JPS6389633A - 高純度アルミニウムの製造装置 - Google Patents

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 この発明は高純度アルミニウムの製造装置に関する。

従来技術とその問題点 偏析凝固の原理を利用して、アルミニウムをより高純度
に精製することにより高純度のアルミニウムを製造する
方法が知られている。そして、このような方法の実施に
使用する装置としては、第４図に示すように、溶融アル
ミニウム（６）を保持するためのるつぼ（２）と、るつ
ぼ（２）内に入れられかつ溶融アルミニウム（６）中に
浸漬される回転自在の回転冷却体（３）とよりなるもの
が用いられている。そして、アルミニウムを溶融した後
、この溶融アルミニウム（６）をるつぼ（２）内に入れ
るとともに常にその凝固温度を越えた温度に加熱保持し
ておき、この加熱された溶融アルミニウム（６）中に冷
却体（３）を浸漬し、この冷却体（３）の表面温度を上
記凝固温度以下に保持し、この冷却体（３）を回転させ
て凝固界面近傍に排出された不純物を分散Ｕ合させるこ
とにより、液相中における凝固界面近傍の不純物濃化層
の厚さを薄くし、その結果上記不純物濃化層での液相中
の温度勾配を大きくしながら、冷却体（３）の周面に高
純度アルミニウムを晶出させることにより高純度アルミ
ニウムを製造するようになっている。上記において、液
相中における凝固界面近傍の不純物濃化層の厚さを薄く
し、その結果上記温度勾配を大きくして精製効率を向上
するためには、冷却体（３）と溶融アルミニウム（６）
との相対速度が大きくなることが条件の１つである。し
かしながら、冷却体（３）の回転に伴って溶融アルミニ
ウム（６）も冷却体の回転方向と同方向に流れて渦流が
発生するので、上記相対速度の増大には限度があり、精
製効率の向上にも限度がある。しかも冷却体（３）の回
転数を大きくすれば遠心力が増大して冷却体（３）の周
面に晶出した高純度アルミニウムが付着しにくくなって
生産性が低下するという問題がある。

そこで、この問題を解決するために、るつぼ（２）の内
周面に、溶融アルミニウム流速低下用邪魔板（４）が円
周方向に所定間隔をおいて複数設けられている装置が考
えられた。この装置では、Ｒ１ｉ製効率の一層の向上が
図れるが、次のような問題が生じる。すなわら邪魔板（
４）がない場合には、冷却体（３）を回転させると溶融
アルミニウム（６）の円周方向の流速は各部で一定とな
り、溶融アルミニウム（６）の液面はるつぼ（２）の内
周面から冷却体（３）の周面に向って連続して徐々に低
くなる。ところが、邪魔板（４）が存在すると、上記流
速が部分的に異なり、その結果、第４図に矢印（Ａ）で
示すような溶融アルミニウム（６）の流れが発生し、溶
融アルミニウム（６）の液面に第４図に実線で示すよう
な不連続が生じるとともに、溶融アルミニウム（６）中
に空気が巻込まれ、この空気とアルミニウムとが反応し
てＡｌ２Ｏ３からなる滓（Ｓ）が大量に発生する。した
がって、生産性が低下する。しかも、除滓作業が必要と
なるとともに、上記滓（Ｓ）が飛散してるつぼ（２）の
内面に付着し、作業に支障をきたす。

この発明の目的は、上記の問題を解決した高純度アルミ
ニウムの製造装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 この発明による高純度アルミニウムの製造装置は、るつ
ぼと上下動自在の回転冷却体とよりなり、るつぼ内に入
れられた溶融アルミニウム中に回転冷却体を浸漬し、回
転冷却体を回転させながらその周面に高純度アルミニウ
ムを晶出させる装置であって、るつぼの内周面に、複数
の溶融アルミニウム流速低下用邪魔板が、円周方向に所
定間隔をおき、かつるつぼ内に所定量の溶融アルミニウ
ムを入れたさいにその上端が液面よりも下方にくるよう
に設けられており、邪魔板よりも上方において、溶融ア
ルミニウム中への空気巻込み防止用環状部材が、るつぼ
内に所定量の溶融アルミニウムを入れたさいにその下端
が液面よりも下方にくるように、るつぼの内周面に全周
にわたって設けられ、空気巻込み防止用環状部材の下端
の内周縁とるつぼ内周面との距離が、邪魔板の上端の幅
よりも大きいものである。

