JPH0753894B2

JPH0753894B2 - 真空吸引式連続脱ガス装置

Info

Publication number: JPH0753894B2
Application number: JP2158325A
Authority: JP
Inventors: 正道佐野; 信夫宮川; 君二山本
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 1990-06-16
Filing date: 1990-06-16
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: DE69122667D1; EP0462538A1; DE69122667T2; ATE144293T1; EP0462538B1; ES2096602T3; JPH0448026A; CA2044722A1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］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連続脱ガス装置に
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
法及び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法及び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ず、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連
続脱ガス装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る真空吸引式連続脱ガス装置は、ガスを透過
するが融体は透過しない多孔質部材により成形された多
孔質部材の一方の面を融体に接触させ、他方の面を真空
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
記多孔質部材の成分との反応により生じたガスを前記融
体から分離する真空吸引式連続脱ガス装置において、前
記多孔質部材の内部に配設されたパイプ状の心材と、こ
の心材内に冷却媒体を通流させる冷却手段とを有するこ
とを特徴とする。なお、融体の温度の低下を防止するた
め、外部加熱を行う加熱手段（たとえばプラズマ加熱）
を有することが好ましい。

［作用］第４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２と接触した壁面では融体２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。

本願発明者等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。Ｎ＋Ｎ→N₂ …（１）Ｈ＋Ｈ→H₂ …（２）Ｃ＋Ｏ→CO …（３）Ｓ＋２Ｏ→SO₂ …（４）また、融体中の不純物が多孔質部材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_XO_Y）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。

ｙＣ＋M_XO_Y（固体）→ｘＭ＋yCO …（５）また、多孔質部材が炭素で構成されているか、又は炭素
を１成分として含有している場合には、下記反応式によ
り融体中の酸素が除去される。Ｏ＋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
り行なわれる。

xM→M_X（ガス） …（７） MO_Y→MO_Y（ガス） …（８） MS_Y→MS_Y（ガス） …（９）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。

多孔質部材の材質としては、Al₂O₃、MgO、CaO、SiO₂、F
e₂O₃、Fe₃O₄、Cr₂O₃、BN、Si₃N₄並びにSiC及びＣ等の金
属酸化物、金属非酸化物及び炭素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、融体と接触する仕切り部材の溶
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、融体に濡れにくい多孔質材料の仕切り部材を
使用する。更に、仕切り部材の気孔率は、40％以下にす
ることが好ましい。更にまた、仕切り部材の融体への濡
れ性によって異なるが、仕切り部材の気孔径は約200μ
ｍ以下とすることが好ましい。

而して、本発明においては、これらの材料を多孔質部材
に成形する場合に、多孔質部材の強度を補強するため
に、多孔質部材の内部に心材を配置する。しかし、連続
的に脱ガス操作を行なう場合に、多孔質部材内の温度が
上昇して、多孔質部材の内部に配置された心材が軟化
し、又は溶融して多孔質部材が破壊される虞れがある。
そこで、本発明においては、パイプ状の材質で心材を形
成し、冷却手段により、この心材内に気体又は液体等の
冷却媒体を通流させる。これにより、心材の軟化及び溶
融が回避され、多孔質部材の破壊を防止して、連続的に
融体の脱ガス操作を行なうことができる。また、多孔質
部材のピンホール内に融体が侵入した場合には、この融
体は冷却媒体が通流する心材により冷却されて凝固し、
それ以上奥まで融体が侵入することを防止できる。

多孔質部材内の真空（又は減圧）空間へ融体が侵入して
も、真空配管系へ融体が入るのを防止するため、圧力損
失が小さいフィルタを多孔質部材の上部に設置し、侵入
した融体をこのフィルタで凝固させ、トラップするよう
にするのが良い。

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。

溶鉄中の炭素の除去に本法を使用する場合、前記仕切り
部材の主成分はAl₂O₃又はMgO等とし、溶鉄中の炭素の主
酸化剤としてFe₂O₃,Fe₃O₄,MnO,SiO₂等を配合する。これ
らの主酸化剤の配合割合を高くすることにより、溶鉄中
の炭素の除去速度を増加させることができる。しかし、
主酸化剤の配合割合をあまり高くすると、仕切り部材の
融点の低下又は機械的強度の低下等を招き、また特に溶
鉄中の炭素濃度が低い場合には溶鉄中の酸素濃度が増加
するため、目的に応じて主酸化剤の配合割合を既に確立
されている状態図を参考にして決定する。

