(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の薄スラブを鋳造するための薄スラブ用ノズル（１）であって、前記薄スラブ用ノズルは、
長手方向軸線（Ｘ１）と該長手方向軸線（Ｘ１）に垂直な第１の横方向軸線（Ｘ２）とによって規定される第１の対称平面（Π１）に対して対称であり、かつ
前記長手方向軸線（Ｘ１）と、前記長手方向軸線（Ｘ１）および前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に垂直な第２の横方向軸線（Ｘ３）とによって規定される第２の対称平面（Π２）に対して対称である
形状を有し、前記薄スラブ用ノズル（１）は、インレット部からアウトレット拡散部まで前記長手方向軸線（Ｘ１）に沿って延在しており、
前記インレット部は、前記薄スラブ用ノズルの上流側端部に位置しており、前記長手方向軸線（Ｘ１）に対して垂直方向のインレットオリフィス（５０ｕ）を備え、
前記アウトレット拡散部は、前記薄スラブ用ノズルの下流側端部に位置しており、第１および第２のアウトレットポートオリフィス（５１ｄ）を備え、前記アウトレット拡散部は、前記第２の横方向軸線（Ｘ３）に沿って測定した幅および前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に沿って測定した厚さを有し、前記幅は前記厚さよりも少なくとも３倍大きく、  前記薄スラブ用ノズル（１）は、前記インレット部と前記アウトレット拡散部との間の遷移部を形成する接続部を備えており、
前記薄スラブ用ノズルは中央ボア（５０）をさらに備えており、該中央ボア（５０）は、ボア壁によって画定され、前記インレットオリフィス（５０ｕ）で開き、デバイダ（１０）の上流側端部（１０ｕ）で閉じるまで前記長手方向軸線（Ｘ１）に沿って前記インレットオリフィスから延在し、
前記中央ボアは、
前記インレットオリフィス（５０ｕ）を備えており、高さＨａにわたって延在する上流ボア部（５０ａ）と、
収斂ボア部（５０ｅ）であって、該収斂ボア部（５０ｅ）は、前記上流ボア部（５０ａ）に隣接して、上流側境界（５ａ）を形成しており、前記収斂ボア部（５０ｅ）は、高さＨｅであり、前記薄スラブ用ノズルの前記接続部に位置している前記収斂ボア部（５０ｅ）と、
前記収斂ボア部（５０ｅ）に隣接しており、前記薄スラブ用ノズルの前記アウトレット拡散部に位置し、前記デバイダ（１０）の前記上流側端部（１０ｕ）の高さで終端している、高さＨｆの薄ボア部（５０ｆ）と、
前記デバイダ（１０）によって分離され、前記第２の対称平面Π２に平行に延在する第１および第２のフロントポート（５１）であって、該第１および第２のフロントポートは、前記収斂ボア部（５０ｅ）の２つの対向する壁上で少なくとも部分的に開いている第１および第２のポートインレット（５１ｕ）から、前記第１および第２のアウトレットポートオリフィス（５１ｄ）まで延在しており、前記第１および第２のフロントポート（５１）は、前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に沿って測定される幅（Ｗ５１）を有し、該幅（Ｗ５１）は、前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に沿って測定される前記上流ボア部（５０ａ）の幅（Ｄ２（Ｘ１））よりも常に小さい、前記第１および第２のフロントポート（５１）と
を備え、
前記中央ボア（５０）は、前記上流ボア部（５０ａ）の高さＨａの少なくとも９０％にわたる前記ボア壁の任意の点での曲率半径（ρａ１）が無限大に近く、前記上流ボア部（５０ａ）の前記ボア壁が略直線状であり、前記薄ボア部（５０ｆ）の高さＨｆが、前記収斂ボア部（５０ｅ）の下端と前記ポートインレット（５１ｕ）の下端との間の距離を規定する、薄スラブ用ノズル（１）において、
（ａ）前記第１の対称平面Π１に沿う前記薄スラブ用ノズルの断面において、前記中央ボア（５０）の前記壁の形状が、
前記収斂ボア部（５０ｅ）の前記ボア壁の任意の点での曲率半径が有限であり、
前記収斂部（５０ｅ）の高さＨｅに対する前記薄ボア部（５０ｆ）の高さＨｆの比が１以下であり（Ｈｆ／Ｈｅ≦１）、
（ｂ）前記収斂ボア部（５０ｅ）は、高さＨｃの端ボア部（５０ｃ）と高さＨｂの遷移ボア部（５０ｂ）との２つのボア部にさらに分割され、
前記遷移ボア部（５０ｂ）は、前記上流ボア部（５０ａ）および前記端ボア部（５０ｃ）に隣接して、前記上流ボア部（５０ａ）と前記端ボア部（５０ｃ）との間に設けられ、一端に前記端ボア部との遷移境界（５ｂ）を形成し、他端に前記上流ボア部との前記上流側境界（５ａ）を形成し、
前記第１の対称平面Π１に沿う前記薄スラブ用ノズルの断面において、前記収斂ボア部（５０ｅ）の壁の形状は、
前記端ボア部（５０ｃ）のボア壁の任意の点での曲率半径（ρｃ１）が、前記上流側境界（５ａ）における前記中央ボア（５０）の幅（Ｄ２ａ）の２分の１以下（ρｃ１≦１／２×Ｄ２ａ）であり、
前記遷移ボア部（５０ｂ）のボア壁の任意の点での曲率半径ρｂ１が、前記幅（Ｄ２ａ）の２分の１よりも大きく、かつ５×ρｃ１と５０×Ｄ２ａとの間にあり、
前記端ボア部（５０ｃ）に対する前記遷移ボア部（５０ｂ）の高さの比（Ｈｂ／Ｈｃ）が、３〜１２であり、
（ｃ）前記第１の対称平面Π１に沿う前記薄スラブ用ノズルの断面上で測定される曲率半径ρｂ１は、前記遷移ボア部（５０ｂ）のボア壁の任意の点で一定であり、及び／又は、
前記第１の対称平面Π１に沿う前記薄スラブ用ノズルの切断面上で測定される曲率半径ρｃ１は、前記端ボア部（５０ｃ）のボア壁の任意の点で一定である
ことを特徴とする薄スラブ用ノズル。
【請求項２】
前記中央ボア（５０）並びに前記第１および第２のフロントポート（５１）の前記長手方向軸線Ｘ１に垂直な平面Π３で測定される全断面積Ａ（Ｘ１）は、前記上流側境界（５ａ）での全断面積Ａａに対する前記全断面積Ａ（Ｘ１）の相対変化ΔＡ（Ｘ１）／Ａａ＝｜Ａａ−Ａ（Ｘ１）｜／Ａａが、前記上流側境界（５ａ）から前記収斂ボア部（５０ｅ）の前記高さＨｅの７０％まで下方の、前記長手方向軸線（Ｘ１）と交差する任意の平面Π３について、１５％以下であることを特徴とする請求項１に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項３】
前記第１および第２のポートインレット（５１ｕ）を除いて、前記第１の対称平面Π１に沿う前記薄スラブ用ノズルの断面に関する請求項１、請求項３および請求項４において規定される前記収斂ボア部（５０ｅ）、前記遷移ボア部（５０ｂ）および前記端ボア部（５０ｃ）のボア壁の曲率半径および高さ比は、前記第２の対称平面Π２および前記第１の長手方向軸線（Ｘ１）を含む任意の平面Πｉに沿う前記薄スラブ用ノズルの断面に適用される、請求項１または請求項２に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項４】
前記中央ボア（５０）の前記収斂ボア部（５０ｅ）は、前記第１および第２のポートインレット（５１ｕ）を除いて、前記長手方向軸線（Ｘ１）に垂直な平面Π３に沿う楕円形または円形の断面を有し、該断面は、前記第１の横方向軸線（Ｘ２）および前記第２の横方向軸線（Ｘ３）に沿って、主直径Ｄ２（Ｘ１）、Ｄ３（Ｘ１）をそれぞれ有し、該断面の寸法は、比Ｄ２（Ｘ１）／Ｄ３（Ｘ１）が、Ｄ２（Ｘ１）≦Ｄ３（Ｘ１）の条件で一定の値を維持するように、前記長手方向軸線（Ｘ１）に沿って変化する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項５】
