KR100575404B1 - 알루미늄 용탕용 여과재 - Google Patents

알루미늄 용탕용 여과재 Download PDF

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Abstract

알루미늄 용탕을 여과할 때의 여과효율이 우수한 알루미늄 용탕용 여과재를 제공한다.
상기 알루미늄 용탕용 여과재(1)는, 골재입자가 결합재에 의해 세공(4)을 형성한 상태로 결합된 구성을 갖는 동시에, 세공(4)을 경유하여 유체를 투과시키는 것이 가능한 기능을 갖는 기재(2)를 구비하는 알루미늄 용탕용 여과재(1)로서, 기재(2)의 골재입자의 표면상에, 실리카 함유 조성물로 구성된 투과 촉진층(3)이 세공(4)을 막지 않도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 용탕용 여과재{FILTERING MEDIUM FOR MOLTEN ALUMINUM}
도 1은 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재의 하나의 실시형태의 일부를 잘라내어 확대하여 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재의 실시예를 모식적으로 도시하는, 원통형상의 알루미늄 용탕용 여과재의 중심축을 포함한 평면에서 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재의 실시예를 모식적으로 도시하는, 원통형상의 알루미늄 용탕용 여과재의 중심축에 수직인 평면에서 절단한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 알루미늄 용탕용 여과재
2: 기재
3: 투과 촉진층
4: 세공
5: 투과구멍
6: 원통형상의 기재의 외주면
7: 원통형상의 기재의 내주면
8: 개구부
9: 원통의 내부측
10: 폐구부
11: 링형으로 절단한 샘플
12: 샘플링 조각
F: 유체
f: 유체
본 발명은 알루미늄 용탕용 여과재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 알루미늄 용탕을 여과할 때의 여과효율이 우수한 알루미늄 용탕용 여과재에 관한 것이다.
알루미늄 박판 또는 알루미늄박은 알루미늄 용탕을 잉곳(ingot)으로 주조하고, 이것을 압연하여 제조된다. 그런데, 알루미늄 용탕에 포함되는 금속산화물 또는 내화물의 미소한 파편등의 고형불순물이 그대로 잉곳 중에 혼입되면, 이것을 압연하여 박판 또는 알루미늄박 등을 제조하는 과정에서 핀홀(pin hole) 또는 표면결함이 발생하는 일이 있다. 이것을 방지하기 위해서는 용탕중에서 고형불순물을 제거할 필요가 있고, 그 때문에 종래부터 알루미늄 용탕용 여과재를 사용하여, 알루미늄 용탕을 여과하여 고형불순물을 제거하는 방법이 제안되어 있다.
예컨대, 골재입자를 무기질 결합재 등으로 결합하고, 소성하여 형성되는 알루미늄 용탕용 여과재로서, 무기질 결합재에 실리카 및 삼산화이붕소를 함유하는 알루미늄 용탕용 여과재가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 알루미늄 용탕용 여과재는 무기질 결합재로서 실리카가 사용되고 있기 때문에, 장기간의 사용에 있어서 알루미늄 용탕과 실리카가 반응하여 무기질 결합재가 침식되는 것에 의해, 알루미늄 용탕용 여과재의 강도가 저하한다고 하는 문제가 있었다.
또한, 골재입자를 무기질 결합재에 의해 결합시킨 금속 용탕용 여과재로서, 무기질 결합재의 원료조성을, 삼산화붕소, 알루미나 및 산화마그네슘이 소정의 비율로 함유되는 것으로 하고, 무기질 결합재에 실리카가 함유되지 않는 금속 용탕용 여과재가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2를 참조). 이 금속 용탕용 여과재는, 무기질 결합재로서 실리카를 함유하지 않기 때문에, 알루미늄 용탕을 여과한 경우에, 알루미늄 용탕에 의해 무기질 결합재가 침식되지 않는다고 하는 우수한 특징을 갖지만, 한편으로 실리카를 함유하지 않기 때문에 알루미늄과 금속 용탕용 여과재와의 습윤성이 양호하지 않아서, 여과효율이 떨어진다고 하는 문제가 있었다. 즉, 우수한 내식성과 우수한 여과효율을 양립시킬 수 없다고 하는 문제가 있었다.
<특허문헌 1>
일본 특공소 52-22327호 공보
<특허문헌 2>
일본 특허 제2523707호 공보
본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 알루미늄 용탕을 여과할 때의 여과효율이 우수한 알루미늄 용탕용 여과재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의해서 이하의 알루미늄 용탕용 여과재가 제공된다.
