(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解炉においてAl原料を溶解したAlまたはAl合金溶湯中に精錬用フラックスを吹き込み、溶湯の脱ガスおよび除滓を行った後、溶湯を溶解炉から移湯樋を介して鋳型に供給して、AlまたはAl合金の鋳造を行うに際し、前記精錬用フラックスとして、AlまたはAl合金溶湯に対して0.01〜1mass%のアゾジカルボンアミドを用いることを特徴とするAlまたはAl合金の精錬方法。
【請求項２】
前記アゾジカルボンアミドを不活性ガスをキャリアガスとして吹き込む請求項１に記載のAlまたはAl合金の精錬方法。
【請求項３】
前記アゾジカルボンアミドを他の精錬用フラックスと混合して用いる請求項１または２に記載のAlまたはAl合金の精錬方法。
【請求項４】
前記移湯樋を流下する溶湯流中に不活性ガスを吹き込み、溶湯の脱ガスを行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載のAlまたはAl合金の精錬方法。
【請求項５】
前記移湯樋を流下する溶湯を、移湯樋に設けたフィルターにより濾過する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のAlまたはAl合金の精錬方法。
【請求項６】
AlまたはAl合金鋳塊中のH2を0.25cc /100gAl以下およびアルミナを200ppm以下とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のAlまたはAl合金の精錬方法。
【請求項７】
前記Al原料の一部または全部がAl合金材製品のスクラップからなる請求項１乃至６のいずれか１項に記載のAlまたはAl合金の精錬方法。
【請求項８】
鋳造用AlまたはAl合金溶湯の脱ガスおよび除滓用の精錬フラックスであって、該フラックスがアゾジカルボンアミドを主成分とすることを特徴とするAlまたはAl合金溶湯精錬用フラックスとしての使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金 (以下アルミニウムを単にAlと言う) の精錬方法およびAlまたはAl合金溶湯精錬用フラックスとしての使用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、板材、型材、線材或いは棒材などのAlまたはAl合金材製品は、鋳造されたAlまたはAl合金 (以下、単にAl合金と言う) 鋳塊を、圧延 (熱間圧延、冷間圧延) 、押出、鍛造などの塑性加工を行って製造される。
【０００３】
そして、このAl合金鋳塊は、溶解炉においてAl原料 (Al地金、Al合金材製品のスクラップなど) を溶解後成分調整を行い、Al合金溶湯の精錬を行う。このAlまたはAl合金溶湯 (以下、単にAl溶湯と言う) の精錬とは、溶湯中に塩素ガスを吹き込む、あるいは塩化物系のフラックスを不活性ガスをキャリアガスとして吹き込み、溶湯中の水素などのガス成分の脱ガスや介在物の滓化を行い、Al溶湯表面から滓を除去する除滓を行うなどの溶湯を清浄化処理する工程である。そして、これら精錬後のAl溶湯は、溶解炉から保持炉を経由してまたは経由しないで、各々移湯樋を介して鋳型に供給されるが、移湯樋を流下する際に、鋳型直前の移湯樋に設けられたフィルターにより介在物が更に除去されるなどして、鋳型に供給され、Al合金の鋳塊に鋳造される。
【０００４】
前記塩素ガスによる溶湯中のH2ガスなどの脱ガスは、以下のメカニズムで行われる。即ち、溶湯中に吹き込まれたCl2 が溶湯Alと反応し、AlCl3 を生成し、この生成AlCl3 が約250 ℃で固体より気体に昇華し、吹き込まれたCl2 ガス気泡よりも微細なAlCl3 ガス気泡となる。このAlCl3 ガス気泡中のH2ガス分圧は殆どゼロのため、溶湯中のH2ガスが拡散と分圧平衡により、溶湯中よりAlCl3 ガス気泡中に移行し、この微細なAlCl3 ガス気泡が溶湯表面に浮上、揮散することにより、H2ガスが溶湯中より除去される。
【０００５】
また、溶湯中の介在物などの脱介在物は、前記AlCl3 ガス気泡が介在物に付着する乃至より小さい介在物がAlCl3 ガス気泡に付着するなどの、AlCl3 ガス気泡と溶湯中の介在物との相互付着により行われる。
【０００６】
