JPS63502601A - 高温液体への物質の注入 - 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】 温　への　の゛ 本発明は高温液体への物質の注入に関する。

更に詳しくは、本発明はそうした液体中にガスを、それだけかまたは固体或は粒 状物質と組み合わせた溶融物質として注入することに関する。

処理されるべき液体は大抵そうした高温状態に有り、それゆえにそれらは攻撃的 、即ち危険であると見なされ得る。ここに記載される方法及び装置は、運転が安 全であると共に、処理が開始されるまでは液体から適切に保護されるべく設計さ れた。

処理の為の液体の例には溶融スラグ及び金属が含まれる。金属に関しては、多様 な目的の為に鉄及び非鉄溶融物の両方を本装置を使用して処理し得る。鉄溶融物 に関しては、それらは溶融した鉄或は鋼で良い。

今後詳細を説明される方法及び装置は、合金用付加物を導入する為の好都合な手 段として真空ガス抜きに使用し得る。装置の補助の下に、−次及び二次の精製、 脱酸及び脱流を効果的に実施し得る。鋼（及びその他金属）の組成は、凝固に先 立つ任意の時間にガス、固体或は粉末物質を導入する事によって調節或は変更し 得る０例えば、溶融物は鋼製造用容器、種々のし一ドル、脱ガス剤及びタンディ ツシュで処理し得ると共に、炉内のインゴットモールド内で処理し得る。

金属鋳造作業における注型に先立って或はその期間中に、コンテナ即ち容器内の 溶融金属内部にガスを導入する事が必要或は所望され得る。ガスは多様な目的の 為に例えば容器の底領域内部に注入される。それには、洗浄：金属がそこから注 型されるところの容器底出口付近からの固化製品の除去を助成する為の、凝固製 品の比較的冷たい底領域の清掃：溶融物全体に渡っての温度の均等化；溶融物へ の合金用付加物の均等な分布を助成する為の攪拌；が含まれる０通常は、アルゴ ンの如き不活性ガスが使用される。酸素、炭酸ガス及び炭化水素の如き活性ガス が、溶融物の化学的性質に依存してしばしば代替される。

先のガス注入の提案は容器の耐火性ライニング内の多孔質レンガ、摺動ゲートの 注型用弁内の中実プラグ、そして、従来通りの消耗性ランスを意図した。多孔質 レンガは簡単であると言う長所が有るが、ガス注入に使用可能なだけであり、し かももし金属スラグ或は金属酸化物が、例えば容器を空にしそして再充填する間 に凍結するとそれらは使用出来なくなり得る。更には、再充填に際し、これらレ ンガはそこへの溶融金属の衝撃或は熱的衝撃によって、恐らくは危険を伴う結果 と共に破損する。

ガス注入の為に適用される摺動ゲート弁は安全ではあるが、過度に複雑でない限 り注型と同時のガス注入の可能性を提供することが出来ない。

従来からのランスは幾分扱いにくく高価であり、そしてそれらの使用がもたらす 飛沫に係る危険がある。

本発明は取り分け、ガスと共に粉末物質をも導入し得る改良されたガス注入シス テムの提供を目指している。

本発明はこうした物質を金属溶融物内部深くに導入し且つ従来から使用される消 耗性ランスによっては容易には達成し得ない利益を提供する。

鉄を含む冶金に於ては、溶融物はしばしばアルミニウム及びカルシウム或はその 合金を導入する事によって脱酸及び脱流しなければならない０組成コントロール 即ち“トリミングが、溶解用固形物或は溶融物内部の粉末化された合金用付加物 によって通常的に実施される。不純物の悪影響に打ち勝つ為或は特定の組成を提 供するべく溶融物を製造させる為に、多くの物質を溶融物に添加し得る。我々は 予想される処理材料を網羅した目録は提案しない。物質の選択は溶融物、それら の出発及び最終組成に依存する；各々の状況に応じた適宜の付加物の選択は、化 学業者或は冶金業者の十分為し得る範囲内にある。鋼溶融物或は全く別の金属溶 融物への付加物の導入は、もし合金用の付加物が容易に溶融し、脱酸或は気化す ると特に厄介である。斯くして鋼溶融物にアルミニウムを付加することは、アル ミニウムの溶融点が低いと言う観点から困難な作業で有り得る。もしアルミニウ ムが単に溶融物上に投下されると有意義な脱酸は全く生じない：それは溶融物の 内部深くに送達されるべきであり、従って溶融物上部で非効果的に浮遊するより はむしろ液化及び反応に時間を要する。カルシウム部片は溶融物深くに供給され なければならない。従来の送達方法は、合金用付加物を溶融物深くへ溶解させる 為のランス或は高度に複雑且つ高価な装備の使用を含む。ランシングは明らかに 簡単であるが、先に述べた欠点を有する。

