JPS60500542A - 高熱スラグの圧縮による液体アルミニウムの回収方法及び装置 - 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】 高熱スラグの圧縮による液体アルミニウムの回収方法及び装置本発明は高熱スラ グの圧縮による液体アルミニウムの回収方法及びその装置に関する。本明細書に 用いる「アルミニウム」なる用語は全てのアルミニウム合金をも包含することに 留意されたい。

アルミニウム鉱又は再循環した廃物からのアルミニウム製造ザイクルには、一般 に鋳造工程に先行して金属溶融工程を設ける。当業者には既知であるが、かかる 溶融時には炉の金属湯面に「スラグ」と称する生成物の層が形成され、分析結果 に依れば、スラグは、酸化物、炭化物、窒化物等の非金属粒子で構成され、該粒 子相互間に金属の小滴を含有することがモ］明している。例えば炉の内容物７そ のままで鋳造すると製品にスラグが混在して、例えば圧延等のその後の加工処理 時に、表面又は内部の欠陥の原因となる他に、製品の品質を損う原因となるよう な不均質部を少なくとも局部的に出現きせる介在物を固体製品内に形成すること になる。

従って、当然のことながら、鋳造以＠に金属からスラグを除去すべきでおジ、こ れは除垢作業時に除垢具を用いて湯からスラグなすくい取ることによって実施さ れることが多い。しかしながら、該スラグの金属含有率は相当高くてスラグの質 量の９５％までにも達するので、スラグを除去すれば製造金属の割合が著しく減 少することになる。

轟然のことながら、該スラグに含有される金属を出来る限り多量に回収可能な装 置を見い出す努力を当業者は惜しむものではない。解決法の１つは、浴剤によっ て溶融炉自体の内部にてスラブを処理し、金属の小滴を合着させ、スラグを湯中 へ移動しやすぐすることである。しかし々がら、かかる溶剤はある種の合金の特 性に悪影善を与える他に１回収効率を限定するので、炉内における処理の可能性 如何にかかわらず、スラグが炉から排出された後で特殊装置内にてスラグを処理 又は再処理する必要が生じてくる。

又、混合装置を使用することも既知であり、空気を導入し、場合によっては溶剤 を用いてスラグをかき混ぜ、スラグに含有される金属の一部を酸化させる。かか る酸化反応で多量に発熱し、かくてスラグに含有される金属滴が合着するのに充 分な温度でスラグを保持するので、合着した金属滴はスラグから容易に分離して タンク下方へ流出する。

次に金属滴を除去した高熱スラグはピーニング装置を通過した後、粒夏に従って 分離されるので、混合時に分離されなかった金属が新たに抽出てれる。

この種の処理方法の欠点は、酸化反応を確実ならしめるためにスラグに含有され るアルミニウムの一般に１０％より多くが損失することである。又、ピーニング 後の金属の回収は不完全であり、排出されるスラグ中に５％を上回るアルミニウ ムが残留する。

金属収量の問題の他に、この種の処理は、酸化反応時に煙を放出すること及び各 種処理装＃にて高熱スラグを取ジ扱う故に不完全な衛生状態にて処理されること が多いという問題があジ、更に騒音問題や有害イオンを発して比較的溶解度の高 い溶剤を含有する生成物を排出する故に水負汚柴の問題が生ずる。

従って、該技術分野において、前述のものとは異なる方法、すなわち特に酸化段 階を回避し、場合によっては溶剤と共にスラグを回転シリンダ円にで迅速に冷却 する段階と、該スラグを粉砕した後でふるい分け、多少ともアルミニウムを含有 する部分を分離する段階とで構成される方法が考案された。

しかしながら、この場合、スラグを冷却するために極めて長いシリンダを設置す る必要が生ずるので設備投資費及び運転費が比較的高くなジ、それにもかかわら ず煙の発生に伴う公害や、相当量の金属損失を回避することが出来ない。更に、 品質の異なる合金を処理する各種層から強制的に出る多量のスラグを処理するた めにかなり大型の設備が必要となる。従って、抽出される液体金属の組成が一定 でないため、これら金属は分析を要し、しかも所定の条件下においてのみ再利用 可能である。

高熱スラブに遠心処理の如き機械処理を直接実施する方法も既知である。しかし ながら抽出時にスラグが液体排出装置につまるという欠点があるので一般に該方 法は実験段階にとどまっている。

