JPH0369966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は融解金属を処理する分野に係り、更に
詳細にいえば、金属特性を改良するため融解金属
材料中へワイヤ状の例えば精錬成分又は合金成分
等の処理金属を添加する装置に係るものである。

従来の技術 鋼の製造においては、典型的には鉄の融解物は
適当な炉で生産され次いでこの融解物をとりべに
流し込み、このとりべにおいて融解物を精錬また
は合金のため１種またはそれ以上の数の成分で処
理されている。この時点において融解した鉄材に
精錬剤としてカルシウムを添加して酸化物抱接浮
遊、酸化物抱接形態変態、脱硫を行うことは良く
知られている。不幸にしてカルシウムの低い密度
（鋼に比較して）、揮発性および反応性のため、と
りべ内の融解材料にカルシウムを添加する満足な
方法を提供する課題をきわめて複雑にしている。

金属処理、特に鋼の処理において、融解金属は
一般に、比較的に固形のままで残つておりかつ融
解金属の表面に浮くある量のスラグから分離され
る。このスラグは種々の不純物、ある量の酸化金
属等から成る。融解金属に添加物質を供給するに
は、添加物質はスラグの表面の下方に位置される
かスラグの表面を貫通して通過させる必要があ
る。もちろん、たとえば鋼の特性を向上させるた
めの添加物質は典型的には比較的に高価であり保
存が必要である。たとえば、添加中にスラグ層中
に添加物質が失われることでカルシウム含有添加
物質を無駄にすると製造業者と製品とには大きな
経済的打撃となる。従つて、カルシウムを、融解
金属の表面の下方でカルシウムがきわめて有効に
作用する点に供給しかつ融解金属にカルシウムの
添加物が均一に分布するよう混合することが非常
に望ましい。

製鋼とりべ内の融解材料にカルシウムを添加す
るため種々の技法が使用されて来た。カルシウム
含有物質をバラで添加することはこれら物質が融
解物内に十分な時間滞留せずに融解体の表面に敏
速に上昇するので不満足である。炉から流出する
融解金属の流れ中に粒状物質を直接注入すること
により滞留時間を長くする試みはカルシウムを大
気中に酸素と過度に反応させた。カルシウム含有
物質を突つ込みすなわち被覆した注入器により溶
解金属内に導入することは滞留時間は適当にする
が複雑で、高価で時間のかかる方法である。また
カルシウム含有粉末を耐火性ランスを通して不活
性ガスにより融解金属中に注入することが提案さ
れて。粉末を融解した鉄材内に推進させるには可
成りのガス流を必要とするので、ガスを放出する
際に高いレベルの騒流が生じそれにより融解した
鉄材を大気中の酸素と窒素とに過度にさらすこと
になる。更にまた、ランスを離れた後、カルシウ
ムはランスを包囲している不活性ガスの煙内で又
はその煙の付近のアツプウエリングする
（upwelling）融解材料内にて融解金属を通り敏
速に上昇する傾向がある。従つて浴内におけるカ
ルシウムの滞留時間は不満足な程短かい。

発明が解決しようとする問題点 前記した問題を克服するため、製鋼とりべ内の
融解金属にその上面を通し連続的に送給された金
属カルシウム含有ワイヤ（被覆されたか被覆され
ない）の形態にして添加する。ワイヤ送給の大き
な利点はカルシウム含有物質を融解鉄材中に推進
させるのに粉末噴入の場合程には大きなガス流を
必要としないということである。しかしながら、
カルシウムが揮発性が高いので上面から送給した
ワイヤに添加したカルシウムの有効な利用が妨げ
られている。もしワイヤ内のカルシウムが軟化す
る以前に表面の下方に十分な深度まで侵入しない
と、カルシウムの滞留時間が短かく十分な利用が
出来ずその結果融解金属を不均一に処理すること
になる。添加したカルシウムの多くか又は全部が
鉄静圧がカルシウムの蒸気圧に等しくなる深度よ
り下方に降下するまでは未反応のままであること
が特に重要である。被覆された金属カルシウム含
有ワイヤを使用してもこの目的は達成しにくい。
蒸気圧以下の鉄静圧でカルシウムが軟化すると、
融解金属の表面に敏速に上昇するカルシウムガス
泡が多量に発生する。その結果融解した鉄材を非
能率に不均一に処理し融解金属の表面に多量の騒
流を生じることになる。

