JPH03173722A - 溶融アルミニウム保持・精練容器 - Google Patents

溶融アルミニウム保持・精練容器

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JPH03173722A JP2304181A JP30418190A JPH03173722A JP H03173722 A JPH03173722 A JP H03173722A JP 2304181 A JP2304181 A JP 2304181A JP 30418190 A JP30418190 A JP 30418190A JP H03173722 A JPH03173722 A JP H03173722A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 星JLLΔ上」11号 本発明は、溶融アルミニウムを保持し精練するための装
置に関し、特に、改良された耐火断熱材を組入れた溶融
アルミニウム保持・精練装置に関する。
従Xn克頂 アルミニウムの精練において精練容器として外部から加
熱するよう番こした、耐火材で内張すされた鋳鉄桶を使
用することは、そのような桶の有孔寿命が短(、しかも
予測しに(いという点で不利であることが判明している
。このような欠点は、亀裂、膨出、塩素腐蝕又は侵食に
よる鋳鉄桶の破損に基因する。更に、そのような鋳鉄桶
に関連する設計上の制約から、清掃するのが困難な形状
の使用を余儀なくされ、鋳鉄桶の商業ベースでの使用に
実用上の不利益をもたらすことになる。
上記のような欠点を克服する試みとして、精練容器の蓋
から懸架させた、内部抵抗加熱コイル付き炭化珪素管の
ような垂直筒状浸漬加熱器を有する耐火材内張り容器か
ら成る精練装置が開発された。しかしながら、この装置
では、加熱器の寿命が制限され、しかも実際上加熱器を
交換するのが非常に困難であった。加熱器が炭化珪素管
の破断のために故障すると、その破断した管の破片が、
容器内の溶融アルミニウムにガスを吹込むための旋回ノ
ズルを破損させることがしばしばあった。
更に、この装置は、隣接する加熱管の間、及び加熱管と
容器の壁との間に多(の凹部が存在し、それらの凹部に
ドロスが溜って容易には除去することができないので清
掃することが非常に困難であつた・ このような問題が存在するので、アルミニウム又はその
他の溶融金属のための更に改良された精練装置が開発さ
れた。その精練装置は、全耐火材製の装置であり、2つ
の対置した側壁をグラファイトブロックで形成し、グラ
ファイトブロックに形成した、頂部が開放し、底部が閉
鎖した垂直穴内に電気加熱素子を挿入したものであった
。この装置のその他の特長は、米国特許筒4,040゜
610号に記載されているが、この装置は、上述した浸
漬加熱器の使用に随伴する欠点を克服するとともに、内
部加熱源を提供するものであった。
それは、加熱器の寿命を延長し、侵食を最少限にし、装
置の修理を容易にすることが判明している。この装置は
、アルミニウムを溶融状態で保持するようになされた容
器を備えており、その容器は、溶融金属に対して不透過
性の内側耐火ライニングを有する殻体から成り、ライニ
ングは、殻体の内壁のうち、溶融金属の頂面より下に位
置する部分についてはグラファイトブロックで形成され
ており、それらのブロックの1つ又は2つ以上のブロッ
ク内に少くとも1つの加熱手段が配設されている。アル
ミニウムの精練に使用するためのものとして、この装置
は、又、溶融金属及びガスのための入口及び出口の他に
、容器内に配設された少くとも1つの回転するガス分配
手段を備えている。
加熱器を内蔵したグラファイトブロックを用いた全耐火
材製装置は、当該技術における望ましい改良をもたらす
ものであることが認められ、商業用アルミニウム精練に
有利に使用されてきた。しかしながら、商業用の操業に
おいて遭遇する実際の作動上の問題点を克服することに
よって更に改良することが装置の安定性を高める上で望
ましい。そのような問題点の1つは、そのような精練装
置に用いられる耐火ライニングと断熱材に関する問題で
ある。
在来の全耐火材製溶融アルミニウム炉又は保持容器の構
造においては、通常、容器に鋳込可能な緻密耐火材又は
緻密耐火煉瓦で内張(ライニング)が施されている。そ
のようなライニング材は、緻密であり、隔離された泡の
ような形の僅かな細孔を有しているだけであるから溶融
したアルミニウムによって浸潤されない、この緻密ライ
ニング材の内側に低密度の耐火断熱材が裏当てされてお
り、低密度の耐火断熱材はスチール製の殻体内に包被さ
れている。しかしながら、この内側緻密耐火ライニング
を完全位流体密に(漏れ止め)することは非常に困難で
ある。溶融金属が耐火ライニングの亀裂や継目を通して
低密度の耐火断熱材に進入し、断熱材を通して漏れ出る
のを防止するために、一般には、容器内に保持された溶
