JP2012200729A - Gas blowing rotor - Google Patents

Gas blowing rotor Download PDF

Info

Publication number
JP2012200729A
JP2012200729A JP2011064345A JP2011064345A JP2012200729A JP 2012200729 A JP2012200729 A JP 2012200729A JP 2011064345 A JP2011064345 A JP 2011064345A JP 2011064345 A JP2011064345 A JP 2011064345A JP 2012200729 A JP2012200729 A JP 2012200729A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
rotating body
silicon nitride
groove
gas dispersion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011064345A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidefumi Hisanabe
英史 久鍋
Kenichiro Shimizu
健一郎 清水
Kenichi Horikawa
顕一 堀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2011064345A priority Critical patent/JP2012200729A/en
Publication of JP2012200729A publication Critical patent/JP2012200729A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a gas blowing rotor capable of supplying bubbles formed by fining down inert gas sufficiently into melted metal for a long time, and moreover, maintaining gas dispersibility for a long time.SOLUTION: The gas blowing rotor for blowing gas into the melted metal includes a rotary axis, a through-hole part formed with the rotary axis as its center, and a plurality of gas dispersing grooves extended radially toward an outer periphery when seen from the rotary axis, and is made of silicon nitride ceramics containing a main phase mainly constituted of a silicon nitride or sialon crystal and a grain boundary phase mainly constituted of a glassy or crystalline material. The surface of the gas dispersing groove is a fired surface or a surface similar to the fired surface. Moreover, the width of the gas dispersing groove is made to fall within the range of 10-20 mm, and the ratio between the depth and width thereof is made to fall within the range of 0.5-1.5.

Description

本発明は、アルミニウム等の溶融金属中に窒素やアルゴンガスのような不活性ガスを気泡状態で放出して分散させ、溶融金属中の水素などのガスや酸化物などの介在物を除去するガス吹込み用回転体に関する。   The present invention is a gas that discharges and disperses an inert gas such as nitrogen or argon gas in a bubble state in a molten metal such as aluminum, and removes gas such as hydrogen and inclusions such as oxide in the molten metal. The present invention relates to a blowing rotor.

例えば、自動車のアルミホイールなどのアルミ製品は、アルミニウム等を鋳造することによって製造される。この場合には、アルミニウムやアルミニウム合金の金属材料からなる高温の溶湯が鋳型に注入されて成形が行われる。この溶湯では、溶湯内の水素ガスなどの不純物を浮遊させて除去するために、窒素やアルゴンガスなどの不活性ガスを溶湯中でバブリングさせるという作業が行われる。   For example, an aluminum product such as an aluminum wheel of an automobile is manufactured by casting aluminum or the like. In this case, high-temperature molten metal made of a metal material such as aluminum or an aluminum alloy is injected into the mold for forming. In this molten metal, an operation of bubbling an inert gas such as nitrogen or argon gas in the molten metal is performed in order to float and remove impurities such as hydrogen gas in the molten metal.

この作業においては、ガス吹込み用回転体(以下、回転体と言う場合がある。)が用いられる。この回転体には、不活性ガスを供給するガス供給管がその中心に接続され、このガス供給管は溶湯の上部に配置される。そして、回転体は溶湯中に浸漬され、ガス供給管を回転軸として回転する。ガス供給管を通じ回転体に供給された不活性ガスは、回転体の回転に伴ってその回転体の周囲から細かい気泡となり溶湯中に分散された状態で噴出し、この気泡が溶湯の表面に達する際に溶湯中における水素が除去される。   In this operation, a gas blowing rotator (hereinafter sometimes referred to as a rotator) is used. A gas supply pipe for supplying an inert gas is connected to the center of the rotating body, and the gas supply pipe is disposed at the upper part of the molten metal. The rotating body is immersed in the molten metal and rotates around the gas supply pipe as a rotating shaft. The inert gas supplied to the rotating body through the gas supply pipe becomes fine bubbles from the periphery of the rotating body as the rotating body rotates, and is ejected while being dispersed in the molten metal. The bubbles reach the surface of the molten metal. At this time, hydrogen in the molten metal is removed.

溶湯の温度は、アルミニウムの場合には650℃以上と高温であり、回転体はその中で使用される。このため、回転体やガス供給管に対しては、高温における金属材料との反応性が低く、その構成材料が溶湯中に侵出されにくいこと、機械的強度が高いことが要求される。また、回転体を高温の溶湯に浸漬する際には、急激な温度上昇の際の熱膨張差に起因する熱応力による割れが発生しにくい、すなわち熱伝導率や破壊靱性が高いことも要求される。   The temperature of the molten metal is as high as 650 ° C. or higher in the case of aluminum, and the rotating body is used therein. For this reason, the rotator and the gas supply pipe are required to have low reactivity with a metal material at a high temperature, the constituent material is not easily leached into the molten metal, and high mechanical strength. In addition, when the rotating body is immersed in a high-temperature molten metal, it is also required that cracking due to thermal stress due to a difference in thermal expansion at the time of rapid temperature rise hardly occurs, that is, that the thermal conductivity and fracture toughness are high. The

回転体を構成する材料としては、例えば焼結黒鉛が知られている。しかしながら、炭素で構成された黒鉛は、溶湯中での消耗が激しいために耐久性が低いという問題がある。こうした点において、セラミックスは、高い耐久性をもつため、有利である。   As a material constituting the rotating body, for example, sintered graphite is known. However, graphite composed of carbon has a problem that durability is low because consumption in a molten metal is severe. In this respect, ceramics are advantageous because they have high durability.

このセラミックスとしては、例えば特許文献1に記載されるように、窒化珪素を主成分とするセラミックスがある。回転体の形状として、例えば特許文献2に記載されるように、円盤状の底面に放射状のガス分散溝が形成され、このガス分散溝中を不活性ガスが流れ、分散された細かい気泡が周囲から放射状に噴出する形状がある。特許文献2の回転体は、その割れを防止するため、半径方向における円盤の厚さが一様ではなく、中心から外側に向かって序々に厚みが薄くされている。   As this ceramic, for example, as described in Patent Document 1, there is a ceramic mainly composed of silicon nitride. As a shape of the rotating body, for example, as described in Patent Document 2, a radial gas dispersion groove is formed on a disk-shaped bottom surface, an inert gas flows through the gas dispersion groove, and dispersed fine bubbles are surrounded. There is a shape that erupts radially from. In the rotating body of Patent Document 2, the thickness of the disk in the radial direction is not uniform in order to prevent the cracking, and the thickness is gradually reduced from the center toward the outside.

公開実用平成4−15000号公報Published Utility Heisei 4-15000 公開実用平成3−91161号公報Public Utility No. Heisei 3-91161

近年、上記のように不活性ガスの細かい気泡を生成し、その気泡を分散して溶湯中に吹き込む機能を有するガス吹込み用回転体に対し、細かい気泡を、長期間安定して供給可能なガス吹込み用回転体の実現が要請されている。ここで、不活性ガスの分散性を高めより細かい気泡を発生させるためには、回転体の高さ方向におけるガス分散溝の断面視の形状を細長く、つまりガス分散溝の(深さ/幅)で表されるアスペクト比を高くすることが有効である。   In recent years, fine bubbles can be stably supplied for a long time to a rotating body for gas blowing, which has a function of generating fine bubbles of inert gas as described above, and dispersing the bubbles into the molten metal. Realization of a rotating body for gas blowing is required. Here, in order to improve the dispersibility of the inert gas and generate finer bubbles, the shape of the cross section of the gas dispersion groove in the height direction of the rotating body is elongated, that is, (depth / width) of the gas dispersion groove. It is effective to increase the aspect ratio represented by

しかしながら、従来の回転体の表面は、金属溶湯に対する回転体の表面の濡れ性が高く、回転体の使用中または溶湯からの取り出し時に、溶融金属が、ガス分散溝の表面に付着する場合があった。また、溶融金属の攪拌の際には、フラックスと呼ばれる粉末成分が、溶湯中の不純物(Mg等)を除去するために溶湯に添加される場合がある。このフラックスは、投入後攪拌され金属溶湯中に分散するが、回転体の使用中または引き上げ時にこのフラックスがガス分散溝の表面に付着する場合があった。不活性ガスを細かい気泡に分散化するため上記のようにアスペクト比を高めたガス分散溝の表面に、金属溶湯やフラックスが付着すると、ガス分散溝の断面積が如々に減少し、不活性ガスの分散性(以下ガス分散性という場合がある。)を維持できなくなる。 However, the surface of the conventional rotating body has high wettability of the surface of the rotating body with respect to the molten metal, and the molten metal may adhere to the surface of the gas dispersion groove when the rotating body is used or removed from the molten metal. It was. Further, when the molten metal is stirred, a powder component called a flux may be added to the molten metal in order to remove impurities (such as Mg) in the molten metal. This flux is stirred after being charged and dispersed in the molten metal, but this flux may adhere to the surface of the gas dispersion groove during use of the rotating body or when it is pulled up. If the molten metal or flux adheres to the surface of the gas dispersion groove whose aspect ratio is increased as described above to disperse the inert gas into fine bubbles, the cross-sectional area of the gas dispersion groove is reduced and the inert gas is inactive. The gas dispersibility (hereinafter sometimes referred to as gas dispersibility) cannot be maintained.

加えて、熱応力によって回転体に割れが発生することがあり、これに対応するために、特許文献2の回転体においては、中心で厚く、外側に向かって薄くされた形状とされた。しかしながら、この割れは、回転体の肉厚だけによって決まるものではない。上記のようにガス分散溝のアスペクト比を高くした場合には、熱応力による割れは、応力集中が発生する溝底部の角部から進展しやすい。この際、この割れは、肉厚が急変するガス分散溝のアスペクト比高いほど発生しやすかった。上記ガス分散溝の閉塞によるガス分散性の維持の問題に加え、この割れの問題のためセラミックス製の回転体において、ガス分散性の維持を図ることは困難であった。   In addition, cracks may occur in the rotating body due to thermal stress, and in order to cope with this, the rotating body of Patent Document 2 has a shape that is thicker at the center and thinner toward the outside. However, this crack is not determined only by the thickness of the rotating body. When the aspect ratio of the gas dispersion groove is increased as described above, cracks due to thermal stress tend to progress from the corner of the groove bottom where stress concentration occurs. At this time, this crack was more likely to occur as the aspect ratio of the gas dispersion groove where the wall thickness rapidly changed. In addition to the problem of maintaining gas dispersibility due to the clogging of the gas dispersion grooves, it is difficult to maintain gas dispersibility in a ceramic rotating body due to this cracking problem.

このため、不活性ガスを充分に細かくした気泡を溶融金属中に長期間供給可能な、ガス分散性を長期間維持できるガス吹込み用回転体を得ることは困難であった。   For this reason, it has been difficult to obtain a gas blowing rotor capable of supplying gas bubbles made of sufficiently fine inert gas into the molten metal for a long period of time and maintaining gas dispersibility for a long period of time.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記の問題点を解決する発明を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明のガス吹込み用回転体は、回転軸心と、前記回転軸心を中心として形成された貫通孔部と前記回転軸心から眺め外周に向け放射状に延びた複数のガス分散溝と、不活性ガスを供給する貫通孔部とを有し、窒化珪素またはサイアロン結晶を主体とした主相とガラス質または結晶質を主体とした粒界相とを含む窒化珪素質セラミックスからなる、溶融金属の中に不活性ガスを吹き込むガス吹込み用回転体であって、前記ガス分散溝の表面は焼成肌または焼成肌に類似した肌であり、かつ当該ガス分散溝は、その幅が10〜20mmの範囲、その深さ/幅の比が0.5〜1.5の範囲であることを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体は、半径方向において前記ガス分散溝の内周側、中央、外周側の3点の前記ガス分散溝の表面のJIS―B0601による算術平均粗さRaの平均値が、いずれも0.9〜2.1μmの範囲であることを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体において、前記窒化珪素質セラミックスは、硼化物、窒化物または炭化物から選択された微小粒子を含むことを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体において、前記窒化珪素質セラミックスは、六方晶窒化硼素からなる微小粒子を含むことを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体において、前記窒化珪素質セラミックスは、粒界相として希土類元素およびMgを酸化物換算で2〜15質量%含み、希土類金属(RE)とMgを酸化物換算の質量比(RE/MgO)を0.1〜10となる比率で含有することを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体は、比表面積が20〜50m/g、レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径が2〜10μm、30μm以上の粒径を有する粒子が5%以下、SEM写真から測定した1次粒子の平均粒子寸法が0.01〜0.8μmである六方晶窒化硼素粉末を、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計100質量部に対して3〜20質量部含有する原料粉末を用いて製造されたことを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体において、前記ガス吹込み用回転体は一方が開口した略椀形状をなすよう構成されており、前記ガス分散溝はその一方の端面に形成されており、前記貫通孔部はその他方の端面に形成されていることを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体において、前記ガス吹込み用回転体は大略円盤状をなすよう構成されており、前記ガス分散溝は、前記貫通孔部に直結していることを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体は、前記ガス吹込み用回転体の半径方向において前記ガス分散溝の外縁部には、R加工または面取り加工が施されていることを特徴とする。
本発明のガス吹込み用回転体において、前記回転部の外周面には溶融金属を攪拌する攪拌溝が形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The rotating body for gas blowing according to the present invention includes a rotation axis, a through-hole portion formed around the rotation axis, and a plurality of gas dispersion grooves extending radially from the rotation axis toward the outer periphery of view, A molten metal having a through-hole portion for supplying an inert gas and comprising a main phase mainly composed of silicon nitride or sialon crystals and a grain boundary phase mainly composed of vitreous or crystalline A rotating body for injecting an inert gas into the gas dispersion groove, wherein the surface of the gas dispersion groove is baked skin or skin similar to the baked skin, and the gas dispersion groove has a width of 10 to 20 mm. The depth / width ratio is in the range of 0.5 to 1.5.
The gas blowing rotator of the present invention has an average value of arithmetic mean roughness Ra according to JIS-B0601 of the surface of the gas dispersion groove at three points on the inner circumference side, the center, and the outer circumference side of the gas dispersion groove in the radial direction. Are both in the range of 0.9 to 2.1 μm.
In the gas blowing rotator according to the present invention, the silicon nitride ceramics includes fine particles selected from a boride, a nitride, or a carbide.
In the gas blowing rotator according to the present invention, the silicon nitride ceramics include fine particles made of hexagonal boron nitride.
In the gas blowing rotator of the present invention, the silicon nitride ceramic contains 2 to 15% by mass of rare earth elements and Mg in terms of oxides as grain boundary phases, and rare earth metals (RE) and Mg in terms of oxides. A mass ratio (RE 2 O 3 / MgO) is contained at a ratio of 0.1 to 10.
The gas blowing rotor of the present invention has a specific surface area of 20 to 50 m 2 / g, an average particle size of 2 to 10 μm measured by a laser diffraction / scattering method, and particles having a particle size of 30 μm or more are 5% or less, The hexagonal boron nitride powder having an average primary particle size of 0.01 to 0.8 μm measured from the SEM photograph is 3 to 20 mass with respect to a total of 100 mass parts of the silicon nitride powder and the sintering aid powder. It is manufactured using the raw material powder which contains a part.
In the gas blowing rotator according to the present invention, the gas blowing rotator is configured to have a substantially bowl shape with one opening, and the gas dispersion groove is formed on one end surface of the gas blowing rotator, The through hole is formed on the other end surface.
In the gas blowing rotator according to the present invention, the gas blowing rotator is configured to have a substantially disk shape, and the gas dispersion groove is directly connected to the through hole. .
The gas blowing rotator according to the present invention is characterized in that R processing or chamfering is performed on an outer edge portion of the gas dispersion groove in a radial direction of the gas blowing rotator.
In the gas blowing rotator according to the present invention, an agitation groove for agitating the molten metal is formed on the outer peripheral surface of the rotating part.

