WO2010032550A1 - 溶湯清浄化装置 - Google Patents

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WO2010032550A1
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molten metal
cleaning apparatus
holding
furnace
processing cylinder
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幸雄 倉増
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日本軽金属株式会社
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    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11Treating the molten metal
    • B22D11/116Refining the metal
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    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • C22B21/06Obtaining aluminium refining
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    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00Stirring devices for molten material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge

Definitions

  • the present invention relates to a molten metal cleaning apparatus for removing non-metallic inclusions and hydrogen gas in a molten metal.
  • a molten metal produced by melting an aluminum ingot or the like has a problem that it inevitably contains non-metallic inclusions and hydrogen gas. If such non-metallic inclusions and hydrogen gas are contained in the molten metal, it is not preferable because it causes defects in the molded product. Therefore, a refining device, a so-called degassing device, for promoting the separation and removal of non-metallic inclusions from the molten metal and reducing the amount of hydrogen gas is known.
  • the refining device mainly includes a rotating rotor that rotates in a molten metal and a drive unit that drives the rotating rotor.
  • a disk-shaped rotating body is provided at the lower part of the rotating rotor, and the inert gas is blown out from a through hole formed in the bottom surface of the rotating body.
  • the molten metal in the melting furnace is treated with the inert gas, and the hydrogen dissolved in the molten metal is diffused into the bubbles of the inert gas, while the nonmetallic inclusions are removed from the inert gas and the molten metal. It can be attached to the interface and separated as a soot.
  • the amount of hydrogen gas in the molten metal can be reduced, and non-metallic inclusions can be separated from the molten metal to increase the cleanliness.
  • the molten metal is frequently pumped with a ladle or the like, so that an oxide film or the like is inevitably formed on the molten metal surface to clean it.
  • the degree decreases.
  • the residence time of the molten metal in the pumping chamber is relatively long, the water vapor in the atmosphere reacts with the surface of the molten metal. As a result, an oxide film is formed, and hydrogen, which is a reaction product, is dissolved in the molten metal, resulting in an increase in the amount of hydrogen gas.
  • the present invention is a molten metal cleaning apparatus that does not hinder the operation of the ladle in the pumping chamber or the crucible furnace, and performs degassing and degassing of the molten metal to increase the cleanliness of the molten metal and hydrogen. It is an object of the present invention to provide a molten metal cleaning device that keeps the amount of gas low and has a low possibility of pumping the generated soot with a ladle or the like.
  • the present invention is a molten metal cleaning device used in a holding chamber for holding a molten metal of a continuous processing furnace, wherein the molten metal flows into the inside and an outlet hole through which the molten metal flows into the outside.
  • a cylindrical processing cylinder part provided with an outlet hole and disposed in the holding chamber; and a refining apparatus that performs at least one of a degassing process and a degassing process on the molten metal in the processing cylinder part.
  • the upper end of the processing cylinder part protrudes from the surface of the molten metal in the holding chamber.
  • the holding chamber is preferably a pumping chamber for pumping the molten metal to the outside.
  • the non-metallic inclusions separated by the refining device float on the molten metal surface and become traps. Stay.
  • the soot can be prevented from flowing out of the processing cylinder in the holding chamber, so that it is possible to prevent the soot from being mixed when the molten metal is pumped out from the holding chamber with a ladle or the like.
  • the degassing process means a broad dehumidification process including a degassing process when no flux is used unless otherwise specified.
  • the present invention is also a molten metal cleaning apparatus used in a holding furnace for heating and holding a molten metal, and is provided with an inlet hole for allowing the molten metal to flow into the interior and an outlet hole for allowing the molten metal to flow outside. And a refining device that performs at least one of degassing and degassing with respect to the molten metal in the processing cylinder, and the upper end of the processing cylinder is It protrudes from the surface of the molten metal in the holding furnace.
  • the holding furnace is preferably a crucible furnace.
  • the non-metallic inclusions separated by the refining device float on the molten metal surface and become traps, but the upper end of the processing tube portion protrudes from the molten metal surface, so that it is in the processing tube portion.
  • Stay. in the holding furnace that heats and holds the molten metal, it is possible to prevent the soot from flowing out of the processing cylinder, so that the soot is prevented from being mixed when the molten metal is pumped out of the holding furnace with a ladle or the like. Can do.
  • the inlet hole is formed below the outlet hole. According to such a configuration, since the moving distance of the molten metal in the processing cylinder portion is increased, degassing and degassing efficiency can be increased.
  • a plurality of openings are provided at the lower end of the processing cylinder part, and the opening is the inlet hole.
  • the opening also serves as the inlet hole, the molten metal in the pumping region of the holding chamber or the holding furnace is caused to flow again from the opening (inlet hole) by the upward swirling flow of the molten metal in the processing cylinder, and the outlet It is possible to return to the holding chamber or the pumping area of the holding furnace through the hole for circulation.
  • the internal quality of the casting can be improved.
  • the processing cylinder part has a bottom part. According to such a configuration, it is possible to prevent the molten metal and soot from solidifying and depositing on the bottom surface of the holding chamber or holding furnace.
  • a filter is formed in the outlet hole. According to such a configuration, it is possible to further prevent non-metallic inclusions from flowing out of the processing cylinder portion.
  • the refining device includes a rotating rotor that rotates in the molten metal, a driving unit that drives the rotating rotor, and a support unit that supports the driving unit.
  • the rotating rotor includes a stirring unit that stirs the molten metal, a shaft that transmits the rotation of the driving unit to the stirring unit, and a discharge hole that is formed under the stirring unit and discharges an inert gas. It is preferable to have. According to such a configuration, it is possible to reliably separate non-metallic inclusions contained in the molten metal in the processing cylinder portion and to reduce the amount of hydrogen gas.
  • the refining device is provided with an elevating means for elevating the shaft.
  • the stirring part attached to the shaft moves up and down in the molten metal, the dispersibility of the inert gas can be improved.
