連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法および付着物除去装置
【課題】ノズル自体に衝撃を与えたりすることなく、連続鋳造用ノズルの内孔に付着した地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用を可能とする付着物除去方法および付着物除去装置を提供する。
【解決手段】本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法は、連続鋳造用ノズル１のノズル内孔２に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去する方法である。また、本発明の付着物除去装置１０は、連続鋳造用ノズル１のノズル２内孔に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去する装置であり、連続鋳造用ノズル１の外径より大きい径を有する加熱コイル１１内に連続鋳造用ノズル１の一部または全部を挿通させ、加熱コイル１１に電流を流し付着物３に電流を誘導することで加熱溶融する。地金等付着物３が誘導加熱により効率的に溶融除去されるため連続鋳造用ノズル１の長期安定使用が可能となる。
【解決手段】本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法は、連続鋳造用ノズル１のノズル内孔２に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去する方法である。また、本発明の付着物除去装置１０は、連続鋳造用ノズル１のノズル２内孔に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去する装置であり、連続鋳造用ノズル１の外径より大きい径を有する加熱コイル１１内に連続鋳造用ノズル１の一部または全部を挿通させ、加熱コイル１１に電流を流し付着物３に電流を誘導することで加熱溶融する。地金等付着物３が誘導加熱により効率的に溶融除去されるため連続鋳造用ノズル１の長期安定使用が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造用ノズルの内孔に付着した地金等付着物を除去するための付着物除去方法および付着物除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造において取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入するためのロングノズルは、ノズル内孔を１５００℃以上の溶鋼が通過する。
そして、実使用においては、取鍋からロングノズルを取り外して数時間放置した後に使用を再開する間欠使用と呼ばれる使われ方をすることがあるが、放置している間に、図１に示すように、ノズル内孔２の地金が凝固し付着物３として堆積する。
【０００３】
この付着物３を除去するために、ノズル内孔２を酸素バーナーにて酸素洗浄することが実施されているが、付着物３は地金だけではなくその表面を覆ったノロ（スラグ）と地金の堆積物からなり、このノロが邪魔をして地金を洗い流すことができなかった。また、ロングノズル１は下端に向かって拡径しているため、上端開口４から実施される酸素洗浄では拡径部５の内面に付着した付着物３を除去することが困難であった。さらに、一度冷却したものを酸素バーナーにて加熱するとノズル本体６に縦割れが発生することがあった。
【０００４】
このようなノズル内孔２の付着物３は、使用を再開した際に内孔閉塞や溶鋼の通過量不足を生起させたり、再使用時の急激な温度上昇によって付着物３が膨張しノズル本体６に亀裂を生じさせたりして、連続鋳造用ノズル１の長期安定使用を阻害していた。
【特許文献１】特開平５−２３７６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、ノズル自体に衝撃を与えたりすることなく、連続鋳造用ノズルの内孔に付着した地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用を可能とする付着物除去方法および付着物除去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するものは、連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法である。
【０００７】
また、上記課題を解決するものは、連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去するための付着物除去装置であって、前記連続鋳造用ノズルの外径より大きい径を有する加熱コイル内に前記連続鋳造用ノズルの一部または全部を挿通させ、前記加熱コイルに電流を流し前記付着物に電流を誘導することで加熱溶融することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１または請求項２に記載した発明によれば、ノズル自体に衝撃を与えたりすることなく、連続鋳造用ノズルの内孔に付着した地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法の一実施例を説明するための縦断面図である。
