JP3057574B2 - 金属製造用電解槽の浴温度調節方法とその装置 - Google Patents
金属製造用電解槽の浴温度調節方法とその装置Info
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- JP3057574B2 JP3057574B2 JP2294572A JP29457290A JP3057574B2 JP 3057574 B2 JP3057574 B2 JP 3057574B2 JP 2294572 A JP2294572 A JP 2294572A JP 29457290 A JP29457290 A JP 29457290A JP 3057574 B2 JP3057574 B2 JP 3057574B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶融塩浴を用いて金属を製造する電解槽、
特に金属ハロゲン化物、例えばMgCl2を主体とする溶融
塩浴を用いて電気分解する金属電解槽において、温度調
節の目的で電解槽内の溶融塩浴中に浸漬・設置された熱
交換器を用いて、空気による冷却とともに、熱交換器本
体内に構成したバーナーにより加熱を行なえるようにし
た溶融塩電解槽の浴温度調節方法および金属製造用電解
槽の浴温度調節装置に関する。
特に金属ハロゲン化物、例えばMgCl2を主体とする溶融
塩浴を用いて電気分解する金属電解槽において、温度調
節の目的で電解槽内の溶融塩浴中に浸漬・設置された熱
交換器を用いて、空気による冷却とともに、熱交換器本
体内に構成したバーナーにより加熱を行なえるようにし
た溶融塩電解槽の浴温度調節方法および金属製造用電解
槽の浴温度調節装置に関する。
（従来の技術） 従来、MgCl2を含む溶融塩浴を電気分解して、Mgおよ
びCl2ガスを製造する電解槽として、Ｉ・Ｇ型、Alcan
型、Dow型、無隔膜型や近年双極電極を有するバイポ−
ラ型などが一般に知られている。
びCl2ガスを製造する電解槽として、Ｉ・Ｇ型、Alcan
型、Dow型、無隔膜型や近年双極電極を有するバイポ−
ラ型などが一般に知られている。
これら電解槽の運転に於いては、主に電力で供給され
る入熱と、MgCl2の分解エネルギ−、電解槽内の浴温度
を常に一定にすることが、高い電流効率の維持、電解槽
の長寿命化の面から重要である。
る入熱と、MgCl2の分解エネルギ−、電解槽内の浴温度
を常に一定にすることが、高い電流効率の維持、電解槽
の長寿命化の面から重要である。
槽内浴温度調整の方法として、Ｉ・Ｇ型は陰極が槽上
部から懸吊されているため、陰極を動かし陽陰極間隔を
調整し、電解槽電圧を調整することによって行なうこと
が可能であり、電解槽の熱バランスは比較的取り易い。
また、Dow型も、溶融浴をスチ−ル製ポットに入れ、ポ
ット外側を天然ガスバ−ナ−で加熱することが出来るた
め、熱バランスは取り易い。そして、熱が過剰すぎると
きは空気で冷却することが出来る。
部から懸吊されているため、陰極を動かし陽陰極間隔を
調整し、電解槽電圧を調整することによって行なうこと
が可能であり、電解槽の熱バランスは比較的取り易い。
また、Dow型も、溶融浴をスチ−ル製ポットに入れ、ポ
ット外側を天然ガスバ−ナ−で加熱することが出来るた
め、熱バランスは取り易い。そして、熱が過剰すぎると
きは空気で冷却することが出来る。
これに対し、通常、陰極を側・後壁から貫通して構成
するAlcan型、無隔膜型、バイポ−ラ型などの電解槽
は、陽陰極が固定されているために、Ｉ・Ｇ型のように
電極間隔の調整を行なうことは出来ず、また、側壁は耐
火物で構成されるため、Dow型の様に側壁を介して加熱
冷却を行なうことは出来ない。このため、これらの電解
槽では、以下の様な方法で熱バランスを取っている。
するAlcan型、無隔膜型、バイポ−ラ型などの電解槽
は、陽陰極が固定されているために、Ｉ・Ｇ型のように
電極間隔の調整を行なうことは出来ず、また、側壁は耐
火物で構成されるため、Dow型の様に側壁を介して加熱
冷却を行なうことは出来ない。このため、これらの電解
槽では、以下の様な方法で熱バランスを取っている。
熱不足の場合 陽極または陰極の一部を切り離し、接続極の電流密度
を増すことにより、槽電圧を上昇させて電気入力を増加
する。
を増すことにより、槽電圧を上昇させて電気入力を増加
する。
通電電流を増し、電気入力を増加する。
陽陰極の冷却量を減少させる。
溶融塩浴中にAC電極を入れ、AC電力を投入する。
