高温組付体、高温組付体の製造方法
【課題】高温環境で使用される第１部材と第２部材との境界領域におけるシール性を高めるのに有利な高温組付体、高温組付体の製造方法を提供する。
【解決手段】高温組付体は、金属または耐火物で形成された第１部材１Ｘと、金属または耐火物で形成された第１部材に対向する第２部材６と、第１部材１Ｘと第２部材６との境界領域に配置されるように第１部材１Ｘおよび第２部材６のうちの少なくとも一方に形成された凹状プール部１Ｗと、凹状プール部１Ｗに装填され使用時の熱により合成された体積膨張する耐熱シール剤を焼成して形成された耐熱セラミックスシール部１Ｒとを有する。
【解決手段】高温組付体は、金属または耐火物で形成された第１部材１Ｘと、金属または耐火物で形成された第１部材に対向する第２部材６と、第１部材１Ｘと第２部材６との境界領域に配置されるように第１部材１Ｘおよび第２部材６のうちの少なくとも一方に形成された凹状プール部１Ｗと、凹状プール部１Ｗに装填され使用時の熱により合成された体積膨張する耐熱シール剤を焼成して形成された耐熱セラミックスシール部１Ｒとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高温組付体、高温組付体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶湯などの金属溶湯にガスを吹き込んでガスバブリングを行うガス吹き込みノズルが使用されている。ガス吹き込みノズルは、ガスを流すガス通路を有する耐火物と、耐火物を包囲する鉄皮とを有する（特許文献１）。しかし、耐火物と鉄皮との境界領域のシール性を更に高めることが要請されている。更に、溶鋼等の溶湯を通過させる溶湯ノズルも提供されている。溶湯ノズルは、溶湯を通過させる溶湯通路を有する耐火物と、耐火物を包囲する鉄皮とを有する。この場合においても、耐火物と鉄皮との境界領域のシール性を更に高めることが要請されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-262471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、加熱される高温環境で使用される第１部材と第２部材との境界領域におけるシール性を高めるのに有利な高温組付体および高温組付体の製造方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る高温組付体は、金属または耐火物で形成された第１部材と、第１部材に対向する金属または耐火物で形成された第２部材と、第１部材と第２部材との境界領域に配置されるように第１部材および第２部材のうちの少なくとも一方に形成された凹状プール部と、凹状プール部に装填され使用時の熱により合成された体積膨張する耐熱シール剤を焼成して形成された耐熱セラミックスシール部とを具備することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る高温組付体の製造方法は、（１）合成されると体積膨張する複数種類のセラミックス粒子を含有する耐熱シール剤と、第１部材と、第２部材とを用意する第１工程と、（２）第１部材と前記第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に前記耐熱シール剤を装填させた状態で、少なくとも第１部材と第２部材とを組み付けて組付体を形成する第２工程と、（３）組付体の第１部材と第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に耐熱シール剤を装填させた状態で、組付体の使用時における組付体の使用温度、組付体の使用前における組付体の予熱温度、組付体の搬入前における組付体の加熱温度のうちのいずれか少なくとも一つで耐熱シール剤を加熱して焼成させ、複数種類のセラミックス粒子を合成させて体積膨張する合成セラミックスを形成して組付体の第１部材と第２部材との境界領域をシールする第３工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る高温組付体は、少なくとも第１部材および第２部材を具備すると共に、第１部材と第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に装填された耐熱シール剤を焼成させた形成された耐熱セラミックスプール部を有する。使用時、予熱時等において、高温組付体は、例えば６００〜２０００℃、特に８００〜２０００℃の高温領域に加熱されるものである。このため耐熱シール剤は高温領域に長時間にわたり加熱される。上記したように第１部材と第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に未焼成または半焼成の耐熱シール剤を装填させる。その状態で、組付体の使用時における組付体の使用温度、組付体の使用前における組付体の予熱温度、組付体の搬入前における組付体の加熱温度のうちのいずれか少なくとも一つで、耐熱シール剤を加熱して焼成させる。すなわち、組付体を使用するときの使用温度により、あるいは、組付体の使用前に予熱工程または加熱工程を別途実施して、耐熱シール剤を加熱して焼成させる。これにより耐熱シール剤を構成する複数種類のセラミックス粒子を合成させてセラミックスを形成し、耐熱セラミックスプール部を形成する。この結果、組付体の第１部材と第２部材との境界領域をシールする。この場合、第１部材と第２部材との境界領域におけるシール性を高めることができる。
【０００８】
組付体の使用時における組付体の使用温度、組付体の使用前における組付体の予熱温度、組付体の搬入前における組付体の加熱温度は、６００〜２０００℃、特に８００〜２０００℃の高温領域である。従って第１部材と第２部材との境界領域に介在する耐熱シール剤も高温に加熱されるため、耐熱シール剤に含有されている第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子は、反応前よりも体積膨張するセラミックス（例えばムライト、スピネル等）を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、耐熱シール剤を構成する複数種類のセラミックスを合成させて合成セラミックスを形成して耐熱セラミックスプール部が形成される。これにより高温組付体の第１部材と第２部材との境界領域がシールされる。耐熱シール部の焼成については、使用時の温度で加熱して焼成しても良いし、あるいは、使用前の段階において別途加熱して焼成しても良い。使用時の温度で加熱して焼成すれば、耐熱シール部を加熱して焼成させる焼成工程を別途必要としないため、簡易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係り、タンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図２】実施形態１に係り、耐熱セラミックスプール部付近の断面図である。
【図３】実施形態２に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図４】実施形態３に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図５】実施形態６に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図６】実施形態７に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図７】実施形態８に係る吹き込みプラグの断面図である。
【図８】実施形態８係る吹き込みプラグの断面図であり、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図９】実施形態１０に係り、タンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図１０】実施形態１１に係り、タンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図１１】試験例に係り、ガス漏れ試験の結果を示すグラフである。
【図１２】試験例に係り、シール層の組織の顕微鏡写真を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
耐熱セラミックスプール部は、第１部材および第２部材のうちの少なくとも一方よりも厚肉にできる。但しこれに限定されるものではない。本発明によれば、合成されると体積膨張する合成セラミックスはムライトであり、第１セラミックス粒子はシリカで形成され、第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることが好ましい。この場合、次の（１）式のようにムライトが合成される。
２SiO2＋３Al2O3→３Al2O3・２SiO2 （ムライト） （１）
合成されたムライト（３Al2O3・２SiO2）は、体積が反応前より膨張する。この場合、耐熱シール剤における気孔が閉じられ易い。この場合、（１）の式を考慮すれば、質量比でシリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有することがより好ましい。例えば、シリカ（SiO2）とSiO2より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水等の分散媒で練って耐熱シール剤材を形成できる。また、合成されると体積膨張する合成セラミックスはスピネルであり、第１セラミックス粒子はマグネシアで形成され、第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることが好ましい。
この場合、次の（２）式のようにムライトが合成される。
MgO＋Al2O3→MgO・Al2O3 （スピネル） （２）
合成されたスピネル（MgO・Al2O3）は体積が反応前より膨張する。
【００１２】
また、耐熱シール剤を構成する第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子の一方の粒径は、３０マイクロメートル以下であることが好ましい。この場合、一方の粒径は、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、５マイクロメートル以下であることが好ましい。粒径が小さいと、反応性を高めることができる。第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子の他方の粒径は２００マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、５０マイクロメートル以下、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下であることが好ましい。耐熱シール剤で形成されたシール層の厚みは高温組付体の用途、サイズ、種類によって相違するが、０．２〜２０ミリメートル、０．２〜１０ミリメートルが例示される。
【００１３】
本発明に係る高温組付体は、第１部材と、第２部材と、第１部材と第２部材との境界領域に配置された凹状プール部に装填された耐熱シール剤を焼成させた耐熱セラミックスプール部とを具備するものであり、高温領域で使用される。耐熱シール剤は、合成されると体積膨張する合成セラミックスを形成する複数種類のセラミックス粒子を含有する。体積膨張するため、第１部材と第２部材との境界領域におけるシール性が高まる。第１部材および第２部材は金属でも良いし耐火物でも良い。従って、第１部材と第２部材との組合わせは、耐火物と金属との組み合わせ、耐火物と耐火物との組み合わせ、金属と金属との組み合わせが例示される。金属としては、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、鋳鋼、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金が挙げられる。第１部材と第２部材との組合わせに金属が存在すれば、耐熱シール剤への熱伝導を高めることができる。
【００１４】
焼成前の耐熱シール剤において、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて配合できる。カイアナイトおよびアンダルサイトはシリマイト系鉱物である。ここで、焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスを１００％とするとき、質量比で、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方が０．０１〜４０％含有されている形態を採用できる。加熱されると、カイアナイトおよびアンダルサイトはそれぞれ膨張するため、シール層における膨張に伴うシール性を向上させることができる。シリマナイト族鉱物は、加熱により分解してムライトとシリカになると考えられている。ムライトは、シリマナイト族鉱物より比重が小さいため容積変化（膨張）を起こす。カイアナイトおよびアンダルサイトの粒径が大きいほど、残存膨張は大きくなり、粒径が小さくなると、ほとんど残存膨張に関する効果が得られなくなる。
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１を参照しつつ説明する。吹き込みノズル（タンディッシュ上部ノズル，高温組付体）は、高温の溶湯（例えば溶鋼）を保持する溶湯容器であるタンデッシュの底側に装備されるものであり、ガス透過性を有する筒状ポーラス耐火物１Ｘ（第１部材および第２部材のうちの一方）と、ポーラス耐火物１Ｘを包囲する金属製（鉄系）の筒状の外側鉄皮６（第１部材および第２部材のうちの他方）とを有する。筒状ポーラス耐火物１Ｘの内部には、リング状のガスプール１９が形成されている。ガスプール１９に吹込ガスを供給する下段ガス導入通路としてのガス導入パイプ５が設けられている。筒状ポーラス耐火物１Ｘには、上下方向にのびる溶湯通過用の通路７が縦方向に沿って形成されている。ポーラス耐火物１Ｘは、ガスを透過できる多数の連通細孔を有しており、材料としては、例えば、アルミナ系、マグネシア系、ジルコニア系等を例示できる。
【００１６】
図１に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘと筒状の外側鉄皮６との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部の上部においてこれを１周するようにリング状に形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗには、未焼成の耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、予熱時の加熱、使用（搬入）前の加熱、または使用時の加熱等により焼成（合成）される。これにより耐熱セラミックスプール部１Ｒが軸線Ｐ１回りのリング状に形成される。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、焼成（合成）により径方向および高さ方向に残存膨張として膨張する。この結果、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部６ｕとの境界領域をシールする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは、外側鉄皮６の厚みよりも厚く、径方向への残存膨張量が良好に確保される。この結果、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部との境界領域を良好にシールできる。この結果、ガスプール１８などに吹き込まれたガスが当該境界領域から外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが抑制される。鉄皮６（組付体）の全高寸法をＨＡとして示し、高さ寸法の中央位置をＨｍとして示し、高さ寸法のうち下端６ｄから２／３の位置をＨｘとして示す。図１に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置にする。従って、耐熱セラミックスプール部１Ｒは、鉄皮６のうち上端６ｕｐに向かうにつれて縮径する円錐形状の上部６ｕに位置している。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。タンデッシュ内の溶湯により鉄皮６はこれの上側からも激しく加熱され、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。この結果、ガスプール１９などに吹き込まれたガスが外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが耐熱セラミックスプール部１Ｒにより抑制される。なお、鉄皮６の径方向の熱膨張は、筒状ポーラス耐火物１Ｘの径方向の膨張量に比較して小さいと考えられる。
【００１７】
上記した耐熱セラミックスプール部１Ｒを形成する焼成前の耐熱シール剤は、アルミナ（Al2O3）およびシリカ（SiO2）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤の組成については、質量比で、シリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、シリカ（SiO2）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水（分散媒）で練った耐熱シール剤を用いる。分散媒はアルコール等としても良い。そして、かかる耐熱シール剤を凹状プール部１Ｗに装填する。このように装填した状態で、吹き込みノズルの使用時には、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、例えば１４００〜１７００℃程度といった高温の溶湯が通路７を矢印Ａ１方向に流れる。このように高温組付体の使用時において高温の溶湯からの受熱で、シール剤には、（１）式のような反応が起こる。鉄皮６，耐火物１Ｘは伝熱性を有するため、シール剤の加熱に貢献できる。
２SiO2＋３Al2O3→３Al2O3・２SiO2 （１）
