JP2003240449A - インライン脱ガス装置 - Google Patents

インライン脱ガス装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非鉄溶融金属のインライン脱ガス装置にお
いて、加熱ヒータへのドロスの付着を防止し、さらにヒ
ータの損傷を防止するとともに装置自体の熱効率と脱ガ
ス効果の向上を図る。 【解決手段】入口および出口を有し溶融金属を連続的に
受入れて貯留する脱ガス処理槽と、該脱ガス処理槽に貯
留された溶融金属中に気泡状の不活性ガス等を放出して
固溶ガス又は非金属介在物を連続的に除去するガス放出
手段とを備えたインライン脱ガス装置において、脱ガス
処理槽の下部側壁から槽床に対してほぼ平行に延び溶融
金属中に浸漬支持された加熱ヒータを備える。また、前
記側壁の内周の縦方向に沿って複数個のバッフルプレー
トを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
やマグネシウム合金など非鉄溶融金属の連続脱ガス処理
に用いられるインライン脱ガス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金やマグネシウム合金な
どの非鉄軽金属は、その溶解工程において酸化物等の非
金属が介在したり、水素ガスが混入することが多い。し
たがって、その非鉄金属溶湯から非金属介在物を分離除
去しないと加工及び成形後の良好な品質が確保できな
い。また水素ガスを主体とする固溶ガスを含む溶湯を鋳
型に注入すると、凝固後にピンホールと称する小穴状の
巣が発生して製品の緻密性を害すると同時にガスに付着
した介在物の存在により加工成型後に種々の欠陥があら
われる。
【０００３】そこでアルミニウム合金やマグネシウム合
金等の非鉄軽金属の鋳造においては、鋳込み前に脱ガス
処理等の処理を行って溶湯品質を高める。この脱ガス処
理は、溶融金属中にアルゴンや窒素等の不活性ガスを非
常に多くの微細な気泡にして吹き込み、溶湯中の固溶ガ
スや懸濁非金属を不活性ガスの気泡に取り込んで浮上さ
せ除去する。
【０００４】ところで、古くは脱ガス処理装置として、
図４に示すような装置が連続鋳造に用いられていた。こ
の脱ガス処理装置は、溶湯処理工程において保持炉と鋳
造機の間に介在させ、溶融金属９を入口部２から装置内
に連続的に取り込み脱ガス処理を行う。脱ガス処理槽１
は、その上部開口を蓋３によって覆われ、下流側の位置
にはドロスと呼ばれる酸化物等の浮遊物が流入するのを
防止するよう、溶融金属９の流れに対して交叉する方向
に向けられた仕切板４が設けられている。仕切板４は、
その下端に脱ガス処理槽１の槽床との間に所定の隙間か
らなる流路ができるように形成され、これによって溶融
金属９が仕切板４よりも上流側の処理室８により長時間
滞留し、より長い脱ガス反応時間を確保することができ
るようになっている。脱ガス処理槽１内の溶融金属９に
は、蓋３に穿設された開口から挿入される回転式ガス放
出装置５が浸漬される。ガス放出装置５は、溶融金属中
に浸漬された部分を回転させながら、その下端から微細
気泡状の不活性ガスを分散放出する。
【０００５】ガス放出装置５から不活性ガスが放出され
ると、溶融金属９の温度が低下するため必要な鋳造温度
を得られなくなることが多く、最悪の場合は固化の恐れ
がある。このため、脱ガス処理槽１にはバーナ６が設け
られ、蓋３に穿設された開口から火炎を放射することに
よって溶融金属温度を一定に保持する。また、脱ガス処
理中でないときは、槽内に残存した溶融金属の固化が始
まるので次に処理される溶融金属が脱ガス処理槽１内に
流れ込んだときに前の処理溶融金属と馴じみ難くなるた
め、さらに脱ガス処理槽１内のメンテナンスの際にも槽
内に残存した金属を排出するため、バーナ６を操業する
必要が生じてくる。