前記収斂ボア部（５０ｅ）は、前記第１および第２のポートインレット（５１ｕ）を除いて、前記長手方向軸線（Ｘ１）について回転対称の形状を有する、請求項３に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項６】
前記薄スラブ用ノズルの前記上流側端部から前記第１および第２のポートインレットの前記上流側端部（５１ｕ）までの距離は、前記上流ボア部（５０ａ）の高さＨａ±７％の範囲にあり、及び／又は、前記高さＨａ＋３０ｍｍの範囲にあり、
前記第２の対称平面Π２上において、前記第１および第２のフロントポート（５１）は、５°〜４５°の前記長手方向軸線（Ｘ１）に対する角度αで前記中央ボア（５０）に合流する、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項７】
前記第１および第２のフロントポート（５１）と接する前記デバイダ（１０）の壁の、前記第２の対称平面Π２に沿う断面における形状は、まず前記デバイダが最大幅に達するまで広がり、次に、前記薄スラブ用ノズルの前記下流側端部に達するまで収斂することによって、前記長手方向軸線（Ｘ１）に沿って前記デバイダの前記上流側端部（１０ｕ）から前記薄スラブ用ノズルの前記下流側端部まで延びる両方の壁によって特徴づけられる請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項８】
前記デバイダ（１０）の高さＨｄは、前記収斂ボア部（５０ｅ）の高さの少なくとも２倍大きい（Ｈｄ≧２Ｈｅ）、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項９】
前記上流側境界（５ａ）での前記中央ボア（５０）の前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に沿う前記幅Ｄ２ａに対する、前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に沿う前記第１および第２のフロントポートの幅Ｗ５１の比Ｗ５１／Ｄ２ａは、１５％〜４０％である、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項１０】
前記上流側境界（５ａ）での前記中央ボア（５０）の前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に沿う幅Ｄ２ａに対する、前記遷移境界線（５ｂ）での前記中央ボア（５０）の前記第１の横方向軸線（Ｘ２）に沿う幅Ｄ２ｂの比Ｄ２ｂ／Ｄ２ａは、６５％〜８５％である、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項１１】
前記収斂ボア部（５０ｅ）における前記長手方向軸線（Ｘ１）に垂直な任意の平面（Π３）上の全断面積Ａの、前記長手方向軸線（Ｘ１）上の前記平面（Π３）の位置に対する導関数ｄＡ／ｄＸ１は、必ず０以下になっている（ｄＡ／ｄＸ１≦０）、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項１２】
前記収斂ボア部（５０ｅ）の高さＨｅに対する前記薄ボア部（５０ｆ）の高さＨｆの比は５０％以下であり、及び／又は、
前記中央ボア（５０）の全高さに対する前記薄ボア部（５０ｆ）の高さＨｆの比は１５％以下である、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズル。
【請求項１３】
薄スラブを鋳造する金属鋳造装置において、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された薄スラブ用ノズルに流体連通するアウトレットが少なくとも設けられているタンディッシュを備え、前記薄スラブノズルのアウトレット拡散部が、薄スラブ用モールドに挿入されている、金属鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属または合金の薄スラブを連続鋳造するための浸漬ノズル（以下、「薄スラブ用ノズル」と称する）に関するものである。特に、本発明は、薄スラブ用モールドへ注入する金属溶湯を極めて大きい流量で良好に制御することを可能にする特定の形状を有する薄スラブ用ノズルに係るものである。本発明は、このような薄スラブ用ノズルを備えた金属鋳造装置にも関する（後に続く圧延の有無に関係しない）。
【背景技術】
【０００２】
連続金属形成プロセスでは、金属の溶湯は、１つの冶金用容器から別の冶金用容器または鋳型またはツールに移される。たとえば、図１に示されているように、取鍋１１が炉からの溶湯で満たされ、取鍋シュラウドノズル１１１を通じてタンディッシュ１０に移される。その後、溶湯は、タンディッシュから、スラブ、ビレット、梁、薄スラブまたはインゴットを形成するためのモールドに鋳込ノズル１を通じて鋳込むことができる。タンディッシュからの溶湯の流れは、重力によって鋳込ノズル１に通され、流量はストッパ７によって制御される。ストッパ７は、上部に移動可能に設置されており、鋳込ノズルのインレットオリフィスと同軸（すなわち鉛直）になるように延びるロッドである。ノズルのインレットオリフィスに隣接するストッパの端部がストッパヘッドであり、ストッパ端部は、インレットオリフィスの形状に適合する形状を有し、これにより、これらが接触すると、ノズルのインレットオリフィスが封止されるようになっている。タンディッシュからのおよび鋳型への溶湯の流量溶は、ストッパを上下に連続的に変位させることによりストッパヘッドとノズルオリフィスとの間の空間を制御することにより、制御される。
【０００３】
ノズルを通る金属の溶湯の流量Ｑの制御は非常に重要である。なぜなら、流量Ｑの変化が、鋳型１００で形成される溶湯のメニスカス２００ｍの高さを対応して変化させるからである。静止状態のメニスカスの高さは、以下の理由のために得られなければならない。液体潤滑スラグは、製造中のスラブのメニスカスで特別な粉末を溶融させることにより人工的に製造され、流れが進行するにしたがって鋳型壁に沿って分配される。メニスカスの高さが過度に変化する場合、潤滑スラグは、波形のメニスカスの最も低下した部分に集まる傾向があり、そのために、頂部が露出部して、潤滑剤がなくなることになるか、潤滑剤が少なくなり、鋳型が劣化するとともに製造される金属部分の表面にも有害である。さらに、メニスカスの高さが極めて激しく変化することにより、鋳造される金属部分に潤滑スラグが取り込まれる危険性が増大し、このことも、もちろん製品の品質に有害である。最後に、メニスカスの高さ変化により、ノズルの耐熱性外壁の摩耗速度が増大し、ノズルの耐用寿命が短くなる。
【０００４】
