(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造設備のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを、該浸漬ノズルの外周面に沿わせて配置した誘導コイルによって、注湯前に予め加熱する浸漬ノズルの予熱方法において、
前記誘導コイルの巻き心方向が前記浸漬ノズルに対して交差するように、該誘導コイルを配置し、該誘導コイルで該浸漬ノズルを誘導加熱することを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
【請求項２】
請求項１記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記誘導コイルを複数に分割していることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記誘導コイルは、少なくとも前記浸漬ノズルの吐出孔及びスラグライン部のいずれか一方又は双方の近傍に配置されていることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記浸漬ノズルを前記タンディッシュに取付けた後、前記誘導コイルによる誘導加熱と共に、更に、高温ガスを併用して、前記浸漬ノズルを加熱することを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
【請求項５】
請求項４記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記浸漬ノズルの温度が少なくとも７００℃以上の温度域で、前記誘導コイルによる誘導加熱を行うことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記浸漬ノズルを前記誘導コイルに対して、前記浸漬ノズルの軸心を中心として相対的に回転させることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
【請求項７】
連続鋳造設備のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを、注湯前に予め加熱する浸漬ノズルの予熱装置において、
前記浸漬ノズルの外周面に沿わせて複数に分割した誘導コイルを配置し、しかも、それぞれの前記誘導コイルの巻き心方向が前記浸漬ノズルに対して交差していることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置。
【請求項８】
請求項７記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置において、前記誘導コイルは、前記浸漬ノズルの外表面に沿って湾曲して形成されていることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置。
【請求項９】
請求項７及び８のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置において、更に、前記浸漬ノズルを高温ガスで加熱するガス加熱手段が設けられていることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造において、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型に注湯する際に使用される連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法及び予熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造では、取鍋からタンディッシュ内に供給されたおよそ１５００〜１５３０℃の溶鋼を連続鋳造用浸漬ノズル（以下、単に「浸漬ノズル」ともいう）を介して鋳型に注湯している。この際に浸漬ノズルには過酷な熱負荷がかかり亀裂や折損等が発生する恐れがあるため、浸漬ノズルを予め加熱して破損を防止している。これによって、浸漬ノズルを通過する溶鋼の温度が低下し難くなり、鋳造品の品質の低下を防止することができる。
【０００３】
ここで、従来の浸漬ノズルの予熱方法としては、浸漬ノズルの上部の注湯口又は下部の吐出孔から燃料ガスと酸素を供給可能なバーナーを用いて、１０００〜１２００℃に加熱する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、浸漬ノズルの内側に円筒状の誘導コイルを挿入して誘導加熱を行う方法（例えば、特許文献２参照）や、円筒状の誘導コイルを浸漬ノズルの外側に配置して、浸漬ノズルを誘導加熱を行う方法も知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２６２４５５号公報
