JPH11100620A - 金属の精製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空回転軸における溶融金属の液面近傍に存
在する部分の外周面への金属の晶出を防止する。 【解決手段】 るつぼと、垂直状中空回転軸11と、中空
回転軸11の下端に、内部空間が中空回転軸11の内部空間
と連通するように固定状に設けられた中空回転冷却体12
と、中空回転冷却体12内に冷却流体を供給する手段とを
備えている。るつぼ内に入れられた溶融アルミニウムＳ
中に、中空回転軸11の部分が液面に来るように中空回転
冷却体12を浸漬し、中空回転軸11および中空回転冷却体
12を回転させるとともに、冷却流体供給手段により中空
回転冷却体12の内部に冷却流体を供給しながら、中空回
転冷却体12の外周面に、溶融金属よりも純度の高い金属
を晶出させる。中空回転軸11における溶融金属の液面近
傍に来る部分の内側に、ヒータ１を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、偏析凝固の原理
を利用し、共晶不純物を含むアルミニウム、ケイ素等の
金属を精製してより高純度の金属を製造する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、た
とえばアルミニウムの精製装置として、溶融アルミニウ
ム保持るつぼと、垂直状中空回転軸と、中空回転軸の下
端に、内部空間が中空回転軸の内部空間と連通するよう
に固定状に設けられた中空回転冷却体と、中空回転冷却
体内に冷却流体を供給する手段とを備えており、中空回
転冷却体を、その上部がるつぼ内に入れられた溶融アル
ミニウムの液面に来るように溶融アルミニウム中に浸漬
し、中空回転軸および中空回転冷却体を回転させるとと
もに、冷却流体供給手段により中空回転冷却体の内部に
冷却流体を供給しながら、中空回転冷却体の外周面に、
溶融アルミニウムよりも純度の高いアルミニウムを晶出
させるものが知られている（特開平９−４８６０７号公
報参照）。

【０００３】しかしながら、従来の装置では、中空回転
冷却体を、その上部が溶融アルミニウムの液面に来るよ
うに溶融アルミニウム中に浸漬し、中空回転軸および中
空回転冷却体を回転させるようになっているので、液面
との接触部分の径が大きくなり、回転時の抵抗が大きく
なって中空回転冷却体に振れが発生したり、溶融アルミ
ニウムが飛散したりして、生産トラブルの原因となると
いう問題があった。また、中空回転冷却体の振れや溶融
アルミニウムの飛散を防止するには、中空回転冷却体の
周速を遅くしなければならず、生産効率が低下するとと
もに、得られる精製アルミニウムの純度を高くすること
ができないという問題があった。

【０００４】そこで、上記問題を解決するために、図２
および図３に示すような装置が考えられている。図２お
よび図３において、アルミニウムの精製装置は、溶融ア
ルミニウム保持るつぼ(10)と、垂直中空回転軸(11)と、
垂直中空回転軸(11)の下端に固定されかつ内部空間が中
空回転軸(11)の内部空間と連通した有底筒状の中空回転
冷却体(12)と、中空回転冷却体(12)内に配置された筒状
の冷却流体吹出部材(13)と、冷却流体吹出部材(13)内に
冷却流体を供給する冷却流体供給手段とを備えている。

【０００５】るつぼ(10)は、溶融アルミニウムと反応し
ないでこれを汚染することのないような材料、たとえば
黒鉛で形成されている。るつぼ(10)は、ヒータ(14)を有
する溶解炉（図示略）内に配置されている。

【０００６】中空回転軸(11)は、下端がるつぼ(10)の上
端よりも上方に位置する筒状の上部構成部材(15)と、上
部構成部材(15)の下端に適当な継手装置(16)により連結
された筒状の下部構成部材(17)とよりなる。上部構成部
材(15)および継手装置(16)は、それぞれたとえばステン
レス鋼のような金属で形成され、下部構成部材(17)は溶
融アルミニウムと反応しないでこれを汚染することのな
いような材料、たとえば黒鉛で形成されている。また、
下部構成部材(17)が黒鉛で形成されていると、強度が大
きくなって高速回転が可能になる。図示は省略したが、
中空回転軸(11)は、溶解炉の上方に設けられている上下
動自在の保持手段により垂直軸線の周りに回転自在に支
持されており、適当な回転駆動手段により回転させられ
るようになっている。

