JP5378794B2

JP5378794B2 - 溶融アルミニウム合金のインライン塩精錬

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Publication number: JP5378794B2
Application number: JP2008536893A
Authority: JP
Inventors: クロードデュピュイ; カールラクロニ; ピーターウェイト
Original assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd; Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: EP1948835A2; CN101297052A; CA2626580A1; US8025712B2; US20080307927A1; CN101297052B; WO2007048240A2; AU2006308469A1; ZA200804041B; EP1948835B1; AU2006308469B2; CA2626580C; JP2009512782A; WO2007048240A3; EP1948835A4

Description

本発明は、溶融アルミニウム及び溶融アルミニウム合金の連続的なインライン精錬に関する。

（従来技術の記載）
少量の溶解粒子及びガス状不純物の両方を含む、アルミニウム及びアルミニウム合金のような溶融金属は、金属運搬樋又はトラフ中に設置される装置でインライン処理され、鋳造、連続的な鋳造及び他の処理にかけられる。
アルミニウム金属は、入口のトラフ中へ当該トラフを介して流れ込んで出口で抜け出るが、これは実質的に連続的な様式で起こる。当該トラフは、概して加熱された容器（例えば、鋳造炉のような）と鋳造装置との間に設置される。当該処理は、ｉ）溶解水素、ii）固体非金属粒子（例えば、アルミナ及びマグネシア）、及びiii）溶解不純物（例えば、Ｎａ、Ｌｉ及びＣａ）を除去することを目的とする。この精錬処理は、伝統的に塩素ガス又はアルゴンのような不活性ガスと塩素ガスとの混合物を用いることにより達成されてきた。この精錬方法は、既に議論したii）及びiii）のような他の汚染物質をも除去するので、金属の単なる脱ガスを越えて用いられうるが、一般に“金属脱ガス（metal degassing）”と称される。

そのような用途において塩素を除去するための環境圧（environmental pressure）が存在し、アルゴンの使用だけが当該処理の一部を達成することができるが、これは他の用途に関して、特にマグネシウム含有アルミニウム合金を処理するのに不適当である。
塩化物塩の使用は、連続的な金属処理ではなく、むしろある加熱炉ベース又はバッチで用いられてきた。特に、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）、及び塩化カリウム（ＫＣｌ）とＭｇＣｌ₂の混合物が、塩素ガスの見込まれる代替品として考慮されてきた。しかしながら、塩化マグネシウムは特に吸湿性であり、それ故に必然的に水分を含み、絶え間なく外気から水分を吸収する。処理の間に、この水分は溶融アルミニウムと反応して水素を発生し、この水素が溶融金属中に溶解し、結果として低品質の金属をもたらしうる。

加熱炉処理及びるつぼ処理において、塩化マグネシウム中の水分の存在は、これらが概して決定的ではない用途に向けられるのであれば、容認されうる。しかしながら、金属が処理後に速やかに鋳造されるインライン処理における使用、及び水素気孔（hydrogen porosity）が容認できない重要な製品に関しては、塩化マグネシウムを使用することはできなかった。
塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）は、インライン脱ガス処理のための“カバーフラックス（cover flux）”として用いられてきたが、この使用はインライン塩素ガス注入の使用を賞賛するものであり、ＭｇＣｌ₂は溶融金属のインライン塩化ガス注入の代替品を明らかに意味しない。

米国特許３，７６７，３８２号は、不純物の分離を可能にするバッフルによって区分される分散チャンバー（dispersing chamber）と分離チャンバーを含む連続的なインライン金属処理システムを開示する。当該分散チャンバー中の回転式分散機を使用して、溶融金属を離散させ（break-up）、塩素ガス及び不活性ガスを含む処理ガス（treatment gas）を当該金属中へ分散させる。開示されるカバーフラックスは、80質量％のＭｇＣｌ₂及び０．１質量％未満の水分を含む。
米国特許４，１３８，２４５は、溶融アルミニウムの塊（body）中に導入される塩素ガスとアルゴンガスの混合物であってもよい塩素化剤を導入することによってナトリウムを除去するための手段を開示する。金属は、８５％のＭｇＣｌ₂を含む塩で被覆されるフィルター−デガッサーベッド（filter-degasser bed）の組み合わせを通過する。当該塩は当該ベッドへ閉じ込められて、反応し、当該金属中のナトリウムレベルを低減する。

米国特許５，７７２，７２５は、ガス状フラックスのみならず塩と共に使用できると言われる溶融金属のインライン処理方法を開示するが、これがどのように達成されるかに関してのいずれの詳細もない。当該発明は、金属浴中へガスを分散させるのに適合される分散機／攪拌機を開示し、この金属浴では、前記攪拌機の回転が定期的に反転される。
米国特許６，６０２，３１８は、とりべ（ladle）のような処理容器を開示し、これは、０．０３６の所定の質量比のＫＣｌ／ＭｇＣｌ₂の混合物を用いて当該容器中に含まれる金属からカルシウムと粒子を除去する。その上、ＫＣｌ／ＭｇＣｌ₂が回転性の高剪断インペラー近くの溶融金属の高さよりも下位の注入チューブを手段として供給され、従ってＫＣｌ／ＭｇＣｌ₂の迅速な分散を達成する。