本発明は溶融物への中実ストランド、即ち合金用付加物からなるワイヤの導入に 関する改良をも提供する。

本発明は静水圧の高い液体深部における容器の壁を通しての物質の注入を含む、 優勢な圧力に依存して漏出の恐れが有り、然も、選択された物質を液体に送達す る為に設けられた装備は、比較的倉入すな予防策を講じない限り容器の壁から押 出される６本発明は、そうした安全に係る問題を扱う。本発明は又、注入された 物質及び液体間の接触の効果を最大限化する態様で物質を注入する事を狙いとし ている。

本発明に従えば、溶融物を収納する容器の壁を貫き、その内側端を閉止する除去 自在のストッパを初期に於て具備する通路を介して高温の溶融物にガスを注入す る方法であって、 （ａ）通路よりも横断方向に所定量小さい送達管を容器の外側から通路内部に挿 入し、そして管の内側端をストッパに隣り合わせて配置する段階と、（ｂ）管に 沿ってガスを挿通する事によってストッパ付近の管及び通路を冷却しそして容器 の外にガスを排気する段階と、 （Ｃ）溶融物にガスを注入する直前に十分な大きさの管内部の圧力及び流速、つ まり注入に際し管を離れるガス速度が溶融物に泡ではなくガスが入る事を保証す るために十分な圧力及び流速を確立する段階と、（ｄ）ストッパ位置の管を強制 的に推進せしめ、ストッパを溶融物内部へと除去し、それによって溶融物内部へ のガスの注入を開始する段階と、 （ｅ）注入の続行期間中、ガス圧力及び流速が実質的に低下しない様に維持する 段階と、そして、（ｆ）注入が完了した場合にガス圧力及び流速を減じそれによ って溶融物が管に入りそして凍結して管を閉鎖する事を許容する段階にして、管 が通路よりも小さい事により、ストッパの除去後溶融物が凍結に先立って速やか に限定距離入り込むに十分な空間がそれらの間部分にもたらされる段階を含む。

有益には、ガス圧力及び流速はマツハ０，５以上、例えばマツハ０．５から０． ７で管を離れるガス速度を確立する。

都合良くは、然し本質的ではないが、注入されるガスは冷却段階に於ても又使用 される。

ガスだけを注入し得る。ガス及び微粒子或は中実ストランドである非ガス状物質 も又注入し得る。中実ストランドはワイヤ、ロッド或は微粒子物質の稠密充填物 を包納する管状シースの形態を為す。

最も好都合に注入を終了させる為に管の外側に遮断機構を取り付は得、該機構は ガス及びガスと共に注入され得る非ガス状物質の供給を速やかに断続する為に作 動自在である。管及び遮断機構は、英国特許明細書箱ＧＢ−Ａ−２，１７１，１ ８６号に記載される如き装置を構成し得る。これを引用する事によってその完全 な記載が本明細書の一部とされる。

もしガスに加えて中実ストランドが注入される場合には、送達管内部の内側或は 下流端に密閉体を嵌合するのが有益である。密閉体の例は、英国特許明細書箱Ｇ Ｂ−Ａ−２，１７１，１１７号に記載され、これを引用する事によってその記載 が本明細書の一部とされる。

