(57)【要約】  【課題】  熱応力によって亀裂が生じるのを抑制しつつ、不純物の処理能力および処理効率を高めて、精製された不純物の少ない溶湯金属を得ることのできる溶湯金属攪拌用回転体およびこれを備えた脱ガス処理装置を提供する。  【解決手段】  ガス供給路７を有する筒状のシャフト４の一方の端部に溶湯金属２を攪拌するローター５が、他方の端部に回転駆動機構６に接続する連結具３が取り付けられた溶湯金属攪拌用回転体１であって、ローター５は、シャフト４のガス供給路７に連通するガス噴出口８を中央に、ガス噴出口８から端部に掛けて放射状に伸びる複数の溝12を下面に有し、複数の溝12間のローター５の上面側に凹部11が形成されている溶湯金属攪拌用回転体１である。【選択図】  図２
2012045621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給路を有する筒状のシャフトの一方の端部に溶湯金属を攪拌するローターが、他方の端部に回転駆動機構に接続する連結具が取り付けられた溶湯金属攪拌用回転体であって、前記ローターは、前記シャフトの前記ガス供給路に連通するガス噴出口を中央部に有し、該ガス噴出口から端部に掛けて放射状に伸びる複数の溝を下面に有するとともに、それぞれの前記溝間における前記ローターの上面側に中央部から端部に掛けて伸びる凹部が形成されていることを特徴とする溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項２】
前記凹部の前記端部側の一部に凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項３】
前記凹部の深さが前記中央部側よりも前記端部側で深くなっていることを特徴とする請求項２に記載の溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項４】
前記シャフトの前記溶湯金属に浸漬される部分に渦流分散部材が備えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項５】
前記シャフトに前記渦流分散部材が複数備えられ、前記ローター側よりも前記溶湯金属の液面側に備えられた前記渦流分散部材の方の径が大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項６】
前記シャフト，前記ローターおよび前記渦流分散部材が窒化珪素質焼結体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項７】
前記シャフトの前記溶湯金属に浸漬される部分における前記溶湯金属の液面側に、前記シャフトに固定されていない格子部材を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項８】
溶湯金属を入れる容器を有し、前記連結具を介して回転駆動機構に接続された、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の溶湯金属攪拌用回転体を備えていることを特徴とする溶湯金属の脱ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯金属中の不純物の処理に用いられる溶湯金属攪拌用回転体およびこれを備えた溶湯金属の脱ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模の環境意識の高まりから燃費の向上やＣＯ２排出の削減を図るため、自動車の構成部品の軽量化対策として、原材料であるアルミニウムやその合金を溶融させた溶湯金属を鋳型に流し込んで冷却し、所定の形状とする鋳造方法が採用されている。そして、鋳型に流し込む溶湯金属中の不純物の処理には、溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置が用いられている。
【０００３】
図７は、従来の溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置の断面図である。
【０００４】
図７に示す従来の溶湯金属攪拌用回転体31は、筒状のシャフト34と、シャフト34の一方の端部に取り付けられた溶湯金属32を攪拌するローター35と、他方の端部に取り付けられたシャフト34を回転させるための回転駆動機構36に接続する連結具33とから構成されている。そして、筒状のシャフト34の内部はガス供給路37となっており、このガス供給路37に連通して、ローター35側の先端にガス噴出口38が設けてある。
【０００５】
そして、従来の溶湯金属32の脱ガス処理装置30は、溶湯金属32を入れる容器39を有し、連結具33を介して回転駆動機構36に接続された溶湯金属攪拌用回転体31を備えている。
【０００６】
この溶湯金属攪拌用回転体31を備えた脱ガス処理装置30は、連結具33を介して接続されている回転駆動機構36によって、容器39内の溶湯金属32に浸漬したシャフト34およびローター35を回転させながら、ガス供給路37を通じて処理ガスをガス噴出口38より溶湯金属32中に放出し、ローター35の回転によって生じる遠心力により処理ガスを溶湯金属32中で微細化して分散させ、溶湯金属32中の水素や非金属酸化物等の不純物40を処理ガスの気泡に取り込んだり付着させたりして、溶湯金属32の液面に浮上させて処理する装置であり、この処理を以下脱ガス処理という。
【０００７】
しかし、このような脱ガス処理装置30を用いて処理される際の溶湯金属32の温度は700
