JPH05156377A - 溶融金属の処理装置および気泡発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融金属に含有する水素ガスや非金属介在物
を効率よく除去する。 【構成】 処理槽内に収容した溶融金属を、回転軸の先
端に設けた気泡発生器よりガスを噴出し、同時にその外
周に取付けた回転羽根で攪拌し、その回転軸及び回転羽
根の回転を一定時間毎に反転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合金を含むアルミニウ
ムやマグネシウム等の溶融金属に含有する水素ガスや非
金属介在物の除去に使用する装置および気泡発生器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム及びアルミニウム合金等の
溶融金属には、非金属介在物や水素ガス等の不純物が含
まれており、これらの溶湯を使用してそのまま鋳造する
と不純物の影響によりその製品に欠陥を生じさせる。そ
のため鋳造に際しては溶融金属中より不純物を除去する
必要がある。この除去方法として、スニフ法やアルピュ
ア法等のようにノズルより不活性ガスを溶融金属中に吹
き込み、一方向の回転羽根により切断微細化したガス気
泡を溶融金属中に拡散し不純物と接触させた後、溶融金
属表面に浮上させ除去する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】不活性ガスは、溶融金
属との接触反応により物理的に不純物を除去することか
ら、より多くの溶融金属と接触させる必要がある。同一
ガス量での効果的な除去方法としては、気泡形状の微細
化と溶融金属内に乱流を発生させ遊動距離を長くするこ
と及び低中速回転では拡散効果が減少するので、均一な
分散を図るため回転体の速度を速くすることが必要であ
る。その方法としては、不活性ガスをポーラス材を通し
微細化して放出し、その後１００−２０００ｒｐｍで回
転する回転羽根で再度切断微細化し、溶融金属中に拡散
させる方法がある。しかしながら、一方向の回転羽根に
よる攪拌は、高速回転になると旋回流が発生するため、
処理炉内の溶融金属全体が回転運動を起こし、溶融金属
中での気泡の実際の遊動距離は短くなり高速回転の効果
は得られず、その上、溶融金属表面に著しい渦流が発生
し雰囲気中の水素ガスや溶融金属表面のドロス等の巻込
みが生じ、脱ガス効果や非金属介在物の除去効果がかえ
って低下する。そのため回転羽根に対し垂直方向に邪魔
板を取り付け旋回流を止めなければならなかった。この
邪魔板は溶融金属の回転方向に対して対向する方向に取
付けることから短期間で消耗するという欠点があった。
さらに、邪魔板を使用すると溶融金属が回転している以
上、気泡に対してデッドゾーンが生じ、不純物との拡散
接触ができない部分が発生した。また、ポーラス材を使
用する方法は、ポーラス材が溶融金属と直接接触するた
め消耗が激しく短期間に交換が必要となる上に、交換の
手間と時間が多くかかった。本発明は、上記の問題点を
解決するためになされたもので、バッチ式やイン・ライ
ン式の脱ガス処理が可能で、かつ邪魔板等を用いずに不
活性ガス等を溶融金属に微細また均一に拡散させ効果的
に不純物を除去する装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の溶融金属の処理装置は、処理槽内に収容し
た溶融金属を、回転軸の先端に設けた気泡発生器よりガ
スを噴出し、同時にその外周に取付けた回転羽根で攪拌
することにより、溶融金属に含まれる水素ガスや非金属
介在物等の不純物を除去する処理装置において、上記回
転軸及び回転羽根の回転を一定時間毎に反転させること
を特徴とする。さらに、上部気泡発生器上端に形成した
回転軸との嵌合部を、円周を切欠いて弧部と直線部から
構成し、かつ回転軸の下端も前記嵌合部に対応する形状
とし、回転軸を嵌合部に嵌合した状態では、回転軸が反
転をしても気泡発生器との嵌合状態が確実に保たれるこ
とを特徴とする。さらに、本発明の気泡発生器は、中央
に穿設したガス通路に連通して、中心から水平方向にガ
ス通路を穿設したガス微細化プラグを構成すると共に、
中央に嵌合部を穿設し、かつ嵌合部の下部を前記ガス微
細化プラグの径よりわずかに大きく形成した回転羽根を
設け、上記ガス微細化プラグを回転羽根に嵌合し、ガス
微細化プラグ外周と嵌合部の内周との間にガスの噴出口
を形成したことを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明の溶融金属の処理装置は、回転軸と回転
羽根を高速回転ならしめると共に適宜の反転回転の組合
せにより、溶融金属全体の回転運動を生じることなく溶
融金属内部に乱流を発生させ、また乱流によるガス気泡
の再微細化を図り長時間溶融金属内を遊動滞留すること
により効率よく不純物の除去を行う。また、本発明の気
泡発生器は、不活性ガスを溶融金属内に微細な気泡状態
として噴出し、乱流によるガス気泡の再微細化を図り効
率よく不純物の除去を行う。