しかしながら近年では、この塩素ガスによる公害などの問題から、塩素ガスに代えて、塩化物系のフラックスを不活性ガスをキャリアガスとしてAl溶湯中に吹き込み、溶湯の脱ガスおよび除滓を促進させることが主流となっている。
【０００７】
それまで、溶湯中のH2の脱ガスおよび脱介在物などの精錬処理の主体が塩素ガスによる場合に、この精錬に用いられるフラックスは、この塩素ガスの代替品として用いられ、主として溶湯の脱ガス乃至脱介在物後の溶湯表面の除滓を促進させるために用いられていた。この除滓は、精錬により生成した不純物を含む酸化物が溶湯表面に浮上して滓となって存在し、精錬の進行によりその量が増し、放置すれば、これが溶湯中に再溶解乃至取り込まれ、溶湯を汚染する可能性があるため、この滓を溶湯乃至溶解炉から除去するものである。そして、この除滓用のフラックスとして、例えば、特開昭61−243136号公報には、KCl などの塩化物とAlF3などのフッ化物を主体とし、硫酸カリウムなどの硫酸塩や炭酸塩、あるいは硝酸塩を発熱用の助燃剤として20〜50重量部加えた混合系のフラックスなどが開示されている。また、特開平01−123035号公報には、KCl を主体とし、これに硫酸カリウムと硝酸カリウムおよびAlアトマイズ粉を発熱用の助燃剤として加えた混合系のフラックスなどが開示されている。
【０００８】
これらのフラックスが前記塩化物を含む混合系乃至複合系となっているのは、溶湯中のH2ガスなどの脱ガスおよび脱介在物などの精錬処理の主体となる塩化物の融点 (分解温度) がAl溶湯よりも高く、塩化物単体をAl溶湯中に吹き込んでも、分解しにくく、Al溶湯を効率良く精錬できないためである。このため、塩化物に前記フッ化物などを加えた混合系乃至複合系の化合物として融点を下げて溶湯中で分解しやすくする方法が採用されている。また、更にAl粉などを加えて発熱させ、溶湯中で分解しやすくする方法も採用されている。
【０００９】
ただ、これら前記塩化物を含むフラックスでも、塩素ガスよりも問題は少ないものの、やはり塩化物が分解して塩素ガスを生成する問題があり、非ハロゲン系の精錬用フラックスが求められている。この非ハロゲン系の精錬用フラックスとして、例えば、特開平07−207358号公報には、硫酸カリウム(K2SO4) を主体とし、これに硫酸塩の融点を下げるためのリチウム(Li)乃至マグネシウム(Mg)化合物を加えた混合系のフラックスが開示されている。
【００１０】
この特開平07−207358号公報では、脱水素のために硫酸カリウムやほう酸リチウムなどを用いるものの、硫酸カリウムやほう酸リチウムの融点がAlの融点より高いため、脱水素の反応が気体−固体反応で進み、脱水素の反応効率が低下すると認識している。この結果、硫酸カリウムおよびほう酸リチウムの融点を下げるために、硫酸リチウム、硫酸マグネシウムなどを加えた混合系のフラックスとしている。そして、融点が下がった混合系のフラックスを溶湯中で溶融させて液体状態とし、溶湯中の水素との反応を気体−液体反応として進ませ、生成した水素化合物を気体化させるか、滓として除去して、脱水素を行うものである。そして、更に、この従来技術では融点がAl溶湯温度程度まで下がった混合系のフラックスを不活性ガスをキャリアとして溶湯中に吹き込む際に、吹き込みノズル先端でフラックスの溶融化およびノズルの目詰まりを防止するために、好適な硫酸カリウムの含有量を60〜99wt% としている。
【００１１】
しかし、この非ハロゲン系の精錬用フラックスにより、塩素乃至塩化物を用いることによる前記弊害は確かに防止されるものの、肝心の、溶湯中のH2ガスなどの脱ガスおよび脱介在物などの精錬効率が、塩素乃至塩化物系の精錬効率よりも劣る問題がある。
【００１２】
一方、Al合金材製品の分野においては、例えば、磁気ディスク用のディスク基板や印刷板、あるいは感光ドラム用など、電子・電気部品分野の用途におけるAl合金材の表面性状 (表面平滑性、表面粗度) などに対する要求は益々厳しくなっている。更に、缶などの包装容器用や自動車などの輸送機用、あるいは構造材用途などでも高強度化、高成形性、高耐食性化など、Al合金材製品の高品質化の要求も益々厳しくなっている。したがって、これに伴い、Al合金鋳塊中のH2や介在物などの不純物をより低減する必要性が益々増している。
【００１３】
