JP2916645B2 - 金属の精製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は金属の精製方法に関し、さらに詳しくいえ
ば、偏析凝固の原理を利用して共晶不純物を含むアルミ
ニウム、ケイ素、マグネシウム、鉛、亜鉛等の金属か
ら、共晶不純物の含有量を元の金属よりも少なくし、高
純度の金属を製造する方法に関する。

この明細書において、「共晶不純物」という語は、精
製すべき金属と共晶を呈する不純物をいうものとする。

従来の技術と発明の課題 この種金属の製造方法として、精製用溶湯保持槽内に
入れられた共晶不純物を含む溶融金属中に回転冷却体を
浸漬し、回転冷却体内に冷却流体を供給しつつこの冷却
体を回転させてその周面により純度の高い精製金属を晶
出させる方法が知られている（特公昭61−3385号参
照）。この方法では、冷却体周面への凝固速度が遅いほ
ど、晶出した金属の純度が高くなることが判っている。
ところで、冷却体周面の温度が精製すべき金属の融点よ
りも低い冷却体を、精製すべき溶融金属中に浸漬する
と、その周面への凝固速度が大きくなり、その結果晶出
した金属の純度が低くなるという問題がある。

また、冷却体の周面に晶出した精製金属の回収方法と
しては、従来、回動自在の掻落とし爪により掻落とす方
法が知られている（特公昭61−47889号参照）。しかし
ながら、この方法では、晶出した精製金属塊の外径が小
さい場合に、掻き落とし爪の先端がとどかず、回収でき
ないという問題がある。また、精製金属の冷却体周面へ
の付着力が大きい場合には、掻き落とし爪の回転力を大
きくしなければ回収できず、この回転力を大きくする
と、冷却体の周面に剥離が生じたり、冷却体が破損した
りするおそれがある。そして、剥離または破損すること
により生じた冷却体の破片などが、精製された金属中に
混入して、該精製金属が汚染されるという問題がある。
しかも、冷却体は黒鉛、セラミックスなどで形成されて
いるため、衝撃に対する強度は小さく、上記剥離や破損
が起こりやすい。特に、冷却体が中空回転軸の下端にね
じ止めされている場合（特開昭60−190532号参照）、ね
じ止め部での破損が著しくなる。また、１度の回収作業
において冷却体が剥離や破損することはなくても、冷却
体を繰返し使用していると、作業時の衝撃に起因して疲
労により剥離や破損が発生し、冷却体の寿命が短くなる
という問題がある。

この発明の目的は、上記問題を解決した金属の精製方
法を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による金属の精製方法は、精製用溶湯保持槽
内に入れられた共晶不純物を含む溶融金属中に回転冷却
体を浸漬し、回転冷却体内に冷却流体を供給しつつこの
冷却体を回転させてその周面により純度の高い精製金属
を晶出させる第１工程と、周面に所定量の精製金属を晶
出させた後冷却体内への冷却流体の供給を停止し、つい
でこの冷却体を精製用溶湯保持槽から出し、精製金属回
収用溶湯保持槽上に移動させて誘導加熱により精製金属
塊を溶解して冷却体から回収するとともに、冷却体の周
面を精製すべき金属の融点以上の温度に保持する第２工
程とを含み、第２工程の後、周面から精製金属塊が回収
されるとともに周面が精製すべき金属の融点以上の温度
に保持されている冷却体を再び精製用溶湯保持槽内の溶
融金属中に浸漬して上記第１工程と同様な作業を行うこ
とを特徴とするものである。

上記第２工程において、誘導加熱による精製金属塊の
回収のさいには、冷却体を回転させておくことが好まし
い。こうすると、冷却体の周面を均一に加熱することが
できるからである。また、精製金属塊の回収のさいに冷
却体を回転させておくと、第１工程において、上記テー
パ部を有する冷却体のテーパ部の周面だけに晶出した精
製金属を外すさいに遠心力により、冷却体の周面から外
れ易くなるからである。

回収された精製金属は、溶融状態で精製金属回収用溶
湯保持槽内に溜められ、所定量に達すると、直接あるい
は保温炉を経て鋳造装置に送られ、所望のスラブやビレ
ットが形成される。

作用 第２工程における精製金属の回収は、これを溶解する
ことによって行うので、従来の掻き落とし爪による掻き
落としの場合のように、冷却体に衝撃は加わらず、冷却
体の表面が剥離したり、冷却体の周壁や回転軸へのねじ
止め部が破損するおそれはない。しかも、冷却体の寿命
が長くなる。また、冷却体は、第２工程において誘導加
熱により精製すべき溶融金属の融点以上の温度に加熱さ
れているので、第２工程終了後、再び第１工程を実施す
るさいに、この工程における周面への凝固速度が遅くな
り、晶出した金属の純度は高くなる。

