(57)【要約】  不純物分離方法は、アルミニウム合金の溶湯内に、上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成した不純物分離装置を設置し、前記溶湯に前記不純物分離装置内に形成される流路を通過させることによって前記不純物分離装置の壁面を利用して前記溶湯から前記不純物を除去する。また、不純物分離装置は、第１の壁面及び第２の壁面を有する。第１の壁面は、アルミニウム合金の溶湯の流路内に設置した場合に上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成する。第２の壁面は、前記溶湯の流路内に設置した場合に上流側における前記溶湯の流路を横切る面となる。
2012090843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金の溶湯内に、上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成した不純物分離装置を設置し、
前記溶湯に前記不純物分離装置内に形成される流路を通過させることによって前記不純物分離装置の壁面を利用して前記溶湯から前記不純物を除去する不純物分離方法。
【請求項２】
前記不純物分離装置に形成される前記溶湯の流路の形状を、前記溶湯の流れの方向が変化する形状とし、前記溶湯の流れの方向を変化させる前記流路の壁面に前記不純物を衝突させるとともに前記不純物分離装置に形成される前記流路の前記溶湯の進行方向に沿う壁面に前記不純物を捕捉することによって前記不純物を除去する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項３】
前記不純物分離装置に形成される前記溶湯の流路に段差面を設ける請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項４】
前記不純物分離装置に、上流側及び下流側における前記溶湯の進行方向に対して傾斜する前記溶湯の流路を形成する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項５】
前記不純物分離装置に、ジグザグ状の前記溶湯の流路を形成する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項６】
前記不純物分離装置に形成される前記流路の前記溶湯の進行方向に沿う壁面に前記不純物を捕捉することによって前記不純物を除去する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項７】
上流側における前記溶湯の進行方向を横切る前記不純物分離装置の壁面に前記不純物を衝突させることによって前記不純物を分離する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項８】
前記溶湯の複数の流路を前記不純物分離装置に設け、前記複数の流路に向かう前記溶湯の流れに挟まれた前記不純物分離装置の壁面に前記不純物を衝突させることによって前記不純物を分離する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項９】
リン化カルシウムの粒径が除去可能な粒径となる溶湯の温度の位置に前記不純物分離装置を設置し、前記不純物として前記リン化カルシウムを除去する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項１０】
第１の不純物分離装置に前記不純物を衝突させて分離する一方、第２の不純物分離装置に形成される前記流路の前記溶湯の進行方向に沿う壁面により前記不純物を捕捉し、前記不純物の粒径が、前記第１の不純物分離装置に衝突させることが可能な粒径となる溶湯の温度の位置に前記第１の不純物分離装置を設置する一方、前記不純物の粒径が、前記第２の不純物分離装置の壁面により捕捉することが可能な粒径となる溶湯の温度の位置に第２の不純物分離装置を設置する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項１１】
前記溶湯に対する前記不純物の比重及び前記溶湯の流速に応じた前記不純物の単位移動距離当たりの下降量に基づいて前記不純物分離装置に形成される前記流路の長さ及び鉛直方向の幅を決定し、前記不純物を下降させて前記不純物を捕捉する請求項６記載の不純物分離方法。
【請求項１２】
前記溶湯の温度制御を行うことによって前記不純物の粒径を最適なサイズに調整する請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項１３】
前記不純物分離装置を、前記溶湯からフィルタの目よりも粗い不純物を濾しとるセラミック発泡体フィルタを設置するための設置層に設ける請求項１記載の不純物分離方法。
【請求項１４】
アルミニウム合金の溶湯の流路内に設置した場合に上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成する第１の壁面と、
前記溶湯の流路内に設置した場合に上流側における前記溶湯の流路を横切る面となる第２の壁面と、
を有する不純物分離装置。
【請求項１５】
溶解炉によりアルミニウム合金を熔融させて前記アルミニウム合金の溶湯を生成する工程と、
上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成した不純物分離装置を用いて前記溶湯から前記不純物を除去する工程と、
連続鋳造装置により前記不純物が除去された溶湯からアルミニウム鋳造合金を連続鋳造する工程と、
を有する連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、不純物分離方法、不純物分離装置及び連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熔融させたアルミニウム合金を鋳型に流し込むことによって連続的に棒状のアルミニウム合金を鋳造する連続鋳造法が知られている。アルミニウム合金の連続鋳造法では、溶解炉において熔融されたアルミニウム合金の溶湯がタンディッシュと呼ばれる容器に一次的に蓄えられた後、タンディッシュの底部付近に設けられた鋳型に流し込まれる。【０００３】
アルミニウム合金の溶湯は、機械的性質及び引け特性改善のためアルミニウム地金にkケイ素(Si)、鉄(Fe)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)等の添加合金が加えられて作製される。アルミニウム合金を安価にする要請のために、溶湯にはスクラップが混入される場合もある。しかしながら添加金属から除去できない元素が溶湯に混入すると、合金溶湯中において不純物としてリン化合物等の種々の化合物が形成される場合がある。【０００４】
このような溶湯中の不純物は鋳造合金の品質向上の観点から取り除くことが望ましい。そこで、アルミニウム合金の溶湯に介在する不純物を除去するための様々な技術が考案されている。【０００５】
溶湯中の不純物を除去するための代表的な技術としては、フラックス処理、成長沈降法、ガスバブリングフィルタ(GBF: gas bubbling filter)を用いる方法及びセラミック発泡体フィルタ(CFF: ceramic foam filter)を用いる方法などが良く知られている。フラックス処理は、溶解炉及び保持炉内で行われる。一方、GBFを用いた不純物の除去は、溶解炉及び保持炉の外部において連続的に行われる。【０００６】
炉内で行われるフラックス処理は、ハロゲン系のフラックスを塩素ガス或いは不活性ガスとともに溶湯中に入れることにより、介在物に対する溶湯の濡れ性を改善し、介在物をガスとともに浮上分離させる方法である。炉外で連続的に行われるGBFは、処理ガスを溶湯中に吹き込んで気泡を発生させ、気泡に不純物を付着させることによって不純物を除去するフィルタである。【０００７】
また、CFFは３次元網目構造の多孔質セラミックを用いたフィルタである。CFFを溶湯の流路内に設ければ、フィルタの目よりも粗い不純物を物理的に濾し取ることができる。【０００８】
成長沈降法は、主として電線製造において導電率を阻害するチタン(Ti)の除去に用いられる。具体的には、成長沈降法は、溶解炉中にホウ素(B)を添加し、溶湯温度を800℃以上に加熱することによってチタンをホウ化チタニウム(TiB2)として炉低に沈降させる方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２７６０３１号公報
【特許文献２】特開平７−２０７３６６号公報
【特許文献３】特開２００２−８０９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の不純物を除去するための技術には、それぞれ問題がある。【００１１】
例えば、フィルタによる介在物のろ過において介在物の粒子の大きさが小さければ、フィルタの目を小さくすることが必要である。その結果、フィルタの目詰まりが頻発し、目詰まりが発生する都度、鋳造運転を停止してフィルタを交換することが必要となる。このため、生産性が低下する。【００１２】
また、酸化物及び酸素を溶湯中に添加し、複合酸化物を生成させることによって介在物を分離する場合には、溶湯の酸化反応によりメタルロスが発生する。このため、材料の歩留まりが悪化する。【００１３】
