(57)【要約】【課題】従来の回転式溶融金属精製装置は、装置が破損したり溶融金属が飛散したりする危険性があり、また従来の固定式精製装置は気体の流出量が少ないため精製処理に多大な時間がかかるという問題があった。本発明は装置の破損や溶融金属の飛散が全くなく、しかも精製処理時間が短くて済むという溶融金属の精製装置を提供することにある。【解決手段】本発明の精製装置は、中空の本体上面に多孔板が設置されており、また本体の底面には本体内に流入した溶融金属を排出する排出口が形成されているとともに本体の側壁には本体内に気体を流入させるパイプが上方から取り付けられている。該パイプから本体内に気体を流入させ、多孔板から気体を流出させて細かい気泡を溶融金属中広範囲に分散させることにより溶融金属の精製を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の本体上部に多孔板が着脱可能に設置されており、また本体には気体流入パイプが上方から取り付けられているとともに、本体下面に溶融金属の排出口が形成されていることを特徴とする溶融金属の精製装置。
【請求項２】
前記多孔板は、セラミックの多孔質板であることを特徴とする請求項１記載の溶融金属の精製装置。
【請求項３】
前記多孔板は、多数の孔を穿設した金属板であることを特徴とする請求項１記載の溶融金属の精製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属中に気体を吹き出させて気泡にし、該気泡で溶融金属中の非金属介在物を除去して精製する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニューム、マグネシューム、錫、鉛およびこれらの合金を溶融させると溶融金属中に水素、酸素、塩素等のガスや酸化物、亜酸化物、高融点金属粉、溶融金属と他金属の金属間化合物等の非金属介在物が浮遊していることがある。
【０００３】
これらの非金属介在物は鋳造後の金属に欠陥となって現れる。例えば、溶融アルミニューム中に水素が存在していると、鋳造後に金属中に細かい空隙が多数でき、押出加工でサッシのような長尺物を作製したときに、空隙がサッシ表面に現れて商品価値が失われてしまう。また錫と鉛の合金であるはんだは溶融時に酸化物や亜酸化物が大量に含有されていると、これを鋳造したときには、はんだ表面には何の変化も現れず、はんだ自体としての商品価値においては問題がない。しかしながら、このように酸化物や亜酸化物を大量に含有したはんだではんだ付けすると、はんだが充分に濡れなかったり、はんだ付け部が部分的に付着していないボイドが発生したりすることがある。
【０００４】
溶融金属中の非金属介在物を除去する方法として、溶融金属中に不活性ガスや空気等の気体を流出させて溶融金属中で気泡にし、該気泡で溶融金属中の非金属介在物と反応させたり浮き上がらせたりして精製することが従来から行われていた。
【０００５】
気泡による溶融金属の精製装置には、回転式と固定式がある。回転式とは、耐熱材料からなる長尺パイプの先端にインペラが設置されており、パイプとインペラは外部のモーターにより溶融金属中で回転するようになっている。該インペラには多数の流出孔が穿設されていてパイプから送られてきたガスが流出孔から流出する。このときインペラの回転により気泡が広く分散されて広範囲の溶融金属に対して非金属介在物の除去を効率よく行う。（特許文献１乃至３参照）
【０００６】
固定式とは、パイプの先端に多孔質材を設置したものであり、多孔質材を上向きにして溶融容器の底部に固定する。該固定式は、パイプの他端から気体を圧送して気体を多孔質材から溶融金属中に流出させて気泡にし、該気泡で溶融金属の精製を行うものである。（特許文献４乃至５参照）
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１５６３７７号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平６−４１６５１号公報（第２頁、図１）
【特許文献３】実開平５−４９１４７号公報（第２頁、図３）
【特許文献４】特開昭５９−１９７５１３号公報（第１頁、図１）
【特許文献５】特開平５−３０２１３１号公報（第１頁、図５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで回転式の溶融金属精製装置は、比重の大きい溶融金属中でパイプとインペラを回転させなければならないため、パイプやインペラに大きな力がかりパイプやインペラを破損することがあった。この回転式は、パイプやインペラが破損するときに溶融金属を飛散させたり、パイプやインペラ破損時ばかりでなく通常の作業時でもインペラの回転で生じる波が容器内で干渉し、大きな波となって溶融金属を容器から飛散させたりする危険性があった。さらにまた回転式は大きさが限られたインペラの部分から気体を流出させるため、気体の流出量も多くはできなかった。従って、回転式は、大量の気体を流出できないことから溶融金属の精製に時間がかかるという生産性に問題があるものであった。
