(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル中心軸に沿って延在する内管を有する円筒状のノズル本体を備え、前記ノズル本体には前記内管に連通する吐出孔が形成され、前記吐出孔のうち少なくとも２つは前記ノズル本体の側壁部に形成され、前記内管の上端は前記ノズル本体の上端で開口してなる連続鋳造用浸漬ノズルであって、
前記内管は、相似な形状を有する少なくとも２つの縮径部を備え、
前記ノズル本体の側壁部に形成された吐出孔のうち２つの前記吐出孔の開口中心を通る吐出軸及び前記ノズル中心軸を含む平面に沿って、前記ノズル本体を切断した場合の前記ノズル本体の断面形状のうち、
前記縮径部のうち最も下側に位置する最下縮径部の前記断面形状は、該最下縮径部の前記断面形状の上端点と、該最下縮径部の前記断面形状の下端点と、該最下縮径部の前記断面形状の前記内管の径方向に対して最も突出する最縮径点とを頂点とする三角形に外接し、且つ前記上端点から前記最縮径点までの距離は前記下端点から前記最縮径点までの距離よりも大きい形状を有し、
前記最下縮径部の上側に隣り合う隣接縮径部の前記断面形状と、前記最下縮径部の前記断面形状とは、前記隣接縮径部と前記最下縮径部との中間において前記ノズル中心軸に直交する面に対して鏡像対称であり、
前記最下縮径部の前記断面形状の前記上端点及び前記下端点を通る直線から前記最縮径点までの距離と、前記縮径部以外の位置における前記内管の直径である内管径との比の値が、０．０９以上０．１２未満であり、
前記最下縮径部の前記断面形状の前記下端点と、前記吐出孔の前記断面形状の上端との距離は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、
前記最下縮径部の前記断面形状の前記最縮径点と、前記隣接縮径部の前記断面形状の前記最縮径点との距離は、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である連続鋳造用浸漬ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造に用いられる連続鋳造用浸漬ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造、特にスラブ連続鋳造に使用される連続鋳造用浸漬ノズルは、一般的にノズル側面に一対の吐出孔を有している。連続鋳造用浸漬ノズルを用いた鋼の鋳造においては、吐出孔を介してモールド内に供給される溶鋼流（以下、吐出流という）は一定ではなく常に変動することが知られている。そのため、吐出流全体としては浸漬ノズル内管側から外周側への流れ（正方向の流れ）であるのに対し、部分的に外周側からノズル内管側への吸い込み流（負方向の流れ）が発生する現象、すなわち吸い込み現象が発生する場合があることが知られている。
【０００３】
この吐出流の吸い込み現象が発生すると、通常は浸漬ノズル内部には到達しないモールドパウダースラグも吸い込まれ、ノズル内管の損傷につながり操業に支障をきたす可能性がある。また、通常とは異なる吐出流の状況となるため、介在物等により鋳片品質欠陥率が上昇する可能性がある。さらに、一度吸い込まれたモールドパウダースラグが吐出流によってモールドのより深い場所に運ばれることにより、浮上しきれずに鋳片に取り込まれて鋳片品質欠陥率の上昇の原因となる可能性がある。この吸い込み現象の原因としては、浸漬ノズル内に流入する溶鋼流に偏りがあることや、浸漬ノズル内管を介在物が閉塞すること等が挙げられる。
【０００４】
浸漬ノズル内の溶鋼流の偏り（以下、偏流という）及び浸漬ノズル内管の閉塞を解決するための吐出孔の形状及び浸漬ノズル内管の構造については、例えば下記の特許文献に記載された構成を挙げることができる。
特許文献１には、吐出孔の寸法形状を横長形状とし、且つ内孔部断面積に対する吐出孔総断面積の比率が１．２以上２．６以下である浸漬ノズルが記載されている。
特許文献２には、浸漬ノズル内管に円状の縮径部を有する浸漬ノズルが記載されている。
特許文献３には、浸漬ノズル内管に段差状の縮径部を有する浸漬ノズルが記載されている。
特許文献４には、浸漬ノズル内管に複数の球状の突起を有する浸漬ノズルが記載されている。
特許文献５には、浸漬ノズル内管に複数の液滴状の突起を有する浸漬ノズルが記載されている。
特許文献６には、浸漬ノズル内管に複数の段状の突起を有する浸漬ノズルが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２９６４５号公報
