JP2004101112A - ドロス除去装置及びドロス除去システム - Google Patents

Abstract

【課題】金属溶湯からドロスを効率的に除去することができるドロス除去装置及びドロス除去システムを提供する。
【解決手段】金属溶湯が圧送される流路３に湯溜め部５を形成し，前記湯溜め部５を上流側と下流側に仕切る仕切り板７を設け，前記仕切り板７の下部に金属溶湯を通過させる通口８を設けた。また，金属溶湯が圧送される複数の流路にドロス除去装置をそれぞれ設け，前記各流路に対して金属溶湯を選択的に流す切換弁を設けた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，例えばガリウム等の金属溶湯中に発生するドロスを，金属溶湯中から除去する装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばガリウム（Ｇａ）等の金属を精製する方法として，精製槽に液体状態の金属である溶湯を収容し，攪拌しながら凝固させることにより，不純物濃度の低い結晶した金属を分離する精製方法が用いられる。このような精製方法として，例えば，特開２０００−１２９３７２号公報等に開示されたものが知られている。かかる精製する前の金属溶湯中には，ドロス（金属酸化物）が含まれている。ドロスは純粋な金属溶湯より比重が小さく，精製槽内に金属溶湯を貯留すると液面にドロスが浮上する。従来，精製槽内に金属溶湯を貯留した後，精製を開始する前に，液面に浮遊するドロスを手作業で掬い取っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来のようにドロスを掬い取る方法は作業効率が悪く，操業効率を向上させることが困難であった。また，ドロスを掬い取る際に，金属溶湯を一緒に多く掬い取ってしまうことがあり，精製される金属の歩留りの悪化を招く虞があった。
【０００４】
また，例えばガリウム等の金属を鋳造する際に鋳型に注入する金属溶湯中にも，ドロスが含まれている。しかしながら，従来，鋳造工程においてはドロスを除去できず，鋳造製品中にドロスが混入するといった不具合があった。
【０００５】
従って，本発明の目的は，金属溶湯からドロスを効率的に除去することができるドロス除去装置及びドロス除去システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば，金属溶湯が圧送される流路に湯溜め部を形成し，前記湯溜め部を上流側と下流側に仕切る仕切り板を設け，前記仕切り板の下部に金属溶湯を通過させる通口を設けたことを特徴とする，ドロス除去装置が提供される。このドロス除去装置にあっては，湯溜め部の上流側でドロスを浮上させて溜めることにより，金属溶湯からドロスを除去できる。
【０００７】
さらに，前記湯溜め部の底部に，ドロスを排出する排出路を設けることが好ましい。即ち，溜まったドロスを湯溜め部の底部から排出路に落下させて，効率的に排出できる。
【０００８】
また，本発明によれば，金属溶湯が圧送される複数の流路に，請求項１又は２に記載のドロス除去装置をそれぞれ設け，前記各流路に対して金属溶湯を選択的に流す切換弁を設けたことを特徴とする，ドロス除去システムが提供される。このドロス除去システムにあっては，１つの流路に設けたドロス除去装置にドロスが蓄積されて除去性能が低下したら，他の流路に金属溶湯を流すように切換弁を切り換えて，この流路に設けたドロス除去装置によってドロスを除去できる。従って，除去性能を高く維持できる。さらに，１つのドロス除去装置によってドロスを除去する間に，他のドロス除去装置からドロスを排出できるので，操業効率が良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１は，本実施の形態にかかるドロス除去装置１の概略縦断面図である。チューブ３は，図示しない原料タンクからガリウムの精製槽に，金属溶湯として液体ガリウムを圧送する流路である。チューブ３には，ドロス除去装置１の湯溜め容器５が介設されている。
【００１０】
湯溜め容器５は，筒状側壁と底部から構成され，上部に取り外し可能な上蓋６が備えられている。また，湯溜め容器５の内部を上流側と下流側に２つに仕切るように略垂直に，仕切り板７が設けられている。湯溜め容器５の内部は，仕切り板７によって，上流側Ｓ１と下流側Ｓ２に仕切られている。仕切り板７の下部には，液体ガリウムを上流側Ｓ１から下流側Ｓ２に通過させる通口８が設けられている。
【００１１】
前述のチューブ３は，上流側Ｓ１の上部と，下流側Ｓ２の上部にそれぞれ接続されている。湯溜め容器５の底部には，湯溜め容器５からドロスを排出するための，開閉可能な排出路１０が設けられている。
【００１２】