本発明は以上のように構成されているので、充分な耐久性をもつと共に、気泡の充分な分散性をもったガス吹込み用回転体を得ることができる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain a rotating body for blowing gas having sufficient durability and sufficient dispersibility of bubbles.

(a)は本発明の実施の形態となるガス吹込み用回転体の底面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は(a)のB−B断面図である。(A) is a bottom view of a rotating body for gas blowing according to an embodiment of the present invention, (b) is a sectional view taken along line AA in (a), and (c) is a sectional view taken along line BB in (a). is there. 図1のガス吹込み用回転体の斜視図である。It is a perspective view of the rotary body for gas blowing of FIG. (a)は本発明の実施の形態となるガス吹込み用回転体の変形例の底面図、(b)は(a)のC−C断面図である。(A) is a bottom view of the modification of the rotary body for gas blowing used as embodiment of this invention, (b) is CC sectional drawing of (a). 図3のガス吹込み用回転体の変形例の斜視図である。It is a perspective view of the modification of the rotary body for gas blowing of FIG.

以下、本発明について具体的な実施形態を示しながら説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の実施の形態に係るガス吹込み用回転体は、高温の溶融金属に浸漬されるガスの吹込み用回転体として適用可能である。   The present invention will be described below with reference to specific embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. The gas blowing rotator according to the embodiment of the present invention can be applied as a gas blowing rotator immersed in a high-temperature molten metal.

図1(a)は、このガス吹込み用回転体の底面図、図1(b)は図1(a)の回転体20の中心軸に沿いガス分散溝22を含むA−A断面図、図1(c)は、図1(a)の回転体20の中心軸に沿い攪拌溝23を含むB−B断面図である。また、図2は、図1の回転体20の斜視図である。   FIG. 1A is a bottom view of the gas blowing rotor, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA including a gas dispersion groove 22 along the central axis of the rotor 20 in FIG. FIG.1 (c) is BB sectional drawing containing the stirring groove 23 along the central axis of the rotary body 20 of Fig.1 (a). FIG. 2 is a perspective view of the rotating body 20 of FIG.

不活性ガスを細分化した気泡を金属溶湯中に分散した状態で供給するガス吹込み用回転体20には、回転体20にアルゴン・窒素その他の不活性ガス(以下単にガスと言う場合がある。)を供給する円筒形状のガス供給管30が付設されている。図1(b)に示すように、ガス供給管30の左端部は、回転体20の回転軸心に嵌合により固定され、これらは一体化されている。ガス供給管30の中心軸の回りで回転体20が回転運動をすることにより、ガス供給管30から供給されたガスが分散され、金属溶湯中に噴出する。また、ガス供給管30が回転体20と嵌合された箇所におけるガス供給管30の一端側の管路には、外径が管路と同一径である略円筒形状のガス供給部材201が嵌合されている。ガス供給部材201の中心には、貫通孔部21が形成されており、ガスは、図1(b)(c)中の右側から左側に向かって貫通孔部21を通り回転体20の中空部24に噴出する。なお、回転体20とガス供給管30とは、部品点数を減らし低コストで製造するとともに、例えば螺子固定するために形成される雌螺子などからの回転体の割損を防止する点から、焼嵌により固定することが好ましい。ガス供給管30の流路に嵌合されるガス供給部材201についても同様である。   In the rotating body 20 for blowing gas supplied in a state where bubbles obtained by subdividing the inert gas are dispersed in the molten metal, argon / nitrogen or other inert gas (hereinafter simply referred to as gas) may be supplied to the rotating body 20. .) Is provided with a cylindrical gas supply pipe 30. As shown in FIG.1 (b), the left end part of the gas supply pipe 30 is fixed to the rotating shaft center of the rotary body 20 by fitting, and these are integrated. When the rotating body 20 rotates around the central axis of the gas supply pipe 30, the gas supplied from the gas supply pipe 30 is dispersed and ejected into the molten metal. In addition, a substantially cylindrical gas supply member 201 whose outer diameter is the same as that of the pipe is fitted into the pipe on one end side of the gas supply pipe 30 at the place where the gas supply pipe 30 is fitted to the rotating body 20. Are combined. A through-hole portion 21 is formed at the center of the gas supply member 201, and the gas passes through the through-hole portion 21 from the right side to the left side in FIGS. It spouts to 24. The rotating body 20 and the gas supply pipe 30 are manufactured at a low cost by reducing the number of parts, and from the viewpoint of preventing breakage of the rotating body from, for example, a female screw formed for screw fixing. It is preferable to fix by fitting. The same applies to the gas supply member 201 fitted in the flow path of the gas supply pipe 30.

ガス供給管30は、金属溶湯の上部から溶湯内にかけて設置され、回転体20(ガス供給部材201)までガスを供給し、かつ溶湯中で回転体20を回転させる。図1(b)における矢印は、これが設置される際の下方(溶湯の底部がある側)を示している。ガス供給管30の最下部の一端は、回転体20の中央部で回転体20およびガス供給部材201と一体化され、溶湯の上面から突出した他端は回転用モーターに接続されている。   The gas supply pipe 30 is installed from the upper part of the molten metal to the inside of the molten metal, supplies gas to the rotating body 20 (gas supply member 201), and rotates the rotating body 20 in the molten metal. The arrow in FIG.1 (b) has shown the downward direction (side with the bottom of a molten metal) when this is installed. The lowermost end of the gas supply pipe 30 is integrated with the rotary body 20 and the gas supply member 201 at the center of the rotary body 20, and the other end protruding from the upper surface of the molten metal is connected to a rotation motor.

ガス供給管30は、流路を有する円筒形状であり、この流路をガスが流れる。一方、回転体20は、下方側(溶湯の底部がある側)が開口した中空部24を有する略椀形状である。ここで、図1(a)において中心が回転軸心となっており、この回転軸心を中心として上下方向(図1(b)(c)中では左右方向)に回転体20(ガス供給部材201)を貫通する貫通孔部21が設けられている。図1(b)(c)に示すように、この貫通孔部21は、ガス供給管30の流路と連接されており、この貫通孔部21を通して回転体20の中空部24にガスが供給される。溶湯中では、回転体20に供給されたガスは、浮力によって中空部24に滞留し、保持される。以下、中空部24をガス滞留部と言う。   The gas supply pipe 30 has a cylindrical shape having a flow path, and gas flows through the flow path. On the other hand, the rotator 20 has a substantially bowl shape having a hollow portion 24 opened on the lower side (the side where the bottom of the molten metal is present). Here, the center in FIG. 1 (a) is the rotation axis, and the rotating body 20 (gas supply member) extends in the vertical direction (the left / right direction in FIGS. 1 (b) and 1 (c)) around this rotation axis. 201) is provided. As shown in FIGS. 1B and 1C, the through-hole portion 21 is connected to the flow path of the gas supply pipe 30, and gas is supplied to the hollow portion 24 of the rotating body 20 through the through-hole portion 21. Is done. In the molten metal, the gas supplied to the rotating body 20 stays in the hollow portion 24 by buoyancy and is held. Hereinafter, the hollow portion 24 is referred to as a gas retention portion.

本態様の回転体20の開口された側の端面(一方の端面)の円周上には、45°の等角度で8つのガス分散溝22が半径方向に貫くように設けられている。ガス分散溝22の幅は図1(a)中のXであり、その高さ(深さ)は図1(b)中のYである。ガス分散溝22が形成された箇所の回転体20の厚さは、図1(b)中のWである。   On the circumference of the end surface (one end surface) on the opened side of the rotating body 20 of this embodiment, eight gas dispersion grooves 22 are provided so as to penetrate in the radial direction at an equal angle of 45 °. The width of the gas dispersion groove 22 is X in FIG. 1A, and the height (depth) is Y in FIG. The thickness of the rotating body 20 where the gas dispersion grooves 22 are formed is W in FIG.

また、本態様の回転体20には、好ましい要素として、その上面(図1(b)(c)中の右側の面)から側面にかけて、攪拌溝23が、ガス分散溝22と22.5°ずれた形で8つ形成されている。この攪拌溝23の幅は図1(a)中のTであり、その深さは図1(c)中のZである。この攪拌溝23は、この回転体20を構成する部材を貫通しておらず、側面ではZ<Wとなっており、上面においても同様である。   In addition, as a preferable element, the rotating body 20 of this embodiment has a stirring groove 23 that is 22.5 ° from the gas dispersion groove 22 from the upper surface (the right surface in FIGS. 1B and 1C) to the side surface. Eight are formed in a shifted form. The width of the stirring groove 23 is T in FIG. 1A, and the depth is Z in FIG. The stirring groove 23 does not penetrate through the members constituting the rotating body 20, and Z <W on the side surface, and the same applies to the upper surface.

上記の構成の回転体20においては、上方(図1(b)(c)中の右側)から流されたガスは、ガス分散溝22が形成された側と反対側の端面(他方の端面)に形成された貫通孔部21を通って回転体20に達し、略椀形状のガス滞留部(中空部)24に保持される。その後、ガスは遠心力により外側に向かい周囲のガス分散溝22を通過するが、その際、回転体20の回転に伴い細かな気泡として分散され、溶融金属中に放出される。   In the rotating body 20 having the above-described configuration, the gas flowed from above (the right side in FIGS. 1B and 1C) is the end surface (the other end surface) opposite to the side where the gas dispersion grooves 22 are formed. The rotating body 20 is reached through the through-hole portion 21 formed in the, and is held by a substantially bowl-shaped gas retention portion (hollow portion) 24. Thereafter, the gas flows outward and passes through the surrounding gas dispersion groove 22 by centrifugal force. At this time, the gas is dispersed as fine bubbles along with the rotation of the rotating body 20 and is released into the molten metal.

一方、上記したように本態様の回転体20において好ましい要素として付加されている攪拌溝23は、回転体20の回転方向に垂直な方向において上面から側面にかけて長く形成されているため、回転体20が回転する際には、攪拌の作用が大きくなる。また、特に回転体20を構成する材料が厚いと、熱応力によってクラックが発生しやすくなるため、これを厚く構成することは困難である。一方で、回転体20を上下方向(図1(b)中の左右方向)で充分に厚くしないと、充分な攪拌特性は得られない。この回転体20においては、略椀形状とすることにより、素材自身は薄くした状態で、回転体20を上下方向に厚くしている。また、この際の外周面(側面、上面)に攪拌溝23を形成していることにより、特に攪拌の作用が大きくなる。   On the other hand, as described above, the stirring groove 23 added as a preferable element in the rotating body 20 of the present embodiment is formed long from the upper surface to the side surface in the direction perpendicular to the rotating direction of the rotating body 20. When rotating, the action of stirring increases. In particular, if the material constituting the rotator 20 is thick, cracks are likely to occur due to thermal stress, and it is difficult to make this thick. On the other hand, sufficient stirring characteristics cannot be obtained unless the rotating body 20 is sufficiently thick in the vertical direction (the horizontal direction in FIG. 1B). In the rotating body 20, the rotating body 20 is thickened in the vertical direction while the material itself is thinned by having a substantially bowl shape. Further, since the stirring groove 23 is formed on the outer peripheral surface (side surface, upper surface) at this time, the action of stirring is particularly increased.

上記の構成の回転体20は、高温の金属溶湯中(例えば溶融アルミニウムの場合には700〜750℃程度)に浸漬される。このため、回転体20を構成する材料に対しては、この高温の溶融金属中で変形しないこと、溶融金属との間で化学反応や合金化を生じないこと、溶湯への出し入れの際の熱応力による破壊(クラック)を生じないこと、等が要求される。特許文献1に記載される窒化珪素質セラミックス(窒化珪素を主成分とするセラミックス)は、一般的にはこうした要求を満たす材料として知られている。   The rotating body 20 having the above-described configuration is immersed in a high-temperature molten metal (for example, about 700 to 750 ° C. in the case of molten aluminum). For this reason, the material constituting the rotating body 20 is not deformed in the high-temperature molten metal, does not cause a chemical reaction or alloying with the molten metal, and is not heated in and out of the molten metal. It is required that no breakage (crack) due to stress occurs. Silicon nitride ceramics (ceramics containing silicon nitride as a main component) described in Patent Document 1 are generally known as materials that satisfy these requirements.

ここで、上記したように、ガスを細かい気泡にするガス分散性を考慮し、アスペクト比(溝深さ/溝幅)の高いガス分散溝22を回転体に形成した場合、ガス分散溝22の表面に、アルミニウム溶湯やその酸化物またはスラグ等が付着し、使用中にガス分散溝22が閉塞しやすいという問題点がある。ガス分散溝22の閉塞が発生すると、ガス分散性が維持できなくなり、その結果、酸洗などで閉塞物を除去するという作業が必要となるため、ガス分散性を長期間維持できる回転体20が望まれている。そして、ガス分散溝22の閉塞には、その表面の微細構造が影響を及ぼす。 Here, as described above, when the gas dispersion groove 22 having a high aspect ratio (groove depth / groove width) is formed in the rotating body in consideration of the gas dispersibility that makes the gas fine bubbles, There is a problem that the molten aluminum, its oxide or slag adheres to the surface, and the gas dispersion groove 22 is easily blocked during use. When the gas dispersion groove 22 is blocked, the gas dispersibility cannot be maintained. As a result, an operation of removing the plug by pickling or the like is required. It is desired. The fine structure of the surface affects the blockage of the gas dispersion groove 22.

