(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属中に垂直に浸漬されかつ軸中心に回転せしめられるように支持された垂直回転軸の内部に気体通路を有するとともに該垂直回転軸の先端部付近から気体が噴射され、該先端部に形成された回転体によって気泡が分散される溶融金属中への気泡噴射装置において、前記回転体が平板部と、平板部下面に間隔をおいて放射状に突出する突起部を有し、該回転体の突起部の内周側先端に接するかまたは対向した面に、前記垂直回転軸の内部の気体通路に連結し、横方向に開口した気体噴射口が、少なくとも１個以上形成されていることを特徴とする溶融金属中への気泡噴射装置。
【請求項２】
前記気体噴射口から前記回転体の中心までの距離が該回転体半径の５〜６０％であることを特徴とする、請求項第１項記載の溶融金属中への気泡噴射装置。
【請求項３】
前記気体噴射口を前記垂直回転軸の先端部側面、または先端部に取り付けられた底板の周縁部に設けたことを特徴とする請求項第１項から第２項のいずれか１項に記載の溶融金属中への気泡噴射装置。
【請求項４】
前記気体噴射口の直径が０．５〜５．０ｍｍであることを特徴とする、請求項第１項から第３項のいずれか１項に記載の溶融金属への気泡噴射装置。
【請求項５】
前記気体噴射口から噴射される気体の噴射角度が水平方向から下へ０〜４５度であることを特徴とする、請求項第１項から第４項のいずれか１項に記載の溶融金属中への気泡噴射装置。
【請求項６】
前記気体噴射口から噴射される気体の噴射角度が水平方向から下へ１〜１０度であることを特徴とする、請求項第１項から第５項のいずれか１項に記載の溶融金属中への気泡噴射装置。
【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噴射し、気泡を微細化し、溶融金属中に分散させる溶融金属中への気泡噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属中への気泡噴射装置は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の溶融金属中に溶け込んでいる水素などのガス分を除去するために、アルゴン、窒素、塩素等の気体を微細な気泡状態で溶融金属中に分散させるものである。気体と溶融金属との接触を良くするために、気泡をできるだけ微細化し、溶融金属中に均一に分散させることが必要である。
【０００３】
従来は、図６及び図７に示すように、内部に長さ方向に伸びる気体通路５１を有しておりかつ溶融金属中に配置される垂直回転軸５０と、回転軸５０の下端に設けられた気泡放出、分散用回転体５２とよりなり、回転体５２の底面中央部に気体通路５１と連なった気体吹出口５３が形成され、回転体５２の底面に、気体吹出口５３から底面周縁に至りかつ先端が回転体５２の周面に開口した複数の溝５４が放射状に形成され、回転体５２の周面における隣り合う溝５４の開口端間において、下端が底面に開口凹所５５が形成されたものが用いられていた（特公昭６１−４０７３７号公報参照）。
【０００４】
この装置では、気体通路５１に、溶融金属中に放出すべき気体を供給しつつ垂直回転軸５０を回転させることにより、気体吹出口５３から気体を気泡放出、分散用回転体５２の底面に供給するようになっている。この気体は、溝５４を通って周縁に流れ、溝５４の回転体５２周縁への開口からその開口縁に当たって細分化されて放出されるようになっている。
【０００５】
また、従来、図８および図９に示すように、内部に長さ方向に伸びる気体通路６１を有しておりかつ溶融金属中に配置される垂直回転軸６０と、回転軸６０の下端に設けられた気泡放出、分散用回転体６２とよりなり、回転体６２の周面に、円周方向に所定間隔をおいて複数の溶融金属攪拌用突起６３が設けられ、溶融金属攪拌用突起６３の先端面に、回転軸６０の気体通路６１と連なった気体吹出口６４が形成され、回転体の底面に、中央部から各溶融金属攪拌用突起６３の先端に至る複数の溝６５が放射状に形成されたものが用いられていた（特開平２−１１５３２３号公報、特開平２−１１５３２４号参照）。
