(57)【要約】【課題】ノズル内壁からノズル内孔にガスを吹き込む構造を有する浸漬ノズルにおいて、ガスを吹き込む領域の横断面上のガス吹き込み量を均一化、あるいは意図的に変化させることができるようにし、ノズル内壁への介在物等の付着防止の効果を高めること【解決手段】溶鋼流路となるノズル内孔１に面するノズル内壁の一部に通気性耐火物２を配置し、この通気性耐火物２からノズル内孔１にガスを吹き込む連続鋳造用浸漬ノズル１０において、通気性耐火物２の外周側に第１の中空室４を設け、第１の中空室４とは別に、前記通気性耐火物よりも相対的に通気性の低い難通気性耐火物の中に第２の中空室５を設け、第１の中空室４と第２の中空室５とを複数の中空室間貫通孔６によって連通させると共に、第２の中空室５とガス供給口７とをガス供給経路８によって連通させた。【選択図】図１
2010221277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼流路となるノズル内孔に面するノズル内壁の一部に通気性耐火物を配置し、この通気性耐火物からノズル内孔にガスを吹き込む連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
前記通気性耐火物の外周側に第１の中空室を設け、
前記第１の中空室とは別に、前記通気性耐火物よりも相対的に通気性の低い難通気性耐火物の中に第２の中空室を設け、
前記第１の中空室と前記第２の中空室とを複数の中空室間貫通孔によって連通させると共に、前記第２の中空室とガス供給口とをガス供給経路によって連通させたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の連続鋳造用浸漬ノズルを設計する方法において、複数の中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を、前記第２の中空室でのガス流通経路の断面積と、前記中空室間貫通孔でのガス流通経路の断面積との比によって決定することを特徴する連続鋳造用浸漬ノズルの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造に使用するガス吹き込み機能を有する浸漬ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入に浸漬ノズルを使用する連続鋳造工程においては、近年の溶鋼中へのアルミニウムの添加量の増加等に伴い、浸漬ノズルにおいて溶鋼流路となるノズル内孔に面するノズル内壁に非金属介在物や凝固した金属（以下「介在物等」という。）が付着し、それが成長してノズル内孔を閉塞することが問題となっている。
【０００３】
この対策として、図９に示すようにノズル内孔１１に面するノズル内壁の一部に通気性耐火物１２を配置し、その外周側にスリット状の中空室１３を設け、ガス供給口１４からガス供給経路１５を介して中空室１３に供給された不活性ガスを通気性耐火物１２からノズル内孔１１に吹き込むことで不活性ガスの皮膜を形成し、ノズル内壁への介在物等の付着を防止するという対策が採用されている。
【０００４】
このようにノズル内壁からガスを吹き込む場合、溶鋼の過度の冷却や鋳片の欠陥を避け、また、ガスにかかるコストを抑制する等のために、ガス量は最小限にする必要がある。また、介在物等は、ノズル内壁の中でも溶鋼浸漬部に付着が多く発生する傾向にある。このような事情から、通気性耐火物はノズル内壁の溶鋼浸漬部に限定的に配置する、又は溶鋼浸漬部から集中的にガスを吹き込むすようにすることが提案されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、多数の通気孔を有する多孔質耐火物からなる多孔質部を下部多孔質部材と上部多孔質部材の２種から構成し、その下部多孔質部材の通気率が上部多孔質部材の通気率に比較して大となるようにして、その下部多孔質部材からより多くのガスを吹き込むことで、溶鋼流路の内壁面、ノズル下部の吐出口周辺や底部近傍における介在物の付着を防止することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献２には、一（一体）の通気性耐火物を、浸漬部である下部の厚みが非浸漬部である上部の厚みよりも小さくなるように設置することで、ノズル内壁の長手方向のガス吹き込み量を均一化することが提案されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、鋳型内の溶鋼表面より下部のノズル内壁に、ノズル半径方向に対して１５°〜６０°傾けた１個又は複数個の貫通孔を有するガス吹き込み用耐火物を配置し、その背面に設けたガス中空室からガス吹き込み用耐火物を通して不活性ガスを吹き込める構造とすることにより、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流を整流化し、鋳型内に均一に分散させると共に、ノズル内壁へのアルミナ付着をも防止し、常に鋳型内の溶鋼流動を最適に制御することが提案されている。
【０００８】
これらの特許文献に開示されている浸漬ノズルによると、ノズル内壁の長手方向（溶鋼通過方向）下部からのガス吹き込み量をその上部からのガス吹き込み量よりも相対的に大きくすることはできる。
【０００９】
しかし、これらの特許文献に開示されている浸漬ノズルをはじめ、ノズル内壁からガスを吹き込む機能を有する従来の浸漬ノズルでは、ノズル内壁の長手方向に垂直な断面（以下「横断面」という。）上の各位置からのガス吹き込み量が不均一となりやすく、この点に関する有効な対策は見出されていない。
【００１０】
このような横断面上でのガス吹き込み量のバラツキは、ノズル内壁への介在物等の付着防止効果を不均一にし、溶鋼流の偏流やノズル閉塞、ノズル内壁（通気性耐火物）の不均一な損傷等を惹き起こし、ひいては鋳型内溶鋼流の乱れ等も招来して鋳片の品質低下等を惹き起こす。
【００１１】
このような横断面上でのガス吹き込み量のバラツキが生じる理由を説明すると、従来の浸漬ノズルでは、図９で説明したように、ガスは、ガス供給口１４からガス供給経路１５を介して、通気性耐火物１２の外周側に設けられたスリット状の中空室１３に供給される。この中空室１３は、本来、ガスを貯留すると共にガスの圧力を均一化する等により、上述した横断面上でのガス吹き込み量のバラツキを軽減することを期待して設置されている。
【００１２】
しかし、従来の浸漬ノズルでは図９にも示すように、ガス供給経路１５と中空室１３の連通箇所、すなわち中空室１３のガス受入口は一つであることから、ガスは中空室１３内で均一に分散せず、とくに横断面上ではガス受入口付近から集中的にガスが吹き込まれ、ガス受入口から離れるに従いガスの吹き込み量は減少する。これは、中空室１３の内周側がガスの流通抵抗の小さい通気性耐火物１２であるので、ガスは中空室１３のガス受入口からごく近傍の通気性耐火物１２を通過してノズル内孔１１に流出してしまい、中空室１３内の全体に亘ってガスが均一に行き渡らないからである。言い換えると、中空室１３内に供給されたガスは直ちにその付近の通気性耐火物１２から流出し、ガス受入口から離れるに従い急激にガスの圧力が低下し、中空室１３内において相対的にガス圧力が不均一になるからである。したがって、横断面上でのガス吹き込み量を均一化するには、中空室１３内のガスの圧力を均一化することが必要である。
【００１３】
この対策としては、中空室に供給するガスの圧力を上昇させることが考えられるが、単にガスの圧力を上げるとガスの吹き込み量が過大になって、連続鋳造自体に多くの問題を惹き起こす。ガスの吹き込み量を増やさないために通気性耐火物の通気特性を低下させて高圧を付加すると、浸漬ノズル自体を破壊する危険性が高まる。またこのような方法では、操業中の諸条件の変動に伴い適正なガス吹き込み量の確保を行うことが困難となる。このように、上述した横断面上でのガス吹き込み量のバラツキの問題は、通気性耐火物の通気特性とガスの圧力のみでの解消は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２２３５３４号公報
【特許文献２】実全昭６１−００４８５３号公報
【特許文献３】特開平１１−２７７１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明が解決しようとする課題は、ノズル内壁からノズル内孔にガスを吹き込む構造を有する浸漬ノズルにおいて、ガスを吹き込む領域の横断面上のガス吹き込み量を均一化、あるいは意図的に変化させることができるようにし、ノズル内壁への介在物等の付着防止の効果を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、通気性耐火物の外周側に設けた中空室に供給するガスの圧力を上昇させる以外の手段で、中空室内の横断面上のガスの圧力及び流量をより均一化し、通気性耐火物からのガスの吹き込み量を、横方向断面上で均一化できるようにするものである。
