JPH0765126B2 - 溶融金属処理装置および処理方法 - Google Patents

溶融金属処理装置および処理方法

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JPH0765126B2
JPH0765126B2 JP1152040A JP15204089A JPH0765126B2 JP H0765126 B2 JPH0765126 B2 JP H0765126B2 JP 1152040 A JP1152040 A JP 1152040A JP 15204089 A JP15204089 A JP 15204089A JP H0765126 B2 JPH0765126 B2 JP H0765126B2
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gas
molten metal
bubbles
metal
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ペーター・ドナルド・ウエイト
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は溶融金属の精製、特に溶融アルミニウムおよび
その合金から溶解ガスおよび他の可溶および不溶不純物
を除去する方法および装置に関するものである。
（従来の技術） 鋳造前の溶融アルミニウムは多くの不純物を含んでお
り、もし除去しないならば鋳造において高いスクラップ
ロスの原因となるか、さもなくば品質の優れない金属製
品が製造されることになる。この除去する必要のある望
ましくない不純物には溶解された水素、アルカリまたは
アルカリ土類金属元素および不溶性非金属介在物を含
む。
不溶性または反応性ガス混合物を溶融アルミニウムに注
入する技術は上記不純物を除去するために通常使用され
ている。これら不純物の除去速度はフラックスガスをど
のようにして溶融金属に注入するかに非常に依存してい
る。このタイプの金属処理方法における最善の効率は微
少な気泡を発生させ、金属処理反応のための大きな界面
接触面積を生じさせるとき、およびこれらの気泡を金属
流のための利用できる全断面積を通して均一様式で分配
させるときに達成される。
回転羽根車を使用し、ろ過床を使用せず、溶融金属体に
気体を注入する方法は公知である。この方法において使
用される羽根車の機能は小さな気泡を発生させ、処理す
べき金属の全容積にわたり均一に分配させ、あるいはす
べての処理すべき金属がかかる回転羽根車のある部分を
通過するような金属流れパターンを形成することにあ
る。この一般的な方法は米国特許第4,634,105号、第4,4
26,068号、第4,357,004号、第3,870,511号、第3,849,11
9号、第3,839,019号、第3,767,383号、第3,743,262号に
記載されている。これら一般的方法は溶解された不純物
の除去には最適である。またこれらは不溶の不純物粒子
または介在物を主として浮遊させることにより除去して
金属を清浄化するに有益な効果がある。しかしながら、
介在物除去のかかる方法の信頼性は回転羽根車の関与す
る処理金属の表面における乱れ度合に依存して変化す
る。このような乱れは介在物および浮遊ドロスを再び取
り入れる傾向にある。
また、溶融アルミニウムから非金属不純物および水素を
除去するために固体充填床システム内で気液向流を利用
する方法が知られている。かかるシステムでは、溶融ア
ルミニウムからの非金属介在物の除去は向流するガス混
合物に依存し、これらは溶融金属から介在物を脱水（de
−wet）するように機能し液面におけるドロス中で介在
物を蓄積することによってろ過効率を向上させる。気体
の注入は安定な注入装置によって通常行なわれる。この
システムは米国特許第4,383,888号、第3,737,304号、第
3,373,303号、第3,707,305号に記載されている。
上記向流ガスフローシステムは２つの主たる欠点があ
る。その１つは液体金属中では微細で、かつ均一分配さ
れる気泡の製造にとって充分なものでない。特に液体ア
ルミニウムの場合にはそれはその高い表面張力によるも
のである。他の１つは、通常ほとんどの耐火物はアルミ
ニウムに対し濡れ性が劣るため、微細に分散する気液系
を製造することが困難であるからである。大きな気泡が
形成されると、これらはろ過床層を通ると合体する傾向
にあり、高い局部的乱流、不均一な気液フロー分配、お
よびおそらく床自身の攪はんを生ぜしめることになる。
米国特許第3,737,305号に記載の方法の操作経験によれ
ば、介在物の除去には大量の処理ガスを必要としない。
この方法において使用される典型的な処理ガス流速は0.
