JPH0359129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は溶融金属浴中に含まれる介在物を過
によつて分離する方法に係わる。 鋳造技術の当業者には周知のように、純粋な金
属または合金は製造時に固体介在物で多かれ少な
かれ汚染される。これらの介在物は、 −溶解炉に導入される装入物、 −溶融金属浴と周囲の雰囲気との反応の結果生じ
る生成物、 −炉の耐熱材製ライニングの摩耗又は局部的崩
壊、 −金属の精製に使用される塩及び融剤 に由来する。 これらの介在物は、数ミクロンから数ミリメー
トルに及び様々な大きさの単離粒子又は巨視的な
塊の形状を有する。これらの介在物を溶融金属浴
中に放置しておくと金属の凝固中に孔、又はひど
い場合には割れ目が発生し得、その結果鋳造製品
の熱処理中に気孔又は剥離が生じ且つ半加工製品
への変形処理時に穴又は破損が生じ得る。 そのため、これらの溶融金属浴中介在物は後続
成形段階に進む前に必ず除去しなければならない
ことが判明した。 介在物を分離する方法はこれまでにも多数推奨
されてきた。これらの方法は介在物の大きさに多
かれ少なかれ適合した種々の技術に基づく。主な
方法としては下記のものが挙げられる。 −静的デカンテーシヨン。 −金属流の流動速度を低下させるための液体分配
手段を用いる動的デカンテーシヨン。 −気泡幕を介して金属を通過させることにより介
在物を除去する浮選。 −過媒体即ち互いに連結された複数の空部を有
する媒体に溶融金属を通すことからなる「深」
過。前記空部は介在物より大きい大きさを有
するが、介在物はこれらの空部を規定する壁面
に捕捉され保持される。この種の過法の一例
はUSP2863558号に開示されている。 これらの方法では、溶融金属の密度と介在物の
密度との差が重要な役割を果す。しかるに、介在
物は時として金属と同程度の密度を有する。例え
ば、MgCl₂及び液体アルミニウムの場合がそうで
ある。 従つて、適切な分離効率を得るためには、長時
間にわたり静的に操作するか、又は金属の流量を
極く小さくして動的に操作しなければならない。
その場合には、工業レベルの過効率を得たけれ
ば、非常に大きい装置が必要となる。 そこで例えば、介在物より小さい大きさの孔を
もつフイルタを使用する「ケーク」過のような
別の方法が試みられた。この「ケーク」過を使
用すれば確かに過速度に関係なく極めて大きな
過効率を得ることができるが、この種のフイル
タは通常の鋳込み装置には適さない極めて大きな
装入低下を誘発する。 また、液体中に懸濁する固体粒子は、過媒体
を全く存在させずに、介在物除去作用を果たす電
磁力を加えることによつて分離できることが知ら
れているが、この種の方法は極めて大きな力を必
要とし且つ極めて高価な大型電気装置を使用しな
ければならないため、工業的に使用されたことは
ない。 これらの問題に直面して本出願人は、過によ
る分離を単位面積及び単位時間当たりの量と介在
物の大きさとの点で改良すべく、工業界で実際に
使用されている唯一の技術である深過に基づく
方法を開発した。 本発明の方法は、溶融金属浴が通過する過媒
体に電磁力の場を作用させることを特徴とする。 前述のごとく、過媒体は空部を規定する壁面
に介在物を捕捉するという効果をもつ。そこで本
出願人は、介在物を前記壁面方向へより効果的に
移動させることを考えた。この考えは、過媒体
に電磁力場合を作用させることによつて実現され
るに至つた。実際本出願人は、介在物が殆ど常に
融点金属より遥かに大きい電気抵抗を有すること
から電磁場が金属のみに作用し、そのため反作用
で介在物が電磁場とは逆の方向に移動することを
発見した。金属と介在物との間のこのような性状
の差を利用すれば、介在物を前記壁面に捕捉でき
るというわけである。また、電磁力場が存在しな
い過媒体では、特に介在物が或るレベルを越え
ると一部の壁面で捕捉が不安定になるが、本発明
の場合には、電磁力場の作用によつて介在物が媒
体の壁に張り付けられ、より大きい耐剥離性を示
すことが判明した。 過媒体に与えられて金属に作用する電磁力
は、全体が過方面と直角か又は平行な方向に向
けられる。この場合の過方向とは、金属が過
媒体中を流れる時の平均的主要方向を指す。この
電磁力の値は1x10³N／ｍ₃より大きくする。この
値より小さいと場の効果が小さくなりすぎるから
である。この値は好ましくは1x10³〜1x10⁶N／m³
にする。 本発明の過媒体は下記の媒体のいずれかで構
成し得る。 −介在物より大きい断面の孔を有し、溶融金属を
0.1〜1.5cm／秒の速度で通す多孔体。この多孔