このように２モルのSiO2と３モルのAl2O3とでムライト（３Al2O3・２SiO2）が合成される。合成される３Al2O3・２SiO2（ムライト）は、体積が反応前より膨張する。更にムライトを生成させた耐熱セラミックスプール部１Ｒは、緻密体であるか、気孔を有していたとしても、気孔は閉じられることが好ましい。このように高温組付体であるガス吹き込みノズルの使用時の熱により、ムライト（３Al2O3・２SiO2）は合成され、体積が反応前より膨張するため、合成工程である加熱工程を別途実施せずとも良い。ここで、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径が小さい程、（１）式の合成反応が起こりやすい。このため、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径は小さい方がよい。シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、１００マイクロメートル以下が好ましく、３０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、３マイクロメートル以下が更に好ましく、１マイクロメートル以下が特に好ましい。
【００１８】
ある形態によれば、例えば、シリカ粒子（SiO2）の粒子粒径は３マイクロメートル以下または１マイクロメートル以下とされ、アルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、高密度で充填することを考慮し、７５〜１マイクロメートルとされていることが好ましい。ここで、焼成前の耐熱シール剤における組成は、シリカ（SiO2）が５〜５０質量％で、残部がアルミナ（Al2O3）であると、体積膨張の点で好ましい。さらに、シリカ（SiO2）が１０〜２０質量％で、残りがアルミナ（Al2O3）であると、更に好ましい。焼成前のシール剤のセラミックスは、質量比で、アルミナおよびシリカで実質的に９５％以上、９８％以上、１００％であることが好ましい。従って、焼成前（合成反応前）の耐熱シール剤は、マグネシア、ジルコニア等の他の成分を含有していない方が良いと考えられる。従って、耐熱シール剤のセラミックス組成としては、次の（ａ）〜（ｅ）ように例示できる。但しこれに限定されるものではない。
（ａ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を１５％の配合にできる。
（ｂ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、３マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を１５％の配合にできる。
（ｃ）１００マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１０％、３マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を２０％の配合にできる。但しこれに限定されるものではない。
（ｄ）５０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を６０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を２０％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を２０％の配合にできる。
（ｅ）３０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を５０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１０％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を４０％の配合にできる。%は質量％を意味する。ムライトに合成されなかったアルミナは、アルミナとして残存する。シール層におけるアルミナはシール層の耐熱性の向上に貢献できる。
【００１９】
次に、本実施形態のガス吹き込みノズルを連続鋳造において使用する際のガスの流れについて説明する。使用の際には、取鍋から移し替えられたタンディッシュ内の溶鋼等の溶湯は連鋳機に向けて流れるが、溶湯は、通路７内を下方（図１に示す矢印A1方向）に向けて流れる。この場合、ガス源からガス導入パイプ５にガス（例えばアルゴンガス等の不活性ガス）がそれぞれ供給される。ガス供給パイプ５に供給されたガスは、ガスプール１９を介してポーラス耐火物１Ｘのポーラス部分に供給され、内周面１Ｘｉから通路７内に向けて（矢印C1方向，B1方向）吹き出される。これによりタンディッシュスライディングノズル装置の摺動板、コレクターノズル、浸漬ノズルへのアルミナの付着が抑制される。また、耐熱セラミックスプール部１Ｒを形成する耐熱シール剤が、焼成により体積が増大して筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部と外側鉄皮６との境界領域に隙間を生じさせ難い組成を有している。このため使用中に高温になっても当該境界領域からガスが漏れ出し難くなる。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００２０】
図２は、耐熱シール剤の焼成（合成）で形成された耐熱セラミックスプール部１Ｒ付近を示す。ここで、外側鉄皮６の厚みをａ１とし、耐熱セラミックスプール部１Ｒの最大厚みをａ２とし、耐熱セラミックスプール部１Ｒの高さをｂとすると、耐熱セラミックスプール部１Ｒ付近のシール性を高める為には、ａ１＜ａ２の関係、ａ１＜ａ２＜ｂの関係が得られることが好ましい。但しこれに限定されるものではない。ａ２＜ｂであるため、耐熱セラミックスプール部１Ｒのシール距離（斜辺部１０１）がｂとして確保され、高いシール性が得られる。なお、耐熱セラミックスプール部１Ｒが形成される筒状ポーラス耐火物１Ｘは、多数の気孔を有するポーラス質であるため、膨張が気孔で吸収され、膨張量には限界がある。この点本実施形態によれば、合成により径方向および高さ方向に膨張する残存膨張を形成できるリング状の耐熱セラミックスプール部１Ｒで形成されているため、膨張量の確保ひいてはシール性の確保に有利である。
【００２１】
鉄皮６の上部６ｕ側では、筒状ポーラス耐火物１Ｘ（耐火物）の上部は円錐形状されており、鉄皮６の上端６ｕｐ側に向かうにつれて径方向（矢印ＤＡ方向）の厚みが小さくなる。この場合、環境条件が過酷であれば、筒状ポーラス耐火物１Ｘの強度が不足し、亀裂が発生するおそれがある。そこで図２に示すように、凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面ほぼ三角形状とされており、鉄皮６の内壁面に沿った斜辺部１０１と、筒状ポーラス耐火物１Ｘに対面する上側の斜辺部１０２と、筒状ポーラス耐火物１Ｘに対面する下側の斜辺部１０３と、斜辺部１０２および斜辺部１０３が交差する交差部１０４とをもつ。図２に示すように、斜辺部１０１の長さをＫ１として示し、斜辺部１０２の長さをＫ２として示し、斜辺部１０３の長さをＫ３として示す。Ｋ２＞Ｋ３の関係、Ｋ２＞Ｋ１＞Ｋ３の関係とされている。これにより耐熱セラミックスプール部１Ｒにおいて交差部１０４が相対的に下側に位置する。このため筒状ポーラス耐火物１Ｘのうち斜辺部１０２に対面する部分１Ｘ３（図２参照）の径方向（矢印ＤＡ方向）の厚みが確保される。Ｋ３／Ｋ２＝０．８以下、０．６以下、０．４以下が例示される。交差部１０４は丸みをもつことが好ましい。但し、亀裂等が問題にならないときには、Ｋ２＝Ｋ３、Ｋ３＞Ｋ２としても良い。場合によっては、凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面をほぼ台形状としても良い。
【００２２】
（実施形態２）
図３は実施形態２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、同様の作用効果を有する。図３に示すように、吹き込みノズル（タンディッシュ上部ノズル，高温組付体）は、相対的に上側に配置されたガス透過性を有する筒状上段ポーラス耐火物１と、上段ポーラス耐火物１よりも相対的に下側に配置されたガス透過性を有する筒状下段ポーラス耐火物２と、上段ポーラス耐火物１と下段ポーラス耐火物２との間に介装される筒状緻密質耐火物３と、上段ポーラス耐火物１に吹込ガスを供給する上段ガス導入通路としての上段ガス導入パイプ４と、下段ポーラス耐火物２に吹込ガスを供給する下段ガス導入通路としての下段ガス導入パイプ５と、上段ポーラス耐火物１、緻密質耐火物３及び下段ポーラス耐火物２の外周面を包囲して保持する金属皮体としての鉄皮として機能する筒形状をなす外側鉄皮６と、を備えている。これにより上下方向にのびる溶湯通過用の通路７を形成している。なお、１６は、上段ポーラス耐火物１の上方に積層された補助緻密質耐火物である。筒状ポーラス耐火物１Ｘと筒状の外側鉄皮６との間には、リング状の上段のガスプール１８が形成されている。筒状ポーラス耐火物１Ｘの内部には、リング状の下段のガスプール１９が形成されている。図２に示すように、緻密質耐火物３は、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとに分割されている。上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間には、耐熱シール剤が填装されてシール層８を形成している。上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周面には、焼嵌め等で取り付けられ鉄皮（内側金属皮体）９を備えている。鉄皮９は外側鉄皮６の内周側に位置している。この部分は二重鉄皮になっている。鉄皮６（第１部材）と鉄皮９（第１部材）との間にはシール層１７が介装されている。
【００２３】
上段ガス導入パイプ４は、先端部４aが緻密質耐火物３の外周部に沿って上向きになるように導入されている。上段ガス導入パイプ４の先端部４aは、リング状または筒状のガスプール１８を介して上段ポーラス耐火物１の外周部１ｐに連通している。鉄皮９の内周部と緻密質耐火物３の外周部との境界領域には、シール層８と同じ耐熱シール剤が填装されておりシール層８ｃを形成しており、ガスが漏れ出せないようになっている。下段ガス導入パイプ５は、先端部５aが横向きになるように導入され、リング状のガスプール１９を介して下段ポーラス耐火物２の外周部２ｐに連通している。上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２は、ガスを透過できる多数の連通細孔を有し、互いに同一材料または同系材料で形成されていることが好ましい。材料としては、例えば、アルミナ系、マグネシア系、ジルコニア系等を例示できる。緻密質耐火物３と補助緻密質耐火物１６とは、緻密となるように焼成された耐火物で形成されており、不焼成のキャスタブル層とは異なり、気孔率が極めて低く、ガス透過性が小さく、高い緻密性及び高い強度を有する。すなわち、緻密質耐火物３は、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２よりもガス透過性が小さく緻密性を有する。
【００２４】
シール層８，８ｃ，１７を形成する焼成前の耐熱シール剤は、アルミナ（Al2O3）およびシリカ（SiO2）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤の組成については、質量比で、シリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、シリカ（SiO2）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水またはアルコール等で練った耐熱シール剤を用いる。そして、かかる耐熱シール剤を、上段緻密質耐火物３a（第１部材）の下面３ｄと下段緻密質耐火物３b（第２部材）の上面３ｕとの間の境界領域に塗布しておく。筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に形成されている凹状プール部１Ｗにも耐熱シール剤を装填しておく。このように焼成前のシール剤を当該境域領域に塗布しておく。この状態の吹き込みノズルの使用時には、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、例えば１４００〜１６００℃程度といった高温の溶湯が通路７を矢印Ａ１方向に流れる。このように高温組付体の使用時において高温の溶湯からの受熱で、シール剤には、（１）式のような反応が起こる。鉄皮６，９，耐火物１，２，３a，３ｂ，１６は伝熱性を有するため、シール剤の加熱に貢献できる。
【００２５】
２SiO2＋３Al2O3→３Al2O3・２SiO2 （１）
このように２モルのSiO2と３モルのAl2O3とでムライト（３Al2O3・２SiO2）が合成される。合成される３Al2O3・２SiO2（ムライト）は、体積が反応前より膨張する。このように高温組付体であるガス吹き込みノズルの使用時の熱により、ムライト（３Al2O3・２SiO2）は合成され、体積が合成反応（焼成）前より膨張するため、合成工程である加熱工程を別途実施せずとも良い。ここで、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径が小さい程、（１）式の合成反応が起こりやすい。このため、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径は小さい方がよい。シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、１００マイクロメートル以下が好ましく、３０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、３マイクロメートル以下が更に好ましく、１マイクロメートル以下が特に好ましい。
【００２６】
ある形態によれば、例えば、シリカ粒子（SiO2）の粒子粒径は３マイクロメートル以下または１マイクロメートル以下とされ、アルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、高密度で充填することを考慮し、７５〜１マイクロメートルとされていることが好ましい。ここで、焼成前の耐熱シール剤における組成は、シリカ（SiO2）が５〜５０質量％で、残部がアルミナ（Al2O3）であると、体積膨張の点で好ましい。さらに、シリカ（SiO2）が１０〜２０質量％で、残りがアルミナ（Al2O3）であると、更に好ましい。焼成前のシール剤のセラミックスは、質量比で、アルミナおよびシリカで実質的に９５％以上、９８％以上、１００％であることが好ましい。
【００２７】
次に、本実施形態のガス吹き込みノズルを連続鋳造において使用する際のガスの流れについて説明する。使用の際には、取鍋から移し替えられたタンディッシュ内の溶鋼等の溶湯は連鋳機に向けて流れるが、溶湯は、通路７内を下方（図１に示す矢印A1方向）に向けて流れる。この場合、ガス源から上段ガス導入パイプ４、下段ガス導入パイプ５にガス（例えばアルゴンガス等の不活性ガス）がそれぞれ供給される。上段ガス導入パイプ４に供給されたガスは、ガスプール１８を介して上段ポーラス耐火物１のポーラス部分に供給され、上段ポーラス耐火物１の内周面１ｉから通路７内に向けて（矢印B1方向に）吹き出される。これによりノズル上部へのアルミナの付着が抑制される。下段ガス供給パイプ５に供給されたガスは、ガスプール１９を介して下段ポーラス耐火物２のポーラス部分に供給され、下段ポーラス耐火物２の内周面２ｉから通路７内に向けて（矢印C1方向に）吹き出される。これによりタンディッシュスライディングノズル装置の摺動板、コレクターノズル、浸漬ノズルへのアルミナの付着が抑制される。
【００２８】
さて本実施形態によれば、図３に示すように、筒状の緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に１周するようにリング状に形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒとなる。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、鉄皮６の厚みよりも厚くされており、軸線Ｐ１回りでリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部との境界領域をシールしている。このため、ガスプール１８からのガスが当該境界領域から、即ち、外側鉄皮６の上部から外部に漏れることが抑制されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置にする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。タンデッシュに保持されている高温の溶湯により鉄皮６はこれの上側からも激しく加熱される。鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒される。このため、シール性を高めることが好ましいためである。ガスプール１８からのガスが外側鉄皮６の上部から外部に漏れることが抑制されている。場合によっては、セラミックスプール部１Ｒは位置Ｈｘと位置Ｈｍとの間に位置していても良い。図３に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒを保持する緻密質耐火物１６は緻密質であり、気孔率は極めて小さい。このため、耐熱セラミックスプール部１Ｒの径方向の膨張量が緻密質耐火物１６によって吸収されることが抑制され、シール性を高めるのに貢献できる。
【００２９】
緻密質耐火物３は、不焼成のキャスタブルと異なり、予め焼成された緻密な焼成耐火物で形成されているためガス透過性が小さいが、僅かながらガスが透過することもある。すなわち、上段ポーラス耐火物１に供給されたガスの一部が上段緻密質耐火物３a内を透過して下段緻密質耐火物３bに漏れ出そうとすることもある。同様に、下段ポーラス耐火物２に供給されたガスの一部が下段緻密質耐火物３b内を透過して上段緻密質耐火物３aに漏れ出そうとすることもある。しかし本実施形態によれば、上段緻密質耐火物３aの下面３ｄと下段緻密質耐火物３bの上面３ｕとの境界領域にはシール層８が介在している。このため、上段緻密質耐火物３aから下段緻密質耐火物３bへの漏れ出しがブロックされる。且つ、下段緻密質耐火物３bから上段緻密質耐火物３aへの漏れ出しがブロックされる。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給をそれぞれ独立して行うことができる。
【００３０】
