JPH0797640A - Detection of solidification boundary in aluminum refining - Google Patents
Detection of solidification boundary in aluminum refiningInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムの原料溶
湯に含まれている不純物を晶出分離しながら目標組成の
精製アルミニウムを凝固体として得る精製法において、
凝固界面を検出する方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a refining method for obtaining purified aluminum having a target composition as a solidified body while crystallizing and separating impurities contained in a molten aluminum raw material,
The present invention relates to a method for detecting a solidification interface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】不純物を含んでいるアルミニウム溶湯を
冷却するとき、溶湯温度が液相線まで降下すると、その
液相線温度に応じて固相の晶出が開始する。たとえば、
α−Ａｌが初晶として晶出する系では、Ａｌが優先的に
固相に取り込まれ、Ｓｉ，Ｆｅ，Ｍｎ等の不純物が残液
に濃縮する。この偏析凝固を利用して、アルミニウムス
クラップを精製する種々の方法が検討されている。原料
溶湯を精製容器に収容し、容器底部に配置した冷却体で
冷却するとき、精製アルミニウムが精製容器の底部から
成長する。このとき、精製反応を高精度で制御するた
め、凝固界面を検出することが要求される。そこで、溶
湯に浸漬している撹拌子を降下させ、撹拌子のトルク変
化から凝固界面を検出する方法（特開昭５８−４４７３
１号公報），耐熱性の棒状検出子を撹拌子とは別に精製
容器内の溶湯に浸漬し、検出子を下降させて凝固界面を
検出する方法（特開昭６２−１８２５５号公報）等がこ
れまで紹介されている。2. Description of the Related Art When cooling an aluminum melt containing impurities, when the melt temperature drops to the liquidus, crystallization of the solid phase starts depending on the liquidus temperature. For example,
In a system in which α-Al crystallizes as a primary crystal, Al is preferentially taken into the solid phase, and impurities such as Si, Fe and Mn are concentrated in the residual liquid. Various methods for purifying aluminum scrap by utilizing this segregation solidification have been investigated. When the raw material molten metal is placed in a refining vessel and cooled by a cooling body arranged at the bottom of the vessel, refined aluminum grows from the bottom of the refining vessel. At this time, in order to control the purification reaction with high accuracy, it is necessary to detect the solidification interface. Therefore, a method of lowering the stirrer immersed in the molten metal and detecting the solidification interface from the torque change of the stirrer (Japanese Patent Laid-Open No. 58-4473).
No. 1), a heat-resistant rod-shaped detector is immersed in a molten metal in a refining container separately from an agitator, and the detector is lowered to detect a solidification interface (Japanese Patent Laid-Open No. 62-18255). Has been introduced so far.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】撹拌子のトルク変化か
ら凝固界面を検出する方法では、凝固界面からの距離に
関係なくトルクが変化する場合があるため、検出結果に
信頼性が欠ける。この種のトルク変化を発生させる要因
としては、撹拌子の回転軸が偏心していることが掲げら
れる。また、溶湯の上部温度が低下したとき、溶湯界面
において回転軸にアルミニウムが凝固し、回転軸に不均
一な負荷が加わることもある。更には、電流の変動、ひ
いては溶湯温度制御の不十分さに起因して過冷却による
浮遊晶が発生し、溶湯の抵抗上昇に伴った負荷が増大す
ること等もある。また、凝固界面から撹拌子までの距離
に応じてトルクがリニアーに変化しないので、凝固界面
からの位置が一定しない。更に、凝固界面の位置を撹拌
子によって直接測定することができない。In the method of detecting the solidification interface from the change in the torque of the stirrer, the torque may change regardless of the distance from the solidification interface, so the detection result lacks reliability. One of the factors that cause this kind of torque change is that the rotating shaft of the stirring bar is eccentric. Further, when the upper temperature of the molten metal is lowered, aluminum may be solidified on the rotating shaft at the molten metal interface, and an uneven load may be applied to the rotating shaft. Furthermore, fluctuations in current, and in turn, insufficient control of the temperature of the melt may cause floating crystals due to supercooling, which may increase the load associated with an increase in the resistance of the melt. Further, since the torque does not change linearly according to the distance from the solidification interface to the stirrer, the position from the solidification interface is not constant. Furthermore, the position of the solidification interface cannot be measured directly by the stir bar.
