JP5173296B2 - 高純度アルミニウムの連続精製システム - Google Patents
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Description
上式においてkoは平衡分配係数、Coは元のアルミニウム中の不純物濃度、fsは固相率である。
(1)アルミニウムを溶解するための溶解炉と、前記溶解炉からの溶湯が順に送り込まれる、直列的に連結された複数の溶湯保持槽と、各溶湯保持槽と対を成し、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための回転冷却体と、を備え、最終の溶湯保持槽から系外へ溶湯が排出される一連の装置を1組のラインとし、前記ラインが複数組用いられたN次ライン(ただし2≦N)からなり、(n−1)次ライン(ただし2≦n≦N)で回転冷却体に付着凝固して回収された高純度アルミニウム塊は、続くn次ラインの溶解炉で溶解され、溶解炉で溶解された溶湯が順々に溶湯保持槽を通り、排出されるものとなされ、かつ、n次ラインの前記溶湯保持槽及び該保持槽と対に配置された前記回転冷却体の数は、(n−1)次ラインのそれより少ないことを特徴とする高純度アルミニウムの連続精製システム。
(2)ラインの次数Nが2または3であることを特徴とする前項1に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
(3)前記複数組のラインの内、1つあるいは複数のラインの溶解炉にホウ素が添加されることを特徴とする前項1または2に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
(4)溶解炉と溶湯保持槽の間に、ホウ素の添加が可能な撹拌槽が設置され、前記溶解炉から撹拌槽までの間のいずれかの場所においてホウ素が添加されるものとなされていることを特徴とする前項3に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
(5)溶解炉と溶湯保持槽の間に、包晶不純物を不溶性ホウ素化合物として分離抽出が可能な分離槽が設置されていることを特徴とする前項3または4に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
(6)アルミニウムを溶解するための溶解炉と、前記溶解炉からの溶湯が順に送り込まれる、直列的に連結された複数の溶湯保持槽と、各溶湯保持槽と対を成し、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための回転冷却体と、を備え、最終の溶湯保持槽から系外へ溶湯が排出される一連の装置を1組のラインとし、
前記ラインが複数組用いられたN次ライン(ただし2≦N)からなり、(n−1)次ライン(ただし2≦n≦N)で回転冷却体に付着凝固して回収された高純度アルミニウム塊は、続くn次ラインの溶解炉で溶解され、溶解炉で溶解された溶湯が順々に溶湯保持槽を通り、排出されるものとなされ、
1次ラインで排出される溶湯はライン外に排出される一方、n次ラインで排出される溶湯は(n−1)次ラインの溶解炉に戻されるものとなされ、
かつ、n次ラインの前記溶湯保持槽及び該保持槽と対に配置された前記回転冷却体の数は、(n−1)次ラインのそれより少ないことを特徴とする高純度アルミニウムの連続精製システム。
(7)ラインの次数Nが2または3であることを特徴とする前項6に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
(8)前記複数組のラインの内、1つあるいは複数のラインの溶解炉にホウ素が添加されることを特徴とする前項6または7に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
(9)溶解炉と溶湯保持槽の間に、ホウ素の添加が可能な撹拌槽が設置され、前記溶解炉から撹拌槽までの間のいずれかの場所においてホウ素が添加されるものとなされていることを特徴とする前項8に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
(10)溶解炉と溶湯保持槽の間に、包晶不純物を不溶性ホウ素化合物として分離抽出が可能な分離槽が設置されていることを特徴とする前項8または9に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
本発明者らは、前述の技術的課題の解決のために以下に述べる手段を見出した。
1)1次ライン
この実施形態による高純度アルミニウムの連続精製装置は、アルミニウムを溶解するための溶解炉を備え、溶解炉からの溶湯を直列的に接続された複数の溶湯保持槽に順に送り込み、最終の溶湯保持槽から系外へ溶湯が排出される一連の装置を1組のラインとして、まず1次ラインを構成する。このとき各溶湯保持槽と対をなして、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための回転冷却体を備えたものとする。
2)複合するライン
1. 1次ラインと同じく、アルミニウムを溶解するための溶解炉と、前記溶解炉からの溶湯が順に送り込まれる、直列的に連結された複数の溶湯保持槽と、各溶湯保持槽と対を成し、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための回転冷却体と、を備え、最終の溶湯保持槽から系外へ溶湯が排出される一連の装置からなる1組のラインを、さらに1組以上組み合わせて、N次ライン(ただし2≦N)を構成する。
a:回収率(sw2/SW1)は常に1未満となり、回収されるアルミニウム塊から不純物濃度を低減するには、回収率を低くする必要がある。この結果、回転冷却体によりn次のラインでアルミニウム塊が抽出される所要時間と、(n-1)次のラインでアルミニウム塊が抽出される所要時間を連動させるには、溶湯保持槽の数が、n次のラインにおいて(n−1)次よりも回収率に応じて減少されなければならない。
b:n次ラインの溶湯保持槽の数は、n−1次ラインの溶湯保持槽の数より少なくする場合、n−1次ラインの回収重量に対するn次ラインの回収重量の比率が小さいほど、より高い純度のアルミニウム塊が得られる。
c:前述に記述したように溶湯保持槽を次数に伴い減少させた精製ラインを、n次ラインまで並列的に設置することにより、小さな設備面積で、エネルギー効率を高め、共晶不純物を従来開示されている精製設備よりもさらに低減できる設備・システムが得られる。このとき、このラインのエネルギー効率を総合的に高める目的において、各ラインの間隔は極力近接させることが望ましい。