本方法は、１つ或は随意的に１つ以上の注入通路を具備する装置を使用して実施 される。作動上の融通性の為に、幾つかの注入通路の存在が望ましいと考えられ る。

我々の特許公告番号ＷＯ３４１０２１４７には、本発明記載が本明細書の一部と される。

本発明は先に定義された方法の使用に関与する金属或は合金、そして生じた金属 或は合金自体並びに先に定義された方法を実施する為に構成され且つ配列された 装置を包含する。

本発明が付随する図面だけを参照して具体例に基づく詳細を説明される。唯一つ の図面は、本方法を実施する様適合された装置にして、レードルの如き容器の壁 に取り付けられている装置の長手方向断面を示している。付随する図面に於て、 １０は金属溶融物を収納する為のレードル或はその他害器である。容器１０は耐 火物質１２によって裏打された金属シェル１１を具備する。シェル１１は孔を有 し、そしてそれと同時に耐火物質ライニング１２はその肉厚を貫いて伸延する傾 斜された開口１３を具備する。開口１３と合致するべく傾斜された耐火性ノズル インサート１４が、容器の外側からそこに取り付けられる。シェル１１或はそこ に固定されたアダプタプレート（図示せず）にボルト締結されたクランププレー ト１６が、開口１３内部の然るべき位置にノズルインサート１４を保持する。ノ ズルインサート１４はインサート交換の為の取り外しを許容する為にセメントで もって開口に固定し得る。セメントは交換の為にインサートの取り外しを許容す る可く脆い。

ノズルインサート１４の端から端まで注入通路１８が貫き、通路１８は部分的に 補強金属スリーブ１９でもって裏打されている。通路１８の内側端は拡開され且 つ除去自在の耐火性ストッパ２０によって閉塞される。ストッパは脆いセメント 或はマスチック２１によって然るべく保持される。溶融物はストッパ２０の為に 注入以前に通路１８に入ることが出来ない。

ガス、或はガスに粉末物質を加えたもの或はガスに中実物質を加えたものの為に 、通路１８内部に送達管２４が位置付けられる。注入の開始に先立って、管２４ １Ｊその内側、即ち下流端をストッパ２０の隣り合う端から少し、例えば１０ｍ ｍ位後退される。管は通路１８内部を長手方向に可動である。管２４は例えば１ ０ｍｍの孔を有し且つ複合構造のものである。それは同心的な内側及び外側管を 有する：外側が金属で内側がムル石であり、その間部分に絶縁充填物、例えばセ メントを有する。管２４はノズルインサート１４から外側に突出し、２部品ラン ス或は入口ヘッド２６より成る遮断機構２５に螺合される。

入口ヘッド２６は英国特許明細書箱ＧＢ−Ａ−２，１７１，１８６号にもっと詳 しく記載される特長を備え得る。この入口ヘッド２６は特にガス及びワイヤの噴 出の為のものである。ヘッド２６はピボットボルト手段３０によって互に保持さ れた内側及び外側ヘッド部材２７．２８とシール自在の締具（図示せず）を具備 する。相互の部材は主ダクト３１を画成する。一端に於て主ダクト３１は管２４ と連通し、そして他端に於て、外側ヘッド部材２８に固定されたワイヤ導管３２ と連通ずる。注入の為のワイヤ３３は、導管３２によってワイヤフィーダから入 口ヘッド２６へと通じる。ワイヤはダクト３１を下方に通過して管２４内に入る ：ワイヤは必然的にくだ２４の孔よりも小さい。外側ヘッド部材２８はガス供給 源３５に通じるガス導管の為の結合部を有する。結合部は、都合良くは、ガスを 内側ヘッド部材２７内の横断通路３７に搬送する為に３６の位置が適宜に穿孔さ れたピボットボルト手段３０の一部である。横断通路３７は内側ヘッド部材内の ダクト３１に通じる。ワイヤ３３がそこを通して螺着されるシール３７Ａが、横 断通路３７からダクト３１へのガスの進入を阻止する。２つのヘッド部材２７． ２８のピボット式結合部が、外側ヘッド部材２８をして、２つのヘッド部材２７ ．２８のダクト３１部分の整合を外れての移動を許容する。これを可能とするべ く、ワイヤ３３は部材２７．２８の境界面で断絶されねばならず、斯くして部材 は境界面にて協動する剪断ブツシュ３８を含む。

