JPH028239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶融アルミニウム保持用装置、殊にか
かる装置において使用される加熱素子の保護に関
する。

〔従来の技術〕〔発明が解決しようとする問題点〕 アルミニウムを精錬する場合に精錬用容器とし
て外部加熱式耐火材ライニングを施した鋳鉄槽
（タブ）を使用する方法は該槽の寿命が制限され
また寿命の予見が幾分困難なために欠点を有する
ものであることが知られている。この不都合な条
件は割れやバルジ、塩化物による腐食や浸食によ
る鋳鉄槽の破損によつて生ずるものである。更
に、かかる鋳鉄槽に固有な設計上の制約のために
洗滌が困難な形のものを使用しなければならず、
それらを産業上使用する上で追加的な実用上の不
利益を生みだしている。

かかる欠点を克服せんと、精錬容器カバーから
垂下された内部螺旋形抵抗加熱素子を備えるシリ
コンカーバイドチユーブの如き直立のチユーブ状
浸漬ヒータを有する耐火性内張り容器から成る精
錬装置が考案されている。この場合、該ヒータの
寿命が制限されておりその取り代えが事実上困難
であつた。シリコンカーバイドチユーブの破壊に
よつてヒータが破損したとき、破壊されたチユー
ブ片のために容器内の溶融アルミニウムへガスを
噴射させるために使用される回転ノズルが破壊さ
れる結果をひきおこされることが多い。その他、
かかる装置は隣接したヒータ管どうしやヒータ管
と容器壁間に多数の凹所が存在してそこにドロス
が蓄積しうまく除去することが困難なために清浄
するのがすこぶる困難であつた。

このような問題点がある結果、アルミニウムそ
の他の溶融金属を精錬するための改良装置が開発
された。この装置は二つの対向する側壁が内部に
設けられた直立孔内に電気加熱素子を配置するグ
ラフアイトブロツクからそれぞれ構成され、該孔
がその頂部で開放し、その底部で閉じた全耐火材
系として構成されている。この装置の他の種々な
特徴は米国特許第4040610号中に開示されている
とおりである。この装置は内部加熱源を備える一
方、浸漬ヒータの使用に伴う欠点を克服してい
る。この装置はヒータの寿命を大きくし、浸食を
最小限にし装置の修理を容易にすることが判明し
ている。溶融状態のアルミニウムを収納するため
には、かかる装置はアルミニウムを溶融状態に収
納するに適し、溶融金属を透過させない断熱シエ
ルと、浴表面下となるように設定されたシエル内
側部分に対して施こされたグラフアイトブロツク
から成るライニングと、該ブロツクの一つもしく
はそれ以上の内部に配置された少なくとも一つの
加熱手段とから成る容器を備えている。また、ア
ルミニウムの精錬に使用するために該装置は溶融
金属とガスの入口及び出口手段と共に、容器内に
配置された少なくとも一つの回転式ガス分配手段
を備えている。

かかるグラフアイト加熱ブロツクを使用する耐
火装置は斯界に望ましい改善を与えることが判明
しており、産業用アルミ精錬作業に使用されて効
果をあげている。にもかかわらず、産業上使用す
るばあいに遭遇する実際上の作業上の問題点を克
服することによつてその適合性を一層増すために
かかる装置を更に改良することが求められてい
る。遭遇する問題のうちの主要なものは一般的に
使用される作業条件の下でヒータの寿命が比較的
短いという点である。かかる破損の一つの形態は
グラフアイトヒータブロツクが通常その頂部から
酸化することによつて生ずるものである。ヒータ
ブロツクが頂部からはじまつてその後精錬もしく
は保納容器の金属浴面より下にまで酸化すると、
溶融アルミニウムは酸化したブロツクを通つてヒ
ータのキヤビテイ内へ流入してその内部に配置さ
れた電気加熱素子を短絡・故障させることにな
る。更に、使用されるプロセスガス中に塩素が含
まれる場合には、溶融アルミ中に形成される液体
塩化物がグラフアイトブロツクを通入してヒータ
のキヤビテイの底部に蓄積しその内部に位置決め
された該電気加熱素子を短絡・故障させることに
なる。更に、ヒータとヒータ結線部の腐食が、ア
ルミ精錬中に発生する液体もしくは蒸気状態の塩
化物が精錬室からグラフアイトブロツクの相互接
続された細孔を経て該グラフイト内のヒータ領域
内へ入る結果として生ずることが判つている。か
かるヒータの比較的短い寿命の原因を克服するこ
とはアルミニウム収納及び精錬容器を開発するう
えで重要な進展をもたらすことになろう。

