JPH07190639A

JPH07190639A - 溶湯処理装置

Info

Publication number: JPH07190639A
Application number: JP33187793A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Uchiyama; 修造内山; Masahiro Higashimoto; 正洋東元; Daisuke Fujimura; 大輔藤村; Junichi Ninomiya; 純一二宮; Yuichiro Kimura; 雄一郎木村; Tsuneo Nakayama; 恒雄中山
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Rozai Kogyo Kaisha Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Rozai Kogyo Kaisha Ltd
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【構成】アルミニウムおよびアルミニウム合金の鋳造
ラインにおいて用いる溶湯処理装置であって、溶湯中に
処理ガスを吹込むための複数のポーラスプラグ１７を本
体底部に設け、溶湯を案内して処理ガスに通気するため
のバッフル１８を本体内部に設ける。処理ガスを溶湯面
上に吹出すためのポーラスプラグ１７’を本体側壁の溶
湯面近傍に設けることもできる。【効果】ポーラスプラグを通して処理ガスを吹込むだ
けで、溶湯の撹拌操作を必要としないため、動力やメン
テナンスの費用がかからない。また、装置内での滞留時
間を増大するだけで残留水素ガス含有量を低減できるた
め、さらに高品質のアルミニウム合金が容易に製造でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムおよびア
ルミニウム合金の鋳造ラインにおいて用いられる溶湯処
理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金は、溶解炉、保持炉
（あるいは溶解保持炉）を経て鋳造されるが、その溶湯
中の水素ガス濃度と酸化物等の不純物の介在が製品品質
上最も重要な要素である。そのため、通常、溶解工程、
鋳造工程の各工程で脱ガス処理を行い、製品の用途に応
じて残留水素ガス含有量を規定してインゴットを造塊し
ている。これら従来の脱ガス処理方式においては、通気
回転軸を溶湯中に配置してその中心部から処理ガスを吹
き込み、回転軸の先端に設けられた回転ノズルを回転さ
せて溶湯を撹拌することにより、処理ガスを分散させる
方法をとっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
脱ガス処理作業においては、撹拌用部材が溶湯によって
劣化するためにメンテナンスが必要であり、処理ガスや
動力のコストも高くつくという問題がある。また、得ら
れた製品インゴットの残留水素含有量にバラツキが生じ
ることもあり、後工程の圧延や品質安定化に問題があ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の溶
湯処理装置は、上記問題を解決するために、溶湯中に処
理ガスを吹込むための複数のポーラスプラグが本体底部
に設けられ、かつ、溶湯を案内して処理ガスに通気する
ためのバッフルが本体内部に設けられていることを特徴
とする。

【０００５】請求項２記載の発明の溶湯処理装置は、請
求項１記載の溶湯処理装置において、処理ガスの通気圧
力が１０〜５０ｋＰａであることを特徴とする。

【０００６】請求項３記載の発明の溶湯処理装置は、溶
湯中に処理ガスを吹込むための複数のポーラスプラグが
本体底部に設けられ、溶湯を案内して処理ガスに通気す
るためのバッフルが本体内部に設けられ、かつ、処理ガ
スを溶湯面上に吹出すためのポーラスプラグが本体側壁
の溶湯面近傍に設けられていることを特徴とする。

【０００７】

【作用】請求項１および請求項２の構成によれば、溶湯
流入開口を介して流入する溶湯は、直接、溶湯流出開口
へ流動することなく、バッフルによって仕切られた通路
を通して、複数のポーラスプラグが設けられた本体中央
部に案内され、そこでポーラスプラグから放出される処
理ガスの微細気泡によって充分に撹拌される。このよう
に、溶湯中に回転部材および浸漬部材が存在しないの
で、それらのメンテナンスの必要がまったくない。ま
た、ポーラスプラグを用いて底部から処理ガスの微細気
泡を吹き上げるため、溶湯と均一に混合して優れた脱ガ
ス効果を奏し、処理ガス量も従来に比べて少なくて済
む。

【０００８】請求項３の構成によれば、溶湯流入開口を
介して流入する溶湯は、直接、溶湯流出開口へ流動する
ことなく、バッフルによって仕切られた通路を通して、
複数のポーラスプラグが設けられた本体中央部に案内さ
れ、そこでポーラスプラグから放出される処理ガスの微
細気泡によって充分に撹拌される。このように、溶湯中
に回転部材および浸漬部材が存在しないので、それらの
メンテナンスの必要がまったくない。また、ポーラスプ
ラグを用いて底部から処理ガスの微細気泡を吹き上げる
ため、溶湯と均一に混合して優れた脱ガス効果を奏し、
処理ガス量も従来に比べて少なくて済む。さらに、上記
ポーラスプラグと同じポーラスプラグを本体側壁の湯面
近傍に設けるため、溶湯面に浮遊するドロスも効果的に
除去できる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例について図１〜図６に基づ
いて説明すれば、以下の通りである。

