特許 6046051 工業用金属蒸気発生器のための自動供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6046051

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】工業用金属蒸気発生器のための自動供給装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20161206BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20161206BHJP

   C23C 14/56 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/24 A

   C23C14/14 C

   C23C14/14 D

   C23C14/56 A

【請求項の数】14

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-548844(P2013-548844)

(86)(22)【出願日】2012年1月12日

(65)【公表番号】特表2014-505794(P2014-505794A)

(43)【公表日】2014年3月6日

(86)【国際出願番号】EP2012050432

(87)【国際公開番号】WO2012095489

(87)【国際公開日】20120719

【審査請求日】2014年10月7日

(31)【優先権主張番号】11151004.6

(32)【優先日】2011年1月14日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】510008765

【氏名又は名称】アルセロールミタル インベスティガシオン イ デサローロ，エス．エル．

(74)【代理人】

【識別番号】100103816

【弁理士】

【氏名又は名称】風早 信昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120927

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 典子

(72)【発明者】

【氏名】バナスザク， ピエール

(72)【発明者】

【氏名】マルネッフェ， ディディエ

(72)【発明者】

【氏名】シュミッツ， ブルーノ

(72)【発明者】

【氏名】シルバーバーグ， エリック

(72)【発明者】

【氏名】ヴァニー， リュク

【審査官】 吉野 涼

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５２２２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００００４３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５００４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５２７７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動中の基板上に金属被覆を連続真空蒸着するための設備であって、真空蒸着囲い（２４）、液体の形態の被覆金属（１１）を含むように設計された蒸発ポット（９）に、分配弁（１９）を備えた蒸気供給パイプ（２０）を通して連結された少なくとも一つの蒸気ジェット蒸着ヘッド（２５，２６）、及び前記金属のための溶融炉（１）を含み、前記炉が、大気圧にあり、蒸発ポット（９）の最下方部の下に設けられ、供給ポンプ（６）を備えた蒸発ポット（９）の少なくとも一つの自動供給パイプ（８）により及び弁（１６，１７）を任意選択的に備えた少なくとも一つの液体金属戻りパイプ（８Ａ，１８）により蒸発ポット（９）に連結されており、供給ポンプ（６）のための調節手段が、蒸発ポット（９）内の決定された液体金属レベルを調節するためにさらに与えられているものにおいて、設備が、前記供給パイプ及び戻りパイプ（８，８Ａ，１８）のそれぞれにおいて、溶融炉（１）の温度から独立して、前記パイプ（８，８Ａ，１８）の残りの部分内及び蒸発ポット（９）内で広がる調節された温度を得て、その場所に見出される金属を溶融または凝固するために、加熱装置と冷却装置を備えたいわゆる加熱弁領域（７，１３，１５）を含むことを特徴とする設備。

【請求項2】

前記設備が、蒸発ポット（９）の底に設けられた液体金属保持装置（４３）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の設備。

【請求項3】

前記設備が、蒸気供給パイプ（２０）に連結された余分のポット（４４）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の設備。

【請求項4】

前記加熱弁（単数または複数）が二重囲いから作られ、その中では冷却が冷却剤の注入及び循環により起こることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の設備。

【請求項5】

供給パイプ（８）が、供給パイプ（８）を空のチューブとして使用することを可能にするバイパス弁（１４）を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の設備。

【請求項6】

前記パイプ（８，１８，８Ａ）が二重材料から作られ、内側が低炭素鋼、黒鉛またはＳｉＡｌＯＮから作られた非溶接チューブ（Ｃ）から作られており、外側がステンレス鋼（Ｂ）により被覆または保護されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の設備。

【請求項7】

外側がステンレス鋼（Ｂ）により被覆または保護されているチューブ（Ｃ）がベローズの形の第二金属囲い（Ａ）内に置かれることを特徴とする請求項６に記載の設備。

【請求項8】

溶融炉（１）と蒸発ポット（９）の間の連結が硬い基準棒により与えられ、パイプ（８，８Ａ，１８）がリラの形で作られることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の設備。

【請求項9】

パイプ（８，８Ａ，１８）が互いに並びに炉（１）に及び蒸発ポット（９）に金属フランジにより固定され、真空封止が膨張可能な金属シールと黒鉛シールを重ねることにより得られることを特徴とする請求項８に記載の設備。

【請求項10】

蒸発ポット（９）と連通する不活性ガス分配装置（３７）をさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の設備。

