(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸と、少なくとも１個の入口ポートと、少なくとも１個の出口ポートとを有する長孔部であって、
前記中心軸を含む部分であって、当該長孔部の縁部近傍に対して横断面積がより広い拡大部分を有する長孔部
を備え、
前記拡大部分は、前記中心軸に対して略平行に形成された少なくとも２個の曲げファセットを含み、
前記それぞれの曲げファセットは、前記中心軸と交わる平面上の点から当該長孔部の下方の縁部に向かって伸長する
ことを特徴とする液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２】
前記少なくとも１個の出口ポートを２個の出口ポートに分流するとともに、前記孔を通る液体金属の流れを、前記２個の出口ポートを通って前記ノズルから流出する２本のストリームに分流する分流器をさらに備える、請求の範囲第１項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項３】
各曲げファセットは頂縁部を含む、請求の範囲第２項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項４】
前記頂縁部の少なくとも２個は、互いに隣接し、前記少なくとも１個の入口ポートに向かって略尖った頂点を形成する、請求の範囲第３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項５】
前記曲げファセットは中心縁部において隣接する、請求の範囲第４項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項６】
各曲げファセットの前記中心縁部は、水平断面において前記曲げファセットの頂縁部よりも前記鋳造用ノズルの長さ方向の水平軸からさらに離れている、請求の範囲第５項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項７】
前記各頂縁部は、前記出口ポートに向かって、前記出口ポートの流出角と略一致する角度で伸長する、請求の範囲第３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項８】
各出口ポートの前記流出角は水平軸から下方向に約４５〜８０°である、請求の範囲第７項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項９】
各出口ポートの前記流出角は水平軸から下方向に約６０〜７０°である、請求の範囲第７項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１０】
前記少なくとも１個の出口ポートは、頂部と底部とを有し、前記出口ポートは、前記頂部よりも前記底部においてより幅広である、請求の範囲第１項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１１】
少なくとも１個の入口ポートと、少なくとも１個の第１出口ポートとを有する長孔部と、
前記第１出口ポート近くに配置され、液体金属の流れを少なくとも２本の別個のストリームに分流する少なくとも１個のそらせ板と、
少なくとも１個の出口ポート近くに配置される分流器と
を備える液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１２】
前記液体金属の少なくとも一部を前記ノズルから流出させるための第２出口ポートを少なくとも１個と、
前記第２出口ポート近くに配置された第２そらせ板と、
をさらに備え、
前記そらせ板が液体金属の流れを２本の外側ストリームと１本の中央ストリームに分流する、請求の範囲第１１項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１３】
前記そらせ板は上面および下面を含み、前記上面が略反対の向きに前記外側ストリームを偏向する、請求の範囲第１２項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１４】
前記分流器は、前記中央ストリームを２本の内側ストリームに分流し、前記分流器と前記下面は、前記２本の外側ストリームが偏向される略同一方向に前記２本の内側ストリームを偏向する、請求の範囲第１３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１５】
前記外側および内側ストリームは、前記ストリームが前記出口ポートの少なくとも１個から流出する前に再合流する、請求の範囲第１４項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１６】
前記外側および内側ストリームは、前記ストリームが前記出口ポートの少なくとも１個から流出した後に再合流する、請求の範囲第１４項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１７】
前記そらせ板は略末広の下面を含み、前記下面が前記中央ストリームを拡散する、請求の範囲第１３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１８】
前記分流器は、前記拡散された流れを２本の内側ストリームに分流し、前記分流器と前記下面は、前記２本の外側ストリームが偏向される方向と別の方向に前記２本の内側ストリームを偏向する、請求の範囲第１７項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項１９】
前記上面は、垂直軸から約２０〜９０度の偏向角で前記外側ストリームを偏向する、請求の範囲第１３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２０】
前記上面は、垂直軸から約３０度の角度で前記外側ストリームを偏向する、請求の範囲第１９項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２１】
前記そらせ板は、前記２本の外側ストリームを垂直軸から約４５度の角度で偏向し、前記２本の内側ストリームを垂直軸から約３０度の角度で偏向する、請求の範囲第１９項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２２】
前記長孔部は、
略軸対称の第１の流れ横断面積を有する流入口管断面と、
前記流入口管断面と流体導通した拡散用遷移断面において、前記遷移断面における前記ノズルの流れ横断面積を前記第１流れ横断面積から前記第１流れ横断面積よりも流れ横断面積が大きい略長形の第２流れ横断面積に略連続的に変化するとともに、前記遷移断面における前記ノズルの対称を略軸対称から略平面対称に略連続的に変化するように適合され構成される遷移断面と、を含み、
前記少なくとも第１および第２出口ポートは、前記遷移断面と流体導通する、請求の範囲第１２項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２３】
前記ノズルは２個の上部出口ポートを含み、
前記ノズルは、２個のそらせ板を含み、各上部出口ポートの近くにそらせ板が１個配置され、前記長孔部を通る液体金属の流れを、前記上部出口ポートのそれぞれを通って流れる２本の外側ストリームと、前記分流器に向かって流れる中央ストリームとに分流し、
前記分流器は、前記中央ストリームの流路に配置され、少なくとも２個の下部出口ポートを作り出し、前記鋳造用ノズルから一方の下部出口ポートを通ってそれぞれ流出する少なくとも２本の内側ストリームに前記中央ストリームを分流し、
前記そらせ板は、前記上部出口ポートを通って流出した前記外側ストリームの有効流出角が、前記鋳造用ノズルを通る液体金属の流量処理量に基づいて変化するように、前記外側ストリームと前記中央ストリームとに分流される液体金属の割合を割り当てるように適合される、請求の範囲第１２項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２４】
前記外側ストリームの有効流出角は、流量処理量の増加に伴って増加する、請求の範囲第２３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２５】
前記上部出口ポートから流出する前記外側ストリームは、流量処理量の増加にともなって、前記下部出口ポートから流出する前記内側ストリーム方向に引っ張られる、請求の範囲第２３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２６】
前記下部出口ポートから流出する前記内側ストリームは、流量処理量の増加にともなって、前記上部出口ポートから流出する前記外側ストリーム方向に引っ張られる、請求の範囲第２３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２７】
前記長孔部を囲む少なくとも１個の側壁をさらに備え、各側壁の下面と、対応するそらせ板の上面との間に各上部出口ポートが配置され、
前記少なくとも１個の側壁の下部および前記各そらせ板の上面は、（ｉ）各上部出口ポートに続く上部出口チャンネルにおいて、各上部出口チャンネルの横断面積が前記チャンネルの長さを通して略均一である上部出口チャンネルと、（ｉｉ）前記上部出口ポートから流出する前記外側ストリームのそれぞれについて水平軸からの理論上の流出角と、を提供する、請求の範囲第２３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２８】
前記上部出口ポートからの前記外側ストリームの有効流出角は、流量処理量の増加にともなって増加することによって、理論上の流出角から広がり、
前記下部出口ポートは、前記下部出口ポートから流出する前記内側ストリームのそれぞれについて水平軸からの理論上の流出角を提供するように適合され、前記内側ストリームの有効流出角は、流量処理量の増加にともなって、水平軸に向かって減少し、
前記上部出口ポートの前記理論上の流出角は、前記下部出口ポートの理論上の流出角から少なくとも約１５°広がる、請求の範囲第２７項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項２９】
前記上部出口ポートの理論上の流出角は、水平軸から下方向に約０〜２５°、または水平軸から下方向に約７〜１０°であり、
前記下部出口ポートの理論上の流出角は、水平軸から下方向に約４５〜８０°、または水平軸から下方向に約６０〜７０°である、請求の範囲第２８項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項３０】
前記そらせ板は、（ｉ）前記鋳造用ノズルを通る流体の総流量の約１５〜４５％が前記外側ストリームに割り当てられるとともに、前記ノズルを通る流体の総流量の約５５〜８５％が前記中央ストリームに割り当てられるように、（ｉｉ）前記鋳造用ノズルを通る流体の総流量の約２５〜４０％が前記外側ストリームに割り当てられるとともに、前記ノズルを通る流体の総流量の約６０〜７５％が前記中央ストリームに割り当てられるように、または（ｉｉｉ）前記外側ストリームのそれぞれに割り当てられる前記液体金属の割合は略等しくなるように、適合される、請求の範囲第２３項に記載の液体金属を通過させて流し込む鋳造用ノズル。
【請求項３１】
鋳造用ノズルを介して液体金属を流出する方法であって、