【００１０】図６に示すように、本実施例に係る溶湯処
理装置１は、例えば、アルミニウム鋳造ライン８に組み
込んで使用される。上記鋳造ラインは、溶解保持炉２、
移湯桶４ａ、４ｂ、４ｃ、フィルター装置５および鋳造
機６から構成され、上記溶湯処理装置１は２つの移湯桶
４ａ、４ｂの間に設けられる。

【００１１】溶解保持炉２は、その炉床部分の炉幅方向
に、必要に応じて、複数のポーラスプラグ（図示せず）
が設けられ、溶湯３をある程度（約０．１５ｍｌ／１０
０ｇ・Ａｌ）まで脱ガスすることができる。また、その
片側部にシリンダー７を、他側部に傾動支点を回転自在
に軸支し、シリンダー７の作用により傾動可能にしてあ
る。

【００１２】移湯桶４ａ、４ｂは、それぞれ、溶湯３を
溶解保持炉２から溶湯処理装置１に、溶湯処理装置１か
ら鋳造機６に送り込む通路の役割を果たすものであり、
本発明の溶湯処理装置１を挟むようにして設けられる。

【００１３】フィルター装置５は、内部にフィルター
（セラミックチューブ製）が設けられ、上記フィルター
装置は、さらに移湯桶４ｃを介して鋳造機６に連結され
る。

【００１４】上記溶湯処理装置１は、図２および図３に
示すように、ボックス状の構造を有し、蓋部分１１と、
本体部分１２とから構成される。蓋部分１１には、装置
内を予め加熱するための電気ヒーター１３が設けられる
が、電気ヒーターの代わりに浸漬シーズヒーターを装置
内に設けてもよい。本体部分１２の上部には、溶湯の出
入口である溶湯流入開口１４および溶湯流出開口１５が
設けられるとともに、浮遊ドロスを装置外に排出するた
めの除滓口１６が設けられる。本体部分１２の底部に
は、図４および図５に示すように、複数のポーラスプラ
グ１７が設けられる。

【００１５】このポーラスプラグ１７は、モルタル類で
シールされた耐火性セラミック１７ａおよびインコネル
等の保護金物１７ｂから構成され、本体部分１２の底部
に碁盤目状（正方形配列）または千鳥状（正三角形配
列）に配列される。このポーラスプラグ１７の配列は特
に限定するものではなく、適宜選択できる。配置するポ
ーラスプラグの数も特に限定するものではなく、適宜選
択できる。ポーラスプラグ１７の配列間隔は、２００〜
３００ｍｍ、好ましくは約２５０ｍｍである。配列間隔
が３００ｍｍより大きいと容積負荷過小となり、２００
ｍｍより小さいと過大となり、それぞれリテンション効
率上、好ましくない。上記ポーラスプラグ１７の下端部
には、ガスヘッダー管（図示せず）が連結され、それを
通して圧送された処理ガスが溶湯内に吹込まれるように
なっている。ガスヘッダー管には、止め弁、流量調整
弁、流量計（図示せず）等が取り付けられる。溶湯に吹
込まれる処理ガスとしては、例えば、塩素ガス等の活性
ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活
性ガス等が挙げられるが、必要に応じて活性ガスと不活
性ガスとの混合ガスを用いてもよい。

【００１６】ポーラスプラグ１７に通気する処理ガスの
圧力は溶湯溜の深さによって異なるが、通常は１０〜５
０ｋＰａ、好ましくは２０ｋＰａである。通気圧力が５
０ｋＰａより大きいと大気を巻き込んでＨ₂量が上が
り、１０ｋＰａより小さいと脱ガス能力が下がり、好ま
しくない。このように所定の圧力で処理ガスをポーラス
プラグに通気することにより、大きさが３０〜６０ミク
ロンの微細な気泡が溶湯中に形成される。

