JPS62269724A - セラミツクフイルタ− - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、溶融鋼や溶融鋳鋼、などの溶融金属中に含ま
れる、夾雑物を濾過除去するために用いて有用な、セラ
ミックフィルターに関するものである。

（従来の技術） 溶融金属中には、精錬の過程で除去出来なかった不純物
が、夾雑物として含まれているため、薄板製造用、細線
製造用や精密鋳造用などの高品位の金属素材を得るため
には、これらの夾雑物を除去する必要があシ、このため
に、通常溶融金属を濾過することが行なわれている。

従来、この目的に対しては、合成樹脂発泡体を基体とし
、これにセラミック泥漿を付着させた後、余剰の泥漿を
除去後、−燥、焼成して得られる、三次元網状の内部連
通空間を有する、セラミックフォ°−ムが用いられてい
る。また、セラミックハニカム多孔体や、セラミック多
孔板などの利用も、併せて検討され七いる。

また、このセラミック材質として、は、現在、アルミナ
質、ムライト質やジルコニア質の単味の材料や、アルミ
ナ−ジルコニア等のブレンド質なトモ検討されているが
、有効な技術はまだ開発されていない。

（本発明が解決しようとする問題点） 従来１でのフィルターは、溶融鋼や溶融鋳鋼の濾過に使
用す予場合には、種々１問題が残されており、実用的に
、大規模に使用される段階には至っていない。その理由
は□、１６００℃、あるいは、それ以上の高温の溶湯を
、大量に濾過するという、極めて苛酷な条件下で、使用
されるため、溶湯が流入した瞬間における熱衝撃や、長
時間にわたる高温で大量の溶湯との衝突による、損傷や
摩耗などに、耐えられる材質や、構造の選定が、困難で
あったためである。

材質面に就いてみると、アルミナ質は、ある程度の耐熱
性は有するものの、耐熱衝撃性に弱く、溶融鋼が流入す
ると亀裂が発生し、その強度は極端に低下する。このた
め、流入溶湯でたたかれる部位に、瞬時に穴がおいてし
まう場合が多い。また、ムライト質は、アルミナ質に比
し、耐熱衝撃性はやや改善されるものの、耐熱性が劣シ
、また機械的強度も低い。このため、同様に、溶湯でた
たかれる部位に、穴があき易い。

また、ジルコニア質は、温度変化によって、結晶の変態
がお°こシ、そのため亀裂発生を誘こし、強度低化がお
こる。また、部分安定化ジルコニア質も検討はされてい
るが、熱膨張係数がアルミナ質と同等、あるいは、それ
以上と大きいため、耐熱衝撃性に問題があシ、加えて価
格もアップするという欠点がある。

従って、単味の材質では、溶融鋼、あるいは溶融鋳鋼の
濾過フィルターとして、使用に耐えられる特性を発揮さ
せることは、極めて困難である。

そのため、２種以上のブレンド系も検討されているが、
まだ、溶融鋼の連続鋳造などには、実用化されるまでに
至っていない。

また一方、構造面については、前述の合成樹脂発泡体を
基体としたセラミックフィルターでは、苛酷な使用に耐
えられる、強度を持たせるためには、合成樹脂発泡体に
、多量のセラミック泥漿を耐着させ、骨格の太いセラミ
ックフオームとする必要がある。その結果として、目詰
まシも起シ易くなシ、圧力損失を招くと、いう欠陥があ
った。

従って、本発明では、耐熱性、耐熱衝撃性や強度等の特
性に優れ、且、目詰−１を起さない、溶融鋼等の溶融金
属濾過に用いて有用な、三次元連通空間を有する、セラ
ミックフィルターを提供することを目的としたものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 上記４の観点から、本発明者等は、鋭意研究検討を重ね
た結果、その解決方法を発見し、既に％許出願を行なっ
ている（発明の名称；セラミックフィルター（昭６１．
４．１６出願））。

本発明も、その一連の研究成果に係るものである。即ち
１本発明は、少なくともその表面が、セラミック材質よ
り構成されており、該セラミック材質カジルコニア〜ア
ルミナ系であシ、その組成割合が、ジルコニア３５〜５
重量％、アルミナ６５の嵩比重が、０．６以上、１．５
以下の、三次元連通空間を有する、多孔体構造であるこ
とを特徴とする、セラミックフィルターに関するもので
ある。

