JPH0431728B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、多気泡質セラミツクフイルタ及び熔
融金属の濾過方法に関するものである。

（従来の技術） 熔融アルミニウムには、実際上、固体が混入し
ているのが通常であり、この混入固体は鋳造され
た最終金属製品にとつて有害である。このように
固体が混入するのには３つの原因がある。混入固
体のうち、酸化アルミニウムは熔融アルミニウム
表面に浮遊する酸化物の層から液体の流れの中へ
引き込まれたものである。また、混入固体のうち
のあるものは、炉の内面や移送溝等の熔融アルミ
ニウム処理装置の破片であり、これらの破片は熔
融アルミニウム処理装置の種々の部分が腐食して
アルミニウムの流れの中へ混入したものである。
そして、混入固体のうちのあるものは、合金やホ
ウ化物や炭化物等の不溶性不純物の沈澱であり、
あるいは塩化物のような上記以外のアルミニウム
化合物の沈澱である。熔融アルミニウムが固化し
た後にこれらの混入物が鋳造製品中に現れると、
これらの混入物の存在により鋳造製品の延性が減
少し、あるいは仕上げ特性が低下するという不具
合を生じる。したがつて、熔融アルミニウムの流
れが鋳造されてそのままの状態で使用可能な固体
とされ、あるいは圧延、鍛造、押し出し等の成型
加工される固体に鋳造される前に、熔融アルミニ
ウムの流れの中からこれらの混入物を取り除かな
ければならない。

液体中に混入した固体を液体から取り除くため
の濾過工程は、混入固体を通過させない多孔質の
濾過媒体に固体が混入した液体を通すことによつ
て行われる。一般に熔融金属の濾過、特に熔融ア
ルミニウムの濾過は、液状のこれらの金属が極め
て侵食性が強く、これに耐えることのできる濾過
媒体を見つけるこが困難なため、特別の問題を生
じる。

一般に、鋳造前に熔融アルミニウム合金中から
混入固体を取り除くには二種類の濾過方法が使用
されている。最も一般的な濾過媒体は糸目の粗い
織り方で織られたガラス繊維布製のスクリーンで
あり、このガラス繊維布のスクリーンは移送溝の
中や、射出口付近や、凝固するインゴツトの頂部
の熔融金属溜まりの中にも設置されている。この
ようなガラス繊維布のスクリーンは熔融金属中か
らそのメツシユよりも大きい混入固体のみを取り
除くことができるにすぎず、ガラス繊維は熔融金
属の温度ではその強度が非常に低下するから使用
中に破損し易い。今一つの従来の方法では、例え
ば平板状のアルミナのような、粗なアルミナ粒子
のベツドを通過させて熔融アルミニウムを濾過す
るが、この方法では過度に多量の固体を通過させ
るという通常のベツド濾過器に付随する欠点によ
つて不都合を生じる。すなわち、このベツドでは
フイルタとしての有効性を損なう程のチヤネリン
グを生じる傾向が強く、また濾過器の小孔の寸法
の制御が困難で、この小孔の寸法が使用条件によ
つては容易に変化するため、たとえ使用初期には
適当な寸法であつたとしてもその寸法を有効に維
持することはできない。更に、金属は濾過器が使
用されていない時にも常に熔融状態になければな
らない。

米国特許第3893917号には、熔融アルミニウム
合金に混入した粒子を熔融アルミニウム合金から
濾過して取り除くための改良された方法が開示さ
れており、この米国特許は本願の出願人に嬢渡さ
れているが、この方法には連続気泡構造を有し、
かつ熔融金属を濾過するために使用する、多気泡
室セラミツクフイルタが使用されている。そし
て、この多気泡室セラミツクフイルタはセラミツ
クのウエブによつて囲繞され、かつ互いに連結し
た複数の空洞を有することを特徴とする。多気泡
室セラミツクフイルタを使用すると濾過効率が極
めて高いが、フイルタエレメントの強度的な信頼
性に問題がある。