液体金属を前記鋳造用ノズルに流し込むステップと、
前記鋳造用ノズルから流出する液体金属の流れを少なくとも１本の外側ストリームと１本の中央ストリームに分流するステップと、
前記外側ストリームと前記中央ストリームの間で分流された液体金属の割合を所定の割合に割り当て、前記鋳造用ノズルを通る液体金属の流量処理量に基づいて、前記外側ストリームの有効流出角を変化させるステップと、
を含む、方法。
【請求項３２】
前記液体金属の流れは、２本の外側ストリームと１本の中央ストリームに分流され、前記中央ストリームは、少なくとも２本の内側ストリームに分流される、請求の範囲第３１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記外側ストリームの有効流出角は、流量処理量の増加にともなって増加する、請求の範囲第３２項に記載の方法。
【請求項３４】
（ｉ）前記外側ストリームは、流量処理量の増加にともなって前記内側ストリーム方向に引っ張られ、または（ｉｉ）前記内側ストリームは、流量処理量の増加にともなって前記外側ストリーム方向に引っ張られる、請求の範囲第３３項に記載の方法。
【請求項３５】
前記外側ストリームを略反対の向きに偏向するステップをさらに含む、請求の範囲第３４項に記載の方法。
【請求項３６】
前記中央ストリームを拡散するステップをさらに含む、請求の範囲第３５項に記載の方法。
【請求項３７】
前記２本の外側ストリームが偏向される略同一半径方向に前記２本の内側ストリームを偏向するステップをさらに含む、請求の範囲第３６項に記載の方法。
【請求項３８】
前記外側ストリームは理論上の流出角において偏向され、前記外側ストリームの有効流出角は、流量処理量の増加にともなって増加することによって理論上の流出角から広がり、
前記内側ストリームは理論上の流出角において偏向される、請求の範囲第３４項に記載の方法。
【請求項３９】
前記外側ストリームの理論上の流出角は、（ｉ）水平軸から下方向に約０〜２５°、または（ｉｉ）水平軸から下方向に約７〜１０°であり、
前記内側ストリームの理論上の流出角は、（ｉ）水平軸から下方向に約４５〜８０°、または（ｉｉ）水平軸から下方向に約６０〜７０°である、請求の範囲第３８項に記載の方法。
【請求項４０】
前記外側ストリームの理論上の流出角は、前記内側ストリームの理論上の流出角から少なくとも約１５°広がる、請求の範囲第３８項に記載の方法。
【請求項４１】
前記内側ストリームの有効流出角は、流量処理量の増加にともなって水平軸方向に減少する、請求の範囲第４０項に記載の方法。
【請求項４２】
前記鋳造用ノズルを通る流体の総流量の約１５〜４５％は、前記外側ストリームに割り当てられ、前記ノズルを通る流体の総流量の約５５〜８５％は、前記中央ストリームに割り当てられ、または
前記鋳造用ノズルを通る流体の総流量の約２５〜４０％は、前記外側ストリームに割り当てられ、前記ノズルを通る流体の総流量の約６０〜７５％は、前記中央ストリームに割り当てられ、または
前記外側ストリームのそれぞれに割り当てられる前記液体金属の割合は略等しい、請求の範囲第３２項に記載の方法。
【請求項４３】
鋳造用ノズルを介して液体金属を流出する方法であって、
入口ポートと、少なくとも１個の出口ポートとを有する長形孔を通って液体金属を流し込むステップと、
前記液体金属の流れを２本の外側ストリームと１本の中央ストリームに分流するステップと、
前記２本の外側ストリームを略反対の向きに偏向するステップと、
前記中央ストリームを２本の内側ストリームに分流するステップと、
前記２本の外側ストリームが偏向される略同一方向に前記２本の内側ストリームを偏向するステップと、
を含む、方法。
【請求項４４】
前記外側および内側ストリームは、前記ストリームが前記出口ポートの少なくとも一方から流出する前に再合流するステップをさらに含む、請求の範囲第４３項に記載の方法。
【請求項４５】
前記外側および内側ストリームは、前記ストリームが前記出口ポートの少なくとも一方から流出した後に再合流するステップをさらに含む、請求の範囲第４３項に記載の方法。
【請求項４６】
前記２本の内側ストリームは、前記２本の外側ストリームが偏向される方向と別の方向に偏向される、請求の範囲第４３項に記載の方法。
【請求項４７】
前記外側ストリームを垂直軸から約２０〜９０度の偏向角で偏向するステップ、または前記外側ストリームを垂直軸から約３０度の角度で偏向するステップをさらに含む、請求の範囲第４３項に記載の方法。
【請求項４８】
前記２本の外側ストリームを垂直軸から約４５度の角度で偏向し、前記２本の内側ストリームを垂直軸から約３０度の角度で偏向するステップをさらに含む、請求の範囲第４６項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、鋳造用または浸漬流入ノズルに関し、より詳細には、鋳造用ノズルを通る液体金属の鋳型への導入に関連する流体挙動を向上させる鋳造用または浸漬流入ノズルに関する。
関連技術の説明
たとえば、厚さ５０〜６０ｍｍ、幅９７５〜１６２５ｍｍの鋼（たとえば、スラブ）の連続鋳造において、鋳造用または浸漬流入ノズルがしばしば利用される。鋳造用ノズルは、液体鋼が鋳型に流れ込む際にこれを収容し、液体金属を浸漬して鋳型に導入する。
鋳造用ノズルは、一般に、１個の流入口を一端に、他端またはその近くに１個または２個の流出口を有する管である。流入口領域と流出口領域の間にある鋳造用ノズルの内孔は、単に円筒状の軸対称管断面であることが多い。
鋳造用ノズルは、典型的には、幅２５〜４０ｍｍと長さ１５０〜２５０ｍｍの出口寸法を有する。ノズルの流出口領域は、単に管断面の開口端部であってもよい。ノズルは、反対向きの出口ポートを２個、閉じた管端部のあるノズルの側壁に具えている。反対向きの出口ポートは、垂直軸に対して１０〜９０°の見掛け角（apparent angle）で溶鋼を偏流する。ノズル流入口は、液体金属源と接続される。連続鋳造プロセスにおいて液体金属源は、タンディッシュと呼ばれる。
鋳造用ノズルを使用する目的は、
（１）液体金属を空気に曝露せずに、液体金属をタンディッシュから鋳型へと送ること、
（２）冷却（heat extraction）および凝固シェル形成を均一にするように、鋳型において液体金属を一様に分布すること、
（３）特にメニスカスにおいて過度に乱れることなく、液体金属を鋳型に静かかつ滑らかに搬送し、それによって良好な潤滑を可能にし、表面偏向形成のポテンシャルを最小限にすることである。
タンディッシュから鋳造用ノズルへの液体金属の流量は、各種の方法で制御することができる。流量を制御するより一般的な２つの方法は、（１）ストッパーロッドを用いるものと、（２）スライドゲート弁を用いるものである。いずれの例においても、ノズルは、タンディッシュストッパーロッドまたはタンディッシュスライドゲートと嵌まり合う必要があり、鋳造用ノズルの流入口領域におけるノズルの内孔は、通常、円筒形であり、アールを付けてもテーパを付けてもよい。
従来、先行技術の鋳造用ノズルは、鋳型内の液体鋼において適切に浸漬されて物理的な保全性を維持する場合に上述の第１の目的を達成する。
しかしながら、先行技術のノズルは、上述した第２および第３の目的を完全には達成しない。たとえば、図１９および図２０には、端部が閉じた先行技術の２ポート鋳造用ノズルの典型的なデザインを示す。このノズルは、流出流を２本の対向する出口に分流しようとする。この種のノズルが有する第１の問題点は、孔における流れの加速化および流出口の使用可能エリアを完全には活用できていない頑丈な出口の形成である。第２の問題点は、ノズルの下部領域における突然の流れの再配向による噴出振動および不安定な成形流れパターンである。これらの問題により、鋳型における一様な流れ分布ができなくなり、過度の乱流をもたらす。
図２０には、分流器端部が尖った先行技術の２ポート鋳造用ノズルの代替的なデザインを示す。尖った分流器は、流出噴流の安定性を向上させようとする。しかしながら、このデザインは、図１８のデザインが遭遇したものと同じ問題に直面する。いずれの場合においても、孔に沿ってノズルの出口ポート領域方向に進む液体金属の慣性力が非常に大きいため、ポートの頂部において流れがはく離せずに出口ポートを満たすように偏向することができない可能性がある。したがって、流出噴流は不安定になり、振動を生み出し、乱流をもたらす。
さらに、見掛け偏向角は達成されない。実際の偏向角は、いくらか小さくなる。さらに、出口ポートにおける流れプロフィールは非常に不均一であり、ポートの上部において流速が小さく、ポートの下部近くでは流速が大きい。これらのノズルは、メニスカス、または潤滑の目的で成形フラックス（mold flux）または成形パウダー（mold powder）で被覆された溶鋼面において比較的大きな定常波を生成する。さらに、これらのノズルは、一方の溶融端部に隣接するメニスカスが交互に上昇降下し、他方の溶融端部に隣接するメニスカスが交互に降下上昇する振動を定常波において生成する。先行技術のノズルは、また、表面渦も間欠的に生成する。これらの影響は、すべて、スチールスラブの本体において成形フラックスのエントレインメントを引き起こし、その品質を低下させる傾向がある。定常波の振動により、メニスカスにおいて、またはその近くにおいて鋳型を介して不安定な熱伝達（heat transfer）が生じる。この影響は、スチールシェル形成の均一性、すなわち成形パウダーの潤滑に有害に作用し、成形銅において応力を生じる。これらの影響は、鋳造速度が増大するほどますます深刻になり、その結果、所望の品質の鋼を製造するために鋳造速度を制限する必要が生じる。
次に図１７を参照すると、欧州出願第０４０３８０８号に記載のものと同様のノズル３０が示されている。当該技術において公知のように、溶鋼は、タンディッシュから弁またはストッパーロッドを通って円形入口管断面３０ｂに流れ込む。ノズル３０は、円形から矩形の主遷移３４を含む。ノズルは、垂直軸に対してプラスマイナス９０°の見掛け角で２本のストリームを配向する平板分流器３２をさらに含む。しかしながら、実際、偏向角は、プラスマイナス４５°にすぎない。さらに、出口ポート４６および４８における流速は一様ではない。遷移３４の右側に広がる側壁３４Ｃ近くでは、ポート４８からの流速は、ベクトル６２７によって示すように比較的小さい。ポート４８からの最大流速は、ベクトル６２２によって示すように分流器３２に非常に近いところで発生する。摩擦により、分流器３２近くの流速は、ベクトル６２１によって示すようにわずかに小さい。出口ポート４８からの不均一な流れは、乱流を起こす。さらに、ポート４６および４８からの流れは、２０〜６０秒間でプラスマイナス２０°の低周波数振動を呈する。ポート４６において、最大流速は、ポート４８からのベクトル６２２に対応するベクトル６０２によって示される。ベクトル６０２は２極間で振動し、その一方が、垂直軸から６５°だけ変位されたベクトル６０２ａであり、他方が、垂直軸から２５°だけ変位されたベクトル６０２ｂである。
図１７ａにおいて示すように、ポート４６および４８からの流れは、互いに対して９０°の状態となりがちのため、ポート４６からの出力が、垂直軸から６５°偏向したベクトル６０２ａによって表されるとき、ポート４８からの出力は、垂直軸から２５°偏向したベクトル６２２ａによって表される。図１７ａにおいて示された振動の一極において、鋳型５４の左端部のメニスカスＭ１がかなり上昇し、一方、右側の鋳型端におけるメニスカスＭ２はわずかに上昇するにすぎない。わかりやすくする目的で、効果をかなり強調して示してきた。一般に、メニスカスの最低レベルは、ノズル３０近くにおいて発生する。１分あたり３トンの鋳造速度において、メニスカスは、一般に、高さが１８〜３０ｍｍの定常波を呈する。図示された振動の極において、左側の鋳型端には、大きく浅い時計回りの循環Ｃ１があり、右側の鋳型端には、これより小さく深い反時計回りの循環Ｃ２がある。
