JP4248798B2 - インライン脱ガス装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金やマグネシウム合金など非鉄溶融金属の連続脱ガス処理に用いられるインライン脱ガス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金やマグネシウム合金などの非鉄軽金属は、その溶解工程において酸化物等の非金属が介在したり、水素ガスが混入することが多い。したがって、その非鉄金属溶湯から非金属介在物を分離除去しないと加工及び成形後の良好な品質が確保できない。また水素ガスを主体とする固溶ガスを含む溶湯を鋳型に注入すると、凝固後にピンホールと称する小穴状の巣が発生して製品の緻密性を害すると同時にガスに付着した介在物の存在により加工成型後に種々の欠陥があらわれる。
【０００３】
そこでアルミニウム合金やマグネシウム合金等の非鉄軽金属の鋳造においては、鋳込み前に脱ガス処理等の処理を行って溶湯品質を高める。この脱ガス処理は、溶融金属中にアルゴンや窒素等の不活性ガスを非常に多くの微細な気泡にして吹き込み、溶湯中の固溶ガスや懸濁非金属を不活性ガスの気泡に取り込んで浮上させ除去する。
【０００４】
ところで、古くは脱ガス処理装置として、図４に示すような装置が連続鋳造に用いられていた。この脱ガス処理装置は、溶湯処理工程において保持炉と鋳造機の間に介在させ、溶融金属９を入口部２から装置内に連続的に取り込み脱ガス処理を行う。脱ガス処理槽１は、その上部開口を蓋３によって覆われ、下流側の位置にはドロスと呼ばれる酸化物等の浮遊物が流入するのを防止するよう、溶融金属９の流れに対して交叉する方向に向けられた仕切板４が設けられている。仕切板４は、その下端に脱ガス処理槽１の槽床との間に所定の隙間からなる流路ができるように形成され、これによって溶融金属９が仕切板４よりも上流側の処理室８により長時間滞留し、より長い脱ガス反応時間を確保することができるようになっている。脱ガス処理槽１内の溶融金属９には、蓋３に穿設された開口から挿入される回転式ガス放出装置５が浸漬される。ガス放出装置５は、溶融金属中に浸漬された部分を回転させながら、その下端から微細気泡状の不活性ガスを分散放出する。
【０００５】
ガス放出装置５から不活性ガスが放出されると、溶融金属９の温度が低下するため必要な鋳造温度を得られなくなることが多く、最悪の場合は固化の恐れがある。このため、脱ガス処理槽１にはバーナ６が設けられ、蓋３に穿設された開口から火炎を放射することによって溶融金属温度を一定に保持する。
また、脱ガス処理中でないときは、槽内に残存した溶融金属の固化が始まるので次に処理される溶融金属が脱ガス処理槽１内に流れ込んだときに前の処理溶融金属と馴じみ難くなるため、さらに脱ガス処理槽１内のメンテナンスの際にも槽内に残存した金属を排出するため、バーナ６を操業する必要が生じてくる。
【０００６】
ところが、前逑したバーナ６は、溶融金属９を湯面から加熱するため、脱ガス処理槽１の下部に存在する溶融金属まで熱が到着し難しい。またバーナ６の火炎により溶融金属の酸化が進行し、ドロスが多量に発生するという欠点があった。
【０００７】
このような不都合を回避するため、例えば特表平９−５０９２１８号公報（以下「引例」を称す）に開示されているような投げ込み式のヒータが利用されるようになった。この投げ込み式ヒータは、脱ガス処理槽の蓋に穿設された開口から槽内に挿入され、その下部の加熱部を溶融金属中に浸漬させる。すなわち、図４のバーナ６の代わりに、長寸の円筒形ヒータが脱ガス処理槽の側壁に沿って縦方向に配置されると考えればよい。引例の投げ込み式ヒータは、前逑のバーナ加熱方式に比べて、溶融金属をより下方から加熱するため熱の対流を生じ易く、溶融金属の昇温が速いという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、引例の投げ込み式のヒータは、バーナ加熱方式に対してドロスの発生は少ないものの、少なからず発生したドロスは、ヒータの湯面近傍の部分に主として付着し、ヒータが挿通されている蓋の開口から引き抜けなくなるという問題があった。
