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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023143363
(43)【公開日】2023-10-06
(54)【発明の名称】ロングノズル及びノズルシステム
(51)【国際特許分類】
B22D 11/10 20060101AFI20230928BHJP
B22D 41/50 20060101ALI20230928BHJP
【ＦＩ】
B22D11/10 320D
B22D41/50 520
B22D11/10 320
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022050690
(22)【出願日】2022-03-25
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100187702
【弁理士】
【氏名又は名称】福地 律生
(74)【代理人】
【識別番号】100162204
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 学
(74)【代理人】
【識別番号】100195213
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 健治
(74)【代理人】
【識別番号】100202441
【弁理士】
【氏名又は名称】岩田 純
(72)【発明者】
【氏名】小嶋 希莉亜
(72)【発明者】
【氏名】塚口 友一
(72)【発明者】
【氏名】藤田 広大
(72)【発明者】
【氏名】鶴川 雄一
【テーマコード（参考）】
4E004
4E014
【Ｆターム（参考）】
4E004FA00
4E014DB01
(57)【要約】
【課題】取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するためのロングノズルであって、ノズル内の二次メニスカスに溶融金属を叩き込んで多数の気泡を生成させた場合に、当該気泡をノズル内に効率的に回収することが可能なものを開示する。
【解決手段】取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルであって、流入口、流出口、最小径部及び拡径部を有し、前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に亘って存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁とノズルの軸とのなす角度θが、５°以上１０°以下である、ロングノズル。
【選択図】図１
【解決手段】取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルであって、流入口、流出口、最小径部及び拡径部を有し、前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に亘って存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁とノズルの軸とのなす角度θが、５°以上１０°以下である、ロングノズル。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルであって、
流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有し、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下である、
ロングノズル。
流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有し、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下である、
ロングノズル。
【請求項2】
前記最小径部から前記流出口までの長さＬ１と、前記流出口におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｌ１／Ｄ２が、２．０以上である、
請求項１に記載のロングノズル。
請求項１に記載のロングノズル。
【請求項3】
前記最小径部におけるノズルの内径Ｄ１と、前記流出口におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が、０．３以上０．６以下である、
請求項１又は２に記載のロングノズル。
請求項１又は２に記載のロングノズル。
【請求項4】
ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面の形状が、直線状、折線状及び曲線状のうちの少なくとも１つの形状である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のロングノズル。
請求項１～３のいずれか１項に記載のロングノズル。
【請求項5】
前記流入口と前記最小径部との間に直胴部を有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載のロングノズル。
請求項１～４のいずれか１項に記載のロングノズル。
【請求項6】
取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するノズルシステムであって、
前記ロングノズルが、請求項１～５のいずれか１項に記載のロングノズルであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在する、
ノズルシステム。
前記ロングノズルが、請求項１～５のいずれか１項に記載のロングノズルであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在する、
ノズルシステム。
【請求項7】
前記ロングノズルの浸漬深さＬＤと、前記流出口におけるノズルの内径Ｄ２との比ＬＤ／Ｄ２が、１．６以上２．２以下である、
請求項６に記載のノズルシステム。
請求項６に記載のノズルシステム。
【請求項8】
下記式（１）で定義される前記二次メニスカスの高さΔＨが、－１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下とされる、
請求項６又は７に記載のノズルシステム。
ΔＨ＝（ＰＴ－ＰＬ）／（ρ・ｇ） …（１）
ここで、
ＰＴは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
ＰＬは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。
請求項６又は７に記載のノズルシステム。
ΔＨ＝（ＰＴ－ＰＬ）／（ρ・ｇ） …（１）
ここで、
ＰＴは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
ＰＬは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。
【請求項9】
前記タンディッシュが内部に堰を有しないものである、
請求項６～８のいずれか１項に記載のノズルシステム。
請求項６～８のいずれか１項に記載のノズルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は取鍋からタンディッシュへと溶融金属を供給するためのロングノズル及びこれを用いたノズルシステムを開示する。
【背景技術】
【0002】
溶融金属の連続鋳造プロセスにおいて、取鍋から鋳型へと溶融金属を供給するための中間容器としてタンディッシュが用いられている。例えば、鋼の連続鋳造を想定した場合、タンディッシュは、（１）鋳型への溶鋼供給量の安定化機能、（２）複数の鋳型への溶鋼分配機能、（３）連続鋳造を複数の溶鋼鍋を用いて継続的に実施するためのバッファ機能、（４）非金属介在物の除去機能、などの複数の機能を有する。特に、清浄度が高い高級鋼材を効率的に生産する場合には、（４）非金属介在物の除去機能が極めて重要となる。
【0003】
溶鋼中の非金属介在物は、主として製鋼プロセス中で発生する酸化物や窒化物、硫化物、気泡をはじめとした鋼中の不純物に由来する。このような非金属介在物が最終製品に残留した場合、例えば応力集中による破壊の起点となって、最終製品の材質を低下させることが知られている。また、製鋼プロセスそのものにおいても、耐火物流路の内壁に非金属介在物が付着・堆積し、流路の狭窄化や閉塞を引き起こすことで、円滑な製造を阻害するだけでなく、鋳造等の加工時に母材の表層・内部双方に欠陥を発生させ得ることから、製品歩留まりを低下させるなど、製造コストを圧迫する要因となる。そのため、多くの場合、溶鋼成分の最終調整が行われる二次精錬から鋳型に至るまでの限られた工程で、非金属介在物を溶鋼中から除去する必要がある。
【0004】
溶鋼から非金属介在物を除去するためには、一般的に、溶鋼と非金属介在物との比重差を利用して非金属介在物を溶鋼中で浮上させたうえで、フラックスと呼ばれる酸化物の浮遊層で回収する方法が採られるが、この際の浮上速度は小型の非金属介在物であるほど低下し、フラックス層で回収するまでの時間が長大化することが知られている。従って、溶鋼中の非金属介在物を低減するにあたり、非金属介在物の浮上に必要な時間を確保するためには、タンディッシュ内での非金属介在物の滞留時間を長くすることが有効と考えられる。
【0005】
一般的に、溶鋼鍋からタンディッシュへの溶鋼の供給は、流量調整機能を有するスライディングノズルと、下端をタンディッシュの溶鋼中に浸漬して用いる筒状耐火物であるロングノズルとを介し、位置エネルギーを利用して流下させることでなされる。しかしながら、ロングノズルからの高速吐出流がタンディッシュの底部に衝突することで、ショートパスと呼ばれる鋳型へと向かう短絡流を形成し得るために（図６参照）、タンディッシュにおける溶鋼の滞留時間を確保することは必ずしも容易ではない。この課題に対する一般的な対策は、タンディッシュの内部に堰を設けることで溶鋼流を迂回させる方法であるが、タンディッシュの内部に耐火物を施工することは、材料費や施工時間、作業負荷の増大を招くうえ、堰の近傍に流れがほとんどなく浮上除去に寄与しない空間が発生するほか、迂回しながらも高速で鋳型へと向かう新たな流れが誘起され得るため、必ずしも介在物の浮上を助けない。特に、小型の介在物は、浮力が小さく、溶鋼の流れに追随しやすいため、迂回による効果は大型の介在物の除去に限定され易い。
【0006】
