JPH09104934A

JPH09104934A - 金属珪素の溶解方法

Info

Publication number: JPH09104934A
Application number: JP29630495A
Authority: JP
Inventors: Miyako Nakada; 美矢子中田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【目的】アルミニウム溶湯に金属珪素とフラックスを
添加し、効率よくアルミニウム基ケイ素合金を製造す
る。【構成】粒径２ｍｍ以上５０ｍｍ未満の金属ケイ素
と、フラックスとをアルミニウム溶湯中に添加する溶解
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム等の珪素
系合金の製造を目的とする金属珪素の溶解方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム基珪素合金は、流動性が改
善され、薄肉鋳造が可能なこと、さらに、マグネシウム
や銅等を添加して熱処理することにより、強度等が大幅
に向上する特性を有することから、最も広く使用される
合金である。珪素添加原料は金属珪素が用いられる。金
属珪素の添加方法は、金属珪素を鉄箱に入れ、予熱乾燥
を行い水分を除去した後、フォークリフト等で溶湯に投
入される。金属珪素は、融点が１４１４℃と高い為、８
５０℃前後に高温保持されたアルミニウム溶湯におい
て、溶湯との接触反応により４５分間以上の長時間を経
て溶解される。溶融後は、フラックス等を用いて、金属
珪素や他の溶解原料から発生する酸化物等の不純物を除
去し、鋳造に適した溶湯温度の７００℃前後まで降下さ
せ鋳造される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】金属珪素の製造は、大
量の電力を消費することから、国内には製造工場がなく
全量輸入品に依存している。合金添加用金属珪素の標準
規格は、サイズが１０〜１００ｍｍが９０重量％以上
で、組成は、鉄０．５％以下、アルミニウム０．５％以
下、カルシウム０．３％以下である。生産国や製造会社
によりサイズやカルシウムの偏析等品質にばらつきが大
きく、使用に際して検査が不可欠である。金属珪素に含
まれる微粉末の金属珪素は、比表面積が大きく、投入後
は溶湯表面に浮遊し、急速に酸化する。酸化した金属珪
素は融点が高くなる為、アルミニウム溶湯中では溶融せ
ず、未溶解珪素として溶湯中に残有する。また、金属珪
素溶解時の高温溶湯は、アルミニウムやマグネシウム等
の酸化物を生成させる。未溶解珪素や酸化物は非常に硬
く、鋳造品に混入した場合、ハードスポットとして不良
品の発生原因となる。従って、溶解後においてはフラッ
クス等による分離工程を設け、溶湯から除去しなければ
ならない。他方、金属珪素に含まれる微量のカルシウム
は、溶湯の流動性、押湯性等の鋳造性を阻害し、また偏
析性ハードスポットを発生させる有害不純物であり、車
のホイールやピストン等の高品質を求められる鋳物鋳造
会社では、ＰＰＭオーダーの社内規格をもうけ管理を行
っている。上述のように、アルミニウム珪素基合金の製
造は、長時間高温で保持する為の溶解設備と溶湯管理お
よび原料管理が必要であり、現在ほとんどのアルミニウ
ム基珪素合金は、アルミニウム合金地金製造会社で専門
に製造され、自社配合を行っている鋳物鋳造会社は極め
て少ない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】アルミニウム等の金属溶
湯への金属珪素添加において、粒径２ｍｍ以上３０ｍｍ
以下の金属珪素と、式ＸａＦ（ここにＸは周期表第３周
期及び第４周期の元素、Ｆはフッ素）で示される少なく
とも１種を含むフラックスとを添加することを特徴とす
る溶解方法。アルミニウム等の金属溶湯への金属珪素添
加において、粒径２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の金属珪素
と、式ＸａＦ（ここにＸは周期表第３周期及び第４周期
の元素、Ｆはフッ素）で示される少なくとも１種を含む
フラックスに、塩化物を含むフラックスとを添加するこ
とを特徴とする溶解方法。及びアルミニウム等の金属溶
湯への金属珪素添加において、粒径２ｍｍ以上３０ｍｍ
以下の金属珪素が鉱酸で洗浄された特許請求の範囲１及
び２の溶解方法。尚、本発明においては、塩化物１種を
単独で用いても、または２種類以上の塩化物及びその他
のフラックスとの混合物を用いることもできる。塩化物
及びその他のフラックスとしては、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、
Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＮａＳＯ４、
Ｋ２ＳＯ４等と併用することもできる。鉱酸としては、
塩酸、硫酸、硝酸、カセイソーダ等も用いることができ
る。

