JP6751604B2 - Material purification method and equipment, continuous purification system for high-purity substances - Google Patents

Material purification method and equipment, continuous purification system for high-purity substances Download PDF

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Description

本発明は金属等の物質の精製方法及び装置、高純度物質の連続精製システムに関し,更に詳しく言えば、偏析凝固法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、亜鉛等の物質から、共晶不純物の含有量を元の物質よりも少なくし,高純度の物質を製造する方法及び装置に関し、さらには高純度物質の連続精製システムに関する。 The present invention relates to a method and apparatus for purifying substances such as metals and a continuous refining system for high-purity substances. More specifically, the present invention utilizes the principle of segregation and solidification method to contain aluminum, silicon, magnesium, lead and zinc containing eutectic impurities. The present invention relates to a method and an apparatus for producing a high-purity substance by reducing the content of eutectic impurities from the above-mentioned substances to the original substance, and further relates to a continuous purification system for high-purity substances.

金属等の物質中に共晶を生成するFe、Si、Cu等の不純物が含まれている場合、これらの不純物を除去して高純度の物質を得るためには、この物質を溶融し、これを冷却して凝固させる際の初晶を選択的に取り出すことが効果的であるという原理は周知である。 When impurities such as Fe, Si, and Cu that form eutectics are contained in a substance such as metal, in order to remove these impurities and obtain a high-purity substance, this substance is melted. It is well known that it is effective to selectively extract primary crystals when cooling and solidifying.

従来から上記原理を利用した種々の精製法が提案されている。例えば、特許文献1には、冷却体の外周部と溶融アルミニウムとの相対速度が1600mm/s〜8000mm/sとなるように冷却体を回転させることによって、凝固界面近傍の不純物の濃縮層を薄くし、精製アルミニウムの純度を高くすることが提案されている。 Conventionally, various purification methods using the above principle have been proposed. For example, in Patent Document 1, the concentrated layer of impurities near the solidification interface is thinned by rotating the cooling body so that the relative velocity between the outer peripheral portion of the cooling body and the molten aluminum is 1600 mm / s to 8000 mm / s. However, it has been proposed to increase the purity of purified aluminum.

また、特許文献2には、冷却体の回転に伴い溶融アルミニウムが同方向に流れることを防止し、冷却体と溶融アルミニウムの相対速度を確保する方法が提案されている。それは、溶融アルミニウム保持用のるつぼ内周面に複数の溶融アルミニウム流速低下用邪魔板を円周方向に配置し、邪魔板の上端がアルミニウム溶湯表面より下に来るように設けるというものである。 Further, Patent Document 2 proposes a method of preventing molten aluminum from flowing in the same direction as the cooling body rotates and ensuring a relative speed between the cooling body and the molten aluminum. In this method, a plurality of baffles for reducing the flow velocity of molten aluminum are arranged on the inner peripheral surface of the crucible for holding molten aluminum in the circumferential direction, and the upper ends of the baffles are provided so as to be below the surface of the molten aluminum.

また、特許文献3には、るつぼ内の溶融金属の存在部分におけるるつぼの内周面と冷却体外周面との最短距離を、るつぼ内周面と冷却体外周面との最長距離の1/2以下に設定して精製を行うことで、溶湯の流路の狭い箇所、広い箇所を意図的に設定し、溶湯の周方向の流速を遅くし、相対速度を高めることが提案されている。
特公昭61−3385号公報 特公昭62−235433号公報 特開2008−163420号公報
Further, in Patent Document 3, the shortest distance between the inner peripheral surface of the crucible and the outer peripheral surface of the cooling body in the portion where the molten metal exists in the crucible is halved of the longest distance between the inner peripheral surface of the crucible and the outer peripheral surface of the cooling body. It has been proposed that by setting the following and performing purification, the narrow and wide parts of the flow path of the molten metal are intentionally set to slow down the flow velocity in the circumferential direction of the molten metal and increase the relative velocity.
Special Publication No. 61-3385 Special Publication No. 62-235433 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-163420

しかしながら、特許文献1及び2に記載された技術においては、得られる物質の不純物を十分に除去できておらず、また操業上の不具合があった。 However, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, impurities of the obtained substance could not be sufficiently removed, and there was a problem in operation.

即ち、特許文献1に記載のような方法では、冷却体の回転に伴って溶融金属も同方向に流れるために、不純物濃縮層を薄くするには限界があり、また高い精製効率を得るために冷却体の回転速度を速くし過ぎると、溶融物質の跳ねや飛びも起こりやすくなるという問題がある。 That is, in the method as described in Patent Document 1, since the molten metal also flows in the same direction as the cooling body rotates, there is a limit to thinning the impurity concentration layer, and in order to obtain high purification efficiency. If the rotation speed of the cooling body is made too high, there is a problem that the molten material is likely to bounce or fly.

特許文献2に記載の方法では、邪魔板により溶湯全体の流速を抑制、または乱流を生じさせる効果があるものの、その効果の範囲はるつぼ内周面から邪魔板の長さ分だけ内側の範囲の外周部分に限られてしまう。その効果を冷却体外周面付近にまで及ぼすには、邪魔板を冷却体外周面付近にまで延ばす必要があるが、その状態では冷却体外周面に付着、成長した金属塊が邪魔板と接触し、邪魔板が破損してしまう恐れがある。また、内周面に邪魔板が存在するるつぼを得るためには、るつぼ内周面に邪魔板を別部品で接着する、あるいは最初から邪魔板が存在するようなるつぼを製作する等の方法があるが、いずれも製作、メンテナンスの面で手間がかかるという問題がある。 The method described in Patent Document 2 has the effect of suppressing the flow velocity of the entire molten metal or causing turbulence by the baffle plate, but the range of the effect is the range inside from the inner peripheral surface of the crucible by the length of the baffle plate. It is limited to the outer peripheral part of. In order to exert the effect near the outer peripheral surface of the cooling body, it is necessary to extend the baffle plate to the vicinity of the outer peripheral surface of the cooling body, but in that state, the metal lumps that adhere to and grow on the outer peripheral surface of the cooling body come into contact with the baffle plate. , There is a risk that the baffle plate will be damaged. In addition, in order to obtain a crucible with a baffle plate on the inner peripheral surface, a method such as adhering the baffle plate to the inner peripheral surface of the crucible with a separate part or manufacturing a crucible in which the baffle plate exists from the beginning is available. However, there is a problem that it takes time and effort in terms of production and maintenance.

また、特許文献3に記載された方法では、流路の狭い箇所において流速が速くなることにより、遠心力による局部的な湯面上昇が発生し、湯跳ねが起こるというトラブルが発生しやすいという問題がある。 Further, in the method described in Patent Document 3, there is a problem that a trouble that a hot water splash occurs due to a local rise in the hot water level due to a centrifugal force due to a high flow velocity in a narrow part of the flow path. There is.

この発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、精製効率が高く、湯跳ねを抑制でき、エネルギーコストに優れ設備化の難易度も高くない物質精製法及び装置、高純度物質の連続精製システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a substance purification method and apparatus, a high-purity substance, which has high purification efficiency, can suppress hot water splashing, has excellent energy cost, and is not difficult to install. It is an object to provide a continuous purification system of.

上記課題は以下の手段によって解決される。
(1)溶湯保持容器に収容した精製すべき溶融物質中に冷却体を浸漬し、この冷却体を回転させながら冷却体表面に前記物質の結晶を晶出させる物質精製方法において、前記冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aと、冷却体の溶融物質への浸漬深さaとの比A/aが、0.3≦A/a≦3.0であることを特徴とする物質精製方法。
(2)冷却体の溶融物質への浸漬深さaが150mm以上500mm以下、かつ冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aが700mm以下である前項1に記載の物質精製方法。
(3)A/aが0.5≦A/a≦2.0である前項1または2に記載の物質精製方法。
(4)前記冷却体の周速が700mm/s以上8000mm/s未満となるように冷却体を回転させながら溶融物質中に浸漬させていき、且つ溶融物質に浸漬するときの冷却体の温度を、前記物質の固相線温度×0.7以上で固相線温度以下とする前項1〜3のいずれかに記載の物質精製方法。
(5)前記冷却体の表面に前記物質の結晶を晶出、成長させた後に冷却体を溶融物質から引き上げるときに、冷却体に晶出した結晶部分の溶融物質との界面における周速が700mm/s以上、8000mm/s未満となるように冷却体を回転させながら引き上げを行う前項1〜4のいずれかに記載の物質精製方法。
(6)冷却体浸漬後の精製初期の冷却体の最大周速がその後の平均周速より高速である前項1〜5のいずれかに記載の物質精製方法。
(7)精製初期とは精製開始から全精製時間×0.1まで(但し、10秒以上120秒以下)である前項6に記載の物質精製法。
(8)前記物質がアルミニウムである前項1〜7のいずれかに記載の物質精製方法。
(9)精製すべき溶融物質を収容する溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器に収容された溶融物質中に浸漬される回転可能な冷却体とを備え、前記冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aと、冷却体の溶融物質への浸漬深さaとの比A/aが、0.3≦A/a≦3.0に設定されていることを特徴とする物質精製装置。
(10)冷却体の溶融物質への浸漬深さaが150mm以上500mm以下、かつ冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aが700mm以下に設定されている前項9に記載の物質精製装置。
(11)A/aが0.5≦A/a≦2.0である前項9または10に記載の物質精製装置。
(12)物質を溶解するための溶解炉と、前項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、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容器と、前項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、各溶湯保持容器と対を成し、溶湯内で高純度物質を晶出させるための回転可能な冷却体とを備え、最終の溶湯保持容器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)で冷却体に付着凝固して回収された高純度物質塊は、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容器を通り、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容器及び該保持槽と対に配置された前記冷却体の数は、(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物質の連続精製システム。
(13)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12に記載の高純度物質の連続精製システム。
(14)前記物質がアルミニウムであり、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12または13に記載の高純度物質の連続精製システム。
(15)溶解炉と溶湯保持容器の間に、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14に記載の高純度物質の連続精製システム。
(16)溶解炉と溶湯保持容器の間に、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14または15に記載の高純度物質の連続精製システム。
(17)物質を溶解するための溶解炉と、前項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、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容器と、前項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、各溶湯保持容器と対を成し、溶湯内で高純度物質を晶出させるための回転可能な冷却体と、を備え、最終の溶湯保持容器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物質塊は、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容器を通り、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容器及び該保持槽と対に配置された前記冷却体の数は、(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物質の連続精製システム。
(18)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17に記載の高純度物質の連続精製システム。
(19)前記物質がアルミニウムであり、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17または18に記載の高純度物質の連続精製システム。
(20)溶解炉と溶湯保持容器の間に、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19に記載の高純度物質の連続精製システム。
(21)溶解炉と溶湯保持容器の間に、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19または20に記載の高純度物質の連続精製システム。
The above problem is solved by the following means.
(1) In a substance purification method in which a cooling body is immersed in a molten substance to be purified contained in a molten metal holding container, and crystals of the substance are crystallized on the surface of the cooling body while rotating the cooling body, the cooling body is used. The ratio A / a of the distance A from the bottom surface to the bottom surface of the molten metal holding container and the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is 0.3 ≦ A / a ≦ 3.0. Material purification method.
(2) The substance purification method according to item 1 above, wherein the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is 150 mm or more and 500 mm or less, and the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container is 700 mm or less.
(3) The substance purification method according to item 1 or 2 above, wherein A / a is 0.5 ≦ A / a ≦ 2.0.
(4) The temperature of the cooling body when immersed in the molten substance while rotating the cooling body so that the peripheral speed of the cooling body is 700 mm / s or more and less than 8000 mm / s is set. The substance purification method according to any one of the above items 1 to 3, wherein the solidus temperature of the substance is 0.7 or more and the solidus temperature or less.
(5) When crystals of the substance are crystallized on the surface of the cooling body and grown, and then the cooling body is pulled up from the molten substance, the peripheral speed of the crystal portion crystallized on the cooling body at the interface with the molten substance is 700 mm. The substance purification method according to any one of the above items 1 to 4, wherein the cooling body is pulled up while rotating so as to be at least / s and less than 8000 mm / s.
(6) The substance purification method according to any one of the above items 1 to 5, wherein the maximum peripheral speed of the cooling body at the initial stage of purification after immersion in the cooling body is higher than the average peripheral speed thereafter.
(7) The substance purification method according to item 6 above, wherein the initial purification period is from the start of purification to the total purification time × 0.1 (however, 10 seconds or more and 120 seconds or less).
(8) The substance purification method according to any one of the above items 1 to 7, wherein the substance is aluminum.
(9) A molten metal holding container for accommodating a molten substance to be purified and a rotatable cooling body immersed in the molten substance contained in the molten metal holding container are provided, and the molten metal holding container is provided from the bottom surface of the cooling body. A substance refining apparatus characterized in that the ratio A / a of the distance A to the bottom surface and the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is set to 0.3 ≦ A / a ≦ 3.0. ..
(10) The substance purification according to item 9 above, wherein the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is set to 150 mm or more and 500 mm or less, and the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container is set to 700 mm or less. apparatus.
(11) The substance purification apparatus according to item 9 or 10 above, wherein A / a is 0.5 ≦ A / a ≦ 2.0.
(12) A plurality of melts connected in series, which are used in a melting furnace for melting a substance and a substance refining apparatus according to any one of 9 to 11 above, and melts from the melting furnace are sequentially sent. A holding container and a rotatable cooling body used in the substance purification apparatus according to any one of 9 to 11 above, which is paired with each molten metal holding container and for crystallizing a high-purity substance in the molten metal. A series of devices for discharging the molten metal from the final molten metal holding container to the outside of the system are set as one set of lines, and the N-order lines (however, 2 ≦ N) in which a plurality of sets of the lines are used are composed of (n-1). ) The high-purity substance mass adhered to and solidified on the cooling body in the next line (however, 2 ≦ n ≦ N) is melted in the melting furnace of the following nth line, and the molten metal melted in the melting furnace is sequentially discharged. The number of the molten metal holding container and the cooling body arranged in pairs with the molten metal holding container and the holding tank of the nth line is higher than that of the (n-1) order line. A continuous purification system for high-purity substances, characterized by a small amount.
(13) The continuous purification system for high-purity substances according to item 12 above, wherein the order N of the line is 2 or 3.
(14) The continuation of the high-purity substance according to the above item 12 or 13, wherein the substance is aluminum, and boron is added to the melting furnace of one or more of the plurality of lines. Purification system.
(15) A stirring tank capable of adding boron is installed between the melting furnace and the molten metal holding container, and boron is added at any place between the melting furnace and the stirring tank. The continuous purification system for high-purity substances according to item 14 above.
(16) The continuation of high-purity substances according to item 14 or 15 above, wherein a separation tank capable of separating and extracting peritectic impurities as an insoluble boron compound is installed between the melting furnace and the molten metal holding container. Purification system.
(17) A plurality of molten metals connected in series, which are used in a melting furnace for melting a substance and a substance refining apparatus according to any one of 9 to 11 in the preceding paragraph, and molten metal from the melting furnace is sequentially sent. A rotating cooling body used in the holding container and the substance purification apparatus according to any one of 9 to 11 above, which is paired with each molten metal holding container and for crystallizing a high-purity substance in the molten metal. A series of devices for discharging the molten metal from the final molten metal holding container to the outside of the system as one set of lines, and the N-order lines (however, 2 ≦ N) in which a plurality of sets of the above lines are used are composed of (n-). 1) The high-purity material mass adhered to and solidified on the rotary cooling body in the next line (however, 2 ≦ n ≦ N) is melted in the melting furnace of the following nth line, and the molten metal melted in the melting furnace is in order. The molten metal is discharged through the molten metal holding container, and the molten metal discharged in the primary line is discharged outside the line, while the molten metal discharged in the nth line is dissolved in the (n-1) primary line. The number of the cooling bodies to be returned to the furnace and arranged in pairs with the molten metal holding container and the holding tank in the nth line is smaller than that in the (n-1) order line. A continuous purification system for high-purity substances.
(18) The continuous purification system for high-purity substances according to item 17 above, wherein the order N of the line is 2 or 3.
(19) The continuation of the high-purity substance according to the above item 17 or 18, wherein the substance is aluminum, and boron is added to the melting furnace of one or a plurality of lines among the plurality of sets of lines. Purification system.
(20) A stirring tank capable of adding boron is installed between the melting furnace and the molten metal holding container, and boron is added at any place between the melting furnace and the stirring tank. The continuous purification system for high-purity substances according to item 19 above.
(21) The continuation of high-purity substances according to item 19 or 20, wherein a separation tank capable of separating and extracting peritectic impurities as an insoluble boron compound is installed between the melting furnace and the molten metal holding container. Purification system.

