(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす主耐火物層と、前記主耐火物層の上側に配置された副耐火物層と、前記主耐火物層の上端部および前記副耐火物層の外側を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、
前記鉄皮は、少なくとも常温領域において、前記主耐火物層の上端部を前記副耐火物層に向けて付勢させることにより、前記主耐火物層の前記上端部と前記副耐火物層との境界域における隙間の生成を抑制する付勢構造を備え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、前記鉄皮のうち前記主耐火物層の前記上端部を覆う鉄皮部分は、少なくとも常温領域において、前記軸長方向において圧縮状態とされており、前記圧縮状態により前記主耐火物層の上端部を前記副耐火物層に向けて付勢させ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または２において、前記鉄皮は、前記主耐火物層の前記上端部を覆う第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することを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項４】
請求項１において、前記鉄皮は、少なくとも常温領域において、前記主耐火物層の前記上端部を前記副耐火物層に向けて付勢させる付勢要素を有することを特徴とする溶湯通過ノズル。
【請求項５】
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主耐火物層と、前記主耐火物層の上側に配置される副耐火物層と、前記主耐火物層の上端部および前記副耐火物層を被覆可能な鉄皮とを用意する工程と、
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、前記主耐火物層のうち、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前記上端部を、前記副耐火物層に向けて付勢させることにより、前記主耐火物層の上端部と前記副耐火物層との境界域における隙間の生成を抑制す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６】
請求項５において、前記鉄皮は、主耐火物層の上端部を覆う第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前記主耐火物層および前記副耐火物層を前記鉄皮に組み付けつつ、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、前記主耐火物層のうち、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前記上端部を、前記副耐火物層に向けて付勢させることにより、前記主耐火物層の前記上端部と前記副耐火物層との境界域における隙間の生成を抑制することを特徴とする溶湯通過ノズルの製造方法。
【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）軸長方向に沿った溶湯通過孔を有する筒状をなす主耐火物層と、（ｉｉ）主耐火物層の上側に配置された副耐火物層と、（ｉｉｉ）主耐火物層の上端部および副耐火物層の外側を覆う鉄皮とを具備する溶湯通過ノズルにおいて、（ｉｖ）鉄皮は、少なくとも常温領域において、主耐火物層の上端部を副耐火物層に向けて付勢させることにより、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の生成を抑制する付勢構造を備えている。
【０００６】
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、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域において隙間が生成され、その隙間幅が増加するおそれがある。この点本発明によれば、鉄皮は、少なくとも常温領域において、主耐火物層の上端部を副耐火物層に向けて付勢させることにより、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の生成を抑制する付勢構造を備えている。このため常温領域において、主耐火物層の上端部が副耐火物層に密接する方向に変位する。故に、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の生成が抑制される。従って、使用時において、溶湯通過ノズルが昇温されたとしても、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の隙間幅が増加することが抑制される。この結果、上記した隙間に溶鋼等の溶湯が差し込むことが抑制される。
【０００７】
（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主耐火物層と、主耐火物層の上側に配置される副耐火物層と、主耐火物層の上端部および副耐火物層を被覆可能な鉄皮とを用意する工程と、（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、主耐火物層のうち、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上端部を、副耐火物層に向けて付勢させることにより、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の生成を抑制する冷却工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
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。この結果、主耐火物層のうち、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上端部を、副耐火物層に向けて付勢させる。これにより主耐火物層の上端部を副耐火物層に密接させる方向に変位させる。このため常温領域において、主耐火物層の上端部が副耐火物層に密接する方向に変位する。故に、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の生成が抑制される。従って、使用時において、溶湯通過ノズルが昇温されたとしても、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の隙間幅が増加することが抑制される。この結果、上記した隙間に溶鋼等の溶湯が差し込むことが抑制される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用時において溶湯通過ノズルが昇温されたとしても、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の隙間幅が増加することが抑制される。この結果、上記した隙間に溶鋼等の溶湯が差し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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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。
