JPS6187834A - 溶融アルミニウム流ヘリチウムの連続添加によるアルミニウム−リチウム合金の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム−リチウム合金の製造に関する。

更に特に、本発明はアルミニウム−リチウム合金を形成
するため溶融アルミニウム流へ溶融リチウムの連続した
、ライン内添加の改良法に関する。

アルミニウムベース合金の製造において、合金成分な開
本として開放式融解炉で溶融アルミニウムへ加えること
は普通である。従来、マスター金属合金又は純金属の形
で、この合金成分を通常には溶融アルミニウムの表面下
に浸漬させてこＯ合金成分の最少の酸化と共により速い
融解を確保する。次に融解物を通して塩素、アルゴン及
びこれらの混合物を起泡させることによりこの溶融混合
物を脱気して融解物の水素含量を下げる。

アルミニウム−リチウム合金が保持するようにされる軽
量と高い強度の組合わせによりこの合金は益々関心が寄
せらるようになった。しかしながら、アルミニウム−リ
チウム合金の形成は炉内の耐火物内張りとアルミチウム
−リチウム合金の反応、リチウムの酸化のはやい速度、
移しい量のスキムの同時の発生、溶融合金による水素取
上り。

（ｐｉｃｋｕｐ）　、不部会な煙霧発生そしてリチウム
の添加後に溶融合金の処理中酸化するリチウムの性質に
よる鋳造イン♂シト中の組成勾配により著しく困難であ
る。従来の方法では加えたリチウムの２０重量％も多く
これらの望ましくない機構により失われる。

これらの問題を改善する試み、例えば溶融アルミニウム
の脱気後にこの融解物へリチウムを７１０えることを行
なった。しかしながら、組成物の均質性のためにかきま
ぜを必要とし、これは酸化を促進し、並びに更に水素を
吸収する。

それ故にＢａｌｍｕｔｈの米国特許第４ｊ２４８．６３
０号では特別な混合るつぼを使用し、この中に予め脱気
した溶融アルミニウムと溶融リチウムの別の流を注入す
ることが提案された。この二つの溶融流を真空又は不活
性雰囲気下で混合るつぼ中で共に混和した。正確な量又
は比率で混合した後に、弁を開き、そしてアルミニウム
−リチウム混合物をインゴット鋳型に流入させた。

しかしながら、酸化損失、スキム形成及び溶融混合物に
よる水素ガス吸収を最少にし、高価な耐火物を使用する
必要性を少なくし、溶融アルミニウム−リチウム合金と
接触する耐火物の量を減することにより耐火物の取換え
と保守を減じながら、組成に最大の均質性を確保するよ
うにインゴット鋳型へ流入させる溶融アルミニウム流へ
溶融リチウムの連続したライン内添加と混合の方法に対
する必要性が残っている。本発明はこれらの問題を解決
しセして６チ又はそれ以下にリチウム損失を下げること
ができ、これは当業界において著しい進歩であると思わ
れる。

それ故に、本発明の目的は溶融アルミニウムの流動する
流へ溶融リチウムの連続添加によるアルミニウム−リチ
ウム合金の製造のための方法を供することにある。

本発明の別の目的はインゴット鋳型に到達する合金流速
をモニタすることにより、ここでこの合金流速はインゴ
ット鋳造速度により決定される、溶融アルミニウムの流
動する流へ溶融リチウムの連続添加によるアルミニウム
−リチウム合金の製造のための方法を供することにある
。

本発明Ｑ）なお別の目的はインゴット鋳型に到達する合
金流速をモニタすることにより、ここでこの合金流速は
インゴット流速により決定され、そして溶融リチウムの
流はまた製造された合金中にリチウムの均一な濃度を供
するように合金流速に対してモニタされかつ調節される
、溶融アルミニウムの流動する流へ溶融リチウムの連続
添加によるアルミニウム−リチウム合金の製造のための
方法を供することにある。