【００１７】
具体的には本発明は、溶鋼流路となるノズル内孔に面するノズル内壁の一部に通気性耐火物を配置し、この通気性耐火物からノズル内孔にガスを吹き込む連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記通気性耐火物の外周側に第１の中空室を設け、前記第１の中空室とは別に、前記通気性耐火物よりも相対的に通気性の低い難通気性耐火物の中に第２の中空室を設け、前記第１の中空室と前記第２の中空室とを複数の中空室間貫通孔によって連通させると共に、前記第２の中空室とガス供給口とをガス供給経路によって連通させたことを特徴とするものである。
【００１８】
このように本発明では、通気性耐火物の外周側に設けた第１の中空室の上流側に、この第１の中空室から独立した第２の中空室を設けることによって、第１の中空室にガスを供給する前段階で第２の中空室にてそのガスの圧力及び流量を均一化する。また、第２の中空室を設けることで、必要に応じて特定の部分ごとに流量に変化を与え、流量を意図的に変化させることもできる。
【００１９】
本発明の浸漬ノズルにおいてガスは、ガス供給口からガス供給経路を介して第２の中空室に供給され、さらに第２の中空室から中空室間貫通孔を介して第１の中空室に供給される。このガス供給口から第１の中空室に至るまでのガス流通経路が設けられている領域は前記第１の中空室の内周に配設された通気性耐火物よりも相対的に通気性の低い難通気性耐火物で形成する。第１の中空室に供給されたガスは、その内周側に配置された通気性耐火物からノズル内孔に吹き込まれる。
【００２０】
第２の中空室と第１の中空室とを繋ぐガス流通経路である中空室間貫通孔は、第２の中空室の下端面に分散させて複数設ける。また、各中空室間貫通孔の第１の中空室の上端面上の位置は、第２の中空室の下端面に対応した分散状態にする。そして各中空室間貫通孔の横断面上の面積を同一にし、かつ、第２の中空室の下端面及び第１の中空室の上端面において、各中空室間貫通孔を均一の間隔で設けることで、各中空室間貫通孔から流出するガス流量をほぼ均一にすることができる。
【００２１】
図９で説明したように、単一の中空室に一箇所からガスを供給する従来の浸漬ノズルでは、その供給箇所の対極側にはガスがほとんど流れないので、通気性耐火物からのガスの吹き込み量も同様に、前記ガスの供給箇所が最大で対極側がほぼゼロとなる偏った分布となる。
【００２２】
これに対して本発明では、上述のとおり、ガスは複数の中空室間貫通孔から第１の中空室に供給されるので、第１の中空室内へのガスの供給を均一化することが可能である。具体的には、最低限、中空室間貫通孔を横断面において１８０度の相対的な位置に２箇所設ければ、第１の中空室内へのガスの供給を均一化できる。ただし、第１の中空室内へのガスの供給をより均一化するには、中空室間貫通孔を４箇所以上に均一な分散状態で設けることが好ましい。例えば中空室間貫通孔を４箇所に設ける場合は、ノズル縦方向中心軸の周りに９０度ずつの間隔で設ける。
【００２３】
第１の中空室内へのガスの供給を均一化する、あるいは意図的に変化させるには、中空室間貫通孔の配置間隔（分布）に加えて、複数の中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を決定することが重要である。これを厳密に決定するには、各中空室間貫通孔の大きさに加え、第２の中空室内面の精度や温度に依存する摩擦抵抗、ガスの温度や圧力に依存する粘性、第２の中空室のガス流通経路の断面形状、長さ等々の諸変動要素を考慮する必要がある。しかし、これらの変動要素は耐火物の組成、構造、組織、浸漬ノズルの構造、鋳造する鋼種、鋳造速度、温度等々、殆ど決定不可能な程度に多様であって変化も大きい。
【００２４】
