JPS6129721Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、アルミニウム溶湯から分別結晶法に
より高純度アルミニウムを連続的に取得するため
のアルミニウム精製装置に関するものである。

従来、高純度アルミニウムを得る方法として、
アルミニウム溶湯の三層電解法が広く実施されて
来たが、近年のエネルギー情勢から分別結晶法が
注目されており、例えば特公昭50−20536号公報
等に開示されている方法がある。

特公昭50−20536号公報等に記載された方法
は、何れもバツチ方式のため、高純度のアルミニ
ウムの晶出効率が次第に低下するという問題と共
に、炉を傾動させ、より低純度となつた溶湯を排
出する操作が必要であるとか、また炉内で内容物
全てを凝固させるため最終凝固物に高純度層と低
純度層の存在が不可避であり、それを分離する切
断工程が必要である等の問題があつた。

本考案は、分別結晶法による精製工程の連続化
を図ることにより、前記問題点を解決すると共に
一層能率的に精製操作を達成するための装置を提
供するものである。

本装置は、溶湯保持機構部，晶出加圧機構部お
よび造塊機構部を同軸竪形に配設し、原料溶湯か
ら高純度アルミニウム結晶を晶出させ底部に掻き
落す操作，再加熱帯域で沈積した結晶を半凝固状
態で押圧しながら結晶粒間にある低純度溶湯を分
離し上部に搾出、大結晶化と同時に、流過するア
ルミニウム溶湯に上記低純度溶湯を同伴させて排
出する再純化操作、ならびに突き固められ大結晶
化されたものを冷却凝固させる操作を行ない、原
料アルミニウム溶湯が装置上部に供給され、底部
から高純度アルミニウムが連続鋳塊として取得さ
れるように構成されたものである。

以下、本考案の一実施例を第１図の概略構造を
示す縦断面図より説明する。

溶湯保持機構部Ａは、連続供給される原料アル
ミニウム溶湯の保持と適切な溶湯流動を図るため
に設けられ、外部から適宜手段で補給される溶湯
を受ける溶湯溜りから、本精製装置に原料溶湯を
供給する溶湯供給部１，供給された溶湯を所定量
保持する溶湯保持室２，高純度アルミニウム結晶
を晶出し、より純度の低下した溶湯を排出するた
め溶湯保持室２から分岐した溶湯排出部３から成
ると共に、不活性ガス供給部４を配設したもので
あつて、溶湯と接触する内層は黒鉛層５で、その
外周は断熱レンガ層６で構成されている。なお、
溶湯保持室２の側壁には所望によりヒーターを埋
設してもよい。

溶湯排出部３の分岐口の設置位置は、溶湯保持
室２からの距離が長い程、結晶晶出面積を増加さ
せることができるので、所望の処理量によつて適
宜選定される。溶湯排出部３には分岐口から斜め
上方への立上り樋部７と、溶湯保持室２の湯面よ
りも僅かに低位な湯面が形成され、連通管作用で
溶湯の流動が発現するように溶湯排出口８とが配
設され、連続供給される溶湯の過剰部分は、溶湯
保持室２，立上り樋部７を経て溶湯排出口８から
適宜容器９中に排出される。

また、溶湯保持室２の天蓋部分１０は、晶出加
圧機構部Ｂの装置作業を考慮して着脱開閉可能な
蓋構造とするのが適当である。溶湯保持室２には
不活性ガス供給部４が設けられるが、窒素ガスあ
るいはアルゴンガス等の不活性ガスボンベと、そ
れに付属した圧力調整具が適宜の周知手段によつ
て付設される。不活性ガス供給部４は、溶湯保持
室２の室内を不活性雰囲気に保ち、湯面の酸化防
止と後述の突き固め操作後の上昇動作により、湯
面上に露出した晶出管体やリング状掻き落し体に
付着している溶湯の酸化防止を図るものである。

