JPH03130330A - ケイ素をアルミニウムに添加する方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は純アルミニウム及びアルミニウム合金にケイ素
を添加する方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、アルミニウムとケイ素の合金は幅広い分野に
わたり、用いられている。その製造方法は当初鋳造メー
カーが純アルミニウムに必要成分を添加していた。その
後業界の分業化が進み、合金地金専門メーカーが製造す
るようになったが、分析装置の低価格化および溶解設備
の発達による溶解作業の合理化により再び鋳造メーカー
が製造することが注目されるようになった。

その具体的添加方法は以下の２つである。

Ａ）ケイ素の単独添加 Ｂ）アルミニウムーケイ素母合金による添加［発明が解
決しようとする課題］ しかし、Ａ）の方法ではケイ素の溶湯温度が高い（１４
１４℃）ために、溶湯温度を長時間に亘って高温状態に
保持するのが大変であった。このことは、溶湯コストの
上昇を招き、さらに、現場作業を困難にするものであっ
た。また、ケイ素表面が非常に酸化されている場合、あ
るいは高温状態でケイ素の酸化反応が促進された場合に
は、ケイ素の歩留りを悪化させることになる。

また不純物の問題が生じる。これは、ケイ素を製造する
際に使用する還元剤中のアルカリ金属などが、ケイ酸塩
のスラッグになり、未反応のケイ石がケイ素中に残留す
るものである。更に、炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）として
非常に硬い化合物が残留することが多く、これらの不純
物を除去する必要がある。

Ｂ）のアルミニウムーケイ素母合金による添加では、ア
ルミニウムーケイ素母合金中のケイ素量が２０乃至２５
重量％であるため、アルミニウムーケイ素母合金の添加
総量が多くなり、原材料費のコストアップとなっていた
。更に、添加総量の増加は溶湯の温度降下を起こすこと
になり、溶解コストの上昇となる。

アルミ合金用添加金属としてはケイ素の他に各種の金属
がよく用いられているが、その多くはアルミニウムより
比重が大きいので溶融アルミニウム中に添加しやすい。

例えばＭｎ（マンガン）は比重が７．２もあり、アルミ
ニウムの比重２．７に比べ３倍近くもあり、アルミニウ
ムより比重の小さいケイ素（２，４）に比べはるかに添
加しやすいものである。そして、アルミニウムの融点（
６６０，２℃）に比ベマンガンの融点は高い（１２４５
℃）が、ケイ素の融点が更に高い（１４１４℃）ことも
添加を難しくしている要因と思われる。

本発明は、低温度のアルミニウム溶解温度においてケイ
素の添加を可能とし、すぐれた歩留りでケイ素をアルミ
ニウムに添加する方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明のケイ素をアルミニウ
ムに添加する方法は、直径２■以上５０關以下のケイ素
と、式ＸａＭＦｂ（ここにＸは周期律表第３周期及び第
４周期の元素、Ｍは周期律表第■族及び第ＩＶ族元素、
Ｆは弗素）で示される少なくとも１種を含むフラックス
とをアルミニウム溶湯中に添加することを特徴とする。

及び直径２關以上５０關以下のケイ素の表面に式ＸａＭ
Ｆｂ　（ここにＸは周期律表第３周期及び第４周期の元
素、Ｍは周期律表第■族及び第■族元素、Ｆは弗素）で
示される少なくとも１種を含むフラックスの一部をコー
ティングしたものと、残部のフラックスとをアルミニウ
ム溶湯中に投入することを特徴とする。

なお、本発明においては、上記式にて示される少なくと
も１種のフラックス単独を用いても良く、また上記式に
て示されるフラックスと他のフラックスとの混合物を用
いても良い。他のフラックスとしてはＮａＦ、ＮａＣ，
Ｑ　、ＫＯ２、Ａｐ　Ｆ、、ＫＦＳＭｇＦ２ｓ　ＣａＦ
２、ＡＮ　ＣＤ　３、ＣａＣＩ）　２　、ＰｖｌｇＣＩ
）　２　、Ｃ２Ｃｊｌｌ　ｂ、Ｋ２　ＣＯ３、Ｎａ２Ｃ
Ｏ３、ＣａＣ０１、ＫＮＯ３、Ｋ２　ＳＯ４、Ｎａ２Ｓ
Ｏ４等を用いることができる。

ケイ素の直径が２　ｍｍ未満であると、ケイ素の比表面
積が非常に多くなるため酸化されやすいばかりでなく、
溶融反応したフラックスを吸着し、充分なフラックスの
反応を得られない。またケイ素の粒度が小さいと、アル
ミニウム溶湯上に静置した場合、アルミニウム溶湯表面
に浮遊し前記の酸化反応のみが進行し、結果として、歩
留りの悪化を招く。逆にケイ素の直径が５０ｍｌ５を越
えると、ケイ素の溶融までの時間が長くなり、歩留りも
悪い。

