JP2021050368A - Method for removing aluminium phosphide cluster in molten metal of aluminum alloy - Google Patents

Method for removing aluminium phosphide cluster in molten metal of aluminum alloy Download PDF

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Abstract

To provide a method for removing an AlP cluster formed when a molten metal of an aluminum alloy solidifies.SOLUTION: The problem is solved by adding strontium (Sr) to a molten metal in a ladle, adding a fluoride, and agitating with an impeller.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、アルミニウム合金の溶湯中のリン化アルミニウムクラスターの除去方法に関する。 The present invention relates to a method for removing aluminum phosphide clusters in a molten aluminum alloy.

アルミニウム合金地金には、不可避的不純物として、5乃至20PPM程度のリン(P)が混入している。リン(P)は、ルツボ内あるいは保持炉内の溶湯中において、独立した原子として存在している。しかしながら、溶湯が鋳型に注湯されると、凝固の途中において周囲のアルミニウム原子と結合してリン化アルミニウム(AlP)を形成する。リン化アルミニウム(AlP)は10乃至100個程度の原子が集合したサイズである。この微小な原子の集団は、一般にクラスターと呼ばれる。すなわち、金属クラスターとは、金属原子が数個から十数個集まって、一つの化合物のような特定の構造単位をもった錯体をいう。
Phosphorus (P) of about 5 to 20 PPM is mixed in the aluminum alloy bullion as an unavoidable impurity. Phosphorus (P) exists as an independent atom in the molten metal in the crucible or the holding furnace. However, when the molten metal is poured into a mold, it combines with surrounding aluminum atoms during solidification to form aluminum phosphide (AlP). Aluminum phosphide (AlP) is the size of an aggregate of about 10 to 100 atoms. This group of tiny atoms is commonly referred to as a cluster. That is, a metal cluster is a complex in which several to a dozen metal atoms are gathered and have a specific structural unit such as one compound.

他方、溶湯が鋳型に注湯されると、溶湯中に溶解していた原子状の水素(H)は、溶湯温度の低下にともなって溶解度が減少していく。すると、原子状の水素(H)では存在できないことから、前記AlPクラスターの表面で分子状の水素(H)の集合体に変化する。この分子状の水素(H)の集合体は、ガス気泡で、アルミニウム合金の溶湯中において、安定的に存在することができる。その結果、鋳物の内部に多くのガス気泡が形成されることから、鋳物の強度の低下等の支障を招くことになる。 On the other hand, when the molten metal is poured into the mold, the solubility of atomic hydrogen (H) dissolved in the molten metal decreases as the temperature of the molten metal decreases. Then, since it cannot exist in atomic hydrogen (H), it changes into an aggregate of molecular hydrogen (H 2) on the surface of the AlP cluster. This molecular aggregate of hydrogen (H 2 ) is a gas bubble and can stably exist in the molten aluminum alloy. As a result, many gas bubbles are formed inside the casting, which causes problems such as a decrease in the strength of the casting.

しかしながら、前記AlPクラスターは、凝固の途中で形成されるものであり、ルツボあるいは保持炉の溶湯中においては原子状である。そのため、Pを除去することを目的として、フラックス処理と呼ばれる溶湯中の固形物を除去するための処理を行っても除去することはできない。このために従来から、ガス気泡による鋳塊の不良を避けるためには、ルツボあるいは保持炉の溶湯内において、脱ガス処理と呼ばれる特許文献1に示すような不活性ガスを溶湯中に吹き込む処理により、水素の含有量を低下させる以外の方法を有さなかった。 However, the AlP clusters are formed in the middle of solidification and are atomic in the molten metal of the crucible or the holding furnace. Therefore, even if a treatment for removing solids in the molten metal called a flux treatment is performed for the purpose of removing P, it cannot be removed. For this reason, conventionally, in order to avoid defects in the ingot due to gas bubbles, an inert gas as shown in Patent Document 1 is blown into the molten metal in the crucible or the molten metal of the holding furnace, which is called degassing treatment. , There was no other way than to reduce the hydrogen content.

特開昭61−034126号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-034126

解決しようとする問題点は、アルミニウム合金の溶湯が、鋳型内で凝固する際、リン化アルミニウム(AlP)のクラスターが形成されるという点である。そこで、本発明において、溶湯中のAlPクラスターを除去する方法を提供することを課題とする。 The problem to be solved is that when the molten aluminum alloy solidifies in the mold, clusters of aluminum phosphide (AlP) are formed. Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for removing AlP clusters in a molten metal.