20〜0.30/kg（処理アルミニウム）の範囲にある。し
たがって、介在物除去のための原理は処理ガスを全固定
床にわたって均一に分配することにある。
しかしながら、有効な水素ガス除去においては、0.60〜
0.80/kg（処理アルミニウム）の範囲の処理ガス流速
を必要とする。これが固定床下方で安定ガス注入機を利
用することが困難な主要点である。このように、溶解し
た水素除去を行うに必要な比較的高いガス流速におい
て、回転ガス注入機によって与えられる乱流剪断力なく
しては処理ガス気泡は大きくなり、均一に分散されな
い。また、その場合固定床の攪はんおよび移動がおこ
り、それによって介在物除去の効率が低下する。そし
て、ドロスの形成および金属の飛散が生じ、この２つは
望ましい現象でない。したがって、最大の実際的な処理
ガス流速は比較的低い値に制限される。米国特許第3,73
7,305号に列挙された操作条件は、金属流速8001b/hr（3
63kg/h）、固定床における金属フロー密度は121b/hr/in
2（666.7in2または4300cm2に相当する）である。このガ
ス流速は40SCFM（18.9/min）のアルゴンおよび1SCFM
（0.47/min）の塩素ガスである。これは、0.32（処
理ガス）/kg（処理金属に相当し、0.0045/cm2床/min
に相当する。この値を越える処理ガス流速は前述の理由
より固定床を移動させる傾向にある。
したがって、充分な量の処理ガスを固定充填層の下方の
溶融アルミニウム体に注入し、許容できない床の攪はん
を起さず、溶解した水素ガスを除去する方法が必要とな
る。
第２には、ガス注入機を保持することは困難である。壊
れたりまたはつまったガス注入機はろ過操作を中断する
ことによってのみ取り外し可能である。そして、再びろ
過床を構成する必要がある。これは、困難でかつ高価な
作業であって、結果として性能低下したガス注入機を必
要な周期をもって取り替えることができない。
（発明の目的） 本発明は、単一ユニットにおいて効果的なろ過および脱
ガスシステムを提供し、従来システムより効率のよいも
のとすることを目的とする。
（目的を達成するための手段） 本発明は、広く溶融金属の処理装置に関するもので、
（ａ）容器内を下方に流動する溶融金属連続流のための
入り口および出口を有する加熱容器、（ｂ）上記容器を
上方処理部と下方処理部に分割し、容器を横切って水平
に延び、中間処理部を構成する穿孔プレート、 （ｃ）上記下方処理部において上記溶融金属内に小さな
不連続な気泡形態の気体を注入するための装とからなる
溶融金属の処理装置であって、 上記注入装置が、上記穿孔プレートの開口を通して下方
に延び、その上端には駆動手段が連結する中空の回転可
能なシャフトと、上記下方処理部内において上記シャフ
トの下端に固定される羽根ローターとを有し、該ロータ
ー内に上記シャフト内部から上記下方処理部の溶融金属
に上記気体を導入するための１または複数の通路を有
し、それによって上記気体がローターから排出され、上
記ローターが回転する時、上記気体がローターから小さ
な不連続な気泡の形態で溶融金属に注入され、上記下方
処理部において均一に分散するようになっている。
本発明の好ましい具体例においては、上記小さな不連続
な気泡が上記ローターから上方かつ外方に全体として円
錐形態をなして移動し、上記プレートの底部を横切って
分配され、その穿孔を介して上方に通過するようになっ
ている。
本発明は、溶融金属の処理方法に関するもので、溶融金
属を処理するにあたり、 （ａ）上方静止処理帯、容器を水平に横切って延びる穿
孔プレート形態の中間フロー改善帯および下方乱流帯を
含む加熱される耐火性容器を通して溶融金属流を下方に
通過させ、 （ｂ）上記穿孔プレートを通して垂直方向に延びる中空
の駆動シャフトを有し、その下端には羽根付きローター
が固定されている気体注入装置を下方乱流帯の溶融金属
内に浸漬するとともに、気体排出通路により駆動シャフ
トの中空部をローター羽根間の開口と接続し、 （ｃ）上記ローター羽根間の溶融金属に注入するに充分
な圧力で中空駆動シャフトの上端に気体を導入し、 （ｄ）上記気体を、羽根付きローターを溶融金属中で循
環パターンが生成するに充分な速度で回転させることに
よって、小さな不連続な気泡に細分し、該気泡がロータ
ーから離れて下方処理部内に均一に分散する工程からな
る。
上方かつ外方へ上記気泡を移動させるために、上記ロー
ターの羽根間のスペースは底部において開放され、上部
において閉鎖されているのが好ましい。この上部閉鎖手
段はローターそのものであってもよいし、ローターの回
転シャフトを担持する固定スリーブの下方にローターを
きちんと配置するようにしてもよい。このようにして、
スリーブの底部端はローター羽根間のスペースの上端の
効果的な閉鎖手段として機能する。
上記ローターは、（ａ）小さな気泡を発生するに充分な
乱流および剪断力を与えるように、（ｂ）金属のバルク
移動を生じさせる伝達移動機械エネルギーを与えるよう
に設計される。発生した気泡は、金属循環に同行し、ロ
ーターからもちさられる。
このガス分配の好ましい形状は円錐形であり、それによ
って気泡はローターからほぼ上方かつ外方に移動するこ
