JPH0323059A - 給湯部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は給湯部材に関する。この給湯部材は、例えば、
レオキャスティング法で用いられる半溶融スラリーを吐
出するノズル、タンディッシュの底部に配置されるノズ
ル、鋳型に浸漬される浸漬ノズル、取鍋の底部に配置さ
れるノズル、溶湯を流すとい、“真空脱ガス装置の浸漬
管等に利用できる。

［従来の技術］ 従来より給湯部材として、例えばレオキャスティング法
の固液共存用の容器に使用される給湯用のノズルが知ら
れている。ここでレオキャスティング法は固体と溶融体
とが共存した半溶融スラリーを固液共存用の容器で形成
し、その容器の給湯用のノズルから半溶融スラリーを吐
出し、吐出したその半溶融スラリーを成形型のキャビテ
イに流入させて或形を行う方法である。このレオキャス
ティング法では、固液共存状態から完全固化するので収
縮が少ないこと、固液共存状態の半溶融スラリーを成形
するので、固体のままで圧延、押出する成形手段に比較
して或形が容易であること、鋳造温度を低くでき成形型
の長寿命化を図り得ること等の数々の利点が有る。

しかし、固体と溶融体とが共存した状態の半溶融スラリ
ーを給湯用のノズルから吐出するため、給湯ノズルの内
部で半溶融スラリーの固化が進みがちであり、場合によ
っては、半溶融スラリーが給湯ノズルの内部で完全に固
化し、給湯用ノズルが詰まる等の問題が発生する。

［発明が解決しようとする課題」 本発明は、上記した実情に鑑み開発されたものであり、
導電性セラミックスを用いることにより、溶湯の固化の
問題を改善した給湯部材を提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、金属溶瀉に浸漬ざれて金属溶湯を加熱する
カロ熱装置について鋭意研究を重ねた。その結果、近年
、導電性セラミックスで形成された商状の発熱体と発熱
体の内周部に装備された電極部とからなる溶湯浸漬用の
加熱装置を開発した。

このｈＤ熱装置は電極部と溶湯との間に電圧を印加して
発熱体の厚み方向に電流を流Ｌノ、これにより発熱体の
導電性セラミックスを発熱させるものである。

本発明者はかかる加熱装置について更に研究を進めた結
果、筒状の発熱体の内周部ほど単位体積あたりの発熱潰
が高いことを知見した。その理由は次のようであると推
察ざれる。即ち、第１２図に示すように、発熱体Ｑを、
厚み方向へ分割された多数のシェル層（Ｒ１〜Ｒｎ）か
ら形成されているど考える。ここで各シエル層（Ｒ１〜
Ｒｎ）の厚みをΔ「とじ、発熱体Ｑを形成する材料の固
有抵抗値をρとし、発熱体Ｑの高さを１とすると、電流
１は発熱体Ｑの内側から外側に向けて厚み方向へ流れる
ので、各シエルｍ（Ｒ１−Ｒｎ）の抵抗は基本的には （ρ・Δｒ）／（２π・ｒｎ−．Ｑ）・・・（１）で現
される。従って半径「ｎの小さな内側のシェル層程抵抗
が高いものとなると推察される。

また全抵抗は（１）式を内径「ｉから外径「Ｏまで積分
すると得られ（２）式となる。

Ｒ＝　（ρ／２πＪ）　）　・Ｄ　ｎ　（ｒｏ／ｒ　ｉ
　）−（２）本発明者はかかる知見を更に進めて発熱量
の高い内測を有効に利用せんと、本発明の給湯部材を完
或したものである。

即ち、本発明にかかる給湯部材は、一端部に入１］、他
端部に出口をもち、入口と出口とをつなぎ金属溶湯が通
過する通過路を区画する内壁面をもち、導電性セラミッ
クスで形成された給湯部材本体と、 給湯部材本体の通過路の外面部の少なくとも一部に装備
された電極部とで形成され、 通過路を流れる金属溶瀉と電極部との間に電圧を印加し
て給湯部材本体の厚み方向へ電流を流し給湯部材本体を
発熱させる構成としたことを特徴とするものである。