更に、フラックス処理の場合、溶湯中に吹き込まれる塩素ガスは環境への対策が必要になるという問題がある。また、塩素ガスに限らず、添加物を溶湯に添加する方法を不純物の除去に用いる場合には、不純物除去装置の構造が複雑になるという問題がある。【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な方法でアルミニウム合金の溶湯中における不純物を除去することによって、良質なアルミニウム合金を得ることが可能な不純物分離方法、不純物分離装置及び連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の特徴を備えている。
［１］アルミニウム合金の溶湯内に、上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成した不純物分離装置を設置し、
前記溶湯に前記不純物分離装置内に形成される流路を通過させることによって前記不純物分離装置の壁面を利用して前記溶湯から前記不純物を除去する不純物分離方法。
［２］前記不純物分離装置に形成される前記溶湯の流路の形状を、前記溶湯の流れの方向が変化する形状とし、前記溶湯の流れの方向を変化させる前記流路の壁面に前記不純物を衝突させるとともに前記不純物分離装置に形成される前記流路の前記溶湯の進行方向に沿う壁面に前記不純物を捕捉することによって前記不純物を除去する前項１記載の不純物分離方法。
［３］前記不純物分離装置に形成される前記溶湯の流路に段差面を設ける前項１記載の不純物分離方法。
［４］前記不純物分離装置に、上流側及び下流側における前記溶湯の進行方向に対して傾斜する前記溶湯の流路を形成する前項１記載の不純物分離方法。
［５］前記不純物分離装置に、ジグザグ状の前記溶湯の流路を形成する前項１記載の不純物分離方法。
［６］前記不純物分離装置に形成される前記流路の前記溶湯の進行方向に沿う壁面に前記不純物を捕捉することによって前記不純物を除去する前項１記載の不純物分離方法。
［７］上流側における前記溶湯の進行方向を横切る前記不純物分離装置の壁面に前記不純物を衝突させることによって前記不純物を分離する前項１記載の不純物分離方法。
［８］前記溶湯の複数の流路を前記不純物分離装置に設け、前記複数の流路に向かう前記溶湯の流れに挟まれた前記不純物分離装置の壁面に前記不純物を衝突させることによって前記不純物を分離する前項１記載の不純物分離方法。
［９］リン化カルシウムの粒径が除去可能な粒径となる溶湯の温度の位置に前記不純物分離装置を設置し、前記不純物として前記リン化カルシウムを除去する前項１記載の不純物分離方法。
［１０］第１の不純物分離装置に前記不純物を衝突させて分離する一方、第２の不純物分離装置に形成される前記流路の前記溶湯の進行方向に沿う壁面により前記不純物を捕捉し、前記不純物の粒径が、前記第１の不純物分離装置に衝突させることが可能な粒径となる溶湯の温度の位置に前記第１の不純物分離装置を設置する一方、前記不純物の粒径が、前記第２の不純物分離装置の壁面により捕捉することが可能な粒径となる溶湯の温度の位置に第２の不純物分離装置を設置する前項１記載の不純物分離方法。
［１１］前記溶湯に対する前記不純物の比重及び前記溶湯の流速に応じた前記不純物の単位移動距離当たりの下降量に基づいて前記不純物分離装置に形成される前記流路の長さ及び鉛直方向の幅を決定し、前記不純物を下降させて前記不純物を捕捉する前項３記載の不純物分離方法。
［１２］前記溶湯の温度制御を行うことによって前記不純物の粒径を最適なサイズに調整する前項１記載の不純物分離方法。
［１３］前記不純物分離装置を、前記溶湯からフィルタの目よりも粗い不純物を濾しとるセラミック発泡体フィルタを設置するための設置層に設ける前項１記載の不純物分離方法。
［１４］アルミニウム合金の溶湯の流路内に設置した場合に上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成する第１の壁面と、
前記溶湯の流路内に設置した場合に上流側における前記溶湯の流路を横切る面となる第２の壁面と、
を有する不純物分離装置。
［１５］溶解炉によりアルミニウム合金を熔融させて前記アルミニウム合金の溶湯を生成する工程と、
上流側及び下流側における前記溶湯の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成した不純物分離装置を用いて前記溶湯から前記不純物を除去する工程と、
連続鋳造装置により前記不純物が除去された溶湯からアルミニウム鋳造合金を連続鋳造する工程と、
を有する連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１６】
発明［１］の不純物分離方法によれば、簡易な方法でアルミニウム合金の溶湯中における不純物を除去することによって、良質なアルミニウム合金を得ることができる。
発明［２］の不純物分離方法によれば、溶湯の流速がゼロとなる壁面によって不純物を捕捉する効果を維持しつつ、壁面に不純物を効率良く衝突させることによって不純物を除去することができる。
発明［３］の不純物分離方法によれば、溶湯の流速がゼロとなる壁面によって不純物を捕捉する効果を維持しつつ、壁面に不純物を効率良く衝突させることによって不純物を除去することができる。
発明［４］の不純物分離方法によれば、溶湯の流速がゼロとなる壁面によって不純物を捕捉する効果を維持しつつ、壁面に不純物を効率良く衝突させることによって不純物を除去することができる。
発明［５］の不純物分離方法によれば、溶湯の流速がゼロとなる壁面によって不純物を捕捉する効果を維持しつつ、壁面に不純物を効率良く衝突させることによって不純物を除去することができる。
発明［６］の不純物分離方法によれば、溶湯の流速がゼロとなる壁面によって不純物を捕捉することができる。
発明［７］の不純物分離方法によれば、壁面に不純物を衝突させることによって不純物を除去することができる。
発明［８］の不純物分離方法によれば、複数の流路に向かう溶湯の流れに挟まれた不純物分離装置の壁面を不純物の衝突面として機能させ、壁面に不純物を衝突させることによって不純物を除去することができる。
発明［９］の不純物分離方法によれば、リン化合物の大部分であるリン化カルシウムを効率的に捕捉することができる。
発明［１０］の不純物分離方法によれば、より効果的に不純物を除去することができる。
発明［１１］の不純物分離方法によれば、より適切に不純物分離装置の形状を設計することによって効果的に不純物を除去することができる。
発明［１２］の不純物分離方法によれば、不純物を一層良好に除去することができる。
発明［１３］の不純物分離方法によれば、樋内における溶湯の流速が十分に遅くならない場合であっても良好に不純物を除去することが可能となる。
発明［１４］の不純物分離装置によれば、簡易な方法でアルミニウム合金の溶湯中における不純物を除去することによって、良質なアルミニウム合金を得ることができる。
発明［１５］の連続鋳造方法によれば、簡易な方法でアルミニウム合金の溶湯中における不純物を除去することによって、良質なアルミニウム合金を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る不純物分離方法に用いられる不純物分離装置及び連続鋳造装置を含む連続鋳造設備の全体構成図。
【図２】図１に示す不純物分離装置の第１の構造例を示す正面図。
【図３】図２に示す不純物分離装置を樋の複数個所に配置した状態における横断面図。
【図４】図１に示す不純物分離装置の第２の構造例を示す正面図。
【図５】図４に示す不純物分離装置を樋の複数個所に配置した状態におけるA-A位置の断面図。
【図６】図１に示す不純物分離装置の第３の構造例を示す正面図。
【図７】図６に示す不純物分離装置を樋の複数個所に配置した状態における横断面図。
【図８】図１に示す不純物分離装置の第４の構造例を示す正面図。
【図９】図８に示す不純物分離装置を樋の複数個所に配置した状態におけるB-B位置の断面図。
【図１０】図１に示す不純物分離装置の第５の構造例を示す正面図。
【図１１】図１０に示す不純物分離装置を樋の複数個所に配置した状態における横断面図。
【図１２】図１に示す不純物分離装置による不純物の捕捉原理を説明する図。
【図１３】リン化カルシウムの粒径とアルミニウム合金の溶湯の温度との関係を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る不純物分離方法に用いられる不純物分離装置及び連続鋳造装置を含む連続鋳造設備の全体構成図。
【図１５】図１４に示すCFF設置層及び不純物分離装置の構造例を示す拡大断面図。
【図１６】図１５に示す不純物分離装置の上面図。
【図１７】図１５に示す不純物分離装置６内に形成される溶湯Ｌの流路において不純物が補足される原理を説明する図。
【実施形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る不純物分離方法、不純物分離装置及び連続鋳造方法について添付図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る不純物分離方法に用いられる不純物分離装置及び連続鋳造装置を含む連続鋳造設備の全体構成図である。
【００２０】
