WO2010073736A1

WO2010073736A1 - 連続鋳造方法及びノズル加熱装置

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Publication number: WO2010073736A1
Application number: PCT/JP2009/007362
Authority: WO
Inventors: 松井泰次郎; 福永新一; 今若寛; 片岡厚一郎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: US8360136B2; EP2380680A1; BRPI0923132B1; CA2748179A1; CA2748179C; EP2380680A4; JP4585606B2; KR101282455B1; JP2010167495A; CN102264489A; BRPI0923132A2; US20110253337A1; CN102264489B; KR20110085004A

Abstract

　この連続鋳造方法では、鋳型内の溶融金属に浸漬された状態で前記溶融金属を前記鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルを、輻射加熱を行う外部ヒータを備えたノズル加熱装置により、前記連続鋳造用ノズルの外表面が１０００℃以上となるように加熱しながら前記溶融金属を通過させる。

Description

連続鋳造方法及びノズル加熱装置

　本発明は、連続鋳造方法と、この連続鋳造方法を行う際に溶融金属を鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルを加熱するノズル加熱装置とに関する。
　本願は、２００８年１２月２６日に、日本国に出願された特願２００８－３３２９３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　鋼の連続鋳造においては、生産性を上げるために、連続鋳造の工程の流れをなるべく途切れさせないで連続的に行うこと（すなわち、連々鋳回数を上げること）が必要である。連続鋳造により製造されている鋼の多くはアルミキルド鋼であるため、その溶鋼中には、脱酸、または空気やスラグによる再酸化により生成したアルミナが多く含まれている。
　そのため、連々鋳回数を増やして鋳造時間が長くなると、耐火物製の注湯用のノズルに上記アルミナや地金が付着してノズルの詰まりを起こしやすく、連々鋳回数を増やす上での阻害要因の一つになっている。この対策として、従来から、ノズル内側の溶鋼中にアルゴンガスを吹き込んで洗浄作用を生じさせることにより、ノズルの耐火物への付着物の付着を防止する方法が広く実施されている。

　また、溶鋼やアルミナと耐火物との間における反応あるいは付着を防止するために、ノズルの耐火物材質についても検討がなされており、種々の難付着性材質が開発されている。
　例えば非特許文献１には、炭素レス高アルミナ質耐火物を浸漬ノズルに適用した場合のアルミナ付着低減効果について検討したことが報告されている。
　また、非特許文献２には、ＺｒＯ_２－Ｃ－ＣａＯ－ＳｉＯ_２系で低融点化合物を生成させることがアルミナ付着防止に有効であることが報告されている。

　一方、ノズルの内壁への地金の付着や凝固の防止には、ノズルの温度を高温に保つことが有効である。そのため、通常の操業においては、鋳造開始前にノズルをガスバーナー等で十分に予熱することが行われている。また、鋳造中にノズルの加熱を行うことによって所定のノズル温度を確保し、これにより地金の付着を防止する技術が知られている。その具体的な加熱方法としては、ノズル自体を発熱させる方法と、ノズルに対してその外部から熱を与えて加熱する方法とがある。

　例えば、上述のノズル自体を発熱させる方法としては、ノズル本体の内部に発熱抵抗体を埋設して、この発熱抵抗体に通電することによってノズルを加熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、ノズル本体に電気抵抗率が１０^２Ω・ｃｍ以下の導電性耐火物を埋設したノズルを使用することにより、誘導加熱する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
　一方、上述のノズルに対してその外部から熱を供給して加熱する方法としては、ノズルの外周に沿って鋼製のブロック型ヒータを設置する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この方法では、シースヒーターとの併用により、ノズルの表面温度を８５０℃程度まで昇温することができる。
　また、高温加熱用のヒータとしては、石英ガラス部材中に封入したカーボンヒータ（カーボンワイヤー発熱体）が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
　また、鋳造開始前の予熱技術としては、一般的なガスバーナー予熱の他に、ＩＨ予熱がある（例えば、特許文献５及び特許文献６参照）。ガスバーナー予熱はノズルの予熱に時間を要するため、予熱開始から終了まで１．５時間～２時間程度を要する。一方、ＩＨ予熱は加熱効率が優れているため、４０分程度で済む。
　一般に、ノズルの予熱は、鋳造初期の溶湯による熱衝撃によるスポール防止や、溶湯の顕熱がノズルに抜熱されることにより、ノズル内壁に溶鋼の凝固層が形成され、鋳造中にノズル閉塞が生じるのを防止するために行われる。ガスバーナー予熱においては、予熱効率の向上や、予熱後にノズルをタンディッシュに装着するまでの間におけるノズル温度の低下を抑制するために、近年では、ノズル外表面を断熱材で覆うことも行われている。

実開平６－５５２号公報特開２００２－３３６９４２号公報特開２００４－２４３４０７号公報特開２００１－３３２３７３号公報特開２００８－０５５４７２号公報特開２００９－２３３７２９号公報