【図２】本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置の一実施例を説明するための構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去することで地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用を可能とする付着物除去方法および付着物除去装置を実現した。
【実施例１】
【００１１】
本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法を図１に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法は、連続鋳造用ノズル１のノズル内孔２に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去するものである。以下、詳述する。
【００１２】
連続鋳造用ノズル１は、取鍋内の金属溶湯をタンディシュに注入するロングノズルであり、上部付近を取鍋の溶鋼排出口に設けられた下ノズルに気密に接続し、下部付近をタンディッシュ内に挿入し浸漬して使用されるものである。
【００１３】
連続鋳造用ノズル１のノズル本体６は、例えばＡＧ（アルミナ−グラファイト系）、スピネル系（アルミナ−マグネシア酸化物とグラファイトを含む材質）、またはＺＣＧ（ジルコニア−ライム−グラファイト系）の材質からなる耐火物で構成されている。
【００１４】
ノズル本体６内には軸方向にノズル内孔２が貫通しており、上端開口４から金属溶湯が投入されると、ノズル内孔２内を流通し、タンディッシュ内に浸漬された下端開口７から金属溶湯を流出させる。この金属溶湯がロングノズル１内を流通する間、ノズル内孔２の表面、特に拡径部５の内面付近には、図１に示すように地金およびノロからなる付着物３が強固に付着する。本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法は、このような付着物３を誘導加熱により加熱して溶融させ下端開口７から収集して除去するものである。
【００１５】
なお、本発明の付着物除去方法が適用可能な連続鋳造用ノズルはロングノズルに限定されるものではなく、連続鋳造に使用されるノズルに広く適用可能である。特に間欠使用を繰り返す連続鋳造用ノズルに対して放置時毎にこの付着物除去方法を実施すれば、ノズル内孔に付着した地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用が可能となる。
【００１６】
誘導加熱とは高周波電源に接続された加熱コイル内に被加熱物として金属を挿入すると、コイルに流れる電流により磁界が発生し、金属にはこの磁界を打ち消す方向に渦電流が発生する。この渦電流と金属の電気抵抗でジュール熱が発生して表面から深部に向かって徐々に加熱されていく現象である。本発明では、後述する連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置１０の加熱コイル１１内に被加熱物として連続鋳造用ノズル１の全部または一部を挿入して付着物３を加熱溶融させて下端開口７から収集して除去する。
【００１７】
誘導加熱の特徴は、直接加熱であること、急速加熱が可能であること、エネルギー密度を高くできること、制御性がよいこと、炎が出ないことなどが挙げられ、この誘導加熱を連続鋳造用ノズル内の付着物除去に使用するメリットとしては、加熱効率が高い、操作性がよい、周囲が高温にならない、装置をコンパクトにできる、局部加熱が可能となる、加熱精度を上げられる、化学反応を起こさない、連続鋳造用ノズルに無接触で加熱できることなどが挙げられる。
【００１８】
特に、誘導加熱では、渦電流密度が被加熱物の表面に近いほど大きく、内部に進むにつれて指数関数的に小さくなる（表皮効果）。そして、表面における渦電流密度の０．３６８倍に減少する点の表面からの深さを電流の浸透深さ：δ（cm）とよび、以下の数式１で算出できることが知られている。
【００１９】
【数１】
【００２０】
上記数式１中、ρは金属の固有抵抗（μΩ・ｃｍ）であり、μは比透磁率であり、ｆは交流電流の周波数（Ｈｚ）である。このように、誘導加熱では、交流電流の周波数と被加熱物に流れる電流の浸透深さには相関関係があるため、連続鋳造用ノズルの大きさや内部形態あるいは付着物の付着部位等に応じて電流の浸透深さを決定し周波数を選定することにより、より効率的な加熱および付着物の溶融除去が可能となる。一般に、５ｋＨｚから３０ＫＨｚの低い周波数は、連続鋳造用ノズルのような材料の深部にまで加熱を要する厚い材料に適しており、１００ｋＨｚから４００ＫＨｚの高い周波数は、小さな部品や浅い加熱に適している。