℃を超えるものであり、容器39中の溶湯金属32に初めて溶湯金属攪拌用回転体31を浸漬するとき、また処理を終えた溶湯金属32中から溶湯金属攪拌用回転体31を引き上げたとき、さらには引き続き連続して溶湯金属32を脱ガス処理するために次の容器39の溶湯金属32中に溶湯金属攪拌用回転体31を浸漬するときに、浸漬前後での温度変化によってシャフト34およびローター35には非常に大きな熱応力が掛かり、特に、肉厚差のある部分を有するローター35に亀裂が入ってしまうという問題が生じていた。
【０００８】
このような問題に対し、不純物40の処理能力や処理効率を高めることのできるローター35の構成や材質について様々な提案がなされている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、下端より不活性ガスを噴出する垂直の中空回転軸の下端部に、円盤部と円筒部と攪拌羽根を持つインペラを取付けたものにおいて、前記インペラの前記円盤部を、円周方向に等分割した扇型盤の組合せとした溶融金属清浄化用インペラが提案されていた。
【００１０】
また、特許文献２には、窒化ケイ素を主成分とする窒化ケイ素質焼結体からなる溶湯攪
拌用回転体であって、窒化ケイ素質焼結体の常温における熱伝導率が70Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である溶湯攪拌用回転体が提案されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−62459号公報
【特許文献２】特開2002−241861号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の溶融金属清浄化用インペラは、円周方向に等分割した扇型盤の組合せで円盤部が構成されており、例示されているように円盤部および攪拌羽根の厚みがほぼ同じであれば、熱応力によって亀裂が入るおそれは少ないものの、分割された扇型盤同士の隙間から漏れた処理ガスは微細化されずにそのまま浮上するので、不純物の処理能力が高められたものではなかった。
【００１３】
また、特許文献２に記載の溶湯攪拌用回転体は、熱伝導率の高い窒化珪素質焼結体からなることにより、他の材質を用いたときよりも熱応力によって亀裂が生じるのを少なくすることができるものの、不純物の処理能力や処理効率を高めるためのローター35の形状については記載されていなかった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、熱応力によって亀裂が生じるのを抑制しつつ、不純物の処理能力および処理効率を高めて、精製された不純物の少ない溶湯金属を得ることができる溶湯金属攪拌用回転体およびこれを備えた脱ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の溶湯金属攪拌用回転体は、ガス供給路を有する筒状のシャフトの一方の端部に溶湯金属を攪拌するローターが、他方の端部に回転駆動機構に接続する連結具が取り付けられた溶湯金属攪拌用回転体であって、前記ローターは、前記シャフトの前記ガス供給路に連通するガス噴出口を中央部に有し、該ガス噴出口から端部に掛けて放射状に伸びる複数の溝を下面に有するとともに、それぞれの前記溝間における前記ローターの上面側に中央部から端部に掛けて伸びる凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の溶湯金属の脱ガス処理装置は、溶湯金属を入れる容器を有し、前記連結具を介して回転駆動機構に接続された、上記構成の溶湯金属攪拌用回転体を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の溶湯金属攪拌用回転体によれば、ガス供給路を有する筒状のシャフトの一方の端部に溶湯金属を攪拌するローターが、他方の端部に回転駆動機構に接続する連結具が取り付けられた溶湯金属攪拌用回転体であって、前記ローターは、前記シャフトの前記ガス供給路に連通するガス噴出口を中央部に有し、該ガス噴出口から端部に掛けて放射状に伸びる複数の溝を下面に有するとともに、それぞれの溝間における前記ローターの上面側に中央部から端部に掛けて伸びる凹部が形成されていることにより、凹部の端部側において、ガス噴出口から放出されて複数の溝を通って浮上しようとする処理ガスを、凹部で攪拌された溶湯金属によって処理ガスを微細化して分散させることができるので、不純物の処理能力および処理効率を高めて、精製された不純物の少ない溶湯金属を得ることができる。また、下面に複数の溝を有し、それぞれの溝間におけるローターの上面側に中央部から端部側に掛けて伸びる凹部が形成されていることにより、ローターの肉厚差を小さくする
ことができるので、ローターに亀裂が入るおそれを少なくすることができる。さらに、溶湯金属攪拌用回転体を溶湯金属中から引き上げたときに、溶湯金属の液面に浮遊する不純物を凹部ですくい上げることができるので、溶湯金属の液面に浮遊する不純物の量が減り、液面に浮遊する不純物を取り除く作業時間を短縮することができる。
【００１８】
また、本発明の溶湯金属の脱ガス処理装置によれば、溶湯金属を入れる容器を有し、前記連結具を介して回転駆動機構に接続された、本発明の溶湯金属攪拌用回転体を備えていることにより、部材交換の回数を低減できるので、メンテナンスコストの削減が図ることができるとともに、処理能力および処理効率が高いので、長期間にわたって良好な脱ガス処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を構成するローターの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃ線における断面図である。
