JPH05257U - 溶湯浸漬用ヒータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶湯の液面付近における発熱体の溶損を回避す
るのに有利な溶湯浸漬用ヒータ装置を提供すること。 【構成】下部から溶湯に浸漬される筒状の発熱体２と、
発熱体２の中央孔に装備された電極部３と、電極部３の
外面と発熱体２の内面との間に介在する炭素粉末からな
る導電層４０とで構成され、導電層４０は抵抗が大きい
厚肉層４０ａと、抵抗が小さい薄肉層４０ｂとで構成さ
れている。発熱体２のうち厚肉層４０ａに対応する発熱
体部分の発熱を抑える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は溶湯浸漬用ヒータ装置に関する。この溶湯浸漬用ヒータ装置は、例え ば連続鋳造工程においてタンディシュ内に保持された溶鋼を加熱して、その溶鋼 の温度調整を行う際に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】

金属溶湯の加熱について連続鋳造法を例にとって説明する。連続鋳造法では、 とりべから例えば１４５０〜１６００℃程度の溶鋼をタンディシュに１次的にう け、タンディシュの吐出口から溶鋼を水冷鋳型に注入して冷却固化し、冷却スプ レ−帯による冷却の後、冷却固化した部分をピンチロールで引張り、所定の長さ に切断し、これによりスラブやビレットなどを製造している。上記した連続鋳造 方法では、分塊圧延法に比較して製造される製品の品質は向上しており、歩留も 向上している。しかし、近年、鉄鋼製品では一層の高品質化が要求されているた め、連続鋳造方法でも鉄鋼製品の高品質化のため開発が鋭意進められている。

【０００３】 ところで上記した連続鋳造方法では、溶鋼をタンディシュに１次的に受ける関 係上、タンディシュ内で鉄鋼の溶鋼の温度が低下しがちであった。特に連続鋳造 する際、鋳造開始から時間が例えば５０〜８０分間経過した鋳造末期では溶鋼の 温度が数〜数１０℃程度場合によってはそれ以上低下する。ここで、タンディシ ュは溶鋼が凝固する直前の最終容器であるため、タンディシュ内の溶鋼温度は鉄 鋼製品の表層下介在物指数、炭素の中心偏析指数に大きな影響を与え、従って、 鉄鋼製品の高品質化に大きな影響を与える。故に、タンディシュ内の溶鋼が数〜 数１０℃程度低下する場合であっても、品質管理上好ましくない。

【０００４】 そこで、近年、鋭意研究の結果、本考案者は、図３に示すような溶鋼に浸漬さ れる溶鋼浸漬用ヒ−タ装置を開発した。この溶鋼浸漬用ヒ−タ装置１００は、マ グネシアが常温域では電気絶縁材料であるが、鋼の融点付近の１５００°Ｃ程度 では導電性をもつこと、溶鋼温度域での必要な固有抵抗値が得られること、マグ ネシアが溶鋼に侵入したときにおける鋼への影響性が少ないこと、価格、毒性等 の要因に着目したものであり、図３に示す様に、マグネシアを主成分とする筒状 の発熱体２００と、発熱体２００の中央孔に装備された電極部３００とで構成さ れている。そして、図３に示す様にヒ−タ装置１００を２個用い、２個１組のヒ −タ装置１００をタンディシュ４００内の溶鋼Ｗに浸漬した状態で、ヒ−タ装置 １００と溶鋼Ｗとの間に電圧を印加し、発熱体２００の発熱で溶鋼Ｗを加熱する 。

【０００５】 ところで発熱体２００のうち溶鋼Ｗの液面Ｗ１０と接触する部分はスラグライ ンと呼ばれ、液面上のスラグとの化学反応等により溶損し易いものである。そこ で、近年、図４に示す様に発熱体２００の外周部のうち溶鋼の液面付近に螺子部 ２０１を形成し、保護リング体５００の螺子部５０１を螺合して、発熱体２００ の外周側に保護リング体５００を取り付けたものが知られている。このものは、 溶鋼Ｗの液面Ｗ１０付近における発熱体２００の溶損を、保護リング体５００に より抑制することを意図するものである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしこのものでは、保護リング５００の内周部と発熱体２００の外周部との 間に溶鋼が侵入するおそれがある。この場合、侵入した抵抗値の小さい溶鋼で電 流が短絡し、発熱体２００の発熱の暴走を加速するおそれもある。 本考案は上記した実情に鑑み開発されたものであり、その目的は、発熱体２０ ０のうち溶湯の液面付近における発熱を抑えることにより、溶湯の液面付近にお ける発熱体２００の溶損を回避するのに有利な溶湯浸漬用ヒータ装置を提供する ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の溶湯浸漬用ヒータ装置は、下部から溶湯に浸漬される筒状の発熱体と 、発熱体の中央孔に装備され発熱体に電圧を印加する棒状の電極部と、電極部の 外面と発熱体の内面との間に介在する境界層とで構成され、 半径方向における境界層の導電性は、溶湯の液面付近が、溶湯の液面よりも下 方の部分よりも小さい構成であることを特徴とするものである。