材料とプロセスVol. 9 (1996) p.196 耐火物vol.42 (1990) p.14

　しかしながら、ノズル中の溶鋼にアルゴンガスを吹き込む方法では、ある程度の防止効果が認められるものの、アルミナや地金の付着を完全に防止できるわけではない。さらなる連々鋳回数の増大のためには、アルミナや地金によるノズル詰まりをより確実に防止する必要がある。
　また、この方法では、吹き込まれたアルゴンガスの気泡が、溶鋼とともに鋳型内に進入し、鋳型内で浮上して溶鋼湯面から離脱する際に、溶鋼湯面の上を被覆しているモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれ、鋳型内で凝固しつつある凝固シェルに捕捉され、結果として製品欠陥を生じる虞がある。
　さらに、アルゴンガスの気泡自体が凝固シェルに捕捉されて形成された気孔が製品欠陥に結びつく場合もある。さらにまた、溶鋼中のアルゴンガス気泡は、様々な大きさのものが混在しており、それらの運動量も個々の気泡によって異なる。そのため、このようなアルゴンガス気泡の混在が溶鋼流動を不安定なものとし、鋳型内での偏流等の原因の一つになっていると考えられる。このため、欠陥の原因となるアルゴンガスの吹き込みを低減しつつ、ノズル詰まりを防止することが望まれている。

　また、上記非特許文献１及び上記非特許文献２に記載されているような浸漬ノズルの材質を変更する方法では、ある程度のアルミナ付着低減効果が認められたとしても、浸漬ノズルの内面と溶鋼との間に温度差がある以上、完全にアルミナ付着を防止することはできない。よって、連々鋳回数を若干向上させることができても、ノズル詰まりが生じることを完全に防止することはできない。また、内表面が鋳造鋼種の凝固点よりもかなり低い場合は、非常に急速に薄肉地金が付着するため、耐火物材質の特性が活かしきれず、詰まり防止が図れない。

　一方、鋳造中にノズルを加熱する場合、上記特許文献１及び上記特許文献２に示されるような、ノズル内に通電発熱抵抗体を埋設する方法では、ノズル本体内に通電発熱抵抗体を埋設して一体成形する関係上、割れによるトラブル、電極端子の接続部の酸化劣化、さらには通電時の漏電の問題がある。また、ノズルへの具体的な通電方法等といったエンジニアリング上の困難さがあるため、現実的とは言えない。
　さらに、実際の操業に適用する場合、できるだけ速やかに目標温度に到達させる必要がある。しかしながら、通常の通電加熱では昇温に時間がかかる他、電気抵抗の温度依存性が大きい場合が多くて印加電流や電圧の調整が必要になる等、作業能率を阻害する問題も多い。
　また、上記特許文献２に示されるように、高周波誘導加熱による方法もあるが、この場合もノズルの材質を導電性の耐火物、特に黒鉛系の耐火物とすることになる。この場合、直接通電の場合と同様に、発生した電流が漏電するなどの虞がある。

　また、上記特許文献３に示されるように、ノズルの外周に沿って発熱体を設置する方法では、発熱体とノズル本体との間隙や、ノズル本体自体が熱抵抗体となるため、熱効率が極めて悪い。溶鋼と接触するノズル内周部の温度を上げるには、発熱体の温度を相当高温にしなければならないにも関わらず、上記特許文献３に記載のブロック型ヒータは、シースヒーターと併用しても、８５０℃レベルまでしか昇温できない。また、発熱体の耐用性や寿命の点でも問題がある。
　また、上記特許文献４には、カーボンヒータの構造が開示されているのみであり、浸漬ノズルへの適用については、何ら示唆されていない。
　また、予熱を行う場合、従来のガスバーナーによる予熱方式では、鋳造場所から離れた待機位置で燃焼ガスによってノズルを予熱し、その後、このノズルを鋳造場所まで移送してタンディッシュに装着してから溶鋼供給（溶鋼注入又は溶鋼注湯とも言う）を開始する。そのため、予熱終了時点からノズルは放冷状態となるので、一旦１０００℃以上に予熱されていても、鋳造開始時には浸漬ノズルの温度が大幅に低下していると考えられる（予熱終了直後から溶鋼注入開始までは、通常５～１５分程度）。
　そのため、予熱を行ってもなお、溶湯の顕熱がノズルに抜熱されることにより、ノズル内壁に溶鋼の凝固層が形成され、鋳造中にノズルが閉塞する問題があった。

　本発明の目的は、上記事情に鑑みてなされたものであって、アルゴンガスの吹き込みによらずに、漏電や耐火物の劣化といった不都合を生じることなく、効率良くノズルを加熱することによって付着物の付着を防止し、連続的に連続鋳造を行うことのできる、連続鋳造方法及びノズル加熱装置を提供することにある。

