸漬ノズル吐出孔から流出する溶鋼流の均一化が必要である。この均一化は溶鋼流の速さと方向を要素とする速度（以下単に「溶鋼流速」と称する。）によって評価
できる。

　本発明者らは，連続鋳造におけるノズル等の形状等と溶鋼流の挙動に関して，流体力学等の知見及びコンピュータソフトによるシミュレーションと実操業での検証とを重ねてきた結果，浸漬ノズルの吐出孔を以下に示す特定形状および構造にすることで前記課題を解決できることがわかった。

　すなわち，本発明は以下の第１から第４に記載の事項を特徴とする浸漬ノズルである。

　その第1の解決手段は，上端に設けられた溶鋼の導入部から溶鋼が下方に通過する上下縦方向に管状の直胴部と，この直胴部の下部に設けられ，溶鋼を直胴部の側面から横方向に吐出する左右対称となる一対の吐出孔とを有する浸漬ノズルにおいて，浸漬ノズルの中心と吐出孔の中心とを通る浸漬ノズルの縦方向断面の吐出孔部内孔の形状が，吐出孔起点から端部に向かって漸次吐出孔内孔が曲線で縮径し，かつその漸次縮径する曲線が，次式１のＤｚの浸漬ノズル縦方向断面の径によって表される吐出孔の内側形状を，少なくとも吐出孔内の一部又は全部に有することを特徴とする。

ここで，式１の記号は以下の事項を示す。　
Ｌ　　：　浸漬ノズルの壁の厚さ，
Ｄｉ　：　吐出孔の起点（浸漬ノズル内孔壁との境界点，以下同じ。）の吐出孔径，
Ｄｏ　：　吐出孔の端部（浸漬ノズル外周壁との境界点，以下同じ。）の吐出孔径，
Ｚ　　：　吐出孔の起点から吐出孔の端部方向への任意の位置までの長さ
Ｄｚ　：　前記Ｚの位置における吐出孔の浸漬ノズル縦方向断面の径
Ｈ　　：　下記式２によって表わされる
式２

　さらに、ｎは，ｎ　≧　１．５である。　

　その第２の解決手段は，吐出孔が浸漬ノズルの縦軸に対して垂直方向以外の浸漬ノズル縦方向の角度を有しており，前記角度を有する吐出孔の内孔は，前記第１の解決手段に記載の距離Ｚの位置における吐出孔の浸漬ノズルの縦方向断面形状を，距離Ｚの位置における前記角度に応じた縦方向長さ分を，漸次浸漬ノズルの縦軸に平行な方向に移動させた構造を有する。

　また第３の解決手段は，上端に設けられた溶鋼の導入部から溶鋼が下方に通過する上下縦方向に管状の直胴部と，この直胴部の下部に設けられ，溶鋼を直胴部の側面から横方向に吐出する左右対称となる一対の吐出孔とを有する浸漬ノズルにおいて，浸漬ノズルの中心と吐出孔の中心とを通る浸漬ノズルの縦方向断面の吐出孔部内孔の形状が，吐出孔起点から端部に向かって漸次吐出孔内孔が曲線で縮径し，かつその漸次縮径する曲線が前記式１を満足する前記式１中のｎ値の異なる複数の曲線の組み合わせであって，前記曲線によって形成される形状を少なくとも吐出孔内の一部または全部に有することを特徴とする，浸漬ノズルである。

　さらに、第４の解決手段は，吐出孔が浸漬ノズルの縦軸に対して垂直方向以外の浸漬ノズル縦方向の角度を有しており，前記角度を有する吐出孔の内孔は，上記第３の解決手段の距離Ｚの位置における吐出孔の浸漬ノズルの縦方向断面形状を，距離Ｚの位置における前記角度に応じた縦方向長さ分を，漸次浸漬ノズルの縦軸に平行な方向に移動させた構造を有する。

