溶湯通過ノズルおよびその製造方法
【課題】耐火物層に対する溶湯の差込を抑制させ、寿命を長くするのに有利な溶湯通過ノズルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】溶湯通過ノズルは、軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔１０を有する筒状をなす耐火物層１と、耐火物層１の上端部を覆う鉄皮４とを有する。耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４に覆われている耐火物部分は、使用時における昇温に伴い軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされている。
【解決手段】溶湯通過ノズルは、軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔１０を有する筒状をなす耐火物層１と、耐火物層１の上端部を覆う鉄皮４とを有する。耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４に覆われている耐火物部分は、使用時における昇温に伴い軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶湯（溶鋼を含む）を通過させる浸漬ノズル等の溶湯通過ノズルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸漬ノズルに代表される溶湯通過ノズルは、軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを有する（特許文献１，２）。ここで、溶湯通過ノズルでは、耐火物層に対する溶湯の差込が発生することがあり、長寿命化には限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−０５７４１０号公報
【特許文献２】特開平０５−３２９５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐火物層に対する溶鋼等の溶湯の差込を抑制させ、耐火物層の寿命を長くするのに有利な溶湯通過ノズルおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明に係る溶湯通過ノズルは、（ｉ）軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、（ｉｉ）耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、（ｉｉｉ）耐火物層のうち少なくとも鉄皮に覆われている耐火物部分は、使用時における昇温に伴い軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする。本発明に係る溶湯通過ノズルによれば、耐火物層のうち少なくとも鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において、軸長方向において圧縮状態とされている。このため使用時において溶湯通過ノズルが常温領域から高温に加熱昇温されて熱膨張したとき、軸長方向における耐火物層の熱膨張量が増加する。このため耐火物層において隙間が発生するようなときであっても、耐火物層の熱膨張量が良好に確保されるため、耐火物層において隙間の発生が抑制される。このため耐火物層に対する溶湯の差込が抑制され、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【０００６】
（２）本発明に係る溶湯通過ノズルの製造方法は、（ｉ）軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを有する素材を用意する工程と、（ｉｉ）鉄皮のうちの少なくとも一部を加熱させることにより、鉄皮を軸長方向において熱膨張させる加熱工程と、（ｉｉｉ）加熱工程において加熱させた鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させることにより、耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された鉄皮部分に覆われている耐火物部分を、使用時における昇温に伴い軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とさせる冷却工程とを含むことを特徴とする。本発明に係る製造方法によれば、加熱工程では、鉄皮のうちの少なくとも一部を加熱させることにより、鉄皮を軸長方向において熱膨張させる。その後の冷却工程においては、加熱工程において加熱させた鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させる。これにより耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された鉄皮部分に覆われている耐火物部分を軸長方向において圧縮状態とさせる。この結果、耐火物層のうち少なくとも鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされる。
【０００７】
このため使用時において溶湯通過ノズルが常温領域から高温に加熱されて軸長方向に熱膨張するとき、鉄皮に覆われている耐火物部分の軸長方向における熱膨張量が増加する。ひいては、耐火物層の軸長方向における熱膨張量が増加する。このため耐火物層において隙間や亀裂が発生するようなときであっても、耐火物層の軸長方向における熱膨張量が良好に確保されるため、耐火物層において隙間や亀裂の発生が抑制される。このため耐火物層に対する溶湯の差込が抑制され、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、溶湯通過ノズルの使用時において高温状態に加熱されるときにおいて、耐火物層において隙間や亀裂が発生するようなときであっても、耐火物層の熱膨張量が良好に確保されるため、耐火物層において隙間や亀裂の発生が抑制される。このため隙間や亀裂の発生に起因して、耐火物層に対する溶湯の差込が抑制される。よって溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係り、溶湯通過ノズルの断面図である。
【図２】実施形態１に係り、主耐火物層の断面図である。
【図３】実施形態１に係り、副耐火物層をもつ鉄皮の断面図である。
【図４】実施形態１に係り、副耐火物層をもつ鉄皮を上下反転させた状態で基台の設置面に設置した状態の断面図である。
【図５】実施形態１に係り、上下反転させた鉄皮に主耐火物層を挿入し、リング体、第１鉄皮および第２鉄皮を溶接で結合させる製造過程を示す断面図である。
【図６】実施形態２に係り、上下反転させた鉄皮に主耐火物層を挿入し、リング体、第１鉄皮および第２鉄皮を溶接で結合させる製造過程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好ましい形態によれば、鉄皮は、第１鉄皮と、第１鉄皮の下側に配置された第２鉄皮と、軸長方向において第１鉄皮と第２鉄皮との間に設けられ第１鉄皮と第２鉄皮とを連結させるリング体とを備えている。この場合、第１鉄皮は常温領域において軸長方向において圧縮状態とされており、且つ、耐火物層のうち少なくとも第１鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされている。このため使用時において溶湯通過ノズルが高温に加熱されて軸長方向に熱膨張するとき、鉄皮に覆われている耐火物部分の軸長方向における熱膨張量が増加し、ひいては、耐火物層の軸長方向における熱膨張量が増加する。
【００１１】