本発明の目的は、強度と濾過効率とに優れた多
気泡室セラミツクフイルタ及びこのセラミツクフ
イルタを使用した熔融金属の濾過方法を提供する
ことにある。

上述の目的を達成するため、本発明において熔
融金属を高能率で濾過するために使用される多気
泡室セラミツクフイルタは、強度的な信頼性が高
いことを特徴としている。本発明の濾過器は、有
機的な多気泡室材料をセラミツクフアイバを含む
水性のセラミツクスラリーに含浸させることによ
つて作られる。本発明によれば、強度的な信頼性
に優れ、かつ低価格の多気泡室セラミツク媒体を
作ることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。

本発明によれば、多気泡室を有するセラミツク
（セラミツク．フオーム）は、可撓性を有するセ
ラミツク・フオームのウエブ（web）で囲繞され
た互いに連結した多数の空洞を有し、連続した気
泡構造を有すると共に、親水性を有する、可撓性
のフオーム材料（foam material、すなわち多気
泡室を有する材料）から作られる。この目的に使
用し得る代表的な物質としては発泡ポリウレタン
のような発泡重合体や発泡繊維体がある。一般的
に、弾性および原形回復能力を有する可燃性の有
機質プラスチツク・フオーム（海綿状プラスチツ
ク）を使用することができる。この場合、プラス
チツク・フオームは、使用されるセラミツク材料
の焼成温度以下で焼く尽されるか、揮発させられ
なければならない。更に、所要のろ過表面を得る
ために、１インチ当たり５ないし100個（１cm当
り約２個ないし40個）の小孔を有する発泡物質を
使用する必要がある。当然ながら、フオーム材料
の寸法は所要の最終濾過物質の寸法に応じて変え
ることができる。一般に、1/4ないし４インチ
（約6.4ないし100mm）、なるべくは１ないし３イン
チ（約25ないし74mm）の厚さを有するフオーム材
料が用いられる。

使用されるセラミツク材料の水性スラリーは、
当然ながら、選択された濾過されるべき金属に対
して、何れのセラミツク材料が好ましいかによつ
て定まる。あるセラミツク材料は、最終製品にお
いて、ある特定の溶融金属の化学的浸蝕に耐える
ための充分な特性と、特定の高温状態に耐える構
造的および（又は）機械的強度を備えている必要
がある。更に、このスラリーは、比較的高度の流
動性を有し、且つ前述のフイルタ中で使用される
セラミツク材料の水性懸濁液によつて構成される
必要がある。使用可能な代表的セラミツク材料に
は、アルミナ、クロミア、ジルコニア、マグネシ
ア、二酸化チタニウム、シリカおよびその混合物
が含まれる。好ましいセラミツク材料は、40ない
し95％のAl₂O₃と、１ないし25％のCr₂O₃と、0.1
ないし12％のベントナイトと、0.1ないし12％の
カオリンと、2.5ないし25％の気硬性薬剤（air
setting agent）より成る。

気硬性物質はスラリーの固体成分を生成された
多気泡室材料上に安定化し、セラミツク材料に堅
さを付与する。気硬性物質とては、アルミン酸カ
ルシウム結合剤や、例えば米国特許第3845181号
公報の第１欄、第56行に開示されているような物
質、すなわち、アルカリ金属のリン酸塩、ホウ酸
塩、又はケイ酸塩を使用することができる。

本発明によれば、このセラミツク材料のスラリ
ーには、セラミツクフアイバが添加され、強力な
混合機を用いてスラリー中に拡散される。このス
ラリーに重量比で５％以上のセラミツクフアイバ
を添加すると、フアイバの凝集を惹起するため充
分な拡散が行われないことが判明した。更に、強
度を著しく増大させるには、少くとも重量比で１
％の添加が必要である。理想としては、重量比で
1.5％をこえるだけのセラミツクフアイバを添加
するのが有利である。

