JPH01208426A

JPH01208426A - 溶融金属又は合金の浴を製造するための方法及びランス

Info

Publication number: JPH01208426A
Application number: JP63182746A
Authority: JP
Inventors: Noel Lutgen; ノエル・ルトジェン; Sara Hornby Anderson; サラ・ホーンビイ・アンダーソン
Original assignee: Liquid Air Corp; Air Liquide America Corp
Current assignee: Liquid Air Corp; Air Liquide America Corp
Priority date: 1987-07-24
Filing date: 1988-07-21
Publication date: 1989-08-22
Also published as: EP0300907A1; AU1975888A; AU6212390A; AU616126B2; EP0300907B1; US4848751A; CA1276471C; AU611462B2; DE3866988D1

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野〕この発明は、溶融金属又は合金の洛を、その上に液体窒
素、アルゴン又は二酸化炭素を放射しながら製造するた
めの方法、及びこの浴の上に液体を放射するための装置
、特に液体ガスを放射するためのランスに関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］英国特
許９８７，１９０により、取鍋から鋳型へ溶融金属を連
続的に鋳込み、溶融金属ジェットを、液化窒素（この元
素が金属中にあって害を及ぼさない場合）又は液化アル
ゴンのような固化又は液化されたガスで遮蔽し、雰囲気
からの酸素、水素及び窒素ピックアップを回避するなめ
に取鍋内の溶融金属表面をも遮蔽することが知られてい
る。

電気炉の中で、新しい金属片又は金属スクラップが溶融
相を通って加えられる間、溶融金属は、炉内で徐々に溶
融される金属片は金属スクラップの加熱により得られる
。

溶融金属の開口表面の大部分は、その表面を覆う液体ア
ルゴン、窒素（窒素ピックアップが問題にならない場合
に限る）、又は二酸化炭素をインジェクションすること
によって、酸素、水素、及び／又は窒素ピックアップか
ら保護され得る。この方法は、大気中の酸素による汚染
、及び水素を発生する蒸気による汚染、又は液体窒素を
使用しない場合は窒素による汚染を防止することを可能
にする。

更に、溶融工程の前に溶融金属の液浴上で予備加熱する
段階において、この方法によりスクラップ金属片又は新
しい金属のストックを保護することが可能になる。その
金属の上の雰囲気は、金属、合金された金属、合金、又
は純金属の性質にょうて選択され、また、溶融処理及び
ホールディング処理の間中、即ちチャージの加熱が開始
されてから金属が出湯されるまで、その雰囲気はチャー
ジの成分の上及び周囲において維持されなければならな
い。

ガス状のアルゴン、窒素又は二酸化炭素による溶融金属
表面の遮蔽においては、インジェクション速度が乱流を
生じさせ、これにより不活性雰囲気を希釈する大気中の
空気が侵入するガス−Ｅのアルゴン、窒素又は二酸化炭
素による溶融金属表面の遮蔽に対し、液化ガスによる金
属の保護は、この液化ガスが炉の底又は溶融金属の表面
に達することを可能にする。これらの液化ガスは最初に
冷たくて重いガス（室温の大気よりも重い）として気化
し、次々に加熱され、膨張して炉内の雰囲気中の全ての
空気を追出す。

しかし、水素、窒素及び／又は酸素ピックアップに対す
るこの保護には、ある限界が存在する。

金属片が部分的に水で覆われている場合は、この水は溶
融浴に接触し得、洛中で金属酸化物と共に水素気泡を発
生し得る。バーナーが溶融金属の加熱に使用されるなら
ば、水素はバーナーの炎によっても生成され得る。酸素
は、洛中に導入される著しく酸化された金属スクラップ
から生成され得、また窒素はアーク炉の電極部分で生成
され得る。

液体アルゴン、窒素又は二酸化炭素のスノーが溶融浴の
表面に注がれる限り、浴表面の上の空気が除去され、そ
れゆえに酸素及び蒸気（水）が除去される。

しかし、この方法の最初において、容器中の残りの酸素
の極めて低いレベル（通常１％未満）は、炉内の溶融金
属のレベルが炉の高さの約２／３に達するとすぐに維持
されることができなくなる。

この高さにおいて、酸素濃度は急激に増加して約３〜５
％（体積濃度）に達し、なお良好な保護として考えられ
ているにも拘らず、完全に満足するものではない。

１９８７年７月２４日に米国に出願した、出願番号０７
７．１６８に開示されている方法において、液体窒素又
は液体アルゴンが溶融金属の製造中に炉内に注がれる場
合は、２相のアルゴン又は窒素のレベルを可能な限り低
くする必要がある。

発明者等は、実験中に、液体ガスを排出するために用い
られるランス中の窒素ガス又はアルゴンガスの存在は、
ランスの中に乱流を生じさせ、それゆえに溶融金属でス
プラッシュが発生し、炉の側に居る人間にとって極めて
危険であるということを発見した。それはまた脈流によ
って不活性雰囲気を破壊し、炉内又は金属表面において
液体を維持することができず、ガスの速度による空気の
侵入を招く。

（課題を解決するための手段）この問題を解決するために、多数の試みがなされた。ｉ
初に提案された解決策は、金属が炉の高さの約２／３ま
で遠するとずぐに金属の炉への供給を停止し、溶融金属
の出湯まで溶融浴の上への液化ガスの吹込みを維持する
ことであった。この解決策は効率が低く、　不十分であ
ることが明白である。

この発明の発明者が意図した他の解決策は、溶融金属表
面の上に存在する酸素を追出し、少なくても希釈するた
めに、溶融金属表面の上に注がれる液化ガスの流量を増
加させることからなっている。しかし、この提案はこの
問題の一部を解決するに過ぎない、かなりの量の液化ガ
スが、金属が溶融し過熱する間、不活性雰囲気を維持す
るために溶融金属の表面に残ることを要求される。液化
ガスの質量が臨界値を超えるとすぐに（この量は、炉の
サイズ、パワー、及び炉の溶融金属メニスカスによって
変化する。）、危険な状況になる。この臨界的な液化ガ
スの質量は実験的に決定される。