　本発明の浸漬ノズルを使用することで，吐出孔から流出する溶鋼流を均一化することができる。

　その結果，モールドパウダー等の巻き込みを抑制することができる。

　また，溶鋼流の乱れやそれに伴う淀み等が顕著に減少することから，そのような部分に発生しやすい鋼中介在物の吐出孔壁面付近への付着も抑制することができる。

　ひいては鋳片の品質を向上させることができる。また，モールドパウダー等の巻き込みによる浸漬ノズルの局部溶損による内孔を含む吐出孔付近の形状変化，それによる吐出流の変化や浸漬ノズルの低寿命化等をも抑制することができる。

本発明の浸漬ノズルの縦方向断面図（イメージ）である。図１のＡ－Ａ視の断面図（イメージ）である。図１のＢ－Ｂ視の断面図（中央断面図付きイメージ）である。　　（ａ）は一例で，本実験例における形状でもある。　　（ｂ）は他の例（上端部横方向が直線状）である。図１のａ部の拡大断面図（イメージ）である。吐出孔に，浸漬ノズル縦方向の角度がある場合（水平方向以外）の断面のシ　フト方法を示す図である（ｔａｎθ等）。吐出孔に下向き２０度の角度がある場合の本発明の吐出孔の，浸漬ノズル縦方向断面を示す図である。　　　　　　　（ａ）はｎ値＝１．５，Ｄｉ／Ｄｏ比＝２．０　　（ｂ）はｎ値＝４．０，Ｄｉ／Ｄｏ比＝２．０　　（ｃ）はｎ値＝６．０，Ｄｉ／Ｄｏ比＝２．０実施例における比較例１の場合を示す。実施例１の場合を示す。比較例２の場合を示す。比較例３の場合を示す。実施例２の場合を示す。比較例５の場合を示す。実施例４の場合を示す。実施例５の場合を示す。実施例２の場合を示す。実施例６の場合を示す。実施例７の場合を示す。実施例８の場合を示す。比較例６の場合を示す。実施例９のケ場合を示す。実施例１０の場合を示す。実施例１１の場合を示す。実施例１２の場合を示す。実施例２の場合を示す。図９に示す比較例２の縦軸のスケールを拡大した図である。図１１に示す実施例２の縦軸のスケールを拡大した図である。比較例４の場合を示す。（図２５，２６と同じ縦軸スケール）実施例３の場合を示す。（図２５，２６と同じ縦軸スケール）コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した　溶鋼の，吐出孔の溶鋼出口の流動状態を示すイメージ図であり，比較例１の吐出孔ケースである。図２９内に流速に関する補足説明用図形及び文章を記入した図である。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル内の底部と浸漬ノズル周辺の溶鋼の流動状態を示すイメージ図であり，比較例１の吐出孔ケースである。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，吐出孔の溶鋼出口の流動状態を示すイメージ図であり，実施例１の吐出孔ケースである。図３２内に流速に関する補足説明用図形を記入した図である。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル内の底部と浸漬ノズル周辺の溶鋼の流動状態を示すイメージ図であり，実施例１の吐出孔ケースである。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，モールド内の流動状態を示すイメージ図であり，比較例２のケースである。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，吐出孔の溶鋼出口の流動状態を示すイメージ図であり，比較例２の吐出孔ケースである。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，モールド内の流動状態を示すイメージ図であり，比較例５のケースである。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，吐出孔の溶鋼出口の流動状態を示すイメージ図であり，比較例５の吐出孔ケースである。コンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，モールド内の流動状態を示すイメージ図であり，実施例２のケースである。実験例のコンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，吐出孔の溶鋼出口の流動状態を示すイメージ図であり，実施例２の吐出孔ケースである。従来技術の浸漬ノズルの縦方向断面図イメージである。実験例の比較例１（但し角度はゼロ度），比較例２（但し角度は２０度），比較例４（但し角度は２０度）の形状でもある。図４１の吐出孔部の拡大図（イメージ）である。テーパーが２段の吐出孔部の拡大図（イメージ）である。