融金属がその最高温度にあるとき、緻密ライニングの外
側温度が、処理中の溶融アルミニウム合金の融点より低
くなるように装置を設計するのが普通である。
好適な緻密ライニング耐火材の熱伝導率は、断熱耐火材
に比べて比較的高い、ここでいう熱伝導率は、特定の温
度下で1in当り1”Fの温度勾配でのBTU /時/
ft”で表わされる。このような硬い緻密耐火材の熱伝
導率は、通常、約1500′″F (822℃)の温度
下で約14〜20である0例えば、硬い緻密耐火ライニ
ング材として一般に使用されているアルフラックス66
のような高アルミナ鋳込可能耐火材の熱伝導率は、通常
、約1500@F (822℃)の温度下で約14であ
り、約1000” F (542” C)の温度下で約
19である。アルフラックス66の密度は   、約1
601b/ft”  (2560kg/m3)であり、
そのような緻密耐火材の密度は、一般に、約160〜約
1801b/ft”  (2560〜2880 k g
/m” )である。
上述したような在来の装置に使用されている内側ライニ
ングは、かなり厚くしなければならず、耐火断熱材をか
なり薄くすることによって相当に大きい熱損失を補償し
なければならない、しかしながら、一般には、相当に低
い熱損失レベルで作動させることが望ましい、そのよう
な作動においては、容器の清掃を容易にすることや、作
動の融通性を高くするなどの実際的な利点が得られるよ
うに作動容器の1つの側壁内だけに加熱素子を配置する
ことが望ましい、しかしながら、熱損失を少なくするた
めに断熱耐火材の厚みを増大させると、先に指摘したよ
うに壁の全厚を通しての所望の温度分布を維持するため
に断熱耐火材の厚みの増大に比例して内側緻密耐火ライ
ニングの厚みを増大させなければならない、その結果、
熱損失を所望のレベルにまで制限するには、その所望の
制限が実際に達成可能であるとしても、容器の壁を非常
に厚くしなければならない、容器の壁の全厚を増大させ
ると、小型の精練装置にとっては外表面も著しく増大す
ることになるので、壁厚の増大によって得られる利点が
、それに対応して容器の実効壁面積が増大することによ
って多少相殺されてしまう、又、場合によっては、その
ような厚い壁の容器を設置することが許されないような
狭い工場内に設置しなければならないことがある0以上
の説明から、相当に低い熱損失レベルで作動することが
でき、中庸程度に厚い壁を組入れた全耐火材製精練装置
を求める切実な要望があることが理解されよう。
この問題に対する1つの解決法は、溶融アルミニウムの
浸透を防止するバリヤーとして断熱耐火ライニングを使
用することである。この方法では、精練チャンバーを精
練容器の保守に便利なように容易に掻取り清掃すること
ができるグラファイト、炭化珪素、緻密アルミナ鋳込耐
火材等の硬い緻密材料で内張すするのが普通である。し
かしながら、そのようなライニングの表面は、流体密(
漏れ止め)継目を有していないので、液体金属即ち溶融
アルミニウムがそのような表面の継目を透過するおそれ
がある0例えば容器の1つ又はそれ以上の壁を構成する
加熱器内蔵グラファイトブロック等を含むそのような硬
いライニング材には、耐火繊維質断熱板として一般的に
使用されている、例えば10〜201b/ft”  (
160〜320kg/m3)の比較的低密度の板に比べ
て1例えば601b/ft”  (960kg/ml 
)の比較的高密度の耐火繊維質断熱板を裏当することが
望ましい、そのような比較的高密度の耐火繊維質断熱板
は、それらの比較的高密度の耐火繊維質断熱板は、でき
るだけ完全に嵌め合わされるが、もちろん、それらの間
の継目は流体密ではない、しかし、この緻密板の通常3
〜4in(7,62〜10.16cm)の比較的薄い厚
さは、比較的低密度(例えば、201b/ft’(32
0kg/m3))で、熱伝導率の低い耐火繊維質断熱材
で裏当てされた場合、装置の熱損失を制限することがで
きるとともに、高密度の板の外面の温度をアルミニウム
の融点より低い温度に維持することができる。
上述した本発明による耐火繊維質断熱板の熱伝導率は1
通常、上記硬い緻密な内側ライニングの耐火材より大幅
に、即ち1桁低い6例えば、601b/ft”  (9
60kg/m3)の密度を有する、後述のPC−45繊
維質断熱板は、1500” F (8226C)の温度
下で1.6の熱伝導率を有し、750″F(402’″
C)の温度下で1.1の熱伝導率を有する。いわゆるA
L−3板のような20 l b/ft”  (320k
g/m’ )の低い密度を有する繊維質断熱板は、16
00゜F (878℃)の温度下で1.6の熱伝導率を
有し、1200゜F(654℃)の温度下で0.9の熱
伝導率を有し、200゜F(94゜C)の温度下で0.
5の熱伝導率を有する。これらの値は、一般に1500
゜F(822℃)の温度下で約1.8より低く、約1.