【請求項11】

請求項２に記載の設備を始動するための方法において、それによれば：
− 炉（１）内の金属の溶融が、供給パイプ及び戻りパイプ（８，８Ａ，１８）の加熱弁（７，１３，１５）内の一部の金属を固体状態に保ちながら、始動される；
− 前記設備の残りが、液体金属及び／または金属蒸気を受けるために必要な温度に加熱され、供給パイプ（２０）の分配弁（１９）が閉じられ、かつ蒸着囲い（２４）が真空下に置かれる；
− 前記液体金属保持装置（４３）が、蒸着時の設備内の液体金属の温度より高い温度に活性化される；
− 加熱弁（７，１３，１５）内に含まれる凝固金属が溶融される；
− 蒸発ポット（９）が次いで供給ポンプ（６）を使用して満たされ、供給パイプ（２０）の分配弁（１９）が開かれ、かつ移動中の前記基板上の金属の蒸着が始まる；ことを特徴とする方法。

【請求項12】

請求項３に記載の設備を始動するための方法において、それによれば：
− 炉（１）内の金属の溶融が、供給パイプ及び戻りパイプ（８，８Ａ，１８）の加熱弁（７，１３，１５）内の一部の金属を固体状態に保ちながら、始動される；
− 前記設備の残りが、液体金属及び／または金属蒸気を受けるために必要な温度に加熱され、供給パイプ（２０）の分配弁（１９）が閉じられ、かつ蒸着囲い（２４）が真空下に置かれる；
− 前記余分のポット（４４）が、蒸着時の設備内の液体金属の温度より高い温度に活性化される；
− 加熱弁（７，１３，１５）内に含まれる凝固金属が溶融される；
− 蒸発ポット（９）が次いで供給ポンプ（６）を使用して満たされ、供給パイプ（２０）の分配弁（１９）が開かれ、かつ移動中の前記基板上の金属の蒸着が始まる；ことを特徴とする方法。

【請求項13】

溶融炉（１）に対する蒸発ポット（９）の高さが、真空が設備内に達成され、供給ポンプ（６）が作動していないとき、供給パイプ（８）内の自由液体金属表面がポット（９）の下に位置するように決定されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

基板が金属ストリップであり、金属被覆がマグネシウムまたは亜鉛から作られることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の設備を用いて真空蒸着を実施するための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体金属を工業用蒸気発生器に自動的に供給するための装置に関する。工業用蒸気発生器は、良好なスタンピング及び溶接特性を保ちながら、腐食に対する優れた抵抗性を与えるように、金属の層、好ましくは金属合金の層をその表面上に形成するために、金属蒸気を用いて移動中の金属ストリップを連続的に真空被覆するために使用される。

【0002】

本発明は、ジェット蒸着（ＪＶＤ）を用いる金属蒸気発生器に関する先行出願ＥＰ１９７２６９９及びＥＰ２０４８２６１の継続出願である。より詳細には、ＥＰ１９７２６９９は、金属合金の蒸着を可能にする、供給パイプ及び戻りパイプにより互いに連結された炉及び蒸発ポットにより蒸気を供給されたＪＶＤ被覆のための方法及び装置を記載する。ＥＰ２０４８２６１は、供給パイプにより連結された炉と蒸発ポットを含みかつＪＶＤ蒸着ヘッドのレベルでの金属蒸気の流速、圧力及び／または速度を調整するための手段を含む蒸気発生器を記載する。ＷＯ２００５／１１６２９０もまた知られており、それは、溶融金属を蒸発ポット内で一定レベルに維持することを可能にする磁気−流体力学システムを備えた、加熱されたパイプにより連結された溶融ポットと少なくとも一つの蒸発ポットを含む真空蒸着のための設備を記載する。

【背景技術】

【0003】

前述の特許出願に記載のように、誘導加熱ポットから出発して蒸気が発生される。損失が取り除かれた注入されたエネルギーは、モル蒸発容積に相当する。相関関係は完全に直線状である。

【0004】

この蒸気発生器は、蒸発した容積を補償するように金属を供給されなければならない。異なる供給モードを試験した後、液体金属による供給が選択された。連続工業ライン上では、供給は、実際、自動的でなければならない。マグネシウムまたは亜鉛を用いる被覆のための鋼ライン上で、ストリップ蒸着は１時間当たり数百ｋｇ、さらには数トンの金属を含む。ポットの供給は、直接、固体形態（コード、粒状体、インゴット等）でないかもしれない。なぜならそれは、例えば複雑すぎる真空区画室を持つエアロックシステムの使用を必要とするからである。本技術では、ポットは、ポットの下に設けられた溶融炉からパイプ中にポンプ輸送された液体金属を大気圧で供給される。

【0005】

さらに、ポット内で、得られた飽和蒸気圧が蒸発を可能にする種のみが蒸発するだろう。他の種は、ポット内に残りかつ蓄積するだろう。これは蒸留の一つの形態である。従って、蒸発するのが不可能または困難である基礎金属（それはコスト理由のために１００％純度でない）中に含まれる不純物の全てはポット内に蓄積するだろう。それらの濃度は最後には蒸発を邪魔するか、または妨げさえするだろう。従って、これらの不純物は周期的にまたは連続的に除去されなければならない。

