JP3524519B2 - アルミニウム溶湯からの脱P及び/又は脱Sb方法 - Google Patents
アルミニウム溶湯からの脱P及び/又は脱Sb方法Info
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Description
以上含有されているアルミニウム新塊やスクラップを原
料とするアルミニウム溶湯からP及び/又はSbを含有
するアルミニウムスクラップを原料とするアルミニウム
溶湯からP及びSbを通常の精錬工程で効果的に除去す
る方法に関する。
ら資源のリサイクルが叫ばれ、これを受けてリサイクル
法案が我が国でも施行されるようになり、産業界におけ
るリサイクルは待ったなしの状態になった。再生アルミ
ニウム業界はこれらリサイクル運動に先駆けてアルミニ
ウムのリサイクルを積極的に進めており、これを受けて
市中屑や返り材などアルミニウムスクラップの混入率が
次第に高まりつつある。
性、強度及び耐摩耗性に優れたAC3A、AC4A、A
C4B、AC4C、AC8A、AC8Bなど亜共晶・共
晶Al−Si系鋳物・ダイカスト用アルミニウム合金を
例に取ると、このようなJIS規格材料にNa、Sb、
Sr等の改良剤を添加して共晶珪素を微細化した改良合
金が、ブレーキドラム、クランクケース、ピストンなど
自動車部品を始め、産業機械、航空機、家庭電化製品そ
の他各種分野においてその構成部品素材として多量に使
用されている。これら亜共晶・共晶Al−Si系アルミ
ニウム合金は、不純物元素の許容範囲が他の合金に比べ
て広いので、その溶製に当たっては、アルミニウムスク
ラップが多量に使用されている。自動車用ホイール等の
重要保安部品に大量に使用されるAC4CHでは、不純
物元素の許容範囲が狭いため、アルミニウム新塊が多く
使用されている。
上のアルミニウム新塊でも、Pが5〜15ppm程度含
有されており、更に製造時に添加されるCuやSiにも
Pが含まれており、アルミニウム新塊を原料にして製造
されたアルミニウム合金でも5〜20ppm程度とな
る。再生アルミニウムの原料となる前記アルミニウムス
クラップには、Al板にNi−Pメッキしたスクラップ
材、Pを添加した過共晶Al−Si系合金、アルミ缶、
自動車部品アルミ鋳物などがあり、これらにはPを始め
とする不純物が含まれている。Pに付いて言えば、スク
ラップとして供給されるアルミニウム材には通常、5〜
100ppm以上含有されている。また、アルミニウム
合金の製造時に添加されるCuやSiにもPが含まれて
おり、再生されたアルミニウムのP含有量は必然的には
高くなる。
又はそれ以上になると、Na、Sr等の改良剤を添加し
ても共晶Siの微細化が阻害され、所期の強度が得られ
ないなど改良剤の効果が著しく減殺され、鋳造・ダイカ
スト用合金としての用途に不向きになるだけでなく、化
学処理した場合のエッチング状態も悪くなり、製品の表
面品質の低下や、更には鋳造時の引けが大きくなるなど
Pを原因とする問題点が発生する。
ミニウム合金に対して悪い影響を及ぼす元素であり、P
の量が5ppm以下、更には3ppm以下の低P領域に
なると伸び、衝撃値などの機械的性質の向上が見られ、
P量を削減する事は再生アルミニウムの品質向上のため
に非常に重要な課題となっていた。
して、現在の処、例えば特開平4−276031号公報
に記載されているように、特定温度下で溶湯を濾過して
Al−P化 合物を濾過する方法や、特開平7−2
073066号公報に記載されているように溶湯中にM
gOと共に酸素を吹き込んでP酸化物或いはP−Mg複
合酸化物を生成させてこれを分離する方法等が提案され
ているが、何れもアルミニウムロスが大きく経済的でな