0〜約1.6の熱伝導率を有する耐火繊維質断熱板にと
って典型的なものである。そのような耐火繊維質断熱板
の密度は、一般に801b/ft”  (1280kg
/m” )より小さく、通常約15〜約701b/ft
”  (240〜1120kg/m” )である。
る。
以上の説明から分るように、耐火繊維質断熱板は、精練
装置において溶融アルミニウムバリヤー(溶融アルミニ
ウムの浸透を防止するバリヤー)として一般に使用され
ている緻密耐火ライニングよりはるかに低い密度及び熱
伝導率を有する。
溶融金属のバリヤーとして比較的高密度の耐火繊維質断
熱板を使用するこの方法は、そのような断熱板材が後述
するように溶融アルミニウムによる浸透又は浸潤に抵抗
することができることに依存している。そのような溶融
金属のバリヤーとしての用途に適するとみられる好適な
市販の耐火繊維質断熱材は、レックスーロト・コーポレ
ーションからPC−45という商品番号で販売されてい
る比較的高密度(601b/ft”  (960kg/
m3))の断熱板である。この断熱板を溶融アルミニウ
ム内に最高11週間浸漬したところ、アルミニウムの浸
透はほとんどみられなかった。
溶融金属のバリヤーとして、例えばPC−45のような
比較的高密度の耐火繊維質断熱板を用いて構成した精練
装置を作動させたところ、驚いたことに、グラファイト
製の加熱器内蔵ブロック(以下、単に「加熱器ブロック
」とも称する)の近傍にホットスポットを生じたことが
分った0作動温度での熱損失が加熱器の能力を越えたの
で作動を停止し、装置を部分的に分解したところ、PC
−45断熱板はアルミニウムによって完全に浸潤されて
いることが判明した。PC−45断熱板の裏側にある比
較的低密度の断熱材の部分も、アルミニウムによって浸
潤されていることが認められた。PC−45断熱板の溶
融金属の浸潤が生じたところは、完全に金属が詰ってお
り、金属による浸潤は、精練容器内の溶融アルミニウム
の液面より数インチも上にまで毛管作用により金属が吸
上げられていたほど完全なものであった。
緻密耐火断熱板へのアルミニウムの予想外の浸潤は、そ
の精練装置における有効性を台無しにするものである。
浸潤(又は「浸透」とも称する)とは、耐火繊維質断熱
板の内部空隙(細孔)が溶融アルミニウムで満たされる
ことをいう、その結果、比較的低密度の耐火繊維質断熱
板の特性が、非常に低い熱伝導性から該比較的低密度の
耐火繊維質断熱板の内部空隙に浸透した溶融アルミニウ
ムのそれに近い熱伝導性に変化する。か(して、溶融ア
ルミニウムは、該繊維質断熱板のライニングに浸潤し、
その結果、浸潤部分を通しての温度の低下は極く僅かで
あった。そのような状況下では、溶融アルミニウムは、
断熱ライニングを完全に透過し、精練容器の外側スチー
ル製殻体にまで達して殻体な破損することになる。いう
までもなく、外側スチール製殻体にまで達するそのよう
な溶融金属の浸透は、許容し得ない。
当業者には明らかなように、精練装置の耐火繊維質断熱
板ライニングへの溶融アルミニウムのそのような浸潤の
問題は、それよりはるかに高い密度を有し、1桁大きい
熱伝導率を有する硬い緻密な材料の処理とは基本的に異
なる。そのような硬い緻密な材料は、溶融アルミニウム
の浅い浸透とそれによって生じる化学反応の結果として
、−aに、表面劣化を生じる。そのような硬い緻密な耐
火材料がアルミニウムのような溶融金属で徐々に表面浸
潤されると、耐火材料が膨出又は亀裂を生じ、耐火材料
から耐火成分が遊離してアルミニウム製品中へ混入する
という望ましくない結果を生じる。米国特許第4,17
4,972号は、そのような硬い緻密な耐火材料がアル
ミニウムのような溶融金属で徐々に表面浸潤されるのを
防止するためにアルカリ金属弗化物又はアルカリ土類金
属弗化物を添加することを開示している。同特許でいう
硬い緻密な耐火材料とは、溶融アルミニウムとの接触に
耐える耐火材、即ち、溶融アルミニウムによって浸潤さ
れない、アルミナ−シリカの含有量の高い鋳込可能なコ
ンクリートのことである。先に述べたように、そのよう
な慣用の内側ライニング材は、通常断熱ライニングとし
て使用されるが、溶融アルミニウムのバリヤーとしては
使用されない比較的緻密でなく、熱伝導率の低い材料に
比べて、高い密度及び高い熱伝導特性を有する。
が ′しよ と る 以上の説明から明らかなように、溶融金属バリヤーとし
て過度のアルミニウム浸潤を受けることのない耐火繊維
質断熱板を組入れた精練用の溶融金属保持容器の開発を
求める切なる要望がある。
本発明は、このような課題を解決することを企図したも
のである。
従って1本発明の目的は、アルミニウム保持精練用の改
良された全耐火材製容器を提供するととである。
本発明の他の目的は、アルミニウム保持精練用容器に用
いられる作動条件下においてアルミニウムによる過度の
浸潤を受けることな(アルミニウムバリヤーとして使用
することができる耐火繊維質断熱材を用いることができ
るようにした全耐火材製のアルミニウム保持精練用容器
を提供することである。
・      °     た  の 本発明は、上記課題を解決するために、耐火繊維質断熱
材を断熱層としてのみならずアルミニウムバリヤーとし
ても機能するように組入れた全耐火材製のアルミニウム
保持精練用容器を提供する。上記容器の作動条件下で生
じる該断熱材への望ましくないアルミニウムの浸潤は、
