JPH11285782A - セラミックフィルター及び金属溶湯の濾過方法 - Google Patents

セラミックフィルター及び金属溶湯の濾過方法

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JPH11285782A
JPH11285782A JP10334933A JP33493398A JPH11285782A JP H11285782 A JPH11285782 A JP H11285782A JP 10334933 A JP10334933 A JP 10334933A JP 33493398 A JP33493398 A JP 33493398A JP H11285782 A JPH11285782 A JP H11285782A
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JP
Japan
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filter
molten metal
ceramic
peripheral wall
filter body
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Application number
JP10334933A
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English (en)
Inventor
Eigo Tanuma
田沼  栄伍
Takashi Tokugawa
隆志 徳川
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 金属溶湯が湯口から鋳造型のキャビティ
に注入されるまでの流路に介装される内部連通空間を有
する三次元網状骨格構造のセラミックフィルターであっ
て、このフィルター本体が筒状に形成されてなることを
特徴とするセラミックフィルター。 【効果】 本発明によれば、耐熱衝撃性及び濾過性能に
優れ、溶融金属を表面濾過及び内部濾過により迅速に効
率よく、しかも湯流れ性を向上して濾過することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に鉄系金属溶湯
の濾過に好適に用いられるセラミックフィルター及び金
属溶湯の濾過方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、内部連通空間を有する三次元網状骨格構造、例えば
合成樹脂発泡体から得られるセラミックフォームは、非
鉄金属のマグネシウム、アルミニウム、銅、或いは鉄系
鋳物のダクタイル、ネズミ鋳鉄、鋳鋼SUS等の溶融金
属の濾過材として有用であり、平板方形状又は円盤状構
造のフィルターが用いられている。
【0003】この場合、非鉄系の溶融金属と鉄系の溶融
金属では、一回当りの濾過量は異なり、非鉄系では数十
トンから数百トンであり、一方鉄系では数十kgから数
トンの範囲で用いられている。この場合、非鉄系がフィ
ルターを予熱しているのに対し、鉄系では予熱せずに用
いるのが一般的である。そのため、特に鉄系フィルター
では耐熱衝撃性の優れたセラミック素材を用い、通過抵
抗の少ないフィルターが要求されており、素材としては
炭化珪素を用い、通過抵抗対策としては比較的空孔数の
小さいフィルターが用いられている。しかし、この種の
フィルターは、フィルター厚みを薄くし、より通過抵抗
を緩和するようにした場合、強度的に問題があった。ま
た、数トンの溶融金属の濾過は1分以上かかるため、耐
蝕性の問題もあった。この蝕害は炭化珪素と鉄との反応
によるもので、1分以上の注湯では骨格が蝕され、使用
に耐えなかった。これを防ぐため、骨格表面に鉄と反応
し難いアルミナをコーティングする方法も知られている
が(特開平5−51278号公報)、なお十分ではなか
った。
【0004】更に、注湯時間短縮のため表面積を増やす
方法も考えられるが、フィルターを予熱しないため湯の
温度が下がりやすく、湯流れ不良に繋がると共に熱衝撃
で破損してしまう現象がみられていた。これらを防ぐた
めにフィルターのサイズを小さくし、数箇所の湯口を設
け、1個当りのフィルターが受ける衝撃を分散させてい
た。しかし、この方法で前記欠点は解決されたが、鋳造
型キャビティの設計が難しく、また、湯口が数箇所ある
ために濾過時間がかかると同時に耐蝕性に問題が生じて
