(57)【要約】  本発明は、鋼材を鋳造するための浸漬ノズル（１）に関し、該浸漬ノズルは、  注湯口部（１Ａ）、  注湯口部（１Ａ）から第１縦方向軸線（Ｘ１）に沿って延びる、又は、注湯口部（１Ａ）に隣接する長尺部（１Ｂ）、及び、  外周壁により規定され且つ外周壁上に開口する第１出湯口前面開口（３５）を備える出湯口部（１Ｃ）と、  第１縦方向軸線（Ｘ１）に対して平行に延び、注湯口オリフィス（１８）において開口し且つノズルの出湯口部（１Ｃ）の少なくとも一部に沿って延びるボア（５０）であって、ボア（５０）を接合する前面開口入口端（３５ｉ）からノズルの出湯口部の外周壁において開口する前面開口出口端（３５ｏ）へ第１縦方向軸線（Ｘ１）を横切る前面開口方向（Ｙ１）に沿って延びる少なくとも第１前面開口（３５）を介して、ノズルの出湯口部（１Ｃ）の少なくとも一部から空気に開放されるボア（５０）と、を備え、  第１方向（Ｘ１）に対して垂直な平面に沿ったノズル出湯口部（１Ｃ）の平面切り口は、  壁外周部（１Ｐ）及び壁外周部により規定される領域の壁重心（１ｘ）により規定されるノズルの出湯口部（１Ｃ）の外周壁の輪郭と、  ボア重心（５０ｘ）を通過し且つ切り口の平面上への前面開口方向（Ｙ１）の正射影に対して平行な方向に沿って延びる第１横方向軸線（Ｙ）と、を含み、  ノズルは、縦方向軸線を基準にして第１前面開口（３５）の方向の反対方向に沿って延び且つ縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口方向（Ｙ１）により規定される平面に属する前面開口を備えておらず、且つ、平面切り口において、  前面開口（３５）の側で第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された壁重心（１ｘ）から外周壁までの距離（Ｌ１）は、前面開口（３５）の反対側で第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された壁重心（１ｘ）から外周壁までの距離（Ｌ２）よりも長い、即ち、Ｌ１＞Ｌ２であることを特徴とする。【選択図】図６（ｄ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を鋳造するための浸漬ノズル（１）であって、
前記ノズルの第１端に配置され且つ注湯口オリフィス（１８）を備える注湯口部（１Ａ）、
外壁により規定され且つ前記注湯口部（１Ａ）から第１縦方向軸線（Ｘ１）に沿って延びる、又は、前記注湯口部（１Ａ）に隣接する長尺部（１Ｂ）、及び、
前記第１端の反対側にある前記ノズルの第２端に隣接して配置され且つ前記第２端を含む出湯口部（１Ｃ）であって、外周壁により規定され且つ前記外周壁上に開口する第１出湯口前面開口（３５）を備える前記出湯口部（１Ｃ）と、
前記第１縦方向軸線（Ｘ１）に対して平行に延び、前記注湯口オリフィス（１８）において開口し且つ前記ノズルの前記長尺部（１Ｂ）に沿って延びるボア（５０）であって、前記ボア（５０）を接合する前面開口入口（３５ｉ）から前記ノズルの前記出湯口部の前記外周壁において開口する前面開口出口（３５ｏ）へ前記第１縦方向軸線（Ｘ１）を横切る前面開口方向（Ｙ１）に沿って延びる少なくとも前記第１前面開口（３５）を介して、前記ノズルの前記出湯口部（１Ｃ）の少なくとも一部から空気に開放されるボア（５０）と、を備え、
前記第１方向（Ｘ１）に対して垂直な平面に沿った前記ノズル出湯口部（１Ｃ）の平面切り口は、
壁外周部（１Ｐ）及び前記壁外周部により規定される領域の壁重心（１ｘ）により規定される前記ノズルの前記出湯口部（１Ｃ）の前記外周壁の輪郭と、
ボア重心（５０ｘ）を通過し且つ前記切り口の平面上への前記前面開口方向（Ｙ１）の正射影に対して平行な方向に沿って延びる第１横方向軸線（Ｙ）と、を含み、
前記ノズルは、前記縦方向軸線を基準にして前記第１前面開口（３５）の方向の反対方向に沿って延び且つ前記縦方向軸線（Ｘ１）及び前記前面開口方向（Ｙ１）により規定される平面に属する前面開口を備えておらず、且つ、前記平面切り口において、
前記前面開口（３５）の側で前記第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された前記壁重心（１ｘ）から前記外周壁までの距離（Ｌ１）は、前記前面開口（３５）の反対側で前記第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された前記壁重心（１ｘ）から前記外周壁までの距離（Ｌ２）よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）ことを特徴とする、
浸漬ノズル。
【請求項２】
前記前面開口（３５）の側で前記壁重心（１ｘ）からの距離Ｌ２／２において前記軸線（Ｙ）に対して垂直な方向に沿って測定された前記ノズルの壁間距離（Ｈ１）は、前記前面開口（３５）の反対側で前記壁重心（１ｘ）からの距離Ｌ２／２において前記軸線（Ｙ）に対して垂直な前記方向に沿って測定された寸法（Ｈ２）よりも小さい（Ｈ１＜Ｈ２）、請求項１に記載の浸漬ノズル（１）。
【請求項３】
前記壁外周部（１Ｐ）の曲率は、前記壁外周部の全長にわたって正符号であり、且つ、前記壁外周部は好適には卵形である、請求項１又は２に記載の浸漬ノズル。
【請求項４】
