JPS58144438A - アルミニウム溶湯の精製処理方法およびそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム溶湯の精製処理に関し、さらに
詳しくは溶湯中に混入している溶存ガスや非金属介在物
などの不純物を効果的に除去する方法および装置に関す
る＠なお本明細書において、アルミニウムなる語は、純
アルミニウムおよびアルミニウムを基とする合金を総称
する◇ アルミニウム溶湯は一般に多くの不純物を含んでおル１
例えは水素ガス、アルミニウムやマグネシウムの酸化物
、耐火物粒子などの溶存ガスや非金属介在物が不純物と
して含まれている。

このような不純物を残したｉｔ鋳造すると、鉤造物に欠
陥が現われ、さらにはそれに押出、圧延、鍛造等の加工
を施して得られる製品の品質（３） 低下にもつながる◇そのため、通常これらの不純物は、
鋳造前に可能な限シ除去しておく必要がある。

従来このような不純物を除去するために一般的にとられ
ている方法は、塩素などの反応性ガス、あるいは窒素な
どの不活性ガスを、鉄製バイブや黒鉛製バイブなどを介
して溶湯中に吹き込むものであるｏｌの方法では、吹き
込まれるガスの気泡が大きく、また溶湯全体に気泡を接
触させることも困難なので、高いｒＪｆ’効率を得るの
は難しい。

そこでこれらの点を改善するものとして、固定子の下端
に回転子を設け１両者の間隙から精製用ガスを溶湯中へ
導入するとともに、前記回転子を高速で回転することに
よシ、導入されるガスを微細なガス泡に細分して溶鍋と
緊密に接触させる方法および装置が、特公昭３２−３Ａ
ｌｌｒ７号公報（−１米国特許第Ｊ、７４ｔｊ、、２４
３号明細１１）、特開昭６１−１３１０３１１号公報（
米国肴許ｔｌＩ　Ｑ、Ｘ）３，３ざ７号明細書）などに
開示されている。この方法にょ（亭　） れば、処理効率の点では十分満足できる結果が得られる
が、固定子と回転子を一体に構成する必要があ如、ｉた
両者の間には適正な間隙を保持しなけれはならないため
、固定子−回転子系の構造が複線であって、製作コスト
が高くつき。

また修理や取換えを頻繁に行なう必要があるが、その作
業が極めて繁雑になるといった問題が存在する。

また特公昭６４ｔ−４Ｌ、２ＪＪ７号公報（米国特許、
３ＪＪ９，０／９号明細書）には、Ｍｉ用ガス吹込みバ
イブの下端に羽根車を取付け、この羽根車の回転によっ
て、バイブから溶湯中へ導入されるガスを微細に分散さ
せる方法が開示されている。仁の方法は、アルミニウム
溶湯からのマグネシウムの除ガスや非金属介在物ガどを
除去するための処理効率は十分といえない〇 さらに、実公昭５ｂ−４ｔｓに７ｊ号公報には、ポーラ
スノズルを通じて精製用ガスを細かい気泡状で導入し、
その気泡状ガスが溶湯中を上昇する過程で、回転する攪
拌羽根によって溶湯とともに攪拌し、ガスを溶湯中に分
散させて浮上させるようにした装置が開示されている。

