JP3169226B2 - 溶融材料の濾過 - Google Patents
溶融材料の濾過Info
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- JP3169226B2 JP3169226B2 JP51260694A JP51260694A JP3169226B2 JP 3169226 B2 JP3169226 B2 JP 3169226B2 JP 51260694 A JP51260694 A JP 51260694A JP 51260694 A JP51260694 A JP 51260694A JP 3169226 B2 JP3169226 B2 JP 3169226B2
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- porous
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D43/00—Mechanical cleaning, e.g. skimming of molten metals
- B22D43/001—Retaining slag during pouring molten metal
- B22D43/004—Retaining slag during pouring molten metal by using filtering means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/116—Refining the metal
- B22D11/119—Refining the metal by filtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B21/00—Obtaining aluminium
- C22B21/06—Obtaining aluminium refining
- C22B21/066—Treatment of circulating aluminium, e.g. by filtration
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は冶金プロセス、特に溶融金属及び複合材料
から望ましくない固形物質を除去するための溶融金属及
び複合材料の濾過に関する。
から望ましくない固形物質を除去するための溶融金属及
び複合材料の濾過に関する。
発明の背景 １つのアプローチによれば、鋳造複合材料は炉内で金
属マトリックス合金を溶解し、溶融金属に粒状物質を添
加することにより製造される。混合物はマトリックス合
金の粒子に対する濡れを促進するために勢いよく混合さ
れ、適切な混合時間の経過後、混合物は鋳型内に鋳造さ
れ又は成形される。得られた複合材料は合金複合物のマ
トリックス全体に分散された強化粒子を有する。
属マトリックス合金を溶解し、溶融金属に粒状物質を添
加することにより製造される。混合物はマトリックス合
金の粒子に対する濡れを促進するために勢いよく混合さ
れ、適切な混合時間の経過後、混合物は鋳型内に鋳造さ
れ又は成形される。得られた複合材料は合金複合物のマ
トリックス全体に分散された強化粒子を有する。
溶融複合材料に存在するであろう固形物質には２つの
タイプがある。望ましい粒子は溶融物に意図的に添加さ
れたセラミック材料である。この材料は通常は注意深く
選択されるとともにサイズ化されたセラミックである。
セラミックスの代表的なタイプは酸化アルミニウム、シ
リコンカーバイドであり、代表的な粒径は約５マイクロ
メータから約15マイクロメータまでの範囲にある。望ま
しくない固形物質は製造処理の間に溶融物に到達するよ
うな制御不可能な材料である。例えば、望ましくない固
形物質は混合中に剥がれるセラミックの炉ライニング
片、混合中に剥がれるインペラー片、金属流動中に剥が
れる金属溶融炉の樋片、溶融物表面に形成されるととも
に混合中に溶融物に巻き込まれる酸化物フィルム片、溶
融物中に自由に浮遊するようになる、例えばアルミニウ
ムカーバイドのような望ましい粒状物と溶融物との反応
生成物片を含む。
タイプがある。望ましい粒子は溶融物に意図的に添加さ
れたセラミック材料である。この材料は通常は注意深く
選択されるとともにサイズ化されたセラミックである。
セラミックスの代表的なタイプは酸化アルミニウム、シ
リコンカーバイドであり、代表的な粒径は約５マイクロ
メータから約15マイクロメータまでの範囲にある。望ま
しくない固形物質は製造処理の間に溶融物に到達するよ
うな制御不可能な材料である。例えば、望ましくない固
形物質は混合中に剥がれるセラミックの炉ライニング
片、混合中に剥がれるインペラー片、金属流動中に剥が
れる金属溶融炉の樋片、溶融物表面に形成されるととも
に混合中に溶融物に巻き込まれる酸化物フィルム片、溶
融物中に自由に浮遊するようになる、例えばアルミニウ
ムカーバイドのような望ましい粒状物と溶融物との反応
生成物片を含む。
望ましくない固形物質は一般に望ましい強化粒子より
もサイズが大きく、典型敵には最大寸法において200マ
イクロメーター又はそれ以上（例えば、望ましい粒子サ
イズの約10倍）のオーダーである。溶融物中に残存すれ
ば、望ましくない固形物質は複合材料が凝固した時に複
合材料中で凝固する。望ましくない固形物質は最終の複
合材料の機械的特性に悪影響を与える含有物となる。
もサイズが大きく、典型敵には最大寸法において200マ
イクロメーター又はそれ以上（例えば、望ましい粒子サ
イズの約10倍）のオーダーである。溶融物中に残存すれ
ば、望ましくない固形物質は複合材料が凝固した時に複
合材料中で凝固する。望ましくない固形物質は最終の複
合材料の機械的特性に悪影響を与える含有物となる。
同様の問題は複合材料を取り扱わないより従来の冶金
業界においても生じていた。アルミニウム合金溶解の実
操業においては溶融合金はフィルター内に所定サイズの
孔があるようなオープン織物を有するガラス繊維製のソ
ックス状フィルターを通される。固形物質はフィルター
表面でトラップされる。従来の（非複合）合金を濾過す
るためにアルミニウム業界で使用される他のタイプのフ
ィルターは多孔性媒体フィルターである。多孔性媒体フ
