JPS5950738B2 - Continuous production equipment for high-purity aluminum - Google Patents

Continuous production equipment for high-purity aluminum

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JPS5950738B2
JPS5950738B2 JP11811682A JP11811682A JPS5950738B2 JP S5950738 B2 JPS5950738 B2 JP S5950738B2 JP 11811682 A JP11811682 A JP 11811682A JP 11811682 A JP11811682 A JP 11811682A JP S5950738 B2 JPS5950738 B2 JP S5950738B2
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aluminum
molten metal
cooling body
purity
impurities
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秀夫 新宮
浩三 新井
雅司 坂口
俊男 西出
修 渡辺
泰 田代
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、偏析凝固を利用した高純度アルミニウムの
連続製造装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for continuously producing high-purity aluminum using segregation solidification.

アルミニウム中に、アルミニウムと共晶を生成するFe
、 Si、 Cu、 Mg等の不純物(以下共晶不純物
という)が含まれている場合、該アルミニウムを溶解し
た後、この溶融アルミニウムを凝固させるさいに得られ
る最初のアルミニウムの固相中の不純物濃度Csは理論
上次式で表わされる。
Fe that forms eutectic with aluminum in aluminum
, Si, Cu, Mg, etc. (hereinafter referred to as eutectic impurities), the impurity concentration in the initial solid phase of aluminum obtained when solidifying this molten aluminum after melting the aluminum. Cs is theoretically expressed by the following formula.

C5=koCo (1−fs) k0/1上式において
koは平衡分配係数、Coは元のアルミニウム中の不純
物濃度、fsは固相率である。
C5=koCo (1-fs) k0/1 In the above equation, ko is the equilibrium distribution coefficient, Co is the impurity concentration in the original aluminum, and fs is the solid phase fraction.

共晶不純物の平衡分配係数koは1よりも小さいので、
上式から明らかなように、得られた固相中の不純物濃度
は元のアルミニウム中の不純物濃度よりも低くなる。
Since the equilibrium distribution coefficient ko of the eutectic impurity is smaller than 1,
As is clear from the above equation, the impurity concentration in the obtained solid phase is lower than the impurity concentration in the original aluminum.

また、上式から見て固相率fsが大きくなるほど得られ
た固相中の不純物濃度が高くなる。
Furthermore, as seen from the above equation, the higher the solid phase ratio fs, the higher the impurity concentration in the obtained solid phase.

この発明は、上式の原理を利用して高純度アルミニウム
を効率良く連続的に得ることのできる装置を提供するこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to provide an apparatus that can efficiently and continuously obtain high-purity aluminum using the principle of the above formula.

この発明による高純度アルミニウムの連続製造装置は、
アルミニウムを溶解するための溶解炉と、相互に連通せ
しめられている複数の溶湯保持槽と、各溶湯保持槽内に
1つずつ配置されており、かつ上下動自在である高純度
アルミニウムを晶出させるための回転冷却体とよりなり
、複数の溶湯保持槽のうちの1つの槽に、溶解炉からア
ルミニウム溶湯が送り込まれるようになされ、この溶湯
が全ての槽を順々に通って排出せしめられるようなされ
ているものである。
The continuous production apparatus for high-purity aluminum according to this invention has the following features:
A melting furnace for melting aluminum, a plurality of interconnected molten metal holding tanks, and one molten metal holding tank placed in each molten metal holding tank that can be moved up and down to crystallize high-purity aluminum. The molten aluminum is fed from the melting furnace into one of the multiple molten metal holding tanks, and this molten metal passes through all the tanks in sequence and is discharged. This is what has been done.

複数の溶湯保持槽は、たとえば1つの大きな槽を隔壁に
より複数の区画に区分し、この各区画を溶湯保持槽とす
ることにより用意される。
A plurality of molten metal holding tanks are prepared, for example, by dividing one large tank into a plurality of sections using partition walls, and making each section a molten metal holding tank.

この場合、隔壁に連通口を設けておいて、各溶湯保持槽
を連通させる。
In this case, a communication port is provided in the partition wall to allow each molten metal holding tank to communicate with each other.

また、るつぼからなる溶湯保持槽を複数個前べておいて
、各るつぼを樋によって連通させておいてもよい。
Alternatively, a plurality of molten metal holding tanks each consisting of a crucible may be arranged in front, and each crucible may be communicated with each other through a gutter.

複数の溶湯保持槽のうちの1つに、溶解炉からアルミニ
ウム溶湯を供給した場合、この溶湯が、各溶湯保持槽内
を順々に通って最後の溶湯保持槽から排出されるように
しておく。
When molten aluminum is supplied from the melting furnace to one of the multiple molten metal holding tanks, the molten metal should pass through each molten metal holding tank in turn and be discharged from the last molten metal holding tank. .

回転冷却体は、その周面に高純度のアルミニウムを晶出
させるために用いる。
The rotary cooling body is used to crystallize high-purity aluminum on its circumferential surface.

すなわち、各溶湯保持槽中に溶湯が入れられた後に回転
冷却体を下降させて溶湯中に浸漬し、これを回転させる
と、回転冷却体の周面に高純度の初晶アルミニウムが晶
出し、不純物は液相中に排出されるが、その時の固相の
不純物濃度と液相の不純物濃度との比は、平衡分配係数
Koで示される。
That is, after the molten metal is put into each molten metal holding tank, the rotary cooling body is lowered and immersed in the molten metal, and when it is rotated, high-purity primary aluminum crystallizes on the circumferential surface of the rotary cooling body. Impurities are discharged into the liquid phase, and the ratio of the impurity concentration in the solid phase to the impurity concentration in the liquid phase at that time is represented by the equilibrium distribution coefficient Ko.