【特許文献２】特開平９−１２２９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法及び予熱装置は未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１の方法では、加熱に時間がかかり、加熱中に浸漬ノズルを構成する耐火物が劣化して、実操業時にスポーリング等のトラブルが発生し易かった。また、バーナーによる加熱温度は、通常溶鋼の温度（１５００〜１５３０℃）よりも低い（１０００〜１２００℃）ので、実操業時に浸漬ノズルが溶鋼と接触すると、スポーリング等のトラブルが発生し易かった。
【０００６】
特許文献２の方法では、浸漬ノズルを１４００℃程度の高温まで短時間で加熱できるが、浸漬ノズル中に誘導コイルを挿入するので、浸漬ノズルの耐火物と誘導コイルが接触して、浸漬ノズル及び誘導コイルが損傷し寿命が短くなると共に、接触により浸漬ノズルの耐火物に配合された炭素及び酸化防止剤等が除去されて、実操業時にスポーリングや過度の溶損等のトラブルが発生する場合があった。また、誘導コイルを浸漬ノズル内に挿入する機構が必要であり設置に多大な費用がかかる。また、内径の異なる浸漬ノズルに合わせて異なる外径の誘導コイルを多数準備する必要があった。
【０００７】
更に、円筒状の誘導コイルを浸漬ノズルの外側に配置して加熱する場合には、浸漬ノズルの外表面に対して平行、すなわち、浸漬ノズルの軸心に対して平行に磁場が発生し、凹凸のある浸漬ノズルの外表面を均一に加熱することができず、特に他の部分に比べて突出しているスラグライン部が過度に加熱されていた。また、外径の異なる浸漬ノズルに合わせて、内径の異なる誘導コイルを複数準備する必要があった。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、コイルの寿命が長く、浸漬ノズルの劣化が少なく、多様な内径、外径を持つ浸漬ノズルを均一な温度で加熱できる連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法及び予熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法は、連続鋳造設備のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを、該浸漬ノズルの外周面に沿わせて配置した誘導コイルによって、注湯前に予め加熱する浸漬ノズルの予熱方法において、
前記誘導コイルの巻き心方向が前記浸漬ノズルに対して交差するように、該誘導コイルを配置し、該誘導コイルで該浸漬ノズルを誘導加熱する。
【００１０】
誘導コイルは、金属、例えば、銅管を巻き心方向を中心としてリング状又は渦巻き状にして形成され、金属に電流を流して磁力線を発生させる。ここで、渦巻き状とは、中心点の周りをそれから遠ざかりながら回転する曲線及び直線のいずれか一方又は双方によって形成され、実質的に面状である状態をいう。なお、誘導コイルは、浸漬ノズルの外表面に沿って湾曲させて曲面状とするのが好ましい。また、誘導コイルを管状体で形成した場合は、管内に冷却水（例えば、水道水）を供給することにより、加熱された浸漬ノズルの輻射熱及び抵抗加熱による誘導コイルの加熱を防止することができる。
【００１１】
誘導コイルの巻き心方向が浸漬ノズル側面に対して交差するように、浸漬ノズルを配置すればよい。この際には、浸漬ノズルを平面視して、誘導コイルの巻き心方向が浸漬ノズル（例えば、軸心）を通るのが好ましい。また、誘導コイルの面が浸漬ノズルに対して、例えば、０度を超え３０度傾くように配置してもよい。誘導コイルを浸漬ノズルの外周面に沿わせてこのように配置することにより、特許文献２記載の円筒状の誘導コイルを用いた際に発生する浸漬ノズルの長さ方向に沿う磁力線を減じ、その代わりに浸漬ノズルに対して交差する方向に発生する磁力線を多くし、この磁力線が浸漬ノズルを通過して浸漬ノズルに渦電流を発生させ、この渦電流により浸漬ノズルが加熱される。
【００１２】
また、浸漬ノズルの加熱温度は、下限が１２００℃、好ましくは１３００℃、更に好ましくは１３５０℃であって、上限は溶鋼の温度である１５３０℃程度とするのがよい。なお、浸漬ノズルの加熱終了後から溶鋼の注湯までに、浸漬ノズルの温度が低下するので、浸漬ノズルの加熱を溶鋼の温度よりも高く、例えば１６００℃程度としてもよい。浸漬ノズルは、アルミナグラファイト（ＡＧ）等の導電体で形成され、予熱温度が溶鋼の温度（およそ１５００〜１５３０℃）程度であると、浸漬ノズルに溶鋼を注湯する際に温度変化が少なく熱衝撃を受け難くなるので、熱衝撃に弱いジルコニア等を含む高強度材料も使用できる。
