JPH07106438B2

JPH07106438B2 - 加熱部をもつ金属溶湯容器

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Publication number: JPH07106438B2
Application number: JP15627987A
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: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPS642767A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は鉄鋼などの高温の金属溶湯を保持するととも
に、その金属溶湯を加熱する加熱部をもつ金属溶湯容器
に関する。

本発明にかかる加熱部をもつ金属溶湯容器は、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、容器本体内に保持しておくことがある。
しかし容器本体内の溶湯は冷める問題がある。例えば、
連続鋳造方法では、とりべから例えば1400〜1600℃程度
の鉄鋼の溶湯をタンデシュに１次的にうけ、タンデッシ
ュの吐出口から溶湯を水冷鋳型に注入して冷却固化し、
スプレー帯による２次冷却の後、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の開発
が鋭意行なわれている。

ところで、連続鋳造方法では、鉄鋼の溶湯をタンデッシ
ュに１次的に受ける関係上、タンデ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、
鋳造初期に比較して鋳造末期では溶湯の温度が数〜数10
℃程度低下する。ここで、水冷鋳型に注入する金属溶湯
の注入温度は、数〜数10℃程度の変動であっても、製造
される製品の品質に相当影響を与える。そのためタンデ
ッシュ内で鉄鋼の溶湯の温度が低下することは、品質管
理上好ましくない。

そこで、近年、タンデッシュ内で鉄鋼の溶湯の温度を調
整するべく、タンデッシュ内の溶湯に電極を浸漬し、タ
ンデッシュ内の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ので、か
なり大きな電流量を必要とする。またタンデッシュ内の
金属溶湯を誘導加熱する装置も提供されている。またタ
ンデッシュの上方にプラズマトーチを設置して、タンデ
ッシュ内の金属溶湯をプラズマ加熱する装置も提供され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］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、導電性セラミックス製の発熱体を発熱させるこ
とにより、容器本体に保持している金属溶湯を加熱する
加熱部をもつ金属溶湯容器を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］本発明にかかる加熱部をもつ金属溶湯容器は、金属溶湯
を保持する容器本体と、容器本体に保持される金属溶湯
に浸漬され内部に電極部と電極部を覆う導電性セラミッ
クス製の発熱体とからなる少なくとも１個のヒータ装置
とを有し、電極部と金属溶湯との間に電圧を印加し発熱体に通電し
て発熱させる構成としたことを特徴とするものである。
ヒータ装置の数は適宜設定するが、１本でも、２本で
も、それ以上でもよい。

導電性セラミックスとしては具体的に、ジルコニア（Zr
O₂）、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を使用することがで
きる。ただし、上記導電性セラミックス材料の中から金
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、セラミックスの耐熱性、セラミックス
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
に伴う膨脹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。発熱体を形成する導電性セラミック
ス材料は、温度が変化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性を示すことが望
ましい。このように温度が上昇すると、導電性セラミッ
クス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
るに都合がよい。もし、導電性セラミックスは、温度が
上昇すると抵抗値が低下する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。

発熱体の全抵抗Ｒ（Ω）は、導電性セラミックスの固有
抵抗値ρ（Ωcm）と発熱体の肉厚ｔ（cm）と発熱体の面
積Ｓ（cm²）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。導電性セラ
ミックスは、その固有抵抗値ρが１〜５×10³（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。

発熱体は、導電性セラミックスの粉末を所定形状に成形
した後、又は導電性セラミックスの粉末と非導電性セラ
ミックスの粉末との混合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。また、電
極部は、できるだけ熱伝達率が大きい方が望ましい。そ
のため電極部は炭素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。ヒータ装置は、後述の実施例に示すように、板状の
電極部と、電極部を被覆する層状または板状の発熱体と
から形成することができる。また、ヒータ装置は、棒状
の電極部と、電極部を被覆する発熱体とから形成するこ
とができる。また、ヒータ装置は、板状の電極部と、電
極部を両側から被覆する横断面台形状の発熱体とから形
成することができる。