図１に示すように溶解炉１の下流側に連続鋳造装置２が樋３を介して接続される。また、溶解炉１と連続鋳造装置２との間には、主要な構成要素として上流側からGBF４及びCFF５が設けられる。更に、溶解炉１と連続鋳造装置２との間の任意の位置に単一又は複数の不純物分離装置６が配置される。図１は、GBF４とCFF５との間に第１の不純物分離装置６が配置され、連続鋳造装置２内に第２の不純物分離装置６が配置された例を示す。
【００２１】
溶解炉１には加熱器（バーナ）１Ａが設けられる。溶解炉１は、加熱器１Ａによりアルミニウム合金を融点以上の温度に加熱することによって熔融させた後、アルミニウム合金の溶湯Ｌとして所定の温度で樋３に流出させる装置である。溶解炉１において、アルミニウム合金の溶湯には様々な目的に応じた金属が添加される。例えば、共晶アルミニウム-ケイ素(Al-Si)系のアルミニウム合金であれば、共晶ケイ素の微細化及び引け特性の改善を目的としてカルシウムが、機械的性質の改善を目的としてマグネシウムが、それぞれ添加される。
【００２２】
熔融対象となるアルミニウム合金のインゴットには、通常リンが含まれている。このため、Ca及びMgのようなアルカリ金属及びアルカリ土類金属がアルミニウム合金に添加されると、溶湯中においてリン化合物が不純物として生成される。溶湯中において安定的に存在する代表的なリン化合物としては、リン化カルシウム(Ca3P2)やリン化マグネシウム(Mg3P2)が挙げられる。
【００２３】
また、溶湯の組成に応じて種々のリン化合物が生成される。例えば、溶湯にリチウム(Li)が含まれていればトリリチオリン(Li3P)が、ナトリウム(Na)が含まれていればリン化ナトリウム(Na３P)が、カリウム(K)が含まれていればリン化カリウム(K３P)が、アンチモン(Sb)が含まれていればリン化アンチモン(PSb)が、それぞれ生成される可能性がある。リンとの化合性を有する異なる複数の元素が溶湯中に含まれる場合には、自由エネルギーに従って、より反応性の高い元素とリンとが化合してリン化合物となる。
【００２４】
尚、リンを含むアルミニウム合金にカルシウムが添加されない場合には、リン化アルミニウム(AlP)が生成される。リン化アルミニウムは、アルミニウム合金中に分散し、凝固時には引け特性を変化させる恐れがある。このため、カルシウムの添加がリン化合物の生成要因であるとしても、アルミニウム鋳造合金の品質維持の観点からはカルシウムを添加することが重要である。
【００２５】
連続鋳造装置２は、タンディッシュ２Ａ、鋳型２Ｂ及び冷却器２Ｃを備えている。タンディッシュ２Ａは、鋳型２Ｂに流し込むアルミニウム合金の溶湯を貯湯する容器であり、タンディッシュ２Ａの底部付近に設けられた出口に鋳型２Ｂが固定される。鋳型２Ｂは、アルミニウム鋳造合金の形状に応じた形状を有しており、図１は水平方向に筒型の形状を有する鋳型の例を示している。冷却器２Ｃは鋳型２Ｂ自体及び鋳型２Ｂの出口から排出されるアルミニウム合金を冷却水によって冷却する装置である。連続鋳造装置２では、鋳型２Ｂの出口から排出されるアルミニウム合金に冷却器２Ｃから冷却水が噴霧される。そして、鋳型２Ｂ及び冷却水により冷却されて凝固したアルミニウム合金の鋳塊が連続鋳造棒Ｓとなる。
【００２６】
図１に示すように水平方向に連続鋳造棒Ｓを生成する連続鋳造装置２は、特に水平連続鋳造装置と呼ばれるが、他の連続鋳造装置を設置してもよい。代表的な連続鋳造装置としては、垂直連続鋳造装置やロール式連続鋳造装置等を挙げることができる。垂直連続鋳造装置は、垂直方向に連続鋳造棒を生成する連続鋳造装置である。また、ロール式連続鋳造装置は、ロール上で出湯量を制御しながら溶湯を凝固させ、線や板状鋳塊を連続的に得る連続鋳造装置である。
【００２７】
GBF４は、処理ガスをアルミニウム合金の溶湯Ｌ中に吹き込んで気泡を発生させ、気泡に不純物を付着させることによって溶湯Ｌ中の不純物を除去するフィルタである。
【００２８】
CFF５は、３次元網目構造の多孔質セラミックを用いたフィルタである。CFF５では、不純物分離装置６を通過したアルミニウム合金の溶湯Ｌ中に介在し、かつフィルタの目よりも粗い不純物を濾しとることによって除去することができる。
【００２９】
不純物分離装置６は、GBF４及びCFF５の一方又は双方を通過したアルミニウム合金の溶湯Ｌ中に介在するリン化合物等の不純物を除去する装置である。不純物分離装置６は例えば樋によって形成される溶湯Ｌの流路内に配設される。不純物分離装置６は、その内部に溶湯Ｌの流路を形成している。不純物分離装置６内に形成される流路の断面積は、不純物分離装置６を配設する樋３等の流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい。不純物分離装置６内に形成される流路の断面積は、不純物分離装置６よりも上流側（不純物分離装置６内への溶湯Ｌの流入側）及び下流側（不純物分離装置６内からの溶湯Ｌの流出側）における流路の断面積よりも小さい。
【００３０】
また、不純物分離装置６の近傍又は流入側には、必要に応じて溶湯Ｌの温度を計測するための熱電対等の温度計７が設置される。各温度計７は、温度制御装置８と接続される。温度制御装置８は、各温度計７によりそれぞれ計測された各設置位置における溶湯Ｌの温度に基づいて、溶湯Ｌの温度が目標となる適切な温度になるように溶解炉１の加熱器１Ａを制御する機能を有している。
【００３１】
次に不純物分離装置６の構造例について説明する。
【００３２】
図２は、図１に示す不純物分離装置６の第１の構造例を示す正面図であり、図３は図２に示す不純物分離装置６を樋３の複数個所に配置した状態における横断面図である。
【００３３】
図２及び図３に示すように、不純物分離装置６は、例えば樋３によって形成される流路の形状及びサイズに合わせた柱状の耐熱性部材１０の上面及び下面に開口部を有し、各開口部間を貫通する単一又は複数の貫通スリット１１を設けた構造を有する。耐熱性部材１０は、上面または下面を正面としてその正面が溶湯Ｌの上流側に配置され、かつ正面が溶湯Ｌの進行方向に概ね垂直となるように樋３の内側に設置される。柱状の耐熱性部材１０の下面は、樋３の下流側となるので、貫通スリット１１の長さ方向は、概ね溶湯Ｌの進行方向となる。
【００３４】
また、貫通スリット１１は、耐熱性部材１０を樋３内に設置した場合に溶湯Ｌの液面１２よりも低くなる位置に設けられる。従って、貫通スリット１１は溶湯Ｌの進行方向への流路となり、貫通スリット１１の貫通方向に垂直な断面の面積は樋３の断面積よりも小さくなる。貫通スリット１１は、樋３によって形成される流路の断面積よりも小さい断面積を有する溶湯Ｌの流路を形成する。
【００３５】
図２及び図３は、耐熱性部材１０に断面形状が矩形である貫通スリット１１を３つ設けた場合の例を示しているが、貫通スリット１１の断面形状は矩形以外の形状であってもよい。例えば、貫通スリット１１の断面形状として、円形、楕円形、多角形、半円形、馬蹄形或いはＵ字形などを挙げることができる。貫通スリット１１を断面形状が円形、楕円形、多角形、半円形、馬蹄形或いはＵ字形など様々な形状の貫通孔としてもよい。
【００３６】
耐熱性部材１０は、アルミニウム合金の溶湯Ｌの温度に耐え得る材料であり、かつ溶湯Ｌとの反応性を無視できる材料であれば任意の材料を用いることができる。耐熱性部材１０に用いられる材料の例としては、ケイ酸カルシウム、ワラスナイト、結晶性シリカ、炭素繊維、チッ化ケイ素、アルミナ及びこれらを主成分とする耐熱材料などが挙げられる。
【００３７】
不純物分離装置６は、樋３内の任意の位置に任意の数だけ設置することができる。図３は、３つの不純物分離装置６を１つだけ離して樋３内に設置した例を示している。また、図３の例では、樋３の上流側における不純物分離装置６と下流側の互いに接触配置された２つの不純物分離装置６との間に温度計７が設けられている。
【００３８】
各不純物分離装置６の形状は互いに異なる形状としてもよい。図３の例は、互いに断面積が異なる貫通スリット１１を有する不純物分離装置６を配設した例を示している。断面積が異なる複数の貫通スリット１１が、その中心軸方向を一致させて連結される。また、連結された貫通スリット１１は、樋３の上流側から下流側の位置になるにつれてその断面積が小さくなっている。
【００３９】
また、不純物分離装置６の溶湯液面１２より高くなる位置に、溶湯Ｌの液面１２が上昇した場合に溶湯Ｌを不純物分離装置６の下流側に逃がすための逃げ用貫通スリット１３が設けられる。この逃げ用貫通スリット１３は、溶湯Ｌの液面１２が上昇しても十分に溶湯Ｌを不純物分離装置６の下流側に逃がすことができるようなサイズに決定される。
【００４０】
図４は、図１に示す不純物分離装置６の第２の構造例を示す正面図であり、図５は図４に示す不純物分離装置６を樋３の複数個所に配置した状態におけるA-A位置の断面図である。
【００４１】
図４及び図５に示すように、不純物分離装置６には、樋３によって形成される流路の断面積よりも小さい断面積を有する単一又は複数の段付き貫通丸孔１４を設けてもよい。但し、直径が大きい孔が溶湯Ｌの流れの上流側とされ、段差面１４Ａが上流側を向くように段付き貫通丸孔１４が耐熱性部材１０に設けられる。
【００４２】
図４及び図５は、それぞれ４つの段付き貫通丸孔１４を設けた２つの不純物分離装置６を互いに離して樋３内に設置し、かつ不純物分離装置６の間に温度計７を設けた例を示している。
【００４３】
図６は、図１に示す不純物分離装置６の第３の構造例を示す正面図であり、図７は図６に示す不純物分離装置６を樋３の複数個所に配置した状態における横断面図である。
【００４４】