【００１３】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記誘導コイルを複数（例えば、２つ）に分割しているのが好ましい。
例えば、２つの誘導コイルを、隣り合う誘導コイルの周方向の一端を連結し、中央から両側に開くように造られた観音開き戸状に配置してもよく、それぞれ独立して浸漬ノズルの周囲に配置してもよい。また、複数の誘導コイルを浸漬ノズルに所定の間隔を有して配置した場合、誘導コイルの一部を重ね合わせて（ラップさせて）配置してもよい。
【００１４】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記誘導コイルは、少なくとも前記浸漬ノズルの吐出孔及びスラグライン部のいずれか一方又は双方の近傍に配置されてもよい。
浸漬ノズルの吐出孔は冷却されやすいためスポーリング（spalling）し易く、スラグライン部は高温のスラグと接触するためスポーリングし易いので、これらを高温かつ均一に加熱することでスポーリングの発生を抑えることができる。
【００１５】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記浸漬ノズルを前記タンディッシュに取付けた後、前記誘導コイルによる誘導加熱と共に、更に、高温ガスを併用して、前記浸漬ノズルを加熱するのが好ましい。
本発明は、タンディッシュに直接取付けられた浸漬ノズル及びスライディングノズルを介して取付けられた浸漬ノズルを含む。高温ガスによって、誘導加熱では加熱し難い部位、例えば、浸漬ノズルの内面及び上部のいずれか一方又は双方を加熱することができる。特に、スライディングノズルを介して取付けられた浸漬ノズルは、上端部に浸漬ノズルをタンディッシュに取付けるための金属製のトラニオン等が一体的に設けられており、浸漬ノズルよりもサイズが大きくなって誘導コイルに入らない場合があり誘導加熱し難いので、例えば、タンディッシュの上部に設置されたタンディッシュカバーの貫通孔に配置された予熱バーナーからの高温ガスで加熱する。予熱バーナーによって、浸漬ノズルの上部に位置するスライディングノズル装置、タンディッシュに装着されている上ノズル等の付帯設備を予熱することができる。このように、高温ガスを用いて付帯設備を含む浸漬ノズルをより均一に加熱することができ、耐火物のスポーリング等の実操業中のトラブルを抑制できる。
【００１６】
ここで、高温ガスは、例えば、コークス炉ガス（ＣＯＧ）を燃焼して得ることができる。浸漬ノズルの内面を加熱するには、ガス予熱燃料となるＣＯＧを浸漬ノズルの吐出孔から供給し、ガス予熱用一次空気となるエアーを浸漬ノズルの下方から供給して、エジェクター効果により、エアーを浸漬ノズルの内部に引き込んで、浸漬ノズル内部に高温ガスを発生させてもよい。また、ＣＯＧを浸漬ノズルの下部から供給し、エアーを浸漬ノズルの吐出孔から供給して高温ガスを得てもよい。更に、浸漬ノズルの上部を加熱する場合には、タンディッシュ用の予熱バーナーを使用することができる。
【００１７】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記浸漬ノズルの温度が少なくとも７００℃以上の温度域で、前記誘導コイルによる誘導加熱を行うのが好ましい。
浸漬ノズルには、大気中で予熱されることを想定して、一般に浸漬ノズルの内側に設けられた耐火物の表面には酸化防止剤が塗布されている。この酸化防止剤は、７００℃を超えると、酸化が促進され、耐火物の保護機能が低下する傾向がある。従って、予熱時に７００℃以上に浸漬ノズルが暴露する時間を短くする必要がある。誘導コイルは急速加熱が可能であるので、少なくとも７００℃以上の領域で誘導コイルで誘導加熱することにより、浸漬ノズルを７００℃以上に暴露する時間を短縮することができる。なお、７００℃未満の温度域において、誘導コイルで誘導加熱してもよいが、電気代が高くなる。また、７００℃以上の温度域では、誘導加熱と共に高温ガスを併用してもよい。
【００１８】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法において、前記浸漬ノズルを前記誘導コイルに対して、前記浸漬ノズルの軸心を中心として相対的に回転させることもできる。
誘導コイルの配置場所により、浸漬ノズルの周方向に温度差ができる場合、浸漬ノズルを誘導コイルに対して、浸漬ノズルの軸心を中心に相対的に回転させて、浸漬ノズルの周方向の温度差を減少させることができる。
【００１９】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置は、連続鋳造設備のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを、注湯前に予め加熱する浸漬ノズルの予熱装置において、
