JPH0667539B2

JPH0667539B2 - 金属溶湯の加熱方法

Info

Publication number: JPH0667539B2
Application number: JP62157173A
Authority: JP
Inventors: 洋一水谷; 嘉浩新見; 郁男原田
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1987-06-24
Filing date: 1987-06-24
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS642768A; US4849014A; DE3885011D1; DE3885011T2; EP0296562A3; EP0296562A2; EP0296562B1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は容器内に保持した鉄鋼などの高温の金属溶湯を
加熱する金属溶湯の加熱方法に関する。本発明にかかる
金属溶湯の加熱方法は、連続鋳造方法で使用されるタン
ディシュ内に保持された金属溶湯を加熱して、その金属
溶湯の温度調整を行なう際に利用することができる。

［従来の技術］金属の溶解工場などでは、溶解した溶湯を次工程で処理
するまでの間、容器内に保持しておくことがある。しか
し容器内の溶湯は冷める問題がある。例えば、連続鋳造
方法では、溶湯を水冷鋳型に注入する前にタンデッシュ
内で溶湯を受ける関係上、タンデッシュ内での溶湯の温
度が低下する問題がある。

そこで、容器で保持している溶湯の所要温度を確保すべ
く、溶湯を加熱するにあたっては、従来より、容器内の
溶湯に電極を浸漬し、溶湯自体に電流を直接流してジュ
ール熱で溶湯自体を発熱させる方法が提供されている。
また容器内の金属溶湯を誘導加熱する方法も提供されて
いる。また容器の上方にプラズマトーチを設置して、容
器内の金属溶湯をプラズマ加熱する方法も提供されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］上記した溶湯自体のジュール熱で溶湯を加熱する方法の
場合には、溶湯の電気抵抗率は小であるので、かなり大
きな電流量を必要とする。また、溶湯を誘導加熱した
り、溶湯をプラズマトーチで加熱する方法の場合には、
特別な装置を必要とする。

本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、その
目的は、発熱体をもつヒータ装置を使用し、発熱体を発
熱して高温となったヒータ装置で金属溶湯を加熱する金
属溶湯の加熱方法を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］本発明にかかる金属溶湯の加熱方法は、容器内に保持さ
れた金属溶湯と、金属溶湯に一面が接触すると共に金属
溶湯の固有抵抗よりも高い固有抵抗をもつ発熱材料で形
成された発熱体と発熱体の他面に設けられた電極部から
なるヒータ装置を使用し、電極部と金属溶湯との間に電圧を印加して発熱体の肉厚
方向に電極を流して発熱させ発熱して高温となったヒー
タ装置で金属溶湯を加熱することを特徴とするものであ
る。

ヒータ装置の数は適宜選択できるが、１本でも、２本で
も、それ以上でもよい。印加する電圧値、電流値は、金
属溶湯の比熱、金属溶湯の調整温度、容器内に保持され
ている金属溶湯の容量などに応じて適宜選択されるが、
金属溶湯が鉄鋼の溶湯である場合には、ヒータ装置の数
は３本、電圧は100V〜1KV程度、電流値は100A〜3KA程度
とすることができる。金属容湯が容器内で流れをもつ場
合には、ヒータ装置の発熱体に金属溶湯が当たるよう
に、ヒータ装置の配置、溶湯の流れを設定することが望
ましい。この場合、金属溶湯の流れに対して発熱体をほ
ぼ直角状態に配置することが望ましい。この場合発熱体
の熱は金属溶湯に効果的に伝達される。

発熱体は、非金属系発熱材料、金属系発熱材料で形成で
きる。非金属系発熱材料としては、導電性セラミックス
を主成分として形成できる。導電性セラミックスとして
は具体的に、ジルコニア（ZrO₂）、ジルコニアとマグネ
シアの混合体、炭化けい素（SiC）、ランタンクロメー
ト（LaCrO₃）、ケイ化モリブデン（MoSi₂）、窒化チタ
ニウム（TiN）、炭化チタニウム（TiC）等を主成分とし
たものがある。ただし、上記発熱材料の中から金属溶湯
の加熱温度、ヒータ装置の使用場所の酸性、還元性など
の雰囲気、発熱材料の耐熱性、発熱材料の高温における
耐衝撃性を考慮して選択するべきである。

