(57)【要約】  【課題】  低温の処理ガスを加熱した状態で溶湯金属中に放出することができる溶湯金属攪拌用回転体およびこれを用いた溶湯金属の脱ガス処理装置を提供する。  【解決手段】  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、シャフト４の内面に外面が接触した、処理ガスを溶湯金属２に供給する金属製のガス供給管７を備えており、ガス供給管７の外面にシャフト４の内面との非接触部である凹部９が設けられている溶湯金属攪拌用回転体１である。ガス供給管７内を通り抜ける間に処理ガスは加熱され、この加熱された処理ガスを溶湯金属２中に放出することができるので、溶湯金属２が冷却されることによる粘度の上昇を抑制し、シャフト４のローター５側の近傍部分に多大な負荷が掛かることによる亀裂や破損の発生を防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記シャフトの内面に外面が接触した、処理ガスを前記溶湯金属に供給する金属製のガス供給管を備えており、該ガス供給管の外面に前記シャフトの内面との非接触部である凹部が設けら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】
前記凹部が周方向に等間隔に複数設けら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】
前記シャフトおよび前記ローター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または請求項２に記載の溶湯金属攪拌用回転体。
【請求項４】
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が、前記連結具を介して前記回転駆動機構に接続されて、前記溶湯金属の容器内に配置され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、アルミニウムやその合金の溶湯金属中に窒素ガスやアルゴンガスを放出しながら回転して溶湯金属を攪拌することにより、溶湯金属中の水素や非金属酸化物等の不純物を処理する溶湯金属攪拌用回転体およびこれを用い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、アルミニウムやその合金の溶融状態の溶湯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、このような構成部品の軽量化の要求は、さらなる燃費の向上やＣＯ２排出の削減を図るため一層厳しくなっており、これら構成部品を軽量化するためには薄肉化が必要になってきている。
【０００３】
しかしながら、これらの構成部品の材料にアルミニウムやその合金を用いて薄肉化しただけでは機械的強度が不足するため、薄肉化するには構成部品の材料そのものの機械的強度の向上が必要となる。この構成部品の材料そのものの機械的強度の向上には、材質の変更や製造方法の変更などが考えられるが、最も簡単な方法は、構成部品に用いる材料に含まれる不純物の量を減らすことにより、機械的強度をできるだけ材料そのものの理論的強度に近づけることである。
【０００４】
この構成部品に用いる材料に含まれる不純物の量を減らすには、不純物の少ない原材料を用いればよいが、不純物の少ない原材料を用いようとすると、原材料自体の価格が非常に高くなり、構成部品の価格もこれに伴って高くなるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、アルミニウムやその合金の溶湯金属中の不純物を処理する目的で、溶湯金属中に処理ガスを吹き込み、攪拌して処理ガスを溶湯中に分散させて、その処理ガスの気泡により不純物を浮上させて分離することによって処理する脱ガス処理装置が用いられている。
【０００６】
図３は、従来の溶湯金属の脱ガス処理装置の一部を破断して示す正面図である。
【０００７】
図３に示す脱ガス処理装置30は、溶湯金属35を入れる容器34と、溶湯金属35を攪拌するためのシャフト31と、シャフト31の一方の端部に接続されたローター32と、シャフト31の他方の端部にフランジ継手38ａ，38ｂを介してボルト39およびナット40で接続された回転軸37と、この回転軸37を回転するための回転駆動機構33とから構成されている。
【０００８】
そして、フランジ継手38ｂは処理ガス（Ｇ）を供給するためのガス供給口41と内部にガス供給路41ａとを有し、シャフト31はこのガス供給路41ａに連通したガス供給路31ａを内部に有している。ガス供給路31ａはシャフト31の一方の端部に接続されたローター32のガス供給路32ａと連通しており、ローター32のガス噴出口42より処理ガス（Ｇ）が容器34内の溶湯金属35中に放出される。
【０００９】
