JPH06136459A - 溶融金属から溶融塩粒子を分離する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不純物を溶融アルミニウムから除去するため
に溶融及び濾過処理の作用を受けた溶融アルミニウムを
処理するために有用な方法を提供する。 【構成】 微細に分散した溶融塩粒子を溶融金属（５）
から分離するための方法は、その中に連行された溶融塩
粒子の懸濁体を有する溶融金属（５）の物体を提供する
ことと、溶融塩粒子によって実質的に濡れることができ
ない凝集媒体（３０）と溶融金属（５）を接蝕させるこ
ととからなる。塩の粒子は媒体（３０）上に集められ、
溶融金属（５）の表面へ除去されるように凝集すること
を許される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融塩を含有する溶融
アルミニウムに係り、特に溶融塩の微細に分散した粒子
を溶融アルミニウムから除去する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムを溶融し、それを移送する
際に、かなりの量の不純物がしばしば溶融体中へ導入さ
れる。これらの不純物は、ガス（典型的には大気中の水
分からの水素）、非金属不純物（主として溶融装填材料
上の酸化アルミニウム被膜から生じるもの又はそれが溶
融され且つ移送される時に溶融アルミニウムの表面上に
生じるもの）並びに溶融過程で導入され得るナトリウム
又は他の金属不純物を含む。これらの不純物が可能な最
小の量まで減らされることは重要である。凝固した金属
製品中のガスは酸化物の存在のようなアルミニウム製品
を加工し且つ使用する際に多くの問題を生じる。ガス含
有及び酸化物含有は、酸化物粒子が水素充填不連続部の
形成を核生成する傾向があることで関連付けられるよう
である。

【０００３】ナトリウムの存在は、若干の加工手順に干
渉し、特にかなりの量が熱間圧延圧下中にひどい縁部亀
裂が生じる熱間圧延に干渉する。これは、縁部亀裂が非
常に重大になるマグネシウム、例えば２〜１０％Ｍｇを
含む合金で特に重要である。

【０００４】塩素化によってナトリウム含有量を減らす
ことの困難性の１つの例は大抵のアルミニウム合金溶融
体中に存在するマグネシウムが普通は同時に反応される
ことである。これは、たとえ塩素、又はアルミニウムと
の塩素の反応生成物、塩化アルミニウムが平衡状態で優
先的にマグネシウムの上でナトリウムと反応したとして
も起こる。化学反応平衡及び質量作用の法則の考察か
ら、溶融体中で解放された塩素は、アルミニウムが溶融
体のはるかに主要な成分であるので最初に塩化アルミニ
ウムを多く作ることが予期される。次に連続して、塩化
アルミニウムの若干は、マグネシウムが通常は塩化アル
ミニウムと反応することができる他の溶融成分よりも多
い濃度を有するので塩化マグネシウムを作るように溶融
体中のマグネシウムと遭遇し且つそれと反応することが
ある。最後に、もし金属との接触が充分に長く維持され
るならば、塩化マグネシウム又は塩化アルミニウムは極
微量のナトリウムと遭遇し、最終の平衡生成物、塩化ナ
トリウムを作るように反応する。塩素化の速度及びマグ
ネシウム濃度は、反応がどの程度まで及びいかに迅速に
この順序で最終の平衡生成物、塩化ナトリウムまで進行
するかを決定するファクターである。一般に用いられる
塩素化速度で、最終の平衡は連続的な商業的方法で許容
し得ない接触時間を用いることなく達成することが困難
である。従って、むしろ迅速に処理される比較的大量の
溶融体を必要とする商業的生産プラント状態で極端に低
いナトリウム量を得ることは困難であった。

