JPH04231426A - 溶融金属フィルターおよびそれを用いた溶融金属のロ過方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面に炭素または炭素
とテルミット材料のコーティングを有する溶融金属フィ
ルターに関する。コーティングを有さないフィルターと
比較して、コーティングは、ロ過作業中により低い注入
温度で金属がフィルターを通過できるようにする。より
低い注入温度は、要するエネルギーが小さいことによる
経済性および良好な鋳造性等の効果がある。炭素とテル
ミットの組合せはロ過に必要な注入温度を下げるのに特
に有益である。さらに、このようにコーティングされた
溶融金属フィルターは、モールドキャスティング用アセ
ンブリおよび連続キャスティング装置における溶融金属
路内に使用される。

【０００２】ここで、炭素とは、溶融金属フィルターの
構造または本体上にコーティングでき、および／または
溶融金属フィルターの構造または本体の表面上またはそ
の表面内に埋込むことができ、重大な量のガスを放出す
ることなくフィルターを通過する溶融金属に容易に溶解
する炭素または炭素含有材料を言う。

【０００３】

【従来の技術】溶融金属の処理において、混在物を除去
するために金属を液状でロ過するのが有益であることが
わかっている。金属を液状でロ過するにはフィルターに
特別な特性を持たせる必要がある。このようなフィルタ
ーは極限熱衝撃に耐え、化学腐蝕に対する耐性を有し、
機械的応力に耐えるものでなければならない。現在の溶
融金属フィルターはセラミックモノリスを使用し、その
主な成分は通常焼結炭化ケイ素、マグネシア、ジルコニ
ア、アルミナおよび／またはシリカに必要な改質剤を加
えたものである。

【０００４】一般的に溶融金属の作業では、還元された
金属をその融点より高い温度まで加熱し、（その加熱す
るレベルを過熱（ｓｕｐｅｒｈｅａｔ）　と称する）、
貯蔵目的か製品へのモールディングかどちらかのために
キャスティングへと注入する。注入工程中、キャスティ
ング前に、溶融金属から混在物を取り除くためにセラミ
ックフィルターが導入される。キャスティング中に汚染
物を除去することによって低コストで優れた特性の固体
金属が得られることが当業者によって見い出された。

【０００５】例えば超合金、ステンレススチール、スチ
ール合金、鋳鉄および非鉄金属などのある種の金属を、
フィルターの物理的および化学的特性の限界をテストす
る温度まで加熱する。それらの限界を超えていることは
、注入中にフィルターが突発破損することによって証明
される。この突発破損中、フィルターは多数の断片にこ
われる。フィルターが突発破損にまで至らない場合でも
、他の機構の破損によって使用不能となる。例えば、そ
のセラミック材料の機械的強度の限界を超えた場合、フ
ィルターは流れの方向に変形する。

【０００６】セラミックフィルターは化学腐蝕にさらさ
れる。例えば、溶融金属スラグはシリカのケイ素−酸素
結合を攻撃し、そのためにフィルターの構造的一体性が
弱められる。このスラグによる攻撃または分解はフィル
ターの重大な破損の原因となる。

【０００７】さらに、溶融金属をロ過する際のいくつか
の問題点は、溶融金属がフィルターに接触した際にその
溶融金属が凝固することに直接関連する。フィルターの
温度は溶融金属注入温度よりずっと低いため、フィルタ
ーに接触する溶融金属は熱をフィルターにとられる。フ
ィルターは熱を溶融金属からもらうため、作用を受けた
溶融金属は温度が低下し、従って凝固する。溶融金属が
フィルター内で凝固すると、固体となった金属はフィル
ターのロ過能力を全くあるいは少なくとも一部阻害し、
もしくは注入の初期段階でロ過速度を低下させ、それに
よってフィルター能力を低下させる。

【０００８】

【発明の構成】本発明の１つの側面によれば、フィルタ
ーへの熱衝撃を緩和し、フィルターを溶融金属またはそ
の溶融金属中の成分および不純物による腐蝕から保護し
、かつ溶融金属がフィルター内で凝固するのを防止する
炭素または炭素−テルミットコーティングを有する溶融
金属フィルターが提供される。

【０００９】本発明のもう１つの側面によれば、溶融金
属のフィルターおよびフィルターを通って延びる溶融金
属の流れる通路のための手段を有する、溶融金属のキャ
スティングに適する溶融金属アセンブリが提供される。 前記手段は溶融金属路を形成する表面を有する。前記フ
ィルターは、そのフィルターの表面に、炭素またはテル
ミット材料と近密に接触した炭素のコーティングを有す
る。

