処理取鍋
概ね筒状の耐熱取鍋内張を収容した取鍋殻を含み、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能な処理取鍋であって、前記取鍋内張は、連続した側壁を間に有する第１端および第２端を有し、前記第１端、第２端および連続した側壁の間に内部空間が規定され、前記取鍋内張は、さらに、処理剤を保持するためのポケットであって、第１端に隣接して位置して内部空間と流体連通し、取鍋が水平姿勢にあるときに内部空間の底よりも頂に近く位置し、取鍋が垂直姿勢にあるときに内部空間の頂よりも底に近く位置するポケット、ならびに、溶融金属を受けるためおよび注ぐための注入排出部であって、取鍋が水平姿勢にあるときおよび垂直姿勢にあるときに、内部空間の底よりも頂に近く位置する注入排出部を含み、水平姿勢において、内部空間の頂と底との間の中間平面の下、かつ、第１端と第１端および第２端の中間の垂直平面との間に規定される内部空間の下部容積が、前記中間平面よりも上、かつ、第１端と前記垂直平面との間に規定される内部空間の上部容積よりも大きい取鍋。処理取鍋は、特に延性鉄の調製において、溶融金属を気化可能な添加剤で処理するために設計されている。本発明は、取鍋を使用して溶融金属を処理する方法にも関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を気化可能な添加剤で処理するための取鍋に関し、特に、延性鉄を形成するために鉄をマグネシウム（Ｍｇ）で処理するための取鍋に関する。
【背景技術】
【０００２】
球状黒鉛（ｓ.ｇ.）鉄またはノジュラー鉄としても知られる延性鉄は、液体鉄を、鋳造前に、いわゆるノジュラライザ（あるいはノジュライザ）で処理することによって、製造される。ノジュラライザは、分散した小塊の形態で黒鉛が沈降するのを促進する。実際には、ノジュラライザは普通、純粋なマグネシウムとして、または、マグネシウム−フェロシリコン（ＭｇＦｅＳｉ合金）もしくはニッケル−マグネシウム（ＮｉＭｇ合金）などの、希土類金属を含有してもよい合金として、マグネシウムを含む。一般的な処理では、約０．０４％の残存マグネシウム含量となるようにマグネシウムが液体鉄に加えられ、鉄は接種されて鋳造される。マグネシウムを鉄に加えることは、マグネシウムが比較的低い温度（１０９０℃）で沸騰して、液体鉄の激しい撹拌と気体の形態でのマグネシウムの多量の損失が生じるので、困難である。
延性鉄を調製するための様々な方法が開発されており、次のものが含まれる。
【０００３】
サンドイッチ取鍋−処理合金が、取鍋の底の凹部に収容され、鋼鉄くずで覆われる。取鍋は、たとえばタンディッシュ蓋で覆われてよい。次いで鉄が取鍋に注ぎ入れられ、処理合金との反応は鋼鉄くずバリヤによって減速される。この方法は、単純であり広く使用されているが、Ｍｇ回収率が一貫しない。さらに、必要な処理レベルを首尾よく達成するためには、より多くのノジュラライザを使用する必要がある。
【０００４】
プランジャ−処理合金が、耐熱性のプランジャベルを用いて、取鍋に押し込まれる。この方法は、大量の金属について実用的なだけである。
【０００５】
コンバータ−ノジュラライザが、円筒状取鍋の底部のポケットに配置される。取鍋は、水平配置の間に液体鉄で満たされ、封止されて、マグネシウムが鉄の下に沈むように、垂直姿勢へと回転される。
【０００６】
コア入りワイヤ処理−ノジュラライザ（たとえば、ＭｇＦｅＳｉ合金）を収容したワイヤが、専用のステーションを用いて、機械的に鉄中に供給される。
【０００７】
インモールド処理−ノジュラライザ（たとえば、ＭｇＦｅＳｉ合金）が、鉄が合金上を流れる間に連続的に処理されるような、動作システムに成形されたチャンバ内に配置される。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の１つの目的は、金属を気化可能な添加剤で処理するための取鍋の提供である。
本発明の他の目的は、溶融金属を気化可能な添加剤で処理するための方法を提供することである。
【０００９】
本発明の第１の側面によれば、概して筒状の耐熱取鍋内張を収容した取鍋殻を含み、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能な処理取鍋が提供され、前記取鍋内張は、連続した側壁を間に有する第１端および第２端を有し、前記第１端、第２端および連続した側壁の間に内部空間が規定され、前記取鍋内張は、さらに、処理剤を保持するためのポケットであって、第１端に隣接して位置して内部空間と流体連通し、取鍋が水平姿勢にあるときに内部空間の底よりも頂に近く位置し、取鍋が垂直姿勢にあるときに内部空間の頂よりも底に近く位置するポケット、ならびに、溶融金属を受けるためおよび注ぐための注入排出部であって、取鍋が水平姿勢にあるときおよび垂直姿勢にあるときに、内部空間の底よりも頂に近く位置する注入排出部を含み、
水平姿勢において、内部空間の頂と底との間の中間平面の下、かつ、第１端と第１端および第２端の中間の垂直平面との間に規定される内部空間の下部容積が、前記中間平面よりも上、かつ、第１端と前記垂直平面との間に規定される内部空間の上部容積よりも大きい。
【００１０】
上記より、垂直姿勢においては、取鍋内張の第１端が内部空間の最下部を構成することが、理解されるであろう。
【００１１】
使用に際しては、処理剤がポケットに配置され、取鍋は、水平姿勢にある間に、溶融金属で満たされる。通常、取鍋は、溶融金属が前記中間平面に対応する高さまで満たされるように、半分満たされる。取鍋は、次いで、処理剤を含んでいるポケットに金属が流れ込むように、垂直姿勢へと９０゜回転させられる。処理剤は、溶融金属と接触して気化し、泡立ってポケットの上方の金属のヘッドを通る。取鍋は、次いで、処理された溶融金属が注入排出部を通って排出されるように、再び回転させられる。特定の実施形態において、取鍋は、水平姿勢から９０゜を超えて回転させられ、垂直姿勢を経て、処理された溶融金属が排出される第３の姿勢（排出姿勢）に至る。
【００１２】
本発明の取鍋は、取鍋が水平姿勢にあるときに空気に曝される金属の表面積を最小にするので、有用である。表面積の低減は、金属からの熱損失の減少に結びつく。熱損失が減少すると、金属はより低い温度で取鍋に注ぎ入れてよくなり、これによって、耐熱内張および他の鋳造装置の損耗が低減される。取鍋に注ぎ入れる温度の低下は、マグネシウム蒸気の膨脹を下げるためにも有利に働き、これは、（マグネシウムと熱金属との）反応の激しさを低下させる。これは、より多くのマグネシウム蒸気が液体鉄中に効率よく保持されるので、マグネシウムの回収を向上させ、また、反応の激しさが低いということは、金属とより冷たい大気との接触が少なくなることなので、処理後の熱損失を低減すると考えられる。
【００１３】
本発明の取鍋のもう１つの利点は、取鍋が垂直姿勢にあるときの、処理剤の上方の金属のヘッドを最大とすることである。金属のヘッドの増大は、金属と処理剤との反応の激しさの低下に結びつき、マグネシウム含有処理剤の場合には、マグネシウムの回収が向上し、より一貫することに結びつく。
【００１４】
本発明の利点は、取鍋内張の形状によって、特に、取鍋が満たされるとき（水平姿勢）および金属が処理されるとき（垂直姿勢）に、溶融金属と接触する取鍋内張の部分の形状によって、得られることが理解されよう。垂直平面（取鍋が水平姿勢にあるときの第１端と第２端との中間）は、取鍋内張の形状を評価するために選択される。垂直平面は、取鍋内張の一般的な断面を表すように選択されるべきである。取鍋内張が、連続した側壁の断面がその全長にわたって一貫しているような、規則的な形状を有する場合、垂直平面は、第１端と第２端との間のどの点に選んでもよい。便宜的に、垂直平面は、取鍋が水平姿勢にあるときの内張の第１端と第２端とから等距離である。
【００１５】
特定の実施形態において、ポケットは、取鍋内張の第１端から延びて内部空間から離れる（つまり、取鍋が垂直姿勢にあるときに第１端の下方に延びる）。これは、取鍋が垂直姿勢にあるときに、溶融金属がポケットを満たし得るので、処理剤の上の金属のヘッドに更なる増大をもたらす。上述のように、金属のヘッドの増大は、金属と処理剤との反応の激しさの低下に結びつき、マグネシウム含有処理剤の場合には、マグネシウムの回収が向上しより一貫することになる。ポケットが第１端から延びる実施形態において、ポケットの長さは５０〜１２００ｍｍ、２００〜１０００ｍｍ、または４００〜６００ｍｍでよい。
【００１６】
代替の実施形態において、ポケットは、内部空間内に位置する。どの場合も、ポケットは、内部空間に流体連通しているか、金属との接触で内部空間に流体連通し得るかの、どちらかでなければならない。たとえば、ポケットは、処理剤を保持するために充分に小さいながら、なおかつ溶融金属の通過を可能にする開口を有するメッシュまたは格子によって規定されてよく、あるいは、融けることによってポケットの内容物へのアクセスをもたらす材料（金属など）で作製されてよい。ポケットの容積は内部空間の容積に比べて一般に小さい、と理解されよう。ポケットの形状は特に限定されないが、便宜的には、ポケットは、処理剤の保持を確実にするために長くされる。ポケットは円状または三角形状の断面を有してよい。
