WO2014091939A1 - ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法 - Google Patents

ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a production method for producing a silicon-containing aluminum alloy ingot containing a small amount of impurity phosphorus.
  • the silicon lump used as a raw material for producing a continuous casting rod of a silicon-containing aluminum alloy contains phosphorus. It is considered that such impurity phosphorus in the silicon lump is brought from the raw material meteorite and carbon used for reduction in the process of producing the silicon lump.
  • Patent Document 1 describes that phosphorus is removed by filtering an aluminum alloy melt containing 5 ppm or more of phosphorus at a melt temperature of 750 ° C. or less.
  • Patent Document 2 oxygen is added together with MgO in Al or Al alloy molten metal containing P as an impurity to form an oxide of impurity P and / or a composite oxide of P and Mg. It is described that the impurity phosphorus is removed by separation.
  • Patent Document 3 Mg is added to a molten aluminum containing P at a molten metal temperature of 650 to 850 ° C. to form a compound of P and Mg, and chlorine gas or chloride is blown to form MgCl 2. It is described that MgCl 2 is allowed to float while absorbing a compound of P and Mg to remove P in the molten metal.
  • Ca is added to a molten aluminum containing P at a molten metal temperature of 650 to 850 ° C. to form a compound of P and Ca, and chlorine gas or chloride is blown to form CaCl 2. Further, it is also described that the CaCl 2 is floated while absorbing a compound of P and Mg to remove P in the molten metal.
  • JP-A-4-276031 Japanese Patent Laid-Open No. 7-207366 Japanese Patent No. 3524519
  • Patent Documents 1 to 3 have the following problems. That is, in the technique of Patent Document 1, since fine aluminum phosphide particles are also mixed, there is a problem that there is phosphorus that cannot be removed by passing through the filtration filter. There was a problem of causing clogging.
  • Patent Document 2 has a problem in that oxygen is blown into the molten metal, resulting in an oxidation loss (aluminum loss) of the molten metal.
  • the present invention has been made in view of such a technical background, and can prevent clogging of a filter such that casting must be stopped, suppress aluminum loss, and obtain silicon-containing aluminum obtained.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon-containing aluminum alloy ingot that can sufficiently reduce the content of impurity phosphorus in the alloy ingot.
  • phosphorus is present as a phosphorus compound or the like in the stage of reducing the meteorite with carbon to form an ingot, but this impurity phosphorus is present in the final solidification part of the silicon ingot, etc.
  • the present inventor found out that the surface of the final solidified portion is distributed at a high concentration, and as a result of intensive research based on such new knowledge, the water washing treatment before putting the silicon lump into the melting furnace
  • the inventors have found that the phosphorus content of impurities in the resulting silicon-containing aluminum alloy ingot can be reduced, and the present invention has been completed. That is, in order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
  • a water washing step of performing a water washing treatment on a silicon lump containing phosphorus as an impurity A molten metal forming step for obtaining a molten metal by charging an aluminum raw material and an alloy raw material containing at least a silicon block obtained through the water washing step into a melting furnace; And a casting step of obtaining a silicon-containing aluminum alloy ingot by casting the obtained molten metal, and a method for producing a silicon-containing aluminum alloy ingot.
  • the silicon ingot is crushed to obtain a plurality of crushed materials,
  • a silicon ingot containing phosphorus as an impurity is crushed to obtain a plurality of crushed materials, and then a water washing treatment for washing the surface of the crushed material with water is performed.
  • a water washing treatment for washing the surface of the crushed material with water is performed.
  • a molten metal forming step in which an alloy raw material including at least an aluminum raw material and a washed silicon lump is charged into a melting furnace to obtain a molten metal; And a casting step of obtaining a silicon-containing aluminum alloy ingot by casting the obtained molten metal, and a method for producing a silicon-containing aluminum alloy ingot.
  • the silicon lump that has been subjected to the water washing treatment before being put into the melting furnace is used as at least a part of the silicon lump as a raw material used for producing the silicon-containing aluminum alloy ingot, Phosphorus (including phosphorus compounds) that is often agglomerated on the surface of the lump can be sufficiently washed away, and a silicon-containing aluminum alloy ingot with a sufficiently reduced content of impurity phosphorus can be produced. It becomes possible to suppress the phosphorus content in the silicon-containing aluminum alloy ingot to 5 ppm or less.
  • the filter can be prevented from being clogged so that casting must be stopped, so that productivity can be further improved.
  • the water-washing treatment is performed in the state of the pulverized product obtained by pulverization, so that it is possible to produce a silicon-containing aluminum alloy ingot with a further reduced content of impurity phosphorus.
  • the temperature of water used for the water washing treatment is 5 ° C. to 90 ° C., so that it is possible to further improve the dissolution and removal of phosphorus by water washing.
