JP3602705B2 - 金属溶湯用濾材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属溶湯、特にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯（本明細書においては、これらを総称して、単にアルミニウム溶湯と称する）中に混入している固形不純物（非金属介在物等）を濾別するために使用される金属溶湯用濾材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属溶湯、例えばアルミニウム溶湯（以下、金属溶湯の代表例としてアルミニウム溶湯の場合について説明する）中には、通常、固形不純物、特に非金属介在物が混入しているので、これらの介在物を含有した溶湯をそのまま鋳造し、圧延し、例えばディスク材等として製品化すると、その混入していた非金属介在物がピンホール等の不良発生の原因となる。このような不良発生を防止するために、鋳造に先立ってアルミニウム溶湯を濾過処理して非金属介在物を除去することが一般に行なわれている。この溶湯の濾過に使用される装置として種々のものが知られており、例えば特公昭５２−２２３２７号公報に記載されているように、電融アルミナ等の骨材をＳｉＯ２ 、Ｂ２ Ｏ３ 等の無機質結合材により結合させたチューブタイプの濾材が用いられている。
【０００３】
しかしながら、上記のような従来技術の濾材を用いてコンピュータのハードディスク材等の製造に用いる高純度アルミニウム溶湯の濾過を行う場合や、清涼飲料水缶、ビール缶等の缶材の製造に用いるＡｌ−Ｍｇ合金系溶湯の濾過を行う場合には、無機質結合材中に含まれているＳｉＯ２ やＣａＯがアルミニウム溶湯で還元されて遊離Ｓｉや遊離Ｃａとなり、これらがアルミニウム溶湯中に溶出してアルミニウム溶湯を汚染するという問題が生じていた。また、Ａｌ−Ｍｇ合金系溶湯は活性であるため、無機質結合材を侵食し、骨材間の結合力を低下させ、濾材の耐久性を低下させる場合もあり、甚だしい場合には使用中にそのような濾材が崩壊することになる。
【０００４】
これらの問題に対処するために、ＳｉＯ２ を含まない無機質結合材を用いて製造される濾材が、例えば特公平５−８６４５９号、特公平５−８６４６０号及び特開平２−３４７３２号の各公報に開示されている。これらの濾材を用いる場合には遊離Ｓｉの溶出によるアルミニウム溶湯の二次汚染の問題は発生しない。しかしながら、そのような無機質結合材を用いた濾材においては、骨材粒子間の結合状態が悪いため、濾材の強度が低く、また目詰まりを起こしやすいので通湯量がばらつく等の問題を有していた。
【０００５】
それで、遊離Ｓｉの溶出の問題と曲げ強度等の問題とを解決した濾材が要望されるに至り、それらを満足する濾材として、アルミニウム溶湯との濡れ性を良くするためにＳｉＯ２ を所定量含有させた無機質結合材であって、無機質結合材中に９Ａｌ２ Ｏ３ ・２Ｂ２ Ｏ３ の針状結晶を析出させた無機質結合材を用いて得た濾材が特開平５−１３８３３９号公報に開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記の特開平５−１３８３３９号公報に記載された発明の実施においては、９Ａｌ２ Ｏ３ ・２Ｂ２ Ｏ３ の針状結晶を得るために無機質結合材を一旦溶融させた後、特別な冷却手段を付加して結晶長さを特定範囲に抑える必要があるのみならず、無機質結合材中にＳｉＯ２ を１５〜２５重量％含有させ、かつＣａＯ等を含有させるものであるため、上記した遊離Ｓｉあるいは遊離Ｃａの溶出を防止する点に関しては必ずしも満足できるものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近時におけるディスク材等のように、僅かな表面欠陥があってもその影響が大きい各種用途に使用されるアルミニウム溶湯を得るためには、アルミニウム溶湯から細かい非金属介在物までも可能な限り除去し、しかも濾過後のアルミニウム溶湯中に溶出する不純物を可能な限り少なくすることが要求され、従って、無機質結合材中に含有されるＳｉＯ２ 及びＣａＯ成分をできる限り少なくし、且つ強度等の面からも十分に満足し得る濾材を提供することが要望されている。
【０００８】