これに対して、本発明者は、後で詳述するように、複数の中空室間貫通孔の相対的ガス流量比は、第２の中空室でのガス流通経路の断面積と、中空室間貫通孔でのガス流通経路の断面積との比によって、実用レベルの精度で決定できることを見出した。すなわち、本発明は、上述した複数の中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を、第２の中空室でのガス流通経路の断面積と、中空室間貫通孔でのガス流通経路の断面積との比によって決定する浸漬ノズルの設計方法をも提供する。ここで、「第２の中空室でのガス流通経路の断面積」とは第２の中空室のガス流通方向と直交する面で切った第２の中空室の断面積（通常は縦断面積）を意味し、「中空室間貫通孔でのガス流通経路の断面積」とは中空室間貫通孔のガス流通方向と直交する面で切った中空室間貫通孔の断面積（通常は横断面積）を意味する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ノズル内壁からノズル内孔にガスを吹き込む構造を有する浸漬ノズルにおいて、ガスを吹き込む領域の横断面上のガス吹き込み量を均一化、あるいは意図的に変化させることができ、ノズル内壁への介在物等の付着防止の効果を高め、鋳片の品質低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の浸漬ノズルの一実施形態を示す軸方向の断面図（縦断面図）である。
【図２】図１の浸漬ノズルの横断面図で、（ａ）はＡ−Ａ視断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ視断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ視断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ視断面図、（ｅ）はＥ−Ｅ視断面図である。
【図３】本発明の浸漬ノズルにおけるガスの流通経路を電気回路としてモデル化した図である。
【図４】図３のモデルによってシミュレーション計算した、中空室間貫通孔ごとの相対的ガス流量比を異なるＲ比ごとに示す。
【図５】図３のモデルによってシミュレーション計算した、Ｒ比と中空室間貫通孔の相対的ガス流量比の関係を、異なる中空室間貫通孔位置ごとに示す。
【図６】図３のモデルによってシミュレーション計算した、中空室間貫通孔の総数と、所定の相対的ガス流量比を充足するために必要なＲ比との関係を示す例である。
【図７】実験例に用いた実験装置の概念図である。（なお本図では、理解を容易にするために、ガスの捕集装置部分はガス供給口の反対側のみに関して示している。）
【図８】実験例の条件を図３のモデルによってシミュレーション計算した結果を示す。
【図９】従来の浸漬ノズルを示す軸方向の断面図（縦断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は本発明の浸漬ノズルの一実施形態を示す軸方向の断面図（縦断面図）である。図２は図１の浸漬ノズルの横断面図で、（ａ）はＡ−Ａ視断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ視断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ視断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ視断面図、（ｅ）はＥ−Ｅ視断面図である。
【００２８】
図１及び図２に示す浸漬ノズル１０は円筒形の管状構造であり、その長手方向（軸方向）中心に溶鋼通路となるノズル内孔１が形成されている。そして、このノズル内孔１に面するノズル内壁の一部に通気性耐火物２が配置されている。通気性耐火物２が配置されている以外の部分（ノズル本体）は難通気性耐火物３（ＡＧ、ＺＧ等）で形成されている。
【００２９】
通気性耐火物２の外周側には、円環スリット状の第１の中空室４が設けられ、その上流側に同じく円環スリット状の第２の中空室５が設けられている。第１の中空室４と第２の中空室５は、複数の中空室間貫通孔６によって連通している。中空室間貫通孔６は、本実施形態では図２（ｄ）に示すように、第１の中空室４及び第２の中空室５の円周方向に沿って等間隔で８箇所に設けられている。
【００３０】
また、第２の中空室５は、浸漬ノズル１０の上部に設けられたガス供給口７とガス供給経路８によって連通している。
【００３１】