いた。
【0005】以上のように溶融金属の濾過において、鋳
鉄物の注型では短時間で鋳造型に注湯しなければなら
ず、従来の方形状、円盤状のフィルターを用いた場合、
特に数トン以上の注湯では熱衝撃、耐蝕性に耐えられ
ず、不良率が多かった。
【0006】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、大量の溶融金属、特に、鉄鋳物の濾過において熱衝
撃や耐蝕性に優れ、更に、熱衝撃による応力を均一に分
散でき、しかも所定のスペースのキャビティにおける濾
過面積を方形品に比べ広くとることができる、耐熱衝撃
性及び濾過性能に優れたセラミック多孔体構造のセラミ
ックフィルター及び金属溶湯の濾過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及び発明の実施の形態】本
発明は、上記目的を達成するため、下記のセラミックフ
ィルター及び金属溶湯の濾過方法を提供する。
【0008】請求項1:金属溶湯が湯口から鋳造型のキ
ャビティに注入されるまでの流路に介装される内部連通
空間を有する三次元網状骨格構造のセラミックフィルタ
ーであって、このフィルター本体が筒状に形成されてな
ることを特徴とするセラミックフィルター。
【0009】請求項2:フィルター本体が、セル膜のな
い合成樹脂製フォームにセラミック泥漿を付着させ、こ
れを焼成することにより、前記フォームを炭化除去して
得られたものである請求項1記載のセラミックフィルタ
ー。
【0010】請求項3:フィルター本体が、融点又は昇
華点が1000℃以上のセラミックにて形成された請求
項1又は2記載のセラミックフィルター。
【0011】請求項4:フィルター本体が、嵩比重が
0.3〜0.8であり、直線2.5cm当りの孔数が3
〜40個であり、空隙率が65%以上のものである請求
項1,2又は3記載のセラミックフィルター。
【0012】請求項5:金属溶湯が湯口から鋳造型のキ
ャビティに注入されるまでの流路に、請求項1乃至4の
いずれか1項記載のセラミックフィルターを、上記金属
溶湯がフィルター本体周壁部の外側から該周壁部を通っ
て内部中空部に流入しかつフィルター本体の下端開口部
から流出するように配置して、金属溶湯がフィルター本
体の周壁部を通過する際に金属溶湯中の不純物を除去す
るようにしたことを特徴とする金属溶湯の濾過方法。
【0013】請求項6:金属溶湯が湯口から鋳造型のキ
ャビティに注入されるまでの流路に、請求項1乃至4の
いずれか1項記載のセラミックフィルターを、上記金属
溶湯がフィルター本体の上端開口部から内部中空部に流
入しかつフィルター本体の周壁部を通ってその外側に流
出するように配置して、金属溶湯がフィルター本体の周
壁部を通過する際に金属溶湯中の不純物を除去するよう
にしたことを特徴とする金属溶湯の濾過方法。
【0014】本発明のフィルターは、三次元網状骨格構
造のセラミック多孔体を筒状構造化し、特に請求項2〜
4の構成としたことで、破損、蝕害もなく数トンの鉄鋳
物を短時間で健全に濾過することができる。
【0015】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明のセラミックフィルターは、図1に示したよう
に、そのフィルター本体10を内部連通空間を有する三
次元網状骨格構造をなすセラミック多孔体により筒状に
形成したものである。この場合、図1は円筒状に形成さ
れているが、これに限られず、楕円筒状、三角筒状、四
角筒状、五角以上の多角筒状などに形成し得る。なお、
フィルター本体の高さ乃至長さは3〜1000mm、特
に150〜650mmが好ましい。
【0016】この場合、セラミック多孔体としては、合
成樹脂発泡体にセラミックスラリーを付着させ、これを
乾燥、焼成することにより得られるセラミックフォーム
や、押し出し成形により棒状セラミックをループ状に重
ね合わせて成形したセラミックヌードルが挙げられる。
中でも、セル膜のない軟質ポリウレタンフォームから得
られる正12面体構造の箱型格子構造を有するセラミッ
クフォームが圧力損失が小さく好適である。
【0017】また、セラミックとしては、融点又は昇華
点が1000℃以上であるものを使用することが好まし
く、具体的には、非酸化物セラミックとして、炭化珪
素、窒化珪素などが挙げられ、酸化物セラミックとして
はアルミナ、シリカ、燐酸アルミニウム、カルシア、マ
グネシア、コーディエライトなどが挙げられる。これら
