続いて、添付した図面を参照しつつ、本発 明を具体化した実施の形態につき説明し、本 発明の理解に供する。

本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬 ノズル(以下では、単に「浸漬ノズル」と呼� �。)10の形状を図1(A)、(B)に示す。
浸漬ノズル10は、底部15を有する円筒状の管� �11からなり、内部に形成された流路12の上端� ��溶鋼の流入口13とされている。一方、管体11 の下がわ側面部には、流路12と連通する一対� ��吐出孔14が対向して形成されている。なお� �浸漬ノズル10には耐スポーリング性及び耐食 性が要求されるため、管体11はアルミナ黒鉛� ��などの耐火物によって形成されている。

吐出孔14は正面視してコーナー部にアール� ��設けられた矩形状とされ、一対の吐出孔14� �に在って流路12を画成する内壁18には、内方� ��向けて突出し当該内壁18を水平方向に横断� �る突条部16が対向配置されている。即ち、対 向する突条部16は、一対の吐出孔14の中心を� �る鉛直面を挟んで対称に配置されている。� �条部16間のクリアランスは一定とされ、延在 方向の両端部は、外方に向けて下方に傾斜す る傾斜部16aとされている(図3参照)。一方、各 吐出孔14の上端面14a及び下端面14bも外方に向� ��て下方に傾斜しており、本実施の形態では� ��突条部16に形成された傾斜部16aと吐出孔14の 上端面14a及び下端面14bとは同じ傾斜角度とさ れている。

突条部16は、内壁18の一方の側端(一方の吐� ��孔14との境界位置)から他方の側端(他方の吐 出孔14との境界位置)まで水平方向に延在して いる。突条部16の延在方向の端面は、図3(A)に 示すように、延在方向と直交する鉛直面とす ることが好ましい。但し、管体11が円筒状等� ��場合、図3(B)に示すように、突条部16の延在� ��向端面の形状を管体11の外周面の形状に合� �せてもよく、これによって溶鋼の吐出流が� �響を受けることはない。

なお、管体11の底部15には、凹陥状の湯溜り� �17を形成することが好ましい。このような凹 陥状の湯溜り部17が管体11の底部15に無くても 本発明の効果に影響はないが、浸漬ノズル10� ��注湯された溶鋼を一旦、湯溜り部17で受け� �ことにより、両吐出孔14へ、より均一かつ、 より安定的に分散させることができる。
また、吐出孔14の水平方向の幅a’は、流路12� ��幅(円筒状の流路12の場合は直径)と同じ場合 でも異なる場合でも本発明の効果に影響はな い。

[水モデル試験]
次に、突条部16を備えた吐出孔14の最適形状� �確定するため、上記構成からなる浸漬ノズ� �10の模型を用いて実施した水モデル試験につ いて説明する。

最初に、突条部16を備えた吐出孔14の最適形� �を確定するためのパラメータを定義してお� �。吐出孔14を正面視して、吐出孔14の水平方� ��の幅をa’、鉛直方向の幅をb’とする。突� �部16は矩形状断面とし、突条部16の端面の突� ��高さをa、鉛直方向の幅をbとすると共に、� �出孔14の上縁から突条部16の端面の鉛直方向� ��幅の1/2までの鉛直距離をcとする(図2参照)。 ここで、「矩形状断面」は、矩形断面の角部 にアールを有するものを含む。また、突条部 16の延在方向に関し、一対の吐出孔14の直上� �おける流路12の幅をL ₁ 、傾斜部16aを除いた突条部16の長さ(水平部16b の長さ)をL ₂ とする(図3参照)。なお、突条部16に形成され� ��傾斜部16a並びに吐出孔14の上端面14a及び下� �面14bの下向き傾斜角度をθとし、吐出孔14コ� ��ナー部の曲率半径をRとする。

図4に、水モデル試験を説明するための模式� �を示す。
鋳型21は、縮尺1/1とし、アクリル樹脂で作製� ��た。鋳型21のサイズは、長辺方向の幅(図4で は左右方向)を925mm、短辺方向の幅(紙面に垂� �な方向)を210mmとした。また、浸漬ノズル10か ら鋳型21に流入される水は、ポンプを用いて� ��引抜き速度が1.4m/minに相当するように循環� �せた。

浸漬ノズル10は、鋳型21の中央に配置し、各� �出孔14が鋳型21の短辺がわ側壁23に面するよ� �にした。また、鋳型21の短辺がわ側壁23から3 25mm(長辺方向の幅の1/4)、水面から30mmの位置� �、プロペラ型の流速検出器22を設置し、反転 流Frの流速を3分間測定した。そして、測定さ れた左右の反転流Frの流速について標準偏差� ��差δσ及び平均流速V _av を算出して評価した。