米国特許第4154604号には容器内の融解金属に
加圧された不活性ガスを満たした耐火性被覆の管
を通しワイヤを添加する方法と装置とが記載され
ている。しかしながら、この特許にはワイヤの成
分を融解金属のダウンウエリング個所かその真下
で耐火性被覆管の下端から可成りの距離において
融解することが望ましいことは記載していない。
事実、この特許の好ましい具体例においては管の
下端を容器の低壁に近接させることによりそのよ
うな結果は物理的に排除されている。

融解した鉄材の浴にカルシウムを添加する新規
な方法が開発されている。その方法は、鉄材より
密度が低い金属カルシウム含有ワイヤを浴に差し
込んだ耐火性ランスを通し下方に送給する一方、
ランス内へ不活性ガスを十分に供給しランスの内
方部分から融解した鉄材をほぼからに保持し融解
材料を再循環するようかく拌させ、浴内における
ランスの配置とワイヤの組成、断面寸法および送
給速度を(a)ワイヤがランスのワイヤ出口を出た
後、完全に軟化する以前にワイヤが水平方向に向
いてほぼ曲がり、また(b)このワイヤ内のカルシウ
ムの少くとも大部分の軟化が、鉄静圧が融解した
鉄材の温度でのカルシウムの蒸気圧より大となる
浴の表面の下方のある深度で融解した鉄材のダウ
ンウエリングする個所かその真下で融解すること
により生じるようにする。もちろん、ワイヤを曲
げさすのはワイヤが融解金属より密度が低いこと
によるワイヤの浮力である。ワイヤがランスを通
り送給されている間に、ランスのワイヤ出口は鉄
静圧が融解金属の温度におけるカルシウムの蒸気
圧より大である浴の表面の下方のある深度に位置
決めすることが好ましい。

問題を解決するための手段 カルシウムがその蒸気圧より高い鉄静圧での軟
化は液状カルシウム小滴が融解することによるも
ので、このカルシウム小滴はカルシウムの気泡よ
りも可成り遅く融解金属内を上昇する（従つて、
滞留時間がずつと長い）。これら液の小滴は浴中
の融解した鉄材内を静かに上昇するに従い最後に
は非常に多数の小さい気泡に変態せしめられ、こ
の気泡は融解金属の表面に達する時に過度の騒流
を生じない。更にまた、本発明によれば、これら
液状カルシウムの小滴は浴中の融解金属の循環的
運動のダウンウエリングしている帯域を通り上昇
する。上昇するカルシウムと循環する融解した鉄
との相が対流することによりカルシウムと融解し
た鉄材との接触程度を大にし、浴中におけるカル
シウムの滞留時間を長くする。その結果、カルシ
ウムから成る精錬添加物の使用効率を可成り改善
する。

本発明が有する別の利点はランス内における不
活性ガスの流速をワイヤ送給速度とは関係なく変
えることができるので内部での融解物の循環的か
く拌速度と浴におけるスラグと金属との接触程度
とを好適にすることが出来ることである。

本発明はまたある量の融解材料内にワイヤの形
態の処理要素を直接効率良く添加する新規な装置
も含み、この装置は融解した材料の表面の下方に
配置できる出口を有する熱抵抗ノズルと、ワイヤ
をノズル内に送給する手段と、不活性ガスの触質
をワイヤと共にノズルに注入しそれにより融解し
た材料の固化によるノズルの閉塞を防止する一方
融解材料を気泡のかく拌によつてかく拌する手段
と、を備えている。向かい合い圧力により偏倚さ
れたピストンを有するシール装置が不活性ガスの
供給源の上手側で（ワイヤ送給方向に相対的に）
ワイヤに係合し、この不活性ガスはワイヤと共に
気密の導管を経てノズルに送給される。ノズルの
孔を特定の形状にすると不活性ガスの影響を極減
する。ノズルの出口付近で流路を制限することに
よりガスの速度を増大する個所を形成し、それに
よりワイヤを送給する際に生じることのある不規
則さも融解金属がノズルの内部に入りこまないよ
うにしている。

