JPH039171B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、共晶系不純物を含むアルミニウ
ム、ケイ素、マグネシウム、鉛、亜鉛等の各種金
属を精製してより高純度の金属を製造する装置に
用いられる回転冷却体に関する。

従来技術とその問題点 たとえば、アルミニウムと共晶を生成する不純
物を含む精製すべきアルミニウムを、偏析凝固の
原理を利用して、より高純度に精製する方法が知
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７図に示すように、溶融
アルミニウム(A)を保持するためのるつぼ１と、中
空回転軸２の下端に取付けられかつるつぼ１内に
入れられて溶融アルミニウム(A)中に浸漬される回
転自在の回転冷却体３０とよりなり、回転冷却体
３０が上端から下方に向つて徐々に細くなつたテ
ーパ状となされた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(A)をるつぼ１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(A)中に冷却体３０を
浸漬し、この冷却体３０の表面温度を上記凝固温
度以下に保持し、この冷却体３０を回転させて凝
固界面近傍に排出された不純物を分散混合させる
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３０の周面により純度の高いアルミニウムを
晶出させることによりアルミニウムを精製する方
法が公知となつている（特開昭57−82437号公報
参照）。そして、冷却体３０の周面に晶出した高
純度アルミニウムの冷却体３０からの除去は、特
公昭61−47889号公報に記載された装置を用いて
行なうのが最も効率的である。この装置は、上枠
部材に垂直に取り付けられた上下動自在のロツド
と、ロツドの左右両側に配置されかつ前後方向に
のびる左右１対の回転軸、両回転軸の前端にそれ
ぞれ先端が相互に反対側の回転軸を向くように固
定され、かつ非作動時は先端が回転軸よりも上方
に位置している金属凝固塊掻落し爪、および両回
転軸の後端にそれぞれ固定された軸回転レバーよ
りなり、ロツドが下降したときにレバーが回転さ
せられて、回転軸を介して金属凝固塊掻落し爪の
先端が下方に回転するようになされている金属凝
固塊掻落し装置と、金属凝固塊掻落し装置の下方
において後部上端を中心として揺動自在に取付け
られるとともに前端に冷却体支持台が設けられ、
ロツドが下降したときに前端が上方に回転させら
れる冷却体支持装置とを備えており、ロツドが所
定距離下降したときに支持台がほぼ水平状態とな
り、さらにロツドが下降すると、支持台が水平状
態を保つたままで金属塊掻落し爪の先端が回転軸
よりも下方まで回転するようになつたものであ
る。

ところで、上記精製方法において、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３０と溶融アルミニ
ウム(A)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３０の回転に伴
つて溶融アルミニウム(A)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３０の回転数を大きくすれ
ば遠心力が増大して冷却体３０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つて生産性
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１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公知とな
つている（実公昭61−38912号公報参照）。この装
置では、精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。すなわち、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７図に矢印（Ｙ）で示すような冷却体３０の周
面に沿う溶融アルミニウム(A)の上昇流が発生して
液面が激しく波立ち、溶融アルミニウム(A)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からなる滓が大量に発生する。したが
つて、除滓作業が必要となるとともに、上記滓が
飛散してるつぼ１の内面に付着し、作業に支障を
きたす。さらに、大量の滓が発生する結果、精製
効率を低下させるおそれがある。

そこで、精製効率の低下を防ぐ目的で、本出願
人は、先に、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金属中に
回転冷却体を浸漬し、回転冷却体を回転させなが
らその周面により純度の高い金属を晶出させる金
属の精製装置に用いられる回転冷却体であつて、
溶融金属面よりも下方に位置する部分の上部が溶
融金属流下方案内部となされ、溶融金属流下方案
内部が下広がり形状である金属の精製装置用回転
冷却体を提案した。この回転冷却体を使用すれ
ば、金属の精製時に回転冷却体を回転させると、
この回転冷却体の近傍においては、液面付近に、
溶融金属流下方案内部に沿う下降流が生じる。し
たがつて、液面における波立ち、溶融金属の飛散
等の発生が防止され、その結果空気中の酸素とア
ルミニウムとの反応の結果生じるAl₂O₃からなる
滓の量が少なくなり、滓が大量に発生する結果起
きる問題が未然に防止される。