【００１７】本発明の溶湯処理装置１の本体内部には、
図１に示すように、互いに直角に交わる２枚のバッフル
１８、１８’が設けられ、それにより、装置の本体内部
が３次元的に仕切られる。溶湯面より高い所定の高さ寸
法を有するバッフル１８は、本体部分１２の一側壁に対
して平行に配置され、本体部分の底部から上方に向かっ
て垂直に伸延して、側壁との間に溶湯が通過する通路を
形成している。バッフル１８の片端および他端はそれぞ
れ側壁に固定されるが、他端の底部には四角形の切欠き
部分１９が設けられ、それを通して、複数のポーラスプ
ラグが設けられた本体中央部分に溶湯が流入する開口を
形成している（図４参照）。このように、バッフル１８
は、図中に矢印で示すように、溶湯流入開口１４から流
入する溶湯を上記通路を通して装置内に案内し、さらに
上記開口を介して溶湯を本体中央部分へ案内する機能を
有する。バッフル１８’の片端はバッフル１８の側面に
対して直角に固定され、その他端は本体部分１２の側壁
に固定されている。バッフル１８’の上面はバッフル１
８と同じ高さであり、下面は本体部分の底部との間に間
隙を有し、溶湯が通過する通路を形成している。このバ
ッフル１８’は中央部分で処理された溶湯を溶湯流出開
口１５に案内する機能を有する。この実施例において
は、中央部分で溶湯を処理ガスに通気する前に、５つの
ポーラスプラグ１７を用いて前処理を行うため、脱ガス
をさらに効果的に行うことができる。

【００１８】本発明の装置においては、さらに、処理時
に溶湯面上に生じる浮遊ドロスを除去するために、本体
部分１２の側壁の溶湯面近傍に、上記ポーラスプラグ１
７と同じ構造を有するポーラスプラグ１７’が除滓口１
６に対して一定の角度をなして設けられる。上記ポーラ
スプラグ１７と同様に、ポーラスプラグ１７の下端部に
は、ガスヘッダー管（図示せず）が連結され、ガスヘッ
ダー管には、止め弁、流量調整弁、流量計（図示せず）
等が取り付けられる。溶湯表面に吹出される処理ガスと
しては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不
活性ガス等が用いられる。ポーラスプラグ１７’に通気
する処理ガスの圧力は、通常は５〜２０ＫＰａ、好まし
くは１０ｋＰａである。上記ポーラスプラグ１７’の数
は特に限定するものではなく、浮遊ドロスを効果的に除
去するために、複数個のプラグを設けてもよい。

【００１９】上記構成の溶湯処理装置１を組み込んだ鋳
造ラインについて、次に説明する。まず、溶湯装置の蓋
部分１１に設けられた電気ヒーター、または浸漬シーズ
ヒーターを作動させて装置内を所定の温度まで加熱す
る。その後、溶解保持炉２から連続して一定流量（３０
０ｋｇｆ／分）で流動するアルミニウム溶湯３が、移湯
桶４ａを介して本発明の溶湯処理装置１に流入される。
溶湯流入開口１４から流入した溶湯３は、バッフル１８
と本体部分１２の側壁とから形成される通路内を流動し
ながら一部のポーラスプラグ１７から吹込まれる処理ガ
スに通気され、前処理される。前処理された溶湯は、バ
ッフル１８の切欠部分１９と本体部分１２の側壁とから
形成される開口を介して溶湯装置の本体部分の中央部に
送られ、ここで多数のポーラスプラグ１７から吹込まれ
る処理ガスに充分に通気され、約０．１０ｍｌ／１００
ｇ・Ａｌ以下のレベルまで脱ガスされる。この際、溶湯
面の表面には多量の浮遊ドロスが形成されるため、本体
部分１２の側壁の溶湯面近傍に設けられたポーラスプラ
グ１７’から不活性ガスを吹出して除滓口１６に浮遊ド
ロスを集め、これを除滓する。脱ガス処理された溶湯
は、バッフル１８’の下側の通路を通過し、溶湯流出開
口１５から流出する。この実施例では、溶湯処理装置１
内での溶湯の滞留時間は約４．６分であるが、これは製
品に要求される品質によって異なる。次に、溶湯３は移
湯桶４ｂを介してフィルター装置５に流入され、さらに
フィルターで不純物を取り除いた後、移湯桶４ｃを介し
て鋳造機６に流入させて鋳造を行い、アルミニウム合金
インゴットを得る。