ＥＰ−Ａ−３９５１３８は、８０％までのアルカリ金属塩化物及びアルカリ土類金属塩化物を含む塩であってもよい種々の塩を用い、かつそのような塩を取り扱うための分散機装置を含んでいてもよいるつぼ処理を開示するが、この処理は、金属の高さよりも下でかつインペラーの高さにある分散機の中空シャフトを介して不活性ガスと共に固形物を共注入することを含む。
ＥＰ−Ａ−１４６２５３０は、るつぼ中での溶融金属を処理する装置及び処理する方法を開示する。当該装置は、分散機の中空シャフトを介して塩を加える。加圧不活性ガスは、中空シャフトを介してインペラーの高さまでるつぼ中の金属へ塩を断続的に輸送する。当該システムは、様々な塩フラックスに用いることができる。

従って、全ての従来技術は、アルミニウム金属を精錬するための塩素ガスを用いるか、又は、静的るつぼ中若しくは不純物の除去のための長い滞留時間を可能にするインライン容器中で行うかのどちらかである。従って、塩素ガスを使用しないトラフ中の溶融アルミニウム及び溶融アルミニウム合金の効率の良い連続的なインライン精錬に関する課題が残っている。

（発明の要約）
本発明は、金属ハロゲン化物塩及び不活性ガスのみを用いる溶融アルミニウム及び溶融アルミニウム合金の連続的なインライン精錬のための装置及び精錬方法を開示する。
従って、本発明の一つの側面において、溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金のインライン精錬方法を提供し、当該方法は：
不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、入口から出口までトラフを流れる前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ加えること；及び
前記不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記トラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ分散させること、
を含む。
本発明の他の側面において、入口から出口まで流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金のインライン精錬方法であって、ここで、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金は金属性液体面を有し、：
不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、上流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で、入口から出口までトラフを流れる前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ加えること；及び
前記不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記トラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ前記上流の分散機で分散させること、
不活性ガスだけを下流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に加えること、及び
該不活性ガスを前記下流の分散機で前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に分散させること
を含む、前記方法を提供する。
本発明の他の側面において、入口から出口までトラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金のインライン精錬方法であって、ここで、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金は金属性液体面を有し、：
不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、上流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で、前記トラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ加えること；及び
前記不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ前記上流の分散機で分散させること、
不活性ガスだけを下流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で前記トラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に加えること、及び
該不活性ガスを前記下流の分散機で前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に分散させること
を含む、前記方法を提供する。
本発明の他の側面において、溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金をインラインで精錬するための装置であって：
駆動手段へ作動的に接続される取付端及び前記取付端と反対側の遠位端を有する回転可能なシャフト、及び前記遠位端へ固定されるインペラーを含む、少なくとも一つの分散機であって、前記遠位端とインペラーが前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ浸漬するのに適合されている前記少なくとも一つの分散機；
上流の入口及び下流の出口を含むトラフであって、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金が前記入口から出口まで流れることを可能にする、前記トラフ；
前記インペラーに近接する前記トラフ中へ不活性ガスを注入するためのガス供給システム；並びに
前記インペラーに近接する前記トラフ中へ少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を供給するための塩供給システム
を含み、前記少なくとも一つの分散機が前記トラフ中に作動的に取り付けられる、前記装置を提供する。
本発明の他の側面において、溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金をインラインで精錬するための装置であって：
駆動手段へ作動的に接続される取付端及び前記取付端と反対側の遠位端を有する回転可能なシャフト、及び前記遠位端へ固定されるインペラーを含む、少なくとも一つの上流の分散機及び少なくとも一つの下流の分散機であって、前記遠位端とインペラーが前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ浸漬するのに適合されている、前記少なくとも一つの上流の分散機及び前記少なくとも一つの下流の分散機；
上流の入口及び下流の出口を含むトラフであって、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金が前記入口から出口まで流れることを可能にし、ここで、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金は該トラフ中で金属性液体面を規定し、４００ｍｍ未満の深さ及び６００ｍｍ未満の幅を有する、前記トラフ；
ガス供給システム；並びに
塩供給システム
を含み、ここで、前記ガス供給システムは不活性ガスを、前記少なくとも一つの上流の分散機のインペラーに近接し、前記少なくとも一つの下流の分散機のインペラーに近接する前記トラフ中へ金属性液体面よりも下で注入し、かつ前記塩供給システムは少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記少なくとも一つの上流の分散機のインペラーに近接する前記トラフ中へ前記金属性液体面よりも下で供給し、かつ前記少なくとも一つの上流の分散機及び前記少なくとも一つの下流の分散機が前記トラフ中に作動的に取り付けられる、前記装置を提供する。
（図面の簡単な説明）
本発明の更なる特徴及び利点を、添付の図面と共に取り上げて以下の詳細な説明から明らかにする。

（好ましい実施態様の詳細な記載）
図１は、塩素ガスを用いる従来技術の装置の実施態様を図解する。図解される当該装置９１０は、トラフ９５０（部分的に断面化される）及び一連の分散機９６０（この描写される実施例用においては、６つの分散機を含み、その内の１つはバッフル９７４の後ろに隠れている）を含む。
トラフ９５０は、金属運搬樋とも記載することもでき、上流の入口９５４及び下流の出口９５６を含み、当該トラフは溶融アルミニウム及び溶融アルミニウム合金が入口９５４から出口９５６まで流れることを可能にするように適合される。図解される当該トラフ９５０は、トラフの入口９５４の上流及びトラフの出口９５６の下流に深さ９５７を有する。分散機の真下の当該トラフ９５０の中央部分９５５は、深さ９５８を有し、この実施態様においては、入口９５４の上流及び出口９５６の下流のトラフよりも大きな深さを有する。図解していないが、トラフの中央部分９５５は、入口９５４及び出口９５６の幅よりも大きな幅を有していてもよい。

