JP2011510169A - 溶融金属の抗酸化還元剤及びその調製方法及び応用 - Google Patents

Abstract

【課題】 非常に経済・且つ便利に溶融金属にて発生するドロス問題を解決する。
【解決手段】 ノニルフェノールエトキシレート５１．１９〜９１．１９部、有機アミン３〜１５部、リン酸０．３〜５部、フィチン酸０．５〜８部を主な構成成分及び重量分含有量とし、その中には適当量の香料エッセンスも含有できる、溶融金属の抗酸化還元剤及びその調製方法及び応用であり、溶融金属の抗酸化還元剤は水溶性の油状液体で、還元剤は引火点がなく溶融金属に添加される際に飛び散らず自動・快速に拡散され、溶融金属より軽いので流動液面全体に覆われて空気を隔絶し酸化を効果的に防ぎ、中に含有される活性物質と有機又は無機酸は金属ドロス内部の引力を分散・酸化し、金属ドロスの内部構造を破壊して有用な金属を還元させ、還元効率は約９５％でコストパフォーマンスが高く、残留のドロスが少なく水に溶解でき、清潔で設備のメンテナンスも便利である。
【選択図】なし

Description

本発明は抗酸化還元剤及びその調製方法及び応用に関わるもので、特に溶融金属の抗酸化還元剤及びその調製方法及び応用に関わるものである。

工業化生産において、一種の金属又は合金を溶かして、それを他の金属の結合又は附着させるプロセスが良くある。大部の金属（例えば鉄に錆が入るのは酸化の最も良く見られる例）は酸素に触れるといずれも酸化されるので、高温の環境で、特に溶融状態で、金属（又は合金）の酸化状況は更に激しくなり、間もなく１層の酸化物が形成され、しかも、だんだん多くなる。溶融金属とその他金属との附着プロセスにおいて、溶融金属は絶えず流動循環させなければならないが、これによって酸化速度も更に激しくなるだけでなく、表層の酸化物と少量の酸素が液面の下、つまり液体内部に持ち込まれることを意味する。なら、酸化は内部でも発生する。これによって酸化物は良好な金属を附帯して液面に浮上して、ドロスを形成する。ドロスは絶えず形成・浮上し、だんだん多くなり、積み重なって、だんだん厚くなり、数時間経つと液面の流動に影響を与え、甚だしくは外部に溢れるので、汚染の恐れがあるだけでなく、非常に危ない。発生されるドロスは融合生産プロセスに正常に参与できないので、絶えず掬い出して、別途に処理するしかない。ドロスの掬い取りによって、液面の高さが足りなくなり、甚だしくは生産用量が足りなくなるので、新しい金属原料を絶えず補給するしかない。

そのため、溶融金属の酸化をなるべく避けるために、溶融金属に対する抗酸化処理が必要である。目下、既存の抗酸化処理プロセスには主に還元剤による還元法や、還元機処理法、窒素充填隔離保護法などがある。その中、還元剤を増やして、還元することによる抗酸化の方法が広く使われているが、常用の還元剤としては、還元粉や、還元金属及び粘っこいコロイド状還元物質などがある。

その中、還元粉による還元作業方式としては、溶融金属の液体表面に、粉状物質を振り撒くことであるが、その欠点又は局限性は次の通りである。

Ａ、使用形態が非常に不便である。粉状の物質であるため、高温の溶融金属表面に添加する場合、その操作が非常に難しく、表面面積が比較的大きな液面の場合、ヤケドをしないように注意しながら、均一に振り撒こうとしたら、十分気を付けなければならないので、使用にとても不便である。

Ｂ、飛散され易く、無駄と汚染を引き起こす。一般的に、溶融金属の液面上には通風装置があるので、乾性の粉状物質を不当に振り撒いた場合、無駄と汚染を引き起こす。

Ｃ、煙が多い。一般的に、還元粉は酸、アルカリ、塩類物質なので、溶融金属の液面に触れると、その他助剤と反応し、熱を受けると煙が多く出るので、既存の通風装置では完全に排出することが難しい。

