(57)【要約】【課題】オープンノズルを使用したオープン注入方法において、ノズル下端部からの溶鋼飛散を防止すること。【解決手段】鋳型に溶鋼を注入するオープンノズル１において、ノズル下端部の溶鋼排出部分付近に不活性ガスを吐出するガス吐出部３を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型に溶鋼を注入するオープンノズルであって、ノズル下端部の溶鋼排出部分付近に不活性ガスを吐出するガス吐出部を有するオープンノズル。
【請求項２】
ノズル内孔の下端に径が拡大した拡径部を備え、ガス吐出部が前記拡径部に不活性ガスを吐出する請求項１に記載のオープンノズル。
【請求項３】
ガス吐出部のガス吐出方向が溶鋼の排出方向と平行である請求項１又は２に記載のオープンノズル。
【請求項４】
ガス吐出部が、溶鋼の排出方向と平行に形成されたスリットである請求項３に記載のオープンノズル。
【請求項５】
ノズル下端部を構成する耐火物が炭素成分を含む請求項１〜４のいずれかに記載のオープンノズル。
【請求項６】
オープンノズルを使用して鋳型に溶鋼を注入するオープン注入方法において、オープンノズルのノズル下端部の溶鋼排出部分付近に不活性ガスを吐出させることを特徴とするオープン注入方法。
【請求項７】
ノズル内孔の下端に径が拡大した拡径部を備えたオープンノズルを使用し、前記拡径部に不活性ガスを吐出させる請求項６に記載のオープン注入方法。
【請求項８】
不活性ガスを溶鋼の排出方向と平行に吐出させる請求項６又は７に記載のオープン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型に溶鋼を注入するオープンノズル、すなわち溶鋼を注入する際にノズル下端部が溶鋼に浸漬されない溶鋼注入用のノズル、及びオープンノズルを使用した溶鋼のオープン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造における溶鋼の注入方法として、溶鋼容器であるタンディッシュから下方に延びたオープンノズルを使用してその下方に設置した鋳型に溶鋼を注入する、オープン注入方法が採用される場合がある。とくに、小断面のビレットの連続鋳造装置では、鋳型の断面サイズが小さいため、ノズル下端部を溶鋼に浸漬させる浸漬ノズルを鋳型内に挿入することが困難である等の理由から、オープン注入方法が採用されることが多い。
【０００３】
このオープン注入方法に使用されるオープンノズルは、そのノズル下端部が溶鋼に浸漬されないため、ノズル下端部（ノズル内孔の下端）から排出された溶鋼流が周辺雰囲気に曝されること等の要因から、その溶鋼流の流出状態が乱れて溶鋼が周囲に飛散し（以下、この現象を「溶鋼飛散」という。）、鋳造作業に危険を来すほか、鋳型周囲の装置に鋼等の凝固物が付着することにより鋳造操業にトラブルを生じたり、鋳型内溶鋼の汚染を惹き起こして溶鋼の品質に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００４】
オープンノズルとしては、その長さが２００ｍｍ程度以下の場合はジルコニアを主成分とする一軸成形方法（ノズル内孔の上下方向を貫く軸方向に加圧して成形する方法）による耐火物製のオープンノズルが多く使用されているが、おもにこのジルコニア質耐火物製のオープンノズルの溶鋼飛散対策として、特許文献１に、オープンノズルの上部に長さ５０ｍｍ以上でかつ貫通孔を有する整流筒を設けたオープンノズルが開示されている。すなわち、特許文献１は、整流筒によってオープンノズル上部の溶鋼流を整流し、溶鋼飛散を防止しようとするものである。
【０００５】
しかし、溶鋼飛散の原因はオープンノズル上部の溶鋼流の状態だけではないので、特許文献１のオープンノズルによっては、溶鋼飛散の問題は完全には解消できない。
【０００６】