当該装置９１０は、６つの一連の分散機９６０をさらに含んでいてもよく、その内の２つは、参照番号９６１及び９６７として特定されている。当該一連の分散機は、好ましい実施態様において、トラフの中心線９７１に沿って直線で設置され、各々の分散機はトラフの中央部分９５５に沿って隣り合う分散機からほぼ等距離にあり、それらのインペラーは、トラフ９５０の底の溶融アルミニウム中で回転するように適合される。これらの分散機は、囲い（enclosure）９２２によってトラフ９５０中に収められる。上述の一連の分散機は、駆動手段であり、好ましくは電気モーター、圧縮空気モーター（compressed air motor）又は電気モーターへ作動的に接続される一連のベルト若しくはギアである。３つの分かれた囲い９２３ａ、９２３ｂ及び９２３ｃは、囲い９２２の上に立っており、各々の分かれた囲いは２つの分散機用の駆動手段を含む、つまり、囲い９２３ａについて言えば、分散機９６１及び９６７用の駆動手段は囲い９２３ａの中に設置されている。
各々の分散機は、ガスの供給への接続を有する。図１において、分散機９６１及び９６７は、それぞれガス入口９１２及び９１４へ接続される。ガスは、各々の分散機の回転シャフトを通過し、インペラー中の内部通路の中の溶融金属と混合され、次に溶融金属とガスの混合物がインペラーの側面上の開口部から実質的に水平な様式で排出される。

図解される囲い９２２は、一番目の分先の上流のバッフル９７２及び最後の分散機の下流のバッフル９７６をさらに含んでいてもよく、さらに、図解される実施態様においては、最初の３つの分散機と最後の３つの分散機との間に追加のバッフル９７４を含む。分散機間の追加のバッフル（図示せず）をまたいくつかの実施態様において用いてもよい。これらのバッフルは、金属がその下及び周りを流れることを許容し、一方で、バッフル９７２及び９７６は特に、これらのバッフルの間のトラフの一部分へ浮遊する副生成廃棄物（しばしばドロスと称される）を留める。このドロスは定期的に除去することができ、これらのバッフルはドロスが下流に通過すること及びいずれのフィルター又は使用される場合にはインゴットそれ自身を汚染することをも防ぐ。バッフル９７２及び９７６は、囲い９２２と共に、分散機を含むトラフの領域中への空気の侵入を低減し、それによって酸化を低減する。

図１に描かれる分散機システム９６０は、特許権者Alcan International Limitedの米国特許５，５２７，３８１号に記載されるものと類似し、その内容は参照によって本明細書に取り込まれる。米国特許５，５２７，３８１号は、液体を散らしたり（splashing）、又は、その中の液体がさらなるガス類及び/又は液体表面上の不純物を飛沫同伴することを可能にする渦を発生させることなく当該液体をインペラーにポンプで送り込むことを目的とするものである。
図１の分散機システム９６０は、塩素と不活性ガスの注入及び分散で、トラフ９５０中の溶融アルミニウムフロー又は溶融アルミニウム合金フローを入口から出口まで循環させるか又はポンピングすることによって作動する。
アルミニウム金属中の主な不純物は、（１）溶解水素ガス；（２）粒子（酸化物、炭化物、ホウ化物など）及び溶解アルカリ金属（Ｎａ、Ｌｉ、Ｃａのような）であり、これらは鋳造又はその結果生じる製品の特性に有害な影響を有する。塩素ガスは、アルカリ金属を塩に変化させるのに効果的であり効果的であり、この塩は癒着して不活性ガスにより補助されて表面まで盛り上がる。水素は、不活性ガスの泡中へ優先的に拡散して除去され、粒子はガスの泡の周りに癒着し（形成されるいずれの塩によって補助される）、表面まで盛り上がる。これらの塩及び粒子は、ドロス又は副生成廃棄物を形成し、定期的にすくい取られるか又は下流のフィルター中に捕捉される。塩素ガスは、化学量論量を超えて加えられ、従ってこの過剰分を環境的に許容される手段で処分しなければならない。

図２は、本発明のある好ましい実施態様を図解したものであり、装置１０は、いずれの塩素ガスなしで、溶融アルミニウム及び/又は溶融アルミニウム合金のインライン精錬に用いられる。本発明のインライン精錬は、実質的に連続的な方法として、当業者（the skilled practitioner）に理解される。上記で議論したようなこれらの不純物は：水素のような溶解ガス；不溶性酸化物のような粒子；及び溶解アルカリ金属である。
当該精錬装置１０は：トラフ５０、塩供給システム２０、少なくとも一つの分散機６１（図２は、２つの分散機６１及び６７を図解する）を備える分散システム６０及びガス供給システム１６を含む。

インライン精錬は、好ましい実施態様において、冶金トラフ５０（これは金属運搬樋と呼んでもよい）の一部で実施され、この冶金トラフ５０は、鋳造（若しくは金属ホールディング（metal holding））加熱炉と鋳造装置の間に設置される。そのような冶金トラフは、鋳造加熱炉から鋳造装置までの緩やかな勾配を有していてもよく、溶融金属が鋳造加熱炉から鋳造装置まで流れるように適合される。本発明のそのような冶金トラフの部分５０は、図２に図解され、溶融金属の上流の入口５４及び下流の出口５６並びに溶融金属が実質的に連続的な様式で流れるトラフを有する。当該入口及び出口の配置は各々、図１のものと同様に、バッフルを有し、そのバッフルで規定されていてもよい。当該入口５４及び出口５６はそれぞれ、最上流の分散機６１及び最下流の分散機６７に近接している。

