JPH0691350A - 溶湯の不純物除去方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶湯への溶湯処理材と不活性ガスの吹き込み
による溶湯表面のばたつきを抑えるとともに、溶湯表面
に浮上したスラグの除去を容易にする。 【構成】 保持炉１１内の溶湯１２を水平方向に回転さ
せつつ、溶湯１２中に溶湯処理剤５１と不活性ガス５２
とを吹き込み、溶湯表面１２ａに浮上したスラグＳ₁ を
溶湯表面１２ａのほぼ中央に集める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶湯内に混在する不純
物等を除去する方法および装置に関し、とくに溶湯の酸
化を抑制するとともに、溶湯表面に浮上したスラグの除
去が容易な溶湯の不純物除去方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属の品質を高めるために、溶湯中
に混在するガスや不純物を除去する作業が行われる。溶
湯中の不純物の除去は、一般にフラックスなどの溶湯処
理剤を溶湯中に混入させ、溶湯表面に浮上したスラグを
取り除くことによって行われる。

【０００３】図１０は、アルミニウム合金の溶湯中の不
純物を除去する工程を示している。図１０において、１
は溶解炉で溶融された金属を一時貯溜する保持炉を示し
ている。保持炉１内の溶湯２には、ランスパイプ３が挿
入されており、ランスパイプ３を介してＮ₂ ガスとフラ
ックスとが吹き込まれる。

【０００４】溶湯２中にＮ₂ ガスとフラックスとが吹き
込まれると、溶湯２の泡立ち（バブリング）によって不
純物の浮上が促進される。溶湯面２ａに浮上したスラグ
（のろ）Ｓ₂ は、作業者によってかき寄せられ除去され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
のように、溶湯２中にＮ₂ ガスとフラックスとを吹き込
む場合は、溶湯２の泡立ちによる不純物の除去効果を高
めるため、吹き込み圧力を増加させると、溶湯２の跳ね
上がりによって溶湯表面２ａがばたつき、溶湯表面２ａ
の酸化膜が常時破れたままとなる。そのため、溶湯２と
大気との接触面積が大きくなって溶湯２の酸化物が増加
し、メタルロス（被溶解金属の酸化損失）が多くなると
いう問題がある。なお、吹き込み圧力を弱めるとランス
パイプ内に溶湯が逆流し、ランスパイプが目詰りする。

【０００６】溶湯表面２ａに浮上したスラグＳ₂ は、作
業者によってかき寄せられ除去されるが、この場合、ス
ラグＳ₂ は溶湯表面２ａのばたつきにより炉の内周壁へ
向けて広がり炉壁に付着するので、スラグＳ₂ の除去能
率が著しく悪いという問題があった。また、スラグの除
去作業は高温下で行われるので、作業者にとっては過酷
な労働となる。したがって、スラグＳ₂ を容易に除去で
きる方法の開発が望まれる。

【０００７】炉体の外周に電磁誘導コイルを配置し、バ
ブリング時に溶湯の撹拌を行う技術が特開昭６０−１６
５３２７号公報、特開平２−１０４４４１号公報が知ら
れているが、この場合も上述と同様に溶湯表面のばたつ
きが生じ、酸化物が増加するという問題がある。また、
静磁場により溶湯表面のばたつきを抑える方法が特開平
２−１０４４４０号公報に開示されているが、この方法
の場合は、スラグの広がりを防止することは難かしく、
スラグの除去能率が悪い。

【０００８】本発明は、上記の問題に着目し、溶湯への
溶湯処理剤および不活性ガスの吹き込みによる溶湯表面
のばたつきを抑えるとともに、溶湯表面に浮上したスラ
グの除去が容易となる溶湯の不純物除去方法およひその
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（１）この目的を達成するための本発明に係る溶湯の不
純物除去方法は、炉内の溶湯を水平方向に回転させつ
つ、溶湯中に溶湯処理剤と不活性ガスとを吹き込み、溶
湯表面に浮上したスラグを除去する方法から成る。

【００１０】（２）この目的を達成するための本発明に
係る溶湯の不純物除去装置は、炉内の溶湯全体に水平方
向の回転流を付与する回転流付与手段と、溶湯中に溶湯
処理剤と不活性ガスとを吹き込むランスパイプと、溶湯
表面に浮上したスラグを除去するスラグ除去手段と、を
備えたものから成る。

【００１１】

【作用】このように構成された溶湯の不純物除去方法お
よびその装置においては、回転流付与手段によって炉内
の溶湯に水平方向の回転流が付与される。溶湯に水平方
向の回転流が付与されると、溶湯表面に浮上したスラグ
が回転流によって自然に溶湯表面の中央に集められる。