　以下に本発明の実施形態について説明する。

　本発明において，吐出孔内の溶鋼の溶鋼流の安定化，乱れの防止による整流化は，吐出孔内の溶鋼流動方向すなわち溶鋼流の進行方向（以下「後方」ともいう。）の位置とそれぞれの位置ごとの圧力分布によって決定付けられる。言い換えると，吐出孔起点とそこから後方の位置との溶鋼流内のエネルギー損失の推移の状態によって決定付けられるということである。

　浸漬ノズルの吐出孔を通過する溶鋼の流速を産み出すエネルギーは，基本的に溶鋼のヘッド高さに相当するものであることから，吐出孔起点から後方へ距離Ｚの位置における溶鋼の流速Ｖ（ｚ）は，重力加速度をｇ，溶鋼のヘッド高さをＨ，流量係数をｋとすると，

　　　　　　Ｖ（ｚ）＝ｋ（２ｇ（Ｈ＋Ｚ））^１／２　…………　式３
で表される。

　そして，浸漬ノズルの吐出孔を通過する溶鋼の流量Ｑは，流速ｖと断面積Ａの積であるから，吐出孔長さをＬとし，吐出孔端部（浸漬ノズル外周側）における溶鋼の流速をｖ（Ｌ），吐出孔起点の断面積をＡ（Ｌ）とすると，

　Ｑ＝Ｖ（Ｌ）×Ａ（Ｌ）＝ｋ（２ｇ（Ｈ＋Ｌ））^１／２×Ａ（Ｌ）………　式４
で表される。

　また，吐出孔内のどの位置で吐出孔の溶鋼進行方向中心軸に対し垂直に断面をとっても流量Ｑは一定であることから，吐出孔起点から後方へ距離Ｚの位置における断面積Ａ（ｚ）は，Ｚ点における溶鋼の流速をＶ（ｚ）とすると，

Ａ（ｚ）
　＝Ｑ／Ｖ（ｚ）＝ｋ（２ｇ（Ｈ＋Ｌ））^１／２×Ａ（Ｌ）／ｋ（２ｇ（Ｈ＋Ｚ））^１／２

……　　式５
で表わされ，両辺をＡ（Ｌ）で割ると，
　Ａ（ｚ）／Ａ（Ｌ）＝（（Ｈ＋Ｌ）／（Ｈ＋Ｚ））^１／２　………　　　式６
となる。

　ここで，円周率をπ，吐出孔起点の径（直径）をＤｉ，吐出孔端部の径（直径）をＤｏ，吐出孔の起点から吐出孔の端部方向への距離Ｚの位置における吐出孔の径（直径）をＤｚとすると，Ａ（ｚ）＝πＤｚ^２／４、Ａ（Ｌ）＝πＤｏ^２／４であるから，

Ａ（ｚ）／Ａ（Ｌ）
　　＝（πＤｚ^２／４）／（πＤｏ^２／４）＝（（Ｈ＋Ｌ）／（Ｈ＋Ｚ））^１／２　…　式７
　Ｄｚ^２／Ｄｏ^２＝（（Ｈ＋Ｌ）／（Ｈ＋Ｚ））^１／２　　　…　式８
　Ｄｚ＝（（Ｈ＋Ｌ）／（Ｈ＋Ｚ））^１／４×Ｄｏ　　　　　…　式９
となり，以下の関係が成り立つ。
ｌｎ（Ｄｚ）＝（１／４）×ｌｎ（（Ｈ＋Ｌ）／（Ｈ＋Ｚ））＋ｌｎ（Ｄｏ）　…　式１０

　これによって，吐出孔の断面形状を当該式９（式１０）を満たす形状とすることによって，エネルギー損失（圧損）を最小とすることができる。

　ここで，Ｈは浸漬ノズルの吐出孔方向に変換した流動においては，ほとんど無視できる程度に小さいことを本発明者らは見いだした。これは，溶鋼流量が浸漬ノズルの上端付近の流量制御装置で調整されていて，その制御装置より上方のヘッドはその流量制御装置で遮断されてゼロとみなすことができること，浸漬ノズル内（内孔）の溶鋼ヘッドはモールド上端部以下の長さについて生じ，この領域での溶鋼流は浸漬ノズル縦方向に流れるものの，浸漬ノズル底部に衝突してその後方向を変えて吐出孔に流出するので，絶えず圧力を相殺するような流動状態となっていること等の理由による。

