JP3465624B2 - 溶湯への気泡分散装置 - Google Patents

溶湯への気泡分散装置

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昇 久保田
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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、溶融状態にある金属溶
湯に微細気泡として精製ガスを吹き込み、不純物を浮上
分離する気泡分散装置に関する。 【0002】 【従来の技術】アルミニウム又はアルミニウム合金の溶
湯には、アルカリ金属,アルミニウムカーバイド,水素
ガス,炉材の微粉等の不純物が含まれている。比重の軽
い不純物は、溶湯中に塩素,窒素,Arガス等の精製ガ
スを微細気泡として吹き込むことにより浮上分離する。
精製ガス吹込みに際し、溶湯中に渦流を発生させながら
精製ガスを吹き込むと、吹き込まれた精製ガスは微細気
泡となって溶湯中に効率よく分散し、処理効率を向上さ
せる。 【0003】たとえば、特公平7−39613号公報で
は、図1に示すように、精製ガス用の貫通孔を開け、先
端にインペラー1を固着した回転軸2を備えた気泡分散
装置が紹介されている。回転軸2と一体的に回転するイ
ンペラー1によって溶湯3中に渦流が発生する。インペ
ラー1の上方には被覆体4が設けられており、インペラ
ー1/被覆体4の間に侵入した溶湯は、インペラー1の
回転によって押し出され、溶湯循環流5となって溶湯容
器6内を循環する。精製ガスは、インペラー1の底面に
設けられている開口部7から溶湯中に吹き出され、微細
気泡8として溶湯循環流5に乗って溶湯全体に万遍なく
分散される。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】インペラー1は、溶湯
循環流5に推力を与えるように螺旋状の羽根をもってい
る。溶湯容器6内に安定した溶湯循環流5を発生させる
ためには、インペラー1/被覆体4との間から押し出さ
れる溶湯量に相応する量の溶湯がインペラー1/被覆体
4の間に流入することが必要である。しかし、図1に示
すようにインペラー1/被覆体4の間隙が狭いと、十分
な量の溶湯がインペラー1/被覆体4間に侵入できな
い。そのため、溶湯循環流5が不安定化し、吹き込まれ
た精製ガスの微細気泡8が溶湯容器6内に偏在しやす
く、結果として精製効率を低下させる。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、インペラーに対
する被覆体の位置関係を改良することにより、インペラ
ー/被覆体間に侵入する溶湯量を十分に確保して溶湯循
環流を安定化させ、溶湯に対する微細気泡の分散性を向
上させ、アルミニウム又はアルミニウム合金溶湯を効率
よく精製することを目的とする。本発明の気泡分散装置
は、その目的を達成するため、精製ガスを供給する貫通
孔が軸方向に延びる回転軸と、回転軸の下端に螺合さ
れ、半径方向外向きに広がったカバー部をもつ被覆体
と、回転軸の下端に螺合され、回転軸の貫通孔に一致す
るガス噴出孔が軸方向に貫通して形成され、回転軸先端
方向に溶湯を押出すように傾斜した複数の羽根部が円周
方向に等間隔で周面に形成されたインペラーとを備え、
該インペラーと上記被覆体とは、被覆体下面とインペラ
ー上面との間に隙間を有するとともに、被覆体のカバー
部先端下面がインペラーの上面と同じ高さ又はインペラ
ーの上面よりも高い位置になるように配置されているこ
とを特徴とする。 【0006】 【実施の形態】本発明に従った気泡分散装置は、図2の
分解斜視図に示すように、軸方向に延びる貫通孔11が
形成された回転軸10の先端に、被覆体20及びインペ
ラー30を装着している。回転軸10,被覆体20及び
インペラー30は、アルミニウム又はアルミニウム合金
溶湯による侵食に耐え、耐熱性に優れたグラファイト,
セラミックス等で作られている。回転軸10は、軸方向
に延びる貫通孔11が全長にわたって穿設されている。
回転軸10の下端部には、被覆体20を挟み込み、イン
ペラー30の雌ネジ部31に螺合する雄ネジ部13がイ
ンペラー30の回転方向と逆ネジに刻設されている。 【0007】被覆体20は、上方から回転軸10が嵌め
込まれる凹部が内周面に形成された装着用筒部22を備
えている。装着用筒部22の内部には、図3に示すよう
に回転軸10の下端面が当接する段差部23が形成され
