(57)【要約】【課題】上吹きランスについてより簡易な構成で自由度高く噴射方向を制御する。【解決手段】ＲＨ装置において真空槽内の溶鋼の湯面に対して噴射体を吹き付ける上吹きランスであって、上吹きランスの先端に設けられるノズルと、先端がノズルの基端にそれぞれ直接的に連結されることによりノズルと連通しノズルに噴射体を供給可能な複数の供給流路と、を備え、複数の供給流路からノズルに供給される噴射体の流量はそれぞれ独立に調節可能であり、ノズルの基端に複数の供給流路の先端がそれぞれ連結されることによりノズルの基端において形成される開口である複数の供給口の面積は、いずれも前記ノズルの基端の水平断面の面積よりも小さく、水平面内において複数の供給口のそれぞれの中心は、いずれもノズルの基端の中心からずれた位置に存在し、ノズルの水平断面の面積は基端から先端まで略一定である又は基端から先端に向かうにつれて大きくなる、上吹きランス。【選択図】図２
2019052372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＨ装置において真空槽内の溶鋼の湯面に対して噴射体を吹き付ける上吹きランスであって、
前記上吹きランスの先端に設けられるノズルと、
先端が前記ノズルの基端にそれぞれ直接的に連結されることにより前記ノズルと連通し、前記ノズルに前記噴射体を供給可能な複数の供給流路と、
を備え、
複数の前記供給流路から前記ノズルに供給される前記噴射体の流量は、それぞれ独立に調節可能であり、
前記ノズルの基端に複数の前記供給流路の先端がそれぞれ連結されることにより当該ノズルの基端において形成される開口である複数の供給口の面積は、いずれも、前記ノズルの基端の水平断面の面積よりも小さく、
水平面内において、複数の前記供給口のそれぞれの中心は、いずれも、前記ノズルの基端の中心からずれた位置に存在し、
前記ノズルの水平断面の面積は、基端から先端まで略一定である、又は基端から先端に向かうにつれて大きくなる、
上吹きランス。
【請求項２】
前記ノズルの形状は、基端から先端まで径が略一定の円柱形状、又は基端から先端に向かうにつれて径が大きくなるラバール形状である、
請求項１に記載の上吹きランス。
【請求項３】
前記供給流路は２本設けられ、
２本の前記供給流路から供給される噴射体の流量比が変更されることにより、２本の前記供給流路の前記供給口が並べられて配置されている方向に沿って、前記上吹きランスから噴射される噴射体の噴射方向が変更される、
請求項１又は２に記載のＲＨ装置の上吹きランス。
【請求項４】
前記供給流路は３本設けられ、
３本の前記供給流路のうちの２本の前記供給流路から供給される噴射体の流量比が変更されることにより、周方向に沿って前記上吹きランスから噴射される噴射体の噴射方向が変更される、
請求項１又は２に記載のＲＨ装置の上吹きランス。
【請求項５】
２本の前記供給流路は、前記ノズルの中心軸を挟んで配置され、
前記供給流路の前記供給口の重心は、前記供給口内で前記ノズルの中心軸から２本の前記供給流路の前記供給口の並設方向において最も近い最近部及び最も遠い最遠部の当該並設方向における中央位置よりも、前記ノズルの中心軸側に位置する、
請求項３に記載のＲＨ装置の上吹きランス。
【請求項６】
前記供給流路の前記供給口における前記並設方向に直交する方向の長さは、前記ノズルの中心軸に近づくにつれて長くなる、
請求項５に記載のＲＨ装置の上吹きランス。
【請求項７】
ＲＨ装置において、真空槽内の溶鋼の湯面に対して上吹きランスを用いて噴射体を吹き付けることにより、前記溶鋼の成分調整を行う二次精錬方法において、
前記上吹きランスは、
前記上吹きランスの先端に設けられるノズルと、
先端が前記ノズルの基端にそれぞれ直接的に連結されることにより前記ノズルと連通し、前記ノズルに前記噴射体を供給可能な複数の供給流路と、
を備え、
複数の前記供給流路から前記ノズルに供給される前記噴射体の流量は、それぞれ独立に調節可能であり、
前記ノズルの基端に複数の前記供給流路の先端がそれぞれ連結されることにより当該ノズルの基端において形成される開口である複数の供給口の面積は、いずれも、前記ノズルの基端の水平断面の面積よりも小さく、
水平面内において、複数の前記供給口のそれぞれの中心は、いずれも、前記ノズルの基端の中心からずれた位置に存在し、
前記ノズルの水平断面の面積は、基端から先端まで略一定である、又は基端から先端に向かうにつれて大きくなる、
二次精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＨ真空脱ガス装置の上吹きランス、及び当該上吹きランスを用いた二次精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼プロセスの二次精錬において、ＲＨ真空脱ガス装置（以下、ＲＨ装置とも呼称する）が広く用いられている。ＲＨ装置では、取鍋内の溶鋼に対して、真空槽の下部から延伸される２本の浸漬管（上昇側浸漬管及び下降側浸漬管）が浸漬された状態で、当該真空槽が減圧されることにより、当該浸漬管を介して当該真空槽内に溶鋼が吸い上げられる。
【０００３】
この状態で、上昇側浸漬管に設けられているガスの吹き込み口から、当該上昇側浸漬管内の溶鋼に対して不活性ガスが吹き込まれる。当該不活性ガスの吹き込みにより、上昇側浸漬管内の溶鋼に上昇流が生まれ、取鍋内の溶鋼が当該上昇側浸漬管内を通って真空槽内に上昇し、更に真空槽内の溶鋼が下降側浸漬管を通って取鍋内に移動する。このように、ＲＨ装置では、取鍋と真空槽との間で溶鋼を還流させながら、当該真空槽内で、溶鋼に対する二次精錬が行われる。
【０００４】
具体的には、ＲＨ装置を用いた二次精練では、溶鋼を還流させながら、上吹きランスを用いて真空槽内の溶鋼に対して上方から酸素や粉体を吹き込むこと（上吹き）によって、溶鋼に対する、脱炭、脱硫、昇温等の処理が行われる。そこで、これらの処理の効率向上や、溶鋼の飛散（スプラッシュ）による真空槽の内壁の溶損の抑制等を目的として、上吹きランスによる酸素や粉体の噴射については、様々な技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、複数の噴射口が設けられた上吹きランスが開示されている。当該上吹きランスによれば、複数の噴射口により、酸素含有ガスが分散されて溶鋼に対して噴射されることとなるため、当該酸素含有ガスの湯面への衝突圧力が低減し、溶鋼のスプラッシュによる真空槽の内壁の溶損を抑制することが可能となる。
【０００６】
また、特許文献２には、上吹きランスの中心軸とノズルの中心軸とが所定の角度だけずれて構成される上吹きランスを、鉛直方向を回転軸として回転させながら、当該上吹きランスから溶鋼に対して酸素含有ガスを噴射する技術が開示されている。当該技術によれば、溶鋼に対する酸素含有ガスの衝突位置を、水平面内における所定の円周上で、時間経過とともに変化させることができるため、溶鋼のスプラッシュによる真空槽の内壁の溶損を均一化することができる。
【０００７】
また、特許文献３には、上吹きランスのノズルの内側面に、当該ノズルからの酸素含有ガスの噴射方向と交差する方向にガスを噴き出すガス吹き出し口を設け、当該ガス吹き出し口からのガスの吹き出しによって、酸素含有ガスの噴射方向を制御する上吹きランスが開示されている。特許文献３には、当該上吹きランスを用いて、溶鋼の湯面の、上昇側浸漬管の直上に対応する領域に酸素含有ガスを噴射することにより、溶鋼中のマンガンの酸化が抑制され、鋼中マンガン濃度が高く、かつ、鋼中炭素濃度が低い溶鋼が得られることが記載されている。
【０００８】
また、特許文献４には、先端に設けられるラバールノズルと、当該ラバールノズルにガスを供給する複数の供給流路と、を備え、当該複数の供給流路の先端と当該ラバールノズルの基端とが、これらが互いに連通するように連結されており、この複数の供給流路の先端とラバールノズルの基端との連結部位には、流路が狭くなる絞り部が設けられる、上吹きランスが開示されている。当該上吹きランスによれば、各供給流路からのガスの供給流量の比を調整することにより、ガスの噴射方向を制御することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−６０８０１号公報
【特許文献２】特開２００９−９１６１２号公報
【特許文献３】特開２００４−１５６０８３号公報
【特許文献４】特開２０１６−７９４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、処理効率の向上や真空槽の内壁の溶損の均一化等の観点から、ＲＨ装置を用いた二次精錬においては、上吹きランスにおける噴射方向の制御が非常に重要である。例えば、ＲＨ装置においては、操業時に、真空槽の内壁の溶損を均一化するために、上昇側浸漬管と下降側浸漬管の役割を一定期間ごとに交替させることが一般的に行われている。従って、例えば特許文献３に記載の技術のように湯面上の上昇側浸漬管の直上に対応する領域に酸素含有ガスを噴射する場合には、このような上昇側浸漬管及び下降側浸漬管の反転時には、その噴射位置を変更する必要が生じる。このように、上吹きランスには、その噴射方向を自由度高く変更可能であることが求められている。
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１〜４に記載の上吹きランスのうち、特許文献１に記載の上吹きランスは、噴射方向を変更可能には構成されていない。つまり、特許文献１に記載の上吹きランスは、必ずしも上記の要望に合ったものとは言えない。
【００１２】
一方、特許文献２〜４に記載の上吹きランスは、その噴射方向を変更可能に構成されている。例えば、特許文献２に記載の上吹きランスでは、水平面内における所定の円周に沿った方向に、その噴射方向を変更することができる。また、特許文献３、４に記載の上吹きランスでは、水平面内における所定の直線に沿った方向に、その噴射方向を変更することができる。
【００１３】
ただし、特許文献２に記載の上吹きランスでは、上吹きランスを回転させるための機構を新たに設ける必要がある。また、特許文献３、４に記載の上吹きランスでは、ノズルの内側面にガス吹き出し口を設けたり、供給流路とラバールノズルとの連結部に絞り部を設けたりといった複雑な加工が必要である。従って、特許文献２〜４に記載の上吹きランスでは、製造コストが増加することが懸念される。更に、特許文献３に記載の上吹きランスでは、その原理上、噴射する酸素含有ガスの流量が比較的大きい場合に、その噴射方向を鉛直方向から大きく変化させるためには、ガス吹き出し口からのガスを非常に大きな流量で吹き出す必要があると考えられるため、実用上は、変更可能な噴射方向が極狭い範囲に制限される可能性がある。