冶金学の特定の分野として、薄い金属ストリップの製造がある。本来、ストリップの最終的な寸法は冷間圧延によって得られる。冷間圧延は高価なプロセスである。その理由としては、半仕上げ製品を鋳造装置により製造し、その鋳造材を冷却、保管、多くの場合新しい工場に運搬する必要があり、再加熱してされて厚いストリップに熱間圧延して、最後に冷間圧延および焼鈍する必要があるからである。例えば、連続鋳造機を熱間圧延ステーションに連結させる様々な方法が提案されており、例えば鋳１．５ｍｍ未満のオーダーの薄い寸法のストリップを連続または半連続プロセスで製造して熱間圧延工程へ送り、これにより、２分の１をはるかに超えるエネルギー消費および水消費を低減させることが提案されている。たとえば、このようなプロセスは、国際公開第９２／００８１５号、国際公開第００／５０１８９号、国際公開第００／５９６５０号、国際公開第２００４／０２６４９７号および国際公開第２００６／１０６３７６号に記載されている。特に、国際公開第２００４／０２６４９７号は、いわゆる「エンドレス」プロセスを開示しており、金属体は鋳造ステージから圧延ステージまで何ら中断なしに常に連続しており、ストリップは、すでに最終的な厚さでコイラ前にて所定長さに切断される。このラインでは、年間４００万トン以下という単一鋳造ラインでは先例のない製造量を達成できる。このようなプロセスの連続鋳造ステージにより、薄スラブ用モールドから出るスラブの中間処理を用いない薄スラブの製造が間違いなく可能になる。薄スラブは、一般的には３０〜１２０ｍｍのオーダーである薄スラブの厚さよりも実質的に大きい幅を有する半仕上げ製品である。このような用途については、製造量よりも、後続の圧延作業および圧延温度を保証するために、の大きな流量で、鋼などの薄スラブを鋳造することが必須であり、たとえば、幅１ｍｍあたり最大５Ｋｇ／ｍｉｎ、このことは、幅２．１ｍの鋼スラブを最大１０トン／ｍｉｎで鋳造することができることを意味する。非常に特別なノズルを使用しなければならならず、このノズルは、多くの場合「薄スラブ用ノズル」と称され、本明細書ではこのように記載する。図１および図２に図示されているように、薄スラブ用ノズル１は、タンディッシュ１０のような上部容器に既知の手法で接合される、長手方向軸線Ｘ１に沿って延びる管（通常、円形断面を有する円筒形であるが、必ずしも必要ではない）の上流部を備えている。薄スラブ用ノズルは、それを流れる金属溶湯２００の流量を制御するために、通常は、ストッパ７と組み合わせて使用される。上流部の反対側の下流部において、薄スラブ用ノズルは、長手方向軸線Ｘ１に垂直な第１の横方向軸線Ｘ２に沿って薄くなり、長手方向Ｘ１および第１の横方向Ｘ２の両方に垂直な第２の横方向Ｘ３に沿って広くなり、これにより、鋳型壁から必要なクリアランスを維持しつつ、薄スラブ用ノズルを鋳型空洞部に嵌入することができる。下流部は、「拡散部」または「アウトレット拡散部」と多くの場合記載され、ポートアウトレット５１ｄで開く２つのフロントポート５１が設けられている。拡散部は、スラブが成形される際に、薄スラブ用モールド１００に金属溶湯２００を供給することを可能にし、スラブは、モールドの冷却された壁と接する際にシェル２００ｓとして凝固し始める。
【０００５】
薄スラブ用ノズルの上流部と下流部は、接続部によって接続されており、薄スラブ用ノズルに全体的に典型的なシャベル状の形状を付与する。図２に図示されているように、薄スラブ用ノズルの空洞部（ボア）は、インレットオリフィスを備え、かつ分離器（デバイダ）１０の高さで終端する中央ボア５０を含んでおり（図３（ａ）で最も良好に見ることができる）、デバイダ１０は、薄スラブ用ノズルのアウトレットポートオリフィスを含む２つのポート５１を形成する。中央ボア５０は、上流ボア部５０ａおよび収斂ボア部５０ｅを備えている。収斂ボア部５０ｅは、長手方向軸線Ｘ１に対して実質的に軸対称である中央ボア５０ａの形状として非常に重要であり、その役割は、長手方向軸線Ｘ１および第２の横方向軸線Ｘ３によって規定される平面Π２に対する平面対称性を有する平坦でかつ幅広いアウトレット拡散部に延在するポート５１の高さで急激的に変化し、したがって、ノズルの上流部から下流部にわたる金属溶湯の流れパターンが顕著に乱される。したがって、薄スラブ用ノズルの収斂ボア部５０ｅは、金属溶湯が、薄スラブ用ノズルの上流部から薄スラブ用ノズルの下流側端部に位置するアウトレット拡散部にできるだけ滑らかに流れることを確実にしなければならない。金属溶湯は、低い乱流レベル（小規模の渦または大きくない乱流を意味する）、微小速度および圧力変化をともなって、できるだけ適切な状態でフロントポート５１内に入らなければならず、これにより、ポート壁に沿う流れの分離がなくなり、その結果、ポート５１ｄに沿ってできるだけ均一な速度で入る。用語「薄スラブ用ノズル」は、上記に記載されているような、タンディッシュのような冶金用容器から薄スラブ用モールドに金属溶湯を移すことに適した、このようなノズルを限定して称するためにここで用いられている。この用語は、その下流部の外壁の、実質的に軸対称な形状を有するノズルを「薄スラブ用ノズル」の定義から明示的に除外する。
【０００６】
薄スラブ用モールド内のスラグおよび金属溶湯によって形成されるメニスカス２００ｍの高さ制御は、全体的にノズルに関して上記で説明されている（図２を参照）ように、ストッパ７のストッパ上部と薄スラブ用ノズル１のインレットオリフィスとの間の距離を制御することによって主に達成される。上記で説明されたように、この制御は、鋳造される金属部分が良好な品質であることを確実にすることにとって非常に重要である。しかしながら、薄スラブ用モールドの幅または厚さＬが非常に薄いため、距離の制御は、薄スラブの鋳造にとりわけ慎重な扱いを要し難しい。そのうえ、長手方向軸線Ｘ１に垂直なこのようなモールドの断面積Ｌ×Ｗ（面積＝幅または厚さＬ×幅Ｗ）が小さいので、金属溶湯の流量Ｑの変化により、より大きな断面を有する厚い梁用、厚いプロファイル用などの他のタイプのモールドを用いるよりも際立って大きい変化の振幅をともなうメニスカスの高さの実質的な変化を生じさせる。
【０００７】
欧州特許出願公開第９２５１３２号は、タンディッシュのような金属容器から薄スラブ用モールドへの金属溶湯の流れの制御を改善し、拡散器の高さでの特定の形状の空洞部を有する薄スラブ用ノズルを提案している。たとえば、収斂ボア部５０ｅの端部の高さでの２つのフロントポートの断面積の合計は、ノズルの上流と収斂ボア部５０ａ，５０ｅとの境界での対応する断面積よりも小さい。ポートの側壁は、長手方向軸線Ｘ１および第２の横方向軸線Ｘ３によって規定される平面Π２において下方に広がるが、ポートの側壁は、軸線Ｘ１，Ｘ２およびＸ２，Ｘ３によってそれぞれ規定される平面Π１およびΠ３において収斂し、下向きの方向に断面の減少が生じる。欧州特許出願公開第９２５１３２号の図２に表わされている薄スラブ用ノズルの接続部の空洞部壁は明確に線形的に収斂している。
【０００８】
欧州特許出願公開第１８５４５７１号は、連続する輪郭を有し、３０°〜６０°の頂角を有する尖頭アーチ状のデバイダの形状に特徴のある薄スラブ用ノズルを開示している。その下部にあるデバイダは、中央の鉛直軸線に向かって側部が対称的に先細りする。この設計は、上記で説明された欧州特許出願公開第９２５１３２号に開示されるタイプの薄スラブ用ノズルに現れた欠点を解決するものである。特に、この設計は、流れの不安定性と流れの分離が流れデバイダの輪郭に沿って起こることを防ぐ。流路仕切り（流れ分岐）現象を生じさせる流れデバイダの輪郭に沿って金属が流れる際、流れの分離により渦が生成される。これらの渦は、流れによってモールドに引きずり込まれ、得られた出る流れの両方の、狭い対向する面の間の過度の流体摩擦（乱流相互作用）によって生成される乱流構造と結合する傾向があり、この結果、モールド流れパターンの不安定性、非対称および振動が起こり、また、メニスカス（バスタブ面）に向かう流れの循環が起こり、この流れの循環は、極端に速く、液体が適度に入り込めない。
【０００９】
米国特許第７７５７７４７号、国際公開第９５２９０２５号、国際公開第９８１４２９２号、国際公開第０２０８１１２８号および独国特許出願公開第４３１９１９５号の各々は、上記で説明された薄スラブ用ノズルのデバイダよりも実質的に高さの小さいデバイダを有する薄スラブ用ノズルを開示しており、高さの小さいデバイダは、１対の非常に短いポートを有する。流れが２つの個別の流れに分割された直後に、金属溶湯がアウトレットポートオリフィスから流れ出ることを許容することにより、平行な流線に近いものであって、大きいスケールの渦によって乱されず、薄スラブ用モールド内に向かう層流に似た流れを形成することはできないと考えられている。このような形状では、上流ボア部５０ａと収斂ボア部５０ｅとの間の中央ボアの明確な区別は、もはや不可能である。
