JP2010532427A - 溶融金属を処理する回転撹拌デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】溶融金属を処理する回転デバイスであって、前記デバイスが、その一端にロータ（４０）がある中空シャフト（３０）を備え、前記ロータ（４０）が、離間して複数のディバイダ（５０）によって接続されたルーフ（４２）及びベース（４４）と、各々の隣接するディバイダの対（５０）とルーフ（４２）とベース（４４）との間に画定された通路（５２）であって、各通路（５２）が、ロータ（４０）の内部表面の流入口（５４）と、ロータ（４０）の外周面の排出口（５６）とを有し、各排出口（５６）が、それぞれの流入口（５４）よりも大きい断面積を有し、そこから半径方向外側に配置された通路（５２）と、シャフト（３０）を通して通路（５２）の流入口（５４）内と排出口（５６）外に画定された流路と、溶融金属とガスとの混合が実行されるチャンバ（４８）とを有し、複数の第１の切り欠き部（５８ａ）がルーフ（４２）に提供され、複数の第２の切り欠き部（５８ｂ）がベース（４４）に提供され、第１及び第２の切り欠き部（５８ａ，５８ｂ）の各々が通路（５２）の１つに連続している回転デバイス。本発明は、また、ロータ（４０）それ自体、本発明の回転デバイスを備えるガス抜き用及び／又は金属処理物質の添加用金属処理ユニット（１７０）並びに該デバイスを用いて溶融金属を処理する方法にも適用される。
【選択図】 図３ｂ

Description

本発明は、溶融金属を処理する回転撹拌デバイス及びこのようなデバイスを備える金属処理装置に関する。

溶融金属、特にアルミニウム合金などの非鉄溶融金属は、鋳造に先立って、通常、下記の処理を実行する下記の工程のうちの１つ以上で処理しなければならないことは周知である。

ｉ）ガス抜き − 溶融金属内に溶解したガスがあると、固化体に欠陥が導入され、その機械的特性が低減することがある。例えば、アルミニウム又はその合金から製造された鋳物及び展伸材内に欠陥が導入される。水素は、溶融温度と共に上昇する液体アルミニウム内の高い溶解度を有するが、固体アルミニウム内の溶解度は極めて低く、アルミニウムが固体化するにつれて、水素ガスが追い出されて鋳造物内に気孔が形成される。固体化の速度は気泡の量とサイズに影響し、用途によっては、ピンホール空隙率が金属鋳物の機械的強度と気密性とに深刻な影響を与える場合がある。またガスは空隙と切れ目に拡散して（例えば、酸素混入）アルミニウム合金のプレート、シート及びストリップ生産中にブリスタが形成されることがある。

ｉｉ）細粒化 − 鋳物の機械的特性は、固体化する金属の粒径を制御することで改善することができる。鋳造合金の粒径は、固体化を開始する液体金属内にある核の数と冷却速度とに依存する。冷却速度が大きいと、一般に粒径は小さくなり、溶融物にある種の元素を添加すると、結晶粒を成長させる核が提供される。

ｉｉｉ）改質 − 合金の微細構造と特性は、少量のナトリウムやストロンチウムなどのある種の「改質」元素を添加することで改良することができる。改質は、熱間引裂耐性を増大させ、合金供給特性を向上させ、収縮空隙率を減少させる。

ｉｖ）洗浄及びアルカリ除去 − あるレベルのアルカリ元素は合金の特性に悪影響を与えることがあり、それらを除去／低減する必要がある。鋳造合金内のカルシウムの存在は、改質などの他の工程に干渉するが、ナトリウムは精錬アルミニウム合金の延性特性に有害な影響を与える。固体化された金属内に閉じ込められた酸素、カーバイド及びホウ化物などの非金属の混入物の存在は、金属の物理的及び機械的特性に悪影響を与えるので除去する必要がある。

上記の処理は、様々な方法及び装置によって個別的に又は集合的に実行することができる。金属処理物質を添加する１つの方法は、それらを粉体、顆粒として溶融金属内に直接、又は（アルミニウム又は銅の）金属缶に封入した状態で添加しながら、溶融金属を機械的に撹拌して溶融物全体に確実に有効に分散させる方法である。溶融金属の表面下に排出口を備えたランセットの使用によって微粒子の金属処理剤も導入することができる。次に、ランセットを通してキャリアガスを用いて加圧下で粉体又は顆粒の添加剤が注入される。ランセットは、通常、添加剤とガスが通過する薄い壁の鋼鉄製の挿入管を備えたグラファイト又はシリコンカーバイドの中空管である。

溶融金属のガス抜きは、通常、回転ガス抜きユニット（「ＲＤＵ」）を用いて塩素、アルゴン、窒素などの乾燥した不活性ガス又はそれらの組合せの細かい泡で溶融金属を押し流すことで実行される。普通、これはロータが取り付けられた中空シャフトを用いて実行される。使用時に、シャフト及びロータは回転し、ガスがシャフトを伝わってロータを介して溶融金属内に分散する。ロータは溶融物の底に多数の極めて細かい気泡を生成するため、ランセットの代わりにロータを使用する方が効率的である。これらの気泡は、溶融物内を上昇し、水素が気泡内に拡散し、気泡が表面に達すると、気泡は大気中に放出される。上昇する気泡は混入物も捕捉し、溶融物の最上部まで運び、そこで混入物をすくい取ることができる。

水素（及び酸素混入物）を除去するガスを導入する処理に加えて、回転ガス抜きユニットを用いてシャフトを介して溶融物内にガスと共に金属処理物質（処理剤としても知られる）を噴射することができる。この噴射方法は、金属処理物質がシャフト内で部分的に溶融する傾向があり、特に粉体使用時に閉塞を引き起こすというランセット噴射の場合と同様の欠点を有する。粒状溶剤の導入及び使用によって、装置の設計変更と同様に多数の困難が緩和された。

ガス抜きと金属処理の両方のためのこのような装置の例が、Ｆｏｓｅｃｏから同じ商品名で開発及び販売されている金属処理ステーション（ＭＴＳ）である。最初の（「ＭＴＳ」）ユニットは、シャフトを介して処理物質を添加し、ロータを介して処理物質を溶融物全体に分散させる精密計量ユニットを含んでいた。

シャフトを用いて金属処理剤を導入する代わりに、その後の装置（Ｆｏｓｅｃｏから発売された「ＭＴＳ１５００」ユニット）は、シャフト及びロータを介することなく処理物質を直接溶融物の表面に添加する。ＭＴＳ１５００では、あるパラメータ内でのロータ及びシャフトの回転を用いてシャフトの周囲に渦流が形成される。次に、金属処理剤が渦流内に添加されて容易に溶融物全体に分散される。溶融物内に乱流が発生すると空気が導入され、その後金属内に酸素が形成される。したがって、渦流は処理サイクルの短い部分のみに使用され、混合ステージが完了すると、渦流は停止する（例えば、バッフル板を当てることで）。効率的なロータは、溶融物内の乱流を最小限に保持するためにできるだけ速く渦流を生成し処理剤を分散させる。次に、溶融物からの反応生成物のガス抜きと除去が実行される。初期の渦流の強力な混合動作とその後のサイクルの穏やかな部分（例えば、バッフル板が降下した後の）によって処理剤が効率的に使用され、溶融品質が最適化される。

金属処理ステーションなどの付加工程ステージを備えた、又は備えない回転ガス抜きユニットで使用する回転デバイスの例は、ＷＯ２００４／０５７０４５号（その開示の全文は、参照により本明細書に組み込むものとする）に記載された図１に示す「ＸＳＲロータ」（先行技術のロータ１）である。回転デバイス２は、一端で管状の接続片（図示せず）を介してロータ６に接続された穴４ａを有するシャフト４を備える。ロータ６は、ほぼディスク状であり、環状の上部（ルーフ８）と、そこから離間した位置に環状の下部（ベース１０）とを備える。ベース１０の中央には開いたチャンバ１２が提供され、ルーフ８まで上方に延在する。ルーフ８及びベース１０は、チャンバ１２の周辺部からロータ６の周辺部へ外側に延在する４つのディバイダ１４によって接続される。各々の隣接するディバイダの対１４とルーフ８とベース１０との間に区画１６が画定される。ルーフ８の周縁部８ａは、複数の（この実施形態では８つの）部分的に円形の切り欠き部１８を備える。各切り欠き部１８は、それぞれの区画１６の第２の排出口の役割を果たす。