それは爆発が生じ始める質量よりも小さい値でなければ
ならない。

特に電気炉において、溶融金属には、溶融金属が集束メ
ニスカスを形成するところに対流移動が存在し、液化ガ
スが炉壁に達するとすぐに、それは溶融金属に侵入する
傾向にあり、次いで金属表面で多数の小爆発を生じ、溶
融金属を炉壁に突出させ、炉の傍らで作業するオペレー
タにとって危険である。

勿論、炉にはカバーが設けられているが、それは扱いに
くく、また彼等が溶融してしまうまでの全ての工程を観
察することが一層好ましいので、用いられていない。

この状況を分析した後、発明者等は、カバーがない炉は
“ホットプレート”のみならず、”開口蒸発器”として
考慮されなければならない　という結論に達した。それ
ゆえに、液化ガスは、溶融金属の表面によって発生ずる
熱（“ポットプレート”）のためばかりでなく、炉壁及
び溶融浴の上にまだ存在する金属片による熱放射のため
に蒸発する。そして、彼等は更に、溶融金属レベルが上
昇するに従い、炉壁からの熱放射の見地から、炉の全蒸
発容態が減少するが、それは液体金属浴温度の増加によ
ってそれ以上に補償されるという結論に達した。それゆ
え、より多くの蒸発が起こる。

浴の上の炉高の減少と結びつけられたこの蒸発速度の増
加は、ガス状態で不活性ガスを使用するのと類似の状態
をつくり出し、より冷たい大気に“当たる（ｈｉｔｔｉ
ｎ（＋　）”上昇する熱いガスの速度のために、大気中
の空気の進入が発生する。液化されたガス流における臨
界質量流量の歯かな増加は、なされ得るが、実験はこれ
が浴上の酸素濃度の偽かな上昇を防止しないことを示し
ている。

この発明においては、炉の上端に実質的に少なくとも炉
の開口部の断面と同じ断面を有するシース又はスカート
を提供し、このシースは実質的に炉の開口部の周囲をシ
ールした状態で位置され、実質的にその連続的な壁を形
成する。

このシースの高さは、実質的に炉の深さの約１７３以上
である。液化されたガスの流量はおよそ以下に説明する
範囲内に維持されるから、−数的に、この方法を実施す
る間中、溶融金属の上の雰囲気中の酸素が３体積％か、
場合によってはそれより低い濃度となるような炉の高さ
が要求される。

しかし、こ、のシースの最少の高さは、好ましくは円筒
の場合には、以下のようにして決定されることができる
。金属片を炉内に装入し、及び上で規定したような液化
ガスを金属の上に連続的に注ぐ間に溶融させ、時には金
属片を装入する前でさえも、以下に示す流量で注ぐ、酸
素濃度は、溶融金属表面の上に位置された酸素プローブ
によって溶融工程の間中間欠的に測定され、−数的に約
３体積％よつ低く維持される。３％に達するとすぐに（
又は２．９％又は３．１％等、認められる上限に依存す
る）、溶融金属表面から炉の上端までの残りの高さＨを
測定する。この高さは、この工程の間中溶融金属の上の
酸素濃度の要求される値を３体積％のような望ましい限
界値より低く維持するためのシースの最小の高さである
。

シースの材質は、−数的に鋼のような金属である。しか
し、高周波炉の場合には、セラミックス、アスベスト、
又はこれらに類するものから材質を選択することが重要
である。

この技術分野に精通した者は、シースを可能な限り低温
に維持するために、材質、その厚み、熱伝導率等を選択
する。

炉又は取鍋は一般的に円形の断面を有しているので、シ
ースは円筒であり、上述した適当な高さを有し、炉スは
取鍋の開口部よりも僅かに大きい直径を有していること
が好ましい、シースの重量は、−数的に、炉の上縁及び
シースの界面での空気の進入を避けるための望ましいシ
ールを与えるものであれば十分である。ある場合におい
ては、シースの基端の全周囲に密封用クツションを加え
ることにより前述のシールを改良することが重要となる
。このクツションはアスベスト、セラミックス、又はこ
れらに類するもののような、この技術分野に精通した者
に良く知られた適当な材料でつくられる。

溶融金属の上に放射される液化ガスの流量に関しては、
炉内で溶融される金属の種類に依存するということが見
出されている。

密度が約０．２７０〜０．２９０１ｂ／ｉｎ３　（９゜
７５〜１０．４７ｇ／１１３）の重金属の場合には、溶
湯の上の酸素量を適当なレベルに維持するために、液体
ガスの消費量は約炉内の金属１立方インチ当り０．０２
５〜０．０５０ポンド（０，９０〜１　、８０　ｋｇ／
ｃｍ３）の範囲内にすることができる。

密度が約０．１００１ｂ／ｉｎ３　（３．６１ｇ／ｉｎ
３）の軽金属の場合には、溶湯の上の酸素量を適当なレ
ベルに維持するために、液体ガスの消＊ｉは約炉内の金
属１立方インチ当り０．０３０〜０゜０６０ポンド（１
，０８〜２　、１６　ｋｇ／ｃｍ１３）の範囲内にする
ことができる。

この発明の−の実施態様において、液体不活性ガスの流
量は、この方法の間中、路間−の値に維持され、この流
量は（０，０２５〜０．１００１ｂ）ｘＶ（ただし■は
炉の内容積（立方インチ）を示す）の範囲である。好ま
しくは、流量は（０，０２５〜０．０６０１ｂ）ｘＶの
範囲内に維持される。

この代りに、流量は炉内の露出した金属の表面積に関し
て測定されることもできる。この場合には、流量は、好
ましくは、１分間当り、炉内で露出した金属の表面積の
１平方インチ当り０．０１〜０゜０５ポンド（０，１４
２〜０．７１１ｋＯ／分・Ｃｌ０２）に維持される。

