JPH02160148A - 金属溶湯浸漬式ヒータ装置 - 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Ｊ 本発明はヒータ装置に関づる。このヒータ装置は、例え
ば、金属溶湯に浸漬されて金属溶湯を加熱する際に利用
することができる。

［従来の技術］ 従来にり使用されているヒータ装置について連続鋳造法
を例にとって説明する。即も、連Ｖｔ鋳造方法では、と
りべから例えば１４００〜１６００℃程度の鉄鋼の溶湯
をタンプッシュに１次的にうけ、タンプッシュの吐出口
から溶湯を水冷鋳型に注入して冷１Ｊｌ固化し、冷部ス
プレー帯による冷却の後、冷１Ｊｌ固化した部分をビン
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鉄鋼製品の
品質は向上しており、歩留も向上している。しかし、近
年、鉄鋼製品では一暦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の開発が
鋭意進められている。

上記した連続鋳造方法では、鉄鋼の溶湯をタンプッシュ
に１次的に受ける関係上、タンプッシュ内で鉄鋼の溶湯
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、溶湯の温度が数〜数１０℃程度場合によっては
それ以上低下する。ここで、タンプッシュは溶湯が凝固
する直前の最終容器であるため、タンプッシュ内の溶渇
潟度は鉄鋼製品の表層上介在物指数、炭素の中心偏析１
ｈ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、タンプッシュ内の溶湯が
数〜数１０℃程度低下する場合であっても、品質！！理
上好ましくない。

そこで、近年、タンプッシュ内で鉄鋼の溶湯の温度を調
整するべく、タンプッシュ内の溶湯に炭素電極を浸漬し
、タンプッシュ内の溶湯自体に電流を直接流し、溶湯に
発生ずるジュール熱で溶湯自体を発熱させるヒータ装置
が提供されている。

しかし、この場合には溶湯の電気抵抗率は小である。こ
こで、溶湯が発生するジュール熱は溶湯の電気抵抗値と
溶湯を流れる電流値の２乗との積であることから、前述
したように溶湯の電気抵抗率が小であると、所要のジュ
ール熱を確保するためには、溶湯に流す電流としてはか
なり大きな電流量を必要とする問題があり、更に大電流
化のため電気設備も大型化する問題がある。

なお、タンプッシュ内の金属溶湯を加熱する他のヒータ
ｖ装置としては、従来より、タンプッシュ内の溶湯をｇ
！導加熱する誘導加熱式装置も提供されている。更にタ
ンプッシュの上方にプラズマトーチを設置して、タンプ
ッシュ内の金属溶湯をプラズマ加熱するプラズマ加熱装
置も提供されている。

［発明が解決しようとする諌ｍ］ 本発明者は、溶湯に流すｍｖｌを小電流化すべく、鋭意
研究を重ねた結果、発熱体と電極部とからなるヒータ装
置を用い、ヒータ装置の発熱体を金属溶湯に浸漬し、ヒ
ータ装置と金属溶湯との間に電圧を印加することにより
ヒータ装置の発熱体を発熱させ、以て金属溶湯を加熱す
る手段を開発した。

本発明は上記したヒータ装置の開発の一環として完成さ
れたものであり、その目的は、発熱体を発熱させること
により金属溶湯等の被加熱物を加熱づることができ、し
かも発熱体と電極部との境界部分、または発熱体を形成
する層間に導電層を介在させることにより、発熱体の発
熱性を確保するのに有利なヒータ装置を提供することに
ある。

更に本発明は、導電層が発熱性をもつ場合には発熱体の
発熱性確保に一層有利なヒータ装置を提供することにあ
る。

・　二 ［ｗ１題を解決するための手段］ 本発明にかがるヒータ装置は、少なくとも１１１からな
り発熱材料をｌｌ材とする発熱体と、発熱体に隣設し発
熱体に通電する電極部とで構成され、発熱体と電極部と
の境界部分、または発熱体の層間に導電層が介在してい
ることを特徴とすることを特徴とするものである。

発熱体は、発熱材料を基材とし、少なくとも１層から形
成されている。、発熱体は、所要の発熱特性をもつ外層
部と、外層部と異なる発熱特性をもつ少なくとも１層の
内層部とで構成できる。