【００１０】
米国特許第７７５７７４７号は、中央ボア部によって形成された流れ経路を２つのサブフローに分割する第１の中央デバイダを備える薄スラブ用ノズルを開示している。薄スラブ用ノズルは、各サブフローを２つのさらなるサブフローに分割する２つの短いデバイダをさらに備えている。これにより、４つのポートアウトレットを備えるノズルがもたらされる。第１の方向に沿って、中央ボアは、インレットオリフィスから第１のデバイダまで連続的に減少し（米国特許第７７５７７４７号の図２を参照）、中央ボア全体が連続的に収斂するので、中央ボアは、上流ボア部５０ａと収斂ボア部５０ｅに分割することができない。同様に、国際公開第９８１４２９２号および国際公開第９５２９０２５号には、中央ボア断面が、デバイダに達するまで、第１の方向に沿って連続的に細くなり、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って広くなることが示されている（国際公開第９８１４２９２号の図１５を参照）。いずれの場合にも、フロントポートは極めて短い。
【００１１】
国際公開第０２０８１１２８号では、中央ボアの上流部は、円形断面から楕円断面に連続的に変化する。収斂ボア部５０ｅを符号３として特定すると、収斂ボア部５０ｅにより中央ボアは終端しないが、収斂ボア部５０ｅは、最終的にデバイダに達して２つの極めて短いポートに沿って流れを分割するまで、単純に第１の方向に沿って細くなり、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って広くなる。独国特許出願公開第４３１９１９５号は、明確な収斂ボア部を備えた薄スラブ用ノズルを開示している。収斂ボア部は、ノズルの第１の対称面上で線形的に収斂し、第１の対称面に垂直な第２の対称面上で線形的に広がる。この場合も、収斂ボア部により中央ボアは終端せず、中央ボアは、２つのポートを形成するデバイダに突き当たるまで、薄くかつ幅広い導管として延びる。
【００１２】
薄スラブ用ノズル技術において提案された様々な解決策は、薄スラブ用ノズルと、上記で説明したプロセスにおいて鋳造ステージを熱間圧延ステージに連続的に接続させることについてのすべての厳しい流れ要求をいまだに完全に満足には満たしていない。
以下が主に要求される。
ａ）モールドに極めて大きい質量流量で金属溶湯を供給することの実現性。
ｂ）アウトレットポートでの流速の適切な分布。
ｃ）流れパターンが安定しかつ制御されている状態での、モールド内での流れの再循環（同じタイプの流れの再循環）。
ｄ）溶湯の優れた安定性の必要性、および「メニスカス」と呼ばれる溶融モールド粉末界面の必要性。
本発明は、薄スラブ用モールド内への金属溶湯の流れの優れた制御を提供し、薄スラブを、所望の寸法（たとえば＜１０ｍｍ）の薄いストリップを製造する熱間圧延ステージに直接送ることができる薄スラブ用ノズルを提案する。この利点および他の利点を以下に説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第９２／００８１５号
【特許文献２】国際公開第００／５０１８９号
【特許文献３】国際公開第００／５９６５０号
【特許文献４】国際公開第２００４／０２６４９７号
【特許文献５】国際公開第２００６／１０６３７６号
【特許文献６】欧州特許出願公開第９２５１３２号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第１８５４５７１号明細書
【特許文献８】米国特許第７７５７７４７号明細書
【特許文献９】国際公開第９５２９０２５号
【特許文献１０】国際公開第９８１４２９２号
【特許文献１１】国際公開第０２０８１１２８号
【特許文献１２】独国特許出願公開第４３１９１９５号明細書
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、添付の独立請求項に規定される。好ましい具体例は、従属請求項に規定される。特に、本発明は、金属の薄スラブを鋳造するための薄スラブ用ノズルに関する。薄スラブ用ノズルは、長手方向軸線Ｘ１およびＸ１に垂直な第１の横方向軸線Ｘ２によって規定される第１の対称平面Π１に対して対称であり、かつ長手方向軸線Ｘ１、およびＸ１とＸ２に垂直な第２の横方向軸線Ｘ３によって規定される第２の対称平面Π２に対して対称である形状を有し、薄スラブ用ノズルは、
薄スラブ用ノズルの上流側端部に位置しており、長手方向軸線Ｘ１に平行に向いているインレットオリフィスを備えるインレット部から、
薄スラブ用ノズルの下流側端部に位置しており、第１および第２のアウトレットポートオリフィスを備えるアウトレット拡散部まで、長手方向軸線Ｘ１に沿って延びており、
アウトレット拡散部は、第２の横方向軸線Ｘ３に沿って測定した幅を有し、その幅は、第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定したアウトレット拡散部の厚さよりも少なくとも３倍大きい。
接続部が、インレット部とアウトレット拡散部とを接続しており、薄スラブ用ノズルは、  ボア壁によって画定され、インレットオリフィスで開き、デバイダの上流側端部で閉じるまで長手方向軸線Ｘ１に沿ってインレットオリフィスから延びる中央ボアをさらに備えており、中央ボアは、
インレットオリフィスを備えており、高さＨａにわたって延びている上流ボア部と、
収斂ボア部であって、上流ボア部に隣接して上流側境界を形成しており、収斂ボア部は、高さＨｅであり、薄スラブ用ノズルの接続部に位置している、収斂ボア部と、
収斂ボア部に隣接しており、薄スラブ用ノズルの拡散部に位置しており、デバイダの上流側端部の高さで終端している高さＨｆの薄ボア部と、
デバイダによって分離され、第２の対称平面Π２に平行に延在する第１および第２のフロントポートであって、第１および第２のフロントポートは、収斂ボア部の２つの対向する壁上で少なくとも部分的に開いている第１および第２のポートインレットから、第１および第２のアウトレットポートオリフィスまで延在しており、第１および第２のフロントポートは、第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定される幅Ｗ５１を有し、幅Ｗ５１は、第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定される上流ボア部の幅Ｄ２（Ｘ１）よりも常に小さい、第１および第２のフロントポートと
を備える。
薄スラブ用ノズルは、第１の対称平面Π１に沿う薄スラブ用ノズルの断面において、中央ボアの壁の形状が、
上流ボア部の高さＨａの少なくとも９０％にわたるボア壁の任意の点での曲率半径ρａ１が、無限大に近く、
収斂ボア部のボア壁の任意の点での曲率半径が有限であり、
収斂部の高さＨｅに対する薄ボア部の高さＨｆの比が１以下である（Ｈｆ／Ｈｅ≦１）ことを特徴とする。
好ましくは、収斂ボア部のボア壁の任意の点での曲率半径は、収斂ボア部の高さＨｅを通じて一定でない（したがって、半球形収斂ボア部は除かれる）。
【００１５】
ここで、用語「上流」および「下流」は、薄スラブ用ノズルが使用され、タンディッシュまたは他の任意の冶金容器の底に結合されたときの金属溶湯の流れの方向に関して定義される（図１〜図６において、この方向は、鉛直方向に上（上流）から下（下流）に向かう）。
【００１６】