上記において、邪魔板は、回転冷却体の回転に伴って溶
融アルミニウムの流速を低下させ、回転冷却体と溶融ア
ルミニウムとの相対速度を大きくする役目を果たす。邪
魔板はるつぼの内周面に着脱自在に固定しておいてもよ
いし、あるいは固着しておいてもよい。また、邪魔板は
円周方向に所定間隔をおいて２〜２０枚、望ましくは８
〜１６枚設けておくことが好ましいが、これに限るもの
ではない。邪魔板の数は、るつぼの大きさ、回転冷却体
の大きさおよび回転冷却体の周面に晶出する高純度アル
ミニウム塊の厚さ、邪魔板の大きさなどを考慮して適宜
決められる。また、邪魔板の下端は、溶融アルミニラム
中に浸漬された回転冷却体の下端の高さ位置の上方、同
一および下方の３つの高さ位置を取ることが考えられる
が、邪魔板による溶融アルミニウムの流速低下効果は、
上記３つの順序で段々と優れたものになる。

上記において、空気巻込み防止用環状部材は、その全体
が溶融アルミニウムの液面よりも下方に来てもよいし、
または一部だけが液面よりも下方に来てもよい。

実　　施　　例 以下、この発明の実施例を、図面を参照しながら説明す
る。

第１図および第２図において、高純度アルミニウムの製
造装置（１）は、黒鉛製溶湯保持るつぼ（２）と、上下
動自在の回転冷却体（３）と、円周方向に所定間隔をお
いてるつぼ（２）の内周面に円周方向に所定間隔をおい
て着脱自在に固定された８枚の溶融アルミニウム流速低
下用邪魔板（４）と、邪魔板（４）の上方において、る
っぽ（２）の内周面に全周にわたって設けられた空気巻
込み防止用環状部材（５）とよりなる。

るつぼ（２）内に入れられる溶融アルミニウム（６）の
ｍはほぼ一定量に定められている。回転冷却体（３）は
黒鉛、セラミックス等からつくられたものであって、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
テーパ筒状である。また回転冷却体（３）は中空回転軸
（１）の下端に取付けられており、その内部に、中空回
転軸（７）内に配置された冷却流体供給管（図示路）か
ら冷却流体が供給されるようになっている。

邪魔板（４）は黒鉛、セラミックス等からつくられたも
のであって、その上端は、るつぼ（２）内に所定母の溶
融アルミニウム（６）を入れたさい、常にその液面より
も下方に位置するようになされている。また、邪魔板（
４）のるつぼ（２）内周面からの突出端縁は、下方に向
って内方に傾斜しており、回転冷却体（４）の周面とほ
ぼ平行となっている。空気巻込み防止用環状部材（５）
は黒鉛、セラミックス等からつくられたものであって、
溶融アルミニウム（６）の液面よりも下方に位置してい
る。また、空気巻込み防止用環状部材（５）下面の内周
縁とるつぼ（２）内周面との距１１　（Ｂ）は、邪魔板
（４）上端のるつぼ（２）内周面からの突出幅（旧より
も大きくなっている。

このような構成において、溶解炉（図示路）で溶解され
たＦｅ、Ｓ　ｉ　、Ｃｕ、　ＭＯなどの共晶不純物を含
む精製すべき溶融アルミニウム（６）がるつぼ（２）に
送り込まれる。このとき、回転冷却体（３）は上昇位置
にあってるつぼ（２）の外にある。るつぼ（２）内に所
定伍の溶融アルミニウム（６）が入れられた後、回転冷
却体（３）が溶融アルミニウム（６）中に浸漬される。

そして、回転冷却体（３）の内部に冷却流体を供給しつ
つ回転冷却体（３）を回転させると、この回転冷却体（
３）の表面にまず平滑な凝固面を有する高純度の初晶ア
ルミニウムが晶出する。共晶不純物は液相中に排出され
て凝固界面近傍の液相中に共晶不純物の不純物濃化層が
できる。回転冷却体（３）の回転によって溶融アルミニ
ウム（６）も回転冷却体（３）の回転方向と同方向に流
れるが、邪魔板（４）によって溶融アルミニウム（６）
の流速が低下させられるので、回転冷却体（３）と液相
との相対速度、すなわち回転冷却体（３）の周速と溶融
アルミニウム（６）の流速との差はがなり大きくなる。

したがって界面近傍に形成された不純物濃化層と他の大
部分の液相との撹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せられて不純物濃化層
の厚さが薄くなり、この部分での温度勾配も大きくなる
。しかも、邪魔板（４）により溶融アルミニウム（６）
の乱流も発生し、これによっても不純物濃化層は薄くさ
れる。この状態で凝固を進行させると、冷却体（３）の
円面に元のアルミニウムよりもはるかに高純度のアルミ
ニウム塊が得られる。