前記壁外周部（１Ｐ）の曲率は局所的に符号が変化し、且つ、前記壁外周部は好適には西洋梨形である、請求項１又は２に記載の浸漬ノズル。
【請求項５】
Ｌ１は、前記出湯口部（１Ｃ）を除いた前記ノズルの上流側部分においてＬ２に略等しい、請求項１から４の何れか一項に記載の浸漬ノズル。
【請求項６】
（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ２×１００は、少なくとも５％であり、好適には少なくとも１０％であり、より好適には少なくとも２０％であり、最も好適には少なくとも４０％である、請求項１から５の何れか一項に記載の浸漬ノズル。
【請求項７】
前記平面切り口は、ボア外周部（５０Ｐ）及び前記ボア外周部により規定される領域の前記ボア重心（５０ｘ）により規定される前記ボア（５０）の輪郭を更に含み、且つ、前記ボア重心（５０ｘ）は、前記第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された前記前面開口（３５）の側における前記外周壁までの距離がＬ１以上である位置に設けられる、請求項１から６の何れか一項に記載の浸漬ノズル。
【請求項８】
前記出湯口部（１Ｃ）は、前記ノズルの前記第２端において開口する先端出湯口（３７）であって、好適には前記縦方向軸線（Ｘ１）に対して平行に延びる前記先端出湯口（３７）を更に備える、請求項１から７の何れか一項に記載の浸漬ノズル。
【請求項９】
前記出湯口部（１Ｃ）は、前記ボア（５０）から前記出湯口部（１Ｃ）の前記周壁へ、前記縦方向軸線（Ｘ１）及び前記前面開口方向（Ｙ１）により規定される平面を横切るように延びる少なくとも一つの二次前面開口（３９ａ、３９ｂ）を更に備える、請求項１から８の何れか一項に記載の浸漬ノズル。
【請求項１０】
前記出湯口部（１Ｃ）は、前記第１縦方向軸線（Ｘ１）を基準にして前記第１前面開口（３５）と同じ側で、前記第１縦方向軸線（Ｘ１）及び前記第１横方向軸線（Ｙ）により規定される半平面に含まれる軸線に沿って延びる第２前面開口（３６）を更に備える、請求項１から９の何れか一項に記載の浸漬ノズル。
【請求項１１】
前記前面開口出口（３５ｏ）の重心は、前記前面開口入口（３５ｉ）の重心とは前記ノズルの前記第２端から同じ距離である、又は、前記前面開口入口（３５ｉ）の重心よりも前記ノズルの前記第２端に近い、請求項１から１０の何れか一項に記載の浸漬ノズル。
【請求項１２】
金属梁の鋳造用鋳造設備であって、
（ａ）第１縦方向軸線（Ｘ１）に対して平行に延びる少なくとも一つの浸漬ノズル（１）が容器底部に連結された冶金容器（１０、１１）であって、前記ノズルが、注湯口（１８）と第１前面開口（３５）の先端に設けられた少なくとも一つの出湯口（３５ｏ）とを備えるボアを備え、前記第１前面開口（３５）が、前面開口方向（Ｙ１）に沿って前記ボア（５０）から前記少なくとも一つの出湯口（３５ｏ）へ横方向に延び、前記ボア注湯口（１８）が前記冶金容器の内部と流体連通し、且つ、前記ボア及び前記少なくとも一つの出湯口（３５ｏ）が、前記冶金容器から延び且つ前記冶金容器の内部を部分的に貫通する、前記冶金容器（１０、１１）と、
（ｂ）第１鋳型方向に沿って延びる少なくとも第１長尺部及び前記第１鋳型方向を横切る第２鋳型方向に沿って延びる少なくとも第２長尺部に分割された断面を規定するビームブランク鋳型（１００）と、を備え、
前記浸漬ノズルは請求項１から１１の何れか一項に記載の浸漬ノズルであり、且つ、前記第１鋳型方向は、前記第１縦方向軸線（Ｘ１）及び前記前面開口方向（Ｙ１）により規定される平面に含まれることを特徴とする、
鋳造設備。
【請求項１３】
前記半製品梁鋼鋳型（１００）は、Ｔ字状断面、Ｌ字状断面、Ｘ字状断面、Ｃ字状断面又はＨ字状断面を有する、請求項１２に記載の鋳造設備。
【請求項１４】
前記半製品梁鋼鋳型は、前記第１長尺部により規定されるＨ形状のウェブと、前記第１長尺部に対して共に垂直である前記第２長尺部及び第３長尺部により規定される二つの側方フランジとを有するＨ字状断面を有し、且つ、前記浸漬ノズルは、前記Ｈ形鋼断面の前記ウェブとフランジとが交差する領域に配置される、請求項１３に記載の鋳造設備。
【請求項１５】
単一の浸漬ノズル（１）は各半製品梁鋼鋳型（１００）と併用され、且つ、前記ノズルは前記第１長尺部と前記第２長尺部とが交差する領域に配置される、請求項１２から１４の何れか一項に記載の鋳造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｈ形鋼及びこれと同種のもの等の金属梁を鋳造するためのノズルに関する。本発明のノズルは、鋳型内への金属の流れ（metal flow）をより良好に制御可能にするので、低欠陥の金属梁が得られる。
【背景技術】
【０００２】
金属成形工程において、金属融液は一つの冶金容器（metallurgical vessel）から別の冶金容器、鋳型又は工作機械へ移される。例えば、図１に示すように、取鍋（１１）は、溶鉱炉から出てきた金属融液で満たされており、前記金属はタンディッシュ（１０）へ移される。そして金属融液は、注湯ノズル（１）を介して、タンディッシュからスラブ、ビレット、梁又は鋳塊を成形するための鋳型へ流し込ませることができる。冶金容器からの金属融液の流れは、該容器の底部に配置されたノズルシステム（１、１１１）を介して重力によって駆動される。特に、タンディッシュ（１０）には、その底床（１０ａ）において、タンディッシュ内部を鋳型と流体連通させるノズル（１）が設けられる。いくつかの設備は、タンディッシュを使用せず、直接、取鍋を鋳型に接続する。
