ストレート凹み堰付浸漬ノズル
【課題】偏流が更に低減された浸漬ノズルを提供する。
【解決手段】内側底面３に、溶鋼吐出孔２の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部４が設けられる。第一整流突部４は、その延在方向の中央に配される突中央部５と、軸心方向において突中央部５よりも突出する突端部６と、から成る。
【解決手段】内側底面３に、溶鋼吐出孔２の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部４が設けられる。第一整流突部４は、その延在方向の中央に配される突中央部５と、軸心方向において突中央部５よりも突出する突端部６と、から成る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造に用いられる浸漬ノズルに係り、詳しくは溶鋼吐出流の偏流を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
（本願明細書において、「偏流」とは、鋳型厚み方向における溶鋼吐出流の偏流と、鋳型幅方向における溶鋼吐出流の偏流、のうち少なくとも何れか一方又は両方を指すものとする。）
【０００３】
本願出願人の出願に係る特許文献１（特開２００７−２１６２７１号公報）には、溶鋼吐出孔の穿孔方向に対して平行に延びる突部が内側底面に突設された浸漬ノズル（同文献図２参照）が開示されている。そして、この突部の存在により、鋳型厚み方向の偏流が低減された旨が記載されている（同文献図１０及び図１１参照）。
【０００４】
また、特許文献２（国際公開第２００５／０７０５８９号パンフレット）には、吐出方向に平行に延びた１本の尾根状突起をノズル底部内面に設けた浸漬ノズルが開示されている（同文献２図１０及び図１１参照）。この尾根状突起によれば、対向する２つの吐出孔に向かう安定な渦流が、尾根状突起により分けられた２つの領域にそれぞれ形成され、吐出流が安定する、とされる。
【０００５】
また、特許文献３（特開２００５−２９７０２２号公報）は、溶鋼流通方向に対して垂直な一面上に突起部を４ヶずつ３段、合計１２ヶ配設した浸漬ノズルが開示されている（同文献第８頁第５〜７行、同文献図２（Ａ）参照）。また、溶鋼流通方向に対して垂直な一面上において連続した環状突起（同文献図２（Ｂ）参照）より、独立した突起（同文献図２（Ａ））の方が整流効果に関して好ましい旨が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１〜３に記載の浸漬ノズルは何れも優れたものであるが、依然として、偏流の改善の余地はある。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、偏流が更に低減された浸漬ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、本願発明者らは、鋭意研究の末、特許文献１に記載されているような浸漬ノズルにおいて、溶鋼吐出孔の穿孔方向に延びる突部の中央に適切な窪みを設けると、鋳型幅方向の偏流の低減が実現することを見出した（本願図２、本願表１参照）。また、本願発明者らは、この突部と平行に延びる適切な突部を内周面に設けると、鋳型厚み方向の偏流の更なる低減が達成されることも発見した（本願図３、本願表１参照）。
【０００９】
遡って、特許文献１について言及するに、特許文献１には、上記の窪みが記載も示唆もされていない。特許文献２についても同様である。また、特許文献３について言えば、多数で点在する突起部や環状突起についての言及はあるものの、突部と平行に延びる構成については一切、記載も示唆もされていない。
【００１０】
次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の第一の観点によれば、以下のように構成される、浸漬ノズルが提供される。即ち、前記浸漬ノズルの周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔が、前記浸漬ノズルの内側底面から所定距離上方へ離れた位置に、穿孔される。前記浸漬ノズルの内側底面には、前記溶鋼吐出孔の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部が設けられる。前記第一整流突部は、その延在方向の中央に配される突中央部と、前記浸漬ノズルの軸心方向において前記突中央部よりも突出し、前記突中央部を挟むように配される突端部と、から成る。前記浸漬ノズルの内径をＤｓｎとし、前記溶鋼吐出孔の内周側開口縁の下端と前記内側底面との間の距離をＨとし、前記突端部の突出高さをｈとし、前記突中央部の突出高さをｉとし、前記突中央部の延在長さをＬとすると、下記式（１）〜（３）を満たす。
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】
【数３】
【００１５】
以上の構成によれば、鋳型幅方向の偏流の低減が実現する。
【００１６】
上記の浸漬ノズルは、更に、以下のように構成される。即ち、前記浸漬ノズルの内周面には、前記第一整流突部と平行に延び、前記浸漬ノズルの底面視において前記第一整流突部を挟んで対向する、第二整流突部が一対で設けられる。各第二整流突部は、前記浸漬ノズルの軸心側下方へ向かって傾斜する第一整流面と、この第一整流面と対を成すように前記第一整流面の下方に配され、前記浸漬ノズルの軸心側上方へ向かって傾斜する第二整流面と、を有する。前記第二整流突部と前記内側底面との間の距離をｂとし、前記浸漬ノズルの軸心方向における前記第二整流突部の高さをｆとし、前記浸漬ノズルの径方向における前記第二整流突部の厚みをｇとし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第一整流面の傾斜角をθ１とし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第二整流面の傾斜角をθ２とすると、下記式（４）〜（８）を満たす。
【００１７】
【数４】
【００１８】
【数５】
【００１９】
【数６】
【００２０】
【数７】
【００２１】
【数８】
【００２２】
以上の構成によれば、鋳型厚み方向の偏流の更なる低減が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の第一実施形態・第二実施形態に係る浸漬ノズルの構成を並行して説明する。
【００２４】
（第一実施形態）
図１は、本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの斜視図である。本図に示される浸漬ノズル１は、タンディッシュ内に保持される溶鋼を鋳型内へ注湯するのに供されるものであって、有底円筒状に形成される。
【００２５】
図２は、本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図である。本図に示されるように、浸漬ノズル１の周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔２が、浸漬ノズル１の内側底面３から若干上方へ離れた位置に、穿孔される。そして、浸漬ノズル１の内側底面３には、溶鋼吐出孔２の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部４が設けられる。この第一整流突部４は、その延在方向の中央に配される突中央部５と、浸漬ノズル１の軸心方向（以下、単に軸心方向と称する。）において突中央部５よりも突出し、突中央部５を挟むように配される突端部６と、から構成される。端的に言えば、第一整流突部４の延在方向中央には、若干の窪みが形成されるということである。
【００２６】
一般に、浸漬ノズル１の溶鋼吐出孔２から吐出される溶鋼の吐出流と、鋳型の幅方向及び厚み方向と、は技術的に密接に関連するので、各図１〜３には、鋳型幅方向と鋳型厚み方向を具体的に図示した。図２に示されるように、一般に、浸漬ノズル１は、溶鋼吐出孔２の穿孔方向が鋳型幅方向と一致するように鋳型内に配される。各図１〜３には、鋳型幅方向及び鋳型厚み方向の何れにも直交する関係にある浸漬ノズル１の軸心方向も併せて図示した。
【００２７】
（第二実施形態）
図３は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図である。本図に示されるように、第二実施形態に係る浸漬ノズル１は、上述の第一実施形態に係る浸漬ノズル１（図２参照）と比較して、以下の点が相違する。即ち、浸漬ノズル１の内周面７には、第一整流突部４と平行に延び、浸漬ノズル１の底面視において第一整流突部４を挟んで対向する、第二整流突部８が一対で設けられる。このように、第一実施形態に係る浸漬ノズル１と第二実施形態に係る浸漬ノズル１の相違する点は第二整流突部８の有無のみであるから、以降の明細書においては、後者、即ち、第二実施形態に係る浸漬ノズル１の構成についてのみ詳説する。
【００２８】
（以下、第一・第二の実施形態）
