JPH04329841A - 吸引式脱ガス用セラミックス部材を使用した脱ガス方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム又はアルミ
ニウム合金中に含まれる水素ガス等を主とするガスを除
去するために使用される吸引式脱ガス用セラミックス部
材及びそれを使用した脱ガス方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム又はアルミニウム合金を鋳
造する場合、アルミニウム地金中に含まれる不純物又は
アルミニウム地金の表面に付着した水分若しくは水酸化
物等が溶解時に溶湯と反応してガスが生成する。このガ
スの中で主に原子状の水素ガスはアルミニウム又はアル
ミニウム合金の溶湯中に吸収される。この場合に、大気
中の水素分圧が極めて低いため、溶湯中に吸収された水
素ガスの一部は溶湯と大気との界面に存在する酸化物皮
膜に拡散し透過して大気中に放散され、溶湯は経時的に
脱ガスされる。しかしながら、水素ガスの大部分は溶湯
中に残存するので、鋳造時に溶湯中に含まれるガスによ
り鋳造品にピンホール又は膨れ等の欠陥が生じ、鋳造品
の品質及び歩留りの低下を余儀なくされている。

【０００３】そこで、上述の不都合を回避するために、
アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯中に塩素、不
活性ガス又は溶剤等を添加することにより溶湯が改質さ
れ、更に真空溶解法及び再溶解法等の溶解方法の改善が
図られている。また、溶湯中に含まれるガスを除去する
方法として、局部真空脱ガス法が提案されている。

【０００４】この局部真空脱ガス法とは、例えば一端閉
塞型のセラミックス管を溶湯中に浸漬し、真空減圧装置
等を使用してセラミックス管の管内を減圧状態にするこ
とにより、管内外のガス分圧の差を利用して、溶湯中の
有害ガスを管内に拡散移動させて吸引する方法である。 そして、局部真空脱ガス法においては、アルミニウム又
はアルミニウム合金の溶湯を脱ガスする場合に、Ａｌ２
　Ｏ３　−ＳｉＯ２　系成分を主成分とするセラミック
ス管が使用されている。例えば、このようなセラミック
ス管としては、Ａｌ２　Ｏ３　を４７重量％含有すると
共に、ＳｉＯ２　を４９重量％含有するものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｌ２
　Ｏ３　−ＳｉＯ２　系成分を主成分とするセラミック
ス管は、アルミニウム又はアルミニウム合金と反応しや
すいので、寿命が約３時間と極めて短い。このため、セ
ラミックス管を頻繁に交換する必要があり、作業性が悪
い。 また、このセラミックス管は吸引時の管内の圧力を例え
ば３４ｍｍＨｇに減圧する必要があるので、減圧能力が
高い減圧装置を使用しなければならない。このため、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金の鋳造コストが増大す
る。なお、セラミックス管の減圧が不十分であると、溶
湯中の有害ガスの除去が不十分になるので、鋳造品の品
質が低下してしまう。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯
中に含まれている有害なガスを簡単な装置で迅速に吸引
することができると共に、長寿命であって作業性が優れ
た吸引式脱ガス用セラミックス部材及びそれを使用した
脱ガス方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る吸引式脱ガ
ス用セラミックス部材は、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金の溶湯と吸引空間とを仕切り、前記溶湯中のガス
を前記吸引空間内に吸引して除去するために使用される
吸引式脱ガス用セラミックス部材において、炭化珪素及
び／又は窒化珪素を総量で９０重量％以上含有すると共
に、気孔径が４０μｍ以下であることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る吸引式脱ガス用セラミ
ックス部材を使用した脱ガス方法は、炭化珪素及び／又
は窒化珪素を総量で９０重量％以上含有すると共に、気
孔径が４０μｍ以下であるセラミックス部材により、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯と吸引空間とを
仕切り、前記吸引空間を５０乃至４００ｍｍＨｇの圧力
に排気することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明に係る吸引式脱ガス用セラミックス部材
は、炭化珪素又は窒化珪素を主成分とするため、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金との反応性が極めて低いと
共に、熱導電性が高く、耐熱衝撃性が優れている。この
ため、この吸引式脱ガス用セラミックス部材はアルミニ
ウム又はアルミニウム合金の溶湯中に浸漬して使用して
も、長寿命であるので、頻繁に交換する必要はなく、作
業性が優れている。また、炭化珪素又は窒化珪素は多孔
質であるため、真空ポンプ等の簡単な装置を使用して吸
引空間を所定の圧力にまで排気することにより、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金の溶湯中に含まれる有害な
ガスを迅速に吸引することができる。このため、本発明
に係る吸引式脱ガス用セラミックス部材を使用すれば、
局部真空脱ガス法を効果的に実施することができ、アル
ミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を容易に脱ガス処
理することができる。

【００１０】次に、本発明に係る吸引式脱ガス用セラミ
ックス部材の組成及び気孔径の限定理由について説明す
る。

【００１１】炭化珪素又は窒化珪素の含有量が総量で９
０重量％未満であると、セラミックス部材がアルミニウ
ム又はアルミニウム合金の溶湯と反応しやすくなり、寿
命が短くなる。このため、炭化珪素及び／又は窒化珪素
の含有量は総量で９０重量％以上にする。