【０００３】
いくつかの場合、鋳型の最適な充填及び鋳型に流入する金属の最適温度プロファイルを確保するために、単一の鋳型に対して二つのノズルが使用される。このような解決策は、米国特許第３９３１８５０号明細書のような単純な矩形プロファイルに使用してもよいが、通常はＨ形鋼又はこれと同様のもの等の複雑な形状の金属部品を鋳込むために使用される。例えば、特開平０９−１２２８５５号公報では、各フランジとＨ形鋼のウェブとの交点に配置された二つのノズルによって注湯されるＨ形鋼鋳型（「フランジ」は「Ｈ」の二つの左右の構成要素を意味し、「ウェブ」は両フランジを繋ぐ中央の構成要素を意味しており、Ｈ形鋼はＩ形鋼と呼ばれることも多く、Ｈ形鋼及びＩ形鋼という二つの用語はここでは同義語として用いられる）が開示される。単一の鋳型に対して二つのノズルを使用することで、いくつかの欠点が生じる。第一に、単一のノズルの代わりに二つのノズルを必要とするので製造費用が増大する。第二に、全体の金属注湯流れが不均一にならないように二つのノズルの流量は鋳造中適切に調整されなければならない。これを達成するのは容易ではない。
【０００４】
例えば、特開昭５８−２２４０５０号公報、特開平１１−５１４４号公報及び特開平０５−１４６８５８号公報に記載されるように、一つの鋳型につき単一のノズルを備えることで、二つのノズルの使用に関する前述の欠点を解決するＨ形鋼鋳造設備が提案されている。前記文献の各々において、先端出湯口とノズルの周壁に開口する複数の前面開口とを備える単一のノズルは、Ｈ字状鋳型の一つのフランジのみとウェブとの交点に配置される。このようなノズルは鋳型を基準にしてオフセットした位置にあるので、鋳型に関して対称的に配置されたノズルにおいて開口が鉛直面に関して対称的にノズルの外周部周辺に分布すると考えられる場合とは異なり、該ノズルは、開口が鉛直面に関して対称的にノズルの外周部周辺に分布しないより複雑な前面開口設計を有する。これらのノズルは、ウェブに対して略平行に延び且つＨ字状鋳型の反対側にあるフランジに向かって開口する少なくとも第１前面開口を備える。ノズル側に配置されたフランジの角部での適切な充填を確実にするために、上記ノズルは、第１前面開口とＹ字をなす二つの前面開口を更に備える。前面開口は、通常下方に延びる。
【０００５】
ノズルの大きさは、Ｈ字状鋳型のフランジとウェブとの交点において得られる隙間（クリアランス）によって制限され、凝固した金属橋がノズルと低温の鋳型壁との間に形成されることがないようにノズルと鋳型壁との接触を避けるべく留意する。これは、このようなノズルによって達成できる流量に影響をもたらし、周壁の大きさが制限されることで軸線方向のボア（bore）及び前面開口の大きさも制限される。特開平０９−１２２８５５号公報では、Ｈ字状鋳型の各フランジとウェブとの交点において得られるクリアランスを最適化するために、丸みを帯びた角のある三角形断面形状を有する一対のノズルが提案される。上記ノズルは、同様に三角形状を有する先端出湯口のみが備えられ、前面開口を備えていない。
【０００６】
鋳型を充填する溶融金属の流れプロファイル及び温度プロファイルは、欠陥のない梁の製造を確実にするために最も重要であることは言うまでもない。Ｈ形鋼鋳型における流れプロファイル及び温度プロファイルは、このような単一のノズルの設計、特に、前面開口の数、位置及び設計に非常に左右されやすい。例えば、金属噴流が過度の運動量によって鋳型壁に衝突して非制御乱流を引き起こして鋳型を高速で侵食することで鋳型の耐用年数を低下させることをできる限り避けるようにする経時的に安定した鋳型の充填を確実にすることが重要である。渦流及び乱流が形成されると、梁の冷却によって制御がより困難になり、欠陥が現れる。
【０００７】
本発明の目的は、Ｈ形鋼、Ｔ形鋼、Ｌ形鋼、Ｃ形鋼及びこれらと同種のもの等の複雑形状の鋳型を充填することでこのような鋳型を浸食する金属噴流を高度に制御し、結果として、より滑らかな流れプロファイル及び温度プロファイル並びに最終的には極めて低い欠陥密度を有する金属梁を得るのに適したノズルを提供することである。本発明の上記及びその他の利点は以下の項において示される。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は添付の独立請求項において規定される。好ましい実施形態は従属請求項において規定される。特に、本発明は鋼材を鋳造するための浸漬ノズルに関する。該ノズルは、
●ノズルの第１端に配置され且つ注湯口オリフィスを備える注湯口部、
●外壁により規定され且つ注湯口部から第１縦方向軸線（Ｘ１）に沿って延びる、又は、注湯口部に隣接する長尺部、及び、
●第１端の反対側にあるノズルの第２端に隣接して配置され且つ第２端を含む出湯口部であって、外周壁により規定され且つ外周壁上に開口する第１出湯口前面開口を備える出湯口部と、
