JPH09277035A - 金属溶湯用濾過材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温金属溶湯の濾過時における濾過材強度及
び濾過性を低下させることなく、濾過材製造時の高温で
の焼成を不要とすることができ、これにより製造コスト
を低減させることができ、好ましくは成形性が優れてい
て、濾過性及び介在物等の除去効率を更に一層向上させ
ることができる金属溶湯用濾過材を提供する。 【解決手段】 金属溶湯用濾過材は、濾過材全重量に対
して、熱硬化性樹脂を５乃至３０重量％含有し、残部が
耐火性粉末剤からなるものである。また、濾過材全重量
に対して７重量％以下のバインダ成分を含有していても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳造時において、金
属溶湯中に存在する介在物の除去及び溶湯の整流化のた
めに使用される金属溶湯用濾過材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、鋳鉄、銅及びアルミニウム等
の鋳物製品においては、不純物及び介在物の混入を防止
すると共に、湯流れの不良による鋳型の砂落ちを防止し
て、製品としての品質を向上させるために、セラミック
からなる多孔体をフィルタとして使用し、これを溶湯の
流路に装着することによって溶湯を濾過している。

【０００３】フィルタとしては、セラミックハニカム及
びセラミックフォーム等が使用されるが、いずれの製造
工程においても、セラミック粉体を出発原料としてお
り、最終工程において、高温で焼成することにより、セ
ラミック粉体を焼結させ、所望の構造のセラミック構造
体としている。

【０００４】そこで、セラミックフィルタとして、例え
ば、無機物質からなる複数本の線状体からなるものが開
示されている（特開平１−１７９７７３号公報）。これ
は、複数本の線状体が一平面内でループ状に成形され、
各ループの中心が相互にずれるように配置されていて、
隣接するループ同士が重なる位置で相互に接合されたも
のである。更に、線状体の直径及びループの外径が適切
に規定されていると共に、空隙率が適切に定められてい
る。このセラミックフィルタにおいては、その形状特性
により、比重が大きい高温の金属溶湯であっても溶損又
は破損することなく、優れた濾過性を得ることができ
る。

【０００５】このように従来の濾過材においては、介在
物等の除去効率及び濾過性については種々の研究がなさ
れており、その向上が実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高温の
金属溶湯を濾過するときに使用されるフィルタとして
は、上記特性の他に、高温において安定であると共に、
低コストであることが要求されており、これらを同時に
満足させることができるような濾過材については開発さ
れていない。例えば、高温における安定性を確保するた
めには、通常、対象とする金属溶湯の温度に近い高温で
濾過材を焼成する方法が使用されているが、高温での濾
過材の焼成は、コストアップの原因となり、両者を満足
させることは困難である。

【０００７】具体的には、アルミニウムの溶湯を濾過す
る場合、アルミニウムの溶湯温度が７２０℃であるのに
対して、一般的には、１２００℃以上の温度で焼成され
たセラミックフィルタが使用されている。これは、セラ
ミックを焼結するためには、１０００℃以上の温度が必
要であると共に、セラミックからなる濾過材の取り扱い
時において、最低限必要とされる強度を得るためには、
１２００℃以上の温度で焼成して、焼結することが必要
となるからである。

【０００８】このように、濾過材の高温における安定性
及び強度を得るためには、高温での焼成及び焼結が必要
となり、この工程を省略することなく、コストを低減さ
せることはできない。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高温金属溶湯の濾過時における濾過材強度
及び濾過性を低下させることなく、濾過材製造時の高温
での焼成を不要とすることができ、これにより製造コス
トを低減させることができ、好ましくは成形性が優れて
いて、濾過性及び介在物等の除去効率を更に一層向上さ
せることができる金属溶湯用濾過材を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る金属溶湯用
濾過材は、濾過材全重量に対して、熱硬化性樹脂を５乃
至３０重量％含有し、残部が耐火性粉末剤からなること
を特徴とする。この濾過材は、更に、濾過材全重量に対
して７重量％以下のバインダ成分を含有していてもよ
い。