この脱ガス処理装置30を用いた溶湯金属35中の不純物36の処理方法は、容器34中の溶湯金属35に浸漬したシャフト31およびローター32を回転駆動機構33の回転駆動により回転させながら、処理ガス（Ｇ）をガス供給口41からガス供給路41ａ，31ａ，32ａを通じてガス放出口42より溶湯金属35中に吹き込み、回転によって生じる遠心力により処理ガス（Ｇ）を溶湯金属35中で微細化して分散させ、溶湯金属35中の水素や非金属酸化物等の不純物36を気泡に取り込んだり付着させたりして溶湯金属35の表面に集めて、それら不純物36を効率的に処理する方法である。
【００１０】
そして、従来はこのような脱ガス処理装置30に用いられるシャフト31およびローター32の材料として主に炭素が使用されてきたが、溶湯金属35中で不純物36を処理する際に炭素が溶湯金属35によって消耗する量が多いために、近年では炭素に代わりセラミック材料が使用されてきている。しかしながら、一般的にセラミック材料は急激な熱衝撃に弱いという性質があるために、溶湯金属35に加熱されたシャフト31が、ガス供給口41からガス供給路41ａ，31ａ，32ａに吹き込まれる低温の処理ガス（Ｇ）により急激に冷却されて、熱衝撃に耐え切れず破損するという問題があった。
【００１１】
このような問題に対して、特許文献１には、気体供給用の中空部を有する垂直な回転軸（シャフト）と、この回転軸の下端部に固着したローターとからなる溶融（溶湯）金属攪拌用回転体において、これら回転軸およびローターを窒化物系，ほう化物系もしくは炭化物系のセラミック材料によって形成するとともに、回転軸内に断熱材料により中空筒状に形成した気体供給用の吹込管（ガス供給管）の間隙を介して同軸的に挿通固着した溶融金属攪拌用回転体が開示されている。この溶融金属攪拌用回転体によれば、断熱材料により中空筒状に形成した吹込管を用いるので、吹込管内を流通する低温気体（処理ガス）によって回転軸が急冷されるのを防ぎ、回転軸の亀裂や破損を未然に防止できるというものである。
【特許文献１】実公平７−53804号公報
【発明の開示】
【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に開示された溶融金属攪拌用回転体は、回転軸内に断熱材料により中空筒状に形成した気体供給用の吹込管の間隙を介して同軸的に挿通固着した構成であることから、低温気体が流通することによって溶融金属により加熱されている回転軸が急冷されるのを防ぎ、回転軸の亀裂や破損を未然に防止することができるものであるが、近年の溶融金属攪拌用回転体に求められている長時間の使用に耐えて信頼性を大幅に向上させるものではなかった。
【００１３】
すなわち、この特許文献１に開示された構造の溶融金属攪拌用回転体を用いて回転軸内の吹込管およびローターを介して溶融金属内に低温の気体を供給して放出すれば、気体が低温であるために、これに接した溶融金属は冷却されて粘度が著しく上昇する。このために溶融金属攪拌用回転体の回転時に回転軸のローター側の近傍部分に多大な負荷が掛かり、長時間運転を継続するとその部分に亀裂や破損を生じるという問題が起こっていた。
【００１４】
この問題を解決するには、特許文献１の吹込管を熱伝導が良好な金属製とし、金属製の吹込管を回転軸の内面に接触させることによって、溶融金属により加熱された回転軸の熱を吹込管へ伝熱させ、この熱により低温の気体を加熱することが考えられる。しかしながら、この方法では回転軸よりも金属製の吹込管の熱膨張係数が大きいために、回転軸からの伝熱によって回転軸の内径以上に吹込管が体積膨張し、回転軸を内部から破損させるという別の問題が生じる。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、低温の処理ガスが放出されることによって溶湯金属が冷却されて粘度が著しく上昇し、シャフトのローター側の近傍部分に多大な負荷が掛かることにより亀裂や破損を生じないように、低温の処理ガスを加熱した状態で溶湯金属中に放出することができる溶湯金属攪拌用回転体を提供することを目的とする。また、この溶湯金属攪拌用回転体を用いることによって長時間にわたって品質の良い溶湯金属を安定して供給することができる、信頼性の高い溶湯金属の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】
【００１６】
