JPH01127624A - 超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置 - Google Patents
超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置Info
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- JPH01127624A JPH01127624A JP62283138A JP28313887A JPH01127624A JP H01127624 A JPH01127624 A JP H01127624A JP 62283138 A JP62283138 A JP 62283138A JP 28313887 A JP28313887 A JP 28313887A JP H01127624 A JPH01127624 A JP H01127624A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は精錬ガスに超音波を印加して精錬反応の迅速化
を図った。溶融金属の精錬方法およびその装置に関する
。
を図った。溶融金属の精錬方法およびその装置に関する
。
溶融金属の精錬においては、通常、浴中に不活性なガス
あるいは活性なガスを吹込み、精錬反応を促進する方法
が多用されている。この際にはガス吹込みによる精錬反
応の促進効果を大とすることが必要である。
あるいは活性なガスを吹込み、精錬反応を促進する方法
が多用されている。この際にはガス吹込みによる精錬反
応の促進効果を大とすることが必要である。
代表的な例の第１として、溶鋼の脱酸処理について説明
すると、この場合には、取鍋内の溶鋼中にアルミニウム
（Ａｔ）などの脱酸剤を添加し、溶鋼中に溶存している
酸素を微細な酸化物として析出させ、これらの微小析出
物例えばＡｌ２Ｏ３を溶鋼から浮上分離させる。この際
に、アルゴンガスを吹込み浴を攪拌することによって、
脱酸生成物である酸化物の分離速度を促進する、いわゆ
るＡｒガス攪拌法がある。
すると、この場合には、取鍋内の溶鋼中にアルミニウム
（Ａｔ）などの脱酸剤を添加し、溶鋼中に溶存している
酸素を微細な酸化物として析出させ、これらの微小析出
物例えばＡｌ２Ｏ３を溶鋼から浮上分離させる。この際
に、アルゴンガスを吹込み浴を攪拌することによって、
脱酸生成物である酸化物の分離速度を促進する、いわゆ
るＡｒガス攪拌法がある。
この方法は非常に簡便な設備で、しかも処理費用も低額
であるため製鋼工程で多用されている。
であるため製鋼工程で多用されている。
この際に、酸化物の分離速度、すなわち脱酸速度を向上
させることは、精錬操作の能率向上の点でも、また酸化
物の少ない清浄な鋼を得る点でも非常に重要である。
させることは、精錬操作の能率向上の点でも、また酸化
物の少ない清浄な鋼を得る点でも非常に重要である。
脱酸速度を向上するために種々の方法が採用されている
。その１つの方法として、Ａｒガスの吹込み羽口に多孔
質のレンガを用いて気泡を微細化し、多数の気泡を作っ
て気泡への酸化物の吸着を促進する方法がある。この方
法はＡｒガス吹込み羽口としてノズルを用いる方法より
気泡が微細化される点で優れ、脱酸速度も大となる。
。その１つの方法として、Ａｒガスの吹込み羽口に多孔
質のレンガを用いて気泡を微細化し、多数の気泡を作っ
て気泡への酸化物の吸着を促進する方法がある。この方
法はＡｒガス吹込み羽口としてノズルを用いる方法より
気泡が微細化される点で優れ、脱酸速度も大となる。
しかし、真空脱ガス装置を用いる脱酸方法と比較すると
、到達可能な酸素濃度に限界があり、Ａｒガス攪拌法は
高級鋼の製造には不十分である。
、到達可能な酸素濃度に限界があり、Ａｒガス攪拌法は
高級鋼の製造には不十分である。
代表的な第２例として溶鋼中にＡｒガスを吹込み溶鋼中
に溶解している水素や窒素を気泡中に移行させて除去す
る、いわゆる脱ガス処理がある。
に溶解している水素や窒素を気泡中に移行させて除去す
る、いわゆる脱ガス処理がある。
このような操作は多量のＡｒガスを使用すれば原理的に
は可能であるが脱ガス効率が悪いために現在では工業的
に使用されていない。
は可能であるが脱ガス効率が悪いために現在では工業的
に使用されていない。