Ｄ、危害性が比較的大きい。上記の通り、還元粉は酸、アルカリ、塩類物質なので、人体や、設備、環境などに一定の危害性があり、その作用による還元物の節約を計算すると、その経済性はあまり高くない。

還元顆粒（金属）を使用する作業原理：溶融金属と同様又は溶融金属に溶ける金属の中に高純度の活性物質（例えば還元粉）を入れて、冷却成型することによって、作られた金属顆粒（又は金属のチップ）であり、使用の際に溶融金属液体に添加される。その欠点は次の通りである。

Ａ、値段が高い。その調製形態から見られるように、金属の熔解、活性物質の添加、成型などのプロセスによって作られるので、材料費用と加工費用がいずれもとても高い。

Ｂ、使用方式が最適化されていない。使用の際、比例によって溶融金属に入れて、金属顆粒の融解によって、還元物質が析出され、還元及び抗酸化の役割をする。その熔解は一定の時間がかかるので、活性物質の析出の後、金属液体に溶けて、速やかに均一に拡散されると言うことは容易なことではない。

Ｃ、合金含有量に変化が発生する。金属顆粒の合金比例と対象物合金とは完全に一致しないので、長期的に入れると、対象物合金含有量比例に変化を招来する。ある時、このような変化は厳しい品質問題を引き起こす可能性がある。

Ｄ、一定の副作用がある。使用量の正確度が高いので、そのコントロールが難しく、生産ラインは均一性に欠けているので、顆粒の使用が過量になると、無駄になるだけでなく、対象物溶融合金の張力が大きくなり、逆に結合と附着の質を低下させる。

粘っこいコロイド状還元物質を使用する方法は海外の一部の会社より登場させたもので、その作業原理は、粘っこい液体の中に活性物質を入れて、使用の際に溶融金属の表面に注ぎ入れるが、十分攪拌することによって、液体表面に拡散されて、保護膜を形成し、持続的に還元役割を果たす。その局限性は次の通りである。

Ａ、拡散があまり速やかでなく、面倒な攪拌が必要とする。

Ｂ、粘度が大きすぎると、部品に附着され、製品を汚染し、洗浄が難しくなる。

Ｃ、その粘性は溶融金属混合物に残留され、溶融金属の流動循環中、設備や部品に附着され、設備の循環通路を塞ぎ、不順にさせ、設備のメンテナンスに不便を招来する。

Ｄ、沈殿物が設備や部品に粘着され、樹脂のような硬い物質が形成され、その除去が非常に難しく、設備のメンテナンスや清掃に非常に不便で、長期的に見ると、必ず設備に損傷を与える。

本発明において解決しようとする技術問題は、溶融金属の抗酸化還元剤を提供することによって、非常に経済・且つ便利に溶融金属にて発生するドロス問題を解決し、前記溶融金属の抗酸化還元剤の調製方法及びその応用方法を提供することである。

上記技術問題を解決するために、本発明では次のような技術方法を採択する。

ノニルフェーニルエトキシレートや、有機アミン、リン酸、フィチン酸などの構成成分を含有する溶融金属の抗酸化還元剤は、
最適には、前記各構成成分の重量分含有量は次の通りである。

ノニルフェーニルエトキシレートが５１．１９〜９１．１９部、
有機アミンが３〜１５部、
リン酸が０．３〜５部、
フィチン酸が０．５〜８部。

請求項１に記載の溶融金属の抗酸化還元剤を調製する方法において、前記調製方法には次のステップが含まれる。
（a）有機アミンを６０〜１００℃までゆっくりと加熱し、ノニルフェーニルエトキシレートをゆっくりと入れて、３〜５分間攪拌する。
（b）ステップ（a）の生成物が３０〜１００℃まで冷やされてから、リン酸、フィチン酸をゆっくりと冷却済み生成物の中に入れると同時に、添加しながら１０〜１５分間攪拌する。

ノニルフェーニルエトキシレートや、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、リン酸、フィチン酸などの構成成分を含有する溶融金属の抗酸化還元剤は、
最適には、前記各構成成分の重量分含有量は次の通りである。

ノニルフェーニルエトキシレートが５１．１９〜９１．１９部、
シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩が５〜２０部、
ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩が３〜１５部、
リン酸が０．３〜５部、
フィチン酸が０．５〜８部。