【００１７】
上部容積に対する下部容積の比は、少なくとも１．５：１、少なくとも２：１、または少なくとも３：１でよい。
【００１８】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さ（連続した側壁の内部によって規定される、内部空間の頂と底との間の距離）は、２００ｍｍ〜１５００ｍｍ、４００ｍｍ〜１０００ｍｍ、または６００ｍｍ〜８００ｍｍでよい。
【００１９】
取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さ（内部空間の頂と底との間の距離）は、４００ｍｍ〜３０００ｍｍ、８００ｍｍ〜２０００ｍｍ、または１０００ｍｍ〜１５００ｍｍでよい。
【００２０】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、または少なくとも５：１でよい。取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、６：１以下、４：１以下、または３：１以下でよい。
【００２１】
ポケットが、第１端から延びて内部空間から離れる実施形態において、ポケットの長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１．５：１、少なくとも２：１、少なくとも２．５：１、または少なくとも３：１でよい。
【００２２】
連続した側壁は、形状が同じでも異なっていてもよい内表面および外表面を有する。便宜的に、連続した側壁は均一な厚さを有し、内表面と外表面とは同じ形状を有する。内部空間の形状を規定するのは連続した側壁の内表面であり、したがって、連続した側壁の断面についての言及は、連続した側壁の内表面の断面への言及であることが、理解されよう。
【００２３】
連続した側壁は、連続した側壁の断面が実質的に多角形になるように、３つ以上の壁部によって規定されてよい。連続した側壁が、３つの壁部によって規定される実施形態において、連続した側壁の断面は実質的に三角形である。連続した側壁が、長さの等しい３つの壁部によって規定される実施形態においては、連続した側壁の断面は正三角形の形状を有する。断面が多角形に基づくどの実施形態においても、角は丸められ／丸くされてよく、および／または、辺は外方に曲げられてよい。便宜的に、側壁の断面は、第１端と第２端との中間の垂直平面において測定される。
【００２４】
連続した側壁の断面が実質的に三角形になるように、連続した側壁が３つの壁部によって規定される実施形態において、側壁部の長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１：１、 少なくとも１．５：１、または少なくとも２：１でよい。
【００２５】
連続した側壁の断面が実質的に三角形になるように、連続した側壁が３つの壁部によって規定される実施形態において、三角形の断面は、内接円、つまり、その三角形に含まれ得る最大の円、を規定する。この場合、三角形の断面に内接する円の半径に対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１．５：１、少なくとも２：１、少なくとも２．５：１、または少なくとも３：１でよい。
【００２６】
取鍋は、初めは溶融金属を受けて、後に処理後の溶融金属を排出するための、注入排出部を含む。これは、金属を取鍋から鋳型に直接注ぐことができ、再度すくう処理を要することがないので、特に有益である。これは、温度損失の低減、および、鋳造処理における１工程を排除することによる鋳造生産性の向上という、二重の便益を有する。
【００２７】
好適な耐熱材料には、ＥＰ０６７５８６２Ｂ１に記載されているものが含まれ、特に、シリカ、アルミナおよびマグネサイトから製造され、フェノール樹脂などの有機材料で結合される耐熱内張である、ＫＡＬＴＥＫ（登録商標）が含まれる。特定の実施形態において、連続した側壁は一体構造である。
【００２８】
取鍋を回転させるために、取鍋はクレーンもしくはフォークリフトまたは他の機械に搭載されてよい。
【００２９】
取鍋殻は、従来の円筒状殻または取鍋内張の形状に適合された変更殻でよい。従来の円筒状殻を採用する場合、連続した側壁の内表面および外表面が異なる形状を有することが必要であり、つまり、耐熱内張は均一な厚さを有さなくなる。非円筒状殻を採用する場合、連続した側壁の内表面および外表面は同じ形状を有し得る。たとえば、取鍋内張が三角形の断面を有する側壁を含む場合、殻もまた三角形の断面を有してよく、つまり、三角プリズムであってよい。
【００３０】
特定の実施形態において、取鍋殻および取鍋内張は、実質的に同じ形状を有する。これは、使用する耐熱材料の量を最少にすることができるという利点を有する。これに代えて、取鍋は従来の円筒状の取鍋殻を含んでもよい。これは、従来の円筒状殻を再使用するときに便利である。取鍋内張の効率は、殻内に取鍋内張を適合させるために必要な追加の耐熱材料の費用を、少なくとも部分的に埋め合わせるであろう。
【００３１】
本発明の第２の側面によれば、処理剤をポケットに配置することによって第１の側面の取鍋を装填し、取鍋が水平姿勢にある間に、ポケットの下方の高さまで溶融金属を取鍋に充填し、溶融金属がポケット内の処理剤に流れるように取鍋を垂直姿勢へと回転させることを含む、溶融金属を処理するための方法が提供される。
【００３２】
特定の実施形態において、この方法は、取鍋を水平姿勢から９０゜を超えて回転させて、垂直姿勢を経て、処理後に溶融金属が注入排出部から排出される排出姿勢に至らせることを含む。更なる実施形態において、この方法は、取鍋を水平姿勢から約１８０゜回転させて、垂直姿勢を経て、処理された金属が排出される排出姿勢に至らせることを含む。
【００３３】
特定の実施形態において、取鍋は、水平姿勢にあるときに、内部空間の頂と底との中間の平面に対応する高さまで満たされる。
【００３４】
本発明の方法は、処理剤がノジュラライザであり溶融金属が鉄である、延性鉄の調製に特に適している。
【００３５】
一実施形態において、処理剤はマグネシウム含有ノジュラライザである。好適なノジュラライザには、純粋なマグネシウム、マグネシウム−フェロシリコン合金（ＭｇＦｅＳｉ合金）、ニッケル−マグネシウム合金およびマグネシウム−鉄ブリケットが含まれる。
【００３６】
本発明の取鍋および方法は、延性（球状黒鉛）鉄およびバーミキュラ（コンパクト黒鉛）鉄の双方の生産に使用してよい。
【００３７】
本発明の方法は、処理剤（たとえば、ノジュラライザ）との反応後の溶融金属の接種を含んでもよい。接種剤は、共晶黒鉛核生成を誘発するために、少量加えられる合金である。好適な接種剤には、フェロシリコンおよびカルシウムシリサイドに基づくものが含まれる。
【００３８】
本発明の方法は、処理剤との反応に先立つ溶融金属の初期化を含んでよい。初期化剤は、溶融金属の酸素活性を不活性化して、後続の処理がよりうまくいくようにすると考えられる。好適な初期化剤には、国際公開第ＷＯ２００８／０１２４９２号に開示されているものが含まれる。
以下、添付の図面を参照しながら、例示のみの目的で本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の実施形態に従う取鍋の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す取鍋の組み立て時における斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す取鍋の組み立て時における断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａに示す取鍋の組み立てにおいて使用される成形具の断面図である。
【図１Ｅ】図１Ａに示す取鍋の組み立てにおいて使用される成形具の断面図である。
【図１Ｆ】図１Ａに示す取鍋の断面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示す取鍋の概略図である。
【図２Ｂ】図１Ａに示す取鍋の概略図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従う取鍋を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従う取鍋を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に従う取鍋を示す図である。
【図４Ａ】比較のための従来の取鍋を示す図である。