本発明のフイルタ材料は、前述の米国特許第
3893917号公報に記載された方法によつて調製す
ることができる。即ち、セラミツクフアイバを添
加してセラミツク材料の水性スラリーが作られ、
これにフイルタ材料を浸漬させることによつてウ
エブがセラミツク材料の水性スラリーで被覆され
ると共に、この水性スラリーで空洞がほぼ充填さ
れる。然る後、このフイルタ材料は、予め用意さ
れたローラで狭さくされて圧縮され、これにより
好ましくは約80％のスラリーが押出され、残りの
スラリーがフオーム材料全体に均等に分布するこ
とになる。この結果、好ましくは、いくつかの小
孔が閉塞され、これらの閉塞された小孔がフイル
タ材料全体に均等に分布して、フイルタ材料内の
通路の曲がりくねりの状態が増加する。然る後、
被覆された発泡物質が乾燥されて、加熱され、先
ず、可撓性の有機質からなるフオーム材料を焼失
させ、ついで、セラミツクコーテイングを焼結さ
せ、これにより、溶着されたセラミツクフオーム
が作られる。このセラミツクフオームは相互に連
絡した多数の空洞を有し、これらの空洞は可撓性
フオーム材料の形態を成す、接着あるいは溶着さ
れたセラミツク材料のウエブによつて囲繞されて
いる。第１図Ａ，Ｂの顕微鏡写真から解るよう
に、溶着されたセラミツクの壁からセラミツクフ
アイバが突出している。第１図Ａは、第１図Ｂ中
の参照番号１で示された円が囲む部分の拡大図で
ある。このようにセラミツクの壁から突出したセ
ラミツクフアイバにより、フイルタの小孔の内面
に毛羽だち面が形成され、この毛羽だち面により
フイルタ効果が増進される。

本発明は、また、使い捨て式のセラミツクフイ
ルタによつて熔融金属をろ過する方法も提供す
る。この方法の特徴は、前述のように、アルミニ
ウムをろ過する場合には、毎分、１平方インチの
ろ過表面積当たり、5.0〜50立方インチ、好まし
くは10〜30立方インチの溶融金属をセラミツク材
料中を通過させることにある。代表的な大量の金
属の流量が毎分約500ポンド（約227Kg）であるの
に対して、通常のアルミニウム鋳造工程における
熔融金属の流量は、毎分約200ポンド（約91Kg）
の最小値から毎分約2000ポンド（約910Kg）の最
大値まで変動する。本発明によれば、本発明のセ
ラミツク材料は上述のような大量の金属の流量を
うまく利用して処理されるようになつている。ア
ルミニウムに対しては、通常、フイルタ内の金属
の特定流量は、フイルタ断面の１平方インチ当た
り毎分５ポンド（約2.3Kg）以下でなければなら
ず、好ましくは１平方インチ当たり毎分３ポンド
（約1.4Kg）以下でなければならない。フイルタに
上記以上の流量を通過させると、高品位の板製品
の生産に望ましくない過大の非金属分がこのフイ
ルタを通過することになる。その下限は、実際の
寸法を考察することによつて調整されるが、毎分
1000ポンド（約450Kg）を超過する金属体の流れ
を取扱うためには、非実用的に過大なフイルタを
要することになる。即ち、45インチ平方（すなわ
ち、2025平方インチ）以上のセラミツク製のフイ
ルタを要することになる。従つて、本発明の代表
的なフイルタは、毎分平方インチ当り２ポンド
（約0.9Kg）の特定流量で、毎分500ポンド（約230
Kg）の金属を通流させるように設計された、16イ
ンチ平方、すなわち約250平方インチの大きさを
有するフイルタに限定される。