本発明Ｑ）別の目的はインゴット鋳型へ到達する合金流
速をモニタすることにより溶融アルミニウムの流動する
鬼へ溶融リチウムの連続添７ＪＯによるアルミニウム−
リチウム合金の製造のための方法を供することにある。

本発明のこれらの目的及び他の目的、は添付図面と方法
の説明から明らかになろう。

本発明に従って、溶融アルミニウムがインゴット鋳造ス
テーションの方へ流れるにつれ溶融アルミニウム流へ測
定した量の溶融リチウムを連続的に加えることを含むア
ルミニウム−リチウム合金を形成するための連続法を開
示する。

ここで第１図に言及すると、リチウムとアルミニウムの
溶融流の連続し、調節した混和な會むアルミニウム−リ
チウム合金を形成するための連続法を示す。用語の”溶
融アルミニウム”をここで溶融リチウムと混和されるべ
き溶融金属に関して使用する一方、この用語は純アルミ
ニウムを含むだけでなく、また溶融リチウムと混合の前
にアルミニウムが他の金属と予め合金化されアルミニウ
ム合金を含むものであり、これが本発明にざまれること
は７鮮されよう。

第１図に示すように、源１０から溶融アルミニウムはラ
イン又はトラフ１２を介して混合器３０へ流れる。この
溶融アルミニウムは混合器３０へ流入する前に前記の源
１０で任意に脱気してもよい。同時に、溶融リチウム源
１００から溶融リチウムは管１６６と１６８を介して混
合器３０へ流れる。流量計１９２と流量制御弁１９０を
また設けて各々混合器３０へ溶融リチウムの流をモニタ
しかつ制御する。次に、流量制御弁１９０は下記のよう
に制御装置２００により制御される。

混合器３０は中空管３６の末端上で回転する羽根付ディ
スペンサー３８゛を含み、この管はモータ３４に結合し
て回転羽根付ディスペンサー３８に回転を与える。アル
ゴン及び塩素及び／又は他の不活性及び反り注フラック
スガスの混合物を、羽根付ディスペンサー３８が回転す
るにつれて混合器３０を通して分散のため中空管３６中
のライン３２を介して供給する。かくしてディスペンサ
ー３８　ＣＩ）回転を工入ってくる溶融アルミニウムと
溶融リチウムを完全に混合するために役立つ。第２図に
おいて、溶融リチウムが容器３０に流入する入口２６は
容器３０内の溶融金属の表面下に配置されて表面上に高
いリチウム含量を阻止し、これがなければ酸化、煙霧及
び水素取上げを生ずるであろう。

混合器３０は溶融リチウムの適正な混合の外に、水素除
去、ナトリウム及びカルシウムリような痕跡不純物の浮
選と除去を含む、幾つかの別の機能を果す。ディスパー
サ−３８を有する容器３０は現在使用されているもので
例示されかつ十分量の混合を引起こす市販のライン内金
属処理システムであることが指摘される。従って、図示
のように回転ディスパーサ−又は高圧ノズルを遡して反
応性フラックスガスを導入する装置を使用できる。

出ていく混合した合金が実質上均質であるように十分な
混合が得られるならば本発明の実施に関して任意の装置
を使用できる。しかしながら、前記の工うに、溶融リチ
ウムが溶融金属の表面下で容器３０に入ることを確保す
るため、必要に応じて、リチウム入口を修正しなければ
ならな込。

溶融金属混合物はライン４２を介して、所望に応じて、
フィルター５０を通してそして矢にトラフ４４を通して
インゴット鋳造ステーション３００へ混合器３０から流
れる。この溶融金属は鋳型へ流れそして冷却されてアル
ミニウム−リチウムインゴット３２０を生ずる。任意に
、容器３０とインク９ツト鋳造ステーション又は鋳型３
０００間で合金を濾過できる。床フィルター、使い捨て
耐火物フオームフィルター又はカートリッジフィルター
を含む幾つかの型式のフィルターを使用できる。