　本発明者らは、予熱終了直後から溶鋼注湯開始までにノズル外表面の温度低下がどの程度生じるかを、ガスバーナー予熱終了直後から溶鋼注湯開始まで７分を要する実機の連続鋳造用ノズルにより調査した。その結果を図６に示す。同図６に示すように、ガスバーナー予熱終了から５分で２００℃程度、７分で３００℃近くの大幅な温度低下が起こっていることが確認できた。このため、一旦１０００℃以上に予熱しても、注湯開始時には、１０００℃未満（図６では８００℃未満）にまでノズル外表面温度が低下してしまい、ノズル内壁に溶鋼の凝固層が形成され、鋳造中にノズルが閉塞する虞があることが判った。
　また、本発明者らは、溶鋼注湯開始時におけるノズルの外表面温度が１０００℃以上になると、鋳造中にノズルの閉塞が殆ど生じなくなることも見出した。
本発明者らは、上記知見により、本発明に至った。
　本発明は、以下の構成を要旨とする。
（１）すなわち、鋳型内の溶融金属に浸漬された状態で前記溶融金属を前記鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルを、輻射加熱を行う外部ヒータを備えたノズル加熱装置により、前記連続鋳造用ノズルの外表面が１０００℃以上となるように加熱しながら前記溶融金属を通過させる連続鋳造方法を提供する。更には、必要に応じて、前記連続鋳造用ノズルの外表面を、前記のように高温（例えば１６００℃）に加熱することが可能な装置を提供する。
（２）上記（１）に記載の連続鋳造方法では、前記外部ヒータとしてカーボンヒータを用いてもよい。
（３）上記（１）に記載の連続鋳造方法では、前記外部ヒータとして炭化珪素ヒータ又はモリブデンシリサイドヒータを用いてもよい。
（４）上記（１）に記載の連続鋳造方法では、前記溶融金属を前記鋳型内に供給開始する際に、前記連続鋳造用ノズルの前記外表面が１０００℃以上となるように、前記ヒータで予め加熱しておいてもよい。
（５）上記（１）に記載の連続鋳造方法では、前記溶融金属を前記鋳型内に供給開始する際に、前記連続鋳造用ノズルの前記外表面が１６００℃以上となるように、前記ヒータで予め加熱しておいてもよい。
（６）また、本発明は、鋳型内の溶融金属に浸漬された状態で前記溶融金属を前記鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルを、この連続鋳造用ノズルの外表面が１０００℃以上となるように加熱するノズル加熱装置であって、前記連続鋳造用ノズルの外周を、間隔を設けて囲む断熱体と；この断熱体の前記連続鋳造用ノズルに対向する内面に設けられて輻射加熱を行う外部ヒータと；を備えているノズル加熱装置を提供する。
（７）上記（６）に記載のノズル加熱装置では、前記外部ヒータがカーボンヒータであってもよい。
（８）上記（６）に記載のノズル加熱装置では、前記外部ヒータが炭化珪素ヒータ又はモリブデンシリサイドヒータであってもよい。
（９）上記（６）に記載のノズル加熱装置では、前記外部ヒータが、内部が減圧されたセラミックス製の保護管により覆われていてもよい。
（１０）上記（６）に記載のノズル加熱装置では、前記断熱体が、複数に分割された断熱部からなる構成を採用してもよい。

　本発明によれば、ノズル加熱装置により連続鋳造用ノズルの外表面が１０００℃以上に維持される。これによって、欠陥の原因となるアルゴンガスの吹き込みによらずに、漏電や耐火物の劣化といった不都合無しに連続鋳造用ノズルを昇温・保熱して、非金属酸化物や地金の付着を防止することができる。その結果、付着物による連続鋳造用ノズルの閉塞を防止して連続的に連続鋳造を行う回数を増やすことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る連続鋳造設備の構造を表す模式図である。同実施形態におけるノズル加熱装置の構造を表す概略斜視図である。同実施形態の変形例を示す図であって、ノズル加熱装置の構造を表す概略斜視図である。上記実施形態の他の変形例を示す図であって、ノズル加熱装置の構造を表す概略斜視図である。上記実施形態の連続鋳造設備のノズル加熱装置の図であって、連続鋳造時における溶鋼注湯前の拡大断面図である。上記実施形態の連続鋳造設備のノズル加熱装置の図であって、連続鋳造時における溶鋼注湯中の拡大断面図である。予熱開始から溶鋼注湯中にかけての連続鋳造用ノズルの外表面温度の測定値を示すグラフである。

　本発明の連続鋳造方法では、鋳型内の溶融金属に浸漬された状態で溶融金属を鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルを、輻射加熱ヒータを備えたノズル加熱装置により、前記連続鋳造用ノズルの外表面が１０００℃以上となるように加熱しながら溶融金属を通過させる。
　また、従来から一般的に行われているノズル予熱方法としては、タンディッシュ待機位置でのノズル予熱する方法、或いは、外装型の浸漬ノズルの場合、必要に応じて浸漬ノズルをタンディッシュに装着する前に、ノズルを単独で予熱炉において予熱する方法が採用されている。
　本発明の輻射加熱装置を用いて予熱する場合も従来と同様に、待機位置で浸漬ノズルを予熱することが可能である。また、本発明の一形態においては、タンディッシュの鋳造位置への移動中でも予熱が行うことが可能である。更にまた、本発明の別の一形態においては、鋳造位置にタンディッシュを置いたまま予熱を開始し、鋳造開始および鋳造中も継続してノズル加熱を行うことが可能である。
　従来、ガスバーナーにより加熱された浸漬ノズルは、溶鋼鍋からタンディッシュへと溶鋼が注入されてタンディッシュ内が規定の溶鋼量に達するまでの間は放熱し、待機状態となる。
　この間、ノズルの内面温度は約１１００℃から４～５分経過で１０５０℃まで温度低下し、外面温度では約７５０～８００℃へと低下する。
　一方、タンディッシュ内の溶鋼量が規定量に達した後、タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型内へと溶鋼が注入された後も、浸漬ノズルの外面温度は約９００℃前後であり、浸漬ノズルの外表面からの大気への放熱量が大きい。そのような放熱は、ノズル内面への地金付着の大きな要因となっている。
　本発明では、上記問題点を根本から見直し、予熱終了後から溶融金属（溶鋼）の注入中も含めて、ノズル外表面からの放熱を防止し、ノズル外表面の加熱を継続する方法を提供する。
　ここで、予熱開始から溶鋼注湯中までの連続鋳造用ノズルの外表面温度の測定値を示す図６から判るように、予熱終了から溶鋼注湯中の間においては、溶鋼注入開始時にノズル外表面温度が最も低くなる。そのため、この時のノズル外表面温度を従来よりも高い温度、特に試験結果からの知見である１０００℃以上としておくことが、溶鋼のノズル内壁面への付着を防止するためには最も重要と考えられる。
　なお、ノズルの壁厚は、通常３０ｍｍ前後であり、ノズルの種類によらず概ね一定である。ノズル壁の熱伝導度に多少の差はあるものの、ノズルの外表面及び内表面間の温度差は、ノズルの種類によってそれほど大きく異なることは無いと考えられる（例えば、５０℃～１００℃差）ため、本発明はノズルの種類によらずに適用可能である。

