JPH062054A

JPH062054A - 高純度アルミニウムの製造方法

Info

Publication number: JPH062054A
Application number: JP16615392A
Authority: JP
Inventors: Yoshitatsu Otsuka; 良達大塚; Susumu Cho; 進張; Kazuo Toyoda; 一雄豊田; Tadashi Maeda; 征前田; Osamu Watanabe; 修渡辺; Tokimasa Hasegawa; 時正長谷川
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1994-01-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JP2764194B2

Abstract

(57)【要約】【目的】作業時における晶出した高純度アルミニウム
の剥離を防止する。作業終了後の高純度アルミニウム塊
の回収を簡単にする。従来法に比べてより高純度のアル
ミニウム塊を得る。【構成】上端から下方に向かって徐々に細くなったテ
ーパ状回転冷却体１の周面に、全周にわたる環状溝２を
上下に間隔をおいて複数形成しておく。環状溝２の幅を
０．０５〜２．０ｍｍ、同深さを０．５〜１０ｍｍとす
る。回転冷却体１を溶融アルミニウム５中に浸漬し、こ
の回転冷却体１を、その周速が８ｍ／秒を越えるように
回転させながらその内部に冷却流体を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高純度アルミニウムの
製造方法に関し、さらに詳しくいえば、上端から下方に
向かって徐々に細くなったテーパ状回転冷却体を溶融ア
ルミニウム中に浸漬し、この回転冷却体を回転させなが
らその内部に冷却流体を供給することにより、偏析凝固
の原理を利用して回転冷却体の周面に高純度のアルミニ
ウムを晶出させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種高純度アルミニウムの製造
方法として、周面が平滑となされた回転冷却体を、周速
１．６〜８ｍ／秒の範囲内の速度となるように回転させ
る方法が知られている（特公昭６１−３３８５号後方参
照）。すなわち、この方法は、共晶系不純物を含むアル
ミニウムを溶融した後、この溶融アルミニウムをるつぼ
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中に
テーパ状中空回転冷却体を浸漬し、この冷却体内に冷却
流体を供給しつつ上記速度で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て
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、冷却体の表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。

【０００３】この方法では、回転冷却体の表面には、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
出し、そのアルミニウム固相が成長することにより凝固
が進行する。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、冷却体と
溶融アルミニウムとの相対速度を大きくすること、すな
わち回転冷却体の周速を大きくすることが条件の１つで
ある。しかしながら、回転冷却体の周面は平滑に仕上げ
られていたので、冷却体の回転数を大きくすれば遠心力
が増大して冷却体の周面に最初に晶出した最も高純度の
アルミニウムが回転冷却体の周面から剥離するおそれが
ある。

【０００４】そして、上記のような剥離が生じると次の
ような問題が起こる。すなわち、初晶アルミニウムが回
転冷却体の周面から剥離すると、これが再溶融しかつ溶
融アルミニウム全体の不純物濃度が均一になる前に回転
冷却体の周面に新たにアルミニウムが晶出する。すなわ
ち、元の溶融アルミニウムよりも純度の低い、換言すれ
ば不純物濃度の高い溶融アルミニウムからアルミニウム
が晶出することになり、新たに晶出したアルミニウム
は、最初に晶出したアルミニウムよりも純度が低くな
る。したがって、精製効率が低下する。また、回転冷却
体の周面から剥離した固相アルミニウムが溶けるさいに
溶融アルミニウムの温度を下げるので、凝固速度が速く
なり、得られる精製塊の純度が悪くなる。また、上記の
剥離は生じたり生じなかったりするので、得られる精製
塊の純度を所望の純度にすることがむずかしい。さら
に、一定時間に付着凝固する量が少なくなるので、生産
性が低下する。したがって、上記従来方法において、回
転冷却体の周速が１．６〜８ｍ／秒の範囲に限定されて
いるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、回転冷却体の回転時の周速の上限値が８ｍ／
秒であるから、精製効率がいまだ十分ではなく、より高
純度のアルミニウムを得ることができないという問題が
ある。

【０００６】この発明の目的は、上記問題を解決した高
純度アルミニウムの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による高純度ア
ルミニウムの製造方法は、上端から下方に向かって徐々
に細くなったテーパ状回転冷却体を溶融アルミニウム中
に浸漬し、この回転冷却体を回転させながらその内部に
冷却流体を供給することにより、偏析凝固の原理を利用
して回転冷却体の周面に高純度アルミニウムを晶出させ
る方法であって、回転冷却体の周面に、全周にわたる環
状溝を上下に間隔をおいて複数形成しておき、環状溝の
幅を０．０５〜２．０ｍｍ、同深さを０．５〜１０ｍｍ
とし、さらに回転冷却体の周速が８ｍ／秒を越えるよう
に、回転冷却体を回転させることを特徴とするものであ
る。

