JPH07122106B2 - 溶融軽金属の精製処理方法及び軽金属鋳塊または鋳物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶融軽金属の精製処理方
法及び軽金属鋳塊または鋳物の製造方法に係り、更に詳
しくは、合金を含むアルミニウムやマグネシウム等の溶
融軽金属に含まれている水素ガスや非金属介在物のう
ち、特に非金属介在物の除去を効果的に行うことができ
る溶融軽金属の精製処理方法及び軽金属鋳塊または鋳物
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば非金属介在物や水素ガス等の不純
物が含まれている溶融アルミニウムを使用してアルミニ
ウム製品を製造するとピンホールの発生や介在物の内在
により製品に欠陥を生じさせる。従ってアルミニウム製
品の品質を向上させそれを確保する為には素材となる鋳
塊または鋳物の品質を高めることが重要である。溶融軽
金属に含有する水素ガスや非金属介在物を効率よく除去
して高品質の鋳塊または鋳物を得る為の手段として、従
来から溶融処理が行われている。

【０００３】この溶融処理の一つの方法として回転式溶
融軽金属処理方法がある。これはスニフ法やアルピュア
法等とも呼ばれ、アルゴンガスや窒素ガス等のように、
アルミニウムに対して不活性なガスをグラファイトやセ
ラミックス系の回転体（ローター）により微細気泡化し
溶融軽金属中に拡散する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転式溶融軽金属処理
方法では、短時間に且つ効果的に処理を行う為に不活性
ガスを分断し微細気泡化させ、かつ溶融軽金属中に均一
に分散させることが要求されている。この要求に対する
有効な手段は上記回転体の周速を早くすることにより達
成される。しかし回転体の一方向の高速回転は旋回流を
発生し、またこれを増大させる。しかもその後において
は溶融軽金属の共回り現象が発生する。

【０００５】溶融軽金属の旋回流は回転数に比例し増大
する。過度の旋回流は溶融軽金属表面部では渦流となり
巻込力を、また炉底部では竜巻状の巻上力となる。つま
り溶融軽金属表面では酸化被膜やドロス、炉底では非金
属化合物、炉壁ではαアルミナ等の懸濁が生じる。その
結果巻き込みやハードスポット等の不良鋳造品の発生が
生じる。その上、槽内部の清浄な溶融軽金属と大気との
接触によるアルミニウム歩留の低下を招く等の弊害も指
摘されている。

【０００６】この問題の解決するために邪魔板を設けて
処理槽で発生する旋回流を乱流に変えることが考えら
れ、一部で実用化されている。しかしこのような乱流の
発生は酸化被膜等の巻込防止の有効な手段とは言い難
い。

【０００７】ところで、従来のランス・パイプによる脱
ガス方法では、溶融軽金属の攪拌を生じせしめることな
くその目的を達成している。本発明者らはこのことから
回転式溶融軽金属処理方法において、溶融軽金属の攪拌
は絶対条件ではなく処理を促進する為の補助的手段であ
ることを見出した。つまり、回転式溶融軽金属処理方法
においては、微細化されたガスが溶融軽金属中に広く均
一に分散されれば溶融軽金属表面に直上する状態であっ
ても何等支障はなく、攪拌に伴う旋回流の発生によって
もたらされる弊害の面からはむしろ望ましいことがわか
った。

【０００８】本発明者らは回転式溶融軽金属処理方法に
おいて、旋回流を発生させずに微細化されたガスを溶融
軽金属中に広く均一に分散させる為の研究を重ね、渦流
や竜巻流が発生する直前に溶融軽金属中に相反する対流
を発生させることにより相殺効果で渦流や竜巻流の発生
を防止しながら微細化されたガスを溶融軽金属中に広く
均一に分散できることに着目し、本発明を完成するに至
った。

【０００９】

【発明の目的】そこで本発明の目的は、回転式溶融軽金
属処理方法において、旋回流を発生させずに微細化され
た不活性ガスを溶融軽金属中に広く均一に分散させ、こ
れによって処理後の溶融軽金属の清浄度を高めて高品質
の鋳塊または鋳物が得られるようにすることにある。ま
た本発明の他の目的は、回転式溶融軽金属処理方法にお
ける処理時間の短縮化を図ることにある。更に本発明の
他の目的は、渦流等を発生させずに回転体の高速回転を
可能として気泡の微細化を図ることにある。

【００１０】

【発明の構成】上記目的を達成する為に講じた発明の構
成は次の通りである。第１の発明にあっては、処理槽内
に収容した溶融軽金属に対して不活性なガスを回転体に
より微細気泡化して当該溶融軽金属中に拡散して精製処
理する方法であって、この方法は、回転体を回転させて
溶融軽金属に対して不活性なガスを微細気泡化し溶融軽
金属中に拡散するステップ、上記回転によって溶融軽金
属中に旋回流が生じる前に当該旋回流と相反する対流を
発生させるステップ、を含むことを特徴とする、溶融軽
金属の精製処理方法である。

