(57)【要約】【課題】従来と比較して耐熱衝撃性及び耐摩耗性に優れる金属溶湯用攪拌体を提供する。【解決手段】本発明の金属溶湯用攪拌体１は、セラミックスからなり、円筒状のシャフト部の先端に傘形状の攪拌羽根を設けてあり、該攪拌羽根の内周部２ａの肉厚を、直径に対して４．０〜９．０％の厚みとし、かつ、外周部２ｂの肉厚に対して０．９〜２．０倍としたことを特徴とする。  上記金属溶湯用攪拌体１は、攪拌羽根２の底面部２ｂに、シャフト部３の先端側から漸次拡がるテーパー部２２を形成し、さらに、攪拌羽根２の外周部２ａに適宜間隔で方形状の切り欠き部２１を設けた構成とすることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のシャフト部の先端に攪拌羽根を設けた、セラミックスからなる金属溶湯用攪拌体において、傘形状の攪拌羽根の内周部肉厚を、直径に対して４．０〜９．０％の厚みとし、かつ、外周部肉厚に対して０．９〜２．０倍とした金属溶湯用攪拌体。
【請求項２】
攪拌羽根の底面部に、シャフト部の先端側から下方に向かい漸次拡がるテーパー部を形成した請求項１に記載の金属溶湯用攪拌体。
【請求項３】
攪拌羽根の外周部に適宜間隔で方形状の切り欠き部を設け、該切り欠き部の内側の両隅部を円弧状に形成した請求項１又は２に記載の金属溶湯用攪拌体。
【請求項４】
攪拌羽根の底面部に、断面半円、Ｕ字状乃至方形状溝部を放射状に配した請求項１〜３のいずれかに記載の金属溶湯用攪拌体。
【請求項５】
シャフト部の先端にある底部の略中心に、ガス噴射口を設け、シャフト部内部をガス噴射口に向け窄まるように半球状に凹ませた請求項１〜４のいずれかに記載の金属溶湯用攪拌体。
【請求項６】
上記セラミックスは、窒化珪素系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、又はカーボンセラミックスである請求項１〜５のいずれかに記載の金属溶湯用攪拌体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属溶湯の脱ガス処理をするために用いる金属溶湯用攪拌体に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱ガス処理は、例えば、図１０に示すように、アルミニウムなどの溶湯１０１中にアルゴン、窒素、塩素などの吹き込みガスを分散させながら、金属溶湯用攪拌体１００により溶湯１０１を攪拌して行うものであり、溶湯１０１中に溶け込んでいる水素などの有害ガスや微小介在物を吹き込みガス中に取り込ませて除去するものである。
このような脱ガス処理に用いる金属溶湯用攪拌体は、例えば、下記特許文献１〜５に開示されているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２２５１６号公報
【特許文献２】特開２００１−５９１２２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３０５５７号公報
【特許文献４】特開昭６３−１０４７７３号公報
【特許文献５】実開平４−１５０００号公報
【０００４】
金属溶湯用攪拌体を用いて溶湯中のガスを除去するには、主にバッチ方式とインライン方式の二通りのやり方がある。バッチ方式は、例えば、ルツボ炉などに貯留した金属溶湯中に金属溶湯用攪拌体を浸漬させたり、引き抜いたりすることを繰り返し行ない、断続的にガスを除去するものである。一方、インライン方式は、連続溶湯などの炉で、連続的にガスを除去するものである。
バッチ方式は、高温の金属溶湯に対して攪拌体の出し入れを行なうので、厳しい温度変化の繰り返しに耐え得る材料で金属溶湯用攪拌体を作製する必要がある。
【０００５】
カーボン素材は、耐熱衝撃性に優れており、これから形成した金属溶湯用攪拌体は、バッチ方式に用いても割れることは少ない。しかし、カーボン素材は、摩耗しやすく製品寿命が短いという問題がある。
これに対し、窒化珪素セラミックスや炭化珪素セラミックスなどのセラミックス素材は、摩耗はしにくいが、熱衝撃により割れることが多いという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セラミックス素材の金属溶湯用攪拌体においては、耐熱衝撃性と耐摩耗性の両立を図るため、肉厚を薄くし、熱衝撃に耐え得るようにすることなどが行われている（上記特許文献５の第４頁６〜９行目）。