【０００８】上記において、周面に全周にわたる環状溝
の形成された回転冷却体を用いる理由は次の通りであ
る。すなわち、高純度アルミニウムの製造作業中に、溶
融アルミニウムが環状溝内に流入してここで凝固し、環
状溝内に初晶アルミニウムからなる凝固核が形成され、
この凝固核が成長して溝内を埋めた後、溝内の固相に連
なって回転冷却体の周面に高純度アルミニウムが晶出す
るので、回転冷却体の周面に晶出した高純度アルミニウ
ムの作業中の剥離が防止されるからである。ところが、
環状溝の幅が０．０５ｍｍ未満、深さが０．５ｍｍ未満
であると上記効果は得られず、幅が２．０ｍｍを越え、
深さが１０ｍｍを越えると、晶出した高純度アルミニウ
ムを、作業終了後に掻き落とし等の方法で回収するのに
支障を来す。したがって、環状溝の幅を０．０５〜２．
０ｍｍ、同深さを０．５〜１０ｍｍの範囲内で選択すべ
きである。また、環状溝の幅は０．１〜１ｍｍ、深さは
１〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。さらに、環
状溝の幅は、回転冷却体の周速に応じて選択するのがよ
く、たとえば図５にハッチングを付した範囲内で選択す
るのが好ましい。図５において、点Ａでは周速８ｍ／
秒、溝幅１．２ｍｍ、点Ｂでは周速１５ｍ／秒、溝幅
０．５ｍｍ、点Ｃでは周速８ｍ／秒、溝幅０．０５ｍ
ｍ、点Ｄでは周速１５ｍ／秒、溝幅０．０５ｍｍであ
る。なお、隣り合う環状溝どうしの間隔は４〜１６ｍｍ
としておくのがよい。

【０００９】回転冷却体の回転時の周速を８ｍ／秒を越
えたものにすると、従来の方法に比べて、凝固界面近傍
に形成される不純物濃化層の厚さが薄くなり、この濃化
層での温度勾配が大きくなるので、精製効率が向上して
より高純度のアルミニウムを得ることができる。

【００１０】

【作用】回転冷却体の周面に、全周にわたる環状溝を上
下に間隔をおいて複数形成しておき、環状溝の幅を０．
０５〜２．０ｍｍ、同深さを０．５〜１０ｍｍとしてお
くと、高純度アルミニウムの凝固核となる初晶が速やか
に形成されるとともに、この凝固核に連なって固相が形
成される。しかも、作業終了後の高純度アルミニウム塊
の回収を、掻き落とし等の方法で簡単に行うことができ
る。

【００１１】また、回転冷却体の周速が８ｍ／秒を越え
る速度となるように、回転冷却体を回転させるので、よ
り高純度のアルミニウム塊を得ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照して
説明する。

【００１３】図１はこの発明の方法に使用する回転冷却
体を示す。

【００１４】図１において、回転冷却体(1) は、黒鉛、
セラミックス等から形成されたものであって、上端から
下方に向かって徐々に細くなった中空のテーパ状となさ
れている。回転冷却体(1) の周面に、全周にわたる環状
溝(2) が上下に間隔をおいて複数形成されている。環状
溝(2) の幅は０．０５〜２．０ｍｍ、同深さは０．５〜
１０ｍｍ、隣り合う環状溝(2) どうしの間隔は８〜１６
ｍｍである。

【００１５】回転冷却体(1) は中空回転軸(3) の下端に
固定状に設けられており、回転軸(3) の中に配された冷
却流体供給管（図示略）から回転冷却体(1) の内部に冷
却流体が供給されるようになっている。

【００１６】この回転冷却体(1) を、るつぼ(4) 内に入
れられた溶融アルミニウム(5) 中に浸漬する。るつぼ
(4) の内周面には、回転冷却体(1) と溶融アルミニウム
(5) との相対速度を向上させるための邪魔板(6) が複数
設けられている。そして、回転冷却体(1) を、周速が８
ｍ／秒を越えるように回転させる。なお、溶融アルミニ
ウム(5) も回転冷却体(1) の回転方向に流れる。このと
き、図２に示すように、環状溝(2) 内の静止空気と流れ
る溶融アルミニウム(5) との間に、流体力学の減圧効果
が生じ、環状溝(2) の中の空気が外部に引き出されると
ともに、環状溝(2) 内に溶融アルミニウム(5) が流入す
る。環状溝(2) 内に流入した溶融アルミニウム(5) は、
溝(2) の底部から凝固を開始し、高純度の初晶からなる
凝固核(7)が形成される。凝固核(7) が形成されるさい
には収縮し、凝固核(7) と環状溝(2) の周面との間に微
細な隙間が生じるが、回転冷却体(1) の回転時には凝固
核(7) は、図３に示すように溝(2) の側面に引っ掛かる
ことになり、溝(2) からの脱落が防止される。したがっ
て、凝固核(7) の剥離が防止される。