●第１縦方向軸線（Ｘ１）に対して平行に延び、注湯口オリフィスにおいて開口し且つノズルの長尺部に沿って延びるボア（bore）であって、ボアを接合する前面開口入口からノズルの出湯口部の外周壁において開口する前面開口出口へ第１縦方向軸線（Ｘ１）を横切る前面開口方向（Ｙ１）に沿って延びる第１前面開口を少なくとも介して、ノズルの出湯口部の少なくとも一部から空気に開放されるボアと、を備え、
●第１方向（Ｘ１）に対して垂直な平面に沿ったノズル出湯口部の平面切り口は、
○壁外周部及び当該壁外周部により規定される領域の壁重心（ｗａｌｌ  ｃｅｎｔｒｏｉｄ）により規定されるノズルの出湯口部の外周壁の輪郭と、
○ボア重心（５０ｘ）を通過し且つ切り口の平面上への前面開口方向（Ｙ１）の正射影に対して平行な方向に沿って延びる第１横方向軸線（Ｙ）と、を含み、
●ノズルは、縦方向軸線を基準にして第１前面開口の方向の反対方向に沿って延び且つ縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口方向（Ｙ１）により規定される平面に属する前面開口を備えておらず、且つ、平面切り口において、
●前面開口の側で第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された壁重心から外周壁までの距離（Ｌ１）は、前面開口の反対側で第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された壁重心から外周壁までの距離（Ｌ２）よりも長い、即ち、Ｌ１＞Ｌ２である。
【０００９】
「空気に開放される」という表現は、ノズル外部を取り囲む空気に開放されることを意味する。仮にノズル前面開口が鋳型の型穴に挿入される場合、「空気」は、ノズル前面開口を取り囲む鋳型の型穴により規定される空間を指す。「前面開口」は、ここでは軸線方向ボアと流体連通し、軸線方向ボアから横方向に延び、且つ、ノズル周壁の少なくとも一部において開口する出湯口を備える開口流路と言う一般に容認されている定義の意味で用いられる。仮に「前面開口」が周壁においても開口する場合、該開口は、図３における下側の前面開口など、ノズルの第２端において部分的に開口する開口を含む。
【００１０】
平面形状即ち二次元形状の「重心（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）」は、この形状におけるすべての点の算術的平均（「平均」）位置と定義される。換言すれば、この「重心」は、（一様な密度及び一様な重力場を想定した場合、）厚紙を問題となる領域の形状に切り抜いたものが鉛筆の先で完全に均衡がとれる点である。幾何学では二次元形状の「重心（ｂａｒｙｃｅｎｔｅｒ）」という用語は「重心（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）」と同義語であり、物理学では「重心（ｂａｒｙｃｅｎｔｅｒ）」及び「重心（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）」は一様な密度の複数の形状に対する一点のみを構成する。
【００１１】
このような幾何学的構成により、ノズルがＨ字状鋳型等の複雑形状の鋳型のフランジとウェブとの交点に配置される場合、この鋳型のウェブ方向にノズルを十分により深く貫通できる。同時に、このような幾何学的構成により前面開口流路を延長できるため、より安定した金属の流れ、並びに、同心ボア及び周壁を有する従来のノズルによって従来可能であったように金属の流れの運動量消散を可能とする。
【００１２】
平面切り口は、ボア外周部及びボア外周部により規定される領域のボア重心（ｂｏｒｅ  ｃｅｎｔｒｏｉｄ）により規定されるボアの輪郭を更に含む。ボア重心は、第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された前面開口の側における外周壁までの距離がＬ１以上である位置に設けられることが好ましい。
【００１３】
鋳型のウェブ部分におけるノズルの貫通を更に促進するために、前面開口（３５）側で壁重心（１ｘ）からの距離Ｌ／２において軸線（Ｙ）に対して垂直な方向に沿って測定されたノズルの壁間の距離（Ｈ１）は、前面開口（３５）の反対側で壁重心（１ｘ）からの距離Ｌ／２において軸線（Ｙ）に対して垂直な方向に沿って測定された寸法（Ｈ２）よりも小さい、即ち、Ｈ１＜Ｈ２であることが好ましい。実際に、壁外周部は、壁外周部の全長にわたって正曲率を有する卵形であるか、或いは、局所的に符号が変化する曲率を有する西洋梨形であることが好ましい。ノズルは、ノズルの全長にわたってＬ１＞Ｌ２が成立するように、長尺部及び出湯口部（１Ｂ、１Ｃ）の全長にわたって角柱状の幾何学的構成を有してもよい。或いは、出湯口部を除いたノズルの上流側部分においてＬ１はＬ２に略等しく、且つ、Ｌ１＞Ｌ２が成立するように、出湯口部を含むノズルの下流側部分において外周壁の幾何学的構成は変化してもよい。ノズルの設計にもよるが、後者の実施形態は、耐熱材料の所要量を低減するために有用であり得る。
【００１４】
出湯口部は、ノズルの第２端において開口する先端出湯口を更に備えることが好ましい。出湯口部は、ボアから出湯口部の周壁へ、縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口軸線の両方を横切るように延びる少なくとも一つの二次前面開口を更に備えることが更に好ましい。少なくともこのような二次前面開口を二つ設け、第１前面開口とＹ字をなすことがより好ましい。出湯口部が、縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口軸線により規定される半平面に含まれる軸線に沿って延びる第２前面開口を更に備える場合、金属の流れの運動量はより良好に消散される。このような第２前面開口は、第１前面開口の上方又は下方のいずれかに設けられる。
