(57)【要約】【課題】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、効率よくノズル加熱を行う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の提供。【解決手段】連続鋳造方法は、鋳型３内の溶融金属に浸漬された状態で、溶融金属を鋳型３内に供給する連続鋳造用ノズル５を、カーボンヒータを備えたノズル加熱装置６により、連続鋳造用ノズル５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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、輻射加熱による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ことを特徴とする連続鋳造方法。
【請求項２】
前記輻射加熱による外部ヒータは、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。
【請求項３】
前記輻射加熱による外部ヒータは、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。
【請求項４】
前記溶融金属を鋳型内に供給を開始する際に、前記連続鋳造用ノズル外表面が１０００℃以上となるように前記ヒータで予め加熱することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の連続鋳造方法。
【請求項５】
前記溶融金属を鋳型内に供給を開始する際に、前記連続鋳造用ノズル外表面が１６００℃以上となるように前記ヒータで予め加熱することを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造方法。
【請求項６】
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、該連続鋳造用ノズル外表面が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る輻射加熱による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。
【請求項７】
前記輻射加熱による外部ヒータは、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。
【請求項８】
前記輻射加熱による外部ヒータは、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。
【請求項９】
前記輻射加熱による外部ヒータは、内部が減圧状態とされる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又は請求項７に記載のノズル加熱装置。
【請求項１０】
前記断熱体は、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から請求項９のいずれか１項に記載のノズル加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造方法、及び、その際に溶融金属を鋳型内に供給する連続鋳造用ノズルの加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造において、生産性を上げるためには、連続鋳造をなるべく途切れさせないようにして連続的に連続鋳造を行うこと、すなわち連々鋳回数を上げることが必要である。連続鋳造によって製造されている鋼の多くはアルミキルド鋼であり、このため溶鋼中には脱酸によって生成したり、空気やスラグによる再酸化によって生成したアルミナが多く含まれている。
このため連々鋳回数を上げて鋳造時間が長くなると、耐火物製の注湯用ノズルにこうしたアルミナや地金が付着して、ノズル詰まりを起こし、連々鋳回数を向上する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、その洗浄作用によりノズル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。
【０００３】
また、溶鋼やアルミナと耐火物との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とき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では、ＺｒＯ２−Ｃ−ＣａＯ−ＳｉＯ２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と報告されている。
【０００４】
一方、ノズル内壁への地金の付着、凝固に対しては、ノズルの温度を高温に保つことが有効であり、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りノズル温度を確保し、地金の付着を防止する技術が知られており、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、ノズル外部から熱を供給して加熱する方法とが挙げられる。
【０００５】
例えば、前者のノズル自体を発熱させる方法としては、ノズル本体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り、ノズルを加熱するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ノズル本体に電気抵抗率が１０２Ω・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、誘導加熱するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
一方、後者のノズル外部から熱を供給して加熱する方法としては、ノズル外周に沿って鋼製のブロック型ヒータを設置する方法が提案されている（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、ノズル表面温度を８５０℃程度まで昇温することができている。
また、高温加熱用のヒータとしては、カーボンワイヤー発熱体として石英ガラス部材中に封入したカーボンヒータが提案されている（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、特許文献６参照）。ガスバーナー予熱はノズル予熱に時間を要するため、予熱開始から終了まで１．５〜２時間程度行われている。一方、ＩＨ予熱は加熱効率が優れているので、４０分程度でよい。
ここで、一般にノズル予熱は、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、ノズル内壁へ溶鋼の凝固層が形成され、鋳造中にノズル閉塞が生じることを防止することを目的に行われる。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のノズル温度低下を抑制するために、近年はノズル外表面を断熱材で覆うことも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平６−５５２号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６９４２号公報
【特許文献３】特開２００４−２４３４０７号公報
【特許文献４】特開２００１−３３２３７３号公報
【特許文献５】特開２００８−０５５４７２号公報
【特許文献６】特開２００９−２３３７２９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】材料とプロセスVol.9(1996)p.196
【非特許文献２】耐火物vol.42(1990)p.14
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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く、さらなる連々鋳回数の向上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ると製品欠陥となる可能性がある。
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、運動量も個々の気泡によって異なるため、このようなガス気泡の混在が溶鋼流動に不安定性を付与し、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。
