JPH0417629A

JPH0417629A - 金属の精製方法

Info

Publication number: JPH0417629A
Application number: JP2121790A
Authority: JP
Inventors: Yoshitatsu Otsuka; 良達大塚; Kazuo Toyoda; 一雄豊田
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1992-01-22
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JP2916645B2

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】産業上の利用分野この発明は金属の精製方法に関し、さらに詳しくいえば
、偏析凝固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、亜鉛等の金属から、
共晶不純物の含有量を元の金属よりも少なくし、高純度
の金属を製造する方法に関する。

この明細書において、「共晶不純物」という語は、精製
すべき金属と共晶を呈する不純物をいうものとする。

従来の技術と発明の課題この種金属の精製方法として、精製用溶湯保持槽内に入
れられた共晶不純物を含む溶融金属中に回転冷却体を浸
漬し、回転冷却体内に冷却流体を供給しつつこの冷却体
を回転させてその周面により純度の高い精製金属を晶出
させる方法が知られている（特公昭６１−３３８５号参
照）。この方法では、冷却体周面への凝固速度か遅いほ
ど、晶出した金属の純度が高くなることか判っている。

ところで、冷却体周面の温度が精製すべき金属の融点よ
りも低い冷却体を、精製すべき溶融金属中に浸漬すると
、その周面への凝固速度か大きくなり、その結果晶出し
た金属の純度か低くなるという問題かある。

また、冷却体の周面に晶出した精製金属の回収方法とし
ては、従来、回動自在の掻落とし爪により掻落とす方法
が知られている（特公昭６１−４７８８９号参照）。し
かしながら、この方法では、晶出した精製金属塊の外径
が小さい場合に、掻き落とし爪の先端がとどかず、回収
できないという問題がある。また、精製金属の冷却体周
面への付着力が大きい場合には、掻き落とし爪の回転力
を大きくしなければ回収できず、この回転力を大きくす
ると、冷却体の周面に剥離が生じたり、冷却体が破損し
たりするおそれがある。そして、剥離または破損するこ
とにより生した冷却体の破片などか、精製された金属中
に混入して１、該精製金属か汚染されるという問題があ
る。しかも、冷却体は黒鉛、セラミックスなどで形成さ
れているため、衝撃に対する強度は小さく、上記剥離や
破損か起こりやすい。特に、冷却体か中空回転軸の下端
にねし止めされている場合（特開昭６０−１９０５３２
号参照）、ねじ止め部での破損か著しくなる。

また、１度の回収作業において冷却体か剥離や破損する
ことはなくても、冷却体を繰返し使用していると、作業
時の衝撃に起因して疲労により剥離や破損が発生し、冷
却体の寿命か短くなるという問題かある。

この発明の目的は、上記問題を解決した金属の精製方法
を提供することにある。

課題を解決するための手段この発明による金属の精製方法は、精製用溶湯保持槽内
に入れられた共晶不純物を含む溶融金属中に回転冷却体
を浸漬し、回転冷却体内に冷却流体を供給しつつこの冷
却体を回転させてその周面により純度の高い精製金属を
晶出させる第１工程と、周面に所定量の精製金属を晶出
させた後冷却体内への冷却流体の供給を停止し、ついで
この冷却体を精製用溶湯保持槽から出し、精製金属回収
用溶湯保持槽上に移動させて誘導加熱により精製金属塊
を溶解して冷却体から回収するとともに、冷却体の周面
を精製すべき金属の融点以上の温度に保持する第２工程
とを含み、第２工程の後、周面から精製金属塊か回収さ
れるとともに周面が精製すべき金属の融点以上の温度に
保持されている冷却体を再び精製用溶湯保持槽内の溶融
金属中に浸漬して上記第１工程と同様な作業を行うこと
を特徴とするものである。

上記第２工程において、誘導加熱による゛精製金属塊の
回収のさいには、冷却体を回転させておくことが好まし
い。こうすると、冷却体の周面を均一に加熱することが
できるからである。