また他方において、溶解炉におけるAl原料は、代表的には前記缶などの包装容器Al合金材製品のリサイクルシステムの確立の社会的要請に基づき、従来のAl地金主体から、Al合金材製品のスクラップを主体とするものに変わりつつある。この結果、Al原料を100%スクラップとすることも行われるようになっている。しかし、Al原料をスクラップ化した場合、スクラップからの不純物元素、或いはH2などのガス成分の混入量の増大は、スクラップを前処理したとしても避けがたい。したがって、この方面からも、Al合金鋳塊中のH2あるいは介在物などの不純物をより低減する必要性が増している。
【００１４】
しかし、Al合金の溶解炉における精錬分野において、これらの必要性に対応し、前記塩素乃至塩化物並の精錬効率を有する非ハロゲン系の精錬用フラックスは未だ実用化されていないのが実情であり、前記脱ガスおよび脱介在物の高い低減レベルでの精錬を行おうとすれば、塩素乃至塩化物フラックスを併用せざるを得ないのが実情であった。
【００１５】
このため、本発明者らは特願平10-125978 号として、AlまたはAl合金溶湯の脱ガスおよび除滓用の精錬フラックスとして、硫酸カリウム単体からなるフラックスを提案した。この技術は、フラックス組成として、Li乃至Mgの化合物などの硫酸カリウムの融点を下げる化合物を添加した混合系乃至複合系とせず、硫酸カリウム単体のフラックスとし、AlまたはAl合金溶湯の脱ガスおよび脱介在物の精錬を高い低減レベルで行うことを主旨としている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この非ハロゲン系フラックスにおいても、実際のAlまたはAl合金溶湯の精錬に適用すべく、不活性ガスをキャリアガスとしてAlまたはAl合金溶湯に吹き込んだ場合、若干量の硫酸カリウムが溶湯中に残留するという問題がある。即ち、硫酸カリウムの脱ガスおよび脱介在物の精錬能力自体は高い。しかしながら、硫酸カリウムの分解温度乃至昇華温度がAlまたはAl合金溶湯温度よりも若干高いために、AlまたはAl合金溶湯に吹き込まれた一部の硫酸カリウムが、分解せずに溶湯中に残留する。
【００１７】
この溶湯中に残留する硫酸カリウムは、鋳塊まで持ち込まれれば、介在物也異物となって、鋳塊の清浄度と品質を低下させることになる。しかし、溶湯温度を上げてやれば、或いは添加後の溶湯の攪拌時間を長くすれば、残留する硫酸カリウムも分解するか、残留する硫酸カリウムを無くすことができる。
【００１８】
しかし、AlまたはAl合金の溶解、精錬、鋳造の一連の工程において、溶湯温度を低下させる乃至上げないこと、或いは精錬時間の短縮乃至長くしないことは、低コスト化や省エネルギーの点から譲れない課題である。したがって、硫酸カリウムは、前記溶湯への残留問題があるため、精錬用フラックスとして実用化が難しい。
【００１９】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、脱ガスおよび脱介在物の高い低減レベルでの精錬を行うことを可能にするとともに、溶湯への残留問題が無い、Al合金溶湯精錬用の非ハロゲン系フラックスとしての使用およびAl合金の精錬方法を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明AlまたはAl合金の精錬方法の要旨は、溶解炉においてAl原料を溶解したAlまたはAl合金溶湯中に精錬用フラックスを吹き込み、溶湯の脱ガスおよび除滓を行った後、溶湯を溶解炉から移湯樋を介して鋳型に供給して、AlまたはAl合金の鋳造を行うに際し、前記精錬用フラックスとして、AlまたはAl合金溶湯に対して0.01〜1mass%のアゾジカルボンアミドを用いることである。
【００２１】
また、本発明AlまたはAl合金の溶湯精錬用フラックスとしての使用の要旨は、鋳造用AlまたはAl合金溶湯の脱ガスおよび除滓用の精錬フラックスであって、該フラックスがアゾジカルボンアミドを主成分とすることである。
【００２２】
本発明者は、非ハロゲン系の精錬用フラックスとして、昇華温度がAlまたはAl合金溶湯温度よりも低く、かつ脱ガスおよび除滓効果の優れた物質を探究した。そして、その結果、ゴム、樹脂、ビニールなどの、分解性の有機発泡剤として汎用されているアゾジカルボンアミドが、前記フラックス特性を満足することを知見した。
【００２３】
即ち、アゾジカルボンアミドは、アゾ基 (−N=N −) を有するアゾ化合物(RN=NR ') の一つであり、H2NCON=NCONH2 の組成式で表される。このアゾジカルボンアミドは分解温度が190 〜230 ℃であり、加熱すると約200 ℃付近から、主としてN2を190cc/g 程度、その他CO、CO2 、NH3 等のガスを分解放出し始める。そして、この性質を利用して、前記有機発泡剤としても利用されている。