給湯部材本体は導電性セラミックスで形成ざれている。

導電性セラミックスは使用温度域で導電性をもつもので
ある。導電性セラミックスの種類またはその配合割合は
、発熱特性の他に金属溶湯に対する耐溶損性、耐熱衝撃
性、耐酸化性、耐腐蝕性、銅経年性等の種々の要因を考
慮して選択する必要があり、酸化物系、窒化物系、ホウ
化物系等のうちから採用できる。導電性セラミックスと
しては、金属溶湯の抵抗が低いために所要の発熱量を確
保するには固有抵抗値が高いものが望まし（、この場合
、固有抵抗値は１５００’Ｃ付近で、１０ｃｍ以上とす
ることができ、特に２００Ωｃｍ以上、中でもその固有
抵抗値が３６ＱＯｃｒｒ＋程度のものを採用することが
できる。なお、導電性セラミックスの固有抵抗値は導電
性セラミックスに非導電性セラミックスまたはｌｉ導電
性セラミックスを配合し、配合割合を調節することによ
り変えることができる。

導電性セラミックスとしては、鉄鋼の溶湯をｈＯ熱する
場合には、マグネシア（Ｍ（Ｊ’：））、ジル］ニア（
ＺｒＯ２〉、アルミナ（ＡＱ２０ｘ）、マグネシアとジ
ルコニアとの混合体、１グネシアとジルコニアとアルミ
ナとの混合体を使用寸ることかできる。ここで、マグネ
シアは常温付近では、通常、導電性をもたないが、鉄鋼
の溶湯の７ＪＬｌ熱温度域である１５００・〜１６５０
’Ｃ付近では所要の導電性を帯びる。

導電性セラミックスとして７グネシアとジルコニアとの
混合体を用いた場合には、その配合割合は、必要とする
抵抗饋等を考慮して適宜選択されるが、例えば、重最％
で、マグネシアが６０〜１００％特に８５〜９５％が好
ましく、ジルコニアがＯ〜４０％特に５〜２５％が好ま
しく、アルミナがＯ〜４０％特に２．５〜１５％が好ま
しく、カノレシア（ＣａＯ）、クロミア、へりリア、ト
リア、セリアを主或分とする材料を１種又は２種以上、
含有量で例えば３０〜６０％以上配合することもできる
。なおセラミックス量を減らすために、炭素粉末、黒鉛
等を添７ＪＯし炭素量として重邑％で例えば１〜５％適
宜含有することもできる。

更には、給湯部材の種類、金属溶湯の溶融点によっては
、導電性セラミックスとして、例えば、炭化けい素（Ｓ
　ｉ　Ｃ）　、ランタンクロメート（Ｌａｃｒｏ３）　
、酸化ベリリウム（Ｂｅｄ）　、酸化トリウム（Ｔｈ０
２）、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）、更に、窒化チ
タニウム（ＴｉＮ＞、炭化チタニウム（ＴｉＣ）等を主
或分としたものも使用することができる。

なお参考として、セラミックスの使用温度と固有抵抗と
の関係を第１０図、第１１図に示す。なお、鉄鋼の溶湯
の場合には、セラミックスの固有抵抗値は、目標値とし
ては使用温度域で２００Ωｃｍ以上が望ましい。

導電性セラミックスの粒径は抵抗値に影響を与えること
があり、そのためその最大粒径は］〜５ｍｍ程度が望ま
しく、特に１．５〜３ｍｒｎ程度が望ましい。その主た
る理由は、粒径があまり大きいと、電流が偏流化する傾
向にあるからである。

