JPS648056B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は、アルミニウムやマグネシウム等の
溶融金属の処理装置に関し、さらに詳しくいえば
溶融金属中に処理ガスを微細化された気泡状態で
放出し、かつこの気泡を溶融金属全体に分散させ
て溶融金属中から水素ガス等の溶存有害ガスや非
金属介在物を除去する処理に使用する装置に関す
る。 この明細書において、「アルミニウム」および
「マグネシウム」という語には純アルミニウムお
よび純マグネシウムのほかにアルミニウム合金お
よびマグネシウム合金も含む意味で用いられる。
また、「不活性ガス」という語は、周期表のアル
ゴンガス、ヘリウムガス、クリプトンガス、キセ
ノンガスの他に溶融すべき金属に対して不活性な
ガス、例えばアルミニウムに対して不活性なチツ
素ガス等も含む意味で用いられる。 従来技術とその問題点 上記のような溶融金属の処理装置としては、従
来、上端に開口を有する溶融金属処理槽と、溶融
金属処理槽内に配置され、かつ内部に長手方向に
伸びる処理ガス通路を有する垂直回転軸と、垂直
回転軸の下端に設けられ、かつ底面に垂直回転軸
の処理ガス通路と連なる処理ガス吹出口を有する
気泡放出分散用回転体とよりなるものが用いられ
ていた。そして、垂直回転軸の処理ガス通路に不
活性ガス、塩素ガス等の処理ガスを送り込みなが
ら垂直回転軸を回転させて処理ガスを微細化され
た気泡状態で溶融金属中に放出するとともに溶融
金属全体に分散させることによつて溶融金属の処
理を行なつていた。上述したような従来の処理装
置を用いた処理において、処理効率を高めるため
には、吹込まれた処理ガスの微細化、および処理
槽全体への分散性を向上させることが考えられ
る。処理ガスの微細化および槽全体への均一な分
散を図るためには回転体の回転速度を大きくする
必要がある。ところが、従来の装置において、回
転体の回転速度を大きくすると、溶融金属の表面
に著しい渦流や波立ちが発生し、大気との接触反
応による酸化物の生成および溶融金属への水素の
侵入（たとえば、2Al＋3H₂O→Al₂O₃＋6H）が
促進され、かつ渦流に溶融金属表面のドロスの巻
込みが生じる。また、著しい渦流のため気泡状処
理ガスが渦流の中心、すなわち回転体の回転軸の
近傍に集まり、処理ガスの気泡が処理槽全体へ分
散されなくなる。したがつて、溶融金属の処理効
率はかえつて低下する。 そこで、上記従来装置において、溶融金属処理
槽の周壁内面に、流動抑制部材が内方突出状設け
られた装置が考えられた（特開昭57−158757号公
報参照）。しかしながら、該装置では、使用すべ
き各溶融金属処理槽の周壁内面に流動抑制部材を
設ける必要があり、その作業が面倒になるという
問題があつた。また、処理槽内に流動抑制部材が
設けられているので、処理槽内の清掃作業性が悪
くなるという問題があつた。さらに、酸化消耗等
により流動抑制部材が損傷した場合に、流動抑制
部材の交換または補修作業が面倒であるという問
題があつた。特に、処理槽内に溶融金属が入つて
いる場合や、高温の場合には、槽内の温度が低く
なるまで交換または補修作業を行なうことができ
ない。 この発明の目的は、上記問題を解決した溶融金
属の処理装置を提供することにある。 問題点を解決するための手段 この発明による溶融金属の処理装置は、溶融金
属中に処理ガスを微細化された気泡状態で放出
し、かつこの気泡を溶融金属全体に分散させて溶
融金属中から溶存ガスや非金属介在物を除去する
装置であつて、上端に開口を有する溶融金属処理
槽と、処理槽の外部に配置された支柱と、処理槽
の上方において支柱に取付けられ、かつ支柱に沿
つて上下動自在であるとともに、支柱の軸線の周
りに回転自在であるアーム状支持体と、支持体に
垂下状に設けられ、かつ内部に長手方向に伸びる
処理ガス通路を有する垂直回転軸と、垂直回転軸
の下端に設けられ、かつ底面に回転軸の処理ガス
通路に連なつた処理ガス吹出口を有する気泡放出
分散用回転体と、支持体に、着脱自在となるよう
に垂下状に設けられ、かつ支持体に沿つて垂直回
転軸に対して接近、離隔自在であるとともに任意
の位置で支持体に固定される渦流および波立ち防
止用邪魔板とよりなるものである。 上記において、渦流および波立ち防止用邪魔板
の形状、寸法および設けるべき数は、溶融金属処