【特許文献２】特開平４−２２０１４８号公報
【特許文献３】特開平１１−１２３５０９号公報
【特許文献４】特開２００４−２５５４０７号公報
【特許文献５】特開２００５−２９７０２２号公報
【特許文献６】特開２００４−２８３０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜６に記載の浸漬ノズルを用いることにより、浸漬ノズル内における偏流の解消及び浸漬ノズル内管の閉塞の防止について一定の効果を得ることができる。しかしながら、特許文献１〜６に記載の浸漬ノズルを用いても鋳造速度やモールドサイズ等の諸条件により吐出流の吸い込み現象が発生し、モールドパウダースラグの吸い込みが発生する場合がある。そのため、操業に支障をきたし、また鋳片品質欠陥率が上昇するという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吐出流の吸い込み現象の発生を抑制し、モールドパウダースラグの吸い込みによる操業の支障及び鋳片品質欠陥の発生を抑制する連続鋳造用浸漬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】
【０００８】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルは、ノズル中心軸に沿って延在する内管を有する円筒状のノズル本体を備え、ノズル本体には内管に連通する吐出孔が形成され、吐出孔のうち少なくとも２つはノズル本体の側壁部に形成され、内管の上端はノズル本体の上端で開口してなる連続鋳造用浸漬ノズルであって、内管は、相似な形状を有する少なくとも２つの縮径部を備え、ノズル本体の側壁部に形成された吐出孔のうち２つの吐出孔の開口中心を通る吐出軸及びノズル中心軸を含む平面に沿って、ノズル本体を切断した場合のノズル本体の断面形状のうち、縮径部のうち最も下側に位置する最下縮径部の断面形状は、最下縮径部の断面形状の上端点と、最下縮径部の断面形状の下端点と、最下縮径部の断面形状の内管の径方向に対して最も突出する最縮径点とを頂点とする三角形に外接し、且つ上端点から最縮径点までの距離は下端点から最縮径点までの距離よりも大きい形状を有し、最下縮径部の上側に隣り合う隣接縮径部の断面形状と、最下縮径部の断面形状とは、隣接縮径部と最下縮径部との中間においてノズル中心軸に直交する面に対して鏡像対称であり、最下縮径部の断面形状の上端点及び下端点を通る直線から最縮径点までの距離と、縮径部以外の位置における内管の直径である内管径との比の値が、０．０９以上０．１２未満であり、最下縮径部の断面形状の下端点と、吐出孔の断面形状の上端との距離は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、最下縮径部の断面形状の最縮径点と、隣接縮径部の断面形状の最縮径点との距離は、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。
【０００９】
また、ノズル本体の断面形状は、２つの吐出孔の開口中心を通る吐出軸及びノズル中心軸を含む平面に沿ってノズル本体を切断した場合の断面形状であって、最下縮径部の断面形状の上端点及び下端点を通る直線から最縮径点までの距離と、縮径部以外の位置における内管の直径である内管径との比の値が、０．０９以上０．１２未満であってもよい。
また、最下縮径部の断面形状の下端点と、吐出孔の断面形状の上端との距離は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であってもよい。
また、最下縮径部の断面形状の最縮径点と、隣接縮径部の断面形状の最縮径点との距離は、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、浸漬ノズルのノズル本体の内管に、適切な形状の最下縮径部と、最下縮径部に隣接する隣接縮径部とが形成され、隣接縮径部の断面形状と最下縮径部の断面形状とは、隣接縮径部と最下縮径部との中間においてノズル中心軸に直交する水平面に対して鏡像対称に形成されているため、吐出流の吸い込み現象の発生を抑制し、モールドパウダースラグの吸い込みによる操業の支障及び鋳片品質欠陥の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る連続鋳造用浸漬ノズルの断面図である。
【図２】図１に記載の下流縮径部、上流縮径部及び吐出孔を示す断面図である。