しかしながら、この回転冷却体を用いて処理を
行なつた場合、溶融金属流下方案内部の外周面に
も高純度金属が晶出することがある。そして、溶
融金属流下方案内部の外周面に高純度金属が晶出
した場合には、上述した公知の装置を用いて高純
度金属を回転冷却体の周面から除去することはで
きず、高純度金属の回転冷却体からの除去が困難
になるという問題が生じる。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、精製処理のさいに溶融金属の液面からの飛
散および液面における波立ちを防止しうるととも
に、得られた高純度金属塊の除去、回収を公知の
装置を用いて容易に行ないうる金属の精製装置用
回転冷却体を提供することを目的とするものであ
る。

問題点を解決するための手段 この発明による金属の精製装置用回転冷却体
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金属中に回転冷却
体を浸漬し、回転冷却体を回転させながらその周
面により純度の高い金属を晶出させる金属の精製
装置に用いられる回転冷却体であつて、溶融金属
面よりも下方に位置する部分の上部が下広がり形
状の溶融金属流下方案内部となされ、溶融金属流
下方案内部の外周面を加熱するヒータが内蔵せし
められているものである。

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。以下の実施例は、この発明の回転冷
却体を高純度アルミニウムの製造装置に適用した
ものである。

第１図および第２図において、高純度アルミニ
ウムの製造装置は、黒鉛製溶湯保持るつぼ１と、、
上下動自在の中空回転軸２と、中空回転軸２の下
端に取付けられた中空回転体３と、円周方向に所
定間隔をおいてるつぼ１の内周面に着脱自在に固
定された複数の溶融アルミニウム流速低下用邪魔
板４とよりなる。

回転冷却体３は、第２図に詳しく示すように、
黒鉛、セラミツクス等からつくられかつ上端から
下方に向つて徐々に太くなかつ長さの中間部から
下端に向つて徐々に細くなつている有底筒状本体
５と、本体５の上端開口を塞ぐ鋼製蓋６とよりな
る。本体５における上端から下方に向つて徐々に
太くなつた部分が溶融アルミニウム流下方案内部
７となされている。また、本体５の内部には、そ
の高さの中間部でかつ最大径部分よりも若干下方
の高さ位置において内部を上下に仕切る隔壁８が
一体的に設けられている。隔壁８には後述する冷
却流体吹出部材１４が通りうる雌ねじ孔９が形成
されている。蓋６には貫通孔１１が形成されてお
り、中空回転軸２がこの貫通孔１１を通つて本体
５内の高さの中間部まで伸びている。回転軸２の
下端部外周面には雄ねじ１２が形成されており、
この雄ねじ１２が雌ねじ孔９にねじ嵌められてい
る。中空回転軸２の内部には冷却流体供給管１３
が配置されている冷却流体供給管１３の下端に
は、これと連通するように冷却流体吹出部材１４
が取付けられている。吹出部材１４は、上下両端
が閉鎖されるとともに、周壁に多数の冷却流体吹
出口１６が均一に分布するように形成された円筒
状体１５と、円筒状体１５の上部閉鎖壁に上方突
出状に一体的に設けられ、かつ円周状体１５の内
外を連通させる連通管１７とよりなる。そして、
連通管１７の上端が冷却流体供給管１３の下端に
接続されている。隔壁８よりも上方の部分におい
て、本体５の内周面と冷却流体供給管１３との間
には、２重構造の円筒状体よりなるヒータ収納部
材１８が配置されている。ヒータ収納部材１８
は、内外両周壁１８ａ，１８ｂおよび内外両周壁
１８ａ，１８ｂ間の空間の上下両端開口を塞ぐ上
下両閉塞壁１８ｃよりなる。そして、内外両周壁
１８ａ，１８ｂ間において、本体５の内周面を全
周にわたつて覆うように電気ヒータ１９が巻回さ
れている。また、ヒータ収納部材１８の上部閉塞
壁１８ｃには蓋６を貫通して上方に伸びた２本の
ヒータ線引出管２０が接続されており、電気ヒー
タ１９の両端が引出管２０を通つて外部に伸びて
いる。