【0006】

蒸発ポット内に蓄積するかもしれない物質中に、特に基礎金属の金属酸化物がある。これらの酸化物は、主として、外表面が酸化されているインゴットで一般的に購入される充填金属から来る。適度な蒸発能力を持つ工業的プロトタイプ上でのデジタルシュミレーションは、不純物の濃度レベルが、９９．８％の純度を持つ基礎材料（マグネシウム）を考慮すると製造４０時間後に１０％に達しうることを示した。提供される酸化物は、基礎金属からの偏析による分離のためにデカントまたはフロートのいずれかであることができる。この第二分離モードでは、それらは蒸発に大きく影響を及ぼすことができる。

【0007】

このタイプの設備のための蒸気発生器により、次の問題またはそのための要求が起こる：
− 蒸発ポットが空である間の設備の始動；
− 始動時に蒸気分配弁を通しての漏れが起こる場合にパイプ内の金属の真空蒸着ヘッドの方への蒸発の防止。これらの漏れは、それらが待機しているストリップ上に（ビーズの形の）静的付着を起こすので、非常に有害である。さらに、蒸発流速、及び金属から取られる大量のエネルギー（蒸発潜熱）を補償することは、より大きい追加の電力を必要とする。液体金属の冷却を防ぐために、液体パイプの全長に渡ってかなりの電力を設置する必要があるだろうし、それは設置される必要がある表面積単位当たりの電力密度を想定すれば技術的に不可能である；
− 溶融炉の始動及び真空の影響下の金属蒸発の防止；
− 蒸発による炉の自由表面上及びパイプ内の固体凝固物の形成を防止すること、それは液体形態への変換及びポットの供給を防ぐだろう；
− 供給パイプ内の金属の凝固の防止、それはそうでなければ再溶融時に、金属膨張の影響下にパイプの破壊に導くだろう；
− 前述の問題を避けることを可能にするようにかつそのメンテナンスのためにパイプを分解することを可能にするように液体を含むパイプを空にすること；
− 設備の残り全体を加熱したりまたは真空を作る必要なしに、１０時間を越える加熱を必要とする溶融炉の始動。実際には、冷たい壁上の蒸気の凝縮を避けるために設備の残りのために必要な加熱はかなり短い（例えば２時間）；
− パイプ内でそれらを破壊することなしに凝固を可能にする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、従来技術の欠点を克服することを目的とする。

【0009】

本発明は、最適な安全及び品質条件下に、液体金属の再循環を確保しながら、溶融炉から蒸発ポットに供給することを目的とする。

【0010】

本発明はまた、蒸発のために使用される設備の残りに真空を作ったりまたは加熱する必要なしにまず溶融炉を始動することを目的とする。

【0011】

本発明はまた、設備の容易な始動及び停止を可能にすることを目的とする。

【0012】

本発明はまた、炉の自由表面上へ固体凝縮物を作ることなく、または金属膨張による再溶融時に供給パイプを破壊する危険を持つ固体凝縮物を作ることなく供給パイプ内での液体金属の凝固を可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、移動中の基板上に金属被覆を連続真空蒸着するための設備であって、真空蒸着囲い、液体の形態の被覆金属を含むように設計された蒸発ポットに、分配弁を備えた蒸気供給パイプを通して連結された少なくとも一つの音速蒸気ジェット蒸着ヘッド、及び前記金属のための溶融炉を含み、前記炉が、大気圧にあり、蒸発ポットの最下方部の下に設けられ、供給ポンプを備えた蒸発ポットの少なくとも一つの自動供給パイプにより及び弁を任意選択的に備えた少なくとも一つの液体金属のための戻りパイプにより蒸発ポットに連結されており、供給ポンプのための調節手段が、蒸発ポット内の決定された液体金属レベルを調節するためにさらに与えられているものにおいて、設備が、前記供給パイプ及び戻りパイプのそれぞれにおいて、溶融炉の温度から独立して、前記パイプの残りの部分内及び蒸発ポット内で広がる調節された温度を得て、その場所に見出される金属を溶融または凝固するために、加熱装置と冷却装置を備えたいわゆる加熱弁領域を含むことを特徴とする設備に関する。