最適には、前記調製方法には次のステップが含まれる。
（a）シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩とジフェニルグアニジン臭化水素酸塩をゆっくりと熔かして、ノニルフェーニルエトキシレートをゆっくりと入れて、３〜５分間攪拌する。
（b）ステップ（a）の生成物を３０〜１００℃まで冷やしてから、リン酸、フィチン酸をゆっくりと冷却済み生成物の中に入れると同時に、添加しながら１０〜１５分間攪拌する。

最適には、前記溶融金属の抗酸化還元剤は水溶性の油状液体で、前記液体は引火点がなく、溶融金属に添加する際、飛び散らず、残留ドロスが非常に少なく、水に溶解される。

前記溶融金属の抗酸化還元剤は溶融金属の抗酸化処理に応用される。
最適には、前記溶融金属の抗酸化還元剤は直接溶融金属の液面に注ぐものとする。

最適には、前記溶融金属の抗酸化還元剤は、
３〜５つのステンレス・プレートを液面以下３〜５ｃｍに挿し入れて、溶融金属の流動を一つの比較的小さいエリアに限定させ、
前記溶融金属の抗酸化還元剤は流動部分の溶融金属液面上に注ぐなどの方法と一緒に使用することができる。

最適には、前記溶融金属の抗酸化還元剤は、
溶融金属の収容する容器口にメッシュを設置し、前記メッシュはU型で、その形状は溶融金属を収容する容器口と合致し、ドロスはメッシュを通すことができなく、溶融金属だけが自由にメッシュから流出でき、容器縁の高さは液面より１〜２ｃｍ高くし、
前記溶融金属の抗酸化還元剤はメッシュ内の溶融金属液面上に注ぐなどの方法と一緒に使用することができる。

本発明の溶融金属の抗酸化還元剤は次の有益な効果がある。

Ａ、使用に便利だし、操作が容易である。
本発明は水溶性の油状液体で、使用の際に溶融金属の液面に注ぐだけで済む。しかも、本発明は張力拡散技術を使用し、表面活性物質を入れている。そのため、２種の液体が触れると、親/疎の両方向の分子結合を形成して、溶融金属の表面張力を減少すると同時に、抗酸化還元液体の自動・快速拡散を促す。しかし、その他既存製品は外部から機械力（攪拌）などを加えるのみ液面全体に広がせることができる。そのため、本発明の抗酸化還元剤を使用する場合、幾つかのポイントに添加すれば良い。製品は速やかに「インテリジェンス」にカバーエリアに拡散・流動され、３〜５秒後に、抗酸化還元剤は液面全体に覆われる。それと同時に、製品は溶融金属表面に浮上して持続的に役割を果たすため、添加量はあまり正確でなくても良く、作業に便利である。

Ｂ、同時に酸化防止及び自発還元役割を果たす。
既存の各種還元方法は一般的に１種の役割しかない。例えば、窒素充填隔離保護法は酸化防止役割しかなく、金属顆粒/還元粉などは還元機能しかなく、酸化防止機能はない。

しかし、本発明は液体状態で、溶融金属より軽いので、流動液面全体に覆われ、空気（酸素）を断絶するので、酸化を効果的に防ぐことができる。それと同時に、本発明中に含有されている活性物質と有機又は無機酸は、金属ドロスの内部引力を分散することができ、自発に構造を打ち破り、有用な金属を容器の中に還元させる。

Ｃ、補助的に結合能力をアップする。
本発明の抗酸化還元剤を使用することによって、金属ドロスを減らして、溶融金属の流動性を更に順調にするだけでなく、本発明中に含有する活性物質（表面活性剤）は液面表面の張力を低下させ、溶融金属の流動性や、拡散性を増やすことによって、溶融金属の結合又は附着質量を促し、それによって、本プロセスにて達成しようとする結合又は附着レベルを大きくアップすることができる。これも本発明の大きな特徴である。これも既存のその他幾つかの還元剤又は方法が持っていないか或いは効果に達成できないものである。