　加熱する際の温度管理基準としては、溶鋼注入中時のノズル壁を介しての熱伝導で放熱する熱量以上に外部から加熱することを基準とし、浸漬ノズルの外表面が１０００℃以上に維持できることとする。
　これは、浸漬ノズルの外表面温度が１０００℃未満になると、前述したように、ノズル外表面からの大気への放熱量が大きくなり、ノズル内面に地金が付着する可能性が高くなるからである。
　温度管理基準の場所としては、浸漬ノズルの固定部近傍を基準位置とする。その理由は、浸漬ノズルは注入中に鋳型内の溶鋼から輻射加熱される為、その影響が最も小さいと判断される、浸漬ノズルが固定されている首部の外表面温度を基準とすることが望ましいからである。
　また、ノズル加熱装置による浸漬ノズルの高さ方向の加熱範囲は、浸漬ノズルの高さ寸法の５０％以上でかつ、ノズル加熱装置が鋳型内の溶鋼に接触しない範囲であることが好ましい。加熱範囲が浸漬ノズルの高さ寸法の５０％未満では、浸漬ノズルの外表面全体に亘って１０００℃以上に保持することが困難となり、ノズル内面に地金が付着する部分が生じてしまうからである。

　浸漬ノズルを外部から輻射加熱するノズル加熱装置としては、加熱絶対温度が１０００℃以上となる輻射加熱ヒータを使用する必要があるが、特に、加熱速度が速くて加熱絶対温度が高温であるヒータが最も望ましい。このようなヒータとしては、カーボンヒータ、炭化珪素（ＳｉＣ）ヒータ、又は、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ_２）ヒータ等が挙げられる。
　カーボンヒータは、加熱速度が速いため迅速な加熱に適しているが、発熱体であるカーボンは酸化により劣化するため、その外周にカーボンヒータの保護管として石英ガラスを備えている。但し、その保護管の耐用温度が１１００℃程度と比較的低いことから、それ以上の高温で使用する場合はＳｉＣ、あるいはＭｏＳｉ_２ヒータを用いることが好ましい。
　ＳｉＣヒータは、一般的に常用温度が１４５０℃であるが、比較的昇温速度を速く出来、２０℃／分程度でも使用可能である。他方、ＭｏＳｉ_２ヒータは、常用温度１７００℃も可能であるが、ヒータ自体の耐熱衝撃性に劣るため、昇温速度を５～１０℃／分程度に設定して使用されることが多い。なお、ＳｉＣヒータはヒータの外表面がＳｉＯ_２質の酸化被膜で保護されているため、保護管が無くても大気雰囲気中での使用が可能である。
　また、ＭｏＳｉ_２ヒータの場合も、ヒータの外表面が酸化被膜で保護されているため、保護管が無くても大気雰囲気中での使用が可能である。また、ヒータの配置もＳｉＣと同様の配置で構わない。
　従って、浸漬ノズルの加熱温度と予熱時間とを考慮してヒータの種類を選定することが好ましい。
　ノズル加熱装置としては、連続鋳造用ノズルである浸漬ノズルの外周を、間隔を設けて囲む断熱体と、この断熱体の浸漬ノズルに対向する内面に設けられるカーボンヒータと、を備えたものを採用する。なお、断熱体は、円筒状、楕円筒状、多角形筒状など、略円筒状のものを好適に用いることができる。
　浸漬ノズルの外表面とノズル加熱装置の断熱体の内面に設けられたカーボンヒータとの間隔は、５０ｍｍ以下とするのが好ましい。
　上記間隔をこれよりも広げると、浸漬ノズルの加熱効率が悪くなる。一方、上記間隔をあまり狭くしすぎると、浸漬ノズルの取付精度のバラツキに対応できない。尚、カーボンヒータと浸漬ノズルとの間隔は、小さければ小さいほど加熱効率が向上するので、カーボンヒータと浸漬ノズルの接触を防止し、かつ十分な加熱効率を確保するために、浸漬ノズルの取付精度±１０ｍｍ程度の範囲で可能な限り接近させるような間隔を確保するのがよい。

