JPH0797641A - アルミニウムスクラップの精製方法 - Google Patents
アルミニウムスクラップの精製方法Info
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- JPH0797641A JPH0797641A JP5244987A JP24498793A JPH0797641A JP H0797641 A JPH0797641 A JP H0797641A JP 5244987 A JP5244987 A JP 5244987A JP 24498793 A JP24498793 A JP 24498793A JP H0797641 A JPH0797641 A JP H0797641A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ａｌスクラップの溶湯を偏析凝固させ、精度
良く精製Ａｌを得る。 【構成】 黒鉛ルツボ１０に収容したスクラップ溶湯Ｍ
をＡｌの融点以上に保持し、α−Ａｌが晶出する条件下
で溶湯Ｍ中に冷却体２０を浸漬し、冷却体２０を回転さ
せながら溶湯Ｍを冷却する。精製Ａｌは、凝固体Ａとし
て冷却体２０の表面に成長する。このとき、溶湯Ｍの降
温速度の変曲点を求め、変曲点を凝固開始時点として定
め、凝固量，凝固速度，凝固継続時間，精製品質等の操
業条件を制御する。 【効果】 凝固開始点が正確に検出されるため、凝固
量，凝固速度，冷却終了時間，精製品質等が高精度で制
御される。
良く精製Ａｌを得る。 【構成】 黒鉛ルツボ１０に収容したスクラップ溶湯Ｍ
をＡｌの融点以上に保持し、α−Ａｌが晶出する条件下
で溶湯Ｍ中に冷却体２０を浸漬し、冷却体２０を回転さ
せながら溶湯Ｍを冷却する。精製Ａｌは、凝固体Ａとし
て冷却体２０の表面に成長する。このとき、溶湯Ｍの降
温速度の変曲点を求め、変曲点を凝固開始時点として定
め、凝固量，凝固速度，凝固継続時間，精製品質等の操
業条件を制御する。 【効果】 凝固開始点が正確に検出されるため、凝固
量，凝固速度，冷却終了時間，精製品質等が高精度で制
御される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムスクラッ
プを溶解した溶湯を偏析凝固させながら、目標組成のア
ルミニウムを精製する方法に関する。
プを溶解した溶湯を偏析凝固させながら、目標組成のア
ルミニウムを精製する方法に関する。
【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。たと
えば、特開昭５７−８２４３７号公報，特開昭５６−１
２７７３５号公報等では、容器に収容したアルミニウム
溶湯に回転冷却体を浸漬し、回転冷却体による冷却でア
ルミニウム溶湯を降温する。降温に伴って溶湯から晶出
したα−Ａｌは、回転冷却体の表面に精製アルミニウム
として成長する。溶湯の冷却凝固を一定時間継続させた
後、溶湯から回転冷却体を引き上げることにより、不純
物が濃縮した残液から精製アルミニウムが回収される。
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。たと
えば、特開昭５７−８２４３７号公報，特開昭５６−１
２７７３５号公報等では、容器に収容したアルミニウム
溶湯に回転冷却体を浸漬し、回転冷却体による冷却でア
ルミニウム溶湯を降温する。降温に伴って溶湯から晶出
したα−Ａｌは、回転冷却体の表面に精製アルミニウム
として成長する。溶湯の冷却凝固を一定時間継続させた
後、溶湯から回転冷却体を引き上げることにより、不純
物が濃縮した残液から精製アルミニウムが回収される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】冷却体を使用した従来
の精製法では、冷却体の表面に晶出したα−Ａｌの凝固
量を操業中に計測できない。そこで、多数回の操業試験
から経験的に割り出した操業時間に基づいて凝固速度，
操業終了等を定めていることから、操業条件のバラツキ
が避けられない。その結果、製品の品質や生産量にバラ
ツキが発生することになる。精製アルミニウムの品質が
不安定になる原因は、アルミニウム溶湯が凝固するとき
の不純物元素の実効分配係数が凝固速度に依存するにも
拘らず、操業中の凝固量が不明なため凝固速度を制御で
きないことにある。
の精製法では、冷却体の表面に晶出したα−Ａｌの凝固
量を操業中に計測できない。そこで、多数回の操業試験
から経験的に割り出した操業時間に基づいて凝固速度，
操業終了等を定めていることから、操業条件のバラツキ
が避けられない。その結果、製品の品質や生産量にバラ
ツキが発生することになる。精製アルミニウムの品質が
不安定になる原因は、アルミニウム溶湯が凝固するとき
の不純物元素の実効分配係数が凝固速度に依存するにも
拘らず、操業中の凝固量が不明なため凝固速度を制御で
きないことにある。
【０００４】生産量のバラツキは、精製する原料アルミ