【０００６】

【実施例】本発明の溶融金属の処理装置を以下図面を参
照しながら説明する。図１は、本装置の正面断面図であ
る。符号１４は、アルミニウムなどの溶融金属５０を収
容した処理槽であり、この処理槽１４の蓋１３の上に支
持脚９を介してプレート１２を設ける。このプレート１
２の中央部には金属製の回転軸５を貫通している。この
回転軸５の先端にはフランジ８を介しカーボン製の回転
軸６を連結している。回転軸６の先端にはガスを微細化
して放出する気泡発生器３０を構成する。回転軸５は、
上部をモータ１０とベルト３によって連結駆動されてい
る。符号１１は、モータ１０の回転方向や回転時間等を
制御するインバータ等の制御機器、４は軸受および２は
ロータリシールである。上記ロータリーシール２、回転
軸５、軸受４、回転軸６の内部にはガス通路１５が形成
されていて、上端に設けたガス供給管１からの処理ガス
は回転軸６先端の気泡発生器３０のガス噴出口１６より
溶融金属５０中に放出されるのである。

【０００７】上記気泡発生器３０は、図６に示すように
ガス拡散器２０と回転羽根４０を組合せて構成する。ガ
ス拡散器２０は、図２及び図３に示すように円板状のガ
ス微細化プラグ１９の上部に回転軸６への取付部２１を
構成している。この取付部２１の外周表面にはネジ２２
を螺刻し、中央にはガス通路１５を穿設している。上記
ガス微細化プラグ１９は中央にガス留り１８を設けてい
て、中心から水平方向に６本のガス通路１７を穿設して
いる。更にガス微細化プラグ１９の外周部にはガス噴出
口１６と補助のガス通路１９ａを設けており、ガス噴出
口１６にはガスの乱流溝１９ｂを削設している。回転羽
根４０は図４及び図５に示すように円板状であり、中央
に３個の嵌合部４１、４２、４３を設けている。この下
部嵌合部４１は上方の段部４４で狭くなり中央嵌合部４
２を形成し、更に上端で上部嵌合部４３を形成する。下
部嵌合部４１は円形状であり、かつ径が前記ガス微細化
プラグ１９よりわずかに大きいため、図６の嵌合状態で
はガス微細化プラグ１９外周と下部嵌合部４１の内周と
の間にガスの噴出口１６が形成される。また中央嵌合部
４２の径は、前記取付部２１の下部２１ａと同一径であ
る。上部嵌合部４３は、作動時に回転軸６が反転をして
も、常に回転羽根４０との嵌合状態が確実に保たれるよ
うにしたもので、４５度ごとに円周を切欠き、等間隔に
４つの弧部４３ｂと直線部４３ｂからなる形状とした。
当然ながら回転軸６の下端も前記上部嵌合部４３に対応
する形状である。上記気泡発生器３０は、本実施例では
反転機構を備えた処理装置に使用したがこれに限定され
ず、従来の一方向のみの回転の処理装置にも適用でき
る。

【０００８】次の本実施例の作用を説明する。ガス供給
管１からガスを放出しながら処理槽の蓋１３の所定の位
置に支持脚９を固定しプレート１２に各器具をセットす
る。同時に回転軸６と気泡発生器３０を溶融金属中に浸
ける。このためガスはガス通路１５を通過して気泡発生
器３０のガス噴出口１６より溶融金属５０中に放出され
る。その後、モータ１０を作動させて、回転軸５、回転
軸６と共に気泡発生器３０を回転させるが、モータ１０
は制御機器１１によって反転時間とタイマーをセットさ
れているため、気泡発生器３０等は一定時間ごとに反転
しながら回転運動をする。ガス通路１５を通過したガス
は、ガス溜り１８にぶつかりガス微細化プラグ１９内の
ガス通路１７を通って、ガス噴出口１６及び任意な位置
に設けられた１個以上の狭隘なガス通路１９ａより微細
化された気泡となり放出される。この場合のガスの微細
化の仕組を説明する。直径１０ｍｍのガス通路１５を通
過したガスが、それより狭いガス通路１７または狭隘な
ガス噴出口１６を通過することにより噴出する気泡は小
さくなり、同時にガスの噴出する速度が大きくなるので
ある。さらに、ガス噴出口１６を回転軸６の中心より遠
くに設けたため、遠心力の働きによる気泡の切断効果が
アップしてくる。