【図４Ｂ】比較のための従来の取鍋を示す図である。
【図５Ａ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【図５Ｂ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【図５Ｃ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【図５Ｄ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１Ａは、本発明の実施形態に従う取鍋１０を示す。取鍋１０は、概ね筒状の鋼鉄殻１２、および、殻１２内の概して筒状の耐熱内張１４（部分的に見える）を含む。取鍋１０は、上端に開口１６を有し、下端に突部１８を有する。殻１２の形状は、耐熱内張１４の外形と相補的であり、突部１８が、処理剤を保持するためのポケット（見えない）の形状に対応する。取鍋はまた、閉じることが可能な蓋２０を含み、その内面は、耐熱内張１４の第２端を規定する。殻１２および耐熱内張１４は、上端に向って広がり、開口１６に隣接して注入排出部１７を形成する。取鍋１０は、その垂直姿勢にて示されており、注入排出部が、取鍋の頂に位置し、ポケットが取鍋の底に位置している。この配置では、処理剤は、開口１６を介して、ポケット内に容易に装填することができる。
【００４１】
取鍋１０は、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、２つの部分から成る。取鍋の本体１０ａは、殻１２内に成形具２２ａを配置し、殻１２と成形具２２ａとの間隙を耐熱材料（ＫＡＬＴＥＫ（登録商標））で満たすことによって、作製されている。耐熱材料が硬化すると、成形具２２ａは除去される。同様に、取鍋の突出部１０ｂは、突部１８に対応する殻の中に別の成形具２２ｂを配置し、成形具２２ｂと突部１８との間隙を耐熱材料で満たすことによって、作製されている。成形具２２ａ，２２ｂの外面が、耐熱取鍋内張１４の内部の形状に対応することが理解されよう。２つの部分１０ａ，１０ｂは、次いで、相互に取り付けられる。
【００４２】
図１Ｃは、成形具２２ａ，２２ｂが除去される前の、蓋２０のない取鍋１０の断面を示す。耐熱内張１４は、連続した側壁２４、および下端（第１端）２６を有し、蓋２０が取り付けられていないので、取鍋は上端が全体的に開放されている。連続した側壁の最上部は、蓋２０が取り付けられる部分（第２端２８）を規定する。取鍋内張１４は、処理剤を保持するためのポケット３０を含む。ポケット３０は、第１端から離れるように延びる。これは、処理剤の上方に金属のより大きなヘッドが生じるという利点を提供する。ポケット３０の壁は連続した側壁２４よりも厚いことに、注目すべきである。より厚い壁は、処理剤の気化に追加の断熱を提供する。
【００４３】
取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さを、ｘとする。取鍋が回転されて水平姿勢にあるときの内部空間の高さを、ｙとする。ポケットの深さを、ｚとする。本実施形態においては、ｘ，ｙおよびｚのおおよその値は、それぞれ１３８０ｍｍ、６４０ｍｍ、および４８０ｍｍである。したがって、ｘ：ｙの比は約２．２：１であり、ｘ：ｚの比は約２．９：１である。
【００４４】
図１Ｄは成形具２２ａの断面を示す。成形具２２ａの外面は、連続した側壁２４の内表面を規定し、したがって、内部空間の断面を規定する。成形具２２ａの断面は、頂点が丸められ辺が外方に曲げられた、正三角形に基づいている。
【００４５】
図１Ｅは、成形具２２ｂの断面を示す。成形具２２ｂの外面は、ポケット３０の壁を規定する。本実施形態においては、成形具２２ｂの断面は、成形具２２ａの断面（破線で示す）に関連している。成形具２２ｂの断面も、おおよそ三角形である。ポケット３０が別の断面、たとえば円状の断面、を有してもよいことが理解されよう。ただし、三角形の断面は、取鍋が垂直姿勢から水平姿勢に回転されるときに、ポケット３０内に処理剤を保持するのを支援するので、三角形の断面が有利であると考えられる。
【００４６】
図１Ｆは、殻１２および連続した耐熱側壁２４を含む、取鍋の本体１０ａの断面を示す。側壁２４は、各頂点が側壁２４に接する正三角形（破線で示す）に基づいている。本実施形態においては、三角形の各辺の長さは約７４０ｍｍであり、側壁部の長さに対する、取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さ（図１Ｃにおいて符号ｘで示す）の比は、約１．８：１である。三角形は、内接円（これも破線で示す）を含む。本実施形態においては、内接円は約４２７ｍｍの直径を有しており、この円の直径の長さに対する、取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さ（図１Ｃにおいて符号ｘで示す）の比は、約３．２：１である。
【００４７】
図１Ａ〜図１Ｆに示した取鍋の比率は、良好な熱保持と効率的な処理とを組み合わせており、処理剤による金属の処理に特に有益であると考えられる。
【００４８】
図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａに示す取鍋１０の水平姿勢おける概略図である。取鍋１０は、前述のように、第１端２６、第２端２８、および連続した側壁２４を含んでいる。この水平配置では、側壁の上部が内部空間の頂４０を規定し、側壁の下部が内部空間の底４２を規定する。第１端と第２端との中間の垂直平面４４が示されている。この垂直平面は、第２端２８よりも第１端２６に近く選択されている。ここが、連続した側壁２４が規則的な形状を有する位置に、相当するからである。内部空間の頂４０と底４２との中間の水平平面４６が示されている。内部空間の底４２、第１端２６、中間平面４６、および垂直平面４４の間に規定される内部空間の容積（下部容積）を、符号Ｉで示す。内部空間の頂４０、第１端２６、中間平面４６、および垂直平面４４の間に規定される内部空間の容積（上部容積）を、符号ＩＩで示す。図２Ａを見ると、容積Ｉおよび容積ＩＩは等しいように見受けられるが、図２Ｂから明らかなように、連続した側壁２４の断面の形状のため、容積Ｉは容積ＩＩよりも大きい。
【００４９】
本発明の実施形態に従う取鍋の三角プリズム形状は、円筒状の取鍋と比べて、水平姿勢にあるときの金属からの熱損失、および、垂直姿勢（第２姿勢）にあるときの処理剤上方の金属のヘッドの増加の点で、有利である。図２Ｂの概略図から明らかなように、取鍋が半分まで充填された場合、空気に曝される金属は、対照の円筒状取鍋よりも少なくなるであろう。同様に、取鍋が水平姿勢から垂直姿勢へと回転されると、金属の高さは、対照の円筒状取鍋よりも大きくなるであろう。
【００５０】
実施例１および比較例１：シミュレーション
本発明の実施形態に従う取鍋（実施例１）についての熱損失の速度を公正に評価するために、本発明者らは、２つの取鍋、実施例１（本発明の実施形態に従う）および比較用の取鍋（比較例１）を設計して、ＭＡＧＭＡＳＯＦＴシミュレーションツールを用いてシミュレーションを行った。ＭＡＧＭＡＳＯＦＴは、ＭＡＧＭＡ Ｇｉｅｓｓｅｒｅｉｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ＧｍｂＨによって提供される、モールド充填および鋳造物の固化をモデル化する主要なシミュレーションツールである。これは、高価で時間を要する鋳造試験を回避するために、鋳造所で一般に使用されている。
【００５１】
実施例１の取鍋を図３Ａに示し（垂直姿勢）、また、図３Ｂおよび図３Ｃに示す（水平姿勢）。内部空間は、実質的に三角形の断面を有する。比較例１を図４Ａに示し（垂直姿勢）、また、図４Ｂおよび図４Ｃに示す（水平姿勢）。内部空間は、円形の断面を有する。
【００５２】
各図において、取鍋が作業容量まで満たされたときの溶融金属の高さを表すために、点線を示す。２つの取鍋の特徴の比較を次の表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
これより判るように、両取鍋は同量の金属を保持するが、異なる形状のため、異なる高さまで満たされる。水平姿勢においては、金属はどちらの場合も同程度の高さまで満たされるが、取鍋が回転されて垂直姿勢になったときは、金属の高さは、比較例１におけるよりも、実施例１においてはるかに大きい。気化可能な処理剤の上方の金属がより高いことは、気化した処理剤がより多くの金属内を移動しなければならず、それ故、溶融金属内により留まり易く、より良好な回収率を招く、ことを意味する。
【００５５】
さらに、（空気または取鍋の壁に接する）金属の総表面積および（空気に接する）金属の上表面積は、比較例１におけるよりも、実施例１において小さい。これは、幾何学的係数が、比較例１よりも実施例１において大きいことに対応する。したがって、実施例１の取鍋内の溶融金属は、比較例１の取鍋内の溶融金属よりも、ゆっくりと冷えるであろう。
