JPH0248009A - 熱い液体を濾過するための合成物質製成形体及びその製造方法 - 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】 技術分」 本発明は特殊に構成された合成物質製の成形体であって
非常に高温の液体、特に溶融金属を濾過するために適し
た成形体、及びフルフリルアルコール・ホルムアルデヒ
ド樹脂をベースとした成分から成る前記成形体の製造方
法に関するものである。

従来技術 溶融した鋳鉄は、鋳型に鋳込む前に濾過する必要がある
。このため従来ではもっばらセラミック製の濾過器を使
用していた。このセラミック製の濾過器は８ないし１．
５ｍｍの厚さて、濾過穴の直径は３ないし８■であった
。この種のセラミック製濾過器はその特性の点て諸要求
に答えるものではなく、例えは熱的負荷や機械的負荷か
急激に加わると破損し、また小さな濾過穴に備えさせる
ことは製造上困難である。ところで濾過穴が大きな濾過
器では所定の効果が得られず、また液状の鋳鉄がセラミ
ックと反応して濾過器を破損させてしまう。

鋳鉄を濾過するため、耐熱性の薄いたわみ可能な糸から
成る網状の濾過器を使用する試みがなされた。この種の
耐熱性の糸は例えはグラファイトまたは純粋な二酸化ケ
イ素、即ち石英から成る糸である。石英は１３００ない
しｌ　５００　’Ｃて溶融する。この種の組織は第１に
非常に高価であり、第２に十分に硬いものではない。こ
の硬度上の欠点があるために、適当な大きさに切断した
濾過組織の縁を鋳型の鋳込み１０に固定して使用するこ
としかできない。これは面倒であり、確実な解決方法で
はない。なぜなら流動する鋳鉄の力学的な圧力により固
定部が破損してしまうからである。

鋳鉄を濾過する必要かあるのは次のような理由に基づく
ものである。特に鋳造の開始時に最初の放射により粒の
大きなスラグや非金属の含有物か鋳型内へ達する。その
うち９０ないし９５％が砂であり、セラミック製濾過器
を通って鋳型内へ達する。鋳型内に渦が生じないように
するため、充填システムは常に液状の金属で充填されて
いなければならない。また、急激に増大する流動速度（
Ｒｅ　：　２５００−１０００００　）によって渦が生
じないようにするため、金属放射流は多数の基本放射流
に分解されねばならない。このような条件を満たすこと
ができるのは、特別に成形された濾過器だけである。

溶融した金属を濾過することの利点は他にも多数ある。

例えば完成した鋳造品の強度が著しく増すことである。

これは、完成した鋳造品のなかにあるグラファイト板片
が別の変質を豪むり、共融セルの大きさを減し、パーラ
イトの拡散性をも改善させるためである。鋳鉄に皮膜が
形成される傾向やガスの含有量も少なくなり、一方金属
の流動性は増大する。

」二部のような利点は、適宜に構成された硬い濾過器を
用いた場合にだけ得られる。一方、濾過を必要としない
技術も開発され、例えばスラグを引き留めるノズルを鋳
型に設けるのがそれである。

しかしこの方法は、材料費が高くつくこととエネルギー
の消費量が高いことが欠点である。

低温の溶融金属、例えはアルミニウムを濾過するために
、ガラスファイバーから成りフェノール樹脂を含浸させ
た濾過フィルターが知られている（英国特許第１２２８
２９８号公報）。しかしながらこの網状の濾過器は、耐
熱性の点でも強度の点でも使用に十分耐えないので、鋳
鉄を濾過するために十分適しているとは言えない。

し愼 本発明の目的は、穴径が十分小さく且つ剛性が十分であ
り、一般に１０ないし１５秒の濾過時間に対し１４００
ないし１５００℃の温度に耐えうる合成物質製の濾過器
を提供することである。

