(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解炉に鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップを収容し、該溶解炉内を予め５０ Torr 以下に減圧し、次いで該溶解炉内をＡｒ又はＣＯ2 で置換した後、再度５０ Torr 以下の減圧下に保持しながら内容物を溶解させ、溶湯温度を６００〜６５０℃に維持し、その溶湯を有効に清浄化するのに充分な時間５０ Torr 以下の減圧下に保持して該溶湯中から発生するガスと共に該溶湯中の異物を浮上させ、分離し、清浄化して鋳造原料として再生利用することを特徴とする鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップの再生利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳造工場で発生するマグネシウム及びマグネシウム合金（本明細書においてはこれらを総称してマグネシウム系又はマグネシウム系材料という）のスクラップの再生利用方法に関し、より詳しくは、マグネシウム系材料のスクラップを溶解させて得た溶湯を減圧下に保持し、溶湯中から発生するガスと共に溶湯中の酸化物、離型剤等の異物を浮上させ、分離することにより溶湯を清浄化し、このように清浄化した溶湯を鋳造原料として再生利用する方法に関する。
【０００２】
例えば、本発明に係わる技術を利用することにより、マグネシウム系材料の鋳造工程において発生するスクラップ材をその鋳造工場内でフラックスを用いずに清浄化し、鋳造原料として再利用することが可能となるので、低減した材料コストで且つフラックスフリーの優れた環境性でマグネシウム系材料の鋳造を実施することができる。
【０００３】
【従来の技術】
近年、軽量材料のニーズが高まり、樹脂材料や軽量金属材料が用いられてきている。しかし、樹脂材料は一般的にリサイクルが困難であるため環境性に問題があるのに対して、金属材料は一般的にリサイクルが容易であるため、マグネシウム系材料、アルミニウム系材料等の実用軽量金属中最も密度の小さい軽量マグネシウム系材料が注目され、特に、自動車あるいは携帯用家電製品用材料として注目される流れとなっている。
【０００４】
一般的にマグネシウム系材料は不純物の混入により耐食性が著しく低下する傾向があり、鋳造時に酸化物やスラッジ、金型の離型剤などが混入すると鋳造物の耐食性等の材質が劣化する恐れがある。従って、鋳造工場内で発生するスクラップも含めてマグネシウム系廃材の再生利用の際に塩化物やフッ化物のフラックスを用いて精製処理を実施している。このフラックスを用いる精製処理が、アルミニウム等の競合材料に対比して材料コストを上昇させている点で問題となり、また、大量のフラックスの使用による環境への影響も懸念される。
【０００５】
特にダイカスト工場では精製処理に用いるフラックスが機械設備を腐食させるため、ダイカスト工場内で発生するスクラップの精製処理を一般的にはダイカスト工場外の専門業者に委託しており、そのことが大きなコスト上昇の要因となっている。また、ダイカスト工場内で精製処理を実施するためには、フラックスを遮断するための専用の高価な設備の導入を行う必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップを溶解させ、その溶湯を減圧下に保持することによって清浄化して鋳造原料として再生利用する方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の課題を達成するために鋭意検討の結果、溶解炉に鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップを溶解して得た溶湯を減圧下に保持すると該溶湯中からガスが発生し、その発生ガスと共に該溶湯中に含まれる酸化物、スラッジ、離型剤等の異物が浮上するので、それらを分離することにより該溶湯を清浄化できることを見いだし、本発明に到達した。
【０００８】
