JP2006297476A - 溶融金属の注入用ノズルの加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル全体を均一に高温まで予熱でき、さらに溶融金属の注入開始時における熱衝撃を緩和できる様な予熱により、ノズルの寿命を向上できるノズル予熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 溶融金属の注入用ノズルの加熱装置として、誘導加熱用コイルが溶融金属の注入用ノズルの上部と下部に設けられ、上部の誘導加熱用コイルは溶融金属の注入用ノズルの内側に、下部の誘導加熱用コイルは溶融金属の注入用ノズルの外側に設けられたことを特徴とする溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄鋼の連続鋳造プロセスにおける溶融金属の注入用ノズルの予熱を目的とした加熱装置に関する。

溶融金属の注入用ノズル（以下、ノズルと称する。）は、溶融金属を容器または鋳型に注ぎ込む耐熱性の部品であり、ロングノズル（溶鋼鍋からタンディッシュに溶融した鋼を注ぎ込むノズル）や浸漬ノズル（タンディッシュから鋳型に溶融した鋼を注ぎ込むノズル）などが例示される。

一般的に、これらのノズルは、溶融金属の凝固の防止と、ノズルが受ける熱衝撃の緩和を目的として、予熱して使用される。すなわち、ノズルを予熱することで、ノズルに高温の溶融金属が接触した際に、溶融金属が冷却されて凝固することを防止できるため、ノズルの閉塞を引き起こすことを回避でき、またノズルが急激な温度変化を受けることによる熱衝撃を緩和することにより、ノズルの亀裂の生成を抑制できるため、ノズルの寿命が短くなることも防止できる。

そこで、従来から、ノズルは予熱して使用されており、予熱する手段としては、一般的にガスバーナーが使用されている。

しかし、ガスバーナーを用いてノズルを予熱する場合、ガスバーナー付近のノズルの温度が高くなるため、ノズルに熱応力が発生するという問題がある。すなわちノズルの温度の高い場所が熱膨張するのに対し、ノズルの温度の低い場所は熱膨張していないため、ノズルの温度の低い場所に引張応力を発生してしまう。この引張応力がノズルの引張強度よりも大きいと、ノズルに亀裂が生じ、寿命を低下させる原因となる。

さらに、ガスバーナーを用いた予熱では、ノズルの酸化が問題となる。すなわち、一般的にノズルに使用される材料は黒鉛を含有しているため、ノズルを大気中でそのまま加熱すると、ノズル中の黒鉛が酸化されてしまう。黒鉛の酸化は、ノズルの強度や溶融金属に対する耐食性が低下するという点において問題である。

この対策として、通常は、酸化防止剤をノズル表面に予め塗布して、ノズルの酸化を防止している。この酸化防止剤は、高温で融解してノズル表面に膜を形成し、大気とノズルを遮断してノズルの酸化を防ぐものである。

しかし、ガスバーナーを用いて予熱する場合、ガスバーナー付近では激しい気流が発生してしまい、この気流によりノズル表面に塗布されていた酸化防止剤が剥離し、その部分からノズルが酸化してしまうといった問題がある。

これに対し、ノズルを均一に予熱でき、また予熱手段から気流等が発生しない方法として、誘導加熱方式がある。誘導加熱方式は、加熱対象物が導電性を有するものであれば適用できる。従って、ノズルは一般的に黒鉛を含有していることから、誘導加熱方式を適用できる。

誘導加熱方式によるノズルの予熱は、ノズル自体を発熱させる予熱方法なので、熱損失が小さく、エネルギー効率が高い。また、ノズル全体を均一に予熱でき、ノズルの予熱設定温度に対する制御性も良好である。

さらに、誘導加熱方式によるノズルの予熱によれば、誘導加熱方式自体による気流の発生はなく、ノズルの周囲の気体が対流する程度であり、ガスバーナーによる予熱に比べると気流の発生が少ないため、ノズルに塗布されていた酸化防止剤が剥離し難く、酸化防止剤を有効に機能させやすい。また、ガスバーナーによる予熱の様な燃焼方式ではないので、雰囲気ガスを大気から不活性ガスであるアルゴンガス等に置換でき、これによりノズルの酸化は抑制できる。

