(57)【要約】【課題】連続鋳造において鋳片に捕捉される介在物を減少することができるようにする。【解決手段】ノズルの上端内径Ｄ１、ノズルの外径Ｄ２、上ポーラス耐火物の上端から下ポーラス耐火物の上端までの距離Ｌ１、ノズルの中心から上ポーラス耐火物までの距離Ｒ１、上ポーラス耐火物の半径方向の厚みＲ２としたとき、0.07m≦D1≦0.15m、0.16m≦D2≦0.3m、0.2m≦L≦0.45m、(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.25(L1+L2)/D1+0.2、(R1+R2/2)/(D1/2)≧0.26(L1+L2/2)/D1+1、0.3≦(L1+L2/2)/D1≦6.3、1.5≦(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.0を満たす。【選択図】図４
2016182611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンディッシュの底部に設けられ、且つ、取鍋から前記タンディッシュに注入した溶鋼を鋳型へ鋳込む際に用いられるノズルであって、
前記ノズルは、前記タンディッシュの底部に設けられて、不活性ガスを吹き込むリング状の上ポーラス耐火物と、前記上ポーラス耐火物の下部に設けられ且つ不活性ガスを吹き込むリング状の下ポーラス耐火物とを有し、
前記ノズルの上端内径Ｄ１、ノズルの外径Ｄ２、上ポーラス耐火物の上端から下ポーラス耐火物の上端までの距離Ｌ１、ノズルの中心から上ポーラス耐火物までの距離Ｒ１、上ポーラス耐火物の半径方向の厚みＲ２、下ポーラス耐火物の上端から下ポーラス耐火物の下端までの距離Ｌ２、ノズルの外寸高さＬとしたとき、式（１）〜式（７）を満たすことを特徴とするタンディッシュの底部に設けられる不活性ガス吹き込みノズル。
0.07m≦D1≦0.15m                            ・・・(1)
0.16m≦D2≦0.3m                             ・・・(2)
0.2m≦L≦0.45m                              ・・・(3)
(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.25(L1+L2/2)/D1+0.2      ・・・(4)
(R1+R2/2)/(D1/2)≧0.26(L1+L2/2)/D1+1        ・・・(5)
0.3≦(L1+L2)/D1≦6.3                         ・・・(6)  
1.5≦(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.0                   ・・・(7)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、タンディッシュの底部に設けられる不活性ガス吹き込みノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、連続鋳造では、取鍋からタンディッシュに注入した溶鋼を、タンディッシュに設けられたノズルからスライドノズルを介して鋳型へ鋳込むことにより、鋳造を行っている。この連続鋳造においては、タンディッシュの底部に設けたポーラス耐火物から不活性ガスを吹き込むことが行われている。連続鋳造に関する技術として特許文献１〜６に示すものがある。
【０００３】
特許文献１は、鋳型内への気泡侵入を防止しながら介在物をタンディッシュ内で浮上させることを目的として、上ノズルにガス吹き込み部を設けて、その部位よりＡｒガスを吹き込んでいる。
特許文献２は、ノズルが詰まることを防止し且つガス吹き込み異常を検知する目的として、ノズルの上部及び下部に、Ａｒ吹き込み部が分かれて埋設されている。
【０００４】
特許文献３〜６も、ノズルが詰まることを防止することを目的として、ノズルの上部及び下部にＡｒ吹き込み部が分かれて埋設されている。
また、特許文献７は、ノズルが詰まることを防止することを目的として、上ノズル、ストッパー、プレート、中間ノズル、浸漬ノズルの１つ、もしくは複数からＡｒガスを吹き込んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１１８７５１号公報
【特許文献２】特開２０１２−４５５８４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１０５６１公報
【特許文献４】特開２００９−６６６０３公報
【特許文献５】特開２００７−２３７２４４公報
【特許文献６】特開２００７−９０４２３公報
【特許文献７】特開平４−３１９０５５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、上ノズルからＡｒガスを吹き込むことが記載されているものの、上ノズルの構成やＡｒガスの吹き込みの条件等が詳しく述べられていないため、ガス量が多いときにはタンディッシュ内で裸湯が出来てしまい溶鋼の再酸化が発生する虞がある。裸湯による溶鋼の再酸化を防止するために、Ａｒガスの吹き込み量を少なくすれば、溶鋼の介在物を十分に浮上することができない虞がある。
【０００７】
特許文献２〜６では、いずれもノズルの上部及び下部にＡｒ吹き込み部を設けることが記載されているものの、Ａｒ吹き込み部の構成やＡｒガスの吹き込みの条件等が詳しく述べられていない。そのため、Ａｒガスの大部分が鋳型内に導入されることがあり、湯面レベルが不安定になりやすい。Ａｒガスの吹き込み量を少なくすれば、溶鋼の介在物を十分に浮上することができない虞がある。
