(57)【要約】【課題】本発明は、広い溶湯温度範囲で安定的に脱リンが行える脱リン用フラックスを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の脱リン用フラックスは、鋳造用アルミニウム合金の溶湯からリンを除去するために用いられる脱リン用フラックスであって、ＮａＦと、ＮａＣｌと、Ｎａを除くアルカリ金属のフッ化物とを含んでおり、上記ＮａＦの含有量が２４質量％以上６３質量％以下、上記ＮａＣｌの含有量が３４質量％以上６８質量％以下、上記フッ化物の含有量が０．３質量％以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用アルミニウム合金の溶湯からリンを除去するために用いられる脱リン用フラックスであって、
ＮａＦと、
ＮａＣｌと、
Ｎａを除くアルカリ金属のフッ化物と
を含んでおり、
上記ＮａＦの含有量が２４質量％以上６３質量％以下、
上記ＮａＣｌの含有量が３４質量％以上６８質量％以下、
上記フッ化物の含有量が０．３質量％以上である脱リン用フラックス。
【請求項２】
上記ＮａＦ及び上記ＮａＣｌがプリメルトされている請求項１に記載の脱リン用フラックス。
【請求項３】
上記フッ化物がＫＦである請求項１又は請求項２に記載の脱リン用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱リン用フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンを含むアルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ合金）は、共晶系の合金であり、ピストン、シリンダヘッド、建築パネル、溶接線等様々な用途で使用されている。
【０００３】
この共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を製造する際には、Ａｌの溶湯に金属Ｓｉを添加材として加える。金属Ｓｉ中には一般に１０〜２００質量ｐｐｍ程度のリン（Ｐ）が含まれる。例えば一般的に鋳物部品に使用されるＡＡ３６５合金（Ａｌ−１０％Ｓｉ−０．３％Ｍｇ合金）を製造する場合であれば、Ａｌ−Ｓｉ合金中のＰ濃度は１〜２０質量ｐｐｍとなる。Ｓｉを含むＡｌ合金の溶湯中にこのような濃度のＰが含まれていると、Ａｌ−Ｓｉ合金の鋳造過程で共晶組織が粗くなったり、直径１０μｍを超えるような粗大な共晶Ｓｉ粒が生成され、製品の機械特性を悪化させる。このように共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の製造では、Ａｌ合金の溶湯中のＰ濃度を低減することが求められている。
【０００４】
また、共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の原料として、Ａｌ−Ｓｉ合金のスクラップの再利用が進んでいる。これらのスクラップの中には、Ｓｉ濃度が１２．６質量％以上の過共晶アルミニウム合金が含まれる場合がある。過共晶アルミニウム合金では、機械特性を向上させるために積極的にＰを添加して初晶Ｓｉを微細化している。このため、このようなスクラップの利用を促進するためには、Ｐ濃度をさらに低減することが必要となる。
【０００５】
Ａｌ合金の溶湯からＰを除去する方法としては、脱リン用フラックスを用いる方法が知られている（例えば特開２０１６−９８４３３号公報参照）。上記公報に記載の脱リン用フラックスは、６０質量％〜９０質量％のフッ化カルシウムと１０質量％〜４０質量％の塩化カリウムとからなる。この脱リン用フラックスをアルミニウム合金の溶湯の液面上に散布することで、溶湯中のリンが、上記脱リン用フラックスのフッ化カルシウムに含まれるカルシウムと結合してリン化カルシウムを形成する。形成されたリン化カルシウムは、上記脱リン用フラックスの塩化カリウムに付着し、滓としてその溶湯の液面に浮上する。この滓を炉外へ取り出すことで、溶湯の中のリンが除去される。
【０００６】
上記従来の脱リン用フラックスは、融点が比較的高いため、効率良く脱リンを行うためには高い溶湯温度を必要とする。このため、アルミニウム合金の溶湯温度の下限が脱リン用フラックスの融点で決まってしまい、溶湯温度を下げることで消費エネルギーを低減することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−９８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、広い溶湯温度範囲で安定的に脱リンが行える脱リン用フラックス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】
