(57)【要約】【課題】アルミニウム溶湯中のガスや介在物を除去するに際し、取り扱いが容易で後処理が不要であり、毒性がなく、地球温暖化への影響が少ない処理剤または処理方法を得る。【解決手段】フロロケトンと不活性ガスとの混合ガスからなるアルミニウム溶湯処理剤を用いる。処理剤容器１に充填された該処理剤を管３を介して溶解炉７に満たされたアルミニウム溶湯Ａ内に、吹き込みパイプ６を用いて吹き込み、バブリングさせる。処理剤中のフロロケトン濃度は、０．０１〜１０質量％とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロロケトンと不活性ガスとの混合ガスからなるアルミニウム溶湯処理剤。
【請求項２】
混合ガス中のフロロケトン濃度が０．０１〜１０質量％である請求項１記載のアルミニウム溶湯処理剤。
【請求項３】
請求項１または２記載のアルミニウム溶湯処理剤をアルミニウム溶湯中に吹き込み、バブリングすることを特徴とするアルミニウム溶湯の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、本発明ではアルミニウムと総称する。）溶湯中に存在する水素などのガス、不純物元素、酸化物などの介在物を除去するために用いられるアルミニウム溶湯処理剤とこれを用いた処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム溶湯中に存在するガスの除去には、一般にＡｒ、Ｎ２、Ｈｅ等の不活性ガスが用いられている。
また、不純物元素、酸化物等の介在物を除去するためやドロス（溶湯表面のノロ）とアルミニウム溶湯との分離性を良くするためには、ハロゲンが用いられることが多い。ハロゲンとして塩素ガス（Ｃｌ２）、フロンガス、六フッ化イオウ（ＳＦ６）ガス、塩化カリウム（ＫＣｌ）に代表されるフラックス（粉体）が用いられる。
【０００３】
しかし、塩素ガスは非常に活性が高く、アルミニウム溶湯処理には優れているが、毒性、腐食性が高く取扱いが困難であることに加え、排ガスとして、塩素ガスや塩化アルミニウムガスが発生することから、大掛かりな排ガス処理装置が必要となる。
フロンガスも、排ガス中に塩素ガスや塩化アルミニウムガスが含まれることになる。このため、無毒なＳＦ６を用いる方法が提案されたが、ＳＦ６は温暖化係数の高いガスであり、今後使用制限がかかる可能性が高い。
【０００４】
フラックスは、粉体であるため、搬送用ガスとともに用いられることが多いが、投入量のコントロールが難しく、大気からの吸湿により水分混入の原因となる場合があり、取り扱い上の問題に加え、排ガスに毒性ガスが含まれたり、大量の粉塵が発生するため、大掛かりな排ガス処理装置が必要となる。
【特許文献１】特開昭６４−４７８２２号公報
【特許文献２】特許第２７６７２６２号公報
【特許文献３】特開２００４−１４３４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明における課題は、アルミニウム溶湯中のガスや介在物を除去するに際し、取り扱いが容易で後処理が不要であり、毒性がなく、地球温暖化への影響が少ない処理剤または処理方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、フロロケトンと不活性ガスとの混合ガスからなるアルミニウム溶湯処理剤である。
請求項２にかかる発明は、混合ガス中のフロロケトン濃度が０．０１〜１０質量％である請求項１記載のアルミニウム溶湯処理剤である。
【０００７】
請求項３にかかる発明は、請求項１または２記載のアルミニウム溶湯処理剤をアルミニウム溶湯中に吹き込み、バブリングすることを特徴とするアルミニウム溶湯の処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガス状の溶湯処理剤をアルミニウム溶湯中に吹き込んでバブリングすることで、アルミニウム溶湯中のガスや介在物が除去される。また、排ガス中には、毒性ガスが含まれていないので後処理が不要である。さらに、フロロケトンは温暖化係数が低いので、大気中に放散されても温暖化への影響はわずかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の処理方法の一例を示すもので、図中符号１は、処理剤容器を示す。この処理剤容器１は、ガスボンベなどの耐圧容器２内にアルミニウム溶湯処理剤（以下、単に処理剤と言うことがある。）が充填されているものである。この処理剤はフロロケトンと不活性ガスとの混合ガスからなるものである。
【００１０】
フロロケトン（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｋｅｔｏｎｅ）は、パーフロロケトンから選ばれた１種以上が用いられる。１分子のフロロケトンに含まれるカルボニル基の数は、１が好ましい。
【００１１】