そこに固定された管２４を含む内側ヘッドは、プレー１−１６に取り付けられた ′座着用ブロック４０に位置（＝ｔ−けられる。座着用ブロック４０は内側ヘッ ド部材２７を摺動自在に受容するウェル４１を有する。注入開始に先立って部材 ２７の内側端がウェルの底４２から離間され、そして先に述べた様に、管２４が ストッパ２０から後退される。アクチュエータ４４、例えば液圧ラムがそれを推 進し且つ管を図示の如く左側に引き離す為に、入口ヘッド２６に適宜に連結され る。注入が開始されるとアクチュエータ４４が作動され、ウェル４１内の内側ヘ ッド部材２７をして当接せしめ、そして管２４をしてストッパ２０を通路１８か ら主要融物の内部へと押出さしめる。安全ストッパ（図示せず）がヘッド２６及 び管２４の不注意に偏倚されないよう保護する。

注入が停止されると、外側ヘッド部材２８をピボットボルト手段３０を中心とし て内側ヘッド部材２７に関して偏倚する為に別のアクチュエータ４５が作動され る。

アクチュエータ４５はやはり液圧ラムで良い。作動されると、ワイヤの剪断及び 溶融物シースに向けてのそれが移動する。この設計では、ガスはアクチュエータ ４５の作動後に管２４内部へと流れ続け、それ故、図示されない弁がガス注入を 終結させる為に閉ざされる。

もし外側ヘッド部材２８内部に横断通路３７が位置付けられた場合は、アクチュ エータ４５による後者の偏倚がガス及びワイヤの供給を終了させる事は勿論であ る。

もしガス或はガスに粉末物質を加えたものが注入される場合には、もっと簡単な 様式の入口ヘッド部材２６が使用される２例えば、ヘッドはピボット的に互いに 連結された内側及び外側ヘッド部材を依然含み得るが、それらはガス／粉末ダク ト導管から管２４へと通じる１つのダクトを提供するだけである。この場合、ア クチュエータ４４の作動は先と同一の目的（注入を開始する）を満足し、そして 外側ヘッド部材のダクトの一部が内側ヘッド部材の一方のダクトとの整合から外 れて移動されるに従うアクチュエータ４５の作動が、ガス或はガスに粉末物質を 加えたものの供給を停止させる。

注入を開始するに先立ち、管が先に述べたように後退され、そしてそれ及びスト ッパ付近の通路１８がガス手段、例えばその後注入されるガスによって冷却され る。

管２４は通路１８よりも外側直径が小さく、そして加圧下で管に供給されるガス は容器１０の外側から排気する為に管に沿って後退移動可能である。管及び通路 間の間隙或はクリアランスは、所望された冷却によって、そして部分的には後に 溶融物を間隙に入れそして凍結させる為の所望に応じて決定される。もし管を通 してのガス流れの横断区分が管の外側を逆行するガス排気流れの横断区分よりも 小さい場合には、結果として生じろ減圧が冷却効果を有する事から冷却が最適化 される。例示された装置では、管は１０ｍｍ（面積７８．５ｍｍ”　）の孔を有 し、そしてクリアランスの断面積は約１２０ｍｍ”、即ち後者の断面積は孔の断 面積よりも約５０％大きい。

管の外側の直径は通路直径の約８０％から約９０％で有り、間隙の幅（半径方向 で測定）は０．５から２ｍｍの範囲、例えば１．３５ｍｍである。斯くして、管 ２４は２７ｍｍの外側直径を有し、通路１８は２９．７ｍｍの孔を有する。本発 明は、例示された特定形状だけに適用される前述の寸法的特長に限定されるもの ではない、明らかに、寸法形状は適切な冷却を入手する為、そして溶融物を前記 間隙に入れて凍結させる為の所望に応じて変化し得る。成る溶融物（例えば鉄溶 融物）は他の溶融物（例えば鋼溶融物）よりももっと流動的であり、溶融物が流 動的である程、もっと狭い間隙に十分進入する。