図４〜６を参照されたい。図４は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの正面部分断面図である。図５は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの側面部分断面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。図４及び図５に表れる各断面は、浸漬ノズル１の軸心を含む。
【００２９】
（浸漬ノズル１）
各図に示されるように浸漬ノズル１は、内径Ｄｓｎを有する有底円筒状であって、第一整流突部４及び第二整流突部８と共に耐火物で一体形成される。
【００３０】
（溶鋼吐出孔２）
溶鋼吐出孔２は、図５に示されるように浸漬ノズル１の内周から外周へ向かって若干斜め下向きに傾斜し、図４に示されるように浸漬ノズル１の内周面７においては丸みを帯びた矩形の輪郭を有し、浸漬ノズル１の外周面１１においても同様に丸みを帯びた矩形の輪郭を有する（図１を併せて参照）。また、溶鋼吐出孔２は、図６に示されるように浸漬ノズル１の内周から外周へ向かって緩やかに幅広となるように形成される。ここで、図４において、溶鋼吐出孔２の内周側開口縁１２の下端１２ｂと内側底面３との間の距離を符号Ｈで観念する。一般に、この符号Ｈで観念される空間は湯溜り部と称され、主として鋳造開始時の溶鋼の飛び散りを防止する機能を有する。図５に示される溶鋼吐出孔２の下向き吐出角θｔ［ｄｅｇ．］は概ね１０〜５５が好ましいとされる。
【００３１】
（第一整流突部４）
図４及び図５における二点鎖線は、第一整流突部４と他の部分との境界のみを示すものである。＜長さ＞図５に示されるように第一整流突部４は、両端が内周面７に対して接続するように内側底面３上において十分延在しており、即ち、第一整流突部４の延在長さは浸漬ノズル１の内径Ｄｓｎと等しい。符号Ｌは、突中央部５の延在長さを示し、詳しくは、鋳型幅方向における突中央部５の上面５ａの長さを示す。＜突出高さ＞また、本図において符号ｈで特定される突端部６の突出高さは、前述した湯溜り部の高さである距離Ｈと等しい。符号ｉは突中央部５の突出高さを示す。即ち、ｉ＜ｈの関係が成立し、本実施形態では更に、ｉ＜ｈ＝Ｈの関係が成立する。＜断面＞また、図４に示されるように第一整流突部４の長手に対して垂直な断面は、略台形状であって、内側底面３から離れる方向へ向かって狭窄される。本図における第一整流突部４の側面は、内側底面３を基準として概ね６０〜８５°で傾斜する。そして、本実施形態において、第一整流突部４は、下記式（１）〜（３）を満たす。
【００３２】
【数１】
【００３３】
【数２】
【００３４】
【数３】
【００３５】
（第二整流突部８）
図４及び図６における一点鎖線は、第二整流突部８と他の部分との境界のみを示すものである。＜断面＞図４に示されるように第二整流突部８の長手に対して垂直な断面は、略台形状であって、内周面７から浸漬ノズル１の軸心（以下、単に軸心とも称する。）へ向かうにつれて次第に狭窄される。即ち、第二整流突部８は、軸心側下方へ向かって傾斜する平面としての第一整流面１３と、この第一整流面１３と対を成すように第一整流面１３の下方に配され、軸心側上方へ向かって傾斜する平面としての第二整流面１４と、を有する。符号θ１は、軸心に対する第一整流面１３の傾斜角を示す。符号θ２は、軸心に対する第二整流面１４の傾斜角を示す。第二整流突部８の側面１５は、平面であって、鋳型厚み方向に対して直交の関係にある。＜高さ＞符号ｆは、軸心方向における第二整流突部８の高さを示し、詳しくは、第一整流面１３と第二整流面１４を含めた第二整流突部８の高さを示す。＜厚み＞符号ｇは、鋳型厚み方向（鋳型厚み方向は、浸漬ノズル１の径方向の一つに相当する。）における第二整流突部８の厚みを示し、詳しくは、図４に表れる第二整流突部８の厚みであり、つまり、第二整流突部８の厚みの最大値である。＜その他＞符号ｂは、第二整流突部８と内側底面３との間の距離を示し、詳しくは、第二整流突部８の第二整流面１４の下端１４ａと内側底面３との間の距離を示す。そして、本実施形態において、第二整流突部８は、下記式（４）〜（８）を満たす。
【００３６】
【数４】
【００３７】
【数５】
【００３８】
【数６】
【００３９】
【数７】
【００４０】
【数８】
【００４１】
以上に、第一・第二の実施形態に係る浸漬ノズル１の構成を並行して説明した。なお、種々の観点から、面と面は鈍角で交差するものとし、面と面の交差する部位には適度な丸みを付すのが好ましい。
【００４２】
次に、上記の浸漬ノズル１を採用することで実現される溶鋼の特異な流れを、図７〜９に基づいて説明する。図７は、従来の浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図である。図８は、本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図である。図９は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図である。各図７〜９においては、溶鋼の流れを立体的に観念できるよう、正面断面図と側面断面図、平面断面図を並べて描いた。なお、溶鋼の流れの技術的な差異を強調するため、各図に描いた流れは、定量的側面については実際のものと異なる場合があることを予め理解されたい。
【００４３】
＜図７：従来（特許文献１）の浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れ＞
上述の特許文献１に記載されている浸漬ノズルを採用すると、本図（ａ）・（ｃ）に示されるように、内側底面の中央に延在する突部を挟む、一対の渦流が形成される。しかし、本図（ｂ）に示されるように、この一対の渦流は、鋳型幅方向において全く拘束されないため、各渦流の基点は、突部の長手に沿って自由に移動してしまう。
【００４４】
＜図８：第一実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れ＞
これに対して、第一実施形態に係る浸漬ノズルを採用すると、本図（ｂ）・（ｃ）に示されるように、上記一対の渦流は、第一整流突部の窪みと係合することで、鋳型幅方向において拘束され、各渦流の基点は、第一整流突部の長手に沿って移動できないようになり、もって、鋳型幅方向における偏流が低減される。
【００４５】
＜図９：第二実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れ＞
更に、第二実施形態に係る浸漬ノズルを採用すると、本図（ａ）・（ｂ）に示されるように、上記一対の渦流は、相互に平行に配設される第一整流突部と第二整流突部の間で小径の圧縮されたかたちで形成される。これにより、上記一対の渦が一層安定して存在し続けられるようになり、もって、一対の渦流が形成されることで達成される鋳型厚み方向における偏流の低減が高いレベルで実現される。
【００４６】
以下、第一・第二の実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果を確認するための試験に関して説明する。上述した各数値範囲などは、下記の試験により合理的に裏付けられている。
【００４７】
≪試験：試験概要≫
各試験は、鋳型と溶鋼に代えて水槽と水を採用する所謂水モデル試験である。各試験は、浸漬ノズルの構造や鋳型のサイズなどに細かな変更を加えながら実施した。浸漬ノズルの構造や鋳型のサイズなどの詳細な設定値は後述の表１を参照されたい。各試験に採用された浸漬ノズルは、三つの観点から多面的に評価した。即ち、図１０に示される偏流を評価する試験と、図１１の水面変動量を評価する試験と、図１２の水面流速を評価する試験である。
【００４８】
≪試験：第一評価試験：図１０≫
本試験においては、浸漬ノズルに所定の水流量Ｗａｔ［Ｌ／ｍｉｎ］で水が供給されている定常状態において、１００秒間、太丸で図示した地点Ａ〜Ｄにおける水の流速を電磁流速計（型番：ＶＭ−８０６Ｈ）を用いて測定する。そして、下記式（９）に従って鋳型厚み方向における偏流Ｔｈｈ［ｍ／ｓ］を、下記式（１０）に従って鋳型幅方向における偏流Ｗｉｈ［ｍ／ｓ］を、求める。そして、下記式（１１）で定義される偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を求める。
【００４９】
【数９】
【００５０】
【数１０】
【００５１】
【数１１】
【００５２】
ただし、上記式（９）及び（１０）において、Ｔ１は任意の測定開始時点を意味し、ΔＴは１００秒であり、ｖＸ（ｔ）はＸ地点における水の流速の測定結果（ただし、離散データである。）を意味する。
【００５３】
そして、下記式（１２）の関係を満たすとき、該当する試験について、「○（ブレークアウトの危険性なし）」と評価し、満たさないとき、「×（ブレークアウトの危険性あり）」と評価することとする。下記式（１２）における評価の閾値の根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００５４】
【数１２】
【００５５】
なお、図１０における数値の単位はｍｍである。
【００５６】
≪試験：第二評価試験：図１１≫