ィルターは制御された多数の連続気泡性透孔を有するセ
ラミック等の材料のブロックである。望ましくない固形
物質片はフィルターの容積内にトラップされ、溶融合金
はフィルターを通過する。
業界においても生じていた。アルミニウム合金溶解の実
操業においては溶融合金はフィルター内に所定サイズの
孔があるようなオープン織物を有するガラス繊維製のソ
ックス状フィルターを通される。固形物質はフィルター
表面でトラップされる。従来の（非複合）合金を濾過す
るためにアルミニウム業界で使用される他のタイプのフ
ィルターは多孔性媒体フィルターである。多孔性媒体フ
ィルターは制御された多数の連続気泡性透孔を有するセ
ラミック等の材料のブロックである。望ましくない固形
物質片はフィルターの容積内にトラップされ、溶融合金
はフィルターを通過する。
これらのフィルターは望ましくない粒子を分離する試
みのために発明者によって使用されたが、製造操作にお
いて複合材料から望ましい粒子も分離され、成功しなか
った。従って、溶融複合材料から望ましくない大きな固
形物片を除去するが、溶融物及び最終製品中の小粒子の
分散性に影響を与えないような、改善された濾過技術が
要求される。本発明はこの要求を満たすとともに、さら
に関連する効果を提供するものである。
みのために発明者によって使用されたが、製造操作にお
いて複合材料から望ましい粒子も分離され、成功しなか
った。従って、溶融複合材料から望ましくない大きな固
形物片を除去するが、溶融物及び最終製品中の小粒子の
分散性に影響を与えないような、改善された濾過技術が
要求される。本発明はこの要求を満たすとともに、さら
に関連する効果を提供するものである。
発明の開示 本発明は商業規模の溶融複合材料を濾過するのに特に
価値ある装置及び方法を提供し、これはまた非複合材料
の濾過にも使用できる。濾過のアプローチは大きなサイ
ズで、望ましくない固形物片を除去するが、複合材料内
のより小さな望ましい粒子の量又は分散を変化させな
い。金属はフル速度でフィルターを通過し、商業規模の
１ヒートにおける濾過の全コースをわたって流れる。フ
ィルターの目詰まりは発生しない。その装置及び方法は
ベース金属の溶解、分散及び鋳造設備を変更することな
く、直に商業的な操業に適用される。
価値ある装置及び方法を提供し、これはまた非複合材料
の濾過にも使用できる。濾過のアプローチは大きなサイ
ズで、望ましくない固形物片を除去するが、複合材料内
のより小さな望ましい粒子の量又は分散を変化させな
い。金属はフル速度でフィルターを通過し、商業規模の
１ヒートにおける濾過の全コースをわたって流れる。フ
ィルターの目詰まりは発生しない。その装置及び方法は
ベース金属の溶解、分散及び鋳造設備を変更することな
く、直に商業的な操業に適用される。
本発明に従えば、溶融材料の濾過装置は溶融材料の
樋、樋内を流れる材料がフィルターを通過するように配
置された多孔質布フィルター、材料が樋及びフィルター
を通って流れるようにフィルター上への固形物質の堆積
を防止する手段から構成される。他の例においては、溶
融材料の濾過のための装置は溶融材料の樋、樋内を流れ
る材料がフィルターを通過するように配置された多孔性
媒体フィルター、材料が樋及びフィルターを通過して流
れるように多孔性媒体フィルターへの固形物の堆積を防
止する手段から構成される。
樋、樋内を流れる材料がフィルターを通過するように配
置された多孔質布フィルター、材料が樋及びフィルター
を通って流れるようにフィルター上への固形物質の堆積
を防止する手段から構成される。他の例においては、溶
融材料の濾過のための装置は溶融材料の樋、樋内を流れ
る材料がフィルターを通過するように配置された多孔性
媒体フィルター、材料が樋及びフィルターを通過して流
れるように多孔性媒体フィルターへの固形物の堆積を防
止する手段から構成される。
これら２つの例に共通なものはフィルター表面上に濾
過された固形物が堆積するのを防止するための幾つかの
手段である。（ここに、濾過された（filtered）固形物
とはフィルターを通過せず、フィルター上流又はフィル
ター表面に残存する、これら固形物である、として使用
される。）ここではフィルターによって取り除かれる望
ましくない固形物質であるが、固形物がフィルターケー
キとしてフィルター表面上に堆積することが許容される
と、堆積物はすぐにフィルターを封鎖するとともにフィ
ルターを通って溶融物が流れるのを阻止してしまう。従
って、フィルターは目詰まりを起こし、生産はストップ
する。
過された固形物が堆積するのを防止するための幾つかの
手段である。（ここに、濾過された（filtered）固形物
とはフィルターを通過せず、フィルター上流又はフィル
ター表面に残存する、これら固形物である、として使用
される。）ここではフィルターによって取り除かれる望
ましくない固形物質であるが、固形物がフィルターケー
キとしてフィルター表面上に堆積することが許容される
と、堆積物はすぐにフィルターを封鎖するとともにフィ
ルターを通って溶融物が流れるのを阻止してしまう。従
って、フィルターは目詰まりを起こし、生産はストップ
する。
従来のフィルターは小さな実験的規模の濾過設備のた
めに使われているようであるが、フィルターケーキのビ
ルトアップが徐々に金属の流速を減少させ、目詰まりを
招来するという理由によって商業規模の操業には受け入
れ難い。今回のアプローチの下においては、固形物のビ
ルドアップは防止され、フィルターは濾過処理を通して
大きい、即ち小さくない固形物片を除去するために使用
可能であり、目詰まりは回避される。
めに使われているようであるが、フィルターケーキのビ
ルトアップが徐々に金属の流速を減少させ、目詰まりを
招来するという理由によって商業規模の操業には受け入
れ難い。今回のアプローチの下においては、固形物のビ
ルドアップは防止され、フィルターは濾過処理を通して
大きい、即ち小さくない固形物片を除去するために使用
可能であり、目詰まりは回避される。
固形物の堆積の防止は濾過された固形物が堆積すると
ともに定期的に取り除かれることを許容する、一般的な
アプローチとは区別されるべきである。この除去は溶融
金属の濾過には簡単に行えないが、今回のアプローチは
いくつかの事実によれば固形物の堆積を許容していな