【０００６】
この装置では、気体通路６１に溶融金属中に放出すべき気体を供給しつつ垂直回転軸６０を回転させることにより、溶融金属攪拌用突起６３の先端面に形成された気体吹出口６４から気体を溶融金属中に放出するようになっている。溶融金属攪拌用突起６３の先端面においては、回転体６２の周速度が大きいため、気泡は微細化され、また、回転体６２底面の溝６５内の溶融金属は溝に沿って径方向に流れ、この溶融金属の流れによって、溶融金属中に放出された気泡が分散し、さらに微細化されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの従来技術のうちの前者では、気体吹出口５３が垂直回転軸５０の下端に設けられているため、気体吹出口５３から溶融金属の飛沫が侵入し、気体通路５１の内壁に付着するという問題があった。特に、溶融金属がアルミニウム等である場合には、溶融金属の飛沫が気体通路５１の内壁に付着して固体化し、堆積し、気体通路５１の内径を狭めるため、気体の吹出し速度が低下し、気体の分散が妨害されるという問題があった。そのため気体通路内を定期的に掃除する必要があった。また、溶融金属が気体通路５１の内壁に堆積して、気体通路５１が閉塞に近い状態となっても使用を続けると、堆積した金属の熱膨張や収縮のために、垂直回転軸５０が割れてしまうこともあった。
【０００８】
また、上記２つの従来技術のうちの後者では、気泡の微細化および分散効果が充分でないという問題があった。すなわち、溶融金属攪拌用突起６３の先端面に形成された気体吹出口６４から溶融金属中に放出された気体は、気泡放出、分散用回転体６２の回転速度と溶融金属の回転速度との速度差による気体のせん断作用と、回転体６２底面の溝６５内の溶融金属が溝に沿って径方向外方に流れ、各溶融金属攪拌用突起６３の先端から流出するときの溶融金属の流れによって、微細化し、分散するようになっている。従って、気体のせん断作用と、回転体溝内を流れる溶融金属の流れは、気体放出時が最も強力であり、その後次第に弱まるため、気体の微細化および分散効果に限界があった。また、気体吹出口６４が溶融金属攪拌用突起６３の先端面に形成されているため、気体通路６１から気体吹出口６４に至るまでの距離が長く、溶融金属中への出し入れを繰り返すと、気体吹出口６４が閉塞しやすい欠点もあった。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題を解決し、溶融金属の飛沫が気体通路の内壁に付着して固体化し、堆積することがなく、気泡の微細化および分散効果の優れた装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融金属中に垂直に浸漬されかつ軸中心に回転せしめられるように支持された垂直回転軸の内部に気体通路を有するとともに該垂直回転軸の先端部付近から気体が噴射され、該先端部に形成された回転体によって気泡が分散される溶融金属中への気泡噴射装置において、前記回転体が平板部と、平板部下面に間隔をおいて放射状に突出する突起部を有し、該回転体の突起部の内周側先端に接するかまたは対向した面に、前記垂直回転軸の内部の気体通路に連結し、横方向に開口した気体噴射口が、少なくとも１個以上形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の気泡噴射装置を、図に基づいて具体的に説明する。
図１および図２に、本発明の気泡噴射装置の例を示す。
図１および図２において、気泡噴射装置は、溶融金属中に垂直に浸漬されかつ軸中心に回転せしめられるように支持された垂直回転軸１０の内部に気体通路１１を有するとともに該垂直回転軸の先端部付近から気体が噴射され、該先端部に形成された回転体１２によって気泡が分散される。
回転体１２は、平板部１３と、平板部下面に間隔をおいて放射状に突出する突起部１４を有し、該回転体の突起部１４の内周側先端１５に対向した面に、前記垂直回転軸１０内部の気体通路１１に連結し、横方向に開口した気体噴射口１６が、６個形成されている。
【００１２】