【図３】図２に記載の下流縮径部を示す断面図である。
【図４】図２に記載の上流縮径部を示す断面図である。
【図５】従来の浸漬ノズルの吐出流のベクトル図である。
【図６】従来の浸漬ノズルの吐出流付近における溶鋼の流速分布を示す図である
【図７】図１に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの吐出流のベクトル図である。
【図８】図１に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの吐出流付近における溶鋼の流速分布を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る連続鋳造用浸漬ノズルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、連続鋳造用浸漬ノズル１は、鋼を連続鋳造するための浸漬ノズルであり、鉛直方向に延びる円柱状形状のノズル本体１０を有している。ノズル本体１０は、耐火物により形成されている。この耐火物としては、例えばアルミナ−黒鉛質、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、溶融石英質等を適宜に使用することができる。なお、ノズル本体１０及び後述する内管１１の各部分の表面材質等の詳細な構成は既知であるため説明を省略する。
【００１３】
ノズル本体１０の内部には内管１１が形成されている。内管１１は、鋼の連続鋳造時に溶鋼をタンディッシュから鋳型内に注入する際の溶鋼の流路を形成している。内管１１は、ノズル本体１０の中心軸であり鉛直方向に延びるノズル中心軸１２に沿って、上端であるノズル上端１０ａから下端であるノズル下端１０ｂへ延在している。溶鋼は、内管１１を上流側のノズル上端１０ａ側から下流側のノズル下端１０ｂ側へと流動する。なお、以下の説明において「上側」とは、ノズル本体１０におけるノズル中心軸１２に沿った鉛直方向上側をいい、「下側」とは、ノズル本体１０におけるノズル中心軸１２に沿った鉛直方向下側をいう。
【００１４】
ノズル本体１０の側壁部１３には、吐出孔１４が２個形成されている。各吐出孔１４はノズル下端１０ｂの上側に設けられている。各吐出孔１４は内管１１に接続されており、内管１１とノズル本体１０の周囲の空間とを連通している。また、各吐出孔１４は互いに対向する位置に形成されており、各吐出孔１４の開口中心２０を通る軸である吐出軸２１は、ノズル中心軸１２に直交している。すなわち図１は、直交するノズル中心軸１２及び吐出軸２１を含む平面に沿ってノズル本体１０を切断した場合の断面図である。以下の説明において、ノズル本体１０に含まれる各部の断面形状とは図１に示す断面形状をいう。
【００１５】
各吐出孔１４は、内管１１を流れる溶鋼がノズル本体１０の外部へ流出する流路を形成している。内管１１を流れる溶鋼が各吐出孔１４から流出することで、鋳型（モールド）内に溶鋼が注入される。
【００１６】
各吐出孔１４の開口部の最上辺と上側の内管１１とを接続する吐出孔上部１４ａの断面形状は、下側が径方向外側に拡大するように直線を組み合わせた二段テーパとして形成されている。各吐出孔１４の開口部の最下辺と内管１１とを接続する吐出孔下部１４ｂの断面形状は、下側が径方向外側へ拡大するように形成されている。各吐出孔１４の上側には、下流縮径部１５が形成されている。下流縮径部１５の上側には、上流縮径部１６が形成されている。下流縮径部１５は、内管１１において最も下側に位置する縮径部、すなわち最下縮径部を構成している。また、上流縮径部１６は、内管１１において最下段の縮径部である下流縮径部１５の上側に隣り合う縮径部、すなわち隣接縮径部を構成している。
【００１７】
図２に示すように、図１に示した吐出孔１４、下流縮径部１５及び上流縮径部１６の断面形状のうち左側のものを拡大して説明する。なお、図１における右側の吐出孔１４、下流縮径部１５及び上流縮径部１６は、ノズル中心軸１２に対して左側の吐出孔１４、下流縮径部１５及び上流縮径部１６と鏡像対称であるため説明は省略する。
【００１８】
下流縮径部１５の断面形状は、鉛直方向における上端点１５ａと、鉛直方向における下端点１５ｂと、上端点１５ａ及び下端点１５ｂとの間の位置において内管１１の径方向に対して最も突出している最縮径点１５ｃとを有している。上端点１５ａと最縮径点１５ｃと下端点１５ｂとは曲線１５ｄにより接続されている。下端点１５ｂと吐出孔１４の最上辺１４ｃとの距離Ｆは、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下となるように形成されている。