また、シール層８を形成する耐熱シール剤が、焼成により体積が増大して上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの境界領域に隙間を生じさせ難い組成を有している。このため使用中に高温になってもシール層８からガスが漏れ出し難くなる。また、上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周面を包囲する金属皮体として鉄皮９が設けられている。そして、シール層８の外周縁部８ｐが鉄皮９の内周壁に当接しているので、上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周に沿ってガスが流れることが抑制される。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給を一層独立して行うのに有利となる。また、パイプ４と接する鉄皮９及び緻密質耐火物３との間には、シール層８と同じ耐熱シール剤で形成されたシール層８ｃが填装されている。このためパイプ４の外側を通ってガスが漏れ出せないようになっている。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給を一層独立して行うことができる。
【００３１】
また本実施形態によれば、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間に耐熱シール剤が填装されてシール層８を形成するので、上段ポーラス耐火物１と上段緻密質耐火物３aからなる上段部の組と、下段ポーラス耐火物２と下段緻密質耐火物３bとからなる下段部の組とを、シール層８を形成する耐熱シール剤で接着して組み立てることができる。また本実施形態によれば、前述したように、鉄皮６（第１部材および第２部材のうちの一方）と鉄皮９（第１部材および第２部材のうちの他方）との間にも、耐熱シールで形成されたシール層１７が介装されている。シール層１７を形成する耐熱シール剤に有効成分として含有されているシリカ粒子（SiO2）およびアルミナ粒子（Al2O3）が配合されている。更に外側鉄皮６（第１部材および第２部材のうちの一方）の下部６ｄと下段ポーラス耐火物２（第１部材および第２部材のうちの他方）との境界領域においても、耐熱シール剤を塗布して形成されたシール層２０が形成されている。更にまた、外側鉄皮６（第１部材）の上部６ｕの内周部と上段ポーラス耐火物１（第２部材）の外周部との境界領域においても、外側鉄皮６（第１部材）の上部６ｕの内周部と補助緻密室耐火物１６（第２部材）の外周部との境界領域においても、耐熱シール剤を塗布して形成されたシール層２５が形成されている。
【００３２】
そして、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５を構成するシール剤は、上記した耐熱シール剤で形成されている。このため吹き込みノズルの使用時において、高温の溶鋼等の溶湯が通路７を通過するため、溶鋼等の溶湯の熱からの伝熱により、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５が高温に加熱される。よって、当該シール剤を構成するシリカ粒子（SiO2）およびアルミナ粒子（Al2O3）がムライトを合成して膨張する。このため上記したシール層８，８ｃ，１７，２０，２５におけるシール性も高めることができる。場合によっては、使用前の予熱または組付体の搬入前の加熱により、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５が高温に加熱されることにしても良い。なお上述したように、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５は本実施形態に係る耐熱シール剤で形成されているが、これに限らず、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５のうちの少なくともいずれか一つについて、本実施形態に係る耐熱シール剤で形成されており、残りを公知のシール剤（モルタル等）で形成することにしても良い。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００３３】
（実施形態３）
図４は実施形態３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、同様の作用効果を有する。前記した図３に示す実施形態では、緻密質耐火物３は、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとに分割されている。そして上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間には、上記したように焼成されるとムライトを合成する耐熱シール剤が填装されてシール層８が形成されている。但し本実施形態では、図４に示すように、緻密質耐火物３は、実施形態１に係る上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとが一体化された形状とされているため、実施形態１のシール層８は形成されていない。本実施形態においても、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８ｃ，１７，２０，２５は、本実施形態に係るムライトを形成する耐熱シール剤で形成されている。すなわち、本実施形態においても、図４に示すように、筒状の緻密質耐火物１６と筒状の外側鉄皮６との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に１周するように形成されている。組付時に凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒとなり、径方向および高さ方向に膨張する。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、鉄皮６の厚みよりも厚く、軸線Ｐ１回りでリング状に形成されている。
【００３４】
この結果、耐熱セラミックスプール部１Ｒは、径方向および高さ方向に膨張して緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域をシールする。このため、ガスプール１８のガスが当該境界領域から鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが抑制されている。図４に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置にする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。鉄皮６はこれの上側からも激しく加熱されるため、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。図４に示すように、緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部とは、上部に向かうにつれて縮径する円錐形状をなしている。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００３５】
（実施形態４）
実施形態４は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。耐熱セラミックスプール部１Ｒなどを形成する焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスを１００％とするとき、質量比で、シリカ粒子（SiO2）が０．１〜３０％、アルミナ粒子（Al2O3）が５０〜７０％、アンダルサイトおよびカイアナイトのうちの一方または双方の粒子が０．１〜２０％（０．１〜１０％，０．１〜５０％）含有されている。加熱されると、アンダルサイトおよびカイアナイト（カイヤナイトともいう）はアルミニウムケイ酸塩（Al2SiO5）であり、加熱されると膨張するため、使用中に膨張して、シール性を更に向上させることができる。アンダルサイトまたはカイアナイトの粒子の粒径としては、必要に応じて選択でき、１〜１０００マイクロメートル、１〜１００マイクロメートル、５〜５０マイクロメートルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。カイアナイトおよびアンダルサイトの粒径が大きいほど、残存膨張は大きくなり、粒径が小さくなると、ほとんど残存膨張に関する効果が得られなくなる。場合によっては、アンダルサイトおよび／またはカイアナイトの粒子の配合割合は質量比で１〜３０％とすることもできる。アンダルサイトまたはカイアナイトの粒子が過大であると、均質な組織が得られにくい。なお、アンダルサイトまたはカイアナイトの添加量を増やすと、焼成後において残存線変化率は大きくなり、膨張が継続すると考えられる。ただし、アンダルサイトまたはカイアナイトの添加量が過剰に多くなると、残存膨張が大きくなりすぎ、しかも、膨張が継続して組織が脆弱化し、剥落発生の恐れが生じる。
【００３６】
（実施形態５）
実施形態５は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。但し、以下の点が相違する。本実施形態においては、耐熱セラミックスプール部１Ｒなどを形成する耐熱シール剤により合成されると体積膨張するセラミックスはスピネルである。従って耐熱シール剤においては、第１セラミックス粒子はマグネシアで形成され、第２セラミックス粒子はアルミナで形成されている。耐熱シール剤は、アルミナ（Al2O3）およびマグネシア（MgO）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤のセラミックス組成については、質量比で、マグネシア（MgO）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、マグネシア（MgO）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水で練った耐熱シール剤を用いることが好ましい。そして、かかる耐熱シール剤を、上段緻密質耐火物３a（第１部材）の下面３ｄと下段緻密質耐火物３b（第２部材）の上面３ｕとの間の境界領域に塗布しておく。このように焼成前のシール剤を当該境域領域に塗布しておく。この状態の吹き込みノズルの使用時には、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、例えば１４００〜１６５０℃程度といった高温の溶湯が通路７を矢印Ａ１方向に流れる。溶湯からの受熱でシール剤には（２）式のような反応が起こる。
【００３７】
MgO＋Al2O3→MgO・Al2O3 （２）
１モルのMgOと１モルのAl2O3とが焼成されてスピネルが合成される。スピネル（MgO・Al2O3）は、体積が反応前より膨張する。膨張は残存膨張として残る。このように高温組付体であるガス吹き込みノズルの使用時の熱により、スピネルは使用の際に合成され、体積が反応前より膨張するため、加熱工程（合成工程）を別途実施せずとも良い。ここで、マグネシア粒子（MgO）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径が小さい程、（２）式の合成反応が起こりやすい。このため、マグネシア粒子（MgO）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径は小さい方がよい。マグネシア粒子（MgO）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、１００マイクロメートル以下が好ましく、５０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下が更に好ましく、１マイクロメートル以下が特に好ましい。
【００３８】
ある実施形態によれば、例えば、マグネシア粒子（MgO）の粒径粒径は１マイクロメートル以下とされ、アルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、高密度で充填することを考慮し、７５〜１マイクロメートルとされていることが好ましい。ここで、焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスについては、アルミナおよびシリカで実質的に９５％以上、９８％以上、１００％であることが好ましい。焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスについては、マグネシア（MgO）が１〜５０質量％で、残部がアルミナ（Al2O3）であると、体積膨張の点で好ましい。さらに、マグネシア（MgO）が１〜２０質量％で、残りがアルミナ（Al2O3）であると、更に好ましい。次の（ａ）〜（ｃ）の形態を採用できる。
（ａ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、１マイクロメートル以下のマグネシア粒子（MgO）を１５％の配合にできる。
（ｂ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、３マイクロメートル以下のマグネシア粒子（MgO）を１５％の配合にできる。
（ｃ）１００マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１０％、３マイクロメートル以下のマグネシア粒子（MgO）を２０％の配合にできる。但しこれに限定されるものではない。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００３９】
（実施形態６）
図５は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態においても、図５に示すように、筒状の緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、緻密質耐火物１６の円錐形状（上部に向かうにつれて縮径する円錐）の外周部に１周するように形成されている。鉄皮６の上部は、これの上端に向かうにつれて縮径するように円錐状とされている。ここで円錐形状は、上部に向かうにつれて縮径する円錐を意味する。組付時には、凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成されて膨張して耐熱セラミックスプール部１Ｒとなる。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、合成されると膨張するムライトまたはスピネルで形成されており、緻密質耐火物１６の円錐形状の上部と筒状の外側鉄皮６の円錐形状の上部との境界領域をシールしている。図５に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒを保持する緻密質耐火物１６は緻密質であり、ポーラス耐火物よりも気孔率は極めて小さい。このため、耐熱セラミックスプール部１Ｒの径方向の膨張量が緻密質耐火物１６によって吸収されることが抑制される。よって、シール性を高めるのに貢献できる。
【００４０】
図５に示すように、緻密質耐火物３は、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとに分割されている。そして上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間には、上記したように焼成されるとムライトを合成する耐熱シール剤が填装されてシール層８が形成されている。さらに図５に示すように、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの境界領域には、リング状の凹状プール部３Ｗが軸線Ｐ１回りで形成されている。組付時には、凹状プール部３Ｗには耐熱シール剤が装填されている。装填された耐熱シール剤は、使用時の熱によりムライトまたはスピネルとして焼成（合成）されて径方向および高さ方向に膨張し、耐熱セラミックスプール部３Ｒが形成される。この膨張は残存膨張としてその後においても存存する。この結果、外側鉄皮６の上部６ｕの上端６ｕｐに向かう付勢力ＦＡ（図５参照）が発生する。この結果、筒状の緻密質耐火物１６の円錐形状の外周部を、外側鉄皮６の円錐形状の内周部に接近または密接させるのに有利となる。このため、筒状の緻密質耐火物１６の円錐形状の外周部と外側鉄皮６の円錐形状の内周部との境界領域のシール性を一層高め得る。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００４１】
（実施形態７）
図６は実施形態７を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態においても、図６に示すように、筒状の緻密質耐火物１６と筒状の外側鉄皮６との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、筒状の緻密質耐火物１６の外周部において１周するように形成されている。組付時において、凹状プール部１Ｗには、未焼成または半焼成の耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒが形成される。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、軸線Ｐ１回りでリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、合成されると膨張するムライトまたはスピネルで形成されており、径方向および高さ方向に膨張し、結果として、筒状の緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域をシールしている。このためガスプール１８のガスが当該境界領域を介して鉄皮６の上端６ｕｐ側から漏れることが抑制されている。
【００４２】
さらに本実施形態によれば、図６に示すように、筒状上段ポーラス耐火物１と補助緻密質耐火物１６との境界領域には、リング状の凹状プール部１６Ｗが軸線Ｐ１回りで形成されている。凹状プール部１６Ｗには未焼成の耐熱シール剤が装填されている。装填された耐熱シール剤は、使用時の熱により焼成（合成）されると、ムライトまたはスピネルを形成して径方向および高さ方向に膨張し、耐熱セラミックスプール部１６Ｒを形成する。この膨張は残存膨張として存存する。この結果、外側鉄皮６の上端６ｕｐに向かう付勢力ＦＡ（図６参照）を発揮する。この結果、補助緻密質耐火物１６の円錐形状（上部に向かうにつれて縮径する円錐）の外周部を、外側鉄皮６の円錐形状の内周部（上部に向かうにつれて縮径する円錐）に接近または密接させるのに有利となる。従って、補助緻密質耐火物１６の円錐形状の外周部と外側鉄皮６の円錐形状の内周部との境界領域のシール性を一層高め得る。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。図６に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において中央高さ位置Ｈｍよりも上側に位置にする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において高さ方向の位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。タンデッシュ等の貯湯容器の下側に配置されている鉄皮６はこれの上側から激しく加熱され、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面をほぼ台形状とされているが、断面三角形状としても良い。