本発明は、溶融金属、特に溶融アルミニウムを
ろ過するのに使用される、高能率のセラミツクフ
オーム材料を提供する。本発明によるセラミツク
フオーム材料は開放した細胞構造を有し、この細
胞構造は、セラミツク材料のウエブによつて囲繞
され、かつ互いに連結した多数の空洞を有し、更
に、前記ウエブを構成するセラミツク材料はセラ
ミツクフアイバを有することを特徴とする。本発
明のフイルタは、更に、重要な特性を組合わせる
ことによつても特徴づけられる。本発明のフイル
タは、400ないし8000×10^-7cm²の範囲の空気透過
率を有する。更に、本発明のフイルタは、0.80な
いし0.95の多孔度、即ち空虚率を有する。本発明
のフイルタの特徴は、更に直線１インチ当り５な
いし45個の小孔と、1/4ないし４インチの範囲の
フイルタ実効厚とを有することにある。本発明に
よれば、上述のフイルタは、溶融金属、特に溶融
アルミニウムの濾過に使用されて特に有効である
ことが判明した。本発明の濾過器を利用すれば上
述のような多くの効果が達せられるが、その幾つ
かにつき下に説明しよう。

普通の条件下では、400ないし2500×10^-7cm²の
空気透過度と、0.80ないし0.95の多孔度、即ち空
虚率と、直線１インチ当り20ないし45個の小孔と
を有する、本発明の比較的細かいフイルタが5000
シリーズ（5000series）中のアルミニウム合金を
ろ過するのに使用される。しかし、入力金属が特
に汚れている場合には、直線１インチ当り５個な
いし20個の小孔と、2500ないし8000×10^-7cm²の空
気透過度と、0.90ないし0.95の多孔度、即ち空虚
率とを有する。比較的粗いのセラミツクフオーム
フイルタを通して、この金属を予めろ過して置く
必要がある。これは、段階的に特性が変化する一
つのセラミツクフイルタを使用するか、あるいは
多孔度の異なる一連のフイルタを使用することに
よつて達成することができる。

本発明の諸特徴は、次の２つの実施例を考察す
ることによつてより容易に理解することができる
であろう。

［実施例 ］ 47％のAl₂O₃と、13％のCr₂O₃と、3.5％のカオ
リンと、1.0％のベントナイトと、14.5％の気硬
性薬剤とより成る、水性セラミツクスラリー、
100ｇ宛の３バツチが作られた。第１のバツチに
は、セラミツクフアイバが添加されない。第２お
よび第３のバツチには、夫々、重量比で2.5およ
び5.0％の珪酸アルミニウムの形態のセラミツク
フアイバが添加された。第２および第３のバツチ
は強力ミキサを用いて攪拌され、これによりフア
イバをスラリーの中に拡散させて、存在するかも
知れないその塊体を破壊した。３バツチのスラリ
ーの各々へ、厚さ２インチ（約５cm）で、直線１
インチ当り30個の小孔を有する、１片のポリウレ
タン発泡材料が浸漬された。こうして、米国特許
第3893917号に記載された一般的な手法にしたが
つて、セラミツクフオームフイルタが調製され
た。

上述のようにして調整されたフイルタは、それ
ぞれ、圧縮試験にかけられ、第２図に示すような
結果を得た。第２図から解るように、このセラミ
ツクフオームフイルタの圧縮強度はセラミツクフ
アイバの濃度の増大と共に増加し、このフイルタ
素子の強度の信頼性の改善を示した。

［実施例 ］ 100％のα−アルミナより成る第２のセラミツ
クスラリーが調製され、そして３つのバツチに分
割され、そして、その第２および第３のバツチに
は、夫々1.5および2.5重量％の、珪酸アルミニウ
ムの形態のセラミツクフアイバが添加された。次
に、これらのセラミツクスラリーは発泡ポリウレ
タン材料を含浸するのに用いられ、こうして、米
国特許第3893917号公報に記載された通りにフイ
ルタ素子が調製された。