また給湯部材本体を厚み方向に分割し、内側の層と外側
の層とで粒径を変更したり、あるいは導電性セラミック
スの種類を変えたりして内側の層と外側の層とで発熱特
性を異ならせることもできる。

この場合には溶湯に直接接触する内居を、溶湯に対する
耐溶損性のよいもの、電気抵抗値の高いものとターるこ
とかできる。溶湯に接触しない外居は、溶湯に対する耐
溶損性を内層ほどは考慮せずともよいので、導電性セラ
ミックスの種類の選択、導電性セラミックスの配合割合
の選択の自由度を拡大できる。この堀合、内層と外唐と
の間に炭素、溶融状態の低融点金属などからなる中間層
を介在させ、内層と外層との電気接触度を確保すること
もできる。

本発明にかかる給湯部材本体は例えば次のように製造で
きる。即ち、原料セラミックス粉末をボールミル、振動
ミルなどで充分に粉砕、混合して所定の組成に調整した
後、原料セラミックス粉末と水とを混合したスラリを型
のキャビティに流し込んで所帯形状に成形し給湯部材本
体を得る成形工程を実施し、更に給湯部材本体を所定温
度に加熱して焼結する焼結工程を実施する。焼結工程に
先立って、必要ならば養生工程、乾燥工程を実施する。

なお或形工程では、型に振動を付与しつつ或形する振動
或形を行うことができる。

本発明にかかる給湯部材では、電極部は、給湯部材本体
に電気を流すためのものであり、給湯部材本体の外面部
の全域あるいはその一部に装備されている。電極部の材
質は導電率、熱伝達率等を考慮して選択する。この場合
、導電率を高くし伝熱ロスを少なくすべく熱伝達率を小
さくすることができる。但し、導電物質は一般的には、
導電率が高くなると、熱伝達率も高くなる傾向にあるの
で、単一の材料で電極部を形成するよりも、導電率の高
い材料と熱伝達率の小さい材料とを適宜絹合せて、電極
部の所要の導電性を確保しつつ、電極部の見掛けの熱伝
達度合を小さくすることができる。また電極部は、電気
抵抗の小さい導電性セラミックスで形成づることもでき
る。この場合には電極部と給湯部材本体とを一体的に成
形ずることもできる。

なお、電極部を給湯部材本体に装備するにあたっては、
例えば、バンドの締付け、ボルト止め、螺子止め、嵌合
止め等の手段を採用できる。

［実施例］ 本発明にかかる給湯部材を給湯ノズルに適用した第１実
施例について第１図を参照して説明する。

（実施例の構戊） このノズル１は、給湯部材本体としての筒形のノズル本
体１０と、ノズル本休１０の外面部に装備された筒形の
電極部１２とで形成されている。

ノズル本体］Ｏは、一端部に入口１００、他端部に出口
１０２をもち、入口１００と出口１０２とをつなぎ金属
溶湯が通過する通過路１０４を区画する内壁面１０６を
もつ。ノズル本体１０は全体が導電性セラミックスで形
成されている。即ちノズル本休１０は、ｆｆｌｌ％で、
マグネシアが９０％、ジルコニアが５％、アルミナが５
％、不可避の不純物を含有する混合セラミックスで形成
されている。第１図から明らかなようにノズル本体１０
の通過路１０４の下部の流路面積は、通過路１０４の上
部の流路面積に比較して小さく設定ざれている。更にノ
ズル本体１０の下部１０ａの内径は、ノズル本体１０の
上部１０ｂの内径に比較して小さくざれている。その主
たる理由は、ノズル本体１０の下部１０ａはその流路面
積が小さいので凝固により詰まりやすいが、下部１０ａ
の（外径／内径）の比を上部１０ｂの（外径／内径）の
比よりも小さく設定しているので、前述した（２）式か
ら、下部１０ａの抵抗値を低くでき、より多くの電流が
ここに集中する。従って流路面積が小ざくて詰まりが発
生し易いノズル本休１０の下部１０ａの発熱邑を大きく
することができるからである。

