JP5779389B2 - 金属溶湯濾過装置 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属溶湯中の介在物等を除去する金属溶湯濾過装置に関する。
アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属溶湯は、介在物等が含まれていると鋳造などをした場合に欠陥の原因となるため、濾過をし、介在物等を取り除くことが行われている。このような金属溶湯の濾過を行う濾過装置としては、例えば、一つ又は複数の多孔質セラミックスチューブを濾過室内に横向きに配した装置があり、金属溶湯をこのチューブの外側から内側に流すことにより、金属溶湯中の介在物等を除去し、金属溶湯の品質を高めることができ、アルミ製品の圧延キズを減らすことができる。
このような装置としては、下記特許文献１，２に開示されているものがある。
このような装置としては、下記特許文献１，２に開示されているものがある。
このような濾過装置は、金属溶湯を濾過室内に静かに流し込み、液圧により多孔質セラミックスチューブに浸透させるものである。そのため、湯面からある程度の深さにチューブを配置して金属溶湯が気孔に浸透するように設計されている。チューブの目が細かくなれば、当然圧力も高めなければならず、湯面から６００ｍｍ程の深さにチューブが位置するように設計しなければならないこともある。
濾過装置は、濾過する金属溶湯を変える場合が多々ある。この場合、金属溶湯の入湯を停止し、濾過室に残留した金属溶湯は捨て湯（残湯）となる。金属溶湯の深さが深くなれば、残湯量も当然増加する。捨て湯は、再度脱ガス処理などをしなければならなくなるため、残湯量は、少ない方が好ましいものである。
そこで、本発明の目的は、残湯量を少なくすることができ、さらには、濾過処理中に金属溶湯が酸化するのを抑制することができる金属溶湯濾過装置を提供することにある。
本発明の金属溶湯濾過装置は、金属溶湯を貯留する貯留部に横向きの多孔質セラミックスチューブを配した金属溶湯濾過装置において、貯留部内に貯留する金属溶湯に浸漬する浸漬部を、装置を被覆する蓋部に設け、浸漬部の下端面が入湯口の底面よりも下方に位置することを特徴とする。
本発明の金属溶湯濾過装置は、浸漬部を設けたことにより、貯留部の金属溶湯の容量を減少させることができ、残湯量を減少させることができる。さらには、金属溶湯の湯面が大気中の酸素に接触する面積が減少するため、金属溶湯の酸化を抑制することができる。この結果、鋳造に用いられる溶湯の分量を増やせると同時に、廃棄する金属酸化物の量を抑制し、溶湯の歩留まり向上と省資源化を図ることができる。
また、浸漬部は、金属溶湯の湯面上部の大気の対流によって熱が奪われるのを防ぐ効果がある。
また、浸漬部は、金属溶湯の湯面上部の大気の対流によって熱が奪われるのを防ぐ効果がある。
以下、本発明の一実施形態の金属溶湯濾過装置について説明する。但し、本発明は、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濾過装置１は、図１又は図２に示すように、本体部２と蓋部３とからなり、本体部２は、従来からある濾過装置を用いることができる。そのため、濾過装置１は、従来からある濾過装置を改良することにより作製することもできる。
より詳しく説明すると、本体部２は、金属溶湯を入湯する入湯口４と、金属溶湯を貯留する貯留部５と、金属溶湯を濾過する多孔質セラミックスチューブ６と、濾過した金属溶湯を出湯する出湯口７と、を備えている。
入湯口４は、水平状の底面４ａを備えており、脱ガス処理などをした金属溶湯を貯留部５に静かに流し込むことができる。
貯留部５は、逆台形状の凹部として形成してあり、入湯口４から流れ込んできた金属溶湯を貯めることができる。貯めた金属溶湯は、特に限定するものではないが、深さ１００ｍｍ〜１５０ｍｍになるのが好ましい。
