JPS6386830A - アルミニウム合金インゴットの鋳造法 - 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】 今日アルミニウム工業においては、ホール・エル−還元
槽で生産された溶融アルミニウムを反射炉に移してから
鋳造するのが一般的である。これらの反射炉においては
、溶融アルミニウムの合金化及び精製を行なうために種
々の操作が実施される。普通の実施操作としては、種々
の形態（インゴット、顆粒、塊、粉末）の合金用元素の
添加、攪拌、加熱、７ラツクス処理及び沈降処理等があ
る。これらの反射炉においては多様な操作が実施される
が、それらのデザイン（設計）はアルミニウム及びアル
ミニウム合金の鋳造要件によってほとんど完全に支配さ
れてきた。酸素への親和性が極めて大きいので、アルミ
ニウム及びアルミニウム合金は、いわゆる「レベル注ぎ
」操作によって鋳造されるのが一般的である。このこと
は、炉から鉤造機にかけての溶融アルミニウムの液面が
。

乱流及び湾状流下（カスケーデイング）を防ぐために可
及的に一定に保持されることを意味する。

反射炉中の温就の均一性も、金属ノくラドの過熱された
表面からよシ低温の底部へかけての温度傾斜を低減させ
るために、金属の深さを可及的に小さくしなければなら
ないようにする。さらには、より大きな鋳造機へ湯を供
給するＨ造炉の寸法が大きくなると、操作が段々に非効
率的になる。

炉におけるｘＤの冶金操作は下記四つのカテゴリーに分
類できる。

１）合金化元素の添加 ２〕（イ）合金化元素の溶解及び化学組成均質、（Ｊ）
温度均一化のための、溶融物の攪拌 ３）溶融物のフラックス処理 ４）静置による固体含有分の沈降 アルミニウム合金について、これらをさらに説明する。

１）合金化元素の添加 アルミニウム合金の製造には、還元槽で生産された一次
アルミニウムに対して町成りの量のＭｇ　。

Ｍｎ５Ｆｅ＋Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃｒ＊Ｚｎ、　　その他を添
加することが必要である。合金化の目的のために用いら
れる原料は、インゴット、マスター合金、塊、顆粒、フ
レーク、小６ＬＣ粉末成形品）及び粉末等の種々の形態
で用いられうる。

合金化元素の二つの重要な特性（下記）は、多年にわた
シ合金化操作の方法及び手段を左右してき友、 畠）融点 はとんどの合金化元素は、７ｖ！　　よりも町成り高い
融点を有する９例えば下記の通９である。

Ｍｎ　　　　　　　　　１２４４ Ｆｅ　　　　　　　　　１５３５ Ｃｒ　　　　　　　　　　　　　　１８７５Ｃｕ　　　
　　　　　　　　　　　　１０８３Ｓｉ　　　　　　　
　　　　　　　１４１０ＡＪ　　　　　　　　　　　　
　　　６６　Ｑ従ってこれらの元素の溶解は、溶融及び
非常に迅速な液体／７反体拡拡散ロセスではなく、むし
ろ遅い固体／液体拡散プロセスによって推進される。

他方Ｍｇ及びＺｎは１Ｍ　よシも低い融点（それぞれ６
５１℃及び４１９．５℃）を有する。

善）浮　力 Ｍｇを除くすべての合金化元素は１Ｍ　溶融体中で浮上
しない。Ｍ　溶融物中での拡散、従って溶解は、添加物
が充分）二分散されなければ遅くなる。また固体／液体
界面を停滞させずに新しくするために′）Ｉ：続的な攪
拌が必要である。

さらには反射炉中の溶融物の温度は、一般には７８０℃
以下に維持され、これによって合金化元素の溶解速度は
さらに制限されるつ 高融点及び非浮上性元素（Ｍｎ　、Ｃｒ　、Ｆｅ　、Ｃ
ｕ等）の迅速かつ信頼性ある溶解を達成するためには１
種々の方法が多年にわたり使用されてさてお遵、また提
案されてきている。

マスター合金：　予め溶融された溶体からなるマスター
合金は、町成り速い溶解速度及び信頼性ろる回収（有効
利□・月）率を与えた。しかし、実際の操作によれば、
この技法は、別個の合金化炉を必要とし、または供給源
がその場所でｉいときには再溶解を必要とする。

カナダ特許第１１５３２０９号明細書には、マスター合
金において紳粋金萬を用いる代りに鉄合金（Ｆｅ　−Ｍ
ｎ、Ｆｅ−３ｉ、Ｆｅ−Ｃｕ等）を用イテ。

所１のアルミニウム合金の製造コストを低減することが
提案されている。マスター合金の使用は。

主として今日生産されるアルミニウム合金の多様性と複
雑性とのために、一般的に排除されてきている。

小塊物またはタブレット二　合金化用金Ｓ扮末及びアル
ミニウム例末の混合物（ＡＡ！　約２５壬）の圧縮物で
あり小塊またはタブレットの使用が。

一般にマスター合金の使用にとって代υつつおる。

それらは可成シ迅速に溶解し、使用するのに一層便利で
あり、ま念はとんどの使用において、マスター合金より
も安価である。この場合も処理加工コスト及び含まれる
。υ　が、この方法による合金化のコストを増加させる
。

そのような小塊の使用についての諸改善が例えば英国特
許第２１１２０２０号及びカナダ特許第１１５３２０９
号明細書に提案されているが、それらは未だ工業的に実
用化されるに至っていない。

小塊の使用のもう一つの欠点は、この場合も迅速な溶解
速度のために溶融物を良く？シ拌しなければならないこ
とである。以下に述べるように反射炉中での溶融物のｊ
ｎ拌操作は、小塊の使用による完全な利点を達成するの
には充分に効果的でないことがある。

直接射出二　ノｖ溶融物への金属粉末の直接射出は、好
ましいコスト上の利点及び溶解速度を与えるので、従来
の技法に急速にとって代りつつある。アヘリアン等は１
ＭＳペーパー−セクシｌンＡ−７９−３７において、金
属粉末（殊にＭｎ粉末）の直接射出に影響を与えるパラ
メーターについての研究を発表している。この研究の結
果ならびに工業的硯察は、下記のことを示している。

