(57)【要約】【課題】本発明は、浸漬ノズルの吐出孔出口の角度を従来よりも変えることにより、浸漬ノズルの吐出孔への溶鋼の逆流を防ぎ、高品質な鋳片を連続鋳造可能とすることである。【解決手段】本発明による連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法は、下部側壁に複数個の横向き吐出孔(4)を設けた浸漬ノズル(1)を用い、前記浸漬ノズル(1)の吐出孔(4)の中心線(43)を通るノズル中心軸(3)と平行な断面である垂直方向断面(F)でみて、前記吐出孔(4)の上端角度(51)を水平面に対して水平±１０°とし、前記吐出孔(4)の下端角度(52)は前記水平面から上方向に水平＋２０°〜４５°とした構成と方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬ノズル(1)の下部側壁(1M)に複数個の横向きの吐出孔(4)を設けた構成よりなる連続鋳造用の浸漬ノズルにおいて、
前記吐出孔(4)の中心線(43)を通り前記浸漬ノズル(1)のノズル中心軸３と平行な断面である垂直方向断面(F)でみて、前記吐出孔(4)の上端角度(51)を水平面(50)に対して水平±１０°とし、
前記吐出孔(4)の下端角度(52)は前記水平面(50)から上方向に水平＋２０°〜４５°としたことを特徴とする連続鋳造用の浸漬ノズル。
【請求項２】
前記吐出孔(4)の吐出孔入口(44)の第１断面積を(A)とし、前記吐出孔(4)の吐出孔出口(45)の第２断面積を(B)とした時、前記第１断面積(A)に対する前記第２断面積(B)の比をＲ（Ｒ＝Ｂ／Ａ）とすると、Ｒが０．４以上、０．６５以下であることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用の浸漬ノズル。
【請求項３】
前記吐出孔(4)の前記中心線(43)と前記ノズル中心軸(3)と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸(3)に平行な面で切断した際の吐出孔出口(45)の断面を吐出孔垂直断面(G)とした際、前記吐出孔垂直断面(G)が矩形であり、前記吐出孔出口(45)高さを(H)、出口幅を(W)とした時、縦横比Ｈ／Ｗが０．３〜０．６５の横長の矩形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続鋳造用の浸漬ノズル。
【請求項４】
前記吐出孔(4)の前記中心線(43)と前記ノズル中心軸(3)と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸(3)に平行な面で切断した際の吐出孔出口(45)の断面を吐出孔垂直断面(G)とした際、前記吐出孔垂直断面(G)が円または横長の長円であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続鋳造用の浸漬ノズル。
【請求項５】
下部側壁(1M)に複数個の横向きの吐出孔(4)を設けた浸漬ノズル(1)を用いるようにした浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法において、
前記吐出孔(4)の中心線(43)を通るノズル中心軸(3)と平行な断面である垂直方向断面(F)でみて、前記吐出孔(4)の上端角度(51)を水平面(50)に対して水平±１０°とし、
前記吐出孔(4)の下端角度(52)は前記水平面(50)から上方向に水平＋２０°〜４５°としたことを特徴とする浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法。
【請求項６】
前記吐出孔(4)の吐出孔入口(44)の第１断面積を(A)とし、前記吐出孔(4)の吐出孔出口(45)の第２断面積を(B)とした時、前記第１断面積(A)に対する前記第２断面積(B)の比をＲ（Ｒ＝Ｂ／Ａ）とすると、Ｒが０．４以上、０．６５以下であることを特徴とする請求項５記載の浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法。
【請求項７】
前記吐出孔(4)の前記中心線(43)と前記ノズル中心軸(3)と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸(3)に平行な面で切断した際の吐出孔出口(45)の断面を吐出孔垂直断面(G)とした際、前記吐出孔垂直断面(G)が矩形であり、前記吐出孔出口(45)高さを(H)、出口幅を(W)とした時、縦横比Ｈ／Ｗが０．３〜０．６５の横長の矩形であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法。
【請求項８】