この場合には、ヒータに付着したドロスは、蓋ごとヒータを上昇させた後で、掻き取るなどして剥離されるが、この際にドロスの剥離によって空気に晒されるヒータの湯面境界部分の急激な温度低下により、比較的高価なセラミック製の外装保護管が破損することが多い。さらに、ドロスノの剥離にかかる労力が大きいことが欠点となっている。
【０００９】
また、回転式ガス放出装置の影響で発生する溶融金属の渦流によりヒータ保護管表面に大きな圧力が加わり、ヒータ保護管と供にヒータ自体が損傷しやすい。
【００１０】
さらに、引例の脱ガス処理装置では、投げ込み式ヒータが炉側壁部に極めて近接して縦方向に配置されることになる。これは脱ガス処理装置のほぼ中央部に回転式のガス放出装置が設けられる関係上、必然的にそうならざるを得ない。このため、装置全体を考えた場合、どうしてもヒータ保護管には溶融金属の渦流による大きな応力がかかりやすく高価なヒータ保護管の寿命が短くなってしまう。装置内で多少とも温度むらがあることは温度管理としては不具合が生じていた。また、加熱自体の熱効率にも影響してくる。
【００１１】
本発明は、前記状況に鑑みて従来の諸問題を解決するための新しい方式の優れた脱ガス処理装置を提案することを目的としたものであり、ヒータを脱ガス処理槽内の溶融金属中にそのほぼ全体が浸漬するように配置させることにより、ヒータ自体へのドロス付着を防止した。
また、ヒータの取付け位置を下方に工夫することにより、脱ガス処理槽の温度むらを解消し熱効率を向上させた。
さらに、脱ガス処理槽の内壁面に複数のバッフルプレートを設けることでヒーター保護管に渦流からかかる応力負荷を少なくしヒータの寿命延長と、渦流を少なくすることで脱ガス効果を高めた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、非鉄溶融金属を槽の一端付近に設けた入口より連続的に受け入れて貯留し連続的に脱ガス処理後に他端付近に設けた出口より下流の鋳造設備側に連続的に排出するインライン式脱ガス処理槽と、該脱ガス処理槽に貯留された溶融金属中に気泡状の不活性ガス等を放出して固溶ガス又は非金属介在物を連続的に除去する回転式ガス放出手段とを備えたインライン脱ガス装置において、前記脱ガス処理槽の下部側壁から槽床に対してほぼ平行に延び溶融金属中に浸漬支持される加熱ヒータを取り付けた。
【００１３】
これにより、ヒータ全体が空気（特に酸素）と触れるおそれがなく、ドロスの付着は殆んど皆無となる。また、ヒータ全体が処理層内の溶融金属中に浸漬されるので、溶融金属中におけるヒータの発生熱の対流がよく、熱効率が高い。さらにヒータがほぼ水平配置されているため、ヒータ表面が受ける溶融金属からの圧力が均一化され、熱負荷も均一化される。このようにヒータへの負荷を小さくすることができ、ヒータの寿命を延ばすことが可能である。
【００１４】
また、脱ガス処理装置における脱ガス槽の側壁内周面に沿って縦方向に延びる複数個のバッフルプレートを設けた。
【００１５】
これにより、回転式ガス放出手段のガス噴出で発生する強力な溶融金属の渦流が緩和され、溶湯の流れによる浸漬ヒータへ掛る応力が小さくなる。その結果、ヒータの損傷が減少し、ヒータ寿命にも大きな影響を及ぼす。特に前記したようなヒータの水平配置によるヒータ表面への圧力負荷の均一化と、バッフルプレートによる溶融金属の渦流防止効果があいまって、ヒータの寿命は従来の投げ込み式ヒータに比べて大巾に延びる。
【００１６】
さらにインライン脱ガス装置のヒータを、前記脱ガス槽の内面から離隔した状態でその側壁に片持ち支持させ、先端を回転式ガス放出手段の下方まで延設させた。
【００１７】
これにより、前記ヒータがその脱ガス処理槽による支持部分を除き、脱ガス処理槽の内面から所定距離以上離隔することになり、ヒータの加熱によるヒータ自体の熱膨張で、該ヒータが脱ガス処理槽の内面に接触して破損するおそれがない。また、前記ヒータを脱ガス処理槽の側壁に片持ち支持させることにより、脱ガス処理槽によるヒータの支持箇所を少なくでき、脱ガス処理槽内の溶融金属の流出を阻止するための手段を講じる手間が軽減できる。さらに、ヒータの片持ち支持により、その非支持部分が自由になり、ヒータ自体の熱膨張等によるヒータ自体への応力を回壁できる。
【００１８】