【０００８】
特許文献７では、上ノズル、ストッパー、プレート、中間ノズル、浸漬ノズルの複数からＡｒガスを吹き込む構成であるため、Ａｒガスの制御が難しく、溶鋼の介在物を安定的に浮上させることは困難である。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、連続鋳造において鋳片に捕捉される介在物を減少することができるタンディッシュの底部に設けられる不活性ガス吹き込みノズル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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、タンディッシュの底部に設けられ、且つ、取鍋から前記タンディッシュに注入した溶鋼を鋳型へ鋳込む際に用いられるノズルであって、前記ノズルは、前記タンディッシュの底部に設けられて、不活性ガスを吹き込むリング状の上ポーラス耐火物と、前記上ポーラス耐火物の下部に設けられ且つ不活性ガスを吹き込むリング状の下ポーラス耐火物とを有し、前記ノズルの上端内径Ｄ１、ノズルの外径Ｄ２、上ポーラス耐火物の上端から下ポーラス耐火物の上端までの距離Ｌ１、ノズルの中心から上ポーラス耐火物までの距離Ｒ１、上ポーラス耐火物の半径方向の厚みＲ２、下ポーラス耐火物の上端から下ポーラス耐火物の下端までの距離Ｌ２、ノズルの外寸高さＬとしたとき、式（１）〜式（７）を満たすことを特徴とする。
【００１０】
0.07m≦D1≦0.15m                           ・・・(1)
0.16m≦D2≦0.3m                            ・・・(2)
0.2m≦L≦0.45m                             ・・・(3)
(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.25(L1+L2/2)/D1+0.2     ・・・(4)
(R1+R2/2)/(D1/2)≧0.26(L1+L2/2)/D1+1       ・・・(5)
0.3≦(L1+L2)/D1≦6.3                        ・・・(6)
1.5≦(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.0                  ・・・(7)
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続鋳造において鋳片に捕捉される介在物を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】連続鋳造装置の全体図である。
【図２】タンディッシュの底部の周辺図である。
【図３Ａ】ノズルの平面、側面、底面を示す図である。
【図３Ｂ】変形例におけるノズルの平面、側面、底面を示す図である。
【図４】ノズルの断面側面図である。
【図５】ノズルの外径とノズルの上端の厚さとの関係を説明する説明図である。
【図６】(L1+L2/2)/D1、(R1+R2/2)/(D1/2)との関係を示す図である。
【図７】タンディッシュ内の溶鋼の湯面における裸湯を説明する説明図である。
【図８】鋳型内の湯面変動を説明する説明図である。
【図９】溶鋼スループットと、Ａｒガス流量との関係を示す図である。
【図１０】空気浮上率の実測値と計算値との関係を示す図である。
【図１１】水モデルで用いたタンディッシュの概略平面図である。
【図１２】水モデルでフロービーズを回収する方法を示す図である。
【図１３】水モデルで気泡を回収する方法を示す図である。
【図１４】水流量と粒子流出率とをまとめた図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明の連続鋳造方法は、例えば、二次精錬処理後の溶鋼を連続的に鋳造する方法である。なお、溶鋼の鋳造は、二次精錬後の溶鋼に限定されない。
図１は、連続鋳造を行う連続鋳造装置の全体図である。まず、連続鋳造装置の構造について説明する。
【００１４】
図１に示すように、連続鋳造装置１は、取鍋２内の溶鋼３が注入されるタンディッシュ４と、当該タンディッシュ４内の溶鋼３を鋳込む鋳型５と、鋳型５によって形成された鋳片６を支持するサポートロール７を備えている。タンディッシュ４は、鉄皮１０と、鉄皮１０の内部に設けられた耐火物１１とを備えている。連続鋳造装置１で鋳造される鋳片６の形状は、限定されず、スラブ、ブルーム、ビレット等であってもよい。タンディッシュ４の形状、ストランド数についても限定されない。
【００１５】
図２のタンディッシュ４の底部１５には、タンディッシュ４内の溶鋼３を鋳型５に供給するノズル２０が設けられている。ノズル２０の下方には、スライドノズル（スライドバルブ）２１が設けられている。スライドバルブ２１は、タンディッシュ４の鉄皮１０側に設けられた上プレート２２と、上プレート２２の下側に設けられた下プレート２３と、上プレート２２と下プレート２３との間に設けられてスライド可能なスライドプレート２４とを有している。下プレート２３の下方には浸漬ノズル２５が設けられている。このスライドバルブ２１では、スライドプレート２４を所定位置で停止することによってタンディッシュ４（ノズル２０）から鋳型５（浸漬ノズル２５）への溶鋼３の供給を停止し、スライドプレート２４を所定位置から移動させることによってタンディッシュ４から鋳型５への溶鋼３の供給を行うことができる。スライドプレート２４の移動量によって、鋳型５に供給する溶鋼３の流量を調節することができる。
【００１６】