【０００８】 本考案のヒータ装置の発熱体は導電性をもつセラミックスを主成分として形成 されている。この場合マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）、アルミ ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、マグネシアとジルコニアとの混合体、マグネシアとジルコニ アとアルミナとの混合体で構成できる。ここで、マグネシアとジルコニアとアル ミナとの混合体を用いる場合には、アルミナは、マグネシアの熱衝撃性を抑制す るのに有効であり、また、抵抗値を制御するのに有効である。ジルコニアは耐熱 性、衝撃性、熱間特性及び抵抗値の制御に有効である。マグネシアとジルコニア とアルミナとの混合体を用いる場合には、熱衝撃性、熱膨張性、固有抵抗値等を 考慮すると、その配合割合は例えば、重量％で、マグネシアが６０〜１００％、 特に８５〜９５％が好ましく、ジルコニアが０〜４０％。特に５〜２．５％が好 ましく、アルミナが０〜４０％、特に２．５〜１５％が好ましい。溶鋼を加熱す る場合において、発熱体の固有抵抗値は１５００℃付近で、２０Ωｃｍ以上であ ることが望ましく、特に２００Ωｃｍ以上であることが望ましく、例えば、その 固有抵抗値が３６０Ωｃｍ程度のものを採用することができる。

【０００９】 なお、発熱体を形成するマグネシアの粒度は抵抗値、電流の偏流化に影響を与 えることがあり、そのため最大粒径は０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度が望ましく、特に ０．７ｍｍ〜３ｍｍ程度が望ましい。 本考案で用いるヒータ装置の電極部は、発熱体に電気を流すためのものである 。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 高くし熱伝達率を小さくすることができる。但し、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組合せて、電極部の 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。

【００１０】 境界層は、電極部の外面と発熱体の内面との間に介在するものである。本考案 では、半径方向における境界層の導電性は、溶湯の液面付近が、溶湯の液面より も下方の部分よりも小さい構成である。例えば、境界層が同系材質で構成されて いる場合には、境界層は、溶湯の液面付近の半径方向における肉厚を厚く、溶湯 の液面よりも下方の部分の半径方向における肉厚を薄い様に構成できる。この場 合、後述する実施例で例示する様に、電極部のうち、溶湯の液面付近の電極部分 の外径を小さく、溶湯の液面よりも下方の電極部分の外径を大きくできる。

【００１１】 なお、境界層は、例えば、炭素粉末を電極部の外面と発熱体の内面との間に装 填して構成できる。この場合、電極部と発熱体とを周方向に相対回転させつつ炭 素粉末を装填できる。

【００１２】

【作用】

本考案の溶湯浸漬用のヒータ装置では、半径方向における境界層の導電性は、 溶湯の液面付近が、溶湯の液面よりも下方の部分よりも小さい構成である。その ため、発熱体をみると、溶湯の液面付近の発熱体部分では半径方向に流れる電流 値は小さく、また、溶湯の液面よりも下方の発熱体部分では半径方向に流れる電 流値は大きいものである。従って、発熱体のうち、溶湯の液面付近の発熱体部分 では発熱量が小さいものである。

