JP2011079045A

JP2011079045A - アルミニウム溶湯用ろ過フィルター

Info

Publication number: JP2011079045A
Application number: JP2009235698A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kawaguchi; 一彦川口
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: KR101160531B1; WO2011043150A1; CN102686340B; JP4701301B2; CN102686340A; KR20120037516A

Abstract

【課題】ＴｉＢ_２などの結晶粒微細化剤は適量通過させることができ、他の介在物は除去することができるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターを提供する。
【解決手段】本発明のアルミニウム溶湯用ろ過フィルターは、アルミナを含む骨材粒子１００重量部を、無機質結合材５〜２０重量部にて結合してなるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターであって、該結合材中に、ＳｉＯ_２７〜１５ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３４０〜６０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３５〜３０ｗｔ％、を含み、フィルター中に、Ｎａ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、ＣａＯ０．１〜０．５ｗｔ％を含むことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム溶湯中に混在する介在物などをろ過するために用いるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターに関する。

アルミニウムは、例えば、アルミニウム溶湯を鋳造してインゴットを作製し、これを圧延して薄板などに形成される。アルミニウム溶湯中に非金属介在物が混入していると圧延の際に表面欠陥などが生じることがある。
そこで、これらを除去するためにフィルターを用いて、アルミニウム溶湯をろ過している。

このようなフィルターとしては、例えば、電融アルミナ及び焼結アルミナの１種以上からなる骨材粒子１００重量部を無機質結合材１０〜２０重量部にて結合してなり、該無機質結合材の原料組成がＳｉＯ₂が２５重量％を超え〜３５重量％、Ｂ₂Ｏ₃が３０〜４０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が２０〜３５重量％、残部ＭｇＯからなることを特徴とするアルミニウム溶湯濾過用フィルター（下記特許文献１参照）、

電融アルミナ及び焼結アルミナの一方又は両方からなる骨材粒子と結合材とからなり、該結合材は該骨材粒子１００重量部に対して１０〜２２重量部となる量で存在しており、該結合材は１５〜３５重量％のＡｌ₂Ｏ₃、３５〜５２重量％のＢ₂Ｏ₃、７重量％以上１５重量％未満のＳｉＯ₂を含み、残部がＭｇＯであることを特徴とする金属溶湯濾過用セラミックフィルター（下記特許文献２参照）、

焼結アルミナ、電融アルミナ、炭化珪素および窒化珪素の１種以上よりなる骨材粒子を無機質結合材により結合させたアルミニウム溶湯用濾材であって、骨材粒子１００重量部に対して４〜２０重量部の無機質結合材にて結合してなり、該無機質結合材の原料組成が、Ｂ_２Ｏ_３１５〜４０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３２０〜４５重量％、ＳｉＯ_２１５〜２５重量％、残部はＭｇＯ、ＣａＯ及びＳｒＯの１種以上よりなることを特徴とするアルミニウム溶湯用濾材（下記特許文献３参照）、

セラミック製充填体の表面に針状結晶を析出させてなることを特徴とする金属溶湯用濾材（下記特許文献４参照）などが開発されている。

特開平９−２９４２３号公報特開平１０−２８６４１６号公報特開平５−１３８３３９号公報特開平７−９０４００号公報

従来では、高純度のアルミニウムを製造するため、フィルターのろ過性能を向上させ、アルミニウム溶湯中の介在物をできるだけ除去することが行われていた。
しかし、アルミニウム溶湯中には結晶粒を微細化するためにＴｉＢ_２などの結晶粒微細化剤を混入させる。ろ過性能が優れすぎていると、結晶粒微細化剤も除去されてしまい、そのような溶湯から鋳造したアルミニウムは、結晶粒が粗大化してしまい、鋳塊割れなどの欠陥が発生してしまうという問題が生じていた。

そこで、本発明の目的は、ＴｉＢ_２などの結晶粒微細化剤は適量通過させることができ、他の介在物は除去することができるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターを提供することにある。

本発明のアルミニウム溶湯用ろ過フィルターは、アルミナを含む骨材粒子１００重量部を、無機質結合材５〜２０重量部にて結合してなるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターであって、該結合材中に、ＳｉＯ_２７〜１５ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３４０〜６０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３５〜３０ｗｔ％、残部がＭｇＯなどからなり、フィルター中に、Ｎａ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、ＣａＯ０．１〜０．５ｗｔ％を含むことを特徴とする。

