JPH0570854A - セラミツクス仕切り部材を備えた吸引式脱ガス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯中
に含まれる有害なガスを簡単な装置で迅速に吸引除去す
ることができると共に、作業性が優れたセラミックス仕
切り部材を備えた吸引脱ガス装置を提供する。 【構成】 アルミニウム又はアルミニウム合金溶湯１に
セラミックス管３を浸漬する。このセラミックス管は、
黒鉛及び／又は炭素質材を総量で20乃至80重量％含有し
ており、直径が40μｍ以下の気孔の比率が90％以上であ
る。真空ポンプによりこのセラミックス管内を50乃至40
0mmHg の真空度に減圧して、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金溶湯に含有された有害ガスを吸引除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム又はアルミ
ニウム合金溶湯中に含まれて鋳造時にピンポール及び膨
れ等の欠陥の原因になるガス（以下、有害ガスという）
を前記溶湯から除去するセラミックス仕切り部材を備え
た吸引式脱ガス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム又はアルミニウム合金を鋳
造する場合、アルミニウム地金中に含まれる不純物又は
アルミニウム合金地金の表面に付着した水分若しくは水
酸化物等が溶解時に溶湯と反応して有害ガスが発生す
る。この有害ガスのうち、原子状の水素ガスはアルミニ
ウム又はアルミニウム合金の溶湯中に吸収される。そし
て、その後、この溶湯中に吸収された水素ガスは、大気
中の水素分圧が極めて低いために、一部は溶湯と大気と
の界面に存在する酸化物皮膜に拡散し透過して、大気中
に放散される。このように、溶湯は経時的に脱ガスされ
るが、水素ガスの大部分は溶湯中に残存するので、鋳造
時に溶湯中に含まれるガスも、鋳造品中に残る。このた
め、鋳造品にピンホール又は膨れ等の欠陥が生じ、鋳造
品の品質及び歩留りの低下を余儀なくされている。

【０００３】そこで、上述の不都合を回避するために、
アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯中に塩素、不
活性ガス又はフラックス等を添加することによる溶湯の
改質、真空溶解法及び再溶解法等のように溶解方法の改
善が図られている。また、溶湯中に含まれるガスを除去
する方法として、撹拌法及び局部真空脱ガス法が提案さ
れている。

【０００４】この局部真空脱ガス法とは、例えば一端閉
塞型のセラミックス管を溶湯中に浸漬し、真空減圧装置
を使用してセラミックス管の管内を減圧状態にすること
により、管の内外のガス分圧差を利用して、溶湯中の有
害ガスを管内に拡散移動させて吸引除去する方法であ
る。この局部脱ガス法は、特に水素の除去に有効であ
る。

【０００５】通常、この局部真空脱ガス法においては、
Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系のセラミックスからなる管が使
用されている。例えば、このようなセラミックス管とし
ては、Ａｌ₂ Ｏ₃ を約47重量％含有すると共にＳｉＯ₂
を約49重量％含有するものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この局
部真空脱ガス法に用いられているセラミックス管は、主
にＡｌ₂ Ｏ₃ 及びＳｉＯ₂ を主成分とするため、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金溶湯と反応しやすいので、
溶湯中における寿命が約３時間と極めて短い。このた
め、セラミックス管を頻繁に交換する必要があり、作業
性が悪い。また、このセラミックス管は吸引時の管内の
圧力を例えば34mmHgに減圧する必要があるので、減圧能
力が高い減圧装置が必要である。このため、鋳造コスト
が増大し、作業効率が低下する。また、減圧不十分にな
りやすく、溶湯中の有害ガスを十分に除去することがで
きず、鋳造品の品質を十分に向上させるまでに至らない
状態となっている。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯
中に含まれている有害なガスを簡単な装置で迅速に吸引
除去することができると共に、作業性が優れたセラミッ
クス仕切り部材を備えた吸引式脱ガス装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るセラミック
ス仕切り部材を備えた吸引式脱ガス装置は、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金の溶湯と吸引空間とを仕切るセ
ラミックス仕切り部材と、前記吸引空間内を50乃至400m
mHg の真空度に吸引排気する吸引排気手段とを有し、前
記セラミックス仕切り部材は、黒鉛及び／又は炭素質材
を総量で20乃至80重量％含有し直径が40μｍ以下の気孔
の比率が90％以上であることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明においては、仕切り部材が、黒鉛及び／
又は炭素質材を主成分とするセラミックスからなるた
め、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯との反応
性が極めて低いと共に、熱伝導性が高く、耐熱衝撃性が
優れており、品質の変化も小さい。このため、このセラ
ミックス仕切り部材は、アルミニウム又はアルミニウム
合金の溶湯中に浸漬して使用しても、安定して長寿命が
得られるので、頻繁に交換する必要はなく、作業性が優
れている。また、このセラミックス仕切り部材は極めて
微細な空隙を有する多孔質体であるため、真空ポンプ等
の簡単な装置を使用して吸引空間を所定の圧力にまで減
圧することにより、アルミニウム又はアルミニウム合金
の溶湯中に含まれる有害なガスを迅速に吸引除去するこ
とができる。

