JP2004099959A

JP2004099959A - 不純物含有材料の浄化方法及び浄化装置

Info

Publication number: JP2004099959A
Application number: JP2002262023A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tanaka; 田中　努; Shinjiro Kuwayama; 桑山　真二郎
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】不純物を含む材料（特に金属）から冷却坩堝を用いて溶融法によって不純物を除去する際に、不純物濃度が高いスラグを坩堝外に安定して取り出すことができる浄化方法及び浄化装置を提供する。
【解決手段】浄化装置は、上端部入口４と下端部出口５がそれぞれ開放され、スリット２が垂直方向に配置された冷却坩堝１と、通電コイル６と、冷却坩堝の上端部入口から不純物含有材料１８及びフラックス１９を各々供給する供給手段７、８と、不純物含有材料の浄化材２１を下方へ引き抜くための引抜き手段９と、溶融スラグ２２の固化体２２’を溶融状態の不純物含有材料１８の上層部から除去するための気流搬送方式のスラグ除去手段１１を備える。本発明の浄化方法は、溶融処理時に攪拌パラメータＡを調節する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却坩堝を用いる誘導溶解とそれに続く固化過程を利用して、不純物を含む材料を浄化する方法及び装置に関するものであり、特に、金属を浄化するための方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属から不純物を除去して再利用するために、従来、特にチタン、ジルコニウム等の高融点活性金属に対して冷却坩堝を利用する技術が種々考案されている。一方、原子力施設の解体等に伴って発生する廃棄物のように汚染源が不安定核種の場合は、浄化工程で排出される二次廃棄物を最小に維持することを考慮して、不純物を従来以上に低いレベルまで除去することが求められている。
【０００３】
特許文献１には、金属と金属酸化物が混在した材料を溶融して層分離し、相変化した固化体を生成する装置に分取管を設けることが記載されている。しかし、この装置を実際に運転すると、分取管を通過する液体状の上層（溶融酸化物）は凝固して固体となり、分取管が閉塞して、順調に運転できないことが多い。
【０００４】
特許文献２には、収容容器の連続製造装置及び連続製造方法が記載されている。この従来技術では、冷却坩堝内で被溶融物を潤滑剤と共に溶融し、続いて冷却坩堝内で冷却固化して引き抜く。この時、被溶融物に不純物が含まれている場合には、適正な潤滑剤を選択することにより不純物が溶融固化する潤滑剤に移行することは周知である。しかし、不純物が不安定核種である場合には、このような方法で目的とする低いレベルまで不純物を除去することは困難である。なぜなら、この公報に記載の装置は、不純物を含むと考えられる潤滑剤を坩堝から積極的に除去する手段を持たず、潤滑剤は下方に移動する固化体の表面に付着した状態で坩堝外に取り出される。このため、坩堝内には不純物を含む潤滑剤と被溶融物が溶融状態で共存する。この結果、一定の分配比で不純物が被溶融物に移行する。
【０００５】
特許文献３には、コンクリート等非金属物質が放射性金属廃棄物に混入してなる放射性固体廃棄物を溶融処理する際、発生するスラグを銅製坩堝の上部に設けたスラグ排出口を介して排出する装置が記載されている。この公報に記載された技術内容は、上記特許文献１に類似しているため、スラグ排出口の閉塞を回避することが難しい。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１２０３５６号公報
【特許文献２】
特開平８−１６６４９３号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０７２００号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、不純物を含む材料、特に冷却坩堝を用いた溶融法によって金属から不純物を除去する際に、不純物を移行、蓄積させてその濃度が高いスラグを生成させた後、当該スラグを坩堝外に安定して取り出すことができ、不純物が不安定核種である場合でも、極めて低い要求レベルまで該不純物を低減することが可能な浄化方法及び浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の不純物含有材料の浄化方法は、不純物含有材料及び浄化の対象とする不純物の含有率が該不純物含有材料よりも少ないフラックスを、上端部入口と下端部出口がそれぞれ開放された冷却坩堝の上端部入口から冷却坩堝内へ供給し、該不純物含有材料を下記（１）式で表される攪拌パラメータＡ（単位：無次元）が下記（２）式を満足する条件で誘導加熱により溶融し、溶融後固化した浄化材を該下端部出口から引き抜くと共に、誘導加熱を停止した加熱停止中に固化したスラグを該上端部入口から取り出すことを基本的手順とする。
【０００９】
Ａ＝Ｒ／（２／μσω）^１／２　　・・・（１）
０．５≦Ａ≦３２０　　・・・（２）
ここで、Ｒは多重に坩堝を取り巻くコイルが張る面における坩堝内側の代表長さ（ｍ）を表し、円筒形の坩堝の場合は坩堝内半径に相当する。長方形断面の場合は２種類のＲが存在し、長辺及び短辺各々の長さの１／２である。辺の数が偶数の正多角形の場合は向かい合う辺の間の距離の１／２の長さをＲとし、辺の数が奇数の正多角形の場合は辺と頂点が向かい合うので、辺と頂点の間の距離の１／２の長さをＲとする。また、μは不純物含有材料の透磁率（Ｈ／ｍ）、σは不純物含有材料の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ωは印加される高周波の角周波数（ｒａｄ／ｓ）である。
【００１０】