  • the molten metal cleaning apparatus when the molten metal is pumped out from the holding chamber or holding furnace with a ladle or the like, the possibility of fouling being mixed can be reduced, and the internal quality and surface quality of the casting can be reduced. Can be improved.
  • the processing cylinder portion has a plurality of openings at the lower end and the opening also serves as an inlet hole, the molten metal in the pumping region of the holding chamber is opened (inlet) by the upward swirling flow of the molten metal in the processing cylinder portion. It is possible to flow in again from the hole) and return to the pumping area of the holding chamber through the outlet hole for circulation.
  • the continuous processing furnace 2 includes a melting furnace 3 for melting, for example, an aluminum ingot E, and a pumping chamber 4 for holding a molten metal Y melted in the melting furnace 3.
  • the melting furnace 3 is provided with a burner (not shown), and is heated at about 720 ° C. to 900 ° C. to melt the aluminum ingot E to generate the molten metal Y.
  • the pumping chamber 4 is arranged in parallel with the melting furnace 3 across the furnace wall 5 and includes a molten metal cleaning device 1 described later, and holds the cleaned molten metal Y.
  • the drawing chamber 4 corresponds to a “holding chamber” in the claims.
  • a hot water outlet 6 is formed in the lower part of the furnace wall 5 of the melting furnace 3 so that the molten metal Y flows from the melting furnace 3 side to the pumping chamber 4 side. Yes.
  • a region outside the processing cylinder unit 10 is referred to as a pumping region 4a.
  • the molten metal Y held in the pumping area 4a is pumped to the outside by a ladle (not shown) and cast into a mold or the like.
  • the three walls constituting the pumping chamber 4 are referred to as wall portions 7, 7, 7.
  • the molten metal cleaning device 1 is disposed in the pumping chamber 4, and performs a degassing process and a degassing process on the molten metal Y melted in the melting furnace 3. Then, the non-metallic inclusions contained in the molten metal Y are separated and removed, the amount of hydrogen gas is reduced, and the processed molten metal Y is caused to flow into the pumping region 4a.
  • the molten metal cleaning apparatus 1 has a processing cylinder portion 10 having a cylindrical shape and a purification apparatus 20 installed in the processing cylinder portion 10.
  • the processing cylinder portion 10 is a cylindrical member having a circular shape in plan view, and is a cylindrical portion 11 having a circular shape in plan view, leg portions 12, 12... Formed at the lower end of the cylindrical portion 11, and adjacent leg portions. .. Are cut out between 12, 13,..., An outlet hole 15 formed in the upper part of the cylindrical portion 11, and a filter 17 formed outside the outlet hole 15. Have.
  • the cylinder part 11 and the leg part 12 are formed with the ceramic in this embodiment, it does not restrict
  • the cylinder part 11 is formed so as to have a circular hollow part in a plan view, and is arranged at a predetermined interval from the furnace wall 5 and the wall part 7.
  • the size of the cylindrical portion 11 is not particularly limited, in the present embodiment, it is formed to be about a quarter of the capacity of the pumping chamber 4.
  • the leg part 12,12 ... formed in the lower end of the cylinder part 11 at predetermined intervals is formed.
  • the leg part 12 is formed so that the cylinder part 11 can be stably arranged.
  • a plurality of openings 13 are formed between the adjacent leg portions 12 and 12.
  • the opening 13 (inlet hole) is a hole through which the molten metal Y outside (pumping area 4 a) of the cylinder part 11 flows into the cylinder part 11.
  • an outlet hole 15 is formed in the upper part of the side surface of the cylindrical portion 11.
  • the outlet hole 15 is a hole for allowing the molten metal Y in the processing cylinder part 10 to flow out of the cylinder part 11 (pumping region 4a).
  • the molten metal Y is taken into the cylindrical portion 11 from the opening 13, and the outside of the cylindrical portion 11 (pumping region) is extracted from the outlet hole 15. To 4a).
  • the molten metal Y inside and outside the cylinder part 11 can be circulated.
  • the shape, size, and the like of the opening 13 and the outlet hole 15 are not particularly limited, and may be set as appropriate according to the size of the continuous processing furnace 2 and the processing capacity of the purification apparatus 20.
  • the upper end of the cylindrical portion 11 is formed so as to be located on the same plane as the upper end of the wall portion 7. That is, the upper end of the cylinder part 11 is formed so as to protrude above the surface of the molten metal Y as shown in FIG.
  • the filter 17 is formed outside the outlet hole 15 drilled in the side surface of the cylindrical portion 11.
  • the filter 17 is a filtration device for preventing non-metallic inclusions in the molten metal Y, particularly an oxide film having a relatively large size, from flowing out to the pumping region 4a.
  • the material of the filter 17 is not particularly limited as long as it allows the molten metal Y to pass while holding the captured nonmetallic inclusions, particularly a relatively large oxide film, but in the present embodiment, for example, glass A cross is used.
  • the filter 17 is attached via an annular attachment portion 16.
  • the shape of the processing tube portion 10 is merely an example, and may be another shape.
  • the processing cylinder portion 10 may be formed in a planar viewing angle shape.
  • the process cylinder part 10 the furnace wall 5 of the melting furnace 3, and the wall part 7 of the pumping chamber 4 are spaced apart, you may arrange
  • the refining device 20 is installed on the upper portion of the processing cylinder portion 10, and performs degassing processing and degassing processing on the molten metal Y in the processing cylinder portion 10. Non-metallic inclusions present in Y are separated and removed, and the amount of hydrogen gas is reduced.
  • the refiner 20 according to the present embodiment supplies a rotating rotor 21 that rotates in the molten metal Y, a driving unit 22 that drives the rotating rotor 21, a support unit 23 that supports the driving unit 22, and an inert gas.
  • the gas supply unit 25 is mainly included.
  • the refining device 20 supplies an inert gas into the molten metal Y through the rotary rotor 21 and diffuses hydrogen dissolved in the molten metal into the bubbles of the inert gas, while converting the nonmetallic inclusions into the inert gas. It can be attached to the interface of the molten metal Y and floated and separated as soot.