【０００７】下部構成部材(17)の下部に下拡がりテーパ
状部(18)が形成され、テーパ状部(18)よりも下方の部分
におねじ部(19)が形成されている。

【０００８】中空回転冷却体(12)は、有底でかつ下方に
向かって若干狭くなったテーパ筒状である。中空回転冷
却体(12)は、熱伝導性に優れ、かつ溶融アルミニウムと
反応しないでこれを汚染することのないような材料、た
とえば黒鉛で形成されている。中空回転冷却体(12)の内
周面の上端部にめねじ部(20)が形成されており、このめ
ねじ部(20)に、中空回転軸(11)の下部構成部材(17)のお
ねじ部(19)がねじ嵌められることによって、中空回転冷
却体(12)が中空回転軸(11)に固定されている。なお、中
空回転冷却体(12)の上端部の外径は、下部構成部材(17)
のテーパ状部(18)の大端径と等しくなっている。

【０００９】冷却流体吹出部材(13)は、中空回転軸(11)
の下部構成部材(17)内に配置され、かつ上端が下部構成
部材(17)よりも上方に突出するとともに下端が中空回転
冷却体(12)内の下部に位置する垂直状冷却流体供給管(2
1)の下端部に一体に形成されている。すなわち、冷却流
体供給管(21)の下端部に外向きフランジ(21a) を介して
円筒状冷却流体吹出部材(13)が形成されている。冷却流
体吹出部材(13)の周壁には、その周方向に間隔をおいて
上下方向に伸びる複数のスリット状冷却流体吹出口(22)
が形成されている。また、冷却流体吹出部材(13)の下端
に、外向きフランジ(21a) の幅よりも大きい内向きフラ
ンジ(21b) が一体に形成され、内向きフランジ(21b) の
内周縁に上方に伸びる冷却流体排出管(23)が一体に形成
されている。

【００１０】冷却流体排出管(23)の上端は中空回転軸(1
1)の上端よりも上方に突出している。冷却流体供給管(2
1)の上端は中空回転軸(11)の上部構成部材(15)内の下部
に位置しており、上部構成部材(15)の内周面と冷却流体
排出管(23)の外周面との間に形成された冷却流体供給用
通路（図示略）と連通している。図示は省略したが、中
空回転軸(11)の上部構成部材(15)の上端部および冷却流
体排出管(23)の上端部は１つのロータリジョイントに接
続されており、冷却流体は、冷却流体供給源からロータ
リジョイントを経て上部構成部材(15)内の冷却流体供給
用通路内に流入し、この通路を通って冷却流体供給管(2
1)内に入り、この管(21)内を通って冷却流体吹出部材(1
3)内に入り、冷却流体吹出口(22)から中空回転冷却他の
周壁内周面に向かって吹出される。

【００１１】上述した装置でアルミニウムの精製を行う
場合は、予め、るつぼ(10)内に、精製すべきアルミニウ
ムの塊を入れておき、ヒータ(14)によりアルミニウム塊
を加熱し溶融させて溶融アルミニウム(S) とし、これを
凝固温度（６６０℃）を越えた所定の温度に加熱保持し
ておく。溶融アルミニウム(S) は、別途精製すべきアル
ミニウムの塊を溶解してからるつぼ(10)内に入れてもよ
い。

【００１２】ついで、中空回転軸(11)の下部構成部材(1
7)における中空回転軸(11)の下拡がりテーパ状部(18)よ
りも上方の部分が液面に来るように、中空回転冷却体(1
2)を溶融アルミニウム(S) 中に浸漬する。その後、冷却
流体を、ロータリジョイント、冷却流体供給用通路およ
び冷却流体供給管(21)を経て冷却流体吹出部材(13)内に
送り込み、冷却流体吹出部材(13)の冷却流体吹出口(22)
から中空回転冷却体(12)の周壁内周面に向かって冷却流
体を吹出しながら、回転駆動手段により中空回転軸(11)
を介して中空回転冷却体(12)を回転させ、偏析凝固の原
理により中空回転冷却体(12)の周壁外周面に溶融アルミ
ニウム(S) よりも高純度の精製アルミニウム(A) を晶出
させる。中空回転冷却体(12)の周壁内周面に向かって吹
出されてその外周面を冷却し、るつぼ(10)内に入れられ
て所定の温度に加熱保持されている溶融アルミニウム
(S) の有する熱により加熱された冷却流体は、冷却流体
排出管(23)の下端開口からその内部に入り、冷却流体排
出管(23)内を上方に流れ、ロータリジョイントを経て排
出される。