ここで発熱材料を基材とするとは、発熱材料のみで形成
されていでも、発熱材料以外の他の充填材を含有してい
てもよいという意味である。内層部は、必要に応じて１
層でも２層でもよく、場合によってはそれ以上でもよい
。発熱体の肉厚は、発熱の均一性を確保する意味で、実
質的に均一の肉厚とすることができるが、発熱材料のい
かん等によっては肉厚変動部があってもよい。

発熱体は筒形状、または筒形状に近似した形状にするこ
とができ、この形態では金属溶湯に′ｆＩ潰するタイプ
として使用でき、この場合には発熱体を外層部および内
層部とで形成するときには、外層部および内層部の双方
を筒形状または筒形状に近似した形状とすることができ
る。ここで、発熱体を筒形状、または筒形状に近似した
形状にした場合には、侵述の実施例で示すように、発熱
体の良さ方向の中央部の外径を長さ方向にわたり実質的
に同一寸法とし、かつ、中央部の内径を長さ方向にわた
り実質的に同一寸法とすることにより、発熱体の長さ方
向の中央部の肉厚を実質的に均一とすることが望、まし
く、この場合、発熱体の長さ方向の中央部の外径と内径
との関係は、内径寸法は外径寸法の３０〜８０％とする
ことができ、殊に５０〜７０％が望ましい。その理由は
外径に対して内径の比が小さいと、内径部の発熱量が外
径部に対して大きくなり、その結果内径部が溶融する心
配がある。又、内径の比が大きくなると、実質的な発熱
層の厚みが小さくなり、溶精による溶損の影響をうけや
すいからである。

本発明にがかるヒータ装置では、発熱体を形成する発熱
材料は非金属系、金属系のいずれでもよい。発熱体が外
層部と内層部とで形成されている場合、外層部を形成す
る発熱材料の種類またはその配合割合は、内層部を形成
する発熱材料の種類またはその配合割合よりも、電気抵
抗値の高いものを採用できる。このようにすれば、発熱
体の外層部に接触したり外層部に対面したりする被加熱
物（例えば、金属溶湯等の液体、空気等の気体）に近い
部分での発熱が盛んとなり、被加熱物を効果的に加熱し
加熱効率を高めるのに有利である。

また本発明にがかるヒータ装置では、外層部は通常、金
属溶湯、空気、予熱時におけるバーナ火炎等に接触する
ために、外層部を形成する発熱材料の種類またはその配
合割合Ｃよ、発熱特性の他に耐溶損性、耐熱衝撃性、耐
酸化性、耐腐蝕性、耐経年性等の種々の要因を考慮して
選択する必要があるが、内層部は金属溶湯、空気、バー
ナ火炎等に実質的に接触しないので、内層部を形成する
発熱材料の種類またはその配合割合を選択する場合には
、そのような配慮を少なくしたり無視したりすることが
でき、例えば、内層部を形成する発熱材料は、外層部を
形成する発熱材料よりも固有抵抗値が小さく発熱性の少
ない材料、配合割合とすることができる。従って、内層
部を形成する発熱材料の種類またはその配合割合は、外
層部を形成する発熱材料の種類またはその配合割合に比
較して選択の自由度が増す。

本発明にがかるヒータ装置では、発熱体を形成する前記
した金屑系の発熱材料としては、例えば、ニッケルーク
ロム系合金、鉄−りＯムーアルミニウム系合金、タング
ステン、モリブデン、タンタル等を必要に応じて採用で
きる。

また、発熱体を形成する前記した非金属系の発熱材料と
しては、酸化物系、窒化物系、ホウ化物系等のうち使用
温度域で導電性をもつセラミックスを採用できる。ＩＪ
Ｉ性をもつセラミックスとして【、１、被加熱物が鉄鋼
の溶湯である場合には、溶鋼の抵抗が低いために発熱体
のＲを大きくする必要がある等の理由により固有抵抗値
が高いものが望ましく、この場合、固有抵抗値は１５０
０℃付近で、１Ωｃｍ以上であることが望ましく、特に
２０００ＣｒＴ１以上であることが望ましく、例えば、
その固有抵抗値が３６０（Ωｃｍ）程度のものを採用す
ることができる。なお、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または難導電性セラ
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。