第３図は、上記３つのセラミツクスラリーから
作られたセラミツクフオームフイルタに圧縮試験
を施した結果を示す。この場合も、実施例の場
合と同様に、セラミツクフアイバを添加すること
によりフイルタ素子の圧縮強度が増加し、フイル
タの強度的信頼性を高めることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のフイルタに含まれたセラミ
ツクフアイバを表わす顕微鏡写真であり、第１図
Ａは第１図Ｂの参照番号１が示す円内を2000倍に
拡大した顕微鏡写真を、また第１図Ｂは100倍に
拡大した顕微鏡写真をそれぞれ示し、第２図およ
び第３図は、セラミツクフアイバの添加がセラミ
ツクフオームフイルタの強度に及ぼす影響を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続気泡構造を有し、かつ、熔融金属をろ過
   するために使用する、多気泡質セラミツクフイル
   タにおいて、前記連続気泡構造は、前記セラミツ
   クのウエブによつて囲繞された、多数の互いに連
   結した空所を有し、前記セラミツクは、前記ウエ
   ブから突出する多数のセラミツクフアイバを有
   し、これによつて前記フイルタの小孔に毛羽立ち
   面を形成し、前記セラミツク中の前記セラミツク
   フアイバの量は５重量％までであることを特徴と
   する、多気泡質セラミツクフイルタ。 ２ 前記フイルタが、400×10^-7ないし8000×
   10^-7cm²の範囲の空気透過度と、0.80ないし0.95の
   多孔質度と、１cm当たり２ないし18孔の小孔サイ
   ズと、6.5ないし100mmの厚さを有する、特許請求
   の範囲第１項記載の多気泡質セラミツクフイル
   タ。 ３ 前記フイルタが、40ないし95重量％のAl₂O₃
   と、１ないし25重量％のCr₂O₃と、0.1ないし12重
   量％のベントナイトと、殆ど熔融金属と反応しな
   い2.5ないし25重量％の気硬性物質と、５重量％
   までのセラミツクフアイバとから構成されてい
   る、特許請求の範囲第１項記載の多気泡質セラミ
   ツクフイルタ。 ４ 前記フイルタが、1.5ないし５重量％のセラ
   ミツクフアイバを有する、特許請求の範囲第３項
   記載の多気泡質セラミツクフイルタ。 ５ 使い捨てのフイルタに熔融金属を濾過する、
   熔融金属の濾過方法において、 Ａ 熔融金属を用意する工程と、 Ｂ 連続気泡構造を有するセラミツクフイルタを
   用意する工程であつて、前記連続気泡構造は、
   前記セラミツクのウエブによつて囲繞された、
   多数の互いに連結した空所を有し、前記セラミ
   ツクは、前記ウエブから突出する多数のセラミ
   ツクフアイバを有し、これによつて前記フイル
   タの小孔に毛羽立ち面を用意する工程と、 Ｃ 毎分、毎cm²当たり、0.052ないし0.527cm²の割
   合で、前記熔融金属をして前記セラミツクフイ
   ルタを通過させ、これにより前記熔融金属中に
   含まれた固体を除去する工程と、 を有することを特徴とする、熔融金属の濾過方
   法。 ６ 前記セラミツクフイルタが、連続気泡構造を
   有し、かつ、熔融金属を濾過するために使用す
   る、多気泡質セラミツクフイルタで構成され、 前記連続気泡構造は、前記セラミツクのウエブ
   によつて囲繞された、多数の互いに連結した空所
   を有し、前記セラミツクは、前記ウエブから突出
   する多数のセラミツクフアイバを有し、これによ
   つて前記フイルタの小孔に毛羽立ち面を形成し、 前記フイルタは、400×10^-7ないし800×10^-7cm²
   の範囲の空気透過度と、0.80ないし0.95の多孔質
   度と、１cm当たり２ないし18孔の小孔サイズと、
   6.5ないし100mmの厚さとを有する、 特許請求の範囲第５項記載の熔融金属の濾過方
   法。