JPH01158352A - アルミニウム基金属溶湯中の水素含有量の測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アルミニウム基金属溶湯中に含有している水
素含有量の測定方法および測定装置に関する。

［従来の技術］ 本発明において、アルミニウム基金属とは、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金を指す。アルミニウム基金属
の溶湯中には、水素を主成分とするガスが含まれており
、このガスの存在は、鋳造された製品にピンホールやブ
ローホール等の欠陥を発生させ、良好なアルミニウム成
形体の鋳造を困難にする。そのため、フラックス等によ
る脱ガス処理とか、ホールディング・溶湯温度管理等に
より、ガス含有量をできるだけ減少させる処置がとられ
ている。溶湯中のガス含有量を管理するためには、ガス
含有量の測定が必要であり、各種測定方法が実施されて
いるが、簡便でかつ精度の高い測定方法は未だ開発され
ていない。

溶解炉前等での簡便な測定方法としては、イソライトレ
ンガ鋳型によるピンホール試験法があり、従来から広〈
実施されている。この方法はイソライトレンガ鋳型に溶
解炉より採取した少量の溶湯を注入し、その溶湯が凝固
する際に表面に浮上する気泡により生ずるピンホールの
数により、溶湯中に含まれる水素ガス量を求めるもので
ある。しかしこの方法はイソライトレンガの予熱の程度
がピンホール発生に大きく影響すること、判定が測定者
の肉眼観察によるものであり、測定者の個人差によるバ
ラツキがあるなどの欠点がある。

金属溶湯中に含まれている水素ガス量を定量的に測定す
る代表的な方法には、いわゆるイニシャルバブル法とテ
レガス法とがある。

イニシャルバブル法は、例えば特開昭５１１１８４９２
に示される如く、金属溶湯を真空タンク内に入れて減圧
し最初の気泡発生時における温度と圧力より金属溶湯中
の水素ガス量を求めるものである。この方法は、減圧途
中で発生する最初の気泡を測定者の肉眼で観察判定する
ので、測定者の熟練度が要求されること、気泡の発生核
の有無によって気泡発生時の圧力にバラツキがあること
などの測定精度上の欠点がある。さらに、この原理を利
用した測定装置には真空系が必要であり高価なものとな
る。

テレガス法は、例えば英国特許第８８４８８５号および
英国特許第１５１０９５７号に示される如く、金属溶湯
中にアルゴン−窒素などの不活性ガスを注入し循環させ
て、金属溶湯と平衡になったところでこのガス中に含ま
れている水素ガス濃度を気体の熱伝導率を測定して求め
この値より金属溶湯中の水素含有量を算出するものであ
る。この方法はデータのバラツキが小さく測定精度が良
いと云われているが、不活性ガスの注入・循環およびそ
の熱伝導率の測定の原理から云って、測定プローブの長
さ・形状に制限があるので、被測定体の金属溶湯への移
動範囲が限定されるという欠点がある。さらに、不活性
ガスを扱うことと気体の熱伝導率１１１３定用の測定装
置が必要なことなどから、この原理での測定装置はかな
り高価なものとなっている。

その他に真空抽出法、電子衝撃法等がある。

真空抽出法は試料を真空中で加熱して水素を抽出する方
法で、溶融抽出法と固相抽出法に大別される。この方法
は水素濃度を精度良く測定できるが、試料の表面加工が
必要なことや、測定時間が長いことなどで現場測定には
適していない。電子衝撃法は試料金属を陰極とし、高電
圧で加速されたイオンで衝撃することで試料中の水素を
抽出する原理を応用している。短時間でガスの抽出を完
了するが、ブランク値が大きくしかも変動するので測定
精度は高くない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来の測定方法が、簡易な方法においては測
定精度に劣り、また精度の高い方法においては、測定装
置が大型・高価であり、また７１Ｐ１定に長時間を要す
る等という問題点を有している現状に鑑み、炉前検査等
でも有効に利用できる簡易な測定であり、しかも必要な
測定精度を満足する測定方法およびｎ１定装置を開発す
るためになされたものである。

Ｃ課題を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
あり、その要旨は、一定量のアルミニウム基金属溶湯を
、密閉した一定容積の容器内に収納し、徐冷しつつ凝固
させ、溶湯中に溶解しているガスを放出せしめた後、容
器内の水素ガス濃度を測定することにより、溶湯中の水
素ガス含有量を求めることを特徴とするアルミニウム基
金属溶湯中の水素含有量の測定方法およびアルミニウム
基金属溶湯保持用のるつぼを収納し金属溶湯の徐冷機能
を具備した一定容積の密閉容器と、前記密閉容器に導通
した水素ガス濃度検出装置とがら成ることを特徴とする
アルミニウム基金属溶湯中の水素ガス含有量の測定装置
を提供するものである。

