(57)【要約】【課題】製造スケールが大きくなったとしても、マグネシウム金属の鋳造を安定的に実施せしめる金属溶湯の燃焼防止方法を提供することを課題とする。【解決手段】マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法は、フッ素化オレフィンからなる保護ガス成分を有する保護ガス組成物をノズルから溶湯面に向けて供給して、溶湯表面を保護ガス成分で覆う工程を有し、保護ガス組成物のノズルからの供給時に、保護ガス組成物のノズル出口の流速を５〜２００ｍ／ｓ、好ましくは１０〜１９０ｍ／ｓ、ノズル下端と溶湯面との距離を１０〜５００ｍｍ、好ましくは５０〜４５０ｍｍとすることで溶湯面に保護ガスを到達せせることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉に溜められたマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法であり、該方法はフッ素化オレフィンからなる保護ガス成分を有する保護ガス組成物をノズルから溶湯面に向けて供給して、溶湯表面を保護ガス成分で覆う工程において、ノズルを単位溶湯面積（１ｍ２）あたり少なくとも２本保有する炉を用い、保護ガス組成物のノズル出口の流速を５〜２００ｍ／ｓ、ノズル先端と溶湯面との距離を１０〜５００ｍｍとすることで溶湯面に保護ガス組成物を到達せしめることを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法。
【請求項２】
フッ素化オレフィンが、１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、３，３，３−トリフルオロプロペン、１，１，２−トリフルオロプロペンおよびそれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融マグネシウム又はマグネシウム合金の急激な酸化、燃焼を防止する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融マグネシウム、溶融マグネシウム合金（本願では、両者は「溶融マグネシウム／マグネシウム合金」、又は「溶融金属」と表現されることがある）は空気中の酸素と激しく反応し酸化物を形成、燃焼することが知られている。溶融マグネシウム又はマグネシウム合金の酸化を防止するために、または保護ガス成分を有する保護ガス組成物で覆う方法が採用されている。
【０００３】
これまでマグネシウムとマグネシウム合金製造工程における保護ガス成分として、六フッ化イオウ（ＳＦ６）が主に用いられてきた。しかしながら、当該物質は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が二酸化炭素（ＣＯ２）の約２４，０００倍あり、しかも大気寿命が３，２００年と非常に長いため京都議定書において排出を規制されている物質であり、代替物質が求められている。
【０００４】
こうした背景のもと、本出願人は、新規な保護ガスとして１，３，３，３−テトラフルオロプロペン等のフッ素化オレフィン等を含む保護ガス組成物およびそれを用いた溶融マグネシウム／マグネシウム合金の燃焼防止方法を特許文献１及び２にて提案している。
【特許文献１】国際公開２００６／１１８１５７号のパンフレット
【特許文献２】国際公開２００７／６３６７４号のパンフレット
【特許文献３】特開平１１−１４０００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
六フッ化イオウを保護ガス成分として使用している既存のマグネシウム又はマグネシウム合金（以下、「マグネシウム金属」と表記する場合有り）の製造法を、フッ素化オレフィンを保護ガス成分として使用する製造法に置き換えようとすると、単に保護ガス成分を変更しただけでは、マグネシウム金属の鋳造を安定的に行えないことがあることがわかった。
【０００６】
既存のマグネシウム金属鋳造設備に対して、保護成分として六フッ化イオウの代わりにフッ素化オレフィンを使用すると、マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯（以下、「金属溶湯」と表記する場合有り）面上にスムーズに保護ガス組成物が到達しにくいことがある。鋳造雰囲気は５００〜９００℃で高温であるため、フッ素化オレフィンの一部は、フッ化水素へと分解される。金属溶湯面を保護ガス組成物で確実覆うようにするために、過剰の保護ガス組成物を鋳造設備内に導入すると、多量のフッ化水素が発生し、設備の劣化を助長することがある。
【０００７】
本発明は、フッ素化オレフィンを保護ガス成分として有する保護ガス組成物で金属溶湯面を覆って、溶融金属の急激な酸化、燃焼を防止する方法に関し、製造スケールが大きくなったとしても、マグネシウム金属の鋳造を安定的に実施せしめる金属溶湯の燃焼防止方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、フッ素化オレフィンを保護成分として有する保護ガス組成物が、金属溶湯面に到達しにくい原因が、フッ素化オレフィンの比重が六フッ化イオウのそれよりも低いことにあるとの知見に立ち、課題の解決を図った。
【０００９】
すなわち、本発明のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法は、炉に溜められた金属溶湯の燃焼防止方法であり、該方法はフッ素化オレフィンからなる保護ガス成分を有する保護ガス組成物をノズルから溶湯面に向けて供給して、溶湯表面を保護ガス成分で覆う工程を有し、保護ガス組成物のノズルからの供給時に、保護ガス組成物のノズル出口の流速を５〜２００ｍ／ｓ、好ましくは１０〜１９０ｍ／ｓ、ノズル下端と溶湯面との距離を１０〜５００ｍｍ、好ましくは５０〜４５０ｍｍとすることで溶湯面に保護ガスを到達せしめることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、キャリアガス成分とフッ素化オレフィンからなる保護ガス成分とからなる保護ガス組成物の供給時の流速を高いものとするか、ノズル先端と金属溶湯表面との距離を短いものとするかによって、フッ素化オレフィンの分解性の高さと比重の低さを克服するということをベースとしている。