〔発明の目的〕

本発明の目的はアルミニウムを収納及び精錬す
るための電気加熱式の装置の改良を提供すること
である。

本発明の目的は更に、グラフアイトブロツク内
に位置決めされた電気加熱素子の寿命が好都合に
延長されるアルミニウム収納及び精錬用容器を提
供することである。

本発明の目的は更に、内部に電気加熱素子が位
置決めされるグラフアイトブロツクが酸化から保
護され該加熱素子が塩化物による腐食から保護さ
れるアルミニウム収納もしくは精錬用容器を提供
することである。

〔発明の概要〕

本発明は、容器内のアルミニウム溶湯の浴面上
部のグラフアイトブロツクの内側表面上への耐火
ブロツクの位置決めと、グラフアイトブロツク上
部の容器シエルに取付けられる支持プレート及び
金属加熱素子容器をグラフアイトブロツク内に位
置決めされる金属製加熱素子容器の使用を組合せ
る。かかる素子を相互に関連して組合わせること
によつてブロツクの酸化と、塩化物の加熱素子に
対する侵食作用は効果的に防止することができ
る。

〔実施例〕

以下、図面に即して本発明を詳細に説明する。

本発明の目的はグラフアイトブロツクがその側
部もしくは頂部から酸化することを防止し、グラ
フアイトブロツクの細孔を通しての塩化物の通入
による電気加熱要素への侵食作用を排除するよう
機能する前述の相互に関連する要素の組合せによ
つて達成される。それ故、本発明の改良容器にお
いては、グラフアイトブロツク内にヒータを配置
するという望ましい利益を減殺する重大な問題は
首尾良く克服される。

本発明は、該アルミニウムを精錬しながらある
いは精錬せずに溶融アルミを保納するための容器
であつて、溶融アルミを透過させない底壁と側壁
を有する断熱シエルを備えシエルの少なくとも一
つの側壁上にグラフアイトブロツクライニングを
組込んだ容器に関するものであることが理解され
よう。グラフアイトブロツクは容器内の設定作業
浴面上部にまで延在し、容器内の溶融アルミと接
触するように位置決めされる。

該ブロツクはその内部にその上端からブロツク
の底部方向に延びる（但し、底部にまでは達しな
い）開口を備えている。電気加熱素子、すなわ
ち、電気抵抗加熱素子は、グラフアイトブロツク
と電気的に接触しないようにして該開口内に支持
された状態でグラフアイトブロツク内の開口内に
配置される。それは、ヒータの寿命が比較的短い
という点を除いては、産業上実施するばあいに遭
遇する作業条件の下では全体として満足のゆくよ
うなものであるといえる。

図面について述べると、加熱素子を塩化物の作
用から保護すると共にグラフアイトブロツクを酸
化から保護する、ヒータ寿命を向上させるために
使用される要素の組合せが示されている。炉のシ
エルは参照番号１で示され、それに対して底壁と
側壁上に従来の耐火断熱材２が付設される。該断
熱材は溶融アルミに非浸透性である。かようにし
て断熱されたシエルの少なくとも一つの内側側壁
上には、容器内の設定作業浴面準位４を超えて延
在するようにグラフアイトブロツク３が位置決め
され、該グラフアイトブロツク３は保持もしくは
精錬作業中に容器内に維持された溶融アルミニウ
ム溶体５と接触するように位置決めされる。グラ
フアイトブロツク３は、その内部にその上端部７
から該ブロツクの底部８方向（但し、底部には達
しない）に伸入する開孔６を有している。