　したがって，Ｈは上記の流動に関する式を基礎に，先の式２ように表す（変形する）ことができる。

　前記式１０をグラフに示すと４次の曲線を描く。そして，この式１０のグラフに相当する吐出孔の断面形状の場合に最も溶鋼の圧力損失を小さくできることになる。しかも，この式１０に合致する形状では，吐出孔起点から後方に任意の距離Ｚの位置ごとに漸次（なだらかに）圧力が減少して，整流化された状態になることになる。（図１～図６参照）

　本発明では，この式による効果を，コンピュータ・シミュレーションによる流体解析（実操業での高い再現性・相関性を確認しているもの）によりを行い，吐出孔端部の溶鋼が放出される部分における溶鋼の速度分布を求めた（後記実施例参照）。

　その結果，前記式１０の吐出孔の断面形状によって，従来技術（吐出孔起点が内孔と吐出孔の溶鋼流出方向とが直線で交差する形状，図４１～図４２参照）に対して顕著な溶鋼流の均一な状態を得ることができることを確認した。このことは，言い換えると，浸漬ノズル内孔内を流下してきた溶鋼流のベクトルを吐出孔の方向に転換しつつ，吐出孔端部でエネルギー損失の少ないスムーズ（均一・一定）な溶鋼の流れを作り出すことができることを意味している。

　本発明ではさらに，上記の式に合致する場合の周辺をさらに検討した。具体的には，上記の式に合致する基本的かつ最良の場合としての式１０における前記ｎ値（次数ともいう）を変化させて，同様のコンピュータ・シミュレーションによって効果を確認した。

　その結果，前記次数が１．５以上（少なくとも６．０まで）で，４次と同様の顕著な効果を得ることができることを見出した。（図１３～図１８参照）

　したがって，吐出孔内孔の構造が，吐出孔起点から吐出孔端部に向かうに伴い漸次縮径し，かつその縮径は，前記式１０においてｎ＝１．５以上の曲線形状であれば，均一化に関して，従来技術（浸漬ノズル内孔面と吐出孔内孔面とが直線状に交差する形状）に対して，顕著な効果を得ることができる。

　言い換えると，前記曲線はｎ＝１．５以上の特定の次数のみで構成されていなくても，吐出孔起点から吐出孔端部に向かうに伴い漸次縮径することを前提にして，曲線が異なるｎの値にしたがった複数の曲線から構成されていてもよいということでもある。

　なお，本発明者らはこのｎにつき少なくとも６．０までは溶鋼流速の均一化効果に有意差がないことを実験により確認した（後記実施例参照）。

　また前記ｎ値が２．０～４．５までは同一で，最も高い効果が得られること，及び前記ｎ値が６．０でのさらなる改善効果は認められず，むしろｎ値が６．０を超えると吐出孔起点付近の曲線が次第に鋭利になる傾向であるから（図６（ａ）～図６（ｃ）参照），実用上，前記ｎの値が６．０を超える構造を採用する必要性及びメリットは見いだせない。

　本発明ではまたさらに，Ｄｉ／Ｄｏ比の影響についても検討した結果，前記Ｄｉ／Ｄｏ比が１．６から少なくとも２までは溶鋼流速の均一化効果が漸次高まることを実験により確認した（後記実施例，図２０～図２４参照）。

　実用上，前記Ｄｉ／Ｄｏ比が２．０を超える構造は，浸漬ノズルとしての全長，浸漬深さ等に適切な範囲を超えた過剰な構造が必要となるので，モールド内の溶鋼凝固層（シェル）との干渉等の問題が生じる懸念もあり，現実的ではない。