【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より簡易な構成で、自由度高く噴射方向を制御することが可能な、新規かつ改良された上吹きランス、及び当該上吹きランスを用いた二次精錬方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ＲＨ装置において真空槽内の溶鋼の湯面に対して噴射体を吹き付ける上吹きランスであって、前記上吹きランスの先端に設けられるノズルと、先端が前記ノズルの基端にそれぞれ直接的に連結されることにより前記ノズルと連通し、前記ノズルに前記噴射体を供給可能な複数の供給流路と、を備え、複数の前記供給流路から前記ノズルに供給される前記噴射体の流量は、それぞれ独立に調節可能であり、前記ノズルの基端に複数の前記供給流路の先端がそれぞれ連結されることにより当該ノズルの基端において形成される開口である複数の供給口の面積は、いずれも、前記ノズルの基端の水平断面の面積よりも小さく、水平面内において、複数の前記供給口のそれぞれの中心は、いずれも、前記ノズルの基端の中心からずれた位置に存在し、前記ノズルの水平断面の面積は、基端から先端まで略一定である、又は基端から先端に向かうにつれて大きくなる、上吹きランスが提供される。
【００１６】
また、当該上吹きランスにおいては、前記ノズルの形状は、基端から先端まで径が略一定の円柱形状、又は基端から先端に向かうにつれて径が大きくなるラバール形状であってもよい。
【００１７】
また、当該上吹きランスにおいては、前記供給流路は２本設けられ、２本の前記供給流路から供給される噴射体の流量比が変更されることにより、２本の前記供給流路の前記供給口が並べられて配置されている方向に沿って、前記上吹きランスから噴射される噴射体の噴射方向が変更されてもよい。
【００１８】
また、当該上吹きランスにおいては、前記供給流路は３本設けられ、３本の前記供給流路のうちの２本の前記供給流路から供給される噴射体の流量比が変更されることにより、周方向に沿って前記上吹きランスから噴射される噴射体の噴射方向が変更されてもよい。
【００１９】
２本の前記供給流路は、前記ノズルの中心軸を挟んで配置され、前記供給流路の前記供給口の重心は、前記供給口内で前記ノズルの中心軸から２本の前記供給流路の並設方向において最も近い最近部及び最も遠い最遠部の当該並設方向における中央位置よりも、前記ノズルの中心軸側に位置してもよい。
【００２０】
前記供給流路の前記供給口における前記並設方向に直交する方向の長さは、前記ノズルの中心軸に近づくにつれて長くなってもよい。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ＲＨ装置において、真空槽内の溶鋼の湯面に対して上吹きランスを用いて噴射体を吹き付けることにより、前記溶鋼の成分調整を行う二次精錬方法において、前記上吹きランスは、前記上吹きランスの先端に設けられるノズルと、先端が前記ノズルの基端にそれぞれ直接的に連結されることにより前記ノズルと連通し、前記ノズルに前記噴射体を供給可能な複数の供給流路と、を備え、複数の前記供給流路から前記ノズルに供給される前記噴射体の流量は、それぞれ独立に調節可能であり、前記ノズルの基端に複数の前記供給流路の先端がそれぞれ連結されることにより当該ノズルの基端において形成される開口である複数の供給口の面積は、いずれも、前記ノズルの基端の水平断面の面積よりも小さく、水平面内において、複数の前記供給口のそれぞれの中心は、いずれも、前記ノズルの基端の中心からずれた位置に存在し、前記ノズルの水平断面の面積は、基端から先端まで略一定である、又は基端から先端に向かうにつれて大きくなる、二次精錬方法が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、ＲＨ装置の上吹きランスについて、より簡易な構成で、自由度高く噴射方向を制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＲＨ装置の概略構成を示す側断面図である。
【図２】本実施形態に係る上吹きランスの構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係る上吹きランスにおいて噴射体の噴射方向を制御することが可能になる原理について説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る上吹きランスにおいて噴射体の噴射方向を制御することが可能になる原理について説明するための図である。
【図５】本実施形態の一変形例である、３本の供給流路を備える上吹きランスの構成を示す図である。
【図６】本実施形態の他の変形例である、ノズルの径がより大きい上吹きランスの構成を示す図である。
【図７】本実施形態の他の変形例である、ラバール形状のノズルを有する上吹きランスの構成を示す図である。
【図８】本実施形態の他の変形例である、供給流路の供給口形状が半円形である上吹きランスの構成を示す図である。
【図９】本実施形態の他の変形例である、供給流路の供給口形状が直角二等辺三角形である上吹きランスの構成を示す図である。
【図１０】実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、上吹きランスから噴射される酸素ガスの挙動を示す図である。
【図１１】実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における、平面内での衝突圧力の様子を示す図である。
【図１２】実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における噴射角度θを示す図である。
【図１３】実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、ノズルの鉛直方向の長さと、噴射角度θとの関係を示す図である。
【図１４】実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、ノズルの径と、噴射角度θとの関係を示す図である。
【図１５】実施例２における数値解析シミュレーションの結果である、上吹きランスから噴射される酸素ガスの挙動を示す図である。
【図１６】実施例２における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における、平面内での衝突圧力の様子を示す図である。
【図１７】実施例２における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における噴射角度φを示す図である。
【図１８】実施例３における数値解析シミュレーションの結果である、平面内での衝突圧力分布を示す図である。
【図１９】実施例４における数値解析シミュレーションに使用する上吹きランスの構成の一例を示す図である。
【図２０】実施例４における数値解析シミュレーションの結果である、供給流路の供給口の重心位置の違いによる、衝突圧力分布への影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
（１．ＲＨ装置の構成）
図１を参照して、本発明の一実施形態に係るＲＨ装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るＲＨ装置の概略構成を示す側断面図である。
【００２６】
図１を参照すると、本実施形態に係るＲＨ装置１０は、溶鋼１４０が貯留される取鍋１１０と、当該取鍋１１０の上方に設けられる真空槽１２０と、から構成される。ＲＨ装置１０を用いた二次精練では、減圧された真空槽１２０内に溶鋼１４０が吸い上げられ、当該真空槽内において、溶鋼１４０に対する、脱炭、脱硫、昇温等の処理が行われる。
【００２７】
具体的には、取鍋１１０内には、転炉での一次精錬が完了した後の溶鋼１４０が貯留されている。真空槽１２０の下部には、２本の浸漬管１２１、１２２が、下方に向かって延伸するように設けられており、当該浸漬管１２１、１２２の先端は、取鍋１１０内の溶鋼１４０に浸漬されている。
【００２８】
真空槽１２０の上部には、排気ダクト１２４が設けられている。当該排気ダクト１２４から真空槽１２０内のガスが排気されることにより、真空槽１２０内が減圧され、浸漬管１２１、１２２を通って、真空槽１２０内に溶鋼１４０が吸い上げられる。
【００２９】
浸漬管１２１には、不活性ガス（例えばＡｒガス等）を当該浸漬管１２１内に吹き込むための吹き込み口１２３（羽口１２３）が設けられている。真空槽１２０内に溶鋼１４０が吸い上げられている状態で、当該吹き込み口１２３から不活性ガスが吹き込まれることにより、浸漬管１２１内の溶鋼１４０に上昇流が生まれ、取鍋１１０内の溶鋼１４０が浸漬管１２１を通って真空槽１２０内に上昇する。それに伴い、真空槽１２０内の溶鋼１４０は、他方の浸漬管１２２を通って取鍋１１０内に移動する。このように、ＲＨ装置１０では、取鍋１１０と真空槽１２０との間で溶鋼を還流させながら、溶鋼に対する二次精錬処理が行われる。
【００３０】
ここで、図示する例では、簡単のため、一方の浸漬管１２１にのみ吹き込み口１２３が設けられているが、実際には、他方の浸漬管１２２にも同様に、吹き込み口１２３が設けられ得る。浸漬管１２１、１２２のうち、いずれか一方に対して不活性ガスが吹き込まれることにより、当該不活性ガスが吹き込まれた方が、溶鋼１４０を上昇させ真空槽１２０内に導く浸漬管として機能し得る。溶鋼１４０による真空槽１２０の内壁の溶損を均一にするために、ＲＨ装置１０においては、浸漬管１２１、１２２における溶鋼の上昇及び下降の機能が、一定期間ごとに交替され得る。
【００３１】
以下では、一例として、一方の浸漬管１２１が上昇側の浸漬管とし、他方の浸漬管１２２が下降側の浸漬管として機能する場合について説明する。また、浸漬管１２１のことを、上昇側浸漬管１２１とも呼称し、浸漬管１２２のことを、下降側浸漬管１２２とも呼称する。
【００３２】
また、以下の説明では、ＲＨ装置１０における上下方向を、Ｚ軸方向又は鉛直方向とも呼称する。このとき、Ｚ軸方向において、取鍋１１０に対して真空槽１２０が設けられる方向（すなわち上方向）をＺ軸の正方向とする。更に、当該Ｚ軸方向と垂直な平面（水平面）内において互いに直交する２方向を、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と呼称する。また、Ｚ軸方向に延伸する各構成について、Ｚ軸の正方向側を基端側とも呼称し、Ｚ軸の負方向側を先端側とも呼称する。
【００３３】
真空槽１２０内には上吹きランス１３０が挿入される。上吹きランス１３０の先端からは、真空槽１２０内の溶鋼１４０の湯面に対して、当該溶鋼１４０の成分を調整するための各種のガスや粉体（以下、噴射体と総称する）が吹き付けられる。このように、ＲＨ装置１０では、溶鋼１４０を還流させながら、上吹きランス１３０から溶鋼１４０に対して各種の噴射体を吹き付けることにより、二次精錬が行われる。例えば、上吹きランス１３０から溶鋼１４０に対して酸素含有ガスが吹き付けられることにより、溶鋼１４０からの脱炭が促進される。また、例えば、上吹きランス１３０から溶鋼１４０に対して脱硫剤が吹き付けられることにより、溶鋼１４０からの脱硫が促進される。
【００３４】
ここで、例えば、上記特許文献２〜４に記載されているように、従来、ＲＨ装置を用いた二次精錬においては、溶鋼の湯面に対する上吹きランスからの噴射体の噴射方向を制御することにより、溶鋼からの不純物の除去効率の向上や、真空槽の内壁の溶損の均一化等、各種の効果が得られることが知られている。
【００３５】