この装置によれば、ポーラスノズルを用いているため、
ガスが溶湯中へ導入される段階では微細な気泡状となる
が、その上昇過程で凝集してしまい。

一旦凝集したガスはたとえ攪拌羽根によって攪拌しても
、十分力処理効率が期待できる程度に細分化するのがｌ
Ｉｔシくなるｏしたがってとの装備も処理効率の面で問
題がある。またこの公報に開示された実施例では、ガス
吹込バイブの下端にポーラスプラグを取付け、その上方
に回転羽根を取付けて、バイブの回転によってポーラス
プラグおよび回転羽根を一緒に回転させている０この場
合、ポーラスプラグは特に耐摩耗性が劣るため、回転に
よって抽料が激しく、その取替えを頻繁に行なう必要が
あるといった問題も存在する・ 本発明は、アルミニウム溶湯中に精製用ガスを微細な気
泡として導入することによシ、溶湯中の溶存ガスや非金
属介在物などを効率的に除去することを目的としている
０ 本発明の他の目的は、構造が簡単で修理や取替えの容易
な装置を用いて、上記のような処理を行なうことでわる
０ 本発明のさらに別の目的は、アルミニウム溶湯中に精製
用ガスを導入し、かつその溶湯中に設置された回転子を
回転させることによって。

ガスを溶融アルミニウム中に微細に分散させて、アルミ
ニウム溶湯を精製する際、その精製処理効率を向上させ
、またそれに適した回転子を提供し、さらにはそのよう
な回転子を組み込んだ溶融金輪の朽製処理装置を提供す
ることである。

研究の結果、精製用ガスをアルミニウム溶湯内で、回転
子中に形成された下面開放ガス滞留部に一旦滞留させる
とともに、その回転子を回転させることによって、上記
目的が満たされることを見出した。すなわち、精製用ガ
スをアルミニウム溶湯内で一旦滞留させることによって
、（７） ガスの予熱を十分に行ない、溶湯温度近傍まで昇伽させ
、ガスの体積膨張をなさしめる。そしてその滞留された
ガスを回転子の回転によって溶湯中へ一気に微細な気泡
として分散させるのである・その結果、気泡の温度によ
る体積膨張がなく、ガス泡同士の合体を生ぜす、反応面
積を最大にする。このことはガス膨張の一般的なことで
もある。

ここで用いる精製用ガスとしては、窒素、アルゴン、二
酸化炭素々どの不活性ガス、これらと塩素々どの反応性
ガスとの混合ガス、さらにに塩素または塩素発生物質単
体など、溶湯精製効果が確認されている公知のガスを用
いればよい。溶湯中の溶存ガスや非金属介在物などの除
去を主目的とする場合は、不活性ガス主体の精製用ガス
を用いれば十分であ如、またそのほうが排ガス処理も容
易となる。一方、溶湯中、例えばアルミニウム溶湯中の
マグネシウムやナトリウムなど金属不純物の除去を主目
的とする場合は、塩素系を主体とするガスを用いるのが
好＜１＞ ましい◇ 第１図は、本発明で用いる回転子の一実施例を示し、（
ａ）は正面図、（ｂ）は底面から見た平面図、（０）は
縦断面図である。回転子／は回転軸−を有し、その上端
は駆動手段３に連結され、また下方には空洞になってい
るガス滞留部Ｓか設けられている０ 回転軸−の内部には第１図（ｃ）に示すようにガス通路
ダが形成され、精製用ガスが、図示されていないガス供
給手段からガス通路グを通ってガス滞留部Ｓに供給され
るようになっているＯなお精製用ガスは、この例のよう
に回転軸−内を通す場合のほか、回転子／の下方から回
転子／とは別に構成されたノズルを通して供給すること
もでき、との場合は回転軸！内にガス通路ｌを設ける必
要は危く、中実としておけによい（第３図および第９図
参照）。

ガス滞留部ｊは、上面および側面が壁部材６によって実
質的に密閉され、下面か開放されておシ、精製用ガスが
このガス滞留部Ｓで一旦滞留されたり、下面の開放部か
ら溶湯中へ放出されるようになっている。壁部材感の側
面下端は平面状とすることもできるが、第７図のように
複数の切欠き７を設けておくのが好ましい。すなわち切
欠き７の存在７によって１回転子／を回転させて精製用
ガスを溶湯中へ導入する際、ガスが溶湯中へ一層均一微
細に分散されるようになるという効果を有する０ また、ガス通路ｙを回転軸−内に設ける場合、ガス通路
りからガス滞留部Ｓへの接続はそのまま単孔で開孔させ
てもよいが、Ｍ／図（０）に示すよ、うに、ポーラスカ
ーボンの如き多孔質体にを介して接続するのが好ましい
。このように多孔質体ｌを介在させることによって、回
転子／を溶湯中へ挿入するとき、あるいは処理後に引き
揚げるとき々ど、ガス通路ダに凝固金属が詰まるといっ
た危険が々〈々シ、操作および管理が容易となる。