このような構成において、溶解炉（図示略）で
溶解されたFe、Si、Cu、Mgなどの共晶不純物を
含む精製すべき溶融アルミニウム(A)がるつぼ１に
送り込まれる。るつぼ１内に入れられる溶融アル
ミニウム(A)の量は一定である。このとき、回転冷
却体３は上昇位置にあつてるつぼ１の外にある。
るつぼ１内に所定量の溶融アルミニウム(A)が入れ
られた後、回転冷却体３がその上端と最大径部分
との間に液面が来るように溶融アルミニウム(A)中
に浸漬される。そして、回転冷却体３の内部に、
供給管１３の下端に取付けられた吹出部材１４の
吹出口１６から冷却流体を供給しつつ回転冷却体
３を回転させる。また、電気ヒータ線１９に通電
して、溶融アルミニウム流下方案内部７の外周面
を加熱する。すると、回転冷却体３の外周面にお
ける最大径部分よりも下方における、下方に向つ
て細くなつたテーパ状部分３ａだけに、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の回転によつて溶融アルミニ
ウム(A)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によつて溶融アルミニウム(A)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(A)の流速との差はかなり大きくな
る。したがつて、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(A)の乱流も発生し、
これによつ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の上記テー
パ状部分３ａの外周面だけ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。

このとき、冷却体３の近傍においては、最大径
部分よりも下方のテーパ状部分３ａに沿つて溶融
アルミニウム(A)の上昇流が生じるが、最大径部分
よりも上方、すなわち溶融アルミニウム流下方案
内部７に沿つて第１図に矢印Ｘで示すような下降
流が生じる。したがつて、液面に激しい波立ちが
起きるのが防止され、空気中の酸素とアルミニウ
ムとの反応の結果生じるAl₂O₃よりなる滓の量が
少なくなる。

上記実施例においては、この発明の回転冷却体
がアルミニウムの精製装置に使用された場合が示
されているが、他の金属の精製装置にも使用可能
である。また、上記実施例においては、るつぼ１
の内周面に邪魔板４が設けられているが、邪魔板
４は必ずしも必要としない。

発明の効果 この発明の高純度金属の製造装置用回転冷却体
によれば、溶融金属面よりも下方に位置する部分
の上部が下広がり形状の溶融金属流下方案内部と
なされたものであるから、この回転冷却体の近傍
においては、液面付近に、溶融金属流下方案内部
に沿う下降流が生じる。したがつて、液面におけ
る波立ち、溶融金属の飛散等の発生が防止され、
その結果空気中の酸素とアルミニウムとの反応の
結果生じるAl₂O₃からなる滓の量が少なくなり、
滓が大量に発生する結果起きる問題が未然に防止
される。また、溶融金属流下方案内部の外周面を
加熱するヒータが内蔵せしめられているから、こ
の回転冷却体を使用して金属の精製を行なうさい
に、下広がり形状の溶融金属流下方案内部の外周
面に高純度金属塊が付着凝固するのを防止するこ
とができる。したがつて、回転冷却体からの高純
度金属塊の除去、回収を、公知の装置を用いて簡
単に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による回転冷却体を使用した
アルミニウムの精製装置の垂直断面図、第２図は
回転冷却体の拡大垂直断面図、第３図は従来の回
転冷却体を使用したアルミニウムの精製装置を示
す垂直断面図である。 １……るつぼ、３……回転冷却体、７……溶融
金属流下方案内部、１９……電気ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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金属中に回転冷却
   体を浸漬し、回転冷却体を回転させながらその周
   面により純度の高い金属を晶出させる金属の精製
   装置に用いられる回転冷却体であつて、溶融金属
   面よりも下方に位置する部分の上部が下広がり形
   状の溶融金属流下方案内部となされ、溶融金属流
   下方案内部の外周面を加熱するヒータが内蔵せし
   められている金属の精製装置用回転冷却体。