晶出加圧機構部Ｂは、原料溶湯からの高純度ア
ルミニウム結晶の晶出と、沈積結晶の突き固めを
行ない、結晶間の低純度溶湯の搾出・大結晶化に
よる一層の純化を図るため設けられ、ステンレス
鋼製冷媒供給管１１を内部に配設し、冷媒が晶出
管体内を循環するようにした黒鉛製晶出管体１
２，この晶出管体１２に外接摺動して晶出管体１
２の表面に晶出した高純度アルミニウムの一次結
晶を掻き落すための黒鉛製リング状掻き落し体１
３並びに晶出管体１２とリング状掻き落し体１３
を上下動させる操作部１４から成る。

操作部１４は、晶出管体１２の上下動を行なう
ウオーム，ウオームギヤー装置１５と駆動モータ
ー１６とからなる晶出管体駆動部１４ａ，リング
状掻き落し体１３の上下動を行なうギヤー装置１
５′と駆動モーター１６′とからなる掻き落し体駆
動部１４ｂ，並びに両駆動部１４ａと１４ｂを制
御する制御部１７から成る。各駆動部１４ａと１
４ｂの作動手段は上下動が円滑に行なわれれば良
いので、プランジヤー機構手段等の代替手段を適
宜採用することができる。

制御部１７では、晶出管体１２からの一次結晶
の掻き落し操作時には掻き落し体駆動部１４ｂの
みを作動させ、また沈積した一次結晶の突き固め
操作時には晶出管体駆動部１４ａと前記１４ｂの
双方が協同的に作動して沈積した結晶に、0.1〜
2.0Kg／cm²程度の圧縮力が作用するよう操作回路
を有し機械的または電気的手段が適宜利用され
る。

晶出管体１２は表面温度がアルミニウムの融点
以下、例えば655℃程度に維持するように、その
内部に冷媒が導入され、冷媒としては空気，窒素
ガス等のガス体のほか、水を管体内上部から水滴
状に散布させ、その蒸発潜熱を利用して冷却する
方法も採り得る。なお、晶出管体１２の表面温度
が、あまり低下すると一次結晶の掻き落しが困難
となつたり、溶湯全体の温度が低下し流動性が悪
化するため保温ヒーターを必要とするようになる
ので好ましくなく、650〜658℃程度に保持するの
が適当である。

造塊機構部Ｃは、一次結晶を再純化した後、ア
ルミニウム連続鋳塊とするものであつて、溶湯保
持室２の分岐口から所定間隔をもつて再加熱帯域
部１８と鋳型部２２を配設し、鋳型部２２に隣接
して鋳塊保持部２３と、所望により冷却帯部２４
とを併設して成るものである。

再加熱帯域部１８は、半凝固体と接触する内壁
を黒鉛製とし、ヒーター１９を埋設し、断熱レン
ガ製の側壁２０で囲繞したもので、更に所望によ
り断熱空間部２１を前記両壁間に介在させる構造
とする。

即ち、この断熱空間部２１に、晶出管体１２内
で昇温した冷媒が冷媒循環流路２５を経て導入さ
れ、側壁を加熱して側壁部２０からの放熱による
ヒーター１９のエネルギー損失の最小化を図るも
のである。さらに冷媒の使用量を軽減しようとす
る場合には、断熱空間部２１を経た冷媒をそのま
ま外部に放出廃棄することなく、熱交換器２６で
さらに放熱させた後、不活性ガスボンベやガス循
環ポンプ等を主体とするガス循環機構部２７を経
て晶出管体１２内に再循環させることができる。

鋳型部２２は、アルミニウム半凝固体と接触す
る面を黒鉛等の鋳型材で構成し、内部に水や空気
等の冷媒が循環するような流路を形成せしめ、半
凝固体を冷却凝固させて所望形状の鋳塊とするも
のである。また鋳塊保持部２３は操業当初には鋳
型部２２の蓋体の作用をし、精製作業の進行に従
つて、プランジヤー機構等によつて下降するよう
構成されている。さらに冷却帯部２４は鋳型部２
２の冷却能力をアルミニウム半凝固体３１が凝固
する程度に止めて、常温までの冷却を本冷却帯部
で行なう方が、より好ましく、通常の水スプレー
手段が適用される。