【００１２】スラグが溶湯表面の中央に集まると、溶湯
表面の中央はスラグによって覆われた状態となるので、
たとえば溶湯処理剤と不活性ガスとを溶湯の回転中心に
吹き込んだ場合でも、溶湯処理剤と不活性ガスとの吹き
込みによる溶湯表面のばたつきが抑えられ、溶湯表面の
酸化膜の破れが抑制される。したがって、大気と溶湯と
の接触による酸化物の発生が抑制され、メタルロスの低
減がはかれる。また、スラグが溶湯表面の中央に自然に
集まるので、スラグ除去手段によるスラグの除去が容易
になるとともに、スラグの炉内壁への付着も確実に防止
される。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明に係る溶湯の不純物除去方法
およびその装置の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。

【００１４】第１実施例 図１ないし図６は、本発明の第１実施例を示しており、
とくにアルミ溶湯の保持炉に適用した場合を示してい
る。図１および図２において、１１は保持炉を示してい
る。保持炉１１には、図示されないタワーメルタ式急速
溶解炉によって溶解されたアルミニウム合金の溶湯１２
が貯溜されている。保持炉１１内の溶湯表面１２ａは、
溶湯１２の温度低下防止のために図示されない保持バー
ナによって加熱されている。

【００１５】保持炉１１の下方には、回転流付与手段と
しての電磁誘導コイル１３が配置されている。電磁誘導
コイル１３は、溶湯表面１２ａの中心に対し芯ずれした
状態で配置されている。電磁誘導コイル１３は、直方体
に形成され溶湯表面１２ａのほぼ半分と重なるように配
置されている。電磁誘導コイル１３には、図示されない
制御装置を介して三相交流電圧が印加されるようになっ
ている。

【００１６】電磁誘導コイル１３に三相交流電圧が印加
されると、移動磁界が発生し、誘導電動機と同様の原理
により溶湯１２に推力が発生するようになっている。こ
れにより、溶湯１２に水平方向の回転流１４が付与さ
れ、炉内の溶湯１２全体が溶湯表面１２ａのほぼ中央を
中心として、矢印方向に回転するようになっている。溶
湯１２の回転速度は、図示されない上述の制御装置によ
って可変することができる。

【００１７】溶湯１２の上方には、図３に示すように、
ランスパイプ１５が配置されている。ランスパイプ１５
の一方には、フラックスフィーダ２０が接続されてい
る。フラックスフィーダ２０は、図５に示すように、台
車２１、タンク２２、制御部２３を有している。タンク
２２は台車２１上に固定されている。タンク２２の頂部
には、タンク２２内に溶湯処理剤としてのフラックス５
１を投入するホッパ２４が取付けられている。タンク２
２内には、不活性ガスとしてのＮ₂ ガス５２が供給され
るようになっている。

【００１８】タンク２２内に供給されたフラックス５１
とＮ₂ ガス５２は、ホース等を介してランスパイプ１５
に圧送されるようになっている。ランスパイプ１５の他
端は、溶湯表面１２ａのほぼ回転中心から溶湯１２中に
挿入されており、ランスパイプ１５を介してフラックス
５１とＮ₂ ガス５２とが溶湯１２中に吹き込まれるよう
になっている。

【００１９】保持炉１１の近傍には、溶湯表面１２ａに
浮上したフラグＳ₁ を除去するためのスラグ除去手段３
０が配置されている。スラグ除去手段３０は、図２に示
すように、台車３１、回転駆動部３２、ロッド３３、除
去アーム３４、移動部３５を有している。台車３１は保
持炉１１に対して進退可能となっている。回転駆動部３
２には、水平方向に延びるロッド３３が取付けられてい
る。ロッド３３の先端には、除去アーム３４が取付けら
れている。

【００２０】回転駆動部３２は、台車３１に対して移動
可能に取付けられている。回転駆動部３２は、台車３１
に取付けられた移動部３５によって台車３１上を移動す
るようになっている。回転駆動部３２が移動部３５によ
って後退した状態では、保持ロッド１１の開口部１１ａ
を介してロッド３３が引抜かれ、除去アーム３４が保持
炉１１から抜け出るようになっている。回転駆動部３２
が移動部３５によって前進した状態では、除去アーム３
４が開口部１１ａを介して保持炉１１内に進入するよう
になっている。

【００２１】ロッド３３は中空状になっており、ロッド
３３の中空部には冷却のためのエアが圧送されている。
保持炉１１内に進入した除去アーム３４は、溶湯表面１
２ａのほぼ中央で停止するように位置決めされる。この
状態でロッド３３が回転駆動部３２によって回動される
と、溶湯表面１２ａの中央に集まったスラグＳ₁ が除去
アーム３４によってすくい上げられるようになってい
る。

