JP2008075170A - Molten aluminum treating agent and treating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金(以下、本発明ではアルミニウムと総称する。)溶湯中に存在する水素などのガス、不純物元素、酸化物などの介在物を除去するために用いられるアルミニウム溶湯処理剤とこれを用いた処理方法に関する。 The present invention relates to a treatment agent for molten aluminum used to remove inclusions such as gases such as hydrogen, gases, impurity elements, and oxides present in molten aluminum or aluminum alloy (hereinafter collectively referred to as aluminum in the present invention). And a processing method using the same.
アルミニウム溶湯中に存在するガスの除去には、一般にAr、N2、He等の不活性ガスが用いられている。
また、不純物元素、酸化物等の介在物を除去するためやドロス(溶湯表面のノロ)とアルミニウム溶湯との分離性を良くするためには、ハロゲンが用いられることが多い。ハロゲンとして塩素ガス(Cl2)、フロンガス、六フッ化イオウ(SF6)ガス、塩化カリウム(KCl)に代表されるフラックス(粉体)が用いられる。
In general, an inert gas such as Ar, N 2 , or He is used to remove the gas present in the molten aluminum.
Also, halogen is often used to remove inclusions such as impurity elements and oxides and to improve the separation between dross (molten surface surface) and molten aluminum. As the halogen, a flux (powder) typified by chlorine gas (Cl 2 ), Freon gas, sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas, and potassium chloride (KCl) is used.
しかし、塩素ガスは非常に活性が高く、アルミニウム溶湯処理には優れているが、毒性、腐食性が高く取扱いが困難であることに加え、排ガスとして、塩素ガスや塩化アルミニウムガスが発生することから、大掛かりな排ガス処理装置が必要となる。
フロンガスも、排ガス中に塩素ガスや塩化アルミニウムガスが含まれることになる。このため、無毒なSF6を用いる方法が提案されたが、SF6は温暖化係数の高いガスであり、今後使用制限がかかる可能性が高い。
However, chlorine gas is very active and excellent in molten aluminum treatment, but it is difficult to handle due to its toxicity and corrosivity, and it generates chlorine gas and aluminum chloride gas as exhaust gas. A large exhaust gas treatment device is required.
The chlorofluorocarbon gas also contains chlorine gas and aluminum chloride gas in the exhaust gas. Therefore, a method using a non-toxic SF 6 has been proposed, SF 6 is a high global warming potential gases are likely to take future use limitation.
フラックスは、粉体であるため、搬送用ガスとともに用いられることが多いが、投入量のコントロールが難しく、大気からの吸湿により水分混入の原因となる場合があり、取り扱い上の問題に加え、排ガスに毒性ガスが含まれたり、大量の粉塵が発生するため、大掛かりな排ガス処理装置が必要となる。
よって、本発明における課題は、アルミニウム溶湯中のガスや介在物を除去するに際し、取り扱いが容易で後処理が不要であり、毒性がなく、地球温暖化への影響が少ない処理剤または処理方法を得ることにある。 Therefore, the problem in the present invention is to provide a treatment agent or treatment method that is easy to handle, does not require post-treatment, has no toxicity, and has little impact on global warming when removing gases and inclusions in molten aluminum. There is to get.
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、フロロケトンと不活性ガスとの混合ガスからなるアルミニウム溶湯処理剤である。
請求項2にかかる発明は、混合ガス中のフロロケトン濃度が0.01〜10質量%である請求項1記載のアルミニウム溶湯処理剤である。
To solve this problem,
The invention according to claim 1 is an aluminum melt treatment agent comprising a mixed gas of fluoroketone and inert gas.
The invention according to
請求項3にかかる発明は、請求項1または2記載のアルミニウム溶湯処理剤をアルミニウム溶湯中に吹き込み、バブリングすることを特徴とするアルミニウム溶湯の処理方法である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a molten aluminum treatment method, wherein the molten aluminum treatment agent according to the first or second aspect is blown into the molten aluminum and bubbled.