[1] 골재입자가, 결합재에 의해서 세공(細孔)을 형성한 상태로 결합된 구성을 갖는 동시에, 상기 세공을 경유하여 유체를 투과시키는 것이 가능한 기능을 갖는 기재를 구비하는 알루미늄 용탕용 여과재로서, 상기 기재의 골재입자의 표면상에, 실리카 함유 조성물로 구성된 투과 촉진층이, 상기 세공을 막지 않도록 설치되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
[2] 상기 투과 촉진층은 적어도 상기 유체의 유입측의 상기 골재입자의 표면상에 설치되는 [1]에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[3] 상기 투과 촉진층은 실리카 또는 실리카와 알칼리 성분과의 혼합물을 함유하는 [1] 또는 [2]에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[4] 상기 투과 촉진층은 실리카를 0.1∼30질량%, 알칼리 성분을 15질량% 이하, 그리고 용매를 55∼99.9질량% 함유하는 코팅재가 건조 또는 소성되는 것에 의해 형성되는 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[5] 상기 투과 촉진층의 두께가 0.1∼300㎛인 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[6] 상기 알칼리 성분은 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 이들을 함유하는 화합물인 [3] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[7] 상기 용매는 물, 알코올, 또는 이들의 혼합물인 [4] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[8] 상기 결합재는 실리카를 5질량% 이하 함유하는 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[9] 상기 결합재는 삼산화붕소를 15∼80질량%, 알루미나를 2∼60질량% 그리고 산화마그네슘을 5∼50질량% 함유하는 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
[10] 상기 골재입자의 원료가 소결 알루미나, 전융 알루미나(electrofused alumina), 탄화규소 또는 질화규소인 [1] 내지 [9] 중의 어느 하나에 기재된 알루미늄 용탕용 여과재.
이와 같이, 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재는, 골재입자가 결합재에 의해서 세공을 형성한 상태로 결합되고, 골재입자의 표면상에 실리카 함유 조성물로 구성된 투과 촉진층이 세공을 막지 않도록 설치하기 때문에, 알루미늄 용탕을 알루미늄 용탕용 여과재로 여과할 때, 투과 촉진층이 먼저 젖고, 그 젖은 상태가 세공내로 퍼지는 것에 의해 알루미늄 용탕과 알루미늄 용탕용 여과재와의 습윤성이 향상되어 여과효율이 향상된다. 즉, 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재에 의하면, 우수한 여과효율을 실현할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하지만, 본 발 명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 이탈하지 않는 범위에서, 당업자가 통상의 지식에 의거하여, 적절히 설계의 변경, 개량 등을 행할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재의 하나의 실시형태의 일부를 잘라내어 확대하여 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 알루미늄 용탕용 여과재(1)는, 기재(2)의 유체의 유입측 표면상[도 1에 있어서, F는 유입하는 유체(알루미늄 용탕)를 나타낸다]에, 투과 촉진층(3)을 구비하여 형성되어 있다. 기재(2)는 골재입자가 결합재에 의해 골재입자 상호간에 세공(4)을 형성한 상태로 결합된 구성을 갖는 동시에, 유입된 유체(F)를 세공(4)을 경유하여 투과시키는 것이 가능한 기능을 갖는다. 투과 촉진층(3)은 실리카 함유 조성물로 구성되고, 기재(2)의 골재입자의 표면상에 세공(4)을 막지 않도록 설치되는 것에 의해, 세공(4)으로의 유체(알루미늄 용탕)(F)의 투과를 촉진하는 것이다.