別の先行技術のロータは、商品名Ｄｉａｍａｎｔ（商標）（先行技術のロータ２）でＶｅｓｕｖｉｕｓ社から発売されている図２に平面図で示す主としてガス抜き用のロータである。このロータは、ほぼディスク状であり、ロータ２０の周囲に等角度に離間した４つの半径方向の穴２２を備える。各穴２２は、ロータ２０の内部表面からその外周面２０ａへ延在してガスの排出口２４を提供する。ロータは、ロータの外周面２０ａから内側へ延在する４つの切り欠き部２６を有する。各切り欠き部２６は、排出口２４に位置し、ロータ２０の深さ全体にわたって下方へ延在する。ガスと溶融金属を混合するチャンバはない。使用時に、ロータは中空シャフトに取り付けられる（図示せず）。

ＵＳ６，０５６，８０３号は、溶融金属内にガスを噴射するインジェクタを開示する。インジェクタは、円柱状のシャフトの下端に取り付けられた表面が平滑なロータから構成される。ロータは、垂直の円柱状の下部と円錐状の上部とを合せた形状である。円柱状の下部は、いくつかの通路が放射状に延在する中央の空隙を備える。ガスの通路は、ガスを通路に導入するが、空隙とは直接連通していない。

ＤＥ１０３ ０１ ５６１号は、中央の穴を備えた円錐台状のロータヘッドを開示する。ロータヘッドの側面は、横方向の溝の存在によって輪郭が形成され、下面は放射状に延在するチャネルを備える。

ＵＳ５，１６０，５９３号は、中空インペラシャフトに装着するように構成された溶融金属を処理するためのマルチベーンのインペラヘッドを開示する。インペラヘッドは、中央の軸方向の穴を備えたハブを有し、いくつかのベーンがハブに固定されその先に延在している。ベーンは、液体とガスの相間相互作用を拡げる乱流を生成する。

本発明の目的は、改良型回転デバイスと、好ましくは周知のデバイスに対して下記の利点のうちの１つ以上を提供するこのようなデバイスを備える金属処理装置（ガス抜き用及び／又は金属処理剤の添加用）とを提供することである。
（ｉ）より迅速なガス抜き及び／又はより迅速及び／又は効果的な処理剤の混合などの冶金学上の利点
（ｉｉ）装置の耐久性及び耐用期間の向上、処理コストの低減及び廃棄物の低減などの経済的な利点
（ｉｉｉ）処理物質と大気との接触の低減とその結果としてのガス微粒子の排出の低減などの健康及び安全上の利点
（ｉｖ）例えば、必要な処理物質の量の低減、処理回数及び廃棄物の低減によるエネルギー消費の低下による環境面での利点。

本発明によれば、溶融金属を処理する回転デバイスであって、上記デバイスがその一端にロータがある中空シャフトを備え、上記ロータが、
離間して複数のディバイダによって接続されたルーフ及びベースと、
各々の隣接するディバイダの対とルーフとベースとの間に画定された通路であって、各通路がロータの内部表面の流入口とロータの外周面の排出口とを有し、各排出口が、それぞれの流入口よりも大きい断面積を有し、そこから半径方向外側に配置された通路と、
シャフトを通して通路の流入口内と排出口外に画定された流路と、
溶融金属とガスとの混合が実行されるチャンバとを有し、
複数の第１の切り欠き部がルーフに提供され、複数の第２の切り欠き部が、ベースに提供され、第１及び第２の切り欠き部の各々が通路の１つに連続している回転デバイスが提供される。

驚くべきことに、本発明者らは、チャンバと、流入口より断面積が大きい排出口と、ルーフ及びベースの切り欠き部との組合せによって溶融金属のガス抜きと混合の両方の改善が得られ、同じガス抜き／混合の効率を保持しながら回転速度を落とすことができ、シャフト及びロータの寿命を延ばすことができ、又は同じロータ速度でより効率的にガス抜き／混合の回数を達成することができ、処理時間を低減する機会が提供されることを発見した。

一実施形態では、ロータは固体ブロック材料からなり、ルーフ及びベースがそれぞれブロックの上部及び下部領域と、通路を画定する穴／スロットを内部に有するブロックの中間領域であって、各穴／スロット間に各ディバイダを画定する中間領域とから構成される。

一実施形態では、各々の第１の切り欠き部（ルーフの）はロータの外周面から内側に延在し、この場合、各々の第１の切り欠き部は排出口に連続する。このような実施形態では、外周面における各々の第１の切り欠き部の大きさは、対応する排出口の大きさより大きくないかおそらくは小さい。好都合なことには、各々の第１の切り欠き部は部分的に円形である。好都合なことには、第１の切り欠き部は、ロータの周囲に対称に配置されている。しかし、第１の切り欠き部は任意の形状であってよく、第１の切り欠き部のうちの１つ以上は代替的にルーフを通過して通路の１つにつながる穴（任意の形状の）によって構成されていてもよいことは当然理解されよう。

第１の切り欠き部は、同じ又は異なるサイズ及び／又は形状であってもよい。しかし、一実施形態では、第１の切り欠き部はすべて同じサイズ及び形状を有する。

いくつかの実施形態では、各々の第２の切り欠き部（ベースの）は、ベースの外周面から内側に延在する切り欠き部である。好都合なことには、各々の第２の切り欠き部は、部分的に円形である。好都合なことには、第２の切り欠き部は、ロータの周囲に対称に配置されている。しかし、第２の切り欠き部は任意の形状であってよく、第２の切り欠き部のうちの１つ以上は代替的にベースを通過して通路の１つにつながる穴（任意の形状の）によって構成されていてもよいことは当然理解されよう。

各々の第２の切り欠き部は、同じ又は異なるサイズ及び／又は形状であってもよい。一実施形態では、第２の切り欠き部はすべて同じサイズ及び形状を有する。

第２の切り欠き部は、第１の切り欠き部と同じサイズ及び／又は形状であってもよく、又は異なるサイズ及び／又は形状であってもよい。一実施形態では、第１及び第２の切り欠き部はすべて同じサイズ及び形状を有する。

第１の切り欠き部の数は、第２の切り欠き部の数より大きくてもよく、小さくてもよく、又はそれに等しくてもよい。一実施形態では、第１の切り欠き部の数は第２の切り欠き部の数に等しい。

いくつかの実施形態では、ロータは、３つ、４つ、又は５つの通路（それぞれ３つ、４つ、又は５つのディバイダによって画定された）を有する。特定の実施形態では、ロータは、４つの通路を有する。

いくつかの実施形態では、ロータは、少なくとも１つの排出口と、通路当たり少なくとも１つの各々の第１及び第２の切り欠き部を有する。特定の実施形態では、ロータは、１つの排出口と、通路当たり２つの第１の切り欠き部と２つの第２の切り欠き部とを有する。さらに別の実施形態では、ロータは、１つの排出口と、通路当たり１つの各々の第１及び第２の切り欠き部を有する。

一実施形態では、通路内の各々の第１の切り欠き部は、対応する第２の切り欠き部に少なくとも部分的に見当が合っている。別の実施形態では、各々の第１の切り欠き部は、対応する第２の切り欠き部に完全に見当が合っている（すなわち、ロータに向けてシャフト軸に沿って見た時に、各々の第１の切り欠き部は、対応する第２の切り欠き部の真上にある）。

一連の実施形態では、第１及び／又は第２の切り欠き部は、ロータの半径の５０％を超えずに、又は４０％を超えずに内側に延在する。いくつかの実施形態では、第１及び／又は第２の切り欠き部は、ロータの半径の１０％を超えて、又は２０％を超えて内側に延在する。切り欠き部の結果として除去されるロータ（ルーフ又はベース）の外周面の一部分（弧）がシャフト軸に直交する平面内で直線、部分円又は弓状である時に、これは特に有用なパラメータである。一実施形態では、除去されるロータ（ルーフ又はベース）の外周面の一部分（弧）は部分円である。

シャフト軸に直交する平面内のロータの外周面が名目上は円である第２の一連の実施形態では、第１の１つ又は複数の切り欠き部によって除去されるルーフの円周の弧あるいは所与の通路に連続する第２の１つ又は複数の切り欠き部によって除去されるベースの円周の弧の長さに通路の数を乗算した値の円周に対する割合は、少なくとも０．２、少なくとも０．３、少なくとも０．５、又は少なくとも０．６である。別の実施形態では、割合は０．９以下である。したがって、所与の通路に連続する複数の第１又は第２の切り欠き部がある場合、該当する割合は、所与の通路に連続するそれぞれの第１又は第２の切り欠き部のすべてによって除去されるルーフ又はベースの円周の弧の全長に通路の数を乗算した値の円周に対する割合であることを理解されたい。