図１７ａおよび図１７ｂにおいて示すように、ノズル３０近くには、鋳型の幅を増加してノズルを収容する、典型的には厚さ１９ｍｍの耐火壁の成形バルジ領域Ｂがある。図１７ａにおいて図示された振動の極には、左から右にバルジ領域への大きな表面流Ｆ１がノズル３０の前後にある。また、右から左にバルジ領域へ向かう小さな表面流Ｆ２もある。ノズル３０の右側近くにある成形バルジ領域のメニスカスにおいては、表面渦Ｖが間欠的に発生する。ポート４６および４８における非常に不均一な速度分布、メニスカスにおける大きな定常波、定常波における振動、および表面渦は、いずれも成形パウダーまたは成形フラックスのエントレインメントを引き起こして鋳造鋼の品質を低下させる傾向がある。さらに、スチールシェル形成は、不安定かつ不均一である。潤滑に悪影響を及ぼし、メニスカスにおけるまたはその近くの成形銅において応力を発生させる。これらの作用は、すべて、鋳造の高速化により悪影響を受ける。かかる従来技術のノズルでは、鋳造速度を減少する必要がある。
ここで図１７を再び参照して、分流器は、前端が１５６°の角度の丸みを付けた三角形状の楔３２ｃを交互に備え、その両辺は、最初のドイツ出願第ＤＥ３７０９１８８号において示されるように水平軸から１２°の角度で配置され、プラスマイナス７８°の見掛けの偏向角を与える。しかしながら、実際の偏向角は、ふたたび約プラスマイナス４５°であって、ノズルは、従来と同様の不具合を呈する。
次に図１８を参照して、ノズル３０は、見掛けの偏向角が１０〜２２°とされる次のドイツ出願第ＤＥ４１４２４４７号において示されるものと同様である。入口管３０ｂからの流れは、その広がった側壁３４ｃおよび３４ｆおよび三角形状の分流器３２によって画定されるようにプラスマイナス２０°の見掛け偏向角を有するものとして示される主遷移３４に流入する。分流器３２を省略する場合には、出口ポート４６および４８近くで発生した流れの等価ポテンシャル（equipotential）は、５０で示される。等価ポテンシャル５０は、管３０ｂの軸Ｓ近くの中央領域において曲率がゼロであり、ノズルの左右両側面３４ｃおよび３４ｆとの直角交わりにおいて最大曲率を呈する。中心の流れの大部分は、ごくわずかな偏向を呈しており、両辺近くの流れのみがプラスマイナス２０°の偏向を呈する。分流器をなくすと、ポート４６および４８における平均偏向は、プラスマイナス２０°の見掛け偏向の１／４を下回り、おそらく１／５すなわち２０％となる。
ここで壁摩擦を無視すると、６４ａは、ノズルの左側３４ｆ近くの流れを表す結合ベクトルおよび流線であり、６６ａは、ノズルの右側３４ｃ近くの流れを表す結合ベクトルおよび流線である。流線の初期点および方向は、ベクトルの初期点および方向に相当し、流線の長さは、ベクトル長に相当する。流線６４ａおよび６６ａは、言うまでもなく、鋳型における流体とノズル３０から由来する流体の間の乱流へ消えていく。短い分流器３２が挿し込まれると、二次元流れにおける切頭体として実質的に作用する。本体近くのベクトル流線６４および６６は、ベクトル流線６４ａおよび６６ａより高速である。流線６４および６６は、言うまでもなく、分流器３２の低圧伴流下流へと消えていく。この低圧伴流は、分流器３２近くの流れを下向きに回転させる。後者のドイツ出願は、三角形状の分流器３２が主遷移３４の長さのわずか２１％しかないことを示している。これは、見掛け偏向近くの何れにおいても実現するのに十分ではなく、主遷移３４の長さを対応して大きくしたはるかに長い三角形状の分流器を必要とする。十分な横方向の偏向がないため、溶鋼は鋳型に突っ込みがちである。このことは、鋳型端部におけるメニスカスの高さの増加分ではなく、ノズル前後にあるバルジにおけるメニスカスの降下時の増加分だけ定常波の振幅を増大させ、そこでは、ここからの流れがかかるバルジからの流体を巻き込んで負圧を生成する。
先行技術のノズルは、分流器によって与えられるように、ストリーム間の正圧によってストリームを偏向しようとする。
ノズル製造時の不測事態（vagaries）、分流の流体上流に減速または拡散を設けられなかったり、ポート４６および４８から発する流れにおける低周波数振動により、流れの中心流線は、通常、図１８の三角形状分流器３２の点に当たることはない。その代わり、よどみ点は、通常、分流器３２の一側または他方にある。たとえば、よどみ点が分流器３２の左側にある場合、分流器３２の右側では、流れの層流はく離が発生する。はく離「気泡」は、分流器３２の右側で流れの傾き偏向を減少させるとともに、ポート４８からの流れにおいてさらに乱流を招く。
発明の概要
このように、本発明の目的は、鋳造用ノズルを通る液体金属の鋳型への導入に関連する流体挙動を向上させる鋳造用ノズルを提供することである。
別の目的は、ノズル内を流れる流動金属の慣性力を分割し、ノズルの内孔において流れを別個の独立したストリームに複数段階で分流することによって良好に制御する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、フローはく離の緩和、ひいては乱流の減少、流出噴流の安定化、および独立ストリームについて所望の偏向角を達成することになる鋳造用ノズルを提供することである。
また、鋳造用ノズルを通って進む液体金属の流れを拡散または減速することにより、ノズルからの流出噴流を安定化するように流れの慣性力を低減するための鋳造用ノズルを提供することも目的である。
別の目的は、出口ポートにおける速度分布をより一様にするために、曲線状の末端曲げ部により、ストリームの外側部分に付加された負圧によってストリームの偏向を部分的に達成する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、壁摩擦を無視して遷移を通して速度分布を通常一様にした状態で、軸対称の流れを収容する円形断面から、厚みがこの円形断面の寸法より小さく、幅が円形断面の寸法よりも大きい平面対称の流れを収容する長形断面への主遷移を有する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、主遷移内において偏流の効率を高めるために、主遷移が六角形断面である鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、両ポートからの流速を低減するとともに乱流を減少するために入口管と出口ポートの間に拡散を有する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、両ポートからの流れの速度を低減するとともに両ポートにおける流線の速度の安定化および速度の均一性を向上するための断面の主遷移内の流れを拡散および減速する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、流れのはく離を行うことなく、よどみ点における変動を可能にするために、丸みを付けた先端を設けた分流器を有する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、バルジ状または王冠状の鋳型内において使用可能な空間をより有効に利用するとともに、改良された流れパターンをここで促進する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、複数ファセットの内部ジオメトリを備えた孔を有し、鋳造用ノズルの縁部よりも中心軸近くにおいて孔の内部断面積をより大きくした鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、流れ特性を低下することなく、広範囲にわたる有用な動作上の流量処理量（operational flow throughput）を達成する鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、上部出口ポートから吐出した外側ストリームの有効流出角が鋳造用ノズルを通る液体金属の処理量を基準に変動するように、外側ストリームと中央ストリームの間で分流された流量を調整するそらせ板を設けた鋳造用ノズルを提供することである。
さらに別の目的は、鋳造用ノズルを通る液体金属の処理量の増加にともなって上部出口ポートから流出した外側ストリームの有効流出角が増加するように、外側ストリームと中央ストリームの間で分流された流れを調整するそらせ板を設けた鋳造用ノズルを提供することである。
本発明の上記およびその他の目的は、鋳造用ノズルを通って液体金属を流動する方法および装置が、少なくとも１個の入口ポートと、少なくとも１個の上部出口ポートと、少なくとも１個の下部出口ポートを有する長形孔を含む点において達成されることがわかっている。上部出口ポート近くにはそらせ板が配設され、上部出口ポートを通って流れる少なくとも１本の外側ストリームと、そらせ板を越えて下部出口ポート方向に流れる中央ストリームに、孔を通る液体金属の流れを分流する。そらせ板は、上部出口ポートから排出した外側ストリームの有効流出角が鋳造用ノズルを通る液体金属の流量処理量に基づいて変化するように、外側ストリームと中央ストリームの間で分流された液体金属の割合を割り当てるように適合される。
好ましくは、外側ストリームの有効流出角は、流量処理量の増加にともなって増加する。
好適な実施形態において、そらせ板は、鋳造用ノズルを通る流体の総流量の約１５〜４５％、最も好ましくは２５〜４０％が外側ストリームに割り当てられるとともに、ノズルを通る流体の総流量の約５５〜８５％、最も好ましくは６０〜７５％が中央ストリームに割り当てられるように適合される。
好適な実施形態において、上部出口ポートの理論上の流出角は、水平軸から下向きに約０〜２５°、最も好ましくは約７〜１０°である。
また、鋳造用ノズルは、中心軸と、少なくとも１個の入口ポートと、少なくとも１個の出口ポートを含んでもよく、鋳造用ノズルの孔は、孔の縁部近くよりも中心軸近くにおいてより大きい横方向断面積を前記孔に提供するための拡大部を含む。
好適な実施形態において、拡大部は、少なくとも２個の曲げファセットを含み、それぞれが、中心軸と略平行かつこれと交わる平面上の点から孔の下縁に向かって伸長する。好適な実施形態において、曲げファセットは、頂縁部と中心縁部を含み、頂縁部の少なくとも２個が互いに隣接して、入口ポートに向かって略尖った頂点を形成する。好ましくは、各曲げファセットの中心縁部は、水平断面において曲げファセットの頂縁部よりも鋳造用ノズルの長さ方向の水平軸から離れている。
本発明の上記およびその他の目的は、１個の入口ポートおよび少なくとも２個の出口ポートを有する長形孔を含む鋳造用ノズルを通る液体金属を流し込む方法および装置において達成されることが見出されている。一方の出口ポート近くには第１のそらせ板が配置され、他方の出口ポート近くには第２のそらせ板が配置される。
これらのそらせ板は、液体金属の流れを２本の外側ストリームと中央ストリームに分流し、２本の外側ストリームを略反対の向きに偏向する。そらせ板の下流に配置された分流器は、中央ストリームを２本の内側ストリームに分流し、そらせ板と協働して、２本の外側ストリームが偏向される略同一方向に２本の内側ストリームを偏向する。