本試験においては、浸漬ノズルに所定の水流量Ｗａｔ［Ｌ／ｍｉｎ］で水が供給されている定常状態において、１００秒間、水面の波立ちを観察し、その変動量Δｓ［ｍｍ］を測定する。本試験は、溶鋼湯面の波立ちが鋳片品質に大きく影響することに鑑みて設けたものである。この波立ちの発生メカニズムは本図（ａ）及び（ｂ）に示す通りである。即ち、（Ｑ）浸漬ノズル内で一対の渦流が安定して形成される状態では吐出流速にムラがないので比して波立ちが小さく、一方、（Ｐ）浸漬ノズル内で大きな単一の渦流が形成される状態では吐出流速にムラがあり、水面へ向かう流れが発生してしまうので、比して波立ちが大きくなる。観察及び測定に際しては、市販のビデオカメラを活用することとする。上記「水面変動量Δｓ［ｍｍ］」は、所定時間内における水面のすべてが包含される、平行な一対の水平平面の、離間距離［ｍｍ］と定義する。
【００５７】
そして、下記式（１３）の関係を満たすとき、該当する試験について、「◎（パウダー噛み込みなし、ヘゲ・スリバー発生なし）」と評価し、下記式（１３）は満たさないが下記式（１４）は満たすとき、「○（パウダー噛み込みなし）」と評価し、下記式（１３）及び（１４）は満たさないが下記式（１５）は満たすとき、「×」と評価することとする。下記式（１３）〜（１５）における評価の閾値の根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００５８】
【数１３】
【００５９】
【数１４】
【００６０】
【数１５】
【００６１】
≪試験：第三評価試験：図１２≫
本試験においては、浸漬ノズルに所定の水流量Ｗａｔ［Ｌ／ｍｉｎ］で水が供給されている定常状態において、１０分間、太丸で図示した地点Ｅ〜Ｆにおける水の流速を第一評価試験で用いたものと同じ電磁流速計を用いて１秒ごとに測定する。地点Ｅにおける水の流速の測定結果（離散データである。）を１０秒ごとに区分し、各区分における平均値を求め、６０個の平均値のうち最大の平均値を選出する。地点Ｆについても同様とする。そして、地点Ｅにおいて選出した最大の平均値と、地点Ｆにおいて選出した最大の平均値と、のうち大きい方で定義される「水面流速ｖｍ［ｍ／ｓ］」を求め、下記式（１６）を満たすとき、該当する試験について、「○（パウダー巻き込みが発生する可能性が低い）」と評価し、満たさないとき、「×（パウダー巻き込みが発生する可能性が高い）」と評価することとする。下記式（１６）における評価の閾値の根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００６２】
【数１６】
【００６３】
なお、図１２における数値の単位はｍｍである。
【００６４】
≪試験：個別の試験条件及び試験結果≫
次に、各試験の個別の試験条件とその試験結果を下記表１に示す。下記表１において、列タイトル「Ｗ ｍｍ」は水槽のサイズであって、実機における鋳型幅（ただし、鋳型の上端において観念されるもの）を意味する。列タイトル「Ｄ ｍｍ」も水槽のサイズであって、実機における鋳型厚み（ただし、鋳型の上端において観念されるもの）を意味する。列タイトル「Ａｉｒ ＮＬ／ｍｉｎ」は試験中に浸漬ノズルに導入するＡｒガスのガス流量を意味する。このＡｒガスは、図１に示される浸漬ノズルの上端近傍から吹き込むようになっている。そして、第一〜第三評価試験の結果が「○◎○」であったとき、該当する試験を「◎（大変良好）」と評価し、「○○○」であったとき、「○（良好）」と評価し、それ以外のとき、「×（不良）」と評価することとする。なお、すべての試験において、スライドバルブの開閉方向は鋳型幅方向とした。
【００６５】
【表１】
【００６６】
なお、上記特許文献１に記載の浸漬ノズルに最も近いとされるものを用いた試験は、試験Ｎｏ．９（突中央部５の存在を殆ど消失させたもの）である。また、試験Ｎｏ．４８に採用された浸漬ノズルの形状は、表１によればθ２が９０°とされる。このように直角な部位が存在すると、耐火物の充填率が悪化し、使用中に耐火物が欠損する可能性が高くなるので実機において採用するのは困難とされる。
【００６７】
以上説明したように上記第一実施形態において浸漬ノズル１は、以下のように構成される。即ち、前記浸漬ノズル１の周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔２が、前記浸漬ノズル１の内側底面３から所定距離上方へ離れた位置に、穿孔される。前記浸漬ノズル１の内側底面３には、前記溶鋼吐出孔２の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部４が設けられる。前記第一整流突部４は、その延在方向の中央に配される突中央部５と、前記浸漬ノズル１の軸心方向において前記突中央部５よりも突出し、前記突中央部５を挟むように配される突端部６と、から成る。前記浸漬ノズル１の内径をＤｓｎとし、前記溶鋼吐出孔２の内周側開口縁１２の下端１２ｂと前記内側底面３との間の距離をＨとし、前記突端部６の突出高さをｈとし、前記突中央部５の突出高さをｉとし、前記突中央部５の延在長さをＬとすると、下記式（１）〜（３）を満たす。
【００６８】
【数１】
【００６９】
【数２】
【００７０】
【数３】
【００７１】
表１によれば、以上の構成により、例えば試験Ｎｏ．９と試験Ｎｏ．１２を比較すると判る通り、鋳型幅方向の偏流の低減が実現する。
【００７２】
また、上記第二実施形態に係る浸漬ノズル１は、更に、以下のように構成される。即ち、前記浸漬ノズル１の内周面７には、前記第一整流突部４と平行に延び、前記浸漬ノズル１の底面視において前記第一整流突部４を挟んで対向する、第二整流突部８が一対で設けられる。各第二整流突部８は、前記浸漬ノズル１の軸心側下方へ向かって傾斜する第一整流面１３と、この第一整流面１３と対を成すように前記第一整流面１３の下方に配され、前記浸漬ノズル１の軸心側上方へ向かって傾斜する第二整流面１４と、を有する。前記第二整流突部８と前記内側底面３との間の距離をｂとし、前記浸漬ノズル１の軸心方向における前記第二整流突部８の高さをｆとし、前記浸漬ノズル１の径方向における前記第二整流突部８の厚みをｇとし、前記浸漬ノズル１の軸心に対する前記第一整流面１３の傾斜角をθ１とし、前記浸漬ノズル１の軸心に対する前記第二整流面１４の傾斜角をθ２とすると、下記式（４）〜（８）を満たす。
【００７３】
【数４】
【００７４】
【数５】
【００７５】
【数６】
【００７６】
【数７】
【００７７】
【数８】
【００７８】
表１によれば、以上の構成により、例えば試験Ｎｏ．１２と試験Ｎｏ．２５を比較すると判る通り、上記第一実施形態に係る構成と比較して、鋳型幅方向の偏流のみならず、鋳型厚み方向の偏流をも一層低減できる。
【００７９】
＜第一評価試験の閾値の根拠：図１３〜１５＞
【００８０】
（凝固遅れ度の定義）
凝固遅れ度は凝固遅れの程度の指標である。図１３を参照されたい。図１３は、偏流度の評価閾値の根拠を示す第一説明図（凝固遅れ度の定義）である。この凝固遅れ度Ｃｇ［％］は鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断して得られる切断面に視認し得る負偏析線に基づき鋳片のコーナー部夫々において観念でき、凝固遅れ度Ｃｇ［％］は下記式（１７）に基づいて求められる。下記式（１７）中、Ａ［ｍｍ］は狭面から５［ｃｍ］離れた地点における負偏析線と広面との間の距離であり、Ｂ［ｍｍ］は負偏析線が広面に最も接近する地点における負偏析線と広面との間の距離である。本明細書中において「凝固遅れ度Ｃｇ［％］」とは、原則として、一の切断面から観念できる４つの凝固遅れ度Ｃｇ［％］のうち最大のものを意味するものとする。
【００８１】
【数１７】
【００８２】
（ブレークアウトの実績）
次に、図１４を参照されたい。図１４は、偏流度の評価閾値の根拠を示す第二説明図（ブレークアウトの実績）である。即ち、１００チャージ分、連続鋳造（種々の鋳造条件は完全には統一していない。）を実施し、各チャージごとに、（１）任意に１本の１次切断スラブを選択し、この１次切断スラブの鋳片表面に湯漏れの痕跡があった場合は、当該痕跡を含むように鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断し、この切断により得られる切断面において凝固遅れ度Ｃｇ［％］を測定し、（２）この１次切断スラブの鋳片表面に湯漏れの痕跡がなかった場合は、任意に選択した箇所で鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断し、この切断により得られる切断面において凝固遅れ度Ｃｇ［％］を測定した。そして、（１）の凝固遅れ度Ｃｇ［％］の分布を本図において実線で示し、（２）の凝固遅れ度Ｃｇ［％］の分布を本図において破線で示す。本図によれば、凝固遅れ度Ｃｇ［％］が４０未満となるように操業すれば、鋳型直下Ｂ．Ｏ．の発生を防止できることが判る。
【００８３】
（偏流度と凝固遅れ度との対応関係）