【００２２】つぎに、第１実施例における溶湯の不純物
除去方法および作用について説明する。図示されないタ
ワーメルタ式急速溶解炉によって溶解されたアルミニウ
ム合金の溶湯１２は、溶解炉の底壁面を流下し、保持炉
１１に流入する。保持炉１１内の溶湯１２は凝固しない
ように保持バーナによって加熱されている。この状態で
は、ランスパイプ１５を介して溶湯表面１２ａのほぼ中
央から溶湯１２内に、フラックス５１とＮ₂ ガス５２が
吹き込まれる。

【００２３】溶湯１２内にフラックス５１とＮ₂ ガス５
２が吹き込まれると、溶湯１２の泡立ち（バブリング）
によって不純物の浮上が促進される。溶湯１２のバブリ
ング時には、保持炉１１の下方に配置された電磁誘導コ
イル１３に三相交流電圧が印加され、移動磁界が発生す
る。この移動磁界の発生により溶湯１２に起電力が発生
し、誘導電流が流れる。この誘導電流は、電磁誘導コイ
ル１３による移動磁界との相互の作用により溶湯１２に
推力を生じさせる。

【００２４】この推力は移動磁界の方向に働くため、溶
湯１２に撹拌作用を与える。また、この推力は垂直方向
と水平方向の成分を持っているため、溶湯１２は斜め上
方に移動することになり、溶湯１２に矢印方向の回転流
１４が付与される。これにより、保持炉１１内の溶湯１
２の全体が溶湯表面１２ａのほぼ中央を中心として回転
することになる。

【００２５】フラックス５１およびＮ₂ ガス５２を溶湯
１２内に吹き込みながら溶湯１２全体を回転させること
により、導電性のある金属溶湯は強い遠心力を得るのに
対し、酸化物等の不純物およびフラックスは、比重差に
よる遠心分離作用によって溶湯表面１２ａの回転中心に
集まる。

【００２６】溶湯表面１２ａの中央にスラグＳ₁ が集ま
ると、溶湯表面１２ａの中央はスラグＳ₁ によって覆わ
れた状態となり、フラックス５１およびＮ₂ ガス５２の
吹き込みによって溶湯表面１２ａのばたつきが抑えら
れ、溶湯表面１２ａの酸化膜の破れが抑制される。した
がって、大気と溶湯１２との接触による酸化物の発生が
抑制され、メタルロスが著しく低減される。

【００２７】アルミ合金材料がＡＣ９Ｃ材のような過共
晶Ａｌ−Ｓｉ合金の溶解の場合では、回転流１４の付与
によって溶湯１２の撹拌が促進されるので、シリコン成
分の溶解速度が速くなり、従来問題となっていた初晶シ
リコンの溶け残りを解消することができる。

【００２８】また、保持炉１１では溶湯１２の温度低下
を防止するために、溶湯表面１２ａが保持バーナ（図示
略）によって加熱されるので、溶湯１２の上部と下部と
で温度差が生じ熱効率の低下が問題となるが、溶湯１２
に水平方向の回転流１４が付与されることにより、溶湯
１２の全体の温度が均一化され、熱効率が高められる。
これにより、保持炉１１の面積を縮小することが可能と
なる。

【００２９】回転流の付与によって溶湯表面１２ａの中
央へ集まるスラグＳ₁ が増加すると、スラグ除去手段３
０によってスラグＳ₁ の除去が行われる。このスラグ除
去はつぎのように行われる。スラグＳ₁ を除去しない状
態では、台車３１は保持炉１１に対して後退しており、
スラグＳ₁ を除去する際には台車３１が保持炉１１に対
して前進する。

【００３０】台車３１の前進が完了すると、回転駆動部
３２が移動部３５によって前進し、除去アーム３４およ
びロッド３３が保持炉１１の開口部１１ａを介して保持
炉１１内に進入する。除去アーム３４が溶湯表面１２ａ
のほぼ中央に位置決めされると、回転駆動部３２によっ
てロッド３３が回動し、除去アーム３４がまず角度４５
°だけ回動される。この状態では、除去アーム３４内に
スラグＳ₁ が徐々に進入する。除去アーム３４にスラグ
Ｓ₁ が十分進入すると、回転駆動部３２によってロッド
３３がさらに回動される。これにより、除去アーム３４
内に進入したスグＳ₁ がすくい上げられる。