【００５６】
シミュレーションにおいて、取鍋は、溶融鋼を収容し、ＫＡＬＴＥＫ（登録商標）のものと同じ断熱特性を有する耐熱内張を有するものとして、モデル化した。モデルは、金属の上方の境界物質を空気とみなした。シミュレーションは、耐熱内張についての２つの異なる初期温度（１４００℃および１５８０℃）で行った。２４０秒後の結果を図５Ａ〜図５Ｄに示す。これらのシミュレーション出力は、金属の陰つき等温線図であり、陰の暗さは液体金属の温度に逆比例し、つまり、陰が暗いほど金属は冷たく、実際の値はシミュレーションにおける温度キーによって表されている。
【００５７】
図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ実施例１および比較例１について、耐熱内張が１４００℃の初期温度を有するときの、金属の表面温度を示している。金属の表面温度は、両取鍋が同量の金属を収容しており、同じ初期温度を有しているにもかかわらず、比較例におけるよりも本発明の取鍋において高い。これは、金属の暗い等温線（陰）の割合が、図５Ａにおけるよりも図５Ｂにおいて高いことで、示されている。陰が暗いほど、金属は冷たいからである。
【００５８】
図５Ｃおよび図５Ｄは、それぞれ実施例１および比較例１について、耐熱内張が１５８０℃の初期温度を有するときの、金属の表面温度を示している。この場合も、図５Ｄに比べて図５Ｃにおいて陰が薄いことで示されているように、金属の表面温度は、比較例におけるよりも本発明の取鍋において高い。これは、本発明の取鍋が、金属がより高い温度をより長時間にわたって維持することを、可能にすることを表している。
【００５９】
実施例２および比較例２−延性鉄の調製
本発明の実施形態に従う取鍋（実施例２）および標準的タンディッシュ取鍋（比較例２）を用いて、延性鉄を調製した。どちらの場合も、溶融鉄をマグネシウム−フェロシリコン合金（ＭｇＦｅＳｉ）で処理した。４分および９／１０分後のマグネシウムの回収を測定した。マグネシウムの回収は、次式に従って算出した：
Ｍｇ回収％＝（０．７６×（ベース金属中Ｓ％−残存Ｓ％）＋残存Ｍｇ％）
×１００／追加Ｍｇ％
【００６０】
実施例２
図１Ａに示す取鍋１０を、ポケット１８を最下点となる垂直姿勢に配置した。次いで、２０．８ｋｇのマグネシウム−フェロシリコン合金（５．３８％Ｍｇ）を、開口に配置した長首じょうごを用いて、ポケット内に装填した。処理剤を装填した後、取鍋を９０゜回転させて水平姿勢にした。その後、取鍋を１４８０℃の温度の１６００ｋｇの溶融鉄で満たした。次いで、溶融鉄がポケットに流れ込むように、取鍋を回転させて垂直姿勢に戻した。溶融鉄がマグネシウム合金と反応するのに伴い、白いフレアが観察された。取鍋を傾けて注入排出部１７から注ぎ出すことによって、金属を取鍋から注ぎ出した。結果を下記の表２に示す。
【００６１】
比較例２
１４．４ｋｇのマグネシウム−フェロシリコン合金（５．３８％Ｍｇ）を、標準的タンディッシュ取鍋の凹部内に配置し、１５００℃の温度の８００ｋｇの溶融鉄（標準的技法）を取鍋に注ぎ入れた。結果を次の表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
マグネシウムの回収は、比較例２におけるよりも実施例２においてかなり高い。したがって、本発明の実施形態に従う取鍋は、照準的タンディッシュ取鍋よりも良好な回収率を提供するように見える。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を気化可能な添加剤で処理するための取鍋に関し、特に、延性鉄を形成するために鉄をマグネシウム（Ｍｇ）で処理するための取鍋に関する。
【背景技術】
【０００２】
球状黒鉛（ｓ.ｇ.）鉄またはノジュラー鉄としても知られる延性鉄は、液体鉄を、鋳造前に、いわゆるノジュラライザ（あるいはノジュライザ）で処理することによって、製造される。ノジュラライザは、分散した小塊の形態で黒鉛が沈降するのを促進する。実際には、ノジュラライザは普通、純粋なマグネシウムとして、または、マグネシウム−フェロシリコン（ＭｇＦｅＳｉ合金）もしくはニッケル−マグネシウム（ＮｉＭｇ合金）などの、希土類金属を含有してもよい合金として、マグネシウムを含む。一般的な処理では、約０．０４％の残存マグネシウム含量となるようにマグネシウムが液体鉄に加えられ、鉄は接種されて鋳造される。マグネシウムを鉄に加えることは、マグネシウムが比較的低い温度（１０９０℃）で沸騰して、液体鉄の激しい撹拌と気体の形態でのマグネシウムの多量の損失が生じるので、困難である。
延性鉄を調製するための様々な方法が開発されており、次のものが含まれる。
【０００３】
サンドイッチ取鍋−処理合金が、取鍋の底の凹部に収容され、鋼鉄くずで覆われる。取鍋は、たとえばタンディッシュ蓋で覆われてよい。次いで鉄が取鍋に注ぎ入れられ、処理合金との反応は鋼鉄くずバリヤによって減速される。この方法は、単純であり広く使用されているが、Ｍｇ回収率が一貫しない。さらに、必要な処理レベルを首尾よく達成するためには、より多くのノジュラライザを使用する必要がある。
【０００４】
プランジャ−処理合金が、耐熱性のプランジャベルを用いて、取鍋に押し込まれる。この方法は、大量の金属について実用的なだけである。
【０００５】
コンバータ−ノジュラライザが、円筒状取鍋の底部のポケットに配置される。取鍋は、水平配置の間に液体鉄で満たされ、封止されて、マグネシウムが鉄の下に沈むように、垂直姿勢へと回転される。
【０００６】
コア入りワイヤ処理−ノジュラライザ（たとえば、ＭｇＦｅＳｉ合金）を収容したワイヤが、専用のステーションを用いて、機械的に鉄中に供給される。
【０００７】
インモールド処理−ノジュラライザ（たとえば、ＭｇＦｅＳｉ合金）が、鉄が合金上を流れる間に連続的に処理されるような、動作システムに成形されたチャンバ内に配置される。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の１つの目的は、金属を気化可能な添加剤で処理するための取鍋の提供である。
本発明の他の目的は、溶融金属を気化可能な添加剤で処理するための方法を提供することである。
【０００９】
本発明の第１の側面によれば、概して筒状の耐熱取鍋内張を収容した取鍋殻を含み、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能な処理取鍋が提供され、前記取鍋内張は、連続した側壁を間に有する第１端および第２端を有し、前記第１端、第２端および連続した側壁の間に内部空間が規定され、前記取鍋内張は、さらに、処理剤を保持するためのポケットであって、第１端に隣接して位置して内部空間と流体連通し、取鍋が水平姿勢にあるときに内部空間の底よりも頂に近く位置し、取鍋が垂直姿勢にあるときに内部空間の頂よりも底に近く位置するポケット、ならびに、溶融金属を受けるためおよび注ぐための注入排出部であって、取鍋が水平姿勢にあるときおよび垂直姿勢にあるときに、内部空間の底よりも頂に近く位置する注入排出部を含み、
水平姿勢において、内部空間の頂と底との間の中間平面の下、かつ、第１端と第１端および第２端の中間の垂直平面との間に規定される内部空間の下部容積が、前記中間平面よりも上、かつ、第１端と前記垂直平面との間に規定される内部空間の上部容積よりも大きい。
【００１０】
上記より、垂直姿勢においては、取鍋内張の第１端が内部空間の最下部を構成することが、理解されるであろう。
【００１１】
使用に際しては、処理剤がポケットに配置され、取鍋は、水平姿勢にある間に、溶融金属で満たされる。通常、取鍋は、溶融金属が前記中間平面に対応する高さまで満たされるように、半分満たされる。取鍋は、次いで、処理剤を含んでいるポケットに金属が流れ込むように、垂直姿勢へと９０゜回転させられる。処理剤は、溶融金属と接触して気化し、泡立ってポケットの上方の金属のヘッドを通る。取鍋は、次いで、処理された溶融金属が注入排出部を通って排出されるように、再び回転させられる。特定の実施形態において、取鍋は、水平姿勢から９０゜を超えて回転させられ、垂直姿勢を経て、処理された溶融金属が排出される第３の姿勢（排出姿勢）に至る。
【００１２】
本発明の取鍋は、取鍋が水平姿勢にあるときに空気に曝される金属の表面積を最小にするので、有用である。表面積の低減は、金属からの熱損失の減少に結びつく。熱損失が減少すると、金属はより低い温度で取鍋に注ぎ入れてよくなり、これによって、耐熱内張および他の鋳造装置の損耗が低減される。取鍋に注ぎ入れる温度の低下は、マグネシウム蒸気の膨脹を下げるためにも有利に働き、これは、（マグネシウムと熱金属との）反応の激しさを低下させる。これは、より多くのマグネシウム蒸気が液体鉄中に効率よく保持されるので、マグネシウムの回収を向上させ、また、反応の激しさが低いということは、金属とより冷たい大気との接触が少なくなることなので、処理後の熱損失を低減すると考えられる。