Ｄ、コストが低く、コストパフォーマンスが高い。
本発明は新型の廉価な活性成分を使用し、還元効率が非常に高い（約９５％）ので、単位還元金属のコストはその他方法に比べて遥かに低い。計算によると、節約できる金属は当該プロセス使用総量の５０％にも達し、経済的効果が非常に優れており、コストパフォーマンスが高い。

Ｅ、効果が著しく、持続的に有効である。
本発明は新しいプロセスによって作られるので、それを溶融金属の液面に注ぐだけで済み、すでに形成された酸化物は、本発明製品の添加によって、拡散すると同時に還元されて消えてしまう。後続的に発生する酸化物は随時に分解還元され、その効果は直ちに見られ、４〜５時間内に持続的に有効である。

Ｆ、清潔且つ簡単で、優良化プロセスである。
本発明は水溶性の油状液体で、添加に便利で、飛び散らず、それと同時に、その密度が溶融金属に比べて遥かに小さいので、溶融金属の表面にて保護膜を形成し、有効成分が持続的に有効となる。
それと同時に、酸化物が絶えず還元されるので、毎日生じる残留ドロスは非常に少なく、元々毎日２回除去したことに対して、現在は毎日簡単に除去することで済み、２〜３日に（正常なタイム）に１回除去するだけで良い。しかも、それによって生じるドロスは水溶性、粘性のない泥状の物質なので、設備に附着したドロスなどは軽く拭くことできれいになる。又は弊社専用の洗剤に５〜１５分間浸してから除去すれが良い。ドロスが少なく、清掃の回数も少なく、自然的に環境をきれいにするだけでなく、操作と清掃プロセスを最適化させる。

Ｇ、応用範囲が広く、既存の各種還元剤や、還元機方法、窒素充填隔離保護法などを完全に代替することができ、各種溶融金属又は合金と他の金属との結合又は附着プロセスに使われる。例えば、マニュアル・ディップハンダ付けや、flow welding（鉛有り又は鉛無し）などの溶接プロセスに使える。

本発明は一種の溶融金属の抗酸化還元剤を提供するが、その主な構成成分及び重量分含有量は次の通りである。

その中、ノニルフェーニルエトキシレートは、乳化剤や、活水剤、分散剤、浸透剤、洗剤、助溶剤などの用途に使われる。

有機アミンは有機活性剤で、有機化合物類に属するが、表面張力を減らすことができ、表面の物理・化学バランス条件を変化させて、はんだと被溶接金属とのお互いの湿度を保証し、被酸化金属を還元することもでき、溶接補助能力を増強する。

リン酸は有機反応の触媒や、耐火材料添加剤、活性炭処理剤などとして使われる。
フィチン酸はキレート化剤や、抗酸化剤、金属の防腐・防食剤などとして使われる。

調製の際、先ず有機アミンをゆっくりと６０−１００℃まで加熱してから、ゆっくりとノニルフェーニルエトキシレートを入れて、３〜５分間攪拌する。それから、６０℃まで冷やして、リン酸やフィチン酸を入れながら１０〜１５分間攪拌すれば良い。

本発明はもう一種の溶融金属の抗酸化還元剤を提供するが、その主な構成成分及び重量分含有量は次の通りである。

その中、ノニルフェーニルエトキシレートは、乳化剤や、活水剤、分散剤、浸透剤、洗剤、助溶剤などの用途に使われる。

シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩は有機活性剤で、有機ハロゲン類に属するが、表面張力を減らすことができ、表面の物理・化学バランス条件を変化させて、はんだと被溶接金属とのお互いの湿度を保証し、被酸化金属を還元することもでき、溶接補助能力を増強する。

ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩も有機活性剤で、有機ハロゲン類に属するが、表面張力を減らすことができ、表面の物理・化学バランス条件を変化させて、はんだと被溶接金属とのお互いの湿度を保証し、被酸化金属を還元することもでき、溶接補助能力を増強する。

