KR101160531B1 - 알루미늄 용탕용 여과 필터 - Google Patents

알루미늄 용탕용 여과 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TiB2 등의 결정립 미세화제는 적정량 통과시킬 수 있고, 다른 개재물(介在物)은 제거할 수 있는 알루미늄 용탕용(溶湯用) 여과 필터를 제공한다. 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과 필터는, 알루미나를 함유하는 골재 입자 100중량부를, 무기질 결합재 5～20중량부로 결합하여 이루어지는 알루미늄 용탕용 여과 필터로서, 당해 결합재 중에, SiO2를 7～15wt％, B2O3를 40～60wt％, Al2O3를 5～30wt％ 함유하고, 필터 중에, Na2O를 0.01～0.5wt％, K2O를 0.01～0.5wt％, CaO를 0.1～0.5wt％ 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 용탕용 여과 필터{FILTER FOR ALUMINUM MELT}
본 발명은 알루미늄 용탕(溶湯) 중에 혼재하는 개재물(介在物) 등을 여과하기 위해 사용하는 알루미늄 용탕용 여과 필터에 관한 것이다.
알루미늄은, 예를 들면 알루미늄 용탕을 주조(鑄造)하여 잉곳(ingot)을 제작하고, 이를 압연하여 박판(薄板) 등으로 형성된다. 알루미늄 용탕 중에 비금속 개재물이 혼입해 있으면 압연시에 표면 결함 등이 생기는 경우가 있다.
그래서, 이들을 제거하기 위해 필터를 사용하여, 알루미늄 용탕을 여과하고 있다.
이와 같은 필터로서는, 예를 들면 전융(電融) 알루미나 및 소결(燒結) 알루미나의 1종 이상으로 이루어지는 골재 입자 100중량부를 무기질 결합재 10～20중량부로 결합하여 이루어지고, 당해 무기질 결합재의 원료 조성이 SiO2가 25중량％를 초과하여 ～35중량％, B2O3가 30～40중량％, Al2O3가 20～35중량％, 잔부 MgO로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕 여과용 필터(하기 특허문헌 1 참조),
전융 알루미나 및 소결 알루미나의 한쪽 또는 양쪽으로 이루어지는 골재 입자와 결합재로 이루어지고, 당해 결합재는 당해 골재 입자 100중량부에 대하여 10～22중량부가 되는 양으로 존재하고 있으며, 당해 결합재는 15～35중량％의 Al2O3, 35～52중량％의 B2O3, 7중량％ 이상 15중량％ 미만의 SiO2를 함유하고, 잔부가 MgO인 것을 특징으로 하는 금속 용탕 여과용 세라믹 필터(하기 특허문헌 2 참조).
소결 알루미나, 전융 알루미나, 탄화규소 및 질화규소의 1종 이상으로 이루어지는 골재 입자를 무기질 결합재에 의해 결합시킨 알루미늄 용탕용 여재(濾材)로서, 골재 입자 100중량부에 대하여 4～20중량부의 무기질 결합재로 결합하여 이루어지고, 당해 무기질 결합재의 원료 조성이, B2O3를 15～40중량％, Al2O3를 20～45중량％, SiO2를 15～25중량％, 잔부는 MgO, CaO 및 SrO의 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 용탕용 여재(하기 특허문헌 3 참조).
세라믹제 충전체의 표면에 침상(針狀) 결정을 석출시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 용탕용 여재(하기 특허문헌 4 참조) 등이 개발되어 있다.
일본국 특개평9-29423호 공보 일본국 특개평10-286416호 공보 일본국 특개평5-138339호 공보 일본국 특개평7-90400호 공보
종래에는, 고순도의 알루미늄을 제조하기 위해, 필터의 여과 성능을 향상시켜, 알루미늄 용탕 중의 개재물을 가능한 한 제거하는 것이 행해지고 있었다.
그러나, 알루미늄 용탕 중에는 결정립을 미세화하기 위해 TiB2 등의 결정립 미세화제를 혼입시킨다. 여과 성능이 지나치게 우수하면, 결정립 미세화제도 제거되어버려, 그러한 용탕으로 주조한 알루미늄은, 결정립이 조대화(粗大化)해버려, 주괴(鑄塊) 균열 등의 결함이 발생해버린다는 문제가 생겼다.
그래서, 본 발명의 목적은, TiB2 등의 결정립 미세화제는 적정량 통과시킬 수 있고, 다른 개재물은 제거할 수 있는 알루미늄 용탕용 여과 필터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 알루미늄 용탕용 여과 필터는, 알루미나를 함유하는 골재 입자 100중량부를, 무기질 결합재 5～20중량부로 결합하여 이루어지는 알루미늄 용탕용 여과 필터로서, 당해 결합재 중에, SiO2를 7～15wt％, B2O3를 40～60wt％, Al2O3를 5～30wt％, 잔부가 MgO 등으로 이루어지고, 필터 중에, Na2O를 0.01～0.5wt％, K2O를 0.01～0.5wt％, CaO를 0.1～0.5wt％ 함유하는 것을 특징으로 한다.