  • the silicon lump that has already been washed with water is used as at least a part of the silicon lump used as a raw material for the production of the silicon-containing aluminum alloy ingot, the phosphorus content of impurities is sufficiently high. Reduced silicon-containing aluminum alloy ingots can be produced. It becomes possible to suppress the phosphorus content in the silicon-containing aluminum alloy ingot to 5 ppm or less. Moreover, the aluminum loss can be sufficiently suppressed, and the filter can be prevented from being clogged so that the casting must be stopped, thereby improving the productivity.
  • the manufacturing method of the present invention includes a water washing step, a molten metal forming step, and a casting step.
  • a silicon lump (silicon lump containing phosphorus as an impurity) used as a raw material is washed with water.
  • phosphorus is present as a phosphorus compound or the like in the stage of reducing the meteorite with carbon to form an ingot, but as described above, this impurity phosphorus is the final solidification of the silicon ingot.
  • the present inventor has found that a high concentration is distributed on the surface, particularly on the surface of the final solidified portion.
  • the final solidified portion is that when molten silicon is poured into the mold 10, the molten silicon is cooled and solidified from the vicinity of the wall surface of the mold, and finally the molten silicon on the opening surface of the upper part of the mold 10.
  • the upper surface portion solidifies last, which means the solidified portion that solidifies last. For example, after 95% or more of the volume of molten silicon in the mold is solidified, a portion where the remaining molten silicon is finally solidified can be defined as a “final solidified portion” (upper solidified portion).
  • the water washing step for example, at least the surface of the final solidified part (the upper surface of the ingot 11) of the silicon ingot 11 is washed with water 13 (see FIG. 1). After drying the washed silicon ingot 11, the silicon ingot 11 is crushed (crushed) to obtain a plurality of crushed materials 12, and these crushed materials 12 are put into a melting furnace in the next step.
  • the silicon ingot 11 is crushed to obtain a plurality of crushed materials 12, and a water washing process is performed in which the surfaces of the crushed materials 12 are washed with water 13 (see FIGS. 2 and 3). After the adhering water of the silicon crushed material 12 that has undergone the cleaning is removed by drying, wiping, or the like, the plurality of crushed materials 12 are put into a melting furnace in the next step.
  • the size of the crushed material is preferably 30 cm or less (including powder form) as an average value of the major axis.
  • the size of the crushed material is preferably in the range of 1 cm to 30 cm in terms of the average value of the major axis.
  • the powdery powder produced during crushing may be put into the melting furnace together with the crushed material of 1 to 30 cm in the subsequent molten metal forming step.
  • the water washing treatment may be performed by spraying water 13 on a silicon ingot, crushed material, or the like (see FIGS. 1 and 2), or may be performed by immersing the silicon ingot, crushed material, or the like in water 13 (FIG. 1). 3), and the method is not particularly limited.
  • the silicon ingot When the silicon ingot is sprayed with water and washed with water, it is preferable that the silicon ingot is sprayed with water from the upper side with the final solidified portion facing upward. Moreover, when spraying water to a crushed material and performing a water-washing process, it is preferable to perform the spray from a horizontal direction (horizontal direction) in addition to the spray from an upper side.
  • ⁇ ⁇ When performing the water washing treatment, it is preferable to wash with 100 to 1000 parts by mass of water (water for immersion or spray water) per 100 parts by mass of the silicon ingot or crushed material.
  • the washing time is preferably set to 10 to 30 minutes.
  • the temperature of water during the washing treatment is 5 ° C to 90 ° C.
  • the temperature of water is more preferably 40 ° C. to 60 ° C. in the case where the silicon lump is transported and moved in a later step. By setting the temperature to 40 ° C. to 60 ° C., work safety can be improved.
  • phosphorus including a phosphorus compound
  • a silicon lump such as a silicon ingot
  • molten metal forming step an aluminum raw material and an alloy raw material containing at least a silicon lump obtained through the water washing step are charged into a melting furnace and melted to obtain a molten metal.
  • the molten metal temperature for melting is usually in the range of 770 ° C. to 870 ° C.
  • the aluminum material is not particularly limited, and examples thereof include aluminum ingots.
  • Examples of the “silicon lump obtained through the water washing step” include silicon ingots that have undergone the water washing step, silicon crushed materials that have undergone the water washing step, and the like.
  • the silicon lump that has not been subjected to the water washing treatment together with the above-mentioned “silicon lump obtained through the water washing step” depends on the intended alloy specifications. Needless to say, it is desirable that the silicon lump that has not been subjected to such a water washing treatment should not be added as much as possible in the alloy specification for the purpose of sufficiently obtaining the impurity phosphorus content reduction effect.
