JPS62240141A - 溶融金属処理装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、アルミニウムやマグネシウム等の溶融金属
の処理装置に関し、さらに詳しくいえば溶融金属中に処
理ガスを微細化された気泡状態で放出し、かつこの気泡
を溶融金属全体に分散させて溶融金属中から水素ガス等
の溶存有害ガスや非金属介在物を除去する処理に使用す
る装置に関する。

この明細書において、「アルミニウム」および「マグネ
シウム」という語は、純アルミニウムおよび純マグネシ
ウムのほかにアルミニウム合金およびマグネシウム合金
も含む意味で用いられる。また、「不活性ガス」という
詔は、周期表のアルゴンガス、ヘリウムガス、クリア１
ヘンガス、キセノンガスの他に処理すべき金属に対して
不活性なガス、たとえばアルミニウムに対して不活性な
チッ素ガス等も含む意味で用いられる。

従来技術とその問題点 たとえば、鋳造前のアルミニウム溶湯には、好ましくな
い不純物として溶存水素ガスや、アルミニウムおよびマ
グネシウムの酸化物などの非金属介在物が含まれている
。上記水素ガスおよび非金属介在物は、これらを含むア
ルミニウム溶湯から得られた鋳塊およびこの鋳塊を材料
として得られた製品に欠陥を生じさせる原因となる。そ
のため、アルミニウム溶湯中から水素ガスおよび非金属
介在物を除去する必要がある。

そこで従来、これらを除去する方法として、アルミニウ
ム溶湯中に、不活性ガスや塩素ガスを気泡状態で吹込む
方法が採用されている。そして、この方法を実施する装
置として上端に開口を有する溶融金属処理槽と、溶融金
属処理槽内に配置され、かつ内部に長手方向に伸びる処
理ガス通路を有する垂直回転軸と、垂直回転軸の下端に
設けられ、かつ底面に垂直回転軸の処理ガス通路と連な
る処理ガス吹出口を有する気泡放出分散用回転体とより
なるものが提案されており〈特開昭６０−２０８４３２
号公報参照）、垂直回転軸の処理ガス通路に不活性ガス
、塩素ガス等の処理ガスを送り込みながら垂直回転軸を
回転させて処理ガスを微細化された気泡状態で溶融金属
中に放出するとともに溶融金属全体に分散させることに
よって溶融金属の処理を行なっていた。しかしながら、
上記処理装置においては、実際の作業において、回転軸
と回転軸貫通孔との間を効率的にシールすることは困難
であり、処理作業中における処理槽内への大気の侵入を
防止し得なかった。大気中には水分が含まれているため
、処理槽内に大気が侵入するとアルミニウム溶湯の表面
でアルミニウムと大気中の水分とが反応Ｌ／　（２ＡＩ
＋３８２０−＋Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２）、その結果発生す
る水素が溶湯中に侵入するという問題があった。通常、
静置されたアルミニウム溶湯の表面は、ちみつなアルミ
ニウム酸化皮膜で覆われているので、大気中の水分とア
ルミニウムとが反応することはない。

ところが、アルミニウム溶湯中に、不活性ガスや塩素ガ
スなどの処理ガスを気泡状態で吹込んだ場合、溶湯表面
に浮上してくる気泡によって溶湯表面が乱され、溶湯表
面を覆っているアルミニウム酸化皮膜が破られて、破ら
れた箇所からアルミニウム溶湯表面が大気に露出する。

