(57)【要約】【課題】マグネシウムの溶解に際して、フロロケトンを含むカバーガスをマグネシウム溶湯表面に供給し、その燃焼を防止するときに、カバーガスがマグネシウム溶湯表面に到達する以前に、カバーガスをなすフロロケトンが分解されないようにする。【解決手段】カバーガス供給用の供給ノズルに、カバーガスを冷却する冷却機能を備えさせる。供給ノズル６が、カバーガス供給管１１と、このカバーガス供給部１１を冷却する冷媒を流す冷媒供給管１２を有し、この冷媒供給管１２の冷媒供給部１２ｂと冷媒の排出管１４が溶解炉の外部に設ける。【選択図】図２
2006258347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムを溶解して溶湯とする溶解炉と、この溶解炉にカバーガスを供給する供給ノズルを有するマグネシウム溶解装置において
供給ノズルが、カバーガスを冷却する冷却機能を備えていることを特徴とするマグネシウム溶解装置。
【請求項２】
供給ノズルが、カバーガス供給部と、このカバーガス供給部を冷却する冷媒を流す冷媒供給部を有し、この冷媒供給部の冷媒の入口部と冷媒の排出部が溶解炉の外部に設けられたことを特徴とする請求項１記載のマグネシウム溶解装置。
【請求項３】
マグネシウムの溶湯に対して、供給ノズルからマグネシウムの溶湯表面を覆うカバーガスを供給する方法であって
カバーガスを冷却しつつ供給することを特徴とするカバーガスの供給方法。
【請求項４】
カバーガスを供給ノズル内で冷媒により冷却することを特徴とする請求項３記載のカバーガスの供給方法。
【請求項５】
排出される冷媒の温度を測定し、この温度に基づいて冷媒の供給量および供給温度を制御することを特徴とする請求項３記載のカバーガスの供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム、マグネシウム合金を溶解して溶湯とする溶解装置およびこの溶解装置にカバーバスを供給する方法に関し、カバーガス中の防燃ガスが分解されることなく、マグネシウム、マグネシウム合金の溶湯表面にカバーガスを供給できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、実用金属中で一番軽い金属であるマグネシウムやマグネシウム合金（以下、マグネシウムと総称する）製の製品が増えている。これらはパソコン等の電化製品の筐体、自動車関係ではシートフレーム、ステアリングホイール等に用いられている。
これらマグネシウム製製品は、ダイカスト法により成型されるが、製法により、コールドチャンバー方式、ホットチャンバー方式とに分類される。
【０００３】
コールドチャンバー方式は、射出部が溶湯中になく、サイクルごとに溶湯をスリーブに注湯し、溶解したマグネシウムを圧入するため、大型マシーンによる大型製品が生産でき、鋳造圧力が高くなる。またホットチャンバー方式に比べサイクルタイムが長くなる特徴がある。
一方、ホットチャンバー方式は、射出部が溶湯中にあるため、注湯する必要がなく、サイクルタイムも早くなるものの鋳造圧力が低い特徴がある。
【０００４】
また、マグネシウムは、アルミニウム、亜鉛等に比べ非常に流れにくく、凝固速度が早いため、金型温度やマグネシウム溶解温度を高く設定することが行われている。
一般に、マグネシウムの溶解温度は６３０〜７００℃である。ホットチャンバー方式では、射出部が溶湯中に設置されているため、溶解温度が６３０〜６５０℃に設定され、コールドチャンバー方式では、射出部が溶湯外に配置されているため、溶解温度が６７０〜７００℃に設定されている。
【０００５】
一方、マグネシウム溶湯は、空気に接触すると発火するため、従来より溶湯表面をカバーガスで覆うことが行われている。
このカバーガスとしては、六フッ化イオウ（ＳＦ６）を含むガスが用いられているが、六フッ化イオウは、地球温暖化係数が２２２００と高いため、使用することは好ましくなく、その代替品として、ドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３−オン（以下「フロロケトン」と記す。）と二酸化炭素との混合ガスをカバーガスとして使用することが提案されている。
【０００６】
