(57)【要約】【課題】  フラックスインジェクション回転脱ガス装置により非ナトリウム系フラックスを用いてアルミニウム合金溶湯を処理する際に、未反応フラックスの付着・堆積を防止して高い脱滓効果を確保した非ナトリウム系フラックスおよびそれを用いたアルミニウム合金溶湯の処理方法を提供する。【解決手段】  質量％で、ＡｌＦ3：８０〜９５％、ＫＣｌ：２．５〜１０％、Ｋ2ＳＯ4：２．５〜１０％を必須の構成成分とし、残部は合計で５％以下のその他の塩化物、フッ化物、硝酸塩から成る非ナトリウム系フラックス。アルミニウム合金溶湯中に上記装置のローターを浸漬した状態に維持し、ノズルから不活性ガスおよび上記のフラックスを溶湯中に噴出させて供給し、ローターを２００〜４５０ｒｐｍで回転させて、溶湯中の介在物などを微細気泡およびフラックスとともに湯面まで浮上させることにより脱ガスおよび脱滓を行うアルミニウム合金の処理方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックスインジェクション回転脱ガス装置によりアルミニウム合金溶湯を処理する際に用いる非ナトリウム系フラックスであって、質量％で、
ＡｌＦ3：８０〜９５％、ＫＣｌ：２．５〜１０％、Ｋ2ＳＯ4：２．５〜１０％を必須の構成成分とし、残部は合計で５％以下のその他の塩化物、フッ化物、硝酸塩から成ることを特徴とする非ナトリウム系フラックス。
【請求項２】
回転ローター軸中心部に不活性ガスとフラックスを供給できる１又は複数のノズルを有するフラックスインジェクション回転脱ガス装置により、請求項１記載のフラックスを用いてアルミニウム合金溶湯を処理する方法であって、
前記アルミニウム合金溶湯中に前記回転ローターを浸漬した状態に維持し、
前記ノズルから不活性ガスおよび前記フラックスを溶湯中に噴出させて供給し、前記回転ローターを２００〜４５０ｒｐｍの回転数で回転させて、溶湯中の介在物などを微細気泡およびフラックスとともに湯面まで浮上させることにより脱ガスおよび脱滓を行うことを特徴とするアルミニウム合金溶湯処理方法。
【請求項３】
回転ローター軸中心部に不活性ガスとフラックスを供給できる１又は複数のノズルを有するフラックスインジェクション回転脱ガス装置により、請求項１記載のフラックスを用いてアルミニウム合金溶湯を処理する方法であって、
前記アルミニウム合金溶湯中に前記回転ローターを浸漬した状態に維持し、
前記ノズルから不活性ガスおよび前記フラックスを溶湯中に噴出させて供給し、前記回転ローターを２００〜４５０ｒｐｍの回転数で回転させて、溶湯中の介在物を微細気泡およびフラックスとともに湯面まで浮上させることにより脱ガスおよび脱滓を行う第１の工程と、
更に、前記ノズルから不活性ガスのみを溶湯中に噴出させて供給し、前記回転ローターを２００〜４５０ｒｐｍの回転数で回転させて、溶湯中の介在物を微細気泡および残留フラックスとともに湯面まで浮上させることにより脱ガスおよび脱滓を行う第２の工程を、
順次行って、脱ガスおよび脱滓を行うことを特徴とするアルミニウム合金溶湯処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム溶湯の処理方法に関し、詳しくはフラックスインジェクション回転脱ガス装置を用いたアルミニウム溶湯の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物用合金の共晶Ｓｉ改良剤としてＮａが古くから用いられており、Ｎａ添加用フラックスとして、ＮａＦ、ＮａＣｌを主成分とするＮａ系フラックスが広く用いられている。しかし、Ｎａは、合金組成や鋳造方案にもよるが一般的にはアルミニウム鋳物中のガスポロシティの分散を促進する効果を有するものの、Ｎａを数ＰＰＭ以上含有する溶湯は空気中の水分との反応により、水素ガス濃度が高くなりやすく、溶湯表面における酸化を促進してドロスの発生を促進する。また、主たる合金成分としてＭｇを含有する５０００系アルミニウム合金においては、微量のＮａにより、粒界脆性を引き起こして、伸びなどその特性を著しく劣化することも知られている。
【０００３】
このように、Ｎａの混入を嫌う鋳造方式ラインにおいては、アルミニウム合金溶湯の脱滓処理用のフラックスとして、非ナトリウム系フラックスが広く用いられてきた。この非ナトリウム系フラックス中には、脱滓効果を有するＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２やＫＣｌなどＮａ塩を含まない塩化物系フラックスを主成分として、これにアルミニウム溶湯との反応性を高めるＫＡｌＦ３、ＡｌＦ３、Ｋ２ＳＯ４等が混合されている。
