JPS5811494B2 - 金属溶湯の脱ガス処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスを用いて液体を処理することに２関し、
さらに詳しく言えば、金属溶湯を脱ガ子処理することに
関する。

金属溶湯、とくに、溶融アルミニウムは、一般に最終鋳
造製品にとって有害なガス状と固体状の介在不純物と溶
解不純物を包有している。

これらの不純物は、金属溶湯が凝固したあと、最終的な
鋳造製品に影響を与えるおそれがあり、このためその後
の加工が妨たげられるかあるいは最終製品がもろくなっ
たり仕上げ加工や陽極処理特性が低下する。

このような不純物の発生源としていくつかのものを挙げ
ることができる。

不純物としては、たとえば、アルカリまたはアルカリ土
類金属のような金属不純物、溶けこんだ水素ガス、ばら
ばらになって金属溶湯の中にはいり込んだ表面酸化物皮
膜を挙げることができる。

そのほか、炭化物、硼化物等または炉やトラフの耐火物
材料の破片のごとき不溶性の不純物を挙げることができ
る。

ガス状の不純物を金属溶湯より取り除く１つの方法が脱
ガス処理である。

物理的な方法としては、フラックス処理ガスを金属溶湯
に噴射することを挙げることができる。

パージ・ガスを泡の形で金属溶湯の中に拡散させ、水素
ガスを泡の表面に付着させて、泡の中に吸収することに
より水素はパージ・ガスにはいり込む。

したがって、水素は気泡により金属溶湯より運び出され
るのである。

たとえば、当該金属材料が航空機用鍛造材や押出材、非
常に薄い箔製品のような非常に厳しい仕様が与えられた
装飾的な内装材や製品として使用される場合、とくに溶
融アルミニウムについて最終鋳造製品中のこのような不
純物を取り除いたりあるいは最小程度に抑えるため、金
属溶湯の脱ガス処理を改善することは、当然非常に望ま
しいことである。

上述の不純物が介在していると、最終鋳造製品の引張り
強さと耐食性のごとき特性が損なわれる。

ガスを用いたフラックス処理あるいは金属溶湯の濾過の
ごとく金属を強力に処理することにより上述のごとき欠
陥の発生を最小程度に抑えることができる。

一般妬、このような処理をほどこせば、これらの欠陥の
発生を十分な程度まで減らすことができるが、従来のや
り方では効率がよくないかあるいは非経済的であること
が判明した。

一般に行なわれているバース・フラックス処理（ｈｅａ
ｒｔｈ ｆｌｕｘｉｎｇ）のごとき従来のガス・フラッ
クス処理は、所定量の金属溶湯を貯溜した保持炉にフラ
ックス処理ガスを導入することより成るものである。

この従来の処理工程では、フラックス処理ガスを循環さ
せながら金属溶湯を十分な時間、炉内に保持し、一定状
態で処理を行なうことが必要である。

この処理方法は欠点を備えており、とりわけ効率が低い
ことと運転コストがかかる結果、フラックス処理作業の
間、炉を実際の作業に供することができなくなることを
指摘せることかでき、その他さらに重大なことは、気泡
の寸法が大きいことと金属溶湯内の泡の拡散が不十分あ
ることのため、フラックス処理ガスと金属溶湯との接触
が十分でな（、フラックス処理作業の効率が低いことで
ある。

さらに、炉に関するフラックス処理を行なう位置が制約
されているので、鋳造を行なう前に不純物が金属溶湯に
再びはいることと、フラックスの必要量が多いのとフラ
ックスの循環する位置が限定されているため、フラック
スの放散量が多いことを挙げることができる。

上述のようなバッチ・タイプのフラックス処理作業の代
りのものとして、インラインの要領（ｉｎｌｉｎｅ ｍ
ａｎｎｅｒ）でフラックス処理を行なうやり方が採用さ
れている。

この方法では、溶解炉または保持炉の外側に関連した装
置を配置して作業が行なわれており、また溶解炉と保持
炉の間あるいは保持炉と鋳造ステーションの間にこれら
の装置を設けて作業を行なうことがしばしばである。

この方法によれば、バッチ式フラックス処理にみられる
ように炉を実際の作業に供する時間が短いことにもとづ
く非能率とコスト高の欠点を軽減させることができるが
、装置の寸法が大きく、装置当りに必要なフラックス処
理ガスの量が多く、コスト高となり、周囲の空気を汚染
するため、脱ガス処理作業自身の能率を改善する点では
成功にいたっていない。

代表的なインライン・ガス・フラックス処理は、米国特
許第３７３７３０４号に開示されている。

この特許では、金属溶湯が通る本体の中に１石（ｓｔｏ
ｎｅａ）”より成る床が設けられている。

フラックス処理ガスはこの床の下に導入されて、金属溶
湯と向流となる向きに前記石の間の空隙をくぐって浮上
する。

このような多孔質の“１石“より５成る床を使用する場
合、特有の欠点から付随する。

すなわち、前記石の小孔が互に非常に接近しているので
、石を通り抜ける泡が前記石の表面上で合体し、このた
め、多数の小さい泡が生ずるのではなく、比較的小数の
大きい泡が発生することである。

泡が合体することによる影響は、水素を吸着する表面積
が減少し、この結果、脱ガス処理の効率が低下すること
である。

金属溶湯をインライン脱ガス処理し、濾過する改良され
た１つの方法と装置が、ヤーウツド他の発明に係り、本
発明の譲受人に譲渡された米国特許第４０５２１９８号
に開示されている。

この特許の明細書は、１対の取りはずし可能なフィルタ
ー・タイプの要素と該要素間に配設された少なくとも１
つのフラックス処理ガス入口とを備えた装置を使用して
金属溶湯の脱ガス処理と濾過を改善することができるこ
とを明らかにしている。