本発明にがかるヒータ装置では、発熱体を形成する導電
性をもつセラミックスとしては、鉄鋼の溶湯を加熱する
場合には、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルニ１ニア（Ｚｒ
Ｏｔ）、アルミブ（Ａ１ｔＯ３）、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
の混合体を使用することができる。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
湯の加熱［１域である１５００〜１６５０℃付近では所
要の導電性を帯びる。発熱体が外層部と内層部とで形成
されているときには、外層部を形成する導電性をｂつセ
ラミックスとして、マグネシアとジルコニアとの混合体
を用いることができ、この場合には、その配合割合は、
必要とする抵抗値等をと慮して適宜選択されるが、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２．５〜１
５％が好ましく、また、内層部を形成する導電性をもつ
セラミックスとしては、例えば、ホウ化ジルコニウム、
窒化ボロン、炭化珪素等を必要に応じて採用できる。ま
た内層部を形成する導電性をもつセラミックスとしては
、勿論、外層部を同様に、マグネシア（ＭｇＯ）、ジル
コニア（２ｒｏ２）、アルミナ（Ａ１２２０３）、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を使用することができるが、外
層部よりも発熱ｍ４減らすためにその配合割合を変更で
き、例えばマグネシアを減少させて、ｆｆｌｆｆｌ％で
、マグネシア４０〜７０％、ジルコニア、アルミナ、Ｃ
ａｏ１クロミア、ベリリア、ドリア、セリアを主成分と
する材料を１榊又は２種以上、含有暑で３０〜６０％以
上配合することができる。

更には必要に応じて、例えば、外層部よりも発熱量を減
らすために、炭素粉末、黒鉛等により炭素量として１〜
５％適宜含有することもできる。

更には、金属溶湯の溶融点によっては、発熱体を形成す
る導電性をもつセラミックスとして、炭化けい素（Ｓ　
ｉ　Ｃ）　、ランタンクロメート（ＬａＣｒＯｉ　）　
、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化トリウム（Ｔｈａｔ
＞、ケイ化モリブデン（ＭｏＳ１２）、更に、窒化チタ
ニウム（ＴｉＮ＞、炭化チタニウム（Ｔ　ｉ　Ｃ）等を
主成分としたもの６使用することができる。なお参考と
して、使用温度と固有抵抗との関係を第８図、第９図に
示す。なお、鉄鋼の溶湯の場合には、前述したように発
熱体を形成するセラミックスの固有抵抗値は、特に外層
部を形成する場合には、目標値としては使用温度域で２
００Ωｃｍ以上が望ましい。

ただし、上記した各種の発熱材料の中から金属溶湯等の
被加熱物の加熱温度、更には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ｉ！！ｉ温における耐衝撃性、価格、更には毒性の有
無等を考慮して適宜選択するべきである。

なお、発熱体がジルコニアを主成分とする場合には、酸
化カルシウム（Ｃａｂ）、マグネシア（ＭｇＯ）、酸化
イツトリウム（ＹｔＯ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ
ｔＯｓ＞、酸化スカンジウム（ＳＣｔＯｘ＞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できる。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、光熱体の
歪みを抑制するのに有利である。

発熱材料を導電性セラミックスとした場合には、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１〜５ｍｍ程度が望ましく、
特に１．５〜３ｍｍ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。なお、発熱体が外層部と内層部とで形成さ
れている場合には、外層部と内層部とで粒径を変更して
外層部と内層部との発熱特性を調整すること、例えば、
発熱体の内部での「熱たまり」を抑えるべく、内層部の
発熱性を外層部の発熱性よりも小さくすることも可能で
ある。

本発明にかがるヒータ装置では、発熱体を形成する発熱
材料は、他に支障がない限り、使用温度が変化しても発
熱体の抵抗値は変化しないが、あるいは２、抵抗値が増
大する正性を示すものを用いることができる。このよう
に温度の上昇につれて発熱材料の抵抗値が増大する正性
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のに都合がよい。もし、発熱
材料が、温度が上昇゛すると抵抗値が大きく低下する大
きな負性をもつ場合には、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（くなり、抵抗
値の低い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４となり、発熱体の発熱暴走の一因となり
易い。

発熱体の全抵抗Ｒ（Ω）は、導電性セラミックス等の発
熱材料の固有抵抗値ρ（Ωｃｍ）と発熱体の肉１９ｔ（
Ｃｍ）と発熱体の面積Ｓ　（ｃｍ２　）とに影響される
。このとき、発熱体を筒形状とする場合には、次の事項
を考慮して発熱体の抵抗値を選択する必要がある。即ら
、発熱体の外径が大きい程、放熱面積を確保できるが、
成形時に亀裂が生じやすく、熱衝撃に弱くなり易い。一
方、発熱体の外径が小さい程、放熱面積は小さくなる。