本発明の新規な装置は安価で、使用が便利で、
始動、停止および使用に有効で処理した金属を特
定の濃度にする必要な添加物の使用量を最少限に
する。

実施例 金属カルシウム含有ワイヤ１をとりべ３（大気
に開放している）に入れたたとえば鋼の如き融解
鉄材の浴２内に送給するために使用するのに適し
た装置が第１図と第２図とに示してある。本発明
の方法では、ワイヤ１は浴中の融解鉄材２より密
度が低い。本明細書に使用した「金属カルシウム
含有ワイヤ」という用語はそのようなワイヤが別
個の相として少なくとも一部分が未合金の元素金
属カルシウムから成るという意味である。ワイヤ
はまたカルシウム合金（たとえば、カルシウムと
アルミニウムとの合金）かカルシウム化合物（た
とえば、ケイ化カルシウム）または精錬または合
金の目的で融解した鉄材に添加した他の成分（た
とえば、アルミニウムマグネシウム、稀土要素）
も含むことができる。金属カルシウム含有ワイヤ
は被覆することも（たとえば、鋼と被覆）または
被覆しなくても良い。前者の場合には、被覆した
ワイヤの金属カルシウム含有コア自体がワイヤで
あるか他の任意の形態、たとえば、粉末の形態で
存在できる。ワイヤの送給を開始する以前に浴２
にたとえば石灰とほたる石とを含有する基本的ス
ラグの表面層４をもたらすことが好ましい。本明
細書に使用した「浴の表面下の深度」、「浴２の表
面下の深度」等の用語はスラグ４と融解金属の浴
２との界面から下の深度を指す。また「ダウンウ
エリング領域」とは、第１２図において、浴内に
ある融解材料Ａの表面Ｈ下方にあつて融解鉄材の
密度差による沈降流が発生する部分Ｌから、該融
解鉄材の温度において鉄静圧がカルシウムの蒸気
圧より大きくなつている部分Ｍまでの深さＮをい
うものとする。さらに鉄静圧とは、ワイヤ出口の
レベルより上方にある浴内における溶融材料の高
さによりもたらされる静圧をいう。

第１図に詳細に示してあるように、ワイヤ１は
浴２に差し込まれた耐火性ランス５を通し浴中に
下向きに送給する。同時に、ランス５を通して浴
に不活性ガス（たとえば、アルゴン）の流れを供
給する。この不活性ガスはランス５のワイヤ出口
６から出てランス５を包囲する複数の気泡として
浴の表面にまで上昇する。不活性ガスの圧力と流
速とはランスの内部の孔へ融解鉄材が入るのを防
止し、鉄材が固化することによりランスの孔が閉
塞されるのを防止するのに十分である。更にま
た、不活性ガスの圧力と流量とはとりべ３内の融
解鉄材２を可成り循環かく拌するに十分な程度と
する必要がある（第１図の浴２中の矢印参照）。
しかしながら、不活性ガスの流量は気泡７が大気
に逸出する程に浴の表面に多量の騒流を生じては
ならない。ランス５を通る不活性ガスの流速範囲
は、１Kgの溶融体につき約１×10^-7から約26×
10^-7m³／min（約1.5×10^-5から約４×10^-5立方フ
イート／分／１ポンドの溶融体）であることが好
ましい。ランス５内の不活性ガスはワイヤ１を浴
中に推進することを要求されないので、ランス内
の不活性ガスの流速はワイヤの送給速度とは無関
係に調節できる。ランス５内の不活性ガスの圧力
は、もちろん、ワイヤ出口における鉄静圧より大
でなければならない。

本明細書に使用した「耐火性ランス」という用
語は溶融鉄材料２に接触するランスの少くとも最
も外側の長さ方向部分が該材料２と接触中に物理
的または化学的な変化に抵抗する耐火材で（たと
えば、アルミナ）で作られているという意味であ
る。ランス５は真直でそれを通しワイヤ１を送給
中垂直に配向することが好ましい。しかしなが
ら、ランス５はまたワイヤを送給中垂直配向から
傾斜させることもできる（しかしながら、水平に
ではなく）。またランス５は「く」の字形状を有
することもできる。ランスにはワイヤ入口とワイ
ヤ出口とが設けてあり、ワイヤ入口はワイヤ出口
よりも使用中は高い位置になる。通常ワイヤ出口
はランスの下端にある。しかしながら、たとえ
ば、ランスの下端から変位した側部口孔のワイヤ
出口を有するランスを使用することもできる。

ランス５に加えて、第１図に示した装置はワイ
ヤスプール８と、機械的ワイヤ送り９と、不活性
ガス送りおよび密封組合わせ体１０と、組合わせ
体１０をランス５に接続しランスを支持する気密
の導管１１と、を含んでいる。本発明を実施する
には必須ではないが、第４図ないし第１１図に示
した形式の機械的ワイヤ送りと、不活性ガス送給
および密封組合わせ体と耐火性ランスとを使用す
ることが好ましい。もしワイヤ１が非被覆の金属
カルシウムのワイヤの如く外面が露出した元素金
属カルシウムであると、スプール８上のワイヤを
大気の侵食から保護するためにスプール８をカル
シウムに不活性のガスで加圧したハウジング内に
保持するといつた措置を講じる必要がある。