前記吐出孔(4)の前記中心線(43)と前記ノズル中心軸(3)と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸(3)に平行な面で切断した際の吐出孔出口(45)の断面を吐出孔垂直断面(G)とした際、前記吐出孔垂直断面(G)が円または横長の長円であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法に関し、特に、溶鋼の連続鋳造において、吐出孔出口の角度を従来よりも変えることにより、浸漬ノズルの吐出孔への溶鋼の逆流を防ぎ、高品質な鋳片を連続鋳造可能とするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融金属の連続鋳造、特に溶鋼の連続鋳造においては、図示しないタンディッシュに一旦貯められた溶鋼は、上ノズル、スライディングノズル及び図１１の浸漬ノズル１を介して、水冷鋳型８に供給され、冷却することで鋳片を連続的に得る。前記浸漬ノズル１を使用することで、水冷鋳型８に溶鋼７を注入する際、溶鋼７の酸化を防止し、酸化物の混入による非金属介在物（以下、介在物）の発生を防止している。
前記浸漬ノズル１においては、通常、垂直方向に設けられた内孔２から、吐出孔４を通じて水冷鋳型８へ溶鋼７を供給する。この連続鋳造においては、水冷鋳型８内における凝固過程の安定性と、製品の欠陥の原因となる鋳片内への介在物の巻き込みの低減とが求められている。特に、浸漬ノズル１は水冷鋳型８に溶鋼７を直接供給するため、凝固の安定性や介在物の巻き込みの低減などを目的として様々な改善がなされており、この浸漬ノズル１の形状には種々の形状のものがある。
【０００３】
その様々な形状の中に、溶鋼７が水平よりやや上向きに向けて吐出するように、吐出孔が水平面からやや上向きに開けられているものがある（図１１）。これにより、溶鋼への介在物の取り込みを抑制、さらにメニスカスへの熱供給を促進させモールドパウダーの安定的な溶融を促し、溶鋼モールドパウダー系凝固物であるスラグベアの生成を抑制する効果などが得られる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、底部付近に上向きにあけた複数個の側面流出口と、底部流出口を有する浸漬ノズルが紹介されている。やや上向きに吐出することで、鋳型上部の溶融金属の停滞を無くし、凝固殻に対する影響を極小にし、浮上介在物等の巻込みを少なくし、異常凝固を起こさず、優れた連続鋳造鋳片を得るとしている。側面流出口は水平よりやや上向きで、２°〜４５°の範囲とすることが好ましいとし、適切な角度は鋳型の大きさや鋳込み金属の性状によって異なるとしている。
【０００５】
特許文献２には、高Ｔｉ鋼スラブの連続鋳造に使用した例である。浸漬ノズルの吐出孔角度を上向き２〜８度とした例が紹介されている。高Ｔｉ鋼の場合、介在物として浮上するＴｉＯ２をモールドパウダーに吸収させて、溶解させるために、モールドパウダーの融解熱となる熱を常に供給しなければならず、そのため、浸漬ノズルからの吐出流を、通常の炭素鋼の場合に比較して、メニスカスに多く供給する必要があるとしている。
【０００６】
特許文献３には、ビレット連続鋳造において吐出流を水平ないし上向きにした例が示されている。浸漬ノズルの側壁に水平方向ないし上向き勾配（角度θ１）の吐出孔を設けており、θ1は３０°以下であることが好ましいとしている。この場合も、鋳型内の溶鋼に上向きの流れを与え、メニスカス部に溶鋼熱を供給してパウダーの溶融を確保し、かつ鋳型内での非金属介在物が鋳片下方に深く侵入することを押さえることができるとしている。
さらに、特許文献４には、浸漬ノズルの側壁に水平面から上方向に０〜１５°の吐出角度を持つ吐出孔を設けた例が紹介されている。適切な角度とすることで、溶鋼メニスカス部での溶鋼の更新を行うことができるとしている。
一方、後述のように本発明においては、側面吐出孔において吐出孔出口を吐出孔入口より小さくして先端を絞ることを特徴とするのであるが、それに関連する発明としては以下のようのものがある。
【０００７】
特許文献５には、吐出口部の上端と下端の角度が異なることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルが紹介されている。浸漬ノズル吐出孔での吐出流角度の違いにより、モールドパウダーの巻き込み、介在物の浮上などに差が生じることに着目し、上端と下端の角度を変えることで、吐出流の下向きの速度成分を小さくし、同時に流速も小さくすることができるとしている。吐出方向は上向きの場合と下向きの場合のいずれもが例示されている。
【０００８】
特許文献６には、スラブ連鋳機において浸漬ノズルの吐出孔の外側開口面積を、内側開口面積より小さくすることで先端を絞り吐出流の指向性が安定し、モールドパウダーの巻き込みや介在物の集中が無く、品質の良いスラブが得られるとしている。例示図では、水平方向断面で吐出口先端を絞る場合と、垂直断面で絞って下向きの方向へ吐出させる場合とが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開昭４９−１１７３１５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１４８９２号公報
