JP2747458B2 - 溶融物処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属溶融物内に溶融す
る異質粒子を効率的に除去する溶融物処理方法に係り、
特に、金属溶融物から分散された異質粒子の数を減少さ
せ、純粋金属を取り出すための溶融物処理方法に関す
る。 【０００２】 【従来技術とその課題】周知のように、鉄溶融物中の最
も面倒な異質粒子は、シリケートおよびオキシドのよう
な溶融鋼よりも緻密な粒子である。 【０００３】このような粒子が十分大きいものであれば
（例えば２００μｍ以上）、鉄溶融物の最上部に浮くの
で、例えば、取り除くか底に注いで除去できるが、上記
シリケートおよびオキシドのような溶融鋼よりも緻密な
粒子を溶融鋼から効率的に除去することは非常に困難で
ある。 【０００４】本発明は、かかる現状に鑑み創案されたも
のであって、鉄またはアルミニウム溶融物中の異質粒子
を除去するために、長いパルス超音波を利用して溶融物
表面に浮くだけの大きさに融合させる方法を提供しよう
とするものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】このため、本発明に係る
溶融物処理方法にあっては、超音波エネルギーの定常波
を金属溶融物内で作り、それによって異質粒子が集中
し、かつ、該定常波のノードでその融合を促進させると
共に、上記融合された粒子を液体溶融物の塊から分離す
ることを特徴とするものである。 【０００６】この発明においては、異質粒子を取り除い
た後に、前記定常波近傍の前記溶融物から水平キャステ
ィングによって、精製した金属ロッドを取り出すことが
できる。 【０００７】また、上記超音波定常波は、超音波をプロ
ーブの突起から前記溶融物へ供給し、前記溶融部を通る
通路に沿って前記プローブへ超音波を反射し、かつ、前
記プローブによって供給された超音波周波数を適当値に
調整することによって形成される。 【０００８】この場合、上記超音波は、前記溶融物を通
って実質的に水平な通路に沿って供給され、かつ、反射
される。また、上記定常波の形成および保持を、前記定
常波のノードに集中した異質粒子を反射すべく調整され
た第２プローブからの超音波の伝送および反射によって
モニタすることもできる。 【０００９】この方法において、パルス超音波は容器の
側入口を介して金属溶融物へ、例えば、実質的に水平に
供給される。これは、指数的にカーブした上方側壁をも
つベル形または「トランペット」端部としてのプローブ
ロッドの上方端部領域を拡張することによって、より大
きく強力な圧電クリスタルで多量のパルス超音波エネル
ギーを溶融物に供給するために収容できる。これは、溶
融物中に定常超音波（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｕｌｔｒａｓ
ｏｕｎｄ ｗａｖｅ）を生ずることによって行える。 【００１０】溶融物中の異質粒子がかかる定常波の下で
溶融物のノード（非振幅領域）に集中することは知見さ
れている。本発明は、異質粒子がそのような領域に於い
て融合できて除去するための溶融物表面に上昇すること
のできる大きさの粒子を形成するように構成したことを
特徴とするものである。 【００１１】 【実施例】次に、添付図面に示す実施例に基づき、この
発明を詳細に説明する。 【００１２】図１には、本発明の溶融物処理方法に好適
なプローブが示されている。このプローブは、例えば、
軟鋼性の直径約２５ｍｍの円筒形のロッド１０を有す
る。このロッド１０は、例えば、鋼溶融物に挿入する溶
融物接触チップ１２を有している。溶融物接触チップ１
２は、例えば、窒化硼素の円筒上シールドに囲周されて
いる。 【００１３】溶融物接触チップ１２の上流側の約５０ｍ
ｍの部分で、冷却器１６はロッド１０を囲周する螺旋状
の溝またはコイル（以下、単に溝という）１８を有す
る。この螺旋状の溝１８は、例えば、黒鉛またはチタン
からなるロッド１０に横たわるスリーブ２０の内表面に