さらにまた、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインライン脱ガス処理装置の脱ガス処理槽において、ヒータを取り付け支持した側壁に対向する他方の側壁部を拡張させた。
【００１９】
このように構成することにより、ヒータの脱ガス処理槽内面への接触を回避しつつ、比較的小容量の脱ガス処理槽を製作することが可能となる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るインライン脱ガス装置のほぼ全体部分の構成を示す縦方向側断面、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図で装置を横方向に断面したものである。
【００２１】
これらの図において、インライン式脱ガス装置１１は、溶融金属を受け入れる入口１２と処理後の溶融金属を次工程へ排出する出口１３を持つ脱ガス処理槽１４を備えている。該脱ガス処理槽１４は、その上側開口を蓋１５によって覆われ、この蓋１５の下方に設けられた仕切板１６によって、その上流側に処理室と称する部屋１７を形成している。脱ガス処理槽１４内には、蓋１５の開口から挿入されモータ１８の駆動により回転するガス放出手段１９が取付けられ、その先端部は溶融金属２０内に浸漬されている。また脱ガス処理槽１４内にはその下部側壁から槽床に対してほぼ平行に溶融金属加熱用のヒータが浸漬取付けされている。さらに、脱ガス処理槽１４の側壁内面には、縦方向に沿って延びるバッフルプレート２２を複数個設けてある。なお、２３はヒータ２１取り付けに対応した拡張部である。
【００２２】
前記構成の実施例において、ヒータ２１は電熱式のものが主として用いられ、一般的にはφ９０ｍｍ前後の棒状のものが複数本設けられる。これらのヒータ２１は脱ガス処理槽１４の槽床から所定寸法離隔して槽床にほぼ平行に取り付けられる。ヒータ２１の設置高さは、できるだけ槽床に近い方が加熱効率上好ましいが、様々な要因による槽床との接触を回避すべく、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度離隔させることが多い。なお、本発明においては、複数のヒータ２１の設置高さを段違いにさせてもよい。加熱容量さえ確保できれば１本のヒータでもよいが複数のヒータをある程度の間隔をもって取付ける方が溶融金属を一層均一に加熱できる。また、ヒータ２１は脱ガス処理槽１４の一方の側壁に片持ち支持されており、その自由端が、対向する側の脱ガス処理槽１４の側壁から、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度離隔するよう構成されている。各ヒータは電熱エレメントをファインセラミック等の耐火材保護管で覆っている。保護管は熱伝導性が高く、電気絶縁性を有し、溶融金属に腐食されないものがよい。
【００２３】
また、本実施例においては、ヒータ２１を脱ガス処理槽１４の下部に片持ち支持させているが、その高さの自由端側の側壁に拡張部２３を設け、この部分の脱ガス処理槽の容積を大きくしてある。このように構成することにより、前逑したようなヒータの脱ガス処理槽の内面への接触を回避しながら、比較的小容量の脱ガス処理槽を製作することが可能である。
【００２４】
さらに本実施例においては、回転式ガス放出手段９による溶融金属の渦流発生を緩和するために、脱ガス処理槽１４の内周壁面に沿って縦方向に延びるバッフルプレートを設けてある。溶融金属の渦流が速いと加熱ヒータ２１に大きな応力が掛り、ヒータが損傷したり、その寿命が短縮する。したがって、バッフルプレート２２の設置はヒータ２１の保護に大きな効果を発揮する。
また、バッフルプレート２２の効果はヒータ２１の保護だけにとどまる訳ではない。例えばアルミニウム合金等の溶融金属中に存在する介在物は、一般的に溶融金属の比重に近いため分離し難しい。よって溶湯の渦流が強いと介在物が溶融金属の流れに巻き込まれたままなかなか浮上してこない。ところが、バッフルプレート２２が存在すると、脱ガス処理槽２４内に部分的な乱流が発生し、介在物も浮上し易くなり、溶融金属からの分離が短時間で行われる。
