(57)【要約】  本発明は、冶金学的用途に対する耐火性セラミック鋳造ノズルに関する。用語「ノズル」は、すべてのタイプの実質的に管形状の耐火性部品を含み、耐火性部品は、金属溶融物が対応する鋳造流路を通じて流れることを可能にする。これは、とりわけ、いわゆる浸漬型入口ノズル（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ｅｎｔｒｙ  ｎｏｚｚｌｅ：ＳＥＮ）及びいわゆる取鍋シュラウド（ｌａｄｌｅ  ｓｈｒｏｕｄ：ＬＳ）を含む。
2017514692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）であって、
１．１  内側ノズル表面（１２ｉ）及び外側周囲ノズル表面（１２ｏ）を有する略管形状の耐火性セラミック本体（１２）；
１．２  前記内側ノズル表面（１２ｉ）は鋳込み流路（１４）を取り囲み、該鋳込み流路（１４）は、前記ノズルの軸方向長さ（Ｌ）に沿って、ノズル（１０）の使用位置において上端である第１のノズル端部（１８）における入口開口部（１６）と、前記使用位置において下端である第２のノズル端部における少なくとも１つの出口開口部と、の間に延在すること；
１．３  前記第１のノズル端部（１８）の前記外側周囲ノズル表面（１２ｏ）は金属ケーシング（２０）で封止されており、該金属ケーシング（２０）は、前記第１のノズル端部（１８）の前記軸方向長さ（Ｌ）の少なくとも一部に亘って延在すること；
１．４  熱負荷の下で膨張する材料（３０）が、圧縮力が前記耐火性セラミック本体（１２）中に誘起されるのを可能にする態様で、前記外側周囲ノズル表面（１２ｏ）と、前記金属ケーシング（２０）との間に配置されること；
を特徴とする耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項２】
前記材料（３０）が、前記外側周囲ノズル表面（１２ｏ）に沿って互いに所定の距離で配置された、複数の小さなスポットとして取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項３】
前記材料（３０）が、前記外側周囲ノズル表面（１２ｏ）に沿って設けられた対応する凹部中に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項４】
前記材料（３０）が、１つ以上の環状ストリップとして取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項５】
前記材料（３０）が、前記外側周囲ノズル表面（１２ｏ）に沿って設けられた対応する環状の凹部（２４）中に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項６】
前記材料（３０）が、０．１Ｎ／ｍｍ２より大きな圧縮力が前記耐火性セラミック本体（１２）上に生成されるのを可能にする態様で、前記外側周囲ノズル表面（１２ｏ）と、前記金属ケーシング（２０）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項７】
前記材料（３０）が、０．１Ｎ／ｍｍ２より大きな圧縮力が前記耐火性セラミック本体（１２）上に生成されるのを可能にする量で、前記外側周囲ノズル表面（１２ｏ）と、前記金属ケーシング（２０）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項８】
前記材料（３０）が、０．１Ｎ／ｍｍ２より大きな圧縮力が前記耐火性セラミック本体（１２）上に生成されるのを可能にする材料から選択されることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項９】
前記材料（３０）が、熱膨張性を有する組成物であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【請求項１０】
前記材料（３０）が、膨張性グラファイト、その取り付けに先立って除去される幾らかの進入型の水分を有する膨張性グラファイト、結合剤を有する又は有さない非膨張性グラファイト及び膨張性グラファイトの組み合わせ、膨張性の無機材料、結合剤を有する又は有さない膨張性バーミキュライト、結合剤を有する又は有さない膨張性パーライトを備える群のうちの少なくとも１つの材料を備えることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミック鋳造ノズル（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金学的用途のためのセラミック製の耐火性鋳造ノズルに関する。用語「ノズル」は、金属溶融物が対応する鋳造流路を通じて流れることを可能にするすべてのタイプの実質的に管形状の耐火性部品を含む。これは、とりわけ、いわゆる浸漬型入口ノズル（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ｅｎｔｒｙ  ｎｏｚｚｌｅ：ＳＥＮ）及びいわゆる取鍋シュラウド（ｌａｄｌｅ  ｓｈｒｏｕｄ：ＬＳ）を含む。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの耐火性セラミックノズルは以下を特徴とすることが多い。
