JPS59208029A - 溶融金属または合金の選択的精錬方法 - 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】 する。

冶金においては、除去しないでおいた場合には得られる
金属又は合金の最終的諸ｔ）す性にかなりの影響を及ば
ずある種の残留元素にエフＭ起される多数の問題に遭遇
する。従って金属浴から残留不純物全除去することが従
来から試みられており１幾つかの方法がすでに使用され
ている。これらの方法としてたとえば所与の化学的組成
について浴成分の親和力の差金利用する化学的方法金あ
げることができる；これらの方法には峡累、塩素、弗素
のごときガス又は石灰のごとき固体を用いる化学反応、
′心気化学的方法、濾過、真窒蒸溜（通常の反応剤が不
適当であると＠）、不活性ガス全通送する精錬成いはま
た最後の二つの方法の組合せが包含される。

上記の公知の精錬法のうち、真空蒸溜による精錬及び不
活性ガス全通過させる精錬においては、浴と平衡状態に
ろる雰囲気中における楕錬丁べき金属不純物の分圧の差
が利用される。この雰囲気全真空による〃１又は適当な
不活性ガスの吹きこみにより更新することにより、揮発
性成分については、浴中の不純物含有量が低下した場合
においても、金属中に溶解している不純物とガス状態の
不純物との間の平衡全蒸発の方向へ移動させることがで
きる。揮発性不純物を蒸気相へ１送９出−ｆｌ（％ｐｕ
ｍｐｌｎｇ＃　）ことによるこの精錬の原理は工業的規
模において広く用いられている。しかしながらこれら二
つの方法はいくつかの欠点を有する。

真空蒸溜の場合にはこの方法の主要な欠点は設備が大き
いことと高真空を得る必要性があることに起因して、極
めて大きな設備費を要することにある。この方法の別の
欠点は浴上方の酸素の分圧は小さいがゼロではないこと
により金属浴の表面酸化が生起し得ることである。この
表面酸化により不純物の蒸発速度が低下し従ってこの方
法の可能性が制限される。

更に、冷源（設備の壁体）と熱源（金属浴表面）との間
の熱勾配がこれらの間隔全考慮した場合、極めて小さい
ことから１作業の効率が不十分である：その結果として
、熱交換速度従ってまた反応速度も遅い。

不活性ガスによる精錬の場合は浴と平衡に６冬不活性ガ
スの気泡の中の残留化合物の分圧が多くの場合極めて低
いので、その化合物の含有量を著しく減少させるために
は極めて大量のガスを注入することが必要である。ある
種の特定の場合にはこの入点を排除することのできる解
決方法として不活性ガスに、化学的効果により蒸発の方
向への平衡の移動全促進するために除去すべき化合物に
対して極めて反応性のガス例えば塩素又は弗素を添加す
る方法からる。しかしながらこの方法は有毒ガスが発生
し従ってまたそれを回収すゐという重大な問題が生ずる
ので不十分な方法でおる。

別の分野すなわち溶融金属又は合金から金属粉末を製造
する分野においては１本出願人の欧州特許出願第０００
２４′３３号明細書記載の方法、すなわち処理すべき金
属浴表面に液体状態の極低温物質（ｃｒｙｏｇｅｎｌｃ
　ｂｏｄｙ　）　’に接触させて、蒸発−凝縮により固
体粒子を形成させ、これを引続いて極低温流体から分離
し捕果して所望の粉末を得る方法が公知である。

本ヴ６明の目的は上記の金属粉末の夷遺方法ケ溶融金属
又は合金の浴の精錬条件全改良するため利用することに
ある。

この目的全達成するために、密閉された処理容器中に収
容されている溶融金属又は合金全選択的に精錬する本発
明の方法においては、金属浴表面に固体又は液体状の極
低温物質（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｂｏｄｙ）を接触させ
て、浴から除去すべき１種またはそれ以上の不純物の蒸
気金、蒸発−凝縮金行わせるこにより、極低温物質の蒸
気により連行される固体粒子に転化させ、この際、同時
に、金属浴を攪拌することを特徴とする。

液状金属浴と極低温物質との接触面を拡大し従ってこの
方法の生産性を著しく向上させる金属浴の攪拌は適当な
任意の公知、の装置とくに、空気圧式１機械的、電磁式
装置等により行うことができ、そしてこの攪拌は同時に
処理中の浴の均質化を保証する。金属浴の攪拌は金属浴
中へ望ましくはこの浴に対して不活性のガス全欧きこむ
ことによって粱気圧方式により行うことが好ましいりこ
のガスは浴中Ｉｌ′ｉ：微細な気泡として噴出きせる。

金属浴表面上に注入される極低温物質は窒素。

アルゴン、ヘリウムのごとき望ましくは金属浴に対して
不活性な液化したガスで４・４成することができる。か
くして注入された極低温液体は、金属浴表面ヲ破りが温
発泡（ｃａｌｅｆａｃｔｌｏｎ）　ＪＡ象によりガス状
中間層によって金属浴表面から隔離される液層を形成す
る。この中間層中においては極低温液体が浴表面の近く
で加熱され初め、かくして形成される低温の蒸気が金属
浴から来る不純物の蒸気全高度に冷却しこれ金極めて速
かに凝縮させて固体粒子を形成させ、この粒子は次に極
低温液体の残部の蒸気によって上方へ連行される。金属
不純物蒸気の固体状態への移行は液体状態の不純物と気
体状態の不純物との間の平衡の移動を惹起こし。