好ましくは、外側および内側ストリームは、これらのストリームが少なくとも１個の出口ポートから流出する前後に再合流する。
好適な実施形態において、そらせ板は、垂直軸から約２０〜９０°の偏向角で外側ストリームを偏向する。好ましくは、そらせ板は、垂直軸から約３０°の角度で外側ストリームを偏向する。
好適な実施形態において、そらせ板は、２本の外側ストリームが偏向された方向と別の方向で２本の内側ストリームを偏向する。好ましくは、そらせ板は、垂直軸から約４５°の角度で２本の外側ストリームを偏向し、垂直軸から約３０°の角度で２本の内側ストリームを偏向する。
本発明の他の特徴および目的は、以下の発明の説明から添付図面を参照して明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
当該明細書の一部を形成するとともに、これと関連して解釈されるはずである添付図面において、同様の参照符号は、各種図面において同様の部分を示すために使用される。
図１は、拡散した状態の六角形の小角で広がる主遷移およびわずかな曲げ末端を有する第１鋳造用ノズルの第２図の線１−１で切断して後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図１ａは、先端部が丸みを帯びた好ましい分流器を後ろ向きに見た一部断面図である。
図１ｂは、減速し拡散した状態の主遷移を有し、かつ出口流体が偏向した鋳造用ノズルの別の実施形態の第２ｂ図の線１ｂ−１ｂで切断した別の軸方向断面図である。
図２は、図１の線２−２で切断して右側から見た軸方向断面図である。
図２ａは、図１ｂの線２ａ−２ａで切断された軸方向断面図である。
図３は、下方向に見た、図１および図２の平面３−３で切断された横断面図である。
図３ａは、図１ｂおよび図２ａの平面３ａ−３ａで切断された横断面図である。
図４は、下方向に見た、図１および図２の平面４−４で切断された横断面図である。
図４ａは、図１ｂおよび図２ａの平面４ａ−４ａで切断された横断面図である。
図５は、下方向に見た、図１および図２の平面５−５で切断された横断面図である。
図５ａは、図１ｂおよび図２ａの平面５ａ−５ａで切断された横断面図である。
図６は、下方向に見た、図１および図２の平面６−６で切断された横断面図である。
図６ａは、下方向に見た、図１および図２の平面６−６で切断された別の横断面図である。
図６ｂは、下方向に見た、図１３および図１４ならびに図１５および図１６の平面６−６で切断された横断面図である。
図６ｃは、図１ｂおよび図２ａの平面６ａ−６ａで切断された横断面図である。
図７は、連続面積が円形から矩形への遷移、拡散した状態の六角形の小角で広がる主遷移およびわずかな曲げ末端を有する第２鋳造用ノズルを後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図８は、図７のノズルの右側を見た軸方向断面図である。
図９は、わずかに拡散した状態で円形から正方形への遷移、流れ面積が一定の六角形の中間傾斜で広がる主遷移および少しの曲げ末端を有する第３鋳造用ノズルを後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図１０は、図９のノズルの右側を見た軸方向断面図である。
図１１は、全体的に非常に拡散した状態で円形から正方形および正方形から矩形への遷移、および流れ面積が減少する六角形の高角で広がる主遷移を提供するとともに曲げ末端を全く提供しない第４鋳造用ノズルを後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図１２は、図１１のノズルの右側を見た軸方向断面図である。
図１３は、図１のものと同様であるがただし矩形の主遷移を有する第５鋳造用ノズルを後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図１４は、図１３のノズルの右側を見た軸方向断面図である。
図１５は、拡散した状態の矩形の小角で広がる主遷移、この主遷移において微小な偏流および大きな曲げ末端を有する第６鋳造用ノズルを後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図１６は、図１５のノズルの右側を見た軸方向断面図である。
図１７は、従来技術のノズルを後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図１７ａは、図１７のノズルによって生成された成形流れパターンを示す、後ろ向きに見た断面図である。
図１７ｂは、図１７のノズルによって生成された表面流れパターンを示す、下方向に見た、メニスカスの曲面における横断面図である。
図１８は、別の従来技術のノズルを後ろ向きに見た軸方向断面図である。
図１９は、別の従来技術のノズルの軸方向断面図である。
図２０は、図１９の従来技術のノズルの部分側面断面図である。
図２１は、別の従来技術のノズルの軸方向断面図である。
図２２は、図２１の従来技術のノズルの矢印Ａにおける俯瞰図である。
図２３は、本発明の鋳造用ノズルの代替的な実施形態の軸方向断面図を示す。
図２４は、図２３の線Ａ−Ａで切断された図２３の横断面図を示す。
図２５は、図２３の線Ｂ−Ｂで切断された図２３の横断面図を示す。
図２６は、図２３の鋳造用ノズルの部分側面軸方向断面図を示す。
図２７は、図２３の鋳造用ノズルの側面軸方向断面図を示す。
図２８は、本発明の鋳造用ノズルの代替的な実施形態の軸方向断面図を示す。
図２９は、図２８の鋳造用ノズルの側面軸方向断面図を示す。
図３０は、本発明の鋳造用ノズルの代替的な実施形態の軸方向断面図を示す。
図３０Ａは、図３０の線Ａ−Ａで切断された図３０の横断面図を示す。
図３０Ｂは、図３０の線Ｂ−Ｂで切断された図３０の横断面図を示す。
図３０Ｃは、図３０の線Ｃ−Ｃで切断された図３０の横断面図を示す。
図３０Ｄは、図３０の線Ｄ−Ｄで切断された図３０の横断面図を示す。
図３０ＥＥは、矢印ＥＥから見た、図３０の鋳造用ノズルの出口ポートの部分平面図である。
図３１は、図３０の鋳造用ノズルの側面軸方向断面図を示す。
図３２は、本発明の鋳造用ノズルの代替的な実施形態の軸方向断面図を示す。
図３２Ａは、図３２の線Ａ−Ａで切断された図３２の横断面図を示す。
図３２Ｂは、図３２の線Ｂ−Ｂで切断された図３２の横断面図を示す。
図３２Ｃは、図３２の線Ｃ−Ｃで切断された図３２の横断面図を示す。
図３２Ｄは、図３２の線Ｄ−Ｄで切断された図３２の横断面図を示す。
図３２Ｅは、図３２の線Ｅ−Ｅで切断された図３２の横断面図を示す。
図３３は、図３２の鋳造用ノズルの側面軸方向断面図を示す。
図３４Ａは、図３２の鋳造用ノズルの軸方向断面図を示し、低処理量のフローにおいて、流出噴射の有効流出角を示す。
図３４Ｂは、図３２の鋳造用ノズルの軸方向断面図を示し、中間処理量のフローにおいて、流出噴射の有効流出角を示す。
図３４Ｃは、図３２の鋳造用ノズルの軸方向断面図を示し、高処理量のフローにおいて、流出噴射の有効流出角を示す。
図３５は、本発明の鋳造用ノズルの代替的な実施形態の軸方向断面図を示す。
図３５Ａは、図３５の線Ａ−Ａで切断された図３５の横断面図を示す。
図３５Ｂは、図３５の線Ｂ−Ｂで切断された図３５の横断面図を示す。
図３５Ｃは、図３５の線Ｃ−Ｃで切断された図３５の横断面図を示す。
図３５Ｄは、図３５の線Ｄ−Ｄで切断された図３５の横断面図を示す。
図３５Ｅは、図３５の線Ｅ−Ｅで切断された図３５の横断面図を示す。
図３５ＱＱは、矢印ＱＱから見た、図３５の鋳造用ノズルの上部出口ポートの部分平面図である。
図３５ＲＲは、矢印ＲＲから見た、図３５の鋳造用ノズルの下部出口ポートの部分平面図である。
図３６は、図３５の鋳造用ノズルの側面軸方向断面図を示す。
好適な実施形態の説明
次に図１ｂおよび図２ａを参照して、鋳造用ノズルは、全般的に参照符号３０によって示される。ノズルの上端は、図１ｂおよび図２aに示すように、下方向に伸長する円管または孔３０ｂにおいて終る流入ノズル３０ａを含む。管断面３０ｂの軸は、ノズルの軸Ｓとして想定される。管断面３０ｂは、平面３ａ−３ａにおいて終り、図３ａからわかるように円形断面である。次に、流れは、全般的に参照符号３４によって示され、好ましくは４個の壁３４ａから３４ｄを有する主遷移に流入する。側壁３４ａおよび３４ｂは、それぞれ垂直軸から傾斜して広がる。正面壁３４ｃおよび３４ｄは、後方壁３４ａおよび３４ｂによって収束する。遷移エリア３４は、平面対称であればいずれの形状または断面積であってもよく、図３ａ、図４ａ、図５ａ、図６ｃを参照して、遷移エリア３４が平面対称な略円形断面積から略長形断面積に変更する限りにおいて、壁数（６個の壁のうち４個）を有する形状または本明細書中に記載された断面積に限定される必要がないことは、当業者に理解されるはずである。
二次元円錐ディフューザにおいて、流れを流れ始めにはく離することにより夥しい圧力損失を回避するために、錘面の夾角（included angle）を約８°に限定することが慣例である。これに対応して、一方の対の向かい合った壁が平行する一次元矩形ディフューザにおいて、他方の対の向かい合った壁は、せいぜい１６°、すなわち、一方の壁の軸からプラス８°、反対の壁の軸からマイナス８°の夾角で広がるはずである。たとえば、図１ｂの拡散する主遷移３４において、正面壁について２．６５°の平均収束および側壁について５．２°の広がりにより、側壁において、８°の上限を下回るほぼ１０．４−５．３＝５．１°の等価一次元広がりが得られる。
図４ａ、図５ａおよび図６ｃは、それぞれ平面３ａ−３ａの下に配置された、図１ｂおよび図２ａの平面４ａ−４ａ、平面５ａ−５ａ、平面６ｃ−６ｃでそれぞれ切断された横断面図である。図４ａは、半径の大きい４個の凸状コーナーを示し、図５ａは、半径が中程の４個の凸状コーナーを示し、図６ｃは、半径の小さい４個の凸状コーナーを示す。
分流器３２は、遷移の下に配設され、これにより２本の軸３５および３７を作り出す。分流器の夾角は、通常、流出口壁３８および３９の広がり角（divergence angle）に相当する。
平面３ａ−３ａにおける面積は、角度を付けた２個の流出口３５および３７の面積より大きいため、流出口３５および３７からの流れは、円管断面３０ｂにおける流れよりも流速が小さい。このように平均流速が減少したことにより、鋳型に流入するノズルからの流体が引き起こした乱流は減少する。
総偏向は、主遷移３４において生成された偏向と、流出口壁３８および３９の広がりによって設けられた偏向の和である。約３０°の総偏向角は、幅が９７５〜１６２５ｍｍまたは３８〜６４インチ、厚さが５０〜６０ｍｍの薄いスチールスラブの連続鋳造に最適であることが見出されている。最適な偏向角は、スラブの幅および成形バルジＢの長さ、幅および深さにある程度依存する。典型的には、バルジは、長さが８００〜１１００ｍｍ、幅が１５０〜２００ｍｍそして深さが７００〜８００ｍｍとすることができる。
