KR950000695B1 - 용융 알루미늄 여과용 세라믹 필터 - Google Patents

용융 알루미늄 여과용 세라믹 필터 Download PDF

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Abstract

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Description

용융 알루미늄 여과용 세라믹 필터
제 1 도는 결합재중의 SiO2양과 용융 알루미늄의 초기 헤드의 높이와의 관계도.
본 발명은 용융금속 특히 용융 알루미늄중에 혼입되는 비금속 개재물들을 여과하는데 사용되는 세라믹 필터에 관한 것이다.
일반적으로 알루미늄(알루미늄 합금 포함)이 용융되면 여러 가지 비금속 개재물들이 혼입되는데, 이 개재물들을 용융 알루미늄으로부터 제거하기 위하여 각종 필터가 사용되고 있다.
이러한 목적으로 사용되는 세라믹 필터로서는 일본국 특허 공개 공보 제 22327/1977호에 개시(開示)되어 있는 바와 같이 용융 알루미나를 골재로 하여 10∼50중량%, SiO2, 50∼20중량%의 B2O3등의 무기질 결합재로 결합시켜 소결(sintering)하여 제조된 필터가 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 종래의 필터를 사용하여 용융 알루미늄 또는 용융 알루미늄 합금을 여과할 경우, 필터의 성분들인 Si, Ca등이 미량이지만 용탕(熔湯) 중에 용출되어 특히 고순도 알루미늄의 경우에는 심각한 문제가 되고 있다.
또한 SiO2를 결합재중에 함유하지 않은 세라믹 필터가 예컨대 일본국 특허 공개 공보 제 34732/1990호에 제안되어 있다. 이 세라믹 필터에 있어서 결합재 성분은 B2O315∼80중량%, Al2O32∼60중량% 및 CaO와 MaO중의 한가지 또는 두가지의 총량이 5∼50중량%로 구성되어 있으나, 이 필터는 필터로부터 Si등의 성분의 용출이라는 문제는 없다하더라도 재료자체의 강도가 작아 사용중에 잘 파괴될 우려가 있었다. 더욱이 SiO2를 함유하지 않는 결합재를 사용한 필터는 용융 알루미늄에 대한 습윤성(wettability)이 불량하기 때문에 용융 알루미늄을 잘 통과시키지 못하게 되어 필터 여과능력이 불충분하여 실용적이지 못하였다. 그리고 필터가 용융 알루미늄을 잘 통과시키지 못하므로 인하여 용융 알루미늄의 초기 헤드(initial head)(여과조작 시작시에 필터에 용융 알루미늄을 부어 필터속을 통과하기 시작할때의 용융 알루미늄의 표면 높이)도 높아지게 된다. 따라서 기존 장치에 사용되고 있는 종래의 필터 대신 이러한 필터를 사용할 경우에는 초기 헤드의 상승을 방지하기 위해서는 여과장치를 개조하여야만 하는 경우도 있었다.
본 발명의 목적은 종래의 필터와 동일한 높은 여과 성능을 가지고 용융 알루미늄에 대하여 오염을 일으키는 일이 없으며 실제 사용시 충분히 견딜 수 있는 강도를 가진 용융 금속용, 특히 용융 알루미늄용의 개량된 세라믹 필터를 제공함에 있다.
본 발명에서는 전기 용융 알루미나(electrofused alumina)골재 입자 90중량부에 대하여 5∼15중량부의 무기질 결합재를 함유시킨 조성물을 소결하고, 이 결합재가 B2O35∼15중량%, MgO 15∼50중량%, SiO23∼10중량% 및 나머지가 Al2O3로 구성됨을 특징으로 하는 용융 알루미늄 여과용 세라믹 필터에 의하여 그 목적을 달성하게 된다.
이와 같은 본 발명은 무기질 결합재중의 SiO2양과 필터의 용융 알루미늄에 미치는 오염 및 필터 사용온도에서의 필터의 강도와의 관계를 면밀히 검토하여, 결합재중에 SiO2를 적당량 함유시킴으로써 오염이 적고 실제 조업시에 충분히 견딜 수 있는 강도와 초기 헤드를 가진 세라믹 필터를 완성시킨 것이다.
본 발명에 있어서 전지 용융 알루미나 골재 입자 90 중량부에 대한 무기질 결합재의 양은 5∼15중량부이다. 무기질 결합재의 양이 5 중량부 미만이면 필터의 강도가 작고 15 중량부 이상이면 제조된 필터의 강도는 충분하나 기공율이 너무 저하되어 실제적으로 사용하기에는 여과능력이 부족하게 된다.
그리고 본 발명에서 이들 성분에다 가연성(可燃性)물질등을 적절하게 첨가할 수가 있다.