本発明の課題は、上記のような諸問題を克服した金属溶湯用濾材、特にアルミニウム溶湯用濾材を提供すること、即ち、アルミニウム溶湯と接触させて使用しても、或いはアルミニウム溶湯中に浸漬して使用しても、不純物が溶出しないのでアルミニウム溶湯を二次汚染することがなく、また骨材間の結合力が大きいので濾材の強度が高く、長期間に亘り安定して使用できる金属溶湯用濾材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、アルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有するスピネル骨材を用い、その骨材中にＳｉＯ２ を含有させ、また結合剤としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤を用い、焼結することにより、骨材中のＳｉＯ２ の一部が結合剤中に拡散して骨材粒子と無機質結合材との界面で濡れ性が向上し、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されて骨材間の結合力が大きくなり、しかも金属溶湯の二次汚染が生じさせることのない濾材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
即ち、本発明の金属溶湯用濾材は、骨材としてＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するアルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有し且つＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するスピネル骨材が用いられており、結合剤としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤が用いられており、１２５０〜１５００℃で焼結されて、骨材中のＳｉＯ２ の一部が結合剤中に拡散していることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の金属溶湯用濾材を製造するのに用いられる骨材の主成分を構成するアルミナ骨材は金属溶湯用濾材の製造に普通に用いられている周知のものであり、またスピネル骨材はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯのモル比が１：１であり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯの重量比が７：３であり、スピネル型結晶構造を有する結晶粒子である。このような結晶粒子は極めて安定しており、金属溶湯による濡れ性が優れており、また、耐アルミニウム侵食性等にも優れているので、金属溶湯用濾材の製造に用いる骨材として好適である。
【００１２】
本発明で用いる骨材は上記の骨材に更にＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有させたものである。本発明において、骨材中にＳｉＯ２ を含有させることによる効果は、高温で焼結することにより骨材中のＳｉＯ２ の一部が無機質結合剤中に拡散し、その拡散により無機質結合材に進入したＳｉＯ２ の働きにより無機質結合材と骨材粒子との界面での濡れ性が向上し、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されて骨材間の結合力が大きくなることである。
【００１３】
本発明の金属溶湯用濾材におけるＳｉＯ２ の拡散のメカニズムについては必ずしも明らかではないが、次のように考えることができる。しかし、本発明はそのような考えによって限定されるものではない。
焼結時に無機質結合材と骨材粒子との界面では無機質結合材は液状となり、骨材粒子は固体のままである。焼結の際には骨材粒子中に偏在するＳｉＯ２ が結晶粒界等を経由して無機質結合材中のＢ２ Ｏ３ と反応してほうけい酸ガラスを形成しやすい。焼結の際に生じるＳｉＯ２ の拡散は、無機質結合材中のＳｉＯ２ 濃度と骨材粒子中のＳｉＯ２ 濃度との差とは無関係に、骨材中のＳｉＯ２ が無機質結合剤中に拡散することになる。また、一般的には、骨材粒子１００重量部に対して無機質結合材を５〜２５重量部の量で用いるので、骨材粒子中のＳｉＯ２ 濃度の低くても、ＳｉＯ２ の拡散により無機質結合材と骨材粒子との界面での無機質結合材側のＳｉＯ２ 濃度が骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されるのに十分な濃度となる。従って、上記のような目的は骨材中のＳｉＯ２ の含有量を０．５重量％以上にすることにより達成される。しかしながら、骨材中のＳｉＯ２ の含有量が５重量％を超えると、多量のＳｉＯ２ が無機質結合材側に拡散し、その部分のＳｉＯ２ 濃度が高くなり過ぎてＳｉの溶出による二次汚染の問題が発生する恐れがあり、従って骨材中のＳｉＯ２ の含有量を５重量％以下にすることが好ましい。