この様な、誘導加熱方式による耐火性成形部品の加熱方法として、例えば特許文献１が開示されている。これは、ノズルと同様の形状である中空部を有する耐火性成形部品の内部空間に、コイルを差し込み、このコイルに交流電流を通すことによって耐火性成形部品を誘導加熱し、その後コイルを抜き取る加熱方法である。

特開平９−１２２９０１号公報

ノズルの予熱は、溶融金属温度に近づくほど好ましいため極力高温まで昇温でき、さらにノズル全体を均一に予熱できることが要求される。

しかし、上記の特許文献１の方法は、ノズルの内側全体に誘導加熱用コイル（以下、コイルと称する。）を配置しているため、この方法をノズルの予熱に適用した場合、コイルの外側は磁束が発散しており、消費電力量に対してノズルの発熱に有効にエネルギーが使用できず、ノズル全体の予熱温度を高くすることが困難である。

またノズルが長尺になるほど、コイルをノズルの中心に正確に挿入するのが困難となり、作業性にも問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するものであって、ノズル全体を均一に高温まで予熱でき、さらに溶融金属の注入開始時における熱衝撃を緩和できる様な予熱により、ノズルの寿命を向上できるノズル予熱装置を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１） 溶融金属の注入用ノズルの加熱装置として、誘導加熱用コイルが溶融金属の注入用ノズルの上部と下部に設けられ、上部の誘導加熱用コイルは溶融金属の注入用ノズルの内側に、下部の誘導加熱用コイルは溶融金属の注入用ノズルの外側に設けられたことを特徴とする溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
（２） （下部の誘導加熱用コイルの内径）／（溶融金属の注入用ノズルの外径）を、所定の範囲とすることを特徴とする（１）に記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
（３） 下部の誘導加熱用コイルが、１本の導線で、溶融金属の注入用ノズルを２本以上加熱できる構造としたことを特徴とする（１）または（２）記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
（４） 下部の誘導加熱用コイルを、溶融金属の注入用ノズルの高さ方向に対し、側面から挿入または取り出し可能な構造としたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
（５） 下部の誘導加熱用コイルに代え、燃焼または電気抵抗による発熱を利用した加熱装置が設けられたことを特徴とする（１）記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。

本発明の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置は、コイルをノズル上部内側に設け、ノズル下部の加熱手段を独立させて設けたことにより、溶融金属の注入開始時に熱衝撃を受けるノズル上部の内側を集中的に加熱しつつ、ノズル全体も均一に高温まで加熱できるという効果を奏する。

また、ノズル上部の内側の熱衝撃よる亀裂を抑えることができるため、ノズルの寿命が向上する。

さらに、ノズルが受ける熱衝撃を抑制できることで、ノズルの設計の自由度を増すことが可能となる。すなわち、ノズル厚みを薄くできることによるノズルの軽量化や、耐熱衝撃性が弱い材料でも使用できることによる材料選定の拡大化が図れる。

本発明者らは，誘導加熱装置を用いて、ノズルが溶融金属と接触した際に大きな熱衝撃を受けるノズル上部の内側を集中的に加熱しつつ、ノズル全体も均一に高温まで加熱するために有効な加熱手段の配置を見出し、本発明に至った。以下に詳細に説明する。

本発明のノズルの誘導加熱装置の第一の形態は、図１に示すようにコイルをノズル１の上部と下部に配置し、上部コイル（上部の誘導加熱用コイル）はノズルの内側に、下部コイル（下部の誘導加熱用コイル）はノズルの外側に設けたものである。

ここで、上部コイル３とは、ノズルを流れる溶融金属の上流側に配置されたコイルを、また下部コイル４とは、ノズルを流れる溶融金属の下流側に配置されたコイルを意味しており、相対的な位置関係を表している。

従って、垂直に設定されたノズルの場合、上部コイルはコイルの上端をノズルの高さ方向でもっとも上部に配置されたコイルであり、また下部コイルは、上部コイルに対して高さ方向で下に配置されたコイルである。

