JPH01139732A - 溶融金属浴中に含まれる介在物を濾過によって分離する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属浴中に含まれる介在物をろ過によって
分離する方法に係わる。

鋳造技術の当業者には周知のように、純粋な金属又は合
金は製造時に固体介在物で多かれ少ながれ汚染される。

これらの介在物は、 −溶解炉に導入される装入物、 −溶融金属浴と周囲の雰囲気との反応の結果上じる生成
物、 −炉の耐熱材製ライニングの摩耗又は局部的崩壊、 −金属の精製に使用される塩及び融剤 に由来する。

これらの介在物は、数ミクロンから数ミリメートルに及
ぶ様々な大きさの単離粒子又は巨視的な塊の形状を有す
る。これらの介在物を溶融金属浴中に放置しておくと金
属の凝固中に孔、又はひどい場合には割れ目が発生し得
、その結果鋳造製品の熱処理中に気孔又は剥離が生じ且
つ半加工製品への変形処理時に穴又は破損が生じ得る。

そのため、これらの溶融金属浴中介在物は後続成形段階
に進む前に必ず除去しなければならないことが判明した
。

介在物を分離する方法はこれまでにも多数推奨されてき
た。これらの方法は介在物の大きさに多かれ少なかれ適
合した種々の技術に基づく。主な方法としては下記のも
のが挙げられる。

−静的デカンテーション。

−金属流の流動速度を低下させるための液体分配手段を
用いる動的デカンテーション。

−気泡幕を介して金属を通過させることにより介在物を
除去する浮泗。

−シ過媒体即ち互いに連結された複数の空部を有する媒
体に溶融金属を通すことからなる「深」濾過。前記空部
は介在物より大きい大きさを有するが、介在物はこれら
の空部を規定する壁面に捕捉され保持される。この種の
濾過法の一例はＵＳＰ　２８６３５５８号に開示されて
いる。

これらの方法では、溶融金属の密度と介在物の密度との
差が重要な役割を果たす。しかるに、介在物は時として
金属と同程度の密度を有する。例えば、ＭｇＣｌ□及び
液体アルミニウムの場合がそうである。

従って、適切な分離効率を得るためには、長時間にわた
り静的に操作するか、又は金属の流ｆｆ１３掻く小さく
して動的に操作しなければならない。

その場合には、工業レベルの濾過効率を得たければ、非
常に大きい装置が必要となる。

そこで例えば、介在物より小さい大きさの孔をもつフィ
ルタを使用する「ケーク」濾過のような別の方法が試み
られた。この「ケーク」濾過を使用すれば確かに濾過速
度に関係なく極めて大きな濾過効率を得ることができる
が、この種のフィルタは通常の鋳込み装置には適さない
極めて大きな装入低下を誘発する。

また、液体中に懸濁する固体粒子は、濾過媒体を全く存
在させずに、介在物除去作用を果たす電磁力を加えるこ
とによって分離できることが知られているが、この種の
方法は極めて大きな力を必要とし且つ極めて高価な大型
電気製百分使用しなければならないため、工業的に使用
されたことはない。

これらの問題に直面して本出願人は、濾過による分離を
単位面積及び単位時間当たりの量と介在物の大きさとの
点で改良すべく、工業界で実際に使用されている唯一の
技術である深沢過に基づく方法を開発した。

本発明の方法は、溶融金属浴が通過するｊ濾過媒体に電
磁力の場３作用させることを特徴とする。

前述のごとく、濾過媒体は至部を規定する壁面に介在物
を捕捉するという効果をもつ。そこで本出願人は、介在
才勿分前記壁面方向へより効果的に移動させることを考
えた。この考えは、濾過媒体に電磁力場合を作用させる
ことによって実現されるに至った。実際本出願人は、介
在物が殆ど常に溶融金属より遥かに大きい電気抵抗を有
することから電磁場が金属のみに作用し、そのため反作
用で介在物が電磁場とは逆の方向に移動することを発見
した。金属と介在物との間のこのような性状の差を利用
すれば、介在物を前記壁面に捕捉できるというわけであ
る。また、電磁力場が存在しない濾過媒体では、特に介
在物が成るレベルを越えると一部の壁面で捕捉が不安定
になるが、本発明の場合には、電磁力場の作用によって
介在物が媒体の壁に張り付けられ、より大きい耐剥層性
を示すことが判明した。

濾過媒体に与えられて金属に作用する電磁力は、全体が
濾過方向と直角か又は平行な方向に向けられる。この場
合の）ろ過方向とは、金属が濾過媒体中を流れる時の平
均的主要方向を指す。この電磁力の値は１　ｘ　１０６
Ｎ／＋１１３より大きくする。この値より小さいと場の
効果が小さくなりすぎるがらである。