【００１１】更に、この濾過材は、複数本の線状体が一
平面内でループ状に成形され、各ループの中心が相互に
ずれるように配置されていて、隣接するループ同士が重
なる位置で相互に隣接したループ層を有する成形体から
なるものであることが好ましい。また、三次元網目状構
造又はハニカム構造であってもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本願発明者等は、高温で焼成する
ことなく、高温での強度及び安定性を得ることができる
濾過材を開発すべく種々研究を行った。

【００１３】先ず、無機バインダ又は有機バインダを使
用して、例えば、セラミック粉を固化させることによっ
て、濾過材を製造することを試みた。具体的には、無機
バインダとして、水ガラス又はコロイダルシリカ等を使
用することにより、セラミック粉を固化させることがで
きるが、このようにして製造された濾過材は、高温で焼
結されたものと比較して、極めて脆弱であるため、実際
に使用することは不可能である。

【００１４】一方、有機バインダを使用することにより
得られた濾過材を使用する場合、通常、炭素は大気中で
高温に保持されることにより消失するので、バインダ中
の炭素が濾過中に酸化消失して、濾過材が崩壊すること
が予測される。しかしながら、本願発明者等は、有機バ
インダを使用することにより、無機バインダで固化させ
たものと比較して濾過材が高強度となり、特に、有機バ
インダとして熱硬化性樹脂を使用し、その含有量を適正
量に調整することにより、更に一層強度が向上すること
を見いだした。従って、熱硬化性樹脂を適正量添加して
成形した濾過材に金属溶湯を通過させても、濾過材の崩
壊は発生しない。

【００１５】これは、金属溶湯中の酸素が極微量である
と共に、金属溶湯が濾過材中を通過する時間は数分程度
であるからである。従って、有機バインダを使用した濾
過材は、必要とされる強度を確保することができると共
に、焼成が不要となるので、製造コストを低減させるこ
とができる。

【００１６】なお、本発明において使用する濾過材の主
成分は、耐火性粉末剤とする。この耐火性粉末剤とは、
酸化物及び非酸化物のいずれでもよく、その混合物でも
よい。酸化物としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、
ＭｇＯ、ＺｒＯ₂及びＴｉＯ₂等を使用することができ、
これらの２成分又は３成分系の結晶物でもよい。一方、
非酸化物としては、ＳｉＣ及びＳｉ₃Ｎ₄等を使用するこ
とができる。

【００１７】また、本発明に係る濾過材は種々の形状に
成形することができる。

【００１８】図１は本発明の実施例に係る濾過材の構造
の一例を示す模式図である。濾過材５はその上面から裏
面に貫通する複数本の孔６が形成されており、各孔６は
その長手方向に直交する断面形状が正六角形となってい
る。従って、濾過材５は、各孔６が六角形の辺となる部
分の壁７を介して、規則的に隣接したハニカム構造を有
している。

【００１９】このように構成されたハニカム構造を有す
る濾過材５を使用すると、金属溶湯が通過する方向に、
小面積で多数の孔６を形成することができるので、濾過
性を向上させることができる。

【００２０】図２は本発明の実施例に係る濾過材の構造
の他の例を示す図である。この濾過材は網目状に絡まっ
た複数本の線状体１０からなり、これらの線状体１０は
平面上のみでなく高さ方向にも絡み合っていて、三次元
網目状構造となっており、線状体１０間に多数の空隙１
１が形成されている。

【００２１】図３は本発明の実施例に係る濾過材の構造
の更に他の例を部分的に示す平面図である。濾過材（図
示せず）はループ層１５が複数層に積層されることによ
り形成されており、ループ層１５は複数本の線状体１６
により成形された複数個のループ１７からなるものであ
る。各ループ１７はその中心が相互にずれるように配置
されており、これにより、隣接するループ１７同士が重
ね合わせて接合され、ループ列１８が形成されている。
また、隣接するループ列１８同士も相互にずれるように
重ねられて、接合されている。以下、このような構造を
ループ積層構造という。

【００２２】図２及び３に示すように、濾過材が三次元
網目状構造又はループ積層構造を有していると、これら
の濾過材には不規則な多数の空隙が形成されるので、金
属溶湯中の介在物の除去効果が向上すると共に、更に一
層濾過性及び強度が優れたものとなる。