フラックス処理ガスは入口を通って金属溶湯の中に導入
され、向流状態で金属溶湯と接触しながら前記プレート
のうち第１のプレートを通って流れる。

この第１のプレートは、フラックス処理ガスを（たき、
細かく分散させて、金属溶湯との広い接触面を確保する
働きをするものである。

使用されたフィルター・プレートは、いろいろな理由か
ら金属溶湯を濾過するために使用される多孔質なセラミ
ックのフオーム材から作られている。

なお、上記の理由としては、小孔の寸法を均一に制御す
ることができるので濾過効率がすぐれていることと、価
格が安いことと、使用と交換が容易であることを挙げる
ことができる。

このようなセラミック製フオーム・フィルターは、便利
でかつ安価に製作でき、インライン脱ガス処理兼濾過装
置に容易に使用することができる。

上述の米国特許第４０５２１９８号は従来公知のインラ
イン・ガス・フラックス処理テクニックを上聞わる顕著
な改良点を備えているが、使用上多くの問題に遭遇する
。

鋳造手法に相応した速度で金属溶湯を連続的に処理する
ことができる脱ガス兼濾過システムを用意することは、
経済的な特長と高い生産性を確保するうえで好ましいこ
とである。

しかし連続的に脱ガス処理と濾過を行なうため、上述の
米国特許第３７３７３０４号のような公知のインライン
脱ガス処理装置を使用することは非常に非能率であり、
連続鋳造作業に必要な量の金属溶湯を十分に処理するに
は大型の多段チャンバーを設置することが必要であるこ
とが判明した。

処理装置の寸法が大きくなる結果、金属溶湯を処理して
いる間、金属溶湯が凝固することを防止するため補足的
な加熱を行なうことが必要である。

処理可能な金属溶湯の量に関する若干の改良は、セラミ
ック・フィルターと同流ガス流を使用する米国特許第４
０５２１９８号に記載されているような比較的規模の小
さいシステムを使用することにより達成することができ
るが、このようなシステムは、ガスと金属溶湯がフィル
タ一本体を通って同時的に向流的に流れるさいに生じる
大きい圧力降下のため、処理可能な金属溶湯の量が制約
を受けることが判明した。

このように大きい圧力降下が生じる結果フィルター要素
の上流側に金属溶湯の大きいヘッドが生じ、このためフ
ィルター要素の上流側の移送通路の寸法が大きくするか
あるいは金属溶湯な処理装置に供給する速度を下げるこ
とが必要である。

上述の米国特許では処理可能な金属溶湯の量が限定され
ていることのほか、脱ガス処理の効率が所要の域に達し
ていないことが明らかとなった。

これは、フラックス処理ガスの泡が合体する傾向があり
、このため吸着反応の運動学的な効率が制約を受けるか
らである。

したがって、本発明の主たる目的は、ガスを用いて液体
を処理する改良された装置を提供することである。

本発明の特別な目的は、フラックス処理ガスの泡の合体
を最小程度に抑えることができる改良されたフシックス
処理ガス入口手段を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、効果的に処理することがで
きる金属溶湯の量を増やすことができる改良された濾過
兼脱ガス処理装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、便利にかつ経済的に使用す
ることができ、その結果、非常に効率よく脱ガス処理と
濾過を行なうことができる上述の改良された装置を提供
することである。

本発明のその他の目的と特長は、以下の記載より明らか
である。

上述の目的は、本発明によれば容易に達成することがで
きる。

しかして本発明は、ガスを用いて液体を処理する改良さ
れた装置に関し、さらに詳しく言えば、金属溶湯とくに
、アルミニウムの溶湯を脱ガス処理し、濾過するために
用いられる装置に関する。

本発明の好適した実施例に従かった非常に能率のよい脱
ガス兼濾過装置は、頂部に金属溶湯の入口を有し、底部
に金属溶湯の出口を有する細長いほぼ円筒状のチャンバ
ーを備えている。

好適した実施例においては、該チャンバーは円筒状のも
のとして示されているが、金属溶湯がチャンバーの入口
から出口に向かって通過する間、金属の溶湯が渦流回転
の状態で流れることができるような形状に作られている
限り、チャンバーの形状は六角形でもよくあるいはその
他の形状でもよい。

金属溶湯が金属溶湯入口から金属溶湯出口に向かって所
期の通り渦巻きながら流れるためには、金属溶湯を接線
状に導入するよう円筒状チャンバーに関して金属溶湯の
入口を位置ぎめすることか必要である。

本発明の好適した実施例においては、複数のフラックス
処理ガス入口ノズルが金属溶湯入口より下、好適には金
属溶湯入口と金属溶湯出口の間に配置されている。

本発明に係る装置によれば、金属溶湯入口より円筒状チ
ャンバーを通って金属溶湯出口まで金属溶湯を通するこ
とにより金属溶湯の脱ガスが行なわれる。

しかして、金属溶湯は、出口をへてチャンバーを退出す
るまで、下に向かって流れながらフラックス処理ガスと
渦流接触の状態にある。

渦巻きながら回転している金属の溶湯流の中にフラック
ス処理ガスを噴射することにより脱ガス処理気泡の拡散
は最高状態となり、したがってノズルの寸法を最適切に
設定することによりガス状不純物の効率のよい吸着を増
進させることができる。

渦流タンク式反応器の直径が大きくなると、タンクの中
心におけるフラックス処理ガスの泡の拡散が減少する。

したがって、本発明の他の実施例においては、渦流タン
ク式反応器の中心軸に関してフラックス処理ガス・ノズ
ルの位置が変更されているその他、必要な場合、タンク
の出口に関して異なった高さにノズルを取り付けてもさ
しつかえない。