上記方法においては、冷却坩堝を誘導加熱して溶融・引抜き処理を行う際に、上記（１）式により定義される攪拌パラメータＡを（２）式の範囲内に設定することにより電磁攪拌の強さを適正化するので、溶湯プール内では溶融した不純物含有材料の不純物が充分に溶融フラックスに移行し、不純物濃度が高いスラグが生成し、生成したスラグは溶湯プールから分離し上層部に蓄積する。浄化した不純物含有材料は、冷却坩堝の下端部出口から引き抜かれる。一方、溶湯プールの上層部に蓄積した溶融スラグは、冷却坩堝の誘導加熱を一時的に停止することにより冷却、固化させ、スラグ固化体の状態で除去することができる。その後、誘導加熱を再開し、溶融及び引抜きと、冷却及びスラグ除去を繰り返すことで、不純物含有材料の浄化作業を続けることができる。
【００１１】
従って、本発明の方法によれば、溶融処理時に、不純物濃度が高い溶融スラグを溶湯プールから大量に分離することができる。また、スラグの取り出し速度が不純物含有材料の浄化材の抜き出し速度の制約を受けないので、取り出すスラグの量を容易に制御することができる。さらに、スラグを固化体の状態にして取り出すので、取出し管の途中で固化して流路を閉塞する問題を回避することができる。従って、不純物濃度が高い大量の溶融スラグを、溶湯プールの高さを一定に維持しながら高速且つ容易に除去することが可能であり、浄化レベルの高い浄化材を効率良く得ることが出来る。
【００１２】
本発明の方法においては、溶融スラグの分離性を向上させるために、前記フラックスの溶融状態の密度が、前記不純物含有材料の溶融状態の密度よりも小さく２０％以上離反し、且つ、該フラックスの溶融状態の電気伝導度が、該不純物含有材料の電気伝導度の５倍以上離反していることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の方法において前記誘導加熱を停止する前に、前記冷却坩堝の上端部入口を閉鎖して、該冷却坩堝からの固化したスラグの飛散を防止することが好ましい。
【００１４】
また、誘導加熱を停止する際に、出力低下を開始してから出力が零となるまでの時間を２０秒以内とすることが好ましく、溶融スラグが非常に短い時間で急速冷却されて固化スラグが破断し、気流搬送に適した微細なスラグ固化体が得られる。
【００１５】
次に、本発明の不純物含有材料の浄化装置は、上端部入口と下端部出口がそれぞれ開放され、電気的絶縁機能を発現するスリットが上下方向に配置された冷却坩堝と、該冷却坩堝の胴部を取り囲む誘導加熱手段と、該冷却坩堝の上端部入口から坩堝内へ不純物含有材料又はフラックスを供給するための材料供給手段及びフラックス供給手段と、該不純物含有材料を溶融後固化した浄化材を該冷却坩堝の下端部出口から引き抜くための引抜き手段と、フラックスが溶融した後に固化したスラグを該冷却坩堝の上端部入口から取り出すためのスラグ除去手段とを備えた構成をとり、上記浄化方法を実現し得る装置である。
【００１６】
誘導加熱手段を備えた冷却坩堝内に、不純物含有材料を材料供給手段により供給すると共に、フラックスをフラックス供給手段により供給し、誘導加熱を行なうと、両者が溶融、混合して溶湯プールを形成し、溶湯プール内では溶融した不純物含有材料の不純物が溶融フラックスに移行して濃縮され溶融スラグが生成する。溶融状態の不純物含有材料は浄化後、引抜き手段によって冷却坩堝内を下降し、誘導加熱が緩和された領域に移動するので固化し、さらに下降して冷却坩堝の下端部出口から引き抜かれる。一方、溶湯プールの上層部に蓄積した溶融スラグは、冷却坩堝の誘導加熱を一時的に停止することにより冷却、固化させ、スラグ固化体の状態でスラグ除去手段により除去することができる。その後、誘導加熱を再開し、溶融及び引抜きと、冷却及びスラグ除去を繰り返すことで、不純物含有材料の浄化作業を続けることができる。
【００１７】
上記本発明の装置によれば、スラグの取り出し速度が不純物含有材料の浄化材の抜き出し速度の制約を受けないので、取り出すスラグの量を容易に制御することができる。また、本発明の装置によれば、スラグを固化体の状態で装置から取り出すので、取出し管の途中で固化して流路を閉塞する問題を回避することができる。従って、フラックスの供給速度を上げてスラグを大量に発生させても、溶湯プールの高さを一定に維持しながら高速且つ容易に除去することが可能であり、浄化レベルの高い浄化材を効率良く得ることが出来る。
【００１８】
上記本発明の装置は、冷却坩堝の上端部入口に開閉手段をさらに備えることが好ましい。溶融スラグを急速冷却することで、微細化したスラグ固化体が得られ、除去が容易になるが、溶融スラグを急速冷却する場合には、微細化したスラグ固化体が飛散しやすい。溶融スラグを急速冷却する際に、冷却坩堝の上端部入口を開閉手段で閉鎖し、スラグの冷却破断を閉空間内で行なうことによって、微細化したスラグ固化体の飛散を防止することができる。
【００１９】
前記スラグ除去手段としては、吸引ノズルと、吸引ポンプ及び捕集フィルターを有する気流搬送手段を設けることができる。気流搬送方式のスラグ除去手段は、スラグ固化体を気流に乗せて搬送し坩堝外へ除去することができ、粉体状スラグの除去に適している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
方法及び装置を含む本発明の基本的な概念は、不純物を含有する材料にフラックスを添加し、誘導加熱により溶融し、適切な強さで電磁攪拌を行なって不純物を高濃度に含むスラグを生成、分離させた後、該スラグを固化させた状態で除去する点にある。
【００２１】
本発明の浄化方法は、不純物含有材料及び浄化の対象とする不純物の含有率が該不純物含有材料よりも少ないフラックスを、上端部入口と下端部出口がそれぞれ開放された冷却坩堝の上端部入口から冷却坩堝内へ供給し、該不純物含有材料を下記（１）式で表される攪拌パラメータＡ（単位：無次元）が下記（２）式を満足する条件で誘導加熱により溶融し、溶融後固化した浄化材を該下端部出口から引き抜くと共に、誘導加熱を停止した加熱停止中に固化したスラグを該上端部入口から取り出すことを特徴としている。