【００１０】本発明のさらにもう１つの側面によれば、
上述したコーティングされたフィルターに溶融金属を通
すことを含む溶融金属をロ過する方法が提供される。

【００１１】本発明は、溶融金属フィルターに係わる上
記問題点の多くを解決する。本発明を利用することによ
り、低い注入温度または低い過熱（注入温度と凝固温度
との差）で、溶融金属（特にスチール）が、流れを凍結
することなく、フィルターを通って流れることが可能に
なる。通常、溶融金属に必要な最小過熱を平均２０°Ｆ
下げることが大きな改善であると考えられる。コーティ
ングされていないフィルターをプライミングするにはス
チールで少なくとも約　１９０°Ｆの過熱を必要とする
。炭素を含まないテルミットでコーティングされたフィ
ルターをプライミングするには金属に少なくとも約　１
５０°Ｆの過熱を必要とする。フィルター基体のコーテ
ィングとして炭素とテルミットから成るある種の混合物
を使用することによって約２０°Ｆの過熱で済むことが
わかった。これは、本発明を用いないフィルターに比べ
て過熱を約　１３０°Ｆ下げたことになる。

【００１２】本発明の実施に適する溶融金属はどのよう
なものであってもよい。しかしながら、本発明に最も適
したものは、超合金、炭素鋼、ステンレス鋼、低合金鋼
、スチール合金、鋳鉄および非鉄金属などであり、スチ
ールが最も好ましい。

【００１３】本発明により、炭素または炭素とテルミッ
トコーティングによって処理されるべきフィルターは、
溶融金属から混在物をロ過するのに適するものであれば
どのようなタイプ、形状、構成のものであってもよい。 例えばフィルターは、フィルター基体の形態であっても
単一ユニットであってもよい。しかしながら、好ましい
タイプのフィルターは、発泡構造、金属あるいはセラミ
ック気泡構造、または基体が好ましくはセラミック材料
から成る多孔質壁を有するハニカム構造から成る単一フ
ィルターユニットである。基体はフィルターが作られる
材料のタイプである。フィルターユニット自体の全体的
形状は用途によってどのようなものでもよい。溶融金属
の熱衝撃に耐えられる限りフィルター基体材料としてど
のような材料でも使用できる。本発明の実施に特に適し
た材料は、アルミナ、ムライト、ジルコン、ジルコニア
、スピネル、きん青石、リチウムアルミノシリケート、
チタニア、長石、石英、溶融シリカ、炭化珪素、カオリ
ンクレー、チタン酸アルミニウム、シリケート、アルミ
ネート、およびそれらの混合物である。典型的なフィル
ターのタイプおよびフィルター基体材料は、米国特許第
４，５９１，３８３　号に記載されるようなアルミナハ
ニカムフィルターおよび米国特許第４，６８１，６２４
　号に記載されるようなジルコンハニカムフィルターで
ある。これらの米国特許は引用により本明細書に取り込
んである。他のフィルターのタイプには、米国特許第４
，６１０，８３２　号に記載されるようなセラミック発
泡フィルターがある。Ｃｏｒｎｉｎｇ　Ｉｎｃｏｒｐｏ
ｒａｔｅｄによる公報“金属フィルター”には、本発明
の実施に適するいくつかのフィルターが記載されている
。これらのフィルターは、セラミック発泡基体または孔
が形成された圧縮部分を有することができる。

