JP2010127538A - 金属溶解炉へのカバーガスの供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属溶解炉の湯溜部の上方の空間が溶湯流路の空間部に連通する構造の金属溶解炉にカバーガスを供給する際、金属溶解炉内のカバーガスが溶湯流路の空間部に流入しても、溶湯流路内を流れる溶湯表面に厚い保護被膜が形成されることがなく、溶湯流路が閉塞しないようにする。
【解決手段】金属を溶解し、その溶湯Ｍを貯える炉本体１と、この炉本体から溶湯を外部に汲み出す流出管６と、炉本体にカバーガスを導入する第１導入管３と、流出管にカバーガスを導入する第２導入管７を備え、炉本体の上部空間が流出管に連通している金属溶解炉を用い、カバーガスとして、少なくとも炭酸ガスを含むガスを用い、第１導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第２導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度よりも高くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、マグネシウム、マグネシウム合金などの金属を溶解し、溶湯をダイカストマシンなどに供給するための金属溶解炉へカバーガスを供給する方法に関する。

この種の金属溶解炉にあっては、従来より溶湯の酸化、燃焼、蒸発を防止する目的のため、溶湯表面をカバーガスで覆うことが行われている。
このカバーガスとしては、六フッ化イオウと不活性ガスとの混合ガスが用いられてきたが、六フッ化イオウが温暖化ガスに指定されたことから、これに代わってフルオロケトンを含むカバーガスを用いることが提案されている。

しかしながら、フルオロケトンを含むカバーガスは、六フッ化イオウを含むカバーガスに比べて溶融金属保護効果が低くなりやすい問題がある。
このため、フルオロケトンを含むカバーガスに炭酸ガスを添加し、金属フッ化物からなる被膜以外に金属酸化物からなる被膜を生成することによって生成する保護被膜の厚さを厚くし、保護効果を高めるようにしている。

ところで、金属溶解炉の溶湯を用いて鋳造製品を製造する方法として、コールドチャンバー式ダイカストマシンを使用するものがある。この方法は、金属溶解炉からの溶湯をダイカストマシンの射出スリーブに注ぎ込み、この射出スリーブ内の溶湯を射出プランジャの高速前進により金型のキャビティ内に射出、充填するものである。

金属溶解炉からの溶湯を射出シリンダーに注ぎ込む方法には、溶湯を湯溜部から汲み上げ、重力により溶湯流路を流下させる方法があり、この方法では溶湯流路から溶湯が噴出することがなく、溶湯流路に気密性が求められない。したがって、この方式では、溶湯流路を半開放構造とすることができ、メンテナンス性に優れるという利点がある。

しかしながら、この方式では、金属溶解炉の湯溜部の上方の空間が溶湯流路の空間部に連通しているので、金属溶解炉内のカバーガスが溶湯流路の空間部に流入する。このカバーガスは、これに含まれる炭酸ガス濃度が高いため溶湯流路内を流れる溶湯表面に厚い保護被膜が形成され、これが次第に堆積して厚さを増し、ついには溶湯流路が閉塞してしまうことがある。
特開平８−１４３９８５号公報 特開２００４−２７６１１６号公報

よって、本発明における課題は、金属溶解炉の湯溜部の上方の空間が溶湯流路の空間部に連通する構造の金属溶解炉にカバーガスを供給する際、金属溶解炉内のカバーガスが溶湯流路の空間部に流入しても、溶湯流路内を流れる溶湯表面に厚い保護被膜が形成されることがなく、溶湯流路が閉塞しないようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１の発明は、金属を溶解し、その溶湯を貯える炉本体と、この炉本体から溶湯を外部に汲み出す溶湯流路と、前記炉本体にカバーガスを導入する第１導入管と、前記溶湯流路にカバーガスを導入する第２導入管を備え、炉本体の上部空間が溶湯流路に連通している金属溶解炉を用い、
前記カバーガスとして、少なくとも炭酸ガスを含むガスを用い、
前記第１導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第２導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度よりも高くすることを特徴とする金属溶解炉へのカバーガスの供給方法である。

請求項２の発明は、金属を溶解し、その溶湯を貯える炉本体を分離壁により分離して形成された投入室および保持室と、この保持室から溶湯を外部に汲み出す溶湯流路と、前記投入室にカバーガスを導入する第１導入管と、前記溶湯流路にカバーガスを導入する第２導入管を備え、保持室の上部空間が溶湯流路に連通している金属溶解炉を用い、
前記カバーガスとして、少なくとも炭酸ガスを含むガスを用い、
前記第１導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第２導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度よりも高くすることを特徴とする金属溶解炉へのカバーガスの供給方法である。

