JPS6160904B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス注入による液体金属浴処、特にア
ルミニウム浴又はその合金浴の処理装置に係る。

当業者には公知のように、冶金半製品を成形す
る前に練成用粗金属を処理してその中に含有され
ている溶解ガス及び非金属性不純物を除去する必
要がある。これらのガス及び不純物が存在してい
ると所望の特性が得られず、製品の凝固が困難に
なる恐れがあるからである。

現在、２つの主要な処理法が知られている。第
１の方法は液体金属を不活性又は活性過媒質で
過し、機械的に又は化学反応によりもしくはこ
れら２つの効果を利用して該媒質に不純物を保持
させる方法である。第２の方法は不活性ガス、反
応性ガス又はこれらの２種類のガスの混合物のい
ずれかを用いる方法で、これらガスを液体金属と
共に多少激しく撹拌する。この場合、融剤などの
物質を介在させてもよく又させなくてもよい。
又、前記２主要方法を互いに組合わせることも可
能である。

第２の方法では、特に液体金属浴内へのガス導
入法及び金属内におけるガスの分散を多少とも増
大させる方法に関して多くの具体例が提供されて
きた。例えばフランス特許第1555953号では、撹
拌効果をあげガスが広範囲にわたつて分散される
ように、下方部分に回転装置を備えたプランジヤ
を用いてガスを浴内に導入する。

フランス特許第2063916号では水冷２重ジヤケ
ツトランスを用いてガスを溶融金属内に吹入す
る。

フランス特許第2166014号では翼付ロータに固
定された回転シヤフト及び該シヤフトの周囲に配
置されており下端部が翼付ステータに接続されて
いる固定スリーブで構成された装置を用いてガス
を不連続性小気泡形状に注入する。即ち、シヤフ
トとスリーブとの間に軸方向の通路が配置されて
おり、該通路を介してガスを送り翼レベルで小気
泡に細分しながら浴内に導入しロータで撹拌され
ている金属と密着させる。

フランス特許第2200364号でタービン撹拌器の
回転中心よりガスを導入し、乳化現象が全く生起
しないように撹拌状態にある液体金属と接触させ
る。

ガス注入に関する問題についてこのように多く
の解決法が提案されてきた。しかしながら、これ
ら解決法はいずれも欠点を有していた。例えば、
撹拌器を用いるガス注入装置はこの撹拌器内部に
配置されたガス分散管を利用するため製造が複雑
であり、結局こわれ易く維持費の高いシステムと
なるに至る。更に、これら分散管は実質的圧力降
下をもたらす原因となるため浴内へのガス注入速
度が制限される。又、このような装置は不均衡効
果及び摩耗現象が生起し、回転速度が制限され、
その結果ガスを分散し浴を撹拌する性能が制限さ
れる。撹拌器のシヤフトの下端を固定させること
により不均衡を防止することは可能である。しか
しその場合、比較的高温の液体金属と接触しなが
ら作動する支持ベアリングを設置するか又はシヤ
フトを金属浴容器の外側へ延長してこれらに回転
シール手段を装着しなければならない。いずれも
多くの場合克服不可能な技技術上の問題を伴う解
決法である。

このような理由から、出願人はガスの供給に撹
拌器のシヤフトを用いず、その結果設計の複雑化
の全てが回避されたガス注入式液体金属浴処理装
置を研究開発した。この装置では不均衡及び摩耗
現象が制限され、気泡成層及び分散効果が得ら
れ、金属の処理効率が実質的に向上する。

ガス注入により容器内の液体金属浴を処理する
該装置の特徴は、休止中は浴の底面に配置されて
いるガス注入プラグ上に下端が載置され、該プラ
グより放出されたガスの圧力が作用すると上方に
持ち上げられ、従つて流体ベアリングに支持され
た状態で外界偶力の作用を受けると軸を中心とし
て自在に回転し一様に分散された多数の気泡をプ
ラグとの間の間隙を介して漏出させ得る撹拌器を
含んでいることである。

本発明装置は２つの手段、即ち回転撹拌器及び
ガス注入プラグの組合せにより形成されている。

回転撹拌器は円筒円錐台形の固い部材で構成さ
れている。この部材の上方部分には円筒形の開口
が穿設されており、外界偶力の作用を受けるシヤ
フトがこれに係合している。この撹拌器の下方部
分は平滑な表面を有してもよいし、又は注入ガス
が容易に導入されるように周辺に向けて深度が増
大している複数の放射状凹所、例えば切欠き又は
溝を備えていてもよい。これらの凹所は、例えば
長さが撹拌器直径の約1/3であり、側面上まで延
びて処理条件に応じ大又は小ピツチの右巻又は左
巻のらせんを形成していてもよい。