体は例えばセラミツク含泡体の単一ブロツクか
又は複数のブロツクを積重したものからなる。 −複数のばらばらの材料からなる層。これらの材
料の間には介在物より大きい間〓が局所的に存
在する。この層は溶融金属材料を0.01〜0.7
cm／秒の速度で通す。前記材料の具体例として
は例えばアルミナ、シリカ、炭素等のビーズ又
はタブレツトが挙げられる。 −溶融金属浴を0.01〜0.06cm／秒の速度で通すこ
とができるような多孔率を有する少なくとも１
つの過用キヤンドル。 場合によつては、多孔体か又は複数の非結合材
料の層からなり且つ金属が通過する厚み全体にわ
たつて中央に不浸透ゾーンを有する過媒体を使
用する。 これらの媒体は当該溶融金属に対して化学的に
不活性であるか又は活性である。これらの媒体は
例えば融剤のような物質で任意に被覆される。こ
れらの媒体はまた、当該金属に対して化学的作用
を有するか又は物理的作用しか示さない気体流の
を任意に存在させて過容器内で使用するのが好
ましい。 電磁力場は２つの主要方向のいずれか、即ち前
述のごとき多孔体又は層の場合であれば過方向
と直角の方向、前述のごとき多孔体、層又はキヤ
ンドルの場合であれば過方向と平行な方向に向
ける。 前記第１の方向の電磁力は下記の操作によつて
発生させる。 −過方向で過媒体の厚み全体にわたつて金属
に直流を流す。この電流は過方向又は逆方向
に流れてそれ自体の磁場を発生させ、その結果
過媒体の中央に向かう力場を発生させる。 −前記直流を過方向と直角な方向の連続磁場と
組合わせることにより、これら電流及び場の方
向に応じていずれか一方の方向で前記磁場と
過方向とに直角な力場を発生させる。 前記直流は、発生器により給電され且つ過媒
体の上流又は下流で溶融金属浴中に配置された少
なくと一対の電極を介して金属浴中に通す。前記
連続磁場は、少なくとも１つの電磁石、又は北−
南アセンブリを構成する少なくとも２つの永久磁
石によつて得る。これらの磁石は総て過媒体の
対向し合う側面に面して配置する。 過媒体が不浸透ゾーンを有する場合には、力
場を下記の操作によつて発生させる。 −直流を過方向に流す。この直流は前述のごと
く発生器及び少なくとも２つの電極によつて得
る。この場合前記不浸透ゾーンは、過媒体の
中央に力の「穴」ができるのを回避すべく前記
直流の一部を通す電極の役割を果たす。 −過媒体を少なくとも１巻きのソレノイドで包
囲し、このソレノイドに周波数60Hz以下の電流
を流す。 これら２つの方法では、力場が放射状で過媒
体の中央に向かう、即ち過方向と直角になる。 過方向と平行な方向の力場は、過方向と直
角の方向の直流磁場を該磁場及び過方向と直角
な方向で金属中に流れる直流と組合わせることに
より発生させる。 力場は電流又は磁場の方向に応じて、過方向
又は逆の方向に向ける。この場合磁場は、電磁石
又は北−南アセンブリを構成する少なくとも１対
の永久磁石によつて得る。これらの磁石はいずれ
も過媒体の対向し合う側面に面して配置する。
従つて過媒体は、浴が通過する面に複数の電気
絶縁隔壁を具備するのが好ましい。これらの隔壁
は、過媒体の外側にある浴が直流を短絡して前
記媒体中の力場を消滅させることがないように、
過方向と平行で電流方向と直角になるように配
置する。 過媒体がキヤンドル状過部材からなる場合
には、当該キヤンドルの内側又は外側に配置さ
れ、巻きがキヤンドルの高さの少なくとも一部分
に及ぶようなソレノイドに周波数60Hz以下の電流
を通すことによつて力場を得る。 以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げ
て本発明をより詳細に説明する。 第１図では過媒体１が過容器（図示せず）
の断面全体を占め、この媒体を溶融金属浴が方向
２に従つて通過する。この媒体には方向３の直流
が通され、この直流によつてそれ自体の磁場４と
方向５の電磁力場とが生じている。 第２図では多孔性媒体６が第１図の媒体と同様
に配置され、金属浴がこの媒体を方向７に従つて
通過する。この媒体には、方向８の直流を電磁石
１０によつて得られる方向９の連続磁場と組合わ
せで作用させており、その結果方向１１の電磁力
場が生じている。 第３図では多孔性媒体１２が前述のごとく配置
され、金属浴が該媒体を方向１３に従つて通過す
る。この媒体は不浸透ゾーン１４を有する。この
媒体には方向１５の直流が通され、この直流が方
向１６のそれ自体の磁場と、方向１７の電磁力場
とを発生させている。該媒体に流れる直流の一部
分１８は前記ゾーン１４を通る。 第４図では、過媒体１９が前述のごとく配置
