アルミニウム精製プロセス

高純度アルミニウムの生産は、水素を除去するための回転式脱ガス、アルカリ金属と酸化物を分離するためのフラックス注入、固形介在物を物理的に捕捉するためのセラミックフォームろ過という3段階のアプローチに依存している。.

欠陥ゼロの鋳造を達成するには、鋳造所内でこれらの手順を厳守する必要がある。効果的な純化が行われないと、溶融メルトはポロシティや弱い機械的性質に悩まされることになります。業界標準では、保持炉と鋳造テーブルの間にインライン脱ガス装置を設置します。このユニットは、水素と結合する窒素やアルゴンのような不活性ガスを導入します。同時に、深層ろ過機構を利用したセラミックフォームフィルター（CFF）がミクロンサイズの非金属粒子を捕捉します。この統合システムの導入により、ASTM品質規格への準拠が保証され、下流工程でのスクラップ率が大幅に低下します。.

現代冶金における精製の重要性

製錬炉やリサイクル炉から搬出される未加工のアルミニウムが、航空宇宙、自動車、フォイル製造などのハイエンド用途で十分にクリーンであることはほとんどありません。溶融物には、構造的完全性を損なう敵が含まれている。.

事業者は3つの主要な汚染物質に直面している：

1. 水素ガス： 液体アルミニウムに溶ける唯一のガス。凝固時に気孔（ピンホール）を発生させる。.

2. 酸化膜（ドロス）： アルミニウムは酸素と瞬時に反応し、金属の連続性を弱める皮膜を作る。.

3. アルカリ金属： ナトリウム（Na）、リチウム（Li）、カルシウム（Ca）などの延性を低下させる元素。.

ADtechは、これらの特定の汚染物質に対処するエンジニアリング・ソリューションに重点を置いています。浄化を省略すれば、製品に不具合が生じる危険性があります。たった一つの酸化物インクルージョンが、薄板箔の破れや合金ホイールの亀裂の原因となることがあります。.

水素吸収のメカニズム

水素の主な発生源は水分である。湿度の高い空気、湿った工具、不完全に乾燥した耐火物などから発生する。水蒸気(H2O)が溶けたアルミニウム(アル)、反応が起こる：

原子状水素は融液中に拡散する。金属が冷えると、水素の溶解度は急激に低下し、ガスは溶液から押し出されて気泡を形成する。金属が凍る前にこのガスを除去しなければならない。.

一次精製技術

溶融アルミニウムの精製は、ひとつの工程ではありません。一連の作業なのです。溶融アルミの清浄度を確保するためにADtechが世界的に、そして当社で使用しているコア技術を検証します。.

1.ロータリー脱気システム

水素を除去する最も効率的な方法は、回転脱ガスである。このプロセスには、回転するローターとメルト中に浸漬されたシャフトが含まれる。システムはシャフトを通して不活性ガス（アルゴンまたは窒素）を注入する。.

回転するローターが、大きな気泡を何百万もの小さなマイクロバブルに切断する。これにより表面積が大幅に増加する。.

どのように機能するのか：

• 拡散： 融液中の水素原子は、不活性ガス気泡内の低い分圧に引き寄せられる。.

• 浮遊： 気泡は水素を運び出しながら浮上する。.

• 包含除去： 気泡は酸化物粒子にも付着し、ドロス層に浮かせてスキミングする。.

ADtechの脱ガス装置は、渦の発生を防ぐために最適化されたローター設計を利用しています。渦は表面のドロスを溶融物に吸い戻し、その目的を失わせます。.

2.フラックス注入（フラックス注入）

フラックスは、溶融物に化学塩を添加することを含む。以前は手作業による添加が一般的だったが、最新のラインでは自動注入機を使用している。これらの機械は、造粒されたフラックスと不活性ガスの正確な混合物を溶融浴の奥深くに注入する。.

フラックスの機能：

• 湿潤剤： 表面張力を変化させ、ドロスに閉じ込められたアルミニウムを浴槽に逆流させる。.

• 化学洗浄： ある種のフラックスは、カルシウムやナトリウムと反応してそれらを除去する。.

• 壁のクリーニング 発熱性フラックスは、炉壁にコランダムが堆積しないようにするのに役立つ。.

3.セラミックフォームろ過（CFF）

ろ過は最後の門番です。鋳造テーブルの直前に位置するフィルターボックスには、セラミック・フォーム・フィルターが収納されています。ADtech社は、リン酸塩結合の高アルミナまたは炭化ケイ素材料を使用したCFF製造を専門としています。.

