(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質体からなり、先端部を閉じた有底筒状の構造を有し、金属溶湯中に浸漬し、当該金属溶湯中に微細な気泡を放出するランスパイプであって、
当該ランスパイプは、有底筒状のガスバブリング部と筒状の非バブリング部とを一体成形してなり、
前記ガスバブリング部の気孔率が、前記非バブリング部の気孔率よりも少なくとも５％高くなるようにして、
前記ガスバブリング部から前記金属溶湯中に気泡を放出するようにしたことを特徴とするランスパイプ。
【請求項２】
多孔質体からなり、先端部を閉じた有底筒状の構造を有し、金属溶湯中に浸漬し、当該金属溶湯中に微細な気泡を放出するランスパイプであって、
当該ランスパイプは、一体に形成された有底筒状のガスバブリング部、筒状の非バブリング部、及び前記ガスバブリング部と前記非バブリング部を連結する筒状の連結部からなり、
前記ガスバブリング部の気孔率が、前記非バブリング部及び前記連結部の気孔率よりも少なくとも５％高く、かつ、前記連結部の気孔率が前記非バブリング部の気孔率よりも高くなるようにして、
前記ガスバブリング部から前記金属溶湯中に気泡を放出するようにしたことを特徴とするランスパイプ。
【請求項３】
前記ガスバブリング部の気孔率が２２％以上、前記非バブリング部の気孔率が１２％以下であって、
前記ガスバブリング部と前記非バブリング部の気孔率の差が１０％以上であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のランスパイプ。
【請求項４】
前記多孔質体が、黒鉛質であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のランスパイプ。
【請求項５】
前記非バブリング部にボロンカーバイドを添加したことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のランスパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属溶湯中に浸漬され、当該金属溶湯中に微細な気泡を放出するランスパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金、銅合金又はこれらに類する非鉄金属を溶かした金属溶湯中には、水素ガスをはじめとして不純物が含まれている。当該不純物をそのままにして鋳物を製造した場合、当該鋳物中に空隙が発生するおそれがある。これを防止するため、非鉄金属の精錬には、金属溶湯中にアルゴンや窒素等の不活性ガスを送り込んで水素ガスを吸収する脱気工程が設けられている。当該脱気工程において、金属溶湯が溜められた炉の奥深くまで不活性ガスを送り込むため、当該不活性ガスを先端部から放出するランスパイプが利用されている。
従来のランスパイプは、多孔質黒鉛材で形成された有底筒状のパイプからなる。当該パイプは、先端近傍を除いて酸化防止剤を含んだ釉薬でコーティングされている。これにより、ランスパイプは、炉の奥深くまで差し込まれる先端部から微細な気泡を発生することができる。しかしながら、当該ランスパイプは、黒鉛の濡れ性が悪いことから釉薬を弾いてしまったり、黒鉛からなるランスパイプは、熱や金属溶湯による酸化によって釉薬が剥がれてしまったりして、当該ランスパイプの先端部以外から不活性ガスが漏れるというガスリーク問題がある。
また、金属溶湯の湯面で空気と金属に触れるランスパイプの根元が、釉薬の剥落で素地が露出することによって、酸化して折損するおそれもある。
【０００３】
特開平４−３４２４７７号公報に開示されている金属精錬用ガス吹込ノズルは、ガス供給管の先端部にアダプターを介して、有底筒状の散気部を取り付けて、当該散気部から不活性ガスの微細な気泡を金属溶湯中へ放出するように形成されている。これにより、釉薬を使用せずともガス供給管のガスリークを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３４２４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のガス吹込ノズルでは、ガス供給管とアダプターの接合部、又は多孔質カーボン層を挟んで接合したアダプターと散気部の接合部分から不活性ガスが漏れるおそれがあり、この漏れ出た不活性ガスによって、ランスパイプ表面に発生した微細気泡の分散性に偏りが生じるおそれがある。
