JPH06246409A

JPH06246409A - 半凝固金属排出用加熱型浸漬ノズル装置

Info

Publication number: JPH06246409A
Application number: JP3680893A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Takahashi; 広芳高橋; Naonori Moriya; 尚玄森谷; Yasuyuki Murata; 泰之村田
Original assignee: Leotec KK
Current assignee: Leotec KK
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】凝固シェル付着によるノズル閉塞のトラブル
がなく、排出される半凝固金属の品質特性を損うことの
ない半凝固金属排出用加熱型浸漬ノズル装置を得る。【構成】浸漬ノズル内を流れる半凝固金属を、該ノズ
ル本体に適用する10kHz〜100kHzの高周波電流による誘
導加熱に基づいた発熱の該ノズル壁を通した熱伝導で保
熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半凝固金属製造装置
で製造した半凝固金属を、次工程へ供給するにあたって
好適な排出用加熱型浸漬ノズル装置を提案しようとする
ものである。

【０００２】半凝固金属の製造工程において、最終的に
製造される半凝固金属はその特性として、高固相率で微
細粒状初晶を有することが肝要であることから、半凝固
金属製造装置から排出される半凝固金属の温度はその金
属の液相線よりも低く固相線により近いものになる。こ
のような半凝固金属の排出に際して、半凝固金属はノズ
ル内通路の壁面に接触することによって抜熱されると、
その抜熱量がわずかであっても半凝固金属中の高融点成
分（たとえばAl₂O₃)の壁面への付着あるいは半凝固金属
そのものの壁面への凝固付着すなわち凝固シェルが付着
する。

【０００３】したがって、半凝固金属の排出に用いるノ
ズルには、凝固シェル付着によるノズル閉塞ないしは排
出流量制御不能などのトラブルを引き起し易いという基
本的な問題があり、その解決が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】一般に、金属溶湯の連続鋳造におけるタ
ンディッシュから連鋳モールドへの給湯には浸漬ノズル
が使用されている。

【０００５】この浸漬ノズルについては、給湯中にノズ
ル内壁面への高融点成分の析出付着あるいは溶湯そのも
のがノズルで抜熱されることによる凝固付着など、いわ
ゆる凝固シェル付着によるノズル湯道の閉塞トラブルを
回避するために、例えば、特開昭63−286268号公報（タ
ンディッシュノズルの加熱方法）に開示されている図１
に示すような、電気発熱体をノズル内に挿入してノズル
を内面から予熱する手段や、図２に示すような、バーナ
を用いてノズルを内面から予熱する手段、及び特公昭63
−24788 号公報（通電加熱用浸漬ノズル）に開示されて
いる図３に示すような、ノズル本体を導電性耐火材で形
成して直接通電によりノズルを加熱する手段、さらには
誘導加熱コイルをノズル外周に配置し、誘導加熱により
ノズル内を流れる溶湯を加熱する手段などが知られてい
る。

【０００６】ここに、図１は電気発熱体を用いたノズル
本体の予熱状態を示す説明図で、01はタンディッシュ、
02はノズル本体、03はノズル本体02の保温ポット、04は
タンディッシュ01の予熱用のバーナ、05はノズル本体02
を内面から予熱する電気発熱体である。

【０００７】図２はバーナを用いたノズル本体の予熱状
態を示す説明図で、01はタンディッシュ、02はノズル本
体、03はノズル本体02の保温ポット、04はタンディッシ
ュ01の予熱用のバーナ、06はノズル本体02を内面から予
熱するバーナである。

【０００８】図３は導電性耐火材で形成したノズルを通
電加熱する状態を示す説明図で、02はノズル本体、07は
導電性耐火材、08は半・非導電性耐火材、09は通電ター
ミナルである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】半凝固金属の排出用浸
漬ノズルとして、前記した溶湯用の浸漬ノズルを試用し
て見たが、いずれも不適であることが判明した。

【００１０】すなわち、前掲図１及び図２に示した電気
発熱体やバーナによる予熱する手段では、予熱温度をノ
ズル内壁面で1000℃を超える温度まで上昇させることは
実用上困難であり、特に半凝固金属がノズル内を流下中
は加熱できないという問題がある。このため実操業にお
いては、半凝固金属を排出及び排出完了までにせっかく
予熱されたノズル内壁面温度が降下し、この壁面からの
抜熱により流下中の半凝固金属の一部が強固シェルとな
ってその壁面に付着してしまいノズル閉塞を引き起し
た。