ざらに本実施例では、ノズル本体１０の下端部には電極
部１２よりも下方にのびる筒状の延設部１０８が形成ざ
れている。延設部１０８は、ノズル１の通過路１０４を
流れる溶湯が電極部１２に接触するのを回避するため下
方へ突出している。

更に本実施例ではノズル本体１０の上面部にはリング状
のフランジ部１１０が形成されている。フランジ部１１
０は、溶湯と電極部１２とが接触するのを回避するのに
役立つ。

本実施例では第１図に示すように、ノズル本体１０の外
面側には螺子部１１２が形戊されている。

一方、電極部１２の内面側にも螺子部１２０が形成され
ている。そして螺子部１２０と螺子部１１２との螺合に
よりノズル本体１０と電極部１２とは一体的に組付けら
れている。ノズル本体１０の外面部と電極部１２の内面
部との間には膨脹黒鉛が介在されている。なお電極部１
２はアルミナとグラファイトとの混合物で形成されてい
る。

上記したノズル１は容器２の底面部に保持されている。

なお、電極部１２の外面部には締付バント１２２で導線
１２４が接続ざれる。

ところでノズル本体１０の全抵抗Ｒ（Ω）は、塁本的に
は、ノズル本体１０を形成する導電性セラミックスの固
有抵抗値ρ（Ωｃｍ）とノズル本体１０の肉厚ｔ（ｃｍ
）とノズル本体１０の面積Ｓ　（Ｃｍ２）とで定まる。

本実施例のノズル本体１０は次のように製造した。即ち
、原料セラミックス粉末を所定の配合割合で調整した後
、水を加えてスラリを形成する調整工程、そのスラリを
型のキャビティに流し込んでノズル状に或形する或形工
程、ノズル状の成形体を型から外した後に養生し、更に
１５０℃で１５時間乾燥する乾燥工程、乾燥した成形体
を１６５０℃で１０時間加熱して焼結する焼結工程とを
順に実施して製造した。なお、調整工程で使用した原科
セラミックス粉末の最大粒径は３ｍｍ程度である。

前記したノズル１を使用するにあたっては、まず、ノズ
ル本体１０の内面部にバーナの火炎をあてて、ノズル本
体１０の内面部を７００℃〜１０ｏｏ’ｃ程度に予熱す
る。上記した予熱により、マグネシアを主要成分とする
ため高温度領域で初めて導電性を帯びるノズル本体１０
の導電性を確保できる。

そして、ノズル１の通過路１０４を図略のストッパで閉
じる。その状態で、予め溶解炉で溶解した１５５０’Ｃ
程度の鉄鋼の溶湯（炭素鋼）を容器２に供給するととも
に、容器２内の溶湯に棒状電極部３を浸漬する。そして
そのストツパを開放させると、容器２内の溶湯はノズル
１の入口１００、通過路１０４を経て出口１０２から吐
出される。

このとき、その棒状電極部３と筒形の電極部１２とに通
電して筒形の電極部１２と溶湯との間に電流を流し、こ
れによりノズル本体１０の厚み方向へ電流を流す。この
結果、ノズル本体１０の全体が次第に発熱するので、溶
湯は全周囲から次第に加熱され、溶湯は所定の温度域に
調整される．，なお本実施例では、電圧は］Ｏ〜４４０
Ｖ程度、電流の周波数は６０目２、電流は１０〜８００
Ａ程度である。

なお本実施例では前述したように、ノズル本体１０と電
極部１２との境界部分に膨脹黒鉛を介在させている。膨
脹黒鉛はノズル本体１０が発熱して温度が高くなると膨
脹し、ノズル本体１０と電極部１２との微小隙間をなく
し、両者の接触度を向上させる。これにより膨脹黒鉛は
、電流拡敗層としての機能と、熱拡敗層としての機能を
果し、ノズル本体１０と電極部１２との電気的接触度を
高めると共に熱的接触度も高めるので、以てノズル本体
１０の局部的過熱を抑えるのに有利である。