前項(1)及び(9)に記載の発明によれば、冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aと、冷却体の溶融物質への浸漬深さaとの比A/aが、0.3≦A/a≦3.0であるので、冷却体と溶湯保持容器の内周面の間には多くの溶融物質が存在している。このため、溶融物質自身が抵抗になり、冷却体の回転による溶融物質の旋回流が十分に遅速され、その結果、凝固界面近傍に生じる不純物濃化層の分散が促進され、物質の精製効率が向上する。溶湯の旋回流が遅速されれば、溶湯の飛散も抑制された精製が可能となる。 According to the inventions described in the preceding paragraphs (1) and (9), the ratio A / a of the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container and the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is A / a. Since 0.3 ≦ A / a ≦ 3.0, a large amount of molten substance exists between the cooling body and the inner peripheral surface of the molten metal holding container. For this reason, the molten substance itself becomes a resistance, and the swirling flow of the molten substance due to the rotation of the cooling body is sufficiently slowed down, and as a result, the dispersion of the impurity-concentrated layer generated near the solidification interface is promoted, and the purification efficiency of the substance is improved. improves. If the swirling flow of the molten metal is slowed down, purification with suppressed scattering of the molten metal becomes possible.

前項(2)及び(10)に記載の発明によれば、冷却体の溶融物質への浸漬深さaが150mm以上500mm以下、かつ冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aが700mm以下であるから、生産性及びエネルギー効率が良く、設備化の難易度を抑制できる。 According to the inventions described in the preceding paragraphs (2) and (10), the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is 150 mm or more and 500 mm or less, and the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container is 700 mm. Since it is as follows, productivity and energy efficiency are good, and the difficulty of equipment can be suppressed.

前項(3)及び(11)に記載の発明によれば、A/aが0.5≦A/a≦2.0であるから、さらに高い精製効率が得られ、跳ね飛びも一層抑制できる。 According to the inventions described in the preceding paragraphs (3) and (11), since A / a is 0.5 ≦ A / a ≦ 2.0, higher purification efficiency can be obtained and splashing can be further suppressed.

前項(4)に記載の発明によれば、溶融物質の固相線温度×0.7以上の温度の冷却体を周速700mm/s以上で回転させながら、溶融物質中に浸漬させていくから、精製初期の段階から冷却体との密着性の良い高純度の結晶を晶出させることができ、冷却体との剥離を防止し得て精製物質の回収量を多くすることができる。しかも、冷却体を周速8000mm/s未満とするから、溶融物質の飛び散り等の操業上の問題が発生するのを防止することができる。 According to the invention described in the previous section (4), a cooling body having a temperature of the solidus temperature of the molten substance × 0.7 or more is immersed in the molten substance while rotating at a peripheral speed of 700 mm / s or more. From the initial stage of purification, high-purity crystals having good adhesion to the cooling body can be crystallized, peeling from the cooling body can be prevented, and the amount of the purified substance recovered can be increased. Moreover, since the cooling body has a peripheral speed of less than 8000 mm / s, it is possible to prevent operational problems such as scattering of molten substances.

前項(5)に記載の発明によれば、晶出した結晶部分の表面にさらに不純物濃度の高い溶融物質が付着して精製効率が悪化するのを防止できる。 According to the invention described in the preceding paragraph (5), it is possible to prevent a molten substance having a higher impurity concentration from adhering to the surface of the crystallized crystal portion and deteriorating the purification efficiency.

前項(6)に記載の発明によれば、精製初期の冷却体の最大周速をそれ以降の平均周速よりも大きく設定して精製を行うから、冷却体を精製すべき溶融物質中に浸漬した際の精製初期に、たとえ凝固速度が大きく密着性の良くない晶出物が精製されても、これを回転冷却体から積極的に剥離させ、溶融物質中に再溶解させることができる。こうして、冷却体との密着性の良くない晶出物はごく初期に除去されるので、凝固速度が大きな状態で晶出した物質がある程度成長した後に冷却体から剥離する事態を回避でき、積極剥離後の精製物質を剥離することなく成長させることができ、精製物質の回収量を大きくすることができる。 According to the invention described in the previous section (6), since purification is performed by setting the maximum peripheral speed of the cooling body at the initial stage of purification to be higher than the average peripheral speed thereafter, the cooling body is immersed in the molten material to be purified. Even if a crystallized product having a high solidification rate and poor adhesion is purified at the initial stage of purification, it can be positively separated from the rotary cooling body and redissolved in the molten material. In this way, the crystallized substances having poor adhesion to the cooling body are removed at the very early stage, so that it is possible to avoid the situation where the substance crystallized at a high solidification rate grows to some extent and then peels off from the cooling body, and positively peeling off. The later purified substance can be grown without peeling, and the amount of the purified substance recovered can be increased.

前項(7)に記載の発明によれば、冷却体との密着性が良くない晶出物を剥離させるのに十分な時間を有しているので、上記(6)の効果を十分に発揮できる。 According to the invention described in the preceding paragraph (7), since there is a sufficient time to peel off the crystallized product having poor adhesion to the cooling body, the effect of the above (6) can be sufficiently exhibited. ..

前項(8)に記載の発明によれば、高純度のアルミニウムを得ることができる。 According to the invention described in the preceding paragraph (8), high-purity aluminum can be obtained.

前項(12)に記載の発明によれば、直列的に連続する精製設備よりも効率よく高純度の物質を精製することができる。即ち、回収率(回収重量/元の投入重量)が同じ場合、より高い純度を得ることができる。しかも、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から、各ラインにおける溶湯保持槽及び回転冷却体の数が同じ場合に較べて、小さな設備面積ですむ。 According to the invention described in the preceding paragraph (12), a high-purity substance can be purified more efficiently than a serial purification facility. That is, when the recovery rate (recovery weight / original input weight) is the same, higher purity can be obtained. Moreover, since the number of the molten metal holding tank of the nth line and the rotary cooling body arranged in pairs with the holding tank is smaller than that of the (n-1) order line, the molten metal holding tank and the rotary cooling in each line The equipment area is smaller than when the number of bodies is the same.

前項(13)に記載の発明によれば、さらに効率よく、所望の純度が得られ、操業性に優れたものとなる。 According to the invention described in the preceding paragraph (13), the desired purity can be obtained more efficiently, and the operability is excellent.

前項(14)、(15)に記載の発明によれば、高純度アルミニウムを精製する際の包晶系不純物を低減することができる。 According to the inventions described in the preceding paragraphs (14) and (15), peritectic impurities in the purification of high-purity aluminum can be reduced.

前項(16)に記載の発明によれば、包晶系不純物をさらに低減することができる。 According to the invention described in the preceding paragraph (16), peritectic impurities can be further reduced.

前項(17)に記載の発明によれば、排出される溶湯を再利用できるので、エネルギー効率と材料回収率が向上し、共晶系不純物を低減できる。 According to the invention described in the preceding paragraph (17), since the discharged molten metal can be reused, energy efficiency and material recovery rate can be improved, and eutectic impurities can be reduced.

前項(18)に記載の発明によれば、効率よく高純度の物質を精製することができるとともに、操業性に優れたシステムとなしうる。 According to the invention described in the preceding paragraph (18), a high-purity substance can be efficiently purified, and a system having excellent operability can be obtained.

前項(19)、(20)に記載の発明によれば、高純度アルミニウムを精製する際のアルミニウムの包晶系不純物の低減を効率的に行うことができる。 According to the inventions described in the preceding paragraphs (19) and (20), it is possible to efficiently reduce the peritectic impurities of aluminum when purifying high-purity aluminum.

前項(21)に記載の発明によれば、さらに包晶系不純物の低減を効率的に行うことができる。 According to the invention described in the preceding paragraph (21), it is possible to further efficiently reduce peritectic impurities.

この発明の一実施形態に係る物質精製装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the substance purification apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 冷却体が偏って配置された物質精製装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the substance purification apparatus which the cooling body was arranged unevenly. この発明の他の実施形態に係る高純度物質の連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system of a high-purity substance which concerns on other embodiment of this invention. 図2のシステムの一部のラインの構成を詳細に示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of the line of the system of FIG. 2 in detail. この発明のさらに他の実施形態に係る高純度物資の連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous refining system of high-purity material which concerns on still another embodiment of this invention. 実施例21で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 21. 実施例22で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 22. 実施例23で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 23. 実施例24で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 24. 実施例25で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 25. 実施例27で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 27. 実施例28で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 28. 実施例29で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 29. 実施例30で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 30. 実施例31で用いた連続精製システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the continuous purification system used in Example 31.

以下、この発明の一実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
図1はこの発明の一実施形態に係る物質精製装置の概略構成と、これを用いた物質精製方法を説明するための図である。なお、この実施形態では、物質がアルミニウム等の金属である場合について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a substance purification apparatus according to an embodiment of the present invention and a substance purification method using the same. In this embodiment, a case where the substance is a metal such as aluminum will be described.

図1において、1は溶湯保持容器としての有低円筒状で底面が下向き円弧面に形成されたるつぼであり、このるつぼ1の内部にアルミニウム等の溶融金属(溶湯ともいう)6が収容保持されている。るつぼ1は加熱炉で構成され、溶湯6が一定の温度となるように加熱されている。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a crucible having a low and low cylindrical shape as a molten metal holding container and having a bottom surface formed on a downward arc surface, and a molten metal (also referred to as molten metal) 6 such as aluminum is housed and held inside the crucible 1. ing. The crucible 1 is composed of a heating furnace, and the molten metal 6 is heated so as to have a constant temperature.

るつぼ1の形状は、有低円筒状で底面が下向き円弧面に形成されたものに限定されない。底面が平坦面の寸胴タイプのるつぼでも良いし、角筒状でも良い。耐火物等で構成された槽でも良い。また、るつぼ1を構成する炉の加熱方法は、電熱でもガスバーナーでも構わない。 The shape of the crucible 1 is not limited to a crucible 1 having a low and low cylindrical shape and a bottom surface formed on a downward arc surface. It may be a crucible with a flat bottom surface, or a square crucible. A tank made of refractory or the like may be used. Further, the heating method of the furnace constituting the crucible 1 may be electric heating or a gas burner.

溶湯6の温度は、凝固温度を超えていればよいが、冷却体2が溶湯6に浸漬している間は、溶湯中に固相が存在しなくなる温度よりも低い方がより望ましい。 The temperature of the molten metal 6 may exceed the solidification temperature, but it is more desirable that the temperature is lower than the temperature at which the solid phase does not exist in the molten metal while the cooling body 2 is immersed in the molten metal 6.

冷却体2は、上端側が径大の円錐台形状に形成され、上下動可能な回転軸3の下端に設置されている。なお、冷却体2の形状は限定されることはなく、外径が一定の円柱形に形成されていても良い。回転軸3は管状になっており、また、冷却体2の内部にも空間が形成されている。前記回転軸3の内部には冷媒供給管4及び冷媒排出管5が挿通され、冷媒として空気が供給されるものとなされている。供給された空気は、冷媒供給管4を通って冷却体2の内部空間に噴出し、その後、回転軸3の内部の冷媒排出管5を通って排出されるようになっており、冷却体2をその内側から冷やすことができるものとなされている。 The cooling body 2 is formed in a truncated cone shape with a large diameter on the upper end side, and is installed at the lower end of a rotating shaft 3 that can move up and down. The shape of the cooling body 2 is not limited, and the cooling body 2 may be formed in a cylindrical shape having a constant outer diameter. The rotating shaft 3 has a tubular shape, and a space is also formed inside the cooling body 2. A refrigerant supply pipe 4 and a refrigerant discharge pipe 5 are inserted inside the rotating shaft 3, and air is supplied as a refrigerant. The supplied air is ejected into the internal space of the cooling body 2 through the refrigerant supply pipe 4, and then discharged through the refrigerant discharge pipe 5 inside the rotating shaft 3. The cooling body 2 It is supposed to be able to cool from the inside.

冷却体2は、回転軸3が下方に移動して溶湯6に浸漬、回転できるようになっており、冷却体2を内部に空気を流通させて冷却しながら一定時間浸漬させることで、冷却体2の外周面に精製塊が付着して成長する。その後、回転軸3を上昇させて、精製塊が付着した冷却体2を溶湯6から引き上げ、精製塊を掻き取る装置のある場所に回転軸3ごと移動させ、その装置で精製塊を冷却体2から掻き取り、回収する。 The cooling body 2 has a rotating shaft 3 that moves downward so that it can be immersed and rotated in the molten metal 6. By immersing the cooling body 2 for a certain period of time while circulating air inside the cooling body 2 to cool the cooling body 2. Purified lumps adhere to the outer peripheral surface of No. 2 and grow. After that, the rotating shaft 3 is raised, the cooling body 2 to which the refined mass is attached is pulled up from the molten metal 6, and the rotating shaft 3 is moved to a place where there is a device for scraping the purified mass, and the purified mass is moved to the cooling body 2 by the device. Scrap and collect from.

ここで、図1Aに示すように、冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aと、冷却体2の溶湯6への浸漬深さaとの比A/aを、0.3≦A/a≦3.0として精製を行う。冷却体2はその軸がるつぼ1中心からずれていても良いが、その際、冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aは、図1Bに示すように、冷却体2の軸が通過する冷却体2の底面の中心からその真下のるつぼ1の底面までの距離となる。 Here, as shown in FIG. 1A, the ratio A / a of the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 and the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten metal 6 is 0.3 ≦. Purification is performed with A / a ≦ 3.0. The axis of the cooling body 2 may be deviated from the center of the crucible 1, but at that time, the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 is such that the axis of the cooling body 2 is as shown in FIG. 1B. It is the distance from the center of the bottom surface of the cooling body 2 that passes through to the bottom surface of the crucible 1 directly below it.

冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aと、冷却体2の溶湯6への浸漬深さaとの比A/aが0.3≦A/a≦3.0に設定されることにより、冷却体2とるつぼ1の内周面の間には多くの溶湯6が存在することになり、このため溶湯6自身が抵抗になり、冷却体2の回転による溶湯6の旋回流が十分に遅速され、その結果、凝固界面近傍に生じる不純物濃化層の分散が促進され、金属の精製効率が向上する。溶湯の旋回流が遅速されれば、溶湯の飛散も抑制された精製が可能となる。しかし、A/aが0.3未満では上記の効果に乏しい。一方、A/aが3を超えて大きくしても、溶湯6の旋回流は既に十分に遅くなっているため、精製効率向上のさらなる効果を見込めない。冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aと、冷却体2の溶湯6への浸漬深さaとの比A/aの特に好ましい値は、0.5≦A/a≦2.0である。 The ratio A / a of the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 and the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten metal 6 is set to 0.3 ≦ A / a ≦ 3.0. As a result, a large amount of molten metal 6 exists between the inner peripheral surfaces of the cooling body 2 and the crucible 1, so that the molten metal 6 itself becomes a resistance, and the swirling flow of the molten metal 6 due to the rotation of the cooling body 2 is generated. It is sufficiently slowed down, and as a result, the dispersion of the impurity-concentrated layer generated near the solidification interface is promoted, and the purification efficiency of the metal is improved. If the swirling flow of the molten metal is slowed down, purification with suppressed scattering of the molten metal becomes possible. However, if A / a is less than 0.3, the above effect is poor. On the other hand, even if the A / a is increased to more than 3, the swirling flow of the molten metal 6 is already sufficiently slow, so that further effect of improving the purification efficiency cannot be expected. A particularly preferable value of the ratio A / a of the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 and the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten metal 6 is 0.5 ≦ A / a ≦ 2. It is 0.

