(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素粒子又はサイアロン粒子６０重量％以上含有する窒化珪素質焼結体からなる円筒又は円柱状のセラミックス製部材の複数本を、それぞれ外径方向に配列し、それらの上端部周囲を着脱自在な固定手段により一体形成したことを特徴とする溶融金属用バッフル部品。
【請求項２】
前記固定手段が、セラミックス製部材の複数本を、それぞれ外径方向に配列し、それらの上端部周囲を前面押え板と後面押え板、及び左面押え板と右面押え板とを介してそれぞれボルト締結により固定したことを特徴とする請求項１に記載の溶融金属用バッフル部品。
【請求項３】
前記後面押え板の上端部には、後面押え板に垂直で、前面側に向かって水平な上面押え板が形成され、上面押え板の上面に、垂直状に取付け用ブラケットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶融金属用バッフル部品。
【請求項４】
セラミックス製部材に設けた凹部と、前面及び後面押え板に設けた凸部との間に緩衝材を介装して嵌合することにより、セラミックス製部材を配列固定したことを特徴とする請求項２乃至３に記載の溶融金属用バッフル部品。
【請求項５】
緩衝材がセラミックス製ファイバーパッキンからなることを特徴とする請求項４に記載の溶融金属用バッフル部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は溶融金属の処理装置、特にアルミニウム等の溶融金属中の水素などのガスや酸化物などの介在物の除去を促進するために処理槽の溶融金属中に浸漬されるセラミックス製バッフル部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムやアルミニウム合金などの溶湯では、該溶湯内の水素ガスなどの不純物を浮遊させて除去するために、溶湯を攪拌しつつ、窒素やアルゴンガスなどの不活性ガスを溶湯中でバブリングさせ、気泡を微細化させると共に溶湯中に均一に分散させる方法があり、この方法を適用した処理装置が開示されている。すなわち、実公平１−７７１６号公報に記載の溶融金属の処理装置は、図４に示すように、着脱自在の蓋２２を有する溶融金属を入れるための処理槽２１と、蓋２２に着脱自在に設けられた渦流および波立ち防止用垂下状邪魔板２３と、処理槽２１内に配置されかつ内部に処理ガス供給路２５を有する中空状の垂直回転軸２４と、垂直回転軸２４の下端に取付けられた処理ガス微細化分散用回転体２６とを備えたものである。
【０００３】
同公報記載の溶融金属の処理装置によれば、処理槽２１の蓋２２に溶融金属中へ浸漬される渦流および波立ち防止用邪魔板２３が着脱自在に設けられているので、回転体２６の回転により生じる著しい渦流や波立ちも抑制することができる。したがって、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２６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。また、邪魔板２３が処理槽２１の周壁から離れて設けられ溶融金属の流れ方向と直交する向きに配置されているので、邪魔板２３の背面（溶融金属の流れが当たる面と反対の面）側により多くの小さな乱流（図５に示すＡ）が生じ、この乱流に乗って処理ガスの微細気泡が分散される。したがって、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よく行なわれる。
なお、２９は回転体２６の周面の放射状溝であり、３０は各放射状溝２９の開口の間に設けられた垂直溝である。
図５は図４のＹ−Ｙ矢視断面図を示し、前述の如く、邪魔板２３が処理槽２１の周壁から離れて設けられている。邪魔板２３（本明細書では以下「バッフル部品」という）の形状については、同公報には記載されていないが、図５および図６からみて、横断面視が長方形であって平板状である。  また、図６は図４のＺ−Ｚ矢視拡大断面図を示し、バッフル部品２３の上端部は、蓋２２の下面に下方突出状に固着された取付部材２７に、表面にセラミックが溶射されたボルト２８およびナット３１によって着脱自在に取付けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、同公報にはバッフル部品の材質については記載も示唆もなされていないが、通常、バッフル部品が焼結黒鉛により製作されている場合、溶湯中での消耗が激しく、肉厚を厚くしておいてもすぐに薄くなってしまい、寿命が短いため長寿命のバッフル部品が要望されていた。また、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン等のセラミックス単体で製作されている場合、溶湯による消耗が少ないので好ましいが、セラミックス材料自体が脆性材料であるため、作業時等に破損しやすく、寿命が短いという問題がある。