また、精製金属塊の回収のさいに冷却体を回転させてお
くと、第１工程において、上記テーパ部を有する冷却体
のテーバ部の周面たけに晶出した精製金属を外すさいに
遠心力により、冷却体の周面から外れ易くなるからであ
る。

回収された精製金属は、溶融状態で精製金属回収用溶湯
保持槽内に溜められ、所定量に達すると、直接あるいは
保温炉を経て鋳造装置に送られ、所望のスラブやビレッ
トが形成される。

作　　　用第２工程における精製金属の回収は、これを溶解するこ
とによって行うので、従来の掻き落とし爪による掻き落
としの場合のように、冷却体に衝撃は加わらず、冷却体
の表面が剥離したり、冷却体の周壁や回転軸へのねし止
め部が破損するおそれはない。しかも、冷却体の寿命が
長くなる。また、冷却体は、第２工程において誘導加熱
により精製すべき溶融金属の融点以上の温度に加熱され
ているので、第２工程終了後、再び第１工程を実施する
さいに、この工程における周面への凝固速度が遅くなり
、晶出した金属の純度は高くなる。

実　　施　　例以下、この発明の実施例を、図面を参照して説明する。

なお、以下の説明において、上下、左右は、それぞれ第
２図および第３図の上下、左右をいうものとする。

図面は高純度アルミニウムの製造装置を示し、中央に４
つの精製金属回収用るつは（１）（精製金属回収用溶湯
保持槽）が並べられ、その左右両側に、それぞれ４つの
精製用るつぼ（２Ａ）　（３Ａ）（精製用溶湯保持槽）
が並べられている。左側の精製用るつぼ（２Ａ）の列を
第するつぼ列（２）右側の精製用るつぼ（３Ａ）の列を
第２るつぼ列（３）というものとする。隣り合う回収用
るつぼ（１）どうし間の間隔および精製用るつぼ（２Ａ
）　（３Ａ）どうし間の間隔は、等しくなっている。隣
り合う回収用るつぼ（１）どうしは、上端部において連
結樋（４）によって互いに連通状に接続され、一端の回
収用るつぼ（１）の上端部に溶湯供給樋（５）が取付け
られ、他端のるつぼ（１）の上端部に溶湯排出樋（６）
が取付けられている。各回収用るつぼ（１）の上方には
、それぞれ高周波誘導加熱装置（３）が配置されている
。両るつぼ列（２）（３）における隣り合う精製用るつ
ぼ（２Ａ）　（３Ａ）どうしは、それぞれ上端部におい
て連結樋（８）によって互いに連通状に接続され、一端
の精製用るつは（２Ａ）　（３Ａ）の上端部に図示しな
い溶解炉から供給されるアルミニウム溶湯を受けるため
の受は樋（９）が取付けられ、他端の精製用るつぼ（２
Ａ）　（３Ａ）の上端部に溶湯排出樋（１０）が取付け
られている。また、図示は省略したが、回収用るつは（
１）および精製用るつは（２Ａ）　（３Ａ）内の溶湯は
適当な加熱装置によって加熱されるようになっている。

るつぼ（１）　（２Ａ）　（３Ａ）の上方には、たとえ
ば導電性セラミックス、黒鉛などの導電材料から形成さ
れた中空の回転冷却体（ＩＩＡ）　（１２Ａ）が４つず
つ左右２列に並んで配置されている。左側の回転冷却体
（ＩＯＡ）の列を第１冷却体列（１０）、右側の回転冷
却体（ＩＩＡ）の列を第２冷却体列（１１）というもの
とする。各列（１０）（１１）における隣り合う回転冷
却体（ＩＯＡ）　（ＩＩＡ）間の間隔は、隣り合う回収
用るつぼ（１）どうしおよび精製用るつは（２Ａ）　（
３Ａ）間の間隔と等しくなっている。また、左右の冷却
体列（１０）（１１）どうしの間隔は、回収用るつは（
１）の列と第１および第２るつは列（２）（３）との間
隔と等しくなっている。各回転冷却体（ＩＩＡ）　（１
２Ａ）の周面は、下端から上方に向かって徐々に大径と
なったテーバ状となされている。