ている。段差部23の下方には、小径部24を介して、
下広がりのテーパ状孔部25が形成されている。装着用
筒部22の外側では、カバー部26が半径方向外向きに
広がっている。カバー部26は、図4に示すようにイン
ペラー30よりも若干大きな外径をもっている。図3
(a)の例では、カバー部26の周縁が若干下向きに偏
向した垂直部27になっている。垂直部27の長さは、
下端面28がインペラー30の上面と同じ高さ又はイン
ペラー30の上面よりも高く位置する範囲で適宜設定さ
れる。カバー部26は、図3(b)に示すように装着用
筒部22から水平方向に延びたフラット形状であっても
良い。 【0008】インペラー30は、回転軸10の雄ネジ部
13がねじ込まれる雌ネジ部31を内周面に刻設した筒
状部32を備えている。筒状部32の外周角部は、被覆
体20に形成したテーパ状孔部25の傾斜面に対応する
角度を付けた面取り部33になっている。筒状部32の
中心には、回転軸10の貫通孔11に一致するガス噴出
孔34が形成されている。ガス噴出孔34は、図4に示
すようにインペラー30を貫通し、インペラー30の底
面に開口している。インペラー30の外周面には、複数
の羽根部35が円周方向に等間隔で放射状に形成されて
いる。個々の羽根部35は、インペラー30の上面又は
底面に対して角度α(図2)で傾斜している。羽根部3
5の傾斜角αは、溶湯に与える推力を大きくする上では
狭い傾斜角ほど好ましいが、狭すぎる角度ではインペラ
ー30の回転に大きな駆動力を必要とするばかりでな
く、乱流が発生しやすくなる。実際の操業条件を前提に
すると、30〜60度の範囲で傾斜角αを設定すること
が好ましい。 【0009】回転軸10にインペラー30を固着するに
際し、先ず被覆体20を挟み込み、インペラー30の雌
ネジ部31に螺合する。雄ネジ部13のねじ込みに伴っ
て被覆体20のテーパ状孔部25のテーパ面が筒状部3
2の面取り部33に押し付けられるので、インペラー3
0は隙間なく被覆体20に密着する。また、雄ネジ部1
3は、インペラー30の回転方向と逆ネジに刻設されて
いるため、運転中にネジが緩むことなく強固に被覆体2
0を圧着できる。組み立てられた気泡分散装置は、図4
に示すようにインペラー30の上面36よりも高い位置
に、或いは少なくとも上面36と同じ高さ位置に垂直部
27の下端面28が位置する。そのため、被覆体20/
インペラー30間の間隙Gが狭くならず、気泡分散装置
を溶湯Mに浸漬したとき、図5に示すように間隙Gは周
囲の溶湯Mに開放されている。 【0010】開放された間隙Gは、溶湯循環流5を効果
的に安定化させる。すなわち、気泡分散装置を溶湯Mに
浸漬してインペラー30を回転させるとき、羽根部35
によって推力が付与された溶湯Mはインペラー30の下
部からから送り出される。ここで、間隙Gが周囲の溶湯
Mに開放されているので、溶湯Mの送出し量に対応した
量の溶湯Mが間隙Gから被覆体20/インペラー30間
に流入する。その結果、溶湯容器6の内部に安定した溶
湯循環流5が発生する。この溶湯循環流5にインペラー
30の噴出孔34から精製ガスが吹き込まれるので、精
製ガスは微細気泡8として溶湯循環流5にのって溶湯容
器6内の溶湯Mに分散される。 【0011】この点、図1に示すように翼体1の側部及
び上部を被覆体4が覆っていると、翼体1の回転で押し
出された溶湯量に見合った量の溶湯3が翼体1/被覆体
4間に十分に供給されず、回転によって溶湯Mを下方に
移動させる推進力が弱くなり易い。その結果、翼体1/
被覆体4間に流入する溶湯量が不規則に変動し、溶湯循
環流5が不安定になりやすい。このようにして安定化さ
れた溶湯循環流5に精製ガスが吹き込まれるため、精製
ガスの微細気泡が溶湯Mに万遍なく行き渡り、ガス吹込
みによる精製効率が向上する。 【0012】 【実施例】インペラー1の下方まで延びた被覆体4を備
えた気泡分散装置(従来例:図1)及びインペラー30
の上面36より60mm高い位置に被覆体20の下端面
28がある気泡分散装置(本発明例:図4)を用い、被
覆体4又は20の形状が脱ガス効率に及ぼす影響を調査
した。脱ガス処理される溶湯Mとしてアルミニウム合金
溶湯10トンを溶湯保持処理炉に移した。本発明に従っ
た気泡分散装置を溶湯Mに浸漬し、吹込み速度6Nm 3
/時でAr混合ガスを貫通孔11及びガス噴出孔34を
経て溶湯Mに吹き込みながら400rpmでインペラー
30を30分間回転させた。処理後の溶湯Mに含まれて
いるガス含有量X2 を測定し、処理前のガス含有量X1