溶融金属の浴におけるスプラッシュを防止するためのラ
ンスを提供すること、及び／又は、前述の溶融金属が製
造されている間に液体窒素又はアルゴンが注がれている
場合、不活性雰囲気に保持されることを確実にするため
に連続的な流れを維持することもまたこの発明の目的で
ある。

この発明の他の目的は、自己ガス抜き、即ち液体ガスが
注がれるランス先端に殆どガスが到達しないことを提供
することである。

この発明の更に他の目的は、溶融金属又は合金の浴の上
に液体窒素又はアルゴンを放射するためのランスであっ
て、そこから溶融金属又は合金の表面上に液化ガスのみ
を放射するための自己ガス抜き手段を備えているランス
を提供することである。このランスは、炉によって、又
は容器内に貯留されている金属によって、又はこの方法
の異なる工程の間にその中に貯留されている金属によっ
て熱放射を受けるランス内の流体の二相状態によって生
じる変動現象を防止するように設計される。

この発明に係るランスは、液化ガス容器から流出する液
体の体積を単に圧力ゲージにより制御することを可能に
する液体の静流を与えることができる。供給ラインのこ
の点において、まさにタンクの出口で液化ガスの状態は
単相（液体）であり、それ自体測定されることができる
。与えられた装置は、与えられた液体ガスに対し一度で
キャリプレートされ得る。流量はその液体の圧力の関数
だからである。

この発明においては、溶融金属又は合金を製造する間中
、溶融金属又は合金の浴の上に液体窒素又はアルゴンを
放射するための自己ガス抜きランスを提供し、このラン
スは、第１の円筒体と、この第１の円筒体に対し同軸で
、第１の円筒体の少なくとも一部を囲う第２の円筒体と
を具備し、前記第１の円筒体は、第１の端部と、前記液
体アルゴン又は窒素を収容する貯蔵容器に連結されるた
めに適用される手段と、前記液体窒素又はアルゴンを放
射するために適用される第２の開口端部とを有し、また
前記第１の円筒体は、使用において略水平に位置されて
適用されると共に、前記第１の端部側に設けられた第１
の部分と、使用において傾斜されて適用されると共に、
前記第２の開口端部側に設けられた第２の部分とを有し
、更に第１の円筒体は、前記第１の導管中の液体の流れ
の上流に位置する前記第１の端部と、前記第１の円筒体
中の液体の流れの下流に位置する第２の端部とを有し、
前記第２の円筒体は、各端部に夫々、前記第１及び第２
の円筒体の間の中空を規定する第１及び第２のフランジ
を有し、前記第１の円筒体は、第１のフランジに近接す
る前記中空チャンバの壁に形成されると共に、使用にお
ける前記第１の円筒体の実質的に上方部分に形成された
第１の穴を有する一方、前記第２の円筒体は、第２のフ
ランジに近接してこの円筒体に形成されると共に、第１
の円筒体中の液体窒素又はアルゴンの流れを実質的に乱
さない雰囲気において窒素又はアルゴンガスを放射する
ために適用される直径を有する第２の穴を有する。

好ましくは、この発明に係るランスは、第１の端部及び
第２の端部を有する第１の円筒体と、前記第１の円筒体
の前記第１の端部に連結され、前記液体アルゴン又は窒
素を収容する貯蔵容器に結合されるために適用されるコ
ネクタ手段と、前記第１の円筒体め前記第２の端部に連
結され、前記液体アルゴン又は窒素を放射するためのデ
ィフューザ手段と、第１及び第２の端部な有すると共に
、前記第１の、円筒体の少なくとも一部分を同軸的に囲
う第２の円筒体と、前記第２の円筒体の各端部に夫々−
すると共に、前記第１及び第２の円筒体の間の中空を規
定する第１及び第２のフランジとを具備し、前記第１の
円筒体は第１の穴を有し、また前記第２の円筒体は前記
第１の端部フランジに近接した第２の穴を有し、これら
の穴は、実質的に液体窒素又はアルゴンの流れを乱すこ
となく窒素又はアルゴンガスを排出するために適用され
る。

この発明の好ましい態様においては、第１の円筒体にお
ける穴の径は、第２の円筒体に形成された穴の径よりも
小さい、これらの穴の面積比は最大的０．５であり、好
ましくは約０．２５である。

第２の円筒体における大きな穴は、好ましくは第１の端
部フランジの近傍、及び前記第１の円筒体の第１の端部
の近傍に位置している一方、より小さい穴は、好ましく
は前記中空チャンバ中の反対側に位置しており、両方の
穴は、前記ランスが注出操作の間に向いていなければな
らない方向に合わされた際、前記第１及び第２の円筒体
の土壁に位置している。

［実施例］第１図は、円筒状（内径がＤＩ）の誘導炉１を示す概略
図である。炉１（底壁１３を有する）の垂直壁２には、
螺旋状に巻回され、金属浴４を誘導電流によって加熱す
る導電体３が埋め込まれており、金属スクラップ１２く
又は新しい素材〉はまだ溶融されていない、炉の側壁２
の上縁６は、適当な金属等でつくられた円筒状のシース
７を支えている。このシースの内径Ｄ２は炉１の内径Ｄ
１よりも僅かに大きい。

Ｌ字型のランス８は、はぼ円筒状のシース７の鉛直軸に
沿って配された垂直部３１、並びにバルブ９及びフレキ
シブルホース３５を介して液体アルゴン又は液体窒素貯
蔵容器１０に結合された水平部３３とを備えており、こ
れら垂直部及び水平部は肘状部３０で結合されている。

ランス８は、アルゴン又は窒素のような不活性液１１を
溶融浴の表面１４に投入するために用いられる６円筒状
のシース７は高さがＨであり、このＨは、炉の深さ、即
ち縁６から底ｕ１３までの約１／３である。

