JP6384345B2 - Inclusion removal method - Google Patents
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Description
本発明は介在物除去方法に関し、特に溶湯に超音波振動を付与することにより溶湯内の介在物を除去する介在物除去方法に関する。 The present invention relates to an inclusion removal method, and more particularly to an inclusion removal method for removing inclusions in a molten metal by applying ultrasonic vibration to the molten metal.
溶湯に超音波振動を付与することにより、溶湯の脱ガスや介在物除去を行う技術が、知られている。特許文献1には、脱ガス用ガスを溶湯中に吹き込むための吹込パイプに超音波振動子を設け、溶湯の脱ガス及び酸化物除去(すなわち介在物除去)を促進する技術が開示されている。ここで、超音波振動子が溶湯に浸漬されているため、溶湯に超音波振動が付与される。
Techniques for degassing molten metal and removing inclusions by applying ultrasonic vibration to the molten metal are known.
発明者らは、溶湯内の介在物除去方法において以下の問題点を見出した。
特許文献1に記載されているように、溶湯内に存在する酸化物などの介在物は、溶湯の超音波振動により湯面(溶湯表面)に浮上する。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、湯面に浮上した介在物は、湯面の全体に広がって分布するため、例えば回収して除去することが難しいという問題があった。
The inventors have found the following problems in the method for removing inclusions in the molten metal.
As described in
本発明は、上記に鑑みなされたものであって、溶湯に超音波振動を付与することにより湯面に浮上した介在物を凝集させるものである。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: The inclusion which floated on the hot_water | molten_metal surface is aggregated by providing ultrasonic vibration to a molten metal.
本発明の一態様に係る介在物除去方法は、
溶湯内の介在物を除去する介在物除去方法であって、
超音波振動子の端面を湯面に近付けるステップと、
前記超音波振動子の前記端面に前記溶湯を接触させつつ、超音波振動を付与するステップと、を備え、
前記超音波振動を付与するステップにおいて、
前記超音波振動子の前記端面を前記湯面に接触させずに、前記溶湯への前記超音波振動を開始した後、搖動した前記溶湯を前記超音波振動子の前記端面に接触させ、
前記超音波振動子の前記端面の位置を、前記湯面よりも高くするものである。
The inclusion removal method according to one embodiment of the present invention includes:
An inclusion removal method for removing inclusions in the molten metal,
A step of bringing the end face of the ultrasonic transducer close to the surface of the molten metal;
Applying ultrasonic vibration while bringing the molten metal into contact with the end face of the ultrasonic vibrator, and
In applying the ultrasonic vibration,
Without starting the ultrasonic vibration to the molten metal without contacting the end surface of the ultrasonic vibrator to the molten metal surface, the peristated molten metal is brought into contact with the end surface of the ultrasonic vibrator,
The position of the end face of the ultrasonic transducer is set higher than the molten metal surface.
本発明の一態様に係る介在物除去方法は、
溶湯内の介在物を除去する介在物除去方法であって、
超音波振動子の端面を湯面に近付けるステップと、
前記超音波振動子の前記端面に前記溶湯を接触させつつ、超音波振動を付与するステップと、を備え、
前記超音波振動を付与するステップにおいて、
前記超音波振動子の前記端面を前記湯面に接触させた後、前記溶湯への前記超音波振動を開始するとともに前記超音波振動子を引き上げ、
前記超音波振動子の前記端面の位置を、前記湯面よりも高くするものである。
The inclusion removal method according to one embodiment of the present invention includes:
An inclusion removal method for removing inclusions in the molten metal,
A step of bringing the end face of the ultrasonic transducer close to the surface of the molten metal;
Applying ultrasonic vibration while bringing the molten metal into contact with the end face of the ultrasonic vibrator, and
In applying the ultrasonic vibration,
After bringing the end face of the ultrasonic transducer into contact with the molten metal surface, the ultrasonic vibration to the molten metal is started and the ultrasonic transducer is pulled up,
The position of the end face of the ultrasonic transducer is set higher than the molten metal surface.