本発明の好ましい形態によれば、耐火物層は、軸長方向に延びる主耐火物層と主耐火物層の上側に設けられた副耐火物層とを備えており、鉄皮は、主耐火物層の上端部と、その上側に設けられた副耐火物層とを覆っている。本発明の好ましい形態によれば、鉄皮は、耐火物部分を覆う第１鉄皮と、第１鉄皮の下側に配置され耐火物部分を覆う第２鉄皮と、軸長方向において第１鉄皮と第２鉄皮との間に設けられ第１鉄皮と第２鉄皮とを連結させるリング体とを備えている。この場合、加熱工程は、リング体を介して第１鉄皮と第２鉄皮とを結合させた状態で組み付けつつ、第１鉄皮を加熱させて軸長方向に熱膨張させる工程である。また、冷却工程は、加熱工程において加熱させた高温の第１鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させる。これにより、耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された第１鉄皮の鉄皮部分に覆われている耐火物部分を軸長方向において圧縮状態とさせる。
【００１２】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態１の概念を示す。溶湯通過ノズルは溶湯の湯面Ｍ１よりも下方に浸漬される浸漬ノズルとして使用でき、耐火物で形成された筒形状に耐火物層１と、耐火物層１の上部を覆う金属（一般的には鉄材料）製の金属殻や保護殻として機能する鉄皮４とを有する。耐火物は特に限定されるものではなく、アルミナ、シリカ、マグネシアなどを例示できる。図１に示すように、耐火物層１は、これの軸長方向に沿って延設されており、軸長方向（矢印Ｐ方向）に沿った溶湯通過孔１０を中央部に有する筒状をなす。耐火物層１は、軸長方向（矢印Ｐ方向）に延びると共に孔１０ａをもつ主耐火物層１１と、主耐火物層１１の上側に設けられ孔１０ｃをもつ副耐火物層１３とを備えている。孔１０ａ，１０ｃは連通して溶湯通過孔１０を形成する。主耐火物層１１および副耐火物層１３は、複数の定形レンガをモルタル等を介して組み付けて形成されているが、場合によってはキャスタブルでも良い。なお主耐火物層１１はこれの製造工程上不可避的に複数の微細細孔をもつ。圧縮により微細細孔が消失すれば、主耐火物層１１は緻密化される。
【００１３】
図２は主耐火物層１１を示す。図２に示すように、主耐火物層１１の上部には、主耐火物層１１の下部の外径よりも大きな外径をもつ径大な頭部１１０が形成されている。頭部１１０は、厚肉の筒形状をなしており、軸線Ｐ１回りで１周する円錐リング状の拡開傾斜面１１２をもつ。図２に示すように、拡開傾斜面１１２は、斜め下方に向けて臨んでおり、径外方向（矢印Ｄ１方向）に向かうにつれて上側に移行するように円錐状に傾斜している。主耐火物層１１および副耐火物層１３は、製造過程では互いに別体をなす。図１に示すように、副耐火物層１３の上側にはスライディングノズル装置１００Ａが装備される。スライディングノズル装置１００Ａは、溶湯通過孔１０に対面するためのノズル１０１をもつスライドプレート１０２と、溶湯通過孔１０の上部に対面可能なノズル１０３をもつ固定プレート１０４とを有する。スライドプレート１０２が矢印Ｘ方向（ノズル開閉方向）に移動すれば、ノズル１０１，１０３における溶湯の通過と溶湯の遮断とを切り替え得る。従って、副耐火物層１３は、スライドプレート１０２を良好に摺動させる得る耐火材料で形成されていることが好ましい。なおスライディングノズル装置１００Ａは二枚式でも三枚式でも良い。図１に示すように、鉄皮４は主耐火物層１１の上端部と副耐火物層１３とを覆っている。具体的には、図１に示すように、鉄皮４は、副耐火物層１３を覆う上側の金属（一般的には鉄材料）製の第１鉄皮４１と、第１鉄皮４１の下側に配置された金属（一般的には鉄材料）製の筒形状の第２鉄皮４２と、軸線Ｐ１を１周する金属（一般的には鉄材料）製のリング体４３とを有する。
【００１４】
使用時を示す図１に示すように、第２鉄皮４２は、主耐火物層１１において頭部１１０の下側において主耐火物層１１の外周の回りを覆っている。第２鉄皮４２はこれの上部に拡開傾斜部４２０をもつ。拡開傾斜部４２０は、頭部１１０の円錐状の拡開傾斜面１１２を覆うように、軸線Ｐ１回りを１周するリング状をなす。図１において、拡開傾斜部４２０の外周面４２０ｃは、斜め下方に向けて臨んでおり、径外方向（矢印Ｄ１方向）に向かうにつれて上側に移行するように円錐状に傾斜している。
【００１５】
リング体４３は高い剛性を有しており、軸長方向（矢印Ｐ方向）において第１鉄皮４１と第２鉄皮４２との間に同軸的に設けられている。第１鉄皮４１の下端部と第２鉄皮４２の上端部とリング体４３は、溶接部４９で連結されている。よって第１鉄皮４１、第２鉄皮４２およびリング体４３は、一体化されている。溶接部４９は、周方向に１周する構造でも良いし、あるいは、周方向において散点状に設けられている構造でも良い。要するに、第１鉄皮４１、第２鉄皮４２およびリング体４３は溶接部４９で一体化されている。図１に示すように、リング体４３は、主耐火物層１１の頭部１１０のうち外周面である拡開傾斜面１１２に機械的に係合するための係合面４３ｍをもつ。使用状態を示す図１において、係合面４３ｍは、軸線Ｐ１回りで１周しており、径外方向（矢印Ｄ１方向）に向かうにつれて上側に移行するように円錐状に傾斜している。リング体４３の係合面４３ｍは、主耐火物層１１の支持性および吊持性を高める。更に主耐火物層１１に固定されている第２鉄皮４２の上部に形成されている係合面４３ｍは、円錐状をなしており、頭部１１０の円錐状の拡開傾斜面１１２、第２鉄皮４２の円錐状をなす拡開傾斜部４２０と機械的に係合する。このため、リング体４３は、主耐火物層１１をこれの径方向（矢印Ｄ１方向）において調芯させる機能を発揮することができる。
【００１６】
ここで、図１に示すように、第１鉄皮４１は、浅い広口の円筒形状または角筒形状をなすプレート部４１０と、プレート部４１０から下方に向けて円筒形状に延設された延設筒部４３０とをもつ。プレート部４１０および延設筒部４３０は一体とされている。第１鉄皮４１は、主耐火物層１１の上端部である頭部１１０と、副耐火物層１３とを覆っている。主耐火物層１１と副耐火物層１３とはこれらの境界域１５ｘを介して隣接されている。主耐火物層１１と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘに隙間１５が発生しないように、主耐火物層１１の頭部１１０の表面１００ｓと副耐火物層１３の表面１３ｓとは、シール性が高い薄肉の耐火物層１１５（例えばモルタル層等）を介して密接されて組み付けられている。隙間１５が発生すると、溶湯が差し込むためである。耐火物層１は、溶湯を重力により通過させる溶湯通過孔１０をもつ。溶湯通過孔１０は、軸長方向に延びる縦通過孔１０ｅと、縦通過孔１０ｅの下部に連通すると共に溶湯を吐出させる横通過孔１０ｄとを有する。主耐火物層１１の外周壁１１９は、セラミックスシート１０ｘで覆われることが好ましい。
【００１７】
さて本実施形態によれば、耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４に覆われている耐火物部分は、常温領域（一般的には０℃〜４０℃，１０〜３０℃）において、軸長方向（矢印Ｐ方向）において加圧されて圧縮状態とされている。具体的には、主耐火物層１１のうち少なくとも第１鉄皮４１に覆われている耐火物部分（頭部１１０）は、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされている。より具体的には、主耐火物層１１のうち少なくとも第１鉄皮４１の延設筒部４３０に覆われている耐火物部分（頭部１１０）は、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされ、緻密化されている。
【００１８】
次に、製造過程について説明を加える。図４に示すように、副耐火物層１３が埋設されている筒形状の第１鉄皮４１（素材）を上下反転させた状態で、基台９の水平な設置面９０に設置する。この場合、副耐火物層１３が基台９の設置面９０に載せられる。この場合、第１鉄皮４１の筒状の開口４１ｗは上向きとされる。そして図５に示すように、筒形状をなす主耐火物層１１（素材）を下方に向けて、主耐火物層１１の頭部１１０を第１鉄皮４１の筒状の開口４１ｗから下方（矢印Ｕ方向）に挿入させると共に、主耐火物層１１の頭部１１０の外周壁面１１０ｃと第１鉄皮４１の延設筒部４３０の内周壁面４３０ｃとの間に、装填材料４８（耐熱性をもつバインダ材料，耐熱性をもつシール材料）を装填させて介在させる。装填材料４８はモルタル材料でもよいし、キャスタブル材料でも良いし、耐火物の粉末材料でも良い。この場合、主耐火物層１１と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘに隙間が発生しないように、主耐火物層１１の頭部１１０と副耐火物層１３とは、高いシール性および耐熱性をもつ耐火物層１１５を介して密接される。