流線をできるだけ平行に維持し、流れの分離を防止するために、ボアの全断面積は、インレット部から、中央ボアとフロントポートとを含む接続部の上流部まで比較的一定の状態を維持することが好ましい。特に、中央ボア並びに第１および第２のフロントポートの、長手方向軸線Ｘ１に垂直な平面Π３上で測定される全断面積Ａ（Ｘ１）は、上流側境界での全断面積Ａａに対する全断面積Ａ（Ｘ１）の相対変化ΔＡ（Ｘ１）／Ａａ＝｜Ａａ−Ａ（Ｘ１）｜／Ａａが、上流側境界から下がって収斂ボア部の高さＨｅの７０％まで、長手方向軸線Ｘ１と交差する任意の平面Π３について、１５％以下であることで特徴づけられる。さらに好ましい具体例においては、収斂ボア部における長手方向軸線Ｘ１に垂直な任意の平面Π３上の全断面積Ａの、長手方向軸線Ｘ１上の平面Π３の位置に対する導関数ｄＡ／ｄＸ１は、必ず０以下（ｄＡ／ｄＸ１≦０）になるように、中央ボアおよびフロントポートの全断面が、中央ボアの高さ全体を通じて増加することがないことが好ましい。
【００１７】
好ましい具体例において、収斂ボア部は、
高さＨｃの端ボア部と、高さＨｂの遷移ボア部との２つのボア部にさらに分割され、
遷移ボア部は、上流ボア部および端ボア部に隣接して、上流ボア部と端ボア部との間に設けられ、一端に端ボア部との遷移境界を形成し、他端に上流ボア部との上流側境界を形成し、
第１の対称平面Π１に沿う薄スラブ用ノズルの断面において、収斂ボア部の壁の形状は、
端ボア部のボア壁の任意の点での曲率半径ρｃ１が、１／２×Ｄ２ａ以下（ρｃ１≦１／２×Ｄ２ａ）であり、ここで、Ｄ２ａは、上流側境界における中央ボアの幅であり、
遷移ボア部のボア壁の任意の点での曲率半径ρｂ１が、１／２×Ｄ２ａよりも大きく、かつ５×ρｃ１と５０×Ｄ２ａとの間にあり、
端ボア部（５０ｃ）に対する遷移ボア部の高さ比Ｈｂ／Ｈｃが３〜１２であることで特徴づけられる。
【００１８】
特に、端ボア部および遷移ボア部の少なくとも１つの、平面Π１に沿う断面が円弧を形成することが好ましい。換言すると、平面Π１に沿う薄スラブ用ノズルの断面上で測定される曲率半径ρｂ１は、遷移ボア部のボア壁の任意の点で一定であり、及び／又は、平面Π１に沿う薄スラブ用ノズルの断面上で測定される曲率半径ρｃ１は、端ボア部のボア壁の任意の点で一定である。
【００１９】
好ましい具体例によれば、上記で規定された対称平面Πに沿う薄スラブ用ノズルの中央ボアの断面の形状は、対称平面Π２に沿う断面にも適用され、より好ましくは、長手方向軸線Ｘ１を含む平面Πｉに沿う任意の断面にも適用される。特に、第１および第２のポートインレットを除いて、第１の対称平面Π１に沿う薄スラブ用ノズルの断面に関する上記で規定された収斂ボア部、遷移ボア部および端ボア部のボア壁の曲率半径および高さ比は、対称平面Π２および好ましくは第１の長手方向軸線Ｘ１を含む任意の平面Πｉに沿う薄スラブ用ノズルの断面に適用される。より好ましい具体例では、収斂ボア部は、長手方向軸線Ｘ１に垂直な任意の平面Π３に沿う楕円形断面を有するか、または円形断面さえ有する。円形断面の場合には、中央ボア部（ポートインレットを除く）は、回転対称形状を有する。換言すると、中央ボアは、第１および第２のポートインレットを除いて、長手方向軸線Ｘ１に垂直な平面Π３に沿う楕円形または円形の断面を有してもよく、その断面は、第１の横方向軸線Ｘ２および第２の横方向軸線Ｘ３に沿って、主直径Ｄ２（Ｘ１）、Ｄ３（Ｘ１）をそれぞれ有し、その断面の寸法は、比Ｄ２（Ｘ１）／Ｄ３（Ｘ１）が、Ｄ２（Ｘ１）≦Ｄ３（Ｘ１）の条件で、一定の値を維持するように、長手方向軸線Ｘ１に沿って変化する。このことは、円は円のままであり、楕円は、長手方向軸線Ｘ１（相似）に沿って同じ比率の楕円のままであることを意味する。
【００２０】
サイドポートインレットが、収斂ボア部に大部分が位置することが好ましい。サイドポートインレットの上流側端部は、上流側境界の近傍に位置することが好ましい。同様に、サイドポートインレットの下流側端部は、収斂ボア部の下流側端部に近いことが好ましい。したがって、サイドポートインレットの下流側端部と収斂ボア部の下流側端部との間の距離は、薄ボア部の高さＨｆによって規定され、薄ボア部の高さＨｆは、比較的小さくする必要がある。特に、薄スラブ用ノズルの上流側端部と第１および第２のポートインレットの上流側端部との間の距離は、Ｈａ（１±７％）の範囲であり、及び／又は、Ｈａ（１＋０．０７）の範囲であり、及び／又は、（Ｈａ±３０ｍｍ）の範囲である。高さＨｆに関して、収斂部の高さＨｅに対する薄ボア部の高さＨｆの比は、５０％以下、好ましくは２５％以下、より好ましくは１５％以下であることが好ましい。あるいは、中央ボアの高さ（＝Ｈａ＋Ｈｅ＋Ｈｆ）に対する薄ボア部の高さＨｆの比は、１５％、好ましくは１０％以下、より好ましくは７％以下、最も好ましくは３％以下であることが好ましい。
【００２１】
上記で説明したように、好ましくは、フロントポートは、収斂ボア部の高さ（収斂ボア部のわずかに上流および下流に及んでもよい）で中央ボア部に合流する。軸線Ｘ１、Ｘ３によって規定される平面Π２上において、好ましくは、第１および第２のフロントポートは、５°〜４５°、より好ましくは１５°〜４０°、最も好ましくは２０°〜３０°の長手方向軸線Ｘ１に対する角度αで中央ボアに合流する。上流側境界での中央ボアの第１の横方向軸線Ｘ２に沿う幅Ｄ２ａに対する、第１の横方向軸線Ｘ２に沿う第１および第２のフロントポートの幅Ｗ５１の比Ｗ５１／Ｄ２ａは、好ましくは１５％〜４０％、より好ましくは２４％〜３２％である。
【００２２】
一方のフロントポートを他方から隔てているデバイダの形状は重要である。第２の対称平面Π２に沿う断面において、第１および第２のポート５１と接するデバイダ１０は、長手方向軸線Ｘ１に沿ってデバイダの上流側端部１０ｕから薄スラブ用ノズルの下流側端部まで延在しており、まずデバイダがデバイダの最大幅に達するまで広がり、次に、薄スラブ用ノズルの下流側端部に達するまで収斂するデバイダの両方の壁によって特徴づけられる。好ましくは、デバイダ１０の高さＨｄは、収斂ボア部の高さＨｅの少なくとも２倍大きい（Ｈｄ≧２Ｈｅ）。このことは、フロントポートが、中央ボアからフロントポートに金属溶湯の流れを変えた後に金属溶湯の流れを整流化することを可能にする程度に十分長いことを確実にする。
【００２３】
好ましい具体例では、上流側境界での中央ボアの第１の横方向軸線Ｘ２に沿う幅Ｄ２ａに対する、遷移境界線での中央ボアの第１の横方向軸線Ｘ２に沿う幅Ｄ２ｂの比Ｄ２ｂ／Ｄ２ａは、６５％〜８５％、好ましくは７０％〜８０％である。
【００２４】
本発明はまた、薄スラブを鋳造する金属鋳造装置において、上記で規定された薄スラブ用ノズルに流体連通するアウトレットが少なくとも設けられているタンディッシュを備え、薄スラブノズルのアウトレット拡散部が、薄スラブ用モールドに挿入されている金属鋳造装置にも関する。特に、金属鋳造装置は、国際公開第９２／００８１５号、国際公開第００／５０１８９号、国際公開第００／５９６５０号、国際公開第２００４／０２６４９７号および国際公開第２００６／１０６３７６号のいずれかに記載されている種類のものである。
【００２５】
本発明の本質のより完全な理解のために、以下の添付の図面とともに記載されている以下の詳細な説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】薄スラブを鋳造する鋳造装置の全体図。
【図２】本発明に係る取鍋シュラウドノズルとともにタンディッシュの下部の断面側面図。
【図３】本発明の第１の具体例に係る薄スラブ用ノズルの、３つの直交する平面、Π１，Π２，Π３上の断面図。
【図４】図３で表わされている薄スラブ用ノズルの収斂ボア部を含む平面Π１，Π２上の断面図の一部の拡大図。
