JP2002146447A - 非鉄金属用脱ガス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶湯がガスの気泡により撹拌され良好な脱ガ
ス作用が得られるとともに、装置の保守も容易である非
鉄金属用脱ガス装置を提供する。 【解決手段】 後端部に溶湯入口３を、前端部に溶湯出
口４をそなえた箱状の炉体２と、炉体２内に前後左右に
間隔をおいて分散配置され上部を除いて溶湯に浸漬され
る浸漬体５と、炉体２の底部に分散配置され多孔質耐火
物を経て溶湯中に吹込用のガスを吹込むガス吹込装置
（ポーラスプラグ）７とを具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は非鉄金属の溶湯を
脱ガス処理する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にアルミニウムや銅の溶湯中にアル
ゴンや窒素ガスなどの不活性ガスを吹込むことにより、
溶湯中の水素濃度を下げることができ、また溶湯中の酸
化物等の不純物もガスの気泡により凝集してスラグとし
て溶湯から分離できるので、金属の性能向上をはかるこ
とができる。そしてこの脱ガス処理のための装置として
は、高速回転する回転翼端部からガスの気泡を細分化し
つつ吹込む撹拌式のものが多く用いられていたが、高速
回転に伴う装置のトラブルが発生しやすく、またガス量
が多い場合は気泡の細分化は困難であった。

【０００３】そこで他形式の脱ガス装置として、特開平
２ー１４５７３０号公報によれば、炉体の底部全面に耐
熱性多孔質板を張設し、その下側から吹込用のガスを供
給してガスを広範囲に分散させてバブリングをおこなう
ものが提案されている。

【０００４】ところがこの装置においては、図５（ａ）
に示すように吹込み口２１から供給したガスＧを多孔質
板２２の全面から気泡として溶湯Ｍに吹込むので、気泡
が溶湯全体に均一に分散した状態で上昇するため、気泡
上昇に伴う溶湯撹拌作用はあまり得られず、脱ガス効率
は不満の残る状態であった。また上記の装置では溶湯を
炉内に滞留させるために、溶湯室内にバッフル２３を千
鳥状に設置してあり、溶湯を千鳥状に確実に流通させる
ためには、バッフル２３の両側端部と炉体の側壁面との
間をシールする必要があるが、溶湯が高温であるため確
実なシール状態を維持するのは困難で、炉体の保守に手
間がかかるものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記従来の
問題点を解決しようとするもので、溶湯がガスの気泡に
より撹拌され良好な脱ガス作用が得られるとともに、装
置の保守も容易である非鉄金属用脱ガス装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】上記目的を達成するために発明者らは、溶
湯へのガス吹込みについて研究の結果、図５（ｂ）に示
すように分散配置した吹込部２４から局所的にガスＧを
溶湯Ｍに吹込むと、このガスの気泡の上昇に伴いそれを
補う形で回りの溶湯が同図に矢印で示すように循環流と
して流れ、大きな上下流が得られることを知見し、これ
に基づいてこの発明を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明の非鉄
金属用脱ガス装置は、後端部に溶湯入口を、前端部に溶
湯出口をそなえた箱状の炉体と、前記炉体内に前後左右
に間隔をおいて分散配置され上部を除いて溶湯に浸漬さ
れる浸漬体と、前記炉体の底部に分散配置され多孔質耐
火物を経て溶湯中に吹込用のガスを吹込むガス吹込装置
とを具備したことを特徴とする。

【０００８】この発明において、「前」側とは炉体内あ
るいは炉体内を経て流れる溶湯の進行方向（下流）側
を、「後」側とはその反対（上流）側を指すものとし、
また「左右」とは前後方向に対する左右方向を指すもの
とする。