加えて、高温の溶融金属に浸漬される回転体20の場合には、熱応力による破壊を考慮する必要もある。この破壊に対しては、熱伝導率・破壊靭性・曲げ強度その他材料特性だけでなく、熱応力が発生しやすい肉厚の急変部の存在など回転体20の形状も影響を与える。ここで、回転体20において、肉厚が急変してクラックが発生しやすい箇所は、ガス分散溝22または攪拌溝23の底部の角であり、特にアスペクト比の高いガス分散溝22は肉厚の急変度が大きいため破壊が生じやすい。   In addition, in the case of the rotating body 20 immersed in a high-temperature molten metal, it is necessary to consider the breakage due to thermal stress. In addition to the thermal conductivity, fracture toughness, bending strength, and other material characteristics, the shape of the rotating body 20 such as the presence of a suddenly changed thickness portion that easily generates thermal stress affects the fracture. Here, in the rotating body 20, the portion where the wall thickness is abruptly changed and cracks are likely to occur is the corner at the bottom of the gas dispersion groove 22 or the stirring groove 23, and the gas dispersion groove 22 having a particularly high aspect ratio is thick. Destruction is likely to occur due to a large sudden change.

そこで、本態様の回転体20では、主としてガス分散性の維持、加えて耐熱衝撃性の点を考慮して、発明者らは、回転体20を構成する窒化珪素質セラミックスとして、窒化珪素またはサイアロン結晶を主体とした主相と、ガラス質または結晶質を主体とした粒界相とを含むものが好適であることを見出した。すなわち、窒化珪素質セラミックスを図1の形状に成形し、焼結すれば、ガス分散性を長期に渡り維持でき、加えてガス分散溝22のアスペクト比(Y/X)が高くても十分な耐熱衝撃性を有するガス吹込み用回転体10を得ることができることを知見した。この場合、ガス分散溝22の幅Xを10〜20mmの範囲とし、ガス分散溝22の深さYと幅Xの比Y/Xを0.5〜1.5の範囲とした場合に、気泡の充分な分散性を得ることができる。なお、ガス分散溝22の幅Xが10mm未満の場合には、ガスがガス分散溝22に侵入し難く、溶融金属中に所望量のガスを供給できない。また、ガス分散溝22の幅Xが20mmを超える場合には、ガス分散溝22の中にガスが薄く広がるため、ガスを細かい気泡として分散することができない。さらに、ガス分散溝22の深さYと幅Xの比Y/Xを0.5未満の場合には、ガス分散性が不十分となり、その値が1.5を超えると熱衝撃によるガス分散溝22からの破損が生じやすい。   Therefore, in the rotating body 20 of the present embodiment, considering mainly the maintenance of gas dispersibility and the thermal shock resistance, the inventors have used silicon nitride or sialon as the silicon nitride ceramics constituting the rotating body 20. It has been found that one containing a main phase mainly composed of crystals and a grain boundary phase mainly composed of glass or crystal is suitable. That is, if the silicon nitride ceramic is formed into the shape shown in FIG. 1 and sintered, the gas dispersibility can be maintained over a long period of time, and in addition, even if the aspect ratio (Y / X) of the gas dispersion groove 22 is high, it is sufficient. It has been found that a gas blowing rotor 10 having thermal shock resistance can be obtained. In this case, when the width X of the gas dispersion groove 22 is in the range of 10 to 20 mm and the ratio Y / X of the depth Y to the width X of the gas dispersion groove 22 is in the range of 0.5 to 1.5, Sufficient dispersibility can be obtained. When the width X of the gas dispersion groove 22 is less than 10 mm, the gas hardly enters the gas dispersion groove 22, and a desired amount of gas cannot be supplied into the molten metal. Further, when the width X of the gas dispersion groove 22 exceeds 20 mm, the gas spreads thinly in the gas dispersion groove 22, so that the gas cannot be dispersed as fine bubbles. Further, when the ratio Y / X of the depth Y to the width X of the gas dispersion groove 22 is less than 0.5, the gas dispersibility becomes insufficient, and when the value exceeds 1.5, gas dispersion due to thermal shock is caused. Damage from the groove 22 is likely to occur.

さらに本態様の回転体20は、柱状に伸びる窒化珪素またはサイアロン結晶を主体とした主相と、ガラス質または結晶質を主体とした粒界相とを含む窒化珪素質セラミックスで構成されており、その焼成肌の表面における凹凸の存在によって、アルミニウム溶湯等の付着が発生し難い。このため、ガス分散溝22の閉塞も生じにくくなり、ガス分散性を長期に渡り維持することができる。なお、本発明において、ガス分散溝22の表面肌は、焼結後において未加工の焼成肌だけではなく、アルミニウム溶湯やスラグなどの付着を防止できるという作用を奏する限り、例えばショットブラスト等を施し表面を焼成肌程度に調整した肌、すなわち焼成肌に類似した肌であってもよい。   Further, the rotating body 20 of this embodiment is composed of a silicon nitride ceramic including a main phase mainly composed of silicon nitride or sialon crystals extending in a columnar shape and a grain boundary phase mainly composed of vitreous or crystalline. Due to the presence of irregularities on the surface of the fired skin, adhesion of molten aluminum or the like hardly occurs. For this reason, the gas dispersion grooves 22 are not easily blocked, and the gas dispersibility can be maintained over a long period of time. In the present invention, the surface of the gas dispersion groove 22 is subjected not only to an unprocessed fired skin after sintering but also to shot blasting as long as it can prevent adhesion of molten aluminum, slag, and the like. Skin whose surface is adjusted to the level of fired skin, that is, skin similar to fired skin may be used.

なお、回転体20は、窒化珪素またはサイアロン結晶を主体とした主相とガラス質または結晶質を主体とした粒界相とを含む窒化珪素質セラミックスで構成することが必須であるが、ガス供給管30には特にクラックや閉塞が発生しやすい箇所はないため、ガス供給管30には他の材料を用いることもできる。   It is essential that the rotator 20 be composed of silicon nitride ceramics including a main phase mainly composed of silicon nitride or sialon crystals and a grain boundary phase mainly composed of glass or crystal. Since the pipe 30 is not particularly susceptible to cracking or blockage, other materials can be used for the gas supply pipe 30.

以下、窒化珪素質セラミックスを用いた回転体20の製造方法の一例を説明する。この製造方法としては、一般的に知られる焼結体の製造方法を用いることができる。すなわち、窒化珪素粉末を主成分とする原料粉末を、湿式で混合した後に、バインダーを加えて混合、乾燥して造粒粉とした後、公知のプレス成形法や、CIP成形法、押し出し成形法、射出成形法等の公知の成形方法で成形体とする。この成形体を必要に応じてグリーン加工した後、大気中で脱バインダー処理後、窒素を含有する非酸化性雰囲気中、常圧又は加圧により1500〜1900℃の温度で焼成して焼結体を得る。焼成雰囲気は常圧が好ましく、焼成温度は1700〜1780℃が好ましい。   Hereinafter, an example of the manufacturing method of the rotary body 20 using silicon nitride ceramics will be described. As this manufacturing method, a generally known method for manufacturing a sintered body can be used. That is, after raw material powder mainly composed of silicon nitride powder is wet mixed, a binder is added, mixed and dried to obtain granulated powder, and then a known press molding method, CIP molding method, extrusion molding method, etc. The molded body is formed by a known molding method such as an injection molding method. The green body is green processed as necessary, and after debinding in the air, sintered in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen at 1500 to 1900 ° C. under normal pressure or pressure. Get. The firing atmosphere is preferably normal pressure, and the firing temperature is preferably 1700 to 1780 ° C.

この窒化珪素質セラミックスの主原料となる窒化珪素粉末としては、α化率90%以上、平均粒子径D50 :0.3〜0.8μm、酸素量:0.1〜2.0質量%、Al:0.01質量%以下、Fe:0.01%質量以下のものが好ましい。 As the silicon nitride powder as the main raw material of this silicon nitride ceramic, the alpha conversion rate is 90% or more, the average particle diameter D 50 : 0.3 to 0.8 μm, the oxygen content: 0.1 to 2.0% by mass, Al: 0.01% by mass or less, Fe: 0.01% by mass or less are preferable.

ここで、アスペクト比が高いガス分散溝22であっても、溶融金属の付着が少なく、ガス分散性が長期に維持される回転体20を得るためには、六方晶窒化硼素(h−BN)が添加されることが好ましい。この原料粉末となる六方晶窒化硼素粉末として、レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径が2〜10μm、SEM写真から測定した1次粒子の平均粒子寸法が0.01〜0.8μm、BET法による比表面積が20〜50m/gであるものが好ましい。レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径D50は2〜10μmの範囲であり、30μm以上の粒径を有する粒子が5%以下であることが好ましい。ここで、この測定は、JISR1622、1629に準拠して行われる。 Here, even in the gas dispersion groove 22 having a high aspect ratio, hexagonal boron nitride (h-BN) is used in order to obtain the rotating body 20 in which the adhesion of molten metal is small and the gas dispersibility is maintained for a long time. Is preferably added. The hexagonal boron nitride powder used as the raw material powder has an average particle size of 2 to 10 μm measured by a laser diffraction / scattering method, an average particle size of primary particles measured from an SEM photograph of 0.01 to 0.8 μm, BET What has a specific surface area by a method of 20-50 m < 2 > / g is preferable. The average particle diameter D 50 measured by the laser diffraction / scattering method is in the range of 2 to 10 μm, and the particle having a particle diameter of 30 μm or more is preferably 5% or less. Here, this measurement is performed according to JIS R1622, 1629.

この六方晶窒化硼素粉末を、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計100質量部に対して3〜20質量部含有させた場合、得られた窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスからなる回転体20は、アルミニウム溶湯に繰り返し浸漬されたとしても、アルミニウム溶湯や、その酸化物、スラグ等が付着しがたく、かつ回転体20として必要な強度を有し、機械的衝撃による破損を防止することができる。特に、窒化珪素―窒化硼素複合セラミックス中で、この六方晶窒化硼素は微細な一次粒子の集合体を形成する。このような窒化硼素の微細な一次粒子の集合体が分散相として窒化珪素―窒化硼素複合セラミックス中に存在するため、窒化硼素集合体中の1次粒子で形成される凹凸によりアルミニウム溶湯が、より付着しにくくなっているのと共に、仮に付着したとしても微細な1次粒子部分で剥離してアルミニウム溶湯の付着を防止することも可能となる。 When the hexagonal boron nitride powder is contained in an amount of 3 to 20 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the silicon nitride powder and the sintering aid powder, the obtained rotating body 20 made of the silicon nitride-boron nitride composite ceramics is obtained. Even if it is repeatedly immersed in molten aluminum, molten aluminum, its oxides, slag, etc. are difficult to adhere and have the necessary strength as the rotating body 20 and can prevent damage due to mechanical impact. it can. In particular, in the silicon nitride-boron nitride composite ceramic, this hexagonal boron nitride forms an aggregate of fine primary particles. Since such an aggregate of fine primary particles of boron nitride is present in the silicon nitride-boron nitride composite ceramic as a dispersed phase, the molten aluminum is more formed by the unevenness formed by the primary particles in the boron nitride aggregate. In addition to being difficult to adhere, even if it adheres, it is possible to prevent adhesion of molten aluminum by peeling off at fine primary particle portions.

六方晶窒化硼素粉末において、レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径を2〜10μm、SEM写真から測定した1次粒子の平均粒子寸法を0.01〜0.8μm、比表面積を20〜50m/gとするのは、これらの範囲を外れた場合、窒化珪素―窒化硼素セラミックスの表面に露出した窒化硼素粒子の一次粒子で形成される凹凸が小さくなって、アルミニウム溶湯が付着しやすくなるためである。レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径を2〜10μmとするのは、2μm未満では六方晶窒化硼素の分散相が小さくなってアルミニウム溶湯が付着性しやすくなり、10μm以上では六方晶窒化硼素の分散相が大きくなって、強度が低下するからである。レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径は、同様の理由から3〜8μmが好ましい。また、窒化硼素粉末において30μm以上の粒径を有する粒子が5%を越えた場合には、窒化珪素―窒化硼素複合セラミックス中においてこの粒子が存在する箇所が基点となってクラックが発生しやすくなる。このため、この割合が5%以下であることが好ましい。 In hexagonal boron nitride powder, the average particle size measured by laser diffraction / scattering method is 2 to 10 μm, the average particle size of primary particles measured from SEM photograph is 0.01 to 0.8 μm, and the specific surface area is 20 to 50 m. 2 / g is out of these ranges, the unevenness formed by the primary particles of boron nitride particles exposed on the surface of the silicon nitride-boron nitride ceramic is reduced, and the molten aluminum is liable to adhere. Because. The average particle diameter measured by the laser diffraction / scattering method is 2 to 10 μm. If the average particle size is less than 2 μm, the dispersed phase of hexagonal boron nitride becomes small and the molten aluminum tends to adhere, and if it is 10 μm or more, hexagonal boron nitride. This is because the dispersed phase becomes larger and the strength decreases. The average particle size measured by the laser diffraction / scattering method is preferably 3 to 8 μm for the same reason. Further, when the particle having a particle diameter of 30 μm or more exceeds 5% in the boron nitride powder, cracks are likely to occur in the silicon nitride-boron nitride composite ceramics where the particle is present. . For this reason, it is preferable that this ratio is 5% or less.

さらに、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計100質量部に対して上記六方晶窒化珪素の添加比率が3質量部未満であると、六方晶窒化硼素の集合体からなる分散相の面積割合が少なくなるため、アルミニウム溶湯が付着しやすくなる。20質量部を超えると、窒化珪素の割合が少なくなるため強度が低下する。   Furthermore, when the addition ratio of the hexagonal silicon nitride is less than 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total of the silicon nitride powder and the sintering aid powder, the area ratio of the dispersed phase composed of an aggregate of hexagonal boron nitride Therefore, molten aluminum tends to adhere. If the amount exceeds 20 parts by mass, the proportion of silicon nitride decreases, so the strength decreases.