しかし、フロロケトンは、約５７０℃で分解しはじめる性質を有し、６５０℃では完全に分解してしまう。このため、マグネシウムの溶解温度を６５０℃以上に設定すると、溶解炉にノズルからフロロケトンが含まれるカバーガスを供給するとフロロケトンが直ちに分解し、十分な防燃効果を得られないという問題が生じる。
【０００７】
特に、連続運転に伴って、溶解炉内のノズル自体がしだいにマグネシウムの溶融温度に近くなり、カバーガスがノズルに到達した時点でフロロケトンの分解が始まるという問題が生じる。とりわけ、射出部が溶湯の設定温度が高いコールドチャンバー方式では、それが顕著であり、そのためカバーガス中のフロロケトンの濃度を濃くする必要が生じ、コストアップの要因となる問題がある。
【特許文献１】特開２０００−２１２６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、本発明における課題は、フロロケトンが含まれるカバーガスをマグネシウム溶湯表面に供給し、その燃焼を防止するようにする際に、カバーガスがマグネシウム溶湯表面に到達する以前に、カバーガスをなすフロロケトンが分解されないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、マグネシウムを溶解して溶湯とする溶解炉と、この溶解炉にカバーガスを供給する供給ノズルを有するマグネシウム溶解装置において、供給ノズルが、カバーガスを冷却する冷却機能を備えていることを特徴とするマグネシウム溶解装置である。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、供給ノズルが、カバーガス供給部と、このカバーガス供給部を冷却する冷媒を流す冷媒供給部を有し、この冷媒供給部の冷媒の入口部と冷媒の排出部が溶解炉の外部に設けられたことを
特徴とする請求項１記載のマグネシウム溶解装置である。
【００１１】
請求項３にかかる発明は、マグネシウムの溶湯に対して、供給ノズルからマグネシウムの溶湯表面を覆うカバーガスを供給する方法であって
カバーガスを冷却しつつ供給することを特徴とするカバーガスの供給方法である。
【００１２】
請求項４にかかる発明は、カバーガスを供給ノズル内で冷媒により冷却することを特徴とする請求項３記載のカバーガスの供給方法である。
請求項５にかかる発明は、排出される冷媒の温度を測定し、この温度に基づいて冷媒の供給量および供給温度を制御することを特徴とする請求項３記載のカバーガスの供給方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、供給ノズル内でカバーガスを冷却してマグネシウム溶湯表面に供給することができるので、カバーガス中のフロロケトンが分解されることなく溶湯表面に到達させることができ、所望の防燃効果を得ることができる。
【００１４】
さらに、排出される冷媒の温度を測定し、この温度に基づいて、冷媒の温度、供給量を制御することにより、マグネシウムの溶解温度等の条件が変わったとしても、これに追従することができ、フロロケトンを分解することなく溶湯表面まで供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明のマグネシウム溶解装置に一例を示すもので、図中符号１は溶解炉を示す。この溶解炉１は、耐熱レンガなどで作られたもので、この内部にはマグネシウムの溶解用のるつぼ２が配置され、加熱用ヒータ３によってるつぼ２内のマグネシウムが加熱、溶解されるようになっている。
また、るつぼ２の開口部には、これを塞ぐ黒鉛などからなる蓋４が取り外し可能に設けられている。
【００１６】
この蓋４には、小さな貫通孔５が形成されており、この貫通孔５には、カバーガスを供給する供給ノズル６が挿通され、その先端部がるつぼ２内の溶湯７に向くように配置され、カバーガスが溶湯７に向けて噴射されるようになっている。
【００１７】
また、供給ノズル６の先端部と溶湯７との間隔が５〜１５ｃｍ程度となるようにその位置が定められている。
供給ノズル６には、金属製のパッキング８が通されており、このパッキング８により、貫通孔５と供給ノズル６との隙間が塞がれるように構成されている。
【００１８】