一方、下記（２．上吹きランスの構成）で詳述するように、本実施形態に係る上吹きランス１３０は、その噴射体の噴射方向を自由度高く変更可能に構成される。従って、本実施形態によれば、目的に応じて、上吹きランス１３０からの噴射方向をより適切に変更することが可能となり、上述したような各種の効果をより好適に得ることが可能となる。また、上吹きランス１３０では、より簡易な構成で、噴射方向の変更機能が実現され得る。従って、上吹きランス１３０の製造コストが大幅に増加することはない。
【００３６】
ＲＨ装置１０には、当該ＲＨ装置１０及び上吹きランス１３０の動作を制御する制御部１５０が設けられる。例えば、制御部１５０は、上述した、真空槽１２０の減圧や、吹き込み口１２３からの不活性ガスの吹き込み、上吹きランス１３０からの噴射体の噴射等を制御する機能を有する。特に、上吹きランス１３０については、制御部１５０は、後述する２本の供給流路１３２における流量比を適宜調節することにより、当該上吹きランス１３０からの噴射体の噴射方向を制御する機能を有する。
【００３７】
制御部１５０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等の各種のプロセッサによって構成される。上述した制御部１５０の機能は、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより実現され得る。なお、制御部１５０は、少なくとも上述した機能を実現するように構成されればよく、その具体的な装置構成は限定されない。例えば、制御部１５０は、上述したような各種のプロセッサによって構成されてもよいし、プロセッサとメモリ等の記憶装置とが一体的に構成された制御基板によって構成されてもよい。あるいは、制御部１５０は、ＰＣ（Personal  Computer）等の各種の情報処理装置によって構成されてもよい。
【００３８】
以上、図１を参照して、本実施形態に係るＲＨ装置１０の構成について説明した。なお、ＲＨ装置１０の構成は図示する例に限定されない。本実施形態では、一般的に用いられている各種の公知のＲＨ装置に対して、本実施形態に係る上吹きランス１３０が適用されてよい。従って、ＲＨ装置１０の構成は、各種の公知のＲＨ装置の構成に倣って、任意に変更可能である。
【００３９】
（２．上吹きランスの構成）
図２を参照して、本実施形態に係る上吹きランス１３０の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る上吹きランス１３０の構成を示す図である。図２では、上段に上吹きランス１３０の上面図（Ｚ軸の正方向から見た図）を示し、下段に上吹きランス１３０の中心軸を通る側断面図を示している。
【００４０】
図２に示すように、上吹きランス１３０は、略円柱形状のランス本体１３１の先端に設けられるノズル１３３と、ランス本体１３１の内部に延設され、当該ノズル１３３に噴射体を供給する２本の供給流路１３２と、を備える。
【００４１】
２本の供給流路１３２は、ランス本体１３１の内部に、ランス本体１３１の長手方向（すなわち、上吹きランス１３０の長手方向）に沿って延設される。図示する例では、２本の供給流路１３２は、一方向に延伸する略円管状の形状を有し、その中心軸が、ノズル１３３の中心軸と略平行になるように、かつ、当該ノズル１３３の中心軸とは水平面内においてずれた位置に位置するように、ランス本体１３１の内部に配設されている。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。供給流路１３２は、水平面内において、その先端のノズル１３３への噴射体の供給口（すなわち、ノズル１３３の基端に供給流路１３２の先端が連結されることにより、当該ノズル１３３の基端において形成される開口）の中心が、当該ノズル１３３の基端の中心とずれるように配設されればよく、当該供給口に至るまでのランス本体１３１の内部における当該供給流路１３２の形状は任意であってよい。例えば、供給流路１３２は、ランス本体１３１の内部において、屈曲した形状を有してもよい。あるいは、上記特許文献４に記載の構成のように、ランス本体１３１を略円筒形状に構成し、その内部の空間（すなわち、略円柱形状の空間）を隔壁によって分割することにより、その分割されて形成される空間が供給流路１３２として機能してもよい。
【００４２】
図示する例では、２本の供給流路１３２は、その供給口がノズル１３３の中心軸に対して対称となるように設けられている。具体的には、水平面内における２本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、ノズル１３３の中心軸を中心とする当該水平面内の円周上において互いに略１８０度回転した位置であって、かつ、当該ノズル１３３の中心軸からの距離が略同一である位置となっている。２本の供給流路１３２は、上述した制御部１５０からの制御により、そのノズル１３３への噴射体の供給流量をそれぞれ独立に調節可能に構成される。
【００４３】
なお、以下の各図面では、上吹きランス１３０については、２本の供給流路１３２の供給口がＸ軸方向に沿って並べられて配置されるものとする。そして、以下では、区別のため、便宜的に、図中Ｘ軸の負方向に供給口が位置する供給流路１３２を供給流路１３２ｒと記載し、図中Ｘ軸の正方向に供給口が位置する供給流路１３２を供給流路１３２ｓと記載することとする。ただし、供給流路１３２ｒ、１３２ｓを特に区別する必要がない場合には、供給流路１３２ｒ、１３２ｓの一方又は双方を指して、単に供給流路１３２と記載する。
【００４４】
ランス本体１３１の先端には、供給流路１３２よりも広い流路を有するノズル１３３が設けられる。ここで、「流路が広い」とは、水平断面の面積がより大きいことを意味する。図示する例では、ノズル１３３は、供給流路１３２よりも径の大きい略円柱形状の空間（すなわち、水平断面の面積が基端から先端まで略一定である空間）を有するように設けられる。ノズル１３３は、その中心軸が上吹きランス１３０の中心軸と略一致するように形成される。図示するように、ノズル１３３は、その水平断面が、２本の供給流路１３２の水平断面を内包し得るように形成される。そして、２本の供給流路１３２の先端が当該ノズル１３３の基端と直接的に連結されることにより、２本の供給流路１３２とノズル１３３とが連通している。ここで、「直接的に連結する」とは、２つの構成が、間に他の構成を介在しないで連結されている状態を意味する。
【００４５】
図示する構成を有することにより、上吹きランス１３０では、２本の供給流路１３２からの噴射体の供給流量の比を調整することで、噴射体の噴射方向を制御することが可能になる。なお、本明細書では、上吹きランス１３０からの噴射体の噴射方向を、上吹きランス１３０の先端から鉛直方向に所定の距離に位置する水平面に対して噴射体を吹き付けた際の、当該先端と、当該平面内で衝突圧力がピーク値を示した点とを結んだ直線の方向として定義する。
【００４６】
上吹きランス１３０において噴射体の噴射方向を制御することが可能になる原理について、図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る上吹きランス１３０において噴射体の噴射方向を制御することが可能になる原理について説明するための図である。
【００４７】
図３では、図２の下段と同様に上吹きランス１３０の側断面図を示すとともに、２本の供給流路１３２の一方の供給流路１３２ｒから供給された噴射体１の挙動（存在領域）を、概念的にハッチングを付して示している。
【００４８】
図３に示すように、供給流路１３２ｒから供給された噴射体１は、真空槽１２０内が減圧されているため、より流路の広いノズル１３３内において膨張する。このとき、噴射体１は、供給流路１３２の先端から等方的に膨張するため、供給流路１３２の先端に近いノズル１３３の側壁では、当該側壁によって噴射体１の膨張が妨げられることとなり、当該側壁近傍の空間２０１において、他の空間よりも相対的に当該噴射体１が高圧になる。従って、ノズル１３３の内部の空間内において、当該空間２０１から当該空間２０１以外の空間に向かって、優先的に噴射体１が膨張する。つまり、水平面内においては、噴射体１を供給している供給流路１３２ｒの供給口に近いノズル１３３の側壁が存在する方向とは逆方向（図示する例であればＸ軸の正方向）に向かって、優先的に噴射体１が膨張することとなる。供給流路１３２ｒからは、元々鉛直下向きに噴射体１が供給されるため、ノズル１３３の先端、すなわち上吹きランス１３０の先端においては、噴射体１が、鉛直下向き、かつ、ノズル１３３の当該側壁が存在する方向とは逆方向に向かって（図示する例では、矢印に示すように、Ｚ軸の負方向とＸ軸の正方向とが合成された方向に向かって）、噴射されることとなる。
【００４９】
図４では、図２の下段と同様に上吹きランス１３０の側断面図を示すとともに、２本の供給流路１３２から所定の流量比で供給された噴射体１の挙動（存在領域）を、概念的にハッチングを付して示している。図４では、噴射体１の流量をハッチングの密度で表しており、図示する例では、供給流路１３２ｒからより大きな流量で噴射体１が供給され、供給流路１３２ｓからより小さな流量で噴射体１が供給されている。
【００５０】
両方の供給流路１３２から噴射体１を供給した場合には、図３を参照して説明した原理に従えば、紙面左側に配置された供給流路１３２ｒから供給された噴射体１は、紙面右下方向に向かって進み、紙面右側に配置された供給流路１３２ｓから供給された噴射体１は、紙面左下方向に向かって進むこととなる。ノズル１３３においてこれらの噴射体１の流れが互いに干渉することで、結果的に、上吹きランス１３０の先端からは、鉛直下向き、かつ、水平面内において噴射体１がより大きな流量で供給されている供給流路１３２ｒの供給口が位置する側とは逆方向に向かって（図示する例では、矢印に示すように、Ｚ軸の負方向とＸ軸の正方向とが合成された方向に向かって）、噴射体１が噴射されることとなる。
【００５１】
図示する例では、紙面左側（Ｘ軸の負方向）の供給流路１３２ｒからより大きな流量で噴射体１が供給され、紙面右側（Ｘ軸の正方向）の供給流路１３２ｓからより小さな流量で噴射体１が供給されているため、上吹きランス１３０からの噴射体１の噴射方向は、紙面右下方向であったが、２本の供給流路１３２における噴射体１の供給流量の大小関係が逆転すれば、上吹きランス１３０からの噴射体１の噴射方向は紙面左下方向となる。また、２本の供給流路１３２における噴射体１の供給流量が略同程度であれば（すなわち、流量比が５：５であれば）、上吹きランス１３０からの噴射体１の噴射方向は略鉛直下向きとなる。
【００５２】
このように、上吹きランス１３０では、２本の供給流路１３２からの噴射体１の流量比を調整することにより、噴射体１の噴射方向を制御することが可能になる。具体的には、実施例１として後述するように、上吹きランス１３０では、水平面内において２本の供給流路１３２の供給口が並べられて配置される方向に沿って（すなわち、Ｘ軸方向に沿って）、噴射体１の噴射方向を変更することができる。
【００５３】