典型的な製鋼作業では、とりべ３内の溶融鉄材
すなわち浴２の温度は約1540°〜1650℃（約2800
ないし3000〓）である。この温度範囲では、カル
シウムの蒸気圧は可成り高い。前にも述べたよう
に、カルシウム添加作業を完全に成功させるには
ワイヤ１内の元素金属カルシウムの軟化の大部分
（またはすべて）を蒸発でなく溶融により行うこ
とが必要である。従つて、この軟化は浴の臨界深
度の下方で生じる必要がある。ここで浴の臨界深
度とは、鉄静圧がカルシウムの蒸気圧（浴温で）
に等しくなる浴の表面下の深度、と定義される。
臨界深度は第３図に示した図表を使用することに
より温度の関数として容易に決めることができ
る。第３図の右側の曲線はカルシウムの蒸気圧対
温度の関係を示す作図で、他方、左側の曲線は鉄
静圧対浴の表面の下方の深度の関係を示す作図で
ある。たとえば約1605℃（2860〓）では、カルシ
ウムの蒸気圧は1.57大気圧である。約0.84ｍ（2.8
フイート）の深度で1.57大気圧の鉄静圧が得ら
れ、従つて、この深度が限界深度である。

本発明の方法の核心は浴２内におけるランス５
と配置とワイヤ１の組成、断面寸法および送給速
度を次のようにして調節することである。すなわ
ち、 (a) ワイヤがランスのワイヤ出口から出た後、十
分に軟化する以前にワイヤがほぼ水平方向に向
け曲がり、 (b) ワイヤ内のカルシウムの少くとも大部分が臨
界深度Ｄ（第１図）の下方のある深度における
融解鉄材のダウンウエリング個所でかその真下
で融解し軟化を生じる。本明細書に使用した
「ランスの配置」または「ランス配置」という
用語は浴中におけるランスの深度および浴内の
水平面（たとえば、第２図の紙面）における位
置ならびに垂直に対するランスの配向（すなわ
ち、もし傾斜していれば垂直からの角度と方
角）とを指す。ランスの配置、ワイヤの組成、
ワイヤの断面寸法およびワイヤの送給速度の４
つの変数は相互に関連していて従つてこれら変
数の１つが変化すると残りの変数の１つまたは
それ以上を調整し直して前記した結果(a)，(b)を
得る。従つて、たとえばランスはそのワイヤ出
口６が臨界深度の下方に位置決めされ、ワイヤ
が第１図に示した如くランスを通り送給される
ように位置ずけられることが好ましい。しかし
ながら、またランスのワイヤ出口を臨界深度よ
りいく分上方にしても作用できる。この場合に
は、本発明を実施するためワイヤの送給速度を
増すか、ワイヤの直径を増すか被覆したワイヤ
に切り換えるかする必要のある場合もある。ま
た第２図の紙面における如く水平面で見てラン
ス５をとりべ内に中心から外れて配置すること
も好ましい。とりべ３内にランス５をこのよう
に偏心配置すると、とりべの片側（第１図）に
ダウンウエリングを集中することにより再循環
している浴２内の目標のダウンウエリング帯域
の体積を増大する作用を行う。ランス５の長さ
方向軸線ととりべの最も近い側壁の内面（たと
えば、第１図と第２図とにおいて表面１２）と
の間の距離は水平面で見て浴の最も長い直線寸
法Ｌの約1/6ないし1/3である。浴のこの最も長
い直線寸法は楕円形すなわち長円形断面を有す
るとりべの場合には大きい方の軸線で、円形断
面を有するとりべの場合には直径また矩形状断
面を有するとりべの場合には一辺の長さであ
る。

特定のワイヤ１が十分に軟化する以前にラン
ス５のワイヤ出口６からはなれる距離はワイヤ
の送給速度に直接左右されるので、ワイヤ送給
速度は非常に重要な変数である。本発明を実施
する際に、ワイヤ１の太さを細くするか被覆さ
れたワイヤから被覆されてないワイヤに変える
かすると、ワイヤ送給速度を増す必要を生じ勝
ちである。また、浴温を高くするとワイヤの送
給速度を増す必要を生じ勝ちである。約８ない
し12mm直径を有しているワイヤ１が被覆されて
ない金属カルシウムワイヤである場合には、ラ
ンス５は真直で、浴内に垂直に配向され、ラン
ス５のワイヤ出口６はランスの下端にあり臨界
深度Ｄの下方に位置決めされ、ランスの長さ方
向軸線ととりべの最も近い側壁の内面との間の
距離は浴の長い方の直線寸法の約1/6ないし1/3
であり、浴２の温度は約1540°〜1650℃（約
2800°〜3000〓）で、本発明を実施する際のワ
イヤ送給速度の好ましい範囲は約150〜300ｍ／
分（約500フイート／分〜1000フイート／分）
である。