また、発熱体の内径が大きい程、電極部が径大となり、
電極部からの伝熱ロスが大きい。一方、発熱体の内径が
小さい程、電極部が小径化し、電極部からの伝熱ロスが
小さくなるものの、発熱の不均一が生じ易い。また、発
熱体の肉厚が厚い程、熱が内部に溜りやすく、発熱体内
部の最高温度が上昇して内＆；が溶けることがあり、発
熱の安定性を維持するのに不利である。一方、発熱体の
肉厚が薄い程、熱が発熱体の内部に溜りにくいが、必要
な発熱層が得られないし、発熱の暴走の一因となり易い
。

本発明にがかるヒータ装置では、発熱体は例えば次のよ
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
スラリを型のキセビティに流し込んで所定形状に成形し
成形体を得る成形工程を実施し、更に成形体を所定温度
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。

なお成形工程では、型に振動を付与しつつ成形する振動
成形を行うことができる。そして、発熱体と電極部とを
組付けて一体的とする。

また、発熱体は次のようにしても製造できる。

即ち、原料セラミックス粉末をボールミル、＠動ミルな
どで充分に粉砕、混合して原料ヒ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。なお加圧成形は、
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。そりで、発熱体と電
極部とを組付Ｇｉｔで一体的とする。

さて本発明にがかるヒータ装置の要部構成について説明
する。即ち、発熱体と電極部との境界部分、あるいは発
熱体が２層以上で形成されている場合には層間に、導電
層が介在している。導電層は、発熱体と電極部との境界
部分、あるいは発熱体が２１８以上で形成されている場
合には晴間に、導電性をもつ粉粒体、液体等を介在させ
て形成できる。この場合、粉粒体、液体等の電流拡散ｉ
能を利用しで、発熱体とｉ１ｉ極部との境界部分の電気
的接触度、あるいは発熱体が２層以上で形成されている
場合には層間の電気的接触度を向上させることができる
。この場合、発熱体と電極部との境界部分に隙間が生じ
易い場合であっても、あるいは、発熱体が２１！！以上
で形成されている場合には層間に隙間が生じ易い場合で
あっても、両画間の電気的接触度更には熱的接触性を確
保するのに有利である。あるいは、発熱体とｆｆｌ極部
との熱膨眼度が異なる場合、あるいは発熱体が２層以上
で形成されている場合には層間の熱部張度が異なる場合
であっても、両者の電気的接触度史には熱的接触性を確
保丈るのに有利である。なお、導Ｎ層を粉粒体で形成す
る場合には、粉粒体としては、光熱性をもつ導電粉末、
例えば炭素粉末、黒鉛粉末を採用でき、あるいは、炭化
珪素粉末等のセラミックス粉末、場合によっては高い溶
融点をもちかつ固有抵抗値の大きな金属粉末等を採用で
き、必要に応じて上記した粉末を混合して用いることが
できる。なお、炭素粉末や黒鉛粉末の固有抵抗値と使用
温度域との関係は、使用温度域が高くなっても固有抵抗
値の減少を小さくでき、従って高温域での発熱性確保に
有利である。また、導ＮＨを液体で形成する場合には、
液体としては、１ｊ電性に浸れかつ低融点のもの、例え
ばスズ、鉛、ビスマス、ナトリウム等の低融点金属、場
合によっては銅系金属、アルミニウム系金属等を採用で
きる。

導ｆ１１１１１を炭素粉末や黒鉛粉末等の導電粉末で形
成した場合には、導電層自体の発熱性を確保するという
観点からは、細粒径の方が好ましく、その平径粒径範囲
は例えば１０μ〜２ｍｍなかでも５０μ〜１００μとす
ることができる。細粒径の方が粉末粒子と粉末粒子との
間の接触抵抗が増し、導電層の発熱性を確保できると考
えられるからである。

なお、低融点金属や銅系金属等からなる固体状の粉粒体
を、発熱体と１極部との境界部分、または、発熱体が２
層以上で形成されている場合には１１１間に、介在させ
れば、使用時の温度がその融点以上であれば固体状の粉
粒体が溶けて液体となり、電気的接触度更には熱的接触
度を確保するのに有利である。

