JPH0641651A - 金属融体中への気泡分散装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属融体中へ微細な精製用ガス気泡を分散す
る装置の改良であって、翼を備えた回転体の回転によっ
て、回転軸を中心に形成される渦流の発生を実質的に防
止し、渦流によって生じる多量のドロスの発生を適切に
防ぐことのできる装置を提供する。 【構成】 回転軸と、該回転軸の端部にあって、金属融
体中に導入した精製用ガスを微細に分断すると共に、金
属融体に該金属融体が前方に移動する流動力を与える翼
を有する回転体とを有し、さらに該回転体の後部に該回
転体を覆う被覆体を設けた気泡分散装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属融体の精製に使用す
る装置に係り、具体的には金属融体中で精製用ガスを微
細気泡とすると共に、該金属融体に該金属融体が前方に
移動する流動力を与えることによって金属融体中に微細
気泡を分散放出し、さらに該金属融体に与えた流動力に
よって金属融体表面に発生する渦流を適切に防止できる
金属融体中への気泡分散装置に関する。

【０００２】

【従来技術】例えば鉄、銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、
マグネシウム等の金属乃至それらの合金（本明細書にお
いては、格別に断らないかぎり金属と言う）は、一旦溶
解炉で溶解し、スラブ、ビレット、鋳物等の各種形状の
製品に鋳込まれる。スラブ、ビレットは圧延乃至押出加
工され所望の厚さの板乃至所望の形状の形材とされる。
鋳物はそのまま製品とされることもあるが、多くの場合
は機械加工を施される。また鍛造加工を施されることも
ある。

【０００３】溶解炉で溶解された金属融体中には、溶解
炉のライニングの微小片、金属の酸化物、ガス等の異物
が存在し、その様な汚染状態の金属融体をスラブ、ビレ
ットに鋳造して板乃至形材に加工すると表面傷の原因と
なり、あるいは熱処理において膨れの原因となる。また
鋳物の場合で機械加工を施されるとバイト刃先の損傷乃
至摩耗が激しく綺麗な加工面が得難い。また鍛造加工を
施されると異物のところに応力が集中し割れ発生の原因
になる。

【０００４】このように金属融体中の異物は好ましいも
のではなく、そのために異物の除去方法が種々提案され
ている。例えば金属融体の鎮静。この方法は長時間を要
すると共に除去効率が悪い。フラックスの添加。この方
法は金属融体中に均等に添加し難く、作業性が悪く、除
去効率も悪い。近時において、一般的には作業性が良
く、効率の良い、塩素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等
の金属融体の精製用ガスを該金属融体中に分散導入する
方法が行われている。

【０００５】

【発明の課題】このような金属融体の精製用ガスを分散
導入する方法としては種々の方法が提案されている。例
えば特公昭５２−３６４８７号公報には、金属融体中に
導入する精製ガスの通路を有する回転軸の端部に、回転
翼を有する回転子と、該回転子の直上に回転しない翼を
有する固定子を設け、前記回転子を回転させながら前記
精製用ガスを導入することによって、該精製用ガスを該
回転子の翼によって微細に分断し、さらに該翼の回転力
によって金属融体に対流を生ぜしめ、この対流によって
微細に分断せしめられた前記精製用ガスを金属融体全体
に搬送分布せしめる精製用ガス分散装置が開示されてい
る。しかしながらこのような装置によって金属融体全体
にガスを搬送分布せしめると、該装置を中心に金属融体
全体に対流が生じることによって回転軸に沿って下向き
の金属融体流が生じ、大きな渦流となって金属融体に新
規な酸化物を生じさせ、金属融体表面の酸化物乃至浮遊
物（本明細書においてはこれらを総称してドロスと言
う。）の大量発生とこれらを金属融体中に再混入させる
等の好ましくない状態を生じる。