【００１０】次に、セラミックス仕切り部材の組成及び
気孔径の限定理由について説明する。

【００１１】黒鉛又は炭素質材の含有量が総量で20重量
％未満であると、耐熱スポーリング性が劣化すると共に
ガス成分に対する浸透性が低くなる。また、黒鉛又は炭
素質材の含有量が総量で80重量％を超えると、焼結性が
乏しくなり、強度が不足する。従って、黒鉛及び／又は
炭素質材の含有量は総量で20乃至80重量％とする。

【００１２】なお、黒鉛又は炭素質材以外の成分として
は、部材の耐熱スポーリング性、耐食性及び耐溶湯浸透
性を損なうことがないものであれば、非酸化物（例え
ば、炭化物、硼化物及び窒化物等）、酸化物及び金属等
のように種々の材料を使用することができる。

【００１３】気孔径が40μｍを超えて大きくなると、溶
解したアルミニウム又はアルミニウム合金が気孔内に浸
透して凝固するため、気孔が閉塞され、ガスを吸引する
能力が低下してしまう。また、極端な場合は、溶湯がセ
ラミックス部材に浸透透過して吸引空間内に浸入するこ
ともある。このため、気孔径は40μｍ以下のものを主体
とし、その比率（任意の断面における全気孔の断面積の
合計に対する直径が40μｍ以下の気孔の断面積の合計の
比率）は90％以上であることが必要である。

【００１４】また、本発明においては、上述のセラミッ
クス仕切り部材を使用してアルミニウム又はアルミニウ
ム合金の溶湯中のガスを除去する際に、吸引排気手段に
より吸引空間を50乃至400mmHg の真空度に減圧する。こ
の吸引空間の真空度は、脱ガス処理時において例えば真
空ポンプによる排気時の吸引空間の圧力が平衡状態にな
る値であり、セラミックス部材の通気度に影響される。
つまり、セラミックス仕切り部材の気孔率が低い場合
は、溶湯中のガスがセラミックス仕切り部材を通過しに
くく、吸引空間の真空度が高くなる。即ち、この場合
は、吸引空間の圧力は低くなる。また、セラミックス仕
切り部材の気孔率が高い場合は、溶湯中のガスがセラミ
ックス仕切り部材を通過しやすく、吸引空間の真空度が
低くなる。即ち、この場合は、吸引空間の圧力は高くな
る。吸引空間の真空度が50mmHgよりも高い場合は脱ガス
効率が低下し、処理時間が長くなると共に、十分に脱ガ
ス処理を行なうことができない。また、吸引空間の真空
度が400mmHg 未満の場合は、脱ガス効率が飽和してそれ
以上の脱ガス効率の向上がないばかりでなく、溶湯がセ
ラミックス部材に浸透して凝固又は透過しやすくなる。
従って、本発明においては、吸引排気手段により吸引空
間を50乃至400mmHg の真空度に排気する。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。

【００１６】図１は本発明の実施例に係るセラミックス
仕切り部材を備えた吸引式脱ガス装置を示す断面図であ
る。黒鉛製の溶解用るつぼ２内にはアルミニウム又はア
ルミニウム合金溶湯１が貯留される。一端閉塞型のセラ
ミックス管３はその閉塞端側がアルミニウム又はアルミ
ニウム合金溶湯１中に浸漬される。セラミックス管３の
開放端には吸引用導管４の一端が連結されており、この
吸引用導管４の他端は安全槽５に連結されている。な
お、このセラミックス管３は、黒鉛又は炭素質材を20乃
至80重量％含有し、直径が40μｍ以下の気孔の比率が90
％以上である。また、安全槽５には吸引用導管６の一端
が連結されており、この吸引用導管６の他端が真空ポン
プ（図示せず）に連結されている。