【０００４】棒状検出子は、先端が凝固体表面に接触で
きることから、比較的高精度で凝固界面が検出される。
しかし、棒状検出子及び昇降機器等の付帯機器を必要と
することは勿論、撹拌子との位置の取合いから検出子を
小さくする必要がある。小径の検出子による検出結果
は、凝固界面の部分的な情報を表すに過ぎず、検出対象
があまり平滑ではない凝固界面であることから、必然的
に測定誤差を含むことになる。また、検出子は、撹拌子
との位置の取合いを考慮して精製容器の側壁近傍に配置
される。側壁近傍では、溶湯及び凝固体の熱流速が精製
容器の中心部と異なる不安定な状態にあり、それに応じ
て凝固体の成長度合いも精製容器の中心部と異なってく
る。この点も、誤差要因として検出結果に取り込まれ
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、撹拌子自体で凝固界面を直接測定すること
により、高精度で凝固界面の位置を検出することを目的
とする。Since the tip of the rod-shaped detector can contact the surface of the solidified body, the solidified interface can be detected with relatively high accuracy.
However, needless to say, a rod-shaped detector and auxiliary equipment such as a lifting device are required, and it is also necessary to make the detector small in view of the position of the stirrer. The detection result by the small-diameter detector merely represents partial information of the solidification interface, and the detection target is a solidification interface that is not so smooth, and thus necessarily includes a measurement error. Further, the detector is arranged near the side wall of the purification container in consideration of the position of the detector. In the vicinity of the side wall, the heat velocities of the molten metal and the solidified body are in an unstable state, which is different from the central portion of the purification container, and accordingly, the growth degree of the solidified body also differs from the central portion of the purification container. This point is also taken into the detection result as an error factor. The present invention has been devised to solve such a problem, and an object thereof is to detect the position of the solidification interface with high accuracy by directly measuring the solidification interface with the stirring bar itself.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の凝固界面検出方
法は、その目的を達成するため、冷却体が底部に配置さ
れた精製容器に収容した溶湯をアルミニウムの融点以上
に保持し、前記溶湯を撹拌子で撹拌しながら前記冷却体
で冷却し、精製アルミニウムを凝固体として成長させる
際、前記撹拌子を昇降用モータで定期的に降下させ、前
記撹拌子が前記凝固体に接近したことを回転用モータの
電流変化で検出し、該電流変化が検出された時点で前記
撹拌子の回転を中止し、更に前記撹拌子を降下させて前
記凝固体の表面に接触させ、前記昇降用モータの電流変
化で前記凝固体に前記撹拌子が接触したことを検出し、
この期間の前記撹拌子の降下量から前記凝固界面の位置
を算出することを特徴とする。In order to achieve the object of the solidification interface detection method of the present invention, the cooling medium is held in a refining container having a cooling member arranged at the bottom thereof at a temperature not lower than the melting point of aluminum. Cooling with the cooling body while stirring with a stirrer, and when growing purified aluminum as a solidified body, the stirrer is periodically lowered by a lifting motor so that the stirrer approaches the solidified body. Detected by the current change of the rotation motor, the rotation of the stirrer is stopped at the time when the current change is detected, the stirrer is further lowered and brought into contact with the surface of the solidified body, Detecting that the stirrer has come into contact with the solidified body due to a change in current,
The position of the solidification interface is calculated from the amount of fall of the stirrer during this period.
【０００６】撹拌子の材質には、アルミニウム溶湯に対
する耐侵食性を考慮して、黒鉛が通常使用されている。
黒鉛製の撹拌子は、比較的脆弱であり、僅かな力が加わ
った場合でも破損し易い。本発明では、この撹拌子を凝
固体表面に直接接触させることにより、凝固界面の位置
を検出することから、接触に際しては過度の力が撹拌子
に加わらないようにする。具体的には、回転用モータに
電流変化が検出されたとき撹拌子の回転を中止し、静止
状態にある撹拌子を継続して降下させる。また、凝固体
に接した撹拌子に加わる圧力が０．１〜１ｋｇ／ｃｍ2
に達したとき、昇降用モータを停止させる。本発明は、
たとえば図１に示す精製装置に適用される。この精製装
置は、精製容器としての黒鉛ルツボ１０を外容器１１に
収容し、外容器１１の外周をヒータ１２で取り囲んでい
る。外容器１１の下部には、冷却媒体１３が送り込まれ
る冷却体１４が設けられている。また、外容器１１の上
部開口には、バーナ１５を備えた蓋体１６を装着してい
る。As the material of the stirrer, graphite is usually used in consideration of the corrosion resistance to molten aluminum.
The stir bar made of graphite is relatively fragile and is easily broken even when a slight force is applied. In the present invention, the position of the solidification interface is detected by directly contacting the stirrer with the surface of the solidified body, so that an excessive force is not applied to the stirrer at the time of contact. Specifically, the rotation of the stirring bar is stopped when a current change is detected in the rotating motor, and the stirring bar in the stationary state is continuously lowered. Moreover, the pressure applied to the stirrer in contact with the solidified body is 0.1 to 1 kg / cm 2
When it reaches, the lifting motor is stopped. The present invention is
For example, it is applied to the refining device shown in FIG. In this refining apparatus, a graphite crucible 10 as a refining container is housed in an outer container 11, and the outer circumference of the outer container 11 is surrounded by a heater 12. A cooling body 14 into which the cooling medium 13 is fed is provided below the outer container 11. A lid 16 having a burner 15 is attached to the upper opening of the outer container 11.
