JPH012776A - 極低水素濃度アルミニウム鋳塊の製造方法 - 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 この発明は、たとえば磁気ディスク、感光ドラム、ボン
ディングワイヤ、レーザービームプリンタの回転多面鏡
等の電子機器や、シンクロトロンの粒子加速バイブ、薄
膜製造装置、表面分析装置、核融合装置等の真空用機器
などを製造するのに使用される極低水素濃度アルミニウ
ム鋳塊の製造方法に関する。

この明細書において、「アルミニウム」という語には、
純アルミニウムおよびアルミニウム合金の両名を含むも
のとする。また、この明細書において、「不活性ガス」
という語には、アルゴンガス、ヘリウムガス等の周期表
の不活性ガスの池にチッ素ガス等のアルミニウムに対し
て不活性なガスも含むものとする。

従来技術とその問題点 上記のような機器を製造するのに使用されるアルミニウ
ム鋳塊としては、その水素含ａ量か０．０８ｃｃ／　１
００ｇ以下のものが要求されている。

このようなアルミニウム鋳塊を製造するため、従来はア
ルミニウム溶湯中に塩素ガス、塩素ガスと不活性ガスと
の混合ガス等の水素除去処理ガスを気泡状態で吹込んだ
り、ヘキサクロロエタン等を用いたフラックス処理を行
ったりした後、これを凝固させていた。

ところか、この方法で製造されたアルミニウム鋳塊では
、その水素含Ｋｍを０．０８ＣＣ／’　１００ｇ以下と
するのは困難であるという問題があった。

この発明の目的は、上記問題を解決し、水素含ａ量が０
．０８ｃｃ／　１００ｇ以下である極低水素濃度アルミ
ニウム鋳塊を製造する方法を提供することにある。

問題・、１を解決するための手段 この発明によるＷ（氏水素濃度アルミニウム鋳塊の製造
方法は、アルミニウムを溶解した後、このアルミニウム
溶湯中に水素除去処理ガスを′Ａｔ泡状態で吹込みなが
ら、このアルミニウム溶出を冷却することにより凝固さ
せ、アルミニウム鋳塊を得ることを特徴とするとするも
のである。

上記において、水素除去処理ガスとしては、塩素ガス、
不活性カス、塩素ガスと不活性ガスとの混合ガス、フレ
オン等のアルミニウム溶湯中から水素を除去するのに有
効なガスを全て使用することができる。

また、上記において凝固速度は１０ＩＩＩＩＩｌ／１ｎ
以下であることが好ましく、５　ｎｕｎ／　ｍｉｎ以下
である二とが望ましい。

また、上記作業中アルミニウム溶湯を攪拌すると、水素
除去効率は一層向上する。

さらに、アルミニウムｉ’Ｒ湯を入れておくるつほや処
理槽の上端開口を密閉しておき、アルミニウム溶湯表面
よりも上方の部分を真空状悪にするか、または該部分を
低水分保持雰囲気としておいて上記処理を行なうと水素
除去効率はなお一層向上する。後者の場合、上記部分に
不ｌ占性ガスや乾燥空気や純酸素を充填することにより
該部分を低水分保持雰囲気とするのがよい。

このようにして得られた極低水素濃度アルミニウム鋳塊
は、これに適当な桟械的力１トにを施して使用されるか
、または水素濃度が増大しないように乾燥空気雰囲気等
の低水分保持雰囲気中において＋＋ｒ溶解し、必要な形
状のインゴットと１で使用される。

作　　用 アルミニウム溶出を冷却し、比較的遅い速度、で凝固さ
せることによってアルミニウム鋳塊を得る場合、初期に
青られる固相中の水素濃度は極めて低く、元のアルミニ
ウム溶出中の水素濃度よりも低くなる。これは、アルミ
ニウムにおいては、固）１１中の水素溶解度が液相中の
水素溶Ａ’ｆ度に比べて極めて小さいため、凝固界面で
液ト１１中に水素が放出されるからである。ところが、
凝固が進行するにつれて液相中の水素濃度が高くなるの
で、固相率か所定値、たとえば５０％を越えると′、そ
れ以後前られる固相中の水素濃度は急激に増加し始める
。