切り込まれている。 【００１４】このようにして溝１８から循環された液体
は、ロッド１０と直接接触する。スリーブ２０はシール
ド１４の拡径部２２内に受けられている。 【０００】冷却装置組立体の上には、例えば、シリコン
の外側円筒状スリーブ２４があるので、冷却装置は全体
として適度に絶縁される。 【００１５】入口パイプ２６は溝１８の一端に連通し、
そこから液体ヘリウムまたは液体窒素のような冷却流が
溝１８の一端へ供給される。冷却流は、溝１８を通過し
てロッド１０を囲周する環状空間へ流れ、出口パイプ２
８から流出する。 【００１６】冷却装置１６の上流では、上記プローブが
絶縁スリーブ３２内に外側円筒状鋼性ケーシング３０を
有し、ロッド１０の上方部を囲周する環状空間を有す
る。 【００１７】第２冷却装置３４は、冷却装置１６の上流
で、円筒状ロッド１０の上の広いピッチの円筒状コイル
３６を有し、かつ、円筒状容器３８内まで延びている。 【００１８】水は、上記円筒状コイル３６と円筒状容器
３８を通って循環し、上記プローブ上流の水ジャケット
４０から流入し、入口パイプ４２を通り、円筒状コイル
３６からの出口パイプ４４を経る。 【００１９】鋼製ケーシング３０とロッド１０との間の
環状空間は、符号４６で示されているように大気に通
じ、この空間自体に追加の冷却流を供給するための追加
パイプ入口４８を含んでいる。 【００２０】その上方端部で、プローブはロッド１０と
接触し、適当な電気連結部５２を具備した圧電クリスタ
ル５０を有する。この圧電クリスタル５０は、電力供給
源からロッド１０へ超音波を入力し反射音波パルスの結
果としての電気信号はロッド１０を移動する。 【００２１】作動に際して、溶融物接触チップ１２は、
溶融した鋼製るつぼ、または、取瓶に対して、その側口
からまたは溶融物の最上部から突出している。溶融物
は、通常、約１，４８０℃またはそれ以上の温度であ
る。 【００２２】窒化硼素製スリーブ１４の端部もまた該溶
融物中へ突起しているので、冷却装置１６は溶融物から
一般的に２５ｍｍないし３８ｍｍのところにある。 【００２３】液体ヘリウムまたは他の冷却液は、上記入
口パイプ２６を介して溝１８へ供給され、かつ、水が必
要に応じた冷却を行うために水ジャケット４０及び円筒
状コイル３６の両者へ供給される。 【００２４】溶融物接触チップ１２は、溶融物の温度を
極めて急速に上昇させる。しかし、溶融物との接触点か
ら２５ｍｍないし３８ｍｍの間隔のところで上記ロッド
１０は適宜に位置付けた熱電対に検知された約７５０℃
の温度になる。 【００２５】溶融物接触チップ１２が溶融物の熱によっ
て溶融を開始すると、まず溶融物接触チップ１２先端に
設けたろう付け融剤が溶け出して、溶融物と良好な初期
接触をし、かつ、超音波パルスが圧電クリスタル５０か
らロッド１０へ送られる。 【００２６】溶融物から反射された音はロッド１０へ戻
るが、溶融物接触チップ１２から冷却装置１６までの移
動距離は高温で非常に短くなっている。反射音振動は、
圧電クリスタル５０によってピックアップされ、かつ、
分析目的から電気連結部５２を介して送られる。 【００２７】工程が進むにつれて、プローブと共に、溶
融物接触チップ１２はセラミックのスリーブ１４内の本
体部へ溶け出し始める。この溶融物接触チップ１２は、
溶融物から離れた部分を冷却しているので、いったん溶
けたとしても、直ちに再び固まる。従って、該界面の位
置はスリーブ１４内に安定する。 【００２８】このスリーブ１４が割れることなく且つ空
気の流入を遮断すれば、界面は安定する。空気が侵入し
た場合には、界面が亀裂して金属ガス界面が形成されて
音波送信を遮ることになる。 【００２９】上記プローブが水平位置で液体溶融物へ突
出させて使用される場合には、溶融物チップ１２先端の
水圧が溶融物との界面を維持することになる。上記セラ
ミックスリーブのいかなる亀裂も溶融物をセラミック剤
のまわりに漏洩させるので危険な状態になりやすい。 【００３０】図２は図１の場合と同様な基本的特性を有
