JPH03287730A - 真空吸引式脱ガス方法及び装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、多孔質部材を介して、溶融金属、溶融マット
及び溶融スラグ等の融体から、ガス相を生成する溶質成
分を除去し、又は回収する真空吸引式脱ガス方法及び装
置に関する。

［従来の技術］ 溶融金属、溶融マット及び溶融スラグ等の融体から、ガ
ス相を生成する溶質成分を除去し、又は回収する技術と
して、従来、ＲＨ法及びＤＨ法等の脱ガス法がある。こ
のＲＨ法又はＤＨ法は、真空下又は減圧下において溶湯
中に大量のアルゴンガスを吹き込み、溶湯中のガス成分
の分圧を低下させてこのガス成分を除去している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この従来のＲＨ法又はＤＨ法による脱ガ
ス法は、大量のアルゴンガスを使用するため、ランニン
グコストが高いという欠点がある。

また、大量のアルゴンガスを溶湯中に吹き込むので、溶
湯からスプラッシュが発生し易く、装置の壁面等に地金
が付着し、その除去作業が煩雑である。更に、このスプ
ラッシュが発生するため、装置を大型にせざるを得す、
装置コストも高い。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
融体中のガス成分を大量のアルゴンガスを使用すること
なく、容易に除去することができ、融体の脱ガスを簡素
な装置で低コストで実施することができる真空吸引式脱
ガス方法及び装置を提供することを目的とする。

口課題を解決するための手段］ 本発明に係る真空吸引式脱ガス方法は、ガスを透過する
が融体は透過しない多孔質部材により融体と外界とを仕
切り、前記外界側を真空又は減圧下において、前記融体
中のガス生成成分を除去することを特徴とする。

また、本発明に係る真空吸引式脱ガス装置は、ガスを透
過するが融体は透過しない多孔質部材を、融体容器の一
部に使用するか、前記容器内の前記融体中に浸漬された
有底筒状の仕切部材として構成するか、融体が通流する
通流容器の一部として構成するか、又はこの融体通流容
器内の融体の通流域に介在する堰として構成する。

そして、吸引手段により、この多孔質部材における前記
融体に接触していない面の側から、前記多孔質部材を介
して前記融体中のガス又は前記融体と前記多孔質部材と
の反応により生じたガスを真空又は減圧下で吸引する。

［作用コ 第１図は本発明の原理を示す模式図である。多孔質部材
１は、ガスのみを透過し、溶融金属、溶融マット及び溶
融スラグ等の融体は透過しない多孔質材料からなる部材
である。そして、この多孔質部材１の一方の面に前記融
体２を接触させ、他方の面を真空又は減圧雰囲気３にし
た場合に、融体と接触した壁面では融体の静圧に無関係
に圧力が低下する。

このため、融体２中の不純物成分又は回収する価値があ
る有価成分であって、ガス相を生成するものは、容易に
多孔質部材１の壁面で核生成し、生成したガス４は多孔
質部材１を透過して融体２から分離される。

本願発明者はこのような原理に基づいて融体中からガス
生成成分を除去できることに想到し、本発明を完成させ
るに至ったものである。

而して、融体中に溶解しているガス生成成分は下記の反
応式により、ガスとなって除去される。

瓦＋瓦→Ｎ２　　　　　　　・・・（１）比＋比→Ｈ２
・・・（２） 息子〇−→ＣＯ・・・（３） 、Ｌ＋２止→ＳＯ２・・・（４） また、融体中の不純物が多孔質部材中の成分と反応して
ガスとなった後、前記多孔質部材を透過して除去される
こともある。