【００４３】
（実施形態８）
図７および図８は実施形態８を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態は、取鍋の底壁Ｗに埋設されるように取り付けられる吹き込みプラグ（高温組付体）に適用した場合である。吹き込みプラグは、耐火物層３０（第１部材および第２部材のうちの他方）と、耐火物層３０の外周部３０ｐを包囲する鉄皮３２（第１部材および第２部材のうちの一方）と、鉄皮３２の底部３２ｂに接続されたガス供給管３３とをもつ。耐火物層３０は、金属溶湯Ｍにハブリング用のガスを吹き込むガス通路３５と、耐火物層３０の下面３０ｄと鉄皮３２との間に形成され且つガス通路３５に連通するガスプール室３６とをもつ。耐火物層３０の外周部３０ｐと鉄皮３２の内周部３２ｉとの間には、耐熱シール剤が塗布されたシール層３８が形成されている。シール層３８を形成する耐熱シール剤のセラミックスは、実施形態１と同様に、アルミナ粒子（Al2O3）およびシリカ粒子（SiO2）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤のセラミックス組成については、質量比で、シリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、シリカ（SiO2）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水で練った耐熱シール剤を用いることができる。そして、かかる耐熱シール剤を、耐火物層３０の外周部３０ｐ、および／または、鉄皮３２の内周部３２ｉに塗布しておく。このように焼成前のシール剤を当該境域領域に塗布しておく。その後、耐火物層３０および鉄皮３２を組み付ける。この状態の吹き込みプラグの使用すれば、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、吹き込みプラグは例えば１４００〜１７００℃程度といった高温の溶湯Ｍを貯留する取鍋の底壁Ｗに埋設されている。このため、溶湯Ｍからの受熱で加熱されたシール剤には、前記した（１）式のような反応が起こり、ムライトが合成される。このため耐火物層３０（第１部材および第２部材のうちの一方）の外周部３０ｐと鉄皮３２（第１部材および第２部材のうちの他方）の内周部３２ｉとの境界領域におけるシール性を高めることができる。必要に応じて、焼成前の耐熱シール剤にカイアナイトを配合させることもできる。
【００４４】
本実施形態によれば、図７に示すように、耐火物層３０と筒状の鉄皮３２との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、耐火物層３０の外周部においてこれを１周するように形成されている。組付時において、凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり溶湯Ｍの熱により、焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒが形成される。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、合成されると膨張するムライトで形成されており、径方向および高さ方向に膨張する。この結果、耐火物層３０の外周部の上部と鉄皮３２の内周部の上部との境界領域をシールするシール性を高める。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮３２の高さ寸法の中央の位置Ｈｍよりも上側に位置にする。鉄皮３２はこれの上側からも激しく加熱されるため、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。
【００４５】
図７に示すように凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面ほぼ三角形状とされており、鉄皮３２の内壁面に沿った斜辺部１０１と、上側の斜辺部１０２と、下側の斜辺部１０３と、交差部１０４とをもつ。そして斜辺部１０２の長さは長いため交差部１０４が相対的に下側に位置する。このため耐火物層３０のうち斜辺部１０２に対面する部分３０ｘ（図７参照）の径方向（矢印ＤＡ方向）の厚みが確保される。
【００４６】
（実施形態９）
本実施形態は前記した図７および図８に示す実施形態８と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図７および図８を準用する。耐熱シール剤は、シール層３８および耐熱セラミックスプール部１Ｒを形成する。耐熱シール剤は、実施形態１と同様に、アルミナ粒子（Al2O3）およびマグネシア粒子（MgO）を主要成分（有効成分）として含有しており、使用時の熱により合成されてスピネルを形成する。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００４７】
（実施形態１０）
図９は実施形態１０を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図９に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘ（耐火物）の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２が形成されている。凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２は、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に１周するように形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２に耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成（合成）されて耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２を形成する。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されており、焼成より膨張するムライトまたはスピネルで形成されている。この耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、筒状ポーラス耐火物１Ｘの円錐形状の外周部の上部と筒状の外側鉄皮６の円錐形状の内周部の上部６ｕとの境界領域をシールしている。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、外側鉄皮６の厚みよりも厚く、径方向（軸線Ｐ１に対して直交する方向）への残存膨張量が良好に確保される。この結果、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部の上部と、筒状の外側鉄皮６の上部６ｕとの境界領域を良好にシールできる。ここで、上部は、鉄皮６の高さ寸法ＨＡの半分の高さ位置Ｈｍよりも上側を意味する。耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置する。殊に、位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。この結果、ガスプール１９などに吹き込まれたガスが当該境界領域から外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが効果的に抑制される。筒状ポーラス耐火物１Ｘは多数の気孔を有するポーラス質であるため、膨張が気孔で吸収されるため、膨張には限界がある。この点本実施形態によれば、リング状の耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２が位置Ｈｍよりも上側において高さ方向に複数段（２段）で形成されているため、膨張量の確保に有利である。
【００４８】
図９に示すように、上側の耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の厚みをａ１１として示す。下側の耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の厚みをａ１２として示す。この場合、ａ１１＞ａ１２の関係とされている。筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部との境界領域を良好にシールできる。使用時には鉄皮６は上方からも激しく加熱されるため、鉄皮６の上部はより激しい環境に晒される。このためａ１１＞ａ１２の関係により耐熱シール剤の効果をより効果的に発揮することができる利点が得られる。この結果、ガスプール１９などに吹き込まれたガスが当該境界領域から外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが抑制される。耐熱シール剤は実施形態１と同様に、使用時の熱により合成されてムライトまたはスピネルを形成する。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。但し使用環境によっては、ａ１１＜ａ１２、あるいは、ａ１１＝ａ１２の関係とされていても良い。
【００４９】
図９に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部は円錐形状とされており、径方向（ＤＡ方向）の厚みが小さくされている。このため、筒状ポーラス耐火物１ＸのＤＡ方向の厚みをできるだけ確保すべく、相対的に上側に位置する凹状プール部１Ｗ１および耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の断面は、ほぼ三角形状とされている。但し、相対的に下側に位置する凹状プール部１Ｗ１および耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の断面は、ほぼ四角形状または台形状とされている。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１は下側であるため、ポーラス耐火物１ＸのＤＡ方向の厚みを確保できるためである。
【００５０】
（実施形態１１）
図１０は実施形態１１を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図１０に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部の上部には、これよりも気孔率が少なく緻密なリング状の緻密耐火物１Ｍが同軸的に設けられている。緻密耐火物１Ｍの外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、つまり、緻密耐火物１Ｍの外周部には、軸線Ｐ１回りにリング状の凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２が上下複数段に形成されている。凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２は、緻密耐火物１Ｍの外周部において１周するように形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２には未焼成（未合成）の耐熱シール剤が装填されている。焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成（合成）されて耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２を上下に形成する。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されており、焼成より膨張するムライトまたはスピネルで形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２の内周側は、高い緻密性をもつ緻密耐火物１Ｍとされているため、耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２の径方向の膨張は良好に確保され、前記した境界領域におけるシール性が向上する。
【００５１】
（試験例）
耐熱セラミックスプール部１Ｒなどを形成する耐熱シール剤について試験を行った。この試験例では、耐熱シール剤のうちセラミックスは、質量比で、７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を１５％の配合にされていた。そして分散媒である水とセラミックスとを混合して耐熱シール剤が形成されていた。第１部材（材質：ハイアルミナ）と第２部材（材質：ハイアルミナ）との境界領域にこの耐熱シール剤を塗布した。塗布厚みは１ミリメートルとした。そして、外側からバーナの燃焼火炎で１５００℃に加熱しつつ、ガスを入口から出口に向けて流した。そして出口から排出されるガスのリーク流量を測定した。ノズルの背圧については０．２ｋｇ／ｃｍ２を保持した。比較例として、従来から使用しているモルタルを使用し、試験例と同様な条件で試験を行った。
【００５２】
試験結果を図１１に示す。図１１において●印は本発明の試験例を示す。◆は比較例を示す。図１１の◆印として示すように、比較例では、試験開始から２０分間を経過した頃から、リークするガス流量が増加している。また図１１の●印として示すように、試験例では、試験開始から１２０分間を経過しても、リークするガス流量は増加していない。このことから本発明に係る耐熱シール剤は高温領域における高いシール性が安定して得られることがわかる。
【００５３】
試験開始から１２０分間経過したシール層の一例について光学顕微鏡で観察した。その結果を図１２に示す。図１２に示すように、ノズル本体にシール層は密着していた。ノズル本体とシール層との境界をみると、一部に溶融が発生している可能性があるとも推定される。微細なシリカ粒子が溶融したものと考えられる。シール層に島状の気孔（黒色部分）が発生しているが、気孔は開放気孔ではなく、閉鎖気孔とされていた。このことからも本発明のシール層のシール性が向上していることがわかる。ムライト合成により反応前よりも体積膨張が影響しているものと推察される。閉鎖気孔は体積膨張に有利と考えられる。またシール層において気孔以外のセラミックス部分は緻密であった。このことからも本発明のシール層のシール性が更に向上していることがわかる。
【００５４】
（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。第１部材と第２部材との組み合わせは、耐火物−耐火物、金属−金属、耐火物−金属、金属−耐火物の組み合わせでも良いものである。耐熱シール剤としてモルタル(mortar)としても良い。モルタルは、砂（細骨材）とセメントと水とを練り混ぜて作るバインダである。本発明の高温組付体の用途としても、溶鋼、溶銑、アルミニウム溶湯、チタン溶湯等の金属溶湯が使用される高温領域、高温のガスに晒される高温領域などに広く使用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１Ｘは筒状ポーラス耐火物、１Ｗは凹状プール部、１Ｒは耐熱セラミックスプール部、１は上段ポーラス耐火物、２は下段ポーラス耐火物、３は緻密質耐火物、３ａは上段緻密質耐火物、３bは下段緻密質耐火物、４は上段ガス導入通路、５は下段ガス導入通路、６は外側鉄皮、７は通路、８はシール層、９は鉄皮を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は高温組付体、高温組付体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶湯などの金属溶湯にガスを吹き込んでガスバブリングを行うガス吹き込みノズルが使用されている。ガス吹き込みノズルは、ガスを流すガス通路を有する耐火物と、耐火物を包囲する鉄皮とを有する（特許文献１）。しかし、耐火物と鉄皮との境界領域のシール性を更に高めることが要請されている。更に、溶鋼等の溶湯を通過させる溶湯ノズルも提供されている。溶湯ノズルは、溶湯を通過させる溶湯通路を有する耐火物と、耐火物を包囲する鉄皮とを有する。この場合においても、耐火物と鉄皮との境界領域のシール性を更に高めることが要請されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-262471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、加熱される高温環境で使用される第１部材と第２部材との境界領域におけるシール性を高めるのに有利な高温組付体および高温組付体の製造方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る高温組付体は、金属または耐火物で形成された第１部材と、第１部材に対向する金属または耐火物で形成された第２部材と、第１部材と第２部材との境界領域に配置されるように第１部材および第２部材のうちの少なくとも一方に形成された凹状プール部と、凹状プール部に装填され使用時の熱により合成された体積膨張する耐熱シール剤を焼成して形成された耐熱セラミックスシール部とを具備することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る高温組付体の製造方法は、（１）合成されると体積膨張する複数種類のセラミックス粒子を含有する耐熱シール剤と、第１部材と、第２部材とを用意する第１工程と、（２）第１部材と前記第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に前記耐熱シール剤を装填させた状態で、少なくとも第１部材と第２部材とを組み付けて組付体を形成する第２工程と、（３）組付体の第１部材と第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に耐熱シール剤を装填させた状態で、組付体の使用時における組付体の使用温度、組付体の使用前における組付体の予熱温度、組付体の搬入前における組付体の加熱温度のうちのいずれか少なくとも一つで耐熱シール剤を加熱して焼成させ、複数種類のセラミックス粒子を合成させて体積膨張する合成セラミックスを形成して組付体の第１部材と第２部材との境界領域をシールする第３工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る高温組付体は、少なくとも第１部材および第２部材を具備すると共に、第１部材と第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に装填された耐熱シール剤を焼成させた形成された耐熱セラミックスプール部を有する。使用時、予熱時等において、高温組付体は、例えば６００〜２０００℃、特に８００〜２０００℃の高温領域に加熱されるものである。このため耐熱シール剤は高温領域に長時間にわたり加熱される。上記したように第１部材と第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に未焼成または半焼成の耐熱シール剤を装填させる。その状態で、組付体の使用時における組付体の使用温度、組付体の使用前における組付体の予熱温度、組付体の搬入前における組付体の加熱温度のうちのいずれか少なくとも一つで、耐熱シール剤を加熱して焼成させる。すなわち、組付体を使用するときの使用温度により、あるいは、組付体の使用前に予熱工程または加熱工程を別途実施して、耐熱シール剤を加熱して焼成させる。これにより耐熱シール剤を構成する複数種類のセラミックス粒子を合成させてセラミックスを形成し、耐熱セラミックスプール部を形成する。この結果、組付体の第１部材と第２部材との境界領域をシールする。この場合、第１部材と第２部材との境界領域におけるシール性を高めることができる。