【００１５】
第１前面開口は、縦方向軸線（Ｘ１）に対して垂直に、又は、下方に延びてもよい。換言すれば、前面開口出口の重心は、前面開口入口の重心とはノズルの第２端から同じ距離でもよいし、前面開口入口の重心よりもノズルの第２端に近くてもよい。
【００１６】
本発明は更に、金属梁を鋳造するための鋳造設備にも関し、該鋳造設備は、
（ａ）上述のように定義された少なくとも一つの浸漬ノズルを備える冶金容器であって、少なくとも一つの浸漬ノズルの注湯口オリフィスが冶金容器の内部と流体連通し、且つ、第１前面開口を備えるボアが、冶金容器から延び且つ冶金容器の内部を貫通する、冶金容器と、
（ｂ）第１鋳型方向に沿って延びる少なくとも第１長尺部及び第１鋳型方向を横切る第２鋳型方向に沿って延びる少なくとも第２長尺部に分割された断面を規定するビームブランク鋳型と、を備え、
第１鋳型方向は、第１縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口方向（Ｙ１）により規定される平面に含まれており、且つ、好適には第１縦方向軸線Ｘ１に対して垂直であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の鋳造設備における半製品（ブランク）梁鋼鋳型は、Ｔ字状断面、Ｌ字状断面、Ｘ字状断面、Ｃ字状断面又はＨ字状断面を有してもよい。半製品梁鋼鋳型は、第１長尺部により規定されるＨ形状のウェブと、第２長尺部に対して共に略垂直である第２長尺部及び第３長尺部により規定される二つの側方フランジとを有するＨ字状断面を有し、且つ、浸漬ノズルは、Ｈ形鋼断面のウェブとフランジとが交差する領域に配置されることが好ましい。本発明の鋳造設備は、一つの半製品梁鋼鋳型につき単一の浸漬ノズルを備えることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の性質のより完全な理解のために、以下の添付の図面を併用して、後続の詳細な説明を述べる。
【図１】金属梁を鋳造するための鋳造設備の概略図を示す。
【図２】Ｈ字状鋳型に挿入される本発明に係るノズルの例を示す。
【図３】本発明に係るノズルの実施形態を示す。
【図４】本発明に係るノズルのノズル部分の断面図を示す。
【図５−１】従来技術に係るノズルの出湯口部の実施形態を（ａ）に、本発明に係るノズルの出湯口部の実施形態を（ｂ）から（ｃ）に示す。
【図５−２】本発明に係るノズルの出湯口部の実施形態を（ｄ）から（ｇ）に示す。
【図６】従来技術のノズルの前面開口長さと本発明に係るノズルとを比較する。
【図７】壁重心の位置を実験に基づいて決定する方法を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図３に示すように、本発明に係るノズルは、以下の三つの主要部分に分けられる。
●ノズルの第１端に配置され且つ注湯口オリフィス（１８）を備える注湯口部（１Ａ）
●外壁により規定され且つ注湯口部（１Ａ）から第１縦方向軸線（Ｘ１）に沿って延びる、又は、注湯口部（１Ａ）に隣接する長尺部（１Ｂ）
●第１端の反対側にあるノズルの第２端に隣接して配置され且つ第２端を含む出湯口部（１Ｃ）であって、外周壁により規定され且つ外周壁上に開口する第１出湯口前面開口（３５）を備える出湯口部（１Ｃ）
【００２０】
ノズルは、第１縦方向軸線（Ｘ１）に対して平行に延び、注湯口オリフィス（１８）において開口し且つノズルの長尺部（１Ｂ）に沿って延びるボア（５０）であって、ボア（５０）を接合する前面開口入口（３５ｉ）からノズルの出湯口部の外周壁において開口する前面開口出口（３５ｏ）へ第１縦方向軸線（Ｘ１）を横切る前面開口方向（Ｙ１）に沿って延びる少なくとも第１前面開口（３５）を介して、ノズルの出湯口部（１Ｃ）の少なくとも一部から空気に開放されるボア（５０）を更に備える。
【００２１】
本発明に係るノズルは、特に、典型的には鋳型（１００）のフランジ（１００ｆ）とウェブ（１００ｗ）との交点におけるウェブに対して垂直な鋳型の対称面を基準にしてオフセットした位置にある一つの鋳型につき単一のノズルを使用して、Ｈ形鋼のような複雑形状を鋳造するのに適しているため、金属は、縦方向軸線Ｘ１を通過する鉛直面に関して対称的にノズル前面開口から流出しないはずである。特に、第１前面開口（３５）は、使用中、鋳型のウェブに対して平行な方向に延びるように設計され、且つ、ウェブとの交点においてノズルが配置されたフランジの向きから外れた向きに置かれる。ノズル前面開口（３５）の「後方に」配置された鋳型フランジの外壁（１００ｆ−ｏｕｔ）が近接しているために（図６（ｄ）及び図６（ｅ）参照）、本発明に係るノズルは、縦方向軸線を基準にして第１前面開口（３５）の方向の反対方向に沿って延び且つ縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口方向Ｙ１により規定される平面に属する前面開口を備えていない。
