JPH07207359A - ＡｌまたはＡｌ合金溶湯の精錬法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハロゲン系ガスをできるだけ発生させること
なく、ＡｌまたはＡｌ合金の精錬工程で湯面上に浮上す
る滓からメタル分をうまく溶湯中へ戻すと共に滓の湯離
れを良くし、滓を効率よく分離除去することのできる精
錬法を提供する。 【構成】 原料を溶解炉で溶解して得られたＡｌまたは
Ａｌ合金溶湯を精錬するに当たり、金属硫酸塩、金属塩
化物および金属フッ化物を含むハロゲン系フラックスを
精錬剤として、前記溶湯中にキャリアガスによって吹き
込んで精錬した後、ハロゲンを含まない除滓用発熱型フ
ラックスを添加し、その後除滓する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＡｌまたはＡｌ合金溶
湯の精錬法に関し、特に該溶湯を精錬処理する際に生成
し湯面上に浮上する滓の除去性を高め、メタルロスを少
なくすると共に滓の湯離れ性を高めることができ、且つ
ハロゲン系の有害ガスができるだけ生じることのないＡ
ｌまたはＡｌ合金溶湯の精錬法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌまたはＡｌ合金（以下、Ａｌ合金で
代表することがある）製品の一般的な製造工程を例示す
ると次の通りである。

【０００３】原料−溶解−精錬−除滓−炉外脱ガス−炉
外濾過−鋳造−加工−熱処理−表面処理−検査−製品 このうち、溶解炉内での処理工程である溶解から除滓ま
での工程について詳述すると次の通りである。即ち、反
射炉や誘導炉内に投入された原料は、大気雰囲気中で加
熱溶融されて溶湯となる。次いで脱ガス処理および脱介
在物処理を行なった後、溶湯品質を保証するため、通常
は溶湯中にハロゲン系の精錬剤、例えば塩素ガスやフラ
ックスを吹き込む。この様なフラックスとしては、例え
ば特公昭６３−５２０９９号に開示される様に、金属硫
酸塩、金属塩化物およびフッ化物を含むものが提案され
ている。この精錬工程では、溶解工程で原料から持ち込
まれた各種介在物（主として酸化物）あるいは溶解工程
で新たに生じた酸化物等が、メタル分との混合状態で
「滓」として浮上する。

【０００４】この滓は、製品欠陥の大きな原因となるの
で可及的に炉外へ除去すべきであるが、この滓中には多
量のメタル分が含まれており、これをそのまま排出する
とメタルロスが軽視できなくなるので、除滓に当たって
はメタル分はできるだけ溶湯中へ戻し、介在物のみを効
率よく排出除去する必要がある。

【０００５】そのための代表的な方法として、ハロゲン
系の発熱型フラックスを湯面に浮上した滓上に散布し、
滓と共に混合することにより滓中の微細なＡｌと反応せ
しめ、このときの発熱を利用して滓を加熱することによ
って粗大なメタル分の流動性を高めて溶湯中に戻すと共
に、滓組成を高温生成酸化物に変化させることにより溶
湯との濡れ性を低減し、溶湯表面からの滓の分離を促進
することによって、除滓時のメタルロスを極力少なく抑
えるものである。この様な除滓用発熱型フラックスとし
ては、例えば特開平３−７７２６２号に開示された様
な、ＫＣｌを主体とするハロゲン系化合物を使用したも
のが提案されている。