【０００９】
また、前記非特許文献１及び非特許文献２に記載の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、浸漬ノズル内面と溶鋼と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ず、連々鋳回数を若干向上させることはできても、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かなり低い温度になっている場合は、非常に急速に薄肉地金が付着する為に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。
【００１０】
一方、鋳造中にノズルの加熱で、前記特許文献１及び特許文献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、ノズル本体との一体成形上、割れトラブルや電極端子の接続部の酸化劣化の課題、通電時の漏電の問題があり、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いえない。
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が通常の通電加熱では昇温に時間がかかるほか、電気抵抗率の温度依存性が大きい場合が多く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が多い。
また、前記特許文献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り、発生した電流により、直接通電の場合と同様に漏電等の問題がある。
【００１１】
また、前記特許文献３に示されるように、ノズル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、ノズル本体が熱抵抗となるため熱効率が極めて悪く、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、該発明のブロック型ヒータでは、シースヒーターと併用しても、８５０℃レベルに止まっている。また、発熱体の耐用性や寿命の点で問題がある。
また、前記特許文献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、予熱に関しては、従来のガスバーナーでの予熱方式では、鋳造場所から離れた待機位置で燃焼ガスによって予熱し、その後、鋳造場所まで移送されてタンディッシュに装着されて、溶鋼供給（溶鋼注入又は溶鋼注湯とも言う）の開始となるため、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すると考えられる（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、ノズル内壁へ溶鋼の凝固層が形成され、鋳造中にノズル閉塞が生じるという問題が生じることがあった。
【００１２】
本発明の目的は、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、効率よくノズル加熱を行う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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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で調査したところ、ガスバーナー予熱終了から５分で２００℃程度、７分で３００℃近い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、ノズル内壁へ溶鋼の凝固層が形成され、鋳造中にノズル閉塞が生じると考えられることが判った。結果を図６に示す。
また、発明者らは、溶鋼注湯開始時のノズル外表面温度が、１０００℃以上となると鋳造中にノズル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、本発明を為すに至った。
本発明は、以下の構成を要旨とするものである。
（１）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、輻射加熱による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ことを特徴とする連続鋳造方法。更には、必要に応じて、前記のように高温、例えば１６００℃に加熱することが可能である装置を提供するものである。
（２）前記輻射加熱による外部ヒータは、カーボンヒータであることを特徴とする（１）に記載の連続鋳造方法。
（３）前記輻射加熱による外部ヒータは、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（１）に記載の連続鋳造方法。
（４）前記溶融金属を鋳型内に供給を開始する際に、前記連続鋳造用ノズル外表面が１０００℃以上となるように前記ヒータで予め加熱することを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の連続鋳造方法。
（５）前記溶融金属を鋳型内に供給を開始する際に、前記連続鋳造用ノズル外表面が１６００℃以上となるように前記ヒータで予め加熱することを特徴とする（３）に記載の連続鋳造方法。
（６）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、該連続鋳造用ノズル外表面が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る輻射加熱による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。
（７）前記輻射加熱による外部ヒータは、カーボンヒータであることを特徴とする（６）に記載のノズル加熱装置。
（８）前記輻射加熱による外部ヒータは、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（６）に記載のノズル加熱装置。
（９）前記輻射加熱による外部ヒータは、内部が減圧状態とされる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（６）又は（７）に記載のノズル加熱装置。
（１０）前記断熱体は、複数に分割された断熱部からなることを特徴とする（６）から（９）のいずれか１つに記載のノズル加熱装置。
【発明の効果】
【００１４】
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なしに浸漬ノズルを昇温・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、これにより付着物による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向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る連続鋳造設備の構造を表す模式図。
【図２】前記実施形態におけるノズル加熱装置の構造を表す概要斜視図。
【図３】前記実施形態の変形となるノズル加熱装置の構造を表す概要斜視図。
【図４】前記実施形態の他の変形となるノズル加熱装置の構造を表す概要斜視図。
【図５】前記実施形態の連続鋳造時におけるノズル加熱装置の拡大図であり、（Ａ）は溶鋼注湯前の拡大図、（Ｂ）は溶鋼注湯中の拡大図。
【図６】予熱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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、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ことを特徴とする。
また、従来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、或いは、外装型の浸漬ノズルの場合、その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も可能である。
従来、ガスバーナー加熱を施された浸漬ノズルは、溶鋼鍋からタンディッシュへ溶鋼が注入されタンディッシュ内で規定の溶鋼量に到達するまで放熱し、待機状態となる。