また、非常に高温の鋳鉄を効果的に濾過することができ
るように濾過器の形状を選定することをも目的とする。

構成及び効果 本発明は、上記目的を達成するため、熱い液体を濾過す
るための合成物質製成形体においては、ａ）シリンダ部
からピラミッド状残基部のほうへ流動方向に下方へ拡が
っている濾過穴と、該濾過穴の間に配置されるリフ部と
、場合によっては濾過穴の上に配置される０、２ないし
０．５ｍ厚の合成物質製の薄片状カバーとを有し、ピラ
ミッド状残基部とシリンダ部との横断面の比率が２０＝
１と２：１の間であること、もしくは ｂ）流動方向へ下方へ拡がっているピラミッド状残基部
形の濾過穴と、該濾過穴の間に配置されるリブ部と、場
合によっては濾過穴の」−に配置される０、２ないし０
．５ｍｍ厚の合成物質製の薄片状カバーとを有し、ピラ
ミッド状残基部の基面と上面の面積比が２０：１と２：
１の間しこあり、且つピラミッド状残基部の高さが５な
いし２Ｏｎ＋ｍであること を特徴とし、 熱い液体を濾過するための合成物質製成形体の製造方法
においては、４０ないし６０質量％の乾燥物質を含んだ
２８ないし５５質量％のフルフリルアルコール・ホルム
アルデヒド樹脂と、４．５ないし１５質量％の網状触媒
、有利には」−〇ないし３０質量％の濃度の無機酸また
は有機酸と、切断された２ないし２，５質量％のガラス
ファイバーと、１ないし１０質量％のアルミニウム片と
、２０ないし４５質量％の他の添加物、有利にはグラフ
ァイトとを混合させ、得られた混合物を１ないし２４時
間放置させた後、有利にはプレスによって成形体に成形
することを特徴とするものである。

本発明による濾過器は、無機物質と有機物質との合成物
から成っている。これらの無機物質と有機物質は個々に
、またそれ自体では上記温度で適当な機械的特性を備え
ていないが、本発明による濾過器の製造及び使用におい
ては構造が変化し、高温での使用に適した合成物を形成
する。

本発明による濾過器製構成している合成物は次の成分か
ら成っている。即ちフルフリルアルコールとホルムアル
デヒドからつくられるフラン樹脂にして、酸性の触媒物
質により空間的に網状化させることができるフラン樹脂
と、糸径が６ないし１３ミクロンのホウケイ酸ガラスフ
ァイバーと、添加物とがそれである。

上に挙げた成分はそれぞれそれ自体では１０００℃以上
の温度に耐えることができない。例えばフラン樹脂の耐
熱性は３００ないし４００℃が限度で６００ないし８０
０℃の温度で炭化してしまう。その際に生しる固形物質
は実際にはほとんど機械的強度を有していない。ホウケ
イ酸ガラスファイバーは約６００°Ｃで軟化し、その強
度を失なってしまう。

しかしながらこれらの物質からつくられる合成物は１４
００ないし１５００　’Ｃ温度まで耐える。

これは以下のような理由によるものである。

炭化したフラン樹脂の強度はそのなかに補強ファイバー
があればかなり改善される。上記の温度に耐えうるファ
イバーは次のようにして生じる。

フラン樹脂を網状化させるため酸性の触媒物質を使用し
、切断したホウケイ酸ガラスファイバーを合成物に混合
させる。これによって酸性媒体のな汁 かでガラスファイバーの表面から徐々にＫ　。

＋十＋＋ Ｎａ、Ｂ　　　イオンが生しる。このイオン発生過程は
濾過器の製造と使用の際に支配する高温度により好都合
となる。上記のイオンが移動することにより、これらの
イオンを本来含んでおり且つ比較的低い溶融点を有して
いるガラスファイバーから純粋な二酸化ケイ素・ファイ
バーが生しる。

その溶融点は１４００ないし１５００℃である。

またイオン移動により変移したイオンの場所が空になり
、それによって原子面上に孔がある繊維構造が生じる。

この繊維構造は十分な熱絶縁性を保証するものである。

このように安価なガラスファイバーを使用して、熱絶縁
特性を有し融点が高い石英ファイバーが得られる。

以上のような現象は以下のような簡単な実験で証明する
ことができる。前記合成物に混入されるように特定した
ガラスファイバーをブンゼンバーナーの炎のなかに入れ
る。ガラスファイバーは６００ないしｓ　ｏ　ｏ　’ｃ
で溶融する。鋳鉄の濾過後残っている残りかすから１本
のガラスファイバーを抜き取ると、このガラスファイバ
ーは完全に無傷であり、溶融の痕跡を全く有していない
。このガラスファイバーをブンゼンバーナーの炎に入れ
ても、もはや熔融せず、損傷をこうむらない。

