JP5595671B2 - バッフル部材及びそれを備えた脱ガス装置 - Google Patents

Description

本発明は、脱ガス装置の脱ガス室内に配するバッフル部材及びそれを備えた脱ガス装置に関する。

脱ガス装置は、槽内にアルミニウム又はアルミニウム合金などの金属溶湯を貯留し、その溶湯をインペラーなどで回転攪拌しながら窒素ガスなどの吹き込みガスを吹き込み、金属溶湯中の水素ガスや不純物などを取り除くものである。このような脱ガス装置は、槽内に脱ガス処理の性能を向上させるためにバッフル部材（邪魔板ともいう。）を備えているものがある。

従来のバッフル部材としては、例えば、槽内の壁面から内側に高さ方向に沿い角柱状に突出させて形成した邪魔板（下記特許文献１及び２参照）、蓋に垂下させ、溶湯内に浸漬させた角柱状の邪魔板（下記特許文献３参照）、円筒状又は円柱状のセラミックス製部材の複数本を、直線状に配列し、これらの上端部を着脱自在な固定手段により一体的に形成した溶融金属用バッフル部品（下記特許文献４参照）などが開発されている。

特開平７−２６８４３７号公報（段落［００２５］，図４など参照） 特開平７−２６８５０１号公報（段落［００１８］，図１など参照） 特開平８−１４５５７０号公報（段落［００１４］，図２など参照） 特開平７−３１８２６０号公報（請求項１，図１など参照）

特に、上記特許文献４に記載のバッフル部品は、この前面と背面において多くの小さな乱流を生じさせるものであり、この乱流に乗って処理ガスの微細気泡が分散され、溶融金属と処理ガスとの接触が一層促進され、脱ガスおよび脱介在物の高効率処理が可能となるものである（段落［０００６］など参照）。
この際、バッフル部品を円筒状にした方が円柱状にした場合と比べて、内部と外部で熱の差が出にくく、耐熱衝撃性に優れるものである。

しかし、バッフル部材を円筒状に形成すると、図１０に示すように、バッフル部材７内に矢印Ｃの方向から入り込んだ金属溶湯が内部で凝固し、湯面付近に塊状の固着物７１が形成されることがある。このような固着物７１は、バッフル部材７と熱膨張率が相違するため、使用している間にバッフル部材７が破損してしまうことがあった。

そこで、本発明の目的は、破損しにくく、さらには、脱ガス性能を向上させることができるバッフル部材及びそれを備えた脱ガス装置を提供することにある。

本発明の脱ガス装置は、金属溶湯を貯留した脱ガス室内にバッフル部材を配し、該金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置であって、円周面に開口部を設けた円筒状部材で形成したバッフル部材を、前記開口部を金属溶湯の湯面に位置させ、かつ、金属溶湯の流れを前記開口部の反対側の膨出面で受けるように配したことを特徴とする。

また、本発明の脱ガス装置は、金属溶湯を貯留する脱ガス室内にバッフル部材を設け、該金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置であって、断面湾曲状の長尺板材で形成したバッフル部材を、金属溶湯の流れを膨出面で受けるように金属溶湯の湯面に位置させて配したことを特徴とする。

上記脱ガス装置において、上記バッフル部材は、前記円筒状部材又は前記湾曲状板材を複数並列させて形成することができる。

上記脱ガス装置において、前記脱ガス室を上面視円形状又は上面視正方形状に形成し、前記バッフル部材の幅を、前記脱ガス室の直径又は幅に対して１０％〜５０％の範囲にすることができる。

上記脱ガス装置において、前記攪拌羽根上面から前記バッフル部材の下端までの垂直方向の距離を、脱ガス室の深さに対して５％〜２０％の範囲にすることができる。

また、本発明は、脱ガス室内に貯留した金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置に設ける脱ガス装置用バッフル部材であって、円周面に開口部を設けた円筒状部材としてあり、脱ガス装置に配した際、前記開口部は湯面に位置し、金属溶湯の流れを前記開口部の反対側の膨出面で受ける脱ガス装置用バッフル部材をも対象とする。