または、本発明のアルミニウム溶湯用ろ過フィルターは、無機結合材に生成する９Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｂ_２Ｏ_３の針状結晶の平均長さが２μｍ〜２０μｍで、かつ、長さ２０μｍ以上の針状結晶の割合が５％以下であることを特徴とする。

上記アルミニウム溶湯用ろ過フィルターは、フィルター焼成温度が１１００〜１４００℃であることが好ましい。

本発明のフィルターは、ＴｉＢ_２捕獲率が４０〜６０％、８００℃での曲げ強度が２ＭＰａ以上になり、ＴｉＢ_２などの結晶粒微細化剤を適量通過させることができ、このフィルターによりろ過したアルミニウム溶湯から鋳造した鋳造物は、鋳塊割れの発生が少ないものになり、また、取扱破損もないものである。

なお、本発明において、アルミニウム溶湯はアルミニウム合金溶湯を含むものである。

以下、本発明のアルミニウム溶湯用ろ過フィルターの一実施形態を説明する。なお、本発明の範囲は、この実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態のアルミニウム溶湯用ろ過フィルター「以下、本フィルターという。」は、アルミナからなる骨材粒子１００重量部に対して、無機質結合材５〜２０重量部にて結合してなるものである。

該結合材は、ＳｉＯ_２７〜１５ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３４０〜６０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３５〜３０ｗｔ％を含み、残部にＭｇＯなどを含むことが好ましい。
アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）としては、電融アルミナや焼結アルミナを用いることができる。

また、本フィルターは、アルカリ分としてＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯを含むのが好ましく、これらは、フィルター中に、Ｎａ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、ＣａＯ０．１〜０．５ｗｔ％、を含むのが好ましい。

本フィルターの無機質結合材には、９Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｂ_２Ｏ_３の針状結晶が生成しており、その平均長さは２μｍ〜２０μｍであり、かつ、長さ２０μｍ以上の針状結晶の割合は５％以下であることが好ましい。
針状結晶の平均長さ及び割合は、下記実施例で示したように測定することができる。

本フィルターは、例えば、電融アルミナや焼結アルミナからなる骨材粒子１００重量部に対して、上記割合の無機質結合材５〜２０重量部を添加し、さらに、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯのアルカリ分、多糖類などの有機バインダー、水などを適量添加して混錬し、これを、成形、乾燥、焼結させて製造することができる。この焼成は、１１００〜１４００℃で行うのが好ましい。

本フィルターは、無機質結合材に、９Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｂ_２Ｏ_３の針状結晶が生成しており、その平均長さは２μｍ〜２０μｍであり、かつ、長さ２０μｍ以上の針状結晶の割合は５％以下である。このため、溶湯中のＴｉＢ_２などの微細化剤は４０〜６０％捕獲されるが、適量の微細化剤は通過するため、本フィルターでろ過した溶湯から鋳造した鋳造物は鋳塊割れなどの欠陥が少ないものになる。

また、本フィルターは、８００℃での曲げ強さが２ＭＰａ以上になり、取扱時に破損することがないものである。
なお、曲げ強さは、下記実施例で示したように測定することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて、より具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、この実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜１６及び比較例１〜１３）
骨材粒子として電融アルミナ＃２４を用い、これ１００重量部に対して無機質結合材を下記表１及び表２に示す割合で添加し、さらに、アルカリ分、有機バインダー及び水を適量添加して混錬し、外径１００ｍｍ×内径６０ｍｍ×長さ８７０ｍｍのパイプ状に鋳込成形後、乾燥させ、下記表１及び表２に示す温度で焼成して、実施例１〜１６及び比較例１〜１３のフィルターを作製した。

（試験）
実施例１〜１６及び比較例１〜１３のフィルターを用い、以下の測定及び評価試験を行った。

（針状結晶の平均長さ）
各実施例及び比較例のフィルターの表面をＳＥＭにて観察し、ランダムに選び出した１００本の針状結晶の平均長さを求めた。その結果を上記表１及び表２に示す。

（針状結晶の割合）
各実施例及び比較例のフィルターの表面をＳＥＭにて観察し、ランダムに選び出した１００本から２０μｍ以上の長さの結晶の割合を求めた。その結果を上記表１及び表２に示す。

（アルカリ分）
各実施例及び比較例のフィルターを分析し、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯの含有割合を測定した。その結果を上記表１及び表２に示す。

