JPH0754063A - アルミニウムスクラップの精製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏析凝固を利用してアルミニウムスクラップ
の溶湯から、高い精製効率でアルミニウムを精製する。 【構成】 精製容器１０に収容した原料溶湯Ｍに、回転
冷却体３０を浸漬する。回転冷却体３０は、冷却媒体ｇ
により内部から冷却され、溶湯Ｍから晶出した金属間化
合物が凝固体Ｓとして表面に付着する。回転冷却体３０
の回転による遠心力で回転冷却体３０から剥離した金属
間化合物は、溶湯Ｍ中を落下する過程で、回転冷却体３
０の下端に取り付けられた受け皿４０に回収される。金
属間化合物として不純物が除去された溶湯Ｍが精製アル
ミニウムとなる。 【効果】 回転冷却体３０から剥離した金属間化合物が
精製容器１０の底部に沈積することが抑制され、溶湯Ｍ
にに取り込まれない。そのため、純度が向上した精製ア
ルミニウムが高い歩留りで製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶解原料に含まれてい
る不純物を金属間化合物として晶出分離しながら、アル
ミニウムを精製する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム溶湯に含まれているＦｅ等
の不純物を分離除去するため、Ｍｎを添加し、Ｍｎと不
純物との間で金属間化合物を生成させ、晶出した金属間
化合物を分離する方法が採用されている。たとえば、特
開昭５７−２１３４号公報ではＡｌ−Ｍｎ系金属間化合
物を添加し、特開昭５９−１２７３１号公報ではＭｎ又
はＡｌ−ＭｎとＭｇ又はＡｌ−Ｍｇとを併用添加してい
る。何れの方法においても、不純物の一部であるＦｅ
は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物として分離除去
される。金属間化合物として晶出した不純物は、精製ア
ルミニウムに混入しないように濾過装置やメタルポンプ
で系外に取り出される。或いは、金属間化合物が炉底に
沈積することを利用して、精製工程を終了した後で精製
アルミニウムを移湯する際、金属間化合物が残留するよ
うに精製容器を傾倒させることもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】精製作業中に金属間化
合物を系外に排出させる方式では、高温雰囲気に長時間
さらされる濾材やメタルポンプの消耗が激しい。他方、
精製容器の傾倒により金属間化合物を分離する方式で
は、金属間化合物と精製アルミニウムとを分離するた
め、傾倒作業に熟練を要する。何れの方式においても、
金属間化合物と精製アルミニウムとの分離が完全ではな
い。精製アルミニウムの一部が金属間化合物と共に系外
に排出されると、精製歩留りが低下する。精製アルミニ
ウムに金属間化合物が混入すると、得られた精製アルミ
ニウムの純度が低下する。本発明は、このような問題を
解消すべく案出されたものであり、金属間化合物として
晶出するＦｅ，Ｍｎ等の不純物を精製作業中に捕捉する
ことにより、純度の高い精製アルミニウムを効率よく製
造することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の精製装置は、そ
の目的を達成するため、不純物が初晶の金属間化合物と
して晶出する原料溶湯を収容する精製容器と、前記原料
溶湯に浸漬される回転冷却体と、該回転冷却体の内部に
冷却媒体を送り込む機構と、前記回転冷却体の下端に取
り付けられた受け皿とを備え、前記回転冷却体の表面に
晶出した金属間化合物が前記回転冷却体の表面から剥離
・落下する部分を前記受け皿で受け止めることを特徴と
する。

【０００５】

【作用】本発明は、不純物が初晶の金属間化合物として
晶出する系である限り、あらゆるアルミニウムスクラッ
プの精製に適用される。特に、不純物の一部がＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物として晶出する組成を
もつアルミニウムスクラップに対し顕著な効果を発揮
し、Ｆｅ及びＭｎ濃度が低下した精製アルミニウムが得
られる。アルミニウムスクラップを加熱溶解して得た溶
湯を冷却すると、不純物が金属間化合物として回転冷却
体の表面に晶出する。晶出した金属間化合物は、遠心力
で回転冷却体の表面から剥離し、溶湯中に拡散し易い。
本発明においては、回転冷却体の表面から剥離・落下す
る金属間化合物を、回転冷却体の下端に設けた受け皿に
集め、溶湯への拡散を防止する。その結果、金属間化合
物が晶出した分だけ確実にアルミニウムが純化され、高
い精製効率で精製アルミニウムが得られる。

【０００６】本発明に従った精製装置は、たとえば図１
に示すように、黒鉛製のルツボ或いは黒鉛とＳｉＣとを
混合焼成したルツボ本体１１を外容器１２に入れた精製
容器１０を備えている。精製容器１０には、温度制御用
のバーナ１４を取り付けた蓋体１３を装着することが好
ましい。精製容器１０の外周には、加熱機構２０が外容
器１２を取り囲んで配置されている。加熱機構２０は、
内周側にヒータ２１を取り付けた耐火れんが製のヒータ
ブロック２２〜２４を備え、各ヒータブロック２２〜２
４の熱量が独立して制御されるものが好ましい。精製容
器１０の底部にも、ヒータブロック２５を配置する。精
製されるアルミニウムスクラップは、精製容器１０に装
入された後、ヒータブロック２２〜２５からの加熱によ
って溶解され、α−Ａｌの凝固点より僅かに高い温度に
保持される。