さらに、脱ガス装置用バッフル部材は、脱ガス室内に貯留した金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置に設ける脱ガス装置用バッフル部材であって、断面湾曲状の長尺板材としてあり、脱ガス装置に金属溶湯の湯面に位置するように配した際、金属溶湯の流れを膨出面で受けるようにすることもできる。

上記脱ガス装置用バッフル部材は、前記円筒状部材又は前記湾曲状板材を複数並列させて形成することができる。

本発明は、バッフル部材は、開口部を設けた円筒状部材又は湾曲状板材としたため、内部に固着物が付着することがなく、破損しにくいものである。
また、本発明は、バッフル部材の幅や位置を上記した範囲にすることにより、金属溶湯の流れがよくなり、脱ガス効率を上げることができるものである。

本発明の第一実施形態の脱ガス装置の概略斜視図である。 図１の脱ガス装置で用いたバッフル部材を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は開口部付近の横断面図である。 図１の脱ガス装置の変形例を示した概略斜視図である。 本発明の第二実施形態の脱ガス装置の概略斜視図である。 図４の脱ガス装置で用いたバッフル部材を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は横断面図である。 図４のバッフル部材の変形例を示した概略斜視図である。 実施例及び比較例で用いたバッフル部材を示した概略斜視図である。 実施例及び比較例で用いたバッフル部材を示した概略斜視図である。 実施例及び比較例で用いたバッフル部材を示した概略斜視図である。 従来の脱ガス装置の一例を示した概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。但し、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。

本発明の第一実施形態の脱ガス装置１は、図１に示すように、金属溶湯を貯留した上面視円形状の脱ガス室１ａ内に、バッフル部材２を配したものである。バッフル部材２は、脱ガス室１ａを被覆する蓋材（図示せず）に固定して、脱ガス室１ａ内に配することができる。また、金属溶湯は、脱ガス室１ａ内に設けた円盤状の攪拌羽根３により回転攪拌される。

攪拌羽根３は、図１に示すように、シャフト３ａの下端部に設けてあり、シャフト３ａの上端部に接続した回転制御部（図示せず）の作動により回転して金属溶湯を攪拌できるようにしてある。また、シャフト３ａは、円筒状としてあり、下端部側から窒素ガスなどの吹き込みガスを金属溶湯中に噴出できるようにしてある。

バッフル部材２は、図１又は２に示すように、長さ方向中間付近の円周面に方形状の開口部２１を設けた円筒状部材で形成してあり、開口部２１の反対側の面を膨出面２２としてある。バッフル部材２は、開口部２１を、金属溶湯の流れ（図１の矢印Ａ）を受けない側に向けて、つまり、膨出面２２で金属溶湯の流れを受けるように配し、かつ、開口部２１が金属溶湯の湯面に位置するように脱ガス室１ａ内に配してある。また、バッフル部材２は、脱ガス室１ａ内に、攪拌羽根３のシャフト３ａを中心として点対称になるように２箇所に配してある。

バッフル部材２の幅は、脱ガス室１ａの直径に対して１０％〜５０％、特に２０％〜５０％の範囲内にすることが好ましい。この範囲であれば、湯面の波立ち、渦の巻き込みが抑制され、脱ガス性能が向上する。

バッフル部材２を脱ガス室１ａ内に配する際、バッフル部材２の下端を、攪拌羽根３よりも上方に配し、バッフル部材２の下端から攪拌羽根３の上面までの垂直方向の距離を、脱ガス室１ａの深さに対して５％〜２０％の範囲にすることが好ましい。この範囲であれば、吹き込みガスを均一に分散でき、脱ガス性能が向上する。

本実施形態では、バッフル部材２を、方形状の開口部２１を設けた構成としてあるが、図３に示すように、開口部を、円筒状部材の上下方向全長に渡り開口させて形成、つまり、半円筒状乃至湾曲状のバッフル部材２３にすることもできる。