このような構成の浸漬ノズル１０において、ガス供給口７から供給されたガスは、ガス供給経路８を介して第２の中空室５に供給され、さらに第２の中空室５から中空室間貫通孔６を介して第１の中空室４に供給される。そして、第１の中空室４に供給されたガスは、その内周側に配置された通気性耐火物２からノズル内孔１に吹き込まれる。
【００３２】
ここで、ノズル内孔１にガスを吹き込むために配置される通気性耐火物２は、典型的には、難通気性耐火物に比較して相対的に気孔の体積が多い又は気孔径が大きい、いわゆる多孔質耐火物として、その全体からガスを吹き込むようにする。また、通気性耐火物２として、第１の中空室４からノズル内孔１までの間に貫通孔を設置した難通気性耐火物を配置して、その貫通孔からガスを吹き込むようにしてもよい。つまり、本発明において「通気性耐火物」とは、多孔質耐火物だけでなく、難通気性耐火物に貫通孔を設けて通気性を持たせた耐火物も含む概念である。これに対して難通気性耐火物とは、通気性耐火物に対して相対的に通気性の小さい又はない（圧力条件により相対的にゼロとなる）耐火物のことをいう。
【００３３】
より具体的な指標を例示すれば、本発明でいう通気性耐火物とは、ＪＩＳ  Ｒ  ２１１５に準じた測定方法による約０．０２〜約０．０８ＭＰａ加圧時の通気率が約２０〜約９０×１０−５ｃｍ３・ｃｍ／ｃｍ２・ｃｍＨ２Ｏ・ｓｅｃ程度以上の耐火物をいい、難通気性耐火物とは上記通気率が概ね前記値未満の耐火物をいう。
【００３４】
ただし、前記の各値及び範囲は本発明の条件ではなく、難通気性耐火物の通気率の、通気性耐火物の通気率に対する相対的な割合（以下「通気性の比」という。）ができるだけ小さいこと（ゼロに近いこと）が好ましい。
【００３５】
なお、実操業においては、個々の操業条件において設定する不活性ガスの圧力及び流量の程度によってその浸漬ノズル内孔から吐出する不活性ガスの均一性を確保するために必要な最適な前記通気性の比は異なる。すなわち前記通気性の比は、個々の操業条件によって適宜選択すべき設計事項であって、絶対的なものではなく一つの指標である。
【００３６】
次に、第１の中空室４の大きさは、通気性耐火物２に均一な圧力及び流速のガスを供給できる程度であれば問題ない。ただし、不活性ガスが少ない圧損で迅速に中空室全体に流通することが好ましく、浸漬ノズルの構造上の安全性等をも考慮すると、浸漬ノズル１０の半径方向に１ｍｍ以上６ｍｍ以下程度、より好ましくは２〜４ｍｍ程度の幅を有する空間であることが好ましい。
【００３７】
第１の中空室４にガスを供給する中空室間貫通孔６の横断面形状は、とくに限定する必要はなく、円形、楕円、矩形等、任意でよい。この中空室間貫通孔６は、その孔からガスがノズル内孔１側又は外周側に漏れさえしなければ単に耐火物内の孔としてもよく、難通気性耐火物をその外面に有する（難通気性耐火物内に囲まれた）孔（スリットを含む）や通気性耐火物をその内部に連続的に有する（難通気性耐火物内に囲まれた）多孔質体の柱構造としてもよい。さらには、浸漬ノズルの操業温度に耐え得る金属その他の難通気性材料からなるパイプで構成してもよい。
【００３８】
中空室間貫通孔６の上流側に位置する第２の中空室５の大きさは、とくに限定はされないが、好ましくは、第１の中空室４と同程度以上の大きさとする。また、第２の中空室５にガスを供給する、ガス供給口７及びガス供給経路８の大きさは、個別の操業条件等に応じたガス総量が確保できる程度以上の大きさで、個別に決定すればよい。
【００３９】
なお、中空室間貫通孔６以外の、第１の中空室４、第２の中空室５及びガス供給経路８の内部には、ノズル内孔１側の耐火物層と外周側の耐火物層との間の補強を目的として接続部分を分散して設けてもよい。
【００４０】
以上説明した本発明の浸漬ノズルは、中空室を有する浸漬ノズルを製造するための従来の一般的な方法で製造することができる。
【００４１】
例えば、第１の中空室、第２の中空室、中空室間貫通孔及びガス供給経路となる部分、それぞれのノズル内孔側に配置する耐火物を予め同軸プレス等にて成形しておき（以下、この成形体を「内孔体」という。）、その外周側の中空室等にする部分にワックス等の可燃物を塗布してＣＩＰ成形用の型枠にセットし、それら周囲に本体用のはい土を充填して加圧成形し、その後熱処理を行って可燃物を除去し、空間を形成する、等である。
【００４２】