【０００９】次に本実施例を用いて、溶解量５００ｋｇ
のアルミニウム合金ＡＣ４Ｃ（ＪＩＳ）を用いて行った
実験例を示す。噴出するＮ２ガス量を毎分３０リット
ル、回転数を６００ｒｍｐ、反転間隔を２０秒毎とし、
溶融金属中の水素ガスをアルスキャン分析装置で分析し
た結果、次の結果を得た。 処理前の水素ガス量 ０．３７ｃｃ／１００ｇＡｌ ５分後の水素ガス量 ０．１２ｃｃ／１００ｇＡｌ 従来装置、例えば回転数３００ｒｍｐの微細化気泡発生
器を持たない一方向回転装置で上記の処理結果を得るた
めの処理時間は１０分を要していた。なお、一般的に
は、水素ガス量が０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ、以下で
あれば不良品発生はないと考えられている。

【００１０】上述のように本実施例の溶融金属の処理装
置では、ガス噴出口１６は、本実施例のように６本に限
らずガス微細化プラグ１９の内部の任意位置に簡便に追
加設定ができる。補助のガス通路１９ａも同様である。
また、ガス微細化プラグ１９は従来例のように低密度の
ポーラス材を使用してせず、回転軸６や回転羽根４０等
と同密度あるいはそれ以上の密度の材質の使用が可能で
あることから耐久性が増加し頻繁な交換を必要としなく
なった。

【００１１】

【発明の効果】回転軸と回転羽根は、気泡発生器により
微細化放出された処理ガスを処理槽中の溶融金属処理量
と品種の違いから生じる溶融金属の流動性等の特徴に合
致するように、任意時間毎に高速回転で回転と反転を繰
り返させて効率良く不純物を除去する。その場合に従来
での一方向の回転羽根による攪拌で生じた旋回流は発生
しないため、脱ガスと非金属介在物の除去に要する時間
が短くなり作業効果は飛躍的に向上する。また、気泡発
生器に気泡体を使用しないため耐久性が増すと共に、従
来短期間で消耗交換を必要とした邪魔板が不要となり、
装置の故障が削減されメンテナンスが容易になったため
維持費等が低減された。さらに、作業時間が半減し、そ
れに伴い使用ガス量も半減して省エネルギ効果を生じ
る。

【図面の簡単な説明】

図１ 本装置の正面断面図。 図２ ガス拡散器の拡大平面図。 図３ 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 図４ 回転羽根の拡大平面図。 図５ 図４のＶ−Ｖ線断面図。 図６ 気泡発生器の正面断面図。

【符号の説明】

１ ガス供給管 ５ 回転軸 ６ 回転軸 １０ モータ １５ ガス通路 １６ ガス噴出口 １７ ガス通路 １９ ガス微細化プラグ ３０ 気泡発生器 ４０ 回転羽根

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【手続補正書】

【提出日】平成４年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】 上述のように本実施例の溶融金属の処理
装置では、ガス噴出口１６は、本実施例のように６本に
限らずガス微細化プラグ１９の内部の任意位置に簡便に
追加設定ができる。補助のガス通路１９ａも同様であ
る。また、ガス微細化プラグ１９は従来例のように低密
度のポーラス材を使用しておらず、回転軸６や回転羽根
４０等と同密度あるいはそれ以上の密度の材質の使用が
可能であることから耐久性が増加し頻繁な交換を必要と
しなくなった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 仲次郎 神奈川県茅ケ崎市円蔵370番地 東洋カー ボン株式会社茅ケ崎工場内有限会社山本ア ドバンテック内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理槽内に収容した溶融金属を、回転軸の
   先端に設けた気泡発生器よりガスを噴出し、同時にその
   外周に取付けた回転羽根で攪拌することにより、溶融金
   属に含まれる水素ガスや非金属介在物等の不純物を除去
   する処理装置において、 上記回転軸及び回転羽根の回転を一定時間毎に反転させ
   ることを特徴とする溶融金属の処理装置。
2. 【請求項２】上部気泡発生器上端に形成した回転軸との
   嵌合部を、円周を切欠いて弧部と直線部から構成し、か
   つ回転軸の下端も前記嵌合部に対応する形状とし、回転
   軸を嵌合部に嵌合した状態では、回転軸が反転をしても
   気泡発生器との嵌合状態が確実に保たれることを特徴と
   する請求項１記載の溶融金属の処理装置。
3. 【請求項３】中央に穿設したガス通路に連通して、中心
   から水平方向にガス通路を穿設したガス微細化プラグを
   構成すると共に、中央に嵌合部を穿設し、かつ嵌合部の
   下部を前記ガス微細化プラグの径よりわずかに大きく形
   成した回転羽根を設け、 上記ガス微細化プラグを回転羽根に嵌合し、ガス微細化
   プラグ外周と嵌合部の内周との間にガスの噴出口を形成
   した気泡発生器。