【０００９】
本発明者らが、溶湯温度が低いアルミニウム合金で脱リン用フラックスを機能させる方法について鋭意検討した結果、ＮａＦとＮａＣｌとで構成されるフラックスに例えばＫＦ等のアルカリ金属のフッ化物を添加すると、溶湯温度が低いアルミニウム合金であっても脱リン反応を安定的に行うことができることを見出し、本発明を完成させた。本発明者らは、アルミニウム合金の溶湯上で上記フッ化物とＮａＣｌとが反応することで、局所的に熱が発生し、この発熱により脱リン反応が促進されたため、高い溶湯温度を必要としなかったと推定している。
【００１０】
すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明は、鋳造用アルミニウム合金の溶湯からリンを除去するために用いられる脱リン用フラックスであって、ＮａＦと、ＮａＣｌと、Ｎａを除くアルカリ金属のフッ化物とを含んでおり、上記ＮａＦの含有量が２４質量％以上６３質量％以下、上記ＮａＣｌの含有量が３４質量％以上６８質量％以下、上記フッ化物の含有量が０．３質量％以上である。
【００１１】
当該脱リン用フラックスは、上記範囲内のＮａＦを含めることで、ＮａＣｌやＮａを除くアルカリ金属のフッ化物の量を確保しつつ、脱リンを十分に行うことができる。また、当該脱リン用フラックスは、上記範囲内のＮａＣｌを含めることで、液相率を確保し、脱リン反応により生じたリン化ナトリウムを効率的に吸収できる。さらに、当該脱リン用フラックスは、上記下限以上のＮａを除くアルカリ金属のフッ化物を含むので、アルミニウム合金の溶湯上で上記フッ化物とＮａＣｌとが反応することにより局所的に熱が発生し、脱リン反応が促進される。従って、当該脱リン用フラックスを用いることで、広い溶湯温度範囲で安定的に脱リンが行える。
【００１２】
上記ＮａＦ及び上記ＮａＣｌがプリメルトされているとよい。このように上記ＮａＦ及び上記ＮａＣｌをプリメルトしておくことで、脱リン用フラックスの融点を下げることができるので、脱リン反応をさらに促進できる。
【００１３】
上記フッ化物がＫＦであるとよい。このように上記フッ化物をＫＦとすることで、ＮａＣｌとの反応による局所的発熱量を増大できるので、脱リン反応をさらに促進できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の脱リン用フラックスは、広い溶湯温度範囲で安定的に脱リンが行える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る脱リン用フラックスの使用方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る脱リン用フラックスについて説明する。
【００１７】
当該脱リン用フラックスは、鋳造用アルミニウム合金の溶湯からリンを除去するために用いられる。当該脱リン用フラックスは、ＮａＦと、ＮａＣｌと、Ｎａを除くアルカリ金属のフッ化物（以下、単に「フッ化物」ともいう）とを含む。
【００１８】
＜アルミニウム合金＞
当該脱リン用フラックスは、シリコンを含むアルミニウム合金の脱リンに好適に用いることができる。鋳造用アルミニウム合金の溶湯中に含まれるＳｉの含有量は、アルミニウム合金の用途に応じて適宜決定されるが、例えば５質量％以上１３質量％以下とされる。金属Ｓｉ中には一般にＰが含まれるが、上記溶湯中に含まれるＰの含有量は、例えば５質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ程度である。
【００１９】
また、上記溶湯には、製造されるアルミニウム合金の種類に応じて、適宜他の元素が添加されていてもよい。このような他の元素としては、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ等を挙げることができる。なお、残部はＡｌ及び不可避的不純物である。
【００２０】
＜ＮａＦ＞
ＮａＦは、脱リン反応に直接寄与する。ＮａＦによる脱リン反応は、下記反応式（１）及び（２）により生じると考えられる。つまり、脱リン用フラックス中のＮａＦは、鋳造用アルミニウム合金の溶湯中のＡｌと反応し、固体のＮａ３ＡｌＦ６を生じるとともに、鋳造用アルミニウム合金の溶湯中にＮａを放出する（反応式（１））。溶湯中に放出されたＮａは溶湯中のＰと反応し、溶湯中にＮａ３Ｐを生じる（反応式（２））。このＮａ３Ｐは、脱リン用フラックスに吸収され、回収される。