本装置は以上の構成を有し、その操業運転法を
以下述べる。溶湯保持室２内に供給された680〜
750℃の原料溶湯は、650〜660℃に冷却保持され
た晶出管体１２に接触して冷却され、高純度のア
ルミニウム一次結晶が晶出管体１２の表面に晶出
する。高純度アルミニウムの一次結晶を晶出させ
た溶湯は、その純度が低下し、連通管作用により
溶湯排出部３を経て容器９中に排出される。一定
時間この操作を続けると晶出管体表面に多量の結
晶が晶出し、晶出速度が低下して来るので、リン
グ状掻き落し体１３により、結晶を掻き落し、冷
却面の再生を行ない晶出操作を続ける。

沈積した一次結晶は、再加熱帯域部１８で660
〜662℃まで昇温され、半凝固体３１となる。溶
湯排出部３の分岐口付近まで一次結晶体が沈積し
た時点で晶出管体１２とリング状掻き落し体１３
とを同時に上下動して、半浮遊状態に沈積した半
凝固体３１を、0.5Kg／cm²程度の圧力で押圧し、
あるいは突き固めて、結晶粒間にある低純度溶湯
を分離搾出させると共に、大結晶化を図ることに
より、再度の純化作用を発現させる、その際分離
して来た低純度溶湯は、溶湯排出部３側に流れ、
原料溶湯流に同伴されて排出される。

次に突き固め純化操作が終了した後、鋳塊保持
部２３を徐々に降下させると、大結晶化した半凝
固体３１が鋳型部２２に接して冷却、凝固し、更
に水スプレーにより常温まで冷却され、高純度ア
ルミニウム鋳塊３２が得られる。晶出・掻き落し
と突き固め・凝固引抜きが適宜間隔、例えば５分
〜10分毎に繰返され、所望の鋳塊長さとなるまで
続けられる。

本装置により得られる鋳塊の純度は、原料溶湯
の初期純度，溶湯供給速度，晶出管体の冷却条
件，鋳塊引抜き速度等の設定値により変動する。
本装置による操業例として、純度99.90％（Fe：
450ppm，Si：300ppm，Cu：20ppm）のアルミ
ニウム溶湯1tから純度99.98％（Fe：40ppm，
Si：28ppm，Cu：7ppm）の高純度アルミニウム
鋳塊0.65tが得られ、純度の点でも優れているこ
とが判る。

本装置は上述のような構成を有し、一定の晶出
面積が保証される条件下で晶出操作が行なわれ、
高純度アルミニウム結晶を晶出させた残部の低純
度アルミニウム溶湯は、連続して系外に排出され
ると共に、晶出した結晶は再度半凝固体化した状
態下で押圧・突き固めることによる再純化操作が
行なわれるので精製度の向上がなされ、高純度ア
ルミニウム鋳塊を連続的に高能率で、しかも低コ
ストで取得することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係るアルミニウムの連続精
製装置の概略構造を示す縦断面図である。 Ａ……溶湯保持機構部、１……溶湯供給部、２
……溶湯保持室、３……溶湯排出部、４……不活
性ガス供給部、７……立上り樋部、８……溶湯排
出口、Ｂ……晶出加圧機構部、１１……冷媒供給
管、１２……晶出管体、１３……リング状掻き落
し体、１４……操作部、１７……制御部、Ｃ……
造塊機構部、１８……再加熱帯域部、２２……鋳
型部、２３……鋳塊保持部、２４……冷却帯部、
２６……熱交換器、２７……ガス循環機構部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 溶湯保持機構部Ａ，晶出加圧機構部Ｂおよび
   造塊機構部Ｃが同軸竪形に配設され、 溶湯保持機構部Ａは溶湯供給部，溶湯保持
   室，溶湯保持室から分岐した溶湯排出部および
   溶湯保持室への不活性ガス供給部から成り； 晶出加圧機構部Ｂは冷媒で内部冷却された晶
   出管体，リング状掻き落し体および前記晶出管
   体とリング状掻き落し体を上下動させる操作部
   から成り； 造塊機構部は溶湯保持室の底部に連接した再
   加熱帯域，部鋳型部および鋳塊保持部、さらに
   所望により冷却帯域部を併設して成ること を特徴とするアルミニウムの連続精製装置。 ２ 前記晶出管体と、再加熱帯域部に設けた断熱
   空間部間に冷媒循環流路を設けたことを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１項記載のアル
   ミニウムの連続精製装置。