フィルターは2つのメカニズムで機能する：

• ケーキろ過： 大きな粒子はフィルターの表面でブロックされる。.

• ディープベッド濾過： 小さな粒子は、重力、摩擦、化学的親和性によって、フィルター内部構造の曲がりくねった経路の中に捕捉される。.

適切なろ過パラメータの選択

適切なフィルターを選ぶことは工学であり、推測ではない。使用される指標はPPI（Pores Per Inch）です。PPIが高いほど濾過は細かくなりますが、流量を開始するために高いメタルヘッド圧が必要になります。.

フィルター選択マトリックス

次の表は、用途に応じたフィルターの選択に関するデータである。.

アプリケーション・タイプ	推奨PPI	フィルター素材	主な目標
標準押出ビレット	30 - 40 PPI	アルミナ / SiC	大きな酸化物を除去し、ダイラインを防ぐ。.
自動車鋳造（ホイール）	40 - 50 PPI	炭化ケイ素	クラックの原因となる介在物を取り除く。.
航空宇宙用合金	50 - 60 PPI	高アルミナ	耐疲労性のための最高純度。.
缶ボディ・ストック	50 PPI	アルミナ	ロール時の破れを防ぐ。.
箔圧延（薄ゲージ）	60+ PPI	高アルミナ	ピンホールは必要ない。.

注：ADtech社のエンジニアは、セラミックにヒビが入る熱衝撃を避けるため、フィルターボックスを事前に加熱することを推奨しています。.

脱気とろ過の相互作用

オペレーターはよく、これらのステップのうち1つだけを実行することができるかと尋ねる。答えはノーだ。これらは同時に機能する。.

脱気せずに濾過すると、金属には水素ポロシティが残る。濾過せずに脱気すれば、介在物は通過する。実際、脱ガス装置は小さな介在物を大きな塊に凝集させることが多い。下流のフィルターは、この塊を容易に捕捉する。.

プレースメント戦略：

キャスティングラインの標準的なレイアウトはこうだ：

1. 炉だ。.

2. 洗濯する。.

3. ADtech脱気ユニット。.

4. ADtechフィルターボックス（CFF）。.

5. 鋳造テーブル。.

この順番が重要だ。脱ガスは乱流を生む。その乱流を起こすには 以前 金型に入るときに流れが層流（スムーズ）になるようにする。.

プロセスの最適化流量とローター速度

成功は細部にある。脱気装置を最高速度で運転することが必ずしも良いとは限らない。過剰なスピードは表面に乱流を発生させ、新鮮な金属を大気中の酸素にさらす。.

推奨運用パラメーター

パラメータ	標準レンジ	偏差値の影響
ローター回転数（RPM）	350 - 550 RPM	高すぎるとドロスが発生し、低すぎると気泡の分散が悪くなる。.
ガス流量 (L/min)	15 - 25 L/分	高すぎると「沸騰」を起こし、低すぎるとH2を除去できない。.
金属温度	700°C - 750°C	低温はフィルターを詰まらせ、高温はH2吸収を増加させる。.
フィルター予熱	15～20分	予熱不足は、凍った金属がフィルターを塞ぐことにつながる。.

オペレーターは、合金のタイプに基づいてこれらの設定を較正しなければならない。5000シリーズ合金(高マグネシウム)は6000シリーズ(マグネシウム-シリコン)とは異なる挙動を示す。.

ケーススタディ米国ミシガン州における歩留まりの改善

場所ミシガン州、自動車ダイカスト工場

時期2023年2月

クライアントの課題

電気自動車用バッテリートレイのTier-1サプライヤーは、8.5%の不合格率に直面していた。欠陥は酸化物包有物と水素ポロシティと特定された。これらの部品は気密性試験で不合格となった。この工場では、簡単なメッシュフィルターと手作業によるフラックス処理しか行っていなかった。.

ADtechのソリューション：

私たちは全体的な浄化のアップグレードを展開した。.

1. インストール： ADtechオンライン脱気ユニット（コンパクトなデュアルローター設計）に対応するため、洗浄セクションを交換。.

2. ろ過： 40PPIと50PPIのセラミックフォームフィルターを使用したデュアルステージフィルターボックスを設置。.

3. プロセスの変更： 脱気チャンバー内でのフラックス注入を手動から自動に変更。.

結果

30日間の試用期間の後、データは有意な改善を示した。.

• スクラップの削減： 不合格率は8.5%から1.2%に低下した。.