また、この六方晶窒化硼素の結晶化度GI値が5を超えることが好ましい。窒化硼素の結晶化度GI値とは、X線回折において次式に示すように102回折線の面積〔A(102)〕と、100回折線と101回折線を加えた面積〔A(100+101)〕の比で表され、GI値が低いほど結晶化が進んでいる。   The hexagonal boron nitride preferably has a crystallinity GI value of more than 5. The crystallinity GI value of boron nitride is the area of 102 diffraction lines [A (102)] in X-ray diffraction, and the area [A (100 + 101) of adding 100 diffraction lines and 101 diffraction lines as shown in the following equation. The lower the GI value, the more crystallization proceeds.

Figure 2012200729
Figure 2012200729

結晶化度GI値が5を超えることは、結晶性が低いことを意味し、結晶化度GI値が5を超えると、1次粒子が小さくなるのと共に、1次粒子間の結合が強くなるため、1次粒子で形成される凹凸によりアルミニウム溶湯がより確実に付着しにくくなり、アルミニウム溶湯の付着を防止することが可能となるためである。更に好ましい結晶化度GI値は5〜10である。   When the crystallinity GI value exceeds 5, it means that the crystallinity is low. When the crystallinity GI value exceeds 5, the primary particles become smaller and the bonds between the primary particles become stronger. Therefore, the unevenness formed by the primary particles makes it difficult for the molten aluminum to adhere more reliably and prevents the molten aluminum from adhering. A more preferred crystallinity GI value is 5-10.

また、前記六方晶窒化硼素粉末に含まれる酸素量が1.0〜6.0%であると、酸素成分の影響により、焼結助剤成分と固着し易くなり、強度が向上するため好ましい。酸素量のより好ましい範囲は1.0〜2.0%である。   Further, it is preferable that the amount of oxygen contained in the hexagonal boron nitride powder is 1.0 to 6.0% because it is easily fixed to the sintering aid component due to the influence of the oxygen component and the strength is improved. A more preferable range of the oxygen amount is 1.0 to 2.0%.

また、窒化珪素粉末、六方晶窒化硼素粉末と共に混合される焼結助剤粉末としては、希土類元素およびMgを酸化物換算で2〜15質量%、希土類金属(RE)とMgを酸化物換算の質量比(RE/MgO)を0.1〜10となる比率で含有するものが好ましい。 In addition, as the sintering aid powder mixed with the silicon nitride powder and the hexagonal boron nitride powder, the rare earth element and Mg are 2 to 15% by mass in terms of oxide, and the rare earth metal (RE) and Mg are in terms of oxide. those containing mass ratio (RE 2 O 3 / MgO) in a ratio to be 0.1 to 10 are preferred.

焼結助剤成分は焼結過程で液相を生成して、窒化珪素−窒化硼素複合セラミックスの緻密化に有効に作用し、焼成後は窒化珪素及び/または窒化硼素の粒界相として、ガラス相及び/又は結晶相となって窒化珪素−窒化硼素複合セラミックス中に存在する。希土類元素およびMgからなるガラス相及び/又は結晶相は、アルミニウム溶湯に対する付着がしにくいことから、有効である。希土類元素としてはY、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの何れの元素でも好適に用いることができるが、これらの中でもY、Ce、Sm、Dy、Er、Yb、Lu、とりわけY、Erが特性およびコストの面で望ましい。なお、焼結助剤となる希土類元素およびMgは、いずれも平均粒径が1μm以下、純度99%以上であることが好ましく、それらの酸化物粉末の他に、炭酸塩、酢酸塩など焼成によって酸化物を形成しうる化合物として添加される。   The sintering aid component generates a liquid phase during the sintering process, and effectively acts on the densification of the silicon nitride-boron nitride composite ceramics. After firing, as a grain boundary phase of silicon nitride and / or boron nitride, glass It exists in a silicon nitride-boron nitride composite ceramic as a phase and / or a crystalline phase. A glass phase and / or a crystal phase composed of a rare earth element and Mg is effective because it hardly adheres to the molten aluminum. As the rare earth element, any element of Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu can be preferably used. Among these, Y, Ce, Sm, Dy, Er, Yb, and Lu, especially Y and Er are preferable in terms of characteristics and cost. In addition, it is preferable that the rare earth elements and Mg as sintering aids both have an average particle size of 1 μm or less and a purity of 99% or more. In addition to these oxide powders, carbonates, acetates and the like are baked. It is added as a compound capable of forming an oxide.

また、前記希土類元素とMgは酸化物換算で2〜15質量%含有されることが好ましく、3〜8質量%の範囲で含有されることがより好ましい。また、希土類元素とMgは酸化物換算の質量比(RE/MgO)が0.1〜10であることが好ましく、望ましくは0.4〜5の範囲で含有されることがより好ましい。これは、前記希土類酸化物とMgが酸化物換算で2質量%より少量では焼結性が不足して緻密化が不足して強度が低くなることもあるからであり、15質量%を越えると、窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスと窒化珪素焼結体中で希土類元素とMgからなるガラス質を主体とする粒界相の割合が必要以上に多くなって強度や靭性が低下することもあるからである。 また、希土類元素とMgは酸化物換算で2〜15質量%とすることにより、窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスの熱伝導率が高くなって、熱衝撃による破損を防止することができる。また、前記RE/MgOの質量比率が10を越えたり、0.1より小さいと1600〜1900℃の焼成温度での緻密化が不十分となって、強度が低下することもあるためである。 The rare earth element and Mg are preferably contained in an amount of 2 to 15% by mass in terms of oxide, and more preferably in the range of 3 to 8% by mass. In addition, the rare earth element and Mg preferably have an oxide-converted mass ratio (RE 2 O 3 / MgO) of 0.1 to 10, more preferably 0.4 to 5 inclusive. . This is because if the rare earth oxide and Mg are less than 2% by mass in terms of oxides, the sinterability is insufficient and densification is insufficient and the strength may be lowered. In addition, the ratio of grain boundary phase mainly composed of rare earth elements and Mg in the silicon nitride-boron nitride composite ceramic and silicon nitride sintered body may be increased more than necessary, resulting in reduced strength and toughness. It is. Further, by setting the rare earth element and Mg to 2 to 15% by mass in terms of oxides, the thermal conductivity of the silicon nitride-boron nitride composite ceramic is increased and damage due to thermal shock can be prevented. Further, if the mass ratio of RE 2 O 3 / MgO exceeds 10 or is smaller than 0.1, the densification at the firing temperature of 1600 to 1900 ° C. becomes insufficient and the strength may be lowered. It is.

Al等のAl化合物を焼結助剤成分として配合した場合は、焼結性の向上に寄与するが、アルミニウム溶湯、その酸化物、スラグ等との付着が起こりやすくなり、また、窒化珪素(Si)結晶中にAlが固溶してフォノンの拡散を阻害する結果、焼結体の熱伝導率が著しく低下して耐熱衝撃性が低下する原因にもなるため、酸化物換算で0.5質量%を越えて含有しないことが好ましい。望ましくは0.1質量%未満、より望ましくは0.01質量%未満にすることが望ましい。 When an Al compound such as Al 2 O 3 is blended as a sintering aid component, it contributes to improvement in sinterability, but adhesion to molten aluminum, its oxide, slag, etc. is likely to occur, and nitriding As a result of Al dissolving in the silicon (Si 3 N 4 ) crystal and inhibiting the diffusion of phonons, the thermal conductivity of the sintered body is significantly lowered and the thermal shock resistance is also lowered. It is preferable not to contain more than 0.5 mass% in terms of conversion. Desirably, it is less than 0.1% by mass, more desirably less than 0.01% by mass.

またFe等のFe化合物の配合も焼結性の向上に寄与するが、アルミニウム溶湯、その酸化物、スラグ等との付着が起こりやすくなるため、酸化物換算で0.5質量%以上含有しないことが好ましい。望ましくは0.1質量%未満、より望ましくは0.01質量%未満にすることが望ましい。 In addition, the blending of Fe compounds such as Fe 2 O 3 also contributes to the improvement of sinterability, but adhesion with molten aluminum, its oxide, slag, etc. is likely to occur, so 0.5% by mass or more in terms of oxide It is preferable not to contain. Desirably, it is less than 0.1% by mass, more desirably less than 0.01% by mass.

なお、熱伝導率に影響を与える不純物として、前記Al、Feの他に、Na、K、Li,Be,Mn,Ga等も焼結体の熱伝導率を低下させるので、好ましいものでない。これらの不純物元素については、その窒化珪素焼結体での含有量は合計で0.3重量%以下、好ましくは0.2重量%以下に抑制されていれば充分である。   In addition to Al and Fe, Na, K, Li, Be, Mn, Ga, and the like as impurities that affect the thermal conductivity are not preferable because they reduce the thermal conductivity of the sintered body. The content of these impurity elements in the silicon nitride sintered body is sufficient if it is suppressed to 0.3 wt% or less, preferably 0.2 wt% or less in total.

なお、この焼結体中にはTi,V,Nb,W,Moなど周期律表第4a、5a、6a属金属のうち少なくとも1種を酸化物換算で0.05〜2質量%の割合で含ませることにより、強度及び靭性を改善させる効果があるため好ましい。 In this sintered body, at least one of the metals in groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table such as Ti, V, Nb, W, and Mo is in a ratio of 0.05 to 2% by mass in terms of oxide. The inclusion is preferable because it has an effect of improving strength and toughness.

上記の原料粉末を混合した後、バインダーを加え、混合、乾燥して造粒粉とする。これをプレス成形法、CIP成形法、押し出し成形法、射出成形法等の公知の成形方法で成形体とする。この成形体に対して適宜加工を行い、回転体20の形状とする。その後、大気中で脱バインダー処理を行う。   After mixing said raw material powder, a binder is added, it mixes and dries, and it is set as granulated powder. This is formed into a molded body by a known molding method such as a press molding method, a CIP molding method, an extrusion molding method, or an injection molding method. The molded body is appropriately processed to obtain the shape of the rotating body 20. Thereafter, the binder removal treatment is performed in the atmosphere.

その後、所望の形状とされた成形体にガス分散溝22および攪拌溝23を切削加工等で形成し、窒素を含有する常圧の非酸化性雰囲気中で1600〜1900℃の温度で焼成を行う。これにより、上記の窒化珪素質セラミックスで構成された回転体20を得ることができる。ガス供給管30やガス供給部材201も同様にして製造し、その後、これらを回転体20に装着してもよい。   Thereafter, the gas dispersion groove 22 and the stirring groove 23 are formed by cutting or the like in a molded body having a desired shape, and firing is performed at a temperature of 1600 to 1900 ° C. in a normal pressure non-oxidizing atmosphere containing nitrogen. . Thereby, the rotary body 20 comprised with said silicon nitride ceramics can be obtained. The gas supply pipe 30 and the gas supply member 201 may be manufactured in the same manner, and then these may be attached to the rotating body 20.

ここで、回転体20を窒化珪素質セラミックスで構成した場合には、上記したように、その焼成肌の凹凸により、金属(Al)溶湯やフラックスに対する表面の濡れ性が低いため、金属溶湯中における回転体20の使用時および金属溶湯から取り出した際においても、溶融金属がガス分散溝22の表面に付着することが抑制される。加えて、窒化珪素質セラミックスに上記範囲で窒化硼素粉末を含有させると、窒化硼素粉末に起因する微細な凹凸が窒化珪素質セラミックスの表面に形成される。すなわち、前記の範囲の比表面積、平均粒径、一次粒子径をもった窒化硼素粉末が形成する表面の凹凸によって、溶融金属(Al)やフラックス成分、スラグ等の濡れ性がさらに低下する。その結果、ガス分散性をより長期間にわたり維持することができる。   Here, when the rotating body 20 is made of silicon nitride ceramics, as described above, due to the unevenness of the fired skin, the wettability of the surface with respect to the molten metal (Al) or flux is low, so in the molten metal Even when the rotating body 20 is used and taken out from the molten metal, adhesion of the molten metal to the surface of the gas dispersion groove 22 is suppressed. In addition, when boron nitride powder is contained in the silicon nitride ceramic within the above range, fine irregularities caused by the boron nitride powder are formed on the surface of the silicon nitride ceramic. That is, the wettability of molten metal (Al), flux components, slag, etc. is further reduced by the surface irregularities formed by the boron nitride powder having a specific surface area, average particle diameter, and primary particle diameter in the above ranges. As a result, gas dispersibility can be maintained over a longer period.

また、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計100質量部に対して窒化硼素粉末を3〜20質量部の割合とすることにより、窒化珪素がこのセラミックスの主相となる。これに対して、焼結助剤粉末は、主相の粒界に存在する粒界相となり、窒化硼素粉末は粒界相に存在することとなる。この粒界相は、ガラス質または結晶質を主体とする。すなわち、窒化硼素粉末の添加量を上記の範囲で添加することにより、こうした主相と粒界相が得られ、窒化珪素質セラミックスを、単に窒化珪素またはサイアロン結晶からなる主相と焼結助剤で形成されたガラス質または結晶質からからなる粒界相で構成した場合に比べ、溶湯やフラックスとの濡れ性がさらに低くなり、溶湯やフラックスのガス分散溝22への付着を抑制することができる。   Moreover, silicon nitride becomes the main phase of this ceramic by setting the boron nitride powder to a ratio of 3 to 20 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the silicon nitride powder and the sintering aid powder. On the other hand, the sintering aid powder becomes a grain boundary phase existing at the grain boundary of the main phase, and the boron nitride powder exists at the grain boundary phase. This grain boundary phase is mainly composed of glass or crystal. That is, by adding the addition amount of boron nitride powder within the above range, such a main phase and a grain boundary phase can be obtained, and silicon nitride ceramics can be obtained by simply using a main phase consisting of silicon nitride or sialon crystals and a sintering aid. Compared with the case where it is composed of a grain boundary phase made of glassy or crystalline material, the wettability with the molten metal or the flux is further reduced, and the adhesion of the molten metal or the flux to the gas dispersion groove 22 can be suppressed. it can.

上記の製造方法で得られた窒化珪素質セラミックスは、以下の特性をもつ。まず、その吸水率が0.1〜10%の範囲である。また、熱伝導率は、前記の通り焼結助剤等の添加物に依存するが、30W/m/K以上である。ヤング率は100〜200Paの範囲である。熱膨張係数は35〜600℃の範囲において3.5ppm/℃以下である。これらの値は添加物組成等によって異なるが、回転体20の溶湯への出し入れに際して発生するクラックを抑制するためには、熱伝導率は高く、熱膨張率は小さいことが好ましい。   The silicon nitride ceramic obtained by the above manufacturing method has the following characteristics. First, the water absorption is in the range of 0.1 to 10%. The thermal conductivity is 30 W / m / K or more, although it depends on additives such as a sintering aid as described above. The Young's modulus is in the range of 100 to 200 Pa. The thermal expansion coefficient is 3.5 ppm / ° C. or less in the range of 35 to 600 ° C. Although these values vary depending on the additive composition and the like, it is preferable that the thermal conductivity is high and the thermal expansion coefficient is small in order to suppress cracks that occur when the rotating body 20 is taken in and out of the molten metal.