Ｍ溶融物に貫入するために小さい粒子（＜１００ミクロ
ン）については、射出速度は高くなければならない。キ
ャリヤーガス（Ｎ、、Ａｒ）は、粉末物質を運搬するた
めに、また所要の溶ｌａ物攪拌を与えるために使用され
る。この技法は、大きな表面孔れを生じさせ、従って酸
化による大きな金属損失をもたらす。微細粉末（４０〜
５００ミクロン）が使用される場合でさえも、工朶的操
作において１反射炉中での粉末射出後に２０−３０分間
の攪拌を必要とするのが一般的である。

微細粒子では回収（有効利用）皐の低さがしばしば経験
される。

ある種の条件下では、クリンカーが形成することがらシ
、これがさらに溶解操作を遅延させることがある。

マグネシウムの添加の場合は、全く独特でおる。

Ｍｇは１Ｍ溶融物中で浮上性であるばかりでなく。

操作温度において溶融する。さらには、Ｍｇは容易に酸
化ないし燃焼し、浮上スキムまたはスラグと反応する傾
向がある。Ｍｇ添加の実際的操作の実施において下記の
三つの重大な問題が生じる。

マグネシウムの添加では、約９０％の回収（有効利用）
が達成されるにすぎない。この１０壬の損失分は、今日
のアルミニウム工業で用いられている可成９の量のＭｇ
に追加コストが掛かることを意味する。

マグネシウムは酸化すると、アルミニウム溶融物中に分
散するＭｇＯ及びＭ　ｇ　ＡＪ　ｔ　Ｏ４のような固形
分を形成する。これらの固形分は１寸法が小さい（約１
００ミクロン以下）けれども、後続の加工処迎及び金属
成形操作に極めて有害でおる。例えば１１Ｍ　のＩ　Ｋ
ｇ当クシ約５００００個のそのような固形分粒子が、鋳
造炉から供給される飲料缶用合金中に存在すると推定さ
れる。そのような製品の金属清澄性についての厳しい要
件は、経費の掛かる処理及び濾過操作を、鋳造炉と鋳造
機との間の特殊装置において実施する必要性をもたらす
。

今日実施されているような炉中での攪拌のときには、溶
融物表面上のスキムまたはスラグは１７Ｍ−Ｍｇ合金と
完全に混合されてしまう、一般にスラグは、ポットタッ
ピング操作、ハらもたらされる電解質を若干量含んでい
る。電解質の種々の成分ＣＮｃ＆Ｆ　、　ＣａＦｌ等）
は、下記のように合金中のマグネシウムと自由に反応し
てしまう（合金のナトリウム含量は下記の反応により決
定される）。

２ＮａＦ＋Ｍｇ　；＝　　ＭｇＦｔ　＋　　２Ｎｇ（固
体）　（溶体）　　（固体）　　　（溶体）アルカリ混
入物は、鋳造前に除去されなければならない。これによ
シ溶融体の製造コストが再び増加する。

Ｚ攪　　拌 前述のように、炉浴融物の攪拌は、金属パッドの幾何学
的形状の故に、″また非効率的合金化の故に、長時間を
要する非効率的操作である。攪拌方法は、一般に下記の
二つのカテゴリーに分けられる。

（ａ）　　フォーク・す７ト・トラックに取付けられた
大形レーキを用いて前後左右に動し、必要な金属の運動
を与える機械的方法。

（４）　　加圧された高速ガス（Ｎ、）を吹込管で射出
して攪拌運動を与える気体工法。

両方の場合に、その強い表面圧れは、それにより酸化ア
ルミニウムの保棧スキムが連続的に波浪されそして再生
されるので、可成の量の金属損失をもたらす。

液面下（サブマージ）金属ポンプが攪拌方法改善のため
に開発されてきているが、コスト問題及び材質／保善問
題の故に極めてわずかしが実用化されていない。実際の
攪拌方法では多量の熱慣失も生じる。従って金属の再加
熱が必要とされることが多く、それによりこの回分式操
作はさらに遅延する。

３及び４．　フラックス処理及び沈降（静置）反射炉中
でのＡＪ溶融物の合金化及び攪拌の九めに用いられる非
効率的方法により直接的に必要となるものは、その溶融
物を鋳造前に所定の要件を満足するように元に戻すため
に実施されなければならない多くの追加［２作でおる。

これらの操作は。

アルカリ（Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ等）及び水素のように溶存
混入物、及びＭｇ　Ｏ、Ｍｇ　Ａｌ！！ｔ　０４　、　
Ａ１４Ｃｓ　−”ｔ　Ｏｓ　ｍ　Ｍｎ　Ｏ等の固体混入
物をＮｔ　／Ａ　ｒ　−Ｃ１＠ガス混合物で７ラツクス
処理することは、今日工業的に広く用いられている操作
である。ガス気泡を導入して、アルミニウム及びＭ　合
金中の溶存水素含量を低減させる。この操作は、ガス混
合物の一部に塩素が含まれるときには、アルカリ元素及
びアルカリ固形分の除去にも有効である。この操作では
、一定の静置時間を用いて固形分を沈降させる。しかし
１合金化及び撹拌のためには、このような操作は、多く
の製品の所要規格に合うようにするのに不充分であるこ
とが判っている。従って、はとんどのアルミニウム工業
では、鋳造前に溶融アルミニウムを精練、清澄化するた
めに米国特許第３８３９０２９号、３７４３２６３号。

４４２５０６８号、４１７７０６５号、及び４１７７０
６６号明ｍ書に記載されるようなインライン処理装置を
採用してきている。このような解決法の有効性にもかか
わらず、これは炉使用による不適切処置に対する高費用
の解決手段でロシ。

また問題の源泉における何らの解決をも与えない。

本発明の説明 アルミニウム合金を反射炉中に移行する前に処理容器中
でアルミニウム合金を製造し精練する方法及び手段を提
供することが１本発明の一目的でらる。

通常のアルミニウム製練−鋳造操作においては。

電解還元槽から一久Ｍ　を鋳造工程への移送用とシベに
サイフオンで取出す。還元槽中の溶融アルミニウムは、
約９５０〜９６０℃の温度に維持されている。とりべへ
の移動後にそれに迅速に鋳造工程へ運ばれる。