また、冷却体2の溶湯6への浸漬深さaは150mm以上500mm以下、かつ冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aは700mm以下であることが望ましい。冷却体2の溶湯6への浸漬深さaが150mm未満では、精製塊の全高が低く重量の少ない塊となるため生産性が良くない恐れがある。逆に冷却体2の溶湯6への浸漬深さaが500mmを超えると冷却体2の回転装置が大がかりとなり、設備化の難易度が高くなる。一方、冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aが700mmを超えると、るつぼ1内の溶湯保持量が増加し、ヒーター等の加熱のためのエネルギーが多量に必要となってしまう恐れがある。冷却体2の溶湯6への浸漬深さaのさらに好ましい値は200mm以上400mm以下であり、冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aのさらに好ましい値は600mm以下である。 Further, it is desirable that the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten metal 6 is 150 mm or more and 500 mm or less, and the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 is 700 mm or less. If the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten metal 6 is less than 150 mm, the total height of the refined lump is low and the lump is light in weight, so that the productivity may not be good. On the contrary, when the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten metal 6 exceeds 500 mm, the rotating device of the cooling body 2 becomes large-scale, and the difficulty of equipment installation becomes high. On the other hand, if the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 exceeds 700 mm, the amount of molten metal retained in the crucible 1 increases, and a large amount of energy for heating the heater or the like may be required. There is. A more preferable value of the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten metal 6 is 200 mm or more and 400 mm or less, and a more preferable value of the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 is 600 mm or less.

また、溶湯6の表面におけるるつぼ1の内周面と冷却体2の外周面との水平方向の最短距離L1を150mm以上、るつぼ内の溶融金属の存在部分全域において、溶湯保持容器の内周面と冷却体の最下端における水平方向の距離L2を100mm以上とするのが良い。L1を150mm以上、L2を100mm以上に設定することによって、冷却体2とるつぼ1の内周面の間には多くの溶融金属6が存在することになる。このため、溶融金属自身が抵抗になり、冷却体2の回転による溶融金属6の旋回流が十分に遅速され、その結果、凝固界面近傍に生じる不純物濃化層の分散が促進され、金属の精製効率が向上する。溶湯6の旋回流が遅速されれば、溶湯の飛散も抑制された精製が可能となる。特にるつぼ1内の溶湯上面における内周面と冷却体2の外周面との水平方向の最短距離L1を大きく確保することは、溶湯6の上面の旋回流を遅くし、溶湯飛散を防止する効果が大きい。 Further, the shortest horizontal distance L1 between the inner peripheral surface of the crucible 1 and the outer peripheral surface of the cooling body 2 on the surface of the molten metal 6 is 150 mm or more, and the inner peripheral surface of the molten metal holding container covers the entire area where the molten metal exists in the crucible. It is preferable that the horizontal distance L2 at the lowermost end of the cooling body is 100 mm or more. By setting L1 to 150 mm or more and L2 to 100 mm or more, a large amount of molten metal 6 is present between the inner peripheral surfaces of the cooling body 2 and the crucible 1. For this reason, the molten metal itself becomes a resistance, and the swirling flow of the molten metal 6 due to the rotation of the cooling body 2 is sufficiently slowed down, and as a result, the dispersion of the impurity-concentrated layer generated near the solidification interface is promoted, and the metal is purified. Efficiency is improved. If the swirling flow of the molten metal 6 is slowed down, purification with suppressed scattering of the molten metal becomes possible. In particular, ensuring a large horizontal shortest distance L1 between the inner peripheral surface of the upper surface of the molten metal in the crucible 1 and the outer peripheral surface of the cooling body 2 has the effect of slowing the swirling flow of the upper surface of the molten metal 6 and preventing the molten metal from scattering. Is big.

このような効果を確実に発揮し、さらに高い精製効率を得て跳ね飛びも一層抑制するために、るつぼ1の溶湯6の表面における内周面と冷却体2の外周面との水平方向の最短距離L1が200mm以上500mm以下で、るつぼ1の内周面と冷却体2の最下端における水平方向の距離L2が150mm以上500mm以下に設定するのがさらに良い。L1及びL2を500mmより大きく設定しても、溶融金属6のさらなる旋回流遅速効果を得ることができず、精製効率が飽和するので無駄となる。 In order to surely exert such an effect, obtain higher purification efficiency, and further suppress splashing, the shortest horizontal direction between the inner peripheral surface of the molten metal 6 surface of the crucible 1 and the outer peripheral surface of the cooling body 2 It is more preferable to set the distance L1 to be 200 mm or more and 500 mm or less, and the horizontal distance L2 between the inner peripheral surface of the crucible 1 and the lowermost end of the cooling body 2 to be 150 mm or more and 500 mm or less. Even if L1 and L2 are set to be larger than 500 mm, it is not possible to obtain a further swirling flow slowing effect of the molten metal 6, and the purification efficiency is saturated, which is wasteful.

また、この実施形態では、溶湯6の上面における冷却体2の外径dは200mm以上であるのが望ましい。溶湯6の上面における冷却体2の外径dが200mm未満であると個々の塊の重量が少なくなり、生産性が良くない。従って、溶湯6の上面における冷却体2の外径dを200mm以上とすることにより、生産性を確保しつつ高い精製効率を得ることができる。 Further, in this embodiment, it is desirable that the outer diameter d of the cooling body 2 on the upper surface of the molten metal 6 is 200 mm or more. If the outer diameter d of the cooling body 2 on the upper surface of the molten metal 6 is less than 200 mm, the weight of each mass is reduced, and the productivity is not good. Therefore, by setting the outer diameter d of the cooling body 2 on the upper surface of the molten metal 6 to 200 mm or more, high purification efficiency can be obtained while ensuring productivity.

また、溶湯6の上面における冷却体2の外径dは500mm以下に設定するのが良い。溶湯6の上面における外径dが500mmより大きくなると、冷却体2を回転駆動するための回転装置が大規模になるが、溶湯6の上面における外径dを500mm以下とすることで、冷却体2の回転装置が大規模になるのを回避でき、設備化の難易度を抑制できる。 Further, the outer diameter d of the cooling body 2 on the upper surface of the molten metal 6 is preferably set to 500 mm or less. When the outer diameter d on the upper surface of the molten metal 6 is larger than 500 mm, the rotating device for rotationally driving the cooling body 2 becomes large-scale. However, by setting the outer diameter d on the upper surface of the molten metal 6 to 500 mm or less, the cooling body is cooled. It is possible to prevent the rotating device of No. 2 from becoming large-scale, and it is possible to suppress the difficulty of equipment installation.

溶湯6の上面における冷却体2の外径dを200mm以上とした場合、るつぼ1内の溶湯6の上面における内周面と冷却体2の外周面との水平方向の最短距離L1を150mm以上、るつぼ1の内周面と冷却体2の最下端における水平方向の距離L2を100mm以上確保するために、るつぼ1の溶湯上面における内径Dが500mm以上であることが望ましい。特に650mm以上とするのが良い。るつぼ1の溶湯上面における内径Dを650mm以上とすることにより、溶湯6の上面における冷却体2の外径dを200mm以上に設定したとしても、るつぼ1の溶湯上面における内周面と冷却体2の外周面との水平方向の最短距離L1、るつぼ1の内周面と冷却体2の最下端における水平方向の距離L2を十分大きく確保できるから、生産性を確保でき優れた精製効率を得ることができる。 When the outer diameter d of the cooling body 2 on the upper surface of the molten metal 6 is 200 mm or more, the shortest horizontal distance L1 between the inner peripheral surface of the upper surface of the molten metal 6 and the outer peripheral surface of the cooling body 2 in the crucible 1 is 150 mm or more. In order to secure a horizontal distance L2 between the inner peripheral surface of the crucible 1 and the lowermost end of the cooling body 2 in the horizontal direction of 100 mm or more, it is desirable that the inner diameter D of the upper surface of the molten metal of the crucible 1 is 500 mm or more. In particular, it is preferably 650 mm or more. By setting the inner diameter D on the upper surface of the molten metal of the crucible 1 to 650 mm or more, even if the outer diameter d of the cooling body 2 on the upper surface of the molten metal 6 is set to 200 mm or more, the inner peripheral surface and the cooling body 2 on the upper surface of the molten metal of the crucible 1 Since the shortest horizontal distance L1 with respect to the outer peripheral surface of the crucible and the horizontal distance L2 between the inner peripheral surface of the crucible 1 and the lowermost end of the cooling body 2 can be secured sufficiently large, productivity can be ensured and excellent purification efficiency can be obtained. Can be done.

ただし、るつぼ1の溶湯上面における内径Dは1300mm以下とするのが良い。内径Dが1300mmより大きいと、必然的に温度保持すべき溶融金属6の重量が増加するため、ヒーターなどの加熱のためのエネルギーが多量に必要になってしまう。特に好ましくは、るつぼ1の溶湯上面における内径Dは1000mm以下とするのが良い。 However, the inner diameter D on the upper surface of the molten metal of the crucible 1 is preferably 1300 mm or less. If the inner diameter D is larger than 1300 mm, the weight of the molten metal 6 to be maintained at the temperature inevitably increases, so that a large amount of energy for heating the heater or the like is required. Particularly preferably, the inner diameter D on the upper surface of the molten metal of the crucible 1 is preferably 1000 mm or less.

前記冷却体2を回転させながらるつぼ1内の溶融金属6に浸漬し、内部に冷却流体である空気を供給しつつ冷却体2の回転を持続すると、冷却体1の周面に溶融金属の結晶つまり精製金属がゆっくり晶出する。 When the cooling body 2 is immersed in the molten metal 6 in the crucible 1 while rotating, and the rotation of the cooling body 2 is continued while supplying air as a cooling fluid to the inside, crystals of the molten metal are formed on the peripheral surface of the cooling body 1. That is, the refined metal crystallizes slowly.

冷却体2をるつぼ1内の溶融金属6中に浸漬する際、上述したように冷却体2を回転させながら溶融金属6中に浸漬すると、冷却体2が溶融金属6と接触しているときは必ず冷却体2の外周表面と溶融金属が相対的な運動をすることになるので、冷却体2の外周表面に十分に精製された金属が晶出する。 When the cooling body 2 is immersed in the molten metal 6 in the crucible 1, when the cooling body 2 is immersed in the molten metal 6 while rotating as described above, when the cooling body 2 is in contact with the molten metal 6 Since the outer peripheral surface of the cooling body 2 and the molten metal always move relative to each other, a sufficiently purified metal crystallizes on the outer peripheral surface of the cooling body 2.

この場合、冷却体2を溶融金属6中に浸漬するときの冷却体2の外周表面の周速が、700mm/s以上、8000mm/s未満の範囲にあるのが好ましく、より好ましくは1500mm/s以上、6000mm/s未満の範囲である。ここでいう周速とは冷却体2の外周表面の移動速度そのものをいい、溶融金属6の移動速度とは無関係な値である。 In this case, the peripheral speed of the outer peripheral surface of the cooling body 2 when the cooling body 2 is immersed in the molten metal 6 is preferably in the range of 700 mm / s or more and less than 8000 mm / s, more preferably 1500 mm / s. As mentioned above, the range is less than 6000 mm / s. The peripheral speed referred to here refers to the moving speed itself of the outer peripheral surface of the cooling body 2, and is a value irrelevant to the moving speed of the molten metal 6.

また、ここでは、冷却体2の下端が溶湯6に触れてから最大深さまで冷却体2を浸漬するまでの時間を「浸漬するとき」とする。つまり、冷却体2の下端が溶湯2に触れてから規定の深さまで冷却体2が浸漬されるまでの間、冷却体2の外周表面の周速を、700mm/s以上、8000mm/s未満に保持するのが良い。周速が700mm/s未満の場合には冷却体2の外周表面の近傍で晶出する金属中の不純物濃度が高く、結果的に、晶出した金属中の不純物濃度が高くなる。高純度塊を得るためには冷却体2の外周表面の周速はできるだけ速い方が好ましいが、8000mm/s以上では周速が速すぎて、冷却体2の浸漬時に湯面の溶湯が飛び散り、操業上の問題を発生する恐れがある。 Further, here, the time from when the lower end of the cooling body 2 touches the molten metal 6 until the cooling body 2 is immersed to the maximum depth is defined as "when immersed". That is, from the time when the lower end of the cooling body 2 touches the molten metal 2 until the cooling body 2 is immersed to the specified depth, the peripheral speed of the outer peripheral surface of the cooling body 2 is set to 700 mm / s or more and less than 8000 mm / s. Good to hold. When the peripheral speed is less than 700 mm / s, the concentration of impurities in the metal crystallized in the vicinity of the outer peripheral surface of the cooling body 2 is high, and as a result, the concentration of impurities in the crystallized metal is high. In order to obtain a high-purity mass, it is preferable that the peripheral speed of the outer peripheral surface of the cooling body 2 is as fast as possible, but at 8000 mm / s or more, the peripheral speed is too fast, and the molten metal on the molten metal surface scatters when the cooling body 2 is immersed. There is a risk of operational problems.

また、前述したように、冷却体2の形状は特に限定されることはなく、外径が一定の円柱形に形成されていても良いし、この実施形態のように下端に到るに従って外径が連続的に縮小した逆円錐台形状(テーパー形状)に形成されていても良いし、他の形状であっても良いが、冷却体2の溶湯に浸漬される全ての部分において、外周表面の周速を700mm/s以上、8000mm/s未満に保持するのが良い。 Further, as described above, the shape of the cooling body 2 is not particularly limited, and may be formed into a cylindrical shape having a constant outer diameter, or the outer diameter reaches the lower end as in this embodiment. May be formed in an inverted truncated cone shape (tapered shape) that is continuously reduced, or may have another shape, but in all the parts of the cooling body 2 immersed in the molten metal, the outer peripheral surface It is preferable to keep the peripheral speed at 700 mm / s or more and less than 8000 mm / s.

また、冷却体2を浸漬するときには、冷却体2の温度を金属の固相線温度×0.7以上(アルミニウムの場合は470℃以上)で固相線温度以下にしておくのが良い。必要ならヒーター等の加熱装置により加熱すればよい。冷却体2の温度が金属の固相線温度×0.7未満では、溶融金属の凝固速度が大きくなりすぎて、冷却体2との密着性が悪く、回転による遠心力によって非常に剥離しやすく、精製金属回収量が減る。溶融金属6に浸漬するときの冷却体2の好ましい温度は、固相線温度×0.8以上固相線温度以下であり、さらに好ましくは固相線温度×0.9以上固相線温度以下である。 Further, when immersing the cooling body 2, it is preferable that the temperature of the cooling body 2 is set to be equal to or lower than the solid phase temperature of the metal (470 ° C. or higher in the case of aluminum). If necessary, it may be heated by a heating device such as a heater. If the temperature of the cooling body 2 is less than the solidus temperature of the metal × 0.7, the solidification rate of the molten metal becomes too high, the adhesion to the cooling body 2 is poor, and it is very easy to peel off due to the centrifugal force due to rotation. , The amount of refined metal recovered is reduced. The preferable temperature of the cooling body 2 when immersed in the molten metal 6 is the solidus line temperature × 0.8 or more and the solidus line temperature or less, and more preferably the solidus line temperature × 0.9 or more and the solidus line temperature or less. Is.