【０００９】
従来の固定式は、上向きとなった多孔質材から溶融金属が侵入し、それがさらに気体を送るパイプ内まで侵入することがあった。このように溶融金属が気体送通用のパイプ内に侵入すると、気体を送れなくなり、多孔質材からの気体の流出がなくなって溶融金属の精製ができなくなってしまう。そこでパイプ内に侵入した溶融金属を押し戻すため、パイプに高圧をかけると、溶融金属は多孔質材の細かい孔から容易に流出しないため、パイプ内の圧力がさらに高まって、ついには強度の弱い多孔質材が破壊したりパイプの継ぎ目が外れたりしてしまう。多孔質材が破壊すると多孔質材の破片とともに容器内の溶融金属が飛散し、またパイプの継ぎ目が外れるとパイプ内で高圧となった気体が溶融金属内で急激に噴出してやはり溶融金属を飛散させるという危険なものとなる。
【００１０】
また従来の固定式は、気体の流出部分の面積が小さいため、溶融金属内への気体の流出量も多くできず、その結果、溶融金属の精製に多大な時間がかかるという問題もあった。
【００１１】
本発明は、回転式のように装置の破損や溶融金属飛散の危険性がなく、しかも従来の固定式のように多孔質材が破壊したりやパイプの継ぎ目が外れたり、さらには精製に時間がかかったりすることがないという溶融金属の精製装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上下面があいた空洞体内に気体を流入させると、気体は上面だけから流出することに着目して本発明を完成させた。
【００１３】
本発明は、中空の本体上部に多孔板が着脱可能に設置されており、また本体には気体流入パイプが上方から取り付けられているとともに、本体下面に溶融金属排出口が形成されていることを特徴とする溶融金属の精製装置である。
【００１４】
本発明の精製方法で使用する気体は、金属の種類、溶融金属中の非金属介在物の種類によって適宜選択をする。例えばアルミニュームでは、溶融したアルミニューム中には水素が存在するので、これを除去するためには窒素やアルゴンのような不活性ガスを使用する。溶融アルミニューム中に水素ガスを流出させて気泡にすると、不活性ガスの気泡が水素をとり込んで浮上する。これによって信頼性の高いアルミニュームを得ることができるものである。
【００１５】
またはんだでは、溶融はんだ中に酸化物、亜酸化物、金属間化合物（ＣｕとＳｎ、ＦｅとＳｎ）等の非金属介在物が存在するが、これらの非金属介在物を除去するには空気が適している。即ち、溶融はんだ中に空気を流出させて気泡にすると、はんだよりも比重の小さい酸化物や金属間化合物は気泡による攪拌で溶融はんだ液面に浮上し、また亜酸化物は空気中の酸素と反応して、それ以上酸化しなくなるという安定した状態のはんだになる。
【００１６】
本発明における溶融金属中への気体の流出量は、経済性、即ち精製処理時間を短くするためには溶融金属１００リットルに対して２０〜２００リットル／分が適している。溶融金属中への気体の流出量が溶融金属１００リットルに対して２０リットル／分より少ないと、精製に時間がかかって生産性が悪くなる。しかるに気体の流出量が溶融金属１００リットルに対して２００リットル／分より多くなっても、それ以上の精製効果は期待できないばかりでなく、不要な気体が無駄となる。特に窒素やアルゴンガスは大量の使用が経済的損失につながるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明の溶融金属の精製装置の斜視図、図２は同正面断面図、図３同底面図、図４は本発明の精製装置を用いた溶融金属の精製を説明する図である。
【００１８】
本発明の精製装置１は、本体２が高さの低い中空の円筒状である。本体２の内側上部には環状の溝３が刻設されており、また本体２の外側上部にはフランジ４が形成されている。環状溝３には、該環状溝と略同一径の直径を有し環状溝の深さと略同一厚さを有する多孔板５が着脱自在に設置されている。そしてフランジ４上には該フランジと略同一外径で、内側に多孔板５の直径よりも少し小径の穴を有するワッシャ６が載置されており、該ワッシャは複数のネジ７・・・でフランジ４に固定されている。従って、多孔板５は、本体内に圧力がかかっても外れることがなく、しかるに多孔板が目詰まりして交換しなけらばならないときには、ネジを外してワッシャを除去するだけで多孔板が簡単に取り外せる。
【００１９】
本発明に使用する多孔板は、セラミックの多孔質板や金属板に小さな孔を穿設したもの等である。セラミックの多孔質板は、気孔率が３０％以上が好ましい。セラミックの多孔質板の気孔率が３０％よりも少ないと溶融金属中で気体が流出しにくくなる。
【００２０】
本体２の側壁８には気体流入用のパイプ９が本体内と相通した状態で取り付けられている。パイプ９は、本体２の側壁８から横方に出て途中から上方に屈曲している。従って、本２体内に溶融金属が入ってもパイプ９の立ち上がった部分には溶融金属は流入しない。パイプ９の他端は図示しない気体供給装置に接続されるようになっている。気体供給装置とは、気体が空気の場合はコンプレッサーであり、気体が窒素やアルゴンガスの場合はガスボンベである。