【０００６】ところが、前逑したバーナ６は、溶融金属
９を湯面から加熱するため、脱ガス処理槽１の下部に存
在する溶融金属まで熱が到着し難しい。またバーナ６の
火炎により溶融金属の酸化が進行し、ドロスが多量に発
生するという欠点があった。
【０００７】このような不都合を回避するため、例えば
特表平９−５０９２１８号公報（以下「引例」を称す）
に開示されているような投げ込み式のヒータが利用され
るようになった。この投げ込み式ヒータは、脱ガス処理
槽の蓋に穿設された開口から槽内に挿入され、その下部
の加熱部を溶融金属中に浸漬させる。すなわち、図４の
バーナ６の代わりに、長寸の円筒形ヒータが脱ガス処理
槽の側壁に沿って縦方向に配置されると考えればよい。
引例の投げ込み式ヒータは、前逑のバーナ加熱方式に比
べて、溶融金属をより下方から加熱するため熱の対流を
生じ易く、溶融金属の昇温が速いという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、引例の
投げ込み式のヒータは、バーナ加熱方式に対してドロス
の発生は少ないものの、少なからず発生したドロスは、
ヒータの湯面近傍の部分に主として付着し、ヒータが挿
通されている蓋の開口から引き抜けなくなるという問題
があった。この場合には、ヒータに付着したドロスは、
蓋ごとヒータを上昇させた後で、掻き取るなどして剥離
されるが、この際にドロスの剥離によって空気に晒され
るヒータの湯面境界部分の急激な温度低下により、比較
的高価なセラミック製の外装保護管が破損することが多
い。さらに、ドロスノの剥離にかかる労力が大きいこと
が欠点となっている。
【０００９】また、回転式ガス放出装置の影響で発生す
る溶融金属の渦流によりヒータ保護管表面に大きな圧力
が加わり、ヒータ保護管と供にヒータ自体が損傷しやす
い。
【００１０】さらに、引例の脱ガス処理装置では、投げ
込み式ヒータが炉側壁部に極めて近接して縦方向に配置
されることになる。これは脱ガス処理装置のほぼ中央部
に回転式のガス放出装置が設けられる関係上、必然的に
そうならざるを得ない。このため、装置全体を考えた場
合、どうしてもヒータ保護管には溶融金属の渦流による
大きな応力がかかりやすく高価なヒータ保護管の寿命が
短くなってしまう。装置内で多少とも温度むらがあるこ
とは温度管理としては不具合が生じていた。また、加熱
自体の熱効率にも影響してくる。
【００１１】本発明は、前記状況に鑑みて従来の諸問題
を解決するための新しい方式の優れた脱ガス処理装置を
提案することを目的としたものであり、ヒータを脱ガス
処理槽内の溶融金属中にそのほぼ全体が浸漬するように
配置させることにより、ヒータ自体へのドロス付着を防
止した。また、ヒータの取付け位置を下方に工夫するこ
とにより、脱ガス処理槽の温度むらを解消し熱効率を向
上させた。さらに、脱ガス処理槽の内壁面に複数のバッ
フルプレートを設けることでヒーター保護管に渦流から
かかる応力負荷を少なくしヒータの寿命延長と、渦流を
少なくすることで脱ガス効果を高めた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、非鉄溶融金属を槽の一端
付近に設けた入口より連続的に受け入れて貯留し処理後
に他端付近に設けた出口より排出するインライン式脱ガ
ス処理槽と、該脱ガス処理槽に貯留された溶融金属中に
気泡状の不活性ガス等を放出して固溶ガス又は非金属介
在物を連続的に除去する回転式ガス放出手段とを備えた
インライン脱ガス処理装置において、前記脱ガス処理槽
の下部側壁から槽床に対してほぼ平行に延び溶融金属中
に浸漬支持される加熱ヒータを取り付けた。
【００１３】これにより、ヒータ全体が空気（特に酸
素）と触れるおそれがなく、ドロスの付着は殆んど皆無
となる。また、ヒータ全体が処理層内の溶融金属中に浸
漬されるので、溶融金属中におけるヒータの発生熱の対