具体例 １ 被覆した金属カルシウムワイヤ 塩基性スラグ混合物約1620Kg（3600ポンド）を
水平面から見て楕円形断面を有するとりべの底部
に添加し、融解した鋼210トンを炉からとりべに
流し込んだ。鋼の硫黄含量はこの流し込み作業の
結果として0.021重量％から0.008重量％に減少し
た。次に2.4ｍ（８フイート）長さの真直な耐火
性ランスを垂直配向にしてとりべの楕円形断面の
大きい方の軸線にこの軸線の長さの約1/3の距離
だけとりべの最も近い側壁の内面から離しランス
のワイヤ出口を融解した鋼の浴の表面の下方1.8
ｍ（６フイート）に位置決めして溶融した鋼の浴
内に位置決めした。加圧した2.1Kg／cm²（30psi）
のアルゴンを0.336m³／min（12scfm）でランスに
流して全体直径が８mmの900ｍ（3000フイート）
長さの被覆した金属カルシウムワイヤ（49重量％
の金属カルシウムコア−51重量％0.254mm（0.01
インチ）厚味の1010鋼の被覆）を次に融解した鋼
の浴内に下向きに165ｍ／分（550フイート／分）
の送給速度でランスを通し送給した。とりべ内の
融解した鋼の温度は0.84ｍ（2.8フイート）の臨
界深度に相等する約1605℃（2860〓）であつた。
ランスの下端から出た後、ワイヤはほぼ水平方向
に向け曲がつた。ランスの下端から約３ｍ（10フ
イート）の距離でワイヤは完全に分解した。ワイ
ヤの送給を終つた後、とりべ内の融解した鋼を適
当な鋳型に注入して鋳造した。鋳造した鋼製品は
0.22重量％の炭素と、1.36重量％のマンガンと、
0.03重量％のアルミニウムと、0.12重量％のバナ
ジウムと、0.005重量％の硫黄と、45ppmのカル
シウムと、を含んでいた。100％の抱接変態が観
察された。

具体例 ２ 非被覆金属カルシウムワイヤ 非被覆の金属カルシウムワイヤを使用して具体
例１の手順を反復した。非被覆の12mm直径の金属
カルシウムワイヤを融解した鋼の浴に240ｍ／分
（800フイート／分）の速度で１分間送給する以外
は作業装置と条件とはほとんど変えてない。ラン
スの下端のワイヤ出口から出た後、ワイヤはほぼ
水平方向に曲がる。ワイヤはランスの下端から約
３ｍ（10フイート）の距離において完全に分解し
た。

本発明の装置の好ましい具体例が第４図ないし
第１１図に示してある。融解した金属製品を処理
する１つまたはそれ以上の数の処理要素がワイヤ
２０内に配置されるかその一部を形成している。
そのような処理要素は以下に時にはワイヤ型と呼
称する。第４図の略図を参照すると、一般的な目
的はワイヤ２０をリール２２から容器５２内のあ
る量の融解金属５６に搬送することである。その
ような送給を行うため、送給機構２４がワイヤ２
０をリールから引き出し送給通路に沿い前進させ
る。出口部分付近、特にノズル６０の付近におい
て、ワイヤ２０は気密の導管４４内を運ばれる。
不活性ガスを気密の導管に供給し不活性ガスの入
口のすぐ上手側に位置したシール機構３０がワイ
ヤ２０のまわりで不活性ガスが送給通路に沿い後
方に失われるのを防止する。

挾持ローラ２６を含む適当な送給機構２４につ
いては米国特許第4235362号の参照のこと。シー
スに入れたか入れてないワイヤも含む広範囲な寸
法と組成とのワイヤを使用できる。しかしなが
ら、本発明は約１cm直径のシースに入のカルシウ
ム含有ワイヤについて詳細に説明する。この直径
のワイヤとそれよりいく分小さい直径のワイヤと
は比較的に剛強である。従つて、送給機構ならび
にワイヤ搬送部材とは耐摩性でなければならな
い。更にまた、送給中に比較的に剛強なワイヤが
送給通路における途切れに出会うこととまたワイ
ヤが突き当つたり曲がつたりすることによりある
程度振動したり横方向に変位したりすることも予
想する必要がある。