い。
ともに定期的に取り除かれることを許容する、一般的な
アプローチとは区別されるべきである。この除去は溶融
金属の濾過には簡単に行えないが、今回のアプローチは
いくつかの事実によれば固形物の堆積を許容していな
い。
本発明の１つのフィルターは望ましくない粒状物質の
留分を除去するために使用可能である。より高清浄度を
達成するために、溶融材料が順次通過するように２つの
フィルターが連続的な関係に配置される。第１のフィル
ターは大きなサイズの望ましくない固形物片を除去する
ために寸法設定され、第２のフィルターはより小さなサ
イズの望ましくない固形物片を除去するために寸法設定
されている。フィルタータイプの選択は溶融材料の構成
物等の要素に依存する。
留分を除去するために使用可能である。より高清浄度を
達成するために、溶融材料が順次通過するように２つの
フィルターが連続的な関係に配置される。第１のフィル
ターは大きなサイズの望ましくない固形物片を除去する
ために寸法設定され、第２のフィルターはより小さなサ
イズの望ましくない固形物片を除去するために寸法設定
されている。フィルタータイプの選択は溶融材料の構成
物等の要素に依存する。
そこで本発明は複合材料を鋳造分野において重要な進
歩を提供する。高品質で清浄な複合材料が受入れ可能な
製造量及び速度でもって濾過されることによって準備さ
れる。本発明の他の特徴及び利点は添付図面と関連され
た好ましい実施例の下記詳細な説明から明らかになるで
あろう。
歩を提供する。高品質で清浄な複合材料が受入れ可能な
製造量及び速度でもって濾過されることによって準備さ
れる。本発明の他の特徴及び利点は添付図面と関連され
た好ましい実施例の下記詳細な説明から明らかになるで
あろう。
図面の簡単な説明 図１は鋳造工場の溶解及び鋳造工程の概略側面断面図
である。
である。
図２は濾過されていない鋳造複合材料のミクロ組織の
図である。
図である。
図３は溶解及び鋳造工程における濾過ゾーンの概略断
面図である。
面図である。
図４は濾過された鋳造複合材料のミクロ組織の図であ
る。
る。
発明を実施するための最良の形態 図１は溶解及び鋳造工程20を概略的に示す。望ましい
粒子と溶融金属合金の混合物22はるつぼ24内に準備され
る。いくつかの操業可能な準備及び混合手順が用いられ
るであろう。好ましいアプローチは米国特許第4,759,99
5号、第4,786,467号及び第5,028,392号に述べられてい
るものである。混合物22が準備されると、るつぼ24は傾
斜され、流動可能な混合物は樋26に注がれる。混合物は
樋に沿って流れ、後でより詳細に説明されるが濾過ゾー
ン28の１又は複数のフィルターを通過し、鋳型30に至
る。溶融金属合金は鋳型30内で凝固され、鋳造複合材料
を製造する。樋26は比較的短く描かれているが、商業的
な実施においては十分に長く、複数の鋳型30に混合物を
運ぶために複数の樋に分岐されている。金属はまた連続
鋳造等、他の鋳造装置に運ばれるであろう。本発明は複
合材料の濾過に関連し、混合や凝固の詳細とは関連して
いない。
粒子と溶融金属合金の混合物22はるつぼ24内に準備され
る。いくつかの操業可能な準備及び混合手順が用いられ
るであろう。好ましいアプローチは米国特許第4,759,99
5号、第4,786,467号及び第5,028,392号に述べられてい
るものである。混合物22が準備されると、るつぼ24は傾
斜され、流動可能な混合物は樋26に注がれる。混合物は
樋に沿って流れ、後でより詳細に説明されるが濾過ゾー
ン28の１又は複数のフィルターを通過し、鋳型30に至
る。溶融金属合金は鋳型30内で凝固され、鋳造複合材料
を製造する。樋26は比較的短く描かれているが、商業的
な実施においては十分に長く、複数の鋳型30に混合物を
運ぶために複数の樋に分岐されている。金属はまた連続
鋳造等、他の鋳造装置に運ばれるであろう。本発明は複
合材料の濾過に関連し、混合や凝固の詳細とは関連して
いない。
図２は濾過されていない複合材料のミクロ組織の図で
ある。ミクロ組織はマトリックス40とマトリックス全体
にわたって分散された望ましい小径の強化粒子42とを含
む。この例において、マトリックス40はアルミニウムベ
ースの合金であり、望ましい粒子42は５〜35マイクロメ
ーターの酸化アルミニウム、シリコンカーバイドあるい
は他のセラミック材料のほぼ球状を成す粒子である。
ある。ミクロ組織はマトリックス40とマトリックス全体
にわたって分散された望ましい小径の強化粒子42とを含
む。この例において、マトリックス40はアルミニウムベ
ースの合金であり、望ましい粒子42は５〜35マイクロメ
ーターの酸化アルミニウム、シリコンカーバイドあるい
は他のセラミック材料のほぼ球状を成す粒子である。
また、マトリックス40内には大きく、不規則な固形物
質の望ましくない片44、46が見られる。これらの片は典
型的には望ましい粒子42より大きく、しばしば10〜100
倍又はそれ以上である。望ましくない固形物片44は種々
なタイプとなりうる。例えば、固形物片はるつぼ24の金
属表面に形成されて混合又は注湯の間に溶融物内に巻き
込まれる酸化ストリンガー44を含む。また、粒状物質は
るつぼ24や樋26の耐火物ライニング片46を含み、これは
るつぼ内での混合の間に剥がれ、あるいは複合物が樋を
通って流れる時に剥がれる。望ましくない固形物片の他
のタイプがまた存在しうるが、これらの２つのタイプが
典型的なものとして示されている。
質の望ましくない片44、46が見られる。これらの片は典
型的には望ましい粒子42より大きく、しばしば10〜100
倍又はそれ以上である。望ましくない固形物片44は種々
なタイプとなりうる。例えば、固形物片はるつぼ24の金
属表面に形成されて混合又は注湯の間に溶融物内に巻き
込まれる酸化ストリンガー44を含む。また、粒状物質は
るつぼ24や樋26の耐火物ライニング片46を含み、これは
るつぼ内での混合の間に剥がれ、あるいは複合物が樋を
通って流れる時に剥がれる。望ましくない固形物片の他
のタイプがまた存在しうるが、これらの２つのタイプが
典型的なものとして示されている。
望ましくない固形物質の量は図２に提示されているほ
ど多くはなく、この図は固形物質をより大きな留分とし