このトラフ、フィルター及び鋳型はすべて各分野の当業
者に公知でありそして溶融アルミニウム−リチウム合金
の高い腐食性に耐えるようにこれらの部品を適当に適合
させることは望ましくかつ時には必要である。

第６図に言及すると、溶融リチウム源１００を供給する
ための好適具体列を詳細に示す。リチウム１２２のドラ
ムをクラムシェル加熱器１２６で７１０熱してリチウム
を融解する。リチウムの温度を温度センサー１３０ａで
検知し、これは温度検知要素１３２と検知した温度を制
御装置２００に移す温度指示器コントロール１３４を含
む。この温度をリチウムの融点より僅かに上、即ち１８
６℃以上に保つ。この溶融リチウムをアルゴン供給装［
１４０ａからアルデンガスのような不活性ガスの雰囲気
下に保ち、この装置は圧力をモニタするため使用する圧
力インジケーター１４２ａと管１２４を介してドラム１
２２ヘガスを流入させる制御弁１４４ａを含む。不活性
ガスを約Ｉ　Ｑ　ｐｓｉ以下に保つ。圧力安全弁１４６
ａを設けて過剰の圧力を抜く。

溶融リチウムはアルゴン圧又は機械的ポンプ又は電磁ポ
ンプσ〕ような他の一ンプ装置により加熱された供給ラ
イン１６２を通してドラム１２２から流れるようにする
。第二の温度要素１３０ｂが供給ライン１６２に配置さ
れて供給ラインの温度を測定して１８６°Ｃ以上の温度
に予熱されたことを確保する。フィルター１８０が補助
のフィルター１８２と同様にまた設けられる。洗浄又は
又爽のためフィルター１８０を取出した時に補助のフィ
ルター１８２を使用する。弁１８４はフィルター１８０
と１８２の間でリチウム流を交互に向けることを許す。

供給ライン１６４は溶融リチウムをフィルター１８０か
ら秤量タンク１５０を輸送し、ここでリチウムの量は重
量インジケーター１５４を介して電磁的に秤量され、そ
してこの量は重量トランスミツター１５２を介して制御
装置２００へ送られる。秤量タンク１５０内の溶融リチ
ウムの温度は温度センサー１３０Ｃによりモニタされる
。この溶融リチウムは秤量タンク１５０から供給ライン
１６６を介して流れ、これは流量インジケーター１９２
と流量制御弁１９０を通して溶融リチウムを運ぶ。流量
インジケーター１９２は市販の電磁的質量流量計を含む
。この型式の流量計は管内の溶融金属の流量を測定する
ために特に適し、その理由はこの＃、址計は流動金属に
接触せず、それ故にこのシステムを閉ぢたままに保つこ
とができるためである。流量制御弁１９０から、溶融リ
チウムはライン１６８を介して混合器３０へ流れる。

前記のものは溶融リチウムを混合器３０へ供給するため
の好適方法を述べたことは了解されよう。

しかしながら、リチウム損失を最少にするように適当な
措置がなされるならば他の方法も使用できる。

秤量タンク１５０はまたアルゴンガス供給源１４０ｂに
連結されることも注目されよう。アルゴン圧によりリチ
ウムを上方輸送ライン１６６へ押出しできるようにリチ
ウム秤量タンク１５０を加圧するためにアルゴン供給源
１４０ｂを使用する。このアルゴン圧は有効に溶融リチ
ウムを輸送するためのポンプである。しかしながら、前
記のように、他のポンプ装置、例えば機械的ポンプ又は
電磁的ポンプ又は重力フローさえも使用できる。

更に計量システムの閉鎖が望ましい場合！Ｌはなお別の
アルゴン供給源１４０Ｃを設けて溶融リチウムのライン
をフラッシュし又はパージすることが注目されよう。

好適具体例において、制御装置２００は鋳造速度をモニ
タしそしてリチウム添加を制御するマイクロプロセサー
を利用する制御システムを含む。

第４図に示すように、制御装置２００は電源２２０、高
レベルアナログ／デジタル人力２３０、低アナログ／デ
ジタル人力２３４、高アナログ／デジタル出力２４０及
びンレノイド弁駆動装置２５０を含むマイクロプロセサ
ー２１０を含む。