【０００５】極端に低い量の塩を得ることの困難性の１
つは、溶剤処理および濾過の後でさえも、形成された溶
融塩の若干が溶融体中に懸濁された非常に微細な粒子の
形態又は小滴で残ることができ、溶融アルミニウムの流
れ中で浮遊又は沈降によって分離することが非常に困難
になる。そのような懸濁された塩分散体は溶融金属フィ
ルタを通過するような性質を有し、最後にそれらの付随
する問題を有するアルミニウムインゴットになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このため、溶融アルミ
ニウム中に微細に分散した塩の分散体を除去するために
適当な方法に対する大きな要求がある。本発明は、例え
ば２２５ミクロンよりも小さい例えば塩の粒子又は小滴
が小滴に有効に凝集され又は融合されることができ、そ
れが次に浮遊によって表面へもたらされることができ且
つ溶融体から除去されることができる方法を提供する。

【０００７】溶融アルミニウム中に連行された微細に分
散した塩粒子を凝集し又は凝結することが、本発明の一
つの目的である。

【０００８】溶融アルミニウム中に付随する微細に溶融
された塩粒子を凝集し又はアマルガム化するための方法
を提供することが、本発明の他の目的である。

【０００９】溶融金属中に付随する微細に分散した塩粒
子又は小滴を凝集し又はアマルガム化し且つ除去するた
めに適当な装置を提供することが、本発明の更に他の目
的である。

【００１０】また、溶融アルミニウム上に浮くことがで
きる小滴を提供するように溶融アルミニウム中に付随す
る微細に分散した塩粒子を凝集し又はアマルガム化する
方法を提供することは本発明の更に別の目的である。

【００１１】本発明のこれらの及び他の目的は以下の説
明及び添付図面から明らかであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これらの目的に従って、
溶融塩小滴を溶融アルミニウムから分離する方法であっ
て、塩小滴はそれらが溶融アルミニウム中に連行され又
は懸濁されたままで残るに充分小さい寸法を有する方法
が提供される。該方法はその中に連行された微細に分散
した塩粒子を有する溶融アルミニウムの物体を提供する
ことと、溶融塩によって本質的に濡れることができない
凝集媒体に溶融アルミニウムの流れを通すこととからな
る。微細に分散した粒子は、媒体上で集まり、そこでそ
れらは溶融アルミニウム上に浮く大きさまで凝集する。

【００１３】本発明の方法では、アルミニウムの源は、
溶融容器中で溶融され、次に保持炉へ移送されて提供さ
れる（図１）。次いで、通常、溶融金属は溶剤処理およ
び（または）濾過処理の作用を受ける。濾過処理は、酸
化アルミニウム粒子のような付随する固体粒子を除去
し、溶剤処理は、溶解された水素を除去するため、およ
びナトリウム、カルシウム、マグネシウム等のような金
属の含有量を低下させるために使用される。しかしなが
ら、塩素又は塩素含有反応体（即ち塩注入）が使用され
る時、先に述べたような溶剤処理は塩化マグネシウムの
ような塩を作ることができる。溶融体中の塩の部分は非
常に微細に分散した懸濁体として又は凝集されない携帯
又は状態（時には不混和性二次相小滴又は粒子と称せら
れる）で残ることができ、その結果として浮遊又は重力
分離によって溶融アルミニウムから除去又は分離するこ
とが困難である。即ち、たとえ塩がアルミニウムよりも
低い密度を有することができても、それは溶融アルミニ
ウム中に連行されて残り、濾過装置を通過することがで
き、その結果生じた欠陥をアルミニウム・インゴットが
有する。塩の不混和性二次相小滴又は粒子が言及される
が、酸化物又は塩の微細に分散した固体粒子がそれと共
に除去のために含まれることができる。