て示すが、これは便宜的に図示の目的のためであると理
解されるべきである。しかしながら、少量の望ましくな
い固形材料は組織内にあらわれる量に比例するよりも多
く最終製品の特性に悪影響を与える。好ましくない固形
物は凝固時あるいは使用時に複合材料の早期割れの原因
となり、早期割れは１つのみでも複合材料の欠陥を招来
する。
ど多くはなく、この図は固形物質をより大きな留分とし
て示すが、これは便宜的に図示の目的のためであると理
解されるべきである。しかしながら、少量の望ましくな
い固形材料は組織内にあらわれる量に比例するよりも多
く最終製品の特性に悪影響を与える。好ましくない固形
物は凝固時あるいは使用時に複合材料の早期割れの原因
となり、早期割れは１つのみでも複合材料の欠陥を招来
する。
望ましくない固形物質は濾過ゾーン28での濾過によっ
てマトリックス全体に分散された好ましい粒子42を残し
てマトリックスから選択的に取り除かれる。図３は２つ
の好ましいタイプのフィルターが示され、ここでは混合
物22が最初に一方のフィルターを通過した後に他方を通
過するように連続的に操業される。また、フィルターは
望む場合には１つでも操業される。フィルターでの低流
速によって決まる速度での製品の通過を伴う連続的な濾
過は清浄な最終複合製品を製造する。多くの用途におい
て、１つのフィルターの使用は所望の清浄度を提供する
のに十分である。（ここで、複合物の清浄度（cleanlin
ess）とは粒子44、46等の望ましくない固形物の少なさ
の程度と同じことを意味するものとして使用される。） 図３によれば、流動可能な溶融混合物22は図の左端に
示されている溶解・混合るつぼ24から供給される。濾過
されていない混合物は樋26を流れ、そこから濾過ゾーン
28に入り、濾過ゾーン28を出る。濾過ゾーン28を出た
後、濾過された混合物は凝固のために図の右端に示され
る鋳型30に向けて流れる。
てマトリックス全体に分散された好ましい粒子42を残し
てマトリックスから選択的に取り除かれる。図３は２つ
の好ましいタイプのフィルターが示され、ここでは混合
物22が最初に一方のフィルターを通過した後に他方を通
過するように連続的に操業される。また、フィルターは
望む場合には１つでも操業される。フィルターでの低流
速によって決まる速度での製品の通過を伴う連続的な濾
過は清浄な最終複合製品を製造する。多くの用途におい
て、１つのフィルターの使用は所望の清浄度を提供する
のに十分である。（ここで、複合物の清浄度（cleanlin
ess）とは粒子44、46等の望ましくない固形物の少なさ
の程度と同じことを意味するものとして使用される。） 図３によれば、流動可能な溶融混合物22は図の左端に
示されている溶解・混合るつぼ24から供給される。濾過
されていない混合物は樋26を流れ、そこから濾過ゾーン
28に入り、濾過ゾーン28を出る。濾過ゾーン28を出た
後、濾過された混合物は凝固のために図の右端に示され
る鋳型30に向けて流れる。
第１のフィルター50は多孔性ガラス布、好ましくは示
されるようなソックス状フィルターの形態をなす多孔性
ガラス布等の多孔性布で形成されている。多孔性ガラス
布はアルミニウム業界においてフィルター材料として広
く用いられ、商業的には広範なタイプ及び孔サイズが採
用され得る。つまり、多孔性布は例えば400ミクロメー
ター、500ミクロメーター等のサイズの孔等、特定の孔
サイズを注文し、入手できる。代わりに、多孔性布はイ
ンチ（2.54センチ）当りの孔数を特定することによって
入手することもできる。この説明においてはガラス布は
孔サイズとの関係で説明され、つまり粒子サイズと最も
簡単に比較される。サイズ５〜35マイクロメーターの強
化粒子を約５〜35容量％有する溶融アルミニウム合金の
複合材料を濾過のために有用な多孔性ガラスフィルター
は約0.3〜1.0ミリメーターの孔サイズを有する。
されるようなソックス状フィルターの形態をなす多孔性
ガラス布等の多孔性布で形成されている。多孔性ガラス
布はアルミニウム業界においてフィルター材料として広
く用いられ、商業的には広範なタイプ及び孔サイズが採
用され得る。つまり、多孔性布は例えば400ミクロメー
ター、500ミクロメーター等のサイズの孔等、特定の孔
サイズを注文し、入手できる。代わりに、多孔性布はイ
ンチ（2.54センチ）当りの孔数を特定することによって
入手することもできる。この説明においてはガラス布は
孔サイズとの関係で説明され、つまり粒子サイズと最も
簡単に比較される。サイズ５〜35マイクロメーターの強
化粒子を約５〜35容量％有する溶融アルミニウム合金の
複合材料を濾過のために有用な多孔性ガラスフィルター
は約0.3〜1.0ミリメーターの孔サイズを有する。
本発明に従えば、多孔性布フィルター50の上流サイド
52で固形物の堆積を防止する手段が設けられる。好まし
いアプローチにおいては、防止手段は流れる混合物22の
表面上に延び、フィルター50の一部に取り付けられる機
械的バイブレーター又はシェーカー54である。シェーカ
ー54はモーター及びフィルター50を迅速に交互に前後動
させる機械的リンクを含む。その動作はフィルター50の
上流サイド52に望ましくない固形物質が付着するのを防
止する、それよりむしろ、多孔性布フィルター50を通過
できない耐火物ライニング粒子46等の大きな粒子がフィ
ルター50の上流サイドで金属中に懸濁して残る。
52で固形物の堆積を防止する手段が設けられる。好まし
いアプローチにおいては、防止手段は流れる混合物22の
表面上に延び、フィルター50の一部に取り付けられる機
械的バイブレーター又はシェーカー54である。シェーカ
ー54はモーター及びフィルター50を迅速に交互に前後動
させる機械的リンクを含む。その動作はフィルター50の
上流サイド52に望ましくない固形物質が付着するのを防
止する、それよりむしろ、多孔性布フィルター50を通過
できない耐火物ライニング粒子46等の大きな粒子がフィ
ルター50の上流サイドで金属中に懸濁して残る。
バイブレーションの結果として、フィルター50の濾過
領域55はフィルターケーキ又は分離された固形物の他の
堆積物を取り除く機能を維持する。従って、商業的な操
業に要求されるような広範な濾過作業の後においてさ
え、濾過領域55は濾過処理が開始されるとすぐに応動す
