JP2680841B2

JP2680841B2 - アルミニウム溶湯濾過用フィルターカートリッジ及びそれを用いた濾過装置

Info

Publication number: JP2680841B2
Application number: JP63183946A
Authority: JP
Inventors: 隆之杉山; 辰司鈴木; 治山川
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JPH0234732A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はアルミニウム溶湯中から固形不純物を濾過す
るためのアルミニウム溶湯濾過用フィルターカートリッ
ジ及びそれを用いた濾過装置に関する。

（従来の技術）アルミニウムの薄板や箔はアルミニウム溶湯をインゴ
ットに鋳造し、これを圧延して製造される。この場合、
アルミニウム溶湯中に混入した金属酸化物や耐火物の微
小破片等の固形不純物を除去するために、近年、例えば
炭化珪素やアルミナ等の骨材粒子をSiO₂系の無機質結合
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。この濾材は例
えばパイプ状に成形され、耐熱性に優れたSiO₂結合の炭
化珪素等により形成した一対の側板間にその両端部が側
板に嵌合されるように組み立てられると共に、その嵌合
部分を耐火性モルタルにてシール・固定してフィルター
カートリッジとして構成され、これが例えばSiO₂結合の
炭化珪素等により形成した濾過槽内に装着されて濾過作
業が行われるのである。また、前述の耐火性モルタル
は、作業性を重視して塑性に優れるカオリンを多量に含
んだものが使用されるのが一般的であった。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述の濾材を使用してアルミニウム溶
湯から固形不純物を十分に除去しても、ときにはインゴ
ットの圧延過程でクラックが発生したり、メモリー用デ
ィスクの基板を製造したときには読出し信号に乱れを生
じさせたりするという問題が残されていた。

これは、アルミニウムが極めて還元力が大きな金属で
あるため、アルミニウム溶湯が流れる濾材中のSiO₂が還
元されて遊離シリコンとしてアルミニウム溶湯中に混入
するためと考えられる。即ち、従来の濾材は、骨材粒子
相互を結合させるための無機質結合材中に比較的多量
（全体の10〜50重量％）のSiO₂を含む。これが例えばア
ルミニウム溶湯に晒されると、SiO₂が金属アルミニウム
と反応して遊離シリコンを生成して溶湯内に混入し、こ
れが圧延過程におけるクラック発生等の原因となるので
ある。また、フィルターカートリッジを構成する側板
は、SiO₂結合の炭化珪素により形成され、またフィルタ
ーカートリッジを収容する濾過槽は、SiO₂を含んだ定形
耐火物又は不定形耐火物で形成されていたために、その
結合組織中のSiO₂がアルミニウム溶湯によって還元され
て溶湯中に混入する。更に、側板とフィルターカートリ
ッジとの間をシールするための耐火性モルタル中にはカ
オリン（Al₂O₃・SiO₂・２H₂O）が含まれるから、このカ
オリンもアルミニウム溶湯と反応して遊離シリコンを生
成するのである。しかも、このようにフィルターカート
リッジや濾過槽の構成材料がアルミニウム溶湯と反応す
ることは、アルミニウム溶湯により浸蝕を受けることを
意味するから、それらの寿命も短くするという問題を生
じる。

そこで、本発明の目的は、アルミニウム溶湯が遊離シリ
コンの混入により汚染されることを未然に防止できると
共に、長寿命化も併せて図ることができるアルミニウム
溶湯濾過用フィルターカートリッジ及びそれを用いた濾
過装置を提供するにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明のアルミニウム溶湯濾過用フィルターカートリ
ッジは、対向状態に配置した側板間に、フィルターパイ
プをその両端部が側板に嵌合されるようにして配置する
と共に、側板にフィルターパイプ内に連通するように通
湯口を形成し、そのフィルターパイプと側板との嵌合部
分を耐火性モルタルによりシールして構成し、前記フィ
ルターパイプ、前記側板及び前記耐火性モルタルを次の
通りの材料により形成したところに特徴を有する。

（ａ）フィルターパイプ炭化珪素、窒化珪素、電融アルミナ及び焼結アルミナ
のうちの１種または２種以上の骨材粒子をその100重量
部に対し４〜20重量部の無機質結合材により結合させた
ものであって、その無機質結合材の原料組成が、B₂O₃15
〜80重量％、Al₂O₃２〜60重量％並びにCaO及びMgOの一
方又は双方の総量が５〜50重量％である組成物（ｂ）側板窒化珪素結合の炭化珪素やアルミナ質レンガ等の、Si
O₂の含有量が全体の５重量％以下の耐火物（ｃ）耐火性モルタル微粉アルミナを無機質結合材により結合してなり、そ
の無機質結合材の原料組成が、B₂O₃15〜80重量％、Al₂O
₃２〜60重量％並びにCaO及びMgOの一方又は双方の総量
が５〜50重量％である組成物また、上述のように構成したアルミニウム溶湯濾過用
フィルターカートリッジを、濾過槽内に装着してアルミ
ニウム溶湯用濾過装置を構成する場合、その濾過槽の少
なくとも内面は窒化珪素結合の炭化珪素やアルミナ質レ
ンガ等の、SiO₂の含有量が全体の５重量％以下の耐火物
により形成することが好ましい。