本発明のインライン精錬中の当該入口５４と出口５６との間の溶融金属の滞留時間は、様々であり、当該金属の質量のスループット（metal mass throughput）に依存するが、概して数十秒の間（in tens of seconds）に測定される。分散機が設置されるトラフの部分５０は、当該トラフの底でほんのわずかのデッドボリューム（dead volume）を有するか又は全くデッドボリュームを有さず、従って、専門的な排水孔又はトラフを傾ける（tipping）手段を含む設計を必要としない。当該トラフの部分５０を含む冶金トラフは、耐熱性の裏打ちスチール（refractory lined steel）、又はその構成が当業者に周知の他の適切な材料で構築してもよい。

トラフの中央部分５５は、分散機に位置し、入口５４の上流又は出口５６の下流の深さ５７よりも最大で５０％大きい深さを有していてもよい。好ましい実施態様において、図２に図解されないが、当該深さ５８は、深さ５７と実質的に同じである。同様に、トラフの中央部分５５の幅は、入口５４の上流又は出口５６の下流の幅よりも最大で５０％幅広くてもよい。当業者に理解されるとおり、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の反応生成物、固体粒子（酸化物）及び残余の（又は未反応の金属ハロゲン化物）塩を含む副生成廃棄物（ドロス）は、入口５４及び出口５６にバッフルが存在する場合には、バッフルの後ろで捕捉されオペレーターによって除去することができる、又は出口５６の下流に位置するフィルター中に捕捉させることができる。残余の金属ハロゲン化物塩は、化学量論量を超える供給に起因して存在する。同様に、水素と不活性ガスの混合物を含む排ガスは、いずれの従来の排気システムによって除去することができる。塩素が存在しないことに起因して、この排ガスは特別な処理を必要としない。従って、試練アルミニウム金属又は試練アルミニウム合金を、回収又はさらなるプロセシング及び好ましい出口５６の下流の鋳造装置へ送ることができる。

本発明のトラフは、好ましい実施態様において、以下のプロセス及び次元パラメータ（dimensional parameters）を有する：

ａ）典型的な金属流速は、最大で約１５００ｋｇ／分である。しかしながら、概して、この質量流速は、約１００ｋｇ／分よりも大きい。当業者は、全く流れがない状態及び他の特別な状況が存在する際に、本発明のトラフ５０が１００ｋｇ／分より低い質量流速を有しうることを明白に理解する；

ｂ）塩は、金属１０００ｋｇあたり少なくとも１ｇｍの割合で好ましく加えられる。これは、粒子の効果的な除去のために必要とされる最小値である。しかしながら、アルカリ金属の効果的な除去のために、この塩は、化学量論的必要量の少なくとも１倍の割合、より好ましくは化学量論的必要量の少なくとも２倍の割合で加えられるべきである。この化学量論的必要量とは、そのＭｇＣｌ₂含有量を基準として、存在する全てのＮａ、Ｌｉ及びＣａとちょうど反応してそれらを対応する塩化物塩へ変換させるのに必要とされる塩の量のことである。しかしながら、化学量論的必要量の１０倍を超える塩添加は要求されず、より好ましくは、化学量論的必要量の６倍を超える塩添加は要求されない。効果的なアルカリ金属の除去のための少ない量の塩添加は、結果として制限された水の添加をもたらし、従ってアルゴン単独のみと同程度効果的な水素の除去ををもたらす；

ｃ）入口５４と出口５６との間、すなわち分散機の影響を受けるトラフ中の金属の典型的な滞留時間は、約６０秒未満であり、好ましくは２５秒〜３５秒の範囲である（用いる分散機の数に関係なく）；トラフの中央部分５５におけるトラフの深さは、典型的には約４００ｍｍ未満であり、トラフの中央部分におけるトラフの幅は、典型的には約６００ｍｍ未満であり、より好ましくは、この幅は３００ｍｍ〜６００ｍｍまで様々であってよい；及び

ｄ）分散機間の典型的な間隔は、約３５ｃｍである。

塩供給システム２０は、好ましい実施態様において、分散システム６０の上に配置される。当該塩供給システムは、塩ホッパー２４を含み、この塩ホッパー２４の中へ金属ハロゲン化物塩が供給される。好ましい実施態様において、金属ハロゲン化物塩は、ＭｇＣｌ₂又はＭｇＣｌ₂とＫＣｌの混合物を含み、フラックスと呼ばれることがある。特に好ましい実施態様において、当該塩は、少なくとも２０質量％、さらにより好ましくは少なくとも５０質量％のＭｇＣｌ₂及び０．０１質量％〜２．０質量％の水を含む。ある実施態様において、ＭｇＣｌ₂をＡｌＣｌ₃で差し替えてもよい。
塩ホッパー２４は、供給機２５による輸送に先立ち容器２２の中に設置してもよい。容器２２は、ガス供給システム１６からの不活性ガス１２でわずかに加圧される。好ましい実施態様において、不活性ガスはアルゴンである。不活性ガス１２は、容器２２に入り、塩ホッパー２４中のＭｇＣｌ₂又はＭｇＣｌ₂とＫＣｌの混合物を均等に覆ってもよく、ｋのようにして、保管の間の塩による更なる水分の吸着を最小限にする。