【図５】本発明の第２の具体例に係る薄スラブ用ノズルの、３つの直交する平面、Π１，Π２，Π３上の断面図。
【図６】図５で表わされている薄スラブ用ノズルの収斂ボア部を含む平面Π１，Π２上の断面図の一部の拡大図。
【図７】本発明に係る薄スラブ用ノズル（図５および図６に図示されているような薄スラブ用ノズル）の中央ボアおよびサイドポートの断面積を、従来技術の薄スラブ用ノズルのものと比較するグラフ。
【図８】様々な薄スラブ用ノズルの収斂ボア部に注目した、図７のグラフの拡大グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に図示されるように、本発明に係る薄スラブ用ノズル１は、タンディッシュから薄スラブ用モールド１００に金属溶湯２００を移すためにタンディッシュ１０の底床への結合に適したものである。図２に示されているように、薄スラブ用モールドは、第１の横方向Ｘ２の寸法Ｌが小さいことが特徴である。したがって、挿入される薄スラブ用ノズルの部分も、この第１の横方向Ｘ２に相当薄くなければならない。薄スラブ用ノズルを流れる金属溶湯の流量は、ストッパ７により概ね制御される。ストッパ７の機能は、本明細書の導入部で説明されている。
【００２８】
本発明に係る薄スラブ用ノズルは、図３および図５に図示されている以下の３つの主要部分を備えている。
インレット部。薄スラブ用ノズルの上流側端部に位置しており、長手方向軸線Ｘ１に直交して向いている入口オリフィス５０ｕを備え、タンディッシュの底床部への結合に適している。
アウトレット拡散部。薄スラブ用ノズルの下流側端部に位置しており、第１および第２のアウトレットポートオリフィス５１ｄを備え、第２の横方向軸線Ｘ３に沿って測定した幅は、第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定した厚さよりも少なくとも３倍大きく、薄スラブ用モールドへの挿入に適している。
接続部。インレット部とアウトレット拡散部との間の遷移部を形成する。
【００２９】
薄スラブ用ノズルは、インレットオリフィス５０ｕをアウトレットポートオリフィス５１ｄに流体接続するボア（空洞）系を備えている。図２、図３および図５に図示されるように、ボア系は、ボア壁によって画定される中央ボア５０を含み、中央ボア５０は、インレットオリフィス５０ｕで開き、長手方向軸線Ｘ１に沿ってインレットオリフィスから延びてデバイダ１０の上流側端部１０ｕで閉じる。中央ボアは、上流ボア部５０ａを含み、上流ボア部５０ａは、インレットオリフィスを備え、高さＨａにわたって延在し、上流ボア部５０ａに隣接して、収斂ボア部５０ｅとの上流側境界５ａを形成する。
収斂ボア部５０ｅは、高さＨｅで、薄スラブ用ノズルの接続部に位置する。
薄ボア部５０ｆが、収斂ボア部５０ｅに隣接しており、高さＨｆであり、薄スラブ用ノズルの拡散部に位置しており、デバイダ１０の上流側端部１０ｕの高さで終端する。
第１および第２のフロントポート５１は、デバイダ１０によって分離されており、第２の対称面Π２に平行に広がっている。第１および第２のフロントポートは、収斂ボア部５０ｅの２つの対向する壁上で少なくとも部分的に開いている第１および第２のポートインレット５１ｕから、第１および第２のアウトレットポートオリフィス５１ｄまで延在する。第１および第２のフロントポート５１は、第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定される幅Ｗ５１を有し、幅Ｗ５１は、第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定される上流ボア部５０ａの幅Ｄ２（Ｘ１）よりも常に小さい。
【００３０】
上流部およびアウトレット拡散部の形状は、大きく異なる。前者は略円筒形であり、後者は、薄く平坦で末広がりに広がっている。これらの部分のボア系の形状もやはり実質的に異ならなければならない。上流ボア部は、広い意味で略角柱形または略楕円形であり、または、必ずしも必要ではないが、多くの場合は円筒形であり、または側壁が５°以下の適度な角度で下流にゆっくり収斂する相似形である。いずれの場合にも、その形状がストッパヘッド７の形状に適合しなければならない上流オリフィス５０ｕは別として、上流ボア部５０ａの壁は、実質的に直線状である。すなわち、上流ボア部５０ａの高さＨａの少なくとも９０％（インレットオリフィスの領域を除く）にわたるボア壁の任意の点での曲率半径ρａ１は、無限大に向かう。他方、フロントポート５１は、これを薄スラブ用モールドに嵌入することができるように、第１の横方向Ｘ２に沿って狭くなっており、十分な断面積（長手方向軸線Ｘ１に垂直な任意の平面Π３に沿った断面積）を維持するために第２の横方向Ｘ３に沿って末広がりに広がる。
【００３１】
上流ボア部とフロントポートとの間のこのようなボア形状の相違とともに、薄スラブ用ノズルの接続部分に対応するボア系領域として定義され、かつ収斂ボア部５０ｅ、薄ボア部５０ｆおよびフロントポート５１の上流部を含む接続ボア部の形状は、金属溶湯が、所定の状態、すなわち、薄スラブ用ノズルの上流オリフィス５０ｕから下流ポートオリフィス５１ｄへの流線に関して層流であるような、いわゆる「完全乱れ確立態様」（大きいスケールの渦によって乱されない）で滑らかに流れることを確実にするために最も重要であることは明確である。第１の対称平面Π１に沿う本発明に係る薄スラブ用ノズルの断面では、接続ボア部５０ｅの中央ボア５０の壁の形状は、以下のように特徴づけられる。
収斂ボア部５０ｅのボア壁の任意の点での曲率半径は、有限である。
収斂部５０ｅの高さＨｅに対する薄ボア部５０ｆの高さＨｆの比は１以下である（Ｈｆ／Ｈｅ≦１）。
【００３２】
図３および図４は、本発明の第１の具体例を示す。図３（ｂ）および図４（ｂ）は、軸線Ｘ１、Ｘ２によって定義される第１の対称平面Π１に沿う断面を示す。図３および図４の図（ａ）と図（ｂ）を比較することによって、本具体例において、上流ボア部（５０ａ）が直線状の壁を有する円筒形である一方で、収斂ボア部５０ｅの壁が湾曲することを極めて明確に認識できる。また、中央ボア５０が薄スラブ用ノズルのアウトレット拡散部にあまり深く突き出ないことが重要である。すなわち、薄ボア部５０ｆの高さＨｆは、収斂ボア部５０ｅの高さＨｅよりも大きくすることはできない（Ｈｆ／Ｈｅ≦１）。好ましくはＨｆ／Ｈｅ＜０．５、より好ましくはＨｆ／Ｈｅ≦０．２５、最も好ましくはＨｆ／Ｈｅ≦０．１５である。このことは、フロントポート内の金属溶湯の流れがフロントポートアウトレット５１ｄに達する前に、その流れが正しい方向に整流化されるように流れが十分に長いことを確実にするために重要である。薄ボア部５０ｆは、好ましくは、中央ボア５０の全高さ（Ｈａ＋Ｈｅ＋Ｈｆ）の１５％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは７％以下、最も好ましくは３％以下の高さＨｆを有する。特定の具体例では、Ｈｆ＝０である。
【００３３】
さらに、中央ボア５０のボア系下流の部分の高さＨｄ、すなわち、デバイダ１０の上流側端部１０ｕの下流に位置し、デバイダの高さＨｄに対応する高さＨｄが、第１および第２のフロントポート５１内の流れを整流化するように十分に高いことが有効である。特に、デバイダ１０の高さＨｄは、収斂ボア部５０ｅの高さＨｅの少なくとも２倍大きい（Ｈｄ≧２Ｈｅ）ことが好ましい。第１および第２のフロントポート５１に沿う流れは、デバイダ１０により最も良好に整流化され、デバイダ１０は、長手方向軸線Ｘ１に沿ってデバイダの上流側端部１０ｕから薄スラブ用ノズルの下流側端部まで延在し、まずデバイダがその最大幅に達するまで広がり、次に、薄スラブ用ノズルの下流側端部に達するまで収斂する、第２の対称平面Π２に沿う断面における２つの壁によって特徴づけられる。