ここで徐冷機能は、るつぼを含む密閉容器系全体として
具備されていればよい。また、るつぼとは、鋳型を含む
溶湯保持容器全般を意味する。

アルミニウム基金属溶湯を急冷凝固させると溶湯中に溶
解している水素は、凝固金属中に保持されたま−で、殆
んど雰囲気中に放出されない。

ここで徐冷とは、測定に必要な水素を雰囲気中に放出す
る凝固速度にて、溶湯を冷却することをいう。

アルミニウムやアルミニウム合金溶湯中の水素ガス溶解
量を、モデル的に第５図に示す。水素ガスの溶解量は、
溶湯の温度が高い程多く、温度がドるにつれ減少し、凝
固点に達すると殆んどゼロとなる。溶湯を徐冷すると温
度の低下につれて、溶解ガスはある割合をもって、雰囲
気中に放出される。ところが溶湯を急冷凝固すると、含
有ガスの殆んどが、アルミニウム中に捕捉された状態で
凝固して了う。

本発明の原理は、例えば断熱性の良い鋳型を使用したり
、鋳型を加熱するなどして、溶湯を凝固点まで徐冷し含
有水素ガスを放出させる時、冷却条件を一定にすれば、
溶湯からの前記放出水素ガス量は、溶湯中に含まれてい
る水素の量とよい相関関係があるので容器内の水素ガス
濃度をｎｊ定することにより、溶湯中に含まれている水
素ガスの量を算出することができるということである。

このためには、容器は密閉しておく必要があり、又、水
素ガスと雰囲気ガスとが混合して、ガスが均一な組成に
なるような手だてをしておくことが望ましい。雰囲気ガ
ス中の水分は、金属溶出と反応して、水素原子を生成し
、生成した水素原子がアルミニウム表面に活性化吸着し
、さらに金属格子中へ移動し溶解する。従って、この水
分の存在は、測定誤差の原因となるので、雰囲気ガスの
除湿が、測定精度向上の点から推奨される。

溶湯を徐冷する方法としては、上記の外に、電熱ヒータ
ーで鋳型温度をコントロールしたり、電磁場や加圧気体
を用いて、鋳型とアルミニウム溶湯とを非接触状態にし
て徐冷させる方法等を適宜採用することができる。

又、熱伝導の比較的良いセラミックス（例えば日立金属
■製のサイアロン■）のるつぼ中で冷却しても、測定に
必要な水素ガスを放出することができる。この場合、底
面からの冷却を大きくすると指向性凝固になり、溶湯上
面からの放出水素が多くなる。この方法は、ａｌｌ定時
間を短縮する方法として有効である。

容器内の水素ガス濃度の測定は、市販の水素検知管（北
側式など）を用いて呈色反応で見分けることや、変色部
分の長さを読み取る等の簡便な方法で行うことが可能で
ある。又、目的に応じて、接触燃焼式・赤外線式・熱伝
導度演算式等の原理を用いた水素ガス測定器を用いれば
さらに！ＩＰ１定精度は向上する。

［実　施　例］ 本発明の方法および装置を実施例に基づいて具体的かつ
詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定さ
れるものではない。

第１図に、本発明の一実施例である測定装置の模式図を
示す。一定量のアルミニウム基金属溶湯１が、放出ガス
を逃さないように密閉構造をもった金属製容器７内に収
納された鋳型２中に保持され徐冷される。金属製容器７
は、Ｏ−リング９等により密閉構造にされている。容器
内は、保持されている金属溶湯により加熱され、空気が
膨張するので、加圧状態になる。この加圧状態は、前記
密閉構造により、保持される。

徐冷するためには、例えば熱伝導率の低い鋳型（例えば
、イソライトレンガのように、気孔率の高い耐火断熱レ
ンガで鋳型を作る）を用いるとか、ヒーター６によって
加熱し、温度制御するとかの方法が採られる。

放出される水素ガスは、拡散速度が大であり均一化され
易いが、容器内で一層均一に混合されるように、必要に
応じてポンプ５によって、容器内で環流するようにしで
ある。又、前述したごとく大気中の水蒸気は、測定に誤
差を与えるので、環流用の配管ｌＯの途中にシリカゲル
などの乾燥剤ボックス８が配置されている。

金属製容器からのガス採取用取口の配管１１が配備され
て、そこに検知管４、抽出ポンプ３が接続されている。

放出水素量を多くする為に容器内を減圧にしておくこと
は、有効である。例えば、予備タンクを設けて、そのタ
ンク内を減圧にしておきアルミニウム基金属溶湯を注入
した鋳型を金属製容器内に収納し密封後、前記減圧予備
タンクを、金属製容器と導通すれば、容器内は、一定の
減圧状態となる。

水素の検知管としては、例えば北川式ガス検知管、型式
３７および１３７Ｕ等が使用される。型式３７は呈色反
応による色の変化で水素濃度を測定するものである。反
応原理は水素と硫酸パラジウムと反応し、さらにモリブ
デン酸アンモンと反応してモリブデン青を生成する。