本発明の第二実施形態の脱ガス装置４は、図４に示すように、金属溶湯を貯留する上面視正方形状の脱ガス室４ａ内に、バッフル部材５を浸漬させたものである。バッフル部材５は、脱ガス室４ａを被覆する蓋材（図示せず）に固定して、脱ガス室４ａ内に配することができる。また、金属溶湯は、脱ガス室４ａ内に設けた円盤状の攪拌羽根６により回転攪拌される。
なお、攪拌羽根６は、上記第一実施形態の攪拌羽根３と同一構成のものを使用することができ、これについての詳細な説明は省略する。

バッフル部材５は、図４又は５に示すように、３本の湾曲状板材を、膨出面５１を同一向きにして略隙間なく長さ方向に並列させて形成してある。バッフル部材５は、膨出面５２側で金属溶湯の流れ（図４の矢印Ｂ）を受けるように脱ガス室５ａ内に配してある。また、バッフル部材５は、脱ガス室５ａ内に、攪拌羽根６のシャフト６ａを中心として点対称になるように２箇所に配してある。

バッフル部材５の幅は、脱ガス室１ａの幅に対して１０％〜５０％、特に２０％〜５０％の範囲内にすることが好ましい。この範囲であれば、湯面の波立ち、渦の巻き込みが抑制され、脱ガス性能が向上する。

バッフル部材５を脱ガス室４ａ内に配する際、バッフル部材５の下端を、攪拌羽根６よりも上方に配し、バッフル部材５の下端から攪拌羽根６の上面まで垂直方向の距離を、脱ガス室４ａの深さに対して５％〜２０％の範囲にすることが好ましい。この範囲であれば、吹き込みガスを均一に分散でき、脱ガス性能が向上する。

本実施形態では、バッフル部材５を、湾曲状板材を並列させた形状としてあるが、これに限定するものではなく、図６に示すように、開口部５２を有する円筒状部材を、開口部５２を同一向きにして並列させて形成したバッフル部材５３にすることもできる。

このような、本発明の脱ガス装置は、バッフル部材を、開口部を有する円筒状部材又は湾曲状板材で形成したため、内部に固着物が付着することがなく、破損しにくいものである。
また、バッフル部材の配置を上記範囲にすることにより、金属溶湯の流れがスムーズになり乱流などが発生しにくくなる。

以下、本発明の一実施例を説明する。但し、本発明の範囲は、この実施例に限定されるものではない。

（試験）
実施例１〜６及び比較例１〜８として、図７〜９に示す形状のバッフル部材を用い、このバッフル部材を、直径６００ｍｍ、深さ６００ｍｍの脱ガス室内に、攪拌羽根の回転中心に対して点対称となるように下記表１及び２に示した向きにして２箇所に配し、攪拌羽根を１０分間、５５０ｒｐｍで回転させながら吹き込みガスとして窒素ガスを２０ｍｌ／分の割合で吹き込み、アルミニウム溶湯に対して脱ガス処理を行った。
なお、各バッフル部材の幅（直径）は、下記表１又は表２示す値で形成し、攪拌羽根は、回転中心が脱ガス室の上面視からの中心と重なるように配するとともに、脱ガス室の底面から１３０ｍｍ上方の位置に配した。

（評価）
脱ガス処理中の湯面の波立ち、渦の巻き込み度合、固着物の有無を観測し、また、脱ガス処理後のアルミニウム溶湯のＨ_２濃度を測定した。
湯面の波立ちは、湯面からの振幅が２０ｍｍ未満の場合を「小」、２０ｍｍ以上の場合を「大」として評価した。
渦の巻き込み度合は、湯面からの深さが１０ｍｍ未満の場合を「小」、１０ｍｍ以上の場合を「大」として評価した。
固着物の有無は、脱ガス処理終了後のバッフル部材を溶湯から引き上げ、固着物の付着を目視で観察し、固着物の付着がある場合を「有」、固着物の付着がない場合を「無」として評価した。
Ｈ_２濃度は、高純度水素ガス分析装置を用い、不活性ガスキャリア抽出法にて測定した。
その結果を、下記表１及び表２に示す。