이와 같이, 본 실시형태의 알루미늄 용탕용 여과재는 골재입자가 결합재에 의해 세공(4)을 형성한 상태로 결합된 구성을 갖는 동시에, 기재(2)의 골재입자의 표면상에 세공을 막지 않도록 실리카 함유 조성물로 구성된 투과 촉진층을 구비하였기 때문에, 알루미늄 용탕을 알루미늄 용탕용 여과재로 여과할 때, 투과 촉진층이 먼저 젖고, 그 젖은 상태가 세공내로 퍼지는 것에 의해 알루미늄 용탕과 알루미늄 용탕용 여과재와의 습윤성이 향상되어, 여과효율이 향상된다. 즉, 본 실시형태의 알루미늄 용탕용 여과재에 의하면, 우수한 여과효율을 실현할 수 있다. 투과 촉진층은 1회째의 알루미늄 용탕의 여과시에 구비되어 있으면 좋고, 본 실시형태의 알루미늄 용탕용 여과재를 사용함에 따라서 투과 촉진층이 얇아지고, 또 없어져 버리더라도, 한번 투과 촉진층을 경유하여 알루미늄 용탕이 투과된 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재는 그 후, 알루미늄 용탕과의 습윤성이 양호한 상태로 유지되며(기재 자체의 습윤성이 좋아진다), 알루미늄 용탕의 여과성도 양호하게 유지된다. 또, 본 실시형태의 알루미늄 용탕용 여과재는, 알루미늄 용탕뿐만 아니라, 알루미늄합금 용탕 등의 알루미늄 용탕이 함유되는 금속 용탕으로부터 고체불순물을 제거하는 경우에 적합하게 사용할 수 있다.
투과 촉진층(3)은, 실리카 함유 조성물로 구성되고, 실리카 함유 조성물로서는, 실리카 또는 실리카와 알칼리 성분과의 혼합물이 바람직하다. 알칼리 성분으로서는 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 이들을 함유하는 화합물 등을 예로 들 수 있다. 상기 화합물로서는 나트륨, 칼륨 또는 칼슘의 산화물을 예로 들 수 있고, 산화 나트륨(Na2O)을 사용하는 것이 바람직하다. 　투과 촉진층(3)은 실리카를 0.1∼30질량%, 알칼리 성분을 15질량% 이하, 그리고 용매를 55∼99.9질량% 함유하는 코팅재가 건조 또는 소성되는 것에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 또, 건조 또는 소성되는 코팅재는 기재(2)의 적어도 유체(알루미늄 용탕)의 유입측 표면상에 설치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 간단하게 실리카 또는 실리카와 알칼리 성분과의 혼합물로 이루어지는 투과 촉진층(3)을 형성할 수 있다. 또한 상기 용매로서는 물, 알코올 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 알코올로서는 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 저급 알코올 또는 헥사놀, 옥타놀 등의 고급 알코올을 사용할 수 있다.
투과 촉진층(3)은 골재입자의 표면상에, 세공(4)을 막지 않도록 설치되어 있지만, 적어도 기재(2)의 유체의 유입측[도 1에 있어서, F는 유입하는 유체(알루미늄 용탕)를 나타낸다]의 골재입자의 표면상에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 결합재의 표면이 유입측 표면에 노출되어 있는 경우에는, 결합재의 표면에는 투과 촉진층(3)이 설치되더라도 좋고, 설치되지 않더라도 좋다. 투과 촉진층(3)은, 적어도 기재(2)의 유체(알루미늄 용탕)의 유입측의 골재입자의 표면상에 구비되는 것이 바람직하지만, 또 기재(2)의 유체(알루미늄 용탕)의 유출측의 골재입자의 표면상 등의 다른 면에도 구비되더라도 좋다. 도 1에 있어서는, 투과 촉진층(3)은 세공(4)을 막지 않도록 투과구멍(5)이 형성된 막형상이지만, 막형상일 필요는 없고, 골재입자의 표면상에, 세공(4)을 막지 않도록 불연속적으로 점재(點在)하고 있더라도 좋다. 여기에서, 세공(4)이 막히지 않는다고 하는 것은, 알루미늄 용탕용 여과재(1)에서 알루미늄 용탕을 여과할 때에, 여과효율이 저하할 정도로 막혀져 있지 않다는 것을 말한다. 따라서, 미세한 세공크기의 세공(4)이 막혀져 있거나, 세공(4)이 부분적으로 덮여져 있거나, 세공(4)의 내부에 약간 유입하여 있거나, 극히 일부의 세공(4)이 막혀져 있더라도 좋다. 이와 같은 경우는, 알루미늄 용탕의 여과효율에 영향을 미치지 않기 때문이다.
투과 촉진층(3)의 두께는 0.1∼300㎛인 것이 바람직하다. 0.1㎛보다 작으면, 투과 촉진효과가 저하하는 일이 있고, 300㎛보다 크면, 세공(4)이 막히는 일이 있다. 또, 투과 촉진층(3)은, 기재(2)의 골재입자의 표면상에 약간이라도 설치되어 있으면 효과를 발휘하지만, 가능한 한 기재(2)의 유입측의 골재입자의 표면상에 균등하게 퍼져서(점재하여 있더라도 좋고, 막형상이라도 좋다), 배치되어 있는 것이 바람직하다.