そうすると、破られた箇所に新たな酸化皮膜が生成され
る前に、大気中の水分とアルミニウムとが反応して水素
ガスが発生し、この水素ガスがアルミニウム溶湯中に侵
入する。たとえば、処理後のアルミニウム溶湯を、磁気
ディスク、感光ドラム、ボンディングワイヤ、レーザー
・ビーム・プリンタの回転多面鏡等の電子機器やシンク
ロトロンの粒子加速用パイプ、薄膜製造装置、表面分析
装置、核融合装置等の真空用機器や、高純度アルミニウ
ム箔や、航空機などの製造に使用するさいには、処理後
の溶湯中の水素ガス量は、たとえば０　、１０　ｃｃ／
１００ｇ・ＡＩ程度、特に粒子加速用パイプの場合には
０．０５ｃｃ／１００ｇ・ＡＩ程度となっていることが
要求されるが、そのためには、処理槽内におけるアルミ
ニウム溶湯表面よりも上方の雰囲気中の水分量を少なく
、たとえば０．５　”９　／　’　、好ましくはＯ，Ｉ
ｍｇ／ｌ程度するのがよい。ところが上記の装置では、
上記雰囲気中の水分量を０．５ｔｕｇ　／　ｌとするの
は到底不可能であった。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、溶融金属の処
理作業中に処理槽内への大気の侵入を防止し得る溶融金
属処理装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 この発明による溶融金属処理装置は、溶融金属処理槽と
、その上端開口を塞ぐ着脱自在の燕と、蓋に形成された
孔を貫通して配置され、かつ内部に処理ガス通路を有す
る垂直回転軸と、垂直回転軸の下端に設けられ、かつ底
面に垂直回転軸の処理ガス通路に連なった処理ガス吹出
口を有する気泡放出分散用回転体とを備えた溶融金属処
理装置において、蓋上面の回転軸貫通孔のまわりの部分
に、これを囲むように囲繞壁が上方突出状に設けられ、
囲繞壁に複数のシールドガス吹出口が形成され、囲繞壁
の外側にシールドガス吹出口に連なったシールドガス通
路が設（プられ、シールドガス通路に、大気の露点より
も低い露点を有する空気または不活性ガスを供給するシ
ールドガス供給管が接続されているものである。

上記において、シールドガスとして用いられる大気の露
点よりも低い露点の空気は、たとえば大気をコンプレッ
サで圧縮して、乾燥剤が入れられた除湿器内を通過させ
ることによって得られる。得られた空気の露点は一３０
℃以下、望ましくは一５０℃以下であることが好ましい
がこれに限定されるものではない。除湿器内に入れられ
る乾燥剤としては、公知のものを用いることができるが
、その中でも合成ゼオライトを用いることが好ましい。

また、低露点の不活性ガスは、たとえば不活性ガスタン
クまたはボンベから処理槽に送る途中で、乾燥剤が入れ
られた除湿器内を通過させることによって得られる。得
られた不活性ガスの露点は、−３０℃以下、望ましくは
一５０℃以下であることが好ましいがこれに限定される
のではない。除湿器内に入れられる乾燥剤としては、乾
燥空気の場合と同様合成ゼオライトを用いることが好ま
しい。

実　　施　　例 −〇　　　　− −８＝ この発明を、以下図面を参照しながら説明する。

第１図において、溶融金属の処理装冒は、床（Ｆ）上に
設置された溶融金属処理槽（１）と、処理槽（１）の外
部に設けられた支持体取付用支柱（２）と、処理槽（１
）の上方において支持体取付用支柱（２）に上下動自在
に取付（プられたアーム状回転軸支持体（３）と、支持
体（３）に垂下状に設けられかつ内部に長手方向に伸び
る処理ガス通路（５）を有する処理ガス吹込用垂直回転
軸（４）と、回転軸（４）の下端に設けられ、かつ底面
に回転軸（４）の処理ガス通路（５）に連なった処理ガ
ス吹出口（７）を有する気泡放出分散用回転体（６）と
を備えている。

処理槽（１）は、処理すべき金属を溶解する溶解炉（３
０）と図示しない鋳造装置等との間に設りられており、
溶解炉（３０）の出湯口（３１）口１３２）を介して連
結されている。１（３２）と反対側において、処理槽（
１）の周壁（１ａ）には溶融金属排出樋（３３）が接続
されている。両ｕ　（２３）（３３）は角筒状であり、
それぞれの処理槽（１）への接続端部における上壁およ
び両側壁は処理槽（１）内に突出している。また、雨樋
（３２Ｎ３３）の上壁の処理槽（１）内への突出部の先
端には、それぞれ下方突出部（３２ａ）（３３ａ）が設
けられている。両下方突出部（３２ａ）（３３ａ）の下
端は、処理槽（１）内に所定量の処理すべき溶融金属が
入っている時に、溶湯面よりも下方に来るようになって
おり、ｅａ（３２）（３３）を通っての大気の侵入が防
止されている。

