(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの処理室（２）が浸漬された処理気体導入装置（８）と投げ込み加熱器（１０）を備えた、随意にそのうちの１つが湯出し室（４）である１つまたは複数個の室（２、４）を有する、液状金属の連続処理のための槽において、前記それぞれの処理室（２）が直径１００mm未満の、浸漬したヒーター部分（１１）の長さ１ｍ当たり少なくとも５kWの大きな比出力を有する１つ以上の投げ込み加熱器（１０）を備えていることを特徴とする槽。
【請求項２】
請求項１に記載の槽において、液状金属がアルミニウムおよびその合金、マグネシウムとその合金の中から選択されることを特徴とする槽。
【請求項３】
請求項１または２に記載の槽において、投げ込み加熱器（１０）の直径が４０mm未満、好適には３０mm未満であることを特徴とする槽。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の槽において、投げ込み加熱器（１０）の出力が浸漬したヒーター部分の１メートル当たり１０kWを越える、好適には２０kWを越えることを特徴とする槽。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の槽において、投げ込み加熱器（１０）が熱伝導性が高く、液状金属に腐食されない焼結セラミック製の鞘を備えていることを特徴とする槽。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の槽において、投げ込み加熱器（１０）が槽の壁の近傍に配分されていることを特徴とする槽。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の槽において、湯出し室（４）が前記投げ込み加熱器（１０）を含むことを特徴とする槽。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一つに記載の槽において、投げ込み加熱器（１０）が槽に常設された引き上げシステムに取り付けられていることを特徴とする槽。
【請求項９】
請求項８に記載の槽において、引き上げシステムが投げ込み加熱器を固定した浴に出入りするための蓋を備えていることを特徴とする槽。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の槽において、引き上げシステムが気体導入装置（８）を備えていることを特徴とする槽。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一つに記載の槽において、気体導入装置（８）が浸漬された回転子を備えていることを特徴とする槽。
【発明の詳細な説明】
技術の分野
本発明は小型で、改善された熱的性能その他を有する、アルミニウムとその合金を始めとするが、マグネシウムとその合金を含む、液状の金属の、気体の流れによる処理槽に関するものである。
背景技術
冶金半製品を成形する前に、鋳造製品の品質を損なうおそれのある溶解気体または非金属性不純物を排除するために液状の粗金属を処理する必要があることがわかっている。
この処理は通常、処理槽に入れた液状金属内に浸漬した回転子によって、百分の数パーセントの塩素を含むアルゴンなどの、適切な気体を吹き込んで実施される。加えて、一般的に、それ自体連続で実施される鋳造の直前に処理が連続して実施され、槽はこのように鋳造槽の役割も果たす。
この処理の効率を上げ、鋳造が良好な条件で行われるために、液状金属の温度の極めて高い均質性を保つことが推奨されるが、特に連続鋳造の前後の遷移温度の間に均質性を保つことが重要である、この遷移時間は主に、鋳造の前の槽の加温時間または２つの連続する鋳造の間の槽の保温時間に対応する。
槽には１つまたは複数個の処理室が含まれ、それぞれの室は気体吹き込み回転子を有し、従って後者は液状金属の所定の量しか処理できない。多くの場合、室の数は２である。槽はさらに、隣接した湯出し室を備えることができる。