溶湯6に浸漬された冷却体2の回転によって、冷却体2の外周表面には金属が晶出する。所定量の金属の晶出後、冷却体2の回転を停止させた状態で溶融金属6中から冷却体2を引き上げると、次のような不具合が発生する恐れがある。 Metal crystallizes on the outer peripheral surface of the cooling body 2 due to the rotation of the cooling body 2 immersed in the molten metal 6. If the cooling body 2 is pulled up from the molten metal 6 in a state where the rotation of the cooling body 2 is stopped after the crystallization of a predetermined amount of metal, the following problems may occur.

即ち、冷却体2に晶出した金属と溶湯6との界面における相対運動が停止してしまうため、冷却体2の冷却のための冷却媒体の供給を停止したとしても、停止前までに晶出した精製金属の表面に、冷却体2の回転停止後引き上げが完了するまでに、不純物濃度の高い金属が晶出してしまう上、この晶出した金属の表面にさらに不純物濃度の高い溶融金属が付着したりするため、精製効率が悪化する恐れがある。 That is, since the relative motion at the interface between the metal crystallized in the cooling body 2 and the molten metal 6 is stopped, even if the supply of the cooling medium for cooling the cooling body 2 is stopped, the metal crystallizes before the stop. A metal having a high impurity concentration crystallizes on the surface of the refined metal by the time the pulling up is completed after the rotation of the cooling body 2 is stopped, and a molten metal having a higher impurity concentration adheres to the surface of the crystallized metal. Therefore, the purification efficiency may deteriorate.

そこで、この実施形態では、冷却体2を回転させながら溶融金属6から引き上げることで、晶出した精製金属の表面と溶融金属との界面の相対運動が常に行なわれる状態を保つことが望ましい。これにより、晶出した精製金属中の不純物濃度を低くすることができるし、精製金属の表面に溶融金属が付着しにくくなり、精製金属の全体の不純物濃度が高くなることを防止することができる。 Therefore, in this embodiment, it is desirable to maintain a state in which the relative movement of the interface between the surface of the crystallized refined metal and the molten metal is always performed by pulling up the cooling body 2 from the molten metal 6 while rotating the cooling body 2. As a result, the impurity concentration in the crystallized refined metal can be lowered, the molten metal is less likely to adhere to the surface of the refined metal, and the overall impurity concentration of the refined metal can be prevented from increasing. ..

この観点からすれば、冷却体2を溶融金属6から引き上げるときの冷却体2の周速はできるだけ速い方が好ましい。具体的には、冷却体2に付着(晶出)した精製金属の溶融金属6との界面における周速を700mm/s以上に設定するのがよい。周速が700mm/s未満の場合には、精製金属の表面に不純物濃度の高い金属が晶出してしまい、結果的に精製金属全体の不純物濃度が高くなる恐れがある。より好ましくは1500mm/s以上に設定するのがよい。 From this point of view, it is preferable that the peripheral speed of the cooling body 2 when the cooling body 2 is pulled up from the molten metal 6 is as fast as possible. Specifically, it is preferable to set the peripheral speed at the interface of the refined metal adhering (crystallizing) to the cooling body 2 with the molten metal 6 to 700 mm / s or more. If the peripheral speed is less than 700 mm / s, a metal having a high impurity concentration may crystallize on the surface of the refined metal, and as a result, the impurity concentration of the entire refined metal may increase. More preferably, it is set to 1500 mm / s or more.

一方、冷却体2を引き上げるときの冷却体2に付着(晶出)した精製金属の溶融金属6との界面における周速が8000mm/s以上では、遠心力が大きすぎるため、精製金属の表面に付着した溶融金属6が液面の上方で飛び散る恐れがある。好ましくは、7000mm/s未満に設定するのがよい。 On the other hand, if the peripheral speed at the interface of the refined metal adhering (crystallizing) to the molten metal 6 when the cooling body 2 is pulled up is 8000 mm / s or more, the centrifugal force is too large, so that the surface of the refined metal is exposed to the surface. The adhered molten metal 6 may scatter above the liquid surface. Preferably, it is preferably set to less than 7000 mm / s.

なお、ここでは、冷却体2に晶出している精製金属の最上部が溶湯6より引き上げられてから精製金属の最下端が溶湯6から離れるまでを「引き上げるとき」とする。つまり、精製金属の最上部が溶湯6より引き上げられてから精製金属の最下端が溶湯6から離れるまで、精製金属の溶湯6との界面における周速を700mm/s以上、8000mm/s未満に保持するのが望ましい。 Here, the period from when the uppermost portion of the refined metal crystallized in the cooling body 2 is pulled up from the molten metal 6 until the lowermost end of the refined metal is separated from the molten metal 6 is defined as "when pulling up". That is, the peripheral speed at the interface of the refined metal with the molten metal 6 is maintained at 700 mm / s or more and less than 8000 mm / s from the time when the uppermost portion of the refined metal is pulled up from the molten metal 6 until the lowermost end of the refined metal is separated from the molten metal 6. It is desirable to do.

さらに、この実施形態では、精製初期には冷却体2の周速を意図的に大きくして遠心力を増大させることで、精製初期の短時間の間に、冷却体2との密着の弱い塊を積極的に剥離させるのがよい。つまり、冷却体2の浸漬直後からの精製初期の間、冷却体2の最大周速を、精製初期経過後の冷却体2の平均周速よりも大きく設定して精製を行うのが良い。具体的には、精製初期の冷却体の最大周速を、精製初期経過後の冷却体2の平均周速の1.1倍以上に設定するのが好ましい。1.1倍を下回ると、十分な遠心力が得られずに、冷却体2との密着性の弱い精製金属を十分に剥離させることができない恐れがある。 Further, in this embodiment, the peripheral speed of the cooling body 2 is intentionally increased at the initial stage of purification to increase the centrifugal force, so that the mass having weak adhesion with the cooling body 2 can be obtained in a short time at the initial stage of purification. It is better to actively peel off. That is, during the initial purification period immediately after the immersion of the cooling body 2, it is preferable to set the maximum peripheral speed of the cooling body 2 to be larger than the average peripheral speed of the cooling body 2 after the initial purification process. Specifically, it is preferable to set the maximum peripheral speed of the cooling body at the initial stage of purification to 1.1 times or more the average peripheral speed of the cooling body 2 after the initial stage of purification. If it is less than 1.1 times, a sufficient centrifugal force may not be obtained and the purified metal having weak adhesion to the cooling body 2 may not be sufficiently peeled off.

精製初期とは精製開始から全精製時間の0.1倍までの時間をいう。但し、10秒以上120秒以下の範囲である。ここでいう精製開始とは、冷却体2が規定の深さまで溶融金属6に浸漬された時をいう。全精製時間の0.1倍を越えて以降に、また精製開始から120秒を超えた後に冷却体2の周速を大きくしても、精製金属の剥離タイミングが遅すぎて、一定時間における精製金属の回収量の減少を引き起こすので好ましくない。また、冷却体2の周速を大きくする時間が精製開始から10秒未満では、冷却体2と密着性の弱い精製金属を十分に剥離することができず、好ましくない。 The initial stage of purification means the time from the start of purification to 0.1 times the total purification time. However, the range is 10 seconds or more and 120 seconds or less. The term “start of purification” as used herein means that the cooling body 2 is immersed in the molten metal 6 to a specified depth. Even if the peripheral speed of the cooling body 2 is increased after exceeding 0.1 times the total purification time or after exceeding 120 seconds from the start of purification, the peeling timing of the purified metal is too late and purification is performed in a certain time. It is not preferable because it causes a decrease in the amount of metal recovered. Further, if the time for increasing the peripheral speed of the cooling body 2 is less than 10 seconds from the start of purification, the purified metal having weak adhesion to the cooling body 2 cannot be sufficiently peeled off, which is not preferable.

前記るつぼ1は、図1Aに示すように、るつぼの深さH、るつぼ底から冷却体2の底部までの長さA、冷却体2における溶融金属6中への浸漬深さa、るつぼ1の開口部内径(この実施形態ではるつぼ1の溶湯上面における内径と等しい)Dの関係が、H≧A+2a−D/20(H=1000mmまで)の条件を満たすことが望ましい。このような条件を満たす場合は、冷却体2における溶融金属6中への浸漬深さaに対して、溶湯6の表面からるつぼ1の上部までの長さが十分に確保されているので、るつぼ1外への溶湯の飛散をさらに抑制することが可能である。Hが1000mm以上の際は、H≧A+2a−D/20―200とすることが望ましい。A+2a−D/20が1000mm以上では溶湯飛散に対して過剰なるつぼ高さとなっており、るつぼコストの上昇を招くため、−200mmとしたものが適正値となる。 As shown in FIG. 1A, the crucible 1 has a depth H of the crucible, a length A from the bottom of the crucible to the bottom of the cooling body 2, a depth of immersion in the molten metal 6 in the cooling body 2, and a depth of immersion of the crucible 1. It is desirable that the relationship of the opening inner diameter (equal to the inner diameter of the crucible 1 on the upper surface of the molten metal in this embodiment) D satisfies the condition of H ≧ A + 2a−D / 20 (H = 1000 mm). When such a condition is satisfied, the length from the surface of the molten metal 6 to the upper part of the crucible 1 is sufficiently secured with respect to the immersion depth a in the molten metal 6 in the cooling body 2, so that the crucible is satisfied. 1 It is possible to further suppress the scattering of the molten metal to the outside. When H is 1000 mm or more, it is desirable that H ≧ A + 2a-D / 20-200. If A + 2a-D / 20 is 1000 mm or more, the crucible height becomes excessive with respect to the scattering of the molten metal, which causes an increase in the crucible cost. Therefore, a value of −200 mm is an appropriate value.

この実施形態において、精製される物質としては、共晶不純物を含む金属、ケイ素、マグネシウム、鉛、亜鉛等の金属を挙げうるが、金属以外の物質であっても良い。 In this embodiment, examples of the substance to be purified include metals containing eutectic impurities and metals such as silicon, magnesium, lead and zinc, but substances other than metals may be used.

上記により精製された物質は、高純度であるから、各種の加工や用途に用いることで優れた特性や機能を発揮させることができる。一例を挙げると、精製される物質が金属の場合、精製金属を鋳造に用いて鋳造品を製作しても良いし、この鋳造品を圧延して各種の金属板や金属箔として用いても良い。また、この金属箔を例えば金属電解コンデンサの電極材として用いてもよい。 Since the substance purified by the above has high purity, it can exhibit excellent properties and functions by being used for various processing and applications. For example, when the substance to be purified is a metal, the refined metal may be used for casting to produce a cast product, or the cast product may be rolled and used as various metal plates or metal foils. .. Further, this metal foil may be used as an electrode material of, for example, a metal electrolytic capacitor.

また、精製金属がアルミニウムの場合、アルミニウムと包晶を生成する包晶元素およびホウ素を含み、ホウ素が包晶元素との金属ホウ化物として計算される合計化学当量よりも5〜80質量ppm過剰に含有されてなるアルミニウム精製用原料を溶解して溶湯とする溶解工程と、溶解エ程において得た溶湯を反応室に移動させ、前記反応室中で、溶湯において包晶元素とホウ素とを反応させて金属ホウ化物を生成させ、生成した金属ホウ化物および前記溶解工程で生成した金属ホウ化物を除去することにより包晶元素を除去する反応工程と、反応エ程において得た溶湯を精製室に移動させ、前記精製室中で、反応工程において得た溶湯から偏析凝固により未反応のホウ素を含む共晶元素が除去された高純度アルミニウムを晶出させる偏析凝固工程を実施することが望ましい。また、前記アルミニウム精製用原料中の包晶元素がTi、ZrおよびVからなる群から選ばれた少なくとも1種以上であることがさらに望ましい。 In addition, when the purified metal is aluminum, it contains aluminum and a peritectic element that forms peritectic and boron, and boron is 5 to 80 mass ppm more than the total chemical equivalent calculated as a metal boroide with the peritectic element. In the melting step of melting the contained aluminum refining raw material to make a molten metal, and moving the molten metal obtained in the melting process to a reaction chamber, the peritectic element and boron are reacted in the molten metal in the reaction chamber. The reaction step of removing the peritectic element by producing the metal boron and the metal boron produced in the dissolution step and the molten metal obtained in the reaction step are moved to the purification chamber. Then, in the purification chamber, it is desirable to carry out an segregation solidification step of crystallizing high-purity aluminum from which unreacted eutectic elements including boron have been removed by segregation solidification from the molten metal obtained in the reaction step. Further, it is more desirable that the peritectic element in the aluminum refining raw material is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr and V.

この方法によれば、アルミニウム精製用原料中のホウ素濃度が包晶元素との金属ホウ化物として計算される合計化学当量よりも5〜80質量ppm過剰となされているため、溶解工程の段階から包晶元素とホウ素とが反応し、反応工程と合わせてより長い反応時間を確保してより多くの金属ホウ化物を生成させ、包晶元素を除去して高純度アルミニウムを得ることができる。また、溶解の熱エネルギーが反応に利用されるためにエネルギーコストを低減させることができる。そして、金属ホウ化物を除去する反応工程後に偏析凝固を行うことにより、溶湯から未反応のホウ素を含む共晶元素を除去することができ、さらに純度の高いアルミニウムを得ることができる。 According to this method, the boron concentration in the raw material for aluminum purification is 5 to 80 mass ppm more than the total chemical equivalent calculated as a metal boride with the peritectic element, so it is packaged from the stage of the dissolution step. The crystallization element and boron react with each other, and a longer reaction time can be secured in combination with the reaction step to generate more metal borides, and the peritectic element can be removed to obtain high-purity aluminum. Moreover, since the thermal energy of dissolution is used for the reaction, the energy cost can be reduced. Then, by performing segregation solidification after the reaction step of removing the metal boride, unreacted eutectic elements containing boron can be removed from the molten metal, and aluminum having a higher purity can be obtained.

さらに、溶解工程で得た溶湯を反応室に移動させて反応工程を行う連続処理を実施するので、高純度アルミニウムの生産性が良い。さらに、反応工程で得た溶湯を精製室に移動させて偏析凝固工程を行う連続処理を実施するので、高純度アルミニウムの生産性が良い。 Further, since the molten metal obtained in the melting step is moved to the reaction chamber to carry out the continuous treatment in which the reaction step is performed, the productivity of high-purity aluminum is good. Further, since the molten metal obtained in the reaction step is moved to the purification chamber to carry out a continuous treatment in which the segregation solidification step is performed, the productivity of high-purity aluminum is good.

また、Ti、Zr、Vはアルミニウム中の主要な包晶元素であり、これらの元素が精製によって除去される。 Further, Ti, Zr and V are major peritectic elements in aluminum, and these elements are removed by purification.

[第2の実施形態]
次に、この発明の他の実施形態に係る高純度物質の連続精製システムについて説明する。このシステムでは、高純度物質が高純度アルミニウムである場合を例にとって説明する。
[Second Embodiment]
Next, a continuous purification system for high-purity substances according to another embodiment of the present invention will be described. In this system, the case where the high-purity substance is high-purity aluminum will be described as an example.

このシステムに用いられるるつぼ及び冷却体は、前述した[第1の実施形態]で説明したるつぼ及び冷却体と同じものが用いられる。また、各るつぼと冷却体を用いて金属等の物質を精製する時の条件も、前述した[第1の実施形態]で説明した精製条件と同じである。 As the crucible and the cooling body used in this system, the same crucible and the cooling body as described in the above-mentioned [first embodiment] are used. Further, the conditions for purifying a substance such as a metal using each crucible and a cooling body are the same as the purification conditions described in the above-described [first embodiment].

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るつぼに順に送り込み、最終のるつぼ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。このとき各るつぼと対をなして、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための回転可能な冷却体を備えたものとする。
1) Primary line The continuous purification apparatus for high-purity aluminum according to this embodiment is provided with a melting furnace for melting aluminum, and molten metal from the melting furnace is sequentially sent to a plurality of crucibles connected in series to make a final. First, a primary line is configured with a series of devices for discharging molten metal from the crucible to the outside of the system as a set of lines. At this time, it is assumed that each crucible is paired with a rotatable cooling body for crystallizing high-purity aluminum in the molten metal.