• 密度指数： 8%から1.5%以下に改善（低水素を示す）。.

• ROI： 再溶解コストの削減により、設備のアップグレード費用は4カ月で回収できた。.

アドバンスド・フラックス・ケミストリー

フラックスは単なる塩ではない。洗練された化学的ツールなのだ。.

1.フラックスを覆う：

炉内で使用される。溶融物の上に浮いて空気に対するバリアを作る。これにより酸化を防ぐ。.

2.ドロッシング・フラックス

スキミングの前に加える。発熱反応（熱）を起こし、貴重なアルミニウムを酸化皮（ドロス）から分離します。これにより、良い金属ではなく、廃棄物だけを確実に捨てることができます。.

3.フラックスの洗浄：

融液に注入。介在物を上部に持ち上げるのに役立ちます。ADtech社は、ナトリウムが汚染物質となる合金（高マグネシウム合金など）向けに、ナトリウムを含まない粒状フラックスを提供しています。.

フラックス注入と手動添加の比較

手作業での足し算は一貫性がない。あるオペレーターは多すぎるかもしれないし、別のオペレーターは少なすぎるかもしれない。注入は均一な分布を保証する。キャリアガス（窒素）は、浴深さ全体にフラックスを分散させるのに役立ちます。.

浄化装置のメンテナンスと寿命

機器の性能は手入れをしないと劣化する。脱気装置のローターは消耗品である。通常はグラファイト製か窒化ケイ素製である。.

一般的なメンテナンスチェック

• ローターの侵食： グラファイトは時間とともに酸化する。侵食されたローターヘッドはその形状を失い、効果的に気泡をせん断できなくなる。寸法を毎週チェックする。.

• ヒーターエレメント： フィルターボックスでは、電気ヒーターが温度を維持する。これが故障すると、金属が凍結する恐れがある。.

• シールの完全性： フィルター・プレートの周りのガスケットは、しっかりと締まっていなければならない。シールが破損すると、金属がフィルターをバイパスし、プロセスが無駄になる。.

平均余命表

コンポーネント	素材	推定寿命
脱気ローター	窒化ケイ素	6カ月～12カ月
脱気ローター	グラファイト	3～6週間
ヒーター保護チューブ	SiC	6カ月～12カ月
セラミック・フォーム・フィルター	アルミナ	シングルユース（使い捨て）
ロンダリング／ライニング	耐火物	1～2年

注：窒化ケイ素はグラファイトに比べて初期費用は高いが、寿命は優れている。.

穀物精製業者の役割

精製によって悪いものが取り除かれる一方で、粒状精錬によって良いものが加えられる。多くの場合、脱ガス装置の直後に追加されるグレインリファイナー（通常はチタン-ホウ素ロッド）は、アルミニウムの微細構造を決定します。.

微細で等軸な結晶粒構造は、鋳物の流動性を向上させ、ひび割れに耐えることができます。ADtechの供給システムは、AlTiBワイヤーの添加を自動化し、鋳物全体の粒度を一定にすることができます。.

浄化における環境への配慮

現代のアルミニウム精製は環境に優しくなければなりません。脱ガスに塩素ガスを使用する古い方法は危険であり、多くの管轄区域で違法とされています。.

持続可能性へのADtechのアプローチ：

• 塩素フリー： 私たちは、安全で豊富な窒素やアルゴンを利用しています。.

• 還元ドロス： 効率的なフラックス処理により、ドロスとして埋立地に送られるアルミニウムの量を減らすことができる。.

• エネルギー効率： 当社のフィルターボックスは高効率断熱材を使用しており、金属を高温に保つのに必要なエネルギーを削減しています。.

スクラップの削減は最大の環境貢献である。再溶解しなければならないスクラップ1トンごとに、大量の天然ガスと電力を消費する。最初に正しく行うことは、究極のグリーン戦略である。.

技術的なニュアンス

を真に理解する。 アルミニウム精製プロセス, 具体的な欠陥に目を向けなければならない。.

介在物：非金属粒子。酸化物（皮膜）、炭化物、ホウ化物などがある。硬い介在物は、加工工程の後半で加工工具を損傷させる。.

アルカリ除去：カルシウムの除去は箔の製造に不可欠である。微量であっても、圧延中に箔が破断する原因となる。.

冶金的品質：全体的な清浄度を指す。PoDFA (Porous Disc Filtration Apparatus)やPrefil測定のようなツールにより、エンジニアは清浄度を定量化することができます。ADtechの装置は、施設が優れたPrefil曲線を達成できるよう支援します。.