第５図ないし第７図に詳細に示してあるように
本発明のノズル６０は耐火性セラミツク製ケーシ
ング６２を備え、このケーシングを通しカルシウ
ムワイヤの金属製導管部分６６，７０内を究極の
出口すなわち排出個所８４にまで搬送する。耐火
製ケーシング６２はアルミニウム（Al₂O₃）か石
灰キルン等に使用する如き任意地の適当な耐火材
で作ることができる。

ノズル全体は融解金属の貯槽内を所定の深度に
まで延びるに十分な長さに作つてある。一般には
ワイヤをスラグと金属との界面の下方少くとも
0.9〜1.5ｍ（３〜５フイート）にしてノズルから
排出することが好ましい。従つて、スラグと金属
との高温と腐食性とを十分考慮して耐火性ケーシ
ング６２は約３ｍ（10フイート）程度の長さにす
る必要がある。

ノズル６０は適当な機械的リンク仕掛けにより
金属容器５２に対し相対的に上下動するか、もし
くはその反対にすることができる。第４図に略図
で示してあるように、金属の容器５２はヨーク組
合わせ体４８を含むウインチ・搬送系統により支
持できる。あるいはまた、容器は第１１図に示し
た如く送給機構全体を一体とした上下動すること
が好ましいこともある。いづれにしても、導管４
４の屈折を避けることが有益である。

ノズル６０の中心のワイヤ支持部分は金属製導
管７０にまで延びている金属製導管６６を含み、
ワイヤはこれら導管を通過せしめられる。大きい
方の導管６６はワイヤをノズル６０の排出開口８
４の付近にまで運ぶ。大きい方の導管６６の端部
には拡大した孔６８が形成され、この孔内に小さ
い方の導管７０がはまつている。両方の導管６
６，７０はねじか、溶接７２か他の便利な手段に
より互いに接続する。

第７図に示してあるように、ノズル６０の末端
における小さい方の導管７０の排出端は流れ方向
に内径を減少する細長く漸次にテーパを付した漏
斗部分８０を有している。この漏斗状部分８０の
細い方の端部８２に続いて直径が急に拡大した部
分がありこの部分はほぼ均一な直径の比較的短か
いほぼ円筒形の部分８３により形成されている。
均一な円筒形部分８３の漏斗状部分８０の細い方
の端部とは反対の端部はノズル６０の出口８４を
形成している。第７図に示してあるように、ワイ
ヤの運動通路に沿い直径をこのように特定な形状
に変化させるとある利点を有している。特に、断
面は融解金属５６がノズル６０内を上方に流れる
のを協働して防止するようにする。さもないと侵
入する融解金属が導管６６，７０の内部に沿い固
化しワイヤを導管に拘束する。融解金属をノズル
から排除すると同時に、ワイヤ２０と共にノズル
６０を通り外方に流れる不活性ガスは金属をかく
拌し添加物質と融解金属とを混合し、従つて、添
加物質を一層均一に分布する。不活性ガスはまた
ノズルを冷温に保持する機能も果す。

融解金属の表面から可成り下方の個所で融解金
属５６にワイヤの形態の添加物質を添加するに
は、融解金属の可成りの流体圧力に打ち勝つ必要
がある。流体圧はもちろん、融解金属の表面の下
方の深度の１関数である。この特定の圧力は特定
の金属に左右されるが、一般には１または２ｍの
深度で可成り大である。供給された不活性ガスの
圧力は融解金属がノズル内を上昇するのを防止す
るためこの流体圧力に打ち勝つ必要がある。融解
金属がノズル内に流入すると、ワイヤ２０は融解
金属が固化するので直ちに捕捉されて導管の壁に
溶接される。

ワイヤ２０の形態の添加物質は融解金属の貯槽
内に排出された後融解する。不活性ガスの気泡８
８は融解金属の表面に向け上昇し、融解金属をか
く拌しノズルの付近では上方に流れさせ他の個所
では、すなわち、融解金属の貯槽容器５２の周囲
では下方に融解金属全体を流れさせる。

導管７０の内径を下方に行くに従い減少したの
はノズル６０の出口８４の至近個所でガスの速度
を最大限にするためである。減少する断面の個所
８０に沿い、定圧のガスは狭搾部８２までは速度
を増す。狭搾部８２を越えたすぐの個所では孔の
均一な円筒形部分８３により形成した開放してい
る空所すなわち室は狭搾部８２を融解金属から間
隔をあけ融解金属が狭搾部８２のオリフイスに入
るのを更に防止する。