熱過剰の場合 （１）電解槽内に、設置した金属製の冷却器に空気を流
して冷却する方法（特公昭60−17035号公報参照）。
して冷却する方法（特公昭60−17035号公報参照）。
（２）Mg収集室に空気を直接流し、冷却する方法。
（３）Mg収集室の壁を冷却する方法（特公昭60−17036
号公報参照）。
号公報参照）。
などを効果的かつ簡便に行ない得る。
特に特公昭60−17035号公報のような冷却器（熱交換
器）による冷却・加熱方法を主に用いるが、空気による
冷却と共に加熱ガスを流して熱供給を行なう旨の内容が
あるのみで、具体的な方法は示されていない。
器）による冷却・加熱方法を主に用いるが、空気による
冷却と共に加熱ガスを流して熱供給を行なう旨の内容が
あるのみで、具体的な方法は示されていない。
（発明が解決しようとする課題） 前記した熱バランスを確保するために、は槽電圧が
上昇するため、MgおよびCl2の電力原単位が悪化し、
は多数の電解槽が直列に構成してあるため、各々の電解
槽の調整が難しく、は水冷の停止により接点の劣化を
起こし、は交流トランスまたは直流整流器内に直流、
交流が流れ、回路を焼損する危険性がある。このため、
本発明者らは以前に溶融塩中に浸漬した加熱装置を発明
・提案したが（特開平２−129391号公報、金属製造用電
解槽およびその操業方法）、この装置は主に加熱専用で
あり、熱バランスが過剰側に動いたときには、加熱装置
とは本質的に別の冷却装置を作動させる必要があった。
上昇するため、MgおよびCl2の電力原単位が悪化し、
は多数の電解槽が直列に構成してあるため、各々の電解
槽の調整が難しく、は水冷の停止により接点の劣化を
起こし、は交流トランスまたは直流整流器内に直流、
交流が流れ、回路を焼損する危険性がある。このため、
本発明者らは以前に溶融塩中に浸漬した加熱装置を発明
・提案したが（特開平２−129391号公報、金属製造用電
解槽およびその操業方法）、この装置は主に加熱専用で
あり、熱バランスが過剰側に動いたときには、加熱装置
とは本質的に別の冷却装置を作動させる必要があった。
また、特公昭60−17035号公報のように、電解槽に設
置された冷却器内へ燃焼ガスなどの加熱媒体を用い、溶
融塩浴を加熱することが知られているが、この場合比較
的大きな燃焼装置を冷却器入口の外部へ設ける必要があ
った。
置された冷却器内へ燃焼ガスなどの加熱媒体を用い、溶
融塩浴を加熱することが知られているが、この場合比較
的大きな燃焼装置を冷却器入口の外部へ設ける必要があ
った。
更に、冷却器内部へ、Oilやガスバ−ナ−を組み込む
ことが考えられるが、冷却器内部は限られた狭い空間で
あり、従来の大きな燃焼室を必要とし、かつ長い炎とな
るバ−ナ−では燃焼用空気とガスの混合が不完全とな
り、大きな燃焼音や、振動、失火などが起こるため、十
分な熱量を溶融浴に熱交換することが困難であった。
ことが考えられるが、冷却器内部は限られた狭い空間で
あり、従来の大きな燃焼室を必要とし、かつ長い炎とな
るバ−ナ−では燃焼用空気とガスの混合が不完全とな
り、大きな燃焼音や、振動、失火などが起こるため、十
分な熱量を溶融浴に熱交換することが困難であった。
また、冷却器内部にバ−ナ−を設け燃焼させると、バ
−ナ−直近部分の壁は、通常鋼またはステンレス鋼で構
成されるが、加熱された部分の酸化あるいは粒界応力腐
食が増大し、ひいては穴明きが発生し、冷却器本体が使
用不能となってしまう。
−ナ−直近部分の壁は、通常鋼またはステンレス鋼で構
成されるが、加熱された部分の酸化あるいは粒界応力腐
食が増大し、ひいては穴明きが発生し、冷却器本体が使
用不能となってしまう。
本発明は前記した各問題点を解消し金属製造用電解槽
の浴温度調節方法とその装置を提供することを目的とし
ている。
の浴温度調節方法とその装置を提供することを目的とし
ている。
（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を
重ねた結果、バ−ナ−形式を燃焼室容積が従来品の約1/
10で性能を発揮できる高負荷燃焼浸管バ−ナ−（東京ガ
ス製）を用い、必要に応じ、入排気の熱交換を行ない、
バ−ナ−燃焼室と溶融浴に直接、接する熱交換器壁の間
に、耐熱性の燃焼内管を設けること、また、熱交換器が
冷却と加熱を相互に行ない得るように、冷却用空気の導
入を燃焼内管と熱交換器壁の間で行なうことが効なこと
を確認し本発明を完成するに至った。すなわち、本発明
は、 （１）溶融塩浴中に浸漬した一つ以上の導管を有する熱