一方、邪魔板（４）の存在により、溶融アルミニウム（
６）の円周方向の流速が部分的に異なり、溶融アルミニ
ウム（６）の液面にも不連続が生じるとともに、第４図
に矢印（八）で示すような溶融アルミニウム（６）の流
れが生じ、♂融アルミニウム（６）中に空気が巻込まれ
、この空気とアルミニウムとが反応してＡ／２０３から
なる滓（Ｓ）が大凶に発生する。したがって、生産性が
低下する。しかも、除滓作業が必要となるとともに、上
記滓（Ｓ）が飛散してるつぼ（２）の内面に付着し、作
業に支障をきたす。ところが、空気巻込み防止用環状部
材（５）により第４図に矢印（Ａ）で示す溶融アルミニ
ウム（６）の流れの流速が低下し、溶融アルミニウム（
６）中へ侵入する空気量が減少して、空気中の酸素と゛
アルミニウムとの反応の結果生じるＡ／２０３よりなる
滓の量が少なくなる。

次に第１図および第２図に示す装置を用いて行なった操
作例について説明する。

邪魔板（４）の上端に合致する水平面内におけるるつぼ
（２）の内径（Ｄ）を３００１Ｌ冷却体（３）の外径（
ｄ）を１５０ｍｍ、るつぼ（２）内周面と邪魔板（４）
の突出端との距離（Ｗ）を３Ｇｍｉとしておく。また邪
魔板（４）の長さくＬ）を１５０＋ｅｍとしておく。一
方、空気巻込み防止用環状部材（５）下面の内周縁とる
つぼ（２）内周面との距離（Ｂ）を５０ｍｍ、厚さくＴ
）を２５１１、液面と環状部材（５）上面との距離（旧
を５０＋ｍとしておく。

そして、るつぼ（２）内に、Ｆｅ０．０８ｗｔ％、Ｓ　
ｉ　０．０６ｗｔ％を含有する溶融アルミニウム（６）
を入れて６７０℃に加熱保持しておく。ついで、テーバ
筒状の回転冷却体（３）を溶融アルミニウム（６）中に
浸漬し、その内部に冷却流体を供給しながら回転数６０
０　ｒｐａ＋で回転させたく周速２８３　ｖｉ１分）。

この操作を２０分間行なった後冷却体（３）の回転を停
止させ、冷却体（３）を上昇させた。冷却体（３）の周
面には５ｋｇのアルミニウム塊が晶出していた。その後
、冷却体（３）の周面に晶出したアルミニウム塊を除去
し、このアルミニウム塊中のｌ”ｅおよびＳ’＋の平均
不純物濃度を測定した。その結果、Ｆｅｄ。

０１０ｗｔ％　、　Ｓ　ｉ　０．０１２ｗｔ％であった
。また、操作終了後、溶融アルミニウム（６）の液面に
浮いている滓のｍは６０ｇであった。

比較のために、空気巻込み防止用環状部材が設けられて
いないこと以外は、第１図および第２図に示す装置と同
じ装置を使用し、上記操作例と同じ条件で実験を行なっ
て冷却体（３）の周面に５にｑのアルミニウム塊を晶出
させた。そして、このアルミニウム塊中のＦｅおよびＳ
ｉの濃度を測定したところ、ＦｅＯ，００９ｗｔ％、Ｓ
ｉ０．０１１ｗｔ％であった。また、操作終了後、溶融
アルミニウム（６）の液面に浮いている滓の量は３００
ｇであった。

上記操作例および比較例の結果を見れば明らかなように
、空気巻込み防止用環状部材が設けられたものは、そう
でないものに比べて生じる滓の量が少ない。しかも、精
製効率は空気巻込み防止用環状部材が設けられていない
ものとほとんど変わらない。

第３図にはこの発明の他の実施例が示されている。

第３図において、高純度アルミニウムの製造ＶＲ置は、
精製すべきアルミニウムを溶解する溶解炉（１０）に続
いて４つのるつぼ（２Ａ）〜（２Ｄ）が並べられ、４つ
のるつぼ（２Ａ）〜（２Ｄ）内には、上記実施例の装置
と同様に邪魔板（４）および空気巻込み防止用環状部材
（５）が設けられている。また、各るつぼ（２＾）〜（
２０）に対応して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（３）が設けられている
。隣り合うるつぼ（２Ａ）〜（２Ｄ）どうしは、上端部
において連結ｔａ　（１１）によって互いに連通状に接
続され、左端のるつぼ（２Ａ）に溶解炉（１Ｇ）から供
給されるアルミニウム溶湯を受けるための受は樋（１２
）が取り付けられ、また右端のるつぼ（２Ｄ）の上端部
に溶湯排出樋（１３）が取り付けられている。