【０００６】これを模式的に説明すると第６図のように
なるものと思われる。すなわち第６図において、１は容
器、２は金属融体、３は金属融体の流れ、４は金属融体
表面、５は回転軸６を中心にして発生した渦流、６は回
転軸、７は翼、８は精製用ガスの導入孔、９は精製用ガ
ス通路、１０は回転体、１１は精製用ガス気泡をそれぞ
れ示す。精製用ガスを回転軸６の精製用ガス通路９を通
って回転軸６の端部に設けられた回転体１０の精製用ガ
ス噴出孔１２から金属融体２中に噴出させると、回転体
１０の回転によって精製用ガスは翼７によって微細に分
断されると共に、翼７の推力によって金属融体２は金属
融体の流れ３となって精製用ガス気泡１１を搬送する。
そしてこの回転によって金属融体表面４は大きく波打つ
と同時に、金属融体の流れ３は回転軸６に沿って下降し
回転軸６を中心に渦流５を生じるものと思われる。

【０００７】この他にも前記特公昭５２−３６４８７号
公報記載の装置を改良した装置が提案されているが、い
ずれにしても回転軸に沿って下向きの金属融体の流が生
じ、大きな渦流となって上述したと同様の好ましくない
状態を生じる。本発明は金属融体中へ微細な精製用ガス
気泡を分散する装置の改良であって、翼を有する回転体
の回転によって、回転軸を中心に形成される渦流の発生
を実質的に防止し、渦流によって生じる多量のドロスの
発生を適切に防ぐことのできる装置を提供することを目
的とするものである。

【０００８】

【課題解決の手段】発明者らは種々検討した結果、金属
融体中に微細な精製用ガスの気泡を導入させるために、
翼を回転させ、導入した精製用ガスを微細に分断すると
共に、金属融体に対流を生じさせ、分断された該微細精
製用ガスの気泡を金属融体中に搬送する回転体に該回転
体の翼と適宜の間隔をあけて該回転体を覆う被覆体を設
けた場合は、上述の金属融体に新規な酸化物を生じさせ
る渦流の発生を実質的に防止できることを見出し本発明
を完成したものである。

【０００９】即ち本発明は、金属融体中に導入される精
製用ガスの通路を有する回転軸と、該回転軸の端部にあ
って、該回転軸の回転で回転し、前記精製用ガスを微細
気泡として前記金属融体中に放出すると共に、前記金属
融体に該金属融体が前方に移動する流動力を与える翼を
有する回転体と、該回転体を覆い該回転体の翼の回転に
よって前記金属融体の一部が吸引される間隙を該回転体
との間に有する被覆体と、を有していることを特徴とす
る金属融体中への気泡分散装置である。

【００１０】

【作用】回転体を覆うことによって、該回転体の翼の回
転によって生じていた回転体後方からの金属融体の補給
の流れを以下のように変えるものと思われる。すなわ
ち、回転体と間隙をもって被覆した被覆体によって、該
間隙部分から金属融体が吸引され、そして再び前方に放
出されることになり、前方に流動する金属融体を回転体
の後方から補給することによって生じていた渦流を実質
的に防止し、この渦流によって生じていたドロスの多量
発生を防ぐことになるものと思われる。

【００１１】添付した図面を用いて本発明を詳細に説明
する。第１図は本発明に係る装置を説明するために模式
的に示した縦要部断面図である。従ってこれをもって本
発明を限定するものではない。第１図において回転軸２
１は駆動手段（公知の手段でよく、図示を省く。）で回
転され、さらに回転軸２１にガス通路２２が設けてあ
る。回転体２３は回転軸２１の一端に回転軸２１の回転
方向と逆の回転で螺合され、回転軸２１の回転で回転す
るようになっている。該回転体２３は回転軸２１の回転
によって回転する翼２４を有し、該翼２４は平面乃至三
次元的な曲面からなり回転軸２１に対し傾斜角度を有し
て回転によって金属融体を強力に前方に移動させる推進
力を金属融体に付与するようになっている。

【００１２】２５は精製用ガスの放出孔であって、精製
用ガス通路２２を経た精製用ガスはこのガス放出孔２５
から融体中に開放される。開放された精製用ガスは翼２
４の回転によって微細に分断されると共に翼の回転で前
方に移動した金属融体によって金属融体全体に分散され
る。

