JP5162627B2 - 金属溶湯用濾過材の製造方法及び金属溶湯用濾過材 - Google Patents

Description

本発明は、鋳物等の材料を溶融した溶湯に含まれている異物を除去し、溶湯を浄化するために用いられるフィルタ等の金属溶湯用濾過材の製造方法及び金属溶湯用濾過材に関する。

アルミニウム等の金属が使用される鋳物製品は、アルミニウム等の金属を溶融した溶湯（金属溶湯）を、鋳型の湯口部から注ぎ、湯道部を通過させて、溶湯を製品キャビティ部内に流し込み、製品キャビティ部内で溶湯を固化させて得られる。ところが、金属溶湯に含まれる金属酸化物や耐火物の微少破片等の固形不純物がそのまま鋳型に混入すると、鋳物製品を製造する過程でピンホールや表面欠陥が発生することがある。また、注湯時に溶湯が空気を巻き込むと、鋳物製品に「す（巣）」が発生する。これを防ぐには、溶湯中から固形不純物を除去するとともに、整流作用を確保する必要があり、そのため従来から、金属溶湯用濾過材を使用し、溶湯を濾過して固形不純物を除去して、整流を確保する方法が提案されている。このような金属溶湯用濾過材として、例えば特許文献１に示されるように、従来より金属製の金網や、ＳＵＳ網等が用いられている。

しかしながら、特にアルミニウムのように他の金属と合金化しやすい金属溶湯の濾過材として金属製の金網が用いられると、金属溶湯が金網を通過する際に、金網の鉄分等が金属溶湯に溶け込むため、鋳物製品に鉄分等が混入し、これにより鋳物製品に錆が発生したり、劣化する等の問題があった。

また、濾過材は金型鋳造等の湯口部、湯道部等に用いられるが、これらの部分で鋳物製品と一体で固化した溶湯は、固化した後に鋳物製品から切除される。この切除された固化後の溶湯は、再溶解して再利用することが望まれている。しかしながら、切除された固化後の溶湯には、金網が除去不可能な状態で付着しており、そのまま再溶解すると金網の鉄分等が溶け出し鉄分比率が高まることから、金属溶湯の純度が低下するという問題があった。さらに、金網の比重は重いため、溶解炉あるいは坩堝式溶解炉の底に沈んでしまい、高温である溶湯からすくい出すことが困難であった。これらの事情から、切除された濾過材付金属を再溶解して再利用することが難しく、リサイクル材としてスクラップ価格で外部へ売却せざるを得ず、歩留まり低下の大きな要因となっていた。

さらに、金属製の金網等では端部から鉄線が容易に脱落する。脱落した鉄線は溶湯とともに鋳型に混入し、鋳物製品の強度を不足させたり、錆を発生させたりする等、品質低下を招く原因となっていた。

このような金網の欠点を補うため、フェノール樹脂を含浸させたガラス繊維を基材とする濾過材が使用されている。しかしながら、ガラス繊維基材の濾過材は使用時にフェノール樹脂から発煙し、鋳物に着色が生じたり、フェノール樹脂はホルムアルデヒドを含むため、フェノール樹脂の熱分解ガスの発生に伴い異臭が発生する等の問題があった。

特開２００８−２００７３３号公報

本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳物製品に鉄分等の金属が溶湯に溶け込むことを防止し、鋳物製品に錆が発生したり、劣化することを防止し、さらに使用後の濾過材付金属を再溶解して金属溶湯として再利用することを可能とし、製品の歩留まり向上、コスト低減及び省エネに大きく寄与するとともに、使用時の発煙や、ホルムアルデヒドを含むフェノール樹脂の熱分解ガスの発生に伴う異臭を抑えることができる金属溶湯用濾過材の製造方法及び金属溶湯用濾過材を提供することにある。

本発明の上記目的は、耐熱繊維から成る織布に熱硬化性樹脂を含浸させる樹脂含浸工程と、熱成形工程と、焼成工程とを少なくとも具備し、前記各工程は、この順番に処理され、前記熱成形工程によって立体的に成形することを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって達成される。