【００１３】
本発明の取鍋のもう１つの利点は、取鍋が垂直姿勢にあるときの、処理剤の上方の金属のヘッドを最大とすることである。金属のヘッドの増大は、金属と処理剤との反応の激しさの低下に結びつき、マグネシウム含有処理剤の場合には、マグネシウムの回収が向上し、より一貫することに結びつく。
【００１４】
本発明の利点は、取鍋内張の形状によって、特に、取鍋が満たされるとき（水平姿勢）および金属が処理されるとき（垂直姿勢）に、溶融金属と接触する取鍋内張の部分の形状によって、得られることが理解されよう。垂直平面（取鍋が水平姿勢にあるときの第１端と第２端との中間）は、取鍋内張の形状を評価するために選択される。垂直平面は、取鍋内張の一般的な断面を表すように選択されるべきである。取鍋内張が、連続した側壁の断面がその全長にわたって一貫しているような、規則的な形状を有する場合、垂直平面は、第１端と第２端との間のどの点に選んでもよい。便宜的に、垂直平面は、取鍋が水平姿勢にあるときの内張の第１端と第２端とから等距離である。
【００１５】
特定の実施形態において、ポケットは、取鍋内張の第１端から延びて内部空間から離れる（つまり、取鍋が垂直姿勢にあるときに第１端の下方に延びる）。これは、取鍋が垂直姿勢にあるときに、溶融金属がポケットを満たし得るので、処理剤の上の金属のヘッドに更なる増大をもたらす。上述のように、金属のヘッドの増大は、金属と処理剤との反応の激しさの低下に結びつき、マグネシウム含有処理剤の場合には、マグネシウムの回収が向上しより一貫することになる。ポケットが第１端から延びる実施形態において、ポケットの長さは５０〜１２００ｍｍ、２００〜１０００ｍｍ、または４００〜６００ｍｍでよい。
【００１６】
代替の実施形態において、ポケットは、内部空間内に位置する。どの場合も、ポケットは、内部空間に流体連通しているか、金属との接触で内部空間に流体連通し得るかの、どちらかでなければならない。たとえば、ポケットは、処理剤を保持するために充分に小さいながら、なおかつ溶融金属の通過を可能にする開口を有するメッシュまたは格子によって規定されてよく、あるいは、融けることによってポケットの内容物へのアクセスをもたらす材料（金属など）で作製されてよい。ポケットの容積は内部空間の容積に比べて一般に小さい、と理解されよう。ポケットの形状は特に限定されないが、便宜的には、ポケットは、処理剤の保持を確実にするために長くされる。ポケットは円状または三角形状の断面を有してよい。
【００１７】
上部容積に対する下部容積の比は、少なくとも１．５：１、少なくとも２：１、または少なくとも３：１でよい。
【００１８】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さ（連続した側壁の内部によって規定される、内部空間の頂と底との間の距離）は、２００ｍｍ〜１５００ｍｍ、４００ｍｍ〜１０００ｍｍ、または６００ｍｍ〜８００ｍｍでよい。
【００１９】
取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さ（内部空間の頂と底との間の距離）は、４００ｍｍ〜３０００ｍｍ、８００ｍｍ〜２０００ｍｍ、または１０００ｍｍ〜１５００ｍｍでよい。
【００２０】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、または少なくとも５：１でよい。取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、６：１以下、４：１以下、または３：１以下でよい。
【００２１】
ポケットが、第１端から延びて内部空間から離れる実施形態において、ポケットの長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１．５：１、少なくとも２：１、少なくとも２．５：１、または少なくとも３：１でよい。
【００２２】
連続した側壁は、形状が同じでも異なっていてもよい内表面および外表面を有する。便宜的に、連続した側壁は均一な厚さを有し、内表面と外表面とは同じ形状を有する。内部空間の形状を規定するのは連続した側壁の内表面であり、したがって、連続した側壁の断面についての言及は、連続した側壁の内表面の断面への言及であることが、理解されよう。
【００２３】
連続した側壁は、連続した側壁の断面が実質的に多角形になるように、３つ以上の壁部によって規定されてよい。連続した側壁が、３つの壁部によって規定される実施形態において、連続した側壁の断面は実質的に三角形である。連続した側壁が、長さの等しい３つの壁部によって規定される実施形態においては、連続した側壁の断面は正三角形の形状を有する。断面が多角形に基づくどの実施形態においても、角は丸められ／丸くされてよく、および／または、辺は外方に曲げられてよい。便宜的に、側壁の断面は、第１端と第２端との中間の垂直平面において測定される。
【００２４】
連続した側壁の断面が実質的に三角形になるように、連続した側壁が３つの壁部によって規定される実施形態において、側壁部の長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１：１、 少なくとも１．５：１、または少なくとも２：１でよい。
【００２５】
連続した側壁の断面が実質的に三角形になるように、連続した側壁が３つの壁部によって規定される実施形態において、三角形の断面は、内接円、つまり、その三角形に含まれ得る最大の円、を規定する。この場合、三角形の断面に内接する円の半径に対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比は、少なくとも１．５：１、少なくとも２：１、少なくとも２．５：１、または少なくとも３：１でよい。
【００２６】
取鍋は、初めは溶融金属を受けて、後に処理後の溶融金属を排出するための、注入排出部を含む。これは、金属を取鍋から鋳型に直接注ぐことができ、再度すくう処理を要することがないので、特に有益である。これは、温度損失の低減、および、鋳造処理における１工程を排除することによる鋳造生産性の向上という、二重の便益を有する。
【００２７】
好適な耐熱材料には、ＥＰ０６７５８６２Ｂ１に記載されているものが含まれ、特に、シリカ、アルミナおよびマグネサイトから製造され、フェノール樹脂などの有機材料で結合される耐熱内張である、ＫＡＬＴＥＫ（登録商標）が含まれる。特定の実施形態において、連続した側壁は一体構造である。
【００２８】
取鍋を回転させるために、取鍋はクレーンもしくはフォークリフトまたは他の機械に搭載されてよい。
【００２９】
取鍋殻は、従来の円筒状殻または取鍋内張の形状に適合された変更殻でよい。従来の円筒状殻を採用する場合、連続した側壁の内表面および外表面が異なる形状を有することが必要であり、つまり、耐熱内張は均一な厚さを有さなくなる。非円筒状殻を採用する場合、連続した側壁の内表面および外表面は同じ形状を有し得る。たとえば、取鍋内張が三角形の断面を有する側壁を含む場合、殻もまた三角形の断面を有してよく、つまり、三角プリズムであってよい。
【００３０】
特定の実施形態において、取鍋殻および取鍋内張は、実質的に同じ形状を有する。これは、使用する耐熱材料の量を最少にすることができるという利点を有する。これに代えて、取鍋は従来の円筒状の取鍋殻を含んでもよい。これは、従来の円筒状殻を再使用するときに便利である。取鍋内張の効率は、殻内に取鍋内張を適合させるために必要な追加の耐熱材料の費用を、少なくとも部分的に埋め合わせるであろう。
【００３１】
本発明の第２の側面によれば、処理剤をポケットに配置することによって第１の側面の取鍋を装填し、取鍋が水平姿勢にある間に、ポケットの下方の高さまで溶融金属を取鍋に充填し、溶融金属がポケット内の処理剤に流れるように取鍋を垂直姿勢へと回転させることを含む、溶融金属を処理するための方法が提供される。
【００３２】
特定の実施形態において、この方法は、取鍋を水平姿勢から９０゜を超えて回転させて、垂直姿勢を経て、処理後に溶融金属が注入排出部から排出される排出姿勢に至らせることを含む。更なる実施形態において、この方法は、取鍋を水平姿勢から約１８０゜回転させて、垂直姿勢を経て、処理された金属が排出される排出姿勢に至らせることを含む。
【００３３】
特定の実施形態において、取鍋は、水平姿勢にあるときに、内部空間の頂と底との中間の平面に対応する高さまで満たされる。
【００３４】
本発明の方法は、処理剤がノジュラライザであり溶融金属が鉄である、延性鉄の調製に特に適している。
【００３５】
一実施形態において、処理剤はマグネシウム含有ノジュラライザである。好適なノジュラライザには、純粋なマグネシウム、マグネシウム−フェロシリコン合金（ＭｇＦｅＳｉ合金）、ニッケル−マグネシウム合金およびマグネシウム−鉄ブリケットが含まれる。
