JPH0347672A - 溶融金属ろ過装置及びその使用方法 - 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） 本発明は改良された溶融金属のろ過装置であって、該溶
融金属がろ過装置を通って鋳造ノズルに向けて流動する
とき、その溶融金属の熱損失を軽減するのに十分な量の
溶融金属を集めるダム手段を有する溶融金属のろ過装置
に関する。本発明は又、かかるろ過装置を使用する方法
にも関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）実際上、溶融
金属は一般に、最終的な鋳造金属製品に有害な固形分を
取り込んで含有している。

これらの取り込まれた固形分は溶融金属が凝固した後、
最終的な鋳造製品の夾雑物となる。これら夾雑物は最終
の鋳造製品の物理的性質及び外観上悪影響を及ぼす。

溶融金属から不純物を除去するための各種の技術が公知
である。ギャンバ（Ｇａｍｂｅｒ）への米国特許第３．
００６．４７３号は溶融金属がろ過チャンバ内の多孔質
の炭素ろ板を通って流動する装置を開示している。この
装置は溶融金属がろ板の露出部分の上部より少なくとも
上方に維持され得るような構造としたオーバーフロー型
式の金属出口を備えている。

ある装置の場合、溶融金属のろ過は非反応性ガスを導入
するためのガス入口手段を有するチャンバ内にて行われ
る。スティネガ−（Ｓｔｅｉｎｅｇｇｅｒ）等への米国
特許第４．０８７．０８０号はかかる装置の一つを開示
している。このスティネガー等の装置においては、溶融
金属はルーズなか粒末及びガスを溶融金属中に導入する
ための手段を備えるろ過チャンバ内に流動する。溶融金
属はろ過チャンバを通って、ライザーチャンバ内まで下
方に流動し、次にライザーチャンバ内を上方に流動し、
最後にライザーチャンバから排出される。

さらに別の装置において、溶融金属は連続的に配設され
た一連の純化段を通って流動し、この純化段は（１）織
り耐火性フィルタを通じてろ過することにより比較的大
きいか粒が溶融金属から除去される脱スラグ段と、（２
）取り込められかつ溶融金属から分解された水素を除去
する溶剤処理段と、（３）吸着段と、及び（４）微細な
微粒子不純物が剛性な多孔質耐火性フィルタ媒体により
除去される最終ろ過膜とを備えている。チャイア（Ｃｈ
ｉａ）への米国特許第４．００７．９２３号はかかる装
置を開示している。

多孔質のセラミックフオームは溶融金属をろ過するのに
特に効果的であることが公知である。ヤーウッド（Ｙａ
ｒｗｏｏｄ）等への米国特許第４．０２４．０５６号、
及び同第４．０９２．１５３号、ウェーバ（Ｗｅｂｅｒ
）等への同第４．２７７、２８１号、及びハーモン（Ｈ
ｅａｍａｎ）−・、の同第４．６４０．４９７号はセラ
ミックフオームを採用する各種の装置を開示している。

セラミックフオーム材は、ろ過動率に優れる４ユと、コ
ストが低順であること、及び使用が容易でありかつ処分
可能であるといった様々な理由により溶融金属をろ過す
るのに特に有用である。

タンディシュのような中間の注湯容器内にバリヤーを使
用し、そのタンディシュを通って流動する溶融金属から
非金属の夾雑物を分離することが行われている。このバ
リヤーは又、取り込まれたガスが溶融金属から逃げるの
を支援するためにも使用される。ミッチェル（Ｍｉｔｃ
ｈｅｌｌ）への米国特許第４．６１９．４４３号はかか
るダムバリヤーの１つを開示している。このダムはガス
を溶融金属中に排出させるための通路をその上面に備え
ている。このダムはダンデイシュ内での溶融金属の循環
を促進し、死スペースを実質上解消することを目的とす
る。

上記のハーモンの特許に開示されているように、ろ過装
置は連続鋳造装置のダンデイシュ内に使用されている。

この装置のフィルタはダンデイシュを１又は２以上の区
画室に仕切る。流入する金属はダンデイシュのノズルを
通って注湯される前に、フィルタを通って流動する。フ
ィルタのプライミング段階中、溶融金属の一定量の熱が
ろ過装置に失われる。この段階中に生じた熱損失は特に
大きい。第１図はタンディシュを通って流動する溶融ス
テンレス鋼合金の時間に伴う典型的な温度損失を示すグ
ラフ図であり、該タンデイユは溶融融金属を受は入れる
中央区画室、及び肉厚３８ｍｍのＮｏ。