ケイ素の添加方法としては、ケイ素の表面にフラックス
をコーティングしてアルミニウム溶湯中に投入する方法
、ケイ素の表面にフラックスの一部をコーティングして
残りのフラックスと同時にアルミニウム溶湯中に投入す
る方法、アルミニウム溶湯上にフラックスを散布し、フ
ラックスが溶融状態になった後、ケイ素を投入する方法
、ケイ素とフラックスとを同時にアルミニウム溶湯中に
投入する方法、ケイ素とフラックスを混合成形しアルミ
ニウム溶湯中に投入する方法、上記方法と同時にアルミ
ニウム溶湯を攪拌する方法等種々の方法がある。

［作用］ 本発明は直径２ＩＩ１ｍ以上５０　ｍｍ以下のケイ素を
用いかつ前記式で示されるフラックスを用いているため
速やかに溶融してアルミニウム溶湯中にケイ素が導入さ
れやすくなる。したがって、アルミニウム及びケイ素の
酸化を防ぎ、歩留りを向上することができる。また本発
明に用いるフラックスの作用により不純物を化合して、
それを取り除き易くし、還元作用による酸化物の還元が
行えることとなる。

またケイ素の表面にフラックスをコーティングしたもの
と、フラックスとをアルミニウム溶湯中に投入した場合
は、ケイ素の表面にコーティングしたフラックスでケイ
素の酸化が防止され、アルミニウム溶湯中に投入したフ
ラックスでアルミニウムの酸化が防止されるため歩留ま
りの向上がもたらされる。

［実施例］ ■フラックスの添加効果■添加フラックスの内容■金属
ケイ素の粒径■金属ケイ素の添加方法についてそれぞれ
以下の１〜４の実施例を行った。

■フラックスの添加効果 実施例１ 純度９９．８５％のアルミニウムを溶解重量９３１ｃ　
ｇで溶解し、６９０℃に保持後、アルミニウム溶湯表面
に、粒度２乃至１５ｍｍの金属ケイ素７ｋｇ及び金属ケ
イ素に対して８重量％のフラックス（３０％ＮａＣ１＋
３０％ＫＣ１＋２０％ＫＡｌＦ４＋２０％に２ＴｉＦ６
）を広げて１分間静置した。なお、金属ケイ素添加前に
サンプリングを行った。モして溶湯表面をフオスフオラ
イザーで１０回量中た後第１回目のサンプリングを行っ
た。更に１分間静置した後、前回と同様に溶湯表面をフ
オ′スフオライザーで１０回量中た後第２回目のサンプ
リングを行った。その後３分間静置した後、溶湯表面を
１０回量中た後、ドロスを取り除いて第３回目のサンプ
リングを行った。

比較例１ フラックスを加えず、金属ケイ素のみをアルミニウム溶
湯に混合した以外は実施例１と同様に行った。

各サンプリングしたテストピースの分析は発光分光分析
で行い、実施例１及び比較例１における歩留りを次の計
算式で算出した。

ＴＰ：各テストピースのケイ素分析値 ＴＰＯ：ケイ素添加前のアルミニウムについてのケイ素
分析値 上記の分析結果を第１表に示し、これをグラフに表した
ものが第１図である。なお第１図において曲線１および
２は実施例１及び比較例１における夫々の結果を示す。

第１表 以上の結果からフラックスを使用すると、使用 しない場合に比べ添加１分後には早くも９０％以上の歩
留りの向上を得られることがわかる。

■添加フラックスの内容 実施例２及び比較例２ 下Ｓ己ａ）〜ｎ）までのフラックス（５６０ｇ）を用い
て実施例１と同様の方法で各テストピースを採取し、夫
々の場合についての歩留り（％）を測定し、その結果を
第２表に示す。

Ｃ＆　　。　　　　−−。　　。

−−９・−＆＋―− く　　−　−←　　Ｎ　　・− 一、− ψ　１　山 −の　　閃　　−−−ｄ　　句　　−の　　閃２２２２
２２２２２２２ ｕｕｕｕｕｕｕｕｕ　　ω　０ −◆−１＋　−一１−１−−１−１−一＋１−＋ｍ−Ｆ
−Ｎω００ω００００ω０ω 第２表 第２表の結果より、ａ）〜ｊ）が良い結果を生じている
ことが分かる。このことより添加する弗化物のフラック
スは上記式においてＸが第３、第４周期及びＭが第■族
、第■族のものであること及び上記式にて示されるフラ
ックス単独でも他のフラックスとの混合物を用いても良
いことが判明した。