このとき複数のるつぼは、例えば一つの大きな槽を隔壁により複数の区画に区分し、この各区画をるつぼとするとともに、隔壁に連通口を設けて各るつぼを溶湯が通過するようにしてもよい。また、複数のるつぼを直列状に並べ、各るつぼを樋によって連結させてもよい。 At this time, for a plurality of crucibles, for example, one large tank may be divided into a plurality of sections by a partition wall, each section may be used as a crucible, and a communication port may be provided in the partition wall so that the molten metal passes through each crucible. .. Further, a plurality of crucibles may be arranged in series, and each crucible may be connected by a gutter.

各るつぼと対をなす冷却体は、溶湯中で回転する際、その周面に高純度アルミニウムを晶出させる。その冷却体周面のアルミニウムの晶出は、冷却体がるつぼ内のアルミニウム溶湯に回転しながら浸漬される際、エアー若しくは水蒸気のような冷却流体で冷却された状態で生じるものである。 When the cooling body paired with each crucible rotates in the molten metal, high-purity aluminum is crystallized on its peripheral surface. The crystallization of aluminum on the peripheral surface of the cooling body occurs when the cooling body is immersed in the molten aluminum in the crucible while rotating, and is cooled by a cooling fluid such as air or steam.

この冷却体の周面上に所定の時間、不純物を溶湯に排除しながらアルミニウムを晶出させた後、回転させながら引き上げ、るつぼ外で冷却体からアルミニウムを回収する。 Aluminum is crystallized on the peripheral surface of the cooling body for a predetermined time while removing impurities from the molten metal, and then pulled up while rotating to recover the aluminum from the cooling body outside the crucible.

冷却体の冷却能が大きくなるほど生産性は高くなる。一方、凝固速度が大きくなるため、精製純度が低下する。このため、精製されるアルミニウム塊の純度と抽出に要する時間とのバランスを配慮した最適条件を設定することが好ましい。 The greater the cooling capacity of the cooling body, the higher the productivity. On the other hand, since the solidification rate increases, the purification purity decreases. Therefore, it is preferable to set the optimum conditions in consideration of the balance between the purity of the aluminum ingot to be purified and the time required for extraction.

各るつぼに浸漬された冷却体に晶出し純化されたアルミニウム塊を回収する場合、一斉に回収しても良いが、連続した生産を考えると順次回収していくことが望ましい。 When recovering the crystallized and purified aluminum ingots in the cooling body immersed in each crucible, they may be recovered all at once, but it is desirable to recover them sequentially in consideration of continuous production.

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るつぼと、各るつぼと対を成し、溶湯内で高純度アルミニウムを晶出させるための冷却体と、を備え、最終のるつぼ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。
2) Combined line 1. Similar to the primary line, a melting furnace for melting aluminum, a plurality of crucibles connected in series to which molten metal from the melting furnace is sent in order, and a pair of each crucible. One or more sets of lines consisting of a cooling body for crystallizing high-purity aluminum in the molten metal and a series of devices for discharging the molten metal from the final crucible to the outside of the system are further combined. Therefore, an Nth-order line (however, 2 ≦ N) is formed.

2.1次ラインにおける各るつぼにおいて冷却体上に晶出して回収・精製されたアルミニウム塊は、引き続き2次ラインの溶解炉で溶解されたのち、1次ラインの場合と同様に各るつぼに送り込まれ、各るつぼにおいて冷却体に晶出して回収・精製される。 2. The aluminum ingots crystallized on the cooler in each crucible in the primary line and collected / purified are continuously melted in the melting furnace of the secondary line and then sent to each crucible in the same manner as in the case of the primary line. Then, in each crucible, it crystallizes into a cooling body and is collected and purified.

3.本実施形態で規定する精製システムは、前述のラインが2組以上備えられたN次ライン(ただし2≦N)から成り、(n−1)次ライン(ただし2≦n≦N)で冷却体に付着凝固させ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、溶湯は複数の直列的に連結したるつぼに樋や連通孔等を介して送り込まれ、各るつぼにおいて、再び冷却体上にアルミニウムを晶出させて回収・精製を繰り返す。 3. 3. The purification system specified in the present embodiment consists of an Nth-order line (however, 2≤N) provided with two or more sets of the above-mentioned lines, and a (n-1) -order line (however, 2≤n≤N) is a cooling body. The high-purity aluminum ingot recovered by adhering to and solidifying in the crucible is melted in the melting furnace of the nth order line, and the molten metal is sent to a plurality of crucibles connected in series through a gutter, a communication hole, etc., and in each crucible. , Aluminum is crystallized on the cooling body again, and recovery and purification are repeated.

4.n次ラインにおけるるつぼおよび対をなす冷却体の数は、(n−1)次のラインでのるつぼおよび対をなす冷却体の数よりも減少させる必要がある。 4. The number of crucibles and paired coolers in the nth line needs to be less than the number of crucibles and paired coolers in the (n-1) next line.

その理由として、下記に記述するa〜dの4点が挙げられる。 The reasons for this are the four points a to d described below.

なお、投入アルミニウム原料重量SW1に対する高純度アルミニウム精製塊の回収総重量SW2の比率を回収率(SW2/SW1)とする。
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、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、るつぼの数が、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次ラインのるつぼの数は、n−1次ラインのるつぼ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:前述したようにるつぼ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。
d:このとき2次以上のn次ラインで排出された溶湯は、冷却・凝固されることなく直ちに(n−1)次ラインの溶解炉に戻入され、再利用されても良い。この再利用により(n−1)次ラインの溶解炉では、溶解原料と同水準の純度の原料を、溶解エネルギーを要することなく利用が可能となり、エネルギー効率がさらに高まる。
The ratio of the total recovery weight SW2 of the refined high-purity aluminum mass to the input aluminum raw material weight SW1 is defined as the recovery rate (SW2 / SW1).
a: The recovery rate (SW2 / SW1) is always less than 1, and it is necessary to lower the recovery rate in order to reduce the impurity concentration from the recovered aluminum ingot. As a result, in order to link the time required for the cooling body to extract the aluminum ingot on the nth-order line and the time required for the aluminum ingot to be extracted on the (n-1) next line, the number of crucibles is n. In the next line, it must be reduced according to the recovery rate than (n-1).
b: When the number of crucibles in the nth-order line is smaller than the number of crucibles in the n-1st-order line, the smaller the ratio of the recovered weight of the n-th-order line to the recovered weight of the n-1st-order line, the higher the purity. An aluminum crucible is obtained.
c: As described above, by installing purification lines in which the crucible is reduced according to the order up to the nth order line, energy efficiency is improved in a small facility area, and eutectic impurities are conventionally disclosed. Equipment / systems that can be further reduced than equipment can be obtained. At this time, for the purpose of comprehensively increasing the energy efficiency of this line, it is desirable that the intervals between the lines are as close as possible.
d: At this time, the molten metal discharged in the second or higher order nth line may be immediately returned to the melting furnace of the (n-1) order line without being cooled or solidified and reused. By this reuse, in the melting furnace of the (n-1) next line, a raw material having the same level of purity as the melting raw material can be used without requiring melting energy, and the energy efficiency is further improved.

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。
3) Line order The line order (N order) is preferably secondary or tertiary. Even if the equipment is constructed beyond the third order, the complexity of the equipment will increase, and the superiority in terms of operation and economy will be poor.

さらに1次〜n次の各ラインにおいて直列的に連続したるつぼにおける溶湯の不純物濃度は、最初の保持槽から、最終の保持槽に向けて順次上昇する。このため、1ラインの連結するるつぼが多いほど精製塊の回収効率(同じ回収重量に対するAl純度)が高くなるが、過多になると溶湯温度の制御など、操業が困難になる。 Further, the impurity concentration of the molten metal in the crucibles continuously connected in series in each of the primary to nth orders increases sequentially from the first holding tank toward the final holding tank. Therefore, the more crucibles connected by one line, the higher the recovery efficiency of the refined mass (Al purity for the same recovery weight), but if it is excessive, it becomes difficult to control the molten metal temperature and the like.

このため、直列的に連続するるつぼの数は1次ラインで8〜25基、また、(n−1)次のるつぼの数に対するn次のるつぼの数の比率を0.5〜0.8に設定するのが好ましい。 Therefore, the number of crucibles that are continuous in series is 8 to 25 in the primary line, and the ratio of the number of n-th order crucibles to the number of (n-1) next-order crucibles is 0.5 to 0.8. It is preferable to set to.

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、溶解炉と冷却体を伴うるつぼの間に、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。
4) Addition of Boron In at least one of the N-order lines, boron may be added to the melting furnaces 11, 21, and 31 to react boron with peritectic impurities such as Ti, Zr, and V. Further, a stirring tank capable of adding boron may be installed between the melting furnace and the crucible with the cooling body. By adding boron in this stirring tank, boron can be reacted with peritectic impurities such as Ti, Zr, and V. Further, boron may be added not only in the melting furnace and the stirring tank but also in the gutter connecting the melting furnace and the stirring tank. Boron is generally, but is not limited to, added as an Al-B (boron / boron) mother alloy. As a method of accelerating the reaction between peritectic impurities and boron after addition, there are a non-contact type molten metal stirring with a permanent magnet, stirring with a graphite rotor, and a method of blowing a processing gas into the molten metal.

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。
5) Separation of peritectic impurities Perforated crystals are removed from the molten metal by reacting peritectic elements such as Ti, Zr, and V with boron to generate and remove insoluble boron compounds by adding and stirring the above-mentioned boron. Impurities can be removed. At this time, the separation of the insoluble boron compound can be mechanically removed as a slag on the surface of the stirring tank.

さらに、溶湯撹拌槽とるつぼの間に分離槽を構成することも有効である。この分離槽は、溶湯表面に浮遊した浮滓をるつぼ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。 Further, it is also effective to construct a separation tank between the melting and stirring tank crucibles. In this separation tank, in order to separate the slag floating on the surface of the molten metal into a system other than the crucible, a partition wall is provided between the separation tank and the surface of the molten metal, and a gutter of a different route is provided so that the waste can be discharged. Further, since the insoluble boron compound is an insoluble compound, it may be removed by installing a filter.

[具体的実施形態]
図2および図3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。
[Specific Embodiment]
2 and 3 show a purification system for high-purity aluminum according to an embodiment of the present invention.

図2において、アルミニウムの精製システムは、アルミニウムを精製して高純度アルミニウムを連続的に得る装置からなる1組のラインが複数、連続して配置されてなる。 In FIG. 2, the aluminum refining system consists of a plurality of consecutive lines consisting of a device for refining aluminum to continuously obtain high-purity aluminum.

最初の1次ラインにおいて、共晶不純物および包晶不純物を含んだ精製すべきアルミニウムを溶解する溶解炉11 と、望ましくは、溶解炉11に連続して撹拌槽12が配置されている。撹拌槽12では、溶解炉11から受けたアルミニウム溶湯中にAl−B母合金としてホウ素を添加した後、Arガス等の気泡放出、分散装置を下降させて撹拌槽12内のアルミニウム溶湯中に浸漬し、駆動手段により気泡放出して回転させる。この状態は、図3で詳述する。 In the first primary line, a melting furnace 11 for melting aluminum to be purified containing eutectic impurities and peritectic impurities, and preferably, a stirring tank 12 is continuously arranged in the melting furnace 11. In the stirring tank 12, after adding boron as an Al—B mother alloy into the molten aluminum received from the melting furnace 11, bubbles such as Ar gas are released, the disperser is lowered, and the mixture is immersed in the molten aluminum in the stirring tank 12. Then, air bubbles are released by the driving means and rotated. This state will be described in detail in FIG.

撹拌槽12に続いて、複数基(この例では10基)のるつぼ13、13・・・が直列的に連続して配置されている。これらの溶解炉11、撹拌槽12、るつぼ13、13・・・は各々溶湯を送る樋15で連結されている。 Following the stirring tank 12, a plurality of crucibles 13, 13 ... (10 in this example) are continuously arranged in series. The melting furnace 11, the stirring tank 12, the crucibles 13, 13 ... Are each connected by a gutter 15 for sending the molten metal.

るつぼ13、13・・・に、撹拌槽12から溶湯が送り込まれ、所定の量が満たされた段階で、各るつぼ13、13・・・のアルミニウム溶湯中に、内部をエアー、ガス、水蒸気等の冷却流体で冷却された冷却体130、130・・・を浸漬する。るつぼ13、13・・・のアルミニウム溶湯温度を、凝固点を越えた温度に加熱保持しておくと、偏析凝固の原理により、各冷却体130、130・・・の表面において、精製すべき純度の高いアルミニウムが晶出し、高純度アルミニウム塊が形成される。るつぼ13、13・・・中の不純物濃度の高くなったアルミニウム溶湯は、排出溶湯受14へ排出される。 When the molten metal is sent from the stirring tank 12 into the crucibles 13, 13 ... And the predetermined amount is filled, the inside of the molten aluminum of the crucibles 13, 13 ... Is filled with air, gas, steam, etc. Immerse the cooling bodies 130, 130 ... Cooled with the cooling fluid of. When the temperature of the molten aluminum of the crucibles 13, 13 ... Is kept heated to a temperature exceeding the freezing point, the purity to be purified on the surface of each of the cooling bodies 130, 130 ... By the principle of segregation solidification. High aluminum crystallizes to form high purity aluminum crucibles. The molten aluminum having a high impurity concentration in the crucibles 13, 13 ... Is discharged to the discharged molten metal receiver 14.

各冷却体130、130・・・の表面に晶出し、抽出されたアルミニウム塊は、回転しながら引き上げられ、回転が停止した後、冷却体130、130・・・から機械的に回収される。 The aluminum ingot crystallized and extracted on the surface of each of the cooling bodies 130, 130 ... Is pulled up while rotating, and after the rotation is stopped, it is mechanically recovered from the cooling bodies 130, 130 ....

各冷却体130、130・・・へ供給される冷却流体は、冷却能が大きいほうが生産性は高くなるが、一方、凝固速度が過度に大きくなる場合、回収されるアルミニウム塊の不純物濃度が高くなる。このため、精製するアルミニウム塊の純度に適合した回収重量と、不純物濃度のバランスの最適精製条件に配慮が必要である。 The cooling fluid supplied to each of the cooling bodies 130, 130, ... The higher the cooling capacity, the higher the productivity. On the other hand, when the solidification rate becomes excessively high, the concentration of impurities in the recovered aluminum mass is high. Become. Therefore, it is necessary to consider the optimum purification conditions for the balance between the recovered weight suitable for the purity of the aluminum ingot to be purified and the impurity concentration.

回収された精製塊は、つづく2次ラインの溶解炉21に投入され、溶解炉21から1次ラインと同様に、撹拌槽22と、連続するるつぼ23、23・・・に溶湯が送られる。1次ラインで精製塊を回収する場合、全ての冷却体130、130・・・から同時に回収する方法でも良いが、操業に連続性を持たせるために順次回収していく方法が望ましい。図1に示した例では、2次ラインにおけるるつぼ23の数は、1次ラインのるつぼ13の数よりも少ない5基に設定されている。 The recovered refined mass is put into the melting furnace 21 of the subsequent secondary line, and the molten metal is sent from the melting furnace 21 to the stirring tank 22 and the continuous crucibles 23, 23, ... As in the primary line. When collecting the purified lumps on the primary line, a method of collecting the purified lumps from all the cooling bodies 130, 130, ... At the same time may be used, but a method of sequentially collecting them in order to maintain continuity in the operation is preferable. In the example shown in FIG. 1, the number of crucibles 23 in the secondary line is set to 5, which is smaller than the number of crucibles 13 in the primary line.