【０００６】ところがこれまでの方法では、ハロゲン系
の除滓用発熱型フラックスを使用するため処理工程で有
害なハロゲン系ガスが生成し、これが作業環境を汚染す
る大きな原因になるばかりでなく、この排ガスをそのま
ま外部に放出すると大気汚染を生じるので排ガス浄化処
理設備の設置が不可欠となり、その設備費および運転経
費を含めた費用が嵩むという難点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な問
題点に着目してなされたものであって、その目的は、ハ
ロゲン系ガスをできるだけ発生させることなく、Ａｌま
たはＡｌ合金の精錬工程で湯面上に浮上する滓からメタ
ル分をうまく溶湯中へ戻すと共に滓の湯離れを良くし、
滓を効率よく分離除去することのできる精錬法を提供し
ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成した本発
明の構成は、原料を溶解炉で溶解して得られたＡｌまた
はＡｌ合金溶湯を精錬するに当たり、金属硫酸塩、金属
塩化物および金属フッ化物を含むハロゲン系フラックス
を精錬剤として、前記溶湯中にキャリアガスによって吹
き込んで精錬した後、ハロゲンを含まない除滓用発熱型
フラックスを添加し、その後除滓する点に要旨を有する
ものである。

【０００９】また上記除滓用発熱型フラックスとして
は、具体的には金属硫酸塩と金属炭酸塩と金属酸化物の
混合物、または金属硫酸塩と金属炭酸塩と金属酸化物と
金属硝酸塩の混合物のいずれかが挙げられる。

【００１０】

【作用】前述の如く従来は、除滓用発熱型フラックスと
してＫＣｌを主体とするハロゲン系化合物を使用してお
り、これらは滓中のＡｌとの間で著しい発熱反応を起こ
すので、その反応熱を利用することによって滓を効果的
に加熱することができ、それにより滓中に含まれるメタ
ル分の流動性が高められて溶湯への戻りが加速されると
共に、滓の主成分である酸化物はより安定で溶湯との親
和性の小さい高温酸化物に変化し、除滓性が著しく高め
られる。

【００１１】しかしながら、先に述べた様にハロゲン系
化合物を使用すると、有害で且つ腐食性の高いハロゲン
ガスやハロゲン化水素が生成するため、その中和処理に
大きな負担が強いられる。

【００１２】そこで本発明者らは、こうした有害ガス発
生の問題を解消しつつメタルロスの低減と除滓性の向上
を効果的に達成することのできる除滓用発熱型フラック
スについて検討した。その結果、金属硫酸塩と金属炭酸
塩と酸化物の３成分系混合物、もしくは金属硫酸塩と金
属炭酸塩と酸化物と金属硝酸塩の４成分系混合物からな
るフラックスでは、ハロゲンをまったく含まず、従来の
フラックスに指摘される前記障害を伴うことなく、除滓
性を高めると共にメタルロスを効果的に少なくすること
ができることを見出し、本発明を完成した。尚本発明は
上記の様に、ハロゲンを含まない除滓用発熱型フラック
スを用いるものであるが、精錬用のフラックスとして
は、従来の金属硫酸塩、金属塩化物および金属フッ化物
を含むハロゲン系フラックスが用いられる。

【００１３】本発明で用いる除滓用発熱型フラックスに
おいて、まず酸化物は滓中に含まれるＡｌに対する酸素
供給源となるもので、発熱反応の着火成分として不可欠
の成分である。該酸化物としては、Ａｌよりも酸素との
結合力の弱い元素の酸化物であれば全て使用できるが、
溶湯内へ有害不純物として混入しにくく且つ着火性能の
優れたものとして最も好ましいのはＡｌ₂ Ｏ₃ およびＢ
₂ Ｏ₃ であり、これらは単独で使用してもよくあるいは
２種を併用することもできる。

【００１４】尚、酸化物としてＢ₂ Ｏ₃ を単独で使用し
た場合は、フラックスが高融点となって通常の滓温度で
溶融しにくくなり、着火反応性がやや不足気味になるこ
とがあるので、好ましくは酸化物としてＢ₂ Ｏ₃ とＡｌ
₂ Ｏ₃ を併用することによってフラックス全体の融点を
低下させ、着火反応がよりスムーズに進行する様にする
のがよい。