次に、図１５を参照されたい。図１５は、偏流度の評価閾値の根拠を示す第三説明図（偏流度と凝固遅れ度との対応関係）である。即ち、ある形状の浸漬ノズルをアクリルで作成し、水モデル試験にて、この浸漬ノズルの上述した偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を求めた。次に、この浸漬ノズルと同じ形状の浸漬ノズルを耐火物で作成し、作成した浸漬ノズルを用いて、実機試験にて概ね１００チャージ分、操業した。その際の鋳造条件は、鋳型幅Ｄ［ｍｍ］：８００〜２１００、鋳型厚みＤ［ｍｍ］：２３０〜２８０、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］：１．０〜２．２とした。そして、各チャージに対応する鋳片をボトム側から２５ｍの地点で切断し、上記の凝固遅れ度Ｃｇ［％］を夫々測定した。これで、ある形状の浸漬ノズルの偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］と、この浸漬ノズルに対応する凝固遅れ度Ｃｇ［％］の１００サンプルと、を取得したこととなる。上記の試験を、形状が異なる４つの浸漬ノズルを用いて同様に実施した。そして、図１５に示されるように、浸漬ノズルの偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を横軸にとり、凝固遅れ度Ｃｇ［％］の平均値に３σを加えた値を縦軸にとって、グラフ化した。本図によれば、凝固遅れ度Ｃｇ［％］を４０未満とするには、水モデル試験における偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を０．３５以下とする必要があることが判る。
【００８４】
＜第二評価試験の閾値の根拠：図１６〜１７＞
（湯面レベルの例示）
図１６を参照されたい。図１６は、湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第一説明図（湯面レベル（実機）の変動の例示）である。即ち、図１６は、実機において、図１２に示される地点Ｆの真上の湯面のレベルはどのように変動するものなのか、を例示している。横軸は時刻であり、縦軸は鋳型上端を基準とした湯面レベルである。このように、湯面レベルＹＬ［ｍｍ］は概ね２０ｍｍ程度、波立つこともある。
【００８５】
（湯面変動量と品質欠陥との関係）
次に、図１７を参照されたい。図１７は、湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第二説明図（湯面変動量（実機）とパウダー巻き込み欠陥発生頻度・パウダー噛み込み欠陥発生頻度との対応関係）である。即ち、鋳造中、湯面レベルＹＬ［ｍｍ］を１秒ごとに測定し記録していることを前提に、鋳造された鋳片のパウダー噛み込み欠陥の発生の有無を調査すると共に、熱間圧延後のヘゲ・スリバーの発生の有無を調査した。そして、上記のパウダー噛み込み欠陥の発生が確認できたとき、その発生と、該当する鋳片の部位がメニスカスにあったときの時刻の前後２．５秒の時間における上記の湯面変動量Δｕ［ｍｍ］と、を関連付けて記録する。同様に、上記のヘゲ・スリバーの発生が確認できたとき、その発生と、該当する鋳片の部位に対応する上記の湯面変動量Δｕ［ｍｍ］と、を関連付けて記録する。そして、図１７に示されるように、湯面変動量Δｕ［ｍｍ］に基づいて、前者の記録を左側の縦軸に、後者の記録を右側の縦軸に、プロットした。
【００８６】
なお、「湯面変動量Δｕ［ｍｍ］」は、所定時間内における湯面のすべてが包含される、平行な一対の水平平面の、離間距離［ｍｍ］と定義する。また、「パウダー噛み込み欠陥」とは、パウダー噛み込みを原因とするものであって、鋳片表面においてモールドパウダーが噛み込まれた形として視認し得る外接円直径１ｍｍ程度以上の凹み状の疵である。このパウダー噛み込み欠陥は、ブレークアウトの原因ともなり得る。「ヘゲ・スリバー」とは、パウダー巻き込みを原因とするものであって、圧延後に圧延方向に沿って表れる概ね２０ｍｍ以上のスジ状の疵である。
【００８７】
図１７によれば、（ａ）湯面変動量Δｕ［ｍｍ］が２０を超えるとパウダー噛み込み欠陥とヘゲ・スリバーが発生する可能性が高いこと、（ｂ）湯面変動量Δｕ［ｍｍ］が１０〜２０だと、パウダー噛み込み欠陥は発生しないが、ヘゲ・スリバーは発生する可能性が高いこと、（ｃ）湯面変動量Δｕ［ｍｍ］が１０未満だと、パウダー噛み込み欠陥もヘゲ・スリバーも発生しないことが判る。
【００８８】
なお、上記湯面変動量Δｕ［ｍｍ］に係る観察時間を５秒とし、上記水面変動量Δｓ［ｍｍ］に係る観察時間を１００秒としているのは、以下の理由による。即ち、経験則に基づく評価基準よりも一層厳しい評価基準を用いて浸漬ノズルの性能を評価するためである。
【００８９】
＜第三評価試験の閾値の根拠＞
例えば特開２００３−８０３５３号公報に記載されているように、メニスカス流速が０．６ｍ／ｓを超えるとパウダー巻き込みが発生する可能性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの斜視図
【図２】本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図
【図３】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図
【図４】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの正面部分断面図
【図５】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの側面部分断面図
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図
【図７】従来の浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図
【図８】本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図
【図９】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図
【図１０】第一・第二実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果確認試験の試験条件に関する第一説明図
【図１１】第一・第二実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果確認試験の試験条件に関する第二説明図
【図１２】第一・第二実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果確認試験の試験条件に関する第三説明図
【図１３】偏流度の評価閾値の根拠を示す第一説明図（凝固遅れ度の定義）
【図１４】偏流度の評価閾値の根拠を示す第二説明図（ブレークアウトの実績）
【図１５】偏流度の評価閾値の根拠を示す第三説明図（偏流度と凝固遅れ度との対応関係）
【図１６】湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第一説明図（湯面レベルの変動の例示）
【図１７】湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第二説明図（湯面変動量とパウダー巻き込み欠陥発生頻度・パウダー噛み込み欠陥発生頻度との対応関係）
【符号の説明】
【００９１】
１ 浸漬ノズル
２ 溶鋼吐出孔
３ 溶鋼吐出孔の内側底面
４ 第一整流突部
５ 突中央部
６ 突端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造に用いられる浸漬ノズルに係り、詳しくは溶鋼吐出流の偏流を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
（本願明細書において、「偏流」とは、鋳型厚み方向における溶鋼吐出流の偏流と、鋳型幅方向における溶鋼吐出流の偏流、のうち少なくとも何れか一方又は両方を指すものとする。）
【０００３】
本願出願人の出願に係る特許文献１（特開２００７−２１６２７１号公報）には、溶鋼吐出孔の穿孔方向に対して平行に延びる突部が内側底面に突設された浸漬ノズル（同文献図２参照）が開示されている。そして、この突部の存在により、鋳型厚み方向の偏流が低減された旨が記載されている（同文献図１０及び図１１参照）。
【０００４】
また、特許文献２（国際公開第２００５／０７０５８９号パンフレット）には、吐出方向に平行に延びた１本の尾根状突起をノズル底部内面に設けた浸漬ノズルが開示されている（同文献２図１０及び図１１参照）。この尾根状突起によれば、対向する２つの吐出孔に向かう安定な渦流が、尾根状突起により分けられた２つの領域にそれぞれ形成され、吐出流が安定する、とされる。
【０００５】