【００２２】
Ａ＝Ｒ／（２／μσω）^１／２　　・・・（１）
０．５≦Ａ≦３２０　　・・・（２）
ここで、Ｒは多重に坩堝を取り巻くコイルが張る面における坩堝内側の代表長さ（ｍ）を表し、円筒形の坩堝の場合は坩堝内半径に相当する。長方形断面の場合は２種類のＲが存在し、長辺及び短辺各々の長さの１／２である。辺の数が偶数の正多角形の場合は向かい合う辺の間の距離の１／２の長さをＲとし、辺の数が奇数の正多角形の場合は辺と頂点が向かい合うので、辺と頂点の間の距離の１／２の長さをＲとする。また、μは不純物含有材料の透磁率（Ｈ／ｍ）、σは不純物含有材料の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ωは印加される高周波の角周波数（ｒａｄ／ｓ）である。
【００２３】
また、上記方法を実施し得る本発明の浄化装置は、上端部入口と下端部出口がそれぞれ開放され、電気的絶縁機能を発現するスリットが上下方向に配置された冷却坩堝と、該冷却坩堝の胴部を取り囲む誘導加熱手段と、該冷却坩堝の上端部入口から坩堝内へ不純物含有材料又はフラックスを供給するための材料供給手段及びフラックス供給手段と、該不純物含有材料を溶融後固化した浄化材を該冷却坩堝の下端部出口から引き抜くための引抜き手段と、フラックスが溶融した後に固化したスラグを該冷却坩堝の上端部入口から取り出すためのスラグ除去手段とを備えることを特徴としている。
【００２４】
図１は、本発明の浄化方法を実施し得る装置の好適な一構成例であり、坩堝内に置かれた被処理材である不純物含有材料が透視的に理解できる態様で表現されている。また、図１では、坩堝壁及びコイル各々の内部を流通する冷却媒体の様子が分かるように部分的に切断した態様で表現されている。
【００２５】
図１の浄化装置は、冷却坩堝１と、誘導加熱手段としての通電コイル６と、材料供給手段としてのマニュプレータ７と、フラックス供給手段としてのフラックス供給装置８と、引抜き手段としての引抜きローラー９と、スラグ除去手段としてのスラグ吸引装置１１、開閉手段としての蓋１５とで構成され、必要に応じて他の構成要素が付加されている場合もある。
【００２６】
冷却坩堝１は、上端部入口４と下端部出口５がそれぞれ開放され、電気的絶縁機能を発現するスリット２が不純物含有材料の移動方向に沿って配置される。坩堝の炉壁部は銅や銅合金等の導電性材料で形成され、スリット２によって、その内部に冷却媒体の流通路３ａを有する複数のセグメント３に分割されている。
【００２７】
図１では、坩堝の上端部入口４、下端部出口５及び途中の断面がほぼ同じ大きさの円筒である。冷却坩堝の内周部形状は限定されず、楕円、正方形、矩形、その他の多角形であってもよいし、テーパー形状のように上端部入口４、下端部出口５又は途中の断面において形状又は寸法が変わってよいが、通電コイルを巻き付けること、引抜き工程を容易に行うこと等を考慮すると、坩堝の内周部は同じ形状、同じ寸法であることが好ましく、特に、円筒であることが好ましい。
【００２８】
スリット２は、坩堝の炉壁部を貫通する隙間であって、通電コイル６を配置する領域に設けるのが好ましい。坩堝の上端部近傍又は下端部近傍では、スリットは無くてもよい。スリットは、電気的絶縁機能を発揮し且つ溶融物の漏出が起きない幅とし、通常０．１〜１．０ｍｍ程度である。スリット内には雲母等の絶縁物を配置してもよい。隣接するスリットの間隔は通常１０〜４０ｍｍ程度とし、１５〜２５ｍｍとするのが好ましい。
【００２９】
通電コイル６は、冷却坩堝の胴部上をスリットに対してほぼ直交する方向に周回している。この通電コイルに図示しない高周波電源から高周波電流を供給すると、坩堝内で誘導加熱を行うことができる。通電コイルは、銅又は銅合金製の管を用いて形成することができ、通常、図１に示すように絶縁のために間隙を設けて坩堝の胴部に多重螺旋状に巻き付ける。その内部には冷却媒体の流通路６ａを設け、液体冷却できる構造とする。
【００３０】
冷却坩堝の上部には、該冷却坩堝の上端部入口から不純物含有材料１８を供給するためのマニュプレータ７と、同上端部入口からフラックス１９を供給するためのフラックス供給装置８と、固体化したスラグ２２’（溶融スラグ２２の固化体）を冷却坩堝１の内部からチャンバー１６の壁を通して外部へ搬送し除去するためのスラグ吸引装置１１が配置される。スラグ吸引装置１１のような気流搬送方式のスラグ除去手段は、スラグ固化体を気流に乗せて搬送し坩堝外へ除去することができ、粉体状スラグの除去に適している。スラグ吸引装置１１は、吸引ノズル１２と、スラグを運搬する気流を造る吸引ポンプ１３と、スラグを捕集するための捕集フィルター１４とで構成され、スラグと共に吸引された雰囲気ガスは捕集フィルターを通過した後、再びチャンバー１６の内部に戻る構造となっている。また、誘導加熱の一時停止によってスラグを固化させる時にスラグの飛散を防ぐために、冷却坩堝の上端部に開閉可能な蓋１５を設けることが好ましい。
【００３１】
冷却坩堝の下部には、不純物含有材料を溶融後に固化した浄化材（浄化した不純物含有材料）２１を必要に応じて下端部出口５から下方へ引抜き、引抜きを停止し、或いは上昇させるための引抜きローラ９、引き抜いた浄化材２１を所望の長さに切断するための切断手段としてのハードメタルソー１０等が配置される。
【００３２】
通常、上記した一連の手段群（又は一連の装置群）の全て或いはその一部は気密手段としてのチャンバー１６内に収納され、該チャンバー１６内では、図示していない雰囲気調整手段（該雰囲気調整手段は、脱気装置、雰囲気調整装置及び不活性ガス供給装置等のうちの少なくとも１つ又は２つ以上の組み合わせから構成される）により溶融、引抜き、スラグ吸引等の各工程に合わせて加圧、減圧、不活性ガス雰囲気、還元雰囲気等の雰囲気調節を行うことが可能である。但し、雰囲気調整を行う場所に配置する必要がない手段群（又は装置類）は、気密手段としてのチャンバー１６の外に設けてもよい。図１においては、スラグ吸引装置の吸引ポンプ１３、捕集フィルター１４、及び、図示していない高周波電源は、チャンバー外に配置される。チャンバーの下部には浄化材を切断する際に発生する屑、スラグ等を取り出すために、排出手段としてのポート１７を設けてもよい。