当業者は、塩ホッパー２４を、加圧容器２２に取って代わり、従って不活性ガスで加圧され、輸送パイプ２８及びトラフ５０へ密封して接続するように設計してもよいことを理解する。当該ホッパー２４はまた、必要に応じて、振動機又は他の機械的装置（図示せず）を含んでいてもよく、当該ホッパー２４の中の金属ハロゲン化物塩の架橋（bridging）を低減する又は排除する。
塩ホッパー２４の塩１８は、塩供給機２５の上流の入口３０で当該供給機に入る。金属ハロゲン化物塩は、概して比較的微細にひかれた結晶質粉末であり、これは概して自由に流れて、機械的手段及び/又は空気的手段（pneumatic means）によって輸送することができる。塩供給機２５は、図２に図解されるとおりのダブルヘリカルスクリュー（double helical screw）であってもよいがこれに限定されないいくつもの適切な供給機のいずれかであってよい。当該供給機は、使用される塩の量を正確に計測する能力を有するべきである。金属ハロゲン化物塩１８は、下流の末端の出口３２を経由して当該供給機２５から離れ、図２中で矢印２６により図式的に表される。当該金属ハロゲン化物塩は、輸送パイプ２８の最上部で小さなサイロ２７に入ってもよい、又は輸送パイプ２８へ直接的かつ密封して結びつけられてもよい。輸送パイプ２８は、金属ハロゲン化物塩１８を、金属トラフ５０へ方向付ける。供給機２５から離れる金属ハロゲン化物塩１８の輸送は、加圧された不活性ガス１２により支援されて、当該塩と不活性ガスの流れが、金属ハロゲン化物塩をパイプ２８を通ってトラフ５０の方へ輸送するように確立される。

金属ハロゲン化物塩１８は、輸送パイプ２８から、塩輸送パイプ２８へ接続される中空の塩供給チューブ（図示せず）を経由して加えてもよく、これは分散機６１に近接して設置される。この塩供給チューブは、金属ハロゲン化物塩を、トラフ５０の底の溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ、分散機インペラー６４に極めて近接して、好ましくは分散機インペラー６４の真下に供給することを可能にする。既に述べたとおり、好ましい実施態様において、当該塩及び不活性ガスは両方共に、輸送パイプ２８及び塩供給システム２０の塩供給チューブを経由して供給してもよい。不活性ガスは、当該金属ハロゲン化物塩の通過を支援し、これらは両方共に、同時の様式で又は実質的に同時の様式で、インペラー６４の付近の点、好ましくは当該インペラーの下で、溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ放出される。

図２に図解される特に好ましい実施態様において、金属ハロゲン化物塩は、分散機６１の回転シャフト６２を経由して供給される。当該シャフト６２は、当該シャフト６２の取付端６３から溶融アルミニウム中に浸される遠位端あるいは末端６５まで、回転シャフト６２を貫いて伸びる縦方向の中心ボアを含む。取付端６３はまた、ロータリーシール６８及びモーター７０へ作動的に接続される。ある実施態様においては、モーター７０は囲い５２の外側に位置するが、当該囲いの中にあってもよい。ロータリーシール６８は、シールと不活性ガスをトラフ囲い５２の中に保持しながら、当該シャフト６２が回転することを可能にする。ロータリーシール６８はまた、不活性ガス１２及び金属ハロゲン化物塩２６が当該ボア６６を経由して通過する点に存在してもよい。当該モーター（７１、７４）は当該シャフトの上端部へつながれるが、当該モーターは、中空の貫通シャフト（through shaft）を有しており、ガス/塩を、モーターの上端の中空シャフトを経由して供給し、分散機の中空シャフトまで通過させることができる。ロータリーシールが、当該モーターの上端のシャフトへ提供される。分散機６１の遠位端６５は、取り付けられる高剪断インペラー６４を有し、当該ボア６６の出口の位置に存在し、そこから不活性ガス１２及び金属ハロゲン化物塩が溶融金属中へ供給される。分散機は、典型的にはトラフ幅５１の中心に位置し、当該分散機の回転は、溶融アルミニウムを、分散機の周りの地帯の内側でポンピングし、渦の形成又は液体を散らすことをほとんど伴わない、あるいはこれらを全く伴わない。不活性ガス１２又は１４は、当該インペラーの中の通路の内部セット中へ供給され、金属と混合され、さらに混合された金属/ガス混合物がインペラーの側面の開口部から水平に排出される。

分散機システム６０は、図２に図解される実施態様において、２つの分散機６１及び６７を含み、これらは、金属ハロゲン化物塩及び不活性ガスをトラフ５０の底で流れる溶融金属中へ分散させる。金属性液体面７２が図解されている。分散機６１は、回転シャフト６２及び分散インペラー６４を含む。図解される当該分散システムは、米国特許５，５２７，３８１号に記載されるものと類似するが、金属ハロゲン化物塩の分散機シャフト６２の中心ボア６６の通過を可能にするように適合されている。
図２は、不活性ガスのみが注入される分散機６７があるとおり、全ての分散機がハロゲン化物塩の添加をする必要がないことをさらに図解する。複数の分散機が存在する場合は、トラフ５０はバッフル（図示せず）を含んでいてもよく、図１に記載されるものと類似する。他の好ましい実施態様において、連続する分散機は、それぞれ反対の方向に回転するか、又は、順次、時計回りの次は反時計回り（以下同様）に回転する。