のセラミック素材は、単独、或いは、混合して用いられ
る。
【0018】素材の選択は、濾過しようとする溶融金属
や、濾過形態により適宜行われ、例えば、鋳鉄の鋳造型
では室温のセラミックフィルターの上に溶湯を直接落下
させ、短時間で砂型内に注湯するため、耐熱衝撃性の優
れた素材が必要である。そして、湯口部はリターン材と
して回収されるため、鉄と反応し、最終的には溶解する
ものが選択される。このような、素材特性を持ったセラ
ミックは、炭化珪素、窒化珪素である。通常は炭化珪素
を主成分とし、焼成バインダーとしてアルミナや、燐酸
アルミニウム、シリカを配合したものが用いられる。
【0019】本発明のセラミックフィルターは鉄鋳物の
注湯時の衝撃に耐えるため、嵩比重を0.3〜0.8に
形成することが好ましい。嵩比重が0.3未満では衝撃
に耐えられず破壊してしまい、0.8を超えるとセラミ
ック素材による目詰まりが発生してしまい、溶融金属の
通過が遅れ良い結果が得られない場合が生じる。好まし
くは0.45〜0.7である。
【0020】空孔数は直線2.5cm当りの孔の数が3
〜40個、特に4〜20個を有していることが好まし
い。3個未満では湯流れ性は良いが空孔径が大きいため
濾過効率が劣り、40個を超えるとセラミック素材によ
る目詰まりが発生し、湯流れ性が低下してしまうおそれ
がある。より好ましくは6〜13個である。
【0021】空隙率はセラミック多孔体に用いられてい
る素材密度と嵩比重と関連するが、65%以上、特に7
5〜85%であることが好ましい。65%未満では湯流
れ性が低下して注湯時間が伸びてしまう場合がある。
【0022】本発明のセラミックフィルターの製造方法
としては、ロール含浸等の公知の方法を用いることがで
き、筒状加工方法の手段は、次の二つの方法が可能であ
る。まず、一つ目の方法として、セル膜を除去してなる
ポリウレタンフォームをセラミック成形後、二次加工に
より筒形状加工する方法である。二つ目は、ポリウレタ
ンフォームを筒形状加工後にセラミック化する方法であ
る。この場合、前者のセラミック成形後の二次加工は、
加工に時間がかかる上、成形後の寸法精度が出ないた
め、後者の方法が好ましい。
【0023】本発明のフィルターは、図2に示すように
湯口と鋳造型のキャビティとの間の流路に配置される。
即ち、図2において、20は湯口、21は湯口棒、22
は湯道であり、図示していない鋳造型の上方と湯道22
の側方との間にセラミックフィルター1が配置される。
この場合、フィルター1を構成するフィルター本体10
の周壁部11の外側にリング状溶湯路30が形成される
ようにフィルター1が配置されるものである。このよう
な構成において、溶湯は湯口20から湯口棒21内及び
湯道22を通って上記リング状溶湯路30に流入し、フ
ィルター本体10の周壁部11の外側から周壁部の三次
元内部連通空間を通ることにより、溶湯中の不純物が除
去され、このように濾過処理が施された溶湯がフィルタ
ー本体10の中空部12に流入し、次いで鋳造型のキャ
ビティに流れていくものである。
【0024】このように、本発明のセラミックフィルタ
ーは、キャビティと湯口の間に筒状構造のセラミックフ
ィルターを配置することにより、従来の方形状或いは円
盤状では一方向の流入孔しか得られなかったものである
が、周囲全てが流入箇所となり、単位時間当りの鋳込み
量が増加することとなる。
【0025】なお、図2の例では、湯口棒の片側にフィ
ルターを1個配置しただけであるが、湯口棒の両側にフ
ィルターを2個配置するなど、複数のフィルターを配置
することは任意である。
【0026】また、上記例では、フィルター本体10の
周壁部11外側から中空部12に溶湯を流入させるよう
にしたが、湯口からの溶湯をフィルター本体10の中空
部12に流入させ、次いで周壁部11の内側から外側に
向けて流し、周壁部11の外周面より上記のようなリン
グ状溶湯路30に濾過した溶湯を流出させ、リング状溶
湯路30から鋳造型のキャビティに流れるようにしても
よい。
【0027】更に、上記濾過の効果、効率、フィルター
本体の強度等の点からフィルター本体の周壁部の厚さは
5〜30mm、特に15〜25mmとすることが好まし
く、また、中空部の直径、長径又は対角線(フィルター
本体の内径)は20〜80mm、特に40〜60mmと
することが好ましい。フィルター本体の高さ乃至長さ
は、上述したように3〜1000mm、特に150〜6
50mmとすることが好ましい。
