JPH03281740A - 金属溶湯用濾材 - 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］ 本発明は金属溶湯、特にアルミニウム溶湯中に含まれる
不純物（介在物）を鑓過するに適した金属溶湯用濾材に
関する。

［従来の技術］ 金属の薄板や箔は金属１Ｂ湯をインゴットに鋳造し、こ
れを圧延することにより製造される。ところか、金属溶
湯に含まれる金属酸化物や耐火物の微小破片等の固形不
純物かそのままインゴット中に混入すると、これを圧延
して薄板や箔等を製造する過程てピンホール、表面欠陥
か発生することかある。これを防ぐには、溶湯中から固
形不純物を除去する必要かあり、そのために、従来、ガ
ラスクロス、アルミナボール ム等を溶湯症適用のフィルターとして使用していた。

ところか、ガラスクロスは安価であるか１！１−期に１
１詰まりし易く、またアルミナボールは一μ捕獲した不
純物か流出し易いため鹸過精度に劣り、更にセラミック
フオームは気孔径が大きいため微細な不純物を１−分に
鑓過てきないという欠点かある。

そこで、例えば特公昭５２−２２３２７り公報に示され
るように、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の骨材粒子
を無機質結合材により結合させて骨材粒子−間に無数の
微細連続気孔を形成した構成のチューブ状の多孔質の柱
材か使用されつつある。この濾材によれば、１−記した
他のフィルターに比較して濾過性能か優れており、［１
詰まりを長期間にわたり防止てき、また捕獲した不純物
の流出かなく、しかも気孔径を適切になし得て精密な濾
過か可能になるという利点かある。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、近時においては、例えばコンピュータの
記憶装置に利用されるメモリーディスク用基板等のよう
に、金属溶湯の一層精密な濾過が要望される分野が増え
つつあり、その場合には、上述したチューブ状濾材にあ
っても、機能のバラツキ、溶湯濾過条件の変化等によっ
て濾過性能か一定とならず、微小な不純物（介在物）捕
集の信頼性は今−歩というのか実情である。

［課題を解決するための手段］ そこて、未発ＩＪＩの目的は、微小な不純物も確実に捕
集するとともに、金属溶湯の初期含浸（表面濡れ性）も
向上した金属溶湯用濾材を提供することにある。

そしてその［１的は、本発明によれば、セラミック骨材
粒子を無機質結合材により結合させた多孔質の濾材であ
って、該骨材粒子か形状指数１００−１３０の範囲の粒
子を５０屯縫％以上含むとともに、該結合材はその表面
に側状結晶を析出させたものであることを特徴とする金
属溶湯用濾材、により達成することかてきる。

［作用］ 本発明は、骨材粒子として形状指数１００〜１３０のい
わゆる球状の粒子な５０重琶％以上含み、かり結合材と
して表面に針状結晶を析出させたものを用いることを特
徴とする。

このように特定な骨材粒子と結合材を用いることにより
、金属溶湯の初期含浸性（所Ｍ濡れ性）を高め、しかも
微細な介在物の捕集性を高めることかできるものである
。

次に、濾材の濾過機構を説ＩＪＩする。

この種の濾材の濾過機構には表面濾過と内部濾過との２
種類か認められる。第１図に模式的に示したように、表
面濾過は、固形不純物ｌか濾過流路２の開［１径よりも
大きいため、濾過流路２内に流入し切れずに濾材表面に
おいて捕獲される現象をいい、従って主として大型の固
形不純物ｌの濾過に寄かしていた。一方、内部濾過は、
濾過流路２の開口径よりも小さな固形不純物１′が一旦
鑓過流路２内に流入し、そこを流れるうちに無機質結合
材３の表面に吸着したり、表面の凹凸部に引っ掛かった
りして捕獲される現象をいい、従って小型の固形不純物
１′の濾過に寄グーしていた。尚この種の濾材では、無
機質結合材３は単に刹・材粒子４間のみならず骨材粒子
４の表面を覆うようにも分布し、結局、濾過流路２の内
面はほとんど無機質結合材３によって覆われた形態とな
る。