また、製鋼プロセスにおいては、溶鋼の再酸化によって意図せずに非金属介在物が増加することに対しても注意を払わなくてはならない。一般的に、溶鋼の温度低下に伴うガス発生によって安定した鋳造が困難となることを避ける観点等から、連続鋳造に供される溶鋼は、精錬工程において脱酸処理が施され、可溶酸素濃度を大きく下回る酸素濃度となっており、非常に酸素を吸収しやすい状態にある。空気や低級酸化物と溶鋼とが接触した場合、溶鋼が酸素を吸収し、酸素との親和性が溶鋼よりも高い元素（溶鋼中に溶解しているＡｌやＳｉなど）と結びつくことで非金属介在物が生成する再酸化現象が生じてしまう。そのため、溶鋼鍋やタンディッシュにおいては、不活性ガスを用いた雰囲気の置換によりタンディッシュ内を低酸素濃度とするか、或いは、低級酸化物の含有量が少ない低反応性のフラックスを用いた溶鋼表面の被覆により溶鋼を外気から遮断する必要がある。しかしながら、ロングノズルによって溶鋼をタンディッシュに供給する場合、上記のようにノズルから吐出される溶鋼流が非常に高速であるため、タンディッシュの底部に衝突して発生した反転上昇流によってロングノズル近傍の溶鋼表面を被覆するフラックスが押し退けられ、溶鋼表面が裸湯として外気に直接曝露され、溶鋼が雰囲気内の酸素を吸収する再酸化現象が生じ得る（図６参照）。あるいは、ロングノズル近傍には取鍋から流出したＦｅＯ等の低級酸化物の濃度が高いスラグが存在するので、ロングノズル近傍の激しい溶鋼流によってスラグ中の低級酸化物による溶鋼の再酸化が生じ得る。
【0007】
従来から、上記の課題を解決するための種々の手段が提案されている。例えば、特許文献１には、内径３００ｍｍ以上の耐火物性の筒状体によって注入流を外気から遮断する注入管を用いる連続鋳造方法が開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、ノズルから落下した注入流が管内の液面において管内の気体を叩き込むことで溶鋼中に多数の気泡を導入し、気泡が有する大きな浮力によって注入流速を減少させて、タンディッシュ内に緩やかな上昇流を生じさせることが可能と考えられる。加えて、固体の介在物は溶鋼との濡れ性が悪く、気泡に対して容易に付着するため、気泡が有する大きな浮力によって高速で浮上除去されることも期待される。一方で、上記のような注入管では、取鍋ノズルから放出された溶鋼の飛沫や浴面で飛散した溶鋼が管内壁に付着すると、管径が大きいため付着物の抜熱が著しく、付着物が凝固及び積層して閉塞に至り易い。これは、連続鋳造の操業の継続を困難にする大きな問題である。加えて注入管では、溶鋼が気相から酸素や窒素を吸収することを避けるために、管内を大量の不活性ガスで充満させる必要があり、ロングノズルを溶鋼中に浸漬させる場合と比較して大きな操業コストがかかってしまう問題がある。
【0008】
特許文献２には、タンディッシュ底部で反転した上昇流によって裸湯の曝露が発生することを防ぐために、胴体部に流れ制御部を設けたノズルが開示されている。しかしながら、特許文献２に開示された技術においては、ショートパスの発生に対しては別途対策を講じる必要があり、製造コストが増加する。加えて、ノズルの重量が増加するためノズルを把持する装置への負荷が大きく、鋳造中にノズルを支えきれなくなり、ロングノズルの接合部から溶鋼が噴き出す虞がある。
【0009】
特許文献３には、注入ノズルの内部に不活性ガスのガス空間を形成し、ノズル内の鋼浴面において注入流に不活性ガスを巻き込ませるとともに、タンディッシュの底面に設置した攪拌ボックス内で該注入流を攪拌することで、溶鋼中の介在物と気泡との凝集を促進する連続鋳造方法及び連続鋳造装置が開示されている。特許文献３に開示された技術において、連続鋳造装置の注入ノズルは吐出孔の内径が十分に大きいためガス空間が安定して形成される。一方で、特許文献３に開示された技術は、注入流が巻き込んだ気泡がすべて注入ノズル内へと再浮上し、攪拌ボックス内での攪拌作用が十分に発揮されないことを回避するために、注入ノズルの内径を所定値以下とすることを特徴としているが、注入ノズルを離脱しタンディッシュの溶鋼表面に浮上した気泡は上記の通り再酸化が生じる原因となり得る。また、撹拌ボックスのコストや施工の手間がかかるという問題もある。
【0010】
取鍋からタンディッシュへと溶鋼を給湯するためのロングノズルとしては、例えば、特許文献３に開示されたような拡径部を有しないストレートノズルや、特許文献２、４に開示されたような拡径部（円錐部）を有するものが知られている。しかしながら、従来のロングノズルでは、タンディッシュにおける裸湯やショートパスの発生を十分に抑制できない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特許第６５７５３５５号公報
【特許文献2】特表２０２０－５３０８１３号公報
【特許文献3】特開２０１１－２３５３３９号公報
【特許文献4】特開平１１－０１０２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給する場合は、ロングノズル内に気相領域を形成するとともに溶融金属の液面（二次メニスカス）を形成し、ここに溶融金属を叩き込んで多数の気泡を生成させることで、溶融金属の流速を低減することができ、上述のショートパスや裸湯の発生が抑制されるものと考えられる。この場合、ロングノズル内に多数の気泡を維持するため、生成した気泡をロングノズルからできるだけ離脱させないようにし、また、生成した気泡を気相領域へと効率的に回収することが求められる。本願は、取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するためのロングノズルであって、ノズル内の二次メニスカスに溶融金属を叩き込んで多数の気泡を生成させた場合に、当該気泡をノズル内に効率的に回収することが可能なものを開示する。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルであって、
流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有し、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下であるもの、
を開示する。
取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルであって、
流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有し、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下であるもの、
を開示する。
【0014】
本開示のロングノズルにおいては、前記最小径部から前記流出口までの長さＬ１と、前記流出口におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｌ１／Ｄ２が、２．０以上であってもよい。
【0015】
本開示のロングノズルにおいては、前記最小径部におけるノズルの内径Ｄ１と、前記流出口におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が、０．３以上０．６以下であってもよい。
【0016】
本開示のロングノズルにおいては、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面の形状が、直線状、折線状及び曲線状のうちの少なくとも１つの形状であってもよい。
【0017】
本開示のロングノズルは、前記流入口と前記最小径部との間に直胴部を有するものであってもよい。
【0018】
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するノズルシステムであって、
前記ロングノズルが、上記本開示のロングノズルであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在するもの、
を開示する。
取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するノズルシステムであって、
前記ロングノズルが、上記本開示のロングノズルであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在するもの、
を開示する。
【0019】
本開示のノズルシステムにおいては、前記ロングノズルの浸漬深さＬＤと、前記流出口におけるノズルの内径Ｄ２との比ＬＤ／Ｄ２が、１．６以上２．２以下であってもよい。
【0020】
本開示のノズルシステムにおいては、下記式（１）で定義される前記二次メニスカスの高さΔＨが、－１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下とされてもよい。
【0021】
ΔＨ＝（ＰＴ－ＰＬ）／（ρ・ｇ） …（１）
ここで、
ＰＴは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
ＰＬは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。
ここで、
ＰＴは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
ＰＬは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。
【0022】
本開示のノズルシステムにおいては、前記タンディッシュが内部に堰を有しないものであってもよい。
【発明の効果】
【0023】
本開示のロングノズルによれば、取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給する際、ノズル内の二次メニスカスに溶融金属を叩き込んで多数の気泡を生成させた場合に、当該気泡をノズル内に効率的に回収することが可能である。これにより、ノズル内に多数の気泡を維持し易くなり、溶融金属の流速を低減し易く、タンディッシュにおけるショートパスや裸湯の発生を抑え易くなる。結果として、溶融金属の清浄度が高まり易い。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】ロングノズルの長手断面形状の一例を概略的に示している。
【図2】ロングノズルの拡径部に気膜が形成されることによって気泡回収効率が向上することを説明するための概略図である。
【図3】ロングノズルの長手断面形状の他の例を概略的に示している。
【図4】取鍋、ロングノズル及びタンディッシュの位置関係の一例を概略的に示している。
【図5】取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を供給している状態の一例を概略的に示している。
【図6】従来技術における課題を概略的に示している。