ノズル２０は、上部に上ポーラス耐火物３０を有している。また、ノズル２０は、下部に下ポーラス耐火物３１を有している。上ポーラス耐火物３０及び下ポーラス耐火物３１は、耐火物等から形成されていて、Ａｒガス等の不活性ガスを吹き込むためのものである。
このような連続鋳造装置１では、取鍋２からタンディッシュ４に向けて溶鋼３を注入し、タンディッシュ４内の溶鋼３をノズル２０からスライドノズル２１及び浸漬ノズル２５を介して鋳型５へ鋳込むことにより溶鋼３を鋳造することができる。溶鋼３を鋳造する際には、上ポーラス耐火物３０から不活性ガスを吹き込むと共に、下ポーラス耐火物３１から不活性ガスを吹き込むことにより、溶鋼中の介在物の浮上を促進させる。
【００１７】
さて、タンディッシュ４内で溶鋼を十分に浮上させる、即ち、連続鋳造において鋳片６に捕捉される介在物を減少するためには、ノズル２０、上ポーラス耐火物３０、下ポーラス耐火物３１の構造が重要である。ノズル２０、上ポーラス耐火物３０、下ポーラス耐火物３１の構造について説明する。
図３Ａ、３Ｂに示すように、ノズル（ノズル本体）２０は、円筒状の耐火物で構成されている。ノズル２０の耐火物は、Ａｒガス等の不活性ガスを通さない材質で構成されている。
【００１８】
ノズル２０は、タンディッシュ４の底部１５に対してキャスタブル（不定形耐火物）を流し込み等の施工する際に、所定の場所に設置することにより、タンディッシュ４の底部１５に固定されている。ノズル（ノズル本体）２０において、当該ノズル２０の下端から中途部までの区間は、ノズル２０の直径（半径）が一定である。また、ノズル（ノズル本体）２０において、中途部から上端までは、ノズル（ノズル本体）２０の直径（半径）は漸次大きくなっている。ノズル（ノズル本体）２０の上部には、リング状の上ポーラス耐火物３０を設置する上設置部３２が設けられ、ノズル（ノズル本体）２０の下部には、リング状の下ポーラス耐火物３１を設置する下設置部３３が設けられている。ノズル２０の内部には、不活性ガスを上ポーラス耐火物３０及び下ポーラス耐火物３１に供給するガス供給路（図示省略）が設けられている。
【００１９】
上ポーラス耐火物３０及び下ポーラス耐火物３１は、不活性ガスを通すポーラス状の材質から形成されている。上ポーラス耐火物３０の上端の位置は、ノズル２０の上端と略同一位置であって、当該上ポーラス耐火物３０は、不活性ガスをタンディッシュの溶鋼へ向けて吹き込むことができる。上ポーラス耐火物３０の上端（上面）を除く側面及び下面は、ノズル２０の耐火物によって囲まれている。下ポーラス耐火物３１の下端の位置は、ノズル２０の下端の位置と略同一位置である。また、下ポーラス耐火物３１の内側（内壁面）の位置は、ノズル２０の開口を形成する内壁面３５と同一位置であって、当該下ポーラス耐火物３１は、不活性ガスをノズル２０の開口に向けて吹き込むことができる。なお、下ポーラス耐火物３１の上下方向位置は、ノズル２０下端に限定されず、例えば、図３Ｂに示した変形例のように、ノズル２０の内壁面３５の中央部に位置してもよいし、その他の位置であってもよい。上ポーラス耐火物３０の半径方向位置は、ノズル２０上面の外縁であってもよいが、上面の半径方向中央に位置してもよいし、その他の位置であってもよい。
【００２０】
次に、ノズル２０等の各寸法について説明する。
図３Ａ、３Ｂ、図４に示すように、ノズルの上端内径Ｄ１は、式（１）を満たしている。
0.07m≦D1≦0.15m                        ・・・(1)
ノズルの上端内径Ｄ１とは、ノズルの上端における内径であって、ノズルの上端における内壁面の大きさである。ノズル２０は、スライドノズル２１や浸漬ノズル２５に繋がっているため、その内径はスライドノズル２１や浸漬ノズル２５よりやや大きめもしくは同等である必要がある。一般的なスライドノズル２１の内径は、０．０５〜０．０９ｍである。
【００２１】
ノズルの上端内径Ｄ１が０．０７ｍ未満であるとき、ノズルの上端内径が小さ過ぎるため非金属介在物によるノズル詰りが発生しやすい。スライドプレートの内径の上限は０．０９ｍあるため、ノズルの下端内径をスライドノズル２１と同じ０．０９ｍとしたとき、ノズルの上端内径Ｄ１が０．１５ｍを超えるものは製作困難である。なお、ノズルの開口は、製作時に芯金を抜くためとノズル内の流れを整流化するために下端から上端にいくにしたがって徐々に大きくする必要がある。
ノズルの外径Ｄ２は、式（２）を満たしている。
【００２２】
0.16m≦D2≦0.3m                          ・・・(2)
ノズルの外径Ｄ２とは、ノズルの外径であって、直径が一定である部分の径の大きさである。ノズルの外径Ｄ２が下限値である０．１６ｍであるとき、図５に示すように、上ポーラス耐火物３０の厚さｔ（上設置部３２の長さを除くノズルの上端の厚さｔ）は０．０２５ｍとなる。ノズルの外径Ｄ２が０．１６ｍ未満である場合、ノズルの上端の厚さが０．０２５ｍ以上確保することができなくなり（製作困難という）、鋳造中にノズル（非ポーラス耐火物）の欠けが発生しやすくなる。なお、上側ポーラス耐火物の厚みは、製作上０．０２ｍ以上にする必要があることから、ノズルの上端内径Ｄ1の下限値（０．０７ｍ）も合わせると、上ノズルの外径Ｄ２の最小値は０．１６ｍとなる。
【００２３】
さて、ノズルの外径Ｄ２が０．３ｍを超えてしまうと、施工性が悪くなる。ノズルのタンディッシュへの施工は、ノズルの外側にモルタル等の練り状の耐火物を塗布してタンディッシュの底部孔に回しながら嵌め込む。ノズルの外径Ｄ２が０．３ｍを超えると、ノズルを回転させながら嵌め込むのが困難となる上に、ノズルの設置安定性が悪くなる。