【００１１】また、前掲図３に示した直接通電加熱ノズ
ルの場合には、特殊電極のノズル内埋設による漏電の危
険性が高いこと、および特にノズル先端の浸漬部には電
極を埋設できないことからノズル本体の熱の伝動で加熱
するしか方法がなく、十分な温度に達しない等の問題が
あった。

【００１２】さらに、ノズルの外周に誘導加熱コイルを
配置する誘導加熱方式では、その主眼がノズル内を流れ
る溶湯を再加熱することにあるため、これまで採用され
ていた印加周波数がいずれも10kHz 未満であり、このた
めにノズル内を半凝固金属が流下中は、誘導電流がノズ
ル本体より導電率の高い半凝固金属に吸収され、ノズル
本体を加熱して半凝固金属の抜熱を防止する効果は、期
待できないことが判明した。また、ノズルの両端部に
は、その外周に誘導加熱コイルを配置できないため加熱
がより不十分となり、これらの部分でノズル閉塞のトラ
ブルを引き起こすことも明らかになった。さらに、半凝
固金属を再加熱することは、固相率の低下、微細初晶粒
の合体等その品質を劣化させることからさけなければな
らず、この点からもこの方式は不適である。

【００１３】したがって、この発明は、上記したように
金属溶湯の連続鋳造に用いられている従来の浸漬ノズル
を半凝固金属の排出用に用いた場合、ノズル閉塞、排出
される半凝固金属の品質劣化などの問題があることか
ら、これらの問題点を有利に解決し半凝固金属の排出用
として好適な加熱型浸漬ノズル装置を提案することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の要旨は、浸漬
ノズル内を流れる半凝固金属を、該ノズル本体に適用す
る10kHz 〜100kHzの高周波電流による誘導加熱に基づい
た発熱の該ノズル壁を通した熱伝導で保熱する半凝固金
属排出用加熱型浸漬ノズル装置（第１発明）であり、

【００１５】第１発明において、ノズル本体が高導電率
のセラミックス質耐火物よりなるもの（第２発明）であ
り、また、第１発明において、ノズル本体がセラミック
ス質耐火物よりなり、そのまわりにスリーブ状の金属発
熱体を緊密にはめ合せたもの（第３発明）であり、

【００１６】さらに、第１、第２及び第３発明におい
て、ノズル本体がセラミックス質耐火物よりなり、その
ノズル壁に埋込んだ金属発熱体をもつもの（第４発明）
である。

【００１７】ここで、高導電率のセラミックスとしては
アルミナグラファイトが適している。

【００１８】

【作用】この発明の作用について以下に述べる。半凝固
金属は、その特性上金属溶湯にくらべわずかな抜熱によ
っても容易に凝固シェルを形成するものであるが、この
発明は、このような半凝固金属の排出用加熱浸漬ノズル
装置として、該ノズル本体を周波数10kHz 〜100kHzの高
周波数誘導加熱により加熱し、この発熱によるノズル内
壁面を通した熱伝導で該ノズル内を流れる半凝固金属を
保熱する構造とする（第１発明）ことを骨子とするもの
で、高周波による該誘導加熱は主としてノズル本体のみ
を加熱し、ノズル内を流れる半凝固金属の誘導加熱はこ
れを排除するようにしたものである。

【００１９】上記において、ノズル本体の外周を取り囲
むように高周波誘導加熱コイルを配する構造とし、ノズ
ル本体を誘導加熱するが、ノズル本体に高導電率のセラ
ミックス質耐火物を用いること（第２発明）により、好
適なノズル本体の誘導加熱を行うことができる。なお、
高導電率のセラミックス質耐火物としては、アルミナグ
ラファイト(Al₂O₃−Ｃ、比抵抗：7000×10^-6Ω・cm) が
適している。

【００２０】また、セラミックス質耐火物ノズル本体
に、金属発熱体スリーブを緊密にはめ合せること（第３
発明）もよく、かくすることにより主として金属発熱体
を誘導加熱して、この発熱による熱伝導によりノズル本
体を好適に加熱することができる。

【００２１】上記金属発熱体はノズル壁に埋込むこと
（第４発明）もよく、上記と同様に主としてこの金属製
発熱体の発熱による熱伝導によりノズル本体を加熱する
ことができる。