【００２１】
つぎに、本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置を図１または図２に示した一実施例を用いて説明する。
この連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置１０は、連続鋳造用ノズル１のノズル２内孔に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去するためのものであり、図１または図２に示すように、連続鋳造用ノズル１の外径より大きい径を有する加熱コイル１１内に連続鋳造用ノズル１の一部または全部を挿通させ、加熱コイル１１に電流を流し付着物３に電流を誘導することで加熱溶融するものである。以下、各構成について順次詳述する。
【００２２】
加熱コイル１１は、連続鋳造用ノズル１の一部または全部を挿通させるための部位であり、この実施例では、図１に示すように、地金等付着物が分厚く付着する拡径部５付近を中心として、加熱コイル１１が非接触で巻回配置されている。
【００２３】
高周波電源１２は、加熱コイル１１に高周波電流を流すための電源であり、三相２００Ｖの電源を直流に変換し、電子管、サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴなどの素子により５〜４０ｋＨｚの高周波エネルギーを発生させることができるように構成されている。
【００２４】
整合部出力トランス１３は、高周波電源１２で発生した高周波エネルギーを、負荷である連続鋳造用ノズル１に必要な電圧・電流に整合させるものである。
【００２５】
冷却水循環ユニット１４は、装置内に冷却水を循環させることにより、加熱コイル１１や連続鋳造用ノズル１の輻射熱によって付着物除去装置１０が加熱することを防止するものである。
【００２６】
この実施例の付着物除去装置１０は、上記のような構成により、連続鋳造用ノズル１の付着部３を１２００〜１６００℃程度まで加熱することができるように構成されており、これにより付着部３は溶融されて下端開口７より除去可能となる。また、ノズル本体６および付着物３の厚みを考慮して電流の浸透深さ：δを決定し周波数を選定することで、効率的に付着部３を加熱溶融することができる。この際、耐火物であるノズル本体６より金属である付着物がより加熱され溶融するため、付着物３を効率的に除去できる。
【符号の説明】
【００２７】
１ 連続鋳造用ノズル
２ ノズル内孔
３ 付着物
４ 上端開口
５ 拡径部
６ ノズル本体
７ 下端開口
１０ 付着物除去装置
１１ 加熱コイル
１２ 高周波電源
１３ 整合部出力トランス
１４ 冷却水循環ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造用ノズルの内孔に付着した地金等付着物を除去するための付着物除去方法および付着物除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造において取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入するためのロングノズルは、ノズル内孔を１５００℃以上の溶鋼が通過する。
そして、実使用においては、取鍋からロングノズルを取り外して数時間放置した後に使用を再開する間欠使用と呼ばれる使われ方をすることがあるが、放置している間に、図１に示すように、ノズル内孔２の地金が凝固し付着物３として堆積する。
【０００３】
この付着物３を除去するために、ノズル内孔２を酸素バーナーにて酸素洗浄することが実施されているが、付着物３は地金だけではなくその表面を覆ったノロ（スラグ）と地金の堆積物からなり、このノロが邪魔をして地金を洗い流すことができなかった。また、ロングノズル１は下端に向かって拡径しているため、上端開口４から実施される酸素洗浄では拡径部５の内面に付着した付着物３を除去することが困難であった。さらに、一度冷却したものを酸素バーナーにて加熱するとノズル本体６に縦割れが発生することがあった。
【０００４】
このようなノズル内孔２の付着物３は、使用を再開した際に内孔閉塞や溶鋼の通過量不足を生起させたり、再使用時の急激な温度上昇によって付着物３が膨張しノズル本体６に亀裂を生じさせたりして、連続鋳造用ノズル１の長期安定使用を阻害していた。
【特許文献１】特開平５−２３７６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、ノズル自体に衝撃を与えたりすることなく、連続鋳造用ノズルの内孔に付着した地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用を可能とする付着物除去方法および付着物除去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するものは、連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法である。
【０００７】