上ポーラス耐火物３０の上端から下ポーラス耐火物３１の下端までの距離Ｌ（ノズルの外寸高さ）は、式（３）を満たしている。
【００２４】
0.2m≦L≦0.45m                           ・・・(3)
距離Ｌは、上ポーラス耐火物３０の上面から下ポーラス耐火物３１の下面までの垂直距離である。以降、距離Ｌのことを高さという。
高さＬが０．２ｍ未満であると、タンディッシュの耐火物とノズルの接地面積が小さくなるために固定が不安定となって施工が困難である。また、タンディッシュの耐火物とノズルの接地面が小さくなると、ノズルとタンディッシュ耐火物の間から漏鋼が発生する虞がある。図４に示すように、高さＬの上限は、タンディッシュの底部における耐火物の厚さと鉄皮の厚さの合計値で決まる。合計値は、一般的に０．３５〜０．４５ｍであって、０．４５ｍを超えると製作することができない、即ち、製作困難である。
【００２５】
ノズルの中心から上ポーラス耐火物３０までの距離Ｒ１（水平距離Ｒ１という）、上ポーラス耐火物３０の半径方向の厚みＲ２（上厚みＲ２という）、ノズルの上端内径Ｄ１、ノズルの外径Ｄ２、上ポーラス耐火物３０の上面から下ポーラス耐火物３１の上面までの第１垂直距離Ｌ１、下ポーラス耐火物３１の上端から下ポーラス耐火物３１の下端までの距離Ｌ２（第２垂直距離）は、式（４）を満たしている。
【００２６】
(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.25(L1+L2/2)/D1+0.2        ・・・(4)
(R1+R2/2)/(D1/2)≧0.26(L1+L2/2)/D1+1          ・・・(5)
図６は、横軸を(L1+L2/2)/D1とし、縦軸を(R1+R2/2)/(D1/2)として、式（４）及び式（５）等の境界線をプロットした図である。式（４）及び式（５）において、水平距離Ｒ１、上厚みＲ２及びノズルの上端内径Ｄ１で示される[(R1+R2/2)/(D1/2)]は、上ポーラス耐火物３０の水平方向の位置を示し、第１垂直距離Ｌ１、第２垂直距離Ｌ２及び上端内径Ｄ１で示される[(L1+L2/2)/D1]は、下ポーラス耐火物３１の垂直位置を示している。そのため、[(R1+R2/2)/(D1/2)]が大きくなると、上ポーラス耐火物３０がノズルの中心から離れて外側にいくことを示し、[(L1+L2/2)/D1]が大きくなると、下ポーラス耐火物３１が上ポーラス耐火物３０よりも離れることを示している。
【００２７】
ゆえに、式（４）は、上ポーラス耐火物３０の水平位置と下ポーラス耐火物３１の垂直位置との関係を示している。この式（４）は、ノズル（上ポーラス耐火物３０及び下ポーラス耐火物３１）から吹き込んだ不活性ガスがタンディッシュ内でボイリングしてタンディッシュ内に裸湯を発生させないための、上ポーラス耐火物３０及び下ポーラス耐火物３１の位置の境界条件を定めた式である。図７に示すように、式（４）を満たさない場合、不活性ガスによる気泡がタンディッシュ内に大量に浮上し、タンディッシュ内の湯面にあるスラグが周囲に移動して裸湯が生じ、溶鋼の再酸化が発生する。その結果、鋳片の非金属介在物が増え、鋼片（鋳片）を伸線した場合に、断線することがある。
【００２８】
式（５）も、上ポーラス耐火物３０の水平位置と下ポーラス耐火物３１の垂直位置との関係を示しめしている。この式（５）は、ノズルから吹き込んだ不活性ガスが鋳型内でボイリングして湯面変動を大きくさせないための、上ポーラス耐火物３０及び下ポーラス耐火物３１の位置の境界条件を定めた式である。図８に示すように、式（５）を満たさない場合、不活性ガスの気泡が鋳型内に大量に浮上して湯面変動が大きくなり、鋳造が困難となる。
【００２９】
また、第１垂直距離Ｌ１、第２垂直距離Ｌ２は、式（６）を満たしている。
0.3≦(L1+L2/2)/D1≦6.3                    ・・・(6)
第１垂直距離Ｌ１が０．０４ｍ未満である場合、下ポーラス耐火物３１が上ポーラス耐火物３０に近すぎるため、ノズルにおいて、下ポーラス耐火物３１から上側の部分が欠損しやすくなる。第２垂直距離Ｌ２が０．０２ｍ未満である場合、下ポーラス耐火物３１の製作が困難となる。従って、L１+L2/2の最小値は０．０５ｍであり、ノズルの上端内径Ｄ１の最大値が０．１５ｍであることから、(L1+L2/2)/D1の最小値は０．３となる。また、第１垂直距離Ｌ１の上限値は０．４３ｍ、第２垂直距離Ｌ２の下限が０．０２ｍであることから（Ｌ１＋Ｌ2／２）の最大値は０．４４ｍである。また、ノズルの上端内径Ｄ１の最小値が０．０７ｍであることから、(L1+L2/2)/D1の最大値は６．３となる。
【００３０】
1.5≦(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.0                 ・・・(7)
また、水平距離Ｒ１、上厚みＲ２、ノズルの上端内径Ｄ１は、式（７）を満たしている。
水平距離Ｒ１−ノズルの上端内径Ｄ１／２が０．０２５ｍ未満となると、ノズル（非ポーラス部）の耐火物が欠損しやすくなる。上厚みＲ２が０．０２ｍ未満となると、上ポーラス耐火物３０の製作が困難となる。従って、ノズルの上端内径Ｄ１の最大値が０．１５ｍ、上厚みＲ２の最小値が０．０２ｍの場合に、式（７）の(R1+R2/2)/(D1/2)は最小値１．５を示す。また、ノズルの外径Ｄ２の最大値が０．３ｍにおける上厚みＲ２の最小値が０．０２ｍであることから、(R1+R2/2)の最大値は０．１４ｍとなる。ここで、Ｄ１／２の最小値が０．０３５ｍであることから、(R1+R2/2)/(D1/2)の最大値は４．０となる。式（６）及び式（７）のいずれも最大値を満たさない場合は、ポーラス耐火物を製作することは困難である。
