JP2856972B2 - 溶融アルミニウム精練のための気体分散装置の改善 - Google Patents
溶融アルミニウム精練のための気体分散装置の改善Info
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- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D27/00—Stirring devices for molten material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
-
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22B21/06—Obtaining aluminium refining
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- C22B21/066—Treatment of circulating aluminium, e.g. by filtration
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- F27D3/14—Charging or discharging liquid or molten material
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融アルミニウムの精
練に関するものであり、特には溶融アルミニウム中への
気体の分散装置における断熱耐火材内張精練室並びにそ
こで使用される翼付き回転子に関するものである。
練に関するものであり、特には溶融アルミニウム中への
気体の分散装置における断熱耐火材内張精練室並びにそ
こで使用される翼付き回転子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】第１次金属、スクラップ及び再溶解イン
ゴットのような最も一般的な源から得られるものとして
の溶融アルミニウムは通常、インゴット、シート或いは
バーへと鋳造・加工される前に精練されねばならない。
これは、溶融形態のアルミニウムを通して窒素或いはア
ルゴンのような不活性ガスをバブリングすることにより
なしうる。幾つかの実際例では、ハロゲンガス、通常は
塩素ガスが更に添加されうるし、或いはハロゲンガスは
そうした精練目的で単独でも使用されうる。こうした型
式の処理は、溶解している水素、ナトリウムやリチウム
のようなアルカリ金属並びに酸化アルミニウムのような
小さな固体粒子を除去することができる。こうした処理
において添加された或る容積の気体の有効性は、溶融ア
ルミニウム中での気体のバブル、即ち気泡寸法を小さく
し、それにより気体−金属接触総表面積を増大すること
により増大されうる。気泡の有効性はまた、処理される
べき溶融アルミニウム全体を通して気泡を分散すること
によっても増大されうる。
ゴットのような最も一般的な源から得られるものとして
の溶融アルミニウムは通常、インゴット、シート或いは
バーへと鋳造・加工される前に精練されねばならない。
これは、溶融形態のアルミニウムを通して窒素或いはア
ルゴンのような不活性ガスをバブリングすることにより
なしうる。幾つかの実際例では、ハロゲンガス、通常は
塩素ガスが更に添加されうるし、或いはハロゲンガスは
そうした精練目的で単独でも使用されうる。こうした型
式の処理は、溶解している水素、ナトリウムやリチウム
のようなアルカリ金属並びに酸化アルミニウムのような
小さな固体粒子を除去することができる。こうした処理
において添加された或る容積の気体の有効性は、溶融ア
ルミニウム中での気体のバブル、即ち気泡寸法を小さく
し、それにより気体−金属接触総表面積を増大すること
により増大されうる。気泡の有効性はまた、処理される
べき溶融アルミニウム全体を通して気泡を分散すること
によっても増大されうる。
【０００３】小さな気泡を作りそして同時にそれら気泡
を溶湯全体を通して分散する非常に有効な方法の一つ
は、溶融アルミニウム中に位置付けられる回転ノズルの
使用である。この目的のため、保持容器から鋳造ステー
ションまで流れる金属のインライン（製造ライン組込み
式）精練のためのユニオン・カーバイド・インダストリ
アル・ガス・インコーポレーテッド社のＳＮＩＦ（商品
名）システムと呼ばれるシステムを含めて工業的システ
ムが実用化されている。米国特許第４，７８４，３７４
号は、このＳＮＩＦシステムの特定の具体例を例示す
る。
を溶湯全体を通して分散する非常に有効な方法の一つ
は、溶融アルミニウム中に位置付けられる回転ノズルの
使用である。この目的のため、保持容器から鋳造ステー
ションまで流れる金属のインライン（製造ライン組込み
式）精練のためのユニオン・カーバイド・インダストリ
アル・ガス・インコーポレーテッド社のＳＮＩＦ（商品
名）システムと呼ばれるシステムを含めて工業的システ
ムが実用化されている。米国特許第４，７８４，３７４
号は、このＳＮＩＦシステムの特定の具体例を例示す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】こうした回転ノズルシ
ステムの精練速度は、そこで使用されるプロセス気体、
即ちアルミニウム処理用の気体の流量を増加することに
より増大されうる。小さな気泡の所望通りの生成とこれ
ら気泡のシステムの精練帯域全体を通しての分散を継続
するにはノズル回転速度を増大することもまた通常必要
である。気体流量及びノズル回転速度のそうした増大
は、通常、溶融アルミニウム表面の流動（乱れ）の増大
を伴う。そのため、所定の精練システムの最大精練速度
は、そこで容認されうる最大表面流動或いは波立ちによ
り制限される。
ステムの精練速度は、そこで使用されるプロセス気体、
即ちアルミニウム処理用の気体の流量を増加することに
より増大されうる。小さな気泡の所望通りの生成とこれ
ら気泡のシステムの精練帯域全体を通しての分散を継続
するにはノズル回転速度を増大することもまた通常必要
である。気体流量及びノズル回転速度のそうした増大
は、通常、溶融アルミニウム表面の流動（乱れ）の増大
を伴う。そのため、所定の精練システムの最大精練速度
は、そこで容認されうる最大表面流動或いは波立ちによ
り制限される。
【０００５】過剰の表面流動は、幾つかの理由のために
精練設備においては所望されない。即ち、それにより創
成される金属表面積の増大は、存在する可能性のある何
らかの反応性気体との反応速度の増加につながる。例え
ば、大気からの酸素が反応して酸化アルミニウム被膜を
形成し、また大気からの水蒸気が溶湯中に水素を形成し
また酸化物被膜を形成する。更に、固体粒子が精練ガス
気泡により溶湯表面に連行された時、表面の激しい流動
はそれら粒子の気泡からの所望の分離並びに溶融アルミ
ニウム上に形成されている浮遊ドロス層中にそれらが吸
収されるのを妨害する。過剰の流動はまた浮遊ドロスを
溶融アルミニウム中に再分散せしめる。過剰の表面流動
の定量的作用は測定困難であるが、アルミニウム精練業
者は、経験から、高い表面流動が所望されざるものであ
りそしてそうした表面流動を実際的な工業的な操業にお
いて許容しうる水準に制限するべく努めている。
精練設備においては所望されない。即ち、それにより創
成される金属表面積の増大は、存在する可能性のある何
らかの反応性気体との反応速度の増加につながる。例え
ば、大気からの酸素が反応して酸化アルミニウム被膜を
形成し、また大気からの水蒸気が溶湯中に水素を形成し
また酸化物被膜を形成する。更に、固体粒子が精練ガス
気泡により溶湯表面に連行された時、表面の激しい流動
はそれら粒子の気泡からの所望の分離並びに溶融アルミ
ニウム上に形成されている浮遊ドロス層中にそれらが吸
収されるのを妨害する。過剰の流動はまた浮遊ドロスを
溶融アルミニウム中に再分散せしめる。過剰の表面流動
の定量的作用は測定困難であるが、アルミニウム精練業
者は、経験から、高い表面流動が所望されざるものであ
りそしてそうした表面流動を実際的な工業的な操業にお
いて許容しうる水準に制限するべく努めている。
【０００６】斯界では、回転ノズルシステムのアルミニ
ウム精練速度を増大することへの要望が存在する。従っ
て、こうした回転ノズルシステムにおいて現在遭遇して
いる過剰の表面流動を発生せしめることなく最大有用精
練速度を増大するように気体流量及びノズル回転速度を