いだけでなくAl−P化合物やP酸化物或いはP−Mg
複合酸化物の濾過に時間が掛かりすぎ、実験室的には可
能であるとしても量産を目的とする実生産には適用不可
能で実現性に乏しいという致命的欠陥がある。
性質を劣化させる元素としてSbがある。Sbは共晶S
iの微細化の添加元素として使用され、前記鋳物用原料
にSbを含むアルミスクラップが混入することがある。
Sbが含有されているとNa、Sr等の改良効果が阻害
され、鋳物に「引け」を発生させたり、強度不足を生じ
させ不良の原因となる。この溶湯中のSbの除去方法は
これまで存在せず、それ故、Sbが混入した溶湯はすべ
て不良扱いになりコストアップの原因となっていた。ま
た、このようなSbを含むアルミスクラップを溶解する
前に鋳物用原料から完全に分別することも不可能であっ
た。
な脱P方法の問題点に鑑みてなされたもので、メタルロ
スが少なく、濾過の必要もなくて生産性に優れる脱P及
び/又は脱Sb方法の開発をその課題とする。
ウム溶湯(1)からの脱P及び/又は脱Sb方法の第1
は、「溶湯温度650〜850℃でP及び/又はSbを
含有するアルミニウム溶湯(1)にMgを添加してP及び
/又はSbとMgとの化合物を形成するとともに、塩素
ガス(2)を吹き込みMgCl 2 を形成し、MgCl 2 にP
及び/又はSbとMgとの化合物を吸収させつつ浮上さ
せて溶湯(1)中のP及び/又はSbを除去する」事を特
徴とする。
P及び/又は脱Sb方法の第2は、「溶湯温度650〜
850℃でP及び/又はSbを含有するアルミニウム溶
湯(1)にMgを添加してP及び/又はSbとMgとの化
合物を形成するとともに、塩化物を吹き込み、塩化物に
P及び/又はSbとMgとの化合物を吸収させつつ浮上
させて溶湯(1)中のP及び/又はSbを除去する」事を
特徴とする。
P及び/又は脱Sb方法の第3は、「溶湯温度650〜
850℃でP及び/又はSbを含有するアルミニウム溶
湯(1)にCaを添加してP及び/又はSbとCaとの化
合物を形成するとともに、塩素ガス(2)を吹き込みCa
Cl 2 を形成し、CaCl 2 にP及び/又はSbとCaと
の化合物を吸収させつつ浮上させて溶湯(1)中のP及び
/又はSbを除去する」事を特徴とする。
の脱P及び/又は脱Sb方法の第4は、「溶湯温度65
0〜850℃でP及び/又はSbを含有するアルミニウ
ム溶湯(1)にCaを添加してP及び/又はSbとCaと
の化合物を形成するとともに、塩化物を吹き込み、塩化
物にP及び/又はSbとCaとの化合物を吸収させつつ
浮上させて溶湯(1)中のP及び/又はSbを除去する」
事を特徴とする。
やCaを添加する事で、溶湯(1)中のP及び/又はSb
とMg或いはCaとが反応してP化Mg(Mg3P2)或い
はP化Ca(Ca3P2)またはMg3Sb2及びCa−Sb
化合物を形成し、且つ塩素ガス(2)を吹き込む事で、溶
湯(1)中のMgやCaが塩素ガス(2)と反応してMgCl
2やCaCl2を形成し、溶湯(1)中のP化Mg或いはP
化CaまたはMg3Sb2及びCa−Sb化合物を吸収
し、溶湯中のP及び/又はSb量を低下させつつ浮上し
てドロスを構成する。
化物を投入する場合は、これらがそのまま溶湯(1)中の
P化Mg或いはP化CaまたはMg3Sb2及びCa−S
b化合物を吸収しつつ浮上する事になる。
及びCa−Sb化合物を吸収したMgCl2、CaCl2
はドロスとなって浮上して溶湯表面(4)に集まり除去さ
れる。ここで、溶湯(1)が850℃以上の場合、P化M
g或いはP化CaまたはMg3Sb2及びCa−Sb化合
物が溶湯(1)中で微細化してMgCl2やCaCl2に吸