本願発明者等は、溶融金属４の表面１４が炉の全深さの
２／３を超えた場合、表面１４への不活性液１１の流量
がどんな値でも、溶Ｍ浴の上の大気５中の酸素濃度が著
しく増加することを見出した。彼等は、また、炉の上縁
６上の円筒状シース７（このシースはランス８の先端を
囲む）を設けることによって、溶融金属が炉の深さの２
／３に達する前の範囲内に酸素濃度が維持され得ること
をも見出した。このシースは炉の２／３が満たされると
同時に設置されなければならず、好ましくは液体のイン
ジェクションが開始されて直ぐに設置される。不活性液
体の流量が炉内の金属の導入量と共に増加する場合（こ
の：ａｉは、１分間当り、炉内の露出した金属表面１平
方インチ当り０．０１から０．０５ポンド（０，１４〜
０．７１ｋＱ／分・ｃｒｍ２　）であり、概略の全液体
消費量は、炉内の金属の１立方インチ当り０．０２５ポ
ンドから０．１００ポンド（０，９０〜３．６１ｋＱ／
ｃｍ３）の間、好ましくは０．０２５ポンドから０．０
６０ポンド（０，９０〜２．１７ｋｇ／ｃｍ３）の間で
ある。）、必要に応じて、炉内の溶融金属レベルが増加
した際に液体の流量を増加させるよく知られた調節装［
１５と共に、バルブ９を用意することができる。しかし
、圧力計と共に手動バルブ（図示せず）を備え、上で規
定した範囲内で流量を増加し、あるいは金属で満たされ
たｆに対応する値にその流量を維持して不活性液体の流
量を制御することも容易である。

金属チャージの加熱開始から溶融金属又は合金の出湯ま
での液化ガスの全体の消費量は、溶融時間及び大気中に
露出している溶融金属の表面積のような因子に依存する
。好都合には、炉内に放射される前述の液化ガスの流量
は、炉内の金属１立方インチ当り約０．０２５ポンドか
ら０．１００ポンド（０，９０〜３　、６１　ｋｇ／ｃ
ｍ３　）の間、好ましくは０．０２５ポンドから０゜０
６０ポンド（０，９０〜２　、１７　ｋｇ／Ｃ１１３＞
の間である。あるいはまた、流量は炉内の雰囲気に曝さ
れている溶融金属の表面積に基いて測定され得る。好都
合には、炉内に放射される液化ガスの流量は、１分間当
り、炉内の雰囲気に曝されている溶融金属１平方インチ
当り約０．０１ポンドから０．０５ポンド（０，１４〜
０．７１ｋｇ／分・ｃｎ２）の間である。

第２図は、溶融金属を製造する間に溶融金属表面上に不
活性液体を放射するために使用されるランスの第１の態
様の例を示すものである。ランス８は、第１の円筒体２
２と、円筒体２２と同軸に形成され、円筒体２２のラン
ス８の長手部分３３に対応する部分の略全部を囲む第２
の円筒体２０とを備えている。第１の円筒体２２は封部
３０のそばの下流端まで延長しており、引き続いて、略
炉１の鉛直軸に沿って延長するランスの鉛直部３１に沿
って延長している（第１図）、第１の円筒体２２の第１
の端部２８は、バルブ９及びフレキシブルホース３５を
介して容器１０に連結される。

第２の円筒体は、二つの端部フランジを具備しており、
第１のフランジ２７は上流のバルブ９の近傍に位置して
おり、第２のフランジ２９は下流の材部３０近傍に位置
している。これら２つの円筒体２０．２２は、端部フラ
ンジ２７．２９と共に、中空チャンバ２１を規定してお
り、このチャンバ２１は、端部フランジ２つに近接した
位置の第１の円筒体２２上端に設けられた第１の穴２４
と、端部フランジ２７に近接した位置の第２の円筒体２
０上端に設けられた第２の穴２３とを有している。複数
のタブ３６は、２つの円筒体を結合し、これらの同軸性
を保持している。ディフューザ３４は、ランスの鉛直部
３１の下端に接続されている。

不活性液体が第１の円筒体２２の内側を流れる際に（第
２図において水平に）、不活性液体２６から蒸発した不
活性ガスが孔２４を通って排出され、排出ガスは第１の
円筒体２２と第２の円筒体２０との間の環状空間２１内
を液体とは逆の方向に流れる。この不活性ガスは冷たく
、第２の円筒体２０の周囲を流れた後に穴２３から排出
され、そして第１の円筒体２２を低温に維持する。更に
、この低温ガスは、ランス８のシース（第２の円筒体）
２０を冷却し、ランスが第１図のように使用されている
場合に、ランスを溶融金属の浴によって発生する熱に耐
えさせる。このランスはそれゆえ、溶融浴に落下して水
の熱分解による水素を発生する危険を伴う水の凝縮を防
止する。

ディフュザーの下端と溶融金属表面との間の距離はでき
る限り小さく維持される。即ち、炉内の金属は２／３を
超える。この距離は、炉の玉縁と溶融金属の面との間の
距離よりは小さいが、好ましくは約１から４インチの間
に維持される。

