JP2764194B2 - 高純度アルミニウムの製造方法 - Google Patents

高純度アルミニウムの製造方法

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JP2764194B2 JP4166153A JP16615392A JP2764194B2 JP 2764194 B2 JP2764194 B2 JP 2764194B2 JP 4166153 A JP4166153 A JP 4166153A JP 16615392 A JP16615392 A JP 16615392A JP 2764194 B2 JP2764194 B2 JP 2764194B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は高純度アルミニウムの
製造方法に関し、さらに詳しくいえば、回転冷却体を溶
融アルミニウム中に浸漬し、この回転冷却体を回転させ
ながらその内部に冷却流体を供給することにより、偏析
凝固の原理を利用して回転冷却体の周面に高純度のアル
ミニウムを晶出させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、こ
の種高純度アルミニウムの製造方法として、周面が平滑
となされた回転冷却体を、周速1.6〜8m/秒の範囲
内の速度となるように回転させる方法が知られている
(特公昭61−3385号公報参照)。すなわち、この
方法は、共晶系不純物を含むアルミニウムを溶融した
後、この溶融アルミニウムをるつぼ内に入れるとともに
常にその凝固温度を越えた温度に加熱保持しておき、こ
の加熱された溶融アルミニウム中に、上端から下方に向
かって徐々に細くなったテーパ状中空回転冷却体を浸漬
し、この冷却体内に冷却流体を供給しつつ上記速度で回
転させて凝固界面近傍に排出された不純物を分散混合さ
せることにより、液相中における凝固界面近傍の不純物
濃化層の厚さを薄くして上記不純物濃化層での液相中の
温度勾配を大きくしながら、冷却体の表面に高純度アル
ミニウムを晶出させることにより高純度アルミニウムを
製造するようになっている。
【0003】この方法では、回転冷却体の表面には、ま
ず平滑な凝固面を有する高純度の初晶アルミニウムが晶
出し、そのアルミニウム固相が成長することにより凝固
が進行する。上記において、液相中における凝固界面近
傍の不純物濃化層の厚さを薄くし、その結果上記温度勾
配を大きくして精製効率を向上するためには、冷却体と
溶融アルミニウムとの相対速度を大きくすること、すな
わち回転冷却体の周速を大きくすることが条件の1つで
ある。しかしながら、回転冷却体の周面は平滑に仕上げ
られていたので、冷却体の回転数を大きくすれば遠心力
が増大して冷却体の周面に最初に晶出した最も高純度の
アルミニウムが回転冷却体の周面から剥離するおそれが
ある。
【0004】そして、上記のような剥離が生じると次の
ような問題が起こる。すなわち、初晶アルミニウムが回
転冷却体の周面から剥離すると、これが再溶融しかつ溶
融アルミニウム全体の不純物濃度が均一になる前に回転
冷却体の周面に新たにアルミニウムが晶出する。すなわ
ち、元の溶融アルミニウムよりも純度の低い、換言すれ
ば不純物濃度の高い溶融アルミニウムからアルミニウム
が晶出することになり、新たに晶出したアルミニウム
は、最初に晶出したアルミニウムよりも純度が低くな
る。したがって、精製効率が低下して得られる精製塊の
純度が悪くなる。また、回転冷却体の周面から剥離した
固相アルミニウムが溶けるさいに溶融アルミニウムの温
度を下げるので、凝固速度が速くなり、精製効率が低下
して得られる精製塊の純度が悪くなる。また、上記の剥
離は生じたり生じなかったりするので、得られる精製塊
の純度を所望の純度にすることがむずかしい。さらに、
一定時間に付着凝固する量が少なくなるので、生産性が
低下する。したがって、上記従来方法において、回転冷
却体の周速が1.6〜8m/秒の範囲に限定されている
のであり、回転冷却体の回転時の周速の上限値が8m/
秒であるから、精製効率がいまだ十分ではなく、より高
純度のアルミニウムを得ることができないという問題が
ある。
【0005】この発明の目的は、上記問題を解決した高
純度アルミニウムの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明による高純度ア
ルミニウムの製造方法は、回転冷却体を溶融アルミニウ
ム中に浸漬し、この回転冷却体を、その周速が溶融アル
ミニウム中に浸漬されている部分の全域において8m/
秒を越えるように回転させながらその内部に冷却流体を
供給することにより、偏析凝固の原理を利用して回転冷
却体の周面に高純度アルミニウムを晶出させる方法であ
って、回転冷却体の周面に、全周にわたる環状溝を上下
に間隔をおいて複数形成しておき、環状溝の幅を0.1
〜0.5mm、同深さを1〜4mmとすることを特徴と
するものである。
【0007】上記において、回転冷却体の回転時の周速
、溶融アルミニウム中に浸漬されている部分の全域に
おいて8m/秒を越えたものにすると、従来の方法に比