【００１５】この着火発熱反応によって、滓中の粗大な
メタル分は昇温して流動性が高められ、湯戻り（滓から
溶湯へ戻る現象）が加速されるが、この湯戻りにはある
程度の時間が必要であるので、着火発熱反応が急激に起
こって即座に終了すると、滓全体を万遍なく昇温できな
くなると共に、湯戻りに必要な時間も確保できなくな
り、除滓性およびメタルロスの低減を十分に達成するこ
とができなくなる。そこで本発明では、該酸化物よりも
熱分解温度の高い金属炭酸塩と、該炭酸塩よりも更に分
解温度の高い金属硫酸塩を併用し、あるいは必要により
更に他の成分として金属硝酸塩を併用し、これらを発熱
反応工程で順次熱分解させることによって発熱反応を継
続的に生ぜしめ、これにより滓を穏やかに且つ継続的に
加熱することにより、滓全体を万遍なく加熱昇温させる
と共に滓中のメタル分の湯戻りを十分に行ない、更には
滓の主成分である酸化物のより安定な高温酸化物への変
化を進め、メタルロスの低減と除滓性の向上を達成する
ものである。

【００１６】こうした継続的発熱を達成するには、フラ
ックス組成中に着火成分である酸化物と共に金属炭酸塩
と金属硫酸塩を含有させる必要があり、それらの好まし
い配合組成は 金属硫酸塩：３０〜６０重量％ 金属炭酸塩： ５〜３０重量％ 金属酸化物：１５〜３５重量％ である。しかして、上記配合組成を外れる場合は、着火
性が低下して発熱反応の開始が遅れたり、あるいは発熱
反応の持続性が低下する等、着火性と発熱反応の持続性
のバランスが悪くなる傾向が表われてくる。このとき、
滓の温度が低い場合は、更に他の成分として熱分解温度
の低い金属硝酸塩を併用すれば、着火を一層確実に行な
うことができる。但し、金属硝酸塩を多量添加し過ぎる
と着火反応が激しくなって安全性に問題が生じてくるの
で、併用する場合でもその配合量はフラックス全体に占
める比率で１０重量％以下に抑えることが好ましい。

【００１７】上記金属硫酸塩、金属炭酸塩、金属酸化物
および金属硝酸塩の種類は、Ａｌよりも酸素との反応性
が小さい金属の塩もしくは酸化物であれば特に限定され
ないが、着火反応性または発熱反応の継続性ならびにＡ
ｌ合金溶湯中への混入しにくさ等を総合的に考慮して好
ましいのは、金属硫酸塩がＫ₂ ＳＯ₄ 、ＭｇＳＯ₄ およ
びＮａ₂ ＳＯ₄ ；金属炭酸塩がＭｇＣＯ₃ 、ＣａＣＯ
₃ 、Ｎａ₂ ＣＯ₃ およびＫ₂ ＣＯ₃ ；金属酸化物がＡｌ
₂ Ｏ₃ およびＢ₂ Ｏ₃ ；金属硝酸塩がＫＮＯ₃ およびＮ
ａＮＯ₃ であり、これらは夫々単独で使用してもよく、
あるいは２種以上を併用しても構わない。

【００１８】上記フラックス構成成分の作用および好ま
しい配合率についての検討結果を更に詳述する。 着火用金属酸化物：Ｂ₂ Ｏ₃ ＡｌおよびＡｌ合金溶湯表面に存在する滓の温度は、除
滓時における溶解炉バーナー加熱の有無により著しく異
なってくる。実測によると、その温度は４００〜１００
０℃の広範囲となる。そして該温度範囲の滓に着火材と
してＢ₂ Ｏ₃ を散布し、滓と撹拌したときの着火状況を
調べたところ、滓温度４００〜１０００℃の範囲で確実
に着火させるには、Ｂ₂ Ｏ₃ の配合量を１０〜２重量％
の範囲にすればよいことが確認された。

【００１９】金属硫酸塩：発熱反応を継続させるための
酸素供給源である金属硫酸塩の好ましい配合量は、次の
実験結果によって定めた。即ちＡｌおよびＡｌ合金溶湯
中にＳが多く混入すると欠陥発生の原因となり製品不良
を招く恐れがある。その限界上限値は、これまでの経験
から１０ｐｐｍ程度以下である。そこで金属硫酸塩とし
てＫ₂ ＳＯ ₄ 、ＭｇＳＯ₄ 、Ｎａ₂ ＳＯ₄ などを使用し
たときの溶湯中へのＳの混入量について検討した結果、
フラックス中の金属硫酸塩としての配合量の上限は６０
重量％であることが分かった。