第３図はこの発明に係るランスの好ましい態様を示すも
のである。このランスは第１の円筒体１０１を備えてお
り、この円筒体１０１は、略水平の第１の部分１０２、
曲部１０３、及び例えば４０μｍ径の複数の穴を有する
ディフュザー１０５に螺合された略垂直の第２の部分を
有している。この第１の円筒体は第２の円筒体１１２に
よって囲まれており、この円筒体１１２は、略水平の第
１の部分１０６、曲部１０７、及び略垂直の第２の部分
１０８を有しており、全ての部分は第１の円筒体１０１
の対応する部分を同軸的に囲んでいる４両端において、
第２の円筒体は、第２の円筒体の内壁と第１の円筒体の
外壁との間の中空環状チャンバ１１３を規定する端部フ
ランジ１０９　、１１０を有している。スペーサー手段
１１６は、第１の円筒体と第２の円筒体との間に、これ
らの同軸性を維持するために配設されており、フランジ
１０９　、１１０もこの同軸性を維持している。第１の
円筒体は、第１の部分１０２と曲部１０３との間に位置
する部分１０２の端部に内側排気孔１１４を有している
。第２の円筒体は、端部フランジ１０９近傍に位置する
外側排気孔１１５を有している。内側排気孔と外側排気
孔との間の面積比は約０．５である。端部フランジ１１
０は、第１の円筒体の第２の部分１０４に雌型コネクタ
１１８及び圧縮ナツト１１７によって結合されたステン
レス鋼製のディフュザ１０５に可能な限り近接している
。第１の円筒体１０４の直径の５乃至１０倍の直径を有
するドリップワッシャー１１０１がディフューザ１０５
と雌型コネクタ１１８との間に設置され、金属浴からの
放射熱がランスを氷点よりも上の温度に保持するのに十
分でない場合に、ランス上の凝縮によって生成された水
を蒸発させる０円形のドリップワッシャー１１０１は、
必要ならば、多量の水が生成されてこのような水が溶融
金属の浴に落下する危険性がある場合に、その周囲に沿
ってリムを備えていてもよい。

ランスを用いて溶融金属浴を不活性にする方法を第４図
を参照して説明する。ランスは好ましくは略水平に設置
され、ディフュザ１２３は溶融金属の満杯レベルよりも
数インチ上に設けられている。

圧力逃し弁１２８は液体アルゴンシリンダ１２６の流量
制御弁１２３の後方の出口に連結され、クライオホース
１２９の一方の端に連結されている。ホース１２９の他
方の端には、先端にディフュザ１２３を有するランス１
３１が連結されている。酸素プローブ１３４は、酸素分
析装置１３３を用いて酸素レベルを制御する。ゲージ１
２７はクライオホース１２９に設けられており、このホ
ース内のアルゴン又は窒素の圧力を指示する。

液体アルゴンの圧力流制御、即ち液体窒素の流量が極め
て安定である。このシステムはランス先端での液体の流
量を測定しないが、ランス通じるフレキプルホースの前
のシリンダーの液体出口の流量を測定する。ランスの窒
素及びアルゴン流量がキャリプレートされ得る。窒素と
アルゴンとでは流れが僅かに異なる。液体の流量は、シ
リンダ内の液体の圧力、シリンダ１２６及びフレキシブ
ルホース１２９の間のＴ結合、並びに制御弁１２３の開
度の関数である。

ランス管は、温度安定性を有しており、液体単相の流れ
を許可する。ゲージ１２７によって示された指示は極め
て安定であり、また、ゲージニードルは、２相の傾向に
ある測定装置外の液体のために生じる極めて短いスパン
のストロークで動かされることができる。ランス及びそ
の穴システムは、実際に相分離器であるディフューザの
ように、相分離を補助する。

操作中にゲージ圧が上昇し、変動する場合には、圧力の
設定は不要であり、その代りディフューザが金属浴上方
に引き上げられなければならない。

圧力の変動（上昇）は、ディフューザが加熱源に近過ぎ
、背圧を形成する気化器として作用することを意味する
からである。

ランスの操作中、気相は穴２４（第２図）、及び穴１１
４（第３図）から放出され、中空チャンバ２１又は１１
３は、迅速に、ランス操作の最初において常温で穴２３
又は１１３がら空気を追出す低温ガスで満たされる。こ
れにより、内側スリーブ２２又は１０２は、低温ガスに
より迅速に冷却され、よって内側スリーブ内に流れる液
相の気化が減少する。

これが、有効に溶融金属の浴を不活性にするための条件
である液体流において実質的に乱流が生じないようにす
ることを可能にする理由である。

実」１刑」− デは金属が溶融する際に間欠的にチャージされる。鉄合
金のためのチャージは、通常、リターン（堰、押し湯）
、鋳物屑、非鉄スクラップ、フェロアロイ、未使用金属
等でつくられる。溶融金属が非鉄の場合には、チャージ
はリターン（堰、押し湯）、鋳物屑、非鉄スクラップ、
合金元素、分析値が知られている未使用インゴット等で
つくられる。“コールドチャージ”は勿論かさばってお
り、−度に全体が炉内に導かれることはできない。

このため、炉は、入れることができてその中を満たすこ
とができるものであれば何でも装入され、チャージが“
溶融”する際に種々のインターバルで再チャージされる
。この操作は、炉が溶融金属で満たされるまで行われる
４通常、合金元素は最後に添加される。金属は、手、電
磁石装置、バケツ、コンベアー、又はこれらと等価なも
のによって装入される。

液化ガスは、チャージが熱を得てその結果液体ガスが気
化するために十分な熱が存在する際、すなわちチャージ
が開始されてから数分後に装入される。実用的な目的で
はなく炉の底に液体窒素又はアルゴンが堆積する場合に
、液体窒素又はアルゴンが導入される必要はない、更に
、炉底の冷たい液化ガスの堆積はライニングに悪影響を
及ぼす。

円形の開口端の径が１８インチで深さが２４インチの誘
導炉の上縁上に、高さ８インチ、直径２４インチのスカ
ート又は円筒シースを設置した。

ゲージ圧３　ＰｓＬｇ（０、１７５ｋｇ／ｃｍ１”　）
で２゜５１ｂ／分（１，１３ｋ（１／分）の流量の液化
アルゴンを、チャージが熱くなり始めて直ぐに、炉が満
たされるまで注ぎ、ディフューザはチャージから約３イ
ンチ離れて位置させた。炉の深さの半分に達するまでは
、溶融金属の上の酸素濃度は１％未満であり、２／３で
１．５％であり、炉が満杯の場合では３゜０％であった
。