また、ノズル先端を金属溶湯中に沈めたとき、当該ノズル先端の散気部がアダプター諸共、ガス供給管先端から外れて、炉底まで沈み、ガス供給管先端部からガスが噴出するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、先端部以外からのガスリークを抑制することができ、耐酸化性を高めて折損を防止することができるようにしたランスパイプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のランスパイプは、多孔質体からなり、先端部を閉じた有底筒状の構造を有し、金属溶湯中に浸漬し、当該金属溶湯中に微細な気泡を放出するランスパイプであって、
当該ランスパイプは、有底筒状のガスバブリング部と筒状の非バブリング部とを一体成形してなり、
前記ガスバブリング部の気孔率が、前記非バブリング部の気孔率よりも少なくとも５％高くなるようにして、
前記ガスバブリング部から前記金属溶湯中に気泡を放出するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載のランスパイプは、多孔質体からなり、先端部を閉じた有底筒状の構造を有し、金属溶湯中に浸漬し、当該金属溶湯中に微細な気泡を放出するランスパイプであって、
当該ランスパイプは、一体に形成された有底筒状のガスバブリング部、筒状の非バブリング部、及び前記ガスバブリング部と前記非バブリング部を連結する筒状の連結部からなり、
前記ガスバブリング部の気孔率が、前記非バブリング部及び前記連結部の気孔率より少なくとも５％高く、かつ、前記連結部の気孔率が前記非バブリング部の気孔率よりも高くなるようにして、
前記ガスバブリング部から前記金属溶湯中に気泡を放出するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載のランスパイプは、請求項１若しくは請求項２に記載の発明おいて、前記ガスバブリング部の気孔率が２２％以上、前記非バブリング部の気孔率が１２％以下であって、
前記ガスバブリング部と前記非バブリング部の気孔率の差が１０％以上であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載のランスパイプは、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記多孔質体が、黒鉛質であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載のランスパイプは、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記非バブリング部にボロンカーバイドを添加したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載のランスパイプによれば、有底筒状のガスバブリング部と筒状の非バブリング部を一体成形で形成すると共に、ガスバブリング部の気孔率が、非バブリング部の気孔率より少なくとも５％高くなるようにした。これにより、気孔率が大きく通気抵抗の小さなガスバブリング部から気泡が放出され、当該ガスバブリング部よりも通気抵抗が大きい非バブリング部から気泡が放出されることを抑制することができる。そのため、ガスバブリング部以外からのガスリークを抑制することができる。
【００１３】
請求項２に記載のランスパイプによれば、有底筒状のガスバブリング部と筒状の非バブリング部の間に筒状の連結部を配して、これらを一体に形成すると共に、ガスバブリング部の気孔率が、非バブリング部の気孔率より少なくとも５％高く、かつ、連結部の気孔率が非バブリング部の気孔率よりも高くなるようにした。このようにガスバブリング部から連結部、非バブリング部と段階的に気孔率を下げることによって、気孔率が大きく通気抵抗が小さいガスバブリング部から気泡が放出され、当該ガスバブリング部よりも通気抵抗が大きい連結部及び非バブリング部から気泡が放出されることを抑制することができる。そのため、ガスバブリング部以外からのガスリークを抑制することができる。
【００１４】
請求項３に記載のランスパイプによれば、ガスバブリング部の気孔率を２２％以上とし、非バブリング部の気孔率を１２％以下として、ガスバブリング部の気孔率が非バブリング部の気孔率より１０％以上高くなるようにした。このように、ガスバブリング部と非バブリング部の気孔率との差を大きくとることにより、より顕著にガスバブリング部から気泡を放出させることができ、ガスバブリング部以外からのガスリークを抑制することができる。