【０００８】
組付体の使用時における組付体の使用温度、組付体の使用前における組付体の予熱温度、組付体の搬入前における組付体の加熱温度は、６００〜２０００℃、特に８００〜２０００℃の高温領域である。従って第１部材と第２部材との境界領域に介在する耐熱シール剤も高温に加熱されるため、耐熱シール剤に含有されている第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子は、反応前よりも体積膨張するセラミックス（例えばムライト、スピネル等）を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、耐熱シール剤を構成する複数種類のセラミックスを合成させて合成セラミックスを形成して耐熱セラミックスプール部が形成される。これにより高温組付体の第１部材と第２部材との境界領域がシールされる。耐熱シール部の焼成については、使用時の温度で加熱して焼成しても良いし、あるいは、使用前の段階において別途加熱して焼成しても良い。使用時の温度で加熱して焼成すれば、耐熱シール部を加熱して焼成させる焼成工程を別途必要としないため、簡易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係り、タンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図２】実施形態１に係り、耐熱セラミックスプール部付近の断面図である。
【図３】実施形態２に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図４】実施形態３に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図５】実施形態６に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図６】実施形態７に係るタンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図７】実施形態８に係る吹き込みプラグの断面図である。
【図８】実施形態８係る吹き込みプラグの断面図であり、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図９】実施形態１０に係り、タンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図１０】実施形態１１に係り、タンディッシュ上部ノズルの断面図である。
【図１１】試験例に係り、ガス漏れ試験の結果を示すグラフである。
【図１２】試験例に係り、シール層の組織の顕微鏡写真を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
耐熱セラミックスプール部は、第１部材および第２部材のうちの少なくとも一方よりも厚肉にできる。但しこれに限定されるものではない。本発明によれば、合成されると体積膨張する合成セラミックスはムライトであり、第１セラミックス粒子はシリカで形成され、第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることが好ましい。この場合、次の（１）式のようにムライトが合成される。
２SiO2＋３Al2O3→３Al2O3・２SiO2 （ムライト） （１）
合成されたムライト（３Al2O3・２SiO2）は、体積が反応前より膨張する。この場合、耐熱シール剤における気孔が閉じられ易い。この場合、（１）の式を考慮すれば、質量比でシリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有することがより好ましい。例えば、シリカ（SiO2）とSiO2より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水等の分散媒で練って耐熱シール剤材を形成できる。また、合成されると体積膨張する合成セラミックスはスピネルであり、第１セラミックス粒子はマグネシアで形成され、第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることが好ましい。
この場合、次の（２）式のようにムライトが合成される。
MgO＋Al2O3→MgO・Al2O3 （スピネル） （２）
合成されたスピネル（MgO・Al2O3）は体積が反応前より膨張する。
【００１２】
また、耐熱シール剤を構成する第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子の一方の粒径は、３０マイクロメートル以下であることが好ましい。この場合、一方の粒径は、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、５マイクロメートル以下であることが好ましい。粒径が小さいと、反応性を高めることができる。第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子の他方の粒径は２００マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、５０マイクロメートル以下、３０マイクロメートル以下、２０マイクロメートル以下であることが好ましい。耐熱シール剤で形成されたシール層の厚みは高温組付体の用途、サイズ、種類によって相違するが、０．２〜２０ミリメートル、０．２〜１０ミリメートルが例示される。
【００１３】
本発明に係る高温組付体は、第１部材と、第２部材と、第１部材と第２部材との境界領域に配置された凹状プール部に装填された耐熱シール剤を焼成させた耐熱セラミックスプール部とを具備するものであり、高温領域で使用される。耐熱シール剤は、合成されると体積膨張する合成セラミックスを形成する複数種類のセラミックス粒子を含有する。体積膨張するため、第１部材と第２部材との境界領域におけるシール性が高まる。第１部材および第２部材は金属でも良いし耐火物でも良い。従って、第１部材と第２部材との組合わせは、耐火物と金属との組み合わせ、耐火物と耐火物との組み合わせ、金属と金属との組み合わせが例示される。金属としては、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、鋳鋼、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金が挙げられる。第１部材と第２部材との組合わせに金属が存在すれば、耐熱シール剤への熱伝導を高めることができる。
【００１４】
焼成前の耐熱シール剤において、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて配合できる。カイアナイトおよびアンダルサイトはシリマイト系鉱物である。ここで、焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスを１００％とするとき、質量比で、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方が０．０１〜４０％含有されている形態を採用できる。加熱されると、カイアナイトおよびアンダルサイトはそれぞれ膨張するため、シール層における膨張に伴うシール性を向上させることができる。シリマナイト族鉱物は、加熱により分解してムライトとシリカになると考えられている。ムライトは、シリマナイト族鉱物より比重が小さいため容積変化（膨張）を起こす。カイアナイトおよびアンダルサイトの粒径が大きいほど、残存膨張は大きくなり、粒径が小さくなると、ほとんど残存膨張に関する効果が得られなくなる。
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１を参照しつつ説明する。吹き込みノズル（タンディッシュ上部ノズル，高温組付体）は、高温の溶湯（例えば溶鋼）を保持する溶湯容器であるタンデッシュの底側に装備されるものであり、ガス透過性を有する筒状ポーラス耐火物１Ｘ（第１部材および第２部材のうちの一方）と、ポーラス耐火物１Ｘを包囲する金属製（鉄系）の筒状の外側鉄皮６（第１部材および第２部材のうちの他方）とを有する。筒状ポーラス耐火物１Ｘの内部には、リング状のガスプール１９が形成されている。ガスプール１９に吹込ガスを供給する下段ガス導入通路としてのガス導入パイプ５が設けられている。筒状ポーラス耐火物１Ｘには、上下方向にのびる溶湯通過用の通路７が縦方向に沿って形成されている。ポーラス耐火物１Ｘは、ガスを透過できる多数の連通細孔を有しており、材料としては、例えば、アルミナ系、マグネシア系、ジルコニア系等を例示できる。
【００１６】
図１に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘと筒状の外側鉄皮６との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部の上部においてこれを１周するようにリング状に形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗには、未焼成の耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、予熱時の加熱、使用（搬入）前の加熱、または使用時の加熱等により焼成（合成）される。これにより耐熱セラミックスプール部１Ｒが軸線Ｐ１回りのリング状に形成される。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、焼成（合成）により径方向および高さ方向に残存膨張として膨張する。この結果、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部６ｕとの境界領域をシールする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは、外側鉄皮６の厚みよりも厚く、径方向への残存膨張量が良好に確保される。この結果、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部との境界領域を良好にシールできる。この結果、ガスプール１８などに吹き込まれたガスが当該境界領域から外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが抑制される。鉄皮６（組付体）の全高寸法をＨＡとして示し、高さ寸法の中央位置をＨｍとして示し、高さ寸法のうち下端６ｄから２／３の位置をＨｘとして示す。図１に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置にする。従って、耐熱セラミックスプール部１Ｒは、鉄皮６のうち上端６ｕｐに向かうにつれて縮径する円錐形状の上部６ｕに位置している。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。タンデッシュ内の溶湯により鉄皮６はこれの上側からも激しく加熱され、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。この結果、ガスプール１９などに吹き込まれたガスが外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが耐熱セラミックスプール部１Ｒにより抑制される。なお、鉄皮６の径方向の熱膨張は、筒状ポーラス耐火物１Ｘの径方向の膨張量に比較して小さいと考えられる。
【００１７】
上記した耐熱セラミックスプール部１Ｒを形成する焼成前の耐熱シール剤は、アルミナ（Al2O3）およびシリカ（SiO2）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤の組成については、質量比で、シリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、シリカ（SiO2）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水（分散媒）で練った耐熱シール剤を用いる。分散媒はアルコール等としても良い。そして、かかる耐熱シール剤を凹状プール部１Ｗに装填する。このように装填した状態で、吹き込みノズルの使用時には、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、例えば１４００〜１７００℃程度といった高温の溶湯が通路７を矢印Ａ１方向に流れる。このように高温組付体の使用時において高温の溶湯からの受熱で、シール剤には、（１）式のような反応が起こる。鉄皮６，耐火物１Ｘは伝熱性を有するため、シール剤の加熱に貢献できる。
２SiO2＋３Al2O3→３Al2O3・２SiO2 （１）
このように２モルのSiO2と３モルのAl2O3とでムライト（３Al2O3・２SiO2）が合成される。合成される３Al2O3・２SiO2（ムライト）は、体積が反応前より膨張する。更にムライトを生成させた耐熱セラミックスプール部１Ｒは、緻密体であるか、気孔を有していたとしても、気孔は閉じられることが好ましい。このように高温組付体であるガス吹き込みノズルの使用時の熱により、ムライト（３Al2O3・２SiO2）は合成され、体積が反応前より膨張するため、合成工程である加熱工程を別途実施せずとも良い。ここで、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径が小さい程、（１）式の合成反応が起こりやすい。このため、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径は小さい方がよい。シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、１００マイクロメートル以下が好ましく、３０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、３マイクロメートル以下が更に好ましく、１マイクロメートル以下が特に好ましい。
【００１８】
ある形態によれば、例えば、シリカ粒子（SiO2）の粒子粒径は３マイクロメートル以下または１マイクロメートル以下とされ、アルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、高密度で充填することを考慮し、７５〜１マイクロメートルとされていることが好ましい。ここで、焼成前の耐熱シール剤における組成は、シリカ（SiO2）が５〜５０質量％で、残部がアルミナ（Al2O3）であると、体積膨張の点で好ましい。さらに、シリカ（SiO2）が１０〜２０質量％で、残りがアルミナ（Al2O3）であると、更に好ましい。焼成前のシール剤のセラミックスは、質量比で、アルミナおよびシリカで実質的に９５％以上、９８％以上、１００％であることが好ましい。従って、焼成前（合成反応前）の耐熱シール剤は、マグネシア、ジルコニア等の他の成分を含有していない方が良いと考えられる。従って、耐熱シール剤のセラミックス組成としては、次の（ａ）〜（ｅ）ように例示できる。但しこれに限定されるものではない。
（ａ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を１５％の配合にできる。
（ｂ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、３マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を１５％の配合にできる。
（ｃ）１００マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１０％、３マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を２０％の配合にできる。但しこれに限定されるものではない。
（ｄ）５０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を６０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を２０％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を２０％の配合にできる。
（ｅ）３０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を５０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１０％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を４０％の配合にできる。%は質量％を意味する。ムライトに合成されなかったアルミナは、アルミナとして残存する。シール層におけるアルミナはシール層の耐熱性の向上に貢献できる。
【００１９】