次に図１および図２を参照して、代替の鋳造用ノズルは、参照符号３０によって全般的に示される。ノズルの上端は、図１および図２に示すように、下向きに伸長する、内径７６ｍｍの円管３０ｂ内で終わる流入ノズル３０ａを含む。管断面３０ｂの軸は、ノズルの軸Ｓとして想定される。管断面３０ｂは、平面３−３において終り、図３からわかるように円形断面であって、面積が４５３６ｍｍ2である。次に、流れは、全般的に参照符号３４によって示され、好ましくは６個の壁３４ａから３４ｆを有する主遷移に流入する。側壁３４ｃおよび３４ｆは、それぞれ垂直軸から好ましくは１０°の角度で広がる。正面壁３４ｄおよび３４ｅは、後方壁３４ａおよび３４ｂのように、互いに小角で配設される。これについては詳細を後述する。正面壁３４ｄおよび３４ｅは、後方壁３４ａおよび３４ｂとともに、それぞれ垂直軸からほぼ３．８°の平均角で収束する。
二次元円錐ディフューザにおいて、流れを流れ始めにはく離することにより夥しい圧力損失を回避するために、錘面の夾角を約８°に限定することが慣例である。これに対応して、一方の対の向かい合った壁が平行する一次元矩形ディフューザにおいて、他方の対の向かい合った壁は、せいぜい１６°、すなわち、一方の壁の軸からプラス８°、反対の壁の軸からマイナス８°の夾角で広がるはずである。図１の拡散する主遷移３４において、正面壁および後方壁について３．８°の平均収束により、側壁において、８°の上限を下回るほぼ１０−３．８＝６．２°の等価一次元広がりが得られる。
図４、図５および図６は、それぞれ平面３−３から１００ｍｍ、２００ｍｍおよび３５１．６ｍｍ下に配置された、図１および図２の平面４−４、平面５−５、平面６−６でそれぞれ切断された横断面図である。正面壁３４ｅと３４ｄの間の夾角は、後方壁３４ａと３４ｂの間の夾角と同様に、１８０°をいくらか下回る。図４は、半径が大きい４個の凸状コーナーを示し、図５は、半径が中程の４個の凸状コーナーを示し、図６は、半径が小さい４個の凸状コーナーを示す。後方壁３４ａと３４ｂの交わりには、正面壁３４ｄと３４ｅの交わりと同様に丸みすなわちアールを付けてもよい。流路の長さは、図４において１１１．３ｍｍ、図５において１４６．５ｍｍ、図６において２００ｍｍである。
あるいは、図６ａに示すように、平面６−６による横断面は、半径が実質的にゼロの４個の凸状コーナーを有してもよい。正面壁３４ｅおよび３４ｄならびに後方壁３４ａおよび３４ｂは、その交わる線に沿って、平面６−６から１７．６ｍｍ下向きに分流器３２の先端部３２ａまで伸長する。このため、水平軸に対してプラスマイナス１０°の角度でそれぞれ配設された２個の流出口３５および３７が作成される。遷移３４が平面６−６において鋭角の凸状コーナーを有することを想定すると、図６ａにおいて示すように、角度を付けた流出口は、それぞれ矩形となり傾斜長さが１０１．５ｍｍ、幅が２８．４ｍｍであって総面積が５７７６ｍｍ2となる。
角度を付けた２個の流出口３５および３７の面積に対する平面３−３における面積比は、π／４＝０．７８５であり、流出口３５および３７からの流れは、円管断面３０ｂにおいて流速の７８．５％を有する。このように平均流速が減少したことにより、鋳型に流入するノズルからの流体が引き起こした乱流は減少する。流出口３５および３７からの流れは、それぞれ湾曲矩形管断面３８および４０に流入する。主遷移３４における流れは、側壁３４ｃおよび３４ｆ近くにおいて流体速度がより大きく、また軸近くにおいてより低速の２本のストリームへと実質的に分流されることが順次示される。このことは、主遷移３４における２つの反対方向における流れの角度がプラスマイナス１０°に漸近することを暗示する。湾曲矩形管３８および４０は、流れをさらに２０°の角度に曲げる。湾曲部は、線３９および４１において終わる。下流は、それぞれ直矩形管断面４２および４４であり、曲げ部３８および４０から発した速度分布をほぼ一様にする。ポート４６および４８は、各直線部４２および４４の流出口である。各曲げ部３８および４０の内壁３８ａおよび４０ａは、曲率半径がいくらかあり、好ましくは、外壁３８ｂおよび４０ｂの半分よりもはるかに大きいことが望ましい。内壁３８ａおよび４０ａは、半径１００ｍｍであってもよく、外壁３８ｂおよび４０ｂは、半径が２０１．５ｍｍとなる。壁３８ｂおよび４０ｂは、夾角が２０°の鋭い先端部を有する分流器３２によって画定される。また、分流器３２は、直矩形断面４２および４４の壁４２ｂおよび４４ｂもまた画定する。
内壁３８ａおよび４０ａ近くは、低圧ひいては高速であり、外壁３８ｂおよび４０ｂ近くは、高圧ひいては低速であることが理解されよう。なお、湾曲部３８および４０におけるこの速度プロフィールは、図１７および図１８の従来技術のノズルと相反することに注目すべきである。直線部４２および４４により、曲げ部３８および４０の内壁３８ａおよび４０ａ近くは高速低圧の流れが可能となり、低速および高圧を壁４２ａおよび４４ａに沿って相当距離拡散する。
総偏向は、プラスマイナス３０°であり、主遷移３４内部で生じた１０°と、湾曲管断面３８および４０によって提供される２０°で構成される。この総偏向角は、幅が９７５〜１６２５ｍｍ、すなわち３８〜６４インチのスチールスラブの連続鋳造にほぼ最適であることが見出されている。最適な偏向角は、スラブの幅および成形バルジＢの長さ、幅および深さにある程度依存する。典型的には、バルジは、長さが８００〜１１００ｍｍ、幅が１５０〜２００ｍｍそして深さが７００〜８００ｍｍとすることができる。平面６−６による断面は、図６に示されるものである場合、管断面３８，４０，４２および４４は、もはや完璧な矩形ではあり得ないが一般的にかろうじてそうであると理解されるであろうことは言うまでもない。図６において、側壁３４ｃおよび３４ｆは、直線部分のない略半円であり得ることがさらに理解されよう。後方壁３４ａおよび３４ｂの交わりは、図面をよりわかりやすくするために、線に沿うように非常に鋭角であることを示してきた。図２において、３４０ｂおよび３４０ｄは、図６ａのように四角形の凸状コーナーを想定したときの正面壁３４ｂおよび後方壁３４ｄのそれぞれとの側壁３４ｃの交わりを表す。しかしながら、４個の凸状コーナーが丸みを帯びているため、平面６−６の上流、線３４０ｂおよび３４０ｄが見えなくなる。後方壁３４ａおよび３４ｂは、互いに反対にねじれ、このねじれは、平面３−３においてゼロであり、平面６−６においてほぼ最大となる。正面壁３４ｄおよび３４ｅも同様にねじれる。壁３８ａおよび４２ａならびに壁４０ａおよび４４ａは、主遷移３４の対応側壁３４ｆおよび３４ｃが広がって延在していると考えることができる。
次に図１ａを参照すると、丸みを付けた先端を設けた分流器３２が拡大して示されている。湾曲した壁３８ｂおよび４０ｂには、それぞれ５ｍｍだけ小さくなった半径、たとえば２０１．５ｍｍから１９６．５ｍｍに縮小された半径が設けられている。このことは、例では、１０ｍｍ以上の肉厚部を生成し、この内部において、層流はく離を生成することなく所望の範囲のよどみ点を収容するために十分な曲率半径の丸みを付けた先端部を形成する。分流器３２の先端部３２ｂは、長軸の半分が垂直の半楕円であってもよい。好ましくは、先端部３２ｂは、たとえば、最大肉厚部の３０％の翼弦位置の前方がＮＡＣＡ００２４対称翼形断面等の翼状の輪郭を有する。これに対応して、流出口３５および３７の幅は、１．５ｍｍ〜２９．９ｍｍだけ大きくして、５７７６ｍｍ2の流出面積を維持してもよい。
次に図７および図８を参照して、ノズルの円管断面３０ｂの上部は、切開して示される。平面３−３において、断面は円形である。平面１６−１６は、平面３−３の５０ｍｍ下にある。横断面は長さ７６ｍｍ幅５９．７ｍｍの矩形であるため、総面積はここでも４５３６ｍｍ2となる。平面３−３と平面１６−１６の間にある円形から矩形の遷移５２は、流れの拡散が発生しないことから比較的短くてもよい。遷移５２は、高さ２５ｍｍの矩形管５４と接続され、平面１７−１７において終わり、ここで完全に矩形の拡散する主遷移３４に流入する前に遷移５２からの流れを平衡状態に保つ。主遷移３４は、ここでも平面１７−１７と平面６−６の間で高さが３５１．６ｍｍあり、横断面は図６ａに示すように完全な六角形であり得る。側壁３４ｃおよび３４ｆは、垂直軸から１０°の角度で広がり、正面壁および後方壁は、この場合、垂直軸から約２．６°の中間角度で収束する。等価一次元ディフューザ壁角は、ここでは、通常使用される最大８°を下回るほぼ１０−２．６＝７．４°になる。矩形管断面５４は、必要であれば、遷移５２が主遷移３４と直接結合されるように省略してもよい。平面６−６において、長さは、ここでも２００ｍｍであり、壁３４ｃおよび３４ｆ近くの幅もまた２８．４ｍｍである。ノズルの中心線において、幅は、いくらか大きい。平面４−４および平面５−５による横断面は、図４および図５に示すものと同様であるが、ただし、４個の凸状コーナーは丸くなく鋭い。後方壁３４ａおよび３４ｂならびに正面壁３４ｄおよび３４ｅは、平面６−６から１７．６ｍｍ下の点において分流器３２の先端部３２ａと出合う線に沿って交わる。角度を付けた矩形流出口３５および３７は、ここでも傾斜長が１０１．５ｍｍ、幅が２８．４ｍｍそれぞれあり、総流出面積が５７７６ｍｍ2となる。正面壁３４ｂおよび後方壁３４ｄの捩りは、図８において明確に見られる。
図１および図２のように図７および図８において、遷移３４の流出口３５および３７からの流れは、それぞれの流れが垂直軸に対してさらに２０°で折れ曲がった矩形の折れ曲がり断面３８および４０をそれぞれ通過し、次いで直矩形平衡断面４２および４４をそれぞれ通過する。断面４２および４４からの流れは、総偏向がここでも垂直軸からプラスマイナス３０°である。分流器３２の先端部は、ここでも２０°の夾角を有する。分流器３２が、図１ａのように丸みを付けた先端部および半楕円または翼状の輪郭である先端部（３２ｂ）を有することがここでも好ましい。
次に図９および図１０を参照して、平面３−３および平面１９−１９の間には、拡散した状態の円形から矩形への遷移５６がある。平面１９−１９における面積は、７６2＝５７７６ｍｍ2である。平面３−３と平面１９−１９の間の距離は７５ｍｍであり、これは、軸に対して壁が３．５°の角度を形成し、壁間の総夾角が７．０°である円錐形状のディフューザと等価である。遷移３４の側壁３４ｃおよび３４ｆは、それぞれ垂直軸から２０°の角度で広がり、一方、後方壁３４ａ〜３４ｂおよび正面壁３４ｄ〜３４ｅは、水平軸に対して２０°の角度で配設された一対の矩形流出口３５および３７を提供するように収束する。平面２０−２０は、平面１９−１９の１５６．６ｍｍ下にある。この平面において、壁３４ｃと３４ｆの間の長さは１９０ｍｍである。後方壁３４ａ〜３４ｂと正面壁３４ｄ〜３４ｅとが交わる線は、平面２０−２０から３４．６ｍｍ下に分流器３２の先端部３２ａまで伸長する。角度を付けた２個の矩形流出口３５および３７は、それぞれ傾斜長さが１０１．１ｍｍ、幅が２８．６ｍｍであり、平面１９−１９における遷移の流入面積と同じ５７７６ｍｍ2の流出面積が得られる。遷移３４内部には正味の拡散がない。流出口３５および３７には、矩形折れ曲がり断面３８および４０が配設され、この場合、さらに１０°それぞれの流れを偏向する。分流器３２の先端部は、夾角が４０°である。折れ曲がり断面３８および４０は、直矩形断面４２および４４にそれぞれ続く。ここでも、断面３８および４０の内壁３８ａおよび４０ａは、半径が、外壁３８ｂおよび４０ｂの２０１．１ｍｍの半径のほぼ半分の１００ｍｍであってもよい。総偏向は、ここでもプラスマイナス３０°である。好ましくは、分流器３２には、壁３８ｂおよび４０ｂの半径を縮小するとともに、必要であれば、これに対応して流出口３５および３７の幅を大きくすることによって、丸みを付けた先端部と、半楕円または翼状の輪郭の先端部（３２ｂ）が設けられる。