【０００７】黒鉛ルツボ１０に収容した原料溶湯Ｍに、
撹拌子２０が浸漬される。撹拌子２０は、回転軸２１の
下端に羽根２２が取り付けている。回転軸２１の上端
は、回転用モータ２３の出力軸に接続されている。回転
用モータ２３から延びたアーム２４は、昇降用モータ２
５で回転される送りネジ２６に装着されている。撹拌子
２０を回転させるために回転用モータ２３に供給されて
いる電流は、電流検出器３１で検出され、ＣＰＵ３０に
入力される。同様に、昇降用モータ２５に供給されてい
る電流も、電流検出器３２で検出され、ＣＰＵ３０に入
力される。また、昇降用モータ２５の回転数は、回転数
カウンター３３で計測され、撹拌子２０の昇降量を表す
情報としてＣＰＵ３０に入力される。In the raw material melt M contained in the graphite crucible 10,
The stirrer 20 is immersed. The stirrer 20 has a blade 22 attached to the lower end of a rotating shaft 21. The upper end of the rotation shaft 21 is connected to the output shaft of the rotation motor 23. The arm 24 extending from the rotation motor 23 is used for the lifting motor 2
It is attached to the feed screw 26 rotated by 5. The current supplied to the rotation motor 23 to rotate the stirrer 20 is detected by the current detector 31 and input to the CPU 30. Similarly, the current supplied to the lifting motor 25 is also detected by the current detector 32 and input to the CPU 30. Further, the rotation speed of the lifting / lowering motor 25 is measured by the rotation speed counter 33 and is input to the CPU 30 as information indicating the lifting / lowering amount of the stirring bar 20.
【０００８】溶湯Ｍを撹拌子２０で撹拌しながら下方か
ら冷却体１４で冷却するとき、黒鉛ルツボ１０の底部に
α−Ａｌが凝固体Ｓとして成長する。α−Ａｌの晶出に
伴って不純物が溶湯Ｍに濃縮するため、過剰な不純物が
金属間化合物として晶出する。晶出した金属間化合物
は、撹拌子２０によって溶湯Ｍ内に生じた撹拌流によっ
て凝固界面Ｉから持ち去られる。そのため、凝固界面Ｉ
の近傍では、常に一定した不純物濃度が維持され、組成
が安定した凝固体Ｓが成長する。この精製過程におい
て、凝固界面Ｉを正確に測定するためには、検出体を凝
固界面Ｉに確実に接触させる必要がある。また、測定対
象である凝固界面Ｉが平滑でないことから、凝固体Ｓに
対する検出体の接触面積にある程度の大さが必要であ
る。更に、測定位置は、熱安定性が最も高い黒鉛ルツボ
１０の中心部が好ましい。本発明者等は、これらの条件
を満足させるために鋭意検討した結果、撹拌子２０自体
を検出体として使用することが最適であるとの結論に達
した。When the molten metal M is cooled by the cooling body 14 from below while stirring with the stir bar 20, α-Al grows as a solidified body S on the bottom of the graphite crucible 10. Impurities are concentrated in the molten metal M as the α-Al crystallizes, so that excess impurities crystallize out as intermetallic compounds. The crystallized intermetallic compound is carried away from the solidification interface I by the stirring flow generated in the molten metal M by the stirring bar 20. Therefore, the solidification interface I
In the vicinity of, a constant impurity concentration is always maintained, and a solidified body S having a stable composition grows. In this refining process, in order to accurately measure the coagulation interface I, it is necessary to bring the detection body into contact with the coagulation interface I reliably. Further, since the coagulation interface I to be measured is not smooth, the contact area of the detection body with the coagulation body S needs to be large to some extent. Further, the measurement position is preferably the central portion of the graphite crucible 10 having the highest thermal stability. As a result of intensive studies to satisfy these conditions, the present inventors have concluded that it is optimal to use the stirring bar 20 itself as a detector.
