JPH0765120B2 - 超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置 - Google Patents
超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置Info
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- JPH0765120B2 JPH0765120B2 JP62283138A JP28313887A JPH0765120B2 JP H0765120 B2 JPH0765120 B2 JP H0765120B2 JP 62283138 A JP62283138 A JP 62283138A JP 28313887 A JP28313887 A JP 28313887A JP H0765120 B2 JPH0765120 B2 JP H0765120B2
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は精錬ガスに超音波を印加して精錬反応の迅速化
を図った、溶融金属の精錬方法およびその装置に関す
る。
を図った、溶融金属の精錬方法およびその装置に関す
る。
溶融金属の精錬においては、通常、浴中に不活性なガス
あるいは活性なガスを吹込み、精錬反応を促進する方法
が多用されている。この際にはガス吹込みによる精錬反
応の促進効果を大とすることが必要である。
あるいは活性なガスを吹込み、精錬反応を促進する方法
が多用されている。この際にはガス吹込みによる精錬反
応の促進効果を大とすることが必要である。
代表的な例の第１として、溶鋼の脱酸処理について説明
すると、この場合には、取鍋内の溶鋼中にアルミニウム
（Al）などの脱酸剤を添加し、溶鋼中に溶存している酸
素を微細な酸化物として析出させ、これらの微小析出物
例えばAl2O3を溶鋼から浮上分離させる。この際に、ア
ルゴンガスを吹込み浴を撹拌することによって、脱酸生
成物である酸化物の分離速度を促進する、いわゆるArガ
ス撹拌法がある。
すると、この場合には、取鍋内の溶鋼中にアルミニウム
（Al）などの脱酸剤を添加し、溶鋼中に溶存している酸
素を微細な酸化物として析出させ、これらの微小析出物
例えばAl2O3を溶鋼から浮上分離させる。この際に、ア
ルゴンガスを吹込み浴を撹拌することによって、脱酸生
成物である酸化物の分離速度を促進する、いわゆるArガ
ス撹拌法がある。
この方法は非常に簡便な設備で、しかも処理費用も低額
であるため製鋼工程で多用されている。この際に、酸化
物の分離速度、すなわち脱酸速度を向上させることは、
精錬操作の能率向上の点でも、また酸化物の少ない清浄
な鋼を得る点でも非常に重要である。
であるため製鋼工程で多用されている。この際に、酸化
物の分離速度、すなわち脱酸速度を向上させることは、
精錬操作の能率向上の点でも、また酸化物の少ない清浄
な鋼を得る点でも非常に重要である。
脱酸速度を向上するために種々の方法が採用されてい
る。その１つの方法として、Arガスの吹込み羽口に多孔
質のレンガを用いて気泡を微細化し、多数の気泡を作っ
て気泡への酸化物の吸着を促進する方法がある。この方
法はArガス吹込み羽口としてノズルを用いる方法より気
泡が微細化される点で優れ、脱酸速度も大となる。
る。その１つの方法として、Arガスの吹込み羽口に多孔
質のレンガを用いて気泡を微細化し、多数の気泡を作っ
て気泡への酸化物の吸着を促進する方法がある。この方
法はArガス吹込み羽口としてノズルを用いる方法より気
泡が微細化される点で優れ、脱酸速度も大となる。
しかし、真空脱ガス装置を用いる脱酸方法と比較する
と、到達可能な酸素濃度に限界があり、Arガス撹拌法は
高級鋼の製造には不十分である。
と、到達可能な酸素濃度に限界があり、Arガス撹拌法は
高級鋼の製造には不十分である。
代表的な第２例として溶鋼中にArガスを吹込み溶鋼中に
溶解している水素や窒素を気泡中に移行させて除去す
る、いわゆる脱ガス処理がある。このような操作は多量
のArガスを使用すれば原理的には可能であるが脱ガス効
率が悪いために現在では工業的に使用されていない。
溶解している水素や窒素を気泡中に移行させて除去す
る、いわゆる脱ガス処理がある。このような操作は多量
のArガスを使用すれば原理的には可能であるが脱ガス効
率が悪いために現在では工業的に使用されていない。
本発明は以上のような従来技術に改善を加えて精錬反応
の促進と効率化を図ることを目的とし、超音波を用いた