増加することが所望される。
ウム精練速度を増大することへの要望が存在する。従っ
て、こうした回転ノズルシステムにおいて現在遭遇して
いる過剰の表面流動を発生せしめることなく最大有用精
練速度を増大するように気体流量及びノズル回転速度を
増加することが所望される。
【０００７】本発明の課題は、アルミニウム製造のため
の改善された精練システムを開発することである。
の改善された精練システムを開発することである。
【０００８】本発明のまた別の課題は、増大せる精練速
度で操業することのできる一つ以上の回転ノズルを使用
するアルミニウム精練システムを開発することである。
度で操業することのできる一つ以上の回転ノズルを使用
するアルミニウム精練システムを開発することである。
【０００９】本発明の更に別の課題は、一層高い気体流
量並びにノズル回転速度で操業することができ、しかも
対応する溶湯の表面流動の増大のない回転ノズルアルミ
ニウム精練システムを開発することである。
量並びにノズル回転速度で操業することができ、しかも
対応する溶湯の表面流動の増大のない回転ノズルアルミ
ニウム精練システムを開発することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶融アルミニ
ウムの回転流れを修正するように精練室の底面に邪魔板
手段を配置することにより過剰の表面流動を低減するこ
とに成功した。即ち、本発明は、アルミニウム精練操業
中溶融アルミニウム中に気体を分散するための回転ノズ
ル組立体を内部に配置するに適したアルミニウム精練用
断熱耐火材内張精練室において、前記回転ノズル組立体
をアルミニウム精練操業のために前記精練室内に配置す
るに際して、該精練室の底面にそして該底面を横切って
該回転子組立体の回転子部分の下側に位置決めされるよ
う配置された垂直耐火材邪魔板手段を含み、それにより
該邪魔板手段が精練操業のための前記精練室の使用にお
いて該精練室内での溶融アルミニウムの流れ模様を変
え、以って溶融アルミニウムの表面の過剰な流動なく一
層高い気体流量及び／或いはノズル回転速度を使用する
ことを可能ならしめ、それにより該精練室内での精練速
度の増大を実現することを可能とすることを特徴とする
アルミニウム精練用断熱耐火材内張精練室を提供する。
ウムの回転流れを修正するように精練室の底面に邪魔板
手段を配置することにより過剰の表面流動を低減するこ
とに成功した。即ち、本発明は、アルミニウム精練操業
中溶融アルミニウム中に気体を分散するための回転ノズ
ル組立体を内部に配置するに適したアルミニウム精練用
断熱耐火材内張精練室において、前記回転ノズル組立体
をアルミニウム精練操業のために前記精練室内に配置す
るに際して、該精練室の底面にそして該底面を横切って
該回転子組立体の回転子部分の下側に位置決めされるよ
う配置された垂直耐火材邪魔板手段を含み、それにより
該邪魔板手段が精練操業のための前記精練室の使用にお
いて該精練室内での溶融アルミニウムの流れ模様を変
え、以って溶融アルミニウムの表面の過剰な流動なく一
層高い気体流量及び／或いはノズル回転速度を使用する
ことを可能ならしめ、それにより該精練室内での精練速
度の増大を実現することを可能とすることを特徴とする
アルミニウム精練用断熱耐火材内張精練室を提供する。
【００１１】本発明は更に、回転ノズル組立体の設計を
改善することにより一層一様な溶融アルミニウムの流動
状態を実現する。即ち、本発明は、アルミニウム精練操
業中精練室内に存在する溶融アルミニウム中への散布用
気体の噴射に適する回転ノズル組立体に組込まれる翼付
き回転子であって、周囲に沿って翼とスロットとを交互
に含み、該スロットが隣り合う両側の翼間に翼下方部分
において該翼と同一の外周を形成するように連結される
上向き流れ制限部分を有し、該上向き流れ制限部分がア
ルミニウム精練操業のために回転子の使用に際して溶融
アルミニウムの通入のために該上向き流れ制限部分の内
端において開口を含んでおり、それにより前記回転子上
向き流れ制限部分と前記開口とが、前記精練室の底面に
前記回転ノズル組立体の下側で前記精練室を横切って設
けられる垂直邪魔板手段と協働して、該精練室内での溶
融アルミニウムの上向き流れを抑制し、精練されている
溶融アルミニウムの表面の過剰な流動なく一層高い気体
流量及び／或いはノズル回転速度を使用することを可能
ならしめることを特徴とする翼付き回転子を提供する。
改善することにより一層一様な溶融アルミニウムの流動
状態を実現する。即ち、本発明は、アルミニウム精練操
業中精練室内に存在する溶融アルミニウム中への散布用
気体の噴射に適する回転ノズル組立体に組込まれる翼付
き回転子であって、周囲に沿って翼とスロットとを交互
に含み、該スロットが隣り合う両側の翼間に翼下方部分
において該翼と同一の外周を形成するように連結される
上向き流れ制限部分を有し、該上向き流れ制限部分がア
ルミニウム精練操業のために回転子の使用に際して溶融
アルミニウムの通入のために該上向き流れ制限部分の内
端において開口を含んでおり、それにより前記回転子上
向き流れ制限部分と前記開口とが、前記精練室の底面に
前記回転ノズル組立体の下側で前記精練室を横切って設
けられる垂直邪魔板手段と協働して、該精練室内での溶
融アルミニウムの上向き流れを抑制し、精練されている
溶融アルミニウムの表面の過剰な流動なく一層高い気体
流量及び／或いはノズル回転速度を使用することを可能
ならしめることを特徴とする翼付き回転子を提供する。
【００１２】更には、回転ノズル組立体は、固定子のボ
ス部分と回転子の対応する凹所部分とを含み、該ボス部
分の外径と該凹所部分の内径との間に小さな半径方向ギ
ャップを提供し、回転子への実質上一様な気体の流れを
可能ならしめるような圧力降下を与えるようにすること
が好ましい。
ス部分と回転子の対応する凹所部分とを含み、該ボス部
分の外径と該凹所部分の内径との間に小さな半径方向ギ
ャップを提供し、回転子への実質上一様な気体の流れを
可能ならしめるような圧力降下を与えるようにすること
が好ましい。
【００１３】
【作用】回転ノズル型のアルミニウム精練システムの最
大有用精練能力、即ち精練速度は精練室の底部を横切っ
て且つ回転ノズル装置の回転子の中央の下側に垂直邪魔
板或いはリブを組み込むことにより増大されうる。精練
室内への邪魔板手段の組込みは、精練室内での溶融アル
ミニウムの流れ模様を変更して、溶融アルミニウムの過
剰の表面流動と遭遇することなく、従来より高い気体流
量及び／或いはノズル回転速度が使用されることを可能
ならしめ、アルミニウム精練速度の増大を実現する。邪
魔板手段は、回転子中への溶融アルミニウムの所望のス
ムーズな上昇流れを妨げることになる精練室底部に沿っ
ての回転流れを減じそして回転子への下向き及び上向き
溶融アルミニウムの適正な且つ安定したバランスを実現
するものと考えられる。更に、能力の増強は、回転ノズ
ルの回転子−固定子のユニークな設計の使用によっても
実現される。
大有用精練能力、即ち精練速度は精練室の底部を横切っ
て且つ回転ノズル装置の回転子の中央の下側に垂直邪魔
板或いはリブを組み込むことにより増大されうる。精練
室内への邪魔板手段の組込みは、精練室内での溶融アル
ミニウムの流れ模様を変更して、溶融アルミニウムの過
剰の表面流動と遭遇することなく、従来より高い気体流
量及び／或いはノズル回転速度が使用されることを可能
ならしめ、アルミニウム精練速度の増大を実現する。邪
魔板手段は、回転子中への溶融アルミニウムの所望のス
ムーズな上昇流れを妨げることになる精練室底部に沿っ
ての回転流れを減じそして回転子への下向き及び上向き
溶融アルミニウムの適正な且つ安定したバランスを実現
するものと考えられる。更に、能力の増強は、回転ノズ
ルの回転子−固定子のユニークな設計の使用によっても
実現される。
【００１４】
【実施例】本発明の目的のために、回転ノズルとは、突
出する翼を具備する円筒状回転子と翼間の空間に処理気
体を導入するための何らかの手段とを備えるものとして
理解されよう。先に挙げたＳＮＩＦシステムにおいて使
用される回転子が図１及び２に示され、ここでは回転子
は番号１により示されそしてその回転のための駆動手段
（図示なし）を有する軸２に装着されている。回転子１
は、その本体から周囲に沿って離間した形態で突出する
所望の翼３を備えるものとして例示されている。個々の
翼３間に存在するスロットは番号４により表されてい
