JPS589944A - 溶融金属精錬用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融金塊精錬用の装置に関するものである。

本発明は、溶融金属一般の精錬Ｋ・広く七、の用途を持
つものであるが、特にはアルミニウム、゛ｉグネシウム
、銅、亜鉛、錫、鉛及びそれらの合金の精錬と関係しそ
して米国特許第４７４４２６５号に記載される装置の改
善である。

基本的忙、上記特許の装置において実施されるグロ゛セ
スは、溶湯全体を通し゛てきわめて小さな気泡の形で散
気用気体を分散させることと関与する。

水素は気泡中に吸収されるととによ抄溶湯から除去され
、他方非金属不純物は浮揚作用によ炒ド四ス層中に浮上
する。散気用気体の分散は、回転型気体分配装置の使用
により達成される。気体分配装置は溶湯中に高程度の乱
流を生みだし、この乱流が小さな非金属粒子を大きな凝
集粒へと合体せしめそして形成され九大きな凝集粒は気
泡によって溶湯表面へど浮上する。溶湯中のこの乱流は
また散気と溶湯との完全な混合をも保証する。溶湯から
浮上って分離された非金属不純物はドロスと共に系から
取出され、他方気泡中に吸収された水素は使用ずみ散気
気体と共に系から出ていく。

回転式気体分配装置は、一端に回転子をそして他端に駆
動手段を装備する軸全備えている。軸周囲には、その長
さの大半にわ之って固定子と呼ばれる中空スリーブ乃至
ウムジングが嵌装され、これは装置に固定されて不動で
ある。処理用気体は固定子内壁面と軸との間の空隙を通
過する。固定子は代表的に、上方端部分と下方グラファ
イト部分とから構成されそして両者を連繋するねじ継手
のような機械的連結部を具備している。継手部は気体シ
ー長をも提供する。グラファイトが下方部分に使用され
るのは、それが溶融アルミニウムを始めとする溶湯並び
忙精錬帯域で使用されうるハロゲン化物ガス及び］２ツ
クスに耐性がありしかも作製の容易な材料だからである
。上方部分は構造強度を与える為鋼製とされる。

グツファイトは精錬帯ψに存在する物質及び偏度に耐性
があるが、代表的に約ｙ　ｏ　ｏ’ｃであるこれら温度
において大気酸化に耐性がない。他方、細部分は、グラ
ファイトよりも空気に対して耐性を示すが殊に溶融アル
ミニウムのような溶湯に全く耐性がない。これら材料特
性は、グラファイトと鋼との間の継手が容器蓋の帯状内
に位置づけ顕れるべきことを示唆する。何故なら、と仁
は両方の材料に対して条件が適当な部位だからである。

これは、蓋が熱損失を減する為かな抄の厚さの断熱材上
断熱されていることに由る。従って、従来から鋼／グラ
ファイト継手はこの断熱さ１１＋帯斌に位置づけられ喪
。グラフアイＦは、その熱伝導率が比較的高いが故に、
大気中で急速に酸化するに光、分高い温度Ｋまだ尚あろ
うゆれども、継手の周囲に蓋が密着していること及び熱
対流によって精錬帯域からの不活性気体が固定子と蓋と
の関に形成される僅かの間隙を通して上方に流通せしめ
られているという事実の組合せＫよって大気の侵入が有
効に阻止されている。鋼部分はそれが大気に露呈してい
るところでは苛酷に酸化する１ｉ１に高温とならない。

この構成は、プロセス気体が不活性気体のみを含んでい
る限り好都合にそして良好に作動する。

しかし、成る種の精錬工程において必要とされるように
塩素が存在する時、継手の鎖部分に苛酷な侵食が生じう
る。ここでは、温度は形成される塩化鉄を揮化するに充
分高くそして仁の揮化物質は排ガスと共に這び出される
。従って、ねじ部を含め鋼部材部分は容易に消失してし
まう。プロセス気体からこれら帯域を隔離する為のシー
ルは、殊に実用等級のグラファイトは多孔質でありそし
てグラファイトを通して流れる少量のガスだけで鋼部分
を損傷するに充分であるから、ここでは有効でないこと
が見出された。金属部分が耐食性合金から作製される時
、ねじ域において形成される腐食生成物は揮発性でない
。しかし、これら腐食生成物が厚さを増すにつれ、それ
らは最終的にグラファイトを固着化する。この場合、継
手は所要のグラファイト取替作業を達成する目的で容易
に分解しえなくなる。ｔた、坐置用肩は腐食作用でもっ
て孔食されて有効な気体シールを形成しえなくなること
も見出された。