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。なお、以下の説明において、上下、左右は、それぞ
れ第２図および第３図の上下、左右をいうものとする。

図面は高純度アルミニウムの製造装置を示し、中央に
４つの精製金属回収用るつぼ（１）（精製金属回収用溶
湯保持槽）が並べられ、その左右両側に、それぞれ４つ
の精製用るつぼ（2A）（3A）（精製用溶湯保持槽）が並
べられている。左側の精製用るつぼ（2A）の列を第１る
つぼ列（２）、右側の精製用るつぼ（3A）の列を第２る
つぼ列（３）というものとする。隣り合う回収用るつぼ
（１）どうし間の間隔および精製用るつぼ（2A）（3A）
どうし間の間隔は、等しくなっている。隣り合う回収用
るつぼ（１）どうしは、上端部において連結樋（４）に
よって互いに連通状に接続され、一端の回収用るつぼ
（１）の上端部に溶湯供給樋（５）が取付けられ、他端
のるつぼ（１）の上端部に溶湯排出樋（６）が取付けら
れている。各回収用るつぼ（１）の上方には、それぞれ
高周波誘導加熱装置（３）が配置されている。両るつぼ
列（２）（３）における隣り合う精製用るつぼ（2A）
（3A）どうしは、それぞれ上端部において連結樋（８）
によって互いに連通状に接続され、一端の精製用るつぼ
（2A）（3A）の上端部に図示しない溶解炉から供給され
るアルミニウム溶湯を受けるための受け樋（９）が取付
けられ、他端の精製用るつぼ（2A）（3A）の上端部に溶
湯排出樋（10）が取付けられている。また、図示は省略
したが、回収用るつぼ（１）および精製用るつぼ（2A）
（3A）内の溶湯は適当な加熱装置によって加熱されるよ
うになっている。

るつぼ（１）（2A）（3A）の上方には、たとえば導電
性セラミックス、黒鉛などの導電材料から形成された中
空の回転冷却体（11A）（12A）が４つずつ左右２列に並
んで配置されている。左側の回転冷却体（10A）の列を
第１冷却体列（10）、右側の回転冷却体（11A）の列を
第２冷却体列（11）というものとする。各列（10）（1
1）における隣り合う回転冷却体（10A）（11A）間の間
隔は、隣り合う回収用るつぼ（１）どうしおよび精製用
るつぼ（2A）（3A）間の間隔と等しくなっている。ま
た、左右の冷却体列（10）（11）どうしの間隔は、回収
用るつぼ（１）の列と第１および第２るつぼ列（２）
（３）との間隔と等しくなっている。各回転冷却体（11
A）（12A）の周面は、下端から上方に向かって徐々に大
径となったテーパ状となされている。また、各冷却体
（11A）（12A）は中空回転軸（13）の下端に取付けられ
ており、各列（11）（12）の冷却体（11A）（12A）が、
それぞれ上下方向および左右方向に、同時に移動しうる
ようになっている。各中空回転軸（13）内には冷却流体
供給管（図示略）が配置され、この供給管を通して回転
冷却体（11A）（12A）内に冷却流体が送り込まれるよう
になされている。

以下、アルミニウムの精製方法について説明する。

溶解炉で溶解されたFe、Si、Cu、Mgなどの共晶不純物
を含む精製すべきアルミニウム溶湯（20）は各精製用る
つぼ（2A）（3A）に送り込まれ、その融点以上の温度に
加熱保持されている。また、回収用るつぼ（１）には、
予め高純度アルミニウム溶湯（30）が送り込まれ、その
融点以上の温度に加熱保持されている。各精製用るつぼ
（2A）（3A）内の溶湯量が所定量に達した後、第１冷却
体列（11）のすべての回転冷却体（11A）をそれぞれ第
１るつぼ列（２）の精製用るつぼ（2A）内のアルミニウ
ム溶湯（20）中に浸漬する。そして、各回転冷却体（11
A）内に中空回転軸（13）から冷却流体を供給しつつこ
れらの冷却体（11A）を回転させる。すると、偏析凝固
の原理により回転冷却体（11A）の周面に高純度アルミ
ニウム塊（Ａ）が晶出する（第２図参照）。すなわち、
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
晶出する。共晶不純物は液相中に排出されて凝固界面近
傍の液相中に共晶不純物の不純物濃化層が形成される。
回転冷却体（11A）が回転していると、上記不純物濃化
層と他の大部分の液相との撹拌混合が効果的に行われ、
上記不純物濃化層中の共晶不純物が液相全体に分散させ
られて不純物濃化層の厚さが薄くなり、この部分での温
度勾配が大きくなる。この状態で凝固を進行させると、
冷却体（11A）の周面に元のアルミニウムよりもはるか
に高純度のアルミニウム塊（Ａ）が得られる。