  • the rotary rotor 21 includes a shaft 31 buried in the molten metal Y, a stirring portion 32 formed at the lower end of the shaft 31, and a discharge port (not shown) that is formed on the bottom surface of the stirring portion 32 and discharges an inert gas. And have.
  • the shaft 31 and the stirring unit 32 are integrally formed and are made of graphite or ceramic.
  • the shaft 31 is rotated in the circumferential direction by the drive of the drive unit 22.
  • a hollow portion is formed inside the shaft 31 so that an inert gas flows into the stirring portion 32 side.
  • the rotational speed of the shaft 31 is not particularly limited, but is set to 300 rpm in the present embodiment.
  • the stirring unit 32 has a substantially cylindrical shape and is formed at the tip of the shaft 31, and includes a plurality of swirling teeth 32 a formed by notching at a predetermined interval at the lower end.
  • a discharge port (not shown) for discharging an inert gas is formed in the center of the bottom surface (lower part) of the stirring unit 32. Since the stirring part 32 has the swivel teeth 32a formed at the lower end, it can subdivide the inert gas discharged from the discharge port and can suitably stir the molten metal Y. Thereby, the degassing and degassing treatment efficiency of the molten metal Y can be increased.
  • the stirring part 32 should just be a thing which can stir the molten metal Y, and a shape is not restrict
  • the drive unit 22 is a power source that rotates the rotary rotor 21.
  • the drive unit 22 is connected to the shaft 31 via a joint 28 and a bearing 29.
  • the drive unit 22 includes a motor M1 that rotates the shaft 31, and a control unit 22a such as an inverter that controls the rotation direction and the number of rotations of the motor M1.
  • the drive unit 22 is fixed to a support unit 23 formed over the upper portion of the cylinder unit 11.
  • the gas supply unit 25 is a gas supply pipe that supplies an inert gas such as argon or nitrogen, and is set so that the inert gas flows into the rotating rotor 21 side in a predetermined amount.
  • the gas supply unit 25 is set to be supplied at 1 to 10 L / min.
  • Ar gas having a dew point of, for example, ⁇ 60 ° C. or less. If the inert gas contains water vapor, the inert gas is bubbled and released into the molten metal Y, and then an oxide film is formed on the inner surface of the bubble by the reaction between the molten metal Y and the water vapor in the bubble. At the same time, a reaction in which hydrogen, which is a reaction product, dissolves in the molten metal Y also occurs, which may reduce the degassing efficiency.
  • the purification device 20 is formed so as to discharge only the inert gas from the rotary rotor 21.
  • the gas and the flux may be configured to diffuse into the molten metal Y.
  • the operation and effect of the molten metal cleaning apparatus 1 according to the present embodiment will be described.
  • the molten metal Y melted in the melting furnace 3 flows into the pumping chamber 4 and flows into the processing cylinder portion 10 through the opening 13.
  • the molten metal Y that has flowed into the processing tube portion 10 is guided to an outlet hole 15 formed in the upper portion of the processing tube portion 10.
  • the inert gas is discharged and dispersed in the molten metal Y from the discharge port (not shown) formed in the stirring unit 32, the hydrogen dissolved in the molten metal Y is diffused into the bubbles of the inert gas.
  • non-metallic inclusions can be attached to the interface between the inert gas and the molten metal Y and floated and separated as soot.
  • the soot that floats on the molten metal surface means an oxide film, a non-metallic inclusion, or the like that is inherent in the molten metal Y. That is, the oxide film, non-metallic inclusions, etc., which were inherent in the molten metal Y, are also attached to the interface between the fine bubbles of the inert gas and the molten metal, and floated and separated together with the bubbles. Furthermore, the dissolved gas such as hydrogen in the molten metal Y diffuses into the inert gas in the bubbles having a lower chemical potential than in the molten metal, and is taken into the bubbles, floats on the surface of the molten metal, and blows as bubbles. Released into.
  • soot that has floated on the surface of the molten metal Y stays on the surface of the molten metal Y, it does not flow out of the cylindrical portion 11 because the tip of the cylindrical tubular portion 11 protrudes above the surface of the molten metal. Even if soot flows out from the outlet hole 15, non-metallic inclusions, particularly oxide films having a relatively large size, are captured by the filter 17, and the soot flows out into the pumping region 4 a of the pumping chamber 4. Can be prevented to some extent.
  • the opening part 13 is provided in the lower end of the cylinder part 11, and the exit hole 15 is provided in the upper part of the cylinder part 11, the moving distance of the molten metal Y in the process cylinder part 10 is long, Degassing and degassing efficiency can be increased.
  • the cylinder part 11 is provided with a plurality of openings 13 at the lower end and the opening part 13 also serves as an inlet hole, due to the upward swirling flow of the molten metal Y in the cylinder part 11, The molten metal Y can flow again from the opening 13 and can be returned to the pumping region 4a of the pumping chamber 4 through the opening 13 and circulated.
  • the metal in the pumping area 4a is increased.
  • the amount of hydrogen gas in the molten metal Y can be reduced, and the internal quality of the casting can be improved.
  • the fluidity of the molten metal Y in the pumping chamber 4 can be improved, the molten metal Y can be prevented from solidifying and depositing on the bottom surface of the pumping chamber 4.
  • the molten metal cleaning apparatus 1 since the molten metal cleaning apparatus 1 is only disposed in the pumping chamber 4, only the molten metal cleaning apparatus 1 can be easily taken in and out of the pumping chamber 4. Thereby, maintenance of the molten metal cleaning apparatus 1 can be performed easily.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a molten metal cleaning apparatus and a continuous processing furnace according to the second embodiment.
  • the molten metal cleaning apparatus 51 according to the second embodiment is the first in that it includes a bottom 19 formed in the processing cylinder 10 and a lifting means 50 that lifts and lowers the rotary rotor 21.
  • symbol is attached
  • the molten metal cleaning apparatus 51 mainly includes the processing cylinder unit 10 and the purification apparatus 20.