【００３６】
本発明の取鍋および方法は、延性（球状黒鉛）鉄およびバーミキュラ（コンパクト黒鉛）鉄の双方の生産に使用してよい。
【００３７】
本発明の方法は、処理剤（たとえば、ノジュラライザ）との反応後の溶融金属の接種を含んでもよい。接種剤は、共晶黒鉛核生成を誘発するために、少量加えられる合金である。好適な接種剤には、フェロシリコンおよびカルシウムシリサイドに基づくものが含まれる。
【００３８】
本発明の方法は、処理剤との反応に先立つ溶融金属の初期化を含んでよい。初期化剤は、溶融金属の酸素活性を不活性化して、後続の処理がよりうまくいくようにすると考えられる。好適な初期化剤には、国際公開第ＷＯ２００８／０１２４９２号に開示されているものが含まれる。
以下、添付の図面を参照しながら、例示のみの目的で本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の実施形態に従う取鍋の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す取鍋の組み立て時における斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す取鍋の組み立て時における断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａに示す取鍋の組み立てにおいて使用される成形具の断面図である。
【図１Ｅ】図１Ａに示す取鍋の組み立てにおいて使用される成形具の断面図である。
【図１Ｆ】図１Ａに示す取鍋の断面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示す取鍋の概略図である。
【図２Ｂ】図１Ａに示す取鍋の概略図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従う取鍋を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従う取鍋を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に従う取鍋を示す図である。
【図４Ａ】比較のための従来の取鍋を示す図である。
【図４Ｂ】比較のための従来の取鍋を示す図である。
【図５Ａ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【図５Ｂ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【図５Ｃ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【図５Ｄ】ＭＡＧＭＡＳＯＦＴ（登録商標）ソフトウェアを使用したシミュレーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１Ａは、本発明の実施形態に従う取鍋１０を示す。取鍋１０は、概ね筒状の鋼鉄殻１２、および、殻１２内の概して筒状の耐熱内張１４（部分的に見える）を含む。取鍋１０は、上端に開口１６を有し、下端に突部１８を有する。殻１２の形状は、耐熱内張１４の外形と相補的であり、突部１８が、処理剤を保持するためのポケット（見えない）の形状に対応する。取鍋はまた、閉じることが可能な蓋２０を含み、その内面は、耐熱内張１４の第２端を規定する。殻１２および耐熱内張１４は、上端に向って広がり、開口１６に隣接して注入排出部１７を形成する。取鍋１０は、その垂直姿勢にて示されており、注入排出部が、取鍋の頂に位置し、ポケットが取鍋の底に位置している。この配置では、処理剤は、開口１６を介して、ポケット内に容易に装填することができる。
【００４１】
取鍋１０は、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、２つの部分から成る。取鍋の本体１０ａは、殻１２内に成形具２２ａを配置し、殻１２と成形具２２ａとの間隙を耐熱材料（ＫＡＬＴＥＫ（登録商標））で満たすことによって、作製されている。耐熱材料が硬化すると、成形具２２ａは除去される。同様に、取鍋の突出部１０ｂは、突部１８に対応する殻の中に別の成形具２２ｂを配置し、成形具２２ｂと突部１８との間隙を耐熱材料で満たすことによって、作製されている。成形具２２ａ，２２ｂの外面が、耐熱取鍋内張１４の内部の形状に対応することが理解されよう。２つの部分１０ａ，１０ｂは、次いで、相互に取り付けられる。
【００４２】
図１Ｃは、成形具２２ａ，２２ｂが除去される前の、蓋２０のない取鍋１０の断面を示す。耐熱内張１４は、連続した側壁２４、および下端（第１端）２６を有し、蓋２０が取り付けられていないので、取鍋は上端が全体的に開放されている。連続した側壁の最上部は、蓋２０が取り付けられる部分（第２端２８）を規定する。取鍋内張１４は、処理剤を保持するためのポケット３０を含む。ポケット３０は、第１端から離れるように延びる。これは、処理剤の上方に金属のより大きなヘッドが生じるという利点を提供する。ポケット３０の壁は連続した側壁２４よりも厚いことに、注目すべきである。より厚い壁は、処理剤の気化に追加の断熱を提供する。
【００４３】
取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さを、ｘとする。取鍋が回転されて水平姿勢にあるときの内部空間の高さを、ｙとする。ポケットの深さを、ｚとする。本実施形態においては、ｘ，ｙおよびｚのおおよその値は、それぞれ１３８０ｍｍ、６４０ｍｍ、および４８０ｍｍである。したがって、ｘ：ｙの比は約２．２：１であり、ｘ：ｚの比は約２．９：１である。
【００４４】
図１Ｄは成形具２２ａの断面を示す。成形具２２ａの外面は、連続した側壁２４の内表面を規定し、したがって、内部空間の断面を規定する。成形具２２ａの断面は、頂点が丸められ辺が外方に曲げられた、正三角形に基づいている。
【００４５】
図１Ｅは、成形具２２ｂの断面を示す。成形具２２ｂの外面は、ポケット３０の壁を規定する。本実施形態においては、成形具２２ｂの断面は、成形具２２ａの断面（破線で示す）に関連している。成形具２２ｂの断面も、おおよそ三角形である。ポケット３０が別の断面、たとえば円状の断面、を有してもよいことが理解されよう。ただし、三角形の断面は、取鍋が垂直姿勢から水平姿勢に回転されるときに、ポケット３０内に処理剤を保持するのを支援するので、三角形の断面が有利であると考えられる。
【００４６】
図１Ｆは、殻１２および連続した耐熱側壁２４を含む、取鍋の本体１０ａの断面を示す。側壁２４は、各頂点が側壁２４に接する正三角形（破線で示す）に基づいている。本実施形態においては、三角形の各辺の長さは約７４０ｍｍであり、側壁部の長さに対する、取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さ（図１Ｃにおいて符号ｘで示す）の比は、約１．８：１である。三角形は、内接円（これも破線で示す）を含む。本実施形態においては、内接円は約４２７ｍｍの直径を有しており、この円の直径の長さに対する、取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さ（図１Ｃにおいて符号ｘで示す）の比は、約３．２：１である。
【００４７】
図１Ａ〜図１Ｆに示した取鍋の比率は、良好な熱保持と効率的な処理とを組み合わせており、処理剤による金属の処理に特に有益であると考えられる。
【００４８】
図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａに示す取鍋１０の水平姿勢おける概略図である。取鍋１０は、前述のように、第１端２６、第２端２８、および連続した側壁２４を含んでいる。この水平配置では、側壁の上部が内部空間の頂４０を規定し、側壁の下部が内部空間の底４２を規定する。第１端と第２端との中間の垂直平面４４が示されている。この垂直平面は、第２端２８よりも第１端２６に近く選択されている。ここが、連続した側壁２４が規則的な形状を有する位置に、相当するからである。内部空間の頂４０と底４２との中間の水平平面４６が示されている。内部空間の底４２、第１端２６、中間平面４６、および垂直平面４４の間に規定される内部空間の容積（下部容積）を、符号Ｉで示す。内部空間の頂４０、第１端２６、中間平面４６、および垂直平面４４の間に規定される内部空間の容積（上部容積）を、符号ＩＩで示す。図２Ａを見ると、容積Ｉおよび容積ＩＩは等しいように見受けられるが、図２Ｂから明らかなように、連続した側壁２４の断面の形状のため、容積Ｉは容積ＩＩよりも大きい。
【００４９】
