JP2016538426A - 溶融アルミニウムによる腐食に耐性があり、改善された流れプロファイルを有する改善されたプッシャポンプ - Google Patents

Abstract

溶融金属による腐食に耐性があるセラミック材料で形成された内部を有する鋼製管のポンプ本体を有するバブルポンプ。バブルポンプは、ポンプ本体の下側部分に取り付けられた窒素供給線をさらに有する。ポンプ本体および窒素供給線は、溶融金属による腐食に耐性があるセラミック織物材料で覆われている。ポンプは、ポンプ本体の頂部に取り付けられた排出ヘッドをも含む。排出ヘッドは、溶融金属による腐食に耐性がある成型セラミック材料で形成され、ほぼ平坦な底部および楕円形の頂部を有する楕円ドーム形状を有する分配チャンバを内部に含む。排出ヘッドは、正方形断面を有する２つの排出ノズルをも含む。これらの特徴により、耐用年数が延ばされ、溶融金属の排出の乱流が低減された本発明のポンプが提供される。

Description

本発明は、鋼材上に溶融金属をコーティングするための装置に関する。より詳細には、本発明は、コーティングされる鋼帯の周辺の溶融金属から表面ドロスを取り除くために溶融金属浴において使用されるバブルポンプに関する。最も詳細には、本発明は、そのようなバブルポンプの内部の、腐食および破損からの溶融金属による保護に関する。

溶融金属（アルミニウム、亜鉛、またはそれらの混合物）は、鋼材、特に鋼製シート材料の表面上の保護コーティングとして一般的に使用されている。溶融めっきのるつぼ内で鋼材表面と溶融金属との間のきれいな界面は、良好なコーティングの接合を達成するために極めて重要な要素である。きれいな界面を確実にするために取られるステップの１つが、ポンプを使用することによって、使用されていない溶融金属と鋼帯が最初に接触する領域付近の筒口の内部に、この溶融金属を供給することである。ポンプが浮遊ドロスおよび酸化物の粒子を鋼帯表面の付近から押しだし、最終的にそれらの浮遊ドロスおよび酸化物の粒子を溶融金属／筒口から取り除く。これは、プッシュプル型筒口ポンプシステムとして知られている。溶融アルミニウムめっきでは、溶融アルミニウムの腐食があまりにひどいために、インペラの分解に起因して、インペラ型機械式ポンプが作動できない。圧縮空気駆動式ポンプのみが、この腐食環境に耐えることができる。しかし、鋼材で形成される通常のプッシャポンプは一般に、連続作動下で２４時間以内しかこの環境に耐えることができない。ポンプは通常、その排出ヘッドに穴を生じる。ドロス移動ポンプが故障した場合、実動運転中に取り替えなければならない。このことは、製造の中断および溶融金属表面の汚染につながる。さらに、現行のプッシャポンプは、特に腐食している場合に、排出ノズルにおいて過度の吹き返しを示す。この吹き返しは、窒素の気泡および過度の乱流に起因する溶融金属のスパッタリングである。これは、筒口の内側に蓄積される凝固金属の形成につながる。この蓄積は、通常、重大なメンテナンス上の問題である。

したがって、耐用年数が長く、排出の乱れが低減されたプッシャポンプが、コーティングのライン生産量／歩留まりを増大させ、ダウンタイムを減少させるために、当該技術において必要である。

このため、本発明者は、溶融アルミニウムによる腐食に耐性があり、流れプロファイルが改善された新たな溶融金属プッシャポンプを開発した。

本発明は、内部を通る溶融金属の輸送を可能にするように構成された垂直鋼製管を備えるポンプ本体を有し得るバブルポンプである。ポンプ本体は、溶融金属による腐食に耐性がある材料で形成された内部を有し得る。バブルポンプは、ポンプ本体の下側部分に取り付けられ得る窒素供給線をさらに含み得る。窒素供給線と前記ポンプ本体とは、窒素供給線からポンプ本体の内部に窒素が流れることを可能にするように、連通し得る。最後に、バブルポンプは、前記ポンプ本体の頂部に取り付けられた排出ヘッドを含み得る。排出ヘッドは、ポンプ本体から排出ヘッド内に向かい、そして排出ヘッドから出る溶融金属および窒素の輸送を可能にするように、ポンプ本体と連通し得る。溶融金属による腐食に耐性がある材料は、アルミナ、マグネシア、ケイ酸塩、炭化ケイ素、グラファイト、およびそれらセラミック材料の混合物からなるグループから選択され得る。

ポンプ本体は、セラミック製織物の１つまたは複数の層で包まれて、前記ポンプ本体の外部に、溶融金属による腐食に対する柔軟な耐性を与えてもよい。窒素供給線も、セラミック製の織物の１つまたは複数の層で包まれて、前記ポンプ本体の外部に、溶融金属による腐食に対する柔軟な耐性を与えてもよい。セラミック製の織物は、アルミナ、マグネシア、ケイ酸塩、炭化ケイ素、グラファイト、およびそれらセラミック材料の混合物からなるグループから選択され得る溶融金属による腐食に耐性がある材料で形成され得る。