【００１３】しかしながら、この装置では次のような問
題が生じることが判明した。すなわち、るつぼ(10)内の
溶融アルミニウム(S) の液面からの熱放射により、液面
近傍の溶融アルミニウム(S) の温度は他の部分よりも低
くなっているので、中空回転軸(11)の外周面における溶
融アルミニウム(S) の液面近傍に存在する部分にはアル
ミニウムがが晶出しやすくなっており、図２に示すよう
に、この部分には短時間で多くのアルミニウム(Ax)が晶
出する。この部分に多くのアルミニウム(Ax)が晶出する
と、回転時の抵抗が大きくなって中空回転軸(11)に振れ
が発生し、これに起因して中空回転冷却体(12)にも振れ
が発生したり、溶融アルミニウム(S) が飛散したりし
て、生産トラブルの原因となる。また、中空回転軸(11)
の振れに起因する中空回転冷却体(12)の振れや溶融アル
ミニウム(S) の飛散を防止するには、中空回転軸(11)、
すなわち中空回転冷却体(12)の周速を遅くしなければな
らず、中空回転冷却体(12)の外周面に充分な量の高純度
金属が晶出する前に中空回転冷却体(12)を効果的に回転
させることができなくなり、その結果１回の精製作業に
おける精製アルミニウムの回収量が少なくなって作業の
能率が悪くなるとともに、精製効率も低下して得られる
精製アルミニウムの純度を高くすることができない。

【００１４】しかも、中空回転軸(11)の下端部の下拡が
りテーパ状部(18)の外周面にも、中空回転冷却体(12)の
外周面に晶出した精製アルミニウム(A) と連なるように
アルミニウム(Ay)が晶出する。ところで、このような装
置においては、中空回転冷却体(12)の外周面に形成され
た精製アルミニウム(A) の中空回転冷却体(12)からの回
収は、一般に、中空回転冷却体(12)を上昇させてるつぼ
(10)から出した後、掻き落とし装置により精製金属塊を
中空回転冷却体(12)から掻き落とすことにより行われて
いるが、上述したように、下拡がりテーパ状部(18)の外
周面にもアルミニウム(Ay)が晶出していると、掻き落と
しを行うことができず、精製アルミニウム(A) の回収作
業が極めて困難になる。

【００１５】この発明の目的は、上記問題を解決し、中
空回転軸の外周面における溶融金属の液面近傍に存在す
る部分および下拡がりテーパ状部の外周面への金属の晶
出を防止しうる金属の精製装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段と発明の効果】この発明に
よる金属の精製装置は、溶融金属保持るつぼと、垂直状
中空回転軸と、中空回転軸の下端に、内部空間が中空回
転軸の内部空間と連通するように固定状に設けられた中
空回転冷却体と、中空回転冷却体内に冷却流体を供給す
る手段とを備えており、るつぼ内に入れられた溶融金属
中に、中空回転軸の部分が液面に来るように中空回転冷
却体を浸漬し、中空回転軸および中空回転冷却体を回転
させるとともに、冷却流体供給手段により中空回転冷却
体の内部に冷却流体を供給しながら、中空回転冷却体の
外周面に、溶融金属よりも純度の高い金属を晶出させる
金属の精製装置であって、中空回転軸における溶融金属
の液面近傍に来る部分の内側に、ヒータが配置されてい
るものである。

【００１７】この発明の金属の精製装置によれば、中空
回転軸における溶融金属の液面近傍に来る部分の内側
に、ヒータが配置されているので、るつぼ内に入れられ
た溶融金属中に、中空回転軸の部分が液面に来るように
中空回転冷却体を浸漬し、中空回転軸および中空回転冷
却体を回転させるさいにヒータを発熱させると、中空回
転軸における溶融金属の液面近傍部分の外周面が加熱さ
れ、その結果この部分の外周面への金属の晶出が阻止さ
れる。したがって、中空回転軸の振れの発生に起因する
中空回転冷却体の振れの発生、および溶融金属の飛散が
防止され、生産トラブルの発生を防止できる。また、中
空回転冷却体の振れや溶融金属の飛散を防止することが
できるので、中空回転軸の回転数を大きくして中空回転
冷却体の周速を速くすることができ、その結果１回の精
製作業における高純度金属の回収量が多くなって作業の
能率が良くなるとともに、精製効率を向上させて得られ
る精製金属の純度を高くすることができる。

【００１８】この発明の金属の精製装置において、中空
回転軸の下端部が下拡がりテーパ状となされるととも
に、中空回転軸の下拡がりテーパ状部よりも上方の部分
が液面に来るように中空回転冷却体を溶融金属中に浸漬
するようになされており、下拡がりテーパ状部の下端部
の内側に、ヒータが配置されていることがある。この場
合、るつぼ内に入れられた溶融金属中に、中空回転軸の
下拡がりテーパ状部よりも上方の部分が液面に来るよう
に中空回転冷却体を浸漬し、中空回転軸および中空回転
冷却体を回転させるさいにヒータを発熱させると、中空
回転軸の下拡がりテーパ状部の下端部が加熱されて、そ
の外周面への金属の晶出が阻止される。したがって、中
空回転冷却体の外周面に晶出した精製金属を掻き落とし
装置によって掻き落とすことができ、その結果精製金属
の回収作業が簡単になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。