【０００５】

【作用】本発明は、金属珪素を２ｍｍ以上３０ｍｍ以下
に破砕分級することにより、金属珪素内部への溶湯熱の
伝達時間が短縮されると共に、比表面積を大きくするこ
とでアルミニウム溶湯との接触面積が広くなる。又、式
（ＸａＦ）および式（ＸａＦ）と塩化物のフラックス
は、アルミニウム溶湯との濡れ性を改善する為、更に溶
解を促進させると共に、金属珪素の溶解後は、金属珪素
から溶湯中に導入されるカルシウムと化合し分離する
為、溶湯中の含有量は低下する。鉱酸による洗浄は、更
に低いカルシウム・レベルを要求される場合に、金属珪
素に含有するカルシウム量を低下するものである。溶湯
熱により液状化したフラックスは、、金属珪素より比重
が低いため、金属珪素の表面を覆い、高温の炉内におい
て酸化防止膜として、金属珪素の溶解歩留の向上をもた
らすと共に、溶湯中から酸化物を分離する。その結果、
通常の金属珪素溶解より、５０℃以上低い８００℃以下
のアルミニウム溶湯温度域において、極めて短時間に金
属珪素を溶解することができ且つ酸化物が除去された清
浄な合金溶湯が得られる。

【０００６】

【実施例】フラックスの構成金属珪素の添加歩留カルシウム
含有量酸化物の値（Ｋモールド法）ドロス発生量と
未溶解珪素の確認に関して、１〜３の実施例と１〜４の
比較例で示す。

【０００７】実施例１６９ｋｇの純度９９．７％のアルミニウム地金を溶解
し、８００℃に保持した溶湯から、第１回目の分析試料
とＫモールドのサンプリングを行った。その後、溶湯面
に５．２ｋｇの粒度２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の金属珪素
と、金属珪素に対して５重量％のフラックス（１００％
ＫＦ）を投入し、フォスホライザーで１５回攪拌した。
その後５分間静置し、第１回目と同条件で第２回目のサ
ンプリングを行った。

【０００８】実施例２７３ｋｇの純度９９．７％のアルミニウム地金と２００
グラムのマグネシウム地金を溶解し、８００℃に保持し
た溶湯から、実施例１と同条件で、第１回目のサンプリ
ングを行った。その後、溶湯面に５．５ｋｇの粒度２ｍ
ｍ以上３０ｍｍ以下の金属珪素と、金属珪素に対して５
重量％のフラックス（５０％ＫＦ、５０％ＫＣｌ）を投
入し、フォスホライザーで１５回攪拌した。その後５分
間静置し、第１回目と同条件で第２回目のサンプリング
を行った。

【０００９】実施例３７６ｋｇの純度９９．７％のアルミニウム地金と２００
グラムのマグネシウム地金を溶解し、８００℃に保持し
た溶湯から、実施例１と同条件で、第１回目のサンプリ
ングを行った。その後、溶湯面に塩酸で洗浄した５．７
ｋｇの粒度２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の金属珪素と、金属
珪素に対して５重量％のフラックス（５０％ＫＦ、５０
％ＫＣｌ）を投入し、フォスホライザーで１５回攪拌し
た。その後５分間静置し、第１回目と同条件で第２回目
のサンプリングを行った。

【００１０】比較例１７９ｋｇの純度９９．７％のアルミニウム地金を溶解
し、８００℃で保持し、実施例１と同条件で、第１回目
のサンプリングを行った。その後、フラックスは添加せ
ず、６ｋｇの１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下９０重量％の
金属珪素を投入しフォスホラザーで１５回攪拌した後、
５分間静置し第１回目と同条件で、第２回目のサンプリ
ングを行った。

【００１１】比較例２７７ｋｇの純度９９．７％のアルミニウム地金を溶解
し、８００℃で保持し、実施例１と同条件で、第１回目
のサンプリングを行った。その後、５．８ｋｇの２ｍｍ
以下の金属珪素粉末を投入し、フォスホライザーで１５
回攪拌した後、５分間静置し、第１回目と同条件で第２
回目のサンプリングを行った。