アルミニウム溶湯中に水素除去処理ガスを気泡状態で吹
込みながらアルミニウム溶湯を凝固させると、液相中の
水素を、除去しつつ凝固ささせることとなり、凝固が進
行しても液相中の水素濃度は増加せず、かえって減少す
る。したがって、固相率が所定値を越えても同相中の水
素濃度は極めて低く、固相率が高くなっても得られた鋳
塊中の水素濃度は極めて低い。

実　　施　　例 以下、この発明の実施例を、比較例とともに図面をり照
して説明する。全図面を通じて、同一物または同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。

実施例１ この実施例は第１図に示す装置を用いて行なったもので
ある。第１図において、両端が開口した垂直筒状の電気
炉（１）のやや下方でかつ電気炉（１）の下端開口をの
ぞむ位置に冷却器（２）が配置されている。冷却器（２
）の−側壁には冷却水導入管（３）および冷却水排出管
（４）か接続され、冷却水導入管（３）から冷却器（２
）内に導入された冷却水が冷□却器（２）内を循環して
冷却水排出管（４）から排出されるようになされている
。そして冷却器（２）か内部から水冷される。

冷却器（２）の上には、円筒状黒鉛るつは（５）が載せ
られ、このるつぼ（５）内にアルミニウム溶湯（６）が
入れられている。黒鉛るつは（５〉は、はぼ全体が電気
炉（＋）内にくるようになされている。また黒鉛るつぼ
（５）の中央には、上下動自在のｔ素除去処理ガス共給
管（７）が配置されている。供給管（７）の上端はるつ
ぼ（５）内の底部近（にあり、ここにセラミックス製多
孔質状気泡放出部材（８）が取付けられている。そして
、処理ガス洪給管（７）を流れてきた水素除去処理ガス
は、放出部材（８）を通過する間に微細な気泡状態とさ
れて溶湯（６）中に放出されるようになっている。

このような装置を使用し、るつは（５）内に純度９９．
９５ｗｔ％のアルミニウム溶湯（６）を入れておいた。

そして、このアルミニウム溶湯（６）を凝固させるのに
先立って、アルミニウム溶湯（６）中に水素除去処理ガ
スを気泡状態で２０分間放出した。ついて、この放出を
続けながら、冷却器（２）内への冷却水の供給を開始し
、アルミニウム溶湯（６）を、るつぼ（５）の底部の方
から凝固速度２　ｍｍ／ｍｉｎで凝固させ、溶湯（６）
全部を凝固させて鋳塊をつくった。このとき、凝固か進
行するにつれて供給管（７）を徐々に上昇させて行った
。

ｊ′にられた鋳塊中の水素濃度を４１１定したところ、
該鋳塊における下端か□ら全長の７０％の部分までの水
素濃度は０．０５ｃｃ／１００ｙであり、桟りの部分の
水素濃度は０　、　　’１２　ｃｃ／　１０　ｔ）　ｇ
てあった。

実施例２ アルミニウム溶湯（６）として純ｉ９Ｑ、９９ｗｔ％の
アルミニウムをベースとしたＡｔ−５ｗＬ％Ｍｇ合金か
らなるものを使用した他は、上記実施例１と同様の装置
を用いて同様な方法て鋳塊を製造した。

得られた鋳塊中の１に索濃文を測定したところ、該鋳塊
におけるＦ端から全長の７０９６のご１５分までの水素
濃度は０．０７ｃｃ／１００ｇであり、残りの部分の水
素濃度は０．１５ｃｃ／１００ｇであった。

実施例３ この実施例は第２図および第３図に・」ミす装置を用い
て行なったものである。第２図および第３図において、
電気炉（１）のまわりには、これを囲むように回転磁界
発生用コイル（ｌＯ）か配置されている。このコイル（
１０）には回転磁界発生用３相交流変圧器（１１）がΔ
−Δ接続されている。

また、水素除去処理ガス供給管（７）の下端には、第１
図に示す装置の多孔質状気泡放出部材（８）に代えて円
盤状気泡放出部材（１２）が取付けられている。放出部
材（１２）下面の中央部には、供給管（７）と連なった
水素除去処理ガス放出口（１３）が設けられている。ま
た、放出部＋４（１２）の下面には、吹出口（１３）か
ら周縁に至る複数の溝（１４）が放射状に設けられてい
る。

