JPH074653B2

JPH074653B2 - 金属溶湯浸漬式ヒータ装置

Info

Publication number: JPH074653B2
Application number: JP63314778A
Authority: JP
Inventors: 洋一水谷; 郁男原田; 忠政山田; 喜久雄有賀; 吉成加藤; 榮蔵小島
Original assignee: Aichi Steel Corp; TYK Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp; TYK Corp
Priority date: 1988-12-13
Filing date: 1988-12-13
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH02160148A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はヒータ装置に関する。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］従来よ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。即ち、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ッ
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、冷却スプレー帯による
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、タンデッシュは溶湯が凝固する直
前の最終容器であるため、タンデッシュ内の溶湯温度は
鉄鋼製品の表層下介在物指数、炭素の中心偏析指数に大
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、タンデ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炭素電極を浸漬
し、タンデッシュ内の溶湯自体に電流を直接流し、溶湯
に発生す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、タンデッシュ内の金属溶湯を加熱する他のヒータ
装置としては、従来より、タンデッシュ内の溶湯を誘導
加熱する誘導加熱式装置も提供されている。更にタンデ
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課題］本発明者は、溶湯に流す電流を小電流化すべく、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することができ、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。

［課題を解決するための手段］本発明にかかるヒータ装置は、金属溶湯に浸漬されるも
のであり、少なくとも１層からなり発熱材料を基材とす
ると共に中央孔及び底部を備えた有底筒状の発熱体と、
前記発熱体の中央孔に挿入され金属溶湯との間で発熱体
の厚み方向に通電する電極部とで構成され、発熱体の内周部と電極部の外周部との境界部分、または
発熱体の層間に粉粒体または液体からなる導電層が介在
しており、導電層の下端部は発熱体の底部で覆われて非
露出構造とされてい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
されていても、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、または有底筒形状であり、この形態で
は金属溶湯に浸漬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
形状にした場合には、後述の実施例で示すように、発熱
体の長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必配がある。
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、溶鋼による溶損の影響をうけやすいからで
ある。

本発明にか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。

また本発明にか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
合割合は、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
火炎等の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。

本発明にかかるヒータ装置では、発熱体を形成する前記
した金属系の発熱材料としては、例えば、ニッケル−ク
ロム系合金、鉄−クロム−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。導電
性をもつセラミックスとしては、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1500℃付近
で、１Ωcm以上であることが望ましく、特に200Ωcm以
上であることが望ましく、例えば、その固有抵抗値が36
0（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。

本発明にか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）、ジルコニア（ZrO₂）、
アルミナ（Al₂O₃）、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、鉄鋼の溶湯の加熱温度
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も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
考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５〜25％が好ましく、アルミナが０〜40
％特に2.5〜15％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（Mg
O）、ジルコニア（ZrO₂）、アルミナ（Al₂O₃）、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
部よりも発熱量を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、重量％で、マグネ
シア40〜70％、ジルコニア、アルミナ、CaO、クロミ
ア、ベリリア、トリア、セリアを主成分とする材料を１
種又は２種以上、含有量で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（Si
C）、ランタンクロメート（LaCrO₃）、酸化ベリリウム
（BeO）、酸化トリウム（ThO₂）、ケイ化モリブデン（M
oSi₂）、更に、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も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200Ωcm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、発熱材料耐熱性、発熱材料の
高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（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（Yb₂O₃）、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、準安定化ジルコニアを
使用することができる。このようにすれば転移に伴う膨
脹を回避することができ、発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。

本発明にかかるヒータ装置では、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か、あるいは、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
は増々高温となり、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）と発熱体の肉厚ｔ（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。即ち、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
が上昇して内部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、必要な発熱量が得ら
れないし、発熱の暴走の一因となり易い。

本発明にか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
スラリを型のキャ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、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。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。そして、発熱体と電極部と
を組付けて一体的とする。

さて本発明にか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２層以上で形成されている場合
には層間に、導電性をもつ粉粒体、液体を介在させて形
成する。この場合、粉粒体、液体等の電流拡散機能を利
用して、発熱体と電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２層以上で形成されて
いる場合には層間に隙間が生じ易い場合であっても、両
者間の電気的接触性更には熱的接触性を確保するのに有
利である。あるいは、発熱体と電極部との熱膨脹度が異
なる場合、あるいは発熱体が２層以上で形成されている
場合には層間の熱膨脹度が異なる場合であっても、両者
の電気的接触性更には熱的接触性を確保するのに有利で
ある。なお、導電層を粉粒体で形成する場合には、粉粒
体としては、発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、導電層を液体で形成する場合には、液体としては、
導電性に優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。

導電層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、発熱体と電極部との境界部分、または、発熱体が２
層以上で形成されている場合には層間に、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。

本発明にか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く、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すいため
角部は発熱温度が高くなり、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、タンディ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40〜6
0mm程度とすることができる。

本発明にかかるヒータ装置では、電極部は、金属溶湯と
の間で発熱体の厚み方向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、導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、電極部の所要の導電性
を確保しつつ、電極部の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ラミックスで電極部を形
成することもできる。

本発明にかかるヒータ装置では、電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置１を第１図および第２図に
示す。このヒータ装置１はほぼフラスコ形状つまり有底
円筒形状の発熱体２と、発熱体２の中央孔に挿入された
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、ほぼフラスコ形状の外層部20と、ほぼフラ
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底部220とか
ら構成されている。中央部210の肉厚、底部220の肉厚は
実質的に均一であり、肉厚のばらつきは±1mm程度であ
る。ここで本実施例では、外層部20の軸方向の全体の長
さL1が85cm程度、中央部210の長さL2が65cm程度、底部2
20の長さL3が6cm程度、中央部210の外径が12cm程度、中
央部210の内径が8.4cm程度、底部220の径R1が6cm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、内層部25は、基端部250と、基端部250につながる
中央部260と、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底部270とから構成されている。内
層部25の肉厚は実質的に均一であり、肉厚のばらつきは
±1mm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8cm程度、中央部260の内径が4cm
程度、底部270の径R2が4cm程度である。