　以下に、本発明の浸漬ノズルの製造方法について説明する。

　本発明の浸漬ノズルは，耐火原料に結合材を加えて混練したはい土を，吐出孔内壁面部分に本発明の所定形状の中子及びラバーモールドを設置してＣＩＰにて一体として成形し，その後乾燥，焼成，研磨等の加工を行うという，浸漬ノズルの一般的なはい土構成と製造方法によって製造できる。

　吐出孔の内壁面部分を形成するためには，求める形状に成形した型を吐出孔内孔となる部分の成形用型（芯棒）に予め取り付けておき，所定の厚さのはい土を充填したラバーモールドで圧縮して成形し，成形時に吐出孔内孔形状を形成する方法を採ることができる。又は無垢の一体的な壁部として成形しておき，その後の工程で求める吐出孔内孔形状に加工する等の方法を採ることができる。

　図７から図２８は，下記実施例におけるコンピュータ・シミュレーションによる吐出孔端部（溶鋼放出部）における吐出孔の縦方向の位置に対する流速をプロットしたグラフである。

　また、図２９から図４０は，各実施例におけるコンピュータ・シミュレーションによる，浸漬ノズル吐出孔から流出した溶鋼の，吐出孔端部，浸漬ノズル周辺およびモールド内の状態を示すイメージ図を示す。

実施例Ａ　
　本実施例では，この溶鋼流の安定性，スムーズさを評価する方法として，コンピュータ・シミュレーションによる流体解析を行った。

　まず，本発明の吐出孔形状（実施例１，図１，但し，吐出孔は下向き２０度の図６（ｂ）に示す断面）を，従来の技術の吐出孔形状（比較例１，すなわち吐出孔起点付近が浸漬ノズルの内孔壁と吐出孔の内孔壁とが直線で交差する形状，図４１，図４２，吐出孔は下向き２０度）と比較した。

　実施例１は前記ｎ＝４．０，Ｄｉ／Ｄｏ＝２．０，比較例１はＤｉ／Ｄｏ＝１．０とした。

　溶鋼流速均一化の効果は，変動係数（標準偏差σ／平均流速Ａｖｅ），吐出孔高さ方向の流速（大きさ）の逆転の有無，流速（大きさ）の負の値の領域の有無で判断した。

　変動係数は，小さい方がよい。吐出孔上下位置で差がないことが望ましい。（横軸に吐出孔縦方向位置，縦軸に流速をプロットしたグラフにおいて流速がほぼ一定＝横方向にほぼ水平な状態＝に近いほど均一化効果が高いとみなすことができる。）

　吐出孔高さ方向での流速（大きさ）の逆転があると，この付近で流動方向に回転するような渦流等の乱れが生じ，溶鋼流の拡散やモールドパウダー巻き込み流の発生等の原因となる。したがって，この逆転は無い方がよい。

　流速（大きさ）に負の値の領域があるということは，すなわち，その部分で逆方向の流動があることを示しており，この付近で流動方向に回転するような渦流をはじめ流動状態に顕著な乱れが生じ，溶鋼流の拡散やモールドパウダー巻き込み流の発生等の原因となる。したがってこの負の値の領域（逆流）は無い方がよい。

　なお，このシミュレーションには，ＡＮＳＹＳ社製の流体解析ソフトウェア，商品名「Ｆｌｕｅｎｔ　Ｖｅｒ．６．３．２６」を使用した。この流体解析ソフトウェアでの入力パラメータは，以下のとおりである。

・計算セル数：約１２万（但し，モデルにより変動あり。）
・流体：水（但し，溶鋼の場合も，相対的に同様に評価できることが確認されている。）
　　　　密度９９８．２ｋｇ／ｍ^３
　　　　粘度０．００１００３ｋｇ／ｍ・ｓ
・浸漬ノズルの吐出孔部の外径：１３０ｍｍ
・浸漬ノズルの吐出孔部の内孔径：７０ｍｍ
・吐出孔長さＬ：３０ｍｍ
・  浸漬深さ（吐出孔出口中央）　：　１８１ｍｍ
・  モールドサイズ　：　２２０ｍｍ　ｘ　１８００ｍｍ　
・Ｖｉｓｃｏｕｓ　Ｍｏｄｅｌ：　Ｋ－ｏｍｅｇａ計算
・  通鋼量　：　５　l／ｓ　（約　２．１　ｔｏｎ／ｍｉｎ）
・  吐出孔角度　：　０度（浸漬ノズルの縦方向中心軸に対し垂直方向）