次に図１１および図１２を参照して、平面３−３において、横断面はここでも円形である。また、平面１９−１９において、横断面は正方形である。平面３−３と平面１９−１９の間には、拡散した状態の円形から正方形への遷移５６がある。ここでも、平面３−３と平面１９−１９の間の距離を７５ｍｍにすることによってディフューザ５６におけるはく離を未然に防ぐ。平面１９−１９における面積は、ここでも７６2＝５７７６ｍｍ2である。平面１９−１９と平面２１−２１の間には、正方形から矩形への一次元ディフューザがある。平面２１−２１において、長さは、（４／π）７６＝９６．８ｍｍ、幅が７６ｍｍで、面積７３５４ｍｍ2が得られる。ディフューザ５８の高さもまた７５ｍｍであり、その側壁は垂直軸から７．５°の角度で広がっている。主遷移３４において、側壁３４ｃおよび３４ｆのそれぞれの開きは、ここでは、垂直軸から３０°である。このような大きな角度で流れのはく離を避けるためには、遷移３４は、流出口３５および３７の面積が流入平面２１−２１におけるものを下回る順圧力勾配を提供する。平面２１−２１から６７．８ｍｍ下にある平面２２−２２において、壁３４ｃと３４ｆの間の長さは１７５ｍｍである。角度を付けた流出口３５および３７は、それぞれ傾斜長が１０１．０ｍｍ、幅が２８．６ｍｍであり、５７７６ｍｍ2の流出面積が得られる。後方壁３４ａ〜３４ｂと正面壁３４ｄ〜３４ｅと交わる線は、平面２２−２２から５０．５ｍｍ下で分流器３２の先端部３２ａまで伸長する。遷移３４の流出口３５および３７には、２個の直矩形断面４２および４４が配設される。断面４２および４４は、遷移３４において偏向の損失を回復するためにいくぶん長形である。ここには、介在する折れ曲がり断面３８および４０がなく、ここでも偏向は、主遷移３４によって提供されるようにほぼプラスマイナス３０°である。分流器３２は、先端の夾角が６０°の三角形状の楔である。好ましくは、分流器３２には、壁４２ａおよび４２ｂを移動し、これにより分流器３２のベース部の長さを増加することによって、丸みを付けた先端と、半楕円または翼状の輪郭の先端部（３２ｂ）が設けられる。ディフューザ５８における圧力の上昇は、摩擦を無視すると、主遷移３４において発生した圧力降下と等しい。流出口３５および３７の幅を大きくすることによって、流速をさらに減少させながら、遷移３４において順圧力勾配を達成することもできる。
図１１において、５２は、主遷移３４の流出口３５および３７近くの流れの等価ポテンシャルを表す。なお、等価ポテンシャル５２は、壁３４ｃおよび３４ｆに対して直角に延設し、ここで曲率はゼロであることに注目すべきである。等価ポテンシャル５２は、遷移３４の中心に漸近するのにともなって、曲率はますます大きくなり、軸Ｓに対応する遷移３４の中心において最大になる。したがって、遷移の六角形の横断面は、遷移３４それ自体において流れ流線の折れ曲がりを与える。六角形の主遷移の平均偏向効率は、２／３を上回り、側壁によって生成された見掛け偏向のおそらく３／４すなわち７５％である。
図１〜図２および図７〜図８において、主遷移における１０°からの２．５°の損失は、曲げおよび直断面においてほぼ完全に取り戻される。図９〜図１０において、主遷移における２０°からの５°の損失は、曲げおよび直断面においてほぼ取り戻される。図１１〜図１２において、主遷移における３０°からの７．５°の損失は長形直断面において大部分が取り戻される。
次に図１３および図１４を参照して、主遷移３４には、後方壁が３４ａｂ、正面壁が３４ｄｅのわずか４個の壁のみが設けられた、図１および図２の変形が示される。平面６−６における横断面は、図６ｂに示すように略矩形であってもよい。あるいは、横断面は、半径ゼロの鋭角のコーナーを有してもよい。あるいは、側壁３４ｃおよび３４ｆは、図１７ｂに示すように、直線部分のない半円形の横断面であってもよい。平面４−４および平面５−５における横断面は、通常、図４および図５に示すように、ただし後方壁３４ａおよび３４ｂが正面壁３４ｅおよび３４ｄのように同一線上にあることは言うまでもない。流出口３５および３７は、ともに平面６−６にある。線３５ａは、折れ曲がり断面３８に対して角度のある流入口を表し、線３７ａは、折れ曲がり断面４０に対して角度を付けた流入口を表す。分流器３２は、夾角２０°の鋭角の先端部を有する。遷移３４の左側および右側部分における流れの偏向は、側壁３４ｃおよび３４ｆの角度１０°のおそらく２０％、すなわちプラスマイナス２°の平均偏向である。折れ曲がり断面３８および４０の角度を付けた流入口３５ａおよび３７ａは、流れが遷移３４内においてすでに１０°偏向されていると仮定する。折れ曲がり断面３８および４０に加えて、続く直断面４２および４４は、遷移３４内における偏向の８°の損失の大部分を取り戻すであろうが、ポート４６および４８からの偏向はプラスマイナス３０°もあることは期待できない。分流器３２は、図１ａのように、丸みを付けた先端部と、半楕円または翼状の輪郭である先端部（３２ｂ）を有することが好ましい。
次に図１５および図１６を参照して、図１および図２に示したものと同様の別のノズルが示される。遷移３４は、ここでも、後方壁が３４ａｂ、正面壁が３４ｄｅのわずか４個の壁のみを有する。平面６−６における横断面は、図６ｂに示すように丸みを付けたコーナーを有するか、あるいはコーナーが鋭角の矩形であってもよい。平面４−４および平面５−５における横断面は、通常、図４および図５に示すように、ただし後方壁３４ａ〜３４ｂが正面壁３４ｄ〜３４ｅのように同一線上にある。流出口３５および３７は、ともに平面６−６にある。本発明の実施形態において、流出口３５〜３７における偏向角は、０°であると想定される。折れ曲がり断面３８および４０は、それぞれ３０°でそれぞれの流れを偏向する。この場合、分流器３２が鋭角の先端部を有しているとすると、自ずと夾角が０°の尖点になり、この構成では非実用的となる。したがって、壁３８ｂおよび４０ｂは、分流器３２の先端部が丸みを帯びるとともに先端部（３２ｂ）が半楕円または好ましくは翼状の輪郭となるように半径が小さくなっている。総偏向は、折れ曲がり断面３８および４０によって単独で提供されるようにプラスマイナス３０°である。直断面４２および４４の出口ポート４６および４８は、水平軸から３０°を下回る角度で配設され、これが垂直軸からの偏流である。
壁４２ａおよび４４ａは、壁４２ｂおよび４４ｂよりいくらか長い。壁４２ａおよび４４ａ近くの圧力勾配は逆であるため、拡散のためにより長い長さが与えられる。図１５〜図１６の直断面４２および４４は、図１〜図２，図７〜図８，図９〜図１０および図１３〜図１４において使用されてもよい。また、かかる直断面を図１１〜図１２において使用してもよいが、利点はさほどないであろう。なお、折れ曲がり断面３８および４０の当初三分の一について、壁３８ａおよび４０ａは、対応する側壁３４ｆおよび３４ｃよりも小さい見掛け偏向を提供することに注目すべきである。しかしながら、この下流では、広がった壁３８ａおよび４０ａならびに広がった壁４２ａおよび４４ａが、対応する側壁３４ｆおよび３４ｃよりも大きな見掛け偏向を提供する。
組立てられ首尾よく検査された図１３および図１４と同様の初期設計において、側壁３４ｃおよび３４ｆは、それぞれ垂直軸から広がり角５．２°を有し、後方壁３４ａｂおよび正面壁３４ｄｅは、それぞれ垂直軸から２．６５°の角度で収束する。平面３−３において、流れ横断面は直径７６ｍｍの円形である。平面４−４において、流れ横断面は、４個のコーナーについて、半径が２８．５ｍｍの長さ９５．５ｍｍ、幅６６．５ｍｍであった。平面５−５において、横断面は、コーナーについて、半径が１９ｍｍの長さ１１５ｍｍ、幅５７．５ｍｍであった。平面５−５から１５１．６ｍｍの代わりに１５０ｍｍ下に配置された平面６−６において、横断面は、コーナーについて、半径が５ｍｍの長さ１４４ｍｍ、幅４３．５ｍｍであり、流れ面積は６２４３ｍｍ2であった。折れ曲がり断面３８および４０は省略した。直断面４０および４２の壁４２ａおよび４４ａは、平面６−６において各側壁３４ｆおよび３４ｃと交わった。壁４２および４４ａは、ここでも垂直軸から３０°で広がり、平面６−６から９５ｍｍ下方向に７番目の水平面まで延設された。６０°の夾角を有する三角形状の分流器３２の鋭い先端は、（図１１に示すように）この７番目の面に配置された。分流器のベースは、７番目の面から１１０ｍｍ下に延在した。出口ポート４６および４８は、それぞれ１１０ｍｍの傾斜長さを有する。ポート４６および４８の頂部は、メニスカスから少なくとも１５０ｍｍ下に浸漬されるべきことが見出された。スラブの幅が１３８４ｍｍの、１秒あたり３．３トンの鋳造速度において、定常波の高さは７〜１２ｍｍしかなく、メニスカスにおいて表面渦は形成されず、幅が１２００ｍｍを下回る鋳型では振動は見られない。これを上回る鋳型幅では、生じる振動は最小であった。このように大きな鋳型幅では振動が最小であることは、極端に末端が急偏向したこと、さらに分流器３２の鋭い先端の下流で流れがはく離することによる、壁４２ａおよび４４ａにおける流れはく離に起因することがある。この初期設計において、正面壁３４ａｂおよび後方壁３４ｄｅの２．６５°の収束が長形の直断面４２および４４において連続された。したがって、これらの断面は、半径コーナー５ｍｍの矩形ではなく、その代わりやや台形であり、出口ポート４６および４８の頂部は幅が３５ｍｍ、出口ポート４６および４８の底部は幅が２４．５ｍｍであった。やや台形の断面は、略矩形であると考えられる。
次に図２３〜図２９を参照して、本発明の代替の実施形態が示される。これらの鋳造用ノズルは、本発明の鋳造用ノズルと同様であるが、ただし、そらせ板１００〜１０６を含み、別個のストリームに分流してこれらのストリームをノズルの内部において独立して偏向する複数段階を具体化する。しかしながら、そらせ板は、本発明のノズルと併用する必要はないが、そらせ板１００〜１０６を利用して、別個のストリームに分流してこれらのストリームをノズルの内部において独立して偏向する複数段階を具体化する限り、従来技術の鋳造用または浸漬流入ノズルのいずれと併用できることは、当業者によって理解されるはずである。
図２３〜図２７について、本発明の鋳造用ノズル３０、たとえば、遷移断面３４を有する鋳造用ノズルが示される。この遷移断面では、流れを拡散または減速し、これによりノズル３０から流出する流れの慣性力を減退するようにその断面内において軸方向対称から平面対称へと遷移する。金属フローが遷移断面３４に沿って進むと、その後、ノズル３０内部またはその内側に配置されたそらせ板１００，１０２に出合う。好ましくは、そらせ板は、そらせ板１００，１０２の上縁１０１，１０３が出口ポート４６，４８のそれぞれ上流となるように配置すべきである。そらせ板１００，１０２の下縁１０５，１０７は、出口ポート４６，４８の上流に配置されることが好ましいが、下縁１０５，１０７は、出口ポート４６，４８のそれぞれ下流に配置してもそうでなくてもよい。
そらせ板１００，１０２は、複数段階においてノズル３０を通って流れる液体金属を拡散する機能を奏する。そらせ板は、まず、流れを３本の別個のストリーム１０８，１１０および１１２に分流する。ストリーム１０８，１１２は、外側ストリームと考えられ、ストリーム１１４は中央ストリームと考えられる。そらせ板１００，１０２は、それぞれ上面１１４，１１６と、それぞれ下面１１８，１２０を含む。そらせ板１００，１０２により、２本の外側ストリーム１０８，１１２は、そらせ板の上面１１４，１１６によって反対方向に独立して偏向される。そらせ板１００，１０２は、垂直軸から約２０〜９０°、好ましくは３０°の偏向角を提供するように構成され、配置されるべきである。中央ストリーム１１４は、そらせ板の下面１１８，１２０から分岐することによって拡散される。次いで中央ストリーム１１４は、外側ストリーム１０８，１１２が偏向される角度と一致する角度、たとえば、垂直軸から２０〜９０°、好ましくは３０°で反対側に偏向される２本の内側ストリーム１２２，１２４に分流器３２によって分流される。