【００１２】気孔径が４０μｍを超えて大きくなると、
溶解したアルミニウム又はアルミニウム合金が気孔内に
浸透し、凝固するため、気孔が閉塞され、ガスを吸引す
る能力が低下する。このため、気孔径は４０μｍ以下に
する。

【００１３】また、本発明に係る脱ガス方法においては
、上述の吸引式脱ガス用セラミックス部材を使用してア
ルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯中のガスを除去
する際に、その吸引空間を５０乃至４００ｍｍＨｇの圧
力に減圧する。これにより、前記特性のセラミックス部
材による脱ガス能力及び脱ガス効率を最適なものにする
ことができる。

【００１４】しかしながら、吸引空間の圧力を５０ｍｍ
Ｈｇ未満にするためには長時間かかるため、脱ガス処理
に要する時間が長くなると共に、溶湯中に残存する絶対
ガス含有量が多くなる。一方、吸引空間の圧力が４００
ｍｍＨｇを超えると、溶湯中のガスを除去するための効
率が低下する。このため、本発明においては、吸引空間
を５０乃至４００ｍｍＨｇの圧力に排気する。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。

【００１６】図１は吸引式脱ガス装置を示す断面図であ
る。黒鉛製の溶解用るつぼ２内にはアルミニウム合金溶
湯１が貯留される。一端閉塞型のセラミックス管３はそ
の閉塞端がアルミニウム合金溶湯１中に浸漬される。セ
ラミックス管３の開放端には吸引用導管４の一端が連結
されており、この吸引用導管４の他端は安全槽５に連結
されている。また、安全槽５には吸引用導管６の一端が
連結されており、この吸引用導管６の他端が真空ポンプ
（図示せず）に連結されている。

【００１７】このように構成された吸引脱ガス装置を使
用してアルミニウム合金溶湯１中の有害ガスを除去する
場合、吸引用導管５に連結された真空ポンプを動作させ
て安全槽５内を減圧し、吸引用導管４を介してセラミッ
クス管３内の吸引空間を減圧する。これにより、セラミ
ックス管３の気孔を通してアルミニウム合金溶湯１中の
有害ガスを吸引する。この場合、仮にセラミックス管３
内に有害ガスと共に溶湯が吸引されても、この溶湯は安
全槽５内に堆積するので、真空ポンプが破損することは
ない。

【００１８】次に、種々のセラミックス管３を製造し、
上述の真空吸引式脱ガス装置を使用してアルミニウム合
金溶湯１中の有害ガスを除去した後、使用後のセラミッ
クス管３の状態について調べた。

【００１９】先ず、組成及び気孔径を下記表１に示す一
端閉塞型の真空吸引式脱ガス用セラミックス管３を作製
した。

【００２０】次に、黒鉛製の溶解用るつぼ２の中にアル
ミニウム合金地金（Ｆｅ；０．００１　重量％、Ｓｉ；
０．００３　重量％、Ｃｕ；微量、Ａｌ；９９．９４　
重量％）を入れ、この溶解用るつぼ２を密閉式電気炉内
に挿入し加熱した。 これにより、溶解用るつぼ２内のアルミニウム合金地金
を溶解し、アルミニウム合金溶湯１を得た。次に、この
アルミニウム合金溶湯１中に実施例１乃至５及び比較例
１乃至３に係るセラミックス管３を夫々浸漬し、１ｋｇ
／ｃｍ２　の圧力で溶湯１を加圧しつつ、溶湯１の温度
を７３０±５℃に保持して１２時間加熱した。なお、こ
の加熱中に、真空ポンプを使用して各セラミックス管３
内の圧力を下記表１に示すように減圧することにより、
溶湯１中に含まれる有害ガスを吸引した。

【００２１】

【表１】

【００２２】その後、溶湯１中からセラミックス管３を
取り出し、このセラミックス管３をその略中央で切断し
、アルミニウム合金の浸透深さ及び溶損量を測定した。 その結果を表１に併せて示す。

【００２３】この表１から明らかなように、実施例１乃
至５に係るセラミックス管３はいずれもアルミニウム合
金の浸透及び溶損が殆ど生じていなかった。

【００２４】一方、気孔径が４０μｍを超える比較例１
及び２に係るセラミックス管３はアルミニウム合金の浸
透が深く気孔が閉塞され、更に溶損量も多いものであっ
た。また、ＳｉＯ２　及びＡｌ２　Ｏ３　を主成分とす
る比較例３に係るセラミックス管３は溶損量が２ｍｍで
あって極めて多く寿命が短いものであった。

【００２５】次に、実施例４，７及び比較例３に係るセ
ラミックス管３を使用した局部真空脱ガス法によりアル
ミニウム合金溶湯１中の水素ガスを除去した結果につい
て説明する。