【特許文献３】特許第４０４７２４１号公報
【特許文献４】特許第４４４４０３４号公報
【特許文献５】特開昭６２−１０９４２号公報
【特許文献６】特開２００１−８７８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１〜４に例示の浸漬ノズルにおいては、いずれも水平方向に対し、やや上向きに吐出することを特徴とするが、その用途はビレット連続鋳造などの小サイズのモールドの場合もあれば、スラブ連続鋳造のように大形サイズの鋳型の場合もある。また、吐出角度は、鋳片サイズや引き抜き速度などの関係から、適宜選択される。特許文献１〜４に紹介された浸漬ノズルにおいては、特許文献３以外はいずれもストレートな穴を開けたものと認識される。
このような上向きの吐出孔を持つ浸漬ノズルを用いた場合、しばしば鋳片欠陥が発生する。
【００１１】
この鋳片欠陥の原因は、図１１のように浸漬ノズルの外側から溶鋼を吸い込み、介在物の原因になっているものと推定される。図１１に、吸い込みが起こる状態の模式図を示す。吐出孔４からやや上方に吐出された溶鋼１０は、水冷鋳型８に衝突した後、一部の溶鋼は上方に向かって流れ、溶鋼表面に達する。これによって、溶鋼表面に熱を供給してモールドパウダーを溶融するのであるが、溶鋼流は溶鋼表面を水冷鋳型８の中央に向かって流れ、その後、浸漬ノズル１に沿って下降し、図１２のように、吐出孔出口４５付近に達する。吐出孔４が上方向に向いていると溶鋼７が何らかの原因で浸漬ノズル１の中心方向に向かって流れ込む、つまり、溶鋼を吸い込むものと推定される。
【００１２】
前記浸漬ノズル１の外側から吸い込みが起こると、以下のような問題が発生する。まず、鋼中の介在物は次第に浮上して溶鋼表面にある溶融モールドパウダー９に吸収されることで無害化するのに対し、吸い込みが発生すると浮上しかけた介在物が再度吐出流に巻き込まれ、その結果、鋳片に取り込まれることで、欠陥数が増加することになる。また、吸い込みによって溶鋼表面にある溶融モールドパウダー９が吸い込み流にしばしば巻き込まれる。浸漬ノズル１が溶融モールドパウダー９と接する部分は特に激しく溶損することから耐食性の高いパウダーライン材を配材するが、吐出孔４を形成する浸漬ノズル１の本体材質は溶融モールドパウダー９に対する耐食性が劣る。その結果、吸い込まれた溶融モールドパウダー９が吐出孔壁１０を溶損し、最適な吐出条件を維持できなくなって、鋳片欠陥が増加することである。
【００１３】
吐出方向を上向きにするのは、上述のように様々な要求に対応するためであるが、それらを満足しつつ、吐出孔の外側からの溶鋼の吸い込みを防止する方法が求められてきた。  しかし、従来技術では、それ解消できる方法は知られていなかった。また、特許文献５および特許文献６に例示の方法を適用しても吸い込みを改善することをできなかった。
本発明は、浸漬ノズルの側壁に開けた吐出孔から、水平方向に対して上向きの吐出流を得て水冷鋳型内の溶鋼のメニスカス部の湯面の更新を図り安定した連続鋳造を行いながら、浸漬管の外側から吐出孔への溶鋼の吸い込みを抑制できる浸漬ノズルの供給にある。
【００１４】
発明者らは、上述の推定が正しいかどうかを水モデル実験と数値解析により検証した。
その結果、図１２のように水平方向から上向きにストレートに開けた吐出孔４の場合、浸漬ノズル１の内孔２から浸漬ノズル１の外側に向かう吐出流は斜めの吐出孔４の下部を主として流れ、上部では浸漬管の外部から浸漬ノズル１の内側に向かって逆流が起こり、その部分で溶鋼７の吸い込みが起こっていることを確認した。
そこで、吐出孔４の上部で発生する浸漬管外部から内部に向かった逆流を防止すべく、様々な吐出孔の形状について検討した。この際、浸漬管の側面吐出孔からの吐出方向と吐出流量によって決まる溶鋼表面における流れの状態が変化しないことを前提とした。
その結果、特許文献５と特許文献６に開示された吐出孔と類似した形状ではあるが、吐出孔の上端と下端の角度を変えて吐出孔の先端を絞るような形状にするとともに、上端と下端の角度をある特定の角度にし、また、吐出孔４の入口の面積と出口の面積を適正化することで、吐出孔４上部からの溶鋼７の逆流を防止する方法を見出したものである。
【００１５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、吐出孔の角度を従来よりも変えることにより、浸漬ノズルの吐出孔への溶鋼の逆流を防ぎ、高品質な鋳片を連続鋳造可能とするための連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による浸漬ノズルは、浸漬ノズルの下部側壁に複数個の横向きの吐出孔を設けた構成よりなる連続鋳造用の浸漬ノズルにおいて、前記吐出孔の中心線を通るノズル中心軸と平行な断面である垂直方向断面（Ｆ）でみて、前記吐出孔の上端角度を水平面に対して水平±１０°とし、前記吐出孔の下端角度は水平面から上方向に水平＋２０°〜４５°とした構成である。以下、例示図の吐出孔入口から吐出孔出口に向かって上方向に傾斜する場合の符号をプラス、下方向に傾斜する場合の符号をマイナスとする。
