JPH04301040A - 金属溶湯用濾材 - 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】本発明は金属溶湯、特にアルミニ
ウム溶湯中に含まれる不純物（介在物）を濾過するに適
した金属溶湯用濾材に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属の薄板や箔は金属溶湯をインゴット
に鋳造し、これを圧延することにより製造される。とこ
ろが、金属溶湯に含まれる金属酸化物や耐火物の微小破
片等の固形不純物がそのままインゴット中に混入すると
、これを圧延して薄板や箔等を製造する過程でピンホー
ル、表面欠陥が発生することがある。これを防ぐには、
溶湯中から固形不純物を除去する必要があり、そのため
に、従来、ガラスクロス、アルミナボール或はセラミッ
クフォーム等を溶湯濾過用のフィルターとして使用して
いた。

【０００３】ところが、ガラスクロスは安価であるが早
期に目詰まりし易く、またアルミナボールは一旦捕獲し
た不純物が流出し易いため濾過精度に劣り、更にセラミ
ックフォームは気孔径が大きいため微細な不純物を十分
に濾過できないという欠点がある。

【０００４】そこで、例えば特公昭５２−２２３２７号
公報に示されるように、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ
等の骨材粒子を、１０重量％以上ＳｉＯ２を含有すると
ともにＢ２　Ｏ３　を所定量含有した無機質結合材によ
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
た構成のチューブ状の多孔質の濾材が使用されつつある
。この濾材によれば、上記した他のフィルターに比較し
て濾過性能が優れており、目詰まりを長期間にわたり防
止でき、また捕獲した不純物の流出がなく、しかも気孔
径を適切になし得て精密な濾過が可能になるという利点
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
５２−２２３２７号公報に示されるチューブ状濾材は、
無機質結合材中のＳｉＯ２　含有量が多く、その場合に
は長期間の使用に際し、結合材がアルミニウム溶湯と反
応するという問題があることがわかってきた。すなわち
、チューブ状濾材の結合材部分がアルミニウム溶湯に浸
蝕されて、Ｓｉ、Ｂ等の結合材成分がアルミニウム溶湯
中に溶出してくるのである。このようなＳｉ、Ｂ等の結
合材成分の溶出は、アルミニウム製品の品質や歩留りを
低下させる。また、結合材成分の溶出により、濾材組織
が破壊され、チューブ状濾材の強度を低下させ、その結
果、長期間の使用中にアルミニウム溶湯内で崩壊して使
用不可能の状態が生ずるという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的は
、濾過性能に優れるとともに、長期間の使用に際しても
アルミニウム溶湯等の金属溶湯との反応を最小限に抑え
、結合材成分の金属溶湯中への溶出を防止した金属溶湯
用濾材を提供することにある。

【０００７】そしてその目的は、本発明によれば、セラ
ミック骨材粒子１００重量部に対し無機質結合材４〜２
０重量部を添加混合してなる多孔質の濾材であって、該
結合材として、Ａｌ２　Ｏ３　が２０〜６０重量％、Ｓ
ｉＯ２　が１０重量％以下であり、かつＢ２　Ｏ３　と
ＳｉＯ２　の合計で１０〜５０重量％を含有するととも
に、アルカリ土類金属酸化物または希土類元素酸化物を
さらに含有してなることを特徴とする金属溶湯用濾材、
により達成することができる。

【０００８】また本発明においては、セラミック骨材粒
子としてＡｌ２　Ｏ３　、ＳｉＣ、Ｓｉ３　Ｎ４　およ
びＺｒＯ２　からなる群から選ばれる少なくとも１種以
上からなる骨材粒子を用いることが、アルミニウム溶湯
などの溶融金属との反応を少なくすることができ、好ま
しい。又、アルカリ土類金属酸化物または希土類元素酸
化物として、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ
およびＣｅ２　Ｏ３　からなる群から選ばれる少なくと
も１種以上を含むことも、濾材の焼成温度を適正なもの
とする点で好ましい。さらに、本発明の金属溶湯用濾材
の３点曲げ抗折強度は、５０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上であ
ることが好ましい。

【０００９】

【作用】本発明の金属溶湯用濾材は、特に結合材として
、Ａｌ２　Ｏ３　が２０〜６０重量％、ＳｉＯ２　が１
０重量％以下であり、かつＢ２　Ｏ３　とＳｉＯ２　の
合計で１０〜５０重量％を含有するとともに、アルカリ
土類金属酸化物または希土類元素酸化物をさらに含有す
ることを特徴とする。このような結合材組成を用いるこ
とにより、本発明の濾材は微細な介在物の捕集性に優れ
、しかもアルミニウム溶湯等の金属溶湯との反応を最小
限に抑え、結合材成分の金属溶湯中への溶出を防止する
ことができるものである。