以下に、本発明に就いて、より詳細に説明する。

本発明者らは、耐熱性、耐熱衝撃性や機械的強度等の特
性の優れた材料を開発するため、アルミナの機械的強度
と耐熱性とを十分活かしながら。

併せて、ジルコニアの耐熱衝撃性と低熱膨張性を活カス
狙いで、ジルコニア−アルミナ系に就いて種々検討を重
ねた。その結果、材料配合組成として、単斜晶ジルコニ
ア含量が５０重量％以下、好ましくは３０重量％以下の
ジルコニア３５〜５重量％、アルミナ６５〜９５重量係
が有効であり、ジルコニア２０〜１０重量％、アルミナ
８０〜９０重量係が、より好ましい組成であることが判
った。また、この系に対して、粒成長抑制剤、焼結助剤
、バインダーや、その他の添加剤などを、必要に応じて
添加して使用するのが通常である。

また一方、溶融鋼の通過時における、フィルターの損傷
を防ぐためには、フィルターの骨格は、ある程度以上に
、骨太にする必要がある。このためには、嵩比重を増大
させる必要があるが、合成樹脂発泡体を基体とした系で
、セラミックフィルターを炸裂する場合には、嵩比重の
増加とともに目詰まシの傾向が起こる。

種々、検討の結果、必要な嵩比重は０．６〜１．５の範
囲であることが判った。

なお、この合成樹脂発泡体を基体とした系で社、セラミ
ックフィルターの作製に手間がかかるというプロセス面
の検討課題もある。

ただ、この対策には、セラミックの棒状押出品、あるい
は網目構造の板状成型品を積層、組合せて、作製する等
の手段を講することが有効である。

なお、溶融鋼濾過フィルターの用途には、フィルターの
耐熱性として、その軟化温度が１５７０℃以上、好まし
くは１６００℃以上とする必要がある。

（作用） 本発明のジルコニアルアルミナ配合系では、ジルコニア
；３５重量ｔｌＩ〜５重量％、アルミナ：６５１１１１
〜９５重量係の特定の組成で、且、単斜晶ジルコニアの
含量が全ジルコニア量の５０重量係以下のときに、熱膨
張係数も、大兄？、７Ｘ１０”’（室温〜１０００℃）
程度であシ、アルミナに比し、耐熱衝撃性が向上するば
かシでなく、機械的強度や軟化温度の面からも優れた領
域があることが判明した。

即ち、ジルコニアの割合が、３５重量係を越えると、加
熱、冷却の過程で、ミクロクラックを発生し、矢きい強
度低下がおきる。一方、ジルコニアの割合が、５重量係
未満では、ジルコニア添加の狙いである低熱膨張性と耐
熱衝撃性の向上効果が認められない。

また、ジルコニア中の単斜晶ジルコニアの含量が多い場
合には、耐熱衝撃性が不良となシ、また、機械的強度も
低下する。そのため、ジルコニア中の単斜晶°ジルコニ
ア含量を５０重量係以下にすることが不可欠の構成要件
である。

加えて、この組成範囲で、よ）高い軟化温度が得られる
ことも判明した。

また、合成樹脂発泡体を基体としたフィルターの場合に
、この組成範囲内であれば、さしたる目詰まりもなく、
圧力損失が僅少であることが判った。

また一方、溶鋼フィルターとしての実用性について、種
々試験した結果、フィルターを構成する骨格の太さは、
ある範囲内にあるととが必要である。この骨格の太さの
代用特性として、嵩比重で表わすと、実用に耐える範囲
としては、その値が０、６以上、１．５以下の範囲が、
必要であることが判った。その理由は、０．６未満であ
ると、溶融鋼の流入時に、フィルターの損傷を引き起す
ことが多い。また、１．５を越えると、フィルターの熱
容量が大きくなシ、溶融金属の流入時に、これ等の凝固
がおこシ、目詰まシを引き起こし支障を来たすためであ
る。