するプローブの他の態様を示すが、高圧水ジャケットを
具備した第１冷却装置を有する。 【００３１】プローブロッド５４は、低炭素鋼または純
鉄で形成され、全長が約６００ｍｍであり、全直径が約
２５ｍｍである。図１の実施例と同様に、プローブロッ
ド５４の溶融物接触チップ５６は、例えば、炭化硼素で
囲周されたセラミックスリーブ５８から突出している。 【００３２】プローブロッド５４の長手に沿って、約１
２ｍｍ幅で最大直径が約３０ｍｍの２個の拡径部６０，
６２がある。これらは夫々プローブの溶融物非接触端部
６４から約４５０ｍｍと２５０ｍｍの位置にある。 【００３３】これらはプローブロッド５４内に形成され
ていて、両側部上で２５ｍｍから３０ｍｍ直径の変動幅
をもったトランペットの外形に似ており、変化傾斜は指
数的関係に支配される。 【００３４】入口連結部６８と出口連結部７０を持つ円
筒状冷却ジャケット６６は、上記拡径部６０，６２上に
溶接されているので、高圧冷却水が該プローブと直接接
触できる洩れ防止冷却空間を提供する。他の絶縁スリー
ブ７２は該冷却ジャケット上にある。 【００３５】第２冷却装置は、冷却流体循環のためのジ
ャケット７４を有し、溶融物非接触端部６４の近傍にあ
る。適当な電気連結部を有する圧電クリスタル７６は該
溶融物非接触端部６４の位置にある。 【００３６】このような設計が長時間にわたり冷却ジャ
ケット６６から約１１５ｍｍの距離で界面を安定させる
ことを実験によって確認した。上記拡大部分のトランペ
ット形状は冷却ジャケット６６を適所にシールするため
溶接作業をプローブの送音特性を妨害させることなく効
果的に行わせる。 【００３７】図３は、図２のプローブの改造された溶融
物非接触端部を示す。この実施例において、プローブロ
ッド５４の端部７８はトランペット形をしており、指数
的に曲線を描いた側壁を有する。この側壁はその端部表
面上で次第に拡がったより強力な圧電クリスタル７６を
有していて溶融物に多量のエネルギーを供給する。 【００３８】図１と図２および図３に示した各装置は溶
融物に対して単一のプローブとして使用できるように設
計されていて、超音波伝送および音波信号を受信でき
る。当然のことながら、ある条件下ではそれぞれ独自の
圧電クリスタルを有する２つのプローブを使用して、１
つを溶融物への信号伝送用として、他の１つをその受信
用として使用するのが好ましい。このような場合、反射
信号受信プローブが上記した冷却手段を具備していて分
析用の反射信号を最大限に受信することが極めて重要で
あるが、両プローブがそのような手段を装備し且つ作動
するものであってもよい。 【００３９】このように構成されたプローブを、溶融物
の超音波処理の近傍に設置した従来の水平に置いた金型
に使用して、実質的に不純の遊離金属を従来法によって
溶融物から取り去ることができる。 【００４０】この方法において、パルス超音波は容器の
側入口を介して金属溶融物へ、例えば、実質的に水平に
供給される。これは、上記実施例に係るプローブを使用
して簡便に達成される。指数的にカーブした上方側壁を
持つベル形または「トランペット」端部としてのプロー
ブのロッドの上方端部領域を拡張することによって、よ
り大きく強力な圧電クリスタル、例えば、図３に示した
タイプのクリスタルで多量のパルス超音波エネルギーを
溶融物に供給するために収容できる。これは、溶融物中
に定常超音波（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｕｎ
ｄ ｗａｖｅ）を生ずることによって行える。 【００４１】上記処理と精製法は図４に図式的に示され
ている。 【００４２】溶融物を収容できる容器８２は、第１超音
波発信プローブ８４を具備する。 【００４３】この実施例では、図１または図２に示され
るプローブを用いた場合を例示しているが、この発明に
あっては、反射超音波信号を受信する必要はないのでこ
の形は必須ではない。 【００４４】プローブ８４の反対には耐火性れんがのよ