即ち、本発明の鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップの再生利用方法は、溶解炉に鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップを収容し、該溶解炉内を予め５０ Torr 以下に減圧し、次いで該溶解炉内をＡｒ又はＣＯ2 で置換した後、再度５０ Torr 以下の減圧下に保持しながら内容物を溶解させ、溶湯温度を６００〜６５０℃に維持し、その溶湯を有効に清浄化するのに充分な時間５０ Torr 以下の減圧下に保持して該溶湯中から発生するガスと共に該溶湯中の異物を浮上させ、分離し、清浄化して鋳造原料として再生利用することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において清浄化し、再生利用するマグネシウム系材料のスクラップは、鋳造工場で発生するマグネシウム又はマグネシウム合金（例えば、ダイカスト用のマグネシウム合金であるＡＺ９１、ＡＭ６０、ＡＭ５０、ＡＳ４１）のスクラップである。
【００１１】
鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップの再生利用について懸念されることは、その一つとしてＦｅ等の不純物の混入があり、他の一つとして、酸化物、離型剤等の異物の混入がある。前者の不純物の混入については、鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップのみを使用し、工程管理により鉄などが混入しないようにすることは十分に可能である。例えば、鋳造工場で鋳造原料としてＡＺ９１系マグネシウム合金を用い、充分に工程管理して鋳造した際に生じるスクラップ材を単に溶解させた時の溶湯の組成を第１表に示す。第１表にはＡＺ９１系マグネシウム合金の規格値も示す。
【００１２】
0004270626.tif 000002
【００１３】
マグネシウム系材料の鋳造においては、繰返し溶解し、再生利用を行うと、金属成分の変動は認められないのに溶湯の流動性も鋳物の耐食性も劣化することが知られている。これは酸化物、離型剤等の異物の混入に起因するものである。そこで溶湯を減圧下に保持し、溶湯中から発生するガスと共に溶湯中の酸化物、離型剤等の異物を浮上させ、分離することを試みた。
【００１４】
溶湯を減圧下に保持する際の溶湯温度については通常の鋳造の際の溶湯温度と同一でよいが、溶湯温度が６００℃以下の場合には溶湯中から発生するガスの浮上が不十分であり、また、溶湯温度が７００℃以上の場合には大気圧に戻す際に燃焼しやすいという問題があった。従って、溶湯温度は６００から７００℃までの間にあることが望ましく、安全性の点から６００から６５０℃までの間にあることが一層望ましい。
【００１５】
溶湯を減圧下に保持する際の減圧の程度については、溶湯中の酸化物、離型剤等の異物を随伴浮上させのに充分な量のガスを充分な速度で溶湯中から発生させる程度の減圧が必要であり、一般的には５０ Torr 以下の減圧下に保持することが好ましい。また、減圧下の雰囲気としてはＡｒ又はＣＯ2 ガス雰囲気が好ましく、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ6 、ＳＯ2 、Ｎ2 、乾燥空気でも可能である。
このように処理することにより、一般的に溶湯の流動性が向上すると共に、溶湯中の吸蔵ガスが減少し、その結果として吸蔵ガスに起因する鋳造欠陥が減少するという効果も達成される。
【００１６】
従って、本発明の好ましい態様としては、溶解炉に鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップを収容し、該溶解炉内を予め５０ Torr 以下に減圧し、次いで該溶解炉内にＡｒ又はＣＯ2 ガスをゆっくりと導入して該溶解炉内をＡｒ又はＣＯ2 で置換した後、再度５０ Torr 以下の減圧下に保持しながら内容物を溶解させ、溶湯温度を６００〜６５０℃に維持し、その溶湯を有効に清浄化するのに充分な時間５０ Torr 以下の減圧下に保持して該溶湯中から発生するガスと共に該溶湯中の酸化物、離型剤等の異物を浮上させ、分離し、清浄化して鋳造原料として再生利用する。溶湯を有効に清浄化するのに充分な時間は減圧の程度に依存して変化し、減圧度が高く（圧が低く）なれば、それに応じて必要な時間は短くなる。例えば、５０ Torr 程度の減圧下では好ましくは１０分以上、より好ましくは２０分以上、一層好ましくは３０分以上保持する。
【００１７】
また、減圧状態から大気圧に戻す際は雰囲気によりマグネシウムが発火しやすいのでＡｒあるいはＣＯ2 を導入して大気圧に戻し、その後これにＳＦ6 あるいはＳＯ2 を導入していく方法が望ましい。以上のような条件を満たす場合には、鋳造工場で発生するスクラップ材は清浄化され新地金と同様に使用することができる。