また、特許文献３（特開２００５−２９７０２２号公報）は、溶鋼流通方向に対して垂直な一面上に突起部を４ヶずつ３段、合計１２ヶ配設した浸漬ノズルが開示されている（同文献第８頁第５〜７行、同文献図２（Ａ）参照）。また、溶鋼流通方向に対して垂直な一面上において連続した環状突起（同文献図２（Ｂ）参照）より、独立した突起（同文献図２（Ａ））の方が整流効果に関して好ましい旨が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１〜３に記載の浸漬ノズルは何れも優れたものであるが、依然として、偏流の改善の余地はある。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、偏流が更に低減された浸漬ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、本願発明者らは、鋭意研究の末、特許文献１に記載されているような浸漬ノズルにおいて、溶鋼吐出孔の穿孔方向に延びる突部の中央に適切な窪みを設けると、鋳型幅方向の偏流の低減が実現することを見出した（本願図２、本願表１参照）。また、本願発明者らは、この突部と平行に延びる適切な突部を内周面に設けると、鋳型厚み方向の偏流の更なる低減が達成されることも発見した（本願図３、本願表１参照）。
【０００９】
遡って、特許文献１について言及するに、特許文献１には、上記の窪みが記載も示唆もされていない。特許文献２についても同様である。また、特許文献３について言えば、多数で点在する突起部や環状突起についての言及はあるものの、突部と平行に延びる構成については一切、記載も示唆もされていない。
【００１０】
次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の第一の観点によれば、以下のように構成される、浸漬ノズルが提供される。即ち、前記浸漬ノズルの周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔が、前記浸漬ノズルの内側底面から所定距離上方へ離れた位置に、穿孔される。前記浸漬ノズルの内側底面には、前記溶鋼吐出孔の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部が設けられる。前記第一整流突部は、その延在方向の中央に配される突中央部と、前記浸漬ノズルの軸心方向において前記突中央部よりも突出し、前記突中央部を挟むように配される突端部と、から成る。前記浸漬ノズルの内径をＤｓｎとし、前記溶鋼吐出孔の内周側開口縁の下端と前記内側底面との間の距離をＨとし、前記突端部の突出高さをｈとし、前記突中央部の突出高さをｉとし、前記突中央部の延在長さをＬとすると、下記式（１）〜（３）を満たす。
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】
【数３】
【００１５】
以上の構成によれば、鋳型幅方向の偏流の低減が実現する。
【００１６】
上記の浸漬ノズルは、更に、以下のように構成される。即ち、前記浸漬ノズルの内周面には、前記第一整流突部と平行に延び、前記浸漬ノズルの底面視において前記第一整流突部を挟んで対向する、第二整流突部が一対で設けられる。各第二整流突部は、前記浸漬ノズルの軸心側下方へ向かって傾斜する第一整流面と、この第一整流面と対を成すように前記第一整流面の下方に配され、前記浸漬ノズルの軸心側上方へ向かって傾斜する第二整流面と、を有する。前記第二整流突部と前記内側底面との間の距離をｂとし、前記浸漬ノズルの軸心方向における前記第二整流突部の高さをｆとし、前記浸漬ノズルの径方向における前記第二整流突部の厚みをｇとし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第一整流面の傾斜角をθ１とし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第二整流面の傾斜角をθ２とすると、下記式（４）〜（８）を満たす。
【００１７】
【数４】
【００１８】
【数５】
【００１９】
【数６】
【００２０】
【数７】
【００２１】
【数８】
【００２２】
以上の構成によれば、鋳型厚み方向の偏流の更なる低減が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の第一実施形態・第二実施形態に係る浸漬ノズルの構成を並行して説明する。
【００２４】
（第一実施形態）
図１は、本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの斜視図である。本図に示される浸漬ノズル１は、タンディッシュ内に保持される溶鋼を鋳型内へ注湯するのに供されるものであって、有底円筒状に形成される。
【００２５】
図２は、本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図である。本図に示されるように、浸漬ノズル１の周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔２が、浸漬ノズル１の内側底面３から若干上方へ離れた位置に、穿孔される。そして、浸漬ノズル１の内側底面３には、溶鋼吐出孔２の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部４が設けられる。この第一整流突部４は、その延在方向の中央に配される突中央部５と、浸漬ノズル１の軸心方向（以下、単に軸心方向と称する。）において突中央部５よりも突出し、突中央部５を挟むように配される突端部６と、から構成される。端的に言えば、第一整流突部４の延在方向中央には、若干の窪みが形成されるということである。
【００２６】
一般に、浸漬ノズル１の溶鋼吐出孔２から吐出される溶鋼の吐出流と、鋳型の幅方向及び厚み方向と、は技術的に密接に関連するので、各図１〜３には、鋳型幅方向と鋳型厚み方向を具体的に図示した。図２に示されるように、一般に、浸漬ノズル１は、溶鋼吐出孔２の穿孔方向が鋳型幅方向と一致するように鋳型内に配される。各図１〜３には、鋳型幅方向及び鋳型厚み方向の何れにも直交する関係にある浸漬ノズル１の軸心方向も併せて図示した。
【００２７】
（第二実施形態）
図３は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図である。本図に示されるように、第二実施形態に係る浸漬ノズル１は、上述の第一実施形態に係る浸漬ノズル１（図２参照）と比較して、以下の点が相違する。即ち、浸漬ノズル１の内周面７には、第一整流突部４と平行に延び、浸漬ノズル１の底面視において第一整流突部４を挟んで対向する、第二整流突部８が一対で設けられる。このように、第一実施形態に係る浸漬ノズル１と第二実施形態に係る浸漬ノズル１の相違する点は第二整流突部８の有無のみであるから、以降の明細書においては、後者、即ち、第二実施形態に係る浸漬ノズル１の構成についてのみ詳説する。
【００２８】
（以下、第一・第二の実施形態）
図４〜６を参照されたい。図４は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの正面部分断面図である。図５は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの側面部分断面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。図４及び図５に表れる各断面は、浸漬ノズル１の軸心を含む。
【００２９】
（浸漬ノズル１）
各図に示されるように浸漬ノズル１は、内径Ｄｓｎを有する有底円筒状であって、第一整流突部４及び第二整流突部８と共に耐火物で一体形成される。
【００３０】
（溶鋼吐出孔２）
溶鋼吐出孔２は、図５に示されるように浸漬ノズル１の内周から外周へ向かって若干斜め下向きに傾斜し、図４に示されるように浸漬ノズル１の内周面７においては丸みを帯びた矩形の輪郭を有し、浸漬ノズル１の外周面１１においても同様に丸みを帯びた矩形の輪郭を有する（図１を併せて参照）。また、溶鋼吐出孔２は、図６に示されるように浸漬ノズル１の内周から外周へ向かって緩やかに幅広となるように形成される。ここで、図４において、溶鋼吐出孔２の内周側開口縁１２の下端１２ｂと内側底面３との間の距離を符号Ｈで観念する。一般に、この符号Ｈで観念される空間は湯溜り部と称され、主として鋳造開始時の溶鋼の飛び散りを防止する機能を有する。図５に示される溶鋼吐出孔２の下向き吐出角θｔ［ｄｅｇ．］は概ね１０〜５５が好ましいとされる。
【００３１】
（第一整流突部４）
図４及び図５における二点鎖線は、第一整流突部４と他の部分との境界のみを示すものである。＜長さ＞図５に示されるように第一整流突部４は、両端が内周面７に対して接続するように内側底面３上において十分延在しており、即ち、第一整流突部４の延在長さは浸漬ノズル１の内径Ｄｓｎと等しい。符号Ｌは、突中央部５の延在長さを示し、詳しくは、鋳型幅方向における突中央部５の上面５ａの長さを示す。＜突出高さ＞また、本図において符号ｈで特定される突端部６の突出高さは、前述した湯溜り部の高さである距離Ｈと等しい。符号ｉは突中央部５の突出高さを示す。即ち、ｉ＜ｈの関係が成立し、本実施形態では更に、ｉ＜ｈ＝Ｈの関係が成立する。＜断面＞また、図４に示されるように第一整流突部４の長手に対して垂直な断面は、略台形状であって、内側底面３から離れる方向へ向かって狭窄される。本図における第一整流突部４の側面は、内側底面３を基準として概ね６０〜８５°で傾斜する。そして、本実施形態において、第一整流突部４は、下記式（１）〜（３）を満たす。
【００３２】
【数１】
【００３３】
【数２】
【００３４】
【数３】
【００３５】
（第二整流突部８）