【００１４】好ましい実施態様によれば、フィルターは
米国特許出願第０７／４３０，７１９号に開示されたタ
イプのものから成る。この特許出願は引用によって本明
細書に取り込んである。このフィルターは、アモルファ
スアルミナ−シリカベース相が散在したムライトおよび
コランダム（αアルミナ）の結晶相を有する多孔性焼結
セラミック材料から成る、良好な耐熱衝撃性と共に改良
された強度、耐クリープ性および高温使用における寸法
安定性を示す。基体材料の特に有効な形態はハニカムま
たは気泡モノリス構造である。このフィルター基体が作
られるセラミック材料は、約７４〜８０重量％のアルミ
ナと残りはシリカおよび任意に他の酸化物および／また
はバッチ材料から自然に生じる不純物から成るバルク分
析的組成、並びに約４５〜７５重量％のムライト、約２
３〜４５重量％のコランダム、約０〜８重量％のクリス
トバライトそして残りが約２〜１０重量％のアモルファ
スアルミナ−シリカベースの相から実質的に成る相組成
を有する。通常、他の酸化物および／または不純物は約
３重量％を超えない。ムライト結晶相は固溶体中に否化
学量論的過剰（ｎｏｎｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ　
ｅｘｃｅｓｓ）のアルミナを含み、それによってこのム
ライト結晶相は化学量論的ムライトより高い溶融温度を
有する。前記他の酸化物はコランダム結晶相中でアルミ
ナと固溶体を形成するどのような酸化物（例えばマグネ
シア）でもよい。前記不純物は実質的にアモルファス相
中に含まれる。このアモルファス相は、約０〜４０％Ａ
ｌ　２　Ｏ３　の範囲で変化するが、通常約１／３　が
アルミナであり、約２／３　がシリカである。材料は通
常、アモルファスガラス相を散在したブロック状および
板状結晶から成る。材料のこのバランスされた組成は上
記のような改良された特性の組合せを与える。このタイ
プのフィルターの特に有効な形態は、端部が開口したセ
ルを形成する多孔質焼結材料の相互連結された薄壁を有
するハニカム構造である。そのようなハニカム構造は、
セラミックハニカムまたは気泡モノリス構造の技術分野
で知られるようなセル断面形状、単位断面当りのセル密
度および壁厚とすることができる。フィルターは本発明
の範囲を逸脱することなくどのような幾何学形状、すな
わちセル密度および壁厚を有することもできるが、通常
、一平方インチ当り約９〜４００　セル密度および約０
．０１〜０．０６０　の壁厚を有する。図１に示される
ような鋳造用途には、約０．０１２〜０．０３５　イン
チの壁厚および約０．２５〜１．０　（好ましくは約０
．４　〜０．８　）インチのセル流れ長さを有すること
が望ましい。スチールのバルクまたは連続キャスティン
グには、０．０２０　〜０．０６０　インチの壁厚およ
び約０．７５〜３．５　インチのセル流れ長さを有する
ことが望ましい。コーティングされていないフィルター
の壁厚は、注入の開始から約５〜２０秒以内の初期スラ
グ腐蝕攻撃に耐え得るために、溶融金属注入時に大変重
要な問題である。通常、約０．０１８　インチ以上のコ
ーティングされていない壁厚は、溶融金属注入に耐え得
る。しかし、フィルターが、例えば炭素および／または
テルミットコーティングなどのような、前述したスラグ
攻撃により良好に耐えるコーティングを有する場合、も
う少し薄い壁を使用することができる。溶融スチールの
ロ過において、約７６〜８０ｗｔ．　％のアルミナから
成るバルク分析的組成、並びに約６０〜７０ｗｔ．　％
のムライト、約２３〜３３ｗｔ．　％のコランダム、約
０〜２ｗｔ．　％のクリストバライト、および残りが約
５〜１００ｗｔ．％のアモルファスアルミナ−シリカベ
ースの相から成る相組成を有するハニカム構成の多孔質
焼結材料が有利である。これらの場合、望ましいセル密
度は一平方インチ当り約９〜１００　セルであり、望ま
しいコーティングされていない壁厚は約０．０１８　〜
０．０３５　イチである。溶融ねずみ鋳鉄のロ過にとっ
て、スチールロ過について上述したのと同じものが使用
できるが、約４０〜６５ｗｔ．　％のムライト、約３０
〜４５ｗｔ．　％のコランダム、約０〜８ｗｔ．　％の
クリストバライトおよび残りが約５〜１０ｗｔ．　％の
アモルファスアルミナ−シリカベースの相から成る相組
成を有するハニカム構造の多孔質焼結材料であることが
経済的に望ましいことがわかった。

【００１５】１つの実施態様によれば、上述のフィルタ
ーは、基体の表面に、炭素または炭素とテルミット材料
のコーティングを有する。炭素と共にテルミットを含む
ことによって炭素のみの場合より過熱をさらに下げる相
乗効果が得られる。炭素とテルミットは、フィルターの
セル壁の表面のような溶融金属に接触する表面の少なく
とも一部にコーティングすることができる。あるいは、
炭素または炭素とテルミットは、基体材料の空隙を囲む
（すなわち、基体の小孔に取り込まれた組成を有する）
表面を含む表面全体にコーティングされてもよい。テル
ミットと炭素は、いくつかの方法で施すことができる。 例えば、基体がテルミットコーティングを有し、炭素を
テルミットコーティングの上のコーティングとして存在
させることができる。あるいは、炭素を基体上のコーテ
ィングとし、テルミットをその炭素コーティングの上の
コーティングとして存在させるようにしてもよい。ある
いは、炭素とテルミットの均質混合物（一体コーティン
グと称する）のコーティングを基体に施してもよい。

【００１６】コーティングは、例えばフィルターを炭素
またはテルミット成分のスラリーに浸漬してその後乾燥
するなどの公知の技術によって施し得る。あるいは、コ
ーティングは乾燥形態で施してもよい。