（作用）アルミニウム溶湯の遊離シリコンによる汚染はアルミ
ニウム溶湯が接触する材料中に含まれるSiO₂の量が多い
ほど顕著になる。

この点に関し、上記のフィルターカートリッジを構成
するフィルターパイプには、骨材粒子には勿論、無機質
結合材中にもSiO₂を含まない。また、側板を窒化珪素結
合の炭化珪素やサイアロン結合の炭化珪素により形成し
たときには、従来のSiO₂結合の炭化珪素とは異なりSiO₂
含有量はほとんど０である。また、側板にSiO₂の含有量
が５重量％以下のアルミナ質レンガ等の耐火物を使用し
た場合も、従来のSiO₂結合の炭化珪素に比べてSiO₂含有
量は極めて少なくなる。更に、耐火性モルタルの無機質
結合材にも、フィルターパイプのそれと同様にSiO₂が含
まれない。従って、上記手段の構成のフィルターカート
リッジによれば、アルミニウム溶湯が接触する可能性の
ある材料中にはほとんどSiO₂が含まれないことになり、
還元された遊離シリコンがアルミニウム溶湯中に混入す
ることを防ぐことができる。

更に、かかるフィルターカートリッジを用いてアルミ
ニウム溶湯用濾過装置を構成するに際し、フィルターカ
ートリッジを収容する濾過槽の少なくとも内面を窒化珪
素結合の炭化珪素やアルミナ質レンガ等のSiO₂の含有量
が全体の５重量％以下の耐火物とすれば、アルミニウム
溶湯が供給される濾過槽自体からのシリコンの流出を防
止でき、アルミニウム溶湯の汚染を一層確実に抑制でき
る。

ここで、フィルターパイプの骨材粒子としては、アル
ミニウム溶湯に侵されず、適切な粒度のものが容易に入
手できることが必要であるが、炭化珪素、窒化珪素、電
融アルミナ及び焼結アルミナがそれらの条件を満たす。
斯かる骨材粒子100重量部に対し無機質結合材を４〜20
重量部とするのは、それが４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
の最適な添加量は上述の範囲内で骨材粒径に応じて異な
る。

一方、フィルターパイプ及び耐火性モルタルを構成す
るための無機質結合材の構成成分のうち、B₂O₃は、アル
ミニウム溶湯に対して濡れ性が悪く耐蝕性に優れた成分
であるがB₂O₃自身では溶融温度が低く、溶融状態での粘
性が低く、高温での蒸発の問題がある。そこで溶融アル
ミニウムと反応しないAl₂O₃、CaO及びMgO等を添加して
より安定なガラス質を形成して骨材粒子を結合させる。
それらの成分は、B₂O₃が15〜80重量％、Al₂O₃が２〜60
重量％並びにCaO及びMgOの一方又は双方の総量が５〜50
重量％であることが必要で、それ以外の範囲ではガラス
質を構成することが困難となる。また、Al₂O₃が２重量
％未満或いはCaO及びMgOの一方又は双方の総量が５重量
％未満では適切なガラス状態が得られず、Al₂O₃が60重
量％以上、CaO及びMgOの一方又は双方の総量が50重量％
以上では無機質結合材の溶融温度が上昇して焼成温度を
高める必要があるため、焼成時にB₂O₃の飛散量が急増し
てしまうという問題を生ずる。

また、側板を構成するためのSiO₂の含有量が５重量％
以下の耐火物としては、窒化珪素結合の炭化珪素、サイ
アロン結合の炭化珪素の他、リン酸アルミニウムを無機
質結合材としてアルミナ骨材を結合させた高アルミナレ
ンガ、フィルターパイプと同等な無機質結合材によりア
ルミナ骨材を結合させた高アルミナレンガ又はアルミナ
粒子を自己焼結させた高アルミナレンガ、或いはスピネ
ル質の耐火物等が使用できる。

尚、耐火性モルタルのアルミナ微粉は、60メッシュ以
下であることが強度等の点から好ましく、またアルミナ
微粉と無機質結合材との配合比は、前者が95重量％、後
者が５重量％であることが最も好ましい。