また、前記吐出孔の吐出孔入口の第１断面積を（Ａ）とし、前記吐出孔の吐出孔出口の第２断面積を（Ｂ）とした時、前記第１断面積（Ａ）に対する前記第２断面積（Ｂ）の比をＲ（Ｒ＝Ｂ／Ａ）とすると、Ｒが０．４以上、０．６５以下である構成であり、また、前記吐出孔の中心線と前記ノズル中心軸と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸に平行な面で切断した際の吐出孔出口の断面を吐出孔垂直断面（Ｇ）とした際、前記吐出孔垂直断面（Ｇ）が矩形であり、前記吐出孔の出口高さを（Ｈ）、出口幅を（Ｗ）とした時、縦横比Ｈ／Ｗが０．３〜０．６５の横長の矩形である構成であり、また、前記吐出孔の吐出孔垂直断面Ｇが円または横長の長円である構成であり、また、本発明による浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法は、下部側壁に複数個の横向きの吐出孔を設けた浸漬ノズルを用いるようにした浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法において、前記吐出孔の中心線を通るノズル中心軸と平行な断面である垂直方向断面（Ｆ）でみて、前記吐出孔の上端角度を水平面に対して水平±１０°とし、前記吐出孔の下端角度は前記水平面から上方向に水平＋２０°〜４５°とした方法であり、また、前記吐出孔の吐出孔入口の第１断面積を（Ａ）とし、前記吐出孔の吐出孔出口の第２断面積を（Ｂ）とした時、前記第１断面積（Ａ）に対する前記第２断面積（Ｂ）の比をＲ（Ｒ＝Ｂ／Ａ）とすると、Ｒが０．４以上、０．６５以下である方法であり、また、前記吐出孔の吐出孔垂直断面（Ｇ）が矩形であり、前記吐出孔の出口高さを（Ｈ）、出口幅を（Ｗ）とした時、縦横比Ｈ／Ｗが０．３〜０．６５の横長の矩形である方法であり、また、前記吐出孔の前記吐出孔垂直断面（Ｇ）が円または横長の長円である方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本発明による前述の構成と方法により、やや上向きの溶鋼吐出流を維持することができ、水冷鋳型内の溶鋼湯面付近に温度の高い溶鋼を適正量供給し、メニスカスレベルを安定させるとともに、モールドパウダーの安定的な溶融を促し、溶融鋳型パウダー系凝固物であるスラグベアの生成を抑制することができる。
また、浸漬ノズル外側から吐出孔への溶鋼の吸い込みを押さえることができ、溶鋼の吸い込みに起因する鋳片欠陥の発生を抑えることができる。
さらには、浸漬ノズル外側から吐出孔への溶鋼の吸い込みを抑えることができ、溶鋼の吸い込みによっておこる溶融モールドパウダーによる吐出孔の溶損を抑制することができるので、良好な吐出流を維持でき、そのため、製品欠陥の少ない鋳片を鋳込むことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明になる浸漬ノズルの要部の断面図を示し、その際の吐出孔付近での溶鋼の流れの模式図を示し、矢印の向きは流れの方向を示す。
【図２】本発明になる浸漬ノズルの他の形態を示す断面図である。
【図３】本発明になる浸漬ノズルの他の形態を示す断面図である。
【図４】本発明になる浸漬ノズルの他の形態を示す断面図で、浸漬ノズル下端に下側に向かう吐出孔を設けた例である。
【図５】本発明になる浸漬ノズルを示し、図６のＡ−Ａ線による吐出孔の断面形状を矩形とした時の、吐出孔を通る垂直方向断面（Ｆ）である。
【図６】図５の吐出孔のＤ−Ｄ線による水平断面図である。
【図７】図５の吐出孔の吐出孔出口の吐出孔垂直断面（Ｇ）を示す断面図である。
【図８】本発明になる吐出孔出側の形状を示す例示図で、形状が矩形の場合である。
【図９】本発明になる吐出孔出側の形状を示す例示図で、形状が円形の場合である。
【図１０】本発明になる吐出孔出側の形状を示す例示図で、形状が楕円の場合である。
【図１１】従来構成の上向きに吐出された溶鋼の水冷鋳型内での流れの状態を示す模式図である。
【図１２】従来方法になる上方向にストレートに開けた吐出孔付近における溶鋼流を示す模式図で、矢印の向きは流れの方向を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明による連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法は、溶鋼の連続鋳造において、吐出孔の角度を従来より変えることにより、浸漬ノズルの吐出孔への溶鋼の逆流を防ぎ、高品質な鋳片を連続鋳片可能とすることである。
【実施例】
【００２０】
以下、図面と共に本発明による連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１は周知の連続鋳造装置の一部である浸漬ノズル１の下部側壁１Ｍの要部を拡大し、かつ、吐出孔４の中心線４３を通る吐出孔４付近の断面を示している。
