JPH0234732A - アルミニウム溶湯濾過用フィルターカートリッジ及びそれを用いた濾過装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はアルミニウム溶湯中から固形不純物を濾過する
ためのアルミニウム溶湯製適用フィルターカートリッジ
及びそれを用いた濾過装置に関する。

（従来の技術） アルミニウムの薄板や箔はアルミニウム溶湯をインゴッ
トに鋳造し、これを圧延して製造される。

この場合、アルミニウム溶湯中に混入した金属酸化物や
耐火物の微小破片等の固形不純物を除去するために、近
年、例えば炭化珪素やアルミナ等の骨材粒子をＳｉ　Ｏ
□系の無機質結合材により結合させて骨材粒子間に無数
の微細連続気孔を形成した構成の濾材が使用されつつあ
る。この濾材は例えばバイブ状に成形され、耐熱性に優
れたＳｉ　Ｏ□結含の炭化珪素等により形成した一対の
側板間にその両端部が側板に嵌合されるように組み立て
られると共に、その嵌合部分を耐火性モルタルにてシー
ル・固定してフィルターカートリッジとして構成され、
これが例えばＳｉ　Ｏ２結合の炭化珪素等により形成し
た濾過槽内に装置されて濾過作業が行われるのである。

また、前述の耐火性モルタルは、作業性を重視して塑性
に優れるカオリンを多量に含んだものが使用されるのが
一般的であった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の濾材を使用してアルミニウム溶湯
から固形不純物を十分に除去しても、ときにはインゴッ
トの圧延過程でクラックが発生したり、メモリー用ディ
スクの基板を製造したときには読出し信号に乱れを生じ
させたりするという問題が残されていた。

これは、アルミニウムが極めて還元力が大きな金属であ
るため、アルミニウム溶湯が流れる濾材中のＳｉ　Ｏ２
が還元されて遊離シリコンとしてアルミニウム溶出中に
混入するためと考えられる。即ち、従来の濾材は、骨材
粒子相互を結合させるための無機質結合材中に比較杓子
ｕ（１０〜５０％）のＳｉ　０２を含む。これが例えば
アルミニウム溶湯に晒されると、Ｓｒ　Ｏ７が金属アル
ミニウムと反応して遊離シリコンを生成して溶湯内に混
入し、これが圧延過程におけるクラック発生等の原因と
なるのである。また、フィルターカートリッジを構成す
る側板は、Ｓｉ　０２結合の炭化珪素により形成され、
またフィルターカートリッジを収容する濾過槽は、Ｓｒ
　０２を含んだ定形耐火物又は不定形耐火物で形成され
ていたために、その結合組織中のＳｉＯ２がアルミニウ
ム溶湯によって還元されて溶湯中に混入する。更に、側
板とフィルターカートリッジとの間をシールするための
耐火性モルタル中ニハ力、ｔ　’Ｊ　ン（Ａｌ１０３　
・ＳｉＯ２・２　Ｈ２０）が含まれるから、このカオリ
ンもアルミニウム溶湯と反応して遊離シリコンを生成す
るのである。

しかも、このようにフィルターカートリッジや濾過槽の
構成材料がアルミニウム溶湯と反応することは、アルミ
ニウム溶湯により浸蝕を受けることを意味するから、そ
れらの寿命も短くするという問題を生ずる。

そこで、本発明の目的は、アルミニウム溶湯が遊離シリ
コンの混入により汚染されることを未然に防止できると
共に、長寿命化も併せて図ることができるアルミニウム
溶ｙＪｄ　適用フィルターカートリッジ及びそれを用い
た濾過装置を提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明のアルミニウム溶出濾過用フィルターカートリッ
ジは、対向状態に配置した側板間に、フィルターパイプ
をその両端部が側板に嵌合されるようにして配置すると
共に、側板にフィルターパイプ内に連通ずるように通湯
口を形成し、そのフィルターパイプと側板との嵌合部分
を耐火性モルタルによりシールして構成し、前記フィル
ターパイプ、前記側板及び前記耐火性モルタルを次の通
りの材料により形成したところに特徴を有する。

