JPH012777A - 極低水素濃度アルミニウム鋳塊の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、たとえば磁気ディスク、感光ドラム、ボン
ディングワイヤ、レーザービームプリンタの回転多面鏡
等の電子機器や、シンクロトロンの粒子加速パイプ、薄
膜製造装置、表面分析装置、核融合装置等の真空用機器
などを製造するのに使用される極低水素濃度アルミニウ
ム鋳塊の製造方法に関する。

この明細書において、「アルミニウム」という語には、
純アルミニウムおよびアルミニウム合金の両者を含むも
のとする。また、この明細書において、「不活性ガス」
という語には、アルゴンガス、ヘリウムガス等の周期表
の不活性ガスの他にチッ素ガス等のアルミニウムに対し
て不活性なガスも含むものとする。

従来技術とその問題点 上記のような機器を製造するのに使用されるアルミニウ
ム鋳塊としては、その水素含Ｈ量が０．０８ｃｃ／　１
００ｇ以下のものが要求されている。

このようなアルミニウム鋳塊を製造するため、従来はア
ルミニウム溶湯中に塩素ガス、塩素ガスと不活性ガスと
の混合ガス等の水素除去灰理ガスを気泡状態で吹込んだ
り、ヘキサクロロエタン等を用いたフラックス処理を行
ったりした後、これを凝固させていた。

ところが、この方法で製造されたアルミニウム鋳塊では
、その水素含有量を０．０８ｃｃ／　１００ｇ以下とす
るのは困難であるという問題があった。

この発明の１」的は、上記問題を解決し、水素含ａ量か
０．０８ｃｃ／　１００ｇ以下である極低水素濃度アル
ミニウム鋳塊を製造する方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 この発明による極低水素濃度アルミニウム鋳塊の製造方
法は、アルミニウムを溶解した後、このアルミニウム溶
湯を撹拌しながら冷却することにより凝固させ、アルミ
ニウム鋳塊を得ることを特徴とするとするものである。

上記において、全アルミニウム溶湯のうちの７００６、
望ましくは５０％が凝固した時点までの鋳塊を得ること
が好ましい。これより後に得られる鋳塊中の水素濃度は
高くなるおそれがあるからである。

また、凝固速度は１０　ａｍ／　１Ｉｌｉｎ以下である
ことか好ましく、５　ｍ＋ｎ／　ｍｉｎ以下であること
か望ましい。

さらに、アルミニウム溶湯を入れておくるつほや処理槽
の上端開口を密閉しておき、アルミニウム溶湯表面より
も上方の部分を真空状態にするか、または該部分を低水
分保持雰囲気としておいて上記処理を行なうと水素除去
効率はなお一層向上する。後者の場合、上記部分に不活
性ガスや乾燥空気や純酸素を充填することにより該部分
を低水分保持雰囲気とするのかよい。

このようにして得られた極低水素濃度アルミニウム鋳塊
は、これに適当な機械的加工を施して使用されるか、ま
たは水素濃度が増大しないように乾燥空気雰囲気等の低
水分保持雰囲気中において再溶解し、必要な形状のイン
ゴットとして使用される。

作　　用 アルミニウム溶湯を冷却し、比較的遅い速度で凝固させ
ることによってアルミニウム鋳塊をｉする場合、初期に
得られる固相中の水素、濃度は極めて低く、元のアルミ
ニウム溶湯中の水素濃度よりも低くなる。これは、アル
ミニウムにおいては、固相中の水素溶解度が液相中の水
素溶解度に比べて極めて小さいため、凝固界面で液相中
に水素が放出されるからである。ところが、凝固が進行
するにつれて液相中の水素濃度が高くなるので、固相率
が所定値、たとえば５０９６を越えると、それ以後前ら
れる固４目中の水素濃度は急激に増加し始める。