ニウムの組成変動によって融点が一定にならず、α−Ａ
ｌの凝固が開始するまでの時間が変動することに起因す
る。たとえば、操業時間を一定にした条件下では、実際
の凝固継続時間が変動し、１回の操業による生産量にバ
ラツキが生じる。また、１回の操業での生産量変動は、
原料に対する製品歩留りが変動することであり、製品に
おける不純物元素の濃度が不規則に変わる要因ともな
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、回転冷却体を使用した偏析凝固によりアル
ミニウム溶湯を精製する際、冷却速度の変化から求めた
凝固開始時点に基づいて凝固量，凝固速度，凝固継続時
間等を制御し、安定した品質の精製アルミニウムを得る
ことを目的とする。
ニウムの組成変動によって融点が一定にならず、α−Ａ
ｌの凝固が開始するまでの時間が変動することに起因す
る。たとえば、操業時間を一定にした条件下では、実際
の凝固継続時間が変動し、１回の操業による生産量にバ
ラツキが生じる。また、１回の操業での生産量変動は、
原料に対する製品歩留りが変動することであり、製品に
おける不純物元素の濃度が不規則に変わる要因ともな
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、回転冷却体を使用した偏析凝固によりアル
ミニウム溶湯を精製する際、冷却速度の変化から求めた
凝固開始時点に基づいて凝固量，凝固速度，凝固継続時
間等を制御し、安定した品質の精製アルミニウムを得る
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、精製容器に収容したスクラップ溶湯をアル
ミニウムの融点以上に保持し、α−Ａｌが晶出する条件
下で前記溶湯中に冷却体を浸漬し、該冷却体を回転させ
ながら前記溶湯を冷却することにより、精製アルミニウ
ムを凝固体として前記冷却体の表面に成長させる際、前
記溶湯の降温速度の変曲点を求め、該変曲点を凝固開始
時点として定める。そして、この凝固開始時点に基づい
て、凝固量，凝固速度，凝固継続時間，精製品質等の操
業条件の単数又は複数を制御する。通常の偏析法による
精製は、（１）原料の調達，（２）原料の溶解，（３）
精製容器への原料移湯，（４）溶湯への冷却体の浸漬，
（５）冷却開始，（６）凝固開始まで冷却継続，（７）
凝固開始，（８）所定量に達するまで凝固継続，（９）
冷却体の取出し，（１０）容器から残湯の払出し，（１
１）工程（３）以降の繰り返しからなる操業形態を採
る。高純度アルミニウムを精製する場合のように、不純
物濃度が低く、原料が実質的に一定した組成を持つもの
であれば、操業サイクルが安定化する。そして、品質が
安定した精製アルミニウムが得られる。
成するため、精製容器に収容したスクラップ溶湯をアル
ミニウムの融点以上に保持し、α−Ａｌが晶出する条件
下で前記溶湯中に冷却体を浸漬し、該冷却体を回転させ
ながら前記溶湯を冷却することにより、精製アルミニウ
ムを凝固体として前記冷却体の表面に成長させる際、前
記溶湯の降温速度の変曲点を求め、該変曲点を凝固開始
時点として定める。そして、この凝固開始時点に基づい
て、凝固量，凝固速度，凝固継続時間，精製品質等の操
業条件の単数又は複数を制御する。通常の偏析法による
精製は、（１）原料の調達，（２）原料の溶解，（３）
精製容器への原料移湯，（４）溶湯への冷却体の浸漬，
（５）冷却開始，（６）凝固開始まで冷却継続，（７）
凝固開始，（８）所定量に達するまで凝固継続，（９）
冷却体の取出し，（１０）容器から残湯の払出し，（１
１）工程（３）以降の繰り返しからなる操業形態を採
る。高純度アルミニウムを精製する場合のように、不純
物濃度が低く、原料が実質的に一定した組成を持つもの
であれば、操業サイクルが安定化する。そして、品質が
安定した精製アルミニウムが得られる。
【０００６】他方、アルミニウムスクラップを原料とす
る場合、原料の組成が一定であることは期待できない。
そのため、前掲した操業サイクルを適用すると、次のよ
うな不都合が生じる。溶湯の融点が原料ごとに変動する
ため、原料を精製容器に移湯する温度を一定に維持して
も凝固開始温度が変化し、それに伴って凝固開始までの
時間が変化する。その結果、工程（６）の所要時間が変
化する。また、工程（７）の開始時間にズレを生じる。
そのため、冷却開始から終了までの時間を一定にした操
業管理では、工程（８）の継続時間が変動する。このこ
とは、１回の操業における凝固量を変動させる原因とな
る。 凝固量の変動は、操業終了時に溶湯から冷却体を
取り出し、凝固した精製アルミニウムを回収するまで生
産量が確定できないことを意味し、生産量の管理を困難
にする。また、製品歩留りにも変動を来すことになる。
る場合、原料の組成が一定であることは期待できない。
そのため、前掲した操業サイクルを適用すると、次のよ
うな不都合が生じる。溶湯の融点が原料ごとに変動する
ため、原料を精製容器に移湯する温度を一定に維持して
