KR100773328B1 - 용융 금속 처리제, 용융 금속 처리 방법, 용융 금속용 커버가스의 공급 장치 및 방법 - Google Patents

용융 금속 처리제, 용융 금속 처리 방법, 용융 금속용 커버가스의 공급 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

액화 탄산가스 중에 0.01~10 질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제를 용기 내에 충진하고, 이 용융 금속 처리제를 기화시키며, 용융 금속의 표면에 접촉한 커버 가스를 공급한다.
플로로케톤, 커버 가스, 용융 금속 처리제

Description

용융 금속 처리제, 용융 금속 처리 방법, 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치 및 방법{MOLTEN METAL TREATING AGENT, METHOD FOR TREATING MOLTEN METAL, AND APPARATUS AND METHOD FOR FEEDING COVER GAS TO MOLTEN METAL}
본 발명은 마그네슘, 마스네슘 합금과 같은 것을 용융시킨 용융 금속의 산화 및 증발을 방지하는 것을 목적으로, 용융 금속 표면에 접촉하는 커버 가스에 사용된 용융 금속 처리제, 용융 금속 처리 방법, 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 일본 특허 출원(특원2003-53306호, 특원2003-324816호, 특원2003-390966호, 특원2004-13572호, 특원2004-13573호)에 기초한 것이고, 당해 일본 출원의 기재 내용은 본 명세서의 일부로써 통합된다.
마그네슘, 마그네슘 함금 등을 주조하기 위하여 용융시킨 경우에는, 용융 금속의 산화 및 증발을 방지하기 위하여, 보호용 가스가 용해로 내의 대기 가스로써 사용된다.
이 가스는, 용해로 내에 있는 용융 금속을 덮는 가스(커버 가스)로 만들어진다. 상기 커버 가스로는 육불화유황을 불활성 가스인 베이스 가스로 희석한 혼합 가스가 사용되고 있다.(예를 들어, 특허 문헌 1)
이 혼합 가스를 사용하는 것에 의하여, 용해로 내의 산소 농도를 낮추고, 용융 금속의 산화(연소)를 방지하는 것이 가능하다. 또한, 육불화유황 및 금속 (마그네슘 등)과의 반응 생성물로된 피막이 용융 금속 표면에 형성되기 때문에, 용융 금속의 증발을 방지할 수 있다.
특허 문헌 1 : 특표2000-501653호 공보
그러나, 상기 종래 기술에서 사용되는 육불화유황은 온난화 가스(온난화 계수: 23900)로 지정되어 있고, 환경 보전의 관점에서 대체물이 요구되었다.
본 발명은, 상기 문제에 관한 것으로서, 용융 금속의 산화 및 증발을 방지할 수 있고, 또한 환경에 나쁜 영향을 주지 않는 용융 금속 처리제, 용융 금속 처리 방법, 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 용융 금속 처리제는, 용융 금속의 표면에 접촉한 커버 가스로 사용된 용융 금속 처리제에 있어서, 액화 탄산 가스 중에 0.01~10 질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로 된 것을 특징으로 한다.
플로로케톤은, 퍼플로로케톤, 수소화 플로로케톤, 및 그 혼합물로부터 선택된 1종 이상이 바람직하다.
플로로케톤이 퍼플로로케톤인 경우에는, CF3CF2C(O)CF(CF3)2, (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)3C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)5C(O)CF3, CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2, 및 퍼플로로시클로헥사논으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 바람직하다.
플로로케톤이 수소화 플로로케톤인 경우에는, HCF2CF2C(O)CF(CF3)2, CF3C(O)CH2C(O)CF3, C2H5C(O)CF(CF3)2, CF2CF2C(O)CH3, (CF3)2CFC(O)CH3, CF3CF2C(O)CHF2, CF3CF2C(O)CH2F, CF3CF2C(O)CH2CF3, CF3CF2C(O)CH2CH3, CF3CF2C(O)CH2CHF2, CF3CF2C(O)CH2CH2F, CF3CF2C(O)CHFCH3, CF3CF2C(O)CHFCHF2, CF3CF2C(O)CHFCH2F, CF3CF2C(O)CF2CH3, CF3CF2C(O)CF2CHF2, CF3CF2C(O)CF2CH2F, (CF3)2CFC(O)CHF2, (CF3)2CFC(O)CH2F, CF3CF(CH2F)C(O)CHF2, CF3CF(CH2F)C(O)CH2F, 및 CF3CF(CH2F)C(O)CF3로된 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
플로로케톤은,C3F7(CO)C2F5인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 플로로케톤은 케톤에 포함된 수소의 적어도 일부를 불소로 치환한 것을 말한다.
본 발명의 용융 금속 처리제는 용기 내에 액체 상태로 충진되어 있는 구성을 가지는 것이 가능하다.
상기 용기는, 용융 금속 처리제가 접촉하는 부재로, 합성수지로 된 부재의 적어도 표면이 네오프렌 고무, 부틸 고무, 불소 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 테프론(등록 상표), 나일론, 델린(등록 상표), 다이프론(등록 상표)로 된 그룹에서 선택된 1종 이상으로 구성된 것일 수 있다. 상기에서 테프론은 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(polytetrafluoroethylene resin)를 의미하고, 델린은 폴리옥시메틸렌 수지(polyoxymethylene resin)를 의미하며, 다이프론은 폴리클로로트리플루오로에틸렌 수지(polychlorotrifluoroethylene resine)를 의미한다.
본 발명의 용융 금속 처리 방법은 액화 탄산가스 중에 0.01~10 질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로된 용융 금속 처리제를 기화시키고, 용융 금속의 표면에 접촉하는 커버 가스로 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 액화 탄산가스 중 0.01~10 질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로된 용융 금속 처리제를, 분무 수단을 사용하여 안개 상태로 하여 액화 탄산가스를 기화시키고, 이 탄산가스를 분무용 추진제로서, 액상의 플로로케톤을, 용융 금속의 표면에 접촉하는 커버 가스로 공급하는 방법을 사용하는 것이 가능하다.
상기 용융 금속 처리 방법은, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 변동하는 것을 피하기 위하여, 상기 처리제를 액상으로 채워진 용기로부터 꺼내고, 기화시킨 커버 가스로 용융 금속에 공급하는 것이 가능하다.
그러나, 이 방법에서는, 커버 가스의 공급 과정에 있어서 커버 가스의 유효 성분(플로로케톤) 농도가 서서히 상승하는 문제가 있었다.
또한, 채워진 용기 내의 액상의 처리제 잔류량을 외부로부터 검출하는 것이 어렵기 때문에, 채워진 용기 내의 액상의 처리제의 거의 전량이 배출되고(이하, 액절(液切)이라 부른다) 채워진 용기 내의 기상 부분의 가스가 배출되는 경우가 있다.
이 기상 부분의 가스는 플로로케톤 농도가 낮기 때문에, 이는 커버 가스로써 사용되며, 용융 금속을 보호하는 작용이 부족하게 된다.
본 발명에서는, 상기 사정에 비추어, 다음으로 보는 목적을 달성하는 것이 가능한 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치 및 방법을 제공한다.
(1) 용융 금속용 커버 가스의 유효 성분 농도의 변동을 억제한다.
(2) 채워진 용기 내의 처리제가 액절된 경우에도, 커버 가스 중의 플로로케톤의 농도가 저하되는 것을 방지한다.
액화 탄산가스를 용제로써 포함한 액상 혼합물인 처리제를 기화시켜 커버 가스로써 공급하는 과정에서, 커버 가스의 유효 성분 농도가 서서히 증가하는 문제는 본 발명자에 의하여 초기에 발견된 것이다.