この値は好ましくは１ｘ１０３〜１　ｘ　１０６Ｎ／ｍ
’にする。

本発明の濾過媒体は下記の媒体のいずれかで構成し得る
。

−介在物より大きい断面の孔を有し、溶融金属を０．１
〜１．５ｃｍ／秒の速度で通ず多孔体、この多孔体は例
えばセラミック含泡体の単一ブロックか又は複数のブロ
ックを積重したものからなる。

−複数のばらばらの材料からなる層。これらの材料の間
には介在物より大きい間隙が局所的に存在する。この層
は溶融金属材料を０．０１〜０．７ｃ＋ａ／秒の速度で
通す、前記材料の具体例としては例えばアルミナ、シリ
カ、炭素等のビーズ又はタブレットが挙げられる。

−溶融金属浴を０．０１〜０．０６ｃｏ＋／秒の速度で
通すことができるような多孔率を有する少なくとも１つ
の濾過用キャンドル。

場合によっては、多孔体か又は複数の非結合材料の層か
らなり且つ金属が通過する厚み全体にわたって中央に不
浸透ゾーンを有する濾過媒体を使用する。

これらの媒体は当該溶融金属に対して化学的に不活性で
あるか又は活性である。これらの媒体は例えば融剤のよ
うな物質で任意に被覆される。これらの媒体はまた、当
該金属に対して化学的作用を有するか又は物理的作用し
か示さない気体流のを任意に存在させて濾過容器内で使
用するのが好ましい。

電磁力場は２つの主要方向のいずれか、即ち前述のごと
き多孔体又は層の場合であれば濾過方向と直角の方向、
前述のごとき多孔体、層又はキャンドルの場合であれば
濾過方向と平行な方向に向ける。

前記第１の方向の電磁力は下記の操作によって発生させ
る。

−濾過方向で濾過媒体の厚み全体にわたって金属に直流
を流す、この電流は濾過方向又は逆方向に流れてそれ自
体の磁場を発生させ、その結果濾過媒体の中央に向かう
力場を発生させる。

−前記直流をろ過方向と直角な方向の連続磁場と組合わ
せることにより、これら電流及び場の方向に応じていず
れか一方の方向で前記磁場とろ過方向とに直角な力場を
発生させる。

前記直流は、発生器により給電され且つろ過媒体の上流
又は下流で溶融金属浴中に配置された少なくとも一対の
電極を介して金属浴中に通す。前記連続磁場は、少なく
とも１つの電磁石、又は北−南アセンブリを構成する少
なくとも２つの永久磁石によって得る。これらの磁石は
総て濾過媒体の対向し合う側面に面して配置する。

濾過媒体が不浸透ゾーンを有する場合には、力場を下記
の操作によって発生させる。

−直流をろ過方向に流す。この直流は前述のごとく発生
器及び少なくとも２つの電極によって得る。この場合前
記不浸透ゾーンは、濾過媒体の中央に力の「穴」ができ
るのを回避すべく前記直流の一部分を通す電極の役割を
果たす。

−−過媒体を少なくとも１巻きのソレノイドで包囲し、
このソレノイドに周波数６０Ｈｚ以下の電流を流す。

これら２つの方法では、力場が放射状で濾過媒体の中央
に向かう、即ち濾過方向と直角になる。

濾過方向と平行な方向の力場は、濾過方向と直角の方向
の直流磁場を該磁場及びろ過方向と直角な方向で金属中
に流れる直流と組合わせることにより発生させる。

力場は電流又は磁場の方向に応じて、−過方向又は逆の
方向に向ける。この場合磁場は、電磁石又は北−南アセ
ンブリを構成する少なくとも１対の永久磁石によって得
る。これらの磁石はいずれも濾過媒体の対向しきう側面
に面して配置する。

従って濾過媒体は、浴が通過する面に複数の電気絶縁隔
壁を具備するのが好ましい。これらの隔壁は、濾過媒体
の外側にある浴が直流を短絡して前記媒体中の力場を消
滅させることがないように、濾過方向と平行で電流方向
と直角になるように配置する。

濾過媒体がキャンドル状濾過部材からなる場合には、当
該キャンドルの内側又は外側に配置され、巻きがキャン
ドルの高さの少なくとも一部分に及ぶようなソレノイド
に周波数６０　Ｉｆ　ｚ以下の電流と通すことによって
力場を得る。

以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明
をより詳細に説明する。

第１図では濾過媒体１が濾過容器（図示せず）の断面全
体を占め、この媒体を溶融金属浴が方向２に従って通過
する。この媒体には方向３の直流が通され、この直流に
よってそれ自体の磁場４と方向５の電磁力場とが生じて
いる。