【図7】実施例及び比較例にて用いたロングノズルの形状を概略的に示している。尚、Ａにおいては、分かり易さのため、二次メニスカスよりも上の溶鋼注入流を省略しつつ、二次メニスカス位置及びタンディッシュ内溶鋼湯面位置を示している。
【発明を実施するための形態】
【0025】
１．ロングノズル
本開示のロングノズルは、取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルである。本開示のロングノズルは、流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有する。ここで、前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大している。本開示のロングノズルにおいては、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下である。
本開示のロングノズルは、取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルである。本開示のロングノズルは、流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有する。ここで、前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大している。本開示のロングノズルにおいては、ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下である。
【0026】
図１（Ａ）及び（Ｂ）にロングノズルの長手断面形状の一例を概略的に示す。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、一実施形態に係るロングノズル１０は、流入口１１、最小径部１２、拡径部１３及び流出口１４を有する。ロングノズル１０は、流出口１４を一つのみ有する筒状単孔ノズルである。図示していないが、ロングノズル１０の開口形状（ノズルの軸Ｘと直交する断面形状）は、基本的には円形である。ただし、完全な円である必要はなく、所期の効果が得られる限り、一部変形が加えられていてもよい。ロングノズル１０においては、拡径部１３が、最小径部１２から流出口１４に至るまで存在しており、言い換えれば、最小径部１２から流出口１４に至るまで先太りとなっている。図１（Ａ）に示されるように、ロングノズル１０においては、拡径部１３におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとの間に角度θが設けられており、当該角度θが５°以上１０°以下の範囲内とされている。尚、ロングノズル１０の使用時、ノズルの軸Ｘは上下方向（鉛直方向）と実質的に一致する。ロングノズル１０は公知の耐火物等により構成され得る。
【0027】
１．１ 流入口
流入口１１は、ロングノズル１０の上流側の端部に位置する。流入口１１は、他の部材（例えば、コレクターノズルといったその他のノズルの下端、或いは、取鍋の流出口等）に接続され得る。流入口１１におけるノズルの内径は、後述する最小径部１２におけるノズルの内径と実質的に同じであってもよいし、異なっていてもよい。流入口１１におけるノズルの内径Ｄ０は、例えば、５０ｍｍ以上、７０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上であってもよく、２００ｍｍ以下、１７０ｍｍ以下又は１５０ｍｍ以下であってもよい。
流入口１１は、ロングノズル１０の上流側の端部に位置する。流入口１１は、他の部材（例えば、コレクターノズルといったその他のノズルの下端、或いは、取鍋の流出口等）に接続され得る。流入口１１におけるノズルの内径は、後述する最小径部１２におけるノズルの内径と実質的に同じであってもよいし、異なっていてもよい。流入口１１におけるノズルの内径Ｄ０は、例えば、５０ｍｍ以上、７０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上であってもよく、２００ｍｍ以下、１７０ｍｍ以下又は１５０ｍｍ以下であってもよい。
【0028】
１．２ 最小径部
最小径部１２は、流出口１４よりも流入口１１側に存在する。最小径部１２の位置は、流入口１１の位置と一致していてもよいし、流入口１１よりも流出口１４側に存在していてもよい。最小径部１２におけるノズルの内径Ｄ１は、例えば、５０ｍｍ以上、７０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上であってもよく、２００ｍｍ以下、１７０ｍｍ以下又は１５０ｍｍ以下であってもよい。
最小径部１２は、流出口１４よりも流入口１１側に存在する。最小径部１２の位置は、流入口１１の位置と一致していてもよいし、流入口１１よりも流出口１４側に存在していてもよい。最小径部１２におけるノズルの内径Ｄ１は、例えば、５０ｍｍ以上、７０ｍｍ以上又は１００ｍｍ以上であってもよく、２００ｍｍ以下、１７０ｍｍ以下又は１５０ｍｍ以下であってもよい。
【0029】
１．３ 拡径部
拡径部１３は、最小径部１２から流出口１４に至るまで存在する。すなわち、ロングノズル１０は、最小径部１２からノズル下端に至るまで先太りとなっている。このように、最小径部１２から流出口１４に至るまで拡径部１３が存在する場合において、ロングノズル１０の下端をタンディッシュ内の溶融金属に浸漬させつつ、最小径部１２から流出口１４へと溶融金属を流通させると、拡径部１３におけるノズル内に気相領域及び二次メニスカスが形成され得る。最小径部１２から二次メニスカスへと溶融金属が供給されると、当該二次メニスカスに溶融金属が叩き込まれ、多数の気泡（気泡プルーム）が生成し得る。当該気泡プルームの生成によって、溶融金属の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等の種々の効果が得られることから、タンディッシュにおける裸湯やショートパスの発生等が抑制され易くなり、溶融金属の清浄度が高められ易くなる。
拡径部１３は、最小径部１２から流出口１４に至るまで存在する。すなわち、ロングノズル１０は、最小径部１２からノズル下端に至るまで先太りとなっている。このように、最小径部１２から流出口１４に至るまで拡径部１３が存在する場合において、ロングノズル１０の下端をタンディッシュ内の溶融金属に浸漬させつつ、最小径部１２から流出口１４へと溶融金属を流通させると、拡径部１３におけるノズル内に気相領域及び二次メニスカスが形成され得る。最小径部１２から二次メニスカスへと溶融金属が供給されると、当該二次メニスカスに溶融金属が叩き込まれ、多数の気泡（気泡プルーム）が生成し得る。当該気泡プルームの生成によって、溶融金属の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等の種々の効果が得られることから、タンディッシュにおける裸湯やショートパスの発生等が抑制され易くなり、溶融金属の清浄度が高められ易くなる。
【0030】
ここで、拡径部１３における角度θが５°以上１０°以下である場合、以下の効果が期待できる。すなわち、図２に示されるように、二次メニスカスに溶融金属が叩き込まれて多数の気泡が生成した場合に、溶融金属中の当該気泡が上昇する際、拡径部１３におけるノズル内壁面に気膜が形成され、且つ、当該気膜を高速で浮上させることができる。これにより、溶融金属中に生成させた気泡をノズル内の気相領域へと速やかに回収することができ、気泡がノズルの流出口１４からノズル外へと流出し難くなる。その結果、ノズル内において気相領域、二次メニスカス及び気泡プルームが維持され易くなり、上述の溶融金属の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等が一層発揮され易くなる。結果として、タンディッシュにおける裸湯やショートパスの発生等が抑制され易くなり、溶融金属の清浄度が高められ易くなる。拡径部１３がノズルの流出口１４に至るまで存在することで、ノズルの下端から気膜が形成され得ることから、気膜形成による気泡の回収効率が一層増大する。角度θが５°未満である場合やマイナスである場合（縮径している場合）、気膜がほとんど形成されず、気泡を効率的に回収し難い。気膜がより形成され易い観点から、角度θは、６°以上又は７°以上であってもよい。一方、角度θが大き過ぎると、気膜は形成されるものの、気膜の浮上速度が低下し、気泡の浮上速度よりもむしろ遅くなる。本発明者の知見によれば、角度θが１０°以下であれば、気膜の浮上速度が気泡の浮上速度よりも速くなり、上記した有利な効果が発揮され易くなる。尚、気膜の浮上速度が気泡の浮上速度よりも速くなるのは、気膜が偏平状であることから浮上の際の抵抗が小さくなること等によるものと考えられる。
【0031】
ノズルの長手断面形状において、拡径部１３におけるノズル内壁面の形状は、直線状、折線状及び曲線状のうちの少なくとも１つの形状であってよい。言い換えれば、拡径部１３においては、上流側から下流側にかけてノズル内径が直線的に拡大（単調増加にて拡大）していてもよいし、曲線的に拡大していてもよい。また、拡径部１３においては、上流側から下流側にかけてノズル内径が連続的に拡大していてもよいし、断続的に拡大していてもよい。図１には、拡径部１３における角度θがノズルの上流から下流にかけて一定である形態（ノズルの長手断面形状において、拡径部１３におけるノズル内壁面の形状が直線状である形態）を例示したが、拡径部１３における角度θは、ノズルの上流から下流にかけて変化していてもよい。例えば、拡径部１３において、ノズルの上流から下流に向かうにつれて、角度θが連続的又は断続的に増大していてもよい。すなわち、図３に示されるように、拡径部１３が、上流側において角度θ１を有し、下流側において角度θ２を有し、角度θ１よりも角度θ２のほうが大きくてもよい。或いは、ノズルの上流から下流に向かうにつれて、角度θが連続的又は断続的に減少していてもよい（すなわち、θ１＞θ２であってもよい）。いずれにしても、本開示のロングノズルにおいては、拡径部における上記角度θが、５°以上１０°以下の範囲内となる。言い換えれば、本開示のロングノズルは、最小径部１２から流出口１４に至るまでの間において、角度θが５°未満となる部分や、角度θが１０°超となる部分を有しない。
【0032】
最小径部１２から流出口１４までの長さ（拡径部１３の全長）Ｌ１は、例えば、３００ｍｍ以上又は５００ｍｍ以上であってもよく、１０００ｍｍ以下又は８００ｍｍ以下であってもよい。拡径部１３の全長Ｌ１が大きいほど、ノズル内の二次メニスカスからノズル下端までの体積が大きくなり易く、気泡プルームの保持体積が大きくなり易い。そのため、溶融金属の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等の種々の効果が一層顕著に得られ易くなる。一方、拡径部１３の全長Ｌ１が大き過ぎると、これら効果が飽和するほか、ノズル重量が過度に重くなり易い。