【００１７】一般に、基体表面をコートし、接触する溶
融金属中に溶解した際に実質的な量の基体を遊離しない
ようなどのようなタイプの炭素も使用できる。例えば、
石炭、亜炭、ギルソナイト、合成あるいは天然グラファ
イト、ダイヤモンド、石油コークス、冶金コークス、コ
ールタール、石油ピッチ、熱分解カーボン、ＣＶＤカー
ボン、ピロカーボン、高分子カーボン、ガラス質カーボ
ンまたはガラス状カーボン、活性炭、木炭、炭、カーボ
ンブラック、ランプブラックカーボン、ピッチ、コーク
ス、無煙炭、チャネルブラック、およびアセチレンブラ
ック等がある。これらのうちで最も好ましいものはグラ
ファイト、活性炭およびカーボンブラックである。カー
バイド、シアン化物および炭素−金属合金などの、実質
的量の炭素を含む他の炭素化合物または材料も使用でき
る。Ａｌ　、Ｂ、Ｃａ　、Ｃｒ　、Ｆｅ、Ｍｎ　、Ｍｏ
　、Ｎｉ　、Ｓｉ　、Ｔｉ　、Ｖ、ＷおよびＺｒ　の炭
化物はカーバイドの中で最も好ましいが、Ｂａ　、Ｂｅ
　、Ｈｆ　、Ｎｂ　、Ｐｕ　、Ｔａ　、Ｔｈ　およびＵ
の炭化物も適すると考えられる。ＫおよびＮａ　のシア
ン化物並びにＡｌ　、Ｆｅ　およびＮｉ　と炭素の合金
はそれぞれのカテゴリーにおける良好な選択であると考
えられる。

【００１８】テルミットは公知である。テルミットは反
応性化学種である。第１のタイプの反応種は、触媒、あ
るいは発熱反応を刺激する開始熱処理または熱連絡によ
って反応する。第２のタイプの反応種は、触媒、あるい
は無機酸化還元反応を刺激する開始熱処理または熱連絡
によって反応する。第３のタイプの反応種は、触媒、あ
るいは無機酸化還元反応となり得る発熱反応を刺激する
開始熱処理または熱連絡によって反応する。テルミット
コーティングは同時係属出願第０７／２４１，５８１号
に記載されている。その出願は引用によって本明細書に
取り込んである。

【００１９】第１のタイプのテルミットは、触媒によっ
て、あるいは反応体への開始エネルギー付与または熱連
絡によって十分促進された場合に生成物への反応を終了
し、それによってその反応工程が熱を発生し環境を暖め
る、化学種に通常見い出せる熱力学的関係を利用するも
のである。このクラスの反応は、反応の全体的負の自由
エネルギー（ｏｖｅｒａｌｌ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｆｒ
ｅｅ　ｅｎｅｒｇｙ）を有することが知られている。そ
のような反応の例は、Ｚｒ　Ｃ＋ＶＮ→Ｚｒ　Ｎ＋ＶＣ
＋熱の相互作用である。

【００２０】これらの反応はまた、反応のエンタルピー
、自由エネルギーに関連する重要な特性によって特徴付
けることができる。反応中の反応体の個々のエンタルピ
ーは、正味エンタルピーが注入温度で０°Ｋｃａｌ　／
モルかその付近であるような相互作用において主なファ
クターである。これらの反応は、反応の正味エンタルピ
ーが負でなくても、フィルターにとって価値ある利点を
与える。そのような反応の例は、Ｍｇ　Ｏ＋Ｓｉ　Ｏ２
　→Ｍｇ　Ｓｉ　Ｏ３　の相互作用である。

【００２１】第２のタイプのテルミットは酸化還元反応
またはレドックスカップル反応（ｒｅｄｏｘ　ｃｏｕｐ
ｌｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ）の力を利用する。レドックス
カップルの不要な第１の実施態様と同様に、混合して窒
化チタンおよびアルミナを生じるアルミニウム、チタニ
アおよび窒化アルミニウムなどのこのタイプのテルミッ
トのレドックスカップルが、セラミックフィルターなど
のフィルターの表面にコーティングまたはその一部とし
て施される。

【００２２】通常、好ましいレドックスカップルは熱を
放出する、すなわちレドックス反応は発熱反応である。 この第３のタイプのテルミット材料は、熱力学的意味に
おいてレドックス反応が負の自由エネルギーと反応の負
のエンタルピー熱を有するような組合せである。得られ
る利点および反応のメカニズムは上記第１および第２の
タイプのテルミットについて述べたものと同じである。 発熱反応はうまい具合に金属に熱を与え、従って金属は
フィルター内で凝固しない。さらに、発熱反応はフィル
ターに熱を与え、それによってフィルターが溶融金属の
温度になるために金属から熱をうばう割合がすくなくな
る。テルミット反応のこのフェーズはフィルタープライ
ミング（ｆｉｌｔｅｒ　ｐｒｉｍｉｎｇ）として知られ
る。このタイプのテルミットの例は、反応して実質的な
量の熱と共にアルミナと金属鉄を生じる酸化鉄アルミニ
ウムである。