但し、上部コイルと下部コイルは、高さ方向で、一部重なった部分があっても良い。

また、ノズルが斜め、または水平に設定されている場合でも、上部コイルとは、ノズルを流れる溶融金属の上流側に配置されたコイルを、また下部コイルとは、ノズルを流れる溶融金属の下流側に配置されたコイルを意味している。

また、ノズルが長尺の場合等、作業性を考慮して、上部コイルや下部コイルが、複数に分割されていても良い。

この様に、上部コイルはノズルの内側に配置されていることで、ノズル上部の全体を加熱するのではなく、ノズル上部の肉厚の内側を集中的に加熱できるため、溶融金属がノズルと接触する部分と溶融金属の温度差を小さくでき、熱衝撃を低減できる。

上部コイルをノズルの外側に配置すると、ノズル上部の肉厚の外側から加熱されるため、溶融金属がノズルと接触する部分であるノズルの内側を的確に加熱できない。そのため本発明の様に上部コイルをノズルの内側に配置することは、非常に有効である。

また、ノズル全体は高温に加熱することが重要であるため、下部コイルをノズルの外側に配置した。これにより下部コイルから発生する磁束はコイルの内側に集中しているため、ノズルをより高温に均一に加熱できる。

また、上部コイルの配置されている箇所と、下部コイルの配置されている箇所を、完全に均一な温度に制御することは困難であるが、極力同じ温度に近づく様に制御を行うことが好ましい。ただし、ノズルに亀裂を発生させるような歪を生じない範囲の温度差を事前に把握しておき、その許容範囲内で制御すれば良い。

上部コイルおよび下部コイルは、表面に絶縁物を被覆された導電線をらせん状に巻き、断熱材により保護したものが例示できる。上部コイルおよび下部コイルとして中空を有する導電線を用いる場合は、導電線の空洞に冷却水を流すことで冷却され、また、中空を有さない導電線を用いる場合は冷却できないため、導電線の温度上昇に伴う導電線の強度低下によりコイル形状が変化しないことを考慮することが好ましく、コイルとノズルの距離を大きくすることが例示される。

また、導電線には電気抵抗の小さい材質であればよく、特に規定するものではないが、その観点から、例えば銅を用いることが好ましい。

上部コイルが配置される位置は、溶融金属がノズルに接触して熱衝撃を受け易い箇所に対応する高さとすれば良く、特に規定するものではないが、通常、用いられるノズル（１０００ｍｍ程度の長さ）であれば、ノズル上端から１００〜５００ｍｍ程度が好ましく、１００〜３００ｍｍ程度がさらに好ましい。

また、下部コイルが配置される位置も、特に規定するものではなく、上部コイルの配置される位置に対して相対的に下部に配置されていれば良い。また、ノズル全体を高温に加熱するためには、ノズル下端から高いほど好ましい。ただし、ロングノズルおよび浸漬ノズルの場合は、上部に鋼製カバーが装着されているため、下部コイルはノズルに装着された鋼製カバーよりも下になるようし、鋼製カバーが加熱されないようにすることが好ましい。この際、下部コイルの上端と鋼製カバーの下端との距離は、出力や鋼製カバーの形状などによって決めれば良いが、１０〜１００ｍｍ程度が好ましい。

さらに、ノズルの内側に設ける上部コイルの外側表面とノズルの内側表面との距離が小さいほどノズルは加熱されやすく、この距離が１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、ノズルの形状が高さ方向で一定でない場合には、上部コイルの直径をノズルの形状と極力一致させることで均一な加熱ができ、ノズル内側表面と上部コイル外側表面との間隔のばらつきの範囲を±１０ｍｍ以内にすることが好ましい。ただし、加熱温度が高い場合には、加熱されたノズルから上部コイルが受ける熱も大きく、上部コイルが十分に冷却できないため、ノズル内側表面と上部コイル外側表面との距離を１０ｍｍ超としても良い。