従って、今日まで提案されている各種方法はスラグのアルミニウム回収に関する 問題点を完全に解決するものではな１／−ことを確認した本出願人は、ｍＩ記欠 点を回避する方法を完成させるべく努力をしてきた。すなわち前記欠点とは、− 酸化によるアルミニウムの損失及び回収率の制約、−高価で汚染物質を出す溶剤 の使用、 −煙及び騒音等の公害の発生、 一品質の異なるスラグの混合、 一般備投資費及び運転費の高い設備の使用等である。

かくて本出願人は、単一方向垂直プレス内にてスラグを圧縮する方法に注目した 。かかる技術が既に実施されていることは確認街みである。例えば、米国特許第 ２，２７８，１３５号にて、直径１５ｃ！ｎの型にてアンチモン・アルミニウム の固体金属間化合物で形成されるスラグからの液体錫の回収方法が既知である。

同様に、西独公開公報第２．３１２．２３５号には、直径５０ｓｎ、重１５０ｆ ｌの小型スラグを３５００乃至５５０℃に加熱することによって液体鉛を抽出す る方法及び装置が記載されている。

前記引用列のいずれにおいても、スラグを圧縮するためのプレスの特別な使用方 法に何ら１及していないことが判明している。ところで、この場合のスラグは半 固形材で構成されるが、半固形材の特性は、一般にかかる処理を受ける大部分の 材料、すなわち粉末材又は他の固形材料の特性とは全く異なる。

更に、圧縮の目的は濃密化と圧縮拐の形状の変更であるが、この場合はスラグ塊 の中に分散する液体の微小液滴を集めて除去することである。

他方、前記資料中の従来技術では該方法を工業用として適用する際の難点を伺ら 考慮していない。直径１５αの型にて５００１の圧Ｍ拐を処理する法を約１メー トルの型にて１トンの製品を圧縮する方法に適用する際に困難性が生じることを 本田願人は実験により′ｎ、認した。

更に句は加えると、融点が６６０℃であって、酸化物の熱伝導率が低くて約２０ ００℃で溶融可能な金属塊で構成されるアルミニウムスラグの処理方法と、異な る品質のスラグに分散し、融点が２３２℃の錫又は融点が３２７℃の鉛の抽出方 法との間に共通点は全くない。

従って、高熱スラグに含有される液体アルミニウムを工業規模で回収し、望まし くは該金属の大部分を抽出するためにはｍＪ記圧縮方法を改良する必要があるこ とを本出願人は確認した。

本発明による方法は、押圧具と単一方向垂直プレスのテーブルとの間に位置決め される円形断面の型にスラグを充填する段階を含んでおジ、スラグ上部に該押圧 具を押し付け、型下部に液体流が出現する甘では最高速度で、その後はスラグか ら液体アルミニウムが少しづつ集する速度と同程度の遅い速度で該押圧具を降下 させることを％微とする。

かくて本出願人は、該金属の抽出率を筒めるよりに特別な速度条件の下でプレス の押圧具を作動させる必要があることを発見した。

該速度条件は、金属がスラグ塊の下部からにじみ出ている間は押圧具を高速で降 下させ、次に、液体が連続して流出しはじめると押圧具の降下を減速し、この状 態を流出が終るまで続行する。

しかしながら、本出願人が確認したところによれば該速度はスラグの組成に応じ て又はむしろ含有される液体と元のスラグとの間の質量比に応じて変化させるべ きである。かくて、スラブ中の液体アルミニウムの濃度が低ければ低い程押圧具 の降下速度を低下させる必要がある。

更に詳述すれば、該速度を次の関係式で示すことができる。

但し、Ｋは１５０乃至３００の埴を有する定数である。

この式は、圧縮効果によるスラグ塊の密度の増加速度が液体滴の集合及び流出を 制御出来ない程に速くなってはならないという事実から容易に理解されるであろ う。従って、金属流量を一定にし、圧縮工程の終りにおいてのみスラグの体積が 最小になるように、すなわち最大圧力に到達するよう努力すべきである。実際、 最終的に到達する圧力よ！ｌｌも速度の方が重要である。

従って適用すべき速度条件を決定するためにはスラグの液体含有量を考慮すべき である。速度を一定にする場合もあり、該速度を決定するためには処理すべきス ラグの標準サンプルを分析するだけで充分であるが、スラグの液体濃度の変化を 考慮して処理期間中に可変の速度条件を適用することも可能であり、この場合、 標準的な圧縮処理から予め変化の法則を決定する。

