JPH0754065A - アルミニウムスクラップの精製方法及び再利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アルミニウム合金からなるアルミニウムスク
ラップ溶湯を攪拌しながらその合金の液相線温度以下で
あって固相線温度もしくは共晶線温度以上の温度に20℃
／min.以下の冷却速度で冷却してその温度に保持するこ
とにより、該溶湯の全域に均一に初晶粒子を生成させ、
その後加圧スタンプで該溶湯を１〜15MPaの圧力で加圧
することにより、該スタンプ上方に液相を分離した後該
液相部とスタンプ下方の初晶圧縮部とを凝固させ、しか
る後凝固した初晶圧縮部を回収することを特徴とするア
ルミニウムスクラップの精製方法。 【効果】 本発明によればＡｌ合金からなるスクラップ
から簡単な設備で容易に不純物を除去することができる
ので、アルミニウムスクラップの再利用が効率よく実現
できる等の効果を奏する。

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スクラップ
の精製方法及び再利用方法に関し、特にアルミラジエー
ター用ブレージングシート及びその製品スクラップ中の
不純物であるＳｉを除去して、展伸材として再利用でき
るものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】アルミ
ラジエーター用の素材であるブレージングシートは、芯
材であるＡｌ−Ｍｎ系合金（３００３等）に、皮材とし
てＡｌ−Ｓｉ系合金（４０４３等）を片面あるいは両面
にクラッドしたものであり、その製造工程で圧延材の両
端部やスリッター屑等としてスクラップが大量に発生す
る。

【０００３】これらのスクラップを再利用するために、
スクラップの皮材のみが溶融する温度に加熱し、皮材の
みを溶融分離する方法が提案されているが、この方法で
は板厚の薄い材料であるため急速に加熱すると芯材も溶
融しやすく、また精密な温度制御を行うために加熱時間
を長くする必要がある等、大量処理には長時間かかる点
で経済的でなかった。

【０００４】一方、ブレージングシートスクラップを大
量に処理するために、スクラップをそのまま溶解すると
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系の成分となり、このままの成分の材
料では展伸性に劣るため、再利用するためにはＳｉ又は
Ｍｎの除去が必要である。特にこの際のＳｉ濃度は、ク
ラッドされる材料の成分やクラッド率によっても異なる
が、２〜３％と高濃度になるので再利用するためには経
済的なＳｉの軽減・除去方法が必要であった。

【０００５】現在溶融金属からの不純物の処理方法の一
つとして、結晶分別法がある。これは溶融金属を凝固さ
せる際に純度の高い初晶を回収することにより高純度の
金属を得るものであるが、その具体例を表１に示す。

【０００６】

【表１】

【０００７】一般に不純物濃度が高くなると、凝固時に
晶出する初晶はよりデンドライト状になり、デンドライ
ト間隙及び結晶粒間に不純物が濃化した液相がトラップ
され易くなる。このため、Ｓｉ濃度の高いブレージング
シートスクラップに上表に示す方法を適用しても不純物
除去率が高くないという問題を本質的に抱えていた。ま
た、上記ペシネ法及びアルコア法では浸漬された内部冷
却体、もしくは溶融金属の表面直下に生成させた初晶を
回収する方法であるため、大量の初晶を回収するには長
時間必要であり、経済的に実用的でなかった。

【０００８】他方、Ｐｂ−Ｓｎ合金の純化方法として、
以下の表２に示す技術が提案されている。

【０００９】

【表２】

【００１０】この方法は図７（ａ）（ｂ）に示すように
液相線温度以下固相線温度以上の所定温度まで再加熱さ
れた状態の金属（11）を底面にフィルター（12）を設け
た容器内に収納し、該金属（11）を上方からピストン
（13）により加圧して不純物をフィルター（12）を通過
した液相（14）に濃化させるものである。

【００１１】ところがこの方法では、大量に処理するた
めに大径鋳塊を用いると、大径鋳塊を多量に製造するラ
インが別途必要なこと、大径鋳塊再加熱時の昇温に時間
がかかること、また鋳塊温度の均一化が困難になる等の
問題を抱えている。さらに、大径鋳塊になるほど鋳塊及
びフィルターへの加圧力も大きくなり、フィルターの破
損を生じやすい。設備的にもピストンと容器とのクリア
ランスが大きい場合に、クリアランス部から液相部がピ
ストン上方に流出しやすいなどの問題を抱えている等、
実用的ではなかった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上列挙したように従来
技術の問題点は、初晶生成方法、加圧される圧力に
あることを認めた。そこで、本発明は初晶を大量にしか
も短時間に生成させ、かつ初晶粒子間の濃化液相を充分
に分離する方法について検討して得られたものである。
即ちブレージングシートスクラップを大量にかつ低コス
トで精製し、さらに再利用する方法について鋭意検討し
た結果、本発明はなされたものである。