（ａ）フィルターパイプ 炭化珪素、窒化珪素、電融アルミナ及び焼結アルミナの
うちの１種または２種以上の骨材粒子をその１００重量
部に対し４〜２０重二部の無機質結合材により結合させ
たものであって、その無機質結合材を、Ｂ２ｏ、１５〜
８０％、Ａｌ２Ｏ，２〜６０％並びにＣａ　Ｏ及びＭ！
ＦＯの一方又は双方の総量が５〜５０％である組成物 （ｂ）側板 窒化珪素結合の炭化珪素やアルミナ質レンガ等のＳｉ　
Ｏ２が５％以下の耐火物 （ｃ）耐火性モルタル 微粉アルミナを無機質結合材により結合してなり、その
無機質結合材が、Ｂ２０，１５〜８０％、Ａｌ２０３２
〜６０％並びにＣａ　Ｏ及び階０の一方又は双方の総量
が５〜５０％である組成物また、上述のように構成した
アルミニウム溶湯濾過用フィルターカートリッジを、濾
過槽内に装着してアルミニウム溶湯用濾過装置を構成す
る場合、その濾過槽の少なくとも内面は窒化珪素結合の
炭化珪素まやアルミナ質レンガ等のＳｉ　Ｏ□が５０６
以下の耐火物により形成することが好ましい。

（作用） アルミニウム溶湯の遊離シリコンによる汚染はアルミニ
ウム溶湯が接触する材料中に含まれる５１０２の量が多
いほど顕著になる。

この点に関し、上記のフィルターカートリッジを構成す
るフィルターパイプには、骨材粒子には勿論、無機質結
合材中にもＳｉ　Ｏ２を含まない。また、側板を窒化珪
素結合の炭化珪素やサイアロン結合の炭化珪素により形
成したときには、従来のＳｉ　Ｏ□結合の炭化珪素とは
異なりＳｉ　Ｏ□含有量はほとんど０である。また、側
板にＳｉ　Ｏ２が５９６以下のアルミナ質レンガ等の耐
火物を使用した場合も、従来のＳｉ　Ｏ２結合の炭化珪
素に比べて８１０２含有量は極めて少なくなる。更に、
耐火性モルタルの無機質結合材にも、フィルターパイプ
のそれと同様にＳ＋　０２が含まれない。従って、上記
手段の構成のフィルターカートリッジによれば、アルミ
ニウム溶湯が接触する可能性のある材料中にはほとんど
５１０２が含まれないことになり、還元された遊離シリ
コンがアルミニウム溶湯中に混入することを防ぐことが
できる。

更に、かかるフィルターカートリッジを用いてアルミニ
ウム溶湯用濾過装置を構成するに際し、フィルターカー
トリッジを収容する濾過槽の少なくとも内面を窒化珪素
結合の炭化珪素やアルミナ質レンガ等のＳｉ　Ｏ□が５
％以下の耐火物とすれば、アルミニウム溶湯が供給され
る濾過槽自体からのシリコンの流出を防止でき、アルミ
ニウム溶ｔｌＪの汚染を一層確実に抑制できる。

ここで、フィルターパイプの骨材粒子としては、アルミ
ニウム溶湯に侵されず、適切な粒度のものが容易に人手
できることが必要であるが、炭化珪素、窒化珪素、電融
アルミナ及び焼結アルミナがそれらの条件を満たす。斯
かる骨材粒子１００重量部に対し無機質結合材を４〜２
０重量部とするのは、それが４重量部未満では骨材粒子
間の結合力が不足して骨材粒子の欠落が生じ、２０重量
部を越えると骨材粒子間の空隙を無機質結合材が埋めて
しまって濾過効率が低下するからである。尚、無機質結
合材の最適な添加量は上述の範囲内で骨材粒径に応じて
異なる。