本発明は以上のような従来技術に改善を加えて精錬反応
の促進と効率化を図ることを目的とし、超音波を用いた
溶融金属の精錬方法を提供するものである。
の促進と効率化を図ることを目的とし、超音波を用いた
溶融金属の精錬方法を提供するものである。
本発明方法は、溶融金属中にガスを吹込んで精錬を行う
に当り、ノズルまたは羽口に超音波を印加することを特
徴とする溶融金属の精錬方法である。
に当り、ノズルまたは羽口に超音波を印加することを特
徴とする溶融金属の精錬方法である。
上記本発明方法を好適に実施することのできる本発明装
置は、金属棒の一端に超音波振動子を装着し、該金属棒
中にガス通路を形成し、他端に溶融金属中にガスを吹込
むノズルまたは羽口を形成したことを特徴とする溶融金
属の精錬装置である。
置は、金属棒の一端に超音波振動子を装着し、該金属棒
中にガス通路を形成し、他端に溶融金属中にガスを吹込
むノズルまたは羽口を形成したことを特徴とする溶融金
属の精錬装置である。
本発明はガス吹込み精錬における反応の促進を目的とし
て超音波を利用するものであり、その原理はガス気泡を
吹込むノズルに超音波を印加すると気泡が非常に微細化
されることによる。
て超音波を利用するものであり、その原理はガス気泡を
吹込むノズルに超音波を印加すると気泡が非常に微細化
されることによる。
このように気泡が微細化されると溶鋼と気泡間の界面積
が増大することによって、第１の例の脱酸処理では酸化
物の気泡への吸着によって除去される脱酸速度が増大す
る。
が増大することによって、第１の例の脱酸処理では酸化
物の気泡への吸着によって除去される脱酸速度が増大す
る。
また、溶鋼中に溶解している窒素や水素を気泡によって
脱ガスする第２の場合においても、気泡と溶鋼界の界面
積が増大するために脱ガス速度が大となる。
脱ガスする第２の場合においても、気泡と溶鋼界の界面
積が増大するために脱ガス速度が大となる。
次に本発明の装置は金属棒の一端に超音波振動子を装着
し、他端にノズルまたは羽口を形成したので、直接ノズ
ルまたは羽口に超音波が伝達され、効率よく精錬を行う
ことを可能とする。
し、他端にノズルまたは羽口を形成したので、直接ノズ
ルまたは羽口に超音波が伝達され、効率よく精錬を行う
ことを可能とする。
第１図、第２図に本発明の実施例の概略を示すが、第１
図では超音波伝達用のホーンとしての金属棒ｌの周囲に
耐火材２を構築し、金属棒の中心部にＡｒガス通路３を
設ける。このようにして金属棒ｌの先端部に超音波振動
子４を設置する。これを取鍋５の溶鋼６中に浸漬し、Ａ
ｒガス通路３を通じてその先端のノズル７からＡｒガス
を溶鋼中に吹込む。
図では超音波伝達用のホーンとしての金属棒ｌの周囲に
耐火材２を構築し、金属棒の中心部にＡｒガス通路３を
設ける。このようにして金属棒ｌの先端部に超音波振動
子４を設置する。これを取鍋５の溶鋼６中に浸漬し、Ａ
ｒガス通路３を通じてその先端のノズル７からＡｒガス
を溶鋼中に吹込む。
また第２図の例では、取鍋５の底部に設けた金属パイプ
８．９からなる２重管ノズルにおいて、内管ノズルを形
成する金属パイプ８の先端に振動子４を設置し、内管８
に超音波を印加する。このようにして外管９と内管８の
作る環状部と内管８にＡ４ｒガスを流し、２重管ノズル
の先端部から浴中にＡｒガスを吹込む。
８．９からなる２重管ノズルにおいて、内管ノズルを形
成する金属パイプ８の先端に振動子４を設置し、内管８
に超音波を印加する。このようにして外管９と内管８の
作る環状部と内管８にＡ４ｒガスを流し、２重管ノズル
の先端部から浴中にＡｒガスを吹込む。
このような方法による超音波の気泡微細化効果について
、まず第１図に示す方法によって水中に窒素ガスを吹込
み、ノズル先端部で生成される気泡の直径を高速度写真
撮影によって測定した。
、まず第１図に示す方法によって水中に窒素ガスを吹込
み、ノズル先端部で生成される気泡の直径を高速度写真
撮影によって測定した。
この実験ではホーン部長さが１１８ｍｍでノズルの先端
の外径は５ｍｍ、内径は２ｍｍとし、ノズル先端からガ
ス導入口までは７４ｍｍとして、ガス導入位置はホーン
の振動の節の位置とした。
の外径は５ｍｍ、内径は２ｍｍとし、ノズル先端からガ
ス導入口までは７４ｍｍとして、ガス導入位置はホーン
の振動の節の位置とした。
超音波発振器は周波数２５ｋＨｚ、出力ｔｏｏｗである