【００２０】金属炭酸塩：発熱反応を継続させるための
酸素供給源である金属炭酸塩の必要配合率は、次の実験
結果によって定めた。即ちＡｌおよびＡｌ合金溶湯に未
分解の金属炭酸塩が混入すると、製品表面に線状欠陥が
多発することが経験的に知られており、その上限値は、
これまでの経験より金属炭酸塩として約１０ｐｐｍであ
るとされている。そこで金属炭酸塩としてＭｇＣＯ₃ 、
ＣａＣＯ₃ 、Ｎａ₂ ＣＯ₃ 、Ｋ₂ ＣＯ₃ 等を用いた場合
の溶湯中への残留状況を調べた結果、線状欠陥を生じさ
せないフラックス中の好ましい金属炭酸塩配合量の上限
は３０重量％となった。上記の結果より、フラックスの
好ましい組成は下記の通りとなる。

【００２１】酸化物Ｂ₂ Ｏ₃ ：２〜１０重量％ 硫酸塩 ：６０重量％以下 炭酸塩 ：３０重量％以下 次に、酸化物としてＢ₂ Ｏ₅ を１０重量％一定とし、金
属硫酸塩の配合量を６０〜３０重量％、金属炭酸塩の配
合量を３０〜６０重量％の範囲で変えたときの除滓性に
与える影響を調べた。その結果、いずれの場合も発熱ま
でにかなりの時間がかかり、実用性においてやや問題が
ある。尚金属硫酸塩および金属炭酸塩として様々の組合
せについて実験を行なったが、いずれも同様の傾向が認
められた。この原因は、フラックスが液状化し難いため
と考えられた。

【００２２】そこで融点降下剤としてＡｌ₂ Ｏ₃ の併用
を試みたところ、フラックス中に１３〜２５重量％のＡ
ｌ₂ Ｏ₃ を添加すれば、４００〜１０００℃の滓温度で
液状化し、着火反応が円滑且つ速やかに起こることを知
った。また酸化物としてＢ₂Ｏ₃ とＡｌ₂ Ｏ₃ を併用し
た場合でも、金属硫酸塩や金属炭酸塩の好適配合比率に
は大差がなく、従って着火速度を加味したより好ましい
フラックス組成は下記の通りである。

【００２３】金属硫酸塩：３０〜６０重量％ 金属炭酸塩（酸化物の増加分をここでカバー）：１５〜
３０重量％ 酸化物：（１５〜３５重量％） Ｂ₂ Ｏ₃ （着火用）：２〜１０重量％ Ａｌ₂ Ｏ₃ （融点降下用）：１３〜２５重量％ 但し、上記組成においても、滓温度が低い場合には着火
が不安定になることがある。従って低温側での着火促進
策としてより好ましいのは、より強力な酸化剤である硝
酸塩（ＫＮＯ₃ など）を少量添加するのがよい。但し、
金属硝酸塩は低温での着火促進という点では優れた効果
を発揮するが、配合量が多くなり過ぎると前述の如く安
全面からの問題が生じてくるので、多くともフラックス
全体中に占める比率で１０重量％以下に抑えるのが好ま
しい。以上の結果を総合して、本発明で用いるフラック
スの好ましい配合組成は下記の通りとなる。

【００２４】金属硫酸塩：３０〜６０重量％ 金属炭酸塩：５〜３０重量％ 酸化物 ：１５〜３５重量％ Ｂ₂ Ｏ₃ （着火用）…２〜１０重量％ Ａｌ₂ Ｏ₃ （融点降下用）…１３〜２５重量％ 硝酸塩（必要に応じ）：０〜１０重量％

【００２５】次に本発明の実施例を示すが、本発明はも
とより下記実施例によって制限を受けるものではなく、
前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実
施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