3)ラインの次数
ラインの次数(N次)は、2次または3次であることが望ましい。3次を超えて設備を構築しても設備の複雑性が増し、操業面や経済性の面での優位性が乏しくなる。
4)ホウ素の添加
N次のラインの少なくとも1つにおいて、溶解炉11、21、31にホウ素を添加し、Ti、Zr、V等の包晶系の不純物とホウ素を反応させても良い。また、溶解炉と回転冷却体を伴う溶湯保持槽の間に、ホウ素の添加が可能な撹拌槽が設置されてもよい。この撹拌槽においてホウ素を添加することによっても、Ti、Zr、V等の包晶系の不純物とホウ素を反応させることができる。また、溶解炉や撹拌槽だけでなく溶解炉や撹拌槽を連結する樋においてホウ素を添加しても良い。ホウ素は、Al−B(ボロン/ホウ素)母合金として添加するのが一般的であるが、それに限定されるものではない。添加した後、包晶系不純物とホウ素の反応を促進させる方法として、永久磁石による非接触式の溶湯撹拌、黒鉛製の回転子による撹拌、または溶湯中に処理ガスを吹き込む方法、等がある。
5)包晶不純物の分離
前述のホウ素の添加と撹拌により、溶湯からは、Ti、Zr、V等の包晶元素とホウ素とを反応させて不溶性ホウ素化合物を生成させ除去することにより、包晶不純物を除去することが可能となる。このとき不溶性ホウ素化合物の分離は撹拌槽の表面において浮滓として機械的に除去することができる。
この分離槽は、溶湯表面に浮遊した浮滓を溶湯保持槽以外の系へ分離するため、分離槽との間に隔壁を設け、溶湯表面のみ別経路の樋を設けて排出できるものとする。また不溶性ホウ素化合物は不溶性の化合物となっているので、フィルターを設置して除去してもよい。
[具体的実施形態]
図1および図2は本発明の一実施形態に係る高純度アルミニウムの精製システムを示す。
精製システムに供したアルミニウム原料と、精製後のアルミニウム塊の組成を表1に、各精製条件と、精製効率の比較数値を表2に示す。
図4に示すように、回転冷却体130、230を配置した溶湯保持槽13、23の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個に設定した連続2回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、重量比で、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。
(実施例2)
図5に示すように、回転冷却体130、230を配置した溶湯保持槽13、23の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個に設定した連続2回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン及び2次ラインにおける各溶解炉11、21の次段に配置した撹拌槽12、22にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
(実施例3)
図6に示すように、回転冷却体130,230、330を配置した溶湯保持槽13、23、33の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個、3次ラインでは3個に設定した連続3回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン、2次ライン及び3次ラインにおける各溶解炉11、21、31の次段に配置した撹拌槽12、22、32にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
(実施例4)
図7に示すように、回転冷却体130、230、330を配置した溶湯保持槽13、23、33の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個、3次ラインでは3個に設定した連続3回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン、2次ライン及び3次ラインにおける各溶解炉11、21、31の次段に配置した撹拌槽12、22、32にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
(実施例5)
図8に示すように、回転冷却体130、230、330、430を配置した溶湯保持槽13、23、33、43の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個、3次ラインでは3個、4次ラインでは2個に設定した連続4回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン、2次ライン、3次ライン及び4次ラインにおける各溶解炉11、21、31、41の次段に配置した撹拌槽12、22、32、42にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
(比較例6)
図9に示すように、回転冷却体130を配置した溶湯保持槽13の数を10個に設定した1次ラインのみの精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。
[図3に示したシステムに係る実施例]
本実施例に用いる回転冷却体は、カーボン製で上端の外径が200mm、下端の外径が150mmの逆円錐台形である。
図10に示すように、回転冷却体130、230を配置した溶湯保持槽13、23の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個に設定した連続2回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、重量比で、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。
(実施例8)
図11に示すように、回転冷却体130、230を配置した溶湯保持槽13、23の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個に設定した連続2回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン及び2次ラインにおける各溶解炉11、21の次段に配置した撹拌槽12、22にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