図１に示すように、突起部１４は、回転体１２の外周から内周に向かって徐々に突起が大きくなっているが、垂直回転軸との間に距離を残して突起が途切れており、ブレード状の形状をしている。突起部１４は、図２の底面図に示すように、放射状に６ヶ所設けられている。
突起部１４の形状は、図３および図４に示すように、回転体１２の外周から内周に向かって徐々に突起が大きくなり、そのまま底板１７に連なった形状でもよい。
気体噴射口１６から放射状に噴射された気体は、突起部１４によって攪拌され、気泡が切り刻まれて更に微細化する。
【００１３】
垂直回転軸１０の内部の気体通路１１の内径は、図１に示すように、気体通路下方において、段階的に減少しており、気体噴射口１６から噴射する気体の圧力を高めている。
気体噴射口１６は、垂直回転軸１０の下方先端部の、底板１７の周縁部に、図２に示すように、放射状に６個設けられている。気体噴射口１６の数は、６個に限定されるものではなく、１〜１０個程度でも機能は充分発揮される。
気体噴射口１６の位置は、図１の例では底板１７の周縁部に設けられている。この位置は、図にはないが垂直回転軸１０の先端部の側面でもよい。
底板１７は、図３に示すように、平板部１３と一体になった構造でもよく、垂直回転軸１０の直径より大きくても良い。
また、気体噴射口１６から噴射された気体の気泡が突起部によって効果的に切り刻まれるために、気体噴射口１６の位置は、突起部１４より内側が望ましく、さらに、気体噴射口から回転体の中心までの距離が回転体半径の５〜６０％であることが望ましい。
【００１４】
気体噴射口１６の直径は、０．５〜５．０mmが望ましい。直径が０．５mmより小さいと、気体通路１１内部への溶融金属飛沫の侵入と壁面への付着は少ないものの、継続使用するうちに噴射口が閉塞する可能性が高い。また、直径が５．０mmより大きいと、噴射口が閉塞する可能性は低いが、気体通路１１内部への溶融金属飛沫の侵入と壁面への付着が増加するため好ましくない。
【００１５】
気体噴射口１６の噴射角度は、水平方向に対して、下方に０〜４５度の範囲で好ましくは、１〜１０度である。噴射角度が水平方向に対して、上向きになると
、気体噴射口内に溶融金属が流入しやすく、噴射口が閉塞することがある。また、噴射角度が４５度より大きいと、気体通路１１内部への溶融金属飛沫の侵入と壁面への付着が発生し、望ましくない。
【００１６】
垂直回転軸１０及び回転体１２の材料は、窒化珪素、炭化珪素、カーボン、カーボンセラミックスなど、溶融金属に侵食されにくく、耐熱性のある材料が使用できる。これらのうち１種類を用いてもよいし、垂直回転軸を窒化珪素、回転体をカーボンセラミックスにするなどのように、複数の材料を組み合わせてもよい。
【００１７】
図５は、本発明の、溶融金属中への気泡噴射装置をアルミニウム溶湯の水素ガス除去処理装置に取り付けた例を示す。
水素ガス除去処理装置は、上端が開口した本体４１と、本体４１の上端開口を塞ぐ着脱自由な蓋４２とからなるアルミニウム溶湯処理槽を備えている。本体４１の上端部には、入湯口４３と出湯口４４とが設けられている。入湯口４３と出湯口４４とそれぞれ対応する位置において、蓋４２の下面にはチューブ型ヒーター４５が垂下状に設けられている。チューブ型ヒーター４５の下端は、本体４１の底壁近傍まで伸びている。溶融金属中への気泡噴射装置は蓋４２を貫通して配置しておく。
【００１８】
このような処理装置において、アルミニウム溶湯は、入湯口４３から本体４１内に入り、出湯口４４から出て行く。このように、アルミニウム溶湯を、本体４１内に流動させ、その間、アルミニウム溶湯の水素ガス除去処理を行うものである。
【００１９】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【実施例１】
図１に示す、溶融金属中への気泡噴射装置を、図５のアルミニウム溶湯の水素ガス除去処理装置に取り付け、水素ガス除去処理を行った。垂直回転軸１０及び回転体１２の材料は、カーボンである。アルゴンガスを気体噴射口１６から流量２５リットル／分で噴射した。垂直回転軸１０および回転体１２の回転数を５００ｒｐｍとした。アルミニウム溶湯温度は７００℃とした。