次に、本実施形態のガス吹き込みノズルを連続鋳造において使用する際のガスの流れについて説明する。使用の際には、取鍋から移し替えられたタンディッシュ内の溶鋼等の溶湯は連鋳機に向けて流れるが、溶湯は、通路７内を下方（図１に示す矢印A1方向）に向けて流れる。この場合、ガス源からガス導入パイプ５にガス（例えばアルゴンガス等の不活性ガス）がそれぞれ供給される。ガス供給パイプ５に供給されたガスは、ガスプール１９を介してポーラス耐火物１Ｘのポーラス部分に供給され、内周面１Ｘｉから通路７内に向けて（矢印C1方向，B1方向）吹き出される。これによりタンディッシュスライディングノズル装置の摺動板、コレクターノズル、浸漬ノズルへのアルミナの付着が抑制される。また、耐熱セラミックスプール部１Ｒを形成する耐熱シール剤が、焼成により体積が増大して筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部と外側鉄皮６との境界領域に隙間を生じさせ難い組成を有している。このため使用中に高温になっても当該境界領域からガスが漏れ出し難くなる。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００２０】
図２は、耐熱シール剤の焼成（合成）で形成された耐熱セラミックスプール部１Ｒ付近を示す。ここで、外側鉄皮６の厚みをａ１とし、耐熱セラミックスプール部１Ｒの最大厚みをａ２とし、耐熱セラミックスプール部１Ｒの高さをｂとすると、耐熱セラミックスプール部１Ｒ付近のシール性を高める為には、ａ１＜ａ２の関係、ａ１＜ａ２＜ｂの関係が得られることが好ましい。但しこれに限定されるものではない。ａ２＜ｂであるため、耐熱セラミックスプール部１Ｒのシール距離（斜辺部１０１）がｂとして確保され、高いシール性が得られる。なお、耐熱セラミックスプール部１Ｒが形成される筒状ポーラス耐火物１Ｘは、多数の気孔を有するポーラス質であるため、膨張が気孔で吸収され、膨張量には限界がある。この点本実施形態によれば、合成により径方向および高さ方向に膨張する残存膨張を形成できるリング状の耐熱セラミックスプール部１Ｒで形成されているため、膨張量の確保ひいてはシール性の確保に有利である。
【００２１】
鉄皮６の上部６ｕ側では、筒状ポーラス耐火物１Ｘ（耐火物）の上部は円錐形状されており、鉄皮６の上端６ｕｐ側に向かうにつれて径方向（矢印ＤＡ方向）の厚みが小さくなる。この場合、環境条件が過酷であれば、筒状ポーラス耐火物１Ｘの強度が不足し、亀裂が発生するおそれがある。そこで図２に示すように、凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面ほぼ三角形状とされており、鉄皮６の内壁面に沿った斜辺部１０１と、筒状ポーラス耐火物１Ｘに対面する上側の斜辺部１０２と、筒状ポーラス耐火物１Ｘに対面する下側の斜辺部１０３と、斜辺部１０２および斜辺部１０３が交差する交差部１０４とをもつ。図２に示すように、斜辺部１０１の長さをＫ１として示し、斜辺部１０２の長さをＫ２として示し、斜辺部１０３の長さをＫ３として示す。Ｋ２＞Ｋ３の関係、Ｋ２＞Ｋ１＞Ｋ３の関係とされている。これにより耐熱セラミックスプール部１Ｒにおいて交差部１０４が相対的に下側に位置する。このため筒状ポーラス耐火物１Ｘのうち斜辺部１０２に対面する部分１Ｘ３（図２参照）の径方向（矢印ＤＡ方向）の厚みが確保される。Ｋ３／Ｋ２＝０．８以下、０．６以下、０．４以下が例示される。交差部１０４は丸みをもつことが好ましい。但し、亀裂等が問題にならないときには、Ｋ２＝Ｋ３、Ｋ３＞Ｋ２としても良い。場合によっては、凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面をほぼ台形状としても良い。
【００２２】
（実施形態２）
図３は実施形態２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、同様の作用効果を有する。図３に示すように、吹き込みノズル（タンディッシュ上部ノズル，高温組付体）は、相対的に上側に配置されたガス透過性を有する筒状上段ポーラス耐火物１と、上段ポーラス耐火物１よりも相対的に下側に配置されたガス透過性を有する筒状下段ポーラス耐火物２と、上段ポーラス耐火物１と下段ポーラス耐火物２との間に介装される筒状緻密質耐火物３と、上段ポーラス耐火物１に吹込ガスを供給する上段ガス導入通路としての上段ガス導入パイプ４と、下段ポーラス耐火物２に吹込ガスを供給する下段ガス導入通路としての下段ガス導入パイプ５と、上段ポーラス耐火物１、緻密質耐火物３及び下段ポーラス耐火物２の外周面を包囲して保持する金属皮体としての鉄皮として機能する筒形状をなす外側鉄皮６と、を備えている。これにより上下方向にのびる溶湯通過用の通路７を形成している。なお、１６は、上段ポーラス耐火物１の上方に積層された補助緻密質耐火物である。筒状ポーラス耐火物１Ｘと筒状の外側鉄皮６との間には、リング状の上段のガスプール１８が形成されている。筒状ポーラス耐火物１Ｘの内部には、リング状の下段のガスプール１９が形成されている。図２に示すように、緻密質耐火物３は、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとに分割されている。上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間には、耐熱シール剤が填装されてシール層８を形成している。上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周面には、焼嵌め等で取り付けられ鉄皮（内側金属皮体）９を備えている。鉄皮９は外側鉄皮６の内周側に位置している。この部分は二重鉄皮になっている。鉄皮６（第１部材）と鉄皮９（第１部材）との間にはシール層１７が介装されている。
【００２３】
上段ガス導入パイプ４は、先端部４aが緻密質耐火物３の外周部に沿って上向きになるように導入されている。上段ガス導入パイプ４の先端部４aは、リング状または筒状のガスプール１８を介して上段ポーラス耐火物１の外周部１ｐに連通している。鉄皮９の内周部と緻密質耐火物３の外周部との境界領域には、シール層８と同じ耐熱シール剤が填装されておりシール層８ｃを形成しており、ガスが漏れ出せないようになっている。下段ガス導入パイプ５は、先端部５aが横向きになるように導入され、リング状のガスプール１９を介して下段ポーラス耐火物２の外周部２ｐに連通している。上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２は、ガスを透過できる多数の連通細孔を有し、互いに同一材料または同系材料で形成されていることが好ましい。材料としては、例えば、アルミナ系、マグネシア系、ジルコニア系等を例示できる。緻密質耐火物３と補助緻密質耐火物１６とは、緻密となるように焼成された耐火物で形成されており、不焼成のキャスタブル層とは異なり、気孔率が極めて低く、ガス透過性が小さく、高い緻密性及び高い強度を有する。すなわち、緻密質耐火物３は、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２よりもガス透過性が小さく緻密性を有する。
【００２４】
シール層８，８ｃ，１７を形成する焼成前の耐熱シール剤は、アルミナ（Al2O3）およびシリカ（SiO2）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤の組成については、質量比で、シリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、シリカ（SiO2）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水またはアルコール等で練った耐熱シール剤を用いる。そして、かかる耐熱シール剤を、上段緻密質耐火物３a（第１部材）の下面３ｄと下段緻密質耐火物３b（第２部材）の上面３ｕとの間の境界領域に塗布しておく。筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に形成されている凹状プール部１Ｗにも耐熱シール剤を装填しておく。このように焼成前のシール剤を当該境域領域に塗布しておく。この状態の吹き込みノズルの使用時には、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、例えば１４００〜１６００℃程度といった高温の溶湯が通路７を矢印Ａ１方向に流れる。このように高温組付体の使用時において高温の溶湯からの受熱で、シール剤には、（１）式のような反応が起こる。鉄皮６，９，耐火物１，２，３a，３ｂ，１６は伝熱性を有するため、シール剤の加熱に貢献できる。
【００２５】
２SiO2＋３Al2O3→３Al2O3・２SiO2 （１）
このように２モルのSiO2と３モルのAl2O3とでムライト（３Al2O3・２SiO2）が合成される。合成される３Al2O3・２SiO2（ムライト）は、体積が反応前より膨張する。このように高温組付体であるガス吹き込みノズルの使用時の熱により、ムライト（３Al2O3・２SiO2）は合成され、体積が合成反応（焼成）前より膨張するため、合成工程である加熱工程を別途実施せずとも良い。ここで、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径が小さい程、（１）式の合成反応が起こりやすい。このため、シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径は小さい方がよい。シリカ粒子（SiO2）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、１００マイクロメートル以下が好ましく、３０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、３マイクロメートル以下が更に好ましく、１マイクロメートル以下が特に好ましい。
【００２６】
ある形態によれば、例えば、シリカ粒子（SiO2）の粒子粒径は３マイクロメートル以下または１マイクロメートル以下とされ、アルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、高密度で充填することを考慮し、７５〜１マイクロメートルとされていることが好ましい。ここで、焼成前の耐熱シール剤における組成は、シリカ（SiO2）が５〜５０質量％で、残部がアルミナ（Al2O3）であると、体積膨張の点で好ましい。さらに、シリカ（SiO2）が１０〜２０質量％で、残りがアルミナ（Al2O3）であると、更に好ましい。焼成前のシール剤のセラミックスは、質量比で、アルミナおよびシリカで実質的に９５％以上、９８％以上、１００％であることが好ましい。
【００２７】
次に、本実施形態のガス吹き込みノズルを連続鋳造において使用する際のガスの流れについて説明する。使用の際には、取鍋から移し替えられたタンディッシュ内の溶鋼等の溶湯は連鋳機に向けて流れるが、溶湯は、通路７内を下方（図１に示す矢印A1方向）に向けて流れる。この場合、ガス源から上段ガス導入パイプ４、下段ガス導入パイプ５にガス（例えばアルゴンガス等の不活性ガス）がそれぞれ供給される。上段ガス導入パイプ４に供給されたガスは、ガスプール１８を介して上段ポーラス耐火物１のポーラス部分に供給され、上段ポーラス耐火物１の内周面１ｉから通路７内に向けて（矢印B1方向に）吹き出される。これによりノズル上部へのアルミナの付着が抑制される。下段ガス供給パイプ５に供給されたガスは、ガスプール１９を介して下段ポーラス耐火物２のポーラス部分に供給され、下段ポーラス耐火物２の内周面２ｉから通路７内に向けて（矢印C1方向に）吹き出される。これによりタンディッシュスライディングノズル装置の摺動板、コレクターノズル、浸漬ノズルへのアルミナの付着が抑制される。
【００２８】
さて本実施形態によれば、図３に示すように、筒状の緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に１周するようにリング状に形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒとなる。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、鉄皮６の厚みよりも厚くされており、軸線Ｐ１回りでリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部との境界領域をシールしている。このため、ガスプール１８からのガスが当該境界領域から、即ち、外側鉄皮６の上部から外部に漏れることが抑制されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置にする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。タンデッシュに保持されている高温の溶湯により鉄皮６はこれの上側からも激しく加熱される。鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒される。このため、シール性を高めることが好ましいためである。ガスプール１８からのガスが外側鉄皮６の上部から外部に漏れることが抑制されている。場合によっては、セラミックスプール部１Ｒは位置Ｈｘと位置Ｈｍとの間に位置していても良い。図３に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒを保持する緻密質耐火物１６は緻密質であり、気孔率は極めて小さい。このため、耐熱セラミックスプール部１Ｒの径方向の膨張量が緻密質耐火物１６によって吸収されることが抑制され、シール性を高めるのに貢献できる。
【００２９】
緻密質耐火物３は、不焼成のキャスタブルと異なり、予め焼成された緻密な焼成耐火物で形成されているためガス透過性が小さいが、僅かながらガスが透過することもある。すなわち、上段ポーラス耐火物１に供給されたガスの一部が上段緻密質耐火物３a内を透過して下段緻密質耐火物３bに漏れ出そうとすることもある。同様に、下段ポーラス耐火物２に供給されたガスの一部が下段緻密質耐火物３b内を透過して上段緻密質耐火物３aに漏れ出そうとすることもある。しかし本実施形態によれば、上段緻密質耐火物３aの下面３ｄと下段緻密質耐火物３bの上面３ｕとの境界領域にはシール層８が介在している。このため、上段緻密質耐火物３aから下段緻密質耐火物３bへの漏れ出しがブロックされる。且つ、下段緻密質耐火物３bから上段緻密質耐火物３aへの漏れ出しがブロックされる。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給をそれぞれ独立して行うことができる。
【００３０】
また、シール層８を形成する耐熱シール剤が、焼成により体積が増大して上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの境界領域に隙間を生じさせ難い組成を有している。このため使用中に高温になってもシール層８からガスが漏れ出し難くなる。また、上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周面を包囲する金属皮体として鉄皮９が設けられている。そして、シール層８の外周縁部８ｐが鉄皮９の内周壁に当接しているので、上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周に沿ってガスが流れることが抑制される。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給を一層独立して行うのに有利となる。また、パイプ４と接する鉄皮９及び緻密質耐火物３との間には、シール層８と同じ耐熱シール剤で形成されたシール層８ｃが填装されている。このためパイプ４の外側を通ってガスが漏れ出せないようになっている。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給を一層独立して行うことができる。
【００３１】
また本実施形態によれば、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間に耐熱シール剤が填装されてシール層８を形成するので、上段ポーラス耐火物１と上段緻密質耐火物３aからなる上段部の組と、下段ポーラス耐火物２と下段緻密質耐火物３bとからなる下段部の組とを、シール層８を形成する耐熱シール剤で接着して組み立てることができる。また本実施形態によれば、前述したように、鉄皮６（第１部材および第２部材のうちの一方）と鉄皮９（第１部材および第２部材のうちの他方）との間にも、耐熱シールで形成されたシール層１７が介装されている。シール層１７を形成する耐熱シール剤に有効成分として含有されているシリカ粒子（SiO2）およびアルミナ粒子（Al2O3）が配合されている。更に外側鉄皮６（第１部材および第２部材のうちの一方）の下部６ｄと下段ポーラス耐火物２（第１部材および第２部材のうちの他方）との境界領域においても、耐熱シール剤を塗布して形成されたシール層２０が形成されている。更にまた、外側鉄皮６（第１部材）の上部６ｕの内周部と上段ポーラス耐火物１（第２部材）の外周部との境界領域においても、外側鉄皮６（第１部材）の上部６ｕの内周部と補助緻密室耐火物１６（第２部材）の外周部との境界領域においても、耐熱シール剤を塗布して形成されたシール層２５が形成されている。
【００３２】
そして、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５を構成するシール剤は、上記した耐熱シール剤で形成されている。このため吹き込みノズルの使用時において、高温の溶鋼等の溶湯が通路７を通過するため、溶鋼等の溶湯の熱からの伝熱により、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５が高温に加熱される。よって、当該シール剤を構成するシリカ粒子（SiO2）およびアルミナ粒子（Al2O3）がムライトを合成して膨張する。このため上記したシール層８，８ｃ，１７，２０，２５におけるシール性も高めることができる。場合によっては、使用前の予熱または組付体の搬入前の加熱により、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５が高温に加熱されることにしても良い。なお上述したように、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５は本実施形態に係る耐熱シール剤で形成されているが、これに限らず、シール層８，８ｃ，１７，２０，２５のうちの少なくともいずれか一つについて、本実施形態に係る耐熱シール剤で形成されており、残りを公知のシール剤（モルタル等）で形成することにしても良い。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００３３】