ここで、反転流速と鋳込速度(スループット)� ��の関係について説明しておく。
浸漬ノズルを挟んで左右の反転流速の標準偏 差の差δσとスループットの関係及び左右の� �転流速の平均値V _av とスループットとの関係について明らかにす るために水モデル試験を実施したところ、ス ループットが増大するにつれてδσ及びV _av が比例的に増大することが確認された。その 際、鋳型サイズ及び浸漬ノズルの流路断面積 としては、スラブの連続鋳造において一般的 に使用される、長辺方向700mm~2000mm×短辺方向1 50mm~350mmの鋳型及び15cm ² ~120cm ² (φ50mm~φ120mm)の浸漬ノズルを想定している。
スループットが1.4ton/min未満の場合、湯面に� �ける反転流速が不足傾向となり、7ton/minを超 えると、反転流速が増大し、湯面変動の増大 やモールドパウダーの巻き込みなどによる鋼 品質の低下が懸念される。因って、スループ ットは1.4ton/min~7ton/minであることが望ましく� �左右の反転流速の標準偏差の差δσが2.0cm/sec� ��下且つ左右の反転流速の平均値V _av が10cm/sec~30cm/secである場合に、スループット� ��上記最適範囲に収まることが判明した。従� ��て、以下に示す水モデル試験結果では、δσ が2.0cm/sec以下且つV _av が10cm/sec~30cm/secであることを評価基準として� ��各パラメータを決定した。
なお、水モデル試験におけるスループット値 は、溶鋼比重/水比重=7.0として溶鋼換算した� ��である。

図5(A)はa/a’とδσとの関係、図5(B)はa/a’とV _av との関係を示したグラフである。図中、◆が 試験結果、実線は回帰曲線を示し、これらは 以降のグラフにおいても同様である。同図よ り、a/a’が0.05~0.38の範囲内にある場合に、δ� �が2.0cm/sec以下且つV _av が10cm/sec~30cm/secであることがわかる。
a/a’が0.05未満の場合、遮流及び整流効果が� �分発揮されず、鋳型内の浸漬ノズル左右の� �れが非対称となり、反転流速も30cm/secを超え る。その結果、湯面変動が激しく、モールド パウダー巻き込み等の悪影響が生じる。一方 、a/a’が0.38を超えると、吐出孔下方の流速� �不足気味、換言すれば吐出孔上方の流速が� �大となり、反転流速も30cm/secを超える。その 結果、湯面変動が激しく、モールドパウダー 巻き込み等の悪影響が生じる。
なお、本試験を実施した際の他のパラメータ 値は以下の通りである。
b/b’=0.25、c/b’=0.57、L ₂ /L ₁ =0.83、θ=15°、R/a’=0.14

図6(A)はb/b’とδσとの関係、図6(B)はb/b’とV _av との関係を示したグラフである。同図より、 b/b’が0.05~0.5の範囲内にある場合に、δσが2.0 cm/sec以下且つV _av が10cm/sec~30cm/secであることがわかる。
b/b’が0.05未満とb/b’が0.5を超える場合は、a/ a’の場合と同様の現象が発生し、湯面変動� �激しく、モールドパウダー巻き込み等の悪� �響が生じる。
本試験を実施した際の他のパラメータ値は以 下の通りである。
a/a’=0.21、c/b’=0.48、L ₂ /L ₁ =0.77、θ=15°、R/a’=0.14

図7(A)はc/b’とδσとの関係、図7(B)はc/b’とV _av との関係を示したグラフである。同図より、 δσはc/b’値の変化に敏感ではないが、V _av に関しては、c/b’が0.15~0.7の範囲内にある場� ��に、V _av が10cm/sec~30cm/secとなることがわかる。
c/b’が0.15未満とc/b’が0.7を超える場合は、a/ a’の場合と同様の現象が発生し、湯面変動� �激しく、モールドパウダー巻き込み等の悪� �響が生じる。
本試験を実施した際の他のパラメータ値は以 下の通りである。
a/a’=0.24、b/b’=0.25、L ₂ /L ₁ =0.77、θ=15°、R/a’=0.14

図8(A)はL ₂ /L ₁ とδσとの関係、図8(B)はL ₂ /L ₁ とV _av との関係を示したグラフである。同図より、 L ₂ /L ₁ が0~1の範囲内にある場合に、δσが2.0cm/sec以� �且つV _av が10cm/sec~30cm/secであることがわかる。L ₂ /L ₁ =0は、L ₂ =0、即ち、水平部16bの無い逆V字状の突条部16� ��あることを示している。一方、L ₂ /L ₁ が1を超えると、浸漬ノズルの製造が困難に� �るという製造上の問題がある。
なお、本試験を実施した際の他のパラメータ 値は以下の通りである。また、図8における� �は、突条部16が無い場合の結果を比較例とし て示したものである。
a/a’=0.29、b/b’=0.25、c/b’=0.5、θ=15°、R/a’=0. 14

図9(A)はR/a’とδσとの関係、図9(B)はR/a’とV _av との関係を示したグラフであり、R/a’=0.5は� �吐出孔の形状が長円形又は円形であること� �示している。同図より、R/a’が大きくなる� �、若干δσの値が大きくなるものの、特に大� ��な変化はないことがわかる。一方、V _av については、R/a’が大きくなると、吐出孔面 積が小さくなることによる影響により、反転 流速が増加する傾向にある。しかしながら、 V _av は10cm/sec~30cm/secの範囲内にあり、コーナー部� ��アールを大きくした場合でも、突条部が有� ��に作用することが確認された。
なお、本試験を実施した際の他のパラメータ 値は以下の通りである。また、本試験におけ る鋳型サイズは1500mm×235mm、鋳込速度は3.0ton/m inである。
a/a’=0.13、b/b’=0.25、c/b’=0.4、L ₂ /L ₁ =1、θ=0°