交換器の入気ダクト内に燃焼バーナーと、冷却空気導入
通路を併設し、浴温度が所定値以下となったとき、燃焼
バーナーを作動させ、燃焼ガスを前記導管に送入して浴
の加温を行ない、また浴温度が所定値以上となったと
き、バーナーの作動を停止すると共に、バーナーの外周
に設けた通路より冷却空気を前記各導管へ送入して浴の
熱を運び去ることを特徴とする溶融塩電解槽の浴温度調
節方法。
重ねた結果、バ−ナ−形式を燃焼室容積が従来品の約1/
10で性能を発揮できる高負荷燃焼浸管バ−ナ−（東京ガ
ス製）を用い、必要に応じ、入排気の熱交換を行ない、
バ−ナ−燃焼室と溶融浴に直接、接する熱交換器壁の間
に、耐熱性の燃焼内管を設けること、また、熱交換器が
冷却と加熱を相互に行ない得るように、冷却用空気の導
入を燃焼内管と熱交換器壁の間で行なうことが効なこと
を確認し本発明を完成するに至った。すなわち、本発明
は、 （１）溶融塩浴中に浸漬した一つ以上の導管を有する熱
交換器の入気ダクト内に燃焼バーナーと、冷却空気導入
通路を併設し、浴温度が所定値以下となったとき、燃焼
バーナーを作動させ、燃焼ガスを前記導管に送入して浴
の加温を行ない、また浴温度が所定値以上となったと
き、バーナーの作動を停止すると共に、バーナーの外周
に設けた通路より冷却空気を前記各導管へ送入して浴の
熱を運び去ることを特徴とする溶融塩電解槽の浴温度調
節方法。
（２）燃焼バーナーの作動・停止・冷却空気の送入・停
止を、測定された浴温度に対応して自動的に操作される
前記（１）記載の溶融塩電解槽の浴温度調節方法。
止を、測定された浴温度に対応して自動的に操作される
前記（１）記載の溶融塩電解槽の浴温度調節方法。
（３）全体が溶融塩浴中に浸漬された、加熱用または冷
却用流体を通す一つ以上の導管と、これらの導管が取り
付けられたダクトと、入気側ダクト内に加熱用バーナー
を設置し該バーナーとダクト壁間の空間に冷却流体を送
通できるように通路を設け冷却流体送入源に接続してな
る金属製造用電解槽の浴温度調節装置。
却用流体を通す一つ以上の導管と、これらの導管が取り
付けられたダクトと、入気側ダクト内に加熱用バーナー
を設置し該バーナーとダクト壁間の空間に冷却流体を送
通できるように通路を設け冷却流体送入源に接続してな
る金属製造用電解槽の浴温度調節装置。
（４）バーナーは燃焼室が非常に小さい高負荷燃焼浸管
バーナーである前記（３）記載の金属製造用電解槽の浴
温度調節装置。
バーナーである前記（３）記載の金属製造用電解槽の浴
温度調節装置。
（５）溶融塩浴に直接接する熱交換器壁空間内にあるバ
ーナー燃焼室の先端に耐熱性の燃焼円筒を別途設けた前
記（３）または（４）記載の金属製造用電解槽の浴温度
調節装置。
ーナー燃焼室の先端に耐熱性の燃焼円筒を別途設けた前
記（３）または（４）記載の金属製造用電解槽の浴温度
調節装置。
（６）浴面近傍の熱交換器表面に保護用セラミックスラ
イニングを形成してなる前記（３）、（４）または
（５）記載の金属製造用電解槽の浴温度調節装置。
イニングを形成してなる前記（３）、（４）または
（５）記載の金属製造用電解槽の浴温度調節装置。
を要旨としている。
（作 用） 本発明に於いては、電解槽のメタル収集室蓋の上部か
ら溶融浴内に浸漬させた熱交換器の入気側に、加熱用の
ガスバ−ナ−部と、冷却用の空気導入管を併せて設け
る。
ら溶融浴内に浸漬させた熱交換器の入気側に、加熱用の
ガスバ−ナ−部と、冷却用の空気導入管を併せて設け
る。
この熱交換器を介して、冷却・加熱が行なわれるが、
電解槽中の溶融浴は、その循環量が大きいため、浴全体
を意図する温度に調整することが可能である。この熱交
換器による溶融浴の温度（調整）制御は、自動冷却、自
動加熱、あるいは手動による冷却加熱を行なうことによ
り達成される。
電解槽中の溶融浴は、その循環量が大きいため、浴全体
を意図する温度に調整することが可能である。この熱交
換器による溶融浴の温度（調整）制御は、自動冷却、自
動加熱、あるいは手動による冷却加熱を行なうことによ
り達成される。
燃焼内管は、溶融浴と接する外壁に直接バ−ナ−の燃
焼炎が当たることを防ぐことにより、外壁の過熱が防止
され、穴明きが減少する。
焼炎が当たることを防ぐことにより、外壁の過熱が防止
され、穴明きが減少する。
（実 施 例） 図面によって本発明を説明する。
第１図に示すように、MgCl2とNaCl、CaCl2、MgF2など
で構成した溶融浴４を収納した電解槽１のMg収集室２の
天井蓋３を通して、熱交換器５を溶融浴中に浸漬する。