ワイヤ注入の場合の予備注入冷却は、ワイヤが管２４内で溶融しない事を保証す る様なものである。

予備注入冷却の為のガスの流量及び圧力は、実際の経験に基いて選択される。例 えば、それらは管からの約マツバ０．５或はそれ以上の流速を生みだす様なもの であり得る。ワイヤ注入の場合は、ガスは注入の開始に先立ってワイヤを酸化か ら保護する為に、望ましくは不活性或は非酸化性である。注入の開始直前に別の ガスを冷却用ガスと代替し得る。

注入開始の為にアクチュエータ４４が作動される直前にガスの流量及び圧力が、 溶融物内部に泡ではなくガス中は実質的に低下することなく維持される。噴射は 、それが溶融物とガス、そして例えばそれによって担持された粉末との効果的な 混合を助成する限りに於て有益である。泡立ちは、泡が容器壁に引掛りそれによ って適切に混合しない事から全く不利益である。更には、泡が割れる、即ち管２ ４から離れると、瞬間的な吸い込み効果が発生し、それによって溶融物が管に吸 い込まれそれを閉塞する。

流速及び圧力は、マツハ０．５或はそれ以上、例えばマツハ０．６から０．７或 はそれ以上の管を出るガス速度を確立する様なものとするべきである事が分かっ た。

例えばガス圧力は３５から１５０ｐｓｉ　（２，４から１０．３バール）の範囲 であり、そして流量は前記圧力に於て１０から６５ＣＦＭ（１７から１１１ｍ３ ／ｈ）である。ストッパ２ｏを除去する為にアクチュエータ４４が入口ヘッド部 材２６及び管２４を溶融物の方向に押すと注入が開始される。溶融物は始めに通 路１８及び管２４間の間隙に入る。予備注入冷却によって、間隙に入った溶融物 は急速に凍結する。間隙における溶融物の凍結は安全上の理由から重要である。

というのは、何らかの理由でアクチュエータ４４の圧力が無効になるとノズルイ ンサート１４の金属溶頭静圧ヘッドがロックされた、即ち凍結した管２４から通 路１８へと排出ピ来なくなるからである。ノズルインサート１４の内側から外側 端にかけて温度を徐々に勾配付する必要がある。溶融物を冷却する予備注入の効 果にプラスされるこの勾配と、溶融物の粘度及び間隙の寸法とは、それが凍結す る以前にどの程度間隙に進入するかを決定する主要な要因である。

実際は、溶融物は凍結に先立って間隙内部に限定距離、例えば約５０ｍｍだけ進 入し得る。従って、明らかに、間隙を介して容器１０から溶融物が漏れる恐れは 無い。

注入が停止されると、ワイヤを剪断する為にアクチュエータ４５が作動され、そ れによってワイヤフィーダ３４が停止される。従って供給源３５からのガスを遮 断し得る。

管２４内のガス圧力が実質的に金属溶頭静圧ヘッドよりも小さくなると、溶融物 は管２４に入る。管が流動するガスによって冷却され続けていること及び前述の 温度勾配によって、溶融物は管によっては容器から逃出することが出来ない。管 を限定距離横断した後、溶融物はその内部で凍結し、斯くして逃出の恐れが無い 事を保証する。

図示された装置は単一のノズル通路１８の貫くノズルインサート１４を具備する 。もし所望であれば２つ、３つ、４つ或はそれ以上の注入通路にして、各々スト ッパ及び適宜の送達管を備える注入通路に順応させる為にインサートをもっと大 きくし得る。装置はシェル１１の外側に、順次しての管を介しての急速な注入を 許容する為の外部機構部品及びアクチュエータ４４．４５を具備する。もし所望 であれば、それらを複数の管から注入が同時に為される様に配列し得る。

