JP7514548B2

JP7514548B2 - 脱ガス用坩堝

Info

Publication number: JP7514548B2
Application number: JP2022027402A
Authority: JP
Inventors: 健太日高; 成規山本
Original assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Current assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Priority date: 2022-02-25
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2024-07-11
Anticipated expiration: 2042-02-25
Also published as: JP2023123922A

Description

本発明は、非鉄金属の金属溶湯中に微細な気泡を放出して、当該気泡で金属溶湯に混在している不純ガスを脱気する脱ガス機能を備えた坩堝に関するものである。

アルミニウム合金、銅合金又はこれらに類する非鉄金属類を溶かした金属溶湯中には、水素ガスをはじめとして不純物が含まれている。当該不純物をそのままにして鋳物を製造した場合、当該鋳物中に気孔が残存し、鋳物製品の品質が悪化するおそれがある。鋳物中の気孔をなくして製品の品質を向上させるため、非鉄金属の精錬には、金属溶湯中にアルゴンや窒素等の不活性ガスを吹き込んで水素ガスを吸着・吸収するガス吹き工程が設けられている。
当該ガス吹き工程では、従来、不活性ガスを金属溶湯に対して放出可能に構成された撹拌機、ランスパイプ、ポーラスプラグが利用されている。

撹拌機は、たとえば、特開２０１８－１７８２０５号公報に開示されている。当該撹拌機は、筒体状の筐体の中に中空状の回転軸が挿入された二重筒構造を有している。回転軸の先端には回転羽根が取り付けられている。不活性ガスは、筐体と回転軸の間の隙間を通じて回転羽根まで導通され、回転羽根によって気泡状の不活性ガスが金属溶湯内へ拡散されるように構成されている。

ランスパイプは、たとえば、特開２０１７－００２３７７号公報に開示されている。当該ランスパイプは、基端側から吹き込まれた不活性ガスが先端側から放出される。このとき、放出されたガスは、金属溶湯内で気泡となって上昇する。これによって、金属溶湯を撹拌することができる。

ポーラスプラグは、たとえば、特開２０１０－１３８４７９号公報に開示されている。当該ポーラスプラグは、多孔質耐火物からなり、底部にガス導入管が接続可能に構成されている。ポーラスプラグは取鍋の底部に設置される。そして、ポーラスプラグにガス導入管から不活性ガスを吹き込むと、当該不活性ガスは、ポーラスプラグ上端部から気泡となって溶湯へ放出される。これによって溶湯を撹拌することができる。

特開２０１８－１７８２０５号公報特開２０１７－００２３７７号公報特開２０１０－１３８４７９号公報

しかしながら、上記の撹拌機、ランスパイプ、ポーラスプラグを用いる場合は、以下のような問題点がある。
撹拌機、ランスパイプ、ポーラスプラグのいずれも気泡の発生源が点で構成されている。これによって、金属溶湯内で気泡発生源付近でのみ撹拌、対流が発生し、発生源と発生源の間に不活性ガスに触れない溶湯が溜まってしまうおそれがある。そのため、不純物を十分に除去することが出来ず、固化したときピンホールが発生するおそれがある。
また、筒体状の撹拌機、ランスパイプは、使用中に熱衝撃又は酸化で折れるおそれがある。これによって、折れた先端部が金属溶湯内へ沈むと共に露出したガス通路から噴き出した不活性ガスの大きな気泡によって、ガス吹き工程の効率が悪化するおそれがある。
これに対して、ポーラスプラグは、溶湯の熱による熱膨張を原因として取鍋とポーラスプラグとの目地が開き、当該目地へ溶湯が流入するおそれがある。このように目地に地金が差し込んだ場合、ポーラスプラグが取鍋から脱落し、溶湯が漏れ出るおそれがある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、ガス吹き工程の効率を上げて非鉄金属製品の品質を向上させることができる耐久性、安全性の高い脱ガス用坩堝を提供することである。

請求項１に記載の脱ガス用坩堝は、周壁部と底部からなる有底筒体状の坩堝本体を備えた脱ガス用坩堝であって、
前記周壁部又は前記底部の外面側に、前記坩堝本体よりも高い気孔率を備えた多孔質体からなる気泡発生面を形成し、
前記周壁部又は前記底部の内部、若しくは前記周壁部及び前記底部の内部に、一端が前記気泡発生面に連通し、他端が前記周壁部又は前記底部の外部に開口するガス導通路を形成し、
前記ガス導通路の他端から吹き込まれた不活性ガスが、前記気泡発生面に接している金属溶湯内へ気泡となって放出されるようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の脱ガス用坩堝は、請求項１に記載の発明において、前記坩堝本体と前記気泡発生面が、一体成形されていることを特徴とする。

請求項３に記載の脱ガス用坩堝は、請求項１に記載の発明において、前記気泡発生面の気孔率が、前記坩堝本体の気孔率よりも少なくとも５％高くなるように構成したことを特徴とする。