【００２３】フィルタープライミング反応、テルミット
コーティング反応の完了の際、レドックスによるもので
あろうと反応熱のメカニズムによるものであろうと、反
応の生成物はフィルター上に層として残る。この生成物
は、酸化物の形態であるか、あるいは単に反応体の安定
化合物であり、それらはフィルターに耐薬品性を付与す
る。この耐薬品性は、スラグ攻撃に対する保護を与える
フィルター上の物理的バリヤーまたは犠牲層の形態で現
れる。コーティングとして選択される特定の反応は、溶
融金属からロ過して除去される溶融金属中の混在物の組
成、コーティングの反応の発熱、必要なプライミング温
度、スラグの化学特性、取鍋の耐火性およびそれらの組
合せに依存する。ロ過される溶融金属のタイプ、フィル
ター基体の組成、混在物とフィルターの物理的および化
学的相容性が、より効果的なロ過に役立つことが知られ
ている。例えば、アルミナ混在物がスラグ中に優位に存
在する場合、最も有効なロ過のための表面はアルミナコ
ーティングである。化学性を適合させることにより（こ
の場合アルミナを相方に使用したこと）、混在物はフィ
ルターと高度に連合するようになし、よって溶融金属か
らロ過される。

【００２４】都合の良いことに、コーティングをスラグ
の特性に合わせることにより、溶融金属環境中で遭遇す
る温度に耐え得る材料から作られたフィルター基体を設
計することが可能となる。例えば、ムライトのようなア
ルミナまたはシリカの多いフィルター基体はカルシア含
有量の多いスラグによる攻撃に通常耐えられない。ムラ
イト基体上のテルミットコーティングにより与えられる
種々の保護機構は、これまでは突発破損を生じたであろ
うような基体の使用を可能ならしめる。

【００２５】本発明はまた、コーティングがコーティン
グ内の成分と反応するのではなくてロ過される溶融金属
と反応するレドックスおよび／または発熱反応において
実施される。この場合、溶融金属中の反応金属源はコー
ティング内の酸化種と反応する。例えば、酸化錫プラス
鉄は溶融スチール中の鉄を酸化させる。同様に、スチー
ルの溶解ケイ素、マンガンおよびアルミニウム成分は他
の酸化物を発熱的に還元して本発明の効果を発揮する。 この実施態様の特に有益な点は、耐火性金属をコーティ
ングに加える必要がなく、従ってコーティングスラリー
の不安定性が低減されることである。成分を制御する必
要がなく、また望ましくない副産物を生じないというさ
らなる利点も得られる。

【００２６】本発明はまた、コーティングと基体の反応
において実施される。この実施態様において、酸化反応
体が基体中に得られ、これが金属還元体を含むコーティ
ングと反応する。シリカ、クロミアおよびチタニアなど
の、フィルター中の安定性の低い酸化物は、ジルコニウ
ムおよびアルミニウムなどの攻撃的な還元体によって還
元され得る。溶融金属中に存在する場合は溶解酸素、硫
黄およびリンが得られて反応性金属と反応する。

【００２７】炭素とテルミットの組合せは、炭素を有さ
ないテルミットのみの場合よりも、フィルターへの熱が
より得られる。その正確なメカニズムはわからない。炭
素がテルミット反応を促進させるか、あるいは炭素が溶
融金属中に溶解して金属の液相線温度を下げるというこ
とが考えられる。炭素とテルミットの組合せは、溶融金
属のロ過（フィルタープライミング）およびキャスティ
ングにおいてより多くの熱を与えるのに極めて有効であ
る。

【００２８】溶融金属を注ぐことによって開始され得る
あらゆる反応がテルミットコーティングとして有益であ
る。これには遷移および／または希土類金属反応体が含
まれる。通常、次の反応が得られる。

【００２９】Ｍｘ　Ｌｚ　＋　ｙＲ＝Ｒｙ　Ｌｚ　＋　
ｘＭ◆（ここでｘ　はｙ　と等しくても等しくなくても
よく、あるいはｘ　およびｙ　はｚ　と等しくても等し
くなくてもよく、Ｌはある種のアニオンである。）多重
レドックス反応のためレドックスカップルを導入するた
めに、付加的な酸化金属を反応の反応物側に加えてもよ
い。

【００３０】潜在的金属反応物は、リチウム、水銀、パ
ラジウム、銀、銅、鉛、カドミウム、コバルト、ニッケ
ル、モリブデン、錫、鉄、タングステン、バナジウム、
カリウム、亜鉛、ニオブおよびクロムなどから誘導され
る。上記反応式中Ｍで示されるこれらの金属は、酸化物
、炭化物、窒化物、ハライド、リン化物、ホウ化物、ア
ルミナイド、シリサイド、ニトレート、スルフェート、
フォスェート、カーボネートなどの酸化種、あるいはオ
キシレート、サクシネートおよびキレートなどの有機ア
ニオンなどとして存在し、他の金属と反応して発熱、レ
ドックスまたはそれらの組合せ反応を生じる。