なお、上吹きランス１３０では、噴射体１の噴射方向を制御する際に、２本の供給流路１３２の両方から噴射体１が供給される必要はない。上吹きランス１３０では、２本の供給流路１３２のうち、いずれか１本からのみ噴射体１が供給されてもよいし、両方から噴射体１が供給されてもよい。２本の供給流路１３２からの噴射体１の供給条件（例えば、噴射体１を供給する供給流路１３２、及びその流量比等）は、実験や数値解析シミュレーション等を用いて、所望の噴射方向を実現し得るように適宜決定され得る。
【００５４】
本実施形態では、上吹きランス１３０は、その噴射方向の変更可能範囲を考慮して、ＲＨ装置１０の真空槽１２０に対して、その噴射体１の噴射方向が変更された際に、目的に応じた場所に当該噴射体１を吹き付け可能な位置に配設される。例えば、特許文献３に記載の技術のように溶鋼１４０の湯面の上昇側浸漬管１２１の直上に対応する領域に噴射体を吹き付けたい場合であれば、当該領域が、上吹きランス１３０の噴射方向の変更可能範囲に含まれるような位置に、上吹きランス１３０が配設される。
【００５５】
このとき、上述したように上昇側浸漬管１２１及び下降側浸漬管１２２の機能が一定期間で交替されることを考えると、上吹きランス１３０は、噴射方向が変更された際に、湯面の上昇側浸漬管１２１の直上に対応する領域及び湯面の下降側浸漬管１２２の直上に対応する領域の両方に対して噴射体１を吹き付け可能な位置に配設されることが好ましい。従って、上吹きランス１３０は、上昇側浸漬管１２１及び下降側浸漬管１２２の配設位置に対して対称な位置に配設され得る。つまり、上吹きランス１３０は、上昇側浸漬管１２１の中心軸及び下降側浸漬管１２２の中心軸から略等距離に位置するように、真空槽１２０の鉛直方向の中心軸上に当該上吹きランス１３０の中心軸が位置するように配設され得る。
【００５６】
また、上述したように、上吹きランス１３０は、水平面内において２本の供給流路１３２の供給口が並べられて配置される方向に沿った方向に、噴射体１の噴射方向を変更可能に構成されるため、上吹きランス１３０は、水平面内において２本の供給流路１３２の供給口が並べられて配置される方向が、上昇側浸漬管１２１の中心軸と下降側浸漬管１２２の中心軸とを結ぶ直線と略平行になるように（すなわち、図１に示す構成例であれば、Ｘ軸方向と略平行となるように）、配設され得る。上吹きランス１３０をこのような向きで配設することにより、湯面の上昇側浸漬管１２１の直上に対応する領域及び湯面の下降側浸漬管１２２の直上に対応する領域の両方に対して噴射体１を吹き付けることが可能になる。
【００５７】
なお、以上説明したように、噴射体１の噴射方向には、ノズル１３３内の圧力分布（特に、水平面内での圧力分布）が大きく影響している。従って、噴射体１の噴射方向は、２本の供給流路１３２からの噴射体１の流量比以外にも、供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造にも依存する。これらの構造に応じて、ノズル１３３内の圧力分布も変化し得るからである。
【００５８】
よって、本実施形態では、供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造は、２本の供給流路１３２からの噴射体１の流量比を調節した際に所望の噴射方向の変更可能範囲が得られるように、適宜設計され得る。ここで、噴射方向に影響を与え得る供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造としては、ノズル１３３の基端における供給流路１３２の供給口の位置、供給流路１３２の供給口の径、ノズル１３３の鉛直方向の長さ、及びノズル１３３の径等が挙げられる。
【００５９】
例えば、ある条件である噴射方向で噴射体１を噴射させている際に、他の条件は変更せずに、ノズル１３３の基端における供給流路１３２の供給口の位置だけを、当該供給口とノズル１３３の側壁との水平面内における距離が大きくなるように変更すると、その噴射方向は鉛直方向に近付く（すなわち、噴射方向の変更可能範囲は小さくなる）。これは、供給流路１３２の供給口とノズル１３３の側壁との水平面内における距離が大きくなることにより、比較的高圧の領域である空間２０１における圧力が相対的に低下するため、当該空間２０１から他の空間に向かって噴射体１が広がり難くなるためである。
【００６０】
また、例えば、同様に、ある条件である噴射方向で噴射体１を噴射させている際に、他の条件は変更せずに供給流路１３２の供給口の径だけを小さくすると、その噴射方向は鉛直方向に近付く（すなわち、噴射方向の変更可能範囲は小さくなる）。これは、供給流路１３２の供給口の径が小さくなると、当該供給口からノズル１３３内に噴射体１が供給された際に、当該噴射体１の膨張が激しくなり、当該ノズル１３３内の圧力が均一化する傾向となるため、空間２０１と他の空間との圧力差が小さくなり、当該空間２０１から他の空間に向かって噴射体１が広がり難くなるためである。
【００６１】
また、例えば、同様に、ある条件である噴射方向で噴射体１を噴射させている際に、他の条件は変更せずにノズル１３３の鉛直方向の長さだけを大きくすると、その噴射方向は鉛直方向に近付く（すなわち、噴射方向の変更可能範囲は小さくなる）。これは、供給流路１３２の供給口の径を小さくした場合と同様に、ノズル１３３の容積が大きくなることにより当該ノズル１３３内の圧力が均一化する傾向となるためである。
【００６２】
また、例えば、同様に、ある条件である噴射方向で噴射体１を噴射させている際に、他の条件は変更せずにノズル１３３の径だけを小さくすると、その噴射方向は鉛直方向に近付く（すなわち、噴射方向の変更可能範囲は小さくなる）。これは、ノズル１３３の径が小さくなると、高圧の空間２０１から他の空間に向かって広がろうとする噴射体１が、その広がろうとする方向に位置するノズル１３３の側壁で遮られやすくなり、噴射体１が広がろうとする空間が制限されてしまうためである。
【００６３】
なお、上吹きランス１３０において、その供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造が異なる構成の一例については、下記（３−２．ノズルの構造が異なる変形例）で後述し、その供給流路１３２の供給口の形状が異なる構成の一例については、下記（３−３．供給口の形状が異なる変形例）で後述する。また、供給流路１３２の供給口の形状の違いによる噴射体の衝突圧力の変化については、下記実施例３で後述し、供給流路１３２の供給口の形状の違いによる噴射体の衝突圧力の変化と供給流路１３２の供給口の重心位置の違いによる衝突圧力の変化との比較については、下記実施例４で後述する。
【００６４】
なお、噴射方向の変更可能範囲を調整するために、供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造以外にも、ノズル１３３内の圧力分布に影響を及ぼし得る他の因子が調整されてもよい。例えば、噴射方向を制御するために、２本の供給流路１３２からの噴射体１の総流量も調整されてもよい。噴射体１の総流量も、ノズル１３３内の圧力分布に影響を及ぼし得るからである。例えば、ある条件である噴射方向で噴射体１を噴射させている際に、他の条件は変更せずに噴射体１の総流量だけを大きくすると、その噴射方向は鉛直方向に近付く（すなわち、噴射方向の変更可能範囲は小さくなる）。噴射体１の総流量が増加することにより、ノズル１３３の内部が全体的に高圧となり、当該内部において圧力差が生じ難くなるからである。その他、噴射方向の変更可能範囲を調整するために、ノズル１３３内の圧力分布に影響を及ぼし得るあらゆる因子が調整されてよい。
【００６５】
以上、図２〜図４を参照して、本実施形態に係る上吹きランス１３０の構成について説明した。ここで、従来技術として、例えば上記特許文献３、４に記載の上吹きランスにも、水平面内における所定の直線に沿った方向に、噴射体の噴射方向を変更することができる機能が備えられている。特許文献３に記載の上吹きランスは、当該上吹きランスのノズルの内側面に、当該ノズルからの噴射体の噴射方向と交差する方向にガスを噴き出すガス吹き出し口を設け、当該ガス吹き出し口からのガスの吹き出しによって、噴射体の噴射方向を制御するものである。特許文献４に記載の上吹きランスは、複数の供給流路と、先端に設けられるラバールノズルと、を備え、当該複数の供給流路の先端と当該ラバールノズルの基端とが、これらが互いに連通するように連結されており、この複数の供給流路の先端とラバールノズルの基端との連結部位には、流路が狭くなる絞り部が設けられる、上吹きランスであり、各供給流路からの噴射体の流量比が調整されることにより、当該噴射体の噴射方向が制御される。
【００６６】
しかしながら、特許文献３、４に記載の上吹きランスは、上記ガス吹き出し口又は上記絞り部を有するために、その構造が比較的複雑であり、製造コストが増加する恐れがある。一方、本実施形態に係る上吹きランス１３０は、複数の供給流路１３２と、ノズル１３３と、を備えるとともに、これらが直接的に連通された構成を有する。つまり、上吹きランス１３０には、特許文献３に示されるガス吹き出し口や、特許文献４に示される絞り部等の複雑な構成が設けられないため、より小さな製造コストで実現することができる。従って、本実施形態によれば、従来の上吹きランスに比べて、より簡易な構成で、自由度高く噴射方向を制御することが可能となる。
【００６７】
なお、図２に示す例では、水平面内における２本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、ノズル１３３の中心軸に対して対称的な位置となっていたが、本実施形態はかかる例に限定されない。上吹きランス１３０での水平面内における２本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、任意に変更されてよい。ただし、図３及び図４を参照して説明したように、上吹きランス１３０では、２本の供給流路１３２から供給された噴射体１が互いに干渉することにより、当該噴射体１の噴射方向が制御され得るため、水平面内における２本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、所望の噴射方向を実現し得るように、適宜決定され得る。
【００６８】
（３．変形例）
以上説明した本実施形態に係る上吹きランス１３０におけるいくつかの変形例について説明する。
【００６９】
（３−１．供給流路の本数が異なる上吹きランス）
以上説明した上吹きランス１３０には２本の供給流路１３２が設けられていたが、本実施形態はかかる例に限定されない。上吹きランス１３０は、複数の供給流路を備えればよく、その本数は任意に変更されてよい。
【００７０】
図５を参照して、本実施形態の一変形例である、３本の供給流路を備える上吹きランスの構成について説明する。図５は、本実施形態の一変形例である、３本の供給流路を備える上吹きランスの構成を示す図である。図５では、上段に本変形例に係る上吹きランス１３０ａの上面図（Ｚ軸の正方向から見た図）を示し、下段に当該上吹きランス１３０ａの側断面図を示している。
【００７１】
なお、図５に示す上吹きランス１３０ａは、図１に示すＲＨ装置１０において、上吹きランス１３０の代わりに用いられ得る。この場合においても、上吹きランス１３０ａからの噴射体の噴射は、図１に示す制御部１５０によって制御され得る。具体的には、制御部１５０は、後述する３本の供給流路１３２における流量比を適宜調整することにより、当該上吹きランス１３０ａからの噴射体の噴射方向を制御する機能を有する。