기재(2)를 구성하는 결합재는 골재입자를 골재입자 상호간에 세공(4)을 형성한 상태로 결합하고, 그 세공(4)을 경유하여 유체(알루미늄 용탕)(F)를 투과시키는 것을 가능하게 하고 있다. 결합재에는 실리카가 5질량% 이하 함유되는 것이 바람직하다. 5질량%보다 크면, 알루미늄 용탕과 실리카가 반응함으로써 기재(2)가 침식되기 때문에, 알루미늄 용탕용 여과재(1)의 내식성이 악화되는 일이 있다. 즉, 결합재중의 실리카의 함유량을 5질량% 이하로 하는 것에 의해, 알루미늄 용탕에 의한 알루미늄 용탕용 여과재(1)의 침식을 적게 할 수 있기 때문에, 우수한 내식성과 우수한 여과효율을 양립시킬 수 있다. 결합재는, 삼산화붕소를 15∼80질량%, 알루미나를 2∼60질량%, 그리고 산화마그네슘을 5∼50질량% 함유하는 것이 바람직하다. 산화칼슘을 30질량% 이하의 비율로 함유시키더라도 좋다. 결합재가 알루미늄 용탕에 침식되기 어렵게 되어, 알루미늄 용탕용 여과재(1)가 내식성이 우수하게 된다.
기재(2)에 형성되는 세공(4)의 최대 세공 직경은, 200∼600㎛가 바람직하다. 200㎛보다 작으면, 알루미늄 용탕의 여과효율이 나빠지는 일이 있다. 600㎛보다 크면, 알루미늄 용탕중에 포함되는 고형불순물이 알루미늄 용탕용 여과재(1)를 통과할 가능성이 있다.
기재(2)를 구성하는 골재입자의 원료로서는, 소결 알루미나, 전융 알루미나, 탄화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다. 골재입자는 평균 입자 직경이 900∼1400㎛인 것이 바람직하다. 900㎛보다 작으면, 기재(2)의 세공(4)의 세공 직경이 작아지는 일이 있다. 1400㎛보다 크면, 기재(2)의 세공(4)의 세공 직경이 커지는 일이 있다.
다음에 본 실시형태의 알루미늄 용탕용 여과재의 제조방법을 이하에 개시한다.
기재의 제작방법은 이하와 같다. 우선, 골재입자 100질량부에 대하여, 결합재 8∼20 질량부, 물 5∼7 질량부를 배합하여 혼합·반죽한 후, 소정 형상의 성형체를 제작한다. 그리고, 이 성형체를 건조시킨 후, 1200∼1400℃까지 가열하여 결합재를 용융시키고, 그 후, 800℃까지를 1 시간당 30∼70℃의 냉각속도로 냉각함으로써 결합재를 결정화시킨다. 이에 따라, 골재입자가 결합재에 의해 골재입자 상호간에 세공을 형성한 상태로 결합된 기재가 제작된다. 결합재로서는 삼산화붕소를 15∼80 질량%, 알루미나를 2∼60 질량%, 그리고 산화마그네슘을 5∼50 질량% 함유하는 것이 바람직하다. 산화칼슘을 30질량% 이하의 비율로 함유시키더라도 좋다. 결합재가 알루미늄 용탕에 침식하기 어렵게 되어, 알루미늄 용탕용 여과재(1)는 내식성이 우수하게 된다. 또, 삼산화붕소, 알루미나, 산화마그네슘, 산화칼슘을 상기 조성으로 하는 것에 의해, 기재의 제작시에, 결합재가 1200∼1400℃의 온도로 용융 가능하게 되고, 그 후의 결정화가 적절히 행해지기 때문에 바람직하다.
또, 골재입자 100질량부에 대하여 결합재를 8∼20질량부를 배합하는 것은, 8질량부보다 적으면, 결합재가 적기 때문에 열팽창 등에 의해 기재에 크랙이 발생하 는 일이 있고, 20질량부보다 많으면, 결합재에 의해 세공이 막혀져서 여과효율이 나빠지는 일이 있기 때문이다.