本発明によれば、ガス状の溶湯処理剤をアルミニウム溶湯中に吹き込んでバブリングすることで、アルミニウム溶湯中のガスや介在物が除去される。また、排ガス中には、毒性ガスが含まれていないので後処理が不要である。さらに、フロロケトンは温暖化係数が低いので、大気中に放散されても温暖化への影響はわずかである。 According to the present invention, gas and inclusions in the molten aluminum are removed by blowing and bubbling the molten molten metal treatment agent into the molten aluminum. Moreover, since exhaust gas does not contain toxic gas, no post-treatment is required. Furthermore, since fluoroketone has a low global warming potential, it has little impact on global warming even if released into the atmosphere.
図1は、本発明の処理方法の一例を示すもので、図中符号1は、処理剤容器を示す。この処理剤容器1は、ガスボンベなどの耐圧容器2内にアルミニウム溶湯処理剤(以下、単に処理剤と言うことがある。)が充填されているものである。この処理剤はフロロケトンと不活性ガスとの混合ガスからなるものである。
FIG. 1 shows an example of the treatment method of the present invention, and reference numeral 1 in the figure denotes a treatment agent container. The treatment agent container 1 is a container in which a molten aluminum treatment agent (hereinafter sometimes simply referred to as a treatment agent) is filled in a
フロロケトン(fluorinated ketone)は、パーフロロケトンから選ばれた1種以上が用いられる。1分子のフロロケトンに含まれるカルボニル基の数は、1が好ましい。 As the fluorinated ketone, at least one selected from perfluoroketones is used. The number of carbonyl groups contained in one molecule of fluoroketone is preferably 1.
パーフロロケトンとしては、炭素数が5〜9であるものが好ましく、例えばCF3CF2C(O)CF(CF3)2、(CF3)2CFC(O)CF(CF3)2、CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2、CF3(CF2)3C(O)CF(CF3)2、CF3(CF2)5C(O)CF3、CF3CF2C(O)CF2CF2CF3、CF3C(O)CF(CF3)2、およびパーフロロシクロヘキサノンからなる群より選ばれた1種以上が好ましい。また、これらのうち1種を用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 As the perfluoroketone, those having 5 to 9 carbon atoms are preferable. For example, CF 3 CF 2 C (O) CF (CF 3 ) 2 , (CF 3 ) 2 CFC (O) CF (CF 3 ) 2 , CF 3 (CF 2 ) 2 C (O) CF (CF 3 ) 2 , CF 3 (CF 2 ) 3 C (O) CF (CF 3 ) 2 , CF 3 (CF 2 ) 5 C (O) CF 3 , One or more selected from the group consisting of CF 3 CF 2 C (O) CF 2 CF 2 CF 3 , CF 3 C (O) CF (CF 3 ) 2 , and perfluorocyclohexanone is preferred. Moreover, 1 type may be used among these and 2 or more types may be mixed and used.
これらのフロロケトンのなかでも、ペンタフロロエチル−ヘプタフロロプロピルケトン、すなわちC3F7(CO)C2F5(例えばCF3CF2C(O)CF(CF3)2、CF3CF2C(O)CF2CF2CF3)が特に好ましい。 Among these fluoroketones, pentafluoroethyl-heptafluoropropyl ketone, that is, C 3 F 7 (CO) C 2 F 5 (for example, CF 3 CF 2 C (O) CF (CF 3 ) 2 , CF 3 CF 2 C (O) CF 2 CF 2 CF 3 ) is particularly preferred.
フロロケトンの分子量は、250以上、好ましくは300以上とするのが好ましい。分子量がこの範囲にあるものを使用することによって、処理剤中のフロロケトンが不活性ガスに対し均一になりやすくなる。 The molecular weight of the fluoroketone is 250 or more, preferably 300 or more. By using a material having a molecular weight within this range, the fluoroketone in the treatment agent tends to be uniform with respect to the inert gas.