複数の分散機が存在するさらに他の代替的な実施態様において、不活性ガス及び塩が少なくとも分散機の最上流で加えられ、不活性ガスだけが少なくとも分散機の最下流で加えられる。この実施態様において、塩は粒子及びアルカリ金属の除去に非常に効果的であり、従って、塩は上流の分散機でのみ必要とされ、当該量の塩中の水分によって生成されうる余分な水素は下流の分散機中の不活性ガスにより除去される。
他の代替的な実施態様において、１つより多い分散機にハロゲン化物塩を供給してもよく、当該塩の運搬速度は分散機ごとに異なるようにしてもよい。好ましい実施態様において、最上流の分散機は、最も大きい塩の供給速度を有し、一方で、下流の分散機は、順次より低い供給速度を有する。
分散システム６０はまた、複数の分散機６１を有していてもよく、分散機６１を通って又は分散機６１の近くで不活性ガス及び金属ハロゲン化物塩が当該溶融液体中へ注入される。６個、８個又はあるいはそれ以上の分散機を設置してもよく、好ましい実施態様では４個〜６個の分散機を有する。

ガス供給システム１６（図示せず）は：加圧ガス又は液相中のガスのシリンダの不活性ガス源；当該不活性ガスの圧力を調節するためのシステム；及び当該不活性ガスを小さなチューブ連結部へ分配するマニホルドを含み、例えば、図２において、参照番号１２及び１４により図解されるように、これらのチューブ連結部を次に、不活性ガスが必要とされるところへルート付けすることができる。ガス供給システム１６は、不活性ガスを単独又は組み合わせて含んでいてもよく、これらのガスとしては、ヘリウム、ネオン及びアルゴンが挙げられ、アルゴンは好ましい実施態様であるが、ガス供給システム１６が反応性ガスを含まず、特に塩素ガスを含まないことが理解される。
以下に、本発明の好ましい実施態様を示す。
［１］
溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金のインライン精錬方法であって：
不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、入口から出口までトラフを流れる前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ加えること；及び
前記不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記トラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ分散させること、
を含む、前記方法。
［２］
前記の金属運搬トラフ中又は出口の下流中の前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金から副生成廃棄物を除去すること；及び
精錬アルミニウム又は精錬アルミニウム合金を回収すること、
を含む、［１］記載の方法。
［３］
前記精錬アルミニウム又は精錬アルミニウム合金を鋳造することを含む、［２］記載の方法。
［４］
前記副生成廃棄物が、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中の不純物と、金属ハロゲン化物塩、固体粒子及び残留塩の少なくとも一つとの反応生成物の混合物である、［２］記載の方法。
［５］
前記固体粒子が酸化物である、［４］記載の方法。
［６］
前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金の排ガスが、前記不活性ガスの分散を介して放出される、［１］記載の方法。
［７］
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩がＭｇＣｌ ₂ を含む、［１］記載の方法。
［８］
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、少なくとも２０質量％のＭｇＣｌ ₂ と０．０１質量％〜２．０質量％の水である、［１］記載の方法。
［９］
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、少なくとも５０質量％のＭｇＣｌ ₂ を含む、［８］記載の方法。
［１０］
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、ＭｇＣｌ ₂ とＫＣｌを含む、［１］記載の方法。
［１１］
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金の１トンあたり０．０１ｋｇ〜０．２０ｋｇの割合で加えられる、［１］記載の方法。
［１２］
前記不活性ガスが、ヘリウム、ネオン及びアルゴンからなる群より選択される、［１］記載の方法。
［１３］
前記不活性ガスがアルゴンである、［１２］記載の方法。
［１４］
前記少なくとも一つのハロゲン化物塩と不活性ガスが、最上流の分散機で分散され、かつ不活性ガスだけが残りの分散機で分散される、［１］記載の方法。
［１５］
溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金をインラインで精錬するための装置であって：
駆動手段へ作動的に接続される取付端及び前記取付端と反対側の遠位端を有する回転可能なシャフト、及び前記遠位端へ固定されるインペラーを含む、少なくとも一つの分散機であって、前記遠位端とインペラーが前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ浸漬するのに適合されている前記少なくとも一つの分散機；
上流の入口及び下流の出口を含むトラフであって、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金が前記入口から出口まで流れることを可能にする、前記トラフ；
前記インペラーに近接する前記トラフ中へ不活性ガスを注入するためのガス供給システム；並びに
前記インペラーに近接する前記トラフ中へ少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を供給するための塩供給システム
を含み、前記少なくとも一つの分散機が前記トラフ中に作動的に取り付けられる、前記装置。
［１６］
前記少なくとも一つの分散機が２〜８個の分散機を含む、［１５］記載の装置。
［１７］
前記少なくとも一つの分散機が４〜６個の分散機を含む、［１６］記載の装置。
［１８］
前記少なくとも一つの分散機が６個の分散機を含む、［１７］記載の装置。
［１９］
前記トラフが前記上流の入口及び下流の出口でバッフルを含む、［１５］記載の装置。
［２０］
前記トラフが前記分散機の間にバッフルを含む、［１６］記載の装置。
［２１］
前記塩供給システムが、
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を蓄えるための塩ホッパー；
上流の入口及び前記入口から遠位の下流の出口を規定する塩供給機であって、前記入口が前記塩ホッパーへ作動的に連結されて前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を前記塩供給機を介して前記入口から出口まで供給する、前記塩供給機；
輸送パイプ、並びに
溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ浸漬するための塩供給チューブ、
を含み、前記塩供給機が、前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を前記出口から前記輸送パイプ及び前記塩供給チューブまで逐次的に運搬し、かつ前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を前記インペラーに位置する又は前記インペラーの真下に位置する前記トラフ中へ送り出す、［１５］記載の装置。
［２２］
前記ガス供給システムが前記塩ホッパーへ前記不活性ガスを供給し、前記不活性ガスが前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中への前記塩輸送パイプ及び塩供給チューブを介する前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩の輸送を補助する、［２１］記載の装置。
［２３］
前記不活性ガスがアルゴンである、［１５］記載の装置。
［２４］
前記塩供給チューブが前記シャフトであり、前記シャフトが、前記取付端から前記遠位端まで前記シャフトを貫くボアを規定し、かつ前記インペラーの真下に前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を送り出す、［１５］記載の装置。
［２５］
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩及び不活性ガスが最上流の分散機で分散され、かつ不活性ガスだけが残りの分散機で分散される、［１６］記載の装置。
［２６］
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩及び不活性ガスが最上流の２つの分散機で分散され、かつ不活性ガスだけが残りの分散機へ注入される、［１６］記載の装置。
［２７］
前記上流の入口及び下流の出口がそれぞれバッフルにより規定される、［１５］記載の装置。