【０００４】
しかし、前記塩化物系フラックスの中で、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２については、吸湿性があるため保存に気をつけなければならない。仮に吸湿したフラックスをアルミニウム溶湯中に直接接触させると、水蒸気爆発の危険があるため、でき得るならばＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２の使用は避けた方が良い。更に、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２をアルミニウム合金溶湯と反応させると悪臭を放ち作業性に支障を来たすという理由から、バッチ炉のような閉鎖系の炉内に使用する場合を除き、一般的には広く用いられていない。
【０００５】
従って、Ｎａの混入を嫌う鋳造方式ラインにおいては、溶湯の脱滓処理用のフラックスとして、脱滓効果を有するＫＣｌを主成分として、溶湯との反応性を高めるＫＡｌＦ３、ＡｌＦ３、Ｋ２ＳＯ４等を混合した非ナトリウム系フラックス、例えば、ＫＫ７６５（日本軽金属社製（商品名）。質量％で、６０％ＫＣｌ、１５％  ＫＡｌＦ３、１５％  ＡｌＦ３、１０％  Ｋ２ＳＯ４）が開発され広く用いられてきた。
【０００６】
ところで、アルミニウム合金溶湯の脱ガス、脱滓を促進する処理装置として、回転脱ガス装置が古くから知られている。これは、回転ローター軸中心部に不活性ガスを供給できるノズルを有する回転脱ガス装置であり、アルミニウム合金溶湯中に回転ローターを浸漬した状態で、前記ノズルからアルゴンや窒素などの不活性ガスを、溶湯中に噴出しながら供給し、回転ローターを２００〜６５０ｒｐｍの回転数で回転させて、溶湯中の介在物などを微細気泡とともに湯面まで浮上させて、脱ガスと並行して脱滓を行うものである（特許文献１）。
【０００７】
一方、近年、この回転脱ガス装置において、回転ローター軸中心部に不活性ガスとフラックスを供給できる１又は複数のノズルを有する装置が開発されている（特許文献２）。このフラックスインジェクション回転脱ガス装置を使用することにより、溶湯中に散布されたフラックスから発生する塩素などの有害ガスの発生をできるだけ抑制しながら、前記脱滓効果を更に高めることが可能となってきている。
【０００８】
ところが、本発明者が試験を行なったところ、前記非ナトリウム系フラックスをフラックスインジェクション回転脱ガス装置に使用して溶湯処理を行うと、該フラックスの主成分であるＫＣｌが回転ローター近傍のノズルから排出される際に、溶融塩化することなく、未反応フラックスとしてノズル近傍に付着して堆積するという問題が発生することが判明した。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２０７３７３号公報
【特許文献２】アメリカ合衆国特許第６，３７５，７１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題を解消し、フラックスインジェクション回転脱ガス装置により非ナトリウム系フラックスを用いてアルミニウム合金溶湯を処理する際に、未反応フラックスの付着・堆積を防止して高い脱滓効果を確保した非ナトリウム系フラックスおよびそれを用いたアルミニウム合金溶湯の処理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】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、フラックスインジェクション回転脱ガス装置によりアルミニウム合金溶湯を処理する際に用いる非ナトリウム系フラックスであって、質量％で、
ＡｌＦ３：８０〜９５％、ＫＣｌ：２．５〜１０％、Ｋ２ＳＯ４：２．５〜１０％を必須の構成成分とし、残部は合計で５％以下のその他の塩化物、フッ化物、硝酸塩から成ることを特徴とする非ナトリウム系フラックスが提供される。
【００１２】
また、回転ローター軸中心部に不活性ガスとフラックスを供給できる１又は複数のノズルを有するフラックスインジェクション回転脱ガス装置により、上記本発明の非ナトリウム系フラックスを用いてアルミニウム合金溶湯を処理する方法であって、