  • the molten metal obtained in the molten metal forming step is cast to obtain an aluminum alloy ingot (silicon-containing aluminum alloy ingot) containing silicon.
  • the casting may be processed into a silicon-containing aluminum alloy ingot or may be processed into a silicon-containing aluminum alloy continuous casting rod, and the shape of the ingot obtained by casting is not particularly limited.
  • the casting method is not particularly limited, and examples thereof include a semi-continuous casting method, a horizontal continuous casting method, a strip casting method, and a gravity casting method, but any casting method can be used.
  • the production method of the present invention is for producing a silicon-containing aluminum alloy ingot (silicon-containing aluminum alloy cast product), and there are no particular restrictions on other components other than Al and Si. It is preferable to use 2000 series alloy, 3000 series alloy, 4000 series alloy, 5000 series alloy, and 6000 series alloy. In particular, the effect (effect of the present invention) when an alloy system containing a large amount of Si, for example, a 4000 series alloy is large is preferable.
  • Example 1 A silicon ingot 11 having a rectangular parallelepiped shape was obtained by heating and melting a silicon lump (phosphorus content 230 ppm) obtained by reducing the meteorite and casting it into a mold 10 for natural cooling. By this natural cooling, solidification of the molten silicon progressed from the vicinity of the outer peripheral frame portion of the mold, and the solidification was completed on the upper exposed surface. As shown in FIG. 1, with the silicon ingot 11 held in the mold 10, a water washing treatment was performed by spraying water 13 at 20 ° C. for 30 minutes on the upper surface (final solidified portion) of the ingot 11.
  • a rectangular parallelepiped silicon ingot 11 is taken out from the mold 10 and the adhering water is removed by drying. Then, the silicon ingot is crushed to obtain a large number of crushed materials 12, and these crushed materials 12 are put into a melting furnace. Furthermore, an aluminum ingot with an aluminum content of 99.7% by mass, a copper ingot with a copper content of 99.9% by mass, and a magnesium ingot with a magnesium content of 99.9% by mass are charged into the melting furnace.
  • the aluminum alloy melt was prepared by heating to 850 ° C. Each material was charged so that the silicon content in the molten aluminum alloy was 11 mass%, the copper content was 4 mass%, the magnesium content was 0.5 mass%, and the aluminum content was 84.5 mass%. .
  • the average value of the major axis is 10 cm.
  • a silicon-containing aluminum alloy ingot (silicon-containing aluminum alloy ingot) was obtained by casting the molten aluminum alloy.
  • Example 2 A silicon block obtained by reducing the meteorite (phosphorus content is the same as the phosphorus content of the silicon block used in Example 1) is heated and melted and poured into the mold 10 to be naturally cooled to form a rectangular parallelepiped shape. The silicon ingot 11 was obtained. By this natural cooling, solidification of the molten silicon progressed from the vicinity of the outer peripheral frame portion of the mold, and the solidification was completed on the upper exposed surface.
  • a rectangular parallelepiped silicon ingot 11 was taken out from the mold 10, and the silicon ingot was crushed to obtain a large number of crushed objects 12. Thereafter, a water washing treatment was performed in which the crushed material 12 was immersed in water 13 at 90 ° C. for 10 minutes. Next, after removing the adhering water from the crushed material 12 taken out by drying, the crushed material 12 is put into a melting furnace, and the aluminum content is 99.7% by mass, and the copper content is 99.9%. A mass of copper ingot and magnesium ingot having a magnesium content of 99.9 mass% were put into a melting furnace and heated to 850 ° C. to prepare a molten aluminum alloy.
  • each material was charged so that the silicon content in the molten aluminum alloy was 11 mass%, the copper content was 4 mass%, the magnesium content was 0.5 mass%, and the aluminum content was 84.5 mass%. .
  • the average value of the major axis is 15 cm.
  • a silicon-containing aluminum alloy ingot (silicon-containing aluminum alloy ingot) was obtained by casting the molten aluminum alloy.
  • a rectangular parallelepiped silicon ingot is taken out from the mold, and a large number of pulverized products obtained by pulverizing the silicon ingot are put into a melting furnace. Further, an aluminum ingot having an aluminum content of 99.7% by mass, copper A copper ingot with a content of 99.9% by mass and a magnesium ingot with a magnesium content of 99.9% by mass were put into a melting furnace and heated to 850 ° C. to prepare a molten aluminum alloy. Each material was charged so that the silicon content in the molten aluminum alloy was 11 mass%, the copper content was 4 mass%, the magnesium content was 0.5 mass%, and the aluminum content was 84.5 mass%. . As for the size of the crushed material, the average value of the major axis is 10 cm.