も凝固開始温度が変化し、それに伴って凝固開始までの
時間が変化する。その結果、工程（６）の所要時間が変
化する。また、工程（７）の開始時間にズレを生じる。
そのため、冷却開始から終了までの時間を一定にした操
業管理では、工程（８）の継続時間が変動する。このこ
とは、１回の操業における凝固量を変動させる原因とな
る。 凝固量の変動は、操業終了時に溶湯から冷却体を
取り出し、凝固した精製アルミニウムを回収するまで生
産量が確定できないことを意味し、生産量の管理を困難
にする。また、製品歩留りにも変動を来すことになる。
【０００７】原料であるアルミニウムスクラップを溶解
した後、組成を分析し、分析値から推定した融点に基づ
き原料溶湯の移湯温度を決定することにより、凝固開始
時間を制御することは原理的に可能である。しかし、そ
のために必要な分析サンプルの採取，分析時間，分析機
器等を考慮すると、多数の手間や費用がかかり、実用的
な解決策とはならない。また、原料溶解炉の設定温度を
その都度変更することも、操業上での困難を伴うと共
に、操業サイクル時間内における原料溶湯の温度追従性
に問題が残る。仮に組成分析によって凝固開始時間の制
御が可能になったとしても、組成が種々変化する原料溶
湯に十分対応できるものではない。たとえば、同一冷却
条件でも不純物元素の含有量に応じて凝固速度が変化す
ることが観察されており、安定した精製アルミニウムを
得ることが難しい。本発明者等は、この問題を解決する
ために、操業中の冷却体に凝固する精製アルミニウムの
量を連続的に又は間欠的に計測できる方法を検討した。
した後、組成を分析し、分析値から推定した融点に基づ
き原料溶湯の移湯温度を決定することにより、凝固開始
時間を制御することは原理的に可能である。しかし、そ
のために必要な分析サンプルの採取，分析時間，分析機
器等を考慮すると、多数の手間や費用がかかり、実用的
な解決策とはならない。また、原料溶解炉の設定温度を
その都度変更することも、操業上での困難を伴うと共
に、操業サイクル時間内における原料溶湯の温度追従性
に問題が残る。仮に組成分析によって凝固開始時間の制
御が可能になったとしても、組成が種々変化する原料溶
湯に十分対応できるものではない。たとえば、同一冷却
条件でも不純物元素の含有量に応じて凝固速度が変化す
ることが観察されており、安定した精製アルミニウムを
得ることが難しい。本発明者等は、この問題を解決する
ために、操業中の冷却体に凝固する精製アルミニウムの
量を連続的に又は間欠的に計測できる方法を検討した。
【０００８】
【作用】精製容器に収容した原料溶湯に冷却体を浸漬
し、冷却媒体を流しながら冷却体を回転させて原料溶湯
を冷却するとき、溶湯温度は、一般的に図１に示した時
間依存性を示す。溶湯温度は、冷却媒体を流し始めた時
点ｔ1 から凝固が始まる時点ｔ2 までは一定の勾配で直
線的に下降する。凝固が始まると、凝固潜熱が溶湯に放
出される。そのため、溶湯は、期間ｔ1 →ｔ2 よりも低
い冷却速度で降温する。したがって、溶湯温度の時間依
存性から凝固開始時点ｔ2 を知ることができる。本発明
者等の研究によると、凝固開始時点ｔ2 における溶湯温
度Ｔ2 は、原料であるアルミニウムスクラップに含まれ
ている不純物元素の濃度に依存していることが判った。
凝固の進行に伴って、精製アルミニウムとしてα−Ａｌ
が冷却体表面に晶出する分だけ、残湯に含まれる不純物
元素の濃度が上昇する。溶湯の融点は、不純物濃度の上
昇に応じて低下する。残湯の温度も、この融点低下に比
例して下がる。したがって、操業中に溶湯の温度を連続
的に又は間欠的に継続して測定するとき、変曲点Ｐ2 が
検出される。
し、冷却媒体を流しながら冷却体を回転させて原料溶湯
を冷却するとき、溶湯温度は、一般的に図１に示した時
間依存性を示す。溶湯温度は、冷却媒体を流し始めた時
点ｔ1 から凝固が始まる時点ｔ2 までは一定の勾配で直
線的に下降する。凝固が始まると、凝固潜熱が溶湯に放
出される。そのため、溶湯は、期間ｔ1 →ｔ2 よりも低
い冷却速度で降温する。したがって、溶湯温度の時間依
存性から凝固開始時点ｔ2 を知ることができる。本発明
者等の研究によると、凝固開始時点ｔ2 における溶湯温
度Ｔ2 は、原料であるアルミニウムスクラップに含まれ
ている不純物元素の濃度に依存していることが判った。
凝固の進行に伴って、精製アルミニウムとしてα−Ａｌ
が冷却体表面に晶出する分だけ、残湯に含まれる不純物
元素の濃度が上昇する。溶湯の融点は、不純物濃度の上
昇に応じて低下する。残湯の温度も、この融点低下に比
例して下がる。したがって、操業中に溶湯の温度を連続
的に又は間欠的に継続して測定するとき、変曲点Ｐ2 が
検出される。
【０００９】変曲点Ｐ2 は、状態図から原料溶湯の不純
物レベルを算出することにも利用される。変曲点Ｐ2
は、実効状態図における液相線との交点であることか
ら、変曲点Ｐ2 が検出されたときの温度Ｔ2 に基づき残