図２は、上記供給ノズル６の第１の例を拡大して示すものである。
図２において、符号１１は、カバーガス供給管を示す。このカバーガス供給管１１は、内径１．４〜８ｍｍ、外径３〜１０ｍｍのステンレス鋼などの金属からなる直管であって、カバーガスが流れるものである。このカバーガス供給管１１の外表面には、必要に応じて、フィンを形成しておき、熱伝導面積を大きくし、冷媒による冷却効率が高められるようにすることもできる。
【００１９】
このカバーガス供給管１１の先端部１１ａは、カバーガスの噴射口となって、溶湯７に向くように配されている。また、その基端部１１ｂは、カバーガスを供給するカバーガス供給部となっており、このカバーガス供給部１１ｂは、溶解炉１の外側に位置し、図示しないカバーガス供給源に接続されている。
【００２０】
このカバーガス供給管１１の側方には、これに沿うように冷媒供給管１２が取り付けられている。この冷媒供給管１２は、内径１．４〜８ｍｍ、外径３〜１０ｍｍのステンレス鋼などの金属からなる管であって、冷却用の冷媒が流れるものである。この冷媒供給管１２の先端部１２ａは、冷媒の噴射口となっており、その先端部１２ａの位置が、カバーガス供給管１１の先端の噴射口１１ａよりも後退した位置となっている。
また、冷媒供給管１２の基端部１２ｂは、ほぼ直角に折り曲げられて、冷媒供給部となっており、この冷媒供給部１２ｂは、図示しない冷媒供給源に接続されている。
【００２１】
さらに、カバーガス供給管１１および冷媒供給管１２を包囲するようにして外管１３が設けられている。
この外管１３は、内径１０〜４４ｍｍ、外径１２〜５０ｍｍ程度のステンレス鋼などの金属からなる管で、カバーガス供給管１１および冷媒供給管１２との間に空隙が形成されるようになっている。この外管１３の先端部は、その大部分が閉じられ、その中心付近にカバーガス供給管１１の先端部１２ａのみが挿通された状態となっている。
【００２２】
また、外管１３の基端部も、その大部分が閉じられており、その中心付近にカバーガス供給管１１の基端部１１ｂのみが挿通された状態となっている。
さらに、外管１３基端部側には、冷媒を排出する排出管１４が接続されている。この排出管１４は、溶解炉１の外側に位置している。
また、排出管１４には、ここを流れ排出される冷媒の温度を測定する温度計１５が設けられており、この温度計１５からの測温値が制御部１６に送られるようになっている。
【００２３】
この制御部１６は、温度計１５からの測温値に基づいて、冷媒供給源から供給される冷媒の流量、温度を調整するように構成されている。
外管１３の基端部側には、さらに側管１３ｃが取り付けられ、この側管１３ｃを貫通して冷媒供給管１２の供給部１２ｂが外方に延びている。
【００２４】
また、冷媒供給管１２の先端部１２ａは、外管１３の内部で開口しており、ここから噴射された冷媒は、外管１３内をその先端側から基端側に流れ、その途中においてカバーガス供給管１１を冷却して排出管１４から排出されるようになっている。一般に外管１３を通る冷媒の速度が１〜２００ｍ／ｓとなると、良好な熱交換が行われ好適である。また、カバーガス供給管１１と冷媒供給管１２とが接触しているので、この接触部分においてもカバーガス供給管１１を冷却することができる。
なお、図２中符号４は、図１での溶解炉１の蓋を、符号８は同じく、パッキングを示している。
【００２５】
図３は、本発明での供給ノズル６の第２の例を拡大して示すもので、図２に示した第１の例のものと同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例の供給ノズルでは、冷媒供給管１２がカバーガス供給管１１よりも太く、内径４．４〜３３．６ｍｍ、外径６〜３８ｍｍとなっており、冷媒供給管１２がカバーガス供給管１１を包囲し、両者間に空隙が形成されるように配置されている点が、先の例と異なるところである。
【００２６】
このものでは、冷媒供給管１２の冷媒供給部１２ｂから流入した冷媒がすぐにカバーガス供給管１１を冷却しつつ流れ、その先端部１２ａから外管１３側に流れ出て、冷媒供給管１２の外側を流れて排出管１４から排出するようになっている。一般に外管１３を通る冷媒の速度が１〜２００ｍ／ｓとなると良好な熱交換が行われ好適である。