発熱体がジルコニアを主成分とする場合には、安定化剤
として酸化カルシウム（CaO）、マグネシア（MgO）、酸
化イットリウム（Y₂O₃）、酸化イッテルビウム（Yb
₂O₃）、酸化スカンジウム（Sc₂O₃）を数％〜数10％程度
添加し、転移を回避した安定化ジルコニア、準安定ジル
コニアを使用することが望ましい。このようにすれば転
移に伴う膨張を回避することができ、発熱体の歪みを抑
制することができる。

ところで、発熱材料は、温度が上昇しても発熱体の抵抗
値は変化しないか、あるいは、抵抗値が増大する正特性
を示すことが望ましい。このように温度の上昇に伴い発
熱材料の抵抗値が増大する正特性を示す場合には、発熱
体に高温部が生じた場合に、その高温部は抵抗値が高く
なる。そのため、高温部よりも温度の低い部分を電流は
流れ、したがって発熱体の全体にわたって均一に発熱さ
せるに都合がよい。発熱材料は、温度の上昇に伴い抵抗
値が低下する負特性をもつ場合には、発熱体に高温部が
生じた場合に、その高温部は抵抗値が低くなる。そのた
め、高温部よりも温度の低い部分は、電流が流れにくく
なり、高温部に電流は流れやすくなる。したがって高温
部は増々高温となり、発熱体の発熱むらが生じるので、
望ましくない。その場合は、発熱体で溶湯撹拌するか、
溶湯への伝熱を高める必要がある。

発熱体の全抵抗Ｒ（Ω）は、発熱材料の固有抵抗値ρ
（Ωcm）と発熱体の肉厚ｔ（cm）と発熱体の面積Ｓ（cm
²）とに影響され、したがってその形状と肉厚などに影
響され、Ｒ＝（ρ・ｔ）／Ｓとなる。発熱材料は、1500
℃の時の固有抵抗値ρが１×10²〜５×10³（Ωcm）程度
のものを採用することができる。

なお、発熱体をセラミックスで形成する場合には、発熱
体の固有抵抗値は、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。

発熱体をセラミックスで形成する場合には、導電性セラ
ミックスの粉末を所定形状に成形した後、所定温度に加
熱して焼結することにより形成される。例えば、セラミ
ックスの粉末をボールミル、振動ミルなどで充分に粉
砕、混合して原料セラミックス粉末を調整する。そし
て、その原料セラミックス粉末を加圧成形して圧密体を
形成する。その後、必要な場合には乾燥工程を行ない、
高温に加熱して焼結する。加圧成形は、プレス加圧法、
静水圧加圧法、ホットプレス法などの公知の手段を採用
することができる。焼結は、非酸化性雰囲気、不活性雰
囲気または高真空下で行なうとよい。

電極部は、金属溶湯の熱で溶融しないように溶融温度が
金属溶湯の温度よりも高いことが必要である。そのため
電極部はカーボンで形成することが望ましい。また電気
抵抗の小さい導電性セラミックスを電極部として使用す
ることもできる。このような場合には、電極部と発熱体
を一体的に成形し、そのまま焼成することも可能であ
る。

なお、本発明にかかる金属溶湯の加熱方法では、発熱体
の発熱で金属溶湯を加熱する際に、アルゴンガスなどの
ガスを溶湯に送りこんでバブリングしたり、溶湯を機械
的に攪拌したりすれば、金属溶湯の温度を均一にするに
有利である。また、本発明にかかる金属溶湯の加熱方法
では、容器に保持した金属溶湯の貯溜量を検出するγ線
レベル計などのセンサを配設するとともに、センサの検
出信号に応じて発熱体への電流を制御する制御装置を配
設し、容器に保持されている金属溶湯の変動量に応じて
制御装置が発熱体へ流す電流量を制御する構成としても
よい。このようにすれば金属溶湯の温度調整をより一層
精度よくできる。

［作用］本発明にかかる金属溶湯の加熱方法では、電極部と金属
溶湯との間に電圧を印加し、発熱体の肉厚方向に電流を
流して発熱体を高温に発熱させる。すると、発熱体の熱
は金属溶湯に伝達され、金属溶湯は加熱される。この場
合、金属溶湯を加熱するのは発熱体のため、放熱面積を
確保することができ、発熱体の熱は効果的に金属溶湯に
伝達される。本発明では、金属溶湯におけるジュール熱
は発熱体におけるジュール熱に比較して小さい。