또는, 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과 필터는, 무기 결합재에 생성되는 9Al2O3?2B2O3의 침상 결정의 평균 길이가 2㎛～20㎛이며, 또한, 길이 20㎛ 이상의 침상 결정의 비율이 5％ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 알루미늄 용탕용 여과 필터는, 필터 소성 온도가 1100～1400℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 필터는, TiB2 포획률이 40～60％, 800℃에서의 굽힘 강도가 2MPa 이상이 되어, TiB2 등의 결정립 미세화제를 적정량 통과시킬 수 있고, 이 필터에 의해 여과한 알루미늄 용탕으로 주조한 주조물은, 주괴 균열의 발생이 적은 것이 되고, 또한 취급 파손도 없는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 알루미늄 용탕은 알루미늄 합금 용탕을 포함하는 것이다.
이하, 본 발명의 알루미늄 용탕용 여과 필터의 1실시형태를 설명한다. 또한, 본 발명의 범위는 이 실시형태에 한정되는 것이 아니다.
본 발명의 1실시형태의 알루미늄 용탕용 여과 필터「이하, 본 필터라고 함」는, 알루미나로 이루어지는 골재 입자 100중량부에 대하여, 무기질 결합재 5～20중량부로 결합하여 이루어지는 것이다.
당해 결합재는, SiO2를 7～15wt％, B2O3를 40～60wt％, Al2O3를 5～30wt％ 함유하고, 잔부에 MgO 등을 함유하는 것이 바람직하다.
알루미나(Al2O3)로서는, 전융 알루미나나 소결 알루미나를 사용할 수 있다.
또한, 본 필터는, 알칼리분으로서 Na2O, K2O, CaO를 함유하는 것이 바람직하고, 이들은, 필터 중에, Na2O를 0.01～0.5wt％, K2O를 0.01～0.5wt％, CaO를 0.1～0.5wt％ 함유하는 것이 바람직하다.
본 필터의 무기질 결합재에는, 9Al2O3?2B2O3의 침상 결정이 생성되어 있고, 그 평균 길이는 2㎛～20㎛이며, 또한, 길이 20㎛ 이상의 침상 결정의 비율은 5％ 이하인 것이 바람직하다.
침상 결정의 평균 길이 및 비율은, 하기 실시예에서 나타낸 바와 같이 측정할 수 있다.
본 필터는, 예를 들면 전융 알루미나나 소결 알루미나로 이루어지는 골재 입자 100중량부에 대하여, 상기 비율의 무기질 결합재 5～20중량부를 첨가하고, 또한, Na2O, K2O, CaO의 알칼리분, 다당류 등의 유기 바인더, 물 등을 적정량 첨가하여 혼련하고, 이를, 성형, 건조, 소결시켜 제조할 수 있다. 이 소성은 1100～1400℃에서 행하는 것이 바람직하다.
본 필터는, 무기질 결합재에, 9Al2O3?2B2O3의 침상 결정이 생성되어 있고, 그 평균 길이는 2㎛～20㎛이며, 또한, 길이 20㎛ 이상의 침상 결정의 비율은 5％ 이하이다. 이 때문에, 용탕 중의 TiB2 등의 미세화제는 40～60％ 포획되지만, 적정량의 미세화제는 통과하기 때문에, 본 필터로 여과한 용탕으로 주조한 주조물은 주괴 균열 등의 결함이 적은 것이 된다.
또한, 본 필터는, 800℃에서의 굽힘 강도가 2MPa 이상이 되어, 취급시에 파손하지 않는 것이다.
또한, 굽힘 강도는, 하기 실시예에서 나타낸 바와 같이 측정할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여, 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명의 범위는, 이 실시예에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1～16 및 비교예 1～13)
골재 입자로서 전융 알루미나 #24를 사용하고, 이 100중량부에 대하여 무기질 결합재를 하기 표 1 및 표 2에 나타내는 비율로 첨가하며, 또한, 알칼리분, 유기 바인더 및 물을 적정량 첨가하여 혼련하고, 외경 100㎜×내경 60㎜×길이 870㎜의 파이프상으로 주입(鑄入) 성형 후, 건조시켜, 하기 표 1 및 표 2에 나타내는 온도로 소성하여, 실시예 1～16 및 비교예 1～13의 필터를 제작했다.
[표 1]
Figure 112012020868045-pct00001
[표 2]
Figure 112012020868045-pct00002
(시험)
실시예 1～16 및 비교예 1～13의 필터를 사용하여, 이하의 측정 및 평가 시험을 행했다.