前記吐出孔４は前記浸漬ノズル１の内孔２と連通し、前記内孔２内に供給された溶鋼７は前記吐出孔４を介して水冷鋳型８内へ吐出されるように構成されている。
【００２１】
前記吐出孔４の水平面５０に対する上端角度５１は水平面５０に対して水平±１０°とされ、前記吐出孔４の下端角度５２は前記水平面５０から上方向に水平＋２０°〜４５°に構成されている。
前記吐出孔４の内孔２側の吐出孔入口４４から供給された前記溶鋼７は、吐出孔上端４１の上端角度５１及び吐出孔下端４２の下端角度５２を介して水冷鋳型８側へ吐出され、この水冷鋳型８内で溶鋼湯面付近から浸漬ノズル1に沿って降下した溶鋼の流れＥは、前記吐出孔出口４５から吐出される溶鋼吐出流Ｆと合流し、水冷鋳型８へ向かって流れる。このため、吐出孔４への溶鋼の吸い込みを起こすことがない。
【００２２】
図２は、吐出孔４の前記上端角度５１を水平面５０に対してマイナスとした形態を示している。
また、図３は、吐出孔４の前記上端角度５１を逆方向の傾斜とすると共に、前記下端角度５２の傾斜を図２よりもやや急峻とした形態を示している。
【００２３】
また、図４は、本発明の吐出孔４の構造を用いると共に、前記浸漬ノズル１の浸漬ノズル下面に底部吐出孔４７を形成した形態を示している。
また、図５は、図１の浸漬ノズル１の縦断面を示す。
また、図６は図５の浸漬ノズル１のＤ−Ｄ断面図であり、前記吐出孔４が４個形成されていると共に、前記各吐出孔４の間には柱部４６が形成されている。
【００２４】
図８から図１０は、前記吐出孔４の形状を示しており、図８は長方形よりなる四角形であり、図９は真円であり、図１０は楕円形又は長円形である。
【００２５】
次に、本発明による浸漬ノズルの詳細な説明を行うこととする。
すなわち、本発明は、吐出孔４の吐出孔上端４１の上端角度５１と下端角度５２を適正化することを特徴とするものである。前記の通り、吐出孔入口４４から吐出孔出口４５に向かって上方向に傾斜する場合の符号をプラスとし、下方向に傾斜する場合の符号をマイナスとする。さらに、前記吐出孔上端４１の角度と比較して、前記下端角度５２を上方向に大きくすることによって、前記吐出孔入口４４の面積に比較し、前記吐出孔出口４５の面積を小さくして、吐出孔４の先端を絞った形状となる。従って、適度に絞り込むことで、良好な吐出流を生むと同時に、吐出孔出口４５からの溶鋼７の逆流を抑制することが可能となる構成である。
【００２６】
次に、前記吐出孔４の中心線４３を通るノズル中心軸３と平行な断面からなる垂直方向断面Ｆにおいて、上端角度５１は、吐出孔上端４１のなす上端角度５１である上端角度θ（Ｕ）を水平±１０°とすることが好ましい。上端角度θ（Ｕ）が−１０°より小さいと、つまり、吐出孔出口４５に向かって下方向に１０°より大きく傾斜する場合、吐出孔４からの吐出流が上向きにならず好ましくない。上端角度θ（Ｕ）が１０°より大きいと、吸い込みを起こし易くなるため好ましくない。より好ましくは、±５°である。
尚、本発明においては、浸漬ノズル１の垂直断面を前記垂直方向断面Ｆと吐出孔垂直断面Ｇに分けて説明している。
すなわち、前記垂直方向断面Ｆは、図１〜図５及び図１２で示すような段落００２６で説明済のノズル中心線３を含む垂直断面のことで段落００２６で説明している。
また、前記吐出孔垂直断面Ｇは、図７〜図１０で示すような吐出孔出口４５の断面で、段落００２９で説明している。
【００２７】
次に、前記下端角度５２は、図１の垂直方向断面Ｆにおいて、吐出孔下端４２のなす下端角度５２である下端角度θ（Ｌ）を２０〜４５°とすることが好ましい。下端角度θ（Ｌ）が２０°未満では、吐出孔からの吐出流が上向きにならず好ましくない。下端角度θ（Ｌ）が４５°より大きい場合、溶鋼７の上向きの吐出流が過剰となり吐出流を良好な方向に向けることができないので好ましくない。より好ましい下端角度θ（Ｌ）は２５〜４０°である。
【００２８】
次に、前記吐出孔入口４４の断面積をＡとし、吐出孔出口４５の断面積をＢとした際、入口面積に対する出口面積の比をＲ（Ｒ＝Ｂ／Ａ）とすると、Ｒは０．４以上、０．６５以下であることがより好ましい。Ｒが０．４未満では、吐出流速を十分に確保できる吐出孔出口面積を得られないので好ましくない。Ｒが０．６５より大きいと、吐出孔上部での溶鋼の逆流を抑制できず好ましくない。さらに好ましいＲの範囲は、０．５〜０．６３である。
【００２９】
次に、前記吐出孔４の形状について説明する。前記吐出孔４の中心線４３と浸漬ノズル１のノズル中心軸３（図５、図６に示す）とは交差する場合と、交差しない場合がある。一般的には、吐出孔の中心線４３と前記ノズル中心軸３とは交差するが、吐出方向を水平断面で見て偏芯させて、前記吐出孔４の中心線４３と前記ノズル中心軸３とが交差しなくてもかまわない。