【００１４】
アルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有するスピネル骨材は、アルミナ原料やスピネル組成となるように配合した（アルミナ＋マグネシア）原料を溶解する方法（電融品）、またはこれらの原料を混合、造粒して焼結する方法（焼結品）で製造されるものであるが、その製造過程においてＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ 系粘土等を配合することにより、アルミナ骨材又はスピネル骨材中のＳｉＯ２ 含有量を調整して、ＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するアルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有し且つＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するスピネル骨材を調製することができる。またアルミナ原料としてボーキサイト等の天然原料に含まれるＳｉＯ２ を利用してアルミナ骨材又はスピネル骨材のＳｉＯ２ 含有量を調整することもできる。
【００１５】
本発明の主目的は金属溶湯中に溶出する不純物を可能な限り少なくすることであり、従って、無機質結合材中に含有されるＳｉＯ２ 及びＣａＯ成分をできる限り少なくする必要がある。本発明においては、無機質結合剤としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤、具体的にはＳｉＯ２ 含有量が１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の無機質結合剤を用いる。このようなＳｉＯ２ 含有量が１０重量％以下の無機質結合剤としては、Ａｌ２ Ｏ３ ２０〜６０重量％、ＳｉＯ２ ０〜１０重量％、Ｂ２ Ｏ３ ５〜５０重量％、ＭｇＯ１０〜４０重量％及びＣａＯ０〜５重量％からなる無機質結合材、スピネル型結晶構造を有する結晶粉末６０〜９２重量％、Ｂ２ Ｏ３ ５〜１０重量％、ＳｉＯ２ ０〜５重量％を含有し、残部がＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなる無機質結合材を用いることができる。
【００１６】
上記したスピネル型結晶構造を有する結晶粉末はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯのモル比が１：１であり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯの重量比が７：３であり、スピネル型結晶構造を形成しているものである。このような結晶粉末は極めて安定しており、アルミニウム溶湯による濡れ性が優れており、また、耐アルミニウム侵食性等にも優れているので、アルミニウム溶湯用濾材の製造に用いる無機質結合材として好適である。
【００１７】
また、Ｂ２ Ｏ３ を５〜１５重量％、ＭｇＯを５〜５０重量％、ＳｉＯ２ を３〜１０重量％含有し、残部がＡｌ２ Ｏ３ からなる無機質結合材が特開平５−９６１０号公報に記載されているように公知であり、本発明においてはそのような公知の無機質結合材も用いることができる。
本発明においては、無機質結合材がその他の種々の物質、例えば、焼結に際しての焼結助材、有機溶剤であるデキストリン等を含有していてもよいことは勿論である。
【００１８】
本発明の金属溶湯用濾材の製造においては、骨材粒子と無機質結合材とを混合し、所定の形状に成形し、焼成して濾材を形成する。
骨材粒子と無機質結合材との混合比については、製造される濾材の強度及び濾材の濾過性能の点から、骨材粒子１００重量部に対して無機質結合材を好ましくは５〜２５重量部、より好ましくは１０〜２０重量部用いる。無機質結合材の量が５重量部未満の場合には骨材粒子間の結合が不十分になり、骨材粒子が濾材から脱離する可能性があり、また２５重量部を超えると濾材の気孔が狭くなり、目詰まりを起こし易くなる傾向がある。
【００１９】
本発明の金属溶湯用濾材においては、無機質結合材としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤を用い、且つＳｉＯ２ を含有する骨材を用いているので、その骨材中のＳｉＯ２ の一部を結合剤中に拡散させて骨材粒子と無機質結合材との界面での濡れ性を向上させ、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合を形成させて骨材間の結合力を大きくするために、骨材粒子と無機質結合材との混合物を１２５０〜１５００℃の高温で焼結する。この焼成温度が１２５０℃未満の場合には、骨材中から無機質結合材中へのＳｉＯ２ 拡散が不十分で所望の強度が達成されにくいので好ましくない。また、１５００℃を超えると無機質結合材が過度に溶融して濾材としての性能が低下することになるので好ましくない。