本発明の一目的は、これらのとシベ中で合金化精練操作
全実施することである。

欧州特許第６５８５４号（１９８２年１２月１日発行）
明細書に記載されたアルミニウム中のアルカリ元素を除
去するための方法の多年にわたる実用化開発及び工業的
実施は、ポットルームるつぼにおけるアルミニウムの処
理の有効性を立証してきている。

本発明は、溶融アルミニウムを生産容器中で作シ、その
溶融アルミニウムを生産容器から処理容器へ移し、処理
容器から鋳造容器へ溶融アルミニウムを移し、そしてそ
の鋳造容器からアルミニウム合金インゴットを鋳造する
諸工程により１またはそれ以上の合金化成分と合金化さ
れたアルミニウムの鋳造インゴットを製造する方法であ
って。

少なくとも１つの合金化成分を処理容器中の溶融金属中
に添加し、溶解させることを特徴とする上記方法を提供
する。

生産容器の種類は、必須事項ではない。これは。

いずれかの供給源からの固体アルミニウムを単に溶融さ
せるための容器でおってよい。しかし普通は、生産容器
は電解還元槽でおるか、あるいは一つのポットラインを
構成する一連の電解還元槽群である。

処理容器の種類も必須事項ではない。これは。

普通は、還元槽から溶融金属を鋳造炉へ移送する移送容
器、［ポットルームるつぼ」または「とυべ」である。

あるいは、それは固定容器であってもよく、それに溶融
金属を移し入れ、それから溶融金属を移し出す処理容器
は、断熱されていてよく、加熱されていてもよいが、こ
のような加熱は溶融金属２￥に還元槽からもたらされる
ときには通常不要である。処理容器は頂部で開口してい
るのが好ましく、これは単純かつ安価であり、ま九以下
に説明するような羽根車により発生される溶融金属表面
での渦巻の内側への合金成分の添加を可能とする。乱流
が抑制されることを条件として、不活性ガス雰囲気また
は真空の使用は不要である。

鋳造容器は、反射炉のような鋳造炉でおるのが最も普通
である。しかし１例外的には合金をと９べまたはその他
の処理容器から直接に鋳造するのが好ましいことがある
（例えば鋳造体を次に再溶融することが意図されている
場合である）。

本発明は生産容器と鋳造容器との中間でその他の容器を
使用することも意図している０例えば。

若干の製練業者は還元槽と鋳造炉との間で貯留炉を用い
て、溶融金属をとりべにより及び／または樋を介して移
送する。

通常のＭ　製練・鋳造操作では１反射鋳造炉は。

ポットルームからの溶融アルミニウムにより、及び小割
合の固体返還物または一次アルミニウムにより、直接に
満たされる。はとんどの場合に反射鋳造炉には、いくつ
かのるつぼの内容物が仕込まれる。これらのるつぼは、
２〜１０トンの金１を運びうる。そのような容器の幾何
学的形状の故に。

また移送段階中の高い金属温度（８６０〜９００℃程度
）の故に、それらの容器は合金化のような冶金操作のた
めに理想的である。例えば、とりべ中の金属の高さ／直
径（Ｈ／Ｄ　）比は、典型的には約Ｑ、４〜１．０の間
にろるが、炉の比は一役に約０．１〜Ｑ、１５である（
炉は円形よりもむしろ矩形であり、そのＤの値は炉室の
長さと巾との平均として計算される）。さらには、溶融
金属の温度は。

反射炉におけるよシもるつぼにおいて５０〜１００℃高
い。

本発明によれば、ポットルームから入って来る溶融金属
は、おる指定された冶金とｐべに移送されても、移送さ
れなくてもよい。しかし実際上。

以下の（１）〜（ｉ）の理由により、ポットルームから
の溶融アルミニウムを特定のとシベに送りのが好ましい
。

１）ポットルームるつぼは、還元槽からのサイフオン取
出中に同伴される多少の電解質を必ず含んでいる。次に
Ｍｇとの合金比がなされるときに。

この電解質は下記の反応式で溶解Ｍｇ　と反応する。

Ｍｇ＋２ＮａＦ　−→ＭｇＦ、＋２ＮａＭｇ＋２ＬｉＦ
−→ＭｇＦ、＋２Ｌｉ Ｍｇ　＋　Ｃａ　Ｆｚ　　　　　Ｍｇ　Ｆｔ　＋　Ｃａ
これらの反応は、ＥＰＡ第６５８５８号明細書に記載さ
れるように、るつぼ中のＭＦｓ　ｆｊａ加により逆方向
へ進行しえないので溶融アルミニウムをさらに汚染する
ことになる。

溶融金属は、サイフオン取出により、また直接注ぎ込（
流入）によシ、処理と）べに移送できる。

この段階において溶融アルミニウムは約８５０℃〜９０
０℃でおる。このような温度においては、電解質はすで
に固化し始めており、従ってポットルームるつぼ中にと
どまる。実際には、電解質の小部分（１０係以下）のみ
が直接流入法（てよって処理と９べ中へ移行されうる。

１１）はとんどの場合に、溶融金属移送の念めに使用す
るポットルームるつぼは、断熱されておらず、従って熱
を町成り迅速に失なう。可能な最も高い温度で合金化を
行なうためには、良く断熱されたとりべを用いその中で
次の操作を実施するのが有利になってくる。

このような条件の下で、溶融アルミニウムは。

そのとりべ中で外部から全く熱を加えることなく。

合金化及びｉａを行なうのに充分な時間にわたって充分
に高い温度にとどまろう。これは、マグネシウム、銅及
びけい素のような吸熱溶済での添加がなされるときに、
特に重要になってくる。

ｉ）−次アルミニウムの合金化及び精練のための特定と
りべの使用も、二つまたはそれ以上の合金が同時に製造
されるときに有利になってくる。

合金汚染の危険は、各々の合金について製造とシベが使
用されるときに最小化される。

完全（１００４）かつ迅速な溶解を達成するためには、
金属の温度、及び適切な反応容器（とシベ）の幾何学的
形状に加えて、金属の良好な攪拌、及び添加の方法と手
段が重要でおる。