前記吐出孔４の中心線４３と浸漬ノズル１の中心軸３が交差する場合と交差しない場合を含め、吐出孔４の中心線４３とノズル中心軸３と平行な直線とがなす面と垂直かつ、ノズル中心軸３に平行な面で切断した際の吐出孔出口４５の断面を図７で示す吐出孔垂直断面Ｇと定義する。吐出孔垂直断面Ｇの形状は特には規定されないが、例えば、円形、楕円、長円形、矩形などとすることができる。
前記吐出孔出口４５における吐出孔垂直断面Ｇの形状は、円形断面より縦方向の長さＨより横方向の長さＷが大きい横長の楕円形または長円形とすることがより好ましい。吐出孔出口４５における吐出孔垂直断面Ｇの形状を楕円形または長円形とすることで、吐出孔出口４５の上方の溶鋼を吸い込みを抑えることができる。より好ましい縦横比Ｈ／Ｗは、０．３〜０．６５の範囲である。０．３未満では、開口部の幅Ｗが大きくなりすぎて、浸漬ノズル１の底部を支える吐出孔４の柱部４６が細くなって強度が低下するという問題点がある。
【００３０】
前記吐出孔垂直断面Ｇを矩形とした際、吐出孔出口４５での吐出孔垂直断面の高さをＨ、幅をＷとした際、縦横比Ｈ／Ｗが０．３〜０．６５の横長であることがより好ましい。０．３未満では、開口部の幅Ｗが大きくなりすぎて、浸漬ノズル１の底部を支える柱が細くなって強度が低下するという問題点が発生する。０．６５より大きくなると、吐出孔出口４５上方から溶鋼を吸い込み易くなる傾向がある。さらに好ましくは、縦横比Ｈ／Ｗが０．４〜０．６の範囲である。
前記吐出孔垂直断面Ｇを矩形とした場合、矩形の角部をＣ形状、あるいはＲ形状としてもかまわない。Ｒ形状とすることで、角部への応力集中を防いで浸漬ノズルを割れ難くする。
また、前記吐出孔垂直断面Ｇの形状を吐出孔入口４４から吐出孔出口４５に向かって、途中で形状を変更してもさしつかえない。例えば、吐出孔入口４４の形状を円形として、吐出孔出口では楕円または長円とするなどとしても良く、種々の組み合わせができる。
【００３１】
次に、吐出孔４の個数について、浸漬ノズル１の側面に設けられる吐出孔４は複数個とする。スラブ連続鋳造の場合は、２個とすることが一般的である。また、ビレットやブルームのような小径サイズの連続鋳造の場合、３個ないし４個とすることができるが、それ以上としても良い。
一方、吐出孔４をノズル側面に複数個設けるのと併せて、図４のように、浸漬ノズル下面に底部吐出孔４７を設けても良い。底部吐出孔４７の浸漬ノズル下面に平行な方向な断面における形状は円形であることを基本とするが、多角形形状でも構わない。また、浸漬ノズル下面１Ａに垂直な断面方向での形状は、直線をなす場合、曲線をなす場合、複数の直線または曲線を組み合わせる場合、中央部で凸となる形状などを選択できる。
更には、複数個の底部吐出孔４７を開けることも可能である。また、複数個開けた底部吐出孔４７の吐出方向をノズル中心軸３に対して傾斜を持たせ、さらに吐出方向がノズル中心軸３と交わらないように設けることも可能である。
【００３２】
本発明による浸漬ノズル１は、浸漬ノズル下部側壁に設けた吐出孔４の形状に係るものであり、浸漬ノズル１の内孔２の構造、およびノズル材質に関する制約は受けない。また、浸漬ノズル１の内孔２の構造としては、一般的な直管構造、および管途中で径が部分的に変化する構造、内管に凹凸を持つ構造等でも同様の効果が得られる。
ノズル材質としては、アルミナ-黒鉛質をはじめ、マグネシア-黒鉛質、スピネル−黒鉛質、ジルコニア−黒鉛質、アルミナ質、粘土質、スピネル質、溶融石英質等が使用可能である。
【００３３】
（実施例および比較例）
（実施例１）
本発明の効果を数値解析によって検証した。また、いくつかの数値解析の結果を水モデル実験によって確かめ、数値解析結果が正しいことを確認した。
数値解析はＣＨＡＭ−Ｊａｐａｎ社製の流体解析ソフトウェア「ＰＨＯＥＮＩＣＳ  ＶＲ  ｅｄｉｔｏｒ  ２０１４」を使用した。この流体解析に用いたパラメータは以下の通りである。
・計算セル数：約８０万（モデルにより変動）
・流体：溶鋼（１５６０℃、密度７．０８g／cm3）
【００３４】
（実施例Ａ）
表１及び表２で示す４孔ブルーム連続鋳造機において、吐出孔を浸漬ノズル下部側面に４つ設けた４孔タイプの浸漬ノズルについて数値解析による検討を行った。この際、浸漬ノズルの内径はφ５８ｍｍ、モールド断面サイズは３００ｍｍ×４００ｍｍで、スループットを０．６ｔ／分とした。
表１に、本発明例を、表２に比較例を示す。
【００３５】
【表１】
2016209924.tif 000003
【００３６】
【表２】
2016209924.tif 000004
【００３７】
評価は以下のように行った。
「吐出孔出口からの吸い込み」については、数値解析の結果を基に以下のように評価した。吐出孔上部での吸い込みが極めて大きい：×××、吸い込みが大きい：××、吸い込みはあるが小さい：×、吸い込みは無いが流れが停滞：△、吐出孔上部でも小さい吐出流がある：○、吐出孔上部でも大きな吐出流がある：◎。ただし、吸い込みは無いが流れが停滞する場合、停滞部に介在物が堆積する恐れがあるので必ずしも好ましい状態ではないが、許容範囲とした。