【００２４】
これに対し、本発明者らは、AlまたはAl合金の精錬において、アゾジカルボンアミドの前記N2等の分解放出ガスが、溶湯中の水素と反応して脱水素を行う作用を有することを知見した。AlまたはAl合金の溶湯温度は約700 ℃程度であり、溶湯中に添加乃至吹き込まれたフラックスとしてのアゾジカルボンアミドは、この溶湯温度下で前記N2、CO、CO2 、NH3 等のガスを分解放出し、これらのガスが、溶湯中の水素と固体−気体反応乃至気体−気体反応する。そして、この反応ガスが溶湯表面に浮上し、大気に放散することにより、溶湯の脱水素を行うことが可能となる。また、介在物の滓化を行い、Al溶湯表面から滓を除去する除滓を行うなどの溶湯を清浄化処理する。
【００２５】
より具体的な作用としては、前記分解放出ガスは、不活性ガスの攪拌効果によって、Al溶湯中に迅速に拡散することによって、そのガス気泡中に、溶湯中のH2ガスを拡散と分圧平衡により取り込む。そして、この反応ガス気泡が溶湯表面に浮上、揮散することにより、H2ガスが溶湯中より除去される。また、溶湯中の介在物は、分解放出ガスや不活性ガスの攪拌効果乃至浮上効果によって、溶湯中より溶湯表面に浮上し、滓化が促進されて溶湯中より除去される。
【００２６】
なお、アゾジカルボンアミドの他の分解性の有機発泡剤としては、アゾ化合物として、他にジアゾアミノベンゼンやアゾヘキサヒドロベンゾニトリル等があり、更にアゾ化合物以外にも、スルホヒドラジド化合物、ニトロ化合物、アジド化合物等多数あるが、いずれも分解温度が200 ℃未満の低温側にあり、アゾジカルボンアミドのような高温側にはない。また、アゾジカルボンアミドのN 等の分解放出ガス量も大きい。この結果、溶湯中に添加する前での分解が激しく、また、溶湯中に添加しても、Al溶湯中に拡散する前に分解してしまうために、前記アゾジカルボンアミドのような、脱水素効果を発揮できず、実用性には、著しく欠ける。
【００２７】
また、アゾジカルボンアミドからの分解ガスの代わりに、最初から、N2、CO、CO2 、NH3 等のガスを直接溶湯中に吹き込む方法もあるが、本発明方法ほどの優れた効果は得られない。即ち、ガスを直接溶湯中に吹き込む場合、表面張力や溶湯の抵抗によって、ガス塊が粗大になる。この粗大化したガス塊は、アゾジカルボンアミドからの微細な分解ガスに比して、その体積の割りには表面積が小さいために、水素等との反応効率が低い。更に、粗大であるために浮上力が非常に高く、ごく短時間で溶湯表面に達して揮散してしまう。したがって、溶湯中に十分拡散させることおよび水素と十分反応させること等ができず、ガス吹き込み口のごく近傍の溶湯中の水素しか除去できない。この結果、溶湯の脱水素効果を十分発揮できず、実用性には著しく欠ける。
【００２８】
これに対し、本発明のアゾジカルボンアミドは、比較的高い分解温度(190〜230 ℃) を有している。そして、この高い分解温度が、Al溶湯に添加前乃至添加と同時にアゾジカルボンアミドが分解することなく、キャリアガスとともにAl溶湯中に拡散 (分散) された上で分解 (気化) する作用を保証している。この結果、アゾジカルボンアミドが多量の分解ガスを発生する特性と相まって、溶湯中の分解ガス微細気泡の拡散が達成される。更に、微細なアゾジカルボンアミド粉末をAl溶湯中で気化させているため、発生する気泡も微細化させることが可能であり、前記溶湯中に拡散して、水素と接触・反応する微細気泡の数 (量) も多数 (多量) となる。したがって、これらの作用の結果、本発明の高い脱水素効果が達成される。
【００２９】
また、アゾジカルボンアミドは、前記N 、C 、O 、C 、H で構成されるため、Al溶湯中で殆ど全てがガス化するため、溶湯中に残留することなく、溶湯中へ不純物が混入する可能性がない、という優れた効果も有する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明における各要件の意義について、以下に説明する。
【００３１】
本発明において、非ハロゲン系の精錬用フラックスとしてアゾジカルボンアミドを用いること、およびフラックスがアゾジカルボンアミドを主成分とするという意味は、アゾジカルボンアミド単体乃至単一(100%)の組成とするだけではなく、他のフラックスと組み合わせ乃至混合されて用いることを許容する。
【００３２】