一方、下部コイルは、ノズル外側表面と下部コイル内表面の間隔が近いほど、ノズルに発生する電流が大きいなどの点で加熱性能が向上する。しかし、この間隔が近いほど、ノズルの挿入や抜き出しの作業性が悪くなってしまう。そこで発明者らは検討の結果、加熱性能と作業性を両立するために、この間隔を、作業性を確保でき、かつ、加熱性能がほとんど低下しない様に、（下部の誘導加熱用コイルの内径）／（溶融金属の注入用ノズルの外径）を、所定の範囲とすることが好ましいことを見出した。

上記の（下部の誘導加熱用コイルの内径）／（溶融金属の注入用ノズルの外径）の所定の範囲については、特に規定するものではなく、適宜設定できるものである。

例えば、その下限値は、作業性で許容できる値に、適宜設定できる。一方、その上限値は加熱性能がほとんど低下しない値、あるいは少し低下しても許容できる値に、適宜設定できる。特に、上限値については、誘導加熱用コイルに用いる電流値等により、変化するため、使用する条件等に応じて、予め上限値を把握しておくことで実施できる。

一例として、円筒形の溶融金属の注入用ノズル下部を、水平断面が円形の誘導加熱用コイルを用いて予熱することを模擬して、円筒形の試験片を誘導加熱用コイルで加熱する試験を行った。

試験片には、ロングノズルや浸漬ノズルに使用される、アルミナ−シリカ−黒鉛質の耐火物を用いた。試験片は、直径が１１５ｍｍの円筒形状とし、この直径（外径）に対し、１．３倍〜２．６倍の内径のコイルを用いた。また、試験片の長さ、およびコイルの長さは、いずれも２００ｍｍとした。試験は、コイルに最大２０ｋＷ出力できる高周波発振装置を接続し、コイル内の中央位置に試験片を置き、出力させたときに得られる限界出力を記録した。

得られた結果から、図２に、コイルの内径／試験片の外径と、限界出力率の関係を示す。ここで、図２の縦軸に示される、限界出力率（％）は、「限界出力／装置の最大出力×１００」とした。

図２から、コイル内径／試験片の外径が１．９倍以下であれば、限界出力率を９０％以上と高位に維持できており、充分な加熱性能が得られていることが分かる。

従って、この試験結果から、実際に溶融金属の注入用ノズル下部を予熱する場合、（下部の誘導加熱用コイルの内径）／（溶融金属の注入用ノズルの外径）の上限値は１．９であることが好ましいことがわかる。また、この下限値は実験的な知見から、１．２が推奨できる。

この様に、（下部の誘導加熱用コイルの内径）／（溶融金属の注入用ノズルの外径）を１．２〜１．９とすることで、加熱性能を低下させることなく、ノズルの挿入や抜き出しの作業性とを両立できるため好ましく、より好ましくは１．４〜１．６が推奨できる。

また、溶融金属の注入用ノズルの形状が円錐台の場合は、溶融金属の注入用ノズルの外径としては、ノズルの挿入や抜き出しの作業性の観点から、最大外径を対象とすれば良い。

一方、下部の誘導加熱用コイルの形状が円錐台の場合は、同様に作業性の観点から、最小内径を対象とすれば良い。

さらに、溶融金属の注入用ノズルの形状、および下部の誘導加熱用コイルの形状の、いずれも円錐台の場合は、
（下部の誘導加熱用コイルの最小内径）／（溶融金属の注入用ノズルの最大外径）を所定の範囲とすれば良い。

また、溶融金属の注入用ノズルの水平断面の形状、および下部の誘導加熱用コイルの水平断面の形状の、いずれも楕円の場合は、どちらも長径を対象とし、
（下部の誘導加熱用コイルの長径）／（溶融金属の注入用ノズルの長径）を所定の範囲とすれば良い。

以上の通り、基本的な考え方として、（下部の誘導加熱用コイルの内径）／（溶融金属の注入用ノズルの外径）を所定の範囲とすることで、加熱効率と作業性を両立することができる。