本発明に係る介在物除去方法では、超音波振動子の端面の位置を、湯面よりも高くして、溶湯へ超音波振動を付与する。すなわち、超音波振動子の端面と接触している溶湯を、表面張力により湯面から持ち上げている。この表面張力により、湯面に浮上した介在物を超音波振動子の周囲に凝集させることができる。 In the inclusion removal method according to the present invention, the position of the end face of the ultrasonic transducer is made higher than the molten metal surface to apply ultrasonic vibration to the molten metal. That is, the molten metal in contact with the end face of the ultrasonic transducer is lifted from the molten metal surface by surface tension. Due to this surface tension, inclusions floating on the molten metal surface can be aggregated around the ultrasonic vibrator.
本発明により、溶湯に超音波振動を付与することにより湯面に浮上した介在物を凝集させることができる。 According to the present invention, inclusions floating on the molten metal surface can be aggregated by applying ultrasonic vibration to the molten metal.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
(第1の実施の形態)
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る介在物除去装置について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る介在物除去装置の模式的断面図である。図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る介在物除去装置10は、超音波振動子11、超音波発振器12、支持アーム13、昇降ガイド14、昇降ロッド15、振動アブソーバ16、昇降シリンダ17、台座18を備えている。
(First embodiment)
First, the inclusion removal apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an inclusion removal apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
なお、当然のことながら、図1に示した右手系xyz座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。図1におけるxy平面は水平面を構成し、z軸方向が鉛直方向である。より具体的には、z軸のプラス方向が鉛直上向きとなる。 As a matter of course, the right-handed xyz coordinates shown in FIG. 1 are convenient for explaining the positional relationship of the components. The xy plane in FIG. 1 constitutes a horizontal plane, and the z-axis direction is the vertical direction. More specifically, the positive direction of the z axis is vertically upward.
超音波振動子11は、超音波発振器12の底面から鉛直方向下向き(z軸方向マイナス向き)に延設されている。超音波振動子11は、例えば、SKD61などの鉄系合金からなる円柱状の部材である。保持炉20に収容された溶湯1に超音波振動子11の先端部を接触させることにより、超音波発振器12から出力された超音波振動が溶湯1に付与される。
なお、図1に示すように、溶湯1と接触する超音波振動子11の先端部には、例えばSiCなどからなるセラミック部材11aが装着されていることが好ましい。セラミック部材11aにより、超音波振動子11の溶損を抑制し、超音波振動子11の寿命を向上させることができる。なお、セラミック部材11aは必須ではない。
The
As shown in FIG. 1, it is preferable that a
超音波発振器12は、昇降ガイド14から水平方向(図1ではx軸方向プラス側)に延設された支持アーム13の先端に固定されている。すなわち、超音波発振器12は、支持アーム13を介して昇降ガイド14に連結されている。また、超音波発振器12と昇降ガイド14との間には、振動アブソーバ16が支持アーム13と略平行に設けられている。振動アブソーバ16により、超音波発振器12に連結された昇降ガイド14の振動が抑制される。
The
昇降ガイド14は、例えば昇降ロッド15を通す貫通孔(不図示)を有するパイプ状の金属部材であって、昇降ロッド15にスライド自在に装着されている。ここで、昇降ロッド15は、台座18から鉛直方向に延設された例えば円柱状の金属部材である。また、昇降ガイド14は、昇降ロッド15と略平行に設けられた昇降シリンダ17に連結されており、鉛直方向にスライドすることができる。すなわち、超音波振動子11が鉛直方向に移動できる。具体的には、湯面センサ(不図示)に検出された湯面1aの高さに応じて、昇降シリンダ17が駆動することにより、超音波振動子11と湯面1aとの距離を一定すなわち所定の範囲に維持することができる。
The elevating
次に、図2を参照して、超音波振動の付与による溶湯1からの介在物除去及び脱ガスのメカニズムについて説明する。図2は、図1における湯面1a近傍の拡大図である。図2に示すように、湯面1a近傍には、ガスノズル30を介して、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスが導入されている。この不活性ガスにより、湯面1aの酸化を抑制することができる。