流がよく、熱効率が高い。さらにヒータがほぼ水平配置
されているため、ヒータ表面が受ける溶融金属からの圧
力が均一化され、熱負荷も均一化される。このようにヒ
ータへの負荷を小さくすることができ、ヒータの寿命を
延ばすことが可能である。
【００１４】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の脱ガス処理装置における脱ガス槽の側壁内周面
に沿って縦方向に延びる複数個のバッフルプレートを設
けた。
【００１５】これにより、回転式ガス放出手段のガス噴
出で発生する強力な溶融金属の渦流が緩和され、溶湯の
流れによる浸漬ヒータへ掛る応力が小さくなる。その結
果、ヒータの損傷が減少し、ヒータ寿命にも大きな影響
を及ぼす。特に前記したようなヒータの水平配置による
ヒータ表面への圧力負荷の均一化と、バッフルプレート
による溶融金属の渦流防止効果があいまって、ヒータの
寿命は従来の投げ込み式ヒータに比べて大巾に延びる。
【００１６】さらに請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載のインライン脱ガス装置のヒータを、前記
脱ガス槽の内面から所定寸法以上離隔した状態でその側
壁に片持ち支持させた。
【００１７】これにより、前記ヒータがその脱ガス処理
槽による支持部分を除き、脱ガス処理槽の内面から所定
距離以上離隔することになり、ヒータの加熱によるヒー
タ自体の熱膨張で、該ヒータが脱ガス処理槽の内面に接
触して破損するおそれがない。また、前記ヒータを脱ガ
ス処理槽の側壁に片持ち支持させることにより、脱ガス
処理槽によるヒータの支持箇所を少なくでき、脱ガス処
理槽内の溶融金属の流出を阻止するための手段を講じる
手間が軽減できる。さらに、ヒータの片持ち支持によ
り、その非支持部分が自由になり、ヒータ自体の熱膨張
等によるヒータ自体への応力を回壁できる。
【００１８】さらにまた、請求項４に記載の発明は、請
求項３に記載のインライン脱ガス処理装置の脱ガス処理
槽において、ヒータを取り付け支持した側壁に対向する
他方の側壁部を拡張させた。
【００１９】このように構成することにより、ヒータの
脱ガス処理槽内面への接触を回避しつつ、比較的小容量
の脱ガス処理槽を製作することが可能となる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明について図面を参照しながら具
体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るイン
ライン脱ガス装置のほぼ全体部分の構成を示す縦方向側
断面、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図、図３は図１のＩ
ＩＩ−ＩＩＩ断面図で装置を横方向に断面したものであ
る。
【００２１】これらの図において、インライン式脱ガス
装置１１は、溶融金属を受け入れる入口１２と処理後の
溶融金属を次工程へ排出する出口１３を持つ脱ガス処理
槽１４を備えている。該脱ガス処理槽１４は、その上側
開口を蓋１５によって覆われ、この蓋１５の下方に設け
られた仕切板１６によって、その上流側に処理室と称す
る部屋１７を形成している。脱ガス処理槽１４内には、
蓋１５の開口から挿入されモータ１８の駆動により回転
するガス放出手段１９が取付けられ、その先端部は溶融
金属２０内に浸漬されている。また脱ガス処理槽１４内
にはその下部側壁から槽床に対してほぼ平行に溶融金属
加熱用のヒータが浸漬取付けされている。さらに、脱ガ
ス処理槽１４の側壁内面には、縦方向に沿って延びるバ
ッフルプレート２２を複数個設けてある。なお、２３は
ヒータ２１取り付けに対応した拡張部である。
【００２２】前記構成の実施例において、ヒータ２１は
電熱式のものが主として用いられ、一般的にはφ９０ｍ
ｍ前後の棒状のものが複数本設けられる。これらのヒー