ガスの適切な分散を妨害し得る液体金属の流動
を制限すべく、撹拌器のシヤフトには浴―大気界
面に配置された渦防止システムが備えられてい
る。

外界偶力については容器上方部分に配置された
支持体上に固定されている可変モータにより作用
させることが好ましい。

このモータのシヤフトは撹拌器が数ミリメート
ルにわたり垂直並進運動を描くことを可能にする
適宜の連結システムを介して撹拌器のシヤフトに
固定されている。

ガス注入プラグは円筒形部材で構成されており
その上部表面には小径開口が穿設されている。こ
れら開口は環状に配置されてもよく、プラグ内部
の導管に接続されており、これら導管が合体して
中心導管となり、容器の外側の管路を介してガス
の供給を受ける膨張室に接続されている。

本発明の別の具体例では、膨張室上方に位置す
るプラグ部材を多孔質材料で製造してよい。

撹拌器及びプラグ相互間の配置関係は両者の垂
直対称軸が一致するように決定されている。

撹拌器の下部表面及びプラグの上部表面は休止
状態において互いに接触し合いガス放出口を閉塞
すべく両者が係合している。

両者を係合させるためには、例えばプラグの上
部表面を円錐形にし撹拌器の下部表面にそれと同
様の形状をした凹所を穿設すればよい。

装置が作動状態にある場合、プラグレベルまで
導入されたガスの圧力が撹拌器を持ち上げ流体ベ
アリングを生起するため、駆動モータ使用時にお
いて該撹拌器はプラグと接触せず自在に回転し得
る。

従つて、ベアリングを摩耗させる危険を伴わず
に高速度回転させることが可能である。更に、円
錐面を介して撹拌器とプラグが係合しているため
ガス放出に伴い撹拌器の重心が最適化し、不均衡
が制限される。このような状態下で、浴の激しい
撹拌とプラグ及び撹拌器間の間隙にガス成層を生
起させ、一様に分散された多様の気泡として金属
内に漏出させ得る強固な装置が開発されたのであ
る。この装置を用いればガスと金属とを溶着させ
ることが可能であり、その結果著しい処理効果を
あげることができる。

撹拌器及びプラグはグラフアイトで構成されて
いるのが好ましいが、液体金属に対し十分な耐性
を有していれば他のいかなる材料でも差支えな
い。プラグを介して導入されるガスはアルゴン、
窒素などの中性ガス、塩素などの反応性ガス又は
これらガスの混合物であるかもしくは金属処理に
適する他の全てのガスである。

このような装置は処理すべき液体体金属を含ん
でいる容器上に配置される。容器は鋳造前に金属
を連続的に過するとりべであつてもよい。この
容器は従来通り隔壁手段を含んでいてもよく、そ
の場合は装置を上流槽内に配置する。このとりべ
は底面に床を備えていてもよいし、備えていな
くてもよいが、液体金属の表面で中性雰囲気が維
持され、その結果外気による酸化作用を一切回避
する手段を備えている。

この容器は金属を液状に維持するための加熱手
段も同様に備え得る。

次に本発明をより良く理解すべく添付図面を参
照しながら説明するが、図面は本発明装置の特定
具体例を示すのみで、これを限定するためのもの
ではない。

第１図には、ねじ山２を介してシヤフト３に持
着されており下方部分が凹所、例えば切欠き又は
溝５を備えた円錐形表面４状である撹拌器１及び
円錐形表面を有しているガス注入プラグ６が図示
されている。プラグ内部では管路１０を介してガ
スの供給を受ける膨張室９に接続されている中心
導管８から複数の導管７が分岐しており、前記円
錐形表面まで到達している。該プラグは絶縁継目
１２を介して鋳造とりべのライニング１１内に挿
着されており、14部分でとりべの金属構造１５に
ボルト締めされたプレート１３により固定されて
いる。