【００３１】
以上、ノズル、上ポーラス耐火物３０及び下ポーラス耐火物３１によれば、式（１）〜式（７）を満たすことによって、タンディッシュや鋳型に向けて適正な不活性ガスを吹き込むことができ、これにより、鋳片に捕捉される介在物を減少することができる。
0.07m≦D1≦0.15m                           ・・・(1)
0.16m≦D2≦0.3m                            ・・・(2)
0.2m≦L≦0.45m                             ・・・(3)
(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.25(L1+L2/2)/D1+0.2     ・・・(4)
(R1+R2/2)/(D1/2)≧0.26(L1+L2/2)/D1+1       ・・・(5)
0.3≦(L1+L2)/D1≦6.3                        ・・・(6)
1.5≦(R1+R2/2)/(D1/2)≦4.0                  ・・・(7)
さて、発明者は、鋳片に捕捉される介在物をより少なくするため、連続鋳造方法についても検証を行った。その結果、１ストランド当たりの溶鋼スループットＱｓ（溶鋼スループットＱｓ）、上ポーラス耐火物３０から吹き込む不活性ガス流量Ｑｇ２（上ガス流量Ｑｇ２）、下ポーラス耐火物３１から吹き込む不活性ガス流量Ｑｇ１（下ガス流量Ｑｇ１）は、式（８）〜式（１１）を満たすことが望ましい。
図９は、式（８）〜式（１１）に示した溶鋼スループットＱｓと、不活性ガス流量（上ガス流量Ｑｇ２、下ガス流量Ｑｇ１）をグラフで示したものである。なお、Ｑｇｕは不活性ガスの浮上流量、Ｕｇ１は下ガス平均速度、Ｕｇ２は上ガス平均速度、Ｕｓは上ノズルを通過する溶鋼の平均速度である。
【００３２】
また、不活性ガスは、Ａｒガス以外のものでもよいが、以降、説明の便宜上、不活性ガスはＡｒガスであるとして説明を続ける。
0.78≦Qs[ton/min/str]≦1.02                 ・・・(8)  
Qg1+Qg2≧1500{tan(Qs-0.91)}3+4.2            ・・・(9)
Qgu=(Qg1+Qg2)tanh[870Re-1.45{70(4Ug2/Us)0.5((R1+R2/2)/(D1/2))5+370(4Ug1/Us)-0.3((L1+L2/2)/D1)-0.7}]≦4                     ・・・(10)
Qg1+Qg2-Qgu≦2                            ・・・(11)
１ストランド当たりの溶鋼スループットＱｓの下限値（最小値）は、式（８）に示すように０．７[ton/min/str]以上にし、１ストランド当たりの溶鋼スループットＱｓの上限値（最大値）は、式（８）に示すように１．０２[ton/min/str]以下にするのが望ましい。ただし、式（９）は、Ｑｓ＜０．７７[ton/min/str]の際には適用範囲外となる。溶鋼スループットＱｓを式（８）に示した範囲にすることによって、ノズルから吹き込んだ不活性ガスによってタンディッシュの湯面で裸湯ができることと鋳型内の大きな湯面変動を抑制することができる。
【００３３】
上ガス流量Ｑｇ２及び下ガス流量Ｑｇ１の合計値（Qg1+Qg2）の下限値を、式（９）を満たすように設定することによって、介在物の分離を促進することができる。また、式（９）に加えて、上ガス流量Ｑｇ２及び下ガス流量Ｑｇ１等が式（１０）を満たすことによって、タンディッシュ湯面の裸湯抑制が可能となる。さらに、上ガス流量Ｑｇ２及び下ガス流量Ｑｇ１が式（１１）を満たすことによって、鋳型内の大きな湯面変動の抑制が可能となる。
【００３４】
式（８）〜式（１１）は、水モデル等の実験によって求めた値である。
次に、水モデルの実験と式（８）〜式（１１）の導出について、詳しく説明する。
発明者は、実機と同じ大きさのノズルを製作して、１／１の水モデル実験を行った。この水モデル実験は、水モデルによってガスを吹き込んだ場合のガスの浮上率（Qgu/(Qg1+Qg2）について検証を行った。表１は、水モデル実験での各パラメータをまとめたものである。なお、説明の便宜上、水モデル実験によるガスの浮上率のことを、空気浮上率という。
【００３５】
【表１】
2016182611.tif 000003
【００３６】
水モデル実験では、上ポーラス耐火物３０から吹き込んだ空気流量（上ガス流量Ｑｇ２）、下ポーラス耐火物３１から吹き込んだ空気流量（下ガス流量Ｑｇ１）、浮上した空気流量（浮上流量Ｑｇｕ）を実際に測定し、これらを用いて、タンディッシュ内の空気浮上率（Qgu/(Qg1+Qg2)）の実測値を求めた。
また、水モデル実験では、上ガス流量Ｑｇ２、水平距離Ｒ１、上厚みＲ２によって上ガス平均速度Ｕｇ２を求めると共に、下ガス流量Ｑｇ１、ノズルの下端内径Ｄ３、第２垂直距離Ｌ２によって下ガス平均速度Ｕｇ１を求めた。また、溶鋼スループットＱｓ、ノズルの上端内径Ｄ１から上ノズルを通過する溶鋼の平均速度Ｕｓを求めた。
【００３７】
そして、上ガス平均速度Ｕｇ２、下ガス平均速度Ｕｇ１、レイノズル数、第１垂直距離Ｌ１、第２垂直距離Ｌ２、水平距離Ｒ１、上厚みＲ２、ノズルの上端内径Ｄ１を用いて、タンディッシュ内の空気浮上率（Qgu/(Qg1+Qg2)）の計算値を求めた。図１０は、タンディッシュ内の空気浮上率の実測値と、計算値とを示している。図１０に示すように、実測値と計算値とは略一致しているため、水モデル実験の実測値に基づいて空気浮上率について整理した。空気浮上率は、式（ａ）で表すことができる。ただし、Re=UsD1/νＬである。