【図３】本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を構成するローターの他の例を示す、（ａ）は凹部の端部側に１つの凸部が形成されたローターの斜視図であり、（ｂ）は凹部の端部側に２つの凸部が形成されたローターの斜視図である。
【図４】本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置の他の例を示す断面図である。
【図５】本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置のさらに他の例を示す断面図である。
【図６】本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を構成する格子部材の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は格子部材を有する溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置の一例を示す断面図である。
【図７】従来の溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体およびこれを備えた溶湯金属の脱ガス処理装置の一例について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置の一例を示す縦断面図である。
【００２２】
図１に示す例の溶湯金属攪拌用回転体１は、筒状のシャフト４と、シャフト４の一方の端部に取り付けられた溶湯金属２を攪拌するローター５と、他方の端部に取り付けられたシャフト４を回転させるための回転駆動機構６に接続する連結具３とから構成されている。そして、筒状のシャフト４の内部はガス供給路７となっており、このガス供給路７に連通して、ローター５側の先端にガス噴出口８が設けてある。
【００２３】
そして、図１に示す例の溶湯金属２の脱ガス処理装置20は、溶湯金属２を入れる容器９を有し、連結具３を介して回転駆動機構６に接続された溶湯金属攪拌用回転体１を備えている。
【００２４】
この溶湯金属攪拌用回転体１を備えた脱ガス処理装置20は、連結具３を介して接続されている回転駆動機構６によって、容器９内の溶湯金属２に浸漬したシャフト４およびローター５を回転させながら、ガス供給路７を通じて処理ガスをガス噴出口８より溶湯金属２中に放出し、ローター５の回転によって生じる遠心力により処理ガスを溶湯金属２中で微
細化して分散させ、溶湯金属２中の水素や非金属酸化物等の不純物10を処理ガスの気泡に取り込んだり付着させたりして、溶湯金属２の液面に浮上させて処理する装置である。
【００２５】
図２は、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を構成するローターの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃ線における断面図である。
【００２６】
図２に示す例のように、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を構成するローター５は、シャフト４の一方の端部に取り付けられ、シャフト４のガス供給路７に連通するガス噴出口８を中央部に有し、ガス噴出口８から端部に掛けて放射状に伸びる複数の溝12を下面に有するとともに、それぞれの溝12間におけるローター５の上面側に中央部から端部側に掛けて伸びる凹部11が形成されていることが重要である。
【００２７】
このような構成のローター５とすることにより、溶湯金属２中で溶湯金属攪拌用回転体１を回転させたときに、ローター５の上面側に形成されている凹部11によって溶湯金属２の攪拌力が高まり、凹部11の端部側において、ガス噴出口８から放出されて複数の溝12を通って浮上しようとする処理ガスを、攪拌された溶湯金属２によって微細化して分散させることができる。これにより、不純物10の処理能力および処理効率を高めることができるので、精製された不純物10の少ない溶湯金属２を得ることができる。
【００２８】
また、従来の溶湯金属攪拌用回転体において、溶湯金属２中に初めて浸漬するとき、また処理を終えた溶湯金属２中から引き上げたとき、さらには引き続き連続して溶湯金属２を脱ガス処理するために次の容器９の溶湯金属２中に浸漬するときに、多大な熱応力が肉厚の薄い部分に集中して掛かることで亀裂が入っていたが、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を構成するローター５には、ガス噴出口８から端部に掛けて放射状に伸びるそれぞれの溝12間におけるローター５の上面側に中央部から端部に掛けて伸びる凹部11が形成されていることから、ローター５の肉厚差を小さくすることができるので、ローター５に亀裂が入るおそれを少なくすることができる。
【００２９】
さらに、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を構成するローター５に凹部11が形成されていることにより、メンテナンス時や脱ガス処理終了後に溶湯金属攪拌用回転体１を溶湯金属中から引き上げたときに、溶湯金属２の液面に浮遊する不純物を凹部11ですくい上げることができるので、溶湯金属２の液面にある不純物10の量が減り、液面に浮遊する不純物10を取り除く作業時間を短縮することができる。なお、引き上げた際にすくい上げられた不純物10は、次の容器９に浸漬する前に取り除けばよい。