ここで中空室間貫通孔については、前記の内孔体の周囲に本体用のはい土を充填してＣＩＰ成形する方法において、その中空室間貫通孔に対応する部分に、熱処理後に空間となる可燃性の物を配置しておき、熱処理する方法によって形成することもできる。また中空室間貫通孔は、モリブデンその他の溶鋼温度近くの温度で溶融しない金属やセラミックスから成り、中空室間貫通孔に相当する空間を有するパイプを本体用のはい土に埋め込んでＣＩＰ成形する等の方法によって形成することもできる。
【００４３】
次に本発明において、複数の中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を決定する方法について説明する。
【００４４】
複数の中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を厳密に決定するのは、上述のとおり種々の変動要素が関係するため、実質的には不可能である。これに対して本発明者は、本発明の浸漬ノズルにおけるガスの流動に関しては、ガスの流動抵抗を電流の抵抗値とみなして近似させた値を用いることができることを見出した。これは、ガスの流動は概ね電流の抵抗値の大小による変化と同様に考えることができることを根拠とする。
【００４５】
すなわち、本発明の浸漬ノズルにおけるガスの流通経路は、第２の中空室内のガスの流動抵抗をＲ１、中空室間貫通孔一つ当たりのガスの流動抵抗をＲ２とすると、図３に示すような電気回路としてモデル化できる。
【００４６】
ここで、ガスの流動抵抗Ｒ１は、実際には第２の中空室でのガス流通経路の断面積の逆数で表すことができ、Ｒ２は中空室間貫通孔でのガス流通経路の断面積の逆数で表すことができる。なお、上記の各断面積が変化している場合は、その最小値で表す。
【００４７】
図３のモデル電気回路に基づき、Ｒ１とＲ２の比（Ｒ２／Ｒ１、以下「Ｒ比」という。）を変化させて、シミュレーション計算を行った。以下、その計算例を示す。
【００４８】
中空室間貫通孔が第２の中空室にｎ個設けられている場合において、まず、ｎ個目すなわち当該第２の中空室のガス受入口から最も遠い場所にある中空室間貫通孔における抵抗値ＲＴ（ｎ）をＲ２とした。
【００４９】
【数１】
2010221277.tif 000003
【００５０】
そうすると、ＲＴ（ｎ−１）、すなわち最後尾（ｎ個目）の１個前（ガス受入口側）の位置における中空室間貫通孔の抵抗は、次の式（２）で表すことができる。
【００５１】
【数２】
2010221277.tif 000004
【００５２】
これを順次ガス受入口側の各々の中空室間貫通孔について計算すると、ＲＴ（ｉ）、すなわち中空室のガス受入口からｉ番目の中空室間貫通孔の抵抗は、次の式（３）で表すことができる。
【００５３】
【数３】
2010221277.tif 000005
【００５４】
そしてＲＴ（１）、すなわち中空室のガス受入口に最も近い場所にある中空室間貫通孔の抵抗は、次の式（４）で表すことができる。
【００５５】
【数４】
2010221277.tif 000006
【００５６】
次に、中空室のガス受入口におけるガス流量をＩ（１）とすると、１個目の中空室間貫通孔と２個目の中空室間貫通孔との間でのガス流量Ｉ（２）は、次の式（５）で表すことができる。
【００５７】
【数５】
2010221277.tif 000007
【００５８】
ガス流量を順次ガス受入口側から計算すると、ガス受入口からｉ個目の中空室間貫通孔におけるガス流量Ｉ（ｉ）は、次の式（６）で表すことができる。
【００５９】
【数６】
2010221277.tif 000008
【００６０】
各中空室間貫通孔のガス流量をＧで表すと、ガス受入口から最も遠い場所にあるｎ個目の中空室間貫通孔におけるガス流量Ｇ（ｎ）は、前記式（６）で表されるＩ（ｎ）と等しい。
【００６１】
一方、ガス受入口から１個目の中空室間貫通孔のガス流量Ｇ（１）は、次の式（７）で表すことができる。
【００６２】
【数７】
2010221277.tif 000009
【００６３】
このガス流量を、順次各々の中空室間貫通孔について計算すると、ｉ番目の中空室間貫通孔におけるガス流量Ｇ（ｉ）は、次の式（８）で表すことができる（但し、ｉ＝（ｎ−１）まで）。
【００６４】
【数８】
2010221277.tif 000010
【００６５】
なお、中空室へ供給するガスの圧力Ｐ（１）は、次の式（９）で表すことができる。
【００６６】
【数９】
2010221277.tif 000011
【００６７】
上記の各式に基づき、中空室間貫通孔の数（ｎ）を１０とした場合の計算結果を図４〜図６に示す。