本発明を実施するに当つて、支持プレート手段
９がシエル１に装着密封され、該ブロツクの上端
７の上方の位置でグラフアイトブロツク３を覆つ
て容器内に内方に延びている。図面の好ましい具
体例では、該支持プレート９は、支持プレート９
を本発明の他の特長と組合せやすくする為その最
も内側端にフランジ部分１０を有していることが
判る。金属製加熱素子容器１１が該グラフアイト
ブロツク３内の開口６内に配置されており、この
場合該容器１１がグラフアイトブロツク上方にま
で延びて支持プレート９に固定密封されることが
わかる。この目的のために、容器１１は、都合良
くは、支持プレート９内の開口内を延び、該プレ
ートの上面に固定密封されるフランジ部分を備え
ている。

本発明はまた、グラフアイトブロツク３の内側
表面上に位置決めされた耐火板１３を備えてい
る。この耐火板は容器内のメルト、即ち溶融アル
ミニウム５の液面を超えたところでグラフアイト
ブロツク３を気相の酸素と接触しないように保護
するために垂直に延びている。このために、耐火
板１３の下端は設定作業浴面水準４より下方に延
びているだけでなく更に容器内の設定休止浴面水
準１４よりも下方向に延びている。耐火板１３の
下端は都合よくは該グラフアイトブロツク３内の
ノツチ１５内に位置決めされるものとして示され
ている。また、耐火板１３はグラフアイトブロツ
クを全面的に保護するためにほぼシエルの両側に
まで水平に延びていることも理解されよう。

耐火板１３は、その上端部で支持プレート９の
フランジ部分１０と容器の全体シエル１の一部を
構成するプレート１６との間に位置決めされそし
て固定されているものとして示されている。この
耐火板１３を支持プレート９と容器シエルに固定
するためにボルト手段１７を使用するのが便利で
ある。

本発明の好都合な具体例のばあい、容器カバー
は電気カバー１８と容器内の溶融アルミニウム溶
体をおおう独立のカバー１９を備える。電気カバ
ー１８は便宜上、支持プレート９のフランジ部分
１０とシエル１に対して接続するものとして示し
てある。カバー１９は便宜上シエルプレート１６
に接続密封するものとして示してある。当業者に
は、該カバー１９が精錬作業中に溶融アルミニウ
ムと共にガスを導入するために使用される従来の
ガス分配手段用の支持体（図示せず）も兼ねるこ
とができることを理解されよう。

本発明の諸要素は、組合わさつて、ヒータの寿
命を著しく拡大するようにグラフアイトブロツク
開口内に配置されたヒータに保護を与え、以つて
全体としてアルミニウム保持もしくは精錬容器の
寿命を延長することができる。発明を実施する際
に使用される従来技術による電気加熱素子は従来
の設計によるもので標準的な市販品として当該技
術分野において容易に入手できることが理解でき
よう。便宜上、かかるヒータは描かれていない
が、金属容器１１内に位置決めされ、別体の電気
カバー１８を便宜的に取外すことによつて容易に
取扱い操作することができよう。もし望むなら
ば、空気の如きパージガスを該カバーの下部のス
ペースを通過させて通気を与えることができる。