【００１３】本発明を特徴ずける被覆体２６は天井部３
８とスカート部３２を有し、しかも該スカート部３２は
回転体２３の翼２４と適宜の間隔、好ましくは１０ｍｍ
以上の間隙を設けてある。また該被覆体２６は天井部３
８の中央部に開孔を有し回転軸２１の一端を貫通させて
回転体２３と螺合させ回転軸２１の顎部２８と回転体２
３の螺合部２９の端面３０の間で挟持されている。スカ
ート部３２は回転体２３の翼２４を僅かでも覆っていれ
ばよいものであるが好ましくは半分以上翼２４にかかっ
ている方がよい。翼２４と被覆体２６のスカート部３２
の間隙２７は、翼２４の回転によって融体が前方に移動
することによって回転体２３の後部３１が負圧となった
ところに金属融体が流入するように設けてある。これに
よって回転軸を中心に渦流が生じない。被覆体２６と間
隙２７はこのような作用を有するものであるから後部３
１に流入する融体の量を補助する目的で被覆体２６のス
カート部３２および天井部３８に僅かな孔を穿孔してお
いてもよい。

【００１４】上述の回転軸２１は他の例として第４図に
示すように回転軸２１を覆う鞘３３を設け、被覆体２６
を鞘３３に螺合させることができる。

【００１５】次に本発明装置の使用方法を説明する。精
製ガスを精製用ガス放出孔から放出させ、かつ回転体２
３を回転させながら金属融体の中に挿入する。これは金
属融体が回転体に接触し凝固することを防ぐためであっ
て、このような危惧がなければ挿入後に上述の作動をさ
せてもよい。挿入深さは金属融体の量にもよるが、１０
〜３０ｃｍ以上あれば十分である。回転速度は翼の数、
大きさによっても異なるが、翼の数６枚、翼の高さ６０
ｍｍで２００ｒｐｍ以上回転させれば精製用ガスの微細
分散が行われる。通常は３００から６００ｒｐｍであ
る。上限は装置の強度で決まり、上述の装置の場合は７
００ｒｐｍでも渦流は生じない。回転軸２１の挿入の向
きは垂直でもよく、また斜めに傾斜していても渦流は生
じない。特に金属融体の容器が長い場合は、精製用ガス
の放出向きを容器長手方向に向けると遠くまでガスが届
き有利である。

【００１６】第２図および第３図は本発明に係る装置の
使用状態における金属融体の流動状態を想定して表現し
た説明図である。第２図は本発明に係る装置を融体中に
垂直に、また第３図は融体中に斜めに挿入して使用した
場合のものである。すなわち、回転軸２１内を通り回転
体２３の回転で翼２４によって微細化されると共に、翼
２４によって前方に移動された金属融体３４は、被覆体
２６の存在によって回転体２３の後部から巻き込まれる
ことがなく、回転軸２３を中心に渦流を生じない。

【００１７】次に本発明装置を用いて行った操作例を示
す。

【実施例】第１図に示した本発明に係る装置を用いて金
属融体を精製した。条件を以下に示す。精製条件 （１）金属および量 …アルミニウム２５ｔ、深さ７５
０mm （２）温度 …７３０℃ （３）導入精製用ガス …アルゴン７５体積％＋塩
素２５体積％ （４）導入精製用ガスの使用量 …６Ｎｍ³ ／Ｈｒ および処理時間 …２５分 （５）装置の寸法 回転体の外径 …２３０mm 回転体と被覆体のスカート部との間隙…２０mm 回転体の回転速度 …４５０ｒｐｍ （６）使用台数 …１台／炉 処理中金属融体表面の観察をしたが渦流は発生しなかっ
た。この結果、発生したドロス（アルミニウム融体を絞
ったあとの滓。）の重量は２７５Ｋｇであった。