次に，以上のように構成されたドロス除去装置１を用いたドロスの除去について説明する。図示しない原料タンクに貯留された液体ガリウムを，チューブ３によってドロス除去装置１に向かって圧送し，上流側Ｓ１の上部から湯溜め容器５の内部に導入する。上流側Ｓ１に流入した液体ガリウムは，通口８より下流側Ｓ２に流入し，湯溜め容器５内の上流側Ｓ１と下流側Ｓ２にまたがって液体ガリウムが溜められる。なお，チューブ３内で液体ガリウムを加圧する圧力は，約１．８ｋｇ／ｃｍ^２程度である。
【００１３】
チューブ３から圧送される液体ガリウムは，液体ガリウムより比重の軽いドロスを含有している。このドロスは，酸化ガリウムや，窒素や酸素などの気体を含有している。加圧状態のチューブ３から，チューブ３内よりも低圧状態となる湯溜め容器５に液体ガリウムが流入すると，ドロスに含有されている気体が膨張することにより，ドロス全体が膨張して比重が小さくなり，液体ガリウムから浮上しやすくなる。従って，上流側Ｓ１に液体ガリウムを溜めると，ドロスが上流側Ｓ１の上部に浮上する。一方，液体ガリウムは，ドロスより比重が大きく，上流側Ｓ１の下部に沈む。こうして，液体ガリウムとドロスを分離させることができる。
【００１４】
上流側Ｓ１の下部に移動した液体ガリウムは，通口８を通過して下流側Ｓ２に流入して，チューブ３によって下流側Ｓ２の上部から導出される。一方，上流側Ｓ１の上部に浮上したドロスは，仕切り板７によって堰き止められ，下流側Ｓ２に流入せず，そのまま上流側Ｓ１に蓄積される。このようにして，液体ガリウムからドロスを除去することができる。
【００１５】
ドロス除去装置１によってドロスが除去された液体ガリウムは，再びチューブ３によって圧送され，図示しない精製槽に導入される。一方，ドロス除去装置１に蓄積されたドロスは，排出路１０を開口させることにより，湯溜め容器５の底部から排出路１０に落下させて排出することができる。
【００１６】
かかるドロス除去装置１によれば，チューブ３の途中に湯溜め容器５を形成したことにより，送液中の液体ガリウムからドロスを分離させることができ，仕切り板７を形成したことにより，分離させたドロスを堰き止めて，液体ガリウムのみを送液することができる。従って，液体ガリウムからドロスを効率的に除去できる。さらに，ガリウム精製工程全体の作業効率，操業効率を向上させることができる。
【００１７】
以上，本発明の好適な実施の形態の一例を示したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，金属溶湯は液体ガリウムに限定されず，その他の種々の金属溶湯であっても良い。
【００１８】
ドロス除去装置１は，精製槽に送液する流路に限定されず，種々の流路に適用できる。例えば，鋳造原料タンクに圧送する流路にドロス除去装置１を設けても良い。この場合も，液体ガリウムからドロスを効率的に除去できる。さらに，鋳造製品中に混入するドロスを大幅に減少させることができるので，不具合を抑制できる。
【００１９】
本実施の形態では，１本のチューブ３に介設したドロス除去装置１について説明したが，複数の流路を並列に設け，各流路に対して液体ガリウムを選択的に流す構成としても良い。この場合，液体ガリウムの圧送及びドロス除去と，ドロス除去装置に蓄積されたドロスの排出とを，並行して行うことができる。以下に，別の実施の形態にかかるドロス除去システム１５について説明する。
【００２０】
図２は，ドロス除去システム１５の概略を示している。液体ガリウムが圧送されるチューブ１７には，チューブ１７の途中で分岐して再び合流する２つの分岐チューブ１８，１９が形成されている。分岐チューブ１８，１９の各上流端と，分岐チューブ１８，１９より上流に位置するチューブ１７の下流端は，３方切換弁２１を介して接続されている。また，分岐チューブ１８，１９の各下流端と，分岐チューブ１８，１９より下流に位置するチューブ１７の上流端は，３方切換弁２３を介して接続されている。従って，３方切換弁２１，２３の切換によって，分岐チューブ１８，１９に対して液体ガリウムを選択的に流すことができる。さらに，分岐チューブ１８，１９には，上述したドロス除去装置１と同様の構成を有するドロス除去装置２８，２９がそれぞれ介設されている。
【００２１】
次に，以上のように構成されたドロス除去システム１５を用いたドロスの除去について説明する。先ず，３方切換弁２１，２３の切換により，液体ガリウムを分岐チューブ１８に通過させ，分岐チューブ１９には通過させない状態とする。そして，図示しない原料タンクに貯留された液体ガリウムを，チューブ１７，１８に順に通過させて圧送し，分岐チューブ１８に設けたドロス除去装置２８に導入してドロスを除去し，ドロス除去後の液体ガリウムを分岐チューブ１８，チューブ１７に順に通過させて圧送する。
【００２２】