【００３０】
図３は、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を構成するローターの他の例を示す、（ａ）は凹部の端部側に１つの凸部が設けられたローターの斜視図であり、（ｂ）は凹部の端部側に２つの凸部が設けられたローターの斜視図である。
【００３１】
図３に示す例のように、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を構成するローター５において、凹部11の端部側の一部に凸部13が形成されていることが好ましい。メンテナンス時や脱ガス処理終了後に溶湯金属攪拌用回転体１を溶湯金属２中から引き上げたときには、溶湯金属２と溶湯金属２の液面に浮遊する不純物10とがすくい上げられることとなるが、溶湯金属２については凹部11の端部側の凸部13が形成されていない隙間から排出されることとなり、不純物10については凹部11の端部側に形成された凸部13によって図２に示す例のローター５よりもすくい上げた不純物10を留めやすくすることができる。そのため、溶湯金属２の液面に浮遊する不純物10の量がさらに減り、液面に浮遊する不純物10を取り除く作業時間をさらに短縮することができる。
なお、図３では、凹部11の端部側に１つ〜２つの四角柱状の凸部13を形成している例を示したが、溶湯金属２を排出する隙間を有し、すくい上げた不純物10を留めやすくできるも
のであれば、凹部11に形成する凸部13の形成数や形状はどのようなものであってもよい。
【００３２】
また、凹部11の端部側に凸部13が形成されているローター５において、凹部11の深さが端部側で深いことが好ましい。これにより、メンテナンス時や脱ガス処理終了後に溶湯金属攪拌用回転体１を溶湯金属２中から引き上げたときに、凹部11の深さが端部側で深くなっているので、凸部13が形成されていない隙間から溶湯金属２をさらに排出しやすくすることができる。
【００３３】
図４は、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を備える脱ガス処理装置の他の例を示す断面図である。
【００３４】
図４に示す例の本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１は、シャフト４の溶湯金属２に浸漬される部分に渦流分散部材14を備えてなるものである。溶湯金属２の不純物10の処理において、溶湯金属攪拌用回転体１は、100〜1000ｒｐｍで回転するものであり、処理ガス
の気泡の分散効率を高めるべく、溶湯金属攪拌用回転体１の回転数を上げるとシャフト４の周囲に生じる渦流によって、一旦液面に浮上させた不純物10を再び溶湯金属２中へ巻き込むおそれがあるが、渦流分散部材14を備えていることにより、一旦液面に浮上させた不純物10が渦流によって再び溶湯金属２中へ巻き込まれるおそれを少なくすることができる。また、シャフト４の周囲に生じる渦流を図中の矢印に示すように分散させることにより、処理ガスの気泡の分散効率を高めることができる。そのため、渦流分散部材14を備えていることにより、不純物10の処理効率および処理能力を高めることができる。
【００３５】
なお、渦流分散部材14を備える位置については、シャフト４の溶湯金属２に浸漬されている部分であればよいが、好ましくは溶湯金属２に曝されているシャフト４のローター５の取付部から溶湯金属２の液面までの長さを１としたとき、ローター５の取付部側を基準（ゼロ）として0.3〜0.85の位置に備えることで、より高い上述した効果を得ることがで
きる。
【００３６】
そして、この渦流分散部材14は、渦流を分散できる形状であればどのようなものであっても構わないが、外周形状は、回転によって溶湯金属２の液面において波立ちのおそれが少なく、渦流を分散させることのできる円板状であることが好ましい。なお、分割された複数の部材によって円板状に形成されるものであってもよい。
【００３７】
図５は、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を備える脱ガス処理装置のさらに他の例を示す断面図である。
【００３８】
図５に示すように、シャフト４に渦流分散部材14を複数備えることもできる。シャフト４に複数の渦流分散部材14を備えるときには、ローター５側に備える渦流分散部材14よりも溶湯金属２の液面側に備える渦流分散部材14の方の径が大きいことが好ましい。これにより、ローター５の回転によってシャフト４の周囲に生じる渦流を図中の矢印に示すように分散させて、処理ガスの気泡の分散効率を高めることができるので、不純物10の処理能力および処理効率をより高めることができる。
【００３９】
なお、渦流分散部材14を複数備えることにより、渦流を分散させて不純物10の処理能力および処理効率をより高めるには、溶湯金属２の液面側に最も近い位置に備える渦流分散部材14を、溶湯金属２に曝されているシャフト４のローター５の取付部から溶湯金属２の液面までの長さを１としたとき、ローター５の取付部側を基準として0.65〜0.85に備え、ローター５の取付部に最も近い位置に備える渦流分散部材14を、上述したのと同様にローター５の取付部側を基準として0.3〜0.5に備えることが好ましい。
【００４０】