【００２２】
前面開口入口（３５ｉ）を通る第１方向軸線（Ｘ１）に対して垂直な平面に沿ったノズル出湯口部（１Ｃ）の平面切り口において、以下の特徴が識別される。
○壁外周部（１Ｐ）及び壁外周部により規定される領域の壁重心（ｗａｌｌ  ｃｅｎｔｒｏｉｄ）（１ｘ）により規定されるノズルの出湯口部（１Ｃ）の外周壁の輪郭
○ボア重心（５０ｘ）を通過し且つ切り口の平面上への前面開口方向（Ｙ１）の正射影に対して平行な方向に沿って延びる第１横方向軸線（Ｙ）
【００２３】
前面開口（３５）の側で第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された壁重心（１ｘ）から外周壁までの距離（Ｌ１）は、前面開口（３５）の反対側で第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された壁重心（１ｘ）から外周壁までの距離（Ｌ２）よりも長い、即ち、Ｌ１＞Ｌ２であることが不可欠である。Ｌ１は、百分率を（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ２×１００として算出すると、Ｌ２よりも少なくとも５％長いことが好ましく、より好適にはＬ２よりも少なくとも１０％長く、最も好適にはＬ２よりも少なくとも２０％長く、更に好適にはＬ２よりも少なくとも４０％長い。この幾何学的構成は、Ｈ字状断面、Ｌ字状断面、Ｔ字状断面又は同種のもの等を有する梁プロファイルを規定する第１長尺鋳型部分と第２長尺鋳型部分との交点により規定される幾分か限定された領域にノズルがよりぴったりと収まるような、前面開口（３５）の方向におけるノズルの断面形状の薄化を示唆する。第１前面ノズルの高さにおけるノズル断面の「薄化」は、前面開口（３５）の側で壁重心（１ｘ）からの距離Ｌ２／２において軸線（Ｙ）に対して垂直な方向に沿って測定されたノズルの壁間距離（Ｈ１）を規定することによっても表現でき、距離（Ｈ１）は、前面開口（３５）の反対側で壁重心（１ｘ）からの距離Ｌ２／２において軸線（Ｙ）に対して垂直な方向に沿って測定された寸法（Ｈ２）よりも小さくなければならない、即ち、Ｈ１＜Ｈ２が成立しなければならない。図４は、本発明の二つの実施形態に係るノズル断面として、（ａ）において卵形断面、及び、（ｂ）において西洋梨形断面における寸法（Ｌ１）及びＨ１並びにＬ２及びＨ２を示す。
【００２４】
卵形断面において、壁外周部の曲率は、外周部の全長にわたって正符号であるため、凸形状を特徴付ける。本発明の意味での卵形断面は、「厚肉の」端部と「薄肉の」端部とを含み、二つの同一端を有し且つ本発明の範囲外である楕円形断面と混同すべきではない。実際は、楕円の重心は、楕円におけるＬ１＝Ｌ２及びＨ１＝Ｈ２が成立するように、楕円の長径と短径との交点に位置する。本発明に係るノズルの壁外周部は、たかだか一つの対称軸線を有するのみであり、楕円の場合のように二つの対称軸線を有することはない。凸状断面外周部を有する本発明に係るノズルの断面形状は、卵形に限定されず、いかなる対称軸線をも無くすこともできる。しかしながら、第１横方向軸線（Ｙ）に関して対称的な卵形即ち長円形（ｏｖａｌ−ｓｈａｐｅｄ；ラテン語のｏｖｕｍに由来する）が好ましい。
【００２５】
或いは、壁外周部は凸状部分と凹状部分とを備えてもよく、後者は負の曲率を特徴とする。この種類の好ましい実施形態は、図４（ｂ）、図５−１（ｃ）、図６（ａ）、図６（ｄ）及び図６（ｅ）に例示する種類の第１横方向軸線Ｙに関して対称的な西洋梨形断面である。西洋梨形状は、凹状部分により「薄肉の」凸状端から分離された「厚肉の」凸状端を特徴とする。図６（ｄ）に示すように、西洋梨形断面は、Ｈ形鋼鋳型のフランジとウェブとの間の交差領域に完全に収まる。図６（ｅ）は、西洋梨形外周壁を若干変形させた例を示し、この例では、直径が異なる二つの相対する円形線分は、複数の直線により連結される。前面開口は、直径が小さい方の円形線分において開口する。
【００２６】
壁外周部が複数の直線部分を有してもよいことは明らかであり、これらの部分は、無限半径及び曲率ゼロの凸面又は凹面の曲率の特異な実施形態に過ぎない。このような断面形状の例は図５−２（ｅ）に示されており、この形状は薄肉の卵又は厚肉の西洋梨のように見える。
【００２７】
図６（ｄ）に示すように、Ｌ１＞Ｌ２であることを特徴とするノズルを提供することで、Ｌ１とＬ２とが等しい従来の鋳型と比較して、ノズルと鋳型壁との間に同一のクリアランスδを維持しつつＨ形鋼用ビームブランク鋳型等のウェブにおいて第１前面開口（３５）をより深く貫通できる。図６（ｅ）は、鋳型壁とノズル周壁との間のクリアランスを増大させる外周壁の更なる実施形態を示す。
【００２８】
周壁は出湯口部（１Ｃ）のみにおいてＬ１＞Ｌ２であることを特徴としてもよいし、或いは、周壁はノズルの一部又は全長にわたって延びてもよい。前者の場合、Ｌ１は、出湯口部（１Ｃ）から上流のノズルの部分においてＬ２と等しくてもよい（「上流」及び「下流」という用語は、使用中のノズルを介した流れ方向を意味し、この流れはノズル注湯口（１８）から始まり前面開口出口（３５ｏ）で終わる）。鋳型に挿入されたノズルの部分が対応する空間に収まる限り、ノズルの長尺部（１Ｂ）のいかなる長さも、本発明の範囲を逸脱することなくＬ１＞Ｌ２であることを特徴とし得る。