即ち、この種の濾材では、濾過流路２の開［１径よりも
小さな固形不純物１′でも上述の内部濾過により除去さ
れ、従って濾過てきる固形不純物の大きさは巾に濾過流
路２の開［１径によって決定されるものてはなく、それ
は骨材粒子４相互を結合している無機質結合材３の表面
積の大小や表面状態や濾過流路の長さによっても影響を
受けるのである。

しかるに、従来の濾材では、無機質結合材はＡｆＬ２０
３・Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２・ＭｇＯ・Ｃａ０系のガラス質
であって表面か滑らかであるため表面積か小さく且つ引
っ掛かり部分か少ないものであった。このため、内部濾
過機構が十分に発揮されず、微小不純物の濾過の面で未
だ不１−分となっていたのである。

これに対して、本発明のような構成とした濾材では、無
機質結合材か結晶化しているから、その表面積は著しく
大きくなり、また表面状態は複雑な凹凸状を呈する。こ
のため、−ｊｊＱ過波路に流入した微小不純物でも無機
質結合材表面に吸着されたり、凹凸部に引っ掛かったり
して内部濾過か活発になり、また多量の微小不純物か捕
獲され得るようになり、結局、微小不純物の除去率か大
幅に高まる。さらに無機質結合材は針状結晶として結晶
化されているため、結晶の先端部か尖っており、固形不
純物が引っ掛かり易くなっている。

針状結晶を生成する鉱物としては、ムライト（３Ａ交、
０３・２Ｓ１０□）、ワラスデナイト（Ｃａ　Ｏ−３ｉ
　Ｏ２）　、ビーレマイト（２ＺｎＯ５ｉＯ□）、ガー
ナイト（ＺｎＣＩＡｊＬ　ｏｉ　）アルミニウムボレイ
ト（９Ａｕ。０３　・２Ｂ２０：ｌ）等があるが、その
選定には濾過しようとする溶湯金属との反応性や濡れ性
により無機質結合材を選択することが必要となる。例え
ば、アルミニウム溶湯のための濾材には、アルミニウム
溶湯に対する耐食性に優れ、濡れ性が悪いムライト（３
Ａ９□０３・２ＳｉＯ２）やアルミニウムボレイト（９
Ａ文、０３・２Ｂ２０３）か適する。

また本発明において用いる骨材の種類としては、金属溶
湯と反応せず、適切な粒度のものを容易に入手できるこ
とが必要であるか、アルミナ質、炭化珪素質、窒化珪素
質、ジルコニア質のごときセラミック骨材粒子がそれら
の条件を満足する。

又、用いる骨材粒子の平均粒子径は通常的０．３〜３．
０騰−程度のものか用いられる。

本発明においては、骨材粒子として下記で定義される形
状指数が１００〜１３０の範囲のものを５０重量％以上
含むことが重要である。

即ち、第２図に示す骨材の投影図において、その最大直
径なＭ、該最大角［Ｍに直交する径をＢ、投影面積なＡ
、円周長さをＰとしたとき、形状指数（ＳＦ）は次の式
て表される。

ＳＦ＝　（ＳＦ、　＋ＳＦ２→ＳＦ：］）／３ここで、 ＳＦ、＝　　（π／４）Ｘ　　（Ｍ２　／Ａ）ｘ　ｌ　
００Ｓ　Ｆ　２　　＝　　（１／　４　Ｗ　）　　Ｘ　
　（Ｐ　２／　Ａ　）　　Ｘ　１００Ｓ　Ｆ　：ｌ　＝
　（Ｍ　／　Ｂ　）　ｘ　ｌ　００である。

因みに、真珠の形状指数は１００となる。

本発明ては、このような形状指数の範囲の粒子を５０重
量％以−に含むと（即ち、球状骨材か多い）、均一な気
孔径を有する多孔質体か得られ、濾材の不純物の捕集精
度が向上するほか、金属溶湯の初期含浸性（所謂、濡れ
性）を高め、好ましい。