Ｈ２＋Ｐ　ｄ　Ｓ　Ｑａ＋　（ＮＨ４）ａ　Ｍｏ　Ｏ４
＋Ｈ２Ｓ　Ｏ４→　Ｍｏ３０８ 水素濃度に応じて淡黄色−緑色−青色に変化する。尚、
反応の長さで測定する型式１８７０は水素に硫酸パラジ
ウムと過塩素酸マグネシウムとが反応し黄色から緑色に
変色する反応を利用している。

尚、この反応は、高温においては加速されるので、配管
１１による冷却が必要である。

第１図の測定装置を使っての測定の手順を以下に示す。

（１）　　鋳型温度を一定にする。

（２）一定量の金属溶湯を鋳型に注入する。

（３）　　容器を密閉し、一定時間保持し、金属溶湯を
徐冷凝固させ水素ガスを放出させる。

（４）吸引ポンプで金属容器内のガスを吸引し、検知管
の試薬と反応させる。

（５）検知管の読みより、金属溶湯中の水素ガス量を算
出する。尚予め、金属溶湯中の水素ガス量と、徐冷によ
る水素ガス放出量との関係を測定し、検量線を作成して
おく。検知管の目盛を、金属溶湯中の水素ガス量に換算
したものにしておけば、水素ガス量を直読できる。

第１図に示す測定装置を使用して、アルミニウム基金属
溶湯からの水素ガス放出量を測定した（実施Ｎ３におい
ては接触燃焼式水素検知器使用）。

実施例　１ 容積１２００ｃＩ１１の金属製容器（うち空間部は４２
０ｃｄ）内にイソライトレンガのるつぼを置き、炉から
採取した高ケイ素アルミニウムＡ　３９０合金の溶湯１
５００　ｇについて、 （１）溶　解 （２）保　持 （３）　　溶湯中へ水素系材料挿入 （４）　　脱ガス処理 （５）処理後８０分間保持 の過程における徐冷による水素ガス放出量を、凡用式水
素ガス検知管（型式３７）で測定した。さらに真空溶融
抽出法により、同じサンプルについて水素ガス含有量を
測定した。測定結果を第１表および第２図に示す。

実施例　２ アルミニウム基合金としてＪＩＳアルミニウム合金ＡＣ
４Ｃを用い、検知管として型式１３７Ｕを使用した以外
は、実施例１と同一の方法で、測定を実施した。測定結
果を第２表および第３図に示す。

実施例　３ 容積７００ｃｄの金属製容器（うち空間部は３６５ｃｊ
）内に日立金属側製サイアロン■の円筒の底をＳ　ＯＳ
　３０４製冷却板で封じたるつぼを収納し、このるつぼ
に、各種状態のＪＩＳアルミニウム合金ＡＣ４Ｃ溶湯を
６００ｇ注入し、徐冷による水素ガス放出量を測定した
。サンプルＮα２およびＮａ７は、水にぬらしたイソラ
イトレンガをアルミニウム溶湯中に投入し、意図的に水
素ガス含有量を多くしたものである。徐冷による水素ガ
ス放出量の測定に使用した水素検知器は、新コスモス電
機■製Ｘ　Ｐ　−３１６である。この検知器は、接触燃
焼式であり、ガスの触媒表面での接触燃焼による白金線
フィルの温度上昇を抵抗値変化で測定するガスセンサー
を利用したものである。同じサンプルについての水素ガ
ス含有ｆｆｉ測定は、実施例１と同じ方法で行った。測
定結果を第３表および第４図に示す。

第　　　１　　　表 （ｃｃ／ｌｏＯｇアルミニウム） 第　　　２　　　表 ｍ３表 第２図、第３図および第４図より、徐冷による放出水素
ガス量と水素ガス含有量とは、よい相関関係があり、本
発明の方法によって、アルミニウム基合金溶渦中の水素
ガス含有量が測定できることがわかる。

［発明の効果］ 以上具体的に説明したように、本発明はアルミニウム基
金属溶湯中の水素含有量をきわめて簡便かつ定量的に測
定する方法および装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明による測定装置の一例の模式図であり
、第２図、第３図、第４図は、徐冷による水素ガス放出
量と金属溶渦中の水素含有量との関係を示す図であり、
第５図は、アルミニウム金属溶湯中の水素ガス溶解量と
温度との関係を示す図である。 １・・・アルミニウム基金属溶湯 ２・・・鋳　型　　　　　　　４・・・水素ガス検知管
７・・・金属製容器 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一定量のアルミニウム基金属溶湯を、密閉した一定
   容積の容器内に収納し、徐冷しつつ凝固させ、溶湯中に
   溶解しているガスを放出せしめた後、容器内の水素ガス
   濃度を測定することにより、溶湯中の水素ガス含有量を
   求めることを特徴とするアルミニウム基金属溶湯中の水
   素含有量の測定方法。 ２、アルミニウム基金属溶湯保持用のるつぼを収納し、
   金属溶湯徐冷機能を具備した一定容積の密閉容器と、前
   記密閉容器に導通した水素ガス濃度検出装置とから成る
   ことを特徴とするアルミニウム基金属溶湯中の水素ガス
   含有量の測定装置。