アルミニウムバリヤーとして用いられる耐火繊維質断熱
材中に少量の金属ハロゲン化物を添加することによって
防止される。
の     を 本発明の上記目的は、溶融アルミニウム保持精練容器に
アルミニウム遮蔽層として金属ハロゲン化物を導入した
耐火繊維質断熱材を使用することによって達成される。
金属ハロゲン化物は、それが存在しなければ、溶融アル
ミニウム保持精練容器の通常の作動条件下においてアル
ミニウムがそのような低密度耐火繊維質断熱材の内部空
隙に驚くほど浸透するのを防止する働きをする。そのよ
うな低密度、低熱伝導性耐火繊維質断熱板は、通常は、
アルミニウムの浸透を受けない、そのことは、そのよう
な材料のサンプルなを上述したような長期間溶融アルミ
ニウム中に浸漬させる実験質での検査によって確認され
た。そのようなアルミニウムの浸透は、本発明による金
属ハロゲン化物を包含しない溶融アルミニウム保持精練
容器においては発生することが判明している。
特定の実施例においては、アルミニウムを精練する、し
ないに拘らず溶融アルミニウムを保持するための本発明
による容器は、典型的な例では容器の底壁及び側壁に前
記低密度耐火繊維質断熱材ライニングを組入れた、通常
はスチール製の外側殻体な有する。その低密度耐火繊維
質断熱材ライニングは、溶融金属の透過を受は易い0本
発明によれば、該低密度耐火繊維質断熱材ライニングの
内壁に容器のための追加の断熱層として機能する処理さ
れた耐火繊維質断熱材ライニングを貼設する。そのよう
な処理された耐火繊維質断熱材ライニングの1つの内側
側壁に、グラフディト又はその他の緻密な、比較的熱伝
導率の高い耐火材のブロックライニングを内張すする0
通常、電気加熱素子を該ブロックライニングに形成した
開口内に配設する。容器のその他の内側側壁及び底壁に
過度の損傷を受けることなく掻取り清掃することができ
る適当な硬い緻密耐火材の比較的薄い層で内張すする。
この緻密な内側耐火ライニングを流体密に維持するのは
非常に困難であるから、上記処理された耐火繊維質断熱
材層は、容器のアルミニウムバリヤーとして機能する。
本発明の実施において、内側断熱層間アルミニウムバリ
ヤーとして用いられる上記処理された耐火繊維質断熱材
即ち耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断
熱材中に、精練操作中そのような耐火繊維質断熱板又は
鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材の内部空隙へのアルミ
ニウムの有意の浸透を防止する働きをする金属弗化物又
は珪酸塩を導入する。そのような金属ハロゲン化物を包
含しない耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維
質断熱材を通常の浸漬テストにおいてアルミニウムの浸
透に抵抗することができるようにする仕組みは、完全に
は解明されていないが、通常のテスト及び用途において
そのような低密度繊維質断熱材への金属浸透が生じない
理由は、そのような金属の浸透を防止するのに十分な空
気中等からの酸素が事前にそのような低密度繊維質断熱
材に浸透するからであると推測される。上述したPC−
45断熱板材の小片を溶融アルミニウム内に完全に浸漬
させて非孔質のロッドによって押えて保持したところ、
そのような断熱板材へのアルミニウムの浸透は起らなか
った。そのような繊維質断熱板材の気孔内に包含された
少量の酸素が、アルミニウムの浸透を有効に排除するよ
うに該板材の表面に酸素膜バリヤーを形成するのに十分
であったと考えられる。
耐火炉又は保持容器のグラファイト製加熱器ブロックの
裏側、即ち金属の浸透が激しい部位に存在する条件をで
きるだけ忠実に模したテストにおいて、PC−45断熱
板材の小片サンプルを下端が開放した垂直グラファイト
管内番こ挿入した。このグラファイト管の上端にガス導
入口を接続し。
窒素がすを該管内に流入させながら管を溶融アルミニウ
ム内に浸漬させた。窒素ガスの流量は、液状金属(溶融
アルミニウム)が管内に進入するのを阻止するのに十分
な流量とした。この管を溶融金属の温度を750〜78
0℃として3時間この状態に保持した。この間に繊維質
断熱板の細孔内に包含されている酸素は全部該板から流
出して拡散し、水を含む揮発成分ぽ蒸発し、上記窒素に
よって該板から連れ出された。実際の精練装置において
は、精練容器のヘッドスペースを不活性化するのに用い
られる窒素は、精練容器の加熱器ブロック部分を不活性
にし、加熱器ブロックの酸化を抑制するために加熱器ブ
ロック帯域内へ導入される。
テストでは、次に、溶融金属が上記垂直グラファイト管
内に上昇してテスト中のPC−45断熱板材の小片サン
プルの下端に突当ることができるように上記窒素の圧力
を低下させた。若干のガスがグラファイト管内に流入し
、グラファイトの細孔を透過して流出し続けた。このテ
スト装置を2〜3日のテスト期間中この状態に維持した
後、ガスの圧力を増大させて溶融金属をグラファイト管
から再び押出し、グラファイト管を点検のために引抜い
た。
その結果、PC−45断熱板は、このテストに使用され
た溶融アルミニウム即ち0.2%のMgを含有した溶融
アルミニウムで湿潤され、浸潤又は浸透されることが認
められた。純粋の溶融アルミニウムでも同じ結果となる
と推測される。そのような浸潤は、不活性化のために使