本発明の好適した実施例においては、ノズルのつまりを
ひき起すおそれのある堆積物がノズルのオリフィスの領
域に生じることを防止するため、ノズル・ブツプは円錐
状に作られている。

複数の互に連通したボイドを特徴とするオーブンセル組
織を備えたフィルター・タイプの媒質は、金膜溶湯入口
と金属溶湯出口の間で、理想的にはフラックス処理ガス
入口ノズルの下流側で円筒状チャンバーの中に配置され
ている。

さもなげれば、渦流タンク式反応器の金属溶湯出口の下
流側に設けられた独立した系の中にフィルターを設置し
てもよい。

しかし、フィルタ一手段を取り付けないで脱ガス処理チ
ャンバーを使用する場合、金属溶湯が入口から出口に向
かって移動する間、金属溶湯の渦巻動作を促進するよう
金属溶湯の出口を接線状に配置することが好ましい。

本発明に係る装置においては、不活性ガスのようなフラ
ックス処理ガス、好適には塩素または完全にハロゲンと
比容した炭素化合物のような活性ガス状成分を少景含ん
だフラックス処理ガスを使用することができる。

使用されるガスは、所定の脱ガス処理を行なう能力があ
ると認められた窒素、アルゴン、塩素、一酸化炭素、フ
レオンに等のガスまたはガス混合物であればどのような
ものであってもよい。

アルミニウムの溶湯を脱ガス処理する本発明の好適した
実施例においては、窒素−ジクロルジフルオルメタン、
アルゴンージクロルジフルオルメタン、窒素−塩素また
はアルゴン−塩素の混合物が使用されている。

その他、金属溶湯の表面にガス状の不純物が再吸収され
ることを最小程度に抑えるため、金属溶湯の表面をおお
ってアルゴン、窒素等の不活性ガス状カバーを設けるこ
とができる。

本発明に係る装置によれば、溶解炉の動作を止めること
なく脱ガス処理を継続することができるので、金属溶湯
の脱ガス処理の生産性を大幅に高めることができる。

さらに、本発明装置の構成によれば、鋳造ステーション
の近くに本装置を設置することができるので、金属溶湯
に不純物がはいる可能性を大幅に減らすことができる。

本発明に係る装置を使用すれば、ガス状不純物の吸着効
率を最適切化することにより金属溶湯の脱ガス処理を大
幅に改善することができる。

本発明装置によれば、パージ・ガスの気泡寸法を最小程
度に抑え、ガスの泡の拡散を最高に高めることができる
ので、吸着反応を実施する有効表面積を増加させて、金
属溶湯の脱ガス処理を最適切化することができる。

その他、本発明の特長によれば、非常に小量のフラック
ス材を用いて、脱ガスを行なうことができるので、フラ
ックス処理作業にともなって生ずる排出物を大幅に減ら
すことができる。

本発明に係る装置によれば、円筒状チャンバーの中にフ
ィルター・タイプの媒質が使用されているので、従来の
装置と方法では非常に強力な処理を行なわない限り到達
することができなかった溶湯金属の純度レベルを容易に
確保することができる。

以下、本発明の好適した実施例を図解した添付図面を参
照しながら、本発明の詳細な説明する。

注湯パンと注湯トラフと移送トラフと金属溶湯処理部等
より成る金属溶湯移送システムを適所に備えた装置が第
１図より第４図までに図解されている。

本発明に係る装置は、金属加工部門の溶解ステーション
と鋳造ステーションとの間のいろいろな位置で使用する
ことができる。

しかして、第１図と第２図は、脱ガス兼ｒ適用円筒状チ
ャンバー１６を形成している細長い円筒状側壁１２と底
壁１４より成る耐火物製渦流タンク式反応装置１０の第
１の実施例を図示したものである。

金属溶湯は、円筒状チャンバー１６の頂部に設けられた
人口トラフ１８を通って円筒状チャンバー１６に接線状
に入り、出口トラフ２０を通って前記円筒状チャンバー
１６より退出する。

第１図より第４図までに図示されている実施例において
は、出口２０は接続状に延在しているように示されてい
るが、本装置にフィルタ一手段が使用される場合、出口
トラフが接線状に取り付けられていることは重要なこと
ではない。

金属溶湯の表面でガス状の不純物が再吸収されることを
最小程度に抑えるため、アルゴン、窒素等の不活性なガ
ス・カバー（図示せず）が円筒状チャンバー１６の頂部
−面に延設されている。

円筒状側壁チャンバー１２は環状のリム２２を備えてお
り、該環状のリム２２は出口手段２０の上流側でかつ該
出口手段２０の近傍に配置されている。

第４図に示されている環状リム２２は下に向かって収斂
した傾斜面を限定しており、この傾斜面が設けられてい
るおかげで適当な輪郭に作られたフィルター・タイプの
媒質２４を容易に取り付けたり、交換したりすることが
できる。

このフィルター・タイプの媒質２４は前記環状リムに対
応した傾斜円周面２６を有し、該傾斜円周面２６は、円
筒状チャンバー１６内の円周リム２２と封止的に接面係
合するようにされた封止手段２８を備えている。

本発明の好適した実施例によれば、側壁１２の周囲に複
数のフラックス処理ガス入口ノズル３０が設けられてお
り、該フラッフ処理ガス入口ノズル３０は金属溶湯が円
筒状チャンバー１６をへて入口１８から出口２０に流れ
る間、フラックス処理ガスを金属溶湯に導入するよう前
記フィルタータイプの媒質２４より上のところに配置さ
れている。