１０のジルコニア−アルミナフィルタにより中央区画室
から仕切られた２つの出口区画室を有する。

この熱損失は熱電対型式の温度プローグにより測定した
。この図から明らかであるように、温度損失はフィルタ
組立体の両側にて生じ、ろ過中の溶融金属の最初の温度
損失は極めて顕著である。

通常の作動の金属温度時、ある場合には、ろ過された金
属がろ過後の区画室内のノズルにて凝固し、鋳造を停止
させるのに十分な熱損失が生じる可能性がある。多くの
場合、温度プローグにより測定された全体的な熱損失は
装置内には鋳造に十分な熱が存在することを示す。しか
し、ノズル内の金属は実際上、凝固し、鋳造を阻止する
のに十分な程度にまで冷却される。

従って、本発明の目的はろ過工程中に生じる熱損失を軽
減するための改良されたろ過装置を提供することである
。

本発明の別の目的は連続鋳造装置内にて有用な上述のよ
うな改良されたろ過装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は鉄金属及び金属合金を鋳造す
るのに有用である上述のような改良されたろ過装置を提
供することである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的及び利点は少なくとも１つの溶融金属入口と
、少なくとも１つの溶融金属出口と、及び内部に取り付
けられた少なくとも１つのフィルタ組立体とを有するフ
ィルタチャンバを備える、本発明のろ過装置により達成
される。各フィルタ組立体は中実の板状部材内に着座さ
せた多孔質のフィルタ膜、望ましくはセラミックフオー
ムフィルタを備える。溶融金属がフィルタを通って流動
するときの溶融金属の熱損失を軽減するため、バリヤー
又はダムがフィルタ組立体の真ぐ下流側に位置決めされ
ている。該ダムはフィルタをプライミングさせるのに使
用した最初の金属がノズルまで直接進むのを阻止する。

このダムは最初の溶融金属をプール内に集め、このこと
は、高温の金属をフィルタ組立体の両側に提供すること
により、ろ過工程に起因する冷却作用を著しく軽減する
。

この装置を使用する方法についても以下に説明する。

（実施例） 上記及びその他の目的は、同様の構成要素は同様の参照
番号にて図示する添付図面を参照しながら、以下の詳細
な説明を読むことにより明らかになるであろう。

上述のように、本発明は連続的又は非連続的な鋳造装置
内にて使用する改良されたろ過装置を提供することであ
る。本発明はタンディシュ型式のろ過装置について説明
するが、本発明はその他の型式の溶融金属のろ過装置に
も適用可能である。

同様に、本発明は鉄金属及び金属合金のろ過に特に有用
であるが、ニッケル及びアルミニウム系金属及び金属合
金のようなその他の金属及び金属合金のろ過にも利用す
ることが可能である。

図面を参照すると、通常、図示しないラドルから溶融金
属が注湯されるタンディシュ１．０が図示されている。

このタンディシュ１０はフィルタチャンバを画成し、図
示しない鋼製外殻と、図示しない絶縁コアと、及び例え
ばセラミックライニ／グのような耐金属性ライニング１
２とを備えることか出来る。

別の形態として、タンディシュ、１０はセラミ・７り材
料のみから形成することも出来る。

このタンディシュ１０は頂部を開放させても良い。溶融
金属はこの開放ｌ−た頂部から入口区画室１４内に注湯
することが出来る。所望であれば、タンディシュは溶融
金属を注湯するための穴を有する図示しないカバーを備
えることも出来る。タンデイツユ１０は出口区画室１８
内に位置決めされた１又は２以上の出口１６を有し、こ
の出口１６を通って溶融金属が図示しない鋳込みノズル
まで流動することが出来るようにする。溶融金属の流動
路は溶融金属の入口及び出口１６により画成される。

少なくとも１つのフィルタ組立体２０が溶融金属の入口
及び各溶融金属出口１６間にてタンデイン−１０内に取
り付けられる。各フィルタ組立体２０は例えばクロム−
アルミナ、ムライト等のセラミックのような材料にて形
成された板状の中実部材２４を備えている。これらの材
料はろ過中の溶融金属、及び熱衝撃、侵食及び腐食に対
する抵抗性を備え、中実部材２４内に着座させた少なく
とも１つの多孔質のフィルタ部材２６が溶融金属がそこ
を通って流動するのを許容する。各多孔質のろ過部材２
６はここに引用して本明細書の一部とした米国特許第３
．９６２．０８１号の教示に従って製造されたセラミッ
ク系のフオームフィルタを備えることが出来る。上記米
国特許第３．９６２．０８１号はポリウレタン発泡体に
セラミック系スラリーを含浸させ、この含浸させた材料
を熱焼させ、最初のポリウレタン発泡体の形態のセラミ
ックフオームを形成することにより製造されたセラミッ
クフオームフィルタを開示している。