本発明者は、鋭意研究した結果、セラミックス素材において、特定部分の肉厚を特定の範囲にすることにより耐熱衝撃性に優れた攪拌体を形成できることを見出して本発明を成し得たものである。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、従来と比較して耐熱衝撃性及び耐摩耗性に優れた金属溶湯用攪拌体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の金属溶湯用攪拌体は、円筒状のシャフト部の先端に攪拌羽根を設けた、セラミックスからなる金属溶湯用攪拌体において、傘形状の攪拌羽根の内周部の肉厚を、直径に対して４．０〜９．０％の厚みとし、かつ、外周部の肉厚に対して０．９〜２．０倍としたことを特徴とする。
【０００９】
上記金属溶湯用攪拌体は、攪拌羽根の底面部に、シャフト部の先端側から下方に向かい漸次拡がるテーパー部を形成することができる。
【００１０】
上記金属溶湯用攪拌体は、攪拌羽根の外周部に適宜間隔で方形状の切り欠き部を設け、該切り欠き部の内側の両隅部を円弧状に形成することができる。
【００１１】
上記金属溶湯用攪拌体は、攪拌羽根の底面部に、断面半円、Ｕ字状乃至方形状の溝部を放射状に配することができる。
【００１２】
上記金属溶湯用攪拌体は、シャフト部の先端にある底部の略中心に、ガス噴射口を設け、シャフト部内部をガス噴射口に向け窄まるように半球状に凹ませることができる。
【００１３】
上記金属溶湯用攪拌体のセラミックスとしては、窒化珪素系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、又はカーボンセラミックスを用いることができる。
【００１４】
本発明の攪拌体は、セラミックスからなるため、耐摩耗性に優れており、また、傘形状にするとともに特定部分の肉厚を特定の範囲にしたことにより、耐熱衝撃性に優れたものである。
また、テーパー部、切り欠き部、溝部などを設けることにより、脱ガス処理する際に、吹き込みガスの泡径を小さくでき、吹き込みガスを溶湯中に均一に分散させることができ、脱ガス性能に優れた脱ガス処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の金属溶湯用攪拌体の斜視図である。
【図２】図１に示した攪拌体の底面図である。
【図３】図１に示した攪拌体の側面図である。
【図４】図１に示した攪拌体において、溝部の一変形例を示した側面図である。
【図５】図１に示した攪拌体において、溝部の他の変形例を示した側面図である。
【図６】図１に示した攪拌体の部分拡大底面図である。
【図７】図１に示した攪拌体の断面図である。
【図８】図１に示した攪拌体の部分拡大斜視図である。
【図９】実施例及び比較例の金属溶湯用攪拌体の形状を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。
【図１０】従来の金属溶湯用攪拌体の使用例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態の金属溶湯用攪拌体を説明する。なお、本発明の範囲は、この実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
本発明の一実施形態の金属溶湯用攪拌体１は、図１などに示すように、攪拌羽根２とシャフト部３とを備えており、攪拌羽根２とシャフト部３とは、締結又は接着などにより一体的に固着してある。
攪拌羽根２及びシャフト部３は、セラミックスから形成してあり、より具体的には、窒化珪素粉末を焼結助剤で焼結させた窒化珪素系セラミックスやサイアロン系セラミックス、炭化珪素粉末を焼結助剤で焼結させた炭化珪素や炭化珪素を７０重量％以上含有する窒化珪素結合炭化珪素などからなる炭化珪素系セラミックス、カーボン・炭化珪素・炭化ホウ素等を混合し、焼結させたカーボンセラミックスなどから形成することができる。
なかでも、耐摩耗性と耐熱衝撃性を両立する観点より、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックスが好ましい。
【００１８】
攪拌羽根２は、図１〜３などに示すように、中央部が隆起した傘形状に形成してあり、略中心に設けた円孔にシャフト部３の先端が固着できるようにしてある。攪拌羽根２の外周部２ａには切り欠き部２１が、底面部２ｂにはテーパー部２２及び溝部２３が形成されている。
攪拌羽根２の内周部２ｃ側の肉厚（図７の寸法ｔｉ）は、攪拌効率と耐熱衝撃性を両立させる観点より、直径に対して、４．０〜９．０％、特に５．０〜８．０％の割合に形成することが好ましく、かつ、外周部２ａ側の肉厚（図３の寸法ｔＯ）に対して、０．９〜２．０倍、特に１．１〜１．６倍に形成するのが好ましい。