請求項４に記載の脱ガス用坩堝は、請求項１に記載の発明において、前記坩堝本体と前記気泡発生面が、黒鉛質であることを特徴とする。

本発明に係る脱ガス用坩堝によれば、坩堝本体の周壁部又は底部の外面側に、坩堝本体が備える所定の気孔率よりも高い気孔率を備えた多孔質体からなる気泡発生面を形成した。そして、周壁部又は底部の内部、若しくは周壁部及び底部の内部に、一端が気泡発生面に連通し、他端が周壁部又は底部の外部に開口するガス導通路を形成した。気泡発生面とガス導通路をこのように構成することによって、ガス導通路へ不活性ガスを吹き込んだとき、気泡発生面に接している金属溶湯内へ気泡が放出される。
すなわち、気泡発生面は、坩堝本体よりも気孔率が高く通気抵抗が小さい多孔質体から形成されているので、坩堝本体と比べて通気性が高い。これによって、通気性の良い気泡発生面から不活性ガスが気泡となって放出され、通気性が悪い坩堝本体からガスが漏れ出すことを防止することができる。
このように、金属溶湯に接している気泡発生面で広く不活性ガスを気泡として放出することによって、金属溶湯内へ気泡を大量に放出することができ、当該気泡が湯面へ上昇するとき、金属溶湯を安定的に撹拌、対流させることができ、ガス吹き工程の効率を上げて製品の品質を向上させることができる。

また、坩堝内または取鍋内へ溜めた金属溶湯にランスパイプ又は撹拌機を差し込まなくてもガス吹き工程に係る処理を行うことができる。すなわち、ガス吹き工程に係る手順の一つを省略することができるので、金属溶湯が冷める前に素早く当該金属溶湯内へ気泡を放出させることができ、ガス吹き工程の効率を上げて製品の品質を向上させることができる。

また好ましくは、坩堝本体と気泡発生面を一体成形した。これによって、坩堝本体に形成した気泡発生面をより強固に一体化させることができる。これによって、気泡発生面から集中的に気泡を発生させる一方で、坩堝本体、特に当該坩堝本体と気泡発生面の境界からガスが漏れ出ることを防止することができる。
そして好ましくは、気泡発生面の気孔率が、坩堝本体の気孔率よりも少なくとも５％高くなるように構成した。これによって、気泡発生面と坩堝本体の通気抵抗の差を大きくすることができ、通気性が悪い坩堝本体からのガスリークを抑制し、通気性の良い気泡発生面から不活性ガスを放出させることができる。
さらに好ましくは、坩堝本体と気泡発生面を黒鉛質で構成するようにした。黒鉛質は、耐熱衝撃性が大きく、また耐食性が強いので、坩堝本体及び気泡発生面の強度、耐久性をより一層向上させることができる。

第１実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。第２実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。第３実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。第４実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。

本発明に係る実施例を添付した図面にしたがって説明する。図１は、本実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。

坩堝１０は、周壁部１１ａと底部１１ｂからなる有底筒体状に形成された坩堝本体１１を有している。当該坩堝本体１１の内面側を１１ｃ、外面側を１１ｄとしたとき、図１に示すように、周壁部１１ａの内面１１ｃには気泡発生面１２が坩堝本体１１と一体的に形成されている。
坩堝本体１１及び気泡発生面１２は、それぞれ所定の気孔率を備えた多孔質体からなり、気泡発生面１２の気孔率は、坩堝本体１１の気孔率よりも高くなるように構成されている。
ここで、多孔質体とは、組織中に空隙、細かな気孔を多く備えた固体であって、本実施例では当該気孔が、坩堝本体１１又は気泡発生面１２の内部で互いに連接して通気性を備えているものをいう。そして、気孔率とは、多孔質体の単位当たりの外形容積に対し、当該多孔質体に含まれる気孔部分の総容積の比率をいう。

気泡生成面１２の気孔率は、２２％以上、好ましくは２２％～３５％である。気孔率が２２％以下になると気泡発生面１２の通気抵抗が大きくなって通気性が悪化するので、放出される不活性ガスのガス放出量が少なくなる。一方、気孔率が３５％を超えると、気泡発生面１２の強度が下がり、耐熱衝撃性が悪化するので、気泡発生面１２に高温の金属溶湯１００が接触したとき、当該気泡発生面１２が熱衝撃によって破損するおそれがある。
一方、坩堝本体１１の気孔率は、１２％以下に抑えられている。特に気泡発生面１２の気孔率が、坩堝本体１１の気孔率よりも少なくとも５％高く、好ましくは１０％以上の大きな差があることが好ましい。気泡発生面１２と坩堝本体１１の気孔率の差が５％よりも小さくなると、坩堝本体１１自体から不活性ガスが噴き出すおそれがあり、気泡発生面１２とは異なる想定外の場所から不活性ガスが漏洩するガスリーク問題が生じるおそれがある。
本実施例では、気泡発生面１２の気孔率は、おおよそ２６％となるように調整され、坩堝本体１１の気孔率は、おおよそ７％となるように調整されている。
このように、気泡発生面１２の気孔率を坩堝本体１１と比べて高くすることによって、通気抵抗が小さい気泡発生面１２側の通気性を良くすることができ、通気抵抗が大きい坩堝本体１１側の通気性を悪くして、上記のガスリーク問題を防止することができる。