‐内側ノズル表面及び外側周囲ノズル表面を有する実質的に管形状の耐火性セラミック本体
‐内側ノズル表面は鋳込み流路を取り囲み、鋳込み流路は、前記ノズルの軸方向長さに沿って、ノズルの使用位置において上端である第１のノズル端部における入口開口部と、使用位置において下端である少なくとも１つの出口開口部である第２のノズル端部と、の間に延在する
【０００３】
従来技術及び本発明が、さらなる用途にかかわらず、取鍋シュラウドに関して以下に説明される。
【０００４】
既知の取鍋シュラウドは、円柱状の上部（第１の）ノズル端部、それに（下部の第２のノズル端部に向かって）続くテーパをつけられた部分、次いで上部円柱状部分より小さな外形のさらなる円柱状部分によって特徴付けられる。そのような設計もまた、添付の図に示されている。
【０００５】
テーパをつけられた外側表面部分は、シュラウドを取鍋シュラウドホルダの対応するジンバルリング中に配置するための保持面として作用する。
【０００６】
前記ジンバルリングと、外側（セラミック）周囲ノズル表面との間の直接接触を避けるために、対応する金属缶（金属エンベロープ）によって、前記テーパをつけられた部分を含めて前記ノズルの上端部を封止することがさらに知られており、金属缶（金属エンベロープ）は、外側周囲ノズル表面上に収縮されるか、又はモルタルで接合される。
【０００７】
上部ノズル部分のこの「機械的な補強」にもかかわらず、セラミック材料内におけるクラックの形成は避けることができなかった。そのようなクラックはほとんどの場合、鉛直なクラック（取鍋シュラウドの取り付けられた位置において）であり、上述のような円柱状の部分とテーパをつけられた部分との間の遷移領域に生じることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、一般的な鋳造ノズルにおけるクラックの形成を避けるか、又は少なくとも減少させる手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
対応する試行（ｔｒｉａｌｓ）中に、耐火材（耐火性本体に接触している金属缶）に接触している鋼が、冶金学的用途中に加熱し、耐火性セラミック本体よりも大きな熱膨張に曝されることが観察された。いくつかの点では、金属は、それがもはや耐火材を圧縮状態に保持しない点まで膨張する。これは、ノズルの、特に上部ノズル端部における一体的な安定性を悪化させ、したがってクラック形成の危険を増加させる。
【００１０】
本発明は、この現象を受け入れるが、前記ノズルが熱負荷を受ける際に、セラミック本体の中に圧縮力を誘起する材料を、セラミック本体と金属缶との間に提供することによってその影響を相殺しようとする。
【００１１】
金属およびセラミックそれぞれの異なる熱膨張係数は、完全には克服できないかもしれないが、本発明は、金属缶とセラミック本体との対応する面間に、これら異なる熱挙動によって形成された隙間を充填するだけではなく、金属の鋳造中にはその中に対応するコレクタノズルが突出する（環状である場合が多い）ノズル上端部の上及び中に機械的な圧縮をさらに提供する手段を提供する。言い換えると、機械的な圧縮力は、前記外側金属ケース（エンベロープ）と、セラミック本体の対応する隣接する表面部分との間に熱負荷の下で生じる。
【００１２】
この圧縮力は、熱負荷の下で膨張する材料によって提供することができる。
【００１３】
その最も一般的な実施形態において、本発明はセラミック耐火性鋳造ノズルに関し、以下を特徴とする。
−内側ノズル表面及び外側ノズル（周囲）表面を有する、実質的に管形状の耐火性セラミック本体
−内側ノズル表面は鋳込み流路を取り囲み、この鋳込み流路は前記ノズルの軸方向長さに沿って、ノズルの使用位置において上端である第１のノズル端部における入口開口部と、使用位置において下端である第２のノズル端部における少なくとも１つの出口開口部と、の間に延在する
−前記第１のノズル端部の外側周囲ノズル表面は金属ケーシングで封止されており、この金属ケーシングは第１のノズル端部の軸方向長さの少なくとも一部に亘って延在する