前記した通り、本発明のアゾジカルボンアミドフラックスは、溶湯の脱水素および脱介在物そして除滓等の作用効果を兼ね備えている。したがって、これらの特性からは、アゾジカルボンアミド単体でもよいが、精錬における種々のフラックスには、溶湯の脱水素および脱介在物そして除滓以外の役割も有り、これら他の特性を満たすために、その他のフラックスと組み合わせて用いる乃至混合されて用いられて良い。
【００３３】
その他のフラックスとしては、▲１▼溶湯の脱水素および脱介在物用、或いは発熱用の助燃剤としての、ミョウバン、硫酸カリウム(K2SO4) 、硫酸ナトリウム(Na2SO4)、硫酸カルシウム(CaSO4) 或いは硫酸アンモニウムなどの硫酸塩や、これらの炭酸塩、あるいは硝酸塩がある。また、▲２▼溶湯の脱水素および脱介在物用として、KCl などの塩化物やAlF3などのフッ化物がある。更に、▲３▼発熱用の助燃剤としてのAlアトマイズ粉や硝酸カリウムなどの硝酸塩、▲４▼硫酸塩の融点を下げるためのほう酸リチウムなどのリチウム(Li)乃至マグネシウム(Mg)化合物などがある。そして、これらを本発明のアゾジカルボンアミドに加えて、フラックス組成として、10〜90wt% 加えた混合系のフラックスとして使用できる。但し、塩素の生成を防止する意味からは、前記KCl などの塩化物の使用は極力抑制すべきである。
【００３４】
本発明のアゾジカルボンアミドフラックスのAl溶湯への吹き込み量乃至添加量は、Al溶湯の脱ガス量および脱介在物量と更には除滓量などの精錬必要量から決定される。この点、前記Al合金の製品分野である、電子電気部品分野、自動車などの輸送機分野、構造材分野などの特性要求に対応するためには、Al合金鋳塊中のH2を0.25cc /100gAl以下、アルミナ (Al2O3)等の酸化物系介在物を200 ppm 以下とする必要がある。このレベルの精錬を行うための、アゾジカルボンアミドフラックスのAl溶湯への吹き込み量乃至添加量は、Al溶湯の重量に対し、1 〜0.01mass% とすることが好ましい。アゾジカルボンアミドフラックスの吹き込み量乃至添加量が0.01mass% 未満では、前記レベルに脱ガスおよび脱介在物できなくなる可能性がある。一方、アゾジカルボンアミドフラックスの吹き込み量乃至添加量が1mass%を越えても、精錬効果は向上せず、精錬コストが上昇するとともに、溶湯を汚染する可能性が生じる。
【００３５】
アゾジカルボンアミドフラックスの吹き込みは、通常の精錬用フラックスの吹き込み方法と同じである。即ち、一端をAl溶湯中に装入されたノズル乃至ランスから、N2やArガスなどの不活性ガスをキャリアとして、アゾジカルボンアミドフラックスの粉末乃至他のフラックスとの混合粉末をAl溶湯中に吹き込む。前記N2やArガスなどの不活性ガスは、アゾジカルボンアミドフラックスのキャリアの役割とともに、溶湯を攪拌 (バブリング) して、アゾジカルボンアミド粉末の溶湯中への拡散や微細分解ガスの生成、および分解ガスによる精錬作用や滓の溶湯中の浮上等を促進する重要な役割を果たす。勿論、溶湯の攪拌 (バブリング) 効果を増すためにキャリアガス用とは別のランス或いは同一のランスによって、フラックスの吹き込み中あるいはフラックスの吹き込み後に不活性ガスを吹き込んで溶湯の攪拌を行っても良い。勿論、この吹き込みの他、溶湯表面に添加する態様も可能であり、要は、精錬の効果を上げるための好ましい方法を適宜選択することが可能である。
【００３６】
更に、本発明者らは、これら溶解炉における精錬後のAl溶湯を、溶解炉から移湯樋に移し、移湯樋を流下する溶湯に対して、更に不活性ガスを吹き込み、溶湯の脱ガス精錬を行う際に、従来のスニフ方式、即ち、溶湯の流速を低下させて府活性ガスの反応時間を大きくするため、移湯樋に暗渠状の溶湯溜まりを設け、該溶湯溜まりにおいて不活性ガスを吹き込む方式では、却って脱ガス精錬効果が低下することを知見した。そして、このスニフ方式に対し、移湯樋に暗渠状の溶湯溜まりを設けず、移湯樋をそのまま流下する溶湯に対して不活性ガスを吹き込む方が、溶湯の脱ガス精錬効果が大きいことも知見した。
【００３７】
したがって、本発明の好ましい態様としては、溶解炉におけるアゾジカルボンアミドフラックスのによる精錬後のAl溶湯を、溶解炉から移湯樋に移し、移湯樋を通じて溶湯を鋳型に供給する際、移湯樋を流下する溶湯中に不活性ガスを吹き込み、溶湯の脱ガスを行うことである。
【００３８】
