JPH0448022A - 真空吸引式脱ガス装置 - 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］ 本発明は、多孔質部材を介して、溶融金属、溶融マット
及び溶融スラグ等の融体から、ガス相を生成する溶質成
分を除去し、又は回収する真空吸引式脱ガス装置に関す
る。

［従来の技術］ 溶融金属、溶融マット及び溶融スラグ等の融体から、ガ
ス相を生成する溶質成分を除去し、又は回収する技術と
して、従来、ＲＨ法及びＤＨ法等の脱ガス法がある。こ
のＲＨ法及びＤＨ法は、真空下又は減圧下において溶湯
中に大量のアルゴンガスを吹き込み、溶湯中のガス成分
の分圧を低下させてこのガス成分を除去している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この従来のＲＨ法及びＤＨ法による脱ガ
ス法は、大量のアルゴンガスを使用するため、ランニン
グコストが高いという欠点がある。

また、大量のアルゴンガスを溶湯中に吹き込むので、溶
湯からスプラッシュが発生し易く、装置の壁面等に地金
が付着し、その除去作業が煩雑である。更に、このスプ
ラッシュが発生するため、装置を大型にせざるを得ず、
装置コストも高い。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
融体中のガス成分を大量のアルゴンガスを使用すること
なく、容易に除去することができ、融体の脱ガスを簡素
な装置で低コストで実施することができる真空吸引式脱
ガス装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る真空吸引式脱ガス装置は、融体を収納した
収納容器と、ガスを透過するが融体は透過しない多孔質
材料で成形され前記収納容器内の前記融体中に浸漬され
た有底筒状の仕切り部材と、この仕切り部材の内側を真
空下又は減圧下において前記融体中のガス又は前記融体
と前記仕切り部材の成分との反応により生じたガスを吸
引する吸引手段と、前記仕切り部材を前記融体中で移動
させて前記融体を攪拌する攪拌手段とを有することを特
徴とする。

［作用］ 第１図は本発明の原理を示す模式図である。融体２は収
納容器（図示せず）内に収納されている。

一方、仕切り部材１は、ガスのみを透過し、溶融金属、
溶融マット及び溶融スラグ等の融体は透過しない多孔質
材料からなり、有底筒状に成形されている。そして、こ
の仕切り部材１は、駆動装置（図示せず）により駆動さ
れて、回転又は揺動等の運動を行ない、前記融体中で移
動して前記融体を攪拌するようになっている。

この場合に、仕切り部材１の内側を真空又は減圧雰囲気
３にすると、仕切り部材１の融体２と接触した壁面では
融体２の静圧に無関係に圧力が低下す今。

このため、融体２中の不純物成分又は回収する価値があ
る有価成分であって、ガス相を生成するものは、容易に
仕切り部材１の壁面で核生成し、生成したガス４は仕切
り部材１を透過して融体２から分離される。

本願発明者等はこのような原理に基づいて融体中からガ
ス生成成分を除去できることに想到し、本発明を完成さ
せるに至ったものである。

而して、融体中に溶解しているガス生成成分は下記の反
応式により、ガスとなって除去される。

瓦＋瓦→Ｎ２　　　　　　　　・・・（１）比＋比→Ｈ
２・・・（２） ℃工＋Ω−→ＣＯ・・・（３） １＋２．Ω−→ＳｏＱ　　　　　　・・・（４）また、
融体中の不純物が仕切り部材を形成する多孔質材料中の
成分と反応してガスとなった後、前記仕切り部材を透過
して除去されることもある。

多孔質材料が酸化物（ＭＸＯＹ）の場合には、融体中の
炭素は下記反応式によりガスとなって除去される。

’Ｉ　ｆ；−十Ｍ　ｘ　Ｏｖ　　（固体）−＊ｘＭ−＋
ｙＣＯ・　（５）また、多孔質材料が炭素で構成されて
いるか、又は炭素を１成分として含有している場合には
、下記反応式により融体中の酸素が除去される。

Ω−＋Ｃ（固体）→ＣＯ・・・（６） 更に、融体中の蒸気圧が高い有価成分（Ｍ）の分離回収
は下記反応式により前記有価成分をガス化することによ
り行なわれる。

ｘＭ”Ｍｘ　　（ガス）　　　　　　　・　（７）Ｍ　
Ｏｖ→ＭＯＹ（ガス）　　　　・　（８）Ｍ　Ｓ　ｖ→
ＭＳＹ　　（ガス）　　　・・・（９）このようにして
、融体中のＮ、Ｈ，Ｃ，Ｏ及びＳ等の不純物成分及び有
価成分が融体中から除去され、又は回収される。