２本の内側ストリーム１２２，１２４は、外側ストリーム１０８，１１２が偏向される角度と一致する角度で反対側に偏向されるため、外側ストリーム１０８，１１２は、溶融した金属のストリームがノズル３０から流出する前にノズル３０内で内側ストリーム１２２，１２４、すなわちその一致するストリームとそれぞれ再合流され、鋳型へと吐出される。
外側ストリーム１０８，１１２をノズル３０内で内側ストリーム１２２，１２４とそれぞれ再合流するのには別の理由がある。別の理由とは、そらせ板１００，１０２の下縁１０５，１０７が出口ポート４６，４８の上流にある場合、すなわち、出口ポート４６，４８まで完全に伸長していない場合、外側ストリーム１０８，１１２は、これらのストリームがノズル３０から流出する前に内側ストリーム１２２，１２４からこれ以上物理的にはく離されることはない。
図２８〜図２９には、本発明の鋳造用ノズル３０の代替的な実施形態を示す。本実施形態において、そらせ板１０４，１０６の下縁１２６，１２８ではなく上縁１３０，１３２が、出口ポート４６，４８の上流に配設される。これは、外側ストリーム１０８，１１２と内側ストリーム１２２，１２４をノズル３０内において完全にはく離している。さらに、本実施形態において、外側ストリーム１０８，１１２および内側ストリーム１２２，１２４の偏向角は一致しない。この結果、外側ストリーム１０８，１１２と内側ストリーム１２２，１２４は、ノズル３０内において再合流しない。
好ましくは、そらせ板１０４，１０６および分流器３２は、外側ストリーム１０８，１１２が垂直軸から約４５°偏向されるとともに、内側ストリーム１２２，１２４が垂直軸から約３０°偏向されるように構成され、配置される。所望の鋳型流れ分布に基づいて、本実施形態は、外側および内側ストリームの偏向角の調整をそれぞれ可能にする。
次に図３０および図３１を参照して、本発明の別の代替的な実施形態が示される。２個の出口ポート１４６，１４８を有し、本発明の他の鋳造用ノズルの実施形態と同様の二またに分岐した鋳造用ノズル１４０が設けられる。しかしながら、図３０および図３１の鋳造用ノズル１４０は、ファセットのまたは「ダイヤモンドバック状の」内部ジオメトリを含み、ノズルの中心軸または中心線ＣＬにおいて縁部よりも大きな内部断面積をノズルに与えている。
鋳造用ノズル１４０の遷移断面１３４の底部または流出端近くにおいて、２個の角度の付けられた隣接する縁部１４２が、鋳造用ノズル１４０の内側の幅広い面のそれぞれの中心から出口ポート１４６および１４８の頂部に向かって下方向に伸長する。縁部１４２は、好ましくは、流入口１４１に向かって上向きに尖った頂点１４３を断面Ｂ−Ｂと断面Ｃ−Ｃの間に形成し、内部曲げファセット１４４ａと１４４ｂの頂縁部で構成される。これらの曲げファセット１４４ａと１４４ｂは、ノズル１４０のダイヤモンドバック状の内部ジオメトリを有する。これらは、中心縁部１４３ａにおいて収束し、中心縁部１４３ａから出口ポート１４６，１４８に向かって外側にテーパ状になっている。
頂縁部１４２は、出口ポート１４６および１４８の流出角にほぼ一致することが好ましく、これにより出口ポート１４６および１４８の理論上の流出角に対して偏流または液体金属の流れの曲げを促進する。出口ポート１４６および１４８の流出角は、水平軸から下方向に約４５〜８０°とすべきである。好ましくは、流出角は、水平軸から下方向に約６０°とすべきである。
頂縁部１４２を出口ポート１４６および１４８の流出角と一致することにより、出口ポートの頂部において流れのはく離を最小化するとともに、流れが出口ポートに漸近するにつれて側壁縁からのはく離を最小化する。さらに、図３０，図３０Ｃおよび図３０Ｄにおいて最も顕著に見られるように、曲げファセット１４４ａおよび１４４ｂは、同一水平横断面における頂縁部１４２よりも中心縁部１４３ａにおいて長さ方向の軸ＬＡから遠い。この結果、鋳造用ノズルの中心軸近くに、縁部における内部横断面積よりも大きな内部横断面積が与えられる。
図３０ＥＥにおいて示すように、ダイヤモンドバック状の内部ジオメトリにより、出口ポート１４６および１４８は、ポートの底部では頂部に比べてより幅広となり、すなわち、この場合には分流器１４９近くにおいてより幅広となる。この結果、ダイヤモンドバック状のポート構造は、出口ポート１４６および１４８の領域において、必然的にノズル１４０内の流れの動的圧力分布と一致し、これによりさらに安定した流出噴流をもたらす。
次に図３２〜図３４を参照して、本発明の別の代替的な実施形態が示される。図３２〜図３４の鋳造用ノズル１５０は、本発明の他の鋳造用ノズルの実施形態と同様である。ただし、鋳造用ノズル１５０は、上部および下部出口ポート１５３および１５５間にそれぞれ分布された流量を調整して、鋳造用ノズル１５０を通る液体金属の流量処理量に基づいて上部出口ポート１５３から流出する上部流出噴流の有効流出角の変動をもたらすように構成される。
図３２および図３３において示すように、鋳造用ノズル１５０は、好ましくは、上述した本発明の鋳造用ノズルの実施形態において記載したように分流の複数段階を具体化する。鋳造用ノズル１５０は、そらせ板１５６を含み、側壁１６０の下面１６０ａおよびそらせ板１５６の頂部面１５６ａとともに、上部出口ポート１５３へと続く上部流出路１５２を画定する。
鋳造用ノズル１５０は、鋳造用ノズル１５０の中心線ＣＬにほぼ沿って、またノズルを通る流れの方向におけるそらせ板１５６の下流に配設された下部分流器１５８を随時含んでもよい。下部分流器１５８により、そらせ板１５６の底部面１５６ｂおよび下部分流器１５８の頂部面１５８ａは、下部出口ポート１５５に続く下部流出路１５４を画定する。
側壁１６０、そらせ板１５６および分流器１５８は、上部出口ポートの理論上の流出角が上部出口ポートの理論上の流出角から少なくとも約１５°広がるように構成されることが好ましい。側壁１６０およびそらせ板１５６は、好ましくは、理論上の流出角が水平軸から下方向に約０〜２５°、最も好ましくは約７〜１０°の上部出口ポート１５３を提供する。そらせ板１５６および下部分流器１５８は、好ましくは、理論上の流出角が水平軸から下方向に約４５〜８０°、最も好ましくは約６０〜７０°の下部出口ポート１５５を提供する。
鋳造用ノズル１５０が分流器１５８を含まない場合、鋳造用ノズル１５０は、そらせ板１５６の底部面１５６ｂによって画定された図示されない下部出口ポート１５５を１個のみ含むことになる。下部出口ポート１５５の場合、約４５〜９０°の理論上の流出角を有する。
次に図３２〜図３４を参照して、実際、そらせ板１５６は、まず孔１５１を通る液体金属の流れを３本の別個のストリーム、すなわち、２本の外側ストリームと１本の中央ストリームに分流する。２本の外側ストリームは、上部出口ポート１５３によって水平軸から下方向に約０〜２５°の理論上の流出角に、さらに中心線ＣＬから反対の向きに偏向される。これらの外側ストリームは、鋳型への上部流出噴流として上部出口ポート１５３から吐出される。
なお、中央ストリームは、孔１５１を通って、さらにそらせ板１５６の間を下方向に進む。この中央ストリームは、さらに、下部分流器１５８によって、そらせ板１５６の底部面１５６ｂおよび下部分流器１５８の頂部面１５８ａの曲率に応じてノズル１５０の中心線ＣＬから反対に偏向された２本の内側ストリームに分流される。
そらせ板１５６の頂部面１５６ａの曲率またはとがりまたはそらせ板１５６それ自体のとがりは、水平軸から約０〜２５°（約７〜１０°が好ましい）の上部出口ポート１５３の理論上の流出角に２本の外側ストリームを案内するのに十分であるべきである。さらに、頂部面１５６ａの曲率または勾配を含む側壁下面１６０ａおよびそらせ板１５６の構成またはとがりは、上部出口ポート１５３に対する上部流出路１５２の横断面積を略一定に維持するのに十分とすべきである。
そらせ板１５６の底部面１５６ｂおよび分流器１５８の頂部面１５８ａの曲率またはとがりは、水平軸から下方向に約４５〜８０°（約６０〜７０°が好ましい）の下部出口ポート１５５の理論上の流出角に２本の内側ストリームを案内するのに十分とすべきである。これは、上部出口ポート１５３の約７〜１０°の好適な理論上の流出角から有意に広がっている。
そらせ板１５６の先端１５６ｃが先端１５６ｃのすぐ上にある鋳造用ノズル孔の横断面と関連して配置されるため（たとえば、図３２Ｅ）、外側ストリームと中央ストリームの間で分流される流量の理論上の割合が決定される。好ましくは、そらせ板１５６は、流れの対称分流を生成する（すなわち、上部出口ポート１５３を通る外側ストリームのそれぞれにおける等価な流れ）ように配設される。
好ましくは、総流量の割合は、外側ストリームよりも中央ストリームに対してより多く割り当てられる。特に、鋳造用ノズル１５０を通る総流量の約１５〜４５％、好ましくは約２５〜４０％が上部出口ポート１５３の２本の外側ストリームと関連づけられるとともに、総流量の残りの５５〜８５％、好ましくは約６０〜７５％が、下部出口ポート１５５を通る２本の内側ストリーム（または、鋳造用ノズル１５０が下部分流器１５８を含まない場合、下部出口ポート１５５を通る１本の中央ストリーム）として吐出される中央ストリームと関連づけられるように、鋳造用ノズル１５０を構成し、そらせ板１５６の先端１５６ｃを先端１５６ｃのすぐ上にある鋳造用ノズル孔の横断面と関連して配置することは有利である。上述したように下部出口ポート１５５が上部出口ポート１５３より多くの流量を有するように上部出口ポート１５３と下部出口ポート１５５の間の流量を調整することによってもまた、上部出口ポート１５３を流出した流れの有効流出角は、総流量処理量により影響される。
図３４Ａ〜図３４Ｃには、流量処理量の関数として、上部および下部出口ポートを通る流出噴流の有効流出角の変動を示す。図３４Ａ〜図３４Ｃには、鋳造用ノズル１５０を通る流出噴流の有効流出角を低、中間および高流量処理量でそれぞれ示す。たとえば、低流量処理量では、約１．５〜２トン／分以下であり、中間流量処理量では、約２〜３トン／分、高流量処理量では、約３トン／分以上である。
図３４Ａに示される低流量処理量では、矢印１６２で表される上部出口ポート１５３を流出する流出噴流は、矢印１６４で表される下部流出噴流と無関係であり、実質的に上部出口ポート１５３の理論上の流出角となる（好ましくは、水平軸から約７〜１０°）。
流量処理量が図３４Ｂおよび図３４Ｃに示すように増加すると、上部流出噴流１６２は、下部出口ポート１５５を流出する下部流出噴流１６４と関連づけられたより大きな運動量だけ鋳造用ノズル１５０の中心線ＣＬ方向に下方向に引っ張られる。これにより、上部流出噴流１６２の有効流出角は、流量処理量の増加にともない、理論上の流出角から大きくなる（水平軸から下方向により大きな角）。上部流出噴流１６２の有効流出角もまた、流量処理量の増加にともなって、下部流出噴流の流出角からの広がりが小さくなる。
流量処理量が図３４Ｂおよび図３４Ｃに示すように増加すると、下部出口ポート１５５から流出する下部流出噴流１６４もまたわずかに変動する。下部流出噴流１６４は、鋳造用ノズル１５０の中心線ＣＬからわずかに上方向に引っ張られる。したがって、下部流出噴流１６４の有効流出角は、流量処理量の増加にともなって、理論上の流出角からわずかに減少する（水平軸から下方向により小さな角）。