図６及び図７に示すように、不純物分離装置６には、樋３によって形成される流路の断面積よりも小さい断面積の単一又は複数の段付き貫通スリット１５を設けてもよい。但し、断面積が大きいスリットが溶湯Ｌの流れの上流側とされ、段差面１５Ａが上流側を向くように段付き貫通スリット１５が耐熱性部材１０に設けられる。段付き貫通スリット１５の形状は、断面積が異なる複数のスリットを、その中心軸方向が一致するように連結させた形状であって、段付き貫通スリット１５の上流側から下流側にいくにしたがってその断面積が小さくなっている。
【００４５】
図６及び図７は、それぞれ２つの段付き貫通スリット１５を設けた２つの不純物分離装置６を互いに離して樋３内に設置し、かつ不純物分離装置６の間に温度計７を設けた例を示している。
【００４６】
図８は、図１に示す不純物分離装置６の第４の構造例を示す正面図であり、図９は図８に示す不純物分離装置６を樋３の複数個所に配置した状態におけるB-B位置の断面図である。
【００４７】
図８及び図９に示すように、不純物分離装置６は、板状の耐熱性部材１０の厚さ方向に貫通する単一又は複数の貫通孔１６を設けて構成してもよい。耐熱性部材１０の形状は、樋３によって形成される流路の断面積に合わせられるため、貫通孔１６の断面積は、樋３によって形成される流路の断面積よりも小さくなる。図８及び図９は、それぞれ４つの丸い貫通孔１６を設けた２つの不純物分離装置６を互いに離して樋３内に設置し、かつ不純物分離装置６の間に温度計７を設けた例を示している。貫通孔１６の断面形状は、丸型以外の形状であってもよい。
【００４８】
図１０は、図１に示す不純物分離装置６の第５の構造例を示す正面図であり、図１１は図１０に示す不純物分離装置６を樋３の複数個所に配置した状態における横断面図である。
【００４９】
図１０及び図１１に示すように、不純物分離装置６は、外形を樋３によって形成される流路の形状及びサイズに合わせた柱状の耐熱性部材１０に単一又は複数の傾斜スリット１７を設けて構成してもよい。傾斜スリット１７は、耐熱性部材１０を貫通するスリットであり、耐熱性部材１０を樋３の内側に設置した場合に溶湯Ｌの進行方向に対して傾斜するスリットである。従って、不純物分離装置６内には、不純物分離装置６の上流側及び下流側における溶湯Ｌの進行方向に対して傾斜する溶湯Ｌの流路が形成される。図１０及び図１１は鉛直方向に傾斜する傾斜スリット１７の例を示しているが、水平方向に傾斜する傾斜スリット１７を耐熱性部材１０に設けてもよい。
【００５０】
また、図１１に示すように複数の不純物分離装置６を溶湯Ｌの進行方向に配置してもよい。図１１は、４つの不純物分離装置６を樋３の内側に設置し、かつ３つの不純物分離装置６を接触又は十分に接近させた例を示している。この場合、接触又は十分に接近させる複数の不純物分離装置６にそれぞれ設けられる各傾斜スリット１７の傾斜方向を交互にすることができる。複数の傾斜スリット１７を、傾斜方向が交互となるように連結することによって、複数の不純物分離装置６内にジグザグ状の溶湯Ｌの流路を形成することができる。
【００５１】
また、不純物分離装置６の他の構造例と同様に、不純物分離装置６の間に温度計７を設けることができる。
【００５２】
図２から図１１には不純物分離装置６を樋３内に設置した例を示したが、図１に示すように不純物分離装置６をタンディッシュ２Ａ内等の樋３以外の溶湯Ｌの流路内に設けてもよい。その場合、不純物分離装置６の外形の形状は溶湯Ｌの流路の形状に適した形状とされる。
【００５３】
図２から図１１に示すような構造を有する不純物分離装置６を溶湯Ｌの流路内に設置すると、溶湯Ｌ内におけるリン化合物等の不純物を除去することができる。不純物は、少なくとも２つの原理によって除去されると推定することができる。第１の原理は、溶湯Ｌの流速がゼロとなる溶湯Ｌの進行方向に沿う不純物分離装置６の壁面で不純物が捕捉されるという原理である。また、第２の原理は、上流側（流入側）における溶湯Ｌの進行方向を横切る不純物分離装置６の壁面に不純物を衝突させて分離するという原理である。
【００５４】
従って、アルミニウム合金の溶湯Ｌの流路内に設置した場合に上流側及び下流側における溶湯Ｌの流路の断面積よりも小さく、かつ分離対象となる不純物の断面積よりも大きい断面積を有する流路を形成する第１の壁面と、溶湯Ｌの流路内に設置した場合に上流側における溶湯Ｌの流路を横切る面となる第２の壁面とを有する不純物分離装置６を溶湯Ｌの流路内に設置すれば、処理ガスや物質を添加しなくても、溶湯Ｌ中の不純物を除去することができる。溶湯Ｌを不純物分離装置６内に形成された流路を通過させるのみで、不純物分離装置６の壁面を利用して溶湯Ｌ中の不純物を除去することができる。
【００５５】
図１２は、図１に示す不純物分離装置６による不純物の捕捉原理を説明する図である。
【００５６】
図１２は、不純物分離装置６の形状を一般化した拡大断面図であり、水平方向は溶湯Ｌの大局的な進行方向を示す。また、図１２中の点線で示す矢印は、溶湯Ｌのおおよその流線を示す。
【００５７】
初めに不純物分離装置６により溶湯Ｌ内の不純物が除去される第１の原理について説明する。
【００５８】
不純物分離装置６の壁面では、流体である溶湯Ｌの流速はゼロとなる。従って、溶湯Ｌの流路を形成する貫通スリットや貫通孔の内部における溶湯Ｌの流速分布Ｖは、図１２に示すように不純物分離装置６の壁面ＷＨにおいてゼロとなり、壁面ＷＨ間の中心付近で最大となる。
【００５９】
このため、溶湯Ｌ内の不純物が壁面ＷＨに近づいて溶湯Ｌの流速Ｖがゼロの位置に到達すると、不純物は不純物分離装置６の壁面ＷＨによって捕捉される。不純物分離装置６の壁面のうち貫通スリット内面や貫通孔内面等の溶湯Ｌの進行方向に沿う壁面ＷＨは、不純物を捕捉する機能を有している。従って、不純物が不純物分離装置６の壁面ＷＨ付近を流れていれば、不純物分離装置６の壁面ＷＨによって捕捉することができる。
【００６０】
また、不純物の密度と溶湯Ｌの密度が異なるため、不純物は沈降又は浮上する。溶湯Ｌに対する比重が１より大きい不純物であれば、浮力よりも重力の方が大きくなるため溶湯Ｌ内で下降する。従って、不純物が不純物分離装置６の壁面ＷＨ付近を流れていない場合であっても、貫通スリット内面や貫通孔内面等の溶湯Ｌの進行方向に沿う壁面ＷＨの長さＸを不純物が下降するように十分に長くすれば、不純物と溶湯Ｌとの密度の差によって貫通スリットや貫通孔の下面において不純物を捕捉することができる。
【００６１】
アルミニウム合金の溶湯の密度は700℃において約2.37 g/cm3であり、カルシウムやマグネシウムの添加によって生成されるリン化合物の密度よりも小さい。例えば、リン化カルシウムの密度は、2.51 g/cm3である。従って、不純物がリン化カルシウム等のリン化合物であれば、図１２の一点鎖線の矢印で示すように、リン化合物を貫通スリットや貫通孔の内部において重力によって沈降させることができる。そして、リン化合物を沈降させることによって、溶湯Ｌの流速Ｖがゼロである貫通スリットや貫通孔の下面においてリン化合物を捕捉することができる。
【００６２】
一方、溶湯Ｌに対する比重が１より小さい不純物であれば、浮力が重力よりも大きくなるため溶湯Ｌ内で上昇する。従って、不純物と溶湯Ｌとの密度の差によって貫通スリットや貫通孔の内部において不純物を上昇させることができる。このため、貫通スリットや貫通孔の上面において不純物を捕捉することができる。
【００６３】
次に不純物分離装置６により溶湯内の不純物が除去される第２の原理について説明する。
【００６４】
溶湯Ｌの進行方向を横切る不純物分離装置６の壁面ＷＶの近傍では、溶湯Ｌの流線の向きが壁面ＷＶに沿って変化する。例えば、図１２に示すように、溶湯Ｌの進行方向に垂直な面となる不純物分離装置６の正面及び段差面の直前では、溶湯の流れが壁面ＷＶに沿って変化する。
【００６５】
これに対して、溶湯Ｌとともに移動する溶湯中のリン化カルシウム等の不純物は、慣性力によって直進する。このため、不純物のみが選択的に不純物分離装置６の壁面ＷＶに衝突し、衝突によって運動量とともに速度が激減した不純物は跳ね返り係数に応じて壁面ＷＶに付着して一体化するか或いは跳ね返る。このうち跳ね返った不純物は溶湯Ｌに対する比重に応じて沈降又は浮上する。そして、沈降又は浮上した不純物は、溶湯の流速がゼロとなる樋３の底面や不純物分離装置６の壁面ＷＨに捕捉される。
【００６６】
従って、不純物分離装置６が有する貫通孔や貫通スリットの形状及び配置を適切にすることによって、第１の原理及び第２の原理の寄与度を調節することができる。
【００６７】
第１の原理を用いる場合、溶湯Ｌの進行方向に沿う壁面ＷＨの長さＸを十分に長くすること及び不純物分離装置６に形成される溶湯Ｌの流路の鉛直方向の幅（流路の高さ）Ｙを十分に小さくすることが重要となる。壁面ＷＨの適切な長さＸ及び流路の高さＹは、溶湯Ｌに対する不純物の比重等の既知の物性値及び溶湯の流速Ｖ等の制御パラメータを用いて力学的に計算することができる。
【００６８】
例えば、図１２に示すように所定の流速Ｖで流れる溶湯Ｌ中におけるリン化カルシウムが所定の距離Ｙ１だけ下降するために必要な長さＸ１を計算することができる。リン化合物は、種類ごとに密度が異なるため、リン化合物に作用する浮力と重力の差及び溶湯Ｌの流速Ｖに応じたリン化合物の下降量も種類ごとに異なる量となる。従って、貫通スリットや貫通孔の長さＸを、計算によって得られるリン化合物の種類ごとの必要な長さ以上の値に決定することができる。また、貫通スリットや貫通孔の鉛直方向の幅Ｙを、計算によって得られるリン化合物の種類ごとの必要な幅以下の値に決定することができる。