【図７】実施形態３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８】実施形態５に係り、溶湯通過ノズルの要部の断面図である。
【図９】実施形態６に係り、溶湯通過ノズルの要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によれば、次の好ましい形態が採用できる。
・鉄皮のうち主耐火物層の上端部を覆う鉄皮部分は、少なくとも常温領域において、軸長方向において圧縮状態とされており、圧縮状態により主耐火物層の上端部を副耐火物層に向けて付勢させている。
・鉄皮は、主耐火物層の上端部を覆う第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具備する。
・鉄皮は、少なくとも常温領域において、主耐火物層の上端部を副耐火物層に向けて付勢させる付勢要素を有する。付勢要素はコイルバネ、板バネ、板バネ等のバネを例示できる。付勢要素を冷却ガス等の冷媒で冷却させる冷却通路をもつ冷却部を設けることができる。 
・鉄皮は、主耐火物層の上端部を覆う第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具備する。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。主耐火物層および副耐火物層を鉄皮に組み付けつつ、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ことが好ましい。冷却工程は、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、主耐火物層のうち、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上端部を、副耐火物層に向けて付勢させることにより、主耐火物層の上端部と副耐火物層との境界域における隙間の生成を抑制することが好ましい。
【００１２】
（実施形態１）
以下、図１〜図５を参照して本発明の実施形態１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。耐火物の材質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をもつ盤状の副耐火物層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、プレキャストブロックでも良い。
【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（上端部）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鍔面１１２を外周部にもつ。図２に示すように、拡開鍔面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の上端部である頭部１１０と副耐火物層１３とを外側から覆っている。
【００１４】
具体的には、図１に示すように、鉄皮４は、主耐火物層１１の頭部１１０および副耐火物層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。
【００１５】
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鍔部４２０をもつ。拡開鍔部４２０は、頭部１１０の円錐状の拡開鍔面１１２を覆うように、軸線Ｐ１回りを１周するリング状をなす。使用時を示す図１において、拡開鍔部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。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。
【００１６】
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鍔面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の円錐状の拡開鍔面１１２、第２鉄皮４２の円錐状をなす拡開鍔部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。
【００１７】
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とを外方から覆っている。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の上側の表面１００ｓと副耐火物層１３の下側の表面１３ｓとは、シール性が高い薄肉のシール耐火物層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、溶鋼等の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。
【００１８】
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）において圧縮状態とされている。具体的には、主耐火物層１１の頭部１１０を覆う第１鉄皮４１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の頭部１１０を覆う第１鉄皮４１の延設筒部４３０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。
【００１９】
これにより頭部１１０を副耐火物層１３に密接させる方向に付勢力が得られる。
【００２０】
次に、製造過程について説明を加える。まず、図４に示すように、常温領域において、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の表面１３０が基台９の設置面９０に載せられる。第１鉄皮４１の筒状の開口４１ｗは上向きとされる。そして常温領域において、図５に示すように、筒形状をなす主耐火物層１１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。また、常温領域において、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シール耐火物層１１５を介して密接される。場合によっては、シール性が確保されれば、シール耐火物層１１５を形成せずとも良い。
【００２１】