しかしながら、その後の凝固進行にあたっては、不純物
の再分布は平衡分配係数Koではなく、実効分配係数K
E (KO≦KE≦1)で支配されることとなる。
However, during the subsequent solidification process, the redistribution of impurities is not due to the equilibrium distribution coefficient Ko, but to the effective distribution coefficient K.
It will be dominated by E (KO≦KE≦1).

これは凝固に際して不純物が液相中へ排出され、凝固界
面近傍に不純物の濃化層が発生するためである。
This is because impurities are discharged into the liquid phase during solidification, and a concentrated layer of impurities is generated near the solidification interface.

上記実効分配係数KHの値が平衡分配係数KOの値に近
づくと高純度アルミニウムの固相を得ることができる。
When the value of the effective distribution coefficient KH approaches the value of the equilibrium distribution coefficient KO, a solid phase of high purity aluminum can be obtained.

実効分配係数KEの値を平衡分配係数Koの値に近づけ
るためには、高純度の初晶アルミニウムか′晶出した後
のン疑固に伴な) 4%固界面の進行速度を、凝固界面
から液相中に排出された不純物の液相中での拡散速度に
比べて非常に遅くして不純物を凝固界面から充分遠くへ
拡散させるか、または液相を効果的に攪拌して凝固界面
近傍に排出された不純物を液相全体に分散混合させるこ
とが効果的である。
In order to bring the value of the effective distribution coefficient KE close to the value of the equilibrium distribution coefficient Ko, it is necessary to increase the rate of progress of the 4% solid surface (accompanying the solidification after crystallization) from high-purity primary aluminum to the solidification interface. The diffusion rate of the impurities discharged into the liquid phase from the liquid phase is very slow compared to the diffusion rate in the liquid phase, so that the impurities are diffused sufficiently far from the solidification interface, or the liquid phase is effectively stirred to diffuse the impurities near the solidification interface. It is effective to disperse and mix the impurities discharged into the entire liquid phase.

ところで、実効分配係数KEは次式 で表わされることは公知の事実である。By the way, the effective distribution coefficient KE is expressed by the following formula: It is a well-known fact that

上記式において、Rは凝固速度、δは凝固界面近傍に形
成された不純物濃化層の厚さ、Dは液相中での不純物の
拡散係数である。
In the above equation, R is the solidification rate, δ is the thickness of the impurity concentrated layer formed near the solidification interface, and D is the diffusion coefficient of the impurity in the liquid phase.

上記式から見れば、実効分配係数KHの値を平衡分配係
数KOの値に近づけるためには、凝固速度Rおよび不純
物濃化層の厚さδを小さくするとともに拡散係数りを大
きくすることが効果的である。
From the above equation, in order to bring the value of the effective distribution coefficient KH close to the value of the equilibrium distribution coefficient KO, it is effective to decrease the solidification rate R and the thickness δ of the impurity concentrated layer, and to increase the diffusion coefficient R. It is true.

ところが、上記変数のうち拡散係数りは、一般に液相の
温度が一定の場合に不純物の種によって決まる定数であ
ると考えられるから、拡散係数りを変化させることは困
難である。
However, among the above variables, the diffusion coefficient is generally considered to be a constant determined by the type of impurity when the temperature of the liquid phase is constant, and therefore it is difficult to change the diffusion coefficient.

また、工業的な生産性を考えた場合、凝固速度Rをあま
り小さくするのは適当ではない。
Furthermore, when considering industrial productivity, it is not appropriate to reduce the solidification rate R too much.

したがって、不純物濃化層の厚さδを小さく、換言すれ
ば不純物濃化層の厚さを薄くすることが、実効分配係数
に、の値を平衡分配係数Koの値に近づけるために効果
的である。
Therefore, reducing the thickness δ of the impurity-concentrated layer, in other words, reducing the thickness of the impurity-concentrated layer is effective for bringing the value of the effective distribution coefficient closer to the value of the equilibrium distribution coefficient Ko. be.

また、凝固界面において、不純物が液相中に排出される
と、凝固界面に樹枝状晶が生成し、この樹枝状晶が成長
すると、凝固界面近傍の液相中に排出されたFe、 S
i、 Mg、 Cuなどのアルミニウムと共晶を生成す
る不純物は、そのままの状態で、あるいは数ミクロン程
度の共晶を生成して樹枝状晶の間隙に捕捉されることは
良く知られており、これは精製作業上好ましくない現象
である。
Furthermore, when impurities are discharged into the liquid phase at the solidification interface, dendrites are generated at the solidification interface, and as these dendrites grow, Fe, S discharged into the liquid phase near the solidification interface are
It is well known that impurities that form eutectics with aluminum, such as i, Mg, and Cu, can be trapped in the gaps between dendrites either as they are or by forming eutectics of several microns. This is an unfavorable phenomenon in terms of refining work.

上記において、樹枝状晶の成長は、凝固界面近傍の平衡
液相線温度が、実際の液相の温度よりも高くなるような
組成的過冷却状態で起る。
In the above, dendrite growth occurs in a compositionally supercooled state such that the equilibrium liquidus temperature near the solidification interface is higher than the actual liquidus temperature.

したがって、樹枝状晶の成長を防止するためには、凝固
界面近傍の不純物濃化層での温度勾配を、平衡液相線の
温度勾配より大きくする必要がある。
Therefore, in order to prevent the growth of dendrites, it is necessary to make the temperature gradient in the impurity concentrated layer near the solidification interface larger than the temperature gradient of the equilibrium liquidus line.