【００３１】上記反応式中Ｒで示される金属は、Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｃｏ．　発行のｔｈｅ　Ｈ
ａｎｄ　ｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ４６版の元素周期表におけるＩＩＡ族
、ＩＩＩ　Ａ族、ＩＶＡ族、ＩＢ族、ＩＩＢ族、希土類
金属を含むＩＩＩ　Ｂ族、ＩＶＢ族、Ｖ　Ｂ族、ＶＩＢ
族、ＶＩＩ　Ｂ族およびＶＩＩＩ族の金属から成る。よ
り詳細には、以下の金属が本発明の実施に有効である：
イットリウム、マンガン、タンタル、バラジウム、ケイ
素、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ウラン、バ
リウム、マグネシウム、ベリリウム、トリウムおよびカ
ルシウム。

【００３２】テルミットは、テルミット反応を助ける添
加物を有することができる。それらには、ニトレート、
マンガネート、クロメートおよび酸化マンガンなどのイ
グナイター（酸化体）、並びにフルオライド、クロライ
ドおよびアイオダイドなどのフラックスなどがある。

【００３３】最も好ましいレドックスカップルはＦｅ　
２　Ｏ３　およびＡｌ　（Ｆｅ　／Ａｌ　が５０／５０
合金に含まれるような）である。この反応は適切なプラ
イミング反応を与え、耐久性のある保護コーティングを
生じさせ、そして溶融体中の不純物をロ過する助けとな
る。

【００３４】上記種の組合せを本発明の効果を発揮させ
るよう選択することもできる。当業者は、コーティング
内で自動的に反応するように反応物の組合せを混合し、
溶融金属と反応させ、フィルター基体と反応させて発熱
、レドックスおよび／または組合せ反応を生じさせて上
記の効果を発揮させることができる。化学種間の組合せ
、および化学種全部の組合せによって同様の効果を発揮
させることもできる。

【００３５】テルミット反応に稀釈剤を加えることも有
益であることがわかった。稀釈剤の添加によってテルミ
ット反応の反応速度がゆるめられ、それによってフィル
ターの局部的溶融が回避される。稀釈剤は発熱反応から
熱を吸収する不活性物質とすることができる。テルミッ
トの断熱火炎温度より低い温度で稀釈剤が溶融すると、
大量の熱が抜き出される。稀釈剤によるさらなる効果は
、稀釈剤が発熱反応中にフィルターに焼結するように選
択された場合に実現される。それによって、追加的保護
バリヤーが提供される。アルミナは最も好ましい稀釈剤
である。他の稀釈剤としてはチタニア、クロミアおよび
ジルコニアがあり、これらは全てスラグ攻撃に対して強
い耐久性を示す。

【００３６】フィルター上のコーティングの量は、フィ
ルターのタイプ、用途、コーティングがなされる様態、
テルミットのタイプ、溶融金属のタイプ等によって変え
得る。炭素−テルミット一体コーティングの場合、コー
ティングの量は炭素−テルミット組合せ中の炭素の量に
も依存する。炭素の量が多い場合、所望の程度まで過熱
を低下させるのに必要なコーティングが少なくて済む。

【００３７】好ましい実施態様によれば、フィルターは
多孔質のハニカム形状基体を有する。好ましいタイプの
テルミット材料は前述のレドックスカップルＦｅ　２　
Ｏ３　およびＡｌ　であり、ここでＡｌ　は約５０ｗｔ
．　％のＦｅ　と残りがＡｌ　から成る合金の形態で供
給される。Ｆｅ　金属はこの組成中で反応性を持たず、
テルミット材料の一部と考えられる。好ましいタイプの
炭素はグラファイトである。炭素−テルミットは単一の
一体コーティングとして施すのが好ましい。この実施態
様によれば、炭素−テルミットコーティング材料に対す
る炭素の量は、通常、約１０ｗｔ．　％以上、好ましく
は約１５ｗｔ．　％以上、そして最も好ましくは約２０
ｗｔ．　％〜約４０ｗｔ．　％である。コーティング材
料に対する炭素の重量％は以下の式により計算される。

【００３８】

【数１】

【００３９】この場合、フィルターに対するコーティン
グの量は約５ｗｔ．　％以上、好ましくは約１５ｗｔ．
　％以上、そして最も好ましくは約２５ｗｔ．　％〜約
４０ｗｔ．　％である。 はだかのフィルターに対する炭素−テルミットコーティ
ングの量は以下の式によって計算される。

【００４０】

【数２】

【００４１】上記のフィルターおよびテルミット材料に
よれば、炭素とテルミットをテルミット材料のコーティ
ングの上に炭素のコーティングを設けるようにして施し
た場合、コーティングに対する炭素の量は、通常、約５
ｗｔ．　％以上、好ましくは約１０ｗｔ．　％以上、そ
して最も好ましくは約１４ｗｔ．　％〜約８５ｗｔ．　
％である。この場合、フィルターに対するコーティング
の量は約５ｗｔ．　％〜約７０ｗｔ．　％である。