【００２６】

【実施例】下記の原料を用い、下記の製造条件でＡｌ合
金を製造した。 （原料） ＪＩＳ３００４系合金屑６０％＋（地金＋多合金）４０
％配合 （製造条件） 溶解： (1) 溶解炉：反射炉（５０トン重油焚き） (2) 溶解温度：７５０℃ (3) 溶解雰囲気：大気 精錬 ：特公昭６３−５２０９９号に示される精錬用
フラックス（金属硫酸塩、金属塩化物およびフッ化物を
含むもの）を使用 除滓 ：フラックス組成 金属硫酸塩（Ｋ₂ ＳＯ₄ ）：６０重量％ 金属炭酸塩（Ｋ₂ ＣＯ₃ ）：５重量％ 酸化物 （Ｂ₂ Ｏ₃ ） ：２重量％ （Ａｌ₂ Ｏ₃ ）：２３重量％ 金属硝酸塩（ＫＮＯ₃ ） ：１０重量％ フラックス散布量：溶湯重量の０．１重量％ 反応方法：滓表面にフラックス散布して撹拌し、発熱反
応を生じさせる 除滓 ：レーキにて溶湯表面の滓を炉外へ除去、排出 炉外濾過：三井金属製チューブラーフィルター１８本組
にて溶湯濾過 鋳造 ：４００ｍｍ（ｔ）×１０００ｍｍ（ｗ）のス
ラブを半連続鋳造 加工 ：熱間および冷間加工にて０．３ｍｍ（ｔ）板
を製造 製品検査：(1) 鋳塊 鋳塊表面１００ｍｍ（ｔ）をス
カルバーにかけて、切削面を目視検査した。 の面より超音波探像検査 (2) 圧延板表面目視検査 引張り試験 (3) 除滓性溶解重量にしめる滓発生量 滓中のアルミ分含有量 検査の結果、製品品質において、介在物やガス欠陥の発
生率はｐｐｍオーダー以下であり、またハロゲンの発生
も少なく、除滓性も，ともに小さい値を示し良好で
あった。

【００２７】尚、金属硫酸塩としてＫ₂ ＳＯ₄ 以外にＭ
ｇＳＯ₄ やＮａ₂ ＳＯ₄ を使用し、また金属炭酸塩とし
てＫ₂ ＣＯ₃ 以外にＭｇＣＯ₃ 、ＣａＣＯ₃ 、Ｎａ₂ Ｃ
Ｏ₃等を使用した場合もほぼ同様の結果が得られ、また
上記組成のうち、金属硝酸塩を除いたフラックス組成を
用いた場合にも同様の結果が得られた。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、従
来のハロゲン系除滓用発熱型フラックスに代わるものと
して、有害ガスを生じることがなく、且つ着火性と発熱
反応性および昇温持続性の優れた複合成分系のフラック
スを用いることによって、排ガス中和処理に要する負担
を軽減しつつ、除滓性の向上を図ると共に除滓時のメタ
ルロスを抑えることができ、溶湯歩留りも高め得ること
になった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 清正 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 新井 基浩 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 益田 穣司 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 北野 貴之 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料を溶解炉で溶解して得られたＡｌま
   たはＡｌ合金溶湯を精錬するに当たり、金属硫酸塩、金
   属塩化物および金属フッ化物を含むハロゲン系フラック
   スを精錬剤として、前記溶湯中にキャリアガスによって
   吹き込んで精錬した後、ハロゲンを含まない除滓用発熱
   型フラックスを添加し、その後除滓することを特徴とす
   るＡｌまたはＡｌ合金溶湯の精錬法。
2. 【請求項２】 除滓用発熱型フラックスが、 金属硫酸塩と金属炭酸塩と金属酸化物の混合物、または
   金属硫酸塩と金属炭酸塩と金属酸化物と金属硝酸塩の混
   合物のいずれかである請求項１に記載のＡｌまたはＡｌ
   合金溶湯の精錬法。