本発明の溶湯金属攪拌用回転体は、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、前記シャフトの内面に外面が接触した、処理ガスを前記溶湯金属に供給する金属製のガス供給管を備えており、該ガス供給管の外面に前記シャフトの内面との非接触部である凹部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の溶湯金属攪拌用回転体は、上記構成において、前記凹部が周方向に等間隔に複数設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の溶湯金属攪拌用回転体は、上記いずれかの構成において、前記シャフトおよび前記ローターが窒化珪素質焼結体からなることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の脱ガス処理装置は、上記いずれかの構成の本発明の溶湯金属攪拌用回転体が、前記連結具を介して前記回転駆動機構に接続されて、前記溶湯金属の容器内に配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の溶湯金属攪拌用回転体によれば、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、シャフトの内面に外面が接触した、処理ガスを溶湯金属に供給する金属製のガス供給管を備えており、ガス供給管の外面にシャフトの内面との非接触部である凹部が設けられていることから、溶湯金属により加熱されたシャフトの熱をガス供給管へ伝熱させて、加熱されたガス供給管内を流れる低温の処理ガスを加熱することができるので、低温の処理ガスの放出によって溶湯金属が冷却されて溶湯金属の粘度が上昇し、ローターやローターとシャフトとの接続部に多大な負荷が掛かって亀裂や破損を生じることを抑制することができる。
【００２１】
また、ガス供給管の外面にシャフトの内面との非接触部である凹部が設けられていることにより、溶湯金属により加熱されたシャフトから伝わる熱を受けて金属製のガス供給管が加熱されて体積膨張するときに、ガス供給管が凹部の開口の角度が狭まる方向に変形し、ガス供給管が体積膨張してシャフトの内面からシャフトを押し広げる方向に掛かる力を緩和することができるので、シャフトが破損することを抑制して溶湯金属攪拌用回転体の良好な回転を長時間にわたって維持することができる。
【００２２】
また、本発明の溶湯金属攪拌用回転体によれば、凹部が周方向に等間隔に複数設けられているときには、溶湯金属により加熱されたシャフトから伝わる熱を受けて金属製のガス供給管が加熱されて体積膨張し、ガス供給管が凹部の開口の角度が狭まる方向に変形するときの複数の凹部の変形量が概ね等しくなるので、特定の凹部にのみ大きな負荷が掛かって亀裂等の不具合を生じることを抑制することができる。
【００２３】
また、本発明の溶湯金属攪拌用回転体によれば、シャフトおよびローターが窒化珪素質焼結体からなるときには、溶湯金属との濡れ性が低いので溶湯金属の付着が起こりにくいため、ローターの回転に与える影響を少なくすることができる。さらに、金属溶湯の付着が起こりにくいのでメンテナンスがしやすい。
【００２４】
また、本発明の溶湯金属の脱ガス処理装置によれば、本発明の溶湯金属攪拌用回転体が、連結具を介して回転駆動機構に接続されて、溶湯金属の容器内に配置されているときには、処理ガスがガス供給管を通り抜ける間に加熱されて溶湯金属中に放出されることにより、ローターとシャフトとの接続部に多大な負荷が掛かることによる亀裂や破損の発生を抑制することができるので、長時間の使用に耐えて信頼性を大幅に向上できるとともに、シャフト等の部品交換の回数が低減されてメンテナンスコストの削減を図れる良好な脱ガス処理装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の溶湯金属攪拌用回転体およびこれを用いた溶湯金属の脱ガス処理装置の実施の形態の例について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の溶湯金属攪拌用回転体の実施の形態の一例を示す縦断面図である。
【００２７】
本発明の溶湯金属攪拌用回転体１は、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（図示せず）に接続する連結具３と、シャフト４の内部に配置された、ガス供給管７とから構成されている。また、連結具３にはガス供給口６が設けられ、ローター５側の先端にはガス噴出口８が設けられている。
【００２８】
この溶湯金属攪拌用回転体１を用いた溶湯金属２中の不純物の処理方法は、図１に示す例のように容器（図示せず）に入った溶湯金属２に浸漬したシャフト４およびローター５を回転駆動機構により回転させながら、処理ガスをガス供給口６から供給してガス供給管７を通じてガス噴出口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の表面に浮かせて集めることによって、それら不純物を効率的に処理する方法である。
【００２９】
図２は、本発明の溶湯金属攪拌用回転体の実施の形態を示す、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ’線での断面の拡大図であり、（ｂ）は他の例を示す同様の断面の拡大図である。