【００１３】即ち本発明の精製方法は、アルミニウム合
金からなるアルミニウムスクラップ溶湯を攪拌しながら
その合金の液相線温度以下であって固相線温度もしくは
共晶線温度以上の温度に20℃／min.以下の冷却速度で冷
却してその温度に保持することにより、該溶湯の全域に
均一に初晶粒子を生成させ、その後加圧スタンプで該溶
湯を１〜15MPa の圧力で加圧することにより、該スタン
プ上方に液相を分離した後該液相部とスタンプ下方の初
晶圧縮部とを凝固させ、しかる後凝固した初晶圧縮部を
回収することを特徴とするものである。この際アルミニ
ウムスクラップとしてはＳｉを 0.5wt％以上10wt％以下
含むアルミニウム合金が有効である。

【００１４】また本発明のアルミスクラップの再利用方
法は、上記の方法により得られた凝固した初晶圧縮部
を、他の原料アルミニウムスクラップ溶湯に混合するこ
とを特徴とするものである。

【００１５】即ち、本発明は溶解したブレージングシー
ト中のＳｉを、結晶分別法で軽減・除去して、低Ｓｉの
材料に生成する方法であり、以下の特徴を有する。 初晶を大量にしかも短時間に生成させるために、処理
容器内の溶融金属を20℃／min.以下の冷却速度で均一に
冷却する。また、粒状であり且つその粒径の細かい初晶
を溶融金属内全域に生成させるために、該溶融金属に攪
拌を付与する。 初晶粒子と濃化液相とを分離すめために、機械的に１
〜15MPa の圧力を付与することで、経済的にＳｉを精製
できる。

【００１６】

【作用】ここで、溶湯の冷却速度は小さいほど好ましい
が、遅すぎると冷却に長時間要し、経済的ではない。ま
た、容器側面や上面からの熱抽出が大きすぎ、冷却速度
が20℃／min.を越える場合には、容器壁もしくは溶湯上
面からの初晶の晶出を生じ、容器内に均一に初晶を分布
させることができなくなる。

【００１７】溶融金属を攪拌する手段としては電磁気
的、機械的方法等が考えられるが、溶融金属に接触する
ことのない電磁気的方法が好ましい。電磁気的方法を用
いた場合、粒状で微細な初晶を生成するために電磁コイ
ルの磁束密度は100Gauss以上必要である。また、溶融金
属の回転数（流速）は大きい程、すなわち、電磁コイル
の磁束密度が大きい程好ましいが、経済的に困難であ
る。よって、溶融金属の攪拌手段として、 100〜500Gau
ssの磁束密度を有する電磁コイルを用いることが望まし
い。なおこのように溶融金属を攪拌することにより粒状
で細かい初晶を溶融金属内の全域に生成させて、不純物
が濃化した液相を排除され易くすることができる。

【００１８】また液相部と初晶粒子を分離する際に加圧
スタンプを用いるのは、これら液相と初晶粒子が共存し
た溶湯に該加圧スタンプで加圧することにより不純物の
濃化した液相を該スタンプの上方に排除して不純物含有
量の少ない初晶粒子を該スタンプ下方に集めることがで
きるからである。この際、上下方向に貫通孔を有する該
スタンプを用いて、該液相を貫通孔を通して、該スタン
プ上方に排除しても良く、また上下方向に貫通孔を持た
ない該スタンプを用いて、該液相をスタンプ側面と、容
器内面とのクリアランス部を通して、該スタンプ上方に
排除しても良い。この時初晶粒子が、スタンプ上方に流
出することを防止するためにも、該貫通孔もしくはクリ
アランス部の大きさは10mm以下が好ましい。そして加圧
スタンプにより溶湯に加える圧力が１MPa 未満では、溶
融金属の液相線温度以下、固相線温度もしくは共晶線温
度以上の温度において、結晶粒界に共存する濃化液相を
十分に排除できないため、回収された初晶圧縮部の不純
物濃度は高いままである。即ち圧力が１MPa 以上であれ
ばほぼ十分に排除され、圧力が大きくなるほど不純物除
去効果は大きくなるが、他方15MPa を越えると不純物除
去効果はあまり向上しなくなり、しかも不純物除去効果
や初晶圧縮部の回収率において攪拌を加えない場合と比
較して顕著な差がなくなってしまう。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００２０】（実施例１）図１に示すように、図示しな
い溶解炉で溶融されたブレージングシートスクラップ溶
湯（Ａｌ−３％Ｓｉ− 0.9％Ｍｎ）50kgを耐火物製容器
（１）（内径 300mm、高さ 500mm）に注湯した。容器
（１）の周囲に設置された電磁コイル（４）に通電し、
溶湯（２）が自然停止するまで攪拌を付与した（磁束密
度 220Gauss)。このように本実施例では溶湯攪拌手段と
して電磁気的方法を用いた。この電磁攪拌方法は図１に
おいて電磁コイル（４）を上下方向に巻きつけることに
より、溶湯（２）に円周方向に力を与え、該溶湯（２）
を回転攪拌させるものである。