【0033】
１．４ 流出口
流出口１４は、ロングノズル１０の下流側の端部に位置する。流出口１４は、タンディッシュ内の溶融金属に開放されている。流出口１４におけるノズルの内径Ｄ２は、上述の角度θが達成されるサイズであればよい。例えば、１００ｍｍ以上、１３０ｍｍ以上又は１５０ｍｍ以上であってもよく、３５０ｍｍ以下、３３０ｍｍ以下又は３００ｍｍ以下であってもよい。
流出口１４は、ロングノズル１０の下流側の端部に位置する。流出口１４は、タンディッシュ内の溶融金属に開放されている。流出口１４におけるノズルの内径Ｄ２は、上述の角度θが達成されるサイズであればよい。例えば、１００ｍｍ以上、１３０ｍｍ以上又は１５０ｍｍ以上であってもよく、３５０ｍｍ以下、３３０ｍｍ以下又は３００ｍｍ以下であってもよい。
【0034】
１．５ 直胴部
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ロングノズル１０は、流入口１１と最小径部１２との間に直胴部１５を有していてもよい。直胴部とは、上流から下流かけてノズルの内径に実質的な変化がない部分をいう。この場合、流入口１１から直胴部１５の下端に至るまで、ノズルの内径が実質的に同一であってもよい。流入口１１から直胴部１５の下端に至るまで、最小径部１２が存在していてもよい。このような直胴部１５を備えることで、ノズル内の溶融金属の流速及び流通方向が安定化し、ノズル内の気相領域や二次メニスカスが安定し、直胴部１５よりも下流側において安定して気泡プルームを生成させ易くなる。直胴部１５の長さＬ０は、例えば、３００ｍｍ以上又は５００ｍｍ以上であってもよく、１０００ｍｍ以下又は８００ｍｍ以下であってもよい。
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ロングノズル１０は、流入口１１と最小径部１２との間に直胴部１５を有していてもよい。直胴部とは、上流から下流かけてノズルの内径に実質的な変化がない部分をいう。この場合、流入口１１から直胴部１５の下端に至るまで、ノズルの内径が実質的に同一であってもよい。流入口１１から直胴部１５の下端に至るまで、最小径部１２が存在していてもよい。このような直胴部１５を備えることで、ノズル内の溶融金属の流速及び流通方向が安定化し、ノズル内の気相領域や二次メニスカスが安定し、直胴部１５よりも下流側において安定して気泡プルームを生成させ易くなる。直胴部１５の長さＬ０は、例えば、３００ｍｍ以上又は５００ｍｍ以上であってもよく、１０００ｍｍ以下又は８００ｍｍ以下であってもよい。
【0035】
１．６ 拡径部全長／流出口径
ロングノズル１０においては、最小径部１２から流出口１４までの長さ（拡径部１３の全長）Ｌ１と、流出口１４におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｌ１／Ｄ２は、特に限定されるものではない。拡径部１３による上記効果をより確保し易い観点から、比Ｌ１／Ｄ２は、１．０以上、１．２以上、１．４以上、１．６以上、１．８以上又は２．０以上であってもよい。
ロングノズル１０においては、最小径部１２から流出口１４までの長さ（拡径部１３の全長）Ｌ１と、流出口１４におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｌ１／Ｄ２は、特に限定されるものではない。拡径部１３による上記効果をより確保し易い観点から、比Ｌ１／Ｄ２は、１．０以上、１．２以上、１．４以上、１．６以上、１．８以上又は２．０以上であってもよい。
【0036】
１．７ 最小径／流出口径
ロングノズル１０においては、最小径部１２におけるノズルの内径Ｄ１と、流出口１４におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２は１．０未満であればよい。ただし、比Ｄ１／Ｄ２が小さ過ぎると、上記の角度θを満たすために拡径部１３の全長Ｌ１を長くする必要が生じる。また、比Ｄ１／Ｄ２が大き過ぎると、上記の角度θを満たすために拡径部１３の全長Ｌ１を短くする必要が生じる。拡径部１３による上記効果をより確保し易い観点から、比Ｄ１／Ｄ２は０．１以上、０．２以上又は０．３以上であってもよく、０．８以下、０．７以下又は０．６以下であってもよい。
ロングノズル１０においては、最小径部１２におけるノズルの内径Ｄ１と、流出口１４におけるノズルの内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２は１．０未満であればよい。ただし、比Ｄ１／Ｄ２が小さ過ぎると、上記の角度θを満たすために拡径部１３の全長Ｌ１を長くする必要が生じる。また、比Ｄ１／Ｄ２が大き過ぎると、上記の角度θを満たすために拡径部１３の全長Ｌ１を短くする必要が生じる。拡径部１３による上記効果をより確保し易い観点から、比Ｄ１／Ｄ２は０．１以上、０．２以上又は０．３以上であってもよく、０．８以下、０．７以下又は０．６以下であってもよい。
【0037】
１．８ ノズル全長
ロングノズル１０の全長（流入口１１から流出口１４までの長さ）Ｌは、例えば、１０００ｍｍ以上又は１２００ｍｍ以上であってもよく、１８００ｍｍ以下又は１６００ｍｍ以下であってもよい。
ロングノズル１０の全長（流入口１１から流出口１４までの長さ）Ｌは、例えば、１０００ｍｍ以上又は１２００ｍｍ以上であってもよく、１８００ｍｍ以下又は１６００ｍｍ以下であってもよい。
【0038】
２．ノズルシステム
本開示のノズルシステムは、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するものである。前記ロングノズルは、上述した本開示のロングノズルである。本開示のノズルシステムにおいては、前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側（すなわち、拡径部）に存在する。
本開示のノズルシステムは、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するものである。前記ロングノズルは、上述した本開示のロングノズルである。本開示のノズルシステムにおいては、前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側（すなわち、拡径部）に存在する。
【0039】
図４及び５に一実施形態に係るノズルシステム１００の構成を概略的に示す。図４及び５に示されるように、ノズルシステム１００は、取鍋１０１からロングノズル１０を介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を下向きに供給するものである。図４及び５に示されるように、ロングノズル１０は、上流側である取鍋１０１側に流入口１１を備え、下流側であるタンディッシュ１０２側に流出口１４を備え、且つ、上流側から下流側に向かって下向きに延在する、筒状単孔ノズルである。また、ロングノズル１０の流出口１４は、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５の液面１０５ａよりも下方、且つ、タンディッシュ１０２の底面１０２ａよりも上方に位置している。また、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１０の内部の拡径部１３の部分に不活性ガスを含む気相領域１０ａと溶融金属１０５の二次メニスカス１０ｂとが存在している。
【0040】
２．１ 取鍋
取鍋１０１は、タンディッシュ１０２への溶融金属１０５の供給元となる容器である。図４及び５に示されるように、ノズルシステム１００において、取鍋１０１は、底面１０１ａと側壁１０１ｂとを有して、溶融金属１０５を保持している。取鍋１０１は、さらに、蓋（不図示）を有していてもよい。取鍋１０１は、溶融金属１０５を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。また、取鍋１０１は、底面１０１ａの一部に流出口１０１ａｘが設けられ、ここから溶融金属１０５を流出できるように構成されていてもよい。流出口１０１ａｘには、溶融金属１０５の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。取鍋１０１の流出口１０１ａｘにはロングノズル１０が直接的又は間接的に接続され得る。例えば、図５に示されるように、取鍋１０１の流出口１０１ａｘに対して、コレクターノズル１１１やスライディングノズル１１２を介して、ロングノズル１０が接続されていてもよい。取鍋１０１とノズルとの接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、取鍋１０１とノズルとが接続されていてもよい。
取鍋１０１は、タンディッシュ１０２への溶融金属１０５の供給元となる容器である。図４及び５に示されるように、ノズルシステム１００において、取鍋１０１は、底面１０１ａと側壁１０１ｂとを有して、溶融金属１０５を保持している。取鍋１０１は、さらに、蓋（不図示）を有していてもよい。取鍋１０１は、溶融金属１０５を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。また、取鍋１０１は、底面１０１ａの一部に流出口１０１ａｘが設けられ、ここから溶融金属１０５を流出できるように構成されていてもよい。流出口１０１ａｘには、溶融金属１０５の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。取鍋１０１の流出口１０１ａｘにはロングノズル１０が直接的又は間接的に接続され得る。例えば、図５に示されるように、取鍋１０１の流出口１０１ａｘに対して、コレクターノズル１１１やスライディングノズル１１２を介して、ロングノズル１０が接続されていてもよい。取鍋１０１とノズルとの接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、取鍋１０１とノズルとが接続されていてもよい。
【0041】
２．２ タンディッシュ
タンディッシュ１０２は、取鍋１０１からの溶融金属１０５の供給先となる容器である。図４及び５に示されるように、タンディッシュ１０２は、底面１０２ａと側壁１０２ｂとを有して、取鍋１０１から供給された溶融金属１０５を保持している。タンディッシュ１０２は、さらに、蓋１０２ｃを有していてもよい。タンディッシュ１０２は、溶融金属１０５を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。図４に示されるように、タンディッシュ１０２の底面１０２ａの一部には流出口１０２ａｘが設けられていてもよく、ここから他の容器（例えば、鋳型）へと溶融金属１０５を流出できるように構成されていてもよい。流出口１０２ａｘには、溶融金属１０５の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。タンディッシュ１０２の流出口１０２ａｘには、ノズル１２０（浸漬ノズル）が直接的又は間接的に接続されていてもよい。タンディッシュ１０２とノズル１２０との接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、タンディッシュ１０２とノズル１２０とが接続されていてもよい。