【００３０】
ここで、本発明の溶湯金属攪拌用回転体１は、図２に示す例のように、セラミックス製のシャフト４の内面に外面が接触した、処理ガスを溶湯金属２に供給するための金属製のガス供給管７を備えており、このガス供給管７の外面にシャフト４の内面との非接触部である凹部９が設けられていることを特徴としている。
【００３１】
このように、シャフト４の内面にガス供給管７の外面を接触させることにより、溶湯金属２により加熱されたシャフト４の熱をガス供給管７へ伝熱させることができ、加熱されたガス供給管７内を流れる低温の処理ガスを加熱することが可能となる。そのため、従来の課題であった低温の処理ガスの放出によって溶湯金属２が冷却されて溶湯金属２の粘度が上昇し、ローター５やローター５とシャフト４との接続部に多大な負荷が掛かって亀裂や破損を生じることを抑制することができる。
【００３２】
また、ガス供給管７の外面にシャフト４の内面との非接触部である凹部９が設けられていることにより、ガス供給管７の内面においては内面と低温の処理ガスとの接触面積が増加するので、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を金属製のガス供給管７を介して効率よく低温の処理ガスに伝えて加熱することができるので、上記同様の効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、ガス供給管７の外面にシャフト４の内面との非接触部である凹部９が設けられていることにより、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を受けて金属製のガス供給管７が加熱されて体積膨張するときに、ガス供給管７が図２中に矢印で示す凹部９の開口の角度が狭まる方向に変形し、ガス供給管７が体積膨張してシャフト４の内面からシャフト４を押し広げる方向に掛かる力を緩和することができるので、シャフト４が破損することを抑制でき、溶湯金属攪拌用回転体１の良好な回転を長時間にわたって維持することができる。
【００３４】
なお、図２（ａ），（ｂ）に示す例として、凹部９の断面形状がガス供給管７の中心に向かって鋭角や曲面となるガス供給管７を示したが、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を受けて金属製のガス供給管７が加熱されて体積膨張するときにガス供給管７が図２中に矢印で示す方向に変形可能な開口の角度を有している形状であれば、凹部９の断面形状は多角形状等であってもよい。
【００３５】
また、これら凹部９は、ガス供給管７の長手方向に連続した長い筋状のもの、長手方向に短いものが断続的に並んだものや螺旋状など様々な形状とすることが可能である。長手方向に連続した長い筋状のものは、ガス供給管７を形成するための鋳型の作製や鋳型からの鋳造物の取り外しが容易であることから製造コストの増加を抑えることができる。また、短いものが断続的に並んだものは、低温の処理ガスとの接触面積が増加し、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を金属製のガス供給管７を介して効率よく低温の処理ガスに伝えて加熱することができる。また、螺旋状のものは、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を受けて金属製のガス供給管７が加熱されて長手方向に体積膨張するのを抑制することができる。
【００３６】
また、本発明の溶湯金属攪拌用回転体１は、凹部９が周方向に等間隔に複数設けられていることが好適である。図２（ａ），（ｂ）に示す例のように凹部９が複数設けられているときには、ガス供給管７の内面と低温の処理ガスとの接触面積がさらに増加し、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を金属製のガス供給管７を介して効率よく低温の処理ガスに伝えて加熱することができるので、低温の処理ガスの放出によって溶湯金属２が冷却されて溶湯金属２の粘度が上昇し、ローター５やローター５とシャフト４との接続部に多大な負荷が掛かって亀裂や破損を生じることを効率よく抑制することができる。
【００３７】
また、凹部９が周方向に等間隔に複数設けられているときには、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を受けて金属製のガス供給管７が加熱されて体積膨張し、ガス供給管７が図２中に矢印で示す凹部９の開口の角度が狭まる方向に変形するときの複数の凹部９の変形量はそれぞれの凹部９で概ね等しくなるので、特定の凹部９にのみ大きな負荷が掛かり、亀裂等の不具合を生じることを抑制することができる。なお、凹部９を設けることによる効果や凹部９を設けたガス供給管７の作製の容易さを考慮すれば、凹部９は３〜８箇所設けられていることが好ましい。