溶融金属の精錬方法を提供するものである。
の促進と効率化を図ることを目的とし、超音波を用いた
溶融金属の精錬方法を提供するものである。
本発明方法は、溶鋼金属中にガスを吹込んで精錬を行う
に当り、ノズルまたは羽口に超音波を印加することを特
徴とする溶鋼金属の精錬方法である。
に当り、ノズルまたは羽口に超音波を印加することを特
徴とする溶鋼金属の精錬方法である。
上記本発明方法を好適に実施することのできる本発明装
置は、金属棒の一端に超音波振動子を装着し、該金属棒
中にガス通路を形成し、他端を溶融金属中にガスを吹込
むノズルまたは羽口を形成したことを特徴とする溶鋼金
属の精錬装置である。
置は、金属棒の一端に超音波振動子を装着し、該金属棒
中にガス通路を形成し、他端を溶融金属中にガスを吹込
むノズルまたは羽口を形成したことを特徴とする溶鋼金
属の精錬装置である。
本発明はガス吹込み精錬における反応の促進を目的とし
て超音波を利用するものであり、その原理はガス気泡を
吹込むノズルに超音波を印加すると気泡が非常に微細化
されることによる。
て超音波を利用するものであり、その原理はガス気泡を
吹込むノズルに超音波を印加すると気泡が非常に微細化
されることによる。
このように気泡が微細化されると溶鋼を気泡間の界面積
が増大することによって、第１の例の脱酸処理では酸化
物の気泡への吸着によって除去される脱酸速度が増大す
る。
が増大することによって、第１の例の脱酸処理では酸化
物の気泡への吸着によって除去される脱酸速度が増大す
る。
また、溶鋼中に溶解している窒素や水素を気泡によって
脱ガスする第２の場合においても、気泡と溶鋼中の界面
積が増大するために脱ガス速度が大となる。
脱ガスする第２の場合においても、気泡と溶鋼中の界面
積が増大するために脱ガス速度が大となる。
次に本発明の装置は金属棒の一端に超音波振動子を装着
し、他端にノズルまたは羽口を形成したので、直接ノズ
ルまたは羽口に超音波が伝達され、効率よく精錬を行う
ことを可能とする。
し、他端にノズルまたは羽口を形成したので、直接ノズ
ルまたは羽口に超音波が伝達され、効率よく精錬を行う
ことを可能とする。
第１図、第２図に本発明の実施例の概略を示すが、第１
図では超音波伝達用のホーンとしての金属棒１の周囲に
耐火材２を構築し、金属棒の中心部にArガス通路３を設
ける。このようにして金属棒１の先端部に超音波振動子
４を設置する。これを取鍋５の溶鋼６中に浸漬し、Arガ
ス通路３を通じてその先端のノズル７からArガスを溶鋼
中に吹込む。
図では超音波伝達用のホーンとしての金属棒１の周囲に
耐火材２を構築し、金属棒の中心部にArガス通路３を設
ける。このようにして金属棒１の先端部に超音波振動子
４を設置する。これを取鍋５の溶鋼６中に浸漬し、Arガ
ス通路３を通じてその先端のノズル７からArガスを溶鋼
中に吹込む。
また第２図の例では、取鍋５の底部に設けた金属パイプ
８、９からなる２重管ノズルにおいて、内管ノズルを形
成する金属パイプ８の先端に振動子４を設置し、内管８
に超音波を印加する、このようにして外管９と内管８の
作る環状部と内管８にA4rガスを流し、２重管ノズルの
先端部から浴中にArガスを吹込む。
８、９からなる２重管ノズルにおいて、内管ノズルを形
成する金属パイプ８の先端に振動子４を設置し、内管８
に超音波を印加する、このようにして外管９と内管８の
作る環状部と内管８にA4rガスを流し、２重管ノズルの
先端部から浴中にArガスを吹込む。
このような方法による超音波の気泡微細化効果につい
て、まず第１図に示す方法によって水中に窒素ガスを吹
込み、ノズル先端部で生成される気泡の直径を高速度写
真撮影によって測定した。
て、まず第１図に示す方法によって水中に窒素ガスを吹
込み、ノズル先端部で生成される気泡の直径を高速度写
真撮影によって測定した。
この実験ではホーン部長さが118mmでノズルの先端の外
径は5mm、内径は2mmとし、ノズル先端からガス導入口ま
では74mmとして、ガス導入位置はホーンの振動の節の位
置とした。超音波発振器は周波数25kHz、出力100Wであ
る。内径が150mmで高さが250mmのアクリル製の円筒に約
３の水（水深165mm）を入れ、ノズル先端が浴面から7
5mm位置となるように浸漬し、N2ガスあるいはCO2ガスを
吹き込んだ。
径は5mm、内径は2mmとし、ノズル先端からガス導入口ま
では74mmとして、ガス導入位置はホーンの振動の節の位
置とした。超音波発振器は周波数25kHz、出力100Wであ