第３図に示されているように、ノズルは金属溶湯と同じ
方向、すなわち、時計方向または時計と反対の方向にフ
ラックス処理ガスを接線状に金属溶湯の中に吹き込むの
で、金属溶湯は、入口１８より出口２０に向かって移動
する間、円筒状チャンバー１６の中で連続的に渦巻くこ
とになる。

しかし、すでに述べたように、適当な渦流を発生させる
ことは必要なことであり、そしてこのような渦流は、金
属溶湯を接線状に流すことにより確保することができる
のである。

以下に説明されている第５図の実施例を参照すれば判る
ように、場合によっては、円筒状チャンバーの壁の接線
に対しほぼ直角にガスを吹き込むことが好ましい。

第１図より第４図までの実施例についてすでに説明した
ように、接線状の金属溶湯入口と接線状のフラックス処
理ガス入口を備えた円筒状脱ガス兼沢過チャンバーは、
金属溶湯をｒ過し、脱ガス処理する従来の方法と装置よ
りすぐれた顕著な特長を備えている。

本発明によれば、脱ガス処理工程の効率を最適切化する
ため、すなわち、吸収反応の動力学的な効率を最大に高
めるため、フラックス処理ガスの金属溶湯へ供給状態を
最適切化し、気泡が合体すること防止しながら、最小の
気泡寸法と最大の気泡密度を確保しなげればならない。

したがって、気泡の寸法を最小に抑えて、吸着反応の表
面積を最大に太き（するため、ノズルのオリフィス寸法
を制御しなげればならない。

オリフィスが金属でつまることを防止するため、オリフ
ィスはできるだけ小さく作られている。

ノズルは、ストレート・チューブの形態のものでもよく
、収）軟状タイプのノズルでもよくあるいは収斂−拡散
タイプのノズルでもよい。

第１１図に示されているように、本発明においては、ノ
ズル・オリフィスにつまりが生じることを防止するため
、フラックス処理ガスのノズル・チップは形状が円錐形
であることが好ましい。

第１１図を参照すれば、末広がり状の円錐チップ部分３
６とオリフィス３４を有するノズル・チップ３０が図示
されている。

ノズル・チップのオリフィスが金属溶湯でつまることを
防止するため、ノズル・チップのオリフィス寸法はでき
るだけ小さく作られている。

本発明によれば、オリフィスの寸法は、０．１３ｍｍ（
０，００５インチ）から１．９ｍｍ（０，０７５インチ
）の範囲に設定されており、好適した範囲は０．２５ｍ
ｍ（０，０１０インチ）から１．２７ｍｍ（０，５０イ
ン♂チ）までである。

ノズル・チップ３２の末広がりの部分３６とオリフィス
３４の軸との間で形成される角度は約１０°から６０°
までの範囲にあり、好適には２０か４０°までの範囲に
ある。

金属溶湯内に泡を拡散させるとともに泡が合体すること
は阻止することは、フラックス処理ガスを導入する圧力
を調整することにより制御することができる。

０．３５ｋｇ／ｃｍ２（５ｐｓｉ）から１３．８ｋｇ／
ｃｍ２（２００ｐｓｉ）までの範囲のガス圧力、好適に
は１．４ｋｇ／ｃｍ２（２０ｐｓｉ）より高いガス圧力
が溶融アルミニウムとその合金を脱ガス処理するのに最
適切であることが判明した。

本発明に係る装置に使用することができるフラックス処
理ガスとしては、塩素ガスやその他のハロゲン系ガス状
物質、一酸化炭素ならびに窒素、アルゴン、ヘリウム等
より成る不活性ガス混合物を含め、いろいろな公知の組
成のものを挙げることができる。

溶融アルミニウムとアルミニウム合金を脱ガス処理する
本発明に用いられている好適したガス混合物は、ジクロ
ルジフルオルメタンを約２から２０容積パーセント、好
適には５かも１５容積パーセント含んだ窒素またはアル
ゴンの混合物である。

いま１つの好適したガス混合物は、好適には２から１０
容積パーセントの塩素を含んだ窒素またはアルゴンより
成るものである。

これらのガス混合物と関連して、金属溶湯の表面でのガ
ス状不純物の再吸収を最小程度にとどめるため、金属溶
湯をおおうアルゴン、窒素等のガス状保護カバーを使用
してさしつかえない。

本発明の１実施例においては、フィルター・タイプの媒
質を円筒状チャンバーの中に配置することが要求されて
いる。

したがって、フィルター・タイプの媒質は、第４図に示
されているようなフィルタ一手段より構成されている。

このフィルタ一手段は互に連通した多数のボイドを特徴
とするオープン・セル組織を備えているので、金属溶湯
がこの組織を通って流れる間、溶湯中に介在している固
体分を取り除いて、不純物が最終鋳造製品の中に入るこ
とをなくすかあるいは最小の程度に抑えることができる
。

このようなフィルターは、たとえば、焼成されたセラミ
ックの細粒から作られた中実のフィルター媒質または多
孔質な炭素媒質より構成することができる。

好適した実施例においては、米国特許第３９６２０８１
号に記載されているようなセラミック製フオーム・フィ
ルターが使用されており、このフィルターは、米国特許
第３８９３９１７号に概説されているような一般的な方
法に従がって作ることができる。

両米国特許が教えるところによれば、前記セラミック製
フオーム・フィルターの通気度は、４００から８０００
Ｘ１０−７ｃｍまでの範囲、好適には４００から２５０
０Ｘ１０−７ｃｍ２までの範囲にあり、多孔度が０．８
０より０．９５までの範囲にあり、ボイド・フラクショ
ン（Ｖｏｉｄ ｆｒａｃｔｉｏｎ）が２．５４Ｃｍ（１
インチ）の直線長さ当り小孔の数が５から４５までの範
囲、好適には２．５４ｃｍ（１インチ）の直線長さ当り
小孔の数が２０から４５まででの範囲にある。

