(57)【要約】【課題】従来の溶湯攪拌用回転体の改良を図り、気泡の微細化分散効果を確保するとともに、構造が簡単で製作が容易となり製造コストを低減できる溶湯攪拌用回転体を提供する。【解決手段】気体供給路を内部に有するシャフトの下端部に、セラミックス製の撹拌ディスクを固定し、気体供給路の下端が撹拌ディスクの底面に開口させられ、撹拌ディスクの底面に、撹拌ディスクの気体供給路の開口部側が周縁部側よりも突出した凸部を設けたことを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体供給路を内部に有するシャフトの下端部に、セラミックス製の撹拌ディスクを固定し、気体供給路の下端が撹拌ディスクの底面に開口させられ、撹拌ディスクの底面に、撹拌ディスクの気体供給路の開口部側が周縁部側よりも突出した凸部を設けたことを特徴とする溶湯攪拌用回転体。
【請求項２】
前記シャフトの気体供給路の下端に、セラミックス多孔質体からなるプラグを装着したことを特徴とする請求項１に記載の溶湯攪拌用回転体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムなどの溶湯中に窒素やアルゴンガスのような不活性ガスを気泡状態に放出して、溶湯中の水素などのガスや酸化物などの不純物を除去する溶湯攪拌用回転体に関する。
【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、溶湯中の不純物や水素ガスなど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て、気泡を微細化させるとともに溶湯中に均一に分散させる溶湯攪拌用回転体が用いられている。
【０００３】
例えば、特公昭６１−４０７３７号公報には、気体供給路を内部に有する垂直回転軸（シャフト）の下端に、気泡微細化分散用回転体（撹拌ディスク）を取付け、気体供給路の下端が回転体の底面に開口させられ、回転体の底面に気体供給路の開口部から周縁に至る複数の溝が放射状に設けられ、回転体の周面における各溝の開口の間に、下端部が回転体の底面周縁部に開口した凹所を設けた溶湯攪拌用回転体が記載されている。
【０００４】
また、特開平７−５５３６５号公報には、気体供給路を内部に有するシャフトに、セラミックス製の撹拌ディスクを固定し、不活性ガス吹込み用開口部を撹拌ディスクの底面よりも下側に管状に突出させて形成し、撹拌ディスクの底面に気体供給路の開口部から周縁に至る複数の溝を放射状に設けた溶湯攪拌用回転体が記載されている。
【０００５】
特開平７−５５３６５号公報によれば、溶湯中に吹込まれたガスは、撹拌ディスクの回転による影響を受けた溶湯の流れとともに、撹拌ディスクの底面に向って上昇する。この間にガスは溶湯により加熱されて、撹拌ディスクの底面に到達するときは、もはや撹拌ディスクを急冷することがない。このため、撹拌ディスクの上面側と底面側との温度差による大きな熱応力を生じることがなく、割れやクラックの発生を防止できるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の溶湯攪拌用回転体は、気泡の微細化分散効果を向上させるために、撹拌ディスクの底面に気体供給路の開口部から周縁に至る放射状の溝を複数設ける必要がある。これによると、手間がかかるため製作手順が長くなり製造コストが上がるという問題がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、従来の溶湯攪拌用回転体の改良を図り、気泡の微細化分散効果を確保するとともに、構造が簡単で製作が容易となり製造コストを低減できる溶湯攪拌用回転体を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶湯攪拌用回転体は、気体供給路を内部に有するシャフトの下端部に、セラミックス製の撹拌ディスクを固定し、気体供給路の下端が撹拌ディスクの底面に開口させられ、撹拌ディスクの底面に、撹拌ディスクの気体供給路の開口部側が周縁部側よりも突出した凸部を設けたことを特徴とする。また、前記本発明において、シャフトの気体供給路の下端に、セラミックス多孔質体からなるプラグを装着したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明は、従来のように撹拌ディスクの底面に気体供給路の開口部から周縁に至る放射状の溝を複数設けるという煩雑なことは行なわず、気泡の微細化分散効果を確保するために、撹拌ディスクの底面に、撹拌ディスクの気体供給路の開口部側が周縁部側よりも突出した凸部を設ける。これによれば、構造が簡単であるため、製作が容易となり製造コストを大幅に低減できる。
【００１０】
突出した凸部の頂面（主面）は平坦に形成して、凸部の主面から撹拌ディスクの周縁部側の底面へ移る境界にある段差部は垂直に近いほど気泡微細化効果が大きくなるので望ましい。溶湯中において、撹拌ディスクを回転させながら気体供給路から撹拌ディスクの底面に不活性ガスを供給すると、気泡は気体供給路の開口部から凸部の主面に沿って流れ、凸部の主面から撹拌ディスクの周縁部側へ移る境界にある段差部へ至り、気泡は微細化されつつ撹拌ディスクの周縁部側の底面へ上昇する。
【００１１】
この気泡は続いて撹拌ディスクの周縁部に至り、さらに微細化されて溶湯中へ放出される。このように気泡は複数回にわたって十分に微細化される。そして、微細化された気泡は撹拌ディスクと同方向に回転しつつ遠心方向に流れる溶湯によって均一に分散させられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の溶湯攪拌用回転体の実施例を示す縦断面図である。図２は、その底面図である。図１および図２において、本発明の溶湯攪拌用回転体１は、中空管状のシャフト２の下端部に、撹拌ディスク３を固定して構成される。シャフト２の下部に形成した雄ねじ部と、撹拌ディスク３の中央の孔部に形成した雌ねじ部とを螺合することにより固定した。
【００１３】
シャフト２は、窒化ケイ素系セラミックス焼結体からなり、その内部に窒素やアルゴンガスなどの不活性ガスを供給するための中空の気体供給路２１を有する。気体供給路２１の下端の開口部２２を経て撹拌ディスク３の底面３１に不活性ガスが供給される。
【００１４】