とになる。これによって、穿孔プレートの底部を横切っ
て均一に分配されることになる。気泡分配の形状は、気
泡に作用する浮力とローターの回転の結果として、溶融
金属に伝達される機械力とのバランスによって決定され
る。これら浮力は気泡に作用し、金属処理室の乱流帯の
中心軸に沿って垂直方向上向きの移動を行わせることに
なる。液状金属は連行され、このようにしてバルク金属
の循環が達成される。ローターの設計はこの浮力による
金属循環駆動が阻害されないようにするのが重要であ
る。
垂直方向に指向した浮力駆動による金属フローは、ロー
ターの傾斜した攪はん作用と組み合わさってトロイダル
な金属フロー場を確立することになる。ローターによっ
て形成された気泡は、このバルク金属フローに連行さ
れ、ローターからもちさられることになる。引き続き、
気泡は連行を脱することによって所望の円錐形分配が行
なわれる。このようにして、穿孔プレートを介して均一
なガス流が達成される一方、ローター下方域では液状金
属は実質的に気泡から開放されることになる。
ローター羽根は、気泡が分配される金属浴を充分に攪は
んする作用をなし、小さな気泡を発生させるに必要な乱
流および剪断力を与えることになる。羽根間の開放スペ
ースは、乱流的なガスおよび金属相の攪はんによって小
気泡を形成するのをたすける。ローター羽根間のスペー
スは、底部で開放され、上部で閉鎖されるのが好まし
い。上部の閉鎖手段はローター自身の部分であってもよ
いし、ローターをきっちりとローターの回転シャフトを
担持する固定スリーブの下方に配置することによって行
ってもよい。このようにして、スリーブの底部端はロー
ター羽根間のスペースの上端を有効に閉鎖するものとな
る。
上記開放底部と閉鎖上部を有する構造は、（ａ）羽根間
のスペースの閉鎖された上端部が渦の形成を禁止し、
（ｂ）ローターの設計が浮力駆動の金属フローを禁止し
ないので好ましい。回転ノズルが配置される領域におい
ては、浮力駆動の金属フローは垂直上方に指向する。し
たがって、ローター羽根間のスペースは底部において開
放され、流れる金属がローター羽根間の混合帯に自由に
かつ妨害されず、接近することができる。
このようにして溶融金属はロータの混合帯を通して上方
に移行し、上記気体に遭遇することになる。乱流的２相
混合が起こる。金属および微細な分割ガス相がローター
の混合帯を通して上方に移行するので、これらは混合帯
の上方閉鎖端部に至り、そこで外方に加速される。この
２相混合物は羽根の外側エッジを横切って移行するの
で、付加的な剪断により充分に小さな気泡が形成される
のを保証する。このようにしてノズルの回転時には機械
的なポンプ作用により浮力駆動の金属フローが行なわ
れ、増強されることになる。これにより、所望のトロイ
ダル状の金属フローパターンが浮力（これは処理ガス流
速に依存する）の大きさに関係なく達成されることを保
証する。これにより冶金学的処理の必要に応じて処理ガ
ス流速を調整することが可能となる一方、常に所望の円
錐形状のガス分配が維持されることになる。
上記のようにしてローターの混合帯を通して金属を循環
させることにより、処理ガスはノズル混合帯から効果的
に連れ去られることになる。これにより必要な処理ガス
流れが達成され、比較的小さなローターにより分散さ
れ、フローディングとして知られるローターの混合帯に
おける過剰なガスの集積が起こることがない。過剰なガ
スの集積によっては、金属の反応器の混合帯への侵入が
不充分になり、比較的大きな気泡を生成するような不充
分な気泡形成となる。
穿孔プレートの機能は乱流的な下方帯から静止的な上方
帯を分離する中間帯を提供することにある。溶融金属表
面における乱流は抑制され、ドロス形成は最小にされ、
浮遊する介在物およびドロスが再び連行されるのが防止
される。
本発明の好ましい具体例によれば、不活性な粒状セラミ
ックまたは耐火物粒子の床が穿孔プレートの上部に配置
され、この床および支持用穿孔プレートはともに中間部
を形成する。このプレートにおける穿孔はプレート表面
積の約25〜45％からなり、穿孔直径はプレートの上面に
隣接する粒子の平均サイズより大きいものであるべきで
ない。
穿孔は上向き先細りが有利な垂直開口の形態が好まし
く、支持床の粒子は３〜25mm範囲のサイズが典型的であ
り、これら粒子は球状であるのが好ましい。
ローターは一体的なセラミックから形成されるのが好ま
しく、その物性は溶融金属に長期間暴露される化学およ
び熱退化に耐えるのが適当である。例えば、炭化ケイ
素、アルミナ、グラファイトなどから形成されてよい。
ローターの羽根は垂直方向に一列をなすのが便利であ
り、垂直に対し45゜までの角度で、気泡の流れ方向が上
方成分を有するように傾斜してよい。ローターの羽根
は、軸方向長さと半径方向幅が約１〜5:1の比率を有す
るのが好ましく、４〜６枚の羽根を使用するのが好まし
い。
本発明の好ましい特徴によれば、ローター羽根の外径は
ローター全体が穿孔プレートを介してシャフトおよびス
リーブとともに垂直方向に引き込むことができるように
充分小さくなっている。このために、ローターの最大径
はシャフトのそれの２倍よりは大きくされていない。こ
れによって、ローターの保守が非常に簡単になる。