さらに、フィルターを通る金属溶湯の流速は、１分間当
り２．５４ｃｍ２（１平方インチ）のフィルター面積当
り８１．９Ｃｍ３（５立方インチ）から８１９ｃｍ３（
５０立方インチ）までの範囲にある。

本発明のフィルタ一手段が使い捨てタイプの製品である
よう設計されている場合、フィルタ一手段を封止する効
果的な手段を用意することが肝要なことである。

フィルタ一手段の傾斜部分で該フィルタ一手段を円周的
に取り囲むようにした、添付図面に示されているような
弾性を有する封止手段を用いて、フィルタ一手段を適所
で封止することが非常に好ましい。

この弾性を有する封止手段は、金属溶湯にぬれないもの
であって、金属溶湯による侵食に抗し、しかも高い使用
温度に十分に耐えることができる耐熱性を有するもので
なければならない。

アルミニウムの処理に使用される代表的な封止材として
は、下記に示す例のシール材のように、いろいろな組成
の繊維質耐火物タイプのシール材を挙げることができる
。

（１）約アルミナ４５％、シリカ５２％、酸化鉄１．３
％、チタニア１．７％を含んだシール、（２）約シリカ
５５％、アルミナ４０．５％、クロミア４％、酸化鉄０
．５％を含むシール、 （３）約シリカ５３％、アルミナ４６％、酸化鉄１％を
含むシール。

第４図を参照すれば、金属溶湯は、円筒状チャンバー１
６の頂部に設けられた接線状人口トラフ１８をへて耐火
物製の渦流タンク式反応器１０に供給される。

フラックス処理ガスは円筒状チャンバー１６の底部に設
けられたノズル３０を通って金属溶湯の中に導入される
が、フラックス処理ガスの噴射の方向は金属溶湯が円筒
状チャンバーに供給される方向と同じである。

円筒状チャンバー１６に入った金属溶湯は、フラックス
処理ガスを吹き込んだ方向に渦巻きながら、出口トラフ
２０に向かって流れ降りる。

金属溶湯が円筒状チャンバー１６を通過する間、多数の
泡の形で表示されているフラックス処理ガスは、金属溶
湯とほぼ向流状態で金属溶湯をくぐった上に向かって流
れるので、ガス状の不純物は金属溶湯の中に拡散し、フ
ラックス処理ガスの泡に付着して、泡自身に吸収され、
しかるのち金属溶湯をくぐって泡が浮上するに伴ない溶
湯表面まで運ばれ、これにより不純物を取り除くことが
できる。

第１図より第４図までに図解されている渦流タンク式反
応器は、溶融アルミニウムを脱ガス処理するのにとくに
適しており、この場合、溶融アルミニウムの脱ガス処理
に使用される反応器の内径は７５．２Ｃｍ（１２インチ
）までである。

使用されるノズルの本数とフラックス処理ガスの量は、
処埋される金属溶湯の流速に大きく左右される。

噴射ノズルの角度は、ノズルの軸と該軸が通り抜ける反
応器円筒の内壁円周上の点に接して延在した接線との間
で測って１０°から９０°までの範囲で変えることがで
きる。

なお、複数のノズルを使用する場合、ノズルの取付角度
は同じものである必要はない。

本発明の第１の実施態様を次の実例について説明する。

実例 ■ 円筒状チャンバーの内径が２０．３Ｃｍ（８インチ）の
第１図に示されている渦流タンク式反応器が既設の金属
溶湯移送システムの中に設けられた。

金属溶湯入口と金属溶湯出口の間の距離は６３．５Ｃｍ
（２５インチ）であり、金属溶湯入口からノズルまでの
有効距離は４５．７Ｃｍ（１８インチ）であった。

ノズル入口の下、金属溶湯出口の上にセラミック製フオ
ーム・フィルタ一手段が取り付げられた。

０．６４ｃｍ（０，２５インチ）のオリフィスの寸法を
有する２本のノズルが使用された。

これらのノズルは、円筒状チャンバーの壁面に接する接
線から測って２０００角度に位置ぎめされた。

毎分３８．６ｋｇ（８５ポンド）の流速でフラックス処
理ボックスを通って金属溶湯が流れた。

アルゴン中に１０容積パーセントのジクロルジフルオル
メタンを含んだフラックス処理ガス混合物が、毎分１４
１５８．９ｃｍ３（０，５立方フイート）の流量でノズ
ルを通って吹き込まれた。

金属の溶湯とフラックス処理ガスは、円筒状チャンバー
を上から見て時計と反対方向に導入された。

標準温度と圧力の条件のもとＦＭＡテスターを用いて処
理前と処理後の両方について溶融金属の水素含有量が測
定された。

水素含有量は、処理前におけるアルミニウム１００グラ
ム当り水素０．３６からＱ、４ＱＣＣから処理後におけ
るアルミニウム１００グラム当り水素０．０８から０．
１４ＣＣまでに減少したことが判明した。

このことは、非常に効果的な脱ガス処理が行なわれたこ
とを示すものである。

実例 ■ 実例Ｉについて上に説明したものと同じ装置が使用され
た。

渦流タンク式反応器を通過する金属溶湯の流量は、毎分
４３．６ｋｇ（９６ポンド）であった。

アルゴン中に１０容積パーセントのジクロルジフルオル
メタンを含んだ混合物のフラックス処理ガスが、毎分１
４１５８．９ｃｍ３（０，５立方フイート）の流量で円
筒状チャンバーの中に吹きこまれた。