【００３８】
また、この場合の凹部９は長手方向に連続した長い筋状であることが好ましい。それは、ガス供給管７を形成するための鋳型の作製や鋳型からの鋳造物の取り外しが容易であり、製造コストの増加を抑えつつ低温の処理ガスを効率よく加熱することができるからである。
【００３９】
また、本発明の溶湯金属攪拌用回転体１は、シャフト４およびローター５が窒化珪素質焼結体からなることが好適である。シャフト４およびローター５の材質としては、高温の溶湯金属２中において溶解することがなく、高強度な特性を持つセラミックスを用いることができる。窒化珪素，窒化アルミニウム，炭化珪素，アルミナ，ムライト，ジルコニア，コージェライトあるいはこれらの複合体も適用可能であるが、機械的特性や耐熱衝撃性等の磁器特性とアルミニウムやアルミニウム合金等からなる溶湯金属２に対する濡れ性を考慮すると、特に窒化珪素質焼結体から構成されることが好ましい。シャフト４およびローター５の材質として、窒化珪素質焼結体を用いれば、溶湯金属２との濡れ性が低いので溶湯金属２の付着が起こりにくいため、ローター５の回転に与える影響を少なくすることができる。
【００４０】
また、金属製のガス供給管７の材質としては、一般的な金属であればいずれも適用可能であるが、溶湯金属２の溶融状態を維持する高温で酸化しにくく加工し易く、かつ熱伝導率が良好である点を考慮すると、ステンレス鋼やアルミニウムを用いることが好ましい。
【００４１】
次に、本発明の溶湯金属攪拌用回転体の製造方法の一例を説明する。
【００４２】
まず、窒化珪素質焼結体製のシャフト４およびローター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２次原料を得る。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となる一方の端部に凸部を有す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成形する。その後、これらの成形体に必要に応じて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およびローター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、シャフト４の一方の端部の凸部および他方の端部には、ローター５および回転駆動機構（図示せず）へシャフト４を連結する連結具３と締結するための雄ねじを設け、ローター５の中央には、シャフト４と締結するための雌ねじを設けるとよい。
【００４３】
次に、ガス供給管７を作製する。ガス供給管７は、例えば予め凹部９を有するガス供給管７の形状を象った鋳型を準備し、この鋳型に溶解したアルミニウムを流し込み、十分に冷却した後、鋳型から鋳造物を取り出し、所望の寸法となるように研削加工で最終仕上げを行なうことによりガス供給管７を得る。また、ガス供給管７の肉厚を薄くしたい場合には、アルミニウム製の薄い板材を用いて、凹部９を有するガス供給管７の形状となるよう塑性加工してガス供給管７を得ることができる。
【００４４】
また、シャフト４と回転駆動機構を連結するための連結具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と締結するための雌ねじや中央を貫通するガス供給口６を研削加工すればよく、これによって連結具３を得る。
【００４５】
その後、部材を組み立てる。例えば、まず連結具３とガス供給管７とを溶接により接合する。次に、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、連結具３が予め接合されたガス供給管７をシャフト４内に挿入し、シャフト４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、本発明の溶湯金属攪拌用回転体１を得ることができる。
【００４６】
さらに、本発明の溶湯金属攪拌用回転体１を用いた本発明の溶湯金属２の脱ガス処理装置は、本発明の溶湯金属攪拌用回転体１が、連結具３を介してシャフト４を回転駆動するための回転駆動機構（図示せず）に接続されて、溶湯金属２の容器内に配置されており、低温の処理ガスがガス供給管７を通り抜ける間に加熱されてから溶湯金属２中に放出されることにより、溶湯金属２が低温の処理ガスにより冷却されて溶湯金属２の粘度が上昇し、ローター５やローター５とシャフト４との接続部に多大な負荷が掛かって亀裂や破損を生じることを抑制することができる。
【００４７】