本発明にがかるヒータ装置では、後述する実施例に例示
するように、発熱体の長さ方向の先端部は角部がないよ
うに３次元曲面形状、例えば半球状、または半球状に近
似した形状であることが望ましい。その理由は、角部は
成形時の不均一が生じやす（、耐熱衝撃性を確保しにく
いからである。

また、角部には電流が集中しやずいため角部は発熱温度
が轟くなり、発熱の暴走の原因の一つとなりやすいから
である。なお、先端部を半球状とした場合、タンデイシ
ュ内の溶湯に浸漬するタイプでは、発熱体の半球状の先
端部の半径は例えば３０〜１００ｍｍ特に４０〜６０ｍ
ｒＴ１程度とすることができる。

本発明にかがるヒータホルダでは、電極部は、発熱体に
電気を流すためのものであり、発熱体に隣設している。

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、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、３
４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、ｌ！電極部所要の導電性を確保しつつ、′Ｒ電極
部見掛けの熱伝達度合を小さくすることができる。

また電気抵抗の小さい導電性セづミックスで電極部を形
成することもできる。

本発明にがかるヒータ装置では、ｉ［極部からの伝熱ロ
スを少なくする意味では、電極部は細い方が望ましい。

なお本発明にかかるヒータ装置では、容器に保持した金
属溶湯を加熱するものとして使用する場合には、溶湯の
貯溜口を検出するγ線レベル計などのセン１ｔを配設す
るとともに、センサの信号に応じて発熱体への電流をｉ
ｌｌ　Ｈするｉ制御装置を配設することもできる。この
ようにすれば、容器に保持されている金属溶湯の変動量
に応じて発熱体へ流す電流量を制御するので、溶湯の温
度調整をより一層精度よくできる。

［実施例］ 本発明にかかるヒータ装置の第１実施例について第１図
および第２図を参照して説明する。

本実施例にかかるヒータ装［１を第１図および第２図に
示す。このヒータ装［１はほぼフラスコ形状の発熱体２
と、発熱体２・に隣設した棒状電極部３とで構成されて
いる。発熱体２は、２層タイプであり、はぼフラスコ形
状の外層部２０と、はぼフラスコ形状の内層部２５とで
形成されている。

外層部２０は、重量％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。内層部２５は、
重量％で、マグネシアが６０％、ジルコニアが４０％、
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図及び第２図に示すように外層部２０は、径大な基
端部２００と、基端部２００につながる中央部２１０と
、中央部２１０につながる３次元曲面形状つまり半球状
の先端部２２０とから構成されている。中央部２１０の
肉厚、先端部２２０の肉厚は実質的に均一であり、肉厚
のばらつきは±１ｍｍ１度である。ここで本実施例では
、外層部２０の軸方向の全体の長さＬｌが８５ｃｍ程度
、中央部２１０の長さＬ２が５５ｃｍ程度、先端部２２
０の長さＬ３が６ｃｍ程度、中央部２１０の外径が１２
ｃｍ１！ｊ度、中央部２１０の内径が８゜４ｃｍ程度、
先端部２２０の径Ｒ１が５ｃｍ程度である。なお基端部
２００が径大であるのはヒータホルダに載せるためであ
る。

一方、内ＷＪ／１１！２５は、基端部２５０と、基端部
２５０　ｋ：　ツナ力８　中央ａｌｌ　２６０　ト、中
央部２６０につながる３次元曲面形状つまり実質的に半
球状の先端部２７０とから構成されている。内層部２５
の肉Ｊｆは実質的に均一であり、肉厚のばらつきは±１
ｍｍ程度である。ここで本実施例では、内層部２５のう
ち、中央部２６０の外径が（３ｃｍ程度、中央部２６０
の内径が４ｃｍ程度、先端部２７０の径Ｒ２が４ｃｍ程
度である。

棒状７１極部３は炭素で形成されており、その外径は３
．８ｃｍ程度、その全長が８５ｃｍ程度である。

本実施例のヒータ装置は次のように製造した。

即ち、外層部２０用の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成形す
る成形工程、成形した外層部２０用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、乾燥した外ｍ部２０用の成形体を１６５０℃で１
０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外層部２０用の原料セ
ラミックス粉末の最大粒径は３ｍｍ程度である。同様な
手順で内層部２５用の型をＪいて、内層部２５を形成し
た。内層部２５用の原料セラミックス粉末の最大粒径は
３ｍｍ程度である。そして、焼結した外層部２０の底付
近の内面に、最大粒径１．５ｍｍ程度の炭素粉末をスペ
ーサとして散らした後に、外層部２０内に内層部２５を
挿入して外層部２０と内層部２５とを互いに重ねる。