二見ム立亘呈上 本発明は溶融金属の如き高温のアグレッシブな、即ち危険な溶融物にガスを安全 に導入する為に適用自在である。本発明は例えば、種々の目的の為に溶融鋼或は 鉄にガスを導入する為に鉄冶金に於て使用し得、非ガス状物質をガスと同時に導 入可能であり、そうした物質は例えばストランド或は粉末形態である。従って、 本発明を使用して合金用要素、特にはアルミニウムのように容易に蒸発可能な要 素、そして鉛の様な危険且つ蒸発可能な要素を導入し得る。粒子の精製の為或は 炭素組成を調節する為に使用する物質を同様に導入し得る。同様に、本発明を、 例えば溶融物を脱流、脱ケイ素或は脱リンする為に使用される物質を導入する為 に使用可能である。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔ４４″−ＩＮＴＥ：（ＮＡＴＩＯＮＡＩ：、５ＥＡＲＣＨ ＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶融物を収納する容器の壁を貫き、その内側端を閉止する除去自在のストッ パを初期に於て具備する通路を介して高温の溶融物にガスを注入する方法であっ て、（ａ）．通路（１８）よりも横断方向に所定量小さい送達管（２４）を容器 （１０）の外側から通路内部に挿入し、そして管の内側端をストッパ（２０）に 隣り合わせて配置する段階と、 （ｂ）．管（２４）に沿ってガスを挿通する事によってストッパ（２０）付近の 管（２４）及び通路（１８）を冷却しそして容器（１０）の外にガスを排気する 段階と、 （ｃ）．溶融物にガスを注入する直前に十分な大きさの管（２４）内部の圧力及 び流速、つまり注入に際し管を離れるガス速度が溶融物に泡ではなくガスが入る 事を保証するために十分な圧力及び流速を確立する段階と、（ｄ）．ストッパ（ ２０）位置の管（２４）を強制的に推進せしめ、ストッパを溶融物内部へと除去 し、それによって溶融物内部へのガスの注入を開始する段階と、（ｅ）．注入の 続行期間中、ガス圧力及び流速が実質的に低下しない様に維持する段階と、そし て、（ｆ）．注入が完了した場合にガス圧力及び流速を減じそれによって溶融物 が管（２４）に入りそして凍結して管を閉鎖する事を許容する段階にして、管（ ２４）が通路（１８）よりも小さい事により、ストッパの除去後溶融物が凍結に 先立って速やかに限定距離入り込むに十分な空間がそれらの間部分にもたらされ る段階を含む方法。 ２．ガス圧力及び流速はマッハ０．５以上、例えばマッハ０．５から０．７で管 を離れるガス速度を確立する請求の範囲第１項記載の方法。 ３．管及び通路は円形断面であり、管は通路直径の約８０％から約９０％の直径 を有する請求の範囲第１項或は２項記載の方法。 ４．空間は環状であり、その幅は０．５から２ｍｍの範囲である請求の範囲第１ 項２項或は３項記載の方法。 ５．管は１０ｍｍの内側直径を有し、そして空間は断面積が約１２０ｍｍ２であ る請求の範囲第１項２項３項或は４項記載の方法。 ６．管及び通路は、管に沿った内側をストッパに向かって通過し、次で管に沿っ た外側を外部へと逆行するガスによって冷却される請求の範囲第１項から５項何 れかに記載の方法。 ７．注入されるべきガスは管及び通路を冷却する為に使用され、そして溶融物内 部に注入する為と同一の圧力及び流量が冷却の為に使用される請求の範囲第１項 から６項何れかに記載の方法。 ８．非ガス状の溶融処理物質がガスと共に溶融物内部に注入される前記何れかの 請求の範囲に記載の方法。 ９．物質は微粒子形態のものである請求の範囲第８項記載の方法。 １０．物質は溶融物内部で溶解させる為のワイヤ及びロッドの形態にある請求の 範囲第８項記載の方法。 １１．遮断機構（２７、２８）が管（２４）の外側端に嵌合され、注入が終了さ れた場合にガス或は適切な場合には非ガス状の溶融処理物質の管への供給を即座 に断続する為に作動される請求の範囲第１項から１０項何れかに記載の方法。 １２．溶融物は金属溶融物であり、ガス或は適当であればガスに処理物質を加え たものは、金属の冶金的性質を調節し、変化させ或は調整する為に注入される請 求の範囲第１項から１１項何れかに記載の方法。