多孔質のフィルタ部材２６が中実部材内に着座され、こ
の多孔質部材２６及び中実部材２４間にはガスケット材
料２８が配置されて、多孔質部材を中実部材内に緊密に
着座させる。ガスケット材料は高温用の低密度の圧縮可
能なセラミック系繊維材の公知の任意の材料、又はその
他の公知のガスケット材とすることが出来る。所望であ
れば、ガスケット２８は省略しても良い。かかる場合、
。

各フィルタ材は適当な接合剤又は接着部材を使用して適
所に接合することが出来る。図示するように、フィルタ
部材２６は各板状部材内に２つの丸形フィルタ部材を備
えることが出来、各丸形部材は中実部材の同様の面取り
加工された周縁にかみ合う面取り加工した周縁を有する
。

フィルタ組立体２０は任意の所望の方法にてタンディシ
ュ１０内に取り付けることが出来る。

般的に、各フィルタ組立体２０はフィルタの交換が容易
であるように着脱式とする。第２図に図示するように、
フィルタ組立体２０はタンディシュ１０を入口区画室１
４及び出口区画室１８に仕切る。溶融金属の熱はろ過装
置に失われることが分かっている。この熱損失はプライ
ミング段階中、特に大きい。ある場合には、この熱損失
はろ過された金属が図示しないろ過後区画室のノズル内
にて凝固し、鋳造を妨害するのに十分な程度に太きい。

この問題点に対処するため、本発明のろ過装置はフィル
タ組立体２０の直ぐ下流側に位置決めされたバリヤー又
はダム壁３０を有している。このバリヤー３０は幾つか
の目的を果す。第１に、バリヤー３０は多孔質のフィル
タ膜２６をプライミングさせるのに使用された最初の溶
融金属を集め、その溶融金属を高温の溶融金属プール３
２にする。

付加的な溶融金属がフィルタ部材２６を通って流動する
のに伴い、ブール３２内の溶融金属は再加熱される。こ
の加熱された溶融金属ブール３２はプライミングを支援
し、ろ渦中における溶融金属の熱損失を軽減する。これ
は、主として、フィルタ組立体２０の両側に高温の溶融
金属が存在することに起因するものである。本発明のろ
過装置のさらに別の利点は装置を通って流動する溶融金
属が熱損失が軽減されたため、より高速度にて流動する
ことである。その結果、金属は鋳込みノズル内にて凝固
する可能性は少なくなる。本発明の改良されたろ過装置
を経て流動する溶融金属は熱を一層良く維持し得るもの
である。

ダム壁３０は又、溶融金属の望ましい上方向への流動を
可能にする。フィルタ部材を通って流動する溶融金属内
に残留する全ての夾雑物はこの上方向への動きの結果、
薄い表面層として形成される。　上述の利点を実現する
ためには、ダム壁３０は特定量の金属を集め得るように
位置決めしかつそのように設計することを要することが
分かった。この金属量は溶融金属プールの温度が鋳造を
促進する温度まで上昇し及び／又は維持されるのに十分
なものとする。より具体的には、ダム壁３０はろ過装置
２０の全フィルタ容積の少なくとも約３倍、望ましくは
３倍以上の容積の溶融金属を保持し得るように位置決め
しかつ設計することを要する。

ダム壁３０は所望の任意の高さを有することが出来るが
、この壁の頂部３４は多孔質のフィルタ部材２６の上方
端縁と略同一の上面高さとすることが望ましい。勿論、
ダム壁の高さが設定されたならば、ろ渦層立体の下流側
におけるその位置を決定することが出来る。別の形態と
して、ダム壁の位置は最初に、所望の下流側に位置決め
し、その後、所望の容積の溶融金属を集めるのに必要と
される高さを決定する。

ダム壁３０は溶融金属に対する抵抗性のある適当な任意
の材料にて形成することが出来る。望ましくは、ダム壁
３０はクロミア−アルミナ、組成物、ジルコニア−アル
ミナ組成物又はムライトのようなセラミック材料にて形
成する。このダム壁３０用に選択される材料は熱衝撃、
侵食及び腐食に対する抵抗性を備えることを要する。