また、（誘導加熱用コイルの長さ）／（誘導加熱用コイルの直径）が大きいほど、誘導加熱用コイルに発生する磁束がノズルに集中するため、下部コイルの直径は、下部コイルの長さ以下、さらに好ましくは下部コイルの長さの０．７〜０．５倍以下に設計することが加熱効率の点で好ましい。この範囲であれば、ノズルの加熱効率を維持しつつ、ノズルの挿入や抜き出しの作業性を向上できる。

上部コイルおよび下部コイルは可動式または固定式のどちらでも良い。すなわち、ノズルにそれぞれのコイルを挿入し、加熱した後にそれぞれのコイルを抜き出しても良いし、固定されたそれぞれのコイルにノズルを挿入し、加熱した後にノズルを抜き出しても良い。

本発明に使用する電力は、ノズルの熱容量、加熱温度および加熱時間によって決定される。また交流電流の周波数は５ｋＨｚ以上が好ましく、５ｋＨｚ 〜６０ｋＨｚの範囲がさらに好ましい。周波数を５ｋＨｚ 〜６０ｋＨｚに設定すると、ノズルを均一に加熱するのに有効である。

また、加熱を均一でなく、ノズルの表面に集中させたい場合には、周波数を１００ｋＨｚ以上に設定すると良い。周波数が大きいほど、加熱がノズルの表面に集中する。

次に、本発明のノズルの誘導加熱装置の第二の形態は、前記の第一の形態の加熱装置の下部コイルを、１本の導線で形成された下部コイルであって、２本以上のノズル１を加熱できる構造としたものである。

具体的には、図２に示す様な、１本の導線でらせん状コイルを２つ以上形成した構造や、また図３に示す様な、ノズル１を２本以上挿入可能な大きさのらせん状コイル等が例示される。

また、１本の導線としているのは、２本以上のノズルを加熱する際に、１つの電源を用いるためである。この様に、コイルの構造を変化させて、電源を１つにすることで、電源の初期投資を低減でき、さらに設備も簡略化できるため、好ましい。

ここで、１本の導線とは、２本以上の導線を導電体で溶接して得られた導線も含まれる。すなわち、コイルに使用される際に、導電体を介して、連続した１本の導線となっているものも含まれる。

さらに、本発明のノズルの誘導加熱装置の第三の形態は、前記の第一の形態または第二の形態の加熱装置の下部コイルを、ノズルの高さ方向に対し、側面から挿入または取り出し可能な構造にしたものである。すなわち、ノズルを側面から挿入できる空間部を有する形状のコイルであれば、特にその形状は規定するものではない。具体的には、図４に示す様な構造が例示される。

第三の形態の下部コイルでは、エネルギー効率がらせん状のコイルに比べてやや劣るものの、例えば水平移動によりノズルを挿入でき、ノズルの挿入作業が簡単となる点で好ましい。ノズルを挿入させる方向としては、斜め方向の移動でも構わない。また、ノズルを固定しておいてコイルを移動させても良い。

なお、２本以上のノズルであっても、ノズルの挿入作業は簡単にできる。このため、２本以上のノズルを１つの電源により同時に加熱できるため、電源の初期投資を抑えられる点および作業効率の点で好ましい。

なお、第三の形態の下部コイルでは、ノズルが長尺の場合や複雑な形状の場合等は、作業性を考慮して、コイルを分割し、複数の電源に接続してもよい。

また、本発明のノズルの誘導加熱装置の第四の形態は、前記の第一の形態の加熱装置の下部コイルを、他の加熱手段で代用し、ノズルを全体的に加熱するものである。

他の加熱手段としては、燃焼または電気抵抗による発熱を利用する加熱装置が例示される。またこのとき上部コイルの配置する場所は、ノズルの内側が最初に溶融金属が接触する場所に配置することが好ましいことは、本発明のノズルの誘導加熱装置の第一の形態と同様である。