【００２０】次に、実験例を挙げて本発明をさらに詳し
く説明する。［実験例１］上記鋳造ラインにおいて、本発明の溶湯処
理装置を用いた場合と、従来のローター式溶湯処理装置
（ローター２台使用またはローター１台使用）を用いた
場合について、比較実験を行った。供試材料は低Ｈ₂ガ
ス含有を要求される２０２４合金（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ）
および７０７５合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ）であり、処理
ガスとしてアルゴンガス（１００％）を用いた。結果を
以下の表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】以上の結果をまとめると、次の通りであ
る。（１）溶解時に含まれる水素含有量０．１７ｍｌ／１０
０ｇ・Ａｌが、本発明の溶湯処理装置を用いて処理を行
った後は０．０６０〜０．０６１ｍｌ／１００ｇ・Ａｌ
と低減し、高い脱ガス効果を示している。

【００２３】（２）本発明によれば、従来技術に比べて
処理ガス消費量が約６０％節約できるとともに、動力や
メンテナンスに費用がまったくかからない。

【００２４】（３）滞留時間を増大させることによっ
て、残留水素ガス含有量を減少させることができ、高品
質のアルミニウム合金を製造できる。

【００２５】［実験例２］上記鋳造ラインにおいて、本
発明の溶湯処理装置を用いた場合と、従来の真空脱・回
転脱ガス装置を用いた場合について、溶湯処理後の溶湯
中の水素ガス量を測定して比較を行った。供試材料は２
０２４アルミニウム合金および７０７５アルミニウム合
金であり、処理ガスとしてアルゴンガス（１００％）を
用いた。それぞれの材料について求めた溶湯中の水素濃
度と度数割合の関係を示すグラフを図７および図８に示
す。図７および図８から明らかなように、どちらの材料
においても水素濃度の平均値に有為差は認められない
が、データのばらつきは本発明の方が明らかに小さく、
これにより、本発明の溶湯処理装置が安定した脱ガス効
果を奏することがわかる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の発明の溶湯処理装置は、以上
のように、溶湯中に処理ガスを吹込むための複数のポー
ラスプラグが本体底部に設けられ、かつ、溶湯を案内し
て処理ガスに通気するためのバッフルが本体内部に設け
られている構成である。

【００２７】請求項２記載の発明の溶湯処理装置は、以
上のように、請求項１の溶湯処理装置において、処理ガ
スの通気圧力が１０〜５０ｋＰａである構成である。

【００２８】したがって、アルミニウム溶湯中の水素ガ
スを除去するにあたって上記の装置を用いることによ
り、ポーラスプラグを通して処理ガスを吹込むだけで、
溶湯の撹拌操作を必要としないため、動力やメンテナン
スの費用がかからない。また、装置内での滞留時間を増
大するだけで残留水素ガス含有量を低減できるため、さ
らに高品質のアルミニウム合金が容易に製造できる。

【００２９】請求項３記載の溶湯処理装置は、溶湯中に
処理ガスを吹込むための複数のポーラスプラグが本体底
部に設けられ、溶湯を案内して処理ガスに通気するため
のバッフルが本体内部に設けられ、かつ、処理ガスを溶
湯面上に吹出すためのポーラスプラグが本体側壁の溶湯
面近傍に設けられている構成である。

【００３０】したがって、アルミニウム溶湯中の水素ガ
スを除去するにあたって上記の装置を用いることによ
り、ポーラスプラグを通して処理ガスを吹込むだけで、
溶湯の撹拌操作を必要としないため、動力やメンテナン
スの費用がかからない。また、装置内での滞留時間を増
大するだけで残留水素ガス含有量を低減できるため、さ
らに高品質のアルミニウム合金が容易に製造できる。そ
の上、溶湯面上の浮遊ドロスの除去作業が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における溶湯処理装置の構成
を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ線断面図である。

