(57)【要約】【目的】昇温時間の短縮を可能にし、金属溶解時間の大幅な短縮化を図ると共に、金属の溶解を継続的に安定して行うことができる金属溶解方法を得る。【構成】金属を加熱し溶解させる金属溶解方法であって、墨汁組成物０．６ｇ／ｍｍ〜１０ｇ／ｍｍを金属表面に塗布し、加熱することを特徴とする金属溶解方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を加熱し溶解させる金属溶解方法であって、墨汁組成物０．６〜１０g／ｍｍを金属表面に塗布し、加熱することを特徴とする金属溶解方法。
【請求項２】
金属表面温度を９５℃〜１２５℃に昇温した後に、墨汁組成物を塗布し、加熱することを特徴とする請求項1に記載の金属溶解方法。
【請求項３】
黒色顔料１〜３０重量部、分散剤０．１〜５重量部、保護コロイトド１〜２０重量部、残部が水である墨汁組成物を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解時間を短縮可能な金属溶解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶解炉は溶解される原料として各種純度の金属地金、各種金属屑、再生塊を溶解する。溶解の際には短時間で所定の温度に上げることが生産性の向上、エネルギ−の節減につながる。
従来、以下の特許文献１では加熱炉の内壁側に黒色顔料を混入した耐火煉瓦により構成され、加熱効率を従来よりも向上させる加熱炉の発明が提案されている。
【特許文献１】特開平８−２１０７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
各種純度の金属地金、各種金属屑、再生塊を溶解する時、金属表面が白に近いと熱の吸収が低いため輻射熱量も極めて低くなる。従って昇温時間が長くなり溶解時間においても長くなる。金属表面を黒くして溶解時間を短縮するための、市販の黒鉛主成分の塗布剤（以下、「塗布剤」とは、金属表面に塗布し、溶解を促進させる塗料をいい、安全衛生上、水を媒体とする塗布剤であることが望ましいが、水に溶解する範囲で、有機溶剤を含有したものであってもよい。）が存在するが、溶解後に硬化した皮膜として残ってしまい、この残存した皮膜が溶湯処理のフィルタを詰まらせ、溶解した金属の回収に支障がでる問題があった。更に、塗布剤に含まれる微量のＳｉが溶湯に混入し、溶解した金属を再び鋳塊とした場合、鋳塊の成分の調整、鋳塊の品質に影響し、再利用の際に問題であった。そこで、これら問題を解決し、溶解時間を短縮できる金属溶解方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、金属を加熱し溶解させる金属溶解方法であって、墨汁組成物０．６〜１０g／ｍｍを金属表面に塗布し、加熱し、溶解することを特徴とする金属溶解方法であり、請求項２に記載した金属表面温度９５℃〜１２５℃とした後に、墨汁組成物を塗布し、加熱することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の金属溶解方法であり、請求項３に記載した、黒色顔料１〜３０重量部、分散剤０．１〜５重量部、保護コロイド１〜２０重量部、残部が水である墨汁組成物を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属溶解方法である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、金属溶解方法において、昇温時間の短縮を可能にし、金属溶解時間の大幅な短縮化を図ることができる。更に、金属溶融成分に皮膜の残渣が混入しないため、フィルタの目詰まりが減り、金属の溶解を継続的に安定して行うことができる。更に回収された溶湯の質の向上が図れ、再利用可能な鋳塊を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の墨汁組成物を塗布した塗布材（「塗布材」とは、塗布剤が塗布された溶解用に調整された金属をいう。以下同じ。）市販の黒鉛主成分の塗布剤を塗布した塗布材との溶解実験結果である。