【００６９】
不純物が上昇又は下降する際には、溶湯Ｌによる抵抗力も不純物に作用すると考えられる。従って、不純物の形状や粒径に依存して不純物の上昇量又は下降量が無視できない程度に変化する可能性がある。更に、溶湯Ｌの流速分布Ｖや温度分布等の様々な物理量や制御パラメータの値に依存して不純物の軌跡が無視できない程度に変化する可能性がある。
【００７０】
従って、より多くの物理量や制御パラメータの値を用いて不純物の軌跡をシミュレーションすれば、より適切に不純物分離装置６の形状を設計することができる。例えば、不純物の粒径や溶湯Ｌの粘度等のパラメータを用いて溶湯Ｌによる抵抗力を推定し、抵抗力を考慮して不純物の下降量又は上昇量を計算することができる。この場合、より適切に貫通スリットや貫通孔の長さＸ及び高さＹを決定することができる。
【００７１】
尚、アルミニウム合金の溶湯Ｌの粘度は、700℃において0.003 [P]である。但し、溶湯Ｌの粘度は、カルシウム等の添加金属の量にも依存して若干変化する。このため、添加金属の種類や添加量をパラメータとして粘度の計算に加えてもよい。
【００７２】
また、貫通スリットや貫通孔の断面積及び数を調節することによって、不純物分離装置６内における溶湯Ｌの流速Ｖを望ましい流速にすることができる。不純物分離装置６内における溶湯Ｌの流速Ｖは、不純物分離装置６に形成される溶湯Ｌの流路の断面積の他、不純物分離装置６の流入側における溶湯Ｌの流速及び鋳造速度に依存する。樋３内における溶湯Ｌの流速は、鋳造速度及び樋３の断面積を用いて計算することができる。
【００７３】
例えば、直径φ31mmの円柱状のアルミニウム合金棒を鋳造速度900mm/minで15本連続鋳造する場合において樋３の断面積が43cm2であれば、溶湯Ｌの流量が一定であるとして樋３における溶湯Ｌの流速は39mm/sと算出することができる。従って、不純物分離装置６に形成される溶湯Ｌの流路の断面積が樋３の断面積の1/2程度になるように不純物分離装置６を設計すれば、不純物分離装置６内における溶湯Ｌの流速Ｖが、樋３内の流速の約２倍の78mm/s程度になると見積もることができる。
【００７４】
尚、鋳造棒の直径及び鋳造速度の取り得る範囲を考慮すると、樋３内における溶湯Ｌの流速は、20〜80mm/sの範囲になると考えられる。従って、不純物分離装置６内における溶湯Ｌの流速Ｖは、おおよそ5〜200mm/s（好ましくは20〜200mm/s）の範囲になると考えられる。
【００７５】
また、樋３内及び不純物分離装置６内における溶湯Ｌの流速Ｖを不純物の捕捉に適した速度に調節するために鋳造速度を制御してもよい。鋳造速度は、アルミニウム合金の冷却速度を調整することによって、例えば連続鋳造装置２において冷却器２Ｃに供給される冷却水の量を調節することによって制御することができる。また、樋３内及び不純物分離装置６内における溶湯Ｌの流速Ｖを不純物の捕捉に適した速度に調節するために、樋３における不純物分離装置６を設置する箇所の断面積を調整しても良い。断面積を大きくすることで、溶湯Ｌの流速Ｖを適した流速まで下げることができるからである。
【００７６】
第１の原理を用いる場合、上述したように溶湯Ｌの進行方向に沿う壁面ＷＨの長さＸを十分に長くすることが重要であるが、必ずしも不純物分離装置６自体の長さを必要な壁面の長さＸに合わせる必要はない。例えば、溶湯Ｌの進行方向における不純物分離装置６の長さを小さく設計した場合、図３に示すように複数の不純物分離装置６を溶湯Ｌの流れ方向に直列に配置することによって、簡易に溶湯Ｌの流速Ｖに応じた適切な距離の流路を不純物分離装置６内に形成することができる。
【００７７】
一方、第２の原理を用いる場合、不純物分離装置６において衝突板として機能し得る壁面の面積を大きくすることが重要となる。衝突板として機能する壁面は、溶湯Ｌの流線の向きを十分に変化させることが可能な壁面であると考えられる。従って、溶湯Ｌの進行方向に垂直な不純物分離装置６の壁面ＷＶの面積を大きくすることが効果的である。
【００７８】
但し、溶湯Ｌの進行方向に垂直な壁面ＷＶは、溶湯Ｌの流れに対する圧力損失の要因となる。従って、不純物分離装置６が有する形状及び開口の配置は、溶湯Ｌが受ける圧力損失の増加を最小限に抑えつつ、より多くの不純物を効率的に衝突させることが可能な形状及び配置とすることが望ましい。
【００７９】
そこで、図１２に示すように不純物分離装置６内における溶湯Ｌの流路に段差を設ければ、溶湯Ｌの流れの方向を変えて不純物を不純物分離装置６の正面及び段差面に効果的に衝突させることができる。第１の原理により不純物を捕捉するために必要な流路の高さＹ及び距離Ｘが得られるように不純物分離装置６を設計した場合、段差面を設けることによって、第１の原理による不純物の捕捉効果を維持しつつ、不純物の衝突効率も向上させることができる。
【００８０】
また、段差面を設けることによって、流速がゼロとなる壁面の面積及び低流速となる領域も増加させることができる。このため、増加した、溶湯Ｌの流速が低流速となる領域を利用して不純物を効果的に捕捉することができる。更に、段差面に衝突して上昇又は下降した不純物は、不純物分離装置６に形成された流路の内面に捕捉される。このため、樋３の底面における不純物の堆積を抑制することができる。この結果、樋３の清掃等の煩雑な作業の増加を抑制することができる。
【００８１】
このような効果は、溶湯Ｌの流路に段差面を設ける場合に限らず、図１１に示すような折れ曲がる壁面を溶湯Ｌの流路に設ける場合においても同様に得ることができる。不純物分離装置６内の上下方向における傾きが変化する部分に不純物を効果的に衝突させて堆積させることができる。このため、樋３の底面における不純物の堆積を抑制し、不純物分離装置６の交換によって容易に不純物を除去することができる。
【００８２】
また、複数の貫通スリット又は貫通孔を不純物分離装置６の異なる位置に設ければ、隣接する貫通スリット又は貫通孔の間における不純物分離装置６の壁面ＷＶは、複数の流路に向かう溶湯Ｌの流れに挟まれた障害物となる。従って、隣接する貫通スリット又は貫通孔の間における不純物分離装置６の壁面ＷＶも不純物の衝突面として機能させることができる。
【００８３】
溶湯Ｌの流速Ｖがゼロの壁面ＷＨに不純物を付着させる第１の原理及び不純物を壁面ＷＶに衝突させる第２の原理による不純物の除去は、図２から図１１に示す例のように併用することができる。但し、溶湯Ｌの流量及び流速に合わせて一方の原理が支配的となるように不純物分離装置６の形状を決定することもできる。例えば、図８及び図９に示す例のように不純物分離装置６の形状を決定すれば、第２の原理を支配的にすることができる。
【００８４】
従って、不純物分離装置６の形状は、図２から図１１に示す例に限らず、第１の原理及び第２の原理に基づいて様々な形状にすることができる。
【００８５】
例えば、第１の原理により不純物の捕捉を行うためには、多数の狭い流路を不純物分離装置６に設けることが有効である。このため、ハニカム形状の耐熱性部材で構成した不純物分離装置、パイプ形状の耐熱性部材を多数充填することによって構成した不純物分離装置、複数の平板状の耐熱性部材を高さ方向に所定の間隔で配置して構成される不純物分離装置などが有効である。この場合、耐熱性部材の溶湯Ｌの流れ方向における長さを小さくすれば、流路の長さを小さくできるので、溶湯Ｌの圧力損失の増加を最小限に抑えることができる。
【００８６】
一方、第２の原理により不純物を壁面ＷＶに衝突させるためには、不純物分離装置６の流路内又は上流側に溶湯Ｌの流れが局所的に変化する部位を多数設けることが有効である。このため、溶湯Ｌの進行方向に多数の段差を設けた多段型の耐熱性部材で構成した不純物分離装置、Ｓ字状の流路を形成した耐熱性部材で構成した不純物分離装置、図８及び図９に示すような貫通孔１６を流路として設けた板状の耐熱性部材１０を溶湯Ｌの進行方向に流路の中心が同軸上とならないように多数設置した不純物分離装置などが有効である。
【００８７】
この他、流路の断面積が上流側から下流側に向かって次第に減少するテーパ孔を設けた不純物分離装置や流路を形成する壁面ＷＨの表面粗さを意図的に粗くしたり、凹凸を壁面ＷＨに設けた不純物分離装置を用いてもよい。
また、図１１に示すような不純物分離装置６の構造例を採用すれば、第１及び第２の原理の双方によって効果的に不純物を補足することができる。不純物分離装置６に形成される溶湯Ｌの流路の形状を、溶湯Ｌの流れの方向が変化する形状とすることができる。そして、不純物分離装置６内において溶湯Ｌの流れの方向を変化させる流路の壁面に不純物を衝突させるとともに不純物分離装置６に形成される流路の溶湯Ｌの進行方向に沿う壁面に不純物を捕捉することによって不純物を除去することができる。また、不純物分離装置６に形成される溶湯Ｌの流路の形状を、溶湯Ｌの流れの流線が非直線状に変化する形状とすることができる。そして、不純物分離装置６内において溶湯Ｌの流れの流線の接線を横切る流路の壁面に不純物を衝突させるとともに不純物分離装置６内において溶湯Ｌの流れの流線に沿う壁面に不純物を捕捉することによって不純物を除去することができる。
【００８８】
また、図３に示すように複数の不純物分離装置６を溶湯Ｌの進行方向に直列に並べる配置方法に限らず、樋３内において並列方向に複数の不純物分離装置６を配置するようにしてもよい。不純物分離装置６をユニット化すれば、鋳造条件に応じた適切な構造の不純物分離装置６を溶湯中に設けることができる。