表1は、本発明の一実施の形態に係る連続鋳� �用浸漬ノズルについて、管体の底部に湯溜� �部が有る場合と無い場合に関して実施した� �モデル試験結果を示したものである。同表� �り、δσ及びV _av は、湯溜り部の有無にかかわらずほぼ等しい 値を示すと共に最適範囲内にあることがわか る。
なお、本試験を実施した際のパラメータ値は 以下の通りである。また、本試験における鋳 型サイズは1200mm×235mm、鋳込速度は2.4ton/minで� ��る。
a/a’=0.14、b/b’=0.33、c/b’=0.5、L ₂ /L ₁ =1、θ=0°、R/a’=0.14

[流体解析]
次に、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造 用浸漬ノズル及び従来の連続鋳造用浸漬ノズ ルの吐出流について、それぞれ実施した流体 解析について説明する。

流体解析には、フルーエント・アジア・パシ フィック(株)製のFLUENT(流体解析ソフトウェア )を使用した。図10に流体解析に使用した解析 モデルを示す。同図において(A)が実施例、(B) が従来例である。本解析では、従来例として 、底部を有する円筒状管体の下がわ側面部に 流路と連通する一対の吐出孔が対向して形成 された浸漬ノズルを用いた。一方、実施例は 、対向する突条部を従来例に設けたものであ り、諸元は以下の通りである。a/a’=0.13、b/b� ��=0.13、c/b’=0.43、L ₂ /L ₁ =0.68、θ=15°
また、鋳型は長辺方向1540mm、短辺方向235mmと� ��、鋳込速度は2.7ton/minとした。

図11(A)、(B)に実施例の流体解析結果を、図1 2(A)、(B)に従来例の流体解析結果をそれぞれ� �す。これらの図より、実施例は、鋳型内に� �ける左右の偏流が従来例に比べて少なく、� �面の反転流速も低減されていることがわか� �。その結果、湯面変動が小さくなり、優れ� �スラブ品質と高速鋳造による生産効率の向� �が可能となる。

また、図13は、実施例に関して、吐出孔の上� ��面及び下端面の傾斜角度に対して突条部に� ��成された傾斜部の傾斜角度を変化させた場� ��における左右の反転流速の平均値V _av の値を、流体解析により算出した結果を示し たものである。同図において、δθは、突条� �に形成された傾斜部の傾斜角度と吐出孔の� �端面及び下端面の傾斜角度との差であり、δ θが負の場合、突条部に形成された傾斜部の� ��うが、吐出孔の上端面及び下端面よりも上� ��きであることを意味している。
同図より、δθがゼロの場合、即ち突条部に� �成された傾斜部と吐出孔の上端面及び下端� �が同じ傾斜角度である場合が、V _av が最も小さくなることがわかる。また、δθ� �-10°~+7°の範囲において、V _av が10cm/sec~30cm/secとなり、良好な反転流速を示� ��ことが確認された。

さらに、実施例において、突条部に形成され た傾斜部の傾斜角度と吐出孔の上端面及び下 端面の傾斜角度とを同期させて変化させた場 合における吐出流について、流体解析により 検討した。その結果を図14~図17に示す。その� ��の諸元は以下の通りである。
図14(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.25、c/b’ =0.4、L ₂ /L ₁ =1、θ=0°、鋳込速度:3.0ton/min
図15(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.13、c/b’ =0.43、L ₂ /L ₁ =0.68、θ=25°、鋳込速度:2.7ton/min
図16(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.13、c/b’ =0.43、L ₂ /L ₁ =0.68、θ=35°、鋳込速度:2.7ton/min
図17(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.13、c/b’ =0.43、L ₂ /L ₁ =0.68、θ=45°、鋳込速度:2.7ton/min
図14~図17及び先に示したθ=15°の解析結果(図11 )より、傾斜角度が0°~45°の場合、鋳型内にお ける吐出流の偏流は少なく、湯面の反転流速 も低減されることがわかる。

以上、本発明の一実施の形態について説明 してきたが、本発明は何ら上記した実施の形 態に記載の構成に限定されるものではなく、 特許請求の範囲に記載されている事項の範囲 内で考えられるその他の実施の形態や変形例 も含むものである。例えば、上記実施の形態 では、連続鋳造用浸漬ノズルの管体は円筒状 としているが、角形状など他の形状も含むも のである。また、上記実施の形態では、突条 部の両端部に傾斜部を設けているが、突条部 に傾斜部を設けず、吐出孔の上端面及び下端 面を水平としてもよい。なお、連続鋳造用浸 漬ノズルの吐出孔の形状は矩形状が好ましい が、長円形や楕円形などでもよい。