うな超音波反射板８６がある。水平に置かれた金型８８
はその容器８２内で実質的に同一水平レベルで、プロー
ブ８４と反射板８６とが位置させてある。 【００４５】金型８８と概ね正反対であってプローブ８
４と反射板８６と同一水面の位置には、第２超音波発信
プローブ９０と超音波受信プローブ９２がある。これら
は共に第２図に示した形態をしていてよい。 【００４６】作業に際して、第１プローブ８４からの超
音波は反射板８６から反射される。超音波周波数のチュ
ーニングおよび／または溶解温度の調整によって、定常
波９４は第１プローブ８４と反射板８６との間で溶解物
中に形成される。 【００４７】第２プローブ９０から発信され且つ受信プ
ローブ９２に受信される超音波は第１プローブ８４から
の距離に対応するプローブ９０および９２からの適当な
距離で通常のパターンの集中した異質粒子の存在を示す
ことによって定常波９４の存在を決定するために使用さ
れる。 【００４８】工程が進むに従って、第１プローブ８４と
反射板８６との間の距離が溶融物と接触するプローブ８
４の溶融物接触チップ（先端）の溶融によって変化す
る。このことは、定常波９４の破裂と損失の原因とな
る。 【００４９】このことが第２プローブ９０と受信プロー
ブ９２とによって検出されると、第１プローブ８４から
発射された超音波の周波数の調整が定常波を復元させる
ためになされる。 【００５０】このように異質粒子が定常波９４のノード
に集中し、融合し、且つ、溶融物の本体から上昇する。 【００５１】このようにして異質粒子が、溶融物上に上
昇すると、溶融物中が純粋な溶融金属のみになるので、
定常波の近傍の溶融物から従来技術による水平に置かれ
た金型８８を使用して、実質的に純粋の金属ロッドが取
り出される。このようにして、高純度の鋳込金属、鉄、
アルミニウム、その他が超音波処理の結果として得られ
ることができる。 【００５２】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、鉄またはアルミニウム溶融物の異質粒子を
除去するために、長いパルス超音波を利用して溶融物表
面に浮くだけの大きさに融合させることにでき、この種
の異質粒子の除去が容易となると共に、異質粒子を取り
除いた純粋金属を取り出すことができるという優れた効
果を奏する。
る異質粒子を効率的に除去する溶融物処理方法に係り、
特に、金属溶融物から分散された異質粒子の数を減少さ
せ、純粋金属を取り出すための溶融物処理方法に関す
る。 【０００２】 【従来技術とその課題】周知のように、鉄溶融物中の最
も面倒な異質粒子は、シリケートおよびオキシドのよう
な溶融鋼よりも緻密な粒子である。 【０００３】このような粒子が十分大きいものであれば
（例えば２００μｍ以上）、鉄溶融物の最上部に浮くの
で、例えば、取り除くか底に注いで除去できるが、上記
シリケートおよびオキシドのような溶融鋼よりも緻密な
粒子を溶融鋼から効率的に除去することは非常に困難で
ある。 【０００４】本発明は、かかる現状に鑑み創案されたも
のであって、鉄またはアルミニウム溶融物中の異質粒子
を除去するために、長いパルス超音波を利用して溶融物
表面に浮くだけの大きさに融合させる方法を提供しよう
とするものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】このため、本発明に係る
溶融物処理方法にあっては、超音波エネルギーの定常波
を金属溶融物内で作り、それによって異質粒子が集中
し、かつ、該定常波のノードでその融合を促進させると
共に、上記融合された粒子を液体溶融物の塊から分離す
ることを特徴とするものである。 【０００６】この発明においては、異質粒子を取り除い
た後に、前記定常波近傍の前記溶融物から水平キャステ
ィングによって、精製した金属ロッドを取り出すことが
できる。 【０００７】また、上記超音波定常波は、超音波をプロ
ーブの突起から前記溶融物へ供給し、前記溶融部を通る
通路に沿って前記プローブへ超音波を反射し、かつ、前