【００２０】
本発明の金属溶湯用濾材においては、金属溶湯用濾材の一部分の概略説明図である図１及び図２に示すように、結合剤２としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤を用いているが、ＳｉＯ２ を含有する骨材１を用いているので、焼結により骨材１中のＳｉＯ２ の一部が、骨材に接触している部分３の結合剤中に拡散して骨材粒子と無機質結合材との界面で濡れ性が向上し、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されて骨材間の結合力が大きくなっており、また、濾材の無機質結合材部分の露出表面にはＳｉＯ２ がほとんど存在しないので、金属溶湯に対して強い耐食性を示し、金属溶湯の二次汚染が生じさせることがほとんどない。
【００２１】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を詳細に説明する。
実施例１〜６及び比較例１〜２
骨材粒子として表１に示す量（重量％）のＳｉＯ２ を含有する電融アルミナ（平均粒径８５０μｍ）又はＡｌ２ Ｏ３ ・ＭｇＯスピネル結晶粒子（モル比１：１、重量比７：３、平均粒径８５０μｍ）を表１に示す量（重量部）で用い、無機質結合材として表１に示す組成の無機質結合材を表１に示す量（重量部）で用い、これらの配合物をそれぞれ混練し、加圧成形し、乾燥し、次いで電気炉中で表１に示す温度でで１２時間焼成してそれぞれ外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ８５０ｍｍのパイプ状成形体を得た。それらのパイプ状成形体の特性を以下に示す試験方法で調べた。
【００２２】
《曲げ強さ》
上記の各々のパイプ状成形体から１００ｍｍ×２０ｍｍ×１８ｍｍの直方体状試験体を切り出した。この直方体状試験体について、２点支持１点荷重方式で支持スパン８０ｍｍで室温曲げ強さ試験を実施した。熱間曲げ試験は各々の直方体状試験体を雰囲気温度設定用電気炉中で８００℃に２０分間保持した後、該雰囲気温度設定用電気炉中で、２点支持１点荷重方式で支持スパン８０ｍｍで実施した。それらの試験結果は表１に示す通りであった。
【００２３】
《成分溶出量》
７４０℃の高純度（９９．９９％以上）アルミニウム溶湯１０重量部中に上記の各々のパイプ状成形体１重量部を浸漬し、溶湯の温度を７４０℃に維持しながら７２時間の間、パイプ状成形体内部の減圧と加圧とを繰り返しながら、アルミニウム溶湯をパイプ状成形体の外部から内部へ、及び内部から外部へ交互に通過させ、その後、アルミニウム溶湯をサンプリングし、アルミニウム溶湯中のＳｉ、Ｂ及びＭｇ量を測定し、浸漬前のアルミニウム溶湯中のＳｉ、Ｂ及びＭｇ量と比較した。その差（すなわち、増加分）をＳｉ、Ｂ及びＭｇについての成分溶出量とした。それらの測定結果は表１に示す通りであった。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１のデータから明かなように、本発明に係る実施例１〜８の金属溶湯用濾材は比較例１〜２の金属溶湯用濾材に比較して室温曲げ強さ及びアルミニウム溶湯に対する耐食性（成分溶出量）の点で優れており、実用性の高いものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の金属溶湯用濾材は、アルミニウム溶湯中に浸漬して使用しても不純物が溶出しないのでアルミニウム溶湯を二次汚染することがなく、また室温曲げ強さ、熱間曲げ強さ（８００℃）及びアルミニウム溶湯に対する耐食性（成分溶出量）に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属溶湯用濾材の一部分の概略説明図である。