請求項３の発明は、金属を溶解し、その溶湯を貯える炉本体を分離壁により分離して形成された投入室および保持室と、この保持室から溶湯を外部に汲み出す溶湯流路と、前記投入室にカバーガスを導入する第１導入管と、前記溶湯流路にカバーガスを導入する第２導入管と、前記保持室にカバーガスを導入する第３導入管を備え、保持室の上部空間が溶湯流路に連通している金属溶解炉を用い、
前記カバーガスとして、少なくとも炭酸ガスを含むガスを用い、
前記第１導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第３導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度と等しいか、それよりも高くし、
第２導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第３導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度よりも低くすることを特徴とする金属溶解炉へのカバーガスの供給方法である。

本発明によれば、金属溶解炉の炉本体には、炭酸ガス濃度が高いカバーガスが供給されるため、炉本体内の溶湯には厚い保護被膜が形成され、十分な溶湯保護効果が付与される。
また、溶湯流路には、炭酸ガス濃度が低いカバーガスが供給されることになり、溶湯流路内において厚い保護被膜が形成されることがなくなり、これが閉塞することがない。
さらに、溶湯流路内では溶湯が短時間にダイカストマシンの射出スリーブ内に流入するので、炭酸ガス濃度が低くても溶湯が発火することもない。

図１は、本発明のカバーガスの供給方法の第１の実施形態を示すものである。
図１において、符号１は金属溶解炉の炉本体を示す。炉本体１は、マグネシウム合金などの金属インゴットを投入して、これを溶解し、その溶湯Ｍを貯えるもので、その開口部は蓋２で覆われている。蓋２は、その一部が開閉可能とされた投入扉２ａとなっており、この投入扉２ａを開いて金属インゴットを投入できるようになっている。

炉本体１の蓋２には、第１導入管３の一端が接続され、他端がカバーガス供給源４に接続され、カバーガス供給源４からのカバーガスが第１導入管３を介して炉本体１の湯溜部の上方の空間（以下、上部空間と言う）に供給されるようになっている。
また、炉本体１には、溶湯Ｍを汲み上げるリフトポンプ５が設けられている。リフトポンプ５により汲み上げられた溶湯Ｍは流出管６を通り、図示しないダイカストマシンの射出シリンダー内に送られるようになっている。

流出管６の上端部は開放されており、流出管６の内部空間は炉本体１の上部空間と連通した状態となっている。また、流出管６の上部には第２導入管７の一端が接続され、他端はカバーガス供給源４に接続され、カバーガス供給源４からのカバーガスが第２導入管７を通って流出管６に供給されるように構成されている。
この例では、リフトポンプ５と流出管６とで、溶湯流路が構成されている。
カバーガス供給源４は、組成の異なる２種以上のカバーガスを生成し、それぞれのカバーガスを別々に導入管群に供給するようになっている。

カバーガス供給源４から第１導入管３に送られ、炉本体１に送られるカバーガスは、例えば、フルオロケトンと炭酸ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと窒素ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと乾燥空気との混合ガスなどの少なくともフルオロケトンと炭酸ガスを含む混合ガスであって、これら混合ガスにおけるフルオロケトン濃度が体積比で１００〜１０００ｐｐｍ、炭酸ガス濃度が体積比で２０〜３０％、残部が窒素ガスあるいは乾燥空気である組成を有するものである。

一方、カバーガス供給源４から第２導入管７に送られ、流出管６に送られるカバーガスは、例えば、フルオロケトンと炭酸ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと窒素ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと乾燥空気との混合ガスなどの少なくともフルオロケトンと炭酸ガスを含む混合ガスであって、これら混合ガスにおけるフルオロケトン濃度が体積比で６００ｐｐｍ以下、炭酸ガス濃度が体積比で１％以下、残部が窒素ガスあるいは乾燥空気である組成を有するものである。