このような特定な骨材粒子および無機質結合材を用いる
ことにより、均一な気孔径分布を有するとともに、結合
材は針状結晶てその先端部か尖っており、固形不純物が
引っ掛かり易いため、極めて性能の良い金属溶湯の濾過
を達成することかてきる。

また、本発明においては、骨材粒子として、粒度範囲か
その５０％平均粒子径の１５０％以内にあるものを用い
ると、更に均＝−な気孔径分布を有する濾材か得られる
ため好ましい。

なお、このような特定の骨材粒子と結合材の配合割合と
しては、骨材粒子１００重量部に対し、通常無機質結合
材を４〜２０重量部配合する。

本発明の多孔質の濾材を作製するためには、上記したよ
うに、特定の骨材粒子を結合させる無機質結合材として
その表面に針状結晶を析出させるものを用いることか必
要であるか、側状結晶を析出させるための生成条件につ
いて、アルミニウムボレイトおよびムライトを例にとり
説１ｊする。

（アルミニウムボレイト針状結晶の生成条件）発明者か
各種実験を行なった結果、無機質結合材組成としては、
Ｂ２Ｏ３か１５〜８０重量％、Ａｌ２Ｏ，か２〜６０重
量％、ＣａＯか０〜３０重量％およびＭｇＯか５〜５０
重量％の範囲てあり、又、焼成条件としては１２００〜
．１４００°Ｃまて加熱して無機質結合材原料を溶融さ
せ、その後８００℃まてな１時間当り３０〜７０°Ｃの
冷却速度にて徐冷することか望ましいことか確認された
。尚、８００°Ｃまてて結晶化は殆ど完了するのて、そ
の温度以下における冷却条件は特に限定されない。

（ムライト針状結晶の生成条件） 種々の実験の結果、無機質結合材組成として、Ａ文、０
３か７０〜８０重品−％、ＳｉＯ□か２０〜３０重間％
の範囲のものて、共体的には例えばニューシーラントカ
オリン又はアンダリュサイト（Ａｌ２Ｏ，・５ｉＯ２）
とアルミナとの混合物を用いたものか無機質結合材とし
て使用できる。

この無機質結合材にＣａＦ２や８２０３などの適切な鉱
化剤を添加すると、焼成温度を１４００°Ｃ以ｌ二にす
れば、一般的な冷却条件のもとても結晶化か十分に進む
ことか確認された。

なお、濾材の形状はチューブ状に限られず板状であって
もよい。また、濾材の厚さは通常１５〜３５態−程度あ
ればよい。

次に、本発明の金属溶湯用濾材の製造方法の例を説明す
る。

アルミナ質、炭化珪素質、窒化珪素質、ジルコニア質等
からなり、粒度範囲を調整して形状指数か１００〜１３
０の範囲の粒子を５０重置火以上含む骨材粒子１００重
量部に対し、無機質結合材として表面に側状結晶を析出
させるものを４〜２０重量部添加し、カルボキシメチル
セルロース（ＣＭＣ）、　リタニンスルホン酸カルシウ
ム、デキストリン等の有機バインターと適当量の水分を
加え、混練を行なった後所定形状の成形体に成形する。

次いで、得られた成形体を乾燥後、無機質結合材か針状
結晶を生成する条件下に焼成を行なうことにより、本発
明の謹材を得ることかできる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するか
、本発明はこれらの実施例に限られるものてはない。

（実施例１） 「アルミニウム切断面ト（９Ａ文、０３・２Ｂ２０：ｌ
）の針状結晶を生成する場合１表１に示すような５０％
シ均粒子径５粒度範囲を有し、形状指数かｉｏｓ、１３
０．１６５である焼結アルミナを骨材粒子として用い、
この骨材Ｒｆ　１００　％基部に対し、８２０３５０重
１ｍ％、Ａ　ｌ　２０ｗｌ　３０重量％、ＣａＯ１５重
量％及びＭｇ０５重に％からなる結合材を１２重μ部添
加し、有機バインター、水とともに混練を行なった。