  • a silicon-containing aluminum alloy ingot (silicon-containing aluminum alloy ingot) was obtained by casting the molten aluminum alloy.
  • the silicon-containing aluminum alloy ingots of Examples 1 and 2 produced by the production method of the present invention had a sufficiently low phosphorus content.
  • the silicon-containing aluminum alloy ingot of Comparative Example 1 manufactured without using the manufacturing method of the present invention had a phosphorus content of 25 ppm and a high phosphorus content.
  • the silicon-containing aluminum alloy ingot manufactured by the manufacturing method of the present invention has a low content of impurity phosphorus, for example, 1) Products and parts (specifically, for example, automobile casting parts, etc.) that have a high impurity phosphorus content that may cause cracks at the aggregate of phosphorus when external stress is applied. 2) Products and parts (specifically, for example, foils for electrolytic capacitors) obtained by processing (rolling, extruding, forging, etc.) by applying materials and external stresses that are manufactured through processes involving chemical reactions such as chemical etching. , Plate materials, auto parts, etc.) However, it is not particularly limited to these exemplified uses.

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Abstract

　鋳造を停止しなければならないようなフィルターの目詰まりを防止することができ、アルミニウムロスを抑制できると共に、得られるケイ素含有アルミニウム合金鋳塊における不純物のリンの含有率を低減することのできる、ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法を提供する。　本発明の製造方法は、不純物としてリンを含有したケイ素塊に水洗処理を行う水洗工程と、前記水洗工程を経て得られたケイ素塊及びアルミニウム原料を少なくとも含む合金原料を溶解炉に投入して溶融させて溶湯を得る溶湯形成工程と、前記得られた溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素を含有するアルミニウム合金の鋳塊を得る鋳造工程と、を含むことを特徴とする。

Description

ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法
　本発明は、不純物のリンの含有の少ないケイ素含有アルミニウム合金鋳塊を製造する製造方法に関する。
　ケイ素含有アルミニウム合金の連続鋳造棒等の製造原料として用いられるケイ素塊はリンを含有している。このようなケイ素塊中の不純物リンは、ケイ素塊を製造する過程において、原材料の硅石や、還元に用いる炭素から持ち込まれていると考えられる。
　このようなリン含有ケイ素塊を原料の一部に用いてアルミニウム合金溶湯を調整してインゴットを鋳造し、このインゴットを圧延等により加工した場合には、インゴットに含有されているリンにより孔欠陥等を生じるために、所望の強度が得られないし、例えば化学処理を行った場合に均一なエッチングがなされず、製品の品質の低下を来す。
　このようなアルミニウム合金中のリンを除去する方法としては、次のような技術が提案されている。特許文献１には、リンを５ｐｐｍ以上含有するアルミニウム合金溶湯を、溶湯温度７５０℃以下で濾過処理することによりリンを除去することが記載されている。
  また、特許文献２には、不純物としてＰを含むＡｌまたはＡｌ合金溶湯中に、ＭｇＯと共に酸素を添加し、不純物Ｐの酸化物および／またはＰとＭｇとの複合酸化物を形成させてこれを分離することによって、不純物のリンを除去することが記載されている。
  特許文献３には、溶湯温度６５０～８５０℃でＰを含有するアルミニウム溶湯にＭｇを添加してＰとＭｇとの化合物を形成するとともに、塩素ガス又は塩化物を吹き込みＭｇＣｌ2を形成し、前記ＭｇＣｌ2にＰとＭｇとの化合物を吸収させつつ浮上させて溶湯中のＰを除去することが記載されている。また、特許文献３には、溶湯温度６５０～８５０℃でＰを含有するアルミニウム溶湯にＣａを添加してＰとＣａとの化合物を形成するとともに、塩素ガス又は塩化物を吹き込みＣａＣｌ2を形成し、前記ＣａＣｌ2にＰとＭｇとの化合物を吸収させつつ浮上させて溶湯中のＰを除去することも記載されている。