また、本発明の上記目的は、前記熱成型工程で、前記耐熱繊維から成る織布の端部を強く圧縮成型し、前記耐熱繊維同士を圧着することを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記樹脂含浸工程と前記熱成型工程との間に、前記熱成型工程を具備しない場合は前記樹脂含浸工程と前記焼成工程との間に、目開け処理工程を含むことを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記耐熱繊維はガラス繊維であることを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記熱硬化性樹脂はフェノール樹脂であることを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記熱成型工程は１６０〜３００℃で１５〜９０秒行われ、前記焼成工程は５５０〜７５０℃で前記フェノール樹脂が炭化するまで行われることを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記フェノール樹脂は、前記耐熱繊維から成る織布の重量に対して１５％以上含浸させることを特徴とする記載の金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって、より効果的に達成される。

さらにまた、本発明の上記目的は、前記焼成工程の後に、塗型剤の含浸・乾燥工程を具備することを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法を提供することによって、より効果的に達成される。

本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法によれば、耐熱繊維から成る織布に熱硬化性樹脂を含浸させる樹脂含浸工程と、焼成工程とを少なくとも具備し、これらの各工程をこの順番に処理するようにしたので、熱硬化性樹脂を炭化させることができ、これにより繊維を固めて平板状の金属溶湯用濾過材を製造することができる。また、本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法によれば、樹脂含浸工程と焼成工程との間に、熱成型工程を具備することにより、熱硬化性樹脂をゲル化させた後、炭化させることにより繊維を固めて金属溶湯用濾過材を立体的に成型することができる。このように、焼成工程において熱硬化性樹脂を炭化させることにより、金属溶湯用濾過材の使用時に発煙が抑えられ、鋳物への着色を防ぐことができるとともに、異臭の発生を防止することができる。すなわち、金属成分を有する金網等を用いることなく、金網等と同様の適度な強度と弾力性を有し、また繊維の脱落がなく、鋳物製品の品質を損なうことがない金属溶湯用濾過材を得ることができる。

また、本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法は、熱成型工程で、耐熱繊維から成る織布の端部を強く圧縮成型し、繊維同士を圧着させたので、金属溶湯用濾過材の端部から繊維が脱落し、鋳型に混入することがない。

また、本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法は、樹脂含浸工程と熱成型工程との間に目開け処理工程を設けることにより、整流効果がより高く、金属溶湯をよりスムーズに通過させることができる金属溶湯用濾過材を製造することができる。

また、本発明に係る金属溶湯用濾過材によれば、耐熱繊維の織布に熱硬化性樹脂を含浸させて形成させたので、すなわち金属成分を含まない耐熱繊維を基材としたので、金属の鉄分等が金属溶湯に混入することがない。従って、鋳造品に錆が発生することを防止し、高品質の鋳造品を得ることができる。

本発明に係る金属溶湯用濾過材の斜視図である。 図１に示す本発明に係る金属溶湯用濾過材の上面図である。

以下、本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法及び金属溶湯用濾過材について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法及び金属溶湯用濾過材は、以下の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内において、その構成を適宜変更できることはいうまでもない。

本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法（以下、「本製造方法」と言う。）は、耐熱繊維から成る織布に熱硬化性樹脂を含浸させる樹脂含浸工程と、焼成工程とを少なくとも具備し、これらの各工程はこの順番に処理される。すなわち、樹脂含浸工程を経た織布を焼成工程にて加熱して炭化させることにより、金属成分を含まない耐熱繊維を基材とする平板状の金属溶湯用濾過材を製造することができ、またこのような金属溶湯用濾過材であっても、従来の金網等を用いた濾過材と同様の強度及び弾力性を有する。

さらに、本製造方法において、樹脂含浸工程と焼成工程との間に、熱成型工程を具備することにより、すなわち、樹脂含浸工程を経た織布を熱成型工程で加熱して熱硬化性樹脂をゲル化させて固めて金属溶湯用濾過材を成型し、その後、焼成工程で再度加熱して熱硬化性樹脂を炭化させることにより、金属成分を含まない耐熱繊維を基材とする立体的な金属溶湯用濾過材を成型することができる。このような立体的な金属溶湯用濾過材であっても、従来の金網等を用いた濾過材と同様の強度及び弾力性を有する。

このように、本製造方法により製造された金属溶湯用濾過材は、焼成工程にて織布に含浸された熱硬化性樹脂が炭化されるため、金属溶湯用濾過材の使用時の発煙が抑えられ、鋳物への着色を防ぐことができる。これに加え、熱硬化性樹脂の熱分解ガスの発生に伴う異臭の発生を防止することができる。