湯の不純物濃度が算出される。アルミニウムスクラップ
の溶湯を冷却するときの状態図は、スクラップの代表的
な不純物であるＳｉ以外の不純物元素の影響を受け、Ａ
ｌ−Ｓｉ二元系状態図と異なる傾向を示す。すなわち、
図２に点線で示したＡｌ−Ｓｉ二元系における液相線に
比較して、本発明が対象とする溶湯は、若干低い液相線
（実線）をもっている。この液相線は、通常入手できる
アルミニウムスクラップを溶解した溶湯では実質的に同
じ傾向を示す。いま、組成が不明な原料溶湯を６３５℃
に調製し、冷却開始したとき、５９３℃に変曲点Ｐ2 が
検出されたとすると、溶解原料のＳｉ含有量は、状態図
から７．９重量％であることが判る。このことは、原料
を組成分析することなく、精製条件を設定できることを
意味する。また、次回に精製する原料溶湯を、５９３℃
より僅かに高い温度、具体的には５９３℃＋１０℃程度
の温度に調製しておけば良いことをも示す。
物レベルを算出することにも利用される。変曲点Ｐ2
は、実効状態図における液相線との交点であることか
ら、変曲点Ｐ2 が検出されたときの温度Ｔ2 に基づき残
湯の不純物濃度が算出される。アルミニウムスクラップ
の溶湯を冷却するときの状態図は、スクラップの代表的
な不純物であるＳｉ以外の不純物元素の影響を受け、Ａ
ｌ−Ｓｉ二元系状態図と異なる傾向を示す。すなわち、
図２に点線で示したＡｌ−Ｓｉ二元系における液相線に
比較して、本発明が対象とする溶湯は、若干低い液相線
（実線）をもっている。この液相線は、通常入手できる
アルミニウムスクラップを溶解した溶湯では実質的に同
じ傾向を示す。いま、組成が不明な原料溶湯を６３５℃
に調製し、冷却開始したとき、５９３℃に変曲点Ｐ2 が
検出されたとすると、溶解原料のＳｉ含有量は、状態図
から７．９重量％であることが判る。このことは、原料
を組成分析することなく、精製条件を設定できることを
意味する。また、次回に精製する原料溶湯を、５９３℃
より僅かに高い温度、具体的には５９３℃＋１０℃程度
の温度に調製しておけば良いことをも示す。
【００１０】更に、溶湯温度がＴ3 まで低下する時点ｔ
3 まで冷却を継続すると、溶湯は、α−Ａｌを晶出しな
がら、図２に実線で示した液相線に沿って降温する。期
間ｔ2 →ｔ3 では、その時々の残湯温度から不純物レベ
ルが算出される。温度Ｔ3 が５８６℃になった点Ｐ3 で
冷却を終了すると、このときの残湯には、状態図から
８．９重量％のＳｉが含まれていることになる。また、
期間ｔ2 →ｔ3 における温度降下量ΔＴ（Ｔ2 −Ｔ3 ）
が凝固量に比例する。各時点における凝固量は、原料溶
湯の不純物レベルと既に知られている不純物の分配係数
から、式（１）に従って求めることができる。式（１）
は、本発明者等が多数の実験の結果として見い出した関
係式であり、Ｗは凝固量，Ｗ0 は原料溶湯の重量，Ｃ0
は原料溶湯中の不純物濃度，Ｃ1 は残湯中の不純物濃
度，ＫEは不純物の分配係数をそれぞれ示す。 Ｗ＝Ｗ0 （Ｃ1 −Ｃ0 ）／（Ｃ1 −Ｃ0 ×ＫE ） ・・・・（１）
3 まで冷却を継続すると、溶湯は、α−Ａｌを晶出しな
がら、図２に実線で示した液相線に沿って降温する。期
間ｔ2 →ｔ3 では、その時々の残湯温度から不純物レベ
ルが算出される。温度Ｔ3 が５８６℃になった点Ｐ3 で
冷却を終了すると、このときの残湯には、状態図から
８．９重量％のＳｉが含まれていることになる。また、
期間ｔ2 →ｔ3 における温度降下量ΔＴ（Ｔ2 −Ｔ3 ）
が凝固量に比例する。各時点における凝固量は、原料溶
湯の不純物レベルと既に知られている不純物の分配係数
から、式（１）に従って求めることができる。式（１）
は、本発明者等が多数の実験の結果として見い出した関
係式であり、Ｗは凝固量，Ｗ0 は原料溶湯の重量，Ｃ0
は原料溶湯中の不純物濃度，Ｃ1 は残湯中の不純物濃
度，ＫEは不純物の分配係数をそれぞれ示す。 Ｗ＝Ｗ0 （Ｃ1 −Ｃ0 ）／（Ｃ1 −Ｃ0 ×ＫE ） ・・・・（１）
【００１１】分配係数ＫE は、操業条件によっても変わ
るものであるが、通常０．２〜０．６の範囲にある。た
とえば、冷却速度が１ｋｇ−Ａｌ／分の条件下では、Ｋ
E ＝０．５となる。不純物としては一元素を特定するだ
けで十分であり、アルミニウムスクラップに最も多く含
まれているＳｉを指標として通常使用する。なお、溶湯
温度が共晶点５７５℃に達すると、一律な凝固が始ま
り、偏析による精製作用が得られない。したがって、溶
湯温度が５７５℃に達する以前に、冷却体を溶湯から引
き上げることが必要とされる。このように、凝固開始点
Ｐ2 及び操業中の凝固量Ｗが検出されるため、次に例示
するようにアルミニウム精製の効率化が図られる。原料
溶湯を精製容器に移湯する際、原料溶湯の温度Ｔ1 を早
期に決定できる。また、温度差（Ｔ1 −Ｔ2 ）を小さく
することも可能となり、原料溶湯を過度に加熱する必要
がなくなる。その結果、前掲した工程（６）の冷却時間
が安定化し、一定条件下で凝固が継続され、必要とする