また、上記課題を解決するものは、連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去するための付着物除去装置であって、前記連続鋳造用ノズルの外径より大きい径を有する加熱コイル内に前記連続鋳造用ノズルの一部または全部を挿通させ、前記加熱コイルに電流を流し前記付着物に電流を誘導することで加熱溶融することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１または請求項２に記載した発明によれば、ノズル自体に衝撃を与えたりすることなく、連続鋳造用ノズルの内孔に付着した地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法の一実施例を説明するための縦断面図である。
【図２】本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置の一実施例を説明するための構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去することで地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用を可能とする付着物除去方法および付着物除去装置を実現した。
【実施例１】
【００１１】
本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法を図１に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法は、連続鋳造用ノズル１のノズル内孔２に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去するものである。以下、詳述する。
【００１２】
連続鋳造用ノズル１は、取鍋内の金属溶湯をタンディシュに注入するロングノズルであり、上部付近を取鍋の溶鋼排出口に設けられた下ノズルに気密に接続し、下部付近をタンディッシュ内に挿入し浸漬して使用されるものである。
【００１３】
連続鋳造用ノズル１のノズル本体６は、例えばＡＧ（アルミナ−グラファイト系）、スピネル系（アルミナ−マグネシア酸化物とグラファイトを含む材質）、またはＺＣＧ（ジルコニア−ライム−グラファイト系）の材質からなる耐火物で構成されている。
【００１４】
ノズル本体６内には軸方向にノズル内孔２が貫通しており、上端開口４から金属溶湯が投入されると、ノズル内孔２内を流通し、タンディッシュ内に浸漬された下端開口７から金属溶湯を流出させる。この金属溶湯がロングノズル１内を流通する間、ノズル内孔２の表面、特に拡径部５の内面付近には、図１に示すように地金およびノロからなる付着物３が強固に付着する。本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法は、このような付着物３を誘導加熱により加熱して溶融させ下端開口７から収集して除去するものである。
【００１５】
なお、本発明の付着物除去方法が適用可能な連続鋳造用ノズルはロングノズルに限定されるものではなく、連続鋳造に使用されるノズルに広く適用可能である。特に間欠使用を繰り返す連続鋳造用ノズルに対して放置時毎にこの付着物除去方法を実施すれば、ノズル内孔に付着した地金等付着物を効率的に除去でき、連続鋳造用ノズルの長期安定使用が可能となる。
【００１６】
誘導加熱とは高周波電源に接続された加熱コイル内に被加熱物として金属を挿入すると、コイルに流れる電流により磁界が発生し、金属にはこの磁界を打ち消す方向に渦電流が発生する。この渦電流と金属の電気抵抗でジュール熱が発生して表面から深部に向かって徐々に加熱されていく現象である。本発明では、後述する連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置１０の加熱コイル１１内に被加熱物として連続鋳造用ノズル１の全部または一部を挿入して付着物３を加熱溶融させて下端開口７から収集して除去する。
【００１７】
誘導加熱の特徴は、直接加熱であること、急速加熱が可能であること、エネルギー密度を高くできること、制御性がよいこと、炎が出ないことなどが挙げられ、この誘導加熱を連続鋳造用ノズル内の付着物除去に使用するメリットとしては、加熱効率が高い、操作性がよい、周囲が高温にならない、装置をコンパクトにできる、局部加熱が可能となる、加熱精度を上げられる、化学反応を起こさない、連続鋳造用ノズルに無接触で加熱できることなどが挙げられる。
【００１８】
特に、誘導加熱では、渦電流密度が被加熱物の表面に近いほど大きく、内部に進むにつれて指数関数的に小さくなる（表皮効果）。そして、表面における渦電流密度の０．３６８倍に減少する点の表面からの深さを電流の浸透深さ：δ（cm）とよび、以下の数式１で算出できることが知られている。
【００１９】
【数１】
【００２０】