このとき、入湯口４３でアルミニウム１００ｇあたり０．３０ｃｃあった溶融金属中の水素ガス濃度は、出湯口４４でアルミニウム１００ｇあたり０．１０ｃｃまで減少した。また、気泡の分散状態は良好であった。
アルミニウム溶湯の水素ガス除去処理を連続で６ヶ月実施したが、垂直回転軸１０内部の気体通路１１の内壁にアルミニウム溶湯の飛散による堆積は観察されなかった。
【００２０】
【比較例１】
図６に示す従来の、溶融金属中への気泡噴射装置を、図５のアルミニウム溶湯の水素ガス除去処理装置に取り付け、水素ガス除去処理を行った。その他の条件は実施例１と全く同様にして水素ガス除去処理を行った。入湯口４３でアルミニウム１００ｇあたり０．３０ｃｃあった溶融金属中の水素ガス濃度は、出湯口４４でアルミニウム１００ｇあたり０．１４ｃｃまで減少した。
連続で１週間処理を行った後、垂直回転軸５０内部の気体通路５１の内壁にアルミニウム溶湯の飛散による粒状堆積が観察された。粒状堆積物を除去した後、水素ガス除去処理を継続して行ったが、３週間後に、垂直回転軸５０が破損した。垂直回転軸５０内部の気体通路５１を観察したところ、アルミニウム溶湯の飛散による粒状堆積のために気体通路５１が閉塞していた。
【００２１】
【比較例２】
図８に示す従来の、溶融金属中への気泡噴射装置を、図５のアルミニウム溶湯の水素ガス除去処理装置に取り付け、水素ガス除去処理を行った。その他の条件は実施例１と全く同様にして水素ガス除去処理を行った。入湯口４３でアルミニウム１００ｇあたり０．３０ｃｃあった溶融金属中の水素ガス濃度は、出湯口４４でアルミニウム１００ｇあたり０．１６ｃｃとなった。
アルミニウム溶湯の水素ガス除去処理を連続で１ヶ月実施した。垂直回転軸６１の内部の気体通路へのアルミニウム溶湯の飛散による閉塞はなかったが、気体吹出口６４の一部が閉塞しており、気泡の分散が不均一になった。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の、溶融金属中への気泡噴射装置によれば、気体噴射が垂直回転軸の内部の気体通路の下方ではなく、横方向になされるため、溶融金属飛沫の気体通路への侵入がなく、しかも垂直回転軸の内部の気体通路から気体噴射口までの距離が短いため、長期間連続運転を行っても気体通路が閉塞することがない。従って、気体通路内壁への溶融金属飛沫堆積によって垂直回転軸が破損することもなく、また、気体通路内を定期的に掃除する必要がないので保守が容易である。
さらに、本発明の、溶融金属中への気泡噴射装置は、回転体に突起部を有し、突起部の内周側先端に接するかまたは対向した面から気泡が噴射されるため、噴射された気泡が突起部により攪拌され、さらに微細化され、溶融金属中の水素ガス除去効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の実施例１を示す部分垂直断面図である。
【図２】同じく実施例１の底面図である。
【図３】本発明による装置の平板部１３と底板１７を一体構造とした形状例を示す部分垂直断面図である。
【図４】同じく平板部１３と底板１７を一体構造とした形状例の底面図である。
【図５】本発明による装置を用いたアルミニウム溶湯の水素ガス除去処理装置の垂直断面図である。
【図６】比較例１を示す部分垂直断面図である。
【図７】同じく比較例１の底面図である。
【図８】比較例２を示す部分垂直断面図である。
【図９】同じく比較例２の底面図である。
【符号の説明】
１０：垂直回転軸、１１：気体通路、１２：回転体、１３：平板部、１４：突起部、１５：内周側先端、１６：気体噴射口、１７：底板
【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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【図８】
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【図９】
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