一方、第１冷却体列（11）を用いて上記のような操作
を行っている間に、第２冷却体列（12）の回転冷却体
（12A）を高周波誘導加熱装置（７）内に移動させ、冷
却体（12A）を回転させながら、その周面を高周波誘導
加熱装置（７）によって加熱しておく（第２図参照）。

第１冷却体列（11）の各冷却体（11A）の周面に所定
量の高純度アルミニウム塊（Ａ）が晶出すると、第１冷
却体列（11）の冷却体（11A）を上昇させて精製用るつ
ぼ（2A）の外に出すとともに、第２冷却体列（12）の冷
却体（12A）を上昇させて高周波誘導加熱装置（７）の
外に出す。第２冷却体列（12）の冷却体（12A）は、高
周波誘導加熱装置（７）により精製用るつぼ（2A）（3
A）内の精製すべきアルミニウム溶湯（20）の融点以上
の温度に加熱保持されている。そこで、第１冷却体列
（11）および第２冷却体列（12）をそれぞれ右方に移動
させ、第１冷却体列（11）を回収用るつぼ（１）列の上
方に、第２冷却体列（12）を第２るつぼ列（３）の上方
にそれぞれ移動させる。その後、第１冷却体列（11）の
冷却体（11A）を下降させて高周波誘導加熱装置（７）
内に位置させるとともに、第２冷却体列（12）の冷却体
（12A）を下降させて右側るつぼ列（３）の精製用るつ
ぼ（3A）内の精製すべきアルミニウム溶湯（20）内に浸
漬する。そして、第１冷却体列（11）の冷却体（11A）
を回転させながら、高周波誘導加熱装置（７）によっ
て、高純度アルミニウム塊（Ａ）および冷却体（11A）
（12A）の周面を加熱する。こうして、高純度アルミニ
ウム塊（Ａ）における冷却体（11A）（12A）の周面と接
する部分が溶解すると、高純度アルミニウム塊（Ａ）
は、冷却体（11A）（12A）から自重によって抜け落ちて
精製アルミニウム回収用溶湯保持るつぼ（２）内の高純
度アルミニウム溶湯（30）中に落下し、全体が溶解され
る。一方、精製用るつぼ（3A）内のアルミニウム溶湯中
に浸漬させた第２冷却体列（12）の冷却体（12A）を回
転させると、冷却体（12A）の周面には、上述した第１
冷却体列（11）の冷却体（11A）の場合と同様に、高純
度の精製アルミニウム塊（Ａ）が晶出する。この場合、
精製すべきアルミニウム溶湯（20）中に浸漬される冷却
体（12A）の周面は、高周波誘導加熱装置（７）によっ
て予め精製すべきアルミニウム溶湯（20）の融点以上の
温度に加熱されているので、この冷却体（12A）の周面
への凝固速度が大きくなり、晶出したアルミニウム塊
（Ａ）のアルミニウム純度は一層高くなる。

上記において、冷却体（11A）（12A）としては、導電
材料からなり、かつその下端から上方に向かって徐々に
大径となされたテーパ部を有するものが使用されてお
り、精製用るつぼ（2A）（3A）において、このテーパ部
の周面だけに高純度アルミニウム塊（Ａ）が晶出させら
れているので、上記第２の工程における高純度アルミニ
ウム塊（Ａ）の回収のさいに、冷却体（11A）（12A）の
周面も誘導加熱されることによって高純度アルミニウム
塊（Ａ）の冷却体（11A）（12A）周面に接する部分が速
やかに溶解されることとなり、その全てが溶解しなくて
も、冷却体（11A）（12A）から自重によって抜け落ち
る。したがって、回収時間が短縮できる。しかしなが
ら、冷却体としては、必ずしも導電材料からなるものを
用いる必要はなく、非導電材料からなるものを用いても
よい。また、冷却体としては、必ずしも、その下端から
上方に向かって徐々に大径となされたテーパ部を有する
ものを用いる必要はなく、これとは逆の下端から上方に
向かって徐々に小径となされたテーパ部を有するもの
や、直筒状のものも使用可能である。