기재 표면에 투과 촉진층을 형성하기 위한 코팅재로서는, 용매에 실리카를 첨가하여 슬러리 형태로 한 것, 또는 용매에 실리카 및 알칼리성분을 첨가하여 슬러리 형태로 한 것(콜로이달 실리카)을 사용할 수 있다. 각 성분의 조성으로서는, 실리카가 0.1∼30질량%, 알칼리 성분이 15질량% 이하, 그리고 용매가 55∼99.9질량%인 것이 바람직하다. 실리카가 0.l 질량%보다 적으면, 실리카의 양이 적기 때문에 투과 촉진층이 충분히 형성되지 않는 일이 있고, 30질량%보다 많으면, 슬러리중의 고형분이 많아지기 때문에 기재 표면에 균일하게 도포(코팅)되기 어려워지는 일이 있다. 알칼리 성분이 15질량%보다 많으면, 알루미늄 용탕을 여과하였을 때에, 알루미늄 용탕중에 많은 알칼리성분이 용출하여, 알루미늄의 특성을 저하시키는 일이 있다. 실리카로서는, 콜로이달 실리카등의 실리콘 화합물이나, 규산나트륨, 규산칼륨, 규산칼슘 등의 규산염 등을 사용할 수 있다. 용매로서는 물을 사용할 수 있다. 또, 열에 의해 분해되는 알코올 등의 유기용매를 사용할 수 있다. 알칼리성분으로서는 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 이들을 함유하는 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 방법에 의해 제작된 기재의 골재입자의 표면상에, 상기 방법에 의해 제작된 코팅재를 도포하고, 건조 또는 소성함으로써, 본 실시형태의 알루미늄 용탕용 여과재가 제조된다. 코팅재는 적어도 기재의 유입측의 골재입자의 표면상에 도포하는 것이 바람직하다.
기재에 코팅재를 도포하는 방법으로서는, 스프레이법, 디핑법, 브러싱법등이 있다. 스프레이법은 스프레이에 의해 코팅재를 분무하여 도포하는 것이다. 디핑법은 기재를 코팅재에 침지하는 것에 의해 도포하는 것이다. 브러싱법은 브러시에 코팅재를 묻히고, 그 코팅재를 브러시로 기재 표면에 도포하는 것이다. 코팅재를 도포하고, 그 후에 건조 또는 소성을 하였을 때, 투과 촉진층의 두께가 0.1∼300㎛이 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 투과 촉진층은 기재 표면상에 점재시키더라도 좋고, 막형상으로 형성하더라도 좋다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
골재입자 100질량부에 대하여, 결합재 15질량부, 물 6질량부를 배합하고, 혼련기(混練機)에 의해 반죽한 후, 종타(縱打) 성형기에 의해 성형함으로써, 원통형의 성형체를 제작하였다. 그리고, 이 성형체를 80℃에서 건조시킨 뒤, 1350℃까지 가열하여 결합재를 용융시키고, 그 후, 800℃ 까지를 1시간당 30∼70℃의 냉각속도로 냉각함으로써 결합재를 결정화시켰다. 이와 같이 하여, 골재입자가 결합재에 의해 골재입자 상호간에 세공을 형성한 상태로 결합된 도 2에 도시하는 원통형상의 기재(2)를 제작하였다. 원통형상의 기재(2)의 중심축 방향에서의 길이를 870㎜, 중심축 방향에 대해 수직인 평면에서 절단한 단면(링 형상)의 외주의 직경을 100㎜, 내주의 직경을 60㎜로 하였다.
결합재는, 삼산화붕소를 45질량%, 알루미나를 30질량%, 그리고 산화마그네슘을 25질량% 함유하는 것으로 하였다. 골재입자로서는 평균 입자직경 1200㎛의 소 결 알루미나를 사용하였다.
다음에, 도 2에 도시한 바와 같이, 원통형상의 기재의 외주면(6)[기재(2)에서의 유체가 유입하는 쪽의 면]에 투과 촉진층(3)을 형성하였다. 투과 촉진층(3)을 형성하기 위한 코팅재로서는, 콜로이달 실리카를 사용하였다. 콜로이달 실리카중의 실리카(SiO2) 및 알칼리성분(Na2O)을 표 1에 나타낸 조성(코팅재 조성)으로 하였다(실시예 1 내지 8).