【０００９】しかし、撹拌子２０を単純に降下させて凝
固体Ｓの表面と接触させると、回転用モータ２３に多大
の負荷が加わり、回転用モータ２３や撹拌子２０の羽根
２２に故障，破損等のトラブルが発生し易くなる。ま
た、撹拌子２０を凝固界面Ｉに押し付ける力が強くなる
と、大径の羽根２２を小径の回転軸２１に一体化した撹
拌子２０の構造から、羽根２２と回転軸２１との接合部
分に亀裂，欠け等の欠陥が生じ易い。そこで、本発明に
おいては、凝固界面Ｉを検出するために撹拌子２０を下
降させるとき、撹拌子２０を回転させるモータ２３のト
ルクを常に検出する。検出されたトルクに変化がみられ
たとき、粘性の大きな凝固界面Ｉの近傍に撹拌子２０の
下端が達したものと判定する。そこで、トルク変化の検
出と同時に撹拌子２０の回転を停止させる。次いで、昇
降用モータ２５を駆動して、停止状態の撹拌子２０を更
に下降させ、凝固体Ｓの表面に接触させる。However, if the stirrer 20 is simply lowered and brought into contact with the surface of the solidified body S, a large load is applied to the rotation motor 23, and the rotation motor 23 and the blades 22 of the stirrer 20 are broken or damaged. Trouble such as occurs easily. When the force of pressing the stirrer 20 against the solidification interface I becomes strong, the structure of the stirrer 20 in which the large-diameter blade 22 is integrated with the small-diameter rotary shaft 21 causes cracks in the joint portion between the blade 22 and the rotary shaft 21. , Defects such as chips are likely to occur. Therefore, in the present invention, when the stirrer 20 is lowered to detect the solidification interface I, the torque of the motor 23 that rotates the stirrer 20 is always detected. When a change is detected in the detected torque, it is determined that the lower end of the stirrer 20 has reached near the solidification interface I having large viscosity. Therefore, the rotation of the stirring bar 20 is stopped simultaneously with the detection of the torque change. Then, the elevating motor 25 is driven to further lower the stirrer 20 in the stopped state to bring it into contact with the surface of the solidified body S.
【００１０】凝固体Ｓ表面に接触したか否かは、撹拌子
２０に加わる力を測定することにより知ることができ
る。すなわち、撹拌子２０の底面に加わる力が０．１〜
１ｋｇ／ｃｍ2 ，より好ましくは０．１〜０．５ｋｇ／
ｃｍ2 に達したとき、撹拌子２０が凝固体Ｓ表面に接触
したものと判定される。この範囲の力では撹拌子２０の
羽根２２と回転軸２１との接合部に加わる応力が無視さ
れ、凝固体Ｓ表面に撹拌子２０を直接接触できる。撹拌
子２０に加わる力は、昇降用モータ２５の電流値変化と
して現れる。そこで、予め圧力と電流値との関係を求め
ておき、圧力が０．１〜１ｋｇ／ｃｍ2 に達したことを
表す電流値変化がみられたとき、昇降用モータ２５に対
する通電を止め、撹拌子２０の下降を停止させる。或い
は、通電切り換えによって昇降用モータ２５を反転さ
せ、撹拌子２０を上昇させても良い。Whether or not the surface of the solidified body S is contacted can be known by measuring the force applied to the stirring bar 20. That is, the force applied to the bottom surface of the stirring bar 20 is 0.1 to 0.1
1 kg / cm 2 , more preferably 0.1-0.5 kg /
When it reaches cm 2 , it is determined that the stirring bar 20 has come into contact with the surface of the solidified body S. With the force in this range, the stress applied to the joint between the blade 22 of the stirrer 20 and the rotary shaft 21 is ignored, and the stirrer 20 can directly contact the surface of the solidified body S. The force applied to the stirring bar 20 appears as a change in the current value of the lifting motor 25. Therefore, the relationship between the pressure and the current value is obtained in advance, and when a change in the current value indicating that the pressure has reached 0.1 to 1 kg / cm 2 is observed, the energization to the lifting motor 25 is stopped and the stirring is performed. The descending of the child 20 is stopped. Alternatively, the stirring motor 20 may be raised by reversing the lifting motor 25 by switching the energization.
【００１１】凝固界面Ｉの位置を検出した後、凝固界面
Ｉから設定距離だけ離れた位置まで撹拌子２０を上昇さ
せ、回転用モータ２３を再駆動させて撹拌子２０を回転
させる。その結果、通常の精製状態に戻る。凝固界面Ｉ
から数ｍｍ単位で離れた位置に撹拌子２０の下端が達し
たとき、回転用モータ２３のトルクに変化がみられる。
この位置では、撹拌子２０に過大な応力が加わることは
ない。したがって、この位置から回転を停止した撹拌子
２０を下降させて凝固体Ｓの表面に接触させると、撹拌
子２０を破損することなく、凝固界面Ｉが直接測定され
る。このとき、撹拌子２０の保護を図るため、羽根２２
から回転軸２１を下方に突出させ、この突出部分を凝固
体Ｓの表面に接触させる方式を採用することもできる。After detecting the position of the solidification interface I, the stirrer 20 is raised to a position separated from the solidification interface I by a set distance, and the rotation motor 23 is re-driven to rotate the stirrer 20. As a result, the normal purification state is restored. Solidification interface I
When the lower end of the stirrer 20 reaches a position separated by several mm from, the torque of the rotation motor 23 changes.
