JP6317604B2 - 気泡の放出分散装置 - Google Patents
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Description
本発明は、処理槽内の溶融金属中に微細な気泡を放出し分散させる気泡の放出分散装置に関するものである。
一般に鋳造前の溶融金属中には溶存ガスや非金属介在物などの不純物が含まれており、これらの不純物が多量に含有されている溶融金属をそのまま鋳造し、さらに圧延、押し出し等の工程に供して製品化すれば、不純物に起因する欠陥が多発して製品の品質を損なうことから、鋳造前に予め溶融金属中の不純物をできるだけ除去しておくことが望ましい。例えば、溶融金属がアルミニウム、マグネシウムのときの各々の金属酸化物或いは耐火物粒子が含有されているのが通常であり、高品質の製品を得るためには、これらの不純物を鋳造前に除去することが必要とされている。
このような溶融金属中の溶存ガスや非金属介在物を除去するために、従来は窒素やアルゴン等の不活性ガス或いはこれらに塩素ガスを混合したガスなどの処理ガス（一般的に、これをフラキシングガスと称する）を溶融金属中に吹き込み、そのフラキシングガスの気泡に溶融金属中の溶存ガスを放出させたり或いは非金属介在物粒子を吸着させたりして、ガス気泡の浮上により溶融金属から分離除去する。
このようなフラキシングガスの吹き込みによる溶融金属の清浄化において、処理槽内の全体に亘って均一に清浄化するためには、ガスを吹き込みつつ溶融金属を撹拌することが望ましい。
ガスを吹き込みつつ溶融金属を撹拌する従来の気泡の放出分散装置は、図５Ａ、５Ｂに示すように、ガスを供給する中空回転軸７１の下端のネジ部に下方から螺合するネジ筒を持つ円盤部７２を取り付けたものである。円盤部７２には、中空回転軸７１のガス通路７１ａに連通しかつ下面側が開放されたガス室７２ａを区画するための周壁部７２ｂと、その周壁部７２ｂの外側において放射状に突出する複数の羽部７２ｃとが形成されている。
上記従来の気泡の放出分散装置では、ガスが中空回転軸の軸方向に吹き出されるため、ガスが処理槽内全体に拡散し難く、処理槽内全体の不純物を除去するには長時間を要していた。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ガスを処理槽内全体に拡散しやすくして処理槽内全体の不純物を短時間で除去できる気泡の放出分散装置を提供することを課題とする。
課題を解決するためになされた本発明の気泡の放出分散装置は、下記[１]〜[４]に記載の構成を有する。
[１] 処理槽内の溶融金属中で回転し、内部にガス供給通路を有するシャフトと、前記シャフトの下端に設けられ、前記ガス供給通路に連通するガス吹き出し口を有する回転子とを備える気泡の放出分散装置において、前記回転子は、前記シャフトの軸方向に垂直な断面が略円形状の前記ガス吹き出し口を持つ基部と該基部の下面に設けられた複数個の放射状に延びる突条からなる羽根とを備え、前記ガス吹き出し口が前記軸から半径方向外側の位置の前記基部の表面に形成されていることを特徴とする気泡の放出分散装置。
[２] 処理槽内の溶融金属中で回転し、内部にガス供給通路を有するシャフトと、前記シャフトの下端に設けられ、前記ガス供給通路に連通するガス吹き出し口を有する回転子とを備える気泡の放出分散装置において、前記回転子は、前記シャフトの軸方向に垂直な断面が略円形状であり、前記ガス吹き出し口が前記軸から半径方向外側の位置の前記回転子の表面に、溶融金属吸入口が前記回転子の表面に、それぞれ形成され、溶融金属吐出口が前記溶融金属吸入口より前記軸から半径方向外側の前記回転子の表面に形成され、前記溶融金属吸入口と前記溶融金属吐出口とを連通する連通路が前記回転子の内部に形成されていることを特徴とする気泡の放出分散装置。
なお、ここで、上記の略円形状とは、円形、多角形及び円周上に凹凸のあるもの等を含むものとする。
[３] 前記回転子の中央部に前記ガス供給通路と連通するガス溜りが形成されており、