用されるの窒素ガスが誤って20ppmの酸素とtoo
ppmの水を含有したものであった場合にも生じた。そ
の場合、1日のうちに3/8in (9,525mm)
の深さにまでアルミニウムの浸透が生じた。より順回異
な窒素雰囲気でのその後のテストでは、3日間のテスト
中の1日当りの浸透率は約1/2 (12,7mm)で
あった、又、不活性ガスとして窒素の代わ、りにアルゴ
ンを用いた場合は、非常に攻撃的な合金である2%のM
gを含有したアルミニウムを用いての3日間のテスト期
間中、PC−45断熱板の表面のスポット状の湿潤と、
PC−45断熱板の内部空隙の極めて僅かな浸潤が生じ
ただけであった。従って、アルゴン不活性化用ガス又は
パージガスの使用は、アルミニウムの浸透問題に対する
1つの可能な解決法であると考えられる。しかし、この
解決法は、当業者には明らかなように、運転コストの観
点からみて非常に高価な方法である。そこで、実際の商
業用アルミニウム精練操作のためのより費用効果の高い
解決法を求める要望があった。
ハロゲン化物の存在は、窒素パージガスと共に塩素を導
入することなどによって耐火断熱材のアルミニウムによ
る湿潤又は浸潤を停止又は少くとも減少させるための別
の解決法として考えられた。しかしながら、塩素のその
ような使用は、危険であり、精練装置の金属部品の腐蝕
を起こすことにもなる。塩化物を水溶液として断熱板に
導入したとすると、通常の精練温度下において塩化物が
相当に揮発性であることと、塩化物がアルミニウムと接
触することとの結果として、非常に揮発性の高い塩化ア
ルミニウムが生成され易い。従って、作動時間の経過と
ともに塩化物の効果が急速に減ぜられることになる。更
に、そのような塩化化合物の多くは、本質的に吸湿性で
あり、室温においてさえスチール部品の腐蝕を促進する
傾向がある。
本発明の改良された精練容器においては、耐火繊維質断
熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材に導入す金属
ハロゲン化物は、多くは非常に高い融点及び沸点を有す
る金属弗化物であることが好ましい、先に述べたように
、高い撓み温度及び高い圧縮強度特性を有する硬い、緻
密な非繊維質の鋳込可能耐火コンクリート内に少量の弗
素を導入することは、米国特許第4,174,972号
に開示されている。アルカリ金属弗化物又はアルカリ土
類金属弗化物の形の弗素の存在は、Al鵞03及びS、
0.を含有したコンクリートが、その耐火特性が許容し
えない度合にまで損なわれる程に溶融アルミニウムによ
って化学的に又は物理化学的に攻撃されるのを防止する
といわれている。この米国特許に関連して、アルコン・
インターナショナル・リミテッド社のB、ニャラ氏は、
「軽金属J 1986年に掲載された「通常の珪酸塩耐
火材及び鋳鉄器具を溶融アルミニウム合金による攻撃に
耐えるように改良するための方法」と題する論文の中で
アルミニウム鋳造業において用いられる耐火材、珪酸ア
ルミニウム、珪酸カルシウム等は、溶融アルミニウム、
特に、より攻撃的な溶融アルミニウム合金による表面攻
撃を受は易いことを示した上で、多(の場合耐火材パウ
ダーの被覆と組合わせて弗化塩溶液を用いる、「珪酸塩
−塩化物処理法」と称される処理方法を開示している。
そのための弗化塩溶液は、Mg5iFa・6H20結晶
から調製される。耐火材パウダーは、スラリーとして使
用するが、平滑な耐火材表面を処理する場合は、省略す
ることができる。
又、高マグネシウム−アルミニウム合金による表面攻撃
に対して非常に大きい耐性を有するといわれているムラ
イト(アルミナ−シリカ)系の高密度鋳込可能材、即ち
デイデア−ティラー社製のドリーライフ可鋳造No、4
23−Eは、約1.25%の不溶性の形の弗素を含有し
ていることが確認されている。
本発明の実施に当っては、一般的に、低密度耐火繊維質
断熱板又は鋳込可能な形の低密度耐火繊維質断熱板に少
量の弗化カルシウムを導入することが好ましい、弗化カ
ルシウムは、毒性が低く、比較的安い価格でパウダーの
形で入手することができる。ただし、その他の適当な金
属弗化物やフルオロ珪酸塩を使用することもできること
を理解されたい0例えば、弗化アルミニウム、弗化マグ
ネシウム及びその他の弗化物を低密度耐火繊維質断熱材
に導入することができる。
本発明に従って処理された低密度耐火繊維質断熱材(こ
こに示された実施例ではPC−45耐火繊維質断熱板)
は、一般的には、シリカとアルミナから成る耐火セラミ
ック繊維質断熱材である。
そのような材料の重量比は、市販のいろいろな等級の繊
維質断熱板の密度に応じて異なるものである。即ち、本
発明の実施においては、約801b/ft’  (12
80kg/m3)以下、通常は約15〜約201b/f
t”  (240〜320kg/m3)から約55〜約
701b/ft”  (880〜1120kg/m3)
又はそれ以上の密度まで、好ましくは約20〜約601
b/ft”  (320〜960kg/m3)までの密
度のものを有効に用いることができる。先に述べたよう
に、約160〜1801b/ft”  (2560〜2
880kg/m’)程度の程度の密度を有する硬い緻密
耐火材の熱伝導率は約1500゜F(822’C)の温
度下で約14〜20であるのに比べて、本発明に用いら
れる繊維質断熱板は、約1500” F (822℃)
〜の温度下で約1.8未満、通常的1〜1.6の比較的
低い熱伝導率を有する。