坩堝本体１１は、黒鉛（Ｃ）及びシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を主材とする黒鉛質の材料からなり、当該主材に加えて、シリコン（Ｓｉ）、アルミナ－シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）、及びその他の材料を、所定の割合で配合し構成されている。これによって、坩堝本体１１の耐熱性、耐食性を向上させ、強度を高くすることができる。
なお、本実施例では坩堝本体１１が黒鉛質材料からなるものとしたが、これに限定されず、本実施例に係る坩堝１０を用いる金属の特性、融点等に合わせて主材となる耐火物を適宜選択し、必要な材料を添加して坩堝本体１１を構成するようにしても良い。

気泡発生面１２は、図１に示すように、表面１２ａ側を内面１１ｃ側に、裏面１２ｂ側を周壁部１１内部にして坩堝本体１１の周壁部１１ａの内面１１ｃ側を指向するように構成されている。
なお、本実施例においては、気泡発生面１２は、周方向に沿って周壁部１１ａの内面１１ｃ全体に亘って配置されている。しかし、これに限定されるものでは無く、周方向に沿って、所定範囲で区画された気泡発生面１２を所定間隔で複数個設けるようにしても良い。この場合は、気泡発生面１２間の周壁部１１ａが支柱のようになって坩堝本体１１の強度を保持することができる。

そして、坩堝本体１１は、図１に示すように、周壁部１１ａの内部に、一端が気泡発生面１２の裏面１２ｂ側と連通し、他端が坩堝本体１１の縁部近傍まで伸びるガス導通路１５が形成されている。
ガス導通路１５の他端は、周壁部１１ａの外部へ開口するガス導入口１６が形成されている。ガス導入口１６は、ガスプラグ１７が嵌合され、ガス管１８が接続されている。
これによって、不活性ガスをガス管１８からガス導入口１６を介してガス導通路１５へ吹き込んだとき、気泡発生面１２の裏面１２ｂ側へ不活性ガス、たとえば、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ_２）、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）を送り込むことができる。
気泡発生面１２は、通気抵抗が小さく通気性が良いので、ガス供給源（図示略）からガス管１８を経て不活性ガスを供給し、ガス導通路１５内の不活性ガスが加圧されたとき、加圧された不活性ガスは、ガス導通路１５途中の坩堝本体１１からではなく通気性の良い気泡発生面１２の裏面１２ｂ側から表面１２ａ側へ透過する。このとき、気泡発生面１２を構成する多孔質体は組織中に互いに連接している細かな気孔を多く備えているので、不活性ガスの流れが気泡発生面１２の内部で各方向へ分散し、拡散する。また、多孔質体からなる気泡発生面１２は、その表面１２ａにおいて気孔の開口端がランダムな方向を指向している。そのため、気泡発生面１２内部で様々な方向へ分散、拡散した不活性ガスは、その表面１２ａ全体からもまたランダムな方向へ噴き出すように構成されている。
なお、図１に例示したガス導通路１５とガス導入口１６の配置に限定されず、たとえば、坩堝１０を設置する場所のレイアウトによって、ガスプラグ１７を嵌合するガス導入口１６を任意の位置に設定することができる。

上記の構成を有する坩堝本体１１は、以下に示すような製造方法によって製造されることが好ましい。
坩堝本体１１は、主に成形、乾燥、焼結の工程を経て製造される。
成形工程は、静水圧成形法、特に冷間静水圧プレス（ｃｏｌｄｉｓｏｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｉｎｇ：以下「ＣＩＰ成形」という）が好ましい。ＣＩＰ成形工程では、周壁部１１ａと底部１１ｂを備えた有底筒体状のゴム型に、粉粒体状に破砕されて水、バインダ等と混練された上記の黒鉛質材料が詰められ、加圧成形処理によって、坩堝本体１１が成形される。そして、乾燥工程で坩堝本体１１の水分を除去する処理が行われ、焼結工程で坩堝本体１１を焼結する処理が行われる。当該焼結工程において、坩堝本体１１と気泡発生面１２を構成する多孔質体が形成される。なお、ＣＩＰ成形工程、乾燥工程、及び焼結工程は、周知の技術を使用していることから詳細な説明は省略する。