槽の加熱は加熱壁または蓋によって実施することができる、しかしかかる装置は、槽の寸法を小さくすることができるが、熱効率が不十分で、効率が悪く、液状金属内の温度勾配が大きくなるという欠陥がある。加えて、加熱蓋は酸化とスケール形成によって液状金属の表面の汚染を増大させるおそれがある。さらに、保守、清掃の障害は重大である。
また、加熱は液状金属内に浸漬した黒鉛ブロックによって実施することもできる；ブロック内に加熱管を挿入する。かかる装置による加熱は効率が不十分で、黒鉛を使うために保守と金属の品質の問題が生じ、同じく黒鉛を使用するため寿命も不安定である。
処理室の加熱は液状金属内に浸漬されるヒーター部分と電気的接続と取り扱いのための外に出た高い部分を含む単一の投げ込み加熱器で実施することもできる。かかる投げ込み加熱器は、一般的に、そのヒーター部分において、熱伝導性が高く、電気を絶縁する耐火材内に埋め込まれた電気抵抗器で構成され、全体が同じく熱伝導性が高く、液状金属に腐食されない鞘の中に封入されている。この鞘は有利には、液状アルミニウムまたはその合金に腐食されないシアロンなどの焼結セラミック製である。この用途に通常使用される投げ込み加熱器は一般的におよそ110mm以上から200mmの大きな直径である。
このタイプの装置は国際出願ＷＯ９４／１０５９５に記載され、その槽は処理室と湯出し室を備え、処理室は単一の投げ込み加熱器と壁内に位置づけられたノズルによる気体導入を備えている。
このタイプの投げ込み加熱器は高い熱効率で効果的に加熱できるという利点がある。しかしながら、加熱の迅速性と、それぞれの処理室内のみならず、湯出し室内の温度の制御と均質性に関する欠陥が残存し、湯出し室の寸法からこのタイプの投げ込み加熱器は設置できない。
回転子とこのタイプの大口径投げ込み加熱器を備えた槽は別の形で運転できる。
処理室内には投げ込み加熱器と回転子を同時に設置できる。しかしこの場合、処理容量が低下し、室内に常設された投げ込み加熱器と回転子が占める空間による清掃と保守上の障害および、液状金属槽のスケール付着の問題が生じる。
従って、現状で最良の妥協案と思われる解決法は、液状金属の温度維持または加温の遷移時間の間に処理室内に大きな寸法の投げ込み加熱器を一時的に設置し、次いで処理および鋳造の際にはそれを気体吹き込み回転子に代えることである。この場合、鋳造時の（投げ込み加熱器を回転子に代えた後の）温度の均質性を著しく低下させることなしに投げ込み加熱器による加熱の効果と効率を保つことが可能で、槽の能力を向上させ、清掃と保守の障害を改善することができる。しかしこの運転形態の場合、走行クレーンの使用が必要になり、設備が床面に占める空間などが増大する。この種の装置は例えばフランス特許ＦＲ2514370に記載されている。さらにこの運転形態の性能は、先に見た如く、使用する投げ込み加熱器の寸法によって限定される。
発明の目的
出願人は上述のタイプの投げ込み加熱器の使用による槽の温度の均質性と制御の問題、ならびに同じくこのタイプの投げ込み加熱器の使用による槽の運転と占有空間の問題を解決しようとした。
出願人はさらに、投げ込み加熱器の使用による効率と効果を維持することを可能にする処理槽を研究しただけでなく、槽の寸法を小型化し、清掃と保守の障害、もっと一般的には運転上の問題を大幅に減らすことによって、槽の処理能力と効率を向上させながら、遷移時間と鋳造の間の液状金属の熱的均質性を向上させようとした。
本発明の説明
本発明はそれぞれの室が処理気体導入装置を備えた、１つまたは複数個の処理室を有する、液状金属の連続処理のための槽において、前記それぞれの処理室がさらに小口径の、大きな単位出力を有する１つ以上の投げ込み加熱器を備えていることを特徴とする槽である。
槽はアルミニウムおよびその合金の処理に特に適しているが、マグネシウムとその合金の処理にも適している。