従って、本発明の目的は、特に固定子継手と関連して、
塩素の＆！壊作用を解消するよう溶融金属精錬用装置の
改善ｆｌｌｋ供することである。

本発明に従う改善の見出され友前提とな葛装置は、（ａ
）断熱蓋、少くとも１つの入口帯域と少くとも１つの出
口帯域及び少くとも１つの精錬６区画室を具備する容器
と、（ｂ）各精錬区画室に配置される回転式気体分配装
置であって、（１）前記餐を貫通して伸延しそして区画
室の蓋外側上方に位置づけられる上端に駆動手段を具備
し且つ区画室の蓋内側より下方に位置づけられる下端Ｋ
［ｉｉ１着される回転子を具備する軸、及び（Ｍ）該軸
を取巻きそして前記容器に固着される中空固定子を包含
し、該軸と固定子が共通仮想軸線を具備し、該固定子が
上方部分と下方部分を有しその場合上方部分が少くとも
下方を耐食性金属から成抄そして下方部分がグラファイ
トから成り、上方部分が下方部分く耐食金属／グラファ
イトねじ継手により連結されそして蓋が固定子の近傍に
おいて少くとも約５インチ（ＩＺ７ｃ１１Ｌ）厚である
ような気体分配装置とを包含する溶融金属精錬用装置で
ある。改善点は、（４）ねじ部の下端に肩を有するねじ
付きグラファイト雄片とねじ付き耐食金属雄片とから成
る継手を提供し、その場合雄片は雄片の肩に坐着しそし
て肩に即ぐ隣ねあって測定し九として雄片の断面積が肩
に即ぐ隣りあって測定したとしてグラファイト部分の非
ねじ部の断面積の少くとも３ｏチ好ましくは約５０〜５
０．４の範囲とすること、（均　耐食性金属部分の非ね
じ部に冷却用気体を通す環状通路を提供し、該通路の少
くとも一部が、前記軸線に直交して位置づけられ且つ継
手からねじが切られている雄片の壁の厚さにおおよそ等
しい距離において継手に近接して位置づけられそして肩
に即ぐ隣抄あって測定してグラファイト部分の非ねじ部
の断面積の少くとも約７０％の有効冷却面積を有するこ
と、 Ｃ）　　（１）蓋カ精錬区画室に隣りあう側面から継手
の蓋に近い側の側面までの距離対（１）蓋の厚さの比を
１以上として設定すること、及び （［）ｍｍ状通路の肩に近い側の表面から肩までの距離
対（，１）精錬区画室に隣りあう蓋側面から蓋に近い糊
の継手側面までの距離の比率を１３５：１以下に設定す
ゐこと から成る。

尚％雄片の断面積及び雄片の壁厚はねじを除外して測定
される。従って、後述する第２図において寸法Ｅは壁厚
を規定するべくねじの底から外方へと伸びるものとして
示されている。

以下、本発明について具体的に説明する。

ζζで図面を参照すると、第１図は、精錬装置全体の一
具体例として、耐火容器１、加熱要素２、鋳鉄製シェル
３、グラファイト板４、精錬区画室５、邪魔板６、出口
管７、出口帯域９（その背後に図示していないが入口帯
域がある）、（ロ）転式気体分配器１０、回転子１２、
固定子１３、断熱蓋区画１４及び１５、並びにまた別の
断熱蓋区画１６を含めて大半の要素を示している。軸（
図示なし）は固定子１３を共通されそして回転子１２に
対設されている。軸と固定子１５は共通の仮想軸＠１７
を具備している。軸はまたその上端においてモータ（図
示なし）のような駆動手段に連結されている。固定子１
５は鋼構造体に付設され、徒者は断熱蓋区画１４及び１
５に固定されている。

断熱蓋区画１４及び１５は耐熱断熱材を内部に詰め友中
空鋼構造体であり底面に断熱耐火材が止着されている。

他方、断熱蓋区画１６は断熱耐火材管底ｍＫ止着し喪鋼
板である。固定子１３は継手１９［おいて連結される。

２つの部分から作製される。同定子１３Ｑ下方部分はグ
ラファイトから作製され、他方上方部分は耐食金属製下
方区画と通常の鋼製の上方区画を有している。耐食金属
製下方区画は継手１９の雌部を構成する。耐熱断熱材と
して使用しうる材料はセラミック繊維ブラケットであ抄
そして断熱耐火材としては剛性化セランツク繊維板が使
用される。蓋区画１６の厚さは少くとも約５インチ（１
２，７（−ＰＩＬ）である。技術的に厚さの上限はない
が、実用上の上限は約１０インチ（２ｉ４ｃＩｌ）であ
る。