一方、長さが２００ｍｍ程度を超える長尺のオープンノズルの場合、前述のような一軸成形方法によってジルコニア質耐火物を製造することは困難である。これは、一軸成形方法では、軸方向の長さ全体に亘って品質の均一性を確保することが困難であり、軸に対し横方向の亀裂等を生じやすい等の理由による。そのため長尺のオープンノズルの場合は、成形性を確保するために黒鉛を含み、また長尺であることで通鋼時（とくに初期）の熱衝撃により破壊する危険性が高くなることを回避するために、熱膨張性が相対的に小さいアルミナ等を主骨材とした耐火物を採用することが多い。そしてこのような材質のはい土をゴム製のモールド内に充填し、その外周から加圧するＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）方法が多く採用されている。
【０００７】
このような長尺のオープンノズルにおける溶鋼飛散対策としては、特許文献２に、長尺の整流筒部をアルミナグラファイト耐火物とし、整流筒部の下部に位置する注入ノズル部（ノズル下端部の溶鋼排出部分）をジルコニア製耐火物としたオープンノズルが開示されている。結局のところ、この特許文献２も、整流筒部によってオープンノズル上部の溶鋼流を整流し、溶鋼飛散を防止しようとするものである。したがって、特許文献２のオープンノズルによっても、溶鋼飛散の問題は完全には解消できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１５６５０１号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、オープンノズルを使用したオープン注入方法において、ノズル下端部からの溶鋼飛散を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下のとおりのものである。
１．鋳型に溶鋼を注入するオープンノズルであって、ノズル下端部の溶鋼排出部分付近に不活性ガスを吐出するガス吐出部を有するオープンノズル（請求項１）。
【００１１】
２．ノズル内孔の下端に径が拡大した拡径部を備え、ガス吐出部が前記拡径部に不活性ガスを吐出する請求項１に記載のオープンノズル（請求項２）。
【００１２】
３．ガス吐出部のガス吐出方向が溶鋼の排出方向と平行である請求項１又は２に記載のオープンノズル（請求項３）。
【００１３】
４．ガス吐出部が、溶鋼の排出方向と平行に形成されたスリットである（請求項３）に記載のオープンノズル（請求項４）。
【００１４】
５．ノズル下端部を構成する耐火物が炭素成分を含む請求項１〜４のいずれかに記載のオープンノズル（請求項５）。
【００１５】
６．オープンノズルを使用して鋳型に溶鋼を注入するオープン注入方法において、オープンノズルのノズル下端部の溶鋼排出部分付近に不活性ガスを吐出させることを特徴とするオープン注入方法（請求項６）。
【００１６】
７．ノズル内孔の下端に径が拡大した拡径部を備えたオープンノズルを使用し、前記拡径部に不活性ガスを吐出させる請求項６に記載のオープン注入方法（請求項７）。
【００１７】
８．不活性ガスを溶鋼の排出方向と平行に吐出させる請求項６又は７に記載のオープン注入方法（請求項８）。
【００１８】
以下、本発明の特徴を説明する。
まず、本発明者が溶鋼飛散について詳細に観察したところ、以下の知見が得られた。
（１）溶鋼飛散は、図１３に示すように、長尺のオープンノズル１のノズル内孔２の大部分で溶鋼を整流化した場合でも生じる。
【００１９】
（２）図１４（ａ）に示すように、ノズル下端部のノズル内孔２側のエッジ部１ａ付近が損傷してＲ形状になり、そのエッジ１ａ付近に空間（以下「ポケット」という。）Ｐが生じた場合に溶鋼飛散が顕著になる。
【００２０】
（３）エッジ部１ａの損傷が大きくなってポケットＰが大きくなるにしたがい、溶鋼飛散の程度も拡大する傾向がある。
【００２１】
さらに、本発明者が溶鋼飛散について使用済品の調査と流体解析を行ったところ、以下の知見が得られた。