リン酸は有機反応の触媒や、耐火材料添加剤、活性炭処理剤などとして使われる。
フィチン酸はキレート化剤や、抗酸化剤、金属の防腐・防食剤などとして使われる。

調製の際、先ずシクロヘキシルアミン臭化水素酸塩とジフェニルグアニジン臭化水素酸塩をゆっくりと熔かしてから、ゆっくりとノニルフェーニルエトキシレートを入れて、３〜５分間攪拌する。それから、６０℃まで冷やして、リン酸やフィチン酸を入れながら１０〜１５分間攪拌すれば良い。

これ他にも、上記２種の溶融金属の抗酸化還元剤には、使用の際適当な香りを発生させて、作業環境を改善するために、適当量の香料エッセンスを添加することができる。

次では本発明の幾つかの具体的な調合方法を提供する（各構成成分の重量分含有量）。

上記１３種の調合方法は構成成分用量上一定の差異があるが、全体的に見ると、その効果の差異はあまり大きくない。次では本発明の溶融金属の抗酸化還元剤の物理・化学性能及び抗酸化還元の原理に対して、更なる説明を行う。

本発明の溶融金属の抗酸化還元剤は浅黄色の透明な油状液体で、比重は１．０７±０．０５ｇ/ｃｍ^３、軽い香りがする。プラスチックの瓶（容器）に入れて、光を避けた、涼しい所に置いて、常温にて（−５〜４０℃）約２年間保存できる。その作業温度は１８３〜３００℃で、引火点がない。本発明の還元剤は煙がなく、味がなく、汚染がないので、一般的に、既存の生産条件で、通風システムを改造する必要がなく使用でき、その導入が極めて容易である。

本発明の物理形態は水溶性の油状液体で、既存の還元剤とは違って、このような油状液体は使用の際の操作に有利で、液体の溶融金属に添加される際に飛び散らない。それと同時に、液体の溶融金属表面での加速流動・拡散に有利である。使用の際、本発明の抗酸化還元剤を直接液面に注ぐと、自分で速やかに拡散され、液面全体に覆われる。

本発明の抗酸化・還元役割と原理は次の通りである。

１．酸素を遮断することによって、酸化量を低減する。
製品を溶融金属の表面に入れると、製品は速やかに拡散され、液面全体に覆われて、保護膜を形成し、溶融金属と酸素との接触を遮断することによって、酸化量を低減する。

２．ドロスの構造を分散して、有用な金属を還元する。
製品を溶融金属の表面に入れると、製品はドロスの隙間に浸透されて、製品の中に含有されている拡散・分散剤がドロス拡散役割を果たし、その構造張力を減らして、ドロスを速やかに分散させて、不規則の固体から速やかに粥状の液体になり、有用な金属は直ちに還元されて液槽の中に流れ込むまれて、続けて有効作業プロセスに参与する。

３．溶融金属の液面張力を低減し、結合附着質を向上する。
本発明中の活性成分（表面活性剤）は溶融金属の液面張力を変えることができ、これによって、溶融金属の流動性と結合能力を向上することができる。

使用及び計算によると、本発明の還元効率は８５％〜９５％にも達し、しかも、結合附着流動性を２０％以上も向上することができ、３０〜５０％のプロセスコストを低減することができる。

更なる節約と更に優れた経済的効果を図るために、実際使用中、本発明の抗酸化還元剤は次の方法と結合して使用することができる。

ｉ．引流法（ガイディング）
引流法の原理は次の通りである。溶融金属液体は絶えず循環流動されるので、酸化物が多く生じる。流動面積を減らすと、酸化量も減少するので、還元剤の使用量も少なくなる。

そのため、引流法の具体的な方法：３〜５つのステンレス・プレートを作って、液面以下の約３〜５ｃｍにまで挿し入れて、溶融金属の流動部分を一つの小さいエリアに限定させることによって、大部の液面を静止状態にさせる。しかし、液面下は十分循環流動でき、プロセス全体の原の作業方式には影響を与えない。

ii．収集法
収集法の原理：溶融金属の液面は、流動又は引き揚げた部分のみ酸化が酷いが、この部分のドロスを直接溶融金属液面にて収集処理する方法によって、優れた効果が得られる。

