JP4672067B2 - 金属溶湯用攪拌体 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウムなどの金属溶湯の脱ガス処理をするために用いる金属溶湯用攪拌体に関する。
アルミニウム又はアルミニウム合金などの脱ガス処理は、例えば、アルミニウムなどの金属溶湯中に、アルゴン、窒素などの吹き込みガスを吹き込みながら、金属溶湯用攪拌体により金属溶湯を攪拌させて行うものである。このような処理をすることにより、金属溶湯中に溶け込んでいる水素などの有害ガスや微小介在物などを吹き込みガス中に取り込ませて除去することができるものである。
脱ガス処理の効果を向上させるためには、金属溶湯の攪拌効率を上げ、金属溶湯に吹き込む吹き込みガスを微細にかつ均一の大きさにして溶湯中の隅々まで拡散させる必要がある。
下記特許文献１〜５には、攪拌羽根の底面に放射状溝を設けた金属溶湯用攪拌体が開示され、放射状溝を通過する不活性ガスが攪拌羽根の回転によるせん断作用により細分化されることが記載されている。
下記特許文献６，７には、攪拌羽根の底面に放射状に突起部を設けた金属溶湯用攪拌体が開示され、突起部により気泡を切り刻み微細化することが記載されている。
下記特許文献８には、攪拌羽根の底面に断面三角形状の複数の溝を設けた金属溶湯用攪拌体が開示され、溝により渦流を作り出し、溶湯を攪拌するとともに気泡を細分化することが記載されている。
下記特許文献６，７には、攪拌羽根の底面に放射状に突起部を設けた金属溶湯用攪拌体が開示され、突起部により気泡を切り刻み微細化することが記載されている。
下記特許文献８には、攪拌羽根の底面に断面三角形状の複数の溝を設けた金属溶湯用攪拌体が開示され、溝により渦流を作り出し、溶湯を攪拌するとともに気泡を細分化することが記載されている。
上記したとおり、吹き込みガスの気泡は、金属溶湯中において、微細化及び均一化する必要がある。
上記特許文献１〜５に記載の金属溶湯用攪拌体では、放射状溝を流れる気泡が外周部に達する前に漏れ出し、大径の気泡が溶湯中に分散されてしまうことがあった。
また、上記特許文献６，７に記載の金属溶湯用攪拌体では、突起部で気泡を切り刻むため、気泡が微細化されても大きさは不均一であり、さらに、上記特許文献８に記載の金属溶湯用攪拌体でも、渦流により気泡を微細化することができるが、大きさを均一に調整することは困難であった。
これらは脱ガス性能の低下を招き、結果として、金属製品の気泡残留を招き、不良品を製造することになるものである。
上記特許文献１〜５に記載の金属溶湯用攪拌体では、放射状溝を流れる気泡が外周部に達する前に漏れ出し、大径の気泡が溶湯中に分散されてしまうことがあった。
また、上記特許文献６，７に記載の金属溶湯用攪拌体では、突起部で気泡を切り刻むため、気泡が微細化されても大きさは不均一であり、さらに、上記特許文献８に記載の金属溶湯用攪拌体でも、渦流により気泡を微細化することができるが、大きさを均一に調整することは困難であった。
これらは脱ガス性能の低下を招き、結果として、金属製品の気泡残留を招き、不良品を製造することになるものである。
そこで、本発明の目的は、吹き込みガスの気泡を微細化及び均一化できる金属溶湯用攪拌体を提供することにある。
本発明の金属溶湯用攪拌体は、シャフトの先端に、底面部に吹き込みガスを流す放射状の通路溝部を形成した攪拌羽根を設けた金属溶湯用攪拌体において、攪拌羽根部分の投影底面積に対する前記通路溝部部分の投影底面積の比を０．２０〜０．６０としたことを特徴とする。
前記攪拌羽根の半径に対する前記通路溝部の長さの比を０．５〜０．９とすることが好ましい。
前記通路溝部は、内周側開口端部の幅に対する外周側開口端部の幅の比を０．５〜６．０とし、外周側開口端部の幅に対する深さの比を０．３〜３．０とすることが好ましい。