코팅재를 원통형상의 기재의 외주면(6)에, 표 1에 나타낸 도포 방법으로 도포하고, 80℃에서 건조하여, 투과 촉진층(3)을 형성함으로써, 원통형상의 알루미늄 용탕용 여과재(1)를 제작하였다. 비교를 위해서, 코팅재를 도포하지 않은 기재로 이루어진 알루미늄 용탕용 여과재를 비교예 1로 하였다.
여기서, 도 2에 도시한 F는 유입하는 유체를 나타내고, f는 유출하는 유체를 나타낸다. 즉, 본 실시예의 알루미늄 용탕용 여과재(1)에 의하면, 원통형상의 기재의 외주면(유입측 표면)(6)으로부터, 유체(F)가 알루미늄 용탕용 여과재내로 유입하고, 원통형상의 기재의 내주면(유출측 표면)(7)으로부터 원통의 내부측(9)에 유체(f)로서 유출되고, 알루미늄 용탕용 여과재로 여과된 유체(f)가 원통형상의 기재(2)의 개구부(8)로부터 원통의 외부로 배출된다.
투과 촉진층(3)의 두께의 평균은 3㎛이였다. 투과 촉진층(3)의 두께의 측정은 이하와 같이 행해졌다. 원통형상의 기재의 개구부(8)의 부근, 길이방향 중앙부 부근 및 폐구부(10) 부근의 3군데로부터 링형으로 자른 샘플(11)(도 3을 참조)을 잘라내고, 도 3에 도시한 바와 같이, 각 링형으로 자른 샘플(11)로부터, 등간격으로 4군데의 샘플링 조각(12)을 채취하였다. 그리고, 각 샘플링 조각(12)의 투과 촉진층(3)에 대하여 3군데씩, 투과 촉진층(3)의 두께를 전자현미경으로 관찰하는 것에 의해 측정하여 얻어진 측정치를 평균하여 투과 촉진층(3)의 두께로 하였다.
(함침율 및 Si성분의 용출량 측정)
상기 방법에 의해 얻어진 알루미늄 용탕용 여과재(실시예 1∼8, 비교예 1)를 800℃에서 용융시킨 알루미늄 합금(JIS 5056)중에서 24시간 유지하고, 이하의 방법으로, 함침율, Si성분의 용출량을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(함침율의 측정)
함침율(%) : 함침율(%)이라는 것은, 알루미늄 용탕용 여과재에 알루미늄 용탕(알루미늄 합금용탕)을 흘렸을 때(세공내에 알루미늄 용탕이 유입되었을 때), 알루미늄 용탕용 여과재의 소정의 부분에 있어서, 알루미늄 용탕을 흘리기 전의 세공의 체적(기공율)에 대한 알루미늄 용탕에 의해 세공이 채워져 있는(매립되어 있는)부분의 세공의 체적(기공율)의 비율(%)을 말한다. 여기에서, 알루미늄 용탕용 여과재의 소정의 부분이라는 것은, 원통형상의 기재의 중심축 방향에 있어서의 중앙부의 40㎜의 범위를 말한다.
알루미늄 용탕용 여과재의 소정 부분의 세공의 체적(기공율)은 상기 원통형상의 기재의 중심축 방향에 있어서의 중앙부의 40㎜의 범위를 중심축에 수직인 평면에서 잘라내어 측정용의 샘플로 하고, JIS R2205의 「내화벽돌의 겉보기 기공율ㆍ흡수율ㆍ비중의 측정방법」에 준거하여 측정하였다. 그리고, 알루미늄 용탕을 흘리기 전의 알루미늄 용탕용 여과재의 세공의 체적(기공율)은 알루미늄 용탕을 흘리기 전의 알루미늄 용탕용 여과재에 대해서 상기 JIS R2205에 준거한 방법으로 측정하였다. 얻어진 알루미늄 용탕을 흘리기 전의 기공율에서 알루미늄 용탕을 흘린 후의 기공율을 빼서 차를 구하고, 얻어진 그 차를 알루미늄 용탕을 흘리기 전의 기공율로 나누어 100배한 값을 함침율로 하였다.
(Si성분 용출량의 측정)
Si(규소)성분의 용출량(ppm) : Si성분의 용출량(ppm)이라는 것은, 시험후의 알루미늄 용탕(알루미늄합금 용탕)의 질량(용출한 Si량도 포함)에 대한 알루미늄 용탕중에 용출된 Si의 질량의 비율(ppm)을 말한다.
Si성분 용출량의 측정은 글로우방전 발광분광분석에 의해 행하였다. 측정조건은 이하에 나타낸 바와 같다.