−熱負荷の下で膨張する材料は、前記周囲表面と前記金属ケーシングとの間に、セラミック耐火性本体の中に圧縮力が誘起されるのを可能にするように配置される
【００１４】
前記材料は、様々な方法で、耐火性本体と前記金属エンベロープとの間に取り付ける（ａｓｓｅｍｂｌｅ）ことができる。
【００１５】
特にノズルにそれらの上端部において円筒形の外径が適用される場合には、本発明は、膨張可能な材料が１つ以上のリング状のストリップとして取り付けられるノズルを提供する。言い換えると、材料は、連続した形状で円筒形状の外側ノズル表面に適用される包袋（ｂａｎｄａｇｅ）、ベルト、又はリングとして取り付けることができる。
【００１６】
前記ストリップは、外側表面上に（例えば耐火材料の上に糊付けして）直接適用することができ、及び／又は外側周囲ノズル表面に沿って設けられた対応する環状の凹部の中に配置することができる。
【００１７】
これら実施形態は、前記圧縮力を一様に及び／又は半径方向に誘起することを可能にする。
【００１８】
さらなる実施形態によれば、材料は、ノズルの周囲表面に沿って互いに対して所定の距離に配置された複数の小さなスポットに取り付けられる。これら「スポット」は、例えば垂直な軸方向に細長い、互いに対して所定の距離に配置されたストリップのような、任意の形状の小さなストリップとすることができる。これらストリップ（スポット）もまた、外側周囲ノズル表面内の対応する凹部の中に配置することができるか、又は前記表面上に（例えば糊付けで）直接固定することができる。
【００１９】
一定の圧縮力を達成するために、前記スポットを一定の間隔で配置することが有利である。
【００２０】
さらなる実施形態によれば、材料は、前記ノズル周囲表面と、前記金属ケーシングとの間に、０．１Ｎ／ｍｍ２より大きな圧縮力が耐火性セラミック本体の上及び中に生じるように置かれる（ｂａｓｅｄ）。説明した効果を向上させるように、前記最小の圧縮力を、≧０．２；≧０．３；≧０．６；≧１．０；≧２．０；又は≧３．０Ｎ／ｍｍ２に増加させることができ、圧縮力は、以下の手順に従って測定される。
‐室温（２２℃）におけるステップ１：前記材料の円状本体（直径：１９ｍｍ、厚み：５ｍｍ）が、圧力トランスデューサーの２つの平行な平板間に対称的に配置される。
‐ステップ２：（トランスデューサー及び本体を備える）実験のセットアップが炉の中に配置され、７０分以内に３００℃まで加熱される。
‐ステップ３：前記トランスデューサー平板上の前記本体によって生成された圧力が測定され、記録される。
【００２１】
同じ試験を、必要に応じて、少なくとも１．０Ｎ／ｍｍ２、少なくとも１．９Ｎ／ｍｍ２、好ましくは≧３Ｎ／ｍｍ２、さらに好ましく≧５Ｎ／ｍｍ２の圧縮力で、ステップ２において４００℃まで行うことができる。
【００２２】
これらデータは、
‐金属缶が取り囲む耐火性の材料の熱膨張よりも大きな比率の不可避な金属缶の膨張によって、
‐前記材料が膨張中に充填するべき隙間が生成される
ということを考慮している。
【００２３】
これら効果を達成するために、材料は、ノズルが加熱される結果として稼動中に生成されるすべての隙間を依然として自由に充填しつつ、必要な圧力を維持しなければならない。
【００２４】
この効果は、缶と耐火性材料との間に種々の方法で前記材料を配置することによってだけでなく、前記材料の量それぞれを変化させることによって及び／又は特定の使用条件下において前記力を誘起することを可能にする特定の材料を選択することによってもまた、達成することができる。
【００２５】
好適な材料は、熱による膨張性を有する組成物である。
【００２６】
材料は、
‐膨張性グラファイト、及び／又は
‐その取り付けに先立って除去される幾らかの進入型の水分を有する膨張性グラファイト、及び／又は
‐結合剤を有する又は有さない、膨張性バーミキュライト及び／又は膨張性パーライトのような、膨張性の無機材料
とすることができる。
【００２７】
非膨張性グラファイト、ゴム、生ゴム、マイカ、及び流体のような添加物を、要求される膨張特性に調整するためのそれぞれの量で添加することができる。
【００２８】
同じ又は同様の特性を特徴とする他の材料を選択することができる。
【００２９】
特定の膨張性を有する材料は、以下のように記載することができ、すべての粒分の固体成分は＜１ｍｍであり：
２２Ｍ．‐％の膨張性グラファイト
２０Ｍ．‐％の比膨張性グラファイト
９Ｍ．‐％の結合剤（ノボラック樹脂）
９Ｍ．‐％の水
１６Ｍ．‐％のネオプレンゴム
２４Ｍ．‐％のマイカ
であり、好適な厚み及び幅の対応するストリップへと、圧延によって提供することができ、３０℃、３時間の乾燥の後に、上述した方法で使用することができる。
【００３０】