【００３４】
図５および図６は、本発明の好ましい具体例を図示する。これらの図では、収斂ボア部５０ｅは、以下の２つのボア部にさらに分割される。
高さＨｃの端ボア部５０ｃ。
上流ボア部５０ａおよび端ボア部５０ｃに隣接して、上流ボア部５０ａと端ボア部５０ｃとの間に設けられた遷移ボア。すなわち、一端に端ボア部との遷移境界５ｂを形成し、他端に上流ボア部との上流側境界５ａを形成する高さＨｂの遷移ボア部５０ｂ。
第１の対称平面Π１に沿う薄スラブ用ノズルの断面において、収斂ボア部５０ｅの壁の形状は以下のように特徴づけられる。
端ボア部５０ｃのボア壁の任意の点での曲率半径ρｃ１は、１／２×Ｄ２ａ以下であり、ここで、Ｄ２ａは、上流側境界５ａにおける中央ボア５０の幅である（ρｃ１≦１／２×Ｄ２ａ）。
遷移ボア部５０ｂのボア壁の任意の点での曲率半径ρｂ１は、１／２×Ｄ２ａよりも大きく、かつ５×ρｃ１から５０×Ｄ２ａまでである。
【００３５】
この具体例では、遷移ボア部５０ｂの高さＨｂは、端ボア部５０ｃの高さＨｃよりも実質的に大きいものとする。特に、高さ比Ｈｂ／Ｈｃは、３〜１２とする。
【００３６】
好ましい具体例では、遷移ボア部５０ｂおよび端ボア部５０ｃの少なくとも一方または両方の曲率半径ρｂ１，ρｃ１は、対応するボア部５０ｂ，５０ｃの全高さＨｂ，Ｈｃにわたって一定であり、したがって、図６（ｂ）に図示されているように、対応する円弧を形成する。
【００３７】
第１および第２のポートインレット５１ｕの存在を除いて、軸線Ｘ１、Ｘ２によって定義される対称平面Π１に沿う断面に関して上記で定義される中央ボア５０の形状は、必要な変更を加えて、軸線Ｘ１、Ｘ３によって定義される対称平面Π２に沿う断面（平面Π２の曲率半径がρｂ２およびρｃ２によって参照されている図６（ａ）に図示されているような断面）に適用され、さらに好ましくは、長手方向軸線Ｘ１を含む任意の平面Πｉに沿う断面に適用されることが好ましい。たとえば、中央ボア５０の収斂ボア部５０ｅは、第１および第２のポートインレット５１ｕを除いて、長手方向軸線Ｘ１に垂直な平面Π３に沿う楕円形または円形の断面を有してもよく、その断面は、第１の横方向軸線Ｘ２および第２の横方向軸線Ｘ３に沿って、主径Ｄ２（Ｘ１）、Ｄ３（Ｘ１）をそれぞれ有し、その断面の寸法は、比Ｄ２（Ｘ１）／Ｄ３（Ｘ１）が、Ｄ２（Ｘ１）≦Ｄ３（Ｘ１）の状態で、一定の状態を維持するように、長手方向軸線Ｘ１に沿って変化する。Ｄ２（Ｘ１）＝Ｄ３（Ｘ１）の場合、収斂部５０ｅの断面は円形である。上流ボア部５０ａが円筒形である場合、中央ボア５０の形状（ポートインレット（５１ｕ）を除く）は、回転対称形状である。
【００３８】
収斂ボア部および薄ボア部５０ｅ，５０ｆを備える接続ボア部は、上流側境界５ａで幅Ｄ２ａの円筒形の（または同様の）ボアから、幅Ｄ２ａよりも実質的に小さい幅Ｗ５１のフロントポートへの滑らかな流れ遷移を可能にしなければならない。たとえば、第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定する際、第１の横方向軸線Ｘ２に沿う第１および第２のフロントポートの幅Ｗ５１と上流側境界５ａでの中央ボア５０の第１の横方向軸線Ｘ２に沿う幅Ｄ２ａとの比Ｗ５１／Ｄ２ａは、通常は１５％〜４０％であり、好ましくは２４％〜３２％である。収斂ボア部５０ｅが遷移ボア部５０ｂおよび端ボア部５０ｃを備える図５および図６に図示されたノズルの場合には、上流側境界５ａでの中央ボア５０の第１の横方向軸線Ｘ２に沿う幅Ｄ２ａに対する、遷移境界線５ｂでの中央ボア５０の第１の横方向軸線Ｘ２に沿う幅Ｄ２ｂの比Ｄ２ｂ／Ｄ２ａは、６５％〜８５％、好ましくは７０％〜８０％であることが好ましい。第１および第２のフロントポート５１は、収斂ボア部の高さで中央ボア５０に接続されるが、このような形状により、全ボア面積（以下でより詳細に説明される）が、遷移ボア部５０ｂにおいて長手方向軸線Ｘ１に沿って比較的一定の状態を維持し、その後、中央ボア５０ａからフロントポート５１に向かって流れを変える前に均一な圧力場を形成するように、端ボア部５０ｃにおいて急激に減少することが可能になる。
【００３９】
長手方向軸線Ｘ１に沿う金属溶湯の圧力は、ボア系の断面積に比例するので、金属溶湯流の向きが第１および第２のフロントポート５１に向かって変えられなければならない端部１０ｕに近づくまで、ボア系の全断面積が、中央ボア５０内で実質的に一定の状態を維持することは重要である。ボア系は、角柱形であるか、わずかに広がる円錐形であるので、ボア系は上流ボア部において直線状であるが、断面積をできるだけ収斂ボア部５０ｅの深くまで実質的に一定に保つことは最も大きな問題である。「実質的に一定」および「できるだけ深く」は、ここでは、上流側境界５ａでの全断面積Ａａに対する全断面積Ａ（Ｘ１）の相対変化ΔＡ（Ｘ１）／Ａａ＝｜Ａａ−Ａ（Ｘ１）｜／Ａａが、上流側境界５ａから下がって収斂ボア部５０ｅの高さＨｅの７０％まで、長手方向軸線Ｘ１と交差する任意の平面Π３について、１５％以下であるとすることを意味する。このことは、多くともＨｅの約３０％に対応する非常に短い距離の範囲内で金属溶湯に圧力を形成することができ、第１および第２のフロントポート５１に向かって横向きに金属流を偏向させることができることを意味する。特に、断面積は、金属溶湯が中央ボア部の端１０ｕ（１０ｕは、デバイダ１０の上流側端部に対応する）に達して、ほとんどがフロントポートに流れるまで、一切増加することがないことが有効である。実際に、接続部の断面積の増加により、乱流と大きな渦の形成とをもたらす流れの分離が起こる。このような要求は、長手方向軸線Ｘ１に垂直な任意の平面Π３上の全断面積Ａの、長手方向軸線Ｘ１上の平面Π３の位置に対する、収斂ボア部５０ｅにおける導関数ｄＡ／ｄＸ１で表わすことができ、この導関数は必ず０以下になっていることが有効である（ｄＡ／ｄＸ１≦０）。
【００４０】
長手方向軸線Ｘ１に沿う位置の関数としての、長手方向軸線Ｘ１に垂直な平面Π３上の全断面ボア面積（中央ボア５０の断面積と第１および第２のフロントポート５１の断面積との合計）の変化は、第１および第２のフロントポート５１が中央ボア５０に接続している箇所に依存する。上記で説明しているように、第１および第２のフロントポートのポートインレット５１ｕは、収斂ボア部５０ｅの２つの対向する壁上で少なくとも部分的に開いていなければならない。第１および第２のポートインレット５１ｕの上流側端部は、上流側境界５ａの極めて近傍に位置することが好ましい。ここで、「極めて近傍」は、第１および第２のポートインレット５１ｕの上流側端部が、上流ボア部５０ａの高さＨａの７％以下だけ、上流側境界から隔てられることを意味する。実際には、このことが上流側境界５ａの上流または下流に３０ｍｍ以上ということを表わすことにならない。第１および第２のポートインレット５１ｕの下流側端部は、薄ボア部の高さＨｆに依存することは上記で説明されている。高さＨｆもまた極めて小さいことが好ましく、第１および第２のフロントポートのフロントポートインレット５１ｕの高さの少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％が、収斂ボア部５０ｅ内に含まれることが好ましい。
【００４１】
軸線（Ｘ１，Ｘ３）によって定義される平面Π２（図３〜図６の図（ａ）を参照）において、第１および第２のフロントポート５１は、好ましくは、５°〜４５°に、より好ましくは１５°〜４０°に、最も好ましくは２０°〜３０°の長手方向軸線Ｘ１に対する角度αで中央ボア５０に突き当たる。第１および第２のポートアウトレット５１ｄの各々は、他方では、長手方向軸線Ｘ１に、実質的に垂直な平面を画定する。ここで、「実質的に垂直」は、９０°±５°を意味する。このことは、金属溶湯が必ず長手方向軸線Ｘ１に実質的に平行な方向に薄スラブ用ノズルから流れ出ることを意味する。