また、ガス供給管７の外面にシャフト４の内面との非接触部である凹部９が設けられていることにより、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を受けて金属製のガス供給管７が加熱されて体積膨張するときに、ガス供給管７が凹部９の開口の角度が狭まる方向に変形し、ガス供給管７が体積膨張してシャフト４の内面からシャフト４を押し広げる方向に掛かる力を緩和するので、シャフト４が破損することが抑制され、部品交換の回数を低減してメンテナンスコストの削減を図ることができ、長時間にわたって良好な運転を維持する脱ガス処理装置とすることができる。
【実施例】
【００４８】
以下に本発明の実施例を示す。
【００４９】
（実施例１）
図１に示す本発明の溶湯金属攪拌用回転体１の製造を実施した。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次原料とバインダと溶媒とを加えてスラリーとした後、スプレードライヤーにて噴霧造粒して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となる一方の端部に凸部を有す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成形した。その後、切削加工を施し、一方の端部に凸部を有する円筒状のシャフト４と、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。次に、このシャフト４とローター５とを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970ｍｍで一方の端部に凸部を有する円筒状のシャフト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、シャフト４の一方の端部の凸部および他方の端部には、ローター５および連結具３と締結するための雄ねじを設けた。また、ローター５には、シャフト４と締結するための雌ねじと、底面に処理ガスを溶湯金属２中へ分散するための深さが15ｍｍの放射状の分散溝とを設けた。
【００５０】
次に、図２（ａ）に示す例の断面形状の金属製のガス供給管７の作製を行なった。まずカーボン製または鋳物砂製のガス供給管７の形状を成形可能な鋳型を準備し、この鋳型の注入口よりアルミニウムの溶湯を流し込み、十分に冷却した後に鋳型を分解して鋳造物を取り出した。その後、最終仕上げとして、鋳造物のバリ取りをブラスト加工等により実施したり、または所望の寸法となるように研削加工を施したりして、外径が40ｍｍ，内径が35ｍｍ，長さが950ｍｍであり、深さが10ｍｍ，開口の大きさが４ｍｍ、長手方向に連続した長い筋状の凹部９を周方向に等間隔に８箇所設けたガス供給管７を得た。
【００５１】
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、またその内径部分に雌ねじを、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６を設けた連結具３を得た。
【００５２】
次に、これらシャフト４，ローター５，ガス供給管７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、連結具３にガス供給管７を溶接した後、シャフト４の先端の凸部の雄ねじとローター５の雌ねじとを締結した。しかる後、連結具３に予め接合されたガス供給管７をシャフト４内に挿入し、連結具３の雌ねじとシャフト４の雄ねじとを締結して、本発明の実施例の溶湯金属攪拌用回転体１を得た。
【００５３】
次に、比較例１として、同様のシャフト４，ローター５および連結具３と、ガス供給管７としてアルミニウム製のパイプとを用いて、ガス供給管７に凹部９が設けられておらず、シャフト４の内面とガス供給管７の外面との間に隙間のある溶湯金属攪拌用回転体を作製した。
【００５４】
また、比較例２として、同様のシャフト４，ローター５および連結具３と、ガス供給管７としてアルミニウム製のパイプを用いて、ガス供給管７に凹部９が設けられておらず、シャフト４の内面とガス供給管７の外面とを接触させた溶湯金属攪拌用回転体を作製した。そして、本発明の実施例の溶湯金属攪拌用回転体１と比較例１，２の溶湯金属攪拌用回転体とを、溶湯金属２の脱ガス処理装置に設置して、溶湯金属２中の不純物除去運転を実施した。
【００５５】
その結果、比較例１の溶湯金属攪拌用回転体は、数日の運転でローター５とシャフト４との接続部が破損した。これは、溶湯金属２により加熱されたシャフト４の熱が比較例１のガス供給管７に効率よく伝わらず、比較例１のガス供給管７の内面を通る低温の処理ガスを十分に加熱することができなかったため、低温の処理ガスの放出によって溶湯金属２が冷却されて溶湯金属２の粘度が上昇し、ローター５とシャフト４との接続部に多大な負荷が掛かって破損したものと考えられる。
【００５６】
