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

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Pが通常5ppm
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。
【0002】
【従来の技術】近年、環境問題に対する世論の高まりか
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。
【0003】各種アルミニウム合金の中で、例えば鋳造
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。
【0004】工業的に良く使用される純度99.7%以
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。
【0005】アルミニウムのP含有量が5〜10ppm
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。
【0006】このようにPは、鋳造・ダイカスト用アル
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。
【0007】このような問題点に取り組んだ先行技術と
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。
【0008】また、Pの他にアルミニウム合金の機械的
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。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
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。
【0010】
【課題を解決するための手段】「請求項1」のアルミニ
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。
【0011】「請求項2」のアルミニウム溶湯からの脱
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。
【0012】「請求項3」のアルミニウム溶湯からの脱
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。
【0013】「請求項4」のアルミニウム溶湯(1)から
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。
【0014】以上のようにアルミニウム溶湯(1)にMg
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(Mg32)或い
はP化Ca(Ca32)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。
【0015】これに対してMgCl2やCaCl2等の塩
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。
【0016】P化Mg或いはP化CaまたはMg3Sb2
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。
【0017】「請求項5」は、請求項2又は4に記載の
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。
【0018】
【発明の実施の様態】以下、本発明の脱P作用を図示実
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。
【0019】この溶湯(1)中にMgを投入すると、Mg
の一部は溶湯(1)中のPと反応してMg32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
溶湯(1)内のMg32を吸収しつつ浮上する。
【0020】Mg32の吸収効率は、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。Mg32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。
【0021】(実施例1)は、Mg量と脱P効果との関
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。
【0022】
【表1】
【0023】Mg量が0.12重量%の場合、30分で
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。
【0024】以上からMg量が多いほどP量は低くなる
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。
【0025】(実施例2)は、溶湯温度と脱P効果の関
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。
【0026】
【表2】
【0027】(実施例3)は、Mgの添加方法と脱P効
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。
【0028】
【表3】
【0029】表3によれば、溶湯表面に塩化マグネシウ
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。
【0030】(実施例4)は、実際のラインでも本方法
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。
【0031】
【表4】
【0032】表4によれば、13.7ppmのPが1.1
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。
【0033】(実施例5)この場合は、Mgに代えてC
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。
【0034】
【表5】
【0035】表5によれば、Ca量はMg量より少ない
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。
【0036】(実施例6)は、実施例3の塩化マグネシ
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。
【0037】
【表6】
【0038】表6によれば、1.2%のCa添加で、1
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。
【0039】表7は、MgCl2とAlCl3を脱P用の塩
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。
【0040】
【表7】
【0041】次に、Sbの除去ついて説明する。以下の
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。
【0042】この溶湯中にMgを投入すると、Mgの一
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
吸収しつつ浮上する。
【0043】Mg3Sb2の吸収効率も前述のPと同様、
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
32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。
【0044】(実施例7)Sbが194ppm、Pが4
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。
【0045】
【表8】
【0046】(実施例8)実施例8は、脱P及び脱Sb
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。
【0047】
【表9】
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム溶湯にM
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。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム溶湯にM
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における溶湯内の反応状態の想像図
【図2】本発明における溶湯中のPとMgの変化を表し
たグラフ
【符号の説明】
(1) 溶湯 (2) 塩素ガス (3) ドロス (4) 溶湯表面 (5) 炉 (6) ランス (7) 塩素ガスの泡膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22B 1/00 - 61/00 C22C 1/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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
    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。
  2. 【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
    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。
  3. 【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
    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。
  4. 【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
    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。
  5. 【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。
JP2001172897A 2000-06-22 2001-06-07 アルミニウム溶湯からの脱P及び/又は脱Sb方法 Expired - Lifetime JP3524519B2 (ja)

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