そして、冷却体を回転させると固相と液相との間に相対
的な運動が生じ、凝固界面近傍に形成された不純物濃化
層と他の大部分の液相との攪拌混合が効果的に行なわれ
、不純物濃化層中の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は結果的に非常に薄くなる。
When the cooling body is rotated, a relative movement occurs between the solid phase and the liquid phase, which effectively stirs and mixes the impurity concentrated layer formed near the solidification interface with most of the other liquid phase. The impurities in the impurity concentrated layer are dispersed throughout the liquid phase, and the thickness of the impurity concentrated layer becomes very thin as a result.

この不純物濃化層の厚さと同層での温度勾配とは当然の
ことながら逆比例の関係にあり、不純物濃化層の厚さが
薄くなるにつれ、温度勾配はそれだけ大きくなる。
Naturally, the thickness of this impurity concentrated layer and the temperature gradient in the same layer are in an inversely proportional relationship, and as the thickness of the impurity concentration layer becomes thinner, the temperature gradient increases accordingly.

したがって、実効分配係数KHの値を平衡分配係数KO
の値に近づけて凝固を進めることができ、精製効率が高
くなって高純度アルミニウムを得られる。
Therefore, the value of the effective partition coefficient KH can be expressed as the equilibrium partition coefficient KO
It is possible to proceed with solidification by approaching the value of , increasing purification efficiency and obtaining high-purity aluminum.

また、凝固過程において、樹枝状晶の発生をできるだけ
抑制して、はは゛平滑な凝固面を有する高純度アルミニ
ウムを得られる。
Further, during the solidification process, the generation of dendrites is suppressed as much as possible, and high purity aluminum having a very smooth solidified surface can be obtained.

不純物濃化層の厚さを薄くするためには、冷却体の回転
数、換言すれば、冷却体と溶融アルミニウムとの相対的
速度が大きいほどよいが、あまり大きくなると、遠心力
の増大に伴ない、冷却体の表面に晶出したアルミニウム
が付着しにくくなるので生産性の低下を招く。
In order to reduce the thickness of the impurity concentrated layer, it is better to increase the rotational speed of the cooling body, in other words, the relative speed between the cooling body and molten aluminum. However, if it becomes too large, centrifugal force increases. Otherwise, crystallized aluminum becomes difficult to adhere to the surface of the cooling body, resulting in a decrease in productivity.

また、冷却体の回転方向を適当な頻度で逆転させると上
記効果は一層向上する。
Furthermore, the above effect can be further improved by reversing the direction of rotation of the cooling body at an appropriate frequency.

この回転冷却体としては、円筒状のものおよび下方に向
って漸次小径とされたテーパ筒状のものなどを用いる。
As this rotary cooling body, a cylindrical type or a tapered cylindrical type with a diameter gradually decreasing toward the bottom are used.

冷却体としてテーパ筒状のものを用いると、冷却体の周
面に晶出した高純度アルミニウムの回収作業が容易にな
るので一層好ましい。
It is more preferable to use a tapered cylindrical cooling body as this makes it easier to recover high-purity aluminum crystallized on the circumferential surface of the cooling body.

また冷却体は、その内部に、空気、アルゴンガス、窒素
ガス、空気と水との混合液体等の冷却体を送り込むこと
により冷却される。
The cooling body is cooled by feeding a cooling body such as air, argon gas, nitrogen gas, or a mixed liquid of air and water into the cooling body.

外部熱源からの加熱により保持槽中の溶融アルミニウム
に供給される熱量を大きくし、しかも冷却体によって溶
融アルミニウムを冷却して多くの熱を奪うと、凝固速度
が小さくなるとともに、冷却体と溶融アルミニウムとの
間の熱流が大きくなって、凝固界面近傍の液相中の温度
勾配が大きくなる。
If the amount of heat supplied to the molten aluminum in the holding tank is increased by heating from an external heat source, and if more heat is removed by cooling the molten aluminum with the cooling body, the solidification rate will decrease and the cooling body and molten aluminum will be The heat flow between the solidification and solidification interfaces increases, and the temperature gradient in the liquid phase near the solidification interface increases.

したがって、上述した冷却体の回転による効果、すなわ
ち高純度アルミニウムを得られるという効果は一層向上
する。
Therefore, the effect of the rotation of the cooling body described above, that is, the effect of obtaining high-purity aluminum is further improved.

さらに、冷却体周面の溶湯表面と接する部分およびその
近傍、ならびに冷却体の底面を断熱材で被覆しておき、
この冷却体を、上部断熱材の上縁が溶湯表面よりも上方
に位置しかつ下縁が溶湯内における外気の温度の影響を
受けない位置にくるように、溶湯中に浸漬することが好
ましい。
Furthermore, the portion of the circumferential surface of the cooling body in contact with the molten metal surface and its vicinity, as well as the bottom surface of the cooling body, are covered with a heat insulating material,
The cooling body is preferably immersed in the molten metal so that the upper edge of the upper insulating material is located above the surface of the molten metal and the lower edge is located in the molten metal at a position where it is not affected by the temperature of the outside air.

こうしておくと、冷却体による高純度アルミニウムの回
収効率が良くなるからである。
This is because if this is done, the efficiency of recovering high-purity aluminum by the cooling body will be improved.

このような高純度アルミニウムの製造装置において、あ
らかじめ冷却体を上昇させておき、溶解炉から溶湯保持
槽へアルミニウム溶湯を供給して各保持槽内の溶湯量が
等しくなってから冷却体を下降させて溶湯中に浸漬し回
転させる。
In such high-purity aluminum production equipment, the cooling body is raised in advance, molten aluminum is supplied from the melting furnace to the molten metal holding tanks, and the cooling body is lowered only after the amount of molten metal in each holding tank is equal. immerse it in the molten metal and rotate it.

そして、各溶湯保持槽中の溶湯量が操業中不変となるよ
うに、溶湯供給量および排出量を調整するとともに、各
冷却体の周面に晶出するアルミニウムの量が等しくなる
ように調整する。
Then, the amount of molten metal supplied and discharged is adjusted so that the amount of molten metal in each molten metal holding tank remains unchanged during operation, and the amount of aluminum crystallized on the circumferential surface of each cooling body is adjusted to be equal. .