タンディッシュ１０２は、取鍋１０１からの溶融金属１０５の供給先となる容器である。図４及び５に示されるように、タンディッシュ１０２は、底面１０２ａと側壁１０２ｂとを有して、取鍋１０１から供給された溶融金属１０５を保持している。タンディッシュ１０２は、さらに、蓋１０２ｃを有していてもよい。タンディッシュ１０２は、溶融金属１０５を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。図４に示されるように、タンディッシュ１０２の底面１０２ａの一部には流出口１０２ａｘが設けられていてもよく、ここから他の容器（例えば、鋳型）へと溶融金属１０５を流出できるように構成されていてもよい。流出口１０２ａｘには、溶融金属１０５の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。タンディッシュ１０２の流出口１０２ａｘには、ノズル１２０（浸漬ノズル）が直接的又は間接的に接続されていてもよい。タンディッシュ１０２とノズル１２０との接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、タンディッシュ１０２とノズル１２０とが接続されていてもよい。
【0042】
図５に示されるように、タンディッシュ１０２に供給された溶融金属１０５の液面１０５ａ上には、フラックスを含む浮上層１０６が存在していてもよい。フラックスとしては公知のフラックスを採用すればよい。このようにフラックスによって溶融金属１０５の液面１０５ａを被覆することで、溶融金属１０５を外気から遮断することができる。また、フラックスによって溶融金属１０５中の非金属介在物を回収することができる。さらに、タンディッシュ１０２内に不活性ガスが供給されてタンディッシュ１０２内に外気ができるだけ入り込まない状態とされていてもよい。これにより、溶融金属１０５の再酸化が一層抑制され得る。尚、後述するように、ノズルシステム１００によれば、気泡プルームによる溶融金属１０５の減速効果等によって、ロングノズル１０から流出した溶融金属１０５がタンディッシュ１０２の底面１０２ａに衝突することによる反転上昇流（図６参照）を小さく抑えることができ、タンディッシュ１０２の液面１０５ａが乱れ難く、液面１０５ａの乱れによるフラックスの押し退けや途切れも生じ難いことから、裸湯による再酸化の問題が生じ難い。
【0043】
図４に示されるように、タンディッシュ１０２は、その内部に堰を有しないものであってよい。本開示のノズルシステム１００においては、ロングノズル１０の内部に二次メニスカス１０ｂが形成され、溶融金属１０５の落下流が当該二次メニスカス１０ｂに衝突する際に気相を巻き込む現象（気泡プルームの形成）によって、溶融金属１０５の下降流速が低減され易く、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５のショートパス（図６参照）も抑制され易いことから、タンディッシュ１０２の内部に堰を設けずとも溶融金属１０５に含まれる非金属介在物等を除去し易い。
【0044】
２．３ ノズル
２．３．１ ロングノズル
図４及び５に示されるように、溶融金属１０５は、ロングノズル１０を介して、取鍋１０１からタンディッシュ１０２へと供給される。ロングノズル１０の詳細については上述した通りである。尚、ロングノズル１０は、タンディッシュ１０２とは独立して設置されるもので、タンディッシュ１０２に対して固定されている必要は無い。この点、タンディッシュの蓋に設置及び固定される注入管と、本願にいうロングノズルとでは、その構成が異なるものといえる。
２．３．１ ロングノズル
図４及び５に示されるように、溶融金属１０５は、ロングノズル１０を介して、取鍋１０１からタンディッシュ１０２へと供給される。ロングノズル１０の詳細については上述した通りである。尚、ロングノズル１０は、タンディッシュ１０２とは独立して設置されるもので、タンディッシュ１０２に対して固定されている必要は無い。この点、タンディッシュの蓋に設置及び固定される注入管と、本願にいうロングノズルとでは、その構成が異なるものといえる。
【0045】
図４及び５に示されるように、ロングノズル１０の流出口１４は、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５の液面１０５ａよりも下方、且つ、タンディッシュ１０２の底面１０２ａよりも上方に位置している。すなわち、ロングノズル１０は、下流側の先端部がタンディッシュ１０２の内部の溶融金属１０５に浸漬されている。図５に示されるように、ノズルシステム１００においては、タンディッシュ１０２の溶融金属１０５の液面１０５ａからロングノズル１０の流出口１４までの間に浸漬深さＬＤを有していてもよく、ロングノズル１０の流出口１４からタンディッシュ１０２の底面１０２ａまでの間に距離ＬＳを有していてもよい。ＬＤやＬＳの具体値やＬＤとＬＳとの関係は特に限定されるものではない。例えば、ＬＤは１００ｍｍ以上、１５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以上、２５０ｍｍ以上、３００ｍｍ以上、３５０ｍｍ以上、４００ｍｍ以上又は４５０ｍｍ以上であってもよく、７５０ｍｍ以下、７００ｍｍ以下又は６５０ｍｍ以下であってもよい。また、ＬＳは２００ｍｍ以上９００ｍｍ以下であってもよい。また、ＬＤとＬＳとの比ＬＤ／ＬＳは０．２以上１．０以下であってもよい。また、流出口１４におけるノズル内径Ｄ２とＬＳとの比Ｄ２／ＬＳは０．２以上３．０以下であってもよい。さらに、ロングノズルの浸漬深さＬＤと、前記流出口におけるノズルの内径Ｄ２との比ＬＤ／Ｄ２が、１．６以上２．２以下であってもよい。ＬＤやＬＳを調整することで、気泡のロングノズル１０からの離脱等が一層抑制され易くなる。
【0046】
図４に示されるように、ロングノズル１０は、二次メニスカス１０ｂよりも上流において最小の内径Ｄ１を有し、二次メニスカス１０ｂにおいて内径ＤＭを有し、二次メニスカス１０ｂよりも下流の流出口１４において内径Ｄ２を有するものであってもよい。尚、ＤＭはＤ１超Ｄ２未満で推移し得る。
【0047】
２．３．２ コレクターノズル
図５に示されるように、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１０の上流にコレクターノズル１１１が設けられていてもよい。コレクターノズル１１１は、その上流側の端部が、直接的又は間接的に取鍋１０１に接続され得る。また、コレクターノズル１１１は、その下流側の端部が、ロングノズル１０の上流側の端部に接続され得る。図５に示されるように、コレクターノズル１１１の下端の内径は、ロングノズル１０の流入口１１の内径Ｄ０よりも小さくてもよい。コレクターノズル１１１の内径ＤＣの具体的な値は特に限定されるものではない。例えば、ＤＣと上述のＤ０とが１．０≦Ｄ０／ＤＣ≦１．４なる関係を満たしていてもよい。すなわち、ロングノズル１０とコレクターノズル１１１との接続部において、コレクターノズル１１１の内径ＤＣ（ｃｍ）に対するロングノズル１０の内径Ｄ０（ｃｍ）の比Ｄ０／ＤＣが１．０以上１．４以下であってもよい。この比が小さ過ぎると、ロングノズル１０とコレクターノズル１１１との接続部又はその近傍で、上流側から下流側に向かって縮径することによる段差が生じる場合があり、溶融金属１０５の漏洩や耐火物の異常損耗を引き起こす虞がある。一方、この比が大き過ぎると、ロングノズル１０の側面からの放熱の影響でロングノズル１０の内壁に溶融金属１０５が固着し易くなる。また、ロングノズル１０の重量が無用に増加する虞もある。コレクターノズル１１１は、従来公知のコレクターノズルから適宜選定して構成されてもよい。ロングノズル１０とコレクターノズル１１１との接続部における構造は従来と同様であってよい。例えば、ロングノズル１０の上端部とコレクターノズル１１１の下端部とを互いに嵌め合わせることで接続部が構成されていてもよい。
図５に示されるように、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１０の上流にコレクターノズル１１１が設けられていてもよい。コレクターノズル１１１は、その上流側の端部が、直接的又は間接的に取鍋１０１に接続され得る。また、コレクターノズル１１１は、その下流側の端部が、ロングノズル１０の上流側の端部に接続され得る。図５に示されるように、コレクターノズル１１１の下端の内径は、ロングノズル１０の流入口１１の内径Ｄ０よりも小さくてもよい。コレクターノズル１１１の内径ＤＣの具体的な値は特に限定されるものではない。例えば、ＤＣと上述のＤ０とが１．０≦Ｄ０／ＤＣ≦１．４なる関係を満たしていてもよい。すなわち、ロングノズル１０とコレクターノズル１１１との接続部において、コレクターノズル１１１の内径ＤＣ（ｃｍ）に対するロングノズル１０の内径Ｄ０（ｃｍ）の比Ｄ０／ＤＣが１．０以上１．４以下であってもよい。この比が小さ過ぎると、ロングノズル１０とコレクターノズル１１１との接続部又はその近傍で、上流側から下流側に向かって縮径することによる段差が生じる場合があり、溶融金属１０５の漏洩や耐火物の異常損耗を引き起こす虞がある。一方、この比が大き過ぎると、ロングノズル１０の側面からの放熱の影響でロングノズル１０の内壁に溶融金属１０５が固着し易くなる。また、ロングノズル１０の重量が無用に増加する虞もある。コレクターノズル１１１は、従来公知のコレクターノズルから適宜選定して構成されてもよい。ロングノズル１０とコレクターノズル１１１との接続部における構造は従来と同様であってよい。例えば、ロングノズル１０の上端部とコレクターノズル１１１の下端部とを互いに嵌め合わせることで接続部が構成されていてもよい。
【0048】
２．３．３ スライディングノズル
図５に示されるように、ノズルシステム１００においては、コレクターノズル１１１の上流に流量調整機構１１２が設けられてもよい。流量調整機構１１２の具体例としては、例えば、図５に示されるようなスライディングノズルが挙げられる。スライディングノズルにおいては、流通口を有する少なくとも一枚のスライド板１１２ａが、溶融金属１０５の流通方向とは交差する方向にスライドされることで、流路径が変化し得る。或いは、流量調整機構１１２は、スライディングノズル以外の開閉機構であってもよい。流量調整機構１１２の形態については公知であることから、ここではこれ以上の説明を省略する。