【００２１】
本体２の底面１０の隅部には溶融金属の排出口１１が開けられている。排出口の大きさは、本体２内部に入った溶融金属が容易に排出される程度でなるべく小さくする。
【００２２】
本体２の側壁８で前述パイプ９の取付部の反対側には保持具１２が取り付けられている。該保持具は、精製装置１を溶融金属中に浸漬したときに、精製装置が浮き上がったり移動したりしないようにするためのものである。つまり溶融金属精製時に本体２内に気体を流入させると、浮力で本体２が浮き上がったり移動したりする。そこで本体２に保持具を取り付け、該保持具の他端を外部に固定して金属精製装置を安定させるものである。
【００２３】
精製処理を行う溶融金属がアルミニュームやはんだのようなものである場合は、本体、ワッシャ、パイプはこれらの金属に食われないようなステンレスや表面に窒化処理を施したステンレス、或いはチタンのような材料が適している。
【００２４】
次に上記精製装置を用いた溶融金属の精製について説明する。図４に示すように金属を溶融する容器１３は底部が半球状の釜形であり、該容器は耐火材料からなる溶解装置１４に設置されている。溶解装置１４の下部には容器１３を加熱するバーナー１５が配設されている。バーナー１５は、容器外部を加熱して容器１３内の金属１６を溶融させるとともに、溶融金属を所定の温度に保つようになっている。
【００２５】
容器１３内の溶融金属１６が所定の温度になったならば、上方から精製装置１を溶融金属１６中に浸漬する。このとき精製装置１が処理中に浮き上がったり移動したりしないように本体２を保持具１２で容器１３に固定する。精製装置１を容器１３に固定した後、気体流入用のパイプ９を図示しない気体供給装置と接続し、気体を矢印のように本体２内に供給する。本体２内に供給された気体は多孔板５から溶融金属１６中に流出し、多数の気泡１７・・・となる。気泡１７は溶融金属１６と接すると、溶融金属中の非金属介在物と反応したり、気泡が溶融金属を攪拌しながら上昇するときに酸化物や金属間化合物等を浮き上がらさせたりする。
【００２６】
Ｐｂ−５０Ｓｎ（液相線温度：２１５℃）のはんだを精製処理する前に顕微鏡で組織を観察したところ、粒子が細かく分散していた。Ｐｂ−５０Ｓｎはんだの顕微鏡組織は本来、Ｐｂ中にＳｎを固溶したデンドライト組織になるはずであるが、粒子が細かく分散しているのは、はんだ中に酸化物や亜酸化物のような非金属介在物が存在しているからである。つまりはんだ中に非金属介在物存在すると、該非金属介在物がはんだの凝固時に核となって細かい粒子を形成するようになる。このように、はんだの組織が細かくなっているのは非金属介在物が大量に存在する証である。
【００２７】
そこで非金属介在物が大量に存在するはんだ１００リットルを容器で溶融させ、溶融はんだの温度を３００℃に保った状態にしてから、精製装置のパイプを溶融はんだ中に浸漬した。精製装置の気体流入パイプをコンプレッサーに接続し、３０リットル／分の空気をパイプの先端から溶融はんだ中に流出させた。精製処理中、１０分毎に容器からはんだを採取し、顕微鏡で組織の観察を行った。精製処理時間６０分後には、デンドライトが大きく成長しているのが観察できた。Ｐｂ−５０Ｓｎはんだでデンドライトが大きく成長していることは、核となる非金属介在物がなくなっている証拠である。
【００２８】
一方、従来の固定式精製装置を用いて、上記と同様のはんだの精製を行った。空気の流出量は、該装置における最大限の１０リットル／分である。精製処理中、１０分毎に容器からはんだを採取し、顕微鏡で組織の観察を行ったところ、デンドライトが観察できるようになるまでに１５０分という長い時間が必要であった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の精製装置は回転式精製装置のように破損した装置部品が飛び散ったり、溶融金属が飛散したりする危険性は全くないという安全性に優れたものであり、しかも溶融金属中への気体の流出量が従来の固定式よりも格段と多くすることができるとともに広範囲に分散できるため、精製処理にかかる時間短縮が可能となるという生産性にも優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶融金属の精製装置の斜視図
【図２】本発明の溶融金属の精製装置の正面断面図
【図３】本発明の溶融金属の精製装置の底面図
【図４】溶融金属の精製を説明する図
【符号の説明】
１  溶融金属精製装置
２  本体
５  多孔板
９  パイプ
１０  底面
１１  排出口
１６  溶融金属
１７  気泡
【図１】
2004277775.tif 000003
【図２】
2004277775.tif 000004
【図３】
2004277775.tif 000005
【図４】
2004277775.tif 000006