本発明は、溶湯中のAlPクラスターを除去するため、ラドル内の溶湯にストロンチウム(Sr)を添加することと、フッ化物を添加することと、インペラーにより所定回数攪拌することを特徴とするものである。 The present invention is characterized by adding strontium (Sr) to the molten metal in the ladle, adding fluoride, and stirring with an impeller a predetermined number of times in order to remove AlP clusters in the molten metal. is there.

すなわち、第1の発明は、注湯直前のラドル内の溶湯に所定量のストロンチウムを添加することと、その溶湯にフッ化物を添加することと、その溶湯にインペラーを浸漬させて、所定の回転数で回転させることと、その溶湯の表面上に生成された滓(灰汁)を除去することを特徴とするアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法である。 That is, the first invention is to add a predetermined amount of strontium to the molten metal in the ladle immediately before pouring, to add fluoride to the molten metal, and to immerse the impeller in the molten metal to perform a predetermined rotation. It is a method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy, which is characterized by rotating by a number and removing slag (lye) formed on the surface of the molten metal.

溶湯とは、高温にて融解している液体状態の金属をいい、単に湯ともいわれる。ここでは、溶湯は金属アルミニウムを主成分とするものである。ラドルとは、溶融金属用の柄杓を言う。インペラーとは羽車のことである。
滓(灰汁)とは、液体の底に溜まる沈殿物をいい、滓はその比重のため、溶湯内において、沈殿しやすく、溶湯の底に溜まる傾向にある。なお、金属アルミニウムの融点は、660.3°Cであり、ラドル、インペラー、溶湯の容器等は、高温耐熱用のものを使用する。
The molten metal refers to a metal in a liquid state that is melted at a high temperature, and is also simply called hot water. Here, the molten metal contains metallic aluminum as a main component. A ladle is a cassotte for molten metal. An impeller is an impeller.
The slag (lye) refers to a precipitate that collects at the bottom of the liquid, and because of its specific gravity, the slag tends to settle in the molten metal and tends to collect at the bottom of the molten metal. The melting point of metallic aluminum is 660.3 ° C, and the radle, impeller, molten metal container, etc. used are those for high temperature and heat resistance.

AlPとは、前述のようにリン化アルミニウムのことであり、以下のようにアルミニウム(Al)とリン(P)が反応して生じる。

4Al+P→ 4AlP

また、クラスターとは、原子や分子が分子間相互作用によって固まった集合体をいい、AlPクラスターとは、AlPが相互作用により固まった集合体である。
クラスターに働く分子間相互作用としては、「クーロン力(静電気力)」「ファンデルワールス力」「水素結合」等がある。なお、クラスターには「クラスタ」と表現している場合もあるが、同意語である。
AlP is aluminum phosphide as described above, and is generated by the reaction of aluminum (Al) and phosphorus (P) as described below.

4Al + P 4 → 4AlP

A cluster is an aggregate in which atoms and molecules are solidified by an intermolecular interaction, and an AlP cluster is an aggregate in which AlP is solidified by an interaction.
Intermolecular interactions acting on clusters include "Coulomb force (electrostatic force)", "Van der Waals force", and "hydrogen bond". The term "cluster" is sometimes used for clusters, but it is a synonym.

続いて、第2発明は、第1発明のストロンチウムの添加量を0.005%〜0.1%とする第1発明に記載のアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法である。 Subsequently, the second invention is a method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy according to the first invention, wherein the amount of strontium added in the first invention is 0.005% to 0.1%.

ストロンチウムの添加量 0.005%〜0.1%は、溶湯の重量に対する比率である。
アルミニウム合金では、機械的性質を向上させる目的及び引け巣を制御する目的でナトリウムやストロンチウムを添加することが行われるが、本願では添加物の1つであるストロンチウムの重量を溶湯重量に対し、0.005%〜0.1%とするものである。
The amount of strontium added 0.005% to 0.1% is a ratio to the weight of the molten metal.
In aluminum alloys, sodium and strontium are added for the purpose of improving mechanical properties and controlling shrinkage cavities, but in the present application, the weight of strontium, which is one of the additives, is set to 0 with respect to the weight of the molten metal. It is set to .005% to 0.1%.