のかぬの　　　２実施例１と同じ条件で、スカートを用いない以外は実施
例１と同じ金属浴で、実施例１と同様の測定を行った。

炉が１／３満たされた際に、酸素濃度は約１．０％、約
半分で１．５％、２／３の深さで３．０％、また炉が満
杯の際に６．０％に達した。

火立皿ユ直径１１インチ（２８ｃｉ）　ノ、１７ｆｃ：：、３０
０ポンド（１３６ｋｇ）の３０３ステンレス鋼合金を炉
内金属高さ１１インチ（２８ｃｎ）まで装入する。チャ
ージが熱せら五始めてから液体アルゴンを炉内のチャー
ジ上に放射し始め、溶融チャージが出湯されるまで行う
。

７２分間の加熱の間、９３．６ポンド（４２゜４６ｋｇ
）の液体アルゴンが１分間当り１．３ポンド（０，５９
に！Ｉ＋）の流量で消費される。炉内に放射される液化
ガスの流量は、炉内の金属の体積に基くと、０．０９０
１ｂ／ｉｎ３　（３．２５ｋｇ／ｃｍ１３）であり、炉
内の金属の露出表面の表面積に基くと０．０１４１ｂ／
分・１ｎ２（０、２０ｋＧ／分・ｃｒａＭである。

この液化ガスの流量において、溶融金属上の酸素濃度は
２％である。

幻Ｌ」直径が１６インチ（４０，６４ＣＩＤ）の炉に、１３０
０ポンド（５９０ｋｇ）の８５％Ｃｕ、５％Ｓｎ、５％
ｐｂ、及び５％Ｚｎを含む合金を２０インチ（５０，８
ｃｍ）の深さまで装入する。チャージが熱せられ始めて
から液体窒素を炉内のチャージ上に放射し始め、溶融チ
ャージが出湯されるまで行う。

１１０分間の加熱の間、２００ポンド（９０゜７２ｋｇ
）の液体窒素が１分間当り１．８２ポンド（０，７９ｋ
ｇ）の流量で消費される。炉内に放射される液化ガスの
流量は、炉内の金属の体積に基くと、０．０５０１ｂ／
ｉｎ３　（１，８１ｋｇ／ｃＩＩ１３）であり、炉内の
金属の露出表面の表面積に基くと０．００９１ｂ／分−
１ｎ２（０，１３ｋｏ／分・ｃ＋ｎ”）である。

この液化ガスの流量において、溶融金属上の酸素濃度は
３．５乃至６．０％である。

曳立五二直径５インチ（１２，７ｃｍ）の炉に７０ポンド（３１
，８ｋＯ）の合金８６２０　（ＡＩＩｏｙ８６２０）鋼
を１２．５インチ（３１，７５ｃｍ）の深さまで装入す
る。チャージが熱せられ始めてがら液体アルゴンを炉内
のチャージ上に放射し始め、溶融チャージが出湯される
まで行う。

１７分間の加熱の間、１４．１１ポンド（６゜４０ｋｆ
Ｊ）の液体アルゴンが１分間当り０．８３ポンド（０，
３８ｋＱ）の流量で消費される。炉内に放射される液化
ガスの流量は、炉内の金属の体積に基くと、０．０５８
１ｂ／ｉｎｓ　（２，０９ｋａ／ｃｍ３）であり、炉内
の金属の露出表面の表面積に基＜、！＝０．０４２１ｂ
／分−１ｎ２　（０，６０ｋＧ／分・Ｃ１１）である。

この液化ガスの流量において、溶融金属」−の酸素濃度
は０．８乃至１．８％である。

火工Ｍ玉直径８インチ（２０，３ｃｎ＋）の炉に２５０ポンド（
１１３．４ｋＯ）の合金８６２０　（ＡＩＩｏｙ８６２
０）ステンレス鋼を１７．５インチ（４４，４５ｃｎ）
の深さまで装入する。チャージが熱せられ始めてから液
体アルゴンを炉内のチャージ上に放射し始め、溶融チャ
ージが出湯されるまで行う。

４４分間の加熱の間、４４ポンド（１９．９６ｋｇ）の
液体アルゴンが１分間当り１．０ポンド（０，４５ｋｇ
）の流量で消費される。炉内に放射される液化ガスの流
量は、炉内の金属の体積に基くと、０．０５０Ｉｂ／ｉ
ｎ３　（１，８１ｋｇ／ｃｍ３）であり、炉内の金属の
露出表面の表面積に基くと０．０２０１ｂ／分−１ｎ２
（０，２８ｋｇ／分・ｃｍ”）である。

この液化ガスの流量において、溶融金属上の酸素濃度は
１．８％以下である。

え立透ユ直径１６インチ（４０，６（１）の炉に７５０ポンド（
３４０，２ｋｌｌｌ）ノ合金ステライト６を３０インチ
（７６，２９ｃｒａ）の深さまで装入する。チャージが
熱せられ始めてから液化アルゴンを炉内のチャージ上に
放射し始め、溶融チャージが出湯されるまで行う。

２００分間の加熱の間、５００ポンド（２２６゜ｓｔｔ
ｇ）の液体アルゴンが１分間当り２．５ポンド（１，１
３ｋｇ）の流量で消費される。炉内に放射される液化ガ
スの流量は、炉内の金属の体積に基くと、０．０８３１
ｂ／ｉｎ３　（３．００ｋｇ／ｃｍ１３）であり、炉内
の金属の露出表面の表面積に基くと０．０１２１ｂ／分
−１ｎ２（０，１７ｋｇ／分−ｃＩｌ”）である。

この液化ガスの流量において、溶融金属上の酸素濃度は
１．７％以下である。

上述したランス及び関連する方法を用いることにより、
酸素及び窒素のピックアップが減少するばかりでなく（
窒素の場合には、窒素以外の不活性ガスを用いる。）、
大気からの水素ピックアップも減少した。