【００２３】以下、本発明における金属溶湯用濾過材に
含有される熱硬化性樹脂及びバインダの限定理由につい
て説明する。

【００２４】熱硬化性樹脂：５乃至３０重量％ 前述の如く、本発明においては、有機バインダとして熱
硬化性樹脂を使用して、これを耐火性粉末剤に添加する
ことにより濾過材を成形する。この熱硬化性樹脂が濾過
材全重量に対して５重量％未満であると、耐火性粉末剤
の結合力が弱くなるので、金属溶湯が濾過材を通過する
ときに、濾過材が破壊してしまうことがある。一方、熱
硬化性樹脂が濾過材全重量に対して３０重量％を超える
と、濾過時において、樹脂からガス煙が多量に発生し、
作業環境が悪化すると共に、金属溶湯がガスを巻き込む
ことにより、鋳物最終製品の不良発生率が増加する。従
って、添加する熱硬化性樹脂は、濾過材全重量に対して
５乃至３０重量％とする。

【００２５】なお、この熱硬化性樹脂としては、フェノ
ール樹脂及びポリウレタン樹脂等を使用することができ
る。

【００２６】バインダ成分：７重量％以下 本発明においては、有機バインダとして使用する熱硬化
性樹脂及び濾過材の主成分である耐火性粉末剤の他に、
濾過材の製造時の成形性を向上させるために、バインダ
を添加することができるが、濾過材に含有されるバイン
ダ成分が、濾過材全重量に対して７重量％を超えると、
耐火性粉末剤の結合力が弱くなる傾向がある。従って、
濾過材全重量に対して、バインダ成分は７重量％以下と
なるようにすることが好ましい。

【００２７】なお、このバインダとは、例えば、ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＣ）並びにメチルセルロース（Ｍ
Ｃ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチル
セルロース（ＥＣ）及びヒドロキシプロピルセルロース
（ＨＰＣ）等のセルロース系をいう。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る金属溶湯用濾過材の実施
例についてその比較例と比較して具体的に説明する。

【００２９】先ず、耐火性粉末剤としてアルミナ、カオ
リン、タルク及びＳｉＣのいずれか１種又は複合したも
のを使用し、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を使用
して、濾過材を製造した。

【００３０】この製造方法は濾過材の成形方法によって
異なり、成形方法は要求される濾過材の構造により選択
するが、大別して、加圧成形（押出し成形、プレス成
形）及び含浸成形がある。

【００３１】加圧成形により濾過材を製造する場合にお
いては、先ず、耐火性粉末原料と液状の熱硬化性樹脂と
を所望の比率で配合した後、原料が所望の可塑性及び流
動性を有するものとなるように混練する。このとき、必
要に応じて、熱硬化性樹脂以外のバインダを原料に添加
することができる。次いで、この混練原料を所望の形状
を有する金型に通し、乾燥させることにより、パンチ板
状の穴あき構造体及びハニカム構造体を有する濾過材を
得ることができる。なお、押出し成形により、混練原料
を複数本の線状体に成形すると共に、これをループ状に
配置して乾燥させることによって、ループ積層構造の濾
過材を製造することもできる。

【００３２】一方、含浸成形により濾過材を製造する場
合は、先ず、耐火性粉末原料、液状の熱硬化性樹脂及び
水を所望の比率で配合調整してスラリー状にする。この
とき、加圧成型時と同様に、必要に応じて、熱硬化性樹
脂以外のバインダを原料に添加することができる。次い
で、このスラリー状原料に、三次元網目状構造を有する
ウレタンフォーム又は網状構造であるネット状物を浸漬
して、これらの表面にスラリー状原料を付着させる。そ
の後、余剰のスラリー状原料をエア等で除去した後、例
えば、６０℃以上の温度で乾燥させることにより、液状
の熱硬化性樹脂が硬化し、三次元網目状構造又は網状構
造を有する濾過材を得ることができる。但し、本実施例
において使用した液状のフェノール樹脂は、常温におい
ても、放置することにより徐々に硬化するものである。