【０００７】溶融状態に保持された溶湯Ｍに、回転冷却
体３０が浸漬される。回転冷却体３０は、軸方向にガス
通路をもつ内管３１の先端部近傍に外管３２を嵌め合せ
ている。内管３１は、蓋体１３を貫通して上方に延び、
カップリング３３を介しモータ３４の出力軸３５に接続
されている。モータ３３から延びたアーム３６は、モー
タ３７で回転される送りネジ３８に嵌挿されている。こ
れにより、回転冷却体３０は、精製容器１０の内部で昇
降自在に回転する。外管３２は、図示するように底面側
が閉塞されており、内管３１の下端との間にギャップ３
９を形成する。内管３１から送り込まれた冷却媒体ｇ
は、ギャップ３９を経て外管３２から放出される。或い
は、内管３１及び外管３２の二重間構造に代え、所定の
ガス通路を形成した黒鉛ブロックを使用することもでき
る。

【０００８】冷却媒体ｇには、空気，非酸化性ガス，霧
状の水分を含む空気等が使用される。冷却媒体ｇの流動
により、外管３２の管壁を介して溶湯Ｍが冷却され、外
管３２の周囲に凝固体Ｓが成長する。溶湯Ｍの温度及び
凝固体Ｓの成長速度は、冷却媒体ｇの流量制御によって
最適に維持される。回転冷却体３０の下端には、溶接，
機械的嵌合等の手段によって受け皿４０が取り付けられ
ている。受け皿４０は、図２に示すように、底面４１が
回転冷却体３０の下端に固着されている。底面４２の周
囲は、傾斜して或いは直角状に起立した側壁４２となっ
ている。これにより、回転冷却体３０の下端近傍を取り
囲んで、環状の収容空間４３が形成される。受け皿４０
は、落下してくる金属間化合物を効率よく捕集する上か
らルツボ１１との間隙が３０〜１００ｍｍで、生成する
金属間化合物を基準として１．５〜３倍の収容空間４３
をもち、溶湯２の侵食に耐える耐熱ステンレス鋼等の材
質で作ることが好ましい。回転冷却体３０で溶湯Ｍが冷
却され降温するとき、不純物がＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ
系等の金属間化合物として晶出し、回転冷却体３０の表
面に凝固体Ｓとして付着する。凝固体Ｓの成長に伴っ
て、残りの溶湯Ｍが純化され、温度が更に下がる。

【０００９】金属間化合物の晶出に伴って、凝固体Ｓの
近傍にあるアルミニウム溶湯と母液との間で、不純物元
素の濃度差が大きくなる傾向を示す。濃度差の拡大は、
回転冷却体３０の回転によって凝固体Ｓ近傍のアルミニ
ウム溶湯を母液に拡散させることにより解消される。そ
のため、凝固界面における不純物元素の濃度差が均一化
され、金属間化合物の晶出及びアルミニウムの凝固が促
進される。しかし、回転冷却体３０の回転によって凝固
体Ｓに遠心力が働き、凝固体Ｓの一部が回転冷却体３０
の表面から剥離・落下する。脱落する金属間化合物は、
細かいものが多く、大きくても数ｍｍ程度の粒径であ
る。剥離した金属間化合物は、比重差によって溶湯Ｍ中
を落下する過程で、受け皿４０の収容空間４３に収容さ
れる。その結果、精製容器１０の炉底に沈積することが
なく、精製アルミニウムの純度を低下させる原因になら
ない。

【００１０】受け皿４０に収容された金属間化合物は、
受け皿４０が回転冷却体３０と一体的になっていること
から、精製工程終了後に回転冷却体３０を精製容器１０
から取り出す際に回転冷却体３０と共に精製アルミニウ
ムから分離される。受け皿４０を備えていない回転冷却
体３０を使用するとき、回転冷却体３０の表面から剥離
した金属間化合物は、精製容器１０の炉底に沈積する。
剥離して炉底に沈積する金属間化合物の量は、最適操業
条件でも１０〜３０％程度になる。溶解原料であるアル
ミニウムスクラップの組成によっては、晶出した金属間
化合物の半分近くが回転冷却体３０の表面から剥離し、
精製容器１０の炉底に沈積する場合もある。このような
多量の金属間化合物が受け皿４０に収容され、精製アル
ミニウムから分離されるので、精製効率が向上すると共
に、精製後の移湯も容易になる。