（４）オープンノズル１のノズル下端部では溶鋼排出に伴い、図１４（ｂ）に矢印で示すように、その周囲（溶鋼流周囲）の空気が激しく乱れる。
【００２２】
（５）その乱れた空気の流れは溶鋼流周辺が最も大きく、その空気流がノズル下端部のノズル内孔付近の底面に激しく衝突する。
【００２３】
（６）その空気流により、ノズル下端部のノズル内孔２側のエッジ部１ａを中心に損傷が生じ始める。
【００２４】
（７） 損傷によりエッジ部１ａがＲ形状となることにより、ポケットＰが生じる
【００２５】
（８）ポケットＰは溶鋼流により負圧となって、周囲の空気がさらにポケットＰ内に引き込まれ、ポケットＰ内における空気の乱れがより激しくなり、エッジ部１ａの耐火物の損傷が加速され、ポケットＰが徐々に拡大する、
【００２６】
（９）ポケットＰの発生によってそのポケットＰに面した溶鋼流に空気が衝突して溶鋼飛散が生じ、ポケットＰの拡大に伴って溶鋼飛散の程度が拡大する。
【００２７】
（１０）前記のエッジ部１ａの耐火物の損傷は、おもにノズル下端部を構成する耐火物が前記の空気流中の酸素によって当該耐火物の組織が崩壊されることによって生じる。とくに、ノズル下端部を構成する耐火物が炭素成分を含む場合、この損傷が顕著となる。
【００２８】
以上の知見を整理すると、次のとおりである。まず、オープンノズルのノズル下端部（ノズル内孔の下端）から大気中に排出された溶鋼は、下方に流速を有する柱状（以下、「溶鋼柱」ともいう。）となってその下方に設置された鋳型に注入される。この下方への流速を有する溶鋼柱はその溶鋼柱周囲の空気に作用して下方への流速を有する空気流を生じさせる。この下方への空気流に伴い、溶鋼柱及びノズル下端部周辺の大気は負圧になるので、溶鋼柱の周囲に溶鋼柱に向かって流れ込む空気の流れが生じる。とくにノズル下端部では、その下端面に沿った空気流が生じ、その空気流が溶鋼柱に衝突してノズル下端部のノズル内孔側のエッジ部付近に渦等の乱れを生じる。これらの大量かつ長時間供給され続ける空気流の中の酸素によりノズル下端部の耐火物内部組織の崩壊ないし前記のエッジ部を中心とする耐火物の損傷が生じ、ポケットが形成される。
【００２９】
このようなノズル下端部の耐火物の損傷は、ノズル下端部を構成する耐火物が炭素成分を含む場合、その炭素成分が酸化されやすいため顕著となるが、ノズル下端部を構成する耐火物が炭素成分を含まない場合にも生じる。すなわち、前記の空気流中の酸素によって、溶鋼由来成分の酸化物（主としてＦｅＯ）の生成が促進され、その生成物とノズル下端部の耐火物の構成成分との反応による当該耐火物の溶損（低融物等の生成）が生じ、ノズル下端部のノズル内孔側のエッジ部を中心として耐火物が損傷する。その結果、ポケットが形成される。（なお、散乱状態の溶鋼の酸化がとくに顕著となる。）
【００３０】
このポケット内にはより激しく空気が引き込まれ、そのポケット内部での空気流の乱れが大きくなって、溶鋼柱へ向かう速度の大きい空気流が増加し、溶鋼流内に下方以外の方向の流れを生じさせる。その結果、溶鋼流の一部の飛散が生じる。
【００３１】
このような知見に基づき、本発明は、ノズル下端部の耐火物の損傷を抑制し、ノズル下端部のノズル内孔側のエッジ部におけるポケットの形成を抑制するための手段を提供するものである。つまり、本発明は、ポケットを形成させないことでポケット内への周囲の空気の引き込みとその引き込んだ空気流によるポケット内での、溶鋼柱に衝突してその流れを乱す空気の流れの発生を抑制し、その結果として、溶鋼飛散を抑制しようとするものである。
【００３２】
そのための手段として、本発明では、ノズル下端部の溶鋼排出部分に不活性ガスを吐出させる。これにより、ノズル下端部とくにノズル内孔周囲の空気中の酸素分圧が低下するので、ノズル下端部の耐火物への酸素の供給が抑制され、当該耐火物の損傷が抑制されて、ポケットの形成が抑制される。
【００３３】