【００２２】そして、これらのように金属発熱体を用い
ることは、セラミックス質耐火物を必ずしも高導電率と
しなくともよいため、セラミックス質耐火物の選択範囲
が拡大し、その選択により、浸漬ノズルの低価格化、長
寿命化がはかられる。

【００２３】さらに、この金属発熱体は、セラミックス
質耐火物にくらべ誘導加熱されやすいため、ノズル本体
へのはめ合わせ位置や埋込み位置を配慮することによ
り、構造上高周波誘導加熱コイルをその外周に配置する
ことができないため、該コイルからの距離が遠くなり昇
温しにくい浸漬ノズル上方のシール部分や下方の浸漬部
分を共に金属発熱体からの熱伝導により十分に昇温させ
ることができ、浸漬ノズル全長にわたってその内壁面を
より均一化した温度に昇温させることができる。したが
って、ノズル両端部での凝固シェル付着によるノズル閉
塞はより確実に解消される。

【００２４】一方、高周波誘導加熱コイルによる浸漬ノ
ズルの加熱に際しては、その周波数を10kHz 〜100kHzの
範囲内で適当な値を選択するが、その周波数を採用する
ことで、表皮効果によりノズル本体や金属発熱体部分に
誘導電流の大部分を集中させることができる。

【００２５】実用上、誘導電流の80％以上がノズル本体
や金属発熱体に印加されるように周波数を選択すれば、
ノズル内を流れる半凝固金属が誘導加熱により昇温する
ことはなく、半凝固金属が再加熱されることによって生
じる固相率の低下、微細初晶粒の合体等の不具合は実用
上解消され、排出される半凝固金属の品質劣化は防止で
きる。ここで、高導電率のセラミックス質耐火物浸漬ノ
ズルを高周波誘導加熱する際の誘導電流の80％が流れる
深さ、すなわち誘導電流80％が流れる浸透深さ(t) と印
加する周波数(f) との関係は下記(1) 式であらわされ
る。ｆ＝Ｋ×Ｒ／0.5t --- (1) ここにｆ：周波数(kHz) Ｋ：比例定数(kHz／Ω) Ｒ：ノズルの比抵抗（Ω・mm）ｔ：浸透深さ(mm) この(1) 式に浸漬ノズルの実用上の諸特性を代入して周
波数を求めると図４に示すグラフのようになり、その周
波数は10kHz 〜100kHzの範囲となる。なお、図４は誘導
電流80％が流れる浸透深さと周波数の関係を示すグラフ
である。したがって、高周波誘導加熱の際に印加する周
波数は10kHz 〜100kHzとする。

【００２６】このような加熱型浸漬ノズル装置を用いて
半凝固金属を排出するにあたっては適正な周波数での高
周波導電加熱によりノズルを加熱し、ノズル内壁面温度
を半凝固金属の排出時に有害な凝固シェルの付着がな
く、半凝固金属を実用上昇温させることのない温度レベ
ルで昇温保持する。なお、この温度での保持時間は、当
然のことながら半凝固金属の排出開始から終了までとす
ることが肝要である。かくすることにより、半凝固金属
の排出に際しては、浸漬ノズル内を流れる半凝固金属を
昇温させるほどの誘導電流は印加されないため、半凝固
金属の特性（固相率、初晶粒径等）を損うことなく、か
つノズル閉塞を生じることなく半凝固金属の良好な排出
ができる。

【００２７】さらに、ノズル本体がセラミックス質耐火
物である場合金属発熱体のはめ合せや埋込み位置を配慮
することによって、誘導加熱コイルから遠いため昇温し
にくいノズル両端部を昇温させ、浸漬ノズル全長の内壁
面温度をより均一化できるので、凝固シェル付着による
ノズル閉塞をより確実に解消し、品質劣化のない半凝固
金属を好適に排出できる。

【００２８】

【実施例】この発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図５(a) 及びb)はこの発明に適合する半凝固金属排
出用加熱浸漬ノズル装置の説明図であり、(a) は高導電
率のセラミックス質耐火物からなるノズル本体のシール
部及び浸漬部壁に金属発熱体を埋込んだ加熱型浸漬ノズ
ル装置を示し、誘導加熱により主として耐火物と金属発
熱体とを加熱するものであり、(b) はセラミックス質炭
化物からなるノズル本体の外周ほぼ全長にわたりスリー
ブ状の金属発熱体を緊密にはめ合せた加熱型浸漬ノズル
を示し、誘導加熱により主として金属発熱体を加熱し熱
伝導によりその内側のノズル本体を加熱するものであ
る。