投げ込み加熱器は小口径で高出力であり、それだけに単位表面積あたりの放熱出力も高いが、金属の焼損がほとんど認められない。
しかしながら、特に加熱をよりよく分散させ、槽運転の問題を容易にし、鋳造金属品質を向上させるためには、必ず気体導入装置を設置した上で、少なくとも２本の、できればそれ以上の本数の投げ込み加熱器を使用するのが有利である。
従って、投げ込み加熱器と気体導入装置は運転中の槽内に同時に浸漬され、設置されるので、鋳造サイクルごとにそれらを操作する必要がなくなる。
しかし、必要に応じて清掃するために浴の表面を完全に開けるために、簡単な装置によって投げ込み加熱器さらには回転子の全体を引き揚げることもできる。
一般的に処理は、精製設備から来て、槽内を連続的に循環する粗液状金属の流れに対して実施され、処理された金属は槽から出て、板、ビレット、帯、成型品、などの異なる形状に直接鋳造される。
処理気体は一般的に、アルゴンなどの処理金属に対して不活性のガスであるが、当業者には周知の如く、塩素などの反応性ガスを添加することができる。
本発明による装置は連続処理のための槽の温度の保持または加熱を保証するのに特に有利であるが、不連続処理にも適している。
槽は一般的に大容量で、数トンの液状金属を入れることができる、また１つの、好適には複数個のいわゆる処理室を備え、それぞれの室は浸漬した回転子などの気体導入装置と、複数個の（一般的に2本以上）の投げ込み加熱器を備えている。槽はさらに、処理によって出うるスラッグまたは処理の際に溶解した金属による表面酸化によって汚染していないきれいな金属だけを鋳造することを可能にする湯出し室を備えることができる。しかしながら本発明は、より一般的には、小型槽または試験槽を含むあらゆる種類の槽に、同じ利点を確保して適用することができる。
本発明に使用した投げ込み加熱器は耐火材に埋込み、鞘で保護した電気抵抗器型である。投げ込み加熱器は従来技術によるものと同様に、液状金属内に浸漬されるヒーター部分と、電気的接続と取り扱いを可能にする非加熱、非浸漬の上部延長部分を備えている。ヒーター部分は有利には、液体アルミニウムによって腐食されず、従来技術のものに比較して優れた熱伝導性を有する焼結セラミック、例えばアルミナ、ジルコン、アロン、シアロン、混合酸化窒化物（ＭｇＡｌＯＮ型）、窒化物、ホウ化物などの鞘によって被覆される、他方において、投げ込み加熱器は同等の出力について極めて小型である。
本発明による槽の使用に関する利点はヒーター部分の直径が100mm未満の投げ込み加熱器によって特に得ることができるが、本発明の利点は特に直径が40mm未満、さらに好適には30mm未満の時に発揮される。
さらに、投げ込み加熱器の口径が小さいので、液状金属を焼損せずに、また液状金属と投げ込み加熱器の間の温度差が数十度（℃）を越えることなしに、浸漬したヒーター部分の１メートル当たり5kWを越える、好適には10kWのエネルギーを放出できる。
ヒーター部分は液状金属槽の全高に及ぶことが望ましい。
投げ込み加熱器は、遷移時間を含めて、液状金属の温度の均質性を損なうことなしに、槽の壁の内部の近傍（数センチメートル）に設置することができる。ある槽の投げ込み加熱器を同一の壁に沿ってまとめることによって、保守と清掃の問題を容易にすることができる。
さらに湯出し室にもこのタイプの投げ込み加熱器を少なくとも1本備えることは極めて有利であり、これによって室内の液状金属の温度を正確に所望の値にすることができる。これによって、特に温度の維持や加温の遷移時間の間の、液状金属の熱的品質が大幅に向上し、また鋳造の開始時の凝固などの障害やリスクを避けることができる。
投げ込み加熱器は運転中に槽内に常設される；しかしながら簡単な引き上げ装置に固定し、好適には電動とし、槽に常設して、槽の保守、スキミまたは浴の表面のスラッグ取り作業を実施するために装置を容易に引き抜いたり操作することもできる。
一緒に操作し、上述の作業を一層容易にできるように、引き上げシステムによって作動する、単一の基礎または浴に出入りするための蓋（trappon）と一体に投げ込み加熱器を取り付けるのが有利である。