【０００９】この発明によれば、ガス吹込装置は炉体の
底部に分散配置されているので、吹込用のガスは上記底
部全面ではなく底部の局所的に吹込まれ、この吹込部か
らのガスの気泡の上昇流により溶湯の上昇流が形成さ
れ、ガス吹込装置間などガス吹込装置の設けられていな
い部分で溶湯の下降流が形成されて、溶湯は上下に撹拌
されつつ効率よく脱ガスされる。また溶湯中の酸化物等
の不純物は、上記の上昇流により駆動されて溶湯上面部
にスラグとして集積される。また浸漬体は、炉体内に前
後左右に分散配置されているので、炉体内を流動する溶
湯を左右方向（炉巾方向）に分流して炉体内の溶湯流量
分布を均一化する整流体、および溶湯流を減速させる制
流体として作用するものであるが、浸漬体は溶湯上に露
出した上部を保持して垂下設置すればよく、溶湯中にお
ける炉体とのシールも不要である。

【００１０】この発明においては、多孔質耐火物を経て
溶湯中に吹込用のガスを吹込むガス吹込装置としては、
種々の構造のものを用いることができるが、請求項２記
載の発明のように前記ガス吹込装置がポーラスプラグか
ら成る構成とすれば、ポーラスプラグの多孔質耐火物部
の焼結程度の選定により、所望の微細なガスの気泡を得
ることができるので、好ましい。

【００１１】またこの発明においては、浸漬体は棒状の
他、種々の形状のものを用いることができるが、請求項
３記載の発明のように、前記炉体内の上部に溶湯加熱用
のヒータが設けられ、前記浸漬体が、上端部が開口した
有底筒状の浸漬体から成る構成とすれば、上端の開口部
を経てヒータからのふく射伝熱により浸漬体が加熱され
て溶湯への伝熱体として作用するので、溶湯を効率よく
加熱することができるので、好ましい。

【００１２】またこの発明においては、ガス吹込装置の
分散配置形態としては種々の配置とすることができる
が、請求項４記載の発明のように、前記ガス吹込装置
が、前記浸漬体の直下位置に設けられている構成とすれ
ば、ガス吹込装置により吹込まれたガスの気泡は浸漬体
の表面に沿って上昇流として流れ、浸漬体の中間部や浸
漬体と炉体側壁との中間部には溶湯の下降流が形成され
て、溶湯は炉体内各部でほぼ均一に上下に撹拌されつつ
脱ガスされるので、好ましい。

【００１３】また請求項５記載の発明のように、前記ガ
ス吹込装置が、前記浸漬体の直下位置から側方へ離間し
た位置に設けられている構成とすれば、ガスの気泡は隣
合う浸漬体の中間部や浸漬体と炉体の側壁との中間部で
上昇流として流れ、浸漬体の周囲には溶湯の下降流が形
成され、溶湯は炉体内各部でほぼ均一に上下に撹拌され
つつ脱ガスされるので好ましく、特に請求項３記載の構
成と組合わせると、気泡を含まない溶湯の下降流に対す
る浸漬体からの熱伝達量が大きいので、特に好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図１および図２に示す第１例
により、この発明の実施の形態を説明する。図中１はア
ルミニウム用の脱ガス装置で、２はその主体をなす箱状
の炉体であり、その後端部に溶湯入口３を、前端部に溶
湯出口４を、それぞれそなえている。

【００１５】５はセラミックやカーボンなどの耐火材製
の浸漬体で、下端部が炉体２の底面から離間し上部が溶
湯Ｍの上面から上方へ突出する長さの細長板状体から成
り、その上端部を支持梁６に固定保持された状態で垂設
されている。この支持梁６（図２には１組のみ鎖線で図
示してある）の両端部は、炉体２の側壁部に保持されて
いる。そして浸漬体５はその板面を矢印Ｘで示す前後方
向に向け、図示のように複数個（この例では８個）の浸
漬体５が前後左右方向に間隔をおいて、且つこの例では
千鳥状に分散配置してある。

【００１６】一方炉体２の底部には、ガス吹込装置であ
るポーラスプラグ７が、各浸漬体５の直下位置に複数個
（この例では計８個）分散配置され、ガス供給管８から
アルゴンや窒素ガスなどの吹込用のガスＧが供給される
よう配管されている。