回転子／の材質、特に溶湯と接触する回転軸Ｊや壁部材
感の材質は、黒鉛、炭化ケイ素、窒化ケイ素、その他常
用されるセラミック材料かと、耐火性、耐浸食性、耐庫
耗性にすぐれ、金属溶湯に悪影響を及ぼさないものであ
れによい。

回転子／上方の駆動手段３は、電動機やエアモータなど
によって回転され、それによって回転軸コおよびガス滞
留部Ｓを形成す石壁部材６が回転されて、滞留部ｊに一
旦滞留された精製用ガスを、溶湯中へ均一微細に分散放
出する。

駆動手段３は溶湯に接触しないので、鋼など剛性を有す
る通常の材質のもので構成することができる〇 なお、処理の操作を能率的にするために、駆動手段３を
昇降手段に接続し、回転子／ごと上下させて、溶湯中に
浸漬した如、処理後に引き上けたりできるようにしてお
くのも有効である０回転子／のガス滞留部ｊは第１図の
ように側面を下床が如に形成する場合のほか、第一図の
ように直円筒状とすることもで！石。第一図は本発明で
用いる回転子の他の実施例を示す正面図であシ、ガス滞
留部Ｓの形状が第１図と異な（／／） る以外は第７図と同様である。ただ、ガス滞留部ｊの直
上へも精製用ガスの微細気泡を十分に分散させるために
は、第７図のように、ガス滞留部Ｓをおわん型、すなわ
ち側面下広かシの円錐台状に形成するのが好ましい。

本発明では、第７図および第一図に例示し、以上説明し
たような回転子／を、溶解炉や保持炉内に挿入し、精製
用ガスを吹き込むとともに回転子／全回転させて、炉内
のアルミニウム溶湯を精製することができるが、好まし
くは溶解炉または保持炉と鋳造樋との中間に処理槽を設
け、この処理槽内に回転子／を挿入して、アルミニウム
溶湯の精製処理を行危う。このようにすれば、鋳込みオ
でのラインを実質的に連続化できる。この場合の実施例
を第３図、第４図および館Ｓ図に示す。

第Ｊ−ｊ図では、溶湯入口／／と溶湯出口／−とを備え
九処理檜／θ内に、前述したおわん型回転子／を挿入し
、入口／／から流入してくる溶湯を処理して、出ロア、
２に送し出すようにしく／、２） ている０一般に入口／／は溶解炉または保持炉へ、また
出口／−は鋳造樋／−へ、それぞれ接続している０なお
精製用ガスは、館３図では溶湯中に浸漬された吹込パイ
ブー〇を通して、その先端のノズルコ／から、回転子／
の下端のガス滞留部直下に導入されておシ、第１図では
回転子／直下の処理槽／θ底部に設けたノズル、２／を
介して１図示されない精製用ガス供給手段からバイブ−
〇を通って１回転子／下端のガス滞留部へ導入されてい
る。第４図のように精製用ガスを処理槽／θの底部から
導入するＷ合は、回転子／のガス滞留部である程度予熱
されるか。

導入前にも十分予熱して、その稜の膨張を防いでおくの
が好ましいＯまた第Ｓ図では、精製用ガスは回転子／の
回転軸内部を通って、下端のガス滞留部へ導入されてい
る。いずれの場合もノズルは、単孔のものもポーラスな
ものも用いることができるが、操作性および管理性の面
で、ポーラスタイプのものを用いるのが好ましい。