【００３３】本実施例においては、種々の比率で原料を
配合すると共に、バインダを添加する場合は、このバイ
ンダとしてセルロース系バインダを使用して、これをハ
ニカム構造、三次元網目状構造又はループ積層構造の濾
過材に成形することにより、試験片を作製した。濾過材
中の各成分の含有量及び濾過材の構造を下記表１に示
す。

【００３４】

【図１】

【００３５】次に、これらの試験片について、濾過中に
おける強度（破壊の有無）及び作業性の試験を実施し
た。

【００３６】図４は本実施例に係る濾過材の試験方法を
示す断面図である。上部が開口した耐火性坩堝２はその
内周面の全面に、開口上端部２ａから一定の深さで溝２
ｂが形成されている。溝２ｂにはリング状の支持材３が
設置されていて、この支持材３は、その内側に、濾過材
１を支持するための切欠き３ａが形成されている。

【００３７】濾過中における強度及び作業性について
は、このように配置された支持材３の切欠き３ａの部分
に試験片１を載置して、試験片１の上方から、１５５０
℃の鉄溶湯を流し込むことにより評価した。

【００３８】その結果、実施例Ｎｏ．１乃至５は熱硬化
性樹脂の含有量が本発明の範囲内であると共に、バイン
ダを添加した実施例Ｎｏ．１乃至３についても、その添
加量が適切に規制されているので、試験片の構造に拘わ
らず、作業性が良好であると共に、濾過材の破壊等が発
生しなかった。また、実施例Ｎｏ．６は熱硬化性樹脂の
含有量は本発明の範囲内であるが、バインダの添加量が
請求項２において規定した範囲を超えているので、耐火
性粉末原料の結合性が若干不足し、一部において破壊が
発生した。

【００３９】一方、比較例Ｎｏ．７は熱硬化性樹脂の含
有量が本発明範囲の下限未満であるので、耐火性粉末原
料の結合力が弱くなり、濾過中において破壊が発生し
た。また、比較例Ｎｏ．８は熱硬化性樹脂の含有量が本
発明範囲の上限を超えているので、濾過中において多量
のガスが発生し、作業環境が悪化した。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
濾過材中に熱硬化性樹脂を含有し、この熱硬化性樹脂の
含有量を適正量に規制しているので、高温の金属溶湯の
濾過時における濾過材強度及び濾過性を低下させること
なく、濾過材製造時の高温での焼成を不要とすることが
でき、これにより、製造コストを低減することができ
る。また、濾過材中に更にバインダを含有し、この含有
量を適切に規制すると、濾過材の製造時の成形性を向上
させることができる。更に、この濾過材の構造を適切に
選択すると、更に一層、濾過性及び介在物等の除去効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る濾過材の構造の一例を示
す模式図である。

【図２】本発明の実施例に係る濾過材の構造の他の例を
示す図である。

【図３】本発明の実施例に係る濾過材の構造の更に他の
例を部分的に示す平面図である。

【図４】本実施例に係る濾過材の試験方法を示す断面図
である。

【符号の説明】

１、５；濾過材 ２；坩堝 ３；支持材 ６；孔 ７；壁 １０、１６；線状体 １１；空隙 １５；ループ層 １７；ループ １８；ループ列

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 濾過材全重量に対して、熱硬化性樹脂を
   ５乃至３０重量％含有し、残部が耐火性粉末剤からなる
   ことを特徴とする金属溶湯用濾過材。
2. 【請求項２】 更に、濾過材全重量に対して７重量％以
   下のバインダ成分を含有することを特徴とする請求項１
   に記載の金属溶湯用濾過材。
3. 【請求項３】 複数本の線状体を一平面内でループ状に
   成形し、各ループをその中心が相互にずれるように配置
   し、隣接するループ同士が重なる位置で相互に隣接した
   ループ層を有する成形体からなることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の金属溶湯用濾過材。
4. 【請求項４】 三次元網目状構造を有することを特徴と
   する請求項１又は２に記載の金属溶湯用濾過材。
5. 【請求項５】 ハニカム構造を有することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の金属溶湯用濾過材。