冷却体の周面に晶出するアルミニウム量は、溶湯の温度
、冷却体の回転数、冷却能、浸漬時間により適宜変更す
ることができる。
The amount of aluminum crystallized on the circumferential surface of the cooling body can be changed as appropriate depending on the temperature of the molten metal, the rotation speed of the cooling body, the cooling capacity, and the immersion time.

各溶湯保持槽における溶湯中の不純物濃度は、溶解炉に
近いものから遠ざかるにつれて順次高くなっている。
The concentration of impurities in the molten metal in each molten metal holding tank increases sequentially from the one closest to the melting furnace to the further away from the melting furnace.

各冷却体によって回収されるアルミニウムの合計量の、
供給された溶湯の合計量に対する比(以下、この比を回
収率という)を変えることによって得られる全てのアル
ミニウム中の平均不純物濃度を変えることができ、回収
率が小さいほど上記平均不純物濃度は低くなる。
of the total amount of aluminum recovered by each cooling body,
The average impurity concentration in all the aluminum obtained can be changed by changing the ratio of the supplied molten metal to the total amount (hereinafter referred to as the recovery rate), and the lower the recovery rate, the lower the above average impurity concentration. Become.

したがって、上記回収率を所定の値にすることによって
溶解炉から供給される元の精製すべきアルミニウムより
も高純物のアルミニウムを得ることができる。
Therefore, by setting the recovery rate to a predetermined value, it is possible to obtain aluminum of higher purity than the original aluminum to be purified supplied from the melting furnace.

また、回収率を一定に保った場合には、溶湯保持槽の数
が多いほど高純度のアルミニウムを得ることができる。
Furthermore, when the recovery rate is kept constant, the more molten metal holding tanks there are, the more pure aluminum can be obtained.

上述のように、この発明の高純度アルミニウムの連続製
造装置によれば、溶湯保持槽の数を増やせば、1度の作
業で多くの高純度アルミニウムを効率良く得ることがで
きる。
As described above, according to the apparatus for continuously producing high-purity aluminum of the present invention, by increasing the number of molten metal holding tanks, a large amount of high-purity aluminum can be efficiently obtained in one operation.

また、不純物の実効分配係数がわかれば、回収率を変え
ることによって得られるアルミニウムの純度を調整する
ことが可能となるので、所定の純度のアルミニウムを容
易に得ることができる。
Further, if the effective distribution coefficient of impurities is known, it becomes possible to adjust the purity of aluminum obtained by changing the recovery rate, so aluminum of a predetermined purity can be easily obtained.

この発明を、以下図面を参照しながら説明する。This invention will be explained below with reference to the drawings.

第1図および第2図において、高純度アルミニウムの連
続製造装置1は、アルミニウムを溶解する溶解炉7の右
側に横長の直方体状の大きな槽2が配置さ゛れ、槽2を
隔壁3によって5つの区画に区分することによって5つ
の溶湯保持槽4A〜4Eが設けられ、左端の溶湯保持槽
4A内に攪拌機5が配置され、他の4つの溶湯保持槽4
B〜4E内に上下動自在である高純度アルミニウムを晶
出させるための回転冷却体6が1つずつ配置されている
ものである。
In FIGS. 1 and 2, a continuous manufacturing apparatus 1 for high-purity aluminum has a large tank 2 in the shape of an oblong rectangular parallelepiped placed on the right side of a melting furnace 7 for melting aluminum, and the tank 2 is divided into five sections by partition walls 3. Five molten metal holding tanks 4A to 4E are provided by dividing the molten metal holding tanks 4A to 4E, and the stirrer 5 is arranged in the leftmost molten metal holding tank 4A, and the other four molten metal holding tanks 4
One rotary cooling body 6 for crystallizing high-purity aluminum, which is movable up and down, is arranged in each of B to 4E.

隔壁3の上端部は切欠かれて連通口13が設けられてお
り、この連通口13を介して各溶湯保持槽が相互に連通
させられている。
The upper end of the partition wall 3 is cut out to provide a communication port 13, through which the molten metal holding tanks are communicated with each other.

そして、溶解炉7で溶解されたアルミニウムが左端の溶
湯保持槽4Aに送り込まれるようになっている。
The aluminum melted in the melting furnace 7 is fed into the molten metal holding tank 4A at the left end.

保持槽4Aに送り込まれた溶湯は、連通口13を通って
右側の保持槽4B〜4E内に順々に流れ込んでいき、右
端の保持槽4Eから外部に排出される。
The molten metal sent into the holding tank 4A passes through the communication port 13, flows into the holding tanks 4B to 4E on the right side one after another, and is discharged to the outside from the holding tank 4E on the right end.

回転冷却体6は下方に向って徐々に細くなりかつ両端が
閉塞された中空のテーパ筒状であり、その周面上端部お
よび下面がそれぞれ断熱材8,9で覆われている。
The rotary cooling body 6 has a hollow tapered cylindrical shape that gradually becomes thinner toward the bottom and is closed at both ends, and its upper and lower peripheral surfaces are covered with heat insulating materials 8 and 9, respectively.

そして、冷却体6はあらかじめ上昇させられており (
第1図鎖線参照)、溶湯保持槽4A〜4E内に所定量の
溶湯が注入された後下降させられ断熱材8が溶湯表面と
接し、かつその下縁が、溶湯中における外気の温度の影
響を受けない位置にくるように浸漬される。
The cooling body 6 has been raised in advance (
After a predetermined amount of molten metal is injected into the molten metal holding tanks 4A to 4E, the heat insulating material 8 comes into contact with the surface of the molten metal, and its lower edge is affected by the temperature of the outside air in the molten metal. It is immersed so that it is in a position where it will not receive any damage.