［実施例］本発明にかかる金属溶湯の加熱方法を鉄鋼の連続鋳造方
法に適用した第１実施例について説明する。

まず、連続鋳造方法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、第１図に示すように、鉄
鋼溶湯を保持する容器としてのタンデッシュ１と、タン
デッシュ１よりも下方に配置された水冷鋳型２と、二次
冷却スプレー帯３と、ピンチロール４と、整直ロール５
とで構成されている。なお、タンデッシュ１は、溶湯を
5t程度保持する容量である。

本実施例で使用する第１のヒータ装置６及び第２のヒー
タ装置９を第２図および第３図に示す。第１のヒータ装
置６は、ジルコニアとマグネシアとを主成分とする筒状
をなす発熱体７と、発熱体７の中央孔にカーボンを装填
して形成された電極部８とで構成されている。電極部８
には端子8aが突出している。

第２のヒータ装置９は、第１のヒータ装置６と略同一の
構成であり、ジルコニアとマグネシアを主成分とする筒
状をなす発熱体10と、発熱体10の中央孔にカーボンを装
填して形成された電極部11とで構成されている。電極部
11には端子11aが突出している。

次に連続鋳造する際について説明する。まず、発熱体７
および発熱体10をバーナ等の加熱装置で1300℃程度に予
熱する。このように発熱体７および発熱体10を予熱すれ
ば、ジルコニアとマグネシアとを主成分とする発熱体７
および発熱体10の導電性を確保できる。このように発熱
体７および発熱体10を予熱した状態で、とりべ30から移
されてタンディシュ１に保持されている1400〜1600℃程
度の高温の鉄鋼の溶湯に、ヒータ装置６およびヒータ装
置９を浸漬する。浸漬した状態を第３図に示す。

ところで、発熱体７および発熱体10に亀裂が生じた場合
には、金属溶湯と電極部８、電極部11とが直接に導通
し、発熱体７および発熱体10の発熱量が極めて小さくな
り、ヒータ装置６およびヒータ装置９を有効に利用でき
ない問題が生じる。この点、前記のように溶湯に浸漬す
る前にヒータ装置６およびヒータ装置９を予熱すれば、
発熱体７および発熱体10の急熱を防止できる。よって発
熱体７および発熱体10に亀裂が生じることを極力抑制す
ることができる。

上記のようにヒータ装置６およびヒータ装置９を溶湯に
浸漬した状態で、端子8aと端子11aとを交流電源に接続
し、端子8aと端子11aとの間に電圧を印加する。これに
よりタンデッシュ１に保持されている溶湯を介してヒー
タ装置６の発熱体７とヒータ装置９の発熱体10との間で
電流を流す。この場合電圧は100〜600V程度、電流量は2
00〜400A程度である。このときジルコニアを主成分とす
る発熱体７および発熱体10は、高温に発熱する。したが
ってタンデッシュ１内に保持された溶湯は、加熱されて
約１〜30℃昇温し、温度調節される。

以上説明したように本実施例にかかる加熱方法では、ヒ
ータ装置６の発熱体７、ヒータ装置９の発熱体10の発熱
量で溶湯を加熱するため、従来より提供されている溶湯
自体に直接電流を流して溶湯自体に発生したジュール熱
で溶湯を発熱させる方法に比較して、必要とする電流量
は小であり、したがってその電気的制御も行ない易い。

また本実施例にかかる方法では、発熱体７および発熱体
10は面状のため表面積が大きくつまり放熱面積が大き
い。よって発熱体７および発熱体10に熱がこもることを
極力抑制することができる。したがって発熱体７および
発熱体10の熱による亀裂、破損の抑制に有利である。故
に本実施例では発熱体７、発熱体10の耐熱温度が低い場
合でもよく、したがって発熱体７、発熱体10を形成する
導電性セラミックス材料の種類を、耐熱温度が低いもの
まで拡大することができる。

上記したようにタンディシュ１内で温度調整された溶湯
は、タンデイシュ１の吐出口10aから吐出され、水冷鋳
型２で冷却固化され、さらにスプレー帯３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４
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。