べて、凝固界面近傍に形成される不純物濃化層の厚さが
薄くなり、この濃化層での温度勾配が大きくなるので、
精製効率が向上してより高純度のアルミニウムを得るこ
とができる。
【0008】また、上記において、周面に全周にわたる
環状溝の形成された回転冷却体を用いる理由は次の通り
である。すなわち、高純度アルミニウムの製造作業中
に、溶融アルミニウムが環状溝内に流入してここで凝固
し、環状溝内に初晶アルミニウムからなる凝固核が形成
され、この凝固核が成長して溝内を埋めた後、溝内の固
相に連なって回転冷却体の周面に高純度アルミニウムが
晶出するので、回転冷却体の周面に晶出した高純度アル
ミニウムの作業中の剥離が防止されるからである。とこ
ろが、環状溝の幅が0.1mm未満、深さがmm未満
であると上記効果は得られず、幅が0.5mmを越え、
深さがmmを越えると、晶出した高純度アルミニウム
を、作業終了後に掻き落とし等の方法で回収するのに支
障を来す。したがって、環状溝の幅を0.1〜0.5
m、同深さを1〜4mmの範囲内で選択すべきである。
また、環状溝の深さは1〜3mmの範囲内であることが
好ましい。
【0009】
【作用】回転冷却体の周速を、溶融アルミニウム中に浸
漬されている部分の全域において8m/秒を越えたもの
とすることにより、従来の方法に比べて、凝固界面近傍
に形成される不純物濃化層の厚さが薄くなり、この濃化
層での温度勾配が大きくなるので、精製効率が向上して
より高純度のアルミニウムを得ることができる。しか
も、回転冷却体の周面に、全周にわたる環状溝を上下に
間隔をおいて複数形成しておき、環状溝の幅を0.1〜
0.5mm、同深さを1〜4mmとしておくと、高純度
アルミニウムの凝固核となる初晶が速やかに形成される
とともに、この凝固核に連なって固相が形成されるの
で、回転冷却体の周速を、溶融アルミニウム中に浸漬さ
れている部分の全域において8m/秒を越えたものとし
ても、最初に晶出した高純度アルミニウムの剥離が確実
に防止される。さらに、環状溝の幅が0.1〜0.5m
m、同深さが1〜4mmであるので、作業終了後の高純
度アルミニウム塊の回収を、掻き落とし等の方法で簡単
に行うことができる。
【0010】
【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照して
説明する。
【0011】図1はこの発明の方法に使用する回転冷却
体を示す。
【0012】図1において、回転冷却体(1) は、黒鉛、
セラミックス等から形成されたものであって、上端から
下方に向かって徐々に細くなった中空のテーパ状となさ
れている。回転冷却体(1) の周面に、全周にわたる環状
溝(2) が上下に間隔をおいて複数形成されている。環状
溝(2) の幅は0.1〜0.5mm、同深さは1〜4
m、隣り合う環状溝(2) どうしの間隔は8〜16mmで
ある。
【0013】回転冷却体(1) は中空回転軸(3) の下端に
固定状に設けられており、回転軸(3) の中に配された冷
却流体供給管(図示略)から回転冷却体(1) の内部に冷
却流体が供給されるようになっている。
【0014】この回転冷却体(1)を、るつぼ(4)内
に入れられた溶融アルミニウム(5)中に浸漬する。る
つぼ(4)の内周面には、回転冷却体(1)と溶融アル
ミニウム(5)との相対速度を向上させるための邪魔板
(6)が複数設けられている。そして、回転冷却体
(1)を、その周速が溶融アルミニウム(5)中に浸漬
されている部分の全域において8m/秒を越えるように
回転させる。なお、溶融アルミニウム(5)も回転冷却
体(1)の回転方向に流れる。このとき、図2に示すよ
うに、環状溝(2)内の静止空気と流れる溶融アルミニ
ウム(5)との間に、流体力学の減圧効果が生じ、環状
溝(2)の中の空気が外部に引き出されるとともに、環
状溝(2)内に溶融アルミニウム(5)が流入する。環
状溝(2)内に流入した溶融アルミニウム(5)は、溝
(2)の底部から凝固を開始し、高純度の初晶からなる
凝固核(7)が形成される。凝固核(7)が形成される
さいには収縮し、凝固核(7)と環状溝(2)の周面と
の間に微細な隙間が生じるが、回転冷却体(1)の回転
時には凝固核(7)は、図3に示すように溝(2)の側
面に引っ掛かることになり、溝(2)からの脱落が防止
される。したがって、凝固核(7)の剥離が防止され
る。
【0015】さらに、回転冷却体(1) の回転を続ける
と、凝固核(7) が成長し、溝(2) 内を高純度アルミニウ
ム(8) で埋める。そして、図4に示すように、その外端
に連なって回転冷却体(1) の周面にも高純度アルミニウ
ム(8) が晶出する。したがって、溝(2) 内の高純度アル
ミニウム(8) の働きによって、溝(2) 外の高純度アルミ
ニウム(8) の剥離が防止される。
【0016】次に、この発明のさらに具体的実施例につ
いて説明する。
【0017】実施例1〜4 長さ150mm、最大径150mm、最小径80mm
で、外周面に種々の幅および深さの環状溝(2) を、10
mm間隔で15条形成した回転冷却体(1) を用意し、各
回転冷却体(1) を用いて次の操作を行なった。
