JP2945160B2 - 金属溶湯用濾材 - Google Patents

金属溶湯用濾材

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JP2945160B2
JP2945160B2 JP3089853A JP8985391A JP2945160B2 JP 2945160 B2 JP2945160 B2 JP 2945160B2 JP 3089853 A JP3089853 A JP 3089853A JP 8985391 A JP8985391 A JP 8985391A JP 2945160 B2 JP2945160 B2 JP 2945160B2
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治 山川
常夫 古宮山
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属溶湯、特にアルミニ
ウム溶湯中に含まれる不純物(介在物)を濾過するに適
した金属溶湯用濾材に関する。
【0002】
【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、これを圧延することにより製造される。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、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。
【0003】ところが、ガラスクロスは安価であるが早
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。
【0004】そこで、例えば特公昭52−22327号
公報に示されるように、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ
等の骨材粒子を、10重量%以上SiO2を含有すると
ともにB23 を所定量含有した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
成のチューブ状の多孔質の濾材が使用されつつある。こ
の濾材によれば、上記した他のフィルターに比較して濾
過性能が優れており、目詰まりを長期間にわたり防止で
き、また捕獲した不純物の流出がなく、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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
52−22327号公報に示されるチューブ状濾材は、
無機質結合材中のSiO2 含有量が多く、その場合には
長期間の使用に際し、結合材がアルミニウム溶湯と反応
するという問題があることがわかってきた。すなわち、
チューブ状濾材の結合材部分がアルミニウム溶湯に浸蝕
されて、Si、B等の結合材成分がアルミニウム溶湯中
に溶出してくるのである。このようなSi、B等の結合
材成分の溶出は、アルミニウム製品の品質や歩留りを低
下させる。また、結合材成分の溶出により、濾材組織が
破壊され、チューブ状濾材の強度を低下させ、その結
果、長期間の使用中にアルミニウム溶湯内で崩壊して使
用不可能の状態が生ずるという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、濾過性能に優れるとともに、長期間の使用に際して
もアルミニウム溶湯等の金属溶湯との反応を最小限に抑
え、結合材成分の金属溶湯中への溶出を防止した金属溶
湯用濾材を提供することにある。
【0007】そしてその目的は、本発明によれば、セラ
ミック骨材粒子100重量部に対し無機質結合材4〜2
0重量部を添加混合してなる多孔質の濾材であって、該
結合材として、Al23が20〜60重量%、SiO2
5〜10重量%であり、かつB23とSiO2の合計
で10〜50重量%を含有するとともに、アルカリ土類
金属酸化物または希土類元素酸化物をさらに含有してな
ることを特徴とする金属溶湯用濾材、により達成するこ
とができる。
【0008】また本発明においては、セラミック骨材粒
子としてAl23 、SiC、Si34 およびZrO
2 からなる群から選ばれる少なくとも1種以上からなる
骨材粒子を用いることが、アルミニウム溶湯などの溶融
金属との反応を少なくすることができ、好ましい。又、
アルカリ土類金属酸化物または希土類元素酸化物とし
て、BeO、MgO、CaO、SrO、BaOおよびC
23 からなる群から選ばれる少なくとも1種以上を
含むことも、濾材の焼成温度を適正なものとする点で好
ましい。さらに、本発明の金属溶湯用濾材の3点曲げ抗
折強度は、50kgf/cm2 以上であることが好まし
い。
【0009】
【作用】本発明の金属溶湯用濾材は、特に結合材とし
て、Al23が20〜60重量%、SiO25〜10
重量%であり、かつB23とSiO2の合計で10〜5
0重量%を含有するとともに、アルカリ土類金属酸化物
または希土類元素酸化物をさらに含有することを特徴と
する。このような結合材組成を用いることにより、本発