一方、フィルターパイプ及び耐火性モルタルを構成する
ための無機質結合材の構成成分のうち、Ｂ、Ｏ，は、ア
ルミニウム溶湯に対して濡れ性が悪く耐蝕性に優れた成
分であるがＢ２Ｏ３自身では溶融温度が低（、溶融状態
での粘性が低く、高温での蒸発の問題がある。そこで溶
融アルミニウムと反応しないＡ１□０１、ＣａＯ及び４
ｏ等を添加してより安定なガラス質を形成して骨材粒子
を結合させる。それらの成分は、Ｂ２Ｏ３が１５〜８０
％、Ａｌ□Ｏ，が２〜６０％並びにＣａ　Ｏ及び４゜の
一方又は双方の総量が５〜５０％であることが必要で、
それ以外の範囲ではガラス質を構成することが困難とな
る。また、Ａｌ２Ｏ，が２％未満或いはＣａ　Ｏ及びＭ
ｇの一方又は双方の総量が５％未満では適切なガラス状
態が得られず、Ａｌ２Ｏ３が６０％以上、Ｃａ　Ｏ及び
階０の一方又は双方の総量が５０％以上では無機質結合
材の溶融温度が上昇して焼成温度を高める必要があるた
め、焼成時にＢ２Ｏ、の飛散量が急増してしまうという
問題を生ずる。

また、側板を構成するためのＳｉ　Ｏ２が５％以下の耐
火物としては、窯化珪素結合の炭化珪素、サイアロン結
合の炭化珪素の他、リン酸アルミニウムを無機質結合材
としてアルミナ骨材を結合させた高アルミナレンガ、フ
ィルターパイプと同等な無機質結合材によりアルミナ骨
材を結合させた高アルミナレンガ又はアルミナ粒子を自
己焼結させた高アルミナレンガ、或いはスピネル質の耐
火物等が使用できる。

尚、耐火性モルタルのアルミナ微粉は、６０メツシユ以
下であることが強度等の点から好ましく、またアルミナ
微粉と無機質結合材との配合比は、前者が９５％、後者
が５％であることが最も好ましい。

（実泡例） 以下本発明の実施例につき図面を参照して述べる。

まず、フィルターカートリッジの材質についての試験結
果を述べる。各試験品において骨材粒子は１４〜２８メ
ツシユの焼結アルミナを使用している。無機質結合材は
次表に示す組成になるように添加し、骨材粒子、有機バ
インダー及び水と共に混練した後、パイプ状に成形・乾
燥して焼成した。焼成後、骨材粒子の結合状態を観察し
、カサ比重、曲げ強度、アルミニウム合金５０５６の溶
湯中に２４時間浸漬後の残存強度及び上記溶湯への流出
成分を測定し、総合評価を与えた。その結果を次の第１
表ないし第８表に示す。尚、各試験品の焼成温度は、試
験品Ｎ０１１〜１０が１４００℃、間隙１１〜２０が１
２５０℃、同Ｎα２１〜４２が１３５０℃である。

ここで、第１表及び第２表は、無機質結合材がＢ２Ｏ３
−Ａｌ１０３　　ＣａＯの３成分系である場合を示し、
第３表及び第４表は、無機質結合材がＢ２Ｏ３　　Ａｌ
１０３　　Ｍｇ３成分系である場合を示す。試験品４６
．１６はＢ２０．が過少でＡ１□Ｏ１が過多であり、同
Ｎα７，１７はＢ２０゜が、同に８，１８はＡ１□Ｑ、
が夫々過多であると考えられる。また、試験品Ｎへ９，
１９は無機質結合材添加量が過少で、同Ｎｏ、１０．２
０はそれが過多であると考えられる。

一方、第５表ないし第８表は、無機質結合材がＢ２Ｏ３
　　Ａｌ１０ｓ　−ＣａＯｍｏの４成分系である場合を
示している。第８表中、試験品に４０は大きな強度を有
するが、これは骨材粒子間の隙間が無機質結合材により
埋められて目詰まり状態を呈しており、濾過性能の点か
ら実用に供し得なかった。無機質結合材の割合いが過剰
であるためと考えられる。逆に、試験品ＮＱ、３９は強
度の点から実用的ではなく、これは無機質結合材の割合
いが不足して結合力が小さいためと考えられる。また、
試験品Ｎα３８では、Ｂ２０．が少ないため適切なガラ
ス質が形成されず、強度の面で不足である。