る。この翼付き回転子１は、図２において、回転子の上
方に軸２を取り巻いて位置付けられる固定子５と共に示
される。軸２と固定子５との間の環状空間を下方に通さ
れる処理気体は、回転子１内に回転子１の上面と固定子
５の下面との間の間隙６から流入する。
出する翼を具備する円筒状回転子と翼間の空間に処理気
体を導入するための何らかの手段とを備えるものとして
理解されよう。先に挙げたＳＮＩＦシステムにおいて使
用される回転子が図１及び２に示され、ここでは回転子
は番号１により示されそしてその回転のための駆動手段
（図示なし）を有する軸２に装着されている。回転子１
は、その本体から周囲に沿って離間した形態で突出する
所望の翼３を備えるものとして例示されている。個々の
翼３間に存在するスロットは番号４により表されてい
る。この翼付き回転子１は、図２において、回転子の上
方に軸２を取り巻いて位置付けられる固定子５と共に示
される。軸２と固定子５との間の環状空間を下方に通さ
れる処理気体は、回転子１内に回転子１の上面と固定子
５の下面との間の間隙６から流入する。
【００１５】図３及び４に示される具体例では、回転ノ
ズルは、固定子を伴うことなく回転子から構成される。
この具体例では、回転子７は、軸８に装着されそしてそ
の周囲に間隔を置いて形成された翼９を含み、スロット
１０が隣り合う翼９間に存在している。軸８は、そこを
貫通する通路孔１１を有して処理気体を回転子７間で下
方に送ることができるようになっている。気体を翼間の
空間即ちスロット１０に導入するために、回転子７は軸
８の通路孔１１から翼９間のスロット１０間まで外方に
伸びる気体出口孔１２を備えている。
ズルは、固定子を伴うことなく回転子から構成される。
この具体例では、回転子７は、軸８に装着されそしてそ
の周囲に間隔を置いて形成された翼９を含み、スロット
１０が隣り合う翼９間に存在している。軸８は、そこを
貫通する通路孔１１を有して処理気体を回転子７間で下
方に送ることができるようになっている。気体を翼間の
空間即ちスロット１０に導入するために、回転子７は軸
８の通路孔１１から翼９間のスロット１０間まで外方に
伸びる気体出口孔１２を備えている。
【００１６】代表的な回転ノズル型式のインライン（製
造ライン組込み式）精練設備が図５に例示され、ここで
は図１及び２に示したような回転子−固定子組立体が例
示目的で採用されている。この設備においては、断熱さ
れた耐火材内張り精練室１３が断熱カバー１４を備えま
た溶融アルミニウム入口１５と精練済み溶融アルミニウ
ム出口１６を対向側に備えるものとして示される。操業
中、溶融アルミニウムは所望の操業水準１７に維持さ
れ、そして回転ノズル１８は固定子１９とそれにより包
囲される軸２０が断熱カバー１４を貫通して上方に伸延
するようにして溶融アルミニウム中に操業水準１７より
下方に位置付けられている。回転子２１は固定子１９の
下側に配置され、以って両者間の間隙２２に存在する気
泡の寸法を減じそして気泡をアルミニウム精練操業中精
練室１３内に存在する溶融アルミニウム２３全体に分散
せしめる。
造ライン組込み式）精練設備が図５に例示され、ここで
は図１及び２に示したような回転子−固定子組立体が例
示目的で採用されている。この設備においては、断熱さ
れた耐火材内張り精練室１３が断熱カバー１４を備えま
た溶融アルミニウム入口１５と精練済み溶融アルミニウ
ム出口１６を対向側に備えるものとして示される。操業
中、溶融アルミニウムは所望の操業水準１７に維持さ
れ、そして回転ノズル１８は固定子１９とそれにより包
囲される軸２０が断熱カバー１４を貫通して上方に伸延
するようにして溶融アルミニウム中に操業水準１７より
下方に位置付けられている。回転子２１は固定子１９の
下側に配置され、以って両者間の間隙２２に存在する気
泡の寸法を減じそして気泡をアルミニウム精練操業中精
練室１３内に存在する溶融アルミニウム２３全体に分散
せしめる。
【００１７】溶融アルミニウムは、連続的に入口１５を
通して精練室１３に流入しそして回転ノズル１８の作用
により連続的に精練される。回転ノズル１８は、溶融ア
ルミニウム２３を混合しそして回転ノズルを通して導入
された気体を小さな気泡の形で分散せしめそして溶融ア
ルミニウム全体を通して小さな気泡を分布せしめる。精
練された溶融アルミニウムは、精練室１３から出口１６
を通して連続的に流出される。溶融アルミニウムからの
固体粒子及びアルカリ金属の抽出から生じるドロスは、
溶融アルミニウムの表面に浮上しそしてそこからすくい
取られる或いはかきとられる。処理気体の気泡により溶
融アルミニウムから除去された水素は、溶融アルミニウ
ム操業水準１７上方の気体空間に流入しそして使用済み
処理気体と共に精練室１３から取り出される。
通して精練室１３に流入しそして回転ノズル１８の作用
により連続的に精練される。回転ノズル１８は、溶融ア
ルミニウム２３を混合しそして回転ノズルを通して導入
された気体を小さな気泡の形で分散せしめそして溶融ア
ルミニウム全体を通して小さな気泡を分布せしめる。精
練された溶融アルミニウムは、精練室１３から出口１６
を通して連続的に流出される。溶融アルミニウムからの
固体粒子及びアルカリ金属の抽出から生じるドロスは、
溶融アルミニウムの表面に浮上しそしてそこからすくい
取られる或いはかきとられる。処理気体の気泡により溶
融アルミニウムから除去された水素は、溶融アルミニウ
ム操業水準１７上方の気体空間に流入しそして使用済み
処理気体と共に精練室１３から取り出される。
【００１８】本発明の実施において、回転ノズル式アル
ミニウム精練設備の最大有用精練能力を増大するため
に、垂直邪魔板手段２５が、精練室１３の内部の底面を
横切って回転子２１の下側に位置付けられる。図６に示
されるように、邪魔板手段２５は有益には回転子２１の
中央下に位置付けられる。邪魔板手段２５は、その所期
の目的には、充分の強度を有するように充分厚い耐火材
の簡単な矩形状断面のシートで良い。実際的な操業設備
において邪魔板２５に対する便宜な形状が図７に示さ
れ、この場合おおよそ三角形状の断面が、精練後の清掃
作業中の機械的な損傷に耐えるに充分強くまた邪魔板手
段が図５に示したような垂直に伸びる壁を有した場合よ
りも精練室の底部の清掃を容易ならしめる傾斜表面を提
供する。
ミニウム精練設備の最大有用精練能力を増大するため
に、垂直邪魔板手段２５が、精練室１３の内部の底面を
横切って回転子２１の下側に位置付けられる。図６に示
されるように、邪魔板手段２５は有益には回転子２１の
中央下に位置付けられる。邪魔板手段２５は、その所期
の目的には、充分の強度を有するように充分厚い耐火材
の簡単な矩形状断面のシートで良い。実際的な操業設備
において邪魔板２５に対する便宜な形状が図７に示さ
れ、この場合おおよそ三角形状の断面が、精練後の清掃
作業中の機械的な損傷に耐えるに充分強くまた邪魔板手
段が図５に示したような垂直に伸びる壁を有した場合よ
りも精練室の底部の清掃を容易ならしめる傾斜表面を提
供する。
【００１９】図８の具体例において、邪魔板手段２５
は、中央部近傍で回転子２１の下側で一定の高さの区画
２６を有しそして両端部で精練室１３の側壁の方向に上
方に伸びる隆起した端区画２７及び２８を有するものと
して示されている。この次第に高くなる邪魔板高さは精
練の有効性のわずかの増加を提供することが見出された
が、これは本発明の必須の特徴ではない。
は、中央部近傍で回転子２１の下側で一定の高さの区画
２６を有しそして両端部で精練室１３の側壁の方向に上
方に伸びる隆起した端区画２７及び２８を有するものと
して示されている。この次第に高くなる邪魔板高さは精
練の有効性のわずかの増加を提供することが見出された
が、これは本発明の必須の特徴ではない。
【００２０】アルミニウム精練において使用される回転
ノズルは通常、図６に示したように直方体形の精練室の
中央部に配置される。しかし、回転ノズルは、その構成
或いはそこへの接近の便宜上といった何らかの理由のた
めに便宜であるなら、精練室の中央から外れて位置決め
することができることを銘記すべきである。いずれにせ
よ、本発明の邪魔板手段は好ましくは回転ノズルの回転
子要素の中央部下側に位置付けられる。精練室がほぼ垂
直の側壁を有して矩形状断面であるなら、邪魔板手段は
図６の具体例におけるように短い側辺に平行に配置しう
るし或いは長い側辺に平行にも配置しうる。しかし、一
般に、短い側辺に平行に配置されるとき最も有効であ