【0028】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。
【0029】〔実施例〕炭化珪素を主成分とし、空孔数
6個/2.5cm、嵩比重0.52、空隙率81%の外
径105mm、内径60mm、高さ250mmであるセ
ラミックフィルターを図2に示すようにセットした。次
いで、ダクタイル系鉄鋳物を1400℃で溶解させ、1
200kgを注入し、注湯濾過時間を測定した。なお、
セラミックフィルターは、セル膜のない軟質ポリウレタ
ンフォームを円筒状に加工し、これに炭化珪素を主成分
とし、バインダーとしてアルミナを配合したセラミック
スラリーを付着後、乾燥、焼成して軟質ポリウレタンフ
ォームを炭化除去することにより製造した。
【0030】〔比較例〕セラミックフィルターの素材、
特性は実施例と同様なものを用いたが、形状としては7
5×100×25tmmの方形品を4個用いて、図3の
ようにセットし、全部で1200kg溶解して鉄鋳物を
注入し、注湯濾過時間を測定した。なお、図3におい
て、1’は方形状フィルター本体10’からなる比較例
のセラミックフィルターである。
【0031】以上の結果を表1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、耐熱衝撃性及び濾過性
能に優れ、溶融金属を表面濾過及び内部濾過により迅速
に効率よく、しかも湯流れ性を向上して濾過することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図2】同例の配置態様の一例を示し、(A)は正面断
面図、(B)は横断面図である。
【図3】従来のセラミックフィルターの配置態様の一例
を示し、(A)は正面断面図、(B)は横断面図であ
る。
【符号の説明】
1 セラミックフィルター 10 フィルター本体 11 周壁部 12 中空部 20 湯口 21 湯口棒 22 湯道 30 リング状溶湯路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属溶湯が湯口から鋳造型のキャビティ
    に注入されるまでの流路に介装される内部連通空間を有
    する三次元網状骨格構造のセラミックフィルターであっ
    て、このフィルター本体が筒状に形成されてなることを
    特徴とするセラミックフィルター。
  2. 【請求項2】 フィルター本体が、セル膜のない合成樹
    脂製フォームにセラミック泥漿を付着させ、これを焼成
    することにより、前記フォームを炭化除去して得られた
    ものである請求項1記載のセラミックフィルター。
  3. 【請求項3】 フィルター本体が、融点又は昇華点が1
    000℃以上のセラミックにて形成された請求項1又は
    2記載のセラミックフィルター。
  4. 【請求項4】 フィルター本体が、嵩比重が0.3〜
    0.8であり、直線2.5cm当りの孔数が3〜40個
    であり、空隙率が65%以上のものである請求項1,2
    又は3記載のセラミックフィルター。
  5. 【請求項5】 金属溶湯が湯口から鋳造型のキャビティ
    に注入されるまでの流路に、請求項1乃至4のいずれか
    1項記載のセラミックフィルターを、上記金属溶湯がフ
    ィルター本体周壁部の外側から該周壁部を通って内部中
    空部に流入しかつフィルター本体の下端開口部から流出
    するように配置して、金属溶湯がフィルター本体の周壁
    部を通過する際に金属溶湯中の不純物を除去するように
    したことを特徴とする金属溶湯の濾過方法。
  6. 【請求項6】 金属溶湯が湯口から鋳造型のキャビティ
    に注入されるまでの流路に、請求項1乃至4のいずれか
    1項記載のセラミックフィルターを、上記金属溶湯がフ
    ィルター本体の上端開口部から内部中空部に流入しかつ
    フィルター本体の周壁部を通ってその外側に流出するよ
    うに配置して、金属溶湯がフィルター本体の周壁部を通
    過する際に金属溶湯中の不純物を除去するようにしたこ
    とを特徴とする金属溶湯の濾過方法。
JP10334933A 1997-11-18 1998-11-10 セラミックフィルター及び金属溶湯の濾過方法 Pending JPH11285782A (ja)

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