【００１５】
請求項４に記載のランスパイプによれば、多孔質体を黒鉛質とした。これにより、ランスパイプの耐熱性、耐食性を高め、強度を上げることができる。
さらに、請求項５に記載のランスパイプによれば、非バブリング部の黒鉛質にボロンカーバイドを添加するようにした。これにより、金属溶湯の湯面近傍に位置する非バブリング部の耐酸化性を向上させることができ、ランスパイプの酸化による折損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施例に係るランスパイプの構成の概略を示す断面図である。
【図２】第１実施例に係るランスパイプの使用例を例示した説明図である。
【図３】第２実施例に係るランスパイプの構成の概略を示す断面図である。
【実施例１】
【００１７】
本発明に係るランスパイプの一の実施例を添付した図面にしたがって説明する。図１は、本実施例に係るランスパイプの構成の概略を示す断面図である。
【００１８】
ランスパイプ１０は、有底筒状に形成され、黒鉛（Ｃ）及びシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を主材とする黒鉛質の多孔質体からなる。ランスパイプ１０は、耐熱性、高強度、耐食性を高くするために、当該主材に加えて、シリコン（Ｓｉ）、アルミナ−シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、及びその他の材質が所定の割合で配合されて形成されている。
ランスパイプ１０は、所定の割合で配合した原材料を、静水圧成形法、特に冷間静水圧プレス（ｃｏｌｄ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｉｎｇ：以下「ＣＩＰ成形」という）によって成形している。ランスパイプ１０は、黒鉛質の主材及びその他の原材料をＣＩＰ成形によって有底筒状の成形体に形成し、当該成形体を焼結させて形成されている。
【００１９】
ランスパイプ１０は、図１に示すように、ガスバブリング部１１と非バブリング部１２からなり、ガスバブリング部１１と非バブリング部１２は一体に形成されている。ランスパイプ１０にはガス供給管１３が接続されている。
ランスパイプ１０は、ガスバブリング部１１の気孔率が、非バブリング部１２の気孔率より少なくとも５％高くなるように形成されている。これにより、ガス供給管１３を介して、ランスパイプ１０の内部にアルゴン（Ａｒ）或いは窒素（Ｎ２）又はこれらに類する不活性ガスが吹き込まれたとき、当該不活性ガスを、非バブリング部１２から漏出させずにガスバブリング部１１から放出することができる。
なお、ガスバブリング部１１の気孔率と非バブリング部１２の気孔率との差が５％未満になると、非バブリング部１２からも不活性ガスが漏出するおそれがある。
【００２０】
ガスバブリング部１１は、有底筒状に形成されている。ガスバブリング部１１は、気孔率が、２２％以上となるように形成されている。なお、ガスバブリング部１１の気孔率は、２２％乃至３５％であることが好ましい。
気孔率が２２％以下になるとガスバブリング部１１の通気抵抗が大きくなるので、ガスバブリング部１１から放出される不活性ガスのガス放出量が少なくなる。
一方、気孔率が３５％を超えると、ガスバブリング部１１の強度が不足して、ランスパイプ１０の使用中にガスバブリング部１１が折損するおそれが生じる。
なお、本実施例におけるガスバブリング部１１は、気孔率が２６．３％、嵩比重が１．７３（ｇ／ｃｃ）、曲げ強度が９．６（ＭＰａ）の特性を備えている。しかしながら、これに限定されず、これらの特性は製造条件や使用条件によって調整可能である。
【００２１】
非バブリング部１２は、筒状に形成されている。非バブリング部１２の一端１２ａは、ガスバブリング部１１と一体になるように、ガスバブリング部１１の開口端１１ａへ連接されている。非バブリング部１２の他端１２ｂにはガス供給管１３が接合されている。これにより、ランスパイプ１０は、非バブリング部１２を通じてガスバブリング部１１まで、ガス供給管１３から供給されたガスを供給することができる。また、ガス供給管１３との接合部を強化するため、非バブリング部１２の他端１２ｂにキャップ１４を被せても良い。