この間ノズル内面温度は、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、タンディッシュ内溶鋼量が規定量に到達後、タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型内へ溶鋼が注入された後も浸漬ノズル外面温度は約９００℃前後で、ノズル外表面からの大気への放熱が大きく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、ノズル外面の放熱を防止し、ノズル外表面の加熱を継続する方法を提供するものである。
ここで、予熱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、予熱開始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ため、この際の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、ノズルの壁厚みは、通常３０ｍｍ前後でノズル種類によらず概略一定であり、壁の熱伝導度の差は多少あるものの、ノズルの外表面と内表面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ため（例えば、５０〜１００℃差）、本発明はノズルの種類によらずに適用可能である。
【００１７】
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材質を介しての熱伝導で放熱する熱量以上に外部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。
浸漬ノズルの外表面が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。
温度管理基準とする場所としては、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％以上でノズル加熱装置が鋳型内の溶鋼に接触しない範囲が好ましい。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。
【００１８】
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、加熱速度が高く、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（ＭｏＳｉ２）ヒータ等が挙げられる。
ここで、カーボンヒータは加熱速度が高く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ＭｏＳｉ２ヒータを用いることが好ましい。
ＳｉＣヒータは一般に常用温度１４５０℃とされるが、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、ＭｏＳｉ２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ＳｉＯ２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での使用が可能である。
また、ＭｏＳｉ２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を備えたものを採用する。なお、断熱体は円筒状又は、楕円筒状、多角形筒状等の略円筒状のものが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内面に設けられたカーボンヒータの間隔は、５０ｍｍ以下とするのが好ましい。
間隔をこれよりも多く取ると、浸漬ノズルの加熱効率が悪くなる一方、あまり接近させすぎると、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。
【００１９】
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の埋設が不要であり高価なノズル材質に加工を必要としないため、簡単な構造として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、カーボンヒータ形状は自由に設計可能な為その位置決め等にほとんど厳密さを必要としないため、本発明の方法は実際の操業に容易に適用することができる。
【００２０】
本発明では、前記輻射加熱ヒータのうち、カーボンヒータは、内部が減圧状態とされるセラミックス製の保護管により覆われているのが好ましい。
具体的な保護管の材質としては、一般的には、ガラス管が使用されるが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。
【００２１】
本発明では、前記断熱体は、複数に分割された断熱部からなるものが好ましく、例えば、断熱体が円筒状体の場合、該円筒状体の軸を含む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。
ここで、断熱体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、分割された断熱部で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で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ため、溶鋼注入中に浸漬ノズルに異常が生じた場合であっても、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、本発明は予熱から溶鋼注入中までを通して、外部からの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の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。輻射加熱ヒータのうち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）とすることで、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は、溶鋼注入中は、ノズル外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間に断熱材を被覆しておくことがより好ましい。
【００２２】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施の形態に係る連続鋳造設備が示されている。この連続鋳造設備は、取鍋１、タンディッシュ２、鋳型３を備え、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中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るロングノズル４により行われ、タンディッシュ２から鋳型３への溶鋼の供給は、浸漬ノズル５により行われる。
【００２３】
このような連続鋳造設備において、浸漬ノズル５は、鋳型３の直上に配置されるノズル加熱装置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、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。
【００２４】
ノズル加熱装置６は、円筒状体に構成され、図２に示されるように、円筒の軸を含む１つの平面で分割された２つの断熱部６１と、この断熱部６１の円筒内面に設けられるカーボンヒータ６２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の直上に浮いた状態で保持される。
【００２５】
断熱部６１は、断面半円形状の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の内面側の半円の半径は、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して、装着時にノズル加熱装置６と浸漬ノズル５が接触しないようにする。
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全体を加熱できるような構成とするのがよい。
【００２６】
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に沿った方向に延び、端部で１８０度曲折した、断熱部６１の内面の円周方向に蛇行した状態で設けられている。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。
【００２７】