（実施例）以下本発明の実施例につき図面を参照して述べる。

まず、フィルターカートリッジの材質についての試験
結果を述べる。各試験品において骨材粒子は14〜28メッ
シュの焼結アルミナを使用している。無機質結合材は次
表に示す組成になるように添加し、骨材粒子、有機バイ
ンダー及び水と共に混練した後、パイプ状に成形・乾燥
して焼成した。焼成後、骨材粒子の結合状態を観察し、
カサ比重、曲げ強度、アルミニウム合金5056の溶湯中に
24時間浸漬後の残存強度及び上記溶湯への流出成分を測
定し、総合評価を与えた。その結果を次の第１表ないし
第８表に示す。尚、各試験品の焼成温度は、試験品No.1
〜10が1400℃、同No.11〜20が1250℃、同No.21〜42が13
50℃である。

ここで、第１表及び第２表は、無機質結合材がB₂O₃−
Al₂O₃−CaOの３成分系である場合を示し、第３表及び第
４表は、無機質結合材がB₂O₃−Al₂O₃−MgO 3成分系であ
る場合を示す。試験品No.6,16はB₂O₃が過少でAl₂O₃が過
多であり、同No.7,17はB₂O₃が、同No.8,18はAl₂O₃が夫
々過多であると考えられる。また、試験品No.9,19は無
機質結合材添加量が過少で、同No.10,20はそれが過多で
あると考えられる。

一方、第５表ないし第８表は、無機質結合材がB₂O₃−
Al₂O₃−CaO−MgOの４成分系である場合を示している。
第８表中、試験品No.40は大きな強度を有するが、これ
は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。無機質結合材の割合いが過剰であるためと
考えられる。逆に、試験品No.39は強度の点から実用的
ではなく、これは無機質結合材の割合いが不足して結合
力が小さいためと考えられる。また、試験品No.38で
は、B₂O₃が少ないため適切なガラス質が形成されず、強
度の面で不足である。

これに対し、試験品No.1〜5,11〜15,21〜37は、「問
題点を解決するための手段」に記したフィルターパイプ
の組成の範囲内にあり、各表に示すように実用上十分な
曲げ強度を有すると共に、アルミニウム合金溶湯の汚染
はほとんどなく、且つ溶湯による無機質結合材の浸蝕は
極めて少なかった。また、溶湯に24時間浸漬後の残存強
度も大きいものであった。

さて、次に以上のような組成のフィルターパイプを使
用してアルミニウム溶湯用フィルターカートリッジ及び
これを使用した濾過装置についての一実施例を図面を参
照して説明する。

まず、濾過装置の全体構成は図に示す通りで、濾過槽
１の開放上面に蓋２を配置してなり、両者ともに鋼製の
箱体３、断熱材４及び内張りレンガ５からなる３層構造
となっている。濾過槽１の図示左側の側壁にはアルミニ
ウム溶湯の入湯口６が形成され、右側の側壁には出湯口
７が形成されている。そして、濾過槽１内には、通湯口
8a,9aを有する仕切壁8,9が設けられて内部空間が３室に
仕切られ、その中央にアルミニウム溶湯濾過用フィルタ
ーカートリッジ10（以下単に「フィルターカートリッジ
10」と称す）が収容されている。

このフィルターカートリッジ10は、対向状態に配置し
た一対の側板11,11間に、多数本のフィルターパイプ12
（２本のみを図示する）を配置した構成で、フィルター
パイプ12の両端部が側板11に形成した嵌合口11aに嵌合
され、その嵌合部分は耐火性モルタル13によってシール
・固定されている。一方、図示右側の側板11の嵌合口11
aには、フィルターパイプ12内に連通するように通湯口1
4が形成され、フィルターパイプ12の周壁を通って濾過
されたアルミニウム溶湯がここから流出するようになっ
ている。そして、このような構成としたフィルターカー
トリッジ10は、濾過槽１の両仕切壁8,9間に配置され、
仕切壁８と左側の側板11との間に楔15を打ち込むことに
より、右側の側板11をパッキン16を介して仕切壁９側に
圧接させている。これにより、入湯口６から濾過槽１内
に供給されたアルミニウム溶湯は、仕切壁８の通湯口8a
を通って中央の部屋に流入し、ここでフィルターパイプ
12の周壁を通って濾過されながらその内部に流入し、フ
ィルターパイプ12内から仕切壁９の通湯口9aを通って右
側の部屋に流入し、最後に出湯口７を通って濾過槽１か
ら流出するようになっている。

以上の構成のうち、フィルターパイプ12の材質は、前
記した試験品のうち例えば試験品番号No13のものを使用
し、側板11は窒化珪素結合の炭化珪素（日本碍子株式会
社製「クリストン」（登録商標））を使用した。また、
耐火性モルタル13は、60メッシュ以下のアルミナ微粉が
95重量％、フィルターパイプ12の無機質結合材と同配合
のものを５重量％とし、これらをCMC等の有機バインダ
ーと共に混練したものを使用した。また、内張りレンガ
５は、側板11と同材質である。