【００３３】
次に、本発明の不純物含有材料の浄化方法を、上記図１に示した浄化装置の運転方法を通じて説明するが、本発明の浄化方法は図１の浄化装置以外の装置を使用して実施することが可能であることは勿論である。
【００３４】
本発明の浄化方法を実施するためには、通常、先ず、開始時の運転条件を調整するために、装置の炉壁や通電コイルの内部に設けた冷却媒体流通路３ａ、６ａに冷却水等の冷媒液を供給後、チャンバー１６内の雰囲気ガスを脱気、置換して、冷却坩堝１の内部空間を中心とする領域に所定の処理雰囲気を造る。
【００３５】
雰囲気調整後、引抜きローラ９に取り付けた母材（図示せず）を電磁場が最も作用する冷却坩堝の所定位置に合わせ、高周波電源の出力を上げる。通常、母材としては、浄化すべき被処理材、すなわち溶融性不純物含有材料と同質の材料であって浄化レベル以上のものを用いる。通電コイル６によって生じる冷却坩堝１の外壁面を流れる誘導電流は、絶縁機能を持つスリット２の隙間を通じて冷却坩堝の内壁に導かれ、冷却坩堝内に電磁場を発生させる。一般には導電性材料からなる冷却坩堝１は外部からの電磁場を透過しないが、スリット２の存在によって、その内側に電磁場を透過させる作用を発現する。
【００３６】
高周波電源の出力増加と共に母材に流れる誘導電流の値が増加するので、母材は誘導加熱の作用を受けて溶融し、溶湯プール２０を形成する。この時、溶湯プールには概ね表皮深さの範囲内で、その表面に垂直方向の電磁場が発生する。一般に、溶湯プールの自由表面の形状は、電磁力と重力、表面張力、溶融体の運動量等の間の力の平衡関係を満足する条件から定まるので、適正な運転条件を選択することにより、溶湯プール２０の自由表面の形状を冷却坩堝１から離反させ、ドーム状に上に向かって凸となるように隆起させることができる。ドーム状に隆起した溶湯プール２０の部分は冷却坩堝から離反して、伝導熱による抜熱量の低減を図る作用が現れる。また、この溶湯プールの内部には不均一な電磁力の発生に起因して、電磁攪拌の作用が現れる。
【００３７】
続いて、フラックス１９をフラックス供給装置８から上端部入口４を通じて冷却坩堝１内に供給する。冷却坩堝内に供給されたフラックスは、溶湯プール２０に接触する部分から熱供給を受けて溶融する。
【００３８】
フラックスは、不純物を濃縮化させるための添加剤であり、不純物をフラックス自身の内部に移行させて、高濃度の不純物を含有するスラグを生成させる。フラックスとしては、溶融状態において不純物含有材料に含まれる不純物の拡散作用又はフラックスと不純物との間の化学結合や吸着等の相互作用によって不純物を取り込んで溶融スラグとなった時に、熱力学的により安定な状態となる物質を選択する。また、フラックスに多量の不純物を移行させるために、除去の対象となる不純物の含有率が不純物含有材料よりも少ないフラックスを用いることが必要であり、不純物を全く含有していないか又は含有するとしても極めて微量であることが好ましい。使用前のフラックスに元々含まれている除去対象不純物の許容量は、不純物含有材料の状態によって相違するが、一般的には約１ｐｐｍ以下であれば問題ない。
【００３９】
次に、不純物を含有する不純物含有材料１８を、マニュプレータ７により上端部入口４を通じて冷却坩堝１内に供給する。冷却坩堝内に供給された不純物含有材料は、上記フラックスと同様に、溶湯プール２１に接触する部分から熱供給を受けて溶融する。なお、予め不純物含有材料を供給してからフラックスを供給する順序としてもよい。
【００４０】
本発明は僅かであっても電気伝導度を有する材料であれば不純物含有材料として浄化処理の対象とすることが可能であるが、特に金属、その中でも原子力施設の解体等に伴って発生する廃棄物である金属を浄化するのに適している。
【００４１】
冷却坩堝１内に添加されたフラックス１９と不純物含有材料１８は、何れも溶融して互いに接触するので、不純物含有材料中の不純物は物理的な拡散又はフラックスとの吸着、化学反応等の相互作用によってフラックス中へ移行、蓄積し、溶融スラグが生成する。
【００４２】
溶融処理によって不純物が濃縮した溶融スラグは、下方に移動する浄化材の表面にスラグが付着する現象を利用し、引き抜かれる浄化材と共に坩堝外に取り出すことも不可能ではない。しかし、そのような方法では、取り出すスラグの量を制御できないので、到達できる不純物含有材料の浄化レベルに限界がある。冷却坩堝１にフラックス１９を追加供給し、坩堝内にスラグを多量に生成させることで、不純物含有材料の浄化レベルを高めることは可能であるが、下方に移動する浄化材の表面に不純物が濃縮したスラグが付着した状態で該スラグを浄化材と共に坩堝外に取り出す方法では、必ずしもフラックスの供給量に対応する量のスラグを取り出せるわけではない。多くの場合、坩堝内のスラグの体積が増加して、坩堝からスラグが溢れるため、装置を運転することが出来なくなる。
【００４３】
これに対して本発明では、スラグを冷却坩堝１内で固化させ、不純物を高濃度で含有するスラグ固化体２２’の状態で不純物含有材料（溶湯プール２０）の上層部から除去する。この方法によれば、スラグの取り出し速度が浄化材２１の抜き出し速度の制約を受けないので、取り出すスラグの量を容易に制御することができる。また、本発明の方法によれば、溶融スラグは固化体の状態で取り出されるので、取出し管の途中で固化して流路を閉塞する問題を回避することができ、流路の確保が容易である。従って、本発明の方法によれば、フラックスの供給速度を上げてスラグを大量に発生させても、溶湯プールの高さを一定に維持しながら高速且つ容易にスラグを除去することが可能であり、浄化レベルの高い浄化材２１を効率良く得ることが出来る。
【００４４】