【００８９】
実際に樋３の断面形状に合わせて幅80mm×高さ110mmの正面形状を有し、溶湯Ｌの流れ方向における長さが50mmである不純物分離装置６を樋３内に配置し、直径がφ82mmで長さが1.2mの２本のアルミニウム鋳造合金棒を270mm/分の鋳造速度で連続鋳造した。この結果、アルミニウム合金の溶湯Ｌ中におけるリン化合物を不純物分離装置６により除去できることが確認された。
【００９０】
このとき不純物分離装置６に断面形状が矩形であるスリットを設けたが、スリットの高さを3mm未満とすると鋳造中にリン化合物による目詰まりが生じる一方、20mmを超えるとリン化合物の補足効率が十分に得られないことが確認できた。従って、スリットの高さを3mm〜20mm程度、より好適には5mm〜10mmとすることによりリン化合物を効果的に除去できると考えられる。一方、スリットの長さは10mm〜100mm程度と様々なサイズにおいてリン化合物の除去効果が確認された。スリットの幅は樋３の幅から樋３内において最大になるように70mmとした。
【００９１】
リン化合物等の不純物の除去効果は、任意の分析装置によって確認することができる。そこで、電子線マイクロアナライザ(EPMA: Electron Probe Micro Analyzer)及びICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析によって不純物分離装置６に付着した残湯部の金属を分析した。EPMAによる分析の結果、不純物分離装置６に凝集したリン化合物が確認された。また、ICP発光分光分析により凝集したリン化合物の定量分析を行った結果、300〜600倍にリンが濃縮していることが確認された。
【００９２】
リン化合物の除去効果を調べた結果、不純物分離装置６には、流路の構造に応じて異なる粒径のリン化カルシウムが付着していることが確認された。具体的には、貫通スリット付近には、主に第１の原理によって捕捉されたと考えられる粒径が10μm前後のリン化カルシウムが付着していることが確認された。一方、不純物分離装置６の衝突面付近には、主に第２の原理によって捕捉されたと考えられる10μmより小さい粒径のリン化カルシウムも付着していることが確認された。尚、溶湯の材質は、ケイ素10.0〜12.5質量%、銅2.0〜5.0質量%、マグネシウム0.2〜1.0質量%の組成に対してカルシウムの濃度が100ppmでリンの濃度が20ppmのアルミニウム合金とした。但し、この材質に限らず各種組成の合金を溶湯として用いることができる。
【００９３】
従って、不純物分離装置６における不純物の捕捉率は、不純物分離装置６の構造のみならず、不純物の種類及びサイズにも依存していると考えることができる。この分析結果は、様々なメカニズムにより理由付けすることができるが、以下のように理由付けを行うことができる。
【００９４】
まず不純物の種類について考えると、不純物の種類ごとに溶湯に対する比重が異なる点が不純物の捕捉率に影響を及ぼしていると考えることができる。溶湯との密度差が大きい不純物であれば、溶湯が単位距離だけ移動したときの不純物の沈降距離又は上昇距離が大きくなる。このため、第１の原理によって主に溶湯との密度差が大きい不純物を効果的に捕捉できると推測することができる。
【００９５】
例えば、リン化カルシウムの融点は1600℃であるため、リン化カルシウムは溶湯内において粉体として安定的に存在する。また、リン化カルシウムの密度は2.51 g/cm3であり、アルミニウム合金の溶湯の密度2.37 g/cm3に対して十分に大きい。従って、第１の原理によってリン化カルシウムを溶湯の進行方向に沿う壁面に効果的に捕捉できると考えられる。
【００９６】
一方、リン化アルミニウムの融点は2000℃であるため、リン化アルミニウムも生成されれば溶湯内において粉体として安定的に存在し得る。しかしながら、リン化アルミニウムの密度は2.42 g/cm3であり、アルミニウム合金の溶湯の密度2.37 g/cm3に対して差が小さい。従って、第１の原理によるリン化アルミニウムの捕捉率は、リン化カルシウムの捕捉率よりも小さくなると推測される。
【００９７】
これに対して、第２の原理により不純物を壁面に衝突させて除去する場合には、不純物の密度に対する不純物の捕捉率の依存性は小さいと考えられる。従って、第２の原理によれば、溶湯との密度差が大きい不純物はもちろん、溶湯との密度差が小さい不純物であっても除去できると考えられる。
【００９８】
次に、不純物のサイズについて考えると、不純物のサイズに応じた重量が不純物の捕捉率に影響を及ぼしていると考えることができる。不純物の密度及び重量が共に大きければ、不純物が沈降して壁面に付着した際の摩擦力が大きくなる。このため、壁面に付着した不純物が溶湯の流れによる作用を受けても不純物を壁面に留めることができる。また、不純物の密度が溶湯の密度より小さい場合であっても、不純物のサイズが大きければ浮力が大きくなるため不純物を上壁面に留めることができる。
【００９９】
従って、第１の原理によって主にサイズが大きい不純物を効果的に捕捉できると推測することができる。これに対して、第２の原理により不純物を壁面に衝突させて除去する場合には、不純物のサイズに対する不純物の捕捉率の依存性は小さいと考えられる。従って、第２の原理によれば、慣性力が十分得られるサイズであれば、様々なサイズの不純物を除去できると考えられる。
【０１００】
不純物分離装置６に付着したリン化合物の分析結果としても裏付けられるように、第１の原理によれば、溶湯に対する比重が大きく、かつサイズが大きい不純物を効果的に捕捉できる一方、第２の原理によれば、慣性力が十分得られれば多種多様な密度及びサイズの不純物を除去できると考えられる。
【０１０１】
一方、リン化カルシウムの粒径が溶湯の温度が低下するにつれて大きくなることが実験データとして得られた。従って、不純物のサイズは、主として溶湯の温度を調整することで、制御できると考えられる。
【０１０２】
図１３は、リン化カルシウムの粒径とアルミニウム合金の溶湯の温度との関係を示す図である。
【０１０３】
図１３において、横軸はアルミニウム合金の溶湯の温度を示し、縦軸はリン化カルシウムの粒径を示す。溶湯の温度ごとのリン化カルシウムの粒径を測定してプロットし、指数関数で近似すると、図１３に示す曲線が得られる。リン化カルシウムの粒径は、分析装置によって測定することができる。尚、図１３におけるリン化カルシウムの粒径は、EPMAによりスキャンしたアルミニウム合金の組成像写真から水平等分径法により算出したものである。
【０１０４】
鋳造速度や組成等の鋳造条件によって粒径の絶対値が変化する可能性はあるが、傾向としては、図１３に示すように溶湯の温度が低下するにつれてリン化カルシウムの粒径が大きくなることが確認できる。同様に他のリン化合物及びリン化合物以外の不純物についても粒径と溶湯の温度との関係を測定することができる。但し、他のリン化合物及びリン化合物以外の不純物についてもリン化カルシウムと同様な傾向を示すと考えられる。例えば、リン化アルミニウムについては、740℃以下となると凝集して粗大化する。
【０１０５】
従って、不純物分離装置６の近傍において溶湯の温度を制御して不純物のサイズを大きくすれば、第１の原理による不純物の捕捉効果を向上させることができる。具体的には、図１３に示すような曲線に基づいて、不純物分離装置６の近傍において所望の粒径の不純物が生成されるように、溶湯の温度を制御すればよい。図１３に示す曲線の式は、リン化カルシウムの粒径をd、溶湯の温度をTとすると、d=9×109exp(-0.0302T)である。このため、不純物分離装置６において第１の原理により捕捉可能な粒径のリン化カルシウムを生成するために好適な溶湯の温度を計算することができる。
【０１０６】
溶湯の温度は、アルミニウム鋳造合金の特性、鋳造速度、鋳造棒のサイズ、樋３の長さ等の様々な鋳造条件によって変化する。水平連続鋳造を行う場合には、アルミニウム鋳造合金の特性を得るために、連続鋳造装置２における溶湯の温度を液相線温度+50〜100℃(630〜680℃)程度に制御することが望ましい場合が多い。この場合、溶解炉１と連続鋳造装置２との間における溶湯の温度低下を考慮して、溶解炉１では、連続鋳造装置２における溶湯の温度よりも高温の溶湯が生成される。
【０１０７】
従って、不純物分離装置６を設置する位置を適切に決定することによっても不純物分離装置６付近における溶湯の温度を調節することができる。溶解炉１における溶湯の温度制御に依らず、不純物分離装置６の設置位置によって、不純物分離装置６付近における溶湯の温度を調節すれば、アルミニウム鋳造合金の特性を目的とする特性に維持することができる。
【０１０８】
上述したように溶湯の温度は、連続鋳造装置２からの距離が短い程、低くなる。樋３内の各位置における溶湯の温度は、連続鋳造装置２からの距離及び連続鋳造装置２における溶湯の温度から計算によって概ね推定することができる。従って、溶湯の温度が、捕捉対象となる不純物の粒径が捕捉に適したサイズに成長する温度となる位置に不純物分離装置６を設置すればよい。
【０１０９】
溶解炉１と連続鋳造装置２との間における溶湯の温度低下量は、樋３の長さや溶湯の流路内に設置された構造物等の様々な条件に依存して変化するが、単位距離当たりの溶湯の温度の低下量は、せいぜい5〜20℃/m程度であると考えられる。標準的な連続鋳造設備であれば、単位距離当たりの溶湯の温度の低下量は、5〜10℃/mであると考えられる。