る。精練室１３はまた、室の清掃或いは空にあける作業
を容易ならしめるために、図９の壁２９のような傾斜壁
を精練室の一端において或いはその一側において有する
場合がある。そうした具体例では、邪魔板手段２５は好
ましくは傾斜壁２９の基部に平行に位置づけられる。
ノズルは通常、図６に示したように直方体形の精練室の
中央部に配置される。しかし、回転ノズルは、その構成
或いはそこへの接近の便宜上といった何らかの理由のた
めに便宜であるなら、精練室の中央から外れて位置決め
することができることを銘記すべきである。いずれにせ
よ、本発明の邪魔板手段は好ましくは回転ノズルの回転
子要素の中央部下側に位置付けられる。精練室がほぼ垂
直の側壁を有して矩形状断面であるなら、邪魔板手段は
図６の具体例におけるように短い側辺に平行に配置しう
るし或いは長い側辺に平行にも配置しうる。しかし、一
般に、短い側辺に平行に配置されるとき最も有効であ
る。精練室１３はまた、室の清掃或いは空にあける作業
を容易ならしめるために、図９の壁２９のような傾斜壁
を精練室の一端において或いはその一側において有する
場合がある。そうした具体例では、邪魔板手段２５は好
ましくは傾斜壁２９の基部に平行に位置づけられる。
【００２１】本発明の邪魔板手段の有用高さは特定の精
練用途に関係する操業状況、例えば精練室の寸法やそこ
で使用される回転ノズルの寸法に依存することが理解さ
れよう。現在使用されている代表的な精練設備は、約７
〜１０インチ（１７．８〜２５．４ｃｍ）直径及び約２
−１／２〜４インチ（６．４〜１０．２ｃｍ）高さ寸法
範囲の回転ノズルを有する。代表的な精練室は、約２０
〜３０インチ（５１〜７６ｃｍ）巾、約３０〜４０イン
チ（７６〜１０２ｃｍ）長さ及び２５〜３５インチ（６
４〜８９ｃｍ）溶湯深さである。こうした寸法の設備に
対しては、本発明の邪魔板手段の高さは約２〜８インチ
（５．１〜２０．３ｃｍ）乃至それ以上であり、好まし
くは邪魔板高さは約３〜５インチ（７．６〜１２．７ｃ
ｍ）である。
練用途に関係する操業状況、例えば精練室の寸法やそこ
で使用される回転ノズルの寸法に依存することが理解さ
れよう。現在使用されている代表的な精練設備は、約７
〜１０インチ（１７．８〜２５．４ｃｍ）直径及び約２
−１／２〜４インチ（６．４〜１０．２ｃｍ）高さ寸法
範囲の回転ノズルを有する。代表的な精練室は、約２０
〜３０インチ（５１〜７６ｃｍ）巾、約３０〜４０イン
チ（７６〜１０２ｃｍ）長さ及び２５〜３５インチ（６
４〜８９ｃｍ）溶湯深さである。こうした寸法の設備に
対しては、本発明の邪魔板手段の高さは約２〜８インチ
（５．１〜２０．３ｃｍ）乃至それ以上であり、好まし
くは邪魔板高さは約３〜５インチ（７．６〜１２．７ｃ
ｍ）である。
【００２２】本発明の邪魔板手段の上端と回転ノズル回
転子の下端との間の距離は、数分の１インチ、例えば約
１／２インチ（１．２７ｃｍ）のオーダーから４インチ
（１０．２ｃｍ）乃至それ以上もの範囲をとりうる。非
常に小さな間隙例えば１／２インチ（１．２７ｃｍ）で
比較的清浄な溶融アルミニウムにおいて良好に働く。し
かし、実際上、上流から発生する耐火材の小さな硬質の
片が溶融アルミニウム中に不慮に存在することがある。
そうした耐火材片は邪魔板と回転子との間に捕捉され、
代表的にグラファイト製である回転子或いはその軸の破
損をもたらす恐れがある。従って、実際的な操業の観点
からは、邪魔板手段の上端と回転ノズル回転子の下端と
の間に約２〜３インチ（５．０８〜７．６２ｃｍ）の範
囲の間隙を採用することが一般に所望される。例えば約
４インチ（１０．１６ｃｍ）高さの邪魔板上方約２イン
チ（５．０８ｃｍ）の間隙がアルミニウムの精練のため
のＳＮＩＦシステムを操業するに際して一般に見出され
る大半の種類及び寸法の耐火材片からの損傷の可能性を
回避しよう。
転子の下端との間の距離は、数分の１インチ、例えば約
１／２インチ（１．２７ｃｍ）のオーダーから４インチ
（１０．２ｃｍ）乃至それ以上もの範囲をとりうる。非
常に小さな間隙例えば１／２インチ（１．２７ｃｍ）で
比較的清浄な溶融アルミニウムにおいて良好に働く。し
かし、実際上、上流から発生する耐火材の小さな硬質の
片が溶融アルミニウム中に不慮に存在することがある。
そうした耐火材片は邪魔板と回転子との間に捕捉され、
代表的にグラファイト製である回転子或いはその軸の破
損をもたらす恐れがある。従って、実際的な操業の観点
からは、邪魔板手段の上端と回転ノズル回転子の下端と
の間に約２〜３インチ（５．０８〜７．６２ｃｍ）の範
囲の間隙を採用することが一般に所望される。例えば約
４インチ（１０．１６ｃｍ）高さの邪魔板上方約２イン
チ（５．０８ｃｍ）の間隙がアルミニウムの精練のため
のＳＮＩＦシステムを操業するに際して一般に見出され
る大半の種類及び寸法の耐火材片からの損傷の可能性を
回避しよう。
【００２３】代表的な水モデル試験に基づいての本発明
の実施態様を次の例で例示する。こうした目的のため
に、フルサイズ・モデルの精練室及び回転ノズルを使用
した。水を評価されるべきアルミニウム流量に均等な容
積流量でモデルを通して循環せしめた。酸素を別の室で
水を通して空気は発泡することにより水に溶解せしめそ
して流入水及び流出水の溶解酸素含有量を測定した。流
入水は一般に約７ｐｐｍの溶解酸素を含有した。回転ノ
ズルを処理気体として窒素を使用して作動せしめた。か
くして、この水モデル・シミュレーションにおけるノズ
ルの作動は、実際のアルミニウム精練操業において水素
を溶融アルミニウムから取り除くのに対応する態様で水
から酸素を取り除くよう作用した。システム性能は、様
々の液体流量、ノズル作動パラメータ、即ち気体流量、
回転速度及び設計並びに全体的な精練設備設計において
の酸素除去率の測定から評価した。
の実施態様を次の例で例示する。こうした目的のため
に、フルサイズ・モデルの精練室及び回転ノズルを使用
した。水を評価されるべきアルミニウム流量に均等な容
積流量でモデルを通して循環せしめた。酸素を別の室で
水を通して空気は発泡することにより水に溶解せしめそ
して流入水及び流出水の溶解酸素含有量を測定した。流
入水は一般に約７ｐｐｍの溶解酸素を含有した。回転ノ
ズルを処理気体として窒素を使用して作動せしめた。か
くして、この水モデル・シミュレーションにおけるノズ
ルの作動は、実際のアルミニウム精練操業において水素
を溶融アルミニウムから取り除くのに対応する態様で水
から酸素を取り除くよう作用した。システム性能は、様
々の液体流量、ノズル作動パラメータ、即ち気体流量、
回転速度及び設計並びに全体的な精練設備設計において
の酸素除去率の測定から評価した。
【００２４】アルミニウム精練設備での処理気体は実際
の操業においては約７００℃の温度に加熱されているか
ら、処理気体は周囲温度でのその本来の容積の約３倍ま
で膨張している。水モデル試験において使用された気体
の容積を実際に操業されている精練下のアルミニウム中
での容積と対応させるために、水モデルにおける気体流
量をシミュレーションしようとする気体流量の３倍に設
定した。以下の例に関しては、気体流量への言及は実際
に使用される気体容積の３倍ではなくシミュレーション
されている気体流量を指すものである。
の操業においては約７００℃の温度に加熱されているか
ら、処理気体は周囲温度でのその本来の容積の約３倍ま
で膨張している。水モデル試験において使用された気体
の容積を実際に操業されている精練下のアルミニウム中
での容積と対応させるために、水モデルにおける気体流
量をシミュレーションしようとする気体流量の３倍に設
定した。以下の例に関しては、気体流量への言及は実際
に使用される気体容積の３倍ではなくシミュレーション
されている気体流量を指すものである。
【００２５】（例１）モデルは図９及び１０に示される
精練設備から構成した。図１０に示されるように、この
モデルは２ノズル−システムを模擬するものであり、こ
こでは精練室３０は操業スペースを２つの別々の精練用
区画室に分離する役目をなす隔壁３１を有し、溶融アル
ミニウムは入口３３を通して第１区画室３２に通りそし
て精練済の溶融アルミニウムは第２区画室３５から出口
３４を通して放出される。隔壁３１における導通穴３６
が、溶融アルミニウムが第１区画室３２から第３区画室
３５へと通ることを可能ならしめる。第１回転ノズル組
立体３７が区画室３２内に配置されそして第２回転ノズ
ル組立体３８が区画室３５内に配置される。
精練設備から構成した。図１０に示されるように、この