排出ヘッドは、アルミナ、マグネシア、ケイ酸塩、炭化ケイ素、グラファイト、およびそれらセラミック材料の混合物からなるグループから選択され得る溶融金属による腐食に耐性がある成型セラミック材料で形成され得る。排出ヘッドは、内部に分配チャンバを含み得る。分配チャンバは、ポンプ本体から分配チャンバを通る溶融金属および窒素の流れを可能にするために、ポンプ本体と連通し得る。分配チャンバは、ほぼ平坦な底部および楕円形の頂部の楕円ドーム形状を有し得る。排出ヘッドは、分配チャンバから排出ノズルを通り、バブルポンプから出る溶融金属および窒素の流れを可能にするために、分配チャンバと連通し得る２つの排出ノズルをさらに含み得る。排出ノズルは、正方形の断面を有し得る。

従来技術のプッシャポンプを示す図である。 本発明のポンプ本体の実施形態の断面を示す図である。 本発明のポンプのための好ましい排出ヘッドの実施形態を示す図である。 本発明のポンプの好ましい実施形態の断面を示す（正確な縮尺ではない）図である。

ガス・リフト・ポンプ、すなわちバブルポンプは、圧縮空気、水蒸気、窒素などの気泡を流出管に導入することにより、流体、たとえば水、油、または溶融金属さえも上昇させる人工くみ上げ技術を使用する。これには、管の流入口側の静圧に対する管の流出口の静圧を低減する効果がある。本発明者は、より管理された溶融流れを提供し、吹き返しの問題を除去し、かつポンプの耐用年数を増大させることに限り、ポンプ性能を向上させようとしてきた。ポンプの設計変更および型の耐火ライニングを組み込むことは、本発明の改善されたプッシャポンプにおける重要な要素である。

図１は従来技術のプッシャポンプを示す図である。このポンプは鋼製のパイプまたは管からなるポンプ本体１を含む。ポンプは流出ノズル２ａ、２ｂをも含む。ポンプ本体１に窒素の気泡を供給する窒素供給線３が存在する。窒素供給線３は、外部の窒素供給源に取り付けられるコネクタ３’を有する。作動時には、窒素の気泡がポンプ本体１内を上昇し、上方への溶融金属の流れを生じさせる。溶融金属は、管状のポンプ本体の開いた底部に入り、流出ノズル２ａ、２ｂから排出される。溶融金属が溶融金属の表面より下から取得されるため、溶融金属は浮遊ドロスおよび他の汚染物質を含まない。２つのノズル２ａ、２ｂは、鋼製シートが金属浴を通過し、それによってコーティングされる際に、きれいで使用されていない金属を鋼製シートのいずれかの面に向ける。

この従来技術のポンプは、特に金属が、泡立つ窒素および渦流れによって攪拌される部分で、溶融金属内で腐食および劣化する。鋼材で形成されるこれらの従来技術のプッシャポンプは、２４時間を限度とする連続作動時間だけ持ちこたえ、排出ヘッドに穴が生じる。実動運転中のドロス移動ポンプの交換は、製造の中断、および溶融金属表面の汚染につながる。

この腐食および劣化に対処するために、本発明者は、本発明のポンプ本体内に原位置の成型セラミックライナを形成してきた。図２は本発明のポンプ本体１’の断面を示す図である。内側成型層８は、溶融金属に対し非湿潤性であり、溶融金属の温度に耐えられるセラミック材料で形成される。この材料は鋼製シェル管６の内部に成型される。保護内側成型層ライニング８は、アルミナ、マグネシア、ケイ酸塩、炭化ケイ素、グラファイト、およびそれらセラミック材料の混合物からなるグループから選択される材料で形成されるのが好ましい。

さらに、鋼製管６の外側は、鋼材の寿命を延ばすために、柔軟セラミック製織物ラップ７で覆われる。ラップ７は、使用時に割れることがないため、鋼材の外側の標準的なセラミックライニングより優れている。なお、窒素供給管は鋼材で形成され、やはりラップ７に覆われる。さらに、任意の鋼製支持ブラケットも、ラップ７に覆われるものとする。

成型セラミックライナ８およびセラミックラップ７により改善された腐食耐性に加え、本発明のバブルポンプは、従来技術のポンプに対し改善された流れ特性を有する。図３は、本発明のポンプのための好ましい排出ヘッド１０を示す図である。ヘッド１０は、溶融金属に対し非湿潤性であり、溶融金属の温度に耐えられる同じクラスのセラミック材料で成型される。ヘッド１０の材料は、ポンプ本体のセラミックライナの材料と同じ材料とすることができ、または、条件から有利であれば、異なる材料であってもよい。さらに、例によっては、セラミックヘッド１０内に金属支持構造を成型し、機械的強度および耐久性を高めることが有利である場合がある。なお、セラミックのブロック内の形状は、実際には、流体が流れるための、ブロック内に成型された開いた中空領域形状である。