タ２１は脱ガス処理槽１４の槽床から所定寸法離隔して
槽床にほぼ平行に取り付けられる。ヒータ２１の設置高
さは、できるだけ槽床に近い方が加熱効率上好ましい
が、様々な要因による槽床との接触を回避すべく、例え
ば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度離隔させることが多い。な
お、本発明においては、複数のヒータ２１の設置高さを
段違いにさせてもよい。加熱容量さえ確保できれば１本
のヒータでもよいが複数のヒータをある程度の間隔をも
って取付ける方が溶融金属を一層均一に加熱できる。ま
た、ヒータ２１は脱ガス処理槽１４の一方の側壁に片持
ち支持されており、その自由端が、対向する側の脱ガス
処理槽１４の側壁から、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程
度離隔するよう構成されている。各ヒータは電熱エレメ
ントをファインセラミック等の耐火材保護管で覆ってい
る。保護管は熱伝導性が高く、電気絶縁性を有し、溶融
金属に腐食されないものがよい。
【００２３】また、本実施例においては、ヒータ２１を
脱ガス処理槽１４の下部に片持ち支持させているが、そ
の高さの自由端側の側壁に拡張部２３を設け、この部分
の脱ガス処理槽の容積を大きくしてある。このように構
成することにより、前逑したようなヒータの脱ガス処理
槽の内面への接触を回避しながら、比較的小容量の脱ガ
ス処理槽を製作することが可能である。
【００２４】さらに本実施例においては、回転式ガス放
出手段９による溶融金属の渦流発生を緩和するために、
脱ガス処理槽１４の内周壁面に沿って縦方向に延びるバ
ッフルプレートを設けてある。溶融金属の渦流が速いと
加熱ヒータ２１に大きな応力が掛り、ヒータが損傷した
り、その寿命が短縮する。したがって、バッフルプレー
ト２２の設置はヒータ２１の保護に大きな効果を発揮す
る。また、バッフルプレート２２の効果はヒータ２１の
保護だけにとどまる訳ではない。例えばアルミニウム合
金等の溶融金属中に存在する介在物は、一般的に溶融金
属の比重に近いため分離し難しい。よって溶湯の渦流が
強いと介在物が溶融金属の流れに巻き込まれたままなか
なか浮上してこない。ところが、バッフルプレート２２
が存在すると、脱ガス処理槽２４内に部分的な乱流が発
生し、介在物も浮上し易くなり、溶融金属からの分離が
短時間で行われる。バッフルプレート２２は複数個設け
ることにより効果が一層増大する。また設ける位置はヒ
ータ２１より上部が望ましいが、ヒータ取付けが支障を
きたさない範囲であればその長さは限定しない。
【００２５】以上で本発明の実施例につき、構成および
その特徴につき説明したが、ここで若干その操業方法に
ついて触れる。前工程で溶解炉から送られてきた溶融金
属は入口１２を経て連続的に脱ガス処理槽１４内に貯留
される。例えばアルミニウム合金においては受入れ時の
溶融金属温度は一般に６８０〜７３０℃である。そして
脱ガス処理を終えるまで脱ガス処理槽１４内でもその温
度に維持される。一方、脱ガス処理槽１４内では、モー
タ１８により回転するガス放出手段１９から不活性ガス
が絶えず溶融金属２０中に吹込まれている。ガス放出手
段１９はモータ１８により毎分５００〜１０００回転の
高速で駆動され、微細な不活性ガスの気泡を溶融金属２
０内にまき散らす。これらの多数の気泡は溶融金属中の
固溶ガスや懸濁非金属を取り込んで浮上し、脱ガス処理
が完成する。脱ガス処理装置１１の操業時において、バ
ッフルプレート２２の存在はガス放出手段１９により発
生する溶融金属の渦流と逆らうような作用をもたらし、
脱ガス処理槽１４内の各部に乱流を形成させ気液反応を
高める。そして処理室１７で脱ガス処理を終えた溶融金
属は仕切板１６の下部から出口１３の方へ流れ、次工程
へ送られる。
【００２６】