前記浸漬ノズルの外周面に沿わせて複数に分割した誘導コイルを配置し、しかも、それぞれの前記誘導コイルの巻き心方向が前記浸漬ノズルに対して交差している。
【００２０】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置において、前記誘導コイルは、前記浸漬ノズルの外表面に沿って湾曲して形成されているのが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置において、更に、前記浸漬ノズルを高温ガスで加熱するガス加熱手段が設けられているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１〜６に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法においては、誘導コイルを、浸漬ノズルの外周面に沿わせ、誘導コイルの巻き心方向が浸漬ノズルに対して交差するように配置するので、浸漬ノズルの外表面に対して交差する方向に磁場を多く発生させることができ、浸漬ノズルの外表面を、その凹凸の影響が少なく、均一に加熱することができる。
【００２２】
特に、請求項２記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法においては、誘導コイルを複数に分割しているので、浸漬ノズルの外表面近傍から誘導コイルを容易に着脱可能であり、特に、誘導コイルの着脱時に、浸漬ノズルと誘導コイルが摺動したり、接触することがなくなり、浸漬ノズル及び誘導コイルの劣化を防止できる。また、複数の誘導コイルを浸漬ノズルの外径に合わせて配置できるので、従来のように浸漬ノズルの外径に合わせて様々な誘導コイルを必要とせず、非稼働の誘導コイルの予備品数を少なくできる。
【００２３】
請求項３記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法においては、誘導コイルが、少なくとも浸漬ノズルの吐出孔及びスラグライン部のいずれか一方又は双方の近傍に配置されているので、スポーリングし易い部位を均一に加熱でき、浸漬ノズルの破損を防止できる。
請求項４記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法においては、誘導コイルによる誘導加熱と共に、高温ガスを併用して浸漬ノズルを加熱するので、誘導コイルで加熱し難い部位を高温ガスで加熱でき、浸漬ノズルをより均一に加熱できる。
【００２４】
請求項５記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法においては、浸漬ノズルの温度が少なくとも７００℃以上の温度域で誘導コイルによる誘導加熱を行うので、浸漬ノズルを７００℃以上に暴露する時間を短くでき、浸漬ノズルに塗布された酸化防止剤の劣化を防止できる。
請求項６記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法においては、浸漬ノズルを誘導コイルに対して、浸漬ノズルの軸心を中心として相対的に回転させるので、浸漬ノズルをより均一に加熱できる。
【００２５】
請求項７〜９に記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置においては、浸漬ノズルの外周面に沿わせて複数に分割した誘導コイルを配置しているので、浸漬ノズルの外表面近傍から容易に着脱可能となると共に、誘導コイルの着脱時に、浸漬ノズルと誘導コイルが摺動したり、接触することがなくなり、浸漬ノズル及び誘導コイルの劣化を防止できる。それぞれの誘導コイルの巻き心方向が浸漬ノズルに対して交差しているので、誘導コイルによって浸漬ノズルの外表面に対して交差する方向に磁場が多く発生し、外表面の凹凸の影響が少なく、浸漬ノズルを均一に加熱することができる。また、複数の誘導コイルを浸漬ノズルの外径に合わせて配置できるので、従来のように浸漬ノズルの外径に合わせて様々な誘導コイルを必要とせず、非稼働の誘導コイルの予備品数を少なくできる。
【００２６】
特に、請求項８記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置においては、誘導コイルが浸漬ノズルの外表面に沿って湾曲して形成されているので、誘導コイルと浸漬ノズルとの距離を一定にし易く、浸漬ノズルをより均一に加熱することができる。