更に、本発明では、Al合金鋳塊中のH2を0.25cc /100gAl以下とする、およびアルミナ等の酸化物系介在物を200 ppm 以下とすることを保証するために、溶湯の脱ガス精錬を行うことが好ましい。即ち、これら溶解炉におけるアゾジカルボンアミドフラックスの精錬後のAl溶湯を、溶解炉から保持炉を経由あるいは経由せずに、移湯樋に移し、移湯樋を流下する溶湯に対して、更に不活性ガスを吹き込み、溶湯の脱ガス精錬を行うことが好ましい。この移湯樋における溶湯精錬では、移湯樋を流下する溶湯に対して、不活性ガスを、例えば溶湯流の直上からランスや攪拌羽根 (ガス流路つき) を溶湯流中、それもなるべく溶湯流底部に装入して、吹き込むことが重要である。溶湯流中の底部に吹き込む方が、吹き込まれた不活性ガスが、溶湯流の運動エネルギーによって、上方のみではなく、溶湯流の横方向や斜め方向など、溶湯流中の多方向に迅速に拡散して、溶湯の攪拌効果と脱ガス効果が高まる。即ち、このような本発明の脱ガス精錬では、拡散によりH2ガスに満たされた不活性ガス気泡の溶湯外への放出 (物質移動の促進) が脱ガス反応の律速となる。
【００３９】
これに対し、前記従来のような、移湯樋に暗渠状の溶湯溜まりを設け、該溶湯溜まりにおいて溶湯流が弱まった段階で不活性ガスを吹き込む、従来のスニフ方式では、例え溶湯中 (溶湯溜まり) の底部から吹き込んだとしても、溶湯中に吹き込まれた不活性ガスが、溶湯流の上方のみに上昇してしまい、前記したような拡散が生じないため、攪拌効果と脱ガス効果が低下してしまう。これは、従来のスニフ方式の脱ガス精錬では、H2ガスを含む溶湯と不活性ガス気泡との反応時間を脱ガス反応の律速として認識していたためである。したがって、本発明では、移湯樋に暗渠状などの溶湯溜まりを設けず、移湯樋をそのまま流下する溶湯 (溶湯流) に対して不活性ガスを吹き込む。
【００４０】
この不活性ガスを吹き込みの際、単なる筒状のノズル乃至ランスではなく、回転羽根方式のガス吹き込み機を用いる方が脱水素の効果が大きく好ましい。この回転羽根式ガス吹き込み機は、ノズル乃至ランスの先端に回転羽根を設け、この回転羽根によりノズル乃至ランスを通じて供給される不活性ガスを微細気泡化するものである。そして、より具体的には、筒状のノズル乃至ランスの先端に、例えば十字状に(4枚) 回転羽根を設け、この回転羽根に設けたスリットから不活性ガスを吹き出すように構成されている。そしてノズル乃至ランスの回転駆動により回転羽根自体を溶湯中で回転させ、これによって、溶湯の攪拌力が生じるとともに、前記スリットを通じて溶湯中に吹き込まれた不活性ガスが、回転羽根の回転力によって剪断されて微細な気泡とされ、溶湯中を浮上乃至移動するようになっている。
【００４１】
この回転羽根方式のガス吹き込み機による、不活性ガスの気泡の微細化は1mm 以下の気泡径まで微細化することが可能で、回転羽根の回転数が多いほど回転羽根の剪断力が大きく、溶銅の攪拌力が増す乃至不活性ガスの気泡を微細化することが可能となる。したがって、回転羽根の直径を100 〜400mm φとした場合に、回転羽根の回転数は最低でも200r.p.m以上が好ましいが、800r.p.mを越えると移湯樋における溶銅の流れ自体を乱す可能性が生じる。したがって、回転羽根の回転数は好ましくは200 〜600r.p.mの範囲、より好ましくは250 〜350r.p.mの範囲とする。また回転羽根の数も、前記剪断力を増し、気泡径に微細化するためには多い方が良いが、十字状に4 枚設けることが強度や制作上好ましい。なお、このノズルおよび回転羽根は、溶銅の温度や高速回転の熱衝撃にも耐えられるように、耐熱性と強度を有する、例えば、黒鉛、SiC 等のセラミック製乃至これらセラミックの混合乃至複合材とする。
【００４２】
更に、本発明では、前記Al合金鋳塊中のアルミナ等の酸化物系介在物を200 ppm 以下とすることを確実に保証するために、好ましい態様として、前記移湯樋を通じて溶湯を鋳型に供給する際、フィルターにより溶湯を濾過して溶湯中の介在物の除去を行う。このフィルターとしては、公知のものが使用可能であるが、セラミック製のフィルターなど、溶湯の温度や熱衝撃にも耐えられるような、耐熱性と強度を有する、例えば、アルミナ、ムライト、炭化珪素等のセラミック製で、ヌードル状、ハニカム状、チューブ状などの適宜の形状の多孔質体を用いることが好ましい。
【００４３】