（実施例） 以下に、本発明に就き、実施例と参考例により、より具
体的に説明する。

なお、最初に実施例や比較例に共通した事項につき、ま
とめて簡単に説明する。

軟化温度は、ＴＭＡ　（熱機械分析装置）を用いて、サ
ンプ／Ｌ／ｌ−加熱昇温した時の、最大膨張寸法に対し
て、軟化収縮による２％の寸法減小を示す最大温度であ
る。

（イ）耐熱衝撃性とその測定 １０００℃のブンゼン／４−ナー火炎に、サンプルを、
１分間、直接接触前後の１曲げ強度の保持率を表わす。

め底面ノズル部に取シ付け、アルゴンガス雰囲気下で、
温度、約１０００℃に予熱後、温度、約１６００モの溶
融鋼を、約２００〜３００ｋｇを導入して、評価した。

実施例１〜３ 比較例１〜４ ジルコニアおよびアルミナの配合・組成比を変えた、セ
ラミック混合粉体１００部に、Ｍ機バインダー５部、分
散剤１部、および適量の水を加えて、粘度約６ポイズの
、セラミックスラリ−を調製した。

このスラリー中に、１インチあたシ、平均６ケのセルを
有する、ポリウレタン発泡体を浸漬、引き上げ、余剰の
泥漿を除去後、乾燥した。この操作を繰シ返して、所定
量のセ°ラミックを耐着させたフオーム構造体を得た。

このフオーム構造体を、・１６５０℃で２時間焼成し、
その物性を測定した。

またその一部のものについては、溶融鋼濾過テストを行
なった。

その結果を第１表に示す。

第１表の結果より、ジルコニア／アルミナの組成割合が
、フィルターの物性、ひいては、そのフィルター性能に
極めて大きい効果があシ、フィルターの機能を果たすた
めには、特許請求範囲記載の、特定の組成範囲が、必要
であることが明らかである。

実施例４〜６．比較例５〜８ 実施例１〜３と同様の配合と操作にて、ジルコ諷ア中の
単斜晶ジルコニア含量の異なる、セラミック７＃−ムフ
ィルターを襲シ、その性能評価を実施した。結果を第２
表に示す。

第２表の結果から、単斜晶ジルコニアの含量が、５０重
量嗟以下が必要であること、またジルコニア／アルミナ
配合比が、ジルコニア３５〜５重量部とアルミナ６５〜
９５重量部の範囲であっても単斜晶ジルコニアの含有量
が５０重重量上越えると、実用に耐えられるものは、得
られないことが判る（比較例７，８）。

また、嵩比重が０．６未満でも実用性のある強度のもの
が、得られないことが判る（比較例５．６）。

実施例７ ジルコニア１５重量部とアルミナ８５重量部の合算１０
０重量部に、有機バインダー５部と、適量の水を加えて
混練した後、スリット巾３日角の成形用ダイスを用いて
、押出成形を行ない、長さ１５０■に切断後、乾燥、棒
状成形体を作成した。

この棒状成形体を、約１０ｗ間隔に平行に並べ、第１層
とした。その上Ｋ、この棒状成形体を、第一層のものと
、直角に交叉するようＫ、第１層と同間隔で、千行く配
列して、第２層を形成した。

同様にして、第３層は、第２層の棒状成形体とは直角に
交叉するように形成した。なお、交叉部は接着固定した
。

このようにして、縦、横、厚みが、それぞれ、１５′Ｏ
ｗ、１５０ｗｎ、５０部ｍの大きさの３次元連通空間を
有する、セラミックフィルターを作製した。このものの
嵩比重は１．０５であった。

このフィルターを用い、溶融鋼の濾過テストを行なった
。

その結果、フィルターは外観上、何等の損傷は認められ
なかった。また溶融鋼中の夾雑物が、綿状にｔ格に付着
、捕集されているのが認められた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の完成によって、優れた耐
熱衝撃性、耐熱性や機械的強度等の特性とともに、濾過
時の目詰まシを起さない、セラミックフィルターの製造
、実用化の道がより一段と広く開かれ、今後の金属工業
における技術面の進歩、ひいては、金属業界等の発展に
寄与するところが、大きいものと期待される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも、その表面がセラミックス材質より構成され
   ており、該セラミック材質がジルコニア〜アルミナ系で
   、その組成割合が、ジルコニア３５〜５重量％、アルミ
   ナ６５〜９５重量％よりなり、該ジルコニア中の単斜晶
   ジルコニアの含量が、５０重量％以下であり、且、その
   嵩比重が０．６以上、１．５以下の三次元連通空間を有
   する、多孔体構造であることを特徴とするセラミックフ
   ィルター。