。内径が１５０ｍｍで高さが２５０ｍｍのアクリル製の
円筒に約３Ｊｌの水（水深１６５ｍｍ）を入れ、ノズル
先端が浴面から７５ｍｍ位置となるように浸漬し、Ｎ２
ガスあるいはＣ０２ガスを吹き込んだ。
。内径が１５０ｍｍで高さが２５０ｍｍのアクリル製の
円筒に約３Ｊｌの水（水深１６５ｍｍ）を入れ、ノズル
先端が浴面から７５ｍｍ位置となるように浸漬し、Ｎ２
ガスあるいはＣ０２ガスを吹き込んだ。
ガス流場が０．５〜３． ＯＮ文／ｍｉｎの範囲におい
て、ａａ波を印加する場合としない場合で、気泡径は大
幅に異なり、平均粒径で約１０倍の差のあることが明ら
かとなった。また、この傾向は小流量の場合はど大きく
、０．５Ｎｉ／ｍｉｎでは１２〜１３倍の差があり、超
音波を印加すると気泡径が茗しく微細化されることが明
らかとなった。
て、ａａ波を印加する場合としない場合で、気泡径は大
幅に異なり、平均粒径で約１０倍の差のあることが明ら
かとなった。また、この傾向は小流量の場合はど大きく
、０．５Ｎｉ／ｍｉｎでは１２〜１３倍の差があり、超
音波を印加すると気泡径が茗しく微細化されることが明
らかとなった。
さらに円筒内の水を０．０２規定のＮａＯＨ溶液として
Ｃ０２ガスあるいはＮ２ガスを吹込みＣＯ２ガスの吸収
速度、あるいはＣ０２ガスの脱ガスについて、超音波印
加の効果を調査した。水溶液中のＣＯ２ガスの濃度変化
は次式で表される。
Ｃ０２ガスあるいはＮ２ガスを吹込みＣＯ２ガスの吸収
速度、あるいはＣ０２ガスの脱ガスについて、超音波印
加の効果を調査した。水溶液中のＣＯ２ガスの濃度変化
は次式で表される。
ただし、
Ｃｅ：気液界面での源側のｃｏ２Ｈ度（％）ＣＯ：実験
開始時のＣＯ２濃度（％） Ｃ：時刻ｔにおけるＣＯ２濃度（％） Ｋ ：見掛けの速度定数（ｍｉｎ″″すｔ ：時間（ｍ
ｉｎ） である、上式における速度定数にの値を測定して超７’
５波印加の効果を調べた。
開始時のＣＯ２濃度（％） Ｃ：時刻ｔにおけるＣＯ２濃度（％） Ｋ ：見掛けの速度定数（ｍｉｎ″″すｔ ：時間（ｍ
ｉｎ） である、上式における速度定数にの値を測定して超７’
５波印加の効果を調べた。
その結果、速度定数にはＣ０２の吸収および脱ガスの両
実験ともに超音波を印加すると、１．３〜３倍程度増大
することが明らかとなった。
実験ともに超音波を印加すると、１．３〜３倍程度増大
することが明らかとなった。
以上の実験結果に基づき、１ｋＷ、２５ｋＨｚの超音波
発振器を用いて、第１図に示す方法で約２５０ｋｇの溶
鋼を用いたアルミニウム脱酸実験を行い、Ａｒガスを一
定時間吹込み後の溶鋼中の酸素濃度を測定し、次式に基
づいてｋの値を求めた。
発振器を用いて、第１図に示す方法で約２５０ｋｇの溶
鋼を用いたアルミニウム脱酸実験を行い、Ａｒガスを一
定時間吹込み後の溶鋼中の酸素濃度を測定し、次式に基
づいてｋの値を求めた。
ただし、
Ｃｏ：を冨Ｏでの酸素濃度（ｐｐｍ）
Ｃｆ：ｔ＝ｔｆでの酸素濃度（ｐｐｍ）ｋ ：脱酸速度
定数（ｍｉｎ−１） ｔｆ：Ａｒガス吹込み時間（ｍ ｉ ｎ）である、この
実験では溶鋼は炭素を０．０４〜０．０６％を含有する
鉄・炭素２元系であり、酸素濃度は約５００ｐｐｍであ
る。
定数（ｍｉｎ−１） ｔｆ：Ａｒガス吹込み時間（ｍ ｉ ｎ）である、この
実験では溶鋼は炭素を０．０４〜０．０６％を含有する
鉄・炭素２元系であり、酸素濃度は約５００ｐｐｍであ
る。
吹込み装置を取鍋内の溶鋼中に約８０ｍｍ浸漬して、Ａ
ｒガスを３ Ｎ ｆｌ ／ ｍ ｉ ｎで吹込むと共に
、約１ｋｇのＡ文を添加し、脱酸処理を行った。
ｒガスを３ Ｎ ｆｌ ／ ｍ ｉ ｎで吹込むと共に
、約１ｋｇのＡ文を添加し、脱酸処理を行った。
実験開始時と５〜１０分のＡｒガス吹き後、溶鋼サンプ
ルを採取し、酸素濃度を分析して前人に基づいて脱酸速
度定数ｋを求めた。その結果、超音波を印加しない場合
は、 ｋ＝０．０５〜０．０９ ｍ１ｎ−”であり超音波を
印加すると、 ｋ＝０．０７〜０．１４ ｍ１ｎ−’となり、超音波
印加によって脱酸速度定数は平均値で約１．５倍大きく
なることが明らかである。
ルを採取し、酸素濃度を分析して前人に基づいて脱酸速
度定数ｋを求めた。その結果、超音波を印加しない場合
は、 ｋ＝０．０５〜０．０９ ｍ１ｎ−”であり超音波を
印加すると、 ｋ＝０．０７〜０．１４ ｍ１ｎ−’となり、超音波
印加によって脱酸速度定数は平均値で約１．５倍大きく
なることが明らかである。