본 발명자는, 검토 결과, 커버 가스 중의 플로로케톤 농도가 서서히 상승하는 현상이 다음의 이유에 의하여 발생하는 것을 발견하였다.
채워진 용기 내의 처리제의 잔류량이 감소하고, 이와 달리 용기 내의 기상 부분 용량은 커지기 때문에, 용기 내의 처리제의 기화량은 증가한다. 이 기화량 증가의 과정에서는, 플로로케톤에 비하여 증기압이 현저히 높은 액화 탄산가스가 우선적으로 기화되기 때문에, 용기 내의 기상 부분에 있어서는 탄산가스 농도가 서서히 상승하고, 액상 부분에는 플로로케톤 농도가 서서히 상승한다. 그러므로, 기화 가스의 플로로케톤 농도는 서서히 상승한다.
본 발명은 이 관점에 기초하여 것으로, 그 구성은 아래에서 기술한다.
본 발명의 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치는 액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함하는 액상 화합물로 된 용융 금속 처리제가 채워진 용기, 상기 용융 금속 처리제를 기화시켜 기화 가스를 얻는 기화기, 기화 가스의 유량을 조정하는 기화 가스 유량 조정 밸브, 베이스 카스의 공급원인 베이스 가스 공급부, 상기 기화 가스 및 베이스 가스를 혼합하여 얻어진 커버 가스의 플로로케톤 농도를 검출하는 농도 검출 수단, 이 농도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 기화 가스 유량 조정부의 열린 횟수를 조정하는 것에 의하여 기화 가스의 유량을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공급 장치는, 기화 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 기화 가스 압력 조정기, 베이스 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 베이스 가스 압력 조정기, 커버 가스의 유량을 조정하는 커버 가스 유량 조정 밸브를 구비하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 공급 장치는, 기화 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 기화 가스 압력 조정기, 베이스 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 베이스 가스 압력 조정기, 베이스 가스의 유량을 조정하는 베이스 가스 유량 조정 밸브를 구비하는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명의 공급 장치는, 액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함하는 액상 혼합물로된 용융 금속 처리제가 채워진 용기, 상기 용융 금속 처리에의 유량을 조정하는 처리제 유량 조정 밸브, 상기 용융 금속 처리제를 기화시켜 기화 가스를 얻는 기화기, 베이스 가스의 공급원인 베이스 가스 공급부, 상기 기화 가스 및 베이스 가스를 혼합하여 얻은 커버 가스의 플로로케톤 농도를 검출하는 농도 검출 수단, 이 농도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 처리제 유량 조정 밸브의 열리는 횟수를 조정하는 것에 의하여 상기 용융 금속 처리제의 유량을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치는, 액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함한 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제가 채워진 용기, 이 채워진 용기 내의 용융 금속 처리제의 탄산가스를 초임계 상태로 하는 초임계 가스화 수단, 베이스 가스의 공급원인 베이스 가스 공급부, 상기 용융 금속 처리제 및 베이스 가스를 혼합하여 커버 가스를 얻는 혼합기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 초임계 가스화 수단은, 상기 채워진 용기 내의 용융 금속 처리제를 가열하는 가열 수단인 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치는, 상기 채워진 용기로부터 나온 용융 금속 처리제의 압력을 조정하는 압력 조정기를 구비하고, 상기 초임계 가스화 수단이 용융 금속 처리제가 적어도 상기 압력 조정기에 도달하기까지 탄산 가스의 초임계 상태를 유지할 수 있게 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 용융 금속용 커버 가스의 공급 방법은, 액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함한 액상 혼합물로된 용융 금속 처리제를 기화시켜 얻은 기화 가스를 베이스 가스와 혼합하고, 얻어진 커버 가스의 플로로케톤 농도를 검출하고, 이 검출치에 기초하여 상기 기화 가스까지는 용융 금속 처리에의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 용융 금속용 커버 가스의 공급 방법은, 액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함한 액상 혼합물로된 용융 금속 처리제의 탄산 가스를 채워진 용기 내에서 초임계 상태로 한 후, 이 용융 금속 처리제를 상기 채워진 용기로부터 나온 베이스 가스와 혼합하고, 얻어진 커버 가스를 용융 금속에 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 용융 금속 처리제에 포함된 플로로케톤 농도는 0.1~20질량 %인 것이 바람직하다.
상기 채워진 용기 내의 용융 금속 처리제를 초임계 상태로 하기 위해서는, 온도를 31℃ 이상으로 하고, 압력을 7.38MPa이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기 플로로케톤으로는, 펜타플로로에틸-헵타플로로프로필케톤인 것이 바람직하다.
도 1은, 본 발명의 용융 금속 처리 방법의 일 실시 형태를 실시 가능한 처리 장치를 도시한 것이다.
도 1 중, 부호 1은 용융 금속 처리제가 충진된 내압 용기(채워진 용기)이고, 부호 2는 용융 금속 처리제를 기화시킨 증발기이며, 부호 3은 용융 금속 처리제의 유량을 검출하는 유량계이고, 부호 4는 대상물인 금속을 용융시키는 용해로이다.
내압 용기 1 내에는, 액체 상태의 용융 금속 처리제가 충진되어 있다.
이 용융 금속 처리제는, 액화 탄산 가스 중에 플로로케톤(flourinated ketone)이 용해된 액상 혼합물로 되어 있다.
플로로케톤은, 퍼플로로케톤, 수소화 플로로케톤, 및 그 혼합물로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
퍼플로로케톤으로는, 탄소수가 5~9인 것이 바람직하다.
퍼플로로케톤으로는, CF3CF2C(O)CF(CF3)2, (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)3C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)5C(O)CF3, CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2, 및 퍼플로로시클로 헥사논으로된 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 즉, 여기에서의 1종을 사용하여, 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
수소화 플로로케톤으로는, 탄소소가 4~7인 것이 바람직하다.
수소화 플로로케톤으로는, HCF2CF2C(O)CF(CF3)2, CF3C(O)CH2C(O)CF3, C2H5C(O)CF(CF3)2, CF2CF2C(O)CH3, (CF3)2CFC(O)CH3, CF3CF2C(O)CHF2, CF3CF2C(O)CH2F, CF3CF2C(O)CH2CF3, CF3CF2C(O)CH2CH3, CF3CF2C(O)CH2CHF2, CF3CF2C(O)CH2CH2F, CF3CF2C(O)CHFCH3, CF3CF2C(O)CHFCHF2, CF3CF2C(O)CHFCH2F, CF3CF2C(O)CF2CH3, CF3CF2C(O)CF2CHF2, CF3CF2C(O)CF2CH2F, (CF3)2CFC(O)CHF2, (CF3)2CFC(O)CH2F, CF3CF(CH2F)C(O)CHF2, CF3CF(CH2F)C(O)CH2F, 및 CF3CF(CH2F)C(O)CF3로 된 그룹에서 선택된 1종 이상이 바람직하다. 즉, 여기에서의 1종을 사용하여, 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
이들 가운데, 펜타플로로에틸-헵타플로로프로필 케톤, 즉 C3F7(CO)C2F5(예를 들어, CF3CF2C(O)CF(CF3)2, CF3CF2C(O)CF2CF2CF3)을 사용하는 것이 바람직하다.
플로로케톤의 분자량은, 250이상(바람직하게는 300이상)인 것이 바람직하다. 분자량이 이 범위에 있는 것을 사용하는 것에 의하여, 용융 금속 처리제 중의 플로로케톤이 액화 탄소가스에 대하여 균일하게 된다.
1 분자의 플로로케톤에 포함된 카르보닐 라디칼기의 수는, 1이 바람직하다.