また、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を構成するシャフト４，ローター５および渦流分散部材14の材質としては、アルミナ，ジルコニア，窒化珪素，炭化珪素またはコージェライトなど種々のセラミックスを適用可能であるが、耐熱衝撃性に優れ、溶湯金属５との濡れ性が低い特性を有している点で、窒化珪素質焼結体からなることが好ましい。これにより、メンテナンス時や脱ガス処理終了後に本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を溶湯金属２中から引き上げたときに、シャフト４，ローター５および渦流分散部材14への溶湯金属２の付着を極めて少なくすることができる。また、シャフト４のローター５の取付部に付着した溶湯金属２が冷えて固まることによって、シャフト４からローター５を外すことができないなどの不具合が生じるおそれを少なくすることができる。また、シャフト４とローター５および渦流分散部材14とが同じ材質であることにより、シャフト４のローター５または渦流分散部材14の取付部において、両者の熱膨張差に起因する締結または嵌合等の緩みや亀裂が生じるおそれを少なくすることができる。
【００４１】
図６は、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体を構成する格子部材の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は格子部材を有する溶湯金属攪拌用回転体を備えた脱ガス処理装置の一例を示す断面図である。
【００４２】
図６に示すように、シャフト４の溶湯金属２に浸漬される部分における溶湯金属２の液面側に、シャフト４に固定されていない格子部材15を有していてもよい。なお、シャフト４の溶湯金属２に浸漬される部分における溶湯金属２の液面側とは、溶湯金属２に曝されているシャフト４のローター５の取付部から溶湯金属２の液面までの長さを１としたとき、ローター５の取付部側を基準として0.7以上の位置のことを指す。
【００４３】
そして、この格子部材15は、溶湯金属２よりも比重の低い材料からなり、中央にシャフト４への挿通孔15ａおよびその他の部分に複数の貫通孔15ｂを有するものであり、シャフト４に固定されていないので、シャフト４の回転に追従して同じ回転数で回転するものではなく、このような格子部材15を有しているときには、ローター５の回転によってシャフト４の周囲に生じる渦流が格子部材15を通過することで、渦の流れが遮られ、溶湯金属２の液面において渦流はほとんど無くなり、一度浮上させた不純物10が溶湯金属２中へ再び巻き込まれることは無いので、不純物10の処理能力および処理効率をより高めることができる。
【００４４】
なお、格子部材15は、中央にシャフト４への挿通孔15ａおよびその他の部分に複数の貫通孔15ｂを有し、渦の流れを遮るものであればよいので、外周形状は、図６（ａ）に示す円形状に限らず、多角形状であってもよい。また、貫通孔15ｂの形状についても、図６（ａ）に示す四角形状に限らず、円形状やその他の多角形状であってもよい。
【００４５】
また、シャフト４に固定されていない格子部材15を有する溶湯金属攪拌用回転体１とするには、例えば、図６（ｂ）の断面図に示すように、シャフト４の溶湯金属２に浸漬される部分における溶湯金属２の液面側に、シャフト４と一体的に形成、もしくは焼き嵌め等によって突起16等を設けたシャフト４と、シャフト４の径よりも大きく、シャフト４に突起16を含めた径よりも小さい内径の挿通孔15ａを中央に有し、その他の部分に複数の貫通孔15ｂを有する板状の格子部材15を用いる。
【００４６】
そして、溶湯金属攪拌用回転体１の組み立ての際に、ローター５を取り付ける方のシャフト４の一端側から格子部材15を通した後、ローター５を取り付ける。このとき、格子部材15は、ローター５の取付け側から突起16までの間でシャフト４の外周表面を移動可能であり、溶湯金属攪拌用回転体１を溶湯金属２に浸漬したときに、浮力を受けた格子部材15は浮上して、突起16によって留まることとなり、これによりシャフト４に固定されていない格子部材15を有する溶湯金属攪拌用回転体１とすることができる。また、シャフト４に
突起16を設けず、液面に格子部材16を浮上させたものであってもよい。さらに、格子部材15を分割構造とし、シャフト４にローター５および連結具３を取り付けた後に、分割構造の格子部材15を組み合わせるものであってもよい。
【００４７】
次に、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体の製造方法の一例を説明する。
【００４８】
まず、窒化珪素質焼結体からなるローター５を作製する。平均粒径が0.5〜10μｍの窒
化珪素１次原料と、所定量の焼結助剤とバインダと溶媒とを混合してスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して窒化珪素２次原料を得る。そして、この窒化珪素２次原料を用いて静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、ローター５となる円板状の成形体を得る。その後、この成形体に切削加工を施した後、還元雰囲気炉中で1800〜2100℃の最高温度にて焼成し、必要に応じて研削加工を施して、窒化珪素質焼結体からなるローター５を得る。なお、切削加工または研削加工を施すことにより、ローター５の上面に凹部11、下面に複数の溝12、また中央にガス噴出口８およびシャフト４に取り付けるための雌ねじを設ける。また、凹部11の端部側に凸部13についても、切削加工または研削加工によって設けることができることはいうまでもない。