　このような構成のノズル加熱装置を採用することにより、カーボンヒータの熱を外部に放散させることなく、浸漬ノズルを効率的に加熱することができる。
　また、連続鋳造用浸漬ノズルに発熱抵抗体などを埋設することが不要であり、よって高価な材質のノズルに加工を施す必要がないため、簡単な構造を採用することができる。その結果、連続鋳造用浸漬ノズルの製造コストを低く抑えることができる。さらに、カーボンヒータの形状は自由に設計可能であり、その位置決め等にほとんど厳密さを必要としないため、本実施形態の方法は実際の操業に容易に適用することができる。

　本実施形態において、前記輻射加熱ヒータとしてカーボンヒータを採用した場合、内部が減圧されたセラミックス製の保護管により覆われていることが好ましい。
　具体的な保護管の材質としては、一般的にはガラスが使用されるが、１０００℃を超えると、ケイ酸塩ガラスの場合、繰り返し使用による失透、更に高温では軟化変形が発生するために１０００℃を超えた加熱ができない。そこで、加熱時の目標到達温度にもよるが、結晶化ガラス、サファイヤガラスなどを保護管の材質として採用するのが最も好ましい。
　カーボンヒータを保護管で覆うことにより、カーボンヒータの発熱部分が大気に触れて酸化劣化することを防止することができるので、ノズル加熱装置の高寿命化を図ることができる。

　本発明では、前記断熱体が複数に分割された断熱部からなる構成が好ましく、例えば、断熱体が円筒状体の場合には、この円筒状体の軸線を含む１つの平面で分割した２分割型の断熱体を採用することができる。
　断熱体の内部に配置されるカーボンヒータ等の輻射加熱ヒータは、分割された断熱部毎にそれぞれ独立して電源供給が行われるようにするのが好ましい。
　断熱体を複数の断熱部で構成することにより、浸漬ノズルをタンディッシュに装着したまま、ノズル加熱装置を取り外して鋳型直上から退避させることができる。そのため、溶鋼注入中に浸漬ノズルに異常が生じても、ノズル加熱装置を取り外して浸漬ノズルを簡単に交換することができる。
　なお、本発明は、予熱開始から溶鋼注入中までを通して、外部から輻射加熱ヒータを用いて加熱することを基本とするが、予熱に限っては、ガスバーナー等による従来技術を併用しても構わない。その場合は、予熱の際に浸漬ノズルの外周に断熱材を設けて予熱することが多くなるため、予熱後に、輻射加熱ヒータで加熱する部分に対応するノズル外表面部分の断熱材を取り除いてから、輻射加熱ヒータによる加熱に切り替えればよい。輻射加熱ヒータに対応する部分の断熱材を取り除くことにより、輻射加熱効率を向上させることができる。輻射加熱ヒータとしてモリブデンシリサイドヒータを用いた場合は、加熱昇温速度が比較的遅いため、予熱の全部または初期を、上述のような従来技術の予熱（ガスバーナー等）により行うことで、予熱時間を短縮することが可能となる。
　また、カーボンヒータを用いた場合、溶鋼注入中は、ノズル外表面の温度上昇によってカーボンヒータ保護管が過熱されて破損する可能性があるため、カーボンヒータと浸漬ノズルとの間に断熱材を設けておくことがより好ましい。

　以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１に、本実施形態の連続鋳造設備を示す。この連続鋳造設備は、取鍋１と、タンディッシュ２と、鋳型３とを備えている。また、図示を略したが、鋳型３の下方には、ロールが設けられている。
　この連続鋳造設備では、二次精錬が行われた溶鋼を取鍋１内に供給して移送し、取鍋１内の溶鋼をタンディッシュ２に供給し、タンディッシュ２の底部に形成された開口から鋳型３内に溶鋼を供給する。
　取鍋１からタンディッシュ２への溶鋼の供給は、取鍋１の底部に形成された溶鋼供給口に設けられているロングノズル４により行われる。また、タンディッシュ２から鋳型３への溶鋼の供給は、タンディッシュ２の底部に形成された溶鋼供給口に設けられている浸漬ノズル５により行われる。

　浸漬ノズル５は、鋳型３の直上に配置されているノズル加熱装置６によって加熱される。
　ノズル加熱装置６には、トランス７及び制御盤８が接続されている。図示を略した昇圧トランスから制御盤８に供給された電力は、トランス７を介してノズル加熱装置６に供給され、ノズル加熱装置６は、供給された電力により、浸漬ノズル５を加熱する。

　ノズル加熱装置６は、円筒形状を有し、図２に示されるように、円筒の軸線を含む１つの仮想平面で分割された２つの断熱部６１と、これら断熱部６１の円筒内面それぞれに設けられるカーボンヒータ６２とを備える。
　各断熱部６１の一方の端部にはヒンジ６３が設けられ、このヒンジ６３によりノズル加熱装置６は２分割に開閉自在とされている。また、各断熱部６１の他方の端部には支持アーム６４が設けられ、浸漬ノズル５の加熱中は、この支持アーム６４により鋳型３の直上にノズル加熱装置６が浮いた状態で保持される。