上述したように、本発明の処理容器は上方処理部、下方
処理部および中間処理部を含む。上方処理部は本質的に
２層の静止帯であって、投入される金属を中間帯への入
り口を横切って均等に分配させ、またガスの穏やかな逃
散をさせる自由金属面を提供し、ドロスの形成を減少さ
せる。形成されるドロスは、固定床または穿孔プレート
を乱す事なくかき取ることができる。
中間処理部は３相フロー改善帯であり、この帯の主要な
機能はガス−液接触を助けることにある。したがって、
穿孔プレートおよび存在するいずれの固定床もガスと溶
融金属とが向流するとき両者の流れが均等化するように
作用する。金属の各単位量は同容量の処理ガスと接触
し、循環不足による未処理金属が無くなる。これにより
金属処理の性能および信頼性が増加する。
２相の向流フローを生じさせるが、穿孔プレートおよび
その上の固定床が上方の静止帯から下方の充分に混合さ
れている乱流帯を分離する。効率的な金属処理に必要な
小さな気泡をローターによって所望レベルの乱流ととも
に発生させるが、同時に穏やかな金属面を維持し、そこ
ではドロスおよび浮遊した介在物が集積され、もし自由
金属面が非常に乱れていたら生ずるであろう金属への戻
りを起こすことがない。ロータリータイプのガスインジ
ェクタ／分散器を利用する商業的に利用可能なインライ
ン脱ガス／フラクシング方法は一部は乱流状態の金属表
面により、通常、介在物除去効率が低く、かつ非常に変
化する。
本発明方法において使用されてよい処理ガスは液状アル
ミニウムに対して非反応的であるガスで、アルゴンまた
は窒素ガスが好ましい。
この処理ガスには、アルカリ／アルカリ土類不純物を除
去するためにおよび介在物除去の浮遊方法を援助するた
めに、反応性成分が添加されてよい。このシステムにお
いては、非反応的処理ガスは溶解水素の除去を行い、反
応性成分のキャリアとして作用する。処理ガスの反応性
成分は塩素ガス、フッ素ガスを含有するガス混合物、ま
たは両者の混合物であってよい。好ましいフッ素ガス含
有ガスの例として、４弗化珪素および６弗化硫黄が挙げ
られる。反応性ガス混合物と不活性キャリアガスとの比
率は除去すべきアルカリ／アルカリ土類不純物の量によ
って広く替えることができるが、反応性ガスはガス混合
物中10容量％以下存在するのが普通である。
本発明方法を使用することによって、固定床を使用する
従来のろ過／介在物除去方法以上の利益を実現すること
ができる。このようにして、所定の鋳造が行なわれる前
に、処理ガス流速およびローター速度は所望のレベルま
で調整することができる。これにより、鋳造間に保持さ
れる溶融金属中の介在物を除去するためおよび金属温度
の均一化のための調整期間が開始される。他のインライ
ンろ過方法を使用するとき、介在物の除去および温度変
動が起こることが通常観察される。
本発明の方法によれば、処理ガスの充分量が固体充填床
の下方の溶融アルミニウム体に注入され、許容できない
床の攪はんを起こすことなく、溶解水素を除去すること
ができる。金属処理kg当たり処理ガス１までは床攪は
んおよび移動の問題なく注入することができる。これに
より0.0375/cm2床/minオーダーの固定床における処理
ガス流れ密度を与える。これは米国特許第3,373,305号
に開示されるような従来方法において通常使用される処
理ガス流れ密度の約８倍であり、米国特許第3,743,263
号に開示されるようなインライン脱ガス方法と同等の水
素ガス除去率を得る。
以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づき、詳細に
説明する。
（実施例） 第１図において、このシステムは封じ込め容器10を含
み、適当な耐火材で裏打ちされ、入り口11および出口12
を備える。この出口12は図示しない脚部に接続し、溶融
金属レベル13を維持している。容器の上部は、蓋15によ
って閉じてある。
穿孔されたセラミックプレート16は、容器全体を横切っ
て延び、プレート16上方の上方処理部とプレート16下方
の下方処理部に分割している。このプレート16自身は、
その上部に配置可能な粒状セラミック固定床18とともに
中間処理部を構成している。このシステムは、穿孔プレ
ート上部の固定床18を伴って、または伴なわずして使用
することができる。
このプレートの中央部には、穴30が設けられ、この穴に
は保持スリーブ19が装着され、このスリーブは粒状セラ
ミック固定床18を保持する役目をなしている。
上記スリーブ19を通してローター装置が延び、該装置は
ガス通路として機能する軸方向孔21を有する駆動シャフ
ト20を備えている。該シャフト20の下端にはローター22
が接続されており、このローターは４つの半径方向に突
出する羽根を備える中央ハブ部分23を有している。この
ハブ部分23の底部端には、スロット25が設けられてお
り、ガス通路21から上記羽根24の間のスペース27にガス
を移動させる通路として機能するようになっている。第
２図に示すように、これら通路25は上記羽根24間のスペ
ース27の内方に向かって開口している。これらのスペー
ス27の底部端は開口しているが、上方端部は上方閉鎖部
31によって閉じてある。
第４図および第５図には、ローターの他の具体例が記載