At this position, no excessive stress is applied to the stirring bar 20. Therefore, when the stirrer 20 that has stopped rotating is lowered from this position and brought into contact with the surface of the solidified body S, the solidification interface I is directly measured without damaging the stirrer 20. At this time, in order to protect the stirring bar 20, the blade 22
It is also possible to adopt a method in which the rotary shaft 21 is projected downward from the above and the projected portion is brought into contact with the surface of the solidified body S.
【００１２】本発明に従って精製されるアルミニウム溶
湯は、α−Ａｌ又は金属間化合物の何れが初晶として晶
出する組成をもつものでも良い。ただし、精製アルミニ
ウムを凝固体Ｓとして得ることから、金属間化合物が初
晶として晶出する系では、精製の初期段階で晶出した金
属間化合物を黒鉛ルツボ１０の底部中央に集め、吸引等
によって系外に排出する。このとき、撹拌子２０の回転
速度を制御することにより、金属間化合物の凝集が促進
される。そして、α−Ａｌの晶出が始まった時点から、
正規の精製操業を開始する。The molten aluminum purified according to the present invention may have a composition in which either α-Al or an intermetallic compound crystallizes as a primary crystal. However, since purified aluminum is obtained as the solidified body S, in a system in which the intermetallic compound crystallizes as a primary crystal, the intermetallic compound crystallized in the initial stage of purification is collected in the center of the bottom of the graphite crucible 10 and sucked or the like. Discharge to the outside of the system. At this time, by controlling the rotation speed of the stirrer 20, aggregation of the intermetallic compound is promoted. Then, from the time when crystallization of α-Al begins,
Start regular refining operations.
【００１３】[0013]
【作用】このようにして、回転用モータ２３の電流値変
化から撹拌子２０が凝固界面Ｉに接近したことを検出
し、昇降用モータ２５の電流値変化から撹拌子２０が凝
固体Ｉに接触したことを検出する。この期間の撹拌子２
０の降下量は、回転数カウンター３３で計測された昇降
用モータ２５の総回転数から判る。その結果、撹拌子２
０を降下させる単純な作業で、凝固界面Ｉの位置が正確
に把握される。この点、特開昭５８−４４７３１号公報
のように回転用モータ２３のトルク変化から凝固界面Ｉ
を推定する方式は、撹拌子２０を凝固体Ｓの表面に直接
接触させて凝固界面Ｉの位置を測定するものでない。し
かも、凝固界面Ｉの形状に応じて、トルク変化を表す電
流値の変動状況が異なる。そのため、測定結果に信頼性
が欠ける。他方、本発明では、撹拌子２０の直接接触に
よって凝固界面Ｉの位置を検出しているので、信頼性の
高い検出結果が得られる。この検出結果に基づき凝固速
度等の操業条件を制御するとき、予測した精製過程が進
行し、得られた精製アルミニウムの品質が安定化する。In this way, it is detected from the change in the current value of the rotating motor 23 that the stirrer 20 has approached the solidification interface I, and the change in the current value of the lifting motor 25 causes the stirrer 20 to contact the solidified body I. Detect what you have done. Stirrer 2 for this period
The amount of descent of 0 can be known from the total number of revolutions of the lifting motor 25 measured by the revolution counter 33. As a result, the stirrer 2
The position of the solidification interface I is accurately grasped by a simple work of lowering 0. In this respect, the solidification interface I is determined from the torque change of the rotating motor 23 as in Japanese Patent Laid-Open No. 58-44731.
The method of estimating is not to measure the position of the solidification interface I by directly contacting the stirrer 20 with the surface of the solidified body S. Moreover, the variation of the current value representing the torque change differs depending on the shape of the solidification interface I. Therefore, the measurement result lacks reliability. On the other hand, in the present invention, since the position of the solidification interface I is detected by the direct contact of the stirring bar 20, a highly reliable detection result can be obtained. When controlling the operating conditions such as the solidification rate based on the detection result, the predicted refining process proceeds and the quality of the obtained refined aluminum is stabilized.
【００１４】[0014]
【実施例】原料アルミニウムの溶湯Ｍを、内径４００ｍ
ｍ及び深さ８００ｍｍの黒鉛製ルツボ２０に装入した。
羽根径２００ｍｍ及び軸径５０ｍｍの撹拌子２０をアー
ム２４で支持し、昇降用モータ２５を回転させながら溶
湯Ｍに浸漬した。精製操業中は、回転用モータ２３によ
り撹拌子２０を２５０ｒ．ｐ．ｍで回転させた。操業ス
タート時に、黒鉛ルツボ１０の底部から回転用モータ２
３までの高さを１５００ｍｍ，回転用モータ２３から撹
拌子２０の羽根２２の下端までの距離を１４００ｍｍに
設定した。したがって、撹拌子２０は、黒鉛ルツボ１０
の底面から羽根２２の下端までの高さ１００ｍｍの位置
で回転させたことになる。[Example] A molten metal M of raw material aluminum having an inner diameter of 400 m
It was charged into a graphite crucible 20 having a depth of m and a depth of 800 mm.