本発明において不活性ガスを吐出させる具体的な場所としては、ノズル内孔の下端に径を拡大させた拡径部を設け、この拡径部に不活性ガスを吐出させることがより好ましい。
【００３４】
この拡径部は、前記のポケットに相当するものである。単に拡径部だけを形成すると、前述のポケットが形成された場合で説明したように、その内部にノズル下端部の外周側から空気が引き込まれて激しく乱れた空気流が生じ、結果として溶鋼飛散が生じる。
【００３５】
そこで本発明では、ポケットに相当する拡径部に不活性ガスを吐出させ、不活性ガスを供給し続ける。これにより、ノズル下端部の外周側からの空気の引き込みが抑制され、拡径部内には空気に代わって供給した不活性ガスの流れが生じる。つまり、拡径部内は不活性ガスの供給により正圧になるので、周囲から拡径部内へのガスの引き込みが抑制される。したがって、溶鋼柱に衝突してその流動状態を乱すような激しく乱れたガス流は生じず、ガスは溶鋼柱の流動方向とほぼ同じ方向に流動して拡径部外に排出される（図５（ｂ）参照）。これにより、溶鋼飛散が抑制される。
【００３６】
一方、ノズル内孔の下端（エッジ部）に拡径部がない通常のエッジ構造の場合、エッジ部付近のノズル内孔壁面は溶鋼に直接接触して高温度に曝され、下端面は空気流に曝されるので、ノズル内孔壁面と下端面との境界をなすエッジ部では大きな熱応力が発生し、エッジ欠け等の損傷が生じやすい。
【００３７】
これに対して、ノズル内孔の下端（エッジ部）に拡径部を設け、不活性ガスを吐出させるようにすると、拡径部内の内壁面は直接溶鋼に接することがないので内部の熱応力は相対的に小さくなり、エッジ欠け等の損傷が生じにくい。なお、拡径部内の上端のエッジ部に欠け等の損傷が生じても、拡径部がない通常のエッジ構造で欠け等の損傷が生じる場合のような、周囲からの溶鋼柱に食い込む空気流は生じないので、溶鋼飛散はほとんど生じない。また、拡径部外周側のエッジ部に周囲の空気流から混入する酸素が作用してそのエッジ部に損傷を生じても、拡径部内部が正圧であって、その内部から不活性ガスが排出されることから、周囲から溶鋼柱に向かう空気流は発生せず、溶鋼柱の流れに影響を及ぼすことはない。したがって、溶鋼飛散をより一層確実に抑制することができる。
【００３８】
本発明において、不活性ガスの吐出方向は溶鋼の排出方向と平行にすることが好ましい。これは不活性ガスの供給量を多くした場合等の不活性ガスの流速が大きい場合に不活性ガス流が溶鋼柱に直接食い込んで溶鋼飛散を生じさせることを避けるためである。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、以下の効果を奏する。
１．オープン注入方法においてオープンノズルのノズル下端部から排出される溶鋼の飛散を抑制ないし防止できる。これによって、オープン注入方法による鋳造操業における作業者の被災の危険性や関係装置の操業上の事故の危険性も低下させることができる。
【００４０】
２．オープンノズルのノズル下端部付近の損傷を抑制することができる。
【００４１】
３．オープンノズルのノズル下端部付近での付着物の生成ないしは成長等（この付着物の生成ないしは成長等は、溶鋼飛散により凝固した溶鋼及び溶鋼由来成分がオープンノズルの下端に接着し、それが継続することで生ずる）を抑制することができる。これにより、付着物の除去作業（酸素洗浄作業等）の頻度を減少させることができ、その除去作業に伴うノズル下端部付近の損傷をも抑制ないし減少させることができる。
【００４２】
４．前記１ないし３の効果により、オープンノズルの寿命を延ばすことができ、ひいては操業における安定性及び生産性の向上、並びに歩留まりの向上を図ることができ、これらによってコスト低減等に寄与することができる。
【００４３】
５．前記１ないし４の効果により、鋳片の品質の低下を防止し、さらには向上させることができる。
【００４４】