第２図は第１図の一部の詳細を示す。この部分は、継手
１９を有する固定子１３の一部及び断熱蓋区画１６の一
部を示す。軸は省略されているが、仮想軸ｌｌ１１１７
が存在する。固定子１３は、鎖部分２０と耐食性金属部
分２１から成る金属部分及びグラファイト部分２２から
成る。継手１９のねじ付けされた雄片は耐食金属部分２
１Ｃ相当する。

グラファイト部分２２は、ねじ付１された雄片２５と雄
片が半量する肩２６を含んでいる。グラファイト部分２
２の上端と雄片の内端との関には接触表面が常に肩２６
にあることを保証する為に間隙が存在する。

環状通路２Ｓが、最初軸線１７に平行に通ねそして後ね
じ連結部に近接した地点で軸＠１７に直角に伸びて、直
交路を形成している。出口孔２４が鋼壁を通して穿孔さ
れて通路２５の拡大端を形成している。圧力下の空気或
いは窃素のような冷却ガスが通路２３全通して送られて
、ねじ付きグラファイト雄片２５を冷やすべく作用する
所謂「有効冷却帯域」を提供する。この有効冷却帯域は
軸線１７に直角に走る通路２５の部分の下方表面である
。この表面は、継手１９のねじ付き雄片の、ねじ付き雄
片２５の上端及び間ｒ！ｊｌＫ＠り合う部分から僅かの
距離にある。この距離は耐食金属製部分２１のねじ付き
壁の厚さｋおおよそ等しい。　　゛即ち寸法Ｄ（金属の
厚さ）は寸法ＥＫおおよそ等しい。ヒとで「おおよそ」
とは±２５Ｉｓを意味するが好ましくは±１０％に制限
される。

Ａｌ５Ｉ　　タイプ３５０　ステンレス鋼が耐食金属部
分２１用に％に所望される。何故なら、これは、他の大
半の等級のステンレス鋼より高温塩素侵食に一層耐性が
あるという性質と他の大半の耐食ステンレス鋼より熱伝
導率が高く従って継手１９とその下側の雪山グラファイ
トの作動温度を減じる性質を兼備するからである。固定
子１３の上方部分は、経済上の理由から、通常の鎖部分
２０と耐食性金属部分２１に分割される。即ち、比較的
高価な耐食性金属は、塩素の侵食作用に対して高温露呈
の機会が最大限であ抄従って腐食によってもつとも損傷
が本たらされる継手１９の帯域に制限される。他の従来
からの耐食性金属も考慮され、例えばハステロイＢのよ
う々塩素に耐性のあるものがＩ！ｌｆＫ挙げられる。必
要なら、耐食性金属部分は腐食を回避する為龜つと上方
に延長されてもよい。プルセス条件下で充介の保持強度
を有する任意の金属材が鎖部分２０において鋼に代替さ
れうる。

断熱蓋区画１６より僅かの距離上方で、グラフ置される
肩２６を与えるよう寸法を変化する。ねじ付き雄片２５
のねじ目は肩２６において始壕る。

ここで関心のある耐食金属部分２１の断面積は、肩２６
に座着する面積、即ち部分２１０外周とねじの基部との
間の面積（その寸法の一つが寸法Σである）である。こ
の断面積は、肩２４にすぐ隣りあって測定したとしてグ
ラファイト部分２２の非ねじ部分の断面積の少くとも約
３０１ｉである。

この面積はもちろん固定子１５の中央中空部を含ま表い
。耐食金属部分（雄片）２１の実際上の断面積は約５０
〜５０−の範囲にある。

「有効冷却帯域」は軸線１７に直交する環状通路２３０
部分の下面である。この通路部分はま曳半径方向水平通
路とも呼びうる。有効冷却面積は、肩２６Ｋｍｌ）あっ
て測定したものとしてのグラファイト部分２２の非ねじ
部の断面積の少くとも約７０−であるべきであり、好ま
しくは約７０〜１００％の範１ｆｌＫある。注意として
、水冷却は関与する危険性の故にガス冷却に代替しえな
いことを銘記すべきである。ここで述べた褒状通路２３
０部分に対する実用的高さは約ａ３Ｇ−ａｇｏインチ（
ａ７６〜１５２国）である。

蓋の精錬区ＷＩｉ室に隣りあう何面から蓋に近い側の継
手の側面までの距離（寸法Ｂ）封蓋の厚さく寸法Ｃ）の
比率は１以上である。実用上の制約を除いて上限は存在
しないがこの比率は通常２：１以下である。肩２４に近
い環状通路２３０表面から肩２６までの距離（寸法Ａ）
対精錬区画室に隣やあう蓋側面から蓋に近い側の継手側
面までの距離（寸法Ｂ）の比率は約α３５：１以下であ
抄、好ましくはａ２：１以上である。