凝固量の精製アルミニウムが得られる。分析等の操作を
必要とすることなく、原料中の不純物濃度が簡単に確認
されるため、凝固量を制御することにより目標品質に対
応する精製アルミニウムが得られる。
るものであるが、通常０．２〜０．６の範囲にある。た
とえば、冷却速度が１ｋｇ−Ａｌ／分の条件下では、Ｋ
E ＝０．５となる。不純物としては一元素を特定するだ
けで十分であり、アルミニウムスクラップに最も多く含
まれているＳｉを指標として通常使用する。なお、溶湯
温度が共晶点５７５℃に達すると、一律な凝固が始ま
り、偏析による精製作用が得られない。したがって、溶
湯温度が５７５℃に達する以前に、冷却体を溶湯から引
き上げることが必要とされる。このように、凝固開始点
Ｐ2 及び操業中の凝固量Ｗが検出されるため、次に例示
するようにアルミニウム精製の効率化が図られる。原料
溶湯を精製容器に移湯する際、原料溶湯の温度Ｔ1 を早
期に決定できる。また、温度差（Ｔ1 −Ｔ2 ）を小さく
することも可能となり、原料溶湯を過度に加熱する必要
がなくなる。その結果、前掲した工程（６）の冷却時間
が安定化し、一定条件下で凝固が継続され、必要とする
凝固量の精製アルミニウムが得られる。分析等の操作を
必要とすることなく、原料中の不純物濃度が簡単に確認
されるため、凝固量を制御することにより目標品質に対
応する精製アルミニウムが得られる。
【００１２】凝固開始点Ｐ2 及び凝固量Ｗは、凝固速度
の制御にも利用される。この場合、溶湯温度から不純物
濃度Ｃ0 及びＣ1 が得られ、Ｃ0 からＣ1 に移行する時
間（ｔ3 −ｔ2 ）が判っているので、式（１）に基づき
凝固量Ｗを算出する。得られた凝固量Ｗを時間ｔで微分
すると、凝固速度Ｗ／ｔになる。したがって、凝固速度
Ｗ／ｔが最適値になるように冷却体の冷却能を調整する
ことにより、品質安定性に優れた精製アルミニウムが得
られる。また、凝固速度Ｗ／ｔを制御するとき、操業停
止時間が定まり、次工程の準備及び立上げが無駄なく行
われる。精製アルミニウムの不純物濃度を目標値に制御
する場合、目標値に対応した残湯の不純物濃度Ｃ1 が図
２の状態図から得られる。そこで、不純物濃度Ｃ1 に達
するまで溶湯Ｍを冷却する。このとき、凝固速度が一定
であれば、不純物濃度Ｃ1 に到達するまでの凝固時間が
判る。したがって、次のチャージ時間が定まり、操業ス
ケジュールや保持溶湯の温度管理が容易に行われる。
の制御にも利用される。この場合、溶湯温度から不純物
濃度Ｃ0 及びＣ1 が得られ、Ｃ0 からＣ1 に移行する時
間（ｔ3 −ｔ2 ）が判っているので、式（１）に基づき
凝固量Ｗを算出する。得られた凝固量Ｗを時間ｔで微分
すると、凝固速度Ｗ／ｔになる。したがって、凝固速度
Ｗ／ｔが最適値になるように冷却体の冷却能を調整する
ことにより、品質安定性に優れた精製アルミニウムが得
られる。また、凝固速度Ｗ／ｔを制御するとき、操業停
止時間が定まり、次工程の準備及び立上げが無駄なく行
われる。精製アルミニウムの不純物濃度を目標値に制御
する場合、目標値に対応した残湯の不純物濃度Ｃ1 が図
２の状態図から得られる。そこで、不純物濃度Ｃ1 に達
するまで溶湯Ｍを冷却する。このとき、凝固速度が一定
であれば、不純物濃度Ｃ1 に到達するまでの凝固時間が
判る。したがって、次のチャージ時間が定まり、操業ス
ケジュールや保持溶湯の温度管理が容易に行われる。
【００１３】溶湯を冷却しながらα−Ａｌを精製アルミ
ニウムとして偏析凝固するとき、凝固体の体積が溶湯の
６０％に達した時点で操業を停止することが作業効率上
から好ましい。この場合、原料溶湯の重量Ｗ0 ，原料溶
湯中の不純物濃度Ｃ0 及び凝固量Ｗが予め判ることにな
るので、式（１）から残湯中の不純物濃度Ｃ1 が算出さ
れる。したがって、算出値Ｃ1 を状態図に入れると、そ
の時点の溶湯温度Ｔ3が定まり、操業停止温度が決定さ
れる。本発明は、α−Ａｌ又は金属間化合物が溶湯から
最初に晶出する何れの組成をもつアルミニウムスクラッ
プに対しても適用できる。ただし、初晶として金属間化
合物が晶出する組成の原料溶湯では、初期段階では冷却
体を浸漬することなく溶湯を降温させる。降温に伴って
晶出した金属間化合物が精製容器の炉底に溜る。そし
て、α−Ａｌが晶出する状態になったときに、冷却体を
溶湯に浸漬し、冷却体表面にα−Ａｌの凝固層を成長さ
せる。
ニウムとして偏析凝固するとき、凝固体の体積が溶湯の
６０％に達した時点で操業を停止することが作業効率上
から好ましい。この場合、原料溶湯の重量Ｗ0 ，原料溶
湯中の不純物濃度Ｃ0 及び凝固量Ｗが予め判ることにな
るので、式（１）から残湯中の不純物濃度Ｃ1 が算出さ
れる。したがって、算出値Ｃ1 を状態図に入れると、そ
の時点の溶湯温度Ｔ3が定まり、操業停止温度が決定さ
れる。本発明は、α−Ａｌ又は金属間化合物が溶湯から
最初に晶出する何れの組成をもつアルミニウムスクラッ
プに対しても適用できる。ただし、初晶として金属間化