る。濾過された固形物が濾過領域55の上流サイド52で懸
濁して残存するという理由で、フィルター50の有効な孔
サイズは減少せず、フィルターは閉塞されない。固形物
はフィルター50を目詰まりさせず、そうでなければ濾過
された固形物がフィルター上に堆積することを許容する
従来のアプローチにおける場合となる。
領域55はフィルターケーキ又は分離された固形物の他の
堆積物を取り除く機能を維持する。従って、商業的な操
業に要求されるような広範な濾過作業の後においてさ
え、濾過領域55は濾過処理が開始されるとすぐに応動す
る。濾過された固形物が濾過領域55の上流サイド52で懸
濁して残存するという理由で、フィルター50の有効な孔
サイズは減少せず、フィルターは閉塞されない。固形物
はフィルター50を目詰まりさせず、そうでなければ濾過
された固形物がフィルター上に堆積することを許容する
従来のアプローチにおける場合となる。
この堆積防止手段の使用による重要な結果はフィルタ
ー50の流通速度が減少せず、濾過時間が延長され、フィ
ルターはフィルターケーキによって閉塞されない点にあ
る。従来の操業における場合のように、フィルター50の
上流サイド52で固形物の堆積が許容されると、このフィ
ルターケーキは流通速度を低下させ、すぐにフィルター
全体を閉塞する。
ー50の流通速度が減少せず、濾過時間が延長され、フィ
ルターはフィルターケーキによって閉塞されない点にあ
る。従来の操業における場合のように、フィルター50の
上流サイド52で固形物の堆積が許容されると、このフィ
ルターケーキは流通速度を低下させ、すぐにフィルター
全体を閉塞する。
多数の実験によって、フィルター50のシェイキングの
好ましい振幅及び周波数が決定される。バイブレーショ
ンの振幅は好ましくは約1.3〜約10センチである。バイ
ブレーションが小さすぎると濾過された固形物の堆積を
防止することができず、バイブレーションが大きすぎる
と樋26内の混合物22の流れを乱し、混合物22内にガスを
引き込んでしまう。バイブレーションの周波数は好まし
くは約0.1〜約10サイクル／秒である。より低い周波数
は固形物の堆積を防止できず、より高い周波数はフィル
ターに損傷を与え、混合物の流れを乱し、過大な設備を
必要とする。低い周波数は多孔性布の大きな孔サイズに
対して好ましく、高い周波数は小さな孔サイズに対して
好ましい。
好ましい振幅及び周波数が決定される。バイブレーショ
ンの振幅は好ましくは約1.3〜約10センチである。バイ
ブレーションが小さすぎると濾過された固形物の堆積を
防止することができず、バイブレーションが大きすぎる
と樋26内の混合物22の流れを乱し、混合物22内にガスを
引き込んでしまう。バイブレーションの周波数は好まし
くは約0.1〜約10サイクル／秒である。より低い周波数
は固形物の堆積を防止できず、より高い周波数はフィル
ターに損傷を与え、混合物の流れを乱し、過大な設備を
必要とする。低い周波数は多孔性布の大きな孔サイズに
対して好ましく、高い周波数は小さな孔サイズに対して
好ましい。
また、図３は第２のフィルター60を示し、この場合は
多孔性剛媒体フィルターである。かかるフィルターはア
ルミニウム業界において溶融材料を濾過するために商業
的に用いられている。これらは透孔サイズ及び材料構造
のある範囲で使用されている。例えば、その多孔性媒体
フィルターはリン酸塩結合（phosphate−bonded）アル
ミナ等のセラミックで製造される。
多孔性剛媒体フィルターである。かかるフィルターはア
ルミニウム業界において溶融材料を濾過するために商業
的に用いられている。これらは透孔サイズ及び材料構造
のある範囲で使用されている。例えば、その多孔性媒体
フィルターはリン酸塩結合（phosphate−bonded）アル
ミナ等のセラミックで製造される。
セラミックで製造された時にはセラミック発泡フィル
ターとして時々知られているが、多孔性媒体フィルター
は多孔性ガラスフィルターとは異なる濾過メカニズムに
よって濾過を実現する。多孔性ガラスフィルターは基本
的にはふるいであり、多孔性媒体フィルターはデプスフ
ィルターである。多孔性媒体フィルターは材料がフィル
ター内部に入り込み、曲がりくねった透孔性通路を通過
することを許容する。望ましくない固形物質はフィルタ
ー内部でトラップされ、そのフィルターは使用後に廃棄
される。多孔性媒体フィルターは図２の酸化物ストリン
ガー44のように、多孔性布フィルターを典型的には通過
してしまうような特に長く延びた好ましくない固形物質
を捕獲し、取り除く場合に有効である。多孔性媒体フィ
ルターは通常は金属の最適な最大流通速度、典型的には
フィルター領域の6.5cm2（in2）当り約400gm（１ポン
ド）／分のアルミニウム合金の流通速度を有する。もし
フィルターの流通速度をより高くする試みがなされたな
らば、トラップされた固形物質はフィルターを通過し、
鋳造に入り込むこととなるであろう。
ターとして時々知られているが、多孔性媒体フィルター
は多孔性ガラスフィルターとは異なる濾過メカニズムに
よって濾過を実現する。多孔性ガラスフィルターは基本
的にはふるいであり、多孔性媒体フィルターはデプスフ
ィルターである。多孔性媒体フィルターは材料がフィル
ター内部に入り込み、曲がりくねった透孔性通路を通過
することを許容する。望ましくない固形物質はフィルタ
ー内部でトラップされ、そのフィルターは使用後に廃棄
される。多孔性媒体フィルターは図２の酸化物ストリン
ガー44のように、多孔性布フィルターを典型的には通過
してしまうような特に長く延びた好ましくない固形物質
を捕獲し、取り除く場合に有効である。多孔性媒体フィ
ルターは通常は金属の最適な最大流通速度、典型的には
フィルター領域の6.5cm2（in2）当り約400gm（１ポン
ド）／分のアルミニウム合金の流通速度を有する。もし
フィルターの流通速度をより高くする試みがなされたな
らば、トラップされた固形物質はフィルターを通過し、
鋳造に入り込むこととなるであろう。
多孔性媒体フィルターは多孔性布フィルターとは異な
るメカニズムによって濾過を実現するが、便宜的な操業
において第１のフィルター50を通過した混合物中の大き
な固形物片はフィルター60の上流側表面62に堆積され