同様に、型内に装入されるスラグの高さが、抽出率を高めるための重要な要因と なることを本出願人は発見した。かくして、型の周辺部にて測定した該高さＨは 該型の直径りを考慮すべきであり、正確に言えば−の割合は０．５乃至１．５で なければならない。

同様に本出願人が確認したことによれば、該高さは型の全断面において同一であ ってはならず、スラグ塊の下部が円錐形凹面を有するように中心部を周辺部より も低くずへきである。該り 円錐形は、百の割合と共にスラグ体積内部における適当な圧力配分に関係し、周 辺部と中心部との間のスラグの高度差を閲り履　Ｄ簡 で表わすΔｈは０．５　（−）２乃至１．５（−）２でなければならＺｏｏ　Ｚ ｏ。

々い。

Ｄの値が２５０調を下回る場合、ΔｈはＯに等しくなジ得ることに留意されたい 。すなわち実験用型の場合かかる特性を適用しても利益がない。

本発明はまた、工業的規模によるスラグの圧縮装置に関する。

該装置は、単一方向プレス自体とは無関係であり、プレスのテーブルと押圧具と の間に一時的に配置されるようにした特別な装置で、型内壁から隔てて設置され る円形受金を各末端部に備える円筒形型を載せる台を包含し、載台の上面には外 部と連通する底部を有する環状溝を設け、下方受金が、載台から分離可能で載荷 の内径に少なくとも等しくて、いかなる場合においても載荷の外径を下回る直径 を有し、又該下方受金の連続上面が円錐形で、かつ該受金の壁と該型内壁との間 隔が一定幅で、載荷に対向して位置することを特徴とする。かくて、本発明によ る装置は着脱自在な型・白組立体であり、単一方向プレスのテーブルの方向へ押 圧具が上から下へ垂直移動する時に型内のスラグが押圧具によって生じる圧縮力 を受けることが出来るように該テーブルに載置可能である。圧縮力さえ充分であ れば、従来型の各種工業用プレスは、本発明装置の外形を該プレスの寸法に適合 させることによって使用可能となる。

従って本発明の装置は、基部をプレスのテーブルに載せるようにした＄ｉ鋼製の 着脱自在な台を包含する。載台の特赦は、上面に中心部を多少深くｌ＼こませた 環状溝を備えることであり、載荷の幅は一般に該下方受金の側壁から型の内壁ま での空間を上回る。

載荷の底部は水平線に対して傾斜し、底点は適当な加熱装置を備える貯蔵槽の上 部と連絡可能なように外部と連通ずる。

同様に載台の上面の中央には、下方受金に備えられた突起部を収容するように実 際に全高に渡って延長する円筒形空所な設ける。円板形状の該受金は該突起部に よって案内される位置において載台に水平に載置され、載台から容易に切ジ離し 可能である。該受金の外径は載荷の内径に少なくとも等しい。すなわち該受金の 外壁は載荷の内壁の延長上にあってもよいが、該壁が載荷の上に突出するように 該内壁を僅かに上回るようにしてもよい。しかしながら、該直径は、溝の大部分 を上方へ開口したｉ壕にするようなものでなければならない。

同様に該下方受金の特徴は連続上面を有することである。すなわち該上面は全く 穿孔されず、いかなる流出用オリフィスも形成しない。載面は扁平ではなく、外 側へ突出し、望ましくは７５乃至８５度の頂半角をもつ円錐形を形成する。

本発明による装置は更に鋳＠製のシリンダ型式の型を包含し、この場合該シリン ダの高さと内径とはほぼ近く、最大直径は載台の直径にほぼ等しい。

該シリンダの下端及び上端の各々にはっばを設ける。上方つげは係止装置へ固定 する役割を果し、該シリンダを持ち上げて台に載置可能にする。下方つげは台上 の型の基部を構成し、該下方つばの下部には、環状溝の外側にて台の上面に設け た相応する保合部と合致するような保合部を設ける。該保合部の接触面は垂直線 に対して傾斜するので、一方の部材及び他方の部材相互間を補強する部材を全く 必要としない。該接触面は熱応力を受けるが、それにもかかわらず該接触面を容 易に分離可能である。