されている。この実施例では、駆動シャフト35が環状ス
リーブ36内に回転可能に装着され、該シャフトはそれを
通して軸方向に延びるガス通路37を有している。該シャ
フト35の底部端にはローターが接続されており、該ロー
ターは中央ハブ部分38とそこから半径方向外方に延びる
６枚の羽根39を備えている。この羽根間のスペース42は
上方および底部において開放されている。しかしなが
ら、羽根39が第４図の示すようにスリーブ36直下に位置
しているので、スリーブ36の底部端はスペース42の上方
閉鎖部として有効に機能する。上記ハブ38は軸方向開口
40を含み、該開口は駆動シャフト35の軸方向開口37と一
致するようになっている。この開口40の側方には、４つ
の半径方向通路41が接続されており、該通路は開口40と
羽根39間のスペース42を接続している。
第６図および第７図は、本発明のローターのさらに他の
実施例を示す。この構成においては、ローターは主体部
分70とそこから下方に突出する６枚の半径方向に延びる
羽根71を備えている。この羽根71の内方エッジ間には、
円筒形のキャビティ73が形成され、上記主体部分70には
ガス注入のために軸方向に延びる孔72を形成してある。
ガスは軸方向出口74を通してこのキャビティ73に排出さ
れる。このローターは、上述したと同様に作動し、上記
羽根間を液状金属が上下方向に流動する一方、出口74か
らガスを取り出すようになっている。
第８図は、上記ローターのための駆動シャフトの特別な
構成を示す。ここでは、穿孔プレート16の開口内にスリ
ーブ78が固定される。このスリーブ78は穿孔プレート16
上に設けられた固定床80をわずかに上方に突出している
のが好ましい。スリーブ78に上端が開放されたままで、
液状金属の最大レベル下方に位置するならば、上方処理
部から下方処理部に至る金属バイパスができる傾向にあ
る。他方、スリーブ78が上方処理室の液状金属の最大レ
ベル上方に延びているなら、溶融金属上方に延びる管表
面に酸化物が形成される傾向にあり、保守及び操作上の
問題となる。そのため、第８図に示すようなシステム、
すなわちシャフト75が比較的大径の上方部76と直径が減
少した下方部77を有するシステムを使用するのが好まし
い。ここでは、シャフトの２つの直径間に環状のショル
ダー81が形成される。このショルダー81は、スリーブの
上部に位置し、好ましくはファイバーフラックス（Fibr
efrax）またはカオウール（Kaowool）のような圧縮可能
なセラミック材料からなるリング79を有するのがよい。
このリングはチューブ75とスリーブ78間のシール部材と
して機能する。このようにして、スリーブ78は駆動シャ
フト75を支持し、金属バイパスが解消される。
上記実施例から明らかなように、ローター羽根を有する
全ローター装置の直径は穿孔プレートを介して装置全体
が垂直上方に引き上げられ、サービスのため除去される
ようになっている。
第９図には穿孔プレート16が詳記されている。このプレ
ートは上面46と底面47を有し、上記上面46から下方に延
びる等しく間隔をおいて配置された一連の孔48を有す
る。このプレートの底部は開口48に入る先細った入り口
50を形成する逆ピラミッド形状部分49を有し、それによ
って開口48を気泡が流れるのを容易にしている。
本発明のシステムの操作は、第１図および第２図に最も
よく表されている。処理される溶融金属は入り口11を通
って上方の２相静止帯に流入する。これによって、投入
された金属は下方に移動する前に容器を横切って金属均
等に分配される。そして、溶融金属は穿孔されたセラミ
ックプレート16と粒状セラミック固定床18からなる中間
処理部を通って下方に移動する。穿孔プレート16を通過
した後、溶融金属は激しく攪はんされている下方の乱流
帯に侵入する。
処理ガスは、ローター22の出口を通ってローター羽根間
のスペース内に排出される。この羽根24間の開放された
スペース27は、ガスおよび金属相が乱流状態に混合され
ることによって気泡の形成をたすけるとともに、気泡61
を所望の円錐形パターンに分配するに必要なバルク金属
作用を開始する機能を有する。このようにして、気泡が
矢印62で示される通路に沿って混合帯を通して上方に移
動すると、液状金属は矢印63で示す経路を介して連行さ
れ、浮力駆動の流れを開始する。混合帯の上方部が閉じ
てあるので、ローターの回転によって攪はん帯の上方域
のガスおよび金属は矢印64に示す経路によって、外方に
加速されることになる。２相混合物が羽根の外側エッジ
をよこぎって移動すると、付加的な剪断により充分に小
さな気泡を形成するのを保証する。垂直方向に指向する
浮力駆動の金属フローおよび回転するノズルの角度を持
った混合作用によって、トロイダルな金属フロー場60が
確立される。このバルク金属フローによって、気泡は連
行され、ローターから持ち去られることになる。引き続
き、気泡の脱連行によって所望の円錐形状をなす気泡分
配となる。それによって、これらの気泡は、穿孔プレー
トの底部を横切って均一に分配され、入り口50および垂
直開口48を通って上方に容易に通過する。
このシステムによれば、液状金属から上昇する気泡へと
化学的に移し変えることによって、水素の除去が行なわ