融体からの脱ガス反応速度が極めて速い場合には、融体
中の成分の除去速度は、脱ガス成分の融体中における物
質移動によって律速される。そこで、本発明においては
、融体中に浸漬した仕切り部材を融体中で移動させるこ
とにより、融体を攪拌し、多孔質固体からなる仕切り部
材の周囲の融体中における物質移動を促進する。

このように、本発明においては、仕切り部材が融体中で
回転又は揺動して融体を攪拌するため、融体中のガス生
成成分が仕切り部材の表面に速やかに移動する。そして
、このガス生成成分が仕切り部材の表面でガス化し、又
は仕切り部材の成分と反応して反応生成物のガスが得ら
れ、これらのガスが仕切り部材を介して融体から除去さ
れる。

従って、本発明装置は、融体からガス生成成分を高効率
で分離することができる。

また、本発明においては、対象とする融体中の不純物又
は有価成分に応じて、これらの不純物又は有価成分と反
応する仕切り部材中の成分の濃度を調整することにより
、融体中の不純物又は有価成分と仕切り部材中の成分と
の反応速度を制御することも可能である。

なお、雰囲気及び収納容器への放熱による融体の温度の
低下、仕切り部材を融体に浸漬することによる融体の温
度の低下及び仕切り部材の成分と融体との吸熱反応によ
る融体の温度の低下等に起因する不都合の発生を回避す
るために、仕切り部材に通電するか予め仕切り部材に抵
抗線を埋設しこの抵抗線に通電するか、又は外部加熱（
例えば、プラズマ加熱）等の方法により、仕切り部材及
び融体を加熱することができる加熱手段を設けておいて
もよい。

多孔質材料としては、Ａ　１２０ＦＩ　、Ｍ　ｇ　０１
ＣａＯ１ＳＩＯ２、ＦｅＱＯ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｒ　２
０３　、Ｂ　Ｎ％　Ｓ　１　Ｇ　Ｎ４並びにＳｉＣ及び
Ｃ等の金属酸化物、金属非酸化物及び炭素並びにこれら
の混合物等、種々のものを使用することができるが、融
体の主成分と反応しないものが好ましい。このように、
主成分と反応しないことにより、融体と接触する仕切り
部材の溶損が防止される。

また、ガスのみを透過させ、融体は透過させないように
するため、融体に濡れにくい多孔質材料の仕切り部材を
使用する。更に、仕切り部材の気孔率は、４０％以下に
することが好ましい。

更にまた、多孔質浸漬管へ融体が侵入しても、真空系へ
融体が入るのを防止するため、圧力損失が小さいフィル
タを多孔質浸漬管上部に設置し、侵入した融体をこのフ
ィルタで凝固させ、トラップするようにすると良い。

次に、本発明を融体からのガス生成成分の除去回収に適
用した用途例について説明する。

■　先ず、本発明を、溶鉄から炭素、窒素又は水素を除
去する脱炭素、脱窒素及び脱水素の工程に使用すること
ができる。

溶鉄中の炭素の除去に末法を使用する場合、前記仕切り
部材の主成分はＡｌａＯｓ又はＭｇＯ等とし、溶鉄中の
炭素の主酸化剤としてＦｅａＯ＋＋Ｆｅ３０４　＋　Ｍ
ｎＯ，Ｓ　＋　０２等を配合する。これらの主酸化剤の
配合割合を高くすることにより、溶鉄中の酸素の除去速
度を増加させることができる。しかし、主酸化剤の配合
割合をあまり高くすると、仕切り部材の融点の低下又は
機械的強度の低下等を招き、また特に溶鉄中の炭素濃度
が低い場合には溶鉄中の酸素濃度が増加するため、目的
に応じて主酸化剤の配合割合を既に確立されている状態
図を参考にして決定する。