冷却体6の周面上端部を断熱材8で被覆し、この断熱材
8が溶湯表面と接し、かつその下縁が溶湯中における外
気の温度の影響を受けない位置に浸漬するのは、つぎの
3つの理由による。
The upper end of the circumferential surface of the cooling body 6 is covered with a heat insulating material 8, and the heat insulating material 8 is in contact with the surface of the molten metal, and its lower edge is immersed in the molten metal at a position where it is not affected by the temperature of the outside air. This is due to three reasons.

その1つは、溶湯表面は外気と接しているので、溶湯表
面近傍の溶融アルミニウムは外気の温度の影響を受けて
その温度が他の部分よりも低くなって、冷却体6の周面
における溶湯表面近傍にアルミニウムが晶出し易くなり
、その結果この部分におけるアルミニウムの晶出速度が
冷却体6周面の他の部分におけるアルミニウムの晶出速
度よりも速くなるために、この部分に晶出するアルミニ
ウムの純度が他の部分に晶出するアルミニウムの純度よ
りも低くなって、精製作業終了後、冷却体6周面からア
ルミニウムを回収するさいに冷却体6周面の他の部分に
晶出したアルミニウムと混じり合って、全体としての精
製効率が低下するからである。
One of them is that since the surface of the molten metal is in contact with the outside air, the temperature of the molten aluminum near the surface of the molten metal becomes lower than that of other parts due to the influence of the temperature of the outside air. Aluminum tends to crystallize near the surface, and as a result, the crystallization rate of aluminum in this part is faster than the crystallization rate of aluminum in other parts of the circumferential surface of the cooling body 6, so that the aluminum crystallized in this part The purity of aluminum is lower than that of aluminum crystallized on other parts, and when aluminum is recovered from the circumferential surface of the cooling body 6 after the refining work, the aluminum crystallized on other parts of the circumferential surface of the cooling body 6. This is because the purification efficiency as a whole decreases.

他の理由は、上述したように、冷却体6周面の溶湯表面
近傍においては他の部分に比べてアルミニウムが晶出し
易くなっているために、この部分には冷却体6周面の他
の部分に比べてかなり多くのアルミニウムが晶出し、冷
却体6周面の他の部分に十分な量の高純度アルミニウム
が晶出する前に冷却体6を効果的に回転させることがで
きなくなり、各冷却体6における高純度アルミニウムの
回収量が少なくなって作業の能率が悪くなるからである
Another reason is that, as mentioned above, aluminum is more likely to crystallize near the molten metal surface on the circumferential surface of the cooling element 6 than in other parts, so this The cooling body 6 cannot be effectively rotated before a sufficient amount of high-purity aluminum crystallizes on other parts of the circumference of the cooling body 6. This is because the amount of high-purity aluminum recovered in the cooling body 6 decreases, resulting in poor work efficiency.

さらに、他の理由は、冷却体6周面の溶湯表面近傍に多
くのアルミニウムが晶出しアルミニウム塊が形成される
と、冷却体6を回転させるさいにアルミニウム塊が溶湯
を飛散させて、飛散した低純度の溶湯が冷却体6の溶湯
から突出している部分に付着晶出し、高純度アルミニウ
ムの製造作業終了後、冷却体6周面からアルミニウムを
回収するさいに冷却体6周面に晶出したアルミニウムと
混じりって、全体としての精製効率が低下するからであ
る。
Furthermore, another reason is that when a large amount of aluminum crystallizes and aluminum lumps are formed near the molten metal surface on the circumferential surface of the cooling body 6, the aluminum lumps scatter the molten metal and scatter when the cooling body 6 is rotated. Low-purity molten metal adhered to and crystallized on the parts of the cooling body 6 that protruded from the molten metal, and when aluminum was recovered from the circumferential surface of the cooling body 6 after the production of high-purity aluminum was completed, crystallization occurred on the circumferential surface of the cooling body 6. This is because it mixes with aluminum and reduces the overall refining efficiency.

また、冷却体6の下面を断熱材9で被覆しておくのは、
冷却体6下面においては冷却体6の回転による効果をあ
まり期待できず、冷却体6下面に晶出するアルミニウム
の純度が周面に晶出するアルミニウムの純度よりも低く
なるからである。
Moreover, covering the lower surface of the cooling body 6 with a heat insulating material 9 is as follows.
This is because the rotation of the cooling body 6 cannot be expected to have much of an effect on the lower surface of the cooling body 6, and the purity of the aluminum crystallized on the lower surface of the cooling body 6 is lower than the purity of the aluminum crystallized on the peripheral surface.

しかしながら、断熱材8,9は必ずしも必要としない。However, the heat insulating materials 8 and 9 are not necessarily required.

また、冷却体6の上端には、上方に伸びかつ冷却体6の
内部と連通した管状回転軸10が設けられている。
Furthermore, a tubular rotating shaft 10 extending upward and communicating with the inside of the cooling body 6 is provided at the upper end of the cooling body 6 .

回転軸10の内部には、下端部が冷却体6内の下端まで
入り込みかつ周壁に多数の冷却流体吹出口11が設けら
れた冷却流体供給管12が配置されている。
A cooling fluid supply pipe 12 is disposed inside the rotating shaft 10 and has a lower end that extends into the cooling body 6 up to the lower end thereof and has a plurality of cooling fluid outlet ports 11 on the peripheral wall thereof.

溶解炉7内で溶融せらItた精製すべきアルミニウムは
、各保持槽4A〜4Eに送り込まれる。
The aluminum to be refined and melted in the melting furnace 7 is sent to each holding tank 4A to 4E.