る。内径が150mmで高さが250mmのアクリル製の円筒に約
３の水（水深165mm）を入れ、ノズル先端が浴面から7
5mm位置となるように浸漬し、N2ガスあるいはCO2ガスを
吹き込んだ。
ガス流量が0.5〜3.0N/minの範囲において、超音波を
印加する場合としない場合で、気泡径は大幅に異なり、
平均粒径で約10倍の差のあることが明らかとなった。ま
た、この傾向は小流量の場合ほぼ大きく、0.5N/minで
は12〜13倍の差があり、超音波を印加すると気泡径が著
しく微細化されることが明らかとなった。
印加する場合としない場合で、気泡径は大幅に異なり、
平均粒径で約10倍の差のあることが明らかとなった。ま
た、この傾向は小流量の場合ほぼ大きく、0.5N/minで
は12〜13倍の差があり、超音波を印加すると気泡径が著
しく微細化されることが明らかとなった。
さらに円筒内の水を0.02規定のNaOH溶液としてCO2ガス
あるいはN2ガスを吹込みCO2ガスの吸収速度、あるいはC
O2ガスの脱ガスについて、超音波印加の効果を調査し
た。水溶液中のCO2ガスの濃度変化は次式で表される。
あるいはN2ガスを吹込みCO2ガスの吸収速度、あるいはC
O2ガスの脱ガスについて、超音波印加の効果を調査し
た。水溶液中のCO2ガスの濃度変化は次式で表される。
ただし、 Ce:気液界面での液側のCO2濃度（％） Co:実験開始時のCO2濃度（％） C:時刻ｔにおけるCO2濃度（％） K:見掛けの速度定数（min-1） t:時間（min） である。上式における速度定数Ｋの値を測定して超音波
印加の効果を調べた。
印加の効果を調べた。
その結果、速度定数ＫはCO2の吸収および脱ガスの両実
験ともに超音波を印加すると、1.3〜３倍程度増大する
ことが明らかとなった。
験ともに超音波を印加すると、1.3〜３倍程度増大する
ことが明らかとなった。
以上の実験結果に基づき、1kW、25kWHzの超音波発振器
を用いて、第１図に示す方法で約50kgの溶鋼を用いたア
ルミニウム脱酸実験を行い、Arガスを一定時間吹込み溶
鋼中の酸素濃度を測定し、次式に基づいてｋの値を求め
た。
を用いて、第１図に示す方法で約50kgの溶鋼を用いたア
ルミニウム脱酸実験を行い、Arガスを一定時間吹込み溶
鋼中の酸素濃度を測定し、次式に基づいてｋの値を求め
た。
ただし、 Co:t＝ｏでの酸素濃度（ppm） Cf:t＝ｔｆでの酸素濃度（ppm） k:脱酸速度定数（min-1） ｔｆ:Arガス吹込み時間（min） である。この実験では溶鋼は炭素0.04〜0.06％を含有す
る鉄鉄・炭素２元系であり、酸素濃度は約500ppmであ
る。
る鉄鉄・炭素２元系であり、酸素濃度は約500ppmであ
る。
吹込み装置を取鍋内の溶鋼中に約80mm浸漬して、Arガス
を3N/minで吹込むと共、約1kgのAlを添加し、脱酸処
理を行った。
を3N/minで吹込むと共、約1kgのAlを添加し、脱酸処
理を行った。
実験開始時と５〜10分のArガス吹き後、溶鋼サンプルを
採取し、酸素濃度を分析して前式に基づいて脱酸速度定
数ｋを求めた。その結果、超音波を印加しない場合は、 ｋ＝0.05〜0.09 min-1 であり超音波を印加すると、 ｋ＝0.07〜0.14 min-1 となり、超音波印加によって脱酸速度定数は平均値で約
1.5倍大きくなることが明らかである。
採取し、酸素濃度を分析して前式に基づいて脱酸速度定
数ｋを求めた。その結果、超音波を印加しない場合は、 ｋ＝0.05〜0.09 min-1 であり超音波を印加すると、 ｋ＝0.07〜0.14 min-1 となり、超音波印加によって脱酸速度定数は平均値で約
1.5倍大きくなることが明らかである。
また、脱酸処理終了時の溶鋼の酸素濃度も超音波印加で
15〜23ppm、印加なしで21〜38ppmであり、超音波印加に
より酸素濃度が大幅に低下し、清浄な鋼の製造の可能な
ことが明らかとなった。
15〜23ppm、印加なしで21〜38ppmであり、超音波印加に
より酸素濃度が大幅に低下し、清浄な鋼の製造の可能な
ことが明らかとなった。
この結果は水溶液系の実験にて観察されたように、Arガ
ス気泡が超音波の印加によって微細化されるため、気泡
へのAl2O3の吸着が促進されるためと考えられる。
ス気泡が超音波の印加によって微細化されるため、気泡
へのAl2O3の吸着が促進されるためと考えられる。
また、水溶液の実験では明らかではないが、その他の理
由として超音波がノズル先端部から溶鋼に伝達されるこ
とによって、微細なAl2O3の溶鋼中での凝集が促進され