【００１３】

【実施例】

本考案にかかるヒータ装置を、溶鋼制御加熱方法に適用した一実施例について 説明する。 本実施例にかかるヒ−タ装置１を図１に示す。このヒ−タ装置１はシリンダタ イプであり、発熱体２と、棒状電極部３とで構成されている。発熱体２は、重量 ％で、マグネシア９０％、ジルコニア５％、アルミナ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。発熱体２は、フランジ状の基端部２ ０と、基端部２０につながる中央部２１と、中央部２１につながる３次元曲面形 状つまり半球状の先端部２２とから構成されている。中央部２１の肉厚は実質的 に一定である。ここで本実施例では、発熱体２の軸方向の全体の長さＬ１が８０ ０ｍｍ程度、中央部２１の長さＬ２が６３５ｍｍ程度、先端部２２の長さＬ３が ３５ｍｍ程度、中央部２１の外径が７０ｍｍ、中央部２１の内径が５０ｍｍ、従 って中央部２１の半径方向における肉厚が１０ｍｍである。なお基端部２０がフ ランジ状であるのはホルダで保持するためである。

【００１４】 棒状電極部３は炭素で形成されており、その全長が８５０ｍｍ程度である。電 極部は、溶鋼に浸漬される範囲の大径部３０と、スラグライン付近よりも上方の 小径部３１とで構成されている。大径部３０の外径ｄ３は２７ｍｍ、小径部３１ の外径ｄ４は４７ｍｍである。電極部３には、ガス逃がしや亀裂防止に役立つ貫 通孔３５が形成されている。

【００１５】 また発熱体２の内周部と棒状電極部３の外周部との間には、炭素粉末を装填し た薄肉状の境界層としての導電層４０が介在している。導電層４０は、発熱体２ の内周部と棒状電極部３の外周部との間において電気的接触性、熱的接触性を確 保するのに役立つ。導電層４０は、電極部３の小径部３１の外周側の厚肉層４０ ａ（厚み１０ｍｍ）と、電極部３の大径部３０の外周側の薄肉層４０ｂ（厚み１ ．５ｍｍ）とで構成されている。なお、導電層４０の固有抵抗値（粒子間の接触 抵抗を含む）は１５００°Ｃにおいて６６００Ωｃｍである。炭素粉末は平均粒 径が４０μｍ〜６０μｍであり、本実施例では、発熱体２と電極部３とを周方向 に相対回転させつつ両者間の隙間に炭素粉末を装填して、導電層４０を構成した 。なお、導電層４０のうち電極部３の下方の底部位４４は比較的厚くされている 。

【００１６】 本実施例の溶鋼浸漬用ヒ−タ装置１は次のように製造した。即ち、原料セラミ ックス粉末（最大粒径３ｍｍ）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、スラリを型のキャビティに流し込んで成形する成形工程 、成形した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。尚、成形法についてはラバープレス法、機械成形法も 可能である。

【００１７】 そして図３の場合と同様に、ヒ−タ装置１を２個用い、各ヒ−タ装置１の棒状 電極部３の上端部に導線をバンドで固定して電源につなぐと共に、ヒ−タ装置１ を容器内の溶鋼Ｗに浸漬した。この状態で２個の電極部３と溶鋼Ｗとの間に電圧 を印加し、周波数６０Ｈｚの電流を流す。この場合、溶鋼の温度に応じて、電圧 は０Ｖから４４０Ｖまで適宜印加し、電流は０Ａ／ｃｍから６５Ａ／ｃｍまで適 宜流した。この結果、ヒ−タ装置１の発熱体２が発熱して溶鋼Ｗが加熱される。 なお、溶鋼の容量が増した場合には、発熱体２の軸方向における長さを長くし、 発熱体２の溶鋼への浸漬長さを増加すれば、前述同様に、電流値２５Ａ／ｃｍか ら６７Ａ／ｃｍ流がせば、発熱量を増加できるので、溶鋼の増量化に対処できる 。

【００１８】 本実施例では、スラグライン付近における発熱体２の発熱を抑え得るので、発 熱体２のスラグライン付近の溶損を抑え得る。また本実施例では電極部３の小径 部３１は径小のため、上方へ熱が逃げることを極力抑制できる。さらに、発熱体 ２の中央部２１の半径方向における肉厚は一定であるため、発熱体２から溶鋼へ と流れる電流の偏流化防止に有効である。また本実施例では、発熱体２の先端部 ２２は肉厚が厚く、導電層４の底部位４４の肉厚もかなりあるので、発熱体２の 先端部２２の発熱は中央部２１に比較して少なく、従って先端部２２における熱 こもりを抑えるのに有利である。また発熱体２の先端部２２は３次元曲面形状と しての半球状であり、電流が集中しやすい角部が形成されていないので、電流の 偏流化防止に一層有利である。 （適用例） 次に、連続鋳造工程に適用した例ついて図２を参照して説明する。まず、連続 鋳造工程で使用する連続鋳造装置について説明する。この連続鋳造装置は、図２ に示すように、溶鋼を保持する容器としてのタンディシュ５０と、タンディシュ ５０よりも下方に配置された水冷鋳型５１と、冷却スプレ−帯５２と、ピンチロ ール５３と、整直ロ−ル５４とで構成されている。なお、タンディシュ５０は、 溶鋼を５ｔ程度保持する容量である。