標準温度と圧力の条件のもとＦＭＡテスターを用いて測
定した水素含有量は、アルミニウム１００グラム当り０
．３５から０．３８ＱＣよりアルミニウム１００グラム
当り０．１０から０．１２ｅＣまで減少したことが判明
した。

このことはまた、非常に効果的な脱ガス処理が行なわれ
たことを示すものである。

多（の場合、いろいろな変更態様のすべてに本発明に係
る装置と方法を適用することができる。

と（に連続鋳造作業の場合、平行に並べた１対のフラッ
クス濾過チャンバーを使用することができる。

このような連続鋳造作業においては、金属溶湯の流量が
非常に大きいので、運転の途中でフィルタ一手段を交換
することが必要かもしれない。

このようなフィルタ一手段の取り換えは、バルブ、せき
等を用いて１つの通路から他の通路に流れを転向させる
装置と併せてそれぞれチャンバーを備えた平行流通路を
採用することにより容易に行なうことができる。

したがって、あるときは金属溶湯の流れを一方の通路に
限定し、第１のチャンバー前後の圧力差が過大になると
、いま１つの通路に流れの向きを切り換えるようにする
。

このような切換操作により濾過された金属を連続鋳造ス
テーションに連続的に供給することができることを理解
していただけよう。

さて、第５図より第７図までを参照すれば、本発明の第
２の実施例が図解されており、この実施例においては、
比較的直径が大きい渦流タンク式反応器にとくに適する
ようノズルが配置され、位置ぎめされている。

上述のように、反応器の直径が大きくなるにつれ、反応
器内にある金属溶湯の中心へのガスの泡の分散が減少す
る。

この実施例においては、この問題は、はぼ円筒状の第１
の側壁部分１１２と下向きに収斂する第２の側壁部分１
１４とより成る渦流タンク式反応器であって、前記両側
壁部分により脱ガス処理チャンバー１１６を形成してい
る反応器１１０を採用することにより解決されている。

第１の側壁部分１１２はほぼ円筒形に示されているが、
金属溶湯が脱ガス・チャンバー１１６通過する間、金属
溶湯を渦流回転態様で流すことができるものであれば、
六角形でもよ（あるいはその他の形状のものでもよい。

金属溶湯は、脱ガス処理チャンバーの頂部に設けられて
いて、第１の側壁部分１１２に関して接線状に配置され
た人口トラフ１１８を通って脱ガス処理チャンバー１１
６に入り、該チャンバー１１６の底に設けられた出口ト
ラフ１２０を通って流出するようになっている。

第５図より第７図までに示されているように、必要な場
合、下向きに傾斜収斂した側壁部分１１４の下にほぼ円
筒状の側壁部分１２２を設け、適当なフィルター・タイ
プの媒質を収容するようにしてもよい。

第７図を見れば一番よく判るように、円筒状側壁部分１
２２は円周リム１２４を備えており、該円周リム１２４
は、出口手段１２０の上流側において該出口手段１２０
の近傍に配置されている。

図示のように、円周リム１２４は下に向かって収斂する
傾斜面を限定しており、この傾斜面が設けられているお
かげで、適当な輪郭のフィルター・タイプの媒質１２６
を容易に取り付け、取り換えることができる。

フィルター・タイプの媒質１２６は、前記円周リム１２
４に対応した傾斜し７た円周面１２８を備えており、第
４図のフィルターと同様前記傾斜した円周面１２８は、
円周リム１２４と側壁部分１２２と封止的に対合すよう
プレスばめにより取り付けられた弾性を有する封止手段
１３０を備えている。

なお、フィルター要素は側壁部分１２２に組み込む必要
はなく、渦流タンク式反応器１１０より下流側に独立し
た装置として取り付けてもさしつかえない。

そのほか、金属溶湯の表面にガス状不純物の再吸収を最
小程度に抑えるため、円筒状チャンバー１１６の頂部を
おおってアルゴン、窒素等のごとき不活性ガス状カバー
（図示せず）を設けてもさしつかえない。

第５図より第７図に示された第２の好適した実施例につ
いて図解されているように、本発明によれば、渦流タン
ク式反応器１１０は、脱ガス処理チャンバー１１６を形
成するよう、はぼ円筒状の第１の側壁部分１１２と、該
第１の側壁部分１１２の下に設けられた下に向かって収
斂した第２の側壁部分１１４を備えている。

本発明によれば、下に向かって収斂した側壁部分１１４
は、金属溶湯が接線状入口１１８より円筒状チャンバー
１１６をへて出口１２０に流れる間、フラックス処理ガ
スを金属溶湯の中に導入するため、その周面上に第１１
図に図示されているタイプのフラックス処理ガス用入口
ノズル１３２を多数備えている。

金属溶湯が入口から出口に流れる間、気泡が溶湯を通っ
て非常にぐあいよ（拡散するよう、ノズル１３２は側壁
部分１１４０円周面のいろいろな高さに位置ぎめされて
いる。

この構成によれば、渦流タンク式反応器１１０の中心線
１３３に関しているいろな距離のところにフラックス処
理ガス。

ノズルを取り付けることによりもつとも効果的にフラッ
クス処理ガスの泡を拡散させることができする。

たとえば、側壁部分１１２の直径が５０．８ｃｍ（２０
インチ）である場合、渦流タンク式反応器１１０の中心
線１３３より半径方向に約２２．９ｃｍ（９インチ）の
距離のところに第１の組のフラックス処理ガス・ノズル
・チップを設け、渦流タンク式反応器１１０の中心線１
３３より半径方向に約１５．２Ｃｍ（６インチ）の距離
のところに第２の組のノズル・チップを設けることによ
り最適切なフラックス処理ガスの泡の拡散を確保するこ
とができる。