本発明の他の技術思想は、合成物に連節な添加物を添加
することによって公知の自然現象であるライデンフロー
スト現象を熱絶縁効果として利用することができるとい
う点にある。この技術思想は、高温では材料から蒸気ま
たはカス状の物質が発生し、流動する熱い溶融金属と濾
過器の固形物質との間に分子スケールの蒸気クツション
を形成するという認識に基づいている。この蒸気クツシ
ョンは熱絶縁作用を及ぼし、濾過器を保護するものであ
る。この種のガスクツションを生しさせるため、はぼ１
０００ないし２０００℃の比較的高い温度でガス状態に
移行し、それによってライデンフロースト現象を生じさ
せるような物質を前記合成物に添加する。添加材料とし
ては、０．２ないし１質量％のフレーク状のアルミニウ
ムを使用するのが有利である。

濾過器の耐熱性を高めるために重要なことは、濾過器の
幾何学的構成である。これは第１図から第４図までに図
示されている。濾過器の摩耗は高熱負荷によって生じる
はかりでなく、強い浸食作用によっても生しる。流動す
る鋳鉄はこれと接触する濾過器の表面から徐々に炭化層
をはきとっていくが、本発明にしたがって成形される濾
過器では、濾過穴の横断面は鋳鉄の流動方向に連続的に
大きくなっていく。このことは実質的には濾過穴が例え
ば円錐形であることを意味している。濾過面の剛性は濾
過穴の間に延在しているリフ部によって保証される。濾
過穴を重力形の網のなかに配置し、これに応してリブ部
もこの形状に従うのか合目的であり、そして濾過穴がプ
リズム形状、例えばピラミッド状の形状を有するのが有
利である。

この場合、単位面積に割り当てられる自由横断面積（貫
流横断面積）は最大である。この実施例の利点は、荷重
を受けるリブ部の下稜が流動する薄い液体流（ｔ４鉄）
と実際に接触しないことである。

濾過器に形成されるリブ部は鋳鉄の静力学的圧力　Ｉｌ と動力学的圧力を受け、引張りの荷重を受ける。

濾過過程がすでに終っていれば、濾過器の摩耗が進んで
いてもリブ部には一番最後に到達する。濾過時間は通常
１０ないし４０秒である。

実施例 次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

本発明による濾過器はプレス工程により製造される。特
に有利な実施例では、濾過穴の入口側に、濾過器と同し
材料から成る薄片部３（第５図）が形成されている。薄
片部３の厚さ５は０．２ないし０．５ｎｗｎである。鋳
鉄を濾過するために従来使用されていたセラミック製濾
過器を使用する場合には、少なくとも１枚の薄い鋼板か
濾過器の表面に取付けられる。この種の濾過器は溶融液
を数秒間引き留め、この間にスラグが上方へ浮動し、集
まった金属の重力圧により均一な流動が得られる。

第５図に図示したプラスチックフォイル（薄片）は上記
の鋼板の代用をするものである。即ち薄片部３は金属の
圧力に数秒間耐え、次に破断されて金属の流入を可能に
する。

第１図に図示した本発明による濾過器の実施例では、濾
過穴１が下方へ（流動方向）へ、即ちシリンダ部からピ
ラミツｌく状残基部の方向へ拡大されている。ピラミッ
ド状残基部とシリンダ部の横断面の比は２０：１と２：
１の間である。シリンダ部の基本円の直径６は１ないし
２ｍｍである。ピラミッド状残基部の基本面の凌長さは
有利には３ないし５＋ｎｍである。濾過器の全厚さは５
ないし２０ｎｙｎである。濾過器の剛性は濾過穴１の間
に延びているリブ部２により保証されている。

第２図は、本発明による濾過器の他の実施例である。こ
の実施例では、ビラミツ１く状残基部の形状をもつ濾過
穴４が設けられている。ビラミノ１〜状残基部の基板と
カバー板との面積比は２０：１と２：１の間である。ピ
ラミッド状残基部のカバ板の稜長さ８は１ないし２１Ｉ
Ｉｍで、基板の稜長さ９は３ないし５ｍｍである。濾過
穴４の間には、剛性を保証するリブ部２が設けられてい
る。第４図はこの濾過器の平面図であり、第５図は前記
薄片部３の１一実施例を示す図である。

濾過穴を正確に形成することは極めて重要である。貫流
横断面積は可能な限り大きいことが必要であり、濾過面
には濾過の終了まで適当な機械的強度が与えられている
へきである。さらに第６図に示すように、濾過穴４を貫
流する鋳鉄Ｏがリブ部２と接触せずに、流動する溶融液
Ｓとリフ部２との間に小さな間隙ｒが形成される必要か
ある。