본 발명의 무기질 결합재는 B2O35∼15중량%, MgO 15∼50중량%, SiO23∼10중량% 및 나머지 Al2O3로 되어있다. 무기질 결합재중에서 각 성분을 한정한 이유는 다음과 같다.
통상 용융 알루미늄 여과에 사용되는 필터는 실용상 800℃에서의 곡절강도(modulus of rupture)가 30㎏/㎠ 이상이어야 하고 실온에서의 곡절강도가 100㎏/㎠ 이상이어야 하는 것이 종래의 경험에서 보아 필요하다고 생각된다. B2O3양이 5중량% 미만이면 결합재중에 형성된 유리질 성분이 부족하게 되고 실온에서의 필터의 강도도 작아진다. 그리고 B2O3양이 15중량%이상이면 실온 및 800℃에서의 필터강도가 극히 작아지므로 실용상 부적당하다.
SiO2를 첨가하면 실온 및 800℃에서의 필터의 곡절강도는 증가하나. SiO2양이 3중량%미만이면 용융 알루미늄에 대한 필터의 습윤성이 불량하게 되고, 이로 인하여 용융 알루미늄의 초기 헤드가 상승하게 되므로 필터의 여과능력은 감소된다. SiO2양이 10중량% 이상이 되면 강도는 충분하게 되지만 용융 알루미늄속으로 Si가 다량 용출하게 되고 여과된 알루미늄의 품질, 특히 고순도 알루미늄의 품질상 문제가 된다.
MgO의 양은 필터가 소요의 강도를 가지도록 적절히 결정한다. MgO양이 15중량% 미만이거나 50중량% 이상이면 필터의 강도는 소요의 값이하로 작아지게 된다.
이하 본 발명을 실시예에 따라 설명한다.
[실시예]
각 시료에 있어서 골재입자로서 JISA연마 입자(전기 용융 알루미나) #24 90중량부, 무기질 결합재 10중량부 및 가연성 물질로서 곡물 분말 5중량부를 일정하게 하고, 결합재 조성(Al2O3, SiO2, B2O3, MgO)을 표 1에 나와 있는 바와 같이 배합하여 혼련성형한 후 1350∼1450℃에서 소결(燒結)하였다.
수득한 각 시료에 대하여 곡절강도를 측정하였다.
곡절 강도 측정은 지지 간격(span)이 90㎜인 두 지점에 시료를 지지시키고 중앙 지점에 하중을 가하여 실시하였다. 800℃에서의 곡절 강도는 시료를 전기로속에 장치하고 800℃에서 20분간 유지한 후 위와 마찬가지 방법으로 측정하였다.
이들 시험결과는 표 1에 나와 있다.
[표 1]
표 1에서 시료번호 6 내지 9의 각 시료와 종래품(종래의 필터)을 용융된 5056알루미늄 합금속에서 750℃에서 7일 동안 교반과 정치를 반복하여 Si의 용출시험을 하였다. 그 결과는 표 2에 나와 있다.
[표 2]
*공시험은 시료를 넣지 않았을때의 용융 알루미늄중의 Si함량량 분석치
표 1과 표 2로부터 SiO2양을 3∼10중량%의 범위로 설정하면 만족할 수 있는 곡절강도를 얻게 됨과 동시에 Si의 용출을 방지할 수 있어 용융 알루미늄의 오염은 종래품에 비하여 비약저긍로 감소됨을 알 수 있다. 또한 결합재중의 SiO2양과 용융 알루미늄의 초기 헤르의 높이와의 관계를 750℃의 순수 알루미늄으로 측정한 결과를 제 1 도에 나타내었다. 제 1 로 부터 SiO2가 소량 존재함으로써 필터와 용융 알루미늄과의 습윤성이 종래의 필터에 비하여 거의 동일하고, 용융 알루미늄의 초기 헤드의 상승도 방지할 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 무기질 결합재중의 SiO2함유량을 적정화 함으로써 필터의 여과능력을 종래품과 동등하게 할 수 있고 오염의 문제도 일으키지 아니하며 실용상 견딜 수 있는 충분한 강도를 가진 필터를 제조할 수 있다. 따라서 기존장치의 개선이나 사용조건을 변경하지 않고서도 기존장치에 사용되고 있는 종래의 필터 대신 본 발명의 필터를 대체할 수 있다.

Claims (1)

  1. 전기 용융 알루미나 골재 입자 90중량부와, B2O35∼15중량%, MgO 15∼50중량%, SiO23∼10중량%, 나머지 Al2O3로 된 무기질 결합재 5∼15중량부를 함유하는 조성물을 소결하여서 되는 용융 알루미늄 여과용 세라믹 필터.
KR1019920000072D 1991-06-27 1992-04-13 용융 알루미늄 여과용 세라믹 필터 KR950000695B1 (ko)

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