JPS5827333B2 - 溶融金属精練装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融金属を精錬する為の装置に関するもので
ある。

本発明は、溶融金属全般の精錬に適用しうるものである
が、特にはアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、錫
、鉛及びその合金の精錬に関係するものでありそして米
国特許第３，７４３，２６３号に開示されるような既存
の精錬装置の改善である。

基本的には、上記米国特許の装置において実施される方
法は、散気用気体を融体全体を通してきわめて小さな気
泡の形態で分散せしめることから戒る。

融体から水素が気泡内−＼の吸収によって除去され、同
時に他の非金属不純物も浮揚作用によってドロス層中に
浮上せしめられる。

散気用気体の分散は、回転式気体分配乃至噴出装置の使
用により実現され、これは融体中に多量の乱流を創生ず
る。

この乱流は、小さな非金属粒子を大きな粒形態に合着凝
集せしめ、これらが気泡によって融体表面へと浮上する
。

融体中のこの乱流はまた散気と融体との完全な混合を保
証し、そして容器内部を沈積物や酸化物の累積のない状
態に維持する。

金属から浮上した非金属不純物は装置系からドロスと共
に除去され、同時に金属から脱着された水素は使用ずみ
散気と共に装置系から出ていく。

上記特許において記載した回転式気体分配器は、その構
造上の主たる特徴として、軸と、軸に結合される翼付き
回転子と、翼付き固定子とを具備し、これらが協働して
融体中に所望の泡分散模様を提供するようになっている
。

この装置は、作動において、形成された気泡が気体分配
装置垂直軸線に対して下向き成分と半径方向外向き成分
との合成流れベクトルに沿って移送されるような流れ模
様を融体中装置近傍において誘起する。

これら流れ模様は幾つかの有益な効果を奏する。

第１に、実質上垂直方向の攪拌が金属融体中に与えられ
、それにより装置に沿って下方に差向けられた流れが、
回転翼との組合せにおいて、気体の小さな個々の気泡へ
の再分割をもたらす。

第２に、気泡をその融体への導入点から迅速に運び去る
ことは気泡の合着が一番起りやすいこの帯域での気泡の
合着を防止する。

第３に、融体中に良く分散された気泡の滞留時間が、気
泡が形成に際して即ぐに重力の影響下で表面に浮上しな
いから延長される。

回転式気体分配装置の実際例において、翼付き回転子が
付設される軸は当初耐熱金属製とされた。

しかし、少量のハロゲンを含有するプロセスガスを使用
することが要請されることが多く、その必要があった時
には、金属製軸は侵食されて駄目になった。

従って、もつとも実用的な軸はハロゲン侵食作用を受け
ないグラファイト製のものであることが見出された。

しかし、それを使用しての操業中、金属よりは脆いグラ
ファイト軸は破損することが倒産かあり、これは取替部
品、休止時間、労力の点で非常に高価につく損失である
ため、何らかの対策を求められている。

この軸破損の原因は、数分の１インチから数インチに及
ぶ寸法の様々の形状の固形粒が融体中に時として存在す
るという事実から生じるように思われる。

これら粒が装置作動中固定子及び回転子の翼或いはこれ
ら翼間の溝が合致する時点で一時的に装置に入りこみそ
して装置を詰らせやすく、これにより軸を破損に至らせ
るに充分の力が生ずるものと考えられる。

従って、本発明の目的は、このような軸の破損を口避し
しかも適正な流れベクトルを持つ望ましい泡模様を提供
する金属精錬装置における改善を提供することである。

本発明に従えば、この改善は、 （ａ） 容器と、 （ｂ） 溶融金属及び気体の為の入口及び出口手段と
、（Ｃ） 前記容器内に配置される少く共１つの回転
式気体分配手段であって、（１）上端において駆動手段
に結合されそして下端に翼付き円形断面回転子を固設し
た回転軸、（ｉｆ） 前記軸を取囲みそして下端に中
空円形断面固定子を固設してなる中空静止スリーブ、（
ｉｉｉ） 前記回転子と固定子との間の間隙に気体を
移送しそして放出する為の軸方向に伸びる通路及び（ｉ
Ｖ）容器に注入されるべき充分な圧力の下で前記通路の
上端に気体を供給する為の手段を包含する気体分配手段
とを包含する溶融金属精錬の為の公知の装置について施
される。