【図５】図４のポーラスプラグの拡大断面図である。

【図６】図１の溶湯処理装置を組み込んだ鋳造ラインの
構成を示す断面模式図である。

【図７】２０２４アルミニウム合金を用いた鋳造試験結
果を示すグラフである。

【図８】７０７５アルミニウム合金を用いた鋳造試験結
果を示すグラフである。

【符号の説明】

１溶湯処理装置１４溶湯流入開口１５溶湯流出開口１６除滓口１７ポーラスプラグ１８バッフル

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例について図１〜図８に基づ
いて説明すれば、以下の通りである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】図６に示すように、本実施例に係る溶湯処
理装置１は、例えば、アルミニウム鋳造ライン８に組み
込んで使用される。上記鋳造ラインは、溶解保持炉２、
移湯樋４ａ、４ｂ、４ｃ、フィルター装置５および鋳造
機６から構成され、上記溶湯処理装置１は２つの移湯樋
４ａ、４ｂの間に設けられる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】移湯樋４ａ、４ｂは、それぞれ、溶湯３を
溶解保持炉２から溶湯処理装置１に、溶湯処理装置１か
ら鋳造機６に送り込む通路の役割を果たすものであり、
本発明の溶湯処理装置１を挟むようにして設けられる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】フィルター装置５は、内部にフィルター
（セラミックチューブ製）が設けられ、上記フィルター
装置は、さらに移湯樋４ｃを介して鋳造機６に連結され
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】本発明の装置においては、さらに、処理時
に溶湯面上に生じる浮遊ドロスを除去するために、本体
部分１２の側壁の溶湯面近傍に、上記ポーラスプラグ１
７と同じ構造を有するポーラスプラグ１７’が除滓口１
６に対して一定の角度をなして設けられる。上記ポーラ
スプラグ１７と同様に、ポーラスプラグ１７’には、ガ
スヘッダー管（図示せず）が連結され、ガスヘッダー管
には、止め弁、流量調整弁、流量計（図示せず）等が取
り付けられる。溶湯表面に吹出される処理ガスとして
は、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性
ガス等が用いられる。ポーラスプラグ１７’に通気する
処理ガスの圧力は、通常は５〜２０ＫＰａ、好ましくは
１０ｋＰａである。上記ポーラスプラグ１７’の数は特
に限定するものではなく、浮遊ドロスを効果的に除去す
るために、複数個のプラグを設けてもよい。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】上記構成の溶湯処理装置１を組み込んだ鋳
造ラインについて、次に説明する。まず、溶湯処理装置
１の蓋部分１１に設けられた電気ヒーター、または浸漬
シーズヒーターを作動させて装置内を所定の温度まで加
熱する。その後、溶解保持炉２から連続して一定流量
（３００ｋｇｆ／分）で流動するアルミニウム溶湯３
が、移湯樋４ａを介して本発明の溶湯処理装置１に流入
される。溶湯流入開口１４から流入した溶湯３は、バッ
フル１８と本体部分１２の側壁とから形成される通路内
を流動しながら一部のポーラスプラグ１７から吹込まれ
る処理ガスに通気され、前処理される。前処理された溶
湯は、バッフル１８の切欠部分１９と本体部分１２の側
壁とから形成される開口を介して溶湯処理装置１の本体
部分の中央部に送られ、ここで多数のポーラスプラグ１
７から吹込まれる処理ガスに充分に通気され、約０．１
０ｍｌ／１００ｇ・Ａｌ以下のレベルまで脱ガスされ
る。この際、溶湯面の表面には多量の浮遊ドロスが形成
されるため、本体部分１２の側壁の溶湯面近傍に設けら
れたポーラスプラグ１７’から不活性ガスを吹出して除
滓口１６に浮遊ドロスを集め、これを除滓する。脱ガス
処理された溶湯は、バッフル１８’の下側の通路を通過
し、溶湯流出開口１５から流出する。この実施例では、
溶湯処理装置１内での溶湯の滞留時間は約４．６分であ
るが、これは製品に要求される品質によって異なる。次
に、溶湯３は移湯樋４ｂを介してフィルター装置５に流
入され、さらにフィルターで不純物を取り除いた後、移
湯樋４ｃを介して鋳造機６に流入させて鋳造を行い、ア
ルミニウム合金インゴットを得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤村大輔栃木県真岡市鬼怒丘15番地株式会社神戸製鋼所真岡製造所内 (72)発明者二宮純一大阪府大阪市西区南堀江１丁目２番14号ロザイ工業株式会社内 (72)発明者木村雄一郎大阪府大阪市西区南堀江１丁目２番14号ロザイ工業株式会社内 (72)発明者中山恒雄大阪府大阪市西区南堀江１丁目２番14号ロザイ工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯中に処理ガスを吹込むための複数のポ
ーラスプラグが本体底部に設けられ、かつ、溶湯を案内
して処理ガスに通気するためのバッフルが本体内部に設
けられていることを特徴とする溶湯処理装置。
【請求項２】上記処理ガスの通気圧力が１０〜５０ｋＰ
ａであることを特徴とする請求項１記載の溶湯処理装
置。
【請求項３】溶湯中に処理ガスを吹込むための複数のポ
ーラスプラグが本体底部に設けられ、溶湯を案内して処
理ガスに通気するためのバッフルが本体内部に設けら
れ、かつ、処理ガスを溶湯面上に吹出すためのポーラス
プラグが本体側壁の溶湯面近傍に設けられていることを
特徴とする溶湯処理装置。