JP4594090B2 - 溶融金属内に処理用ガスを注入する装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理槽の中に入れられた溶融金属内に処理用ガスを注入する装置に関するものであり、また、冶金用であって、このような処理用ガスの注入装置を少なくとも一つ含んでいる処理槽に関するものでもある。

冶金製品として鋳造する前に、溶融金属の流れを処理することは知られているが、溶融金属は、特にアルミニウム、アルミ合金、マグネシウムもしくはマグネシウム合金で構成されることが考えられる。一般的に、溶融金属の処理をする目的は、特に水素である溶け込んだガスの他に、アルカリ金属のような溶け込んだ不純物、さらに固体もしくは液体の不純物を除去することにあるのだが、これらは、鋳造品の品質を損なうおそれのあるものである。

伝統的な仕方では、この処理過程は、処理槽の中に入れられた溶融金属の内部に処理用ガスを注入することによって行われる。処理用ガスは、例えばアルゴンのような、溶融金属に不溶性の不活性ガス、塩素のような反応性ガス、もしくはさらに、それらを混合したもので構成されることが考えられる。

不溶性の不活性ガスは、溶け込んだガスを希釈効果によって吸収することで、これを除去する。反応性ガスは、溶け込んだ特定の不純物と反応することで、液体もしくは固体の不純物を生成するのであるが、そのような不純物は、溶融金属中に既に存在していた不純物と同様に、濾過作業によって除去することができる。

米国特許第５，８４６，４７９号明細書に記載されている処理槽は、溶融金属の流れをライン処理するものであり、該処理槽は、その内壁に固定された複数のノズルを有している。各ノズルの一部分は処理槽の外部に位置しており、ノズルの他の一部分は、処理槽の内部に収納されている先端の噴出口を有している。しかしながら、この先端の噴出口の直径は極めて微細であり、溶融金属や金属酸化物で塞がれやすいものである。
米国特許第５，８４６，４７９号明細書

この噴出口の清掃は、設備を停止させて処理槽を開けた後で、処理槽の内部から行うことができる。しかし、この清掃は労力を要する作業であり、延いては時間の浪費や処理方法における中断となる。

本発明の目的は、設備の稼働中においても、各ノズルの噴出口の詰まりを通すことのできる装置を提供することである。

このために、本発明は、処理槽の中に入れられた溶融金属内に処理用ガスを注入する装置に関するものであって、前記注入装置は、処理槽の内壁の一つに固定されるようになっていて、先端の噴出口を備えた少なくとも一つの注入ノズルを有するものであり、注入装置の外部から操作可能であって、かつノズルの前記先端の噴出口の詰まりを通すように適合化された、一つの可動手段を含んでいることを特徴とする。

たとえば、処理用ガスとして用いるのが不活性ガスであろうと、反応性ガスであろうと、処理槽の外部から操作可能な可動手段を用いて、ノズルの先端の噴出口を詰まらせている堆積物を穿ち、および／または押し出すことによって、処理作業の質を損なうことなく溶融金属の処理方法を続行することが可能になる。

前記可動手段は、有利には先端の噴出口を突き抜けるように適合化されており、このことによって、先端の噴出口の詰まりを通しやすくすることができるようになっている。

好適な実施態様によると、可動手段は、ノズルの内部をスライドするように取り付けられた一本の心棒を有し、前記心棒は、処理用ガスが通れるようにノズルの先端の噴出口から後退したところに位置している休止位置から、場合によっては先端の噴出口から飛び出すことができるような前進位置へと移動するように適合化されている。

第一の変形実施例によると、心棒は上流部分を有し、該上流部分は、先端の噴出口とは反対のノズルの一端を気密性を保って通り抜けるように適合化されており、また、手動制御機構が取り付けられている。この手動制御機構は、有利には把手を有している。

有利には、この処理用ガスの注入装置は、典型的にはスプリングである伸縮性部材を有しており、該伸縮性部材によって、心棒を休止位置に維持することができるようになっている。