第２図は撹拌器下方部分の円錐形表面に備えら
れた凹所、例えば切欠き又は溝５の配置説明図で
ある。

第３図には、隔壁手段１９により上流槽１７及
び下流槽１８に仕切られている鋳造とりべ１６を
備えた本発明装置が示されている。とりべ上方部
分に配置された支持体２０上にはモータ２１が載
置されており、該モータの回転シヤフト２２は撹
拌器のシヤフト３を垂直並進させ得るシステム２
３を介してシヤフト３に接続されている。シヤフ
ト３には渦防止システム２４を装着してもよい。
液体金属はランナチヤネル２５を介してとりべ内
に供給され、上流槽の底面に向けて流動し、次に
隔壁手段１９の下を通過して下流槽に流入し、そ
の後ランナチヤネル２７を介してとりべ外へ流出
する。

上流槽内を通過している間に、とりべの壁及び
表面２８で限定された金属浴は撹拌器で十分に撹
拌され、これに伴い細かく分散した多数の気泡が
発生し、撹拌器下方部分とプラグ上方部分との間
にガス圧力の作用で形成された間隙２９を介して
金属内に分散していく。

次に、前記装置を用いて実施したテストの結果
に基づき本発明を説明するが、これらの結果は参
考として挙げられており、決して本発明の範囲を
限定するものではない。

処理すべき金属としてシリーズ6000のアルミニ
ウム合金を約720℃で液状にし、浴の高さ80cmの
鋳造とりべ内に流量5t／時で導入した。

導管を有しているタイプのプラグに1.2〜1.4バ
ールの圧力下において２m³／時の割合でアルゴン
を供給した。

撹拌器回転速度は400回／分であつた。

真空凝固テストではとりべに流入した際の合金
中には10個の気流が存在していたが、とりべ通過
後の気泡数はゼロであつた。このことから、本願
発明の装置による処理効果が証明される。

本発明はガスによる液体金属、特にアルミニウ
ム又はその合金を処理し水素及び非金属性不純物
を取去するのに適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は撹拌器―プラグで構成された本発明装
置の縦断面図、第２図は撹拌器の平面図、第３図
は連続鋳造とりべ上に配置された本装置の縦断面
図である。 １……撹拌器、３，２２……シヤフト、４……
円錐形表面、５……切欠き、６……ガス注入プラ
グ、７……導管、９……膨張室、１６……鋳造と
りべ、１７……上流槽、１８……下流槽、２１…
…モータ、２３……垂直並進システム、２４……
渦防止システム、２９……撹拌器及びプラグ間の
間隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 休止時は浴の底面に配置されているガス注入
   プラグ上に下端が載置されており、プラグより放
   出されたガス圧の作用を受けると上方に持ち上げ
   られ、流体ベアリングに支持された状態で外界偶
   力の作用により軸を中心として自在に回転し得、
   一様に分散された多数の気泡をプラグとの間の間
   隙を介して漏出させ得る回転撹拌器を含んでいる
   ことを特徴とするガス注入式容器内液体金属浴処
   理装置。 ２ 容器が２槽式鋳造とりべであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の液体金属浴処
   理装置。 ３ プラグが容器底面に固定されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液体金属
   浴処理装置。 ４ 撹拌器及びプラグが液体アルミニウムにより
   腐食されない材料で製造されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の液体金属浴処
   理装置。 ５ 液体アルミニウムに腐食されない材料がグラ
   フアイトであることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項に記載の液体金属浴処理装置。 ６ プラグの垂直対称軸と撹拌器の垂直対称軸と
   が一致していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の液体金属浴処理装置。 ７ 外界偶力を可変モータにより作用させること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液体
   金属浴処理装置。 ８ 垂直並進運動を可能にするシステムを介して
   撹拌器に外界偶力が作用することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の液体金属浴処理装
   置。 ９ プラグの上部表面及び撹拌器の下方表面が円
   錐形であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の液体金属浴処理装置。 １０ 金属―大気界面に配置された渦防止システ
   ムが撹拌器のシヤフトに備えられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液体金属
   浴処理装置。 １１ 撹拌器の下方部分が複数の放射状凹所を有
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の液体金属浴処理装置。 １２ 凹所が撹拌器の側面上に延びて一種のらせ
   んを形成していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１１項に記載の液体金属浴処理装置。 １３ プラグの上部表面に複数の穴が穿設されて
   おり、これらがプラグ内部の導管に接続されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の液体金属浴処理装置。 １４ プラグ内部でガス通路上に膨張室が備えら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の液体金属浴処理装置。 １５ 膨張室上方に位置するプラグ部材が多孔質
   材料で製造されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１４項に記載の液体金属浴処理装置。