ロータは、溶融金属とガスとの混合が実行されるチャンバを備える。一実施形態では、チャンバは、流入口の半径方向内側に位置し、ロータのベースに開口を有し、シャフトと流入口との間の流路内にあるので、使用時にデバイスが回転すると、溶融金属がロータのベースを通してチャンバ内に引き込まれ、チャンバ内で溶融金属はシャフトからチャンバ内に流れるガスと混合され、金属／ガスの分散が流入口を通して通路内に圧送され、その後排出口を通してロータから排出される。

一実施形態では、シャフトとロータは別々に形成され、両者は解放可能な固定手段によって一緒に取り付けることができる。シャフトは、ロータに直接接続することができ（例えば、シャフトとロータの各々にはめ合わせ用のねじ山を提供することで）、又はねじ山を切った管状の接続片を介して間接的に接続することができる。

ロータは、好都合なことには固体のブロック材料（グラファイトなどの）から形成され、通路は好都合なことにはフライス加工によって形成される。また、ロータは、適切な材料（例えば、アルミナグラファイト）を均衡をとって必要な形状にプレス成形又は鋳造し（オプションとして、最終寸法を与えるために準正味形状を加工し）、次に、焼成して最終製品を製造することで製造することができる。

疑問を払拭するために明記すると、本発明は、また、ロータそれ自体と、本発明の回転デバイスを備えるガス抜き用金属処理ユニット（ＲＤＵ）及び／又は金属処理物質の添加用ユニット（例えば、ＭＴＳユニット）にも適用される。

本発明は、さらに、
（ｉ）本発明のデバイスのロータとシャフトの一部を処理する溶融金属内に浸漬するステップと、
（ｉｉ）シャフトを回転させるステップと、
（ｉｉｉ）ガス及び／又は１つ又は複数の処理物質をロータを介してシャフトから溶融金属内に供給し、及び／又は１つ又は複数の処理物質を溶融金属内に直接供給し、それによって金属を処理するステップと、
を含む溶融金属の処理方法にも適用される。

溶融金属の性質に制限はない。しかし、処理のための適切な金属は、アルミニウム及びその合金（低シリコン合金（４〜６％Ｓｉ）、例えば、ＢＳ合金ＬＭ４（Ａｌ−Ｓｉ５Ｃｕ３）、中シリコン合金（７．５〜９．５％Ｓｉ）、例えば、ＢＳ合金ＬＭ２５（Ａｌ−Ｓｉ７Ｍｇ）、共晶合金（１０〜１３％Ｓｉ）、例えば、ＢＳ合金ＬＭ６（Ａｌ−Ｓｉ１２）、超共晶合金（＞１６％Ｓｉ）、例えば、ＢＳ合金ＬＭ３０（Ａｌ−Ｓｉ１７Ｃｕ４Ｍｇ）、アルミニウムマグネシウム合金、例えば、ＢＳ合金ＬＭ５（Ａｌ−Ｍｇ５Ｓｉ１、Ａｌ−Ｍｇ６）、マグネシウム及びその合金（例えば、ＢＳ合金ＡＺ９１（８．０〜９．５％Ａｌ）及びＢＳ合金ＡＺ８１（７．５〜９．０％Ａｌ））並びに銅及びその合金（高導電銅、真鍮、スズ青銅、蛍光体青銅、鉛青銅、ガンメタル、アルミニウム青銅及び銅−ニッケルを含む）を含む。

ガスは不活性ガス（アルゴン又は窒素などの）であってもよく、普通は乾燥している。従来不活性と考えられていないが金属に有害な影響を与えないガス類、例えば、塩素又は塩素化炭化水素も使用することができる。ガスは、上記ガス類の複数の混合物であってもよい。ガスのコストと不活性との均衡から、乾燥窒素が最も普通に使用される。この方法は、溶融アルミニウムからの水素ガスの除去に特に有用である。

任意の所与のロータについて、ガス抜きの効率は回転速度、ガスの流量及び処理時間によって決定されることを理解されたい。適切な回転速度は、５５０ｒｐｍ以下、４００ｒｐｍ以下、又は約３５０ｒｐｍである。

ガス抜きを処理物質（処理剤としても知られている）の添加と組み合わせる時には、このような処理物質をガス抜きの前に溶融物内に導入することができ、初期ガス抜きステージで不活性パージガスと共に添加することができ、又はガス抜きステージ後に添加することができる。次に、処理は、ガス抜き／細粒化及び／又は改質及び／又は洗浄／垢取り処理の組合せになる。ガス抜きと組み合わせて使用されるかそうでないかに関わらず、処理物質は、洗浄／垢取り、細粒化、改質種又はそれらの組合せ（多くの場合、「溶剤」又は「溶剤類」と呼ばれる）であってもよい。これらの溶剤類は、様々な物理的形態（例えば、粉体、顆粒状、タブレット、ペレットなど）及び化学タイプ（無機塩、金属合金など）であってもよい。化学溶剤類は、洗浄及び垢取りのためのアルカリ金属とアルカリ土類ハロゲン化物の混合物を含む。その他の溶剤類は、細粒化のためのチタン及び／又はボロン合金（例えば、ＡｌＴｉＢ合金）及びアルミニウム−シリコン合金の改質のためのナトリウム塩又はストロンチウム（普通、５〜１０％マスター合金としての）であってもよい。このような工程自体が鋳物工場の熟練作業員には周知である。

必要なロータのサイズ、回転速度、ガス流量及び／又は処理物質の量は、処理する金属の質量、最適な処理時間及び工程が連続工程か一括工程かを考慮しながら、すべて実行中の特定の処理によって決定される。

本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら説明するが、単に例示としてのものに過ぎない。

ＸＳＲ（先行技術の）ロータを示す図である。 ＤＩＡＭＡＮＴ（商標）（先行技術の）ロータを示す平面図である。 本発明の第１のロータを有する回転デバイスの側面図である。 図３ａのロータの平面図である。 本発明の第２のロータの側面図である。 本発明の第２のロータの平面図である。 本発明の第３のロータの側面図である。 本発明の第３のロータの平面図である。 本発明の第４のロータの側面図である。 本発明の第４のロータの平面図である。 本発明の第５のロータの側面図である。 本発明の第５のロータの平面図である。 本発明の第６のロータの側面図である。 本発明の第６のロータの平面図である。 本発明の第７のロータの側面図である。 本発明の第７のロータの平面図である。 本発明の第８のロータの側面図である。 本発明の第８のロータの平面図である。 本発明の第９のロータの側面図である。 本発明の第９のロータの平面図である。 本発明の第１０のロータの側面図である。 本発明の第１０のロータの平面図である。 本発明の第１１のロータの側面図である。 本発明の第１１のロータの平面図である。 本発明の第１２のロータの側面図である。 本発明の第１２のロータの平面図である。 本発明の金属処理ユニットの概略図である。 本発明の回転デバイス及び本発明の範囲外の回転デバイスを使用した時の溶融物の水素濃度の低減のグラフを示す図である。 ＳＰＲ（先行技術の）ロータの側面図である。 ＳＰＲ（先行技術の）ロータの平面図である。 本発明の回転デバイス及び本発明の範囲外の回転デバイスを使用した時の溶融物の水素濃度の低減のグラフを示す図である。 本発明の回転デバイスを使用した時の溶融物の水素濃度の低減のグラフを示す図である。 本発明の回転デバイスを使用した時の溶融物の水素濃度の低減のグラフを示す図である。 本発明の回転デバイス及び本発明の範囲外の回転デバイスを使用した時の溶融物の水素濃度の低減のグラフを示す図である。 本発明の回転デバイス及び先行技術の回転デバイスを使用した時の溶融物の水素濃度の低減のグラフを示す図である。