図５に示されるように、ノズルシステム１００においては、コレクターノズル１１１の上流に流量調整機構１１２が設けられてもよい。流量調整機構１１２の具体例としては、例えば、図５に示されるようなスライディングノズルが挙げられる。スライディングノズルにおいては、流通口を有する少なくとも一枚のスライド板１１２ａが、溶融金属１０５の流通方向とは交差する方向にスライドされることで、流路径が変化し得る。或いは、流量調整機構１１２は、スライディングノズル以外の開閉機構であってもよい。流量調整機構１１２の形態については公知であることから、ここではこれ以上の説明を省略する。
【0049】
２．４ 不活性ガス供給機構
図５に示されるように、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１０の外部から内部へと不活性ガスが供給されて、ロングノズル１０の内部に不活性ガスを含む気相領域１０ａと溶融金属１０５の二次メニスカス１０ｂとが形成される。ロングノズル１０の外部から内部へと不活性ガスを供給する方法や手段は特に限定されない。例えば、図５に示されるように、ノズルシステム１００は、ロングノズル１０の外部から内部へと不活性ガスを供給する、不活性ガス供給機構１１３を有していてもよい。尚、取鍋１０１からノズルを介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給する場合、取鍋１０１とノズルとの接続部やノズル同士の接続部等からエジェクタによってロングノズル１０の内部へと外気が取り込まれる場合があるが、ノズルシステム１００においては、これとは別に、ロングノズル１０の内部へと不活性ガスを意図的に供給する機構１１３が採用され得る。或いは、当該機構１１３を用いることなく、上記のエジェクタのみによって気相領域１０ａや二次メニスカス１０ｂが形成されるようにしてもよい。
図５に示されるように、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１０の外部から内部へと不活性ガスが供給されて、ロングノズル１０の内部に不活性ガスを含む気相領域１０ａと溶融金属１０５の二次メニスカス１０ｂとが形成される。ロングノズル１０の外部から内部へと不活性ガスを供給する方法や手段は特に限定されない。例えば、図５に示されるように、ノズルシステム１００は、ロングノズル１０の外部から内部へと不活性ガスを供給する、不活性ガス供給機構１１３を有していてもよい。尚、取鍋１０１からノズルを介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給する場合、取鍋１０１とノズルとの接続部やノズル同士の接続部等からエジェクタによってロングノズル１０の内部へと外気が取り込まれる場合があるが、ノズルシステム１００においては、これとは別に、ロングノズル１０の内部へと不活性ガスを意図的に供給する機構１１３が採用され得る。或いは、当該機構１１３を用いることなく、上記のエジェクタのみによって気相領域１０ａや二次メニスカス１０ｂが形成されるようにしてもよい。
【0050】
ノズルシステム１００においては、溶融金属１０５の供給中に、ロングノズル１０の内部に気相領域１０ａ及び二次メニスカス１０ｂが形成され、且つ、二次メニスカス高さΔＨが所定の範囲に維持されてもよい。二次メニスカス１０ｂに溶融金属１０５の下降流が衝突することで、気相領域１０ａから溶融金属１０５中に気体が巻き込まれ、溶融金属１０５中に大小様々な気泡群が生成し得る。ノズルシステム１００がロングノズル１０の内部へと不活性ガスを供給する機構１１３を有することで、ロングノズル１０の内部において気相領域１０ａを一層維持し易くなり、二次メニスカス高さΔＨの制御もより容易となる。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒが挙げられる。ロングノズル１０に対する不活性ガスの供給量は特に限定されるものではなく、また、気相領域１０ａにおける圧力も特に限定されるものではない。不活性ガス供給機構１１３は、不活性ガスの供給量や圧力を制御する制御部を備えていてもよい。例えば、制御部からの信号等に基づいて、不活性ガス供給弁の開閉制御等が行われ、不活性ガスの供給量や圧力が目標値に制御され得る。
【0051】
ロングノズル１０の内部へと不活性ガスを供給する機構１１３の具体的な形態は限定されない。例えば、不活性ガス供給源（高圧の不活性ガスが充填された容器等）とロングノズル１０とを配管や弁等を介して直接的又は間接的に接続することで、当該機構１１３が構成され得る。或いは、不活性ガス供給源とロングノズル１０よりも上流側の位置（例えば、コレクターノズル１１１、スライディングノズル１１２又は取鍋１０１）とを接続して、不活性ガスが供給された溶融金属１０５がロングノズル１０に流入するようにしてもよい。ただし、不活性ガス供給機構１１３がロングノズル１０に対して直接的に接続された場合、或いは、ロングノズル１０の近傍に接続された場合のほうが、ロングノズル１０に吹き込まれる不活性ガスの量を制御し易くなる。例えば、上記の機構１１３によって不活性ガスが供給される位置は、ロングノズル１０とコレクターノズル１１１との接続部又はその近傍であってよく、具体的には、接続部から１００ｍｍの範囲内にあってもよい。この範囲内であれば、上記の機構１１３を設置し易い。また、この範囲内において不活性ガスが供給されることで、ロングノズル１０の内部に気相領域１０ａを一層形成し易くなる。或いは、不活性ガス供給機構１１３はロングノズル１０の拡径部１３よりも上流側や拡径部１３に設けられていてもよい。
【0052】
ノズルシステム１００においては、例えば、気相領域１０ａの圧力が制御されること等によって、下記式（１）で定義される二次メニスカス高さΔＨが－１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下となるように構成されていてもよい。ΔＨはー５ｃｍ以上又は０ｃｍ以上であってもよく、１５ｃｍ以下であってもよい。
【0053】
ΔＨ＝（ＰＴ－ＰＬ）／（ρ・ｇ） …（１）
ここで、
ＰＴは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
ＰＬは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。
ここで、
ＰＴは、前記タンディッシュ内の雰囲気圧力であり、
ＰＬは、前記ロングノズル内の前記気相領域の圧力であり、
ρは、前記溶融金属の密度であり、
ｇは、重力加速度である。
【0054】
図５に示されるように、ΔＨは、ロングノズル１０の内部の二次メニスカス１０ｂの高さ位置とタンディッシュ１０２における溶融金属１０５の液面１０５ａの高さ位置との差に相当する。上記式（１）の通り、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１０の内部の気相領域１０ａの圧力が高ければ高いほど、ΔＨが小さくなる。ΔＨが０ｃｍの場合とは、気相領域１０ａの圧力がタンディッシュ１０２内の雰囲気圧力と一致する場合に相当する。尚、ノズルシステム１００において、ΔＨが過度にマイナスとなる場合（ロングノズル１０の内部の気相領域１０ａの圧力がタンディッシュ１０２内の雰囲気圧力に対して過度に正圧である場合）、二次メニスカス１０ｂから流出口１４までのロングノズル１０の容積が少なくなり、気泡プルームによる作用効果が発揮され難くなり、また、ロングノズル１０内の気泡の保持に不利に働く場合がある。一方、ロングノズル１０の気相領域１０ａの圧力を過度に低下させた場合、気密を保つことが難しくなり、外気の吸い込みを引き起こし易くなる。また、ΔＨが過度に大きくなって、溶融金属１０５の自由落下距離が短くなり、二次メニスカス１０ｂに溶融金属１０５の下降流が衝突する際の衝突力が低下し、気相領域１０ａから溶融金属１０５中への気体の巻き込みが少なくなり、気泡プルームの生成量が低下する虞がある。ΔＨが好ましくはー１０ｃｍ以上、より好ましくは－５ｃｍ以上、さらに好ましくは０ｃｍ以上となるように気相領域１０ａの圧力が制御されることで、二次メニスカス１０ｂから流出口１４までの間においてロングノズル１０の容積が十分に確保でき、気泡プルームによる作用効果が発揮されるとともに、ロングノズル１０内に気泡を一層保持し易くなる。結果として、タンディッシュ１０２における裸湯やショートパスの発生等が一層抑制されて、溶融金属１０５の清浄度を一層高めることができる。一方、二次メニスカス高さΔＨが好ましくは２０ｃｍ以下となるように気相領域１０ａの圧力が制御されることで、気相領域１０ａが過度に負圧となることがなく、外気の取り込みが抑制され、結果として溶融金属の再酸化が一層抑制され、溶融金属１０５の清浄度を一層高めることができる。
【0055】
式（１）の計算に必要なタンディッシュ１０２の内部の雰囲気圧力ＰＴは、タンディッシュ１０２の内部に通じる配管等に設置した圧力計によって計測することが可能である。また、ロングノズル１０の内部の気相領域１０ａの圧力ＰＬも、同様にロングノズル１０の内部の気相領域１０ａに通じる流路を耐火物に穿ちその流路に接続した配管等に設置した圧力計によって計測することが可能である。あるいは、予備実験によってロングノズル１０の内部へ供給される不活性ガスの流量とロングノズル１０の内部の気相領域１０ａの圧力ＰＬとの関係を求めておき、不活性ガスの供給流量からＰＬを推定できるようにしておいても構わない。尚、式（１）を用いてΔＨを計算する際は、単位を全てＳＩ単位に揃えて計算する。得られるΔＨの単位はｍとなるが、これをｃｍに換算すればよい。
【0056】
気相領域１０ａの圧力は、上述の圧力計等で連続的又は断続的に測定されればよく、測定された圧力に応じて気相領域１０ａに供給される不活性ガスの量を増減させることで、二次メニスカス高さΔＨを制御することができる。具体的には、ノズルシステム１００は、気相領域１０ａの圧力が第１の閾値よりも高い場合に、気相領域１０ａへと供給される不活性ガスの量が低下して、気相領域の圧力が低下するように構成されていてもよい。また、ノズルシステム１００は、気相領域１０ａの圧力が第２の閾値よりも低い場合に、気相領域１０ａへと供給される不活性ガスの量が増加して、気相領域の圧力が上昇するように構成されていてもよい。不活性ガスの供給量の制御は、例えば、上述したような制御部による開閉弁の制御等によってなされ得る。尚、「第１の閾値」については特に限定されるものではなく、例えば、上記のΔＨが所定以上となる圧力を基準に適当な閾値が設定されればよい。また、「第２の閾値」についても特に限定されるものではなく、例えば、上記のΔＨが所定以下となる圧力を基準に適当な閾値が設定されればよい。第１の閾値と第２の閾値とは互いに異なる閾値であってもよいし、同じ閾値であってもよい。