特開平４－２７６０３１号公報 特開平７－２０７３６６号公報 特許第３５２４５１９号公報
  しかしながら、上記特許文献１～３に記載の技術では、それぞれ次のような問題があった。即ち、特許文献１の技術では、微細なリン化アルミニウム粒子も混在しているので、この微細粒子が濾過フィルターを通過して除去できないリンが存在するという問題や、前記微細粒子が濾過フィルターに目詰まりを発生させるという問題があった。
　また、特許文献２の技術では、溶湯中に酸素を吹き込むので、溶湯の酸化ロス（アルミニウムロス）を生じるという問題があった。
　また、特許文献３の技術では、溶湯中に塩素ガス又は塩化物を多量に吹き込むので、環境負荷が大きいものとなるし、リンの除去率も十分なものではなかった。
  本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、鋳造を停止しなければならないようなフィルターの目詰まりを防止することができ、アルミニウムロスを抑制できると共に、得られるケイ素含有アルミニウム合金鋳塊における不純物のリンの含有率を十分に低減することのできる、ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法を提供することを目的とする。
　ケイ素塊としてのケイ素インゴット等には、例えば硅石を炭素で還元してインゴットに形成する段階において、リンがリン化合物等として存在するが、この不純物のリンは、ケイ素インゴット等の最終凝固部に、特に最終凝固部の表面に高濃度に分布していることを本発明者は突きとめ、このような新規な知見をもとに鋭意研究した結果、ケイ素塊を溶解炉に投入する前に水洗処理しておくことにより、得られるケイ素含有アルミニウム合金鋳塊における不純物のリンの含有率を低減できることを見出すに至り、本発明を完成したものである。即ち、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
　［１］不純物としてリンを含有したケイ素塊に水洗処理を行う水洗工程と、
  アルミニウム原料及び前記水洗工程を経て得られたケイ素塊を少なくとも含む合金原料を溶解炉に投入して溶融させて溶湯を得る溶湯形成工程と、
  前記得られた溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素を含有するアルミニウム合金の鋳塊を得る鋳造工程と、を含むことを特徴とするケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
　［２］前記水洗工程において、不純物としてリンを含有したケイ素インゴットの表面を水で洗浄する水洗処理を行った後、該ケイ素インゴットを解砕して複数個の解砕物を得、
　前記解砕物を、前記溶湯形成工程で溶解炉に投入する前項１に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
　［３］前記水洗工程において、不純物としてリンを含有したケイ素インゴットを解砕して複数個の解砕物を得た後、前記解砕物の表面を水で洗浄する水洗処理を行い、
  前記水洗処理後の解砕物を、前記溶湯形成工程で溶解炉に投入する前項１に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
　［４］前記水洗処理に用いる水の温度が５℃～９０℃である前項１～３のいずれか１項に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
　［５］アルミニウム原料及び水洗されたケイ素塊を少なくとも含む合金原料を溶解炉に投入して溶融させて溶湯を得る溶湯形成工程と、
  前記得られた溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素を含有するアルミニウム合金の鋳塊を得る鋳造工程と、を含むことを特徴とするケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
　［６］前記鋳造加工で得られたケイ素含有アルミニウム合金鋳塊におけるリン含有率が５ｐｐｍ以下である前項１～５のいずれか１項に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
　［１］の発明では、ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造に用いられる原料のケイ素塊として、少なくともその一部に、溶解炉に投入する前に水洗処理が施されたケイ素塊を用いるから、ケイ素塊の表面に凝集していることの多いリン（リン化合物を含む）を十分に洗浄除去することができて、不純物のリンの含有率を十分に低減したケイ素含有アルミニウム合金鋳塊を製造できる。ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊におけるリン含有率を５ｐｐｍ以下に抑制することが可能となる。
　アルミニウム合金溶湯中に存在しているリンを分離除去する手法である従来技術と比較して、リンを十分に除去できるし、水による洗浄であるからリンの除去操作も容易であって生産性も向上できる。
　また、溶解炉に投入する前の段階で（アルミニウム合金溶湯になる前の段階で）のケイ素塊に対する水洗処理でリンを洗浄除去する手法であるので、アルミニウムロスを十分に抑制することができる。
　更に、鋳造を停止しなければならないようなフィルターの目詰まりも防止できるので、生産性をより向上させることができる。