カーボンヒータ６２の端部には、導線６５が接続され、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、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しないようになっている。
尚、本実施形態では、断熱部６１の内面の円周方向に蛇行した状態でカーボンヒータを設けたノズル加熱装置６を採用していたが、これに限らず、例えば、図３に示されるように、断熱部６１を組み合わせて形成される円筒状体の軸方向に蛇行させてカーボンヒータ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。
また、図４に示されるように、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、ヒータの保持性に優れる棒状のＳｉＣヒータ６２Ｂを複数並列させて、これらを配線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、炉の下方のデー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ヒータを連ならせた構造としてもよい。
【００２８】
このようなノズル加熱装置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の断熱部６１を開いた状態で浸漬ノズル５近傍に配置し、その後断熱部６１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、前述したノズル加熱装置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℃以上となったら、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。前記カーボンヒータの説明の通り、保護管の耐熱温度が比較的低いので、この場合、鋳造開始時にカーボンヒータ保護管の過熱防止のため、浸漬ノズルとカーボンヒータ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５に示す。図５（Ａ）は、溶鋼注入前のノズル加熱装置の拡大図を示し、図５（Ｂ）は溶鋼注入中（鋳造中）のノズル加熱装置の拡大図を示す。
浸漬ノズル５の中間部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と第２断熱材６８Ｃを取付けてノズル加熱装置６外部分からの放熱防止を図る。浸漬ノズル５の部位のうち炉の下方部分は、浸漬ノズル５下端まで第２断熱材６８Ｃで覆うことでノズル加熱装置６から露出した部分からの放熱を最小限にする。
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に浸漬する部分については、溶鋼Ｓによって溶解するので、除去が不要となる。その様子は図５（Ｂ）に示す通りである。一方、ノズル加熱装置６を設置する部分には、鋳造中のカーボンヒータ６２保護のため、浸漬ノズル５とカーボンヒータ６２間に第３断熱材６９Ｃを取り付け、取り外す機能を付与することも可能である。
なお、図１のような状況においても、第３断熱材６９Ｃを設けることが好ましい。また、図４に示すようなＳｉＣヒータ６２Ｂを有するノズル加熱装置６Ｂを採用する場合、第３断熱材６９Ｃを設けなくてもよい。そして、ノズル加熱装置６の高さ寸法としては、第３断熱材６９Ｃのみを覆う大きさを例示したが、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大きさとしてもよい。
【実施例】
【００２９】
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、本発明に係るノズル加熱装置６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。
【００３０】
（実施例１）
実施例１では、図３に示すカーボンヒータ６２のノズル加熱装置を用いた。先ずはノズル待機位置にてこの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。その後、浸漬ノズル５とカーボンヒータ６２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内の溶湯によりノズル外面温度が上昇し、ヒータ保護管が過熱しないように）、溶鋼注入（供給）を開始した。溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は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、ノズル待機位置での予熱完了（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、また、浸漬ノズル５とカーボンヒータ６２の間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける際、ノズル加熱装置６による浸漬ノズル５の加熱中断時間は、１分であった。
【００３１】
（実施例２）
実施例２では、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、実施例１と同様に先ずはノズル待機位置にてこの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ＳｉＣヒータ６２Ｂの間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける必要は無いため、浸漬ノズル５の加熱を中断することは無かった。溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は１５５０℃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。
【００３２】
（実施例３）
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におけるヒータ材質をＳｉＣからＭｏＳｉ２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ＭｏＳｉ２ヒータを用いて、実施例１と同様に先ずはノズル待機位置にてこの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ＭｏＳｉ２ヒータの間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける必要は無いため、浸漬ノズル５の加熱を中断することは無かった。溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は１６００℃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。
【００３３】
（比較例１）
実施例による評価とともに、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は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、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、溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は、予熱〜溶鋼注入開始までの加熱中断時間１０分の間に低下し、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、鋳造の進行に伴い徐々にノズル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、ノズルを交換せざるを得なかった。
【００３４】
（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℃に外面加熱したものを比較例２として比較した。尚、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、溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は、予熱〜溶鋼注入開始までの加熱中断時間１０分の間に低下し、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。
