(57)【要約】【課題】耐食性に優れた特殊材料のコーティング施工が不要で生産効率を大幅に向上できると共に、通常の黒鉛質坩堝と同等の耐酸化性を保持できる一方で、溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度を維持向上させることができる黒鉛質坩堝を提供する。【解決手段】本発明の黒鉛質坩堝１は、有底筒状本体部２の内面側に純カーボン材料にて形成された内装部３が設けられているため、耐食性に優れた特殊材料のコーティング施工が不要で生産効率を大幅に向上できると共に、通常の黒鉛質坩堝と同等の耐酸化性を保持できる一方で、溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度を維持向上させることができる。【選択図】図１
2018059660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状本体部の内面側に純カーボン材料にて形成された内装部が設けられていることを特徴とする黒鉛質坩堝。
【請求項２】
前記純カーボン材料は、９０％以上の純度を有する黒鉛である請求項１に記載の黒鉛質坩堝。
【請求項３】
前記純カーボン材料は、９５％以上の純度を有する黒鉛である請求項１に記載の黒鉛質坩堝。
【請求項４】
前記黒鉛質坩堝は、前記内装部が設けられることにより厚さ方向に２層構造に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の黒鉛質坩堝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば溶解炉または誘導炉などの炉内に配される黒鉛質坩堝に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炉内に配される黒鉛質坩堝の廃却原因の一つとして、フラックスなどの添加物による浸食作用で黒鉛質坩堝の肉厚が薄くなり、遂には穴あきが発生するという溶損浸食があり、黒鉛質坩堝の寿命を決める大きな要因の一つとなっている。
このような溶損浸食に対して、現行では、黒鉛質坩堝の内面に耐食性に優れた特殊材料（例えば特開平６−４１７１７号公報）をコーティング施工して対応しているが、コーティング施工には塗布技術が必要であること、塗布処理時間に長時間を要すること、さらには、塗布後に焼成による処理が必要であることなどから、生産効率が悪い点が懸案となっている。
【０００３】
また、高純度を要求される溶解物を処理する場合において、坩堝では、Ｓｉ、ＳｉＯ2などのコンタミネーションが問題となっている。そして、通常の黒鉛および炭化珪素を主成分とする黒鉛質坩堝では、溶損した坩堝材質から成分が溶湯にコンタミネーションするため、純カーボン材質の坩堝が用いられている。
【０００４】
しかし、純カーボン材質の坩堝は、耐酸化性が低いため、大気雰囲気化で使用すると耐用性が低く使用できないか、使い捨ての状況となる。この耐酸化性を上げるために酸化防止剤を塗布する場合においても、純カーボン材質は濡れ性が低いために酸化防止剤が付着せず、酸化防止剤による耐酸化性の向上も期待することができないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４１７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、耐食性に優れた特殊材料のコーティング施工が不要で生産効率を大幅に向上できると共に、通常の黒鉛質坩堝と同等の耐酸化性を保持できる一方で、溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度を維持向上させることができる黒鉛質坩堝を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するものは、有底筒状本体部の内面側に純カーボン材料にて形成された内装部が設けられていることを特徴とする黒鉛質坩堝である。
【０００８】
前記純カーボン材料は、９０％以上の純度を有する黒鉛であることが好ましい。前記純カーボン材料は、９５％以上の純度を有する黒鉛であることがより好ましい。前記黒鉛質坩堝は、前記内装部が設けられることにより厚さ方向に２層構造に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の黒鉛質坩堝によれば、耐食性に優れた特殊材料のコーティング施工が不要で生産効率を大幅に向上できると共に、通常の黒鉛質坩堝と同等の耐酸化性を保持できる一方で、溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度を維持向上させることができる。