【0014】

本発明の文脈において、特に特許ＥＰ９０９３４２に記載されたような音速蒸気ジェット蒸着法が使用される。

【0015】

本発明の特定の実施態様によれば、この設備はさらに、次の特徴の一つまたは好適な組み合わせを含む：
− この設備は、炉と被覆ヘッドの間に金属蒸気を局在化した態様で発生可能にする手段を含む；
− この設備は、金属蒸気を局在化した態様で発生するために、蒸発ポットの底に位置される液体金属を保持するための装置を含む；
− この設備は、金属蒸気を局在化した態様で発生するために、蒸気供給パイプに連結された余分のポットを含む；
− 前記加熱弁（単数または複数）は二重囲いから作られており、その中では冷却は冷却剤の注入及び循環により起こる；
− 供給パイプは、供給パイプを空のチューブとして使用することを可能にするバイパス弁を備えている；
− 前記パイプは二重材料から作られ、内側は低炭素鋼、黒鉛またはＳｉＡｌＯＮから作られた非溶接チューブから作られており、外側はステンレス鋼で被覆されている；
− チューブはベローズの形の第二金属囲い内に置かれる；
− 溶融炉と蒸発ポットの間の連結は硬い基準棒により与えられ、パイプはリラの形で作られる；
− パイプは互いに並びに炉及び蒸発ポットに金属フランジにより固定され、真空封止が膨張可能な金属封止と黒鉛封止を重ねることにより得られる；
− 蒸発ポットは不活性ガス分配装置と連通しており、その圧力を使用して液体金属を溶融炉中に押し戻す。

【0016】

本発明はまた、この設備を上述のように始動するための方法に関し、それによれば：
− 炉内の金属の溶融は、供給パイプ及び戻りパイプの加熱弁内の金属を固体状態に保ちながら、開始される；
− 前記設備の残りは、液体金属及び／または金属蒸気を受けるために必要な温度に加熱され、供給パイプの分配弁は閉じられ、かつ蒸着囲いが真空下に置かれる；
− 前記金属蒸気を局在化した態様で発生可能にする手段は蒸着時の設備内の液体金属の温度より高い温度に活性化される；
− 加熱弁内に含まれる凝固金属は溶融される；
− 蒸発ポットは次いで供給ポンプを使用して満たされ、供給パイプの分配弁は開かれ、かつ移動中の前記基板上への金属の蒸着が始まる。

【0017】

有利には、溶融炉に対する蒸発ポットの高さは、真空が設備内に達成され、供給ポンプが作動していないとき、供給パイプ内の自由液体金属表面がポットの下に位置するように決定される。

【0018】

本発明は、最後に、上述の設備を実施するための方法に関し、それに対し基板は金属ストリップであり、金属被覆はマグネシウムまたは亜鉛から作られる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明による工業用金属蒸気発生器の全体図を概略的に示す。

【0020】

【図2】図２は、前記発生器の溶融炉の一実施態様を概略的に示す。

【0021】

【図3】図３は、前記発生器の蒸発ポットの一実施態様を概略的に示す。

【0022】

【図4】図４は、液体マグネシウムのために設計されたパイプの一例の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

この設備は、異なる方式で組み立てられかつ使用されることができる。以下において図１及び図３を参照するだろう。それらは、連続移動中の鋼ストリップ上にマグネシウムまたは亜鉛を蒸着するための設備の一つの好ましい実施態様を記載する。従って、この設備は、誘導により加熱されかつ溶融炉１により供給された少なくとも一つの真空蒸発ポット（排出ポット）９を備えた蒸気発生器を含む。溶融炉１と蒸発ポット９の間に配置されているのは、蒸発される金属２によりポット９の更新された供給のみならず、装置の二つの部分（すなわち溶融炉１及び蒸発ポット９）間の連続または非連続の再循環も可能にするパイプ８，８Ａ，１８である。蒸発ポット９は、蒸発ポット９を真空蒸着囲い２４から分離することを可能にする少なくとも一つの蒸気分配弁１９を含む蒸気供給パイプ２０により被覆ヘッドに連結される。

【0024】

図２に示された溶融炉１は、いかなる湿分も炉に入るのを防ぐためにインゴットの予熱を備えた自動供給装置３１，３２を通して例えばインゴット３３，３４の形の固体金属を供給される。

【0025】

溶融炉１は、蒸発ポット９の質量流より高い容量（ｋｇ／ｈ）を持つことが好ましく、炉の容量と蒸発ポットの流速の間の比は好ましくは２〜２５、特に好ましくは１０〜２５である。この方法では、一つ以上の新しいインゴット３４の溶融時であっても温度の非常に良好な均一性を確保することができる。例えば蒸発に関して５０〜１００ｋｇ／ｈの要求に対して８００ｋｇ／ｈの容量を選ぶことができる。

【0026】

さらに、溶融炉１は、蒸発ポット９の容量より高い、従って再循環流速に関して大きい容量（ｍ^３またはｋｇ）を持つことが好ましい。溶融炉の容量とポットの容量の間の比は、好ましくは２〜１０、より好ましくは５〜１０である。例えば、ここで考慮されたプロトタイプに対しては、２５０ｋｇの蒸発ポットの容量に対して８００ｋｇの炉が選ばれた。