複数のガス通孔が前記ガス溜りから半径方向外側に放射状に延び、前記放射状に延びる前記ガス通孔の端部に前記ガス吹き出し口を持つ[１]又は[２]に記載の気泡の放出分散装置。
複数のガス通孔が前記ガス溜りから半径方向外側に放射状に延び、前記放射状に延びる前記ガス通孔の端部に前記ガス吹き出し口を持つ[１]又は[２]に記載の気泡の放出分散装置。
[４] 前記ガス吹き出し口に多孔質材を備える[１]〜[３]のいずれか１項に記載の気泡の放出分散装置。
[１]の発明によれば、ガスが軸の回りを回転するガス吹き出し口から溶融金属中に吹き出されるため、ガスは微細な気泡に分断され、分断された気泡が遠心力により広範囲に拡散する。その結果、処理槽内全体の不純物を効率よく短時間で除去することができる。
[２]の発明によれば、溶融金属吐出口から遠心力で勢いよく吐出される溶融金属流に乗って気泡が遠方まで拡散するので、処理槽内全体の不純物を一層効率よく短時間で除去することができる。
[３]の発明によれば、特に処理槽内全体の不純物を効率よく短時間で除去することができる。
[４]の発明によれば、気泡がより一層微細化されるので、気泡がより一層広範囲に分散する。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１Ａは、本実施形態に係る気泡の放出分散装置の縦断面図であり、図１Ｂは、本実施形態に係る気泡の放出分散装置の下面視図である。
図１Ａは、本実施形態に係る気泡の放出分散装置の縦断面図であり、図１Ｂは、本実施形態に係る気泡の放出分散装置の下面視図である。
これらの図に示されるように、本実施形態に係る気泡の放出分散装置は、シャフト１０と該シャフトの下端に取り付けられた回転子２０とにより構成される。
シャフト１０にはガス供給通路１１が貫通し、下端部外周面に雄螺子（不図示）が形成されている。
回転子２０は、上面の中央部に凹部２１ａが形成された円盤状基部２１と、基部２１の下面に取り付けられた４個の放射状に延びる突条からなる羽根２２とを備えている。凹部２１ａの上端内周面にはシャフト１０の雄螺子と螺合する雌螺子（不図示）が形成されている。凹部２１ａの下部はガス供給通路１１と連通するガス溜り２１ｂとなる。
円盤状基部２１の外周面には、ガス吹き出し口２１ｃが開口し、ガス吹き出し口２１ｃはガス溜り２１ｂとガス通孔２１ｄで連通している。
シャフト１０にはモーター等の駆動装置（不図示）とガスボンベに接続された回転ジョイント等（不図示）が接続される。
次に、本実施形態に係る気泡の放出分散装置の作動について説明する。不図示のガスボンベから供給されるガスは点線矢印のように流れ、ガス溜り２１ｂに達する。ガス溜り２１ｂに達したガスは４つのガス通孔２１ｄを通り円盤状基部２１の外周面のガス吹き出し口２１ｃから溶融金属中に吹き出される。この時、ガスは円盤状基部２１の回転による遠心力により分断されて気泡になると共に円盤状基部２１の外方に広く拡散される。しかも回転する羽根２２により溶融金属の撹拌が行われるので、その分断されたガス気泡は処理槽内全体に均一に分散されつつ溶融金属中を浮上し、その間、溶融金属中の溶存ガスがガス気泡中に放出されると共に非金属介在物粒子がガス気泡に吸着されて除去される。その結果、処理槽内全体の不純物を効率よく短時間で除去することができる。
（実施形態２）
図２Ａは本実施形態に係る気泡の放出分散装置の縦断面図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ１−Ａ１線断面図である。
図２Ａは本実施形態に係る気泡の放出分散装置の縦断面図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ１−Ａ１線断面図である。
これらの図に示されるように、本実施形態に係る気泡の放出分散装置では、ガス溜り２１ｂが羽根２２まで達しており、４個の羽根２２が円盤状基部２１の下面に放射状に配置されている。
ガス通孔２１ｄは放射状をなす羽根２２に形成され、ガス吹き出し口２１ｃが羽根２２の外端面に開口している。また、ガス吹き出し口２１ｃには多孔質材４が充填されている。