また、各冷却体（ＩＬＡ）　（１２Ａ）は中空回転軸（
１３）の下端に取付けられており、各列（１１）（１２
）の冷却体（ＬＩＡ）　（１２＾）が、それぞれ上下方
向および左右方向に、同時に移動しうるようになってい
る。

各中空回転軸（１３）内には冷却流体供給管（図示路）
が配置され、この供給管を通して回転冷却体（ＩＩＡ）
　（１２Ａ）内に冷却流体が送り込まれるようになされ
ている。

以下、アルミニウムの精製方法について説明する。

溶解炉で溶解されたＦｅ、Ｓｉ、ＣｕＳＭｇなどの共晶
不純物を含む精製すべきアルミニウム溶！　（２０）は
各精製用るつは（２Ａ）　（３Ａ）に送り込まれ、その
融点以上の温度に加熱保持されている。また、回収用る
つぼ（１）には、予め高純度アルミニウム溶湯（３０）
か送り込まれ、その融点以上の温度に加熱保持されてい
る。各精製用るつは（２Ａ）　（３Ａ）内の溶湯量か所
定二に達した後、第１冷却体列（１１）のすべての回転
冷却体（ＩＩＡ）をそれぞれ第するつぼ列（２）の精製
用るつは（２Ａ）内のアルミニウム溶湯（２０）中に浸
漬する。そして、各回転冷却体（ＩＩＡ）内に中空回転
軸（１３）から冷却流体を供給しつつこれらの冷却体（
１１＾）を回転させる。すると、偏析凝固の原理により
回転冷却体（ＩＩＡ）の周面に高純度アルミニウム塊（
＾）が晶出する（第２図参照）。すなわち、まず平滑な
凝固面を有する高純度の初晶アルミニウムが晶出する。

共晶不純物は液相中に排出されて凝固界面近傍の液相中
に共晶不純物の不純物濃化層が形成される。回転冷却体
（ＩＩＡ）が回転していると、上記不純物濃化層と他の
大部分の液相との撹拌混合が効果的に行われ、上記不純
物濃化層中の共晶不純物が液相全体に分散させられて不
純物濃化層の厚さが薄くなり、この部分での温度勾配が
大きくなる。この状態で凝固を進行させると、冷却体（
１１Ａ）の周面に元のアルミニウムよりもはるかに高純
度のアールミニラム塊（Ａ）が得られる。

一方、第１冷却体列（１１）を用いて上記のような操作
を行っている間に、第２冷却体列（１２）の回転冷却体
（１２Ａ）を高周波誘導加熱装置（７）内に移動させ、
冷却体（１２Ａ）を回転させながら、その周面を高周波
誘導加熱装置（７）によって加熱しておく　（第２図参
照）。

第１冷却体列（１１）の各冷却体（ＩＬＡ）の周面に所
定量の高純度アルミニウム塊（Ａ）が晶出すると、第１
冷却体列（１１）の冷却体（ＩＩＡ）を上昇させて精製
用るつぼ（２Ａ）の外に出すとともに、第２冷却体列（
１２）の冷却体（１２Ａ）を上昇させて高周波誘導加熱
装置（７）の外に出す。第２冷却体列（１２）の冷却体
（１２Ａ）は、高周波誘導加熱装置（７）により精製用
るつぼ（２Ａ）　（３Ａ）内の精製すべきアルミニウム
溶湯（２０）の融点以上の温度に加熱保持されている。

そこで、第１冷却体列（１１）および第２冷却体列（１
２）をそれぞれ右方に移動させ、第１冷却体列（１１）
を回収用るつは（１）列の上方に、第２冷却体列（１２
）を第２るつぼ列（３）の上方にそれぞれ移動させる。