【００４９】
また、窒化珪素質焼結体からなるシャフト４については、ローター５の作製時と同様の方法により窒化珪素２次原料を得て、その後この２次原料を用いて静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、シャフト４となる一方の端部に凸部を有する円筒状の成形体を成形し、成形体に切削加工を施した後、還元雰囲気炉中で1800〜2100℃の温度で焼成し、必要に応じて研削加工を施して、窒化珪素質焼結体からなるシャフト４を得る。なお、切削加工または研削加工を施すことにより、シャフト４の一方の端部の凸部には、連結具３を取り付けるための雄ねじを、他方の端部には、ローター５を取り付けるための雄ねじを設ければよい。
【００５０】
また、渦流分散部材14については、シャフト４およびローター５の作製時と同様の方法により窒化珪素２次原料を得て、その後この窒化珪素２次原料を用いて静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、円板状の成形体を成形し、成形体の中央部に貫通孔を開ける切削加工を施した後、還元雰囲気炉中で1800〜2100℃の温度で焼成し、必要に応じて研削加工を施して、窒化珪素質焼結体からなる渦流分散部材14を得る。なお、渦流分散部材14のシャフト４の所定位置への固定については、焼き嵌めやピン留めなどの方法により固定すればよい。または、シャフト４の作製時に、渦流分散部材14となる成形体の外径を超える外径の円筒状の成形体を得た後に、切削加工によって渦流分散部材14が一体的に形成されたシャフト４となる成形体を得て、焼成してなるものであってもよい。
【００５１】
また、格子部材15については、渦流分散部材14と同様の窒化珪素２次原料を用いて、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、円板状の成形体を成形し、挿通孔15ａおよび貫通孔15ｂを開ける切削加工を施した後、還元雰囲気中で1800〜2100℃の温度で焼成し、必要に応じて研削加工を施して、窒化珪素質焼結体からなる格子部材15を得る。なお、格子部材15は、分割構造としてよいことはいうまでもない。
【００５２】
また、回転駆動機構６に接続する連結具３の作製については、例えばステンレス鋼のインゴットを用いて、シャフト４に取り付けるための雌ねじや中央に処理ガスを通す孔を研削加工すればよい。
【００５３】
その後、部材を組み立てるために、シャフト４の一方の端部の凸部の雄ねじとローター５の中央の雌ねじとを締結し、シャフト４の他方の端部の雄ねじと連結具３の雌ねじとを締結することにより組立完了となり、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を得ることができる。
【００５４】
また、渦流分散部材14をシャフト４に備えるときには、シャフト４の所定位置に焼き嵌めやピン留めなどの方法で渦流分散部材14を固定した後、ローター５および連結具３をねじ締結すればよい。
【００５５】
さらに、格子部材15を有する溶湯金属攪拌用回転体１とするには、シャフト４に格子部材15を通した後、ローター５および連結具３をねじ締結すればよい。もしくは、格子部材15を分割構造とし、シャフト４にローター５および連結具３をねじ締結した後に、分割構造の格子部材15を組み合わせて溶湯金属攪拌用回転体１に格子部材15を有するものとしてもよい。また、シャフト４の作製時の成形体の切削加工において、シャフト４の溶湯金属２に浸漬される部分における溶湯金属２の液面側に突起16を形成し、シャフト４の径よりも大きく、シャフト４に突起16を含めた径よりも小さい内径の挿通孔を中央に有し、その他の部分に複数の貫通孔を有する格子部材15を作製して、ローター５を取り付ける方のシャフト４の一端側から格子部材15を通した後、ローター５および連結具３をねじ締結すればよい。
【実施例１】
【００５６】
以下に実施例を示す。
【００５７】
図２に示す例のローター５を取り付けた溶湯金属攪拌用回転体１の作製を実施した。まず、窒化珪素質焼結体からなるシャフト４およびローター５を作製した。平均粒径が１μｍの窒化珪素１次原料と焼結助剤とバインダと溶媒とを混合してスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料を用いて静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、シャフト４となる円筒状の成形体とローター５となる円板状の成形体とをそれぞれ得た。その後、得られた成形体に切削加工を施した後、還元雰囲気炉に入炉して1950℃の最高温度にて焼成して焼結体を得た。焼成後、さらに焼結体の表面に研削加工を施すことにより、外径が65ｍｍ，内径が40ｍｍ，長さが970ｍ
ｍでの円筒状のシャフト４と、外径が250ｍｍ，厚さが30ｍｍで中央にガス噴出口８を有
する円板状のローター５とを得た。なお、切削加工または研削加工を施すことにより、シャフト４の一方の端部には、連結具３を取り付けるための雄ねじを、他方の端部には、ローター５を取り付けるための雄ねじを設けた。また、ローター５には、その上面に深さが15ｍｍの凹部11と、下面に処理ガスを溶湯金属２中へ分散するための幅が15ｍｍで深さが15ｍｍの放射状の複数の溝12と、中央にガス噴出口８およびシャフト４に取り付けるための雌ねじを設けることにより、図２に示す例のローター５を得た。