　断熱部６１は、平断面形状が半円形状である厚肉の成形体であり、溶鋼の熱に耐えられるよう耐火物等の成形体で構成されている。この断熱部６１の内面には、カーボンヒータ６２が設けられている。
　断熱部６１の内面側を形成する半円の半径は、浸漬ノズル５の円形断面を同心円状に配置したときに、カーボンヒータ６２と浸漬ノズル５の外表面との間に、例えば５０ｍｍ以下の隙間が形成されるような半径とするのが良い。これにより、ノズル加熱装置６の装着時にノズル加熱装置６と浸漬ノズル５とが接触しないようにすることができる。
　また、断熱部６１の高さ寸法は、浸漬ノズル５の高さ寸法の少なくとも５０％を覆うような寸法とし、なるべく浸漬ノズル５の全体を加熱できるような寸法を採用するのがよい。

　カーボンヒータ６２は、２つの断熱部６１が組み合わされて形成される円筒状体の軸線方向に沿って延在し、断熱部６１の端部付近で１８０度曲折しており、その結果、断熱部６１の内面の円周方向に沿って蛇行した状態に設けられている。このカーボンヒータ６２は、カーボン発熱体と、このカーボン発熱体を覆う保護管とを備え、保護管内部を減圧状態とすることで、カーボン発熱体が大気に触れて酸化劣化することを防止している。保護管の材質としては、浸漬ノズル５の外表面を１０００℃以上に加熱するため、この温度に耐えられるものを採用する必要があり、例えば、結晶化ガラス、サファイヤガラスを採用することができる。

　カーボンヒータ６２の端部には、導線６５が接続されている。導線６５は、断熱部６１内を貫通して支持アーム６４から外部に引き出され、前述したトランス７に接続されている。尚、各断熱部６１のカーボンヒータ６２には、独立して導線６５が接続されており、２つの断熱部６１を組合せて閉じた状態から開いた状態とする際に干渉して断線することはない。
　尚、本実施形態では、断熱部６１の内面に、その円周方向に沿って蛇行した状態でカーボンヒータ６２を設けたノズル加熱装置６を採用しているが、この構成のみに限らず、例えば、図３の変形例に示されるように、一対の断熱部６１を組み合わせて形成される円筒状体の軸線方向に蛇行させるようにカーボンヒータ６２を配設したノズル加熱装置６Ａを採用することもできる。
　さらには、図４の他の変形例に示されるように、複数本のＳｉＣヒータ６２Ｂを配設したノズル加熱装置６Ｂを採用することもできる。このノズル加熱装置６Ｂは、保持しやすい棒状のＳｉＣヒータ６２Ｂを複数本並列に配置させて、これらＳｉＣヒータ６２Ｂ間を配線６６Ｂにより直列接続した構成を有しており、他の構造は図２に示したものと同様である。なお、ここでは、棒状のＳｉＣヒータ６２Ｂを接続した場合を示したが、炉の下方のデッドスペースを少なくするためには、Ｕ字型のＳｉＣヒータを用いて上部に端子を設ける構造や、Ｗ字状のＳｉＣヒータを連ならせる構造を採用してもよい。

　上述したノズル加熱装置６を連続鋳造設備に装着する場合、タンディッシュ２に浸漬ノズル５を装着した状態でノズル加熱装置６の各断熱部６１間を開いたまま、浸漬ノズル５の近傍に配置する。その後、各断熱部６１間を閉じて浸漬ノズル５の回りを囲み、支持アーム６４で鋳型３の直上に保持する。
　次に、このノズル加熱装置６を用いた連続鋳造方法を説明する。
　まず、ノズル加熱装置６に電力を供給して浸漬ノズル５を予熱する。浸漬ノズル５の外表面が１０００℃以上になったら、取鍋１からタンディッシュ２内に溶鋼を供給して連続鋳造を開始する。
　連続鋳造中は、浸漬ノズル５の外表面が１０００℃以上となるように、ノズル加熱装置６によって加熱する。カーボンヒータの説明において前述した通り、保護管の耐熱温度が比較的低いので、カーボンヒータ保護管の過熱防止のために、鋳造開始時に、浸漬ノズル５とカーボンヒータとの間に断熱材を取り付けてカーボンヒータの寿命延長を図ることが望ましい。
　例えば、図１の浸漬ノズル５の表面に断熱材を被覆した場合の一例の拡大図を図５Ａ及び図５Ｂに示す。図５Ａは、溶鋼注入前におけるノズル加熱装置６の拡大断面図を示している。図５Ｂは、溶鋼注入中（鋳造中）のノズル加熱装置６の拡大断面図を示す。
　浸漬ノズル５の長さ方向に沿った中間部の外周にノズル加熱装置６を取付け、その上下に第１断熱材６７Ｃ及び第２断熱材６８Ｃを取付けることで、ノズル加熱装置６外の部分からの放熱防止を図る。浸漬ノズル５の下方部分ではその下端までを第２断熱材６８Ｃで覆うことにより、ノズル加熱装置６から露出した部分からの放熱量を最小限にすることができる。
　この第２断熱材６８Ｃのうち、鋳造開始時の鋳型３内の溶鋼Ｓに浸漬する部分は溶鋼Ｓの熱によって溶解するので、除去が不要となる。その様子を図５Ｂに示す。一方、ノズル加熱装置６を設置する部分において、鋳造中のカーボンヒータ６２を保護するために、浸漬ノズル５とカーボンヒータ６２との間に第３断熱材６９Ｃの取り付け／取り外しを可能とする機能を付与することも可能である。
　なお、図１に示した構成においても、第３断熱材６９Ｃを設けることが好ましい。また、図４に示したようなＳｉＣヒータ６２Ｂを有するノズル加熱装置６Ｂを採用する場合は、第３断熱材６９Ｃを設けなくてもよい。また、図５Ａ及び図５Ｂでは、ノズル加熱装置６の高さ寸法として、第３断熱材６９Ｃのみを覆う高さ寸法を例示したが、第１断熱材６７Ｃと第２断熱材６８Ｃのうち少なくとも一方をさらに覆う高さ寸法としてもよい。