れる。アルカリの除去は、処理ガス気泡の反応成分と反
応させることによって行なわれる。非金属介在物は、浮
遊方法によって除去される。この方法では、介在物は処
理ガス気泡の表面に保有され、自由金属面にまで運ば
れ、そこでドロスとして集積する。上記固定床18は気泡
の乱流作用によって、連続的に清掃されている。発生す
る気泡の数、そのサイズ、形状および溶融金属への分配
様式は、金属処理性能に影響を与える重要な因子である
ことは明らかであろう。また、溶融金属は気泡の発生地
点から処理ガス気泡が自由金属面において処理室から離
脱するところの、本発明の容器の３つの帯域において処
理される。
穿孔プレートおよび固定床は所望の金属処理タイプに適
合するように修正することができる。固定床の厚みが増
加すると、介在物の除去効率が増加する傾向にあるが、
水素またはアルカリ除去のためには必要でない。このよ
うに、製品が非金属介在物を含んでいない必要があるな
ら、たとえば25cmより大きな厚みのベッドを使用するこ
とができる。水素除去が主たる目的であるならば、この
固定床はかなり薄くすることができ、また完全に除外し
てもよい。穿孔プレートおよび固定床の位置は、金属処
理室の高い位置に設定することができる。これによっ
て、下方乱流帯の容積をかなり増加させることになり、
水素およびアルカリ除去を最高にすることができる。ま
た、粒子サイズを調整させることができる。固定床の有
効寿命を犠牲にするが、微細な材料は介在物の除去効率
を向上させるために使用することができる。
（試験例１） 図面に示す装置を用いて一連の試験を行った。アルミニ
ウム協会指定AA3004、AA5052、AA5182およびAA6201を有
する４種の異なったアルミニウム合金を処理した。除去
された水素およびアルカリ量を測定した。
水素量は一般にテレガス・インスツルメントを用いて測
定し、その１つの測定はサブヒュージョン（Sub−fusio
n）測定技術により行った。測定されたアルカリ量は全
アルカリ／アルカリ土類濃度である。
処理条件および得られた結果を下記第１表に示す。
（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、溶融金
属処理装置が、容器内を下方に流動する溶融金属連続フ
ローのための入り口および出口手段を有する加熱容器を
備え、その容器を横切って延びる中間処理部を構成する
穿孔プレートによって上方処理部と下方処理部に分割
し、上記下方処理部において上記溶融金属内に小さな不
連続な気泡形態の気体を注入するための装置を備え、 上記注入装置が、上記穿孔プレートの開口を通して下方
に延び、その上端に駆動手段が連結する中空の回転可能
なシャフトと、上記下方処理部内において上記シャフト
の下端に固定される羽根ローターとを有し、該ローター
は、上記シャフト内部から上記下方処理部の溶融金属に
上記気体を導入するための１または複数の通路を有し、
それによって上記ローターの回転時および上記気体流の
供給時に上記気体がローターから小さな不連続な気泡の
形態で溶融金属に注入され、上記下方処理部において均
一に分散するようになっているので、溶融金属中の非金
属介在物および水素を従来のろ過／固定床装置に比して
効率よく回収することができる装置を提供することがで
きる。
しかも、上記注入装置が、そこから溶融金属に注入され
る上記小さな不連続な気泡が上記ローターから上方かつ
外方に全体として円錐形態をなし、上記プレートの底部
を横切って分配され、その穿孔を介して上方に通過する
ように構成されていると、これらの気泡が穿孔プレート
の底部に均一に分配され容易に上方に通過するため、特
に処理効率がよい。
その場合、具体的な構成としては、ローターの羽根間の
スペースの閉鎖された上部端が渦の形成を禁止しロータ
ーの設計が浮力駆動のフローを禁止しない効果をもたら
すので、上記小さな不連続な気泡を溶融金属に注入する
ローターとしては、その羽根間のスペースの上端が閉鎖
されているのが処理効率向上のために好ましい。
また、上記シャフトが固定スリーブ内に回転可能に装着
され、該固定スリーブはローター上端から上記穿孔プレ
ートを介して上方に延び、上記上方処理部に至っている
のが好ましく、さらにその場合、上記スリーブの底部端
がローター羽根間のスペースの上端の閉鎖体として機能
するのが処理効率向上のため好ましい。
また、穿孔プレートにより乱流的な下方帯から静止的な
上方体を分離する中間帯を提供し、溶融金属表面におけ
る乱流を効率よく抑制し、ドロス形成を最小にし、浮遊
する介在物およびドロスが再び連行されるのを効率よく
防止するため、処理する対象である非金属介在物が多い
場合は、不活性なセラミックまたは耐火性粒子の床を上
記穿孔プレートの上部に配置し、該プレートと床によっ
て中間処理部を形成するのが好ましい。その場合は上記
プレートの穿孔がその表面積の25〜45％を占め、その穿
孔サイズがそのプレートの表面に隣接する上記粒子の平
均サイズより大きくないのが好ましく、上記床を構成す
る粒子が３〜25mmサイズで、実質的に球状であるのが固
定床としての効果を高めるので好ましい。他方、上記穿
孔プレートは垂直方向に延びる複数の穿孔を有するセラ