３０インチ（７６ｃＩＬ）長さ、２４インチ（６１１）
巾及びｓ４インチ（８６ｘ）高さの概略寸法を有する精
錬区画室に対して、代表的固定子及び飯寸法は次の範囲
にある： Ａ　　　　　　　　２〜３　（翫１〜７．６）Ｂ　　　
　　　　　８〜１１（２（Ｌ３〜２２？）Ｃ５〜７　　
（１２，７〜１１８） Ｄ　　　　　　　　　＠Ｓ　Ａ−１５（ＣＬ７６〜ｔｉ
％　　）Ｅ　　　　　　　　ｒｌｓ　〜ａｓ（α７４〜
１り肩２６における固定子直径　　　４〜５　　（１（
Ｌ２〜１２．７　）

【図面の簡単な説明】

第１図は本装置の全体的概略を示す喬直断面図であ抄、
そして第２図は継手部を中心とした本発明改譬点の詳細
を示す断間図である。 １、：耐火容器 ２　：加熱要素 Ｓ　ニジエル ４　：ダツファイト板 ５　：精錬区画室 ７　：出口管 ？　：出口帯域 ｔｏｓ１１転式気体分配器 １２−回転子 １５：固定子 １６：蓋 １７：軸線 １９：継手′ ２１：耐食金属部分（雄片） ２２：グラファイト部分 ２５：雄片 ２６：肩 ２３：１１状通路 ２４：出口孔 同　　　倉橋　　暎１　・、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　（ａ）　　断熱蓋、少くとも１つの入口帯域と少
   くとも１つの出口帯域及び少くとも１つの精錬区画室を
   具備する容器と、 （ｂ）　　各精錬区画室に配置される回転式気体分配装
   置であって、（：）前記蓋−を貫通して伸延しそして区
   画室の蓋外側上方に位置づけられる上端に駆動手段を具
   備し且つ区画室の蓋内側より下方に位置づけられる下端
   に固着される回転子を具備する軸、及び（Ｉ）＃軸を取
   巻きそして前記容器に固着される中空固定子を包含し、
   骸軸と固定子が共通仮想軸線を具備し、該固定子が上方
   部分と下方部分を有しその場合上方部分が少くとも下端
   部を耐食性金属から成抄そして下方部分がグツファイト
   から成９、上方部分が下方部分に耐食金属／グ・ラファ
   イトねじ継手により連結されそして蓋が固定子の近傍に
   おいて少くとも約５インチ（１１７ｃｍ）厚であるよう
   な気体分配装置と を包含する溶融金属精錬用装置において、（４）ねじ部
   の下端に肩を有するねじ付きグラファイト雄片とねじ付
   き耐食金属雄片とから成る継手を提供し、その場合雄片
   は雄片の肩に畿着しそして肩に即ぐ隣りあって測定した
   として雄片の断面積が肩に即ぐ隣りあって測定したとし
   てグラファイト部分の非ねじ部の断面積の少くともｓｏ
   ｂとすること、 （Ｂ）　　耐食性金属部分の非ねじ部に冷却用気体を通
   す環状通路を提供し、該通路の少くとも一部が、前記軸
   線に直交して位置づけられ且つねじが切られている雄片
   の壁の厚さにおおよそ等しい距離において継手に近接し
   て位置づけられそして肩に即ぐ隣抄あって測定してグラ
   ファイト部分の非ねじ部の断面積の少くとも約７０−の
   有効冷却ｍ？ａｔ有すること、 Ｃ）　　（１）￥１の精錬区画室に隣りあう側面から継
   手の蓋に近い側の側面までの距離対（１）蓋の厚さの比
   を１以上として設定すること、及び （［１（１）環状通路の肩に近い側の表面から肩までの
   距離対（１）精錬区画室にｒｓりあう蓋側面から蓋に近
   い側の継手側面までの距離の比率を１５５：１以下に設
   定すること ｔ−特徴とする精錬装置。 ２）（４）において言及した雄片の′断面積が非ねじ部
   の断面積の約３０〜５０チの範囲にあり、（Ｂ）におい
   て言及した有効冷却面積が非ねじ部の断面積の約７０〜
   ｔｏｏｋの範囲にあ抄、（（５における比率が１を越え
   約２＝１までの範囲にあり、そして０における比率が約
   （Ｌ２：１〜約１１３５：１の範Ｈにある特許請求の範
   吐第１項記載の装置。