作用について説明すると、溶融金属はタンディシュ１０
内に注湯される。この溶融金属の最初の流動分を利用し
てフィルタ２６をプライミングさせる。この最初の流動
分はダム壁３０により出口１６まで進むのが妨害上され
る。その代わり、この流動分はフィルタ組立体２０及び
ダム壁３０間のスペース内に溜まり、加熱された溶融金
属のブール３２を形成する。より多量の溶融金属がフィ
ルタ２６を通って流動するのに伴い、さらに多くの溶融
金属がダム壁３０により上方に動かされる。

この付加的な溶融金属は又、集められた溶融金属の温度
を上昇させ、有用な再加熱温度に維持する。

フィルタ組立体３０の両側に高温の溶融金属が存在する
結果、ろ過工程中における溶融金属の熱損失は著しく軽
減され、これにより、ろ過された溶融金属が鋳込みノズ
ルに進む間、金属が舜固する可能性が少な（なる。

本発明のフィルタ組立体は各種の連続型又は非連続型の
鋳造装置に使用することが出来る。例えば、水平型又は
垂直型鋳造装置の双方に使用することが出来る。勿論、
水平型鋳造装置において、タンディシュ１０は区画室１
４の側壁に溶融金属入口を、及び区画室１８の側壁に溶
融金属の出口をそれぞれ備えることが出来る。

本発明のろ過装置は例えば、２８００°Ｆの高温にて特
に有用なものであると考えられる。これは、かかる装置
は解決しなければならない溶融金属のより大きい熱損失
を伴うからである。

第４図及び第５図には、図示しないラドルのような供給
源から溶融金属を受は取る中央区画室５２と、及び各々
が溶融金属出口１６′を有する２つの出口区画室１８′
とを備えるタンディシュ５０内にて本発明を利用する状
態が図示されている。

フィルタ組立体２０′は各出口区画室１８′を中央区画
室５２から仕切っている。前の場合と同様、各フィルタ
組立体は１又は２以上の多孔質のフィルタ部材２６′が
内部に位置決めされた中実の壁部材２４′を備えでいる
。上述の構成によるダム壁３０′が各フィルタ組立体２
０′及び各溶融金屈出ロ１．６′間に位置決めされ、フ
ィルタ２６′をプライミングするのに使用した最初の溶
融金属が直接用［］１６まで流動するのを阻止し、所望
の高温の溶融金属プールが形成されるようにする。

かかる必要がない場合ｉ、：は、タンディシュ１０．５
０は必要であれば、予熱することも出来る。この予熱を
利用して、溶融金属の温度損失及びフィルタの熱衝撃を
軽減すると共に、フィルタのプライミングを促進させる
ことが出来る。従来、予熱だけではここに掲げた問題点
を回避するのに十分でないと考えられていた。当該技術
分野にて公知の適当な任意の手段を使用Ｉ７て、タンデ
ィシュを予熱して良い。

本発明によると、上述の目的、手段及び利点を完全に実
現する溶融金属のろ過装置及び方法が提供されることが
明らかである。本発明はその特定の実施例について説明
したが、当業者は、上記の説明を基にして多くの代替例
、応用例及び変形例を案出することが出来る。従って、
かかる代替例、応用例及び変形例は全゛ζ特許請求の範
囲の精神内に属するものである。