　［２］の発明では、ケイ素インゴットの状態で水洗処理が行われるので、不純物のリンの含有率を十分に低減したケイ素含有アルミニウム合金鋳塊を製造できる。
　［３］の発明では、解砕して得られた解砕物の状態で水洗処理が行われるので、不純物のリンの含有率をより一層低減したケイ素含有アルミニウム合金鋳塊を製造できる。
　［４］の発明では、水洗処理に用いる水の温度が５℃～９０℃であるから、水洗によるリンの溶解除去性をより向上させることができる。
　［５］の発明では、ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造に用いられる原料のケイ素塊として、少なくともその一部に、既に水洗がなされたケイ素塊を用いるから、不純物のリンの含有率を十分に低減したケイ素含有アルミニウム合金鋳塊を製造できる。ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊におけるリン含有率を５ｐｐｍ以下に抑制することが可能となる。また、アルミニウムロスを十分に抑制できると共に、鋳造を停止しなければならないようなフィルターの目詰まりも防止できて生産性を向上させることができる。
　［６］の発明では、リン含有率が５ｐｐｍ以下のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊を製造できる。
本発明に係る製造方法の第１実施形態の工程の一部を示す模式図である。 本発明に係る製造方法の第２実施形態の工程の一部を示す模式図である。 本発明に係る製造方法の第３実施形態の工程の一部を示す模式図である。 解砕物の一例を示す解砕物外観写真である。
  本発明に係るケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法の一例について説明する。本発明の製造方法は、水洗工程と、溶湯形成工程と、鋳造工程と、を含む。
  前記水洗工程において、原料として用いるケイ素塊（不純物としてリンを含有したケイ素塊）を水洗処理する。
　ケイ素塊としてのケイ素インゴット等には、例えば硅石を炭素で還元してインゴットに形成する段階において、リンがリン化合物等として存在するが、前述したとおり、この不純物のリンは、ケイ素インゴットの最終凝固部に、特に最終凝固部の表面に高濃度に分布していることを本発明者は突きとめた。前記最終凝固部とは、溶融したケイ素を鋳型１０に流し込むと、溶融ケイ素は、冷却されて、鋳型の壁面の近傍から凝固していき、最終的に鋳型１０上部の開口面にある溶融ケイ素の上面部が最後に凝固するが、この最後に凝固する凝固部を意味する。たとえば、鋳型内の溶融ケイ素の体積の９５％以上が凝固した後において、残された溶融ケイ素が最終的に凝固した部分を「最終凝固部」（上面凝固部）と定義できる。
  前記水洗工程において、例えば、ケイ素インゴット１１の少なくとも最終凝固部の表面（インゴット１１の上面）を水１３で洗浄する（図１参照）。前記洗浄を経たケイ素インゴット１１を乾燥させた後、ケイ素インゴット１１を解砕して（砕いて）複数個の解砕物１２を得、これら解砕物１２を次工程で溶解炉に投入する。
　或いは、前記水洗工程において、ケイ素インゴット１１を解砕して複数個の解砕物１２を得、これら解砕物１２の表面を水１３で洗浄する水洗処理を行う（図２、３参照）。前記洗浄を経たケイ素解砕物１２の付着水を、乾燥や拭き取り等により除去した後、これら複数個の解砕物１２を次工程で溶解炉に投入する。
　前記解砕物の大きさは、長径の平均値で３０ｃｍ以下とする（粉末状も含む）のが好ましい。中でも、前記解砕物の大きさは、長径の平均値で１ｃｍ～３０ｃｍの範囲とするのが好ましい。なお、この場合、解砕時に生じた粉末状のものも、のちの溶湯形成工程において前記１ｃｍ～３０ｃｍの解砕物と一緒に、溶解炉に投入してもよい。
  前記水洗処理とは、前記最終凝固部の表面の少なくとも一部が水で洗浄されればよく、前記最終凝固部の表面において水で洗浄されない部分があってもよい。
  前記水洗処理は、ケイ素インゴットや解砕物等に水１３を噴霧して行ってもよいし（図１、２参照）、ケイ素インゴットや解砕物等を水１３に浸漬して行ってもよく（図３参照）、その手法は特に限定されない。
　前記ケイ素インゴットに水を噴霧して水洗処理する場合には、ケイ素インゴットをその最終凝固部の面を上側に向けて配置した状態で上方側から水を噴霧するのが好ましい。また、解砕物に水を噴霧して水洗処理する場合には、上方側からの噴霧に加えて、横方向（水平方向）からの噴霧も行うのが好ましい。
  前記水洗処理を行う際には、ケイ素インゴット又は解砕物１００質量部当たり、１００質量部～１０００質量部の水（浸漬のための水又は噴霧水）を使用して水洗するのが好ましい。また、水洗時間は、１０分間～３０分間に設定するのが好ましい。
  前記水洗処理を行う際の水の温度は５℃～９０℃であるのが好ましい。５℃～９０℃の水を用いることにより、水洗によるリンの溶解除去性をより向上させることができる。なお、後の工程でケイ素塊を搬送、移動させることを伴う等の場合には、水の温度は４０℃～６０℃であるのがより好ましい。４０℃～６０℃とすることで、作業の安全性を向上させることができる。
  上記のような水洗処理を行うことにより、ケイ素塊（ケイ素インゴット等）の表面に凝集していることの多いリン（リン化合物を含む）を十分に洗浄除去することができる。
　前記溶湯形成工程では、アルミニウム原料及び前記水洗工程を経て得られたケイ素塊を少なくとも含む合金原料を溶解炉に投入して溶融させて溶湯を得る。前記溶融のための溶湯温度は、通常、７７０℃～８７０℃の範囲である。
　前記アルミニウム原料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム地金等が挙げられる。