【0018】すなわち、るつぼ(4) 内に、Si400p
pm、Fe500ppmを含む溶融アルミニウム(6) を
入れて660℃に加熱保持しておいた。ついで、回転冷
却体(1) を溶融アルミニウム(6) 中に浸漬し、その内部
に冷却流体を供給しながら回転数2000rpmで回転
させ、回転冷却体(1) の回転開始時から凝固核が形成さ
れるまでの時間を測定した。また、回転冷却体(1) の回
転を30分間続けた後停止させ、溶融アルミニウム(6)
から上昇させて回転冷却体(1) の周面に晶出した高純度
アルミニウム(8) を掻き落とし法により回収した。回収
した高純度アルミニウム(8) の重量は10kgであっ
た。そして、回収した高純度アルミニウム(8) 中のSi
濃度およびFe濃度を測定するとともに、その濃度を不
純物濃度で除した実効分配係数Ke(Si)およびKe
(Fe)を求めた。
【0019】これらの結果を表1に示す。
【0020】
【表1】 比較例1 外周面に環状溝が形成されていないことを除いては、上
記実施例で用いたのと同じ回転冷却体を使用し、上記実
施例と同様にして回転冷却体を溶融アルミニウム中で回
転させた。回転冷却体(1) の周面に晶出したアルミニウ
ムの重量は7kgであった。また、このアルミニウム中
のSi濃度は80ppm、Fe濃度は70ppmであ
り、この値を元の不純物濃度で除した実効分配係数は、
Ke(Si)=0.20、Ke(Fe)=0.14であ
った。
【0021】
【発明の効果】この発明の高純度アルミニウムの製造方
法によれば、上述のようにして、回転冷却体の周速を
溶融アルミニウム中に浸漬されている部分の全域におい
8m/秒を越えたものとすることにより、従来の方法
に比べて、凝固界面近傍に形成される不純物濃化層の厚
さが薄くなり、この濃化層での温度勾配が大きくなるの
で、精製効率が向上してより高純度のアルミニウムを得
ることができる。しかも、高純度アルミニウムの凝固核
となる初晶が速やかに形成されるとともに、この凝固核
に連なって固相が形成されるので、回転冷却体の周速
、溶融アルミニウム中に浸漬されている部分の全域に
おいて8m/秒を越えたものとしても、最初に晶出した
高純度アルミニウムの剥離が確実に防止される。したが
って、この剥離が生じることに起因する上述した種々の
問題の発生を防止でき、精製効率を向上させることがで
きるとともに、生産性が向上する。さらに、環状溝の幅
が0.1〜0.5mm、同深さが1〜4mmであるの
で、作業終了後の高純度アルミニウム塊の回収を、掻き
落とし等の方法で簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の方法の実施に用いる装置を示す垂直
断面図である。
【図2】回転冷却体周面の環状溝内に溶融アルミニウム
が流入する状態を示す部分拡大図である。
【図3】回転冷却体周面の環状溝内に形成された凝固核
の状態を示す部分拡大図である。
【図4】回転冷却体の周面に高純度アルミニウムが晶出
した状態を示す図である。
【符号の説明】
1 回転冷却体 2 環状溝 5 溶融アルミニウム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 一雄 堺市海山町6丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (72)発明者 前田 征 堺市海山町6丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (72)発明者 渡辺 修 堺市海山町6丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (72)発明者 長谷川 時正 堺市海山町6丁224番地 昭和アルミニ ウム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−280334(JP,A) 特開 昭61−166929(JP,A) 特開 平1−306529(JP,A) 特公 昭61−3385(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転冷却体を溶融アルミニウム中に浸漬
    し、この回転冷却体を、その周速が溶融アルミニウム中
    に浸漬されている部分の全域において8m/秒を越える
    ように回転させながらその内部に冷却流体を供給するこ
    とにより、偏析凝固の原理を利用して回転冷却体の周面
    に高純度アルミニウムを晶出させる方法であって、 回転冷却体の周面に、全周にわたる環状溝を上下に間隔
    をおいて複数形成しておき、環状溝の幅を0.1〜0.
    5mm、同深さを1〜4mmとすることを特徴とする高
    純度アルミニウムの製造方法。
JP4166153A 1992-06-24 1992-06-24 高純度アルミニウムの製造方法 Expired - Lifetime JP2764194B2 (ja)

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