【0057】
或いは、気相領域１０ａとタンディッシュ１０２内の雰囲気とを互いに連通させることで、気相領域１０ａの圧力をタンディッシュ１０２内の雰囲気と一致させることができ、結果としてΔＨが０ｃｍとなる。この点、ノズルシステム１００においては、ロングノズル１０が少なくとも１つの連通孔（不図示）を有していてもよく、ロングノズル１０内の気相領域１０ａと、タンディッシュ１０２内の雰囲気とが、当該連通孔を介して、互いに連通可能に構成されていてもよい。上述したように、タンディッシュ１０２は、その内部に不活性ガスが供給されて、タンディッシュ１０２内に外気ができるだけ入り込まないように構成され得る。この場合、（１）連通孔を介して、気相領域１０ａをタンディッシュ１０２内に常時開放して、二次メニスカス高さΔＨを常に０ｃｍに保持してもよいし、（２）気相領域１０ａの圧力が第１の閾値よりも高い場合に、連通孔を介して、気相領域１０ａからタンディッシュ１０２内へと不活性ガスが排出されるようにしてもよいし、（３）気相領域１０ａの圧力が第２の閾値よりも低い場合に、連通孔を介して、タンディッシュ１０２内から気相領域１０ａへと不活性ガスが供給されるようにしてもよい。すなわち、連通孔は、気相領域１０ａとタンディッシュ１０２内の雰囲気との間において常時開放されていてもよいし、弁等によって開閉制御されるものであってもよい。連通孔の大きさや数は特に限定されるものではない。尚、ノズルシステム１００においては、例えば、ロングノズル１０内の気相領域１０ａの圧力が過度に高くなった場合に、気相領域１０ａが外気に開放されるようにしてもよいが、この場合、ロングノズル１０内への外気の取り込み及び溶融金属１０５の再酸化を防ぐために、何らかの工夫（例えば、逆止弁を設ける等）が必要となる。
【0058】
２．５ その他の構成及び条件
ノズルシステム１００においては、上記の構成及び条件以外の構成や条件は特に限定されるものではない。以下、その他の条件や構成の一例を示す。
ノズルシステム１００においては、上記の構成及び条件以外の構成や条件は特に限定されるものではない。以下、その他の条件や構成の一例を示す。
【0059】
２．５．１ 溶融金属の流量及びタンディッシュにおける平均滞留時間
ロングノズル１０に供給される溶融金属１０５の流量Ｑは、例えば、８０００ｃｍ３／ｓ以上であってもよく、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５の平均滞留時間τは、例えば、２４０秒以上であってもよい。ノズルシステム１００における溶融金属１０５の流速低減効果は、大流量の溶融金属１０５がタンディッシュを通過する高生産性の連続鋳造において特に有用である。具体的には、溶融金属１０５の流量Ｑが８０００ｃｍ３／ｓ以上となるような場合である。さらに同流量が１８０００ｃｍ３／ｓ以上であるとなお有用である。同流量の上限は特に限定されないが、４００００ｃｍ３／ｓを超える連続鋳造は現実的でない。それほど大きな生産速度には他工程が追随し得ないからである。一方、タンディッシュ１０２内の平均滞留時間τが短過ぎると、溶融金属１０５について十分な清浄化効果を得ることが難しくなる虞がある。同時間が２４０秒以上であることで、例えば、５０～１００ミクロン程度の介在物も浮上によって除去され易くなるものと考えられる。同時間の上限値は特に限定されないが、連続鋳造の定常操業時に同時間が１５００秒を超えることは現実的でない。平均滞留時間が長すぎるとタンディッシュ１０２における溶融金属１０５の温度低下が大きくなり過ぎるからである。尚、平均滞留時間τは、タンディッシュ１０２の容量Ｖτ（ｃｍ３）と、ノズルからの溶融金属の流量Ｑ（ｃｍ３／ｓ）との比Ｖτ／Ｑとして計算され得る。
ロングノズル１０に供給される溶融金属１０５の流量Ｑは、例えば、８０００ｃｍ３／ｓ以上であってもよく、タンディッシュ１０２における溶融金属１０５の平均滞留時間τは、例えば、２４０秒以上であってもよい。ノズルシステム１００における溶融金属１０５の流速低減効果は、大流量の溶融金属１０５がタンディッシュを通過する高生産性の連続鋳造において特に有用である。具体的には、溶融金属１０５の流量Ｑが８０００ｃｍ３／ｓ以上となるような場合である。さらに同流量が１８０００ｃｍ３／ｓ以上であるとなお有用である。同流量の上限は特に限定されないが、４００００ｃｍ３／ｓを超える連続鋳造は現実的でない。それほど大きな生産速度には他工程が追随し得ないからである。一方、タンディッシュ１０２内の平均滞留時間τが短過ぎると、溶融金属１０５について十分な清浄化効果を得ることが難しくなる虞がある。同時間が２４０秒以上であることで、例えば、５０～１００ミクロン程度の介在物も浮上によって除去され易くなるものと考えられる。同時間の上限値は特に限定されないが、連続鋳造の定常操業時に同時間が１５００秒を超えることは現実的でない。平均滞留時間が長すぎるとタンディッシュ１０２における溶融金属１０５の温度低下が大きくなり過ぎるからである。尚、平均滞留時間τは、タンディッシュ１０２の容量Ｖτ（ｃｍ３）と、ノズルからの溶融金属の流量Ｑ（ｃｍ３／ｓ）との比Ｖτ／Ｑとして計算され得る。
【0060】
２．５．２ タンディッシュ内の堰
上述したように、ノズルシステム１００においては、タンディッシュ１０２の内部に溶融金属１０５の流動制御機能を有する堰を設ける必要がない。ノズルシステム１００によれば、堰を使わずともタンディッシュ１０２の内部における溶融金属１０５の滞留時間を確保することが可能である。むしろ、タンディッシュ１０２に堰を設置すると、デッドゾーンと呼ばれる淀み域を形成して実質タンディッシュ容量を減じる問題や、コスト増大の問題がある。
上述したように、ノズルシステム１００においては、タンディッシュ１０２の内部に溶融金属１０５の流動制御機能を有する堰を設ける必要がない。ノズルシステム１００によれば、堰を使わずともタンディッシュ１０２の内部における溶融金属１０５の滞留時間を確保することが可能である。むしろ、タンディッシュ１０２に堰を設置すると、デッドゾーンと呼ばれる淀み域を形成して実質タンディッシュ容量を減じる問題や、コスト増大の問題がある。
【0061】
２．５．３ 高さ寸法
ノズルシステム１００の高さ方向寸法は特に限定されない。同寸法は、取鍋１０１側のコレクターノズル１１１とタンディッシュ１０２の液面１０５ａとの距離や、ロングノズル１０の浸漬深さから決定され、概ね１ｍから２．５ｍとなる場合が多い。
ノズルシステム１００の高さ方向寸法は特に限定されない。同寸法は、取鍋１０１側のコレクターノズル１１１とタンディッシュ１０２の液面１０５ａとの距離や、ロングノズル１０の浸漬深さから決定され、概ね１ｍから２．５ｍとなる場合が多い。
【0062】
２．５．４ 溶融金属の種類
取鍋１０１からロングノズル１０を介してタンディッシュ１０２へと供給される溶融金属１０５の種類に特に制限はない。特に、溶融金属１０５が溶鋼である場合に、本開示の技術による高い効果が期待できる。溶鋼の鋼種は特に限定されない。
取鍋１０１からロングノズル１０を介してタンディッシュ１０２へと供給される溶融金属１０５の種類に特に制限はない。特に、溶融金属１０５が溶鋼である場合に、本開示の技術による高い効果が期待できる。溶鋼の鋼種は特に限定されない。
【0063】
３．作用・効果
以上の通り、本開示のロングノズル１０及びそれを用いたノズルシステム１００によれば、二次メニスカス１０ｂに溶融金属１０５が叩き込まれて多数の気泡が生成した場合に、溶融金属１０５中の当該気泡が上昇する際、拡径部１３における内壁に気膜が形成され、且つ、当該気膜を高速で浮上させることができる。これにより、溶融金属１０５中に生成した気泡をノズル内の気相領域１０ａへと速やかに回収することができ、気泡がノズルの流出口１４からノズル外へと流出し難くなる。その結果、ノズル内において気相領域１０ａ、二次メニスカス１０ｂ及び気泡プルームを適切に維持し易くなり、溶融金属１０５の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等が発揮され、タンディッシュ１０２における裸湯やショートパスの発生等が抑制され易くなり、溶融金属１０５の清浄度が高められ易くなる。
以上の通り、本開示のロングノズル１０及びそれを用いたノズルシステム１００によれば、二次メニスカス１０ｂに溶融金属１０５が叩き込まれて多数の気泡が生成した場合に、溶融金属１０５中の当該気泡が上昇する際、拡径部１３における内壁に気膜が形成され、且つ、当該気膜を高速で浮上させることができる。これにより、溶融金属１０５中に生成した気泡をノズル内の気相領域１０ａへと速やかに回収することができ、気泡がノズルの流出口１４からノズル外へと流出し難くなる。その結果、ノズル内において気相領域１０ａ、二次メニスカス１０ｂ及び気泡プルームを適切に維持し易くなり、溶融金属１０５の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等が発揮され、タンディッシュ１０２における裸湯やショートパスの発生等が抑制され易くなり、溶融金属１０５の清浄度が高められ易くなる。
【0064】
４．溶融金属の連続鋳造方法
本開示の技術は、溶融金属の連続鋳造方法としての側面も有する。本開示の溶融金属の連続鋳造方法は、上記本開示のノズルシステム１００を用いることに特徴がある。本開示の連続鋳造方法は、例えば、ノズルシステム１００を用いて、取鍋１０１からロングノズル１０を介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給すること、タンディッシュ１０２からノズル１２０を介して鋳型（不図示）へと溶融金属１０５を供給すること、及び、鋳型から鋳片を連続的に引き抜くこと、を含み得る。本開示の溶融金属の連続鋳造方法においては、上記のノズルシステム１００が採用されることを除いて、一般的な連続鋳造条件が採用され得る。或いは、上述したように、流量Ｑや平均滞留時間τが所定以上となるように調整されてもよい。
本開示の技術は、溶融金属の連続鋳造方法としての側面も有する。本開示の溶融金属の連続鋳造方法は、上記本開示のノズルシステム１００を用いることに特徴がある。本開示の連続鋳造方法は、例えば、ノズルシステム１００を用いて、取鍋１０１からロングノズル１０を介してタンディッシュ１０２へと溶融金属１０５を供給すること、タンディッシュ１０２からノズル１２０を介して鋳型（不図示）へと溶融金属１０５を供給すること、及び、鋳型から鋳片を連続的に引き抜くこと、を含み得る。本開示の溶融金属の連続鋳造方法においては、上記のノズルシステム１００が採用されることを除いて、一般的な連続鋳造条件が採用され得る。或いは、上述したように、流量Ｑや平均滞留時間τが所定以上となるように調整されてもよい。