（第２実施例）本発明の第２実施例について第４図を参照して説明す
る。本実施例にかかるヒータ装置13は、パネル形であ
り、カーボンを主成分とする板状電極部14と、板状電極
部14を被覆するマグネシアを主成分とする発熱体15とで
形成されている。

（第３実施例）本発明の第３実施例について第５図を参照して説明す
る。本実施例にかかるヒータ装置16は、タンデッシュ１
の内壁を形成するアルミナ、マグネシアなどの内張り材
1cに埋設されている。このヒータ16は、カーボンを主成
分とした板状の電極部17と、電極部17の片面を被覆する
マグネシアを主成分とする発熱体18とで形成されてい
る。発熱体18はタンデッシュ１の内面に露出しており、
タンデッシュ１内に保持された溶湯に接触する。電極部
17の他方の片面は、タンデッシュ１の内張り材1cで被覆
され絶縁されている。

（第４実施例）本発明の第４実施例について第６図〜第８図を参照して
説明する。本実施例も鉄鋼の連続鋳造法に使用するタン
デッシュ装置に適用したものである。本実施例では、ヒ
ータ装置20は、パネル形であり、カーボンで形成された
板状電極部21と、板状電極部21に被覆されたマグネシア
を主成分とする発熱体22とで形成されている。板状電極
部21は、アルミナからなる絶縁体210、絶縁体211で区切
られ、電極体212、電極体213、電極体214とに三分割さ
れている。電極体212、電極体213、電極体214には夫
々、端子212a、端子213a、端子214aが突出している。

第２のヒータ装置24は、第１のヒータ装置20と略同一の
構成であり、カーボンで形成された板状電極部25と、マ
グネシアを主成分とする発熱体26とで構成されている。
板状電極部25は、アルミナからなる絶縁体250、絶縁体2
51で区切られ、電極体252、電極体253、電極体254とに
三分割されている。電極体252、電極体253、電極体254
には夫々、端子252a、端子253a、端子254aが突出してい
る。なお、板状電極部21、板状電極部25のうち、発熱体
22、発熱体26に接触していない部分には、電気絶縁材料
からなる絶縁膜21a、25aが被覆されている。

次に使用に際しては、まず、第６図に示すように第１の
ヒータ装置20において、端子212aと端子214aとを交流電
源に接続して、発熱体22を介して電極体212と電極体214
との間で100〜600Vの電圧で、100A〜1KAの電流を長し、
これにより発熱体22を発熱し、もって発熱体22を1300℃
程度に予熱する。同様に、第２のヒータ装置24におい
て、端子252aと端子254aとを交流電源に接続して、発熱
体26を介して電極体252と電極体254との間で100〜600V
の電圧で、100A〜1KAの電流を流し、これにより発熱体2
6を発熱し、もって発熱体26を1300℃程度に予熱する。

このように予熱した状態のヒータ装置20およびヒータ装
置24を溶湯に浸漬すれば、発熱体22、発熱体26の急熱を
抑制でき、発熱体22、発熱体26の亀裂抑制の面で有利で
ある。上記のようにヒータ装置20およびヒータ装置24を
溶湯に浸漬した状態で、第７図に示すように、ヒータ装
置20の端子212a、213a、214aを交流電源に接続するとも
に、ヒータ装置24の端子252a、253a、254aを交流電源に
接続し、これにより溶湯を介してヒータ装置20とヒータ
装置24との間に電流を流し、発熱体22、発熱体26を高温
に発熱させ、以って溶湯を加熱する。

この実施例では、第８図に示すように、溶湯はとりべ30
からタンデッシュ１の注入口1aに注入され、タンデッシ
ュ１の底壁に形成されている吐出孔10aに向けて矢印Ｘ
方向に流れるものである。この実施例では、ヒータ装置
20およびヒータ装置24は溶湯の流れとほぼ平行に配置し
て浸漬されている。

また、第９図に示すように、ヒータ装置20を溶湯の流れ
とほぼ直角の状態に配置するとともに、ヒータ装置24を
ダンデッシュ１の内壁面に埋設してもよい。この場合に
は、タンデッシュ１の注入口1aに注入された溶湯は、ヒ
ータ装置20とタンデッシュ１の底壁との間を通って吐出
口10aに流れる。