一方、溶鉄中の窒素の除去に本法を使用する場合、前記
仕切り部材には、安定な酸化物、例えばCaO,Al₂O₃,MgO
等を使用する。

また、溶鉄中の炭素及び窒素を同時に除去するために本
法を使用する場合、溶鉄中の炭素及び窒素の目標濃度に
応じて前記主酸化剤の配合割合を変化させる。

また、本発明を、溶銅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、溶融鉛中の亜鉛を回収するこ
とができる。

溶融銅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、溶融銅マット又はニッケルマット中の有価
金属（As,Sb,Bi,Se,Te,Pb,Cd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（As,Sb,Bi,Se,T
e,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。

［実施例］次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る真空吸引式連続脱
ガス装置を示す模式的断面図である。

多孔質材料からなる円筒状の融体通流管15は、真空容器
14内を貫通して配設されている。そして、この融体通流
管15の両端部には融体通流配管15aが接続されている。

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。

融体通流管15は多孔質材料により成形されており、この
融体通流管15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２は侵入できないような細
孔を有している。また、この融体通流管15の管壁には、
パイプ状の心材16がコイル状に埋設されている。そし
て、この心材16の内部には、気体又は液体等の冷却媒体
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吸引式連続脱ガス装置におい
ては、融体２が通流管15内を通流し、真空容器14内を通
過するときに、融体２の通流管15に接触する部分がこの
多孔質材料からなる通流管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中のガス又は融体２との多孔質部材との反応によって
生じたガスが除去され、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。

この場合に、本実施例においては、通流管15内に埋設さ
れた心材16に冷却媒体が通流しているため、融体２から
の熱による心材16の軟化及び溶融が防止される。従っ
て、長時間に亘る脱ガス処理が可能である。また、例え
ば融体通流管15にピンホールがあり、このピンホールを
介して融体２が心材16の近傍に侵入してきた場合に、融
体２が降温されて凝固するため、融体２が真空雰囲気側
に侵入することを防止できるという効果もある。

第２図は本発明の第２の実施例に係る真空吸引式連続脱
ガス装置を示す横断面図である。

箱型の容器20内には、複数個（図示例は３個）の板状の
堰21が相互に平行に適長間隔をおいて配置されている。
各堰21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22が堰21の高さ方向に配列さ
れて穿孔されている。また、この各堰21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23が
堰21の幅方向に配列されて形成されている。更に、堰21
にはパイプ状の心材24が埋設されている。この堰21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、容器20には、融体２の入口20aと出口20bとが設けら
れている。

このように構成された真空吸引式連続脱ガス装置におい
ては、融体２は入口20aから容器20内に入り、堰21によ
りその通流軌跡を規制される。この融体２は堰21の融体
通過孔22を通過して図中矢印にて示すように容器20内を
平面視でジグザグ状に通流する。一方、堰21に設けられ
たガス吸引孔23は配管（図示せず）を介して真空状態に
保持されており、融体２は堰21によりその通流軌跡を規
制されて通流する間に、堰21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。この場合に、堰21内には冷却用液体又は冷却用気体
が通流する心材24が埋設されているため、心材24の軟化
又は溶融が防止される。従って、装置の連続運転が可能
である。また、堰21を構成する多孔質材料にピンホール
があって、このピンホールを介して融体２が堰21中に侵
入してきた場合は、心材24の近傍で融体２が冷却されて
凝固するため、融体２がガス吸引孔23内に侵入すること
を防止できる。

この実施例においては、融体を連続的に脱ガス処理する
ことができると共に、第１図に示す実施例に比して、融
体が多孔質部材に接触する面積が大きいので、融体から
ガス生成成分を高除去効率で除去することができる。

第３図は本発明の第３の実施例に係る真空吸引式連続脱
ガス装置を示す断面図である。

融体２は、融体入口33を介して、箱型の容器31の一方の
壁面近傍から容器31内に流入し、容器31内を横方向に通
流した後、容器31の前記一方の壁面に対向する他方の壁
面の近傍から、融体出口34を介して外部に流出するよう
になっている。