と比較して脱ガス効率η[=(X1 −X2 )/X1 ×1
00(%)]を求めた。調査結果を表1に示す。なお、
表1では、従来の気泡分散装置(図1)を用いて同じ条
件下で溶湯Mを脱ガス処理した場合を比較例として示
す。 【0013】 【0014】表1にみられるように、本発明に従った気
泡分散装置を用いて溶湯Mを脱ガス処理した場合、何れ
も従来の気泡分散装置を用いた脱ガス処理に比較して格
段に高い脱ガス効率を示した。脱ガス処理時に炉内を観
察すると、従来の気泡分散装置を用いた脱ガス処理で
は、溶湯Mに吹き込まれたArガスが気泡分散装置近傍
の溶湯表面に大きな気泡となってぼこぼこと排出される
様子が観察された。大きな気泡の湧出は、溶湯Mの内部
で安定的な気泡分散が阻害されていることを意味する。
他方、本発明に従った気泡分散装置を用いた脱ガス処理
では、溶湯表面に達する気泡が安定的に微細化されてお
り、溶湯表面でぱちぱちはじける様子が観察された。こ
の溶湯表面における気泡の湧出形態からしても、吹き込
まれたArガスが脱ガス反応に有効に寄与していること
が判る。 【0015】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明の気泡分
散装置は、インペラーの上部に設ける被覆体がインペラ
ーの周囲に閉鎖空間を形成しないように、インペラーの
上面と同じ高さ又は上面よりも高い位置に被覆体の底面
を設定している。これにより、周囲の溶湯が被覆体/イ
ンペラー間に流入する抵抗が少なくなり、インペラーで
推力が与えられた押し出される溶湯量に見合った量の溶
湯が被覆体/インペラー間に容易に流入し、下方に向か
った強い流動力が溶湯に与えられるので、溶湯容器内に
生じる溶湯循環流が安定化する。安定した溶湯循環流に
精製ガスが吹き込まれるため、精製ガスが微細気泡とし
て溶湯容器内の溶湯に万遍なく行き渡り、ガス吹込みに
よる精製効率が向上する。
【図面の簡単な説明】 【図1】 従来の被覆体を備えた気泡分散装置 【図2】 本発明に従った気泡分散装置の分解斜視図 【図3】 垂直部をもつ被覆体(a)及びカバー部がフ
ラットな被覆体(b)の断面図 【図4】 回転軸に被覆体及びインペラーを装着した気
泡分散装置の要部断面図 【図5】 本発明に従った気泡分散装置を使用して溶湯
を脱ガス処理している状態の説明図 【符号の説明】 5:溶湯循環流 6:溶湯容器 8:微細気泡 10:回転軸 11:貫通孔 13:雄ネジ部 20:被覆体 22:装着用筒部 23:段差部
24:小径部 25:テーパ状孔部 26:カバ
ー部 27:垂直部 28:垂直部の下端面 インペラー30: 31:雌ネジ部 32:筒状部
34:噴出孔 35:羽根部 36:上面 α:羽根部の傾斜角 G:被覆体/インペラーの間
隙 M:溶湯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 昇 静岡県庵原郡蒲原町蒲原161番地 日本 軽金属株式会社蒲原工場内 (72)発明者 佐野 剛 静岡県庵原郡蒲原町蒲原161番地 日本 軽金属株式会社蒲原工場内 (72)発明者 橋本 義介 静岡県庵原郡蒲原町蒲原161番地 日本 軽金属株式会社蒲原工場内 (56)参考文献 特開 平7−332871(JP,A) 特開 平11−12662(JP,A) 実開 昭58−4647(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22B 1/00 - 61/00 B01F 3/04 B01F 7/16 C21C 7/072

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 精製ガスを供給する貫通孔が軸方向に延
    びる回転軸と、回転軸の下端に螺合され、半径方向外向
    きに広がったカバー部をもつ被覆体と、回転軸の下端に
    螺合され、回転軸の貫通孔に一致するガス噴出孔が軸方
    向に貫通して形成され、回転軸先端方向に溶湯を押出す
    ように傾斜した複数の羽根部が円周方向に等間隔で周面
    に形成されたインペラーとを備え、該インペラーと上記
    被覆体とは、被覆体下面とインペラー上面との間に隙間
    を有するとともに、被覆体のカバー部先端下面がインペ
    ラーの上面と同じ高さ又はインペラーの上面よりも高い
    位置になるように配置されている溶湯への気泡分散装
    置。
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