請求項９記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置においては、更に、浸漬ノズルを高温ガスで加熱するガス加熱手段が設けられているので、誘導コイルで加熱し難い部位を加熱でき、浸漬ノズルをより均一に加熱できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置の使用状態を示す説明図、図２は同予熱装置で加熱される浸漬ノズルの断面図、図３〜図５はそれぞれ同予熱装置の正面図、側面図、平面図、図６は同予熱装置の誘導コイルの説明図、図７は浸漬ノズルの予熱時間と予熱温度の関係を示すグラフである。
【００２８】
図１〜図６を参照して、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置１０について説明する。
図１に示すように、連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置（以下、単に「予熱装置」ともいう）１０は、連続鋳造設備１１において、取鍋（図示せず）から供給された溶鋼をタンディッシュ１２から鋳型（図示せず）に注湯する前に、タンディッシュ１２に取付けられる連続鋳造用浸漬ノズル（以下、単に「浸漬ノズル」ともいう）１３を加熱する装置である。なお、タンディッシュ１２には、例えば、スライディングノズル１４が設けられ、浸漬ノズル１３は、スライディングノズル１４を介して、タンディッシュ１２に取付けられている。
【００２９】
浸漬ノズル１３は、タンディッシュ１２から鋳型に注湯される溶鋼の酸化防止を目的とし、導電性を有する材料、例えば、炭素を含有したアルミナグラファイトで形成されている。図２に示すように、浸漬ノズル１３の形状は、実質的に底部が閉塞された筒状であって、上部に溶鋼が注湯される注湯口１５と、下部側面に対向して２つ穿設された吐出孔１６が設けられ、高さ方向中央部には、肉厚のスラグライン部１７が形成されている。また、浸漬ノズル１３の内側には、酸化防止剤が塗布された耐火物１８が設けられている。更に、浸漬ノズル１３の上部には、浸漬ノズル１３の外表面側から内側にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給孔１９が設けられている。また、浸漬ノズル１３の上端部外側には、浸漬ノズル１３をタンディッシュ１２に設置するための棒状の水平部材（図示せず）が設けられたステンレス製のトラニオン（図示せず）が一体的に取付けられている。
【００３０】
図３〜図５に示すように、予熱装置１０は、浸漬ノズル１３の外周面に沿わせて配置される、複数、例えば、２つに分割された誘導コイル２０、２１を備えている。誘導コイル２０、２１は、例えば、断面矩形の銅管を溶接して渦巻き状とした後、浸漬ノズル１３の外表面に沿って湾曲させて、図５に示すように、平面視して円弧状（曲平面となっている）としている。また、２つの誘導コイル２０、２１は、浸漬ノズル１３を中央に挟んで対向し、しかも、誘導コイル２０、２１の巻き心が肉厚のスラグライン部１７の近傍となるように配置されている。
【００３１】
また、誘導コイル２０、２１のそれぞれの渦巻きの中央の一端側は、それぞれ連結金具２２を介して、外側が断熱材２３で覆われた断面円形の銅管２４で形成された連結管２５によって連結され、誘導コイル２０、２１のそれぞれの他端側は対となって、図示しない電源に連結されて１つの回路が形成されている。電源は、例えば、ＡＣ２００／２２０Ｖ、６０Ｈｚ、及び２６ＫｖＡであり、誘導コイル２０、２１の出力を最大２０ｋＷで、周波数５〜４０ｋＨｚ、例えば、２０ｋＨｚとして、浸漬ノズル１３を、例えば、１２００〜１５３０℃に加熱する。更に、浸漬ノズル１３を加熱した際の輻射熱及び抵抗加熱による誘導コイル２０、２１の加熱を防止するために、例えば、誘導コイル２１と連結された誘導コイル２０の他端側には、誘導コイル２０、２１の内部に水道水を供給する図示しない水道水供給管が接続されている。
【００３２】
ここで、図６に示すように、対向配置される誘導コイル２０、２１の巻き方向は、例えば、誘導コイル２０を浸漬ノズル１３の正面側に、誘導コイル２１を浸漬ノズル１３の背面側に配置したとし、誘導コイル２０側から誘導コイル２１側へ連結管２５を介して電流を流すと、誘導コイル２０及び誘導コイル２１に正面視して時計回りに電流が流れるようにしている。なお、誘導コイル２０、２１の巻き方向は、誘導コイル２０側から誘導コイル２１側へ連結管２５を介して電流を流した場合に、誘導コイル２０及び誘導コイル２１に正面視して反時計回りに電流が流れるようにしてもよく、また、誘導コイル２０、２１に流れる電流が逆方向としてもよい。
【００３３】