なお、本発明にかかる金属溶湯容器では、容器本体に保
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することもでき
る。このようにすれば、容器本体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］本発明にかかる加熱部をもつ金属溶湯容器を鉄鋼の連続
鋳造方法で使用するタンデッシュ装置に適用した第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５図に示すように、鉄
鋼溶湯を保持する容器本体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２図に示す。第１のヒータ装置６は、ジルコ
ニアとマグネシアを主成分とする層状発熱体７と、層状
発熱体７に接触している炭素で形成された板状電極部８
とで構成されている。ここで、層状発熱体７は、巾l1が
1m程度、長さl2が1m程度、肉厚t1が5cm程度である。面
状電極部８は、アルミナからなる絶縁体70、絶縁体71で
区切られ、電極体72、電極体73、電極体74とに三分割さ
れている。電極体72、電極体73、電極体74には夫々、端
子75、76、77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層
状発熱体10と、層状発熱体10に接触している炭素で形成
された板状電極部11とで構成されている。ここで、層状
発熱体10は、巾が1m程度、長さが1m程度、肉厚が5cm程
度である。板状電極部11は、絶縁体110、絶縁体111で区
切られ、電極体112、電極体113、電極体114とに三分割
されている。電極体112、電極体113、電極体114には夫
々、端子115、116、117が突出している。なお、板状電
極部８、板状電極部11のうち、層状発熱体７、層状発熱
体10に接触していない部分には、電気絶縁材料としての
アルミナとマグネシアの混合体からなる絶縁膜8a、11a
が被覆されている。

次に連続鋳造する際について説明する。まず、第１図に
示すように第１のヒータ装置６において、端子75と端子
77とを交流電源に接続して、層状発熱体７を介して電極
体72と電極体74との間で100〜600Aの電流を流し、これ
により発熱体７を発熱し、もって発熱体７を予熱する。
同様に、第２のヒータ装置９において、端子115と端子1
17とを交流電源に接続して、層状発熱体10を介して電極
体112と電極体114との間で100〜600Aの電流を流し、こ
れにより発熱体10を発熱し、もって発熱体10を予熱す
る。

このようにヒータ装置６およびヒータ装置９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。浸漬した状態の
平面図を第６図に示す。第６図に示すようにタンデッシ
ュ１の長手方向にそってヒータ装置６およびヒータ装置
９は互いに略平行となるようにタンデッシュ１内に配置
する。この場合には、とりべから移された溶湯は第６図
に示すように吐出口10に向けて矢印Ｘ方向に流がれるの
で、流れる溶湯はヒータ装置６およびヒータ装置９に直
接には当らず、そのため、ヒータ装置６および９の損傷
を極力防止することができる。

第７図に示すように吐出口10に向けて矢印Ｘ方向へ流れ
る溶湯がヒータ装置６に直接当るように、ヒータ装置６
およびヒータ装置９を略平行に配置することもできる。
このようにすれば、吐出口10に向けて流れる溶湯が直接
ヒータ装置６に当るので、タンデッシュ１内の溶湯を加
熱する効果を向上させるに有利となる。なお、第７図に
示す場合には、ヒータ装置６の下部とタンデッシュ１の
底壁との間を、とりべから移された溶湯は吐出口10aに
向けて流れるものである。

前記のように溶湯を浸漬する前にヒータ装置６および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。よって層状発熱体７および層状発熱体10に亀裂が
生じることを極力抑制することができる。又、上記した
予熱により、ジルコニア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。なお発熱体７および発
熱体10に亀裂が生じた場合には、金属溶湯と板状電極部
８、板状電極部11とが直接に導通し、発熱体７および発
熱体10の発熱量が小さくなり、ヒータ装置６および９を
有効に利用できない。