合物が晶出する組成の原料溶湯では、初期段階では冷却
体を浸漬することなく溶湯を降温させる。降温に伴って
晶出した金属間化合物が精製容器の炉底に溜る。そし
て、α−Ａｌが晶出する状態になったときに、冷却体を
溶湯に浸漬し、冷却体表面にα−Ａｌの凝固層を成長さ
せる。
【００１４】本発明は、たとえば図３に示す精製装置を
使用して実施される。この精製装置は、黒鉛ルツボ１０
を外容器１１に入れ、バーナ１２を備えた蓋体１３を装
着する。外容器１１の外周を取り囲んでヒータブロック
１４を配置し、底部にもヒータブロック１５を配置す
る。精製されるアルミニウムスクラップは、黒鉛ルツボ
１０に装入された後、ヒータブロック１４，１５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。或いは、別個の溶解炉でアルミニ
ウムスクラップを溶解し、調製された溶湯を黒鉛ルツボ
１０に移湯しても良い。溶湯Ｍの温度は、溶湯Ｍに浸漬
している熱電対１６等の温度計で直接測定する。
使用して実施される。この精製装置は、黒鉛ルツボ１０
を外容器１１に入れ、バーナ１２を備えた蓋体１３を装
着する。外容器１１の外周を取り囲んでヒータブロック
１４を配置し、底部にもヒータブロック１５を配置す
る。精製されるアルミニウムスクラップは、黒鉛ルツボ
１０に装入された後、ヒータブロック１４，１５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。或いは、別個の溶解炉でアルミニ
ウムスクラップを溶解し、調製された溶湯を黒鉛ルツボ
１０に移湯しても良い。溶湯Ｍの温度は、溶湯Ｍに浸漬
している熱電対１６等の温度計で直接測定する。
【００１５】溶融状態に保持された溶湯Ｍに、冷却体２
０が浸漬される。冷却体２０は、軸方向にガス通路２１
が形成されており、蓋体１３を貫通して上方に延び、回
転モータ２２の出力軸に接続されている。回転モータ２
２から延びたアーム２３は、昇降モータ２４で回転され
る送りネジ２５に嵌挿されている。これにより、冷却体
２０は、黒鉛ルツボ１０の内部で昇降自在に回転する。
ガス通路２１に送り込まれた冷却媒体ｇは、冷却体２０
の内部を軸方向に流動した後、反転して炉内に放出さ
れ、雰囲気ガスとして必要に応じ排気される。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、冷却体２０の
壁を介して溶湯Ｍが冷却され、冷却体２０の周囲に凝固
体Ａが成長する。溶湯Ｍの温度及び凝固体Ａ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。
溶湯Ｍの降温に従って、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系等の
金属間化合物として不純物Ｉが晶出する。晶出した不純
物Ｉは、溶湯Ｍより大きな比重をもっているので、溶湯
Ｍ中を下降して黒鉛ルツボ１０の底部に沈積する。金属
間化合物Ｉの沈積量は、溶湯Ｍの冷却に応じて多くな
る。
０が浸漬される。冷却体２０は、軸方向にガス通路２１
が形成されており、蓋体１３を貫通して上方に延び、回
転モータ２２の出力軸に接続されている。回転モータ２
２から延びたアーム２３は、昇降モータ２４で回転され
る送りネジ２５に嵌挿されている。これにより、冷却体
２０は、黒鉛ルツボ１０の内部で昇降自在に回転する。
ガス通路２１に送り込まれた冷却媒体ｇは、冷却体２０
の内部を軸方向に流動した後、反転して炉内に放出さ
れ、雰囲気ガスとして必要に応じ排気される。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、冷却体２０の
壁を介して溶湯Ｍが冷却され、冷却体２０の周囲に凝固
体Ａが成長する。溶湯Ｍの温度及び凝固体Ａ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。
溶湯Ｍの降温に従って、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系等の
金属間化合物として不純物Ｉが晶出する。晶出した不純
物Ｉは、溶湯Ｍより大きな比重をもっているので、溶湯
Ｍ中を下降して黒鉛ルツボ１０の底部に沈積する。金属
間化合物Ｉの沈積量は、溶湯Ｍの冷却に応じて多くな
る。
【００１６】
【実施例】アルミニウムスクラップを溶解し、溶湯の組
成を分析したところ、Ｆｅ：０．６重量％，Ｓｉ：７．
９重量％及びＣｕ：２．５重量％を含んでいた。この溶
湯１５０ｋｇを、内径４００ｍｍ及び高さ８００ｍｍの
黒鉛ルツボ１０にチャージした。溶湯Ｍの温度が６３５
℃になった時点で、冷却媒体ｇとして空気を流量３００
０リットル／分の一定量で流しながら、冷却体２０を外
周の回転速度０．６ｍ／秒で回転させた。この条件下で
溶湯Ｍの温度を測定したところ、図１に示す時間依存性
を示した。なお、熱電対１６は、セラミックス製の保護
管に入れて溶湯Ｍに浸漬した。また、熱電対１６で得ら