【００１２】比較例３７２ｋｇの純度９９．７％のアルミニウム地金を溶解
し、８００℃で保持し、実施例１と同条件で、第１回目
のサンプリングを行った。その後、５．４ｋｇの２ｍｍ
以上３０ｍｍ以下の金属珪素を投入し、フォスホライザ
ーで１５回攪拌した後、５分間静置し、第１回目と同条
件で第２回目のサンプリングを行った。

【００１３】比較例４７３ｋｇの純度９９．７％のアルミニウム地金と２００
グラムのマグネシウム地金を溶解し、８００℃で保持し
た溶湯から、実施例１と同条件で、第１回目のサンプリ
ングを行った。その後、溶湯面に５．５ｋｇの２ｍｍ以
上３０ｍｍ以下の金属珪素と金属珪素に対して５重量％
のフラックス（１００％ＫＦ）を投入し、フォスホライ
ザーで１５回攪拌した後。５分間静置し、第１回目と同
条件で第２回目のサンプリングを行った。サンプリング
した分析用テスト・ピースは、発光分光分析機を用い、
次の計算式（１）及び（２）で金属珪素の歩留を算出し
た。式中）Ａ：金属珪素添加前の溶湯重量ａ：金属珪素添加前の溶湯中の珪素％÷１００ｂ：金属珪素添加後の溶湯中の珪素％Ｃ：添加した珪素重量ｘ：溶融した珪素重量前記式を用いた珪素の溶解歩留とカルシウムの分析結果
およびＫモールドで測定した介在物量（Ｋ値は、介在物
量を表し、その値が高い程介在物は多い）および目視に
よるドロス発生を第１表に示す。第１表の通り、アルミニウム溶湯に対して約７％の金属
珪素の添加では、実施例１〜３及び、比較例４での溶湯
中のカルシウム量は、いずれも３０ＰＰＭ以下と、ホイ
ール等の高強度鋳物溶湯に要求されるレベルを満足する
ものであった。又、塩酸洗浄を併用した場合は、更に３
０％程度の除去効果が認められる。フラックスや塩酸洗
浄を行わなかった場合は、すべて７０ＰＰＭ以上の高い
レベルを示し、フラックスやフラックスと鉱酸洗浄をし
た場合は、７０％以上のカルシウム除去効果が認められ
る。又、介在物の動向は、実施例１〜３では、介在物や
未溶解珪素は全く認められなかった。フッ化カリウム単
体のフラックスは、純アルミニウム溶湯中では、顕著な
カルシウムの除去効果が認められることから、有効な添
加方法である。又、実施例２及び３の方法は、リターン
材等のマグネシウムを含有する溶湯において有効な添加
方法である。しかしながら、比較例１では固体の未溶解
珪素が、比較例２では微粉未溶解珪素が、比較例３及び
４では、両方の未溶解珪素が、いずれも多数確認され、
金属珪素投入後の溶湯汚染度は高くなり、鋳造可能な溶
湯が得られなかった。又、目視でのドロスの発生量は、
無処理品＞フラックスのみ＞鉱酸処理＋フラックスの順
序で少なかった。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、溶湯温度８５０℃前後で約１
時間を要した金属珪素の溶解が、５０℃以上低い、７０
０℃台の溶湯温度で短時間に溶解できる為、溶解時間の
短縮化とエネルギー効率が大幅に改善される。且つ、塩
素ガスやフラックス等の工程を設けずに、酸化物やカル
シウム等の溶湯汚染物質が分離され、清浄で高品質なア
ルミニウム基珪素合金溶湯が得られる。又、添加配合が
坩堝炉や取り鍋等の既存設備において簡単にできる為、
従来普及し得なかったアルミニウム基珪素合金の自社配
合を容易ならしめた所に、本発明の工業的効果は大き
い。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム等の金属溶湯への金属珪素
添加において、粒径２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の金属珪素
と、式ＸａＦ（ここにＸは周期表第３周期及び第４周期
の元素、Ｆはフッ素）で示される少なくとも１種を含む
フラックスとを添加することを特徴とする溶解方法。
【請求項２】アルミニウム等の金属溶湯への金属珪素
添加において、粒径２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の金属珪素
と、式ＸａＦ（ここにＸは周期表第３周期及び第４周期
の元素、Ｆはフッ素）で示される少なくとも１種のフラ
ックスに、塩化物を含むフラックスとを添加することを
特徴とする溶解方法。
【請求項３】アルミニウム等の金属溶湯への金属珪素
添加において、粒径２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の金属珪素
が鉱酸で洗浄された特許請求の範囲１及び２の溶解方
法。