JPH07207357A - ＡｌまたはＡｌ合金溶湯の濾過法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ａｌ溶湯の濾過に際し、フィルタ−を２段構
成とし、結晶粒微細化剤の添加を第２段濾過の前とす
る。好ましくは第２段濾過前のＡｌ溶湯を積極酸化し、
濾過効率を高める。 【効果】 フィルタ−、特に第１段濾過で用いる高級フ
ィルタ−の寿命を延長することができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡｌまたはＡｌ合金溶湯
の濾過に際して用いるフィルターの寿命を延長する技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌまたはＡｌ合金は、軽量性、加工
性、表面美麗性等の特徴を有することから種々の用途に
利用されている。しかし不純物元素の混入によって、共
晶化合物が粗大化する等の不都合が生じ、強度、靭性、
表面処理性等が著しく劣るという問題がある。特に近年
は製品の薄肉化、細線化などの要求が厳しくなる傾向に
あり、欠陥の発生が無く安定して高品質を示すＡｌまた
はＡｌ合金（以下Ａｌで代表することがある）を提供す
ることが必要となっている。

【０００３】Ａｌの製造工程は、原料の溶解、溶解
炉内での精練、炉外での精練、鋳造を基本プロセス
として構成されるが、欠陥発生を防止する為には、上記
各プロセスの中でも、との精練プロセスが重要な位
置を占める。本発明はの炉外精練における最終のステ
ップ、換言すればの鋳造の直前に設けられる重要な仕
上げステップを構成する濾過技術に関するものである。

【０００４】Ａｌ製品の欠陥における最大原因の１つは
介在物の混入であるが、介在物の由来としては、の原
料に混入して持込まれた酸化物や各種異物、更にはの
精錬に当たって溶湯が大気中の酸素と反応することによ
って形成される酸化物等が考えられる。これら，に
由来する介在物は、実質上回避不可であり、その為上述
した様に鋳造直前の最終段階で濾過を行なうことが必須
の重要工程となってくるのである。

【０００５】しかしながら，の工程等で混入してき
た介在物の全てを濾過工程で除去することになるので、
フィルターの濾過前面側には大量の介在物が捕捉されて
堆積し、僅か数チャージで目詰りを起こすという問題が
ある。ここでフィルターとしては、古くは板状フィルタ
ーが用いられていたが、近年はチューブ状フィルターを
複数本組合せて濾過面積を拡大しつつチューブの外側か
ら内側に向けて効率的に濾過させるという技術が広く利
用されている。しかしチューブ状フィルターは高価であ
るという欠点があり、しかも前述の如く数チャージの使
用によって目詰りが進行し濾過能力が低下する様である
と、これを頻繁に廃棄して新品と交換しなければなら
ず、このことがＡｌ製造コストを押上げてしまうという
ことが問題となっている。

【０００６】この様なところから、フィルターの寿命延
長が課題となり種々検討されている。これらのうち特公
昭５２−４１７２６号には、フィルターの濾過前面側に
付着している無機物質ケーキを溶湯濾過の実施過程中に
取除く技術が提案されており、具体的には複数本のチュ
ーブ状フィルターを組合わせてなるカートリッジ形式の
フィルターセットに対し、その下方から溶湯内へ不活性
ガスを吹込んで不活性ガスの微細気泡を吹当て、前記ケ
ーキを強制的にはぎ落して溶湯中に再分散させると共
に、溶湯中に溶解しているＨ₂ ガスを不活性ガス気泡中
に拡散させて脱Ｈ ₂ ガスを平行的に遂行しようとする方
法が示されている。

【０００７】フィルターの濾過前面側に付着しているケ
ーキ層は極めて強固なものである為、不活性ガスの微細
気泡を吹当てる程度では、ケーキの全てを除去し得るに
至らず、これに代る新しい手段を開発することが望まれ
ている。一方本発明者等の最近の研究によれば、ケーキ
層が強固になって一層剥離され難いものになっていく理
由の幾つかが解明された。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、ケ−キ層が一層強固になる原因を少しでも解消し、
フィルターからのケ−キ除去をより容易なものとするこ
とにより、上記の様な公知手法であっても実質的に容易
に剥離し得る程度のケ−キの形成にとどめることを意図
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明は、ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を鋳造に先
だって濾過するに当たり、耐火性多孔質フィルターを２
段に設け、第１段の耐火性多孔質フィルターと第２段の
耐火性多孔質フィルターの間で前記溶湯に結晶粒微細化
剤を添加して濾過を行うことを基本的構成要旨とするも
のである。尚第１段の耐火性多孔質フィルター及び第２
段の耐火性多孔質フィルターによる各濾過を行うに際
し、夫々濾過対象の溶湯を酸化することにより該溶湯中
にＡｌ酸化物を形成してから濾過を行う様にすれば、濾
過の初期に各フィルターの濾過前面側に酸化物皮膜が形
成されて見掛け上の目開きが小さくなるので、溶湯中の
介在物の除去効率が高まり、従って安定した濾過効果を
得ることができる。別の好ましい実施態様によれば、第
２段の耐火性多孔質フィルターによる濾過を行うに際
し、結晶粒微細化剤の添加と同時もしくは前後して該溶
湯を酸化することにより該溶湯中にＡｌ酸化物を形成し
てから濾過を行うことが可能である。更に別の好ましい
実施態様によれば、第１段の耐火性多孔質フィルターと
してはチューブ状のものを用い、第２段の耐火性多孔質
フィルターとしては板状のものを用いる方法が推奨され
る。