【００１９】
次に、図５に示すように、装填材料４８と頭部１１０の円錐リング状の拡開傾斜面１１２と第２鉄皮４２の円錐リング状の拡開傾斜部４２０とに、リング体４３の係合面４３ｍが係合するように、係合面４３ｍを下向きにしつつ、リング体４３を上からほぼ同軸的に載せる。リング体４３の係合面４３ｍは軸線Ｐ１に対して角度θ２（参照）傾斜している。角度θ２としては、例えば８５〜５°の範囲内、８０〜１０°の範囲内、７５〜１５°の範囲内、７０〜２０°の範囲内にできる。ここで、リング体４３は高い剛性をもち、軸線Ｐ１まわりで１周するＯ形のリング状またはＣ形のリング状をなすが、半リング状でも良い。１／２円周状の半リング体を２個１組で使用しても良い。その後、常温領域（一般的には０から３０℃）において、棒状の加圧体９３の下面９３ｄをリング体４３にこれの上側から軸長方向に沿って矢印Ｕ方向（下方）に向けて強圧させつつ、主耐火物層１１（焼成されていても良いし、不焼成でも良い）の姿勢を安定化させる。かかる加圧体９３による強圧作用により、主耐火物層１１と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘに隙間が発生しないように、主耐火物層１１の頭部１１０と副耐火物層１３とは、シール性が高い耐火物層１１５（例えばモルタル材）を介して密接される。この状態で、第１鉄皮４の延設筒部４３０の外側に配置した加熱要素８により、第１鉄皮４の延設筒部４３０を高温状態に加熱させる。これにより、第１鉄皮４の延設筒部４３０を軸長方向（矢印Ｐ方向）に熱膨張させる。熱膨張量としては、特に限定されるものではないが、加熱前の延設筒部４３０の軸長寸法をＬ１とし、加熱前の延設筒部４３０の軸長寸法をＬ２とすると、Ｌ２／Ｌ１×１００＝１０１〜１３０の範囲内、１０２〜１２０の範囲内、１０３〜１１５の範囲内、１０３〜１１０の範囲内が例示される。軸長方向において、延設筒部４３０のうち特にリング体４３付近を加熱できる。加熱要素８としては燃焼火炎バーナ（例えば、アセチレンバーナ火炎）、電気ヒータ、誘導加熱コイル等を例示できる。延設筒部４３０の加熱温度としては２００〜１１００℃、３００〜９００℃、３５０〜８００℃などが例示される。加熱雰囲気は大気雰囲気、還元性雰囲気、減圧雰囲気にいずれでも良い。
【００２０】
上記したように第１鉄皮４の延設筒部４３０を高温状態に加熱させて軸長方向（矢印Ｐ方向）に熱膨張させた状態で、第１鉄皮４と第２鉄皮４とリング体４３とを溶接部４９（図１参照）で一体的に結合させる。このように第１鉄皮４の延設筒部４３０は軸長方向に熱膨張した状態で拘束される。溶接部４９は軸線Ｐ１回りでリング状に形成しても良いし、軸線Ｐ１回りでリング状に散点状に形成しても良い。その後、鉄皮４が常温領域に冷却されると、第１鉄皮４１の延設筒部４３０は軸長方向（矢印Ｐ方向）において熱収縮する。この結果、主耐火物層１１のうち副耐火物層１３に接近している耐火物部分、つまり頭部１１０および／または装填材料４８は、第１鉄皮４１の延設筒部４３０と共に軸長方向（矢印Ｐ方向）において熱収縮し、最終的には軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされる。
【００２１】
次に使用時について説明を加える。図１に示すように、溶湯通過ノズルが使用されるときには、鉄皮４は耐火物層１の上部に位置する。溶湯通過ノズルが使用されるときには、溶湯通過ノズルの下部が溶湯（一般的には溶鋼）に浸漬されたり、溶湯に接近したりする。更に溶湯通過孔１０に高温の溶湯が通過する。このため溶湯通過ノズルは、溶湯の温度の影響を受けて高温に加熱される。ここで、溶湯通過ノズルが高温に加熱されて軸長方向に熱膨張するとき、前述したように、耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４に覆われている耐火物部分（頭部１１０および／または装填材料４８）については、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされている。このため、使用時において主耐火物層１１および／または装填材料４８が加熱されて昇温されると、主耐火物層１１の頭部１１０および／または装填材料４８の軸長方向（矢印Ｐ方向）における熱膨張量が増加する。
【００２２】
このような本実施形態によれば、万一、使用時において、耐火物層１において、主耐火物層１１と副耐火物層１３との間に微小な隙間１５が発生するようなときであっても、使用時において溶湯通過ノズルが昇温されると、主耐火物層１１および／または装填材料４８の軸長方向（矢印Ｐ方向）における熱膨張量、殊に、主耐火物層１１および／または装填材料４８のうち筒状の鉄皮４筒形状の延設筒部４３０で覆われている部分の熱膨張量が良好に確保される。このため、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて隙間１５の発生が抑制される。隙間１５が形成されるとしても、その隙間幅は抑制される。このため主耐火物層１１と副耐火物層１３との間に溶湯が差込むことが抑制され、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【００２３】
殊に、本実施形態によれば、溶湯通過ノズルの使用時において、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて隙間１５が発生するように、主耐火物層１１等が変位するおそれがある。鉄皮４の加熱による熱膨張、主耐火物層１１に作用する重力の影響と推察される。このような場合であっても、耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４の筒形状の延設筒部４３０に覆われている耐火物部分（頭部１１０および／または装填材料４８）については、常温領域において、軸長方向（矢印Ｐ方向）において既に予備圧縮状態とされている。このため、使用時において加熱されて昇温されると、軸長方向（矢印Ｐ方向）における主耐火物層１１、特に予備圧縮状態とされていた頭部１１０の軸長方向（矢印Ｐ方向）における熱膨張量が増加する。この結果、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて上記した隙間１５が発生することが抑制される。隙間１５が形成されるとしても、その隙間幅は抑制される。この結果、仮に、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて隙間１５が発生するとしても、その隙間幅を小さくできる。このため溶湯通過ノズルの使用時において、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘに溶湯が差し込むことが抑制される。よって境界域１５ｘにおける溶湯差込に起因する劣化が抑制される。故に、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【００２４】
上記した加熱要素８としては、鉄皮４を誘導加熱させる部材でも良い。この場合、高周波数電流が加熱要素８に給電されると、電磁誘導により鉄皮４を誘導加熱させる。加熱要素８は軸線Ｐ１の回りを１周以上周回して、第１鉄皮４１の延設筒部４３０を加熱させる。高周波数電流としては例えば１ｋｃ〜２００ｋｃの範囲内で適宜設定できる。従って鉄皮４は導電性および透磁性を必要とする。鉄皮４が鉄材料であれば良い。加熱雰囲気としては大気雰囲気でも良いし、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性なガスを吹きつつ加熱させても良い。誘導加熱であれば、耐火物部分よりも高い透磁率を有する鉄系材料で形成されている鉄皮４に磁束を集中的に透過させることができるため、耐火物部分の熱膨張を抑制させつつ鉄皮４を集中的に加熱でき、鉄皮４の延設筒部４０の熱膨張の増加に貢献できる。
【００２５】