誘導コイル２０、２１は、浸漬ノズル１３を平面視して、誘導コイル２０、２１の巻き心方向が浸漬ノズル１３（例えば、軸心２６又は浸漬ノズル１３の中空部）と交差し、しかも、浸漬ノズル１３を側面視して、誘導コイル２０、２１の面が浸漬ノズル１３に対して、０度、すなわち、平行となるように配置され、誘導コイル２０、２１の巻き心方向が浸漬ノズル１３に対して９０度となっているので、浸漬ノズル１３に対して交差する磁力線（図示せず）が多く発生し、この磁力線が浸漬ノズル１３を通過して浸漬ノズル１３に渦電流（図示せず）を発生させ、この渦電流により浸漬ノズル１３が加熱される。これによって、浸漬ノズル１３の外表面を、その凹凸の影響が少なく、均一に加熱することができる。なお、誘導コイル２０、２１の面が浸漬ノズル１３に対して、例えば、０度を超え３０度以下で傾くように、誘導コイル２０、２１を配置してもよく、これによって、浸漬ノズル１３の例えば厚みの異なる各部位、特に、スラグライン部１７及び誘導コイル２０、２１の距離と、吐出孔１６及び誘導コイル２０、２１の距離とを異ならせ、浸漬ノズル１３を均一に加熱することができる。
【００３４】
更に、予熱装置１０は、浸漬ノズル１３を高温ガスで加熱するガス加熱手段３０を有している。ガス加熱手段３０は、浸漬ノズル１３の吐出孔１６から浸漬ノズル１３内に差し込んで空気を供給する空気供給管３１と、浸漬ノズル１３の下方に配置され、エジェクター効果によって浸漬ノズル１３内にコークス炉ガス（ＣＯＧ）を供給するＣＯＧガス供給管３２とを有し、ＣＯＧを燃焼して生成した高温ガスによって、浸漬ノズル１３の内面を加熱することができる。また、図１に示すように、ガス加熱手段３０は、タンディッシュ１２の上部に設置されたタンディッシュカバー４０の貫通孔４１に配置された予熱バーナー４２を有し、予熱バーナー４２によってタンディッシュ１２内も同時に加熱可能となっている。予熱バーナー４２では、タンディッシュ１２内に配置された溶鋼のストッパー４３と、タンディッシュ１２の底部の溶鋼排出口４４に設けた上ノズル４５及び下ノズル４６と、スライディングノズル１４と、浸漬ノズル１３の上部とを加熱することができる。予熱装置１０では、誘導コイル２０、２１による誘導加熱及びガス加熱手段３０による高温ガスによって浸漬ノズル１３を加熱することができる。
【００３５】
次に、連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置１０を使用した連続鋳造用浸漬ノズル１３の予熱方法について説明する。
連続鋳造設備１１のタンディッシュ１２から溶鋼を鋳型に注湯する前に、タンディッシュ１２にスライディングノズル１４を介して取付けられた浸漬ノズル１３の外周面に沿って湾曲した２つの誘導コイル２０、２１を、それぞれの誘導コイル２０、２１の巻き心方向が浸漬ノズル１３に対して交差するように、浸漬ノズル１３の吐出孔１６及びスラグライン部１７の外表面近傍に配置する。更に、空気供給管３１を浸漬ノズル１３の吐出孔１６から浸漬ノズル１３の内部に、ＣＯＧガス供給管３２を浸漬ノズル１３の下方に配置する。また、タンディッシュ１２の上部にタンディッシュカバー４０を配置し、タンディッシュカバー４０の貫通孔４１に予熱バーナー４２を配置する。
【００３６】
まず、ガス加熱手段３０によって、浸漬ノズル１３の内面及び上部を、例えば、７００℃以上の温度域（７００〜１１００℃程度）、例えば、１０００℃まで加熱する。この際には、空気供給管３１及びＣＯＧガス供給管３２からの高温ガスによって、浸漬ノズル１３の内面が加熱され、予熱バーナー４２によって浸漬ノズル１３の上部及びタンディッシュ１２内が加熱される。
【００３７】
浸漬ノズル１３の温度が、例えば、１０００℃程度となった後、誘導コイル２０、２１に接続された電源から、誘導コイル２０、２１に出力が最大２０ｋＷで、周波数が、５〜４０ｋＨｚ、例えば、２０ｋＨｚの電流を流して、浸漬ノズル１３を１２００〜１５３０℃、例えば、１４００℃に加熱する。浸漬ノズル１３の温度が７００℃以上の温度域で、誘導コイル２０、２１による誘導加熱を行うので、浸漬ノズル１３が７００℃以上に暴露される時間が短くなり、浸漬ノズル１３の耐火物１８に塗布された酸化防止剤の劣化を防止できる。なお、浸漬ノズルの温度が７００℃未満で誘導コイル２０、２１によって、誘導加熱を行ってもよいが、電気代が高くなるので、誘導コイル２０、２１による誘導加熱は、浸漬ノズル１３の温度が７００℃以上の温度域で行うのが好ましい。また、誘導コイル２０、２１による誘導加熱時には、ガス加熱手段３０による高温ガスでの加熱を行ってもよく、行わなくてもよい。
【００３８】
なお、浸漬ノズル１３の加熱終了後から溶鋼の注湯までに、浸漬ノズル１３の温度が低下するので、浸漬ノズル１３の加熱温度を溶鋼の温度よりも高く（１６００℃程度）するのが好ましい。また、加熱時には、誘導コイル２０、２１の内部に水道水を、例えば、４リットル／分で供給し、浸漬ノズル１３の輻射熱及び抵抗加熱による誘導コイル２０、２１の加熱を防止している。
【００３９】