これに対し、試験品魚１〜５，１１〜１５，２１〜３７
は、「問題点を解決するための手段」に記したフィルタ
ーパイプの組成の範囲内にあり、各表に示すように実用
上十分な曲げ強度を有すると共に、アルミニウム合金溶
湯の汚染はほとんどなく、旦つ溶湯による無機質結合材
の浸蝕は極めて少なかった。また、溶湯に２４時間浸漬
後の残存強度も大きいものであった。

第　　１ 表 第 表 第 表 第 表 表 第 表 さて、次に以上のような組成のフィルターパイプを使用
してアルミニウム溶湯用フィルターカートリッジ及びこ
れを使用した濾過装置についての一実施例を図面を参照
して説明する。

まず、濾過装置の全体構成は図に示す通りで、濾過槽１
の開放上面に蓋２を配置してなり、両者ともに鋼製の箱
体３、断熱材４及び内張りレンガ５からなる３層構造と
なっている。濾過槽１の図示左側の側壁にはアルミニウ
ム溶湯の入湯口６が形成され、右側の側壁には出湯ロア
が形成されている。そして、濾過槽１内には、通湯口８
ａ、９ａを有する仕切壁８，９が設けられて内部空間が
３室に仕切られ、その中央にアルミニウム溶揚濾適用フ
ィルターカートリッジ１０（以下単に「フィルターカー
トリッジ１０．」と称す）が収容されている。

このフィルターカートリッジ１０は、対向状態に配置し
た一対の側板１１．１１間に、多数本のフィルターパイ
プ１２（２本のみを図示する）を配置した構成で、フィ
ルターパイプ１２の両端部が側板１１に形成した嵌合口
１１ａに嵌合され、その嵌合部分は耐火性モルタル１３
によってシール・固定されている。一方、図示右側の側
板１１の嵌合口１１ａには、フィルターパイプ１２内に
連通するように通湯口１４が形成され、フィルターパイ
プ１２の周壁を通って濾過されたアルミニウム溶湯がこ
こから流出するようになっている。

そして、このような構成としたフィルターカートリッジ
１０は、濾過槽１の両仕切壁８，９間に配置され、仕切
壁８と左側の側板１１との間にＭ！！１５を打ち込むこ
とにより、右側の側板１１をパツキン１６を介して仕切
壁９側に圧接させている。

これにより、入湯口６から濾過槽１内に供給されたアル
ミニウム溶湯は、仕切壁８の通湯口８ａを通って中央の
部屋に流入し、ここでフィルターパイプ１２の周壁を通
って濾過されながらその内部に流入し、フィルターパイ
プ１２内から仕切壁９の通湯口９ａを通って右側の部屋
に流入し、最後に出湯ロアを通って濾過槽１から流出す
るようになっている。

以上の構成のうち、フィルターパイプ１２の材質は、前
記した試験品のうち例えば試験品番号Ｎｏ。

１３のものを使用し、側板１．１は窒化珪素結合の炭化
珪素（日本碍子株式会社製「クリストン」（登録商標）
）を使用した。また、耐火性モルタル１３は、６０メツ
シユ以下のアルミナ微粉が９５％、フィルターパイプ１
２の無機質結合材と同配合のものを５％とし、これらを
ＣＭＣ等のａ機バインダーと共に混練したものを使用し
た。また、内張りレンガ５は、側板１１と同材質である
。

このような濾過装置に、約２ｔのアルミニウム合金６０
６３を供給し、定期的にシリコン濃度を１１１Ｊ定した
。その結果を次の第９表に記す。尚、ここで従来装置と
は、フィルターパイプ１２は骨材粒子をＳｉ　Ｏ□系の
無機質結合材により結合させたもので、側板はＳｉ　Ｏ
２結合の炭化珪素等により形成され、耐火性モルタルの
無機質結合材はカオリンを主体とし、濾過槽はＳｉ　Ｏ
２結合の炭化珪素により形成したものである。