  • the processing cylinder portion 10 includes a cylindrical portion 11 having a circular shape in plan view, a bottom portion 19 formed at the lower end of the cylindrical portion 11, an inlet hole 14 formed in a lower portion of the cylindrical portion 11, and an upper portion of the cylindrical portion 11. It has a perforated outlet hole 15 and a filter 17 formed outside the outlet hole 15.
  • the processing cylinder portion 10 is a bottomed cylindrical type having a bottom portion 19.
  • the inlet hole 14 is formed in the lower part of the cylindrical part 11 and allows the molten metal Y to flow into the cylindrical part 11. Further, the outlet hole 15 is formed in the upper part of the cylindrical portion 11 and on the opposite side surface of the inlet hole 14.
  • the purification apparatus 20 has a lifting / lowering means 50 that lifts and lowers the rotary rotor 21.
  • the elevating means 50 is composed of a cylinder that is driven up and down, and holds the drive unit 22 via a holder 50a.
  • the raising / lowering means 50 may be provided in the support part 23, and you may form so that the support part 23 may raise / lower.
  • the raising / lowering means 50 is not limited to a cylinder, Other forms may be sufficient.
  • the operation and effect of the molten metal cleaning apparatus 51 according to this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by the molten metal cleaning device 51. Further, since the bottom portion 19 is formed in the processing cylinder portion 10, even if a non-metallic inclusion having a large specific gravity settles, it stops in the processing cylinder portion 10 and does not accumulate on the bottom surface of the pumping chamber 4. . Thereby, the maintenance of the pumping chamber 4 can be reduced. In addition, by forming the inlet hole 14 above the bottom part 19, when the molten metal Y flows from the inlet hole 14, the non-metallic inclusions that have settled in the bottom part 19 are not lifted up. Objects can be allowed to settle.
  • the inert gas can be efficiently dispersed in the molten metal Y.
  • the oxide film in the molten metal Y, a nonmetallic inclusion, etc. can be removed more efficiently, and the amount of hydrogen gas can be reduced effectively.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a molten metal cleaning apparatus and a crucible furnace according to a third embodiment.
  • the molten metal cleaning apparatus was provided in the continuous processing furnace 2 was demonstrated, it is not limited to this, You may provide in the crucible furnace 82 like 3rd embodiment. .
  • the molten metal cleaning apparatus 1 may be provided in the holding furnace 84 that holds the molten metal Y while melting the ingot in the crucible furnace 82.
  • the object for installing the molten metal cleaning device according to the present invention is not limited to the pumping chamber 4 of the continuous processing furnace 2, and the molten metal Y is drawn when the molten metal Y is pumped by a ladle or the like. It may be a holding furnace 82 that is heated and held.