明の濾材は微細な介在物の捕集性に優れ、しかもアルミ
ニウム溶湯等の金属溶湯との反応を最小限に抑え、結合
材成分の金属溶湯中への溶出を防止することができるも
のである。
【0010】本発明では、結合材中においてAl23
は20〜60重量%含有される。20重量%未満では、
溶融金属(金属溶湯)との濡れ性が悪くなり(例えば、
Alとくっつかず)、濾材として使用した場合、溶融金
属が浸透しない。Al23が60重量%を超える場合
には、結合材の融点が高くなり過ぎるため、通常の焼成
温度では骨材の結合が十分にできず、強度不足となる。
【0011】また結合材中において、SiO25〜1
0重量%の範囲で含有することが重要である。SiO2
は溶融金属(主にAl)との反応性が高いために、Si
2が10重量%を超えて含まれると、溶融金属により
SiO2が還元され易くなり、Siが溶融金属中へ溶出
するという問題が生じる。そして、本発明の結合材はさ
らにB23を含有することが重要であるが、この含有量
は前記SiO2と相関関係を有する。即ち、B23とS
iO2はその合計が10〜50重量%の範囲となるよう
に含有することが重要である。
【0012】B23 とSiO2 の2成分の含有量が1
0重量%未満では、結合材の融点が高くなり、通常の焼
成温度では骨材の結合が十分にできず、得られる濾材が
強度不足となって使用することができない。一方、B2
3 とSiO2 の2成分の含有量が50重量%を超える
と、結合材の融点が低下し、使用温度により軟化変形す
る危険性があるほか、溶融金属との反応性が高くなるた
め、結合材組成からのSi、Bの溶出による溶融金属へ
の混入や浸蝕による濾材の強度低下により使用不可能と
なる。
【0013】さらに本発明の結合材においては、アルカ
リ土類金属酸化物または希土類元素酸化物を含有する。
この理由は、これらの成分が高温における生成自由エネ
ルギーがかなり低く、溶融金属に対して安定であるた
め、これを含有させることが結合部の溶融金属との反応
を抑えるうえで効果的であるからである。アルカリ土類
金属酸化物または希土類元素酸化物のうち、BeO、M
gO、CaO、SrO、BaOおよびCe23 は特に
生成自由エネルギーが低く溶融金属に対して安定であ
り、好ましい。また、BeO、MgO、CaO、Sr
O、BaOおよびCe 23 のうち、少なくとも1種類
以上を含有させることにより、多成分として溶融温度を
低下させ、焼成温度をより適正なものとすることができ
る。
【0014】なお、本発明の結合材としては、上記した
組成のものであれば、フリット等のガラス化している原
料でも、また前もってガラス化していない生原料でも用
いることができる。一方、本発明において用いる骨材粒
子としては、金属溶湯と反応せず、適切な粒度のものを
容易に入手できることが好ましく、Al23 、Si
C、Si34 およびZrO2 のごときセラミック骨材
粒子がそれらの条件を満足するため、好ましい。又、用
いる骨材粒子の平均粒子径は通常約0.3〜3.0mm程
度のものが用いられる。
【0015】本発明の濾材においては、骨材粒子100
重量部に対する結合材の添加量は4〜20重量部が好ま
しい。結合材添加量が4重量部未満では濾材全体の強度
が低くなり、取扱作業で破損が生じ易くなる。また骨材
粒子の脱粒による金属溶湯内への混入が生じる。結合材
添加量が20重量部を超えると、結合材が骨材粒子間の
気孔を埋め、使用した場合において、骨材粒子間の気孔
が小さく早期に目詰まりを生ずるため好ましくない。
【0016】さらに本発明の濾材は、その3点曲げ抗折
強度が50kgf/cm2 以上であることが好ましい。
3点曲げ抗折強度が50kgf/cm2 未満となる場合
には、骨材粒子の脱粒による金属溶湯内への混入や、取
扱作業による破損が発生し易くなり、好ましくない。次
に、本発明の金属溶湯用濾材の製造方法の例を説明す
る。
【0017】Al23 、SiC、Si34 、ZrO
2 等からなるセラミック骨材粒子100重量部に対し、
無機質結合材として上記組成のものを4〜20重量部添
加し、カルボキシメチルセルロース(CMC)、リグニ
ンスルホン酸カルシウム、デキストリン等の有機バイン
ダーと適当量の水分を加え、混練を行なった後所定形状
の成形体に成形する。次いで、得られた成形体を乾燥
後、所定温度で焼成を行なうことにより、本発明の濾材
を得ることができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。
【0019】(実施例)表1〜表4に示すような電融ア
ルミナ#24、または焼結アルミナ#24を骨材粒子と
して用い、この骨材粒子に対し、表1〜表4に示す各種
組成の無機質結合材を種々の割合で添加し、有機バイン
ダーとしてデキストリン20%水溶液を5重量%、カル
ボキシメチルセルロース(CMC)を0.5重量%それ
ぞれ外配で添加し、さらに水を加え、関東ミキサーを用
いて30分間混練を行なった。次に得られた混合物を用
い、外径100mmφ、内径60mmφ、長さ900mmのパ
イプ形状品を成形し、70℃で16時間乾燥後、電気炉
で大気中1300℃(結合材としてフリットを用いる場