【００２９】図５(a) において、図の上方には半凝固金
属製造装置とその下部に排出槽（共に図示省略）が設け
られ浸漬ノズル20の上部に連絡している。この排出槽に
は上下動できるストッパ11が設けられ、ストッパ11の先
端と浸漬ノズル20のシール部12の上面は密着させること
ができ、これら両者で流動制御部10を形成している。

【００３０】浸漬ノズル20は高導電率のセラミックス質
耐火物からなるノズル本体21とこのノズル本体21のシー
ル部12及び浸漬部22に埋込まれた環状の金属発熱体23と
からなる。

【００３１】この浸漬ノズル20のシール部12及び浸漬部
22を除く外周を取囲むように高周波誘導加熱装置30が設
けられている。この高周波誘導加熱装置30は水冷の誘導
加熱コイル31とこれを完全に被覆した断熱絶縁被覆32と
からなる。誘導加熱コイル31には固定金具33が取付けら
れ釣りボルト34、絶縁フランジ35などを介して上部の固
定フランジ36に釣下げ固定されている。また、高周波電
源設備（図示省略）からの給電ケーブルは冷却水と共に
誘導加熱コイル31の先端の継手37（給水）及び38（排
水）に接続されている。

【００３２】つぎに上記装置を構成する主要部材の材質
について述べる。ノズル本体21のセラミックス質耐火物
は比抵抗：7000×10^-6Ω・cmのアルミナグラファイト(A
l₂O₃−Ｃ）とし、金属発熱体23には排出する半凝固金属
の温度に応じて銅板、鋼板又は耐熱鋼板等の良電導体を
用いるが、上記装置においては銅板とした。誘導加熱コ
イル31には銅製チューブを用い内部に冷却水を通して冷
却できるようにしている。また誘導加熱コイル31は固定
フランジ36から釣ボルト34、絶縁フランジ35などを介し
て固定フランジ36から釣下げ固定されているが、この途
中で電気的な絶縁を行う必要があるため絶縁フランジ35
を用いている。

【００３３】また、上記装置の主要部の寸法、能力など
は以下のとおりである。浸漬ノズル20の外径： 60mm 浸漬ノズル20の内径： 28mm 浸漬ノズル20の長さ：400mm 環状の金属発熱体の高さ：40mm ( シール部12) 、 60m
m (浸漬部22) 誘導加熱コイル31の巻き径（中心間）：90mm 誘導加熱コイル31の長さ：250mm 高周波電源設備の出力容量：20kW×100kHz

【００３４】この半凝固金属排出用加熱型浸漬ノズル装
置を用いての半凝固金属の排出は以下ようにして行なわ
れる。半凝固金属製造装置で生成された半凝固金属は、
排出槽に導かれ、流量制御部10を閉じた状態、すなわち
ストッパ11とシール部12とを密着状態にしておくことに
よってこの部分でせき止められる。一方、この時までに
前もって誘導加熱コイル31に高周波電流を流し、ノズル
本体21および金属発熱体23に誘導電流を印加し加熱する
ことによって、浸漬ノズル20の内壁温度を適正温度まで
昇温保持しておく。この状態で流量制御部10を開き、す
なわちストッパ11を上げて流量を目標値に一致させ浸漬
ノズル20の浸漬部22先端から半凝固金属を排出し次工程
へ供給する。

【００３５】上記手順により、Fe−2.5mass ％Ｃ鋳鉄の
半凝固金属（温度：1285℃、固相率：0.3)を浸漬ノズル
20の内壁面温度を1290℃に保持して排出し次工程へ供給
した。この結果ノズル閉塞のトラブルを生じることなく
ほぼ一定の流量で半凝固金属を排出でき、排出された半
凝固金属の品質も損なわれることはなかった。

【００３６】なお、図５(a) においては、ノズル本体21
のセラミックス質耐火物としてアルミナグラファイトを
用いたが、これに限らず他の高導電率のセラミックス質
耐火物を用いてもよい。

【００３７】一方図５(b) において（加熱装置等は第５
(a) と同様につき省略）、浸漬ノズル20はセラミックス
質耐火物よりなるノズル本体21とその外周ほぼ全長にわ
たって取付けたスリーブ状の金属発熱体23とからなる。