ヘッド内には、ほぼ平坦な底部および楕円形の頂部を有する楕円ドーム形状を有する分配チャンバ９がある。この引き伸ばされた内部ドームのコンセプトは、ガスの体積の膨張に順応し、従来技術の鋼製プッシャポンプよりも大きく、より安定した排出流れを提供するために導入された。また、排出ヘッド１０内に成型されるのは、２つの排出出口２ａ’、２ｂ’である。正方形の排出ノズルの設計は、吹き返しのないより薄い排出を提供するために導入された。図１に見られるように、従来技術の慣習的な排出設計は、円いノズル２ａ、２ｂを有する。正方形ノズル２ａ’、２ｂ’の効率は、最初に水のモデルで評価され、次いで工場でのトライアルにより、この設計が、より管理された溶融流れを提供し、従来技術の吹き返しの問題を除去したことが確認された。

最後に、図４は、本発明のポンプの断面を示す（正確な縮尺ではない）図である。特に示されているのは、本発明の発明的特徴すべてである。最初に、ポンプ本体１’の鋼製シェル管６内に成型セラミックライナ８がある。次いで、ポンプ本体１’の鋼製シェル管６、および鋼製窒素供給線３を覆う外部セラミック製織物７がある。次に、本発明の分配チャンバ９が組み込まれた成型セラミック排出ヘッド１０があり、分配チャンバ９は、楕円ドーム形状を有し、楕円ドーム形状は、ほぼ平坦な底部および楕円形の頂部を有する。最後に、吹き返しのない、より薄い排出を提供するために導入される正方形排出ノズル２ａ’、２ｂ’がある。

これらの発明的特徴のすべてにより、プッシャポンプの、故障してから次に故障するまでの耐用年数が延ばされ、溶融金属の排出の乱流が低減された本発明のポンプが提供される。

Claims (11)

1. 内部を通る溶融金属の輸送を可能にするように構成された垂直鋼製管を備えるポンプ本体であって、
   溶融金属による腐食に耐性を有する材料で形成された内部を有する、ポンプ本体と、
   前記ポンプ本体の下側部分に取り付けられた窒素供給線であって、
   前記窒素供給線と前記ポンプ本体とが、前記窒素供給線から前記ポンプ本体の内部への窒素の流れを可能にするように連通する、窒素供給線と、
   前記ポンプ本体の頂部に取り付けられた排出ヘッドであって、
   前記排出ヘッドが、前記ポンプ本体から前記排出ヘッド内部に向かい、そして前記排出ヘッドから出る溶融金属および窒素の輸送を可能にするように、前記ポンプ本体と連通する、排出ヘッドと、を有するバブルポンプ。
2. 溶融金属による腐食に耐性がある前記材料が、アルミナ、マグネシア、ケイ酸塩、炭化ケイ素、グラファイト、およびそれらセラミック材料の混合物からなるグループから選択される、請求項１に記載のバブルポンプ。
3. 前記ポンプ本体が、セラミック製の織物の１つまたは複数の層で包まれて、前記ポンプ本体の外部に、溶融金属による腐食に対する柔軟な耐性を与える、請求項１に記載のバブルポンプ。
4. 前記窒素供給線も、セラミック製の織物の１つまたは複数の層で包まれて、前記ポンプ本体の外部に、溶融金属による腐食に対する柔軟な耐性を与える、請求項３に記載のバブルポンプ。
5. 前記セラミック製の織物が、アルミナ、マグネシア、ケイ酸塩、炭化ケイ素、グラファイト、およびそれらセラミック材料の混合物からなるグループから選択される溶融金属による腐食に耐性がある材料で形成されている、請求項４に記載のバブルポンプ。
6. 前記排出ヘッドが、溶融金属による腐食に耐性がある成型セラミック材料で形成されている、請求項１に記載のバブルポンプ。
7. 溶融金属による腐食に耐性がある前記材料が、アルミナ、マグネシア、ケイ酸塩、炭化ケイ素、グラファイト、およびそれらセラミック材料の混合物からなるグループから選択される、請求項６に記載のバブルポンプ。
8. 前記排出ヘッドが、内部に分配チャンバを含み、前記分配チャンバは、前記ポンプ本体から前記分配チャンバを通る溶融金属および窒素の流れを可能にするために、ポンプ本体と連通する、請求項１に記載のバブルポンプ。
9. 前記分配チャンバが、ほぼ平坦な底部および楕円形の頂部を有する楕円ドーム形状を有する、請求項８に記載のバブルポンプ。
10. 前記排出ヘッドが、前記分配チャンバから前記排出ノズルを通り、前記バブルポンプから出る溶融金属および窒素の流れを可能にするために、前記分配チャンバと連通する２つの排出ノズルをさらに含む、請求項８に記載のバブルポンプ。
11. 排出ノズルが正方形の断面を有する、請求項１０に記載のバブルポンプ。

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