金属容器１１内に電気加熱素子を位置決めする
ことによつて、塩化物がプロセスガスとして使用
される作業条件において、さもなくばグラフアイ
トブロツク開口６の底部に蓄積してその内部に配
置された加熱素子を短絡・故障させる恐れのある
液体塩化物による侵食作用から加熱素子を保護す
ることができることがわかるであろう。同様にし
て、金属容器１１も、精錬作業中に発生してグラ
フアイトの相互接続された細孔を通過して、本発
明を用いなければ容器室から開口６内に移行して
その内部のヒータと接触する液体もしくは蒸気状
態の塩化物による腐食から該加熱要素とヒータ結
線部を保護することが判る。しかしながら、それ
だけでは、金属加熱素子容器１１は、それが取付
けられる支持プレート９と共に、当該技術分野に
おいて期待される程のヒータ寿命の延長を効果的
に実現することはできない。本発明の目的を工業
上意義のある態様で達成することを可能ならしめ
るのは、前記素子と容器のシエルを耐火板１３と
組合わせることによつてである。先に述べたよう
に、内部にヒータが位置決めされるグラフアイト
ブロツク３は、頂部、及び側部から容器内の溶融
アルミの水準に至るまで酸化作用にさらされる。
ブロツクが酸化作用をこうむると、ブロツクの酸
化された部分は実際上、溶融アルミニウムの水準
以下にまで下つて拡大延長することが判明した。
こうした事態が起きると溶融アルミはグラフアイ
トの酸化によつて生じた開口スペースを通つて流
入し、金属加熱素子容器１１を腐食させ溶解させ
その内部に配置されたヒータを短絡・損傷するこ
とになる。耐火シート１３は容器内の溶融アルミ
ニウム水準上部に気相で存在する酸素による酸化
からグラフアイトブロツクを保護する。この結果
を確実にするために該耐火材は先に述べたように
耐火板は水平に横切つてまた容器内の設定休止水
準１４より下方に延びることが望ましい。それ
故、耐火板１３はグラフアイトブロツク３の内側
を容器内のメルト水準上部で気相酸化することか
ら効果的に保護する働きを行う。にもかかわら
ず、グラフアイトブロツクの所望されざる酸化は
本発明を実施する際に使用されるような諸要素の
望ましい組合せが存在しない場合にはグラフアイ
トブロツクの頂部７から生ずるおそれがある。

しかしながら、本発明の実施例の場合、頂部か
らのグラフアイトブロツクの酸化は、(1)支持プレ
ート手段９をシエル１に取付け密封し、(2)金属容
器のフランジ部分を該支持プレート９に取付け密
封し、(3)支持プレート９のフランジ部分１０と容
器シエル全体の一部を形成するプレート１６との
間に耐火板１３を固定することによつて回避する
ことができる。本実施例の場合、グラフアイトブ
ロツク９はその頂部もしくは内側から開始される
酸化作用から保護され、それによつてかかる不都
合な酸化が容器内のメルト水準まで拡大するに際
してグラフアイトの酸化によつてつくり出される
開放空間もしくは孔を通つて溶融アルミニウムが
不都合に通過する危険を排除することができる。
かくして、本発明は、所望のグラフアイトヒータ
ブロツク方式の場合に遭遇する問題点を全て便宜
な且つ高度に効果的な方法で克服することを可能
にする。当業者には本発明の範囲から逸脱せずに
本発明の細部に各種の変更、修正を加えることが
できることが理解されると思う。そのため、その
ようなグラフアイトブロツク９を特定の容器内に
１つ以上使用して、一つ以上の電気加熱要素を一
つもしくはそれ以上のかかるグラフアイトブロツ
ク内の別々の開口６内に配置することもできる。
同様にして、容器内で断熱材２０の如き従来の断
熱材を、支持プレート９下方でグラフアイトブロ
ツク３上方、あるいはカバー９の下部の如きその
他の箇所に追加して組込むこともまた望ましい。
グラフアイトブロツクの開口６はブロツクの内側
表面の方向に下方に傾斜して図示されている点に
注意されたい。このことは実際的な設計上の考慮
を反映したものであつて、そのことにより、ヒー
タをメルト領域のブロツク内側表面に近接して配
置することができる一方、その上端部に金属加熱
素子容器を支持プレート手段に固定するための十
分な余裕をもうけることを可能にする。しかしな
がら、ヒータが容器内で溶融アルミを十分に加熱
することができる限りにおいて、下部方向にほぼ
垂直にもしくはそれ以外の方向に延びるようにグ
ラフアイトブロツク内に開口を位置決めすること
も本発明の範囲内にある。