上記数式１中、ρは金属の固有抵抗（μΩ・ｃｍ）であり、μは比透磁率であり、ｆは交流電流の周波数（Ｈｚ）である。このように、誘導加熱では、交流電流の周波数と被加熱物に流れる電流の浸透深さには相関関係があるため、連続鋳造用ノズルの大きさや内部形態あるいは付着物の付着部位等に応じて電流の浸透深さを決定し周波数を選定することにより、より効率的な加熱および付着物の溶融除去が可能となる。一般に、５ｋＨｚから３０ＫＨｚの低い周波数は、連続鋳造用ノズルのような材料の深部にまで加熱を要する厚い材料に適しており、１００ｋＨｚから４００ＫＨｚの高い周波数は、小さな部品や浅い加熱に適している。
【００２１】
つぎに、本発明の連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置を図１または図２に示した一実施例を用いて説明する。
この連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置１０は、連続鋳造用ノズル１のノズル２内孔に付着した付着物３を誘導加熱により溶融して除去するためのものであり、図１または図２に示すように、連続鋳造用ノズル１の外径より大きい径を有する加熱コイル１１内に連続鋳造用ノズル１の一部または全部を挿通させ、加熱コイル１１に電流を流し付着物３に電流を誘導することで加熱溶融するものである。以下、各構成について順次詳述する。
【００２２】
加熱コイル１１は、連続鋳造用ノズル１の一部または全部を挿通させるための部位であり、この実施例では、図１に示すように、地金等付着物が分厚く付着する拡径部５付近を中心として、加熱コイル１１が非接触で巻回配置されている。
【００２３】
高周波電源１２は、加熱コイル１１に高周波電流を流すための電源であり、三相２００Ｖの電源を直流に変換し、電子管、サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴなどの素子により５〜４０ｋＨｚの高周波エネルギーを発生させることができるように構成されている。
【００２４】
整合部出力トランス１３は、高周波電源１２で発生した高周波エネルギーを、負荷である連続鋳造用ノズル１に必要な電圧・電流に整合させるものである。
【００２５】
冷却水循環ユニット１４は、装置内に冷却水を循環させることにより、加熱コイル１１や連続鋳造用ノズル１の輻射熱によって付着物除去装置１０が加熱することを防止するものである。
【００２６】
この実施例の付着物除去装置１０は、上記のような構成により、連続鋳造用ノズル１の付着部３を１２００〜１６００℃程度まで加熱することができるように構成されており、これにより付着部３は溶融されて下端開口７より除去可能となる。また、ノズル本体６および付着物３の厚みを考慮して電流の浸透深さ：δを決定し周波数を選定することで、効率的に付着部３を加熱溶融することができる。この際、耐火物であるノズル本体６より金属である付着物がより加熱され溶融するため、付着物３を効率的に除去できる。
【符号の説明】
【００２７】
１ 連続鋳造用ノズル
２ ノズル内孔
３ 付着物
４ 上端開口
５ 拡径部
６ ノズル本体
７ 下端開口
１０ 付着物除去装置
１１ 加熱コイル
１２ 高周波電源
１３ 整合部出力トランス
１４ 冷却水循環ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法。
【請求項２】
連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去するための付着物除去装置であって、前記連続鋳造用ノズルの外径より大きい径を有する加熱コイル内に前記連続鋳造用ノズルの一部または全部を挿通させ、前記加熱コイルに電流を流し付着物に電流を誘導することで加熱溶融することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置。
【請求項１】
連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去方法。
【請求項２】
連続鋳造用ノズルのノズル内孔に付着した付着物を誘導加熱により溶融して除去するための付着物除去装置であって、前記連続鋳造用ノズルの外径より大きい径を有する加熱コイル内に前記連続鋳造用ノズルの一部または全部を挿通させ、前記加熱コイルに電流を流し付着物に電流を誘導することで加熱溶融することを特徴とする連続鋳造用ノズル内の付着物除去装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２０１４３９（Ｐ２０１０−２０１４３９Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７４８６（Ｐ２００９−４７４８６）
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００２４４１７６）明智セラミックス株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００２４４１７６）明智セラミックス株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]