（実施例１）
タイプＡＡ１１００のアルミニウム合金を調製し、図２に図解されるものと同様であるが４つの分散機を含む装置へ送達した。ハロゲン化物塩とアルゴンの混合物を第１分散機（最上流）を経由して送達し、アルゴンのみを３つの残りの分散機中へ注入した。アルゴンを、１分あたり１６０標準リットル（standard liter）の当該４つの分散機に分配される全体的な速度で送達した。塩なしで塩素/アルゴン混合物を用いた同様のデガッサーの結果と同様に、粒子除去の割合、水素除去及びアルカリ金属除去の割合を表１に示す。

この結果は、高レベルの粒子の除去を示唆する。本発明は、トラフ中のハロゲン化物塩の優れた分散により低レベルのハロゲン化物塩で粒子の除去を達成することができることを保証することによって正しく機能すると考えられる。さらに、これは、同伴水分（entrained moisture）からの水素生成がこれまで信じられていたよりも少なく、いずれの余分な生成された水素の除去も妥当であるように見えることを意味する。さらに、塩は最上流の分散機を経由して又はその近くで加えることだけが必要であり、しかし一方で、その下流のそれに続く分散機は実際に同伴水素を除去しうる。

（実施例２）
タイプＡＡ６０６３のアルミニウム合金を調製し、図２に図解されるものと同様であるが６つの分散機を含む装置へ送達した。ハロゲン化物塩とアルゴンの混合物を第１分散機（最上流）を経由して送達し、アルゴンのみを５つの残りの分散機中へ注入した。アルゴンを、１分あたり２６０標準リットル（standard liter）の当該６つの分散機に分配される全体的な速度で送達した。結果を表２に示す。

この実施例においては、塩を化学量論率の１〜４倍で加えたが、これはアルカリ除去が比較的小さな化学量論的過剰で効果的であることを示唆する。アルゴンと比較して、粒子の除去への塩添加の効果が明らかに示されている。

（実施例３）
タイプＡＡ５００５のアルミニウム合金を調製し、図２に図解されるものと同様であるが６つの分散機を含む装置へ送達した。ハロゲン化物塩とアルゴンの混合物を第１分散機（最上流）を経由して送達し、アルゴンのみを５つの残りの分散機中へ注入した。アルゴンを、１分あたり２７０標準リットル（standard liter）の当該６つの分散機に分配される全体的な速度で送達した。結果を表３に示す。

この実施例における塩添加は、アルカリ金属除去のための化学量論的必要量のわずか０．１倍〜０．５倍に相当する割合であり、そのアルカリ金属除去は、それに相当するように低かった。しかしながら、その粒子の除去はそれでもなお高く、粒子の除去は低い塩供給速度においても効果的であることを示唆する。

（実施例４）
タイプＡＡ１２００のアルミニウム合金を調製し、図２に図解されるものと同様であるが６つの分散機を含む装置へ送達した。ハロゲン化物塩とアルゴンの混合物を第１分散機（最上流）を経由して送達し、アルゴンのみを５つの残りの分散機中へ注入した。アルゴンを、１分あたり２７０標準リットル（standard liter）の当該６つの分散機に分配される全体的な速度で送達した。結果を表４に示す。

この実施例における塩添加は、アルカリ金属除去のための化学量論的必要量のわずか２倍〜６倍に相当する割合であり、アルカリ除去は比較的小さい化学量論的過剰で効果的であることを示唆する。
上記に記載された本発明の実施態様は、例示的であることのみを意図している。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の発明の範囲によってのみ限定されることを意図する。

図１は、従来技術の装置の部分的に断面化された透視図であり、当該装置が取り付けられたトラフの一部が除去されてトラフ中の複数個の分散機が見えるようになっている。図２は、本発明の一つの実施態様に従う装置の配置図であり、金属トラフの一部が図解されている。