【００５８】
次に、金属材料であるＳ45Ｃのインゴットから外径が80ｍｍ，長さが100ｍｍの円筒体
を研削加工により切り出し、その一端に内径が65ｍｍ，深さが50ｍｍの凹部を、またその凹部の側面部分に雌ねじを、それぞれ研削加工により設けた。そして、その中心に内部を貫通するφ５ｍｍのガス供給口を設けた連結具３を得た。
【００５９】
次に、これらシャフト４，ローター５および連結具３を用いて、溶湯金属攪拌用回転体１の組み立てを実施した。なお、シャフト４，ローター５および連結具３については、上記作製方法により３組ずつ準備した。そして、シャフト４の一方の端部の雄ねじとローター５の中央の雌ねじとを締結しシャフト４の他方の端部の雄ねじと連結具３の雌ねじとを締結することにより、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を得た。
【００６０】
次に、比較例として、ローター５の上面に凹部11を設けないこと以外は、上述した同様の製造方法により、比較例の溶湯金属攪拌用回転体を作製した。
【００６１】
そして、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を、脱ガス処理装置20に設置して、溶湯
金属２中の不純物10の処理を実施した。脱ガス処理装置20の運転は、500ｒｐｍで24時間
連続運転した後、一旦溶湯金属攪拌用回転体１を容器９内から引き上げ、別の溶湯金属２が投入された容器９内に浸漬した後、再び500ｒｐｍで24時間連続運転するサイクルを10
日間繰り返す運転条件とした。比較例の溶湯金属攪拌用回転体についても同様に脱ガス処理装置20に設置して運転を行なった。
【００６２】
この結果、比較例の溶湯金属攪拌用回転体は、数日の運転でローターに亀裂が生じた。亀裂が生じた場所は、複数の溝が設けられた場所であり、他の部分より肉厚の薄い部分であった。これは、溶湯金属２中に初めて浸漬するとき、また処理を終えた溶湯金属２中から引き上げたとき、さらには引き続き連続して溶湯金属２を脱ガス処理するために次の容器９の溶湯金属２中に浸漬するときに、比較例の溶湯金属攪拌用回転体を構成するローターが肉厚の厚い部分と薄い部分とを有していることから、多大な熱応力が肉厚の薄い部分に掛かって亀裂が生じたものと考えられる。
【００６３】
これと比較して本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１については、ローター５における肉厚差が小さいことから、亀裂を生じることがなく、10日間にわたって連続運転することができた。さらには、溶湯金属２中から溶湯金属攪拌用回転体１を引き上げたときに、凹部11によって溶湯金属２の液面に浮遊する不純物10をすくい上げることができたので、比較例の溶湯金属攪拌用回転体を用いて脱ガス処理したものよりも、溶湯金属２の液面に浮遊する不純物10の量が減り、液面に浮遊する不純物10を取り除く作業時間を短縮することができた。
【００６４】
また、それぞれの脱ガス処理後の溶湯金属２を鋳型に流し込んで冷却させた後に、不純物量の確認を行なったところ、比較例よりも本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を用いて脱ガス処理した溶湯金属２を用いたものの不純物量が少なかった。これにより、ローター５の上面側に形成されている凹部11が溶湯金属２の攪拌力を高め、凹部11の端部側において、ガス噴出口８から放出されて複数の溝12を通って浮上しようとする処理ガスを、攪拌された溶湯金属２によって微細化して分散させて、不純物10を処理することができているということであり、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を用いれば、不純物10の処理能力および処理効率を高められることがわかった。
【実施例２】
【００６５】
次に、図３（ａ）に示す例の凹部11の端部側に１つの凸部13が形成されたローター５を取り付けた溶湯金属攪拌用回転体１を作製した。なお、切削加工または研削加工により凸部13を設けたこと以外は、実施例１と同様の材質を用いて、同様の製造方法により作製した。そして、実施例１と同様に、ここで作製した溶湯金属攪拌用回転体１を脱ガス処理装置20に設置して、溶湯金属２中の不純物10の処理を実施した。脱ガス処理装置20の運転は、500ｒｐｍで24時間連続運転した後、一旦溶湯金属攪拌用回転体１を容器９内から引き
上げ、別の溶湯金属２が投入された容器９内に浸漬した後、再び500ｒｐｍで24時間連続
運転するサイクルを10日間繰り返す運転条件とした。
【００６６】
その結果、図３（ａ）に示す例の凹部11の端部側に１つの凸部13が形成されたローター５を取り付けた溶湯金属攪拌用回転体１は、10日間にわたる連続運転によってもローター５に亀裂は見られなかった。また、溶湯金属２中から溶湯金属攪拌用回転体１を引き上げたときに、凹部11によってすくい上げることができた不純物10の量は、実施例１で作製した図２に示す例のローター５を取り付けた溶湯金属攪拌用回転体１の２倍以上となり、浮上している不純物10を取り除く作業時間をより短縮することができた。
【００６７】
また、これらの実施例１，２から、溶湯金属２を入れる容器９を有し、連結具３を介して回転駆動機構６に接続された、本実施形態の溶湯金属攪拌用回転体１を備えた脱ガス処
