JPS6342336A

JPS6342336A - アルミニウムの連続精製法およびその装置

Info

Publication number: JPS6342336A
Application number: JP18414486A
Authority: JP
Inventors: Terumi Kanamori; 照己金森
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1988-02-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はアルミニウムのｖ１製法およびその装置に関し
、詳しくは偏析法を用いたアルミニウムの連、続的精製
法および装置に闇するものである。

従来の技術偏析法を用いて溶湯からアルミニウム結品を析出させ、
精製アルミニウムを連続的に鋳塊として引き抜きつつ製
造する方法として従来から種々の提案がなされており、
例えば、特公昭５９−４１４９８や特１′Ｘ１昭５７−
１６０５６７があり゛、前片はアルミニウムの偏析凝固
界面に超音波を照射しながら行なうものであるが、超ｊ
）波娠動のみては析出結、７１周囲の低純度ｐＢ液の拡
散が不十分なため、さらに撹拌□で界面１１近を撹拌し
ｌＩｉ：散させろものである。この方法では超音波照射
装置と撹拌装置の両者を設置するため構造が複雑となり
、かつ凝固界面の位置が冷却鋳型の冷却用配管配設位置
であるため、凝固成長速度のコントロールが難しく、よ
って精製効率を低下させ、実用的でない。また後者では
、鋳型内の不純物濃度が高くなった溶湯を吸引管で吸い
出し、新たな溶湯を追加しているが、常時吸引管を挿入
していると、凝固界面の不純物を撹拌により遠ざける方
法では、溶湯の流動が乱れ、精製効率の低下は避けられ
ない。また、必要時に吸引管を挿入するとしても操作が
面倒であり、かつ一度に多量のＩａ湯を鋳型内に供給す
ると、凝固界面の凝固成長速度のバランスが崩れ、均一
な製品が得帽く、精製効率も低下する。

発明が解決しようとする問題点発明者は、アルミニラＪ、の析出凝固速度を制御し、効
率良く高純度で均質な製品を得るため、凝固界面に析出
したアルミニウム結晶の周囲に存在する不純物の多い溶
ぶを界面から確実に遠ざけること、および凝固界面を所
定位置に作つように凝固速度等を制御し連続的に均質な
アルミニウｌＸ鋳塊を得る方法および装置について研究
し、本発明を完成するに至った。

問題点を解決するための手段本発明のアルミニウムの精製法は、鋳型内のアルミニラ
Ｊ、（ｉｆ　層を所定液面位に保持しつつ、鋳型下底に
下降できるように配設され、冷却された受台に精製アル
ミニウム°を凝固成長させる方法において、溶湯内で板
状体を上下に作動させ該板状体を凝固成長したアルミニ
ウムの上部界面に押圧して、表面の結晶アルミニウムを
破壊し、該アルミニラ１．結晶量にｉｆ在する溶融アル
ミニウムを溶湯中に押し出し、前記凝固成長したアルミ
ニウムを連続的に鋳塊として得ることを特徴とするもの
であって、かかる方法は、鋳型内のアルミニウム溶湯な
所定液面位に保［νしつつ、鋳型下底に下降できるよう
に配設され、冷却された受台に精製アルミニウムを凝固
成長させる装置において、鋳型の側壁上部に入熱！ドｉ
ｉＪ変の加熱帯を設け、側壁下部に冷却部を設け、上下
に駆動され前記受台上の凝固アルミニウム上部界面を押
圧し得る板状体を鋳型内部に設けたことを特徴とするア
ルミニウムの連続精製装置によって達成される。

本発明方法を、その具体化した装置例に基づいて説明す
ると、第１図は本装置の概略構造を示す縦断面図で、ア
ルミニウム溶湯（８）を保持する鋳型（１２）の側壁上
部に３段に分画され、かつそれぞれの分画毎に人熱墳を
制御できるようにした側壁ヒータ（１１）が設けられ、
側壁下部に冷却管（３）が設けられ、冷却帯を形成して
いる。鋳型下底には精製鋳塊（７）を支持する受台（１
３）が位置し、駆動装置（図示せず）により下降できる
ようになっている。

アルミニウム溶湯は、溶湯受樋ヒータ（６）で保温され
た溶湯受樋（１０）から鋳型内に入り、余剰の溶湯は排
出口ヒータ（５）で保温された排出口（９）からオーバ
ーフローして排出される。鋳型は断熱材（！ｌ）て保温
され、また上面には筒状部を設けた蓋（＋４）が取り１
ｔけられている。答の筒状部には上部保温ヒータ（１７
）か■み込まれ、筒状部内の雰囲気を加熱する。蓋の挿
通Ｌ１を貫通してｆｉｌｌ　（＋　）が装入され、軸（
１）の−「端には通湯孔（＋５）を設けた板状体（２）
が取り付けられ、軸と連結した駆動装置（図示せず）に
より、板状体は適宜時間間隔で上下動し、アルミニウｌ
、凝固界面を押圧するように構成されている。軸（＋）
の軸芯部には棒状ヒータ（１８）が組み込まれ、前記Δ
筒状部の上部保温ヒータ（１７）と共に軸（１）のアル
ミニ・クム溶濁から引き上げられる部分を加熱し、この
部分の表面にアルミニウム結晶が析出するのを防止駅軸
（１）が蓋の挿通口を通過するのに支障が起きないよう
に構成されている。