플로로케톤의 농도는, 0.01~10 질량 %(바람직하게는 0.05~5 질량%)로 된다. 플로로케톤 농도를 이 범위로 하는 것으로 인하여, 용융 금속의 산화 및 증발을 확실하게 방지하고, 유해 물질의 발생을 제어하는 것이 가능하다.
플로로케톤의 농도가 상기 범위 미만이면, 플로로케톤 및 용융 금속(마그네슘 등)과의 반응 생성물로된 피막의 형성이 불충분하고, 용융 금속의 산화 및 증발이 발생하게 된다. 플로로케톤 농도가 상기 범위를 초과하면, COF2와 같은 유해 물질이 발생하기 쉽다.
또한 플로로케톤은, 통상, 상온에서 액체이다. 이 때문에, 탄산가스와 혼합시키기 위해서는 기화시킬 필요가 있다.
액화 탄산가스의 농도는 90~99.99질량 %(바람직하게는, 95~99.95 질량 %)인 것이 바람직하다.
용융 금속 처리제는, 액화 탄산가스 및 플로로케톤 이외에, 다른 성분을 포함할 수 있다.
상기 다른 성분으로는 산소(O2)를 말할 수 있다. 산소(O2)농도는 0.4~10mL/L(바람직하게는 0.6~10mL/L)인 것이 적당하다. 산소(O2)농도를 이 범위로 하는 것에 의하여, 유해 물질(예를 들어, 퍼플로로이소부틸렌(PFIB), COF2, HF등)의 생성을 억제하고, 용융 금속의 산화를 방지하는 것이 가능하다.
플로로케톤은, 플로로카본산 및 그리나드 시약의 반응에 의하여 합성하는 것이 가능하다.
또한, 내압 용기 1내에 충진된 액상의 용융 금속 처리제를 용기에 들어간 용융 금속 처리제로 부른다.
내압 용기 1에 있어서는, 액화 탄산가스의 저장을 위하여 사용되는 것이 가능하다.
일반적으로, 내압 용기 1에는, 밸브의 팩킹 등에 합성 수지 재료가 사용될 수 있다.
용융 금속 처리제를 내압 용기 1로부터 빼낼 때 용융 금속 처리제가 접촉하는 부재 중, 합성 수지로 된 부재(밸브의 팩킹 등)은, 적어도 표면이 네오프렌 고무, 부틸 고무, 불소 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 테플론(등록 상표), 나일론, 델린(등록 상표), 및 다이프론(등록 상표)로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기에서 테프론은 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(polytetrafluoroethylene resin)를 의미하고, 델린은 폴리옥시메틸렌 수지(polyoxymethylene resin)를 의미하며, 다이프론은 폴리클로로트리플루오로에틸렌 수지(polychlorotrifluoroethylene resine)를 의미한다.
여기에는 플로로케톤에 의하여 열화하기 어려운 재료이기 때문에, 이 재료를 사용하는 것에 의하여, 내압 용기 1의 밸브의 팩킹 등이 플로로케톤에 의하여 열화하는 것이 방지되고, 공급 유량을 정확하게 정하는 것이 가능하다. 한편, 이러한 재료는 내압 용기 1의 밸브뿐만 아니라, 용융 금속 처리제를 용해로까지 공급하는 계통을 위한 부재로도 사용하는 것이 가능하다.
용융 금속 처리제를 내압 용기 1내에 충진하기 위해서는, 플로로케톤을 내압 용기 1내에 공급하고, 다음으로 액화 탄산가스를 내압 용기 1내에 공급하는 것이 바람직하다.
비교적 다량으로 사용된 액화 탄산가스를, 플로로케톤 뒤에 공급하는 것에 의하여, 액화 탄산가스 공급 시기에 액화 탄산가스 및 플로로케톤을 충분히 혼합하여 균질화하는 것이 가능하다.
다음으로, 상기 장치를 사용하여 용융 금속을 처리하는 방법을 설명한다.
마그네슘, 마그네슘 합금 등의 금속을 용해로 4내에 도입하고, 가열하여 용융시킨다. 용해로 4내의 온도는 600~800℃로 하는 것이 가능하다.
내압 용기 1내의 용융 금속 처리제를 액상으로 배출하고, 증발구 2에 도입하여 기화시킨다.
얻어진 가스 상태의 용융 금속 처리제를, 유량계 3를 통하여 용해로 4에 공급한다. 용융 금속 처리제는, 용해로 4 내에 채워지고, 용융 금속의 표면에 접촉하는 대기 가스(커버 가스)로 된다.
용융 금속 처리제 중의 플로로케톤은, 용융된 마그네슘 등과 반응하고, MgF2등으로 된 피막을 용융 금속 표면에 형성한다. 이 피막에 의하여, 용융 금속의 산화(연소) 및 증발을 방지하는 것이 가능하다.
용융 금속은, 주조된 금속 형성품으로 하는 것이 가능하다.
상기 용융 금속 처리제는, 액화 탄산가스 중에 0.01~10질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로 이루어진다.
플로로케톤은 온난화 효과가 적고, 대기 중에서 분해되는 물질이므로, 환경에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 앞에서 혼합된 플로로케톤 및 액화 탄산가스를 사용하기 때문에, 다른 계통에서 공급된 플로로케톤 및 액화 탄산가스가 사용 전에 혼합하는 경우에 비교하여, 플로로케톤 및 액화 탄산가스의 혼합비를 확실하게 일정하게 하는 것이 가능하다. 그러므로, 용해로 4에 공급된 용융 금속 처리제의 플로로케톤 농도를 정확하게 결정하는 것이 가능하다. 따라서, 용융 금속의 산화 및 증발을 확실하게 방지하고, 유해 물질(COF2등)의 발생을 억제하는 것이 가능하다. 또한 낮은 비용이 드는 것도 가능하다.
이와 반대로, 플로로케톤 및 액화 탄산가스를 별개의 계통으로 공급하고, 이를 사용하기 전에 혼합하는 방법을 사용하는 경우에는, 플로로케톤의 공급량이 미량이기 때문에, 그 유량 조절에 엄격한 관리가 필요하고, 정밀한 펌프의 설비 비용이 크게 증가하게 된다.
상기 용융 금속 처리제는, 소량의 플로로케톤 및 다량의 액화 탄산가스가 혼합되어 있어, 내압 용기 1로부터 누출된 경우에도 누출 가스 중의 플로로케톤 농도를 허용 농도 이하로 하는 것이 가능하고, 안전성의 면에서 유리하다. 또한, 취급이 용이한 점이 좋다.
이와 반대로, 또한 플로로케톤 및 액화 탄산가스를 별개의 계통으로 공급하는 경우에는, 고농도의 플로로케톤을 사용하기 위해서, 안전성 확보를 위한 설비가 필요하고, 취급에 있어서 불리하다.
도 2는, 본 발명의 용융 금속 처리 방법의 다른 실시 형태를 실현 가능한 처리 장치를 도시한다.
여기에서 도시한 처리 장치는, 증발기 2가 설치되지 않고, 공급 배관에 분무 노즐 5(분무 수단)이 설치되어 있는 점에서 도 1에 도시된 처리 장치와 다르다.
이하, 이 장치를 사용하여 용융 금속을 처리하는 방법을 설명한다.
내압 용기 1내의 용융 금속 처리제를, 분부 노즐 5에서 안개 상태로 용해로 4내에 공급한다. 이때, 액화 탄산가스는 기화되고, 안개 상태의 플로로케톤의 흐름의 가속시킨 분무용 추진제로서 기능하기 위해서, 안개 상태의 플로로케톤을 용해로 4에 효율 좋게 공급하는 것이 가능하다.
안개 상태의 플로로케톤은 기화하고, 이 플로로케톤 및 탄산가스의 혼합 가스는 용해로 4내의 대기 가스(커버 가스)이다.