６．溶鋼柱の外周付近全体にカーテン状の不活性ガスの層を形成することができ、これによって、溶鋼柱の空気（酸素）との接触を大幅に低減することができ、溶鋼の酸化及び溶鋼内成分の酸化による介在物の発生等に起因する鋳片の品質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図であって、中空パイプを利用して不活性ガスを吐出させる例を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す断面図であって、中空パイプを利用して不活性ガスを吐出させる他の例を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す断面図であって、メタルケースを利用して不活性ガスを吐出させる例を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態を示す断面図であって、不活性ガスを溶鋼の排出方向と平行に吐出させる例を示す。
【図５】（ａ）は本発明の第２の実施形態を示す断面図であって、通気性耐火物を利用して拡径部に不活性ガスを吐出させる例を示し、（ｂ）はそのときの不活性ガス流及び空気流の状態を示す概念図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す断面図であって、通気性耐火物を利用して拡径部に不活性ガスを吐出させる他の例を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す断面図であって、ノズル下端部に設けた貫通孔を利用して拡径部に不活性ガスを吐出させる例を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す断面図であって、メタルケースを利用して拡径部に不活性ガスを吐出させる例を示す。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す断面図であって、拡径部に不活性ガスを溶鋼の排出方向と平行に吐出させる例を示す。
【図１０】流体解析における空気流を示す概念図であって、ノズル下端部のノズル内孔側のエッジ部にポケットがない（エッジ部の損傷がない）健全な状態での空気流を示す。
【図１１】流体解析における空気流を示す概念図であって、ノズル下端部のノズル内孔側のエッジ部にポケットが（エッジの損傷）がある状態での空気流を示す。
【図１２Ａ】流体解析における空気流及び不活性ガス流を示す概念図であって、ノズル内孔の下端に拡径部を形成し、その拡径部内に不活性ガスを吐出させた場合の不活性ガス及び空気流を示す（不活性ガスの吐出量が０．６７ＮＬ／ｓの場合）。
【図１２Ｂ】流体解析における空気流及び不活性ガス流を示す概念図であって、ノズル内孔の下端に拡径部を形成し、その拡径部内に不活性ガスを吐出させた場合の不活性ガス及び空気流を示す（不活性ガスの吐出量が０．８４ＮＬ／ｓの場合）。
【図１２Ｃ】流体解析における空気流及び不活性ガス流を示す概念図であって、ノズル内孔の下端に拡径部を形成し、その拡径部内に不活性ガスを吐出させた場合の不活性ガス及び空気流を示す（不活性ガスの吐出量が１．１２ＮＬ／ｓの場合）。
【図１２Ｄ】流体解析における空気流及び不活性ガス流を示す概念図であって、ノズル内孔の下端に拡径部を形成し、その拡径部内に不活性ガスを吐出させた場合の不活性ガス及び空気流を示す（不活性ガスの吐出量が１．４０ＮＬ／ｓの場合）。
【図１３】従来の一般的なオープンノズルを示す断面面である。。
【図１４】（ａ）は従来のオープンノズルにおいて、ノズル下端部のノズル内孔側のエッジ部にポケットが形成された状態を示し、（ｂ）はそのときの空気流の状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１〜４は、本発明の第１の実施形態を示す断面図である。この第１の実施形態は、オープンノズル１のノズル下端部の溶鋼排出部分付近に不活性ガスを吐出するためのガス吐出部３を設けたものである。