れた温度情報は、計算機で処理した。冷却開始後、３５
分経過した時点で溶湯Ｍが５９３℃まで降温していた。
このとき、図１に示した変曲点Ｐ2 が検出された。そこ
で、冷却体２０を溶湯Ｍから引き上げ、冷却体２０の表
面を観察したところ、表面に精製アルミニウムＡが薄く
凝固していることが確認された。温度５９３℃は、図２
の状態図からＳｉ濃度７．９重量％に相当する。
成を分析したところ、Ｆｅ：０．６重量％，Ｓｉ：７．
９重量％及びＣｕ：２．５重量％を含んでいた。この溶
湯１５０ｋｇを、内径４００ｍｍ及び高さ８００ｍｍの
黒鉛ルツボ１０にチャージした。溶湯Ｍの温度が６３５
℃になった時点で、冷却媒体ｇとして空気を流量３００
０リットル／分の一定量で流しながら、冷却体２０を外
周の回転速度０．６ｍ／秒で回転させた。この条件下で
溶湯Ｍの温度を測定したところ、図１に示す時間依存性
を示した。なお、熱電対１６は、セラミックス製の保護
管に入れて溶湯Ｍに浸漬した。また、熱電対１６で得ら
れた温度情報は、計算機で処理した。冷却開始後、３５
分経過した時点で溶湯Ｍが５９３℃まで降温していた。
このとき、図１に示した変曲点Ｐ2 が検出された。そこ
で、冷却体２０を溶湯Ｍから引き上げ、冷却体２０の表
面を観察したところ、表面に精製アルミニウムＡが薄く
凝固していることが確認された。温度５９３℃は、図２
の状態図からＳｉ濃度７．９重量％に相当する。
【００１７】この条件下で冷却を更に３０分継続したと
ころ、残湯の温度が５８６℃になった。温度５８６℃
は、図２の状態図からＳｉ濃度８．９重量％に相当す
る。この例において、原料溶湯の重量Ｗ0 は１５０ｋ
ｇ，原料溶湯中の不純物濃度Ｃ0 は７．９％（Ｓｉで代
表），残湯中の不純物濃度Ｃ1 は８．９％（同）であっ
た。不純物の分配係数ＫE を０．５として、それぞれを
式（１）に代入すると、計算による凝固量Ｗは３０．３
ｋｇとなる。他方、操業終了後に冷却体２０から回収し
た精製アルミニウムは、２７ｋｇであった。また、冷却
体２０を取り出した後、黒鉛ルツボ１０を傾動して残湯
を排出したところ、ルツボ底部に４ｋｇのα−Ａｌが残
湯と共に残っていた。このα−Ａｌは、操業中の冷却体
２０から脱離したものと推察される。したがって、偏析
凝固したα−Ａｌの総量は、２７＋４＝３１ｋｇとな
り、算出値３０．３ｋｇに対して高い一致性を示した。
このことは、前掲した式（１）が、溶湯からα−Ａｌが
晶出する過程を正確に表していることを意味する。した
がって、式（１）に基づき操業条件を制御すると、より
適格に且つ安定した条件下で目標品質の精製アルミニウ
ムが得られることが判る。精製アルミニウムの組成を、
精製前の原料溶湯と比較して表１に示す。
ころ、残湯の温度が５８６℃になった。温度５８６℃
は、図２の状態図からＳｉ濃度８．９重量％に相当す
る。この例において、原料溶湯の重量Ｗ0 は１５０ｋ
ｇ，原料溶湯中の不純物濃度Ｃ0 は７．９％（Ｓｉで代
表），残湯中の不純物濃度Ｃ1 は８．９％（同）であっ
た。不純物の分配係数ＫE を０．５として、それぞれを
式（１）に代入すると、計算による凝固量Ｗは３０．３
ｋｇとなる。他方、操業終了後に冷却体２０から回収し
た精製アルミニウムは、２７ｋｇであった。また、冷却
体２０を取り出した後、黒鉛ルツボ１０を傾動して残湯
を排出したところ、ルツボ底部に４ｋｇのα−Ａｌが残
湯と共に残っていた。このα−Ａｌは、操業中の冷却体
２０から脱離したものと推察される。したがって、偏析
凝固したα−Ａｌの総量は、２７＋４＝３１ｋｇとな
り、算出値３０．３ｋｇに対して高い一致性を示した。
このことは、前掲した式（１）が、溶湯からα−Ａｌが
晶出する過程を正確に表していることを意味する。した
がって、式（１）に基づき操業条件を制御すると、より
適格に且つ安定した条件下で目標品質の精製アルミニウ
ムが得られることが判る。精製アルミニウムの組成を、
精製前の原料溶湯と比較して表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、溶湯の凝固開始時点を基準として種々の操業条件を
定めているので、操業条件が精度良く制御され、ばらつ
きなく一定品質の精製アルミニウムが得られる。また、
操業中の凝固量が算出されるため、操業条件の設定に過
去の実績を多数蓄積する必要がなく、溶湯及び残湯の組
成も簡単に把握され、安定した操業条件の下で精製が進
行する。しかも、凝固継続時間、すなわち１バッチの操
業終了時間が求められるため、次工程の準備や立上げが
効率よく行われる。
は、溶湯の凝固開始時点を基準として種々の操業条件を
定めているので、操業条件が精度良く制御され、ばらつ
きなく一定品質の精製アルミニウムが得られる。また、
操業中の凝固量が算出されるため、操業条件の設定に過
去の実績を多数蓄積する必要がなく、溶湯及び残湯の組
成も簡単に把握され、安定した操業条件の下で精製が進
行する。しかも、凝固継続時間、すなわち１バッチの操