【００１８】比較例として実施例と同じ寸法の装置で被
覆体を外した装置を用い、条件は同じとして精製した結
果、処理中大きな渦流が発生していた。発生したドロス
（アルミニウム融体を絞ったあとのもの）の重量は５２
５Ｋｇであった。マグネシウムの除去効果は、実施例に
おいて融体中５００ｐｐｍＭｇを４００ｐｐｍＭｇに下
げるのに１３分を要した。比較例として脱ガスランスを
用いた（パイプの一端から精製用ガスを吹き込み、他端
から融体中にガスを導入する。）場合と比較すると、実
施例における所要時間は比較例の１／１３であった。リ
チウム、ナトリウム、カルシウム等のアルカリ乃至アル
カリ土類金属の除去効果は、同程度に除去するまでの所
要時間を実施例と上記脱ガスランスを用いた場合と比較
すると、実施例における所要時間は比較例の１／５〜１
／１０であった。融体中の含有ガスの除去効果は、導入
精製用ガスをアルゴンのみとし、その量を６Ｎｍ³ ／Ｈ
ｒとしその他の条件を実施例と同じとして、融体中０．
５ｃｃＨ₂ ／１００ｇを０．３ｃｃＨ₂ ／１００ｇに下
げるのに２５分を要した。比較例として上記脱ガスラン
スを用いた場合と比較すると、実施例における所要時間
は比較例の１／５であった。なお融体中のガス含有量は
ランズレー法で分析した。本発明装置による場合は分散
される気泡が微細であって、精製用ガスの使用量に対す
る分散ガス気泡の総界面積が増大するので、上述のマグ
ネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム、ガス等
の除去効率が高く、殊にマグネシウムの除去の場合は導
入した塩素ガス量の殆ど１００％をマグネシウムの除去
のための反応に消費させることができ、環境等に良いこ
とが期待できる。

【００１９】以上の結果から本発明に係る装置は十分な
精製能力があると共に、ドロスの発生量が極端に少ない
ことが判った。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る装置は
脱ガスランスと比較すると脱マグネシウム、脱アルカリ
乃至アルカリ土類金属、脱ガスに要する処理時間が短く
てすみ、塩素ガスの使用量の減少による環境改善が期待
できる。また本発明に係る装置は回転体を覆う被覆体を
設け、回転体と被覆体のスカート部の間隙から融体を吸
引補給するので、回転軸を中心とした渦流の発生を適切
に防止することができ、それによって発生するドロスの
発生量を極端に少なくできる。したがって、ドロス処理
の作業負荷が軽減され、作業環境も改善され、金属融体
の精製損失を大幅に改善できる等の効果を有し、またド
ロスから金属融体中に混入する非金属介在物等を少なく
でき、品質向上の期待できる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の一例を示す図であって、回
転体を回転軸端部に螺合すると共に、被覆体が回転軸と
回転体に挟持されている状態を示す装置の縦要部断面図
である。

【図２】本発明の一例を示す装置を用いて、アルミニウ
ム溶湯中に精製用ガスを放出している様子を示す説明図
である。

【図３】本発明の一例を示す装置を用いて、アルミニウ
ム溶湯中に精製用ガスを放出している別の様子を示す説
明図である。

【図４】本発明による装置の一例を示す図であって、被
覆体が回転軸を覆う鞘端部に螺合した状態を示す装置の
縦要部断面図である。

【図５】本発明装置に用いる回転体の一例を示す斜視図
である。

【図６】従来の装置を用いて、アルミニウム溶湯中に精
製用ガスを放出している様子を示す説明図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属融体中に導入される精製用ガスの通
   路を有する回転軸と、 該回転軸の端部にあって、該回転軸の回転で回転し、前
   記精製用ガスを微細気泡として前記金属融体中に放出す
   ると共に、前記金属融体に該金属融体が前方に移動する
   流動力を与える翼を有する回転体と、 該回転体を覆い該回転体の翼の回転によって、前記金属
   融体の一部が吸引される間隙を該回転体の翼との間に有
   する被覆体と、 を有していることを特徴とする金属融体中への気泡分散
   装置。
2. 【請求項２】 前記被覆体が前記回転軸を覆う鞘に固定
   されていることを特徴とする請求項１記載の金属融体中
   への気泡分散装置。
3. 【請求項３】 前記回転体の翼と被覆体との間隙が少な
   くとも１０ｍｍ以上あることを特徴とする請求項１また
   は２記載の金属融体中への気泡分散装置。