理装置20は、特にローター５に亀裂が生じにくいので、部材交換によるメンテナンスコストの削減を図ることができるとともに、部材交換が少ないので処理効率を高めることができる。また、メンテナンス時や脱ガス処理終了後に溶湯金属攪拌用回転体１を溶湯金属２中から引き上げたときに不純物10をすくい上げることができるので、浮上している不純物10を取り除く作業時間が短縮され、処理効率を高められることがわかった。さらに、処理ガスを微細化して分散させることにより、不純物10の処理能力を高めることができるので、精製された不純物10の少ない溶湯金属２を得られることがわかった。
【実施例３】
【００６８】
次に、渦流分散部14をシャフト４に１つ備えた溶湯金属攪拌用回転体１を作製し、これを脱ガス処理装置20に備え、溶湯金属２中の不純物10を除去する試験を実施した。
【００６９】
まず、実施例１と同様の方法により得た窒化珪素２次原料を用いて、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、シャフト４となる円筒状の成形体を得た。なお、このとき円筒状の成形体は、渦流分散部材14となる成形体の外径を超える外径とし、切削加工により渦流分散部材14が一体的に形成されたシャフト４となる成形体を得た。そして、その後の作製方法については、実施例１と同様の方法で行ない、渦流分散部材14を備えたシャフト４を得た。なお、渦流分散部材14は、外径が200ｍｍ，厚みが８ｍｍであり、シャフト４
に備えた位置としては、溶湯金属２に曝されているシャフト４のローター５の取付部から溶湯金属２の液面までの長さを１としたとき、ローター５の取付部側を基準（ゼロ）として0.6の位置とした。
【００７０】
次に、実施例１と同様の方法で作製したローター５および連結具３を作製して、渦流分散部材14を備えたシャフト４にローター５および連結具３をねじ締結することにより、渦流分散部材14を備えた溶湯金属用回転体１を得た。
【００７１】
そして、実施例１で作製した溶湯金属攪拌用回転体１（渦流分散部材14を備えていない）と、渦流分散部14を備えた溶湯金属攪拌用回転体１とをそれぞれ別の脱ガス処理装置20に備えて、溶湯金属２中の不純物10の処理を実施した。実施条件としては、実施例１よりも回転数を上げて600ｒｐｍで24時間連続運転した後、溶湯金属攪拌用回転体１を容器９
内から引き上げ、それぞれの溶湯金属２中の不純物量を確認した。溶湯金属２中の不純物量については、溶湯金属２を濾過可能な金属製フィルタで脱ガス処理後の溶湯金属２を濾過し、フィルタ上に残留した不純物量を確認する方法により実施した。
【００７２】
結果、いずれも良好に不純物10の処理をできることが確認されたが、渦流分散部材14を備えた溶湯金属攪拌用回転体１により処理を実施した方が溶湯金属２中の不純物量は少なかったので、渦流分散部材14を備えていることにより、渦流を分散させて処理ガスの分散効率を高められることがわかった。
【実施例４】
【００７３】
次に、図６（ａ）に示す格子部材15を有する溶湯金属攪拌用回転体１を作製し、これを脱ガス処理装置20に備え、溶湯金属２中の不純物10を除去する試験を実施した。
【００７４】
まず、実施例１と同様の方法により、シャフト４，ローター５および連結具３を作製した。次に、格子部材15を作製した。窒化珪素２次原料を用いて、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により、円板状の成形体を成形し、中央に径が75ｍｍの挿通孔と、その他の部分に図６（ａ）に示す貫通孔を開ける切削加工を施した後、還元雰囲気中で1950℃の温度で焼成し、必要に応じて研削加工を施して、窒化珪素質焼結体からなる格子部材15を得た。得られた格子部材15は、中央の挿通孔の径が75ｍｍであり、その他の部分に一辺が30ｍｍの四角形状の貫通孔を20個と一辺が18ｍｍの貫通孔を４個有し、外径が250ｍｍであ
り、厚みが50ｍｍである。
【００７５】
そして、シャフト４に格子部材15を通し、ローター５および連結具３をねじ締結して、格子部材15を有する溶湯金属攪拌用回転体１を得た。
【００７６】
その後、格子部材15を有する溶湯金属攪拌用回転体１を脱ガス処理装置20に備えて、溶湯金属２中の不純物10の処理を実施した。このとき、格子部材15は浮力によって溶湯金属２の液面に存在しており、処理中の溶湯金属２の液面において渦流は確認されず、一度浮上させた不純物10が溶湯金属２中へ再び巻き込まれていないことがわかった。そして、実施例３と同様に600ｒｐｍで24時間連続運転した後、溶湯金属攪拌用回転体１を容器９内
から引き上げ、溶湯金属２中の不純物10の量を確認したところ、実施例１で作製した溶湯金属攪拌用回転体１で処理したときよりも不純物10の量が少なく、格子部材15を備えていることにより、渦の流れが遮られて溶湯金属２の液面において渦流はほとんど無くなり、一度浮上させた不純物10が溶湯金属２中へ再び巻き込まれることが無く、不純物10の処理能力および処理効率をより高められることがわかった。
【符号の説明】
【００７７】
１：溶湯金属攪拌用回転体
２：溶湯金属
３：連結具
４：シャフト
５：ローター
６：回転駆動機構
７：ガス供給路
８：ガス噴出口
９：容器
10：不純物
11：凹部
12：溝
13：凸部
14：渦流分散部材
15：格子部材
16：突起
【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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【図７】
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