ここで、坩堝本体１１の黒鉛質材料は、上記したように、黒鉛（Ｃ）及びシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を主材とし、さらに、シリコン（Ｓｉ）、アルミナ－シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）、及びその他の材料を、所定の割合で配合して構成されている。多孔質体は、粉粒体状の主材に混合される粉末状の焼失材又は溶融材の配合量によって、気孔率を調整することができる。焼失材は、粉粒体状の主材と混じり合い、焼結工程において焼失する素材であって、たとえば、６００℃前後で炭化した後、焼失し、気孔を形成するポリプロピレンが好ましい。また、溶融材は、粉粒体状の主材と混じり合い、焼結工程において溶融して主材間に浸透し、または融け出す素材であって、たとえば、樹脂が好ましい。本実施例では、焼失材と溶融材をまとめて気泡形成材という。

また好ましくは、坩堝本体１１及び気泡発生面１２を構成する黒鉛質材料の主材のうち、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）の配合比率を高くしても良い。これによって、坩堝本体１１及び気泡発生面１２の耐酸化性、耐食性を向上させることができる。
さらに好ましくは、坩堝本体１１及び気泡発生面１２を構成する黒鉛質材料のうち、黒鉛（Ｃ）の配合量を減らして、ボロンカーバイド（Ｂ_４Ｃ）を添加しても良い。これによって、坩堝本体１１及び気泡発生面１２の強度と耐酸化性をさらに向上させることができる。なお、ボロンカーバイド（Ｂ_４Ｃ）に限定されるものでは無く、強度と耐酸化性が向上する効果を備えるものであれば、他の低融点酸化防止剤を添加しても良い。
上記のように配合比率を調整し、また添加物を加えることによって、坩堝本体１１及び気泡発生面１２の耐酸化性、耐食性、強度を向上させることができ、坩堝本体１１へ高熱の金属溶湯１００を注ぎ込んだとき、酸化して破損すること、特に気泡発生面１２が破損することを防止することができる。

坩堝本体１１は、成形工程において、上記黒鉛質材料の主材に対して、気泡形成材を３％～１５％配合して形成した黒鉛質材料がゴム型に詰められ、気泡発生面１２に相当する部位には、上記黒鉛質材料の主材に対して、気泡形成材を２２％～３５％配合して形成した黒鉛質材料が同ゴム型に詰められて一体成形されている。これによって、焼結工程において、上記のように約７％の気孔率を備えた坩堝本体１１と約２６％の気孔率を備えた気泡発生面１２を一体化させることができる。
また、坩堝本体１１の成形工程において、当該坩堝本体１１の壁内に溶融材、好ましくはプレート状のパラフィンを挟み込み、焼結工程において、当該溶融材が溶け出して坩堝本体１１の壁内にスリットが形成されることによって、ガス導通路１５が形成される。
このように、一体成形された坩堝本体１１と気泡発生面１２は、その境界が一体化されて強固に結合していることから、当該境界部の強度を保つことができ、気孔率の異なる気泡発生面１２が坩堝本体１１から外れ落ちることを防止したり、当該境界部から不活性ガスが噴出、漏洩するガスリークを抑制したりすることができる。

上記の構成を有する坩堝１０は、次に説明するように使用される。
本実施例に係る坩堝１０には、図１に示すように、少なくとも気泡発生面１２が覆われる程度に非鉄金属、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金の金属溶湯１００が、注ぎ込まれる。
そして、図１に示すように、不活性ガスが、ガス導入口１６に接続されたガス管１８から吹き込まれる。吹き込まれた不活性ガスにはガス管１８に接続されたガス供給源（図示略）の方から所定の圧力が加わっているので、加圧され、気泡発生面１２の裏面１２ｂ側へ送り込まれた不活性ガスは気泡発生面１２の裏面１２ｂ側から表面１２ａ側に向かって透過する。このとき、気泡発生面１２を構成する多孔質体は組織中に互いに連接している細かな気孔を多く備えているので、不活性ガスの流れが気泡発生面１２の内部で各方向へ分散し、拡散する。また、多孔質体からなる気泡発生面１２は、その表面１２ａにおいて気孔の開口端がランダムな方向を指向している。そのため、気泡発生面１２内部で様々な方向へ分散、拡散した不活性ガスは、その表面１２ａ全体からランダムな方向へ噴き出してくる。
気泡発生面１２の表面１２ａに噴き出してきた不活性ガスは、気泡発生面１２と金属溶湯１００が接している面において、当該金属溶湯１００の表面張力に抗して気泡となる。ここで、気孔の開口径は大小異なってランダムに形成されているので、気泡発生面１２の表面１２ａには、大小さまざまな径の気泡が発生する。当該気泡は、さらに噴き出してきた不活性ガスを吸収拡大し、所定の浮力を得たとき、金属溶湯１００内へ放出される。
細かな気泡として放出された不活性ガスは、金属溶湯１００内の水素ガス等の不純物を吸着、吸収して拡大して浮力が大きくなる。水素ガス等の不純物と不活性ガスを含んで拡大した気泡は湯面へ浮上して大気中へ放出される。こうして坩堝１０内へ注がれた金属溶湯１００内の不純物である水素ガスを除去するガス吹き工程に係る処理を行うことができる。
そのため、当該ガス吹き工程後に坩堝１０から鋳型内へ金属溶湯１００が注ぎ込まれたとき、完成した鋳物製品では水素ガスを原因としたピンホールの発生を抑えることができ、鋳物製品の品質を向上させることができる。