Next, with reference to FIG. 2, the mechanism of inclusion removal and degassing from the
そして、溶湯1の超音波振動により、溶湯1の内部に不活性ガスのマイクロバブル(微細気泡)2が発生する。超音波の振動数は、エネルギ効率の観点から、4〜80kHz程度が好ましい。超音波振動により発生するマイクロバブル2のサイズは、μmオーダであって、溶湯の回転撹拌などにより発生するmmオーダの気泡に比べて小さい。そのため、介在物3に効率よく吸着することができる。マイクロバブル2は、溶湯1の内部の水素ガス(不図示)や浮遊している介在物3に吸着しながら浮上する。つまり、図2に示すように、マイクロバブル2が吸着した介在物3は、湯面1aに浮上する。
Then, by the ultrasonic vibration of the
ここで、図2に示すように、超音波振動子11の端面11bの位置が、湯面1aよりも高くなっている。すなわち、超音波振動子11の端面11bと接触している溶湯1が、表面張力により湯面1aから持ち上げられている。この表面張力により、湯面1aに浮上した介在物3は超音波振動子11の周囲に凝集し、介在物凝集体3aが形成される。
Here, as shown in FIG. 2, the position of the end surface 11b of the
このように、超音波振動子11の端面11bの位置を湯面1aよりも高くすることにより、湯面1aに浮上した介在物3を凝集させることができる。この凝集した介在物3すなわち介在物凝集体3aは、容易に回収し、除去することができる。
Thus, by making the position of the end surface 11b of the
ここで、介在物3は、主にアルミニウム酸化物からなるため、介在物凝集体3aを回収する代わりに、TIG溶接装置などにより還元し、除去してもよい。介在物凝集体3aを回収するよりも、溶湯1の歩留まりを向上させることができる。
Here, since the inclusion 3 is mainly made of aluminum oxide, it may be reduced and removed by a TIG welding apparatus or the like instead of collecting the inclusion aggregate 3a. The yield of the
超音波振動子11の端面11bと湯面1aとの距離は、1〜5mmにすることが好ましい。超音波振動子11の端面11bと湯面1aとの距離が1mm未満では、湯面1aに浮上した介在物3の凝集効果が充分に得られなくなる。超音波振動子11の端面11bと湯面1aとの距離が5mmを超えると、超音波振動子11の端面11bの周囲ではなく下に、介在物凝集体3aが回り込み、超音波振動により再度溶湯1の内部に巻き込まれる虞がある。なお、超音波振動子11の近傍の湯面1a上にフラックスを散布することにより、介在物3の除去効果を高めることができる。
The distance between the end surface 11b of the
ここで、図3は、超音波振動付与による介在物除去効果を示すグラフである。また、図4は、超音波振動付与による脱ガス効果を示すグラフである。具体的には、JIS規格AC2Cアルミニウム合金20kgを710℃で溶解し、周波数40kHzの超音波振動を30秒間付与した。 Here, FIG. 3 is a graph showing the inclusion removal effect by applying ultrasonic vibration. FIG. 4 is a graph showing the degassing effect by applying ultrasonic vibration. Specifically, 20 kg of JIS standard AC2C aluminum alloy was melted at 710 ° C., and ultrasonic vibration with a frequency of 40 kHz was applied for 30 seconds.
図3の縦軸は、介在物量をK値で示している。図3に示すように、加振前に40を超えていた介在物量は、30秒間加振後に10程度にまで低下した。図4の縦軸は、気孔率(%)を示している。図4に示すように、加振前に0.25%を超えていた気孔率は、30秒間加振後に略0%にまで低下した。なお、加振時間(超音波振動の付与時間)を30秒よりも長くしても、K値及び気孔率は、ほとんど変化しなかった。図3、図4の結果から、加振時間は30秒程度で充分であることが分かった。 The vertical axis | shaft of FIG. 3 has shown the amount of inclusion by K value. As shown in FIG. 3, the amount of inclusions that exceeded 40 before the vibration decreased to about 10 after the vibration for 30 seconds. The vertical axis | shaft of FIG. 4 has shown the porosity (%). As shown in FIG. 4, the porosity that exceeded 0.25% before the vibration decreased to approximately 0% after the vibration for 30 seconds. In addition, even if the excitation time (application time of ultrasonic vibration) was made longer than 30 seconds, the K value and the porosity were hardly changed. From the results shown in FIGS. 3 and 4, it was found that about 30 seconds was sufficient for the excitation time.