【００１９】
上流縮径部１６の断面は、鉛直方向における上端点１６ｂと、鉛直方向における下端点１６ａと、上端点１６ｂ及び下端点１６ａとの間の位置において内管１１の径方向に対して最も突出している最縮径点１６ｃとを有している。上端点１６ｂと最縮径点１６ｃと下端点１６ａとは曲線１６ｄにより接続されている。
【００２０】
このとき、下流縮径部１５の上端点１５ａと上流縮径部１６の下端点１６ａとの中間において、ノズル中心軸１２に直交する面を構成する水平面１７を考えると、下流縮径部１５の断面と上流縮径部１６の断面とは水平面１７に対して鏡像対称に形成されている。また、下流縮径部１５の最縮径点１５ｃと、上流縮径部１６の最縮径点１６ｃとの距離Ｇは５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下となるように形成されている。
【００２１】
図３に示すように下流縮径部１５の断面において、上端点１５ａと下端点１５ｂと最縮径点１５ｃとを頂点とする、破線により示す不等辺の三角形１５ｅを考えると、上端点１５ａと下端点１５ｂとを接続する線分１５ｆ及び曲線１５ｄにより構成される閉曲線が該三角形１５ｅに外接している。すなわち、該閉曲線を構成する下流縮径部１５の断面は、三角形１５ｅに外接している。また、線分１５ｆは、上端点１５ａと下端点１５ｂとを通る直線の一部であって、内管１１の壁面上に延びている。
【００２２】
上端点１５ａと最縮径点１５ｃとの距離Ｌ１と、下端点１５ｂと最縮径点１５ｃとの距離Ｌ３とは、Ｌ１がＬ３よりも大きくなるように下流縮径部１５は形成されている。また、線分１５ｆと最縮径点１５ｃとの距離Ｈ１と、下流縮径部１５及び上流縮径部１６（図２参照）以外の位置における内管１１の直径である内管径Ｄ（図１及び図２参照）との比の値Ｈ１／Ｄは、０．０９以上０．１２以下となるように下流縮径部１５は形成されている。
【００２３】
下流縮径部１５の断面と上流縮径部１６の断面とは水平面１７に対して鏡像対称に形成されていることから、図４に示すように上流縮径部１６の断面において、上端点１６ｂと下端点１６ａと最縮径点１６ｃとを頂点とする、破線により示す不等辺の三角形１６ｅを考えると、上端点１６ｂと下端点１６ａとを接続する線分１６ｆ及び曲線１６ｄにより構成される閉曲線が該三角形１６ｅに外接している。すなわち、該閉曲線を構成する上流縮径部１６の断面は、三角形１６ｅに外接している。また、線分１６ｆは、上端点１６ｂと下端点１６ａとを通る直線の一部であって、内管１１の壁面上に延びている。
【００２４】
下端点１６ａと最縮径点１６ｃとの距離Ｌ２と、上端点１６ｂと最縮径点１６ｃとの距離Ｌ４とは、Ｌ２がＬ４よりも大きくなるように上流縮径部１６は形成されている。また、上端点１６ｂと下端点１６ａとを接続する線分である１６ｆと最縮径点１６ｃとの距離Ｈ１と、下流縮径部１５及び上流縮径部１６以外の位置における内管１１の直径である内管径Ｄとの比の値Ｈ２／Ｄは、０．０９以上０．１２以下となるように上流縮径部１６は形成されている。
【００２５】
次に、従来の浸漬ノズルにおける鋳造時の吐出孔近傍における吐出流の状態について説明する。従来の浸漬ノズルによる連続鋳造中に、モールドパウダースラグの吸い込みの発生につながる吐出流の吸い込み流（負方向の流れ）が発生する場合がある。鋳造時に吸い込み流が発生した鋳造ノズルと同じ形状の鋳造ノズル形状を用い、発生時の鋳造条件に対応させて実施された水モデル試験を実施することより、この吸い込み流の発生頻度が高い位置は吐出孔の上側であることが判明している。
【００２６】
上記水モデル試験と同じ条件において、コンピュータによる流体解析を実施したところ、吸い込み流が発生しているモデルでは、鉛直方向上側から流下してくる溶鋼流は浸漬ノズルの内管の壁面部分においては遅い状態であることが判明している。また、吐出孔部においてはそれまで略鉛直方向下向きに流れていた溶鋼流が急激に流れる方向を変えるが、その際に吐出孔上面から吐出流が剥離した状態となることが判明している。
【００２７】
吐出流の剥離が発生すると、剥離が発生した該領域において溶鋼流の圧力が低下して吐出流の逆流が生じることが知られている。浸漬ノズルの吐出孔部においては、溶鋼流が内管から吐出孔へ流入する箇所において吐出流の剥離が発生しやすいため、剥離箇所の下流側にあたる吐出孔上部の領域において逆流が発生する可能性が高い。この吐出流の剥離領域が拡大し、逆流が吐出孔外側にまで影響を及ぼす場合に、吸い込み流となることが判明している。