回転子と投げ込み加熱器を同時に持ち上げるための前記引き上げ装置の使用によって、あるいは前記回転子を投げ込み加熱器と同じ基礎または蓋に設置することによっても改善をもたらすことができる。
図１は唯一の処理室と湯出し室を備えた本発明による槽を図示している。
槽の容器（1）は唯一の処理室（2）を備え、処理室は下部で処理室（2）と連通している湯出し室（4）と仕切（3）によって分離されている。容器（1）は外側の金属製外被と内側の耐火性ライニング（図示されていない）で構成できる。槽には処理する粗金属が供給され（5）、一方処理された金属は鋳造するために（6）から出る。
液面を（7）で示した液状金属は、液状金属（7）内に気体を導入するための導管（9）を備えた回転子装置（8）によって処理される。液状金属は浸漬されたヒーター部分（11）と、特に、電気的接続（13）を可能にする上部（12）を備えた一連の投げ込み加熱器（10）によって加熱される。同様に、湯出し室（4）内にも投げ込み加熱器（14）が設置されている。
図の例において、投げ込み加熱器（10、14）は槽の同一の壁の近傍に設置されている。しかし、もちろん、必要に応じて異なる配置を取ることもできる。
槽は有利にはもっと大量の金属を処理するために、このタイプの処理室（２）を２つ（以上）備えることができる。処理室は通常は直列に、あるいは運転上の制約に応じてその他一切の配置で運転され、湯出し室に排出する。それぞれの室は一般的に１つの気体導入装置（回転子など）と2本の投げ込み加熱器を備え、一般的に槽の内部空間を極端に大きくすることなしに温度制御を確保するのには2本で十分である。
本発明の一例として、アルミニウムまたはその合金の容量が４トンで、２つの処理室と１つの湯出し室を直列に備えた槽に処理室当たり１つの回転子と２本の投げ込み加熱器、また湯出し室に1本の投げ込み加熱器を備えた。投げ込み加熱器は全て同一で、ヒーター部分１メートル当たりの単位出力は１０kW、ヒーター部分の長さは500mm、ヒーター部分の外径は28mmである。かかる槽において、最大温度差は5℃を越えず、また湯出し室の温度と鋳造温度の差は5℃を越えない。また２つの鋳造の間の時間は1時間を超えない。
これと比較して、従来技術による、大口径投げ込み加熱器と回転子が交互にそれぞれの室に導入される、2室式の同様な槽において、最大温度差はおよそ40℃であり、湯出し室の正確な温度制御は不可能であり、投げ込み加熱器／回転子交換時間を含む、２つの鋳造の間の時間は2時間以上である。さらに、取り扱いのための特殊装置を備えたかかる槽が床に占める空間は本発明による槽のおよそ30％増しになる。
このように、本発明による槽には下記の利点がある：
・床の占有空間が最小である：このように占有空間が小さいのは特に、運転中に定期的に、回転子／投げ込み加熱器の交換を実施するために、先行技術では必要であった特殊取り扱い装置がないためである。節約される空間は30％程度である。
・加温時間は、外壁から、あるいは2つの室の仕切壁から加熱される槽に比較してだけでなく、単独の投げ込み加熱器を使用する槽に比較しても大幅に短縮される。
・加温時間についても保温時間についても、処理室と湯出し室内の温度の均質性と制御が向上する。これによって鋳造金属の温度が完全に制御され、規格はずれによる鋳造の始めの金属の損失を防止し、得られた製品の品質を高めることができる。
このように最大温度差が5℃を越えないので、金属槽を過熱する必要が無く（スラッグの発生が大幅に抑えられる）、鋳造時の凝固のおそれがほぼなくなる。
・槽の保守、清掃作業が容易になる。投げ込み加熱器は取り外しがほぼ無用であるか、取り扱いが容易かつ迅速なので、非常に簡単になり、生産停止が避けられる。
・それぞれの処理室内に複数個の投げ込み加熱器があるので運転作業の単純化、迅速な加温と温度の均質化によって設備の能力が増大する。
【図１】
0003790543.tif 000002