また、前記の通り、ガス分散溝22の表面の凹凸によって溶融金属の濡れ性が低下する。この凹凸に関連する量として表面粗さがある。ここでは、その算術平均粗さRaは、0.9〜2.1μmの範囲内である。この表面粗さを測定する箇所は、上記の特性が最も顕著に要求される箇所であるガス分散溝22の内周側、中央、外周側の3点の表面とする。前記の通り、凹凸が大きいほど濡れ性は低下するが、この凹凸のRaが2.1μmよりも大きいと、この箇所を起点としてクラックが発生しやすくなる。凹凸のRaが0.9μmよりも小さいと、濡れ性低下の効果が不充分である。   Further, as described above, the wettability of the molten metal is reduced by the unevenness of the surface of the gas dispersion groove 22. Surface roughness is an amount related to this unevenness. Here, the arithmetic average roughness Ra is in the range of 0.9 to 2.1 μm. The locations where the surface roughness is measured are the three surfaces on the inner peripheral side, the center, and the outer peripheral side of the gas dispersion groove 22, which are the locations where the above characteristics are most remarkably required. As described above, wettability decreases as the unevenness increases, but if the unevenness Ra is greater than 2.1 μm, cracks are likely to occur starting from this point. When the unevenness Ra is less than 0.9 μm, the effect of reducing wettability is insufficient.

上記の窒化珪素質セラミックスにおいては、焼成肌の凹凸によって表面の濡れ性が低下する。この凹凸を形成する材料としては、破壊靱性、熱伝導率、熱膨張率が同等に保たれる限りにおいて、窒化硼素以外にも、他の硼化物、窒化物または炭化物を用いることができる。   In the silicon nitride ceramics described above, the wettability of the surface decreases due to the unevenness of the fired skin. In addition to boron nitride, other borides, nitrides, or carbides can be used as materials for forming the irregularities as long as fracture toughness, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient are kept equal.

また、ガス分散溝22の形態についても、上記の効果を奏する深い溝である限りにおいて任意である。例えば、半径方向におけるガス分散溝22の外縁部の角部において、ガス分散性を高く保ちかつ機械的強度を保つように、R加工又は面取り加工を施すこともできる。   Also, the form of the gas dispersion groove 22 is arbitrary as long as it is a deep groove that exhibits the above-described effects. For example, an R process or a chamfering process can be performed at the corner of the outer edge of the gas dispersion groove 22 in the radial direction so as to keep the gas dispersibility high and the mechanical strength.

回転体の形態としては、図1、2に示された形態以外に、高い攪拌能力をもちかつ深いガス分散溝をもった図3および4に示す他の形態の回転体120が使用できる。ここで、図3(a)は、回転体120の底面図、図3(b)は、図3(a)の回転体の中心軸に沿いガス分散溝122を含むC−C断面図である。また、図4は、回転体120の斜視図である。   As the form of the rotator, in addition to the forms shown in FIGS. 1 and 2, other forms of the rotator 120 shown in FIGS. 3 and 4 having high stirring ability and deep gas dispersion grooves can be used. Here, FIG. 3A is a bottom view of the rotator 120, and FIG. 3B is a CC cross-sectional view including the gas dispersion groove 122 along the central axis of the rotator in FIG. 3A. . FIG. 4 is a perspective view of the rotator 120.

この回転体120は、上記態様の回転体20と同様に窒化珪素質セラミックスで構成される。回転体120においては、攪拌溝の代わりに、回転軸芯から放射状に8本の攪拌脚121が45°間隔で形成されている。回転体120の回転に伴って、この攪拌脚121によって溶湯の攪拌がなされる。あるいは、この形状は、中心部で厚くされた円盤形状において厚さ方向を貫通する攪拌溝が放射状に形成されたものとみなすこともできる。すなわち、回転体の基本形状を円盤状とし、これに放射状の(回転方向に対して垂直な)攪拌溝を適宜形成することができる。   The rotator 120 is made of silicon nitride ceramics, like the rotator 20 of the above aspect. In the rotating body 120, instead of the stirring groove, eight stirring legs 121 are formed at 45 ° intervals radially from the rotation axis. As the rotating body 120 rotates, the molten metal is stirred by the stirring legs 121. Alternatively, this shape can be regarded as a shape in which a stirring groove penetrating in the thickness direction is formed radially in a disk shape thickened at the center. That is, the basic shape of the rotating body can be a disk shape, and radial stirring grooves (perpendicular to the rotation direction) can be appropriately formed thereon.

それぞれの攪拌脚121の下側(図3(b)における左側)の面には、ガス分散溝122が形成されている。ガス供給管130が回転体120と嵌合された箇所におけるガス供給管130の内部には、ガス供給部材140が嵌合されている。ガス供給部材140の中心には貫通孔部123が形成されており、ガスはこの貫通孔部123を通過する。8つのガス分散溝122は、回転軸芯において貫通孔部123と接続されており、貫通孔部123はガス供給管130の流路と連設されている。このため、ガス供給管130の流路を通ったガスは、回転体120の回転に伴って、各ガス分散溝122の先端から溶湯中に気泡となって放出される。ガス分散溝122の幅は図3(a)中のXであり、その高さ(深さ)は図3(b)中のYである。ガス分散溝122が形成された箇所の回転体120を構成する材質の厚さは、図3(b)中のWである。   A gas dispersion groove 122 is formed on the lower surface (left side in FIG. 3B) of each stirring leg 121. A gas supply member 140 is fitted inside the gas supply pipe 130 at a position where the gas supply pipe 130 is fitted to the rotating body 120. A through hole 123 is formed at the center of the gas supply member 140, and the gas passes through the through hole 123. The eight gas dispersion grooves 122 are connected to the through-hole portion 123 at the rotation axis, and the through-hole portion 123 is connected to the flow path of the gas supply pipe 130. For this reason, the gas that has passed through the flow path of the gas supply pipe 130 is discharged as bubbles from the tip of each gas dispersion groove 122 into the melt as the rotating body 120 rotates. The width of the gas dispersion groove 122 is X in FIG. 3A, and the height (depth) is Y in FIG. 3B. The thickness of the material constituting the rotating body 120 where the gas dispersion grooves 122 are formed is W in FIG.

このように窒化珪素質セラミックスで構成された回転体120では、上記回転体20と同様に、ガス分散溝122の幅が10〜20mm、その深さ/幅の比が0.5〜1.5の範囲とし、ガス分散溝122の表面を焼成肌としているので、ガス分散性を長期間に渡り維持することができる。   As described above, in the rotating body 120 made of silicon nitride ceramics, the width of the gas dispersion groove 122 is 10 to 20 mm and the depth / width ratio is 0.5 to 1.5, similarly to the rotating body 20. Since the surface of the gas dispersion groove 122 is fired skin, the gas dispersibility can be maintained over a long period of time.

この場合においては、回転体120(攪拌脚121)を、回転軸心近くで厚く、その外側で薄い構成としている。これにより、回転体120を溶湯中から引き上げた際に、溶湯、フラックス、スラグ等がより付着しにくくなる。特に、上記の窒化珪素質セラミックスにおいては表面の濡れ性を低下させているために、この効果は大きくなる。   In this case, the rotating body 120 (stirring leg 121) is thick near the rotation axis and thin on the outside. Thereby, when the rotary body 120 is pulled up from the molten metal, the molten metal, flux, slag, and the like are less likely to adhere. In particular, in the silicon nitride ceramics described above, this effect is increased because the wettability of the surface is lowered.

この構成においては、回転軸芯付近における攪拌脚121が特に厚くなる。前記の通り、厚い箇所においては特に熱応力の影響が大きくなり、クラックが発生しやすくなる。しかしながら、上記の窒化珪素質セラミックスは、高い破壊靱性、高い熱伝導率、低い熱膨張率をもつために、厚くされた箇所においてもクラックは発生しにくい。   In this configuration, the stirring leg 121 near the rotation axis is particularly thick. As described above, the influence of thermal stress is particularly large at thick locations, and cracks are likely to occur. However, since the above silicon nitride ceramics have high fracture toughness, high thermal conductivity, and low thermal expansion coefficient, cracks are hardly generated even in the thickened portion.

以下、各種組成の窒化珪素質セラミックスを用い、ガス分散溝のアスペクト比等を変えた回転体20・120を実際に製造し、実際に溶融アルミニウム中で使用した結果について確認した結果について説明する。以下説明する実施例および比較例では、粒径などの異なる8種類の六方晶窒化硼素粉末、窒化珪素粉末および各種の焼結助剤粉末を各種の組成で混合し、形成した各種の窒化珪素質セラミックスを用い、回転体20・120を形成した。   Hereinafter, the results of confirming the results of actually manufacturing the rotating bodies 20 and 120 with various aspect ratios of the gas dispersion grooves using silicon nitride ceramics having various compositions and actually using them in the molten aluminum will be described. In Examples and Comparative Examples described below, various types of silicon nitride formed by mixing eight types of hexagonal boron nitride powder, silicon nitride powder, and various types of sintering aid powders having different particle sizes and the like with various compositions. The rotating bodies 20 and 120 were formed using ceramics.

まず、窒化珪素質セラミックス自身の特性としては、吸水率、曲げ強さ、熱伝導率、熱膨張係数、ヤング率、耐熱衝撃温度が、窒化珪素質セラミックスで形成された回転体の特性としてガス分散溝22・122の表面粗さがある。これらの評価の詳細は以下の通りである。
(1)吸水率
前記焼結後の窒化珪素質セラミックスから、25mm×40mm×5mmの角中形状の試験片を製作し、110℃−24時間乾燥後の試験片重量を測定、その後水中にて24h浸漬後、再度試験片重量を測定した。水中浸漬前後の重量差を乾燥後の重量で除した値を、吸水率とした。
(2)曲げ強さ
JISR1601に基づき、3mm×4mm×36mmの角柱形状をもつ試験片を製作し、荷重速度0.5mm/minの条件で4点曲げ試験を行った。測定は各実施例、比較例に対し 10個実施し、その平均値を曲げ強さとした。
(3)熱伝導率
JISR1611に基づき、直径5mm×厚さ2mmの試験片を製作し、レーザーフラッシュ法により、室温の熱伝導率を測定した。
(4)熱膨張係数
JISR1618に基づき、5×5×10mmの試験片を製作し、熱機械分析装置(TMA)により、35℃と600℃間の平均線熱膨張係数を測定した。
(5)ヤング率
JISR1602に基づき、10×10×10mmの試験片を製作し超音波パルス法にて、ヤング率を測定した。
(6)耐熱衝撃温度ΔT
耐熱衝撃温度ΔTは、25mm×25mm×4mmの試験片を製作し、700℃から50℃おきに温度を上昇させ、それぞれの温度で、水中に投下、急冷後、割れ有無を確認した。割れは、蛍光探傷で確認し、割れの発生しない温度を耐熱衝撃温度とした。
(7)表面粗さ
JIS−B0601に基づき、回転体20・120の半径方向においてガス分散溝22の内周側、中央、外周側の3点の表面の算術平均粗さRaを求めた。
First, as the characteristics of silicon nitride ceramics themselves, the water absorption, bending strength, thermal conductivity, thermal expansion coefficient, Young's modulus, and thermal shock temperature are the characteristics of a rotating body made of silicon nitride ceramics. There is surface roughness of the grooves 22 and 122. Details of these evaluations are as follows.
(1) Water absorption rate From the sintered silicon nitride ceramics, a square-shaped test piece of 25 mm × 40 mm × 5 mm was manufactured, the weight of the test piece after drying at 110 ° C. for 24 hours was measured, and then in water After immersion for 24 hours, the test piece weight was measured again. The value obtained by dividing the weight difference before and after immersion in water by the weight after drying was defined as the water absorption rate.
(2) Bending strength Based on JISR1601, a test piece having a prism shape of 3 mm × 4 mm × 36 mm was manufactured, and a four-point bending test was performed under the condition of a load speed of 0.5 mm / min. Ten measurements were carried out for each example and comparative example, and the average value was taken as the bending strength.
(3) Thermal conductivity Based on JISR1611, the test piece of diameter 5mm x thickness 2mm was manufactured, and the thermal conductivity at room temperature was measured by the laser flash method.
(4) Thermal expansion coefficient Based on JISR1618, a 5 * 5 * 10 mm test piece was manufactured, and the average linear thermal expansion coefficient between 35 degreeC and 600 degreeC was measured with the thermomechanical analyzer (TMA).
(5) Young's modulus Based on JISR1602, a 10x10x10mm test piece was manufactured and the Young's modulus was measured by the ultrasonic pulse method.
(6) Thermal shock temperature ΔT
With respect to the thermal shock temperature ΔT, 25 mm × 25 mm × 4 mm test pieces were produced, the temperature was increased from 700 ° C. every 50 ° C., dropped into water at each temperature, rapidly cooled, and then checked for cracks. Cracks were confirmed by fluorescent flaw detection, and the temperature at which no cracks occurred was defined as the thermal shock temperature.
(7) Surface roughness Based on JIS-B0601, the arithmetic average roughness Ra of the surface of three points of the inner periphery side of the gas dispersion groove 22, the center, and an outer periphery side was calculated | required in the radial direction of the rotary body 20 * 120.