この介在物除去用のフィルターは、従来からも設けられているものであるが、前記したような非ハロゲン系フラックスの精錬性能では、溶解炉における介在物の除去性能が塩素乃至塩化物系フラックスに比して劣るために、溶湯中の介在物量が必然的に多くなる。このため、移湯樋に設けた多孔質セラミックなどの耐熱性のフィルターにより溶湯を濾過して介在物を除去した場合、比較的細かいフィルターの孔乃至メッシュが目詰まりし易い。したがって、フィルターの交換などにより溶解・鋳造の生産性が阻害されたり、溶解コストが高くなるなどの問題がある。これに対し、本発明によれば、溶解炉における介在物の除去性能が向上しているため、移湯樋に設けたセラミック製フィルターの負荷が大幅に軽減する。したがって、逆に、溶解炉における精錬によっても除去されなかった介在物のフィルターにおける除去効率も高くなる。また、介在物によるフィルターの負荷の絶対量が大幅に軽減する結果、フィルターの目詰まりが軽減されてフィルターの寿命が延長される。この結果、フィルターの交換などにより溶解・鋳造の生産性が阻害されたり、溶解コストが高くなるなどの前記問題が大幅に改善される。
【００４４】
なお、本発明が精錬の対象とするAlおよびAl合金は特に限定されない。例えば、AA乃至JIS 1000系の純Alから、 2000 系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系などのAl合金にまで広く適用することが可能である。また、本発明方法は、Pb、Ti、Sn、Fe等の金属不純物元素の除去などを目的とした他の精錬方法と併用することも可能である。
【００４５】
【実施例】
次に、本発明方法の実施例を説明する。表1 に示す1000系から7000系までの種々のAl合金の溶解、精錬、鋳造を行った。溶解条件は、Al合金原料を内容積1000kg/ch の高周波誘導溶解炉にて、750 ±10℃の温度で大気溶解し、各々のAl合金の成分組成に調整した。この時点 (溶解炉精錬前の)Al 溶湯の中の不純物量は、分圧平衡法による溶湯分析および溶湯冷却後の固化したAlの分析の結果 (水素はランズレー法による。またアルミナ量はBr- メタノール法による。以下の分析方法も同じとする) 、各溶湯とも、水素0.4 〜0.3cc /100gAl 、アルミナ量400 〜300ppmのレベルであった。
【００４６】
その後表1 に示す条件のフラックス乃至塩素ガスで、溶解炉中のAl溶湯の精錬を行った。フラックスによる精錬は、各例とも共通して、Al溶湯に浸漬した鉄パイプ製の吹き込み用ランスを用い、キャリアガスとしてのN2ガス吹き込み量を20Nl/ 分とし、各フラックスを各々Al溶湯重量の0.1mass%、Al溶湯中に吹き込み、その後このN2ガスによるバブリングを30分間行い、水素の脱ガスおよび脱介在物の精錬処理を行った。また、塩素ガスは前記ランスにより300Nl/分×15分、Al溶湯中に吹き込み、その後N2ガスによるバブリングを30分間行った。この精錬処理中、表1 の各例ともAl溶湯表面の滓の除去を連続的に行った。
【００４７】
精錬後のAl溶湯を、溶解炉を傾動して移湯樋に移湯した。移湯樋の長さは約1  m、移湯樋の溶湯流速度 (溶湯速度)5t/hr、移湯樋における溶湯流の深さ0.6m、溶湯温度は730 〜740 ℃であった。そして、移湯樋の鋳型の手前0.5mの部分で、溶湯 (移湯樋) の底部にランスを間隔を置いて 2本装入し、N2ガスを溶湯中に吹き込む移湯樋における精錬を行った。N2ガスの吹き込みは移湯樋において吹き込み可能な溶湯流の初期から終期までとし、吹き込み量は平均で20Nl/ 分とした。なお、N2ガスの吹き込みには、ノズル先端に十字状に直径を100 mmφの4 枚の回転羽根を設け、回転羽根にスリットを設けた回転羽根方式のガス吹き込み機を、回転羽根を溶湯流の底部 (移湯樋底部の直上) に浸漬配置し、回転羽根の回転数を300 〜320r.p.mにして用い、不活性ガスの気泡を1mm 以下の気泡径まで微細化した。
【００４８】
更に、移湯樋の鋳型の手前0.2mの部分に、50mm厚みのアルミナ製ヌードル状の多孔質板からなる濾過フィルター (神戸製鋼所製、商品名アクトサーミック) を設置し。溶湯の濾過を行い、介在物の除去を行った。この後、移湯樋を通じて鋳型に溶湯を供給してDC鋳造 (半連続鋳造) にて、AlおよびAl合金鋳塊を製造した。そして、製造したAlおよびAl合金鋳塊のH2量および酸化物系介在物としてアルミナ量を代表して測定した。H2量が0.4cc /100gAl 以上のものを×、0.4cc /100gAl 未満〜0.25cc/100gAl のものを△、0.25cc未満〜0.1cc /100gAl のものを○、0.1cc /100gAl 未満 (この例の場合は全て0.1 cc /100gAl未満の範囲に納まっていた) のものを◎として評価した。また、アルミナ量も、200ppm以上のものを×、200ppm未満〜100ppm越えのものを△、100ppm以下のものを○として評価した。これらの結果も表1 に示す。