パーフロロケトンとしては、炭素数が５〜９であるものが好ましく、例えばＣＦ３ＣＦ２Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２、（ＣＦ３）２ＣＦＣ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３（ＣＦ２）２Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３（ＣＦ２）３Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３（ＣＦ２）５Ｃ（Ｏ）ＣＦ３、ＣＦ３ＣＦ２Ｃ（Ｏ）ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ３Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２、およびパーフロロシクロヘキサノンからなる群より選ばれた１種以上が好ましい。また、これらのうち１種を用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
【００１２】
これらのフロロケトンのなかでも、ペンタフロロエチル−ヘプタフロロプロピルケトン、すなわちＣ３Ｆ７（ＣＯ）Ｃ２Ｆ５（例えばＣＦ３ＣＦ２Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３ＣＦ２Ｃ（Ｏ）ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３）が特に好ましい。
【００１３】
フロロケトンの分子量は、２５０以上、好ましくは３００以上とするのが好ましい。分子量がこの範囲にあるものを使用することによって、処理剤中のフロロケトンが不活性ガスに対し均一になりやすくなる。
【００１４】
混合ガス中のフロロケトンの濃度は、０．０１〜１０質量％、好ましくは０．０５〜５質量％とされる。フロロケトン濃度をこの範囲とすることによって、アルミニウム溶湯中のガス、介在物を除去することができる。
フロロケトン濃度が０．０１質量％未満であると、目的とするフロロケトンによる溶湯処理の効果が得られず、１０質量％を越えると過剰のフッ化アルミニウムが生成してドロスが増加するとともにコストが嵩むことになる。
なお、フロロケトンは、通常、常温で液体であるため、不活性ガスに混合させるには、気化させる必要がある。
【００１５】
上記アルミニウム溶湯処理剤をなす一方の成分となる不活性ガスには、アルゴン、窒素、ヘリウムなどが用いられ、これらの混合ガスも使用できる。
【００１６】
上記耐圧容器２としては、アルゴンなどの貯蔵などに用いられるものが使用可能である。通常、耐圧容器２には、バルブのパッキン等に合成樹脂材料が用いられている。処理剤を耐圧容器２から取り出す際に処理剤が接触する部材のうち、合成樹脂からなる部材（バルブのパッキン等）は、フロロケトンによる劣化を防止するため、少なくとも表面がクロロプレンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、テフロン（登録商標）、ナイロン、デルリン（登録商標）、ダイフロン（登録商標）からなる群より選ばれた１種以上からなることが好ましい。なお、これらの材料は、耐圧容器２のバルブ等だけでなく、処理剤を溶解炉まで供給する系統のいずれの部材にも用いることができる。
【００１７】
上記処理剤を耐圧容器２内に充填するには、まずフロロケトンを耐圧容器２内に供給し、次いで不活性ガスを耐圧容器２内に供給するのが好ましい。比較的多量に用いられる不活性ガスを、フロロケトンより後に供給することによって、不活性ガス供給の際に不活性ガスとフロロケトンとを十分に混合し均一化することができる。
フロロケトンと不活性ガスとからなる混合ガスの耐圧容器２への充填圧力は１〜２０ＭＰａ・Ｇ程度とされる。
【００１８】
処理剤容器１内の処理剤は、管３、開閉弁４、流量計５を介して吹き込みパイプ６に所定の流量で供給されるようになっている。
また、図中符号７は、アルミニウムを溶解して溶湯とする電気炉などの溶解炉であって、この溶解炉７内にはアルミニウム溶湯Ａが満たされるようになっている。
【００１９】
このアルミニウム溶湯Ａ内には、上記吹き込みパイプ６の先端部が炉７の底部近くにまで届くように挿入されており、吹き込みパイプ６に供給されたガス状の処理剤がアルミニウム溶湯Ａ中に吹き込まれ、気泡となってアルミニウム溶湯Ａ中を上昇するようになっている。
【００２０】
上記吹き込みパイプ６は、金属、カーボン、セラミックスなどの耐熱性が良好な材料からなり、その先端部にはガス状の処理剤が噴出する小さな貫通孔が多数形成されたものなどが用いられる他、先端部にブレードを形成したパイプ自体を回転可能に構成し、処理剤からなる気泡のアルミニウム溶湯Ａへの分散を良好にしたものなどが適宜使用できる。
【００２１】
アルミニウム溶湯処理剤のアルミニウム溶湯Ａへの供給量は、処理剤中のフロロケトン濃度、溶解炉７内のアルミニウム溶湯Ａの量、アルミニウム溶湯中のガス、介在物の除去程度などによって左右されるが、例えばフロロケトン濃度０．５質量％の処理剤を用いた場合には、溶湯１０００ｋｇ当たり処理剤積算量（流量×供給時間）を０．５〜３ｍ３程度とすればよく、通常１ｍ３以上で良好な除去ができ、３ｍ３を越えて溶湯Ａ内に吹き込む必要はない。