측정 장치 : VG엘러먼트사의 제품 글로우방전 질량분석장치 VG9000
분산계 : 오목면 회절격자(곡률 반경 1m) Paschen-Runge mounting
파장 범위 : 1100∼4100 옹스트롬
분위기 : 분광기내-진공, 발광부-아르곤
전압 : 15∼1000 V
전류 : 1∼200 ㎃
글로우 방전관 : 그림형, 내경 8㎜
측광부 : 고정검출기 29개
코팅재 조성 도포 방법 함침율 (%) Si 성분 용출량 (ppm)
SiO2(질량%) Na2O(질량%)
실시예 1 0.1 0.04 스프레이법 90 5
실시예 2 30 0.04 스프레이법 96 200
실시예 3 20 0.04 디핑법 93 100
실시예 4 20 0.04 브러싱법 95 100
실시예 5 20 10 스프레이법 95 50
실시예 6 20 0.04 스프레이법 97 50
실시예 7 35 0.04 스프레이법 95 250
실시예 8 30 20 스프레이법 95 100
비교예 1 0 0 - 80 0
실시예 1∼8의 알루미늄 용탕용 여과재는 함침율이 높고, 그에 비하여, 비교예 1의 알루미늄 용탕용 여과재는 함침율이 낮다. 함침율이 높다라는 것은 기재의 세공이 유체에 의해 잘 젖어서, 유체의 투과성이 양호하다라고 하는 것을 나타낸다. 그러므로, 기재의 골재입자 표면에 투과 촉진층을 구비하는 것에 의해, 알루미늄 용탕(알루미늄 합금 용탕)에 의한 기재의 세공의 습윤성이 좋아지고, 알루미늄 용탕의 투과성이 양호하게 된다고 할 수 있다.
또, 실시예 7의 Si성분 용출량은 실시예 1∼6, 8보다 높고, 코팅재중의 실리카의 농도가 30질량%보다 커지는 것에 의해 Si성분 용출량이 증가하는 것을 알 수 있다.
또, 알루미늄 용탕에 의한 기재의 내식성에 관하여는 실시예 1∼8는 Si성분을 포함하지 않는(기재중에 거의 포함되지 않고, 실리카막도 없음) 비교예 1과 동등한 높은 내식성을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재에 의하면, 골재입자가 결합재로 결합되고, 또, 기재의 골재입자의 표면상에 투과 촉진층을 구비하였기 때문에, 알루미늄 용탕을 알루미늄 용탕용 여과재로 여과할 때, 투과 촉진층이 먼저 젖고, 그 젖은 상태가 세공내로 퍼지는 것에 의해 알루미늄 용탕과 알루미늄 용탕용 여과재와의 습윤성이 향상되고, 여과효율이 향상된다. 즉, 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과재에 따르면, 우수한 여과효율을 실현할 수 있다.

Claims (10)

  1. 골재입자가 결합재에 의해 세공을 형성한 상태로 결합된 구성을 갖는 동시에, 상기 세공을 경유하여 유체를 투과시키는 것이 가능한 기능을 갖는 기재를 구비하는 알루미늄 용탕용 여과재로서,
    상기 기재의 골재입자의 표면상에, 실리카 함유 조성물로 구성되며 알루미늄 용탕과 알루미늄 용탕용 여과재와의 습윤(wetting)을 좋게 하기 위한 투과 촉진층이 상기 세공을 막지 않도록 설치되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투과 촉진층은 적어도 상기 유체의 유입측의 상기 골재입자의 표면상에 설치되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투과 촉진층은 실리카 또는 실리카와 알칼리 성분과의 혼합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투과 촉진층은 실리카를 0.1∼30질량%, 알칼리 성분을 15질량% 이하, 그리고 용매를 55∼99.9질량% 함유하는 코팅재가 건조 또는 소성되는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투과 촉진층의 두께가 0.1∼300㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  6. 제3항에 있어서, 상기 알칼리성분은 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 이들을 함유하는 화합물인 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  7. 제4항에 있어서, 상기 용매는 물, 알코올 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결합재가 실리카를 5질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결합재가 삼산화붕소를 15∼80질량%, 알루미나를 2∼60질량%, 그리고 산화마그네슘을 5∼50질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 골재입자의 원료가 소결 알루미나, 전융 알루미나, 탄화규소 또는 질화규소인 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여과재.
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