混合ガス中のフロロケトンの濃度は、0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜5質量%とされる。フロロケトン濃度をこの範囲とすることによって、アルミニウム溶湯中のガス、介在物を除去することができる。
フロロケトン濃度が0.01質量%未満であると、目的とするフロロケトンによる溶湯処理の効果が得られず、10質量%を越えると過剰のフッ化アルミニウムが生成してドロスが増加するとともにコストが嵩むことになる。
なお、フロロケトンは、通常、常温で液体であるため、不活性ガスに混合させるには、気化させる必要がある。
The concentration of the fluoroketone in the mixed gas is 0.01 to 10% by mass, preferably 0.05 to 5% by mass. By setting the fluoroketone concentration within this range, the gas and inclusions in the molten aluminum can be removed.
If the fluoroketone concentration is less than 0.01% by mass, the effect of the molten metal treatment with the desired fluoroketone cannot be obtained, and if it exceeds 10% by mass, excess aluminum fluoride is generated and dross increases and the cost increases. It will be.
In addition, since fluoroketone is normally a liquid at normal temperature, it needs to be vaporized in order to mix with an inert gas.
上記アルミニウム溶湯処理剤をなす一方の成分となる不活性ガスには、アルゴン、窒素、ヘリウムなどが用いられ、これらの混合ガスも使用できる。 Argon, nitrogen, helium, etc. are used for the inert gas which becomes one component which comprises the said molten aluminum processing agent, These mixed gas can also be used.
上記耐圧容器2としては、アルゴンなどの貯蔵などに用いられるものが使用可能である。通常、耐圧容器2には、バルブのパッキン等に合成樹脂材料が用いられている。処理剤を耐圧容器2から取り出す際に処理剤が接触する部材のうち、合成樹脂からなる部材(バルブのパッキン等)は、フロロケトンによる劣化を防止するため、少なくとも表面がクロロプレンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、テフロン(登録商標)、ナイロン、デルリン(登録商標)、ダイフロン(登録商標)からなる群より選ばれた1種以上からなることが好ましい。なお、これらの材料は、耐圧容器2のバルブ等だけでなく、処理剤を溶解炉まで供給する系統のいずれの部材にも用いることができる。
As the
上記処理剤を耐圧容器2内に充填するには、まずフロロケトンを耐圧容器2内に供給し、次いで不活性ガスを耐圧容器2内に供給するのが好ましい。比較的多量に用いられる不活性ガスを、フロロケトンより後に供給することによって、不活性ガス供給の際に不活性ガスとフロロケトンとを十分に混合し均一化することができる。
フロロケトンと不活性ガスとからなる混合ガスの耐圧容器2への充填圧力は1〜20MPa・G程度とされる。
In order to fill the pressure-
The filling pressure of the mixed gas composed of fluoroketone and inert gas into the pressure
処理剤容器1内の処理剤は、管3、開閉弁4、流量計5を介して吹き込みパイプ6に所定の流量で供給されるようになっている。
また、図中符号7は、アルミニウムを溶解して溶湯とする電気炉などの溶解炉であって、この溶解炉7内にはアルミニウム溶湯Aが満たされるようになっている。
The processing agent in the processing agent container 1 is supplied at a predetermined flow rate to the blowing
このアルミニウム溶湯A内には、上記吹き込みパイプ6の先端部が炉7の底部近くにまで届くように挿入されており、吹き込みパイプ6に供給されたガス状の処理剤がアルミニウム溶湯A中に吹き込まれ、気泡となってアルミニウム溶湯A中を上昇するようになっている。
In the molten aluminum A, the tip of the blowing
上記吹き込みパイプ6は、金属、カーボン、セラミックスなどの耐熱性が良好な材料からなり、その先端部にはガス状の処理剤が噴出する小さな貫通孔が多数形成されたものなどが用いられる他、先端部にブレードを形成したパイプ自体を回転可能に構成し、処理剤からなる気泡のアルミニウム溶湯Aへの分散を良好にしたものなどが適宜使用できる。
The
アルミニウム溶湯処理剤のアルミニウム溶湯Aへの供給量は、処理剤中のフロロケトン濃度、溶解炉7内のアルミニウム溶湯Aの量、アルミニウム溶湯中のガス、介在物の除去程度などによって左右されるが、例えばフロロケトン濃度0.5質量%の処理剤を用いた場合には、溶湯1000kg当たり処理剤積算量(流量×供給時間)を0.5〜3m3程度とすればよく、通常1m3以上で良好な除去ができ、3m3を越えて溶湯A内に吹き込む必要はない。
The supply amount of the molten aluminum treatment agent to the molten aluminum A depends on the fluoroketone concentration in the treatment agent, the amount of molten aluminum A in the
アルミニウム溶湯処理剤の供給圧力は、0.01〜0.5MPa・G程度でよく、この範囲の圧力では、溶湯A内で気泡が良好に噴出、分散されることになる。供給時間は、処理剤積算量と流量が決まれば、これから自ずと定まるが、通常は60分以内で処理が終了するようにすることが好ましい。 The supply pressure of the molten aluminum treatment agent may be about 0.01 to 0.5 MPa · G, and in this range, bubbles are well ejected and dispersed in the molten metal A. The supply time is naturally determined once the processing agent integrated amount and the flow rate are determined, but it is usually preferable that the processing is completed within 60 minutes.