溶融フラックスへの不純物の移行を促進して、不純物が充分に濃縮したスラグを生成させるためには、溶融状態での電磁攪拌の強さを適正な範囲に設定する必要がある。電磁攪拌が強すぎる場合には、不純物が充分に濃縮したスラグが得られるが、溶融フラックスが溶湯プール２０、すなわち溶融している不純物含有材料（以下において「溶融不純物含有材料」と称する場合がある。）に混合するので溶融スラグ２２が溶湯プール２０に取り込まれてしまう可能性が高くなる。一方、電磁攪拌が弱すぎる場合には、溶融スラグ２２が溶湯プール２０に取り込まれてしまう可能性は低いが、溶融フラックスと溶融不純物含有材料の接触が不充分であり、不純物が移行しにくくなるので、スラグ中の不純物濃度を充分に高めることができない。
【００４５】
電磁攪拌の強さを適正な範囲に設定するために、本発明では前述の（１）式で表される攪拌パラメータＡが、前述の（２）式を満足する条件で誘導加熱を行う。
【００４６】
高周波電磁場を溶融不純物含有材料に印加した場合に該溶融不純物含有材料の攪拌状況を端的に表す前述（１）式の攪拌パラメータＡ、及び、該攪拌パラメータＡに関する前述（２）式の条件は、下記理論に基づいて特定された。
【００４７】
高周波磁場を溶融した不純物含有材料に印加した場合、単位面積の溶融不純物含有材料に作用する電磁気力Ｆは、下記式で表される。
【００４８】
Ｆ＝（１／μ）∇×Ｂ×Ｂ
ここで、Ｆの単位はＮ／ｍ^３である。Ｂは磁束密度（単位：Ｔ）、μは不純物含有材料である金属等の透磁率（単位：Ｈ／ｍ）であり、∇×は回転微分を表す。上式の形から、攪拌に深く関わる電磁気力は少なくとも磁束密度の回転微分の影響を受けるであろうと考えた。本発明では、磁束密度の回転微分に係わるパラメータとして溶融不純物含有材料の空間的な大きさＲと、磁場の表皮深さ（浸透深さ）の比（２／μσω）^１／２（単位：無次元）に着目した。後者の値、すなわち浸透深さの比が小さい場合は、溶融不純物含有材料の内部に磁場が浸透し難いために、攪拌が弱くなると考えられた。ここで、μは不純物含有材料の透磁率（単位：Ｈ／ｍ）、σは該不純物含有材料の電気伝導度（単位：Ｓ／ｍ）及び、ωは印加される高周波の角周波数（単位：ｒａｄ／ｓ）である。また、溶融不純物含有材料の空間的な大きさＲ（単位：ｍ）は、高周波電流が流れる面における坩堝の内部空間断面の代表的長さを表し、円筒形の坩堝の場合は内周部の半径に相当する。坩堝の内側が長方形断面の場合には２種類のＲが存在し、長辺の長さの１／２と短辺長さの１／２である。楕円の場合も２種類のＲが存在し、長径の長さの１／２と短径の長さの１／２である。Ｒが複数存在する場合には、それぞれのＲについて適正条件を評価し、全てのＲが適正条件を満足する必要がある。辺の数が偶数の正多角形の場合には、向かい合う辺の間の距離の１／２の長さがＲであり、辺の数が奇数の正多角形の場合には辺と頂点が向かい合うので、向かい合う辺と頂点の間の距離の１／２の長さがＲである。他の形状の坩堝に対しても概略類似の考え方を適用する。上記の考え方に基づいて、前述の（１）式で表される無次元の攪拌パラメータを導出した。
【００４９】
上記攪拌パラメータＡは、攪拌の強さの逆数を表す。すなわち、攪拌パラメータＡの値が大きいほど電磁攪拌が弱い運転条件であることを表し、不純物が濃縮されたスラグが溶融不純物含有材料に取り込まれる可能性は小さいが、不純物をフラックス中に多量に移行させて不純物を高濃度で含有するスラグを得ることができず、浄化が不充分となる。
【００５０】
一方、攪拌パラメータＡの値が小さいほど電磁攪拌が強い運転条件であることを表し、不純物を含む溶融スラグが溶融不純物含有材料に取り込まれてしまい、スラグの分離が困難になる。
【００５１】
従って、攪拌パラメータＡは、大き過ぎても小さ過ぎても浄化材中の不純物濃度を充分に低くすることはできず、適正な範囲に調節する必要がある。
【００５２】
後述する実施例において前述の（１）式で表される無次元の攪拌パラメータＡを０．３から５１０の範囲で変化させて浄化材を得、各浄化材の不純物濃度を測定した結果、攪拌パラメータＡと不純物濃度の間に図２に示す関係が認められた。この図２の結果に基づいて、浄化材中の不純物濃度の変化率（グラフ上の勾配）が大きくなる１ｐｐｍ程度を攪拌パラメータＡの許容限界として設定した。そして、攪拌パラメータＡの適正範囲は該許容限界以下の不純物濃度を達成し得る範囲と考え、前述の（２）式で表される範囲（０．５以上３２０以下）に特定した。
【００５３】
冷却坩堝の運転中は誘導加熱に伴う電磁力により、溶融状態のスラグと不純物含有材料にピンチ力が作用する。この際に、重力場が存在する冷却坩堝の中で溶融スラグと溶融不純物含有材料に対して異なるピンチ力が作用するので、重力が作用する方向（概略鉛直方向）及び螺旋状に坩堝を取り巻くコイルが張る方向（概略水平方向）において溶融スラグと溶融不純物含有材料の巨視的な分離が実現される。例えば、不純物を含むスラグの密度と電気伝導度が共に、不純物を含む溶融不純物含有材料よりも小さい場合には、溶融不純物含有材料が坩堝の壁から離れた中央付近に偏在し、一方、溶融スラグは中央部よりも低温の坩堝壁近傍で且つ溶融不純物含有材料の上層部に偏在する傾向がある。また、不純物を含むスラグの密度が不純物を含む不純物含有材料よりも小さく、不純物を含むスラグの電気伝導度が不純物を含む不純物含有材料よりも大きい場合には、溶融スラグが坩堝の壁から離れた中央付近で且つ溶融不純物含有材料の上層部に偏在し、一方、溶融不純物含有材料が中央部よりも低温の坩堝壁近傍に偏在する傾向がある。
【００５４】
これらの傾向は、不純物を含むスラグと不純物を含む不純物含有材料の密度及び電気伝導度の差が大きくなるほど強くなり、両者が明確に分離するようになる。
【００５５】