【0027】

溶融炉が蒸発ポット及び再循環流速に比べて大きな容量を持つということは、炉内の攪拌がほとんどないかまたは全くないことを意味する。従って、不純物の分離及びデカンテーションまたは浮揚がある。炉内に含まれる液体金属の底と表面は、インゴットによりもたらされた不純物及びインゴットの溶融時に発生した酸化物を排除するために定期的に浄化されることができる。ポンプ輸送は、そのとき、好ましくはその中の汚染物の最少量を導入しながら比較的純粋な金属を蒸発ポットに供給するために表面からまたは底から離れた領域で達成される。

【0028】

一つの好適な実施態様では、溶融炉１はその充填レベルに依存して、加熱を異なるように管理する：
− 溶融炉が充満している（従って蒸発ポットが空である）とき、溶融炉はその全高さに渡って加熱される；
− 溶融炉が充満していない（従って蒸発ポットが充満している）とき、溶融炉は全充満高さに渡って加熱され、上部は単にその温度に維持される。

【0029】

従って、溶融炉では、二つのレベルが区別される：充満レベルと中間レベル、すなわち充満レベルから蒸発ポット内に含まれる容積を差し引くことにより得られるレベル。これは、自動的であろうとなかろうと、インゴットの添加がレベルの一方または他方を、従って設備の操作状態を考慮に入れて達成されなければならないことを意味する。炉内のレベルセンサ２９，３０は、蒸発ポットが空であるかまたは充満しているかに依存して二つのレベルを管理可能にする。

【0030】

蒸発ポット９内に含まれる金属に対し、ポット９を空にすることを可能にする空間が溶融炉１内にあることはまた注目されるだろう。

【0031】

前述でわかるように、本発明による設備は、蒸発ポット９が含む液体金属の性質に適した材料から作られた蒸発ポット９を含む。マグネシウムの場合、例えば低炭素鋼から作られたポットを使用することが可能であるが、亜鉛の場合、ポットは黒鉛、ＳｉＡｌＯＮ（ケイ素−アルミニウム−酸素−窒化物）等のような相溶性材料から作られることができる。このポットは誘導装置４２により加熱されることが好ましく、一つの好適な実施態様では、誘導加熱装置４２とは異なる周波数を持つように選ばれた高周波電磁探針３９，４０，４１を使用する液体金属レベルの測定を含むことができる。

【0032】

本発明によれば、蒸発ポット９は、液体金属の再循環を確保することを可能にする少なくとも一つの金属供給パイプ８により及び少なくとも一つの戻りパイプ８Ａ，１８により炉１に連結される（図１）。炉１と蒸発ポット９の間のこの再循環の実施は、残留不純物レベルを供給流速の数％の再循環に対し約２％の値まで減らすことを可能にする。従って、再循環により不純物を排除することは、蒸発ポットを浄化するための中断なしに一日２４時間作動することができる装置を達成可能にする。

【0033】

供給パイプ８は、液体金属を炉１から蒸発ポット９に運ぶために使用される。それは供給ポンプ６を与えられ、供給ポンプ６は回転してその速度を調節して、達成可能にする流速を確保し、次いで希望のレベルを維持する。ポット９をできるだけ迅速に空にするために、供給ポンプ６の出口は、ポットの供給パイプ８を空のチューブとして使用することを可能にする弁１４を備えていることが好ましい。

【0034】

戻りパイプ（単数または複数）８Ａ，１８は、液体金属をポット９から炉１に向けて運ぶ役割をする。戻りパイプ８Ａ，１８は、その端部に戻り弁１６，１７を備えることができる。この任意選択的な戻り弁は、ポットを空にする間は完全に開かれる。それは充填時にはその時間を最少にするように完全に閉じられる。それは被覆時に漏れ損失を再循環流として作用させるように部分的に開かれる。この流れは、各始動時に、空にする速度を測定しかつ弁の位置を調節することにより調節される。

【0035】

戻りパイプの一つの特定のタイプは炉内の最大液体金属レベルを設定するように溢流パイプ８Ａである。もしポット９内のレベルが測定または管理問題（例えば測定レベルの信頼性の問題）のために過剰に上昇するなら、溢流液体金属は、そのパイプを通して完全に安全に溶融炉１に向けて再配向されることができる。

【0036】

別のタイプの戻りパイプは再循環パイプ１８であり、それは、レベルが調節されなければならないときに液体金属を連続的にまたは断続的に循環することを可能にする。

【0037】

一つの好適な実施態様では、この設備は、溢流パイプ８Ａと再循環パイプ１８を含む二つの戻りパイプ８Ａ，１８を含み、それらのそれぞれは弁１６，１７を備えることができる。

【0038】

前に述べた弁１４，１６，１７のそれぞれは、空気から保護されるようにかつ酸化しないように、従ってその性質、特徴及び清浄性を保つために、溶融されたマグネシウム中に沈められる。弁を操作するために、金属を溶融しかつ弁を液体金属から除去することが必要である（厳密に言えば、図中の記号１４，１６及び１７はそれらの弁の制御を示す）。