燃焼を利用する加熱装置とは、例えば図５に示すような、ガスバーナーが挙げられる。この場合は、ノズル１が酸化し難い程度の出力に調節する必要がある。

また、電気抵抗による発熱を利用する加熱装置とは、図６に示すような炭化珪素製の発熱体７に直流電流を通す装置などが例示できる。

これらの加熱方法は、放熱を少なくするために図５および図６に示すような耐熱炉を設けることが好ましい。

本発明をノズルの予熱へ適用することで、少なくともノズルの上部が受ける熱衝撃を低減できるため、ノズルの長寿命化が可能となる。

一方、ノズルの長寿命化よりもノズルのコスト低減を指向する場合は、ノズル厚みを薄くしても、ノズルの耐熱衝撃性は確保されるため、ノズルの肉厚をより薄く設計でき、ノズルの軽量化を図ることができる。また、ノズルが受ける熱衝撃を低減できることにより、耐熱衝撃性が弱い材料を選定することも可能となり、耐食性に優れた材料や安価な材料をノズルに適用可能となる。

この様に、耐熱衝撃性を目的としたノズルの設計の制約を低減でき、ノズルの長寿命化や、あるいはノズルの軽量化や材料選定の拡大化が図れ、ノズルの設計の自由度を増すことが可能となる。

（実施例１）
鉄鋼プロセスの連続鋳造プロセスにおけるロングノズルを本発明の装置を用いて予熱し、そのロングノズルを実操業に使用した。ロングノズルは、溶鋼鍋からタンディッシュに溶鋼を注入する主として耐火物から構成される部材である。ロングノズルを構成する耐火物は一般的にアルミナと黒鉛で構成され、導電性を有し、本発明を適用できる。

ここで用いたロングノズルのサイズは、概略で、下端の外径が３００ｍｍで内径が２１０ｍｍ、上端の外径が２８０ｍｍで内径が１８０ｍｍ、高さが１２００ｍｍ、形状は上端から下端方向に広がった円錐台状である。また、ロングノズルの質量は、８６ｋｇのものを用いた。

使用した装置のコイルは、図１と同様の配置のものを本発明１とした。

下部コイルの形状は、内径を３６０ｍｍ、高さを８００ｍｍとした。上部コイルの形状は、外径を１１０ｍｍ、高さを４００ｍｍのものを用いた。

上部コイルおよび下部コイルは絶縁被覆されたチューブ状の銅線をらせん状に巻き、絶縁物で固定し、セラミックファイバー製の断熱材で保護した。

上部コイルおよび下部コイルにそれぞれ高周波電源（整合部も含む）を接続し、冷却水を毎分５リットル（Ｌ）流した。上部コイルには、４０ｋＷ、２６ｋＨｚの高周波電流を、下部コイルには５０ｋＷ、２２ｋＨｚの高周波電流をそれぞれ流し、ロングノズルの上部および下部ともに、ノズル内側表面温度を１２００〜１３００℃まで予熱した。

また、使用した装置として、下部コイルを図３と同様のタイプのものを配置し、上部コイルは本発明１と同じものを配置したものを本発明２とした。

すなわち、本発明１の下部コイルに代えて、１本の導線でらせん状コイルを２つ形成した構造の下部コイルを用いた。

本発明２の下部コイルの形状は、内径を３６０ｍｍ、高さを８００ｍｍとしたらせん状のコイルを、連続した１本の銅線でつなげたものとした。

本発明２の下部コイルのらせん状コイル部に、ロングノズルをそれぞれ一本ずつ挿入し、それぞれのロングノズルに本発明１と同じ上部コイルを挿入した。

上部コイルの操業条件は本発明１と同じとした。一方、下部コイルには高周波電源を接続し、冷却水を毎分８Ｌ流し、１００ｋＷ、２０ｋＨｚの高周波電流を流した。

この様にして、ロングノズルの上部および下部ともに、ノズル内側表面温度を１２００〜１３００℃まで予熱した。

また、使用した装置として、下部コイルを図５と同様のものを配置し、上部コイルは本発明１と同じものを配置したものを本発明３とした。

本発明３の下部コイルの形状は、縦および横の長さを３５０ｍｍ、高さを８００ｍｍとした。

上部コイルの操業条件は本発明１と同じとした。一方、下部コイルには高周波電源を接続し、冷却水を毎分５Ｌ流し、５０ｋＷ、３２ｋＨｚの高周波電流を流した。
この様にして、ロングノズルの上部および下部ともに、ノズル内側表面温度を１２００〜１３００℃まで予熱した。