【００４９】
そして、更にフラックス添加のものは、添加フラックスの分解生成物を、アゾジカルボンアミドの場合は窒化物乃至炭化物、更に、硫酸や塩素を含むフラックスの場合は硫酸塩乃至塩化物と想定して、鋳塊中のこれら化合物を分析定量し、これらの量を溶湯中の残留物量として評価した。評価は分解生成物量が 50ppm以上のものを×、 50ppm未満〜10ppm 越えのものを△、10ppm 以下のものを○として行った。
【００５０】
表1 から明らかな通り、アゾジカルボンアミド (表1 ではACA と略記) フラックスを用いた発明例No.1〜6 は、Al合金の種類に拘らず、またフラックス使用量がAl溶湯重量の0.1mass%と比較的少量であっても、いずれも、AlおよびAl合金鋳塊中の不純物量が、水素0.4cc /100gAl 以下およびアルミナを100ppm以下と、低レベルに低減されている。そして、これらの効果は、Cl2 ガスを用いて精錬した比較例No.9と同じレベルとなっている。また、溶湯残留物も許容できるほど少ないか殆ど無い。これらの効果は、除滓効果が低いと達成できないレベルであり、本発明フラックスは、除滓効果が高いことも示している。したがって、本発明フラックスは、この点も含めて、Cl2 ガスを用いて精錬する方法並みの高い精錬効果を有していることが裏付けられる。
【００５１】
なお、発明例の中でも、アゾジカルボンアミド100%の組成にて、7075Al合金を処理した発明例No.1および6 は、アゾジカルボンアミドに加え、ミョウバン、硫酸カリウム、塩化カリなどの他のフラックスと混合したフラックス組成とした他の発明例に比して、Al合金鋳塊中の水素量が比較的高くなっている。これは、アゾジカルボンアミド単独のフラックス組成の場合には、気化温度が比較的低いためで、Al合金溶湯中に吹き込む前にガス化してしまう割合が、他の精錬用フラックスに比して、比較的多いためと推測される。このため、アゾジカルボンアミド単独のフラックス組成の場合には、混合フラックスと同じ精錬効果を得るためには、フラックス量をより多く必要とする。したがって、同じフラックス使用量であれば、本発明のアゾジカルボンアミドは、他のフラックスと混合したフラックス組成とした方が、却って脱ガス効果が高まるという傾向がある。
【００５２】
一方、これに対し、K2SO4100% を用いた前記特願平10-125978 号公報に相当する比較例No.7は本発明並の高い精錬効果を有しているにも拘わらず、溶湯残留物が多くなっている。また、ハロゲン系のKCl 塩化物とAlF3フッ化物を主体とし、K2SO4 を混合したフラックスを用いた比較例No.8は、AlおよびAl合金鋳塊中の不純物量が、水素、アルミナとも、前記溶解炉精錬前のAlおよびAl合金溶湯の中の当初の不純物量に比べると低減されてはいるものの、発明例やCl2 ガスを用いて精錬した比較例No.9に比べると、AlおよびAl合金鋳塊中の不純物量の低減効果 (精錬効果) が劣っている。そして、更に、移湯樋の精錬および濾過フィルターによる溶湯の介在物の除去を行っているにも拘らず、溶解炉におけるフラックス精錬効果が、本発明例やCl2 ガスを用いて精錬した比較例No.9に比べて劣ることが分かる。
【００５３】
【表１】
0003766229.tif 000002
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明精錬方法乃至精錬用フラックスとしての使用によれば、Al合金鋳塊を製造する際、溶解炉における精錬効果乃至精錬効率を高めて、Al合金鋳塊中の水素および酸化物系介在物を同時に除去するとともに、低レベルとすることができる。しかも、Al合金溶湯に吹き込まれたフラックスの一部乃至分解生成物が、溶湯中に残留することが無い。したがって、この鋳塊に基づいて製造される板材、型材、線材或いは棒材などのAlまたはAl合金材製品の品質を格段に高めることができ、AlおよびAl合金の用途を大幅に拡大することが可能となる。