この溶融アルミニウムには、Fe、 Si、 Cu、
Mg等の共晶不純物の他にTi、 V、 Zr等のアル
ミニウムと包晶を生成する不純el(以下包晶不純物と
いう)が含まれていることがある。
This molten aluminum contains Fe, Si, Cu,
In addition to eutectic impurities such as Mg, impurities such as Ti, V, and Zr that form aluminum and peritectic el (hereinafter referred to as peritectic impurities) may be included.

アルミニウム溶湯中に包晶不純物が含まれている場合、
このアルミニウム溶湯を凝固するさいに得られる最初の
固相中における包晶不純物の濃度は、元のアルミニウム
溶湯中の濃度よりも高くなる。
If the molten aluminum contains peritectic impurities,
The concentration of peritectic impurities in the initial solid phase obtained when this molten aluminum is solidified is higher than the concentration in the original molten aluminum.

そこで、左端の溶湯保持槽4Aにおいて、溶湯中にホウ
素を添加して攪拌機5で攪拌すると、ホウ素がTi。
Therefore, in the leftmost molten metal holding tank 4A, when boron is added to the molten metal and stirred by the stirrer 5, the boron turns into Ti.

■、Zr等の包晶不純物と反応してTlB2. VB2
5ZrB2等の不溶性金属ホウ化物が生成する。
(2) TlB2. reacts with peritectic impurities such as Zr. VB2
Insoluble metal borides such as 5ZrB2 are formed.

この不溶性金属ホウ化物は、溶湯保持槽4B〜4E内に
おいて回転冷却体6を回転させるさいに遠心力により回
転冷却体6の周面から遠ざけられるので゛、冷却体6の
周面に晶出するアルミニウム中に混入することはなくな
る。
This insoluble metal boride is kept away from the circumferential surface of the rotary cooling body 6 by centrifugal force when rotating the rotary cooling body 6 in the molten metal holding tanks 4B to 4E, so that it crystallizes on the circumferential surface of the cooling body 6. It will no longer be mixed into aluminum.

ホウ素の添加量は、精製すべきアルミニウム中の包晶不
純物の量に合わせて決められるが、上記金属ホウ化物を
生成するのに必要な最小限の量よりも多く添加するのが
よい。
The amount of boron added is determined according to the amount of peritectic impurities in the aluminum to be purified, but it is preferable to add more than the minimum amount necessary to produce the metal boride.

ホウ素はアルミニウムと共晶を生成するので、余剰のホ
ウ素は、Fe、 Si、 Cu、 Mg等の共晶不純物
と同様に除去される。
Since boron forms a eutectic with aluminum, excess boron is removed as well as eutectic impurities such as Fe, Si, Cu, Mg, etc.

また、ホウ素はAl−B母合金として添加してもよい。Further, boron may be added as an Al-B master alloy.

各溶湯保持槽4A〜4Eにおける溶湯量が所定量に達し
たときに、冷却体6を下降させて溶湯中に浸漬し、その
内部に冷却流体供給管12の吹出口11から冷却流体を
吹出しつつこれを回転させる。
When the amount of molten metal in each of the molten metal holding tanks 4A to 4E reaches a predetermined amount, the cooling body 6 is lowered and immersed in the molten metal, and cooling fluid is blown into the inside from the outlet 11 of the cooling fluid supply pipe 12. Rotate this.

すると、冷却体6周面の溶融アルミニウム中に存在する
部分でかつ断熱材8,9で被覆されていない部分にアル
ミニウムが、晶出する。
Then, aluminum crystallizes on the portions of the circumferential surface of the cooling body 6 that are present in the molten aluminum and are not covered with the heat insulating materials 8 and 9.

各種4B〜4Eにおける冷却体6の周面に晶出するアル
ミニウムの量が等しくなるように、溶湯の温度、冷却体
6の回転数、冷却能をコントロールするとともに、各種
4B〜4Eにおける溶湯量が常に等しくなるように、溶
湯供給量および排出量をコントロールし、上記回収率を
一定としておく。
The temperature of the molten metal, the rotation speed of the cooling element 6, and the cooling capacity are controlled so that the amount of aluminum crystallized on the circumferential surface of the cooling element 6 in each type of 4B to 4E is equal, and the amount of molten metal in each type of 4B to 4E is controlled. The molten metal supply amount and discharge amount are controlled so that they are always equal, and the recovery rate is kept constant.

ここで、溶解炉7から供給される溶湯中の不純物濃度を
C8、各槽4B〜4E内の溶湯中の不純物濃度をそれぞ
れC1,C2,C3,C4で表わすと、co<C1〈C
2〈C3〈C4となり、また各槽4B〜4E内の溶湯中
の不純物濃度C8に対する比(C1/Co)、(C2/
Co)、 (C3/Co)、 (C4/Co)は、第3
図に示されているように、操業開始当初は増加していく
が、冷却体6の周面に晶出するアルミニウムの量が所定
量に達すると一定状態となる。
Here, if the impurity concentration in the molten metal supplied from the melting furnace 7 is expressed as C8, and the impurity concentration in the molten metal in each tank 4B to 4E is expressed as C1, C2, C3, and C4, then co<C1<C
2<C3<C4, and the ratio of impurity concentration C8 in the molten metal in each tank 4B to 4E (C1/Co), (C2/
Co), (C3/Co), (C4/Co) are the third
As shown in the figure, the amount of aluminum increases at the beginning of operation, but becomes constant when the amount of aluminum crystallized on the circumferential surface of the cooling body 6 reaches a predetermined amount.