【００１１】第２の発明にあっては、軽金属鋳塊または
鋳物の製造方法であって、この方法は、回転体を回転さ
せて溶融軽金属に対して不活性なガスを微細気泡化し溶
融軽金属中に拡散するステップ、回転体の回転によって
溶融軽金属中に旋回流が生じる前に当該旋回流と相反す
る対流を発生させるステップ、を含むことを特徴とす
る、軽金属鋳塊または鋳物の製造方法である。

【００１２】作 用 処理槽内に収容した溶融軽金属に対して不活性なガスを
回転体により微細気泡化して当該溶融軽金属中に拡散す
る。回転体の回転を継続することにより溶融軽金属中に
旋回流が発生しようとするが、その直前に上記回転体を
反転させる。これによって旋回流と相反する対流が溶融
軽金属中に発生し、旋回流が発生しようとする動きは上
記対流で相殺され渦流や竜巻流の発生は防止される。

【００１３】回転体は回転方向を異にしても回転してい
るために不活性なガスは微細気泡化されており、微細化
されたガスは溶融軽金属中に広く均一に分散される。従
って本発明によれば、バッチ式やイン・ライン式の脱ガ
ス処理が可能で、かつ邪魔板等を用いずに不活性ガス等
を溶融軽金属に微細また均一に拡散させ効果的に不純物
を除去することができる。

【００１４】

【実施例】次に本発明を更に詳細に説明する。図１は本
発明を実施する為に好適な装置の一例を示した正面断面
図である。符号１４は、アルミニウムなどの溶融軽金属
５０を収容した処理槽であり、この処理槽１４の蓋１３
の上に支持脚９を介してプレート１２が設けられてい
る。このプレート１２の中央部には金属製の回転軸５が
貫通されている。この回転軸５の先端には、フランジ８
を介しカーボン製の回転軸６が連結されている。回転軸
６の先端にはガスを微細化して放出する気泡発生器３０
が設けられている。

【００１５】回転軸５は、上部をモータ１０とベルト３
によって連結駆動されている。符号１１は、モータ１０
の回転方向や回転時間等を制御するインバータ等の制御
機器、４は軸受および２はロータリーシールを示してい
る。上記ロータリーシール２、回転軸５、軸受４、回転
軸６の内部にはガス通路１５が形成されていて、上端に
設けたガス供給管１から供給された処理ガスは回転軸６
先端の気泡発生器３０のガス噴出口１６より溶融軽金属
５０の中に放出される。

【００１６】上記気泡発生器３０は、図６に示すように
ガス拡散器２０と回転羽根４０を組合わせて構成されて
いる。ガス拡散器２０は、図２及び図３に示すように円
板状のガス微細化プラグ１９の上部に回転軸６への取付
部２１を構成している。この取付部２１の外周表面には
ネジ２２が螺刻され、中央にはガス通路１５が穿設され
ている。上記ガス微細化プラグ１９は中央にガス溜り１
８が設けられており、中心から水平方向に６本のガス通
路１７が穿設されている。

【００１７】更にガス微細化プラグ１９の外周部にはガ
ス噴出口１６と補助のガス通路１９ａが設けられてお
り、ガス噴出口１６にはガスの乱流溝１９ｂが削設され
ている。回転羽根４０は図４及び図５に示すように円板
状であり、中央に３個の嵌合部４１、４２、４３が設け
られている。この下部嵌合部４１は上方の段部４４で狭
くなり中央嵌合部４２が形成され、更に上端で上部嵌合
部４３が形成される。

【００１８】下部嵌合部４１は円形状であり、かつ径が
前記ガス微細化プラグ１９よりわずかに大きいため、図
６の嵌合状態ではガス微細化プラグ１９外周と下部嵌合
部４１の内周との間にガスの噴出口１６が形成される。
また中央嵌合部４２の径は、前記取付部２１の下部２１
ａと同一径である。

【００１９】上部嵌合部４３は、作動時に回転軸６が反
転をしても、常に回転羽根４０との嵌合状態が確実に保
たれるようにしたもので、４５度ごとに円周を切欠き、
等間隔に４つの弧部４３ｂと直線部４３ｂからなる形状
になっている。当然ながら回転軸６の下端も前記上部嵌
合部４３に対応する形状である。上記気泡発生器３０
は、本実施例では反転機構を備えた処理装置に使用した
がこれに限定されず、従来の一方向のみの回転の処理装
置にも適用できる。

【００２０】次に上記装置の作用を説明する。ガス供給
管１からガスを放出しながら処理槽の蓋１３の所定の位
置に支持脚９を固定しプレート１２に各器具をセットす
る。同時に回転軸６と気泡発生器３０を溶融軽金属中に
浸ける。このためガスはガス通路１５を通過して気泡発
生器３０のガス噴出口１６より溶融軽金属５０中に放出
される。