アルミニウム溶湯を撹拌しながらアルミニウム溶湯を凝
固させると、ｉＲＭｌ中に放出されかつ１５化されて気
泡となった水素を、凝固界面から遠ざけて固相中に取込
まれないようにしながら凝固を進行させることとなり、
得られた鋳塊中の水素濃度は極めて低くなる。

実　　施　　例 以下、この発明の実施例を、比較例とともに図面をづ照
して説明する。全図面を通じて、同一物または同一部分
には同一？〕号を付して説明を省略する。

実施例１ この実施例は第１図および第２図に示す装置を用いて行
なったものである。第１図および第２図において、両端
が開口した垂直筒状の電気炉（１）のやや下方でかつ電
気炉（１）の下端開口をのぞむ位置に冷却器（２）が配
置されている。

冷却器（２）の−側壁には冷却水導入管（３）および冷
却水排出管（４）が接続され、冷却水導入管り３）から
冷却器（２）内に導入された冷却水が冷却器（２）内を
循環して冷却水排出管（４）から排出されるようになさ
れている。そして冷却器（２）が内部から水冷される。

冷却器（２）の上には、円筒状黒鉛るつぼ（５）が載せ
られ、このるりは（５）内にアルミニウム溶湯（６）が
入れられている。黒鉛るつぼ（５）は、はぼ全体が電気
炉（１）内にくるようになされている。電気炉（１）の
まわりには、これを囲むように回転磁界発生用コイル（
ｌＯ）が配置されている。このコイル（ｌＯ）には回転
磁界発生用３相交流変圧器（１１）がΔ−Δ接続されて
いる。

このような装置を使用し、るつぼ（５）内に純度９９．
９２ｖＬ％のアルミニウム溶湯（６）を入れておいた。

そして、変圧器（１１）から回転磁界発生コイル（１０
）に３相交流電流を供給した。すると、アルミニウム溶
湯（６）に渦電流が発生してローレンツ力が作用し、ア
ルミニウム溶湯（６）が流動して全体的に撹拌された。

このようにしてアルミニウム溶湯（６）を撹拌しながら
、冷却器（２）内への冷却水の供給を開始し、アルミニ
ウム溶湯（６）を、るつぼ（５）の底部の方から凝固速
度３　ｍｎ＋／ｍｉｎで凝固させ、溶湯（６）全部を凝
固させて鋳塊をつくった。

得られた鋳塊中の水素濃度を測定したところ、該鋳塊に
おける下端から全長の５０９６の部分までの水素濃度は
０．０６ｃｃ／１００ｇであり、残りの部分の水素濃度
は上端に向かって漸増し、上端では０．７ｃｃ／１００
ｇであった。

実施例２ この実施例は第３図に示す装置を用いて行なったもので
ある。第３図において、るつは（５）の上端開口は蓋（
１４）で密閉されている。そして、蓋（１４）に、不活
性ガスをるつぼ（５）内に供給する不活性ガス供給管（
１２）および排気管（１３）が貫通させられている。排
気管（１３）は、この発明の方法を実施するにあたり、
予め供給管（１２）を通してるつぼ（５）内に供給され
る不活性ガスによってるつぼ（５）内から追い出される
、元々るつぼ（５）内に存在した大気と、処理作業の間
中るつは（５）内に送り込まれる不活性ガスのうちの過
剰なものをるつは（５）内から外部に排出するためのも
のである。また、電気炉（１）のまわりにこれを囲むよ
うに磁界発生用コイル（１５）が巻回されている。この
コイル（１５）は磁界発生用電源（１６）に接続されて
いる。また、蓋（１４）には下端部がアルミニウム溶湯
（６）中に浸漬された黒鉛電極（１７）が貫通させられ
ている。そして、直流電源（１８）によって電極（１７
）と導電材製冷却器（２）との間に所定の電流が流され
、アルミニウム溶湯（６）に通電されるようになってい
る。