を検索する場合 カストハウス・ソリューションズ, 管理者は、モジュラー・システムを優先すべきである。モジュール式脱気装置は、大規模な土木工事をすることなく、既存のラインに後付けすることができる。.

一般的な浄化に関する問題のトラブルシューティング

最高の機材を使っても、うまくいかないことはある。ここでは、カジノのオペレーターのためのトラブルシューティングマトリックスを紹介します。.

問題：脱ガス後の高い水素濃度

• 原因がある： 湿度の高い日？

• 原因がある： ローター回転数が低すぎる？

• 原因がある： キャリアガス漏れ？

• 修正する： ガスの流量を少し増やし、ガスラインに漏れがないか点検し、ローターが摩耗していないか確認する。.

問題：フィルターの詰まり（凍結）

• 原因がある： 金属温度が低すぎる。.

• 原因がある： フィルターボックスの予熱不足。.

• 修正する： 炉の温度をチェックする。鋳造の30分前にフィルターボックスのヒーターが作動していることを確認する。.

問題：最終製品に混入物が見つかった

• 原因がある： フィルターバイパス（シール不良）。.

• 原因がある： フィルターの後に汚れた洗濯をする。.

• 修正する： CFFの膨張ガスケットを点検する。洗濯機の清掃を厳守すること。.

よくある質問 (FAQ)

ここでは、精製プロセスに関してカストハウスのマネージャーや冶金学者から寄せられる質問の上位を紹介します。.

1.アルミニウム中の水素を除去する最も効果的な方法は何ですか？

アルゴンや窒素のような不活性ガスを使用した回転式脱ガスが業界標準である。これは、気泡浮遊によってメルトから水素を物理的に運び出します。.

2.なぜフラックスは上に投げるのではなく、注入するのか？

インジェクションは、フラックスが金属の表面だけでなく、体積全体に接触することを確実にします。これにより、反応効率が向上し、必要なフラックスの量を減らすことができます。.

3.セラミックフォームフィルターはどのくらいの頻度で交換すればよいですか？

CFFは使い捨てのアイテムです。キャストのたびに、あるいは圧力損失が高くなりすぎて詰まりが発生したときに交換する必要がある。.

4.アルゴンの代わりに窒素を使って脱気できますか？

そう、窒素の方が安価で広く使われている。しかし、特定のハイテク合金やリチウムを使用する場合は、窒素が反応して窒化物を形成する可能性があるため、アルゴンが必要です。.

5.PPIとメッシュサイズの違いは何ですか？

PPIとはPores Per Inchの略で、発泡フィルタのこと。メッシュとは金網のこと。30PPIは標準的な粗さで、60PPIは細かい。PPIが高いほど小さな粒子を捕捉する。.

6.ADtechはフィルターボックスが金属を冷やさないことをどのように保証していますか？

ADtechのフィルターボックスは高度な耐火物で内張りされ、多くの場合、熱平衡を保つための蓋ヒーターが装備されている。.

7.炉の中でドロスを作るものは何か？

アルミニウムが空気中の酸素と反応してドロスが形成される。乱気流と高温がこの反応を促進する。.

8.塩素ガスは今でも浄化に使われていますか？

毒性と環境規制のため、まれである。90%窒素／10%塩素の混合ガスを使用する施設もあるが、安全性の観点から純粋な不活性ガスが望ましい。.

9.ローターの回転数が高すぎるとどうなりますか？

渦が発生し、表面のドロスや空気が溶融物に吸い込まれ、実際に品質が悪くなる。また、ローターの消耗も早くなる。.

10.精製によってアルミニウムから鉄を取り除くことはできますか？

鉄はアルミニウムに化学的に溶解しています。濾過や脱ガスは、鉄やマンガンのような溶存元素を除去することはできません。.

メルト・クオリティに関する最終的な考察

について アルミニウム精製プロセス は最終製品の価値を左右します。ビレット、スラブ、インゴットのいずれを鋳造する場合でも、水素や介在物の存在は譲れません。.

ADtech社は、この品質を確保するためのハードウェアと専門知識を提供しています。効率的なロータリー脱気と正確なフラックス注入、ディープベッドセラミック濾過を組み合わせることで、鋳物工場が世界標準を達成するお手伝いをします。精製にかかるコストは、不合格品の数分の一です。.

ADtechの技術に投資することで、金属はきれいになり、顧客は満足し、スクラップ箱は空になります。.