この発明によれば、液体不活性ガスを連続的に溶湯の表
面に注ぐあるいは放射する、つまり、合金元素をその溶
湯に加える間に液体不活性ガスを溶湯の表面に注ぐある
いは放射するので、水素ピックアップが著しく減少し、
鋳造のための金属サンプルを脱ガス工程を行うことなく
準備できる。

これは特にアルミニウム、銅、及びそれらの合金におい
て確実に示された。

更に、アルミニウム合金において、液体アルゴン又は窒
素は、溶融の際供給物か非金属介在物（クリーナーメタ
ル）を還元する間、塩化物及びフッ化物を有利に置換し
、引張り強度及び弾性を増加させ、流動性を改善し、そ
してメタルロスなしに金属温度を上昇させ（約３００°
Ｆ）、及び溶湯をメタルロスが減少する温度に長い時間
保持させた。銅及び銅合金において、スラグ及び不良品
が少なく、より良好な表面特性を有すると共に、流動性
が増加することが認められた。＠−ベリリウム合金にお
いて、ベリリウム回収率は４０％から９１％まで増加し
た。この発明によって鋳造前に保護された亜鉛合金は、
ニッケル及びコバルト合金が増加された流動性を示すの
に対し、より均一な亜鉛の分散を示し、スラグ生成及び
クリーナーメタルが全くないか又は少ない状態で水素ピ
ックアップを減少させた。