重量インジケーター１５４により測定したように、１ｌ
ＪＩＩ定緻のリチウムを重量トランスミツター１５２を
介して制御装置２００へ入力として供給する。流量イン
ジケーター１９２により測定したように、溶融リチウム
の流速、並びに温度検知装置１３０ａ、１３０１）及び
１３０　ｃｉｃｚり測定したように、溶融リチウムの温
度を制御装置２００供給する。別の情報、飼えば溶融ア
ルミニウム−リチウム合金の密度及びインイツト鋳造ス
テーション３００中の鋳型の断面積をターミナル２６０
を介してインプットできる。線形鋳造変換器３１０によ
り測定したように、インゴット鋳造速度も制御装置２０
０ヘインプツトする。

ＣＲＴターミナル２６０を介してアルミニウムへ８口え
るべき所望のリチウム濃度もまたインプットする。制御
装置２００はＣＲＴターミナル２６０上に出力インジケ
ーターを供し又はプリンター２６４を介して流速、重量
等を示す。制御装置２００はまたンレノイド弁駆動装置
２５０を介して流量制御弁１９０を制御してインゴット
鋳造速度、アルミニウムの密度、鋳型の断面積及びアル
ミニウム対リチウムの所望の比率の入力バラメーターに
基づいて混合室３０の中へ弁１９０を通して流れる溶融
リチウムの正確な量を保つ。別法として、これらの計算
が予め行なわれているならば、リチウム流速をインゴッ
ト鋳造速度の関数として入れることができる。

第５図のフローチャートに示すように、溶融アルミニウ
ム−リチウム合金の密度とインゴット鋳型の断面積を加
えるべきリチウムの所望の濃度と共にターミナル２６０
を介して制御装置２００ヘインプツトする。アルミニウ
ム−リチウム合金インゴットの鋳造速度をリチウム流量
計１９２からインプットされたリチウム流速と比較する
。次に信号を流量制御弁１９０ヘアウドプツトすると混
合器３０の中に溶融リチウムのフローを増加するか、ま
たは減少する。システムが閉鎖される必要のある場合に
は、流量制御弁１９０が閉ぢかつ弁１４６Ｃが開いてア
ルゴンがスで輸送ライン１６８−をパージする。