このような装置を使用し、るつぼ（５）内に純度９９．
９２νｔ％のアルミニウム溶湯（６）を入れておくとと
もに、不活性ガス供給管（１２）を通してるつは（５）
内にチッ素ガスを供給し、るつは（５）内における溶湯
（６）よりも上方の雰囲気中の水分量を０．１ｍｇ／／
以下とした。そして、コイル（１５）に電源（１６）か
ら直流電流を供給するとともに電源（１８）から電極（
１７）を介してアルミニウム溶湯（６）に通７ヒした。

すると、アルミニウム溶湯（６）はローレンツ力を受け
て一方向に撹拌された。このようにして溶湯（６）を撹
拌しながら、冷却器（２）内への冷却水の供給を開始し
、アルミニウム溶湯（６）を、るつぼ（５）の底部の方
から凝固速度３　ｍｍ／ｎ＋ｉｎで凝固させ、溶湯（６
）全部を凝固させて鋳塊をつくった。

得られた鋳塊中の水素濃度を測定したところ、該鋳塊に
おける下端から全長の５０％の部分までの水素濃度は０
．０４ｃｃ／１００ｇであり、残りの部分の水素濃度は
上方に向かって漸増し、上端では０．４ｃｃ／　１００
　ｇであった。

実施例３ この実施例は第４図に示す装置を用いて行なったもので
ある。第４図におりて、電気炉（１）およびるつぼ（５
）の内径は、第１図に示す装置の電気炉およびるつぼの
内径よりも大となされている。また、るつぼ（５）は冷
却器（２）の上には載せられていない。そして、るつぼ
（５）の内周面に、円周方向に所定間隔をおいて複数の
アルミニウム溶湯流速低下用邪魔板（２０）が設けられ
ている。また、るつぼ（５）内に、中空回転軸（２１）
の下端に取付けられた円筒状回転冷却体（２２）が配置
されている。回転冷却体（２２）には、中空回転軸（２
１）内を通して回転冷却体（２２）に冷却流体が送り込
まれるようになっている。また、回転冷却体（２２）の
下面、および回転冷却体（２２〉の外周面におけるアル
ミニウム溶湯（６）との接触部を含む所定幅部分はそれ
ぞれ断熱材（２３）で覆われている。

このような装置を使用し、るつぼ（５）内に純度９９．
９２ｗｔ％のアルミニウム溶湯（６）を入れておいた。

そして、回転冷却体（２２）を回転速度３００　ｒｐｎ
＋で回転させながら、回転冷却体（２２）内に冷却流体
を供給することによって、冷却体（２２）の周面に凝固
速度が５　■／ｍｉｎとなるようにアルミニウムを凝固
させ、肉厚が６０ｎｕ＋の円筒状鋳塊を製造した。得ら
れた鋳塊中の水素濃度を測定したところ、０．０５ｃｃ
／１００ｇであった。

比較例 るつぼ（５）内の溶湯（６）を撹拌しないことを除いて
は上記実施例１と同球の装置を用いて同１ｍな方法で鋳
塊を製造した。

得られた鋳塊中の水素濃度をｔＩｌｊ定したところ、該
鋳塊における下端から全長の４０９６の部分までの水素
濃度は０゜１ｉｃｃ／１００ｇであり、残りの部分の水
素ｌ濃度は上方に向かって漸増し、上端では１．５ｃｃ
／１００ｇであった。

発明の効果 この発明の方法によれば、上記作用の項で述べたように
して、極低水素濃度のアルミニウム鋳塊を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例１に用いる装置の垂直縦断面
図、第２図は同平面図、第３図はこの発明の実施例２に
用いる装置の垂直縦断面図、第４図はこの発明の実施例
３に用いる装置の垂直縦断面図である。 （６）・・・アルミニウム溶湯。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウムを溶解した後、このアルミニウム溶湯を撹
   拌しながら冷却することにより凝固させ、アルミニウム
   鋳塊を得ることを特徴とする極低水素濃度アルミニウム
   鋳塊の製造方法。