【0039】

前に述べたように、溢流弁８Ａの存在は任意である。実際、流速が供給ポンプ６の速度により課されかつ液体金属のレベルが戻り弁１７の開きを通して維持される制御を採用することができる。従って、この実施態様による設備は一つの供給パイプと一つの再循環パイプを含むのみである。

【0040】

また、供給パイプ８と溢流パイプ８Ａを保つために再循環パイプ１８を排除することも可能である。蒸発ポット９は、そのとき、レベルセンサ４０をもはや必要とせず、周波数変動器を持つ供給ポンプ６のみを必要とする。周波数は、再循環流を管理し、レベルは溢流に相当する。充填すること及び空にすることは同じ供給パイプ８を通して起こり、それは供給ポンプ６を備えたものである。

【0041】

最後に、周波数変動器によってではなく、従って供給ポンプ６の回転速度によってではなく、供給ポンプ６により発生される流れの一部を弁１４を部分的に開くことにより炉内に残すことを可能にしながら漏れ損失によって、調節することも可能である。

【0042】

本発明による設備に使用される様々なパイプを作る材料は、蒸発される金属の機能及び選ばれた方法のタイプとして決定される。

【0043】

パイプは、実際、使用される全温度範囲について、パイプが含む液体金属と相溶性でなければならない。それはまた、機械的に強くかつ真空封止しなければならない。それは高温であっても十分な機械的性質を保たなければならず、それを取り囲む非常に高い温度の空気による腐食に外部的に耐えなければならない。

【0044】

マグネシウム被覆の場合、二重材料（図４参照）から作られたパイプを選ぶことができる。内側はボイラーのための低炭素鋼から作られた非溶接Ｃチューブにより形成される。実際、このタイプのチューブは完全に適しており、鉄は液体マグネシウムに非常に溶解困難である（数ｐｐｍのオーダー）。外側Ｂはインコネルから作られる。ステンレス鋼は、再溶融される前に低炭素鋼Ｃチューブ上に溶融により付着される。機械応力を制限するために、非常に固い基準棒（図示せず）が付加されており、溶融炉と蒸発ポットの間の連結を与える。それは同様にチューブに対して膨張し、初期機械応力に反発する。加熱の均一性不足によるチューブのそれぞれの間の小さな温度差のための膨張差を容認することができるように、それぞれのチューブはリラ（ｌｙｒｅ）の形に作られている（図１参照）。マグネシウムの場合にこの方法の７００℃の温度を達成するための全体の膨張はパイロット設備では６５ｍｍより大きく表わされ、リラは数ミリメートルの膨張差に耐えることができただけである。従って、チューブは互いに対して並びにポットに対して及びインコネルフランジ（図示せず）を使用する溶融炉に対して固定された。真空封止は、膨張可能な金属封止の後に黒鉛封止を重ねることにより得られた。

【0045】

最後に、さらに安全上の理由のため、チューブはベローズの形の第二金属囲いＡ内に置かれた（図４参照）。あまり強くない第二囲いは、各始動時にチューブの封止を試験することを可能にし、設備を空にしかつそれを留めるために必要な時間の間、チューブの破壊または漏れの際の一時的液溜めとしての役割をすることができる。亜鉛被覆の場合、相溶性材料がまた、二重囲い内に含まれるだろうし、そこでは高温の黒鉛のような材料を保護するために保護雰囲気を注入するかまたは真空を作ることが有利に可能である。

【0046】

溶融炉１は、蒸発ポット９の高さより低い高さに位置される。設備内に作られた真空の効果は液体金属をポンプ輸送し、かつ溶融炉１のレベルと異なるレベルに第二自由表面を発生するだろう。これは、溶融炉１の高さとは異なる高さに位置した蒸発表面となる。この高さの差は二つの主要な特徴に依存する：金属の密度（これはまた、その温度に依存する）、及び大気圧。パイプ８内の弁７がたとえ完全に封止されていなくても、重力単独で真空下の設備の充填を防ぐだろう。

【0047】

以下は、１０００ｍｂａｒの大気圧に対してこれを説明可能にする幾つかの数字である。１ｂａｒの圧力に対するマノメーターヘッドは、金属の密度により割った１０．３３に等しい（１ｂａｒ＝１０．３３ｍ水柱）。
固体マグネシウムの密度：１．７４ｋｇ／ｄｍ^３。対応するマノメーターヘッド：５．９３ｍ。
６６０℃での液体マグネシウムの密度：１．５９ｋｇ／ｄｍ^３。対応するマノメーターヘッド：６．５０ｍ。
７００℃での液体マグネシウムの密度：１．５６ｋｇ／ｄｍ^３。対応するマノメーターヘッド：６．６２ｍ。
固体亜鉛の密度：７．１８ｋｇ／ｄｍ^３。対応するマノメーターヘッド：１．４４ｍ。