このようなカバーガスの供給方法にあっては、炉本体１に送られ、その上部空間を覆うカバーガス中の炭酸ガス濃度が高いので、炉本体１内の溶湯表面は厚い保護被膜に覆われ、溶湯が酸化、燃焼、蒸発することがない。このため、投入扉２ａを開いて金属インゴットを投入する際に、外気が炉本体１に流入しても、この外気によって溶湯が燃焼したりすることがない。
また、流出管６に送られるカバーガス中の炭酸ガス濃度が低いので、流出管６を流れ落ちる溶湯表面にはほとんど保護被膜が生成せず、しかも溶湯表面はカバーガスで覆われ、かつ速い速度で流下するので、溶湯が酸化、燃焼、蒸発することがない。
したがって、流出管６内に形成される保護被膜の厚化はわずかなものとなり、連続操業時間が長くなる。

図２は、本発明のカバーガスの供給方法の第２の実施形態を示すもので、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例では、炉本体１が分割壁８により仕切られ、投入室９と保持室１０とに二分されている。
投入室９は、金属インゴットを投入し、これを溶解して溶湯Ｍとするものであり、保持室１０は、投入室９で形成された溶湯Ｍを貯えるためのものである。

分割壁８の上端部は、炉本体１の蓋２に接しており、上部空間が二分され気体の流通がないようになっている。分割壁８の下端部は、炉本体１の底部には接しておらず、溶湯Ｍが投入室９から保持室１０に向けて分割壁８の下端部をくぐって流れるようになっている。
蓋２のうち、投入室９を覆う部分には、投入扉２ａが設けられており、この投入扉２ａを開いて金属インゴットが投入室９に投入されるようになっている。
投入室９を覆う蓋２には、第１導入管３の一端が接続され、他端がカバーガス供給源４に接続されている。

保持室１０内には、溶湯Ｍを汲み上げるリフトポンプ５が設けられている。リフトポンプ５により汲み上げられた溶湯Ｍは流出管６を通り、図示しないダイカストマシンの射出シリンダー内に送られるようになっている。

流出管６の上端部は開放されており、流出管６の内部空間は保持室１０の上部空間と連通した状態となっている。また、流出管６の上部には第２導入管７の一端が接続され、他端はカバーガス供給源４に接続され、カバーガス供給源４からのカバーガスが第２導入管７を通って流出管６に供給されるように構成されている。

カバーガス供給源４から第１導入管３に送られ、投入室９に送られるカバーガスは、例えばフルオロケトンと炭酸ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと窒素ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと乾燥空気との混合ガスなどの少なくともフルオロケトンと炭酸ガスを含む混合ガスであって、これら混合ガスにおけるフルオロケトン濃度が体積比で１００〜１０００ｐｐｍ、炭酸ガス濃度が体積比で２０〜３０％、残部が窒素ガスあるいは乾燥空気である組成を有するものである。

一方、カバーガス供給源４から第２導入管７に送られ、流出管６に送られるカバーガスは、例えばフルオロケトンと炭酸ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと窒素ガスとの混合ガス、フルオロケトンと炭酸ガスと乾燥空気との混合ガスなどの少なくともフルオロケトンと炭酸ガスを含む混合ガスであって、これら混合ガスにおけるフルオロケトン濃度が体積比で６００ｐｐｍ以下、炭酸ガス濃度が体積比で１％以下、残部が窒素ガスあるいは乾燥空気である組成を有するものである。

この例のカバーガスの供給方法にあっては、流出管６の空間と保持室１０の上部空間とが連通しているので、第２導入管７から流出管６上部に供給されたカバーガスは、保持室１０の上部空間にも満たされる。
投入室９の上部空間と保持室１０の上部空間とは分割壁８によって仕切られているので、投入室９の上部空間に存在するカバーガスと保持室１０の上部空間に存在するカバーガスとが混じり合うことがない。

このため、投入室９の投入扉２ａを開いて金属インゴットを投入する際、投入室９に外気が流入してもこれが保持室１０の上部空間に流入することはなく、保持室１０の上部空間に存在するカバーガスの組成は、常時第２導入管７から供給されるカバーガスの組成と同じに保たれる。
したがって、保持室１０に外気が流入することがないので、その上部空間に存在するカバーガス中のフルオロケトン濃度および炭酸ガス濃度が低くても、溶湯保護効果が十分に得られる。
投入室９にその投入扉２ａから外気が流入しても、その上部空間には炭酸ガス濃度の高いカバーガスが存在するので、厚い保護被膜が形成されており、投入室９の溶湯が酸化、燃焼することはない。
勿論、流出管６の空間部に供給されるカバーガス中の炭酸ガス濃度が低いので、流出管６内を流れる溶湯表面に形成される保護被膜が生成されにくいことは先の実施形態と同様である。