され、金属浴が該媒体を方向２０に従つて通過す
る。この媒体は不浸透ゾーン２１を有し、ソレノ
イド２２の複数の巻きに包囲されており、前記ソ
レノイドによつて電磁力場２３が発生している。 第５図では、過媒体２４が前述のごとく配置
され、複数の隔壁２５を有する。金属浴は該媒体
を方向２６に従つて通過する。この媒体には、方
向２７の直流を電磁石２９によつて生じる方向２
８の連続磁場と組合わせて作用させており、その
結果方向３０の電磁力場が生じている。 第６図では、キヤンドル状過部材３１が方向
３２に従つて流れ方向３３に従つて流出する金属
浴の中に配置されている。このキヤンドルはソレ
ノイド３４で包囲され、該ソレノイドが方向３５
の電磁力場を発生させている。 本発明は以下の具体例からより良く理解されよ
う。 アルミニウム・アソシエーシヨンの規格による
1050タイプのアルミニウム合金を溶融し、４つの
フラクシヨン１、２、３及び４に分割した。対照
として使用するフラクシヨン１以外の各フラクシ
ヨンをポケツト内で介在物分離処理にかけ、その
後ビレツト状に鋳造した。フラクシヨン１は前記
処理を行わずに直接鋳造にかけた。 フラクシヨン２は電磁除去処理にかけた。即ち
過媒体を存在させずに1.5x10⁴N／m³の力場を
作用させた。 フラクシヨン３は、開放孔率65％、孔の平均直
径1.5mmの材料からなる厚み５cmの層に0.7cm／秒
の速度で通した。 フラクシヨン４はフラクシヨン３と同様に、但
し本発明の方法に従つて前記層に過方向と直角
な方向の1.5x10⁴N／m³の力場を作用させて処理
した。 各フラクシヨンから採取した試料を臭素含有メ
タノール中に溶解し、各分離法と結果得られた介
在物レヘルを測定した。 この測定には下記の２つの方法を使用した。 −溶解残留物中に残る最大介在物の直径を測定す
る。 −介在物全体の総合的有害性、即ち介在物有害性
Ｉを測定する。この測定を行うためには、各介
在物に下記の表に示すような直径φに応じた有
害度ｉを与える。

【表】 介在物の有害性Ｉは式 Ｉ＝Σd（φ）xi（φ） で示される。式中ｄ（φ）は単位容積の金属に含
まれる直径φの介在物の数に等しく、ｉ（φ）は
前述の有害度に等しい。 ４つの試料に関して得られた結果を次表に示
す。

【表】 これらの結果から明らかなように、本発明の方
法に従つて処理した金属の試料４は10μｍより大
きい直径の介在物を含まないのに対し、電磁除去
処理のみにかけた金属の試料ではこの直径が
200μｍであり、過媒体のみで捕捉処理した金
属の試料ではこの直径が80μｍである。また、介
在物有害性は試料４では15であるが、電磁除去処
理した試料では2500、過媒体で捕捉処理した試
料では200である。 これらの結果は、本発明の方法が金属浴中の介
在物レベルを極めて低くできることを証明してい
る。従つて、本発明の方法を使用すれば、浴の凝
固によつて得られる冶金学的製品が先行技術の場
合より遥かに改善された変形適性を有することに
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流によつて生じた過方向と直角の
電磁力場の作用下にある過媒体の説明図、第２
図は連続磁場と直流との組合わせによつて生じた
過方向と直角の電磁力場の作用下にある過媒
体の説明図、第３図は直流によつて生じた過方
向と直角の電磁力場の作用下にある不浸透ゾーン
付き過媒体の説明図、第４図は交流が流れるソ
レノイドによつて生じた過方向と直角の電磁力
場の作用下にある不浸透ゾーン付き過媒体の説
明図、第５図は連続磁場と直流との組合わせによ
つて生じた過方向と平行な電磁力場の作用下に
ある過媒体の説明図、第６図は交流が流れ且つ
キヤンドル状過部材の周囲に配置されたソレノ
イドによつて生じた過方向と平行な電磁力場の
作用下にあるキヤンドル状過部材の説明図であ
る。 １，６，１２，１９，２４，３１……過媒
体、１０，２９……電磁石、１４，２１……不浸
透ゾーン、２３，２４……ソレノイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 過媒体の中を通すことによつて溶融金属浴
   中に含まれる介在物を分離する方法であり、前記
   媒体に電磁力を作用させることを特徴とする方
   法。 ２ 電磁力の値が1x10³〜1x10⁶N／m³であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ３ 過媒体が多孔体であり、前記浴がこの多孔