次に、回転体20・120としての特性を評価した。この評価項目としては、
(1)溶融アルミニウム中における水素除去能 ○:残存水素量が0.18cc/100g未満、△:0.18〜0.2cc/100g、×:0.2cc/100g超、
(2)100時間使用後におけるアルミニウムのガス分散溝22の表面における付着率 ◎:25%未満、○:25〜40%、△:40〜60%、×:60%超、
(3)連続使用期間 ◎:1000時間超、○:500〜1000時間、△:200〜500時間、×:200時間未満、
(4)連続使用の寿命原因、
である。
ここで、寿命原因としては、(a)閉塞(ガス分散溝22が溶融アルミニウムやスラグ等によって閉塞すること)、(b)剥離(ガス分散溝22の表面に局所的な剥離が発生すること)、(c)破損(回転体自身の破損)、の三種類に分類した。閉塞の場合は、酸洗などによる閉塞物の除去によって再使用が可能であり、剥離の場合も、好ましい状態ではないがショットブラストなどによる肌の再生により再使用が可能である。このため、同じ寿命であれば、寿命の決定要因としては閉塞が最も好ましく、次いで剥離であり、最も好ましくないのは、再使用が不能な破損である。
Next, the characteristics of the rotating bodies 20 and 120 were evaluated. As this evaluation item,
(1) Hydrogen removal ability in molten aluminum ○: Residual hydrogen amount less than 0.18 cc / 100 g, Δ: 0.18 to 0.2 cc / 100 g, x: more than 0.2 cc / 100 g,
(2) Adhesion rate of aluminum on the surface of the gas dispersion groove 22 after 100 hours of use: less than 25%, ◯: 25-40%, Δ: 40-60%, x: more than 60%,
(3) Continuous use period ◎: More than 1000 hours, ○: 500 to 1000 hours, Δ: 200 to 500 hours, ×: less than 200 hours,
(4) Causes of continuous use life,
It is.
Here, as the causes of the life, (a) blockage (the gas dispersion groove 22 is blocked by molten aluminum, slag, etc.), (b) peeling (local peeling occurs on the surface of the gas dispersion groove 22) And (c) Breakage (breakage of the rotating body itself). In the case of blockage, it can be reused by removing the blockage by pickling or the like, and in the case of peeling, it is possible to reuse it by regenerating the skin by shot blasting or the like, although this is not a preferable state. For this reason, if the lifetime is the same, clogging is the most preferable determinant of the lifetime, followed by peeling, and the most undesirable is damage that cannot be reused.

なお、上記水素除去能、アルミニウム付着率および連続使用期間は、以下の方法で評価した。
(1)水素除去能
イニシャルバブル方式で溶融アルミニウムの水素含有量を測定するガス量分析装置(エイコーエンジニアリング株式会社製 型式:ALFAITH M−DP MK2)を用いた。この分析装置により、溶融アルミニウムを120g坩堝に採取し、この坩堝を減圧室に配置し、減圧室を100mmHgまで序々に減圧し、最初に気泡が目視される時点を入力し、その時の溶融アルミニウムの温度と圧力から、溶融アルミニウム中の水素含有量を求めた。
(2)アルミニウム付着率
1000kgの容量を持つ保持炉に750℃で加熱保持された溶融アルミニウムの中に、回転体20・120を浸漬し、600rpmの回転数で、100時間回転させ、脱ガスを行った後のガス分散溝22の表面に付着したアルミニウムの面積率を求めた。
(3)連続使用期間
上記アルミニウム付着率の測定とほぼ同一の操業条件で、溶融アルミニウム中で回転体20・120を回転させて、連続使用期間を確認した。寿命原因が閉塞または剥離の場合には、水素除去能が0.2cc/100g超える状態となったときを寿命とし、使用開始から寿命に到る実使用時間を連続使用期間とした(再生後の使用期間を含まない。)。また、寿命原因が破損の場合には、使用開始から破損に到るまでの実使用時間を連続使用可能期間とした。
The hydrogen removal ability, the aluminum adhesion rate, and the continuous use period were evaluated by the following methods.
(1) Hydrogen removal ability A gas amount analyzer (model: ALFAITH M-DP MK2 manufactured by Eiko Engineering Co., Ltd.) that measures the hydrogen content of molten aluminum by an initial bubble method was used. With this analyzer, molten aluminum was collected in a 120 g crucible, this crucible was placed in a vacuum chamber, the vacuum chamber was gradually depressurized to 100 mmHg, and the time when bubbles were first observed was input. From the temperature and pressure, the hydrogen content in the molten aluminum was determined.
(2) Aluminum adhesion rate Rotating bodies 20 and 120 are immersed in molten aluminum heated and held at 750 ° C. in a holding furnace having a capacity of 1000 kg, and rotated at 600 rpm for 100 hours to degas. The area ratio of aluminum adhering to the surface of the gas dispersion groove 22 after the determination was obtained.
(3) Continuous use period Under the same operating conditions as in the above measurement of the aluminum adhesion rate, the rotating bodies 20 and 120 were rotated in molten aluminum to check the continuous use period. When the cause of the lifetime is clogging or peeling, the lifetime is defined as when the hydrogen removal ability exceeds 0.2 cc / 100 g, and the actual usage time from the start of use to the lifetime is defined as the continuous usage period (after regeneration). Does not include the period of use.) Moreover, when the cause of the life is damage, the actual use time from the start of use until the damage is determined as the continuous usable period.

表1に、以下の実施例および比較例で用いた8種類(BN1〜BN8)の六方晶窒化硼素粉末の特性を示す。表1では、BN1〜BN8ごとに、(1)レーザ回折・散乱法で測定された平均粒径、(2)同じく30μm以上の粒径をもつ粒子の割合、(3)SEM写真からみた一次粒子の平均粒径、(4)BET法による比表面積、(5)結晶化度GI、(6)含有酸素量、の実測値を示している。   Table 1 shows the characteristics of eight types (BN1 to BN8) of hexagonal boron nitride powder used in the following examples and comparative examples. In Table 1, for each of BN1 to BN8, (1) the average particle diameter measured by the laser diffraction / scattering method, (2) the proportion of particles having a particle diameter of 30 μm or more, and (3) primary particles as seen from the SEM photograph (4) Specific surface area measured by BET method, (5) Crystallinity GI, (6) Oxygen content.

(実施例1〜4、11、13〜15)
平均粒径0.6μm、酸素量0.9%、α化率95%の窒化珪素質粉末95質量%と、平均粒径1μmのY 粉末3質量%、平均粒径0.1μmのMgO粉末2質量%の合計100質量部に対して、表1における六方晶窒化硼素粉末BN1を、実施例1〜4、11、13〜15に対してそれぞれ0質量部、2.5質量部、3.5質量部、7.2、11、14.8、18.9、22.5質量部秤量し、溶媒としてエチルアルコールを秤量し、窒化珪素質のボールを用いたボールミル中で混合した。得られたスラリーにバインダーとしてポリビニルブチラールを1%添加して混合を加えてスラリーとした後、スプレードライヤーで乾燥して、成形用の窒化珪素粉末、焼結助剤粉末、六方晶窒化硼素粉末からなる造粒粉を作成した。
(Examples 1-4, 11, 13-15)
An average particle size of 0.6 μm, an oxygen content of 0.9%, an α conversion of 95% of silicon nitride powder of 95% by mass, an average particle size of 1 μm of Y 2 O 3 powder of 3% by mass, and an average particle size of 0.1 μm The hexagonal boron nitride powder BN1 in Table 1 is 0 parts by weight, 2.5 parts by weight with respect to Examples 1 to 4, 11, and 13 to 15 with respect to 100 parts by weight in total of 2% by weight of MgO powder. 3.5 parts by mass, 7.2, 11, 14.8, 18.9, 22.5 parts by mass were measured, ethyl alcohol was weighed as a solvent, and mixed in a ball mill using silicon nitride balls. After adding 1% polyvinyl butyral as a binder to the obtained slurry and mixing it to make a slurry, the slurry is dried with a spray dryer, and from a silicon nitride powder for molding, a sintering aid powder, and a hexagonal boron nitride powder. The resulting granulated powder was created.

得られた造粒粉を平均粒径60μmになるように篩いわけした後、縦100mm、幅100mm、厚さ20mmの成形体を1000kg/cmの圧力で冷間静水圧プレス(CIP)により成形した。CIP法により得られた成形体を大気雰囲気中、500℃、20時間の条件で、大気中で脱脂し、窒素、常圧雰囲気中1750℃5時間の条件で焼結して、実施例1〜4、11、13〜15の図1・2で示す略椀形状の回転体20を得た。回転体におけるガス分散溝の幅は10mmとし、溝のアスペクト比(深さ/幅)は1.0とした。 After sieving the obtained granulated powder to an average particle diameter of 60 μm, a molded body having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 20 mm is formed by cold isostatic pressing (CIP) at a pressure of 1000 kg / cm 2. did. The molded body obtained by the CIP method was degreased in the atmosphere at 500 ° C. for 20 hours in the atmosphere, and sintered in the atmosphere of nitrogen and normal pressure at 1750 ° C. for 5 hours. Substantially bowl-shaped rotating bodies 20 shown in FIGS. The width of the gas dispersion groove in the rotating body was 10 mm, and the aspect ratio (depth / width) of the groove was 1.0.

(実施例5、7)
実施例4の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスに対して、六方晶窒化硼素粉末にBN2、BN3をそれぞれ用いた以外は、実施例4と同様にして、実施例5、7の回転体20を得た。
(Examples 5 and 7)
The rotating body 20 of Examples 5 and 7 is obtained in the same manner as in Example 4 except that BN2 and BN3 are respectively used for the hexagonal boron nitride powder for the silicon nitride-boron nitride composite ceramic of Example 4. It was.

(実施例6)
実施例6では、Y粉末の代わりに、平均粒径1.0μmのEr粉末を焼結助剤として7質量%添加した以外は、実施例4と同様にして、実施例6の回転体20を得た。
(Example 6)
In Example 6, Example 2 was carried out in the same manner as Example 4 except that 7% by mass of Er 2 O 3 powder having an average particle size of 1.0 μm was added as a sintering aid instead of Y 2 O 3 powder. 6 of rotating bodies 20 were obtained.

(実施例8、9)
実施例4の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスに対して、焼結助剤成分(MgO、Y)の配合割合を表1に示すとおりとした以外は、実施例4と同様にして、実施例8、9の回転体20を得た。
(Examples 8 and 9)
Except that the mixing ratio of the sintering aid component (MgO, Y 2 O 3 ) was as shown in Table 1 with respect to the silicon nitride-boron nitride composite ceramic of Example 4, the same as in Example 4, The rotating body 20 of Examples 8 and 9 was obtained.

(実施例10)
実施例4の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスに対して、平均粒径2.3μmのTiO粉末を0.5質量%更に添加し、焼結助剤成分の配合割合を表1に示すとおりとし、図3・4で示す略円盤形状の回転体120とした以外は、実施例4と同様にして、実施例10の回転体120を得た。
(Example 10)
0.5 mass% of TiO 2 powder having an average particle size of 2.3 μm is further added to the silicon nitride-boron nitride composite ceramic of Example 4, and the mixing ratio of the sintering aid component is as shown in Table 1. A rotating body 120 of Example 10 was obtained in the same manner as in Example 4 except that the rotating body 120 had a substantially disk shape shown in FIGS.

(実施例12)
実施例11の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスに対して、六方晶窒化硼素粉末にBN4を用いた以外は、実施例4と同様にして、実施例12の回転体20を得た。
(Example 12)
The rotating body 20 of Example 12 was obtained in the same manner as in Example 4 except that BN4 was used as the hexagonal boron nitride powder for the silicon nitride-boron nitride composite ceramic of Example 11.

(実施例16)
実施例9と同様の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスを用い、ガス分散溝の幅を10mmとしたままで、幅を10mmと小さくし、溝のアスペクト比(深さ/幅)を0.5として、実施例16の回転体20を得た。
(Example 16)
The same silicon nitride-boron nitride composite ceramic as in Example 9 was used, the gas dispersion groove width was kept at 10 mm, the width was reduced to 10 mm, and the groove aspect ratio (depth / width) was 0.5. The rotating body 20 of Example 16 was obtained.

(実施例17)
実施例9、16と同様の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスを用い、幅を10mmとし、溝のアスペクト比を1.5と大きくして、実施例17の回転体20とした。
(Example 17)
The same silicon nitride-boron nitride composite ceramic as in Examples 9 and 16 was used, the width was 10 mm, the groove aspect ratio was increased to 1.5, and the rotating body 20 of Example 17 was obtained.

(実施例18)
実施例9、16、17と同様の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスを用い、幅を20mmとし、溝のアスペクト比を0.5として、実施例18の回転体20とした。
(Example 18)
Using the same silicon nitride-boron nitride composite ceramics as in Examples 9, 16, and 17, the width was 20 mm, the groove aspect ratio was 0.5, and the rotating body 20 of Example 18 was obtained.

(実施例19)
実施例9、16、17、18と同様の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスを用い、幅を20mmとし、溝のアスペクト比を1.5として、実施例19の回転体20とした。
(Example 19)
Using the same silicon nitride-boron nitride composite ceramics as in Examples 9, 16, 17, and 18, the width was 20 mm, the groove aspect ratio was 1.5, and the rotating body 20 of Example 19 was obtained.

(実施例20〜23)
実施例4の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスに対して、六方晶窒化硼素粉末にそれぞれBN5、BN6、BN7、BN8用いた以外は、実施例4と同様にして、実施例20〜23の回転体20を得た。
(Examples 20 to 23)
The rotating bodies of Examples 20 to 23 were the same as Example 4 except that BN5, BN6, BN7, and BN8 were used for the hexagonal boron nitride powder for the silicon nitride-boron nitride composite ceramics of Example 4, respectively. 20 was obtained.

(実施例24〜29)
実施例4の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスに対して、焼結助剤成分(MgO、Y)の配合割合を表1に示すとおりとした以外は、実施例4と同様にして、実施例24〜29の回転体20を得た。
(Examples 24-29)
Except that the mixing ratio of the sintering aid component (MgO, Y 2 O 3 ) was as shown in Table 1 with respect to the silicon nitride-boron nitride composite ceramic of Example 4, the same as in Example 4, The rotating body 20 of Examples 24-29 was obtained.

(実施例30)
実施例4の窒化珪素―窒化硼素複合セラミックスに対して、平均粒径0.5μmのAl粉末を更に0.5質量%添加した。これ以外は実施例4と同様にして、実施例30の回転体20を得た。
(Example 30)
To the silicon nitride-boron nitride composite ceramic of Example 4, 0.5% by mass of Al 2 O 3 powder having an average particle size of 0.5 μm was further added. Except this, it carried out similarly to Example 4, and obtained the rotary body 20 of Example 30.

(比較例1)
焼結体である回転体20のガス分散溝の表面に研削加工を施し、その表面粗さが小さな加工肌とした以外は実施例9と同様の回転体20を比較例1とした。
(Comparative Example 1)
A rotating body 20 similar to that of Example 9 was used as Comparative Example 1 except that the surface of the gas dispersion groove of the rotating body 20 as a sintered body was ground to obtain a processed skin having a small surface roughness.