型が台上にある時、それの内壁は周辺部全体に渡って一定幅の空間だけ下方受金 の壁から隔設されるがこの場合該空間は載荷の上方に位置して載荷に対して垂直 である。該空間の幅は５乃至２０ａ＋１であり、一般的に載荷の幅を下回る。接 散の側壁には、少なくともアルミニウムの融点を上回って、すなわち８６０℃を 越えて接散の温度を２００℃に保持可能にする加熱装置を設ける。

接散の側壁は、該２＠のっぽ相互間の表面部において断熱材によって被覆される 。

接散の上方には鋼製の円板型式の上方受金を配置するが、この場合該受金は上面 にフックを備え、断熱層によってスラグから隔設され、極めて限定された遊隙な 保持しなから接散の内部を自由に移動可能である。

本発明による装置の作動サイクルを次に示す。すなわち台・型・貯蔵槽組立体を 例えば除垢炉の近くのフォーク付往復台によって運び、次に約９００Ｃの温度で 保持された型にスラグを充填し、煙の放出を完全に回避すべく熱絶縁層によって 閉鎖する。

次にプレスのテーブルまで該組立体を運搬し、型内部に上方受金を降下させる。

続いてスラグの高さが最初の高さの少なくとも４分の１になるまで徐々に減少す るような圧力を上方受金を介してスラグに与えるようにプレスの押圧具を降下さ せる。この状態において、液体アルミニウムは連続的に下方へ押しやられて上方 受金の円錐面上に流出した後で、上方受金の壁と型内壁との間に設ける空間から 流出し、下り勾配の環状溝に落下して台から出て貯蔵槽に集められる。型と下方 受金との間の空間幅は、スラグの粒子が詰まることなく金属が型から容易に流出 可能なように決定したものである。

スラグのアルミニウム全回収するために圧縮を用いる方法が工業用として適用さ れなかった別の理由は、圧縮後にケーキの抽出を伴うという欠点があるためであ る。しかしながら本発明の装置には前記欠点がない。実際、好適な作業条件下に おいて、台、すなわち他の部材からの切り離しが容易な組立体の適所にケーキと 該２個の受金を載置するために、押圧具をケーキに押付けたままにして、上方つ ばに係止し７た滑車装置によって型を持ち上げるだけで充分であっても、多くの 場合該操作は不可能であることが証明される。す々わち従来のものとは異なる方 法で実施しなければならないが、これは下方受金を台から切り離し可能にするこ とによって実施可能となる。このためには、押圧具を持ち上げた後で、台の突起 部を解放するように型−ケーキ−受金の組立体を持ち上げる。次に上方っけの下 方に設ける支持体によって型を適所に保持する。続いて押圧具を降下させて上方 受金を押圧し、ケーキと下方受金と同時に該上方受金全型から放出する。かくて ケーキは該上下受金から容易に分離される。

かかる装置は従来技術のものに比して多くの利点を有する。

先ず除垢を実施するその場所でスラグの回収が可能である故に中間の貯蔵場所が 不必要であり、従ってスラグを移動させる必要がなく公害源にはならない。

スラグは、由来のはつきりしているスラグ源を比較的少量のロットに分けて処理 されるので、回収金属は既知の組成を有しており、従って分析するこ吉なく直接 再利用可能である。

酸化によるアルミニウムの損失も全く記録されず、いわゆる抽出率は改良され、 全回収率は他のいかなる種類の装置をも上回る。溶剤に関する問題は対象外であ る。

本発明の装置にはプレスを使用するが、このために設備投資費及び趣転費が従来 のものより茜ぐなることはない。

本発明は請求の碩囲に記載する装置を垂直断面図で示す添付の単一図面より更に 十分に理解されよう。プレスのテーブル（１）と押圧具（２）との間には環状溝 ｆｌｉ＋を有する台（３）を位置決めする。

この台は、円錐形上面を有する下方受金（７）の突起部（６）を収容する空所、 ；５）を備える。談合には保合部（８）を設け、該保合部には下方つば）９）を 介してスラグｑυを充填した型（ｉ　０１を載置し、該スラブには絶縁層ａ力と 上方受金０３＋をａ置し、接散にはリフト装置（１９によって上方への移動を可 能にする上方つげ（１（イ）を形成する。香号０ωｉ才下方受金と型内壁との間 の空間を示す。