多孔質部材が酸化物（Ｍ、ＯＹ）の場合には、融体中の
炭素は下記反応式によりガスとなって除去される。

ｙ　ｆ；＝＋　Ｍ、　Ｏｙ　　（固体）→ｘ［＋Ｙｃｏ
・・・（５）また、多孔質部材が炭素を含有する場合に
は、下記反応式により融体中の酸素が除去される。

仄＋Ｃ（固体）→ＣＯ・・・（６） 更に、融体中の蒸気圧が高い有価成分（Ｍ）の分離回収
は下記反応式により前記有価成分をガス化することによ
り行われる。

ｘＭ−Ｉ−Ｍｘ　　（ガス）　　　　　　　　・−（７
）ＭＯｙ→ＭＯＹ　（ガス）　　　　　　・・・（８）
Ｍｓｙ　−ＭＳＹ　　（ガス）　　　　　　・・・（８
）このようにして、融体中のＮ、Ｈ，Ｃ，Ｏ及びＳ等の
不純物成分及び有価成分が融体中から除去され、又は回
収される。

次に、本発明を融体からのガス生成成分の除去回収に適
用した用途例について説明する。

■　先ず、本発明を、溶鉄から炭素、窒素又は水素を除
去する脱炭素、脱窒素及び脱水素の工程に使用すること
ができる。

■　また、本発明を、溶鋼中から酸素を除去する脱酸工
程にも適用することができる。

■　更に、本発明は溶融アルミニウム中から水素を除去
する脱水素工程にも適用することができる。

■　更にまた、本発明を、溶融シリコンの脱炭素、脱窒
素及び脱水素に適用することができる。

■　一方、本発明により、溶融船中の亜鉛を回収するこ
とができる。

■　溶融鋼マットから硫黄及び酸素を除去する脱硫黄・
脱酸素の工程に本発明を適用することもできる。

■　そして、溶融鋼マット又はニッケルマット中の有価
金属（Ａｓｓ　Ｓｂ、Ｂｉｔ　Ｓｅ＋　Ｔｅ＋Ｐｂ、Ｃ
ｄ等）の回収にも本発明を適用することができる。

■　更に、溶融スラグ中から有価金属（Ａ　ｓ　＋Ｓｂ
＋　Ｂｉｔ　Ｓｅ＋　Ｔｅ＋　Ｐｂ＋　Ｃｄ＋　Ｚｎ等
）を回収する場合にも、本発明を適用することができる
。

多孔質部材１の材質としては、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ１Ｃ
ａＯｚ　Ｓ　１０２　、Ｆｅｏｓ　Ｃｒ２Ｏ３、ＢＮ、
及び５ｉａＮ４等の金属酸化物及び金属非酸化物並びに
これらの混合物等、種々のものを使用することができる
が、融体２の主成分と反応しないものが好ましい。この
ように、主成分と反応しないことにより、融体２と接触
する多孔質部材１の溶損が防止される。

また、ガスのみを透過させ、融体は透過させないように
するため、多孔質部材１の気孔率は、３０％以下にする
ことが好ましく、またこの多孔質部材１の気孔径は最大
７０μｍ１通常５０μｍから５μｍとすることが好まし
い。

［実施例コ 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について具
体的に説明する。

第２図は本発明の第１の実施例を示す模式的断面図であ
る。この実施例は回分（バッチ）式の真空脱ガス装置で
ある。容器５内に融体２が貯留されており、この融体２
内に脱ガス部材６の下半部が浸漬されている。この脱ガ
ス部材６は下端が閉塞した円筒状をなし、融体２内に浸
漬される下半部は、多孔質部材６ａにより成形されてい
る。この多孔質部材６ａは、ガスは透過するが、溶融金
属、溶融スラグ及び溶融マット等の融体は侵入できない
ような細孔を有していてこの融体は透過しない多孔質の
材料で成形されている。また、脱ガス部材６の上半部は
ガスを透過しない緻密質の部材６ｂにより成形されてい
る。この多孔質部材６ａと緻密質部材６ｂとは夫々別個
に作成した後、両者を接合して一体化してもよいし、多
孔質材料で脱ガス部材６の全体を作成した後、緻密質部
材６ｂの部分にガスを透過しない緻密質材料をコーティ
ングする等の方法によりこの部分をガス非透過性にして
もよい。

この融体２の上に露出するガス非透過性の緻密質部材６
ｂの上端部には連結部材７が固定されており、更に適宜
の真空吸引ポンプ（図示せず）に連結された配管８がこ
の連結部材７に、脱ガス部材６と連通ずるようにして連
結されている。