更に、外層部２０と内層部２５との境界部分にその上端
から炭素粉末を装入し、外層部２０と内層部２５との微
小１１！間を炭素粉末で充填し、これにより導電層とし
ての導電発熱層２０ａを形成する。

このとき、必要ならば、内層部２５と外層部２０とを周
方向に相対回転させつつ行うことができる。

炭素粉末を装入し易いからである。このとき炭素粉末は
潤滑性に富むので、相対回転動作は円滑に行なわれる。

なお、内層部２５の内周面で区画された孔にｍ極部３を
装入する。同様に電極部３と内層部２５との境界部分に
も炭素粉末を同様にして装入し、ＩＦｆｆｉｌｌとして
のＩＪＮ発熱層２−Ｏｂを形成する。

前記したように製造したヒータ装置１を使用するにあた
りては、ヒータ装置１を例えば２個用い、各ヒータ装置
１の棒状電極部３の上端部に導線をバンドで固定して′
２Ｉ！源につなぐと共に１発熱体２にバーナの火炎をあ
てて予熱する。そして、予熱した後に、第４図に示すよ
うに２個のヒータ装置１を容器４内の鉄鋼の溶湯Ｗに浸
漬した。この状態で２１１ＪＪの電極部３と溶湯Ｗとの
間に０〜４４０Ｖ（７）電Ｌ［を印加し、周波数６０　
ＨＺの電流をＯ〜８００Ａ程度流す。すると、一方のヒ
ータ装置１の発熱体２を形成する内層部２５及び外層部
２０が発熱すると共に、他方のヒータ装Ｍ１の発熱体２
を形成する内層部２５及び外層部２０が発熱するので溶
湯Ｗが加熱される。

本実施例では、ヒータ装置１の発熱体２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
発熱させる場合に比較して、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く、電気設備
も小型化し得る。

本実施例では、マグネシアとジルコニアを主要成分、抵
抗値が高くなるようにその配合式１１合を選択した発熱
材料で外層部２０を形成しているので、溶湯Ｗに接触し
ている部位で発熱が盛んとなり、加熱効率が向上する。

しかも、内層部２５は溶湯に接触しないので、発熱特性
も外層部２ｏはとは必要とせず、むしろ発熱体２の内部
での「熱だまりＪを抑制すべく内層部２５の発熱特性を
外層部２０よりも抑えた方が好ましく、またバーナで予
熱するときバーナの火炎に内層部２５は直接接触しない
ので、内層部２５を形成する発熱材料の配合割合を選択
するにあたり、外層部２ｏ程の大ぎな発熱量を確保せず
ともよく、更に耐溶損性、耐酸化性等に大ぎな配慮をは
られなくともよく、従って、内層部２５を形成する発熱
材料の種類またはその配合割合の選択の自由度を増し得
る。

更に、本実施例では、所要の発熱口を確保すべく発熱体
２の肉厚を所要の厚みとした場合、外層部２０の肉厚自
体、内層部２５の肉厚自体は薄くし得るので、それだけ
外層部２０、内層部２５自体には、成形するとき、焼結
するとき、予熱するどきに、亀裂が発生しにくくなる。

しかも本実施例では、第３図に示すように外層部２０と
内層部２５との境界部分に装入された炭ｊｉｉｔ！り末
からなる導電発熱１１１２０ａ、内層部２５と棒状電極
部３との境界部分に装入された炭素粉末からなる導電発
熱１！２０ｂは、電流拡散層としての機能と、熱拡散層
としてのＲ能を果すので、外ＩＭｌ’１ｌＳ２０と内層
部２５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、発熱体２の局部的発熱を抑え、従って発熱体
２は発熱の購走が生じにくり、発熱体２の均一発熱に有
利な利点が財られる。