Claims

入口から出口まで流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金のインライン精錬方法であって、ここで、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金は金属性液体面を有し、：
不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、上流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ加えること；及び
前記不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ前記上流の分散機で分散させること、
不活性ガスだけを下流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に加えること、及び
該不活性ガスを前記下流の分散機で前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に分散させること
を含む、前記方法。
入口から出口までトラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金のインライン精錬方法であって、ここで、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金は金属性液体面を有し、：
不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、上流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で、前記トラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ加えること；及び
前記不活性ガス及び少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ前記上流の分散機で分散させること、
不活性ガスだけを下流の分散機で前記金属性液体面よりも下位で前記トラフ中を流れる溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に加えること、及び
該不活性ガスを前記下流の分散機で前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中に分散させること
を含む、前記方法。
前記トラフ中又は出口の下流中の前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金から副生成廃棄物を除去すること；及び
精錬アルミニウム又は精錬アルミニウム合金を回収すること、
を含む、請求項２に記載の方法。
前記精錬アルミニウム又は精錬アルミニウム合金を鋳造することを含む、請求項３に記載の方法。
前記副生成廃棄物が、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中の不純物と、金属ハロゲン化物塩、固体粒子及び残留塩の少なくとも一つとの反応生成物の混合物である、請求項３に記載の方法。
前記固体粒子が酸化物である、請求項５に記載の方法。
前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金の排ガスが、排気システムによって除去される、請求項２に記載の方法。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩がＭｇＣｌ₂を含む、請求項１又は２に記載の方法。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、少なくとも２０質量％のＭｇＣｌ₂と０．０１質量％〜２．０質量％の水である、請求項１又は２に記載の方法。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、少なくとも５０質量％のＭｇＣｌ₂を含む、請求項９に記載の方法。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、ＭｇＣｌ₂とＫＣｌを含む、請求項１又は２に記載の方法。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金の１トンあたり０．０１ｋｇ〜０．２０ｋｇの割合で加えられる、請求項１又は２に記載の方法。
前記不活性ガスが、ヘリウム、ネオン及びアルゴンからなる群より選択される、請求項１又は２に記載の方法。
前記不活性ガスがアルゴンである、請求項１３に記載の方法。
前記少なくとも一つのハロゲン化物塩と不活性ガスが、最上流の分散機で分散され、かつ不活性ガスだけが残りの分散機で分散される、請求項１又は２に記載の方法。
溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金をインラインで精錬するための装置であって：
上流の入口及び下流の出口を含むトラフであって、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金が前記入口から出口まで流れることを可能にし、ここで、前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金は該トラフ中で金属性液体面を規定し、４００ｍｍ未満の深さ及び６００ｍｍ未満の幅を有する、前記トラフ；
駆動手段へ作動的に接続される取付端及び前記取付端と反対側の遠位端を有する回転可能なシャフト、及び前記遠位端へ固定されるインペラーを含む、少なくとも一つの上流の分散機及び少なくとも一つの下流の分散機であって、前記遠位端とインペラーが前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ浸漬するのに適合されている、前記少なくとも一つの上流の分散機及び前記少なくとも一つの下流の分散機；
塩供給システム；並びに
ガス供給システム
を含み、ここで、前記塩供給システムは少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を、前記少なくとも一つの上流の分散機のインペラーにおいて前記トラフ中へ前記金属性液体面よりも下で供給し、かつ前記ガス供給システムは不活性ガスを、前記少なくとも一つの上流の分散機のインペラー及び前記少なくとも一つの下流の分散機のインペラーにおいて前記トラフ中へ金属性液体面よりも下で注入し、かつ前記少なくとも一つの上流の分散機及び前記少なくとも一つの下流の分散機が前記トラフ中に作動的に取り付けられる、前記装置。
２〜８個の分散機を含む、請求項１６に記載の装置。
４〜６個の分散機を含む、請求項１７に記載の装置。
６個の分散機を含む、請求項１８に記載の装置。
前記トラフが前記上流の入口及び下流の出口でバッフルを含む、請求項１６に記載の装置。
前記トラフが前記分散機の間にバッフルを含む、請求項１６に記載の装置。
前記塩供給システムが、
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を蓄えるための塩ホッパー；
上流の入口及び前記入口から遠位の下流の出口を規定する塩供給機であって、前記入口が前記塩ホッパーへ作動的に連結されて前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を前記塩供給機を介して前記入口から出口まで供給する、前記塩供給機；
輸送パイプ、並びに
溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中へ浸漬するための塩供給チューブ、
を含み、前記塩供給機が、前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を前記出口から前記輸送パイプ及び前記塩供給チューブまで逐次的に運搬し、かつ前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を前記インペラーに位置する又は前記インペラーの真下に位置する前記トラフ中へ送り出す、請求項１６に記載の装置。
前記ガス供給システムが前記塩ホッパーへ前記不活性ガスを供給し、前記不活性ガスが前記溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金中への前記塩輸送パイプ及び塩供給チューブを介する前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩の輸送を補助する、請求項２２に記載の装置。
前記不活性ガスがアルゴンである、請求項１６に記載の装置。
前記塩供給チューブが前記シャフトであり、前記シャフトが、前記取付端から前記遠位端まで前記シャフトを貫くボアを規定し、かつ前記インペラーの真下に前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩を送り出す、請求項２２に記載の装置。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩及び不活性ガスが最上流の分散機で分散され、かつ不活性ガスだけが残りの分散機で分散される、請求項１６に記載の装置。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩及び不活性ガスが少なくとも最上流の分散機において分散され、かつ不活性ガスだけが少なくとも最下流の分散機において注入される、請求項１７に記載の装置。
前記上流の入口及び下流の出口がそれぞれバッフルにより規定される、請求項２２に記載の装置。
前記少なくとも一つの金属ハロゲン化物塩が０．０１質量％〜２．０質量％の水を含む、請求項１又は２に記載の方法。
前記入口から出口までトラフ中を流れる溶融アルミニウム又はアルミニウム合金が、６０秒の滞留時間を有する、請求項１又は２に記載の方法。
前記入口から出口までトラフ中を流れる溶融アルミニウム又はアルミニウム合金が、２５秒〜３５秒の範囲の滞留時間を有する、請求項１又は２に記載の方法。