【００１７】さらに、回転冷却体(1) の回転を続ける
と、凝固核(7) が成長し、溝(2) 内を高純度アルミニウ
ム(8) で埋める。そして、図４に示すように、その外端
に連なって回転冷却体(1) の周面にも高純度アルミニウ
ム(8) が晶出する。したがって、溝(2) 内の高純度アル
ミニウム(8) の働きによって、溝(2) 外の高純度アルミ
ニウム(8) の剥離が防止される。

【００１８】次に、この発明のさらに具体的実施例につ
いて説明する。

【００１９】実施例１〜１２長さ１５０ｍｍ、最大径１５０ｍｍ、最小径８０ｍｍ
で、外周面に種々の幅および深さの環状溝(2) を、１０
ｍｍ間隔で１５条形成した回転冷却体(1) を用意し、各
回転冷却体(1) を用いて次の操作を行なった。

【００２０】すなわち、るつぼ(4) 内に、Ｓｉ４００ｐ
ｐｍ、Ｆｅ５００ｐｐｍを含む溶融アルミニウム(6) を
入れて６６０℃に加熱保持しておいた。ついで、回転冷
却体(1) 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２０００ｒｐｍで回転
させ、回転冷却体(1) の回転開始時から凝固核が形成さ
れるまでの時間を測定した。また、回転冷却体(1) の回
転を３０分間続けた後停止させ、溶融アルミニウム(6)
から上昇させて回転冷却体(1) の周面に晶出した高純度
アルミニウム(8) を掻き落とし法により回収した。回収
した高純度アルミニウム(8) の重量は１０ｋｇであっ
た。そして、回収した高純度アルミニウム(8) 中のＳｉ
濃度およびＦｅ濃度を測定するとともに、その濃度を不
純物濃度で除した実効分配係数Ｋｅ（Ｓｉ）およびＫｅ
（Ｆｅ）を求めた。

【００２１】これらの結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】比較例１外周面に環状溝が形成されていないことを除いては、上
記実施例で用いたのと同じ回転冷却体を使用し、上記実
施例と同様にして回転冷却体を溶融アルミニウム中で回
転させた。回転冷却体(1) の周面に晶出したアルミニウ
ムの重量は７ｋｇであった。また、このアルミニウム中
のＳｉ濃度は８０ｐｐｍ、Ｆｅ濃度は７０ｐｐｍであ
り、この値を元の不純物濃度で除した実効分配係数は、
Ｋｅ（Ｓｉ）＝０．２０、Ｋｅ（Ｆｅ）＝０．１４であ
った。

【００２３】

【発明の効果】この発明の高純度アルミニウムの製造方
法によれば、上述のようにして、高純度アルミニウムの
凝固核となる初晶が速やかに形成されるとともに、この
凝固核に連なって固相が形成されるので、作業時におけ
る晶出した高純度アルミニウムの剥離が防止される。し
たがって、この剥離が生じることに起因する種々の問題
の発生を防止できる。しかも、作業終了後の高純度アル
ミニウム塊の回収を、掻き落とし等の方法で簡単に行う
ことができる。

【００２４】また、回転冷却体の周速が８ｍ／秒を越え
る速度となるように、回転冷却体を回転させるので、従
来法に比べてより高純度のアルミニウム塊を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法の実施に用いる装置を示す垂直
断面図である。

【図２】回転冷却体周面の環状溝内に溶融アルミニウム
が流入する状態を示す部分拡大図である。

【図３】回転冷却体周面の環状溝内に形成された凝固核
の状態を示す部分拡大図である。

【図４】回転冷却体の周面に高純度アルミニウムが晶出
した状態を示す図である。

【図５】回転冷却体の周速に応じた環状溝の幅の好まし
い範囲を示す図である。

【符号の説明】

１回転冷却体２環状溝５溶融アルミニウム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前田征堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内 (72)発明者渡辺修堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内 (72)発明者長谷川時正堺市海山町６丁224番地昭和アルミニウム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端から下方に向かって徐々に細くなっ
たテーパ状回転冷却体を溶融アルミニウム中に浸漬し、
この回転冷却体を回転させながらその内部に冷却流体を
供給することにより、偏析凝固の原理を利用して回転冷
却体の周面に高純度アルミニウムを晶出させる方法であ
って、回転冷却体の周面に、全周にわたる環状溝を上下に間隔
をおいて複数形成しておき、環状溝の幅を０．０５〜
２．０ｍｍ、同深さを０．５〜１０ｍｍとし、さらに回
転冷却体の周速が８ｍ／秒を越えるように、回転冷却体
を回転させることを特徴とする高純度アルミニウムの製
造方法。