本発明は長寿命でかつ処理ガスの気泡微細化および均一な分散を更に促進することができるセラミックス製バッフル部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、セラミックス部材をアルミニウム溶融金属等の脱ガスおよび脱介在物処理用バッフル部品に利用する技術について鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明の溶湯金属用バッフル部品は、窒化珪素粒子又はサイアロン粒子６０重量％以上含有する窒化珪素質焼結体からなる円筒又は円柱状のセラミックス製部材の複数本を、それぞれ外径方向に配列し、それらの上端部周囲を着脱自在な固定手段により一体形成したことを特徴とする。前記固定手段が、セラミックス製部材の複数本を、それぞれ外径方向に配列し、それらの上端部周囲を前面押え板と後面押え板、及び左面押え板と右面押え板とを介してそれぞれボルト締結により固定したことを特徴とする。また、前記後面押え板の上端部には、後面押え板に垂直で、前面側に向かって水平な上面押え板が形成され、上面押え板の上面に、垂直状に取付け用ブラケットが形成されている。さらに、セラミックス製部材に設けた凹部と、前面及び後面押え板に設けた凸部との間に緩衝材を介装して嵌合することにより、セラミックス製部材を配列固定したことを特徴とする。緩衝材は弾力性と耐熱性を兼ね備えたものが良く、例えばセラミックス製ファイバーパッキン等が好ましい。
【０００６】
上述のように、円筒又は円柱状のセラミックス製部材の複数本をそれぞれ外径方向に配列して一体形成したバッフル部品を、処理槽壁から離して、かつ溶融金属の流れの方向とバッフル部品の広い表面とが直交するように溶融金属中に浸漬する。バッフル部品は円筒又は円柱状のものを近接させて並べた方が、従来例の平板状に比べ、機械的強度を維持しつつ、耐熱衝撃性が向上し、またセラミックス製部材の揺動による前面及び後面押え板への機械的衝撃力を緩衝材により吸収するため、セラミックス製部材の破損を防止でき、長寿命化が達成できる。また、バッフル部品の広い表面は連続した複数の円弧面を形成しているため、バッフル部品の前面と背面において多くの小さな乱流を生じる。この乱流に乗って処理ガスの微細気泡が分散される。したがって、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の高効率処理が可能となる。
【０００７】
窒化珪素質焼結体は、窒化珪素粒子又はサイアロン粒子を６０重量％以上、窒化珪素質焼結体を構成する元素、例えばＳｉ，Ａｌ，Ｙ，Ｏ，Ｎ等からなる粒界相を４０重量％未満にする必要がある。窒化珪素粒子又はサイアロン粒子が６０重量％未満であると、窒化珪素質焼結体が本来有する耐熱性、耐熱衝撃性を低下し、アルミニウム等の溶融金属用バッフル部品としての使用には好ましくなくなる。
【０００８】
【実施例及び作用】
実施例１
図１は、本発明の溶融金属脱ガス用セラミックス製バッフル部品の実施例を示す正面図である。図２は図１のＩ−Ｉ矢視側面図である。図３は本発明の一構成要素であるセラミックス製部材（凹部３５を有する）を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢーＢ矢視断面図である。本発明の溶融金属用セラミックス製バッフル部品１は、セラミックス製部材２のそれぞれ長手方向の外径を互いに近接して配列し、セラミックス製部材２に設けた凹部３５と、前面押え板５及び後面押え板６に設けた凸部３６，３７との間にセラミックス製ファイバーパッキン（図示せず）を介装して凹凸部を嵌合させ、セラミックス製部材２の上端部の前後を４ヶ所のボルト締め付け用孔を有する前面押え板５（図１および図２参照）と後面押え板６（図２参照）を用いて六角ボルト７とナット１０で締結固定すると共に、左右側面からも後面押え板に溶接固定された押え板（右側面押え板８と左側面押え板９）との間を六角ボルト７で締結固定する。このようにして、図１に示す如く、セラミックス製部材２の４本が一体形成された本発明の溶融金属用セラミックス製バッフル部品を製作した。実施例１では、セラミックス製部材２は中空部４と肉厚部３を有する筒状部材（上端および下端まで中空部４が貫通している）であり、その断面形状は円であるが、これに限定されるものではない。たとえば、その断面形状が楕円形状であってもよく、要は曲面が形成された形状であればよい。
【０００９】
また、図２に示す如く、後面押え板６には前面側へ突出した水平な上面押え板１１が連設されているので、六角ボルト７の緩着状態において、セラミックス製部材２を該上面押え板１１の下面に当たるまで押し込むことによってセラミックス製部材２の上面を均一にそろえることができ、組立作業を容易ならしめる。なお、この組立作業の逆の操作、たとえば、セラミックス製部材２の一本が何等かの事故で破損した場合に新しい一本と取替える時もまた同様に容易である。
さらに、図１および図２に示す如く、後面押え板６に連設した前面側へ突出した水平な上面押え板１１の上面には溶接接合したブラケット１２が設けてある。該ブラケット１２には取付け用孔１３が４ヶ所設けてあるので、本発明の溶融金属用バッフル部品１を使用する際、壁や蓋等の他の物体への取付けが適宜可能である。