【００１１】
保護ガス成分は金属溶湯面で、マグネシウム金属と反応して保護膜を形成して金属溶湯の燃焼が抑制される。流速が２００ｍ／ｓ超の場合、保護膜が破壊されることがある。他方、５ｍ／ｓ未満では、保護ガス組成物の金属溶湯面への到達が不十分となることがあり、保護膜が十分形成されないことがある。また、距離が５００ｍｍ超の場合、保護ガス組成物の金属溶湯面への到達が不十分となることがあり、１０ｍｍ未満の場合、保護膜が破壊されることがある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法は、ハロゲン化オレフィンを保護ガス成分として使用するマグネシウム又はマグネシウム合金の鋳造を効率的に操業せしめることに奏功する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施態様の一例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態によるマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法が適用される金属溶湯の保持炉の概略を説明する図である。マグネシウム金属の鋳造時に使用される炉２中に金属溶湯１は留められる。炉２は炉体３により構成され、炉の上方の炉体３’は、ノズル４が密閉構造を保持したままノズル４を貫通させている。また、炉体３又は３’には炉内のガスを排気する機構を設けてもよい。
【００１４】
ノズル４の本数は、単位溶湯面積（１ｍ２）に対し少なくとも２本設置されることが好ましい。１ｍ２あたりのノズル４の本数の上限は、保護ガスの供給の無駄を少なくするために１０本、好ましくは８本、より好ましくは５本と設定してもよい。    
【００１５】
ノズル４は、図１中では図示されないボンベと炉１外で配管（図示せず）を通じて繋がっており、ボンベから出てくるガスは、ノズル４を通って炉１内へと導入される。ノズル内のガスの流速は、例えば、ボンベのバルブや、配管内のガス圧を制御することにより調整される。より正確に流量調整するためには、体積式、面積式、質量式流量計等または、電子式流量調節器等を用いてもよい。
【００１６】
金属溶湯１の表面とノズル４の先端との距離と、ノズル内のガスの流速を本発明で請求したように調整することで、保護ガス組成物は、図１に示したような流れで金属溶湯１の表面に到達される。尚、ボンベは保護ガス組成物が封入されたものを用意してもよいし、保護ガス成分が封入されたボンベとキャリアガスとが封入されたボンベとを用意し、配管内で両ガスを混合して保護ガス組成物としてもよい。
【００１７】
ノズル４の材質の例は、鉄、銅、ステンレス等が挙げられる。ノズル４の出口径は、好ましく１ｍｍ〜２５ｍｍ、より好ましくは２〜１５ｍｍφとされる２５ｍｍφ超では、保護ガス組成物の流速を所望なものとするに多量の保護ガス組成物を供給する必要性が生じ、経済的でない。他方、１ｍｍ以下では、保護ガス組成物の流速を所望なものとするに保護ガス組成物の供給が少量なものとなり、より多くのノズル４を配置する必要が生じ経済的でない。また、ノズル４の厚みは、ノズル４の剛性を保つために、好ましくは０．１〜２ｍｍ、より好ましくは０．２〜１ｍｍとされる。
【００１８】
炉体３又は３’の材質の例としては、耐熱鋼等が挙げられる。
【００１９】
ノズル４は、溶湯面に保護ガス組成物を供給できるように、ノズルの先端（ガスの出口）は、溶湯１面に向けられる。この際、ノズル４は、溶湯１面に対して略垂直に配列させてもよい。
【００２０】
保護ガス組成物のノズル４内の流速は、さらにはノズル４と溶湯１面との距離が１０〜１００ｍｍときは、５〜１００ｍ／ｓ、好ましく１０〜９５ｍ／ｓとすることが好ましい。また、距離が１００超〜５００ｍｍのときは、１００超ｍ／ｓ〜２００ｍ／ｓ、好ましくは１１０〜１９０ｍ／ｓとすることが好ましい。
【００２１】
本発明で使用される保護ガス組成物は、キャリアガス成分とフッ素化オレフィンからなる保護ガス成分とを有する。該フッ素化オレフィンは、分子中に少なくとも１個の二重結合を有するものとすることが好ましい。中でも１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、３，３，３−トリフルオロプロペン、１，１，２−トリフルオロプロペンおよびそれらの混合物からなる群から選ばれるフッ素化プロペンが好ましい。該フッ素化プロペンは、シス体、トランス体、又はシス体、トランス体の両方を混合したもので使用される。
【００２２】
これらのフッ素化プロペンのなかで、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンおよび２，３，３，３−テトラフルオロプロペンが沸点、低毒性で取り扱いが容易なため保護ガスとして特に好ましい。これらフッ素化プロペンの場合、特にトランス体（沸点−１９℃）のものを使用することがシス体（沸点９℃）よりもガスとして取り扱いができるため特に好ましい。
【００２３】
フッ素化プロペンは、入手容易なヘキサフルオロプロペンから水素化、脱ＨＦによって１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペンが得られ、さらに水素化、脱ＨＦにより２，３，３，３−テトラフルオロプロペンが得られることが知られている。また１，３，３，３−テトラフルオロプロペンは工業的に製造され入手が容易な１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを脱ＨＦすることにより得ることができる。（例えば、特許文献３）
また、保護ガス成分の濃度が、保護ガス組成物の全量を１００体積％としたときに、０．０１〜１０体積％、好ましくは０．０２〜５体積％、より好ましくは０．０２〜１体積％とすることが好ましい。
【００２４】
キャリアガスの例としては、乾燥空気、二酸化炭素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、及びこれらの今後物等が挙げられる。特には、０．５〜５０体積％の乾燥空気及び５０〜９９．５体積％の窒素、好ましくは１〜３０体積％の乾燥空気および２９〜７０体積％の窒素からなるものをキャリアガスとすることが好ましい。
【００２５】