６ＮａＦ＋Ａｌ→Ｎａ３ＡｌＦ６＋３Ｎａ  ・・・（１）
３Ｎａ＋Ｐ→Ｎａ３Ｐ                  ・・・（２）
【００２１】
上記ＮａＦの含有量の下限としては、２４質量％であり、３２質量％がより好ましく、４０質量％がさらに好ましい。一方、上記ＮａＦの含有量の上限としては、６３質量％であり、５７質量％がより好ましく、５０質量％がさらに好ましい。上記ＮａＦの含有量が上記下限未満であると、脱リン反応が十分に生じないおそれがある。逆に、上記ＮａＦの含有量が上記上限を超えると、鋳造用アルミニウム合金の溶湯中での当該脱リン用フラックスの液相率が低下し、溶湯中に生じたＮａ３Ｐを効率良く吸収できないおそれがある。
【００２２】
＜ＮａＣｌ＞
ＮａＣｌは、当該脱リン用フラックスの液相率を担保すると共に、後述するフッ化物との反応により熱を発生し、ＮａＦによる脱リン反応を促進する。
【００２３】
上記ＮａＣｌの含有量の下限としては、３４質量％であり、４２質量％がより好ましい。一方、上記ＮａＣｌの含有量の上限としては、６８質量％であり、６３質量％がより好ましい。上記ＮａＣｌの含有量が上記下限未満であると、鋳造用アルミニウム合金の溶湯中での当該脱リン用フラックスの液相率が低下し、溶湯中に生じたＮａ３Ｐを効率良く吸収できないおそれがある。逆に、上記ＮａＣｌの含有量が上記上限を超えると、ＮａＦやフッ化物の含有量を十分に確保できず、脱リン反応が十分に生じないおそれがある。
【００２４】
＜フッ化物＞
上記フッ化物は、アルミニウム合金の溶湯上でＮａＣｌと反応することにより局所的に熱を発生させ、脱リン反応を促進する。
【００２５】
当該脱リン用フラックスに含まれるフッ化物は、Ｎａを除くアルカリ金属のフッ化物である。上記アルカリ金属としては、そのフッ化物がＮａＣｌと発熱反応を生じるものであれば特に限定されず、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）、リチウム（Ｌｉ）等を挙げることができる。
【００２６】
中でも、上記アルカリ金属としてはカリウムが好ましい。つまり、上記フッ化物としてはＫＦが好ましい。ＮａＣｌとＫＦとは、下記反応式（３）に従って反応する。この反応は発熱反応であり、発熱量が大きい。このように上記フッ化物をＫＦとすることで、ＮａＣｌとの反応による局所的発熱量を増大できるので、脱リン反応をさらに促進できる。
ＮａＣｌ＋ＫＦ→ＫＣｌ＋ＮａＦ        ・・・（３）
【００２７】
上記フッ化物の含有量の下限としては、０．３質量％であり、０．５質量％がより好ましく、０．７質量％がさらに好ましい。上記フッ化物が上記下限未満であると、局所的な発熱量が不足し、脱リン反応の促進効果が不十分となるおそれがある。一方、上記フッ化物の含有量の上限としては、特に限定されないが、１０質量％が好ましく、５質量％がより好ましい。上記フッ化物の含有量が上記上限を超えると、発熱量が不必要に増大するほか、ＮａＦやＮａＣｌの含有量が相対的に減少するため、脱リン反応が十分に生じないおそれがある。
【００２８】
なお、上記フッ化物は１種類には限定されず、２種以上を併用してもよい。２種以上を併用する場合、フッ化物の含有量は、その合計含有量を指す。
【００２９】
上記ＮａＦ、上記ＮａＣｌ及び上記フッ化物は、単体では常温で粒状である。当該脱リン用フラックスは、粒状のＮａＦ、ＮａＣｌ及びフッ化物を混ぜ合わせたのみの混合体としてもよいが、上記ＮａＦ及び上記ＮａＣｌがプリメルトされているとよい。このように上記ＮａＦ及び上記ＮａＣｌをプリメルトしておくことで、脱リン用フラックスの融点を下げることができるので、脱リン反応をさらに促進できる。
【００３０】
＜脱リン用フラックスの使用方法＞
当該脱リン用フラックスの使用方法は、図１に示すように、溶湯生成工程Ｓ１と、フラックス散布工程Ｓ２と、攪拌工程Ｓ３と、除滓工程Ｓ４とを備える。
【００３１】
（溶湯生成工程）
溶湯生成工程Ｓ１では、鋳造用アルミニウム合金の溶融により溶湯を生成する。この溶湯生成工程Ｓ１は、例えばるつぼ及び回転翼を有する加熱炉、内部に耐火物を有し、抵抗又は高周波により加熱される加熱炉、バーナーにより加熱可能に構成された耐火物容器等を用いて行うことができる。
【００３２】