脱ガス部材32は、下端が閉塞した円筒状の形状をなす複
数個の仕切り部材32bと、これらの仕切り部材32bの上端
部に連結された緻密質部材32aとにより構成されてい
る。この脱ガス部材32にはパイプ状の心材（図示せず）
が埋設されており、心材の端部は外部に導出して、冷却
用の気体又は液体を心材内に通流させる冷却装置に接続
されている。そして、この脱ガス部材32は、仕切り部材
32bが融体２に浸漬されて、容器31上に配置されてい
る。また、脱ガス部材32は適宜の真空装置に接続されて
おり、脱ガス部材32の内部はこの真空装置に吸引されて
真空状態になっている。

仕切り部材32b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。一方、緻密質部材32aはガスを透過し
ないような材料により成形されているか、又はガスを透
過しないような処理が施されている。

この脱ガス部材32は、例えば、所定の形状に組み立てら
れたパイプを心材とし、この心材の周囲に多孔質材料を
配置して脱ガス部材32の形状に成形し、緻密質部材32b
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
る等の方法により作成することができる。

このように構成された真空吸引式連続脱ガス装置におい
ては、融体２は入口33から容器31内に入り、容器31を横
方向に通流して出口34から流出する。一方、脱ガス部材
32内は真空に保持されており、融体２は容器31内を通流
する間に仕切り部材32bを介して真空状態に曝される。
そして、融体２中のガス生成成分は仕切り部材32bを通
過して脱ガス部材32の内部に移動する。これにより、融
体２中からガス生成成分が除去される。この場合に、脱
ガス部材32に埋設されている心材には冷却用気体又は冷
却用液体が通流しているから、融体２の熱により心材が
軟化又は溶融することを防止でき、連続的に融体２の脱
ガス処理を行なうことができる。また、例えば仕切り部
材32bのピンホール等を介して脱ガス部材32内に侵入し
ようとする融体２は、心材内を通流するガス又は液体に
より冷却されて凝固するため、脱ガス部材32内への融体
２の侵入を回避することができる。

なお、上述の各実施例において、融体と融体通流管（第
１の実施例）、堰（第２の実施例）又は仕切り部材（第
３の実施例）の多孔質材料成分との吸熱反応により融体
の温度が低下して脱ガス処理に支障をきたす場合は、融
体を昇温する外部加熱装置を設置してもよい。

また、前記融体通流管、堰又は仕切り部材の破損等によ
る真空装置等への融体の侵入を防止するために、脱ガス
装置と真空装置との間に圧力損失が小さいフィルタを設
置し、このフィルタにおいて融体を凝固させてトラップ
するようにしてもよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、ガスを透過するが
融体は透過しない多孔質材料により成形された多孔質部
材の一方の面が融体に接触し、他方の面が真空又は減圧
下におかれているから、多孔質部材を介して融体中の溶
質成分を融体から容易に分離することができる。また、
前記多孔質部材の内部にパイプ状の心材が埋設されてお
り、この心材には冷却媒体が通流するようになっている
から、前記心材の軟化及び溶融を回避することができ、
融体の脱ガス処理を連続して行なうことができる。な
お、融体の脱ガス処理中に仕切り部材が損耗する場合
は、適宜補修することが好ましい。

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、装置の小型化による装置コストの低減、更に装置の
ランニングコストの著しい低減を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る真空吸引式連続脱
ガス装置を示す模式的断面図、第２図は本発明の第２の
実施例に係る真空吸引式連続脱ガス装置を示す横断面
図、第３図は本発明の第３の実施例に係る真空吸引式連
続脱ガス装置を示す断面図、第４図は本発明の原理を示
す模式図である。 1;多孔質部材、2;融体、3;真空又は減圧雰囲気、4;ガ
ス、14;真空容器、15;融体通流管、15a;融体通流配管、
16;心材、20;容器、20a;入口、20b;出口、21;堰、22;融
体通過孔、23;ガス吸引孔、24;心材、31;容器、32;脱ガ
ス部材、32a;緻密質部材、32b;仕切り部材、33;入口、3
4;出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本君二岐阜県多治見市旭ケ丘10―２―127 (56)参考文献特開昭52−78602（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−56257（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスを透過するが融体は透過しない多孔質
材料により成形された多孔質部材の一方の面を融体に接
触させ、他方の面を真空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の成分との反応に
より生じたガスを前記融体から分離する真空吸引式連続
脱ガス装置において、前記多孔質部材の内部に配設され
たパイプ状の心材と、この心材内に冷却媒体を通流させ
る冷却手段とを有することを特徴とする真空吸引式連続
脱ガス装置。