【００１４】例示のためであって制限のためではなく、
その中に分散した塩粒子を有する溶融アルミニウムは、
表面の金属速度をおよそ１〜２．５ｃｍ／秒まで低下す
るに充分な寸法の流動室へ入り、これは３６３２０ｋｇ
ｍ／時間（８００００ｌｂｍ／時間）（Ｖ_ｏ＝１．７ｃ
ｍ／秒）の金属流量に対して約５０．８ｃｍ（２０ｉ
ｎ）×５０．８ｃｍ（２０ｉｎ）の平面寸法を必要とす
る。流れはニュートン状態（Ｃ_ｏ＝０．４４）であるの
で、物体力によって分離することが予期される最小の球
状塩小滴は次の式で与えられる。

【００１５】

【数１】 ここで、Ｖ_ｏ＝表面金属速度、１．７ｃｍ／ｓｅｃ^−１ ρ_Ｌ＝液体アルミニウムの密度、２．３ｇ／ｃｍ^−３ ρ_ｄ＝塩小滴の密度、２．２ｇ／ｃｍ^−３ Ｃ_Ｄ＝抗力係数、０．４４ Ｄ_ｄ＝塩小滴の直径

【００１６】この例示については、Ｄ_ｄ＝０．２２４ｍ
ｍ即ち２２４ミクロンである。このため、この例につい
ては、およそ０．２２４ｍｍよりも大きい小滴は金属表
面へ分離することが予期され、この寸法よりも小さい塩
小滴は連行されて残ることが予期される。このため、例
えば２２４ミクロンよりも小さい塩の微細に分散した粒
子は、特に溶融アルミニウムが乱流のもとにある時に溶
融アルミニウム中に連行され又は懸濁されて残る。これ
らの粒子は、粒子がアマルガム化されない又は凝集され
ない状態にあるので物体力分離又は溶融金属表面分離、
例えば浮遊又は浮力分離に抵抗する。しかしながら、
５．０８ｃｍ（２インチ）厚さの燐酸塩結合した高アル
ミナ製網状フォームセラミックス（あわセラミックス）
（気孔径約２５０〜３００μｍ）が窒化硼素で被覆され
且つそれを通る流量が室を通るよりも上方に維持された
時（図２）、亜臨界直径の塩小滴は０．２２４μｍより
も大きい寸法に結合し且つアルミニウムの表面上に集ま
る。溶融アルミニウム（ＡＡ５０５２）から形成される
アルミニウム・インゴットは、そのような合金にＭｇ
Ｏ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４及び塩を含むことができる酸化物パ
ッチのないことが判明した。付随して残る傾向がある塩
の粒子又は小滴は一般に７５０ミクロンよりも小さい寸
法を有し、好ましくは６００ミクロンよりも小さい寸法
を有し、典型的には約３００ミクロンよりも小さい寸法
を有する。

【００１７】溶融アルミニウムを処理する際、特にその
ようなアルミニウムがマグネシウムを含む時又はマグネ
シウムと合金にされる時、酸化マグネシウム分散質は約
１〜５ミクロンの粒度を有して形成されることができ
る。分散した塩及び酸化マグネシウム分散質種類の粒子
は凝集物を作る。即ち、酸化マグネシウム種類の粒子は
塩分散体又は小滴と関連して凝集物を作る。そのような
凝集物は非ニュートン流体として挙動することができる
故に、塩は酸化物がその付随問題を有する濾過方法によ
って移行するための液状運搬体として作用することがで
きるので、凝集物は通常の濾過によって溶融アルミニウ
ムから容易に除去されない。このため、塩を溶融体から
除去することが重要である。

【００１８】

【実施例】図１を参照すると、保持炉の後で溶融金属が
溶剤処理の作用を受けることが理解される。溶融アルミ
ニウムが本発明に従って塩分散体を除去するように処理
されるこができるのは溶剤処理の後である。即ち、塩の
除去は金属が濾過段階を通過する前に行われることがで
きる。しかしながら、濾過段階後に塩分散体を除去する
ことがより得策である若干の場合があり、それは本発明
の範囲内に包含される。