（捕獲率）
各実施例及び比較例のフィルターをろ過装置に装着し、ＴｉＢ_２を添加したアルミニウム溶湯をろ過させた。ろ過前後のＢ（ホウ素）を分析し、捕獲率を測定した。

（曲げ強さ）
各実施例及び比較例のフィルターから２０×２０×１００ｍｍの大きさの試験体を切り出し、その試験体を電気炉中８００℃で２０分間保持した直後に、２点支持１点荷重（支持スパン９０ｃｍ）で荷重をかけ、試験体が破損する荷重を測定した。その結果を上記表１及び表２に示す。

（鋳塊割れ）
各実施例及び比較例のフィルターをろ過装置に装着し、微細化剤を添加したアルミニウム溶湯をろ過させ、その溶湯からインゴットを作製し、鋳塊割れがないか目視にて観察した。鋳塊割れが無い場合を「○」、有る場合を「×」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。

（取扱破損）
上記曲げ強さの測定において、２ＭＰａ以上ある場合を「○」、これ未満の場合を「×」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。

（溶湯汚染）
各実施例及び比較例のフィルターを、アルミニウム溶湯に７２時間浸漬し、試験前後のアルミニウム溶湯中の成分を測定した。その結果、Ｓｉ濃度が、６０ｐｐｍ以下を「○」、６０ｐｐｍを越え１００ｐｐｍまでを「△」、１００ｐｐｍを超える場合を「×」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。

（総合判断）
「鋳塊割れ」、「取扱破損」、「溶湯汚染」の評価において、３項目共「○」の場合を「◎」、「○」が２つの場合を「○」、「○」が１つの場合を「△」、「×」が３つの場合を「×」として評価した。

（結果）
実施例１〜１６は、総合判断「◎」又は「○」の評価であり、これらは、無機質結合材中に、ＳｉＯ_２７〜１５ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３４０〜６０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３５〜３０ｗｔ％、を含み、フィルター中に、Ｎａ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、ＣａＯ０．１〜０．５ｗｔ％を含むものであり、また、無機質結合材に生成する９Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｂ_２Ｏ_３の針状結晶の平均長さが２μｍ〜２０μｍで、かつ、長さ２０μｍ以上の針状結晶の割合が５％以下である。
このようなアルミニウム溶湯用ろ過フィルターは、ＴｉＢ_２捕獲率が４０〜６０％になり、鋳塊割れがおこりにくく、また、曲げ強さが２．０ＭＰａ以上であり、取扱破損が生じないものであった。
特に、これらのなかでも実施例９〜１６は、これらは溶湯汚染もなく、総合判断が「◎」になるものであった。
比較例１〜１３は、総合判断「△」又は「×」の評価であり、鋳塊割れ、取扱破損のいずれか又は両方が生じてしまうものであった。

Claims

アルミナを含む骨材粒子１００重量部を、無機質結合材５〜２０重量部にて結合してなるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターであって、該結合材中に、ＳｉＯ_２７〜１５ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３４０〜６０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３５〜３０ｗｔ％、を含み、フィルター中に、Ｎａ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｋ_２Ｏ０．０１〜０．７ｗｔ％、ＣａＯ０．１〜０．５ｗｔ％を含むアルミニウム溶湯用ろ過フィルター。
アルミナを含む骨材粒子１００重量部を、無機質結合材５〜２０重量部にて結合してなるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターであって、該結合材に生成する９Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｂ_２Ｏ_３の針状結晶の平均長さが２μｍ〜２０μｍで、かつ、長さ２０μｍ以上の針状結晶の割合が５％以下であるアルミニウム溶湯用ろ過フィルター。
アルミナを含む骨材粒子１００重量部を、無機質結合材５〜２０重量部にて結合してなるアルミニウム溶湯用ろ過フィルターであって、該結合材中に、ＳｉＯ_２７〜１５ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３４０〜６０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３５〜３０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、フィルター中にＫ_２Ｏ０．０１〜０．５ｗｔ％、ＣａＯ０．１〜０．５ｗｔ％を含み、前記結合材に生成する９Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｂ_２Ｏ_３の針状結晶の平均長さが２μｍ〜２０μｍで、かつ、長さ２０μｍ以上の針状結晶の割合が５％以下であるアルミニウム溶湯用ろ過フィルター。
フィルター焼成温度が１１００〜１４００℃である請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム溶湯用ろ過フィルター。