合)、あるいは1450℃(結合材として生原料を用い
る場合)まで昇温速度100℃/hr で昇温し、この温度
で3時間保持した後放冷して降温するという焼成スケジ
ュールを行ない、パイプ状の濾材を得た。
【0020】なお、上記結合材として、表1〜表4に示
す各組成原料をフリット化したものと、生原料の2種類
を用いた。又、それぞれの粒度は200μm以下とし
た。フリット化は、生原料を混合した後1400℃で加
熱し、これを水中に投入して急冷し、次いでこれを20
0μm以下に微粉砕することにより行なった。次に、得
られた濾材について、下記のように評価を行なった。
【0021】強度:30×10×130mmサイズの
サンプルを用い、100mmスパンにより3点曲げ抗折
強度を求めた。 耐蝕性:条件を厳しくするために、AlのMg系合金
(JIS5056)10kgを800℃にて溶融させ、
この中にサンプル1kgを浸漬させて、50時間後にA
lをサンプリングして分析した。分析は添加した成分で
Al、Mg以外の量を求め、この測定値がブランクと比
較して1割以上高いものを×(不良)、それ以下のもの
を○(良)とした。
【0022】浸透性:AlのMg系合金(JIS10
50)の800℃溶湯中、500mmの深さに130×
20×20mmに切り出したサンプルを浸漬し、5時間
保持してヘッド圧によりサンプル内にAlを浸透させ
た。その後、このサンプルを冷却し切断して切断面の観
察を行ない、サンプル内へのAlの浸入を確認し、気孔
が残留していないものを○(良)、気孔が残留している
ものを×(不良)とした。 通湯量:濾材を14本組のカートリッジに組立てて、
Al(JIS1050)を通湯し、寿命になるまでの通
湯量を測定した。なお、通常の通湯量としては、500
ton /カートリッジ以上が必要である。 結果を表1〜表4に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】
【0027】表1〜表4から明らかな通り、本発明のよ
うにセラミック骨材粒子と特定組成の結合材を用いた濾
材の場合には、そうでない場合に比し、強度、耐蝕性、
通湯量、および浸透性のすべてがバランス良く備わって
いることがわかる。なお、表1〜表4において、No.1、
No.5、No.8〜No.11、No.13、No.17〜No.19、No.35、No.
41〜No.44、No.46、No.50〜No.52は、本発明の範囲外の
ものを示す。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の濾材は、
特定組成の結合材を用いているため、濾過性能に優れる
とともに、アルミニウム溶湯等の金属溶湯との反応を最
小限に抑え、結合材成分の金属溶湯中への溶出を防止す
ることができ、製品の歩留りを上げ、寿命が長く長期間
の使用に耐えるという効果を奏する。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−21018(JP,A) 特開 昭64−21019(JP,A) 特開 平1−127168(JP,A) 特開 平2−34732(JP,A) 特公 昭47−36347(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22B 9/02 B01D 39/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック骨材粒子100重量部に対し
    無機質結合材4〜20重量部を添加混合してなる多孔質
    の濾材であって、該結合材として、Al23が20〜6
    0重量%、SiO25〜10重量%であり、かつB2
    3とSiO2の合計で10〜50重量%を含有するととも
    に、アルカリ土類金属酸化物または希土類元素酸化物を
    さらに含有してなることを特徴とする金属溶湯用濾材。
  2. 【請求項2】 セラミック骨材粒子が、Al23 、S
    iC、Si34 およびZrO2 からなる群から選ばれ
    る少なくとも1種以上からなる請求項1記載の金属溶湯
    用濾材。
  3. 【請求項3】 アルカリ土類金属酸化物または希土類元
    素酸化物として、BeO、MgO、CaO、SrO、B
    aOおよびCe23 からなる群から選ばれる少なくと
    も1種以上を含む請求項1または2記載の金属溶湯用濾
    材。
  4. 【請求項4】 3点曲げ抗折強度が50kgf/cm2
    以上である請求項1〜3のいずれかに記載の金属溶湯用
    濾材。
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JP3129675B2 (ja) * 1997-04-16 2001-01-31 三井金属鉱業株式会社 セラミックフィルター及びその製造方法
WO2017208913A1 (ja) * 2016-05-30 2017-12-07 株式会社ヴァインテック セラミックフィルター及びセラミックフィルターの製造方法
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