また、処理槽（１）の周壁（１ａ）の外周面の上端には
、上方に開口したシール材装填用環状潜（８）が全周に
わたって設けられている。環状溝（８）内には、粒径Ｑ
、３ｍｍ以下の砂からなるシール材（９）が装填されて
いる。該砂（９）は、予め電気炉内において５００℃以
上で保持されて除湿乾燥されたものである。シール材（
９）としては、乾燥砂に代えて、金属粉、５ｉＣ１Ａ１
２０３等のセラミックス粉などを用いてもよい。さらに
、その代わりに、低融点金属の溶湯を用いてもよい。こ
の場合、溶湯は処理作業の間に凝固してしまってもよい
し、あるいはずつと溶湯状態であってもよい。凝固した
場合は、後述する蓋（１０）を外す時に溶融させる。

処理槽（１）の上端開口は着脱自在の！（１０）によっ
て閉塞されている。蓋（１０）は、円板状でかつ中央部
に孔（１１）があけられた蓋本体（１０ａ）と、蓋本体
（１０ａ）の孔（１１）を塞ぐ栓（１０ｂ）とよりなる
。蓋（１０）の周縁部は処理槽（１）の周壁（１ａ）外
局面よりも外方に突出しており、蓋（１０）の下面と処
理槽（１）の周壁（１ａ）上端との間に耐熱性を有する
ガスケット（１２）が介在せしめられ、ガスケット（１
２）により両者間が密封されている。また、蓋（１０）
における処理槽（１）の周壁（１ａ）外周面よりも外方
に突出した部分には、環状のステンレス鋼製下方突出壁
（１３）が全周にわたって設けられている。この下方突
出壁（１３）は、幅が襟（１０）の内厚よりも大きい環
状壁の上部を蓋（１０）の周面に固着することにより蓋
（１０）に設りられている。また、蓋（１０）の中央部
にあけられた孔（１１）の大きさは、回転体（６）が通
る大ぎさである。孔（１１）の周面には環状段部（Ｉｌ
ａ）が設けられている。栓（ｉｏｂ）は環状段部（１１
ａ）上に乗るフランジ部（１４）を備えている。そして
、フランジ部（１４）下面と環状段部（ｉｉａ）上面と
の間には耐熱性を有するガスケット（１５）が介在せし
められている。栓（１０ｂ）の中央部には回転軸貫通孔
（１６）があけられており、この貫通孔（１６）に回転
軸（１４）が貫通せしめられている。また、貫通孔（１
６）の右側において、大気の露点よりも低い露点を有す
る空気（以下乾燥空気という）または不活性ガスを処理
槽（１）内に供給する供給管（１７）が蓋（１０）に貫
通固定せしめられている。供給管（１７）から処理層（
１）内に供給される乾燥空気または不活性ガスの露点は
一３０℃以下、望ましくは一５０℃以下であることが好
ましいが、これに限るものではない。乾燥空気および低
露点の不活性ガスは大気および不活性ガスをコンプレッ
サで圧縮し、合成ゼオライト等からなる乾燥剤を入れた
除湿器内を通すことにより得られる。供給管（１７）は
、図示しない乾燥空気または不活性ガス供給装置に接続
されている。さらに、貫通孔（１６）の左側において、
排気管（１８）が蓋（１０）に貫通固定せしめられてい
る。排気管（１８）は、溶融金属の処理を開始するにあ
たり、予め供給管（１７）を通して処理槽（１）内に供
給される乾燥空気または不活性ガスによって処Ｉ！ｌ！
層（１）内から追い出される、元々処理槽（１）内に存
在した大気と、処理作業の間中処理槽（１）内に送り込
まれる乾燥空気または不活性ガスのうちの過剰なものと
、処理ガスの過剰なものとを処理槽（１）から外部に排
出するためのものである。