以上説明したように、誘導コイル２０、２１によって、浸漬ノズル１３の外表面に対して交差する方向に磁場を多く発生させることにより、浸漬ノズル１３の外表面の凹凸の影響を少なくして、浸漬ノズル１３を均一に加熱している。また、誘導コイル２０、２１を浸漬ノズル１３の外表面に沿って湾曲させて、誘導コイル２０、２１と浸漬ノズル１３との距離を一定にして、浸漬ノズル１３をより均一に加熱している。
【００４０】
また、誘導コイル２０、２１を複数に分割して、浸漬ノズル１３に容易に着脱可能とし、特に、誘導コイル２０、２１を浸漬ノズル１３に着脱する際に、誘導コイル２０、２１と浸漬ノズル１３を摺動及び接触させず、浸漬ノズル１３及び誘導コイル２０、２１の劣化を防止している。更に、複数の誘導コイル２０、２１は、浸漬ノズル１３の外径に合わせて調整して配置できるので、従来のように浸漬ノズル１３の外径に合わせた様々な内径の円筒状の誘導コイルを必要とせず、非稼働の誘導コイルの予備品数を少なくできる。
【００４１】
また、誘導コイル２０、２１を、浸漬ノズル１３の吐出孔１６及びスラグライン部１７の外表面近傍に配置して、スポーリングし易い部位を均一に加熱し、浸漬ノズル１３の破損を防止している。更に、誘導コイル２０、２１では加熱し難い部位を、ガス加熱手段３０によって加熱するので、浸漬ノズル１３をより均一に加熱できる。
【００４２】
次に、本発明の作用効果を確認するためにシミュレーションを行った。
（シミュレーション１）
浸漬ノズルの外表面に沿って湾曲させた２つの誘導コイルを、浸漬ノズルの外周面全体に沿わせ、誘導コイルの巻き心方向が浸漬ノズルに対して垂直に交差するように配置して誘導加熱による予熱を行った後、連続鋳造を行った。
【００４３】
（シミュレーション２）
浸漬ノズルの外表面に対して湾曲した４つの誘導コイルを、浸漬ノズルの吐出孔及びスラグライン部の外表面近傍に２つずつ沿わせ、各部位において対となる誘導コイルの巻き心方向が浸漬ノズルに対して垂直に交差し、しかも、各誘導コイルの巻き心方向が同一方向となるように配置して、誘導加熱による予熱を行った後、連続鋳造を行った。
（比較例１）
従来使用されている円筒状の誘導コイルを浸漬ノズルの外側に配置して誘導加熱による予熱を行った後、連続鋳造を行った。
【００４４】
シミュレーション１及び比較例１について、誘導コイルの寿命（連続鋳造に使用可能な回数比）指数を比較した。比較例１の誘導コイルの寿命指数（使用可能回数）を１とした場合、シミュレーション１では４とかなり高寿命となった。これは、従来の円筒状のコイルを使用した比較例１では、誘導コイル内への浸漬ノズルの着脱時、特に、加熱後に浸漬ノズルを誘導コイルから取り出す際に、誘導コイルの保護用の断熱材を損傷させ、激しい時には誘導コイルの絶縁性が低下等が発生しているが、シミュレーション１では、誘導コイルを２つに分割して着脱できるので、誘導コイルと浸漬ノズルが摺動しながら接触することがなくなり、浸漬ノズル及び誘導コイルの劣化を防止できるためであると解される。
【００４５】
また、シミュレーション１及び比較例１について、連続鋳造を行う場合の設備費についてそれぞれ試算を行った。ここで、比較例１での誘導コイルの設備費指数を１とした場合、シミュレーション１では、０．２とかなり低くなった。これは、比較例１では、浸漬ノズルの外径に合わせて、様々な内径の誘導コイルが必要であり、その数が多くなると共に、浸漬ノズルや誘導コイルの昇降装置や非稼働の誘導コイルを保管するためのピット等の付帯設備が必要となって、設備費が増大している。なお、シミュレーション１では、２つに分割された誘導コイルを、浸漬ノズルの外径に合わせて配置できるので、非稼働の誘導コイルの予備品数を少なくできると共に、前記した付帯設備も必要なく、設備費が低く抑えられると解される。
【００４６】
更に、シミュレーション１及び比較例１によって加熱した浸漬ノズルの表面温度の差を比較した。浸漬ノズルの表面温度の差は、比較例１では４５０℃程度であったが、シミュレーション１では１６０℃程度とかなり小さくなった。これは、比較例１では、誘導コイルが円筒状であるため、浸漬ノズルと誘導コイルとの間隔を一定にすることができず、特にスラグライン部や吐出孔が加熱し易く高温となるが、シミュレーション１では、誘導コイルと浸漬ノズルの間隔を自在に変えることができると共に、誘導コイルを特に吐出孔に配置せずに、吐出孔付近の温度上昇を抑えることにより、浸漬ノズルの表面温度を均一にできたと解される。
【００４７】