記プローブによって供給された超音波周波数を適当値に
調整することによって形成される。 【０００８】この場合、上記超音波は、前記溶融物を通
って実質的に水平な通路に沿って供給され、かつ、反射
される。また、上記定常波の形成および保持を、前記定
常波のノードに集中した異質粒子を反射すべく調整され
た第２プローブからの超音波の伝送および反射によって
モニタすることもできる。 【０００９】この方法において、パルス超音波は容器の
側入口を介して金属溶融物へ、例えば、実質的に水平に
供給される。これは、指数的にカーブした上方側壁をも
つベル形または「トランペット」端部としてのプローブ
ロッドの上方端部領域を拡張することによって、より大
きく強力な圧電クリスタルで多量のパルス超音波エネル
ギーを溶融物に供給するために収容できる。これは、溶
融物中に定常超音波（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｕｌｔｒａｓ
ｏｕｎｄ ｗａｖｅ）を生ずることによって行える。 【００１０】溶融物中の異質粒子がかかる定常波の下で
溶融物のノード（非振幅領域）に集中することは知見さ
れている。本発明は、異質粒子がそのような領域に於い
て融合できて除去するための溶融物表面に上昇すること
のできる大きさの粒子を形成するように構成したことを
特徴とするものである。 【００１１】 【実施例】次に、添付図面に示す実施例に基づき、この
発明を詳細に説明する。 【００１２】図１には、本発明の溶融物処理方法に好適
なプローブが示されている。このプローブは、例えば、
軟鋼性の直径約２５ｍｍの円筒形のロッド１０を有す
る。このロッド１０は、例えば、鋼溶融物に挿入する溶
融物接触チップ１２を有している。溶融物接触チップ１
２は、例えば、窒化硼素の円筒上シールドに囲周されて
いる。 【００１３】溶融物接触チップ１２の上流側の約５０ｍ
ｍの部分で、冷却器１６はロッド１０を囲周する螺旋状
の溝またはコイル（以下、単に溝という）１８を有す
る。この螺旋状の溝１８は、例えば、黒鉛またはチタン
からなるロッド１０に横たわるスリーブ２０の内表面に
切り込まれている。 【００１４】このようにして溝１８から循環された液体
は、ロッド１０と直接接触する。スリーブ２０はシール
ド１４の拡径部２２内に受けられている。 【０００】冷却装置組立体の上には、例えば、シリコン
の外側円筒状スリーブ２４があるので、冷却装置は全体
として適度に絶縁される。 【００１５】入口パイプ２６は溝１８の一端に連通し、
そこから液体ヘリウムまたは液体窒素のような冷却流が
溝１８の一端へ供給される。冷却流は、溝１８を通過し
てロッド１０を囲周する環状空間へ流れ、出口パイプ２
８から流出する。 【００１６】冷却装置１６の上流では、上記プローブが
絶縁スリーブ３２内に外側円筒状鋼性ケーシング３０を
有し、ロッド１０の上方部を囲周する環状空間を有す
る。 【００１７】第２冷却装置３４は、冷却装置１６の上流
で、円筒状ロッド１０の上の広いピッチの円筒状コイル
３６を有し、かつ、円筒状容器３８内まで延びている。 【００１８】水は、上記円筒状コイル３６と円筒状容器
３８を通って循環し、上記プローブ上流の水ジャケット
４０から流入し、入口パイプ４２を通り、円筒状コイル
３６からの出口パイプ４４を経る。 【００１９】鋼製ケーシング３０とロッド１０との間の
環状空間は、符号４６で示されているように大気に通
じ、この空間自体に追加の冷却流を供給するための追加
パイプ入口４８を含んでいる。 【００２０】その上方端部で、プローブはロッド１０と
接触し、適当な電気連結部５２を具備した圧電クリスタ
ル５０を有する。この圧電クリスタル５０は、電力供給
源からロッド１０へ超音波を入力し反射音波パルスの結
果としての電気信号はロッド１０を移動する。 【００２１】作動に際して、溶融物接触チップ１２は、
溶融した鋼製るつぼ、または、取瓶に対して、その側口
からまたは溶融物の最上部から突出している。溶融物
は、通常、約１，４８０℃またはそれ以上の温度であ