これが金属浴から来る他の不純物蒸気の吸引を行ない、
これらの不純物はただちに凝縮して固体粒子の形となり
以下同じことが反復される。従って本発明による極低温
液体の使用により１ポンピングＩ現象が促進されこれが
本発明の方法の生産性を著しく同上させる。

更に１本発明に従って金属浴に攪拌音節こすことにより
上記のポンピング効果全署しく増大させることが可能と
なる。実際に、攪拌が行なわれないときは金属浴はこれ
と極低温液体との接触面の近くで揮発性不純物が少なく
なり金属浴の中心部に揮発性不純物についての濃度勾配
が生じることになる。更に浴と極低温液体との接触面と
、浴の残部との間に温度差が起り得る。これら二つの勾
配（濃度及び温度）の存在は除去すべき揮発性不純物の
蒸発速度に不利な影＃を及ぼし従って処理時間を著しく
延長する。また金属浴の攪拌は、該浴を均質化し従って
極低温液体と金属浴との接触面全新たにすることによっ
てこれらの欠点を抑制することを可能にする。そのほか
接触面を大きくし従ってその帯域での熱交換金大きくす
る攪拌は、金属不純物蒸気の固体粒子への転化の速度及
びこの粒子の上方への排出全増大させること全可能にす
る。

本発明による方法において用いられる極低温物質が液状
であるとき（１金属浴を収容している・容器全大気圧又
はそれより高い圧力に維持する。大気圧より高い圧力で
操作することによ！ｌｌ金属不純物蒸気の形成速度が増
大し従ってまた固体粒子凝縮速度が増大する；すなわち
精錬処理所要時間が相関的に短縮するこ−とが可能にな
る。実際に、より高い操作圧力ｌこより極低温液体層は
金属浴表面に接近するように物理的に強制される。かく
して金属浴表面と極低温液体層とを隔てるガス層の厚さ
が薄くなり、極低温液体の低温蒸気は金属不純物蒸気を
より速か暉冷却し従ってまた前記１ボンピング〃現象が
より迅速に行われる。

本発明の笑流形式の一変法によると、金属浴表面に設け
られる極低温物質は固相であり、望ましくは窒素、アル
ゴン、ヘリウムのごとき金属浴に対して不活性の固化し
たガスによって構成される。

また固体の極低温物質として００．も便用できる。

この場合金属浴を収容している容器に保持される圧力は
大気圧より低く、このことにより金属浴をより低い温度
で加熱することが可能になる。極低温固体は前述の極低
温液体と同様に金嘱浴表１イ「に浮遊し温発泡現、家に
基づいてガス層によって隔離される。極低温固体は減圧
下の処理容器内において漸次昇華し、かくして生じた低
温蒸気は前述の嘱ポンピング〃と同じ現象が生じるので
、浴から来る金属不純物蒸気をただちに凝縮させて固体
粒子とする。金属浴は極低温液体使用の場合と同様に攪
拌される。

本発明による方法は冶金において各種金属及び合金の精
錬、たとえば鋼からの銅、錫、鉛、亜鉛。

ビスマス、テルル、などの除去、珪素からのアルミニウ
ム及びカルシウムの除去、葦たアルミニウムからの亜鉛
、リチウム、ナトリウム及びマグネシウムの除去に適用
できる。

金属浴の温度も本発明の方法適用の際にある役割を果す
、実際に金属浴の温度は除去すること全希望する最も揮
発性の大きい不純物の分圧によって定められる温度にす
る。

以下においては図面全参照しながら本発明を更に説明す
る。

第１図に部分的にまた図解的に示しである本発明による
方法を実施するための装置は耐火材内張λ及び誘導コイ
ル３金備えた誘導炉ｌからなる。

この炉／にはフード≠が載置されてお９両者間の気品性
はシール部材ｊによって保持される。多孔質耐火性部材
ｔが炉ｌの内部耐火材内張コの底部に挿入されており、
この部材６は管７によって加圧不活性ガス源（第１図に
は示してない）に連結されている。供給ノズルｇは孔り
全通ってフード弘の壁面を貫通しており、また液化中性
ガスからなる極低温液体貯蔵容器ｌコに連結されている
。

−例として亜鉛が不純物でらるアルミニウムと亜鉛との
合金の精錬のために本発明ＶＣよる方法を適用した場合
について説明する。

このアルミニウムー亜鉛合金を炉ｌ中に装入し、これ−
５（ｉｏｏｏ℃を超える温度にして液状金属浴１０２形
成させる。ついで供給ノズルｒに上り液化不活性ガスを
浴１０表面上に注ぎ、カくシて実際には一群の気水溜り
＃　（’ｐｕｄｄｌｅ＃）　／　Ｊ　（第２図参照）に
より形成場れるそして金属浴表面を被つが温発泡現象に
基づいてガス中間層／≠によりこの表面から隔てられて
いるｇ、層を形成させる。