モデルは２ノズル−システムを模擬するものであり、こ
こでは精練室３０は操業スペースを２つの別々の精練用
区画室に分離する役目をなす隔壁３１を有し、溶融アル
ミニウムは入口３３を通して第１区画室３２に通りそし
て精練済の溶融アルミニウムは第２区画室３５から出口
３４を通して放出される。隔壁３１における導通穴３６
が、溶融アルミニウムが第１区画室３２から第３区画室
３５へと通ることを可能ならしめる。第１回転ノズル組
立体３７が区画室３２内に配置されそして第２回転ノズ
ル組立体３８が区画室３５内に配置される。
【００２６】各区画室は底面において２４インチ（６１
ｃｍ）巾×３０インチ（７６ｃｍ）寸法であった。各区
画室の前壁２９は空にあける作業及び清掃作業を容易に
するために２０度の角度で傾斜された。操業中の液体深
さはほぼ３０インチ（７６ｃｍ）であった。ノズル３７
及び３８は、巾方向において中心に置かれた。各ノズル
をモデルの前方からの接近しやすくするために後壁から
約１２インチ（３０．５ｃｍ）に位置づけた。各区画室
で使用した固定子及び回転子は、図１及び２に示した型
式のものであり、回転子の外径は７−１／２インチ（１
９．１ｃｍ）そして回転子高さは２−７／１６インチ
（６．２ｃｍ）であった。回転子には８つの翼を形成
し、各々１−１／４インチ（３．２ｃｍ）長さ及び１イ
ンチ（２．５４ｃｍ）であった。回転子の下端は各区画
室において精練室底面から４−１／２インチ（１１．４
ｃｍ）上方にあった。こうした設備をアルミニウム鋳造
工場で操業する時、最大精練速度は通常、ノズル当り４
−１／２ＣＦＭ（０．１２６ｃｍ3 ／分）のアルゴン量
に設定され、そしてノズルの回転速度は約５００ＲＰＭ
である。これら条件下で、溶湯表面は大半の実際的な工
業的操業においては許容できないほどに乱れて流動す
る。はるかに円滑でそしてはるかにもっと望ましい表面
状態はわずか３ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／分）のアル
ゴン流量と４５０ＲＰＭのノズル回転速度において操業
するときしか得られない。これら条件は、水モデル試験
において測定したとして上に示したもっと高い最大気体
流量及びノズル速度に対する精練速度の７５％までにも
減少するけれども、通常の実施においてしばしば使用さ
れている。これら２種の操業条件を模擬する水モデル試
験において、生じた表面流動状態は実際の精練設備操業
において遭遇する観察流動状態とかなり良くマッチする
ことが見出された。
ｃｍ）巾×３０インチ（７６ｃｍ）寸法であった。各区
画室の前壁２９は空にあける作業及び清掃作業を容易に
するために２０度の角度で傾斜された。操業中の液体深
さはほぼ３０インチ（７６ｃｍ）であった。ノズル３７
及び３８は、巾方向において中心に置かれた。各ノズル
をモデルの前方からの接近しやすくするために後壁から
約１２インチ（３０．５ｃｍ）に位置づけた。各区画室
で使用した固定子及び回転子は、図１及び２に示した型
式のものであり、回転子の外径は７−１／２インチ（１
９．１ｃｍ）そして回転子高さは２−７／１６インチ
（６．２ｃｍ）であった。回転子には８つの翼を形成
し、各々１−１／４インチ（３．２ｃｍ）長さ及び１イ
ンチ（２．５４ｃｍ）であった。回転子の下端は各区画
室において精練室底面から４−１／２インチ（１１．４
ｃｍ）上方にあった。こうした設備をアルミニウム鋳造
工場で操業する時、最大精練速度は通常、ノズル当り４
−１／２ＣＦＭ（０．１２６ｃｍ3 ／分）のアルゴン量
に設定され、そしてノズルの回転速度は約５００ＲＰＭ
である。これら条件下で、溶湯表面は大半の実際的な工
業的操業においては許容できないほどに乱れて流動す
る。はるかに円滑でそしてはるかにもっと望ましい表面
状態はわずか３ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／分）のアル
ゴン流量と４５０ＲＰＭのノズル回転速度において操業
するときしか得られない。これら条件は、水モデル試験
において測定したとして上に示したもっと高い最大気体
流量及びノズル速度に対する精練速度の７５％までにも
減少するけれども、通常の実施においてしばしば使用さ
れている。これら２種の操業条件を模擬する水モデル試
験において、生じた表面流動状態は実際の精練設備操業
において遭遇する観察流動状態とかなり良くマッチする
ことが見出された。
【００２７】本発明に従い、３−１／２インチ（８．９
ｃｍ）高さ×３／４インチ（１．９ｃｍ）厚さの邪魔板
３９をノズル３７及び３８の回転子の中央下に精練室３
０の傾斜前壁及び後壁に平行に設置した。こうして改良
した設備を６１０ＲＰＭそして５ＣＦＭ（０．１４ｍ3
／分）の模擬気体流量で操業したとき、表面は許容限を
超えた流動がなく良好であり、これは邪魔板を使用しな
い場合の５００ＲＰＭ及び４−１／２ＣＦＭ（０．１２
６ｃｍ3 ／分）での状態に匹敵し、しかも精練速度は５
０％以上も有益に増大した。この改良設備を４５０ＲＰ
Ｍ及び３ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／分）の模擬速度で
操業したときは、液体表面は同条件で邪魔板なしに操業
した場合と同じ良好な静かな状態であり、しかも精練速
度は約３５％増大した。
ｃｍ）高さ×３／４インチ（１．９ｃｍ）厚さの邪魔板
３９をノズル３７及び３８の回転子の中央下に精練室３
０の傾斜前壁及び後壁に平行に設置した。こうして改良
した設備を６１０ＲＰＭそして５ＣＦＭ（０．１４ｍ3
／分）の模擬気体流量で操業したとき、表面は許容限を
超えた流動がなく良好であり、これは邪魔板を使用しな
い場合の５００ＲＰＭ及び４−１／２ＣＦＭ（０．１２
６ｃｍ3 ／分）での状態に匹敵し、しかも精練速度は５
０％以上も有益に増大した。この改良設備を４５０ＲＰ
Ｍ及び３ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／分）の模擬速度で
操業したときは、液体表面は同条件で邪魔板なしに操業
した場合と同じ良好な静かな状態であり、しかも精練速
度は約３５％増大した。
【００２８】（例２）図３及び４に示した型式の回転子
を垂直壁で囲まれた２４インチ（６１ｃｍ）×３０イン
チ（７６ｃｍ）寸法の矩形断面の精練室の中央に設置し
た。操業中の液体深さを約３０インチ（７６ｃｍ）に維
持した。回転子７は、１０インチ（２５．４ｃｍ）直径
×４インチ（１０．２ｃｍ）高さであり、約１−１／４
インチ（３．２ｃｍ）長さの８つの翼を有した。処理気
体を回転子における翼９間のスロット１０に放出のため
通路孔１２を通して噴射した。比較的静かな表面状態に
対する最大操業条件は、３ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／
分）の模擬気体流量と２００ＲＰＭ回転子速度において
であった。そうした条件の下でも、大きな気泡の所望さ
れざる存在により、液体表面からの所望されざる上方へ
の噴出しが時折起こった。
を垂直壁で囲まれた２４インチ（６１ｃｍ）×３０イン
チ（７６ｃｍ）寸法の矩形断面の精練室の中央に設置し
た。操業中の液体深さを約３０インチ（７６ｃｍ）に維
持した。回転子７は、１０インチ（２５．４ｃｍ）直径
×４インチ（１０．２ｃｍ）高さであり、約１−１／４
インチ（３．２ｃｍ）長さの８つの翼を有した。処理気
体を回転子における翼９間のスロット１０に放出のため
通路孔１２を通して噴射した。比較的静かな表面状態に
対する最大操業条件は、３ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／
分）の模擬気体流量と２００ＲＰＭ回転子速度において
であった。そうした条件の下でも、大きな気泡の所望さ
れざる存在により、液体表面からの所望されざる上方へ
の噴出しが時折起こった。
【００２９】その後、ノズルを５インチ（１２．７ｃ
ｍ）の底部間隔を与えるように２インチ（５．１ｃｍ）
上昇せしめた。そして、本発明の３−１／２インチ
（８．９ｃｍ）高さ×３／４インチ（１．９ｃｍ）厚さ
の邪魔板を回転子の下側に室の短辺に平行に置いた。こ
の具体例では、ノズルを５ＣＦＭ（０．１４ｃｍ3 ／
分）の模擬気体流量と２５０ＲＰＭ回転子速度において
操業しても、液体表面は従来態様でのもっと低い最大操
業条件で得られたのと同程度に静かであった。事実、上
で言及した所望されざる上方噴出が存在しない点で本発