前記アルミニウム合金溶湯中に前記回転ローターを浸漬した状態に維持し、
前記ノズルから不活性ガスおよび前記フラックスを溶湯中に噴出させて供給し、前記回転ローターを２００〜４５０ｒｐｍの回転数で回転させて、溶湯中の介在物などを微細気泡およびフラックスとともに湯面まで浮上させることにより脱ガスおよび脱滓を行うことを特徴とするアルミニウム合金溶湯処理方法が提供される。
【００１３】
更に、回転ローター軸中心部に不活性ガスとフラックスを供給できる１又は複数のノズルを有するフラックスインジェクション回転脱ガス装置により、上記本発明の非ナトリウム系フラックスを用いてアルミニウム合金溶湯を処理する方法であって、
前記アルミニウム合金溶湯中に前記回転ローターを浸漬した状態に維持し、
前記ノズルから不活性ガスおよび前記フラックスを溶湯中に噴出させて供給し、前記回転ローターを２００〜４５０ｒｐｍの回転数で回転させて、溶湯中の介在物を微細気泡およびフラックスとともに湯面まで浮上させることにより脱ガスおよび脱滓を行う第１の工程と、
更に、前記ノズルから不活性ガスのみを溶湯中に噴出させて供給し、前記回転ローターを２００〜４５０ｒｐｍの回転数で回転させて、溶湯中の介在物を微細気泡および残留フラックスとともに湯面まで浮上させることにより脱ガスおよび脱滓を行う第２の工程を、
順次行って、脱ガスおよび脱滓を行うことを特徴とするアルミニウム合金溶湯処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の非ナトリウム系フラックスは、フラックスインジェクション回転脱ガス装置のノズルから、質量％で、ＡｌＦ３：８０〜９５％、ＫＣｌ：２．５〜１０％、Ｋ２ＳＯ４：２．５〜１０％、残部合計５％以下のその他の塩化物、フッ化物、硝酸塩から組成を有するので、Ｋ２ＳＯ４と溶湯の反応熱によりＫＣｌが溶融塩化することが可能となり、更にＡｌＦ３と溶湯との反応によりフラックスの溶湯中への分散が円滑に行われ、脱滓効果が著しく向上する。
【００１５】
この非ナトリウム系フラックス（フッ化物系フラックス）の開発によって、フラックスインジェクション回転脱ガス装置によるアルミニウム溶湯中へのフラックスの均一分散と効率の高い脱滓処理を行うことが可能となった。それと同時にフラックス使用量を極力抑えても、高い脱滓効果を保持することのできる、低公害アルミニウム溶湯の処理方法を確立することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者は、上記従来の問題を検討した結果、非ナトリウム系フラックスは成分上、典型的にはＫＫ７６５ではＫＣｌを６０％含有しているが、ＫＣｌは融点が比較的高く、溶湯と接触しても即時に溶融塩化しないことに加え、溶湯との反応性の良いＡｌＦ３を１５％しか含有していないため、フラックスの溶湯中への分散が円滑に行われず、未反応フラックスがノズル近傍に堆積し、脱滓効果が著しく阻害すると推定した。
【００１７】
この観点から種々実験を繰り返した結果、未反応フラックスのノズル近傍への堆積を防止するためには、（１）塩化物フラックスが溶融塩化すること、（２）フラックスと溶湯との反応性を高めることが必要であることを見出した。
【００１８】
そして、これらを実現するために、（１）塩化物フラックスを溶融塩化するためには、アルミニウム溶湯との反応熱の高いＫ２ＳＯ４を適量含有すること、（２）溶融塩化したフラックスを溶湯中に分散させるため、アルミニウム溶湯との反応性の高いＡｌＦ３を主成分とすること、が必要であるとの結論に達した。
【００１９】
〔フラックス組成の限定理由〕
＜ＡｌＦ３：８０〜９５質量％＞
本発明のフラックス中の主成分であるＡｌＦ３は、アルミニウム溶湯と反応して、溶湯中へのフラックスの分散を促進させる効果を有する。ＡｌＦ３の混合比が、８０％未満の場合、フラックスが回転ローターのノズル近傍に付着して堆積することとなり、フラックスのアルミニウム合金溶湯中への分散が円滑に行われず、前記脱滓効果が阻害される。ＡｌＦ３の組成比が、９５％を超える場合、フラックスとアルミニウム溶湯との反応により、溶湯中へのフラックスの分散を促進させ、フラックスが回転ローターのノズル近傍に付着することはないが、フラックスそのものの脱滓能力が著しく劣る。したがって、好ましいＡｌＦ３の混合比は、８０〜９５％の範囲である。
【００２０】
＜ＫＣｌ：２．５〜１０質量％＞