【００６８】
各図中の横軸に示した中空室間貫通孔の番号は、ガス受入口からの近い順に付した。すなわち、ガスはこの中空室間貫通孔の番号の小さい方から大きい方へ連続的に流動し、各中空室間貫通孔においてはその抵抗が順次変化するのに伴ってガス流量が変化する。
【００６９】
図４において、縦軸は中空室間貫通孔の番号１のガス流量を１とした場合の各中空室間貫通孔の相対的なガス流量（以下「相対的ガス流量比」という。）を示す。各プロットの点は、上記式（７）及び（８）の「Ｇ（１）〜Ｇ（ｎ）」に相当する。
【００７０】
図４に示す結果から、Ｒ比が大きいほど各中空室間貫通孔のガス流量差は小さくなる傾向となり、言い換えると各中空室間貫通孔のガス流量を等しくするためには、このＲ比は大きいほどよいことがわかる。また、ガス受入口から遠くなるに従って、近接する中空室間貫通孔のガス流量差は漸減することがわかる。
【００７１】
図５はＲ比と相対的ガス流量比の関係を、中空室間貫通孔数ｎ＝１０の場合を例に示す。Ｒ比が小さい場合は相対的ガス流量比の変化が大きく、相対的ガス流量比が約２００付近からはその変化は緩やかになることがわかる。
【００７２】
中空室間貫通孔の数を変化させて、それら中空室間貫通孔数の場合ごとに、各中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を一定以上にするために必要なＲ比を示した例が図６である。
【００７３】
例えば中空室間貫通孔数１０の場合、すべての中空室間貫通孔の流量比を０．７以上にする、すなわちガス受入口から最も遠い場所の中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を０．７以上にするには、Ｒ比は約１１２以上必要であることがわかる。同様に中空室間貫通孔数５の場合、すべての中空室間貫通孔の相対的ガス流量比を０．７以上にするには、Ｒ比は約２５以上必要であることがわかる。
【００７４】
ここで本発明者の実験によると、上述のシミュレーション計算による相対的ガス流量比が０．７である場合、実験上の相対的ガス流量比は約０．９となった。このことから上述のシミュレーション計算で用いたＲ比は、個別の設計上、誤差を含めた最低基準の目安として利用可能といえる。
【００７５】
なお、上記本発明者による実験の方法は次のとおりである。外径φ３４ｍｍ（内径約３１．６ｍｍ）×長さ２７５ｍｍの金属（ＳＵＳ）パイプ（先端は閉じている）の側壁に、直径３ｍｍの円状の孔を前記パイプの長手方向に２５ｍｍ間隔で均等に１０個設置し、ゲージ圧０．１ＭＰａの空気を送って、各孔からの流量比を測定した。この場合のＲ比は約１１１である。上述のシミュレーション計算例での中空室間貫通孔数１０、Ｒ比１１２、相対的ガス流量比約０．７の場合に相当する。
【００７６】
以上のとおり、各中空室間貫通孔の相対的ガス流量比は、Ｒ比によって実用レベルの精度で決定可能である。そして、このＲ比は上述のとおり、第２の中空室内のガスの流動抵抗Ｒ１、中空室間貫通孔一つ当たりのガスの流動抵抗Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）であり、Ｒ１は第２の中空室でのガス流通経路の断面積の逆数、Ｒ２は中空室間貫通孔でのガス流通経路の断面積の逆数で表すことができるから、各中空室間貫通孔の相対的ガス流量比は、第２の中空室でのガス流通経路の断面積と、中空室間貫通孔でのガス流通経路の断面積との比によって決定することができる。
【００７７】
例えば、通気性耐火物からの横方向断面上のガス吹き込みの分布を意図的に変化させる目的で、各中空室間貫通孔の相対的ガス流量比に差を設けたい場合は、特定の中空室間貫通孔のＲ比を変化させる等の手段を採ることができる。具体的な設計にあたっては、個別の操業等の条件に応じたガスの吹き込み分布とそれらの間の許容誤差を決定し、設置する中空室間貫通孔の数及びＲ比を調整して決定すればよい。
【００７８】
なお、上述のシミュレーション計算において、第２の中空室が環状に連通していてほぼ均一な縦断面積である場合（中空室が連続した円柱状である場合等）は、第２の中空室のガス受入口からは両方向に同じ程度の圧力・流量でガスが流動するとみなすことができるから、その計算は、ガス受入口から対極（横方向断面上１８０度の方向）までの半分の領域について行えばよい。すなわち、例えば上述の中空室間貫通孔数１０の場合の計算は、現実には中空室間貫通孔数は２０の場合に対応する。