【００２７】
つぎに、この供給ノズル６の動作について説明する。
カバーガス供給源からカバーガスを供給ノズル６のカバーガス供給管１１のカバーガス供給部１１ｂに送り込む。このカバーガスには、例えばフロロケトンなどの防燃ガスと二酸化炭素との混合ガスが用いられ、防燃ガスの含有量は、体積比で５０〜１０００ｐｐｍ程度とされる。
また、カバーガス供給量は、溶解炉１の規模などによっても異なるが、通常５〜５０リットル／分程度とされる。
【００２８】
また、冷媒供給源から冷媒を供給ノズル６の冷媒供給管１２の供給部１２ｂに送り込む。この冷媒には、温度が３５℃以下、好ましくは常温以下の気体、液体が用いられるが、空気、窒素ガスなどの気体が好ましく、なかでも常温の空気が安価で最も好ましい。
冷媒の供給量は、通常２．５〜５０リットル／分程度とされるが、溶解炉１の規模等によって異なり、この範囲に限定されることはない。
これにより、カバーガス供給管１１内を流れるカバーガスが冷媒によって冷却され、温度が下がった状態のカバーガスが、そのカバーガス供給管１１の噴射口１１ａから噴射され、溶湯７表面がこのカバーガスで覆われることになる。
【００２９】
したがって、供給ノズル６に溶解炉１からの熱が伝わって、６００℃以上の高温となっても内部のカバーガス供給管１１の温度は、少なくとも５００℃以下に抑えられることになって、カバーガス供給管１１内でカバーガス中のフロロケトンが分解することがなくなる。
【００３０】
そして、この動作に際して、供給ノズル６の排出管１４から排出される冷媒の温度を、温度計１５で測定し、その値に基づいて制御部１７がカバーガス供給源からの冷媒の流量、温度を調整するようにする。これにより溶解炉１の操業条件等が変化して、供給ノズル６の温度が変化しても、そのカバーガス供給管１１の温度が常にフロロケトンの分解開始温度を超えないように制御することが可能となる。
【００３１】
以下、具体例を示す。
図２に示した供給ノズル６を図１に示した溶解炉１に取り付け、防燃効果を確認した。
溶解炉１の溶湯容量を５００ｋｇ、溶湯上の空間体積を０．０８ｍ３、溶解温度を６７０℃とし、溶解材料にＡＺ９１Ｄマグネシウム合金を使用した。供給ノズル６の噴射口と溶湯表面との間隙を１０ｃｍとした。
【００３２】
カバーガスには、濃度（体積比）２００ｐｐｍ、４００ｐｐｍのフロロケトンと二酸化炭素との混合ガスを用い、その流量を１０リットル／分とした。
冷媒には、温度２５℃の空気を用い、流量を３１．２リットル／分とした。比較のために、冷媒（空気）を供給しないものも実験した。
【００３３】
試験方法は、まず溶解炉１のるつぼ２内の溶湯表面の空間にカバーガスを充満し、溶湯表面に存在する膜を除去する。その後、るつぼ２の蓋３を閉じ、５分間供給ノズル６からカバーガスを噴射し、５分経過後蓋４を全開して溶湯表面を観察し、発火が起こるまでの時間（発火時間）を測定した。
結果を表１に示す。
【００３４】
なお、参考のために、現在一般にカバーガスとして使用されている、濃度（体積比）３０００ｐｐｍの六フッ化イオウと二酸化炭素との混合ガスを用い、冷媒の供給を行わなかったものの結果を合わせて示した。
【００３５】
【表１】
2006258347.tif 000003
【００３６】
表１の結果から、現在一般に使用されている六フッ化イオウよりも、冷媒を供給することで、いずれも発火までの時間が長くなることから、カバーガス中のフロロケトンの分解が抑えられていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の溶解装置の例を示す概略構成図である。
【図２】本発明で用いられる供給ノズルの第１の例を示す概略構成図である。
【図３】本発明で用いられる供給ノズルの第２の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・溶解炉、６・・供給ノズル、１１・・カバーガス供給管、１２・・冷媒供給管、１３・・外管、１２ｂ・・カバーガス供給部、１４・・排出管、１５・・温度計、１６・・制御部
【図１】
2006258347.tif 000004
【図２】
2006258347.tif 000005
【図３】
2006258347.tif 000006