上記溶湯温度の下限としては、６５０℃が好ましく、７００℃がより好ましい。一方、上記溶湯温度の上限としては、８００℃が好ましく、７６０℃がより好ましい。上記溶湯温度が上記下限未満であると、鋳造用アルミニウム合金を十分に溶融できないおそれがある。逆に、上記溶湯温度が上記上限を超えると、加熱のための消費エネルギーが増大し、アルミニウム合金の製造コストが上昇するおそれがある。当該脱リン用フラックスは広い溶湯温度範囲で安定的に脱リンが行えるので、溶湯温度の下限は脱リンに制約されない。従って、例えば溶湯温度を７５０℃以下の比較的低い温度とすることができるので、消費エネルギーを低減することができる。
【００３３】
（フラックス散布工程）
フラックス散布工程Ｓ２では、溶湯生成工程Ｓ１で生成した溶湯の液面に、当該脱リン用フラックスを散布する。
【００３４】
当該脱リン用フラックスの散布量は、上記溶湯に含まれるＰ濃度等に応じて適宜決定されるが、例えば溶湯１ｔｏｎ当たり３ｋｇ以上１１ｋｇ以下とできる。上記散布量が上記下限未満であると、脱リンが不十分となるおそれがある。逆に、上記散布量が上記上限を超えると、過剰の脱リン用フラックスを除去するためのコストが上昇するおそれがある。
【００３５】
なお、当該脱リン用フラックスの散布は、全量を一度に散布してもよいが、当該脱リン用フラックスを分割して複数回に分けて散布してもよい。
【００３６】
（攪拌工程）
攪拌工程Ｓ３では、フラックス散布工程Ｓ２で当該脱リン用フラックスが散布された溶湯を攪拌する。この攪拌工程Ｓ３は、例えば溶湯生成工程Ｓ１で述べた加熱炉を用いる場合であれば、回転翼を用いて行うことができる。
【００３７】
この攪拌工程Ｓ３により、脱リン用フラックスとアルミニウム合金の溶湯とが攪拌され、Ｎａ３Ｐが生成される。当該脱リン用フラックスを用いる場合、ＮａＣｌとフッ化物との反応熱によりＮａ３Ｐの生成が促進されるので、溶湯温度が比較的低い場合であっても、効率的にＮａ３Ｐを生成することができる。生成されたＮａ３Ｐは、滓として溶湯の液面を浮遊する脱リン用フラックスに吸収される。
【００３８】
攪拌工程Ｓ３での攪拌時間は、上記溶湯に含まれるＰ濃度等に応じて適宜決定されるが、上記攪拌時間の下限としては、５分が好ましく、１０分がより好ましい。また、上記攪拌時間の上限としては、特に限定されないが、脱リン効率の観点から６０分とされる。
【００３９】
（除滓工程）
除滓工程Ｓ４では、攪拌工程Ｓ３で液面に浮上したＮａ３Ｐを含む滓を回収する。具体的には、例えば耐火物コーティングした柄杓で液面に浮上している滓を掬い、炉外へ排出する。
【００４０】
上記滓には、Ｎａ３Ｐが含まれるので、この除滓工程Ｓ４によりアルミニウム合金の溶湯中のＰ濃度を低減することができる。また、合わせて表面に浮上している酸化物（アルミナ）や未反応の脱リン用フラックスも回収するとよい。
【００４１】
フラックス散布工程Ｓ２、攪拌工程Ｓ３及び除滓工程Ｓ４の一連の処理は、処理時間の観点から１回のみで行ってもよいが、複数回行ってもよい。これらの一連の処理を複数回行うことで、Ｐ濃度をさらに低減できる。上記一連の処理の繰り返し回数としては、５回以下が好ましい。上記繰り返し回数が上記上限を超えると、処理時間に対して得られるＰ濃度の低減効果が低くなり過ぎるおそれがある。
【００４２】
また、除滓工程Ｓ４後（上記一連の処理を繰り返し行う場合は、最後の除滓工程Ｓ４後）、ナトリウムを除去可能なフラックスを使用して不要なＮａを除去してもよい。このようなＮａの除去は、上述のフラックス散布工程Ｓ２、攪拌工程Ｓ３及び除滓工程Ｓ４の一連の処理において、脱リン用フラックスに代えてナトリウムを除去可能なフラックスを用いる方法で行うことができるので、詳細な説明を省略する。
【００４３】
上記ナトリウムを除去可能なフラックスとしては、市販のフラックス、例えばＫ、ＮＨ４、Ｆ、Ｃｌを含むフラックスを用いることができる。
【００４４】
このようにして脱リンされたアルミニウム合金の溶湯を鋳型に流し込むことにより、所望の形状を有する鋳造物を得ることができる。
【００４５】
＜利点＞
当該脱リン用フラックスは、上記範囲内のＮａＦを含めることで、ＮａＣｌやＮａを除くアルカリ金属のフッ化物の量を確保しつつ、脱リンを十分に行うことができる。また、当該脱リン用フラックスは、上記範囲内のＮａＣｌを含めることで、液相率を確保し、脱リン反応により生じたリン化ナトリウムを効率的に吸収できる。さらに、当該脱リン用フラックスは、上記下限以上のＮａを除くアルカリ金属のフッ化物を含むので、アルミニウム合金の溶湯上で上記フッ化物とＮａＣｌとが反応することにより局所的に熱が発生し、脱リン反応が促進される。従って、当該脱リン用フラックスを用いることで、広い溶湯温度範囲で安定的に脱リンが行える。