　この結果を表１に，また吐出孔端部（溶鋼放出部）における吐出孔の縦方向の位置に対する流速をプロットしたグラフを，実施例１については図８，比較例１については図７に示す。

　この結果，比較例１は変動係数０．９４，吐出孔下方での逆転はないものの，また流速が負の値の領域も有ることがわかる。

　これに対し実施例１では変動係数０．２７（比較例１を１００とすると２８．７）と大幅に小さくなった。また吐出孔下方での逆転も流速が負の値の領域もない。

実施例Ｂ　
　本実施例では，吐出孔角度を下向き２０度として，前記実施例Ａと同様のコンピュータ・シミュレーションによる流体解析を行った。

　この角度に伴う吐出孔内孔形状は，任意の距離Ｚの位置における吐出孔の縦方向断面（浸漬ノズル縦軸に平行な断面）形状を，前記距離Ｚの位置における前記角度θに応じた浸漬ノズル縦軸方向に垂直な方向に対する縦方向の長さ分（長さＺ×ｔａｎθ），漸次浸漬ノズルの縦軸に平行な方向に移動させた構造とした。

　実施例２は前記ｎ＝４．０，Ｄｉ／Ｄｏ＝２．０，比較例２はＤｉ／Ｄｏ＝１．０，比較例３は吐出孔起点から端部に至る間で直線状のテーパーが２段の構成となった形状（図４３参照）とした。

　この結果を表２に，また吐出孔端部（溶鋼放出部）における吐出孔の縦方向の位置に対する流速をプロットしたグラフを，実施例２については図１１，比較例２については図９，比較例３については図１０に示す。

　この結果，比較例２は変動係数０．８５，吐出孔下方での逆転があり，また吐出孔上方での流速が負の値の領域も有ることがわかる。

　比較例３は，変動係数が比較例２を１００とする指数で８１．２と比較例１に対する顕著な改善効果はなく，吐出孔下方での逆転があり，また吐出孔上方での流速が負の値の領域も有ることがわかる。すなわち２段テーパー構造の均一化の効果は認められない。

　これに対し実施例２では，変動係数が比較例２を１００とする指数で１８．８と比較例１に対する顕著な改善効果が認められ，また吐出孔下方での逆転も流速が負の値の領域もない。

実施例Ｃ
　本実施例では，前記実施例Ａ，Ｂと同様のコンピュータ・シミュレーションによる流体解析により，溶鋼流量の影響を調査した。構造は前記実施例Ｂの比較例２及び実施例２と同様の構造とし，溶鋼流量を実施例Ｂの２倍にして均一化への影響を確認した。

　この結果を表３に，また吐出孔端部（溶鋼放出部）における吐出孔の縦方向の位置に対する流速をプロットしたグラフを，実施例３については図２８，比較例４については図２７に示す。

　この結果，比較例４は変動係数０．５７，吐出孔下方での逆転があり，また吐出孔上方での流速が負の値の領域も有ることがわかる。すなわち溶鋼流量が大きくなっても均一性に関する流動特性は同様であることがわかる。

　これに対し実施例３では，変動係数が比較例４を１００とする指数で１９．３と比較例４に対する顕著な改善効果が認められ，また吐出孔下方での逆転も流速が負の値の領域もない。すなわち溶鋼流量が大きくなっても均一化に関する本発明の効果は同様に得られることがわかる。