第　　９ 表 上表に示すように、本実施例によれば、シリコンの溶出
量を従来に比べて著しく減少させることができる。これ
により、アルミニウムインゴットの圧延］二程でクラッ
クが発生したり、メモリー基板としたときに読み出し信
号に乱れが生じたりすることを防止することができるも
のである。

尚、上記実施例では、フィルターパイプ１２の材質とし
ては試験品ＮＯ，１３のものを使用したが、本発明はこ
れに限らず、上述した試験品Ｎｏ、　１〜５゜１１〜１
５．２１〜３７のもの、或いはその他の本発明の範囲内
にあるものを適宜選択して使用することができる。また
、試験データは省略するか、側板１１の材質としてＳｉ
　Ｏ□が５％以下のアルミナ質レンガ等の耐火物を使用
した場合でも、上記実施例と同等なシリコン溶出量に抑
えることができた。

また、アルミニウム溶湯はフィルターパイプを集中的に
流れるから、この部分の５ｉＯ２ｆｆｉを抑えることが
最も効果的であり、そのようなフィルターパイプを使用
した本発明のフィルターカートリッジを従来と同様な濾
過槽内に配置するだけでも、シリコン溶出を用途によっ
ては実用上問題のない程度に抑えることができるもので
ある。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明のフィルターカートリッジに
よれば、それを構成するフィルターパイプ、側板及び耐
火性モルタルの各構成要素のＳｉＯ２＆有量を著しく少
なくできるので、アルミニウム溶湯内に遊離シリコンが
混入することを大幅に抑制でき、もってインゴットの圧
延時におけるクラックやピンホールの発生成いはメモリ
ーディスクに加工したときの読み出し信号の乱れの発生
等を確実に防止できる。また、このフィルターカートリ
ッジを装着する濾過槽を窒化珪素結合の炭化珪素やアル
ミナ質レンガ等のＳｉ　Ｏ２が５９６以下の耐火物とす
るときには、アルミニウム溶湯の遊離シリコンによる汚
染を一層確実に防止することができるようになる。

図面中、１は濾過槽、１０はフィルターカートリッジ、
１１は側板、１２はフィルターパイプ、１３は耐火性モ
ルタルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対向状態に配置した側板間に、フィルターパイプを
   その両端部が側板に嵌合されるようにして配置すると共
   に、前記側板に前記フィルターパイプ内に連通するよう
   に通湯口を形成し、前記フィルターパイプと側板との嵌
   合部分を耐火性モルタルによりシールして構成したもの
   において、前記フィルターパイプ、前記側板及び前記耐
   火性モルタルを次の通りの材料により形成したことを特
   徴とするアルミニウム溶湯濾過用フィルターカートリッ
   ジ。 （ａ）フィルターパイプ 炭化珪素、窒化珪素、電融アルミナ及び焼結アルミナの
   うちの１種または２種以上の骨材粒子をその１００重量
   部に対し４〜２０重量部の無機質結合材により結合させ
   たものであって、その無機質結合材を、Ｂ＿２Ｏ＿３１
   ５〜８０％、Ａｌ＿２Ｏ＿３２〜６０％並びにＣａＯ及
   びＭｇの一方又は双方の総量が５〜５０％である組成物 （ｂ）側板 窒化珪素結合の炭化珪素やアルミナ質レンガ等のＳｉＯ
   ＿２が５％以下の耐火物 （ｃ）耐火性モルタル 微粉アルミナを無機質結合材により結合してなり、その
   無機質結合材が、Ｂ＿２Ｏ＿３１５〜８０％、Ａｌ＿２
   Ｏ＿３２〜６０％並びにＣａＯ及びＭｇの一方又は双方
   の総量が５〜５０％である組成物 ２、濾過槽内に供給されたアルミニウム溶湯を濾過する
   ためのものであって、前記濾過槽内に特許請求の範囲第
   １項のアルミニウム溶湯濾過用フィルターカートリッジ
   を備え、前記濾過槽の少なくとも内面は窒化珪素結合の
   炭化珪素やアルミナ質レンガ等のＳｉＯ＿２が５％以下
   の耐火物であることを特徴とするアルミニウム溶湯用濾
   過装置。