かくして、アルミニウム溶湯A中に吹き込まれた処理剤は、気泡として溶湯中を上昇し、この際に溶湯中に溶解している水素などのガスは分圧差により処理剤中の不活性ガスと混合し、気泡内に取り込まれて除去される。
また、気泡中のフロロケトンは、溶融アルミニウムと反応し、フッ化アルミニウム(AlF3)が生成する。このAlF3が不活性ガスととも溶湯中を浮遊する間に、アルミニウム中の不純物、例えばカルシウムと反応し、フッ化カルシウム(CaF2)が生成し、このCaF2が不活性ガスとともに溶湯表面に達し、ドロスBとして除去される。
Thus, the treatment agent blown into the molten aluminum A rises as bubbles in the molten metal, and at this time, gas such as hydrogen dissolved in the molten metal is mixed with the inert gas in the treatment agent due to the partial pressure difference. , Taken into the bubbles and removed.
In addition, the fluoroketone in the bubbles reacts with molten aluminum to produce aluminum fluoride (AlF 3 ). While this AlF 3 floats in the molten metal together with the inert gas, it reacts with impurities in the aluminum, for example, calcium, to produce calcium fluoride (CaF 2 ), and this CaF 2 is formed on the molten metal surface together with the inert gas. And is removed as dross B.
また、処理中にドロスB中に溜まるAlF3、CaF2等は固体であり、溶湯から飛散する排ガス中には有害成分が含まれない。よって、余分の排ガス処理装置などを設ける必要がない。
さらに、溶湯中で生成したAlF3は、溶融アルミニウムの表面張力を低下させるので、処理剤気泡表面に介在物が吸着しやすくなり、これによっても介在物の除去が良好になる。
Further, AlF 3 , CaF 2 and the like accumulated in the dross B during the treatment are solid, and no harmful components are contained in the exhaust gas scattered from the molten metal. Therefore, it is not necessary to provide an extra exhaust gas treatment device.
Furthermore, AlF 3 produced in the molten metal, as it reduces the surface tension of the molten aluminum, inclusions treatment agent bubble surface is easily adsorbed, the removal of inclusions becomes better Thereby.
なお、上述の実施形態では、バッチ処理のものを示したが連続鋳造ラインなどの連続溶解炉においても本発明の処理方法を適用できる。 In addition, although the thing of batch processing was shown in the above-mentioned embodiment, the processing method of this invention is applicable also to continuous melting furnaces, such as a continuous casting line.
以下、具体例を示す。
(実施例)
アルミニウム合金(AC4C、合金成分Si6.5〜7.5wt%、Mg0.20〜0.45wt%、残部Al)10kgを溶解炉で溶解し、溶湯温度を730℃とした。
Specific examples are shown below.
(Example)
10 kg of aluminum alloy (AC4C, alloy component Si 6.5-7.5 wt%, Mg 0.20-0.45 wt%, balance Al) was melted in a melting furnace, and the molten metal temperature was set to 730 ° C.