例１
図３ａを参照すると、本発明の溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させる回転デバイスの平面図が示されている。このデバイスは、シャフト３０と、シャフトに解放可能に接続されたロータ４０とを備える。ロータ４０の平面図が図３ｂに示されている。ロータ４０は、グラファイト製で単体構造である。ロータ４０はほぼディスク状で、環状の上部（ルーフ４２）と、そこから離間した位置に環状の下部（ベース４４）とを備える。ねじ山を切った管状の接続片（図示せず）を介してロータ４０をシャフト３０に取り付けるルーフ４２のねじ山付き貫通穴４６がある。ロータ４０のベース４４の中央には開いたチャンバ４８が提供されている。チャンバ４８はルーフ４２まで上方に延在し、ルーフ４２の貫通穴４６に連続する。これによって、貫通穴４６とチャンバ４８は、ロータ４０を垂直に貫通する連続する通路を画定する。チャンバ４８は、貫通穴４６よりさらに半径方向外側に延在する。ルーフ４２及びベース４４は、ロータ４０の周囲に等角度に離間し、ルーフ４２とベース４４の間に配置されたディバイダ５０によって接続されている。ディバイダ５０は、チャンバ４８の周辺部からロータ４０の外周面４０ａへ外側に延在する。各々の隣接するディバイダ５０の対とルーフ４２とベース４４との間に通路５２が画定されている。各通路５２は、チャンバ４８からの流入口５４と細長いスロットの形態のロータ４０の外周面４０ａにある排出口５６とを有する。各排出口５６は、対応する流入口５４より大きい断面積を有する。ルーフ４２及びベース４４の外周面は、各々４つの部分的に円形の切り欠き部５８ａ、ｂ（それぞれ第１及び第２の切り欠き部）を備える。ガス供給源からシャフト３０の穴と接続片（図示せず）を通り、ロータ４０のルーフ４２を通ってチャンバ４８へ接続し、流入口５４を通って通路５２へ接続して排出口５６を通ってロータ４０の外に出る連続する流路が存在することが分かる。

ルーフ４２とベース４４の切り欠き部５８ａ、ｂは、見当が合う、すなわち、図３ｂで見ると一致する。ロータ４０は、横断面で（すなわち、シャフトの軸に直交して）名目上円形である（円Ｃに基づいて）。切り欠き部５８ａ、ｂの各々は、ルーフ４２とベース４４の外周面から最大距離ｚだけ内側に延在する。ロータ４０が半径（ｒ）が１１０ｍｍの円Ｃに基づく場合、ｚ＝３２．４５ｍｍである。したがって、切り欠き部５８ａ、ｂは、ロータ４０の半径の２９．５％だけ内側に延在する。

ルーフの切り欠き部５８ａの各々は、各々の隣接するディバイダ５０の対の間に全距離分延在し、円Ｃの弧ｙ（外周面に占める切り欠き部の大きさと呼ばれる）を除去する。各々の隣接する切り欠き部５８ａの対の間の円Ｃの残りの部分はｘと表示される。ロータ４０はルーフ４２内に４つの切り欠き部５８ａを有するため、円Ｃの全周は４（ｘ＋ｙ）である。

したがって、所与の通路（ｙ）に連続する第１の切り欠き部によって除去される円周の弧の長さに通路の数（４）を乗算した値の円周（４（ｘ＋ｙ））に対する割合は、
ｙ／（ｘ＋ｙ）
である。

ロータ４０が半径１１０ｍｍの円Ｃに基づく場合、ｘ＝２４．９６ｍｍ、ｙ＝１４７．８３ｍｍであり、したがって、ｙ／（ｘ＋ｙ）＝０．８５６である。この例では、ルーフ及びベースの切り欠き部は見当が合い、上記で導出された値は、ベースとその切り欠き部に同様に適用される。別の実施形態では、ｘ及びｙ、すなわち、ｙ／（ｘ＋ｙ）は、ベースとルーフによって異なる場合があることを理解されたい。

例２〜６
図４ａ〜図８ａ及び図４ｂ〜図８ｂを参照すると、溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させるロータ６０［例２］、７０［例３］及び８０［例４］、９０［例５］及び１００［例６］のそれぞれ側面図と平面図が示されている。ロータ６０、７０、８０、９０及び１００は、ルーフ４２及びベース４４にそれぞれ配置された部分的に円形の切り欠き部６２ａ、ｂ、７２ａ、ｂ、８２ａ、ｂ、９２ａ、ｂ及び１０２ａ、ｂ（ルーフの切り欠き部には識別子「ａ」、ベースの切り欠き部には識別子「ｂ」が使用されている）がロータごとにサイズ及び形状が異なることを除いて、ロータ４０と同一である。

ロータ４０、６０、７０及び８０の切り欠き部５８、６２、７２及び８２の各々は、ルーフ４２及びベース４４の外周面から同様の距離（同様のｚの値）だけ内側に延在するが、それらが基づく名目上の円Ｃから除去する弧の長さ（異なるｙの値）はそれぞれ異なる。ロータの各々について除去される弧の長さ（ｙ）は、４０、６０、７０及び８０の順に減少する。

ロータ９０及び１００は、ルーフ４２及びベース４４にそれぞれ部分的に円形の切り欠き部９２及び１０２を有する。切り欠き部９２及び１０２は、同様の距離だけ内側に延在するため、ロータ９０及び１００は同様のｚの値を有するが、それらが名目上基づく円Ｃから除去する弧ｙの長さは異なる。切り欠き部９２は、隣接するディバイダ５０の間に全距離分延在する弧ｙを除去する一方、切り欠き部１０２はより短い弧を除去し、したがって、より小さいｙの値を有する。

半径が１１０ｍｍのロータ４０、６０、７０、８０、９０及び１００のｘ、ｙ、及びｚの値を表１に示す。

例７
図９ａ及び図９ｂを参照すると、溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させるロータ１１０［例７］のそれぞれ側面図と平面図が示されている。ロータ１１０は、グラファイト製で単体構造である。ロータ１１０は、ロータ４０と同様、すべて上記のように、ルーフ４２と、ベース４４と、貫通穴４６と、チャンバ４８と、４つのディバイダ５０と、４つの通路５２と、４つの流入口５４及び４つの排出口スロット５６とを有する。ロータ１１０は、ルーフ４２とベース４４にそれぞれ配置された切り欠き部１１２ａ、ｂを有し、ルーフの切り欠き部１１２ａ及びベースの切り欠き部１１２ｂは、見当が合っている（すなわち、平面視で一致する）。切り欠き部１１２は直線形の縁部を有し、上から見た時のロータ１１０は、名目上円形である（円Ｃに基づく）にも関わらず、縁部が丸い正方形の外観を有する。切り欠き部１１２は、ルーフ及びベースの外周面から距離ｚ内側に延在し、円Ｃの弧ｙを除去する。

例８
図１０ａ及び図１０ｂを参照すると、溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させるロータ１２０のそれぞれ側面図と平面図が示されている。ロータ１２０は、ロータ１１０と同様で、直線形の切り欠き部１２２ａ，ｂを有し、したがって、上から見た時に縁部が丸い正方形の外観を有する。切り欠き部１２２は、隣接するディバイダ５０の間に全距離分延在し、ロータ１２０はロータ１１０よりも大きいｙの値を有する。切り欠き部１２２は、ルーフ４２及びベース４４の外周面からそれぞれ距離ｚだけ内側に延在する。

例９
図１１ａ及び図１１ｂを参照すると、溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させるロータ１３０のそれぞれ側面図と平面図が示されている。ロータ１３０は、ロータ１１０及び１２０と同様で、直線形の縁部を有する切り欠き部１３２ａ，ｂを有する。上から見た時に切り欠き部１３２はディバイダ５０内に延在しているため、ロータ１３０は正方形の形状を有する。にもかかわらず、ロータ１３０は、横断面で名目上円形である（円Ｃに基づく）。切り欠き部１３２は、ルーフ４２及びベース４４の外周面から距離ｚだけ内側に延在し、隣接する切り欠き部１３２の間に距離がないため、ｘの値はゼロである。

半径が１１０ｍｍのロータ１１０、１２０、及び１３０のｘ、ｙ、及びｚの値を下記の表２に示す。

例１０
図１２ａ及び図１２ｂを参照すると、溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させるロータ１４０のそれぞれ側面図と平面図が示されている。ロータ１４０は、グラファイト製で単体構造である。ロータ１４０は、ほぼディスク状で、上記のように、環状の上部（ルーフ４２）と、環状の下部（ベース４４）と、ねじ山付の貫通穴４６と開いたチャンバ４８とを備える。ルーフ４２とベース４４は、ロータ１４０の周囲に等角度に離間し、ルーフ４２とベース４４の間に配置された３つのディバイダ１４２によって接続されている。ディバイダ１４２は、チャンバ４８の周辺部からロータの外周面１４０ａへ外側に延在する。各々の隣接するディバイダ１４２の対とルーフ４２とベース４４との間に通路５２が画定され、計３つの通路５２が提供される。各通路５２は、チャンバ４８からの流入口５４とロータの外周面１４０ａにある排出口５６とを有する。ルーフ４２とベース４４の外周面は、各々３つの部分的に円形の切り欠き部１４４ａ、ｂ（それぞれ第１及び第２の切り欠き部）を備える。ロータ１４０は、名目上円形である（円Ｃに基づく）。各切り欠き部１４４は、ルーフ４２及びベース４４の外周面から距離ｚだけ延在し、円Ｃの弧ｙを除去する。半径が１１０ｍｍのロータのｘ、ｙ、及びｚの値を下記の表３に示す。