更にまた本実施例では炭素粉末を装入して形成した導電
発熱層２０ａ１導電発熱１！２０ｂも使用時には発熱す
る。しかも炭素粉末の固有抵抗値は、使用温度域が高温
となっても減少する度合がＩ！７４性セラミックスの場
合に比較して小さいので、高温域での発熱性確保に有利
である。よって発熱体２の所要の発熱量を確保するにあ
たり、外層部２０、内層部２５の肉厚をやたらと肉厚化
することを回避でき、従って、発熱体２の厚肉化に起因
する発熱体２内部での「熱溜まり」、更には「熱溜まり
」に起因する「セラミックス溶融」を抑制できる。しか
も、炭素粉末からなる導電発熱１１２０ａ、２０ｂは溶
湯には接触しないので、炭素粉末が溶湯に侵入せず、ｍ
潟の炭素間維持に支障をきたさない。

更に本実施例では、発熱体２を形成する外層部２０の肉
厚、内層部２５の肉厚は実質的に均一であるため、電極
部３から発熱体２を通して溶″／ＱＷ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を形成する外層部２０の先
端部２２０、内層部２５の先端部２７０はそれぞれ３次
元曲面形状としての半球状であり、１！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
層右利である。

次に、本発明にかかるヒータｖ４置の第２実施例につい
て第５図および第６図を参照して説明する。

第２実施例のヒータ装置は基本的には第１実施例と同じ
構成である。ただし、内層部は２層であり、第５図に示
すように、棒状電極部３側の第１の内層部２７と第２の
内層部２８とが積層されている。

第１の内層部２７は基端部２７０と中間部２７１と実質
的に半球状の先端部２７２とで形成されている。また第
２の内１ｌａＩＳ２８は基端部２８０と中間部２８１と
実質的に半球状の先端部２８２とで形成されている。そ
して、第１の内１１部２７と第２の内層部２８との間に
は、炭素粉末が装入されて導電発熱１ｉ１２０ａが形成
されており、従って第１の内層部２７と第２の内層部２
８との間の電気的接触度、熱的接触度を確保している。

勿論、外層部２０と第２の内層部２８との境界部分には
、炭素粉末からなる導電発熱層２０ａが設けられており
、更に、Ｎ極部３と第１の内層部２７との境界部分にも
、炭素粉末からなる導電発熱１１２０ｂが設けられてい
る。

第２実施例のヒータ装置においても、前記第１実肩例の
場合と同じ作用、効果が得られる。

また、上記した各実施例では、第１図、第５図から明ら
かなように内層部の外周面と外層部の内周面とは平ＷＩ
面状であるが、特殊な例では、図示はしないが、内層部
の外周面にねじ部を形成し、外層部の内周面にねじ部を
形成し、そして、外層部のねじ部と内層部のねじ部とを
互いに螺合することにより、内層部と外層部とを一体的
に組付て６よく、この場合にも、両者の境界部分に炭素
粉末、溶融スズ等を装入して、導１１ｆｉｌを設けるこ
とができる。

・［適用例］ 次に、上記した実施例にがかるヒータ装置を、連続鋳造
方法に適用した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７図に示すように、鉄鋼溶湯を保持する
容器としてのタンプッシュ５０と、タンプッシュ５０よ
りも下方に配置された水冷鋳型５１と、冷却スプレー帯
５２と、ピンチロール５３と、整直ロール５４とで構成
されている。なお、タンプッシュ５０は、溶湯を５ｔＰ
Ｉ度保持する容量である。

次に連続鋳造する際について説明する。まず、第１図お
よび第２図に示すヒータ装置１を２個用い、各ヒータ装
［１の発熱体２をバーナの火炎で加熱して８００〜１２
００℃程度に予熱する。

このようにヒータ装置２１を予熱した状態で、とりべ５
５から移されてタンデイシュ５０に保持されている１４
００〜１６００℃程度の高温の鉄鋼の溶湯に２個のヒー
タ装置１を先端部２２０から浸漬する。とりべから移さ
れたタンデイシュ５０内の溶湯は第７図に示す吐出口５
０ａに向けて流れ、水冷鋳型５１に落下する。

前記のように溶湯を浸漬する前にヒータ装Ｒ１を予熱す
れば、発熱体２の急熱を防止でき、発熱体２に電装が生
じることを極力抑制することができる。又、上記した予
熱により、発熱体２、特に、マグネシアを主要成分とす
るため高温度領域で初め（導Ｎ性を帯びる発熱体２の導
電性を確保できる。