上記のようにヒータ装置６および９を浸漬した状態で、
第２図に示すように端子76と端子116とを交流電源に接
続し、端子76と端子116との間に100〜600Vの電圧を印加
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の層状発熱体７とヒータ装置９の
層状発熱体10との間で電流を流す。電流量は200〜400A
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。

本実施例では、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
御も行ない易い。

また本実施例では、発熱体７および発熱体10は層状のた
め表面積が大きくつまり放熱面積を大きくでき、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。

第３図は発熱体７および10の断面における温度分布を模
式的に示す。第３図に示すように、発熱体７および10で
は、電極部８、11側の部位で最高温度（Tmax）となり、
電極部８、11に接触する面Ａ、溶湯に接触する面Ｂに向
かうにつれて次第に温度が低下する。この場合、発熱体
７および10の溶融を防止すべく、最高温度（Tmax）を、
発熱体７、10を形成する導電性セラミックスの溶融温度
よりも低く設定する必要がある。

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、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。

上記のように本実施例では、ヒータ装置６およびヒータ
装置９でタンデッシュ１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、タンデッシュ１に保持した溶
湯の温度を適切に値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
上するに有利である。

上記した実施例では発熱体７、10は、面積が1m²、厚み
が5cmであったが、層状発熱体７、10は、面積が1m²、厚
みが1cmと薄型化することもできる。薄型化した場合に
は、発熱体７、10に熱がこもることを抑制できるもの
の、金属溶湯の温度が高温であると、溶湯の熱により溶
損しやすく、寿命が短かくなる。そのため、溶損を抑え
るべく、発熱体７は、面積が1m²、厚みが3cmとすること
もできる。さらに層状発熱体７は、面積が3m²、厚みが5
cmとすることもできる。

なお、ヒータ装置６、９が薄型で板状のため、タンデッ
シュ１の容積が小型の場合では、第７図に示すように、
ヒータ装置６をタンデッシュ１の内壁に接触させて保持
しなければならず、タンデッシュ１側への伝熱ロスが生
じやすい。

（第２実施例）本発明の第２実施例について第８図、第９図（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）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。本実施例で使用するヒータ装置12は、第１実施例
の場合と同様に、容器本体としてのタンデッシュ１に保
持された溶湯に浸漬されるものである。このヒータ装置
12は、炭素から形成した電極部13と、電極部13の厚み方
向の両面に被覆されたジルコニアとマグネシアとを主成
分とした発熱体14とで形成されている。第９図に示すよ
うに第２実施例にかかる発熱体14は、その高さｈが50cm
程度、長辺l3が85cm程度、短辺l4が60cm程度である。第
２実施例にかかる発熱体14は、放熱面積を確保しつつ、
発熱体14の強度を確保することができる。放熱面積を確
保できるので、熱のこもりを抑制し発熱体14の内部温度
を低くしつつ、溶湯への伝熱量を確保することができ
る。

さらに、第８図に示すように、とりべからタンデッシュ
１内に移され吐出口10に向かう溶湯が直接ヒータ装置12
に当たるように、ヒータ装置12を配置することができる
ので、そのぶんヒータ装置12から溶湯への伝熱効率を向
上させることができる。

しかもタンデッシュ１の容積が小型の場合であっても、
タンデッシュ１の内壁にヒータ装置12を接触させずとも
よいので、ヒータ装置12の熱がタンデッシュ１側へ伝熱
されることを抑制でき、伝熱ロスを少なくしうる。

この実施例の場合にも、電極部13の表面のうち、発熱体
14に接触しない部位には、アルミナとマグネシアとの混
合体からなる絶縁膜が被覆されている。

（第３実施例）本発明の第３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15は電極部16と電極部16に被覆された発熱体17とで形
成されている。そして、容器本体としてのタンデッシュ
１の底壁には、１個のヒータ装置15の両側に位置するよ
うに、堰1a、堰1bが形成されている。堰1a、堰1bは、ヒ
ータ装置15で加熱された溶湯に対流を発生させやすく
し、これにより溶湯中の不純物を浮上させやすくするも
のである。