このような装置を使用し、るりは（５）内に純度９９．
９５νｔ％のアルミニウム溶湯（６）を入れておいた。

そして、このアルミニウム溶湯（６）を凝固させるのに
先立って、まず変圧器（ｌｌ）から回転磁界発生コイル
（ｌＯ）に３相交流電流を供給するとともに、アルミニ
ウム溶湯（６）中に下面の吹出口（１３）から処理ガス
を吹込んだ。すると、アルミニウム溶湯（６）に渦電流
が発生してローレンツ力が作用し、アルミニウム溶湯（
６）が流動して全体的に攪拌された。一方、吹出口（１
３）から吹出された処理ガスは、溝（Ｉ４）内を放出部
材（１２）の周縁部の方に流れ、その端部から、１＞ｋ
出される。このとき、アルミニウム’Ｒｉ　’＋Ｌｊ　
（８）が流動しているので、処理ガスは溝（１４）の先
ｆｆ：ｉｊから微細な気泡状態で放出された。二のよう
な状態を１０分間維持した後、アルミニウム溶湯（６）
の攪拌および水素除去処理ガスの放出を続けながら、冷
却器（２）内への冷却水のは給を開始し、アルミニウム
溶湯（６）を、るりは（５）の底部の方から凝固速度３
　ＩＩｕｎ／ｍｉｎて凝固させ、溶湯（６）全部を凝固
させて鋳塊をつくった。このとき、凝固か進行するにつ
れて供給管（７）を徐々に上シーさせて行った。

ｉ；Ｉられた鋳塊ｔｉｔの水素濃度をΔｐ１定したとこ
ろ、該鋳塊における下端から全長の７０９６の部分まで
の水素濃度は０．　０３ｃｃ／　１１ｉ１０　ｇであり
、残りの部分の水素濃度は上端に向かって漸増し、上端
では０．　０８ｃｃ／　１００　ｇであった。

実施例４ この実施例は第４図に示す装置を用いて行なったもので
ある。第４図において、るつは（５）の上端開口はＭ（
＋５）で密閉されている。そして、蓋〈１５〉の中央部
に、水素除去処理ガス供給管（７）が貫通させられてい
る。供給管（７）の貫通部の左側において、不活性ガス
をるつは（５）内に１１（給する不活性ガス供給管（１
６）が蓋（１５）を貫通して配置されている。また、供
給管（７）の貫通部の右側において、排気管（１７）が
蓋（１５）を貫通して配置されている。排気管（１７）
は、この発明の方法を実砲するにあたり、ｒめ供給管（
１６）を通してるつは（５）内に供給される不活性ガス
によってるつは（５）内から追い出される、元々るつぼ
（５）内に（ｊ在した大気と、処理作業の間中るつは（
５）内に送り込まれる不活性ガスのうちの過剰なものと
、水素除去処理ガスの過剰なものとをるつぼ（５）内か
ら外部に排出するためのものである。また、電気炉（１
）のまわりにこれを囲むように回転磁界発生用コイル（
１０）が配置され、このコイル（ｌＯ）には回転磁界発
生用３相交流変圧器（ｌ］）がΔ−Δ接続されている。

このような装置を使用し、るつは（５）内に純度９９．
９５νｔ％のアルミニウム溶湯（６）を人れておくとと
もに、不活性ガス供給管（１６）を通してるつぼ（５）
内にチッ素ガスを供給し、るつは（５）内における溶湯
（６）よりも上方の雰囲気中の水分量を０．１ｍｇ／ｌ
以下とした。そして、このアルミニウム溶／！５（Ｂ）
を凝固させるのに先立って、アルミニウム溶湯（６）中
に水素除去処理ガスを気泡状聾で２０分間放出した。つ
いで、この放出を続けながら、冷却器（２）内への冷却
水の供給を開始し、アルミニウム溶湯（６）を、るつぼ
（５）の底部の方から凝固速度２　ｍｍ／ｍｉｎで凝固
させ、溶湯（６）全部を凝固させて鋳塊をつくった。こ
のとき、凝固が進行するにつれて供給管（７）を徐々に
上昇させて行った。

得られた鋳塊中の水素濃度を測定したところ、該鋳塊に
おける下端から全長の９００６の部分までの水素濃度は
０．０１ｃｃ／１００ｆ：てあり、残りの部分の水素濃
度は０．０５ｅｅ／１００ｇであった。