棒状電極部３は炭素で形成されており、その外径は3.8c
m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
外層部20用の成形体を1650℃で10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用の型を用い
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との微小隙間を
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電極部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、導電層としての導電発
熱層20b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
っては、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電
源につなぐと共に、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２個の電極部３と溶湯Ｗとの間に０〜44
0Vの電圧を印加し、周波数60Hzの電流を０〜800A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割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20ほどは必要とせず、むしろ発熱体２の内部での「熱
たまり」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20程の大きな発熱量を確保せずともよく、更に耐溶
損性、耐酸化性等に大きな配慮をはらわなくともよく、
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、所要の発熱量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、予熱するときに、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素粉末からなる導電
発熱層20a、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層20bは、電流拡散
層としての機能と、熱拡散層としての機能を果すので、
外層部20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は発熱の暴走が生じにくく、発熱体２の
均一発熱に有利な利点が得られる。

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20a、導電発熱層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
も減少する度合が導電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
なる導電発熱層20a、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、溶湯の炭素量維持に支障をき
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を通して溶湯Ｗ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の底部
220、内層部25の底部270はそれぞれ３次元曲面形状とし
ての半球状であり、電流が集中しやすい角部が形成され
ていなので、電流の偏流化防止に一層有利である。

次に、本発明にかかるヒータ装置の第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底部272とで形成されている。また
第２の内層部28は基端部280と中間部281と実質的に半球
状の底部282とで形成されている。そして、第１の内層
部27と第２の内層部28との間には、炭素粉末が装入され
て導電発熱層20a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28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、電極部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層20b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実施例の
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滑面
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
組付てもよく、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、導電層を設けることができ
る。

［適用例］次に、上記した実施例にかかるヒータ装置を、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
容器としてのタンデッシュ50と、タンデッシュ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、タンデッシュ50は、溶湯を5t程度保持する容量で
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
置１の発熱体２をバーナの火炎で加熱して800〜1200℃
程度に予熱する。

このようにヒータ装置１を予熱した状態で、とりべ55か
ら移されてタンデッシュ50を保持されている1400〜1600
℃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ッシュ5
0内の溶湯は第７図に示す吐出口50a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置１を予熱す
れば、発熱体２の急熱を防止でき、発熱体２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、発熱体２、特に、マグネシアを主要部分とす
るため高温度領域で初めて導電性を帯びる発熱体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
量が小さくなり、ヒータ装置１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をタンデッシ
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100〜600Vの電圧を印加
する。これによりタンデッシュ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60Hzの
電流を流す。電流量は０〜800A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
たがってタンデッシュ50内に保持された溶湯は、加熱さ
れて例えば約１〜30℃昇温し、温度調節される。

このようにタンディシュ50内で温度調整された溶湯は、
タンディシュ50の吐出口50aから吐出され、水冷鋳型51
で冷却固化され、さらに冷却スプレー帯52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、ヒータ装置１の発熱体２の発熱量でタン
ディシュ50内の溶湯を加熱するため、従来より提供され
ているタンディシュ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、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、ヒータ装置１でタンデッシ
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、タンデッシュ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ブルー
ム、ビレットなどの製品の品質を向上するのに有利であ
る。

［発明の効果］本発明にか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層以上の場合には層間に、導電層が介在しているの
で、この導電層が、電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暴走が生じにくく、発熱体
の均一発熱性を向上させるのに有利な利点が得られる。
本発明のヒータ装置によれば、金属溶湯に浸漬した際の
伝熱により発熱体の外周部は内部よりも高温となり、発
熱体は径方向に膨張するので、導電層を構成する粉粒体
や液体の落下や下方への流動を期待でき、従って粉粒体
や液体の補給性が向上し、導電層の高密度化に有利であ
る。更に、導電層の下端部は発熱体の底部で覆われて非
露出構造とされているため、導電層を構成する粉粒体や
液体は落下、下方へ流動したとしても金属溶湯に混入せ
ず、金属溶湯の組成維持に有利である。

更にまた本発明にか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量を確保するにあた
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、発熱体の厚肉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。

更にまた本発明にか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も発熱特性
の小さい発熱材料で形成することもでき、発熱体の内部
の「熱たまり」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図は本発明にかかる第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は導電発熱層（導電層）、20bは導電発
熱層（導電層）、200は基端部、210は中央部、220は底
部、25は内層部、250は基端部、260は中央部、270は底
部を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田忠政愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者有賀喜久雄岐阜県瑞浪市土岐町51―１ (72)発明者加藤吉成岐阜県瑞浪市寺河戸町1113―２ (72)発明者小島榮蔵愛知県東海市加木屋町小家ノ脇４―11 (56)参考文献特開昭61−104581（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属溶湯に浸漬されるものであり、少なく
とも１層からなり発熱材料を基材とすると共に中央孔及
び底部を備えた有底筒状の発熱体と、前記発熱体の中央
孔に挿入され金属溶湯との間で前記発熱体の厚み方向に
通電する電極部とで構成され、前記発熱体の内周部と前記電極部の外周部との境界部
分、または前記発熱体の層間に粉粒体または液体からな
る導電層が介在しており、前記導電層の下端部は前記発
熱体の底部で覆われて非露出構造とされていることを特
徴とする金属溶湯浸漬式ヒータ装置。