本実施形態に係る気泡の放出分散装置では、ガス吹き出し口２１ｃが放射状に配置された羽根２２の外端面に開口しているので、ガス吹き出し口２１ｃから放出されるガスは、羽根２２のエッジで分断されて微細化され、羽根２２の外周方向遠方まで飛散せしめられる。その結果、より一層、処理槽内の不純物を短時間で除去することができる。
また、ガス吹き出し口２１ｃに多孔質材４が充填されているので、ガスの微細化がますます進み、不純物の除去が効率よく行われる。
（実施形態３）
図３Ａは本実施形態に係る気泡の放出分散装置の平面図、図３Ｂは図３ＡにおけるＡ２−Ａ２線断面図、図３Ｃは図３ＡにおけるＡ３−Ａ３線断面図、図３Ｄは本実施形態に係る気泡の放出分散装置の概略斜視図である。
図３Ａは本実施形態に係る気泡の放出分散装置の平面図、図３Ｂは図３ＡにおけるＡ２−Ａ２線断面図、図３Ｃは図３ＡにおけるＡ３−Ａ３線断面図、図３Ｄは本実施形態に係る気泡の放出分散装置の概略斜視図である。
これらの図に示されるように、本実施形態に係る気泡の放出分散装置は、シャフト１０と該シャフトの下端に取り付けられた回転子３０とにより構成される。
シャフト１０にはガス供給通路１１が貫通し、下端部外周面に雄螺子（不図示）が形成されている。
回転子３０は円柱状をしており、上面の中央部に凹部３０ａが、底面の軸Ｃ近くに溶融金属吸入口３０ｅが、外周面には溶融金属吐出口３０ｆとガス吹き出し口３０ｃが形成されている。
凹部３０ａの上端内周面にはシャフト１０の雄螺子と螺合する雌螺子（不図示）が形成されている。凹部３０ａの下部はガス供給通路１１と連通するガス溜り３０ｂとなる。
ガス吹き出し口３０ｃはガス溜り３０ｂとガス通孔３０ｄで連通している。
溶融金属吸入口３０ｅは溶融金属吐出口３０ｆと連通路３０ｇで連通している。連通路３０ｇは、一つの溶融金属吸入口３０ｅと一つの溶融金属吐出口３０ｆを繋ぐ通路として形成されている。したがって、回転子３０の内部には、四つの連通路３０ｇが形成されている。各連通路３０ｇは、溶融金属吸入口３０ｅから中心軸Ｃ方向に沿ってｈだけ直進した後、斜め上方に延びて溶融金属吐出口３０ｆに到達するように形成されている。本実施形態では、前記ｈは、例えば４ｍｍである。
本実施形態の気泡の放出分散装置では、４つのガス吹き出し口３０ｃが回転子３０の外周壁の外周線ＯＬ上に周方向に等間隔隔てて配置されている。また、４つの溶融金属吸入口３０ｅがシャフト１０の軸Ｃを中心とする円周上に等間隔で並べて配置されている。また、４つの溶融金属吐出口３０ｆのそれぞれは、外周線ＯＬ上の４つのガス吹き出し口３０ｃの間に配置されている。
シャフト１０にはモーター等の駆動装置（不図示）とガスボンベに接続された回転ジョイント等（不図示）が接続されている。
次に、本実施形態の気泡の放出分散装置の作動について説明する。本実施形態の気泡の放出分散装置を処理槽の溶融金属の中に浸漬して回転させると、ガスは点線矢印のように流れ、ガス溜り３０ｂに達する。ガス溜り３０ｂに達したガスは４つのガス通孔３０ｄを通り回転子３０の外周面のガス吹き出し口３０ｃから溶融金属中に吹き出される。一方、流通路３０ｇ内に進入した溶融金属は回転子３０と共に回転する。すると、流通路３０ｇのｈだけ直進する部分の溶融金属が回転と構造で上方に掻き揚げられ、回転子３０の半径方向外側に向けて流動する。したがって、溶融金属は、中空矢印のように溶融金属吸入口３０ｅから溶融金属吐出口３０ｆに向けて流動する。すなわち、流通路３０ｇ内の溶融金属が溶融金属吐出口３０ｆから噴出すると共に、外部の溶融金属が溶融金属吸入口３０ｅから流通路３０ｇ内に吸入される。これにより、回転子３０の周囲の溶融金属には、溶融金属吐出口３０ｆのある回転子３０の側面から放射状に広がる流動と、溶融金属吸入口３０ｅのある回転子３０の下面に向かう流動が発生する。
回転子３０の外周面のガス吹き出し口３０ｃから吹き出されるガスは、上記の回転子３０の側面から放射状に広がる溶融金属の流動に乗って、処理槽に広く分散される。しかも、本実施形態の気泡の放出分散装置では、４つの溶融金属吐出口３０ｆのそれぞれが、外周線ＯＬ上の４つのガス吹き出し口３０ｃの間に配置されているので、ガス吹き出し口３０ｃから吹き出されて分断された気泡は、回転子３０の側面から放射状に広がる溶融金属の流動に乗り易く、処理槽内に一層広く分散される。