【００３１】除去アーム３４によってスラグＳ₁ がすく
い上げられると、移動部３５によって回転駆動部３２が
後退し、ロッド３３および除去アーム３４が保持炉１１
から引き抜かれる。除去アーム３４が保持炉１１から引
き抜かれると、台車３１が保持炉１１から後退する。そ
の後、除去アーム３４によって捕捉されたスラグＳ
₁は、図示されない容器に排出される。

【００３２】このように、溶湯１２に回転流１４を与え
ることにより、溶湯表面１２ａに浮上したスラグＳ₁ を
溶湯表面１２ａの中央に集めることが可能となり、スラ
グ除去手段３０によるスラグ除去作業の自動化が実現で
き、作業者は過酷な作業から解放される。

【００３３】本実施例の電磁誘導コイル１３によって溶
湯１２に回転流を付与した場合と、回転流を付与しない
場合の試験結果を表１に示す。表１における作業感覚の
評価は、非常に良い、良い、普通、悪い、非常に悪い、
の５段階とした。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１に示すように、溶湯１２に回転流を付
与した場合は、スラグ（のろ）Ｓ₁の発生量が著しく減
少し、のろかき作業時間の短縮がはかれる。ここで、ス
ラグＳ₁ の発生量が抑えられるのは、スラグＳ₁ が溶湯
表面１２ａの中心に集まることによって溶湯表面１２ａ
の中央のばたつきが抑えられ、溶湯１２と大気との接触
によって生じる酸化物の発生が減少するからである。ま
た、のろかき作業時間が従来よりも短縮されるのは、ス
ラグＳ₁ が自然に溶湯表面１２ａの中心に集まることに
より、スラグＳ₁ を１個所にかき寄せる必要がなくな
り、また炉内壁に付着するスラグＳ₁ が減少するからで
ある。

【００３６】なお、本実施例では除去アーム３４の回動
動作によってスラグＳ₁ を自動的にすくい上げる構成と
したが、別のスラグ除去手段を用いて手動で行なう構成
でもよいし、他の手法によってスラグＳ₁ を自動除去す
る構成としてもよい。たとえば、図６に示すように、ス
ラグ除去手段を軽量セラミックからなるハット型の穴あ
き容器５５から構成し、この穴あき容器５５を溶湯表面
１２ａのほぼ中央から溶湯１２内に沈めておき、溶湯表
面１２ａの中央にスラグが多量に集まった時点でスラグ
Ｓ₁ をすくい上げる構成でもよい。

【００３７】また、スラグの除去に際しては、図１のよ
うに配置された電磁誘導コイル１３を保持炉１１の中心
側に移動させることにより溶湯１２の流れ変え、スラグ
Ｓ₁をのろかき作業場５３側に寄せるようにすれば、さ
らにスラグＳ₁ の除去は容易となる。

【００３８】第２実施例 図７は、本発明の第２実施例を示している。第２実施例
が第１実施例と異なるところは、回転流付与手段の構成
のみであり、その他の部分は第１実施例に準じるので、
準じる部分に第１実施例と同一の符号を付すことにより
準じる部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説
明する。

【００３９】第１実施例では、回転流付与手段を電磁誘
導コイル１３から構成したが、本実施例では保持炉１１
の底面部に回転流付与手段としてのプロペラ６１が設け
られている。プロペラ６１は、たとえば電動機やエアモ
ータなどのアクチュエータ６２と連結されている。この
ように、本実施例では機械的手法によって溶湯１２に水
平方向の回転流１４を付与するようになっている。

【００４０】第３実施例 図８および図９は、本発明の第３実施例を示している。
第１実施例および第２実施例では、溶湯のほぼ回転中心
から溶湯中に溶湯処理剤と不活性ガスとを吹き込むよう
にしていたが、本実施例ではランスパイプ１５の先端が
保持炉１１の底面１１ａ近傍でかつ溶湯１２の回転中心
から半径方向外方に離れた位置に配置されている。

【００４１】このように構成された第３実施例において
は、溶湯処理剤５１と不活性ガス５２とがランスパイプ
１５の先端から溶湯１２中の保持炉１１の底面近傍に排
出される。ここで、ランスパイプ１５の先端が溶湯１２
の回転中心から半径方向外方に離れた位置に配置されて
いるので、溶湯１２中に混在された不活性ガス５２の気
泡５２ａは、溶湯１２の回転力と比重差による遠心分離
作用により、図８の矢印Ａに示すように、うず巻き状に
流動しながら溶湯１２の回転中心に集められる。これに
より、保持炉１１の溶湯１２全体に存在する不純物を浮
上させることが可能となり、溶湯１２の全域にわたって
不純物の除去が可能となる。