撹拌ディスク３は、シャフト２と同様に窒化ケイ素系セラミックス焼結体からなり、その外周部に、半径方向に突出する８個の突出部３２を円周方向４５度間隔毎に設けた。また、突出部３２の回転方向前面が斜め上方を向くように、回転方向後面が斜め下方を向くように傾斜させた。これにより、前面の押圧力によって溶湯に揚力が働くと同時に、後面の吸引力によっても更に押圧力が働くから、溶湯表面での渦の発生が防止される。
【００１５】
撹拌ディスク３の上面３３は、中央の孔部から周縁部３４に向って徐々に肉厚を減じるようにして、中央の孔部のシャフト２との螺合部位に必要な強度を確保させるとともに、熱応力による破損を受けないように薄肉に形成した。
【００１６】
撹拌ディスク３の底面３１に、撹拌ディスク３の気体供給路２１の開口部２２側が周縁部３４側よりも突出した凸部３６を設けた。凸部３６の主面３７を平坦に形成して、凸部３６の主面３７から撹拌ディスク３の周縁部３４側の底面３５へ移る境界にある段差部３８をほぼ垂直に形成した。また、凸部３６の主面３７は最外縁が円状になるように形成した。
【００１７】
本発明においては、撹拌ディスク３は特に耐溶損性を要求されるのでセラミックスで形成することが必要である。シャフト２はセラミックスで形成することが望ましいが、それ以外の材料で形成してもよい。また、突出部３２の回転方向前面および後面は傾斜していなくてもかまわず、撹拌ディスク３も実施例の形状に限定されるものでない。
【００１８】
ここで、本発明実施例の溶湯攪拌用回転体は次のように製造した。まず、平均粒径０．５μｍの窒化ケイ素粉末に、焼結助剤として、平均粒径０．２μｍの酸化マグネシウム粉末を２．８体積％、平均粒径０．２μｍの酸化アルミニウム粉末を０．０８体積％、平均粒径２．０μｍの酸化イットリウム粉末を０．４体積％添加し、適量の分散剤を加えエタノール中で粉砕、混合した。ついで、真空乾燥後、篩を通して造粒した後、ゴム型に充填し、静水圧により冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行い、撹拌ディスクおよびシャフトとなる成形体を作製した。これらの成形体を１７５０℃、９気圧の窒素ガス雰囲気中で５時間焼成し、窒化ケイ素系セラミックス焼結体からなる本発明の撹拌ディスクおよびシャフトを得た。
【００１９】
また、次の特性を調べるために、得られた窒化ケイ素系セラミックス焼結体から、直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの密度および熱伝導率測定用の試験片、縦３ｍｍ×横４ｍｍ×長さ４０ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。密度はマイクロメ−タによる寸法測定と重量測定の結果から求めた。熱伝導率はレーザーフラッシュ法により常温での比熱および熱拡散率を測定し熱伝導率を算出した。４点曲げ強度は常温にてＪＩＳ　Ｒ１６０６に準拠して測定を行った。その結果、本発明実施例の窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、密度が９９．２％、常温における熱伝導率が８５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が７２０ＭＰａであった。
【００２０】
本発明の撹拌ディスクおよびシャフトを形成するセラミックスとしては、窒化ケイ素系セラミックスが好ましい。なかでも、窒化ケイ素系セラミックス焼結体の常温における熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。熱伝導率を高めることにより、溶湯に浸漬する際、溶湯攪拌用回転体の表面から内部へ熱を迅速に伝達させることができ、回転体の表面と内部の温度差を緩和し、熱応力による割れを防止できる。また、使用中の機械的応力および衝撃に十分に耐えられるように、窒化ケイ素系セラミックス焼結体の常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００２１】
このように構成した本発明実施例の溶湯攪拌用回転体を６８０℃のアルミニウム溶湯中に浸漬し、シャフトを駆動装置によって高速回転させるとともに、気体供給路から不活性ガスを供給して、溶湯中の不純物などを浮遊させるための回転攪拌に供したところ、気泡の微細化分散効果が十分に得られた。また、アルミニウム溶湯による侵食は殆どみられず、使用中の熱応力による破損、き裂も生じなかった。
【００２２】
図３に本発明の溶湯攪拌用回転体の他の実施例を示す。図３において、この回転体１は、撹拌ディスク３の底面３１に設けた凸部３６の一部が、気体供給路２１の開口部２２側に突出して、シャフト２の下端部の底面に当接して支持するように構成されている。
【００２３】
図４に本発明の溶湯攪拌用回転体の他の実施例を示す。図４において、この回転体１は、シャフト２の気体供給路２１の下端に、セラミックス多孔質体からなるプラグ４を装着している。ポーラスなプラグ４により溶湯中に放出された気泡がより一層微細化されるので好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の溶湯攪拌用回転体によれば、従来のように撹拌ディスクの底面に気体供給路の開口部から周縁に至る放射状の溝を複数設けるという手間がかからず、簡単な構造で気泡の微細化分散効果を確保できるとともに、製作が容易となり製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶湯攪拌用回転体の実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の溶湯攪拌用回転体の実施例を示す底面図である。
【図３】本発明の溶湯攪拌用回転体の他の実施例を示す。
【図４】本発明の溶湯攪拌用回転体の他の実施例を示す。
【符号の説明】
１　溶湯攪拌用回転体、　２　シャフト、　３　撹拌ディスク、　４　プラグ、
２１　気体供給路、　２２　開口部、
３１　底面、　３２　突出部、　３３　上面、　３４　周縁部、　３５　底面、
３６　凸部、　３７　主面、　３８　段差部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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