【００３８】
Qgu/(Qg1+Qg2)=tanh[870Re-1.45{70(Ug2/Us)0.5((R1+R2/2)/(D1/2))5+370(Ug1/Us)-0.3((L1+L2/2)/D1)-0.7}]                      ・・・(a)
次に、水モデルから実機への換算について説明する。
水モデルから実機への換算では、水モデルでの空気流量を修正Ｆｒ数で近似して、Ａｒ流量に換算し、ボイルシャルルの法則で温度膨張と液体静圧による圧縮についても考慮した。修正Ｆｒ数（Ｆｒｍ）は、式ｂで表すことができる。
【００３９】
Frm=ρgQg2/(ρLgX5)                 ・・・(b)
ただし、ρｇ：ガス密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｑｇ：ガス流量［Ｌ／ｍｉｎ］、ρＬ：液体密度［ｋｇ／ｍ３］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］、Ｘ：代表長さ［ｍ］である。式（ｂ）は、例えば、「M.Iguchi and H.Tokunaga: Met.Mat.Trans. 33B(2002)pp.695-702」に示されている式である。
【００４０】
ここで、実機を下付ｊで表し、水モデルを下付ｋとして表して、修正Ｆｒ数が等しとすると、式（c）になる。
Qｇｊ=Qｇｋ{(ρLjρgkL5)/(ρLkρgjL5)}0.5    ・・・(c)
ただし、ρLj(溶鋼)＝７０００［ｋｇ／ｍ３］、ρLk(水) ＝１０００［ｋｇ／ｍ３］、ρgj（Ａｒ）＝０．４８［ｋｇ／ｍ３］、ρgk(空気)＝１．１６［ｋｇ／ｍ３］である。ρLk、ρgj、ρgkは「液体の熱物性値集:日本機械学会(1991)丸善」、ρLjは「吉田ら:鉄と鋼、Vol.87(2001)pp.529-535」に示されている。そこでこれらの値を代入すると、Qｇｊ＝17Qｇｋとなる。
【００４１】
また、Ａｒガス流量Qgｊをボイルシャルルの法則で補正を行う。ノズルの上端に位置する実機の溶鋼深さ０．８［ｍ］での静圧は０．１６［ＭＰａ］、水モデルの水深０．８ｍの静圧は０．１１［ＭＰａ］である。気体の体積をＶ［ｍ３］、圧力をＰ［Ｐａ］、温度をＴ［Ｋ］とすると、ボイルシャルルの法則より、Vｊ/Vｋ=(PｋTｊ)/( PｊTｋ)になる。なお、前述した式の下付ｊは実機、下付ｋは水モデルである。Vｊ=4.3 Vｋであるため、実機のガス流量Ｑｇｊは、式（d）になる。
Ｑｇｊ＝４Ｑｇｋ                      ・・・(d)
そして、式（ａ）を式（ｄ）で実機換算し、タンディッシュに浮上するＡｒガスのガス流量（Ｑｇｊ＝Ｑｇｕ）を表すと、式（ｅ）となる。
【００４２】
Qgu=(Qg1+Qg2)tanh[870Re-1.45{70(4Ug2/Us)0.5((R1+R2/2)/(D1/2))5+370(4Ug1/Us)-0.3((L1+L2/2)/D1)-0.7}                      ・・・(e)
式（ｅ）は、式（１０）に示したガス流量の条件（上限値及び上限値を示す符号）を除けば、同じ式である。このように、水モデルを実機に換算することによって、実機においてタンディッシュに向けて浮上するＡｒガスの流量Ｑｇｕを求めることができる。
【００４３】
ここで、タンディッシュに浮上するＡｒガスのガス流量Ｑｇｕ（Ａｒガス流量Ｑｇｕ）の上限値について検証を行う。実機による実操業ではタンディッシュの湯面にフラックスと保温材を投入する。上述したように、Ａｒガスを吹き込んだ場合に裸湯（溶鋼表面）が露出続ける状態になると溶鋼表面が酸化されたり、フラックスが溶鋼中に巻き込まれ易くなる。実機を用いて実験を行い、裸湯が露出続ける（見え続ける）状態と、Ａｒガスの上限値との関係について求める実験を行った。表２は、実機での実機条件をまとめたものである。表３は、裸湯が見え続けたか否かとＡｒガス流量Ｑｇｕとの関係をまとめたものである。
【００４４】
【表２】
2016182611.tif 000004
【００４５】
【表３】
2016182611.tif 000005
【００４６】
表３に示すように、Ａｒガス流量Ｑｇｕを４ＮＬ／ｍｉｎ以下にすれば、タンディッシュにおいて裸湯が見え続けなくなる。即ち、上述した式（１０）を満たすことによって裸湯が露出することを抑制することができる。
次に、鋳型の溶鋼に向かうＡｒガスのガス流量Ｑｇについて検証する。  実機では、鋳型内で浮上するＡｒガスが多くなると、湯面の変動が大きくなり湯面レベルセンサー等の制御が不能となって鋳造が困難となる。実機において、鋳型へ流れるＡｒガスと湯面レベルセンサーの異常との関係を調査して、鋳型内に導入されるＡｒ流量の上限閾値について検証を行った。なお、鋳型へ向かうＡｒガス流量Ｑｇは、Ｑｇ＝Ｑｇ1＋Ｑｇ2−Ｑｇｕで求めることができる。表４は、実機の実機条件をまとめたものである。表５は、湯面変動によって湯面レベルセンサーが異常を検出したか否かと、鋳型へ向かうＡｒガス流量Ｑｇとの関係をまとめたものである。
【００４７】
【表４】
2016182611.tif 000006
【００４８】
【表５】
2016182611.tif 000007
【００４９】
表５に示すように、Ａｒガス流量Ｑｇを２ＮＬ／ｍｉｎ以下にすれば、鋳型内における湯面変動の異常を防止することができる。即ち、上述した式（１１）を満たすことによって、鋳型内における湯面変動を抑制することができる。