【００４２】上記したテルミットおよび炭素の相対量は
ある特定のタイプのフィルターについてのものであるが
、フィルターに対する炭素およびテルミットの相対量は
前記したように変更し得る。

【００４３】炭素あるいは炭素とテルミット材料を有す
る表面が溶融金属と接触すると、テルミットおよび／ま
たは炭素の反応によって生じる熱は小さい過熱によって
注入される金属が凝固せずに溶融状態を維持することを
可能にする。炭素が存在することによって過熱を抑える
ことが促進される。その詳しいメカニズムはわかってい
ない。使用されるテルミットは、フィルター基体材料の
性質およびロ過される溶融金属による。いくつかの好ま
しいシステムについて後述する。

【００４４】

【実施例】本発明を、添付した図面を参照しながら以下
の実施例に基づいてより詳細に説明する。

【００４５】本発明のフィルターは、溶融金属をロ過す
るほぼ全ての用途に使用できる。典型的な用途は溶融金
属のモールドへのキャスティングおよび連続キャスティ
ングである。前者の例は図１に示してある。図１におい
て、スプルー１２、ランナー１４、インゲート１６およ
びモールドキャビティ１８から成るキャスティングアセ
ンブリ１０が示されている。スプルー、ランナーおよび
インゲートは、溶融金属が図示されない溶融金属源から
それがキャストされるモールドに向って流れる際に通過
する溶融金属路を形成する。本発明のフィルター１９は
溶融金属路中の適当な箇所に配置することができる。図
１において、フィルターの配置箇所は、ランナーシステ
ム内におけるスプルーとインゲートの略中間部分であり
、これによってランナーが前記ランナー１４ａ　と後部
ランナー１４ｂ　に分離される。図２は、溶融金属２３
が注入される湯だまり２２と溶融金属がその湯だまりか
ら流れ出る際に通過する排出チューブ２４から成る溶融
金属の連続キャスティング用アセンブリ２０を示す。排
出チューブは図示しないスライドゲートを含んでもよい
。溶融金属は排出チューブから排出されて連続キャステ
ィングマシーンに入る。同実施例における本発明のフィ
ルター２６は、溶融金属が湯だまりから排出チューブに
入る箇所に多角形の形状に配されて示されている。前述
したように、フィルターは、金属溶融処理システムの特
定の形状またはその用途に応じてどのような形状でもよ
く、また溶融金属路のどの部分にも設けられる。図３は
、フィルターがダムの形態をとる湯だまりに配された、
図２の連続キャスティング機構の変形を示す。金属は矢
印の方向にフィルターを通って流れる。スライドゲート
２８を有する排出チューブが図４に示されている。この
変更例のフィルター２９は排出チューブ内に配される。

【００４６】実施例１ Ｆｅ　２　Ｏ３　、Ｆｅ　／Ａｌ　粉末（５０ｗｔ．　
％Ｆｅ　と５０ｗｔ．　％Ａｌ　）、シリコーン樹脂お
よびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を約１時間ミル
混練して成分を分散および混合しそしてスラリーを形成
することにより、テルミットを調製した。焼成したフィ
ルター（１平方インチ当り１００　のセル、正方形の０
．０８０　インチ開口および０．０２０　インチウェブ
を有するムライト−アルミナ）を前記スラリーに浸漬し
てテルミットコーティングを施し、次に乾燥させた。得
られたテルミットコーテッドフィルターを、必要な回数
だけ、水およびイソプロピルアルコール中の炭素および
ケイ酸ナトリウムのスラリーに、同じようにして再浸漬
し、所望のレベルでのテルミット上の炭素を得た。炭素
は、Ｄｙｌｏｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社製Ｄｙｌｏｎ
　ＡＡグラファイトとして供給した。ケイ酸ナトリウム
−水およびイソプロピルアルコールは、それぞれバイン
ダーとキャリヤーとして作用する。これらのフィルター
は、フィルター上に約３５ｗｔ．　％〜約４０ｗｔ．　
％塗布レベルのテルミットコーティングを有する（ここ
で、◆