次に、図５に示すように、リング体４３の係合面４３ｍを下向きにさせる。そして、常温領域において、装填材料４８と頭部１１０の円錐リング状の拡開鍔面１１２と第２鉄皮４２の円錐リング状の拡開鍔部４２０とに、リング体４３の係合面４３ｍが係合するように、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（図５参照）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°の範囲内にできるが、これらに限定されるものではない。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。
【００２２】
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とはシール耐火物層１１５（例えばモルタル材）を介して密接される。
【００２３】
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、通電加熱等を例示できる。延設筒部４３０の加熱温度としては２００〜１２００℃、３００〜１０００℃、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、真空雰囲気にいずれでも良い。
【００２４】
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溶接部４９により拘束される。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の熱収縮に伴い、副耐火物層１３に向けて付勢される付勢力を発揮させる。このため、常温領域においては、頭部１１０が副耐火物層１３に付勢され、頭部１１０と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおける隙間１５の生成が抑制される。
【００２５】
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、前述したように、主耐火物層１１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）が常温領域において副耐火物層１３に向かうように付勢され、頭部１１０と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおける隙間１５の生成が抑制されている。従って、使用時において溶湯通過ノズルが高温に加熱されるときであっても、頭部１１０と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおける隙間１５の生成が抑制される。隙間１５が形成されるとしても、その隙間幅は抑制される。このため使用時において主耐火物層１１と副耐火物層１３との間に溶鋼等の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。なお、溶湯通過ノズルの使用時には、鉄皮４の延設筒部４３０も昇温されて熱膨張するおそれがある。このような場合であっても、使用時における付勢力は常温領域における付勢力よりも減少するおそれがあるが、頭部１１０と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおける隙間１５の隙間幅の過剰増加は抑制される。
【００２６】
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を加熱させることが好ましい。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が炭素鋼や合金鋼等の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の延設筒部４３０に磁束を集中的に透過させることができるため、鉄皮４の延設筒部４０を局部的に且つ集中的に加熱でき、鉄皮４の延設筒部４０の熱膨張の増加に貢献できる。なお、鉄皮４を通電加熱させる場合には、複数の通電用の電極を鉄皮４に電気的に接触させた状態で、電極から鉄皮４に交流または直流を通電でき、ジュール熱で高温領域に発熱させる。
【００２７】
本実施形態によれば、図５に示すように、頭部１１０の拡開鍔面１１２、第２鉄皮４２の拡開鍔部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（図５参照）に加圧すれば、くさびの原理により、図５における下方（副耐火物層１３に向かう方向）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る調芯作用が得られるばかりか、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の表面１００ｓと副耐火物層１３の表面１３ｓ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。
【００２８】
上記したように、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（溶湯通過孔１０側）まで付勢力を与えるのに有利となる。よって、軸長方向における頭部１１１の全体の付勢化に貢献できる。よって、頭部１１０のうち溶湯が差し込む側の内周１００ｉ側（溶湯通過孔１０側）のシール性を高めることができる。従って、溶湯通過孔１０を流れる溶鋼等の溶湯が頭部１１０の内周１００ｉから境界域１５ｘに進入することが抑制される。
【００２９】
（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の拡開鍔面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。
【００３０】
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９３０をリング体４３の面４３ｕに強圧させる。これにより頭部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、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、副耐火物層１３に向かう付勢力が与えられる。特に、図６に示すように、拡開鍔部４２０、拡開鍔面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、副耐火物層１３に向かいつつ径内方向に向かう付勢力Ｆが得られる。換言すると、主耐火物層１１のうち第１鉄皮４１で包囲される頭部１１０および／または装填材料４８は、副耐火物層１３に向かう付勢力Ｆが与えられる。かかる付勢力Ｆにより、溶湯通過孔１０を流れる溶湯が差し込む側の内周１００ｉ側（溶湯通過孔１０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。
【００３１】
（実施形態３）  