また、本実施例に係る脱ガス用坩堝１０によれば、坩堝本体１１に気泡発生面１２を一体的に形成してガス吹き機能を備えるようにした。
これによって、ガス吹き工程において、従来、一般的に用いられてきたランスパイプ、撹拌機を金属溶湯１００へ挿入する手順を一つ省略することができる。そのため、金属溶湯１００が冷める前にガス吹き工程へ素早く移行することができる。
さらに、本実施例に係る脱ガス用坩堝１０によれば、坩堝本体１１は、周壁部１１ａの内面１１ｃに周方向に沿って環状の気泡発生面１２を有している。不活性ガスは気泡発生面１２の表面１２ａ全体から噴き出すように構成されているので、先端から少量の不活性ガスが噴出する従来のランスパイプ或いは撹拌機と比べて、短時間で大量に不活性ガスを気泡発生面１２へ送り込むことができる。
そして、気泡発生面１２は、金属溶湯１００と面で接し、坩堝本体１１の周方向に沿って、金属溶湯１００を取り囲む周壁部１１ａの内面１１ｃから広く満遍なく均等に気泡を発生させることができる。当該気泡が湯面へ上昇するとき、周壁部１１ａの内面１１ｃ近傍で気泡とともに金属溶湯１００もまた上昇するので、坩堝１０内で金属溶湯１００の対流を発生させることができる。当該対流は、金属溶湯１００内へ送り込まれた大量の気泡状不活性ガスを当該金属溶湯１００内へ満遍なく行き渡らせることができ、ガス吹き工程に係る処理を短時間で効率よく行うことができる。

次に、第２実施例について、添付した図面にしたがって説明する。
図２は、本実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。

本実施例に係る坩堝１０Ａが、第１実施例に係る坩堝１０と相違する点は、気泡発生面１２の位置である。
坩堝本体１１Ａは、図２に示すように、底部１１ｂの内面１１ｃ側に気泡発生面１２が形成されている。気泡発生面１２は、坩堝底部１１ｂの内面１１ｃ側に露出する表面１２ａと、当該底部１１ｂの内部に面する裏面１２ｂを有している。
気泡発生面１２の裏面１２ｂは、ガス導通路１５の一端が連通されている。当該ガス導通路の他端は、坩堝本体１１Ａの縁部近傍まで伸ばされている。
当該ガス導通路１５の他端には、周壁部１１ａの外部へ開口するガス導入口１６が形成されている。当該ガス導入口１６は、ガスプラグ１７が嵌合され、ガス管１８が接続されている。
これによって、不活性ガスをガス管１８からガス導入口１６を介してガス導通路１５へ吹き込んだとき、気泡発生面１２の裏面１２ｂ側へ不活性ガス、たとえば、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ_２）、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）を送り込むことができる。
気泡発生面１２は、通気抵抗が小さく通気性が良いので、ガス供給源（図示略）からガス管１８を経て不活性ガスを供給し、ガス導通路１５内の不活性ガスが加圧されたとき、加圧された不活性ガスは、ガス導通路１５途中の坩堝本体１１Ａからではなく通気性の良い気泡発生面１２の裏面１２ｂ側から表面１２ａ側へ透過する。
このとき、気泡発生面１２を構成する多孔質体は組織中に互いに連接している細かな気孔を多く備えているので、不活性ガスの流れが気泡発生面１２の内部で各方向へ分散し、拡散する。また、多孔質体からなる気泡発生面１２は、その表面１２ａにおいて気孔の開口端がランダムな方向を指向している。そのため、気泡発生面１２内部で様々な方向へ分散、拡散した不活性ガスは、その表面１２ａ全体からもまたランダムな方向へ噴き出すように構成されている。
なお、図２に例示したガス導通路１５とガス導入口１６の配置に限定されず、たとえば、坩堝１０Ａを設置する場所のレイアウトによって、ガスプラグ１７を嵌合するガス導入口１６を任意の位置に設定することができる。
また、気泡発生面１２を坩堝本体１１Ａの底部１１ｂの内面１１ｃ側に形成したが、これに限定されるものではなく、第１実施例に記載した気泡発生面１２の位置と合わせて、坩堝本体１１Ａの周壁部１１ａ及び底面１１ｂの内面１１ｃ側に気泡発生面１２を形成するようにしても良い。