多孔質セラミックスチューブ６は、有底円筒状に形成してあり、貯留部５内に横向き水平状に配してあり、金属溶湯が外周面側から浸透し、内部に達することにより濾過することができる。濾過した金属溶湯は、チューブ６の内部を流れ、出湯口７に向かう。
多孔質セラミックスチューブ６は、入湯口側側板６ａと、出湯口側側板６ｂとで貯留部５内に取り付けてあり、入湯口側側板６ａに設けた円状の凹部にチューブ６の底部を嵌め込み、出湯口側側板６ｂに設けた円孔に開口端部を嵌め込み、パッキンなどで金属溶湯が漏出しないように密閉して両側板６ａ，６ｂに固定し、この状態で両側板６ａ，６ｂを貯留部５の側面に設けた溝部に嵌め合せ、内部に立て掛けて取り付けることができる。出湯口側側板６ｂは、底辺及び両側辺部分をパッキンなどで密閉し、濾過した金属溶湯に濾過前の金属溶湯が混入しないようにしてある。
本実施形態では、３本のチューブ６を配してあるが、これに限定するものではなく、一つ又は複数のチューブを設けることができる。また、チューブ６を一段に配してあるが、複数段に配することもできる。
出湯口７は、水平状の底面７ａを備えており、濾過した金属溶湯を流し出し、次工程に送り出すことができる。出湯口７の底面７ａは、入湯口４の底面４ａよりも低い位置にすることができる。
蓋部３は、装置全体を覆う板状の被覆部８と、貯留部５内に貯留する金属溶湯の容量を減少させるように貯留部５の上方部分を占める浸漬部９と、備えている。
本実施形態では、被覆部８と浸漬部９とを一体的に形成してあるが、別体に形成することもできる。
浸漬部９は、アルミニウムと反応しにくい耐火物から形成してあり、より具体的には、窒化珪素結合ＳｉＣセラミックス、窒化珪素系セラミックス、アルミナ−シリカ系セラミックス、ジルコン系セラミックスのいずれかから形成することができる。
浸漬部９は、被覆部８の底面を逆台形状に膨出させ、貯留部５の内壁に沿うように形成してあり、入湯口付近を残して、貯留部５の上方部分を隙間なく塞ぐことができる。その下端面９ａは、入湯口４の底面４ａよりも下方に位置するようにしてある。具体的には、底面４ａから１ｍｍ以上下方、好ましくは１ｍｍ〜５００ｍｍで、チューブ６の上端より５ｍｍ〜１００ｍｍ上方に位置するのが好ましい。これにより、浸漬部９が溶湯中に浸漬し、貯留部５に貯まる金属溶湯の容量を減少させることができる。なお、装置１の稼働時において、底面４ａと貯留部５に貯めた金属溶湯の湯面とは略同じ高さになる。
本実施形態では、浸漬部９を、貯留部５の上方部分を隙間なく塞ぐように形成してあるが、これに限定されるものではなく、装置稼働時において閉塞部が金属溶湯中に浸漬するように形成してあれば、貯留部に貯まる金属溶湯の容量を減少させることができ、残湯量を減少させることができる。
本実施形態では、浸漬部９を、貯留部５の上方部分を隙間なく塞ぐように形成してあるが、これに限定されるものではなく、装置稼働時において閉塞部が金属溶湯中に浸漬するように形成してあれば、貯留部に貯まる金属溶湯の容量を減少させることができ、残湯量を減少させることができる。
貯留部５の底面付近には流路部１０が設けてあり、開放させて残湯を流すことができる。
装置１の底部にはヒーター部１１が埋設されており、貯留部５の金属溶湯を保温することができる。
本実施形態では装置１の底部にヒーター部１１を設けてあるが、蓋部にヒーター部を設けてもよい。
しかし、金属酸化物は、溶湯が大気に触れる湯面に発生し、また、溶湯温度が高いほど発生しやすい。このため、湯面近傍にヒーター部を設けると、湯面付近の溶湯の温度が底部付近の溶湯の温度に比べて上昇しやすく、金属酸化物が発生しやすくなる。
したがって、本発明の効果を高めるためには対流を利用して金属溶湯を加熱できるようにヒーター部を底部に設け、金属酸化物の発生を抑制するのが好ましい。
本実施形態では装置１の底部にヒーター部１１を設けてあるが、蓋部にヒーター部を設けてもよい。