ＥＰＡ６５８５４号明細曹には、溶融アルミニウムから
Ｌｉ及びその他のアルカリとアルカリ土類金属を除去す
る方法が記載されており、その方法においては、溶融金
属体（例えばポットルームるつぼ中のもの）内に強力な
循環を、回転羽根車によって生じさせる。この特定の溶
融金属攪拌方法に限定されるわけではないが１本発明の
方法はＥＰＡ６５８５４号明細書に記載される如き溶融
アルミニウムの処理と組合せて極めて都合よ〈実施され
る。

本発明の開発中に５合金化成分の添加の方法及び手段は
、完全（１００壬）な信頼性ありかつ迅速な（１５分以
下）の合金化成分の溶解を達成するように最適化され念
。このような方法は、使用される合金化元素のタイプ、
化学的性質及び物理的性質によシ変る。

１）　　ＡＪ　　よ　高融点のもの Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ＊Ｃｕ＋Ｓｉ　　のような元名
がこのカテゴリーに入る。

このカテゴリー内の元素は、溶融アルミニウムにおいて
遅い溶解速度を有するものと、迅速な溶解速度を有する
ものとに分類できる。

（１１）遅い溶解速度のもの マンガン及び鉄は合金化元素として広く用いられており
、この分類に属する。Ｃｒ及びＮｉ　は（Ｍｎ及びＦｅ
　はどには使用されないが）これらもこの分類に入る。

マンガン、鉄、クロム及びその池の合金化成分でこの分
類に入るものは、微細粉末の形で、とりぺ中の溶融アル
ミニウムに添加されるべきでらる。

粉末の寸法分布は、迅速な溶解及び完全な有効利用（回
収）のためにはマイナス３５メツシユ（＜４２０ミクロ
ン）及びプラス３２５メツシユ（）４１クロン）の範口
内でろるのが好ましい。

４２０ミクロン以上のクラクシ１ン及び４４ミクロン以
下のフラクションがそれぞれ１０４以下である金属粉末
を用いるのが好ましい。従って、適切な溶解時間を得る
ためには小塊またはフレーク状のものを使用するのは、
好ましくない。例えば。

電気分解Ｍｎ７レークは、３％１での添加についてはＭ
ｎ扮末よりも５〜４倍長い溶解時間を示す。

とりべ中での溶解工程と実施するのに充分良好な攪拌は
羽根車で得られる。しかし１例えばＭｎ及びＦｅでの合
金化は１羽根車をとりべの底に近く低くすることにより
、及び／　ｉ　ｆｃはピッチ無し翼を用いることＫより
、改善向上されうろことが判明した。この改変は、非浮
上性粒子が蓄積し易いとりべの底での金属のかきまぜを
増加する効果を与える。

Ｍｎ、Ｆｅ及びＣｒ粉末のような金属粉末は、不活性キ
ャリヤーガス（Ｎｔ　、Ａ　ｒ　）　　を用いての表面
射出によって最も良好に添加される。高いキャリヤーガ
ス速度及び強い表面比れによって特徴付けられる実際の
射出操作とは反対に、可及的にガス消費を少なくするよ
うに原料を運搬（キャリー）するのが好ましい。

微細粉末の浮上及び酸化に伴なう損失を防ぐには、垂直
に対しである頌いた角度で射出才を配置するのが好まし
いいまた射出管の開口を、金属粉末が溶融金属の流動に
よって下方及び直径方向（外向き）に同伴されるような
位置に配置するのも好ましい。粒子の良好な分散は、か
くしてクリンカー生成の機会が最も少なくなるようにし
て。

達成される。さらには、射出管から出るキャリヤーガス
気泡は、運動中の溶融金属によって形成される渦巻内で
終る上方向直径方向運動で同伴される。金属−空気界面
で破れるときに、気泡はそれに同伴された微細金属粒子
を放出する。これらの粒子は１次いで渦巻の作用により
直に溶融金属中へ引き込まれる。このような操作は高キ
ャリヤー速度での射出でしばしば見られる金ス粉末の表
面酸化を防止する。

本発明によシ行なわれる金属粉末、すなわちＭｎ　ａ　
Ｆ　ｅ　、Ｃｒ及びＮｉ　　等の添加は、極めて迅速な
溶解時間を特徴とするものである。４壬までのＭｎ、１
５％のＦｅの添加物は８分間以下で完全に溶解される。

この工程の高効率及びこれらの元素の発熱溶解の故に、
この工程は添加物１４につき９〜１０℃の如き、溶融金
属温度の急速な上昇により特徴付けられる。従って１本
発明によれば。

ある完全な炉バッチは、その炉の仕込みをなす複数のと
シベのうちの一部においてだけ合金化処理することによ
りＨａできる。合金化成分の最高添加量は１種々の相状
悲図によって、金属間化合物が生成さｉｚすかっとシベ
の底に沈澱しないような添加量である。

ＥＰＡ６５８５４号明細書においてＡＪＦｓ添加につい
て記載されたように渦巻中へ金属粉末を添加することも
できた。しかしこの方法は余り信頼性がなく、酸化によ
る若干の損失を生じさせ、従ってＭ　中に有害な固形分
が生じうる。

さらには、ＦＪ巻添加法を用いると金属粉末の爆発及び
毒性に関する安全性危害が起こりうる。

高速キャリヤーガスを使用せずに溶融金属へ粉末物質を
添加するその他の方法が提案されてきている。そのよう
な一方法は、米国特許４１０９８９８号明細書に記載さ
れている。しかしその方法は本発明の方法と比較して下
記のような欠点を有する：ガスシール（密封）を有する
移動部材。

保護被覆。

射出ノズルの腐食。

４コの添加 アルミニウムへの８の添加に関しては、高い金属匡度（
＞８００℃）、とりべの幾何学的形状及び溶ａ物攪拌に
よる認合効果により、固体細片の使用が可能となる。バ
ースライス（１個２０に９）及びＢＫｆのインゴットを
１係までの添加量で加えたときには、（とシベに添加し
た場合）、５分間以下で完全に溶解した。Ｃｕ片の添５
加は、とりべでの溶融物の攪拌の前または攪拌中に同等
に実施しうる。ＣｕならびにＭｎ、　Ｆ　ｅ、　Ｃｒ及
びＮｉについて上述したとりべ中での合金化法の利用は
、マスター合金または小塊を用いる場合よりもはるかに
節約ができることが明かになる。実際には、マスター合
金は推奨されず、また本発明の方法と融和性でないｅｉ
んとなればマスター合金のアルミニウム含有量によって
非常に大きな熱損失がもたらされうるからである。