本実施形態によれば、図５に示すように、頭部１１０の拡開傾斜面１１２、第２鉄皮４２の拡開傾斜部４２０およびリング体４３の係合面４３ｍは、それぞれが同じ方向に円錐リング状に傾斜している。このため、加圧体９３がリング体４３を矢印Ｕ方向に加圧すれば、くさびの原理により、下方に向きつつ径内方向に向かう付勢力Ｆが得られる。このため、主耐火物層１１の頭部１１０の姿勢および径方向位置を正常化させつつ、頭部１１０の表面１００ｓを副耐火物層１３の表面１３ｓに適合させつつ互いに密接させるのに貢献できる。よって主耐火物層１１の頭部１１０と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘにおいて隙間１５を低減させるのに一層貢献できる。
【００２６】
更に、軸長方向において頭部１１０に圧縮力を与えるときに、軸線Ｐ１に対して斜め方向で径内方向に向かう付勢力Ｆが発生するため、厚肉筒形状の頭部１１０の内周１００ｉ側まで圧縮力を与えることができ、軸長方向における頭部１１１の全体の圧縮化に貢献できる。更に、頭部１１０のうち溶湯が差し込む側の内周１００ｉ側のシール性を高めることができ、頭部１１０の内周１００ｉからの溶湯の進入が抑制される。
【００２７】
（実施形態２）
図６は実施形態２の概念を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図６に示すように、副耐火物層１３が埋設されている筒形状の第１鉄皮４１を上下反転させた状態で、基台９の設置面９０に設置する。この場合、副耐火物層１３が基台９の設置面９０に載せられる。そして図６に示すように、筒形状をなす主耐火物層１１を下方（矢印Ｕ方向）に向けて第１鉄皮４１の開口４１ｗから挿入させると共に、主耐火物層１１の外周壁面と第１鉄皮４との間に装填材料４８（シール材料）を介在させる。更に、装填材料４８と第２鉄皮４の拡開傾斜面１１２に、リング体４３を上から載せる。リング体４３は軸線Ｐ１まわりで１周するリング形状をなす。
【００２８】
その後、常温領域において、Ｃ形状または棒状の加圧体９３Ｂの下面をリング体４３に強圧させることにより、頭部１１０、装填材料４８、延設筒部４３０を軸長方向（矢印Ｐ方向）において加圧圧縮させる。このように常温領域において、加圧圧縮させた状態で、第１鉄皮４と第２鉄皮４とリング体４３とを溶接部４９（図１参照）で一体的に結合させる。この場合、主耐火物層１１のうち副耐火物層１３に接近している耐火物部分（頭部１１０および／または装填材料４８）は、軸長方向（矢印Ｐ方向）において予備圧縮状態とされている。
【００２９】
特に、図６に示すように、拡開傾斜面１１２および係合面４３ｍは傾斜しているため、加圧体９３Ｂがリング体４３を下方（矢印Ｕ方向）に強圧すれば、くさびの原理により、下方に向きつつ径内方向に向かう付勢力Ｆが得られる。このため、主耐火物層１１のうち第１鉄皮４１で包囲される頭部１１０の全体（径方向を含む全体）を軸長方向（矢印Ｐ方向）において加圧圧縮させるのに有利となる。更に、付勢力Ｆにより、頭部１１０のうち溶湯が差し込む側の内周１００ｉ側におけるシール性を高めることができる。よって図１に示すように溶湯通過ノズル装置を使用するときにおいて、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて、隙間１５の低減に一層貢献できる。隙間１５に溶湯が差し込むことが抑制される。使用時において、隙間１５を消失させるような頭部１１０および／または装填材料４８の熱膨張を期待できるためである。
【００３０】
（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。リング体、第１鉄皮および第２鉄皮を溶接部で結合されているが、これに限らず、ボルトやナットで結合させても良い。リベットで結合させても良い。拡開傾斜面１１２および係合面４３ｍは軸線Ｐ１に対して直角方向に沿っていても良い。主耐火物層１１と副耐火物層１３とは互いに別体として製造された後に、組み付けられるが、主耐火物層１１に相当する耐火物部分と、副耐火物層１３に相当する耐火物部分とを一体成形させても良い。本明細書の記載から次の技術的思想も把握できる。
・軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、前記耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、前記耐火物層のうち少なくとも前記鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において前記軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【符号の説明】
【００３１】
１は耐火物層、１０は溶湯通気孔、１１は主耐火物層、１３は副耐火物層、１１０は頭部、１１２は拡開傾斜面、１５は隙間、１５ｘは境界域、４は鉄皮、４１は第１鉄皮、４２は第２鉄皮、４３はリング体、４３０は延設筒部、４８は装填材料、８は加熱要素、９は基台、９０は設置面、９３は加圧体をそれぞれ示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶湯（溶鋼を含む）を通過させる浸漬ノズル等の溶湯通過ノズルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸漬ノズルに代表される溶湯通過ノズルは、軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを有する（特許文献１，２）。ここで、溶湯通過ノズルでは、耐火物層に対する溶湯の差込が発生することがあり、長寿命化には限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−０５７４１０号公報
【特許文献２】特開平０５−３２９５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐火物層に対する溶鋼等の溶湯の差込を抑制させ、耐火物層の寿命を長くするのに有利な溶湯通過ノズルおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明に係る溶湯通過ノズルは、（ｉ）軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、（ｉｉ）耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、（ｉｉｉ）耐火物層のうち少なくとも鉄皮に覆われている耐火物部分は、使用時における昇温に伴い軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする。本発明に係る溶湯通過ノズルによれば、耐火物層のうち少なくとも鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において、軸長方向において圧縮状態とされている。このため使用時において溶湯通過ノズルが常温領域から高温に加熱昇温されて熱膨張したとき、軸長方向における耐火物層の熱膨張量が増加する。このため耐火物層において隙間が発生するようなときであっても、耐火物層の熱膨張量が良好に確保されるため、耐火物層において隙間の発生が抑制される。このため耐火物層に対する溶湯の差込が抑制され、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【０００６】