【００４７】
このうち、図１の例は、ノズル下端部のノズル内孔２の周囲全体に中空パイプ３ａを配置し、そのノズル内孔２側の全周に亘って設けたスリット状のガス吐出口３ｂからノズル内孔２側に向けて不活性ガスを吐出するようにしたものである。また、図２に例は、同様にノズル下端部のノズル内孔２の周囲全体にパイプ３ａを配置し、その下端の全周に亘って設けたスリット状のガス吐出口３ｂから溶鋼の排出方向と平行に不活性ガスを吐出するようにしたものである。
【００４８】
一方、図３の例は、ノズル下端部の外周面及び下端面を空間を開けてメタルケース３ｃで覆い、ノズル内孔２側を開口させてガス吐出口３ｂとし、ノズル内孔２側に向けて不活性ガスを吐出するようにしたものである。
【００４９】
また、図４の例は、ノズル下端部の耐火物にスリット状のガス供給路３ｄを設け、このガス供給路３ｄをノズル下端部の下端面でリング状に開口させてガス吐出口３ｂとし、溶鋼の排出方向と平行に不活性ガスを吐出するようにしたものである。すなわち、ガス吐出部３を溶鋼の排出方向と平行に形成したスリットとしたものである。
【００５０】
以上の図１〜４の例では、いずれもガス吐出口３ｂは、ノズル内孔２の内周面より外周側に設けている。これはノズル内孔２から排出される溶鋼（溶鋼柱）にガス吐出口３ｂが接触して溶鋼飛散が生じることを防止するためである。なお、溶鋼柱の径は多少変動するので、その変動により溶鋼柱の径が大きくなってもガス吐出口３ｂが溶鋼柱に接触しないように、ガス吐出口３ｂは余裕を持って外周側に設けることが好ましい。
【００５１】
以上説明した本発明の第１の実施形態は、オープンノズル１のノズル下端部の溶鋼排出部分付近に不活性ガスを吐出させて、ノズル下端部とくにノズル内孔周囲の空気流を不活性ガスに置き換えて、その空気流中の酸素分圧を低下させることに特徴があり、不活性ガスを吐出させるガス吐出部３の構成は、図１〜４の例に限定されるものではない。例えば、図１〜４の例ではガス吐出部３のガス吐出口３ｂをノズル内孔２周りの全周に亘って設けたが、ノズル内孔２周りに間隔を開けて複数設けても良い。ただし、この場合、その間隔は均一であることが好ましい。
【００５２】
図５〜９は、本発明の第２の実施形態を示す断面図である。この第２の実施形態は、ノズル内孔２の下端に拡径部２ａを設け、この拡径部２ａに不活性ガスを吐出するためのガス吐出部３を設けたものである。
【００５３】
このうち図５の例は、ガス吐出部３としてリング状で多孔質の通気性耐火物３ｅを使用し、その内周面（全周）をガス吐出口３ｂとして、拡径部２ａ側に向けて不活性ガスを吐出させるようにしたものである。また、通気性耐火物３ｅに不活性ガスを供給するために、ノズル下端部の外周に空間を開けてメタルケース３ｃで覆い、このメタルケース３ｃで覆われた空間に不活性ガスを導入するようにしている。
【００５４】
図６の例も、ガス吐出部３としてリング状で多孔質の通気性耐火物３ｅを使用したものである。図６の例では通気性耐火物３ｅを拡径部２ａの下端に位置するように配置しているため、通気性耐火物３ｅの下端面から不活性ガスが漏れないように、通気性耐火物３ｅの下端面全体をメタルケース３ｃで覆っている。
【００５５】
図７の例は、ノズル下端部に貫通孔３ｆを設け、その先端をガス吐出口３ｂとし、拡径部２ａ側に向けて不活性ガスを吐出させるようにしたものである。このガス吐出口３ｂの径は、ガス吐出口３ｂから吐出される不活性ガスによって溶鋼流が乱れないようにするため、φ０．３ｍｍ〜φ３ｍｍ程度の小径とすることが好ましい。また、貫通孔３ｆ（ガス吐出口３ｂ）の数は３箇所以上であることが好ましく、不活性ガスを均一に吐出させるためには可能な限り多数かつ均一な間隔で設けることが好ましい。
【００５６】