【００１０】本発明では、結合材中においてＡｌ２　Ｏ
３　は２０〜６０重量％含有される。２０重量％未満で
は、溶融金属（金属溶湯）との濡れ性が悪くなり（例え
ば、Ａｌとくっつかず）、濾材として使用した場合、溶
融金属が浸透しない。Ａｌ２　Ｏ３が６０重量％を超え
る場合には、結合材の融点が高くなり過ぎるため、通常
の焼成温度では骨材の結合が十分にできず、強度不足と
なる。

【００１１】また結合材中において、ＳｉＯ２　は１０
重量％以下含有することが重要である。ＳｉＯ２　は溶
融金属（主にＡｌ）との反応性が高いために、ＳｉＯ２
　が１０重量％を超えて含まれると、溶融金属によりＳ
ｉＯ２　が還元され易くなり、Ｓｉが溶融金属中へ溶出
するという問題が生じる。そして、本発明の結合材はさ
らにＢ２　Ｏ３を含有することが重要であるが、この含
有量は前記ＳｉＯ２　と相関関係を有する。即ち、Ｂ２
　Ｏ３　とＳｉＯ２　はその合計が１０〜５０重量％の
範囲となるように含有することが重要である。

【００１２】Ｂ２　Ｏ３　とＳｉＯ２　の２成分の含有
量が１０重量％未満では、結合材の融点が高くなり、通
常の焼成温度では骨材の結合が十分にできず、得られる
濾材が強度不足となって使用することができない。一方
、Ｂ２　Ｏ３　とＳｉＯ２　の２成分の含有量が５０重
量％を超えると、結合材の融点が低下し、使用温度によ
り軟化変形する危険性があるほか、溶融金属との反応性
が高くなるため、結合材組成からのＳｉ、Ｂの溶出によ
る溶融金属への混入や浸蝕による濾材の強度低下により
使用不可能となる。

【００１３】さらに本発明の結合材においては、アルカ
リ土類金属酸化物または希土類元素酸化物を含有する。 この理由は、これらの成分が高温における生成自由エネ
ルギーがかなり低く、溶融金属に対して安定であるため
、これを含有させることが結合部の溶融金属との反応を
抑えるうえで効果的であるからである。アルカリ土類金
属酸化物または希土類元素酸化物のうち、ＢｅＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯおよびＣｅ２　Ｏ３　は特
に生成自由エネルギーが低く溶融金属に対して安定であ
り、好ましい。また、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ
、ＢａＯおよびＣｅ２　Ｏ３　のうち、少なくとも１種
類以上を含有させることにより、多成分として溶融温度
を低下させ、焼成温度をより適正なものとすることがで
きる。

【００１４】なお、本発明の結合材としては、上記した
組成のものであれば、フリット等のガラス化している原
料でも、また前もってガラス化していない生原料でも用
いることができる。一方、本発明において用いる骨材粒
子としては、金属溶湯と反応せず、適切な粒度のものを
容易に入手できることが好ましく、Ａｌ２　Ｏ３　、Ｓ
ｉＣ、Ｓｉ３　Ｎ４　およびＺｒＯ２　のごときセラミ
ック骨材粒子がそれらの条件を満足するため、好ましい
。又、用いる骨材粒子の平均粒子径は通常約０．３〜３
．０ｍｍ程度のものが用いられる。

【００１５】本発明の濾材においては、骨材粒子１００
重量部に対する結合材の添加量は４〜２０重量部が好ま
しい。結合材添加量が４重量部未満では濾材全体の強度
が低くなり、取扱作業で破損が生じ易くなる。また骨材
粒子の脱粒による金属溶湯内への混入が生じる。結合材
添加量が２０重量部を超えると、結合材が骨材粒子間の
気孔を埋め、使用した場合において、骨材粒子間の気孔
が小さく早期に目詰まりを生ずるため好ましくない。

【００１６】さらに本発明の濾材は、その３点曲げ抗折
強度が５０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上であることが好ましい
。 ３点曲げ抗折強度が５０ｋｇｆ／ｃｍ２　未満となる場
合には、骨材粒子の脱粒による金属溶湯内への混入や、
取扱作業による破損が発生し易くなり、好ましくない。 次に、本発明の金属溶湯用濾材の製造方法の例を説明す
る。

【００１７】Ａｌ２　Ｏ３　、ＳｉＣ、Ｓｉ３　Ｎ４　
、ＺｒＯ２　等からなるセラミック骨材粒子１００重量
部に対し、無機質結合材として上記組成のものを４〜２
０重量部添加し、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ
）、リグニンスルホン酸カルシウム、デキストリン等の
有機バインダーと適当量の水分を加え、混練を行なった
後所定形状の成形体に成形する。次いで、得られた成形
体を乾燥後、所定温度で焼成を行なうことにより、本発
明の濾材を得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。