ミックプレートで構成されるのが好ましく、さらに上記
穿孔が上方に向かって先細っているのが気泡の通過に好
ましい。
上記ローターの羽根は垂直方向に直線的に延びている
か、または上記ローターの羽根が垂直線に対し45゜まで
の角度で傾斜し、該ローターの回転方向を上記気泡の流
れ方向が上方成分を有するように設定しているのが気泡
形成には望ましい。
通常、上記ローター内に設けられる通路が上記ローター
の羽根間のスペース内に上記気体を排出するための穴ま
たはスロットに上記気体を導くようになっている。
上記羽根は軸長さ対半径方向幅が１〜5:1であるのが適
当で、上記ローターが６枚の羽根を備えるのがよい。
上記ローターの補修のために上記プレートの開口を介し
て垂直方向に移動可能とする直径を有しているのが有利
である。
また、本発明方法によれば、溶融金属を処理するにあた
り、上記処理装置を使用することにより、 （ａ）上方静止処理帯、容器を水平に横切って延びる穿
孔プレート形態の中間フロー改善帯および下方乱流帯を
含む加熱される耐火性容器を通して溶融金属流を下方に
通過させ、 （ｂ）上記穿孔プレートを通して垂直方向に延びる中空
の駆動シャフトを有し、その下端には羽根付きローター
が固定される気体注入装置を、下方乱流帯の溶融金属内
に浸漬するとともに、気体放出通路により駆動シャフト
の中空部をローター羽根間の開口と接続し、 （ｃ）上記ローター羽根間の溶融金属に注入するに充分
な圧力で中空駆動シャフトの上端に気体を導入し、 （ｄ）上記気体を、羽根付きローターを溶融金属中で循
環パターンが生成するに充分な速度で回転させることに
よって、小さな不連続な気泡に細分し、該気泡がロータ
ーから下方乱流帯内に均一に分散するようにさせるの
で、従来のろ過／固定床方法より効率よく溶融金属の精
製処理が行える。
特に、上記小さな不連続な気泡が上記ローターから上方
かつ外方に全体として円錐パターンで移動し上記穿孔プ
レートの底部を横切って分配され、その穿孔を通して上
方に通過するようにすると処理効率がよい。
本発明方法は特に上記溶融金属がアルミニウムまたはそ
の合金である場合に有効であり、上記不連続な気泡を形
成する気体として不活性ガス、特にアルゴンを使用する
のが好ましい。
アルカリ／アルカリ土類不純物を処理する気体としては
不活性ガスおよび反応性ガスの混合物であるのが好まし
く、特に上記気体がアルゴンと塩素ガスの混合物であっ
て、その比率が塩素ガス１〜10％およびアルゴンガス99
〜90％であるものが推奨される。
また、処理する対象である非金属介在物が多い場合は上
記中間フロー改善帯が粒状セラミックまたは耐火物粒子
の床を上記プレートの上部に位置させ、上記プレートの
穿孔を通過する気泡が上記床の固体粒子間のスペースを
通して上方に移動するようにするのがよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明にかかる改良されたシステムの操作を
説明するための断面説明図、第２図は第１図に示すロー
ターの断面図、第３図は第２図に示すローターの端面
図、第４図はローターの他の実施例を示す断面図、第５
図は第４図のローターの端面図、第６図はローターのさ
らに他の実施例を示す断面図、第７図は第６図のロータ
ーの端面図、第８図はローターシャフトの断面図、第９
図は穿孔プレートの断面図である。 10……処理容器、11……入り口 12……出口、16……穿孔プレート 18……固定床、19……固定スリーブ 20……駆動シャフト、22……ローター、24……羽根、

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）容器内を下方に流動する溶融金属連
    続フローのための入り口および出口手段を有する加熱容
    器と、 （ｂ）上記容器を上方処理部と下方処理部に分割し、容
    器を横切って水平に延び、中間処理部を構成する穿孔プ
    レートと、 （ｃ）上記下方処理部において上記溶融金属内に小さな
    不連続な気泡形態の気体を注入するための装置とからな
    る溶融金属の処理装置であって、 上記注入装置が、上記穿孔プレートの開口を通して下方
    に延び、その上端に駆動手段が連結する中空の回転可能
    なシャフトと、上記下方処理部内において上記シャフト
    の下端に固定される羽根ローターとを有し、該ローター
    は、上記シャフト内部から上記下方処理部の溶融金属に
    上記気体を導入するための１または複数の通路を有し、
    それによって上記ローターの回転時および上記気体流の
    供給時に上記気体がローターから小さな不連続な気泡の
    形態で溶融金属に注入され、上記下方処理部において均
    一に分散するようになっていることを特徴とする溶融金
    属処理装置。
  2. 【請求項２】上記注入装置が、そこから溶融金属に注入
    される上記小さな不連続な気泡が上記シャフトの下端に
    固定されている上記ローターから上方かつ外方に全体と
    して円錐形態をなし、上記プレートの底部を横切って分
    配され、その穿孔を介して上方に通過するように構成さ