しかし、金属酸化物は、溶湯が大気に触れる湯面に発生し、また、溶湯温度が高いほど発生しやすい。このため、湯面近傍にヒーター部を設けると、湯面付近の溶湯の温度が底部付近の溶湯の温度に比べて上昇しやすく、金属酸化物が発生しやすくなる。
したがって、本発明の効果を高めるためには対流を利用して金属溶湯を加熱できるようにヒーター部を底部に設け、金属酸化物の発生を抑制するのが好ましい。
このような濾過装置１は、浸漬部９により、貯留部５に貯まる金属溶湯の容量が従来と比較して減少するため、残湯量を減らすことができる。
さらには、浸漬部９を設けたことにより、金属溶湯が酸素に触れにくくなるため、濾過処理中に金属溶湯が酸化されにくくなり、濾過した金属溶湯中に含まれる酸化物の量が従来比約６０〜８０ｗｔ％減少させることができる。
以下、本発明の一実施例の金属溶湯濾過装置について説明する。但し、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
（従来例１）
従来例１の金属溶湯濾過装置１Ａとしては、図５に示すような、蓋部３Ａにヒーター部１１Ａを備え、直径１００ｍｍの多孔質セラミックスチューブ６Ａを３本並行に配した従来型の濾過装置を用いた。
この濾過装置は、貯留部５Ａがｍｍ×幅４４０ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×深さ１１００ｍｍであり、稼働時において、金属溶湯の深さは深さ５００ｍｍ程であった。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量を測定したところ４８０ｋｇ（約２００リットル）であり、金属酸化物量を測定したところ１０ｋｇであり、稼働に必要だった電力量を計測したところ２３０ｋＷｈであった。
従来例１の金属溶湯濾過装置１Ａとしては、図５に示すような、蓋部３Ａにヒーター部１１Ａを備え、直径１００ｍｍの多孔質セラミックスチューブ６Ａを３本並行に配した従来型の濾過装置を用いた。
この濾過装置は、貯留部５Ａがｍｍ×幅４４０ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×深さ１１００ｍｍであり、稼働時において、金属溶湯の深さは深さ５００ｍｍ程であった。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量を測定したところ４８０ｋｇ（約２００リットル）であり、金属酸化物量を測定したところ１０ｋｇであり、稼働に必要だった電力量を計測したところ２３０ｋＷｈであった。
（実施例１）
実施例１の金属溶湯濾過装置１Ｂは、図６に示すように、従来例１を改良して作製し、蓋部３Ｂに下方に逆台形状に突出した窒化珪素結合ＳｉＣセラミックスからなる浸漬部９Ｂを形成し、その内部にヒーター部１１Ｂを埋設した濾過装置とした。この浸漬部９Ｂの下端面は、入湯口の底面に対して３４０ｍｍ下方に位置させた。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量、金属酸化物量、電力量を測定した。従来例１の結果を１として、これに対する比率で示した結果を下記表１に示す。
実施例１の金属溶湯濾過装置１Ｂは、図６に示すように、従来例１を改良して作製し、蓋部３Ｂに下方に逆台形状に突出した窒化珪素結合ＳｉＣセラミックスからなる浸漬部９Ｂを形成し、その内部にヒーター部１１Ｂを埋設した濾過装置とした。この浸漬部９Ｂの下端面は、入湯口の底面に対して３４０ｍｍ下方に位置させた。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量、金属酸化物量、電力量を測定した。従来例１の結果を１として、これに対する比率で示した結果を下記表１に示す。
（従来例２）
従来例２の金属溶湯濾過装置１Ｃとしては、図７に示すような、本体部２Ｃの底部にヒーター部１１Ｃを備え、直径１００ｍｍの多孔質セラミックスチューブ６Ｃを３本並行に配した従来型の濾過装置を用いた。