【0048】

従って、一つの金属から次の金属で、自由表面間の高さ、従って装置の高さは非常に異なりうることがわかる。即ち、亜鉛とマグネシウムの間で４．５倍である。

【0049】

この方法のために選ばれた温度の関数として、高さもまた、例えば６６０℃と７００℃のマグネシウムに対し例えば数十ミリメートルでかなり変わりうることがわかる。

【0050】

大気圧はまた強い影響を持つ。なぜならそれは、真空が絶対的に残りながら溶融炉の自由表面上に及ぼされる力を表わすからである。５０ｍｂａｒの大気圧の変動は全く普通であり、亜鉛の場合に蒸発ポット内またはパイプ内の高さの７０ｍｍより大きい差、マグネシウムの場合に３００ｍｍより大きい差を起こすことができる。

【0051】

本発明によれば、そのとき、大気圧にかかわらず、真空により発生された低い圧力が蒸発ポットを充填しないような高さに位置された蒸発ポットを使用する選択がなされる。真空が作られるとき、有利には、溶融金属は、蒸発ポット９の下に数十センチメートルに位置したレベルまで供給パイプ８及び戻り１８，８Ａパイプ内で上昇できるのみである。次いで最適な状態下の金属の蒸発を確保するのに必要な予め決められたレベルまで蒸発ポット９を充填するのは、供給ポンプ６により発生された圧力である。この原理は、本発明による設備に対する安全の強い意向を付加する。実際に、もし真空が高温の液体金属の有意な量（典型的には数百ｋｇ）の高さを維持するために本質的に十分であったなら、ポットまたはパイプの破壊の危険は、金属が溶融炉１に向けて戻るよう強制されない限り液体金属の有意な量の低下を作りうる。

【0052】

ここで、供給ポンプ６を停止することまたは弁を開くことは、蒸発ポット９を空にすることを作り、レベルは低い圧力により発生されたそのマノメーターヘッドに自動的に戻る。液体金属はそのときパイプ内に残るにすぎず、それはほんの数リットルを示す。

【0053】

本発明による設備は、最後に、パイプ８，８Ａ，１８内に決定されかつ強化された領域７，１３，１５を含み、パイプを破壊することなくマグネシウムを溶融可能にする。このパイプ部分のために選ばれた合金は、高圧及び高温に適している。「加熱弁（ｈｅａｔ ｖａｌｖｅ）」と呼ばれるこの領域は、強力な加熱装置及び迅速な冷却装置を備えており、他の領域（溶融炉、蒸発ポット及び液体金属パイプの残りの部分）から独立して、希望の温度を管理可能にするように調節される。従って、その領域内の金属を凝固及び溶融可能にする。

【0054】

本発明によれば、加熱弁は、二重囲いから作られることができ、冷却はそのとき二重囲い（図示せず）内の冷たい空気の注入及び循環により起こる。

【0055】

本発明によれば、この設備を保護する固体金属プラグがこのようにして作られることができる。比較的低い温度が維持されることもでき、蒸発を防止または制限する。従って、パイプ内の蒸発またはその中の金属の上昇なしに溶融炉及びその上の真空を持たせることが可能である。従って、二つの製造操業間で、設備の残りを真空下に維持及び／または加熱させることなしに溶融状態の金属を含む溶融炉を維持することが可能である。パイプ内に液体金属がもはや存在せず、決して凝固されないので、パイプはもし必要なら分解されることができる。

【0056】

本発明による設備はさらに、次の装置を単独または組み合わせて備えることができる（図２及び３）：
− 一次蒸気弁１９に加えて、蒸着囲い内に真空を持たせながら封止を与えかつポット内に大気圧を持たせることを可能にする二次蒸気弁２２，２３；
− 不活性ガスを蒸発ポット９中に送り、従ってマグネシウム１１を溶融炉の方に押し戻すことを可能にするアルゴン分配キャビネット３７；
− 蒸発ポットの底の保持区画室４３、または一次蒸気パイプ上にあるが一次弁１９の前の余分なポット４４、前記ポットは、液体金属の供給パイプ及び戻りパイプ内での蒸発のために十分な圧力の金属蒸気を発生するために必要な出力を局所化された態様で発生させることを可能にする加熱手段（図示せず）を備え、それらのパイプ中の液体金属の凝固から始まる。区画室４３は、有利にはポットの誘導手段４２によりまたはいずれかの他の好適な装置により加熱されることができる。