例１１
図１３ａ及び図１３ｂを参照すると、溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させるロータ１５０のそれぞれ側面図と平面図が示されている。ロータ１５０は、グラファイト製で単体構造である。ロータ１５０は、ほぼディスク状で、上記のように、環状の上部（ルーフ４２）と、環状の下部（ベース４４）と、ねじ山付の貫通穴４６と開いたチャンバ４８とを備える。ルーフ４２及びベース４４は、ロータ１５０の周囲に等角度に離間し、ルーフ４２とベース４４の間に配置された５つのディバイダ１５２によって接続されている。ディバイダ１５２は、チャンバ４８の周辺部からロータの外周面１５０ａへ外側に延在する。各々の隣接するディバイダ１５２の対とルーフ４２とベース４４との間に通路５２が画定され、計５つの通路５２が提供される。各通路５２は、チャンバ４８からの流入口５４とロータの外周面１５０ａにある排出口５６とを有する。ルーフ４２及びベース４４の外周面は、各々５つの部分的に円形の切り欠き部１５４ａ、ｂ（それぞれ第１及び第２の切り欠き部）を備える。ロータ１５０は名目上円形である（円Ｃに基づく）。各切り欠き部１５４は、ルーフ４２及びベース４４の外周面から距離ｚだけ延在し、円Ｃの弧ｙを除去する。半径が８７．５ｍｍのロータ１５０のｘ、ｙ、及びｚの値を下記の表４に示す。

例１２
図１４ａ及び図１４ｂを参照すると、溶融金属内にガス及び／又はその他の処理物質を拡散させるロータ１６０のそれぞれ側面図と平面図が示されている。ロータ１６０は、グラファイト製で単体構造である。ロータ１６０は、ほぼディスク状で、環状の上部（ルーフ４２）と、環状の下部（ベース４４）と、貫通穴４６と、チャンバ４８と、４つのディバイダ５０と、各々流入口５４と排出口５６を備えた４つの通路５２とを備えるという点ではロータ４０（例１）と同様である。ロータ１６０は、ロータ４０とは異なり、ルーフ４２の８つの第１の切り欠き部１６２ａと、ベース４４の８つの第２の切り欠き部１６２ｂを有し、通路５２当たり２つの第１の切り欠き部１６２ａと２つの第２の切り欠き部１６２ｂがある。第１の切り欠き部１６２ａと第２の切り欠き部１６２ｂは、見当が合っている、すなわち、上から見て一致する。通路５２内で、隣接する第１の切り欠き部１６２ａ又は隣接する第２の切り欠き部１６２ｂの間の距離はｘ_１と表示されている。ディバイダ５０を超えて、隣接する第１の切り欠き部１６２ａ又は隣接する第２の切り欠き部１６２ｂの間の距離はｘ_２と表示されている。

所与の通路（２ｙ）に連続する第１又は第２の切り欠き部によって除去される円周の弧の長さに通路の数（４）を乗算した値の円周（８ｙ＋４ｘ_１＋４ｘ_２）に対する割合は、２ｙ／（２ｙ＋ｘ_１＋ｘ_２）で与えられる。

半径が８７．５ｍｍのロータ１６０のｘ_１、ｘ_２、ｙ、及びｚの値を下記の表５に示す。

例１３
図１５を参照すると、ガス抜き用金属処理ユニット１７０（回転ガス抜きユニットＲＤＵ）及び／又は金属処理物質の添加用ユニット（金属処理ステーションＭＴＳ）の概略が示されている。このユニットは、基本的に、処理する金属が保持されるるつぼ１７２と、グラファイトシャフト１７６の一端に螺装されたグラファイトロータ１７４（前述した）と、モータ１７８及びハウジング１８２内のグラファイトロータシャフト１７６に接続されたドライブシャフト１８０とを備える。このユニットは、また、ホッパ１８４と、送り出し管１８６と、引込式バッフル板１８８とを備える。ユニット１７０の残りの部分は、るつぼ１７２に対して可動式で垂直である。

ガス抜きに使用する際に、モータ１７８が始動されてシャフトアセンブリ１８０、１７６とロータ１７４を回転させ、グラファイトシャフト１７６は、溶融金属を含むるつぼ１７２内に下降する。不活性ガスが、ドライブシャフト１８０とグラファイトシャフト１７６を通ってロータ１７４を介して金属内に供給され、溶融金属内で拡散する。バッフル板１８８は後退位置にあり、溶融金属の上部に着座している。

金属処理／ガス抜きの組合せユニットとして使用される際には、ロータ１７４及びグラファイトシャフト１７６は、比較的迅速に駆動されて溶融物内に渦流を生成する。次に、金属処理物質がホッパ１８４から溶融物内に供与される。混合に十分な時間をとった後で、ロータ１７４の速度は低減し、バッフル板１８８は、溶融物内に下降して渦流を停止させ溶融物内の乱流を低減する（図１５に示す）。上記のように、次にガス抜きが実行される。

手法
溶融金属処理に使用する際の回転デバイスの特性をモデル化するために２つの試験が開発された。第１の試験は、溶融金属をガス抜きする回転デバイスの有効性をモデル化する。第２の試験であるウォータモデルは、溶融物全体に金属処理剤を分散させる回転デバイスの可能な有効性を示す。

１．ガス抜き
７５ｍｍの直径を有するシャフトに取り付けられた８７．５ｍｍの半径を有するロータを用いて７２０℃に保持された２８０ｋｇのアルミニウム合金（ＬＭ２５：ＡｌＳｉ７Ｍｇ）のガス抜きを実行した。使用したガスは、流量が１５Ｌ／分の乾燥窒素であった。回転速度は、３２０ｒｐｍで４分にわたってガス抜きを実行した。溶融金属内の水素レベルを直接測定することができるＦｏｓｅｃｏ製のＡＬＳＰＥＫ Ｈ電子センサを用いて溶融物内の溶解水素濃度を測定することで有効性を評価した。ロータを用いて（ガスを使用せず）溶融金属を撹拌し、センサを溶融物内に保持した。次に、ロータのシャフトからガスを導入し、１０秒間隔で溶融物内の水素レベルを測定し記録した。

２．ウォータモデル
軽量のプラスチック製ペレットを用いて渦流の形成を観察し、着色染料（食用色素）を用いて混合を観察するウォータモデルを用いて溶融物への金属処理剤の添加のシミュレーションを行った。るつぼの代わりに円筒形の透明な容器（直径６５０ｍｍ、高さ９００ｍｍ）を備えたＦｏｓｅｃｏ製金属処理ステーション（ＭＴＳ１５００ Ｍａｒｋ １０）内でロータを試験した。各ロータは１１０ｍｍの半径を有し、直径が７５ｍｍ、長さが１０００ｍｍのシャフトに取り付けられた。

２．１ 渦流の形成
ロータの効率を評価する第１のステップは、標準の同等の渦流の寸法を与えるのに必要な各ロータの回転速度を決定することであった。これを達成するため、水を高さＬ１（７３５ｍｍ、正常浴高）まで満たした透明の容器にプラスチック製ペレットが最初に添加された。プラスチック製ペレットは、各ロータが浴内に降下し、回転して渦流を形成するまで水の表面に浮いていた。次に、プラスチック製ペレットがロータに接触するがるつぼ内で拡散しないように回転速度が調整された。渦流が形成された（Ｌ２、渦流が形成された浴高）時に、水位とこの渦流が形成されるのに必要な時間が測定された。

渦流形成の効率係数は、下記の公式を用いて計算できる。
効率係数＝｛（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ１｝×渦流形成時間

効率係数の値が小さいほど、ロータの渦流形成効率は高い。

２．２ 混合時間の決定
混合効率を決定するために、水を７５５ｍｍの高さまで満たしたプラスチック製容器にロータを沈めた。浴高は、渦流形成の研究（上記２．１項）で使用する水位より２０ｍｍ上のレベルまで上昇した。浴高は、使用時の浴高の自然な変動を反映するために変更された。ロータを十分に稼動させる可能性があるため、また、少なくとも理論的には、ロータ効率の良し悪しが強調されるため、高い浴高が選択された。２．１項で決定された回転速度を用いて渦流が形成された（プラスチック製ペレットを使用せずに）。渦流が安定すると、３ｍｌの食用色素が渦流に添加され、食用色素が容器全体に均一に混合する時間が測定された。