（実施例の効果〉 本実施例では、ノズル１から吐出される溶湯をノズル本
体１０の発熱量で加熱できる。従ってノズル１の通過路
１０４が溶湯の固化で詰まることを回避できる。またノ
ズル本体１０の全体が加熱するので、通過路１０４を通
る溶湯の均一加熱化を図るのに有利である。

［適用例］ 本実施例にかかるノズル１をレオキャスティング法のノ
ズルに適用した適用例について第２図〜第５図を参照し
て説明する。レオキャスティング法では第２図〜第５図
に示すように、底部にノズル１を設けた容器２と、容器
２内に回転自在および昇降自在に配置されたプランジャ
を兼ねるロータ２０とを使用する。容器２の上部には加
熱用のコイル２１が配設されており、容器２の下部には
冷却水が流れる冷却パイプ２２が配設されている。

そして、溶湯を容器２に連続的に供給する。溶湯は冷却
パイプ２２で冷却されて次第に固化し、デンドライト状
の結晶が晶出するが、ロータ２０の回転によりデンドラ
イト状の結晶が分断され、微細な粒状の結晶となる。こ
の結果、微細な粒状の結晶からなる固体と溶融体とが共
存した溶潟としての半溶融スラリーが生成される。そし
て、ロータ２０の前進により半溶融スラリーはノズル１
から吐出される。吐出したその半溶融スラリーを第３図
に示すショットチャンバ−２３に供給し、ブランジャ２
７を前進させて成形型２４のキャビイ２５に流入させ、
完全固化させた後、離型して或形品２６を得る。この適
用例においても、半溶融スラリーがノズル１で固化する
ことは、ノズル本体１０の発熱量で回避できる。

上記した適用例はレオキャスティング法に適用した場合
であるが、これに限らず、半溶融スラリに短Ｉｌｉ維、
粒子等の強化材を添加したものを戒形型のキャビティに
鋳込むコンポキャスティング法に使用される容器のノズ
ルに適用しても良いことは勿論である。

第６図は連続鋳造法のタンディッシュ４３の底部に配設
する場合に適用した例である。タンディッシュ４３の底
部には、開閉板４４をもつ流量調整用の開閉装置４５が
装備ざれており、この開閉装置４５の上部にノズル４が
装備ざれている。ノズル４は、筒形のノズル本体４０と
、図略の導線を介して電源に接続された筒形の電極部４
２とで形成されている。ノズル本体４０は入口４００と
出口４０２と通過路４０４を区画する内壁面４０６とを
もつ。

そして使用に際しては、タンディッシュ４３内の溶湯に
棒状電極部３を浸漬する。

使用に際しては、ストツバ４６を上昇させてノズル４の
通過路４０４を開放すると、タンディッシュ４３の｝容
潟はノズル４から吐出ざれる。このとき、開閉装置４５
付近は抜熟度が大きいので筒形の電極部４２と棒状の電
極部３との間に通電してノズル本体４０の厚み方向に電
流を流し、ノズル本体４０を発熱させ、これによりノズ
ル４を通過する溶湯を加熱し、溶潟の固化を回避する。

第７図は取鍋５３の底部に形成した注湯用ノズルに適用
した例である。このノズル５は、ろうと状をなす筒形の
ノズル本体５０と、ノズル本休５０に埋設かつ図略の導
線を介して電源に接続された筒形の電極部５２とで形成
されている。ノズル本体５０は入口５００と出口５０２
と通過路５０４を区画する内壁面５０６とをもつ。