る。商業規模の各ヒートを濾過するために要求されるよ
うに、フィルターを流通する金属の総量が増加すると、
フィルターの流通速度は低下し、フィルターは多孔性布
フィルター上への固形物の堆積について説明したより顕
著に部分的又は全体的に閉塞されるようになる。
るメカニズムによって濾過を実現するが、便宜的な操業
において第１のフィルター50を通過した混合物中の大き
な固形物片はフィルター60の上流側表面62に堆積され
る。商業規模の各ヒートを濾過するために要求されるよ
うに、フィルターを流通する金属の総量が増加すると、
フィルターの流通速度は低下し、フィルターは多孔性布
フィルター上への固形物の堆積について説明したより顕
著に部分的又は全体的に閉塞されるようになる。
このような結果を避けるために、フィルター60の上流
サイド62での固形物の堆積を防止する手段が設けられ
る。フィルター60の上流サイド62での固形物の堆積を防
止するために、シャフト66の周りに回転するインペラー
64が上流サイド62の直上に配置される。インペラー64は
フィルター60を通過しない固形物がフィルター60の表面
に付着するのを防止するのに十分な高速度で回転する。
しかし、その速度は混合物22に渦流を形成し、又はガス
を巻き込むほど高速であってはならない。実際には、約
150回／分の速度が満足しうることがわかった。インペ
ラーはフィルター表面に接触するほど接近すべきではな
く、フィルター表面から約2.5〜5.0センチが好ましい。
もしインペラーが接近しすぎると、濾過された固形物が
懸濁中に維持されるもよりもむしろフィルターを通過さ
せられる傾向となる。インペラーがフィルター表面から
離れ過ぎていると、濾過された固形物がフィルター上流
の懸濁中に維持されなくなる。
サイド62での固形物の堆積を防止する手段が設けられ
る。フィルター60の上流サイド62での固形物の堆積を防
止するために、シャフト66の周りに回転するインペラー
64が上流サイド62の直上に配置される。インペラー64は
フィルター60を通過しない固形物がフィルター60の表面
に付着するのを防止するのに十分な高速度で回転する。
しかし、その速度は混合物22に渦流を形成し、又はガス
を巻き込むほど高速であってはならない。実際には、約
150回／分の速度が満足しうることがわかった。インペ
ラーはフィルター表面に接触するほど接近すべきではな
く、フィルター表面から約2.5〜5.0センチが好ましい。
もしインペラーが接近しすぎると、濾過された固形物が
懸濁中に維持されるもよりもむしろフィルターを通過さ
せられる傾向となる。インペラーがフィルター表面から
離れ過ぎていると、濾過された固形物がフィルター上流
の懸濁中に維持されなくなる。
フィルター60は好ましくは図３に示されるように水平
に対して傾斜させるのが良い。図において、フィルター
60は水平方向から約15度だけ上方に傾斜されているが、
必要な場合にはより大きくできる。フィルター60の上方
傾斜は２つの有益な結果を持つ。フィルター60の下流サ
イドの泡は上方に浮かび上がることができ、溶融混合物
の表面から逃げることができる。また、上流サイド62の
固形物は徐々にフィルターの低い端部に向けて移動し、
収集領域68に至る。この場所においては、フィルター上
流の固形物はフィルター60への侵入を繰り返すことがで
きず、鋳造作業が完了すると清掃されることができ、使
用されたフィルター60は次の操業の準備のために新しい
フィルターと置き換えられる。
に対して傾斜させるのが良い。図において、フィルター
60は水平方向から約15度だけ上方に傾斜されているが、
必要な場合にはより大きくできる。フィルター60の上方
傾斜は２つの有益な結果を持つ。フィルター60の下流サ
イドの泡は上方に浮かび上がることができ、溶融混合物
の表面から逃げることができる。また、上流サイド62の
固形物は徐々にフィルターの低い端部に向けて移動し、
収集領域68に至る。この場所においては、フィルター上
流の固形物はフィルター60への侵入を繰り返すことがで
きず、鋳造作業が完了すると清掃されることができ、使
用されたフィルター60は次の操業の準備のために新しい
フィルターと置き換えられる。
フィルター60を通過した後、流動可能な混合物は樋26
の残部に沿って鋳造工程まで流れ、鋳型に鋳込まれる。
の残部に沿って鋳造工程まで流れ、鋳型に鋳込まれる。
得られた鋳造複合材料の組織はほぼ図４に示す通りで
ある。ミクロ構造はマトリックス40と望ましい粒子42の
みとを有する。ストリンガー、耐火物ライニング及び固
形物の他のタイプの形態をなす望ましくない固形物片は
１又は複数のフィルターによって取り除かれている。
ある。ミクロ構造はマトリックス40と望ましい粒子42の
みとを有する。ストリンガー、耐火物ライニング及び固
形物の他のタイプの形態をなす望ましくない固形物片は
１又は複数のフィルターによって取り除かれている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２２Ｄ 19/14 Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｇ 43/00 Ｂ０１Ｄ 23/02 Ｚ Ｃ２２Ｂ 9/02 35/02 Ｚ Ｃ２２Ｃ 1/10 29/38 ５８０Ｃ (72)発明者 モントグレイン、ルク アメリカ合衆国 47802 インディアナ 州、テレ・ホート、サウスゲイト・コー ト25番 (72)発明者 ブルスキ、リチャード・エス アメリカ合衆国 92024 カリフォルニ ア州、エンシニタス、ソフトウイング・ レーン2114番 (72)発明者 ハスト、ゲイリー アメリカ合衆国 92069 カリフォルニ ア州、サン・マルコス、カリー・コム・ ドライブ1619番 (56)参考文献 特開 