て大きな径のAl2O3に成長して浮上分離が容易となるた
め脱酸速度が増大する効果も考えられる。
由として超音波がノズル先端部から溶鋼に伝達されるこ
とによって、微細なAl2O3の溶鋼中での凝集が促進され
て大きな径のAl2O3に成長して浮上分離が容易となるた
め脱酸速度が増大する効果も考えられる。
いずれにしても第１図、第２図に示す方法によって、超
音波を印加すると溶鋼の脱酸速度が増大し、また、酸素
濃度もより低値とすることが可能である。
音波を印加すると溶鋼の脱酸速度が増大し、また、酸素
濃度もより低値とすることが可能である。
以上の例は取鍋内溶鋼を対象として説明したが、容器は
取鍋に限定されるものではなく、脱ガス装置の真空槽や
還流管および連続鋳造のタンディッシュなどでも実施可
能である。また、溶鋼の脱酸処理を説明したが、本発明
は脱酸処理に限定されるものではなく、超音波を印加し
て気泡を吹込むことで精錬反応の促進を狙うものであ
り、気泡による脱ガス等の精錬反応の促進に有効に適用
可能である。
取鍋に限定されるものではなく、脱ガス装置の真空槽や
還流管および連続鋳造のタンディッシュなどでも実施可
能である。また、溶鋼の脱酸処理を説明したが、本発明
は脱酸処理に限定されるものではなく、超音波を印加し
て気泡を吹込むことで精錬反応の促進を狙うものであ
り、気泡による脱ガス等の精錬反応の促進に有効に適用
可能である。
本発明によれば、溶融金属の精錬において精錬反応の促
進と効率化に著しい効果を奏する。
進と効率化に著しい効果を奏する。
第１図、第２図はそれぞれ本発明の実施例の模式縦断面
図である。 １……金属棒、２……耐火物 ３……Arガス流路、４……超音波振動子 ５……取鍋、６……溶融金属 ７……ノズル、８……二重管の内管 ９……二重管の外管
図である。 １……金属棒、２……耐火物 ３……Arガス流路、４……超音波振動子 ５……取鍋、６……溶融金属 ７……ノズル、８……二重管の内管 ９……二重管の外管
Claims (2)
- 【請求項１】溶融金属中にガスを吹込んで精錬を行うに
当り、ノズルまたは羽口に超音波を印加することを特徴
とする溶融金属の精錬方法。 - 【請求項２】金属棒の一端に超音波振動子を装着し、該
金属棒中にガス通路を形成し、他端に溶融金属中にガス
を吹込むノズルまたは羽口を形成したことを特徴とする
溶融金属の精錬方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283138A JPH0765120B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283138A JPH0765120B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127624A JPH01127624A (ja) | 1989-05-19 |
| JPH0765120B2 true JPH0765120B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=17661721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62283138A Expired - Lifetime JPH0765120B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波による溶融金属の精錬方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765120B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103889598A (zh) * | 2011-10-11 | 2014-06-25 | 南线有限责任公司 | 具有集成的气体递送系统的超声装置 |
| CN109913663A (zh) * | 2013-11-18 | 2019-06-21 | 南线有限责任公司 | 用于熔融金属脱气的具有气体出口的超声探头 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0459937A (ja) * | 1990-06-28 | 1992-02-26 | Nippon Steel Corp | 超音波による気泡微細化方法およびその装置 |
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