（６）高融点／迅速溶融するもの けい素はこの分類のうちの主たる合金化元素でるる。こ
れば、前述のような溶融物の攪拌中に。

純粋な金瞑けい素の形で添加されるべきである。

けい素はとりぺ中で急速に溶解されるので、可成り大き
なチャンク（１０〜２０　ｃｒｎ　）または粉末（９０
優が〉４４ミクロン）の形の原料を同等に使用できる。

２）ＡＪ　　より低融点のもの 亜鉛はＭ　中で非浮上性であり、粉末または塊の形で添
加できる。亜鉛のアルミニウム中の溶解は吸熱性でおる
。

マグネシウムは１Ｍ　中において浮上する唯一の合金化
元素であるが、アルミニウム合金におけるその重要性な
らびにその独特な性質の故に、特定表添加方法を応用し
なければならない。

とりべまたは炉中でアルミニウムをマグネシウムと合金
化しているときに、溶融Ｍ　−Ｍｇ　　合金を残留電解
質と接触させないことが重要である。

ＮＩ＋１．Ｃａ及びＬｉでさらに汚染されないようにす
るには、溶融金属をポットルームるつぼから特定された
処理とりべに移行させるのが良い。

前述のように金属移行は、電解質が処理とυべ中へ運び
込まれないように実施されるべきでおる。

迅速な溶解を達成し、ＭＦ、添加後に５ｐｐｍよりも低
い残留アルカ！Ｊ　（Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ　）含量を達成
するためには、　Ｍｇ　添加は、ろる櫨の条件下で実施
されるべきでおる。第１に、溶融金属の渦巻を防止する
のが望ましい。要するに、渦巻流動パターンは表面浮遊
電解質を溶融金属中へ引き込み、マグネシウムと種々の
弗化物化合物との間の交換を生じさせるからでらる。

渦巻は１回転羽根車の速度を低減（６０〜１１００ｒｐ
対１５０ｒｐｍ）することにより、及び／ま九は羽根車
をとシベの中心から離して配設することによυ、防ぐこ
とができる。最小の中心からの隔離位置は１羽根車翼先
端がとりべ対称軸に対して接線方向でらるときに得られ
る。マグネシウム・インボッ）（２３Ｋｐ以下）を原料
として使用できる。高純度Ｍｇ　インゴットはＭｇの最
も安価な供給源でらり、それらの単位寸法は厳しい仕様
を正確に達成するのに充分に小さい。固体ＭｇはＭ中で
浮上性でらるので、Ｍｇインゴットはアルミニウム溶融
物表面上に浮遊する。そのようなＭｇインゴットが溶融
するにつれて、液体Ｍｇ　ｌｄ直ちに溶融アルミニウム
中へ引き込まれ、溶解する。

溶解時間は、大きなＭｇ添加量（１０壬まで）であって
も５分間以下でるる。

これらの条件はアルカリの逆反応による汚染を防ぐため
に維持されるのでろるから、Ｍｇ　ｍ加は方法全体の最
後に行なうのが好ましい。とυべに対する好ましい添加
順序は、最大の効率を達成するように確立できる。第１
に、アルカリ及びアルカリ土類金属元素を除去するため
のＡｊ！Ｆ、の添加（任意）でちる、２ｇ２に、Ａｌｌ
！　　中に発熱溶解する元素、すなわちＦｅ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ及びＮｉの添加でおる。それと同時ま几は直後に、吸
熱反応（溶解）を示す通常少量で添加されるＣｕ、Ｓｉ
を添加する。

Ｃｕ及びＳｉ　　の溶解パラメーターは１羽根車の速度
及び位置に関する限、９Ｆｅ、Ｍｎ等のものと同じであ
る。

最高臣度及び上記諸元素のほとんど完全な溶解が達成さ
れ九ときに、渦巻発生条件の羽根車の速度及び位置を設
定して、Ｍｇの添加を行なう。最大Ｍｇ’ｔａ加量は相
状態図により、またとりべ中の金属態度を基礎として決
定される。、若干の場合には、Ｍｇ　を加はその添加量
１壬当り（非加熱式断熱とりべにおいて）約８〜１０℃
の温度損失を伴なうので、凝固を防ぐためにその量が制
限されなければならないことがある。

とりべ中でのＭｇの添加の有効利用（回収）率は９８〜
１００でおることが判明し念。これに対し従来の炉での
添加でのｂｔｇ有効利用率は約９０壬であった。原料の
節約に加うるに１本発明は金属清澄性において大きな改
善を与える。合金化中に、わずかに限られたｉｔの固形
分が酸化により形成されるにすぎず、これらの固形分は
フラックス作用によってと夛べ内に捕捉されうる。この
捕捉機構はＥＰＡ１１２０２４に記載されている。

とりぺ冶金の応用による金属清澄性の改善は。

炉及びインライン処理操作の時間及びコストの節減を与
えうる。清澄な合金化添加量が炉に供給されるので、炉
におけるフラックス操作及び沈降操作は、同一の鋳造金
属品質については、省くこと。

るるいは大巾に削減することができる。おるいは。

炉及びインライン操作が保持される場合には１本発明の
方法は、それ以外の場合に可能であるよりも−ｊＣ清、
・登かつ良好な金属を鋳造機へ移すことができる。

本発明の好ましい一特徴は工程プロセスの迅速性及び効
率性の故に、−次アルミニウムの合金化及び精練が、ポ
ットルームから鋳造機への移送操作中に外部から熱を加
えることなく、と９べ中で実施できることでおる。もち
ろん、必要ならば外部加熱を供給してもよい。ま几その
効率性（高）の故に、一つの炉を所定の仕込量で満たす
ためには、複数のと９べのうちの一部のものだけに１合
金化に必要な全量の元素を添加してもよい。その場合１
種々の組成及び濃度の液体マスター合金が。

凝固、在庫及び再溶融を必要としない中間合金に適合す
るように製造される。表１は本発明方法が種々の合金の
製造のためにいかに応用されうるかの例を示している。

この場合、各とりべは５トンの容量であり、従って８個
のとりべが４０）ンの金属仕込のために必要であること
が仮定されている。合金化添加量は、−次、υ　中のＦ
ｅ及びＳｉ含量を考慮しである。