次に、タンディッシュへ向かうＡｒガスのＡｒガス流量Ｑｇuと、鋳型へ向かうＡｒガスのＡｒガス流量Ｑｇとの分配が介在物分離に及ぼす影響を検証する水モデル実験を行った。タンディッシュへのガス流量Ｑｇu及び鋳型へのガス流量Ｑｇとの分配の影響を検討する前に、本発明で規定するノズルによる介在物流出率の違いについて水モデル実験を行った。
【００５０】
水モデル実験では、実機を相似的に１／３にした１／３モデルで実験を行った。水モデルのタンディッシュは、図１１に示すＴ型タンディッシュとした。ストランド数は４ストランド、水の深さは０．２７ｍにした。図１１に示すように、実機のＴ型タンディッシュ４は、取鍋２内の溶鋼３を注入する注入室１６と、溶鋼３を各鋳型５に分配する分配室１７と、注入室１６と分配室１７とを仕切る仕切壁１８とを備えている。仕切壁１８には、溶鋼３が流れる湯道（図示省略）が複数形成されており、注入室１６に入った溶鋼３は湯道を通過して分配室１７に流れる。
【００５１】
水モデルでは、図１２に示すように、注入室に平均粒径が１７３μｍのフロービーズを介在物として１００ｇ供給した。フロービーズの粒径の範囲は１００〜２２０μｍであって、当該フロービーズは実機で粒径が６８〜７８μｍのアルミナ系介在物と終末速度が同等となる粒子である。なお、アルミナ系介在物の比重は、３．８ｇ／ｃｍ３である。水モデルでは、タンディッシュから鋳型にフロービーズを含む水を流すことにより鋳造を行うものとした。鋳造開始から３０分間で鋳型下方に流出したフロービーズの粒子流出率（粒子流出率＝流出したフロービーズの重量[ｇ]／１００[ｇ]）を求めた。
【００５２】
表６は、上述した水モデル実験（１／３モデル）において、ノズルの形状（ノズル１、ノズル２）についてまとめたものである。また、表７は、ノズル１及びノズル２を用いた場合のフロービーズの粒子流出率（介在物流出率）についてまとめたものである。
【００５３】
【表６】
2016182611.tif 000008
【００５４】
【表７】
2016182611.tif 000009
【００５５】
表７に示すように、ノズル１及びノズル２において互いに粒子流出率は一定であって、タンディッシュ内の空気浮上率（Qgu/(Qg1+Qg2)）に対する粒子流出率（介在物流出率）の影響は殆どないことが分かった。そこで、次に、水モデルで使用するノズルを「ノズル１」に固定して、水流量、上ガス流量Ｑｇ２、下ガス流量Ｑｇ１を変化させながら粒子流出率についての実験を行った。表８は、実験結果をまとめたものである。図１４は、実験結果において水流量と粒子流出率についてグラフ化したものである。
【００５６】
【表８】
2016182611.tif 000010
【００５７】
図１４に示すように、水流量が増加するにしたがって、粒子流出率が増加する。ここで、水モデルにおける水流量と、水流量に相当する流量で実際に操業した場合における鋼材の伸線時の断線率について調査を行った。具体的には、従来のタンディッシュにおいて鋳造速度を変化させて鋳造し、鋳造後の鋳片から構成された鋼材(Ｃ＝０．７２〜０．８３質量％)を伸線して外径が０．１２ｍｍの線材を製造した際の断線率を調べた。表９は、水モデルでの粒子流出率と鋼材の伸線時の断線率とをまとめたものである。
【００５８】
【表９】
2016182611.tif 000011
【００５９】
表９に示すように、水モデルでの粒子流出率が６％より大きくなると、断線率が急激に高くなる。なお、鋼種は、上記鋼種に限定されない。即ち、欠陥の原因となる介在物を低減することができるため、他の鋼種や他の製品（線材、薄板）にも適用できる。
そこで、上述した水モデルにおける粒子流出率の上限値（閾値）を６％とし、図１４に示す曲線から粒子流出率が６％になるときの水流量、空気流量（Ｑｇ１＋Ｑｇ２）を求めた。そのうえで、水流量を実機のスループットに換算すると共に、空気流量を実機のＡｒガス流量に換算した。表１０は、粒子流出率が６％である場合の水流量、空気流量（Ｑｇ１＋Ｑｇ２）、溶鋼スループット、Ａｒガス流量についてまとめたものである。
【００６０】
【表１０】
2016182611.tif 000012
【００６１】
表１０に示した粒子流出率が６％である場合の溶鋼スループット、Ａｒガス流量について整理した。その結果、粒子流出率が６％である場合の溶鋼スループット及びＡｒガス流量の関係は、式（ｆ）となる。
Qg1+Qg2＝1500{tan(Qs-0.91)}3+4.2            ・・・(f)
式（ｆ）は、式（９）に示した不等号（粒子流出率が６％以下を示す不等号）を除けば、同じ式である。したがって、溶鋼スループット、Ａｒガス流量を式（９）に満たすようにすることによって、介在物を低減することができる。
【００６２】
なお、溶鋼スループットへの水流量の換算は、フルード数近似で行った。溶鋼スループットへの水流量について説明する。
フルード数Frは、式（g）で表すことができる。
Fr=(UL2/Xg)0.5        ・・・(g)
ただし、UL：水のタンディッシュ内の平均速度[m/s]、X：代表長さ[m]、g：重力加速度[m/s2]である。
【００６３】
流量QL[m3/s]は、QL=UX2で表されるため、式（ｇ）を整理すると、式（ｈ）となる。
Fr=QL/(X5g)0.5          ・・・(h)
実機スケールと同じ場合の水モデルの水流量をQLk[L/min]、1/3スケールの水モデル流量をQLn[L/min]及び代表長さをX/3とし、式（ｈ）により実機と水モデルとでＦｒ数が等しくなるとすると、水モデルの水流量は、式（ｉ）となる。
【００６４】
QLn=0.0642QLk                ・・・(i)