「表面流速」については、鋳型内の溶鋼表面に適切な量の溶鋼が供給されるかどうか判断した。数値解析結果から、溶鋼表面における浸漬ノズルの中心軸と水冷鋳型の中点での、水冷鋳型から浸漬ノズル方向への流速を読み取り、表面流速と規定した。表面流速は、大きい方から順に、過大、大、やや大、適量、やや小、小、過小と判定した。適量であることが好ましいが、やや大、やや小については使用の許容範囲とした。一方、過大、大は不適当と判定し、また、小、過小も不適当と判定した。
本発明品は、いずれも吐出孔上部での溶鋼の吸い込みが無く、また、鋳型内の表面流速も適切な大きさとなった。
それに対し、比較例１は、吐出孔上端と下端の角度がいずれも３０°の場合であるが、著しい溶鋼の吸い込みがあって好ましくない。
比較例２は、特許文献５の第2図を模したものであり、吐出孔下端の角度が小さいため、表面流速が小さくなったため好ましくない。吐出孔上端と下端の角度差が小さいためか、溶鋼の吸い込みが少ないながら観測され、この点でも好ましくない。
比較例３は、吐出孔上端角度を−１５°とした場合であるが、表面流速が低下した。
比較例４は、吐出孔上端角度を１５°とした場合であるが、表面流速は適正となったが、吐出孔からの吸い込みが大きかった。
比較例５は、吐出孔下端角度が小さすぎる場合で、表面流速が小さくなり、また、吸い込み無いが吐出孔上部で溶鋼の停滞が観測され、好ましくない。
比較例６は、吐出孔下端の角度が５０°と大きすぎる場合で、表面流速が大きくなり好ましくない。
このように、前述の実施例Ａによって本発明の優位性は明らかである。
【００３８】
（実施例Ｂ）
表３及び表４で示す２孔のスラブ連続鋳造機において、吐出孔を浸漬ノズル下部の側面に２つ設けた２孔の浸漬ノズルを用いた場合について数値解析により検討した。浸漬ノズルの内径はφ６０ｍｍ、モールドサイズは２２０ｍｍ×１６００ｍｍ、スループットは１．８ｔ／分とした。
表３に本発明例を、表４に比較例を示す。
【００３９】
【表３】
2016209924.tif 000005
【００４０】
【表４】
2016209924.tif 000006
【００４１】
表中の評価方法は、前述の実施例Ａと同一である。
本発明例は、いずれも良好な結果を得た。
それに対し、比較例７は、吐出孔上端と下端の角度がいずれも３０°の場合であるが、著しい溶鋼の吸い込みがあって好ましくない。
比較例８は、特許文献５の第２図を模したものであり、吐出孔下端の角度が小さいため、表面流速が小さくなったため好ましくない。吐出孔上端と下端の角度差が小さいためか、溶鋼の吸い込みが少ないながら観測され、この点でも好ましくない。
【００４２】
（実施例Ｃ）
表５及び表６で示す５孔のブルーム連続鋳造機において、吐出孔を浸漬ノズル下部側壁に４つと浸漬ノズル下面に吐出孔を１つ設けた５孔タイプの浸漬ノズルについて数値計算による検討を行った。この際の計算条件は実施例Ａと同様で浸漬ノズルの内径はφ５８ｍｍ、下孔径はφ３０ｍｍ、モールド断面サイズは３００ｍｍ×４００ｍｍでスループットを０．６ｔ／分とした。
表５に本発明例を、表６に比較例を示す。
【００４３】
【表５】
2016209924.tif 000007
【００４４】
【表６】
2016209924.tif 000008
【００４５】
表中の評価方法は、実施例Ａと同一である。
本発明例は、いずれも良好な結果を得た。
それに対し、比較例９は、吐出孔上端と下端の角度がいずれも３０°の場合であるが、著しい溶鋼の吸い込みがあって好ましくない。
比較例１０は、特許文献５の第２図を模したものであり、吐出孔下端の角度が小さいため、表面流速が小さくなったため好ましくない。吐出孔上端と下端の角度差が小さいためか、溶鋼の吸い込みが少ないながら観測され、この点でも好ましくない。
【００４６】
（実施例２）
ブルーム連続鋳造機において、吐出孔を浸漬ノズル下部側面に４つ設けた４孔タイプの浸漬ノズルおいて、前述の本発明品３と比較例１を用いて、介在物の低減効果を確認した。
炭素量が０．０５％の普通鋼を用い、浸漬ノズルの内径はφ５８ｍｍ、モールド断面サイズが３００ｍｍ×４００ｍｍで、スループットを０．６ｔ／分として連続鋳造を行った。
各浸漬ノズル当たり３００ｔの鋳造を行い、介在物起因の欠陥発生数を比較した。欠陥発生率は比較例１の欠陥発生率を１００とした際、６８にまで減少した。
また、使用後のノズルを回収して観察したところ、比較例１の浸漬ノズルでは、吐出孔内の上部は溶損されており、付着スラグからは溶融モールドパウダー成分が検出された。このことから、溶融モールドパウダーの吸い込みが発生していたことが確認された。
それに対し、本発明品３では、吐出孔は健全であり、溶融モールドパウダーの吸い込みは確認されなかった。
このことからも、本発明の優位性は明らかである。
【００４７】
尚、本発明による連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法の要旨とするところは、以下の通りである。