その後、第１冷却体列（１１）の冷却体（ＩＩＡ）を下
降させて高周波誘導加熱装置（７）内に位置させるとと
もに、第２冷却体列（１２）の冷却体（１２Ａ）を下降
させて右側るつぼ列（３）の精製用るつぼ（３Ａ）内の
精製すべきアルミニウム溶湯（２０）内に浸漬する。そ
して、第１冷却体列（１１）の冷却体（ＩＩＡ）を回転
させながら、高周波誘導加熱装置（７）によって、高純
度アルミニウム塊（Ａ）および冷却体（ＩＩＡ）（１２
Ａ）の周面を加熱する。こうして、高純度アルミニウム
塊（Ａ）における冷却体（ＩＩＡ）　（１２Ａ）の周面
と接する部分が溶解すると、高純度アルミニウム塊（Ａ
）は、冷却体（ＩＩＡ）　（１２Ａ）から自重によって
抜は落ちて精製アルミニウム回収用溶湯保持るつぼ（２
）内の高純度アルミニウム溶湯（３０）中に落下し、全
体か溶解される。一方、精製用るつぼ（３Ａ）内のアル
ミニウム溶湯中に浸漬させた第２冷却体列（１２）の冷
却体（１２Ａ）を回転させると、冷却体（１２Ａ）の周
面には、上述した第１冷却体列（１１）の冷却体（ＩＩ
Ａ）の場合と同様に、高純度の精製アルミニウム塊（Ａ
）が晶出する。

この、場合、精製すべきアルミニウム溶湯（２０〉中に
浸漬される冷却体（１２Ａ）の周面は、高周波誘導加熱
装置（７）によって予め精製すべきアルミニウム溶ｍ　
（２０）の融点以上の温度に加熱されているので、この
冷却体（１２Ａ）の周面への凝固速度が大きくなり、晶
出したアルミニウム塊（Ａ）のアルミニウム純度は一層
高くなる。

上記において、冷却体（ＩＩＡ）　（１２Ａ）としては
、導電材料からなり、かつその下端から上方に向かって
徐々に大径となされたテーパ部を有するものが使用され
ており、精製用るつぼ（２Ａ）（３Ａ）において、この
テーパ部の周面だけに高純度ア／ｌ／　ミニラム塊（Ａ
）が晶出させられているので、上記第２の工程における
高純度アルミニウム塊（＾）の回収のさいに、冷却体（
ＩＩＡ）　（１２Ａ）の周面も誘導加熱されることによ
って高純度アルミニウム塊（＾）の冷却体（ＩＩＡ）（
１２＾）周面に接する部分か速やかに溶解されることと
なり、その全てが溶解しなくても、冷却体（ＩＩＡ）　
（１２Ａ）から自重によって抜は落ちる。したかって、
回収時間が短縮できる。しかしながら、冷却体としては
、必ずしも導電材料からなるものを用いる必要はなく、
非導電材料からなるものを用いてもよい。

また、冷却体としては、必ずしも、その下端から上方に
向かって徐々に大径となされたテーパ部を有するものを
用いる必要はなく、これとは逆の下端から上方に向かっ
て徐々に小径となされたテーパ部を有するものや、直筒
状のものも使用可能である。

上記において、回収用および精製用とも複数のるつぼが
用いられているが、これに代えて、大きな槽を複数の区
画に区分し、その各区画を溶湯保持槽としてもよい。こ
の場合、各区画間の隔壁に連通口を形成しておく。また
、必ずしも複数の保持槽を用いる必要はない。