栓（ｉｏｂ）の上面に、回転軸（４）と回転軸貫通孔（
１６）の間から処理槽（１）内に大気が侵入するのを防
止するためのシールド装置が設けられている。すなわち
、蓋（１０）上面の回転軸貫通孔（１６）のまわりの部
分に、これを凹むように内外２重の囲繞壁（２０）　（
２１）が上方突出状に設けられている。内側の囲繞壁（
２０）の下端は外側の囲繞壁（２１）の下端よりも下方
に伸び、回転貫通孔（１６）内に挿入されている。囲繞
壁（２０）の内周面と回転軸（１４）の外周面との間の
隙間はｌ、Ｑ＋ｎｍ以下にすることが好ましい。内外両
囲繞壁（２０）（２１）の上端どうしは環状連結板（２
２）により全周にわたって連結されており、両囲繞壁（
２０）　（２１）間にシールドガス通路（２３）が形成
されている。内側の囲繞壁（２０）には、多数のシール
ドガス吹出口（２４）が形成されている。シールドガス
吹出口（２４）は回転軸（４）の方に向って斜め上方に
向いている。また、外側の囲繞壁（２１）には、シール
ドガス通路（２３）内に乾燥空気または不活性ガスを供
給するシールドガス供給管（２５）が接続されている。

また、回転体（６）の底面には、処理ガス吹出口（７）
から周縁に至る複数の満（図示路）が放射状に設けられ
ている。また、回転体（６）の周面における放射状溝の
開口の間には複数の垂直溝（２７）が設けられている。

支持体取付用支柱（２）は、溶解炉（３０）の側壁外面
に上下に所定間隔をおいて設けられた１対のブラケット
（３４）間に回転自在に配置され、図示しない駆動装置
によって回転させられるようになっている。また、支柱
（２）の上端寄りの部分および下端寄りの部分にはそれ
ぞれフランジ（３５）が固定されている。支持体（３）
は、一端部にて支柱（２）に摺動自在に嵌め被せられて
いる。

支持体（３）を支柱（２）に沿って上下動させる機構は
、上下のフランジ（３５）の間に回転自在に設けられ、
かつ支持体（３）に形成された畑ねじ孔（３ａ）にねじ
嵌められて支持体（３）を貫通したねじ軸（３６）と、
フランジ（３５）上に取付けられ、歯車（３７）（３８
）を介してねじ軸（３６）を回転させるモータ（３９）
とよりなる。そして、モータ（３９）を駆動することに
より歯車（３７）（３８）を介してねじ軸（３６）が回
転し、支持体（３）が上下動するようになっている。支
持体（３）が上昇位置にあるときには回転体（６）が槽
（１）外に出るようになっている。また支持体（３）は
、支柱（２）とともに支柱（２）の軸線を中心として回
転するようになっている。支持体（３）には垂直回転軸
（４）の回転駆動機構が設けられている。この回転駆動
機構は、支持体（３）に取付けられたモータ（４０）と
、支持体（３）の先端に取イ」けられた垂直筒状の軸受
（４１）と、軸受（４１）に回転自在でかつ上下動しな
いように支持された回転駆動軸（４２）と、モータ（４
０）の原動軸に取付けられたプーリ（４３）と、回転駆
動軸（４２）に取付けられたプーリ（４４）と、両プー
リ（４３）（４４）に掛けられたベルト（４５）とより
なる。そして、回転駆動軸（４２）の下端にフランジ継
手（４６）を介して垂直回転軸（４）が固定されており
、プーリ（４３）（４４）、ベルト（４５）および回転
駆動軸（４２）を介してモータ（４０）により回転軸（
４）が回転させられる。回転駆動軸（４２）の内部には
回転軸（４）の処理ガス通路（５）に連なった処理ガス
通路（４７）が設けられている。回転駆動軸（４２）の
処理ガス通路（４７）の上端にはロータリー・シール（
４８）を介して処理ガス供給源（図示略）から伸びた処
理ガス供給管（４９）が接続されている。軸受（４１）
の下端には水平板（５０）が固定されており、栓（１０
ｂ）が、その上面に立設された複数の吊持枠（５１）を
介して水平板（５０）に吊持されている。吊持枠（５１
）は水平板（５０）を摺動自在に貫通しており、その上
端に取付ｔノられたストッパ（５２）により下方に抜レ
ノないようになされている。また、水平板（５０）と栓
（ｉｏｂ）との間において、各吊持枠（５１）にはコイ
ルバネ（５３）が装着されており、栓（ｉｏｂ）を常に
下方に付勢しており、栓（１０ｂ）のフランジ部（１４
）を孔（１１）の段部（１１ａ）に押付けてガスケット
（１５）による密封性を向上させている。