金属フルオロ珪酸塩は、どのような組成の耐火繊維質断
熱材に対しても用いることができる。ただし、金属弗化
物だけが使用される場合は、本発明の実施において用い
られる耐火繊維質断熱材はシリカ結合剤を含有したもの
とした場合に最良の結果が得られる。
本発明によれば、ここに述べられた溶融アルミニウムの
保持及び精練のための容器に使用される低密度耐火繊維
質断熱材に約0.5重量%から約5.0重量%の上記金
属弗化物又は金属フルオロ珪酸塩、即ちアルカリ金属ハ
ロゲン化物又はアルカリアルカリ土類金属ハロゲン化物
を導入することができる。このようにして本発明に従っ
て処理された耐火繊維質断熱材の厚みは、特定のアルミ
ニウム精練に関連し作動条件に応じて変えることができ
るが、容器のスチール製殻体の破損の防止を確実にする
ためには、溶融アルミニウムが容器の断熱材に完全に浸
透するので、容器のアルミニウムバリヤーライニングの
外側面即ち冷温側、即ち容器のスチール製殻体側が、ア
ルミニウムの融点より低い温度になるようにしなければ
ならない0本発明によれば、断熱ライニングの所要の厚
み全部の素材として上記のように処理された耐火繊維質
断熱板を使用してもよく、あるいは、上記のように処理
された断熱ライニングの外側温度がアルミニウムの融点
より低い温度になるように。
上記のように処理されていない耐火繊維質断熱板の追加
の外側層と組合わせて、望ましくないアルミニウムの浸
透を実質的に防止するのに十分な量の上記のように処理
された耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質
断熱材を用いることができる。当業者には明らかなよう
に、比較的高い密度の断熱材は、精練容器の外側断熱層
として一般的に使用されている比較的低密度の上記のよ
うに処理されていない断熱材のような低密度材料より一
般に熱伝導性が低い0本発明によれば、典型的な精練容
器においては一般的に、例えば約41n(10,16c
m>厚の上記のように処理されたPC−45耐火繊維質
断熱板に約31n(7゜62cm)厚の上記のように処
理されていない、一般に低密度の断熱材を裏当して成る
約6又は7in(約15.24又は170’78cm)
厚の断熱材を用いる。低密度の、例えば約301 b/
ft”  (480kg/m3)の耐火繊維質断熱板を
上記のように処理した形で使用する実施例においては、
通常、容器のライニングは、約約3in (7,62c
m)厚の低密度の上記のように処理された材料と、4i
n (10,16cm)厚の低密度の上記のように処理
されていない材料とで構成することができる。そのよう
な処理された耐火繊維質断熱板は、費用等の観点からは
、特定の容器に対して必要とされるだけに限定して使用
することが一般には望ましいが、容器の殻体に隣接する
上記のように処理されていない断熱板の冷温外側面に裏
当を施すことな(、容器のライニングの全厚を上記のよ
うに処理された耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐
火繊維質断熱材で構成してもよいことに留意されたい。
当業者には明らかなように、本発明の細部において、あ
るいは、本発明の実施に使用するための上記のように処
理された耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維
質断熱材の調製において、特許請求の範囲に記載された
本発明の範囲から逸脱することなくいろいろな変更又は
改変を行うことができる0例えば、市販されている耐火
繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材は、
いろいろな異なる耐火材−結合剤配合物を用いているい
ろな製造法によって製造することができることは当該技
術において周知である6本発明の目的のためには、金属
ハロゲン化物を耐火材−結合剤配合物に添加し、任意の
好便な態様で、かつ、耐火断熱材を製造するのに用いら
れる工程に適合するような態様で耐火材−結合剤配合物
と完全に混合することができる。又、上記のように処理
された耐火断熱材層は、保持又は精練容器の内側表面を
構成するようにすることができるが、そのような容器の
内側表面には、一般にはそして好ましくは、掻取り等に
よって容易に製造することができる硬い緻密な比較的熱
伝導性の高い内側耐火ライニング材で内張すする。その
ような清掃及び保守の容易な好適な内側耐火ライニング
材の例としては、アルミナ、シリカ、炭化物及びグラフ
ァイト等がある。先に述べたように、電気加熱手段を配
設することが必要とされる精練容器の少くとも1つの内
側側壁には、通常、グラファイトブロックのライニング
が使用される。グラファイトは溶融アルミニウムの保持
及び精練のために用いられる容器内に通常設定される作
動条件下において酸化されるおそれがあるので、一般に
は、電気加熱手段を配設することが必要とされる精練容
器の側壁にのみ、内側グラファイトライニングが使用さ
れる。
又、当業者には明らかなように、耐火繊維質断熱板又は
鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材のライニングを形成す
る場合、それらの断熱材と断熱材との間の間隙をできる
だけ少な(するために継目に適当な耐火セメント填充す
るのが、必須の要件ではないが、普通である。耐火繊維