上記において、回収用および精製用とも複数のるつぼ
が用いられているが、これに代えて、大きな槽を複数の
区画に区分し、その各区画を溶湯保持槽としてもよい。
この場合、各区画間の隔壁に連通口を形成しておく。ま
た、必ずしも複数の保持槽を用いる必要はない。

次に、この発明のさらに具体的な実施例について説明
する。

精製用るつぼ（2A）（3A）内にFe0.08重量％、Si0.06
重量％を含む精製すべきアルミニウム溶湯（20）を入れ
て660℃に加熱保持しておいた。回転冷却体（11A）（12
A）として、最大径部分の外径が150mmのものを使用し
た。そして、第１冷却体列（11）の冷却体（11A）を、
予め高周波加熱装置（７）内で回転させて670℃に加熱
した後、これを精製用るつぼ（2A）内のアルミニウム溶
湯（20）中に浸漬した。ついで、冷却体（11A）の内部
に冷却流体を供給しながら、400rpmで10分間回転させて
周面に5kgの高純度アルミニウム（Ａ）を晶出させた。
その後、冷却体（11A）を上昇させて高周波誘導加熱装
置（７）内に移動させ、冷却体（11A）を回転させなが
ら、3000Hzの高周波を利用して、高純度アルミニウム塊
（Ａ）および冷却体（11A）を加熱した。この誘導加熱
を30秒間行った結果、高純度アルミニウム塊（Ａ）が回
収用るつぼ（１）内に落下した。この高純度アルミニウ
ム塊（Ａ）中の平均不純物濃度を測定したところ、Fe0.
010重量％、Si0.010％であった。また、冷却体（11A）
の周面の温度は670℃になっていた。

他方、精製用るつぼ（2A）内のアルミニウム溶湯（2
0）中に浸漬する前の冷却体（11A）の周面の温度を500
℃とした他は、上記と同様にして、精製用るつぼ（2A）
内において冷却体（11A）の周面に高純度アルミニウム
塊を晶出させた。この高純度アルミニウム中の平均不純
物濃度を測定したところ、Fe0.012重量％、Si0.014重量
％であった。

発明の効果 この発明の金属の精製方法によれば、回転冷却体の周
面に晶出した精製高純度金属塊の回収は、それを溶解す
ることにより行うものであるから、塊の大小にかかわら
ず、確実に回収することができる。また、回収時、回転
冷却体には衝撃は加わらないので、冷却体の表面が剥離
したり、破損したりすることはなく、寿命ものびる。し
かも、冷却体の破片が精製された高純度金属内に混入す
ることによる高純度金属の汚染が防止される。さらに、
精製高純度金属の回収時に、回転冷却体の周面が精製す
べき金属の融点以上の温度に加熱されているので、その
次工程においてこの冷却体の周面に高純度金属を晶出さ
せると、その純度は、予め加熱していない冷却体を用い
た場合よりも高純度になる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示し、第１図はこの発明の方
法を実施する装置の全体構成を示す斜視図、第２図およ
び第３図はそれぞれ途中の工程を示す横断面図である。 （１）……回収用るつぼ（回収用溶湯保持槽）、（2A）
（3A）……精製用るつぼ（精製用溶湯保持槽）、（11
A）（12A）……回転冷却体、（20）……精製すべきアル
ミニウム溶湯。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】精製用溶湯保持槽内に入れられた共晶不純
   物を含む溶融金属中に回転冷却体を浸漬し、回転冷却体
   内に冷却流体を供給しつつこの冷却体を回転させてその
   周面により純度の高い精製金属を晶出させる第１工程
   と、周面に所定量の精製金属を晶出させた後冷却体内へ
   の冷却流体の供給を停止し、ついでこの冷却体を精製用
   溶湯保持槽から出し、精製金属回収用溶湯保持槽上に移
   動させて誘導加熱により精製金属塊を溶解して冷却体か
   ら回収するとともに、冷却体の周面を精製すべき金属の
   融点以上の温度に保持する第２工程とを含み、第２工程
   の後、周面から精製金属塊が回収されるとともに周面が
   精製すべき金属の融点以上の温度に保持されている冷却
   体を再び精製用溶湯保持槽内の溶融金属中に浸漬して上
   記第１工程と同様な作業を行うことを特徴とする金属の
   精製方法。