坩堝本体１１Ａは、第１実施例と同様に、坩堝本体１１Ａと気泡発生面１２が一体成形されている。坩堝本体１１Ａと気泡発生面１２を構成する多孔質体それぞれの気孔率は第１実施例と同様であるから説明を省略する。
そして、第１実施例と同様に、気泡発生面１２の気孔率を坩堝本体１１Ａと比べて高くすることによって、通気抵抗が小さい気泡発生面１２側の通気性を良くすることができ、通気抵抗が大きい坩堝本体１１Ａ側の通気性を悪くして、ガスリークを防止することができる。
上記の構成を有する坩堝１０Ａの使用方法の一例については、第１実施例と同様であるから説明を省略する。

本実施例に係る脱ガス用坩堝１０Ａによれば、坩堝本体１１Ａに気泡発生面１２を一体的に形成してガス吹き機能を備えるようにした。
これによって、ガス吹き工程において、従来、一般的に用いられてきたランスパイプ、撹拌機を金属溶湯１００へ挿入する手順を一つ省略することができる。そのため、金属溶湯１００が冷める前にガス吹き工程へ素早く移行することができる。
さらに、本実施例に係る脱ガス用坩堝１０Ａによれば、坩堝本体１１Ａは、底部１１ｂの内面１１ｃに気泡発生面１２を有している。不活性ガスは気泡発生面１２の表面１２ａ全体から噴き出すように構成されているので、先端から少量の不活性ガスが噴出する従来のランスパイプ或いは撹拌機と比べて、短時間で大量に不活性ガスを気泡発生面１２へ送り込むことができる。
そして、気泡発生面１２は、面で接する金属溶湯１００に対して底部１１ｂの内面１１ｃから広く満遍なく均等に気泡を発生させることができる。当該気泡が湯面へ上昇するとき、気泡とともに金属溶湯１００もまた上昇する。大量に送り込まれた気泡状の不活性ガスは坩堝１０Ａ内で金属溶湯１００の対流を素早く発生させることができる。これによって、不活性ガスの気泡を金属溶湯１００内へ満遍なく行き渡らせることができ、ガス吹き工程に係る処理を短時間で効率よく行うことができる。
さらに、第１実施例同様に、ガス吹き工程後に坩堝１０から鋳型内へ金属溶湯１００が注ぎ込まれたとき、当該金属溶湯１００へ吹き込んだ大量の気泡状不活性ガスは、完成した鋳物製品における水素ガスを原因としたピンホールの発生を抑えることができ、鋳物製品の品質を向上させることができる。

次に、第３実施例について、添付した図面にしたがって説明する。
図３は、本実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。

本実施例に係る坩堝１０Ｂが、第１実施例に係る坩堝１０又は第２実施例に係る坩堝１０Ａと相違する点は、気泡発生面１２の位置である。
坩堝本体１１Ｂは、図３に示すように、底部１１ｂの外面１１ｄに気泡発生面１２が形成されている。気泡発生面１２は、坩堝本体１１Ｂの下方を指向するように、表面１２ａ側を底部１１ｂの外面１１ｄに、裏面１２ｂ側を底部１１ｂの内部にして形成されている。
そして、坩堝本体１１Ｂは、周壁部１１ａ及び底部１１ｂの内部に、一端が気泡発生面１２の裏面１２ｂ側と連通し、他端が坩堝本体１１Ｂの縁部近傍まで伸びるガス導通路１５を有している。
ガス導通路１５の他端は、周壁部１１ａの外部に開口したガス導入口１６が形成されている。ガス導入口１６は、ガスプラグ１７が嵌合され、ガス管１８が接続されている。
なお、本実施例においては、気泡発生面１２は底部１１ｂの外側下面１１ｄの全体に亘って形成されている。しかし、これに限定されるものでは無く、底部１１ｂの外側下面１１ｄの所定位置に所定範囲で区画された気泡発生面１２を所定間隔で複数個形成しても良く、また所定範囲で区画された気泡発生面１２を所定間隔で複数個設けたりしても良い。

坩堝本体１１Ｂは、第１実施例と同様に、坩堝本体１１Ｂと気泡発生面１２が一体成形されている。坩堝本体１１Ｂと気泡発生面１２を構成する多孔質体それぞれの気孔率は第１実施例と同様であるから説明を省略する。
そして、第１実施例と同様に、気泡発生面１２の気孔率を坩堝本体１１Ｂと比べて高くすることによって、通気抵抗が小さい気泡発生面１２側の通気性を良くすることができ、通気抵抗が大きい坩堝本体１１Ｂ側の通気性を悪くして、ガスリークを防止することができる。