An agitator 20 having a blade diameter of 200 mm and a shaft diameter of 50 mm was supported by an arm 24, and was immersed in the molten metal M while rotating a lifting motor 25. During the refining operation, the stirring bar 20 is rotated by the rotating motor 23 to 250 r.p.m. p. It was rotated at m. At the start of operation, the motor 2 for rotation starts from the bottom of the graphite crucible 10.
3 was set to 1500 mm, and the distance from the rotation motor 23 to the lower end of the blade 22 of the stirring bar 20 was set to 1400 mm. Therefore, the stirring bar 20 is the same as the graphite crucible 10.
This means that the blade is rotated at a position of 100 mm in height from the bottom surface of the blade to the lower end of the blade 22.
【００１５】溶湯の凝固速度は、凝固体Ｓの成長速度で
１．７ｍｍ／分となるように冷却条件を制御した。この
条件下で精製を５分継続した後、昇降用モータ２５によ
って撹拌子２０を降下させた。このとき、昇降用モータ
２５の電流値を０．４Ａにして、撹拌子２０の降下速度
を４００ｍｍ／分に設定した。撹拌子２０が凝固界面Ｉ
に近付くに従って、回転用モータ２３の電流値は、定常
状態の１Ａから急激に上昇した。図２は、このときの電
流値上昇曲線を示す。過去の実績から電流値が１．２Ａ
になっても未だ羽根２２が凝固界面Ｉに接触していない
ことが判っているので、電流検出器３１で検出された値
が１．２Ａに達した時点で、ＣＰＵ３０から制御信号を
出力し、モータ２３の回転を止めた。これにより、撹拌
子２０は、羽根２２が凝固界面Ｉに接触しておらず、回
転を中止した状態となる。The cooling conditions were controlled so that the solidification rate of the molten metal was 1.7 mm / min as the growth rate of the solidified body S. After continuing the purification for 5 minutes under these conditions, the stirring bar 20 was lowered by the lifting motor 25. At this time, the current value of the lifting motor 25 was set to 0.4 A, and the descending speed of the stirring bar 20 was set to 400 mm / min. Stirrer 20 is solidification interface I
The current value of the rotation motor 23 drastically increased from 1 A in the steady state. FIG. 2 shows a current value increase curve at this time. Current value is 1.2A from past results
Since it is known that the blades 22 are not yet in contact with the solidification interface I even when it becomes, the CPU 30 outputs a control signal when the value detected by the current detector 31 reaches 1.2A. The rotation of the motor 23 was stopped. As a result, the stirring bar 20 is in a state in which the blade 22 is not in contact with the solidification interface I and the rotation is stopped.
【００１６】他方、昇降用モータ２５は、継続して駆動
している。そのため、撹拌子２０は、回転を停止した状
態で凝固界面Ｉに向けて下降した。撹拌子２０の羽根２
２が凝固界面Ｉに接触するまでの時間は、極く僅かであ
る。凝固界面Ｉに羽根２２が接触したことは、昇降用モ
ータ２５の電流値を測定することにより検出できる。す
なわち、昇降用モータ２５に供給されている電流値は、
図３に示すように定常状態の０．４Ａから急激に立ち上
がり、昇降用モータ２５に加わる負荷が増加することを
示す。過去の実績から昇降用モータ２５の電流値が０．
６Ａを超えると羽根２２が凝固界面Ｉに接触しているこ
とが判っているので、電流検出値３２で検出された電流
値が０．６Ａに達したとき、ＣＰＵ３０から制御信号を
出力し、昇降用モータ２５を反転させて撹拌子２０を上
昇させた。On the other hand, the lifting motor 25 is continuously driven. Therefore, the stirrer 20 descended toward the solidification interface I while the rotation was stopped. Blade 2 of stirrer 20
The time for 2 to contact the solidification interface I is extremely short. The contact of the blade 22 with the solidification interface I can be detected by measuring the current value of the lifting motor 25. That is, the current value supplied to the lifting motor 25 is
As shown in FIG. 3, the load suddenly rises from 0.4 A in the steady state and the load applied to the lifting motor 25 increases. From the past results, the current value of the lifting motor 25 is 0.
It is known that the blades 22 are in contact with the solidification interface I when the current exceeds 6 A. Therefore, when the current value detected by the current detection value 32 reaches 0.6 A, the CPU 30 outputs a control signal to move up and down. The stirring motor 20 was raised by reversing the motor 25 for use.