第２図では多孔性媒体６が第１図の媒体と同様に配でさ
れ、金属浴がこの媒体を方向７に従って通過す゛る。こ
の媒体には、方向８の直流を電磁石１０によって得られ
る方向９の連続磁場と組合わせて作用させており、その
結果方向１１の電磁力場が生じている。

第３図では多孔性媒体１２が前述のごとく配置され、金
属浴が該媒体を方向１３に従って通過する。

この媒体は不浸透ゾーン１４を有する。この媒体には方
向１５の直流が通され、この直流が方向１６のそれ自体
の磁場と、方向１７の電磁力場とを発生させている。該
媒体に流れる直流の一部分１８は前記ゾーン１４を通る
。

第４図では、−過媒体１９が前述のごとく配置され、金
属浴が該媒体を方向２０に従って通過する。

この媒体は不浸透ゾーン２１を有し、ソレノイド２２の
複数の巻きに包囲されており、前記ソレノイドによって
電磁力場２３が発生している。

第５図では、濾過媒体２４が前述のごとく配置され、複
数の隔壁２５を有する。金属浴は該媒体を方向２６に従
って通過する。この媒体には、方向２７の直流を電磁石
２９によって生じる方向２８の連続磁場と組合わせて作
用させており、その結果方向３０の電磁力場が生じてい
る。

第６図では、キャンドル状濾過部材３１が方向３２に従
って流れ方向３３に従って流出する金属浴の中に配置さ
れている。このキャンドルはソレノイド３４で包囲され
、該ソレノイドが方向３５の電磁力場を発生させている
。

本発明は以下の具体例からより良く理解されよう。

アルミニウム・アソシエーションの規格による１０５０
タイプのアルミニウム合金を溶融し、４つのフラクショ
ン１．２．３及び４に分割した。対照として使用するフ
ラクション１以外の各フラクションをポケット内で介在
物分離処理にかけ、その後ビレット状に鋳造した。フラ
クション１は前記処理を行わずに直接鋳造にかけた。

フラクション２は電磁除去処理にかけた。即ち濾過媒体
を存在させずに１．５ｘ　１０６Ｎ／ｍ’の力場を作用
させた。

フラクション３は、開放孔率６５％、孔の平均直径１，
５Ｉの材料からなる厚み５ｃｍの層に０．７ｃＩＩ／秒
の速度で通した。

フラクション４はフラクション３と同様に、但し本発明
の方法に従って前記層に濾過方向と直角な方向の１．５
ｘｌＯ″Ｎ／ｎ＋３の力場を作用させて処理した。

各フラクションから採取した試料を臭素含有メタノール
中に溶解し、各分離法の結果得られた介在物レベルを測
定した。

この測定には下記の２つの方法を使用した。

−溶解残留物中に残る最大介、在物の直径を測定する。

−介在物全体の総合的有害性、即ち介在物有害性Ｉを測
定する。この測定を行うためには、各介在物に下記の表
に示すような直径φに応じた有害度ｉを与える。

介在物の有害性Ｉは式 ％式％（） て示される。式中ｄ（φ）は単位容積の金属に含まれる
直径φの介在物の数に等しく、ｉ（φ）は前述の有害度
に等しい。

４つの試料に関して得られた結果を次表に示す。

これらの結果から明らかなように、本発明の方法に従っ
て処理した金属の試料４はＩＪｕｎより大きい直径の介
在物を含まないのに対し、電磁除去処理のみにかけた金
属の試料ではこの直径が２００μｍであり、濾過媒体の
みで捕捉処理した金属の試料ではこの直径が８０μｍで
ある。また、介在物有害性は試料４では１５であるが、
電磁除去処理した試料では２５００、濾過媒体で捕捉処
理した試料では２００である。

これらの結果は、本発明の方法が金属浴中の介在物レベ
ルを極めて低くできることを証明している。従って、本
発明の方法な使用すれば、浴の凝固によって得られる冶
金学的製品が先行技術の場合より遥かに改善された変形
適性を有することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流によって生じた沢過方向と直角の電磁力場
の作用下にある濾過媒体の説明図、第２図は連続磁場と
直流との組合わせによって生じた濾過方向と直角の電磁
力場の作用下にある濾過媒体の説明図、第３図は直流に
よって生じた濾過方向と直角の電磁力場の作用下にある
不浸透ゾーン付、き濾過媒体の説明図、第４図は交流が
流れるソレノイドによって生じた濾過方向と直角の電磁
力場の作用下にある不浸透ゾーン付き濾過媒体の説明図
、第５図は連続磁場と直流との組合わせによって生じた
濾過方向と平行な電磁力場の作用下にある濾過媒体の説
明図、第６図は交流が流れ且つキャンドル状濾過部材の
周囲に配置されたソレノイドによって生じた沢過方向と
平行な電磁力場の作用下にあるキャンドル状濾過部材の
説明図である。 １．６，１２，１９，２４．３１・・・・・・濾過媒体
、１０．２９・・・・・・電磁石、１４．２１・・・・
・・不浸透ゾーン、２２．３４・・・・・・ソレノイド
。 〜　　　　　　　　　　　　　　　　　−一一