本実施形態の気泡の放出分散装置では、ガス吹き出し口３０ｃが溶融金属吐出口３０ｆと回転子３０の半径方向で４５度ずれていたが、回転子３０の同一半径方向に位置するようにするとよい。これにより、ガス吹き出し口３０ｃから吹き出されるガスが溶融金属吐出口３０ｆから吐出される溶融金属の流動にさらに乗り易くなるので、より広範囲に分散される。その結果、より一層処理槽内全体の不純物を効率よく短時間で除去することができる。
本実施形態の気泡の放出分散装置では、ｈだけ直進する部分の溶融金属が回転と構造で上方に掻き揚げられるので、回転数が高くなくても溶融金属の流動が発生する。実験によると、ｈ＝４ｍｍの場合、回転数が３００〜６００ｒｐｍでも流動することが確認された。
（実施形態４）
図４Ａは、本実施形態４に係る気泡の放出分散装置の平面図であり、図４Ｂは、図４ＡにおけるＡ４−Ａ４線断面図である。
図４Ａは、本実施形態４に係る気泡の放出分散装置の平面図であり、図４Ｂは、図４ＡにおけるＡ４−Ａ４線断面図である。
これらの図に示されるように、本実施形態に係る気泡の放出分散装置は、シャフト１０と該シャフトの下端に取り付けられた回転子４０とにより構成される。
回転子４０は、略半球形状をしており、上面の中央部に凹部４０ａが、外周面の下部に複数の溶融金属吸入口４０ｅが、上部に複数の溶融金属吐出口４０ｆが形成されている。また、溶融金属吸入口４０ｅと溶融金属吐出口４０ｆを繋ぐように回転子４０の内部に連通路４０ｇが形成されている。
凹部４０ａの下部はガス供給通路１１と連通するガス溜り４０ｂとなる。ガス溜り４０ｂとガス通孔４０ｄで連通するガス吹き出し口４０ｃが溶融金属吐出口４０ｆの上方に開口している。
本実施形態の気泡の放出分散装置では、ガス吹き出し口４０ｃが溶融金属吐出口４０ｆの上方に開口しているので、ガス吹き出し口４０ｃから吹き出されるガスが溶融金属吐出口４０ｆから吐出される溶融金属の流動にさらに乗り易くなるので、より広範囲に分散される。その結果、より一層処理槽内全体の不純物を効率よく短時間で除去することができる。
１０ シャフト
１１ ガス供給通路
２０、３０、４０、５０ 回転子
２１ｃ、３０ｃ、４０ｃ ガス吹き出し口
２１ 基部
２２ 羽根
３０ｅ、４０ｅ 溶融金属吸入口
３０ｆ、４０ｆ 溶融金属吐出口
３０ｇ、４０ｇ 連通路
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３０ｅ、４０ｅ 溶融金属吸入口
３０ｆ、４０ｆ 溶融金属吐出口
３０ｇ、４０ｇ 連通路
Claims (3)
- 処理槽内の溶融金属中で回転し、内部にガス供給通路を有するシャフトと、前記シャフトの下端に設けられ、前記ガス供給通路に連通するガス吹き出し口を有する回転子とを備える気泡の放出分散装置において、
前記回転子は下に凸の略半球形状であり、前記シャフトの軸方向に垂直な断面が略円形状であり、
前記ガス吹き出し口が前記軸から半径方向外側の位置の前記略半球形状の回転子の外周面の上部に、溶融金属吸入口が前記略半球形状の回転子の外周面の下部に、それぞれ形成され、
溶融金属吐出口が前記溶融金属吸入口より前記軸から半径方向外側の前記略半球形状の回転子の外周面の上部に形成され、前記溶融金属吸入口と前記溶融金属吐出口とを連通する連通路が前記略半球形状の回転子の内部に形成されていることを特徴とする気泡の放出分散装置。 - 前記略半球形状の回転子の中央部に前記ガス供給通路と連通するガス溜りが形成されており、
複数のガス通孔が前記ガス溜りから半径方向外側に放射状に延び、前記放射状に延びる前記ガス通孔の端部に前記ガス吹き出し口を持つ請求項１に記載の気泡の放出分散装置。 - 前記ガス吹き出し口に多孔質材を備える請求項１又は２に記載の気泡の放出分散装置。
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