【００７２】
図５に示すように、上吹きランス１３０ａは、上述した上吹きランス１３０に対して、供給流路１３２が増加されたものに対応する。具体的には、上吹きランス１３０ａは、３本の供給流路１３２を備える。３本の供給流路１３２の先端がランス本体１３１の先端に設けられるノズル１３３の基端と直接的に連結されることにより、３本の供給流路１３２とノズル１３３とが連通している。
【００７３】
３本の供給流路１３２は、そのノズル１３３への噴射体の供給口の中心軸が、ノズル１３３の中心軸とは水平面内においてずれた位置に位置するように、ランス本体１３１の内部に配設される。なお、図示する例では、３本の供給流路１３２は、ランス本体１３１の内部において一方向に延伸する略円管状の形状を有しているが、上吹きランス１３０ａでは、上述した上吹きランス１３０と同様に、供給流路１３２は、水平面内において、その供給口の中心がノズル１３３の基端の中心とずれるように配設されればよく、ランス本体１３１の内部における当該供給流路１３２の形状は任意であってよい。例えば、上記実施形態と同様に、供給流路１３２は、ランス本体１３１の内部において屈曲した形状を有してもよいし、略円筒形状のランス本体１３１の内部の空間を隔壁によって分割することにより、その分割されて形成される空間が供給流路１３２として機能してもよい。
【００７４】
図示する例では、３本の供給流路１３２は、その供給口がノズル１３３の中心軸に対して対称となるように設けられている。具体的には、水平面内における３本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、ノズル１３３の中心軸を中心とする当該水平面内の円周上において互いに略１２０度回転した位置であって、かつ、当該ノズル１３３の中心軸からの距離が略同一である位置となっている。３本の供給流路１３２は、上述した制御部１５０からの制御により、そのノズル１３３への噴射体の供給流量をそれぞれ独立に調節可能に構成される。
【００７５】
なお、以下の各図面では、上吹きランス１３０ａは、３本の供給流路１３２のうち１本の供給流路１３２の供給口が、ノズル１３３の水平断面の中心を通りＸ軸に平行な直線上であってＸ軸の負方向側に位置するように、配置されるものとする。そして、以下では、区別のため、便宜的に、この供給口がノズル１３３の水平断面の中心を通りＸ軸に平行な直線上であってＸ軸の負方向側に位置する供給流路１３２を供給流路１３２ｕと記載し、図５に示す上面図において当該供給流路１３２ｕの供給口から見て右上に供給口が位置する供給流路１３２を供給流路１３２ｖと記載し、図５に示す上面図において当該供給流路１３２ｕの供給口から見て右下に供給口が位置する供給流路１３２を供給流路１３２ｗと記載することとする。ただし、供給流路１３２ｕ、１３２ｖ、１３２ｗを特に区別する必要がない場合には、供給流路１３２ｕ、１３２ｖ、１３２ｗのうちの少なくともいずれかを指して、単に供給流路１３２と記載する。
【００７６】
かかる構成を有する上吹きランス１３０ａにおいても、上吹きランス１３０と同様に、各供給流路１３２から供給された噴射体は、ノズル１３３の内部において、圧力差によって、水平面内において当該供給流路１３２の供給口が設けられる側とは逆方向に向かって進むこととなるため、制御部１５０からの制御によって３本の供給流路１３２からの噴射体の流量比を適宜調整することにより、当該噴射体の噴射方向を制御することが可能となる。
【００７７】
具体的には、実施例２として後述するように、上吹きランス１３０ａでは、水平面内における噴射位置が回転するように、噴射方向を変更することができる。このような、上吹きランス１３０ａによって実現される、水平面内における噴射位置が回転するような噴射方向の変更のことを、本明細書では、周方向に沿った噴射方向の変更とも呼称する。ただし、ここで言う周方向とは、必ずしも半径が一定の円の円周方向のことを意味しない。
【００７８】
なお、上吹きランス１３０ａでは、噴射体の噴射方向を制御する際に、３本の供給流路１３２の全てから噴射体が供給される必要はない。上吹きランス１３０ａでは、３本の供給流路１３２のうち、いずれか１本からのみ噴射体が供給されてもよいし、いずれか２本からのみ噴射体が供給されてもよいし、３本全てから噴射体が供給されてもよい。３本の供給流路１３２からの噴射体の供給条件（例えば、噴射体を供給する供給流路１３２、及びその流量比等）は、実験や数値解析シミュレーション等を用いて、所望の噴射方向を実現し得るように適宜決定され得る。
【００７９】
また、上述した実施形態と同様に、供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造、並びに３本の供給流路１３２からの噴射体の総流量等の、ノズル１３３内の圧力分布に影響を及ぼし得る各因子は、所望の噴射方向が得られるように、適宜調整され得る。
【００８０】
以上、図５を参照して、本実施形態の一変形例である、３本の供給流路１３２を備える上吹きランス１３０ａの構成について説明した。上吹きランス１３０ａも、上述した上吹きランス１３０と同様に、複数の供給流路１３２と、ノズル１３３と、が直接的に連結された、比較的簡易な構造を有するため、より小さな製造コストで実現することができる。従って、本変形例に係る上吹きランス１３０ａによれば、従来の上吹きランスに比べて、より簡易な構成で、自由度高く噴射方向を制御することが可能となる。
【００８１】
なお、図５に示す例では、水平面内における３本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、ノズル１３３の中心軸に対して対称的な位置となっていたが、本変形例はかかる例に限定されない。上吹きランス１３０ａでの水平面内における３本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、任意に変更されてよい。ただし、以上説明したように、上吹きランス１３０ａでは、３本の供給流路１３２から供給された噴射体が互いに干渉することにより、当該噴射体の噴射方向が制御され得るため、水平面内における３本の供給流路１３２の供給口の配設位置は、所望の噴射方向を実現し得るように、適宜決定され得る。
【００８２】
なお、ここでは、一変形例として、３本の供給流路１３２を備える上吹きランス１３０ａの構成について説明したが、本実施形態では、更に他の本数の供給流路１３２を備える上吹きランスが構成されてもよい。この場合においても、水平面内における複数の供給流路１３２の供給口の配設位置は、これらの供給流路１３２から供給される噴射体が互いに干渉することにより所望の噴射方向が実現され得るように、適宜決定され得る。例えば、当該複数の供給流路１３２は、その供給口がノズル１３３の中心軸に対して対称となるように設けられ得る。例えば、上吹きランスは４本の供給流路１３２を備えてもよい。この場合には、例えば、４本の供給流路１３２は、その供給口がノズル１３３の中心軸に対して対称となるように設けられ得る。具体的には、水平面内における４本の供給流路１３２の配設位置は、ノズル１３３の中心軸を中心とする当該水平面内の円周上において互いに略９０度回転した位置であって、かつ、当該ノズル１３３の中心軸からの距離が略同一である位置であってよい。その他、５本以上のより多くの本数の供給流路１３２を備えるように上吹きランスを構成することも可能である。
【００８３】
（３−２．ノズルの構造が異なる変形例）
本実施形態に係る上吹きランス１３０のノズル１３３の構造は、図２に示す例に限定されない。ただし、より簡易な構成とするために、特許文献４に記載の上吹きランスのように絞り部が設けられることは好ましくない。本実施形態では、ノズル１３３は、その水平断面の面積が、基端から先端まで略一定である形状、又は基端から先端に向かうにつれて大きくなる形状を有することが好ましい。つまり、本実施形態では、ノズル１３３の構造は、その水平断面の面積が、基端から先端まで略一定である形状、又は基端から先端に向かうにつれて大きくなる形状を有すれば、任意に変更されてよい。ここで、「ノズル１３３の水平断面の面積が基端から先端まで略一定である」とは、例えば、基端における当該水平断面の面積と、先端における当該水平断面の面積と、の差が、基端における当該水平断面の面積を基準として±５％以内であることをいう。ここでは、本実施形態の他の変形例として、ノズル１３３の構造が異なる変形例について説明する。
【００８４】
図６を参照して、本実施形態の他の変形例である、ノズルの径がより大きい上吹きランスの構成について説明する。図６は、本実施形態の他の変形例である、ノズルの径がより大きい上吹きランスの構成を示す図である。図６では、上段に本変形例に係る上吹きランス１３０ｂの上面図（Ｚ軸の正方向から見た図）を示し、下段に上吹きランス１３０ｂの側断面図を示している。
【００８５】
なお、図６に示す上吹きランス１３０ｂは、図１に示すＲＨ装置１０において、上吹きランス１３０の代わりに用いられ得る。この場合においても、上吹きランス１３０ｂからの噴射体の噴射は、図１に示す制御部１５０によって制御され得る。具体的には、制御部１５０は、後述する２本の供給流路１３２における流量比を適宜調整することにより、当該上吹きランス１３０ｂからの噴射体の噴射方向を制御する機能を有する。
【００８６】
図６に示すように、上吹きランス１３０ｂは、上述した上吹きランス１３０に対して、ノズル１３３の径が拡大されたものに対応する。具体的には、上吹きランス１３０ｂは、２本の供給流路１３２（図２に示す供給流路１３２ｒ、１３２ｓと同様のもの）と、当該２本の供給流路１３２が連通する、ランス本体１３１の先端に設けられるノズル１３３ｂと、を備える。ノズル１３３ｂは、上吹きランス１３０のノズル１３３の径を拡大したものであり、その他の構造は同様である。ノズル１３３ｂの径がより大きいことにより、上吹きランス１３０ｂでは、図示するように、供給流路１３２の先端とノズル１３３ｂの基端との連結部位に、当該ノズル１３３ｂの円周に沿った段差上の形状が存在することとなる。
【００８７】
図７を参照して、本実施形態の更に他の変形例である、水平断面の面積が基端から先端に向かうにつれて大きくなる形状（すなわち、ラバール形状）のノズル１３３を有する、上吹きランスの構成について説明する。図７は、本実施形態の更に他の変形例である、ラバール形状のノズル１３３を有する上吹きランスの構成を示す図である。図７では、上段に本変形例に係る上吹きランス１３０ｃの上面図（Ｚ軸の正方向から見た図）を示し、下段に上吹きランス１３０ｃの側断面図を示している。
【００８８】
なお、図７に示す上吹きランス１３０ｃは、図１に示すＲＨ装置１０において、上吹きランス１３０の代わりに用いられ得る。この場合においても、上吹きランス１３０ｃからの噴射体の噴射は、図１に示す制御部１５０によって制御され得る。具体的には、制御部１５０は、後述する２本の供給流路１３２における流量比を適宜調整することにより、当該上吹きランス１３０ｃからの噴射体の噴射方向を制御する機能を有する。
【００８９】