続いて第3発明は、第1発明のフッ化物を、フッ化アルミニウム(AlF)またはフッ化ナトリウム(NaF)とする第1発明に記載のアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法である。 Subsequently, the third invention is a method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy according to the first invention, wherein the fluoride of the first invention is aluminum fluoride (AlF 3) or sodium fluoride (NaF). is there.

フッ化物は、アルミニウム合金介在物中の酸化物アルミニウムの濡れ性を阻害し、分離しやすくなると考えているため、フッ化アルミニウム(AlF)またはフッ化ナトリウム(NaF)を溶湯に添加し、AlPクラスターを除去するものである。 Since it is thought that fluoride inhibits the wettability of aluminum oxide in the aluminum alloy inclusions and facilitates separation, aluminum fluoride (AlF 3 ) or sodium fluoride (NaF) is added to the molten metal, and AlP is added. It removes the cluster.

フッ化アルミニウム(AlF)またはフッ化ナトリウム(NaF)のいずれも、加熱されると分解して、刺激性、腐食性のフッ化水素を発生する可能性がある危険物である。 Both aluminum fluoride (AlF 3 ) and sodium fluoride (NaF) are dangerous substances that can decompose when heated to generate irritating and corrosive hydrogen fluoride.

続いて第4発明は、第1発明に記載のインペラーの回転数を100rpm〜800rpmとする第1発明に記載のアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法である。 Subsequently, the fourth invention is a method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy according to the first invention, wherein the rotation speed of the impeller according to the first invention is 100 rpm to 800 rpm.

rpmは、「rotations per minute」の略で、1分間での回転数である。インペラーの回転数を100rpm〜800rpmとしたのは、実験結果での良好な値を提示したものであり、この数値に限定するものではない。 rpm is an abbreviation for "rotations per minute" and is the number of revolutions per minute. The impeller rotation speed of 100 rpm to 800 rpm is a good value in the experimental results, and is not limited to this value.

溶融アルミニウム合金中のAlPクラスターを除去するという目的をラドル内の溶湯にストロンチウム(Sr)を添加した後にフッ化物を添加してインペラーにより攪拌することにより実現した。アルミニウム合金の溶湯にストロンチウム(Sr)を添加すると、リン化ストロンチウム(Sr2)が形成される。形成されたリン化ストロンチウム(Sr2)は10乃至100個程度の原子が集合した程度のサイズのクラスターである。そのため、フッ化物を添加してインペラーで攪拌し、形成された滓を取り除くことにより、溶湯中からリン化ストロンチウム(Sr2)を除去することが可能である。すると溶湯中のリン(P)が取り除かれたことから、凝固時にAlPクラスターが形成されないために、溶解度がほとんど無くなった原子状の水素(H)は、自発的に溶湯の外に出ていく。その結果、鋳塊中の水素量は低減されるのである。 The purpose of removing AlP clusters in the molten aluminum alloy was realized by adding strontium (Sr) to the molten metal in the ladle, then adding fluoride, and stirring with an impeller. When strontium (Sr) is added to the molten aluminum alloy, strontium phosphate (Sr 3 P 2 ) is formed. The formed strontium phosphate (Sr 3 P 2 ) is a cluster having a size of about 10 to 100 atoms gathered together. Therefore, it is possible to remove strontium phosphate (Sr 3 P 2 ) from the molten metal by adding fluoride and stirring with an impeller to remove the formed slag. Then, since phosphorus (P) in the molten metal was removed, AlP clusters were not formed at the time of solidification, so that atomic hydrogen (H) having almost no solubility was spontaneously discharged to the outside of the molten metal. As a result, the amount of hydrogen in the ingot is reduced.

図1は、一般的な鋳造の態様を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a general casting mode. 図2は、本発明による溶湯中のAlP等クラスターを除去する方法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for removing clusters such as AlP in a molten metal according to the present invention.

以下に、本発明の実施例を挙げる。 Examples of the present invention are given below.