이 처리 방법에 따라, 용융 금속 처리제를 분무 노즐 5로 안개 상태로 하고 용해로 4에 공급하기 위하여, 용융 금속 처리제가 용이하게 기화한다.
그러므로, 용융 금속 처리제의 기화에 필요한 열 에너지를 억제하고, 플로로케톤 농도에 있어서는 증발기를 필요로 하지 않을 수 있다.
도 3은, 본 발명의 커버 가스 공급 장치의 일 예를 도시한다.
도면 중, 부호 11은 용융 금속 처리제(이하, 간단히 처리제라 한다)가 채워진 내압 용기인 채워진 용기이다. 부호 12는 상기 처리제를 기화시킨 기화 가스를 얻는 기화기이다. 부호 13은 기화 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 기화 가스 압력 조정기이다. 부호 14는 기화 가스의 유량을 조정하는 기화 가스 유량 조정 밸브이다. 부호 15는 베이스 가스의 공급원인 베이스 가스 공급부이다. 부호 16은 베이스 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 베이스 압력 조정기이다. 부호 17은 상기 기화 가스 및 베이스 가스를 혼합한 커버 가스를 얻는 혼합기이다. 부호 18은 혼합기 17에서 얻어진 커버 가스의 플로로케톤 농도를 검출하는 농도계(농도 검출 수단)이다. 부호 19는 커버 가스의 유량을 검출하는 커버 가스 유량계이다. 부호 20은 커버 가스의 유량을 조정하는 커버 가스 유량 조정 밸브이다. 도 21은 농도계 18의 검출치에 기초하여 상기 기화 가스의 유량을 제어하는 제어부이다. 부호 22는 용융 금속이 수용된 용해로이다.
채워진 용기 11내에는, 액상의 용융 금속 처리제가 채워진다. 이 처리제는, 액화 탄산가스 중에 플로로케톤이 혼합된 액상 혼합물로 된다. 플로로케톤으로는, 상술한 것을 사용할 수 있다.
채워진 용기 11내의 처리제의 플로로케톤 농도는 0.1~10 질량 %(바람직하게는 0.4~8 질량 %)인 것이 바람직하다.
플로로케톤 농도를 이 범위로 하는 것에 의하여, 채워진 용기 11내의 기상부분에서 플로로케톤 농도를 충분히 높게 하는 것이 가능하다.
그러므로, 채워진 용기 11내의 액상의 처리제의 거의 전량이 배출된(이하, 액정이라한다) 후에 있어서 기화 가스의 플로로케톤 농도를 충분히 높이고, 커버 가스의 용융 금속 보호 효과(용융 금속의 산화 및 증발을 방지하는 효과)가 부족한 것을 방지할 수 있다. 또한, 유해 물질의 발생을 억제하는 것이 가능하다.
예를 들어, 처리제의 플로로케톤 농도를 0.1 질량 % 이상으로 하는 것에 의하여, 액절 후의 커버 가스의 플로로케톤 농도를 50ppm이상으로 하는 것이 가능하다. 또한 처리제의 플로로케톤 농도를 0.4질량 %이상으로 하는 것에 의하여, 액절 후의 커버 가스의 플로로케톤 농도를 100ppm이상으로 하는 것이 가능하다. 한편, ppm은 용량 기준(μl/l)이다.
플로로케톤 농도가 상기 범위 미만이면, 액절 후에 커버 가스의 플로로케톤 농도가 낮고 용융 금속 보호 효과가 불충분하게 될 수 있다.
플로로케톤 농도는, 높은 용기 11의 교환 빈도를 낮출 수 있는 이점이 있으나, 상기 범위를 초과한다면, 액화 탄산가스 및 플로로케톤이 배관 등에서 분리하기 쉬워지고, 기화기 12에 도입된 처리제가 불균일하여 커버 가스의 플로로케톤 농도가 변동되기 쉬워진다. 또한, COF2와 같은 유해 물질이 발생하기 쉬워진다.
액화 탄산가스의 농도는 90~99.99질량 %(바람직하게는 95~99.95질량%)인 것이 바람직하다.
처리제는 액화 탄산가스 및 플로로케톤 이외에, 다른 성분을 혼합할 수 있다. 상기 다른 성분으로는, 산소(O2)를 들 수 있다. 산소(O2)농도는 0.4~10mL/L(바람직하게는 0.6~10mL/L)인 것이 바람직하다.
산소(O2)농도를 이 범위로 하는 것에 의하여, 유해 물질(예를 들어 퍼플로로이소부틸렌(PFIB), COF2, HF등)의 생성을 억제하고, 용융 금속의 산화를 방지하는 것이 가능하다.
플로로케톤은, 클로로카본산 및 그리나드 시약의 반응에 의하여 합성할 수 있다.
다음으로, 상기 장치를 사용하여 용해로 22에 커버 가스를 공급하는 방법을 설명한다.
마그네슘, 마그네슘 합금 등의 금속을 용해로 22내에 넣고, 가열하여 용해시킨다. 용해로 22내의 온도는 600~800℃로 하는 것이 가능하다.
채워진 용기 11내의 처리제를, 채워진 용기 11의 바닥부 근처에 도달하는 도출관을 이용하고, 경로 L1을 통과하여 배출한다.
채워진 용기 11내의 처리제에 포함된 플로로케톤은 탄산가스에 비하여 끓는점이 높기 때문에, 용기 11내의 기상부에는, 액상부에 비하여 플로로케톤의 비율이 낮다. 따라서, 처리제를 채워진 용기 111로부터 빼낸 때에는, 채워진 용기 11내의 액상부를 도출할 필요가 있다.
이 처리제를 기화구 12에 도입하여 기화시키고, 기화 가스를 얻는다.
한편, 본 명세서에서는, 채워진 용기11로부터 배출된 처리제가 액상인지 아닌지에 관계없이, 기화구 12를 통과한 가스를 기화 가스라고 부른다.
이 기화 가스를 압력 조정구 13에서 거의 일정한 압력으로 조정한 후, 유량 조정 밸브 14를 통과한 혼합기 17에 도입한다.
동시에, 베이스 가스 공급부 15로부터의 베이스 가스를, 압력 조정기 16에서 거의 일정한 압력으로 조정한 후, 경로 L2를 통과하여 혼합기 17에 도입한다.
베이스 가스에 있어서는, 반응성이 낮고, 공기에 비하여 비중이 큰 것이 바람직하다. 비중이 큰 것이 바람직한 것은, 비중이 작으면, 용해로 22내에서 만들어진 상승기류에 의하여 커버 가스가 흐르고, 용융 금속을 보호하는 작용이 저하되기 때문이다.
베이스 가스에 있어서는, 탄산가스, 아르곤가스의 1종 이상이 적당하다. 또한 베이스 가스에 있어서는, 공기 또는 질소를 사용하는 것이 가능하다.
혼합기 17로는, 스타틱 믹서를 사용하는 것이 좋고, 기화 가스용 배관 및 베이스 가스용 배관을 연결하는 간단한 가지관을 사용하는 것이 좋다.
혼합기 17에서 베이스 가스 및 기화 가스가 혼합되어 얻어진 혼합 가스는, 농도계 18, 유량계19, 유량 조정 밸브 20를 지나고, 용융 금속의 표면을 덮는 커버 가스로, 경로 L3을 통과하여 용해로 22에 공급된다.
충분한 용융 금속 보호 효과를 얻는데에는, 커버 가스의 플로로케톤 농도는 50ppm이상(바람직하게는 100ppm이상)인 것이 적당하다.