また、比較例２の溶湯金属攪拌用回転体は、数日の運転でシャフト４が破損した。これは、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を受けて比較例２のガス供給管７が加熱され、比較例２のガス供給管７がシャフト４の内面からシャフト４を押し広げる方向に体積膨張し、この力にシャフト４が耐えきれずに破損したものと考えられる。
【００５７】
一方、実施例の溶湯金属攪拌用回転体１は、２ヶ月の運転によってもシャフト４およびシャフト４とローター５との接続部が破損することなく、溶湯金属２中の不純物の除去を継続実施できた。この結果、セラミックス製のシャフト４の内面に外面が接触した、処理ガスを溶湯金属２に供給するための金属製のガス供給管７を備え、このガス供給管７の外面にシャフト４の内面との非接触部である凹部９が設けられていることにより、ガス供給管７の内面と低温の処理ガスとの接触面積が増加し、シャフト４の内面に接触した部分からガス供給管７に効率よく熱が伝わり、加熱されたガス供給管７内を流れる低温の処理ガスが十分に温められた状態で溶湯金属２中に放出されるので、溶湯金属２の粘度が上昇せず、シャフト４とローター５との接続部に掛かる負荷を抑制できていることが分かった。
【００５８】
また、ガス供給管７の外面にシャフト４の内面との非接触部である凹部９が設けられていることにより、溶湯金属２により加熱されたシャフト４から伝わる熱を受けてガス供給管７が加熱されて体積膨張するときに、ガス供給管７が凹部９の開口の角度が狭まる方向に変形し、ガス供給管７が体積膨張してシャフト４の内面からシャフト４を押し広げる方向に掛かる力を緩和することができていることが分かった。
【００５９】
（実施例２）
次に、凹部９の間隔を変化させた本発明の溶湯金属攪拌用回転体１を作製し、溶湯金属２の脱ガス処理装置に設置して実際に脱ガス処理を実施した。まず、実施例１と同様の本発明の溶湯金属攪拌用回転体１を作製した。このガス供給管７には、深さが10ｍｍ，開口の大きさが４ｍｍの凹部９が周方向に等間隔に８箇所設けてある。次に、実施例１と同様のシャフト４，ローター５および連結具３と、深さが10ｍｍ，開口の大きさが３ｍｍを２箇所，４ｍｍを２箇所，５ｍｍを２箇所，６ｍｍを２箇所の計８箇所に設け、長手方向に連続した長い筋状の凹部９を設けたガス供給管７を用いて溶湯金属攪拌用回転体１を作製した。
【００６０】
そして、凹部９が周方向に等間隔に設けてある溶湯金属攪拌用回転体１と、凹部９の間隔を変化させた溶湯金属攪拌用回転体１とを、溶湯金属２の脱ガス処理装置に設置して、溶湯金属２中の不純物除去運転を実施した。
【００６１】
その結果、いずれの溶湯金属攪拌用回転体１も２ヶ月の運転によってもシャフト４およびシャフト４とローター５との接続部が破損することなく、溶湯金属２中の不純物の除去を継続実施できた。しかしながら、脱ガス処理装置より溶湯金属攪拌用回転体１を取り外して、凹部９の間隔を変化させた溶湯金属攪拌用回転体１のガス供給管７を確認したところ、開口の大きさが３ｍｍの凹部９に微小な亀裂が確認された。一方、凹部９が周方向に等間隔に設けてある溶湯金属攪拌用回転体１のガス供給管７には、微小な亀裂は見受けられなかったため、ガス供給管７が加熱され体積膨張し、ガス供給管７が凹部９の開口の角度が狭まる方向に変形するときの変形量が各凹部９で概ね等しくなるように、凹部９は周方向に等間隔に設けるとよいことが分かった。
【００６２】
この実施例１および実施例２から分かるように、良好な回転を長時間にわたって維持することができる優れた本発明の溶湯金属攪拌用回転体１を用いた脱ガス処理装置は、部品交換の回数を低減してメンテナンスコストの削減を図ることができ、長時間にわたって品質の良い溶湯金属２を安定して供給することができるので、信頼性の高い溶湯金属の脱ガス処理装置とできることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の溶湯金属攪拌用回転体の実施の形態の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の溶湯金属攪拌用回転体の実施の形態を示す、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ’線での断面の拡大図であり、（ｂ）は他の例を示す同様の断面の拡大図である。
【図３】従来の溶湯金属の脱ガス処理装置の一部を破断して示す正面図である。
【符号の説明】
【００６４】
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：ガス供給口
７：ガス供給管
８：ガス噴出口
９：凹部
【図１】
2009226444.tif 000003
【図２】
2009226444.tif 000004
【図３】
2009226444.tif 000005