  前記「水洗工程を経て得られたケイ素塊」としては、前記水洗工程を経たケイ素インゴット、前記水洗工程を経たケイ素解砕物等が挙げられる。
　前記２つの原料以外に、必要に応じて、他の金属材料（銅、マグネシウム等）を溶解炉に投入してもよい。また、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、前記「水洗工程を経て得られたケイ素塊」と共に水洗処理を行っていないケイ素塊を溶解炉に投入することは目的とする合金仕様によっては排除しないが、このような水洗処理を行っていないケイ素塊は、不純物リン含有率低減効果を十分に得る目的の合金仕様においては、極力投入しない方が望ましいことは言うまでもない。
  前記鋳造工程では、前記溶湯形成工程で得られた溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素を含有するアルミニウム合金の鋳塊（ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊）を得る。前記鋳造により、ケイ素含有アルミニウム合金インゴットに加工してもよいし、ケイ素含有アルミニウム合金の連続鋳造棒に加工してもよく、鋳造加工して得られる鋳塊の形状は特に限定されない。
　本発明の製造方法によれば、リン含有率が５ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造が可能となる（後述する実施例１、２参照）。
  前記鋳造加工の手法としては、特に限定されるものではないが、例えば、半連続鋳造法、水平連続鋳造法、ストリップ鋳造法、重力鋳造法等が挙げられるが、いかなる鋳造方法も使用できる。
  本発明の製造方法は、ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊（ケイ素含有アルミニウム合金鋳造品）を製造するものであり、Ａｌ、Ｓｉ以外の他の含有成分に特に制限はないが、アルミニウム合金組成としては、２０００系合金、３０００系合金、４０００系合金、５０００系合金、６０００系合金とするのが好適である。特にＳｉを多く配合する合金系、例えば４０００系合金とする場合の効果（本発明の効果）が大きく、好ましい。
　次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
　＜実施例１＞
　硅石を還元処理することにより得られたケイ素塊（リン含有率２３０ｐｐｍ）を加熱溶融させたものを鋳型１０に流し込んで自然冷却させて直方体形状のケイ素インゴット１１を得た。この自然冷却により、溶融ケイ素の凝固は、鋳型外周枠部の近傍から進行し上側露出面で凝固が完了した。図１に示すようにケイ素インゴット１１を鋳型１０内に留めた状態で該インゴット１１の上面（最終凝固部）に２０℃の水１３を３０分間噴霧する水洗処理を行った。
　次いで、鋳型１０から直方体形状のケイ素インゴット１１を取り出し、乾燥により付着水を除去した後、このケイ素インゴットを解砕して多数個の解砕物１２を得、これら解砕物１２を溶解炉に投入し、さらにアルミニウム含有率が９９．７質量％のアルミニウム地金、銅含有率が９９．９質量％の銅地金、マグネシウム含有率が９９．９質量％のマグネシウム地金を溶解炉に投入して、８５０℃に加熱することによってアルミニウム合金溶湯を調製した。前記アルミニウム合金溶湯におけるケイ素含有率が１１質量％、銅含有率が４質量％、マグネシウム含有率が０．５質量％、アルミニウム含有率が８４．５質量％になるように前記各材料を投入した。前記解砕物の大きさは、長径の平均値が１０ｃｍである。
　前記アルミニウム合金溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素含有アルミニウム合金インゴット（ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊）を得た。
　＜実施例２＞
　硅石を還元処理することにより得られたケイ素塊（リン含有率は実施例１で用いたケイ素塊のリン含有率と同一）を加熱溶融させたものを鋳型１０に流し込んで自然冷却させて直方体形状のケイ素インゴット１１を得た。この自然冷却により、溶融ケイ素の凝固は、鋳型外周枠部の近傍から進行し上側露出面で凝固が完了した。
　次いで、図３に示すように、鋳型１０から直方体形状のケイ素インゴット１１を取り出し、このケイ素インゴットを解砕して多数個の解砕物１２を得た。しかる後、これら多数個の解砕物１２を９０℃の水１３に１０分間浸漬する水洗処理を行った。次いで、取り出した解砕物１２から乾燥により付着水を除去した後、これら解砕物１２を溶解炉に投入し、さらにアルミニウム含有率が９９．７質量％のアルミニウム地金、銅含有率が９９．９質量％の銅地金、マグネシウム含有率が９９．９質量％のマグネシウム地金を溶解炉に投入して、８５０℃に加熱することによってアルミニウム合金溶湯を調製した。前記アルミニウム合金溶湯におけるケイ素含有率が１１質量％、銅含有率が４質量％、マグネシウム含有率が０．５質量％、アルミニウム含有率が８４．５質量％になるように前記各材料を投入した。前記解砕物の大きさは、長径の平均値が１５ｃｍである。
　前記アルミニウム合金溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素含有アルミニウム合金インゴット（ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊）を得た。
　＜比較例１＞
　硅石を還元処理することにより得られたケイ素塊（リン含有率は実施例１で用いたケイ素塊のリン含有率と同一）を加熱溶融させたものを鋳型に流し込んで自然冷却させた。この自然冷却により、溶融ケイ素の凝固は、鋳型外周枠部の近傍から進行し上側露出面で凝固が完了した。