理槽の内径、槽内に入れられた溶融金属の深さ、
回転体の直径等に応じて適性条件を予備実験で求
めるのがよいが、該条件は概ね次式によつて求め
ることができる。 log Ｗ＝log Ｄ＋１／1.2log（0.35／Ｎ） 式中 Ｗ：邪魔板の幅 Ｄ：溶融金属処理槽の内径 Ｎ：邪魔板の数 また、邪魔板を複数設ける場合には、垂直回転
軸のまわりに円周方向に所定間隔をおいて設けて
おくのがよい。 実施例 この発明を以下図面を参照しながら説明する。 第１図において、溶融金属の処理装置は、床Ｆ
上に設置された溶融金属処理槽１と、処理槽１の
外部において床Ｆに立設された支持体取付用支柱
２と、処理槽１の上方において支持体取付用支柱
２に上下動自在に取付けられたアーム状回転軸支
持体３と、支持体３に垂下状に設けられかつ内部
に長手方向に伸びる処理ガス通路５を有する処理
ガス吹込用垂直回転軸４と、回転軸４の下端に設
けられ、かつ底面に回転軸４の処理ガス通路５に
連なつた処理ガス吹出口７を有する気泡放出分散
用回転体６と、支持体３に垂下状に設けられ、か
つ支持体３に沿つて垂直回転軸４に対して接近・
離隔自在である２枚の渦流および波立ち防止用邪
魔板８とよりなる。 処理槽１の上端には着脱自在の頂壁９が設けら
れ、頂壁９に回転軸４および邪魔板８を挿入しう
る開口１０が形成されている。支持体取付用支柱
２は、処理槽１が置かれた床Ｆ上に固定された台
座１１上に軸線のまわりに回転しうるとともに任
意の位置で固定しうるように設けられている。支
柱２の高さの中間部にリング１３が嵌め被せられ
て所定高さ位置に固定されているとともに、上端
にはブラケツト１４が設けられている。支持体３
は、一端部にて支柱２に摺動自在に嵌め被せられ
ている。支持体３を支柱２に沿つて上下動させる
機構は、リング１３とブラケツト１４との間に回
転自在に設けられ、かつ支持体３に形成された雌
ねじ孔３ａにねじ嵌められて支持体３を貫通した
ねじ軸１５と、ブラケツト１４上に取付けられ、
歯車１６，１７を介してねじ軸１５を回転させる
モータ１８とよりなる。そして、モータ１８を駆
動することにより歯車１６，１７を介してねじ軸
１５が回転し、支持体３が上下動するようになつ
ている。支持体３が上昇位置にあるときには回転
体６および邪魔板８が槽１外に出るようになつて
いる。また支持体３は、支柱２とともに支柱２の
軸線を中心として回転するようになつている。支
持体３には垂直回転軸４の回転駆動機構が設けら
れている。この回転駆動機構は、支持体３に取付
けられたモータ２０と、支持体３の先端に取付け
られた垂直筒状の軸受２１と、軸受２１に回転自
在でかつ上下動しないように支持された回転駆動
軸２２と、モータ２０の原動軸に取付けられたプ
ーリ２３と、回転駆動軸２２に取付けられたプー
リ２４と、両プーリ２３，２４に掛けられたベル
ト２５とよりなる。そして、回転駆動軸２２の下
端にフランジ継手２６を介して垂直回転軸４が固
定されており、プーリ２３，２４、ベルト２５お
よび回転駆動軸２２を介してモータ２０により回
転軸４が回転させられる。回転駆動軸２２の内部
には回転軸４の処理ガス通路５に連なつた処理ガ
ス通路２７が設けられている。回転駆動軸２２の
処理ガス通路２７の上端にはロータリー・シール
２８を介して処理ガス供給源（図示略）から伸び
た処理ガス供給管２９が接続されている。気泡放
出分散用回転体６の底面には処理ガス吹出口７か
ら周縁に至る複数の溝（図示略）が放射状に設け
られている。回転体６の周面における放射状溝の
開口の間に複数の垂直溝３０が設けられている。
渦流および波立ち防止用邪魔板８は、軸受２１に
左右に突出して設けられた２つのアーム３１にそ
れぞれ左右方向に摺動自在になるように垂下状に
取付けられた吊持部材３２の下端に吊下げられて
いる。吊持部材３２は、任意の位置でねじ３３に
よりアーム３１に固定される。邪魔板８は、吊持
部材３２にねじ３４により着脱自在に取付けられ
ている。そして、邪魔板８下端が回転体６よりも
若干下方に来るようになされている。 このような処理装置で溶融金属の処理を行なう
には、まず支持体３を上昇させておいて処理槽１
内に溶融金属を入れておく。また、支柱２を回転
させて垂直回転軸４および邪魔板８が開口１０の
真上に来るように支持体３を回転させておくとと