前記金属溶湯用攪拌体において、攪拌羽根の外周部に適宜間隔で方形状の切り欠き部を設けることができる。
前記攪拌羽根の材質は、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、カーボンセラミックス、カーボンとすることが好ましい。
本発明の金属溶湯用攪拌体は、攪拌羽根の投影面積と通路溝部の投影面積との比を所定の範囲にしたことにより、吹き込みガスの気泡を微細化及び均一化できるものである。
以下、本発明の一実施形態の金属溶湯用攪拌体を説明する。なお、本発明の範囲は、この実施形態に限定されるものではない。
本発明の一実施形態の金属溶湯用攪拌体１は、図１などに示すように、攪拌羽根２とシャフト３とを締結又は接着などにより一体的に固着してある。
攪拌羽根２及びシャフト３は、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、カーボンセラミックス、カーボンなどから形成することができ、より具体的には、窒化珪素粉末を焼結助剤で焼結させた窒化珪素系セラミックスやサイアロン系セラミックス、炭化珪素粉末を焼結助剤で焼結させた炭化珪素焼結体や炭化珪素を７０重量％以上含有する窒化珪素結合炭化珪素焼結体などからなる炭化珪素系セラミックス、カーボン・炭化珪素・炭化ホウ素等を混合して焼結体したカーボンセラミックスなどから形成することができる。
攪拌羽根２及びシャフト３は、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、カーボンセラミックス、カーボンなどから形成することができ、より具体的には、窒化珪素粉末を焼結助剤で焼結させた窒化珪素系セラミックスやサイアロン系セラミックス、炭化珪素粉末を焼結助剤で焼結させた炭化珪素焼結体や炭化珪素を７０重量％以上含有する窒化珪素結合炭化珪素焼結体などからなる炭化珪素系セラミックス、カーボン・炭化珪素・炭化ホウ素等を混合して焼結体したカーボンセラミックスなどから形成することができる。
攪拌羽根２は、図２又は３などに示すように、円盤状に形成してあり、中心に設けた円孔にシャフト３の先端部を固着できるようにしてあり、底面部２ａには、吹き込みガスを貯める円形凹状の貯留部２１や吹き込みガスが通る通路溝部２２が放射状に形成してあり、外周部２ｂには、適宜間隔で切り欠き部２３が形成してある。
攪拌羽根２は、特に限定するものではないが、直径を好ましくは１２０ｍｍ〜３００ｍｍ、特に好ましくは１７０ｍｍ〜２３０ｍｍに形成し、厚みを好ましくは１０ｍｍ〜３５ｍｍ、特に好ましくは２０ｍｍ〜３０ｍｍに形成する。
攪拌羽根２は、特に限定するものではないが、直径を好ましくは１２０ｍｍ〜３００ｍｍ、特に好ましくは１７０ｍｍ〜２３０ｍｍに形成し、厚みを好ましくは１０ｍｍ〜３５ｍｍ、特に好ましくは２０ｍｍ〜３０ｍｍに形成する。
貯留部２１は、図１又は２などに示すように、上面にあたるシャフト３の底面３ａと、攪拌羽根２の内周部２ｃとで囲まれる円形状に窪んだ空間としてあり、シャフト３から噴出された吹き込みガスを貯めることができるように形成してある。
貯留部２１は、特に限定するものではないが、直径を好ましくは４０ｍｍ〜８０ｍｍ、特に好ましくは５０ｍｍ〜７０ｍｍに形成し、深さを好ましくは６ｍｍ〜１５ｍｍ、特に好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍに形成する。
内周部２ｃは、垂直或いは下方に向かい窄まるように傾斜させて形成するのが好ましく、このようにすることにより、貯留部２１から吹き込みガスが逃げ出しにくくなる。
貯留部２１は、特に限定するものではないが、直径を好ましくは４０ｍｍ〜８０ｍｍ、特に好ましくは５０ｍｍ〜７０ｍｍに形成し、深さを好ましくは６ｍｍ〜１５ｍｍ、特に好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍに形成する。