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）ろ過媒体の中を通すことによつて溶融金属浴中に
   含まれる介在物を分離する方法であり、前記媒体に電磁
   力を作用させることを特徴とする方法。
2. （２）電磁力の値が１ｘ１０＾３〜１ｘ１０＾６Ｎ／ｍ
   ＾３であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。
3. （３）ろ過媒体が多孔体であり、前記浴がこの多孔体を
   ０．１〜１．５ｃｍ／秒の速度で通過することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の方法。
4. （４）ろ過媒体が複数のばらばらの材料からなる厚い層
   であり、前記浴がこの層を０．０１〜０．７ｃｍ／秒の
   速度で通過することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。
5. （５）ろ過媒体が少なくとも１つのろ過用キャンドルか
   らなり、前記浴がこのキャンドルを０．０１〜０．０６
   ｃｍ／秒の速度で通過することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。
6. （６）ろ過媒体がその中央で且つ金属の通る厚み全体に
   わたって不浸透領域を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第３項又は第４項に記載の方法。
7. （７）電磁力を主としてろ過方向と直角な方向に向ける
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４項に記
   載の方法。
8. （８）電磁力を主としてろ過方向と平行な方向に向ける
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項から第５項のい
   ずれか一項に記載の方法。
9. （９）ろ過方向に従いろ過媒体の厚み全体にわたって金
   属中に直流を通すことにより電磁力場を発生させること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の方法。
10. （１０）ろ過方向と直角の方向をもつ連続磁場とろ過方
    向に従って金属中に流れる直流とを組合わせることによ
    り電磁力場を発生させることを特徴とする特許請求の範
    囲第７項に記載の方法。
11. （１１）発生器によつて給電され且つろ過媒体の上流及
    び下流で溶融金属浴中に配置された少なくとも一対の電
    極を介して直流を前記浴中に通すことを特徴とする特許
    請求の範囲第９項又は第１０項に記載の方法。
12. （１２）ろ過媒体の対向し合う側面に面して配置した少
    なくとも１つの電磁石によって連続磁場を得ることを特
    徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の方法。
13. （１３）ろ過媒体の対向し合う側面に面して配置した北
    −南アセンブリを構成する少なくとも２つの永久磁石に
    よつて連続磁場を得ることを特徴とする特許請求の範囲
    第１０項に記載の方法。
14. （１４）直流をろ過方向に流すことによつて電磁力場を
    発生させることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
    載の方法。
15. （１５）不浸透領域が電流の一部分を通す電極を構成す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方法
    。
16. （１６）ろ過媒体を周波数６０Ｈｚ以下の電流が流れる
    ソレノイドの少なくとも１つの巻きで包囲することを特
    徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方法。
17. （１７）ろ過方向と直角の方向をもつ連続磁場と、該磁
    場及びろ過方向に直角な方向に従って金属中に流れる直
    流とを組合わせることによつて電磁力場を発生させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の方法。
18. （１８）ろ過媒体の対向し合う側面に作用する電磁石に
    よって磁場を発生させることを特徴とする特許請求の範
    囲第１７項に記載の方法。
19. （１９）ろ過媒体の対向し合う側面に面して配置した北
    −南アセンブリを構成する少なくとも一対の永久磁石に
    よって磁場を発生させることを特徴とする特許請求の範
    囲第１７項に記載の方法。
20. （２０）前記浴を通す面にろ過方向と平行で電流方向と
    直角な複数の電気絶縁性隔壁を備えたろ過媒体を使用す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載の方
    向。
21. （２１）各キャンドルを周波数６０Ｈｚ以下の電流が流
    れるソレノイドで包囲し、このソレノイドの巻きが当該
    キャンドルの高さの少なくとも一部分を占めることを特
    徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。
22. （２２）各キャンドルの内部に周波数６０Ｈｚ以下の電
    流が流れるソレノイドを配置し、このソレノイドの巻き
    が当該キャンドルの高さの少なくとも一部分を占めるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。