【００３８】このようにノズル本体21のほぼ全長にわた
って金属発熱体23を配する（ノズル本体に埋込む場合も
含む）ことにより、ノズル本体21に高導電率のセラミッ
クス質耐火物を用いてセラミックス質耐火物と金属発熱
体23とを共に誘導加熱により昇温させることもよいが、
誘導電流を金属発熱体23に集中させて加熱し、それから
の熱伝導によりノズル本体21を昇温させることもでき、
この場合にはノズル本体21に用いるセラミックス質耐火
物は特に高導電率であることを要しないため、耐火物の
選択範囲を拡大することができ、たとえば高アルミナ質
等の安価で強度に優れた耐火物を用いることができるの
で、浸漬ノズルの低価格化、長寿命化をはかることがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】この発明の半凝固金属排出用加熱型浸漬
ノズル装置は、ノズル本体の加熱に高周波誘導加熱を用
い、その周波数を10kHz 〜100kHzにして表皮効果により
誘導電流の大部分をノズル本体に集中させて加熱し、そ
の発熱によるノズル壁からの熱電導により、ノズル内を
流れる半凝固金属を保熱するようにするもので、該ノズ
ル装置を用いれば、ノズル閉塞を引き起すことがなく、
排出中の再加熱による品質劣化のない半凝固金属を排出
することができる。

【００４０】また、ノズル本体にセラミックス質耐火物
を用いる場合、該耐火物と金属発熱体を適当に組合せる
ことにより、構造上ノズル本体の外周に高周波誘導加熱
コイルを配することができなく昇温させにくいノズル両
端を金属発熱体の発熱による熱伝導により昇温させるこ
とができ、ノズル長さ方向の内壁面温度をより均一にす
ることができ、ノズル内壁面への凝固シェルの付着を確
実に排除しノズル閉塞の発生を防止できる。

【００４１】さらに、上記において金属発熱体をセラミ
ックス質耐火物ノズル本体全面にわたって配し、この金
属発熱体からの熱伝導によりノズル本体を昇温させるよ
うにすることにより、必ずしも高導電率のセラミックス
質耐火物を用いなくともよく、該耐火物の選択範囲が拡
大するので、浸漬ノズルの低価格化、長寿命化がはかれ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の、電気発熱体を用いたノズル本体の予熱
状態を示す説明図である。

【図２】従来例の、バーナを用いたノズル本体の予熱状
態を示す説明図である。

【図３】従来例の、導電性耐火材で形成したノズルの通
電加熱状態を示す説明図である。

【図４】誘導電流の80％が流れる浸透深さと周波数との
関係を示すグラフである。

【図５】この発明に適合する半凝固金属排出用加熱型浸
漬ノズル装置の説明図である。(a) は、高導電率のセラ
ミックス質耐火物からなるノズル本体のシール部及び浸
漬部に金属発熱体を埋込んだ加熱型浸漬ノズル装置を示
す説明図である。(b) は、セラミックス質耐火物からな
るノズル本体の外周にスリーブ状金属発熱体を緊密には
め合せた加熱型浸漬ノズルの説明図である。

【符号の説明】

01 タンディッシュ 02 ノズル本体 03 保温ポット 04 バーナ 05 電気発熱体 06 バーナ 07 導電性耐火材 08 半・非導電性耐火材 09 通電用ターミナル 10 流量制御部 11 ストッパ 12 シール部 20 浸漬ノズル 21 ノズル本体 22 浸漬部 23 金属発熱体 30 高周波誘導加熱装置 31 誘導加熱コイル 32 断熱絶縁被覆 33 固定具 34 釣りボルト 35 絶縁フランジ 36 固定フランジ 37 継手（給水） 38 継手（排水）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浸漬ノズル内を流れる半凝固金属を、該
ノズル本体に適用する10kHz 〜100kHzの高周波電流によ
る誘導加熱に基づいた発熱の該ノズル壁を通した熱伝導
で保熱する半凝固金属排出用加熱型浸漬ノズル装置。
【請求項２】ノズル本体が高導電率のセラミックス質
耐火物よりなる請求項１に記載の半凝固金属排出用加熱
型浸漬ノズル装置。
【請求項３】ノズル本体がセラミックス質耐火物より
なり、そのまわりに緊密にはめ合せたスリーブ状の金属
発熱体をもつ請求項１に記載の半凝固金属排出用加熱型
浸漬ノズル装置。
【請求項４】ノズル本体がセラミックス質耐火物より
なり、そのノズル壁に埋込んだ金属発熱体をもつ請求項
１，２又は３に記載の半凝固金属排出用加熱型浸漬ノズ
ル装置。