収されにくくなり溶湯(1)中のP及び/又は脱Sbの除
去が困難となる。逆に溶湯温度が650℃以下になると
MgCl2やCaCl2が溶融塩状態から固体状態とな
り、溶湯(1)中のP及び/又は脱Sbの除去が困難とな
る。
塩化物の例示であり、「AlCl3、NaCl、KC
l、CaCl2、BaCl2、LiCl、MgCl2或い
はC2Cl6の少なくともいずれか1つ或いは2以上の組
み合わせである」事を特徴とするもので、以上に示した
塩化物は効果の差はあれ、同様の脱P及び/又は脱Sb
作用により脱P及び/又は脱Sb効果を奏するものであ
る。
施例に従って詳述する。図1は溶湯(1)中のPとMgと
の反応状態の模式図で、添加物としてMgを採用し、吹
き込みガスとして塩素を採用した例を代表例として説明
する。炉(5)内には650〜850℃に保たれたアルミ
ニウム溶湯(1)が満たされており、Pが5ppm以上含
有されている。
の一部は溶湯(1)中のPと反応してMg3P2を形成す
る。一方、溶湯(1)内に深く差し込まれたランス(6)を通
じて溶湯(1)内に吹き込まれた塩素は、溶湯(1)内のMg
と反応してMgCl2を形成し、形成されたMgCl2が
溶湯(1)内のMg3P2を吸収しつつ浮上する。
さ、浮上速度などと微妙に関係しており、余り泡の粒径
が小さすぎても、逆に大き過ぎても吸収効率は悪くなる
傾向にある。Mg3P2を吸収したMgCl2は浮上して
ドロスを構成し、溶湯表面(4)に集まり除去される。こ
の点はCaの場合でも言える事である。
係を調べたもので、JIS規格のAC4B.1を2.5k
g溶解した後、Mgを添加し、溶湯温度700℃で塩素
ガスを溶湯に吹き込んだ。溶湯に添加するMg量を0.
12、0.44、0.66、0.94重量%と変化させ、
塩素ガス吹き込み時間とPの減少量の関係を調べた。こ
れを表1に示す。
Mgは消費し尽くされ、脱P効果は殆ど認められなかっ
た。これに対してMg量が0.44重量%の場合、30
分でP量は15ppmから通常のP量である5ppmに
低下し、脱P効果が認められ、60分でMgはほぼ消費
し尽くされた。Mg量が0.66重量%の場合、30分
でP量は低P領域である3ppmに低下し、脱P効果が
十分認められ、90分でMgはほぼ消費し尽くされた。
Mg量が0.94重量%の場合、30分でP量は低P領
域である3ppmに低下し、脱P効果が十分認められ、
120分でもMgは0.49重量%が残留していた。こ
の点はCaの場合でも言える事である。
が、Mg量が0.66重量%以上になると脱P効果は殆
ど変わらなくなる。また、Mg量が十分或る場合、最初
の30分で脱P作用は終了する。アルミニウム合金の脱
P量を調整するには、Mgの添加量を調整すればよい。
係を調べたもので、JIS規格のAC4B.1を2.5k
g溶解した後、Mgを添加し、溶湯温度を650℃、7
00℃、750℃、800℃と変化させて塩素ガスを溶
湯に吹き込み、30分後の脱P状態を比較した。溶湯に
添加するMg量及び溶湯中のP量はほぼ同じである。7
00℃〜750℃の範囲が最も脱P効果に優れ、800
℃では30分後の脱P速度は遅い。650℃では700
℃〜750℃の範囲での脱P速度より遅いが800℃の
場合よりは早い。この結果から実用上、脱P効果が認め
られる範囲は、650〜850℃であると考えられる。
この点はCaの場合でも言える事である。これを表2に
示す。
果との関係を調べたもので、純度99.7%の純アルミ
ニウム25kgを溶解した後、実験のために多量のPを
添加し、これにMgを添加し、更に溶湯温度を750℃
で塩化マグネシウムを250g添加した。添加方法は、
溶湯表面にMgを投入した場合、ホスホライザーやフィ