【0057】

装置のこれらの種々の部分により、始動サイクルは次の通りである：
− 金属の溶融は、真空を作ったりまたはパイプ及び設備の残りをあらかじめ加熱する必要なしに炉内で始動される；
− 金属はそれぞれの加熱弁７，１３，１５内で固体状態に保たれ、従って低温に保たれる；
− 設備が準備され、すなわち排気されかつ液体金属及び／または蒸気を受ける温度にあるとき、蒸気パイプ上の分配弁は閉じられ、金属蒸気が、液体金属がパイプ及びポット内でポットの出口のパイプ上の追加のポット４４または蒸気ポットの底の保持区画室４３を通して持つであろう温度より高い温度で発生される。この蒸気は、蒸発ポット９及びパイプを満たし、加熱弁７，１３，１５内または真空により発生された低い圧力の影響下でパイプ内を上昇する液体の表面上での蒸発を防ぐだろう。例えば、マグネシウムに対しては、液体は６８５〜６９０℃の温度にもたらされるだろうし、蒸気は保持区画室４３または余分なポット４４から出発して７００℃で発生されるだろう。上昇する傾向がある液体に対しては、雰囲気は既に飽和され、いかなる蒸発も不可能である。

【0058】

そのとき低温の加熱弁７，１３，１５の調節を停止しかつそこに見出される金属をそれを炉の温度にもたらすことにより溶融することも可能である。いったんそれが溶融されたら、金属はパイプ内の低い圧力の影響下で上昇するだろう。発生される金属蒸気による蒸発ポット９内の圧力は数ｍｂａｒであるだろうし、パイプの容積に対して大きい蒸発ポットの容積は、金属の上昇にもかかわらずその圧力を保つことを可能にする。蒸発ポットは、次いで供給ポンプ６及び戻り弁１４及び溶融炉１中の他のものに作用することにより満たされることができる。本発明の好適な実施態様によれば、溶融炉１が充満しておりかつ蒸発ポット９が空であるときに溶融炉１内の液体金属と同じレベル高さは例えば加熱弁７，１３，１５の位置として選ばれる。これは第一始動を容易にするが、いかなる他の位置も本発明の適用範囲内である。

【0059】

設備を空にするために、次の操作が実施される：
− 蒸気パイプ上の弁１９が閉じられる；
− 供給ポンプ６が停止され、パイプ８，１８上の弁１４，１７が開かれる；
− 液体金属がアルゴン圧により溶融炉の方に押し戻される。アルゴン流は、初めに、加熱弁７，１３，１５内の金属を正確に正しい高さで停止するように、溶融炉上に及ぼされる大気圧に等しい圧力を維持するために流速を調節する前に大気圧に近い圧力まで管理される；
− 状態の適切な平衡を確保することを可能にする長さの時間の後に、加熱弁の加熱は停止されることができ、それらの冷却はそれらのまさに内側の金属を凝固するように確保されることができる。従って、ポット側では、自由表面は冷たくかつ不活性である；
− 従って、空になった設備はいかなる危険もなしに停止されることができる。

【0060】

加熱弁内の「凍結」プラグを持つ位置は安全位置と呼ばれる。設備内で観察される異常及び深刻になりうる異常もその位置への強制的な戻り（例えば加熱要素の破壊）を自動的に発生する。

【0061】

ポット内に位置されるアルゴンは、もし装置が再始動されなければならないならポット内の適切な真空レベルを回復するように徐々に真空ポンプ輸送設備に向けて放出されることができる。さもなければ、アルゴンはポット内に残され、液体パイプ、蒸発ポット及び加熱弁内の金属の自由表面の酸化を遅らせる保護クッションを構成する。

【符号の説明】

【0062】

１：溶融炉
２：溶融炉内のマグネシウム
３：供給弁
４，５：供給弁制御
６：供給ポンプ
７：供給加熱弁
８：ポットの供給パイプ
８Ａ：溢流パイプ
９：ポットの本体（誘導加熱された）
１０：ポットのドーム及び蒸気溜め（輻射加熱された）
１１：ポット内のマグネシウム
１３：溢流加熱弁
１４：戻り弁
１５：再循環加熱弁
１６：溢流弁
１７：戻り弁
１８：再循環パイプ
１９：一次蒸気分配弁
２０：一次蒸気供給パイプ
２１：二次蒸気供給弁
２２及び２３：蒸気流速調節弁
２４：蒸着囲い
２５，２６：被覆ヘッド
２７，２８：蒸着区画室
２９：高レベル探針
３０：低レベル探針
３１：インゴット供給器（加熱Ｔ１を持つ）
３２：インゴット分配弁
３３：貯蔵インゴット
３４：炉内で溶融を受けるインゴット
３５：低レベル加熱
３６：高レベル加熱
３７：アルゴン分配キャビネット
３８：アルゴン分配弁
３９，４０，４１：ポットのためのレベル探針
４２：金属の蒸発のための加熱誘導器
４３：蒸発ポットの底の保持区画室
４４：蒸気を発生するための余分なポット
Ａ：ベローズの形の金属囲い
Ｂ：抵抗性ステンレス鋼被覆
Ｃ：低炭素鋼から作られた非溶接チューブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】