【００２８】
浸漬ノズルにおいて内管の一部分に縮径領域を形成することにより、該縮径領域において溶鋼流が集中し、該縮径領域を通過後に再び拡散する。このときに溶鋼流が整流化され、偏流が解消されることが一般的に知られている。しかしながら、整流化した溶鋼流は中心部の流速が大きく、内管壁面部の流速は比較的小さい。このため、そのまま溶鋼流が吐出孔部へ流入すると、大きな吐出流の剥離領域が発生する。
【００２９】
これに対して、鉛直方向に沿って浸漬ノズルの内管に縮径部を複数段設けることにより、最下段の一段上の縮径部で溶鋼流を一旦集中させ、偏流を解消した後にその下流で緩やかに内管径を拡大、縮小させ、さらに最下段の縮径部の下流において再び内径部を拡大する構成を用いることができる。この構成を用いることにより、このような内管形状の最下段を溶鋼が通過した後に縮径部の下流に強い剥離領域が発生し、縮径部の下流の剥離領域とそれ以外の領域との圧力差により縮径部通過後の溶鋼流は内管壁面に強く引き付けられる。これにより、内管壁面の近傍における溶鋼流の流速が大きくなる。そして、内管壁面近傍の流速が大きい状態で吐出孔へ溶鋼が流入することで、吐出孔から吐出された吐出流の剥離領域の発達を抑制することが可能となることが知られている。
【００３０】
従来の浸漬ノズルにおいても、複数段の縮径部が形成されている例が知られている。例えば特許文献３には、内管に鉛直方向に沿って特定の範囲にわたって形成された縮径部を複数段有する浸漬ノズルが記載されている。この浸漬ノズルは、縮径部における内管径を小径化すると浸漬ノズルの内管を通過し得る溶鋼の単位時間当たり流量、すなわちスループットが減少してしまうため、縮径部の内管径を小径化することが困難であるということが知られている。
【００３１】
また例えば特許文献５には、浸漬ノズルの水平方向において非連続な複数の突起を形成して縮径部とする構成が記載されている。この浸漬ノズルは、流下する溶鋼流を内管壁面に引き寄せる効果が乏しく、吐出孔から吐出された溶鋼流の剥離を抑制することが困難であることが知られている。
【００３２】
一方、この発明の実施の形態１に係る連続鋳造用浸漬ノズル１は、上記において説明した通り、図２に示すようにノズル本体１０の内管１１に下流縮径部１５及び上流縮径部１６の２個の縮径部を有している。また、図３に示すように、下流縮径部１５の断面は不等辺な三角形１５ｅに外接しており、図４に示すように上流縮径部１６の断面は不等辺な三角形１６ｅに内接している。また、下流縮径部１５（図３参照）は、その断面形状について、上端点１５ａと最縮径点１５ｃとの距離Ｌ１が、下端点１５ｂと最縮径点１５ｃとの距離Ｌ３よりも大きくなるように形成されており、上流縮径部１６（図４参照）は、その断面形状について、下端点１６ａと最縮径点１６ｃとの距離Ｌ２が、上端点１６ｂと最縮径点１６ｃとの距離Ｌ４よりも大きくなるように形成されている。そして、図２に示すように、下流縮径部１５の断面形状と上流縮径部１６の断面形状とが水平面１７に対して鏡像対称になるように、下流縮径部１５及び上流縮径部１６は形成されている。
【００３３】
連続鋳造用浸漬ノズル１は、内管１１の下流縮径部１５が上記の形状を有していることにより、内管１１を通過可能な溶鋼のスループットに大きな影響を与えることなく、最下段の縮径部である下流縮径部１５における内管径を従来の浸漬ノズルよりも小径化することが可能となる。そのため、下流縮径部１５における内管１１の最小径である最縮径点１６ｃに対して、その下流における内管１１の径をより大径化することが可能となる。これにより、下流縮径部１５の通過後に下流に溶鋼流の強い剥離域が発生し、剥離部とそれ以外の領域との圧力差により、下流縮径部１５通過後の溶鋼流を内管１１の壁面に強く引き付けられる効果をより大きくすることが可能となる。
【００３４】
また、最下段の縮径部である下流縮径部１５の断面形状とその一段上の上流縮径部１６の断面形状とが水平面１７に対して鏡像対称となるように、下流縮径部１５及び上流縮径部１６を形成し、さらに上流縮径部１６と下流縮径部１５との間の内管径の変化を緩やかな変化とすることにより、下流縮径部１５を通過した後の内管径Ｄの拡大による溶鋼流の内管１１の壁面への引き寄せ効果を最大限に発揮させることが可能となる。
【００３５】