次に、図5を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る介在物除去方法について説明する。図5は、本発明の第1の実施の形態に係る介在物除去方法を示すフローチャートである。
まず、超音波振動子11の端面11bを湯面1aに近付ける(ステップST1)。
Next, the inclusion removal method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the inclusion removal method according to the first embodiment of the present invention.
First, the end surface 11b of the
次に、超音波振動子11の端面11bに溶湯1を接触させつつ、超音波振動を付与する(ステップST2)。ここで、超音波振動子11の端面11bの位置を、湯面1aよりも高くする。具体的には、超音波振動子11の端面11bを湯面1aに接触させた後、溶湯1への超音波振動を開始するとともに超音波振動子11を引き上げる。ここで、超音波振動子11を溶湯1に長時間浸漬させないため、超音波振動子11の寿命を向上させることができる。
Next, ultrasonic vibration is applied while bringing the
あるいは、超音波振動子11の端面11bを湯面1aに接触させずに、溶湯1への超音波振動を開始した後、搖動した溶湯1を超音波振動子11の端面11bに接触させてもよい。この場合、超音波振動子11に溶湯1が接触している時間がより短いため、超音波振動子11の寿命をさらに向上させることができる。
Alternatively, after the ultrasonic vibration to the
図2を参照して説明したように、溶湯1に超音波振動を付与することにより、溶湯1の内部に不活性ガスのマイクロバブル(微細気泡)2が発生する。マイクロバブル2は、溶湯1の内部の水素ガス(不図示)や浮遊している介在物3に吸着しながら浮上する。
As described with reference to FIG. 2, by applying ultrasonic vibration to the
本実施の形態に係る介在物除去方法では、ステップST2において、超音波振動子11の端面11bの位置を、湯面1aよりも高くしている。すなわち、超音波振動子11の端面11bと接触している溶湯1を、表面張力により湯面1aから持ち上げている。この表面張力により、湯面1aに浮上した介在物3を、超音波振動子11の周囲に凝集させることができる。
In the inclusion removal method according to the present embodiment, in step ST2, the position of the end surface 11b of the
最後に、湯面1aに浮上し、凝集した介在物3すなわち介在物凝集体3aを除去する(ステップST3)。
以上のステップにより、溶湯1の内部に浮遊する介在物3を除去することができる。
Finally, the inclusion 3 that floats on the
Through the above steps, the inclusions 3 floating inside the
(第1の実施の形態の変形例)
次に、図6を参照して、本発明の第1の実施の形態の変形例について説明する。図6は、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る介在物除去装置の模式的断面図である。
図1に示した介在物除去装置10は、1槽構造の保持炉20に適用されていた。これに対し、図6に示した介在物除去装置10は、3槽構造の保持炉20に適用されている。
(Modification of the first embodiment)
Next, a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an inclusion removal apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention.