この間隙には、すてに述へたライテンフロースト現象の
ために薄い蒸気フィルムか形成され、この蒸気フィルム
が濾過器の材料を保護する。

濾過穴を形成する場合、流動する鋳鉄の粘性が非常に小
さく、一方その表面張力は非常に高いことが前提となっ
ていた。この点を考慮して、濾過穴は狭い部分から広く
なっている部分へ徐々に移行するように形成されていた
。このようにして熱い鋳鉄は濾過穴と入口地点でのみ接
触し、濾、過去の壁は下方へ拡がっている間隙ｒにより
流動する溶融液とは分離されている。

本発明による濾過器は、特殊な組成の成分からプレス］
二程により製造される。本発明による方法の特徴は、濾
過器か４０ないし６０質量％の乾燥物質を含んだ２８な
いし５５質量％のフルフリルアルコール・ホルムアルデ
ヒｌ−’樹脂と、４．５ないし１５質量％の網状触媒物
質、有利には］０ないし３０％の濃度をもつ無機酸また
は有機酸と、２ないし２５質量％の切断されたカラスフ
ァイバーと、１ないし１０質量％のアルミニウム片と、
２０ないし４５質量％の他の添加物質、有利にはグラフ
ァイトから成っている点である。上記の成分を含んでい
る成分を混合させることによって得られる混合物を室温
で１時間ないし２４時間放置し、次に４０ないし１００
ＯＮ／ｍの圧力で旧っ１４０ないし２００℃の温度で２
分ないし５分間プレスすることにより成形体へ成形する
。このようにして製造される濾過器は、その特殊な材料
成分とその構造により高温や腐食に耐えることができる
。

すでに述へたように、本発明による濾過器を製造し使用
する場合、ガラスファイバーが化学的に変化する。この
変化は、１時間ないし２４時間放置する間に酸性の触媒
物質が作用するにつれて始まり、温度を上げてプレスす
る際に促進され、鋳鉄を濾過する際に、即ち↑４００な
いし１５０゜°Ｃの温度で終了する。その結果有孔性の
ガラスファイバーが形成される。成形体を構成する成分
では、酸性の触媒物質が占める割合が比較的高い。

これは酸性の触媒物質が２重の機能をもっているからで
あり、即ちガラスファイバーを処理する機能と、網状触
媒物質として作用する機能とをもっているからである。

上記成分を形成するため、例えばＺ型温練機でまず樹脂
とガラスファイバーとを混合させ、次にアルミニウム片
と他の添加物を添加し、次に網状触媒物質を供給するよ
うｂこすることができる。

本発明による濾過器の取付けは極めて簡単である。まず
濾過面をできるたけ水平にして砂型の鋳込みダクトの穴
の上に設置する。この場合、砂型に濾過板のためのキャ
ビティを形成させるのが合目的である。濾過器の形状や
寸法は任意で、例えば円形の濾過器として、或いは正方
形または長方形の濾過器として形成することができる。

しかし最も合目的なのは、直径が３０ないし１００１Ｉ
ｌｌｌＩの円板である。濾過器の厚さは濾過器の面積及
び濾過されるべき鋳鉄の量に依存している。一般には３
ないし８圃の厚さの濾過器がつくられる。

本発明の効果は以下のとおりである。

合成物質から製造される鋳鉄濾過用自立型濾過器は、セ
ラミック製濾過器よりも強度が大きく、しかもより小さ
な濾過穴を備えさせることができる。

本発明による濾過器はセラミック製濾過器よりも簡単且
つ経済的に製造可能である。

濾過器の取付けに機械的固定手段を必要とせず、従って
砂型の構成及び濾過過程も簡単になる。

濾過器の鋳込み穴は、金属の圧力て破断される破断板に
よって閉塞され、濾過器は］回の作業工程で製造可能で
ある。

次に、本発明による濾過器の製造に関し以ｒの例を用い
てより詳細に説明する。

例　　Ｉ Ｚ型温練機に１００ピース（すべて大量生産品）のフル
フリルアルコール・ホルムアルデヒド樹脂を供給する。

フルフリルアルコール・ホルムアルデヒド樹脂はたかだ
か５質量％のホルムアルデヒドを含んでいる。乾燥物質
の含有量は６０質量％で、粘度はたかだか２０００　ｍ
Ｐａ５である。フラン樹脂には、２ないし５１ｍ＋の長
さに切断されたガラスファイバーを２５ピース混入する
。