【００２０】図１はこの発明によるアルミニウムの精製
装置の要部を示す。なお、以下の説明において、図１に
おける図２および図３に示すものと同一物および同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。

【００２１】図１において、この発明によるアルミニウ
ムの精製装置は、垂直中空回転軸(11)の下部構成部材(1
7)における上端寄りの部分の内側および下拡がりテーパ
状部(18)の下端部の内側に、それぞれヒータ(1)(2)が全
周にわたって配置されたものである。

【００２２】このような精製装置を用いてアルミニウム
の精製を行う場合、中空回転軸(11)の下部構成部材(17)
の上端部におけるヒータ(1) が配置されている部分が溶
融アルミニウム(S) の液面に来るように、中空回転冷却
体(12)を溶融アルミニウム(S) 中に浸漬する。ついで、
両ヒータ(1)(2)に通電して発熱させつつ、図２および図
３に示す装置の場合と同様な操作を行う。すると、下部
部構成部材(17)内の上側のヒータ(1) の働きにより、下
部構成部材(17)の外周面における液面近傍部分へのアル
ミニウムの晶出が阻止されるので、中空回転軸(11)およ
び中空回転冷却体(12)に振れが発生したり、溶融アルミ
ニウム(S) が飛散したりするのを防止することが可能に
なり、生産トラブルの発生を防止できる。また、中空回
転軸(11)および中空回転冷却体(12)の振れや溶融アルミ
ニウム(S) の飛散を防止することができるので、中空回
転軸(11)および中空回転冷却体(12)の周速を速くするこ
とができ、その結果中空回転冷却体(12)の回転により、
凝固界面から液相中に排出された不純物を凝固界面から
遠ざけて液相全体に分散させながら凝固を進めることが
できる。したがって、平衡偏析係数に近い値の偏析係数
で支配されて凝固が進行し、中空回転冷却体(12)の周壁
外周面に、短時間に、図２および図３に示す装置の場合
よりも高純度のアルミニウム(A1)が晶出する。しかも、
１回の精製作業における高純度アルミニウムの回収量が
多くなって作業の能率が良くなる。

【００２３】さらに、下部構成部材(17)内のテーパ状部
(18)の内側のヒータ(2) の働きにより、下部構成部材(1
7)のテーパ状部(18)の外周面の下端部へのアルミニウム
の晶出が阻止されるので、中空回転冷却体(12)の外周面
に晶出した精製アルミニウム(A1)を掻き落とし装置によ
って掻き落とすことができ、その結果精製アルミニウム
の回収作業が簡単になる。

【００２４】上記においては、主にアルミニウムの精製
の場合について説明したが、この発明による装置は、そ
の他の共晶不純物を含む金属、たとえばケイ素の精製に
も適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による金属の精製装置の要部を拡大し
て示す垂直断面図である。

【図２】従来の金属の精製装置を示す垂直断面図であ
る。

【図３】図２の要部を拡大して示す垂直断面図である。

【符号の説明】

(1)：ヒータ (2)：ヒータ (10)：溶融金属保持るつぼ (11)：中空回転軸 (12)：中空回転冷却体 (18)：下拡がりテーパ状部 (S)：溶融アルミニウム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属保持るつぼと、垂直状中空回転
   軸と、中空回転軸の下端に、内部空間が中空回転軸の内
   部空間と連通するように固定状に設けられた中空回転冷
   却体と、中空回転冷却体内に冷却流体を供給する手段と
   を備えており、るつぼ内に入れられた溶融金属中に、中
   空回転軸の部分が液面に来るように中空回転冷却体を浸
   漬し、中空回転軸および中空回転冷却体を回転させると
   ともに、冷却流体供給手段により中空回転冷却体の内部
   に冷却流体を供給しながら、中空回転冷却体の外周面
   に、溶融金属よりも純度の高い金属を晶出させる金属の
   精製装置であって、 中空回転軸における溶融金属の液面近傍に来る部分の内
   側に、ヒータが配置されている金属の精製装置。
2. 【請求項２】 中空回転軸の下端部が下拡がりテーパ状
   となされるとともに、中空回転軸の下拡がりテーパ状部
   よりも上方の部分が液面に来るように中空回転冷却体を
   溶融金属中に浸漬するようになされており、下拡がりテ
   ーパ状部の下端部の内側に、ヒータが配置されている請
   求項１記載の金属の精製装置。