（２）本発明に係る溶湯通過ノズルの製造方法は、（ｉ）軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを有する素材を用意する工程と、（ｉｉ）鉄皮のうちの少なくとも一部を加熱させることにより、鉄皮を軸長方向において熱膨張させる加熱工程と、（ｉｉｉ）加熱工程において加熱させた鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させることにより、耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された鉄皮部分に覆われている耐火物部分を、使用時における昇温に伴い軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とさせる冷却工程とを含むことを特徴とする。本発明に係る製造方法によれば、加熱工程では、鉄皮のうちの少なくとも一部を加熱させることにより、鉄皮を軸長方向において熱膨張させる。その後の冷却工程においては、加熱工程において加熱させた鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させる。これにより耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された鉄皮部分に覆われている耐火物部分を軸長方向において圧縮状態とさせる。この結果、耐火物層のうち少なくとも鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされる。
【０００７】
このため使用時において溶湯通過ノズルが常温領域から高温に加熱されて軸長方向に熱膨張するとき、鉄皮に覆われている耐火物部分の軸長方向における熱膨張量が増加する。ひいては、耐火物層の軸長方向における熱膨張量が増加する。このため耐火物層において隙間や亀裂が発生するようなときであっても、耐火物層の軸長方向における熱膨張量が良好に確保されるため、耐火物層において隙間や亀裂の発生が抑制される。このため耐火物層に対する溶湯の差込が抑制され、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、溶湯通過ノズルの使用時において高温状態に加熱されるときにおいて、耐火物層において隙間や亀裂が発生するようなときであっても、耐火物層の熱膨張量が良好に確保されるため、耐火物層において隙間や亀裂の発生が抑制される。このため隙間や亀裂の発生に起因して、耐火物層に対する溶湯の差込が抑制される。よって溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係り、溶湯通過ノズルの断面図である。
【図２】実施形態１に係り、主耐火物層の断面図である。
【図３】実施形態１に係り、副耐火物層をもつ鉄皮の断面図である。
【図４】実施形態１に係り、副耐火物層をもつ鉄皮を上下反転させた状態で基台の設置面に設置した状態の断面図である。
【図５】実施形態１に係り、上下反転させた鉄皮に主耐火物層を挿入し、リング体、第１鉄皮および第２鉄皮を溶接で結合させる製造過程を示す断面図である。
【図６】実施形態２に係り、上下反転させた鉄皮に主耐火物層を挿入し、リング体、第１鉄皮および第２鉄皮を溶接で結合させる製造過程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好ましい形態によれば、鉄皮は、第１鉄皮と、第１鉄皮の下側に配置された第２鉄皮と、軸長方向において第１鉄皮と第２鉄皮との間に設けられ第１鉄皮と第２鉄皮とを連結させるリング体とを備えている。この場合、第１鉄皮は常温領域において軸長方向において圧縮状態とされており、且つ、耐火物層のうち少なくとも第１鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされている。このため使用時において溶湯通過ノズルが高温に加熱されて軸長方向に熱膨張するとき、鉄皮に覆われている耐火物部分の軸長方向における熱膨張量が増加し、ひいては、耐火物層の軸長方向における熱膨張量が増加する。
【００１１】
本発明の好ましい形態によれば、耐火物層は、軸長方向に延びる主耐火物層と主耐火物層の上側に設けられた副耐火物層とを備えており、鉄皮は、主耐火物層の上端部と、その上側に設けられた副耐火物層とを覆っている。本発明の好ましい形態によれば、鉄皮は、耐火物部分を覆う第１鉄皮と、第１鉄皮の下側に配置され耐火物部分を覆う第２鉄皮と、軸長方向において第１鉄皮と第２鉄皮との間に設けられ第１鉄皮と第２鉄皮とを連結させるリング体とを備えている。この場合、加熱工程は、リング体を介して第１鉄皮と第２鉄皮とを結合させた状態で組み付けつつ、第１鉄皮を加熱させて軸長方向に熱膨張させる工程である。また、冷却工程は、加熱工程において加熱させた高温の第１鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させる。これにより、耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された第１鉄皮の鉄皮部分に覆われている耐火物部分を軸長方向において圧縮状態とさせる。
【００１２】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態１の概念を示す。溶湯通過ノズルは溶湯の湯面Ｍ１よりも下方に浸漬される浸漬ノズルとして使用でき、耐火物で形成された筒形状に耐火物層１と、耐火物層１の上部を覆う金属（一般的には鉄材料）製の金属殻や保護殻として機能する鉄皮４とを有する。耐火物は特に限定されるものではなく、アルミナ、シリカ、マグネシアなどを例示できる。図１に示すように、耐火物層１は、これの軸長方向に沿って延設されており、軸長方向（矢印Ｐ方向）に沿った溶湯通過孔１０を中央部に有する筒状をなす。耐火物層１は、軸長方向（矢印Ｐ方向）に延びると共に孔１０ａをもつ主耐火物層１１と、主耐火物層１１の上側に設けられ孔１０ｃをもつ副耐火物層１３とを備えている。孔１０ａ，１０ｃは連通して溶湯通過孔１０を形成する。主耐火物層１１および副耐火物層１３は、複数の定形レンガをモルタル等を介して組み付けて形成されているが、場合によってはキャスタブルでも良い。なお主耐火物層１１はこれの製造工程上不可避的に複数の微細細孔をもつ。圧縮により微細細孔が消失すれば、主耐火物層１１は緻密化される。
【００１３】
図２は主耐火物層１１を示す。図２に示すように、主耐火物層１１の上部には、主耐火物層１１の下部の外径よりも大きな外径をもつ径大な頭部１１０が形成されている。頭部１１０は、厚肉の筒形状をなしており、軸線Ｐ１回りで１周する円錐リング状の拡開傾斜面１１２をもつ。図２に示すように、拡開傾斜面１１２は、斜め下方に向けて臨んでおり、径外方向（矢印Ｄ１方向）に向かうにつれて上側に移行するように円錐状に傾斜している。主耐火物層１１および副耐火物層１３は、製造過程では互いに別体をなす。図１に示すように、副耐火物層１３の上側にはスライディングノズル装置１００Ａが装備される。スライディングノズル装置１００Ａは、溶湯通過孔１０に対面するためのノズル１０１をもつスライドプレート１０２と、溶湯通過孔１０の上部に対面可能なノズル１０３をもつ固定プレート１０４とを有する。スライドプレート１０２が矢印Ｘ方向（ノズル開閉方向）に移動すれば、ノズル１０１，１０３における溶湯の通過と溶湯の遮断とを切り替え得る。従って、副耐火物層１３は、スライドプレート１０２を良好に摺動させる得る耐火材料で形成されていることが好ましい。なおスライディングノズル装置１００Ａは二枚式でも三枚式でも良い。図１に示すように、鉄皮４は主耐火物層１１の上端部と副耐火物層１３とを覆っている。具体的には、図１に示すように、鉄皮４は、副耐火物層１３を覆う上側の金属（一般的には鉄材料）製の第１鉄皮４１と、第１鉄皮４１の下側に配置された金属（一般的には鉄材料）製の筒形状の第２鉄皮４２と、軸線Ｐ１を１周する金属（一般的には鉄材料）製のリング体４３とを有する。
【００１４】
使用時を示す図１に示すように、第２鉄皮４２は、主耐火物層１１において頭部１１０の下側において主耐火物層１１の外周の回りを覆っている。第２鉄皮４２はこれの上部に拡開傾斜部４２０をもつ。拡開傾斜部４２０は、頭部１１０の円錐状の拡開傾斜面１１２を覆うように、軸線Ｐ１回りを１周するリング状をなす。図１において、拡開傾斜部４２０の外周面４２０ｃは、斜め下方に向けて臨んでおり、径外方向（矢印Ｄ１方向）に向かうにつれて上側に移行するように円錐状に傾斜している。
【００１５】
リング体４３は高い剛性を有しており、軸長方向（矢印Ｐ方向）において第１鉄皮４１と第２鉄皮４２との間に同軸的に設けられている。第１鉄皮４１の下端部と第２鉄皮４２の上端部とリング体４３は、溶接部４９で連結されている。よって第１鉄皮４１、第２鉄皮４２およびリング体４３は、一体化されている。溶接部４９は、周方向に１周する構造でも良いし、あるいは、周方向において散点状に設けられている構造でも良い。要するに、第１鉄皮４１、第２鉄皮４２およびリング体４３は溶接部４９で一体化されている。図１に示すように、リング体４３は、主耐火物層１１の頭部１１０のうち外周面である拡開傾斜面１１２に機械的に係合するための係合面４３ｍをもつ。使用状態を示す図１において、係合面４３ｍは、軸線Ｐ１回りで１周しており、径外方向（矢印Ｄ１方向）に向かうにつれて上側に移行するように円錐状に傾斜している。リング体４３の係合面４３ｍは、主耐火物層１１の支持性および吊持性を高める。更に主耐火物層１１に固定されている第２鉄皮４２の上部に形成されている係合面４３ｍは、円錐状をなしており、頭部１１０の円錐状の拡開傾斜面１１２、第２鉄皮４２の円錐状をなす拡開傾斜部４２０と機械的に係合する。このため、リング体４３は、主耐火物層１１をこれの径方向（矢印Ｄ１方向）において調芯させる機能を発揮することができる。
【００１６】
ここで、図１に示すように、第１鉄皮４１は、浅い広口の円筒形状または角筒形状をなすプレート部４１０と、プレート部４１０から下方に向けて円筒形状に延設された延設筒部４３０とをもつ。プレート部４１０および延設筒部４３０は一体とされている。第１鉄皮４１は、主耐火物層１１の上端部である頭部１１０と、副耐火物層１３とを覆っている。主耐火物層１１と副耐火物層１３とはこれらの境界域１５ｘを介して隣接されている。主耐火物層１１と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘに隙間１５が発生しないように、主耐火物層１１の頭部１１０の表面１００ｓと副耐火物層１３の表面１３ｓとは、シール性が高い薄肉の耐火物層１１５（例えばモルタル層等）を介して密接されて組み付けられている。隙間１５が発生すると、溶湯が差し込むためである。耐火物層１は、溶湯を重力により通過させる溶湯通過孔１０をもつ。溶湯通過孔１０は、軸長方向に延びる縦通過孔１０ｅと、縦通過孔１０ｅの下部に連通すると共に溶湯を吐出させる横通過孔１０ｄとを有する。主耐火物層１１の外周壁１１９は、セラミックスシート１０ｘで覆われることが好ましい。
【００１７】
さて本実施形態によれば、耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４に覆われている耐火物部分は、常温領域（一般的には０℃〜４０℃，１０〜３０℃）において、軸長方向（矢印Ｐ方向）において加圧されて圧縮状態とされている。具体的には、主耐火物層１１のうち少なくとも第１鉄皮４１に覆われている耐火物部分（頭部１１０）は、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされている。より具体的には、主耐火物層１１のうち少なくとも第１鉄皮４１の延設筒部４３０に覆われている耐火物部分（頭部１１０）は、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされ、緻密化されている。
【００１８】
次に、製造過程について説明を加える。図４に示すように、副耐火物層１３が埋設されている筒形状の第１鉄皮４１（素材）を上下反転させた状態で、基台９の水平な設置面９０に設置する。この場合、副耐火物層１３が基台９の設置面９０に載せられる。この場合、第１鉄皮４１の筒状の開口４１ｗは上向きとされる。そして図５に示すように、筒形状をなす主耐火物層１１（素材）を下方に向けて、主耐火物層１１の頭部１１０を第１鉄皮４１の筒状の開口４１ｗから下方（矢印Ｕ方向）に挿入させると共に、主耐火物層１１の頭部１１０の外周壁面１１０ｃと第１鉄皮４１の延設筒部４３０の内周壁面４３０ｃとの間に、装填材料４８（耐熱性をもつバインダ材料，耐熱性をもつシール材料）を装填させて介在させる。装填材料４８はモルタル材料でもよいし、キャスタブル材料でも良いし、耐火物の粉末材料でも良い。この場合、主耐火物層１１と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘに隙間が発生しないように、主耐火物層１１の頭部１１０と副耐火物層１３とは、高いシール性および耐熱性をもつ耐火物層１１５を介して密接される。
【００１９】
次に、図５に示すように、装填材料４８と頭部１１０の円錐リング状の拡開傾斜面１１２と第２鉄皮４２の円錐リング状の拡開傾斜部４２０とに、リング体４３の係合面４３ｍが係合するように、係合面４３ｍを下向きにしつつ、リング体４３を上からほぼ同軸的に載せる。リング体４３の係合面４３ｍは軸線Ｐ１に対して角度θ２（参照）傾斜している。角度θ２としては、例えば８５〜５°の範囲内、８０〜１０°の範囲内、７５〜１５°の範囲内、７０〜２０°の範囲内にできる。ここで、リング体４３は高い剛性をもち、軸線Ｐ１まわりで１周するＯ形のリング状またはＣ形のリング状をなすが、半リング状でも良い。１／２円周状の半リング体を２個１組で使用しても良い。その後、常温領域（一般的には０から３０℃）において、棒状の加圧体９３の下面９３ｄをリング体４３にこれの上側から軸長方向に沿って矢印Ｕ方向（下方）に向けて強圧させつつ、主耐火物層１１（焼成されていても良いし、不焼成でも良い）の姿勢を安定化させる。かかる加圧体９３による強圧作用により、主耐火物層１１と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘに隙間が発生しないように、主耐火物層１１の頭部１１０と副耐火物層１３とは、シール性が高い耐火物層１１５（例えばモルタル材）を介して密接される。この状態で、第１鉄皮４の延設筒部４３０の外側に配置した加熱要素８により、第１鉄皮４の延設筒部４３０を高温状態に加熱させる。これにより、第１鉄皮４の延設筒部４３０を軸長方向（矢印Ｐ方向）に熱膨張させる。熱膨張量としては、特に限定されるものではないが、加熱前の延設筒部４３０の軸長寸法をＬ１とし、加熱前の延設筒部４３０の軸長寸法をＬ２とすると、Ｌ２／Ｌ１×１００＝１０１〜１３０の範囲内、１０２〜１２０の範囲内、１０３〜１１５の範囲内、１０３〜１１０の範囲内が例示される。軸長方向において、延設筒部４３０のうち特にリング体４３付近を加熱できる。加熱要素８としては燃焼火炎バーナ（例えば、アセチレンバーナ火炎）、電気ヒータ、誘導加熱コイル等を例示できる。延設筒部４３０の加熱温度としては２００〜１１００℃、３００〜９００℃、３５０〜８００℃などが例示される。加熱雰囲気は大気雰囲気、還元性雰囲気、減圧雰囲気にいずれでも良い。
【００２０】
上記したように第１鉄皮４の延設筒部４３０を高温状態に加熱させて軸長方向（矢印Ｐ方向）に熱膨張させた状態で、第１鉄皮４と第２鉄皮４とリング体４３とを溶接部４９（図１参照）で一体的に結合させる。このように第１鉄皮４の延設筒部４３０は軸長方向に熱膨張した状態で拘束される。溶接部４９は軸線Ｐ１回りでリング状に形成しても良いし、軸線Ｐ１回りでリング状に散点状に形成しても良い。その後、鉄皮４が常温領域に冷却されると、第１鉄皮４１の延設筒部４３０は軸長方向（矢印Ｐ方向）において熱収縮する。この結果、主耐火物層１１のうち副耐火物層１３に接近している耐火物部分、つまり頭部１１０および／または装填材料４８は、第１鉄皮４１の延設筒部４３０と共に軸長方向（矢印Ｐ方向）において熱収縮し、最終的には軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされる。
【００２１】
次に使用時について説明を加える。図１に示すように、溶湯通過ノズルが使用されるときには、鉄皮４は耐火物層１の上部に位置する。溶湯通過ノズルが使用されるときには、溶湯通過ノズルの下部が溶湯（一般的には溶鋼）に浸漬されたり、溶湯に接近したりする。更に溶湯通過孔１０に高温の溶湯が通過する。このため溶湯通過ノズルは、溶湯の温度の影響を受けて高温に加熱される。ここで、溶湯通過ノズルが高温に加熱されて軸長方向に熱膨張するとき、前述したように、耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４に覆われている耐火物部分（頭部１１０および／または装填材料４８）については、常温領域において軸長方向（矢印Ｐ方向）において圧縮状態とされている。このため、使用時において主耐火物層１１および／または装填材料４８が加熱されて昇温されると、主耐火物層１１の頭部１１０および／または装填材料４８の軸長方向（矢印Ｐ方向）における熱膨張量が増加する。