もに邪魔板８が開口１０から槽１内に入るように
邪魔板８と回転軸４との距離を調整しておく。つ
ぎに、モータ１８により歯車１６，１７を介して
ねじ軸１５を回転させて支持体３を支柱２および
ねじ軸１５に沿つて下降させ、垂直回転軸４およ
び邪魔板８を開口１０から処理槽１内に挿入し溶
融金属中に浸漬する。この状態で、処理ガス供給
源（図示略）から処理ガス供給管２９、回転駆動
軸２２の処理ガス通路２７および回転軸４の処理
ガス通路５を経て処理ガスを回転体６に供給する
とともに、モータ２０により回転駆動軸２２およ
び回転軸４を回転させる。すると、回転軸４の処
理ガス通路５の下端開口から回転体６の吹出口７
を経て底面に放出された処理ガスは、回転体６の
回転により生じる遠心力、底面の放射状の溝およ
び垂直溝３０の作用によつて、微細な気泡とされ
槽１全体に行き渡るように分散させられて放出さ
れる。そして、この処理ガスによつて、溶融金属
中の水素ガスや非金属介在物が除去される。 溶融金属中の水素ガスや非金属介在物を除去し
た後や、回転軸４および邪魔板８を交換、補修す
る場合には、モータ１８によりねじ軸１５を回転
させ、支持体３を上昇させて回転軸４をおよび邪
魔板８処理槽１の外に出すとともに支柱２を回転
させて両者が槽１の真上から外れた位置に移動さ
れ、この位置で交換、補修作業を行なう。また、
水素ガスや非金属介在物の除去処理後溶融金属表
面に浮いたドロスを除去したり、処理槽１内の保
守点検作業等を行なう場合にも、まず支持体３を
上昇させて処理槽１の外に出した後、回転柱１２
により支持体３を回転させて槽１の真上から外れ
た位置に移動させておく。こうしておけば、回転
軸４および邪魔板８がドロスの除去作業や処理槽
１内の保守点検作業のさいに邪魔になることがな
く、かつ作業性および安全性が向上する。 この処理装置を使用して、複数の溶融金属処理
槽１内に入れられた溶融金属に連続的に処理を施
すことができる。この場合、たとえば第２図に示
すように、支柱２のまわりに複数の槽１を配置し
ておき、１つの槽１内の溶融金属に処理を施した
後、支持体３を上昇させるとともに支柱２を回転
させて、回転軸４および邪魔板８を隣りの槽１の
真上に移動させ、支持体３を下降させて該槽１内
の溶融金属に処理を施す。このようにして、各槽
１内の溶融金属に順々に処理を施していく。 上記実施例においては、支持体は床に立設され
た支柱に取付けられているがこれに限定されるも
のではない。 さらに、上記実施例においては、この発明の処
理装置は、処理すべき溶融金属が処理槽内に入れ
られここで処理された後他の工程に送られるよう
になつているバツチ式処理装置に適用されている
が、溶湯の流路上に処理槽を設けておき、処理槽
内を連続的に流通させながら溶融金属を処理する
インライン処理装置に適用してもよい。 次に第１図に示す装置の操作例について述べ
る。 処理槽１内にA6063合金の溶湯500Kg入れてお
き、これを700〜730℃に加熱保持し、回転体６を
1000rpmで回転させながら処理ガスとしてArガ
スを20／minで供給した。そして、処理開始後
所定時間経過した毎に溶湯中の水素ガス量をテレ
ガス分析装置で測定した。その結果を第３図に示
す。さらに、処理開始後所定時間経過した毎に脱
介在物の評価を行なつた。脱介在物の評価は、深
さ40mm、直径100mmの銅鋳型にサンプリング鋳造
した鋳塊に、旋盤での面削加工、アルマイト処理
および染色処理をこの順序で施し、介在物欠陥数
（0.1mm以上の大きさの欠陥数）をルーペを用いて
計測することによつて行なつた。その結果を下表
に示す。比較のために、邪魔板が設けられていな
い装置で行なつた場合の結果も第３図および下表
に示す。

【表】 第３図および上表から明らかなように、この発
明の装置を用いて処理を行なつた場合には、邪魔
板が設けられていない装置を用いて処理を行なつ
た場合よりも脱ガス効率および脱介在物効率がす
ぐれている。 発明の効果 この発明による溶融金属の処理装置は上述のよ
うに構成されているので、支柱の周りに複数の溶
融金属処理槽を配置しておけば、各処理槽内の溶
融金属に順々に処理を施すことが可能になる。し
たがつて、設備費が安くて済む。また、支持体を
上下動させることにより下端に回転体を有する処
理ガス吹込用垂直回転軸および邪魔板を処理槽に