使用に際しては、取鍋５３内の溶湯に棒状電極部３を浸
漬する。そしてストツパ５４を上昇させてノズル５の通
過路５０４を開放すると、取鋼５３の溶湯はノズル５か
ら吐出される。このとき、筒形の電極部５２と棒状の電
極部３との間に通電してノズル本体５０の厚み方向に電
流を流し、ノズル本体５０を発熱させ、これによりノズ
ル５を通過する溶湯を加熱し、ノズル詰まりを回避する
。

第８図は連続鋳造法のタンディッシュの溶湯を鋳型に注
入する浸漬ノズルに適用した例である。

この浸漬ノズル６は、有底長筒形のノズル本体６０と、
ノズル本体６０の内部に埋設された筒形の電極部６２と
で形成ざれている。ノズル本体６０は入口６００と出口
６０２と通過路６０４を区画する内壁面６０６とをもつ
。そして使用に際しては、浸漬ノズル６の上方に配＠ざ
れているタンディッシュ内の溶湯に棒状電極部を浸漬す
る。タンディッシュ内の溶湯は浸漬ノズル６から鋳型に
流入ざれる。このとき、筒形の電極部６２と棒状電極部
との間に通電してノズル本体６０の厚み方向に電流を流
し、ノズル本体６０を発熱させ、これにより浸漬ノズル
６を通過する溶湯を加熱する。

第９図は溶湯を流すといに適用した場合である。

このとい７は、給湯部材本体としての半割り筒形のとい
本体７０と、とい本体７０の底面部に装備ざれかつ図略
の導線を介して電源に接続された電極部７２とで形成さ
れている。とい本体７０は入口７００と出口７０２と通
過路７０４を区画する内壁面７０６とをもつ。そして使
用に際しては、とい本体７０を流れる溶場に棒状電極部
３を浸漬すると共に、電極部７２と棒状電極部３との間
に通電し、とい本体７０の厚み方向に電流を流し、とい
本休７０を発熱させ、これによりとい７の通過路７０４
を通過する溶湯を加熱する。そのため、通過路７０４を
流れる溶湯が固化することを回避でき、とい７の流動機
能を維持できる。

［発明の効果］ 本発明にかかる給湯部材によれば、給湯部材本体の発熱
量で溶瀉を所定の温度域に加熱でき、従って給湯時にお
ける溶湯の同化を回避するの有利である。また本発明に
かかる給湯部材によれば、給湯部材本体の全体が導電セ
ラミックスで形成ざれているため、給湯部材本体の全体
が加熱するので、給湯ずる溶湯を均一加熱するのに有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる一実施例を示し、第１図はノズ
ルの断面図である。第２図〜第５図はレオキャスティン
グ法に適用した適用例を示し、第２図はレオキャスティ
ング法で使用する容器の断面図、第３図はプランジャで
押出す状態の断面図、第４図は戒形型に流入させている
状態の断面図、第５図は成形品の斜視図である。 第６図はタンディッシュに適用した場合の断面図、第７
図は注湯ノズルに適用した場合の断面図、第８図は浸漬
ノズルに適用した場合の断面図、第９図はといに適用し
た場合の断面図である。第１０図および第１１図はそれ
ぞれ各材料の温度と固有抵抗値との関係を示すグラフで
ある。第１２図は従来用いられている発熱体を厚み方向
へ分割した概念を示す斜視図である。 図中、１はノズル、１０はノズル本体、１２は電極部、
３は棒状電極部を示す。 第１０図 ４ｎ 度 （゜Ｃ） 第１１図 ；皿 度（゜Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端部に入口、他端部に出口をもち、該入口と該
   出口とをつなぎ金属溶湯が通過する通過路を区画する内
   壁面をもち、導電性セラミックスで形成された給湯部材
   本体と、 該給湯部材本体の該通過路の外面部の少なくとも一部に
   装備された電極部とで形成され、 該通過路を流れる金属溶湯と該電極部との間に電圧を印
   加して該給湯部材本体の厚み方向へ電流を流し該給湯部
   材本体を発熱させる構成としたことを特徴とする給湯部
   材。