第二の変形実施例によると、自動化された制御機構が心棒に取り付けられている。この制御機構は、例えば、圧縮空気式、電気式または電気機械式部材のような、心棒のスライドに作用する操作用部材を用いて製作することが考えられる。これらの自動化された機構を制御するのは、作業員であっても、もしくはプログラミング可能なシステムであってもよい。したがって、複数の注入装置を用意している場合には、一つまたは複数の操作用部材を連結させることによって、異なる複数の心棒をスライドさせるのが有利である。

ノズルは、好適には少なくとも一つの心棒の案内手段を含んでいる。この心棒の案内手段は、中央に一つの孔と、周辺に複数の孔とを有したリングによって構成されることが考えられる。心棒は、したがって、リングの中央の孔を通ってスライドし、注入されたガスは、周囲の複数の孔を介して通り抜ける。

有利には、心棒の断面の直径は、ノズルの先端の噴出口に向かって小さくなっていく。

本発明はまた、（「ライン処理槽」と呼ばれる）溶融金属の流れを処理する槽のような、溶融金属の処理槽に関するものでもあり、該処理槽は、本発明によるガス注入装置を少なくとも一つ含んでいることを特徴とする。このような処理槽が複数の注入装置を有している場合には、自動化された制御機構を用いて、それらの注入装置を時間をずらして作動させるのが有利である。この自動化された制御機構は、例えば、カムシャフトを用いて製作することが考えられ、それらのカムは角度をずらして固定されている。

本発明はまた、以上に規定された溶融金属の処理槽の使用法に関するものでもある。溶融金属は、アルミニウムでも、アルミ合金でも、マグネシウムでも、もしくはマグネシウム合金でもよい。

本発明は、以下の詳細な説明および添付図面によって、よりよく理解されるものである。

図１は、本発明による複数の注入装置を有した、処理槽の縦断面図である。

図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った、処理槽の部分断面図である。

本発明の、ある有利な実施態様による処理槽１が、図１に示されている。処理槽１は側内壁２および底部３を含んでおり、これらによって処理区画４が画定され、さらに蓋５、溶融金属の搬入手段６および搬出手段７、ならびに本発明による複数の処理用ガスの注入装置８とを含んでいる。

注入装置８は、典型的には処理槽１の側内壁２に固定され、該側内壁は、層９〜１１を接合したものによって構成されており、外部層９は金属製で（一般的には「ケーソン」と呼ばれる）、他の層１０および１１は耐熱材料でできている。層１０は、積み重ねられた複数の層で形成してもよく、一般的に処理槽を断熱する機能をもつ。層１１は、より詳細には、溶融金属に耐えるように適合化されている。

図２は、複数の注入装置８のうちの一つの、ある有利な実施態様をより詳細に示している。

この実施態様においては、注入装置８は一本の金属製の心棒１４を含んでおり、該心棒は、ほぼ管状の収納部の中をスライドすることができるようになっており、該収納部は、また、処理槽１の処理区画４の内部に処理用ガスを導入するためにも用いられる。

より詳細には、注入装置８は、一方では、処理槽１の外部に位置する上流部分１５に分解され、他方では、ノズル１８を含んだ下流部分１７に分解される。この上流部分１５は中空の連結部材１６の中にその一端が固定され、該中空の連結部材は処理用ガスのタンク（図示せず）と自由に連通するようになっており、該ノズルは連結部材１６の中に固定されている。ノズル１８は、処理槽１の処理区画４の内部に位置する先端の噴出口１９を有している。

心棒１４は、処理槽１および注入装置８の外部に位置し、かつ把手２０が取り付けられた第一端、および処理槽１の中に収納された第二端を有している。その第一端の近傍で心棒１４と一体化した環状肩状部２１を除くと、心棒１４の直径は、典型的には、その第二端に向かって小さくなっていく。スプリング２２は、心棒１４の第二端から導入され、つづいて該心棒の周囲に設置されるものであり、その直径は、肩状部２１の直径よりも僅かに小さい。

上流部分１５は、ほぼ管状の胴２４で構成されており、該胴は、上流端、中央管、ならびに下流端を有している。上流端のところでは、中央管の直径は、心棒１４の盛り上がった部分２１の直径にほぼ等しい。第一の気密性継手２５は胴２４の中に固定されており、心棒１４を中央管に導入する際に、肩状部２１と協働するようになっている。下流端のところでは、中央管は、内部肩状部２６を有しており、その直径は心棒１４の直径とほぼ等しい。第二の気密性継手２７は、この肩状部２６の中に固定されている。気密性手段２５、２７は、処理用ガスが反応性のものである場合には、特に有利である。