(침상 결정의 평균 길이)
각 실시예 및 비교예의 필터의 표면을 SEM으로 관찰하고, 랜덤으로 선출한 100개의 침상 결정의 평균 길이를 구했다. 그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(침상 결정의 비율)
각 실시예 및 비교예의 필터의 표면을 SEM으로 관찰하고, 랜덤으로 선출한 100개로부터 20㎛ 이상의 길이의 결정의 비율을 구했다. 그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(알칼리분)
각 실시예 및 비교예의 필터를 분석하고, Na2O, K2O, CaO의 함유 비율을 측정했다. 그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(포획률)
각 실시예 및 비교예의 필터를 여과 장치에 장착하고, TiB2를 첨가한 알루미늄 용탕을 여과시켰다. 여과 전후의 B(붕소)를 분석하고, 포획률을 측정했다.
(굽힘 강도)
각 실시예 및 비교예의 필터로부터 20×20×100㎜의 크기의 시험체를 잘라내고, 그 시험체를 전기로 중 800℃에서 20분간 유지한 직후에, 2점 지지 1점 하중(지지 스팬 90㎝)으로 하중을 걸어, 시험체가 파손하는 하중을 측정했다. 그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(주괴 균열)
각 실시예 및 비교예의 필터를 여과 장치에 장착하고, 미세화제를 첨가한 알루미늄 용탕을 여과시켜, 그 용탕으로부터 잉곳을 제작하고, 주괴 균열이 없는지 눈으로 관찰했다. 주괴 균열이 없는 경우를 「○」, 있는 경우를 「×」로서 평가했다. 그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(취급 파손)
상기 굽힘 강도의 측정에 있어서, 2MPa 이상 있을 경우를 「○」, 이 미만의 경우를 「×」로서 평가했다. 그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(용탕 오염)
각 실시예 및 비교예의 필터를, 알루미늄 용탕에 72시간 침지하고, 시험 전후의 알루미늄 용탕 중의 성분을 측정했다. 그 결과, Si 농도가, 60ppm 이하를 「○」, 60ppm을 초과하여 100ppm까지를 「△」, 100ppm을 초과할 경우를 「×」로서 평가했다. 그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(종합 판단)
「주괴 균열」, 「취급 파손」, 「용탕 오염」의 평가에 있어서, 3항목 모두 「○」인 경우를 「◎」, 「○」가 2개인 경우를 「○」, 「○」가 1개인 경우를 「△」, 「×」가 3개인 경우를 「×」로서 평가했다.
(결과)
실시예 1～16은, 종합 판단 「◎」 또는 「○」의 평가이며, 이들은, 무기질 결합재 중에, SiO2를 7～15wt％, B2O3를 40～60wt％, Al2O3를 5～30wt％ 함유하고, 필터 중에, Na2O를 0.01～0.5wt％, K2O를 0.01～0.5wt％, CaO를 0.1～0.5wt％ 함유하는 것이며, 또한 무기질 결합재에 생성되는 9Al2O3?2B2O3의 침상 결정의 평균 길이가 2㎛～20㎛이고, 또한, 길이 20㎛ 이상의 침상 결정의 비율이 5％ 이하이다.
이와 같은 알루미늄 용탕용 여과 필터는, TiB2 포획률이 40～60％가 되어, 주괴 균열이 일어나기 어렵고, 또한 굽힘 강도가 2.0MPa 이상이며, 취급 파손이 생기지 않는 것이었다.
특히, 이들 중에서도 실시예 9～16은, 이들은 용탕 오염도 없어, 종합 판단이 「◎」가 되는 것이었다.
비교예 1～13은, 종합 판단 「△」 또는 「×」의 평가이며, 주괴 균열, 취급 파손 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 생겨버리는 것이었다.

Claims (4)

  1. 알루미나를 함유하는 골재 입자 100중량부를, 무기질 결합재 5～20중량부로 결합하여 이루어지는 알루미늄 용탕용(溶湯用) 여과 필터로서, 당해 결합재 중에, SiO2를 7～15wt％, B2O3를 40～60wt％, Al2O3를 5～30wt％ 함유하고, 필터 중에, Na2O를 0.01～0.5wt％, K2O를 0.01～0.7wt％, CaO를 0.1～0.5wt％ 함유하는 알루미늄 용탕용 여과 필터.
  2. 알루미나를 함유하는 골재 입자 100중량부를, 무기질 결합재 5～20중량부로 결합하여 이루어지는 알루미늄 용탕용 여과 필터로서, 당해 결합재 중에, SiO2를 7～15wt％, B2O3를 40～60wt％, Al2O3를 5～30wt％, Na2O를 0.01～0.5wt％ 함유하고, 필터 중에 K2O를 0.01～0.5wt％, CaO를 0.1～0.5wt％ 함유하며, 상기 결합재에 생성되는 9Al2O3?2B2O3의 침상 결정의 평균 길이가 2㎛～20㎛이고, 또한, 길이 20㎛ 이상의 침상 결정의 비율이 5％ 이하인 알루미늄 용탕용 여과 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    필터 소성 온도가 1100～1400℃인 알루미늄 용탕용 여과 필터.
  4. 삭제
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