  • the purification apparatus in the present embodiment uses an apparatus that performs both the degassing process and the degassing process, an apparatus that performs at least one of them may be used.

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Abstract

 金属溶湯(Y)を保持する汲出し室(4)(保持室)に用いられる、金属溶湯の脱ガス処理や脱滓処理を行って、金属溶湯の清浄度を高め水素ガス量を低く保つとともに、生成された滓をラドル等で汲み上げる可能性の低い溶湯清浄化装置(1)であって、金属溶湯(Y)を内部に流入させる開口部(入口孔)(13)と外部に流出させる出口孔(15)とを備え汲出し室(4)に配置される筒状の処理筒部(10)と、処理筒部(10)内の金属溶湯(Y)に対して脱ガス処理及び脱滓処理の少なくともいずれか一方を行う精製装置(20)と、を有し、処理筒部(10)の上端は、汲出し室(4)内の金属溶湯(Y)の湯面よりも突出していることを特徴とする。

Description

溶湯清浄化装置
 本発明は、金属溶湯内の非金属介在物や水素ガスを除去する溶湯清浄化装置に関する。
 アルミニウムのインゴット等を溶解させて製造された金属溶湯は、非金属介在物や水素ガス等を不可避的に含んでしまうという問題がある。このような非金属介在物及び水素ガスが金属溶湯に含まれていると、成形された製品の欠陥の原因となるため好ましくない。したがって、金属溶湯から非金属介在物の分離除去を促進し、水素ガス量を低減するための精製装置、いわゆる脱ガス装置が知られている。
 例えば、特許文献1に係る精製装置は、金属溶湯中で回転する回転ローターと、この回転ローターを駆動させる駆動部とを主に備えている。回転ローターの下部には円板状の回転体が備わっており、この回転体の底面に形成された貫通孔から不活性ガスが吹き出るように形成されている。かかる構成により、気泡化した不活性ガスを金属溶湯中に分散させて金属溶湯を攪拌することで、溶存する水素を不活性ガスの気泡中に拡散させつつ、非金属介在物を不活性ガスと金属溶湯の界面に付着させて、滓を湯面に浮上させることができる。これにより、非金属介在物及び水素ガスと金属溶湯とを分離除去することができる。
特開平7-233425号公報
 ここで、特許文献1に記載された精製装置を、例えば連続溶解炉の溶解炉に設けて金属溶湯を製造することが考えられる。かかる構成によれば、溶解炉中の金属溶湯を不活性ガスによって処理し、金属溶湯中に溶存する水素を不活性ガスの気泡中に拡散させつつ、非金属介在物を不活性ガスと金属溶湯の界面に付着させて、滓として浮上分離することができる。また、金属溶湯の水素ガス量を低減し、非金属介在物を金属溶湯から分離して清浄度を高めることができる。
 一方、連続溶解炉の溶解炉に並設された汲出し室(保持室)においては、金属溶湯をラドル等で頻繁に汲み出すため、湯面には必然的に酸化皮膜等が生成して清浄度が低下する。さらに、汲出し室の容量、構造や大気の湿度にもよるが、処理後の金属溶湯の汲出し室における滞留時間が比較的長い場合には、大気中の水蒸気が金属溶湯の表面と反応して、酸化皮膜が生成するとともに、反応生成物である水素が金属溶湯中に溶存するため、水素ガス量が増加するという問題もあった。
 そこで、汲出し室内の金属溶湯の清浄度を高めるため、前記精製装置を汲出し室内に設置して、脱ガス、脱滓処理することも考えられる。しかし、処理に伴って非金属介在物等が浮上し、これらの滓がラドル等によって金属溶湯と一緒に汲み出されてしまい、皮膜巻き込みやハードスポットの原因となる場合もあり、鋳物品質を低下させるという問題があった。また、汲出し室は一般的に、スペースが限られており、通常の精製装置を導入することが困難であった。
 そこで、本発明は、汲出し室又は坩堝炉でのラドルの操作を阻害しない溶湯清浄化装置であって、金属溶湯の脱ガス処理や脱滓処理を行って、金属溶湯の清浄度を高め水素ガス量を低く保つとともに、生成された滓をラドル等で汲み上げる可能性の低い溶湯清浄化装置を提供することを課題とする。
 このような課題を解決するために本発明は、連続処理炉の金属溶湯を保持する保持室に用いられる溶湯清浄化装置であって、前記金属溶湯を内部に流入させる入口孔と外部に流出させる出口孔とを備え前記保持室に配置される筒状の処理筒部と、前記処理筒部内の前記金属溶湯に対して脱ガス処理及び脱滓処理の少なくともいずれか一方を行う精製装置と、を有し、前記処理筒部の上端は、前記保持室内の金属溶湯の湯面よりも突出していることを特徴とする。また、前記保持室は、前記金属溶湯を外部へ汲み出す汲出し室であることが好ましい。
 かかる構成によれば、精製装置によって分離された非金属介在物は、金属溶湯の湯面に浮上して滓となるが、処理筒部の上端が湯面よりも突出しているため処理筒部内にとどまる。これにより保持室において、処理筒部の外部に滓が流出するのを阻止できるため、保持室からラドル等で金属溶湯を汲み出す際に滓が混入することを防止することができる。なお、本明細書において脱滓処理とは、特に断りのない限り、フラックスを使用しない場合の脱ガス処理も含めた広義の脱滓処理を意味する。
 また本発明は、金属溶湯を加熱保持する保持炉に用いられる溶湯清浄化装置であって、前記金属溶湯を内部に流入させる入口孔と外部に流出させる出口孔とを備え前記保持炉に配置される筒状の処理筒部と、前記処理筒部内の前記金属溶湯に対して脱ガス処理及び脱滓処理の少なくともいずれか一方を行う精製装置と、を有し、前記処理筒部の上端は、前記保持炉内の金属溶湯の湯面よりも突出していることを特徴とする。また、前記保持炉は、坩堝炉であることが好ましい。
 かかる構成によれば、精製装置によって分離された非金属介在物は、金属溶湯の湯面に浮上して滓となるが、処理筒部の上端が湯面よりも突出しているため処理筒部内にとどまる。これにより金属溶湯を加熱保持する保持炉において、処理筒部の外部に滓が流出するのを阻止できるため、保持炉からラドル等で金属溶湯を汲み出す際に滓が混入することを防止することができる。
 また、前記入口孔は、前記出口孔よりも下方に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、処理筒部内における金属溶湯の移動距離が大きくなるため、脱ガス、脱滓効率を高めることができる。