（第５実施例）本発明の第５実施例について第10図を参照して説明す
る。本実施例も鉄鋼の連続鋳造法に使用されるタンディ
ッシュ装置に適用したものである。本実施例で使用する
ヒータ装置48は、棒状の炭素製の電極部49と、キャップ
タイプの発熱体50とで形成されている。ヒータ装置51
は、棒状の炭素製の電極部52と、キャップタイプの発熱
体53とで形成されている。発熱体50、53はキャップタイ
プであり、その内周部にめねじが形成されており、電極
部49、52の先端のおねじ部にねじこむことにより取着さ
れている。この場合にも、電極部49、52の表面のうち、
発熱体50、53に接触しない部位には、アルミナとマグネ
シアとからなる絶縁膜が被覆されている。

［発明の効果］本実施例にかかる金属溶湯の加熱方法によれば、発熱体
の発熱により、容器内に保持されている金属溶湯の温度
調整を行なうことができる。したがって本発明にかかる
金属溶湯の加熱方法を、連続鋳造法におけるタンデッシ
ュ内に保持した溶湯を加熱する場合に適用したときに
は、タンデッシュの下方に配置してある水冷鋳型へ金属
溶湯を適切な温度で供給することができ、したがって連
続鋳造法で製造した金属製品の品質を向上させることが
できる。

また、本発明にかかる金属溶湯の加熱方法では、容器内
に保持されている金属溶湯を加熱する発熱体が板状の場
合には、その発熱体の放熱面積を確保でき、発熱体の内
部に熱をこもりにくくすることができる。よって発熱体
の亀裂、破損抑制に有利である。

又、本発明にかかる金属溶湯の加熱方法では、発熱体に
熱をこもりにくくすることができるので、金属溶湯を加
熱している際に、発熱体の内部温度をそれだけ低くする
ことができ、発熱体を形成する発熱材料の種類を耐熱温
度の低い材料にまで拡大することができる。

【図面の簡単な説明】図面は本発明にかかる加熱部をもつ金属溶湯容器の各実
施例を示し、第１図は連続鋳造をしている状態の説明
図、第２図は第１実施例にかかるヒータ装置の斜視図、
第３図は溶湯を加熱している状態の概略断面図であり、
第４図は第２実施例にかかるヒータ装置の斜視図、第５
図は第３実施例にかかるヒータ装置の断面図である。第
６図〜第８図は第４実施例を示し、第６図はヒータ装置
の斜視図、第７図はヒータ装置間で通電している状態の
斜視図、第８図はヒータ装置を溶湯に浸漬している状態
の平面図である。第９図はヒータ装置を溶湯に浸漬して
いる状態の別例の平面図である。第10図は第５実施例に
かかる使用状態説明図である。図中、１はタンデッシュ（容器）、６は第１のヒータ装
置、７は発熱体、８は電極部、９は第２のヒータ装置、
10は発熱体、11は電極部、13はヒータ装置、14は電極
部、15は発熱体、16はヒータ装置、17は電極部、18は発
熱体、20はヒータ装置、21は電極部、22は発熱体、24は
ヒータ装置、25は電極部、26は発熱体を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に保持された金属溶湯と、該金属溶
湯に一面が接触すると共に該金属溶湯の固有抵抗よりも
高い固有抵抗をもつ発熱材料で形成された発熱体と該発
熱体の他面に設けられた電極部からなるヒータ装置を使
用し、該電極部と該金属溶湯との間に電圧を印加して該発熱体
の肉厚方向に電極を流して発熱させ発熱して高温となっ
た該ヒータ装置で該金属溶湯を加熱することを特徴とす
る金属溶湯の加熱方法。
【請求項２】容器は、連続鋳造法に使用されるタンデッ
シュであり、上方から注入された金属溶湯を一時的に貯
溜し金属溶湯が吐出される吐出口をもつ特許請求の範囲
第１項記載の金属溶湯の加熱方法。
【請求項３】発熱体は導電性セラミックスを主成分とす
る特許請求の範囲第３項記載の金属溶湯の加熱方法。
【請求項４】発熱体はジルコニアとマグネシアとを主成
分とする特許請求の範囲第３項記載の金属溶湯の加熱方
法。