非バブリング部１２の気孔率は１２％以下に抑えられている。上記したように本実施例に係るガスバブリング部の気孔率は２２％以上としている。このように、ガスバブリング部１１の気孔率と非バブリング部１２の気孔率との差を１０％以上と大きくとり、なおかつ、非バブリング部の気孔率を下げて通気抵抗を大きくすることによって、ランスパイプ１０に不活性ガスを吹き込んだとき、気孔率が大きく通気抵抗の小さなガスバブリング部１１から容易に不活性ガスを放出させることができ、非バブリング部１２の表面から不活性ガスが漏出することを防止することができる。
なお、本実施例における非バブリング部１２は、気孔率が６．６％、嵩比重が２．６６（ｇ／ｃｃ）、曲げ強度が１１．４（ＭＰａ）の特性を備えている。しかしながら、これに限定されず、ガスバブリング部１１の特性と同様に、これらの特性は製造条件や使用条件によって調整可能である。
非バブリング部１２は、ガスバブリング部１１よりもシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の配合比率が高くなるように形成されている。これにより、非バブリング部１２の耐酸化性、耐食性をガスバブリング部１１よりも高めることができる。
さらに、非バブリング部１２は、ガスバブリング部１１よりも黒鉛含有量を減らして、ボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）が添加されている。これによって、非バブリング部１２の強度と耐酸化性をさらに高めることができる。なお、強度を耐酸化性を高めるため、Ｂ４Ｃに替えて他の低融点酸化防止剤を添加するようにしても良い。
非バブリング部１２の耐酸化性と強度を高くすることによって、非バブリング部１２が曝される金属溶湯の湯面付近における酸化による強度低下及び浸食を防止することができ、ランスパイプ１０の折損を防止することができる。
【００２２】
ランスパイプ１０は、ガスバブリング部１１の開口端１１ａと非バブリング部１２の一端１２ａを連接してＣＩＰ成形した後、加熱処理による焼結によって形成されている。これにより、ランスパイプ１０は、気孔率の高いガスバブリング部１１と、当該ガスバブリング部よりも気孔率が低い非バブリング部１２を一体に接続して形成されている。すなわち、本実施例に係るランスパイプ１０は、接着剤による接合又は雄ネジと雌ネジによる螺合によらず、物性の異なる２本のパイプを一体化して形成されている。すなわち、ランスパイプ１０に物理的な切断面が無いことから、当該切断面に応力が集中してランスパイプ１０が折損することを防止できる。
【００２３】
上記の構成を有するランスパイプ１０は、以下のように使用される。ランプパイプ１０の使用方法について、添付した図面にしたがって説明する。図２は、本実施例に係るランスパイプ１０の使用状態の概略を示す説明図である。
【００２４】
図２に示す炉１には、アルミニウム合金、銅合金又はこれらに類する非鉄金属を溶かした金属溶湯２が溜められている。当該金属溶湯２中へ、予熱されたランスパイプ１０がガスバブリング部１１を下にして浸漬される。このとき、非バブリング部１２の他端１２ｂ近傍が金属溶湯２の湯面から露出するように、ランスパイプ１０は、金属溶湯２へ差し込まれる。非バブリング部１２は高い耐酸化性を有するので、金属溶湯２の湯面に曝される非バブリング部１２の酸化を防止して、強度低下や浸食を防ぐことができ、ランスパイプ１０が湯面近傍で折損することを防止することができる。
【００２５】
ランスパイプ１０は、金属溶湯２へ差し込まれる前にガス供給管１３から不活性ガスが吹き込まれ始める。これにより、ガスバブリング部１１に含まれる気孔が目詰まりを起こすことを防止することができる。そして、不活性ガスは金属溶湯２の脱気工程が終わり、金属溶湯２からランスパイプ１０が引き抜かれた後も吹き込まれ続ける。これにより、ガスバブリング部１１の目詰まりを防止することができる。
【００２６】
ランスパイプ１０に吹き込まれた不活性ガスのガス圧が高まると、ガスバブリング部１１と非バブリング部との間には気孔率で１０％以上の物性差が有るので、通気抵抗が小さいガスバブリング部１１の表面に不活性ガスの微細な気泡が発生する。ガスバブリング部１１は、金属溶湯２中で炉１の底面付近に配されている。そのため、ガスバブリング部１１で発生した微細な気泡は、金属溶湯２の全体に行き渡るように金属溶湯２中を上昇する。
気泡が金属溶湯２中を上昇する際に、不活性ガスは、金属溶湯２に溶出している水素ガスを吸収することができる。これによって、非鉄金属がブロック状に凝固したとき当該非鉄金属内のピンホール発生を防止することができる。
【００２７】