内周部２ｃは、垂直或いは下方に向かい窄まるように傾斜させて形成するのが好ましく、このようにすることにより、貯留部２１から吹き込みガスが逃げ出しにくくなる。
通路溝部２２は、図１〜４などに示すように、攪拌羽根２の底面部２ａに放射状に複数形成してあり、内周側開口端部２２ａを内周部２ｃに形成し、外周側開口端部２２ｂを攪拌羽根２の外周部２ｂに形成して、貯留部２１と外周部２ｂに連なるように形成し、貯留部２１に貯めた吹き込みガスの気泡を攪拌羽根２の外周部２ｂ側に送り出すことができるようにしてある。
通路溝部２２の形状は、特に限定するものではないが、断面方形状、断面円弧状、断面三角形状などに形成することができる。
通路溝部２２の形状は、特に限定するものではないが、断面方形状、断面円弧状、断面三角形状などに形成することができる。
攪拌羽根２部分の投影底面積（図５の斜線部分）に対する通路溝部２２部分の投影底面積（図６の斜線部分）の比は、０．２０〜０．６０、好ましくは０．３０〜０．５０とし、攪拌羽根２の半径に対する通路溝部２２の長さの比は０．５〜０．９、好ましくは０．６〜０．８とすることができる。
なお、攪拌羽根２部分の投影底面積とは、攪拌羽根２の底面部２ａとシャフト３の底面３ａとを合わせた部分の投影底面積である。
通路溝部２２の幅は、外周部２ｂに向かい漸次幅広又は幅狭となるようにテーパー状に形成することができ、この場合、内周側開口端部２２ａの幅に対する外周側開口端部２２ｂの幅の比は、０．５〜６．０、好ましくは０．８〜２．０にすることができる。
外周側開口端部２２ｂの幅に対する通路溝部２２の深さの比は、０．３〜３．０、好ましくは０．５〜１．５とすることができる。
なお、攪拌羽根２部分の投影底面積とは、攪拌羽根２の底面部２ａとシャフト３の底面３ａとを合わせた部分の投影底面積である。
通路溝部２２の幅は、外周部２ｂに向かい漸次幅広又は幅狭となるようにテーパー状に形成することができ、この場合、内周側開口端部２２ａの幅に対する外周側開口端部２２ｂの幅の比は、０．５〜６．０、好ましくは０．８〜２．０にすることができる。
外周側開口端部２２ｂの幅に対する通路溝部２２の深さの比は、０．３〜３．０、好ましくは０．５〜１．５とすることができる。
切り欠き部２３は、攪拌羽根２の外周部２ｂの各溝部２２間に配し、方形状に切り欠いて形成してある。
切り欠き部２３は、特に限定するものではないが、幅を好ましくは６ｍｍ〜１０ｍｍ、特に好ましくは７ｍｍ〜９ｍｍに形成し、奥行きを好ましくは６ｍｍ〜１４ｍｍ、特に好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍに形成することができる。
切り欠き部２３は、特に限定するものではないが、幅を好ましくは６ｍｍ〜１０ｍｍ、特に好ましくは７ｍｍ〜９ｍｍに形成し、奥行きを好ましくは６ｍｍ〜１４ｍｍ、特に好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍに形成することができる。
シャフト３は、図１又は２などに示すように、底面３ａを有する円筒状としてあり、内部を吹き込みガスが流れる通気路としてあり、底面３ａの略中心に吹き込みガスを噴出させる円状のガス噴出口３１を形成してある。
このように形成した金属溶湯用攪拌体１は、微細化及び大きさを均一化した気泡を金属溶湯中に分散させることができるので脱ガス処理の効率を上げることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて、より具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、この実施例に限定されるものではない。
実施例１〜１４及び比較例１〜９として、表１に示すような形状、材質の金属溶湯用攪拌体を形成し、各攪拌体を用いて脱ガス性能を測定した。