下流縮径部１５の最大縮径部である最縮径点１５ｃと内管１１の壁面上に延びる線分１５ｆとの距離Ｈ１、及び上流縮径部１６の最大縮径部である最縮径点１６ｃと内管１１の壁面上に延びる線分１６ｆとの距離Ｈ２は、流下する溶鋼流の整流化と、上流縮径部１６及び下流縮径部１５を通過した溶鋼流の内管１１の壁面への引き寄せ効果とに顕著な影響を及ぼすことが知られている。距離Ｈ１と内管１１の内管径Ｄとの比の値であるＨ１／Ｄが０．０９以上０．１２以下であり、また距離Ｈ２と内管径Ｄとの比の値であるＨ２／Ｄが０．０９以上０．１２以下であるときに最も上記溶鋼流の整流化効果及び引き寄せ効果を得られる好ましい値であることが本発明の検討により知られている。Ｈ１／Ｄ又はＨ２／Ｄが０．０９未満である場合には、上記整流化効果及び引き寄せ効果が低下するという問題が生じる。また、Ｈ１／Ｄ又はＨ２／Ｄが０．１２より大きい場合には、内管１１における溶鋼のスループットが減少するという問題が生じる。
【００３６】
吐出孔１４の最上辺１４ｃと、最下段の縮径部である下流縮径部１５の下端点１５ｂとの距離Ｆは、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲内であることが好適であり、より好ましくは７５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内であることが望ましい。
【００３７】
距離Ｆが上記好適な範囲よりも大きい場合には、内管１１の壁面近傍における溶鋼流の速度が吐出孔１４に到達するまでの間に低下しすぎている。そのため、内管１１の壁面近傍の流速が大きい状態で吐出孔１４へ溶鋼が流入することで、吐出流の剥離領域の発達を抑制するという下流縮径部１５の効果が損なわれるという問題が生じる。また、距離Ｆが上記好適な範囲よりも小さい場合には、下流縮径部１５の直下に形成される溶鋼の剥離領域が吐出孔１４から吐出される吐出流にも影響を及ぼすため、吐出流が不安定化するという問題が生じる。
【００３８】
下流縮径部１５の最縮径点１５ｃと上流縮径部１６の最縮径点１６ｃとの距離Ｇは、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好適である。距離Ｇが５０ｍｍ未満である場合又は１５０ｍｍを超える場合には、下流縮径部１５及び上流縮径部１６の上記整流化効果及び引き寄せ効果が低下するという問題が生じる。
【００３９】
次に、従来の連続鋳造用浸漬ノズルにおける吐出流と、この発明の実施の形態１に係る連続鋳造用浸漬ノズル１の吐出流との例を挙げて説明する。
図５に、従来の内管径及び内管形状を有する浸漬ノズルの、モールド内の一方の吐出孔周辺の吐出流について、数値流体力学（ＣＦＤ）により計算した結果をベクトル図として示す。ここで、従来の内管径及び内管形状とは、特許文献３に記載されているような段差状の縮径部を有する内管径及び内管形状である。また、図５及び後述する図６においては、本願の実施の形態１に係る浸漬ノズルと同等又は同様な要素は図１〜図４と同一符号により示す。
【００４０】
このときのＣＦＤ計算条件は以下の通りである。
・モールドサイズ：２４０ｍｍ×１４００ｍｍ
・鋳造速度：２．６ｍ／ｍｉｎ（スループット：６．３ｔ／ｍｉｎ）
・浸漬深さ：吐出孔上端から２３５ｍｍ、偏向はなし
【００４１】
この従来の内管形状において吐出孔下部１４ｂは、断面形状の下側が径方向外側へ拡張するように形成されている。なお、図５及び後述するベクトル図の図７においては、溶鋼の流速は各図中の矢印により示されるベクトルの長さによって表されている。
【００４２】
図５に示すように、従来の浸漬ノズルの内管径、内管形状及び吐出孔の形状によって、吐出流のうち吐出孔１４の下側の吐出流は、下降する下降流速が高速の吐出流３０となる。
【００４３】
図６は、従来の内管径及び内管形状を有する浸漬ノズルの、一方の吐出孔１４付近におけるモールド内の溶鋼の流速分布を示す図である。下降流速が高速の吐出流３０が発生することにより、モールドパウダースラグの吸い込みの発生につながる吸い込み流３０ａが吐出孔１４の上方に発生する可能性が高くなる。なお、図６及び後述する流速分布を示す図８においては、溶鋼の流速が速い箇所を明るい色により表している。
【００４４】
図７に、この発明の実施の形態１に係る連続鋳造用浸漬ノズル１の、モールド内における一方の吐出孔１４からの吐出流３１を示すベクトル図を示す。下流縮径部１５及び上流縮径部１６（図２参照）が内管１１に形成されていることにより、従来の浸漬ノズルの吐出流３０（図５参照）よりも、この実施の形態１の吐出流３１の下降流速は低速となる。
【００４５】