ここで、樹脂含浸工程とは、耐熱繊維から成る織布に熱硬化性樹脂を含浸させる工程である。

なお、本製造方法に用いられる耐熱繊維からなる織布としては、ガラス繊維から成る織布、フェノール樹脂繊維から成る織布、シリカ繊維から成る織布等の金属成分が含まれていない繊維織布が用いられる。本製造方法により製造される金属溶湯用濾過材は、銅、アルミニウム、亜鉛等の金属溶湯に用いることができるが、これらの中でも特にアルミニウム溶湯である場合には、ガラス繊維から成る織布を用いることが特に好ましい。このように、本製造方法により製造された金属溶湯用濾過材は、従来の金網から成る濾過材のように鉄等の金属成分を含まない、繊維から成る織布を基材とするので、金属溶湯用濾過材の使用時（注湯時）に、金属溶湯に鉄分等の鋳物製品に錆を発生させる金属成分が溶け込むことがなくなり、鋳物製品の品質向上に大きく寄与することができる。

また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、アミノ樹脂等の公知の種々のものを用いることができる。本製造方法により製造される金属溶湯用濾過材が、アルミニウム溶湯の濾過材として用いられる場合、アルミニウム溶湯は約７００℃という高温になる。従って、本製造方法により製造される金属溶湯用濾過材として形状を安定させやすく、炭化することで高温に耐える性質を有するフェノール樹脂が、種々の熱硬化性樹脂の中でも最も好適である。

ここで、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂が用いられた場合における、熱硬化性樹脂の含浸量（フェノール樹脂の含浸量）は、耐熱繊維の織布の重量に対して１５％以上が望ましく、より好ましくは１５〜４０％、さらに好ましくは２５〜３５％である。熱硬化性樹脂の含浸量が１５％未満であると、後の工程で熱成型工程を有する場合、熱成型工程で熱硬化性樹脂をゲル化させて耐熱繊維を固めて成型することができず、焼成工程を経ても金属溶湯用濾過材としての強度が足りず、金属溶湯用濾過材として使用することが難しくなる。

焼成工程とは、熱硬化性樹脂を炭化させることにより、耐熱繊維を固めて金属溶湯用濾過材を製造する工程である。このように、熱硬化性樹脂を炭化させることにより、金属溶湯用濾過材の使用時における煙の発生、熱硬化性樹脂の熱分解ガスの発生に起因する異臭の発生、さらには鋳物の着色を防止することができる。

なお、本製造方法が熱成型工程を有する場合には、焼成工程は、熱硬化性樹脂をゲル化して固めて成型する熱成型工程を経た後、再度加熱して熱硬化性樹脂を炭化させる工程となる。熱成型工程で熱硬化性樹脂をゲル化させたままであると、金属溶湯用濾過材の使用の際、熱硬化性樹脂の欠点である高温時に発生する臭いと発煙の問題を解決することができず、煙及び異臭が発生してしまう。しかしながら、本製造方法のように、熱成型工程を経た後、焼成工程で再度加熱して熱硬化性樹脂を炭化させることにより、異臭及び煙の発生を防止でき、さらに鋳物の着色も防止することができる。

ここで、焼成工程は、後述する熱成型工程よりも高い温度、すなわち熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂が用いられた場合は、５５０〜７５０℃の無酸素雰囲気でフェノール樹脂を炭化させるまで焼成する。なお、焼成工程での加熱が足りないと、熱硬化性樹脂の炭化が足りず、得られた金属溶湯用濾過材の使用の際、煙及び異臭が発生してしまう。

次に、熱成型工程とは、上記樹脂含浸工程で、熱硬化性樹脂を含浸させた耐熱繊維を加熱して、熱硬化性樹脂をゲル化させて耐熱繊維を固めて金属溶湯用濾過材に立体的に成型する工程である。このように熱硬化性樹脂をゲル化させることにより濾過材に成型することができると同時に、耐熱繊維から成る織布の網目の交点（繊維が交差する部分）を接着させ、目止めすることができる。これにより、耐熱繊維の織布の網目の交点から繊維が脱落することを防止することができる。この結果、繊維が溶湯とともに鋳型に混入することがなくなるので、鋳物製品の品質を損なうことがなくなる。