【図２】本発明の金属溶湯用濾材の一部分の概略説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は金属溶湯、特にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯（本明細書においては、これらを総称して、単にアルミニウム溶湯と称する）中に混入している固形不純物（非金属介在物等）を濾別するために使用される金属溶湯用濾材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属溶湯、例えばアルミニウム溶湯（以下、金属溶湯の代表例としてアルミニウム溶湯の場合について説明する）中には、通常、固形不純物、特に非金属介在物が混入しているので、これらの介在物を含有した溶湯をそのまま鋳造し、圧延し、例えばディスク材等として製品化すると、その混入していた非金属介在物がピンホール等の不良発生の原因となる。このような不良発生を防止するために、鋳造に先立ってアルミニウム溶湯を濾過処理して非金属介在物を除去することが一般に行なわれている。この溶湯の濾過に使用される装置として種々のものが知られており、例えば特公昭５２−２２３２７号公報に記載されているように、電融アルミナ等の骨材をＳｉＯ２ 、Ｂ２ Ｏ３ 等の無機質結合材により結合させたチューブタイプの濾材が用いられている。
【０００３】
しかしながら、上記のような従来技術の濾材を用いてコンピュータのハードディスク材等の製造に用いる高純度アルミニウム溶湯の濾過を行う場合や、清涼飲料水缶、ビール缶等の缶材の製造に用いるＡｌ−Ｍｇ合金系溶湯の濾過を行う場合には、無機質結合材中に含まれているＳｉＯ２ やＣａＯがアルミニウム溶湯で還元されて遊離Ｓｉや遊離Ｃａとなり、これらがアルミニウム溶湯中に溶出してアルミニウム溶湯を汚染するという問題が生じていた。また、Ａｌ−Ｍｇ合金系溶湯は活性であるため、無機質結合材を侵食し、骨材間の結合力を低下させ、濾材の耐久性を低下させる場合もあり、甚だしい場合には使用中にそのような濾材が崩壊することになる。
【０００４】
これらの問題に対処するために、ＳｉＯ２ を含まない無機質結合材を用いて製造される濾材が、例えば特公平５−８６４５９号、特公平５−８６４６０号及び特開平２−３４７３２号の各公報に開示されている。これらの濾材を用いる場合には遊離Ｓｉの溶出によるアルミニウム溶湯の二次汚染の問題は発生しない。しかしながら、そのような無機質結合材を用いた濾材においては、骨材粒子間の結合状態が悪いため、濾材の強度が低く、また目詰まりを起こしやすいので通湯量がばらつく等の問題を有していた。
【０００５】
それで、遊離Ｓｉの溶出の問題と曲げ強度等の問題とを解決した濾材が要望されるに至り、それらを満足する濾材として、アルミニウム溶湯との濡れ性を良くするためにＳｉＯ２ を所定量含有させた無機質結合材であって、無機質結合材中に９Ａｌ２ Ｏ３ ・２Ｂ２ Ｏ３ の針状結晶を析出させた無機質結合材を用いて得た濾材が特開平５−１３８３３９号公報に開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記の特開平５−１３８３３９号公報に記載された発明の実施においては、９Ａｌ２ Ｏ３ ・２Ｂ２ Ｏ３ の針状結晶を得るために無機質結合材を一旦溶融させた後、特別な冷却手段を付加して結晶長さを特定範囲に抑える必要があるのみならず、無機質結合材中にＳｉＯ２ を１５〜２５重量％含有させ、かつＣａＯ等を含有させるものであるため、上記した遊離Ｓｉあるいは遊離Ｃａの溶出を防止する点に関しては必ずしも満足できるものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近時におけるディスク材等のように、僅かな表面欠陥があってもその影響が大きい各種用途に使用されるアルミニウム溶湯を得るためには、アルミニウム溶湯から細かい非金属介在物までも可能な限り除去し、しかも濾過後のアルミニウム溶湯中に溶出する不純物を可能な限り少なくすることが要求され、従って、無機質結合材中に含有されるＳｉＯ２ 及びＣａＯ成分をできる限り少なくし、且つ強度等の面からも十分に満足し得る濾材を提供することが要望されている。
【０００８】
本発明の課題は、上記のような諸問題を克服した金属溶湯用濾材、特にアルミニウム溶湯用濾材を提供すること、即ち、アルミニウム溶湯と接触させて使用しても、或いはアルミニウム溶湯中に浸漬して使用しても、不純物が溶出しないのでアルミニウム溶湯を二次汚染することがなく、また骨材間の結合力が大きいので濾材の強度が高く、長期間に亘り安定して使用できる金属溶湯用濾材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、アルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有するスピネル骨材を用い、その骨材中にＳｉＯ２ を含有させ、また結合剤としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤を用い、焼結することにより、骨材中のＳｉＯ２ の一部が結合剤中に拡散して骨材粒子と無機質結合材との界面で濡れ性が向上し、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されて骨材間の結合力が大きくなり、しかも金属溶湯の二次汚染が生じさせることのない濾材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