業終了時間が求められるため、次工程の準備や立上げが
効率よく行われる。
【図１】 アルミニウムスクラップを溶解して得た溶湯
を冷却したときの温度の時間依存性を示すグラフ
を冷却したときの温度の時間依存性を示すグラフ
【図２】 アルミニウムスクラップを溶解した原料溶湯
の実効状態図
の実効状態図
【図３】 本発明を実施する精製装置の一例
１０：黒鉛ルツボ １６：熱電対 ２０：冷却体
ｇ：冷却媒体 Ｍ：溶湯 Ａ：凝固体 Ｉ：不
純物
ｇ：冷却媒体 Ｍ：溶湯 Ａ：凝固体 Ｉ：不
純物
Claims (5)
- 【請求項１】 精製容器に収容したスクラップ溶湯をア
ルミニウムの融点以上に保持し、α−Ａｌが晶出する条
件下で前記溶湯中に冷却体を浸漬し、該冷却体を回転さ
せながら前記溶湯を冷却することにより、精製アルミニ
ウムを凝固体として前記冷却体の表面に成長させる際、
前記溶湯の降温速度の変曲点を求め、該変曲点を凝固開
始時点として定め、凝固量，凝固速度，凝固継続時間，
精製品質等の操業条件を制御するアルミニウムスクラッ
プの精製方法。 - 【請求項２】 式（１）で定まる凝固量Ｗが目標値に達
したとき、冷却を中止して冷却体を残湯から引き上げる
請求項１記載の精製方法。 【数１】 - 【請求項３】 式（１）で求められた凝固量Ｗから算出
された凝固速度が一定となるように、冷却体の冷却能を
調整する請求項１記載の精製方法。 【数２】 - 【請求項４】 精製中に溶湯温度を測定し、測定値を設
定値と比較することにより凝固継続時間を決定する請求
項１記載の精製方法。 - 【請求項５】 精製中に測定された溶湯温度に対応する
不純物濃度Ｃ1 が設定値に達したとき、精製を終了する
請求項１記載の精製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244987A JPH0797641A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | アルミニウムスクラップの精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244987A JPH0797641A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | アルミニウムスクラップの精製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797641A true JPH0797641A (ja) | 1995-04-11 |
Family
ID=17126901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5244987A Pending JPH0797641A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | アルミニウムスクラップの精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797641A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008266703A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Showa Denko Kk | 金属精製方法、金属精製装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ |
| CN104630480A (zh) * | 2013-11-15 | 2015-05-20 | 林州市林丰铝电有限责任公司 | 一种铝屑回收工艺 |
| CN106795581A (zh) * | 2014-08-04 | 2017-05-31 | 派瑞泰克有限公司 | 用于精炼熔融铝合金的设备 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP5244987A patent/JPH0797641A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008266703A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Showa Denko Kk | 金属精製方法、金属精製装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ |
| CN104630480A (zh) * | 2013-11-15 | 2015-05-20 | 林州市林丰铝电有限责任公司 | 一种铝屑回收工艺 |
| CN106795581A (zh) * | 2014-08-04 | 2017-05-31 | 派瑞泰克有限公司 | 用于精炼熔融铝合金的设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |