JPS5870953A - 溶鋼注入用ノズルの加熱方法 - 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】 注入する際に、しばしば発生する注入用ノズルの閉塞を
防止するための、溶鋼注入用ノズルの加熱方法に関する
ものである。

溶鋼の連続鋳造において、溶鋼を鋳型内に供給するため
に、ノズルを備えたタンディッシュカ使用されるが、Ａ
７などを含有するｍｍの鋳造の場合には、このノズルの
内面に￥凸が付着し、これが次第に成長し、遂には、ノ
ズルを閉塞するようなことがしばしば起る。このような
ノズＡ／＃ｊｔりを防止する対策として次のようなこと
が考えられる〇 （１）熱伝導率の小さいノズルを使用する。

（ｕ）　　溶損し易いノズルを使用する。

０１１）　　溶鋼とノズルの接触面を攪拌し、溶鋼流に
淀みを作らないようにする。

怜　溶鋼を高温にする。ｆＩＩ鋼にムｌを添加しない。

（Ｖ）　　ノズルを高温にする〇 上記の対策中で実用化されているのは第（１１Ｄ項であ
って、ノズル内に不活性ガスを導入する方法だけである
。しかしこの方法も効果は充分でなく、その作業も困難
でかつ鋳片の品質上にも悪影響がある。またムｌの有無
や溶鋼温度の高低の条件は、本質的な製品品質に影響す
ることであり、ノズルＭｔりの観点だけで決められない
ことである。

第（Ｖ）項のノズルを加熱する方法は、ノズル内面での
溶鋼の凝固やムｔ２０３の付着を防ぐことを目的として
いるものであって、他の方法に比べて溶鋼の品質に対す
る影響が少なく、原理的には優れた方法である０この技
術については特開昭ｇ−４ｃＪ４１Ｊ／号公報および特
開昭３？　−４１１４号公報が提案されている。これら
文献では電熱線などによってノズルを加熱する間接加熱
法と、ノズル自体を抵抗加熱体として通電する直接加熱
法とが提案されているが、ノズル自体の直接電熱加熱方
法は次の通りである。特開昭ｑ−参ｊダ３１号公報では
、電極加熱と高周波加熱とがある。電極加熱は電熱加熱
の前にガスバーナーなどで予熱する必要があり、また特
種電極をノズル内に埋設するなど、ノズルの製作や加熱
作業上に困−性があり、また局部発熱をする欠点もある
。高周波誘導加熱法はノズル外側から高周波で誘導加熱
するのであるが１この場合電力は導体である溶鋼中に主
として印加され、電気抵抗の大きいノズルの加熱は録し
い。しかもノズル周囲の狭い空間にノズルを取り巻く形
に誘導コイルを設置することも困鑵で、作業性からも実
用化には大きな困麹が伴うことが考えられる。

また特ＩＩＩ昭５グー１１１１号ではノズルに直接通電
して抵抗加熱する方法も提案されているが、電流は溶鋼
中に主として流れ易く、肝心なノズル内の発熱量が小さ
い。この欠点を防止するためノズル内面に電気絶縁層を
形成することが提案されているが、消耗品であるノズル
にこのような加工を施すことは製作上、経済上に不利な
問題がある。

本発明は、ノズル自体のｉｔｓ加熱法における従来の上
記間一点ｅ解消して、ノズルが溶鋼と接触しても、ノズ
ル自体の抵抗加熱が可能であり１しかもその構造は暎純
で発熱が自由で１かつ鋳造作業性に悪影響をおよぼさな
い、優れたノズル自体の直接加熱方法を提供することを
目的とするものであって、本発明の構成は次の通りであ
る０杢発明は導電性を有する抵抗発熱体で溶鋼の注入用
ノズルを形成し１これを導電性を有する耐火材で形成し
たノズルセツシ用補助れんが（以後ノズル保持れんがと
称す）に嵌め込み１そのノズル保持れんかに通電してノ
ズル自体を発熱加熱する方法である。このようなノズル
加熱法の効果を一層向上させるために、ノズル保持れん
がの構造を、外面に電気絶縁性の耐火材、内部に導電性
を有する耐火材を配した複層構造にすることは極めて有
効な手段である。またノズル内を溶鋼が流通する鋳造中
にも、ノズルの加熱状態を効率よく維持するためには、
ノズル外径ｄＯとノズル肉厚ｄｗとの比を適正値に保つ
ことが必要である。更にノズル保持れんがの過熱を防ぎ
適当な温度に維持するためには、ノズル材の比抵抗がノ
ズル保持れんが材の比抵抗よりも充分大きいことが必要
である。

次に本発明方法の構成を具体的な実施龜様に基づいて図
面により詳細に説明する〇 本発明者らは、ノズルを電気的に直接加熱することによ
ってノズル結りを防止する方法について、（イ）導電性
の高い溶鋼と接触してもノズル自体の電流による抵抗加
熱が可能なこと、（ロ）鋳造作業に悪影響をおよぼさな
いこと、以上一点を実現することを目的として種々研究
調査を積み、実験を富ね＆良工夫を行った結果、第１図
に示すような簡素な構造で、所期通りの発熱が可能で、
しかも作業性が良好で従来技術に勝る性能を有する溶鋼
注入用ノズルの加熱方法を提供するものである。

第１図は本発明の構成を示す概略説明図で１（（）は断
面図でＩＰ）は平面図である０注入用ノズルｌは１良好
な耐蝕性と熱的・機械的性質とを具備し、かつ適正電気
比抵抗を有する材質から成り、ノズル保持れんがコ内に
嵌め込まれる。ノズル保持れんがは導電性を有する耐火
材で形成されるが〜溶鋼に接する面を電気絶縁体もしく
は電気不良導体ｌとし１内部を導電性を有する耐火材λ
′とする複層構造にすることが望ましい０電子Ｊ＆Ｉ：
＠絖されたケーブルダを通じて通電される。

電気経路は第１図（ロ）に示す。この直列回路で最も電
気抵抗の大きいノズル部に抵抗発熱量が集中する。溶鋼
と接しない場合、すなわち鋳造前のノズル予熱の段階で
は、電流は専らノズル耐火物内のみを流れるが、注入作
業を始めると、電流の一部は溶鋼中も流れることは免れ
られない。しかし後述のように、ノズルの形状を適当に
選択すれば、そのノズル耐火物外の電流の影響を充分に
小さくすることが可能なので、実用上問題はない０本発
明方法によると、ノズルの上部すなわち保持れんかに接
する位置の近辺だけが主に加熱されることになり、この
位置はノズル閉塞の最も発生し易い位置であって、目的
に適ったものである。

また発熱分布は軸対称ではないが１ノズル耐火物が例え
ばアルミナ−グラファイト系あるいは炭化珪素−黒船一
酸化珪嵩系の熱の良導体であるため、温度の著しい不均
一分布は生じない。

第１図に実用寸法のノズルおよびノズル保持れんがを設
置したタンディツシュ実験装置（イ）により、溶鋼と接
触しない状態の場合の通電中の温度分布を測定し、その
結果をグラフ（ロ）で示した。ノズルが溶鋼と接触しな
い状態であるから、図（イ）において１点の電流密度が
最大であり、この位置の温度が最も高いｏしかしノズル
内面で最低温度となった３点と、最高温度Ａ点との温度
差は１１ｉＩｌ々〃°Ｃであって、この程度は実用上差
支えのない温度差である。

次に電流分布上からノズルの適正形状について述べる。

餉Ｊ図および第ダ図は、コ次元モデル実験におけるノズ
ルおよびノズル保持れんが内の電流分布を示したもので
、第３図はノズル肉厚ａｙとノズル径ｄＯとの比がＯ１
２以下の場合の電流密度を、矢印で概略の大きさを示し
たものであり、第１図はノズルのｄｖ／ｄｏと側面電流
比率１Ｖれとの関係を示した図面である。ここで１．は
第２図（イ）に示す３点、塘はム点における各電流値で
あり、また実！Ｉａはノズル内に溶鋼がなくノズルの予
熱期の場合で、破線、４はノズル内面が溶鋼と接触して
いる鋳造剤の場合を示したものである。第参図から判る
ように、ノズルの肉厚ｄｖが電流分布を決定する主要因
子であり、ノズル肉厚ｄｖがノズル外径ｄＯに比して着
しく小さい場合、ノズルが溶鋼と接触しない予熱期には
１２が大きく、印加された電流はノズルの加熱に効率よ
く作用するが、ノズル内に溶鋼が存在する鋳造時には溶
鋼内を通過する電流のために土工が大きくなり１ノズル
の加熱の効率が低下する。このようにｄＷ／ｄＯが着し
く小さい場合は、予熱期と鋳造剤とでは電流分布の変化
が大きく、予熱期と鋳造剤とを通じてのノズル自体の抵
抗加熱は極めて不利である。ノズル内の温度分布はノズ
ルの材質の熱伝導率に依存するものであるが１第ダ図か
ら明らかなように、ノズル内の電流分布がノズル内の溶
鋼流の有無によって、大きな変化が生じないようにする
ために、ｄｗ／ｄｏ　＞　０．−とすることが肝要であ
る。

鋳造時には溶鋼内を通過する電流のために土工が大きい
ので、相対的に１２は小さくなり、１点の位置の発熱量
が小さくなる。

予熱期と鋳造時のいずれでも、ム、Ｂ点の電流密度に大
きな差が無いことが好ましい条件であり、第参図からそ
れを実現するのがｄ貰ＡＯの範囲であることが判る。

次に導電体のノズル保持れんがとノズル自体との接触部
も電流分布に大きな影響を与える。第５図に示した接触
角度０が大き過ぎると１□が小さくなり、’　＞　／２
０　’では側面の電流ｉ、のみが太きくなる。また−が
小さい時は、ノズルと保持れんがとの接触面積が小さい
ので、この部分の接触抵抗が大きくなり局部的発熱を示
す。種々実験の結果−）＄５’とすることが肝要である
ことを見出した。

上記ノズルとノズル保持れんがとの接触角度と共に、ノ
ズルとノズル保持れんがの電気抵抗を適切に選択しない
と保持れんがが異常に高温となる。

ａ＞４Ｉｓ０の条件で、種々の比抵抗の耐大物について
実験・検討をした結果、ノズル材質としては、その比抵
抗がノズル保持れんが材質の３倍以上であれば良いこと
が判明した。なおこの差は大きければ大きい程、良いこ
とも判った。

本発明の注入用ノズルの加熱手段には次のような利点が
ある・ （１）電ｆｌＬ１１１子が、実施例に示すように、被加
熱体ノズルから離れているので、端子温度が異常に高く
なることはない。端子での接触不良のおそれはなく、大
電流の供給が安定して行われる０ （ｉｔ）端子がノズルと離れていることで、ノズル周辺
の作業空間が充分広く、鋳造作業に悪影梼をもたらすこ
とがなし■。

ＯｉＤ何よりもノズルの着脱が容易で、通常作業と変わ
るところがない。また端子を直接ノズルに取付ける方法
と違って、着脱作業中ノズルに力をおよぼすことがなく
、折損などの事故がない。

４Ｖ］余分な装置部品を取付けるのではないから１ノズ
ルおよびタンディツシュの予熱を通常作業通りに行える
。

（Ｖ）ノズルの予熱と溶鋼の注入期の両方とも効率よく
加熱することが出来る。

本発明について以上説明したことは、溶鋼の注入用ノズ
ルの予熱に関することであるが、溶鋼に限らず一般溶融
金属の注入用ノズルの加熱に適用して）同様の効果を示
すことは云うまでもないことである〇 なお本発明は溶融金属の鋳造におけるノズル紬まりの閉
塞防止に有効であるばかりでなく、次のような応用も可
能である。

（イ）溶鋼の加熱：ノズルを充分高温に加熱することに
よって、溶鋼温度を高めることも出来る。

（ロ）ムｒ吹き曝孔ノズルの閉塞防止二ムｒガスの底吹
きなどで、拳孔ノズルを使用する際、ノズル先端に地金
が凝固付着することがある。本発明の方法でノズルを加
熱すれば閉塞防止が可能である＠また一部ノズル内に地
金が差し込んで閉塞する場合もあるが、これも加熱溶解
し間通させることが出来る。

（ハ）喚孔ノズルの開閉：曝孔ノズル内に意図的に一部
地金を差し込ませて閉１し、その後ノズルを再加熱濱解
してノズルを貫通させる方法は１革孔ノズルの開閉フン
シロールの機能を付与することにとが必要である・ 以上説明したように、本発明の方法は従来の注入用ノズ
ルの加熱方決の欠点を解消したものであって、工業上極
めて有益な効果を有するものである０

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で（イ）は縦断面説明図で（嗜は平面説
明図、第２図（イ）は実験装置の説明図で（ロ）は通電
中のノズル内面温度の経時的分布図、第ＪｇＪはλ次元
モデル実験の電流分布の説明図、第ダ図はノズル肉厚と
側面電流比率との関係を示すグラフ１第Ｓ図はノズルと
ノズル保持れんがとの接触角度の説明図面である。 ｌ・・・注入ノズル１コ・・・ノズル保持れんが、３・
・・端子、ｌ・・・ケーブル、ｊ・・・底部れんがＳ≦
・・・鉄皮、７・・・ストッパ。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 同　出願人　日本坩堝株式会社 第１図 （イ） （ロ） ！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　導電・抵抗発熱体で形成された溶鋼の注入用ノズル
   を、導電性の耐火材で形成されたノズルセット用補助れ
   んかに嵌め込み、該ノズルセット用補助れんかに通電し
   、前記注入用ノズル自体の抵抗発熱によって加熱するこ
   とを特徴とする溶鋼注入用ノズルの加熱方法。 ２　外面を電気絶縁性の耐火材とし内部を導電性の耐火
   材とした複層構造のノズルセット用補助れんがであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶鋼注入用
   ノズルの加熱方法。