　前述したノズル加熱装置６を用いて浸漬ノズル（連続鋳造用ノズル）５を加熱しながら連続鋳造を行った際の効果を確認した。
　２ストランドの６０ｔタンディッシュ２の一方のストランドの浸漬ノズル５に、上記実施形態で説明したノズル加熱装置６Ａを装着し、３５０ｔ溶鋼を６ヒ－ト鋳造する比較を行った。実施例１～３の主たる試験条件と評価結果を下記の表１に示す。

　（実施例１）
　実施例１では、図３に示したカーボンヒータ６２を備えたノズル加熱装置６Ａを用いた。先ずはノズル待機位置にてこのノズル加熱装置６Ａを使用して浸漬ノズル５を予熱し、その後、タンディッシュ２に浸漬ノズル５を装着する間もこのノズル加熱装置６Ａで加熱を続けた。その後、浸漬ノズル５とカーボンヒータ６２との間に第３断熱材６９Ｃを取付けてから（鋳造開始後に浸漬ノズル５内の溶湯により浸漬ノズル５の外面温度が上昇した際にヒータ保護管を過熱させないため）、溶鋼注入（供給）を開始した。溶鋼注入開始時の浸漬ノズル５の外表面温度が１０００℃以上となっていることを、浸漬ノズル５の外表面に取り付けた熱電対にて確認した。
　なお、浸漬ノズル５が待機位置で予熱完了してから（移動開始時から）、タンディッシュ２に浸漬ノズル５を装着した後、溶鋼注入開始までに要した時間は１０分であった。また、浸漬ノズル５とカーボンヒータ６２との間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける際の、ノズル加熱装置６Ａによる浸漬ノズル５の加熱中断時間は、１分であった。

　（実施例２）
　本実施例２では、上記実施例１のカーボンヒータ６２に換えて、図４に示すＳｉＣヒータ６２Ｂを用いて、上記実施例１と同様に、先ずは浸漬ノズル５の待機位置にてこの加熱装置６Ｂを使用して浸漬ノズル５を予熱した。その後、タンディッシュ２に浸漬ノズル５を装着する間もこのノズル加熱装置６Ｂで加熱を続けた。カーボンヒータ６２とは異なり、浸漬ノズル５とＳｉＣヒータ６２Ｂとの間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける必要が無いため、浸漬ノズル５の加熱を中断することは無かった。溶鋼注入開始時の浸漬ノズル５の外表面温度が１５５０℃であることを、浸漬ノズル５の外表面に取り付けた熱電対にて確認した。

　（実施例３）
　本実施例３では、実施例１のカーボンヒータ６２に換えて、図４に示すカーボンヒータ６２Ｂの材質をＳｉＣからＭｏＳｉ_２に替えると共に、構造を棒状からＵ字状に変更し、隣り合うＵ字ヒータ同士を上部にて直列接続したＭｏＳｉ_２ヒータを用いた。そして、上記実施例１と同様に、先ずは、浸漬ノズル５の待機位置にてこのノズル加熱装置を使用して浸漬ノズル５を予熱し、その後、タンディッシュ２に浸漬ノズル５を装着する間もこのノズル加熱装置で加熱を続けた。カーボンヒータ６２とは異なり、浸漬ノズル５とＭｏＳｉ_２ヒータとの間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける必要が無いため、浸漬ノズル５の加熱を中断することは無かった。溶鋼注入開始時の浸漬ノズル５の外表面温度が１６００℃であることを、浸漬ノズル５の外表面に取り付けた熱電対にて確認した。

　（比較例１）
　上記各実施例の評価とともに、２ストランドの６０ｔタンディッシュ２の他方のストランドの浸漬ノズルを従来通りにガスバーナーで予熱した浸漬ノズルを使用し、３５０ｔ溶鋼を６ヒ－ト鋳造する比較を行った。尚、本比較例１では、５リットル／分でアルゴン（Ａｒ）ブローを行った。比較例１の評価結果を下記表１に示す。
　なお、溶鋼注入開始時における浸漬ノズルの外表面温度は、予熱から溶鋼注入開始までの加熱中断時間である１０分間の間に低下し、８００℃となっていることを、浸漬ノズル５の外表面に取り付けた熱電対にて確認した。
　このとき、ノズル加熱装置６を用いた実施例のストランドにおいてアルゴンガスの吹き込みを行わずに連続鋳造したところ、アルゴンガスを使用した比較例１のストランドの場合と比較して湯面変動や偏流の発生は激減した。
　また、比較例１のストランドでは、鋳造の進行に伴って徐々に浸漬ノズル５の開度を拡大しなければならず、結局、４ヒート目の途中で連続鋳造を中断し、浸漬ノズル５を交換せざるを得なかった。