請求項２に記載の黒鉛質坩堝によれば、上記請求項１の効果をより奏することができる黒鉛質坩堝となる。
請求項３に記載の黒鉛質坩堝によれば、上記請求項１の効果をより奏することができると共に、溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度をより維持向上させることができる。
請求項４に記載の黒鉛質坩堝によれば、上記請求項１の効果をより安定して奏することができる黒鉛質坩堝となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の黒鉛質坩堝の一実施例の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の黒鉛質坩堝の一実施例の縦断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、有底筒状本体部２の内面側に純カーボン材料にて形成された内装部３が設けられることで、耐食性に優れた特殊材料のコーティング施工が不要で生産効率を大幅に向上できると共に、外側を構成する有底筒状本体部２は通常の坩堝材料にて形成できるため、通常の黒鉛質坩堝と同等の耐酸化性を保持できる一方、対象溶解物と接触する内側には、純カーボン材料にて形成された内装部３が設けられているため、耐食性に優れていると共に溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度を維持向上させることができる黒鉛質坩堝１を実現した。
【実施例】
【００１２】
本発明の黒鉛質坩堝を図１または図２に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例の黒鉛質坩堝１は、有底筒状本体部２の内面側に純カーボン材料にて形成された内装部３が設けられていることを特徴とする黒鉛質坩堝である。以下、各構成について順次詳述する。
【００１３】
有底筒状本体部２は、黒鉛質坩堝１の本体部を構成する部位であり、黒鉛およびその他の耐火骨材に結合材を添加して形成されている。黒鉛は耐溶損、耐熱衝撃に対して有効であり、その中でも、鱗片状の天然黒鉛は特に高熱伝導性および低弾性に優れているためより好ましい。
【００１４】
耐火骨材としては、種々溶融金属またはスラグに対して耐食性を示す化学組成のもの、例えば、鋼・鋳鉄溶解に関してはアルミナ、マグネシア、ジルコニア、ジルコン、スピネルなどが好適であり、アルミニウムおよび銅合金の溶解に対しては炭化珪素、アルミナ、シリカなどが好適である。結合材としては、樹脂もしくはタール及びピッチなどが好適に使用できる。黒鉛質坩堝１は、これらの形成材料を混練、成型および焼成して構成されている。
【００１５】
そして、黒鉛質坩堝１の特徴は、図１または図２に示すように、有底筒状本体部２の内面側に純カーボン材料にて形成された内装部３が設けられている点にある。これにより、純カーボン材料は耐食性に優れているため、特殊材料のコーティング施工が不要で生産効率を大幅に向上できる。また、外側を構成する有底筒状本体部２は通常の坩堝材料にて形成されているため、通常の黒鉛質坩堝と同等の耐酸化性を保持できる一方で、対象溶解物と接触する内側には、純カーボン材料にて形成された内装部３が設けられているため、耐食性に優れていると共に溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度を維持向上させることができる。
【００１６】
内装部３を形成する純カーボン材料としては、９０％以上の純度を有する黒鉛が好適に使用できる。これにより、上記効果をより奏することができる黒鉛質坩堝を構成することができる。より好ましくは、純カーボン材料は９５％以上の純度を有する黒鉛である。これにより、黒鉛の純度がより高いため、溶湯へのコンタミネーションを抑制して対象溶解物の純度をより維持向上させることができる黒鉛質坩堝を構成することができる。ただし、純カーボン材料としては、９０％以上の純度を有する黒鉛に限定されるものではなく、例えばコークス、無煙炭などの黒鉛材料が挙げられ、より好ましくは純度９５％以上の鱗片状黒鉛、膨張黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、カーボンファイバーなどの特殊炭素材料などである。