平６−228669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−5163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−113304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−142162（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−244556（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−84545（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−228257（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−6336（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−121234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−212846（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−146547（ＪＰ，Ｕ) 英国特許1367069（ＧＢ，Ｂ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 11/11 B01D 29/00 B01D 29/62 B01D 35/02 B22D 19/14 B22D 43/00 C22B 9/02 C22C 1/10
Claims (20)
- 【請求項１】大きな望ましくない固形粒子が溶融金属及
び小さい望ましい固形粒子から分離されるように溶融金
属マトリックスの複合材料を濾過するための装置であっ
て： 溶融金属マトリックスの複合材料を運ぶために使用され
る樋； 樋内を流れる材料がフィルターを通過するように配置さ
れた多孔性の布又は媒体フィルター； 溶融金属及び小さな粒子がフィルターを通過するよう
に、フィルターの上流サイドにおける溶融金属中への大
きな固形粒子の懸濁を維持することによりフィルター上
への濾過された大きな固形粒子の堆積を防止する機械的
手段； から構成される溶融金属の濾過装置。 - 【請求項２】フィルターが多孔性布フィルターである請
求項１記載の装置。 - 【請求項３】固形物の堆積を防止するための手段は、固
形物がフィルター上に堆積する時に固形物を布フィルタ
ーから分離するために連続操作される機械的手段を含む
請求項２記載の装置。 - 【請求項４】固形物の堆積を防止するための手段が濾過
プロセス中に約0.1〜約10サイクル／秒の速度でフィル
ターをシェイク操作しうる、フィルターを機械的にシェ
イクするための手段を含む請求項３記載の装置。 - 【請求項５】固形物の堆積を防止するための手段が濾過
プロセス中に約1.3cm〜10cmの振幅でフィルターをシェ
イク操作しうる、フィルターを機械的にシェイクするた
めの手段を含む請求項４記載の装置。 - 【請求項６】フィルターが多孔性媒体フィルターである
請求項１記載の装置。 - 【請求項７】堆積を防止する手段が多孔性媒体フィルタ
ーの上流サイドに配置された攪拌インペラーを含む請求
項６記載の装置。 - 【請求項８】攪拌インペラーが多孔性媒体フィルターの
表面から約2.5〜約5cm離れて配置される請求項７記載の
装置。 - 【請求項９】多孔性媒体フィルターが水平方向に対して
角度をもって配置される請求項６記載の装置。 - 【請求項１０】樋内を流れる材料が上記多孔性布フィル
ターを通過した後に第２のフィルターを通過するように
配置された第２のフィルターを含む請求項２ないし５の
いずれかに記載された装置。 - 【請求項１１】材料が樋及び第２のフィルターを流通す
るように、濾過された固形物の第２フィルター上への堆
積を防止するための手段を含む請求項10記載の装置。 - 【請求項１２】第２のフィルターが多孔性剛媒体フィル
ターであり、上記第２のフィルター上への濾過された固
形物の堆積を防止する手段が上記第２のフィルター上流
サイドに配置された攪拌インペラーを含む請求項11記載
の装置。 - 【請求項１３】フィルターが５〜35マイクロメーターの
サイズを有する小さな粒子の通過を許容する請求項１〜
９のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１４】大きな望ましくない固形粒子と小さな望
ましい固形粒子とを含む溶融金属マトリックスの複合材
料を濾過する方法であって： 溶融金属マトリックスの複合材料を樋に沿って流し、溶
融金属マトリックス及び小さな望ましい固形粒子を通過
させるが大きな望ましくない固形粒子を残すように設け
られた多孔性布又は媒体フィルターを通し、 上記フィルター又は複合材を機械的に攪拌することによ
りフィルターの上流サイドにおける溶融金属中への上記
大きな粒子の懸濁を維持しこれによってフィルター上に
保持される大きな粒子の堆積を防止する、 工程から構成される方法。 - 【請求項１５】フィルターが多孔性布フィルターであ
り、保持される大きな粒子の堆積は連続操作される機械
的手段によって固形物がフィルター上に堆積する時に固
形物を布フィルターから分離することにより防止される
請求項14記載の方法。 - 【請求項１６】フィルターが濾過プロセス中に約0.1〜
約10サイクル／秒の速度で機械的にシェイクされる請求
項15記載の方法。 - 【請求項１７】フィルターが約1.3cm〜10cmの振幅でシ
ェイクされる請求項16記載の方法。 - 【請求項１８】フィルターが多孔性媒体フィルターであ
り、保持される大きな粒子の堆積が多孔性媒体フィルタ
ーの上流サイドで攪拌インペラーを操作することにより
防止される請求項14記載の方法。 - 【請求項１９】インペラーが多孔性媒体フィルターの表
面から約2.5〜約5cm離れて配置される請求項18記載の方
法。 - 【請求項２０】樋内を流れる材料が上記多孔性布フィル
ターを通過した後に第２のフィルターを通過する請求項
15ないし19のいずれかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US979,524 | 1992-11-23 | ||
| US07/979,524 US5322546A (en) | 1992-11-23 | 1992-11-23 | Filtration of molten material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08503419A JPH08503419A (ja) | 1996-04-16 |