The
変形例に係る保持炉20は、第1槽21、第2槽22、第3槽23を備えている。ここで、第1槽21と第2槽22とは、連通孔24aにより互いに連通されている。また、第2槽22と第3槽23とは、連通孔24bにより互いに連通されている。
The holding
第1槽21には、介在物3を除去していない溶湯1が補充される。
第2槽22に保持された溶湯1に対し、超音波振動子11により超音波振動が付与され、介在物3が除去される。
そして、介在物3が除去された清浄な溶湯1が第3槽23に保持される。第3槽23に保持された清浄な溶湯1が、鋳造装置(不図示)に供給される。
The
The ultrasonic vibration is applied to the
The clean
ここで、介在物除去装置10の台座18が第1槽21上に固定されている。その他の介在物除去装置10の構成は図1と同様であるため、説明を省略する。
図1と同様に、超音波振動子11の端面11bの位置を湯面1aよりも高くすることにより、湯面1aに浮上した介在物3を凝集させることができる。この凝集した介在物3すなわち介在物凝集体3aは、容易に回収し、除去することができる。
Here, the
As in FIG. 1, by making the position of the end surface 11b of the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1 溶湯
1a 湯面
2 マイクロバブル
3 介在物
3a 介在物凝集体
10 介在物除去装置
11 超音波振動子
11a セラミック部材
11b 端面
12 超音波発振器
13 支持アーム
14 昇降ガイド
15 昇降ロッド
16 振動アブソーバ
17 昇降シリンダ
18 台座
20 保持炉
21 第1槽
22 第2槽
23 第3槽
24a、24b 連通孔
30 ガスノズル
DESCRIPTION OF
Claims (2)
超音波振動子の端面を湯面に近付けるステップと、
前記超音波振動子の前記端面に前記溶湯を接触させつつ、超音波振動を付与するステップと、を備え、
前記超音波振動を付与するステップにおいて、
前記超音波振動子の前記端面の位置を、前記湯面よりも高くし、前記超音波振動子の前記端面を前記湯面に接触させずに、前記溶湯への前記超音波振動を開始した後、搖動した前記溶湯を前記超音波振動子の前記端面に接触させ、
前記超音波振動子の前記端面に接触した溶湯を、表面張力によって前記湯面から持ち上げた状態で前記超音波振動を付与し、
前記超音波振動を付与するステップの後、前記超音波振動を付与することによって前記湯面に浮上して凝集した介在物を除去する、
介在物除去方法。 An inclusion removal method for removing inclusions in the molten metal,
A step of bringing the end face of the ultrasonic transducer close to the surface of the molten metal;
Applying ultrasonic vibration while bringing the molten metal into contact with the end face of the ultrasonic vibrator, and
In applying the ultrasonic vibration,
The position of the end face of the ultrasonic vibrator is made higher than the molten metal surface, and the ultrasonic vibration to the molten metal is started without bringing the end face of the ultrasonic vibrator into contact with the molten metal surface. , Contacting the molten molten metal with the end face of the ultrasonic transducer,
Applying the ultrasonic vibration in a state where the molten metal contacting the end surface of the ultrasonic vibrator is lifted from the molten metal surface by surface tension,
After the step of applying the ultrasonic vibration, the inclusion that floats and aggregates on the molten metal surface by applying the ultrasonic vibration is removed.
Inclusion removal method.
超音波振動子の端面を湯面に近付けるステップと、
前記超音波振動子の前記端面に前記溶湯を接触させつつ、超音波振動を付与するステップと、を備え、
前記超音波振動を付与するステップにおいて、
前記超音波振動子の前記端面を前記湯面に接触させた後、前記溶湯への前記超音波振動を開始するとともに前記超音波振動子を引き上げ、前記超音波振動子の前記端面の位置を、前記湯面よりも高くし、
前記超音波振動子の前記端面に接触した溶湯を、表面張力によって前記湯面から持ち上げた状態で前記超音波振動を付与し、
前記超音波振動を付与するステップの後、前記超音波振動を付与することによって前記湯面に浮上して凝集した介在物を除去する、
介在物除去方法。 An inclusion removal method for removing inclusions in the molten metal,
A step of bringing the end face of the ultrasonic transducer close to the surface of the molten metal;
Applying ultrasonic vibration while bringing the molten metal into contact with the end face of the ultrasonic vibrator, and
In applying the ultrasonic vibration,
After bringing the end face of the ultrasonic vibrator into contact with the molten metal surface, the ultrasonic vibration to the molten metal is started and the ultrasonic vibrator is pulled up, and the position of the end face of the ultrasonic vibrator is determined. higher than that of the molten metal surface,
Applying the ultrasonic vibration in a state where the molten metal contacting the end surface of the ultrasonic vibrator is lifted from the molten metal surface by surface tension,
After the step of applying the ultrasonic vibration, the inclusion that floats and aggregates on the molten metal surface by applying the ultrasonic vibration is removed.
Inclusion removal method.
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