このとき、各冷却体6で回収されたアルミニウム中の合
計不純物量Msに、右端の槽4Eから排出される溶湯中
の不純物量Mnを加えた量もまた、常に精製すべきアル
ミニウム中の不純物量Moと等しくなっている。
At this time, the sum of the total amount of impurities Ms in the aluminum recovered by each cooling body 6 and the amount Mn of impurities in the molten metal discharged from the rightmost tank 4E is also the amount of impurities in the aluminum that should always be purified. It is equal to Mo.

したがって、各槽4B〜4E中の溶湯における不純物濃
度および不純物の実効分配係数がわかれば、回収率を一
定に定めると所望の不純物濃度を有する高純度アルミニ
ウムを得ることができる。
Therefore, if the impurity concentration and the effective distribution coefficient of impurities in the molten metal in each tank 4B to 4E are known, high purity aluminum having a desired impurity concentration can be obtained by setting the recovery rate constant.

回収率が小さいほど各保持槽4B〜4E内の溶湯中の不
純物の濃度分布は低くなるので、得られる鋳塊の純度は
高くなる。
The smaller the recovery rate, the lower the concentration distribution of impurities in the molten metal in each of the holding tanks 4B to 4E, and therefore the higher the purity of the obtained ingot.

そして、回収率を変えることによって得られるアルミニ
ウム純度を決めることができる。
The aluminum purity obtained can then be determined by changing the recovery rate.

さらに、回収率が一定の場合には、第4図に示されてい
るように、溶湯保持槽の数が多いほど排出される溶湯中
の不純物濃度が高くなって、冷却体6により一層高純度
のアルミニウムを得ることができる。
Furthermore, when the recovery rate is constant, as shown in FIG. 4, the greater the number of molten metal holding tanks, the higher the impurity concentration in the discharged molten metal. of aluminum can be obtained.

上記において、冷却体6によって回収されたアルミニウ
ムを用いて、再び同様な装置で作業を行なえば、より一
層高純度のアルミニウムを得ることができる。
In the above, if the aluminum recovered by the cooling body 6 is used again in the same apparatus, aluminum of even higher purity can be obtained.

さらに第2回目の操業で排出された溶湯の純度は、第1
回目のさいに用いられた原料の純度よりも高いので、こ
れを溶解炉7に戻すことにより対原料歩留を向上させる
ことができる。
Furthermore, the purity of the molten metal discharged in the second operation was different from that in the first operation.
Since the purity is higher than that of the raw material used in the melting process, the yield for the raw material can be improved by returning it to the melting furnace 7.

つぎに、この発明による装置を使用して高純度アルミニ
ウムを製造する具体例について説明する。
Next, a specific example of producing high purity aluminum using the apparatus according to the present invention will be described.

具体例 1 この具体例は第1図および第2図に示されている装置を
用いて行なったものである。
Specific Example 1 This specific example was carried out using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2.

まず、冷却体6を上昇させておくとともに、溶解炉7で
Fed、 10wt%、Sin、 05wt%、Tie
、 002wt%およびVo、008wt%を含むアル
ミニウムを溶解させ、その溶湯を左端の溶湯保持槽4A
に供給した。
First, while raising the cooling body 6, in the melting furnace 7, Fed, 10wt%, Sin, 05wt%, Tie
, 002wt% and Vo, 008wt% are melted, and the molten metal is transferred to the leftmost molten metal holding tank 4A.
supplied.

このさい、溶湯保持槽4Aにホウ素濃度が常にo、 0
08wt%となる様にホウ素を添加して攪拌機5で攪拌
した。
At this time, the boron concentration in the molten metal holding tank 4A is always o, 0.
Boron was added to the solution to give a concentration of 0.8 wt%, and the mixture was stirred using a stirrer 5.

この溶湯が他の保持槽4B〜4E内に流れ込んで各保持
槽4A〜4E内に溶湯が満されたときに、断熱材8で被
覆された部分の径が200mmである冷却体6を下降さ
せて溶湯中に浸漬し、この冷却体6の内部に冷却流体供
給管12から冷却流体を供給しながら回転数40Orp
mで回転させて操業を開始した。
When this molten metal flows into the other holding tanks 4B to 4E and each holding tank 4A to 4E is filled with the molten metal, the cooling body 6 whose diameter is 200 mm at the portion covered with the heat insulating material 8 is lowered. immersed in the molten metal, and while supplying cooling fluid from the cooling fluid supply pipe 12 to the inside of the cooling body 6, the rotation speed is 40 Orp.
The operation was started by rotating at m.

操業中は各溶湯保持槽4A〜4E内の溶湯量が一定にだ
もたれるように溶解炉7から溶湯を供給し続けるととも
に、左端の槽4A内に、ホウ素濃度が常にo、 008
wt%を保つように、連続してホウ素を添加した。
During operation, molten metal is continuously supplied from the melting furnace 7 so that the amount of molten metal in each molten metal holding tank 4A to 4E remains constant, and the boron concentration is always maintained at o, 008 in the leftmost tank 4A.
Boron was added continuously to maintain the wt%.

左端の槽4Aを除いた4つの槽4B〜4Eにおける溶湯
中の共晶不純物濃度のC1,C2,C3,C4は、操業
開始当初からC1〈C2〈C3〈C4の関係を保って高
くなっていき、冷却体6による回収アルミニウム量が所
定量に達すると定常状態になる。
The eutectic impurity concentrations C1, C2, C3, and C4 in the molten metal in the four tanks 4B to 4E, excluding the leftmost tank 4A, have been increasing while maintaining the relationship of C1 < C2 < C3 < C4 since the beginning of operation. When the amount of aluminum recovered by the cooling body 6 reaches a predetermined amount, a steady state is reached.