커버 가스의 플로로케톤 농도는, 1000ppm이하(바람직하게는 500ppm이하)가 적당하다. 플로로케톤 농도를 이 범위로 하는 것에 의하여 유해 물질(COF2등)의 발생을 억제할 수 있다.
용해로 22에 공급된 커버 가스의 유량은, 유량 조정부 20를 사용하여 소정의 값으로 설정하는 것이 가능하다.
채워진 용기 11내의 처리제의 잔류량이 감소하고, 이에 따라 용기 11내의 기상부 용적이 커지기 때문에, 용기 11내의 처리제의 기화량은 증가한다. 이 기화량 증가의 과정에는, 플로로케톤에 비하여 증기압이 현저히 높은 액화 탄산가스가 우선적으로 기화하기 위하여, 용기 11내의 기상부에 있어서는 탄산가스 농도가 서서히 상승하고, 액상부에 있어서는 플로로케톤 농도가 서서히 상승한다. 그러므로, 기화 가스의 플로로케톤 농도는 서서히 상승한다.
도 4는, 기화 가스를 10리터/분으로 공급한 때의 플로로케톤 농도의 변화의 일 예를 도시한다. 여기에서 도시한 예에서는, 기화 가스 중의 플로로케톤 농도는, 사용 개시시에는 약 250ppm에서 시작하여 서서히 상승하여 약 330ppm에 달한다.
상술한 것처럼, 용기 11내의 기상부에 존재하는 가스는 플로로케톤 농도가 낮기 대문에, 기화 가스의 플로로케톤 농도는 부호 A로 도시한 액절 후에, 약 50ppm까지 낮아진다.
액절 후에는, 채워진 용기 11내의 압력이 서서히 감소하기 때문에, 이 압력에 의하여 채워진 용기 11내의 가스 잔류량을 추정할 수 있다.
이 공급 방법에서는, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 농도계 18에서 검출되고, 검출치에 기초하여 제어부 21에 의한 유량 조정 밸브 14의 열리는 횟수가 조정되는 것으로, 기화 가스의 유량이 제어된다.
혼합기 17에 도입된 기화 가스의 플로로케톤 농도가 상승된 경우에는, 상승 폭에 대응하여 유량 조정 밸브 14의 열리는 횟수가 작아져 기화 가스의 유량이 감소하고, 단위 시간에 따라 혼합기 17에 도입된 플로로케톤 량은 거의 일정하다.
커버 가스의 유량 조정 밸브 20에 있어서는, 용해로 22에 도입된 커버 가스 공급 유량은 거의 일정하게 되기 위하여, 기화 가스의 유량이 감소하고, 경로 L2로부터 혼합기 17에 도입된 베이스 가스 유량이 증가한다.
한편, 혼합기 17에 도입된 기화 가스의 플로로케톤 농도가 낮아진 경우에는, 낮아진 것에 대응하여 유량 조정 밸브 14의 열리는 횟수가 커져 기화 가스의 유량이 증가하고, 경로 L2로부터 혼합기 17에 도입된 베이스 가스 유량이 감소한다.
그러므로, 용해로 22에 공급된 커버 가스의 플로로케톤 농도를 거의 일정하게 하는 것이 가능하고, 안정한 용융 금속 보호 효과를 얻는 것이 가능하다.
채워진 용기 11내의 처리제가 액절된 후에는, 채워진 용기 11내의 가스가 경로 L1을 통하여 도출된다.
상술한 것과 같이, 채워진 용기 11내의 처리제의 플로로케톤 농도가 상술의 범위(0.1~10질량 %)로 되기 때문에, 기상부의 플로로케톤 농도는 충분히 높다.
그러므로, 액절한 때에는 기화 가스의 플로로케톤 농도가 큰 폭으로 낮아짐에도 불구하고, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 부족한 것을 방지하는 것이 가능하다.
용해로 22에 공급된 커버 가스 중의 플로로케톤은, 용융 금속(마그네슘등)과 반응하고, MgF2등으로 된 피막을 용융 금속 표면에 형성한다. 이 피막에 의하여, 용융 금속의 산화(연소) 및 증발을 방지하는 것이 가능하다.
용융 금속은, 주조에 의한 금속 형성품인 것이 가능하다.
상기 커버 가스의 공급 장치는 다음의 효과를 준다.
(1) 커버 가스의 플로로케톤 농도의 검출치에 기초하여 기화 가스의 유량을 제어하는 것으로, 용해로 22에 공급된 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 제어하는 것이 가능하다.
따라서, 커버 가스 공급 과정에서 플로로케톤 농도가 서서히 상승하는 경우, 액화 탄산가스를 용제로하여 포함한 액상 처리제를 사용한 경우의 문제점을 해결하고, 안정된 용융 금속 보호 효과를 얻는 것이 가능하다.
(2) 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 억제하는 것이 가능하기 때문에, 플로로케톤 사용량을 억제하는 것이 가능하고, 비용면에서 유리하다.
(3) 제어 대상이 기화 가스의 유량인 경우, 베이스 가스의 유량 제어가 불필요하다. 그러므로, 장치 구성을 간략화하는 것이 가능하고, 설비 비용을 줄이는 것이 가능하다.
이와 반대로, 기화 가스 및 베이스 가스의 쌍방의 유량을 제어하는 경우에는, 기화 가스 및 베이스 가스의 합계 유량을 일정하게 하는 목적의 계산 기능이 제어부에 필요하기 때문에 설비 비용의 면에서 불리하다.
(4) 처리제의 플로로케톤의 농도를 0.1~10질량 %(바람직하게는 0.4~8질량 %)로 하는 것에 의하여, 채워진 용기 11 내의 기상부에 있는 플로로케톤 농도를 충분히 높게 하는 것이 가능하다.
그러므로, 액절 후의 기화 가스의 플로로케톤 농도를 충분히 높게 하는 것이 가능하고, 커버 가스의 용융 금속 보호 효과가 부족한 것을 방지할 수 있다.
또한, 액절 후 채워진 용기 11내의 기상부의 플로로케톤을 낭비없이 이용하는 것이 가능하기 때문에, 비용면에서 유리하다.
(5) 커버 가스의 플로로케톤 농도는 커버 가스의 유량에 관계없이 기화 가스의 유량에 대한 값이다. 그러므로, 기화 가스 압력 조정기 13 및, 베이스 가스 압력 조정기 16, 커버 가스 유량 조정 밸브 20를 구비한 구성에 따라, 커버 가스 공급 유량을 유량 조정 밸브 20에서 소정의 값으로 설정한 것에 의하여, 기화 가스 유량이 증감되고, 이 유량 변동을 없애는 것에 의하여 베이스 가스의 유량이 변동된다.
따라서, 용해로 22로의 커버 가스 공급 유량에 관계없이, 용해로 22에 공급된 커버 가스의 플로로케톤 농도를 거의 일정하게 하는 것이 가능하다.
(6) 처리제의 플로로케톤 농도를 상기 범위로 하는 것에 의하여, 액절 후의 기화 가스의 플로로케톤 농도를 충분히 높이는 것이 가능하기 때문에, 액절 후에도 커버 가스의 공급을 계속하는 것이 가능하다.
액절 후에는, 채워진 용기 11내의 압력이 서서히 감소하기 때문에, 이 압력을 경로 L1에 설치된 압력 검출 수단(도시하지 않음)에 의하여 검출하는 것에 의하여, 채워진 용기 11내의 가스 잔류량을 추정할 수 있다. 그러므로, 용기 11의 교환 시기의 설정이 용이하다.
(7) 플로로케톤은, 분해 가능하고, 온난화 효과가 낮기 때문에 환경 보전의 관점에서 적당하다. 또한, 탄산가스는, 온난화 효과가 낮아 환경 안전성이 우수하고 반응성이 낮기 때문에 용융 금속에 나쁜 영향을 미치지 않는다.