なお、本発明の燃焼防止方法は、マグネシウム合金鋳造時の溶解炉内の溶湯表面や溶解炉出口からの溶湯の保護ガスに用いられる他、マグネシウム合金の高温での鍛造、圧延等にも適用されてもよい。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
実施例１  
マグネシウム金属の鋳造のための炉内に、約１３０ｋｇのマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）を投入し炉を７００℃に加熱してマグネシウム合金を溶融して０．５ｍ２のマグネシウム合金溶湯を形成するとともに、内径が４ｍｍφのノズルから保護ガス組成物を炉内に導入し、溶湯の表面に保護ガス成分とマグネシウムとの反応生成物からなる保護膜を形成した。
【００２８】
このとき、ノズル４は溶湯１面の中心部の上方に１本配置し、溶湯１面とノズル４の先端との距離を５０ｍｍとし、ノズル４内の保護ガス組成物の流速を１０ｍ／ｓとした。また、保護ガス組成物としては、保護ガス成分として０．２％体積１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（トランス体）と、９９．８体積％のキャリアガス成分（９５体積％窒素および５体積％乾燥空気からなるもの）からなるものを使用した。
【００２９】
ノズルから保護ガス組成物を前記流量で流しつづけ、１０分毎に１５×４０ｃｍ四方の範囲の保護膜を鉄製の引掻き棒により破壊したが、すぐに保護膜が形成された。この操作を１０回繰り返し実施したが、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３０】
実施例２
ノズル出口の保護ガス組成物の流速を３０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３１】
実施例３  
ノズル出口の保護ガス組成物の流速を５０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３２】
実施例４
溶湯面とノズルとの先端との距離を１００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を１０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３３】
実施例５
溶湯面とノズルとの先端との距離を１００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を３０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３４】
実施例６
溶湯面とノズルとの先端との距離を１００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を５０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３５】
実施例７
溶湯面とノズルとの先端との距離を１００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を９０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３６】
実施例８
溶湯面とノズルとの先端との距離を２００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を３０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３７】
実施例９
溶湯面とノズルとの先端との距離を２００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を６０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３８】
実施例１０
溶湯面とノズルとの先端との距離を２００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を９０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００３９】
実施例１１
溶湯面とノズルとの先端との距離を２００ｍｍとし、ノズル出口の保護ガス組成物の流速を１２０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果、溶湯からの燃焼は確認されなかった。
【００４０】
比較例１  
ノズル出口の保護ガス組成物の流速を２２０ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果では、保護ガス組成物の導入時に保護膜の破壊が生じ、溶湯からの燃焼が観察された。また、炉内で過剰なフッ化水素の発生が見られた。
【００４１】
比較例２
ノズル４出口の保護ガス組成物の流速を２ｍ／ｓとした以外は、実施例１と同様の手順を行った。本例の結果では、保護ガス組成物の溶湯１面への到達がスムーズでなく、保護膜の形成が生じない箇所が出、結果、溶湯１からの燃焼が観察された。
【００４２】
比較例３
溶湯１とノズル４の先端との距離を５２０ｍｍとした以外は、実施例４と同様の手順を行った。本例の結果では、保護ガス組成物の導入時に保護膜の破壊が生じ、溶湯１からの燃焼が観察された。
【００４３】
比較例４
溶湯１とノズル４の先端との距離を５ｍｍとした以外は、実施例４と同様の手順を行った。本例の結果では、保護ガス組成物の溶湯１面への到達がスムーズでなく、保護膜の形成が生じない箇所が出、結果、溶湯１からの燃焼が観察された。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態によるマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止方法が適用される金属溶湯の保持炉の概略を説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯
２    炉
３    炉体
３’  炉体
４    ノズル
５    保護ガス組成物の炉内での流れ
【図１】
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