発明の効果 前記した構造にしてあるため、ワイヤは必然的
に融解金属にさらされる導管７０の下縁から離し
て保持され、ノズルと接触することにより冷却す
る金属固化により導管７０の下縁に溶接されるこ
とはない。ワイヤ２０は供給されるに従い狭搾さ
れたオリフイス８２における許容されたスペース
のまわりを振動、すなわち、がたつくものと予想
される。しかしながら、ワイヤはたとえ狭搾され
たオリフイスの壁に圧接しても排出開口８４で、
中心に位置決めされたままである。ワイヤに狭搾
されたオリフイス８２との間に開放して残された
スペースは大変小さくそこのガス圧が融解金属の
流体圧に打ち勝つて該金属がノズル内を上昇する
のを阻止している。ワイヤと不活性ガスとが互い
に作用して運動することによりノズルの閉塞に抵
抗する能力を増大している。

不活性ガスを何らかの形式の密封した不活性ガ
ス貯槽から送給するようにしないと、可成りの量
の不活性ガスが大気に放出され融解金属５６がノ
ズル６０に入るのを防止する機能を果さない。従
つて、不活性ガスの逆流を阻止するシール機構３
０が設けてある。シール機構３０は少なくとも１
対の向かい合つたピストン３２を有するハウウジ
ングを備え、これらピストンはそれらの間を運動
するワイヤにすべり係合して前進するワイヤ２０
を気密に把持する形状にした密封面を有してい
る。向かい合つたピストン３２を下手側で、不活
性ガスは不活性ガス供給源３１から導管３３を経
てワイヤ２０の個所に送給され、ワイヤ２０はそ
の際にシール機構３０からノズル６０にまで延び
ている気密の導管４４に封入されている。シール
機構３０は第４図に略図で示してあり第８図ない
し第１０図に詳細に示してある。ワイヤ２０に係
合させるよう向かい合つたピストン３２を駆動す
るため圧縮空気源３４を使用することが好まし
い。ばねによる偏倚力、液圧等もまた使用でき
る。コンプレツサ３４またはその他の空気供給源
の空気圧を均一に分布するためマニホルド３６を
使用できる。向かい合つたピストン３２は気密の
シリンダ内にすべり可能な装着され、たとえば各
ピストンに２個づつにした弾性的Ｏリングにより
シリンダ内に密封されている。マニホルド３６に
よりガス圧を均一にすると各段において向かい合
つて対にした軸線方向に並んだピストン３２に等
しい圧力をかけることになる。向かい合つた２段
すなわち２対のピストンが平行関係にして配置さ
れている。これら対のピストンはまた１対のピス
トンが大気シールとなり他方の対のピストンが不
活性ガス媒体のシールとなるよう独立に作動せし
めることができる。

シール機構３０のハウジングは鋼で作ることが
好ましい。ハウジングのシリンダ内に装着したピ
ストン３２は耐久性のプラスチツク材料で作つて
ある。ピストンは、たとえば、テフロン、ナイロ
ン等で作るかそれで被覆することができる。

シール機構３０のハウジングにはワイヤ２０の
先端を「捕捉」するようにした拡大した漏斗状入
口オリフイス３５が設けてある。ワイヤ２０を最
初に挿入中ピストンを中心に並べるため向かい合
つたピストン３２を更にばねで偏倚させるか手動
で調節する必要のあることもある。しかしなが
ら、一度びワイヤを挿入するとシール機構３０は
シール機構に相対的なワイヤ２２の横方向位置の
変位を補償する一方気密を保持する被覆されたワ
イヤがきわめて硬いので、過度の摩擦を防止し密
封を保持するためある程度の整合変動を許容する
必要がある。

適当な制御機構を同時に挾持ローラワイヤ送給
装置２４と不活性ガス圧制御装置４２とに接続で
きる。無駄をなくすため、ワイヤ２０にシール機
構３０の向かい合つたピストン３２が係合するま
ではガス圧制御装置４２は閉じたままにして置く
必要がある。いづれの場合にも、ノズル６０が融
解金属５６がその上のスラグ５４に近接せしめら
れるまで何ら特定のガス圧も必要としない。この
時点で、送給装置と不活性ガス圧制御手段とは同
時に作動でき、ノズルは融解金属に突つ込むこと
ができる。融解している添加物質と不活性ガスと
はスラグと融解金続との界面の可成り下方でノズ
ルのオリフイスから排出される。