明の実施における表面状態は従来態様より一層良好であ
った。更には、精練速度は本発明の実施において７０％
も増加した。
ｍ）の底部間隔を与えるように２インチ（５．１ｃｍ）
上昇せしめた。そして、本発明の３−１／２インチ
（８．９ｃｍ）高さ×３／４インチ（１．９ｃｍ）厚さ
の邪魔板を回転子の下側に室の短辺に平行に置いた。こ
の具体例では、ノズルを５ＣＦＭ（０．１４ｃｍ3 ／
分）の模擬気体流量と２５０ＲＰＭ回転子速度において
操業しても、液体表面は従来態様でのもっと低い最大操
業条件で得られたのと同程度に静かであった。事実、上
で言及した所望されざる上方噴出が存在しない点で本発
明の実施における表面状態は従来態様より一層良好であ
った。更には、精練速度は本発明の実施において７０％
も増加した。
【００３０】（特殊な回転ノズルの設計） 本発明の好ましい具体例において、邪魔板手段の使用と
関連して特殊な回転子の使用により一定の表面流動にお
いて一層良好な精練速度が得られた。この回転子を図１
１において平面図でそして図１２において所望の固定子
形態と併せて側面図で示す。この特殊回転子と図１及び
２で示したような従来形式の翼付き回転子との間での本
質的な差異は、回転子の底部からの液体の侵入（上向き
流れ）が部分的に制限されるが、他方回転子の上部から
の液体の侵入はそのように制限されないことである。こ
の特殊な回転子設計はまた、液体流れを底部から回転子
スロットの内端にそしてほとんど上方向に差し向ける。
加えて、この特殊回転子形態はその下方外縁において連
続した円形形状を呈する。この形状は、工業操業中回転
子内に吸い上げられそして内部に吸引されうる異種物質
の硬質固体片からの損傷をはるかに受けにくい。
関連して特殊な回転子の使用により一定の表面流動にお
いて一層良好な精練速度が得られた。この回転子を図１
１において平面図でそして図１２において所望の固定子
形態と併せて側面図で示す。この特殊回転子と図１及び
２で示したような従来形式の翼付き回転子との間での本
質的な差異は、回転子の底部からの液体の侵入（上向き
流れ）が部分的に制限されるが、他方回転子の上部から
の液体の侵入はそのように制限されないことである。こ
の特殊な回転子設計はまた、液体流れを底部から回転子
スロットの内端にそしてほとんど上方向に差し向ける。
加えて、この特殊回転子形態はその下方外縁において連
続した円形形状を呈する。この形状は、工業操業中回転
子内に吸い上げられそして内部に吸引されうる異種物質
の硬質固体片からの損傷をはるかに受けにくい。
【００３１】図１１に、回転子駆動軸４１に装着された
この特殊回転子が番号４０として示され、これは回転子
周辺に沿って翼４２を配置しそして隣り合う翼間にスロ
ット４３が形成される。図１２に示されるようにそして
図１−４の回転子とは異なって、スロット４３は、隣り
合う両側の翼にその下方部分において該翼と同一の外周
を形成するように連結される上向き流れ制限部分４５を
有する。上向き流れ制限部分４５上にスロット部分４４
が残される。該上向き流れ制限部分は、アルミニウム精
練操業のために回転子の使用に際して溶融アルミニウム
の通入のために、該上向き流れ制限部分の内端（回転子
駆動軸４１側）において開口４７を含んでいる。図１１
に見られるように、上向き流れ制限部分４５は隣り合う
翼４２に翼と同一の外周を形成するように連結され、共
に回転子の円筒状ベース部分４６を形成する。回転子の
下側の領域から開口４７を通してのみスロット４３のス
ロット部分４４に溶融アルミニウムが通過する。開口４
７は上向き流れ制限部分（以下、単に制限部分という）
４５の実質上内端に位置決めされそして溶融アルミニウ
ムが各スロット４３のスロット部分４４に、その溶湯の
流動効果の増進のためにその内端部分に向けて接近流入
する通路を提供する。
この特殊回転子が番号４０として示され、これは回転子
周辺に沿って翼４２を配置しそして隣り合う翼間にスロ
ット４３が形成される。図１２に示されるようにそして
図１−４の回転子とは異なって、スロット４３は、隣り
合う両側の翼にその下方部分において該翼と同一の外周
を形成するように連結される上向き流れ制限部分４５を
有する。上向き流れ制限部分４５上にスロット部分４４
が残される。該上向き流れ制限部分は、アルミニウム精
練操業のために回転子の使用に際して溶融アルミニウム
の通入のために、該上向き流れ制限部分の内端（回転子
駆動軸４１側）において開口４７を含んでいる。図１１
に見られるように、上向き流れ制限部分４５は隣り合う
翼４２に翼と同一の外周を形成するように連結され、共
に回転子の円筒状ベース部分４６を形成する。回転子の
下側の領域から開口４７を通してのみスロット４３のス
ロット部分４４に溶融アルミニウムが通過する。開口４
７は上向き流れ制限部分（以下、単に制限部分という）
４５の実質上内端に位置決めされそして溶融アルミニウ
ムが各スロット４３のスロット部分４４に、その溶湯の
流動効果の増進のためにその内端部分に向けて接近流入
する通路を提供する。
【００３２】本発明の使用において、処理気体が回転子
にすべての回転子スロット４４において連続的に且つ一
様に流入することが所望される。しかし、液体が回転子
にその上方から接近するに際しての液体の乱流運動は回
転子への不均一な気体流れを生成する傾向がある。例え
ば、もし液体が回転子の方にその一方側から一層急速に
一時的に流れるなら、液体はその側での気体の流出を遮
断しそして回転子の反対側への流れを増大する傾向があ
る。この傾向は、回転子４０の上端と固定子４８の下端
との間の間隙４９をこの地点で認めうる程の圧力降下を
生成するように非常に小さくすることにより低減されう
る。しかしながら、そうした目的に対しては実際上、こ
の間隙を大半の具体例において０．０２０インチ（０．
５１ｍｍ）以下に減ずる必要がある。この間隙は所望の
設備位置において回転子−固定子ユニットの組立中に設
定されるから、この非常に小さな間隙の実現は組立て作
業者の熟練さに依存する。加えて、この間隙は温度変動
等により操業中変動する可能性がある。従って、そうし
た間隙流れ制御を実現するためのより適当な手段が実際
的な工業用途に対して所望される。
にすべての回転子スロット４４において連続的に且つ一
様に流入することが所望される。しかし、液体が回転子
にその上方から接近するに際しての液体の乱流運動は回
転子への不均一な気体流れを生成する傾向がある。例え
ば、もし液体が回転子の方にその一方側から一層急速に
一時的に流れるなら、液体はその側での気体の流出を遮
断しそして回転子の反対側への流れを増大する傾向があ
る。この傾向は、回転子４０の上端と固定子４８の下端
との間の間隙４９をこの地点で認めうる程の圧力降下を
生成するように非常に小さくすることにより低減されう
る。しかしながら、そうした目的に対しては実際上、こ
の間隙を大半の具体例において０．０２０インチ（０．
５１ｍｍ）以下に減ずる必要がある。この間隙は所望の
設備位置において回転子−固定子ユニットの組立中に設
定されるから、この非常に小さな間隙の実現は組立て作
業者の熟練さに依存する。加えて、この間隙は温度変動
等により操業中変動する可能性がある。従って、そうし
た間隙流れ制御を実現するためのより適当な手段が実際
的な工業用途に対して所望される。
【００３３】図１２に示されるように、所望の気体流れ
制御を実現するための好ましい手段は、単に、固定子ボ
スと対応する回転子凹所を組み込むことにより得られ
る。即ち、ボス部分５０が固定子４８の下面に設けられ
そして回転子４０の上面における凹所部分５１に嵌入す
るようになっている。回転子全体を通して一層一様な気
体分布を生成するのに必要とされる小さな間隙通路は、
ボス部分５０の外径と回転子スロット４４に向かう側で
の凹所部分５１の内径との間での半径方向ギャップ５２
により提供される。このギャップ５２は、回転子−固定
子の製作時点で管理でき従って回転子上面と固定子下面
との間の従来からの小さな間隔の場合のように回転子ー
固定子ユニットの組立て作業の熟練さに依存しない。こ
の小さな半径方向ギャップ５２は一般に、約０．０２５
インチ（０．６３５ｍｍ）に管理されるが、但し幾分も
っと大きな或いは小さな間隔もまたユニット及び精練室
の全体的構造並びに使用される用途に依存して使用され
うる。好ましい具体例において、固定子ボス部分５０と
回転子凹所部分５１とは共に一般的実施においては約１