改善点は、固定子に対して滑らかな外表面構造を与える
ことと約１：１〜約０．８：１の範囲で固定子の直径対
回転子のルート直径比を選定することの組合せにある。

本発明の改善が適用される装置は米国特許第４．０４０
，６１０号及び第４，０２１，０２６号に示されている
。

添付図面の装置は、本改善点を除いて、米国特許第４，
０４０，６１０号に示されるものである。

第１及び２図に示される装置は、単一の回転式気体分配
乃至分散手段を具備している。

炉の外壁２は代表的に鋼製である。

壁２の内側に第１の断熱材として低熱伝導率の接合れん
がから成る耐火層３とその内側に融体に対して不浸透性
のキャスタブルアルミナの耐火層４が存在する。

代表的キャスタブルアルミナは、９６％Ａｌ２Ｏ３゜０
．２％Ｆ ｅ ２０ ｓ及び残部他の物質から成るもの
である。

耐火層４もまた低熱伝導率を有しそして追加的断熱作用
を与える。

外側構造体には炉蓋乃至天井５及び上部構造体（図示な
し）が設けられ、これらは気体分配器及び電動機等を支
持する。

精錬作業は、入ロアの導入点において摺動扉（図示なし
）を開放することで開始される。

溶融金属は、入ロアを通して作業室８に流入する。

入ロアには炭化珪素ブロックが内張すされうる。

融体は、回転式気体分配器を通して激しく攪拌されそし
て精錬用気体を散布される。

分配器の回転子の回転は反時計方向である。

しかし、分配器によって融体中に誘起される循環流れ模
様は垂直成分を有している。

渦の形成は作業室８の対称性を出口バイブ９並びに邪魔
板１０及び１５で崩すことにより軽減される。

精錬ずみ金属は、邪魔板１０の背後に位置づけられる出
口バイブ９に入りそして出口室１１に導通される。

出口室１１は作業室８からグラファイトブロック１２及
び炭化珪素ブロック１３により分画されている。

精錬ずみ金属は出口１４を通して炉から流出しそして一
様な流れの下で例えば鋏造機械に導かれる。

炉の底にはグラファイト板６が内張すされる。

金属上に浮遊するドロスは、邪魔板及びスキマー両方と
して作用するブロック１５により捕捉されそして導入ロ
アに近い融体の表面に集り、ここから容易に除去されう
る。

使用ずみ散布気体は入口における摺動扉（図示なし）の
下側から装置系を離れる。

融体上方の上部空間の保護はアルゴンのような不活性気
体を導入パイプを通して導入することにより与えられる
。

しかし、出口室１１における雰囲気は制御されず、従っ
てグラファイトブロック１２はそこでは融体の表面下の
みで使用される。

合金変更が為された時炉を空にあける為排流孔１６が設
けられる。

これは炉の入口側或いは出口側に位置づけられうる。

この具体例においては、熱は、６つのニッケルクロム電
気抵抗型加熱素子１７によって供給される。

これらは、２つの作用（ライニングと加熱）を持つグラ
フアイドブ１ンク１８中に、各ブロックに３つづつ挿設
される。

ブロック１８は、鋼クリップ１９によってまたブロック
１２及び１３によって然るべく保持され、そしてブロッ
ク１２及び１３は結局ス田ント及び溝嵌め方式の使用に
より保持される。