実施例Ｄ
　本実施例では，前記実験例Ａ，Ｂと同様のコンピュータ・シミュレーションによる流体解析により，前記ｎ値の影響を調査した。

　条件は，Ｄｉ／Ｄｏ＝２．０，溶鋼流量は実施例Ｂと同様の５　l／ｓ　（約　２．１ｔｏｎ／ｍｉｎ），吐出孔角度を下向き２０度とし，ｎ値を１．０（直線状テーパーと一致）から６．０まで変化させた。

　この結果を表４に，また比較例５及び実施例４～実施例８（実施例２を含む）の吐出孔端部（溶鋼放出部）における吐出孔の縦方向の位置に対する流速をプロットしたグラフを，図１２，図１３～図１８に示す。

　この結果，ｎ値を１．０（直線状テーパーと一致）とした比較例５は変動係数が比較例２を１００とする指数で２９．４と顕著な効果が認められ，吐出孔上方での流速の負の値の領域も観られないものの，吐出孔下方での逆転が有ることがわかる。

　これに対し実施例は，比較例２を１００とする変動係数の指数で，ｎ＝１．５の実施例４では２１．２，ｎ＝２．０の実施例５からｎ＝４．５の実施例６までの範囲は同一で１８．８，ｎ＝５．０の実施例７では２１．２，ｎ＝６．０の実施例では２０．０といずれもほぼ同程度の顕著な効果が得られた。

　また，実施例４（ｎ＝１．５）～実施例８（ｎ＝６．０）のいずれも吐出孔下方での逆転も流速が負の値の領域もない。

　この実施例から，吐出孔起点から端部に向かって漸次吐出孔内孔が曲線で縮径し，かつその漸次縮径する曲線が前記式のｎ＝１．５以上の曲線であれば，またその曲線がｎ＝１．５以上のｎ値が異なる複数の線を含んでいても本発明の溶鋼流の均一化の顕著な効果が得られることがわかる。

　なお，この実施例ように，下向きの角度の場合には図６（ａ）～図６（ｃ）に示すように，吐出孔起点付近での上端付近はなだらかに，下端付近はより鋭利な傾向の形状となる。

　このような形状で上記結果が得られていることから，本発明の構造は，吐出孔の吐出方向中心を通過する縦方向断面の上下方向に備わっていれば溶鋼の均一化及び整流化の効果が得られることがわかる。

　さらに，吐出孔の横方向は浸漬ノズル内孔直胴部の形状としている。すなわち，本実施例における本発明の形状部分は，浸漬ノズルの直胴状の内孔壁部分よりも耐火物肉厚側に限られている。

実施例Ｅ　
　本実施例では，先の実施例Ａ，Ｂと同様のコンピュータ・シミュレーションによる流体解析により，前記Ｄｉ／Ｄｏ比の影響を調査した。

　条件は，前記ｎ＝４．０，溶鋼流量は実施例Ｂと同様の５　l／ｓ　（約　２．１　ｔｏｎ／ｍｉｎ），吐出孔角度を下向き２０度とし，Ｄｉ／Ｄｏ比を１．５から２．０まで変化させた。

　この結果を表５に，また比較例６及び実施例９～実施例１２（実施例２を含む）の吐出孔端部（溶鋼放出部）における吐出孔の縦方向の位置に対する流速をプロットしたグラフを図１９，図２０～図２４に示す。

　この結果，Ｄｉ／Ｄｏ比を１．５とした比較例６は変動係数が比較例２を１００とする指数で６２．４となって顕著な改善効果は認められない。また吐出孔下方での逆転は観られないものの，吐出孔上方での流速の負の値の領域が有ることがわかる。

　これに対し実施例は，比較例２を１００とする変動係数の指数ではいずれも顕著な効果が得られることがわかる。そして，Ｄｉ／Ｄｏ比＝１．６（実施例９）の場合が２９．４とこの実施例中最も高く，Ｄｉ／Ｄｏ比＝２．０（実施例２）の場合が１８．８と最も低く，この１．６から２．０の変化に伴って変動係数の指数が低下する傾向が認められる。