2次ラインの溶解炉21で溶解された不純物濃度の低い溶湯は、1次ラインと同様に溶解炉21または、撹拌槽22でホウ素を添加した後、撹拌槽22で撹拌される。1次ラインと同様に、撹拌槽22からの溶湯が、直列的に連続するるつぼ23、23・・・へ送られ、所定の量が満たされた段階で、内部をエアー、ガス、水蒸気等の冷却流体で冷却された冷却体230、230・・・を、各るつぼ23、23・・・のアルミニウム溶湯中に浸漬する。冷却体230、230・・・の表面において、1次ラインで得られた純度より、さらに高いアルミニウムが晶出し、塊を形成する。るつぼ中の不純物濃度の高いアルミニウム溶湯は、排出溶湯受24へ排出される。 The molten metal having a low impurity concentration dissolved in the melting furnace 21 of the secondary line is stirred in the stirring tank 22 after adding boron in the melting furnace 21 or the stirring tank 22 as in the primary line. Similar to the primary line, the molten metal from the stirring tank 22 is sent to the continuous crucibles 23, 23, ... In series, and when a predetermined amount is filled, the inside is filled with air, gas, steam, etc. The cooling bodies 230, 230 ... Cooled by the cooling fluid are immersed in the molten aluminum of the crucibles 23, 23 ... On the surfaces of the cooling bodies 230, 230, ..., Aluminum crystallized higher than the purity obtained in the primary line to form a lump. The molten aluminum having a high impurity concentration in the crucible is discharged to the discharged molten metal receiver 24.

2次ラインの各冷却体230、230・・・の表面に晶出した精製塊は、回転しながら引き上げられ、回転が停止した後、回収される。 The refined lumps crystallized on the surfaces of the cooling bodies 230, 230, ... Of the secondary line are pulled up while rotating, stopped rotating, and then collected.

回収された精製塊は、つづく3次ラインの溶解炉31に投入され、1次ラインと同様に撹拌槽32と、連続するるつぼ33、33・・・に、溶解炉31から溶湯が送られ、各るつぼ33、33・・・に対応する冷却体330、330・・・で順次精製塊が回収される。図2に示した例では、3次ラインにおけるるつぼ33の数は、2次ラインのるつぼ13の数よりも少ない3基に設定されている。 The recovered refined mass is put into the melting furnace 31 of the subsequent tertiary line, and the molten metal is sent from the melting furnace 31 to the stirring tank 32 and the continuous crucibles 33, 33 ... Like the primary line. Purified lumps are sequentially collected by the cooling bodies 330, 330 ... Corresponding to the crucibles 33, 33 ... In the example shown in FIG. 2, the number of crucibles 33 in the tertiary line is set to three, which is smaller than the number of crucibles 13 in the secondary line.

全てのラインまたは一部のラインで、撹拌槽とるつぼの間に、撹拌槽で精製した不溶性ホウ素化合物を除去できる分離槽を設けても良い。図2に示す例では、3次ラインの撹拌槽32とるつぼ33との間に分離槽35が設けられている。 In all lines or some lines, a separation tank capable of removing the insoluble boron compound purified in the stirring tank may be provided between the stirring tank crucibles. In the example shown in FIG. 2, a separation tank 35 is provided between the stirring tank 32 and the crucible 33 of the tertiary line.

分離槽35は、気泡で浮上分離された不溶性ホウ素化合物を分離するだけでなく、溶湯中に沈降する不溶性ホウ素化合物も除去するものであり、このため分離槽内にフィルターを設置しても良い。このとき、るつぼ33、33・・・中の不純物濃度の高くなったアルミニウム溶湯は、排出溶湯受34へ排出される。 The separation tank 35 not only separates the insoluble boron compound floating and separated by bubbles, but also removes the insoluble boron compound that settles in the molten metal. Therefore, a filter may be installed in the separation tank. At this time, the molten aluminum having a high impurity concentration in the crucibles 33, 33 ... Is discharged to the discharged molten metal receiver 34.

図3に、3次ラインにおける溶解炉31、撹拌槽32、るつぼ33等の構成を記述するが、他のラインにおける溶解炉、撹拌槽、るつぼの構成も同じである。 FIG. 3 describes the configurations of the melting furnace 31, the stirring tank 32, the crucible 33, and the like in the tertiary line, but the configurations of the melting furnace, the stirring tank, and the crucible in the other lines are the same.

撹拌槽32の上端部には溶解炉31から供給される溶湯を受ける受け樋としての連結樋36が設けられ、溶解炉31から最も離れたるつぼ33の上端部に溶湯排出樋としての連結樋36が設けられ、撹拌槽32とるつぼ33の間及び各るつぼ33同士は、連結樋36で連結されている。 A connecting gutter 36 as a receiving gutter for receiving the molten metal supplied from the melting furnace 31 is provided at the upper end of the stirring tank 32, and a connecting gutter 36 as a molten metal discharge gutter is provided at the upper end of the crucible 33 farthest from the melting furnace 31. Is provided, and the space between the stirring tanks 32 and the crucibles 33 and the crucibles 33 are connected by a connecting gutter 36.

撹拌槽32内には、図示しない駆動手段によって上下駆動するとともに回転するものとなされた回転軸321と、この回転軸321の下端に固定状に設けられた分散用回転体322とを備える分散装置320が配置されている。前記回転軸321には内部に長さ方向に伸びる処理ガス通路が形成され、前記分散用回転体322の下端面には処理ガス通路に連通する処理ガス吹出口(図示せず)が設けられているとともに、複数の撹拌促進用の突起が周方向に間隔をおいて形成されている。そして、回転軸321を回転させながら処理ガス通路に処理ガスを供給すると、貯留された溶湯が撹拌されるとともに、処理ガスが処理ガス吹出口から溶湯中に微細な気泡として放出され、溶湯60の全体に分散される。 In the stirring tank 32, a disperser including a rotating shaft 321 which is driven up and down by a driving means (not shown) and is rotated, and a rotating body 322 for dispersion provided fixedly at the lower end of the rotating shaft 321. 320 is arranged. A processing gas passage extending in the length direction is formed inside the rotating shaft 321, and a processing gas outlet (not shown) communicating with the processing gas passage is provided on the lower end surface of the dispersion rotating body 322. At the same time, a plurality of protrusions for promoting stirring are formed at intervals in the circumferential direction. Then, when the processing gas is supplied to the processing gas passage while rotating the rotating shaft 321, the stored molten metal is agitated and the processing gas is released from the processing gas outlet into the molten metal as fine bubbles, and the molten metal 60 It is distributed throughout.

また、撹拌槽32の出湯口323と対応する位置において、出湯口323の撹拌槽32内側端部および撹拌槽32内面における出湯口323の下方に連なる部分を覆うような水平断面略U字形の垂直隔壁324が設けられている。この垂直隔壁324により、ホウ素と包晶元素の反応で生成した不溶性ホウ素化合物が、その下流側のるつぼに流出するのを防止することができる。 Further, at a position corresponding to the hot water outlet 323 of the stirring tank 32, the horizontal cross section is substantially U-shaped vertical so as to cover the inner end of the stirring tank 32 of the hot water outlet 323 and the portion of the inner surface of the stirring tank 32 that is connected to the lower side of the hot water outlet 323. A partition wall 324 is provided. The vertical partition wall 324 can prevent the insoluble boron compound produced by the reaction of boron and the peritectic element from flowing out to the crucible on the downstream side thereof.

前記撹拌槽32を経由した溶湯は分離槽35に流入する。分離槽35には隔壁351が設けられており、不溶性ホウ素化合物及び溶湯中に沈降する不溶性ホウ素化合物が除去された溶湯60が、次段のるつぼ33に流入する。 The molten metal that has passed through the stirring tank 32 flows into the separation tank 35. A partition wall 351 is provided in the separation tank 35, and the molten metal 60 from which the insoluble boron compound and the insoluble boron compound settling in the molten metal have been removed flows into the crucible 33 in the next stage.

各るつぼ33、33・・・には、図示しない駆動手段によって上下駆動するとともに回転駆動される回転軸331に連結されて、前述の冷却体330、330・・・が配置されている。各回転軸331には内部に長さ方向に伸びる冷却流体通路(図示せず)が形成されている。また、各冷却体330は下方に向かって断面積が減少する有底の逆円錐台形状であり、前記冷却流体通路に連通する内部空間が形成され、冷却流体を冷却流体通路を介して内部空間に供給することによって溶湯に接触する外周面を所定の温度に保持し得るものとなされている。従って、前記冷却体330は、アルミニウム溶湯と反応により溶湯を汚染しないことはもとより、熱伝導性の良い材料、たとえば黒鉛等により形成されていることが好ましい。また、前記冷却体330は、上端部を除いた部分がアルミニウム溶湯中に浸漬する高さに設定される。 The above-mentioned cooling bodies 330, 330 ... Are arranged in the crucibles 33, 33 ... By being connected to a rotating shaft 331 that is vertically driven and rotationally driven by a driving means (not shown). Each rotating shaft 331 is internally formed with a cooling fluid passage (not shown) extending in the length direction. Further, each cooling body 330 has a bottomed inverted truncated cone shape in which the cross-sectional area decreases downward, an internal space communicating with the cooling fluid passage is formed, and the cooling fluid is passed through the cooling fluid passage to the internal space. The outer peripheral surface in contact with the molten metal can be maintained at a predetermined temperature by supplying the fluid. Therefore, the cooling body 330 is preferably formed of a material having good thermal conductivity, for example, graphite, as well as not contaminating the molten metal by reacting with the molten aluminum. Further, the cooling body 330 is set to a height at which a portion excluding the upper end portion is immersed in the molten aluminum.

図4は、他の実施形態を示すものである。この例では、図2に示したシステムと同じく3次のラインから構成されるとともに、各ラインにおける装置の構成は、3次ラインにおける分離槽35が設置されていない点を除いて図2に示したものと同様である。 FIG. 4 shows another embodiment. In this example, the system is composed of tertiary lines as in the system shown in FIG. 2, and the configuration of the device in each line is shown in FIG. 2 except that the separation tank 35 in the tertiary line is not installed. It is the same as the one.

図4に示したシステムは、2次ラインにおける溶解炉21、撹拌槽22において適宜Al−B合金、またはそれに準ずるホウ素含有物を投入できる開口部を有する。溶解炉21より受け樋で受けた溶湯は撹拌槽22に達する。 The system shown in FIG. 4 has an opening in which an Al-B alloy or a boron-containing material equivalent thereto can be appropriately charged in the melting furnace 21 and the stirring tank 22 in the secondary line. The molten metal received from the melting furnace 21 in the gutter reaches the stirring tank 22.

而して、図4の例では、各るつぼ23、23・・・を通過して余剰となった溶湯については、最終段のるつぼ23から戻し装置27により1次ラインの溶解炉11に戻されるものとなされている。 Thus, in the example of FIG. 4, the excess molten metal that has passed through the crucibles 23, 23, ... Is returned from the crucible 23 in the final stage to the melting furnace 11 of the primary line by the return device 27. It is supposed to be a crucible.

また、3次ラインの各るつぼ33、33・・・を通過して余剰となった溶湯についても、最終のるつぼ33から戻し装置37により2次ラインの溶解炉21に戻されるものとなされている。 Further, the excess molten metal that has passed through the crucibles 33, 33, ... Of the tertiary line is also returned from the final crucible 33 to the melting furnace 21 of the secondary line by the return device 37. ..

このように、最終のるつぼから余剰の溶湯を前ラインの溶解炉に戻すことにより、溶湯を効率的に使用でき、操業性に優れたシステムとなる。 In this way, by returning the excess molten metal from the final crucible to the melting furnace in the previous line, the molten metal can be used efficiently, and the system has excellent operability.

[第1の実施形態に係る実施例]
(実施例1)
表1に示す不純物濃度(質量ppm)のアルミニウム原料からなるアルミニウム溶湯(元溶湯)をるつぼ1に収容し、精製処理を実施した。精製装置及び精製条件は次の通りである。
[Example according to the first embodiment]
(Example 1)
An aluminum molten metal (former molten metal) made of an aluminum raw material having an impurity concentration (mass ppm) shown in Table 1 was placed in a crucible 1 and refined. The purification equipment and purification conditions are as follows.

るつぼ1は、図1に示すように、溶湯上面における内径(開口部の内径と同じ)Dが480mm、深さHが850mmの有底円筒状で底面が下向き円弧面に形成されたものを用いた。冷却体2は上端側が径大の円錐台形状に形成され、溶湯上面における外径dが180mmのグラファイト製のものを使用した。 As shown in FIG. 1, the crucible 1 is a bottomed cylinder having an inner diameter (same as the inner diameter of the opening) D of 480 mm and a depth H of 850 mm on the upper surface of the molten metal, and the bottom surface is formed in a downward arc surface. There was. The cooling body 2 was made of graphite having a truncated cone shape with a large diameter on the upper end side and an outer diameter d of 180 mm on the upper surface of the molten metal.

そして、冷却媒体として1500リットル/分の圧縮空気を冷却体2の内部に流通させ、回転周速度:4000mm/sの一定速度で冷却体2を回転させながら6分間、精製した。 Then, 1500 liters / minute of compressed air was circulated inside the cooling body 2 as a cooling medium, and the cooling body 2 was purified at a constant rotation speed of 4000 mm / s for 6 minutes.

このとき、るつぼ1の溶湯上面における内周面と冷却体2の外周面との水平方向の最短距離L1は150mm、るつぼ1内の溶融アルミニウムの存在部分全域において、るつぼ1の内周面と冷却体2の最下端における水平方向の距離L2は100mm、冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離Aは430mm、冷却体2の溶融アルミニウム6中への浸漬深さaは200mmであり、A/aの値は2.15であった。 At this time, the shortest horizontal distance L1 between the inner peripheral surface of the molten metal upper surface of the crucible 1 and the outer peripheral surface of the cooling body 2 in the horizontal direction is 150 mm, and the inner peripheral surface of the crucible 1 and cooling are performed over the entire area where the molten aluminum exists in the crucible 1. The horizontal distance L2 at the lowermost end of the body 2 is 100 mm, the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 is 430 mm, and the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten aluminum 6 is 200 mm. The value of A / a was 2.15.

また、溶湯6への浸漬の際は冷却体2の温度を350℃とし、溶湯6に浸潰させる時及び6分間の精製後に溶湯から引き上げる際は、冷却体2を回転させなかった。 Further, the temperature of the cooling body 2 was set to 350 ° C. when immersed in the molten metal 6, and the cooling body 2 was not rotated when immersed in the molten metal 6 and when withdrawn from the molten metal after purification for 6 minutes.

(実施例2〜10、比較例1〜2)
冷却体2の底面からるつぼ1の底面までの距離A、及び冷却体2の溶融アルミニウム6中への浸漬深さaの値を表1のように変更した以外は、実施例1と同じ条件で、精製を行った。なお、アルミニウム溶湯の不純物濃度は表1の通りであった。
(Examples 2 to 10, Comparative Examples 1 and 2)
Under the same conditions as in Example 1 except that the distance A from the bottom surface of the cooling body 2 to the bottom surface of the crucible 1 and the value of the immersion depth a of the cooling body 2 in the molten aluminum 6 were changed as shown in Table 1. , Purified. The impurity concentrations of the molten aluminum are as shown in Table 1.

(実施例11)
実施例4の条件において、溶湯6への浸潰の際は冷却体2の温度を470℃(アルミニウムの固相線温度×0.7)とし、溶湯6への浸潰部分の最少径部の周速5000mm/sにて冷却体2を回転させながら浸漬し、精製開始から全精製時間×0.1まで、その周速を維持した。それ以降は周速を4000mm/sに設定した。
(Example 11)
Under the conditions of Example 4, when immersing in the molten metal 6, the temperature of the cooling body 2 is set to 470 ° C. (solid phase line temperature of aluminum × 0.7), and the smallest diameter portion of the portion immersed in the molten metal 6 is set. The cooling body 2 was immersed while rotating at a peripheral speed of 5000 mm / s, and the peripheral speed was maintained from the start of purification to the total purification time × 0.1. After that, the peripheral speed was set to 4000 mm / s.