【００４２】また、不活性ガスが保持炉１１の底面近傍
に排出されることから、不活性ガス５２の気泡が溶湯表
面１２ａに浮上するまでの時間が長くでき、不活性ガス
５２の気泡はより小さな気泡となる。したがって、ラン
スパイプ１５の先端を溶湯１２の回転中心から半径方向
外方の離れた位置に配置した場合でも、溶湯表面のバタ
ツキが著しく小に抑えられ、酸化物等の不純物の発生量
を低減することが可能となる。

【００４３】このように、第３実施例においては、不活
性ガス５２の気泡および溶湯処理剤５１が半径方向外方
からうずを巻いた状態で溶湯１２の中心に向って集束す
るので、第１実施例の場合よりも溶湯清浄度および脱ガ
ス能力の向上が図れる。これにより、不純物の除去処理
をさらに高効率で行うことができ、溶湯の不純物除去時
間をさらに短縮することが可能となる。

【００４４】上記各実施例は、溶湯保持炉に適用したも
のであるが、これに限定されることはなく、溶湯処理炉
または取鍋にも適用することが可能である。さらに、溶
湯処理材としてフラックスを用いたが、これ以外のもの
でもよく、不活性ガスはＮ₂ガスの他にＡｒガス等を用
いてもよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。

【００４６】（１）炉内の溶湯を水平方向に回転させつ
つ、溶湯中に溶湯処理剤と不活性ガスとを吹き込むよう
にしたので、溶湯表面に浮上するスラグを溶湯表面のほ
ぼ中央に集めることができ、溶湯表面の中央をスラグに
よって覆うことができる。これにより、たとえば溶湯処
理剤と不活性ガスとを溶湯の回転中心から吹き込んだ場
合でも、溶湯処理剤と不活性ガスとの吹き込みによる溶
湯表面のばたつきを抑制することができる。したがっ
て、溶湯と大気との接触による酸化物の発生が抑制さ
れ、メタルロスの大幅な低減がはかれる。

【００４７】（２）溶湯の水平方向の回転によってスラ
グが溶湯表面のほぼ中央に自然に集まるので、スラグ除
去手段によるスラグの除去が容易になるとともに、スラ
グの炉壁への付着も確実に防止され、スラグ除去作業の
自動化が可能となる。

【００４８】（３）溶湯の水平方向の回転により溶湯と
溶湯処理剤との接触効果を高めることができるので、溶
湯処理剤の使用量を低減することができ、溶湯処理のコ
ストを低減することができる。また、溶湯処理剤の使用
量が低減されることから、これに伴う集じんダストの発
生量を抑えることができ、溶湯処理作業環境を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る溶湯の不純物除去方
法を実施するための保持炉の概略平面図である。

【図２】図１の保持炉の断面図である。

【図３】図１の保持炉内の溶湯に溶湯処理剤と不活性ガ
スとを吹き込む状態を示す断面図である。

【図４】図２におけるスラグ除去手段の除去アームの動
きを示す正面図である。

【図５】図３における溶湯に溶湯処理剤と不活性ガスと
を供給するフラックスフィーダの側面図である。

【図６】図１のスラグ除去手段の変形例を示す断面図で
ある。

【図７】本発明の第２実施例に係る溶湯の不純物除去方
法を実施するための保持炉の概略平面図である。

【図８】本発明の第３実施例に係る溶湯の不純物除去方
法を実施させるための保持炉の概略平面図である。

【図９】図８の断面図である。

【図１０】従来の保持炉における溶湯の不純物除去方法
を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 保持炉 １２ 溶湯 １２ａ 溶湯表面 １３ 回転流付与手段 １４ 回転流 １５ ランスパイプ ２０ フラックスフィーダ ３０ スラグ除去手段 ５１ 溶湯処理剤 ５２ 不活性ガス ５５ スラグ除去手段 ６１ 回転流付与手段 Ｓ₁ スラグ（のろ）

フロントページの続き (72)発明者 澤田 利一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 三谷 和久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 廣田 寛 愛知県名古屋市中区金山３丁目13番28号 扶桑熱爐株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内の溶湯を水平方向に回転させつつ、
   溶湯中に溶湯処理剤と不活性ガスとを吹き込み、溶湯表
   面に浮上したスラグを除去することを特徴とする溶湯の
   不純物除去方法。
2. 【請求項２】 炉内の溶湯全体に水平方向の回転流を付
   与する回転流付与手段と、 溶湯中に溶湯処理剤と不活性ガスとを吹き込むランスパ
   イプと、 溶湯表面に浮上したスラグを除去するスラグ除去手段
   と、を備えたことを特徴とする溶湯の不純物除去装置。