(比較例2)
ガス分散溝の幅を5mm、アスペクト比0.3にした以外は実施例9と同様の回転体20を比較例2とした。
(Comparative Example 2)
A rotating body 20 similar to that of Example 9 was used as Comparative Example 2 except that the width of the gas dispersion groove was 5 mm and the aspect ratio was 0.3.

(比較例3)
ガス分散溝の幅を5mm、アスペクト比を1.7にした以外は実施例9と同様の回転体20を比較例3とした。
(Comparative Example 3)
A rotating body 20 similar to that of Example 9 was used as Comparative Example 3 except that the width of the gas dispersion groove was 5 mm and the aspect ratio was 1.7.

(比較例4)
ガス分散溝の幅を25mm、アスペクト比を0,3にした以外は実施例9と同様の回転体20を比較例4とした。
(Comparative Example 4)
A rotating body 20 similar to that of Example 9 was used as Comparative Example 4 except that the width of the gas dispersion groove was set to 25 mm and the aspect ratio was set to 0 and 3.

(比較例5)
ガス分散溝の幅を25mm、アスペクト比を1.7にした以外は実施例9と同様の回転体20を比較例5とした。
(Comparative Example 5)
A rotating body 20 similar to that of Example 9 was used as Comparative Example 5 except that the width of the gas dispersion groove was 25 mm and the aspect ratio was 1.7.

上記の実施例、比較例の製造条件を表2に、得られた焼結体及び回転体20・120の特性を表3に示す。   Table 2 shows the production conditions of the above Examples and Comparative Examples, and Table 3 shows the characteristics of the obtained sintered bodies and the rotating bodies 20 and 120.

Figure 2012200729
Figure 2012200729

Figure 2012200729
Figure 2012200729

Figure 2012200729
Figure 2012200729

この結果より、実施例1〜30の回転体20・120は、ガス分散溝の表面は焼成肌、ガス分散溝の幅が10〜20mm、その(深さ/幅)が0.5〜1.5であるため、高い水素除去能を示し、ガス分散性に優れていることが確認された。また、ガス分散溝22の表面が焼成肌であるため、アルミニウム付着の面積率も一様に△以上の評価で40%以下と小さく、実施例1〜30の回転体20および120が、ガス分散性の維持に適する構成であることが確認された。一方で、比較例1の回転体20は、ガス分散溝の表面が加工肌であるため、水素除去能は高いものの、溶融アルミニウムが付着しやすく、アルミニウム付着面積率・連続使用期間いずれも×であった。また、比較例2〜4の回転体20は、ガス分散性が低く、水素除去能が要求されるレベルにそもそも達しなかった。なお、比較例2〜4については、前提となる水素除去能が不足しているため、アルミニウム付着面積率・連続使用期間は確認しなかった。さらに、比較例5の回転体20は、そのガス分散溝22が一定の幅およびアスペクト比を有しているので、低いながらも水素除去能を示したが、アスペクト比が高く肉厚急変部が存在するため破損により短時間に寿命を迎えた。   From this result, as for the rotary body 20 * 120 of Examples 1-30, the surface of a gas dispersion groove is baking skin, the width | variety of a gas dispersion groove is 10-20 mm, and the (depth / width) is 0.5-1. Therefore, it was confirmed that the hydrogen removal ability was high and the gas dispersibility was excellent. In addition, since the surface of the gas dispersion groove 22 is a calcined skin, the area ratio of aluminum adhesion is uniformly as small as 40% or less by an evaluation of Δ or more, and the rotating bodies 20 and 120 of Examples 1 to 30 are gas dispersion. It was confirmed that the composition was suitable for maintaining the sex. On the other hand, the rotating body 20 of Comparative Example 1 has high hydrogen removal capability because the surface of the gas dispersion groove is processed skin, but it easily adheres molten aluminum, and the aluminum adhesion area ratio and the continuous use period are both x. there were. In addition, the rotating bodies 20 of Comparative Examples 2 to 4 have low gas dispersibility and did not reach the level where hydrogen removal ability is required in the first place. In addition, about Comparative Examples 2-4, since the hydrogen removal ability used as a premise was insufficient, the aluminum adhesion area rate and the continuous use period were not confirmed. Further, the rotating body 20 of Comparative Example 5 showed a hydrogen removal ability although its gas dispersion groove 22 had a constant width and aspect ratio, but it had a low aspect ratio, but had a high aspect ratio and a sudden change in thickness. Due to the existence, it has reached a short life due to breakage.

実施例1〜30のうち、六方晶窒化硼素粉末を窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計100質量部に対して3〜20質量部含有させた実施例3〜14、16〜30においては、焼成肌の表面粗さRaが0.9〜2.1μmであり、水素除去能は全て○であることに加え、アルミニウム付着率も全て○以上となっている。すなわち、焼成肌の表面粗さRaを0.9〜2.1μmとすることにより、ガス分散性をより維持しやすいということが確認された。さらに、六方晶窒化硼素粉末BN1を比較的多量に含む実施例15、粗大な六方晶窒化硼素粒子を含むBN5を混合した実施例20を除く実施例については、上記操業条件で使用した場合の連続使用期間が△以上であり、実用の面からも、ガス分散の維持性および耐熱衝撃性が良好であることが確認された。   In Examples 1 to 30, in Examples 3 to 14 and 16 to 30 in which hexagonal boron nitride powder is contained in an amount of 3 to 20 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the silicon nitride powder and the sintering aid powder. The surface roughness Ra of the baked skin is 0.9 to 2.1 μm, the hydrogen removal ability is all ◯, and the aluminum adhesion rate is all ◯ or more. That is, it was confirmed that the gas dispersibility can be more easily maintained by setting the surface roughness Ra of the fired skin to 0.9 to 2.1 μm. Further, the examples except for Example 15 containing a relatively large amount of hexagonal boron nitride powder BN1 and Example 20 mixed with BN5 containing coarse hexagonal boron nitride particles were continuously used under the above operating conditions. The period of use was Δ or more, and it was confirmed that the maintenance of gas dispersion and the thermal shock resistance were good from the practical viewpoint.

希土類元素及びMgを酸化物換算で2〜15質量%含み、希土類金属(RE)とMgを酸化物換算の質量比(RE/MgO)が0.1〜10となる比率で含有する窒化珪素質セラミックスが用いられた回転体(実施例1〜23、25、26、28〜30)についても、水素除去能、アルミニウム付着率については特に良好な結果が得られている。 It contains 2 to 15% by mass of rare earth element and Mg in terms of oxide, and contains rare earth metal (RE) and Mg in a ratio such that the mass ratio in terms of oxide (RE 2 O 3 / MgO) is 0.1 to 10. Rotating bodies (Examples 1 to 23, 25, 26, and 28 to 30) using silicon nitride ceramics have also obtained particularly good results with respect to hydrogen removal ability and aluminum adhesion rate.

また、添加された六方晶窒化硼素粉末の影響について、当該粉末の種類以外の仕様は同一である実施例4・5・7・12、および実施例20〜23を対比して検討する。表1に示すBN1〜BN4を含む実施例4・5・7・12の回転体20では、六方晶窒化硼素粉末の比表面積が20〜50m/g、レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径が2〜10μm、30μm以上の粒径を有する粒子が5%以下、SEM写真から測定した1次粒子の平均粒子寸法が0.01〜0.8μmであり、その結果、水素除去能、アルミニウム付着率、連続使用期間全てが○以上であり、寿命原因も全て閉塞であり、良好な特性を示した。一方で、実施例20の回転体20は、BN1〜BN4に比べ二次粒子が粗く、30μm以上の二次粒子を5%以上含む六方晶窒化硼素粉末で構成されたBN5を含むため、表面粗さRaが粗く、アルミ付着面積率が少ないが、粗大な二次粒子に起因する破損により比較的短時間で寿命を迎えた。また、実施例21の回転体20は、BN1〜BN4に比べ一次粒子が粗く、一次粒子間の結合度の低い六方晶窒化硼素粉末で構成されたBN6を含むため、使用中に一次粒子が離散してガス分散溝22の表面が平滑化してしまい、溶融アルミニウムの付着が進行するため、連続使用期間が△と寿命が比較的短い。実施例22の回転体20は、BN1〜BN4に比べ一次粒子の細かい六方晶窒化硼素粉末で構成されたBN7を含むため、ガス分散溝22の表面粗さRaが比較的小さく、溶融アルミニウムの付着が進行するため、連続使用期間が△と寿命が比較的短い。実施例23の回転体20は、BN1〜BN4に比べ二次粒子が細かい六方晶窒化硼素粉末で構成されたBN8を含むが、二次粒子の細かい六方晶窒化硼素粉末は、窒化珪素粉末および焼結助剤粉末と均一に混合することが困難で、六方晶窒化硼素粉末の偏析が生じるため、破損により比較的短期間で寿命を迎える。 Further, the influence of the added hexagonal boron nitride powder will be examined in comparison with Examples 4, 5, 7, and 12 and Examples 20 to 23, in which the specifications other than the type of the powder are the same. In the rotating body 20 of Examples 4, 5, 7 and 12 including BN1 to BN4 shown in Table 1, the specific surface area of the hexagonal boron nitride powder is 20 to 50 m 2 / g, and the average particle size measured by the laser diffraction / scattering method Particles having a diameter of 2 to 10 μm and a particle size of 30 μm or more are 5% or less, and the average particle size of primary particles measured from SEM photographs is 0.01 to 0.8 μm. As a result, hydrogen removal ability, aluminum The adhesion rate and the continuous use period were all ◯ or more, the cause of life was all clogging, and good characteristics were shown. On the other hand, the rotating body 20 of Example 20 has BN5 composed of hexagonal boron nitride powder containing coarser secondary particles than BN1 to BN4 and containing 5% or more of secondary particles of 30 μm or more. Although the roughness Ra was small and the aluminum adhesion area ratio was small, the life was reached in a relatively short time due to the damage caused by the coarse secondary particles. Further, the rotating body 20 of Example 21 includes BN6 made of hexagonal boron nitride powder having coarser primary particles and lower bonding degree between the primary particles than BN1 to BN4. Therefore, the primary particles are dispersed during use. As a result, the surface of the gas dispersion groove 22 is smoothed, and adhesion of molten aluminum proceeds, so that the continuous use period is Δ and the life is relatively short. Since the rotating body 20 of Example 22 includes BN7 composed of hexagonal boron nitride powder with finer primary particles than BN1 to BN4, the surface roughness Ra of the gas dispersion groove 22 is relatively small, and adhesion of molten aluminum Therefore, the continuous use period is Δ and the life is relatively short. The rotating body 20 of Example 23 includes BN8 having hexagonal boron nitride powder whose secondary particles are finer than those of BN1 to BN4, but the hexagonal boron nitride powder with fine secondary particles is composed of silicon nitride powder and a sintered body. It is difficult to uniformly mix with the binder powder and segregation of the hexagonal boron nitride powder occurs, resulting in a relatively short life due to breakage.

原料粉末における焼結助剤成分(MgO、RE)の総量が1.8質量%、2.9質量%と少ない実施例24、25においては、六方晶窒化硼素粉末の種類、添加量が同一であり焼結助剤成分の総量が5質量%である実施例4と比べ、強度(曲げ強さ 実施例24:300MPa、実施例25:340MPa、実施例4:390MPa)と熱伝導率(実施例24:37W/m/K、実施例25:41W/m/K、実施例4:44W/m/K)が低下している。これを反映して、実施例24、25では連続使用期間も短くなり、その寿命原因も、実施例4で閉塞であったのに対し、実施例24で破損、実施例25で剥離であった。 In Examples 24 and 25 in which the total amount of sintering aid components (MgO, RE 2 O 3 ) in the raw material powder is as low as 1.8% by mass and 2.9% by mass, the types and addition amounts of hexagonal boron nitride powder Compared with Example 4 in which the total amount of sintering aid components is 5% by mass and strength (bending strength Example 24: 300 MPa, Example 25: 340 MPa, Example 4: 390 MPa) and thermal conductivity (Example 24: 37 W / m / K, Example 25: 41 W / m / K, Example 4: 44 W / m / K) is decreased. Reflecting this, in Examples 24 and 25, the continuous use period was also shortened, and the cause of the lifetime was also clogged in Example 4, whereas it was broken in Example 24 and peeling in Example 25. .

逆に、原料粉末における焼結助剤成分の総量が11.0質量%、16.0質量%と多い実施例26、27においても、実施例4と比べ、強度(実施例26:350MPa、実施例27:300MPa)、熱伝導率(実施例26:40W/m/K、実施例27:36W/m/K)が低下している。これを反映して、実施例26、27でも連続使用期間が短くなり、その寿命原因も実施例26で剥離、実施例27で破損であった。   On the contrary, in Examples 26 and 27 where the total amount of the sintering aid component in the raw material powder is 11.0% by mass and 16.0% by mass, compared with Example 4, the strength (Example 26: 350 MPa, Example 27: 300 MPa) and thermal conductivity (Example 26: 40 W / m / K, Example 27: 36 W / m / K) are decreased. Reflecting this, even in Examples 26 and 27, the continuous use period was shortened, and the cause of the lifetime was peeling in Example 26 and damage in Example 27.

すなわち、実施例4および実施例4に条件が類似する実施例3・5〜10と実施例24〜27を対比すると、原料粉末における焼結助剤成分(MgO、RE)の総量は、2〜15質量%が好ましく、3〜8質量%が特に好ましいことが確認された。 That is, when Examples 3 and 5 to 10 and Examples 24 to 27 having conditions similar to Example 4 and Example 4 are compared, the total amount of the sintering aid component (MgO, RE 2 O 3 ) in the raw material powder is 2 to 15% by mass is preferable, and 3 to 8% by mass is particularly preferable.

加えて、RE/MgO比が8.3と大きな実施例28、RE/MgO比が0.1と小さな実施例29は、六方晶窒化硼素粉末の種類、添加量が同一でありかつ焼結助剤成分(MgO、RE)の添加量が同等であるがRE/MgO比が1.5である実施例4と比べて、やはり強度(曲げ強さ)が低下している(実施例28、実施例29:320MPa)。これを反映して、実施例28、29では連続使用期間も短くなり、その寿命原因も破損であった。すなわち、実施例4および実施例4に条件が類似する実施例3・5〜10と実施例28・29を対比すると、RE/MgOの値は0.1〜10.0の範囲が好ましく、0.4〜5.0の範囲が特に好ましい。 In addition, Example 28 having a large RE 2 O 3 / MgO ratio of 8.3 and Example 29 having a small RE 2 O 3 / MgO ratio of 0.1 have the same kind and addition amount of hexagonal boron nitride powder. Compared with Example 4 in which the addition amount of the sintering aid components (MgO, RE 2 O 3 ) is the same but the RE 2 O 3 / MgO ratio is 1.5, the strength (bending strength) ) Is reduced (Example 28, Example 29: 320 MPa). Reflecting this, in Examples 28 and 29, the continuous use period was shortened, and the cause of the life was also broken. That is, when Examples 3 and 5 to 10 and Examples 28 and 29 having conditions similar to Example 4 and Example 4 are compared, the value of RE 2 O 3 / MgO is in the range of 0.1 to 10.0. A range of 0.4 to 5.0 is particularly preferable.