図７に示すように、上吹きランス１３０ｃは、上述した上吹きランス１３０に対して、ノズル１３３の形状が変更されたものに対応する。具体的には、上吹きランス１３０ｃは、２本の供給流路１３２（図２に示す供給流路１３２ｒ、１３２ｓと同様のもの）と、当該２本の供給流路１３２が連通する、ランス本体１３１の先端に設けられるノズル１３３ｃと、を備える。上述した上吹きランス１３０では、ノズル１３３は、その水平断面の面積が基端から先端まで略一定である形状を有していたが、本変形例に係る上吹きランス１３０ｃでは、ノズル１３３ｃは、その水平断面の面積が基端から先端に向かうにつれて大きくなるラバール形状を有する。ノズル１３３ｃの形状が異なること以外は、上吹きランス１３０ｃは、上吹きランス１３０と同様の構成を有する。
【００９０】
以上説明した構成を有する上吹きランス１３０ｂ、１３０ｃにおいても、上吹きランス１３０と同様に、各供給流路１３２から供給された噴射体は、ノズル１３３ｂ、１３３ｃの内部において、圧力差によって、水平面内において当該供給流路１３２の供給口が設けられる側は逆方向に向かって進むこととなるため、制御部１５０からの制御によって２本の供給流路１３２からの噴射体の流量を適宜調整することにより、当該噴射体の噴射方向を制御することが可能となる。具体的には、上吹きランス１３０ｂ、１３０ｃでは、上吹きランス１３０と同様に、水平面内において２本の供給流路１３２の供給口が並べられて配置される方向に沿って、噴射体の噴射方向を変更することができる。なお、上述したように、ノズル１３３ｂ、１３３ｃの構造は、噴射方向に影響を与え得る因子であるため、当該ノズル１３３ｂ、１３３ｃの具体的な形状は、所望の噴射方向の変更可能範囲が実現され得るように、適宜設計され得る。
【００９１】
また、以上説明した構成以外にも、ノズル１３３は、各種の構造を有することが可能である。例えば、ノズル１３３は、その水平断面の形状が円形でなくてもよく、任意の多角形であってもよい。
【００９２】
（３−３．供給口の形状が異なる変形例）
本実施形態に係る上吹きランス１３０の供給流路１３２の構造は、図２に示す例に限定されない。上吹きランス１３０には２本の供給流路１３２が２本設けられ、２本の供給流路１３２は、ノズル１３３の中心軸を挟んで配置される。供給流路１３２の２つの供給口のそれぞれについて、供給口の重心は、供給口内でノズル１３３の中心軸から２つの供給口の並設方向において最も近い最近部及び最も遠い最遠部の当該並設方向における中央位置よりも、ノズル１３３の中心軸側に位置することが好ましい。例えば、供給流路１３２の供給口における上記並設方向に直交する方向の長さは、ノズル１３３の中心軸に近づくにつれて長くなることが好ましい。ここでは、図８及び図９を参照して、本実施形態の他の変形例として、供給口の形状が異なる変形例について説明する。
【００９３】
図８は、供給口の形状が半円形である供給流路１３２ｄを有する上吹きランス１３０ｄの構成を示している。図８では、本変形例に係る上吹きランス１３０ｄの上面図（Ｚ軸の正方向から見た図）を示している。
【００９４】
なお、図８に示す上吹きランス１３０ｄは、図１に示すＲＨ装置１０において、上吹きランス１３０の代わりに用いられ得る。この場合においても、上吹きランス１３０ｄからの噴射体の噴射は、図１に示す制御部１５０によって制御され得る。具体的には、制御部１５０は、後述する２本の供給流路１３２ｄにおける流量比を適宜調整することにより、当該上吹きランス１３０ｄからの噴射体の噴射方向を制御する機能を有する。
【００９５】
２本の供給流路１３２ｄは、ノズル１３３の中心軸Ｃ１を挟んで配置され、Ｘ軸方向に並設される。以下では、便宜的に、図中Ｘ軸の負方向に供給口が位置する供給流路１３２ｄを供給流路１３２ｄｒと記載し、図中Ｘ軸の正方向に供給口が位置する供給流路１３２ｄを供給流路１３２ｄｓと記載する。ただし、供給流路１３２ｄｒ、１３２ｄｓを特に区別する必要がない場合には、供給流路１３２ｄｒ、１３２ｄｓの一方又は双方を指して、単に供給流路１３２ｄと記載する。
【００９６】
図８に示すように、上吹きランス１３０ｄは、図２に例示した上吹きランス１３０に対して、供給流路１３２の供給口の形状が変更されたものに対応する。具体的には、上吹きランス１３０ｄは、２本の供給流路１３２ｄと、当該２本の供給流路１３２ｄと連通し、ランス本体１３１の先端に設けられるノズル１３３と、を備える。上吹きランス１３０ｄは、供給口の形状が半円形である供給流路１３２ｄを有するものであり、その他の構造は図２に示した上吹きランス１３０の構造と同様である。また、２本の供給流路１３２ｄは、一方向に延伸する略半円形管状の形状を有していてもよい。図８では、供給流路１３２ｄｒの供給口の外周上の弦（線分）及び供給流路１３２ｄｓの供給口の外周上の弦（線分）がノズル１３３の中心軸Ｃ１を挟んで対向し、ノズル１３３の中心軸Ｃ１周りに回転対称となるように２本の供給流路１３２ｄは設けられている。各供給流路１３２ｄは、ノズル１３３の中心軸Ｃ１を通りＹ軸と平行な平面に関して面対称である。２本の供給流路１３２ｄは、ノズル１３３の中心軸Ｃ１を通りＸ軸と平行な平面に関して面対称である。よって、供給流路１３２ｄの供給口におけるＹ軸方向の長さは、ノズル１３３の中心軸Ｃ１に近づくにつれて長くなる。ここで、例えば、供給流路１３２ｄｒでは、供給流路１３２ｄｒの供給口の外周上の円弧の中点Ｐ１が、供給流路１３２ｄｒの供給口内でノズルの中心軸Ｃ１からＸ軸方向において最も遠い最遠部に相当する。また、供給流路１３２ｄｒの供給口の外周上の弦（線分）の中点Ｐ２が、供給流路１３２ｄｒの供給口内でノズルの中心軸Ｃ１からＸ軸方向において最も近い最近部に相当する。よって、図８に示すように、供給流路１３２ｄｒの供給口の重心Ｃ２は、最遠部に相当する中点Ｐ１及び最近部に相当する中点Ｐ２のＸ軸方向における中央位置Ｍ１よりも、ノズルの中心軸Ｃ１側に位置する。
【００９７】
図９は、供給口の形状が直角二等辺三角形である供給流路１３２ｅを有する上吹きランス１３０ｅの構成を示している。図９では、本変形例に係る上吹きランス１３０ｅの上面図（Ｚ軸の正方向から見た図）を示している。
【００９８】
なお、図９に示す上吹きランス１３０ｅは、図１に示すＲＨ装置１０において、上吹きランス１３０の代わりに用いられ得る。この場合においても、上吹きランス１３０ｅからの噴射体の噴射は、図１に示す制御部１５０によって制御され得る。具体的には、制御部１５０は、後述する２本の供給流路１３２ｅにおける流量比を適宜調整することにより、当該上吹きランス１３０ｅからの噴射体の噴射方向を制御する機能を有する。
【００９９】
２本の供給流路１３２ｅは、ノズル１３３の中心軸Ｃ１を挟んで配置され、Ｘ軸方向に並設される。以下では、便宜的に、図中Ｘ軸の負方向に供給口が位置する供給流路１３２ｅを供給流路１３２ｅｒと記載し、図中Ｘ軸の正方向に供給口が位置する供給流路１３２ｅを供給流路１３２ｅｓと記載する。ただし、供給流路１３２ｅｒ、１３２ｅｓを特に区別する必要がない場合には、供給流路１３２ｅｒ、１３２ｅｓの一方又は双方を指して、単に供給流路１３２ｅと記載する。
【０１００】
図９に示すように、上吹きランス１３０ｅは、図２に例示した上吹きランス１３０に対して、供給流路１３２の供給口形状が変更されたものに対応する。具体的には、上吹きランス１３０ｅは、２本の供給流路１３２ｅと、当該２本の供給流路１３２ｅと連通し、ランス本体１３１の先端に設けられるノズル１３３と、を備える。上吹きランス１３０ｅは、供給口の形状が直角二等辺三角形である供給流路１３２ｅを有するものであり、その他の構造は図２に示した上吹きランス１３０の構造と同様である。また、２本の供給流路１３２ｅは、一方向に延伸する略直角二等辺三角形管状の形状を有していてもよい。図９では、供給流路１３２ｅｒの供給口の外周上の斜辺及び供給流路１３２ｅｓの供給口の外周上の斜辺がノズル１３３の中心軸Ｃ１を挟んで対向し、ノズル１３３の中心軸Ｃ１周りに回転対称となるように２本の供給流路１３２ｅは設けられている。各供給流路１３２ｅは、ノズル１３３の中心軸Ｃ１を通りＸ軸と平行な平面に関して面対称である。２本の供給流路１３２ｅは、ノズルの中心軸Ｃ１を通りＹ軸と平行な平面に関して面対称である。よって、供給流路１３２ｅの供給口におけるＹ軸方向の長さは、ノズル１３３の中心軸Ｃ１に近づくにつれて長くなる。ここで、例えば、供給流路１３２ｅｒでは、供給流路１３２ｅｒの供給口の外周上の直角な頂点Ｐ３が、供給流路１３２ｅｒの供給口内でノズルの中心軸Ｃ１からＸ軸方向において最も遠い最遠部に相当する。また、供給流路１３２ｅの供給口の外周上の斜辺の中点Ｐ４が、供給流路１３２ｅｒの供給口内でノズルの中心軸Ｃ１からＸ軸方向において最も近い最近部に相当する。よって、図９に示すように、供給流路１３２ｅｒの供給口の重心Ｃ３は、最遠部に相当する中点Ｐ３及び最近部に相当する中点Ｐ４のＸ軸方向における中央位置Ｍ２よりも、ノズルの中心軸Ｃ１側に位置する。
【０１０１】
上記では、図８及び図９を参照して、供給流路の供給口におけるＹ軸方向の長さが、ノズル１３３の中心軸Ｃ１に近づくにつれて長くなる例を説明したが、供給流路は、供給口におけるＹ軸方向の長さが、ノズル１３３の中心軸Ｃ１に近づくにつれて短くなる部分を部分的に有していてもよい。例えば、供給流路の供給口がノズル１３３の中心軸Ｃ１側に凸状になっていてもよいし。また、例えば、供給流路の供給口の外周上の一部が外側に凸となっていてもよく、供給流路の供給口の外周上の一部が内側に凹となっていてもよい。
【０１０２】
上述した供給流路１３２ｄの供給口では、重心Ｃ２が、ノズル１３３の中心軸Ｃ１からの最遠部及び最近部の中央位置Ｍ１よりもノズル１３３の中心軸Ｃ１側にあるので、供給口の形状が円形である供給流路１３２と比較して、供給流路１３２ｄの供給口の重心Ｃ２をノズル１３３の中心軸Ｃ１に近づけることが可能となる。同様に、上述した供給流路１３２ｅの供給口では、重心Ｃ３が、ノズル１３３の中心軸Ｃ１からの最遠部及び最近部の中央位置Ｍ２よりもノズル１３３の中心軸Ｃ１側にあるので、供給口の形状が円形である供給流路１３２と比較して、供給流路１３２ｅの供給口の重心Ｃ３をノズル１３３の中心軸Ｃ１に近づけることが可能となる。供給流路の供給口の重心をノズル１３３の中心軸Ｃ１に近づけることで、図３に示す空間２０１に相当する供給流路の先端に近いノズルの側壁近傍の空間の圧力増加が小さくなり、噴射体の噴射方向が相対的に下向きとなる。よって、噴射体の噴射角度が小さくなるため、湯面への噴射体の衝突圧力を大きくすることが可能となる。その結果、溶鋼の脱炭や脱硫が促進され、処理効率を向上させることが可能となる。なお、図９では、供給口の形状が直角二等辺三角形である場合を説明したが、供給口の形状は、直角二等辺三角形に限られず、供給口の重心がノズル１３３の中心軸Ｃ１からの最遠部及び最近部の中央位置Ｍ２よりもノズル１３３の中心軸Ｃ１側にあればよく、例えば、正三角形、直角三角形や二等辺三角形等、種々の三角形であってよい。
【実施例１】
【０１０３】