処理槽／θは、鋼板製あるいは鋳鉄製の外殻からカシ、
内側の直接溶湯に接触する部分は、溶湯および存在する
可能性のある非金属介在物に対して不活性な耐火材で内
張すされるのが望寸しい。内張シ材と外殻ケーシングと
の間には、熱損失を少なくする走めに、断熱性の高い材
料を敷設するか、あるいはさらにこの断熱材の中に電気
抵抗体などの発熱体を埋設して、保温するととも有効で
ある。

処理槽／θ内では、回転子／から送シ出される精製用ガ
スの浮上方向と溶湯の流れ方向が互いに逆方向となるよ
うなデザインが、溶湯とガス気泡との接触時間を長くす
るためにも好ましい。第３〜ｊ図では、溶湯が入口／／
から処理槽／θ内に入って下向きに流れ、ここで回転子
／から微細分散されて浮上する精製用ガスの微細気泡と
接触することによって、上述のよう表ガスと溶湯との向
流関係が保たれているＯまた第３〜Ｓ図に示す如く、°
処理槽／θ内には７枚以上の仕切板／Ｊ、／＆を設けて
、処理室／Ｓと出口室／６とに分割しておくのが好まし
い□底部仕切板／３は、精製用ガスの微細気泡によって
捕束された溶存水素ガスや非金属介在物などの懸濁状粒
子が浮上しないうちに出口／−へ流れるのを防いでいる
。また上部仕切板／４１は、Ｓｔ濁状状粒子浮上してで
きたｔｔｒ：Ｊス層／７が出ロ／コヘ流れるのを防いで
いる。

処理槽／θの大きさ、ｌＦ！ｊＫ処理室／ｊの大きさ、
および回転子／の大きさは２回転子／から送り出される
ガスが処理室／ｊ内の溶湯全体に行き渡るように定めれ
ばよく、比較的高範囲の寸法のものを用゛いることがで
きる。−例として、水−空気モデル実験の結果では、切
欠きのあるおわん型回転子で、処理室／Ｓの有効直径と
回転子／の直径との比を／二〇６．２〜θ、＜を程度に
とることが、効率的であることを認めている。ここで、
処理室／ｊの有効直径とは、処理室の断面形状が円の場
合はその直径、正方形の場合はその一辺の長さ、長方形
の場合は短辺の長さをいう。また、回転子／の直径とは
、ガス滞留部！の下端の直径である。

（／　ｊ　） なお落３図、第４を図または第Ｓ図のような装置で連続
的に溶湯処理を行なう場合、処理槽／θ内の溶湯表面が
大気と接触していると、溶湯表面の酸化現象がすすみ、
最悪のときには溶湯中に酸化物として混入する可能性が
あるため、溶湯表面は不活性雰囲気に保つのが好ましい
０このために処理槽／θは蓋／にで覆い、気密シールと
し、空気が侵入することなく操業されるようになってい
る。また同時に、外部からの空気漏入を防ぐために、処
理槽／θ内の雰囲気圧力を外部より高く保つことも有効
である。一般的には精製用ガスが溶湯中を浮上して溶湯
表面に放出されふことによって、このような雰囲気が保
たれるが、必セによ多蓋／にに雰囲気ガス導入口および
雰囲気ガス排出口を設けて、処理槽／θ内に雰囲気ガス
を循環させることもできる。

さらに連続操業の場合、溶湯表面にドロス層／７か多く
堆積するため、これを同期的に除去してやる。そのため
には、入口／／側から手動工具などによシ掻齢取るが、
処理槽／θの上部（／　６　） 蓋／ににドロス掻き用の孔を設け、そこを通して同様の
方法で除去するのが望ましい。例えは第３〜Ｓ図に示す
ように、１１！／にの入口／／側を可動壁／りとしてお
くのが好ましいｏｆたこの可動壁／９は、前述した雰囲
気ガス圧力の調節にも役立つ◇ 第３図、第１図または第Ｓ図に示した本発明による装置
は、単独で溶湯処理に用いるばかりでカ＜、公知の溶湯
処理設備と組合わせて使用すれば一層効果的である。例
えば、既知のフィルター設備、具体的にはアルミナボー
ルフィルター、多孔質セラミツクチ具−ブフィルター。