（実施形態３）
図４は実施形態３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、同様の作用効果を有する。前記した図３に示す実施形態では、緻密質耐火物３は、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとに分割されている。そして上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間には、上記したように焼成されるとムライトを合成する耐熱シール剤が填装されてシール層８が形成されている。但し本実施形態では、図４に示すように、緻密質耐火物３は、実施形態１に係る上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとが一体化された形状とされているため、実施形態１のシール層８は形成されていない。本実施形態においても、耐熱セラミックスプール部１Ｒ、シール層８ｃ，１７，２０，２５は、本実施形態に係るムライトを形成する耐熱シール剤で形成されている。すなわち、本実施形態においても、図４に示すように、筒状の緻密質耐火物１６と筒状の外側鉄皮６との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に１周するように形成されている。組付時に凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒとなり、径方向および高さ方向に膨張する。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、鉄皮６の厚みよりも厚く、軸線Ｐ１回りでリング状に形成されている。
【００３４】
この結果、耐熱セラミックスプール部１Ｒは、径方向および高さ方向に膨張して緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域をシールする。このため、ガスプール１８のガスが当該境界領域から鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが抑制されている。図４に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置にする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。鉄皮６はこれの上側からも激しく加熱されるため、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。図４に示すように、緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部とは、上部に向かうにつれて縮径する円錐形状をなしている。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００３５】
（実施形態４）
実施形態４は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。耐熱セラミックスプール部１Ｒなどを形成する焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスを１００％とするとき、質量比で、シリカ粒子（SiO2）が０．１〜３０％、アルミナ粒子（Al2O3）が５０〜７０％、アンダルサイトおよびカイアナイトのうちの一方または双方の粒子が０．１〜２０％（０．１〜１０％，０．１〜５０％）含有されている。加熱されると、アンダルサイトおよびカイアナイト（カイヤナイトともいう）はアルミニウムケイ酸塩（Al2SiO5）であり、加熱されると膨張するため、使用中に膨張して、シール性を更に向上させることができる。アンダルサイトまたはカイアナイトの粒子の粒径としては、必要に応じて選択でき、１〜１０００マイクロメートル、１〜１００マイクロメートル、５〜５０マイクロメートルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。カイアナイトおよびアンダルサイトの粒径が大きいほど、残存膨張は大きくなり、粒径が小さくなると、ほとんど残存膨張に関する効果が得られなくなる。場合によっては、アンダルサイトおよび／またはカイアナイトの粒子の配合割合は質量比で１〜３０％とすることもできる。アンダルサイトまたはカイアナイトの粒子が過大であると、均質な組織が得られにくい。なお、アンダルサイトまたはカイアナイトの添加量を増やすと、焼成後において残存線変化率は大きくなり、膨張が継続すると考えられる。ただし、アンダルサイトまたはカイアナイトの添加量が過剰に多くなると、残存膨張が大きくなりすぎ、しかも、膨張が継続して組織が脆弱化し、剥落発生の恐れが生じる。
【００３６】
（実施形態５）
実施形態５は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図４を準用する。但し、以下の点が相違する。本実施形態においては、耐熱セラミックスプール部１Ｒなどを形成する耐熱シール剤により合成されると体積膨張するセラミックスはスピネルである。従って耐熱シール剤においては、第１セラミックス粒子はマグネシアで形成され、第２セラミックス粒子はアルミナで形成されている。耐熱シール剤は、アルミナ（Al2O3）およびマグネシア（MgO）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤のセラミックス組成については、質量比で、マグネシア（MgO）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、マグネシア（MgO）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水で練った耐熱シール剤を用いることが好ましい。そして、かかる耐熱シール剤を、上段緻密質耐火物３a（第１部材）の下面３ｄと下段緻密質耐火物３b（第２部材）の上面３ｕとの間の境界領域に塗布しておく。このように焼成前のシール剤を当該境域領域に塗布しておく。この状態の吹き込みノズルの使用時には、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、例えば１４００〜１６５０℃程度といった高温の溶湯が通路７を矢印Ａ１方向に流れる。溶湯からの受熱でシール剤には（２）式のような反応が起こる。
【００３７】
MgO＋Al2O3→MgO・Al2O3 （２）
１モルのMgOと１モルのAl2O3とが焼成されてスピネルが合成される。スピネル（MgO・Al2O3）は、体積が反応前より膨張する。膨張は残存膨張として残る。このように高温組付体であるガス吹き込みノズルの使用時の熱により、スピネルは使用の際に合成され、体積が反応前より膨張するため、加熱工程（合成工程）を別途実施せずとも良い。ここで、マグネシア粒子（MgO）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径が小さい程、（２）式の合成反応が起こりやすい。このため、マグネシア粒子（MgO）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径は小さい方がよい。マグネシア粒子（MgO）とアルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、１００マイクロメートル以下が好ましく、５０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下が更に好ましく、１マイクロメートル以下が特に好ましい。
【００３８】
ある実施形態によれば、例えば、マグネシア粒子（MgO）の粒径粒径は１マイクロメートル以下とされ、アルミナ粒子（Al2O3）の粒径粒径は、高密度で充填することを考慮し、７５〜１マイクロメートルとされていることが好ましい。ここで、焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスについては、アルミナおよびシリカで実質的に９５％以上、９８％以上、１００％であることが好ましい。焼成前の耐熱シール剤におけるセラミックスについては、マグネシア（MgO）が１〜５０質量％で、残部がアルミナ（Al2O3）であると、体積膨張の点で好ましい。さらに、マグネシア（MgO）が１〜２０質量％で、残りがアルミナ（Al2O3）であると、更に好ましい。次の（ａ）〜（ｃ）の形態を採用できる。
（ａ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、１マイクロメートル以下のマグネシア粒子（MgO）を１５％の配合にできる。
（ｂ）７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、３マイクロメートル以下のマグネシア粒子（MgO）を１５％の配合にできる。
（ｃ）１００マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１０％、３マイクロメートル以下のマグネシア粒子（MgO）を２０％の配合にできる。但しこれに限定されるものではない。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００３９】
（実施形態６）
図５は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態においても、図５に示すように、筒状の緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、緻密質耐火物１６の円錐形状（上部に向かうにつれて縮径する円錐）の外周部に１周するように形成されている。鉄皮６の上部は、これの上端に向かうにつれて縮径するように円錐状とされている。ここで円錐形状は、上部に向かうにつれて縮径する円錐を意味する。組付時には、凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成されて膨張して耐熱セラミックスプール部１Ｒとなる。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、合成されると膨張するムライトまたはスピネルで形成されており、緻密質耐火物１６の円錐形状の上部と筒状の外側鉄皮６の円錐形状の上部との境界領域をシールしている。図５に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒを保持する緻密質耐火物１６は緻密質であり、ポーラス耐火物よりも気孔率は極めて小さい。このため、耐熱セラミックスプール部１Ｒの径方向の膨張量が緻密質耐火物１６によって吸収されることが抑制される。よって、シール性を高めるのに貢献できる。
【００４０】
図５に示すように、緻密質耐火物３は、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとに分割されている。そして上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間には、上記したように焼成されるとムライトを合成する耐熱シール剤が填装されてシール層８が形成されている。さらに図５に示すように、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの境界領域には、リング状の凹状プール部３Ｗが軸線Ｐ１回りで形成されている。組付時には、凹状プール部３Ｗには耐熱シール剤が装填されている。装填された耐熱シール剤は、使用時の熱によりムライトまたはスピネルとして焼成（合成）されて径方向および高さ方向に膨張し、耐熱セラミックスプール部３Ｒが形成される。この膨張は残存膨張としてその後においても存存する。この結果、外側鉄皮６の上部６ｕの上端６ｕｐに向かう付勢力ＦＡ（図５参照）が発生する。この結果、筒状の緻密質耐火物１６の円錐形状の外周部を、外側鉄皮６の円錐形状の内周部に接近または密接させるのに有利となる。このため、筒状の緻密質耐火物１６の円錐形状の外周部と外側鉄皮６の円錐形状の内周部との境界領域のシール性を一層高め得る。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００４１】
（実施形態７）
図６は実施形態７を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態においても、図６に示すように、筒状の緻密質耐火物１６と筒状の外側鉄皮６との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、筒状の緻密質耐火物１６の外周部において１周するように形成されている。組付時において、凹状プール部１Ｗには、未焼成または半焼成の耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒが形成される。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、軸線Ｐ１回りでリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、合成されると膨張するムライトまたはスピネルで形成されており、径方向および高さ方向に膨張し、結果として、筒状の緻密質耐火物１６の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域をシールしている。このためガスプール１８のガスが当該境界領域を介して鉄皮６の上端６ｕｐ側から漏れることが抑制されている。
【００４２】
さらに本実施形態によれば、図６に示すように、筒状上段ポーラス耐火物１と補助緻密質耐火物１６との境界領域には、リング状の凹状プール部１６Ｗが軸線Ｐ１回りで形成されている。凹状プール部１６Ｗには未焼成の耐熱シール剤が装填されている。装填された耐熱シール剤は、使用時の熱により焼成（合成）されると、ムライトまたはスピネルを形成して径方向および高さ方向に膨張し、耐熱セラミックスプール部１６Ｒを形成する。この膨張は残存膨張として存存する。この結果、外側鉄皮６の上端６ｕｐに向かう付勢力ＦＡ（図６参照）を発揮する。この結果、補助緻密質耐火物１６の円錐形状（上部に向かうにつれて縮径する円錐）の外周部を、外側鉄皮６の円錐形状の内周部（上部に向かうにつれて縮径する円錐）に接近または密接させるのに有利となる。従って、補助緻密質耐火物１６の円錐形状の外周部と外側鉄皮６の円錐形状の内周部との境界領域のシール性を一層高め得る。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。図６に示すように、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において中央高さ位置Ｈｍよりも上側に位置にする。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において高さ方向の位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。タンデッシュ等の貯湯容器の下側に配置されている鉄皮６はこれの上側から激しく加熱され、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面をほぼ台形状とされているが、断面三角形状としても良い。
【００４３】
（実施形態８）
図７および図８は実施形態８を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施形態は、取鍋の底壁Ｗに埋設されるように取り付けられる吹き込みプラグ（高温組付体）に適用した場合である。吹き込みプラグは、耐火物層３０（第１部材および第２部材のうちの他方）と、耐火物層３０の外周部３０ｐを包囲する鉄皮３２（第１部材および第２部材のうちの一方）と、鉄皮３２の底部３２ｂに接続されたガス供給管３３とをもつ。耐火物層３０は、金属溶湯Ｍにハブリング用のガスを吹き込むガス通路３５と、耐火物層３０の下面３０ｄと鉄皮３２との間に形成され且つガス通路３５に連通するガスプール室３６とをもつ。耐火物層３０の外周部３０ｐと鉄皮３２の内周部３２ｉとの間には、耐熱シール剤が塗布されたシール層３８が形成されている。シール層３８を形成する耐熱シール剤のセラミックスは、実施形態１と同様に、アルミナ粒子（Al2O3）およびシリカ粒子（SiO2）を主要成分（有効成分）として含有する。耐熱シール剤のセラミックス組成については、質量比で、シリカ（SiO2）よりも多くのアルミナ（Al2O3）を含有すること好ましい。例えば、シリカ（SiO2）と、シリカ（SiO2）より多くのアルミナ（Al2O3）を含む材料を水で練った耐熱シール剤を用いることができる。そして、かかる耐熱シール剤を、耐火物層３０の外周部３０ｐ、および／または、鉄皮３２の内周部３２ｉに塗布しておく。このように焼成前のシール剤を当該境域領域に塗布しておく。その後、耐火物層３０および鉄皮３２を組み付ける。この状態の吹き込みプラグの使用すれば、吹き込みノズルは高温領域において維持される。この場合、吹き込みプラグは例えば１４００〜１７００℃程度といった高温の溶湯Ｍを貯留する取鍋の底壁Ｗに埋設されている。このため、溶湯Ｍからの受熱で加熱されたシール剤には、前記した（１）式のような反応が起こり、ムライトが合成される。このため耐火物層３０（第１部材および第２部材のうちの一方）の外周部３０ｐと鉄皮３２（第１部材および第２部材のうちの他方）の内周部３２ｉとの境界領域におけるシール性を高めることができる。必要に応じて、焼成前の耐熱シール剤にカイアナイトを配合させることもできる。
【００４４】
本実施形態によれば、図７に示すように、耐火物層３０と筒状の鉄皮３２との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗが形成されている。凹状プール部１Ｗは、耐火物層３０の外周部においてこれを１周するように形成されている。組付時において、凹状プール部１Ｗには耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり溶湯Ｍの熱により、焼成されて耐熱セラミックスプール部１Ｒが形成される。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒは、合成されると膨張するムライトで形成されており、径方向および高さ方向に膨張する。この結果、耐火物層３０の外周部の上部と鉄皮３２の内周部の上部との境界領域をシールするシール性を高める。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮３２の高さ寸法の中央の位置Ｈｍよりも上側に位置にする。鉄皮３２はこれの上側からも激しく加熱されるため、鉄皮６の上側は激しい高温環境に晒されるため、シール性を高めることが好ましいためである。