精錬作業のためにガス分配手段が当該技術分野
において公知の、所与の用途において使用するに
便利な任意のかかる手段を備えることもできるこ
とが理解されよう。シヤフト駆動による回転ロー
タを使用した回転ガス分配手段をこの目的のため
に一般的に使用することができる。先に言及した
特許中に開示されているように、かかる回転ロー
タは垂直羽根と、シヤフトを包囲する保護スリー
ブに固定して取付けられたステータを備えている
のが普通である。ガスを該ロータとステータの間
の空間に導入するための手段が設けられるのはい
うまでもない。

本発明の装置内には任意の都合のよい構造材料
を使用することができるが、耐火板は本文中に開
示されたように用途に好都合なシート形態をし
た、セラミツクフアイバで補強した構造用アルミ
ナであることが望ましい点に留意されたい。市販
されて入手できるかかるシートはツルカープロダ
クト社により市販される2400〓まで有用性をもつ
たZIRCAR耐火板タイプ１００である。ほぼ75
％のアルミナ（Al₂O₃）と、16％シリカと９％の
他の金属酸化物から成るかかるシートは高温補強
プラスチツクの範囲に相当する所望の高度なたわ
み強さと圧縮強さを有しており、しかも通常プラ
スチツクの最高使用温度をはるかに超える温度水
準まで強度を有用性を保持するものである。更
に、かかるシートの機械的性質は一般に入手でき
るアスベスト―セメント材料のそれを凌駕してい
る。当業者は、同様にしてそれらを溶融アルミニ
ウムに対して高い耐性をもつたものにするよう
な、さもなくば本発明の実施する場合に使用する
にふさわしいものとするような性質をもつた他の
各種材料が存在することを理解されるであろう。

酸素が支持プレート上部からグラフアイトブロ
ツクの頂部へ通り抜けることを防止するべく、支
持プレートをシエルに密封するためにダウ―コー
ニングのRTVシーラントやその他の市販シーラ
ント組成の如き高温用シリコンシーラントを使用
することが望ましい。グラフアイト開口の側壁と
金属加熱素子容器との間の環状空間を下つて酸素
が通過しないようにする追加的保証の為に、所望
なら、かかるシーラントを金属加熱素子容器を支
持プレートに対して密封着するために使用するこ
ともできる。

本発明を実施する際に使用される容器シエルと
支持プレートは鋼製であるのが普通である。金属
加熱素子容器はその内側表面上に酸化スケールが
生ずることを制限し高温の熱サイクルによつて生
ずる歪みや割れに耐えることができるようにステ
ンレス鋼もしくはその他の耐熱合金によつて作製
することが望ましい。しかしながら、当業者は本
発明のかかる要素は他の任意の適当な材料・シー
トもしくはボードで作成して便利さと安価さと寸
法の便益を与えることができるということを理解
されたい。

〔発明の効果〕

ヒータ寿命を延長することに関連する特長以外
の有利特長が本発明を実施するうえでもたらされ
ることが発見された。すなわち、ヒータが位置決
めされるグラフアイトブロツクに対してだけでな
く容器シエルとカバーに非常に良好な断熱性を与
えることによつて、系内の熱損失を、必要とされ
る熱の全てを容器の一側壁からのみ供給すること
ができる程、十分に小さくすることができる。こ
のことは、結局、系を清浄と放棄が容易になるよ
うに設計することを可能ならしめるものである。
同様にして、耐火側壁内に浴温制御熱電対を取付
けて回転ガス分配手段自体以外の内部障害物を排
除することもできることが判つた。