【００１７】このように構成された吸引脱ガス装置を使
用してアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯１中の有
害ガスを除去する場合、吸引用導管６に連結された真空
ポンプを動作させて安全槽５内を減圧し、吸引用導管４
を介してセラミックス管３内の吸引空間の真空度を50乃
至400mmHg に減圧する。これにより、セラミックス管３
の気孔を通してアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯
１中の有害ガスを吸引する。この場合に、仮にセラミッ
クス管３内に有害ガスと共に溶湯が吸引されても、この
溶湯は安全槽５内に堆積するので、真空ポンプが破損す
ることはない。

【００１８】本実施例においては、セラミックス管が黒
鉛又は炭素質材を主成分とするセラミックスにより構成
されているため、アルミニウム又はアルミニウム合金溶
湯に対する反応性が低く、耐熱衝撃性が優れている。従
って、セラミックス管を頻繁に交換する必要がなく、作
業性が優れている。また、本実施例においては、セラミ
ックス管内を過剰に減圧する必要がないため、減圧能力
が高い真空装置を使用しなくても、脱ガス処理を実施す
ることができる。

【００１９】次に、種々のセラミックス管３を製造し、
上述の真空吸引式脱ガス装置を使用してアルミニウム溶
湯１中の有害ガスを除去した後、使用後のセラミックス
管３の状態について調べた結果を、比較例と比較して説
明する。

【００２０】先ず、下記表１に示す組成及び気孔径の一
端閉塞型の真空吸引式脱ガス用セラミックス管を作成し
た。なお、比較例３は、従来の吸引式脱ガス用セラミッ
クス管であり、その組成は、ＳｉＯ₂ 含有量が 48.78重
量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量が 47.19重量％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 含
有量が0.52重量％である。なお、樹脂は、成形時に原料
の粘性を保持し、焼結時には結合材的役割を果たす。

【００２１】次に、黒鉛製の溶解るつぼの中にアルミニ
ウム地金（Ｆｅ；0.001 重量％、Ｓｉ；0.003 重量％、
Ｃｕ；微量、Ａｌ；99.94 重量％）を入れ、この溶解用
るつぼを密閉式電気炉内に挿入し加熱した。これによ
り、溶解用るつぼ内のアルミニウム地金を溶解し、アル
ミニウム溶湯を得た。次に、このアルミニウム溶湯中に
実施例１乃至４及び比較例１乃至３に係るセラミックス
管を夫々浸漬し、１kg／cm² の圧力下で溶湯を加熱しつ
つ、溶湯の温度を 730±5 ℃に保持して12時間加熱し
た。なお、この加熱中に、真空ポンプを使用して各セラ
ミックス管内の圧力を下記表１に示すように減圧するこ
とにより、溶湯中に含まれる有害ガスを吸引した。

【００２２】

【表１】

【００２３】その後、溶湯中からセラミックス管を取り
出し、このセラミックス管をその略中央で切断し、アル
ミニウムの浸透深さ及び溶損量を測定した。その結果を
下記表２に示す。また、実施例及び比較例の各セラミッ
クス管の機械的強度（曲げ強度）及び耐熱スポーリング
性も調べた。その結果も表２に併せて示す。但し、耐熱
スポーリング性は以下に示すようにして評価した。即
ち、Ｎ₂ ガスを充填した温度が 750℃の加熱炉内で各セ
ラミックス管を15分間加熱し、その後、セラミックス管
を炉外に取り出して冷却した。この加熱及び冷却を最大
で20回繰り返し、セラミックス管に亀裂が発生したか否
かにより耐熱スポーリング性を評価した。

【００２４】

【表２】

【００２５】この表２から明らかなように、黒鉛添加量
が５％と少ない比較例１のセラミックス管は、耐熱スポ
ーリング性が低く、割れやすいものであった。また、黒
鉛及びカーボンブラックの総量が85重量％と多い比較例
２のセラミックス管は、気孔径が大きいため、管内圧力
が低くなり、アルミニウム合金の溶湯がセラミックス管
内に浸透しやすく、溶損量も大きかった。そして、この
比較例２のセラミックス管は機械的強度も低いものであ
った。更に、比較例３のセラミックス管は、溶湯の浸透
はないものの、溶損量が比較的大きく、また耐スポーリ
ング性及び性能面でも悪いものであった。一方、実施例
１乃至４のセラミックス管は、いずれも耐スポーリング
性が優れており、溶湯の浸透及び溶損がないか又はあっ
ても極めて少なく、局部真空脱ガス法に用いられる部材
として極めて優れた特性を有している。