る。 【００２２】窒化硼素製スリーブ１４の端部もまた該溶
融物中へ突起しているので、冷却装置１６は溶融物から
一般的に２５ｍｍないし３８ｍｍのところにある。 【００２３】液体ヘリウムまたは他の冷却液は、上記入
口パイプ２６を介して溝１８へ供給され、かつ、水が必
要に応じた冷却を行うために水ジャケット４０及び円筒
状コイル３６の両者へ供給される。 【００２４】溶融物接触チップ１２は、溶融物の温度を
極めて急速に上昇させる。しかし、溶融物との接触点か
ら２５ｍｍないし３８ｍｍの間隔のところで上記ロッド
１０は適宜に位置付けた熱電対に検知された約７５０℃
の温度になる。 【００２５】溶融物接触チップ１２が溶融物の熱によっ
て溶融を開始すると、まず溶融物接触チップ１２先端に
設けたろう付け融剤が溶け出して、溶融物と良好な初期
接触をし、かつ、超音波パルスが圧電クリスタル５０か
らロッド１０へ送られる。 【００２６】溶融物から反射された音はロッド１０へ戻
るが、溶融物接触チップ１２から冷却装置１６までの移
動距離は高温で非常に短くなっている。反射音振動は、
圧電クリスタル５０によってピックアップされ、かつ、
分析目的から電気連結部５２を介して送られる。 【００２７】工程が進むにつれて、プローブと共に、溶
融物接触チップ１２はセラミックのスリーブ１４内の本
体部へ溶け出し始める。この溶融物接触チップ１２は、
溶融物から離れた部分を冷却しているので、いったん溶
けたとしても、直ちに再び固まる。従って、該界面の位
置はスリーブ１４内に安定する。 【００２８】このスリーブ１４が割れることなく且つ空
気の流入を遮断すれば、界面は安定する。空気が侵入し
た場合には、界面が亀裂して金属ガス界面が形成されて
音波送信を遮ることになる。 【００２９】上記プローブが水平位置で液体溶融物へ突
出させて使用される場合には、溶融物チップ１２先端の
水圧が溶融物との界面を維持することになる。上記セラ
ミックスリーブのいかなる亀裂も溶融物をセラミック剤
のまわりに漏洩させるので危険な状態になりやすい。 【００３０】図２は図１の場合と同様な基本的特性を有
するプローブの他の態様を示すが、高圧水ジャケットを
具備した第１冷却装置を有する。 【００３１】プローブロッド５４は、低炭素鋼または純
鉄で形成され、全長が約６００ｍｍであり、全直径が約
２５ｍｍである。図１の実施例と同様に、プローブロッ
ド５４の溶融物接触チップ５６は、例えば、炭化硼素で
囲周されたセラミックスリーブ５８から突出している。 【００３２】プローブロッド５４の長手に沿って、約１
２ｍｍ幅で最大直径が約３０ｍｍの２個の拡径部６０，
６２がある。これらは夫々プローブの溶融物非接触端部
６４から約４５０ｍｍと２５０ｍｍの位置にある。 【００３３】これらはプローブロッド５４内に形成され
ていて、両側部上で２５ｍｍから３０ｍｍ直径の変動幅
をもったトランペットの外形に似ており、変化傾斜は指
数的関係に支配される。 【００３４】入口連結部６８と出口連結部７０を持つ円
筒状冷却ジャケット６６は、上記拡径部６０，６２上に
溶接されているので、高圧冷却水が該プローブと直接接
触できる洩れ防止冷却空間を提供する。他の絶縁スリー
ブ７２は該冷却ジャケット上にある。 【００３５】第２冷却装置は、冷却流体循環のためのジ
ャケット７４を有し、溶融物非接触端部６４の近傍にあ
る。適当な電気連結部を有する圧電クリスタル７６は該
溶融物非接触端部６４の位置にある。 【００３６】このような設計が長時間にわたり冷却ジャ
ケット６６から約１１５ｍｍの距離で界面を安定させる
ことを実験によって確認した。上記拡大部分のトランペ
ット形状は冷却ジャケット６６を適所にシールするため
溶接作業をプローブの送音特性を妨害させることなく効
果的に行わせる。 【００３７】図３は、図２のプローブの改造された溶融
物非接触端部を示す。この実施例において、プローブロ
ッド５４の端部７８はトランペット形をしており、指数
的に曲線を描いた側壁を有する。この側壁はその端部表