そして、共晶不純物の実効分配係数が0.1、回収率を
0.7とした場合の上記共晶不純物濃度C1,C2,C
3,C4と、溶解炉7から供給されたアルミニウム中の
共晶不純物濃度C6との比(C,/Co)、 (C2/
Co)、(C3/Co)および(C4/Co)は、それ
ぞれ1.3゜1.6. 2および2.7で安定し、この
状態で連続操業した。
The above eutectic impurity concentrations C1, C2, C when the effective distribution coefficient of eutectic impurities is 0.1 and the recovery rate is 0.7.
3. The ratio of C4 to the eutectic impurity concentration C6 in the aluminum supplied from the melting furnace 7 (C, /Co), (C2/
Co), (C3/Co) and (C4/Co) are each 1.3°1.6. 2 and 2.7, and the operation was continued under these conditions.

この時、得られたアルミニウム鋳塊における平均不純物
濃度を測定したところ、Fed、 008wt%、Si
n、 008wt%、Tie、 0001wt%、VO
0OO02wt%であった。
At this time, when the average impurity concentration in the obtained aluminum ingot was measured, it was found that Fed, 008wt%, Si
n, 008wt%, Tie, 0001wt%, VO
It was 0OO02wt%.

具体例 2 回収率を0.4とし、その他は、上記具体例1と同様な
条件で行い、定常状態で連続操業した。
Specific Example 2 The recovery rate was set to 0.4, and other conditions were the same as those in Specific Example 1, and continuous operation was carried out in a steady state.

得られた全アルミニウム鋳塊における平均不純物濃度を
測定したところ、Fed、 005wt%、Sin、
006wt%、Tie、 0001wt%、VO,00
02wt%であった。
When the average impurity concentration in the obtained total aluminum ingot was measured, it was found that Fed, 005wt%, Sin,
006wt%, Tie, 0001wt%, VO,00
It was 0.02 wt%.

具体例 3 この具体例は、上記具体例1における5つの溶湯保持槽
の代わりに9つの溶湯保持槽を用い、その他は上記具体
例1と同様な条件で行なったものである。
Specific Example 3 In this specific example, nine molten metal holding tanks were used instead of the five molten metal holding tanks in the above specific example 1, and the other conditions were the same as those of the above specific example 1.

ただし、回収率を上記具体例1の場合と同じ0.7とし
、定常状態で連続操業した。
However, the recovery rate was set to 0.7, which is the same as in Example 1, and continuous operation was carried out in a steady state.

得られたアルミニウム鋳塊における平均不純物濃度を測
定したところ、Fed、 0065wt%、Sin、0
07wt%、Tie、 0001wt%、VO,000
2wt%であり、保持槽が5つの具体例1より高純度の
アルミニウムが2倍の生産速度で得られた。
When the average impurity concentration in the obtained aluminum ingot was measured, it was found that Fed, 0065 wt%, Sin, 0
07wt%, Tie, 0001wt%, VO,000
2 wt%, and higher purity aluminum was obtained at twice the production rate than in Example 1, which had five holding tanks.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面はこの発明の実施例を示し、第1図(お径断面図、
第2図は第1図の一部切欠き部分拡大図、第3図は各溶
湯保持槽における溶湯中の不純物濃度の精製すべきアル
ミニウム中の不純物濃度に対する比と、各種の冷却体周
面に晶出したアルミニウム量との関係を表わすグラフ、
第4図は溶湯保持槽の数と得られたアルミニウム中の不
純物濃度の精製すべきアルミニウムの不純物濃度に対す
る比との関係を表わすグラフである。 4B、 4C,4D、 4E・・・・・・溶湯保持
槽、6・・・・・・回転冷却体、7・・・・・・溶解炉
The drawings show an embodiment of the invention, and FIG.
Figure 2 is a partial enlarged view of Figure 1, and Figure 3 shows the ratio of the impurity concentration in the molten metal to the impurity concentration in the aluminum to be purified in each molten metal holding tank, and the ratio of the impurity concentration in the aluminum to be purified, and the A graph showing the relationship with the amount of aluminum crystallized,
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of molten metal holding tanks and the ratio of the impurity concentration in the obtained aluminum to the impurity concentration of the aluminum to be purified. 4B, 4C, 4D, 4E... Molten metal holding tank, 6... Rotating cooling body, 7... Melting furnace.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 アルミニウムを溶解するための溶解炉7と、相互に
連通せしめられている複数の溶湯保持槽4B〜4Eと、
各溶湯保持槽4B〜4E内に1つずつ配置されており、
かつ上下動自在である高純度アルミニウムを晶出させる
ための回転冷却体6とよりなり、複数の溶湯保持槽4B
〜4Eのうちの1つの槽に、溶解炉7からアルミニウム
溶湯が送り込まれるようになされ、この溶湯が全ての保
持槽4B〜4Eを順々に通って排出せしめられるように
なされている高純度アルミニウムの連続製造装置。
1. A melting furnace 7 for melting aluminum, a plurality of molten metal holding tanks 4B to 4E that are communicated with each other,
One is placed in each molten metal holding tank 4B to 4E,
It consists of a rotary cooling body 6 for crystallizing high-purity aluminum, which is movable up and down, and a plurality of molten metal holding tanks 4B.
-High purity aluminum in which molten aluminum is fed from the melting furnace 7 into one tank of 4E, and this molten metal is discharged through all the holding tanks 4B to 4E in sequence. continuous manufacturing equipment.
JP11811682A 1982-07-06 1982-07-06 Continuous production equipment for high-purity aluminum Expired JPS5950738B2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60190531A (en) * 1984-03-09 1985-09-28 Showa Alum Corp Rotary cooler for apparatus for producing high-purity aluminum
JP5173296B2 (en) * 2007-07-20 2013-04-03 昭和電工株式会社 Continuous purification system for high-purity aluminum
JP6342660B2 (en) * 2013-01-22 2018-06-13 昭和電工株式会社 Metal purification apparatus and metal purification method
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