装置の好ましい物理的配置が第１１図に示して
ある。事実上、装置全体は蝶番１２２を中心とし
てピボツト運動する枢着したテーブル１２０に装
着されている。液圧または空気圧の持上げ装置１
２４がテーブル１２０をそのピボツト点を中心と
して上下させそれによりノズル６０を容器５２内
の融解金属５６に相対的に上下させる。持上げ機
構は共通の不活性ガスおよびワイヤ制御手段の下
に同様に組み込むことができる。

ノズル６０には孔が設けてあり、この孔は添加
物質の送給および不活性ガスの流れ方向に見てほ
ぼ均一な直径のほぼ円筒形で、この部分に次いで
ワイヤの半径よりほんの僅か大きい半径の孔で終
る直径を縮少したテーパ付き部分と孔の直径より
大きいほぼ均一な直径の第２のほぼ円筒形の部分
とがあり、それによりワイヤは出口付近のノズル
導管の内縁から間隔をあけたままとなる。テーパ
状部分の第２の円筒形部分との間で急激に転移す
ることによりガスの速度を増す狭搾した直径のオ
リフイスを形成し、融解金属はこのオリフイスを
過ぎて逆流しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に使用するのに適した装
置の略図、第２図は第１図の２−２線に沿い切断
してとりべ内の耐火ランスの偏心配置を示す断面
図、第３図はとりべ内の融解金属の臨界深度、す
なわち、鉄静圧がカルシウムの蒸気圧に等しい融
解金属の表面の下方の深度を温度の１関数として
定めるために使用できる図表、第４図は本発明の
装置の１具体例の斜視略図、第５図は第４図に示
した本発明のノズルの一部切欠き斜視図、第６図
は第５図の３−３線に沿い切断して示した断面
図、第７図はこれもまた第５図の３−３線に沿い
切断したノズルの出口である添加個所の詳細図、
第８図は第４図に示した本発明のシール機構の斜
視図、第９図は第８図の６−６線に切断して示し
た断面図、第１０図は第８図の７−７線に沿い切
断して示した断面図、第１１図は第４図に略図で
示した部品の好ましい物理的レーアウトを示す立
面図、第１２図はダウンウエリング領域を説明す
るための図である。 ５……ガス注入手段、２０……ワイヤ、２４…
…ワイヤ送給手段、３２……ピストン、３６……
マニホルド、４４……導管、６０……ノズル、８
０……漏斗状部分、８３……円筒形部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属特性を改良するため融解金属材料中へワ
   イヤ形態の処理金属を注入する装置であつて、入
   口が融解材料５６の表面の上方に配置され出口が
   該表面の下方に配置されているノズル６０であつ
   て、これらの入口と出口とを結ぶ通路がこの通路
   を介して供給されるワイヤ２０の直径より僅かに
   大きい直径を有する孔で終る漸次縮小する直径を
   有する漏斗状部分８０および該漏斗状部分８０の
   前記孔に接続しているほぼ均一な直径の円筒形部
   分８３を有し、該円筒形部分が漏斗状部分の前記
   孔との間に急激な拡径部分８２を形成し、かつ該
   円筒形部分８３の該拡径部分８２と反対の端部８
   ４がノズルの出口を形成している耐熱性ノズル６
   ０と、 一端がノズル６０の入口に接続されている気密
   の導管４４と、 該導管４４の他端に接続されておりワイヤを大
   気から密封した状態にて前記導管４４へ供給する
   シール機構３０と、 不活性ガスを前記導管４４内に注入する不活性
   ガス注入導管３３と、 ワイヤ２０をシール機構３０と導管４４とノズ
   ル６０とを介して融解した材料５６内に送給する
   ワイヤ供給機構２４と、 から成り、 それによりワイヤ２０と共にノズル６０の出口
   ８４を出る不活性ガスが融解材料５４の固化によ
   るノズル出口８４の閉塞を防止し該不活性ガスに
   よる気泡のかく拌により融解材料５４中への処理
   金属の混合を促進することを特徴とする、融解金
   属材料の表面の下方にワイヤの形態の処理金属を
   注入する装置。 ２ 前記シール機構３０が、ワイヤ送給機構２４
   の下流に設けた第１の圧力作動ピストン装置と、
   該第１の圧力作動ピストン装置の下流であつて不
   活性ガス注入導管３３の上流に設けた第２の圧力
   作動ピストン装置と、から成り、これらの圧力作
   動ピストン装置が互いに対向する両側からワイヤ
   を挟持する一対の流体作動ピストンから成り、こ
   れらの一対のピストンが互いに接近する方向に可
   動であつてこれらの一対のピストン間をワイヤが
   密封状態ですべり係合する密封面を形成している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処
   理金属注入装置。