表１に示されるように、広範囲の合金及び濃度が、特定
の製造要件に応じてとりべ中で製造できる。濃度比（と
シイ中の合金化濃度：製造されるべき合金の濃度の比）
は１例えばほとんど純粋なアルミニウムについての２０
：１のような高い値から高度に合金化された製品につい
ての１＝１のような値にまで変シうる。あると）べに対
する合金化成分の添加量は、操作温度におけるアルミニ
ウム合金中への合金化元素の溶解度に左右される。

種々の元素についての最高添加量は、液体金属中で金属
間化合物が沈澱し始める濃度として定義される。実際に
は１例えばＭｇ　、　Ｓ　Ｌ及びＣｕの吸熱溶解による
温度損失も、とりべ中の添加物の最高濃度に影響「る。

とシイ中で作られる合金またはマスター合金中のアルミ
ニウム含金は、従って少なくとも７５鴫であるべきであ
る。

本発明によれば、アルミニウム鋳造炉は、電解還元槽か
らの一次アルミニウムのある数のるつぼ内容物によって
満たされる。その鋳造炉バッチのための合金化成分必要
量は上記の方法によって。

とりべ中へ直接に添加される。炉の仕込が終了すれば、
溶融物は温度及び組成を均一化させることが必要なだけ
でアシ、所望ならば金属の清澄化のためにアルカリ類の
除去のための７ラツクス処理及び／または沈降処理がな
される。炉における合計操作時間はとりべによる合金化
及び精練で５０〜６０分に限定できる（仕込を遅らせる
ことなく）。

従来のアルミニウム鋳造操作においては、炉における合
金調製時間は数時間を要する。本発明の方法の実施によ
Ｑコストの低減及び／または生産能力の増大が可能であ
る。

添付第１図において、とりべは、鋼製外殻１０゜断熱材
層１２．耐火性２イニング層１４と断熱蓋１６から構成
され、とりべの床面から上へ距離Ｈのところにおる表面
１８で示された高さ位置まで溶融Ａ７！　　を含んでい
る。羽根車（インペラー）２０は、とりべ内に取付けら
れて、垂直軸２２によって回転される。羽根車は、その
翼の先端がとりべの軸を切って勤〈ようにとりべの芯か
らずれて取付けられ、またその■はとりべの床面から距
離ｈｌ　　のところに配置されている。羽根車の回転に
より、＠融Ｍの表面に渦巻２３が生じる。射出管２４に
は、管３０及び３２からの低速の不活性キャリヤーガス
（Ａｒ　、Ｎｔ　等）によシホツノ＜−２８から粉末の
合金化用元素２６が供給されている。この射出管は、垂
直に対して５〜４５　の角度（θ）で溶融アルミニウム
中へ延びている。射出管の先端はとりべの床面から高さ
り、のところにある、第２図の平面図において、射出管
は１羽根車及び渦巻によって描かれる円に対してほぼ接
線方向に伸びている。

図示された装置は、溶融Ｍ　中にゆつ〈９と溶解する高
融点合金化元素の供給に適している。この目的のために
はｈｔ／Ｈ比は１．０〜３．０の範囲内となるべきでる
り、キャリヤーガスＫＫＫは少なく、またその速度は低
くなければならず、そして羽根車速度は１００〜２５　
Ｏｒｐｍ　　であるべきである。

実施例１ この試験では、ポットルーム金属を、５０トン容量のい
くつかの炉を設えたＤＣ（直接チル）鋳造設備へ供給し
た。溶融アルミニウムは、平均金属量５．７トン及びＨ
／Ｄ比＝ｎ４７のるりぼで移送した。通常操作では、一
つの炉はめる時間にわたり所定の合金製造のために使用
されてい７１ｊ１１さらには、生産性の目的及び品質管
理の目的のために各鋳造操作毎にその炉内に受金の合金
を保留しておいた。試験期間中に、その５０トン容量の
炉の内容物を鋳造し終え九後に約１８トンの量の合金を
保留した。表２はＡＡ−３００３の合金組成及びポット
ルームからの一次アルミニウムと１８トンのＡＡ−３０
０３から５０トン（完全）パッチを作るのに必要な合金
用添加物量を示す。

表　　　２ Ｍｎ　Ｆｅ　Ｓｉ　Ｃｕ　Ｍｇ ＡＡ−３００３網（４）１０８　（１６Ｉ　Ｑ、２２　
［０７５−合金成分添加量（Ｋｆ）　　　３４０　１５
０　　６０　　２５　−そのとき炉仕込物（約６２トン
）は、５つのポットルームるつぼ及び３トンの固体返還
物によって完結できた。ま几このとき、すべての合金化
元素を、５つのるつぼのうちの２つに対して同−壮で添
加することを決めた。Ｍｎ及びＦｅ　の発熱溶解により
、またＭｇが存在しないことにより１合金化及び精練処
理は、その移送るつぼ（非断熱）中で直接実施できた。

５つすべてのるつぼに７ｖ！Ｆ。

を添加して、アルカリ及びアルカリ土類鉱物を除いた。

表３には合金化及び精練処理操作がまとめて示されてい
る。合計２８７．５　Ｋ、の合金化成分添加が。

二つのるつぼのそれぞれに対して行なわれた。Ｆｅ及び
Ｍｎの添加は初期段階で行なわれ１次いでＣｕ及びＳＬ
　が添加された。これらの添加の間、ＥＰＡ６５８５４
号明細書に記載の如き回転羽根車で溶融物を攪拌し続い
た。粉末状のＭｎ及びＦｅ　　（約８５〜９０壬が一６
５メツシュ〜＋３２５メツシュの粒度）を、第１図に示
し元方法で溶融物の表面下に射出りまた。Ｓｉ及びＣｕ
　　（チャンク１０Ｃｒ！Ｌ以下、及びパー・スライス
、それぞれ２０　Ｋ９　）は６〜７分経過時にとシベ中
へ投入した。全体の合金化処理は、１４分間以内に終了
した。それぞれの元素について溶解時間は、１［］、；
）以下であった。