【００４７】

【数３】

【００４８】これらのフィルターは図１に示されるタイ
プのモールドアセンブリに使用される。図５は、フィル
ター上の全コーティングがある一定値であるフィルター
について、その全コーティング中の炭素の量を変化させ
た際に、溶融炭素鋼がそれぞれの炭素量のフィルターを
通る場合の流動性を示す。この場合、炭素コーティング
とテルミットコーティングが全コーティングを構成する
。線は、それより下では溶融金属が凝固するかあるいは
フィルターを完全に通過せず、それより上では溶融金属
がフィルターを通過する点を示している。Ｐは溶融金属
がフィルターを通過した時の条件を、そしてＦは溶融金
属がフィルターを通過しなかった時の条件を示している
。ＰおよびＦにつづく数字は全コーティング中の炭素の
％を示している。炭素はテルミットコーティングの上の
コーティングとして存在しているものである。図５に示
されるように、約３５％塗布テルミットのみ（０％炭素
）のフィルターはプライミングに約　１５０°Ｆ以上の
過熱を要した。全コーティングのレベルが約５０％にな
り、コーティングのバルク組成が炭素約２６％になるよ
うに炭素コーティングをテルミットの上に施すと、必要
とされる過熱が約７０〜８０°Ｆに下がった。上記の数
値はある特定のモールドアセンブリについてのものであ
る。従って、モールドアセンブリおよびフィルターの寸
法および形状、溶融金属のタイプそしてテルミットのタ
イプによって、これらの数値は変わり得ること留意され
たい。

【００４９】実施例２ 酸化鉄、Ｆｅ　〜Ａｌ　の５０／５０粉末合金、天然グ
ファイトおよびメチルイソブチルケトン−セルロースを
ミル混練してスラリーを形成した。実施例１と同じタイ
プの焼成フィルターを前記スラリーに浸漬してフィルタ
ー上に炭素とテルミットの一体コーティングを形成した
。図６は、フィルターを通過する溶融金属の流動性を示
す。 Ｐ、Ｆ等は図５と同様のことを示す。必要とされる過熱
は炭素の量が増加すると下がることが示されている。

【００５０】以上、本発明を特定の実施例に基づいて説
明してきたが、本発明はこれらの限定されるものではな
く、本発明の精神および範囲内で変更できることは理解
されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフィルターを使用した典型的な金型ア
センブリを示す略図

【図２】本発明のフィルターの位置決めを示す、連続鋳
造アセンブリの一部を示す略図

【図３】本発明のフィルターの位置決めを示す、連続鋳
造アセンブリの一部を示す略図

【図４】本発明のフィルターの位置決めを示す、連続鋳
造アセンブリの一部を示す略図

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭素、およびテルミット材料と密接す
   る炭素から成る群より選択されるコーティングを表面に
   有することを特徴とする溶融金属フィルター。
2. 【請求項２】　　前記コーティングが、前記フィルター
   の表面に配された、テルミット材料と密接する炭素から
   実質的に成ることを特徴とする請求項１記載の溶融金属
   フィルター。
3. 【請求項３】前記コーティングが、前記テルミット材料
   のコーティングの上に前記炭素のコーティングが配され
   る形態で前記フィルター上に設けられることを特徴とす
   る請求項２記載の溶融金属フィルター。
4. 【請求項４】　　前記コーティングが、前記炭素のコー
   ティングの上に前記テルミット材料のコーティングが配
   される形態で前記フィルター上に設けられることを特徴
   とする請求項２記載の溶融金属フィルター。
5. 【請求項５】　　前記コーティングが、前記炭素と前記
   テルミット材料の混合物の単一コーティングの形態で前
   記フイルター上に設けられることを特徴とする請求項２
   記載の溶融金属フィルター。
6. 【請求項６】　　前記フィルターの構造が発泡構造であ
   ることを特徴とする請求項１記載の溶融金属フィルター
   。
7. 【請求項７】　　前記フィルターの構造が、フィルター
   の基体がセラミック材料、金属およびそれらの組合せか
   ら成る群より選択される材料から作られる気泡構造であ
   ることを特徴とする請求項１記載の溶融金属フィルター
   。
8. 【請求項８】　　前記フィルターの構造が多孔質壁のハ
   ニカム形状であることを特徴とする請求項１記載の溶融
   金属フィルター。
9. 【請求項９】　　前記フィルターの基体がセラミック材
   料から成ることを特徴とする請求項８記載の溶融金属フ
   ィルター。
10. 【請求項１０】　　溶融金属のフィルターと該フィルタ
    ーを通って延在する溶融金属の流れる通路を与えるため
    の手段とを備えてなり、該手段は溶融金属路を形成する
    表面を有し、前記フィルターは炭素、およびテルミット
    材料と密接する炭素から成る群より選択されるコーティ
    ングをその表面に有することを特徴とする溶融金属のキ
    ャスティング用アセンブリ。
11. 【請求項１１】　　前記アセンブリが、前記溶融金属の
    流れる通路が連通しかつ前記溶融金属が注入される１つ
    あるいは複数のキャビティを有するモールドアセンブリ
    であることを特徴とする請求項１０記載のアセンブリ。
12. 【請求項１２】　　溶融金属を請求項１記載のフィルタ
    ーに通すことを含む溶融金属をロ過する方法。
13. 【請求項１３】　　前記溶融金属がスチールであること
    を特徴とする請求項１２記載の方法。