また底部に設けである多孔質耐火性部材６を経て３−７
時間のｒｊｒｆ、量で不活性ガス流も注入して浴１０を
攪拌する。亜鉛からなる不純物は蒸発して第２図に（点
線の）矢印ｖｚで示した亜鉛蒸気を生じる。

極低温液体の加熱にエフ生じる実線の矢印ｖ（で示した
低温の蒸気との接触により亜鉛は凝縮して固体粒子ｐｚ
の形となり、この粒子は極低温液体の蒸気ｖｆの残部に
ニジ上方へ連行され、フードロク全通って適宜な集塵１
回収装置へ運ばれる。

下記の表には同一のアルミニウムー亜鉛合金についてそ
の装入量と加熱温度を変えて行なった３種の試験で得ら
れた結果を示す： 金属装入量　浴温度　初期亜鉛含有斂　終期亜鉛合有量
神　　　　℃　　　　　％　　　　　　　％試験／　　
　　ＩＩ　　　　１４＜０　　　３，２　　　　　　　
Ｊｆｆ試験コ　　　タｏ　　　　ｙｏｏ　　　　ｏ３ｏ
　　　　　　ｏ、３゜試験ｓ　　　ｉｏｏ　　　ｉ、ｚ
ｏｏ　　　　ｏ、３ｒ　　　　　　（７，に１７第７図
ＶＣはそれぞれ試験コ及び試験３について亜鉛含有量（
重量％）と処理時間（分）の関係金示す直線■と曲線■
とが示されている。試験−２Ｉ／ｃおいては液化不活性
ガスを精錬処理開始のとさから注ぎ一万、試験３のに寂
いては本来の処理（浴表面への液化不活性ガスの注下）
全若干の時間カＵ熱した後にはじめて開始した（曲１ｆ
ｄＪ　ＩＩの点Ａ参照）。

第３図から亜鉛からなる不純物の除去はすべての場合極
めて速かに行われることが認められる。

中周波炉を用いると金属浴ｉｏの表面はメニスカス状で
らる。液化不活性ガス層／３がこの表面の平坦なｆ＄分
のみを被うように、炉ｌの上部に耐火材のリングｉｉ２
設ける。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発８ＡＫよる方法を実施するための炉の垂直
断面図である。 第１図は精錬操作中、極低温物質が注がれる浴上部の拡
大図である。 第３図は二種の試験Ｑｒ−おける処理時間と、アルミニ
ウムと亜鉛とを含有する金属浴の亜鉛含有量の変化の関
係を示す綴図である。 ／・・・誘導炉、コ・・・耐火材内張、３・・・誘導コ
イル、弘・・・フード、！・・・シール部材、６・・・
多孔質耐火性部材、７・・・管、ｌｒ・・・供給ノズル
、り・、・孔、ｉｏ、・。 金属浴、／ｌ・・・耐火材リング、／２・・・極低温液
体貯蔵容器、／３・・・鳩水溜９Ｉ％　／４’・・・ガ
ス中間層。 ｕｚ・・・亜鉛蒸気、　　ｕｆ・・・低温蒸気、　　ｐ
ｇ・・亜鉛固体粒子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　密閉された容器内に収容された溶融金属又は合金
   全選択的に精錬する方法において、金属浴表面に極低温
   固体又は液体物質を接触させて、浴から除去すべ＠１種
   またはそれ以上の不純物の蒸気を、蒸発−凝縮によって
   、極低温物質の蒸気により連行される固体粒子に転化す
   ることおよびその除、同時に金属浴を攪拌することを特
   許とする、溶融金属または合金の選択的精錬方法。 ユ　金属浴衣面上に極低温液体金注ぎ、処理容器の圧力
   を大気圧に等しいか又はこれより高い圧力に保持する、
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　金属浴衣面に極低温固体を載置し、処理容器の圧
   力を大気圧より低い圧力に保持する、特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 弘　極低温物質は、窒累、アルゴン、ヘリウム或いは二
   酸化炭素のごとき金属浴に対して化学的に不活性な液体
   又は固体の状態の物質からなる・、特許請求の範囲第１
   項乃至第３項の１５１れかに記載の方法。 よ　浴を収容している処理容器の底部に設けである多孔
   質耐火性部材を介して浴中にガス金吹きこむことにより
   金属浴の攪拌を行なう、特許請求の範囲第１項乃至第Ｖ
   項の何れかに記載の方法。 乙、　吹きこまれる攪拌用ガスは望ましくは金属浴に対
   して化学的に不活性のガス、例えば窒素。 アルゴン、ヘリウムである、特許δ１１求の範囲第１項
   記載の方法。 ２　金属浴が純粋な又はほぼ純粋な金属からなる。特許
   請求の範囲第１項乃至第を項の何れかに記載の方法。 ざ　金属浴が２種以上の金属の混合物からなる、特許請
   求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載の方法。