【００１９】 次に連続鋳造する際について説明する。まず、図１に示すヒ−タ装置１を２個 用い、各ヒ−タ装置１の発熱体２をバーナーで加熱して８００〜１２００℃程度 に予熱する。 このようにヒ−タ装置１を予熱した状態で、とりべ５５から移されてタンディ シュ５０に保持されている１５００〜１６００℃程度の高温の溶鋼に２個のヒ− タ装置１を先端部２２から浸漬する。とりべから移されたタンディシュ５０内の 溶鋼は図５に示すように吐出口５０ａに向けて流れ、水冷鋳型５１に落下する。 前記のように溶鋼を浸漬する前にヒ−タ装置１を予熱すれば、発熱体２の急熱を 防止でき、発熱体２に亀裂が生じることを極力抑制することができる。なお発熱 体２に亀裂が生じた場合には、溶鋼と電極部３とが直接に導通し、発熱体２の発 熱量が小さくなり、ヒ−タ装置１を有効に利用できない不具合が生じる。上記し た予熱により、マグネシアを主成分とする高温度領域で導電性を帯びる発熱体２ の導電性を確保できる。

【００２０】 連続鋳造工程においては、上記のようにヒ−タ装置１を浸漬した状態で、２個 の電極部３の端子を交流電源に接続し、端子間について１００〜６００Ｖの電圧 を印加する。これによりタンディシュ５０に保持されている溶鋼を介してヒ−タ 装置１の発熱体２の間で、周波数６０Ｈｚの電流を流す。発熱体２への電流量は ２５Ａ／ｃｍ〜６７Ａ／ｃｍ程度である。これにより発熱体２は高温に発熱する 。したがってタンディシュ５０内に保持された溶鋼は、加熱されて約１〜３０℃ 昇温し、温度調節される。このようにタンディシュ５０内で温度調整された溶鋼 は、タンディシュ５０の吐出口５０ａから吐出され、水冷鋳型５１で冷却固化さ れ、さらに冷却スプレ−帯５２からの冷却水の噴出で冷却され、冷却固化したも のはピンチロール５３で下方に引張られる。その後は切断機により所定の長さに 切断される。

【００２１】 上記のように本適用例では、ヒ−タ装置１でタンディシュ５０内に保持した溶 鋼を加熱して溶鋼の温度調整できるので、タンディシュ５０に保持した溶鋼の温 度を適切に確保することができ、連続鋳造方法で製造したブルーム、ビレットな どの製品の品質を向上するのに有利である。

【００２２】

【考案の効果】

本考案にかかる溶湯浸漬用ヒータ装置によれば、半径方向における境界層の導 電性は、溶湯の液面付近が、溶湯の液面よりも下方の部分よりも小さい構成であ るの。そのため、発熱体のうち、スラグラインともよばれる溶湯の液面付近の発 熱体部分では発熱量を小さく抑えることができる。従って、発熱体のうち、溶湯 の液面付近の発熱体部分における溶損を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒータ装置の断面図である。

【図２】連続鋳造工程における構成図である。

【図３】従来のヒータ装置で溶鋼を加熱している状態の
断面図である。

【図４】別例の従来のヒータ装置の要部の拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

図中、１はヒータ装置、２は発熱体、３は電極部、４０
は導電層、４０ａは厚肉層、４０ｂは薄肉層を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 加藤 吉成 岐阜県瑞浪市寺河戸町1113の２ (72)考案者 小島 榮藏 愛知県東海市加木屋町小家の脇

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】下部から溶湯に浸漬される筒状の発熱体
   と、発熱体の中央孔に装備され発熱体に電圧を印加する
   棒状の電極部と、電極部の外面と発熱体の内面との間に
   介在する境界層とで構成され、半径方向における境界層
   の導電性は、溶湯の液面付近が、溶湯の液面よりも下方
   の部分よりも小さい構成であることを特徴とする溶湯浸
   漬用ヒータ装置