【0065】
５．補足
尚、上記した種々の指標とその適正範囲の探索には、本出願人による特許第６７５０５３３号による実験装置を活用することができる。当該実験装置は、溶融金属流に作用する重力、慣性力、粘性力及び表面張力の影響を忠実に再現し、気泡の浮力や浮上速度を含めた気液二相流現象を精度よく再現できる装置である。
尚、上記した種々の指標とその適正範囲の探索には、本出願人による特許第６７５０５３３号による実験装置を活用することができる。当該実験装置は、溶融金属流に作用する重力、慣性力、粘性力及び表面張力の影響を忠実に再現し、気泡の浮力や浮上速度を含めた気液二相流現象を精度よく再現できる装置である。
【実施例0066】
以下、実施例を示しつつ本発明についてさらに説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱せず、その目的を達する限りにおいては、種々の条件を採用可能とするものである。
【0067】
１．条件
図４及び５に示されるようなシステムを用いて鋼の連続鋳造を行った。ロングノズルとしては、図７に示されるＡ～Ｃのいずれかの形状を有するもの採用した。また、連続鋳造時の溶鋼のスループットＱを５ｔｏｎ／ｍｉｎ又は１０ｔｏｎ／ｍｉｎ（１２０００ｃｍ３／ｓ又は２３８００ｃｍ３／ｓ）となるようにした。また、ロングノズルの下端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬深さＬＤにて浸漬した。さらに、連続鋳造時、必要に応じて、ロングノズルの内部へと不活性ガスを供給することで、ロングノズル内の二次メニスカス高さΔＨを制御した。下記表１に、実施例及び比較例の各々の連続鋳造条件を示す。また、下記表２に、実施例及び比較例にて採用した鋳片の組成を示す。
図４及び５に示されるようなシステムを用いて鋼の連続鋳造を行った。ロングノズルとしては、図７に示されるＡ～Ｃのいずれかの形状を有するもの採用した。また、連続鋳造時の溶鋼のスループットＱを５ｔｏｎ／ｍｉｎ又は１０ｔｏｎ／ｍｉｎ（１２０００ｃｍ３／ｓ又は２３８００ｃｍ３／ｓ）となるようにした。また、ロングノズルの下端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬深さＬＤにて浸漬した。さらに、連続鋳造時、必要に応じて、ロングノズルの内部へと不活性ガスを供給することで、ロングノズル内の二次メニスカス高さΔＨを制御した。下記表１に、実施例及び比較例の各々の連続鋳造条件を示す。また、下記表２に、実施例及び比較例にて採用した鋳片の組成を示す。
【0068】
尚、表１における「鋼の清浄度指数」とは、厚み２５０ｍｍ幅１８００ｍｍに凝固した鋳片内の介在物濃度を幅中央１／４厚み、１／４幅１／４厚み、３／４幅１／４厚み、幅中央３／４厚み、１／４幅３／４厚み、３／４幅３／４厚み、の６か所から採取した５ｍｍ角×５０ｍｍ長さの試料中の酸化物総量として分析した値を、後に示す比較例４の値を１０として指数化したものである。当該指数が小さいほど、溶鋼の清浄度が高い。
【0069】
ノズル中の気泡がノズル外へ流出すると、その気泡がタンディッシュ湯面に浮上して裸湯（湯湧き）を引き起こす。表１における「気泡の回収率」とは、湯湧きの発生状況をカメラで撮影し、その程度により、以下の基準で評価したものである。
〇：湯湧きが全く発生しない
△：湯湧きが時々発生する
×：湯湧きが常時発生する
〇：湯湧きが全く発生しない
△：湯湧きが時々発生する
×：湯湧きが常時発生する
【0070】
【表1】
【0071】
【表2】
【0072】
２．結果
実施例１～４については、ロングノズルの拡径部における角度θ（θ１、θ２）が５°以上１０°以下であり、二次メニスカスに溶融金属が叩き込まれて多数の気泡が生成した場合に、溶融金属中の当該気泡が上昇する際、拡径部における内壁に気膜が形成され、且つ、当該気膜を高速で浮上させることができた。これにより、溶融金属中に生成させた気泡をノズル内の気相領域へと速やかに回収することができ、気泡がノズルの流出口からノズル外へと流出することを抑制することができた。その結果、ノズル内において気相領域、二次メニスカス及び気泡プルームが維持され、溶鋼の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等が発揮され、タンディッシュにおける裸湯（湯湧き）やショートパスの発生が抑制され、鋼の清浄度が高められた。また、拡径部がノズルの流出口に至るまで存在することで、ノズルの下端から気膜が形成され、気膜形成による気泡の回収効率が一層増大した。これに対し、比較例１～４については、ロングノズルの拡径部における角度θ（θ１、θ２）が５°未満又は１０°超であったことから、溶鋼のスループットが小さい場合及び大きい場合のいずれについても、湯湧きが発生し、また、鋼の清浄度も悪化した。具体的には、比較例１、２については、ノズル下端が直胴部（θ２＝０°）となっていることから、ノズル下端において気膜を生成させることができず、気泡を効率的に回収することができなかった。比較例３、４については、拡径部の角度が２０°と大き過ぎたため、気膜は形成されるものの、当該気膜の浮上速度が気泡の浮上速度よりもむしろ低下した。
実施例１～４については、ロングノズルの拡径部における角度θ（θ１、θ２）が５°以上１０°以下であり、二次メニスカスに溶融金属が叩き込まれて多数の気泡が生成した場合に、溶融金属中の当該気泡が上昇する際、拡径部における内壁に気膜が形成され、且つ、当該気膜を高速で浮上させることができた。これにより、溶融金属中に生成させた気泡をノズル内の気相領域へと速やかに回収することができ、気泡がノズルの流出口からノズル外へと流出することを抑制することができた。その結果、ノズル内において気相領域、二次メニスカス及び気泡プルームが維持され、溶鋼の流速を減速させる効果、非金属介在物を上昇させる効果等が発揮され、タンディッシュにおける裸湯（湯湧き）やショートパスの発生が抑制され、鋼の清浄度が高められた。また、拡径部がノズルの流出口に至るまで存在することで、ノズルの下端から気膜が形成され、気膜形成による気泡の回収効率が一層増大した。これに対し、比較例１～４については、ロングノズルの拡径部における角度θ（θ１、θ２）が５°未満又は１０°超であったことから、溶鋼のスループットが小さい場合及び大きい場合のいずれについても、湯湧きが発生し、また、鋼の清浄度も悪化した。具体的には、比較例１、２については、ノズル下端が直胴部（θ２＝０°）となっていることから、ノズル下端において気膜を生成させることができず、気泡を効率的に回収することができなかった。比較例３、４については、拡径部の角度が２０°と大き過ぎたため、気膜は形成されるものの、当該気膜の浮上速度が気泡の浮上速度よりもむしろ低下した。
【0073】
尚、拡径部を有しないロングノズル（例えば、ストレートノズル）を用いた場合、ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを安定して維持することができず、溶鋼の叩き込みによる気泡の生成が困難であった。ロングノズル内に気相領域及び二次メニスカスを安定して維持するためには、ロングノズルが最小径部の下流に拡径部を有することが好ましいといえる。
【0074】
以上の結果から、以下のロングノズル（１）やノズルシステム（２）によれば、取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給する際、ロングノズル内の二次メニスカスに溶融金属を叩き込んで多数の気泡を生成させた場合に、当該気泡をノズル内の気相領域へと効率的に回収することが可能といえる。これにより、ノズル内に気相領域、二次メニスカス及び気泡プルームを維持し易くなり、溶融金属の流速を低減し易く、タンディッシュにおけるショートパスや裸湯の発生を抑え易くなる。結果として、溶融金属の清浄度が高まり易い。
【0075】
（１）取鍋からタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するための筒状単孔のロングノズルであって、
流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有し、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下であるもの。
（２）取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するノズルシステムであって、
前記ロングノズルが、上記のものであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在するもの。
流入口、最小径部、拡径部及び流出口を有し、
前記最小径部が、前記流出口よりも前記流入口側に存在し、
前記拡径部が、前記最小径部から前記流出口に至るまで存在して、前記最小径部から前記流出口に向かうにつれてノズルの内径が拡大しており、
ノズルの長手断面形状において、前記拡径部におけるノズル内壁面とノズルの軸Ｘとのなす角度θが、５°以上１０°以下であるもの。
（２）取鍋からロングノズルを介してタンディッシュへと溶融金属を下向きに供給するノズルシステムであって、
前記ロングノズルが、上記のものであり、
前記ロングノズルの前記流出口が、前記タンディッシュにおける前記溶融金属の液面よりも下方、且つ、前記タンディッシュの底面よりも上方に位置し、
前記ロングノズルの内部に不活性ガスを含む気相領域と前記溶融金属の二次メニスカスとが存在し、
前記二次メニスカスが、前記最小径部よりも前記流出口側に存在するもの。
【符号の説明】
【0076】
１０ ロングノズル
１１ 流入口
１２ 最小径部
１３ 拡径部
１４ 流出口
１５ 直胴部
１００ ノズルシステム
１０１ 取鍋
１０１ａ 底面
１０１ｂ 側壁
１０２ タンディッシュ
１０２ａ 底面
１０２ｂ 側壁
１０２ｃ 蓋
１０５ 溶融金属
１１１ コレクターノズル
１１２ 流量調整機構（スライディングノズル）
１１２ａ スライド板
１１３ 不活性ガス供給機構
１２０ ノズル
１１ 流入口
１２ 最小径部
１３ 拡径部
１４ 流出口
１５ 直胴部
１００ ノズルシステム
１０１ 取鍋
１０１ａ 底面
１０１ｂ 側壁
１０２ タンディッシュ
１０２ａ 底面
１０２ｂ 側壁
１０２ｃ 蓋
１０５ 溶融金属
１１１ コレクターノズル
１１２ 流量調整機構（スライディングノズル）
１１２ａ スライド板
１１３ 不活性ガス供給機構
１２０ ノズル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】