　また，実施例９（Ｄｉ／Ｄｏ比＝１．６）～実施例１２（Ｄｉ／Ｄｏ比＝１．９）及び実施例２（Ｄｉ／Ｄｏ比＝２．０）のいずれも吐出孔下方での逆転も流速が負の値の領域もない。

　上述の実施例の結果は，以下のようにまとめることができる。

　前記ｎ値に関しては，１．５以上で溶鋼流の均一化の効果及び整流化があり，少なくとも６．０までは効果の低下は観られず，前記ｎ値に関しては，１．５以上を課題解決効果の範囲とすることができる。またそのうち最も効果の高いのは２．０～４．５の範囲である。

　Ｄｉ／Ｄｏ比は１．６以上で溶鋼流の均一化の効果及び整流化があり，少なくとも２．０まではこれら効果は漸次高まって低下は観られず，１．６以上を課題解決効果の範囲とすることができる。またそのうち最も効果の高いのは２．０である。

　１　浸漬ノズル

Claims

　上端に設けられた溶鋼の導入部から溶鋼が下方に通過する上下縦方向に管状の直胴部と，この直胴部の下部に設けられ，溶鋼を直胴部の側面から横方向に吐出する左右対称となる一対の吐出孔とを有する浸漬ノズルにおいて，浸漬ノズルの中心と吐出孔の中心とを通る浸漬ノズルの縦方向断面の吐出孔部内孔の形状が，吐出孔起点から端部に向かって漸次吐出孔内孔が曲線で縮径し，かつその漸次縮径する曲線が，次式１のＤｚの浸漬ノズル縦方向断面の径によって表される吐出孔の内側形状を，少なくとも吐出孔内の一部又は全部に有することを特徴とする浸漬ノズル。

ここで，　
Ｌ　　：　浸漬ノズルの壁の厚さ，
Ｄｉ　：　吐出孔の起点（浸漬ノズル内孔壁との境界点，以下同じ。）の吐出孔径，
Ｄｏ　：　吐出孔の端部（浸漬ノズル外周壁との境界点，以下同じ。）の吐出孔径，
Ｚ　　：　吐出孔の起点から吐出孔の端部方向への任意の位置までの長さ
Ｄｚ　：　前記Ｚの位置における吐出孔の浸漬ノズル縦方向断面の径
Ｈ　　：　下記式２によって表される

さらに、ｎは，ｎ　≧　１．５である。
　吐出孔が浸漬ノズルの縦軸に対して垂直方向以外の浸漬ノズル縦方向の角度を有しており，前記角度を有する吐出孔の内孔は，請求項１に記載の距離Ｚの位置における吐出孔の浸漬ノズルの縦方向断面形状を，距離Ｚの位置における前記角度に応じた縦方向長さ分を，漸次浸漬ノズルの縦軸に平行な方向に移動させた構造である請求項１に記載の浸漬ノズル。
　上端に設けられた溶鋼の導入部から溶鋼が下方に通過する上下縦方向に管状の直胴部と，この直胴部の下部に設けられ，溶鋼を直胴部の側面から横方向に吐出する左右対称となる一対の吐出孔とを有する浸漬ノズルにおいて，浸漬ノズルの中心と吐出孔の中心とを通る浸漬ノズルの縦方向断面の吐出孔部内孔の形状が，吐出孔起点から端部に向かって漸次吐出孔内孔が曲線で縮径し，かつその漸次縮径する曲線が前記式１を満足する前記式１中のｎ値の異なる複数の曲線の組み合わせであって，前記曲線によって形成される形状を少なくとも吐出孔内の一部又は全部に有する浸漬ノズル。
　吐出孔が浸漬ノズルの縦軸に対して垂直方向以外の浸漬ノズル縦方向の角度を有しており，前記角度を有する吐出孔の内孔は，請求項３に記載の距離Ｚの位置における吐出孔の浸漬ノズルの縦方向断面形状を，距離Ｚの位置における前記角度に応じた縦方向長さ分を，漸次浸漬ノズルの縦軸に平行な方向に移動させた構造である請求項３に記載の浸漬ノズル。