なお、必要に応しアルミニウム鋳塊側面を冷却するため
、冷却水の噴射装置（１６）が設けられている。鋳型は
、黒鉛で作られ、板状体、軸は黒鉛または窒化ケイ素な
どのアルミニウム溶ｆｕに浸されないセラミックスで作
られる。また、アルミニラ１、凝固界面高さは、板状体
を凝固界面に押圧することにより、機械的に検知するこ
とができるようになっている。

作用次に」二記装置による精製方法を説明する。予め、）０
却管（３）に空気または水等の冷Ｊ４１媒体を通して冷
却された鋳型の底部に受台（Ｔ３）をセットする。

鋳型に供給される溶湯は、予め溶湯処理炉で処理しＴ１
などの含有量を低下せしめる。すなわち、溶ｉｆｆ　（
８）は偏析による精製が進むに従い、凝固界面より拡散
された不純物のため、不純物濃度が高くなる。得ようと
する製品純度は含まれる金属の平衡分配係数にほぼ依存
し、溶融アルミニウムを凝固させるとき、平衡分配係数
が１より小さい場合には同相中の不純物濃度は液相中よ
り小さくなり問題ないが、平衡分配係数が１より大きい
場合は同相中の不純物濃度は大きくなる。そこで、予め
、処理炉中で溶湯に、例えばホウ素（Ｂ）を添加しｆ徨
ｉ分配係数が１より大きい元素であるＴｉをＴｉ［３２
とし、沈降処理することが好ましい。また、溶湯温度を
精製装置鋳型内の溶湯温度とほぼ近い温度にコントロー
ルしたのち、鋳型に供給する。このときの温度は６６５
〜７２０℃が好ましい。アルミニウムの融点は不純ｍａ
度により異なるが、純アルミニウノ、ではｔ；　に　Ｏ
”Ｃであるのて、６〔９５℃以下でもよいが、溶ＬＨ受
樋を介して注入しているときに凝固し法人不能となる恐
れがあり、また７２０℃以上では凝固界面の温度バラン
スが崩れ、一時的に凝固が停止する等の問題が生ずる。

注入方法は断続的でもよいが、連続的の方が凝固成長速
度をコントロールし易い。

鋳型の分λり側壁ヒータ（４）を調節して溶湯を最適温
度にコントロールし、底部からアルミニウムを晶出凝固
させる。凝固の開始とともに＠（１）の駆動装置を駆動
し、鋳型内で板状体を所定時間間隔て上下させ、凝固界
面を押圧する。この押圧により凝固界面に成長する樹枝
状晶を破壊し半溶融状態の界面ドに結晶を押し込むとと
もに、樹技状品間に捕捉されていた不純物濃度の高い′
ｉ８濁を確実に押し出し、この溶湯は板状体の通湯孔（
１５）を通って上部の溶湯中に拡散する。また、板状体
の上昇により新鮮な溶湯が通湯孔を通って凝固界面に流
入し、高純度アルミニウムの晶出を維持する。

板状体は凝固界面を押圧し機械的に凝固界面の位置を検
知する。所定の高さまで凝固が成長したとごろで受台（
１３）を下降させる。このとき、受台の下降速度は凝固
成長速度と同速度で連続的に下降させることが好ましい
が、ある程度凝固が成長した時点で凝固界面を所定位置
まで下降させる断続的下降方法でもよい、板状体（２）
を介して′／ＩＪ固界面の位置が検知され、この位置に
応じて複数の区画の入熱量可変とした側壁ヒータの発熱
量を制御でき、所望の凝固成長速度でアルミニウムを析
出させつつ受台を下降させて鋳型中の凝固界面高さを所
定位置に保つことが確実かつ容易となり、精製条件を−
・定に保持することができる。従って、操業期間を通じ
て高純度かつ均質なアルミニウム鋳塊が得られる。

アルミニウムの凝固成長速度は、好ましくは５〜５０ｍ
ｍ／分がよく、５　ｒｎ　ｍ　７分より小では生産性が
著しく低下して工業的でなく、また、５０ｍ　ｍ　７分
を超えると、樹枝状品問に捕捉された不純母液の押出し
が不十分となり同時に凝固し精製効率を低下させること
がある。しかしながら、目標とする精製インゴットの設
定純度が低く、５０ｍ　ｍ　７分の凝固速度でもその純
度が得られる場合には、５０ｍｍ／分以上の凝固成長速
度としても良いことは勿論である。

発明の効果本発明によれば、特に複雑な装置を用いずに、アルミニ
ウムの凝固成長に際し、確実に不純母液が１ｊｌｌＬ、
出され、代わって新鮮な溶湯が供給されるとともに、溶
湯面および凝固界面高さを所定位置に保持し、操業条件
を一定に維持することができるので、連続的に効率よく
、低コストで目標とする純度の均質な精製アルミニウム
鋳塊を得ることができる。