従って本発明においては、不純物を含む溶融不純物含有材料と比べて、分離性を損なわない程度に密度が小さく、且つ、電気伝導度の差が大きい溶融スラグを生成させるフラックスを用いることが好ましい。特に、溶融スラグと溶融不純物含有材料の冷却坩堝内における分離を促進するためには、前記フラックスの溶融状態における密度及び電気伝導度が、不純物を含有する溶融状態の不純物含有材料の密度及び電気伝導度を基準とした時に、密度が溶融状態の不純物含有材料よりも小さくて２０％以上離反し、さらに好ましくは５０％以上離反し、且つ、電気伝導度が５倍以上離反し、さらに好ましくは５０倍以上離反している溶融スラグを生成させるフラックスを用いることが好ましい。
【００５６】
通電コイル６に高周波電流を供給して誘導加熱しながら、不純物含有材料１８及びフラックス１９の適量をそれぞれの供給装置であるマニュプレータ７及びフラックス供給装置８から冷却坩堝１の上端部入口４へ供給し続けると、不純物が濃縮した溶融スラグ２２が生成し、上述したように溶湯プール２０の上層部に蓄積し、その電気伝導度によって坩堝の壁付近又は中央部付近に偏在する。溶融スラグ２２がある程度蓄積した段階で、通電コイル６への高周波電流の供給を停止又は少なくするとスラグが固化するので、スラグ固化体２２’の状態で溶湯プール２１の上層部から坩堝外へ除去することが出来る。なお、この段階において、スラグ固化体２２’の下に存在する溶湯プール２０の一部又は全部が、スラグと共に固化していてもよい。
【００５７】
スラグ固化体２２’は、スラグ吸引装置１１のような気流搬送方式のスラグ除去手段によって効率よく除去することが出来るが、気流搬送以外の方法又は手段でスラグ固化体２２’を除去しても良い。スラグを固化体の状態で除去する場合には、吸引ノズル１２等のスラグを除去、移送する経路の途中で該スラグが固化して流路を閉塞する問題を回避できることは上述した通りである。しかし、スラグ固化体２２’の粒度が広範囲に広がっている場合には、スラグ固化体の一部が、吸引力等の搬送力が弱くて気流に乗れない、或いは、吸引ノズル１２等のスラグ除去・移送経路に入らない等の問題があり、スラグ固化体２２’を坩堝外に円滑に取り出すことが困難となる。
【００５８】
この問題を解決するためには、誘導加熱のために通電コイル６に高周波電流を供給している高周波電源の出力を短時間のうちに低下させて急速冷却を行なうことが好ましい。具体的には、誘導加熱の停止を開始してから停止を完了させるまでの時間、すなわち通電コイルに高周波電流を供給している高周波電源の出力の低下を開始してから完全に停止させる（出力を零とする）までの時間を、２０秒以内とすることが好ましく、１０秒以内とすることが特に好ましい。また、誘導加熱と急速冷却を交互に繰り返し行ってもよく、その場合には、各回において高周波電源の出力の低下を開始してから完全に停止させるまでの時間を、１回当たり２０秒以内、更には１０秒以内とすることが好ましい。
【００５９】
例えば、不純物含有材料５ｋｇ程度の場合に、誘導加熱を急速に停止した後、所定時間、通常は１〜１０分程度放置すると、冷却坩堝内に蓄積した溶融スラグは、熱エネルギーの供給が突然断絶し且つ冷却坩堝の壁からの抜熱作用を受けるために急速に冷却され凝固する。この結果、スラグ固化体２２’は熱収縮に起因する応力を受け、特に大きなスラグは微細化し、気流搬送による除去を容易且つ円滑に行なうことが可能になる。
【００６０】
誘導加熱を急速に停止してスラグ固化体２２’を微細化する際には、微細なスラグ粉体が坩堝の上端部入口４から外部に飛散しやすい。そこで、溶融スラグ２２が蓄積した冷却坩堝の上端部入口４を蓋１５等の開閉手段により閉鎖してから誘導加熱を停止し急速冷却することにより、スラグの破断を閉空間内で進行させてスラグの飛散を防止することが好ましい。急速冷却後、蓋を開けて、微細化したスラグ固化体をスラグ吸引装置等を用いて気流搬送を行い、坩堝外へ取り出すことができる。急速冷却により微細化したスラグ固化体は、その少なくとも一部が閉空間に浮遊している場合がある。そのような場合には、微細化したスラグ固化体を閉空間内に閉じ込めたままスラグ吸引装置等を作動させて気流搬送を行い、坩堝外へ取り出すことにより、飛散防止の完全を期すことが好ましい。具体的には、蓋を全開せずに、半開した隙間から吸引する、或いは、蓋を全く開けずに吸引ノズルを該蓋にシームレスに取り付けて吸引を行うことで実現可能である。スラグ除去の効率の点ではスラグを閉じ込める閉空間は出来るだけ小体積であることが好ましく、具体的には坩堝の内容積の１／３以下であることが好ましい。
【００６１】
誘導加熱による溶融処理中には溶湯プール２０の上層部で溶融スラグ２２が生成・蓄積するのと並行して、不純物含有材料が溶湯プール２０内で浄化されて下降し、母材上に蓄積する。そこで、引抜きローラ９を作動させて母材の位置を下降し、浄化された溶融状態の不純物含有材料、すなわち溶融状態の浄化材が蓄積されている部分を、冷却坩堝１の通電コイル６の下端部よりも下となる高さにずらし、冷却すると、溶融状態の該浄化材は誘導加熱が緩和された領域に移動するので固化し、浄化材２１を形成する。不純物含有材料の浄化速度に合わせて引抜きローラ９を作動させて溶湯プール２０の下降を続けると、浄化材２１が連続的に生成され、冷却坩堝１の下端部出口５から抜き出される。この連続的に抜き出される固化した浄化材２１を切断装置により所定の寸法で切断することによって、浄化材の固化体が得られる。
【００６２】
本発明の方法では、誘導加熱による溶融処理及び該溶融処理の期間中に並行して行われる引抜き処理と、誘導加熱の停止による急速冷却及び該急速冷却に引き続き誘導加熱の停止期間中に行われるスラグ除去を交互に繰り返すことで、不純物含有材料の浄化作業を続けることができる。ここで、誘導加熱の停止時間及び停止の頻度は、適切な長さ及び間隔とする必要がある。誘導加熱の１回当たりの停止時間が長過ぎる又は停止の頻度が多すぎる場合には、処理時間全体に占める冷却固化及びスラグ除去に要する時間が長くなり、平均された単位時間当たりの浄化処理量が減少する。逆に、誘導加熱の１回当たりの停止時間が短か過ぎる又は停止の頻度が少なすぎる場合には、平均された単位時間当たりの浄化処理量は増加するが、浄化され引き抜かれた不純物含有材料中の不純物の残留濃度が上昇する。従って、本発明の方法又は装置は、誘導加熱による溶融処理、引抜き処理、冷却、スラグ除去等の各機能に対して任意の時間間隔で運転／停止を繰り返す制御を行なう手段を講じ又はそのような手段を実行する装置を備えることが好ましい。