出入れすることができる。したがつて回転軸およ
び邪魔板は、溶融金属に水素ガスや非金属介在物
の除去処理を施している間だけ溶融金属中に浸漬
されることになり、その消耗が軽減される。ま
た、垂直回転軸および邪魔板を交換、補修するさ
いには、支持体を上昇させて回転軸および邪魔板
を処理槽内から出し、さらに支持体を支柱の軸線
の周りに回転させて処理槽の真上の位置からずら
すことが可能となるので、垂直回転軸および邪魔
板の交換、補修作業を容易に行うことができると
ともに、作業の安全性が向上する。特に、処理槽
内に溶融金属が入つている場合にもこれらの作業
を安全に行うことができる。しかも、溶融金属表
面に発生したドロスの除去作業や、処理槽の保守
点検作業および清掃作業を行なう場合にも、上記
と同様に支持体を上昇させかつ支柱の軸線の周り
に回転させておけば、回転軸および邪魔板が作業
の邪魔になることもない。さらに、処理槽の回転
軸との間隔を調整することができる。 また、この発明の溶融金属の処理装置によれ
ば、支持体に渦流および波立ち防止用邪魔板が垂
下状に設けられているので、回転体の回転により
生じる著しい渦流や波立ちを抑制することができ
る。したがつて、溶融金属表面のドロスの巻込み
および水素ガスの侵入を防止することができ、脱
ガス効率および脱介在物効率等の処理効率が向上
し高品質の金属が得られる。しかも、回転体の高
速回転が可能となり、処理ガスの気泡微細化およ
び均一な分散が一層促進される。しかも、支持体
に垂下状に設けられた邪魔板は、支持体に沿つて
垂直回転軸に対して接近、離隔自在であるととも
に任意の位置で支持体に固定されるので、処理槽
およびその上端開口の大きさに合わせて、邪魔板
の垂直回転軸に対する位置を適宜変更することが
可能となる。したがつて、処理槽およびその上端
開口の大きさが種々変更されても、常に邪魔板を
垂直回転軸とともに処理槽内に入れて溶融金属中
に浸漬することが可能となる。また、邪魔板と処
理槽の周壁内面との距離を自在に変化させること
が可能となるので、邪魔板を処理槽の周壁内面か
ら離隔され、これにより邪魔板の背面（溶融金属
の流れが当たる面と反対側の面）側により多くの
小さな乱流を生じさせることができる。したがつ
て、溶融金属と処理ガスとの接触が一層促進さ
れ、脱ガスおよび脱介在物が効率良く行われる。
邪魔板が処理槽の周壁内面に接触している場合
は、上記乱流の発生が少なくなるとともに、処理
ガスの気泡が行きわたらないデツドゾーンが形成
されるので、気泡の分散がうまくいかず、上記効
果が達成されない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の実施例を示す垂直断
面図、第２図はこの発明の装置を用いて複数の処
理槽内に入れられた溶融金属を順々に処理してい
く状態を示す概略平面図、第３図は第１図に示し
た装置で溶融金属を処理した場合の処理時間と溶
融金属中の水素ガス量との関係を示すグラフであ
る。 １……処理槽、２……支柱、３……支持体、４
……垂直回転軸、５……処理ガス通路、６……気
泡放出分散用回転体、７……処理ガス吹出口、８
……渦流および波立ち防止用邪魔板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属中に処理ガスを微細化された気泡状
   態で放出し、かつこの気泡を溶融金属全体に分散
   させて溶融金属中から溶存ガスや非金属介在物を
   除去する装置であつて、 上端に開口１０を有する溶融金属処理槽１と、 処理槽１の外部に配置された支柱２と、 処理槽１の上方において支柱２に取付けられ、
   かつ支柱２に沿つて上下動自在であるとともに、
   支柱２の軸線の周りに回転自在であるアーム状支
   持体３と、 支持体３に垂下状に設けられ、かつ内部に長手
   方向に伸びる処理ガス通路５を有する垂直回転軸
   ４と、 垂直回転軸４の下端に設けられ、かつ底面に回
   転軸４の処理ガス通路５に連なつた処理ガス吹出
   口７を有する気泡放出分散用回転体６と、 支持体３に、着脱自在となるように垂下状に設
   けられ、かつ支持体３に沿つて垂直回転軸４に対
   して接近、離隔自在であるとともに任意の位置で
   支持体３に固定される渦流および波立ち防止用邪
   魔板８と、 よりなる溶融金属の処理装置。