一方、溶鉄中の窒素の除去に末法を使用する場合、前記
仕切り部材には、安定な酸化物、例えばＣａｂ、Ａｆａ
　Ｏ＊　、ＭｇＯ等を使用する。

また、溶鉄中の炭素及び窒素を同時に除去するために末
法を使用する場合、溶鉄中の炭素及び窒素の目標濃度に
応じて前記主酸化剤の配合割合を変化させる。

■　また、本発明を、溶鋼中から酸素を除去する脱酸工
程にも適用することができる。

■　更に、本発明は溶融アルミニウム中から水素を除去
する脱水素工程にも適用することができる。

■　更にまた、本発明を、溶融シリコンの脱炭素、脱窒
素及び脱水素に適用することができる。

■　一方、本発明により、溶融船中の亜鉛を回収するこ
とができる。

■　溶融銅マットから硫黄及び酸素を除去する脱硫黄・
脱酸素の工程に本発明を適用することもできる。

■　そして、溶融銅マット又はニッケルマット中の有価
金属（Ａｓ、Ｓｂ＋　Ｂｉｔ　Ｓｅｔ　Ｔｅ＋Ｐｂ、Ｃ
ｄ等）の回収にも本発明を適用することができる。

■　更に、溶融スラグ中から有価金１ｔ！１（Ａｓ。

Ｓｂ＋　Ｂｉｔ　Ｓｅｔ　Ｔｅ＋　ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ等
）を回収する場合にも、本発明を適用することができる
。

［実施例コ 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について具
体的に説明する。

第２図は本発明の第１の実施例を示す模式的断面図であ
る。収納容器５内に融体２が貯留されており、この融体
２内に脱ガス部材６の下半部が浸漬されている。この脱
ガス部材６は下端が閉塞した円筒状をなし、融体２に浸
漬されている下半部は、ガスは透過するが、溶融金属、
溶融スラグ及び溶融マット等の融体は侵入できないよう
な細孔を有していて、この融体は透過しない多孔質の材
料で成形されている。この脱ガス部材６の下半部の多孔
質材料で成形された部分が仕切り部材８ａである。また
、脱ガス部材６の上半部はガスを透過しない緻密質の部
材６ｂにより形成されている。

この仕切り部材６ａと緻密質部材６ｂとは夫々別個に作
成した後、両者を接合して一体化してもよいし、多孔質
材料で脱ガス部材６の全体を作成した後、緻密質部材６
ｂの部分にガスを透過しない緻密質材料をコーティング
する等の方法により、この部分をガス非透過性にしても
よい。

この融体２の上に霧出するガス非透過性の緻密質部材６
ｂの上端部には連結部材７及び支持軸９が固定されてい
る。そして、この支持軸９の上端部には適宜の真空吸引
ポンプ（図示せず）に連結された配管８がこの支持軸９
及び連結部材７を介して脱ガス部材６の内部空間と連通
ずるようにして連結されている。

この支持軸９は、軸受１０ａが設けられたプレート１０
により支持されている。また、脱ガス部材６は、駆動部
（図示せず）により、支持軸９の中心軸を回転軸として
回転（自転）するようになっている。

このように構成された真空吸引式脱ガスＫｌｊｆａにお
いては、脱ガス部材６を回転させると共に、配管８を介
して脱ガス部材６の内部を吸引し、脱ガス部材６の内部
を真空又は減圧状態にする。そうすると、融体２は脱ガ
ス部材６の回転により攪拌され、融体２中のガス生成成
分は脱ガス部材６の仕切り部材６ａを透過して脱ガス部
材θ内に排出されて、融体２から分離される。本実施例
においては、融体２を極めて高効率で脱ガス処理するこ
とができる。

第３図乃至第５図は、夫々本発明の第２乃至第４の実施
例に係る真空吸引式脱ガス装置を示す模式的断面図であ
る。

これらの実施例が第１の実施例と異なる点は、脱ガス部
材６の運動方向が異なることにある。

第３図に示す第２の実施例に係る真空吸引式脱ガス装置
においては、脱ガス部材６はその長平方向に直交する１
方向に沿って往復移動するようになっている。また、第
４図に示す第３の実施例に係る真空吸引式脱ガス装置に
おいては、脱ガス部材６はその長手方向に沿って上下方
向に往復移動するようになっている。更に、第５図に示
す第４の実施例に係る真空吸引式脱ガス装置においては
、脱ガス部材８はその中心軸と平行な軸を回転中心とし
て公転運動するようになっている。