本実施例に係るランスパイプ１０によれば、通気抵抗の小さいガスバブリング部１１と通気抵抗が非常に大きい非バブリング部１２を一体に接続するようにした。これにより、ランスパイプに吹き込まれる不活性ガスは、通気抵抗の少ないガスバブリング部１１から放出される。そのため、非バブリング部１２から金属溶湯２中へのガスリークを抑制することができる。そして、非バブリング部１２からのガスリークを抑制することによって使用する不活性ガスのガス流量を節約することができ、非鉄金属の精錬コストを抑えることができる。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明に係るランスパイプの他の実施例を添付した図面にしたがって説明する。図３は、本実施例に係るランスパイプの構成の概略を示す断面図である。
【００２９】
ランスパイプ１０Ａは、図３に示すように、有底筒状の多孔質体からなり、有底筒状のガスバブリング部１１、筒状の連結部１５、筒状の非バブリング部１２が一体に形成されている。また、ランスパイプ１０にはガス供給管１３が接続されている。
ここで、ガスバブリング部１１と非バブリング部１２は、第１実施例と同様であるから説明を省略する。
【００３０】
筒状に形成された連結部１５は、ガスバブリング部１１と一体になるように、一端１５ａがガスバブリング部１１の開口端１１ａに連接し、非バブリング部１２と一体になるように、他端１５ｂが非バブリング部１２の一端１２ａに連接している。
本実施例に係るガスバブリング部１１の気孔率は、連結部１５及び非バブリング部１２の気孔率より少なくとも５％高く形成されている。さらに、連結部１５の気孔率は、非バブリング部１２の気孔率よりも高くなるように形成されている。これによって、通気抵抗の小さなガスバブリング部１１に対して、連結部１５の通気抵抗を大きくすることでき、ガスバブリング部１１以外からのガスリークを防止することができる。
【００３１】
また、ランスパイプ１０の全長に対し、連結部１５の長さを調整することによって、ガスバブリング部１１と非バブリング部１２の長さを短くすることができる。これによって、金属溶湯２中に放出される気泡の発生場所をより限定的にすると共に、気孔率が極めて低く、高い耐酸化性をもたせた非バブリング部１２を金属溶湯２の湯面近傍へ限定的に配することができる。
なお、第２実施例に係るランスパイプ１０Ａの使用方法は、第１実施例と同様であるから、説明を省略する。
【００３２】
本実施例に係るランスパイプ１０Ａによれば、ガスバブリング部１１を炉１の底面近傍に配して、不活性ガスの発生源をより限定することができる。これより、不活性ガスの使用量を抑制してランニングコストを抑えることができる。また、耐酸化性や強度を高めるためにＢ４Ｃを添加した被バブリング部の長さを短くすることができる。これにより、添加剤の使用量を減らして製造コストを抑えることができる。
【００３３】
本実施例に係るランスパイプ１０，１０Ａによれば、通気抵抗の小さなガスバブリング部１１と、当該ガスバブリング部１１に対して通気抵抗が非常に大きい非バブリング部１２及び連結部１５を一体に接続し、気孔率が異なる部材を多数連結した多段連結構造を有するようにした。そのため、通気抵抗の小さなガスバブリング部１１から容易に不活性ガスをすることができ、非バブリング部１２及び連結部１５から不活性ガスがほとんど放出されないようにすることができる。これにより、ガスバブリング部１１以外からのガスリークを抑制することができる。
【００３４】
また、本実施例に係るランスパイプ１０，１０Ａによれば、多孔質体を構成する主材を黒鉛質とした。これにより、ランスパイプ１０，１０Ａは、熱伝導率を高くすることができ、耐スポーリング性を高めることができる。
さらに、ランスパイプ１０，１０Ａは、当該ランスパイプ１０，１０Ａにかかる応力、要求される通気性及び耐酸化性に合わせて、ガスバブリング部１１、非バブリング部１２、連結部１５の長さを調整することができる。これによって、ランスパイプ１０，１０Ａの先端からより限定的に微細気泡を発生させることができ、金属溶湯２の湯面近傍におけるランスパイプ１０，１０Ａの酸化による強度低下や浸食を防ぎ、折損を防止することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…ランスパイプ、１１…ガスバブリング部、１２…非バブリング部、１３…ガス供給管、１４…キャップ、１５…連結部。
【図１】
0006300414.tif 000002
【図２】
0006300414.tif 000003
【図３】
0006300414.tif 000004