／４インチ（６．３５ｍｍ）高さ或いは深さとなしう
る。固定子４８の下面と回転子４０の上面との間の垂直
間隔４９は、例えば１／１６インチ（１．６ｍｍ）とい
ったもっと大きな許容差において設定でき、この場合正
確な設定点は所望の気体流れ制御目的には臨界的ではな
い。
制御を実現するための好ましい手段は、単に、固定子ボ
スと対応する回転子凹所を組み込むことにより得られ
る。即ち、ボス部分５０が固定子４８の下面に設けられ
そして回転子４０の上面における凹所部分５１に嵌入す
るようになっている。回転子全体を通して一層一様な気
体分布を生成するのに必要とされる小さな間隙通路は、
ボス部分５０の外径と回転子スロット４４に向かう側で
の凹所部分５１の内径との間での半径方向ギャップ５２
により提供される。このギャップ５２は、回転子−固定
子の製作時点で管理でき従って回転子上面と固定子下面
との間の従来からの小さな間隔の場合のように回転子ー
固定子ユニットの組立て作業の熟練さに依存しない。こ
の小さな半径方向ギャップ５２は一般に、約０．０２５
インチ（０．６３５ｍｍ）に管理されるが、但し幾分も
っと大きな或いは小さな間隔もまたユニット及び精練室
の全体的構造並びに使用される用途に依存して使用され
うる。好ましい具体例において、固定子ボス部分５０と
回転子凹所部分５１とは共に一般的実施においては約１
／４インチ（６．３５ｍｍ）高さ或いは深さとなしう
る。固定子４８の下面と回転子４０の上面との間の垂直
間隔４９は、例えば１／１６インチ（１．６ｍｍ）とい
ったもっと大きな許容差において設定でき、この場合正
確な設定点は所望の気体流れ制御目的には臨界的ではな
い。
【００３４】図１２の例示具体例に示されたように、処
理気体は、回転子軸−固定子支承体５４に隣り合う気体
入口通路５３を通して下方に流下しそして所望の気体流
れ制御のための小さな半径方向ギャップ５２を含めて気
体通路５５を通して回転子−固定子間隙４９まで流れ
る。気体は、回転子−固定子間隙４９から流出しそして
回転子スロット４４内に連続したそして一様な態様で流
入する。固定子直径は好ましくは、回転子の根本直径
（即ち翼の基部における直径）より僅かに大きくされ、
それにより処理気体（散布用の気体）は溶融アルミニウ
ムの下向き流れにより回転子スロット内へと下方に通入
せしめられ、従って処理気体が上方に逃出し回転子の作
用により分散されないままとなる事態は起こらない。固
定子が使用されない場合は、処理気体は図３及び４に示
したように、回転子翼間の空間に通じる穴を経由して回
転子に導入される。固定子の不存在の場合、処理気体を
下方に差し向けるのに固定子の作用を実質上模擬する円
筒状当接部材を使用することも所望されよう。
理気体は、回転子軸−固定子支承体５４に隣り合う気体
入口通路５３を通して下方に流下しそして所望の気体流
れ制御のための小さな半径方向ギャップ５２を含めて気
体通路５５を通して回転子−固定子間隙４９まで流れ
る。気体は、回転子−固定子間隙４９から流出しそして
回転子スロット４４内に連続したそして一様な態様で流
入する。固定子直径は好ましくは、回転子の根本直径
（即ち翼の基部における直径）より僅かに大きくされ、
それにより処理気体（散布用の気体）は溶融アルミニウ
ムの下向き流れにより回転子スロット内へと下方に通入
せしめられ、従って処理気体が上方に逃出し回転子の作
用により分散されないままとなる事態は起こらない。固
定子が使用されない場合は、処理気体は図３及び４に示
したように、回転子翼間の空間に通じる穴を経由して回
転子に導入される。固定子の不存在の場合、処理気体を
下方に差し向けるのに固定子の作用を実質上模擬する円
筒状当接部材を使用することも所望されよう。
【００３５】回転子底部における制限部分４５における
開口４７の面積は、制限部材がない場合の開口全体と関
連して、一般に約２５〜７５％の範囲内にあり、約５０
％の開口面積が好ましい。回転子４０の制限部分４５の
高さは、回転子全体高さの約２０〜４０％の範囲内とす
べきであり、約３０％の制限部分高さが代表的な寸法の
精練ユニットにおいての使用のために好ましい。
開口４７の面積は、制限部材がない場合の開口全体と関
連して、一般に約２５〜７５％の範囲内にあり、約５０
％の開口面積が好ましい。回転子４０の制限部分４５の
高さは、回転子全体高さの約２０〜４０％の範囲内とす
べきであり、約３０％の制限部分高さが代表的な寸法の
精練ユニットにおいての使用のために好ましい。
【００３６】図１１に示される回転子は、翼の基部にお
いて丸みづけられた角隅部を有しそして回転子の下側か
らの溶融アルミニウムの侵入のための開口もまた丸みづ
けられた縁辺を有する。この丸みづけは、回転子の性能
にとって必須ではないが、垂直配向の底フライス（エン
ドミル）を使用してスロット及び導入開口を切削するこ
とにより回転子を機械加工する便宜な手段から生成され
る。
いて丸みづけられた角隅部を有しそして回転子の下側か
らの溶融アルミニウムの侵入のための開口もまた丸みづ
けられた縁辺を有する。この丸みづけは、回転子の性能
にとって必須ではないが、垂直配向の底フライス（エン
ドミル）を使用してスロット及び導入開口を切削するこ
とにより回転子を機械加工する便宜な手段から生成され
る。
【００３７】（例３）例１に関して記載した設備を本発
明邪魔板手段を使用してまた別の試験において使用し
た。但し、上述した特殊な回転子形態を好ましい寸法の
固定子と共に使用した。回転子は、その底部における制
限部分４５を除いては、例１で使用したのと同じ全体寸
法を有した。この制限部分は、３／４インチ（１９．１
ｍｍ）高さであり、開口４７と隅角丸み部は０．７５イ
ンチ（１９．１ｍｍ）底フライスを使用して成形した。
開口４７は１．２４インチ（３．１ｍｍ）長さ及び０．
７５インチ（１９．１ｍｍ）巾であった。固定子は５−
１／２インチ（１４ｍｍ）外径であり、スロットの基部
と１／４インチ（６．３５ｍｍ）重なる外縁を有した。
明邪魔板手段を使用してまた別の試験において使用し
た。但し、上述した特殊な回転子形態を好ましい寸法の
固定子と共に使用した。回転子は、その底部における制
限部分４５を除いては、例１で使用したのと同じ全体寸
法を有した。この制限部分は、３／４インチ（１９．１
ｍｍ）高さであり、開口４７と隅角丸み部は０．７５イ
ンチ（１９．１ｍｍ）底フライスを使用して成形した。
開口４７は１．２４インチ（３．１ｍｍ）長さ及び０．
７５インチ（１９．１ｍｍ）巾であった。固定子は５−
１／２インチ（１４ｍｍ）外径であり、スロットの基部
と１／４インチ（６．３５ｍｍ）重なる外縁を有した。
【００３８】特殊回転子を使用する水モデル試験におい
て、回転子を６００ＲＰＭ及び５ＣＦＭ（０．１４ｍ3
／分）の模擬気体流量で操業して、４５０ＲＰＭ及び３
ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／分）においてだけで従来操
業された場合に得られたのと同じ、非常に望ましい表面
状態を与えた。この例で実現しうる精練速度は、静かな
表面の条件で操業した場合、本発明の邪魔板手段を装備
せずしかも上述したような静かな表面条件で操業された
従来態様で得られたものより１００％も大きかった。
て、回転子を６００ＲＰＭ及び５ＣＦＭ（０．１４ｍ3
／分）の模擬気体流量で操業して、４５０ＲＰＭ及び３
ＣＦＭ（０．０８４ｃｍ3 ／分）においてだけで従来操
業された場合に得られたのと同じ、非常に望ましい表面
状態を与えた。この例で実現しうる精練速度は、静かな
表面の条件で操業した場合、本発明の邪魔板手段を装備
せずしかも上述したような静かな表面条件で操業された
従来態様で得られたものより１００％も大きかった。
【００３９】
【発明の効果】本発明の実施は、アルミニウム精練業界
に有益な貢献を為す。精練室内への邪魔板手段の組込み
は、精練室内での溶融アルミニウムの流れ模様を変更し
て、従来より高い気体流量及び／或いはノズル回転速度
が使用されることを可能ならしめ、そうでなければこう
した気体流量やノズル回転速度の所望の増大を制約する
溶融アルミニウムの過剰の表面流動と遭遇することな
く、増大せるアルミニウム精練速度を実現する。本発明
の邪魔板手段は、回転子中への溶融アルミニウムの所望
のスムーズな上昇流れを妨げることになる精練室底部に
沿っての回転流れを減じそして回転子への下向き及び上
向き溶融アルミニウムの適正な且つ安定したバランスを
実現するものと考えられる。上述した特殊な回転子を使