【００２２】
アルミニウム溶湯処理剤の供給圧力は、０．０１〜０．５ＭＰａ・Ｇ程度でよく、この範囲の圧力では、溶湯Ａ内で気泡が良好に噴出、分散されることになる。供給時間は、処理剤積算量と流量が決まれば、これから自ずと定まるが、通常は６０分以内で処理が終了するようにすることが好ましい。
【００２３】
かくして、アルミニウム溶湯Ａ中に吹き込まれた処理剤は、気泡として溶湯中を上昇し、この際に溶湯中に溶解している水素などのガスは分圧差により処理剤中の不活性ガスと混合し、気泡内に取り込まれて除去される。
また、気泡中のフロロケトンは、溶融アルミニウムと反応し、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）が生成する。このＡｌＦ３が不活性ガスととも溶湯中を浮遊する間に、アルミニウム中の不純物、例えばカルシウムと反応し、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）が生成し、このＣａＦ２が不活性ガスとともに溶湯表面に達し、ドロスＢとして除去される。
【００２４】
また、処理中にドロスＢ中に溜まるＡｌＦ３、ＣａＦ２等は固体であり、溶湯から飛散する排ガス中には有害成分が含まれない。よって、余分の排ガス処理装置などを設ける必要がない。
さらに、溶湯中で生成したＡｌＦ３は、溶融アルミニウムの表面張力を低下させるので、処理剤気泡表面に介在物が吸着しやすくなり、これによっても介在物の除去が良好になる。
【００２５】
なお、上述の実施形態では、バッチ処理のものを示したが連続鋳造ラインなどの連続溶解炉においても本発明の処理方法を適用できる。
【００２６】
以下、具体例を示す。
（実施例）
アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ、合金成分Ｓｉ６．５〜７．５ｗｔ％、Ｍｇ０．２０〜０．４５ｗｔ％、残部Ａｌ）１０ｋｇを溶解炉で溶解し、溶湯温度を７３０℃とした。
【００２７】
この溶湯中にアルミニウム溶湯処理剤を吹き込んで処理を行った。処理剤には、アルゴンにフロロケトンを濃度０．５質量％で混合したガスを用いた。フロロケトンにはペンタフロロエチル−ヘプタフロロプロピルケトン（Ｃ３Ｆ７（ＣＯ）Ｃ２Ｆ５）を用いた。
処理剤の供給流量は０．７Ｎリットル／分とし、処理時間を３０分とした。
【００２８】
処理開始後１０分間毎に溶湯からサンプルを採取して分析を実施した。
分析は、溶融状態のサンプルを容器内に収め、容器内を減圧としたうえで冷却して固化させた。なお、減圧下でサンプルを固化させるのは、アルミニウム中に残存するガスを膨張させてその存在が観察できるようにするためである。得られたサンプル中の成分分析を行うとともにサンプルの切断面を観察して写真撮影を行った。
比較のために、アルゴンのみを吹き込んだものについても同様の分析を行った。
【００２９】
合金成分の分析結果を表１に示し、サンプル切断面の写真を図２に示した。表１および図２中の「ＦＫ］の表記は、フロロケトンを示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１の結果から、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）の合金成分であるマグネシウム量はＡｒ、本発明の処理剤とも変化がない。この合金の不純物成分であるカルシウムは本発明の処理剤で低減させることができる。このことから、本発明の処理剤は、ＡＣ４Ｃの合金成分を変化させることなく、不純物除去が可能であることがわかる。
【００３２】
また、図２の写真から、Ａｒは溶湯中の水素を完全に除去するまで、３０分かかった。一方、本発明の処理剤では１０分で完全に除去されており、本発明の処理剤の脱ガス性能の優位性が確認された。
【００３３】
さらに、溶湯面から５０ｃｍの高さ位置で、フッ化水素と一酸化炭素の濃度を検知管で測定したが、検知することができず、フッ化水素が０．５ｐｐｍ未満、一酸化炭素が５ｐｐｍ未満であり、環境上問題のないことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の処理方法に用いられる装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】具体例の結果を示す図面に代わる写真である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・処理剤容器、３・・管、６・・吹き込みパイプ、７・・溶解炉、Ａ・・アルミニウム溶湯
【図１】
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【図２】
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