即ち、本発明の金属溶湯用濾材は、骨材としてＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するアルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有し且つＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するスピネル骨材が用いられており、結合剤としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤が用いられており、１２５０〜１５００℃で焼結されて、骨材中のＳｉＯ２ の一部が結合剤中に拡散していることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の金属溶湯用濾材を製造するのに用いられる骨材の主成分を構成するアルミナ骨材は金属溶湯用濾材の製造に普通に用いられている周知のものであり、またスピネル骨材はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯのモル比が１：１であり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯの重量比が７：３であり、スピネル型結晶構造を有する結晶粒子である。このような結晶粒子は極めて安定しており、金属溶湯による濡れ性が優れており、また、耐アルミニウム侵食性等にも優れているので、金属溶湯用濾材の製造に用いる骨材として好適である。
【００１２】
本発明で用いる骨材は上記の骨材に更にＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有させたものである。本発明において、骨材中にＳｉＯ２ を含有させることによる効果は、高温で焼結することにより骨材中のＳｉＯ２ の一部が無機質結合剤中に拡散し、その拡散により無機質結合材に進入したＳｉＯ２ の働きにより無機質結合材と骨材粒子との界面での濡れ性が向上し、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されて骨材間の結合力が大きくなることである。
【００１３】
本発明の金属溶湯用濾材におけるＳｉＯ２ の拡散のメカニズムについては必ずしも明らかではないが、次のように考えることができる。しかし、本発明はそのような考えによって限定されるものではない。
焼結時に無機質結合材と骨材粒子との界面では無機質結合材は液状となり、骨材粒子は固体のままである。焼結の際には骨材粒子中に偏在するＳｉＯ２ が結晶粒界等を経由して無機質結合材中のＢ２ Ｏ３ と反応してほうけい酸ガラスを形成しやすい。焼結の際に生じるＳｉＯ２ の拡散は、無機質結合材中のＳｉＯ２ 濃度と骨材粒子中のＳｉＯ２ 濃度との差とは無関係に、骨材中のＳｉＯ２ が無機質結合剤中に拡散することになる。また、一般的には、骨材粒子１００重量部に対して無機質結合材を５〜２５重量部の量で用いるので、骨材粒子中のＳｉＯ２ 濃度の低くても、ＳｉＯ２ の拡散により無機質結合材と骨材粒子との界面での無機質結合材側のＳｉＯ２ 濃度が骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されるのに十分な濃度となる。従って、上記のような目的は骨材中のＳｉＯ２ の含有量を０．５重量％以上にすることにより達成される。しかしながら、骨材中のＳｉＯ２ の含有量が５重量％を超えると、多量のＳｉＯ２ が無機質結合材側に拡散し、その部分のＳｉＯ２ 濃度が高くなり過ぎてＳｉの溶出による二次汚染の問題が発生する恐れがあり、従って骨材中のＳｉＯ２ の含有量を５重量％以下にすることが好ましい。
【００１４】
アルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有するスピネル骨材は、アルミナ原料やスピネル組成となるように配合した（アルミナ＋マグネシア）原料を溶解する方法（電融品）、またはこれらの原料を混合、造粒して焼結する方法（焼結品）で製造されるものであるが、その製造過程においてＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ 系粘土等を配合することにより、アルミナ骨材又はスピネル骨材中のＳｉＯ２ 含有量を調整して、ＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するアルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有し且つＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するスピネル骨材を調製することができる。またアルミナ原料としてボーキサイト等の天然原料に含まれるＳｉＯ２ を利用してアルミナ骨材又はスピネル骨材のＳｉＯ２ 含有量を調整することもできる。
【００１５】
本発明の主目的は金属溶湯中に溶出する不純物を可能な限り少なくすることであり、従って、無機質結合材中に含有されるＳｉＯ２ 及びＣａＯ成分をできる限り少なくする必要がある。本発明においては、無機質結合剤としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤、具体的にはＳｉＯ２ 含有量が１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の無機質結合剤を用いる。このようなＳｉＯ２ 含有量が１０重量％以下の無機質結合剤としては、Ａｌ２ Ｏ３ ２０〜６０重量％、ＳｉＯ２ ０〜１０重量％、Ｂ２ Ｏ３ ５〜５０重量％、ＭｇＯ１０〜４０重量％及びＣａＯ０〜５重量％からなる無機質結合材、スピネル型結晶構造を有する結晶粉末６０〜９２重量％、Ｂ２ Ｏ３ ５〜１０重量％、ＳｉＯ２ ０〜５重量％を含有し、残部がＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなる無機質結合材を用いることができる。
【００１６】
上記したスピネル型結晶構造を有する結晶粉末はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯのモル比が１：１であり、Ａｌ２ Ｏ３ ：ＭｇＯの重量比が７：３であり、スピネル型結晶構造を形成しているものである。このような結晶粉末は極めて安定しており、アルミニウム溶湯による濡れ性が優れており、また、耐アルミニウム侵食性等にも優れているので、アルミニウム溶湯用濾材の製造に用いる無機質結合材として好適である。
【００１７】
また、Ｂ２ Ｏ３ を５〜１５重量％、ＭｇＯを５〜５０重量％、ＳｉＯ２ を３〜１０重量％含有し、残部がＡｌ２ Ｏ３ からなる無機質結合材が特開平５−９６１０号公報に記載されているように公知であり、本発明においてはそのような公知の無機質結合材も用いることができる。
本発明においては、無機質結合材がその他の種々の物質、例えば、焼結に際しての焼結助材、有機溶剤であるデキストリン等を含有していてもよいことは勿論である。
【００１８】
本発明の金属溶湯用濾材の製造においては、骨材粒子と無機質結合材とを混合し、所定の形状に成形し、焼成して濾材を形成する。
骨材粒子と無機質結合材との混合比については、製造される濾材の強度及び濾材の濾過性能の点から、骨材粒子１００重量部に対して無機質結合材を好ましくは５〜２５重量部、より好ましくは１０〜２０重量部用いる。無機質結合材の量が５重量部未満の場合には骨材粒子間の結合が不十分になり、骨材粒子が濾材から脱離する可能性があり、また２５重量部を超えると濾材の気孔が狭くなり、目詰まりを起こし易くなる傾向がある。
【００１９】
本発明の金属溶湯用濾材においては、無機質結合材としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤を用い、且つＳｉＯ２ を含有する骨材を用いているので、その骨材中のＳｉＯ２ の一部を結合剤中に拡散させて骨材粒子と無機質結合材との界面での濡れ性を向上させ、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合を形成させて骨材間の結合力を大きくするために、骨材粒子と無機質結合材との混合物を１２５０〜１５００℃の高温で焼結する。この焼成温度が１２５０℃未満の場合には、骨材中から無機質結合材中へのＳｉＯ２ 拡散が不十分で所望の強度が達成されにくいので好ましくない。また、１５００℃を超えると無機質結合材が過度に溶融して濾材としての性能が低下することになるので好ましくない。
【００２０】