本発明の実施例を次に示す。すなわち扁１３０萌、深さ１００乃至１５Ｑ１１ｃ ｍの環状溝と外径１０３０　ｒＥｍの下方受金とを有する台に内径１０５０＆１ １、高さ８７０■で８１０Ｃに加熱した型を位置決めし、金属官有率５０％のス ラグを８５０に、９充填し、６００トンプレスの押圧具の下に配置した。スラブ の周辺部の高さは８００聾、中央部は７１０鴎に達した。押圧具の降下速度は７ ５１ろ。で、含有アルミニウムの９５％以上を回収した。最終圧力は８ＭＰａで あった。

本発明をアルミニウム工業に適用することによってスラグを経済的にかつ望まし い衛生条件下にて処理可能である。

田腔麺査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．押圧具と単一方向垂直プレスとの間に位置決めされる円形断面を有する型に 充填した高熱スラグを圧縮することによって液体アルミニウムを回収する方法に して、該抑圧具をスラグの上部に押しつけ、該型下部に液体流が現れるまでは最 高速度で該押圧具を降下させ、その後はスラグの液体アルミニウム濃度の低下に 伴なって遅くなる速度で該抑圧具を降下させると吉を特徴とする液体アルミニウ ムの回収方法。 ２、紋型の下部に液体流が現れた時の速度が次の関係式を満たし、Ｋが１５０乃 至３００であることを特徴とする請求の範囲１例記載の方法。 ３、紋型の周辺部にて測定したスラグの高さをＨ，紋型の直径をＤとした場合、 Ｄ／Ｈが０，５乃至１．５とな、るようにスラグを充填することを特徴とする請 求の範囲１に記載の方法。 ４、充填しだスラグの高さが、周辺部より中央の方が低くなることを特徴とする 請求の範囲１に記載の方法。 ５、周辺部と中央部に充填するスラグの高度差を鶏で表わすと直径を職で表わし たものであることを特徴とする請求の範囲４に記載の方法。 ６、高熱スラグを圧縮することによって液体アルミニウムを回収し、圧縮スラグ のケーキを容易に抽出するために、押圧具（２）と単一方向プレスのテーブル（ １）とのｍｌに一時的に位置決めされるべく構成された装置であり、該装置が、 各末端部に円形受金（７）及び０３１を有するスラグ（ＩＩＪを充填した円筒形 型１］Ｏ）を載せる台（３）を包含し、接台の上面には、底部が外部に通ずる環 状溝（４）を設け、下方受金（力が接台から切り離し可能で、該受金の直径が該 溝の内径に少なくとも等しくて、いかなる場合にも＃溝の外径を下回り、該下方 受金の連続上面が外側へ突出して円錐形を形敗し、該受金の側壁と＃型の内側壁 との間の空間（１６１の幅が一定で、該溝に対向して水平面に位置することを特 徴とする液体アルミニウム回収装置。 ７、該下方受金の上面によって形成される円錐形が７５乃至８５度の頂半角を有 することを特徴とする請求の範囲６に記載の装置。 ８、該下方軸受の側壁と紋型の内側壁との間の該空間の幅が５乃至２０鰭である ことを特徴とする請求の範囲６に記載の装置。 ９、該溝の幅が、該下方受金の側壁と核型の内側面とを隔離する空間を上回るこ とを特徴とする請求の範囲６に記載の装置。 １０、該環状部の底部が水平線に対して傾斜することを特徴とする請求の範囲６ に記載の装置。 １１、該下方受金の下面には該層に対して垂直な突起部（６）を設け、該突起部 が円筒形状で校合に形成された全所（５）の内部を通ることを特徴とする請求の 範囲６に記載の装置。 １２、垂線に対して傾斜した接触面を有する保合部（８）を介して校合に紋型を 載せることを特徴とする請求の範囲６に記載の製放。 １３、核型の下部及び上部にはっば（９）及びａ４）をそれぞれ設けることを特 徴とする請求の範囲６に記載の装置。 １４、校合の環状溝の底点が、外部の加熱貯蔵槽に通じることを特徴とする請求 の範囲６に記載の回収装置。 １５、紋型の外側壁には加熱装置を設け、熱絶縁されることを特徴とする請求の 範囲６に記載の装置。 １６、該上方受金が熱絶縁層によってスラグから分離されることを特徴とする請 求の範囲６に記載の装置。 １７、＃押圧具を更に持ち上げて、ケーキ・型・受金の組立体を上昇させ、該組 立体を校合から離して保持し、次に該下方受金とケーキとを下から拍出するよう に該押圧具を降下させることを特徴とする請求の範囲６に記載の装置Ｏてよって 圧縮スラグのケーキを抽出する方法。