 また、前記処理筒部の下端に複数の開口部を備え、前記開口部が前記入口孔であることが好ましい。このように、開口部が入口孔を兼ねる場合、処理筒部における金属溶湯の上昇旋回流によって、保持室又は保持炉の汲出し領域の金属溶湯を開口部(入口孔)から再度流入させ、出口孔を通して保持室又は保持炉の汲み出し領域へ戻して循環させることが可能となる。これにより、汲出し領域における金属溶湯の温度低下を防止することが可能となり、金属溶湯の処理筒内での実質的な滞留時間を長くすることで、汲出し領域における金属溶湯の水素ガス量を低減でき、鋳物の内部品質を向上させることができる。
 また、前記処理筒部は、底部を有することが好ましい。かかる構成によれば、保持室又は保持炉の底面に金属溶湯及び滓が凝固し、堆積するのを防止することができる。
 また、前記出口孔にフィルターが形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、処理筒部の外部に非金属介在物が流出するのをより防ぐことができる。
 また、前記精製装置は、前記金属溶湯中で回転する回転ローターと、前記回転ローターを駆動させる駆動部と、前記駆動部を支える支持部と、を有することが好ましい。また、前記回転ローターは、前記金属溶湯を攪拌する攪拌部と、前記駆動部の回転を前記攪拌部に伝えるシャフトと、前記攪拌部の下部に形成され不活性ガスを放出する放出孔と、を有することが好ましい。かかる構成によれば、処理筒部内の金属溶湯に含まれる非金属介在物を確実に分離するとともに、水素ガス量を低減することができる。
 また、前記精製装置は、前記シャフトを昇降させる昇降手段を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、シャフトに取り付けられた攪拌部が金属溶湯内を昇降するため、不活性ガスの分散性を高めることができる。これにより、処理筒部内の金属溶湯に含まれる非金属介在物を確実に分離するとともに、水素ガス量を低減することができる。
 本発明に係る溶湯清浄化装置によれば、金属溶湯を保持室又は保持炉からラドル等で汲み出す際に、滓が混入する可能性を低減することができ、鋳物の内部品質及び表面品質を向上させることができる。
 また、処理筒部が下端に複数の開口部を備え、開口部が入口孔を兼ねる場合、処理筒部における金属溶湯の上昇旋回流によって、保持室の汲出し領域の金属溶湯を開口部(入口孔)から再度流入させ、出口孔を通して保持室の汲み出し領域へ戻して循環させることが可能となる。これにより、汲出し領域における金属溶湯の温度低下を防止することが可能となり、金属溶湯の処理筒内での実質的な滞留時間を長くすることで、汲出し領域における金属溶湯の水素ガス量を低減でき、鋳物の内部品質を向上させることができる。
第一実施形態に係る溶湯清浄化装置及び連続処理炉を示した斜視図である。 図1のI-I線断面図である。 第二実施形態に係る溶湯清浄化装置及び連続処理炉を示した断面図である。 第三実施形態に係る溶湯清浄化装置及び坩堝炉を示した断面図である。
[第一実施形態]
 本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1及び図2に示すように、第一実施形態においては、溶湯清浄化装置1を連続処理炉2に用いる場合を例にして説明する。
 連続処理炉2は、図1及び図2に示すように、例えばアルミニウムのインゴットEを溶解させる溶解炉3と、溶解炉3で溶解された金属溶湯Yを保持する汲出し室4とを有する。溶解炉3は、図示しないバーナーを備えており、720℃~900℃程度で加熱してアルミニウムのインゴットEを溶解させて金属溶湯Yを生成する。
 汲出し室4は、炉壁5を隔てて溶解炉3に並設されており、後記する溶湯清浄化装置1を備えるとともに、清浄された金属溶湯Yを保持する。汲出し室4は、特許請求の範囲の「保持室」に相当する。図2に示すように、溶解炉3の炉壁5の下部には出湯口6が穿設されており、溶解炉3側から汲出し室4側に金属溶湯Yが流入するように形成されている。汲出し室4においては、金属溶湯Yが固まらないように、680℃~790℃程度で保持することが一般的である。ヒーターなどの加熱手段を汲出し室4に設置して、金属溶湯Yの保持温度を安定化させることが好ましい。
 ここで、汲出し室4のうち、処理筒部10の外部の領域を汲出し領域4aとする。汲出し領域4aで保持された金属溶湯Yは、図示しないラドル等によって外部に汲み出され、金型等に鋳込まれる。また、汲出し室4を構成する3つの壁を壁部7,7,7とする。
 溶湯清浄化装置1は、図1及び図2に示すように、汲出し室4内に配置されており、溶解炉3で溶製された金属溶湯Yに対して脱ガス処理及び脱滓処理を行って、金属溶湯Yに含まれる非金属介在物を分離除去するとともに水素ガス量を低減させ、処理後の金属溶湯Yを汲出し領域4aに流入させる。
 溶湯清浄化装置1は、円筒状を呈する処理筒部10と、処理筒部10に設置された精製装置20とを有する。処理筒部10は、平面視円形を呈する筒状部材であって、平面視円形の筒部11と、筒部11の下端に形成された脚部12,12・・・と、隣り合う脚部12の間に切り欠かれた開口部(入口孔)13,13・・・と、筒部11の上部に穿設された出口孔15と、出口孔15の外側に形成されたフィルター17とを有する。なお、筒部11及び脚部12は、本実施形態ではセラミックで形成されているが、材料を制限するものではない。
 筒部11は、平面視円形の中空部を有するように形成されており、炉壁5及び壁部7から所定の間隔で離間して配置されている。筒部11の大きさは特に制限するものではないが、本実施形態では汲出し室4の容量の四分の一程度に形成されている。
 筒部11の下端には、所定の間隔をあけて形成された脚部12,12・・・が形成されている。脚部12は、筒部11を安定して配置できるように形成されている。また、隣り合う脚部12,12の間には、複数の開口部13が形成されている。開口部13(入口孔)は、筒部11の外部(汲出し領域4a)の金属溶湯Yを筒部11の内部に流入させるための孔である。
 一方、筒部11の側面の上部には、出口孔15が穿設されている。出口孔15は、処理筒部10内の金属溶湯Yを筒部11の外部(汲出し領域4a)へ流出させるための孔である。このように、筒部11に、開口部13及び出口孔15を設けることで、開口部13から筒部11の内部に金属溶湯Yを取り込み、出口孔15から筒部11の外部(汲出し領域4a)へ流出させることができる。これにより、筒部11の内外の金属溶湯Yを循環させることができる。開口部13及び出口孔15の形状及び大きさ等は、特に制限されるものではなく、連続処理炉2の大きさや精製装置20の処理能力に応じて適宜設定すればよい。
 また、筒部11の上端は、壁部7の上端と同一平面上に位置するように形成されている。即ち、筒部11の上端は、図2に示すように、金属溶湯Yの湯面よりも上方に突出するように形成されている。
 フィルター17は、筒部11の側面に穿設された出口孔15の外側に形成されている。フィルター17は、金属溶湯Y内の非金属介在物、特に比較的サイズの大きい酸化皮膜が汲出し領域4aに流出しないようにするためのろ過装置である。フィルター17の材料は、捕捉される非金属介在物、特に比較的サイズの大きい酸化皮膜を保持しつつ金属溶湯Yを通過させるものであれば特に制限するものではないが、本実施形態では例えばガラスクロスを採用している。フィルター17は、環状の取付部16を介して取り付けられている。
