JP2636402B2 - 金属溶湯用濾材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は金属溶湯中から固形不純物を濾過するための
金属溶湯用濾材に関する。

（従来の技術） 金属の薄板や箔は金属溶湯をインゴットに鋳造し、こ
れを圧延して製造される。ところが、金属溶湯に含まれ
る金属酸化物や耐火物の微小破片等の固形不純物がその
ままインゴット中に混入すると、これを圧延して薄板や
箔等を製造する過程でピンホールや表面欠陥が発生する
ことがある。これを防ぐには、溶湯中から固形不純物を
除去する必要があり、そのために、従来、ガラスクロ
ス、アルミナボール或はセラミックフォーム等を溶湯濾
過用のフィルターとして使用していた。

ところが、ガラスクロスは早期に目詰まりし易く、ま
たアルミナボールは一旦捕獲した不純物が再流出し易い
ため濾過精度に劣り、更にセラミックフォームは気孔径
が大きいため微細な不純物を十分に濾過できないという
欠点がある。

そこで、近年、例えば特開昭48−6912号公報或は特公
昭52−22327号公報に記載されるように、アルミナ等の
骨材粒子を無機質結合材により結合させて骨材粒子間に
無数の微細連続気孔を形成した構成の濾材が使用されつ
つある。これによれば目詰まりを長期間にわたり防止で
き、また捕獲した固形不純物の再流出がなく、しかも気
孔径を適切になし得て精密な濾過が可能になるという利
点がある。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この種の分野でも近年著しく高純度化が要
望されつつある。例えば、コンデンサの電極箔、磁気デ
ィスク基板或いは半導体材料に使用されるアルミニウム
は、99.99％以上、ときには99.999％以上という高純度
が要望され、極微量の不純物も確実に除去しなくてはな
らない。

しかしながら、上記した従来の濾材は無機質結合材中
に比較的多量のSiO₂やCa分を含むため、その濾材を使用
して金属溶湯から固形不純物を十分に除去したとして
も、無機質結合材中のシリコンやカルシウム等が金属溶
湯中に溶出して溶湯の純度を低下させるという問題があ
った。即ち、無機質結合材中のSiO₂やCa分は、アルミニ
ウム溶湯に晒されると、SiO₂については金属アルミニウ
ムとの反応により遊離シリコンを生成して溶湯内に溶出
し、Ca分については金属溶湯との反応性はないものの容
易に溶湯内に混入してしまうのである。

そこで、本発明の目的は、固形不純物の除去を確実に
なし得ることは勿論のこと、無機質結合材の構成成分に
より金属溶湯が汚染されることも極力防止でき、もって
高純度濾過を可能にできる金属溶湯溶濾材を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の金属溶湯用濾材は、電融アルミナ及び焼結ア
ルミナのうちの１種又は２種以上の骨材粒子を無機質結
合材により結合させた構成であって、その無機質結合材
を、リンを含有する化合物とアルミナ微粒子とから構成
されるようにし、その無機質結合材の重量比を骨材粒子
100重量部に対して５〜20重量部となるようにしたとこ
ろに特徴を有する。

（作用） 上記手段の金属溶湯用濾材によれば、無機質結合材は
リンを含有する化合物及びアルミナからなり、SiO₂を含
まないので、遊離シリコンに起因する溶湯汚染は確実に
防止することができる。また、無機質結合材中にCa分が
含まれた場合でも、リンの存在によりCa分の金属溶湯へ
の流出が素子される。しかも、この無機質結合材は十分
な結合強度を有し、後述する実施例にて例証されるよう
に濾材として十分に足る強度を与える。

ここで、骨材粒子として電極アルミナまたは焼結アル
ミナが必要であるが、アルミナの純度の点で焼結アルミ
ナがより望ましい。また、骨材粒子100重量部に対し無
機質結合材を５〜20重量部とするのは、それが５重量部
未満では骨材粒子間の結合力が不足して骨材粒子の欠落
が生じ、20重量部を越えると骨材粒子間の空隙を無機質
結合材が埋めてしまって濾過効率が低下するからであ
る。尚、無機質結合材の最適な含有量は上述の範囲内で
骨材粒径に応じて異なる。