次に５０ピースのグラファイトと１０ピースのアルミニ
ウム片（粒子大きさ０．００５ｎｗｎ）を添加する。得
られた粘性の混合物に１０質量％の硫酸を１０ピース与
える。この混合物を１時間放置した後、適当なプレス工
具で１５０℃の温度及び１０　Ｎ　／　ｍｍ２　の圧力
でプレスして成形体を形成させる。プレス時間は５分間
で、プレス後完成品をプレス工具から取り出す。プレス
工具は、はぼ０．１ｍ厚さの薄片が濾過器の穴を介して
引き止められるように形成されている。このようにして
第５図に図示したような濾過器が製造される。

鉄を鋳造するにあたって、」二部のようにして製造され
た濾過器を鋳型の鋳込み口に設定して、１４５０℃の温
度の熱い鉄を通過させる。４０ないし５０秒で約１５０
ｋｇの鉄が濾過される。この間濾過器は不動で妨害を受
けず、鉄のなかのスラグを引き留める。

例　　２ Ｚ型混練機内で、例１のフラン樹脂１００ビスを、切断
された５０ピースのガラスファイバと、５０ピースのグ
ラフアイ１〜と、５ピースのアルミニウム片と混合させ
る。この混合物を均質にして、１０ピースの１５質量％
の塩酸に混ぜ合わせる。混ぜ合わした混合物を３時間放
置した後、例１で述べた方法でプレスする。この場合、
第１回に図示した濾過器に対応して形成される工具を使
用する。

例　　３ Ｚ型混練機内で、１００ピースのフラン樹脂を、５０質
量％の乾燥物質と、１０ピースの切断されたガラスファ
イバーと、１００ピースのグラファイトと、２０ピース
のアルミニウム片と混合させ、最後に２０ピースの３０
質量％の燐酸を加える。

この混合物を１６時間放置させた後、例１で説明した方
法で処理し、第２図に図示した形状の濾過器を形成させ
る。

例４ 例１で述べた樹脂１００ピースに、切断された５０ピー
スのガラスファイバーと、１５０ピースのグラファイト
と、２０ピースのアルミニウム片を加える。触媒として
２０ピースの２０質量％のｐ−トルエンスルホン酸を使
用する。混合物を２時間放置させた後、例１で述べた方
法で処理する。

次に、本発明による方法の実施態様を列記しておく。

（１）合成物を１４０ないし２００℃の温度で且つ４０
ないし１００　Ｎ／ｄの圧力で２ないし５分間プレスし
て成形することを特徴とする請求項２に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による濾過器の第１実施例の横断面図、
第２図は第１図の濾過器の平面図、第３図は本発明によ
る濾過器の他の実施例の断面図、第４図は第３図に図示
した実施例の平面図、第５図はプラスチック薄片部によ
って蔽われている濾過器を示す図、第６図は濾過器使用
時の流動特性を説明するための図である。 １．４・濾過穴 ２・・・リブ部 ３・・・薄片部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱い液体を濾過するための合成物質製成形体にお
   いて、 ａ）シリンダ部からピラミッド状残基部のほうへ流動方
   向に下方へ拡がっている濾過穴（１）と、該濾過穴（１
   ）の間に配置されるリブ部（２）と、場合によっては濾
   過穴（１）の上に配置される０．２ないし０．５ｍｍ厚
   の合成物質製の薄片状カバー（３）とを有し、ピラミッ
   ド状残基部とシリンダ部との横断面の比率が２０：１と
   ２：１の間であること、もしくは ｂ）流動方向へ下方へ拡がっているピラミッド状残基部
   形の濾過穴（４）と、該濾過穴（４）の間に配置される
   リブ部（２）と、場合によっては濾過穴（４）の上に配
   置される０．２ないし０．５ｍｍ厚の合成物質製の薄片
   状カバー（３）とを有し、 ピラミッド状残基部の基面と上面の面積比が２０：１と
   ２：１の間にあり、且つピラミッド状残基部の高さが５
   ないし２０ｍｍであること を特徴とする合成物質製成形体。
2. （２）熱い液体を濾過するための合成物質製成形体の製
   造方法において、４０ないし６０質量％の乾燥物質を含
   んだ２８ないし５５質量％のフルフリルアルコール・ホ
   ルムアルデヒド樹脂と、４．５ないし１５質量％の網状
   触媒、有利には１０ないし３０質量％の濃度の無機酸ま
   たは有機酸と、切断された２ないし２５質量％のガラス
   ファイバーと、１ないし１０質量％のアルミニウム片と
   、２０ないし４５質量％の他の添加物、有利にはグラフ
   ァイトとを混合させ、得られた混合物を１ないし２４時
   間放置させた後、有利にはプレスによって成形体に成形
   することを特徴とする方法。