ブロック１８は炉の入口側及び上方向に膨張自在とされ
ている。

蓋５はフランジガスケット２０の使用を通じて炉の残部
と密閉関係にありそして数層の断熱材２１によって熱か
ら保護されている。

使用される断熱材の種類の一例は、アルミ箔裏張り繊維
質珪酸アルミニウムである。

温熱電対が保護管に入れて取付けられる。

各加熱要素１７は、蓋５にブロック１Ｂが膨張するに際
して変位しうるように摺動自在に取付けられている。

加熱要素１７はブロック１８に穿たれた穴内に挿入され
る。

加熱要素１７とブロック１８との間の接触はスペーサ２
４及び熱邪魔板２５によって防止される。

摺動式の取付けを行うのはブロック１８の熱膨張に対処
する為である。

炉が操業温度に持ちきたされそしてブロック１８が膨張
すると、要素１７は然るべく固定される。

炉が伺らかの理由で冷える時、蓋５への要素１７の付設
部（図示なし）がゆるめられ、以って要素１７はブロッ
ク１８の収縮に伴い自由に動くことができる。

要素１１は通常蓋及び炉底に垂直でありそして互いに平
行である。

様々のブロックその他の部片として使用される材料とし
てはグラファイトが好ましい。

しかし、グラファイトが融体水準上方にある場合には、
酸化防止の為セラミック塗料で被覆すること等の対策が
望ましい。

密閉系とするかあるいは保護雰囲気の使用も考えられる
し、また炭化珪素をグラファイトの代替としうる。

モータ、温度制御器、変圧器その他の従来からの備品は
気体分配器を駆動しそして加熱要素を作動するのに設置
される。

入口及び出口の密封手段、配管並びに閉成系の保全の為
の他の設備も従来通りであり、図示していない。

図面の装置には単一の回転式気体分配器のみが示しであ
るが、２つ以上の使用も可能であり、但しその場合装置
の寸法は相応的に大きくされる。

気体分配器即ち気体噴射装置は、回転子３３を備えそし
て回転子は翼３４とその間の溝路３５を有している。

回転子３３はそれが付設される軸３０を介してモータ（
図示なし）により回転せしめられる。

軸３０は、中空スリーブ３１と該スリーブが付設される
中空固定子３２によって融体から遮蔽される。

固定子の外表面は従来とは違って滑らかとされる。

回転子３３と固定子３２との間には、回転子３３の自由
な回転を許容しそして気体の外方への自由な流れを許容
するに充分の間隙が存在する。

装置の内部設計は、軸３０の外面とスリーブ３１及び固
定子３２の内面とによって内部通路が形成され、ここを
通して気体が回転子３３と固定子３２との間の間隙に導
入されそしてそこから噴出されるようなものとされる。

軸３０並びにスリーブ３１及び固定子３２は同一軸線を
有し従って通路はこの軸線に平行であり、これを取巻い
ている。

気体を容器内の融体中に噴射するに充分の圧力下で通路
の上端に供給する為の手段が設置されている（図示なし
）。

第２図において、円形断面の固定子３２の、そのベース
（即ち回転子に近い側の固定子端）で測定しての外径は
円形断面の回転子３３のそのベース（即ち内定子に近い
側の回転子端）でのルート直径と同じであることが明ら
かである。

ルート直径とは、翼３４間を走る溝路３５の深みの最深
点によって定義される円を横切って回転子端の中心点を
通って測定される回転子の直径である。

固定子の外径対回転子のルート直径の比は、共にそのベ
ース（互いに近接しあう端）において測定して、に１〜
約０．８：１の範囲にあるものとされる。

この比率が１：１以下に減じるにつれ、上述した有益な
泡模様が次第に失われる。

直径比率の減少は、とりわけ、極端な泡の凝集をもたら
し、これは許容しえない程の表面の乱流につながる。

過剰な表面乱流は融体の表面上に浮遊する不純物を融体
中に再突入せしめる原因となる。

この比率が減少するにつれ表面乱流が許容しえなくなる
点は、回転子速度、気体投入量、回転子と固定子の間隙
、回転子と容器の距離及び溝路の深さのような幾つかの
因子に依存する。

一般に、約０．８二１の比率がこれら因子を勘案しての
最底許容値である。

１：１の比率が最適でありそして約０．９二１の比率が
下限として好ましい。

更に、本発明に従えば、固定子は滑らかな外表面とされ
る。

滑らかな外表面とは従来の固定子に付属された翼、歯そ
の他の凹凸部のない平らな表面構造を云う。

このような凹凸部があると、融体中に存在する固形粒が
凹凸部に当って融体流れ模様に載って運ばれず、固定子
と回転子との間の間隙に入り込みモして軸遊隙に喰込み
、軸を破損に至らせやすいことが見出された。