で構成した溶融浴４を収納した電解槽１のMg収集室２の
天井蓋３を通して、熱交換器５を溶融浴中に浸漬する。
熱交換器５の入気側には加熱用ガスバ−ナ−６をセッ
トし、更に冷却用Air導入管７を同時に設ける。加熱用
ガスバ−ナ−６と冷却用Air導入部11間には燃焼内管８
を設け、実質的に冷却部と加熱部を隔てる。一方排気側
には排気筒９を設けるが、ここには加熱時熱効率を上昇
させるための入排気熱交換器を設けてもよい。熱交換器
の槽内の上部には保護用のセラミックライニング10を施
すことにより、メタル収集室に漏れ出たCl2ガス、塩化
物などによる外部からの損傷を防止できる。
トし、更に冷却用Air導入管７を同時に設ける。加熱用
ガスバ−ナ−６と冷却用Air導入部11間には燃焼内管８
を設け、実質的に冷却部と加熱部を隔てる。一方排気側
には排気筒９を設けるが、ここには加熱時熱効率を上昇
させるための入排気熱交換器を設けてもよい。熱交換器
の槽内の上部には保護用のセラミックライニング10を施
すことにより、メタル収集室に漏れ出たCl2ガス、塩化
物などによる外部からの損傷を防止できる。
第１図に示す冷却・加熱用熱交換器を用い、MgCl2電
解槽の温度調整を行なった。
解槽の温度調整を行なった。
このMgCl2電解槽は、陽極と陰極の間に２つのバイポ
−ラ極を挿入した区画数ｎ＝３のバイポ−ラ電解槽であ
り、槽電圧約10V、通電電流70〜140kA、温度は上限665
℃、下限660℃で運転している。
−ラ極を挿入した区画数ｎ＝３のバイポ−ラ電解槽であ
り、槽電圧約10V、通電電流70〜140kA、温度は上限665
℃、下限660℃で運転している。
電解槽温度が上限665℃に達したとき、メタル収集室
に設けた温度計により、冷却用Air導入管７のバルブが
自動開となり、空気が熱交換器内へ導入された。導入空
気は温度25℃、流量25m3/分のとき、排気温度は430℃と
なり、溶融浴から約200kWの熱交換を行なうことが出来
た。
に設けた温度計により、冷却用Air導入管７のバルブが
自動開となり、空気が熱交換器内へ導入された。導入空
気は温度25℃、流量25m3/分のとき、排気温度は430℃と
なり、溶融浴から約200kWの熱交換を行なうことが出来
た。
一方、電解槽温度が下限660℃に達したとき加熱用の
バ−ナ−には都市ガス（11,000kcal/Nm3）を18Nm3/時で
供給し、燃焼させた。排気温度は730℃、排気ガス中の
酸素濃度は４％となり、熱効率は約60％と計算され、溶
融浴中へ約140kWの熱交換が行なわれた。この冷却加熱
により、電解槽は常に660〜665℃の範囲で作動すること
が可能となる。
バ−ナ−には都市ガス（11,000kcal/Nm3）を18Nm3/時で
供給し、燃焼させた。排気温度は730℃、排気ガス中の
酸素濃度は４％となり、熱効率は約60％と計算され、溶
融浴中へ約140kWの熱交換が行なわれた。この冷却加熱
により、電解槽は常に660〜665℃の範囲で作動すること
が可能となる。
（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成されているから、溶
融塩浴の冷却・加熱を大容量で行なうことが可能とな
り、次の利点がある。
融塩浴の冷却・加熱を大容量で行なうことが可能とな
り、次の利点がある。
［冷却］ ○安価な夜間電力を使用するなど、通電電流を増す場
合、過剰入熱分を冷却できる。
合、過剰入熱分を冷却できる。
○生産量を通電電流増加で増やす場合、過剰入熱分を冷
却できる。
却できる。
［加熱］ ○高価な昼間電力を使用を制限するために通電電流を減
らす場合、不足熱量を供給できる。
らす場合、不足熱量を供給できる。
○通電停止などによる溶融浴温度低下及び固化防止が可
能となる。
能となる。
第１図は、本発明の構造を示す断面図である。 １……電解槽 ２……Mg収集室 ３……天井蓋 ４……溶融浴 ５……熱交換器 ６……加熱用バーナー ７……冷却用空気導入管 ８……燃焼円管 ９……排気筒 10……セラミックライニング 11……冷却用空気導入部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25C 1/00 - 7/08
Claims (6)
- 【請求項１】溶融塩浴中に浸漬した一つ以上の導管を有
する熱交換器の入気ダクト内に燃焼バーナーと、冷却空
気導入通路を併設し、浴温度が所定値以下となったと
き、燃焼バーナーを作動させ、燃焼ガスを前記導管に送
入して浴の加温を行ない、また浴温度が所定値以上とな