図1は、ルツボ1内に保持されている溶湯をラドル2により採取して、鋳型3に注湯する。図2は、本発明による溶湯中の非金属介在物とAlPクラスターを除去する方法を示した図である。ラドル2内の溶湯にストロンチウム4を添加した後にフッ化物5を添加しインペラー6により攪拌を行うものである。一般的な鋳造の態様を示した図である。 In FIG. 1, the molten metal held in the crucible 1 is collected by the radle 2 and poured into the mold 3. FIG. 2 is a diagram showing a method for removing non-metal inclusions and AlP clusters in a molten metal according to the present invention. After adding strontium 4 to the molten metal in the radle 2, fluoride 5 is added and the mixture is stirred by the impeller 6. It is a figure which showed the mode of general casting.

実験にはJIS規格のAC4CH合金を使用した。ルツボ内において740°Cで溶解した後、溶湯を、溶湯中の水素量を計測するための鋳型であるランズレー試験片の採取用鋳型に注湯した。
得られた試験片の水素量を分析したところ、0.81CC/100gAlと高い値であった。また、Pの含有量を分析したところ、9PPMと高い値であった。この溶湯をラドルで採取し、そこに0.04%のストロンチウムを添加した。また、溶湯中に90%以上のフッ化アルミニウムを含むフラックスを添加した。そして、エンペラーを浸漬して400rpmで10秒間回転させた。生成した滓の除去を行った後、溶湯と鋳鉄製の鋳型に注湯した。得られた鋳塊のリン(P)の含有量を分析したところ、3PPMと著しく低減していた。また、水素量を分析したところ、0.10CC/100gAlと著しく低減していた。
A JIS standard AC4CH alloy was used in the experiment. After melting at 740 ° C in the crucible, the molten metal was poured into a mold for collecting Landsley test pieces, which is a mold for measuring the amount of hydrogen in the molten metal.
When the amount of hydrogen in the obtained test piece was analyzed, it was as high as 0.81CC / 100gAl. Moreover, when the content of P was analyzed, it was as high as 9PPM. This molten metal was collected with a radle, and 0.04% strontium was added thereto. In addition, a flux containing 90% or more of aluminum fluoride was added to the molten metal. Then, the emperor was immersed and rotated at 400 rpm for 10 seconds. After removing the generated slag, hot water was poured into a molten metal and a cast iron mold. When the phosphorus (P) content of the obtained ingot was analyzed, it was remarkably reduced to 3 PPM. Moreover, when the amount of hydrogen was analyzed, it was remarkably reduced to 0.10CC / 100gAl.

本発明に係る溶湯中のAlPクラスターを除去する方法は、鋳塊に形成されるガス気泡が極めて少ないという利点がある。このため、産業上の利用の可能性がある。 The method for removing AlP clusters in the molten metal according to the present invention has an advantage that the number of gas bubbles formed in the ingot is extremely small. Therefore, there is a possibility of industrial use.

1 ルツボあるいは保持炉
2 ラドル
3 鋳型
4 ストロンチウム(Sr)
5 フッ化物
6 インペラー
1 crucible or holding furnace 2 radles 3 mold 4 strontium (Sr)
5 Fluoride 6 Impeller

Claims (4)

注湯直前のラドル内の溶湯に所定量のストロンチウムを添加することと、その溶湯にフッ化物を添加することと、その溶湯にインペラーを浸漬させて、所定の回転数で回転させることと、その溶湯の表面上に生成された滓(灰汁)を除去することを特徴とするアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法。 Adding a predetermined amount of strontium to the molten metal in the ladle just before pouring, adding fluoride to the molten metal, immersing the impeller in the molten metal, and rotating it at a predetermined rotation speed. A method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy, which comprises removing slag (lye) generated on the surface of the molten metal. ストロンチウムの添加量を0.005%〜0.1%とする請求項1に記載のアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法。 The method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy according to claim 1, wherein the amount of strontium added is 0.005% to 0.1%. フッ化物を、フッ化アルミニウム(AlF)またはフッ化ナトリウム(NaF)とする請求項1に記載のアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法。 The method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy according to claim 1, wherein the fluoride is aluminum fluoride (AlF 3) or sodium fluoride (NaF). 請求項1のインペラーの回転数を100rpm〜800rpmとする請求項1に記載のアルミニウム合金の溶湯中のAlPクラスターを除去する方法。 The method for removing AlP clusters in a molten aluminum alloy according to claim 1, wherein the impeller rotation speed of claim 1 is 100 rpm to 800 rpm.
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