본 발명에서는, 액상의 처리제의 유량을 제어 대상으로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 채워진 용기 11 및 기화기 12에 관하여, 상기 액상의 처리제용의 처리제 유량 조정 밸브(도시하지 않음)를 설치한 구성이 가능하다.
이 장치를 사용하는 경우에는, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 농도계 18에서 검출되고, 검출치에 기초하여 제어부 21에 의한 처리체 유량 조정 밸브의 열리는 횟수가 조정되는 것에 의하여, 처리제의 유량이 제어되고, 단위시간에 따라 혼합기 17에 도입되는 플로로케톤 양이 거의 일정하다.
이 장치에서는, 상술한 벙법과 동일하게, 용해로 22에 공급되는 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 방지하는 것이 가능하다.
도 5는, 본 발명의 공급 장치의 다른 예를 도시한다.
이 공급 장치는, 커버 가스의 유량계 19 및 유량 조정 밸브 20를 구비하지 않음에도 불구하고, 경로 L2에서, 베이스 가스 유량계 23 및 베이스 가스 유량 조정 밸브 24를 구비하고 있는 점에 있어서, 도 3에 도시한 공급 장치와 다르다.
이 장치에서는, 베이스 가스의 유량을 유량 조정 밸브 24를 사용하여 소정의 값으로 설정하는 것이 가능하다.
이 장치를 사용하는 경우에는, 상술한 방법과 동일하게, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 농도계 18에서 검출되고, 검출치에 기초하여 제어부 21에 의한 유량 조정 밸브 14의 열리는 횟수가 조정되는 것에 의하여, 기화 가스의 유량이 제어되고, 단위시간당 혼합기 17에 도입된 플로로케톤 양이 거의 일정하다.
이 장치에서는, 유량 조정부 24에 의하여 베이스 가스 유량이 거의 일정하게 유지되기 때문에, 기화 가스의 플로로케톤 농도가 충분히 높은 경우(예를 들어 0.1~10질량%)에는, 용해로 22에 공급된 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 방지하는 것이 가능하다.
도 6은, 본 발명의 공급 장치의 다른 예를 도시한 것이다.
이하의 설명에서는, 도 3 및 도 5에 도시한 공급 장치와 공통된 부재에 있어서는, 동일 부호를 사용하여 그 설명을 간략화하고 생략한다.
이 공급 장치는, 채워진 용기 11, 채워진 용기 11내의 처리제를 가열하는 가열 수단 25(초임계 가스화 수단), 기화기 12, 압력 조정기 13, 유량 조정 밸브 14, 기화 가스의 유량을 측정하는 유량계 26, 베이스 가스 공급부 15, 베이스 가스 유량계 23, 및 베이스 가스 유량 조정 밸브 24를 구비하고 있다.
이 공급 장치는 가열 수단 25을 구비하고 있는 것이 특징이다.
가열 수단 25은 채워진 용기 11 내의 처리제의 탄산가스를 초임계 상태로 하기 위한 것이다. 가열 수단 25에 있어서는, 전기식, 온풍식, 핫바스식의 모터를 사용할 수 있다.
채워진 용기 11 내의 처리제에 포함된 플로로케톤 농도는 0.1~20질량 %(바람직하게는 0.4~8질량 %)로 하는 것이 바람직하다.
플로로케톤 농도를 이 범위로 하는 것에 의하여, 커버 가스의 용융 금속 보호 효과가 부족한 것을 방지할 수 있다. 또한 유해 물질의 발생을 억제하는 것이 가능하다.
플로로케톤 농도가 상기 범위 미만이라면, 액절 후의 커버 가스의 플로로케톤 농도가 낮고 용융 금속 보호 효과가 불충분하게 된다.
플로로케톤 농도가 상기 범위를 초과한다면, 처리제가 불균일하여 커버 가스의 플로로케톤 농도가 변동한다. 또한, COF2와 같은 유해 물질이 발생하기 쉽다.
가열 수단 25을 사용한 채워진 용기 11 내의 처리제를 가열하는 것에 의하여, 처리제의 탄산가스를 초임계 상태로 한다. 이에 의하여 탄산가스는 초임계 가스(초임계 유체)로 된다.
처리제의 탄산가스를 초임계 상태로 한 경우에는, 채워진 용기 11 내의 온도를 31℃이상으로 하고, 압력을 7.38MPa이상으로 하는 것이 바람직하다.
처리제의 탄산가스를 초임계 상태로 하는 것에 의하여, 채워진 용기 11내의 처리제는 각 성분이 균일하게 혼합된 상태이고, 플로로케톤 농도가 균일하다. 그러므로, 공급 과정에서 기화 가스의 플로로케톤 농도가 서서히 상승하지 않는다.
가열 수단 25에는, 채워진 용기 11로부터 나온 처리제가 적어도 압력 조정기 13에 도달하기까지 탄산 가스의 초임계 상태를 유지하도록, 온도 및 압력을 충분히 높게 하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 처리제를 균일한 상태로 압력 조정기 13에 공급할 수 있고, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 변동하는 것을 방지할 수 있다.
초임계 상태로 된 탄산가스를 포함하는 처리제를 채워진 용기 11로부터 빼내고, 기화기 12, 압력 조정기 13, 유량 조정 밸브 14를 통과하여 거의 일정한 유량으로 혼합기 17에 도입하고, 경로 L2에 의한 베이스 가스를 거의 일정한 유량으로 혼합기 17에 도입한다.
혼합기 17에 베이스 가스 및 기화 가스가 혼합되어 얻어진 혼합 가스는, 커버 가스이고, 경로 L3를 통하여 용해로 22에 공급된다.
이 공급 장치에서는, 처리제를 초임계 상태로 하는 가열 수단 25을 구비하기 때문에, 채워진 용기 11내의 처리제의 플로로케톤 농도를 균일하게 하는 것이 가능하다.
그러므로, 공급 과정에서 기화 가스의 플로로케톤 농도가 서서히 상승하는 경우가 없고, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 변동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 채워진 용기 11 내의 처리제의 플로로케톤 농도가 균일화되기 때문에, 액절 후에 플로로케톤 농도 저하가 일어나지 않는다. 그러므로, 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 방지할 수 있다.
그리고, 제어 기구를 사용할 필요가 없기 때문에 장치에 필요한 비용을 낮출 수 있다.
게다가, 본 발명에서는, 처리제는 기화시킨 후에 공급되는 것이 좋고, 액상으로 용해로 22에 공급하는 것이 좋다.
(실시예1)
내용적 10L의 내압 용기 1에, 13g의 펜타플로로에틸-헵타플로로프로필 케톤(C3F7(CO)C2F5)를 공급하고, 다음으로 6kg의 액화 탄산가스를, 용기 내압이 6kPa되도록 충진하였다.
내압 용기 1내의 용융 금속 처리제를 유량 9g/분으로 도출하고, 기화된 C3F7(CO)C2F5농도를 적외식 플론 농도계에서 시간 경과에 따라 측정하였다.
측정 결과를 도 7에 도시한다.
도 7에 기초하여, 플로로케톤 농도를 거의 일정하게 유지하는 것이 가능한 것이 확인되었다.
(실시예 2)
실시예 1에서 얻어진 용융 금속 처리제를 유량 9g/분으로 내압 용기 1로부터 도출하고, 기화시키며, 강철 도가니(내경 125mm, 높이 245mm, 두께 5mm) 내의 용융 마그네슘 3kg(680℃)에 3시간 접촉시켰다.
이 결과, 용융 마그네슘 표면에 피막이 형성된 것, 및 용융 마그네슘이 연소되지 않는 것이 확인되었다.