図４及び図６における一点鎖線は、第二整流突部８と他の部分との境界のみを示すものである。＜断面＞図４に示されるように第二整流突部８の長手に対して垂直な断面は、略台形状であって、内周面７から浸漬ノズル１の軸心（以下、単に軸心とも称する。）へ向かうにつれて次第に狭窄される。即ち、第二整流突部８は、軸心側下方へ向かって傾斜する平面としての第一整流面１３と、この第一整流面１３と対を成すように第一整流面１３の下方に配され、軸心側上方へ向かって傾斜する平面としての第二整流面１４と、を有する。符号θ１は、軸心に対する第一整流面１３の傾斜角を示す。符号θ２は、軸心に対する第二整流面１４の傾斜角を示す。第二整流突部８の側面１５は、平面であって、鋳型厚み方向に対して直交の関係にある。＜高さ＞符号ｆは、軸心方向における第二整流突部８の高さを示し、詳しくは、第一整流面１３と第二整流面１４を含めた第二整流突部８の高さを示す。＜厚み＞符号ｇは、鋳型厚み方向（鋳型厚み方向は、浸漬ノズル１の径方向の一つに相当する。）における第二整流突部８の厚みを示し、詳しくは、図４に表れる第二整流突部８の厚みであり、つまり、第二整流突部８の厚みの最大値である。＜その他＞符号ｂは、第二整流突部８と内側底面３との間の距離を示し、詳しくは、第二整流突部８の第二整流面１４の下端１４ａと内側底面３との間の距離を示す。そして、本実施形態において、第二整流突部８は、下記式（４）〜（８）を満たす。
【００３６】
【数４】
【００３７】
【数５】
【００３８】
【数６】
【００３９】
【数７】
【００４０】
【数８】
【００４１】
以上に、第一・第二の実施形態に係る浸漬ノズル１の構成を並行して説明した。なお、種々の観点から、面と面は鈍角で交差するものとし、面と面の交差する部位には適度な丸みを付すのが好ましい。
【００４２】
次に、上記の浸漬ノズル１を採用することで実現される溶鋼の特異な流れを、図７〜９に基づいて説明する。図７は、従来の浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図である。図８は、本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図である。図９は、本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図である。各図７〜９においては、溶鋼の流れを立体的に観念できるよう、正面断面図と側面断面図、平面断面図を並べて描いた。なお、溶鋼の流れの技術的な差異を強調するため、各図に描いた流れは、定量的側面については実際のものと異なる場合があることを予め理解されたい。
【００４３】
＜図７：従来（特許文献１）の浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れ＞
上述の特許文献１に記載されている浸漬ノズルを採用すると、本図（ａ）・（ｃ）に示されるように、内側底面の中央に延在する突部を挟む、一対の渦流が形成される。しかし、本図（ｂ）に示されるように、この一対の渦流は、鋳型幅方向において全く拘束されないため、各渦流の基点は、突部の長手に沿って自由に移動してしまう。
【００４４】
＜図８：第一実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れ＞
これに対して、第一実施形態に係る浸漬ノズルを採用すると、本図（ｂ）・（ｃ）に示されるように、上記一対の渦流は、第一整流突部の窪みと係合することで、鋳型幅方向において拘束され、各渦流の基点は、第一整流突部の長手に沿って移動できないようになり、もって、鋳型幅方向における偏流が低減される。
【００４５】
＜図９：第二実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れ＞
更に、第二実施形態に係る浸漬ノズルを採用すると、本図（ａ）・（ｂ）に示されるように、上記一対の渦流は、相互に平行に配設される第一整流突部と第二整流突部の間で小径の圧縮されたかたちで形成される。これにより、上記一対の渦が一層安定して存在し続けられるようになり、もって、一対の渦流が形成されることで達成される鋳型厚み方向における偏流の低減が高いレベルで実現される。
【００４６】
以下、第一・第二の実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果を確認するための試験に関して説明する。上述した各数値範囲などは、下記の試験により合理的に裏付けられている。
【００４７】
≪試験：試験概要≫
各試験は、鋳型と溶鋼に代えて水槽と水を採用する所謂水モデル試験である。各試験は、浸漬ノズルの構造や鋳型のサイズなどに細かな変更を加えながら実施した。浸漬ノズルの構造や鋳型のサイズなどの詳細な設定値は後述の表１を参照されたい。各試験に採用された浸漬ノズルは、三つの観点から多面的に評価した。即ち、図１０に示される偏流を評価する試験と、図１１の水面変動量を評価する試験と、図１２の水面流速を評価する試験である。
【００４８】
≪試験：第一評価試験：図１０≫
本試験においては、浸漬ノズルに所定の水流量Ｗａｔ［Ｌ／ｍｉｎ］で水が供給されている定常状態において、１００秒間、太丸で図示した地点Ａ〜Ｄにおける水の流速を電磁流速計（型番：ＶＭ−８０６Ｈ）を用いて測定する。そして、下記式（９）に従って鋳型厚み方向における偏流Ｔｈｈ［ｍ／ｓ］を、下記式（１０）に従って鋳型幅方向における偏流Ｗｉｈ［ｍ／ｓ］を、求める。そして、下記式（１１）で定義される偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を求める。
【００４９】
【数９】
【００５０】
【数１０】
【００５１】
【数１１】
【００５２】
ただし、上記式（９）及び（１０）において、Ｔ１は任意の測定開始時点を意味し、ΔＴは１００秒であり、ｖＸ（ｔ）はＸ地点における水の流速の測定結果（ただし、離散データである。）を意味する。
【００５３】
そして、下記式（１２）の関係を満たすとき、該当する試験について、「○（ブレークアウトの危険性なし）」と評価し、満たさないとき、「×（ブレークアウトの危険性あり）」と評価することとする。下記式（１２）における評価の閾値の根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００５４】
【数１２】
【００５５】
なお、図１０における数値の単位はｍｍである。
【００５６】
≪試験：第二評価試験：図１１≫
本試験においては、浸漬ノズルに所定の水流量Ｗａｔ［Ｌ／ｍｉｎ］で水が供給されている定常状態において、１００秒間、水面の波立ちを観察し、その変動量Δｓ［ｍｍ］を測定する。本試験は、溶鋼湯面の波立ちが鋳片品質に大きく影響することに鑑みて設けたものである。この波立ちの発生メカニズムは本図（ａ）及び（ｂ）に示す通りである。即ち、（Ｑ）浸漬ノズル内で一対の渦流が安定して形成される状態では吐出流速にムラがないので比して波立ちが小さく、一方、（Ｐ）浸漬ノズル内で大きな単一の渦流が形成される状態では吐出流速にムラがあり、水面へ向かう流れが発生してしまうので、比して波立ちが大きくなる。観察及び測定に際しては、市販のビデオカメラを活用することとする。上記「水面変動量Δｓ［ｍｍ］」は、所定時間内における水面のすべてが包含される、平行な一対の水平平面の、離間距離［ｍｍ］と定義する。
【００５７】
そして、下記式（１３）の関係を満たすとき、該当する試験について、「◎（パウダー噛み込みなし、ヘゲ・スリバー発生なし）」と評価し、下記式（１３）は満たさないが下記式（１４）は満たすとき、「○（パウダー噛み込みなし）」と評価し、下記式（１３）及び（１４）は満たさないが下記式（１５）は満たすとき、「×」と評価することとする。下記式（１３）〜（１５）における評価の閾値の根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００５８】
【数１３】
【００５９】
【数１４】
【００６０】
【数１５】
【００６１】
≪試験：第三評価試験：図１２≫
本試験においては、浸漬ノズルに所定の水流量Ｗａｔ［Ｌ／ｍｉｎ］で水が供給されている定常状態において、１０分間、太丸で図示した地点Ｅ〜Ｆにおける水の流速を第一評価試験で用いたものと同じ電磁流速計を用いて１秒ごとに測定する。地点Ｅにおける水の流速の測定結果（離散データである。）を１０秒ごとに区分し、各区分における平均値を求め、６０個の平均値のうち最大の平均値を選出する。地点Ｆについても同様とする。そして、地点Ｅにおいて選出した最大の平均値と、地点Ｆにおいて選出した最大の平均値と、のうち大きい方で定義される「水面流速ｖｍ［ｍ／ｓ］」を求め、下記式（１６）を満たすとき、該当する試験について、「○（パウダー巻き込みが発生する可能性が低い）」と評価し、満たさないとき、「×（パウダー巻き込みが発生する可能性が高い）」と評価することとする。下記式（１６）における評価の閾値の根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００６２】
【数１６】
【００６３】
なお、図１２における数値の単位はｍｍである。
【００６４】