上述に開示したように、前記膨張性を有する材料は、ノズルの所定の軸方向の長さに亘って適用することができる。これは、以下の代替形態を含む。
‐材料は、缶と耐火性材料との間の接触面全体に亘って適用される。
‐材料は、ノズルの上端部から下方に向かって所定の長さに亘って適用される。
‐材料は、ノズルの上端部に沿って、缶と耐火性材料との間に適用される。
‐材料は、一定の直径のノズルの上端部に沿って、缶と耐火性材料との間に適用される。
【００３１】
本発明のさらなる特徴が、従属請求項及び他の出願書類に記載される。
【００３２】
本発明が以下に、添付の図面に関して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術による対応するコレクタノズルに接触する取鍋シュラウドの上端部の鉛直方向断面図である。
【図２】本発明による取鍋シュラウドの上端部（鉛直方向断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図において、同じ又は同様の部分は同じ参照符号によって特定される。
【００３５】
図１は耐火性セラミック鋳造ノズル、すなわち以下の特徴を備える取鍋シュラウド１０を図示している。
‐内側ノズル表面１２ｉと、外側周囲ノズル表面１２ｏと、を有する実質的に管形状の耐火性セラミック本体１２
‐内側ノズル表面は、鋳込み流路１４を取り囲み、この鋳込み流路１４は、前記ノズルの軸方向長さＬに沿って、示されたノズル１０の使用位置において上端である第１のノズル端部１８における入口開口部１６と、使用位置においてノズルの下端である（図示されていない）第２のノズル端部における（図示されていない）少なくとも１つの出口開口部と、の間に延在する
‐前記第１のノズル端部１８の外側周囲表面１２ｏは金属缶／金属ケーシング２０で封止されており、この金属ケーシングは第１のノズル端部１８の最上面１８ｕから下方へ、前記ノズルの、前記環状の上面１８ｕの外径Ｄ１と比べて小さな直径Ｄ３の中間部分２２へ延びる
‐図１から理解できるように、前記円筒状の上部部分（前記直径Ｄ１を有する）と、前記直径Ｄ３を有する前記部分２２との間にはテーパを付けられた部分があり、円錐台形状の前記テーパを付けられた部分は、いわゆる（図示されない）取鍋シュラウドホルダのジンバルリングＧＲのための対応する座面を提供する
【００３６】
コレクタノズルＣＮは、その下端部が間に環状のシールＳを有してノズル１０の漏斗状形状の入口開口部１６の中に突出する。
【００３７】
前記シュラウド１０中への前記コレクタＣＮによって誘起された力及び／又は前記シュラウド１０中への前記ジンバルリングによって誘起された力は、対応する矢印によって図１に表わされている。
【００３８】
新しい取鍋シュラウドは図２に図示されており、第１のノズル端部１８の外側周囲表面１２ｏに沿った環状凹部２４によって特徴づけられており、前記凹部２４は、膨張性グラファイト材料３０、すなわち膨張性材料のストリップ（包帯）によって充填されており、このストリップが２００℃の温度で膨張し、それによって矢印ＣＦによって表わされた圧縮力を第１のノズル端部１８において隣接する耐火セラミック材料の中に誘起する。
【００３９】
これら圧縮力は、外側金属缶２０が前記凹部を半径方向外方に閉止しているので、前記凹部２４内のグラファイト材料の熱的な膨張による。熱負荷の下でさえ、所定の隙間が前記金属缶２０と第１のノズル端部１８の耐火性材料との間に生成されるときには、グラファイト材料の膨張は依然として、圧縮力ＣＦが要求されるような態様、すなわち少なくとも３００℃の温度で０．６Ｎ／ｍｍ２より大きな圧縮力である。
【００４０】
これら圧縮力は、図１に示されたような対応するノズルＣＮによって誘起される望ましくない圧縮力を相殺することができる。
【００４１】
結果として、クラック、特に図１にＨＣによって示されているような鉛直方向のクラックの生成が回避されるか、又は大幅に減少される。
【符号の説明】
【００４２】
１０          耐火性セラミック鋳造ノズル
１２          耐火性セラミック本体
１２ｉ        内側ノズル表面
１２ｏ        外側周囲ノズル表面
１４          鋳込み流路
１６          入口開口部
１８          第１のノズル端部
２０          金属ケーシング
２４          凹部
３０          材料
Ｌ            ノズルの軸方向長さ
【図１】
2017514692.tif 000003
【図２】
2017514692.tif 000004
【国際調査報告】
2017514692.tif 000005
2017514692.tif 000006