（総合判断）
総合判断は、Ｈ_２濃度０．２０ｃｃ／１００ｇＡｌ未満であり、固着物が「無」、湯面の波立ち、渦の巻き込み度合のいずれもが「小」の場合を「◎」、Ｈ_２濃度０．２０ｃｃ／１００ｇＡｌ未満であり、固着物が「無」、湯面の波立ち、渦の巻き込み度合のいずれかが「小」の場合を「○」、Ｈ_２濃度０．２０ｃｃ／１００ｇＡｌ以上であり、固着物が「有」、湯面の波立ち、渦の巻き込み度合のいずれかが「小」がある場合を「△」、Ｈ_２濃度０．２０ｃｃ／１００ｇＡｌ以上であり、固着物が「有」、湯面の波立ち、渦の巻き込み度合のいずれもが「大」である場合を「×」として判断した。

（結果）
実施例１〜６は、総合判断が「◎」又は「○」で、脱ガス性能が良好で、固着物の付着がないものであった。
比較例１〜８は、総合判断が「△」又は「×」で、脱ガス性能が悪く、固着物の付着があるものであった。
実施例１〜６の結果から、開口部を溶湯の流れを受けない向きにすれば、固着物が付着しないことが確認された。
実施例４〜６の結果から、脱ガス室の直径に対するバッフル部材幅の割合が、４６％、３０％であると、全ての評価において良好な結果になることが確認された。これら結果から、この割合は、１０％〜５０％の範囲であると良好な結果が得られるものと思われる。
実施例５，６の結果から、脱ガス室の深さに対するバッフル部材下端部と攪拌羽根の上面との垂直距離の割合が、７％、１８％であると、脱ガス性能が０．１６ｃｃ／１００ｇＡｌ以下になることが確認され、実施例１〜４の結果から、この割合が２５％であると、０．１７ｃｃ／１００ｇＡｌ以上になることが確認された。これら結果から、この割合は、５％〜２０％の範囲であると良好な結果が得られるものと思われる。

１，４脱ガス装置
１ａ，４ａ脱ガス室
２，５バッフル部材
２１開口部
２２，５１膨出面
３，６攪拌羽根
３ａ，６ａシャフト

Claims (8)

1. 金属溶湯を貯留した脱ガス室内にバッフル部材を配し、該金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置であって、
   円周面に開口部を設けた円筒状部材で形成したバッフル部材を、前記開口部が金属溶湯の湯面に位置し、かつ、金属溶湯の流れを前記開口部の反対側の膨出面で受けるように配した脱ガス装置。
2. 金属溶湯を貯留する脱ガス室内にバッフル部材を設け、該金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置であって、
   断面湾曲状の長尺板材で形成したバッフル部材を、金属溶湯の流れを膨出面で受けるように金属溶湯の湯面に位置させて配した脱ガス装置。
3. 前記バッフル部材は、前記円筒状部材又は前記湾曲状板材を複数並列させて形成した請求項１又は２に記載の脱ガス装置。
4. 前記脱ガス室は、上面視円形状又は上面視正方形状に形成してあり、前記バッフル部材の幅を、脱ガス室の直径又は幅に対して１０％〜５０％の範囲にした請求項１〜３のいずれかに記載の脱ガス装置。
5. 前記攪拌羽根上面から前記バッフル部材の下端までの垂直方向の距離を、脱ガス室の深さに対して５％〜２０％の範囲にした請求項１〜４のいずれかに記載の脱ガス装置。
6. 脱ガス室内に貯留した金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置に設ける脱ガス装置用バッフル部材であって、円周面に開口部を設けた円筒状部材としてあり、脱ガス装置に配した際、前記開口部は金属溶湯の湯面に位置し、金属溶湯の流れを前記開口部の反対側の膨出面で受ける脱ガス装置用バッフル部材。
7. 脱ガス室内に貯留した金属溶湯を攪拌羽根で回転攪拌して脱ガス処理する脱ガス装置に設ける脱ガス装置用バッフル部材であって、断面湾曲状の長尺板材としてあり、脱ガス装置に金属溶湯の湯面に位置するように配した際、金属溶湯の流れを膨出面で受ける脱ガス装置用バッフル部材。
8. 前記円筒状部材又は前記湾曲状板材を複数並列させて形成した請求項６又は７に記載の脱ガス装置用バッフル部材。

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