精製アルミニウムを6分間晶出させた後は、冷却体2に晶出した精製アルミニウムの最下端部の表面の周速を2500mm/sに設定し、冷却体2の最下端が溶融アルミニウムから完全に引き上げられるまで回転速度を維持した。 After crystallizing the refined aluminum for 6 minutes, the peripheral speed of the surface of the lowermost end of the purified aluminum crystallized in the cooling body 2 is set to 2500 mm / s, and the lowermost end of the cooling body 2 is completely separated from the molten aluminum. The rotation speed was maintained until it was pulled up.

以上により得られたアルミニウム精製塊の重量、不純物濃度及び精製効率を表1に示す。精製効率は、得られたアルミニウム精製塊の不純物濃度の、元のアルミニウム溶湯に含まれる不純物濃度に対する比率で計算される。 Table 1 shows the weight, impurity concentration and purification efficiency of the refined aluminum mass obtained as described above. The purification efficiency is calculated by the ratio of the impurity concentration of the obtained refined aluminum mass to the impurity concentration contained in the original molten aluminum.

また、エネルギー効率及び設備難易度についての良否を表1に併せて示す。なお、エネルギー効率について◎は極めて良好、〇は良好、△は普通を示し、設備難易度について◎は低い、〇は若干低い、△は普通を示す。溶湯跳ねについて◎は全く無し、〇はほぼ無しを示す。 Table 1 also shows the quality of energy efficiency and equipment difficulty. Regarding energy efficiency, ◎ indicates extremely good, 〇 indicates good, Δ indicates normal, and regarding equipment difficulty, ◎ indicates low, 〇 indicates slightly low, and Δ indicates normal. About molten metal splash ◎ indicates no, and 〇 indicates almost none.

表1の結果から理解されるように、実施例1〜11については比較例1よりも精製効率が高いものであった。また、実施例11では実施例4と較べて精製効率が良く、精製塊の重量も大きく、溶湯の跳ねも抑制できる結果となった。また、比較例2では精製効率が飽和していることがわかる。 As can be understood from the results in Table 1, the purification efficiency of Examples 1 to 11 was higher than that of Comparative Example 1. Further, in Example 11, the purification efficiency was higher than that in Example 4, the weight of the purified lump was large, and the splashing of the molten metal could be suppressed. Further, it can be seen that the purification efficiency is saturated in Comparative Example 2.

Figure 0006751604
Figure 0006751604

[第2の実施形態に係る実施例(図2に示したシステムに係る実施例)]
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2に、各精製条件を表3に示す。
[Example according to the second embodiment (Example according to the system shown in FIG. 2)]
Table 2 shows the composition of the aluminum raw material used in the refining system and the aluminum ingot after refining, and Table 3 shows each refining condition.

さらに、各条件での精製内容と比較例の事例を、表の後に引続き詳述する。 Furthermore, the purification contents under each condition and examples of comparative examples will be described in detail after the table.

Figure 0006751604
Figure 0006751604

Figure 0006751604
Figure 0006751604

(実施例21)
図5に示すように、冷却体130、230を配置したるつぼ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。
(Example 21)
As shown in FIG. 5, aluminum is refined by a continuous double refining system in which the number of crucibles 13 and 23 in which the cooling bodies 130 and 230 are arranged is set to 10 in the primary line and 5 in the secondary line. did. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, V 0.003% by weight.

カーボン製冷却体の回転数は400rpmとし、エアーを流して内面を冷却し、8分間溶湯中で精製し、晶出した高純度アルミニウムを引き上げ、回収した。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ラインともに同じ条件で実施した。 The rotation speed of the carbon cooling body was 400 rpm, air was flowed to cool the inner surface, and the mixture was purified in a molten metal for 8 minutes, and the crystallized high-purity aluminum was pulled up and recovered. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. Both the primary line and the secondary line were carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23及び冷却体130、230は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率(高純度アルミニウム精製塊の回収総重量/投入アルミニウム原料重量)は33%である。 Further, as the crucibles 13, 23 and the cooling bodies 130, 230, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate (total recovered weight of refined high-purity aluminum mass / weight of input aluminum raw material) is 33%.

このときに2次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0016%、Si0.0023%、Ti0.002%、V0.005%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained on the secondary line was Fe0.0016%, Si0.0023%, Ti0.002%, and V0.005%.

(実施例22)
図6に示すように、冷却体130、230を配置したるつぼ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0.007%になるように添加した。
(Example 22)
As shown in FIG. 6, aluminum is refined by a continuous double refining system in which the number of crucibles 13 and 23 in which the cooling bodies 130 and 230 are arranged is set to 10 in the primary line and 5 in the secondary line. did. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, and V 0.003%. Boron was added to the stirring tanks 12 and 22 arranged in the next stage of the melting furnaces 11 and 21 in the primary line and the secondary line so as to have a concentration of 0.007%.

冷却体(材質カーボン)の回転数は400rpmで、エアーを流して内面を冷却し、8分間溶湯中で精製し、晶出した高純度アルミニウムを引き上げ、回収した。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ラインともに同じ条件で実施した。 The rotation speed of the cooling body (material carbon) was 400 rpm, and air was flowed to cool the inner surface, purified in a molten metal for 8 minutes, and crystallized high-purity aluminum was pulled up and recovered. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. Both the primary line and the secondary line were carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23及び冷却体130、230は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は33%である。 Further, as the crucibles 13, 23 and the cooling bodies 130, 230, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 33%.

このときに2次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0015%、Si0.0022%、Ti0.0001%、V0.0003%、B0.0015%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained on the secondary line was Fe0.0015%, Si0.0022%, Ti0.0001%, V0.0003%, and B0.0015%.

なお、撹拌槽12、22を設けることなく、1次ライン及び2次ラインにおける各溶解炉11、21にホウ素を濃度が0.007%になるように添加した以外は、上記と同一の条件で試験を行ったところ、回収率、2次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成ともに、上記と同等の結果が得られた。 Under the same conditions as above, except that boron was added to the melting furnaces 11 and 21 in the primary line and the secondary line so that the concentration was 0.007% without providing the stirring tanks 12 and 22. As a result of the test, the same results as above were obtained in terms of the recovery rate and the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the secondary line.

(実施例23)
図7に示すように、冷却体130,230、330を配置したるつぼ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0.006%になるように添加した。
(Example 23)
As shown in FIG. 7, the number of crucibles 13, 23, 33 in which the cooling bodies 130, 230, and 330 are arranged is set to 10 in the primary line, 5 in the secondary line, and 3 in the tertiary line. Aluminum was purified in a continuous three-time purification system. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, and V 0.003%. Boron was added to the stirring tanks 12, 22 and 32 arranged in the next stage of the melting furnaces 11, 21 and 31 in the primary line, the secondary line and the tertiary line so as to have a concentration of 0.006%.

冷却体(材質カーボン)の回転数、冷却条件、溶湯浸漬時間等の精製条件は実施例21と同じである。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ライン、3次ラインともに同じ条件で実施した。 The purification conditions such as the rotation speed of the cooling body (material carbon), the cooling conditions, and the immersion time of the molten metal are the same as those in Example 21. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. The primary line, secondary line, and tertiary line were all carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23、33及び冷却体130、230、330は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は18%である。 Further, as the crucibles 13, 23, 33 and the cooling bodies 130, 230, 330, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 18%.

このときに3次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0005%、Si0.0011%、Ti0.0001%、V0.0002%、B0.0012%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the tertiary line was Fe0.0005%, Si0.0011%, Ti0.0001%, V0.0002%, and B0.0012%.

(実施例24)
図8に示すように、冷却体130、230、330を配置したるつぼ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0.006%になるように添加した。
(Example 24)
As shown in FIG. 8, the number of crucibles 13, 23, 33 in which the cooling bodies 130, 230, and 330 are arranged is set to 10 in the primary line, 5 in the secondary line, and 3 in the tertiary line. Aluminum was purified in a continuous three-time purification system. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, and V 0.003%. Boron was added to the stirring tanks 12, 22 and 32 arranged in the next stage of the melting furnaces 11, 21 and 31 in the primary line, the secondary line and the tertiary line so as to have a concentration of 0.006%.

このとき、各ラインにおいてB添加した撹拌槽12、22、32とるつぼ13、23、33の間に、分離槽16、26、35を設置した。冷却体(材質カーボン)の回転数、冷却条件、溶湯浸漬時間等の精製条件は実施例21と同じである。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ライン、3次ラインともに同じ条件で実施した。 At this time, separation tanks 16, 26, and 35 were installed between the stirring tanks 12, 22, and 32 crucibles 13, 23, and 33 to which B was added in each line. The purification conditions such as the rotation speed of the cooling body (material carbon), the cooling conditions, and the immersion time of the molten metal are the same as those in Example 21. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. The primary line, secondary line, and tertiary line were all carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23及び冷却体130、230は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は18%である。 Further, as the crucibles 13, 23 and the cooling bodies 130, 230, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 18%.

このときに3次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0005%、Si0.0010%、Ti0.0001%、V0.0001%、B0.0011%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the tertiary line was Fe0.0005%, Si0.0010%, Ti0.0001%, V0.0001%, and B0.0011%.

(実施例25)
図9に示すように、冷却体130、230、330、430を配置したるつぼ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0.005%になるように添加した。
(Example 25)
As shown in FIG. 9, the number of crucibles 13, 23, 33, 43 in which the cooling bodies 130, 230, 330, and 430 are arranged is 10 in the primary line, 5 in the secondary line, and 3 in the tertiary line. Aluminum was refined by a continuous four-time purification system set to two in the quaternary line. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, and V 0.003%. The concentration of boron in the stirring tanks 12, 22, 32, and 42 arranged in the next stage of the melting furnaces 11, 21, 31, and 41 in the primary line, secondary line, tertiary line and quaternary line is 0.005%. It was added so as to become.

冷却体(材質カーボン)の回転数、冷却条件、溶湯浸漬時間等の精製条件は実施例21と同じである。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ライン、3次ライン、4次ラインともに同じ条件で実施した。 The purification conditions such as the rotation speed of the cooling body (material carbon), the cooling conditions, and the immersion time of the molten metal are the same as those in Example 21. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. The primary line, secondary line, tertiary line, and quaternary line were all carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23、33、43及び冷却体130、230、330、430は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は12%である。 Further, as the crucibles 13, 23, 33, 43 and the cooling bodies 130, 230, 330, 430, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 12%.

このときに4次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0003%、Si0.0006%、Ti0.0001%、V0.0001%、B0.0009%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the fourth line was Fe0.0003%, Si0.0006%, Ti0.0001%, V0.0001%, and B0.0009%.

(比較例26)
各るつぼ13、23及び冷却体130、230として、第1の実施形態における比較例1と同じ仕様のものを用いた以外は、実施例21と同じ条件で、精製を行った。
(Comparative Example 26)
Purification was performed under the same conditions as in Example 21 except that the crucibles 13 and 23 and the cooling bodies 130 and 230 had the same specifications as in Comparative Example 1 in the first embodiment.

このときの回収率は33%であり、得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0022%、Si0.003%、Ti0.002%、V0.005%であった。 The recovery rate at this time was 33%, and the average composition of the obtained high-purity aluminum ingot was Fe0.0022%, Si0.003%, Ti0.002%, and V0.005%.

表2から理解されるように、実施例の方法では比較例よりも各元素の濃度が低くなった。 As can be seen from Table 2, the concentration of each element was lower in the method of the example than in the comparative example.

[第2の実施形態に係る実施例(図4に示したシステムに係る実施例)]
精製システムに供したアルミニウム母材と、精製後のアルミニウム塊の組成を表4に、各精製条件を表5に示す。
[Example according to the second embodiment (Example according to the system shown in FIG. 4)]
Table 4 shows the composition of the aluminum base material used in the refining system and the aluminum ingot after refining, and Table 5 shows each refining condition.

さらに、各条件での精製内容と比較例の事例を、表の後に引続き詳述する。 Furthermore, the purification contents under each condition and examples of comparative examples will be described in detail after the table.

Figure 0006751604
Figure 0006751604

Figure 0006751604
Figure 0006751604

(実施例27)
図10に示すように、冷却体130、230を配置したるつぼ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。
(Example 27)
As shown in FIG. 10, aluminum is refined by a continuous double refining system in which the number of crucibles 13 and 23 in which the cooling bodies 130 and 230 are arranged is set to 10 in the primary line and 5 in the secondary line. did. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, V 0.003% by weight.

このとき、2次ラインの最後尾のるつぼ23からは、溶湯戻し装置27を通じて1次ラインの溶解炉11に溶湯が戻入されるものとした。 At this time, it was assumed that the molten metal was returned from the crucible 23 at the end of the secondary line to the melting furnace 11 of the primary line through the molten metal returning device 27.

カーボン製冷却体の回転数は400rpmとし、エアーを流して内面を冷却し、8分間溶湯中で精製し、晶出した高純度アルミニウムを引き上げ、回収した。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ラインともに同じ条件で実施した。 The rotation speed of the carbon cooling body was 400 rpm, air was flowed to cool the inner surface, and the mixture was purified in a molten metal for 8 minutes, and the crystallized high-purity aluminum was pulled up and recovered. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. Both the primary line and the secondary line were carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23及び冷却体130、230は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率(高純度アルミニウム塊の回収総重量/元のアルミニウム供給量)は75%である。 Further, as the crucibles 13, 23 and the cooling bodies 130, 230, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate (total recovered weight of high-purity aluminum ingot / original aluminum supply amount) is 75%.

このときに2次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0015%、Si0.0022%、Ti0.002%、V0.005%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the secondary line was Fe0.0015%, Si0.0022%, Ti0.002%, and V0.005%.

(実施例28)
図11に示すように、冷却体130、230を配置したるつぼ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0.007%になるように添加した。
(Example 28)
As shown in FIG. 11, aluminum is refined by a continuous double refining system in which the number of crucibles 13 and 23 in which the cooling bodies 130 and 230 are arranged is set to 10 in the primary line and 5 in the secondary line. did. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, and V 0.003%. Boron was added to the stirring tanks 12 and 22 arranged in the next stage of the melting furnaces 11 and 21 in the primary line and the secondary line so as to have a concentration of 0.007%.

このとき、2次ラインの最後尾のるつぼ23からは、溶湯戻し装置27を通じて1次ラインの溶解炉11に溶湯が戻入される。 At this time, the molten metal is returned from the crucible 23 at the end of the secondary line to the melting furnace 11 of the primary line through the molten metal returning device 27.

冷却体(材質カーボン)の回転数は400rpmで、エアーを流して内面を冷却し、8分間溶湯中で精製し、晶出した高純度アルミニウムを引き上げ、回収した。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ラインともに同じ条件で実施した。 The rotation speed of the cooling body (material carbon) was 400 rpm, and air was flowed to cool the inner surface, purified in a molten metal for 8 minutes, and crystallized high-purity aluminum was pulled up and recovered. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. Both the primary line and the secondary line were carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23及び冷却体130、230は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は75%である。 Further, as the crucibles 13, 23 and the cooling bodies 130, 230, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 75%.

このときに2次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0015%、Si0.0021%、Ti0.0001%、V0.0003%、B0.0012%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained on the secondary line was Fe0.0015%, Si0.0021%, Ti0.0001%, V0.0003%, and B0.0012%.

(実施例29)
図12に示すように、冷却体130、230、330を配置したるつぼ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0.006%になるように添加した。
(Example 29)
As shown in FIG. 12, the number of crucibles 13, 23, 33 in which the cooling bodies 130, 230, and 330 are arranged is set to 10 in the primary line, 5 in the secondary line, and 3 in the tertiary line. Aluminum was purified in a continuous three-time purification system. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, V 0.003% by weight. Boron was added to the stirring tanks 12, 22 and 32 arranged in the next stage of the melting furnaces 11, 21 and 31 in the primary line, the secondary line and the tertiary line so as to have a concentration of 0.006%.