多孔質セラミックプレートフィルターなどを。

本発明による溶湯処理装置の前または抜に組み込むのも
有効である。

本発明を適用する別の態様として、例えば電解炉から汲
み出したアルミニウム溶湯を収容している取鍋中に、舘
／図または第一図に示した回転子／を挿入し、精製用ガ
スを次き込むとと家Ｖ　ＩＥｉｌ　＊半／を同１貞ぜて
、このようｈ−次アルミニウム溶湯の精製を行なうこと
もできる。

本発明では、繰返し使用に対して、特に同転子の寿命が
短かくならざるを得々いが、この回転子は一体成形する
ことができるから、破細した響合には同転子だけを交換
することによシ。

引続き溶湯処理を続けることができる。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 第３図に示した装置を用いて、ｍ−Ｍｇ−８１合金溶湯
の連続処理を行なった。

回転子／は、回転軸−が中実であるほかは第７図に示し
たような形状の本のである０すなわち円錐台状のガス滞
留部Ｓを有し、その下面内径が／ｌ（０１ｍ、上面内径
が？θ■であり、またその壁部材感の肉厚は／、２ＵＩ
とした。ガス滞留部ｊの下端には、ｌｒ個の切欠き７を
設けた。回転子／はすべて黒鉛で作製し九〇一方、ａｌ
ｌ！ｌ用ガスは、黒鉛バイブ−θの先端にポーラスカー
ボンを詰めたノズル、２／から吹込み、溶湯中を浮上し
たガスかノズル−／の直上に位置する回転子／のガス滞
留部ｊにたまるようにした◎ 処理槽／θは、鋼板製外殻の内側に断熱ボードを内張シ
し、さらにその内側に高アルミナ質レンガを内張シした
立方体形状のものを用い、その出口側には、仕切板／３
、／ダを配置した。仕切板／Ｊ、／！はいずれも高アル
ミナ質耐火物製とした。また回転子／は、その回転軸中
心線が処理室／ｊの中央にくるように、処理槽／θ内に
配置した◇ このよう表装置に前記アルミニウム合金溶湯を９Ｊθθ
ｌｒｑ／ｈｒの割合で連続的に供給し、回転子／をｇθ
θｒ、ｐ、ｍの速度で回転し、合計／θトンの溶湯を処
理した。精製用ガスとしてはアルゴンｇθＶＯＷ％と塩
素コθＶＯ１，％との混合ガスを用い、６θｔ／ｍｉｎ
の割合で供給した。

以上のような処理を行なう前と行なった徒の溶湯からサ
ンプリングし、水素ガス濃度、ナトリウム濃度および非
金属介在物濃度を測定した。

また溶湯はスラブおよびビレットに鋳造して、（／　９
　） それぞれ圧延および押出を行ない、圧延材のフクレ個数
および押出材のピックアップ発生率を測定した。圧延材
のフクレ個数とは、厚さ八〇Ｕに圧延加工した板を、５
００°Ｃで３時間加熱し。

許 表面に現われたフクレの数をｌ数し、／−あたシの個数
として表わしたものである。一方押出材のピックアップ
発生率とは、押出材の表面に現われたピックアップの個
数を計数し、／　ａｍ”あ六シの個数として表わしたも
のである。