【００２６】次に、実施例２，４及び比較例３に係るセ
ラミックス管を使用した局部真空脱ガス法によりアルミ
ニウム溶湯中の水素ガスを除去した結果について説明す
る。

【００２７】先ず、溶解用るつぼの中にアルミニウム地
金を入れ、この溶解用るつぼを密閉式電気炉内に挿入し
加熱した。これにより、溶解用るつぼ内のアルミニウム
地金を溶解し、アルミニウム溶湯を得た。このアルミニ
ウム溶湯を 750℃の温度で 120分間加熱した後、電気炉
内にてアルミニウム溶湯を凝固させた。次いで、溶解用
るつぼ内で凝固したアルミニウムを再び溶解し、溶湯の
温度を 750±5 ℃に保持した。そして、このアルミニウ
ム溶湯中に実施例２，４及び比較例３に係るセラミック
ス管を夫々浸漬し、セラミックス管内の圧力を減圧する
ことにより、アルミニウム溶湯中に含まれる水素ガスを
吸引した。このときアルミニウム溶湯中に含まれる水素
ガスの含有量を経時的に測定した。また、この局部真空
脱ガス法による脱ガス処理を行なわない場合の一次溶解
材及び再溶解材の溶湯中の水素ガスの含有量の変化につ
いても調べた。その結果を下記表３及び図２に示す。但
し、表３において水素ガス含有量の単位は標準状態（Ｓ
ＴＰ）でcc／100gである。

【００２８】また、使用後の実施例２，４及び比較例３
に係るセラミックス管について溶損量を測定し、更にそ
の外観を観察した。その結果を下記表４に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】この表３，４及び図２から明らかなよう
に、セラミックス管を使用してアルミニウム溶湯中の水
素ガスを除去した場合、比較例３（従来例）は実施例
２，４に比して脱ガス処理能力が低いと共に、 210分以
降の脱ガス処理能力が平衡状態になり、それ以上の効果
を得ることができなかった。また、比較例３では水素ガ
ス含有量を 0.115cc／100gにまで低減するのに約 270分
要しているが、実施例２，４は夫々約80分及び約 120分
で前述の水素ガス含有量に到達しており、その処理時間
が比較例３の約30％及び約45％であった。そして、実施
例２，４では脱ガス処理能力が平衡状態になることはな
く、処理時間の経過と共に水素ガス含有量を低減するこ
とができ、優れた脱ガス効果を得ることができた。例え
ば、実施例２，４における 300分後の水素ガス含有量は
夫々比較例３の約31％及び13％となる。

【００３２】また、表４から明らかなように、実施例
２，４に係るセラミックス管は、アルミニウムの浸透が
ないと共に、亀裂の発生もなく、使用後においても品質
が殆ど変化していなかった。このため、実施例２，４に
係るセラミックス管は再使用が可能であって、35回以上
使用しても更に使用可能であった。一方、比較例３に係
るセラミックス管は溶損量が 0.9mmと多く、更に長さが
約15mmのヘアークラックが発生したため、再使用するこ
とができなかった。

【００３３】このように、実施例２，４に係るセラミッ
クス管は、比較例３に係るセラミックス管に比して、脱
ガス能力及び脱ガス効率が優れていると共に、その耐久
性が優れたものであった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
黒鉛及び／又は炭素質材を主成分とし、所定の気孔径を
有するセラミックス仕切り部材を使用し、吸引排気手段
によりこのセラミックス仕切り部材で仕切られた吸引空
間内を所定の真空度に吸引排気するから、仕切り部材の
アルミニウム又はアルミニウム合金溶湯に対する反応性
が極めて低く、長寿命であって作業性が優れていると共
に、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯中に含ま
れている有害なガスを簡単な装置で迅速に吸引すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るセラミックス仕切り部材
を備えた吸引式脱ガス装置を示す断面図である。

【図２】アルミニウム溶湯中の水素ガス濃度と脱ガス処
理時間との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１；溶湯 ２；溶解用るつぼ ３；セラミックス管 ４，６；吸引用導管 ５；安全槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム又はアルミニウム合金の溶
   湯と吸引空間とを仕切るセラミックス仕切り部材と、前
   記吸引空間内を50乃至400mmHg の真空度に吸引排気する
   吸引排気手段とを有し、前記セラミックス仕切り部材
   は、黒鉛及び／又は炭素質材を総量で20乃至80重量％含
   有し直径が40μｍ以下の気孔の比率が90％以上であるこ
   とを特徴とするセラミックス仕切り部材を備えた吸引式
   脱ガス装置。