【００２６】先ず、溶解用るつぼ２の中にアルミニウム
合金地金（Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＡｌを含有）を入れ、
この溶解用るつぼ２を密閉式電気炉内に挿入し加熱した
。これにより、溶解用るつぼ２内のアルミニウム合金地
金を溶解し、アルミニウム合金溶湯１を得た。このアル
ミニウム合金溶湯１を７５０℃の温度で１２０分間加熱
した後、電気炉内にてアルミニウム合金溶湯１を凝固さ
せた。次いで、溶解用るつぼ２内で凝固したアルミニウ
ム合金を再び溶解し、溶湯１の温度を７５０±５℃に保
持した。そして、このアルミニウム合金溶湯１中に実施
例４，７及び比較例３に係るセラミックス管３を夫々浸
漬し、セラミックス管３内の圧力を減圧することにより
、アルミニウム合金溶湯１中に含まれる水素ガスを吸引
した。このとき、アルミニウム合金溶湯１中に含まれる
水素ガスの含有量を経時的に測定した。その結果を下記
表２及び図２にに示す。但し、表２において水素ガス含
有量の単位は標準状態（ＳＴＰ）でｃｃ／１００ｇであ
る。また、使用後の実施例４，７及び比較例３に係るセ
ラミックス管３について、溶損量を測定し、更にその外
観を観察した。その結果を下記表３に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】この表２及び図２から明らかなように、セ
ラミックス管３を使用してアルミニウム合金溶湯１中の
水素ガスを除去した場合、比較例３（従来例）は実施例
４，７に比して脱ガス処理能力が低いと共に、２１０分
以降の脱ガス処理能力が平衡状態になり、それ以上の効
果を得ることができなかった。また、比較例３では水素
ガス含有量を　０．１１５ｃｃ／１００ｇにまで低減す
るのに約２１０分要しているが、実施例４，７は夫々約
８０分及び約１２０分で前述の水素ガス含有量に到達し
ており、その処理時間が比較例３の約４４％及び約５６
％であった。そして、実施例４，７では脱ガス処理能力
が平衡状態になることはなく、処理時間の経過と共に水
素ガス含有量を低減することができ、優れた脱ガス効果
を得ることができた。例えば、実施例４，７における３
００分後の水素ガス含有量は夫々比較例３の約１／３及
び約１／１０であり、未処理の場合の約３．６％及び約
１３％であった。

【００３０】また、表３から明らかなように、実施例４
，７に係るセラミックス管３は、アルミニウム合金の浸
透がないと共に、気孔閉塞の発生もなく、使用後におい
ても品質が殆ど変化していなかった。このため、実施例
４，７に係るセラミックス管３は再使用が可能であって
、３０回以上使用しても更に使用可能であった。一方、
比較例３に係るセラミックス管３は溶損量が０．８ｍｍ
と多く、更に約２０ｍｍのヘアークラックが発生したた
め、再使用することができなかった。

【００３１】このように、実施例４，７に係るセラミッ
クス管３は、比較例３に係るセラミックス管３に比して
、脱ガス能力及び脱ガス効率が優れていると共に、その
耐久性が優れたものであった。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る吸引
式脱ガス用セラミックス部材は炭化珪素及び／又は窒化
珪素を主成分とし、所定の気孔径を有するから、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金との反応性が極めて低く、
長寿命であって作業性が優れていると共に、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金の溶湯中に含まれている有害な
ガスを簡単な装置で迅速に吸引することができる。

【００３３】また、本発明に係る脱ガス方法によれば、
上述の吸引式脱ガス用セラミックス部材を使用し、吸引
空間を所定の圧力に排気するから、脱ガス能力及び脱ガ
ス効率を最適なものにすることができる。

【００３４】従って、本発明に係る吸引式脱ガス用セラ
ミックス部材及びそれを使用した脱ガス方法によれば、
局部真空脱ガス法を効果的に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸引式脱ガス装置を示す断面図である。

【図２】アルミニウム合金溶湯中の水素ガス濃度と脱ガ
ス処理時間との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１；アルミニウム合金溶湯 ２；溶解用るつぼ ３；セラミックス管 ４，６；吸引用導管 ５；安全槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミニウム又はアルミニウム合金の
   溶湯と吸引空間とを仕切り、前記溶湯中のガスを前記吸
   引空間内に吸引して除去するために使用される吸引式脱
   ガス用セラミックス部材において、炭化珪素及び／又は
   窒化珪素を総量で９０重量％以上含有すると共に、気孔
   径が４０μｍ以下であることを特徴とする吸引式脱ガス
   用セラミックス部材。
2. 【請求項２】　　炭化珪素及び／又は窒化珪素を総量で
   ９０重量％以上含有すると共に、気孔径が４０μｍ以下
   であるセラミックス部材により、アルミニウム又はアル
   ミニウム合金の溶湯と吸引空間とを仕切り、前記吸引空
   間を５０乃至４００ｍｍＨｇの圧力に排気することを特
   徴とする吸引式脱ガス用セラミックス部材を使用した脱
   ガス方法。