【０１１０】
溶解炉１において温度が約730℃の溶湯が生成される場合、リン化カルシウム及びリン化マグネシウムは、溶解炉１付近の溶湯内において微細な粒子として分散していると考えられる。そして、溶湯中のリン化合物は、溶解炉１から連続鋳造装置２に近づくにつれて低下する温度に応じた粒径に成長し、徐々にリン化合物の粗大化が進行すると考えられる。
【０１１１】
また、EPMAによる分析によれば、溶湯に添加されるカルシウムの濃度が50〜500ppm程度であれば、リン化合物の大部分がリン化カルシウムであることが確認されている。これは、カルシウムのリンとの反応性がマグネシウムのリンとの反応性よりも大きく、溶湯中のリンがリン化マグネシウムよりもリン化カルシウムの生成のために先に消費されるためであると考えられる。
【０１１２】
従って、不純物分離装置６を、リン化カルシウムの粒径が捕捉に適したサイズになる位置に設置すれば、リン化合物を効率的に捕捉することができる。図１３によれば、溶湯の温度が700℃の位置においてリン化カルシウムの粒径が6μm程度に、溶湯の温度が670℃の位置においてリン化カルシウムの粒径が15μm程度に、溶湯の温度が660℃の位置においてリン化カルシウムの粒径が20μm程度に、それぞれ成長すると推測することができる。
【０１１３】
第２の原理によりリン化カルシウムを不純物分離装置６の壁面に衝突させて除去する場合には、上述したように粒径が比較的小さなリン化カルシウムであっても除去できると考えられる。但し、第２の原理により不純物を除去する場合であっても、不純物に十分な慣性力が必要となる。このため、不純物分離装置６近傍においてリン化カルシウムの粒径が少なくとも1μm以上であることが望ましい。リン化カルシウムの粒径が1μmとなるのは、計算上、溶湯の温度が800℃のときである。
【０１１４】
従って、第２の原理によりリン化カルシウムを除去する場合には、不純物分離装置６をどの位置に設置してもリン化カルシウムの除去効果が期待できる。但し、リン化カルシウムの粒径が6μm以上となる溶湯の温度が700℃以下となる位置に不純物分離装置６を配置すれば、リン化カルシウムを効果的に捕捉できると考えられる。
【０１１５】
一方、第１の原理によりリン化カルシウムを不純物分離装置６内の溶湯の流速がゼロの壁面に付着させて除去する場合には、上述したようにリン化カルシウムの粒径が10μm以上となる位置に不純物分離装置６を設置することが望ましい。従って、不純物分離装置６を溶湯の温度が概ね690℃以下となる位置に設置すればよい。
【０１１６】
このように、第１の原理を用いる場合と第２の原理を用いる場合では、不純物分離装置６の好適な設置条件が異なる。第１の原理を主に用いる構造の不純物分離装置６は、リン化カルシウムの粒径が10μm以上まで大きくなる溶湯の温度が690℃以下の位置に設置することが望ましい。従って、第１の原理を主に用いる構造の不純物分離装置６は、連続鋳造装置２からの距離が短い下流側の位置に設置することが好適である。一方、第２の原理を主に用いる構造の不純物分離装置６は、リン化カルシウムの粒径が6μm以上となる溶湯の温度が700℃以下の位置に設置することが望ましい。
【０１１７】
そこで、異なる位置に異なる構造の不純物分離装置６を配置することによって効果的にリン化カルシウムを除去することができる。例えば、図１に示すように、GBF４とCFF５との間に第１の構造を有する第１の不純物分離装置６を配置し、連続鋳造装置２のタンディッシュ２Ａ内に第２の構造を有する第２の不純物分離装置６を配置することができる。
【０１１８】
実際に図１に示すような連続鋳造設備において連続鋳造装置２における溶湯の温度が670℃程度となるように溶解炉１で温度が約730℃の溶湯を生成した。そして、温度計により異なる複数の位置における溶湯の温度を１秒間隔でサンプリングした。その結果、GBF４からタンディッシュ２Ａまでの溶湯の温度は700℃以下となった。また、タンディッシュ２Ａ内における溶湯の温度は、670〜690℃となった。
【０１１９】
従って、GBF４とCFF５との間に設置される第１の不純物分離装置６を第２の原理を主に用いる構造の不純物分離装置６とする一方、タンディッシュ２Ａ内に設置される第２の不純物分離装置６を第１の原理を主に用いる構造の不純物分離装置６とすれば、リン化カルシウムを効果的に除去することが期待できる。溶湯の温度が高い上流側の第１の不純物分離装置６では第２の原理により粒径が小さいリン化カルシウムを壁面に衝突させて除去する一方、溶湯の温度が低い下流側の第２の不純物分離装置６では第１の原理により粒径が10μm以上の大きいリン化カルシウムを流速がゼロの壁面に捕捉することができる。
【０１２０】
尚、CFF５の上流側に第１の不純物分離装置６を配置することによって、CFF５におけるリン化カルシウム等の不純物による目詰まりを低減させることができる。このため、CFF５の長時間の使用を可能とすることができる。
【０１２１】
また、図１に示すように各不純物分離装置６の設置位置に温度計７を設けて溶湯の温度を計測すれば、不純物分離装置６の設置位置が適切であるか否かを確認することができる。更に、必要に応じて不純物分離装置６の設置位置を調整することができる。加えて、溶湯の温度がより適切な温度となるように溶解炉１における溶湯の温度を制御したり、樋３を覆う保温材の材質や量を調節すれば、より効果的にリン化カルシウムを始めとする不純物の粒径を制御して不純物分離装置６により除去することができる。
【０１２２】
具体的には、不純物分離装置６の設置位置における溶湯の温度が660℃〜720℃となるように溶湯の温度制御を行うことによってリン化カルシウムの粒径を平均5μm〜20μm程度の最適なサイズに調整することができる。そして、不純物分離装置６によりリン化カルシウムの慣性力を利用してアルミニウム合金の溶湯からリン化カルシウムを分離することができる。
【０１２３】
そこで、温度制御装置８により不純物分離装置６の近傍に設けられる温度計７から温度計測データを取得し、温度計測データに基づいて不純物分離装置６の近傍における温度が適切となるように溶解炉１の加熱器１Ａをフィードバック制御することができる。また、温度計７の温度計測データから不純物分離装置６の近傍における将来の温度を予測してフィードフォワード制御を行うこともできる。このような溶湯の温度の自動制御を行えば、より細かい温度の調節が可能である。
【０１２４】
また、第１の不純物分離装置６と第２の不純物分離装置６との間における溶湯の温度差が最適となるように、単位距離当たりの溶湯の温度の低下量に基づいて第１の不純物分離装置６と第２の不純物分離装置６との間における距離を決定してもよい。
【０１２５】
次に不純物分離装置６を用いたアルミニウム合金の連続鋳造方法の流れについて図１を参照して説明する。
【０１２６】
まず工程１において、溶解炉１でアルミニウム合金が加熱され、連続鋳造装置２における溶湯の温度が670℃程度となるように約730℃〜780℃のアルミニウム合金の溶湯が溶製される。このとき、アルミニウム合金の溶湯には、カルシウムやマグネシウム等の金属が添加される。このため、アルミニウム合金に含まれるリンと添加金属との反応により、リン化カルシウム等のリン化合物が不純物として生成される。
【０１２７】
そして、アルミニウム合金の溶湯Ｌは、樋３内を流れてGBF４に導かれる。また、リン化合物は、700℃以上の高温の溶湯中において微細な粒子として分散する
【０１２８】
次に、工程２において、GBF４により処理ガスの気泡に付着する性質を有する溶湯Ｌ中の不純物が除去される。そして、アルミニウム合金の溶湯Ｌは、樋３内を流れて第１の不純物分離装置６に導かれる。このとき溶湯Ｌの温度が700℃以下に低下するため、リン化カルシウムの粒径は概ね6μm以上に成長する。
【０１２９】
次に、工程３において、6μm以上に成長したリン化カルシウムは、第１の不純物分離装置６の壁面や段差面に衝突して分離される。そして、アルミニウム合金の溶湯Ｌは、樋３内を流れてCFF５に導かれる。
【０１３０】
次に、工程４において、第１の不純物分離装置６を通過し、かつCFF５の目よりも粒径が大きい不純物がCFF５により溶湯Ｌ中から除去される。そして、アルミニウム合金の溶湯Ｌは、樋３内を流れてタンディッシュ２Ａ内の第２の不純物分離装置６に導かれる。このとき溶湯Ｌの温度が690℃以下に低下するため、リン化カルシウムの粒径は概ね10μm以上に成長する。
【０１３１】
次に、工程５において、10μm以上に成長したリン化カルシウムは、第２の不純物分離装置６内に形成された流路内において沈降する。これにより、溶湯Ｌの流速がゼロとなる第２の不純物分離装置６内の壁面においてリン化カルシウムが捕捉される。また、リン化カルシウムは、第２の不純物分離装置６の壁面や段差面に衝突して分離される。
【０１３２】
溶湯Ｌ内におけるカルシウムの濃度が十分な濃度であれば、リン化合物の大半はリン化カルシウムである。従って、第１及び第２の不純物分離装置６を通過した溶湯Ｌ内におけるリン化合物の濃度は十分に低減される。そして、タンディッシュ２Ａ内において良好にリン化合物が除去された溶湯は、連続鋳造装置２の鋳型２Ｂに導かれる。
【０１３３】
次に、工程６において、鋳型２Ｂによりアルミニウム鋳造合金が製造される。連続鋳造装置２の鋳型２Ｂに670℃程度まで温度が低下したアルミニウム合金の溶湯が流し込まれる。そして、鋳型２Ｂ及び鋳型２Ｂの出口から排出されるアルミニウム合金が冷却器２Ｃの冷却水によって冷却される。これにより、凝固したアルミニウム合金の鋳塊が連続鋳造棒Ｓとして鋳型２Ｂの出口から排出される。