ったとき、バーナーの作動を停止すると共に、バーナー
の外周に設けた通路より冷却空気を前記各導管へ送入し
て浴の熱を運び去ることを特徴とする溶融塩電解槽の浴
温度調節方法。 - 【請求項２】燃焼バーナーの作動・停止・冷却空気の送
入・停止を、測定された浴温度に対応して自動的に操作
される請求項１記載の溶融塩電解槽の浴温度調節方法。 - 【請求項３】全体が溶融塩浴中に浸漬された、加熱用ま
たは冷却用流体を通す一つ以上の導管と、これらの導管
が取り付けられたダクトと、入気側ダクト内に加熱用バ
ーナーを設置し該バーナーとダクト壁間の空間に冷却流
体を送通できるように通路を設け冷却流体送入源に接続
してなる金属製造用電解槽の浴温度調節装置。 - 【請求項４】バーナーは燃焼室が非常に小さい高負荷燃
焼浸管バーナーである請求項３記載の金属製造用電解槽
の浴温度調節装置。 - 【請求項５】溶融塩浴に直接接する熱交換器壁空間内に
あるバーナー燃焼室の先端に耐熱性の燃焼円筒を別途設
けた請求項３または４記載の金属製造用電解槽の浴温度
調節装置。 - 【請求項６】浴面近傍の熱交換器表面に保護用セラミッ
クスライニングを形成してなる請求項３、４または５記
載の金属製造用電解槽の浴温度調節装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294572A JP3057574B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 金属製造用電解槽の浴温度調節方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294572A JP3057574B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 金属製造用電解槽の浴温度調節方法とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04214889A JPH04214889A (ja) | 1992-08-05 |
| JP3057574B2 true JP3057574B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=17809519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2294572A Expired - Lifetime JP3057574B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 金属製造用電解槽の浴温度調節方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3057574B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016002377A1 (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | 東邦チタニウム株式会社 | 金属の製造方法及び高融点金属の製造方法 |
| JP6970570B2 (ja) * | 2017-09-25 | 2021-11-24 | 東邦チタニウム株式会社 | 溶融塩電解槽の乾燥方法 |
| JP7017361B2 (ja) * | 2017-10-02 | 2022-02-08 | 東邦チタニウム株式会社 | 溶融塩電解槽 |
| JP7303038B2 (ja) * | 2019-06-21 | 2023-07-04 | 三菱重工業株式会社 | 電解製錬炉 |
| JP7467136B2 (ja) * | 2020-01-28 | 2024-04-15 | 東邦チタニウム株式会社 | 熱交換器、溶融塩電解槽、金属の製造方法 |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP2294572A patent/JP3057574B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04214889A (ja) | 1992-08-05 |
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|---|---|---|---|
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