【０００７】
【図２】本発明の墨汁組成物又は市販の塗布剤を塗布した塗布材の塗布量の影響を調べた昇温実験結果である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の溶解方法は、従来の溶解方法に対して金属表面の輻射熱量を大きくできるため墨汁組成物を塗布して昇温時間を短縮することにより溶解時間を短くすることが出来る溶解方法である。
【０００９】
特に金属表面の色調が白に近いと熱の吸収能が極めて低いため、墨汁組成物を塗布することにより輻射熱量を大きくすることが出来る。金属表面に墨汁組成物を塗布する時、水溶性である墨汁組成物は金属表面の汚れにより濡れ性が悪くなり均一に塗布することができない。市販の黒鉛主成分の塗布剤も同様に均一に塗布することができない。
【００１０】
本発明の墨汁組成物は４５０℃から墨汁組成物の焼失が始まり、硬化した皮膜は溶湯中の不純物である残渣になるが、６００℃以上で使用することにより皮膜の残渣は見られず、溶湯処理のフィルタに悪影響を及すことはない。本発明の墨汁組成物は溶解後には市販の黒鉛主成分の塗布剤のような微量のＳｉが溶湯に混入するような影響は認められず、不純物のない溶湯が得られる。
【００１１】
以下に、本発明の詳細な説明を示す。
【００１２】
金属
本発明で用いる金属としては、工業的に使用され再溶融可能な金属板を好適に使用することができ、このようなものであれば特に限定されるものではない。例えば、鋼板、銅板の他、アルミニウム板、マグネシウム板、チタン板を挙げることが出来る。この中でも融点も低く、再溶融が容易なアルミニウム板が好ましい。
【００１３】
本発明の溶解方法は、まず上記金属を昇温し金属の温度を上げるが、この昇温には、電気炉を使用することが好ましい。電気炉の種類として抵抗炉、アーク炉、誘導炉、電子ビーム炉、熱放射炉、遠赤外線加熱炉が挙げられる。
【００１４】
金属表面温度９５℃〜１２５℃
本発明の溶解方法は、金属の表面温度が９５〜１２５℃になるように上記電気炉を使用し墨汁組成物を塗布することが好ましく、これにより塗布した直後に墨汁組成物の乾燥を行うことができる。上記範囲内であれば、金属表面に残存している圧延油を除去出来るため、濡れ性が向上する。これにより均一に塗布し易くなる。また、塗布時に塗布剤の急激な温度変化が少ないので、表面に均一に塗布することが出来る。
金属表面温度が９５℃未満では、金属表面に残存している圧延油により水溶性である墨汁組成物の濡れ性が悪く、均一に塗布できない。このため昇温時間の短縮に寄与しない場合がある。また、金属表面が１２５℃を超えると、塗布と同時に急激に塗布剤の温度が上がり、塗布材表面にフクレが発生し塗布剤の一部の剥がれにより均一に塗布できないために時間短縮に寄与しない場合がある。
【００１５】
なお、本発明の墨汁組成物を昇温した金属表面に塗布する方法としては、ロールコーター法、ロールスクイズ法、ケミコーター法、エアナイフ法、浸漬法、スプレー法、静電塗装法等の方法が用いられる。
【００１６】
塗布量０．６〜１０g／ｍｍ
本発明の墨汁組成物は単位面積あたりの塗布量が０．６g／ｍｍ以上、１０g／ｍｍ以下であることが必要で、墨汁組成物を塗布した塗布材の昇温時間の短縮効果を得易い上、重ね塗り等をせずとも良く、均一に塗布することがたやすい。１０g／ｍｍを超えるには、一度に塗る事が出来る量に限界があるため、重ね塗りが必要となり、均一に塗布する事が難しい場合がある。０．６g／ｍｍ未満になると、墨汁組成物を塗布した塗布材の昇温時間の短縮効果を得るのは難しい場合がある。
【００１７】
本発明に用いる墨汁組成物は黒色顔料、分散剤、保護コロイド及び水を使用することが好ましい。本発明における墨汁組成物の残部は実質的に水媒体とする。本発明の墨汁組成物は上記に例示した各成分を三本ロール、ボールミル、サンドミル、ビーズミル等の分散機器にて均一分散させることにより容易に得ることができる。
【００１８】
以下各成分について述べる。
黒色顔料１〜３０重量部