さらに、使用した装置として、図７と同様の配置のものを本発明４とした。上部コイルについては、本発明１と同じものを用い、操業条件も同じとした。ここで、下部コイルに代えて電気抵抗加熱装置を用いた。電気抵抗加熱装置による予熱は、ＳｉＣ製の発熱体により予め耐熱炉内の雰囲気（空気）を１２００〜１３００℃に加熱しておき、そこにロングノズルを挿入する方法とし、ロングノズルの上部および下部ともに、ノズル内側表面温度を１２００〜１３００℃まで予熱した。

本発明１〜４により、それぞれ予熱したロングノズルを製鉄プロセスにおける溶鋼鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入に３７０分間使用した。溶鋼鍋中の溶鋼温度は、１５４０〜１５８０℃程度であった。

使用後のロングノズルを回収し、溶損状況を代表できる位置と確認されている、上端から２００ｍｍの位置で最も肉厚が小さい場所の肉厚を測定して、元の肉厚と使用後の肉厚の差、すなわち（元の肉厚−使用後の肉厚）を溶損量として算出した。さらに、上記の溶損量を使用時間で除した値、すなわち（溶損量／使用時間）を溶損速度として算出した。

また、通常のガスバーナーで１２００〜１３００℃まで予熱した場合の溶損速度も同様に算出した。ただし、ガスバーナーによる予熱は温度分布が生じるため、８００℃程度までしか予熱されていない部分もあった。

さらに、ガスバーナーで予熱して使用した場合と、本発明１〜４によりそれぞれ予熱した場合の溶損速度を、それぞれガスバーナーで予熱した場合の溶損速度で除したものを溶損指数として比較したグラフを図８に示す。

すなわち、ガスバーナーで予熱した場合の溶損速度を基準として、本発明の加熱装置で予熱した場合の溶損速度を、相対的に比較した。

その結果、本発明１〜４により予熱することで、溶損指数が約２５％低減した。

従って、本発明をロングノズルの予熱に適用することで溶損を抑えられ、ロングノズルの寿命を向上できることが確認できた。

（実施例２）
鉄鋼プロセスの連続鋳造プロセスにおける浸漬ノズルを本発明の装置を用いて予熱し、その浸漬ノズルを実操業に使用した。浸漬ノズルは、タンディッシュからモールドに溶鋼を注入する主として耐火物から構成される部材である。浸漬ノズルを構成する耐火物は一般的にアルミナと黒鉛またはジルコニアと黒鉛で構成され、導電性を有し、本発明を適用できる。

ここで用いた浸漬ノズルのサイズは、概略で、外径が１５０ｍｍ、内径が９０ｍｍ、長さが７１５ｍｍの円筒形状で、下端が閉じられ、下端から３０ｍｍの高さの位置に、短辺方向に２つの孔を有する。また、浸漬ノズルの質量は、２７ｋｇのものを用いた。

使用した装置のコイルは、図１と同様の配置のものを用いた。

下部コイルの形状は、内径を２２０ｍｍ、高さを５５０ｍｍとした。上部コイルの形状は、外径を７０ｍｍ、高さを３００ｍｍのものを用いた。

上部コイルおよび下部コイルは絶縁被覆されたチューブ状の銅線をらせん状に巻き、絶縁物で固定し、セラミックファイバー製の断熱材で保護した。

上部コイルおよび下部コイルにそれぞれ高周波電源（整合部も含む）を接続し、冷却水を毎分３Ｌ流した。上部コイルには、１２ｋＷ、３８ｋＨｚの高周波電流を、下部コイルには１５ｋＷ、２８ｋＨｚの高周波電流をそれぞれ流し、浸漬ノズルの上部および下部ともに、ノズル内側表面温度を１２００〜１５００℃まで予熱した。なお、予熱に要した時間は、約４５分であった。