これらの第２乃至第４の実施例装置においても、融体２
は脱ガス部材６により攪拌され、融体２の脱ガス化処理
を極めて高効率で行なうことができる。

なお、脱ガス部材６の運動方向は上述の各実施例により
限定されるものではなく、例えば第２図乃至第５図に示
した運動方向を２以上複合した方向に運動させてもよい
。

次に、本発明に係る装置により、実際に溶鉄から脱炭し
た結果について説明する。この脱炭試験は第２図に示す
装置により実施した。

先ず、高周波誘導炉を使用して電解鉄を４００ｇ溶解し
、これをアルミナ製るつぼ（内径４０１）内に装入した
。このるつぼ内の溶鉄の深さは４Ｇ＋ｕｅであり、この
溶鉄内に、アルミナ製多孔質管（Ａ　Ｉ　ｌ！　０３９
：１％、５ｉｎ２　Ｇ、５％＊　Ｆ　ｅ＊　０ＣＩ０．
５％、外径１４ｍ（内径６ｍｍ、気孔率２５％）を４０
−一浸漬した。そして、この多孔質管内を２ｔｏｒｒに
減圧した。

次いで、溶鉄中の炭素濃度が１１００ｐｐになるように
、炭素を溶鉄中に添加した。その結果、溶鉄中の炭素濃
度は炭素を添加した後、２０分間で１１００ｐｐからｔ
ｏｐｐｍにまで低下した。この間、酸素濃度は約５０ｐ
ｐｍで一定であった。従って、脱炭素は下記の反応式に
より、多孔質管のアルミナ等と反応して進行しているこ
とが明らかである。

３℃：＋４７２０３　　→２１．Ｌ　＋３　Ｃ０２℃ユ
＋５ｉｎ２→に１汁２ＣＯ ３℃−＋　Ｆ　ｅ　２０３　→２　Ｆ　ｅ　＋　３　Ｃ
Ｏこれにより、ＣＯガスは溶鉄から除去され、ＡＩ＋Ｓ
ｔが溶鉄中に添加される。

次に、上述の如く内部を減圧した多孔質アルミナ管を浸
漬した実施例の場合の脱炭反応効率を、多孔質管を使用
しない比較例の場合の脱炭反応効率と比較して説明する
。

第６図は横軸に時間をとり、縦軸に溶鉄中の炭素濃度を
とって、多孔質管を使用した実施例の場合と多孔質管を
使用しない比較例の場合とを比較して示すグラフ図であ
る。この第６図から明らかなように、多孔質管を使用し
て真空脱ガス処理した場合は、炭素濃度が約２５分間で
’７ｐｐ−にまで低下したのに対し、多孔質管を使用し
ない場合は、１時間を経過しても４０ｐｐｍにまでしか
低下しなかった。従って、本発明をガス相を生成する融
体中の溶質成分の除去又は回収に適用することは極めて
有効である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ガスを透過するが
融体は透過しない多孔質材料で成形された仕切り部材の
内側を吸引手段により吸引して真空又は減圧下におくと
共に、攪拌手段により前記仕切り部材を前記融体中で移
動させて前記融体を攪拌するから、ガス相を生成する融
体中のガス生成成分を高効率で仕切り部材の内側の真空
又は減圧空間に移動させることができる。また、本発明
に係る真空吸引式脱ガス装置は、アルゴンガスを使用す
る必要がないため、ランニングコストが低く、スプラッ
シュの発生が抑制されると共に装置の壁面への地金の付
着を低減することができる。

従って、本発明により、装置の小型化による装置コスト
の低減及び装置のランニングコストの著しい低減を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための模式図、第２図
は本発明の第１の実施例装置を示す模式的断面図、第３
図乃至第５図は夫々本発明の第２乃至第４の実施例装置
を示す模式的断面図、第６図は本発明の効果を示すグラ
フ図である。 １．６ａ；仕切り部材、２：融体、３；真空又は減圧雰
囲気、４；ガス、５；収納容器、６；脱ガス部材、６ｂ
：緻密質部材、７；連結部材、８；配管、９：支持軸、
１０；プレート、１０ａ；軸受

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）融体を収納した収納容器と、ガスを透過するが融
   体は透過しない多孔質材料で成形され前記収納容器内の
   前記融体中に浸漬された有底筒状の仕切り部材と、この
   仕切り部材の内側を真空下又は減圧下において前記融体
   中のガス又は前記融体と前記仕切り部材の成分との反応
   により生じたガスを吸引する吸引手段と、前記仕切り部
   材を前記融体中で移動させて前記融体を攪拌する攪拌手
   段とを有することを特徴とする真空吸引式脱ガス装置。
2. （２）前記仕切り部材を電気的に加熱する加熱手段を有
   することを特徴とする請求項１に記載の真空吸引式脱ガ
   ス装置。