墨汁組成物として、好ましい黒色顔料はカーボンブラック、油煙、松煙等が挙げられ、より好ましくは、カーボンブラックが挙げられる。塗布時の粘度調整からカーボンブラックを墨汁組成物全量に対して１〜３０重量部使用することができ、塗布時に肌荒れやたれが生じ辛い。更に１重量部未満では墨汁組成物としての濃度が低く、金属溶解時間短縮に寄与しない場合や塗布時に肌荒れが発生する場合がある。３０重量部を超えると安定な分散が保持出来ず沈降を生じる場合や塗布時にたれが生じる場合がある。
【００１９】
分散剤０．１〜５重量部
分散剤として好ましくは、アニオン活性剤、ノニオン活性剤、カチオン活性剤であり、具体的にはラウリル硫酸ナトリウム、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム、Ｎ−アシルグルタメート、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、Ｎ−アシルタウレート、ショ糖脂肪酸エステル、アルキロールアマイド、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、プルロニック等を使用することができる。その使用量は墨汁組成物全量に対して０．１〜５重量部使用することが好ましく顔料粒子間の界面張力を下げ、均一に顔料を分散することができ、濡れ性を改善でき、また、塗布剤の粘度を適正に出来、塗り性を改善できる。０．１重量部未満の使用では分散安定性が弱く黒色顔料が均一に分散せず、濡れ性に問題が生じる場合がある。５重量部を超える使用では高粘度になり墨汁組成物としては使用できなくなる場合がある。より好ましくは０．２〜２重量部である。
【００２０】
保護コロイド１〜２０重量部
保護コロイドとしては、例えば、にかわ、ポリビニールアルコール(PVA)やヒドロキシエチルセルロース(HEC)等を墨汁組成物全量に対して１〜２０重量部使用する事が好ましく、適切な分散効果が得られ、分散剤の使用を抑制することができる上、適切な粘度と分散効果が得られ、塗布に適した墨汁組成物が得られる。１重量部未満の使用では保護コロイト゛としての分散効果が少なく、２０重量部を超える使用では高粘度になり墨汁組成物としては使用できなくなる場合がある。より好ましくは２〜１５重量部である。
【実施例１】
【００２１】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００２２】
金属板として、Ａｌ９９．９％の地金からブックモールドに鋳込んだサイズ４０ｍｍ厚×２００ｍｍ巾×１５０ｍｍ長さのＡｌブロックを作製した。比較例と本発明の塗布剤を前記Ａｌブロック表面に刷毛により塗布し、塗布材（Ａｌブロック）を作成し、塗布剤の塗布について観察した。
【００２３】
Ａｌブロックの金属表面温度を９５〜１２５℃まで電気炉を使用して昇温し、墨汁組成物を塗布したところ、塗布直後に乾燥することができた。９５℃以上１２５℃以下であれば、であれば、表面の油を除去出来るため、濡れ性が向上することが分かった。これにより均一に塗布し易くなった。
また９５℃以上１２５℃以下であれば、表面の油を除去出来るため、濡れ性が向上することが分かった。これにより均一に塗布し易くなった。また塗布時に塗布剤の急激な温度変化が少ないので、表面に均一に塗布することが出来た。
なお、金属表面が９５℃未満では、金属表面の油により水溶性である墨汁組成物の濡れ性が悪く、均一に塗布できなかった。また、金属表面が１２５℃超えると、塗布と同時に急激に塗布剤の温度が上がり、塗布材表面にフクレが発生し一部剥がれにより均一に塗布できなかった。
【００２４】
次いで、本発明の墨汁組成物を塗布した塗布材と、比較例として市販の黒鉛主成分の塗布剤を塗布した塗布材と、塗布を行なっていない材料とで溶解実験による比較を行った。比較例の市販の黒鉛主成分の塗布剤は黒鉛４０〜６０％、接着剤としてのケイ酸ナトリウム１０〜２０％、分散剤としてポリアクリル酸ナトリウム０．０１〜１．０％、残部溶媒として水よりなるものを使用した。
【００２５】