また、シミュレーション１、２及び比較例１について、複数回の鋳造において発生した鋳造時のトラブル、すなわち、浸漬ノズルの亀裂及び破損の発生指数の試算を行った。浸漬ノズルの亀裂及び破損の発生指数は、比較例１を１とした場合、シミュレーション１及び２が０．１とかなり低くなった。これは、比較例１では、前記したように浸漬ノズルの表面温度差が大きく、浸漬ノズルの耐火物に塗布されている酸化防止剤の部分的な剥離や溶解が発生し、浸漬ノズルの酸化を防止できず、浸漬ノズルの部分的な異常酸化による強度低下や異常溶損が起こり、鋳造初期に浸漬ノズルの亀裂や折損等が発生するが、シミュレーション１及び２では、浸漬ノズルの表面を均一に加熱できるので、浸漬ノズルの異常酸化が起こらず、鋳造時のトラブルが低下したと解される。
【００４８】
更に、浸漬ノズルを、シミュレーション１に使用した誘導コイルのみを用いて加熱した場合（シミュレーション１）と、高温ガスによるガス加熱手段で７００℃以上かつ１１００℃以下まで加熱した後、シミュレーション１と同様の誘導コイルを併用して加熱した場合（シミュレーション３）と、ガス加熱手段のみで加熱した場合（比較例２）とを比較した。
図７に示すように、比較例２では、浸漬ノズルを６０分間で１１００℃程度までしか加熱できなかった。また、予熱終了から注湯の開始までの間（およそ１０分間）で浸漬ノズルの温度が７００℃程度まで下がり、高温の溶鋼との温度差によって、浸漬ノズルが破損する恐れがあった。
【００４９】
また、シミュレーション１では、加熱開始から１３分程度で浸漬ノズルを１４００℃まで加熱できたが、通常の連続鋳造の操業においては、浸漬ノズルの予熱は注湯のおよそ７０分前から開始するので、１４００℃での保持時間が長くなり、浸漬ノズルの酸化防止剤の剥離や溶解等が発生し、浸漬ノズルの亀裂や折損等が起こり易くなる。なお、予熱の開始を遅らせた場合には、緊急の注湯で予熱が間に合わない場合がある。
【００５０】
シミュレーション３では、浸漬ノズルをガス加熱手段で１０００℃まで加熱し、操業開始前に誘導コイルで誘導加熱を行って、浸漬ノズルを１４００℃にしている。なお、注湯開始時の浸漬ノズルの温度は、１１００℃程度であり、シミュレーション１に比べて、７００℃以上の暴露時間が短くなっているので、浸漬ノズルの破損を防止でき、安定して連続鋳造を行うことができる。また、浸漬ノズルと溶鋼の温度差が小さくできるので、浸漬ノズルを高強度及び高耐食性の材質への変更が可能となり、浸漬ノズルの軽量化が実現できる。
【００５１】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法及び予熱装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法及び予熱装置において、タンディッシュに取り外し可能に取付けた浸漬ノズルを加熱したが、タンディッシュに一体的に設けられた浸漬ノズルを加熱することもできる。また、浸漬ノズルをタンディッシュから取り外して加熱してもよい。
【００５２】
更に、前記実施の形態では浸漬ノズルの外側に２つの誘導コイルを配置したが、１又は３以上の誘導コイルを配置してもよい。また、誘導コイルを、浸漬ノズルに対して、浸漬ノズルの軸心を中心として相対的に回転させる回転手段を設けてもよく、これによって浸漬ノズルをより均一に加熱することができる。更に、誘導コイルは、浸漬ノズルの吐出孔及びスラグライン部のいずれか一方の外表面近傍に配置してもよい。また、エアーを浸漬ノズルの下部から供給し、ＣＯＧを浸漬ノズルの吐出孔から供給して高温ガスを得てもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置の使用状態を示す説明図である。
【図２】同予熱装置で加熱される浸漬ノズルの断面図である。
【図３】同予熱装置の正面図である。
【図４】同予熱装置の側面図である。
【図５】同予熱装置の平面図である。
【図６】同予熱装置の誘導コイルの説明図である。
【図７】浸漬ノズルの予熱時間と予熱温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１０：連続鋳造用浸漬ノズルの予熱装置、１１：連続鋳造設備、１２：タンディッシュ、１３：連続鋳造用浸漬ノズル、１４：スライディングノズル、１５：注湯口、１６：吐出孔、１７：スラグライン部、１８：耐火物、１９：アルゴンガス供給孔、２０、２１：誘導コイル、２２：連結金具、２３：断熱材、２４：銅管、２５：連結管、２６：軸心、３０：ガス加熱手段、３１：空気供給管、３２：ＣＯＧガス供給管、４０：タンディッシュカバー、４１：貫通孔、４２：予熱バーナー、４３：ストッパー、４４：溶鋼排出口、４５：上ノズル、４６：下ノズル
【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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【図７】
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