【００１０】

【作用】まずＡｌ溶湯濾過におけるフィルターの目詰り
状況について説明する。Ａｌ溶湯中に含まれる介在物の
うちフイルター除去の対象となるものは、大別して二つ
に分類される。一つはフィルターメッシュに比べて極め
て大きい高融点酸化物であり、主として膜状を呈し、他
の一つはフィルターメッシュに比べて極めて小さい高融
点酸化物であり、主として微粒状を呈する。濾過に当た
っては、始めに上記膜状介在物がフィルターの濾過前面
側（以下単に表面ということがある）に沈降してフィル
ターを構成する骨格部に絡着し短時間の内に目詰りを生
じ、見掛上非常に目開きの小さいメッシュフィルターと
なる。その為本来ならばフィルターを通過してしまう程
の前記微粒状介在物が目開きの小さくなったフィルター
に捕捉されることとなる。即ちＡｌ溶湯の濾過は「表面
濾過」機構によって行なわれるものである。この様にし
て１チャージの濾過が終了した後のフィルター表面に
は、膜状酸化物が絡着し、且つこの膜状酸化物に粒状酸
化物が散在的に付着した状態が形成されている。

【００１１】こうして形成されるケ−キは、上記形成様
式から理解される様にそれ自体かなり強固なものとして
成長する素地を有するが、前述した本発明者らの究明に
基づく因子が加わって一層強固なケ−キが形成されるの
である。以下この点について説明する。

【００１２】Ａｌ製品に要求される特性の一つとして強
度が挙げられる。この特性を満足する為には結晶粒を微
細化することが必要であり、結晶粒微細化剤としてのＴ
ｉやＴｉ−Ｂを、塊状やワイヤ状のＡｌ−Ｔｉもしくは
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂとして添加することが一般に行われてい
る。従って例えばＡｌスクラップを溶解原料とする場合
には、該スクラップ中に配合されているＴｉやＴｉ−Ｂ
が溶湯中に持込まれることとなるが、このＴｉやＴｉ−
Ｂは前記添加時の溶解条件によっては、或は鋳造工程中
の冷却速度如何によってはＡｌ製品中にかなり大きい介
在物として成長しているものもあり、この様に粗大に成
長しているものは当然に、また成長せず微細分散してい
るものであっても、再溶解後のＡｌ溶湯中ではもはや結
晶粒微細化効果を発揮しないこと等も知られている。そ
の為本発明のＡｌスクラップを再溶解して使用すること
を意図する場合には、結晶粒微細化剤を新たに添加する
ことが必須となっている。しかるにこの結晶粒微細化剤
として市中で入手されるのは、前記の様にＡｌ−Ｔｉや
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂのワイヤや塊であり、これらを再溶解し
たＡｌ溶湯中に投入した場合も溶湯中に粗大な不溶介在
物として混入することが多いというのが現製造プロセス
上の実状である。従ってＡｌ溶湯中には、Ａｌスクラッ
プに由来する粗大なＴｉやＴｉ−Ｂ、更には新たに投入
した結晶粒微細化剤中の粗大なＴｉやＴｉ−Ｂが、結晶
粒微細化作用を実質的に発揮しない不純物として混入し
ており、これらの不純物も前記酸化物系介在物と一緒に
炉過されなければならないのである。

【００１３】この様な結晶粒微細化剤が混入した状態で
濾過を行うと、フィルター表面には前記した如く、膜状
介在物の付着に伴う表面濾過機構によって粒状介在物並
びに前記粗大なＡｌ−ＴｉやＡｌ−Ｔｉ−Ｂが捕足され
る。捕足されること自体は濾過の主旨に徹して合目的な
ことであるが、この様な大小とりまぜた介在物が濾過チ
ャージの進行につれて次々と積層成長していき、遂に濾
過不能な程の目詰まりに至るのである。そこで本発明者
らはこの様な表面濾過機構の進行状況について自由な角
度から検討を行った結果、再溶解後に投入する結晶粒微
細化剤がＡｌ溶湯中に十分微細分散されず、一部粗大な
まま分散されて結晶粒微細化作用を発揮しないまま、酸
化物介在物と共にフィルター表面に捕足されることがケ
−キの強固さをより一層増大し、フィルター表面からの
剥離に対して大きな抵抗になっているのではないかとの
示唆を得るに至った。