なお、リンを含有する化合物を含むように無機質結合
材を構成するためには、リン酸アルミニウム、リン酸リ
チウム、リン酸マグネシウム、リン酸マンガン、リン酸
カリウム、リン酸カルシウム、リン酸ストロンチウム、
リン酸セリウム、リン酸タリウム、リン酸鉄、リン酸
鉛、リン酸バリウム等のリン酸の金属化合物或いはリン
酸、リン酸アンモニウム、リン酸化合物等のリン化合物
を出発原料として焼成すれば良い。無機質結合材のう
ち、リンを含有する化合物とアルミナ微粒子との構成比
は、広範囲に許容されるが、それらの化合物中に含まれ
るリンを例えばP₂O₅に換算した部分が無機質結合材全体
に対して５〜60重量％であることが好ましい。５重量％
以下では濾材の強度が低下する傾向を呈し、60重量％以
上ではリンの溶出量が多くなる傾向を呈するからであ
る。また、アルミナ微粒子は細かいほど好結果が得られ
るが、中でも平均粒子径が１μ以下であることがより好
ましい。反応性が高くなるためと考えられる。

（実施例） 以下本発明のいくつかの実施例につき述べる。

（１）実施例群Ａ ここでは、骨材粒子と無機質結合材との適切な重量比
が明らかにされる。

実施例１〜４及び比較例1,2において骨材粒子として
は14〜28メッシュの焼結アルミナを使用している。無機
質結合材の組成は、P₂O₅換算重量が20％、その他の大部
分が平均粒子径0.6μのアルミナ微粒子である。骨材粒
子の100重量部に対し、無機質結合材が次表の通りにな
るように原料を調整して成形・乾燥後、1300℃にて焼成
した。焼成後、骨材粒子の結合状態を観察し、曲げ強
度、アルミニウム溶湯への溶出成分を測定し、総合評価
を与えた。

上表から明らかなように、各実施例１〜４とも実用上
十分な曲げ強度を有するものであった。また、試験結果
は掲げていないが、Ca,Na,K,Si,Fe,B,Pの溶出量は全て1
PPM以下で、アルミニウム溶湯の汚染はほとんどないと
いえた。無機質結合材中のＰの存在によりそれらの不純
元素の溶出が抑制されていると考えられる。

これらの実施例からは、無機質結合材の重量比は、骨
材粒子100重量部に対して５〜20重量部であることが望
ましいことが明らかにされた。尚、第１表中、比較例２
は大きな強度を有するが、これは無機質結合材の割合い
が過剰であるため、骨材粒子間の隙間が無機質結合材に
より埋められて目詰まり状態を呈しており、濾過性能の
点から実用に供し得なかった。逆に、比較例１では、無
機質結合材の割合いが不足して結合力が小さいため、強
度の点から実用的ではなかった。

（２）実施例群Ｂ ここでは、リンを含有する化合物の無機質結合材中に
おけるより望ましい構成比が明らかにされる。

実施例５〜11において骨材粒子としては14〜28メッシ
ュの焼結アルミナを使用している。骨材粒子100重量部
に対し、無機質結合材は12重量部であり、その組成はリ
ンを含有した化合物と平均粒子径0.6μのアルミナ微粒
子とからなる。無機質結合材100重量部に対するリン含
有化合物の重量比（P₂O₅への換算重量に基づく）が夫々
第２表の通りになるように原料を調整して成形・乾燥
後、1300℃にて焼成した。焼成後、骨材粒子の結合状態
を観察し、曲げ強度、アルミニウム溶湯への溶出成分を
測定し、総合評価を与えた。尚、溶出成分の測定方法
は、純度99.9％のアルミニウム溶湯10重量部に対し濾材
材料の１重量部を750℃で48時間浸漬して溶湯中の各成
分を分析した。溶出量は、浸漬前後の各成分の分析値の
差をとり、１時間当りとして算出している。

第２表から明らかなように、各実施例５〜11とも実用
上十分な曲げ強度を有するばかりか、不純元素の溶出量
は低く抑えることができた。無機質結合材中のＰの存在
によりそれらの不純元素の溶出が抑制されていると考え
られる。また、一般的には、無機質結合材100重量部に
対するリン含有化合物のP₂O₅換算量は、５〜60重量部の
範囲にあることが好ましいと考えられている。５重量部
に満たないときには曲げ強度が不足傾向を呈し、60重量
部以上のときにはリンの溶出量が1PPMを越えてしまうこ
とがあるためである。但し、金属溶湯の要求される純度
によっては、その範囲を外れても使用可能であろう。

（３）実施例群Ｃ ここでは、無機質結合材の出発原料として第１リン酸
アルミニウム（Al₂O₃・3P₂O₅・6H₂O）と微粒子アルミナ
との組み合わせが好適すること、及び、その場合におい
て無機質結合材中のP₂O₅に換算したリン含有化合物のよ
り望ましい構成比が明らかにされる。