【００４６】
［その他の実施形態］
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
【００４７】
当該脱リン用フラックスの用途は、シリコンを含むアルミニウム合金の脱リンに限定されない。当該脱リン用フラックスは、Ｓｉを含まないアルミニウム合金の脱リンに適用することもできる。
【００４８】
当該脱リン用フラックスは、ＮａＦ、ＮａＣｌ及びフッ化物以外の成分、例えばＣａＣｌ２やＫＣｌ等が含まれていてもよい。ＮａＦ、ＮａＣｌ及びフッ化物の含有量が上述の範囲内を満たす限り、他の成分が含まれていても当該脱リン用フラックスは、同様の効果を奏する。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
脱リン用フラックスとして、ＮａＦを４１質量％、ＮａＣｌを５８質量％及びＮａを除くアルカリ金属のフッ化物としてＫＦを０．７質量％を含むフラックスを準備した。なお、上記脱リン用フラックスにおいて、ＮａＦとＮａＣｌとはプリメルトされていないものを用いた。また、ナトリウムを除去可能なフラックスとして、Ｋを１４質量％、ＮＨ４を１８質量％、Ｆを１８質量％、Ｃｌを４３質量％含む市販のフラックスを準備した。
【００５１】
試験設備を用いて、シリコンを１１質量％、リンを１１ｐｐｍ含むアルミニウム合金４．５５ｋｇを７５０℃の温度で溶解し、アルミニウム合金の溶湯を生成した。この溶湯に上記脱リン用フラックスを１０ｇ散布し、よく攪拌した後に除滓を行った。この散布から除滓までの工程を３回繰り返した。次に、上記ナトリウムを除去可能なフラックスを１０ｇ散布し、攪拌後に表面に浮上した酸化物、未反応フラックス及びＮａを除去した。
【００５２】
このようにして脱リン処理及び脱ナトリウム処理を行った溶湯から、耐火物コーティングした柄杓を用いて溶湯を採取し、鉄製の鋳型内で固めることで実施例１のアルミニウム試料を得た。
【００５３】
（実施例２〜実施例５、比較例１〜比較例３）
脱リン用フラックスとして、表１に示す組成を有するフラックスを準備した。また、アルミニウム合金として、表１に示すＳｉ濃度及びＰ濃度（表１の処理前のＰ濃度）を含むアルミニウム合金を用い、表１に示す温度で溶解し、アルミニウム合金の溶湯を生成した。他の条件は、実施例１と同様にして実施例２〜実施例５及び比較例１〜比較例３のアルミニウム試料を得た。
【００５４】
＜評価＞
実施例１〜実施例５及び比較例１〜比較例３のアルミニウム試料に対し、旋盤及びフライスで表面を研磨し、研磨面に対して固体発光分析を行うことにより、処理後のＰ濃度を測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
2020007630.tif 000002
【００５６】
表１で、脱リン率は、処理前のＰ濃度をＡ、処理後のＰ濃度をＢとするとき、下記式（４）で算出される値である。
脱リン率＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００［％］    ・・・（４）
【００５７】
表１から、Ｎａを除くアルカリ金属のフッ化物であるＫＦを０．３質量％以上含む本発明の脱リン用フラックスを用いた実施例１〜実施例５では、脱リン率が３５％を超えるのに対し、ＫＦを含まない脱リン用フラックスを用いた比較例１〜比較例３では脱リン率が１５％に満たないことが分かる。このことから、脱リン用フラックスに０．３質量％以上のフッ化物を含ませることで、安定的に脱リンが行えると言える。
【００５８】
また、表１から、溶湯温度が７００℃である実施例２及び実施例５は、溶湯温度が７４０℃以上である実施例１、実施例３及び実施例４と同等の脱リン率を有することが分かる。一方、溶湯温度が７５０℃である比較例１及び比較例２では、脱リン率が１０％〜１３％であるのに対し、溶湯温度が７２０℃である比較例３は、脱リン率が０％であり、脱リンが進んでいない。つまり、ＫＦを含まない脱リン用フラックスを用いる場合では、少なくとも溶湯温度を７５０℃以上とする必要があることが分かる。このことから、本発明の脱リン用フラックスを用いることで広い溶湯温度範囲で脱リンが行えると言える。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、本発明の脱リン用フラックスは、広い溶湯温度範囲で安定的に脱リンが行える。
【図１】
2020007630.tif 000003