次に得られた混合物を用い、外径１００■鵬φ、内径６
０１■φ、長さ９００ｍｍのバイブ形状品を成形し、１
０５°Ｃて乾燥後１３５０°Ｃまで昇温し、この温度て
３時間保持した後に結晶化か終了するまて（即ち、８０
０°Ｃまで５０／ｈｒの冷却速度で）徐冷するという焼
成・徐り工程を行ない、バイブ状の濾材をず（Ｉた。

なお、同一組成の結合材であっても焼成特に急玲した場
合には、結合材表面に結晶は析出しない。

次いて（［Ｉられた濾材の平均気孔径と、その平均気孔
径の５０％未満の微細気孔占有率を求めた。

この濾材を用い、ｆ・め介在物の経及び数か判明してい
るアルミニウム溶湯な通過させ、通過後の溶湯中の介在
物を測定し、それぞれの試料の介在物捕集性能を測定し
た。

尚、溶湯中の介在物確認方法としては、アルミニウム切
断面を精密研磨し、走査型電子ｍ微鏡（ＳＥＭ）により
介在物の径、数を確認することにより行ない、ｌＯケ所
から取ったテストピースの平均ｆめとした。

結果を表１に示す。

なお、表１において、　Ｎｏ、５．７．８．１０．１２
．１４．１５は本発明の範囲外の場合を示す。

（以下、余白） （実施例２） 「ノ、ライｌ〜（３Ａ父。０３　・２　Ｓ　ｉ　０２　
）の針状結晶を生成する場合Ｊ 表２に小す５０％平均粒子−径、粒度範囲を有する焼結
アルミナを骨材粒子とし、結合材組成としてはＡす２０
３７２重量％、５ｉ０２２８重量％として骨材１００重
１Ｊｉ４部に対し、結合材１０重量部を石機バインター
、木とともに混練した。

得られた混合物を３００ｍ５Ｘ　３００ｍａ＋Ｘ　２０
ｎ■（厚さ）の板状に油圧プレスにて成形し、乾燥後に
１６５０°Ｃにて焼成し、濾材を作製した。

得られた濾材の平均気孔径と、その平均気孔径の５０％
未満の微細気孔占有率を求めた。また、実施例１と同様
にして介在物の捕集性能を測定した。

結果を表２に示す。

（以−ド、余白） 表２ （実施例３） 実施例１て得られた鯖材、即ち表１のＮｏ、１．３．６
．７を選ひ、これらの濾材ｌＯを第３図に示す装置に取
付４１、装置１１内を８００°Ｃに保持して、７５０°
Ｃのアルミニウム溶ｒｇ、（Ｊ　Ｉ　５５０５２）を打
入し所定高さ（Ｈ）にする。そして、３０分以内に濾材
１０下面よりアルミニウム溶湯が滴下する高さ（含浸高
さ）を求め、濾材の濡れ性を評価した。結果を表３に示
す。

表３ 表１〜表３から明らかな通り、未発１１のように特定な
骨材粒子と結合材を用いることにより、そうてない場合
に比し、微細な介在物の捕集性を高め、溶湯の濡れ性を
高めることかできたことかゎかる。

［発明の効果］ 以に説明したように、本発明によれば、特定な骨材粒子
と針状結晶を析出させる無機質結合材を用いて濾材を構
成しているため、微細な介在物の捕集性を高めることか
てき、しかも金属溶湯の初期含浸性を高めることかてき
るという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は濾過原理の説１ｊのために建材内部を拡大して
示す模式図、第２図は骨材の形状指数を算出する際に用
いる骨材の投影説明図、第３図はアルミニウム溶湯の初
期含浸の程度を測定するための試験装置を示す説明図で
ある。 ｌ・・・固形不純物、１′・・・小型の固形不純物、２
・・・濾過流路、３・・・無機質結合材、４・・・骨材
粒子、ｉｏ・・・濾材、ｉｉ・・・装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック骨材粒子を無機質結合材により結合さ
   せた多孔質の濾材であって、 該骨材粒子が形状指数１００〜１３０の範囲の粒子を５
   ０重量％以上含むとともに、該結合材はその表面に針状
   結晶を析出させたものであることを特徴とする金属溶湯
   用濾材。