このように構成された真空吸引式脱ガス装置においては
、配管８を介して脱ガス部材６の内部を吸引し、脱ガス
部材６の内部を真空又は減圧状態にすると、融体２中の
ガス生成成分が脱ガス部材６の多孔質部材６ａを透過し
て脱ガス部杓６内に排出され、融体２中から除去される
。

次に、第３図を参照して本発明の第２の実施例について
説明する。なお、第３図において、第２図と同一物には
同一符号を付してその部分の詳細な説明は省略する。

脱ガス部材８は頭壁を有する円筒状のハウジング部１０
と、このハウジング部１０の内部に設けられた有底円筒
状の多孔質部材１１とからなる。

ハウジング部１０は下端が開口しており、この下端開口
部を融体２内に浸漬して設置される。ハウジング部１０
の上端には、配管８が連結されており、この配管８を介
して適宜の真空ポンプによりハウジング部１０内が真空
又は減圧状態に吸引されるようになっている。

ハウジング部１０の頭壁には、複数本の多孔質部材１１
が懸下されている。この多孔質部材１１はその全ての部
分がガスを透過するが、融体は透過しない多孔質材料で
成形されている。そして、この多孔質部材１１の上端部
には、ガスが通過する孔１３が設けられている。

このように構成された真空脱ガス装置においては、配管
８を介してハウジング１０内を排気スると、ハウジング
１０内が真空状態になり、容器５内の融体２がハウジン
グ１０内を上昇し、その湯面が静圧につりあう位置に上
昇する。

このため、多孔質部材１１はほぼその全域にわたって融
体２に接触する。そして、この多孔質部材１１を介して
融体２中のガス生成成分がガスとなって融体２中から除
去される。本実施例においては、融体２が多孔質部材１
１と極めて広大な領域で接触するので融体２からのガス
生成成分の除去効率が極めて高い。

次に、第４図を参照して本発明の第３の実施例に係る真
空脱ガス装置について説明する。この実施例は、連続式
の真空脱ガス装置である。真空容器１４内を円筒状の融
体通流管１５が貫通して配設されている。真空容器１４
は適宜の真空ポンプに接続されており、真空容器１４内
は真空状態に保持されている。通流管１５は少なくとも
真空容器１４内の部分が前述の特性を有する多孔質部材
で成形されている。そして、この通流管１５内を融体２
が通流するようになっている。

このように構成された真空脱ガス装置においては、融体
２が通流管１５内を通流し、真空容器１４内を通過する
時に、融体２の通流管１５に接触する部分が多孔質部材
の通流管１５を介して真空状態に曝される。これにより
、この真空容器１４内を通流する間に融体２はそのガス
生成成分が除去され、融体２からのガス生成成分の除去
の連続的な処理が可能である。

次に、本発明の第４の実施例について第５図を参照して
説明する。第５図（ａ）はこの第４の実施例に係る真空
脱ガス装置を示す平面図、第５図（ｂ）は同じくその縦
断面図である。上端が開口した箱型の容器１６内には、
複数個（図示例は３個）の板状の堰１７が相互に平行に
適長間隔をおいて配置されている。各項１７にはその幅
方向の一方の端部にその厚さ方向に貫通する複数個の融
体通過孔１８が堰１７の高さ方向に配列されて穿孔され
丁いる。また、この各項１７にはその高さ方向に貫通す
る複数個（図示例は５個）のガス吸引孔１９が堰１７の
幅方向に配列されて形成されている。更に、容器１６に
は、融体２の入口２０と出口２１とが設けられている。

而して、この堰１７は前述の特性を有する多孔質部材に
より成形されている。

このように構成された真空脱ガス装置においては、融体
２は入口２０から容器１θ内に入り、堰１７によりその
通流軌跡を規制される。この融体２は堰１７の融体通過
孔１８を通過して図中矢印にて示すように容器１６内を
平面視でジグザグ状に通流する。一方、堰１７に設けら
れたガス吸弓孔１９は配管８を介して真空状態に保持さ
れており、融体２は堰１７によりその通流軌跡を規制さ
れて通流する間に、堰１７を介して真空状態に曝される
。これにより、融体２中のガス生成成分が除去される。