このような構成の高純度アルミニウムの製造装置におい
て、溶解炉（１０）内で溶融させられた精製すべきアル
ミニウムは、各るつぼ（２Ａ）〜（２０）に送り込まれ
る。各るつぼ（２Ａ）〜（２０）における溶Ｓ量が所定
量に達したときに、冷却体（３）を下降させて溶湯中に
浸漬し、その内部に中空回転軸（５）から冷却流体を供
給しつつこれを回転させる。すると、偏析凝固の原理に
より回転冷却体（３）の周面にだ番ノ高純度アルミニウ
ムが晶出する。共晶不純物は液相中に排出され、冷却体
（３）の回転により生じる遠心力によって冷却体（３）
から遠ざけられる。こうして、溶解炉（１０）から供給
される元のアルミニウムよりも高純度かつ所望の純度の
アルミニウムが得られる。

各るつぼ（２Ａ）〜（２０）における邪魔板（４）およ
び環状部材（５）の作用は上記実施例の装置の場合と同
様である。また、環状部材（５）の働きにより、るつぼ
（２Ａ）〜（２Ｃ）内の溶融アルミニウム（６）は、そ
れの右側の連結ｔＪｉ（１１）に、るつぼ（２Ｄ）内の
溶融アルミニウム（６）は溶湯排出樋（１３）にそれぞ
れスムーズに流れ込む。

この実施例において、精製すべきアルミニウム中に、ア
ルミニウムと包晶を生成する不純物が含まれている場合
には、溶解炉（１０）と左端のるつぼ（２Ａ）との間に
撹拌機を備えたホウ素添加用るつぼを配置しておくのが
よい。そして、溶湯を溶解炉（１０）からまずこのるつ
ぼに送り込み、このるつぼで溶湯中にホウ素を添加して
上記撹拌機で撹拌する。すると、ホウ素が溶湯中に含ま
れているＴｉ、Ｖ、Ｚｒ等の包晶不純物と反応しＴＴ　
ｉ　Ｂ２　、ＶＢ２　、Ｚ　ｒ　Ｂ２等の不溶性ホウ化
物が生成する。余剰のホ・り素は、共晶不純物にして除
去される。上記ホウ化物は、るつぼ（２Ａ）〜（２Ｄ）
中で冷却体（３）の回転により生じる遠心力によって冷
却体（３）から遠ざけられ、冷却体（３）の周面に晶出
したアルミニウムに含まれることはなくなる。

発明の効果 この発明の高純度アルミニウムの製造Ｈ置によれば、邪
魔板゛よりも上方において、溶融アルミニウム中への空
気巻込み防止用環状部材が、るつぼ内に所定量の溶融ア
ルミニウムを入れたさいにその下端が液面よりも下方に
くるように、るつぼの内周面に全周にわたって設けられ
、空気巻込み防止用環状部材の下端の内周縁とるつぼ内
周面との距離が、邪魔板の上端の幅よりも大きいので、
邪魔板の存在により生じる溶融アルミニウムの第３図に
矢印（Ａ）で示す流れの流速が、空気巻込み防止用環状
部材の設けられていない場合に比べて小さくなる。した
がって、溶融アルミニウム中へ侵入する空気固が減少し
て、空気中の酸素とアルミニウムとの結果生じるＡ／２
０３からなる滓のｍが少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の実施例を示し、第１図
は垂直断面図、第２図は平面図、第３図はこの発明の他
の実施例を示す垂直断面図、第４図は従来例を示す垂直
断面図である。 （１）・・・高純度アルミニウムの製造装置、（２）（
２Ａ）〜（２０）・・・るつぼ、（３）・・・回転冷却
体、（４）・・・溶融アルミニウム流速低下用邪魔板、
（５）・・・空気巻込み防止用環状部材、（６）・・・
溶融アルミニウム。 以　　上 特許出願人　　昭和アルミニウム株式会社箇１図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. るつぼ（２）と上下動自在の回転冷却体（３）とよりな
   り、るつぼ（２）内に入れられた溶融アルミニウム（６
   ）中に回転冷却体（３）を浸漬し、回転冷却体（３）を
   回転させながらその周面に高純度アルミニウムを晶出さ
   せる装置であつて、るつぼ（２）の内周面に、複数の溶
   融アルミニウム流速低下用邪魔板（４）が、円周方向に
   所定間隔をおき、かつるつぼ（２）内に所定量の溶融ア
   ルミニウム（６）を入れたさいにその上端が液面よりも
   下方にくるように設けられており、邪魔板（４）よりも
   上方において、溶融アルミニウム（６）中への空気巻込
   み防止用環状部材（５）が、るつぼ（２）内に所定量の
   溶融アルミニウム（６）を入れたさいにその下端が液面
   よりも下方にくるように、るつぼ（２）の内周面に全周
   にわたって設けられ、空気巻込み防止用環状部材（５）
   の下端の内周縁とるつぼ（２）内周面との距離（Ｂ）が
   、邪魔板（４）の上端の幅（Ｗ）よりも大きい高純度ア
   ルミニウムの製造装置。