【００１４】そこで（Ａ）従前通りＡｌ溶湯の濾過工程
前に結晶粒微細化剤を添加して濾過した場合と、（Ｂ）
該添加を省略して濾過した場合の夫々について実験を行
い、濾過を数チャ−ジ行い、夫々フィルター入湯側のヘ
ッド値の変化を比較した。ここでヘッド値とは、フィル
ターボックスを板状フィルターによって入湯側と出湯側
に仕切り、出湯側をオ−バ−フロー方式として湯面高さ
を一定とした場合において、入湯側へのＡｌ溶湯注入量
を制御して出湯側におけるオーバーフローが定常的に行
われる状態における入湯側湯面（高位）と出湯側湯面
（低位）の高低差を意味する。従ってフィルター表面の
ケ−キ量が増大して目詰まりが強くなるにつれてヘッド
値は増大する。

【００１５】この様な実験系においてヘッド値の変化を
比較したところ、（Ａ）の従来方式では１つの濾過チャ
ージが終了した時点のヘッド値と、その次の濾過チャー
ジの最初のヘッド値は殆んど変わっていなかった。即ち
ある１つの濾過チャージ内では濾過進行に伴ってヘッド
値が上昇していくが、前チャージで到達したヘッド値を
出発点として次チャージの濾過進行に伴うヘッド値の上
昇が単純にプラスされていくことが分かった。従ってヘ
ッド値は上昇一方であり、全体として極めて少ないチャ
ージ数で濾過不能の限界域に至る。一方（Ｂ）に示した
結晶粒微細化剤非添加の系では、ある１つの濾過チャー
ジ内では濾過進行に伴ってヘッド値が上昇してくことに
変わりはないが、前チャージが終了した時点のヘッド値
に比べて、その次の濾過チャージ開始時点のヘッド値は
有意に低い値になっていることが分かった。これは驚く
べき知見であり、前チャージの濾過が終了した後、次チ
ャージを行うまでの待ち時間の間、フィルター保護の目
的で保持されていた前チャージの残留溶湯がフィルター
表面の付着ケ−キを自然剥離し、これによって待ち時間
中にヘッド値の低下を招いたものと解釈される。この様
な現象は従来全く知られておらず、新たに添加すること
が常識とされていた結晶粒微細化剤がケ−キの剥離を阻
害する原因の一つであることを突きとめた功績は頗る大
きいものである。

【００１６】この様な知見を基礎として、結晶粒微細化
剤はフィルターの前段に添加しないとの基本構成に到達
したが、Ａｌ製品の強度特性を高めるという観点からは
結晶粒微細化剤はいずれかの時点で添加されなければな
らず、該添加に際して混入してくる前記粗大な結晶粒微
細化剤は何らかの手段によって除去されなければならな
い。そこで種々検討を重ねた結果、フィルターを２段構
成とし、結晶粒微細化剤は第２段フィルターの前に添加
することとした。この様な構成であれば、第１段目のフ
ィルターは前記（Ａ），（Ｂ）の対比から分かる様にフ
ィルター寿命が延長されるので、高価なフィルター、例
えばチュ−ブ状フィルターを第１段として使用し、安価
で使い捨てても良いと思われる板状フィルターを第２段
フィルターとして使用する、といった使い分けも可能と
なる。尚、多段濾過そのものについては例えば特開平２
−２１１９３７等で知られているが、これは溶湯の層流
化を意図するものであり、本発明とは目的、構成共に全
く相違するものである。

【００１７】一方前記した様な表面濾過機構の説明から
理解し得る様に、膜状の酸化物系介在物は第１段目のフ
ィルターで捕足されており、第２段目のフィルターにお
ける濾過に際しては溶湯中に存在しない。そこで第２段
目のフィルター直前でＡｌ溶湯を積極酸化し、膜状介在
物を形成して第２段フィルターにおける表面濾過機構の
発揮に寄与せしめることは有用な手段と考えられる。そ
の様な積極酸化を行う為の具体的な手段としては、下記
の方法が例示される。

【００１８】（１）溶湯中に空気を吹込む方法 溶湯内部が空気によって直接酸化されると共に、吹込み
空気による溶湯撹拌効果によって溶湯表面が大気酸化を
受け、速やかに膜状酸化物が形成されてこれをフィルタ
ー表面に付着させることができるので、次チャージ濾過
の初期から安定した表面濾過に移行していく。 （２）溶湯中に不活性ガスを吹込む方法 溶湯表面が不活性ガスによる撹拌作用によって大気酸化
を受け易くなり、前記空気吹込みよりは若干遅れるが、
速やかに膜状酸化物が形成される。 （３）溶湯を機械撹拌または電磁撹拌する方法 上記（２）と実質的に同様の作用効果が発揮されて速や
かに膜状酸化物が形成される。