【００２１】その後、モータ１０を作動させて、回転軸
５、回転軸６と共に気泡発生器３０を回転させるが、モ
ータ１０は制御機器１１によって反転時間とタイマーを
セットされているため、気泡発生器３０等は一定時間ご
とに反転しながら回転運動をする。即ち気泡発生器３０
を回転させて溶融軽金属に対して不活性なガスを微細気
泡化し溶融軽金属中に拡散させる。上記回転によって溶
融軽金属中に旋回流が生じる前に気泡発生器３０を反対
に回転させて旋回流と相反する対流を発生させる。これ
によって旋回流と相反する対流が溶融軽金属５０中に発
生し、旋回流が発生しようとする動きは上記対流で相殺
され渦流や竜巻流の発生は防止される。

【００２２】回転体は回転方向を異にしても回転してい
るために不活性なガスは微細気泡化されており、微細化
されたガスは溶融軽金属中に広く均一に分散される。即
ち、ガス通路１５を通過したガスは、ガス溜り１８にぶ
つかりガス微細化プラグ１９内のガス通路１７を通っ
て、ガス噴出口１６及び任意な位置に設けられた１個以
上の狭隘なガス通路１９ａより微細化された気泡となり
放出される。

【００２３】この場合のガスの微細化の仕組を説明す
る。直径１０ｍｍのガス通路１５を通過したガスが、そ
れより狭いガス通路１７または狭隘なガス噴出口１６を
通過することにより噴出する気泡は小さくなり、同時に
ガスの噴出する速度が大きくなるのである。さらに、ガ
ス噴出口１６を回転軸６の中心より遠くに設けたため、
遠心力の働きによる気泡の切断効果が向上してくる。

【００２４】実験例 次に上記装置を用いて、溶解量５００ｋｇのアルミニウ
ム合金ＡＣ４Ｃ（ＪＩＳ）を用いて行った実験例を示
す。噴出するＮ_２ガス量を毎分３０リットル、回転数を
６００ｒｍｐ、反転間隔を２０秒毎とし、溶融軽金属中
の水素ガスをアルスキャン分析装置で分析した結果、次
の結果を得た。 処理前の水素ガス量 ０．３７ｃｃ／１００ｇＡｌ ５分後の水素ガス量 ０．１２ｃｃ／１００ｇＡｌ 従来装置、例えば回転数３００ｒｍｐの微細化気泡発生
器を持たない一方向回転装置で上記の処理結果を得るた
めの処理時間は１０分を要していた。なお、一般的に
は、水素ガス量が０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ、以下で
あれば不良品発生はないと考えられている。

【００２５】上述のように本実施例に使用した溶融軽金
属の処理装置では、ガス噴出口１６は６本に限らずガス
微細化プラグ１９の内部の任意位置に簡便に追加設定が
できる。補助のガス通路１９ａも同様である。また、ガ
ス微細化プラグ１９は従来例のように低密度のポーラス
材を使用せず、回転軸６や回転羽根４０等と同密度ある
いはそれ以上の密度の材質の使用が可能であることから
耐久性が増加し頻繁な交換を必要としなくなった。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上記構成を有し、次の効果を奏
する。 （１）旋回流を発生させずに微細化された不活性ガスを
溶融軽金属中に広く均一に分散させることができるため
処理後の溶融軽金属の清浄度が高く、高品質の鋳塊また
は鋳物が得られる。 （２）沈静時間を必要としないために、従来の回転式処
理方法に比べると溶融軽金属を短時間で処理するこがで
きる。 （３）渦流等を発生させず、５００ｒｐｍ以上の高速回
転が可能であり、気泡の微細化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する為に好適な装置の一例を示し
た正面断面図。

【図２】ガス拡散器の拡大平面図。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。

【図４】回転羽根の拡大平面図。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図。

【図６】気泡発生器の正面断面図。

【符号の説明】

１ ガス供給管 ５ 回転軸 ６ 回転軸 １０ モータ １５ ガス通路 １６ ガス噴出口 １７ ガス通路 １９ ガス微細化プラグ ３０ 気泡発生器 ４０ 回転羽根

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理槽内に収容した溶融軽金属に対して
   不活性なガスを回転体により徹細気泡化して当該溶融軽
   金属中に拡散して精製処理する方法であって、この方法
   は、 回転体を回転させて溶融軽金属に対して不活性なガスを
   微細気泡化し溶融軽金属中に拡散するステップ、 上記回転によって溶融軽金属中に旋回流が生じる前に当
   該旋回流と相反する対流を発生させるステップ、 を含むことを特徴とする、 溶融軽金属の精製処理方法。
2. 【請求項２】 軽金属鋳塊または鋳物の製造方法であっ
   て、この方法は、 回転体を回転させて溶融軽金属に対して不活性なガスを
   微細気泡化し溶融軽金属中に拡散するステップ、 回転体の回転によって溶融軽金属中に旋回流が生じる前
   に当該旋回流と相反する対流を発生させるステップ、 を含むことを特徴とする、 軽金属鋳塊または鋳物の製造方法。