したがって、本発明によれば、脱ガス処理工程の効率を
最適切化することができる。

すなわち、フラックス処理ガスの泡の拡散を最適切化す
ることにより吸収反応の動力学的状態を最高に高めるこ
とができる。

なお、両方の組のフラックス処理ガス・ノズル・チップ
は収斂状側壁部分１１４に設けられているが、第１の組
のノズル・チップを側壁部分１１２に設け、第２の組の
チップを側壁部分１１４に設けても、上記と同じ結果を
得ることができる。

第８図は、本発明に係る渦流タンク式反応器の第３の実
施例を示したものであり、この実施例においては、渦流
タンク式反応器２１０は第１の円筒状側壁部分２１２と
第２の円筒状側壁部分２１４より構成されており、前記
両側壁部分により脱ガス処理チャンバー２１６が形成さ
れている。

第５図より第７図までを参照して先に説明したのと同じ
要領で、脱ガス処理チャンバー２１６は、その頂部に接
線状の入口を備えているとともに、その底部に出口２２
０を備えている。

金属溶湯は、接線状入口２１８をへて脱ガス処理チャン
バー２１６に導入され、入口２１８より円筒状チャンバ
ー２１６をへて出口２２０に向かって渦巻回転の状態で
流れる。

もし、必要な場合は、本発明の第１と第２の実施例に関
して上述したものと同じ要領でかつ同じ装置を用いて側
壁部分２１４の底、出口２２０より上かつ該出口２２０
の近傍にフィルタ一手段を取り付けてもさしつかえない
。

本発明によれば、フラックス処理用ガスの泡の拡散を最
適切札するため、第８図に示されているように、第１の
組の円錐状ノズル・チップ２３２が渦流タンク式反応器
２１０の側壁部分２１２に設げられているとともに、第
２の組のフラックス処理ガス用ノズル・チップが渦流タ
ンク式反応器２１０の第２の側壁部分２１４に設けられ
ている。

上記の要領でノズル・チップを配置することによりフラ
ックス処理ガスの泡をもつとも効果的に拡散することが
できることが判明した。

たとえば、側壁部分２１２の直径が４５．７ｃｍ（１８
インチ）から５０．８ｃｍ（２０インチ）のオーダーに
ある場合、第２の側壁部分２１２の直径は２５．４ｃｍ
（１０インチ）から３０．５ｃｍ（１２インチ）のオー
ダーのものでなければならない。

これらのノズルは、第５図に示されているノズルの場合
と同じ程度、反応器の中心から半径方向に距離をへだて
たところに配置されている。

第９図と第１０図は、本発明に係る第４の実施例を図解
したものであって、この実施例においては、渦流タンク
式反応器３１０はほぼ円筒状の側壁部分３１２より成り
、該側壁部分３１２により接線状の入口３１８と出口３
２０を有するフラックス処理用ガス・チャンバー３１６
が形成されている。

第５図と第８図の実施例についてすでに述べたように、
金属溶湯は接線状人口３１８よりフラックス処理チャン
バー３１６に接線状に入り、該チャンバー３１６をへて
出口３２０へ渦流回転の状態で流れる。

第５図より第７図までに示されている実施例の場合と同
じ要領で、ガス・チャンバー３１６の底、出口３２０の
近傍にフィルタ一手段を取り付けることができる。

本発明によれば、第１１図に図示されたフラックス処理
ガス用ノズル・チップが２つの組をなして渦流タンク式
反応器３１０の側壁３１２に取り付げられている。

フラックス処理用ガスの泡を所要の状態で拡散させるた
め、第１の組のノズル・チップ３３２は、渦流タンクの
中心線より半径方向に第１の距離ふん離れたところに設
けられており、第２の組のノズル・チップは、第５図の
実施例の場合と同じ程度、前記中心線より半径方向に第
２の距離ふん離れたところに設けられている。

上述の構成によりフラックス処理ガスの泡の分散を最高
に高め、これにより脱ガス処理の全体的効率を最適切札
することができる。

第５図と第８図と第９図の実施例に使用されている渦流
タンク式反応器の寸法とノズルの数とフラックス処理ガ
スの量は、処理される金属溶湯の流量に大幅に左右され
る。

流量が毎分２２７．３に９（５００ポンド）の場合、側
壁部分１１２゜２１２．３１２により限定されるフラッ
クス処理チャンバー１１６，２１６，３１６の直径は約
４５．７ｃｍ（１８インチ）から５０．８Ｃｍ（２０イ
ンチ）であり、金属溶湯入口から金属溶湯出口にいたる
フラックス処理チャンバーの長さは６０．７ｃｍ（２フ
イート）から１８２．９ｃｍ（６フイート）のオーダー
でなければならないことが判明した。

上記の寸法の渦流タンク式反応器については、フラック
ス処理ガスの泡をもつとも効果的に分散させ、これによ
り脱ガス処理装置の効率を最適切札するため、第１の組
の３つのノズル・チップを反応器の中心軸より約２０．
３Ｃｍ（８インチ）から２４．１ｃｍ（９，５インチ）
までの距離のところに配置し、第２の組の３つのノズル
・チップを前記中心線より１２．７ｃｍ（５インチ）よ
り１６．ｓｃｍ（６，５インチ）までの距離のところに
配置しなければならないことが判明した。

さらに、フラックス処理ガスの泡の分散を最適切札する
ため、ノズルは、フラックス処理円筒状チャンバーの壁
部分の周囲に沿った個所に接する接線にほぼ直角に配置
しなければならないことが判明した。