このとき、2次ラインの最後尾のるつぼ23からは、溶湯戻し装置27を通じて1次ラインの溶解炉11へ、3次ラインの最後尾のるつぼ33からは、溶湯戻し装置37を通じて2次ラインの溶解炉21へ溶湯が戻入される。冷却体(材質カーボン)の回転数、冷却条件、溶湯浸漬時間等の精製条件は実施例21と同じである。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ライン、3次ラインともに同じ条件で実施した。 At this time, from the crucible 23 at the end of the secondary line to the melting furnace 11 of the primary line through the molten metal return device 27, from the crucible 33 at the end of the tertiary line through the melt return device 37, the secondary line The molten metal is returned to the melting furnace 21. The purification conditions such as the rotation speed of the cooling body (material carbon), the cooling conditions, and the immersion time of the molten metal are the same as those in Example 21. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. The primary line, secondary line, and tertiary line were all carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23、33及び冷却体130、230、330は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は75%である。 Further, as the crucibles 13, 23, 33 and the cooling bodies 130, 230, 330, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 75%.

このときに3次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0005%、Si0.0011%、Ti0.0001%、V0.0002%、B0.0010%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the tertiary line was Fe0.0005%, Si0.0011%, Ti0.0001%, V0.0002%, and B0.0010%.

(実施例30)
図13に示すように、冷却体130、230、330を配置したるつぼ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0.006%になるように添加した。
(Example 30)
As shown in FIG. 13, the number of crucibles 13, 23, 33 in which the cooling bodies 130, 230, and 330 are arranged is set to 10 in the primary line, 5 in the secondary line, and 3 in the tertiary line. Aluminum was purified in a continuous three-time purification system. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, and V 0.003%. Boron was added to the stirring tanks 12, 22 and 32 arranged in the next stage of the melting furnaces 11, 21 and 31 in the primary line, the secondary line and the tertiary line so as to have a concentration of 0.006%.

このとき、各ラインにおいてB添加した撹拌槽12、22、32とるつぼ13、23、33の間に、分離槽16、26、35を設置して用いた。冷却体(材質カーボン)の回転数、冷却条件、溶湯浸漬時間等の精製条件は実施例21と同じである。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ライン、3次ラインともに同じ条件で実施した。 At this time, the separation tanks 16, 26, and 35 were installed and used between the stirring tanks 12, 22, and 32 crucibles 13, 23, and 33 to which B was added in each line. The purification conditions such as the rotation speed of the cooling body (material carbon), the cooling conditions, and the immersion time of the molten metal are the same as those in Example 21. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. The primary line, secondary line, and tertiary line were all carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23、33及び冷却体130、230、330は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は75%である。 Further, as the crucibles 13, 23, 33 and the cooling bodies 130, 230, 330, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 75%.

このときに3次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0005%、Si0.001%、Ti0.0001%、V0.0001%、B0.0010%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the tertiary line was Fe0.0005%, Si0.001%, Ti0.0001%, V0.0001%, and B0.0010%.

(実施例31)
図14に示すように、冷却体130、230、330、430を配置したるつぼ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0.005%になるように添加した。
(Example 31)
As shown in FIG. 14, the number of crucibles 13, 23, 33, 43 in which the cooling bodies 130, 230, 330, and 430 are arranged is 10 in the primary line, 5 in the secondary line, and 3 in the tertiary line. Aluminum was refined by a continuous four-time refining system set to two in the quaternary line. The composition contained in the original aluminum is Fe 0.04%, Si 0.02%, Ti 0.001%, and V 0.003%. The concentration of boron in the stirring tanks 12, 22, 32, and 42 arranged in the next stage of the melting furnaces 11, 21, 31, and 41 in the primary line, secondary line, tertiary line and quaternary line is 0.005%. It was added so as to become.

冷却体(材質カーボン)の回転数、冷却条件、溶湯浸漬時間等の精製条件は実施例21と同じである。この操作を一日以上繰り返し、操業中は常に元のアルミニウムを溶解、供給し、常に一定の湯面を保つように配慮した。1次ライン、2次ライン、3次ライン、4次ラインともに同じ条件で実施した。 The purification conditions such as the rotation speed of the cooling body (material carbon), the cooling conditions, and the immersion time of the molten metal are the same as those in Example 21. This operation was repeated for more than a day, and during the operation, the original aluminum was always melted and supplied, and consideration was given to maintaining a constant water level at all times. The primary line, secondary line, tertiary line, and quaternary line were all carried out under the same conditions.

また、各るつぼ13、23、33、43及び冷却体130、230、330、430は、第1の実施形態における実施例1と同じ仕様のものを用いた。ただし、各るつぼには、溶湯の液面の高さであるA+aの値が実施例1と同じになるように連通孔を形成し、その高さの液面を超えて上流側から溶湯が送り込まれた場合は、連通孔を介して下流側に溶湯を排出するように構成されている。回収率は75%である。 Further, as the crucibles 13, 23, 33, 43 and the cooling bodies 130, 230, 330, 430, those having the same specifications as those of the first embodiment in the first embodiment were used. However, a communication hole is formed in each crucible so that the value of A + a, which is the height of the liquid level of the molten metal, is the same as that of the first embodiment, and the molten metal is sent from the upstream side beyond the liquid level at that height. In the case of a crucible, the molten metal is discharged to the downstream side through the communication hole. The recovery rate is 75%.

このときに4次ラインで得られた高純度アルミニウム塊の平均組成は、Fe0.0003%、Si0.0006%、Ti0.0001%以下、V0.0001%、B0.0008%であった。 At this time, the average composition of the high-purity aluminum ingots obtained in the fourth line was Fe0.0003%, Si0.0006%, Ti0.0001% or less, V0.0001%, and B0.0008%.

11、21、31、41 溶解炉
12、22、32、42 撹拌槽
1、13、23、33、43 るつぼ(溶湯保持容器)
2、130、230、330 冷却体
16、26、35 分離槽
15、25、36、46 樋
27、37、47 溶湯戻し装置
6、60 溶湯
11, 21, 31, 41 Melting furnace 12, 22, 32, 42 Stirring tank 1, 13, 23, 33, 43 Crucible (molten metal holding container)
2,130,230,330 Cooler 16,26,35 Separation tank 15,25,36,46 Gutter 27,37,47 Melt return device 6,60 Molten

Claims (21)

溶湯保持容器に収容した精製すべき溶融物質中に冷却体を浸漬し、この冷却体を回転させながら冷却体表面に前記物質の結晶を晶出させる物質精製方法において、
前記冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aと、溶融物質の液面から冷却体の底面までの距離である冷却体の溶融物質への浸漬深さaとの比A/aが、0.3≦A/a≦3.0であることを特徴とする物質精製方法。
In a substance purification method in which a cooling body is immersed in a molten substance to be purified contained in a molten metal holding container, and crystals of the substance are crystallized on the surface of the cooling body while rotating the cooling body.
The ratio A / a of the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container and the immersion depth a of the cooling body in the molten substance, which is the distance from the liquid surface of the molten material to the bottom surface of the cooling body, is , 0.3 ≦ A / a ≦ 3.0.
冷却体の溶融物質への浸漬深さaが150mm以上500mm以下、かつ冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aが700mm以下である請求項1に記載の物質精製方法。 The substance purification method according to claim 1, wherein the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is 150 mm or more and 500 mm or less, and the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container is 700 mm or less. A/aが0.5≦A/a≦2.0である請求項1または2に記載の物質精製方法。 The substance purification method according to claim 1 or 2, wherein A / a is 0.5 ≦ A / a ≦ 2.0. 前記冷却体の周速が700mm/s以上8000mm/s未満となるように冷却体を回転させながら溶融物質中に浸漬させていき、且つ溶融物質に浸漬するときの冷却体の温度を、前記物質の固相線温度×0.7以上で固相線温度以下とする請求項1〜3のいずれかに記載の物質精製方法。 The temperature of the cooling body when the cooling body is immersed in the molten substance while rotating so that the peripheral speed of the cooling body is 700 mm / s or more and less than 8000 mm / s is set to the substance. The substance purification method according to any one of claims 1 to 3, wherein the solidus temperature of 0.7 or more and the solidus temperature or less. 前記冷却体の表面に前記物質の結晶を晶出、成長させた後に冷却体を溶融物質から引き上げるときに、冷却体に晶出した結晶部分の溶融物質との界面における周速が700mm/s以上、8000mm/s未満となるように冷却体を回転させながら引き上げを行う請求項1〜4のいずれかに記載の物質精製方法。 When crystals of the substance are crystallized on the surface of the cooling body and grown, and then the cooling body is pulled up from the molten substance, the peripheral speed of the crystal portion crystallized on the cooling body at the interface with the molten substance is 700 mm / s or more. The substance purification method according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling body is pulled up while rotating so as to be less than 8000 mm / s. 冷却体浸漬後の精製初期の冷却体の最大周速がその後の平均周速より高速である請求項1〜5のいずれかに記載の物質精製方法。 The substance purification method according to any one of claims 1 to 5, wherein the maximum peripheral speed of the cooling body at the initial stage of purification after immersion in the cooling body is higher than the average peripheral speed thereafter. 精製初期とは精製開始から全精製時間×0.1まで(但し、10秒以上120秒以下)である請求項6に記載の物質精製法。 The substance purification method according to claim 6, wherein the initial purification period is from the start of purification to the total purification time × 0.1 (however, 10 seconds or more and 120 seconds or less). 前記物質がアルミニウムである請求項1〜7のいずれかに記載の物質精製方法。 The substance purification method according to any one of claims 1 to 7, wherein the substance is aluminum. 精製すべき溶融物質を収容する溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器に収容された溶融物質中に浸漬される回転可能な冷却体とを備え、
前記冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aと、溶融物質の液面から冷却体の底面までの距離である冷却体の溶融物質への浸漬深さaとの比A/aが、0.3≦A/a≦3.0に設定されていることを特徴とする物質精製装置。
A molten metal holding container for containing a molten substance to be purified and a rotatable cooling body immersed in the molten substance contained in the molten metal holding container are provided.
The ratio A / a of the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container and the immersion depth a of the cooling body in the molten substance, which is the distance from the liquid surface of the molten material to the bottom surface of the cooling body, is , 0.3 ≦ A / a ≦ 3.0.
冷却体の溶融物質への浸漬深さaが150mm以上500mm以下、かつ冷却体の底面から溶湯保持容器の底面までの距離Aが700mm以下に設定されている請求項9に記載の物質精製装置。 The substance refining apparatus according to claim 9, wherein the immersion depth a of the cooling body in the molten substance is set to 150 mm or more and 500 mm or less, and the distance A from the bottom surface of the cooling body to the bottom surface of the molten metal holding container is set to 700 mm or less. A/aが0.5≦A/a≦2.0である請求項9または10に記載の物質精製装置。 The substance purification apparatus according to claim 9 or 10, wherein A / a is 0.5 ≦ A / a ≦ 2.0. 物質を溶解するための溶解炉と、請求項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、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容器と、請求項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、各溶湯保持容器と対を成し、溶湯内で高純度物質を晶出させるための回転可能な冷却体とを備え、最終の溶湯保持容器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)で冷却体に付着凝固して回収された高純度物質塊は、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容器を通り、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容器及び該保持槽と対に配置された前記冷却体の数は、(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物質の連続精製システム。
A plurality of series-connected molten metal holding containers used in a melting furnace for melting a substance and the substance refining apparatus according to any one of claims 9 to 11, in which molten metal from the melting furnace is sequentially fed. And a rotatable cooling body used in the substance purification apparatus according to any one of claims 9 to 11, which is paired with each molten metal holding container and for crystallizing a high-purity substance in the molten metal. , A series of devices for discharging molten metal from the final molten metal holding container to the outside of the system is made into one set of lines.
The high-purity material mass was recovered by adhering to and solidifying the cooling body in the (n-1) order line (however, 2 ≦ n ≦ N), which consisted of N-order lines (where 2 ≦ N) in which a plurality of sets of the above lines were used. Is melted in the melting furnace of the nth order line, and the molten metal melted in the melting furnace is sequentially passed through the molten metal holding container and discharged.
In addition, the number of the molten metal holding container and the cooling body arranged in pairs with the holding tank of the nth line is smaller than that of the (n-1) order line, which is a continuous purification system for high-purity substances. ..
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12に記載の高純度物質の連続精製システム。 The continuous purification system for high-purity substances according to claim 12, wherein the order N of the line is 2 or 3. 前記物質がアルミニウムであり、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12または13に記載の高純度物質の連続精製システム。 The continuous purification system for a high-purity substance according to claim 12 or 13, wherein the substance is aluminum, and boron is added to a melting furnace of one or more of the plurality of lines. .. 溶解炉と溶湯保持容器の間に、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14に記載の高純度物質の連続精製システム。 A stirring tank capable of adding boron is installed between the melting furnace and the molten metal holding container, and boron is added at any place between the melting furnace and the stirring tank. The continuous purification system for high-purity substances according to claim 14. 溶解炉と溶湯保持容器の間に、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14または15に記載の高純度物質の連続精製システム。 The continuous purification system for high-purity substances according to claim 14 or 15, wherein a separation tank capable of separating and extracting peritectic impurities as an insoluble boron compound is installed between the melting furnace and the molten metal holding container. .. 物質を溶解するための溶解炉と、請求項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、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容器と、請求項9〜11のいずれかに記載の物質精製装置に用いられ、各溶湯保持容器と対を成し、溶湯内で高純度物質を晶出させるための回転可能な冷却体と、を備え、最終の溶湯保持容器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物質塊は、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容器を通り、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容器及び該保持槽と対に配置された前記冷却体の数は、(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物質の連続精製システム。
A plurality of series-connected molten metal holding containers used in a melting furnace for melting a substance and the substance refining apparatus according to any one of claims 9 to 11, in which molten metal from the melting furnace is sequentially fed. And a rotatable cooling body used in the substance purification apparatus according to any one of claims 9 to 11, which is paired with each molten metal holding container and for crystallizing a high-purity substance in the molten metal. In preparation, a series of devices for discharging molten metal from the final molten metal holding container to the outside of the system is made into one set of lines.
A high-purity substance in which a plurality of sets of the above lines are used (however, 2 ≦ N), and the (n-1) order line (however, 2 ≦ n ≦ N) is adhered to and solidified on the rotary cooling body and recovered. The lump is melted in the melting furnace of the subsequent n-th order line, and the molten metal melted in the melting furnace is sequentially passed through the molten metal holding container and discharged.
The molten metal discharged in the primary line is discharged outside the line, while the molten metal discharged in the nth line is returned to the melting furnace of the (n-1) primary line.
In addition, the number of the molten metal holding container and the cooling body arranged in pairs with the holding tank of the nth line is smaller than that of the (n-1) order line, which is a continuous purification system for high-purity substances. ..
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17に記載の高純度物質の連続精製システム。 The continuous purification system for high-purity substances according to claim 17, wherein the order N of the line is 2 or 3. 前記物質がアルミニウムであり、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17または18に記載の高純度物質の連続精製システム。 The continuous purification system for a high-purity substance according to claim 17 or 18, wherein the substance is aluminum, and boron is added to a melting furnace of one or more of the plurality of lines. .. 溶解炉と溶湯保持容器の間に、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19に記載の高純度物質の連続精製システム。 A stirring tank capable of adding boron is installed between the melting furnace and the molten metal holding container, and boron is added at any place between the melting furnace and the stirring tank. The continuous purification system for high-purity substances according to claim 19. 溶解炉と溶湯保持容器の間に、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19または20に記載の高純度物質の連続精製システム。 The continuous purification system for high-purity substances according to claim 19 or 20, wherein a separation tank capable of separating and extracting peritectic impurities as an insoluble boron compound is installed between the melting furnace and the molten metal holding container. ..
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