すなわち、浸漬ノズル１の下部側壁１Ｍに複数個の横向きの吐出孔４を設けた構成よりなる連続鋳造用の浸漬ノズルにおいて、前記吐出孔４のノズル中心線４３を通り前記浸漬ノズル１のノズル中心軸３と平行な断面である垂直方向断面Ｆでみて、前記吐出孔４の上端角度５１を水平面５０に対して水平±１０°とし、前記吐出孔４の下端角度５２は水平面５０から上方向に水平＋２０°〜４５°とした構成であり、また、前記吐出孔４の吐出孔入口４４の第１断面積をＡとし、前記吐出孔４の吐出孔出口４５の第２断面積をＢとした時、前記第１断面積Ａに対する前記第２断面積Ｂの比をＲ（Ｒ＝Ｂ／Ａ）とすると、Ｒが０．４以上、０．６５以下である構成であり、また、前記吐出孔４の前記中心線４３と前記ノズル中心軸３と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸３に平行な面で切断した際の吐出孔出口４５の断面を吐出孔垂直断面Ｇとした際、前記吐出孔垂直断面Ｇが矩形であり、前記吐出孔出口４５高さをＨ、出口幅をＷとした時、縦横比Ｈ／Ｗが０．３〜０．６５の横長の矩形である構成であり、また、前記吐出孔４の中心線４３と浸漬ノズル中心軸３と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸３に平行な面で切断した際の吐出孔出口４５の断面を吐出孔垂直断面Ｇとした際、前記吐出孔垂直断面Ｇが円または横長の長円である構成であり、また、本発明による浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法は、下部側壁１Ｍに複数個の横向きの吐出孔４を設けた浸漬ノズル１を用いるようにした浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法において、前記吐出孔４の中心線４３を通るノズル中心軸３と平行な断面である垂直方向断面Ｆでみて、前記吐出孔４の上端角度５１を水平面５０に対して水平±１０°とし、前記吐出孔４の下端角度５２は前記水平面５０から上方向に水平＋２０°〜４５°とした方法であり、また、前記吐出孔４の吐出孔入口４４の第１断面積をＡとし、前記吐出孔４の吐出孔出口４５の第２断面積をＢとした時、前記第１断面積Ａに対する前記第２断面積Ｂの比をＲ（Ｒ＝Ｂ／Ａ）とすると、Ｒが０．４以上、０．６５以下である方法であり、また、前記吐出孔４の前記中心線４３と前記ノズル中心軸３と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸３に平行な面で切断した際の吐出孔出口４５の断面を吐出孔垂直断面Ｇとした際、前記吐出孔垂直断面Ｇが矩形であり、前記吐出孔出口４５高さをＨ、出口幅をＷとした時、縦横比Ｈ／Ｗが０．３〜０．６５の横長の矩形である方法であり、また、前記吐出孔４の前記中心線４３と前記ノズル中心軸３と平行な直線とがなす面と垂直かつ、前記ノズル中心軸３に平行な面で切断した際の吐出孔出口４５の断面を吐出孔垂直断面Ｇとした際、前記吐出孔垂直断面Ｇが円または横長の長円である方法である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明による連続鋳造用の浸漬ノズル及び浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法は、吐出孔の角度を従来よりも変えることにより、浸漬ノズルの吐出孔への溶鋼の逆流を防ぎ、高品質な鋳片を連続鋳造可能とすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１    浸漬ノズル
１Ｍ    下部側壁
２    浸漬ノズルの内孔
３    ノズル中心軸
４    吐出孔
７    溶鋼
８    水冷鋳型
９    溶融モールドパウダー
１０    吐出孔壁
４１    吐出孔上端
４２    吐出孔下端
４３    吐出孔の中心線
４４    吐出孔入口
４５    吐出孔出口
４６    吐出孔の柱部
４７    浸漬ノズル下面の底部吐出孔
５０    水平面
５１    上端角度（θ（Ｕ））
５２    下端角度（θ（Ｌ））
Ｆ    垂直方向断面
Ｇ    吐出孔垂直断面
【図１】
2016209924.tif 000009
【図２】
2016209924.tif 000010
【図３】
2016209924.tif 000011
【図４】
2016209924.tif 000012
【図５】
2016209924.tif 000013
【図６】
2016209924.tif 000014
【図７】
2016209924.tif 000015
【図８】
2016209924.tif 000016
【図９】
2016209924.tif 000017
【図１０】
2016209924.tif 000018
【図１１】
2016209924.tif 000019
【図１２】
2016209924.tif 000020