この濾過装置は、貯留部５Ｃが幅４４０ｍｍ×長さ１１００ｍｍ×深さ１２５０ｍｍであり、稼働時において、金属溶湯の深さは６５０ｍｍ程であった。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量、金属酸化物量、電力量を測定した。従来例１の結果を１として、これに対する比率で示した結果を下記表１に示す。
従来例２の金属溶湯濾過装置１Ｃとしては、図７に示すような、本体部２Ｃの底部にヒーター部１１Ｃを備え、直径１００ｍｍの多孔質セラミックスチューブ６Ｃを３本並行に配した従来型の濾過装置を用いた。
この濾過装置は、貯留部５Ｃが幅４４０ｍｍ×長さ１１００ｍｍ×深さ１２５０ｍｍであり、稼働時において、金属溶湯の深さは６５０ｍｍ程であった。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量、金属酸化物量、電力量を測定した。従来例１の結果を１として、これに対する比率で示した結果を下記表１に示す。
（実施例２）
実施例２の金属溶湯濾過装置１Ｄは、図８に示すように、従来例２を改良して作製し、底部にヒーター部１１Ｄを備え、蓋部３Ｄに下方に逆台形状に突出した窒化珪素結合ＳｉＣセラミックスからなる浸漬部９Ｄを形成し、浸漬部９Ｄの下端面を入湯口の底面に対して４００ｍｍ下方に位置させた濾過装置とした。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量、金属酸化物量、電力量を測定した。従来例１の結果を１として、これに対する比率で示した結果を下記表１に示す。
実施例２の金属溶湯濾過装置１Ｄは、図８に示すように、従来例２を改良して作製し、底部にヒーター部１１Ｄを備え、蓋部３Ｄに下方に逆台形状に突出した窒化珪素結合ＳｉＣセラミックスからなる浸漬部９Ｄを形成し、浸漬部９Ｄの下端面を入湯口の底面に対して４００ｍｍ下方に位置させた濾過装置とした。
この濾過装置を２０時間稼働させた後、溶湯の入湯を停止し、残湯量、金属酸化物量、電力量を測定した。従来例１の結果を１として、これに対する比率で示した結果を下記表１に示す。
（結果）
実施例１及び２は、従来例１及び２と比較すると、残湯量や金属酸化物量を大幅に減少させることができた。
電力量は、実施例１は従来例１よりも増加し、実施例２は従来例２よりも増加する傾向であったが、実施例２の結果のとおり、ヒーター部を装置の底部に設けることにより、増加を抑制できることができた。
実施例１及び２は、従来例１及び２と比較すると、残湯量や金属酸化物量を大幅に減少させることができた。
電力量は、実施例１は従来例１よりも増加し、実施例２は従来例２よりも増加する傾向であったが、実施例２の結果のとおり、ヒーター部を装置の底部に設けることにより、増加を抑制できることができた。
１金属溶湯濾過装置 ２本体部 ３蓋部 ４入湯口 ４ａ底面 ５貯留部 ６多孔質セラミックスチューブ ６ａ入湯口側側板 ６ｂ出湯口側側板 ７出湯口 ７ａ底面 ８被覆部 ９浸漬部 ９ａ下端面 １０流路部 １１ヒーター部
Claims (3)
- 金属溶湯を貯留する貯留部に横向きの多孔質セラミックスチューブを配した金属溶湯濾過装置において、貯留部内に貯留する金属溶湯に浸漬する浸漬部を、装置を被覆する蓋部に設け、浸漬部の下端面が、入湯口の底面よりも下方に位置する金属溶湯濾過装置。
- 金属溶湯を貯留する貯留部に横向きの多孔質セラミックスチューブを配した金属溶湯濾過装置において、貯留部内に貯留する金属溶湯に浸漬する浸漬部を、装置を被覆する蓋部に設け、浸漬部を、前記蓋部と一体的に形成した金属溶湯濾過装置。
- 浸漬部を、窒化珪素結合ＳｉＣセラミックス、窒化珪素系セラミックス、アルミナ−シリカ系セラミックス、ジルコン系セラミックスのいずれかの耐火物で作製した請求項１又は２に記載の金属溶湯濾過装置。
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