用する具体例は、溶融アルミニウムの制御された上向き
流れが不当な表面流動なく、特に向上せる気体流量及び
ノズル回転速度を使用することを可能とするので、とり
わけ有利であることが見出された。こうして、本発明
は、精練室での最大有用性連速度を従来の実施態様より
相当に上回って増大せしめることを可能とし、アルミニ
ウム精練業界に要望されていた有用な前進を提供するも
のである。
に有益な貢献を為す。精練室内への邪魔板手段の組込み
は、精練室内での溶融アルミニウムの流れ模様を変更し
て、従来より高い気体流量及び／或いはノズル回転速度
が使用されることを可能ならしめ、そうでなければこう
した気体流量やノズル回転速度の所望の増大を制約する
溶融アルミニウムの過剰の表面流動と遭遇することな
く、増大せるアルミニウム精練速度を実現する。本発明
の邪魔板手段は、回転子中への溶融アルミニウムの所望
のスムーズな上昇流れを妨げることになる精練室底部に
沿っての回転流れを減じそして回転子への下向き及び上
向き溶融アルミニウムの適正な且つ安定したバランスを
実現するものと考えられる。上述した特殊な回転子を使
用する具体例は、溶融アルミニウムの制御された上向き
流れが不当な表面流動なく、特に向上せる気体流量及び
ノズル回転速度を使用することを可能とするので、とり
わけ有利であることが見出された。こうして、本発明
は、精練室での最大有用性連速度を従来の実施態様より
相当に上回って増大せしめることを可能とし、アルミニ
ウム精練業界に要望されていた有用な前進を提供するも
のである。
【００４０】以上、具体例を説明したが、本発明の範囲
内で様々の変更や修正を為すことが出来る。即ち、アル
ミニウム精練一般に言及が為されたが、本発明はアルミ
ニウム及びその様々の合金に関しても実施できる。本発
明は、一つ以上の精練区画或いはステージを有する精練
室を備えるシステムにおいても実施でき、その各々がア
ルミニウム精練操業中回転ノズル組立体の位置づけに適
応する。代表的な２ステージ精練システムにおいて、溶
融アルミニウムは一般に第１ステージの入口に通入され
そして第２ステージの出口から取出される。別々の区画
室が溶融アルミニウムが第１ステージから第２ステージ
へと流れることを可能ならしめるように邪魔板により分
画される。他のそうしたシステムは、２つを超えるそう
した精練ステージを組み込むことができる。本発明の底
部邪魔板手段は、各精練区画室において使用されること
が望ましい。前記邪魔板手段は、精練室へ組み込むのに
適当な任意の適当な耐火材料から構成することができ
る。炭化珪素がこの目的のための一般に好ましい構成材
料であるが、グラファイトのような他の種材料も使用で
きる。邪魔板手段は好ましくは、回転子ノズル組立体を
精練室に配置するに際してその回転子部分の中央下側に
配置されるよう位置決めされるが、邪魔板手段はまた別
様には回転子部分の下側に配置されるよう位置決めされ
るが回転子の周囲を越えて配置されるべきではない。
内で様々の変更や修正を為すことが出来る。即ち、アル
ミニウム精練一般に言及が為されたが、本発明はアルミ
ニウム及びその様々の合金に関しても実施できる。本発
明は、一つ以上の精練区画或いはステージを有する精練
室を備えるシステムにおいても実施でき、その各々がア
ルミニウム精練操業中回転ノズル組立体の位置づけに適
応する。代表的な２ステージ精練システムにおいて、溶
融アルミニウムは一般に第１ステージの入口に通入され
そして第２ステージの出口から取出される。別々の区画
室が溶融アルミニウムが第１ステージから第２ステージ
へと流れることを可能ならしめるように邪魔板により分
画される。他のそうしたシステムは、２つを超えるそう
した精練ステージを組み込むことができる。本発明の底
部邪魔板手段は、各精練区画室において使用されること
が望ましい。前記邪魔板手段は、精練室へ組み込むのに
適当な任意の適当な耐火材料から構成することができ
る。炭化珪素がこの目的のための一般に好ましい構成材
料であるが、グラファイトのような他の種材料も使用で
きる。邪魔板手段は好ましくは、回転子ノズル組立体を
精練室に配置するに際してその回転子部分の中央下側に
配置されるよう位置決めされるが、邪魔板手段はまた別
様には回転子部分の下側に配置されるよう位置決めされ
るが回転子の周囲を越えて配置されるべきではない。
【図１】ＳＮＩＦシステムにおいて使用されるような回
転ノズルの回転子の平面図である。
転ノズルの回転子の平面図である。
【図２】図１の回転子とそれと一緒に一般に使用される
固定子との側面図である。
固定子との側面図である。
【図３】固定子なしに使用される別の型式の回転ノズル
の平面図である。
の平面図である。
【図４】図３の回転ノズルの側面図である。
【図５】本発明の実施において使用される邪魔板手段を
含めて代表的な回転ノズルを装備する溶融アルミニウム
インライン精練設備の部分断面側面図である。
含めて代表的な回転ノズルを装備する溶融アルミニウム
インライン精練設備の部分断面側面図である。
【図６】図５の内部の上面図である。
【図７】本発明の実施において使用される邪魔板手段の
特定具体例の断面図である。
特定具体例の断面図である。
【図８】また別の例の邪魔板手段を組み込んだ回転ノズ
ル精練設備の一部の側面図である。
ル精練設備の一部の側面図である。
【図９】本発明の実施に有用な特定のアルミニウム精練
室の側面図である。
室の側面図である。
【図１０】図９の精練室の平面図である。
【図１１】本発明の実施において使用するに特に望まし
い回転子の平面図である。
い回転子の平面図である。
【図１２】図１１の回転子を本発明の実施においてそれ
と一緒に使用される固定子と併せて示す側面図である。
と一緒に使用される固定子と併せて示す側面図である。
１ 翼付き回転子 ２ 軸 ３ 翼 ４ スロット ５ 固定子 ６ 間隙 ７ 回転子 ８ 軸 ９ 翼 １０ スロット １１ 通路孔 １２ 出口孔 １３ 耐火材内張精練室 １４ 断熱カバー １５ 溶融アルミニウム入口 １６ 精練済み溶融アルミニウム出口 １７ 操業水準 １８ 回転ノズル １９ 固定子 ２０ 軸 ２１ 回転子 ２２ 間隙 ２３ 溶融アルミニウム ２５ 垂直邪魔板手段 ２６ 一定高さ区画 ２７、２８ 隆起端区画 ３０ 精練室 ３１ 隔壁 ３２ 第１区画室 ３３ 入口 ３４ 出口 ３５ 第２区画室 ３６ 導通穴 ３７ 第１回転ノズル組立体 ３８ 第２回転ノズル組立体 ４０ 改良回転子 ４１ 回転子駆動軸 ４２ 翼 ４３ スロット ４４ スロット部分 ４５ 制限部分 ４６ 回転子ベース部分 ４７ 開口 ４８ 固定子 ４９ 間隙 ５０ ボス部分 ５１ 凹所部分 ５２ ギャップ ５３ 入口通路 ５４ 支承体 ５５ 気体通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22B 1/00 - 61/00
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミニウム精練用断熱耐火材内張精練
室とアルミニウム精練操業中精練室内の溶融アルミニウ
ム中に気体を散布するため前記精練室内に配置される、
翼付き回転子を組み込んだ回転ノズル組立体とを備える
アルミニウム精練装置において、前記精練室が、該精練
室の底面にそして該底面を横切って該回転子組立体の回
転子の下側に位置決めされるよう配置された垂直耐火材
邪魔板手段を含み、そして前記翼付き回転子が、周囲に
沿って翼とスロットとを交互に含み、該スロットが隣り
合う両側の翼間に翼下方部分において該翼と同一の外周
を形成するように連結される上向き流れ制限部分を有
し、該上向き流れ制限部分がアルミニウム精練操業のた
めに回転子の使用に際して溶融アルミニウムの通入のた
めに該上向き流れ制限部分の内端において開口を含んで
おり、それにより前記回転子上向き流れ制限部分と前記
開口とが、該精練室の底面に前記回転ノズル組立体の下
側で前記精練室を横切って設けられる垂直邪魔板手段と
協働して、該精練室内での溶融アルミニウムの上向き流
れを抑制し、精練されている溶融アルミニウムの表面の
過剰な流動なく一層高い気体流量及び／或いはノズル回
転速度を使用することを可能ならしめ、それにより該精
練室内での精練速度の増大を実現することを可能とする
ことを特徴とするアルミニウム精練装置。
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