【図面の簡単な説明】

第１１図はろか装置の人１：３から出口までの時間に伴
う典型的な温度変化を示ナグラフ図、第２図は本発明に
よる第】の実施例のタンディシュろ過装置の・一部切欠
いた略図、 第３図は第２の実施例の線Ａ、−Ａに沿った断面図、 第４図は本発明による二重のろ過装置を有する第２実施
例のタンディシュの一部切欠いた略図、第５図は第４図
のタンディシュの平面図である。 １０　タンディシュ　　　　１２ニライニング１４・入
口区画室　　　　　１６：出口１８・出口区画室 ２０　フィルタ組立体（ろ過装置） ２４　中実部材 ２６、フィルタ部材 ２８：ガスケット材料 ３０：ダム壁 ３２：溶融金属プール　　　３４：頂部図面の浄書（内
容に変更なし） 第　１　国 タッチ“イシヱの温度丼片閉 第　２　旧 外４名 １゜ 事件の表示 平成２年特許願第８４７３２号 補正をする名 事件との関係　　　特許出願人 住所 名　称　アルスイスーロンザ争す−ビシズ・リミテッド
４、代理人 住所 東京都千代田区大手町二丁目２番１号 新大手町ビル　２０６区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．溶融金属ろ過装置であって、 １つの溶融金属入口、及び１つの溶融金属出口を有し、
   間に溶融金属の流路を画成するフィルタチャンバと、 前記入口及び出口間に配設されたフィルタ組立体にして
   、中実の板状部材内に着座させた少なくとも１つの多孔
   質フィルタ部材を有する前記フィルタ組立体と、 前記フィルタ組立体内の前記少なくとも１つのフィルタ
   部材を最初にプライミングするのに使用した溶融金属が
   前記少なくとも１つの出口に進むのを阻止し、該プライ
   ミング溶融金属を集めて高温の溶融金属のプールを形成
   する手段にして、前記フィルタ組立体及び前記溶融金属
   間に位置決めされた前記手段とを備えることを特徴とす
   る溶融金属ろ過装置。２、前記流動阻止手段が前記フィ
   ルタ組立体の下流側の所望の距離に位置決めされたダム
   を備え、溶融金属が前記フィルタ組立体を通って流動す
   る間における相当程度の金属の熱損失を阻止するのに十
   分な量の金属を集めるのに十分な高さを有することを特
   徴とする請求項１記載の溶融金属ろ過装置。 ３、前記多孔質フィルタ部材の各々が容積を有し、前記
   フィルタ組立体が前記フィルタ組立対内における各多孔
   質フィルタ部材の容積の合計値により画成される全容積
   を有し、 前記ダムが前記フィルタ組立体の全容積の少なくとも３
   倍の容積の溶融金属を集めることを特徴とする請求項２
   記載の溶融金属ろ過装置。 ４、前記ダムが前記フィルタ組立体内の前記少なくとも
   １つのフィルタ部材の最上端縁と略同一の高さを有する
   中実壁により形成されることを特徴とする請求項２記載
   の溶融金属ろ過装置。 ５、前記ダム壁がセラミック材料から形成されることを
   特徴とする請求項４記載の溶融金属ろ過装置。 ６、前記中実な板状部材がセラミック材料から形成され
   、前記フィルタ部材の各々がセラミックフォームフィル
   タを備えることを特徴とする請求項１記載の溶融金属ろ
   過装置。 ７、前記フィルタが両端に中央の溶融金属入口及び２つ
   の溶融金属出口を有するタンディシュにより画成され、 前記中央入口及び前記各溶融金属出口間に画成されたフ
   ィルタ組立体をさらに備え、 前記流動阻止手段が前記各フィルタ組立体及び前記各出
   口間に位置決めされたダム手段を備えることを特徴とす
   る請求項１記載の溶融金属ろ過装置。 ８、前記各フィルタ部材が円形の形状と、及び前記中実
   な板状部材の面取り加工された端縁にかみ合う面取り加
   工された端縁とを備えることを特徴とする請求項１記載
   の溶融金属ろ過装置。 ９、溶融金属をろ過する方法であって、 １つの溶融金属入口、及び１つの溶融金属出口を有し、
   間に溶融金属の流路を画成するフィルタチャンバを提供
   する段階と、 前記入口及び出口間にて中実の板状部材内に着座された
   少なくとも１つの多孔質フィルタ部材を有するフィルタ
   組立体を位置決めする段階と、溶融金属の最初の流動分
   により前記少なくとも１つの多孔質フィルタ部材をプラ
   イミングする段階と、 溶融金属の前記最初の流動分が前記出口まで進むのを阻
   止する段階にして、前記最初の溶融金属を高温の溶融金
   属のプールに集める段階とを備えることを特徴とする溶
   融金属をろ過する方法。 １０、前記流動阻止段階が前記フィルタ組立体及び前記
   出口の中間にダム壁を位置決めし、前記フィルタ組立体
   の下流側にて前記最初の溶融金属を含む所望の容積の溶
   融金属を集める段階を備えることを特徴とする請求項９
   記載の方法。 １１、前記各フィルタ部材がある容積を有し、前記フィ
   ルタ組立体がフィルタ組立体の合計容積に等しい全容積
   を有すると共に、前記溶融金属を集める段階が前記フィ
   ルタ組立体の全容積の少なくとも３倍である溶融金属の
   容積を集める段階を備えることを特徴とする請求項１０
   記載の方法。