本発明の目的では、低、中間および高流量処理量の正確な値は特に重要でないことがわかるはずである。値に関係なく、上部流出噴流の有効流出角は、入力流の増加にともなって理論上の流出角から大きくなる（水平軸から下方向により大きな角）ことのみ必要である。
流量処理量により上部流出噴流１６２の有効流出角が変動することは、非常に有益である。低流量処理量では、高温の到来液体金属を鋳型における流体のメニスカス領域に均一に搬送して、適正に潤滑するよう成形パウダーに対する熱伝達を適正に促進することが望ましい。低流量処理量では、上部流出噴流１６２の有効流出角が浅いことにより本目的が実現される。これに対して、高流量処理量では、流出噴流によって鋳型に搬送される混合エネルギーがはるかに大きい。したがって、鋳型において流体の過度の乱れおよび／またはメニスカスの攪乱のためにポテンシャルが実質的に増加する。高流量処理量では、上部流出噴流１６２の有効流出角がより急勾配、すなわちより下向きになり、上記の乱れまたはメニスカスの攪乱が減少する。これにより、図３２〜図３４の鋳造用ノズル１５０は、鋳造用ノズル１５０を通る流量処理量の実質的な範囲において、鋳型における液体金属の搬送および適正な分布を高める。
次に図３５および図３６を参照して、本発明の別の代替的な実施形態を示す。図３５および図３６に示す鋳造用ノズル１７０は、図３０〜図３１の鋳造用ノズル１４０と図３２〜図３４の鋳造用ノズル１５０の特徴を併せ持つ。
図３０〜図３１の複数ファセットのダイヤモンドバック状の内部ジオメトリの鋳造用ノズル１４０は、鋳造用ノズル１７０に組み込まれて、曲げファセット１７４の頂縁部１７２を下部出口ポート１７６の理論上の流出角、すなわち、水平軸から下方向に約４５〜８０°（約６０〜７０°が好ましい）と一致させる。このように、そらせ板１７８の間を流れる中央ストリームの近傍には、曲げファセット１７４が一般に設けられる。ダイヤモンドバック状の内部ジオメトリにより、そらせ板１７８の底部面１７８ａに沿って流れをはく離することなく、下部出口ポート１７６の流出角の方向に中央ストリームをより滑らかに曲げ、分離させる。図３５ＲＲに示すように、下部出口ポート１７６は、好ましくは、頂部においてよりも底部に向かって最も幅広になる、すなわち、分流器１８０近くではより幅広となる。図３５ＱＱに示すように、上部出口ポート１８２は、好ましくは、底部においてよりも頂部に向かって幅広になる、すなわち、側壁１８４の下面１８４ａ近くにおいて最も幅広となる。
さらに、図３２〜図３４の鋳造用ノズル１５０のように、鋳造用ノズル１７０を通る流れは、そらせ板１７８によって、上部出口ポート１８２および下部出口ポート１７６を通って排出される流れストリームに分流されることが好ましく、鋳造用ノズル１７０を通る流れを調整して、流量処理量に基づいて上部出口ポートから流出するストリームの有効流出角を変化させることが好ましい。
上部出口ポート１８２の有効流出角は、図３４Ａ〜図３４Ｃにおいて示すように鋳造用ノズル１５０と同様に変化する。しかしながら、鋳造用ノズル１７０の複数ファセットのダイヤモンドバック状の内部ジオメトリの結果、鋳造用ノズル１７０は、鋳造用ノズル１５０と比較して、鋳型における揺れおよび乱れのために、高流量処理量で有効流出角をあまり変化させずに下部出口ポート１７６からより円滑な流出噴流をもたらし、メニスカス変動をより安定して制御する。
さらに、鋳造用ノズル１７０の複数ファセットのダイヤモンドバック状の内部ジオメトリは、上部出口ポート１８２に比べて下部出口ポート１７６から流量の大部分をさらに効率よく調整することに寄与している。ダイヤモンドバック状の内部ジオメトリは、総流量の約１５〜４５％、好ましくは約２５〜４０％が上部出口ポート１８２から流出し、一方、総流量の約５５〜８５％、好ましくは約６０〜７５％が下部出口ポート１７６、または鋳造用ノズル１７０が分流器１８０を含まない場合には１個の出口ポート１７６から流出するように構成されることが好ましい。
本発明の目的のうち少なくともいくつかをすでに達成していることが明らかであろう。入口管と出口ポートの間に流速の拡散および減速を与えることによって、ポートからの流速は減退し、ポートの長さおよび幅に沿った速度分布は略均一になり、鋳型における正常波振動は減少する。反対に配向された２本のストリームの偏向は、軸対称から平面対称への遷移から下に配設された分流器を提供することによって実現される。遷移における流れを拡散および減速することによって、安定した均一の出口流体の流速を提供しながら、垂直軸からプラスマイナス３０°程度のストリームの総偏向を達成することができる。
さらに、反対に配向された２本のストリームの偏向は、ストリームの外側部分において負圧を提供することによって部分的に実現することができる。これらの負圧は、主遷移の下流で側壁の広がり角を増加することによって部分的に生成される。内側半径が外側半径のいくらかの真分数である曲線状の断面によって、偏向が得られる。主遷移それ自体における流れの偏向は、１８０°を下回る夾角で交わる正面壁と後方壁の各対を有する六角形横断面を遷移に設けることによって達成することができる。分流器には、製造時、あるいはわずかな流れ振動によるよどみ点における不測事態が、いくらか下流に延びた先端において流れのはく離を引き起こさないように、曲率半径を十分に取った丸みの付いた先端を設けている。
図２３〜図２８の鋳造用ノズルは、液体金属を鋳造用ノズルを通って鋳型に導入することに関連する流体挙動を向上させる。従来技術のノズルでは、ノズルの内孔を流れる液体金属の慣性力が大きいため、出口ポートの領域において流れはく離をもたらし、その見掛けの偏流角を達成することのない高速かつ不安定で乱れた流出噴流を引き起こした。
図２３〜図２８の鋳造用ノズルにおいて、ノズルの孔において別個の独立したストリームに流れを分流することによって、慣性力が分割され、複数段階で良好に制御することができる。この結果、流れはく離が緩和され、ひいては乱流が減少するとともに、流出噴流を安定化して所望の偏向角を実現する。
さらに、図２８〜図２９の鋳造用ノズルは、外側および内側ストリームの独立した偏向角を達成する性能を提供する。これらの鋳造用ノズルは、鋳型が限定されたジオメトリである場合の成形プロセスに特に適する。これらの場合、液体金属をより拡散して分布することが望ましい。
図３０〜図３１の鋳造用ノズルにおいて、複数ファセットの内部ジオメトリが組み込まれ、ノズルの孔は、縁部よりもノズルの中心線において厚くなり、ダイヤモンドバック状の内部ジオメトリを作り出す。この結果、細長い面の側壁縁を取り巻くノズルの外部寸法を増大することなく、開口したエリアを鋳造用ノズルの孔によりデザインすることができる。したがって、ノズルは、ノズルの内孔において流れ減速、流れ拡散および流れ安定性を改良し、これにより、静かかつ滑らかに鋳型に液体金属を搬送できるようになる。さらに、鋳造用ノズルが、鋳型内の使用可能な空間をより良好に利用してそこでの流れパターンを適切に促進することから、ダイヤモンドバック状のジオメトリは、鋳型が広い面の中程でより厚くなり細長い側壁面において狭まったバルジ状または王冠状の鋳型に特に適する。
図３２〜図３４の複数ポート鋳造用ノズルにおいて、液体金属の鋳型への搬送、およびそこでの液体金属の分布は、鋳造用ノズルを通る総流量処理量の有用な広範囲にわたって改良される。複数ポート鋳造用ノズルの上部および下部出口ポート間に分布された流量を適切に調整し、さらに上部および下部ポートの理論上の流出角を少なくとも約１５°はく離することによって、上部出口ポートの有効流出角は、鋳造用ノズルの処理量における加減によって有益に変化する。かかる変動の結果、鋳型において滑らかで静かなメニスカスが、成形パウダーに適切な熱伝達を低流量処理量で行い、しかも高流量処理量ではメニスカスの安定性を促進する。したがって、従来技術の鋳造用ノズルと比較して、流れ特性を低下することなく、有用な操作用流量処理量を広範囲にわたって達成することができる。
図３５および図３６の鋳造用ノズルにおいて、上部出口ポートの有効流出角は、図３２〜図３４の鋳造用ノズルと同様に流量処理量にともない有利に変化し、図３０〜図３１の鋳造用ノズルと同様のダイヤモンドバック状の複数ファセットの内部ジオメトリを併せ持って、図３５および図３６の鋳造用ノズルは、有効流出角をあまり変化させることなく下部出口ポートから滑らかな流出噴流が生じ、鋳型においてメニスカス変動をより安定して制御する。
ある特定の特徴および準組み合わせ（subcombination）が有用であり、準組み合わせの他の特徴を参照せずに利用してもよいことが理解されよう。このことは、本発明の請求の範囲によって考えられ、またその範囲に属する。したがって、本発明は、図示および説明された具体的な詳細に限定されないことが理解されるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図１ａ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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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３ａ】
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【図４ａ】
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【図５ａ】
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【図６ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３０ＥＥ】
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【図３１】
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【図３２】
0004583508.tif 000049
【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３２Ｄ】
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【図３２Ｅ】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
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【図３５Ｅ】
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【図３５ＱＱ】
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【図３５ＲＲ】
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【図３５】
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【図３６】
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