実施例以下に実施例を掲げ、本発明をさらに具体的に説明する
。

実施Ｆｉ４ｉ第１図に示したアルミニウム精製装置を用いてアルミニ
ウムの精製を行なった。側壁のヒータは３区画に分画さ
れており、底部の冷却は冷却管に２気を、交通させて１
ｊなった。鋳型は内径２００　ｍＩＴ＋　＋　　高さ４
．０　Ｏｔｎ　ｍＯ）黒鉛製円筒形で、板状＋４　及び
軸も黒鉛製で、板状体は直径１９８ｍｍの円板状で、溶
１号の移動用の通湯孔として５ｒｎ口）径の孔を放射状
に５６個設け、上下動のストロークは７０１１１ｍ、　
凝固界面への押圧力は０　、４　Ｊ／ｃｍ２．押圧サイ
クルは７回／分であった。

上記鋳物型内に、Ｆｅ　１９　ｐｐｍ、　Ｓｉ　２０　
ｐｐｍ、Ｃｕ　２ｐｐｍ、Ｔｉ　０．５　ｐｐ−のアル
ミニウム溶湯を処理炉から溶湯榊を介して排出口高さま
で注入した。アルミニウムの凝固速度２０ｍｍ／分、鋳
塊の降下速度２０　ｍ　ｒｎ　７分て操業した。操業中
、処理炉から約３．５　ｋ　ｇ／分て溶湯を連続的に鋳
型に注入し、金利のアルミニウムは排出口から排出した
。精製鋳塊３０ｋｇを得た。

得られたアルミニウムの組成は＃Ａ塊の上下を通じて均
一で、Ｆｅ　２　ｐｐｍ、Ｓｉ　２　ｐｐｍ、　Ｃｕ　
１　ｐｐ−で、Ｔｉは先端部に２　ｐｐｍと濃縮してい
たが、以後０゜７１）ｐ畷であった。

実施ｒ１４２実施例１とＩｎ＋−の装置で、同一のアルミニラＪ、Ｔ
ｉｌ湯をＧ　ｋ　８７分の速度で供給し、平均凝固速度
’、）　Ｏｍ　ＩＴ＋　／分、錆塊の降下速度３０ｍｒ
ｎ／分て操業し、精製鋳塊的４０ｋｇを得た。

精製アルミニウムは、Ｆｅ　５　ｐｐｍ、　Ｓｉ　３　
ｐｐｍ、　Ｃｕ１１１１１＋ｌ、　Ｔｉ　０．５叶喝で
あった・実施例　；）実施ＩＮＩと同一のＨＰで、Ｆｅ　５００　ｐｐｍ、　
Ｓｉ　４２０を甲層、　Ｃｕ　Ｑ！３　ｐｐ■、Ｔｉ　
２　ｐＨ■のアルミニウムを処理炉から連続的に５　ｋ
　ｇ　７分で供給し、平均凝固速度２５　Ｈｌ　ｒｎ　
／分、鋳塊降下速度２５ｔｎｍ／分て操業し、５０に８
のｆｉ製アルミニウ１１鋳塊を得た。

このアルミニウムは、Ｆｅ　１１０　ｐｐｍ、　Ｓｉ　
９２　ｐｐｍ。

Ｃｕ　１５　ｐｐｍ、　Ｔｉ　３　ｐｐｍであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を具体化したアルミニウム、連続
精製装置の概略構造を示す縦断面図である。（１）・・・軸、（２）・・・板状体、（３）・・・冷
却管、（４）・・・側壁ヒータ、（７）・・・精製鋳塊
、（８）・−・溶湯、（９）・・・排出り、　　（１０
）・−溶湯受樋、　　（＋２）・・・鋳型、　　（＋３
）・・・受台。（１５）・・・通湯孔、　　（１６）−・・水噴射装置
、　　（１７）・・・」二部保温ヒータ、　　（１８）
・・・棒状ヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋳型内のアルミニウム溶湯を所定液面位に保持し
つつ、鋳型下部に下降できるように配設され、冷却され
た受台に精製アルミニウムを凝固成長させる方法におい
て、溶湯内で板状体を上下に作動させ該板状体を凝固成
長したアルミニウムの上部界面に押圧して、表面の結晶
アルミニウムを破壊し、該アルミニウム結晶間に存在す
る溶融アルミニウムを溶湯中に押し出し、前記凝固成長
したアルミニウムを連続的に鋳塊として得ることを特徴
とするアルミニウムの連続精製法。
（２）前記アルミニウムの凝固成長速度が凝固界面の位
置に基づき制御されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のアルミニウムの連続精製法。
（３）鋳型内のアルミニウム溶湯を所定液面位に保持し
つつ、鋳型下底に下降できるように配設され、冷却され
た受台に精製アルミニウムを凝固成長させる装置におい
て、鋳型の側壁上部に入熱量可変の加熱帯を設け、側壁
下部に冷却部を設け、上下に駆動され前記受台上の凝固
アルミニウム上部界面を押圧し得る板状体を鋳型内部に
設けたことを特徴とするアルミニウムの連続精製装置。