【００１７】上記構成の脱ガス装置１を用いてアルミニ
ウム（アルミニウム合金を含む）の脱ガスをおこなうに
は、たとえばアルミニウム溶解炉などの溶湯供給源か
ら、アルミニウムの溶湯Ｍを溶湯入口３を経て炉体２内
に連続供給し、脱ガス処理後の溶湯Ｍは、溶湯出口４か
ら後続の保持炉などに連続的に送出する。また各ポーラ
スプラグ７からは、その多孔質耐火物製のプラグ本体部
を経て、吹込用のガスＧを溶湯Ｍ中に気泡として連続的
に吹込む。

【００１８】溶湯入口３から供給された溶湯Ｍは炉体２
内を前方へ流動するが、このとき各浸漬体５は、溶湯流
を左右に分流して溶湯の流量分布を均一化するととも
に、溶湯流の抵抗体（制流体）として作用し溶湯の炉内
滞留時間を延長して必要な処理時間を得るのに役立つ。

【００１９】またポーラスプラグ７から吹込まれたガス
Ｇは、気泡となって直上部の浸漬体５の表面に沿って上
昇し溶湯の上昇流を形成するので、この浸漬体５の前後
に隣合う浸漬体５との中間部および浸漬体５と炉体２の
前側側壁あるいは後側側壁との中間部では、図１に矢印
で示すように、気泡と共に上昇する溶湯流を補う形で溶
湯の下降流が形成される。これによって溶湯Ｍは上下に
撹拌されつつ気泡との活溌な接触により効果的に脱ガス
されて溶湯中のＨ_２分などが除去され、さらに前記の各
浸漬体５による溶湯の流量分布の均一化作用により、炉
体内各部での脱ガスの程度が均一化され、脱ガスは一層
効果的におこなわれる。また溶湯中の酸化物等の不純物
は上記のガスおよび溶湯の上昇流により駆動されて溶湯
上面付近にスラグとして集積するので、このスラグは適
時除去するか下流側に設けたろ過部（図示しない）など
により分離除去すればよい。

【００２０】また浸漬体５は、溶湯Ｍより露出したその
上部を支持梁６を介して保持すればよく、浸漬体５と炉
体２との間には損耗しやすいシールを設ける必要もない
ので、保守の手間がかからない。

【００２１】次に図３および図４に示す第２例により、
この発明の実施の形態を説明する。図中、図１と同一部
分には図１と同一符号を付して、それらの部分の詳細な
説明は省略する。この例のアルミニウム用の脱ガス装置
１１は、炉体２内の上部に溶湯加熱用のヒータ１２を設
けるとともに、浸漬体１３の構成と配置、およびポーラ
スプラグ７の配置が、前記第１例と異なるものである。

【００２２】すなわち、浸漬体１３はカーボン製で、上
端部が開口した有底円筒体状を呈し、その上端部を前記
第１例と同様な支持梁６に固定保持された状態で垂設さ
れている。そして複数本（この例では１２本）の浸漬体
１３は、前後左右に間隔をおいて、且つこの例では３列
×４列の格子点状に分散配置してある。

【００２３】一方炉体２の底部に設けたポーラスプラグ
７は、各浸漬体１３の直下位置から側方へ所定距離離間
した位置、すなわちこの例では、各浸漬体１３の中心線
と炉体２の底面との交点Ｐを中心とする四辺形１４の集
合体から成る格子の格子点位置に、４×５＝２０個のポ
ーラスプラグ７が配置されている。

【００２４】この例の脱ガス装置１１を用いてアルミニ
ウムの脱ガスをおこなうには、第１例と同様に溶湯Ｍの
連続供給・送出と、吹込用のガスＧの吹込みをおこなう
とともに、ヒータ１２に通電して溶湯Ｍの保温あるいは
昇温をおこなう。各浸漬体１３は炉体２内を流動する溶
湯流を左右に分流して溶湯の流量分布を均一化するとと
もに溶湯流に対する抵抗体として作用する点は、第１例
と同様である。