【００１０】
実施例２
原料粉末としてＳｉ３  Ｎ４  粉末８５重量％、ＡｌＮ固溶体粉末３重量％、Ｙ２  Ｏ３  粉末７重量％、Ａｌ２  Ｏ３  粉末５重量％よりなる粉末を混合した後、冷間静水圧プレスにより１トン／ｃｍ２  の圧力で形成し、さらにグリーン加工を行い、柱状部材の成形体を得た。この成形体をＳｉ３  Ｎ４  製のるつぼに入れ、カーボンヒーターを用い、常圧Ｎ２  ガスの気流中で１７５０℃、５時間の条件で焼結し、サイアロン製の部材２（外径φ２８ｍｍ×内径φ１６ｍｍ×長さ５４０ｍｍ）を製作した。この柱状部材の４本を、実施例１で述べた押え板を用い前後、左右をボルト締結して固定した。一体に形成したバッフル部品を７５０℃のアルミニウム溶湯中に浸漬し、回転数６００ｒｐｍ、１チャージ当りの処理時間を８分として、１分間当り３０リットルのアルゴンガスを吹込んだ。この結果、水素ガスの量はアルミニウム溶湯１００ｇ当り０．０６〜０．０８ｃｍ３  （従来品を用いた作業では、通常、同量の溶湯に対して水素ガス０．０８〜０．１４ｃｍ３  である。）であった。上記作業を１日当り２０回の頻度で１年以上連続的に行っているが、従来発生していた破損等は何等発生していない。
【００１１】
比較例１
実施例２と同じ製造条件で断面が長方形で平板状のサイアロン製バッフル部品を製作した。なお、この平板状バッフル部品の横幅および縦長さの寸法は実施例２と概略同じとした。このバッフル部品を用い、実施例２と同じ条件で脱ガス処理作業を１日当り２０回の頻度で行ったが５日目に破損した。
【００１２】
比較例２
黒鉛粉末を成形、焼結して作った黒鉛製バッフル部品を用い、実施例２と同じ条件で脱ガス処理作業を行なった。１週間で黒鉛製バッフル部品が消耗してしまい、脱ガス処理不能となった。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明の効果を列記すると次の如くである。
１）本発明の溶融金属用バッフル部品は、円筒又は円柱状のセラミックス製であるので、部品の曲げに対する強さが平板状のものより大きく、機械的衝撃力を緩衝材により吸収するため、破損しにくく長寿命である。
【００１４】
２）本発明の溶融金属用セラミックス製バッフル部品は、溶融金属の流れの当たる面が凹凸の曲面形状に形成されているため、溶融金属の当たる面（前面）および背面において、多くの乱流を生じさせることができるので、この乱流に乗って処理ガスの微細気泡が分散され、溶融金属と処理ガスとの接触が更に促進され、脱ガスおよび脱介在物の高効率処理が可能となる。
【００１５】
３）本発明の溶融金属用バッフル部品は、円筒又は円柱状のセラミックス製部材の複数本を着脱可能な固定手段によって一体形成したものであるので、もし、破損した場合、その破損したセラミックス製部材のみを新品のセラミックス製部材と容易に取替えて作業に供することができるので、作業効率への寄与大である。
【００１７】
５）本発明の溶湯金属用バッフル部品は、セラミックス製であるので溶融金属に長時間浸漬されても、侵食や付着物の形成を軽減できるため、溶融金属を汚さない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶融金属脱ガス用バッフル部品の正面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ矢視側面図である。
【図３】本発明の一構成要素であるセラミックス製部材（凹部３５を有する）の図であり、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ矢視断面図である。
【図４】従来の溶融金属の処理装置の垂直断面図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ矢視断面図である。
【図６】図４のＺ−Ｚ矢視拡大断面図である。
【符号の説明】
１  溶融金属用セラミックス製バッフル部品
２  セラミックス製部材
３  肉厚部
４  中空部
５  前面押え板
６  後面押え板
７  六角ボルト
８  右側面押え板
９  左側面押え板
１０  ナット
１１  上面押え板
１２  ブラケット
１３  取付け用孔
２０  溶融金属
２１  処理槽
２２  蓋
２３  渦流および波立ち防止用邪魔板（バッフル部品）
２４  垂直回転軸
２５  処理ガス供給路
２６  処理ガス微細化分散用回転体
２７  取付部材
２８  ボルト
２９  放射状溝
３０  垂直溝
３１  ナット
Ａ  小さな乱流
３５  セラミックス製部材に設けた凹部
３６  前面押え板に設けた凸部
３７  後面押え板に設けた凸部
【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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