【００４５】
図７に示すように凹状プール部１Ｗおよび耐熱セラミックスプール部１Ｒの断面ほぼ三角形状とされており、鉄皮３２の内壁面に沿った斜辺部１０１と、上側の斜辺部１０２と、下側の斜辺部１０３と、交差部１０４とをもつ。そして斜辺部１０２の長さは長いため交差部１０４が相対的に下側に位置する。このため耐火物層３０のうち斜辺部１０２に対面する部分３０ｘ（図７参照）の径方向（矢印ＤＡ方向）の厚みが確保される。
【００４６】
（実施形態９）
本実施形態は前記した図７および図８に示す実施形態８と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図７および図８を準用する。耐熱シール剤は、シール層３８および耐熱セラミックスプール部１Ｒを形成する。耐熱シール剤は、実施形態１と同様に、アルミナ粒子（Al2O3）およびマグネシア粒子（MgO）を主要成分（有効成分）として含有しており、使用時の熱により合成されてスピネルを形成する。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。
【００４７】
（実施形態１０）
図９は実施形態１０を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図９に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘ（耐火物）の外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、軸線Ｐ１回りのリング状の凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２が形成されている。凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２は、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部に１周するように形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２に耐熱シール剤が装填されている。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成（合成）されて耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２を形成する。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されており、焼成より膨張するムライトまたはスピネルで形成されている。この耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、筒状ポーラス耐火物１Ｘの円錐形状の外周部の上部と筒状の外側鉄皮６の円錐形状の内周部の上部６ｕとの境界領域をシールしている。殊に、耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、外側鉄皮６の厚みよりも厚く、径方向（軸線Ｐ１に対して直交する方向）への残存膨張量が良好に確保される。この結果、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部の上部と、筒状の外側鉄皮６の上部６ｕとの境界領域を良好にシールできる。ここで、上部は、鉄皮６の高さ寸法ＨＡの半分の高さ位置Ｈｍよりも上側を意味する。耐熱セラミックスプール部１Ｒは鉄皮６において位置Ｈｍよりも上側に位置する。殊に、位置Ｈｘよりも上側に位置することが好ましい。この結果、ガスプール１９などに吹き込まれたガスが当該境界領域から外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが効果的に抑制される。筒状ポーラス耐火物１Ｘは多数の気孔を有するポーラス質であるため、膨張が気孔で吸収されるため、膨張には限界がある。この点本実施形態によれば、リング状の耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２が位置Ｈｍよりも上側において高さ方向に複数段（２段）で形成されているため、膨張量の確保に有利である。
【００４８】
図９に示すように、上側の耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の厚みをａ１１として示す。下側の耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の厚みをａ１２として示す。この場合、ａ１１＞ａ１２の関係とされている。筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部と筒状の外側鉄皮６の上部との境界領域を良好にシールできる。使用時には鉄皮６は上方からも激しく加熱されるため、鉄皮６の上部はより激しい環境に晒される。このためａ１１＞ａ１２の関係により耐熱シール剤の効果をより効果的に発揮することができる利点が得られる。この結果、ガスプール１９などに吹き込まれたガスが当該境界領域から外側鉄皮６の上端６ｕｐ側に漏れることが抑制される。耐熱シール剤は実施形態１と同様に、使用時の熱により合成されてムライトまたはスピネルを形成する。なお、焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。但し使用環境によっては、ａ１１＜ａ１２、あるいは、ａ１１＝ａ１２の関係とされていても良い。
【００４９】
図９に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘの上部は円錐形状とされており、径方向（ＤＡ方向）の厚みが小さくされている。このため、筒状ポーラス耐火物１ＸのＤＡ方向の厚みをできるだけ確保すべく、相対的に上側に位置する凹状プール部１Ｗ１および耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の断面は、ほぼ三角形状とされている。但し、相対的に下側に位置する凹状プール部１Ｗ１および耐熱セラミックスプール部１Ｒ１の断面は、ほぼ四角形状または台形状とされている。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１は下側であるため、ポーラス耐火物１ＸのＤＡ方向の厚みを確保できるためである。
【００５０】
（実施形態１１）
図１０は実施形態１１を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図１０に示すように、筒状ポーラス耐火物１Ｘの外周部の上部には、これよりも気孔率が少なく緻密なリング状の緻密耐火物１Ｍが同軸的に設けられている。緻密耐火物１Ｍの外周部と筒状の外側鉄皮６の内周部との境界領域には、つまり、緻密耐火物１Ｍの外周部には、軸線Ｐ１回りにリング状の凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２が上下複数段に形成されている。凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２は、緻密耐火物１Ｍの外周部において１周するように形成されている。組付時には、凹状プール部１Ｗ１，１Ｗ２には未焼成（未合成）の耐熱シール剤が装填されている。焼成前の耐熱シール剤は、カイアナイトおよびアンダルサイトのうちの少なくとも一方を必要に応じて含有できる。この耐熱シール剤は、使用時の熱により、つまり通路７を通過する溶湯の熱により、焼成（合成）されて耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２を上下に形成する。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２は、軸線Ｐ１回りのリング状に形成されており、焼成より膨張するムライトまたはスピネルで形成されている。耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２の内周側は、高い緻密性をもつ緻密耐火物１Ｍとされているため、耐熱セラミックスプール部１Ｒ１，１Ｒ２の径方向の膨張は良好に確保され、前記した境界領域におけるシール性が向上する。
【００５１】
（試験例）
耐熱セラミックスプール部１Ｒなどを形成する耐熱シール剤について試験を行った。この試験例では、耐熱シール剤のうちセラミックスは、質量比で、７５マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を７０％、１０マイクロメートル以下のアルミナ粒子（Al2O3）を１５％、１マイクロメートル以下のシリカ粒子（SiO2）を１５％の配合にされていた。そして分散媒である水とセラミックスとを混合して耐熱シール剤が形成されていた。第１部材（材質：ハイアルミナ）と第２部材（材質：ハイアルミナ）との境界領域にこの耐熱シール剤を塗布した。塗布厚みは１ミリメートルとした。そして、外側からバーナの燃焼火炎で１５００℃に加熱しつつ、ガスを入口から出口に向けて流した。そして出口から排出されるガスのリーク流量を測定した。ノズルの背圧については０．２ｋｇ／ｃｍ２を保持した。比較例として、従来から使用しているモルタルを使用し、試験例と同様な条件で試験を行った。
【００５２】
試験結果を図１１に示す。図１１において●印は本発明の試験例を示す。◆は比較例を示す。図１１の◆印として示すように、比較例では、試験開始から２０分間を経過した頃から、リークするガス流量が増加している。また図１１の●印として示すように、試験例では、試験開始から１２０分間を経過しても、リークするガス流量は増加していない。このことから本発明に係る耐熱シール剤は高温領域における高いシール性が安定して得られることがわかる。
【００５３】
試験開始から１２０分間経過したシール層の一例について光学顕微鏡で観察した。その結果を図１２に示す。図１２に示すように、ノズル本体にシール層は密着していた。ノズル本体とシール層との境界をみると、一部に溶融が発生している可能性があるとも推定される。微細なシリカ粒子が溶融したものと考えられる。シール層に島状の気孔（黒色部分）が発生しているが、気孔は開放気孔ではなく、閉鎖気孔とされていた。このことからも本発明のシール層のシール性が向上していることがわかる。ムライト合成により反応前よりも体積膨張が影響しているものと推察される。閉鎖気孔は体積膨張に有利と考えられる。またシール層において気孔以外のセラミックス部分は緻密であった。このことからも本発明のシール層のシール性が更に向上していることがわかる。
【００５４】
（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。第１部材と第２部材との組み合わせは、耐火物−耐火物、金属−金属、耐火物−金属、金属−耐火物の組み合わせでも良いものである。耐熱シール剤としてモルタル(mortar)としても良い。モルタルは、砂（細骨材）とセメントと水とを練り混ぜて作るバインダである。本発明の高温組付体の用途としても、溶鋼、溶銑、アルミニウム溶湯、チタン溶湯等の金属溶湯が使用される高温領域、高温のガスに晒される高温領域などに広く使用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１Ｘは筒状ポーラス耐火物、１Ｗは凹状プール部、１Ｒは耐熱セラミックスプール部、１は上段ポーラス耐火物、２は下段ポーラス耐火物、３は緻密質耐火物、３ａは上段緻密質耐火物、３bは下段緻密質耐火物、４は上段ガス導入通路、５は下段ガス導入通路、６は外側鉄皮、７は通路、８はシール層、９は鉄皮を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または耐火物で形成された第１部材と、前記第１部材に対向する金属または耐火物で形成された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との境界領域に配置されるように前記第１部材および前記第２部材のうちの少なくとも一方に形成された凹状プール部と、前記凹状プール部に装填され使用時の熱により合成されて体積膨張する耐熱シール剤を焼成して形成された耐熱セラミックスシール部とを具備することを特徴とする高温組付体。
【請求項２】
請求項１において、合成されると体積膨張するセラミックスはムライトであり、前記耐熱シール剤は第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子を含み、前記第１セラミックス粒子はシリカで形成され、前記第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることを特徴とする高温組付体。
【請求項３】
請求項１において、合成されると体積膨張するセラミックスはスピネルであり、前記耐熱シール剤は第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子を含み、前記第１セラミックス粒子はマグネシアで形成され、前記第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることを特徴とする高温組付体。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記第１セラミックス粒子および前記第２セラミックス粒子の一方の粒径は、３０マイクロメートル以下であり、他方の粒径は２００マイクロメートル以下であることを特徴とする高温組付体。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記耐熱シール剤におけるセラミックスを１００％とするとき、質量比で、アンダルサイトおよびカイアナイトのうちの一方または双方が０．０１〜４０％含有されていることを特徴とする高温組付体。
【請求項６】
合成されると体積膨張する複数種類のセラミックス粒子を含有する耐熱シール剤と、第１部材と、第２部材とを用意する第１工程と、
前記第１部材と前記第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に前記耐熱シール剤を装填させた状態で、少なくとも前記第１部材と前記第２部材とを組み付けて組付体を形成する第２工程と、
前記組付体の前記第１部材と前記第２部材との境界領域に形成された前記凹状プール部に前記耐熱シール剤を装填させた状態で、前記組付体の使用時における前記組付体の使用温度、前記組付体の使用前における前記組付体の予熱温度、前記組付体の搬入前における前記組付体の加熱温度のうちのいずれか少なくとも一つで前記耐熱シール剤を加熱して焼成させ、前記複数種類のセラミックス粒子を合成させて体積膨張する合成セラミックスを形成して前記組付体の前記第１部材と前記第２部材との境界領域をシールする第３工程とを含むことを特徴とする高温組付体の製造方法。
【請求項１】
金属または耐火物で形成された第１部材と、前記第１部材に対向する金属または耐火物で形成された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との境界領域に配置されるように前記第１部材および前記第２部材のうちの少なくとも一方に形成された凹状プール部と、前記凹状プール部に装填され使用時の熱により合成されて体積膨張する耐熱シール剤を焼成して形成された耐熱セラミックスシール部とを具備することを特徴とする高温組付体。
【請求項２】
請求項１において、合成されると体積膨張するセラミックスはムライトであり、前記耐熱シール剤は第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子を含み、前記第１セラミックス粒子はシリカで形成され、前記第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることを特徴とする高温組付体。
【請求項３】
請求項１において、合成されると体積膨張するセラミックスはスピネルであり、前記耐熱シール剤は第１セラミックス粒子および第２セラミックス粒子を含み、前記第１セラミックス粒子はマグネシアで形成され、前記第２セラミックス粒子はアルミナで形成されていることを特徴とする高温組付体。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記第１セラミックス粒子および前記第２セラミックス粒子の一方の粒径は、３０マイクロメートル以下であり、他方の粒径は２００マイクロメートル以下であることを特徴とする高温組付体。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記耐熱シール剤におけるセラミックスを１００％とするとき、質量比で、アンダルサイトおよびカイアナイトのうちの一方または双方が０．０１〜４０％含有されていることを特徴とする高温組付体。
【請求項６】
合成されると体積膨張する複数種類のセラミックス粒子を含有する耐熱シール剤と、第１部材と、第２部材とを用意する第１工程と、
前記第１部材と前記第２部材との境界領域に形成された凹状プール部に前記耐熱シール剤を装填させた状態で、少なくとも前記第１部材と前記第２部材とを組み付けて組付体を形成する第２工程と、
前記組付体の前記第１部材と前記第２部材との境界領域に形成された前記凹状プール部に前記耐熱シール剤を装填させた状態で、前記組付体の使用時における前記組付体の使用温度、前記組付体の使用前における前記組付体の予熱温度、前記組付体の搬入前における前記組付体の加熱温度のうちのいずれか少なくとも一つで前記耐熱シール剤を加熱して焼成させ、前記複数種類のセラミックス粒子を合成させて体積膨張する合成セラミックスを形成して前記組付体の前記第１部材と前記第２部材との境界領域をシールする第３工程とを含むことを特徴とする高温組付体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−５５９４４（Ｐ２０１２−５５９４４Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０３０７９（Ｐ２０１０−２０３０７９）
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（０００２２０７６７）東京窯業株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（０００２２０７６７）東京窯業株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]