   体を0.1〜1.5cm／秒の速度で通過することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 過媒体が複数のばらばらの材料からなる厚
   い層であり、前記浴がこの層を0.01〜0.7cm／秒
   の速度で通過することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ５ 過媒体が少なくとも１つの過用キヤンド
   ルからなり、前記浴がこのキヤンドルを0.01〜
   0.06cm／秒の速度で通過することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６ 過媒体がその中央で且つ金属の通る厚み全
   体にわたつて不浸透領域を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項又は第４項に記載の方
   法。 ７ 電磁力を主として過方向と直角な方向に向
   けることを特徴とする特許請求の範囲第３項又は
   第４項に記載の方法。 ８ 電磁力を主として過方向と平行な方向に向
   けることを特徴とする特許請求の範囲第３項から
   第５項のいずれか一項に記載の方法。 ９ 過方向に従い過媒体の厚み全体にわたつ
   て金属中に直流を通すことにより電磁力場を発生
   させることを特徴とする特許請求の範囲第７項に
   記載の方法。 １０ 過方向と直角の方向をもつ連続磁場と
   過方向に従つて金属中に流れる直流とを組合わせ
   ることにより電磁力場を発生させることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載の方法。 １１ 発生器によつて給電され且つ過媒体の上
   流及び下流で溶融金属浴中に配置された少なくと
   も一対の電極を介して直流を前記浴中に通すこと
   を特徴とする特許請求の範囲第９項又は第１０項
   に記載の方法。 １２ 過媒体の対向し合う側面に面して配置し
   た少なくとも１つの電磁石によつて連続磁場を得
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記
   載の方法。 １３ 過媒体の対向し合う側面に面して配置し
   た北−南アセンブリを構成する少なくとも２つの
   永久磁石によつて連続磁場を得ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 １４ 直流を過方向に流すことによつて電磁力
   場を発生させることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項に記載の方法。 １５ 不浸透領域が電流の一部分を通す電極を構
   成することを特徴とする特許請求の範囲第６項に
   記載の方法。 １６ 過媒体を周波数60Hz以下の電流が流れる
   ソレノイドの少なくとも１つの巻きで包囲するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方
   法。 １７ 過方向と直角の方向をもつ連続磁場と、
   該磁場及び過方向に直角な方向に従つて金属中
   に流れる直流とを組合わせることによつて電磁力
   場を発生させることを特徴とする特許請求の範囲
   第８項に記載の方法。 １８ 過媒体の対向し合う側面に作用する電磁
   石によつて磁場を発生させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１７項に記載の方法。 １９ 過媒体の対向し合う側面に面して配置し
   た北−南アセンブリを構成する少なくとも一対の
   永久磁石によつて磁場を発生させることを特徴と
   する特許請求の範囲第１７項に記載の方法。 ２０ 前記浴を通す面に過方向と平行で電流方
   向と直角な複数の電気絶縁性隔壁を備えた過媒
   体を使用することを特徴とする特許請求の範囲第
   １７項に記載の方向。 ２１ 各キヤンドルを周波数60Hz以下の電流が流
   れるソレノイドで包囲し、このソレノイドの巻き
   が当該キヤンドルの高さの少なくとも一部分を占
   めることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記
   載の方法。 ２２ 各キヤンドルの内部に周波数60Hz以下の電
   流が流れるソレノイドを配置し、このソレノイド
   の巻きが当該キヤンドルの高さの少なくとも一部
   分を占めることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項に記載の方法。