本発明の実施形態に従う取鍋の三角プリズム形状は、円筒状の取鍋と比べて、水平姿勢にあるときの金属からの熱損失、および、垂直姿勢（第２姿勢）にあるときの処理剤上方の金属のヘッドの増加の点で、有利である。図２Ｂの概略図から明らかなように、取鍋が半分まで充填された場合、空気に曝される金属は、対照の円筒状取鍋よりも少なくなるであろう。同様に、取鍋が水平姿勢から垂直姿勢へと回転されると、金属の高さは、対照の円筒状取鍋よりも大きくなるであろう。
【００５０】
実施例１および比較例１：シミュレーション
本発明の実施形態に従う取鍋（実施例１）についての熱損失の速度を公正に評価するために、本発明者らは、２つの取鍋、実施例１（本発明の実施形態に従う）および比較用の取鍋（比較例１）を設計して、ＭＡＧＭＡＳＯＦＴシミュレーションツールを用いてシミュレーションを行った。ＭＡＧＭＡＳＯＦＴは、ＭＡＧＭＡ Ｇｉｅｓｓｅｒｅｉｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ＧｍｂＨによって提供される、モールド充填および鋳造物の固化をモデル化する主要なシミュレーションツールである。これは、高価で時間を要する鋳造試験を回避するために、鋳造所で一般に使用されている。
【００５１】
実施例１の取鍋を図３Ａに示し（垂直姿勢）、また、図３Ｂおよび図３Ｃに示す（水平姿勢）。内部空間は、実質的に三角形の断面を有する。比較例１を図４Ａに示し（垂直姿勢）、また、図４Ｂおよび図４Ｃに示す（水平姿勢）。内部空間は、円形の断面を有する。
【００５２】
各図において、取鍋が作業容量まで満たされたときの溶融金属の高さを表すために、点線を示す。２つの取鍋の特徴の比較を次の表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
これより判るように、両取鍋は同量の金属を保持するが、異なる形状のため、異なる高さまで満たされる。水平姿勢においては、金属はどちらの場合も同程度の高さまで満たされるが、取鍋が回転されて垂直姿勢になったときは、金属の高さは、比較例１におけるよりも、実施例１においてはるかに大きい。気化可能な処理剤の上方の金属がより高いことは、気化した処理剤がより多くの金属内を移動しなければならず、それ故、溶融金属内により留まり易く、より良好な回収率を招く、ことを意味する。
【００５５】
さらに、（空気または取鍋の壁に接する）金属の総表面積および（空気に接する）金属の上表面積は、比較例１におけるよりも、実施例１において小さい。これは、幾何学的係数が、比較例１よりも実施例１において大きいことに対応する。したがって、実施例１の取鍋内の溶融金属は、比較例１の取鍋内の溶融金属よりも、ゆっくりと冷えるであろう。
【００５６】
シミュレーションにおいて、取鍋は、溶融鋼を収容し、ＫＡＬＴＥＫ（登録商標）のものと同じ断熱特性を有する耐熱内張を有するものとして、モデル化した。モデルは、金属の上方の境界物質を空気とみなした。シミュレーションは、耐熱内張についての２つの異なる初期温度（１４００℃および１５８０℃）で行った。２４０秒後の結果を図５Ａ〜図５Ｄに示す。これらのシミュレーション出力は、金属の陰つき等温線図であり、陰の暗さは液体金属の温度に逆比例し、つまり、陰が暗いほど金属は冷たく、実際の値はシミュレーションにおける温度キーによって表されている。
【００５７】
図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ実施例１および比較例１について、耐熱内張が１４００℃の初期温度を有するときの、金属の表面温度を示している。金属の表面温度は、両取鍋が同量の金属を収容しており、同じ初期温度を有しているにもかかわらず、比較例におけるよりも本発明の取鍋において高い。これは、金属の暗い等温線（陰）の割合が、図５Ａにおけるよりも図５Ｂにおいて高いことで、示されている。陰が暗いほど、金属は冷たいからである。
【００５８】
図５Ｃおよび図５Ｄは、それぞれ実施例１および比較例１について、耐熱内張が１５８０℃の初期温度を有するときの、金属の表面温度を示している。この場合も、図５Ｄに比べて図５Ｃにおいて陰が薄いことで示されているように、金属の表面温度は、比較例におけるよりも本発明の取鍋において高い。これは、本発明の取鍋が、金属がより高い温度をより長時間にわたって維持することを、可能にすることを表している。
【００５９】
実施例２および比較例２−延性鉄の調製
本発明の実施形態に従う取鍋（実施例２）および標準的タンディッシュ取鍋（比較例２）を用いて、延性鉄を調製した。どちらの場合も、溶融鉄をマグネシウム−フェロシリコン合金（ＭｇＦｅＳｉ）で処理した。４分および９／１０分後のマグネシウムの回収を測定した。マグネシウムの回収は、次式に従って算出した：
Ｍｇ回収％＝（０．７６×（ベース金属中Ｓ％−残存Ｓ％）＋残存Ｍｇ％）
×１００／追加Ｍｇ％
【００６０】
実施例２
図１Ａに示す取鍋１０を、ポケット１８を最下点となる垂直姿勢に配置した。次いで、２０．８ｋｇのマグネシウム−フェロシリコン合金（５．３８％Ｍｇ）を、開口に配置した長首じょうごを用いて、ポケット内に装填した。処理剤を装填した後、取鍋を９０゜回転させて水平姿勢にした。その後、取鍋を１４８０℃の温度の１６００ｋｇの溶融鉄で満たした。次いで、溶融鉄がポケットに流れ込むように、取鍋を回転させて垂直姿勢に戻した。溶融鉄がマグネシウム合金と反応するのに伴い、白いフレアが観察された。取鍋を傾けて注入排出部１７から注ぎ出すことによって、金属を取鍋から注ぎ出した。結果を下記の表２に示す。
【００６１】
比較例２
１４．４ｋｇのマグネシウム−フェロシリコン合金（５．３８％Ｍｇ）を、標準的タンディッシュ取鍋の凹部内に配置し、１５００℃の温度の８００ｋｇの溶融鉄（標準的技法）を取鍋に注ぎ入れた。結果を次の表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
マグネシウムの回収は、比較例２におけるよりも実施例２においてかなり高い。したがって、本発明の実施形態に従う取鍋は、照準的タンディッシュ取鍋よりも良好な回収率を提供するように見える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
概ね筒状の耐熱取鍋内張を収容した取鍋殻を含み、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能な処理取鍋であって、
前記取鍋内張は、連続した側壁を間に有する第１端および第２端を有し、
前記第１端、第２端および連続した側壁の間に内部空間が規定され、
前記取鍋内張は、さらに、
処理剤を保持するためのポケットであって、第１端に隣接して位置して内部空間と流体連通し、取鍋が水平姿勢にあるときに内部空間の底よりも頂に近く位置し、取鍋が垂直姿勢にあるときに内部空間の頂よりも底に近く位置するポケット、ならびに、
溶融金属を受けるためおよび注ぐための注入排出部であって、取鍋が水平姿勢にあるときおよび垂直姿勢にあるときに、内部空間の底よりも頂に近く位置する注入排出部を含み、
水平姿勢において、内部空間の頂と底との間の中間平面の下、かつ、第１端と第１端および第２端の中間の垂直平面との間に規定される内部空間の下部容積が、前記中間平面よりも上、かつ、第１端と前記垂直平面との間に規定される内部空間の上部容積よりも大きい、ことを特徴とする取鍋。
【請求項２】
ポケットが取鍋内張の第１端から延びて内部空間から離れる、ことを特徴とする請求項１に記載の取鍋。
【請求項３】
前記上部容積に対する前記下位容積の比が少なくとも１．５：１である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の取鍋。
【請求項４】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が、少なくとも２：１である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項５】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が、６：１以下である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項６】
ポケットが取鍋内張の第１端から延びて内部空間から離れ、ポケットの長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が少なくとも２：１である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項７】
連続した側壁の断面が実質的に多角形となるように、連続した側壁が３つ以上の壁部で規定されている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項８】
連続した側壁が３つの壁部で規定されており、連続した側壁の断面が実質的に三角形である、ことを特徴とする請求項７に記載の取鍋。
【請求項９】
多角形の頂点が丸められ、および／または、多角形の辺が外方に曲げられている、ことを特徴とする請求項７または８に記載の取鍋。