本発明はアルミニウムを保持及び精錬するため
の装置を開発する上で意義ある進展を示すもので
ある。グラフアイトヒータブロツクを高度に望ま
しい形で使用した場合には、本発明は斯界で経験
する実際的な作業上の不利益、即ち各種実際的作
業条件の下でヒータの短寿命を克服することがで
きる。この不利益を克服することにおいて、本発
明はアルミニウム保持及び精錬に対するグラフア
イトヒータブロツク方式を向上させ、かかる方式
を実際の作業において使用することにより便宜
で、低コストかつ望ましいものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置の断面の概略線図である。 １…炉シエル、２…耐火断熱材、３…グラフア
イトブロツク、４…作業浴面水準、５…溶融アル
ミ、６…開口、７…上端部、８…底部、９…支持
プレート、１３…耐火板、１５…ノツチ、１１…
金属容器、１０…フランジ部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融アルミニウムを精錬を伴つてあるいは伴
   わずに保持するための容器であつて、(1)溶融アル
   ミニウムに非浸透性の底壁と側壁を有する断熱シ
   エルと、(2)該シエルの少なくとも一つの内側壁上
   のグラフアイトブロツクライニングにして、容器
   内の設定作業浴水準上方に延在しそして容器内の
   溶融アルミニウムと接触状態にあるように位置決
   めされ、そして内部に上端から該ブロツクの底部
   方向に向けて該底部の手前まで延びる開口を有す
   るグラフアイトブロツクと、(3)前記グラフアイト
   ブロツク内の開口内にグラフアイトブロツクと電
   気的に接触しない状態で支持された電気抵抗加熱
   素子とを包含する容器において、 (a) 前記シエルに付設され、そして前記グラフア
   イトブロツク上部の位置で該グラフアイトブロ
   ツクを覆つて容器内に内側方向に延在する支持
   プレート手段と、 (b) 前記グラフアイトブロツク内の開口内に配置
   され、該グラフアイトブロツクより上部方向に
   延びそして該支持プレート手段に密封着された
   金属製加熱素子容器と、 (c) 前記グラフアイトブロツクの内側表面上に位
   置決めされ、そして容器内の溶体水準上部で気
   相の酸素と接触することから該グラフアイトブ
   ロツクを保護するよう垂直方向に延在する耐火
   板であつて、該グラフアイトブロツクを酸化作
   用から完全に保護するためにシエルの両側部に
   ほぼ水平に延在する耐火板と、 を備え、それにより該耐火板と支持プレート手段
   とがシエルと金属加熱素子容器と協働して、グラ
   フアイトブロツクがその側部或いは頂部から容器
   内の溶体水準下方にまで酸化し、続いて溶融アル
   ミニウムがグラフアイトブロツク内の開口内へ流
   入するのを防止する作用を為し、そして該金属容
   器がグラフアイトブロツクの相互接続する細孔を
   通過することのできる液体もしくは蒸気状態の塩
   化物による侵食作用から加熱素子を保護する働き
   をすることを特徴とする溶融アルミニウム保持容
   器。 ２ 金属容器がその上端部にフランジ部分を有
   し、該フランジ部分が支持プレート手段に固定さ
   れる特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 耐火板がその上端部において該シエルの一部
   を構成する金属プレートと支持プレート手段との
   間に固定され、その下端部が容器内の溶体の下方
   設定水準より下にまで延びている特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 ４ 耐火板の下端部がグラフアイトブロツク内の
   ノツチ内に位置決めされる特許請求の範囲第３項
   に記載の装置。 ５ 支持プレート手段とグラフアイトブロツクの
   上端部との間に位置決めされた断熱手段を備える
   特許請求の範囲第３項に記載の装置。 ６ 支持プレート手段がその内側端部において上
   部方向に延びるフランジ部分を備え、該フランジ
   部分とシエルの一部を構成する金属プレートが、
   その間に位置決めされた耐火板の上端部と互いに
   固着される特許請求の範囲第３項に記載の装置。 ７ 支持プレート手段上に位置決めされ耐火シエ
   ルに固定された電気接続部カバーと、容器内の溶
   体スペース上に位置決めされた別個の溶体スペー
   スカバーとを備える特許請求の範囲第６項に記載
   の装置。 ８ フランジ部分が支持プレート手段に密封着さ
   れる特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ９ ガスを容器内の溶融アルミニウム内に噴射す
   るためのガス分配手段を備える特許請求の範囲第
   ７項に記載の装置。 １０ ガス分配手段が垂直羽根を備える、シヤフ
   ト駆動される回転ロータと該シヤフトを包囲する
   保護スリーブに固定されたステータを備え、更に
   ガスを該ロータとステータ間の空隙内に通すよう
   ガス分配手段に導入するための手段を備える特許
   請求の範囲第９項に記載の装置。