比較のために、ガスバーナー炉で上記の浸漬ノズルを１２００〜１３００℃程度まで予熱した。ただし、ガスバーナーによる予熱は温度分布が生じるため、８００℃程度までしか予熱されていない部分もあった。ガスバーナーには、一酸化炭素ガスを１９Ｎｍ³／ｈｒ、空気を７４Ｎｍ³／ｈｒの混合ガスを用いた。ガスバーナーでは、予熱に要した時間は約１２０分であった。

本発明で予熱した浸漬ノズルとガスバーナーで予熱した浸漬ノズルを、２ストランドを有する船形タンディッシュにそれぞれ接続し、実際に鋳造した。鋳造した鋼種は、一般的な低炭素鋼で、鋳造時間は、約６時間、溶鋼温度は約１５５０℃であった。

鋳造終了後の浸漬ノズルを回収し、縦に半分に切断して、ノズルの厚みを測定した。

厚みを測定した位置は、ノズルの上端から１５０ｍｍの上部と、パウダーライン部の最も厚みが小さい位置（すなわち最も溶損した位置）とした。

本発明で予熱後鋳造した浸漬ノズルとガスバーナーで予熱後鋳造した浸漬ノズルの、上部とパウダーライン部の残厚を比較したグラフを図９に示す。

本発明で予熱した場合は、上部が２９ｍｍ、パウダーライン部が、２０ｍｍの残厚であった。一方、ガスバーナーで予熱した場合は、上部が２７ｍｍ、パウダーライン部が１５ｍｍであった。すなわち、本発明で予熱した浸漬ノズルの残厚が大きく、溶損が少なかった。

従って、本発明を浸漬ノズルの予熱に適用することで浸漬ノズルの溶損を抑えられ、浸漬ノズルの寿命を向上できることが確認できた。

本発明の第一の形態である、注入用ノズルの誘導加熱装置を示す図である。 試験により求めたコイルの直径と加熱効率の関係を示す図である。 本発明の第二の形態である、下部コイルを一本の導線からなる複数のらせん状コイルとした装置を示す図である。 本発明の第二の形態である、下部コイルを一本の導線からなるノズルを複数本挿入できるコイルとした装置を示す図である。 本発明の第三の形態である、下部コイルをノズルの高さ方向に対し、側面から挿入または取り出し可能な構造とした装置を示す図である。 本発明の第四の形態である、ノズル全体をガスバーナーで加熱し、ノズルの上部をノズルの内側に配置したコイルで誘導加熱する装置を示す図である。 本発明の第四の形態である、ノズル全体を発熱体で加熱し、ノズルの上部をノズルの内側に配置したコイルで誘導加熱する装置を示す図である。 本発明による予熱と従来技術による予熱・鋳造後における溶損指数を対比した図である。 本発明による予熱と従来技術による予熱・鋳造後におけるノズルの残厚を対比した図である。

符号の説明

１ 溶融金属注入用ノズル
２ 鋼製カバー
３ 上部コイル
４ 下部コイル
５ 耐熱炉
６ ガスバーナー
７ 発熱体

Claims (5)

1. 溶融金属の注入用ノズルの加熱装置として、誘導加熱用コイルが溶融金属の注入用ノズルの上部と下部に設けられ、上部の誘導加熱用コイルは溶融金属の注入用ノズルの内側に、下部の誘導加熱用コイルは溶融金属の注入用ノズルの外側に設けられたことを特徴とする溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
2. （下部の誘導加熱用コイルの内径）／（溶融金属の注入用ノズルの外径）を、所定の範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
3. 下部の誘導加熱用コイルが、１本の導線で、溶融金属の注入用ノズルを２本以上加熱できる構造としたことを特徴とする請求項１または２記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
4. 下部の誘導加熱用コイルを、溶融金属の注入用ノズルの高さ方向に対し、側面から挿入または取り出し可能な構造としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。
5. 下部の誘導加熱用コイルに代え、燃焼または電気抵抗による発熱を利用した加熱装置が設けられたことを特徴とする請求項１記載の溶融金属の注入用ノズルの加熱装置。

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