【００２９】
Ｌ１及びＬ２は壁重心（１ｘ）を基準にして測定されるため、この重心を適切に規定することは重要である。上述のように、ある領域の「重心」（１ｘ）は、ここでは一様な密度を有する（即ち、耐熱密度はボア密度よりも高いということを無視した）領域の重心に相当する、その領域におけるすべての点の算術的平均（「平均」）位置という従来の幾何学的な定義の意味で用いられる。二つの対称軸線を有する円又は楕円等の単純な図形の場合、重心位置を決定するのは容易である。しかしながら、本発明に係るノズルの壁外周部の場合のように、単一の対称軸線を有する又は対称軸線を有さない、より等辺性の低い幾何学形状の場合、重心位置を算出又は幾何学的に決定するのは必ずしも容易ではない。図７は任意の二次元形状の重心位置を実験に基づいて決定する方法を例示する。周壁の輪郭は、厚紙から切り抜いたものである。厚紙の薄層の一様な密度を確保するために、ボア位置は周壁の形状を表現する厚紙から切り抜いたものであってはならない。図７において、図４（ｂ）及び図６（ｄ）において検討されたノズルの周壁の輪郭は、円形ボアの位置を破線円で示すことで表現される（但し切り抜きではない）。そして厚紙の薄層は、薄層外周部付近の第１点において挿入されたピン（＝白丸）の周りを回転自在であるようにピンにより保持され、且つ、ピンから鉛直線が引かれる（図７（ａ）参照）。鉛直線の位置は、本体上に目印を付して示される（図７（ｂ）における破線を参照）。実験は、薄層の異なる点においてピンを挿入した状態で繰り返される（図７（ｂ）参照）。二つの線の交点は、壁重心（１ｘ）である（図７（ｂ）における黒丸を参照）。この経験的な方法により、容易且つ確実にいかなる面の重心も決定することができる。
【００３０】
外周壁輪郭及び第１横方向軸線（Ｙ）に加えて、平面切り口は、ボア外周部（５０Ｐ）及びボア外周部により規定される領域のボア重心（５０ｘ）により規定されるボア（５０）の輪郭を更に含む。ボア重心（５０ｘ）は、第１横方向軸線（Ｙ）に沿って測定された前面開口（３５）の側における外周壁までの距離Ｌ’１の位置に設けられ、Ｌ’１は、Ｌ１以上（Ｌ’１≧Ｌ１）であることが好ましい。壁重心（１ｘ）及びボア重心（５０ｘ）は、好適には第１横方向軸線Ｙ上の同一点（即ち、Ｌ’１＝Ｌ１）に設けられてもよい。この場合、Ｌ１＞Ｌ２であることを特徴とする本発明に係るノズルには、第１前面開口（３５）がＬ１＝Ｌ２である従来のノズルの開口よりも長くできるという利点がある。仮に、このような切断面上のボア重心（５０ｘ）から始まる第１横方向軸線（Ｙ）が壁重心（１ｘ）を通過し且つ壁外周部（１Ｐ）に到達するまで延びる（即ち、Ｌ’１＞Ｌ１）ように、ボア重心（５０ｘ）が壁重心（１ｘ）を基準にしてオフセットした位置にある場合、第１前面開口長さＬINVは、更に延長することさえもできる。これは図６（ａ）から図６（ｄ）に示され、本発明に係るノズル（図６（ａ）から図６（ｄ）の下半分を参照）における第１前面開口の長さＬINVと、従来の「同軸」ノズル（図６（ａ）から図６（ｄ）の上半分を参照）の長さＬPAとを比較する。図６（ａ）の断面は、例えば図５−１（ｃ）に示されるノズルに対応し、図６（ｂ）の断面は、図５−１（ｂ）及び図５−２（ｄ）のいずれかに示されるようなノズルに対応し、図６（ｃ）の断面は、ノズルの出湯口部（１Ｃ）におけるボア（５０）の薄化がなされた、例えば図５−２（ｇ）に示されるようなノズルに対応する。本発明に係るノズルに特有な一つの利点は、鋳型壁との所要クリアランスδを維持しつつ第１前面開口（３５）の長さＬINVを実質的に延長できることである。
【００３１】
第１前面開口（３５）の長さを増大することは多くの点で有利である。第一に、より長い第１前面開口（３５）によって、第１前面ノズルからの金属融液の流れを実質的により安定した流れとして生成し、鋳型ウェブ断面に沿って相対的に長い距離で噴出し、且つ、より短い前面開口よりも乱流を発生させにくくする。第二に、図６（ｄ）に示すように、本発明に係るノズル（下半分）の前面開口出口（３５ｏ）は、従来の「同軸」ノズル（上半分）よりも鋳型ウェブ断面内により深く延びるため、鋳型を適切に充填するために金属噴流が及ぶべき距離が低減される。第三に、より長い第１前面開口（３５）によって金属の流れの運動量が低減されるため、ノズルの反対側にある鋳型のフランジ外壁（１００ｆ−ｏｕｔ）に対する噴流の衝撃力が漸減される。衝突する流れは乱流を引き起こし且つ鋳型のフランジ外壁を高速で侵食するので、上記のことは重要である。有限要素モデリング（ＦＥＭ）又は計算流体力学（ＣＦＤ）により、鋳型におけるサブメニスカス速度が高いと、鋳型高さ変動の危険性及びノズルの反対側にあるフランジとウェブとの間の放射状範囲の高さにおける流れ分離の危険性が高まることが証明されている。最も低いサブメニスカス速度は、より長い第１前面開口（３５）に沿った高度な運動量消散の結果、本発明に係るノズルを利用して得られた。
【００３２】