電気炉を用いて熱電対を中央部に差し込んだＡｌブロックを箱型坩堝に入れて電気炉の温度８００℃に設定して電源を入れスタートさせた。Ａｌブロックの温度を連続的に測定して、完全に溶解したところで測定終了とした。実験結果のグラフを図１に示す。
【００２６】
昇温速度は本発明の墨汁組成物を塗布した塗布材と比較例である市販の黒鉛主成分を塗布した塗布材はほぼ同等の昇温速度を示した。両塗布材共に、塗布を行なっていない材料に比べ昇温速度は２倍強と速くなった。
【００２７】
但し、昇温後は塗布剤が残る、比較例である市販の黒鉛主成分の塗布剤を塗布した塗布材が更に溶解時間が短くなる。本発明の墨汁組成物は、昇温が終わる溶解開始温度付近で、墨汁が焼失してしまい、溶解時間は塗布なしに比べ僅かに短縮されるぐらいであった。実験結果のまとめを表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【実施例２】
【００２９】
面削したＡｌブロック３３ｍｍ厚×２００ｍｍ巾×１５０ｍｍ長さのサイズのＡｌブロックを用意した。ブロック表面に墨汁組成物を塗布した。
【００３０】
墨汁組成物は、塗布量を規定するため原液の墨汁組成物と原液を純水で薄めたものを用意した。Ａｌ板１００ｍｍ角×厚さ１ｍｍを１２０℃に設定した電気炉に入れて加熱して、取り出し刷毛塗りを行った。塗布後の重量から塗布前のＡｌ板重量を差し引いて塗布量を計算したものを表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
墨汁組成物の面積あたりの塗布量が０．６ｇ／ｍｍ以上であると、均一に塗布された材料を得易いことがわかった。塗布量が１０ｇ／ｍｍ以下であると、重ね塗り等をせずとも良く、均一に塗布する事が容易い。１０ｇ／ｍｍを超えるには、重ね塗りが必要となり、均一に塗布する事が難しい場合がある。０．６ｇ／ｍｍ未満になると、むらが目立った。
【００３３】
塗布後のそれぞれの材料で加熱溶解を行った。昇温速度を測定するために５００℃に上げた電気炉に熱電対を差し込んだＡｌブロックをセットして連続的に温度デ―タを採取した。各Ａｌブロックの昇温速度を測定した結果を図２に示す。
【００３４】
塗布量５ｇ／ｍｍでは市販の黒鉛主成分の塗布材と同等の昇温速度を示した。塗布量０．６ｇ／ｍｍでは極僅かに昇温速度が遅くなった。
【００３５】
塗布量０．２ｇ／ｍｍになると明瞭に昇温速度が遅くなるが、塗布なしと比較するとまだ効果としては認められるものの昇温速度の改善効果が不十分であった。この結果より充分な効果を得るには０．６ｇ／ｍｍ以上の塗布量が必要であることがわかった。
【００３６】
次に、表２のＡｌ溶湯中への塗布剤の混入状況を確認するために混入実験を行なった。３０ｍｍ〜４０ｍｍ角のＡｌブロックに本発明の墨汁組成物を塗布した塗布材、比較例の市販の黒鉛主成分の塗布剤を塗布した塗布材、塗布なしをそれぞれ黒鉛坩堝に入れて電気炉により温度を上げていきながら塗布された表面の観察を行った。
【００３７】
４５０℃付近から墨汁組成物の塗布材表面の塗布剤は焼失し始めるが、市販の黒鉛主成分の塗布剤はほとんど変化が見られなかった。黒鉛主成分の塗布材は、被塗布材が完全に溶解した後でも、溶湯表面に塗布剤の皮膜が見られた。各坩堝の中の溶湯を攪拌した後で溶湯を採取してＩＣＰ及びカ゛スクロにより分析を行った。結果を表３に示す。市販の黒鉛主成分の塗布剤にはケイ酸ナトリウムが由来のＳｉの混入が認められた。分析結果より本発明の墨汁組成物を塗布した塗布材には溶湯に不純物として混入するものは認められず、不純物の混入が無い溶湯が得られた。）
【００３８】
分析結果を表3に示す。
【００３９】
【表３】
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【図１】
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【図２】
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