図８の例は、ノズル下端部の外周面及び下端面を空間を開けてメタルケース３ｃで覆い、拡径部２ａ側を開口させてガス吐出口３ｂとし、拡径部２ａ側に向けて不活性ガスを吐出するようにしたものである。なお、この例のように、拡径部２ａの下端に不活性ガスを吐出させる場合、図８のように不活性ガスの流通経路としてメタルケース３ｃを設置する代わりに、図１及び２の例のように中空パイプを設置しても良い。
【００５７】
図９の例は、ノズル下端部の耐火物にスリット状のガス供給路３ｄを設け、このガス供給路３ｄを拡径部２ａの上端面でリング状に開口させてガス吐出口３ｂとし、溶鋼の排出方向と平行に不活性ガスを吐出するようにしたものである。
【００５８】
以上説明した本発明の第２の実施形態は、ノズル内孔２下端の拡径部２ａに不活性ガスを吐出させることに特徴があり、不活性ガスを吐出させるガス吐出部３の構成は、図５〜９の例に限定されるものではない。また、拡径部２ａの形状もとくに限定はされないが、拡径部２ａ内で不活性ガスのスムーズな流動を得るためには、円柱状、截頭円錐状、又はそれらの上部外周側エッジをＲやカットでなだらかな面とした形状が形成したものが好ましい。
【００５９】
ここで、本発明では前記の第１及び第２の実施形態のいずれにおいても、ガス吐出部３からの不活性ガスの吐出方向は溶鋼の排出方向と平行にすることが好ましい。これは不活性ガス流が溶鋼柱に直接食い込んで溶鋼飛散を生じさせることを避けるためである。とくに不活性ガスの吐出量及び吐出速度（溶鋼柱に対するベクトルの大きさ）が大きい場合には、不活性ガスの吐出方向を溶鋼の排出方向と平行にすることが好ましい。この点からは、図２、図４及び図９の例が好ましい。
【００６０】
なお、前述のようなガス吐出部を有する本発明のオープンノズルは、メタルケースを設置する方法、多層の材質を有するオープンノズルの成形方法（ＣＩＰ（cold isostatic pressing）成形）等の、通常のオープンノズルや浸漬ノズル等の連続鋳造用ノズルを製造する場合と同様の方法で製造することができる。
【００６１】
次に、コンピュータによる流体解析結果を説明する。
【００６２】
この流体解析では、オープンノズルのノズル下端部における空気流あるいは不活性ガス流の溶鋼柱に対するベクトル（溶鋼柱に衝突する方向と大きさ）で、溶鋼飛散の程度を推測した。すなわち、溶鋼柱の鉛直方向に対する空気流又は不活性ガス流の衝突角度が大きい（９０°に近い）ほど、またその大きさが大きいほど、溶鋼飛散が大きくなると仮定している。
【００６３】
流体解析には、フルーエント・アジア・パシフィック(株)（現アンシス・ジャパン（株））製のＦＬＵＥＮＴ（流体解析ソフトウェア）を使用した。また、流体解析では、ノズル下端部における溶鋼の流速を５ｍ／ｓ、溶鋼が通過するノズル内孔の径をφ１９ｍｍ、拡径部（ポケット）が有る場合のその内孔径をφ２９ｍｍ、拡径部（ポケット）の高さ（深さ）を１０ｍｍとした。拡径部内に不活性ガスを吐出させる場合は、拡径部の内周面から不活性ガスを吐出させる条件とした。
【００６４】
図１０は、従来のオープンノズルにおいてノズル下端部のノズル内孔側にポケットが形成されてない場合、すなわちエッジ部に損傷がなく健全な状態（縦方向断面においてほぼ９０°）の場合である。ノズル下端部のエッジ部分付近では、その周囲からノズル下端部の下端面とほぼ平行に溶鋼柱Ｍに向かう空気流が観られる。この空気流は溶鋼柱Ｍに衝突し、その後溶鋼柱Ｍに沿って下降する。このような空気流は、溶鋼が高速度で下方に下降する際に、その表面付近の大気が溶鋼流によって引きずられて溶鋼流に沿った流れを形成し、その結果周囲の大気が負圧となるために生じる。ただし、図１０では溶鋼飛散を生じさせる溶鋼柱Ｍに食い込むような大きな空気流は観られない。このことは、実操業においてノズル下端部のエッジ部に損傷がなく健全な状態の場合には問題となる溶鋼飛散が発生しない現象と一致する。
【００６５】