 なお、処理筒部10の形状は、あくまで例示であって他の形状であってもよい。例えば、処理筒部10は、平面視角形状に形成してもよい。また、本実施形態では処理筒部10と溶解炉3の炉壁5及び汲出し室4の壁部7とを離間させているが、これらを密着させて配置してもよい。
 精製装置20は、図1及び図2に示すように、処理筒部10の上部に設置されており、処理筒部10内の金属溶湯Yに対して脱ガス処理及び脱滓処理を行い金属溶湯Yに内在する非金属介在物を分離除去するとともに水素ガス量を低減させる。本実施形態に係る精製装置20は、金属溶湯Y内で回転する回転ローター21と、回転ローター21を駆動させる駆動部22と、駆動部22を支持する支持部23と、不活性ガスを供給するガス供給部25とを主に有する。精製装置20は、回転ローター21を介して不活性ガスを金属溶湯Y内に供給し、溶湯中に溶存する水素を不活性ガスの気泡中に拡散させつつ、非金属介在物を不活性ガスと金属溶湯Yの界面に付着させて、滓として浮上分離することができる。
 回転ローター21は、金属溶湯Y内に埋没されるシャフト31と、シャフト31の下端に形成された攪拌部32と、攪拌部32の底面に形成され不活性ガスを放出する放出口(図示省略)とを有する。本実施形態では、シャフト31及び攪拌部32は一体成形されており、黒鉛又はセラミック製である。
 シャフト31は、駆動部22の駆動によって円周方向に回転する。シャフト31の内部には、中空部が形成されており、不活性ガスが攪拌部32側に流入するように形成されている。シャフト31の回転数は、特に制限されるものではないが、本実施形態では300rpmに設定している。
 攪拌部32は、略円柱形状を呈しシャフト31の先端に形成されており、下端には所定の間隔をあけて切り欠いて形成された複数の旋回歯32aを備えている。攪拌部32の底面(下部)の中央には不活性ガスを放出する放出口(図示省略)が形成されている。攪拌部32は、下端に旋回歯32aが形成されているため、放出口から放出された不活性ガスを細分化することができるとともに、金属溶湯Yを好適に攪拌することができる。これにより、金属溶湯Yの脱ガス、脱滓処理効率を高めることができる。
 なお、攪拌部32は、金属溶湯Yを攪拌できるものであればよく、形状を制限されるものではない。また、攪拌部32に螺旋翼を設けるなどして攪拌効率を上げてもよい。また、放出口の形状、大きさ及び個数等は処理筒部10の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。
 駆動部22は、回転ローター21を回転させる動力源である。駆動部22は、ジョイント28及び軸受29を介してシャフト31に連結されている。駆動部22は、シャフト31を回転させるモータM1と、モータM1の回転方向及び回転数等を制御するインバータなどの制御部22aとを有している。駆動部22は、筒部11の上部に跨って形成された支持部23に固定されている。
 ガス供給部25は、アルゴン、窒素等の不活性ガスを供給するガス供給管であって、不活性ガスが所定の量で回転ローター21側に流入するように設定されている。ガス供給部25は、本実施形態では1~10L/分で供給されるように設定されている。なお、不活性ガスとして、露点が例えば-60℃以下のArガスを使用することが望ましい。不活性ガスに水蒸気が含まれていると、不活性ガスが気泡となって金属溶湯Y中に放出された後、金属溶湯Yと気泡中の水蒸気との反応によって気泡の内面に酸化皮膜が生成するとともに反応生成物である水素が金属溶湯Y中に溶解する反応も起こるため、脱ガス効率が低下するおそれがある。
 なお、本実施形態では、精製装置20を不活性ガスのみを回転ローター21から放出するように形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、フラックス供給装置を並設して、不活性ガス及びフラックスを金属溶湯Y中に拡散させるように構成してもよい。
 次に、本実施形態に係る溶湯清浄化装置1の作用及び効果について説明する。
 図2に示すように、溶解炉3で溶解された金属溶湯Yは、汲出し室4内に流入するとともに、開口部13を介して処理筒部10内に流入する。処理筒部10内に流入した金属溶湯Yは、処理筒部10の上部に形成された出口孔15に導かれる。
 この際、攪拌部32に形成された放出口(図示省略)から不活性ガスが金属溶湯Y内に放出、分散されるため、金属溶湯Y中に溶存する水素を不活性ガスの気泡中に拡散させつつ、非金属介在物を不活性ガスと金属溶湯Yの界面に付着させて、滓として浮上分離させることができる。
 ここで、図2に示すように、湯面に浮き上がる滓とは、金属溶湯Y内に内在していた酸化皮膜、非金属介在物等をいう。即ち、不活性ガスの細かい気泡と溶湯界面にも金属溶湯Yに内在していた酸化皮膜、非金属介在物等が付着し、気泡とともに浮上分離される。さらに、金属溶湯Y内の水素などの溶存ガスは、溶湯中よりも化学ポテンシャルの低い気泡中の不活性ガスに拡散することで、気泡中に取り込まれ、溶湯表面に浮上してバブルとして弾け大気中に放出される。
 金属溶湯Yの湯面に浮上した滓は、湯面に滞留するものの、筒状の筒部11の先端が湯面よりも上方に突出しているため筒部11の外部に流出することがない。また、仮に、出口孔15から滓が流出したとしても、非金属介在物、特に比較的サイズの大きい酸化皮膜などはフィルター17に捕捉され、汲出し室4の汲出し領域4aへの滓の流出をある程度防止することができる。
 また、本実施形態では、開口部13を筒部11の下端に、出口孔15を筒部11の上部にそれぞれ設けているため、処理筒部10内での金属溶湯Yの移動距離が長く、脱ガス、脱滓効率を高めることができる。また、筒部11が下端に複数の開口部13を備え、開口部13が入口孔を兼ねる場合、筒部11における金属溶湯Yの上昇旋回流によって、汲出し室4の汲出し領域4a側の金属溶湯Yを開口部13から再度流入させ、開口部13を通して汲出し室4の汲出し領域4aへ戻して循環させることが可能となる。これにより、汲出し領域4aにおける金属溶湯Yの温度低下を防止することが可能となり、金属溶湯Yの処理筒部10内での実質的な滞留時間を長くすることで、汲出し領域4aにおける金属溶湯Yの水素ガス量を低減でき、鋳物の内部品質を向上させることができる。また、汲出し室4内の金属溶湯Yの流動性を高めることができるため、汲出し室4の底面に金属溶湯Yが凝固、堆積するのを防止することができる。
 また、溶湯清浄化装置1は、汲出し室4に配置するだけであるため、溶湯清浄化装置1のみを汲出し室4から容易に出し入れすることができる。これにより、溶湯清浄化装置1のメンテナンスを容易に行うことができる。
[第二実施形態]