図８は、この発明の実施の形態１に係る連続鋳造用浸漬ノズル１の、一方の吐出孔１４付近におけるモールド内の流速分布を示す図である。従来の浸漬ノズルよりも吐出流３１の下降流速が低速であるから、従来の浸漬ノズルと比較してこの発明に係る連続鋳造用浸漬ノズル１は、モールドパウダースラグの吸い込みの発生につながる吸い込み流が吐出孔１４の上方に発生する可能性が低減される。
【００４６】
次に、表１に示すように、異なる内管径、内管形状及び吐出孔の形状を有する複数の浸漬ノズルについて、吐出流の吸い込み流の発生頻度及び湯面の安定性を評価した比較例及び実施例を説明する。なお、本願の実施の形態１に係る浸漬ノズルと同等又は同様な要素は図１〜図４と同一符号により示す。比較例１〜９及び実施例１〜８の浸漬ノズルはノズル形状の特徴である、縮径部（上流縮径部１６及び下流縮径部１５）の数、上端点１５ａと最縮径点１５ｃとの距離Ｌ１と、下端点１５ｂと最縮径点１５ｃとの距離Ｌ３との比の値であるＬ１／Ｌ３、線分１５ｆと最縮径点１５ｃとの距離Ｈ１と、内管径Ｄとの比の値であるＨ１／Ｄ、下端点１５ｂと吐出孔１４の最上辺１４ｃとの距離Ｆ及び下流縮径部１５の最縮径点１５ｃと上流縮径部１６の最縮径点１６ｃとの距離Ｇをパラメータとして形成されている。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
比較例１〜９及び実施例１〜８の各例について、左側吐出孔に及び右側吐出孔における吸い込み流の発生頻度と、湯面の安定性とを評価点として各評価点の合計値を総合評価としている。また、このときのモールドサイズは２２０×１６００ｍｍであり、スループットは６ｔ／分である。さらに、上流縮径部１６及び下流縮径部１５とは図２に示すように実施の形態１と同じく水平面１７に対して鏡像対称に形成されている。
【００４９】
このときの各浸漬ノズルに対する吸い込み流の発生頻度の評価方法は、鋳造中に５秒ごとに吐出流の平均流速を１２回測定し、各回の測定毎に平均流速の値に基づいて左右の吐出孔１４に吸い込み流が発生しているか否かを判定し、１２回中の吸い込み流の発生回数を以下の評価点として評価する。
・吸い込み流が発生した回数が０回・・・評価点０
・吸い込み流が発生した回数が１回以上２回以下・・・評価点１
・吸い込み流が発生した回数が３回以上６回以下・・・評価点３
・吸い込み流が発生した回数が７回以上１２回以下・・・評価点５
【００５０】
また、このときの各浸漬ノズルに対する湯面の安定性の評価方法は、湯面の安定状態を以下の評価点として評価する。
・湯面が安定している場合・・・評価点０
・湯面が不安定な場合・・・評価点５
【００５１】
また、このときの各浸漬ノズルに対する総合評価は、評価点の合計値により以下のように決められる。
・評価点の合計値が１点以下・・・◎
・評価点の合計値が２点以上５点以下・・・△
・評価点の合計値が６点以上・・・×
すなわち、評価点の合計値がより低い浸漬ノズルが、鋳造時における吐出流の吸い込み流の発生が少なく、湯面が安定しており、鋳造に適した良好な浸漬ノズル形状を有すると評価される。
【００５２】
比較例１〜９及び実施例１〜８の各例のうち、実施例１〜３、実施例４，５、実施例６〜８は、総合評価が◎であって鋳造に良好な浸漬ノズル形状を有すると評価される。
【００５３】
このように、ノズル中心軸１２に沿って延在する内管１１を有する円筒状のノズル本体１０を備え、ノズル本体１０には内管１１に連通する吐出孔１４が形成され、吐出孔１４のうち少なくとも２つはノズル本体１０の側壁部１３に形成され、内管１１の上端はノズル本体１０の上端で開口してなる連続鋳造用浸漬ノズルであって、内管１１は、相似な形状を有する２つの下流縮径部１５及び上流縮径部１６を備え、ノズル本体１０の側壁部１３に形成された吐出孔１４のうち２つの吐出孔１４の開口中心２０を通る吐出軸２１及びノズル中心軸１２に平行な面に沿って、ノズル本体１０を切断した場合のノズル本体１０の断面形状のうち、縮径部のうち最も下側に位置する下流縮径部１５の断面形状は、該下流縮径部１５の鉛直方向における上端点１５ａと、該下流縮径部１５の鉛直方向における下端点１５ｂと、該下流縮径部１５の内管１１の径方向に対して最も突出する最縮径点１５ｃとを頂点とする三角形１５ｅに外接し、且つ上端点１５ａから最縮径点１５ｃまでの距離Ｌ１は下端点１５ｂから最縮径点１５ｃまでの距離Ｌ３よりも大きい形状を有し、下流縮径部１５の上側に隣り合う上流縮径部１６の断面形状と下流縮径部１５の断面形状とは、上流縮径部１６と下流縮径部１５との中間においてノズル中心軸１２に直交する水平面１７に対して鏡像対称であるため、吐出流の吸い込み現象の発生を抑制し、モールドパウダースラグの吸い込みによる操業の支障及び鋳片品質欠陥の発生を抑制することができる。