バッフルプレート２２は複数個設けることにより効果が一層増大する。また設ける位置はヒータ２１より上部が望ましいが、ヒータ取付けが支障をきたさない範囲であればその長さは限定しない。
【００２５】
以上で本発明の実施例につき、構成およびその特徴につき説明したが、ここで若干その操業方法について触れる。
前工程で溶解炉から送られてきた溶融金属は入口１２を経て連続的に脱ガス処理槽１４内に貯留される。例えばアルミニウム合金においては受入れ時の溶融金属温度は一般に６８０〜７３０℃である。そして脱ガス処理を終えるまで脱ガス処理槽１４内でもその温度に維持される。
一方、脱ガス処理槽１４内では、モータ１８により回転するガス放出手段１９から不活性ガスが絶えず溶融金属２０中に吹込まれている。ガス放出手段１９はモータ１８により毎分５００〜１０００回転の高速で駆動され、微細な不活性ガスの気泡を溶融金属２０内にまき散らす。これらの多数の気泡は溶融金属中の固溶ガスや懸濁非金属を取り込んで浮上し、脱ガス処理が完成する。
脱ガス処理装置１１の操業時において、バッフルプレート２２の存在はガス放出手段１９により発生する溶融金属の渦流と逆らうような作用をもたらし、脱ガス処理槽１４内の各部に乱流を形成させ気液反応を高める。そして処理室１７で脱ガス処理を終えた溶融金属は仕切板１６の下部から出口１３の方へ流れ、次工程へ送られる。
【００２６】
【効果】
本発明に係るインライン脱ガス装置によれば、ヒータが脱ガス処理槽内下部の溶融金属中に浸漬支持されているので、ヒータ自体へのドロスの付着を防止することができ、ヒータの損傷が大幅に少なくなった。しかも、ヒータの取付け位置の工夫でヒータ表面に加わる溶融金属からの圧力が均一になるとともに、脱ガス処理槽全体の温度の不均一が解消し、熱効率が向上した。さらに脱ガス処理槽の内周壁に複数個のバッフルプレートを縦方向に設けることにより溶融金属の渦流発生を緩和し、ヒータへ掛る圧力を減少させてヒータ保護管及びヒータの寿命延長を図るとともに、溶融金属中に乱流を生じせしめて短時間で固溶ガスや介在物の分離を行い、脱ガス処理効果を高めることができるようになった。
特に、前逑したヒータ取付け位置の工夫と、バッフルプレート設置との相乗効果により長寿命で効率のよい画期的な脱ガス処理装置の提案が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインライン脱ガス装置の全体部分の槽成を示す縦方向側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図で装置を横方向に断面したものである
【図４】従来のインライン脱ガス装置の側断面図である。
【符号の説明】
１２・・・入口 １３・・・出口 １４・・・脱ガス処理槽
１５・・・蓋 １６・・・仕切板 １８・・・モータ
１９・・・回転式ガス放出手段 ２１・・・ヒータ
２２・・・バッフルプレート ２３・・・拡張部

Claims (3)

1. 非鉄溶融金属を槽の一端付近に設けた入口より連続的に受け入れて貯留し連続的に脱ガス処理後に他端付近に設けた出口より下流の鋳造設備側に連続的に排出するインライン式脱ガス処理槽と、該脱ガス処理槽に貯留された溶融金属中に気泡状の不活性ガス等を放出して固溶ガス又は非金属介在物を連続的に除去する回転式ガス放出手段とを備えたインライン脱ガス装置において、前記脱ガス処理槽の下部側壁から槽床に対してほぼ平行に延び溶融金属中に浸漬支持されると共に前記脱ガス処理槽の底面から離隔された状態で側壁に片持ち支持され、先端が回転式ガス放出手段の下方まで延設される加熱ヒータを備え、かつ前記脱ガス処理槽の側壁内周面に沿って縦方向に延びる複数個のバッフルプレートを設けたことを特徴とするインライン脱ガス装置。
2. 前記脱ガス処理槽は、一方の側壁に支持された前記ヒータの支持高さに対応する槽容積を大きくとるべく、対向する他方の側壁の対応する高さ位置部分を拡張したことを特徴とする請求項１に記載のインライン脱ガス装置。
3. 前記バッフルプレートは下端が加熱ヒータの上方位置において終端することを特徴とする請求項１若しくは２に記載のインライン脱ガス装置。

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