【００６３】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す構成の本発明の浄化装置を用いて不純物含有材料を溶融処理し、不純物をスラグ中に濃縮して除去し、溶融状態の浄化材を再固化する試験を行った。試験に用いた本発明の浄化装置の仕様を第１表に示す。
【００６４】
【表１】

【００６５】
本発明の装置を運転するにあたって、先ず、冷却水供給装置（図示せず）を作動させて冷却坩堝１、通電コイル６、引抜きローラ９、チャンバー１６及び高周波電源（図示せず）に冷却水をそれぞれ１００、２００、５０、３０、２５０リットル／分の流量で供給した。続いて、チャンバー１６の内部をＡｒガス雰囲気に置換した。
【００６６】
次に、引抜きローラ９を逆転して、冷却坩堝１の下端部出口５から直径約２００ｍｍ、長さ約５００ｍｍのステンレス材質の母材（図示せず）を、その上端が通電コイル６の上端から約５０ｍｍ下方の位置まで挿入すると共に、高周波電源を起動して周波数１０ｋＨｚ、出力２００ｋＷの高周波電流を通電コイル６に供給した。高周波電流の供給開始から約１０分で母材の上端が溶融して溶湯プール２０となり、電磁力の作用を受けてドーム状に隆起し、その一部は冷却坩堝１の炉壁と非接触の状態となった。この溶湯プール２０は、直径が２００ｍｍ、炉壁との非接触部分の隆起高さが約６０ｍｍ、密度が約８１００ｋｇ／ｍ^３、電気伝導度が約１×１０^６Ｓ／ｍ、温度が約１７７０Ｋであった。
【００６７】
続いて、フラックス供給装置８を作動させて、フラックス１９を上端部入口から冷却坩堝１内へ供給した。フラックス１９としては、アルミナ、ライム及びシリカを主成分とする酸化物系のフラックスを用いた。やがてフラックス１９は溶融して溶融スラグ２２になった。この溶融スラグ２２は、融点が１５００〜１７００Ｋで、溶融状態の密度が約２３００ｋｇ／ｍ^３で、電気伝導度が約１×１０^４Ｓ／ｍであった。
【００６８】
その直後、１００ｐｐｍ程度のプルトニウム不純物が付着したステンレス材質の不純物含有材料１８を、マニュプレータ７を作動させて冷却坩堝１内へ徐々に供給した。不純物含有材料１８は冷却坩堝１の内部で誘導加熱の影響を受けて溶融し、溶湯プール２０の体積は増加し、自由表面の高さが上昇した。
【００６９】
そこで、引抜きローラ９を作動させて、母材の固化体とその上に存在する浄化された部分の溶湯プール２０を下方に引き抜いた。引き抜かれた溶湯プール２０は通電コイル６による誘導加熱が緩和された領域に移動するため、温度が下がり、やがて固化した浄化材２１になる。その結果、溶湯プール２０の自由表面の高さを初期の値に維持し、溶湯プール２０の体積を一定にすることが可能であった。溶融、引き抜き過程でフラックス１９は連続的に供給される。フラックスの供給質量は、引き抜いた浄化材２１の質量の約５％であった。また、溶融、引き抜き中の引き抜き速度は約５ｍｍ／分であった。この時、溶融フラックスと溶湯プールの電気伝導度及び密度の差に起因して、前者は冷却坩堝１の炉壁近くで且つ溶湯プール２０の上層部、後者は冷却坩堝１の中央付近に分離して存在した。この状態における攪拌パラメータＡは約２０であった。攪拌パラメータＡの計算式は次の通りである。
【００７０】
Ｒ＝０．１ｍ、σ＝１×１０^６Ｓ／ｍ、μ＝４π×１０^−７Ｈ／ｍ、ω＝２π×１０×１０^３ｒａｄ／ｓ；
∴　Ａ＝｛１／（２^１／２）｝×Ｒ×（μσω）^１／２≒１９．８
不純物含有材料１８とフラックス１９の供給、及び、浄化材２１の引き抜きを約２０分行った後、マニュプレータ７を冷却坩堝の上端部入口４より上部に移動した。続いて、移動可能な蓋１５を冷却坩堝の入口４に被せた後、高周波電源の出力を１０秒以内に２００ｋＷから０ｋＷに下げて冷却坩堝の加熱を停止すると共に、溶融、引き抜き運転を停止した。この状態を約１０分間維持した後、蓋１５を冷却坩堝の入口４から取り除き、冷却坩堝１の内部を観察した。冷却坩堝１の内部には、微細なスラグが固体として存在した。
【００７１】
続いて、吸引ノズル１２を冷却坩堝１の内部に挿入した後、吸引ポンプ１３を作動させてスラグ固化体２２’を冷却坩堝１から回収した。この操作の後、高周波電源を起動して、再び不純物含有材料１８とフラックス１９の供給、及び、浄化材２１の引き抜き運転を開始した。このような溶融・引き抜きの運転、その停止、及び、スラグの回収からなる一連の操作を定期的に５回繰り返し、浄化したインゴットを得た。得られたインゴットに含まれるプルトニウム濃度を分析したところ、１０ｐｐｂの微量な値であることが分かった。
【００７２】
（実施例２）
高周波電源の周波数を約２５０ｋＨｚに変更した点を除いて、概ね実施例１と類似の装置及び類似の方法で、１００ｐｐｍ程度のプルトニウムが付着したステンレス材質の不純物含有材料を対象に溶融、引抜き処理を行って浄化材２１を得た。周波数の変更により、攪拌パラメータＡは約１００であった。得られたインゴットに含まれるプルトニウム濃度を分析したところ１ｐｐｍであり、実施例１と比べて濃度は高かったが、インゴットは必要な浄化条件を満足していた。
【００７３】
（実施例３）
不純物含有材料１９をプルトニウムの不純物が付着したアルミニウム（密度２７００ｋｇ／ｍ^３）に変更する点、及び、高周波電源の出力を約１００ｋＷに変更した点を除いて、概ね実施例１と類似の装置及び類似の方法で、１００ｐｐｍ程度のプルトニウムが付着したアルミニウムの不純物含有材料を対象に溶融、引抜き処理を行って浄化材２１を得た。スラグ（密度２３００ｋｇ／ｍ^３）とアルミニウム（密度２７００ｋｇ／ｍ^３）の密度は同程度ではないが、大きく離れてはいなかった。高周波電源の出力を停止した際、溶融アルミニウムと溶融スラグが一部混合状態であったので、冷却坩堝からスラグを充分に回収することが出来なかった。得られたインゴットに含まれるプルトニウム濃度を分析したところ５ｐｐｍであり、実施例１と比べて濃度は高かったが、インゴットは必要な浄化条件を満足していた。