【請求項１０】
連続した側壁が３つの壁部で規定されており、連続した側壁の断面が実質的に三角形であり、壁部のうちの少なくとも１つの長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が少なくとも１．５：１である、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項１１】
連続した側壁が一体構造である、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項１２】
取鍋殻および取鍋内張が実質的に同じ形状を有する、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項１３】
処理剤をポケットに配置することによって請求項１〜１２のいずれか１項に記載の取鍋を装填し、取鍋が水平姿勢にある間に、ポケットの下方の高さまで溶融金属を取鍋に充填し、溶融金属がポケット内の処理剤に流れるように取鍋を垂直姿勢へと回転させることを含む、溶融金属を処理するための方法。
【請求項１４】
取鍋は、水平姿勢から９０゜を超えて回転させられ、垂直姿勢を経て、溶融金属が注入排出部から排出される排出姿勢に至る、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
処理剤がノジュラライザである、ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１】
概ね筒状の耐熱取鍋内張を収容した取鍋殻を含み、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能な処理取鍋であって、
前記取鍋内張は、連続した側壁を間に有する第１端および第２端を有し、
前記第１端、第２端および連続した側壁の間に内部空間が規定され、
前記取鍋内張は、さらに、
処理剤を保持するためのポケットであって、第１端に隣接して位置して内部空間と流体連通し、取鍋が水平姿勢にあるときに内部空間の底よりも頂に近く位置し、取鍋が垂直姿勢にあるときに内部空間の頂よりも底に近く位置するポケット、ならびに、
溶融金属を受けるためおよび注ぐための注入排出部であって、取鍋が水平姿勢にあるときおよび垂直姿勢にあるときに、内部空間の底よりも頂に近く位置する注入排出部を含み、
水平姿勢において、内部空間の頂と底との間の中間平面の下、かつ、第１端と第１端および第２端の中間の垂直平面との間に規定される内部空間の下部容積が、前記中間平面よりも上、かつ、第１端と前記垂直平面との間に規定される内部空間の上部容積よりも大きい、ことを特徴とする取鍋。
【請求項２】
ポケットが取鍋内張の第１端から延びて内部空間から離れる、ことを特徴とする請求項１に記載の取鍋。
【請求項３】
前記上部容積に対する前記下位容積の比が少なくとも１．５：１である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の取鍋。
【請求項４】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が、少なくとも２：１である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項５】
取鍋が水平姿勢にあるときの内部空間の高さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が、６：１以下である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項６】
ポケットが取鍋内張の第１端から延びて内部空間から離れ、ポケットの長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が少なくとも２：１である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項７】
連続した側壁の断面が実質的に多角形となるように、連続した側壁が３つ以上の壁部で規定されている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項８】
連続した側壁が３つの壁部で規定されており、連続した側壁の断面が実質的に三角形である、ことを特徴とする請求項７に記載の取鍋。
【請求項９】
多角形の頂点が丸められ、および／または、多角形の辺が外方に曲げられている、ことを特徴とする請求項７または８に記載の取鍋。
【請求項１０】
連続した側壁が３つの壁部で規定されており、連続した側壁の断面が実質的に三角形であり、壁部のうちの少なくとも１つの長さに対する取鍋が垂直姿勢にあるときの内部空間の高さの比が少なくとも１．５：１である、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項１１】
連続した側壁が一体構造である、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項１２】
取鍋殻および取鍋内張が実質的に同じ形状を有する、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の取鍋。
【請求項１３】
処理剤をポケットに配置することによって請求項１〜１２のいずれか１項に記載の取鍋を装填し、取鍋が水平姿勢にある間に、ポケットの下方の高さまで溶融金属を取鍋に充填し、溶融金属がポケット内の処理剤に流れるように取鍋を垂直姿勢へと回転させることを含む、溶融金属を処理するための方法。
【請求項１４】
取鍋は、水平姿勢から９０゜を超えて回転させられ、垂直姿勢を経て、溶融金属が注入排出部から排出される排出姿勢に至る、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
処理剤がノジュラライザである、ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【公表番号】特表２０１２−５２６１９８（Ｐ２０１２−５２６１９８Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０９０８１（Ｐ２０１２−５０９０８１）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／０００８２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２８２７３
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１１２３９０７４）フォセコ インターナショナル リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｆｏｓｅｃｏ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】１ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｗａｙ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐａｒｋ，Ｂａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ Ｌｉｎｋｓ，Ｄｅｒｂｙｓｈｉｒｅ Ｓ４３ ４ＸＡ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／０００８２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２８２７３
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５１１２３９０７４）フォセコ インターナショナル リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】Ｆｏｓｅｃｏ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】１ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｗａｙ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐａｒｋ，Ｂａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ Ｌｉｎｋｓ，Ｄｅｒｂｙｓｈｉｒｅ Ｓ４３ ４ＸＡ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ
【Ｆターム（参考）】
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