この実施例においても、融体２が連続的に脱ガス処理さ
れると共に、第４図に示す実施例に比して融体２が多孔
質部材に接触する面積が大きいので、融体２からガス生
成成分を高除去効率で除去することができる。

第６図は本発明の第５の実施例に係る真空脱ガス装置を
示す縦断面図である。真空容器２２は蓋２３を被冠する
ことにより機密的に密閉されるようになっている。この
蓋２３には配管８が連結されていて、この配管８を介し
て適宜のポンプ（図示せず）により真空容器２２内が真
空状態に保持されるようになっている。この真空容器２
２内には、融体容器２４が設置されており、融体容器２
４内には融体２が貯留されている。そして、育底円筒状
の複数個の多孔質部材２５が水平の支持板２７に懸下さ
れている。そして、支持板２７の中央には支持軸２６が
その長手方向を垂直にして固定されており、この支持軸
２６は蓋２３を介して外部に導出されている。この支持
軸２６は真空容器２２の外部に設置されたモータ（図示
せず）により回転駆動される。これにより、各多孔質部
材２５も支持軸２６の回転によって支持軸２６を中心と
して公転するようになっている。

このように構成された真空脱ガス装置においては、融体
２を融体容器２４内に装入し、多孔質部材２５を融体２
内に浸漬して設置し、蓋２３を真空容器２２に被冠した
後、配管８を介して真空容器２２内を真空排気する。次
いで、支持軸２６を介して多孔質部材２５を回転駆動す
る。そうすると、融液２は多孔質部材２５を介して真空
状態に曝されると共に、多孔質部材２５の回転により撹
拌される。従って、容器２４内の融体２が均一に真空状
態に曝されることになり、融体２中のガス成分が多孔質
部材２５の表面で均一にガス化し、又は融体２と多孔質
部材２５とが均一に反応して反応生成物のガスが得られ
、これらのガスが多孔質部材２５を介して融体２から除
去される。従って、本実施例は極めて高効率で脱ガス処
理することができる。

次に、本実施例により溶鉄から脱炭した結果について説
明する。この脱炭試験は第２図に示す装置により実施し
た。高周波誘導炉を使用して電解鉄を４００ｇだけ溶解
し、これをアルミナ製るつぼ（内径４０ｍｍ）内に装入
した。このるつぼ内の溶鉄の深さは４１１１ｍｍであり
、この溶鉄内に、アルミナ製多孔質管（Ａｚ２０３９３
％＋　Ｓ　ｉ０２　Ｇ、５％。

Ｆｅ２Ｏ３０，５％、外径１４ｍｍ、内径ｔｉｍｍ　、
気孔率２５％）を４０１１１１Ｄ浸漬した。そして、こ
の多孔質管内を２ｔｏｒｒに減圧した。

その後、溶鉄中の炭素濃度が１０（ｌｐｐｍになるよう
に、炭素を溶鉄に添加した。その結果、溶鉄中の炭素濃
度は炭素を添加した後、２０分間で１１００ｐｐから１
０ｐｐｍにまで低下した。この間、酸素濃度は約５０ｐ
ｐｍで一定であった。従って、脱炭素は下記の反応式に
より、多孔質管のアルミナ等と反応して進行しているこ
とが明らかである。

３℃工＋Ａｌ２Ｏ３→２１ＬＬ＋３ＣＯ２ｆＬ＋ＳｉＯ
２→−ＬＬ＋　２　Ｃ０３ｎ＋Ｆ　ｅ２０３　　＝２Ｆ
　ｅ＋３ｃ。

これにより、ＣＯガスは溶鉄から除去され、Ａｆ＋Ｓｉ
が溶鉄中に添加される。

次に、上述の如く内部を減圧した多孔質アルミナ管を浸
漬した実施例の場合の脱炭反応効率を、多孔質管を使用
しない比較例の場合の脱炭反応効率と比較して説明する
。第７図は横軸に時間をとり、縦軸に溶鉄中の炭素濃度
をとって、多孔質管を使用した実施例の場合と多孔質管
を使用しない比較例の場合とを比較して示すグラフ図で
ある。