ここで、実機での溶鋼スループットＱｓ（ｔ／ｍｉｎ）とし、溶鋼の比重を７とすると、溶鋼スループットＱｓ＝７ＱLK／１０００であるため、溶鋼スループットＱｓは、式（ｊ）となる。
Qs=7QLn/64.2          ・・・(ｊ)
なお、空気流量のＡｒガス流量への換算は、上述した水モデルでの換算と同様である。ただし、実験では、タンディッシュ内と溶鋼内に入る気泡挙動を実機換算するため、実機のタンディッシュ内の溶鋼の深さの半分、或は、鋳型内のガス潜り込み深さの半分に相当する０．４ｍで換算した。この場合、実機の静圧は、０．１３ＭＰａ、１／３の水モデルの水深さの半分である０．１４ｍの静圧は０．１ＭＰａである。ボイルシャルルの法則により、Vｊ=5.0 Vｋとなり、実機のガス流量Ｑｇｊは、式（ｋ）になる。
【００６５】
Ｑｇｊ＝１２．８Ｑｇｋ                      ・・・(k)
以上、溶鋼スループットＱｓ及び不活性ガス流量（上ガス流量Ｑｇ２、下ガス流量Ｑｇ１）が式（８）〜式（１１）を満たせば、鋳片に補足される介在物を少なくすることができる。
表１１、１２は、本発明のノズルを用いて連続鋳造を行った実施例と、本発明とは異なる方法で連続鋳造を行った比較例とを示している。なお、実施例及び比較例は、水モデルによる結果である。この水モデルでは、実機と同じスケール（１／１）で行ったり、実機に対して１／３のスケールで行った。また、実施例及び比較例での実施条件は上述した水モデルと同様である。
【００６６】
【表１１】
2016182611.tif 000013
【００６７】
【表１２】
2016182611.tif 000014
【００６８】
実施例及び比較例では、溶鋼再酸化、湯面レベル異常、ノズル詰まり、製作性、施工性の５項目について評価を行った。表には、各項目における良好「○」、不良「×」を示している。全ての項目について良好である場合は、総合評価の欄に良好を示す「○」を示した。
溶鋼再酸化での不良とは、例えば、タンディッシュ内に裸湯が連続して現れている状態を示し、裸湯によって溶鋼が再酸化してしまっている虞がある。湯面レベル異常での不良とは、鋳型内の溶鋼の湯面が多量のＡｒガスの気泡によって不安定になり、操業が困難であることを示している。ノズル詰まりの不良とは、例えば、ノズル内への非金属介在物の付着による詰まりや溶鋼（鋼）の凝固により詰まりが発生したことを示している。製作性の不良とは、例えば、耐火物の耐久性の問題や寸法上の関係が成り立たなくなり、製作が困難であることを示している。施工性の不良とは、例えば、ノズル等の設置が不安定で施工が困難であることを示している。各項目における良好「○」とは、不良が発生しないことを示している。
【００６９】
実施例では、式（１）〜式（７）の全てを満たしているため、粒子流出率を６．０％以下にすることができると共に、上述した全ての項目が良好であった。一方、比較例１，３、１１では、高さＬが０．２ｍ未満であったり、０．４５ｍを超え、式（３）を満たしていないため、施工性の項目が不良となった。比較例４及び５では、ノズルの上端内径Ｄ１が０．１５ｍを超えたり、０．０７ｍ未満であって式（１）を満たしていないため、湯面レベル異常、施工性、ノズル詰まりの項目が不良となった。
【００７０】
比較例２、３、６では、ノズルの外径Ｄ２が０．３ｍを超えたり、０．１６ｍ未満であって式（２）を満たしていないため、施工性、製作性の項目が不良となった。比較例１７、８、１１では、(L1+L2/2)/D1が０．３未満であったり、６．３を超え、式（６）を満たしていないため、製作性の項目が不良となった。比較例９、１０では、(R1+R2/2)/(D1/2)が１．５未満であったり、４．０を超え、式（７）を満たしていないため、製作性の項目が不良となった。比較例１２では、式（５）を満たしていないため、湯面レベル異常の項目が不良となった。比較例１３では、式（４）を満たしていないため、溶鋼再酸化の項目が不良となった。
【００７１】
以上、本発明によれば、ノズルの形状を適正に設定することにより、製作性や施工性の確保をしつつ、溶鋼再酸化、湯面レベル異常、ノズル詰まり等を発生させずに、鋳片に補足される介在物を少なくすることができる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００７２】
１  連続鋳造装置
２  取鍋
３  溶鋼
４  タンディッシュ
５  鋳型
６  鋳片
７  サポートロール
１０  鉄皮
１１  耐火物
１５  底部
２０  ノズル
２１  スライドノズル（スライドバルブ）
２２  上プレート
２３  下プレート
２４  スライドプレート
２５  浸漬ノズル
３０  上ポーラス耐火物
３１  下ポーラス耐火物
３２  上設置部
３３  下設置部
３５  内壁面
【図１】
2016182611.tif 000015
【図２】
2016182611.tif 000016
【図３Ａ】
2016182611.tif 000017
【図３Ｂ】
2016182611.tif 000018
【図４】
2016182611.tif 000019
【図５】
2016182611.tif 000020
【図６】
2016182611.tif 000021
【図７】
2016182611.tif 000022
【図８】
2016182611.tif 000023
【図９】
2016182611.tif 000024
【図１０】
2016182611.tif 000025
【図１１】
2016182611.tif 000026
【図１２】
2016182611.tif 000027
【図１３】
2016182611.tif 000028
【図１４】
2016182611.tif 000029