 次に、本発明の第二実施形態について説明する。図3は、第二実施形態に係る溶湯清浄化装置及び連続処理炉を示した断面図である。第二実施形態に係る溶湯清浄化装置51は、図3に示すように、処理筒部10に底部19が形成されている点及び回転ローター21を昇降させる昇降手段50を備えている点で第一実施形態と相違する。なお、第一実施形態と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
 第二実施形態に係る溶湯清浄化装置51は、処理筒部10と、精製装置20とを主に有する。処理筒部10は、平面視円形を呈する筒部11と、筒部11の下端に形成された底部19と、筒部11の下部に穿設された入口孔14と、筒部11の上部に穿設された出口孔15と、出口孔15の外側に形成されたフィルター17とを有する。
 第二実施形態に係る処理筒部10は、底部19を備えた有底筒状タイプである。入口孔14は、筒部11の下部に穿設されており、金属溶湯Yを筒部11の内部に流入させる。また、出口孔15は、筒部11の上部であって、入口孔14の対向する側面に穿設されている。
 精製装置20は、回転ローター21を昇降させる昇降手段50を有する。昇降手段50は、本実施形態では上下に駆動するシリンダからなり、ホルダ50aを介して駆動部22を保持している。
 なお、昇降手段50を支持部23に設けて、支持部23が昇降するように形成してもよい。また、昇降手段50は、シリンダに限定されるものではなく、他の形態であっても構わない。
 次に、本実施形態に係る溶湯清浄化装置51の作用及び効果について説明する。
 図3に示すように、溶湯清浄化装置51によっても第一実施形態と同様の効果を得ることができる。また、処理筒部10には底部19が形成されているため、仮に比重の大きい非金属介在物が沈降したとしても処理筒部10内に止まり、汲出し室4の底面に堆積することがない。これにより、汲出し室4のメンテナンスを軽減することができる。また、入口孔14を底部19よりも上方に形成することにより、入口孔14から金属溶湯Yが流入する際に、底部19に沈降した非金属介在物を舞い上げることがないため、非金属介在物を沈降させておくことができる。
 また、本実施形態では、昇降手段50を設けることにより、金属溶湯Y内で回転ローター21が昇降するため、不活性ガスを金属溶湯Y内に効率よく分散させることができる。これにより、金属溶湯Y内の酸化皮膜、非金属介在物などをより効率よく除去し、水素ガス量を効果的に低減することができる。
[第三実施形態]
 図4は、第三実施形態に係る溶湯清浄化装置及び坩堝炉を示した断面図である。第一及び第二実施形態では、溶湯清浄化装置を連続処理炉2に設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第三実施形態のように坩堝炉82に設けてもよい。
 第三実施形態のように、坩堝炉82において、インゴットの溶解を行うとともに、溶解された金属溶湯Yを保持する保持炉84に溶湯清浄化装置1を設けてもよい。このように、本発明に係る溶湯清浄化装置を設置する対象は、連続処理炉2の汲出し室4に限定されるものではなく、ラドル等で金属溶湯Yを汲み出す際に金属溶湯Yを加熱保持している保持炉82であってもよい。
 以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜変形が可能である。例えば、本実施形態における精製装置は、脱ガス処理及び脱滓処理の両方を行うものを用いたが、少なくともいずれか一方を行う装置を用いてもよい。
 1   溶湯清浄化装置
 2   連続処理炉
 3   溶解炉
 4   汲出し室(保持室)
 4a  汲出し領域
 6   出湯口
 10  処理筒部
 13  開口部(入口孔)
 15  出口孔
 17  フィルター
 19  底部
 20  精製装置
 21  回転ローター
 22  駆動部
 23  支持部
 25  ガス供給部
 31  シャフト
 32  攪拌部
 Y   金属溶湯

Claims (11)

  1.  連続処理炉の金属溶湯を保持する保持室に用いられる溶湯清浄化装置であって、
     前記金属溶湯を内部に流入させる入口孔と外部に流出させる出口孔とを備え前記保持室に配置される筒状の処理筒部と、
     前記処理筒部内の前記金属溶湯に対して脱ガス処理及び脱滓処理の少なくともいずれか一方を行う精製装置と、を有し、
     前記処理筒部の上端は、前記保持室内の金属溶湯の湯面よりも突出していることを特徴とする溶湯清浄化装置。
  2.  前記保持室は、前記金属溶湯を外部へ汲み出す汲出し室であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の溶湯清浄化装置。
  3.  金属溶湯を加熱保持する保持炉に用いられる溶湯清浄化装置であって、
     前記金属溶湯を内部に流入させる入口孔と外部に流出させる出口孔とを備え前記保持炉に配置される筒状の処理筒部と、
     前記処理筒部内の前記金属溶湯に対して脱ガス処理及び脱滓処理の少なくともいずれか一方を行う精製装置と、を有し、
     前記処理筒部の上端は、前記保持炉内の金属溶湯の湯面よりも突出していることを特徴とする溶湯清浄化装置。
  4.  前記保持炉は、坩堝炉であることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の溶湯清浄化装置。
  5.  前記入口孔は、前記出口孔よりも下方に形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項又は第3項に記載の溶湯清浄化装置。
  6.  前記処理筒部の下端に複数の開口部を備え、前記開口部が前記入口孔であることを特徴とする請求の範囲第5項に記載の溶湯清浄化装置。
  7.  前記処理筒部は、底部を有することを特徴とする請求の範囲第1項又は第3項のいずれか一項に記載の溶湯清浄化装置。
  8.  前記出口孔にフィルターが形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項又は第3項に記載の溶湯清浄化装置。
  9.  前記精製装置は、
     前記金属溶湯中で回転する回転ローターと、
     前記回転ローターを駆動させる駆動部と、
     前記駆動部を支える支持部と、を有することを特徴とする請求の範囲第1項又は第3項に記載の溶湯清浄化装置。
  10.  前記回転ローターは、
     前記金属溶湯を攪拌する攪拌部と、
     前記駆動部の回転を前記攪拌部に伝えるシャフトと、
     前記攪拌部の下部に形成され不活性ガスを放出する放出孔と、を有することを特徴とする請求の範囲第9項に記載の溶湯清浄化装置。
  11.  前記精製装置は、前記シャフトを昇降させる昇降手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第10項に記載の溶湯清浄化装置。
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