【００２５】さらにこの例では、浸漬体１３は溶湯Ｍよ
りふく射率の高いカーボン製であり、且つ上端部が上向
きに開口しているので、ヒータ１２からのふく射熱が浸
漬体１３内に伝熱して浸漬体１３の筒壁部を加熱し、こ
の広面積の筒壁部の周囲の溶湯Ｍを加熱するので、後述
のようにこの溶湯Ｍが下降流として流れることとあいま
って、溶湯Ｍを効率よく加熱できる。

【００２６】またポーラスプラグ７は浸漬体１３の直下
位置より側方へ離間した位置にあるので、ガスＧは浸漬
体１３，１３の中間部および浸漬体１３と炉体２の側壁
との中間部で、気泡となって上昇して溶湯Ｍを上方へ駆
動するので、浸漬体１３の周囲では溶湯は、図３に矢印
で示すように下降流として流れ、これによって溶湯Ｍは
上下に撹拌されつつ気泡との活溌な接触により効果的に
脱ガスされる。

【００２７】さらに、このように溶湯Ｍが浸漬体１３の
表面部に沿って下降流として流れるとともに、この下降
流中には吹込用のガスＧの気泡が含まれていないので、
前述のふく射加熱されて昇温した浸漬体１３の筒壁部と
溶湯との熱交換量は大きく、効率よく溶湯の保温ないし
は加熱をおこなうことができるのである。

【００２８】

【実施例】［実施例１］前記第１例の脱ガス装置１を用
いて７００℃のアルミニウム（純度９９．７％以上）の
溶湯Ｍを流量２０Ｋｇ／分で炉体２（容量：０．３ト
ン）内に連続供給して、脱ガス処理をおこなった。吹込
用のガスＧとしては、窒素ガス（２Ｎｍ^３／Ｈ）を用
い、炉体２の上部には窒素ガスを２Ｎｍ^３／Ｈ供給して
窒素雰囲気に維持し、浸漬体５としては、巾９０mm，厚
さ１５mm，全長４００mm，溶湯への浸漬深さ３００mmの
アルミナ製のものを用いたところ、脱水素率は８０％で
あった。

【００２９】［実施例２］前記第２例の脱ガス装置１１
を用いて７００℃のアルミニウム（純度９９．７％以
上）の溶湯Ｍを流量２０Ｋｇ／分で炉体２（容量：０．
３トン）内に連続供給して、脱ガス処理をおこなった。
吹込用のガスＧとしては、アルゴン（１．８Ｎｍ^３／
Ｈ）と塩素ガス（０．２Ｎｍ^３／Ｈ）の混合ガスを用
い、炉体２の上部にはアルゴンを２Ｎｍ^３／Ｈ供給して
アルゴンガス雰囲気とし、ヒータ１２により炉内雰囲気
を１０００℃に維持した。浸漬体１３としては、外径８
０mm，肉厚１０mm，全長４００mm，溶湯への浸漬深さ２
７０mmのカーボン製のものを用いたところ、脱水素率は
９７％、溶湯出口４部から流出する処理ずみ溶湯の温度
は７５０℃であった。これに対して上記浸漬体１３の上
端の開口部をグラスウール材で閉鎖し、その他は同条件
で脱ガス処理をおこなったところ、脱水素率は９５％、
処理ずみ溶湯の温度は７１０℃であり、浸漬体１３によ
る溶湯への伝熱促進効果が確認された。

【００３０】この発明は上記各例に限定されるものでは
なく、たとえば浸漬体の形状や材質、個数や配置やその
垂設保持機構など、またポーラスプラグの個数や配置な
どは、上記以外のものとしてもよい。またポーラスプラ
グからの吹込用のガスや、炉体内上部の雰囲気ガスも、
上記以外のものとしてもよく、さらに炉体内上部は真空
雰囲気としてもよい。

【００３１】さらにガス吹込装置としては、上記のポー
ラスプラグの他にも、たとえば円柱体状に成形・焼結し
た多孔質耐火物を経て溶湯中にガスを微細気泡として吹
込むものなど、各種の構造のガス吹込装置を用いること
ができる。