＜脱ガス性能＞
湯温７３０℃、６００ｋｇのアルミニウム溶湯内に攪拌体を浸漬させ、攪拌体を回転数６００ｒｐｍ、吹き込みガスとしてＡｒガス３０Ｌ／ｍｉｎで作動させて脱ガス処理し、脱ガス処理した溶湯を鋳型に流し込み、得られた鋳造品の断面状態を目視で観察した。巣がない状態を「◎」、巣がほとんどない状態（実用上問題ない程度）を「○」、巣がある状態（実用上問題ある程度）を「△」として評価した。
湯温７３０℃、６００ｋｇのアルミニウム溶湯内に攪拌体を浸漬させ、攪拌体を回転数６００ｒｐｍ、吹き込みガスとしてＡｒガス３０Ｌ／ｍｉｎで作動させて脱ガス処理し、脱ガス処理した溶湯を鋳型に流し込み、得られた鋳造品の断面状態を目視で観察した。巣がない状態を「◎」、巣がほとんどない状態（実用上問題ない程度）を「○」、巣がある状態（実用上問題ある程度）を「△」として評価した。
（結果）
実施例は巣が全く発生せず、良好な結果になった。比較例は全てに巣が発生してしまい、不良な結果になった。
この結果から、実施例に示されたとおり、攪拌羽根部分の投影底面積に対する通路溝部部分の投影底面積が０．２５〜０．５５の範囲であれば、「○」又は「◎」の評価であり、良好な脱ガス性能を有する攪拌体になり、比較例に示されたとおり、攪拌羽根部分の投影底面積に対する通路底溝部部分の投影面積が０．１７又は０．６１では、「△」の評価であり、脱ガスが十分行なわれないものになることが確認された。
これらから、攪拌羽根部分の投影底面積に対する通路溝部部分の投影底面積が０．２０〜０．６０の範囲では良好な脱ガス性能を有する攪拌体になるものと思われる。
実施例は巣が全く発生せず、良好な結果になった。比較例は全てに巣が発生してしまい、不良な結果になった。
この結果から、実施例に示されたとおり、攪拌羽根部分の投影底面積に対する通路溝部部分の投影底面積が０．２５〜０．５５の範囲であれば、「○」又は「◎」の評価であり、良好な脱ガス性能を有する攪拌体になり、比較例に示されたとおり、攪拌羽根部分の投影底面積に対する通路底溝部部分の投影面積が０．１７又は０．６１では、「△」の評価であり、脱ガスが十分行なわれないものになることが確認された。
これらから、攪拌羽根部分の投影底面積に対する通路溝部部分の投影底面積が０．２０〜０．６０の範囲では良好な脱ガス性能を有する攪拌体になるものと思われる。
１金属溶湯用攪拌体 ２攪拌羽根 ２ａ底面部 ２ｂ外周部 ２ｃ内周部 ２１貯留部 ２２通路溝部 ２２ａ内周側開口端部 ２２ｂ外周側開口端部 ２３切り欠き部 ３シャフト ３ａ底面 ３１ガス噴出口
Claims (6)
- シャフトの先端に、底面部に放射状の吹き込みガスの通路溝部を形成した攪拌羽根を設けた金属溶湯用攪拌体において、攪拌羽根部分の投影底面積に対する通路溝部部分の投影底面積の比を０．２０〜０．６０とした金属溶湯用攪拌体。
- 攪拌羽根は、円盤状に形成してあり、その半径に対する前記通路溝部の長さの比を０．５〜０．９とした請求項１に記載の金属溶湯用攪拌体。
- 前記通路溝部は、内周側開口端部の幅に対する外周側開口端部の幅の比を０．５〜６．０とした請求項１又は２に記載の金属溶湯用攪拌体。
- 前記通路溝部は、外周側開口端部の幅に対する深さの比を０．３〜３．０とした請求項１〜３のいずれかに記載の金属溶湯用攪拌体。
- 攪拌羽根の外周部に適宜間隔で方形状の切り欠き部を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の金属溶湯用攪拌体。
- 攪拌羽根の材質を、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、カーボンセラミックス、カーボンのいずれか１種以上とした請求項１〜５のいずれかに記載の金属溶湯用攪拌体。
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