本発明の金属溶湯用濾材においては、金属溶湯用濾材の一部分の概略説明図である図１及び図２に示すように、結合剤２としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤を用いているが、ＳｉＯ２ を含有する骨材１を用いているので、焼結により骨材１中のＳｉＯ２ の一部が、骨材に接触している部分３の結合剤中に拡散して骨材粒子と無機質結合材との界面で濡れ性が向上し、骨材粒子と無機質結合材との間に強固な結合が形成されて骨材間の結合力が大きくなっており、また、濾材の無機質結合材部分の露出表面にはＳｉＯ２ がほとんど存在しないので、金属溶湯に対して強い耐食性を示し、金属溶湯の二次汚染が生じさせることがほとんどない。
【００２１】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を詳細に説明する。
実施例１〜６及び比較例１〜２
骨材粒子として表１に示す量（重量％）のＳｉＯ２ を含有する電融アルミナ（平均粒径８５０μｍ）又はＡｌ２ Ｏ３ ・ＭｇＯスピネル結晶粒子（モル比１：１、重量比７：３、平均粒径８５０μｍ）を表１に示す量（重量部）で用い、無機質結合材として表１に示す組成の無機質結合材を表１に示す量（重量部）で用い、これらの配合物をそれぞれ混練し、加圧成形し、乾燥し、次いで電気炉中で表１に示す温度でで１２時間焼成してそれぞれ外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ８５０ｍｍのパイプ状成形体を得た。それらのパイプ状成形体の特性を以下に示す試験方法で調べた。
【００２２】
《曲げ強さ》
上記の各々のパイプ状成形体から１００ｍｍ×２０ｍｍ×１８ｍｍの直方体状試験体を切り出した。この直方体状試験体について、２点支持１点荷重方式で支持スパン８０ｍｍで室温曲げ強さ試験を実施した。熱間曲げ試験は各々の直方体状試験体を雰囲気温度設定用電気炉中で８００℃に２０分間保持した後、該雰囲気温度設定用電気炉中で、２点支持１点荷重方式で支持スパン８０ｍｍで実施した。それらの試験結果は表１に示す通りであった。
【００２３】
《成分溶出量》
７４０℃の高純度（９９．９９％以上）アルミニウム溶湯１０重量部中に上記の各々のパイプ状成形体１重量部を浸漬し、溶湯の温度を７４０℃に維持しながら７２時間の間、パイプ状成形体内部の減圧と加圧とを繰り返しながら、アルミニウム溶湯をパイプ状成形体の外部から内部へ、及び内部から外部へ交互に通過させ、その後、アルミニウム溶湯をサンプリングし、アルミニウム溶湯中のＳｉ、Ｂ及びＭｇ量を測定し、浸漬前のアルミニウム溶湯中のＳｉ、Ｂ及びＭｇ量と比較した。その差（すなわち、増加分）をＳｉ、Ｂ及びＭｇについての成分溶出量とした。それらの測定結果は表１に示す通りであった。
【００２４】
【表１】
表１のデータから明かなように、本発明に係る実施例１〜８の金属溶湯用濾材は比較例１〜２の金属溶湯用濾材に比較して室温曲げ強さ及びアルミニウム溶湯に対する耐食性（成分溶出量）の点で優れており、実用性の高いものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の金属溶湯用濾材は、アルミニウム溶湯中に浸漬して使用しても不純物が溶出しないのでアルミニウム溶湯を二次汚染することがなく、また室温曲げ強さ、熱間曲げ強さ（８００℃）及びアルミニウム溶湯に対する耐食性（成分溶出量）に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属溶湯用濾材の一部分の概略説明図である。
【図２】本発明の金属溶湯用濾材の一部分の概略説明図である。
Claims (3)
- 骨材としてＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するアルミナ骨材又はＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなるスピネル型結晶構造を有し且つＳｉＯ２ を０．５〜５重量％含有するスピネル骨材が用いられており、結合剤としてＳｉＯ２ を含有しないか又はＳｉＯ２ 含有量が少ない無機質結合剤が用いられており、１２５０〜１５００℃で焼結されて、骨材中のＳｉＯ２ の一部が結合剤中に拡散していることを特徴とする金属溶湯用濾材。
- 用いた無機質結合剤がＡｌ２ Ｏ３ ２０〜６０重量％、ＳｉＯ２ ０〜１０重量％、Ｂ２ Ｏ３ ５〜５０重量％、ＭｇＯ１０〜４０重量％及びＣａＯ０〜５重量％からなる無機質結合材である請求項１記載の金属溶湯用濾材。
- 用いた無機質結合剤がスピネル型結晶構造を有する結晶粉末６０〜９２重量％、Ｂ２ Ｏ３ ５〜１０重量％、ＳｉＯ２ ０〜５重量％を含有し、残部がＡｌ２ Ｏ３ 及びＭｇＯからなる無機質結合材である請求項１記載の金属溶湯用濾材。
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