【００２１】また溶湯は容器（１）の周囲に配置された
ヒーター（３）で冷却速度５℃／min.に制御された状態
で、液相線温度(641℃）以下共晶線温度(577℃）以上の
所定温度まで冷却した。次に溶湯が 629℃に達した状態
で加圧スタンプ（５）を溶湯（２）の上方から溶湯
（２）内に下降し、表３に示すような各圧力で該溶湯
（２）を加圧保持した（図２）。この加圧スタンプ
（５）は図４に示すように上下方向に直径６mmの貫通孔
（６）を24個設けたもので、初晶が晶出した溶湯を該ス
タンプ（５）で加圧することにより図２に示すように不
純物の濃化した液相部（７）を該貫通孔（６）を通して
スタンプ（５）の上方に集め、他方初晶粒子は該スタン
プ（５）の下方の初晶圧縮部（８）に集中させた。

【００２２】その後、これら液相部と初晶圧縮部を完全
に凝固させた後、図３に示すように加圧スタンプ（５）
を引き上げることにより凝固液相部（９）と凝固初晶圧
縮部（10）を容器（１）から取り出し、初晶部を切断・
分離して回収し、他方凝固液相部は再加熱して回収し
た。得られた初晶圧縮部の成分分析及び重量測定を行
い、初晶圧縮部のＳｉ除去率と初晶圧縮部の回収率（＝
（初晶圧縮部重量／溶湯重量）×100)を求めて表３にそ
れらの結果を示した。なお比較例として溶湯に攪拌を加
えないで上記方法を実施した場合の結果についても表３
に併記した。

【００２３】

【表３】

【００２４】表３の初晶圧縮部回収率と初晶圧縮部Ｓｉ
除去率の結果を図５及び図６に示す。これらの結果より
溶湯攪拌の効果は加圧スタンプの加圧力が小さい場合程
顕著であり、特に加圧スタンプの加圧力を１〜５MPa と
することにより顕著な効果のあることが判る。なお本実
施例ではＳｉ濃度の高いスクラップを精製したが、不純
物としては他にＦｅ等平衡分配係数が１以下の不純物元
素についても同様な方法で除去できる。なお本実施例で
は加圧スタンプを容器内に保持したまま、液相部と初晶
圧縮部とを完全に凝固させたが、加圧スタンプを容器か
ら取り出した後、前記液相部と初晶圧縮部を完全に凝固
させてもよい。

【００２５】（実施例２）次にアルミニウムスクラップ
の再利用方法に関する本発明の実施例について説明す
る。Ａｌ−３％Ｓｉ− 0.9％Ｍｎブレージングシートス
クラップに対して、上記実施例Ｎo.６と同一条件の精製
を行った。不純物除去後のスクラップの成分は、Ａｌ−
0.6％Ｓｉ−0.63％Ｍｎとなった。該スクラップを溶解
後、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ等を添加し、３００３合金
として再利用した。

【００２６】（実施例３）実施例１と同一な成分のＡｌ
スクラップに対して、上記実施例２と同一条件の精製を
行った。不純物除去後のスクラップの成分は、Ａｌ−
0.9％Ｓｉ−0.75％Ｍｎとなった。該スクラップを溶解
後、該スクラップと１０００系Ａｌスクラップ溶湯を配
合し、さらにＦｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ等を添加し、３０
０３合金として再利用した。

【００２７】

【発明の効果】本発明によればＡｌ合金からなるスクラ
ップから簡単な設備で容易に不純物を除去することがで
きるので、アルミニウムスクラップの再利用が効率よく
実現できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例の手順を示す説明図である。

【図２】同じく説明図である。

【図３】同じく説明図である。

【図４】本発明で用いる加圧スタンプの一例を示す説明
平面図である

【図５】実施例における初晶回収率と加圧力の関係を示
すグラフである。

【図６】実施例におけるＳｉ除去率と加圧力の関係を示
すグラフである。

【図７】（ａ）（ｂ）共に圧搾による金属精製の従来例
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 耐火物製容器 ２ 溶湯 ３ ヒーター ４ 電磁コイル ５ 加圧スタンプ ６ 貫通孔 ７ 液相部 ８ 初晶圧縮部 ９ 凝固液相部 10 凝固初晶圧縮部 11 再加熱金属 12 フィルター 13 ピストン 14 不純物濃化液相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小又 利仁 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 尾原 弘一 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金からなるアルミニウム
   スクラップ溶湯を攪拌しながらその合金の液相線温度以
   下であって固相線温度もしくは共晶線温度以上の温度に
   20℃／min.以下の冷却速度で冷却してその温度に保持す
   ることにより、該溶湯の全域に均一に初晶粒子を生成さ
   せ、その後加圧スタンプで該溶湯を１〜15MPa の圧力で
   加圧することにより、該スタンプ上方に液相を分離した
   後該液相部とスタンプ下方の初晶圧縮部とを凝固させ、
   しかる後凝固した初晶圧縮部を回収することを特徴とす
   るアルミニウムスクラップの精製方法。
2. 【請求項２】 アルミニウムスクラップがＳｉを 0.5wt
   ％以上10wt％以下含むアルミニウム合金である請求項１
   記載のアルミニウムスクラップの精製方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の方法により得られた凝固
   した初晶圧縮部に他元素を添加し、かつ他の原料アルミ
   ニウムスクラップ溶湯に混合することを特徴とするアル
   ミニウムスクラップの再利用方法。