【００１１】回転冷却体３０の回転速度は、撹拌効果及
び金属間化合物の剥離を考慮し、具体的には外周速１〜
８ｍ／秒とすることが好ましい。また、溶湯Ｍの表面に
浮遊している酸化皮膜の巻込みを防止するため、回転冷
却体３０を一方向に回転させることが好ましい。溶湯Ｍ
がα−Ａｌの凝固点近傍まで降温したとき、冷却媒体ｇ
の供給及び回転冷却体３０の回転を止め、直ちにモータ
３７を回転させて回転冷却体３０をルツボ本体１１から
取り出す。その後、精製容器１０を傾動させ、不純物が
除去された溶湯Ｍを排出する。他方、回転冷却体３０上
に形成された凝固層Ｓを適宜の手段で剥離し、回転冷却
体３０を再使用する。たとえば、晶出した金属間化合物
の熱膨張係数が大きいことを利用し、回転冷却体３０を
急冷することにより凝固体Ｓにクラックを入れた後、回
転冷却体３０から凝固体Ｓを機械的に掻き取ることもで
きる。

【００１２】

【実施例】

実施例１：内径４００ｍｍ及び高さ８００ｍｍの黒鉛製
ルツボを図１に示す精製装置に装着し、アルミニウム溶
湯を精製した。回転冷却体３０としては、外径１００ｍ
ｍの黒鉛管を使用した。Ｓｉ：８重量％，Ｆｅ：０．８
重量％，Ｃｕ：３重量％及びＭｎ：０．４重量％を含む
アルミニウムスクラップ原料溶湯１５０ｋｇをルツボ１
０に装入し、６４０℃に加熱保持した。回転冷却体３０
を、ルツボの底から下端までの高さが２００ｍｍになる
ように設定し、外周における周速１．０ｍ／秒で回転さ
せた。

【００１３】冷媒ｇとして冷却空気を使用し、操業全期
間を通して３ｍ³ ／分の一定流量で供給した。また、冷
却速度が０．５℃／分となるように、溶湯Ｍの温度をヒ
ータ１２で制御した。溶湯Ｍの温度が５９６℃に達した
時点で回転冷却体３０の回転を止め、直ちに溶湯Ｍから
回転冷却体３０を取り出した。得られた精製アルミニウ
ムは、Ｆｅ：０．６重量％及びＭｎ：０．２重量％まで
純化されており、回収率が９５％であった。回転冷却体
３０から回収した金属間化合物の重量は２．２５ｋｇ
（１．５％）、受け皿４０で回収された金属間化合物の
重量は５．２５ｋｇ（３．５％）であった。受け皿４０
を装着しないと、この５．２５ｋｇの金属間化合物が溶
湯Ｍに取り込まれ、その分だけ精製アルミニウムの純度
が低下することになる。

【００１４】実施例２：Ｓｉ：６．５重量％．Ｆｅ：
０．８重量％，Ｃｕ：２．９重量％及びＭｎ０．１重量
％を含むアルミニウム原料溶湯にＭｎとして１．２ｋｇ
相当のＡｌ−Ｍｎ合金を添加し、Ｍｎ濃度を０．９重量
％に調整した。実施例１と同じ設備を使用し、同一の操
業条件で調整された溶湯を冷却して、アルミニウムを精
製した。得られた精製アルミニウムは、Ｆｅ：０．３８
重量％及びＭｎ：０．３９重量％まで純化されており、
回収率が９６％であった。回転冷却体３０から回収した
金属間化合物の重量は２．４ｋｇ（１．６％）であり、
受け皿４０で回収された金属間化合物の重量は３．６ｋ
ｇ（２．４％）であった。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、不純物が金属間化合物として晶出するアルミニウム
スクラップの溶湯を偏析凝固させアルミニウムを精製す
るとき、冷却体を回転させてアルミニウム溶湯を撹拌す
ることにより、晶出した金属間化合物を凝固体として回
転冷却体の表面に付着させると共に、回転冷却体の表面
から剥離・脱落する金属間化合物を受け皿に回収してい
る。そのため、精製容器の底部に金属間化合物が沈積す
ることが抑制され、純度の良好な精製アルミニウムが高
い歩留りで製造される。また、精製されたアルミニウム
の移湯も容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従った精製方法を実施する精製装置
の一例

【図２】 回転冷却体の下端に設けられた受け皿

【符号の説明】

Ｍ：アルミニウム溶湯 Ｓ：凝固体 Ａ：α−Ａｌ
層 Ｉ：晶出した金属間化合物 ｇ：冷却媒体 １０：精製容器 ２０：加熱機構 ３０：回転冷却
体 ４０：受け皿

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 初晶が金属間化合物として晶出する原料
   溶湯を収容する精製容器と、前記原料溶湯に浸漬される
   回転冷却体と、該回転冷却体の内部に冷却媒体を送り込
   む機構と、前記回転冷却体の下端に取り付けられた受け
   皿とを備え、前記回転冷却体の表面に晶出した金属間化
   合物が前記回転冷却体の表面から剥離・落下する部分を
   前記受け皿で受け止めることを特徴とするアルミニウム
   スクラップの精製装置。