鋼は、減少されたスラグ生成を示し、流動性を増加させ
、水素ピックアップを減少させ、そして伸び及び降伏強
さを増加させた。

全ての場合において、増加された流動性は、鋳込みに関
連した問題点が生じない場合に金属の出湯温度を低下す
ること（１５０°Ｆまで）ばかりでなく、鋳損じ又は他
の鋳込み温度に関連する問題を減少させる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る誘導炉に用いる装置を一部断面
で表した模式図、第２図はこの発明に係るランスの断面
図、第３図はこの発明に係る好ましい態様の断面図、第
４図はランスを使用する試験装置の模式図である。１；炉、７：シース、２０，２２，１０１，１１２：円
筒体、３４，１１５．ディフューザ、２３．２４，１１
４，１１５；穴。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉内で溶融金属又は金属合金の浴を、この溶融金
属又は合金への水素ピックアップを実質的に防止して製
造するための方法であって、前記金属のうち少なくとも
１を有し、チャージを形成する片状物質を前記炉内に装
入する工程と、前記チャージを加熱する工程と、窒素、
アルゴン及び二酸化炭素からなる群から選択される液化
ガスを前記チャージの上に放射する工程とを具備し、前
記放射工程は、前記チャージの加熱が開始される際に開
始され、前記溶融金属又は合金が出湯されるまで行われ
、炉中に放射される前記液化ガスの流量は炉内の金属１
立方インチ当り、０．０２５乃至０．１００ポンド（０
．９０〜３．６１ｋｇ／ｃｍ＾３）であり、前記浴はこ
の方法の間中実質的に水素が存在しないことを特徴とす
る溶融金属又は合金の浴を製造するための方法。
（２）前記溶融金属又は合金は、収束メニスカスを形成
する表面を有し、メニスカスの略最も高い領域上に放射
される液化ガスの流量は、液体ガスの残りの放射が蒸発
して炉の空間から大気中の空気及び水分をパージする間
、液体金属の表面上に前記液化ガスの一団を残させるた
めに十分であることを特徴とする請求項１に記載の方法
。
（３）炉の中に放射される前記液化ガスの流量は、炉内
の金属１立方インチ当り、約０．０２５乃至０．０６０
ポンド（０．９０〜２．１７ｋｇ／ｃｍ＾３）であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。
（４）上部開口部を有する炉内で溶融金属又は金属合金
の浴を、この溶融金属又は合金への酸素ピックアップを
実質的に防止して製造するための方法であって、前記金
属のうち少なくとも１を有し、チャージを形成する片状
物質を前記炉内に装入する工程と、前記チャージを加熱
する工程と、前記チャージの加熱が開始される際に開始
され、前記溶融金属又は合金が出湯されるまで行われる
と共に、窒素、アルゴン及び二酸化炭素からなる群から
選択される液化ガスを炉内の金属１立方インチ当り、０
．０２５乃至０．１００ポンド（０．９０〜３．６１ｋ
ｇ／ｃｍ＾３）の流量で前記チャージの上に放射する工
程と、適宜の金属のシースを前記炉の開口部を囲うため
にその上部開口部の上に設置する工程とを具備し、前記
シースの下端は前記炉の前記開口部の上縁と略シールさ
れた関係にあり、前記シースは、炉内の溶融金属が炉の
深さの２／３の位置に達すると直ぐに前記開口部の周囲
に設置され、前記シースの高さは少なくとも前記炉の深
さの１／３と同等であることを特徴とする溶融金属又は
合金の浴を製造するための方法。
（５）炉の中に放射される前記液化ガスの流量は、炉内
の金属１立方インチ当り、約０．０２５乃至０．０６０
ポンド（０．９０〜２．１７ｋｇ／ｃｍ＾３）であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の方法。
（６）前記溶融金属は約０．２７０乃至０．２９０１ｂ
／ｉｎ＾３（９．７５〜１０．４７ｇ／ｍｍ＾３）の密
度を有しており、不活性ガスの流量は、炉内の金属１立
方インチ当り０．０２５乃至０．０５０ポンド（０．９
０〜１．８１ｋｇ／ｃｍ＾３）であることを特徴とする
請求項４に記載の方法。
（７）前記流量は、炉の全内容積に対応する最も高い範
囲内の値において、この方法の間中一定に維持されるこ
とを特徴とする請求項６に記載の方法。
（８）前記溶融金属は、約０．１００ｌｂ／ｉｎ＾３（
３．６１ｇ／ｍｍ＾３）の密度を有しており、不活性ガ
スの流量は、炉内の金属１立方インチ当り０．０３０乃
至０．０６０ポンド（１．０８〜２．１６ｋｇ／ｃｍ＾
３）であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
（９）前記流量は、炉の全内容積に対応する最も高い範
囲内の値において、この方法の間中一定に維持されるこ
とを特徴とする請求項８に記載の方法。
（１０）炉内で溶融金属又は金属合金の浴を、この溶融
金属又は合金への水素ピックアップを実質的に防止して
製造するための方法であって、前記金属のうち少なくと
も１を有し、チャージを形成する片状物質を前記炉内に
装入する工程と、前記チャージを加熱する工程と、窒素
、アルゴン及び二酸化炭素からなる群から選択される液
化ガスを前記チャージの上に放射する工程とを具備し、
前記放射工程は、前記チャージの加熱が開始される際に
開始され、前記溶融金属又は合金が出湯されるまで行わ
れ、炉中に放射される前記液化ガスの流量は、１分間当
り、炉内において露出した金属表面領域の１平方インチ
当り、０．０１乃至０．０５ポンド（０．１４〜０．７
１ｋｇ／分・ｃｍ＾２）であり、前記浴はこの方法の間
中実質的に水素が存在しないことを特徴とする溶融金属
又は合金の浴を製造するための方法。
（１１）前記溶融金属又は合金は、収束メニスカスを形
成する表面を有し、メニスカスの略最も高い領域上に放
射される液化ガスの流量は、液体ガスの残りの放射が蒸
発して炉の空間から大気中の空気及び水分をパージする
間、液体金属の表面上に前記液化ガスの一団を残させる
ために十分であることを特徴とする請求項１０に記載の
方法。
（１２）上部開口部を有する炉内で溶融金属又は金属合
金の浴を、この溶融金属又は合金への酸素ピックアップ
を実質的に防止して製造するための方法であって、前記
金属のうち少なくとも１を有し、チャージを形成する片
状物質を前記炉内に装入する工程と、前記チャージを加
熱する工程と、前記チャージの加熱が開始される際に開
始され、前記溶融金属又は合金が出湯されるまで行われ
ると共に、窒素、アルゴン及び二酸化炭素からなる群か
ら選択される液化ガスを、１分間当り、炉内において露
出した金属表面領域の１平方インチ当り、０．０１乃至
０．０５ポンド（０．１４〜０．７１ｋｇ／分・ｃｍ＾
２）の流量で前記チャージの上に放射する工程と、適宜
の金属のシースを前記炉の開口部を囲うためにその上部
開口部の上に設置する工程とを具備し、前記シースの下
端は前記炉の前記開口部の上縁と略シールされた関係に
あり、前記シースは、炉内の溶融金属が炉の深さの２／
３の位置に達すると直ぐに前記開口部の周囲に設置され
、前記シースの高さは少なくとも前記炉の深さの１／３
と同等であることを特徴とする溶融金属又は合金の浴を
製造するための方法。
（１３）溶融金属を製造する間中、炉の上に液体窒素又
はアルゴンを放射するためのランスであつて、第１及び
第２の端部を有する第１の円筒体と、前記第１の円筒体
の第１の端部に連結され、前記液体アルゴン又は窒素を
収容する貯蔵容器に結合されるために適用されるコネク
タ手段と、前記だだい１の円筒体の第２の端部に連結さ
れ、前記液体アルゴン又は窒素を放射するためのディフ
ューザ手段と、第１及び第２の端部を有すると共に、前
記第１の円筒体の少なくとも一部分を囲う第２の円筒体
と、前記第２の円筒体の各端部に夫々位置すると共に、
前記第及び第２の円筒体の間の中空を規定する第１及び
第２の端部フランジとを具備し、前記第１の円筒体は第
１の穴を有し、また前記第２の円筒体は前記第１の端部
フランジに近接した第２の穴を有し、これらの穴は、実
質的に液体窒素又はアルゴンの流れを乱すことなく窒素
又はアルゴンガスを排出するために適用されることを特
徴とするランス。
（１４）第１の穴の径は、第２の穴の径よりも小さいこ
とを特徴とする請求項１３に記載のランス。
（１５）第１及び第２の穴の面積比は０．５より小さい
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載のランス。
（１６）第１及び第２の穴の面積比は約０．２５である
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に
記載のランス。
（１７）前記第２の穴は前記第１の円筒体の第１の端部
の近傍に形成されていることを特徴とする請求項１３乃
至１６のいずれか１項に記載のランス。
（１８）前記第１の円筒体は、前記コネクタ手段に連結
される直線部と、前記ディフューザ手段に連結される曲
部とを有していることを特徴とする請求項１３乃至１７
のいずれか１項に記載のランス。
（１９）前記第２の円筒体は、前記第１の円筒体の直線
部の略全部の長さに亘つて延長していることを特徴とす
る請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載のランス。
（２０）前記第２の円筒体は、前記第１の円筒体のほぼ
全長に亘って延長していることを特徴とする請求項１８
又は１９に記載のランス。
（２１）前記第２の円筒体は、前記第１の円筒体のほぼ
第２の端部まで延長していることを特徴とする請求項１
８乃至２０のいずれか１項に記載のランス。
（２２）前記曲部は、前記第１及び第２の穴が前記第１
及び第２の円筒体の壁の上向き領域に位置している間、
下方を向いていることを特徴とする請求項１８乃至２１
のいずれか１項に記載のランス。
（２３）前記ディフューザと前記第１の円筒体の第２の
端部との間にワッシャーを有することを特徴とする請求
項１８乃至２２のいずれか１項に記載のランス。
（２４）前記ワッシャーは、前記第１の円筒体の第２の
端部における直径の５乃至１０倍の径を有していること
を特徴とする請求項２３に記載のランス。〈２５）前記ワッシャーは、更にその周囲にリムを有し
ていることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のラ
ンス。