≪試験：個別の試験条件及び試験結果≫
次に、各試験の個別の試験条件とその試験結果を下記表１に示す。下記表１において、列タイトル「Ｗ ｍｍ」は水槽のサイズであって、実機における鋳型幅（ただし、鋳型の上端において観念されるもの）を意味する。列タイトル「Ｄ ｍｍ」も水槽のサイズであって、実機における鋳型厚み（ただし、鋳型の上端において観念されるもの）を意味する。列タイトル「Ａｉｒ ＮＬ／ｍｉｎ」は試験中に浸漬ノズルに導入するＡｒガスのガス流量を意味する。このＡｒガスは、図１に示される浸漬ノズルの上端近傍から吹き込むようになっている。そして、第一〜第三評価試験の結果が「○◎○」であったとき、該当する試験を「◎（大変良好）」と評価し、「○○○」であったとき、「○（良好）」と評価し、それ以外のとき、「×（不良）」と評価することとする。なお、すべての試験において、スライドバルブの開閉方向は鋳型幅方向とした。
【００６５】
【表１】
【００６６】
なお、上記特許文献１に記載の浸漬ノズルに最も近いとされるものを用いた試験は、試験Ｎｏ．９（突中央部５の存在を殆ど消失させたもの）である。また、試験Ｎｏ．４８に採用された浸漬ノズルの形状は、表１によればθ２が９０°とされる。このように直角な部位が存在すると、耐火物の充填率が悪化し、使用中に耐火物が欠損する可能性が高くなるので実機において採用するのは困難とされる。
【００６７】
以上説明したように上記第一実施形態において浸漬ノズル１は、以下のように構成される。即ち、前記浸漬ノズル１の周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔２が、前記浸漬ノズル１の内側底面３から所定距離上方へ離れた位置に、穿孔される。前記浸漬ノズル１の内側底面３には、前記溶鋼吐出孔２の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部４が設けられる。前記第一整流突部４は、その延在方向の中央に配される突中央部５と、前記浸漬ノズル１の軸心方向において前記突中央部５よりも突出し、前記突中央部５を挟むように配される突端部６と、から成る。前記浸漬ノズル１の内径をＤｓｎとし、前記溶鋼吐出孔２の内周側開口縁１２の下端１２ｂと前記内側底面３との間の距離をＨとし、前記突端部６の突出高さをｈとし、前記突中央部５の突出高さをｉとし、前記突中央部５の延在長さをＬとすると、下記式（１）〜（３）を満たす。
【００６８】
【数１】
【００６９】
【数２】
【００７０】
【数３】
【００７１】
表１によれば、以上の構成により、例えば試験Ｎｏ．９と試験Ｎｏ．１２を比較すると判る通り、鋳型幅方向の偏流の低減が実現する。
【００７２】
また、上記第二実施形態に係る浸漬ノズル１は、更に、以下のように構成される。即ち、前記浸漬ノズル１の内周面７には、前記第一整流突部４と平行に延び、前記浸漬ノズル１の底面視において前記第一整流突部４を挟んで対向する、第二整流突部８が一対で設けられる。各第二整流突部８は、前記浸漬ノズル１の軸心側下方へ向かって傾斜する第一整流面１３と、この第一整流面１３と対を成すように前記第一整流面１３の下方に配され、前記浸漬ノズル１の軸心側上方へ向かって傾斜する第二整流面１４と、を有する。前記第二整流突部８と前記内側底面３との間の距離をｂとし、前記浸漬ノズル１の軸心方向における前記第二整流突部８の高さをｆとし、前記浸漬ノズル１の径方向における前記第二整流突部８の厚みをｇとし、前記浸漬ノズル１の軸心に対する前記第一整流面１３の傾斜角をθ１とし、前記浸漬ノズル１の軸心に対する前記第二整流面１４の傾斜角をθ２とすると、下記式（４）〜（８）を満たす。
【００７３】
【数４】
【００７４】
【数５】
【００７５】
【数６】
【００７６】
【数７】
【００７７】
【数８】
【００７８】
表１によれば、以上の構成により、例えば試験Ｎｏ．１２と試験Ｎｏ．２５を比較すると判る通り、上記第一実施形態に係る構成と比較して、鋳型幅方向の偏流のみならず、鋳型厚み方向の偏流をも一層低減できる。
【００７９】
＜第一評価試験の閾値の根拠：図１３〜１５＞
【００８０】
（凝固遅れ度の定義）
凝固遅れ度は凝固遅れの程度の指標である。図１３を参照されたい。図１３は、偏流度の評価閾値の根拠を示す第一説明図（凝固遅れ度の定義）である。この凝固遅れ度Ｃｇ［％］は鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断して得られる切断面に視認し得る負偏析線に基づき鋳片のコーナー部夫々において観念でき、凝固遅れ度Ｃｇ［％］は下記式（１７）に基づいて求められる。下記式（１７）中、Ａ［ｍｍ］は狭面から５［ｃｍ］離れた地点における負偏析線と広面との間の距離であり、Ｂ［ｍｍ］は負偏析線が広面に最も接近する地点における負偏析線と広面との間の距離である。本明細書中において「凝固遅れ度Ｃｇ［％］」とは、原則として、一の切断面から観念できる４つの凝固遅れ度Ｃｇ［％］のうち最大のものを意味するものとする。
【００８１】
【数１７】
【００８２】
（ブレークアウトの実績）
次に、図１４を参照されたい。図１４は、偏流度の評価閾値の根拠を示す第二説明図（ブレークアウトの実績）である。即ち、１００チャージ分、連続鋳造（種々の鋳造条件は完全には統一していない。）を実施し、各チャージごとに、（１）任意に１本の１次切断スラブを選択し、この１次切断スラブの鋳片表面に湯漏れの痕跡があった場合は、当該痕跡を含むように鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断し、この切断により得られる切断面において凝固遅れ度Ｃｇ［％］を測定し、（２）この１次切断スラブの鋳片表面に湯漏れの痕跡がなかった場合は、任意に選択した箇所で鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断し、この切断により得られる切断面において凝固遅れ度Ｃｇ［％］を測定した。そして、（１）の凝固遅れ度Ｃｇ［％］の分布を本図において実線で示し、（２）の凝固遅れ度Ｃｇ［％］の分布を本図において破線で示す。本図によれば、凝固遅れ度Ｃｇ［％］が４０未満となるように操業すれば、鋳型直下Ｂ．Ｏ．の発生を防止できることが判る。
【００８３】
（偏流度と凝固遅れ度との対応関係）
次に、図１５を参照されたい。図１５は、偏流度の評価閾値の根拠を示す第三説明図（偏流度と凝固遅れ度との対応関係）である。即ち、ある形状の浸漬ノズルをアクリルで作成し、水モデル試験にて、この浸漬ノズルの上述した偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を求めた。次に、この浸漬ノズルと同じ形状の浸漬ノズルを耐火物で作成し、作成した浸漬ノズルを用いて、実機試験にて概ね１００チャージ分、操業した。その際の鋳造条件は、鋳型幅Ｄ［ｍｍ］：８００〜２１００、鋳型厚みＤ［ｍｍ］：２３０〜２８０、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］：１．０〜２．２とした。そして、各チャージに対応する鋳片をボトム側から２５ｍの地点で切断し、上記の凝固遅れ度Ｃｇ［％］を夫々測定した。これで、ある形状の浸漬ノズルの偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］と、この浸漬ノズルに対応する凝固遅れ度Ｃｇ［％］の１００サンプルと、を取得したこととなる。上記の試験を、形状が異なる４つの浸漬ノズルを用いて同様に実施した。そして、図１５に示されるように、浸漬ノズルの偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を横軸にとり、凝固遅れ度Ｃｇ［％］の平均値に３σを加えた値を縦軸にとって、グラフ化した。本図によれば、凝固遅れ度Ｃｇ［％］を４０未満とするには、水モデル試験における偏流度ＴＷ［ｍ／ｓ］を０．３５以下とする必要があることが判る。
【００８４】
＜第二評価試験の閾値の根拠：図１６〜１７＞
（湯面レベルの例示）
図１６を参照されたい。図１６は、湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第一説明図（湯面レベル（実機）の変動の例示）である。即ち、図１６は、実機において、図１２に示される地点Ｆの真上の湯面のレベルはどのように変動するものなのか、を例示している。横軸は時刻であり、縦軸は鋳型上端を基準とした湯面レベルである。このように、湯面レベルＹＬ［ｍｍ］は概ね２０ｍｍ程度、波立つこともある。
【００８５】
（湯面変動量と品質欠陥との関係）
次に、図１７を参照されたい。図１７は、湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第二説明図（湯面変動量（実機）とパウダー巻き込み欠陥発生頻度・パウダー噛み込み欠陥発生頻度との対応関係）である。即ち、鋳造中、湯面レベルＹＬ［ｍｍ］を１秒ごとに測定し記録していることを前提に、鋳造された鋳片のパウダー噛み込み欠陥の発生の有無を調査すると共に、熱間圧延後のヘゲ・スリバーの発生の有無を調査した。そして、上記のパウダー噛み込み欠陥の発生が確認できたとき、その発生と、該当する鋳片の部位がメニスカスにあったときの時刻の前後２．５秒の時間における上記の湯面変動量Δｕ［ｍｍ］と、を関連付けて記録する。同様に、上記のヘゲ・スリバーの発生が確認できたとき、その発生と、該当する鋳片の部位に対応する上記の湯面変動量Δｕ［ｍｍ］と、を関連付けて記録する。そして、図１７に示されるように、湯面変動量Δｕ［ｍｍ］に基づいて、前者の記録を左側の縦軸に、後者の記録を右側の縦軸に、プロットした。