さらに、この熱成型工程で、耐熱繊維から成る織布の端部を強く圧縮成型することが好ましい。これにより、金属溶湯用濾過材の端部からの繊維の脱落を防止することができるので、鋳型に繊維が混入することをより効果的に防止でき、上述した耐熱繊維の織布の網目の交点からの繊維の脱落防止効果との相乗効果で、鋳物製品の品質をより向上させることができる。

熱成型工程は、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂が用いられた場合は、１６０〜３００℃で１５〜９０秒行われる。熱成型工程の加熱温度が１６０℃未満であると、すなわち１００℃程度であると、成型することはできても、熱硬化性樹脂を完全にゲル化させることが難しく、金属溶湯用濾過材として所望とする強度及び弾力性を確保することが難しくなる。また、加熱時間が１５秒未満であると、特に加熱温度が１６０℃である場合には、成型することはできても、熱硬化性樹脂を完全にゲル化させることが難しく、金属溶湯用濾過材として所望とする強度及び弾力性を確保することが難しくなる。一方、加熱時間が９０秒を超えるなど必要以上に加熱時間をかけることで作業効率の低下を招くことになる。

さらにまた、本製造方法は、上記樹脂含浸工程と熱成型工程との間に、熱成型工程を具備しない場合は樹脂含浸工程と焼成工程との間に目開け処理工程が設けられると、より好ましい。金属溶湯用濾過材は使用の際、すなわち注湯の際に、金属溶湯に含まれる酸化物や炉内の脱落耐火物等の異物を取ることの他に、金属溶湯が空気を巻き込まないようにスムーズに通過させる整流作用を確保するという役割も果たす。このため、金属溶湯用濾過材には異物を濾別することができる程度の適度な目開きが必要である。しかしながら、樹脂含浸工程で耐熱繊維の織布に熱硬化性樹脂を含浸させて、織布の網目に熱硬化性樹脂が付着したまま後の熱成型工程や焼成工程に送られ、加熱されて乾燥されると、織布の網目が塞がってしまい、上述した整流効果を得ることができなくなる場合がある。従って、このように樹脂含浸工程と熱成型工程との間に目開け処理工程を設け、織布の網目に付着した熱硬化性樹脂を落とすことが好ましい。なお、目開け処理工程としては、空気を吹き付る、振動させる等の、熱硬化性樹脂を落とすことができる種々の方法を用いることができる。

以上、本発明に係る金属溶湯用濾過材の製造方法を、樹脂含浸工程と、焼成工程とを少なくとも具備する場合について説明したが、本製造方法は、このほか、耐熱繊維の裁断工程、熱成型工程後のバリ取り工程、熱成型工程、焼成工程後の塗型剤の含浸・乾燥工程等の、種々の工程を含んでも良いことはいうまでもない。特に、焼成工程の後に、塗型剤の含浸・乾燥工程を具備すると、煙・異臭の発生をさらに抑制することができる。

次に、本発明に係る金属溶湯用濾過材（以下、「本濾過材」と言う。）について説明する。図１は本濾過材１の斜視図を示し、図２は本濾過材１の上面図を示す。本濾過材１は、耐熱繊維の織布に、熱硬化性樹脂を含浸させて、図１及び図２に示すように形成され、銅、アルミニウム、亜鉛等の金属の溶湯から酸化物や炉内の脱落耐火物等の異物を濾別するために、金型鋳造等の湯口部、湯道部等で用いられる。本濾過材１は、金属成分を含まない耐熱繊維を基材として構成されているので、鋳物製品に錆が発生する等の劣化を生じさせることがなく、高品質の鋳物製品を製造することができる。すなわち、従来の金網等の濾過材のように、金網の鉄分等の金属成分が溶湯に溶け込むことがない。従って、この鉄分に由来する錆等の発生がなく、鋳物製品が劣化することがないので、高品質の安定した鋳物製品を製造することができる。また、基材に熱硬化性樹脂を含浸させて形成されているので、基材の網目の繊維の交点（繊維が交差する部分）が目止めされ、この部分から繊維が脱落することがない。従って、繊維が溶湯とともに鋳型に混入することがなく、鋳物製品の品質を損なうことがない。