この第７図から明らかなように、多孔質管を使用して真
空脱ガス処理した場合は、炭素濃度が約２５分間で７ｐ
ｐｍにまで低下したのに対し、多孔質管を使用しない場
合は、１時間を経過しても４０ｐｐｍにまでしか低下し
なかった。従って、本発明をガス相を生成する融体中の
溶質成分の除去又は回収に適用することは極めて有効で
ある。

［発明の効果コ 本発明によれば、ガスを透過するが融体は透過しない多
孔質部材により融体と外界とを仕切り、前記外界側を真
空又は減圧下において、前８己融体中のガス生成成分を
除去するから、融体内部に真空又は減圧状態の空間を容
易につくることができ、ガス相を生成する融体中の溶質
成分を容易にその真空又は減圧空間に移動させることが
できる。また、本発明装置においては、多孔質部材の融
体と接触する表面積を任意に大きく設定することができ
るので、融体中の溶質成分の濃度を極めて低い濃度にま
で低下させることができる。

そして、大量のアルゴンガスを吹き込む従来の脱ガス法
と異なり、本発明はアルゴンガスを吹き込まないか、又
は溶湯撹拌用に少量のアルゴンガスを吹き込めば足り、
アルゴンガスの使用原単位を著しく低減することができ
る。また、アルゴンガスの使用量が極めて少ないことか
ら、スプラッシュの発生が抑制され、装置の壁面への地
金の付着を低減することができる。従って、本発明によ
り、装置コスト及びそのランニングコストを著しく低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための模式図、第２図
は本発明の第１の実施例を示す縦断面図、第３図は本発
明の第２の実施例を示す縦断面図、第４図は本発明の第
３の実施例を示す縦断面図、第５図（ａ）、（ｂ）は夫
々本発明の第４の実施例を示す平面図及び縦断面図、第
６図は本発明の第５の実施例を示す縦断面図、第７図は
本発明の効果を示すグラフ図である。 Ｌ　８ａ＋　　１１１２５；多孔質部材、２；融体、３
；真空雰囲気、６，９：脱ガス部材、１５；通流管、１
７；堰、１９；ガス吸引孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスを透過するが融体は透過しない多孔質部材に
   より融体と外界とを仕切り、前記外界側を真空又は減圧
   下において、前記融体中のガス生成成分を除去すること
   を特徴とする真空吸引式脱ガス方法。
2. （２）ガスを透過するが融体は透過しない多孔質部材で
   その一部が成形された融体容器と、前記多孔質部材を介
   して前記融体中のガス又は前記融体と前記多孔質部材と
   の反応により生じたガスを真空又は減圧下で吸引する吸
   引手段とを有することを特徴とする真空吸引式脱ガス装
   置。
3. （３）融体を収納した収納容器と、ガスを透過するが融
   体は透過しない多孔質部材で成形され前記容器内の前記
   融体中に浸漬された有底筒状の仕切部材と、前記仕切部
   材の内部を真空下又は減圧下において前記融体中のガス
   又は前記融体と前記多孔質部材との反応により生じたガ
   スを吸引する吸引手段とを有することを特徴とする真空
   吸引式脱ガス装置。
4. （４）融体が通流する通流容器と、この通流容器の一部
   を構成すると共にガスを透過するが融体は透過しない多
   孔質部材と、この多孔質部材の外側領域を真空下又は減
   圧下において前記融体中のガス又は前記融体と前記多孔
   質部材との反応により生じたガスを吸引する吸引手段と
   を有することを特徴とする真空吸引式脱ガス装置。
5. （５）融体が通流する通流容器と、この融体の通流域に
   介在してその堰を構成すると共にガスを透過するが融体
   は透過しない多孔質部材と、この多孔質部材に内設され
   た通路を真空下又は減圧下において前記融体中のガス又
   は前記融体と前記多孔質部材との反応により生じたガス
   を吸引する吸引手段とを有することを特徴とする真空吸
   引式脱ガス装置。