【００８６】
なお、「湯面変動量Δｕ［ｍｍ］」は、所定時間内における湯面のすべてが包含される、平行な一対の水平平面の、離間距離［ｍｍ］と定義する。また、「パウダー噛み込み欠陥」とは、パウダー噛み込みを原因とするものであって、鋳片表面においてモールドパウダーが噛み込まれた形として視認し得る外接円直径１ｍｍ程度以上の凹み状の疵である。このパウダー噛み込み欠陥は、ブレークアウトの原因ともなり得る。「ヘゲ・スリバー」とは、パウダー巻き込みを原因とするものであって、圧延後に圧延方向に沿って表れる概ね２０ｍｍ以上のスジ状の疵である。
【００８７】
図１７によれば、（ａ）湯面変動量Δｕ［ｍｍ］が２０を超えるとパウダー噛み込み欠陥とヘゲ・スリバーが発生する可能性が高いこと、（ｂ）湯面変動量Δｕ［ｍｍ］が１０〜２０だと、パウダー噛み込み欠陥は発生しないが、ヘゲ・スリバーは発生する可能性が高いこと、（ｃ）湯面変動量Δｕ［ｍｍ］が１０未満だと、パウダー噛み込み欠陥もヘゲ・スリバーも発生しないことが判る。
【００８８】
なお、上記湯面変動量Δｕ［ｍｍ］に係る観察時間を５秒とし、上記水面変動量Δｓ［ｍｍ］に係る観察時間を１００秒としているのは、以下の理由による。即ち、経験則に基づく評価基準よりも一層厳しい評価基準を用いて浸漬ノズルの性能を評価するためである。
【００８９】
＜第三評価試験の閾値の根拠＞
例えば特開２００３−８０３５３号公報に記載されているように、メニスカス流速が０．６ｍ／ｓを超えるとパウダー巻き込みが発生する可能性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの斜視図
【図２】本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図
【図３】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの一部切欠き斜視図
【図４】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの正面部分断面図
【図５】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルの側面部分断面図
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図
【図７】従来の浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図
【図８】本願発明の第一実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図
【図９】本願発明の第二実施形態に係る浸漬ノズルを用いた場合の溶鋼の流れをイメージした図
【図１０】第一・第二実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果確認試験の試験条件に関する第一説明図
【図１１】第一・第二実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果確認試験の試験条件に関する第二説明図
【図１２】第一・第二実施形態に係る浸漬ノズルの技術的効果確認試験の試験条件に関する第三説明図
【図１３】偏流度の評価閾値の根拠を示す第一説明図（凝固遅れ度の定義）
【図１４】偏流度の評価閾値の根拠を示す第二説明図（ブレークアウトの実績）
【図１５】偏流度の評価閾値の根拠を示す第三説明図（偏流度と凝固遅れ度との対応関係）
【図１６】湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第一説明図（湯面レベルの変動の例示）
【図１７】湯面変動量の評価閾値の根拠を示す第二説明図（湯面変動量とパウダー巻き込み欠陥発生頻度・パウダー噛み込み欠陥発生頻度との対応関係）
【符号の説明】
【００９１】
１ 浸漬ノズル
２ 溶鋼吐出孔
３ 溶鋼吐出孔の内側底面
４ 第一整流突部
５ 突中央部
６ 突端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンディッシュ内に保持される溶鋼を鋳型内へ注湯するのに供される有底円筒状の浸漬ノズルにおいて、
前記浸漬ノズルの周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔が、前記浸漬ノズルの内側底面から所定距離上方へ離れた位置に、穿孔され、
前記浸漬ノズルの内側底面には、前記溶鋼吐出孔の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部が設けられ、
前記第一整流突部は、その延在方向の中央に配される突中央部と、前記浸漬ノズルの軸心方向において前記突中央部よりも突出し、前記突中央部を挟むように配される突端部と、から成り、
前記浸漬ノズルの内径をＤｓｎとし、前記溶鋼吐出孔の内周側開口縁の下端と前記内側底面との間の距離をＨとし、前記突端部の突出高さをｈとし、前記突中央部の突出高さをｉとし、前記突中央部の延在長さをＬとすると、下記式（１）〜（３）を満たす、
浸漬ノズル
【数１】
【数２】
【数３】
【請求項２】
請求項１に記載の浸漬ノズルにおいて、
前記浸漬ノズルの内周面には、前記第一整流突部と平行に延び、前記浸漬ノズルの底面視において前記第一整流突部を挟んで対向する、第二整流突部が一対で設けられ、
各第二整流突部は、前記浸漬ノズルの軸心側下方へ向かって傾斜する第一整流面と、この第一整流面と対を成すように前記第一整流面の下方に配され、前記浸漬ノズルの軸心側上方へ向かって傾斜する第二整流面と、を有し、
前記第二整流突部と前記内側底面との間の距離をｂとし、前記浸漬ノズルの軸心方向における前記第二整流突部の高さをｆとし、前記浸漬ノズルの径方向における前記第二整流突部の厚みをｇとし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第一整流面の傾斜角をθ１とし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第二整流面の傾斜角をθ２とすると、下記式（４）〜（８）を満たす、
浸漬ノズル
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【請求項１】
タンディッシュ内に保持される溶鋼を鋳型内へ注湯するのに供される有底円筒状の浸漬ノズルにおいて、
前記浸漬ノズルの周壁には、一対の対向する溶鋼吐出孔が、前記浸漬ノズルの内側底面から所定距離上方へ離れた位置に、穿孔され、
前記浸漬ノズルの内側底面には、前記溶鋼吐出孔の穿孔方向に対して平行に延びる第一整流突部が設けられ、
前記第一整流突部は、その延在方向の中央に配される突中央部と、前記浸漬ノズルの軸心方向において前記突中央部よりも突出し、前記突中央部を挟むように配される突端部と、から成り、
前記浸漬ノズルの内径をＤｓｎとし、前記溶鋼吐出孔の内周側開口縁の下端と前記内側底面との間の距離をＨとし、前記突端部の突出高さをｈとし、前記突中央部の突出高さをｉとし、前記突中央部の延在長さをＬとすると、下記式（１）〜（３）を満たす、
浸漬ノズル
【数１】
【数２】
【数３】
【請求項２】
請求項１に記載の浸漬ノズルにおいて、
前記浸漬ノズルの内周面には、前記第一整流突部と平行に延び、前記浸漬ノズルの底面視において前記第一整流突部を挟んで対向する、第二整流突部が一対で設けられ、
各第二整流突部は、前記浸漬ノズルの軸心側下方へ向かって傾斜する第一整流面と、この第一整流面と対を成すように前記第一整流面の下方に配され、前記浸漬ノズルの軸心側上方へ向かって傾斜する第二整流面と、を有し、
前記第二整流突部と前記内側底面との間の距離をｂとし、前記浸漬ノズルの軸心方向における前記第二整流突部の高さをｆとし、前記浸漬ノズルの径方向における前記第二整流突部の厚みをｇとし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第一整流面の傾斜角をθ１とし、前記浸漬ノズルの軸心に対する前記第二整流面の傾斜角をθ２とすると、下記式（４）〜（８）を満たす、
浸漬ノズル
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１７８７４５（Ｐ２００９−１７８７４５Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０３１９（Ｐ２００８−２０３１９）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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