心棒１４を導入した後、スプリング２２は何の応力も加えられておらず、肩状部２１および内部肩状部２６とに対して接触した状態になっている。ナット２８は中央に孔を有しており、その直径は心棒１４の直径とほぼ等しく、したがって、肩状部２１の直径よりは小さいのだが、該ナットを胴２４の上流端の周りに締めることによって、心棒１４が不意に抜けてしまわないようにする。

連結部材１６は、その中に心棒１４をスライドさせることができるようになっている中央管、および、処理用ガスのタンクから引いた導管２９を挿入することができるようになっている、環状の刳り抜きとを備えている。

図に示した実施形態において、下流部分１７のノズル１８は、より詳細には、金属管３０で構成されており、該金属管は、一方では、連結部材１６の下流端の中に固定された第一端を有し、他方では、ほぼ管状の金属製の胴３１を締めつけている第二端を有している。

胴３１は、斜めにカットされた一端を有しており、該一端は、斜めにカットされた外部肩状部３３の形で製作された、耐熱材料製のノズル先端部３４の上流端に接触するような位置に来ている。他方で、該ノズル先端部は下流端を有しており、該下流端の末端が先端の噴出口１９になっている。このノズル先端部３４は、ナット３５を用いて安定化されており、該ナットは、胴３１の中で締められていて、かつ中央に一つの孔を有し、その直径は前記ノズル先端部３４の直径にほぼ等しい。ノズル１８の第二端は、最後に耐熱材料製の胴３７の中に挿入される。該胴は、円錐形の刳り抜きを有し、かつ処理槽１の側内壁２の層１１の中に固定されている。休止時において、心棒１４の第二端は、ノズル先端部３４の先端の噴出口１９から後退したところに位置している。

注入装置８は、支持体を用いて固定された状態に維持されており、該支持体は二本の金属製の棒３８、３９で構成されていて、両棒はそれぞれ、処理槽１の側内壁２の金属層９の溝に連結された一端を有している。中央に一つの穿孔と、周辺に二つの穿孔とを有したプレート４０は、二本の棒３８、３９に沿って滑らされ、つづいて固定される。注入装置８は、まずプレート４０の中央の穿孔を介して滑らされ、つづいて、適切な位置に来たところで固定される。

使用する処理用ガスは、アルゴンのような不溶性の不活性ガスでも、塩素のような反応性ガスでも、もしくはさらにそれらを混合したものでもよい。

運転中は、この処理用ガスを連結部材１６の中に導入し、注入装置８の下流部分１７を通り抜けるようにする。該処理用ガスは、最後には、ノズル先端部３４の先端の噴出口１９から、溶融金属を入れた処理区画４の中へと噴出される。

操作者が、ノズル先端部３４の先端の噴出口１９に詰まり始めた不純物を取り除きたいと思う場合には、操作者は、把手２０を掴んで心棒１４をスライドさせる。平行移動の効果の下、このように心棒１４の第二端が先端の噴出口１９を突き抜けるようにすることで、潜在的な残留堆積物を穿ち、および／または押し出す。操作者が把手２０を放すと、スプリング２２は肩状部２１と内部肩状部２６との間で緩むため、心棒１４は休止位置に戻る。

留意すべき点は、心棒１４を、把手２０を用いて手動で制御する代わりに、自動化された制御機構（圧縮空気式、電気機械式またはその他の手段による）で作動してもよく、これにより作業員の介入が回避されるということである。その場合の利点は、この自動化された制御機構を調整して、複数の異なる注入装置８を時間をずらして作動することができるということにある。

溶融金属４１は、典型的には以下のような手順から成る方法によって処理することができる。
・本発明による注入装置８を少なくとも一つ備えた、処理槽１を設置し、
・溶融金属４１を循環させることで、前記溶融金属が処理槽の内部で所定の流束を形成するようにし、
・一つまたは複数の注入装置８を用いて処理用ガスを注入し、
・場合によっては、ノズル１８の先端の噴出口１９の詰まりを除去するために手段１４を作動させること。