このような処理装置で溶融金属の処理を行なうには、支
持体（３）を上臂させておいた状態で蓋本体（１０ａ）
を処理槽（１）にのせて下方突出壁（１３）の下部をシ
ール材（９）に差込んだ後、モータ（３９）により歯車
（３７）（３８）を介してねじ軸（３６）を回転させて
支持体（３）を不時させ、回転体（６）および回転軸（
４）を処理槽（１）内に入れるととももに栓（１０ｂ）
で孔（１１）を閉鎖する。そして、溶解炉（３０）から
樋（３２）を通して処理槽（１）内に処理すべき溶融金
属を入れる。所定量の溶融金属を入れた後、この溶融金
属の液面よりも上方の雰囲気中に供給管（１７）から乾
燥空気または不活性ガスを供給するとともに、シールド
ガス供給管（２５）からシールドガス通路（２３）内に
シールドガスを供給して吹出口（２４）から回転軸（４
）に向って吹出す。そして、処理槽（１）内に乾燥空気
または不活性ガスを供給するとともに吹出口（２４）か
ら回転軸（４）にシールドガスを吹出しつつ処理ガス供
給？ｌ１ｉｉ（図示略）から処理ガス供給管（４９）、
回転駆動軸（４２）の処理ガス通路（４７）および回転
軸（４）の処理ガス通路（５）を経て処理ガスを回転体
（６）に供給するとともに、モータ（４０）により回転
駆動軸（４２）および回転軸（４）を回転させる。する
と、回転軸（４）の処理ガス通路（５）の下端開口から
回転体（６）の吹出口（７）を経て底面に放出された処
理ガスは、回転体（６）の回転により生じる遠心力、底
面の放射状の溝および垂直溝（２７）の作用によって、
微細な気泡とされ槽（１）全体に行き渡るように分散さ
せられて放出される。そして、この処理ガスによって、
溶融金属中の水素ガスや非金属介在物が除去される。処
理された溶融金属は、排出樋（３３）から排出されて、
たとえば鋳造のために、鋳造装置に送られる。上記処理
中、処理槽（１）内の溶融金属の量が一定量に保たれる
ように溶解炉（３０）から処理槽（１）への供給量が制
御されており、溶融金属に連続的に処理が施される。

上記実施例においては、シールドガス通路（２３）は、
内外２重の囲繞壁（２１）（２２）と、両囲繞壁（２１
）（２２）の上端どうしを全周にわたって連結する連結
板（２２）とによって形成されているが、これに限るも
のではなく、たとえば囲繞壁（２２）のまわりにシール
ドガス通路となるシールドガス流通管を配置しておき、
この流通管を各シールドガス吹出口（２４）と連通せし
めるようにしておいてもよい。また、上記実施例におい
ては、溶融金属処理装置は、溶解炉（３０）と鋳造装置
等との間に配置されて、溶解炉（３０）から鋳造装置等
に送られる溶融金属に処理を施すようになっているが、
これに代えてバッチ式処理装置として用いてもよい。こ
の場合、上述したような樋（３２）（３３）は必要とし
ない。