【００５４】
また、ノズル本体１０の断面形状は、２つの吐出孔１４の開口中心２０を通る吐出軸２１及びノズル中心軸１２を含む平面に沿ってノズル本体１０を切断した場合の断面形状であって、下流縮径部１５の断面形状の上端点１５ａ及び下端点１５ｂを通る線分１５ｆから最縮径点１５ｃまでの距離Ｈと、縮径部以外の位置における内管１１の直径である内管径Ｄとの比の値が、０．０９以上０．１２未満であるため、内管１１における溶鋼のスループットを確保しつつ下流縮径部１５を通過した後の内管径Ｄの拡大による溶鋼流の内管１１の壁面への引き寄せ効果を最大限に発揮させることができる。
【００５５】
また、下流縮径部１５の下端点１５ｂと、吐出孔１４の最上辺１４ｃとの距離Ｆは、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であるため、内管１１の壁面近傍の流速が大きい状態で吐出孔１４へ溶鋼が流入することがなく、吐出流の剥離領域の発達を抑制するという下流縮径部１５の効果が損なわれず、また、下流縮径部１５の直下に形成される溶鋼の剥離領域が吐出孔１４から吐出される吐出流に影響を及ぼさないため、吐出流を安定にすることができる。
【００５６】
また、下流縮径部１５の最縮径点１５ｃと、該下流縮径部１５に隣り合う上流縮径部１６の最縮径点１６ｃとの距離Ｇは、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であるため、下流縮径部１５及び上流縮径部１６の上記整流化効果及び引き寄せ効果を向上させることができる。
【００５７】
実施の形態２． 
次に、実施の形態２について説明する。なお、実施の形態２において、図１〜図８の参照符号と同一の符号は、実施の形態１と同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
実施の形態２は、実施の形態１に対しノズル下端１０ｂにさらに吐出孔を設けたものである。
【００５８】
図９に示すように、ノズル本体１０ｃのノズル下端１０ｂに、内管１１に接続され鉛直方向に開口する下部吐出孔４１が形成されている。これにより、ノズル本体１０ｃの側壁部１３に形成された吐出孔１４に加えて下部吐出孔４１からも、内管１１を流れる溶鋼がモールド内に注入される。その他の形態は実施の形態１と同じである。
【００５９】
したがって、実施の形態２においても、実施の形態１と同じく吐出流の吸い込み現象の発生を抑制し、モールドパウダースラグの吸い込みによる操業の支障及び鋳片品質欠陥の発生を抑制することができる。
【００６０】
なお、実施の形態１及び２においてノズル本体１０の内管１１は下流縮径部１５及び上流縮径部１６の２個の縮径部を有していたが、３つ以上の縮径部を有してもよい。
【００６１】
また、実施の形態１及び２において、連続鋳造用浸漬ノズル１は鋼の連続鋳造用浸漬ノズルであったが、例えば銅等の鋼以外の金属の連続鋳造用浸漬ノズルであってもよい。
【００６２】
また、実施の形態１及び２においては各吐出孔１４の吐出孔上部１４ａの断面形状は、下側が径方向外側に拡大するように直線を組み合わせた二段テーパとして形成されていたが、一段のテーパとして構成されていてもよい。さらに、各吐出孔１４の吐出孔下部１４ｂの断面形状は、下側が径方向外側へ拡大するように形成されていたが、下側が径方向内側へ縮小するように形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ノズル本体、１１  内管、１２  ノズル中心軸、１４  吐出孔、１４ｃ  最上辺、１５  下流縮径部（最下縮径部）、１５ａ  上端点、１５ｂ  下端点、１５ｃ  最縮径点、１５ｅ  三角形、１５ｆ  線分、１６  上流縮径部（隣接縮径部）、１６ａ  下端点、１６ｂ  上端点、１６ｃ  最縮径点、１６ｅ  三角形、１６ｆ  線分、１７  水平面、２０  開口中心、２１  吐出軸、Ｄ  内管径、Ｆ  距離、Ｇ  距離、Ｈ１，Ｈ２  距離、Ｌ１  距離、Ｌ２  距離、Ｌ３  距離、Ｌ４  距離。
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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