このような濾過装置に、約2tのアルミニウム合金6063
を供給し、定期的にシリコン濃度を測定した。その結果
を次の第９表に記す。尚、ここで従来装置とは、フィル
ターパイプ12は骨材粒子をSiO₂系の無機質結合材により
結合させたもので、側板はSiO₂結合の炭化珪素等により
形成され、耐火性モルタルの無機質結合材はカオリンを
主体とし、濾過槽はSiO₂結合の炭化珪素により形成した
ものである。

上表に示すように、本実施例によれば、シリコンの溶
出量を従来に比べて著しく減少させることができる。こ
れにより、アルミニウムインゴットの圧延工程でクラッ
クが発生したり、メモリー基板としたときに読み出し信
号に乱れが生じたりすることを防止することができるも
のである。

尚、上記実施例では、フィルターパイプ12の材質とし
ては試験品No.13のものを使用したが、本発明はこれに
限らず、上述した試験品No.1〜5,11〜15,21〜37のも
の、或いはその他の本発明の範囲内にあるものを適宜選
択して使用することができる。また、試験データは省略
するが、側板11の材質としてSiO₂の含有量が５重量％以
下のアルミナ質レンガ等の耐火物を使用した場合でも、
上記実施例と同等なシリコン溶出量に抑えることができ
た。

また、アルミニウム溶湯はフィルターパイプを集中的
に流れるから、この部分のSiO₂量を抑えることが最も効
果的であり、そのようなフィルターパイプを使用した本
発明のフィルターカートリッジを従来と同様な濾過槽内
に配置するだけでも、シリコン溶出を用途によっては実
用上問題のない程度の抑えることができるものである。

［発明の効果］以上述べたように、本発明のフィルターカートリッジ
によれば、それを構成するフィルターパイプ、側板及び
耐火性モルタルの各構成要素のSiO₂含有量を著しく少な
くできるので、アルミニウム溶湯内に遊離シリコンが混
入することを大幅に抑制でき、もってインゴットの圧延
時におけるクラックやピンホールの発生或いはメモリー
ディスクに加工したときの読み出し信号の乱れの発生等
を確実に防止できる。また、このフィルターカートリッ
ジを装着する濾過槽を窒化珪素結合の炭化珪素やアルミ
ナ質レンガ等のSiO₂の含有量が全体の５重量％以下の耐
火物とするときには、アルミニウム溶湯の遊離シリコン
による汚染を一層確実に防止することができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図である。図中、１は濾過槽、10はフィルターカートリッジ、11は
側板、12はフィルターパイプ、13は耐火性モルタルであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭48−6912（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−12453（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−39564（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−13444（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−36347（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向状態に配置した側板間に、フィルター
パイプをその両端部が側板に嵌合されるようにして配置
すると共に、前記側板に前記フィルターパイプ内に連通
するように通湯口を形成し、前記フィルターパイプと側
板との嵌合部分を耐火性モルタルによりシールして構成
したものにおいて、前記フィルターパイプ、前記側板及
び前記耐火性モルタルを次の通りの材料により形成した
ことを特徴とするアルミニウム溶湯濾過用フィルターカ
ートリッジ。（ａ）フィルターパイプ炭化珪素、窒化珪素、電融アルミナ及び焼結アルミナの
うちの１種または２種以上の骨材粒子をその100重量部
に対し４〜20重量部の無機質結合材により結合させたも
のであって、その無機質結合材の原料組成が、B₂O₃15〜
80重量％、Al₂O₃２〜60重量％並びにCaO及びMgOの一方
又は双方の総量が５〜50重量％である組成物（ｂ）側板窒化珪素結合の炭化珪素やアルミナ質レンガ等の、SiO₂
の含有量が全体の５重量％以下の耐火物（ｃ）耐火性モルタル微粉アルミナを無機質結合材により結合してなり、その
無機質結合材の原料組成が、B₂O₃15〜80重量％、Al₂O₃
２〜60重量％並びにCaO及びMgOの一方又は双方の総量が
５〜50重量％である組成物
【請求項２】濾過槽内に供給されたアルミニウム溶湯を
濾過するためのものであって、前記濾過槽内に特許請求
の範囲第１項のアルミニウム溶湯濾過用フィルターカー
トリッジを備え、前記濾過槽の少なくとも内面は窒化珪
素結合の炭化珪素やアルミナ質レンガ等の、SiO₂の含有
量が全体の５重量％以下の耐火物であることを特徴とす
るアルミニウム溶湯用濾過装置。