【００１９】溶融金属、例えば溶融アルミニウムからの
溶融塩の分離のために、塩粒子が高い形式の抗力を有す
る場合、即ち粒子の垂直方向終端速度が局部溶融体速度
よりも低いか又はそれに等しい場合に、粒子が通常の沈
降又は浮遊によって溶融体から分離することが非常に困
難であることに注目することが重要である。このため、
もし分離が起こるならば、塩が充分に大きい寸法まで凝
集した時に塩粒子がスリップ速度によって分離するため
に、局部金属速度は塩粒子終端速度に対して低くなけれ
ばならない。しかしながら、この性質の動作はしばしば
層流状態で動作する非現実的に大きなユニットを必要と
する。

【００２０】本発明によれば、微細に分散した塩小滴
は、微細な粒子が集まり且つ凝集することができる部
材、例えば板又はブロックに溶融アルミニウムを通過さ
せることによって除去されることができ、該部材はその
中に多くの通路を有し、好ましくは塩によって濡れるこ
とができず又は低い濡れ性だけを有する。塩粒子は通常
は板又はブロックに浸透せず、粒子が凝集する上流側の
表面上に集められることは注目されるべきである。しか
しながら、塩粒子が板又はブロックの内側の通路上に集
まり且つ凝集し且つ下側の流れ中に集められる装置が考
えられることができ、それは本発明の範囲内に企図され
る。又は、溶融アルミニウムは好ましくは微細に分散し
た溶融塩粒子によって濡れることができない又は低い濡
れ性を有する高多孔性網状フォームを通されることがで
き、それは微細に分散した塩粒子が集まり且つ凝集する
場所を提供する。好適な板又はブロック部材は窒化硼
素、窒化硼素で被覆されたアルミナ又は窒化硼素で被覆
されたジルコニアから製作されることができ、且つ流れ
に対して低い抵抗を有する多数の概ね平行な通路をその
中に持つことができる。一般に、表面は塩に対して濡れ
ず且つ溶融アルミニウムによる作用に耐えるべきであ
る。板又はブロック部材中の通路のくねり度は約１であ
るべきである。板又はブロック部材は概ね平行な通路を
有することができ、それらは低い流速抵抗を提供するの
で好適とされる。

【００２１】塩含有溶融体との接触のためにほぼ濡れな
い表面を提供するために、例えばラッシヒリングからな
るベッドが設けられることができ、その上で微細に分散
した溶融塩粒子が集まり且つ凝集することができる。

【００２２】図２を参照すると、溶融塩の連行された微
細に分散した粒子の除去のための処理槽が図示されてい
る。付随する微細に分散した塩を含む溶融アルミニウム
は通路２０を通して室又は槽中へ流れる。室１０はその
中に取付けられた板又はブロック部材３０を有し、該部
材はその中にほぼ平行な開口３２を有する。溶融アルミ
ニウムは通路４０に沿って室１０を去る。溶融体中に付
随する微細に分散した溶融塩粒子は部材３０の表面３２
上に集まる。小滴又は亜臨界直径の塩粒子の充分な集ま
りが生じた後、それらはそれらを溶融アルミニウム５の
表面７へ浮遊することを許す浮力を有する滴５０に凝集
し、そこで滴５０は層５２として集まり、従って溶融体
から除去されることができる。表面３２上での微細に分
散した溶融塩粒子の集まりは滴形成に抵抗する塩／金属
界面の結果として起こる。溶融体の到来速度が板部材３
０中の通路を通して滴５０を運ぶ臨界速度よりも低くな
るように制御される時に、滴５０は溶融体の表面へ浮遊
することができる。溶融金属は水平方向の部材３０中の
垂直方向の通路３４を通して概ね下方へ流動するように
図示されているが、溶融金属の流れは同様な結果をもっ
て該通路を水平方向に流通することができ又はそれと角
度をもって流通することができ、それは本発明の範囲内
に企図される。また、滴５０は部材３０上で作られ且つ
溶融金属の流れに抗して上昇し又は浮遊するように図示
されているが、溶融金属の流れは微細に分散した塩粒子
が部材３０上で集まり且つ滴に形成され且つ滴を通路３
４を通して運ぶことを許すように制御されることがで
き、そこでそれらはその後溶融金属表面上で塩の層とし
て集められ且つ重力によって分離される。