ロータ
本発明のロータが製作され、比較のために他の６つのロータ（４つの先行技術のロータ及び２つの本発明の範囲外の新規設計ロータ）と共に試験された。各ロータは、２つのサイズで製作された。半径が８７．５ｍｍのロータがガス抜き実験に採用され、より大きいバージョンである半径が１１０ｍｍのロータがウォータモデル用に採用された。異なるサイズの容器を使用したため、ウォータモデル及びガス抜き試験のための直径がわずかに異なる２つのロータを使用する必要があった。サイズが異なる各ロータは同じ直径のシャフトに取り付けられ、したがって、上面に同じサイズの穴（シャフトを受け入れる／取り付けるための）を有していたが、ベース内のチャンバは各ロータの外径に比例した直径を有していた。この理由で、ガス抜きロータの切り欠き部の内側の大きさは、対応するウォータモデルロータよりわずかに小さく、ｚ／ｒ率がわずかに小さくなっていた。しかし、こうした差は瑣末であって、効率に関する結論を左右するものではない。

１．ガス抜き
各々のロータについて、１０秒間隔で測定した溶融物内の溶解水素の濃度を表６に示す。所与の水素濃度（ベストフィットの図から推定して最も近い５秒に丸めた値）に到達するのに要する時間を表７に示す。

ルーフとベースの切り欠き部の効果（例２及び比較例Ａ）
ルーフだけでなくルーフとベースに切り欠き部を設ける効果を調査するため、上記のロータ６０（例２）と比較例Ａという２つの新しいロータが設計された。比較例Ａのロータは、ベースに切り欠き部がないという点を除いてロータ６０と同一である（ルーフの切り欠き部のサイズ及び形状が同じである）。水素濃度の経時的な低下のグラフが両方のロータについて作成され、図１６に示されている。ロータ６０を使用する時には、溶融物内の水素濃度は急激に低下し、究極的に０．１ｍｌ／溶融物１００ｇを下回った。水素濃度が０．２０ｍｌ／溶融物１００ｇまで低下するのにかかった時間はロータ６０ではわずか５５秒、これに対して比較例Ａでは、必要な時間は１０５秒であった。したがって、ベースとルーフに切り欠き部を設けることが回転デバイスのガス抜き特性を向上させると考えられる。

部分的に円形の切り欠き部の大きさの効果（先行技術のロータ３及び例１〜４）
部分的に円形の切り欠き部の大きさがガス抜き速度に与える影響を調査するために、一連のロータ（例１〜４）が設計された。各々のロータ４０、６０、７０及び８０は、ルーフとベースの各々に４つの部分的に円形の切り欠き部を有し、それらの切り欠き部は同様の距離（同様のｚ／ｒ値）だけ内側に延在するが、切り欠き部の大きさは８０、７０、６０、４０の順に増大する。これらのロータは、図１７ａ及び図１７ｂにそれぞれ側面図と平面図を示す先行技術のロータ３すなわちＳＰＲ（Ｆｏｓｅｃｏ）と共に試験された。ＳＰＲロータ１９０は、本発明のロータと実質的に同様の構成を有し、ほぼディスク状で、ロータ１９０の周囲に等角度に離間した４つのディバイダ５０によって接続された環状の上部（ルーフ４２）と、そこから離間した環状の下部（ベース４４）とを有する。各々のディバイダ５０の対とルーフ４２とベース４４との間に通路５２が画定される。各通路はロータの内部表面に流入口５４を有し、ロータ１９０ａの外周面に排出口５６を有する。各排出口５６は、それぞれの流入口５４より大きい断面積を有し、そこから半径方向外側に配置される。ベース４４の中央には開いたチャンバ４８が提供され、ルーフ４２まで上方に延在する。ＳＰＲロータは切り欠き部がなく、したがって、ｘ、ｙ及びｚ値がゼロである。半径が８７．５ｍｍのロータのｘ、ｙ、及びｚの値及び対応する比率を下記の表８に示す。

水素濃度の経時的な低下のグラフがこれらのロータの各々について作成され、図１８に示されている。本発明のロータのすべて（８０、７０、６０及び４０）がガス抜きで先行技術のロータ３（ＳＰＲ）より優れていることが容易に分かる。ＳＰＲは０．３ｍｌ／溶融物１００ｇの水素濃度に達しないが、ロータ８０、７０、６０及び４０は、それぞれ９０、１１０、５５、及び８０秒以内に０．２ｍｌ／溶融物１００ｇの水素濃度に達する。グラフから判断すると、ロータ６０（例２）が試験期間の大半で最も低い水素濃度を有するガス抜き用の最も優れたロータであると考えられる。

直線形の切り欠き部の大きさの効果（例７、８及び９）
縁部が直線形の切り欠き部の大きさがガス抜き速度に与える影響を調査するために、一連のロータ（上記のロータ１１０、１２０及び１３０）が設計された。これらのロータはすべて、ルーフ及びベースに４つの縁部が直線形の切り欠き部を有する。切り欠き部の長さ（ｙ／（ｘ＋ｙ）の値で示される）は、１１０、１２０、１３０の順に増大する。半径が８７．５ｍｍのロータのｘ、ｙ、及びｚの値及び対応する比率を下記の表９に示す。

水素濃度の経時的な低下のグラフがこれらのロータの各々について作成され、図１９に示されている。ロータ１１０、１２０及び１３０はすべてガス抜きが良好であり、１２０と１３０は、１１０よりも最終水素濃度がわずかに低い。これにより、切り欠き部が大きい（ｙ／（ｘ＋ｙ）の値が大きい）方がガス抜き用のロータとして効率的であることが分かる。

切り欠き部の深さの効果（例２、６及び７）
切り欠き部の深さ、すなわち、切り欠き部がロータのルーフとベースの外周面から内側に延在する最大距離がガス抜き速度に与える影響を調査するために、一連のロータが設計された。ロータ１１０、６０及び１００については前述した。ロータ１１０の切り欠き部は、直線形の縁部を有し、ロータ６０及び１１０の切り欠き部は部分的に円形である。それらは各々同じ長さの弧（同じｙ／（ｘ＋ｙ）の値）を除去するが、１１０、６０、１００の順に切り欠き部の深さが変化する。これらのロータのｘ、ｙ及びｚの値を下記の表１０に掲げる。

水素濃度の経時的な低下のグラフがこれらのロータの各々について作成され、図２０に示されている。ロータはすべてガス抜きが良好である。それらを使用すると、水素濃度が０．２ｍｌ／１００ｇまで低下するのに２５秒（１１０）、５５秒（６０）及び１００秒（１００）かかる。ロータ６０及び１００はより効率的であり、最終水素濃度が０．１２ｍｌ／溶融物１００ｇを下回った。これは、より深い切り込み（より大きいｚ／ｒ値）がガス抜きに有用であることを示す。

チャンバと排出口と流入口の断面積の効果（例２及び比較例Ｂ）
ガスと溶融金属とを混合するチャンバを有し、排出口の断面積がそれぞれの流入口の断面積より大きい本発明のロータと比較して、チャンバを有さず、等しい断面積の流入口と排出口で画定されたために、幅が均等な通路の効果を調査するために比較例Ｂが設計された。

比較例Ｂは、上記Ｄｉａｍａｎｔ（商標）ロータと同様であり、ほぼディスク状で、ロータの周囲に等角度に離間した４つの半径方向の穴を備える。各穴は、ロータの内部表面からその外周面へ延在してガスの排出口を提供する。比較例Ｂは、ロータの外周面から内側に延在する４つの切り欠き部を有する。各切り欠き部は排出口にあり、ロータの深さ全体にわたって下方に延在する。ガスと溶融金属とを混合するチャンバはない。比較例Ｂの切り欠き部はロータ６０（例２）の切り欠き部と同じサイズ及び形状であるため、これらのロータのｘ、ｙ、及びｚの値は同じである。

水素濃度の経時的な低下のグラフが各ロータについて作成され、図２１に示されている。比較例Ｂを使用した時よりもロータ６０（例２）を使用した時の方が水素濃度はより速く低下する。ほぼ全試験期間にわたってロータ６０（例２）を使用した時の水素濃度は、比較例Ｂを使用した時よりも低い。これは、チャンバとそれぞれの流入口よりも断面積が大きい排出口があるためにガス抜きに有用な結果が生まれたということを意味する。