と９べ中でのＡＡ　−３００５の合金化も５強い発熱醪
解（１０℃以上の温度上昇）を特徴とする。

アルミニウムのとりべ冶金処理によって、炉の仕込物全
体は通常の仕込時間内で合金化され、精練される。実施
例１により、三つの炉パッチを作った。とりべ及び炉の
内容物の分析により、すべての元素の完全（１００％）
々有効利用（回収）Ｉｐが示され友、これらの炉バッチ
は、仕込の終了及び均一化のときに、規格に適合してい
友。とシベでの合金化及び精練は、るつぼでのアルカリ
及びアルカリ土類金属の除去操作と組合せて都合よ〈実
施されるので、炉におけるフシックス処理の軽減または
省略が可能でらる。仕込が終了したときに、Ｌｉ、Ｎａ
及びＣａは２ｐｐｍ以下であることが示された。従って
この方法を応用すると非効率的な炉操作の大巾な軽減ま
たは省略が可能となり。

鋳造設備の生産性の大巾な向上かも次らされる。

実施例２ 一連の試験において、とシベにおけるＭｇ添加の方法及
び効率性を確立した。この試験では、ポットルームは平
均７０００にりの金属を運搬しうるものであった。これ
らのポットルームは軽度に断熱されており、金属Ｈ／Ｄ
比が約０．７４であった。

前述のようにＭｇの存在下でアルカリ元素を効果的に除
去するために、ポットルームからの一次金属をまずある
特定のとシベヘ移した。金属の移行は、とりべへるつぼ
から直接注ぎ込むことにより行なった。この直接注入は
るりぼをティ・ボット形にすることにより容易に実施で
きる。その特定とりぺ中のバッチ内容物はＡＪｌ）ン当
１）２Ｋｙ以下でおると推定された。四つの試験ＣＭｇ
量を２．５壬から４．２５係まで変えた）を実施しａｏ
Ｍｇは１０Ｋｐのインゴットの形で溶融物の表面へ供給
した。処理時間の最初の６〜８分の間にとシベ中のアル
カリ除去（Ｎａ、Ｃａ等）のための７ｖ！ｐ、の添加を
行なってから合金化成分の添加を行なった。

Ｍｇの添加のときに１回転羽根車の速度は１１００ｒｐ
　へ低減して（１５０ｒｐｍ　から）、渦巻を生じさせ
ない条件とした。試験条件及び結果全表４にまとめて示
す。とりべ１個当り１８０　Ｋ９ないし３２０　Ｋ９の
間の合金化成分添加を約１００に９／分の速度で実施し
た。Ｍｇの溶解は非常に急速でアシ、約４分で完了した
。光学的放出スペクトル法（ＯＥＳ）による分析によシ
有効利用（回収）率は９８〜１００％に近いことが判り
几。炉中でのＭｇ　との合金化での有効利用率（約９０
壬）と比較して、このとシペでの高い有効利用率は下記
の利点をもたらす。

Ｏ）合金化用原料の節約。

６）２！品の品質向上。

金属清澄度測定Ｃ濾過及び金属写真法〕によって、炉を
用いる場合と比較してほぼ１０倍の改善が達成されたこ
とが判った。

とりべ中の処理後に採取した試料で得ｆｃ結果は。

平均で０．５８ｍ／に９　の率での固形異物を示し几。

そのうちの８０幅は小さい炭化アルミニウム粒子でおっ
た。他方５合金化後に採取される炉処理試料は、２〜１
０ｗ　／Ｋｑの固形異物を含みうるものであり、そのう
ちの大部分（７０〜８０係）は有害なＭｇＯ及びＭｇＡ
Ｊｚ　ｏ、でらる。

低度（５ｐｐｍ以下）の残留Ｎａ　含量は、ポットルー
ムるつぼから金属をとりべへ移行し、非渦巻条件を設定
して槽差解質を制限することにより。

高Ｍｇ含量で達成できることが判った。１６５ｒｐｍ　
　での実験＆５におけるように渦巻が形成される場合に
は、Ｎａ含量は約３０　ｐｐｍまで急敏に上昇する。

飲料用容器は、今日、殊に金属の品質及び清澄性に関し
て最も厳格なアルミニウム製品の一代表例である。この
実施例の試験は１本発明の実施が鋳造繰作の生産性及び
製品品質の両方において可成りの利益をもたらすことを
示すものである。この試訣は実施例１と同じ設備で実施
した。すなわちポットルームから一次アルミニウムを供
給して。

５．７トン容量のるつぼ（複数）を用いそして５０トン
容量の炉を用いた。実施例２のように特定のとりべ中で
合金化を行なった。このとｐべは断熱されたものであり
、金属の移入の前に予熱して熱損失を可及的に少なくし
た。一つの炉中で三つの連続する５０）ンのバッチを作
った。この場合に。

鋳造後に炉中に約８〜９トンの合金が残留するようにし
た。その残留仕込物はポットルームからの一次アルミニ
ウムをほとんど補った１表５はＡＡ−３００４の公称組
成及びＡＡ−３００４の丸めの５０トン容量の炉への合
金化成分の添加量の典型例を示す。

表　　　５ Ｍｎ　Ｆｅ　Ｃｕ　Ｓｉ　Ｍｇ ＡＡ−３００４規格Ｃ幅）　　１．Ｉ　　Ｇ、４４　０
．１６　０２０　１．０５合金化成分添加量　　　４６
４　１００　　６６　　５８　５６０（Ｋｆ１５０）ン
） ＡＡ−３００４の８〜９トンの部分（残留）から、７つ
のるつぼが炉（１個）を溝たすために必要とされる。こ
れら７つのるつぼのうちで、２つだけの金属を処理用と
りべへ移して合金化させ、他の５つのものはと９ベヘ移
行せずま友合金化処理せずに炉へ仕込んだ。

すべてのるつぼ及びとりべにＡＪＦ３を添加してアルカ
リ及びアルカリ上類混入物を除去した。表６はとりべ中
での合金化及び精練処理の特徴を示している。

表７は追加のデータを示している。

表　　　７ とりべ中の金属の最終分析は、Ｎａ及びＣ＆の濃度がそ
れぞれ４ｐｐｍ及び３　ｐｐｍであることを示した。

最初の実施例のように、下記の添加順序で実施した。

１）　　ｋｌＦｓ ２）Ｍｎ’ＡびＦｅ ５）Ｃｕ及びＳｉそして最後に ４）　　Ｍｇ　（この場合は非渦せ条件を設定）。

とりべ中での攪拌は、この場合もＥＰＡ６５８５４号明
細書に記数されたタイプの羽根卓で行ない１合金化を最
遍化する速度及び位置要件に従った。合計約６２５Ｋｙ
の合金化元素を、試験期間中（２つのとりべ／１つの炉
合計５つの炉）に２つのとりべの各々に添加した。