上記の構成を有する坩堝１０Ｂは、次に説明するように使用される。
本実施例に係る坩堝１０Ｂは、図３に示すように、非鉄金属、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金の金属溶湯１００が溜められた取鍋１１０へ所定の深さまで浸漬される。このとき、金属溶湯１００から坩堝本体１１Ｂに対して浮力がかかるので、坩堝本体１１Ｂ内に所定重量の重りを入れたり、或いはアーム、支柱等で坩堝１０Ｂの内壁側から抑えつけたりして坩堝１０Ｂが金属溶湯１００の湯面へ浮き上がらないようにしても良い。これによって、取鍋１１０の底近傍から湯面間際まで金属溶湯１００中の任意の深さで坩堝本体１１Ｂを浸漬させることができる。
そして、第１実施例と同様に、ガス導入口１６に接続されたガス管１８から、不活性ガスが吹き込まれる。吹き込まれた不活性ガスは、ガス導通路１５を通じ、気泡発生面１２の裏面１２ｂ側から表面１２ａ側へ通じ、気泡発生面１２の表面１２ａ全体から噴き出し、当該気泡発生面１２が接している金属溶湯１００内へ気泡となって放出される。
気泡状に放出された不活性ガスは、第１実施例と同様に、取鍋１１０内の金属溶湯１００に対してガス吹き工程に係る処理を行うことができる。これによって、取鍋１１０から鋳型内へ注ぎ込まれ、完成した鋳物製品において、水素ガスを原因としたピンホールの発生を抑えることができ、鋳物製品の品質を向上させることができる。

本実施例に係る脱ガス用坩堝１０Ｂによれば、坩堝本体１１Ｂの底部１１ｂの外面１１ｄに設けた気泡発生面１２の表面１２ａ全体から気泡が発生するようにした。これによって、気泡発生面１２が金属溶湯１００と広く接して気泡を発生させることができる。そして、取鍋１１０、又は炉内へ沈めて利用するランスパイプと比べて、取鍋１１０の底近傍から湯面間際まで任意の位置へ坩堝１０Ｂを沈めてガス吹きを行うことができるので、不活性ガスの気泡を金属溶湯１００内に満遍なく行き渡らせることができ、ガス吹き工程に係る処理を短時間で済ませることができる。

また、本実施例に係る脱ガス用坩堝１０Ｂによれば、金属溶湯１００へ浸漬させる坩堝１０Ｂは、従来、一般的に用いられてきたランスパイプ、撹拌機よりも大きく頑丈であるため、耐久性を向上させることができる。

次に、第４実施例について、添付した図面にしたがって説明する。
図４は、本実施例に係る脱ガス用坩堝の構成の概略を示す縦断面図である。

本実施例に係る坩堝１０Ｃが、第１実施例に係る坩堝１０と相違する点は、気泡発生面１２の位置である。
坩堝本体１１Ｃは、図４に示すように、周壁部１１ａの外面１１ｄ側に気泡発生面１２が形成されている。気泡発生面１２は、周壁部１１ａの外面１１ｄ側に露出する表面１２ａと、当該周壁部１１ａの内部に面する裏面１２ｂを有している。
気泡発生面１２の裏面１２ｂは、ガス導通路１５の一端が連通されている。当該ガス導通路の他端は、坩堝本体１１Ｃの縁部近傍まで伸ばされている。
当該ガス導通路１５の他端には、周壁部１１ａの外部へ開口するガス導入口１６が形成されている。当該ガス導入口１６は、ガスプラグ１７が嵌合され、ガス管１８が接続されている。
これによって、不活性ガスをガス管１８からガス導入口１６を介してガス導通路１５へ吹き込んだとき、気泡発生面１２の裏面１２ｂ側へ不活性ガス、たとえば、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ_２）、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）を送り込むことができる。
気泡発生面１２は、通気抵抗が小さく通気性が良いので、ガス供給源（図示略）からガス管１８を経て不活性ガスを供給し、ガス導通路１５内の不活性ガスが加圧されたとき、加圧された不活性ガスは、ガス導通路１５途中の坩堝本体１１Ｃからではなく通気性の良い気泡発生面１２の裏面１２ｂ側から表面１２ａ側へ透過する。
このとき、気泡発生面１２を構成する多孔質体は組織中に互いに連接している細かな気孔を多く備えているので、不活性ガスの流れが気泡発生面１２の内部で各方向へ分散し、拡散する。また、多孔質体からなる気泡発生面１２は、その表面１２ａにおいて気孔の開口端がランダムな方向を指向している。そのため、気泡発生面１２内部で様々な方向へ分散、拡散した不活性ガスは、その表面１２ａ全体からもまたランダムな方向へ噴き出すように構成されている。
なお、図４に例示したガス導通路１５とガス導入口１６の配置に限定されず、たとえば、坩堝１０Ｃを設置する場所のレイアウトによって、ガスプラグ１７を嵌合するガス導入口１６を任意の位置に設定することができる。
また、気泡発生面１２を坩堝本体１１Ｃの周壁部１１ａの外面１１ｄ側に形成したが、これに限定されるものではなく、第３実施例に記載した気泡発生面１２の位置と合わせて、坩堝本体１１Ｃの周壁部１１ａ及び底面１１ｂの外面１１ｄ側に気泡発生面１２を形成するようにしても良い。