| JP3169226B2 true JP3169226B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=25526944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51260694A Expired - Fee Related JP3169226B2 (ja) | 1992-11-23 | 1993-11-23 | 溶融材料の濾過 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5322546A (ja) |
| EP (1) | EP0668804B1 (ja) |
| JP (1) | JP3169226B2 (ja) |
| KR (1) | KR100318998B1 (ja) |
| AT (1) | ATE175910T1 (ja) |
| AU (1) | AU671692B2 (ja) |
| BR (1) | BR9307504A (ja) |
| CA (1) | CA2148905C (ja) |
| DE (1) | DE69323210T2 (ja) |
| NO (1) | NO308728B1 (ja) |
| WO (1) | WO1994012301A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107447115A (zh) * | 2016-05-31 | 2017-12-08 | 美铝加拿大有限公司 | 用于过滤金属的设备和方法 |
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| US5914440A (en) * | 1997-03-18 | 1999-06-22 | Noranda Inc. | Method and apparatus removal of solid particles from magnesium chloride electrolyte and molten magnesium by filtration |
| US6177006B1 (en) * | 1998-03-30 | 2001-01-23 | Tadayoshi Nagaoka | Filtering device |
| US6257312B1 (en) | 1998-08-07 | 2001-07-10 | Alcan International Limited | Preparation of metal-matrix composite materials with high particulate loadings by concentration |
| GB0403466D0 (en) * | 2004-02-17 | 2004-03-24 | Mqp Ltd | Treatment of metal melts |
| KR101031711B1 (ko) * | 2008-10-02 | 2011-04-29 | 주식회사 엘지화학 | 플로트 유리의 제조방법 및 이의 제조장치 |
| US9611163B2 (en) | 2014-03-05 | 2017-04-04 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Process and apparatus for refining molten glass |
| DE102021108933B4 (de) * | 2021-04-09 | 2023-08-10 | CMMC GmbH | Gießvorrichtung und Gießverfahren zur Herstellung von Metall-Matrix-Komposit-Werkstoffen |
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| US3055208A (en) * | 1959-09-22 | 1962-09-25 | Jersey Prod Res Co | Dynamic filter |
| BE754558A (fr) * | 1969-08-08 | 1971-02-08 | Alcan Res & Dev | Procede et appareil de filtrage de metaux en fusion |
| GB1367069A (en) * | 1970-10-22 | 1974-09-18 | British Aluminium Co Ltd | Removal of non-metallic constituents from liquid metal |
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-
1992
- 1992-11-23 US US07/979,524 patent/US5322546A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-11-23 AU AU54606/94A patent/AU671692B2/en not_active Ceased
- 1993-11-23 WO PCT/CA1993/000498 patent/WO1994012301A1/en active IP Right Grant
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- 1993-11-23 DE DE69323210T patent/DE69323210T2/de not_active Expired - Lifetime
-
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- 1995-05-22 NO NO952025A patent/NO308728B1/no not_active IP Right Cessation
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