質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材のすべて
の表面に、必ずしも必要ではないが、一般には目止め剤
を被覆する。充填剤として、例えば、レツクスーロト・
コーポレーションから販売されている市販のPC増量剤
を、それに添加した少量の金属ハロゲン化物、例えば2
.5重量%のCa F *と共に、用いることが望まし
いことが認められた。目止め剤としては、レックスーロ
ト・コーポレーションから販売されている市販のPC目
止め剤を。
好ましくは、金属ハロゲン化物、例えば5重量%のCa
Fmと共に、用いるのが好適で、有効である。
本発明が対象とするアルミニウム保持・精練容器の使用
においては、窒素、アルゴン又はその他の不活性化ガス
を用いての容器のヘッドスペースの不活性化は、加熱器
ブロック帯域を不活性化し、それによって加熱器ブロッ
クの酸化を抑制するために加熱器ブロック帯域内へ不活
性ガスを導入することによって行われる。この操作は、
上記耐火繊維質断熱材の細孔内に存在する酸素を断熱材
から拡散放逐し、それによって該断熱材への望ましくな
いアルミニウムの浸潤を生じる結果となると考えられる
が、精練容器内には1問題を惹起する原因となる他の条
件も存在し、そのような問題も、本発明の実施において
耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材
の使用により克服される。比較的低密度の耐火繊維質断
熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材の内部空隙へ
の望ましくないアルミニウムの浸潤は、グラファイト製
の加熱器内蔵ブロックの周りに直接隣接して配設されて
いる耐火繊維質断熱材において最も生じ易いことが判明
しているが、そのような浸潤は、比較的遅い速度ででは
あるが、容器ライニングの他の部分にも生じることがあ
る0本発明によれば、上記のように処理した耐火繊維質
断熱材が用いられている容器ライニングのすべての部分
においてアルミニウムの浸潤を効果的に防止することが
できる。
PC断熱板に2%のCa F *を含有させて成る耐火
繊維質断熱板を用いての、上述した実験室テストにおい
ては、750’ Cの温度下での3日間までのテストで
アルミニウムによる浸潤は生じなかった。商業用アルミ
ニウム精練容器においては、特に高Mg含量アルミニウ
ム合金を精練する場合のように、耐火繊維質断熱材に添
加するCaF3又はその他の金属ハロゲン化物の含有量
を高(することが望ましい場合もある。2%の弗化カル
シウムを含有した上記のように処理した耐火繊維質断熱
材を用いて構成した5基のアルミニウム精練装置を数カ
月間商業運転させたところ、それらの装置のどれにもホ
ットスポットが生じなかった。これに対して、上記のよ
うに処理した耐火繊維質断熱材を用いずに構成した3基
のアルミニウム精練装置では、数週間の運転でアルミニ
ウムの浸潤に起因するホットスポットが生じた。上記の
ように処理した耐火繊維質断熱材を用いて構成した5基
のアルミニウム精練装置のうち1基は、アルミニウムの
浸潤に関係のない問題により2か門徒に運転を停止した
。この装置を点検のために部分的に分解したところ、上
記のように処理した耐火繊維質断熱材への溶融アルミニ
ウムの浸潤はみられなかった。
及l目し先見 以上の説明から分るように、本発明は、当該技術分野に
大きな進歩をもたらし、実際の商業的運転において遭遇
していた大きな問題点を克服する。即ち、本発明は、容
器の断熱ライニングへの溶融アルミニウムの浸潤を防止
する手段を提供することによって、好都合なサイズの精
練容器を長期間保守サービスをする必要がなく過度の熱
損失を生じることなく使用することを可能にし、商業用
アルミニウム精練作動全体の効率を大幅に向上させる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、溶融アルミニウムに対して不透過性とすべき耐火断
    熱ライニングを底壁及び側壁に備えた外側容器殻体を有
    する溶融アルミニウム保持・精練容器であって、 前記ライニングの少くとも一部分とし て、少量のアルカリ金属弗化物又はアルカリ土類金属弗
    化物又はフルオロ珪酸塩を含有した耐火繊維質断熱材が
    使用されており、該耐火繊維質断熱材は、約801b/
    ft^3(1280kg/m^3)未満の非常に低い密
    度を有し、1500゜F(822℃)の温度下において
    1in当り1゜Fの温度勾配で約1.8BTU/時/f
    t^2未満の熱伝導率を有し、その内部空隙内へ溶融ア
    ルミニウムによって浸潤されることがなく、該金属弗化
    物又はフルオロ珪酸塩の存在が、断熱ライニングとして
    も、溶融アルミニウムバリヤーとしても機能する該耐火
    繊維質断熱材への溶融アルミニウムの望ましくない浸潤
    を有効に防止するようになされていることを特徴とする
    溶融アルミニウム保持・精練容器。 2、前記耐火繊維質断熱材は、金属弗化物を含有したも
    のであることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の溶融アルミニウム保持・精練容器。 3、前記耐火繊維質断熱材は、フルオロ珪酸塩を含有し
    たものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 4、前記金属弗化物は、弗化カルシウムを含むものであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の溶融
    アルミニウム保持・精練容器。 5、前記耐火繊維質断熱材は、約15〜約 701b/ft^3(約240〜1120kg/m^3
    )の密度を有するものであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容器
    。 6、前記耐火繊維質断熱材は、約20〜約601b/f
    t^3(約320〜960kg/m^3)の密度を有す
    るものであることを特徴とする特許請求の範囲第5項に
    記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 7、前記金属弗化物又はフルオロ珪酸塩は、弗化カルシ
    ウムを含むものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第5項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 8、前記耐火繊維質断熱材内の前記金属ハロゲン化物の
    含有量は、該耐火繊維質断熱材の重量を基準として約0
    .5〜約5重量%であることを特徴とする特許請求の範
    囲第5項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 9、前記金属弗化物又はフルオロ珪酸塩は、弗化カルシ
    ウムを含むものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第8項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 10、前記耐火繊維質断熱材は、耐火繊維質断熱板であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の溶融
    アルミニウム保持・精練容器。 11、前記耐火繊維質断熱材は、鋳込可能な形の耐火繊
    維質断熱材であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 12、前記耐火断熱ライニングの内側面に硬い緻密内側
    耐火ライニングを付設し、該硬い緻密内側耐火ライニン
    グは、その表面を掻取ることによって比較的容易に清掃
    することができるように比較的高い熱伝導性の材料から
    成り、該硬い緻密内側耐火ライニングは、約160〜約
    1801b/ft^3(2560〜2880kg/m^
    3)程度の密度を有し、1500゜F(822℃)の温
    度下において1in当り1゜Fの温度勾配で約14〜約
    20BTU/時/ft^3程度の熱伝導率を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の溶融アルミ
    ニウム保持・精練容器。 13、該容器の少くとも1つの側壁は、グラファイトブ
    ロックの内側ライニングを有し、該グラファイトブロッ
    ク内に配設された電気加熱手段を含むことを特徴とする
    特許請求の範囲第12項に記載の溶融アルミニウム保持
    ・精練容器。 14、前記耐火繊維質断熱ライニングは、前記側壁の、
    少くとも前記グラファイトブロックを囲繞する内側部分
    を構成することを特徴とする特許請求の範囲第13項に
    記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 15、前記耐火繊維質断熱ライニングは、該容器のすべ
    ての側壁の断熱材を構成することを特徴とする特許請求
    の範囲第13項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容
    器。 16、前記耐火繊維質断熱材は、金属弗化物を含有した
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第14項に
    記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 17、前記金属弗化物は、弗化カルシウムであり、該弗
    化カルシウムの含有量は、該耐火繊維質断熱材の重量を
    基準として約0.5〜約5重量%であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第16項に記載の溶融アルミニウム保
    持・精練容器。 18、前記耐火繊維質断熱材は、耐火繊維質断熱板であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の溶融
    アルミニウム保持・精練容器。 19、前記耐火繊維質断熱材は、耐火繊維質断熱板であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第15項に記載の溶
    融アルミニウム保持・精練容器。
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