坩堝本体１１Ｃは、第１実施例～第３実施例と同様に、坩堝本体１１Ｃと気泡発生面１２が一体成形されている。坩堝本体１１Ｃと気泡発生面１２を構成する多孔質体それぞれの気孔率は第１実施例と同様であるから説明を省略する。
そして、第１実施例と同様に、気泡発生面１２の気孔率を坩堝本体１１Ｃと比べて高くすることによって、通気抵抗が小さい気泡発生面１２側の通気性を良くすることができ、通気抵抗が大きい坩堝本体１１Ｃ側の通気性を悪くして、ガスリークを防止することができる。
上記の構成を有する坩堝１０Ｃの使用方法の一例については、第１実施例と同様であるから説明を省略する。

本実施例に係る脱ガス用坩堝１０Ｃによれば、坩堝本体１１Ｃの周壁部１１ａの外面１１ｄに設けた気泡発生面１２の表面１２ａ全体から気泡が発生するようにした。これによって、気泡状の不活性ガスが発生する気泡発生面１２は、金属溶湯１００に対して広く接することができる。そして、取鍋１１０、又は炉内へ沈めて利用するランスパイプと比べて、取鍋１１０の底近傍から湯面間際まで任意の位置へ坩堝１０Ｃを沈めてガス吹きを行うことができるので、気泡状の不活性ガスを金属溶湯１００内に満遍なく行き渡らせることができ、ガス吹き工程に係る処理を短時間で済ませることができる。
そして、当該ガス吹き工程によって、取鍋１１０内の金属溶湯１００へ大量に吹き込まれた気泡状の不活性ガスは、第３実施例と同様に、取鍋１１０から鋳型内へ注ぎ込まれて完成した鋳物製品において、水素ガスを原因としたピンホールの発生を抑えることができ、鋳物製品の品質を向上させることができる。

また、本実施例に係る脱ガス用坩堝１０Ｃによれば、金属溶湯１００へ浸漬させる坩堝１０Ｃは、従来、一般的に用いられてきたランスパイプ、撹拌機よりも大きく頑丈であるため、耐久性を向上させることができる。

本実施例に係る脱ガス用坩堝によれば、気泡発生面１２を一体化した坩堝本体１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、ガス吹き機能を有している。
このようにガス吹き機能を持たせた坩堝１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを用いることによって、従来のランスパイプ、ポーラスプラグ、脱ガス用撹拌機を使用しなくてもガス吹き工程に係る処理を行うことができる。
また、坩堝本体１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの製造時に、当該坩堝本体１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの使用目的・使用態様に合わせて、坩堝本体上に形成される気泡発生面の位置、大きさ、範囲を自在に設定することができる。
そして、気泡発生面１２の表面１２ａ全体から噴き出す不活性ガスが金属溶湯１００内で気泡となって上昇することによって、坩堝１０，１０Ａ内又は坩堝１０Ｂ，１０Ｃへ浸漬させた取鍋１１０内の金属溶湯１００の対流を促すことができるので、ガス吹き工程の効率を向上させることができる。
さらに、坩堝本体１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと気泡発生面１２を一体成形し、気泡発生面１２の気孔率を、坩堝本体１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの気孔率よりも少なくとも５％以上高くなるようにした。
これによって、吹き込まれた不活性ガスは、通気抵抗が小さく通気性の良い気泡発生面１２を透過するので、通気抵抗が大きく通気性が悪い坩堝本体１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃからのガスリークを抑制することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…坩堝、
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…坩堝本体、１１ａ…周壁部、１１ｂ…底部、１１ｃ…内面、１１ｄ…外面、
１２…気泡発生面、１２ａ…気泡発生面表面、１２ｂ…気泡発生面裏面、
１５…ガス導通路、１６…ガス導入口、１７…ガスプラグ、１８…ガス管、
１００…金属溶湯、１１０…取鍋。

Claims

周壁部と底部からなる有底筒体状の坩堝本体を備えた脱ガス用坩堝であって、
前記周壁部又は前記底部の外面側に、前記坩堝本体よりも高い気孔率を備えた多孔質体からなる気泡発生面を形成し、
前記周壁部又は前記底部の内部、若しくは前記周壁部及び前記底部の内部に、一端が前記気泡発生面に連通し、他端が前記周壁部又は前記底部の外部に開口するガス導通路を形成し、
前記ガス導通路の他端から吹き込まれた不活性ガスが、前記気泡発生面に接している金属溶湯内へ気泡となって放出されるようにしたことを特徴とする脱ガス用坩堝。
前記坩堝本体と前記気泡発生面が、一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の脱ガス用坩堝。
前記気泡発生面の気孔率が、前記坩堝本体の気孔率よりも少なくとも５％高くなるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の脱ガス用坩堝。
前記坩堝本体と前記気泡発生面が、黒鉛質であることを特徴とする請求項１に記載の脱ガス用坩堝。