【００１７】昇降用モータ２５の電流値上昇は、撹拌子
２０に加わる圧力が増加することも表している。そこ
で、精製装置の系外で、電流値と圧力との関係を前もっ
て調査したところ、図４に示す関係が成立していた。す
なわち、定常状態の０．４Ａでは撹拌子２０に加えられ
る圧力が検出されないが、０．４Ａを超えて０．６Ａに
なったとき、０．１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力が撹拌子２０に
加えられ、１．５Ａでは１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力となって
いた。また、実際の精製過程では、圧力が１ｋｇ／ｃｍ
2 のとき、羽根２２の下端が凝固体Ｓに約０．５ｍｍ食
い込んでいることが確認された。そこで、撹拌子２０の
破損を防止する上から、電流検出器３２で検出された電
流値が０．６Ａ以上になった時点で撹拌子２０の下降を
停止することとした。The increase in the current value of the lifting motor 25 also means that the pressure applied to the stirring bar 20 increases. Therefore, when the relationship between the current value and the pressure was investigated in advance outside the system of the refiner, the relationship shown in FIG. 4 was established. That is, the pressure applied to the stir bar 20 is not detected at 0.4 A in the steady state, but when the pressure exceeds 0.4 A and reaches 0.6 A, a pressure of 0.1 kg / cm 2 is applied to the stir bar 20. , 1.5 A, the pressure was 1 kg / cm 2 . In the actual refining process, the pressure is 1 kg / cm.
At the time of 2 , it was confirmed that the lower end of the blade 22 bites into the solidified body S by about 0.5 mm. Therefore, in order to prevent the stirrer 20 from being damaged, the stirrer 20 is stopped from descending when the current value detected by the current detector 32 becomes 0.6 A or more.
【００１８】撹拌子２０の下降を始めてから昇降用モー
タ２５の電流値が０．６Ａに達するまで、回転数カウン
ター３３で計測された昇降用モータ２５の総回転数は、
９２０００回転であった。使用した設備では、昇降用モ
ータ２５の１回転当り撹拌子２０が１／１０００ｍｍだ
け昇降するように送りネジ２６が設計されているので、
撹拌子２０が９２ｍｍ下降したことになる。精錬スター
ト時に黒鉛ルツボ１０の底面から撹拌子２０の下端まで
の高さが１００ｍｍに設定されていたことから、５分間
で凝固体Ｓが厚み８ｍｍに成長したことが判る。すなわ
ち、この期間における実際の凝固速度は、８ｍｍ／５分
＝１．６ｍｍ／分であり、設定凝固速度１．７ｍｍ／分
に高精度で一致していることが判った。The total number of rotations of the lifting / lowering motor 25 measured by the rotation speed counter 33 until the current value of the lifting / lowering motor 25 reaches 0.6 A after the stirrer 20 starts to descend.
It was 92000 rpm. In the equipment used, the feed screw 26 is designed so that the stirring bar 20 moves up and down by 1/1000 mm per revolution of the lifting motor 25.
This means that the stirrer 20 has descended by 92 mm. Since the height from the bottom surface of the graphite crucible 10 to the lower end of the stir bar 20 was set to 100 mm at the start of refining, it can be seen that the solidified body S grew to a thickness of 8 mm in 5 minutes. That is, it was found that the actual coagulation rate in this period was 8 mm / 5 minutes = 1.6 mm / minute, which coincided with the set coagulation rate of 1.7 mm / minute with high accuracy.
【００１９】このようにして、凝固界面Ｉの位置を５分
間隔で間欠的に測定した。測定値から求められた実際の
凝固速度が設定凝固速度よりも遅いときには、冷却体１
４に供給する冷却媒体１３の流量を増加させ、凝固体Ｓ
の成長を促進させた。逆に、実際の凝固速度が設定凝固
速度よりも早いときには、冷却体１４に供給する冷却媒
体１３の流量を減少させ、凝固体Ｓの成長を抑制した。
その結果、一定した凝固速度で凝固体Ｓが成長したた
め、得られた精製アルミニウムは品質安定性に富むもの
であった。また、精製を５０回継続した後でも、撹拌子
２０には、凝固体Ｓへの接触に起因した亀裂，欠け等の
欠陥発生は何ら観察されなかった。In this way, the position of the solidification interface I was measured intermittently at intervals of 5 minutes. When the actual solidification rate obtained from the measured values is slower than the set solidification rate, the cooling body 1
4, the flow rate of the cooling medium 13 supplied to the
Promoted the growth of. On the contrary, when the actual solidification rate is higher than the set solidification rate, the flow rate of the cooling medium 13 supplied to the cooling body 14 is reduced to suppress the growth of the solidification body S.