そのため、収集法の要領としては、溶融金属収容容器別に異なるメッシュを設計し、その形状はU型にし、引き揚げた金属液体はこのメッシュの中に流れ込まれるようにし、ドロスはメッシュを通ることができなく、メッシュに収集でき、溶融金属は自由にメッシュの穴から流出する。容器の縁は液面より１〜２ｃｍ高くし、還元剤を入れて、随時に還元させる。このようにすると、ドロスはその他所に浮かび流れず、液面全体にドロスがほとんどなくなる。

この２種の補助方法を結合して使用することによって、還元効率と効果は更に高くなり、もっと優れた経済効果に達成できる。

Claims (11)

1. ノニルフェーニルエトキシレートや、有機アミン、リン酸、フィチン酸などの構成成分を含有することを特徴とする溶融金属の抗酸化還元剤。
2. 前記各構成成分重量分の含有量は、ノニルフェーニルエトキシレートが５１．１９〜９１．１９部、有機アミンが３〜１５部、リン酸が０．３〜５部、フィチン酸が０．５〜８部であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の抗酸化還元剤。
3. （a）有機アミンを６０〜１００℃までゆっくりと加熱し、ノニルフェーニルエトキシレートをゆっくりと入れて、３〜５分間攪拌する。
   （b）ステップ（a）の生成物が３０〜１００℃まで冷やされてから、リン酸、フィチン酸をゆっくりと冷却済み生成物の中に入れると同時に、添加しながら１０〜１５分間攪拌する。
   上記２つのステップを有することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の抗酸化還元剤の調製方法。
4. ノニルフェーニルエトキシレートや、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、リン酸、フィチン酸などの構成成分を含有することを特徴とする溶融金属の抗酸化還元剤。
5. 前記各構成成分重量分の含有量は、ノニルフェーニルエトキシレートが５１．１９〜９１．１９部、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩が５〜２０部、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩が３〜１５部、リン酸が０．３〜５部、フィチン酸が０．５〜８部であることを特徴とする請求項４に記載の溶融金属の抗酸化還元剤。
6. （a）シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩とジフェニルグアニジン臭化水素酸塩をゆっくりと熔かして、ノニルフェーニルエトキシレートをゆっくりと入れて、３〜５分間攪拌する。
   （b）ステップ（a）の生成物を３０〜１００℃まで冷やしてから、リン酸、フィチン酸をゆっくりと冷却済み生成物の中に入れると同時に、添加しながら１０〜１５分間攪拌する。
   上記２つのステップを有することを特徴とする請求項４に記載の溶融金属の抗酸化還元剤の調製方法。
7. 前記溶融金属の抗酸化還元剤は水溶性の油状液体で、前記液体は引火点がなく、溶融金属に添加する際に飛び散らず、残留ドロスが非常に少なく、しかも水に溶解されることを特徴とする請求項１又は４に記載の溶融金属の抗酸化還元剤。
8. 請求項１又は４に記載の前記溶融金属の抗酸化還元剤の溶融金属の抗酸化処理への応用。
9. 前記溶融金属の抗酸化還元剤は直接溶融金属の液面上に注ぐことを特徴とする請求項１又は４に記載の溶融金属の抗酸化還元剤の抗酸化処理への応用。
10. 前記溶融金属の抗酸化還元剤は、
    ３〜５つのステンレス・プレートを液面以下３〜５ｃｍに挿し入れて、溶融金属の流動を一つの比較的小さいエリアに限定させ、
    前記溶融金属の抗酸化還元剤は流動部分の溶融金属液面上に注ぐなどの方法と一緒に使用できることを特徴とする請求項１又は４に記載の溶融金属の抗酸化還元剤の抗酸化処理への応用。
11. 前記溶融金属の抗酸化還元剤は、
    溶融金属の収容する容器口にメッシュを設置し、前記メッシュはU型で、その形状は溶融金属を収容する容器口と合致し、ドロスはメッシュを通すことができなく、溶融金属だけが自由にメッシュから流出でき、容器縁の高さは液面より１〜２ｃｍ高くし、
    前記溶融金属の抗酸化還元剤はメッシュ内の溶融金属液面上に注ぐなどの方法と一緒に使用できることを特徴とする請求項１又は４に記載の溶融金属の抗酸化還元剤の抗酸化処理への応用。