（第４実施例）本発明の第４実施例について第11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18は、棒状の炭素製の電極部19と、キャップタ
イプの発熱体20とで形成されている。ヒータ装置21は、
棒状の炭素製の電極部22と、キャップタイプの発熱体23
とで形成されている。発熱体20、23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1
9、22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19、22の表面のうち、発
熱体20、23に接触しない部位には、アルミナとマグネシ
アの混合体からなる絶縁膜が被覆されている。

［発明の効果］本発明にかかる加熱部をもつ金属溶湯容器によれば、容
器本体に保持されている金属溶湯を導電性セラミックス
の発熱で加熱することができ、したがって金属溶湯の温
度調整を行なうことができる。したがって本発明にかか
る加熱部をもつ金属溶湯容器を、連続鋳造法で使用され
るタンデッシュ装置に適用した場合には、連続鋳造法で
製造した製品の品質を向上させることができる。

【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図は第１実施例の予熱している状態を
示す第１ヒータ装置の斜視図、第２図は第１ヒータ装置
と第２ヒータ装置との間で通電している状態の概略斜視
図であり、第３図は発熱体の断面における温度分布を模
式的に示すグラフであり、第４図は溶湯にヒータ装置を
浸漬している状態の概略面図であり、第５図は連続鋳造
方法で使用する装置の概略断面図、第６図は溶湯にヒー
タ装置を浸漬している状態の平面図、第７図はヒータ装
置を溶湯に浸漬してしいる状態の平面図である。第８図及び第９図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明にかかる
金属溶湯容器の第２実施例を示し、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り、第９図
（Ａ）はヒータ装置の横断面図、第９図（Ｂ）はヒータ
装置の側面図、第９図（Ｃ）はヒータ装置の斜視図であ
る。第10図は本発明にかかる金属溶湯容器の第３実施例を示
し、ヒータ装置を溶湯に浸漬している状態の要部の概略
断面図である。第11図は本発明にかかる金属溶湯容器の第４実施例を示
し、ヒータ装置を溶湯に浸漬している状態の概略断面図
である。図中、１はタンデッシュ（容器本体）、６は第１のヒー
タ装置、７は層状発熱体、８は板状の電極部、９は第２
のヒータ装置、10は層状発熱体、11は板状電極部、12は
ヒータ装置、13は電極部、14は発熱体、15はヒータ装
置、18はヒータ装置、19は電極部、20は発熱体、21はヒ
ータ装置、22は電極部、23は発熱体を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属溶湯を保持する容器本体と、該容器本
体に保持される金属溶湯に浸漬され内部に電極部と該電
極部を覆う導電性セラミックス製の発熱体とからなる少
なくとも１個のヒータ装置とを有し、該電極部と該金属溶湯との間に電圧を印加し該発熱体に
通電して発熱させる構成としたことを特徴とする加熱部
をもつ金属溶湯容器。
【請求項２】ヒータ装置は板状の電極部と該電極部を被
覆する層状または板状の発熱体とからなる特許請求の範
囲第１項記載の加熱部をもつ金属溶湯容器。
【請求項３】ヒータ装置は棒状の電極部と該電極部を被
覆する発熱体とからなる特許請求の範囲第１項記載の加
熱部をもつ金属溶湯容器。
【請求項４】ヒータ装置は板状の電極部と該電極部を厚
み方向の両側から被覆する発熱体とからなる特許請求の
範囲第１項記載の加熱部をもつ金属溶湯容器。
【請求項５】電極部は炭素又は炭化珪素で形成されてい
る特許請求の範囲第１項記載の加熱部をもつ金属溶湯容
器。
【請求項６】容器本体は、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項記載の加熱部をもつ金属溶湯容器