【００４２】
図７および図８は、収斂ボア部の形状が相違する様々な薄スラブ用ノズルについて、長手方向軸線Ｘ１に沿う位置の関数としての全ボア面積（中央ボア５０の面積＋フロントポート５１の面積）の変化を比較する。
黒い丸は、図５および図６に図示されているような本発明に係る薄スラブ用ノズルを示す。
白い丸は、半球形形状を有する収斂ボア部を示す。
灰色の丸は、円錐形形状を有する収斂ボア部を示す。
白い三角形は、２つの収斂する平坦な壁が収斂部の端に突き当たる「マイナスドライバ」形状を有する収斂ボア部を示す。
【００４３】
どのようにボア断面積が上流側境界５ａから下がって第１および第２のポートアウトレット５１ｄまで変化するかが図７からわかる。図７および図８にプロットされる様々なノズルは収斂ボア部５０ｅの形状のみが変更されたので、アウトレット拡散部のボアのボア断面積は、すべてのノズルに共通しており、曲線は重なる。明確にするために、本発明に係るノズルの黒い丸のみが拡散部において表わされている。第１の横方向軸線Ｘ２に沿って測定された幅Ｗ５１は、長手方向軸線Ｘ１および第２の横方向軸線Ｘ３の両方にわたって一定であるので、中央ボア５０の下流の曲線の形は、平面Π２に沿う断面におけるデバイダ１０の壁形状を表わす。デバイダ１０の高さＨｄが収斂部の高さＨｅよりも大きく、したがって、金属溶湯の流れが、中央ボア５０から第１および第２のフロントポート５１に移る際に方向を変え、第１および第２のポートアウトレット５１ｄの向きによって要求される流れ方向に沿って再調整することが可能な点に注意することが重要である。
【００４４】
ボア系の断面積が、接続ボア部において、あるノズルタイプと他のノズルタイプで極めて相違するように変わることが分かる。図８は、図７のグラフの拡大であり、上流側境界５ａから下がってデバイダ１０の上流側端部１０ｕまでの接続ボア部について拡大されている。半球形収斂ボア部（白い丸）について、ボア断面積Ａが、中央ボアの端１０ｕまで急激に降下する前に、まず増加することが分かる。上記で説明しているように、断面積の増加は、流れの分離と、大きな渦および流れの不安定性を引き起こす流れの再循環とをもたらし、結果として、フロントポート５１に向かって流れの方向を変える際に、気泡および乱流が形成される場合がある。したがって、このような解決策は、薄スラブ用ノズルを通る流れの良好な制御には都合が悪い。逆に、円錐形収斂ボア部（灰色の丸）のボア断面積は、まず極めて急激に降下し、その後、中央ボア５０の端に達する前に増加する。この場合も、ボア断面積のこのような急な降下および増加が乱流を引き起こし、したがって、満足なものではない。「マイナスドライバ」形状（白い三角形）を有する収斂部を備える薄スラブ用ノズルは、ボア断面積が中央ボア５０の端に達するまで一切増加しないで継続的に減少するので、半球形形状および円錐形形状を超える向上をもたらす。２つの先細りの平坦な壁を備えている形状から予測されるように、ボア断面積は、接続ボア部の全高さＨｅにわたって実質的に直線的に減少する。前者の２つの形状を超える改善がなされている一方で、収斂部の全高さＨｅにわたって乱れずにボアの断面積を減少させることによって、圧力は、均一に分布させられ、したがって、第１および第２のフロントポート（５１）に向かって横向きの、中央ボア５０ａからの流れを十分に強く流すことができない。
【００４５】
本発明に係るノズル（黒い丸）のボア断面積は、収斂部の高さＨｅの半分を超える部分にわたって、好ましくはその７０％にわたって非常にゆるやかに減少し、その後、より急激に減少する。したがって、圧力場を均一にしつつ第１および第２のフロントポート（５１）に向かって融解金属の流れを向け直す（分布させる）ために、中央ボア５０の端における小さい体積に圧力場を生成する。このことは、中央ボアの下流での流れの分離と乱流形成とのリスクを実質的に小さくしつつ、第１および第２のフロントポートに沿う整流化された流れを形成するのに好都合である。
【００４６】
流れの整流化の改善は、乱流の形成を防止するためにもちろん重要であるが、この改善はさらにストッパによる流量を極めて正確に制御することを可能にする。薄スラブ用ノズルのインレットオリフィスの流量は、ストッパヘッド７とインレットオリフィス５０ｕのシートとを隔てる距離を変えることによって制御される。ノズルの長手方向軸線Ｘ１に沿うボア断面積の変化により、圧力場の局所的変化をともなう流れプロファイルが不均一になる場合、ストッパによって流量制御の精度を高めることは極めて難しくなり、流量は時間とともに変動し易くなる。本明細書の背景技術で説明されるように、このような流量変動は、薄スラブ用モールドにおけるメニスカスの高さの変動を必然的に引き起こし、その結果、上記説明のようになる。したがって、本発明は、従来よりも良好な、薄スラブ用ノズルを通る金属溶湯の流れおよび流量の制御を実現することを可能にする。このことは、鋼などの金属が、１５００ｍｍのスラブについて１分あたり約６〜７トンの速度である幅（Ｗ）１ｍｍあたり５Ｋｇ／ｍｉｎのオーダーの高い鋳込速度で鋳造される高速鋳造装置にとって特に興味深い。特に、本発明のノズルは、より厚くてより幅広いスラブを１分あたり１０トン以下で鋳造するのに適する新規の設備に適している。本発明に係るノズルは、段落０００４で先に説明されているように、鋳造装置において１６００ｍｍから２０００ｍｍ以上の幅（Ｗ）を有する大きな薄スラブを高速で鋳造することを可能にする。
【００４７】
本発明の薄スラブ用ノズルは、このような薄スラブ用ノズルと流体連通するアウトレットが少なくとも設けられているタンディッシュを備えている薄スラブを鋳造するための金属鋳造装置に用いられるのに特に適する。本発明に係る薄スラブ用ノズルを通る金属溶湯の流れを良好に制御することにより、高い精度で薄い寸法の金属ストリップを連続製造するための熱間圧延ユニットに連結される鋳造装置にその制御を使用することに関して、金属溶湯の流れは理想的になる。本発明に係る薄スラブ用ノズルは、エンドレス・ストリップ・プロダクション（ＥＳＰ）と呼ばれる、単一の鋳造ラインおよび熱間圧延ユニットを備えているクレモナ（イタリア）にあるアルヴェディテクノロジーを用いて、圧延製品について、電炉のアッチェイリーエアルヴェディ社によってテストされた。０．８ｍｍ〜１２．７ｍｍの寸法を有するストリップを高い精度で一定の速度で連続的に製造することが成功した。薄スラブ用ノズルのメニスカスの高さ変化がモニタされ、極めて適切な状態を維持し、製造試験中に問題は起こらなかった。
【００４８】
薄いストリップの「エンドレス」ストリッププロダクションにより、従来のストリップ製造技術よりもエネルギー、水および装置コストを実質的に節減することができる。しかしながら、半仕上げ製品を、冷間圧延して欠陥を減らす前に、何らかの手法で処理することができる場合には、薄スラブ用ノズルから出る金属流についての要求と、その結果としての、薄スラブ用ノズルから出る流れの流れ制御についての要求とは、不連続なプロセスよりも非常に高い。本発明に係る薄スラブ用ノズルを用いて得られる優れた流れ制御は、均一な特性を有する薄いストリップの連続製造を可能にし、ＥＳＰユニットで使用するのに最適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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