【００１９】（実施例）表１〜表４に示すような電融ア
ルミナ＃２４、または焼結アルミナ＃２４を骨材粒子と
して用い、この骨材粒子に対し、表１〜表４に示す各種
組成の無機質結合材を種々の割合で添加し、有機バイン
ダーとしてデキストリン２０％水溶液を５重量％、カル
ボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を０．５重量％それ
ぞれ外配で添加し、さらに水を加え、関東ミキサーを用
いて３０分間混練を行なった。次に得られた混合物を用
い、外径１００ｍｍφ、内径６０ｍｍφ、長さ９００ｍ
ｍのパイプ形状品を成形し、７０℃で１６時間乾燥後、
電気炉で大気中１３００℃（結合材としてフリットを用
いる場合）、あるいは１４５０℃（結合材として生原料
を用いる場合）まで昇温速度１００℃／ｈｒ　で昇温し
、この温度で３時間保持した後放冷して降温するという
焼成スケジュールを行ない、パイプ状の濾材を得た。

【００２０】なお、上記結合材として、表１〜表４に示
す各組成原料をフリット化したものと、生原料の２種類
を用いた。又、それぞれの粒度は２００μｍ以下とした
。フリット化は、生原料を混合した後１４００℃で加熱
し、これを水中に投入して急冷し、次いでこれを２００
μｍ以下に微粉砕することにより行なった。次に、得ら
れた濾材について、下記のように評価を行なった。

【００２１】■強度：３０×１０×１３０ｍｍサイズの
サンプルを用い、１００ｍｍスパンにより３点曲げ抗折
強度を求めた。 ■耐蝕性：条件を厳しくするために、ＡｌのＭｇ系合金
（ＪＩＳ５０５６）１０ｋｇを８００℃にて溶融させ、
この中にサンプル１ｋｇを浸漬させて、５０時間後にＡ
ｌをサンプリングして分析した。分析は添加した成分で
Ａｌ、Ｍｇ以外の量を求め、この測定値がブランクと比
較して１割以上高いものを×（不良）、それ以下のもの
を○（良）とした。

【００２２】■浸透性：ＡｌのＭｇ系合金（ＪＩＳ１０
５０）の８００℃溶湯中、５００ｍｍの深さに１３０×
２０×２０ｍｍに切り出したサンプルを浸漬し、５時間
保持してヘッド圧によりサンプル内にＡｌを浸透させた
。その後、このサンプルを冷却し切断して切断面の観察
を行ない、サンプル内へのＡｌの浸入を確認し、気孔が
残留していないものを○（良）、気孔が残留しているも
のを×（不良）とした。 ■通湯量：濾材を１４本組のカートリッジに組立てて、
Ａｌ（ＪＩＳ１０５０）を通湯し、寿命になるまでの通
湯量を測定した。なお、通常の通湯量としては、５００
ｔｏｎ　／カートリッジ以上が必要である。 結果を表１〜表４に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】表１〜表４から明らかな通り、本発明のよ
うにセラミック骨材粒子と特定組成の結合材を用いた濾
材の場合には、そうでない場合に比し、強度、耐蝕性、
通湯量、および浸透性のすべてがバランス良く備わって
いることがわかる。なお、表１〜表４において、Ｎｏ．
１、　Ｎｏ．５、　Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１、　Ｎｏ．１
７　〜Ｎｏ．１９、　Ｎｏ．３５、　Ｎｏ．４１〜Ｎｏ
．４４、　Ｎｏ．５０〜Ｎｏ．５２　は、本発明の範囲
外のものを示す。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の濾材は、
特定組成の結合材を用いているため、濾過性能に優れる
とともに、アルミニウム溶湯等の金属溶湯との反応を最
小限に抑え、結合材成分の金属溶湯中への溶出を防止す
ることができ、製品の歩留りを上げ、寿命が長く長期間
の使用に耐えるという効果を奏する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミック骨材粒子１００重量部に対
   し無機質結合材４〜２０重量部を添加混合してなる多孔
   質の濾材であって、該結合材として、Ａｌ２Ｏ３　が２
   ０〜６０重量％、ＳｉＯ２　が１０重量％以下であり、
   かつＢ２　Ｏ３　とＳｉＯ２　の合計で１０〜５０重量
   ％を含有するとともに、アルカリ土類金属酸化物または
   希土類元素酸化物をさらに含有してなることを特徴とす
   る金属溶湯用濾材。
2. 【請求項２】　　セラミック骨材粒子が、Ａｌ２　Ｏ３
   　、ＳｉＣ、Ｓｉ３　Ｎ４　およびＺｒＯ２　からなる
   群から選ばれる少なくとも１種以上からなる請求項１記
   載の金属溶湯用濾材。
3. 【請求項３】　　アルカリ土類金属酸化物または希土類
   元素酸化物として、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、
   ＢａＯおよびＣｅ２　Ｏ３　からなる群から選ばれる少
   なくとも１種以上を含む請求項１または２記載の金属溶
   湯用濾材。
4. 【請求項４】　　３点曲げ抗折強度が５０ｋｇｆ／ｃｍ
   ２　以上である請求項１〜３のいずれかに記載の金属溶
   湯用濾材。