비교하기 위하여, 용융 금속 처리제의 공급을 중지한 후, 동일한 유량을 건조공기를 공급하면, 용융 마그네슘 표면이 발화되는 것이 확인되었다.
(실시예 3)
표 1에 도시한 재료로부터 만들어진 O-링 모양 시험편을, 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 용융 금속 처리제에 담그고, 담그기 전후의 변화를 조사하였다.
또한, 경도, 중량, 체적의 변화는, (시험 후 값-시험 전 값)/시험 전 값*100으로 산출하였다.
표 1
Figure 112005046604661-pct00001
(실시예 4)
도 3에 도시한 공급 장치를 사용하여, 용해로 22에 커버 가스를 공급하였다.
내용적 10L의 채워진 용기 11내에, 펜타플로로에틸-헵타플로로프로필 케톤 510g, 7kg의 액화 탄산가스를 압력 6MPa에서 채워 처리제로써 사용하였다. 베이스 가스로써는 탄산가스를 사용하였다.
커버 가스 공급 시에는, 커버 가스의 플로로케톤 농도를 농도계 18에서 검출하고, 검출치에 기초하여 제어부 21에 의하여 유량 조정 밸브 14를 조정하고, 단위 시간당 혼합기 17에 도입되는 플로로케톤 양이 거의 일정하도록 기화 가스의 유량을 제어하였다. 또한, 기화 가스는 10L/분으로 공급하였다.
도 8은, 기화 가스 및 커버 가스의 플로로케톤 농도의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 기화 가스의 플로로케톤 농도가 서서히 상승한 때에, 커버 가스의 플로로케톤 농도는 거의 일정하였다.
액절 후 (부호 A)에는, 기화 가스의 플로로케톤 농도는 급격히 저하됨에도 불구하고, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 큰 폭으로 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
(실시예 5)
도 9는, 채워진 용기 11 내의 처리제의 플로로케톤 농도(플로로케톤이 채워진 농도)(가로축), 액절 후의 기화 가스의 플로로케톤 농도(세로축)과의 관계를 도시한 그래프이다.
이 도면에 기초하여, 플로로케톤의 채워진 농도를 0.1질량 %이상으로 하는 것에 의하여, 액절 후의 기화 가스의 플로로케톤 농도를 50ppm이상으로 하는 것이 가능하다고 인정된다.
(실시예 6)
도 6에 도시한 공급 장치를 사용하여, 용해로 22에 커버 가스를 공급하였다.
내용적 10L의 채워진 용기 11내에, 펜타플로로에틸-헵타플로로프로필 케톤 510g, 7kg의 액화 탄산가스를 압력 6MPa로 가득 채워 처리제로 사용하였다.
가열 수단 25을 사용하여, 채워진 용기 11내의 처리제를 35℃로 가열하였다. 채워진 용기 11내의 압력은 8MPa로 하였다.
이 처리제를 채워진 용기 11로부터 빼내고, 기화기 12를 통과한 기화 가스를 거의 일정한 유량으로 혼합기 17에 공급하는 것으로, 베이스 가스(탄산가스)를 거의 일정한 유량으로 혼합기 17에 공급하고, 이것을 혼합하였다. 또한 기화 가스는 10L/분으로 공급하였다.
도 10은, 기화 가스 및 커버 가스의 플로로케톤 농도의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다. 이 도면에 도시한 것에 의하여, 기화 가스 및 커버 가스의 플로로케톤 농도는 거의 일정하였다.
도 1은, 본 발명의 용융 금속 처리 방법의 일 실시 태양을 실시 가능한 처리 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 용융 금속 처리 방법의 다른 실시 태양을 실시 가능한 처리 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 커버 가스 공급 장치의 일 예를 도시한 개략 구성도이다.
도 4는, 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 커버 가스 공급 장치의 다른 예를 도시한 개략 구성도이다.
도 6은, 본 발명의 커버 가스 공급 장치로 된 다른 예를 도시한 개략 구성도 이다.
도 7은, 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은, 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는, 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은, 시험 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다음에 나타낸 효과를 가진다.
(1) 본 발명의 용융 금속 처리제는, 액화 탄산가스 중에 0.01~10질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로 되어 있다.
플로로케톤은 온난화 효과가 낮고, 대기 중에서 분해되는 물질이므로, 환경에 나쁜 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
(2) 본 발명의 용융 금속 처리 방법에서는, 미리 준비되어 혼합된 플로로케톤 액화 탄산가스를 사용하여, 별개의 계통으로 공급된 플로로케톤 및 액화 탄산가스를 사용 직전에 혼합하는 경우에 비교하여, 플로로케톤 및 액화 탄산가스의 혼합비를 확실히 일정하게 하는 것이 가능하다.
그러므로, 용융 금속 처리제의 플로로케톤 농도를 적당하게 정하는 것이 가능하다. 따라서, 용융 금속의 산화 및 증발을 확실히 방지하고, 유해 물질(COF2등)의 발생을 억제하는 것이 가능하다. 또한 비용 감소가 가능하다.
(3) 본 발명의 용융 금속 처리제에서는, 소량의 플로로케톤 및 다량의 액화 탄산가스가 혼합되어 있기 때문에, 이것이 누출된 경우에도 누출 가스 중의 플로로케톤 농도를 허용 농도 이하로 하는 것이 가능하고, 안전성의 점에서 유리하다. 도한 취급이 용이하다.
(4) 본 발명의 커버 가스 공급 장치는, 커버 가스의 플로로케톤 농도의 검출치에 기초하여 기화 가스의 유량을 제어하도록, 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 억제하는 것이 가능하다.
그러므로, 커버 가스 공급 과정에서 플로로케톤 농도가 서서히 상승하는 것에 의하여, 액화 탄산가스를 용제로 포함하는 액상 처리제를 사용하는 경우의 문제점을 해결하고, 안정한 용용 금속 보호 효과를 얻는 것이 가능하다.
(5) 본 발명의 커버 가스 공급 장치는, 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 억제하는 것이 가능하기 때문에, 플로로케톤 사용량을 억제하는 것이 가능하고, 비용 면에서 유리하다.
(6) 본 발명의 커버 가스 공급 장치는, 제어 대상이 기화 가스의 유량이기 때문에, 베이스 가스의 유량 제어가 불필요하다. 그러므로, 장치 구성을 간략화하는 것이 가능하고, 설비 비용을 내리는 것이 가능하다.
(7) 본 발명에서는, 처리제의 플로로케톤의 농도를 0.1~10 질량 %(바람직하게는, 0.4~8질량 %)로하기 때문에, 채워진 용기 내의 기상부에서 플로로케톤 농도를 충분히 높게 하는 것이 가능하다.
그러므로, 액절된 후의 기화 가스의 플로로케톤 농도를 충분히 높게 하는 것 이 가능하고, 커버 가스의 용융 금속 보호 효과가 부족한 것을 방지할 수 있다.
또한 액절된 후에도 채워진 용기 내의 기상부의 플로로케톤을 낭비없이 이용하는 것이 가능하기 때문에, 비용면에서 유리하다.
(8) 커버 가스의 플로로케톤 농도는, 커버 가스의 유량에 관계없이, 기화 가스의 유량에 대한 값으로 한다.
본 발명의 커버 가스 공급 장치는, 기화 가스 압력 조정기, 베이스 가스 압력 조정기, 커버 가스 유량 조정 밸브를 구비하는 구성이고, 커버 가스 공급 유량을 소정의 값으로 설정할 때 기화 가스 유량이 증감한다면, 이 유량 변동을 없애기 위하여 베이스 가스 유량을 증감한다.