【効果】本発明に係るインライン脱ガス装置によれば、
ヒータが脱ガス処理槽内下部の溶融金属中に浸漬支持さ
れているので、ヒータ自体へのドロスの付着を防止する
ことができ、ヒータの損傷が大幅に少なくなった。しか
も、ヒータの取付け位置の工夫でヒータ表面に加わる溶
融金属からの圧力が均一になるとともに、脱ガス処理槽
全体の温度の不均一が解消し、熱効率が向上した。さら
に脱ガス処理槽の内周壁に複数個のバッフルプレートを
縦方向に設けることにより溶融金属の渦流発生を緩和
し、ヒータへ掛る圧力を減少させてヒータ保護管及びヒ
ータの寿命延長を図るとともに、溶融金属中に乱流を生
じせしめて短時間で固溶ガスや介在物の分離を行い、脱
ガス処理効果を高めることができるようになった。特
に、前逑したヒータ取付け位置の工夫と、バッフルプレ
ート設置との相乗効果により長寿命で効率のよい画期的
な脱ガス処理装置の提案が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインライン脱ガス装置
の全体部分の槽成を示す縦方向側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図で装置を横方向に
断面したものである
【図４】従来のインライン脱ガス装置の側断面図であ
る。
【符号の説明】
１２・・・入口 １３・・・出口 １４・・・脱ガス処
理槽 １５・・・蓋 １６・・・仕切板 １８・・・モータ １９・・・回転式ガス放出手段 ２１・・・ヒータ ２２・・・バッフルプレート ２３・・・拡張部
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ２２Ｄ 17/30 Ｂ２２Ｄ 17/30 Ｚ (72)発明者 大野 嘉一 兵庫県神戸市中央区御幸通８丁目１番６号 有限会社 パイロテック・ジャパン・リミ テッド内 (72)発明者 望月 俊二 兵庫県尼崎市鶴町７番地14号 株式会社ト ウネツ内 Ｆターム(参考） 4E004 HA03 NC08 NC09 4E014 AA01 NA03 4K046 AA07 BA02 CA03 CC05 CD03 CD13 4K063 AA04 BA03 CA06 DA05 DA14

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非鉄溶融金属を槽の一端付近に設けた入
    口より連続的に受け入れて貯留し処理後に他端付近に設
    けた出口より排出するインライン式脱ガス処理槽と、該
    脱ガス処理層に貯留された溶融金属中に気泡状の不活性
    ガス等を放出して固溶ガス又は非金属介在物を連続的に
    除去する回転式ガス放出手段とを備えたインライン脱ガ
    ス装置において、前記脱ガス処理槽の下部側壁から槽床
    に対してほぼ平行に延び溶融金属中に浸漬支持される加
    熱ヒータを備えたことを特徴とするインライン脱ガス装
    置。
  2. 【請求項２】 前記脱ガス処理槽の側壁内周面に沿って
    縦方向に延びる複数個のバッフルプレートを設けたこと
    を特徴とする請求項１記載のインライン脱ガス装置。
  3. 【請求項３】 前記ヒータが前記脱ガス処理槽の内面か
    ら所定寸法以上離隔された状態で側壁に片持ち支持され
    ていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインラ
    イン脱ガス装置。
  4. 【請求項４】 前記脱ガス処理槽は、一方の側壁に支持
    された前記ヒータの支持高さに対応する槽容積を大きく
    とるべく、対向する他方の側壁の対応する高さ位置部分
    を拡張したことを特徴とする請求項３に記載のインライ
    ン脱ガス装置。
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