また、凹凸のある固定子外表面はその近傍の流れを乱し
やすい。

固定子の滑らかな外表面と前記固定子−回転子の比率の
選定が協同して適正な融体流れの下で望ましい泡模様を
創生ずる。

固定子は、円筒状でもテーパづけされてもよい。

好ましいテーパのつけ方は、ベース直径よりも大きな胴
体直径を与えるよう固定子の胴体を張出すようなもので
ある。

ベース直径から胴体直径への増加は、ベースの直径に基
いて約３０％までの範囲でありうる。

この拡大は３０〜６０°の範囲でありうる。

この設計は、高い回転子速度及び高い気体投入量におい
て表面乱流に関して僅かに良好な性能を与え、円筒状固
定子よりも良好に泡の凝集を阻止しそして装置に対する
一層改善された支持を与えることができる。

容器（外側シェル）の代表的寸法は、長さ５５インチ（
４４０ｃｍ）、巾４９インチ（１２５ｃｒＩＬ）及び高
さ５フインチ（１４５ｃＩｒＬ）である。

固定子に対してはベース外径５インチ（１２，７ｃｒＩ
Ｌ）であり、テーパはつけてもつけなくともよく、テー
パがつけられるなら上記５インチ（１２，７ｃＩｒＬ）
のベース直径が６インチ（１５，２ｃｍ）の外側胴体直
径を与えるよう４５°角度で拡大される。

回転子に対しては、ルート直径５インチ（１２，７ｃＴ
ｌ）そして外径（翼の先端で測定した直径）７．５イン
チ（１９，１ｃｒｒＬ）である。

このような容器、回転子及び固定子に対する代表的回転
子速度は、３〜５ｆｔ３／分（０，０８〜０．１４ ｍ
７分）（標準状態）の気体投入量でもって４００〜６０
０回転／分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一具体例の水平断面図でありそし
て第２図は第１図の２−２線に沿う装置の垂直断面図で
ある。 ２：容器壁、３，４：耐火層、５二蓋、７：入口、１４
：出口、８：作業室、１１：出口室、９：出口バイブ、
１８ニブロツク、１７：加熱素子、３０：軸（気体分配
器）、３１ニスリーブ（気体分配器）、３２：固定子（
気体分配器）、３３：回転子（気体分配器）、３４：翼
（気体分配器）、３５：溝路（気体分配器）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）容器と、 （ｂ） 溶融金属及び気体の為の入口及び出口手段と
   （Ｃ） 前記容器内に配置される少く共１つの回転式
   気体分配手段であって、（１）上端において駆動手段に
   結合されそして下端に翼付き円形断面の回転子を固設し
   た回転軸、（１１）前記軸を取囲みそして下端に中空円
   形断面の固定子を固設してなる中空静止スリーブ、（１
   １Ｄ 前記回転子と固定子との間の間隙に気体を移送
   しそして放出する為の軸方向に伸びる通路であって、前
   記スリーブ及び固定子の内面と前記軸の外面によって画
   成される通路及び（ｉＶ） 容器に注入されるべき充
   分な圧力の下で前記通路の上端に気体を供給する為の手
   段を包含する気体分配手段と を包含する溶融金属精錬装置において、 前記固定子に対する滑らかな外表面構造と１＝１〜ｏ、
   ｓ：ｉの範囲での固定子の直径対回転子のルート直径（
   これら直径は互いに近接する固定子のベースと回転子の
   ベースにおいてそれぞれ測定される）比の組合せを使用
   することを特徴とする前記溶融金属精錬装置。 ２ 固定子がその最大外径が回転子に近接する固定子の
   ベースにおいて測定した固定子の外径より大きくされる
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 固定子の直径対回転子のルート直径の比が１：ｌ〜
   ０．９：１の範囲にある特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ４ 固定子の直径対回転子のルート直径の比が１：１で
   あるような特許請求の範囲第１項記載の装置。