かくして、本発明はアルミニウムとリチウムの溶融流が
共に混和される、予め決められたリチウム含量のアルミ
ニウム−リチウム合金の連続した製造のための改良法を
供する。リチウムの酸化及びリチウムの酸化又は燃焼に
よる組成の勾配は軽減される。更に、インゴットが鋳造
される時連続ベースで溶融アルミニウムへリチウムを加
えることによって、インゴットの基部から頭部へ均質で
あり、その理由はバッチ式混合操作とは対照的にこのシ
ステムでのリチウム損失が均一であるからである。更に
、本発明におりで混合器の寸法は従来技術のバッチ法は
ど大きい必要はなく、その理由は一つの容器内に鋳造さ
れるすべての金属を含む必要がないからである。アルミ
ニウムは低置な耐火物に容易に含有されそしてリチウム
は金属容器に容易に含有されることは認められよう。し
か１しながら、アルミニウム−リチウム合金は含有のた
め非常に高価な耐火物を必要とする。従って、耐火物コ
ストを下げるため混合器の寸法を最小することは重要で
あることが判る。また、混合器を小さく丁ればする程、
アルミニウム−リチウム融屑物の上に保護雰囲気を保つ
ために容器を密封することがより容易になる。更に、混
合器の寸法はインゴット鋳造の寸法を決定しない。即ち
、本願の方法では、バッチ法におけるような混合器の寸
法を考慮することなしに所望に応じて大きくインゴット
を鋳造できる。例えば、出願人はアルミニウム−リチウ
ム融解物１４００ボンドを含有できる混合器を使用しそ
してそこからアルミニウムリチウムインゴット９０００
ボンドを鋳造し、これは使用された鋳造設備の寸法によ
り全く限定されていない。これは溶融合金を含有する必
要のある耐火物内張りの量の見地からより低い処理コス
トを結果として生ずることが認められよう。この結果は
アルミニウム−リチウム合金を製造する従来技術法に関
して著しく減じたプロセス損失と共に均質なアルミニウ
ム−リチウム合金を製造するためのエリ経済的な方法で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（・工水発明の方法の略示図であり、第２図は本
発明の方法に使用する混合室の垂直断面図であり、第６
図は溶融リチウム源の略示図であり、第４図は本発明の
方法に使用される制御装置の略示図であり、第５図は本
発明の方法を示すフローチーｒ−）である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）インゴット鋳型へ流れる溶融アルミニウム流へ測
   定量の溶融リチウムを連続的に添加することを特徴とす
   る溶融アルミニウムへ溶融リチウムを添加することを含
   むアルミニウム−リチウム合金を形成するための連続法
   。
2. （２）溶融リチウムのフローをモニタすることそしてこ
   のフローを調節して予め決められた比率の溶融リチウム
   対溶融アルミニウムを得ることの工程を含むことを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項の方法。
3. （３）内部に高せん断を供する混合装置を有する混合室
   に前記の溶融アルミニウム合金流と前記の溶融リチウム
   を通過させることを含むことを特徴とする、特許請求の
   範囲第２項の方法。
4. （４）前記の溶融アルミニウムと溶融リチウム流を不活
   性雰囲気中で混和させることを特徴とする、特許請求の
   範囲第３項の方法。
5. （５）アルミニウム−リチウム合金の密度、インゴット
   鋳造速度及びインゴット鋳型の断面積をすべて使用して
   前記の溶融アルミニウム流へ加えられるべきリチウムの
   量を決定することを特徴とする、特許請求の範囲第４項
   の方法。
6. （６）溶融リチウムのフローは溶融リチウム流中の流量
   制御弁により制御され、このリチウム流は前記の密度、
   インゴット鋳造速度及び鋳型寸法に対応して調節される
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第５項の方法。
7. （７）（ａ）溶融アルミニウム−リチウム合金のインゴ
   ット鋳造速度を連続的にモニタすること； （ｂ）溶融アルミニウム流の中へ溶融リチウムの流速を
   連続的にモニタすること； （ｃ）溶融金属混合物を通して不活性ガスを起泡させな
   がら溶融アルミニウムのかきまぜた源の表面下に溶融リ
   チウムを導入すること；そして（ｄ）鋳造されるアルミ
   ニウム−リチウム合金インゴット中でリチウムの予め決
   められた濃度を保つように、モニタされたインゴット鋳
   造速度と溶融リチウム流速に基づいて前記の溶融リチウ
   ムの流速を調節することを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項の方法。
8. （８）溶融アルミニウム流に導入される溶融リチウムの
   温度をモニタすることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ７項の方法。
9. （９）溶融アルミニウム流に導入される溶融リチウムの
   重量をモニタすること、そして所望に応じて溶融アルミ
   ニウム−リチウム合金を通してフラックスガスを起泡さ
   せて不純物を除去すること、好ましくは溶融アルミニウ
   ム−リチウム合金を通してアルゴン及び塩素ガスの混合
   物を起泡させて水素を含む不純物を除去することの別の
   工程を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第８項の
   方法。
10. （１０）二つの金属を完全に混合してアルミニウム−リ
    チウム合金中でリチウムの均一な濃度を確保するように
    混合物に高いせん断力を加えながら溶融アルミニウムへ
    溶融リチウムを連続的に導入する工程を含み、ここで好
    ましくは圧力下アルゴンガスを使用して前記の溶融アル
    ミニウムに溶融リチウムの前記のフローを強制すること
    を特徴とする、特許請求の範囲第９項の方法。