　次いで、鋳型から直方体形状のケイ素インゴットを取り出し、このケイ素インゴットを解砕して得た多数個の解砕物を溶解炉に投入し、さらにアルミニウム含有率が９９．７質量％のアルミニウム地金、銅含有率が９９．９質量％の銅地金、マグネシウム含有率が９９．９質量％のマグネシウム地金を溶解炉に投入して、８５０℃に加熱することによってアルミニウム合金溶湯を調製した。前記アルミニウム合金溶湯におけるケイ素含有率が１１質量％、銅含有率が４質量％、マグネシウム含有率が０．５質量％、アルミニウム含有率が８４．５質量％になるように前記各材料を投入した。前記解砕物の大きさは、長径の平均値が１０ｃｍである。
　前記アルミニウム合金溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素含有アルミニウム合金インゴット（ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊）を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記のようにして得られた各ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊について下記測定法に基づいてリンの含有率を測定した。測定結果を表１に示す。
　＜リン含有率の測定方法＞
  ケイ素含有アルミニウム合金鋳塊におけるリンの定量分析は、発光分析装置（島津製作所製「ＰＤＡ　５５００II」）を用いて行った。
  表から明らかなように、本発明の製造方法で製造された実施例１、２のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊は、リン含有率が十分に低く抑制されていた。
　これに対し、本発明の製造方法を用いずに製造された比較例１のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊は、リン含有率が２５ｐｐｍであり、リン含有率が高かった。
  本発明の製造方法で製造されたケイ素含有アルミニウム合金鋳塊は、不純物のリンの含有率が低く抑制されているので、例えば、
１）不純物のリンの含有率が高いものであると外部応力が加わった際にリンの凝集部が割れの起点になる恐れのある製品、部品（具体的には、例えば、自動車鋳物部品など）
２）化学エッチング等の化学反応を伴う工程を経て製造される素材及び外部応力を加えて加工して（圧延、押出、鍛造等）得る製品、部品（具体的には、例えば、電解コンデンサー用箔、板素材、自動車部品など）
として好適に用いられるが、特にこれら例示の用途に限定されるものではない。
　本出願は、２０１２年１２月１０日付で出願された日本国特許出願特願２０１２－２６９０８２号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
　ここで用いられた用語及び説明は、本発明に係る実施形態を説明するために用いられたものであって、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、請求の範囲内であれば、その精神を逸脱するものでない限りいかなる設計的変更をも許容するものである。
１１…ケイ素インゴット（ケイ素塊）
１２…解砕物（ケイ素塊）
１３…水

Claims (6)

  1.   不純物としてリンを含有したケイ素塊に水洗処理を行う水洗工程と、
      アルミニウム原料及び前記水洗工程を経て得られたケイ素塊を少なくとも含む合金原料を溶解炉に投入して溶融させて溶湯を得る溶湯形成工程と、
      前記得られた溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素を含有するアルミニウム合金の鋳塊を得る鋳造工程と、を含むことを特徴とするケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
  2.   前記水洗工程において、不純物としてリンを含有したケイ素インゴットの表面を水で洗浄する水洗処理を行った後、該ケイ素インゴットを解砕して複数個の解砕物を得、
    　前記解砕物を、前記溶湯形成工程で溶解炉に投入する請求項１に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
  3.   前記水洗工程において、不純物としてリンを含有したケイ素インゴットを解砕して複数個の解砕物を得た後、前記解砕物の表面を水で洗浄する水洗処理を行い、
      前記水洗処理後の解砕物を、前記溶湯形成工程で溶解炉に投入する請求項１に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
  4.   前記水洗処理に用いる水の温度が５℃～９０℃である請求項１～３のいずれか１項に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
  5.   アルミニウム原料及び水洗されたケイ素塊を少なくとも含む合金原料を溶解炉に投入して溶融させて溶湯を得る溶湯形成工程と、
      前記得られた溶湯を鋳造加工することによって、ケイ素を含有するアルミニウム合金の鋳塊を得る鋳造工程と、を含むことを特徴とするケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
  6.   前記鋳造加工で得られたケイ素含有アルミニウム合金鋳塊におけるリン含有率が５ｐｐｍ以下である請求項１～５のいずれか１項に記載のケイ素含有アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
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