【０１３４】
このアルミニウム鋳造合金棒は、670℃程度の溶湯を冷却することによって鋳造され、かつリン化合物は第１及び第２の不純物分離装置６によって除去されている。従って、アルミニウム鋳造合金棒の品質は、良好な品質となる。
【０１３５】
尚、第１及び第２の不純物分離装置６近傍における溶湯Ｌの温度が適切な温度とならない場合には、温度制御装置８による溶解炉１の加熱器１Ａのフィードバック制御によって溶湯Ｌの温度を適切な温度に近づけることができる。
【０１３６】
以上のような連続鋳造方法は、アルミニウム合金の溶湯に介在するリン化合物等の不純物を除去する工程を経て連続鋳造する方法である。また、不純物分離装置６は、アルミニウム合金の連続鋳造工程において発生するリン化合物等の不純物を除去する装置である。
【０１３７】
不純物分離装置６を用いれば、樋３等の溶湯の経路において簡便にリン化合物等の不純物を除去することができる。このため、アルミニウム鋳造合金棒の品質を向上させることができる。また、リン化合物を溶湯から除去できるため、連続鋳造装置２における溶湯の温度を670℃程度まで下げることができる。このため、アルミニウム鋳造合金棒の特性を、理想的な特性に一層近づけることができる。
【０１３８】
また、不純物分離装置６に形成される溶湯の流路のサイズは、不純物のサイズよりも大きい。このため、不純物分離装置６では、セラミックフィルタのように目詰まりすることがない。従って、セラミックフィルタに代えて不純物分離装置６を用いれば、器具の交換や清掃等のメンテナンスの頻度を低減させることができる。或いは、セラミックフィルタの上流側に不純物分離装置６を設ければ、セラミックフィルタの目詰まりの進行を抑制し、セラミックフィルタの長時間の使用を可能とすることができる。
【０１３９】
更に、不純物分離装置６では、塩素等の環境負荷の大きい物質を使用する必要がない。このため、不純物分離装置６によれば、環境負荷のない不純物除去を実現することができる。
【０１４０】
（第２の実施形態）
図１４は本発明の第２の実施形態に係る不純物分離方法に用いられる不純物分離装置及び連続鋳造装置を含む連続鋳造設備の全体構成図である。
【０１４１】
図１４に示す第２の実施形態における不純物分離方法は、CFF５の設置用に幅が広くなった樋３の部分に不純物分離装置６を設置する点が図１に示す第１の実施形態における不純物分離方法と相違する。他の構成および作用については図１に示す第１の実施形態における不純物分離方法と実質的に同様であるため同一の構成要素については同符号を付して説明を省略する。
【０１４２】
図１４に示すように、溶湯Ｌの流路を形成する樋３には、より正確にはCFF５の設置用のCFF設置層３Ａが設けられる。CFF設置層３Ａは、底が他の樋３の部分よりも低くなっており、CFF設置層３Ａに流れ込む溶湯Ｌの進行方向を横切る鉛直方向の壁面を有する。従って、CFF設置層３Ａ内には、溶湯Ｌの進行方向が下方向になった後、再び上方向となる流路が形成される。また、溶湯Ｌの進行方向が下方向となる部分の幅は、CFF５の設置用に他の樋３の部分の幅よりも広くなっている。
【０１４３】
そして、CFF５は、溶湯Ｌの進行方向が下方向となるCFF設置層３Ａ内の流路に設けられる。配置したCFF５の面積が樋３の断面積に対して大きいので、CFF５の通過時における溶湯Ｌの流路の断面積が大きくなる。このため、溶湯Ｌの流速を下げることができる。従って、溶湯Ｌは、流速が十分に遅くなった状態（例えば5〜20mm/s）でCFF５に下向きに流入する。これにより、CFF５において良好な溶湯Ｌの流速条件下において、フィルタの目よりも粗い不純物を溶湯Ｌから濾しとることができる。
【０１４４】
一方、不純物分離装置６を、溶湯Ｌの流速が十分に遅くなるCFF設置層３Ａ内に設置することができる。この結果、鋳造速度や樋３の容量等の諸条件によりCFF設置層３Ａ以外の樋３内における溶湯Ｌの流速を十分に遅くできない場合であっても、流速を低下させて溶湯Ｌを不純物分離装置６内に流入させることができる。更に、CFF設置層３Ａ内における不純物分離装置６の近傍に、温度計７を設置することができる。
【０１４５】
図１５は、図１４に示すCFF設置層３Ａ及び不純物分離装置６の構造例を示す拡大断面図であり、図１６は、図１５に示す不純物分離装置６の上面図である。
【０１４６】
図１５に示すように、例えばCFF５の上流側に単一又は複数の不純物分離装置６を設置することができる。図１５は、２枚の板状の不純物分離装置６を重ね、厚さ方向が鉛直方向となるように不純物分離装置６を設置した例を示している。尚、CFF設置層３Ａ内の溶湯Ｌの流速が十分に遅くなる他の部分に不純物分離装置６を設置するようにしてもよい。但し、CFF５の上流側であれば、溶湯Ｌの流路の幅が広く、かつ不純物分離装置６の設置も容易である。
【０１４７】
不純物分離装置６の構造は、図１０及び図１１に示す不純物分離装置６と同様な構造とすることができる。図１５及び図１６に示すように、溶湯Ｌの進行方向に対して傾斜する複数の傾斜スリット１７を不純物分離装置６に設けることが効果的である。また、複数の不純物分離装置６を、傾斜スリット１７の傾斜方向が互い違いになるように配置することによって、ジグザグ状の溶湯Ｌの流路を複数の不純物分離装置６内に形成することができる。これにより、一層不純物の補足効果を向上させることができる。
【０１４８】
この場合、図１６に示すように各不純物分離装置６に２箇所以上の位置決め用の孔を設け、各位置決め用の孔にそれぞれ位置決めピン１８を挿入することによって不純物分離装置６間における水平方向のずれを防止することができる。位置決めピン１８によって傾斜スリット１７同士を、より正確な位置で連結することができる。
【０１４９】
図１７は、図１５に示す不純物分離装置６内に形成される溶湯Ｌの流路において不純物が補足される原理を説明する図である。
【０１５０】
図１７に示すように、隣接する不純物分離装置６間では、溶湯Ｌの流路が屈曲する。また、屈曲する前後では、流路が傾斜している。従って、溶湯Ｌの進行方向に沿って傾斜する壁面に不純物を沈降又は上昇させて補足することができる。また、不純物分離装置６内において溶湯Ｌの進行方向を横切る面となる屈曲部の壁面には、不純物が衝突することによって補足される。従って、不純物分離装置６の数、すなわち溶湯Ｌの流路の屈曲部の数を増やすことによって不純物の除去効果を向上させることができる。
【０１５１】
不純物分離装置６内において傾斜する壁面の水平方向からの傾斜角度、つまり隣接する傾斜スリット１７間の角度の1/2をθとすると、傾斜角度θが小さい程、溶湯Ｌの流体抵抗が大きくなる。逆に、傾斜角度θが大きい程、不純物分離装置６の壁面に沈降又は上昇する不純物の量が減少する。従って、傾斜スリット１７間の屈曲角2θを適切な角度に設定することが望ましい。経験的には、壁面の水平方向からの傾斜角度θを、10度以上45度以下とすることが好適であると考えられる。
【０１５２】
上述のように不純物の断面積よりも大きい断面積を有する溶湯Ｌの流路を形成する不純物分離装置６の第１の壁面によって、第１及び第２の原理の双方を利用して不純物を除去することができる。溶湯Ｌとの密度の相違を利用して不純物を第１の壁面に沈降又は上昇させて補足し、かつ慣性力を利用して第１の壁面に衝突させることによっても不純物を補足することができる。
【０１５３】
加えて、不純物分離装置６の上流側における溶湯Ｌの流路を横切る面となる水平方向の第２の壁面においても、不純物を衝突させて第２の原理により補足することができる。
【０１５４】
このため以上のような第２の実施形態における不純物分離方法によれば、第１の実施形態における不純物分離方法と同様の効果を得ることができる。加えて、樋３内における溶湯Ｌの流速が十分に遅くならない場合であっても、不純物分離装置６を溶湯Ｌの流速が十分に遅くなるCFF設置層３Ａに設置することによって、不純物を良好に除去することができる。
【０１５５】
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【０１５６】
例えば、上述した実施形態では、アルミニウム合金の溶湯中におけるリン化合物が主たる不純物である場合を想定したが、前述した効果が得られる範囲であれば他の不純物を不純物分離装置６によって溶湯から除去することもできる。具体例としては、アルミニウムカーバイド(Al4C3)等の炭化物、ホウ化チタニウム(TiB2)等のホウ化物、アンチモン化合物、カルシウム化合物、酸化アルミニウム(Al2O3)等の酸化物をアルミニウム合金の溶湯や鉄等の他の金属の溶湯から除去することができる。
【０１５７】
特に、6000系のアルミニウム合金の組織を微細化して強度を向上させるためにホウ化チタニウムが添加される。アルミニウム合金中におけるホウ化チタニウムの粒径は、アルミニウムのリサイクルの過程で大きくなることが知られている。そこで、粒径が大きくなったホウ化チタニウムを不純物分離装置６によって溶湯中から除去することができる。
【図１】
2012090843.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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