この溶湯中にアルミニウム溶湯処理剤を吹き込んで処理を行った。処理剤には、アルゴンにフロロケトンを濃度0.5質量%で混合したガスを用いた。フロロケトンにはペンタフロロエチル−ヘプタフロロプロピルケトン(C3F7(CO)C2F5)を用いた。
処理剤の供給流量は0.7Nリットル/分とし、処理時間を30分とした。
Treatment was performed by blowing a molten aluminum treatment agent into the molten metal. As the treating agent, a gas in which fluoroketone was mixed with argon at a concentration of 0.5% by mass was used. Pentafluoroethyl-heptafluoropropyl ketone (C 3 F 7 (CO) C 2 F 5 ) was used as the fluoroketone.
The supply flow rate of the treatment agent was 0.7 N liter / minute, and the treatment time was 30 minutes.
処理開始後10分間毎に溶湯からサンプルを採取して分析を実施した。
分析は、溶融状態のサンプルを容器内に収め、容器内を減圧としたうえで冷却して固化させた。なお、減圧下でサンプルを固化させるのは、アルミニウム中に残存するガスを膨張させてその存在が観察できるようにするためである。得られたサンプル中の成分分析を行うとともにサンプルの切断面を観察して写真撮影を行った。
比較のために、アルゴンのみを吹き込んだものについても同様の分析を行った。
Samples were taken from the melt every 10 minutes after the start of treatment and analyzed.
In the analysis, a molten sample was placed in a container, and the container was cooled and solidified by reducing the pressure inside the container. The reason why the sample is solidified under reduced pressure is to expand the gas remaining in the aluminum so that its presence can be observed. The components in the obtained sample were analyzed and the cut surface of the sample was observed to take a photograph.
For comparison, the same analysis was performed for the case where only argon was blown.
合金成分の分析結果を表1に示し、サンプル切断面の写真を図2に示した。表1および図2中の「FK]の表記は、フロロケトンを示す。 The analysis results of the alloy components are shown in Table 1, and a photograph of the sample cut surface is shown in FIG. The notation “FK” in Table 1 and FIG. 2 indicates fluoroketone.
表1の結果から、アルミニウム合金(AC4C)の合金成分であるマグネシウム量はAr、本発明の処理剤とも変化がない。この合金の不純物成分であるカルシウムは本発明の処理剤で低減させることができる。このことから、本発明の処理剤は、AC4Cの合金成分を変化させることなく、不純物除去が可能であることがわかる。 From the results shown in Table 1, the amount of magnesium, which is an alloy component of the aluminum alloy (AC4C), is unchanged in both Ar and the treatment agent of the present invention. Calcium which is an impurity component of this alloy can be reduced by the treatment agent of the present invention. This shows that the treatment agent of the present invention can remove impurities without changing the alloy component of AC4C.
また、図2の写真から、Arは溶湯中の水素を完全に除去するまで、30分かかった。一方、本発明の処理剤では10分で完全に除去されており、本発明の処理剤の脱ガス性能の優位性が確認された。 Moreover, from the photograph of FIG. 2, it took 30 minutes for Ar to completely remove hydrogen in the molten metal. On the other hand, the treatment agent of the present invention was completely removed in 10 minutes, and the superiority of the degassing performance of the treatment agent of the present invention was confirmed.
さらに、溶湯面から50cmの高さ位置で、フッ化水素と一酸化炭素の濃度を検知管で測定したが、検知することができず、フッ化水素が0.5ppm未満、一酸化炭素が5ppm未満であり、環境上問題のないことが判明した。 Further, the concentration of hydrogen fluoride and carbon monoxide was measured with a detector tube at a height of 50 cm from the surface of the molten metal, but it could not be detected, hydrogen fluoride was less than 0.5 ppm, and carbon monoxide was 5 ppm. It was found that there was no environmental problem.
1・・処理剤容器、3・・管、6・・吹き込みパイプ、7・・溶解炉、A・・アルミニウム溶湯
1 ... Processing agent container 3 ...
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