以上説明した図２に示す上吹きランス１３０における噴射体の噴射方向の変更機能について確認するために、数値解析シミュレーションを実行した。当該数値解析シミュレーションでは、後述する図１０に示すように、図１に示す真空槽１２０を模擬した円筒形状の容器１２０ａの内部に上吹きランス１３０を配置した数値解析モデルを作成し、流量比を変化させながら２本の供給流路１３２から酸素ガスを供給し、当該酸素ガスの挙動を計算によって求めることにより、各流量比での上吹きランス１３０からの噴射体の噴射方向を調べた。
【０１０４】
上吹きランス１３０は、容器１２０ａの水平面内における中心に、当該容器１２０ａの上面から所定の距離だけ下がった位置に当該上吹きランス１３０の先端が位置するように配置した。また、上吹きランス１３０は、その先端が鉛直下向きとなるように配置した。上吹きランス１３０における２本の供給流路１３２ｒ、１３２ｓの供給口の配設位置は、図２に示す配設位置と同様としている（すなわち、２本の供給流路１３２ｒ、１３２ｓの供給口は、図１０におけるＸ軸方向（紙面左右方向）に並ぶように配置されている）。２本の供給流路１３２の供給口の径はいずれも３０ｍｍとし、ノズル１３３の径は１００ｍｍとした。
【０１０５】
上吹きランス１３０の先端から鉛直方向下向きに１．８ｍ離れた位置に湯面に対応する水平な平面１４１が存在すると仮定し、各流量比について上吹きランス１３０から酸素ガスを吹き付けた際の当該平面１４１内での衝突圧力の分布を求め、上吹きランス１３０の先端と、その平面１４１内で衝突圧力がピーク値を示した点とを結ぶ直線を、各流量比における上吹きランス１３０の噴射体の噴射方向として求めた。更に、噴射方向を定量的に比較するために、各流量比について、噴射方向を示す直線の、鉛直方向からなす角度を、噴射角度θとして求めた。
【０１０６】
いずれの流量比における計算でも、酸素ガスの総供給量は１８００Ｎｍ３／ｈとした。また、減圧された真空槽１２０内の雰囲気中に酸素ガスが噴射されることを模擬して、容器１２０ａの内部は４．７ｋＰａとした。
【０１０７】
数値解析シミュレーションの結果を、図１０〜図１２に示す。図１０は、実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、上吹きランス１３０から噴射される酸素ガスの挙動を示す図である。図１１は、実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における、平面１４１内での衝突圧力の様子を示す図である。図１２は、実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における噴射角度θを示す図である。なお、本実施例１において、流量比が「ｘ：ｙ」であるとは、「図１０におけるＸ軸の負方向側に供給口が配置される供給流路１３２ｒの流量：図１０におけるＸ軸の正方向側に供給口が配置される供給流路１３２ｓの流量＝ｘ：ｙ」であることを意味している。
【０１０８】
図１０では、一例として、流量比が７：３である場合における酸素ガスの挙動を示している。図１０に示すように、流量比が調整されることにより、上吹きランス１３０からの噴射体の噴射方向が、鉛直方向から所定の角度θだけ、Ｘ軸の正方向に変化していることが分かる。具体的には、Ｘ軸の負方向側に供給口が位置する供給流路１３２ｒからの酸素ガスの流量がより多いことにより、図示するように、噴射方向が、鉛直方向からＸ軸の正方向に向かって所定の角度θだけ変化している。
【０１０９】
図１１では、平面１４１内に、各流量比について、衝突圧力が所定の値である等圧力線を示している。図中の等圧力線０、等圧力線１、等圧力線２、等圧力線３、等圧力線４、及び等圧力線５は、それぞれ、流量比が１０：０、９：１、８：２、７：３、６：４、及び５：５である場合についての結果に対応している。図１１を参照すると、等圧力線５は、平面１４１の略中央に存在している。これは、流量比が５：５である場合には、上吹きランス１３０からの噴射体の噴射方向は略鉛直下向きであることを意味している。また、等圧力線４から等圧力線０に向かうにつれて、これらの等圧線の位置が、徐々にＸ軸の正方向に移動していることが分かる。これは、流量比が５：５から１０：０に変化するにつれて、当該噴射方向が、鉛直下向きからＸ軸の正方向に向かって徐々に変化していることを意味している。
【０１１０】
図１２では、横軸に流量比を取り、縦軸に噴射角度θを取り、計算の結果求まった両者の関係をプロットしている。図１２を参照すると、流量比が１０：０の場合に噴射角度θが最大となり、流量比が９：１、８：２、７：３、６：４と変化するにつれて、噴射角度θが概ね徐々に小さくなっていることが分かる。そして、流量比が５：５の場合には、噴射角度θは略ゼロ、すなわち上吹きランス１３０からの噴射体の噴射方向が略鉛直下向きになっている。
【０１１１】
図１０〜図１２に示す結果から、本実施形態に係る上吹きランス１３０において、２本の供給流路１３２からの流量比を適宜調整することにより、その噴射体の噴射方向を、直線方向（図示する例ではＸ軸方向）に沿って変更可能であることが確認できた。
【０１１２】
更に、本発明者らは、実施例１の数値解析モデルにおいて、供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造を変化させて数値解析シミュレーションを実行し、これらの構造が、噴射角度θに与える影響について調査した。
【０１１３】
結果を、図１３及び図１４に示す。ここでは、一例として、ノズル１３３の鉛直方向の長さを変化させた場合、及びノズル１３３の径を変化させた場合についての結果を示す。図１３は、実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、ノズル１３３の鉛直方向の長さと、噴射角度θとの関係を示す図である。図１４は、実施例１における数値解析シミュレーションの結果である、ノズル１３３の径と、噴射角度θとの関係を示す図である。
【０１１４】
図１３及び図１４では、横軸に平面１４１上における、当該平面１４１の中心を原点とするＸ軸方向の距離ｘを取り、縦軸に平面１４１上における酸素ガスの速度の鉛直方向成分Ｕｚを取り、両者の関係をプロットしている。縦軸に示す平面１４１上における酸素ガスの速度の鉛直方向成分Ｕｚは、当該平面１４１に対する酸素ガスの衝突圧力を表し得るものであるため、図１３及び図１４に示すグラフ図におけるＵｚのピーク位置が横軸上（すなわち、Ｘ軸上）で移動すれば、噴射角度θが変化していることとなる。具体的には、当該ピーク位置が横軸上のゼロに近付けば噴射角度θは小さくなっており、当該ピーク位置が横軸上のゼロから遠ざかれば噴射角度θは大きくなっていることを意味している。
【０１１５】
図１３では、所定の条件で酸素ガスを噴射している状態（ｂａｓｅ）と、当該所定の条件で酸素ガスを噴射している状態においてノズル１３３の鉛直方向の長さを短くした状態（Ｌ  ｄｏｗｎ）と、当該所定の条件で酸素ガスを噴射している状態においてノズル１３３の鉛直方向の長さを長くした状態（Ｌ  ｕｐ）と、の結果を示している。図１３に示すように、ノズル１３３の鉛直方向の長さが変化することにより、酸素ガスの速度の鉛直方向成分Ｕｚのピーク位置が横軸上で変化していることが分かる。具体的には、ノズル１３３の鉛直方向の長さが短くなると当該ピーク位置がゼロから遠ざかり（すなわち、噴射角度θが大きくなり）、ノズル１３３の鉛直方向の長さが長くなると当該ピーク位置がゼロに近付いている（すなわち、噴射角度θが小さくなっている）。これは、上記（２．上吹きランスの構成）で説明したように、ノズル１３３の鉛直方向の長さが長くなると、ノズル１３３内の容積が拡大し、当該ノズル１３３内の圧力がより均一化される傾向にあるからである。
【０１１６】
図１４では、所定の条件で酸素ガスを噴射している状態（ｂａｓｅ）と、当該所定の条件で酸素ガスを噴射している状態においてノズル１３３の径を小さくした状態（Ｄ  ｄｏｗｎ）と、当該所定の条件で酸素ガスを噴射している状態においてノズル１３３の径を大きくした状態（Ｄ  ｕｐ）と、の結果を示している。図１４に示すように、ノズル１３３の径が変化することにより、酸素ガスの速度の鉛直方向成分Ｕｚのピーク位置が横軸上で変化していることが分かる。具体的には、ノズル１３３の径が小さくなると当該ピーク位置がゼロに近付き（すなわち、噴射角度θが小さくなり）、ノズル１３３の径が大きくなると当該ピーク位置がゼロから遠ざかっている（すなわち、噴射角度θが大きくなっている）。これは、上記（２．上吹きランスの構成）で説明したように、ノズル１３３の径が小さくなると、高圧の空間から他の空間に向かって噴射体が広がろうとする際に、当該噴射体が広がろうとする空間が当該ノズル１３３の側壁によって制限されてしまうためである。
【０１１７】
このように、図１３及び図１４に示す結果から、上記（２．上吹きランスの構成）で説明した、噴射方向の、供給流路１３２の供給口の構造、及びノズル１３３の構造に対する依存性が確認された。なお、ここでは、一例として、ノズル１３３の鉛直方向の長さ、及びノズル１３３の径が噴射方向に与える影響についての結果のみ詳細に示したが、本発明者らは、上記（２．上吹きランスの構成）で説明した他の因子（例えば、ノズル１３３の基端における供給流路１３２の供給口の位置、供給流路１３２の供給口の径、及び噴射体（酸素ガス）の総流量）が噴射方向に与える影響についても、数値解析シミュレーションにより確認している。
【０１１８】
例えば、ノズル１３３の基端における供給流路１３２の供給口の位置については、供給流路１３２の供給口とノズル１３３の側壁との水平面内における距離を小さくすると噴射角度は大きくなり、当該距離を大きくすると噴射角度は小さくなる傾向があることが、数値解析シミュレーションにより確認されている。また、例えば、供給流路１３２の供給口の径については、当該供給口の径を小さくすると噴射角度は小さくなり、当該供給口の径を大きくすると噴射角度は大きくなる傾向があることが、数値解析シミュレーションにより確認されている。また、例えば、噴射体の総流量については、当該噴射体の総流量を小さくすると噴射角度は大きくなり、当該噴射体の総流量を大きくすると噴射角度は小さくなる傾向があることが、数値解析シミュレーションにより確認されている。
【実施例２】
【０１１９】
以上説明した図５に示す上吹きランス１３０ａにおける噴射方向の変更機能について確認するために、数値解析シミュレーションを実行した。当該数値解析シミュレーションでは、上述した実施例１と同様に、図１に示す真空槽１２０を模擬した円筒形状の容器１２０ａの内部に上吹きランス１３０ａを配置した数値解析モデルを作成し、流量比を変化させながら３本の供給流路１３２から酸素ガスを供給し、当該酸素ガスの挙動を計算によって求めることにより、各流量比での上吹きランス１３０ａからの噴射体の噴射方向を調べた。
【０１２０】
上吹きランス１３０ａの配置は、上記実施例１と同様である。なお、３本の供給流路１３２ｕ、１３２ｖ、１３２ｗの供給口の配設位置は、図５に示す配設位置と同様としている（すなわち、３本の供給流路１３２ｕ、１３２ｖ、１３２ｗのうち、１本の供給流路１３２ｕの供給口が、ノズル１３３の水平断面の中心を通りＸ軸に平行な直線上であってＸ軸の負方向側に位置するように配置されている）。３本の供給流路１３２の供給口の径はいずれも３０ｍｍとし、ノズル１３３の径は１００ｍｍとした。
【０１２１】