ライン処理槽の設置作業は、典型的には、この処理槽を、少なくとも一本の溶融金属の供給樋１２、および少なくとも一本の溶融金属の排出樋１３に連結することから成る。

本発明は個別の実施例との関連で説明されたが、当然ながらこれらの実施例に限定されるものでは全くなく、本発明の範囲内に含まれる、以上に説明した手段の技術的に均等なもの、およびそれらを組み合わせたものすべてを含むものである。

符号の一覧表
１ 処理槽
２ 処理槽の側内壁
３ 処理槽の底部
４ 処理区画
５ 蓋
６ 溶融金属搬入手段
７ 溶融金属搬出手段
８ 注入装置
９ 外部層
１０ 耐熱層
１１ 耐熱層
１２ 供給樋
１３ 排出樋
１４ 心棒
１５ 注入装置の上流部分
１６ 連結部材
１７ 注入装置の下流部分
１８ ノズル
１９ 先端の噴出口
２０ 手動制御機構
２１ 肩状部
２２ 伸縮性部材
２４ 管状の胴
２５ 気密性継手
２６ 内部肩状部
２７ 気密性継手
２８ ナット
２９ 導管
３０ 金属管
３１ 金属製の胴
３３ 外部肩状部
３４ ノズル先端部
３５ ナット
３７ 耐熱金属製の胴
３８ 金属製の棒
３９ 金属製の棒
４０ プレート
４１ 溶融金属

本発明による複数の注入装置を有した処理槽の縦断面図 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った処理槽の部分断面図

符号の説明

１ 処理槽
８ 注入装置
１４ 心棒
１８ ノズル
１９ 先端の噴出口

Claims (12)

1. 処理槽（１）の中に入れられた溶融金属内に処理用ガスを注入する注入装置（８）であって、
   前記注入装置が、処理槽の内壁（２）の一つに固定されるようになっていて、先端の噴出口（１９）を備えた少なくとも一つの注入ノズル（１８）を有するものであり、注入装置の外部から操作可能であって、かつノズルの前記先端の噴出口の詰まりを通すように適合化された、一つの可動手段を含み、
   該可動手段が、注入ノズル（１８）の内部をスライドするように取り付けられた、一本の心棒（１４）を有しており、
   前記心棒（１４）が、処理用ガスが通れるように先端の噴出口（１９）から後退したところに位置している休止位置から、前進位置へと移動するように適合化されていると共に、
   上流部分を有し、該上流部分が、先端の噴出口（１９）とは反対にある注入ノズル（１８）の一端を気密性を保って通り抜けるように適合化されていることを特徴とする、注入装置。
2. 前記可動手段が、先端の噴出口（１９）を突き抜けるように適合化されていることを特徴とする、請求項１に記載の注入装置。
3. 前進位置においては、前記心棒（１４）が先端の噴出口（１９）から飛び出すことを特徴とする、請求項１に記載の注入装置。
4. 手動制御機構が取り付けられ、
   該手動制御機構が、把手（２０）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の注入装置。
5. 伸縮性部材（２２）を含んでおり、該伸縮性部材によって、前記心棒（１４）を休止位置に維持することができるようになっていることを特徴とする、請求項４に記載の注入装置。
6. 自動化された制御機構が、前記心棒（１４）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の注入装置。
7. 前記注入ノズル（１８）が、前記心棒（１４）の案内手段を含んでいることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の注入装置。
8. 前記案内手段が、中央に一つの孔と、周辺に複数の孔とを有したリングによって構成されることを特徴とする、請求項７に記載の注入装置。
9. 前記心棒（１４）の断面の直径が、注入ノズル（１８）の先端の噴出口（１９）に向かって小さくなっていくことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一つに記載の注入装置。
10. 請求項１から９のいずれか一つに記載の処理用ガスの注入装置を少なくとも一つ含んでいることを特徴とする、溶融金属の処理槽。
11. 溶融金属の流れを処理するために、請求項１から９のいずれか一つに記載の処理用ガスの注入装置、もしくは請求項１０に記載の処理槽を使用する方法。
12. 溶融金属が、アルミニウム、アルミ合金、マグネシウム、もしくはマグネシウム合金であることを特徴とする、請求項１１に記載の使用方法。

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