    れている請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】上記小さな不連続な気泡を溶融金属に注入
    するローターの羽根間のスペースの上端が閉鎖されてい
    る請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】上記シャフトが固定スリーブ内に回転可能
    に装着され、該固定スリーブはローター上端から上記穿
    孔プレートを介して上方に延び、上記上方処理部に至っ
    ている請求項２記載の装置。
  5. 【請求項５】上記スリーブの底部端がローター羽根間の
    スペースの上端の閉鎖体として機能する請求項４記載の
    装置。
  6. 【請求項６】不活性なセラミックまたは耐火性粒子の床
    を上記穿孔プレートの上部に配置し、該プレートと床に
    よって中間処理部を形成する請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】上記プレートの穿孔がその表面積の25〜45
    ％を占め、その穿孔サイズがそのプレートの表面に隣接
    する上記粒子の平均サイズより大きくない請求項６記載
    の装置。
  8. 【請求項８】上記穿孔プレートが垂直方向に延びる複数
    の穿孔を有するセラミックプレートである請求項１記載
    の装置。
  9. 【請求項９】上記穿孔が上方に向かって先細っている請
    求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】上記床を構成する粒子が３〜25mmサイズ
    である請求項６記載の装置。
  11. 【請求項１１】上記床を構成する粒子が実質的に球状で
    ある請求項６記載の装置。
  12. 【請求項１２】上記ローターの羽根が垂直方向に直線的
    に延びている請求項３記載の装置。
  13. 【請求項１３】上記ローターの羽根が垂直線に対し45゜
    までの角度で傾斜し、該ローターの回転方向を上記気泡
    の流れ方向が上方成分を有するように設定している請求
    項３記載の装置。
  14. 【請求項１４】上記ローター内に設けられる通路が上記
    ローターの羽根間のスペース内に上記気体を排出するた
    めの穴またはスロットに上記気体を導くようになってい
    る請求項12または13記載の装置。
  15. 【請求項１５】上記羽根が軸長さ対半径方向幅が１〜5:
    1である請求項12または13記載の装置。
  16. 【請求項１６】上記ローターが６枚の羽根を備える請求
    項12または13記載の装置。
  17. 【請求項１７】上記ローターが上記プレートの開口を介
    して垂直方向に移動可能とする直径を有している請求項
    ２記載の装置。
  18. 【請求項１８】溶融金属を処理するにあたり、 （ａ）上方静止処理帯、容器を水平に横切って延びる穿
    孔プレート形態の中間フロー改善帯および下方乱流帯を
    含む加熱される耐火性容器を通して溶融金属流を下方に
    通過させ、 （ｂ）上記穿孔プレートを通して垂直方向に延びる中空
    の駆動シャフトを有し、その下端には羽根付きローター
    が固定される気体注入装置を、下方乱流帯の溶融金属内
    に浸漬するとともに、気体放出通路により駆動シャフト
    の中空部をローター羽根間の開口と接続し、 （ｃ）上記ローター羽根間の溶融金属に注入するに充分
    な圧力で中空駆動シャフトの上端に気体を導入し、 （ｄ）上記気体を、羽根付きローターを溶融金属中で循
    環パターンが生成するに充分な速度で回転させることに
    よって、小さな不連続な気泡に細分し、該気泡がロータ
    ーから下方乱流帯内に均一に分散することを特徴とする
    溶融金属の処理方法。
  19. 【請求項１９】上記小さな不連続な気泡が上記ローター
    から上方かつ外方に全体として円錐パターンで移動し上
    記穿孔プレートの底部を横切って分配され、その穿孔を
    通して上方に通過する請求項18記載の方法。
  20. 【請求項２０】上記溶融金属がアルミニウムまたはその
    合金である請求項18記載の方法。
  21. 【請求項２１】上記不連続な気泡を形成する気体が不活
    性ガスである請求項19記載の方法。
  22. 【請求項２２】上記気体がアルゴンである請求項21記載
    の方法。
  23. 【請求項２３】上記気体が不活性ガスおよび反応性ガス
    の混合物である請求項19記載の方法。
  24. 【請求項２４】上記気体がアルゴンと塩素ガスの混合物
    であって、その比率が塩素ガス１〜10％およびアルゴン
    ガス99〜90％である請求項23記載の方法。
  25. 【請求項２５】上記中間フロー改善帯が粒状セラミック
    または耐火物粒子の床を上記プレートの上部に位置させ
    てなり、上記プレートの穿孔を通過する気泡が上記床の
    固体粒子間のスペースを通して上方に移動する請求項18
    記載の方法。
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