図３は、本発明の第３の実施形態を示すもので、図２に示した第２の実施形態と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この実施形態では、炉本体１の蓋２のうち、保持室１０を覆う部分に第３導入管１１の一端を接続し、他端をカバーガス供給源４に接続し、保持室１０にも直接カバーガスを供給するようにした点が第２の実施形態と異なるところである。

第３導入管１１を介して保持室１０に送られるカバーガス中の炭酸ガス濃度は、投入室９に送られるカバーガス中の炭酸ガス濃度と等しいか、あるいは投入室９に送られるカバーバス中の炭酸ガス濃度と流出管６に送られるカバーガス中の炭酸ガス濃度との間の値に設定され、例えば体積比で５〜２０％とすることができる。
この実施形態においても、同様の作用効果を得ることができる。
なお、この実施形態の変形例として、第２導入管７を省略して、第３導入管１１から保持室１０に送られるカバーガスを流出管６に送るようにすることもできる。

以上説明した実施形態では、フルオロケトンと炭酸ガスを含むカバーガスを用いているが、フルオロケトン以外に、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、六フッ化イオウなど用いることもでき、同様の作用効果を得ることができる。

以下、具体例を示す。
図１に示した構造の金属溶解炉を用い、マグネシウム合金を溶解してダイカストマシンに供給した。第１導入管３から炉本体１に供給したカバーガスの組成は、体積比でフルオロケトン濃度６００ｐｐｍ、炭酸ガス濃度２５％、残部窒素ガスとした。
第２導入管７から流出管６に供給したカバーガスの組成は、体積比でフルオロケトン濃度２００ｐｐｍ、炭酸ガス濃度２５％、３％、１％、残部窒素ガスとした。

流出管６に供給したカバーガス中の炭酸ガス濃度を前述のように変化させて、流出管６が閉塞するまでの連続操業時間を求めた。
１時間当たり１ｋｇのマグネシウム合金溶湯をダイカストマシンに供給し、毎分２ショットの成形を行った。

その結果、流出管６に供給したカバーガス中の炭酸ガス濃度が体積比で２５％では３０分で流出管６が閉塞し、炭酸ガス濃度が３％では２時間で閉塞し、炭酸ガス濃度が１％では８〜１２時間の連続操業が可能であった。

本発明の第１の実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１・・炉本体、２・・蓋、３・・第１導入管、４・・カバーガス供給源、５・・リフトポンプ、６・・流出管、７・・第２導入管、８・・分割壁、９・・投入室、１０・・保持室、１１・・第３導入管、Ｍ・・溶湯

Claims (3)

1. 金属を溶解し、その溶湯を貯える炉本体と、この炉本体から溶湯を外部に汲み出す溶湯流路と、前記炉本体にカバーガスを導入する第１導入管と、前記溶湯流路にカバーガスを導入する第２導入管を備え、炉本体の上部空間が溶湯流路に連通している金属溶解炉を用い、
   前記カバーガスとして、少なくとも炭酸ガスを含むガスを用い、
   前記第１導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第２導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度よりも高くすることを特徴とする金属溶解炉へのカバーガスの供給方法。
2. 金属を溶解し、その溶湯を貯える炉本体を分離壁により分離して形成された投入室および保持室と、この保持室から溶湯を外部に汲み出す溶湯流路と、前記投入室にカバーガスを導入する第１導入管と、前記溶湯流路にカバーガスを導入する第２導入管を備え、保持室の上部空間が溶湯流路に連通している金属溶解炉を用い、
   前記カバーガスとして、少なくとも炭酸ガスを含むガスを用い、
   前記第１導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第２導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度よりも高くすることを特徴とする金属溶解炉へのカバーガスの供給方法。
3. 金属を溶解し、その溶湯を貯える炉本体を分離壁により分離して形成された投入室および保持室と、この保持室から溶湯を外部に汲み出す溶湯流路と、前記投入室にカバーガスを導入する第１導入管と、前記溶湯流路にカバーガスを導入する第２導入管と、前記保持室にカバーガスを導入する第３導入管を備え、保持室の上部空間が溶湯流路に連通している金属溶解炉を用い、
   前記カバーガスとして、少なくとも炭酸ガスを含むガスを用い、
   前記第１導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第３導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度と等しいか、それよりも高くし、
   第２導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度を、第３導入管に供給するカバーガスの炭酸ガス濃度よりも低くすることを特徴とする金属溶解炉へのカバーガスの供給方法。

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