以上の結果を第７表に示す。

第　　　７　　　表 以上説明したように、本発明によれば、フル（，２θ　
） ミニラム溶湯から各種の不純物を効果的に除去すること
ができ、しかももっとも破細しやすい回転子は構造が簡
単なので、製作および取替も容易である。したがってア
ルミニウム溶湯の精製に多大の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転子の一実施例を示し、（ａ）
は正面図、（ｂ）は底面から見た平面図、（Ｃ）は縦断
面図である◎第一図は回転子の別の実施例を示す正面図
である。 第Ｊ−ｊ図は、回転子を処理槽内に組み込んだ本発明に
よる溶湯処理装置の実施例を示す縦断面図である０ ／・・・回転子；−・・・回転軸；３・・・駆動手段；
ｊ・・・ガス滞留部；７・・・切欠き；／θ・・・処理
槽；／／・・・溶湯入口；／、２・・・溶湯出口；／、
３．／４１・・・仕切板；／７・・・ドロス層；７ｇ・
・・蓋。　　　　　　　　　　　　５１ 、パ・パｌ゛゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　アルミニウム溶湯中に精製用ガスを導入し、
   かつ該溶湯中に設置された回転子を回転させる仁とによ
   って、該ガスを該溶湯中に微細に分散させて、溶湯を精
   製する方法において、該ガスを溶湯内で該回転子の下端
   に形成されかつ下面が開放されているガス滞留部に一旦
   滞留させるとともに、骸回転子を回転させることを特許
   とするアルミニウム溶湯の精製処理方法。 ＠　上端で駆動手段に連結される回転軸および該回転軸
   の下方に設けられたガス滞留部からなシ、該ガス滞留部
   は上面および側面が実質的に密閉され、下面が開放され
   ていることを特徴とするアルミニウム溶湯のｎ表処理用
   回転子＠ （３）＃回転軸の内部にガス通路が形成されている特許
   請求の範囲第一項記載の回転子。 （ダ）　該ガス通路と骸ガス滞留部とが多孔質体を介し
   て接続されている特許請求の範囲第３項記載の回転子〇 ＜Ｓ＞　　該ガス滞留部の側面下端が複数の切欠きを有
   して下面に開放されている特許請求の範囲第一〜ダ項の
   いずれかに記載の回転子。 （６）　　該駆動手段がさらに昇降手段に接続され。 全体を上下させ得るようになっている特許請求の範囲第
   一〜ｊ項のいずれかにＦｔの回転子０ （７）該ガス滞留部が下底がりの円錐台状に形成されて
   いる特許請求の範囲第一〜６項のいずれかに記載の回転
   子。 （！ｒ）該ガス滞留部が円筒状に形成されている特許請
   求の範囲第、２〜６項のいずれかにＩｉ″′載の回転子
   。 （９）　　溶湯の入口と出口を有する処理槽および該処
   理槽内に設置された回転子を備え、ＩＳ回転子は、上端
   で駆動手段に連結される回転軸および該回転軸の下方に
   設けられたガス滞留部からなり、＃ガス滞留部は上面お
   よび側面が実貴的に密閉され、下面が開放されている仁
   とを特徴とするアルミニウム溶湯の精製処理装置〇 （２）　該回転軸の内部を通って精製用ガスが該ガス滞
   留部へ導入されるようになっている特許請求の範囲第り
   項記載の装置。 （ロ）該ガス滞留部の下方から精製用ガスが導入される
   ようになっている特許請求の範囲第９項記載の装置。 （２）該精製用ガスが該処理槽の底部に設けたノズルか
   ら導入されるようになっている特許請求の範囲第７ノ項
   記載の装置。 ０８′ｌ　　該精製用ガスが骸処理槽内に配置されたガ
   ス吹込バイブを舒て、該ガス滞留部下方のノズルから導
   入されるよう罠なっている特許請求の範囲第１／項記載
   の装置。 （９）該処理槽内の該回転子よシ出ロ側に７枚以上の仕
   切板を設けてなる特許請求の範囲第り〜７３項のいずれ
   かに記載の装置。 ６！５）該処理槽には蓋が設けられ、該処理槽内部が不
   活性雰囲気に保たれている特許請求の範囲第り〜／ｙ項
   のいずれかに記載の装置Ｑ