チャンバ及び排出口の効果（先行技術のロータ４及び例９）
例９は、排出口とチャンバを備えることを除いて、「Ｂｒｉｃｋ」（Ｐｙｒｏｔｅｋ Ｉｎｃ．より発売）として知られる先行技術のロータと同様である。「Ｂｒｉｃｋ」ロータは、流入口も排出口もチャンバもないただの中実のグラファイトブロックである。横断面（シャフト軸に直交する面）では正方形であるが、ロータ１３０（例９）と同様、４つの縁部が直線形の切り欠き部を有する円に基づく外観も有する。例９及び「Ｂｒｉｃｋ」のｘ、ｙ、及びｚの値は同一であり、直径が８７．５ｍｍのロータについて下記の表１１に示されている。

水素濃度の経時的な低下のグラフが各ロータについて作成され、図２２に示されている。先行技術のロータ４（「Ｂｒｉｃｋ」）を使用した時よりもロータ１３０（例９）を使用した時の方が水素濃度ははるかに速く低下する。先行技術の「Ｂｒｉｃｋ」ロータを使用した時よりも本発明のロータを使用した時の方が水素濃度が一貫して低い。これは、排出口とチャンバの存在によってロータのガス抜き特性が向上していることを示す。

先行技術のロータのすべて（ＳＰＲ、ＸＳＲ、Ｄｉａｍａｎｔ（商標）及び「Ｂｒｉｃｋ」）は、本発明のガス抜き用ロータよりも効率が悪かった。ＳＰＲ、ＸＳＲ、及び「Ｂｒｉｃｋ」は、０．２ｍｌ／１００ｇの水素濃度に達しなかった。Ｄｉａｍａｎｔ（商標）ロータは０．２ｍｌ／１００ｇに達したが、１７０秒かかった。これは、本発明のどのロータよりもはるかに長い。

２．ウォータモデル − 渦流の形成
上記のように、ロータ例１〜１０、先行技術のロータ及び２つの本発明の範囲外の新しいロータについて実験が行われた。上記の公式と下記の表１２に示す値を用いて各ロータの効率係数（Ｅ．Ｆ）が計算された。

上記のように、着色染料が水に均一に混合されるのに必要な時間を決定するために実験が行われた。所要時間及び使用した回転速度（２．１項で決定された）を下記の表１３に示す。

ルーフとベースの切り欠き部の効果（例２及び比較例Ａ）
上記のように、例２と比較例Ａは、例Ａがルーフに切り欠き部を有し、例２がルーフとベースに切り欠き部を有している点を除いて同一である。Ｅ．Ｆ．と混合時間の比較を下記の表１４に示す。

例２は、比較例ＡよりもＥ．Ｆ．が小さく混合時間が短い。これは、ルーフとベースの両方に切り欠き部があることで渦流の形成が改善され、混合時間にも有益な効果があることを示す。

部分的に円形の切り欠き部の大きさの効果（先行技術のロータ１及び例１〜４）
上記のように、例１〜４は、切り欠き部の大きさ（ｙ／（ｘ＋ｙ）の値で示される）が例１、例２、例３、例４の順に減少する点を除いて実質的に同じである。これらの例でのＥ．Ｆ．と混合時間の比較を下記の表１５に示す。

例１〜４のＥ．Ｆ．値は、切り欠き部の大きさが増すにつれて減少する。例えば、例１は、隣接するディバイダの間の全距離にわたって延在する切り欠き部を有し、最小のＥ．Ｆ．値は２．５である。ロータ３（ＳＰＲ）では十分な渦流が形成できなかったため、Ｅ．Ｆ．は測定されなかった。

先行技術のロータ（切り欠き部なし）が最も混合時間が長いため、切り欠き部の存在は混合時間に有益な効果をもたらすと考えられる。切り欠き部の大きさと混合時間との関係はＥ．Ｆ．値を用いた場合より明確でないが、切り欠き部が最も大きい２つの例（例１及び例２）では、切り欠き部の大きさが小さい場合（例３及び例４）よりも混合時間は短いため、切り欠き部が大きくなるとウォータモデルで全体に有利であると考えられる。

直線形の切り欠き部の大きさの効果（例７、８及び９）
上記のように、例７、８及び９は、すべて４つの直線形切り欠き部を有する正方形のようなロータである。例７〜９の切り欠き部の大きさは、例７、例８、例９の順に増大する。Ｅ．Ｆ．値と混合時間を下記の表１６に示す。

例７〜９のＥ．Ｆ．値は、切り欠き部の大きさが増えるにつれて減少する。混合時間は、切り欠き部の大きさが増えるにつれて減少し、例９はわずか４秒で均一な混合を達成する。これらの結果は、切り欠き部の大きさが増えると混合が向上するという部分的に円形の切り欠き部の比較結果を裏付けている。

切り欠き部の深さの効果（例２、６及び７）
上記のように、例２、６及び７はすべて実質的に同様の大きさの切り欠き部を有する（切り欠き部は名目上の円Ｃの同様な弧を除去する）が、切り欠き部は各々、ロータのルーフ及びベースの外周面から異なる最大距離だけ延在する（切り欠き部の深さをｚ／ｒの値で示す）。例２、６及び７の切り欠き部の各々の深さは、例７、例２、例６の順に増大する。これらのロータのＥ．Ｆ．値と混合時間を下記の表１７に示す。

Ｅ．Ｆ．値は、切り欠き部の深さが増大するにつれて減少し、例６が有するＥ．Ｆ．値は２．２と極めて小さい。切り欠き部の深さと混合時間との関係は、中間の切り欠き部の深さを有し、混合時間が最速である例２ではより明らかでない。

チャンバと排出口と流入口の断面積の効果（例２及び比較例Ｂ）
チャンバを有し、排出口の断面積がそれぞれの流入口の断面積より大きい排出口と流入口とを有する効果を調査するために、本発明の範囲外の新しいロータ（比較例Ｂ）が設計された。半径が１１０ｍｍのロータについて下記の表１８に示すように、比較例Ｂは、切り欠き部のサイズ及び形状が同じであり、したがって、ｘ、ｙ及びｚの値が同じである例２に類似している。

同一の切り欠き部を有しているにもかかわらず、例２は、渦流形成と混合時間に関して比較例Ｂよりわずかに有利な点を示す。例２に関連付けられたガス抜きの向上と組み合わせて、これは、チャンバとそれぞれの流入口の断面積より大きい断面積の排出口の存在によって金属処理で使用する改良型ロータが提供されることを示す。

チャンバ及び排出口の効果（先行技術のロータ４及び例９）
上記のように、先行技術のロータ４（「Ｂｒｉｃｋ」）は、流入口も排出口もチャンバもないが、例９のように４つの直線形の切り欠き部を有する外観を備える。先行技術のロータ４と例９のｘ、ｙ、及びｚの値は同一であり、半径が１１０ｍｍのロータについて下記の表１９に示されている。

「Ｂｒｉｃｋ」ロータは、本発明のロータよりもＥ．Ｆ．値が大きく、混合時間が長い。これは、流入口、排出口、及びチャンバの存在が処理剤の混合に有益であることを示す。

本発明のロータはすべて、先行技術のルータＸＳＲ、Ｄｉａｍａｎｔ（商標）及びＳＰＲの混合時間（８秒、１２秒、１０秒）に等しいか、又はそれより短い均一な混合時間を有する。

結論
上記データは、本発明のロータは金属処理及びガス抜きの混合効率に関する利点を提供することを示している。

Claims (22)