また、図１及び図２に示すように、本濾過材１の基材として用いられる耐熱繊維の織布の端部２は繊維同士が圧着されている。これにより、本濾過材１の端部２からの繊維の脱落を防止することができ、上述した基材の網目の繊維の交点からの繊維の脱落防止との相乗効果で、溶湯とともに繊維が鋳型に混入することをより効果的に防止でき、鋳物の品質をより向上させることができる。

また、本濾過材１は、金属成分を含まない耐熱繊維の織布で構成することにより、濾過材付金属を再度溶解し、金属溶湯として利用することが可能となる。すなわち、従来の金網等の金属成分を含む濾過材付金属を再溶解すると、金網等の金属は比重が重いため溶湯中に沈んでしまい、異物である金網等の金属をすくい取ることが難しかった。しかしながら、本濾過材１は比重が軽い繊維で出来ているため、濾過材付金属を再溶解すると、繊維が溶湯の表面に浮く。従って、溶湯から繊維を容易に除去することができるため、使用済みの濾過材付金属は、リサイクル材としてスクラップ価格で売却することなく、再溶解して金属溶湯として再度利用することが可能となる。

なお、本濾過材１に使用される耐熱繊維の織布としては、ガラス繊維の織布、シリカ繊維の織布、フェノール樹脂の織布等、金属成分が含まれていない種々の織布を用いることができる。これらの中でも、ガラス繊維の織布が安価であるので好ましい。

また、本濾過材１に使用される耐熱繊維の織布は、網目が２５ｍｍ間の目開き数で６〜１９目であることが好ましい。この織布の網目は、溶解炉あるいは坩堝式溶解炉の構造や耐火物の種類、濾過方法、溶湯の粘度等に応じて適宜選択される。すなわち、耐火煉瓦等の異物が混入しやすい炉の場合、金属溶湯が濾過材を早く通過する濾過方法の場合、また金属溶湯の粘度が高い場合は、目の大きい、すなわち網目が粗い素材を用いる等、適宜選択される。なお、網目が細かすぎると、金属溶湯の濾過の進行につれて金属溶湯が濾過材に付着して目詰まりが生じ、濾過速度が段々遅くなり、実用的でなくなる。一方、網目が粗すぎると、溶湯の濾過速度は向上するものの、酸化物や炉内の脱落耐火物等の異物を充分に濾別することができなくなる。

なお、耐熱繊維の織布の織り方は特に限定されるものではなく、平織り、からみ織り、摸紗織り等の種々のものを用いることができる。

以上、図１及び図２に示すように、樹脂含浸工程と、熱成型工程と、焼成工程とを経て本金属溶湯用濾過材が立体的に成型された場合について説明した。しかしながら、図示しないが、本金属溶湯用濾過材は、樹脂含浸工程と焼成工程とを経て、平板状に形成されたものであっても良い。

１ 金属溶湯用濾過材
２ 耐熱繊維の織布の端部

Claims (8)

1. 耐熱繊維から成る織布に熱硬化性樹脂を含浸させる樹脂含浸工程と、熱成形工程と、焼成工程とを少なくとも具備し、前記各工程は、この順番に処理され、前記熱成形工程によって立体的に成形することを特徴とする金属溶湯用濾過材の製造方法。
2. 前記熱成型工程で、前記耐熱繊維から成る織布の端部を強く圧縮成型し、前記耐熱繊維同士を圧着することを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯用濾過材の製造方法。
3. 前記樹脂含浸工程と前記熱成型工程との間に、目開け処理工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属溶湯用濾過材の製造方法。
4. 前記耐熱繊維はガラス繊維であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の金属溶湯用濾過材の製造方法。
5. 前記熱硬化性樹脂はフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の金属溶湯用濾過材の製造方法。
6. 前記熱成型工程は１６０〜３００℃で１５〜９０秒行われ、前記焼成工程は５５０〜７５０℃で前記フェノール樹脂が炭化するまで行われることを特徴とする請求項５に記載の金属溶湯用濾過材の製造方法。
7. 前記フェノール樹脂は、前記耐熱繊維から成る織布の重量に対して１５％以上含浸させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の金属溶湯用濾過材の製造方法。
8. 前記焼成工程の後に、塗型剤の含浸・乾燥工程を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の金属溶湯用濾過材の製造方法。

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