【００２２】
このような本実施形態によれば、万一、使用時において、耐火物層１において、主耐火物層１１と副耐火物層１３との間に微小な隙間１５が発生するようなときであっても、使用時において溶湯通過ノズルが昇温されると、主耐火物層１１および／または装填材料４８の軸長方向（矢印Ｐ方向）における熱膨張量、殊に、主耐火物層１１および／または装填材料４８のうち筒状の鉄皮４筒形状の延設筒部４３０で覆われている部分の熱膨張量が良好に確保される。このため、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて隙間１５の発生が抑制される。隙間１５が形成されるとしても、その隙間幅は抑制される。このため主耐火物層１１と副耐火物層１３との間に溶湯が差込むことが抑制され、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【００２３】
殊に、本実施形態によれば、溶湯通過ノズルの使用時において、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて隙間１５が発生するように、主耐火物層１１等が変位するおそれがある。鉄皮４の加熱による熱膨張、主耐火物層１１に作用する重力の影響と推察される。このような場合であっても、耐火物層１のうち少なくとも鉄皮４の筒形状の延設筒部４３０に覆われている耐火物部分（頭部１１０および／または装填材料４８）については、常温領域において、軸長方向（矢印Ｐ方向）において既に予備圧縮状態とされている。このため、使用時において加熱されて昇温されると、軸長方向（矢印Ｐ方向）における主耐火物層１１、特に予備圧縮状態とされていた頭部１１０の軸長方向（矢印Ｐ方向）における熱膨張量が増加する。この結果、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて上記した隙間１５が発生することが抑制される。隙間１５が形成されるとしても、その隙間幅は抑制される。この結果、仮に、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて隙間１５が発生するとしても、その隙間幅を小さくできる。このため溶湯通過ノズルの使用時において、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘに溶湯が差し込むことが抑制される。よって境界域１５ｘにおける溶湯差込に起因する劣化が抑制される。故に、溶湯通過ノズルの長寿命化を図り得る。
【００２４】
上記した加熱要素８としては、鉄皮４を誘導加熱させる部材でも良い。この場合、高周波数電流が加熱要素８に給電されると、電磁誘導により鉄皮４を誘導加熱させる。加熱要素８は軸線Ｐ１の回りを１周以上周回して、第１鉄皮４１の延設筒部４３０を加熱させる。高周波数電流としては例えば１ｋｃ〜２００ｋｃの範囲内で適宜設定できる。従って鉄皮４は導電性および透磁性を必要とする。鉄皮４が鉄材料であれば良い。加熱雰囲気としては大気雰囲気でも良いし、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性なガスを吹きつつ加熱させても良い。誘導加熱であれば、耐火物部分よりも高い透磁率を有する鉄系材料で形成されている鉄皮４に磁束を集中的に透過させることができるため、耐火物部分の熱膨張を抑制させつつ鉄皮４を集中的に加熱でき、鉄皮４の延設筒部４０の熱膨張の増加に貢献できる。
【００２５】
本実施形態によれば、図５に示すように、頭部１１０の拡開傾斜面１１２、第２鉄皮４２の拡開傾斜部４２０およびリング体４３の係合面４３ｍは、それぞれが同じ方向に円錐リング状に傾斜している。このため、加圧体９３がリング体４３を矢印Ｕ方向に加圧すれば、くさびの原理により、下方に向きつつ径内方向に向かう付勢力Ｆが得られる。このため、主耐火物層１１の頭部１１０の姿勢および径方向位置を正常化させつつ、頭部１１０の表面１００ｓを副耐火物層１３の表面１３ｓに適合させつつ互いに密接させるのに貢献できる。よって主耐火物層１１の頭部１１０と副耐火物層１３との間の境界域１５ｘにおいて隙間１５を低減させるのに一層貢献できる。
【００２６】
更に、軸長方向において頭部１１０に圧縮力を与えるときに、軸線Ｐ１に対して斜め方向で径内方向に向かう付勢力Ｆが発生するため、厚肉筒形状の頭部１１０の内周１００ｉ側まで圧縮力を与えることができ、軸長方向における頭部１１１の全体の圧縮化に貢献できる。更に、頭部１１０のうち溶湯が差し込む側の内周１００ｉ側のシール性を高めることができ、頭部１１０の内周１００ｉからの溶湯の進入が抑制される。
【００２７】
（実施形態２）
図６は実施形態２の概念を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。図６に示すように、副耐火物層１３が埋設されている筒形状の第１鉄皮４１を上下反転させた状態で、基台９の設置面９０に設置する。この場合、副耐火物層１３が基台９の設置面９０に載せられる。そして図６に示すように、筒形状をなす主耐火物層１１を下方（矢印Ｕ方向）に向けて第１鉄皮４１の開口４１ｗから挿入させると共に、主耐火物層１１の外周壁面と第１鉄皮４との間に装填材料４８（シール材料）を介在させる。更に、装填材料４８と第２鉄皮４の拡開傾斜面１１２に、リング体４３を上から載せる。リング体４３は軸線Ｐ１まわりで１周するリング形状をなす。
【００２８】
その後、常温領域において、Ｃ形状または棒状の加圧体９３Ｂの下面をリング体４３に強圧させることにより、頭部１１０、装填材料４８、延設筒部４３０を軸長方向（矢印Ｐ方向）において加圧圧縮させる。このように常温領域において、加圧圧縮させた状態で、第１鉄皮４と第２鉄皮４とリング体４３とを溶接部４９（図１参照）で一体的に結合させる。この場合、主耐火物層１１のうち副耐火物層１３に接近している耐火物部分（頭部１１０および／または装填材料４８）は、軸長方向（矢印Ｐ方向）において予備圧縮状態とされている。
【００２９】
特に、図６に示すように、拡開傾斜面１１２および係合面４３ｍは傾斜しているため、加圧体９３Ｂがリング体４３を下方（矢印Ｕ方向）に強圧すれば、くさびの原理により、下方に向きつつ径内方向に向かう付勢力Ｆが得られる。このため、主耐火物層１１のうち第１鉄皮４１で包囲される頭部１１０の全体（径方向を含む全体）を軸長方向（矢印Ｐ方向）において加圧圧縮させるのに有利となる。更に、付勢力Ｆにより、頭部１１０のうち溶湯が差し込む側の内周１００ｉ側におけるシール性を高めることができる。よって図１に示すように溶湯通過ノズル装置を使用するときにおいて、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおいて、隙間１５の低減に一層貢献できる。隙間１５に溶湯が差し込むことが抑制される。使用時において、隙間１５を消失させるような頭部１１０および／または装填材料４８の熱膨張を期待できるためである。
【００３０】
（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。リング体、第１鉄皮および第２鉄皮を溶接部で結合されているが、これに限らず、ボルトやナットで結合させても良い。リベットで結合させても良い。拡開傾斜面１１２および係合面４３ｍは軸線Ｐ１に対して直角方向に沿っていても良い。主耐火物層１１と副耐火物層１３とは互いに別体として製造された後に、組み付けられるが、主耐火物層１１に相当する耐火物部分と、副耐火物層１３に相当する耐火物部分とを一体成形させても良い。本明細書の記載から次の技術的思想も把握できる。
・軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、前記耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、前記耐火物層のうち少なくとも前記鉄皮に覆われている耐火物部分は、常温領域において前記軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【符号の説明】
【００３１】