■ケイ素の粒径 実施例３ フラックスとして実施例２のｉ）を用い、ケイ素の粒径
を第３表のようにした以外は実施例１と同様の方法で各
テストピースを採取し、夫々の場合についての歩留り（
％）を測定し、その結果を第３表に示す。

第３表 第３表により、添加するケイ素の粒径は、ケイ素のアル
ミニウムへの添加歩留りに影響することが分かる。すな
わち２　ｍｒ＆未満であると添加３０分経過後も歩留り
２５％までしか到達していない。

これはそもそも、アルミニウムよりも比重が小さく、自
らアルミニウム中に溶は込んでいかない金属ケイ素にお
いて、粒径が２１１１！１未満であると、アルミニウム
溶湯表面に浮かんだまま容易に反応する事がなく、その
間に金属ケイ素の酸化が進み、歩留りの悪い結果となる
ためと思われる。

金属ケイ素の粒径が２〜５０泪であると、上記に比べ、
金属ケイ素の歩留りが著しく向上する。

これは、金属ケイ素の表面積が減少するため、金属ケイ
素の酸化が防止され、溶融反応したフラックスの効果が
大きくなり、溶融した金属ケイ素は速やかに溶融アルミ
ニウム中に導入されるためと思われる。

更に、金属ケイ素の粒径が５０ｍｍをこえると、フラッ
クスの溶融反応が終了した時点に於ても全体の溶融に至
らずに溶は残り、フラックスの効果は全く見られない。

従って、ケイ素をアルミニウムに添加する場合のケイ素
の粒径は２〜５０關が適しているということができる。

■ケイ素の添加方法 実施例４ ケイ素の粒径は２１５ｍｍのものを使用し、以下のイ）
〜二）のケイ素添加方法を用いた以外は実施例１と同様
の方法で各テストピースを採取した。

イ）金属ケイ素の表面に金属ケイ素に対して３重量％の
フラックスをコーティングしたものと、５重量％のフラ
ックスを同時にアルミニウム溶湯中に投入 口）金属ケイ素と８重量％のフラックスを同時にアルミ
ニウム溶湯中に投入 ハ）金属ケイ素に対して８重量％のフラックスをアルミ
ニウム溶湯上に散布し、フラックスが溶融状態になった
後、溶融フラックス上に金属ケイ素を投入 二）アルミニウム溶湯上に金属ケイ素を静置した後、金
属ケイ素全体に８重量％のフラックスを散布する ホ）アルミニウム溶湯を攪拌装置で回転させた状態で実
施例４のイ）の方法のものを投入した。

結果を第４表に示す。

第４表 歩留９８％到達時間　　ドロス量 イ）　　　　　３分　　　　　　少ない口）　　　　　
５分　　　　　　やや多いハ）　　　　　３分　　　　
　　やや多い二）　　　　　８分　　　　　　やや多い
ホ）　　　１分３０秒　　　　　少ないこの結果からフ
ラックスの添加方法としてはイ）の方法が好ましく、ホ
）のアルミニウム溶湯全体が回転している状態がさらに
混入時間を短縮させる結果となったため、アルミニウム
側の条件としては、アルミニウム溶湯全体が回転してい
る状態が最も好ましいことが判明した。

［発明の効果コ 以上より、本発明方法によれば、はぼアルミニウムの融
点において高歩留りでケイ素を添加することができる。

高温設備を必要としないため、コストの面においても本
発明方法は多大な効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルミニウムにケイ素を添加する場合に本発明
で用いるフラックスの添加右無による歩留りの差累を示
す曲線図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直径２ｍｍ以上５０ｍｍ以下のケイ素と、式Ｘａ
   ＭＦｂ（ここにＸは周期律表第３周期及び第４周期の元
   素、Ｍは周期律表第III族及び第IV族元素、Ｆは弗素）
   で示される少なくとも１種を含むフラックスとをアルミ
   ニウム溶湯中に添加する方法。
2. （２）直径２ｍｍ以上５０ｍｍ以下のケイ素の表面に式
   ＸａＭＦｂ（ここにＸは周期律表第３周期及び第４周期
   の元素、Ｍは周期律表第III族及び第IV族元素、Ｆは弗
   素）で示される少なくとも１種を含むフラックスの一部
   をコーティングしたものと、残部のフラックスとをアル
   ミニウム溶湯中に投入することを特徴とするケイ素をア
   ルミニウムに添加する方法。