実施例５ この実施例は第５図に示す装置を用いて行なったもので
ある。第５図において、電気炉（１）およびるつぼ（５
）の内径は、第１図に示す装置の電気炉およびるつほの
内径よりも大となされている。また、るつは（５）は冷
却器（２）の上には載せられていない。そして、るつは
°（５）の内１．１面に、円周方向に所定間隔をおいて
段数のアルミニウム溶、易流速低下用邪魔仮（２０）が
設けられている。また、るつは（５）内に、中空回転軸
（２１）の下端に取付けられた円筒状回転冷却体（２２
）か配置されている。回転冷却体（２２）の下面には、
円計状の気泡放出部材（２３）が下方に突出して設けら
れている。気泡放出部材（２３）の下面の中央部には、
上端にて回転冷却体（２２）の内部に連なった処理ガス
吹出口（２４）か形成されている。

放出部材（２３）の周面には、円周方向に所定間隔をお
いて複数の縦溝（２５）か設けられている。縦ｉ＋’／
ｒ（２５）の上端は放出部付（２３）の上面に開口し、
下端は′Ｆ面に開口している。そして、中空回転軸（２
１）内を通して回転冷却体（２２）に冷却流体が送り込
まれるとともに、放出部材（２３）の吹出口（２４）に
水素除去処理ガスが供給されるようになっている。冷却
流体と水素除去処理ガスとは兼用される場合もあるし、
別々なものが用いられる場合もある。また、回転冷却体
（２２）のド面における放出部材（２３）と連なってい
る部分のまわりの部分、および回転冷却体（２２）の外
周面におけるアルミニウム溶湯（６）との接触部を含む
所定幅部分はそれぞれ断熱材（２６）で覆われている。

このような装置を使用し、るつは（５）内に純度９９．
９５ｗｔ％のアルミニウム溶湯（６）を入れておいた。

そして、回転冷却体く２２）および放出部材（２３）を
回転速度５００　ｒｐｍで回転させながら、回転冷却体
（２２）内に冷却流体を供給するとともに、放出部月（
２３）の吹出口（２４）に水素除去処理ガスを供給した
。水素除去処理ガスは、回転冷却体（２２）内を経て放
出部材（２３）の底面の吹出口（２４）に供給される。

そして、放出部材（２３）の回転により生じる遠心力お
よび縦ｌｉ’Ｇ（２５）の作用によって、放出部材（２
３）の周縁から微細な気泡状とされた処理ガスがア・レ
ミニウム溶湯（６）の全体にいきわたるようにｈｋ出さ
れる。このような状態を維持することにより、冷却体（
２２）の周面に凝固速度４　ｍｍ／ｍｉｎとなるように
凝固させ、肉厚が５０ｍｍの円筒状鋳塊を製造した。得
られた鋳塊中の水素濃度を測定したところ、０．０２ｅ
ｅ／　１００　ｇであった。

比較例 るつぼ（５）内に、下端に気泡放出部材（８）が取付け
られた水素除去処理ガス供給管（７）を配置しないこと
を除いては上記実施例１と同様の装置を用いて同様な方
法で鋳塊を製造した。

得られた鋳塊中の水素濃度をＡｌＩ３定したところ、該
鋳塊における下端から全長の４０９６の部分までの水素
濃度はＯ，１ｌｃｃ／１００ｇであり、残りの部分の水
素濃度は上方に向かって漸増し、上端では１．　５ｃｃ
／　１００　ｇであった。

発明の効果 この発明の方法によれば、上記作用の項で述べたように
して、極低水素濃度のアルミニウム鋳塊を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例１に用いる装置の垂直縦断面
図、第２図はこの発明の実施例３に用いる装置の垂直縦
断面図、第３図は同十面Ｌ４、第４図はこの発明の実施
例４に用いる装置の垂直縦断面図、第５図はこの発明の
実施例５に用いる装置の垂直縦断面図図である。 （６）・・・アルミニウム溶！’Ｊ　。 以　　上 特許出願人　　昭和アルミニウム株式会″ｆ１第１図 第８囮 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウムを溶解した後、このアルミニウム溶湯中に
   水素除去処理ガスを気泡状態で吹込みながら、このアル
   ミニウム溶湯を冷却することにより凝固させ、アルミニ
   ウム鋳塊を得ることを特徴とする極低水素濃度アルミニ
   ウム鋳塊の製造方法。