１は耐火物層、１０は溶湯通気孔、１１は主耐火物層、１３は副耐火物層、１１０は頭部、１１２は拡開傾斜面、１５は隙間、１５ｘは境界域、４は鉄皮、４１は第１鉄皮、４２は第２鉄皮、４３はリング体、４３０は延設筒部、４８は装填材料、８は加熱要素、９は基台、９０は設置面、９３は加圧体をそれぞれ示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、前記耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、
前記耐火物層のうち少なくとも前記鉄皮に覆われている耐火物部分は、使用時における昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において前記軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項２】
請求項１において、前記鉄皮は、第１鉄皮と、前記第１鉄皮の下側に配置された第２鉄皮と、軸長方向において前記第１鉄皮と前記第２鉄皮との間に設けられ前記第１鉄皮と前記第２鉄皮とを連結させるリング体とを具備しており、
前記第１鉄皮は常温領域において軸長方向において圧縮状態とされており、且つ、前記耐火物層のうち少なくとも前記第１鉄皮に覆われている耐火物部分は、昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項３】
請求項１また２において、前記耐火物層は、軸長方向に延びる主耐火物層と前記主耐火物層の上側に設けられた副耐火物層とを備えており、前記鉄皮は、前記主耐火物層の上端部と前記副耐火物層とを覆っていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項４】
軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と前記耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを有する素材を用意する工程と、
前記鉄皮のうちの少なくとも一部を加熱させることにより、前記鉄皮を軸長方向において熱膨張させる加熱工程と、
前記加熱工程において加熱させた前記鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させることにより、前記耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された鉄皮部分に覆われている耐火物部分を、昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とさせる冷却工程とを含むことを特徴とする溶湯通過ノズルの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記鉄皮は、耐火物部分を覆う第１鉄皮と、前記第１鉄皮の下側に配置され耐火物部分を覆う第２鉄皮と、軸長方向において前記第１鉄皮と前記第２鉄皮との間に設けられ前記第１鉄皮と前記第２鉄皮とを連結させるリング体とを具備しており、
前記加熱工程は、前記リング体を介して前記第１鉄皮と前記第２鉄皮とを結合させた状態で組み付けつつ、前記第１鉄皮を加熱させて軸長方向に熱膨張させる工程であり、
前記冷却工程は、前記加熱工程において加熱させた前記第１鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させることにより、前記耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された前記第１鉄皮の鉄皮部分に覆われている耐火物部分を、使用時における昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、軸長方向において圧縮状態とさせる工程であることを特徴とする溶湯通過ノズルの製造方法。
【請求項１】
軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と、前記耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、
前記耐火物層のうち少なくとも前記鉄皮に覆われている耐火物部分は、使用時における昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において前記軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項２】
請求項１において、前記鉄皮は、第１鉄皮と、前記第１鉄皮の下側に配置された第２鉄皮と、軸長方向において前記第１鉄皮と前記第２鉄皮との間に設けられ前記第１鉄皮と前記第２鉄皮とを連結させるリング体とを具備しており、
前記第１鉄皮は常温領域において軸長方向において圧縮状態とされており、且つ、前記耐火物層のうち少なくとも前記第１鉄皮に覆われている耐火物部分は、昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とされていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項３】
請求項１また２において、前記耐火物層は、軸長方向に延びる主耐火物層と前記主耐火物層の上側に設けられた副耐火物層とを備えており、前記鉄皮は、前記主耐火物層の上端部と前記副耐火物層とを覆っていることを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項４】
軸長方向に沿って延設された耐火物で形成され軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす耐火物層と前記耐火物層の上端部を覆う鉄皮とを有する素材を用意する工程と、
前記鉄皮のうちの少なくとも一部を加熱させることにより、前記鉄皮を軸長方向において熱膨張させる加熱工程と、
前記加熱工程において加熱させた前記鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させることにより、前記耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された鉄皮部分に覆われている耐火物部分を、昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、常温領域において軸長方向において圧縮状態とさせる冷却工程とを含むことを特徴とする溶湯通過ノズルの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記鉄皮は、耐火物部分を覆う第１鉄皮と、前記第１鉄皮の下側に配置され耐火物部分を覆う第２鉄皮と、軸長方向において前記第１鉄皮と前記第２鉄皮との間に設けられ前記第１鉄皮と前記第２鉄皮とを連結させるリング体とを具備しており、
前記加熱工程は、前記リング体を介して前記第１鉄皮と前記第２鉄皮とを結合させた状態で組み付けつつ、前記第１鉄皮を加熱させて軸長方向に熱膨張させる工程であり、
前記冷却工程は、前記加熱工程において加熱させた前記第１鉄皮を冷却させて軸長方向において熱収縮させることにより、前記耐火物層のうち、加熱後に冷却されて熱収縮された前記第１鉄皮の鉄皮部分に覆われている耐火物部分を、使用時における昇温に伴い前記軸長方向における熱膨張量を増加できるように、軸長方向において圧縮状態とさせる工程であることを特徴とする溶湯通過ノズルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１４３４５３（Ｐ２０１１−１４３４５３Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６７１７（Ｐ２０１０−６７１７）
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００２２０７６７）東京窯業株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００２２０７６７）東京窯業株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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