面上で次第に拡がったより強力な圧電クリスタル７６を
有していて溶融物に多量のエネルギーを供給する。 【００３８】図１と図２および図３に示した各装置は溶
融物に対して単一のプローブとして使用できるように設
計されていて、超音波伝送および音波信号を受信でき
る。当然のことながら、ある条件下ではそれぞれ独自の
圧電クリスタルを有する２つのプローブを使用して、１
つを溶融物への信号伝送用として、他の１つをその受信
用として使用するのが好ましい。このような場合、反射
信号受信プローブが上記した冷却手段を具備していて分
析用の反射信号を最大限に受信することが極めて重要で
あるが、両プローブがそのような手段を装備し且つ作動
するものであってもよい。 【００３９】このように構成されたプローブを、溶融物
の超音波処理の近傍に設置した従来の水平に置いた金型
に使用して、実質的に不純の遊離金属を従来法によって
溶融物から取り去ることができる。 【００４０】この方法において、パルス超音波は容器の
側入口を介して金属溶融物へ、例えば、実質的に水平に
供給される。これは、上記実施例に係るプローブを使用
して簡便に達成される。指数的にカーブした上方側壁を
持つベル形または「トランペット」端部としてのプロー
ブのロッドの上方端部領域を拡張することによって、よ
り大きく強力な圧電クリスタル、例えば、図３に示した
タイプのクリスタルで多量のパルス超音波エネルギーを
溶融物に供給するために収容できる。これは、溶融物中
に定常超音波（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｕｎ
ｄ ｗａｖｅ）を生ずることによって行える。 【００４１】上記処理と精製法は図４に図式的に示され
ている。 【００４２】溶融物を収容できる容器８２は、第１超音
波発信プローブ８４を具備する。 【００４３】この実施例では、図１または図２に示され
るプローブを用いた場合を例示しているが、この発明に
あっては、反射超音波信号を受信する必要はないのでこ
の形は必須ではない。 【００４４】プローブ８４の反対には耐火性れんがのよ
うな超音波反射板８６がある。水平に置かれた金型８８
はその容器８２内で実質的に同一水平レベルで、プロー
ブ８４と反射板８６とが位置させてある。 【００４５】金型８８と概ね正反対であってプローブ８
４と反射板８６と同一水面の位置には、第２超音波発信
プローブ９０と超音波受信プローブ９２がある。これら
は共に第２図に示した形態をしていてよい。 【００４６】作業に際して、第１プローブ８４からの超
音波は反射板８６から反射される。超音波周波数のチュ
ーニングおよび／または溶解温度の調整によって、定常
波９４は第１プローブ８４と反射板８６との間で溶解物
中に形成される。 【００４７】第２プローブ９０から発信され且つ受信プ
ローブ９２に受信される超音波は第１プローブ８４から
の距離に対応するプローブ９０および９２からの適当な
距離で通常のパターンの集中した異質粒子の存在を示す
ことによって定常波９４の存在を決定するために使用さ
れる。 【００４８】工程が進むに従って、第１プローブ８４と
反射板８６との間の距離が溶融物と接触するプローブ８
４の溶融物接触チップ（先端）の溶融によって変化す
る。このことは、定常波９４の破裂と損失の原因とな
る。 【００４９】このことが第２プローブ９０と受信プロー
ブ９２とによって検出されると、第１プローブ８４から
発射された超音波の周波数の調整が定常波を復元させる
ためになされる。 【００５０】このように異質粒子が定常波９４のノード
に集中し、融合し、且つ、溶融物の本体から上昇する。 【００５１】このようにして異質粒子が、溶融物上に上
昇すると、溶融物中が純粋な溶融金属のみになるので、
定常波の近傍の溶融物から従来技術による水平に置かれ
た金型８８を使用して、実質的に純粋の金属ロッドが取
り出される。このようにして、高純度の鋳込金属、鉄、
アルミニウム、その他が超音波処理の結果として得られ