次に、この発明のさらに具体的な実施例について説明す
る。

精製用るつは（２Ａ）　（３Ａ）内にＦｅＯ，０８重量
％、Ｓｉ０．０６重量％を含む精製すべきアルミニウム
溶湯（２０）を入れて６６０℃に加熱保持しておいた。

回転冷却体（１１Ａ）　（Ｌ２Ａ）として、最大径部分
の外径が１５０ｍｍのものを使用した。

そして、第１冷却体列（１１）の冷却体（１１Ａ）を、
予め高周波加熱装置（７）内で回転させて６７０℃に加
熱した後、これを精製用るつぼ（２＾）内のアルミニウ
ム溶湯（２０）中に浸漬した。ついて、冷却体（ＩＩＡ
）の内部に冷却流体を供給しながら、４００　ｒｐｍで
１０分間回転させて周面に５ｋｇの高純度アルミニウム
（Ａ）を晶出させた。その後、冷却体（ＩＩＡ）を上昇
させて高周波誘導加熱装置（７）内に移動させ、冷却体
（ＩＩＡ）を回転させながら、３０００Ｈｚの高周波を
利用して、高純度アルミニウム塊（Ａ）および冷却体（
ＩＩＡ）を加熱した。この誘導加熱を３０秒間行った結
果、高純度アルミニウム塊（Ａ）が回収用るつぼ（１）
内に落下した。この高純度アルミニウム塊（Ａ）中の平
均不純物濃度を測定したところ、Ｆｅｄ。

０１０重量％、ＳｉＯ，０１０％であった。また、冷却
体（１１＾）の周面の温度は６７０℃になっていた。

他方、精製用るつぼ（２Ａ）内のアルミニウム溶湯（２
０）中に浸漬する前の冷却体（ＩＩＡ）の周面の温度を
５００℃とした他は、上記と同様にして、精製用るつぼ
（２人）内において冷却体（ＩＩＡ）の周面に高純度ア
ルミニウム塊を晶出させた。この高純度アルミニウム中
の平均不純物濃度を測定したところ、Ｆｅｄ、０１２重
量％、Ｓ　ｉ　０゜０１４重量％であった。

発明の効果この発明の金属の精製方法によれば、回転冷却体の周面
に晶出した精製高純度金属塊の回収は、これを溶解する
ことにより行うものであるから、塊の大小にかかわらず
、確実に回収することができる。また、回収時、回転冷
却体には衝撃は加わらないので、冷却体の表面が剥離し
たり、破損したりすることはなく、寿命ものびる。しか
も、冷却体の破片か精製された高純度金属内に混入する
ことによる高純度金属の汚染か防止される。さらに、精
製高純度金属の回収時に、回転冷却体の周面か精製すべ
き金属の融点以上の温度に加熱されているので、その次
工程においてこの冷却体の周面に高純度金属を晶出させ
ると、その純度は、予め加熱していない冷却体を用いた
場合よりも高純度になる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示し、第１図はこの発明の方
法を実施する装置の全体構成を示す斜視図、第２図およ
び第３図はそれぞれ途中の工程を示す横断面図である。（１）・・・回収用るつぼ（回収用溶湯保持槽）、（２
Ａ）　（３Ａ）・・・精製用るつぼ（精製用溶湯保持槽
）、（１１＾）（１２Ａ）・・・回転冷却体、（２０）
・・・精製すべきアルミニウム溶湯。以　　上第３１Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

　精製用溶湯保持槽内に入れられた共晶不純物を含む溶
融金属中に回転冷却体を浸漬し、回転冷却体内に冷却流
体を供給しつつこの冷却体を回転させてその周面により
純度の高い精製金属を晶出させる第１工程と、周面に所
定量の精製金属を晶出させた後冷却体内への冷却流体の
供給を停止し、ついでこの冷却体を精製用溶湯保持槽か
ら出し、精製金属回収用溶湯保持槽上に移動させて誘導
加熱により精製金属塊を溶解して冷却体から回収すると
ともに、冷却体の周面を精製すべき金属の融点以上の温
度に保持する第２工程とを含み、第２工程の後、周面か
ら精製金属塊が回収されるとともに周面が精製すべき金
属の融点以上の温度に保持されている冷却体を再び精製
用溶湯保持槽内の溶融金属中に浸漬して上記第１工程と
同様な作業を行うことを特徴とする金属の精製方法。