ドロス除去装置２８におけるドロスの蓄積量が増加することにより，ドロス除去性能が低下したら，３方切換弁２１，２３を切り換えて，液体ガリウムを分岐チューブ１９に通過させる状態とし，分岐チューブ１８に通過させない状態とする。そして，図示しない原料タンクに貯留された液体ガリウムを，チューブ１７，１９に順に通過させて圧送し，分岐チューブ１９に設けたドロス除去装置２９に導入してドロスを除去し，ドロス除去後の液体ガリウムを分岐チューブ１９，チューブ１７に順に通過させて圧送する。一方，ドロス除去装置２９によってドロスを除去する間に，ドロス除去装置２８からドロスを排出してドロス除去性能を回復させる。そして，ドロス除去装置２９におけるドロスの蓄積量が増加することにより，ドロス除去性能が低下したら，再び３方切換弁２１，２３を切り換えて，液体ガリウムを分岐チューブ１８に通過させ，ドロス除去性能を回復させたドロス除去装置２８によってドロス除去を行う。
【００２３】
かかるドロス除去システム１５によれば，液体ガリウムを分岐チューブ１８，１９に選択的に流す構成としたことにより，ドロスを排出する際に液体ガリウムの圧送及びドロス除去を中断する必要が無く，操業効率が良い。また，ドロス除去装置２８，２９のドロス除去性能を交互に回復させることができるので，ドロスの除去性能を常に高く維持できる。
【００２４】
なお，ドロス除去装置をそれぞれ設けた２本の分岐チューブ１８，１９を有する場合について説明したが，勿論，分岐チューブは３本以上に形成し，各分岐流路にドロス除去装置を設けても良い。
【００２５】
【実施例】
ドロス除去装置１の効果を検証する実験を行った。先ず，図１に示したドロス除去装置１を介設しないチューブ３によって，液体ガリウムを精製槽に圧送し，精製槽内に貯留した液体ガリウムから採取されたドロスの重さを測定した。結果を表１に示す。次に，ドロス除去装置１を介設したチューブ３によって液体ガリウムを精製槽に圧送し，精製槽内に貯留した液体ガリウムから採取されたドロスの重さを測定した。結果を表２に示す。なお，表１，２において，原料重さとは，チューブ３によって圧送する前の，ドロスを含有する液体ガリウムの重さである。ドロス重さとは，チューブ３によって圧送された後の，精製槽に貯留された液体ガリウムから採取されたドロスの重さである。割合とは，原料重さに対するドロス重さの比率である。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
表１，２の結果に見られるように，ドロス除去装置１を設置しない場合（ドロス除去装置設置前）においては，精製槽内から約２．３ｋｇ程度の量のドロスが採取された。一方，ドロス除去装置１を設置した場合（ドロス除去装置設置後）においては，精製槽内から約０．６ｋｇ程度の量のドロスが採取された。即ち，ドロス除去装置１を設置しない場合と比較して，精製槽内に発生するドロスが約１／４程度の量に減少したことが確認される。以上の結果から，ドロス除去装置１を設けることにより，送液中の液体ガリウムからドロスを効果的に除去できることが明らかとなった。
【００２９】
また，ドロスを採取する前に，精製槽内の液体ガリウム液面に浮上するドロスを目視により観察した結果，ドロス除去装置１を設置した場合においては，設置しない場合と比較して，スポンジ状のドロスが大幅に減少したことが確認された。従って，スポンジ状のドロスを特に効果的に除去できることが明らかとなった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば，金属溶湯からドロスを効率的に除去することができる。さらに，金属精製等の作業効率，操業効率が向上する。また，鋳造製品中に混入するドロスを大幅に減少させ，不具合を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドロス除去装置の概略縦断面図である。
【図２】ドロス除去システムの概略を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｓ１　上流側
Ｓ２　下流側
１　　ドロス除去装置
３　　チューブ
５　　湯溜め容器
６　　上蓋
７　　仕切り板
８　　通口
１０　排出路
１５　ドロス除去システム
１７　チューブ
１８，１９　分岐チューブ
２１，２３　３方切換弁
２８，２９　ドロス除去装置

Claims (3)

1. 金属溶湯が圧送される流路に湯溜め部を形成し，前記湯溜め部を上流側と下流側に仕切る仕切り板を設け，前記仕切り板の下部に金属溶湯を通過させる通口を設けたことを特徴とする，ドロス除去装置。
2. 前記湯溜め部の底部に，ドロスを排出する排出路を設けたことを特徴とする，請求項１に記載のドロス除去装置。
3. 金属溶湯が圧送される複数の流路に，請求項１又は２に記載のドロス除去装置をそれぞれ設け，
   前記各流路に対して金属溶湯を選択的に流す切換弁を設けたことを特徴とする，ドロス除去システム。

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