【００２３】板３０は垂直方向の通路を有して水平方向
にあるように槽１０中に図示されているが、板は本発明
の実施に適当なかなり多くの形状で提供されることがで
きる。加えて、板又はブロック３０は溶融金属によって
作用されない材料又は溶融金属を汚染しない材料から製
作されるべきである。溶融アルミニウムを処理するため
に、適当な板材料は黒鉛、炭化珪素、炭素、アルミナ又
は溶融アルミニウムを汚染しない材料である。濡れない
表面を提供するために、該材料は、懸濁された亜臨界液
体塩粒子が集まることができる非常に適当な表面を提供
する窒化硼素又は同様な材料で被覆されることができ、
該表面は亜臨界液体塩粒子の凝集を容易にする。

【００２４】流れは乱流状態にあることができるが、層
流状態が必要とされる分離に有害であるとは考えられな
い。しかし、分離又は凝集が乱流状態にある間に起こる
ことができることは重要であり、従って本発明が使用さ
れ得る流れの種類に制限をすることは考えられない。従
って、流れ状態は観察し得る有害な作用をもたずにレイ
ノルズ数約２１００又は２３００をもつことができる。
向流の流れが凝集物の溶融塩を槽１０中で溶融アルミニ
ウムの表面７上に集まることを許す。

【００２５】通路３４の寸法は変更することができる
が、それらは溶融金属の流れを減衰するように又は凝集
された塩で詰まるように小さくてはいけない。従って、
開口又は通路の寸法は例えば直径４００〜１２００ミク
ロンであることができる。しかしながら、この寸法は単
に例としてである。開口は所望によりより大きいことが
できる。けれども、到来する溶融金属でみた表面３２は
塩の液体粒子が集まる最大の場所を提供するように最大
限にされることが重要である。通路３４の長さは短く、
例えば１２．７ｃｍ（０．５インチ）であることができ
る。しかしながら、もし通路が流れの方向に幅広くなる
ように円錐状の形状を有するならば、これは媒体の流れ
制限を減らす助けになることができる。

【００２６】通路３４を有する部材３０は高多孔性の制
限されたフォームで置換えられることができ、その上で
亜臨界溶融塩粒子は滴形成するように集まり且つ凝集す
る。制限されたフォームは溶融アルミニウムによる作用
を耐えることができ且つ好ましくは溶融塩によって濡れ
ない材料であることができる。そのような材料は、溶融
塩粒子に濡れない又は溶融塩粒子に対して制御された濡
れを有する窒化硼素又は類似物で被覆されることができ
る。

【００２７】このため、本発明は、例えばナトリウム、
カルシウム、ストロンチウム、リチウム及びマグネシウ
ムの塩化物塩又は共融混合物、近共融混合物又はその他
の溶融成分を含む溶融アルミニウムの塩素化から生じる
ハロゲン化物塩を除去することで有用である。除去され
る塩の典型的なものは濾過によって除去されることがで
きない塩である。アルミニウム・インゴット中に望まれ
ない塩粒子のような酸化物、他の粒子又は物質を除去す
るために適する濾過ベッドの典型的なものは米国特許第
４，３９０，３６４号明細書において説明されており、
該特許はここに参考として組入れられる。

【００２８】従って、本発明は溶融アルミニウムの濾過
方法と組合せて非常に有用である。

【００２９】このため、この方法に従って処理された溶
融アルミニウムはアルミニウムインゴット上に酸化物パ
ッチを回避する程度まで塩を除去することができる。

【００３０】本発明は溶融アルミニウムに関して説明さ
れたが、本発明は例えば硫化マグネシウムが問題となり
得る鋼のような他の溶融金属系へ応用されることは理解
されよう。本発明が適用され得る金属の別の例は塩粒子
を除去することが重要であるマグネシウムを含む。