図１１は、ノズル下端部のエッジ部にポケットＰが形成され、かつそのポケットＰ内に不活性ガスを供給しない場合である。この場合、ポケットＰ下部においてポケットＰ内（上方）に向い、ポケットＰ内で溶鋼柱Ｍに強く食い込むような空気流が生じている。その後、ポケットＰ内から渦等の乱れを伴いながら溶鋼柱Ｍに沿って下降する空気流が観られる。このことは、実操業においてノズル下端部のエッジ部に損傷が生じて、ポケットが形成された後に溶鋼飛散が発生する現象と一致する（ただし、ポケットの深さや大きさの程度により溶鋼飛散の程度は異なる。）。
【００６６】
図１２Ａ〜Ｄは、本発明のオープンノズルであってノズル内孔の下端に拡径部２ａを設け、かつ拡径部２ａ内に不活性ガス（Ａｒガス）を吐出させた場合である。不活性ガス（Ａｒガス）の吐出量は、図１２Ａが０．６７ＮＬ／ｓ、図１２Ｂが０．８４ＮＬ／ｓ、図１２Ｃが１．１２ＮＬ／ｓ、図１２Ｄが１．４０ＮＬ／ｓである。
【００６７】
不活性ガスの吐出量が０．６７ＮＬ／ｓでは図１２Ａに示すように、拡径部２ａ下方周囲から拡径部２ａ内へ流れ込む空気流が観られる。ただし、拡径部２ａに相当するポケットＰに不活性ガスを吐出させない図１１に比べると、拡径部２ａ内に流れ込む空気流及びその流速は大幅に減少している。
【００６８】
不活性ガスの吐出量を０．８４ＮＬ／ｓに増加させた場合、図１２Ｂに示すように、拡径部２ａ内へ流れ込む空気流は依然観られるものの、さらに大幅に減少している。
【００６９】
不活性ガスの吐出量を１．１２ＮＬ／ｓに増加させると、図１２Ｃに示すように、拡径部２ａ内への空気の流れ込みはなくなり、拡径部２ａ下方ではその周囲からの空気流は、拡径部２ａ内から下方に向かう膜状の不活性ガス流によって周囲の外周方向に押し戻されている。また、溶鋼柱Ｍに食い込むような大きな空気流も観られない。
【００７０】
不活性ガスの吐出量が１．４０ＮＬ／ｓの場合は図１２Ｄに示すように、前述の１．１２ＮＬ／ｓ（図１２Ｃ）の場合と同様の状況であり、その傾向がより強くなっている。また、同様に溶鋼柱Ｍに食い込むような大きな空気流も観られない。
【００７１】
以上のとおり、拡径部２ａ内に不活性ガスを吐出させることにより、溶鋼飛散の原因となる拡径部２ａ内への空気の引き込みを低減ないしなくすことができる。これは、拡径部２ａあるいはこの付近への不活性ガスの吐出によって、ノズル下端部付近の溶鋼柱周辺の大気部分が正圧に転換するためである。
【００７２】
なお、前述のとおり、拡径部２ａ内への空気の引き込みは不活性ガスの吐出量が大きいほど減少するが、その吐出速度は、溶鋼柱Ｍの下降速度（本流体解析では溶鋼ヘッドが約１ｍで５ｍ／ｓと仮定）を大きく上回らない程度にすることが好ましい。不活性ガスの吐出速度が溶鋼柱Ｍの下降速度を大きく上回る程度になると、不活性ガス流に生じる渦等の乱れが大きくなって溶鋼柱Ｍに食い込む流れが生じやすくなり、溶鋼飛散を惹き起こす可能性が高まるからである。
【００７３】
個別の操業においては、オープンノズルのノズル内孔径、長さ、溶鋼ヘッド、溶鋼の温度や成分等、溶鋼柱の流動形態やその外周面のガスと関係における諸物性等に違いがある。したがって、具体的な不活性ガスの吐出量、吐出速度等は、個別の操業条件に合致するよう最適な条件を設定することが好ましい。また、不活性ガスを吐出するガス吐出部としての通気性耐火物や貫通孔の通気特性レベル等も、個別の条件において必要なガス吐出量を確保することができる範囲で相対的に設定すれば良い。
【符号の説明】
【００７４】
１  オープンノズル
２  ノズル内孔
３  ガス吐出部
３ａ  中空パイプ
３ｂ  ガス吐出口
３ｃ  メタルケース
３ｄ  ガス供給路
３ｅ  通気性耐火物
３ｆ  貫通孔
Ｍ  溶鋼柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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