なお、角度的な調節を行なうことができるため、ノズル
をタンク式反応器の側壁に設けられた枢動可能なボール
・ジヨイントに取り付けるようにしてもよい。

さらに、渦流タンク式反応器の中心線に関してノズル半
径方向に調節することができるようノズルを取り付けて
もよい。

本発明の１例を下記に説明する。

実例 ■ フラックス処理チャンバーの内径が４５，７Ｃｍ（１８
インチ）の第９図に図示されている渦流タンク式反応器
が既設の金属溶湯移送システムに取り付けられた。

渦流タンク式反応器の側壁部分に６本のフラックス処理
ガス用ノズル・チップが使用された。

第１の組の３本のノズルはタンク式反応器の中に６．３
５ｃｍ（２，５インチ）の長さにわたつて突設され、第
２の組のノズル・チップがタンク式反応器の中に約１．
３ｃｍ（０，５インチ）にわたって突設された。

毎分２２７．３に９（５００ポンド）の流量でフラック
ス処理チャンバーを通って金属溶湯が供給された。

アルゴンの中に６容積パーセントのジクロジフルオルメ
タンを含んだフラックス処理ガス混合物が（標準温度と
圧力条件のもとで測定して）毎分７０リツターの流量で
ノズルをへて金属溶湯の中に導入された。

オリフィス・ノズルの軸と円筒状チャンバーの側壁部分
の接線との間の角度は９０°であった。

金属溶湯の入口側水素レベルを測定したところ、アルミ
ニウム１００グラム当り水素０．２３ｅｃであった。

渦流タンク式反応器での処理後、アルコア・テレガス社
製の計測装置で測定したところ、水素レベルは、アルミ
ニウム１００グラム当りｏ、１７ｃｃに減少していた。

このことは、水素含有量の大幅な減少を表わすものであ
るとともに、脱ガス作業の効果を実証するものである。

本発明を上述した添付図面に示された実施例にのみ限定
すべきではなく、これらの実施例は本発明を実施するに
あたってもつとも好適と思われるものを例示したものに
すぎず、したがって構成部品の形状と寸法の配置ならび
に操作の細かい点は、本発明の精神と特許請求の範囲を
逸脱しない限り、適宜修正してさしつかえないことはい
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、金属溶湯を脱ガスし、沢過するために用いら
れる本発明に係る装置を上から見た概念的な平面図。 第２図は、本発明装置の概念的な側面図。 第３図は、第２図の３−３線で切断した本発明装置の横
断面図。 第４図は、本発明装置の概念的な縦断面図。 第５図は、本発明に係る装置の第２の実施例を上から見
た概念的な平面図。 第６図は、第５図の実施例の概念的な側面図。 第７図は、第５図の実施例の概念的な縦断面図。 第８図は、本発明に係る装置の第３の実施例の概念的な
側面図。 第９図は、本発明に係る装置の第４の実施例を部分的に
切断した概念的な側面図。 第１０図は、第９図に示された実施例を上から見た概念
的な平面図。 第１１図は、本発明の好適した装置に使用されるフラッ
クス・ガスを通すノズルのノンズル・チップの構成を図
解した部分断面側面図。 １０……渦流タンク式反応器、１２……円筒状側壁、１
４……底壁、１６……円筒状チャンバー、１８……入ロ
トラフ、２０……出ロトラフ、２２……環状のリム、２
４……フイルター・タイプの媒質、２６……傾斜円周面
、２８……封止手段、３０……フラツクス処理ガス・ノ
ズル、３４……末広がり円錐状チップ部分、３６……オ
リフイス、１１０……渦流タンク式反応器、１１２……
第１の側壁部分、１１４……第２の側壁部分、１１６…
…脱ガス処理チヤンバー、１１８……人ロトラフ、１２
０……出ロトラフ、１２２…川円筒状側壁、１２４……
円周リム、１２６……フイルター・タイプの媒質、１２
８……傾斜した円周リム、１３０……弾性を有するシー
ル手段、１３２……フラツクス処理ガス入ロノズル、２
１０……渦流タンク式反応器、２１２……第１の円筒状
側壁部分、２１４……第２の円筒状側壁部分、２１６…
…脱ガス処理チヤンバー、２１８…ｍ接線状の入口、２
２０……出口、２３２……ノズル。 チップ、３１０……渦流タンク式反応器、３１２……円
筒状側壁部分、３１６……フラツクス処理ガス・チャン
バー、３１８……接線状入口、３２０……出口、３３２
……ノズル、チップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属溶湯の脱ガス処理に用いられる装置において、
   中心線の周りに画定された細長い側壁部分を有するチャ
   ンバ一手段と、金属溶湯を前記チャンバ一手段に導入す
   る第１の高さに設けられた入口手段と、金属溶湯を前記
   チャンバ一手段より取り出す前記第１の高さより低い第
   ２の高さに設けられた出口手段と、フラックス処理ガス
   を前記チャンバ一手段に導入する前記第１の高さより低
   く配置された第１および第２のフラックス処理ガス入口
   手段とを有し、前記第１のフラックス処理ガス入口手段
   が前記チャンバ一手段の前記中心線から第１の半径方向
   の距離に配置され、前記第２のフラックス処理ガス入口
   手段が前記チャンバ一手段の前記中心線から第２の半径
   方向の距離に配置され、少なくとも前記溶湯金属入口手
   段が、時計方向または時計と反対方向に金属溶湯を前記
   チャンバ一手段に接線状に導入するよう前記側壁部分に
   関して配置されており、もってフラックス処理ガスが金
   属溶湯を通って浮上するにともなって、金属溶湯が時計
   方向または時計と反対方向に前記入口手段から前記出口
   手段に向って渦巻きながら流れることを特徴とする装置
   。