(9) 본 발명의 커버 가스 공급 장치에서는, 채워진 용기 내의 용융 금속 처리제의 탄산 가스을 초임계 상태로 하는 초임계 가스화 수단을 사용하기 때문에, 채워진 용기 내의 처리제의 플로로케톤 농도를 균일하게 하는 것이 가능하다.
그러므로, 공급 과정에서 기화 가스의 플로로케톤 농도가 서서히 상승하지 않고, 커버 가스의 플로로케톤 농도가 변동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 채워진 용기 내의 처리제의 플로로케톤 농도가 균일화되기 때문에, 액절 후의 플로로케톤 농도 저하가 일어나지 않는다. 그러므로, 커버 가스의 플로로케톤 농도의 변동을 방지하는 것이 가능하다. 게다가, 제어 기구를 사용하는 것이 필요 없어, 장치에 요구되는 비용이 감소한다.

Claims (21)

  1. 용융 금속의 표면에 접촉하는 커버 가스로 사용되는 용융 금속 처리제에 있어서, 액화 탄산가스 중에 0.01~10 질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로 된 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로로케톤은, 퍼플로로케톤, 수소화 플로로케톤, 및 그 혼합물로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리제.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플로로케톤이 퍼플로로케톤인 경우, 상기 퍼플로로케톤은 CF3CF2C(O)CF(CF3)2, (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)3C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)5C(O)CF3, CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2, 및 퍼플로로시클로 헥사논으로 된 그룹에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리제.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 플로로케톤이 수소화 플로로케톤인 경우, 상기 수소화 플로로케톤은 HCF2CF2C(O)CF(CF3)2, CF3C(O)CH2C(O)CF3, C2H5C(O)CF(CF3)2, CF2CF2C(O)CH3, (CF3)2CFC(O)CH3, CF3CF2C(O)CHF2, CF3CF2C(O)CH2F, CF3CF2C(O)CH2CF3, CF3CF2C(O)CH2CH3, CF3CF2C(O)CH2CHF2, CF3CF2C(O)CH2CH2F, CF3CF2C(O)CHFCH3, CF3CF2C(O)CHFCHF2, CF3CF2C(O)CHFCH2F, CF3CF2C(O)CF2CH3, CF3CF2C(O)CF2CHF2, CF3CF2C(O)CF2CH2F, (CF3)2CFC(O)CHF2, (CF3)2CFC(O)CH2F, CF3CF(CH2F)C(O)CHF2, CF3CF(CH2F)C(O)CH2F, 및 CF3CF(CH2F)C(O)CF3로 된 그룹에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리제.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로로케톤은 C3F7(CO)C2F5인 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리제.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
    용기 내에 액체 상태로 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리제.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 용기는, 용융 금속 처리제가 접촉하는 부재 가운데, 합성 수지로 된 부재의 적어도 표면이, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 플로로고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(polytetrafluoroethylene resin), 나일론, 폴리옥시메틸렌 수지(polyoxymethylene resin), 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌 수지(polychlorotrifluoroethylene resine)로 된 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리제.
  8. 액화 탄산가스 중에 0.01~10 질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제를 기화시키고, 용융 금속의 표면에 접촉하는 커버 가스로 공급하는 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리 방법.
  9. 액화 탄산가스 중에 0.01~10 질량 %의 플로로케톤이 용해된 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제를, 분무 수단을 사용하여 안개 상태로 하는 것에 의하여 액화 탄산가스를 기화시키고, 이 탄산가스를 분무용 추진제로 하여, 안개 상태의 플로로케톤을, 용융 금속의 표면에 접촉하는 커버 가스로 공급하는 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리 방법.
  10. 용융 금속용 커버 가스를 용융 금속에 공급하는 장치에 있어서,
    액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함하는 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제가 가득 채워진 용기,
    상기 용융 금속 처리제를 기화시켜 기화 가스를 얻는 기화기,
    상기 기화 가스의 유량을 조정하는 기화 가스 유량 조정 밸브,
    베이스 가스의 공급원인 베이스 가스 공급부,
    상기 기화 가스 및 상기 베이스 가스를 혼합하여 얻어진 커버 가스의 플로로케톤 농도를 검출하는 농도 검출 수단 및
    농도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 기화 가스 유량 조정 밸브의 열리는 횟수를 조정하여 기화 가스의 유량을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기화 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 기화 가스 압력 조정기,
    상기 베이스 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 베이스 가스 압력 조정기, 및
    상기 커버 가스의 유량을 조정하는 커버 가스 유량 조정 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기화 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 기화 가스 압력 조정기,
    상기 베이스 가스의 압력을 거의 일정하게 하는 베이스 가스 압력 조정기, 및
    상기 베이스 가스의 유량을 조정하는 베이스 가스 유량 조정 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치.
  13. 용융 금속용 커버 가스를 용융 금속에 공급하는 장치에 있어서,
    액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함하는 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제가 가득 채워진 용기,
    상기 용융 금속 처리제의 유량을 조정하는 처리제 유량 조정 밸브,
    상기 용융 금속 처리제를 기화시켜 기화 가스를 얻은 기화기,
    베이스 가스의 공급원인 베이스 가스 공급부,
    상기 기화 가스 및 베이스 가스를 혼합하여 얻은 커버 가스의 플로로케톤 농도를 검출하는 농도 검출 수단 및
    농도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 처리제 유량 조정 밸브의 열리는 횟수를 조정하는 것에 의하여 상기 용융 금속 처리제의 유량을 제어하는 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치.
  14. 용융 금속용 커버 가스를 용융 금속에 공급하는 장치에 있어서,
    액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함하는 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제가 가득 채워진 용기,
    상기 채워진 용기 내의 용융 금속 처리제의 탄산 가스를 초임계 상태로 하는 초임계 가스화 수단,
    베이스 가스의 공급원인 베이스 가스 공급부 및
    상기 용융 금속 처리제 및 상기 베이스 가스를 혼합하여 커버 가스를 얻는 혼합기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 초임계 가스화 수단은, 상기 채워진 용기 내의 용융 금속 처리제를 가열하는 가열 수단인 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 채워진 용기로부터 나온 용융 금속 처리제의 압력을 조정하는 압력 조정기를 구비하고,
    상기 초임계 가스화 수단은, 용융 금속 처리제가 적어도 상기 압력 조정기에 도달할 때까지 탄산 가스의 초임계 상태를 유지할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 장치.
  17. 용융 금속용 커버 가스를 용융 금속에 공급하는 방법에 있어서,
    액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함한 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리제를 기화시켜 얻은 기화가스를 베이스 가스와 혼합하고, 얻어진 커버 가스의 플로로케톤 농도를 검출하며, 이 검출치에 기초하여 상기 기화 가스 또는 용융 금속 처리제의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 방법.
  18. 용융 금속용 커버 가스를 용융 금속에 공급하는 방법에 있어서,
    액화 탄산가스 및 플로로케톤을 포함하는 액상 혼합물로 된 용융 금속 처리 제의 탄산 가스를 채워진 용기 내에서 초임계 상태로 한 후, 상기 용융 금속 처리제를 상기 채워진 용기로부터 빼내어 베이스 가스와 혼합하고, 얻어진 커버 가스를 용융 금속에 공급하는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 용융 금속 처리제에 포함된 플로로케톤 농도는, 0.1~20질량 %인 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스의 공급 방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 채워진 용기 내의 용융 금속 처리제를 초임계 상태로 할 때, 온도를
    31℃이상으로 하고, 압력을 7.38MPa이상으로 하는 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스 공급 방법.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로로케톤은, 펜타플로로에틸-헵타플로로프로필케톤인 것을 특징으로 하는 용융 금속용 커버 가스 공급 방법.
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