【００７９】
また、上述のように補強構造を採る場合の第２の中空室のガス流路の断面積は、その補強部分の断面積を除いてＲ比が確保できる程度の大きさを確保すればよい。
【００８０】
（実験例）
以下、本発明の実施例及び比較例の浸漬ノズルにつき、水中にてガスを吐出させた実験例を示す。
【００８１】
本実験例の実験条件は次のとおりである。本発明の実施例の浸漬ノズルは図１に示す構造とし、第２の中空室５を半径方向に６ｍｍの幅×高さ５０ｍｍの空間、第１の中空室４を半径方向に１ｍｍの幅×高さ１００ｍｍの空間とし、この第１の中空室４のみ、内周と外周との間に補強用の柱を全体に分散して配設した。また、中空室間貫通孔６のサイズをφ１ｍｍ×長さ２０ｍｍとし、これを円周方向全体に２０個均一に分散して配設した。なお、浸漬ノズルの内孔の径は約８５ｍｍである。この場合の前記Ｒ比は、３８２となる。
【００８２】
一方、比較例の浸漬ノズルは図９に示す構造とし、中空室１３を半径方向に１ｍｍの幅×高さ１４０ｍｍの空間とし、この中空室１３には、実施例の第１の中空室４と同様に内周と外周との間に補強用の柱を全体に分散して配設した。
【００８３】
実施例、比較例のいずれの供試料（浸漬ノズル）も、実際の溶鋼の連続鋳造に使用する浸漬ノズル用の材料、構造等とし、実際の浸漬ノズルと同様の製造方法により作製した。
【００８４】
これらの浸漬ノズルを水中に設置して、図７に示すように浸漬ノズル１０のガス供給口７（１４）からゲージ圧１．０ｋｇ／ｃｍ２、流量１〜２．５Ｌ／ｍｉｎの不活性ガスを供給した。そして、浸漬ノズルのガス供給側とその反対側とを中央で均等に２分する位置に、浸漬ノズル１０の内孔１（１１）の縦方向に沿って仕切板２０を配置し、この仕切板２０で仕切られた区域ごとに不活性ガスを、ガス捕集管２１を介してメスシリンダー２２に捕集し、各々のガス吐出量を比較した。
【００８５】
なお、本発明の実施例の浸漬ノズルでは、上述のとおり仕切板２１で区分することにより、ガス供給側から左右方向に各１番目から５番目までの中空室間貫通孔から吐出されるガス量と、その反対側に位置する左右各６番目から１０番目までの中空室間貫通孔から吐出されるガス量を比較することができる。
【００８６】
この実験の結果、実施例ではガス供給側が５２．５％、その反対側が４７．５％となり、理想としての各５０％に対し、各々２．５％の差に止まった。すなわち、実施例の浸漬ノズルでは、内孔面全周からほぼ均一にガスが吐出していることがわかる。
【００８７】
これに対し、比較例ではガス供給側が６４．８％、その反対側が３５．２％となり、理想としての各５０％に対し、各々約１５％の大幅な差が発生した。すなわち、比較例の浸漬ノズルでは、内孔面全周から均一にガスが吐出していないことがわかる。
【００８８】
この実験例における、本発明の実施例の条件（Ｒ比＝３８２、ガス供給部分から反対方向までの中空室間貫通孔数＝左右それぞれに１０）を上述の図３のモデルによってシミュレーション計算した結果を図８に示す。シミュレーション計算の結果、ガス供給側が５１．６％、その反対側が４８．４％となり、実験結果とほぼ一致した。すなわち、図３のモデルによるシミュレーション計算は、本発明の浸漬ノズルのガス吹き機構に関する設計指針として有効であることがわかる。
【符号の説明】
【００８９】
１０  浸漬ノズル
１  内孔
２  通気性耐火物
３  難通気性耐火物
４  第１の中空室
５  第２の中空室
６  中空室間貫通孔
７  ガス供給口
８  ガス供給経路
１１  内孔
１２  通気性耐火物
１３  中空室
１４  ガス供給口
１５  ガス供給経路
２０  仕切板
２１  ガス捕集管
２２  メスシリンダー
【図１】
2010221277.tif 000012
【図２】
2010221277.tif 000013
【図３】
2010221277.tif 000014
【図４】
2010221277.tif 000015
【図５】
2010221277.tif 000016
【図６】
2010221277.tif 000017
【図７】
2010221277.tif 000018
【図８】
2010221277.tif 000019
【図９】
2010221277.tif 000020