なお、周期律表第4a属金属であり強度及び靭性を改善させる効果があるTiOが0.5質量%添加された実施例10においては、水素除去能、アルミニウム付着率が○であることに加え、連続使用期間についても◎の結果が得られている。 In Example 10 in which 0.5% by mass of TiO 2 which is a group 4a metal in the periodic table and has an effect of improving strength and toughness was added, the hydrogen removal ability and the aluminum adhesion rate were ○. In addition, the result of ◎ is also obtained for the continuous use period.

また、焼結性の向上には寄与するがアルミニウム溶湯、その酸化物、スラグ等との付着を起きやすくし、かつ耐熱衝撃性を低下させるため、Alの添加は好ましくない。ただし、Alが0.5質量%添加された実施例30においても、水素除去能、アルミニウム付着率が○であり、連続使用期間が△となっている。また、その寿命原因は剥離であるため、実質的には連続使用期間に関しても大きな問題にはならない。すなわち、Alが0.5質量%添加された場合においても、水素除去能、アルミニウム付着率、連続使用期間の全てにおいて良好な特性が得られている。ただし、熱伝導率は22W/m/Kと低下している。以上より、Alが添加された場合、その添加量は0.5質量%以下とすることが好ましい。 Moreover, although it contributes to the improvement of sinterability, the addition of Al 2 O 3 is not preferable because adhesion to molten aluminum, its oxide, slag, etc. easily occurs and thermal shock resistance is lowered. However, also in Example 30 to which 0.5% by mass of Al 2 O 3 was added, the hydrogen removal ability and the aluminum adhesion rate were “◯”, and the continuous use period was “Δ”. Moreover, since the cause of the lifetime is peeling, it does not substantially become a big problem regarding a continuous use period. That is, even when 0.5% by mass of Al 2 O 3 is added, good characteristics are obtained in all of the hydrogen removal ability, the aluminum adhesion rate, and the continuous use period. However, the thermal conductivity is reduced to 22 W / m / K. From the above, if the Al 2 O 3 is added, the addition amount thereof is preferably not more than 0.5 mass%.

なお、上記の実施例における良好な水素除去能が安定して得られることは、ガス分散溝の形態や回転体自身の構造が使用環境下において安定して維持されることに起因する。前記の通り、窒化珪素質セラミックス自身の特性やその表面の微細形状がこれらの特性の支配的要因となっている。このため、上記の例では、回転体がアルミニウム溶湯を攪拌する際に用いられるものとしたが、他の金属溶湯であった場合においても、上記の回転体は同様の効果を奏することができる。   In addition, the favorable hydrogen removal ability in the above embodiment is stably obtained because the form of the gas dispersion groove and the structure of the rotating body itself are stably maintained in the use environment. As described above, the characteristics of the silicon nitride ceramic itself and the fine shape of the surface are the dominant factors of these characteristics. For this reason, in the above example, the rotating body is used when stirring the molten aluminum. However, even when the rotating body is another molten metal, the above rotating body can achieve the same effect.

20、120 (ガス吹込み用)回転体
21、123 貫通孔部
22、122 ガス分散溝
23 攪拌溝
24 中空部
30、130 ガス供給管
121 攪拌脚
140、201 ガス供給部材
20, 120 (for gas blowing) Rotating body 21, 123 Through hole 22, 122 Gas dispersion groove 23 Stirring groove 24 Hollow part 30, 130 Gas supply pipe 121 Stirring leg 140, 201 Gas supply member

Claims (10)

回転軸心と、前記回転軸心を中心として形成された貫通孔部と前記回転軸心から眺め外周に向け放射状に延びた複数のガス分散溝と、不活性ガスを供給する貫通孔部とを有し、窒化珪素またはサイアロン結晶を主体とした主相とガラス質または結晶質を主体とした粒界相とを含む窒化珪素質セラミックスからなる、溶融金属の中に不活性ガスを吹き込むガス吹込み用回転体であって、
前記ガス分散溝の表面は焼成肌または焼成肌に類似した肌であり、かつ当該ガス分散溝は、その幅が10〜20mmの範囲、その深さ/幅の比が0.5〜1.5の範囲であることを特徴とするガス吹込み用回転体。
A rotation axis, a through hole formed around the rotation axis, a plurality of gas dispersion grooves extending radially from the rotation axis toward the outer periphery of the view, and a through hole for supplying an inert gas Gas injection for injecting an inert gas into molten metal, comprising a silicon nitride ceramic comprising a main phase mainly composed of silicon nitride or sialon crystals and a grain boundary phase mainly composed of glassy or crystalline A rotating body for
The surface of the gas dispersion groove is fired skin or skin similar to fired skin, and the gas dispersion groove has a width in the range of 10 to 20 mm and a depth / width ratio of 0.5 to 1.5. A rotating body for blowing gas, characterized in that
半径方向において前記ガス分散溝の内周側、中央、外周側の3点の前記ガス分散溝の表面のJIS−B0601による算術平均粗さRaが、いずれも0.9〜2.1μmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載のガス吹込み用回転体。   In the radial direction, the arithmetic average roughness Ra according to JIS-B0601 of the surface of the gas dispersion groove at three points on the inner circumference side, the center, and the outer circumference side of the gas dispersion groove is in the range of 0.9 to 2.1 μm. The gas injection rotor according to claim 1, wherein the gas injection rotor is provided. 前記窒化珪素質セラミックスは、硼化物、窒化物または炭化物から選択された微小粒子を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガス吹込み用回転体。   The gas blowing rotator according to claim 1 or 2, wherein the silicon nitride ceramic includes fine particles selected from a boride, a nitride, or a carbide. 前記窒化珪素質セラミックスは、六方晶窒化硼素からなる微小粒子を含むことを特徴とする請求項3に記載のガス吹込み用回転体。   The gas blowing rotator according to claim 3, wherein the silicon nitride ceramic contains fine particles made of hexagonal boron nitride. 前記窒化珪素質セラミックスは、粒界相として希土類元素およびMgを酸化物換算で2〜15質量%含み、希土類金属(RE)とMgを酸化物換算の質量比(RE/MgO)を0.1〜10となる比率で含有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のガス吹込み用回転体。 The silicon nitride ceramic contains 2 to 15% by mass of rare earth elements and Mg in terms of oxides as grain boundary phases, and a mass ratio of rare earth metals (RE) and Mg in terms of oxides (RE 2 O 3 / MgO). It contains in the ratio used as 0.1-10, The rotary body for gas blowing of any one of Claim 1- Claim 4 characterized by the above-mentioned. 比表面積が20〜50m/g、レーザ回折・散乱法で測定した平均粒径が2〜10μm、30μm以上の粒径を有する粒子が5%以下、SEM写真から測定した1次粒子の平均粒子寸法が0.01〜0.8μmである六方晶窒化硼素粉末を、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計100質量部に対して3〜20質量部含有する原料粉末を用いて製造されたことを特徴とする請求項5に記載のガス吹込み用回転体。 Specific surface area of 20-50 m 2 / g, average particle diameter measured by laser diffraction / scattering method is 2-10 μm, particles having particle diameter of 30 μm or more are 5% or less, average particle of primary particles measured from SEM photograph Manufactured using raw material powder containing 3 to 20 parts by mass of hexagonal boron nitride powder having a size of 0.01 to 0.8 μm with respect to a total of 100 parts by mass of silicon nitride powder and sintering aid powder The rotating body for gas injection according to claim 5, wherein: 前記ガス吹込み用回転体は一方が開口した略椀形状をなすよう構成されており、前記ガス分散溝はその一方の端面に形成されており、前記貫通孔部はその他方の端面に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のガス吹込み用回転体。   The gas blowing rotor is configured to have a substantially bowl shape with one opening, the gas dispersion groove is formed on one end surface, and the through hole is formed on the other end surface. The gas injection rotor according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas injection rotor is provided. 前記ガス吹込み用回転体は大略円盤状をなすよう構成されており、前記ガス分散溝は、前記貫通孔部に直結していることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のガス吹込み用回転体。   The gas blowing rotor is configured to have a substantially disk shape, and the gas dispersion groove is directly connected to the through-hole portion. 2. A rotating body for gas injection according to item 1. 前記ガス吹込み用回転体の半径方向において前記ガス分散溝の外縁部には、R加工または面取り加工が施されていることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のガス吹込み用回転体。   The R edge or the chamfering is given to the outer edge part of the said gas dispersion groove in the radial direction of the said rotary body for gas blowing, The any one of Claim 1-8 characterized by the above-mentioned. The rotating body for gas injection as described. 前記ガス吹込み用回転体の外周面には溶融金属を攪拌する攪拌溝が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載のガス吹込み用回転体。   The rotation for gas injection according to any one of claims 1 to 9, wherein an agitation groove for agitating the molten metal is formed on an outer peripheral surface of the gas injection rotator. body.
JP2011064345A 2011-03-23 2011-03-23 Gas blowing rotor Pending JP2012200729A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011064345A JP2012200729A (en) 2011-03-23 2011-03-23 Gas blowing rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011064345A JP2012200729A (en) 2011-03-23 2011-03-23 Gas blowing rotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012200729A true JP2012200729A (en) 2012-10-22

Family

ID=47182246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011064345A Pending JP2012200729A (en) 2011-03-23 2011-03-23 Gas blowing rotor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012200729A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015064190A (en) * 2013-08-31 2015-04-09 京セラ株式会社 Rotating body for stirring molten metal and molten metal treatment device including the same
CN114345177A (en) * 2022-01-05 2022-04-15 故城北新建材有限公司 Rotatable formula mixes quick-witted agitating unit

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63104762A (en) * 1986-10-21 1988-05-10 Nippon Steel Corp Submerged nozzle for continuous casting
JPH03177361A (en) * 1989-12-05 1991-08-01 Ube Ind Ltd Production of beta-sialon-boron nitride-based conjugate sintered compact
JP2002241861A (en) * 2001-02-20 2002-08-28 Hitachi Metals Ltd Rotating body for stirring molten metal
JP2005205474A (en) * 2004-01-26 2005-08-04 Sumitomo Metal Ind Ltd Immersing nozzle for continuously casting steel, and continuous casting method
JP2010188388A (en) * 2009-02-19 2010-09-02 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Device for stirring molten metal
JP2012051758A (en) * 2010-09-01 2012-03-15 Hitachi Metals Ltd Method for manufacturing silicon nitride-boron nitride composite ceramic, silicon nitride-boron nitride composite ceramic, and member for molten metal

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63104762A (en) * 1986-10-21 1988-05-10 Nippon Steel Corp Submerged nozzle for continuous casting
JPH03177361A (en) * 1989-12-05 1991-08-01 Ube Ind Ltd Production of beta-sialon-boron nitride-based conjugate sintered compact
JP2002241861A (en) * 2001-02-20 2002-08-28 Hitachi Metals Ltd Rotating body for stirring molten metal
JP2005205474A (en) * 2004-01-26 2005-08-04 Sumitomo Metal Ind Ltd Immersing nozzle for continuously casting steel, and continuous casting method
JP2010188388A (en) * 2009-02-19 2010-09-02 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Device for stirring molten metal
JP2012051758A (en) * 2010-09-01 2012-03-15 Hitachi Metals Ltd Method for manufacturing silicon nitride-boron nitride composite ceramic, silicon nitride-boron nitride composite ceramic, and member for molten metal

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015064190A (en) * 2013-08-31 2015-04-09 京セラ株式会社 Rotating body for stirring molten metal and molten metal treatment device including the same
CN114345177A (en) * 2022-01-05 2022-04-15 故城北新建材有限公司 Rotatable formula mixes quick-witted agitating unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11708308B2 (en) Sinterable powder for making a dense slip casted pressureless sintered SiC based ceramic product
CN1139949A (en) Alpha alumina-based abrasive grain having an as sintered outer surface
JP4705991B2 (en) Alumina-based sintered body for spark plug and manufacturing method thereof, and spark plug and manufacturing method thereof
JP5527949B2 (en) Silicon nitride sintered body
JP5692845B2 (en) Highly rigid ceramic material and manufacturing method thereof
JP5521910B2 (en) Manufacturing method of silicon nitride-boron nitride composite ceramics, silicon nitride-boron nitride composite ceramics, and member for molten metal
JP2012200729A (en) Gas blowing rotor
JP5637630B2 (en) Refractories for continuous casting and nozzles for continuous casting
CN1313841A (en) Refractory for casting rare earth alloy and method for producing the same and method for casting rare earth alloy
JP4094353B2 (en) Rare earth metal-containing amorphous refractory and construction body and kiln furnace lined with these
JP5126984B2 (en) Method for producing SiC-containing castable refractory
JP2012031026A (en) Alumina-magnesia-based refractory brick and method for producing the same
JP2008105084A (en) Rotating body for stirring molten metal and degassing-treating apparatus for molten metal using the same
JP5166302B2 (en) Continuous casting nozzle
JP2014073945A (en) Silicon nitride sintered body and slide member using the same
JP2014073944A (en) Method of producing silicon nitride sintered body
JP5673946B2 (en) Method for producing silicon nitride ceramics
TWI737739B (en) BN sintered body with excellent corrosion resistance and its manufacturing method
KR101819923B1 (en) Heater tube for molten metal immersion
CN111559906A (en) Anti-skinning castable for carbide slag cement kiln smoke chamber and preparation method thereof
JP6725325B2 (en) Boron nitride nozzle for manufacturing neodymium alloy and method for manufacturing neodymium alloy using the nozzle
WO2017209063A1 (en) Boron nitride nozzle and boron nitride crucible for production of neodymium alloy, and neodymium alloy production method using nozzle or crucible
JP2015113254A (en) Lining structure of blast furnace hearth
JP3740318B2 (en) Crusher
JP2004284859A (en) Molten siliceous refractory and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140219

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150127

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150311

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150728