【００３１】本発明は好適な実施例によって説明された
が、特許請求の範囲は本発明の精神内に入る他の実施例
を包含することを意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】微細に分散した塩の除去の前の及びそれに続く
ステップを示す流れ図。

【図２】溶融塩粒子の微細に分散した分散体を滴にアマ
ルガム化又は凝固するために分離器を中に配置して有す
る垂直なハウジングの断面図。

【符号の説明】

５ 溶融アルミニウム ７ 溶融アルミニウムの表面 １０ 室又は槽 ２０ 通路 ３０ 板又はブロック部材 ３２ 部材の表面 ３４ 開口 ４０ 通路 ５０ 滴 ５２ 層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラジャカンヌ ムサラサン アメリカ合衆国ペンシルバニア州ブルーモ ール，ディアーフィールド ロード 131

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融塩粒子を溶融金属（５）から該溶融
   金属（５）の表面（７）へ分離する方法であって、 （イ） その中に付随する前記塩粒子を有する溶融金属
   （５）の物体を提供する段階と、 （ロ） 溶融塩によって実質的に濡れることができない
   凝集媒体（３０）と前記溶融金属を接触させる段階と、 （ハ） 前記溶融金属（５）の表面（７）へ分離する大
   きさを提供するように前記媒体（３０）で前記溶融塩粒
   子を凝集する段階とを包含する溶融塩粒子を溶融金属か
   ら前記溶融金属の表面へ分離する方法。
2. 【請求項２】 溶融塩粒子が７５０μｍよりも小さい寸
   法を有する請求項１に記載された溶融塩粒子を溶融金属
   から前記溶融金属の表面へ分離する方法。
3. 【請求項３】 溶融塩粒子が６００μｍよりも小さい寸
   法を有する請求項１に記載された溶融塩粒子を溶融金属
   から前記溶融金属の表面へ分離する方法。
4. 【請求項４】 溶融塩粒子が３００μｍよりも小さい寸
   法を有する請求項１に記載された溶融塩粒子を溶融金属
   から前記溶融金属の表面へ分離する方法。
5. 【請求項５】 凝集媒体（３０）が窒化硼素の接触表面
   （３２）を有する請求項１に記載された溶融塩粒子を溶
   融金属から前記溶融金属の表面へ分離する方法。
6. 【請求項６】 凝集媒体（３０）が網状フォームである
   請求項５に記載された溶融塩粒子を溶融金属から前記溶
   融金属の表面へ分離する方法。
7. 【請求項７】 凝集媒体（３０）が窒化硼素から製作さ
   れている請求項１に記載された溶融塩粒子を溶融金属か
   ら前記溶融金属の表面へ分離する方法。
8. 【請求項８】 前記接触段階（ロ）が、溶融塩粒子が集
   まることができる窒化硼素の表面を有する網状フォーム
   セラミックスに前記溶融アルミニウムの流れを通過させ
   ることを含む請求項２に記載された溶融塩粒子を溶融金
   属から前記溶融金属の表面へ分離する方法。
9. 【請求項９】 前記溶融金属がアルミニウムまたはアル
   ミニウム合金である請求項１〜８のいずれか１項に記載
   された溶融塩粒子を溶融金属から前記溶融金属の表面へ
   分離する方法。
10. 【請求項１０】 溶融アルミニウムの処理を包含し、該
    処理では、溶融アルミニウムがそれから不純物を除去す
    るために溶剤処理および濾過処理の作用を受け、前記不
    純物が微細に分散した溶融塩粒子を含んでいる請求項９
    に記載された溶融塩粒子を溶融金属から前記溶融金属の
    表面へ分離する方法。