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、本発明を適用したノズル加熱装置６を使用して予熱終了から鋳造開始の待ち時間も含めノズル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、ノズル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。
【００３５】
（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として比較した。尚、比較例３においてはアルゴン（Ａｒ）ブローは行わなかった。比較例３の評価結果を下記表１に示す。
なお、溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は、予熱〜溶鋼注入開始までの加熱中断時間１０分の間に低下し、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。
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、本発明を適用したノズル加熱装置６を使用して予熱終了から鋳造開始の待ち時間も含め、溶鋼注入開始時においても、ノズル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、ノズル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３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。
【００３６】
【表１】
2010167495.tif 000003
【符号の説明】
【００３７】
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、ＭｏＳｉ２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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月7日(2010.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該連続鋳造用ノズル外表面が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、間隔を設けて囲むと共に複数に分割された断熱部からなる断熱体と、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る輻射加熱によるカーボンヒータからなる外部ヒータとを備えており、
前記外部ヒータは内部が減圧状態とされるセラミックス製の保護管により覆われており、前記連続鋳造用ノズルと前記外部ヒータの間には、断熱材が取り付けられるようになっていることを特徴とするノズル加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載のノズル加熱装置を用いた連続鋳造方法であって、前記連続鋳造用ノズルと前記外部ヒータの間に前記断熱材を取り付けて、前記連続鋳造用ノズルが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、前記ノズル加熱装置により、前記連続鋳造用ノズル外表面が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ことを特徴とする連続鋳造方法。
【請求項３】
前記溶融金属を鋳型内に供給を開始する際に、前記連続鋳造用ノズル外表面が１０００℃以上となるように前記ヒータ又はガスバーナーで予め加熱することを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
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で調査したところ、ガスバーナー予熱終了から５分で２００℃程度、７分で３００℃近い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、ノズル内壁へ溶鋼の凝固層が形成され、鋳造中にノズル閉塞が生じると考えられることが判った。結果を図６に示す。
また、発明者らは、溶鋼注湯開始時のノズル外表面温度が、１０００℃以上となると鋳
造中にノズル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、本発明を為すに至った。
本発明は、以下の構成を要旨とするものである。
（１）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、該連続鋳造用ノズル外表面が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、間隔を設けて囲むと共に複数に分割された断熱部からなる断熱体と、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る輻射加熱によるカーボンヒータからなる外部ヒータとを備えており、前記外部ヒータは内部が減圧状態とされるセラミックス製の保護管により覆われており、前記連続鋳造用ノズルと前記外部ヒータの間には、断熱材が取り付けられるようになっていることを特徴とするノズル加熱装置。
（２）請求項１に記載のノズル加熱装置を用いた連続鋳造方法であって、前記連続鋳造用ノズルと前記外部ヒータの間に前記断熱材を取り付けて、前記連続鋳造用ノズルが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、前記ノズル加熱装置により、前記連続鋳造用ノズル外表面が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ことを特徴とする連続鋳造方法。
（３）前記溶融金属を鋳型内に供給を開始する際に、前記連続鋳造用ノズル外表面が１０００℃以上となるように前記ヒータ又はガスバーナーで予め加熱することを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る連続鋳造設備の構造を表す模式図。
【図２】前記実施形態におけるノズル加熱装置の構造を表す概要斜視図。
【図３】前記実施形態の変形となるノズル加熱装置の構造を表す概要斜視図。
【図４】参考形態のノズル加熱装置の構造を表す概要斜視図。
【図５】前記実施形態の連続鋳造時におけるノズル加熱装置の拡大図であり、（Ａ）は溶鋼注湯前の拡大図、（Ｂ）は溶鋼注湯中の拡大図。
【図６】予熱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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
（参考例１）
参考例１では、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、実施例１と同様に先ずはノズル待機位置にてこの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ＳｉＣヒータ６２Ｂの間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける必要は無いため、浸漬ノズル５の加熱を中断することは無かった。溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は１５５０℃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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
（参考例２）
参考例２では、実施例１のカーボンヒータ６２に換えて、図４におけるヒータ材質をＳｉＣからＭｏＳｉ２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ＭｏＳｉ２ヒータを用いて、実施例１と同様に先ずはノズル待機位置にてこの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ＭｏＳｉ２ヒータの間に第３断熱材６９Ｃを取り付ける必要は無いため、浸漬ノズル５の加熱を中断することは無かった。溶鋼注入開始時のノズルの外表面温度は１６００℃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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
【表１】
2010167495.tif 000010