上記実施例１と同様に、上吹きランス１３０ａの先端から鉛直方向下向きに１．８ｍ離れた位置に湯面に対応する水平な平面１４１が存在すると仮定し、各流量比について上吹きランス１３０ａから酸素ガスを吹き付けた際の当該平面１４１内での衝突圧力の分布を求め、上吹きランス１３０ａの先端と、その平面１４１内で衝突圧力がピーク値を示した点とを結ぶ直線を、各流量比における上吹きランス１３０ａの噴射体の噴射方向として求めた。更に、噴射方向を定量的に比較するために、各流量比について噴射角度φを求めた。噴射角度φは、平面１４１内において、当該平面１４１の中心からＸ軸の正方向に向かう直線の方向をゼロとし、当該直線からの周方向の角度として定義した（後述する図１６を参照）。
【０１２２】
いずれの流量比における計算でも、酸素ガスの総供給量は１８００Ｎｍ３／ｈとした。また、減圧された真空槽１２０内の雰囲気中に酸素ガスが噴射されることを模擬して、容器１２０ａの内部は４．７ｋＰａとした。
【０１２３】
数値解析シミュレーションの結果を、図１５〜図１７に示す。図１５は、実施例２における数値解析シミュレーションの結果である、上吹きランス１３０ａから噴射される酸素ガスの挙動を示す図である。図１６は、実施例２における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における、平面１４１内での衝突圧力の様子を示す図である。図１７は、実施例２における数値解析シミュレーションの結果である、各流量比における噴射角度φを示す図である。
【０１２４】
なお、実施例２では、３本の供給流路１３２のうち、図５に示す上吹きランス１３０ａの上面図において紙面右上に供給口が位置する供給流路１３２ｖからは酸素ガスの供給を行わず、残りの２本の供給流路１３２ｕ、１３２ｗからの酸素ガスの流量比を調整した。実施例２において、流量比が「ｘ：ｙ」であるとは、「図５に示す上吹きランス１３０ａの上面図において紙面左側に供給口が位置する供給流路１３２ｕの流量：図５に示す上吹きランス１３０ａの上面図において紙面右下に供給口が位置する供給流路１３２ｗの流量＝ｘ：ｙ」であることを意味している。
【０１２５】
図１５では、一例として、流量比が７：３である場合における、酸素ガスの挙動を示している。図１５に示すように、流量比が調整されることにより、上吹きランス１３０ａからの噴射体の噴射方向が、周方向に沿って所定の角度だけ変化していることが分かる。
【０１２６】
図１６では、平面１４１内に、各流量比について、衝突圧力が所定の値である等圧力線を示している。図中の等圧力線０、等圧力線１、等圧力線２、等圧力線３、等圧力線４、等圧力線５は、それぞれ、流量比が１０：０、９：１、８：２、７：３、６：４、５：５である場合についての結果に対応している。図１６を参照すると、等圧力線０は、平面１４１内において、噴射角度φが略ゼロである方向に存在している。これは、流量比が１０：０である場合には、供給流路１３２ｕからしか酸素ガスが供給されないため、水平面内において当該供給流路１３２ｕの供給口が設けられる側とは逆方向であるＸ軸の正方向に向かって、酸素ガスが噴射されるからである。また、等圧力線０から等圧力線５に向かうにつれて、これらの等圧線の位置が、徐々に周方向に反時計回りに移動していることが分かる。これは、流量比が１０：０から５：５に変化するにつれて、上吹きランス１３０ａからの噴射体の噴射方向が、周方向に変化していることを意味している。
【０１２７】
図１７では、横軸に流量比を取り、縦軸に噴射角度φを取り、計算の結果求まった両者の関係をプロットしている。図１７を参照すると、流量比が１０：０、９：１の場合には、噴射角度φはゼロ近傍の値であるが、流量比が８：２、７：３、６：４、５：５と変化するにつれて、噴射角度φが徐々に大きくなっていることが分かる。
【０１２８】
図１５〜図１７に示す結果から、本実施形態の一変形例に係る上吹きランス１３０ａにおいて、３本の供給流路１３２からの流量比を適宜調整することにより、その噴射体の噴射方向を、周方向に沿って変更可能であることが確認できた。
【実施例３】
【０１２９】
以上説明した図８に示す上吹きランス１３０ｄ及び図９に示す上吹きランス１３０ｅにおける、湯面への噴射体の衝突圧力について検証するために、数値解析シミュレーションを実行した。当該数値解析シミュレーションでは、実施例１と同様に、図１０に示すように、真空槽１２０を模擬した円筒形状の容器１２０ａの内部に上吹きランス１３０、１３０ｄ及び１３０ｅの３つのそれぞれについて数値解析モデルを作成し、流量比を変化させながら２本の供給流路１３２、１３２ｄ及び１３２ｅから酸素ガスを供給し、当該酸素ガスの挙動を計算によって求め、上記実施例１と同様にして、各流量比での上吹きランス１３０、１３０ｄ及び１３０ｅからの噴射体の圧力分布を調べた。
【０１３０】
上吹きランス１３０、上吹きランス１３０ｄ及び上吹きランス１３０ｅと、容器１２０ａとの位置関係は、上記実施例１と同様とした。ただし、上吹きランス１３０ｄにおける供給流路１３２ｄの供給口の面積及び上吹きランス１３０ｅにおける供給流路１３２ｅの供給口の面積は、上吹きランス１３０における供給流路１３２の供給口の面積と等しいものとした。また、２本の供給流路のＸ軸方向の間隔は５ｍｍとした。
【０１３１】
いずれの流量比における計算でも、酸素ガスの総供給量は１８００Ｎｍ３／ｈとした。また、減圧された真空槽１２０内の雰囲気中に酸素ガスが噴射されることを模擬して、容器１２０ａの内部は４．７ｋＰａとした。
【０１３２】
数値解析シミュレーションの結果を、図１８に示す。図１８は、平面１４１内での衝突圧力分布を示す図である。図１８左図は、供給口の形状が半円形である供給流路１３２ｄを有する上吹きランス１３０ｄの数値解析シミュレーション結果である。図１８中央図は、供給口の形状が直角二等辺三角形である供給流路１３２ｅを有する上吹きランス１３０ｅの数値解析シミュレーション結果である。図１８右図は、供給口の形状が円形である供給流路１３２を有する上吹きランス１３０の数値解析シミュレーション結果である。図１８では、横軸に、図１１に示した平面１４１上における、当該平面１４１の中心を原点とするＸ軸方向の距離ｘを取り、縦軸に平面１４１上における噴射体の衝突圧力を取り、両者の関係をプロットしている。図１８における縦軸は、いずれも同一スケールで示されている。
【０１３３】
供給口の形状が円形の供給流路１３２を有する上吹きランス１３０、供給口の形状が半円形である供給流路１３２ｄを有する上吹きランス１３０ｄ、及び、供給口の形状が直角二等辺三角形である供給流路１３２ｅを有する上吹きランス１３０ｅのいずれの場合であっても、図１８に示すように、流量比を変更すると噴射体の噴射方向を制御することができることが分かった。さらに、上吹きランス１３０ｄ及び上吹きランス１３０ｅでは、上吹きランス１３０よりも高い衝突圧力が得られることが分かった。
【実施例４】
【０１３４】
続いて、数値解析シミュレーションを行い、供給流路の供給口の重心位置の違いによる、衝突圧力分布への影響をより詳細に調査した。図１９は、１本の供給流路１３２ｆを有する上吹きランス１３０ｆの構成を示す図である。図１９では、上段に上吹きランス１３０ｆの上面図（Ｚ軸の正方向から見た図）を示し、下段に上吹きランス１３０ｆの中心軸を通る側断面図を示している。上吹きランス１３０ｆの供給流路１３２ｆの供給口の重心Ｃ４は、ノズル１３３の中心軸Ｃ１から距離ａだけ離れて位置している。本実施例では、上吹きランス１３０、上吹きランス１３０ｄ、上吹きランス１３０ｅ、及び上吹きランス１３０ｆについて数値解析シミュレーションを実行した。なお、上吹きランス１３０ｆについては、距離ａを異ならせた２つの条件で数値解析シミュレーションを行った。上吹きランス１３０の供給流路１３２の各供給口の重心の位置は、ノズル１３３の中心軸Ｃ１からの距離ａを１７．５ｍｍとし、上吹きランス１３０ｄの供給流路１３２ｄの各供給口の重心Ｃ２の位置は、ノズル１３３の中心軸Ｃ１からの距離ａを１０．６ｍｍとし、上吹きランス１３０ｅの供給流路１３２ｅの各供給口の重心Ｃ３の位置は、ノズル１３３の中心軸Ｃ１からの距離ａを１１．７ｍｍとした。また、上吹きランス１３０ｆについては、距離ａを１０ｍｍ及び２０ｍｍとした。
【０１３５】
当該数値解析シミュレーションでは、実施例１と同様にして数値解析モデルを作成し、供給流路１３２、１３２ｄ、１３２ｅ、及び１３２ｆから酸素ガスを供給し、当該酸素ガスの挙動を計算によって求め、上吹きランスからの酸素ガスの衝突圧力を調べた。上吹きランス１３０、１３０ｄ、１３０ｅについては、一方の供給流路からのみ噴射させた酸素ガスの衝突圧力を調べた。
【０１３６】
上吹きランス１３０ｆにおける供給流路１３２ｆの供給口の面積、上吹きランス１３０における供給流路１３２ｒの供給口の面積、上吹きランス１３０ｄにおける供給流路１３２ｄｒの供給口の面積、及び上吹きランス１３０ｅにおける供給流路１３２ｅｒの供給口の面積は等しくなるように設定した。
【０１３７】
数値解析シミュレーションの結果を図２０に示す。図２０は、供給流路の供給口の重心の違いによる衝突圧力分布への影響を示す図である。図２０に示すように、供給流路の供給口形状が半円形である上吹きランス１３０ｄ、供給流路の供給口形状が直角二等辺三角形である上吹きランス１３０ｅ、及び距離ａが１０ｍｍである上吹きランス１３０ｆの噴射体の衝突圧力が、上吹きランス１３０及び距離ａが２０ｍｍである上吹きランス１３０ｆの噴射体の衝突圧力よりも高くなることが分かった。よって、供給口における供給流路の重心とノズル１３３の中心軸との距離ａが短いほど、大きな衝突圧力が得られることが分かった。ゆえに、２本の供給流路の間隔を狭めることにより、各供給流路の供給口の重心とノズルの中心軸との距離を短くすることができ、噴射体の湯面への衝突圧力を大きくすることが可能となることが分かった。しかしながら、供給流路をノズルの中心軸に近づけて供給流路の供給口の重心とノズルの中心軸との距離を短くすることには限界がある。供給流路の供給口の重心が、供給口におけるノズルの中心軸からの最遠部及び最近部の中央位置よりノズルの中心軸側に位置するように供給流路の供給口の形状を設定することによって、２本の供給流路の間隔を狭めずとも、供給流路の供給口の重心とノズルの中心軸との距離を短くすることができる。このような考えに基づいて供給流路の供給口の形状を設定したところ、高い衝突圧力を維持することが可能であることが分かった。
【０１３８】
（４．補足）
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１３９】
１０    ＲＨ装置
１１０    取鍋
１２０    真空槽
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ    上吹きランス
１３１    ランス本体
１３２、１３２ｄ、１３２ｅ、１３２ｆ、１３２ｒ、１３２ｓ、１３２ｕ、１３２ｖ、１３２ｗ    供給流路
１３３、１３３ｂ、１３３ｃ    ノズル
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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