次に第１図および第２図に示す装置の操作例について述
べる。

処理槽（１）内に、下表に示すアルミニウムの溶湯を、
処理槽（１）内の量が常に５００　Ｋｇとなるように溶
解炉（３０）から供給しながら、この溶湯を７００〜７
３０℃に保持しておいた。そして、この溶湯よりも上方
の雰囲気に供給管（１７）を通してＮ２ガスを供給する
とともに、回転体（６）を回転させながら、吹出口（７
）からアルミニウム溶湯中にＡｒからなる処理ガスを吹
き込むことによってアルミニウム溶湯に、下表に示す条
件で連続的に水素ガス除去処理を施した。

この操作は、吹出口（２４）から回転軸（４）にＮ２ガ
スを吹出しながら行なった（操作例１〜３）。

比較のために、供給管（１７）を通してＮ２ガスを供給
せず、吹出口（２４）がらＮ２ガスを吹出さずに、しか
も環状溝（８）内にシール材（９）を入れずに上記と同
様な処理を行なった（操作例４〜６）。

（以下余白） −２３一 つ その後、溶湯中からの水素ガス除去効率を調べるために
、テレガス法によって処理前後の溶湯中の水素ガス量を
測定した。このようにして、水素ガス除去処理時間と処
理後の溶湯中の水素ガス酸との関係を調べた。その結果
を第３図にまとめて示す。

発明の効果 この発明による溶融金属処理装置は、溶融金属処理槽と
、その上端開口を塞ぐ着脱自在の蓋と、蓋に形成された
孔を貫通して配置され、かつ内部に処理ガス通路を有す
る垂直回転軸と、垂直回転軸の下端に設けられ、かつ底
面に垂直回転軸の処理ガス通路に連なった処理ガス吹出
口を有する気泡放出分散用回転体とを備えた溶融金属処
理装置において、蓋上面の回転軸貫通孔のまわりの部分
に、これを囲むように囲繞壁が上方突出状に設けられ、
囲繞壁に複数のシールドガス吹出口が形成され、囲繞壁
の外側にシールドガス吹出口に連なったシールドガス通
路が設けられ、シールドガス通路に、大気の露点よりも
低い露点を有する空気または不活性ガスを供給するシー
ルドガス供給管が接続されているものであるから、溶融
金属の処理作業中、シールドガス吹出口から大気の露点
よりも低い露点を有する空気または不活性ガスからなる
シールドガスを吹出しておくことにより、回転する回転
軸と、回転軸貫通孔との間から水分を含んだ大気が処理
槽内に侵入するのを防止することができ、処理効率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す一部切欠き正面図、第
２図は第１図の部分拡大断面図、第３図は第１図に示す
装置を用いて溶融アルミニウムに水素ガス除去処理を施
した場合の処理時間と処理後の溶融アルミニウム中の水
素ガス量との関係を示すグラフである。 （１）・・・溶融金属処理槽、（４）用垂直回転軸、（
５）・・・処理ガス通路、（６）・・・気泡放出分散用
回転体、（７）・・・処理ガス吹出口、（１ｏ）・・・
蓋、（１６）・・・回転軸貫通孔、（２０）・・・囲繞
壁、（２３）・・・シールドガス通路、（２４）・・・
シールドガス吹出口、（２５）・・・シールドガス供給
管。 以　　上 特許出願人　　昭和アルミニウム株式会社第３図 手続補正書 昭和６１年６月ノ８日 ］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶融金属処理槽と、その上端開口を塞ぐ着脱自在の蓋と
   、蓋に形成された孔を貫通して配置され、かつ内部に処
   理ガス通路を有する垂直回転軸と、垂直回転軸の下端に
   設けられ、かつ底面に垂直回転軸の処理ガス通路に連な
   った処理ガス吹出口を有する気泡放出分散用回転体とを
   備えた溶融金属処理装置において、蓋上面の回転軸貫通
   孔のまわりの部分に、これを囲むように囲繞壁が上方突
   出状に設けられ、囲繞壁に複数のシールドガス吹出口が
   形成され、囲繞壁の外側にシールドガス吹出口に連なっ
   たシールドガス通路が設けられ、シールドガス通路に、
   大気の露点よりも低い露点を有する空気または不活性ガ
   スを供給するシールドガス供給管が接続されている溶融
   金属処理装置。