本発明のフラックス中の必須成分であるＫＣｌは、アルミニウム溶湯中に微細に分散されることにより、微細な溶融塩として徐々に浮上して、介在物などとともに湯面上に浮上して、脱滓効果を著しく高める。ＫＣｌの組成比が、２．５％未満の場合、フラックスの脱滓効果は著しく劣る。ＫＣｌの組成比が、１０％を超える場合、これに伴ってＡｌＦ３の組成比が低下してしまうため、未反応フラックスが回転ローターのノズル近傍に付着して堆積することとなり、フラックスのアルミニウム合金溶湯中への分散が円滑に行われず、前記脱滓効果が阻害される。したがって、好ましいＫＣｌの混合比は、２．５〜１０％の範囲である。
【００２１】
＜Ｋ２ＳＯ４：２．５〜１０質量％＞
本発明のフラックス中の必須成分であるＫ２ＳＯ４は、アルミニウム溶湯とフラックスとの反応促進剤として作用する。Ｋ２ＳＯ４とアルミニウム溶湯が反応すると、Ｋ２ＳＯ４＋Ａｌ→ＡｌＳＯ４＋Ｋのような反応が進行し、多量の反応熱が発生する。この反応熱により、ＫＣｌが容易に溶融塩化して、前記脱滓効果を高めることができる。Ｋ２ＳＯ４の組成比が、２．５％未満の場合、ＫＣｌの溶融塩化が不十分となり、フラックスが回転ローターのノズル近傍に付着堆積するため、前記脱滓効果が阻害される。Ｋ２ＳＯ４の組成比が、１０％を超える場合、フラックスとアルミニウム溶湯との発熱反応が起こり、ＫＣｌの溶融塩化が促進され、フラックスが回転ローターのノズル近傍に付着堆積することはないが、浮上分離したドロスが発熱反応により激しく燃焼して煙が発生して作業環境が悪化する。したがって、好ましいＫ２ＳＯ４の混合比は、２．５％〜１０％の範囲である。
【００２２】
〔他の塩化物、フッ化物、硝酸塩：合計５質量％以下＞
本発明のフラックスは、以上の明記した成分以外に、合計で５質量％以下の範囲内であれば、ＫＣｌ以外の塩化物、ＡｌＦ３以外のフッ化物、あるいは硝酸塩を含有することができる。これら塩化物、フッ化物、硝酸塩は代表的には下記のものである。
【００２３】
ＫＣｌ以外の塩化物：ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２
ＡｌＦ３以外のフッ化物：ＮａＦ、ＫＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２
硝酸塩：ＫＮＯ３、ＮａＮＯ３
これらの合計量が５質量％を超えると、ＮａＣｌに関しては溶湯中へのＮａの混入、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２は吸湿性を伴ない、ＮａＦ等のフッ化物および硝酸塩はフラックス堆積を増加させるという問題が生じる。
【００２４】
そのため、他の塩化物、フッ化物、硝酸塩は合計で５質量％以下とする。
【実施例】
【００２５】
〔フラックスの付着堆積の評価試験〕
本発明の範囲内および範囲外の組成のフラックスを用いて、フラックスインジェクション回転脱ガス装置によりアルミニウム合金溶湯の処理を行い、ロータ下部へのフラックスの付着堆積を評価した。
【００２６】
用いたフラックスの組成を表１に示す。フラックスＡ、Ｂは本発明範囲内の組成を有する発明例であり、フラックスＣ〜Ｉは本発明範囲外の組成を有する比較例である。
【００２７】
【表１】
2006291254.tif 000002
【００２８】
２３０ｋｇのＡＣ４Ｃ合金溶湯を保持炉内で７４０℃保持した状態で、フラックスインジェクション回転脱ガス装置により回転数３００ｒｐｍの１方向回転で溶湯処理を行った。第１段階として、供給量４０ｇ／ｍｉｎで所定の組成のフラックスと流量３０Ｌ／ｍｉｎでＮ２ガスをノズルから同時に供給して、フラックスを溶湯中に均一に分散させるフラックス処理を５分間行った。第２段階として、引き続きローターを回転させたまま、フラックスの供給のみを遮断して、流量３０Ｌ／ｍｉｎでＮ２ガスのみをノズルから供給して脱ガス処理を１０分間行った。
【００２９】
前記溶湯処理の後、ローターを溶湯から引き上げて、ノズル周辺のローター下部に付着したフラックスの堆積長さを測定した。表２に、各フラックスについて堆積判定結果をまとめて示す。
【００３０】
【表２】
2006291254.tif 000003
【００３１】
〔フラックスの脱滓効果の評価試験〕
同じく表１に示した組成のフラックスを用いて、脱滓効果を評価するために、フラックスインジェクション回転脱ガス装置は用いずに坩堝実験を行い、フラックス処理の前後における溶湯の清浄度を測定した。