具体的には、攪拌羽根２の直径は、１２０ｍｍ〜３００ｍｍ、特に１７０ｍｍ〜２３０ｍｍに形成し、内周部２ｃの肉厚は、７ｍｍ〜２１ｍｍ、特に９ｍｍ〜１８ｍｍに形成し、外周部２ｂの肉厚は、６ｍｍ〜１６ｍｍ、特に８ｍｍ〜１２ｍｍに形成するのが好ましい。
なお、本発明でいう肉厚は、溝部２３を形成した箇所は除くものである。
【００１９】
切り欠き部２１は、図２又は６などに示すように、攪拌羽根２の外周部２ａに適宜間隔で方形状に切り欠いて形成してあり、この内側（シャフト部３側）の両隅部２１ａ，２１ａは、丸隅状に形成してある。
【００２０】
テーパー部２２は、図２又は７などに示すように、底面部２ｂ中央付近に形成してあり、断面において、シャフト部３の先端側から下方に向かい漸次外側に広がる傾斜状に形成してある。
【００２１】
溝部２３は、図２，３又は８などに示すように、断面半円状の溝としてあり、底面部２ｂにテーパー部２２から外側に向かい各切り欠き部２１間を通り外周部２ａに抜けるように放射状に複数形成してある。
なお、溝部２３は断面半面状に形成してあるが、これに限定するものではなく、図４に示す、断面方形状の溝部２３ａや、図５に示す、断面Ｕ字状の溝部２３ｂなどに形成することもできる。
【００２２】
シャフト部３は、図７に示すように、先端に底部３ａを有する円筒状としてあり、底部３ａの略中心に円状の孔を設け、この孔をガス噴出口３１としてあり、吹き込みガスが、内部を通り、ガス噴出口３１から噴射されるようにしてある。シャフト部３の底部３ａの内部側は、ガス噴射口３１に向け窄まるように半球状に凹ませた曲面３２として形成してある。
【００２３】
このように金属溶湯溶攪拌体１は、攪拌羽根２を傘形状とするとともに、内周部の肉厚を所定の範囲に限定したため、耐熱衝撃性に優れ、繰り返し使用しても割れにくいものになり、また、セラミックスからなるため耐摩耗性にも優れているものになる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例に基づいて、より具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、この実施例に限定されるものではない。
【００２５】
実施例１〜９及び比較例１〜４の攪拌体として、シャフト部及び攪拌羽根ともに窒化珪素系セラミックスを用い、図９に示す形状の攪拌体を形成した。攪拌羽根の内周部及び外周部の肉厚及び直径は表１に示すとおりに形成し、テーパー部・切り欠き部・溝部の形状は以下のとおりに形成した。
・テーパー部
長さ：直径に対して１２％
高さ：８ｍｍ
・切り欠き部
幅：直径に対して１０％
深さ：直径に対して１０％
両角Ｒ：４ｍｍ
・溝部
幅：直径に対して５％
深さ：外周部の肉厚に対して５０％
【００２６】
実施例及び比較例の攪拌体を用い、下記耐熱衝撃性試験を行なった。その結果を下記表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
（耐熱衝撃性試験）
実施例及び比較例を常温（約２０℃）から一定温度に調整したアルミニウム溶湯に予熱なしに浸漬して５分間保持した。その後、アルミニウム溶湯から抜き出して大気中で冷却し、割れの有無を目視で確認し、以下の評価基準で判断した。
◎：８００℃のアルミニウム溶湯に浸漬後、冷却しても割れなし。
○：７５０℃のアルミニウム溶湯に浸漬後、冷却しても割れないが、８００℃だと割れあり。
△：７００℃のアルミニウム溶湯に浸漬後、冷却しても割れないが、７５０℃だと割れあり。
×：７００℃のアルミニウム溶湯に浸漬後、冷却して割れあり。
【００２９】
（結果）
全ての実施例は、耐熱衝撃性試験において７５０℃以上で割れが生じなかった。比較例は、耐熱衝撃性試験において７５０℃で全て割れが発生してしまい、比較例４は、７００℃でも割れが生じていた。
このように、比較例１，２の結果から、内周部肉厚と外周部肉厚との比が０．７や２．２であると耐熱衝撃性が落ちてしまうため、内周部肉厚／外周部肉厚は、０．９〜２．０ぐらいが適切であると思われる。
また、比較例３，４の結果から、内周部肉厚と直径との比が３．０や１０であると耐熱衝撃性が落ちてしまうため、内周部肉厚は、直径に対して、４．０〜９．０％ぐらいが適切であると思われる。
【符号の説明】
【００３０】
１金属溶湯用攪拌体  ２攪拌羽根  ２ａ外周部  ２ｂ底面部  ２ｃ内周部  ２１切り欠き部  ２１ａ隅部  ２２テーパー部  ２３溝部  ３シャフト部  ３ａ底部  ３１ガス噴出口  ３２曲面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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