【００１８】
本発明のマグネシウム系材料のスクラップの再生利用方法は、鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップのみを溶解して得た溶湯に適用できるだけでなく、勿論、新地金とマグネシウム系材料のスクラップとを併用する場合にも適用できる。新地金と併用する場合には溶湯表面に浮上するドロス量は少量となるので適宜ドロスを除去することで特に良好に清浄化することが可能であり、この場合には、鋳造工場で発生するスクラップ材の割合を０〜１００％の範囲内で適当に設定できるが、一般的には５０％以下にすることが望ましく、２５％以下にすることが一層望ましい。
【００１９】
本発明の一具体例としては、鋳造工場で発生するマグネシウム系材料のスクラップをその鋳造工場で溶解させ、その溶湯を減圧下に保持し、該溶湯中から発生するガスと共に該溶湯中の酸化物、離型剤等の異物を浮上させ、分離し、清浄化して鋳造原料として再生利用する方法がある。この方法においては、マグネシウム系材料の鋳造工程において発生するスクラップ材をその鋳造工場内でフラックスを用いずに清浄化し、鋳造原料として再利用することが可能となるので、低減した材料コストで且つフラックスフリーの優れた環境性でマグネシウム系材料の鋳造を実施することができる。
【００２０】
試験例１〜１４
試験用マグネシウム系合金としてＡＺ９１合金（Ｍｇ−９％Ａｌ−０．７％Ｚｎ−０．２％Ｍｎ）、及びＡＭ５０合金（Ｍｇ−５％Ａｌ−０．２％Ｍｎ）の鋳造工場で発生したスクラップ材及び新地金を使用し、図１に示す溶解炉装置を使用した。図１に示す溶解炉装置において、１は溶解炉、２はマグネシウム合金溶湯、３は真空吸引管、４はガス導入管である。
【００２１】
溶解炉に第２表に示す試験用マグネシウム合金スクラップ、新地金又はそれらの混合物を収容し、該溶解炉内を予め５０ Torr 程度に減圧し、次いで該溶解炉内をＡｒで置換した。その後、第２表に示す減圧下に保持しながら内容物を溶解させて、溶湯の初期温度を６４０℃とし、その溶湯を第２表も示す時間、第２表に示す減圧下に保持して該溶湯中から発生するガスと共に該溶湯中の酸化物、離型剤等の異物を浮上させ、分離した。
【００２２】
溶湯の清浄度を評価するためにピンホール試験と塩水噴霧試験を実施した。
＜ピンホール試験＞
溶湯約５０ｃｃをデシケーター中のるつぼに注湯し、デシケーターを真空吸引しながら凝固させた。得られた鋳物材の比重からピンホール量を測定した。その結果を第２表に示す。溶湯中に酸化物が存在する場合には凝固時に発生するガスが酸化物にトラップされてピンホールが生成することは周知であるから、本試験により溶湯中の酸化物の除去状況を推測することができる。
【００２３】
＜塩水噴霧試験＞
ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１に従って塩水噴霧試験を実施した。５％食塩水を用い、２０時間保持後の白錆の発生の有無を目視で観察した。その結果を、白錆の発生が認められなかった場合には○、白錆の発生が僅かに認められた場合には△、白錆の発生が明白に認められた場合には×として第２表中に示す。
【００２４】
0004270626.tif 000003
【００２５】
第２表のデータから明らかなように、溶湯を有効に清浄化するのに必要な時間は減圧の程度に依存して変化し、減圧度が高く（圧が低く）なればなるほど、それに応じて必要な時間は短くてすむ。例えば、試験例１〜１４の条件下においては、５０ Torr 程度の減圧下では、５分間の保持では不十分であるので、好ましくは１０分以上、より好ましくは２０分以上保持する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマグネシウム系材料のスクラップの再生利用方法は、フラックスを使用せず、かつ簡易な装置で連続的に溶解、鋳造でき、経済性、環境性に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  試験例の実施に用いた溶解炉装置の概略図である。
【符号の説明】
１  溶解炉
２  マグネシウム合金溶湯
３  真空吸引管
４  ガス導入管溶湯
【図１】
0004270626.tif 000004