実施例12〜18において骨材粒子としては14〜28メッシ
ュの焼結アルミナを使用している。骨材粒子100重量部
に対し、無機質結合材は15重量部であり、その出発原料
は第１リン酸アルミニウムと平均粒子径0.9μの易焼結
アルミナである。無機質結合材100重量部に対するリン
含有化合物のP₂O₅換算量が夫々第３表の通りになるよう
に原料を調整して成形・乾燥後、1350℃にて焼成した。
焼成後、骨材粒子の結合状態を観察し、曲げ強度、アル
ミニウム溶湯への溶出成分を測定し、総合評価を与え
た。尚、溶出成分の測定方法は、実施例群Ｂと同一であ
る。

第３表から明らかなように、各実施例12〜18とも実用
上十分な曲げ強度を有するばかりか、不純元素の溶出量
は低く抑えることができた。無機質結合材中のＰの存在
によりそれらの不純元素の溶出が抑制されていると考え
られる。従って、無機質結合材の出発原料として、リン
酸、リン酸アンモニウム或いはリン酸化物等のリン酸以
外の金属元素を含まないリン含有化合物を単独で使用し
なくても、第１リン酸アルミニウムのようなリン以外の
金属を含有するリン化合物も同様に採用できることが明
らかである。また、この場合には、無機質結合材100重
量部に対するリン含有化合物P₂O₅換算量は５〜80重量部
の範囲にあることが好ましいと考えられる。５重量部に
満たないときには曲げ強度が不足傾向を呈し、80重量部
以上のときにはリンの溶出量が1PPMを越えてしまうから
である。金属溶湯の要求される純度によっては、その範
囲を外れても使用可能であろうことは勿論である。

（４）実施例群Ｄ ここでは、無機質結合材の出発原料として第１リン酸
アンモニウムとリン酸マグネシウム・アンモニウムとの
混合物が好適なこと、及びそれらを出発原料とした場合
における無機質結合材中のより望ましい構成比が明らか
にされる。

実施例19〜24において骨材粒子としては24メッシュの
電融アルミナを使用している。骨材粒子100重量部に対
し、無機質結合材は18重量部であり、その出発原料は等
モル比の第１リン酸アンモニウム及びリン酸マグネシム
・アンモニウム、並びに平均粒子径0.6μの易焼結アル
ミナである。無機質結合材100重量部に対するリン含有
化合物のP₂O₅換算量が夫々第４表の通りになるように原
料を調整して成形・乾燥後、1350℃にて焼成した。焼成
後、骨材粒子の結合状態を観察し、舞げ強度、アルミニ
ウム溶湯への溶出成分を測定し、総合評価を与えた。
尚、溶出成分の測定方法は、実施例群Ｂと同一である。

第４表から明らかなように、各実施例19〜24とも実用
上十分な曲げ強度を有し、不純元素の溶出量は低く抑え
ることができた。無機質結合材中のＰの存在によりそれ
らの不純元素の溶出が抑制されていると考えられる。従
って、無機質結合材の出発原料として、リン以外の金属
元素を含まないリン含有化合物（この場合、第１リン酸
アンモニウム）と、リン酸マグネシウム・アンモニウム
のようなリン以外の金属を含有するリン含有化合物との
混合物を同様に採用できることが明らかである。更に、
この場合、無機質結合材100重量部に対するP₂O₅換算量
は、５〜60重量部の範囲にあることが好ましいと考えら
れる。５重量部に満たないときには曲げ強度が不足傾向
を呈し、60重量部以上のときにはリンの溶出量が1PPMを
越えてしまうからである。金属溶湯の要求される純度に
よっては、その範囲を外れても使用可能であろうことは
勿論である。

［発明の効果］ 本発明は以上述べたように、無機質結合材中にSiO₂を
含まず、また他の不純元素も無機質結合材中のＰの存在
により溶出が抑えられるから、その構成成分により金属
溶湯が汚染されることを防止でき、しかも十分な強度を
確保できるという優れた効果を奏するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−147159（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−218750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−259870（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−127168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−181833（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電融アルミナ及び焼結アルミナのうちの１
   種又は２種以上の骨材粒子を無機質結合材により結合さ
   せたものにおいて、前記無機質結合材を、リンを含有す
   る化合物とアルミナ微粒子とから構成されるようにし、
   その無機質結合材の重量比を前記骨材粒子100重量部に
   対して５〜20重量部となるようにしたことを特徴とする
   金属溶湯用濾材。