なお発熱体２に亀裂が生じた場合には、亀裂に侵入した
金属溶湯と電極部３とが直接に導通し、発熱体２の発熱
ωが小さくなり、ヒータ装Ｗ１１を有効に利用できない
不具合が生じる。

本適用例では、上記のようにヒータ装置１をタンプッシ
ュ５０内の溶湯に浸漬した状態で、２個の電極部３の端
子を交流電源に接続し、端子間に１００〜６００■の電
圧を印加する。これによりタンプッシュ５０に保持され
ている溶湯を介してヒータ装置１の発熱体２の間で、周
波数６０　Ｈｚの電流を流す。電流虐はＯ〜８００Ａ程
度である。

このとき発熱体２の内層部２５および外層部２０は高温
に発熱する。したがってタンプッシュ５０内に保持され
た溶湯は、加熱されて例えば約１〜ｂ このようにタンデイシュ５０内で温度調整された溶湯は
、タンデイシュ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ｒＪｌスプレー帯５
２からの冷ｕ１水の噴出で冷却され、冷ｕ１固化したｂ
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。

本適用例では、ヒータ装ｆｆ１１の発熱体２の発熱セで
タンデイシュ５０内の溶湯を加熱するため、従来より提
供されているタンデイシュ５０内に保持されている溶湯
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場合に比較して、必要とする′Ｒ流
珊は小であり、したがってその電気的制御も行ない易く
、電気設備も小型化し得、従って既存の電気設備を有効
に使用し得る。

上記のように本適用例では、ヒータ装［１でタンプッシ
ュ５０内に保持した溶湯を加熱して溶湯の温度調整でき
るので、タンプッシュ５０に保持した溶湯の温度を適切
な値に維持することができ、連続鋳造方法で製造したプ
ルーム、ビレットなどの製品の畠質を向上するのに有利
である。

［発明の効果］ 本発明にがかるヒータ装置によれば、発熱体で金属溶湯
等の被加熱物を加熱することができ、したがって金属溶
湯等の被加熱物の温度調整を行なうことができる。特に
、発熱体と電極部との境界部分、あるいは、発熱層が２
層以上の場合には胴間に、導電層が介在しているので、
この導電層が、Ｎ流拡散層としての機能を果し更に熱拡
散層としての機能を果すので、電気的接触度を高め得る
と共に熱的接触度も高め得るので、局部的発熱を抑え得
、従って発熱体は発熱の調走が生じにくく、発熱体の均
一光熱性を向上させるのに有利な利点が１ηられる。

更にまた本発明にがかるヒータ装置によれば、導電層が
発熱性をもつ場合には、発熱体が発熱する他に導電層も
発熱するので、発熱体の所要の発熱層を確保するにあた
り、発熱体の肉厚をやたらと肉厚化することを回避でき
、従って、発熱体の厚内化に起因する発熱体内部での「
熱溜まり」を抑制するのに有利である。

更にまた本発明にがかるヒータ装置によれば、発熱体が
２層以上で形成されている場合には、外層部で所要の発
熱性を確保しつつ、内側の層を外側の層より６発熱特性
の小さい発熱材料で形成することらでさ、発熱体の内部
の「熱だまり」を抑えるのに一層有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明にかかる第１実施例を示し、第
１図は発熱体の断面図、第２図はヒータ装置の断面図で
ある。第３図は導電発熱層付近の拡大断面図、第４図は
ヒータ装置と溶湯との間で通電している状態の概略断面
図である。 第５図および第６図は本発明にががる第２実施例を示し
、第５図は発熱体の断面図、第６図はヒータ装置の断面
図である。 第７図は連続鋳造方法で使用する装置の概略断面図であ
る。第８図、第９図は導電材料の使用温度と固有抵抗と
の関係を示すグラフである。 図中、１はヒータ装置、２は発熱体、３は棒状電極部、
２０は外層部、２０ａは導電発熱ｍ＜導？１ｔＮｌ）、
２０ｂは導ｆｆ１ｕ熱層（導ｆｆｉ層）　、　２００は
基端部、２１０は中央部、２２０は先端部、２５は内層
部、２５０　Ｇ；！基端部、２６０は中央部、２７０は
先端部を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１層からなり発熱材料を基材とする発
   熱体と、前記発熱体に隣設し前記発熱体に通電する電極
   部とで構成され、前記発熱体と前記電極部との境界部分
   、または前記発熱体の層間に導電層が介在していること
   を特徴とするヒータ装置。