また、脱酸処理終了時の溶鋼の酸素濃度も超音波印加で
１５〜２３ｐｐｍ、印加なしで２１〜３８ｐｐｍであり
、超音波印加により酸素濃度が大幅に低下し、清浄な鋼
の製造の可能なことが明らかとなった。
１５〜２３ｐｐｍ、印加なしで２１〜３８ｐｐｍであり
、超音波印加により酸素濃度が大幅に低下し、清浄な鋼
の製造の可能なことが明らかとなった。
この結果は水溶液系の実験にて観察されたように、Ａｒ
ガス気泡が超音波の印加によって微細化されるために、
気泡へのＡｌ２Ｏ３の吸着が促進されるためと考えられ
る。
ガス気泡が超音波の印加によって微細化されるために、
気泡へのＡｌ２Ｏ３の吸着が促進されるためと考えられ
る。
また、水溶液の実験では明らかではないが、その他の理
由として超音波がノズル先端部から溶鋼に伝達されるこ
とによって、微細なＡ１２０３の溶鋼中での凝集が促進
されて大きな径のＡｌ２Ｏ３に成長して浮上分離が容易
となるために脱酸速度が増大する効果も考えられる。
由として超音波がノズル先端部から溶鋼に伝達されるこ
とによって、微細なＡ１２０３の溶鋼中での凝集が促進
されて大きな径のＡｌ２Ｏ３に成長して浮上分離が容易
となるために脱酸速度が増大する効果も考えられる。
いずれにしても第１図、第２図に示す方法によって、超
音波を印加すると溶鋼の脱酸速度が増大し、また、酸素
濃度もより低値とすることが可ず七である。
音波を印加すると溶鋼の脱酸速度が増大し、また、酸素
濃度もより低値とすることが可ず七である。
以りの例は取鍋内溶鋼を対象として説明したが、容器は
取鍋に限定されるものでなく、脱ガス装置の真空槽や還
流管および連続Ｐｊ造のタンデイツシュなどでも実施可
能である。また、溶鋼の脱酸処理を説明したが、本発明
は脱酸処理に限定されるものではなく、超音波を印加し
て気泡を吹込むことで精錬反応の促進を狙うものであり
、気泡による脱ガス等の精錬反応の促進に有効に適用可
源である。
取鍋に限定されるものでなく、脱ガス装置の真空槽や還
流管および連続Ｐｊ造のタンデイツシュなどでも実施可
能である。また、溶鋼の脱酸処理を説明したが、本発明
は脱酸処理に限定されるものではなく、超音波を印加し
て気泡を吹込むことで精錬反応の促進を狙うものであり
、気泡による脱ガス等の精錬反応の促進に有効に適用可
源である。
（発明の効果〕
本発明によれば、溶融金属の精錬において精錬反応の促
進と効率化に著しい効果を奏する。
進と効率化に著しい効果を奏する。
第１図、第２図はそれぞれ本発明の実施例の模式縦断面
図である。 ｌ・・・金属棒 ２・・・耐火物３・・・Ａ
ｒガス流路 ４・・・超音波振動子５・・・取鍋
６・・・溶融金属７・・・ノズル
８・・・二重管の内管９・・・二重管の外管
図である。 ｌ・・・金属棒 ２・・・耐火物３・・・Ａ
ｒガス流路 ４・・・超音波振動子５・・・取鍋
６・・・溶融金属７・・・ノズル
８・・・二重管の内管９・・・二重管の外管
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属中にガスを吹込んで精錬を行うに当り、ノ
ズルまたは羽口に超音波を印加することを特徴とする溶
融金属の精錬方法。 ２ 金属棒の一端に超音波振動子を装着し、該金属棒中
にガス通路を形成し、他端に溶融金属中にガスを吹込む
ノズルまたは羽口を形成したことを特徴とする溶融金属
の精錬装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283138A JPH0765120B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283138A JPH0765120B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127624A true JPH01127624A (ja) | 1989-05-19 |
| JPH0765120B2 JPH0765120B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=17661721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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