ーダーを使用して溶湯深くに投入した場合で、それぞれ
の脱P状況を表3に示す。
ムを添加した場合、時間の経過と共に若干の脱P作用は
認められるものの添加された塩化マグネシウムの大半が
ドロス中に移行して脱P作用に貢献せず脱P効果は小さ
い。これに対してホスホライザーやフィーダーを用いて
アルミニウム溶湯中に塩化マグネシウムが投入されるよ
うにすると、塩化マグネシウムが作用して急速に脱P効
果が現れるようになる。従って、塩化マグネシウムの投
入は溶湯中に行うのが効果的である。この点は他の塩化
物の投入に付いても言えることである。
が実施できるかをテストしたもので、JIS規格のAC
4C.1を7トンの反射炉で溶解し、Mgを添加した
後、750℃で塩素ガスをランスにて溶湯中に吹き込ん
だ。その時の脱P状況を示したのが表4である。
4重量%のMgを添加した時、40分で2.0ppm
に、1時間で1.2ppmに低下し、7トンの溶湯が実
働ラインで脱P処理された。この点はCaの場合でも言
える事である。
aを使用した場合であり、JISAC4B.1を4.0
kg溶解し、Caを添加した後、溶湯温度700℃で塩
素ガスをランスにて溶湯中に吹き込んだ。その時の脱P
状況を示したのが表5である。
量で十分な脱P効果が認められる。これはCaのPとの
親和力がMgより大であるためと考えられる。これによ
り、Mgに代えてCaを脱P用に使用する事が出来る事
が分かる。
ウム以外の塩化物でも脱Pが可能であることを示すもの
で、JIS規格のAC4B.1を2.5kg溶解し、これ
にCaを添加し、溶湯温度750℃で六塩化エタンを5
0g添加した。その時の脱P状況を示したのが表6であ
る。
20分経過したときにP量は5ppm迄低下した。Ca
量を更に増せば、更なる脱P効果が期待できる。これに
より六塩化エタンのような塩化物も脱Pに十分作用する
事が分かる。
化物として使用した場合の比較表で、母材溶解時は何れ
も39ppm或いは34ppmのP、0.23重量%の
Mgが含有されていた。これに更にMgを添加してMg
含有量をそれぞれ0.47重量%及び0.48重量%とし
た。これにMgCl2とAlCl3を20g、40g、6
0g、80g、100gと言うように添加量を増大させ
ていくと、AlCl 3添加の場合は、Mgが著しく消耗
して脱P効果が途中で停止するが、MgCl2の場合は
溶湯中のMgの消耗が少なく、脱Pが持続的に行われ
る。図2は溶湯中のPとMgの変化を表したグラフであ
る。いずれにせよ効果の差はあれ、脱P効果は認められ
る。この点は他の塩化物でも言える事である。
実施例ではPとSbが同時に含まれているような材料を
使用して脱Pと脱Sbを同時に実施した例を示すが、S
bはPと同様の性質を有する元素であるので、溶湯中の
Sbは前述のPと同様、添加物としてMgを採用し、吹
き込みガスとして塩素を採用することで除去する事が出
来る。
部は溶湯中のSbと反応してMg3Sb2を形成する。一
方、溶湯(内に深く差し込まれたランスを通じて溶湯内
に吹き込まれた塩素は、溶湯内のMgと反応してMgCl
2を形成し、形成されたMgCl2が溶湯内のMg3Sb2を
吸収しつつ浮上する。
塩素の泡の大きさ、浮上速度などと微妙に関係してお
り、余り泡の粒径が小さすぎても、逆に大き過ぎても吸
収効率は悪くなる傾向にある。Mg3Sb2を吸収したM
g3P2は浮上してドロスを構成し、溶湯表面に集まり除
去される。この点はCaの場合でも同様である。
7ppm含まれているアルミニウム溶湯6kgにMgを
添加し、流量5g/minで塩素を吹き込み、脱P及び
脱Sbしたときの結果を表8に示す。時間の経過ととも
にPとSbの溶湯中の含有量が次第に減少していること