【００３２】また以上は脱ガス対象がアルミニウムであ
る場合について説明したが、この発明はたとえば銅やマ
グネシウムなど、アルミニウム以外の非鉄金属の脱ガス
装置にも適用でき、特に銅の脱ガス装置として用いる場
合には、浸漬体をカーボンで構成すれば、溶湯の脱酸効
果も得られるので好ましい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ガス吹込装置から局所的に吹込まれるガスにより、溶湯
が上昇と下降を繰返す循環流が形成されて、溶湯は上下
に撹拌されつつ効率よく脱ガスされ、また浸漬体による
溶湯の流量分布の均一化により溶湯は炉内各部でほぼ均
一に脱ガスされる。また浸漬体は溶湯上に露出した上部
を保持して垂下設置すればよく、炉体とのシールも不要
なので、装置の保守は容易である。

【００３４】上記の効果に加えて、請求項２記載の発明
によれば、吹込用のガスを確実に微細な気泡として溶湯
中に吹込むことができ、溶湯とガスの接触面積の増加に
より効率よく脱ガスができる。

【００３５】また上記の効果に加えて、請求項３記載の
発明によれば、ヒータによりふく射加熱された浸漬体が
溶湯への伝熱を促進し、ふく射率の低い溶湯でも効率よ
く加熱することができる。

【００３６】また上記の効果に加えて、請求項４記載の
発明によれば、浸漬体に沿って気泡と共に上昇する溶湯
の上昇流と、そのまわりに形成される溶湯の下降流によ
って、溶湯は炉体内各部でほぼ均一に上下に撹拌され、
この炉体内各部での規則的な上下撹拌により溶湯をさら
に効率よく脱ガスできる。

【００３７】また上記の効果に加えて、請求項５記載の
発明によれば、浸漬体から離間した位置における気泡お
よび溶湯の上昇流と、そのまわりの浸漬体近傍部に形成
される溶湯の下降流によって、溶湯は炉体内各部でほぼ
均一に上下に撹拌され、この炉体内各部での規則的な上
下撹拌により溶湯をさらに効率よく脱ガスできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の一例を示す脱ガス装置
の縦断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】この発明の実施の形態の他の例を示す脱ガス装
置の縦断面図である。

【図４】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】溶湯中のガス気泡吹込状態を示す説明図（縦断
面図）である。

【符号の説明】

１…脱ガス装置、２…炉体、３…溶湯入口、４…溶湯出
口、５…浸漬体、６…支持梁、７…ポーラスプラグ（ガ
ス吹込装置）、１１…脱ガス装置、１２…ヒータ、１３
…浸漬体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｂ 21/06 Ｃ２２Ｂ 21/06 Ｆターム(参考） 4E004 HA10 MB20 NC06 4K001 AA02 BA23 EA03 GA19 GB05 GB12 4K013 BA08 BA09 CA01 CA02 CA11 CA23 CC02 CD01 CF12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後端部に溶湯入口を、前端部に溶湯出口
   をそなえた箱状の炉体と、前記炉体内に前後左右に間隔
   をおいて分散配置され上部を除いて溶湯に浸漬される浸
   漬体と、前記炉体の底部に分散配置され多孔質耐火物を
   経て溶湯中に吹込用のガスを吹込むガス吹込装置とを具
   備したことを特徴とする非鉄金属用脱ガス装置。
2. 【請求項２】 前記ガス吹込装置がポーラスプラグから
   成る請求項１記載の非鉄金属用脱ガス装置。
3. 【請求項３】 前記炉体内の上部に溶湯加熱用のヒータ
   が設けられ、前記浸漬体が、上端部が開口した有底筒状
   の浸漬体から成る請求項１または２記載の非鉄金属用脱
   ガス装置。
4. 【請求項４】 前記ガス吹込装置が、前記浸漬体の直下
   位置に設けられている請求項１または２または３記載の
   非鉄金属用脱ガス装置。
5. 【請求項５】 前記ガス吹込装置が、前記浸漬体の直下
   位置から側方へ離間した位置に設けられている請求項１
   または２または３記載の非鉄金属用脱ガス装置。