第１前面開口（３５）が延びる前面開口方向（Ｙ１）は、第１縦方向軸線Ｘ１に対して垂直であってもよい。これは、図５−２（ｄ）に示すような水平な前面開口（３５）に対応し得るが、「水平な」という用語は使用中のノズル位置を基準にして用いられる。或いは、前面開口方向（Ｙ１）は、第１縦方向軸線Ｘ１に対して垂直ではなく、第１縦方向軸線Ｘ１を横切ってもよい。特に、第１前面開口（３５）は、前面開口出口（３５ｏ）の重心が前面開口入口（３５ｉ）の重心よりもノズルの第２端に近くなるように、（使用中のノズル位置を基準にして）下方に延びてもよい。仮に第１前面開口（３５）が傾斜している場合（即ち、仮に前面開口方向（Ｙ１）が縦方向軸線Ｘ１に対して垂直ではない場合）、前面開口出口（３５ｏ）は切断面の範囲外であり得る。これは、例えば図５−１（ｂ）、図５−１（ｃ）及び図５−２（ｅ）から５−２（ｇ）において、明確化のため切り口Ｂ−Ｂを二つの平行平面上に設け、入口（３５ｉ）から出口（３５ｏ）までの第１前面開口（３５）の全長を示すなどの場合に当てはまる。
【００３３】
複雑形状の鋳型を適切に充填するためには、単一の前面開口では充分ではない可能性がある。したがって、本発明に係るノズルは、ノズルの第２端において開口する先端出湯口（３７）を更に備えてもよい（図３、図５−１（ｂ）、図５−１（ｃ）及び図５−２（ｆ）参照）。先端出湯口（３７）は、縦方向ボアと流体連通し且つノズルの第２端においてのみ開口する流路により構成される。仮に流路開口が部分的にノズルの第２端において延び且つ部分的にノズルの周壁において延びる場合、この流路を前面開口と呼ぶ（例えば図３参照）。ノズルは、ボア（５０）から出湯口部（１Ｃ）の周壁へ、縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口方向（Ｙ１）を横切るように延びる少なくとも一つの二次前面開口（３９ａ、３９ｂ）を備えてもよい。図１及び図２に示すようなＨ字状鋳型の場合、ノズルは、ノズルに隣接したフランジが図３及び図５−２（ｆ）に示すような金属融液で満たされ得るように、第１前面開口（３５）とボアを中心とするＹ字をなす二つの二次前面開口（３９ａ、３９ｂ）を備えることが好ましい。
【００３４】
流れの運動量の更なる消散及び高度な流れ安定性は、第１縦方向軸線（Ｘ１）及び第１横方向軸線Ｙにより規定される半平面に含まれる軸線に沿って延びる第２前面開口（３６）をノズルに設けることで得られてもよい。換言すれば、図５−１（ｃ）に示すように、第２前面開口（３６）は第１前面開口の上方又は下方に設けられ得る（「上方」及び「下方」という言葉は、ここでは使用中のノズル位置を基準にして用いられる）。第２前面開口（３６）は、第１前面開口（３５）に対して平行であっても、平行でなくてもよい。本実施形態の変形例において、第１前面開口及び第２前面開口（３５、３６）は、図３に示すようなより細い流路により接続し、前面開口出湯口に対して犬の骨形状を与えてもよい。
【００３５】
本発明に係るノズルは、図１に示すような金属梁を鋳造するための設備と併用する際に有利である。該設備は、
（ａ）本発明に係る少なくとも一つの浸漬ノズル（１）を備える冶金容器（１０、１１）であって、少なくとも一つの浸漬ノズルの注湯口オリフィス（１８）が冶金容器の内部と流体連通し、且つ、第１前面開口（３５）を備えるボア（５０）が、冶金容器から延び且つ冶金容器の内部を部分的に貫通する、冶金容器（１０、１１）と、
（ｂ）第１鋳型方向に沿って延びる少なくとも第１長尺部及び第１鋳型方向を横切る第２鋳型方向に沿って延びる少なくとも第２長尺部に分割された断面を規定するビームブランク鋳型（１００）と、を備え、
第１鋳型方向は、第１縦方向軸線（Ｘ１）及び前面開口方向（Ｙ１）により規定される平面に含まれており、且つ、第１縦方向軸線Ｘ１に対して垂直であることが好ましい。
【００３６】
半製品梁鋼鋳型は、Ｔ字状断面、Ｌ字状断面、Ｘ字状断面、Ｃ字状断面、Ｈ字状断面又は類似の断面を有し得る。Ｈ字状断面又はＣ字状断面の場合、Ｈ形状又はＣ形状のウェブは第１長尺部により規定され、且つ、Ｈ形状又はＣ形状の二つの側方フランジは第１長尺部に対して共に略垂直である第２長尺部及び第３長尺部により規定される。一つの鋳型ごとのこのような単一の浸漬ノズルは充分であり、且つ、Ｈ形鋼断面又はＣ形鋼断面のウェブとフランジとが交差する領域に配置されることが好ましい。同様に、Ｔ字状断面、Ｌ字状断面又はＸ字状断面の場合、単一のノズルが各鋳型に対して使用でき、且つ、鋳型の第１長尺部と第２長尺部との間の交差領域に配置されることが好ましい。
【００３７】
本発明に係るノズルによって、ノズルから、梁及び同種のものを製造するための複雑形状の鋳型内へ流出する金属噴流のより良好な制御が可能となる。この際、第１前面開口（３５）の長さＬINVは、従来可能であった長さよりも長い。これは、より高い安定性及びより低い出湯金属噴流の速度と共に、流れの運動量の高度な消散という利点がある。これにより、更に、鋳造梁における多くの欠陥の原因である渦流及びデッドゾーン（dead zone）の形成を軽減すると共に、複雑形状の鋳型の放射状範囲における流れ崩壊を防ぐ。本発明に係るノズルによって、出湯口部の外周壁と鋳型壁との間のクリアランスの増大も可能となるため、凝固した金属橋がノズルと鋳型壁との間に形成される危険性を低下させる。
【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５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【国際調査報告】
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