　（比較例２）
　次に、同様に、２ストランドの６０ｔタンディッシュ２の一方は上記実施例と同様にし、他方を連続鋳造中に高周波誘導加熱コイルにて８００℃に外表面加熱したものを比較例２とした。尚、本比較例２においても５リットル／分でアルゴン（Ａｒ）ブローを行った。比較例２の評価結果を下記表１に示す。
　なお、溶鋼注入開始時における浸漬ノズル５の外表面温度は、予熱から溶鋼注入開始までの加熱中断時間である１０分間の間に低下し、６５０℃となっていることを、浸漬ノズル５の外表面に取り付けた熱電対にて確認した。
　本比較例２では、５ヒート目で閉塞が発生したため、連続鋳造を中断した。
　これに対して、本実施形態のノズル加熱装置６を使用して、予熱終了から鋳造開始の待ち時間も含めて浸漬ノズル５の外表面をカーボンヒータにより１０００℃以上に保ちながら鋳造したストランドでは、１チャージ３５０トンの溶鋼を、連々鋳で６チャージ分、浸漬ノズル５の交換等を一切行わずに鋳造することができた。
　鋳造終了後、浸漬ノズルを回収して内面の状況を確認したところ、途中で鋳造を中止した比較例２のストランドでは大量のアルミナと地金が１０ｍｍ以上付着していたが、実施例のストランドではほとんど付着が見られなかった。

　（比較例３）
　次に、同様に、２ストランドの６０ｔタンディッシュ２の一方は上記実施例と同様にし、他方を連続鋳造中に高周波誘導加熱コイルにて１１００℃に外面加熱したものを比較例３とした。尚、本比較例３においてはアルゴン（Ａｒ）ブローは行わなかった。本比較例３の評価結果を下記表１に示す。
　なお、溶鋼注入開始時における浸漬ノズル５の外表面温度は、予熱から溶鋼注入開始までの加熱中断時間である１０分間の間に低下し、８５０℃となっていることを、浸漬ノズル５の外表面に取り付けた熱電対にて確認した。
　本比較例３では、５ヒート目で閉塞が発生したため、連続鋳造を中断した。
　このように、本実施形態のノズル加熱装置６を使用して、予熱終了から鋳造開始までの待ち時間も含め、溶鋼注入開始時においても、浸漬ノズル５の外表面をカーボンヒータにて１０００℃以上に保ちながら鋳造したストランドでは、１チャージ３５０トンの溶鋼を、連々鋳で６チャージ分、浸漬ノズル５の交換等を一切行わずに鋳造することができた。
　鋳造終了後、浸漬ノズル５を回収して内面の状況を確認したところ、途中で鋳造を中止した比較例３のストランドでは大量のアルミナと地金が１０ｍｍ以上の厚みで付着していたが、上記各実施例のストランドではほとんど付着が見られなかった。

　１　　取鍋
　２　　タンディッシュ
　３　　鋳型
　４　　ロングノズル
　５　　浸漬ノズル
　６，６Ａ，６Ｂ　　ノズル加熱装置
　７　　トランス
　８　　制御盤
　６１　　断熱部
　６２　　カーボンヒータ
　６２Ｂ　　ＳｉＣヒータ（または、ＭｏＳｉ_２ヒータ）
　６３　　ヒンジ
　６４　　支持アーム
　６５　　導線
　６６Ｂ　　配線
　６７Ｃ，６８Ｃ，６９Ｃ　　第１，第２，第３断熱材

Claims

　鋳型内の溶融金属に浸漬された状態で前記溶融金属を前記鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルを、輻射加熱を行う外部ヒータを備えたノズル加熱装置により、前記連続鋳造用ノズルの外表面が１０００℃以上となるように加熱しながら前記溶融金属を通過させることを特徴とする連続鋳造方法。
　前記外部ヒータがカーボンヒータであることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
　前記外部ヒータが炭化珪素ヒータ又はモリブデンシリサイドヒータであることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
　前記溶融金属を前記鋳型内に供給開始する際に、前記連続鋳造用ノズルの前記外表面が１０００℃以上となるように、前記ヒータで予め加熱しておくことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
　前記溶融金属を前記鋳型内に供給開始する際に、前記連続鋳造用ノズルの前記外表面が１６００℃以上となるように、前記ヒータで予め加熱しておくことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
　鋳型内の溶融金属に浸漬された状態で前記溶融金属を前記鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルを、この連続鋳造用ノズルの外表面が１０００℃以上となるように加熱するノズル加熱装置であって、
　前記連続鋳造用ノズルの外周を、間隔を設けて囲む断熱体と；
　この断熱体の前記連続鋳造用ノズルに対向する内面に設けられて輻射加熱を行う外部ヒータと；
を備えていることを特徴とするノズル加熱装置。
　前記外部ヒータがカーボンヒータであることを特徴とする請求項６に記載のノズル加熱装置。
　前記外部ヒータが炭化珪素ヒータ又はモリブデンシリサイドヒータであることを特徴とする請求項６に記載のノズル加熱装置。
　前記外部ヒータが、内部が減圧されたセラミックス製の保護管により覆われていることを特徴とする請求項６に記載のノズル加熱装置。
　前記断熱体が、複数に分割された断熱部からなることを特徴とする請求項６に記載のノズル加熱装置。