【００３２】
＃３０坩堝に７ｋｇのＡＣ４Ｃ合金溶湯を７４０℃に保持した状態で、表１に示したフラックスのいずれか１種を１４ｇ（０．２ｗｔ％）アルミニウム箔に包んでホスホライザーで溶湯中に押し込んで添加した。
【００３３】
介在物評価として、フラックス処理前後においてＫモールドのサンプリング（ｎ＝３）を行なった。鋳込まれた薄板状（５ｍｍ厚×４０ｍｍ幅）の試料をハンマーで叩いて６個の破断片とした。全６個について合計１２面の破面を目視観察して介在物、酸化物などの異物の個数を数え、Ｋ値＝異物の個数／６を算出した。フラックス処理前のＫ値をＫ０、フラックス処理後のＫ値をＫ１として、低減率＝（Ｋ０−Ｋ１）／Ｋ０を算出し、この低減率に基づき、フラックスの脱滓効果を評価した。表３に、各フラックスについて脱滓効果の評価結果をまとめて示す。
【００３４】
【表３】
2006291254.tif 000004
【００３５】
以上の堆積評価と評価試験の結果に基づく総合的な評価を表４にまとめて示す。
【００３６】
【表４】
2006291254.tif 000005
【００３７】
総合評価の詳細は下記のとおりであった。
本発明例のフラックスＡおよびＢは、本発明の規定範囲内の組成であり、ＡｌＦ３を８０〜９５％含有するため、このＡｌＦ３が溶湯中へのフラックスの分散を促進させ、ローターへのフラックス付着が殆ど起こらない。しかも、ＫＣｌとＫ２ＳＯ４を適量含有するため、Ｋ２ＳＯ４とアルミニウム溶湯との発熱反応によりＫＣｌが溶融塩化するため、脱滓効果も良好である。
【００３８】
フラックスＣ（比較例）は、１００％ＫＡｌＦ４の組成であり、アルミニウムとの反応性はＡｌＦ３に比べ極めて低いために、溶湯中へのフラックス分散が起こらず、ローターへ多量のフラックスが付着堆積する。しかも、ＫＡｌＦ４の脱滓効果は良好ではない。
【００３９】
フラックスＤ（比較例）は、ＫＡｌＦ４、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４の各成分を含有しており良好な脱滓効果を有するが、ＡｌＦ３を含まないため、溶湯中へのフラックス分散が起こらず、ローターへ多量のフラックスが付着堆積する。
【００４０】
フラックスＥ（比較例）は、１００％ＡｌＦ３の成分であり、アルミニウムとの反応性が高く、溶湯中へのフラックス分散が円滑に行われるが、その他の成分がなく、脱滓効果を殆ど有しない。
【００４１】
フラックスＦ、Ｇ（比較例）は、ＫＡｌＦ４、ＡｌＦ３、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４の各成分を含有しており、良好な脱滓効果を有するが、ＡｌＦ３の含有率が低く、溶湯中へのフラックス分散が起こらず、ローターへ多量のフラックスが付着堆積する。
【００４２】
フラックスＨ（比較例）は、ＫＣｌ、ＭｇＣｌ２の各成分を有しているが、Ｋ２ＳＯ４を含有しないためアルミニウム溶湯との発熱反応が起こらず脱滓効果を有していない。しかもＡｌＦ３を含まないため、溶湯中へのフラックス分散が起こらず、ローターへフラックスが付着堆積する。
【００４３】
フラックスＩ（比較例）は、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４の各成分を有しており良好な脱滓効果を有するが、ＡｌＦ３の含有量がやや低く、溶湯中へのフラックス分散が十分に起こらず、ローターへフラックスが付着堆積する。
【００４４】
概括すると、用いたフラックスの内、ＡｌＦ３の含有率が本発明の規定範囲より低く、ローター下部に付着堆積してしまう傾向を示すフラックスは、本来脱滓効果を有していても、フラックスインジェクション用としては脱滓効果を発揮できない。ＡｌＦ３を本発明の範囲内の量で含有し、かつ、ＫＣｌおよびＫ２ＳＯ４を本発明の範囲内の量で含有していて脱滓効果を有するフラックスがフラックスインジェクション回転脱ガス装置用フラックスとして適している。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、フラックスインジェクション回転脱ガス装置により非ナトリウム系フラックスを用いてアルミニウム合金溶湯を処理する際に、未反応フラックスの付着・堆積の発生を防止して高い脱滓効果を確保した非ナトリウム系フラックスおよびそれを用いたアルミニウム合金溶湯の処理方法が提供される。