ＡＡ−３００４の製造に用いた各合金化元素は。

実施例１及び２に記載したものと同じ形態でめった。合
金化とりべについての処理時間は１６分から２０分の間
で変っ九。それは適切な自動化及び合金化成分の同時添
加（可能なもの同志）によってさらに１５分以下にまで
短縮でき友。溶解時間は、この場合も、すべての元素に
ついて極めて迅速であり、９分以下であった。とシベ合
金化は。

著しいエネルギー効率も与えた。ｌ添加物が（殊にＭｇ
　）犬ｔＹに用いられたにもかかわらず、全体の処理工
程は、溶融仕込物の一部分について約１５〜２０℃の少
ない温度損失を起こし念にすぎなかった。とりべ冶金の
この特徴自体が、現行の炉合金化法に比較して大巾な節
減をもたらすものでらる。

仕込完了及び溶融物均一化時に、３つすべての炉の仕込
物はこのＡＡ−３００４合金の公称組成範囲であった。

とりべでの合金化処理は仕込時間を遅延させないので１
合金ル；４製時間は約６０〜６０分間も短縮できた。さ
らにはアルカリ汚染物（Ｌｉ　、　Ｎａ、　Ｃａ　）含
量は、仕込後にすでに低かった（　４ｐｐｍ　以下）。

金属清澄性も従来の炉使用の方法よりもはるかに向上し
た。これは合金ｆヒ中にＭｇの非潜に少ない部分がＭｇ
Ｏ及びＭｇＡＡ’、０゜に酸化されるにすぎないからで
おる。前述のようにこれらの利点は１合金製造工程（７
ラツクス処理−沈降処理）を短縮化し、及び／または鋳
造インゴットの品質を向上させるために使用できる。

この実施例の三つのバッチによる試験において。

炉でのフラックス処理及び沈降処理を実施した。

とりべ処理後の金属を供給された炉の金属の同形混入物
数は、慣用炉使用の方法で見られたものの半分であった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶融アルミニウムに粉末の合金ｆヒ用元素を
添加する九めの手段を備ζたとりべの側面断面図である
。第２図は第１図の平面図でらる。 鋼製外殻１０．断熱１督１２．耐火性ライニング層１４
５羽根車２０．射出管２４゜ （外４名） ［Ｊｏ Ｆｔａ、２

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）生産容器中で溶融アルミニウムを作り、溶融アル
   ミニウムをその生産容器から処理容器へ移し、溶融アル
   ミニウムをその処理容器から鋳造容器へ移し、その鋳造
   容器からアルミニウム合金インゴットを鋳造する諸工程
   により、１またはそれ以上の合金化成分で合金化された
   アルミニウムの鋳造インゴットを製造する方法において
   、少なくとも１つの合金化成分を上記処理容器中の溶融
   金属に添加し、溶解させることを特徴とする上記方法。
2. （２）すべての合金化成分を処理容器中の溶融金属へ添
   加し、溶解させる特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）生産容器は電解還元槽である特許請求の範囲第１
   または２項に記載の方法。
4. （４）溶融金属を電解還元槽からポットルームるつぼへ
   、次いで処理容器へ移す特許請求の範囲第３項に記載の
   方法。
5. （５）処理容器はとりべである特許請求の範囲第１〜４
   項のいずれかに記載の方法。
6. （６）数個の処理容器を用い、それらの容器の内容物を
   鋳造容器中で混合する特許請求の範囲第１〜５項のいず
   れかに記載の方法。
7. （７）少なくとも１つの合金化成分を少なくとも１つの
   、ただしすべてではない処理容器中の溶融金属に添加し
   、溶解させる特許請求の範囲第６項に記載の方法。
8. （８）すべての合金化成分を少なくとも１つの、ただし
   すべてではない処理容器中の溶融金属に添加し、溶解さ
   せる特許請求の範囲第７項に記載の方法。
9. （９）Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ及び
   Ｓｉから選択される少なくとも１つの合金化成分を、粉
   体の形で、処理容器内の撹拌された溶融金属体中へキャ
   リヤーガスを用いて表面下射出することにより添加する
   特許請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載の方法。
10. （１０）添加される金属粉末の主要部は、４４ミクロン
    ないし２ｍｍの粒子寸法を有する特許請求の範囲第９項
    に記載の方法。
11. （１１）処理容器中の溶融金属体を、溶融金属表面にお
    いて渦巻を発生させるような速度で回転される羽根車に
    よって攪拌する特許請求の範囲第９または１０項に記載
    の方法。
12. （１２）Ｃｕ及びＳｉから選択される少なくとも１つの
    合金化成分を、処理容器中の攪拌された溶融金属体へ塊
    状添加する特許請求の範囲第１〜１１項のいずれかに記
    載の方法。
13. （１３）溶融金属表面に顕著な渦巻を発生させないよう
    な速度で攪拌されている処理容器中の溶融金属体中へ合
    金化成分のＭｇを添加する特許請求の範囲第１〜１２項
    のいずれかに記載の方法。
14. （１４）Ｍｇの添加に先立って、Ｎａ、Ｃａ及びＬｉの
    濃度をそれぞれ５ｐｐｍ以下にまで低減させる量のＡｌ
    Ｆ＿３を処理容器中の攪拌された溶融金属体に対して下
    記： （ｉ）Ｎａ、Ｃａ及びＬｉの含量を低減させるＡｌＦ＿
    ３（ｉｉ）粉体状のＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚ
    ｎ及びＳｉの１つまたはそれ以上 （ｉｉｉ）塊状のＺｎ、Ｃｕ及びＳｉの１つまたはそれ
    以上 （ｉｖ）Ｍｇ の添加の二つまたはそれ以上を所与の番号の順序で実施
    する特許請求の範囲第９〜１４項のいずれかに記載の方
    法。