【００１７】
また、内装部３は、図１または図２に示すように、有底筒状本体部２内に設置することができる有底筒状体に形成されている。これにより、対象溶解物と直接接触する部位を全て純カーボン材料にて形成された内装部３で構成することができるため、上記効果をより確実に奏することができる黒鉛質坩堝となる。そして、黒鉛質坩堝１は、内装部３が設けられることにより厚さ方向に２層構造に形成されている。これにより、上記効果をより安定して奏することができる黒鉛質坩堝を構成することができる。
【００１８】
純カーボン材料にて形成された内装部３は、成形時に有底筒状本体部２内に配され、焼成されることにより構成されている。これにより、上記効果を奏する黒鉛質坩堝をより容易に作製できる。
【００１９】
つぎに、図３または図４に示した本発明の黒鉛質坩堝の他の実施例について説明する。
この実施例の黒鉛質坩堝１０と前述した黒鉛質坩堝１との相違は、黒鉛質坩堝１０が有底筒状本体部１２の内面全面に純カーボン材料にて形成された内装部１３が設けられて黒鉛質坩堝１０全体が厚さ方向に２層構造に構成されている点と、底部付近の形態のみであり他は同様である。このように、本発明の黒鉛質坩堝の範疇には、対象溶解物が接触する部位のみならず、有底筒状本体部１２の内面全面に純カーボン材料にて形成された内装部１３が設けられ、黒鉛質坩堝１０全体が厚さ方向に２層構造に構成されたものなども広く包含される。
【００２０】
（具体的実施例１）
実施例１として、図１および図２に示した形態のアルミ溶解用ルツボを作製した。
実施例１の有底筒状本体部２の寸法は、外径φ１５０ｍｍ、内径φ５０ｍｍ、高さ１８０ｍｍ、内装部３の寸法は、外径φ７０ｍｍ、内径φ５０ｍｍ、高さ１３０ｍｍとし、有底筒状本体部２を前述した一般的なアルミ溶解用ルツボ材質にて形成し、内装部３を９０％以上の純度を有する黒鉛にて作製した。
作製方法としては、内装部３を形成する材料と有底筒状本体部２を形成する材料とを成形型に投入してプレス成形した後、焼成して作製した。
【００２１】
（比較例１）
内装部を形成せず、有底筒状本体部２の形成材料で全てを形成した以外は、上記実施例と同様にして比較例１を作製した。
【００２２】
（浸透性比較試験）
電気炉を使用して、実施例１と比較例1の各坩堝に純アルミを３５０ｇ投入し、７５０℃で溶解した。つぎに、フラックス（改良処理Ｎａ添加）をそれぞれ各３５ｇ投入し、加熱、静置した。フラックス投入から６０分後に、溶湯およびフラックスを排出してフラックスによる浸透程度を比較した。
【００２３】
（浸透性比較試験結果）
実施例１の坩堝は、フラックス浸透層幅が０ｍｍであるのに対して、比較例１の坩堝は、フラックス浸透層幅が５ｍｍであり、実施例１の坩堝の耐食性能が高いことが確認された。
【００２４】
（コンタミネーション抑制比較試験）
電気炉を使用して、実施例１と比較例１の各坩堝に純アルミを３５０ｇ投入し、７５０℃で２４時間溶解保持した後、純アルミ内におけるＳｉの含有比較を行った。
【００２５】
（コンタミネーション抑制比較試験結果）
実施例１の坩堝は、Ｓｉ含有量が０．１ ｐｐｍ／24ｈｒ以下であったのに対して、比較例１の坩堝は、Ｓｉ含有量が５ｐｐｍ／24ｈｒ以上であり、実施例１の坩堝のコンタミネーション抑制能が確認された。
【００２６】
（耐用性比較試験）
上記実施例１と寸法（高さ４００ｍｍ、外径３１０ｍｍ、容量１７Ｌ）のみ異なり他は同様の実施例２と、比較例１と寸法（高さ４００ｍｍ、外径３１０ｍｍ、容量１７Ｌ）のみ異なり他は同様の比較例２と、比較例２の内面に耐食性に優れた特殊材料をコーティング施工した比較例３を作製した。これら実施例２、比較例２、比較例３に対して、高い浸食性の溶解物（フッ素化合物など）を実用して使用可能回数の比較を行った。
【００２７】
【表１】
2018059660.tif 000003
【００２８】
（耐用性比較試験結果）
上記表１に示すように、比較例２の坩堝は５回で使用不能となり、比較例３の坩堝でも１２回で使用不能となった。これに対して、本発明の実施例２の坩堝は２５回使用してもさらに使用可能であり、実施例２の耐用性能の高さが確認された。
【符号の説明】
【００２９】
１    黒鉛質坩堝
２    有底筒状本体部
３    内装部
【図１】
2018059660.tif 000004
【図２】
2018059660.tif 000005
【図３】
2018059660.tif 000006
【図４】
2018059660.tif 000007