As a result, since the solidified body S grew at a constant solidification rate, the obtained purified aluminum had a high quality stability. Further, even after the purification was continued 50 times, no defects such as cracks and chips due to contact with the solidified body S were observed in the stir bar 20.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によると
き、精製操業中に凝固界面の位置が正確に検出される。
この凝固界面の位置に基づき凝固体の成長速度が算出さ
れるため、安定して精製アルミニウムが得られる。ま
た、精製容器の中央部に配置されている面積の大きな撹
拌子を位置検出に兼用していることから、専用の検出体
及びその昇降機構が不要になることは勿論、凝固界面の
位置に関して高精度のデータが得られ、制御の信頼性が
向上する。その結果、得られた精製アルミニウムは、品
質安定性に優れた製品となる。As described above, according to the present invention, the position of the solidification interface is accurately detected during the refining operation.
Since the growth rate of the solidified body is calculated based on the position of this solidification interface, purified aluminum can be stably obtained. In addition, since the stirrer with a large area, which is arranged in the center of the purification container, is also used for position detection, a dedicated detector and its lifting mechanism are not required, and of course the position of the solidification interface is high. Accuracy data is obtained and control reliability is improved. As a result, the obtained purified aluminum becomes a product having excellent quality stability.
【図１】 本発明が実施される精製装置の一例FIG. 1 is an example of a refining device in which the present invention is implemented.
【図２】 撹拌子を下降させたときの回転用モータの電
流変化[Fig. 2] Change in current of rotating motor when stirrer is lowered
【図３】 同じく昇降用モータの電流変化[Fig. 3] Similarly, current change of the lifting motor
【図４】 昇降用モータの電流値と撹拌子に加わる圧力
との関係[Fig. 4] Relationship between current value of lifting motor and pressure applied to stirrer
１０：黒鉛ルツボ（精製容器） １４：冷却体 ２
０：撹拌子 ２３：回転用モータ ２５：昇降用モ
ータ Ｍ：溶湯 Ｓ：凝固体 Ｉ：凝固界面10: Graphite crucible (purification container) 14: Cooling body 2
0: Stirrer 23: Rotating motor 25: Lifting motor M: Molten metal S: Solidified body I: Solidified interface
Claims (2)
容した溶湯をアルミニウムの融点以上に保持し、前記溶
湯を撹拌子で撹拌しながら前記冷却体で冷却し、精製ア
ルミニウムを凝固体として成長させる際、前記撹拌子を
昇降用モータで定期的に降下させ、前記撹拌子が前記凝
固体に接近したことを回転用モータの電流変化で検出
し、該電流変化が検出された時点で前記撹拌子の回転を
中止し、更に前記撹拌子を降下させて前記凝固体の表面
に接触させ、前記昇降用モータの電流変化で前記凝固体
に前記撹拌子が接触したことを検出し、この期間の前記
撹拌子の降下量から前記凝固界面の位置を算出すること
を特徴とするアルミニウム精製における凝固界面の検出
方法。1. A molten metal contained in a refining vessel having a cooling body arranged at the bottom is maintained at a melting point of aluminum or higher, and the molten metal is cooled by the cooling body while stirring with a stirrer, and purified aluminum is used as a solidified body. When growing, the stirrer is periodically lowered by a lifting motor, the approach of the stirrer to the solidified body is detected by a change in the current of the rotating motor, and when the change in current is detected, the aforesaid The rotation of the stirrer is stopped, the stirrer is further lowered to contact the surface of the solidified body, and it is detected that the stirrer has come into contact with the solidified body by the change in the current of the lifting motor, and this period is detected. The method for detecting a solidification interface in aluminum refining, which comprises calculating the position of the solidification interface from the amount of descending stirrer.
０．１〜１ｋｇ／ｃｍ2 に達したとき、昇降用モータを
停止させる請求項１記載の検出方法。2. The detection method according to claim 1, wherein when the pressure applied to the stirrer in contact with the solidified body reaches 0.1 to 1 kg / cm 2 , the lifting motor is stopped.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24498993A JPH0797640A (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Detection of solidification boundary in aluminum refining |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24498993A JPH0797640A (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Detection of solidification boundary in aluminum refining |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797640A true JPH0797640A (en) | 1995-04-11 |
Family
ID=17126931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24498993A Pending JPH0797640A (en) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | Detection of solidification boundary in aluminum refining |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797640A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008163420A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Showa Denko Kk | Metal refining method and apparatus, refined metal, cast product, metal product, and electrolytic capacitor |
| KR20180125572A (en) * | 2016-09-27 | 2018-11-23 | 노스이스턴 유니버시티 | A method of melting and reducing iron by stirring vortex |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP24498993A patent/JPH0797640A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008163420A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Showa Denko Kk | Metal refining method and apparatus, refined metal, cast product, metal product, and electrolytic capacitor |
| KR20180125572A (en) * | 2016-09-27 | 2018-11-23 | 노스이스턴 유니버시티 | A method of melting and reducing iron by stirring vortex |
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