図７は実施形態３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７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の拡開鍔部４２０Ｅおよび、拡開鍔部４２０Ｅの拡開鍔面１１２Ｅは、軸線Ｐ１に対してほぼ軸直角方向に拡開する鍔状をなし、軸線Ｐ１回りを１周するリング状をなす。このため軸線Ｐ１に沿った向きの付勢力Ｆが確保される。このため前述したように、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。
【００３２】
（実施形態４）  
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ため、図１〜図５を準用する。以下、異なる部分を中心として説明する。まず、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。この状態で、加熱要素８により第１鉄皮４１を高温領域に加熱させる。加熱要素８は、バーナ加熱、誘導加熱、通電加熱でも良い。その後、図５に示すように、主耐火物層１１を下方に向けて、主耐火物層１１の頭部１１０を、高温の第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。また、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を装填させる。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、高いシール性をもつシール耐火物層１１５を介して密接される。この場合、加熱要素８により第１鉄皮４１を適宜加熱させ、第１鉄皮４１の延設筒部４３０の高温状態および熱膨張状態を維持させると良い。
【００３３】
次に、図５に示すように、リング体４３の係合面４３ｍを下向きにさせる。そして、装填材料４８と頭部１１０の円錐リング状の拡開鍔面１１２と第２鉄皮４２の円錐リング状の拡開鍔部４２０とに、リング体４３の係合面４３ｍが係合するように、リング体４３を上からほぼ同軸的に載せる。その後、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とはシール耐火物層１１５（例えばモルタル材）を介して密接される。この場合、加熱要素８により第１鉄皮４１を適宜加熱させ、第１鉄皮４１の高温状態および熱膨張状態を維持させることができる。上記したように頭部１１０と副耐火物層１３とが密接している状態で、且つ、第１鉄皮４の延設筒部４３０が高温状態に加熱されて軸長方向（矢印Ｐ方向）に熱膨張している状態で、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溶接部４９により拘束される。溶接中においても、加熱要素８により第１鉄皮４１を適宜加熱させ、第１鉄皮４１の延設筒部４３０の高温状態および熱膨張状態を維持させると良い。
【００３４】
溶接後、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。第１鉄皮４１の延設筒部４３０の熱収縮に伴い、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、副耐火物層１３に向けて付勢される付勢力を発揮させる。このため、常温領域においては、頭部１１０が副耐火物層１３に付勢され、頭部１１０と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおける隙間１５の生成が抑制される。この場合、使用時に昇温されたとしても、頭部１１０と副耐火物層１３との境界域１５ｘにおける隙間１５の生成が抑制される。
【００３５】
（実施形態５）  
図８は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜４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８に示すように、鉄皮４にはリング体７３が同軸的に設けられている。リング体７３と主耐火物層１１との間には、バネで形成された付勢要素７７が介在されている。バネはコイルバネが例示されるが、板バネ、皿バネでも良い。バネは、頭部１１０の回りを連続的に１周する構造でも良いし、断続的に１周する構造でも良い。バネの材質は耐熱鋼等の金属、セラミックスが例示される。リング体７３の係合面７３０および主耐火物層１１の拡開鍔面１１２は、主耐火物層１１の径外方向（Ｄ１方向）に向かうにつれて上向きに移行するように円リング状に傾斜している円錐状傾斜面とされている。この結果、バネは、主耐火物層１１の頭部１１０を持ち上げ、頭部１１０を副耐火物層１３に向かわせつつ径内方向に向かう付勢力Ｆ２を発揮させる。付勢力Ｆ２により、前述したように、頭部１１０と副耐火物層１３との境界域における隙間を低減または解消できる。よって、常温時、または、溶湯通過ノズル装置を使用するときに昇温されるときにおいて、主耐火物層１１と副耐火物層１３との境界域において隙間の低減に一層貢献できる。よって隙間に溶湯が差し込むことが抑制される。
【００３６】
更に、図９に示す実施形態６に示すように、アルゴンガスや空気等に代表される冷却ガスなどの気相また液相状の冷媒を流す冷却通路７９をもつ冷却部７９ｗを鉄皮４に形成し、付勢要素７７の過熱を抑え、付勢要素７７のバネ力を確保させることにしても良い。冷却部７９ｗが溶接部４９付近に設けられていると、溶接部４９の過熱も抑制でき、溶接部４９の保護性も向上できる。
【００３７】
なお、図１〜図８に示す実施形態についても、同様の冷却部を形成して延設筒部４３０の過熱を抑制させ、延設筒部４３０の熱収縮による付勢力Ｆを確保させることにしても良い。例えば図７に示すように、冷却部７９ｗを鉄皮４の延設筒部４３０に設けても良い。この場合、使用時における延設筒部４３０の過熱が抑制され、延設筒部４３０の熱収縮による付勢力Ｆが確保され、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。よって溶湯が隙間１５に差し込むことが一層抑制される。
【００３８】
（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（溶融結合要素）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。リベット等の機械要素で結合させても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１は耐火物層、１０は溶湯通過孔、１１は主耐火物層、１３は副耐火物層、１１０は頭部、１１２は拡開鍔面、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、４３ｍは係合面、４３０は延設筒部、４８は装填材料、４９は溶接部、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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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