1. 溶融金属を処理する回転デバイスであって、前記デバイスが、その一端にロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）がある中空シャフト（３０；１７６）を備え、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）が、
   離間して複数のディバイダ（５０；１４２；１５２）によって接続されたルーフ（４２）及びベース（４４）と、
   各々の隣接するディバイダの対（５０；１４２；１５２）と前記ルーフ（４２）と前記ベース（４４）との間に画定された通路（５２）であって、各通路（５２）が、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）の内部表面の流入口（５４）と、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）の外周面の排出口（５６）とを有し、各排出口（５６）が、それぞれの流入口（５４）よりも大きい断面積を有しかつそこから半径方向外側に配置されている、通路（５２）と、
   前記シャフト（３０；１７６）を通して前記通路（５２）の前記流入口（５４）内と前記排出口（５６）外に画定された流路と、
   前記溶融金属とガスとの混合が実行されるチャンバ（４８）と、
   を有し、
   複数の第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１３２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）が、前記ルーフ（４２）に提供され、複数の第２の切り欠き部（５８ｂ；６２ｂ；７２ｂ；８２ｂ；９２ｂ；１０２ｂ；１１２ｂ；１２２ｂ；１３２ｂ；１４４ｂ；１５４ｂ；１６２ｂ）が、前記ベース（４４）に提供され、前記第１及び第２の切り欠き部（５８ａ，５８ｂ；６２ａ，６２ｂ；７２ａ，７２ｂ；８２ａ，８２ｂ；９２ａ，９２ｂ；１０２ａ、１０２ｂ；１１２ａ、１１２ｂ；１２２ａ、１２２ｂ；１３２ａ、１３２ｂ；１４４ａ、１４４ｂ；１５４ａ、１５４ｂ；１６２ａ、１６２ｂ）の各々が前記通路（５２）の１つに連続している回転デバイス。
2. 各々の第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１３２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）が、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０）の前記外周面から内側に延在し、排出口（５６）に連続している、請求項１に記載の回転デバイス。
3. 前記外周面の各々の第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）の大きさが、前記対応する排出口（５６）の大きさを超えない、請求項２に記載の回転デバイス。
4. 各々の第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）が、部分的に円形で、前記第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）が、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１４０；１５０；１６０）の周囲に対称に配置される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
5. 前記第２の切り欠き部（５８ｂ；６２ｂ；７２ｂ；８２ｂ；９２ｂ；１０２ｂ；１１２ｂ；１２２ｂ；１３２ｂ；１４４ｂ；１５４ｂ；１６２ｂ）が、前記第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１３２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）と同じサイズ及び形状を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
6. 第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１３２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）の数が、第２の切り欠き部（５８ｂ；６２ｂ；７２ｂ；８２ｂ；９２ｂ；１０２ｂ；１１２ｂ；１２２ｂ；１３２ｂ；１４４ｂ；１５４ｂ；１６２ｂ）の数に等しい、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
7. 前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０）が、３つ、４つ、又は５つの通路（５２）を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
8. 前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１６０）が、４つの通路（５２）を有する、請求項７に記載の回転デバイス。
9. 前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０）が、正確に１つの排出口（５６）と、通路（５２）当たり正確に１つの前記第１及び第２の切り欠き部（５８ａ，５８ｂ；６２ａ，６２ｂ；７２ａ，７２ｂ；８２ａ，８２ｂ；９２ａ，９２ｂ；１０２ａ、１０２ｂ；１１２ａ、１１２ｂ；１２２ａ、１２２ｂ；１３２ａ、１３２ｂ；１４４ａ、１４４ｂ；１５４ａ、１５４ｂ）の各々とを有する、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
10. 前記ロータ（１６０）が、正確に１つの排出口（５６）と、通路（５２）当たり正確に２つの第１の切り欠き部（１６２ａ）と２つの第２の切り欠き部（１６２ｂ）とを有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の回転デバイス。
11. 請求項６に従属する場合に、通路（５２）の各々の第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１３２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）が、前記対応する第２の切り欠き部（５８ｂ；６２ｂ；７２ｂ；８２ｂ；９２ｂ；１０２ｂ；１１２ｂ；１２２ｂ；１３２ｂ；１４４ｂ；１５４ｂ；１６２ｂ）に完全に見当が合っている、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
12. 前記第１及び／又は第２の切り欠き部（５８ａ，５８ｂ；６２ａ，６２ｂ；７２ａ，７２ｂ；８２ａ，８２ｂ；９２ａ，９２ｂ；１０２ａ、１０２ｂ；１１２ａ、１１２ｂ；１２２ａ、１２２ｂ；１３２ａ、１３２ｂ；１４４ａ、１４４ｂ；１５４ａ、１５４ｂ；１６２ａ、１６２ｂ）が、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０）の半径の５０％を超えずに、好ましくは４０％を超えずに内側に延在する、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
13. 前記第１及び／又は第２の切り欠き部（５８ａ，５８ｂ；６２ａ，６２ｂ；７２ａ，７２ｂ；８２ａ，８２ｂ；９２ａ，９２ｂ；１０２ａ、１０２ｂ；１１２ａ、１１２ｂ；１２２ａ、１２２ｂ；１３２ａ、１３２ｂ；１４４ａ、１４４ｂ；１５４ａ、１５４ｂ；１６２ａ、１６２ｂ）が、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０）の半径の１０％を超えて、好ましくは２０％を超えて内側に延在する、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
14. 前記シャフト（３０；１７６）の軸に直交する平面内の前記ロータ（４０；６０；７０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０）の外周面が、名目上円であり、前記第１の１つ又は複数の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１３２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）によって除去される前記ルーフ（４２）の円周の弧あるいは所与の通路（５２）に連続する前記第２の１つ又は複数の切り欠き部（５８ｂ；６２ｂ；７２ｂ；９２ｂ；１０２ｂ；１１２ｂ；１２２ｂ；１３２ｂ；１４４ｂ；１５４ｂ；１６２ｂ）によって除去される前記ベース（４４）の円周の弧の長さに通路（５２）の数を乗算した値の円周に対する割合が、少なくとも０．３、好ましくは少なくとも０．６である、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
15. 前記割合が、０．９を超えない、請求項１４に記載の回転デバイス。
16. 前記チャンバ（４８）が、前記流入口（５４）の半径方向内側に配置され、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）の前記ベース（４４）に開口を有し、前記シャフト（３０；１７６）と前記流入口（５４）の間の前記流路内にあり、したがって使用時に前記デバイスが回転すると、溶融金属が前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）の前記ベース（４４）を通して前記チャンバ（４８）内に引き込まれ、前記溶融金属が、前記シャフト（３０；１７６）から前記チャンバ（４８）内に流れるガスと混合され、前記金属／ガスの分散が、前記流入口（５４）を通して前記通路（５２）内に圧送され、その後前記排出口（５６）を通して及び前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）から排出される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
17. 前記シャフト（３０；１７６）及びロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）が、別々に形成され、両者が、解放可能な固定手段によって一緒に取り付けられる、前記請求項のいずれか１項に記載の回転デバイス。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の回転デバイスで使用するロータであって、前記ロータが、離間し、複数のディバイダ（５０；１４２；１５２）によって接続されたルーフ（４２）及びベース（４４）と、
    各々の隣接するディバイダの対（５０；１４２；１５２）と前記ルーフ（４２）と前記ベース（４４）との間に画定された通路（５２）であって、各通路（５２）が、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）の内部表面の流入口（５４）と、前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）の外周面の排出口（５６）とを有し、各排出口（５６）が、それぞれの流入口（５４）よりも大きい断面積を有しかつそこから半径方向外側に配置されている、通路（５２）と、
    前記通路（５２）の前記流入口（５４）を通して及び前記排出口（５６）外に画定された流路と、
    溶融金属とガスとの混合が実行されるチャンバ（４８）と、
    を有し、
    複数の第１の切り欠き部（５８ａ；６２ａ；７２ａ；８２ａ；９２ａ；１０２ａ；１１２ａ；１２２ａ；１３２ａ；１４４ａ；１５４ａ；１６２ａ）が前記ルーフ（４２）に提供され、複数の第２の切り欠き部（５８ｂ；６２ｂ；７２ｂ；８２ｂ；９２ｂ；１０２ｂ；１１２ｂ；１２２ｂ；１３２ｂ；１４４ｂ；１５４ｂ；１６２ｂ）が前記ベース（４４）に提供され、前記第１及び第２の切り欠き部（５８ａ，５８ｂ；６２ａ，６２ｂ；７２ａ，７２ｂ；８２ａ，８２ｂ；９２ａ，９２ｂ；１０２ａ、１０２ｂ；１１２ａ、１１２ｂ；１２２ａ、１２２ｂ；１３２ａ、１３２ｂ；１４４ａ、１４４ｂ；１５４ａ、１５４ｂ；１６２ａ、１６２ｂ）の各々が前記通路（５２）の１つに連続しているロータ。
19. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の前記回転デバイスを備えるガス抜き用及び／又は金属処理物質の添加用金属処理ユニット（１７０）。
20. （ｉ）請求項１から１７のいずれか１項に記載の前記回転デバイスの前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）と、前記シャフト（３０；１７６）の一部を処理する溶融金属内に浸漬するステップと、
    （ｉｉ）前記シャフト（３０；１７６）を回転させるステップと、
    （ｉｉｉ）ガス及び／又は１つ又は複数の処理物質を前記ロータ（４０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７４）を介して前記シャフト（３０；１７６）から前記溶融金属内に供給し、及び／又は１つ又は複数の処理物質を前記溶融金属内に直接供給し、それによって前記金属を処理するステップと、
    を含む溶融金属の処理方法。
21. 処理する前記金属が、アルミニウム及びその合金、マグネシウム及びその合金並びに銅及びその合金から選択される、請求項２０に記載の方法。
22. ステップ（ｉｉｉ）で供給されるガスが、乾燥した不活性ガスである、請求項２０又は２１に記載の方法。