がわかる。50分経過後にはPは2ppm、Sbは25
ppmまで減少し同時に除去されていることがわかる。
の効果を実際のラインで確認したもので、7トンの反射
炉にてAC4C.2を溶解し、Mgを添加し、流量56
kg/hrで塩素を吹き込んだ例を表9に示す。最初、
Pの含有量は7.8ppm、Sbの含有量は117pp
mであったものが180分後には、Pの含有量は1.8
ppm、Sbの含有量は32ppmに減少した。このこ
とから実際の製造ラインにおいても本発明は脱P及び脱
Sbに有効に作用することがわかる。
gやCaを添加する事で、溶湯中のP及び/又はSbと
Mg或いはCaとが反応してP化Mg或いはP化Caま
たはMg3Sb2及びCa−Sb化合物を形成し、且つ塩
素ガス或いは塩化物を吹き込む事で、溶湯中のMgやC
aが塩素ガスと反応してMgCl2やCaCl2を形成し
てP化Mg或いはP化Ca又はMg3Sb2及びCa−S
b化合物を吸収し、ドロスとなって除去され、溶湯中の
P及び/又はSb量を低下させる事が出来る。
gやCaを添加する事で、溶湯中のP及び/又はSbと
Mg或いはCaとが反応してP化Mg或いはP化Caま
たはMg3Sb2及びCa−Sb化合物を形成し、且つ塩
素ガス或いは塩化物を吹き込む事で、溶湯中のMgやC
aが塩素ガスと反応してMgCl2やCaCl2を形成し
てP化Mg或いはP化Ca又はMg3Sb2及びCa−Sb
化合物を吸収し、ドロスとなって除去され、溶湯中のP
及び/又はSb量を低下させる事が出来る。
たグラフ
Claims (5)
- 【請求項1】 溶湯温度650〜850℃でP及び/
又はSbを含有するアルミニウム溶湯にMgを添加して
P及び/又はSbとMgとの化合物を形成するととも
に、塩素ガスを吹き込みMgCl 2 を形成し、前記Mg
Cl 2 にP及び/又はSbとMgとの化合物を吸収させ
つつ浮上させて溶湯中のP及び/又はSbを除去する事
を特徴とするアルミニウム溶湯からの脱P及び/又は脱
Sb方法。 - 【請求項2】 溶湯温度650〜850℃でP及び/
又はSbを含有するアルミニウム溶湯にMgを添加して
P及び/又はSbとMgとの化合物を形成するととも
に、塩化物を吹き込み、前記塩化物にP及び/又はSb
とMgとの化合物を吸収させつつ浮上させて溶湯中のP
及び/又はSbを除去する事を特徴とするアルミニウム
溶湯からの脱P及び/又は脱Sb方法。 - 【請求項3】 溶湯温度650〜850℃でP及び/
又はSbを含有するアルミニウム溶湯にCaを添加して
P及び/又はSbとCaとの化合物を形成するととも
に、塩素ガスを吹き込みCaCl 2 を形成し、前記Ca
Cl 2 にP及び/又はSbとCaとの化合物を吸収させ
つつ浮上させて溶湯中のP及び/又はSbを除去する事
を特徴とするアルミニウム溶湯からの脱P及び/又は脱
Sb方法。 - 【請求項4】 溶湯温度650〜850℃でP及び/
又はSbを含有するアルミニウム溶湯にCaを添加して
P及び/又はSbとCaとの化合物を形成するととも
に、塩化物を吹き込み、前記塩化物にP及び/又はSb
とCaとの化合物を吸収させつつ浮上させて溶湯中のP
及び/又はSbを除去する事を特徴とするアルミニウム
溶湯からの脱P及び/又は脱Sb方法。 - 【請求項5】 請求項2又は4に記載の塩化物がAl
Cl3、NaCl、KCl、CaCl2、BaCl2、L
iCl、MgCl2或いはC2Cl6の少なくともいずれ
か1つ或いは2以上の組み合わせである事を特徴とする
アルミニウム溶湯からの脱P及び/又は脱Sb方法。
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