【００１９】この様な強制的酸化方法によって溶湯中に
形成される膜状酸化物は、種々実験した結果、一般にｍ
ｍ単位〜数百μｍの大きさであり、微小な粒状酸化物は
殆ど生成しないことが確認されている。一方一般に用い
られるフィルターの目開きは通常数百μｍ以下であるか
ら、上記膜状酸化物はフィルター表面を目詰りさせるに
十分な大きさであり、短時間の酸化によって目開きの小
さなフィルターに改変し、次チャージの濾過に備えるこ
とができる。上記した強制的酸化方法によってどの程度
の膜状酸化物が生成されるかは、予め溶湯及びフィルタ
ーの条件等を変動させて予備試験を行なって承知してお
くことが推奨される。

【００２０】上記した様なＡｌ溶湯の積極酸化は、第２
段フィルターの前だけでなく、必要であれば第１段フィ
ルターの前に実施して表面濾過機能を高めることに寄与
せしめることもできる。またＡｌ溶湯の積極酸化を第２
段フィルターの前で行う場合には結晶粒微細化剤の添加
と同時に、又は相前後して実施すれば良い。

【００２１】

【実施例】下記条件でＡｌ原料溶解以降の諸工程を行
い、鋳塊を得た。 原料：品種ＪＩＳ ３００４合金，屑配合７０％＋地金
（９９．７％Ａｌ）３０％ 溶解：溶解炉・重油焚き反射炉（３０ｔ），大気溶解，
７４０℃ 精練：溶解炉の溶湯中にＣｌ₂ ガス，２００Ｎｌ／分×
２０分吹込み，除滓 保持：重油焚き反射炉（同上）にて溶湯保持 濾過：第１段 三井金属製チュ−ブ状フィルター（Ｈ
Ｄ） １８本組１セットを使用 第２段 神戸製鋼所製アクトサーミックスフィルター 系径２ｍｍφ 大きさ５００ｍｍ×５００ｍｍ×５０ｍｍ １枚使用 溶湯流れに対して垂直に設置 結晶粒微細化剤の添加（Ａ）＝Ａｌ−Ｔｉ−Ｂワイヤ溶
湯中にＴｉ＝０．０１％，Ｂ＝０．００２％となる様に
添加 溶湯の積極酸化（Ｂ）＝第２段フィルター前の溶湯に対
し、ランス（１０ｍｍφを用い、Ａｒガスを５リットル
／分，１０分間吹込み 実験結果は表１に示す通りである。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に見られる様に２段濾過構成で且つ第
２段フィルターの前で結晶粒微細化剤の添加と溶湯の積
極酸化を併用したものは最善の結果を与えた。特に第１
段濾過に用いたチュ−ブ状フィルターの寿命を約１．５
倍延長できた。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記の様に構成されているの
で、結晶粒微細化剤の添加による悪影響を最小に抑えつ
つ、高価なフィルターの寿命を延長することが可能とな
った。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 清正 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 新井 基浩 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 益田 穣司 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 北野 貴之 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を鋳造に先だっ
   て濾過するに当たり、耐火性多孔質フィルターを２段に
   設け、第１段の耐火性多孔質フィルターと第２段の耐火
   性多孔質フィルターの間で前記溶湯に結晶粒微細化剤を
   添加して濾過を行うことを特徴とするＡｌまたはＡｌ合
   金溶湯の濾過法。
2. 【請求項２】 第１段の耐火性多孔質フィルター及び第
   ２段の耐火性多孔質フィルターによる各濾過を行うに際
   し、夫々溶湯を酸化することにより該溶湯中にＡｌ酸化
   物を形成してから濾過を行い、濾過の初期に各フィルタ
   ーの濾過前面側に酸化物皮膜を形成することにより溶湯
   中介在物の除去効率を高めて行う請求項１に記載の濾過
   法。
3. 【請求項３】 第２段の耐火性多孔質フィルターによる
   濾過を行うに際し、結晶粒微細化剤の添加と同時もしく
   は前後して該溶湯を酸化することにより該溶湯中にＡｌ
   酸化物を形成してから濾過を行う請求項２に記載の濾過
   法。
4. 【請求項４】 第１段の耐火性多孔質フィルターとして
   はチューブ状のものを用い、第２段の耐火性多孔質フィ
   ルターとしては板状のものを用いる請求項１〜３のいず
   れかに記載の濾過法。