(実施例9)
図12に示すように、回転冷却体130、230、330を配置した溶湯保持槽13、23、33の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個、3次ラインでは3個に設定した連続3回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、重量比でFe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン、2次ライン及び3次ラインにおける各溶解炉11、21、31の次段に配置した撹拌槽12、22、32にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
(実施例10)
図13に示すように、回転冷却体130、230、330を配置した溶湯保持槽13、23、33の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個、3次ラインでは3個に設定した連続3回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン、2次ライン及び3次ラインにおける各溶解炉11、21、31の次段に配置した撹拌槽12、22、32にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
(実施例11)
図14に示すように、回転冷却体130、230、330、430を配置した溶湯保持槽13、23、33、43の数を、1次ラインでは10個、2次ラインでは5個、3次ラインでは3個、4次ラインでは2個に設定した連続4回精製システムにて、アルミニウムを精製した。元のアルミニウム中に含まれる組成は、Fe0.04%、Si0.02%、Ti0.001%、V0.003%である。1次ライン、2次ライン、3次ライン及び4次ラインにおける各溶解炉11、21、31、41の次段に配置した撹拌槽12、22、32、42にホウ素を濃度が0.015%になるように添加した。
12、22、32、42 撹拌槽
13、23、33、43 溶湯保持槽
130、230、330 回転冷却体
16、26、35 分離槽
15、25、36 樋
27、37 溶湯戻し装置
60 溶湯
Claims (10)
- アルミニウムを溶解するための溶解炉と、前記溶解炉からの溶湯が順に送り込まれる、直列的に連結された複数の溶湯保持槽と、各溶湯保持槽と対を成し、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための回転冷却体と、を備え、最終の溶湯保持槽から系外へ溶湯が排出される一連の装置を1組のラインとし、
前記ラインが複数組用いられたN次ライン(ただし2≦N)からなり、(n−1)次ライン(ただし2≦n≦N)で回転冷却体に付着凝固して回収された高純度アルミニウム塊は、続くn次ラインの溶解炉で溶解され、溶解炉で溶解された溶湯が順々に溶湯保持槽を通り、排出されるものとなされ、
かつ、n次ラインの前記溶湯保持槽及び該保持槽と対に配置された前記回転冷却体の数は、(n−1)次ラインのそれより少ないことを特徴とする高純度アルミニウムの連続精製システム。 - ラインの次数Nが2または3であることを特徴とする請求項1に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
- 前記複数組のラインの内、1つあるいは複数のラインの溶解炉にホウ素が添加されることを特徴とする請求項1または2に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
- 溶解炉と溶湯保持槽の間に、ホウ素の添加が可能な撹拌槽が設置され、前記溶解炉から撹拌槽までの間のいずれかの場所においてホウ素が添加されるものとなされていることを特徴とする請求項3に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
- 溶解炉と溶湯保持槽の間に、包晶不純物を不溶性ホウ素化合物として分離抽出が可能な分離槽が設置されていることを特徴とする請求項3または4に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
- アルミニウムを溶解するための溶解炉と、前記溶解炉からの溶湯が順に送り込まれる、直列的に連結された複数の溶湯保持槽と、各溶湯保持槽と対を成し、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための回転冷却体と、を備え、最終の溶湯保持槽から系外へ溶湯が排出される一連の装置を1組のラインとし、
前記ラインが複数組用いられたN次ライン(ただし2≦N)からなり、(n−1)次ライン(ただし2≦n≦N)で回転冷却体に付着凝固して回収された高純度アルミニウム塊は、続くn次ラインの溶解炉で溶解され、溶解炉で溶解された溶湯が順々に溶湯保持槽を通り、排出されるものとなされ、
1次ラインで排出される溶湯はライン外に排出される一方、n次ラインで排出される溶湯は(n−1)次ラインの溶解炉に戻されるものとなされ、
かつ、n次ラインの前記溶湯保持槽及び該保持槽と対に配置された前記回転冷却体の数は、(n−1)次ラインのそれより少ないことを特徴とする高純度アルミニウムの連続精製システム。 - ラインの次数Nが2または3であることを特徴とする請求項6に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
- 前記複数組のラインの内、1つあるいは複数のラインの溶解炉にホウ素が添加されることを特徴とする請求項6または7に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
- 溶解炉と溶湯保持槽の間に、ホウ素の添加が可能な撹拌槽が設置され、前記溶解炉から撹拌槽までの間のいずれかの場所においてホウ素が添加されるものとなされていることを特徴とする請求項8に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
- 溶解炉と溶湯保持槽の間に、包晶不純物を不溶性ホウ素化合物として分離抽出が可能な分離槽が設置されていることを特徴とする請求項8または9に記載の高純度アルミニウムの連続精製システム。
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