【００７４】
（攪拌パラメータの適正範囲）
高周波電源の周波数を変更した点を除いて、実施例１と概ね類似の装置及び類似の方法で、プルトニウムが付着したステンレス材質の不純物含有材料を対象に溶融、引抜き処理を行って浄化材２１を得た。上記高周波電源の周波数の変更により、攪拌パラメータＡを０．３から５１０まで変化させ、各試験で得られたインゴットに含まれるプルトニウム濃度を分析したところ、攪拌パラメータＡと再固化したインゴット中のプルトニウム濃度の関係は、図２に示す結果が得られた。なお図２には、上記実施例１及び２の結果も含まれている。この結果に基づいて、前述の（１）式で表される攪拌パラメータＡの変化に対するプルトニウム濃度の変化率（グラフ上の勾配）が大きくなる１ｐｐｍ程度に攪拌パラメータＡの許容限界を設定したところ、攪拌パラメータＡの適正範囲は前述の（２）式を満足する範囲であると決定された。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の浄化方法及び装置によれば、誘導加熱を行なう冷却坩堝を用いる溶融・引抜き処理において、不純物濃度が高いスラグを大量に分離させ、溶融・引抜き処理の途中で断続的に誘導加熱を停止して溶融スラグを固化し、気流搬送法により安定して坩堝外に除去する。従って、浄化レベルが高い浄化材を効率良く得ることが出来る。
【００７６】
本発明は、さまざまな不純物を含有する材料の浄化に適用できるが、金属から不純物を除去する場合に適しており、処理対象が原子力施設の解体等に伴って発生する不安定核種で汚染された金属である場合でも、極めて低い要求レベルまで該不純物を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却坩堝の溶融処理及び引抜き処理運転中の状態を示す模式図である。
【図２】実施例１の試験系における攪拌パラメータＡと再固化したインゴット中のプルトニウム濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…冷却坩堝
２…スリット
３…セグメント
３ａ…流通路
４…上端部入口
５…下端部出口
６…通電コイル
６ａ…流通路
７…マニュプレータ（材料供給手段）
８…フラックス供給装置（フラックス供給手段）
９…引抜きローラ（手段）
１０…ハードメタルソー（切断手段）
１１…スラグ吸引装置（気流搬送方式のスラグ除去手段）
１２…吸引ノズル
１３…吸引ポンプ
１４…捕集フィルター
１５…蓋（開閉手段）
１６…チャンバー（気密手段）
１７…ポート（排出手段）
１８…不純物含有材料
１９…フラックス
２０…溶湯プール（溶融不純物含有材料）
２１…浄化材
２２…溶融スラグ
２２’…スラグ固化体

Claims

不純物含有材料及び浄化の対象とする不純物の含有率が該不純物含有材料よりも少ないフラックスを、上端部入口と下端部出口がそれぞれ開放された冷却坩堝の上端部入口から冷却坩堝内へ供給し、該不純物含有材料を下記（１）式で表される攪拌パラメータＡ（単位：無次元）が下記（２）式を満足する条件で誘導加熱により溶融し、溶融後固化した浄化材を該下端部出口から引き抜くと共に、誘導加熱を停止した加熱停止中に固化したスラグを該上端部入口から取り出すことを特徴とする、不純物含有材料の浄化方法。
Ａ＝Ｒ／（２／μσω）^１／２　　・・・（１）
０．５≦Ａ≦３２０　　・・・（２）
ここで、Ｒは多重に坩堝を取り巻くコイルが張る面における坩堝内側の代表長さ（ｍ）を表し、円筒形の坩堝の場合は坩堝内半径に相当する。長方形断面の場合は２種類のＲが存在し、長辺及び短辺各々の長さの１／２である。辺の数が偶数の正多角形の場合は向かい合う辺の間の距離の１／２の長さをＲとし、辺の数が奇数の正多角形の場合は辺と頂点が向かい合うので、辺と頂点の間の距離の１／２の長さをＲとする。また、μは不純物含有材料の透磁率（Ｈ／ｍ）、σは不純物含有材料の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ωは印加される高周波の角周波数（ｒａｄ／ｓ）である。
前記フラックスの溶融状態の密度が、前記不純物含有材料の溶融状態の密度よりも小さく２０％以上離反し、且つ、該フラックスの溶融状態の電気伝導度が、該不純物含有材料の電気伝導度の５倍以上離反することを特徴とする、請求項１に記載の不純物含有材料の浄化方法。
誘導加熱を停止する前に、前記冷却坩堝の上端部入口を閉鎖し、該冷却坩堝からの固化したスラグの飛散を防止することを特徴とする、請求項１又は２に記載の不純物含有材料の浄化方法。
誘導加熱を停止する際に、出力低下を開始してから出力が零となるまでの時間を２０秒以内とすることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の不純物含有材料の浄化方法。
上端部入口と下端部出口がそれぞれ開放され、電気的絶縁機能を発現するスリットが上下方向に配置された冷却坩堝と、該冷却坩堝の胴部を取り囲む誘導加熱手段と、該冷却坩堝の上端部入口から坩堝内へ不純物含有材料又はフラックスを供給するための材料供給手段及びフラックス供給手段と、該不純物含有材料を溶融後固化した浄化材を該冷却坩堝の下端部出口から引き抜くための引抜き手段と、フラックスが溶融した後に固化したスラグを該冷却坩堝の上端部入口から取り出すためのスラグ除去手段とを備えることを特徴とする不純物含有材料の浄化装置。
さらに、前記冷却坩堝の上端部入口に開閉手段を備えることを特徴とする、請求項５に記載の不純物含有材料の浄化装置。
前記スラグ除去手段が、吸引ノズル、吸引ポンプ及び捕集フィルターを有する気流搬送手段であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の不純物含有材料の浄化装置。