ることができる。 【００５２】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、鉄またはアルミニウム溶融物の異質粒子を
除去するために、長いパルス超音波を利用して溶融物表
面に浮くだけの大きさに融合させることにでき、この種
の異質粒子の除去が容易となると共に、異質粒子を取り
除いた純粋金属を取り出すことができるという優れた効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプローブの部分断面説明図であ
る。 【図２】本発明によるプローブの他の態様の断面図であ
る。 【図３】図２のプローブの変形図である。 【図４】本発明のプローブを具備した水平に置かれた金
型を示した部分断面平面図である。 【符号の説明】 １０，５４ 超音波伝送ロッド ５０，７６ 圧電クリスタル ６０，６２ ラッパ状拡径部 ８２ 容器 ８４ 第１超音波発信プローブ ８６ 超音波反射板 ８８ 水平キャスト ９０ 第２超音波発信プローブ ９２ 受信プローブ ９４ 定常波
る。 【図２】本発明によるプローブの他の態様の断面図であ
る。 【図３】図２のプローブの変形図である。 【図４】本発明のプローブを具備した水平に置かれた金
型を示した部分断面平面図である。 【符号の説明】 １０，５４ 超音波伝送ロッド ５０，７６ 圧電クリスタル ６０，６２ ラッパ状拡径部 ８２ 容器 ８４ 第１超音波発信プローブ ８６ 超音波反射板 ８８ 水平キャスト ９０ 第２超音波発信プローブ ９２ 受信プローブ ９４ 定常波
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(73)特許権者 595095836
Ｈｉｇｈ Ｒｉｄｇｅ Ｐａｒｋ， Ｓ
ｔａｍｆｏｒｄ， Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃ
ｕｔ 06904， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａ
ｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １． 超音波エネルギーの定常波を金属溶融物内で作
り、それによって異質粒子を溶融物のノードに集中さ
せ、そこで異質粒子を溶融物表面に上昇するに足る大き
さに融合させることを特徴とする金属溶融物から分散さ
れた異質粒子の数を減少させるための溶融物処理方法。 ２． 前記定常波近傍で異質粒子を取り除いた溶融物
から水平キャスティングによって精製した金属ロッドを
取り出すことを特徴とする請求項１に記載の溶融物処理
方法。 ３． 前記超音波定常波が、超音波をプローブの突起
から前記溶融物へ供給し、前記溶融部を通る通路に沿っ
て前記プローブへ超音波を反射し、かつ、前記プローブ
によって供給された超音波周波数を適当値に調整するこ
とによって形成されることを特徴とする請求項１または
請求項２のいずれか記載の溶融物処理方法。 ４． 前記超音波が、前記溶融物を通って実質的に水
平な通路に沿って供給され、かつ、反射されることを特
徴とする請求項３に記載の溶融物処理方法。 ５． 前記定常波の形成および保持を、前記定常波の
ノードに集中した異質粒子を反射すべく調整された第２
プローブからの超音波の伝送および反射によってモニタ
することを特徴とする請求項３または請求項４のいずれ
かに記載の溶融物処理方法。
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| US9061928B2 (en) | 2011-02-28 | 2015-06-23 | Corning Incorporated | Ultrasonic transducer assembly for applying ultrasonic acoustic energy to a glass melt |
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