JPS621224Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は金属純化用の冷却管に関するものであ
り、詳しくは溶融金属、特に溶融アルミニウムか
ら、分別結晶法により高純度の金属を取得するの
に使用する冷却管に関するものである。

容器内に収容された溶融金属中に冷却管を挿入
し、冷却管の内部に冷却媒体を流通させながら冷
却管を回転させて、冷却管の表面に金属晶出物を
成長させることにより金属を純化することは公知
である。

この方法においては、冷却管には下記のような
性能が要求される。

(イ) 純化されるべき金属を汚染しないこと。すな
わち、溶融金属中で変化せず、かつこれに不溶
であること。

(ロ) 熱伝導率が良好なこと。

(ハ) 機械的強度が大きいこと。

(ニ) 多数回の反復使用に耐えること。

上記の(イ)および(ロ)の条件を満足する材料として
最も一般的なものは黒鉛で代表される炭素質材で
あるが、このものは(ハ)および(ニ)の条件を満足しな
い。すなわち黒鉛は機械的強さ、特に靭性に欠
け、また引張り及びせん断強さが小さい。また、
黒鉛は高温の酸化性雰囲気中で酸化され易いの
で、黒鉛製の冷却管には冷却媒体として空気を使
用することが困難である。

黒鉛製冷却管のこのような欠点を改良したもの
として、炭素質材料製の外管とこれに嵌合した金
属製の内管とからなり両管を一体に結合した冷却
管が提案されている（実願昭56−50513参照）。こ
のものは、精度よく製作すると、使用時には両管
が密着して高い熱伝導率を示す。この冷却管の問
題点の一つは、冷却管上への金属の析出量が、溶
融金属の浴面付近で異常に多くなり、析出操作上
不都合を来たし勝ちなことである。この原因は、
浴面付近では、浴から外管外面に伝達された熱
は、他の部分におけると同じく外管および内管を
横断して内管内面に到達すると同時に、外管およ
び内管を伝わつて浴面から上方にも流れるので、
他の部分よりも冷却管単位表面積当りの除熱量が
大きいことによるものと考えられる。

本考案は外管の上端部分、すなわち使用時に浴
面をはさんでその近傍に位置する部分を、使用時
にも外管と内管とが密着しないような構造とする
ことにより、使用時にこの部分において外管から
内管への熱の流入量が減少し、もつてこの部分に
金属が異常に析出するのを回避するようにした冷
却管を提供するものである。

即ち、本考案の要旨は、炭素質材料製の外管と
これよりも長くかつこれに嵌合した金属製の内管
とからなり、両管は一体に結合されており、外管
の上端部分においては高温にさらされても両管が
密着しないように構成されており、かつ外管の上
端部分を除いては両管は高温にさらされたときに
その側壁が互に密着するように構成されているこ
とを特徴とする金属純化用冷却管、に存する。

本考案を図面について更に詳細に説明すると、
第１図は本考案に係る冷却管の１例の縦断面図で
あり、この図において、１は炭素質材料、好まし
くは黒鉛製の外管であり、２はこれに嵌合してい
る金属、例えばステンレス製の内管である。内管
と外管とは、外管の上端部分３においては高温に
さらされても両管が密着しないように構成されて
おり、かつ外管の上端部分３を除き、使用時すな
わち高温にさらされたときに、その側壁が相互に
密着するように構成する。しかし常温で両管が密
着状態にあると、一般に炭素質材料よりも金属の
方が熱膨張率が大きいので、使用時に内管の熱膨
張により外管に圧力がかかり、外管が破損するこ
とがある。従つて両管と外管とは、使用時に両管
が丁度密着するように、間隙をもたせて嵌合する
のが好ましい。この間隙は、両管の寸法、熱膨張
率および嵌合時の温度と使用時の温度との温度差
とから容易に計算できる。

外管の上端部分３は、他の部分よりも外管の内
径を大にして外管と内管との間に間隙４を設け、
使用時に高温にさらされても両管が密着しないよ
うにする。間隙の幅は使用時に２〜６mmとなるよ
うにするのが好ましい。また、間隙の長さは、使
用時に浴面をはさんでその上下に及ぶようにす
る。通常は少くとも浴面下50mmに達するようにす
るのが好ましい。

外管の上端部分の外側には炭素質材料製のカバ
ー５を取付けるのが好ましい。外管のうち使用時
に浴面から上方に位置する部分は、雰囲気中の酸
素により酸化され易いので、この部分をカバーで
覆い、かつこれを取換え可能とすることにより、
外管の寿命を延すことができる。また、外管の上
方はさらに断熱材６で被覆して、内管と雰囲気と
の熱移動を阻止するのが好ましい。外管の下端に
は、同じく炭素質材料製の底蓋７がねじ止めされ
ている。

内管と外管とは、底部において螺子８により一
体に結合されている。両管の結合をこのように底
部においてのみ行なうようにすれば、使用時に外
管の表面に生成した純化金属の重量は、この底部
に圧縮力として作用するので好ましい。これに反
し、若し冷却管の上部で両管を一体に結合する
と、純化金属の重量は炭素質外管に対して張力と
して作用することになり、不利である。なお、両
管を底部で一体に結合することに加えて冷却管の
上部の方で両管を長さ方向の相互移動は可能であ
るが、横方向には移動しないように係合すること
は差支えない。このようにすると、冷却管の回転
に伴うねじれの力が底部の結合部にかかるのを緩
和することができる。

なお、図では省略されているが、内管の頭部に
は、冷却管を支持し、かつ回転させるための回転
軸への取付け機構を設ける。

本考案に係る冷却管を用いてアルミニウムの純
化を行なつた例について説明すると、内管として
外径112mm、厚さ4.0mmのステンレス鋼管を用い、
外管として内径113mm、外径160mm、長さ700mmの
黒鉛管を用いた。黒鉛管を、その上端から100mm
下方まで、内径122mmに拡大し、かつこの部分に
黒鉛製のカバーを取付けた。黒鉛管の底には厚さ
80mmの底蓋をねじで嵌合した。外管の底に断熱材
をしき、内管と外管を嵌合したのち、内管から突
出している外管部分に断熱材を被覆して冷却管と
した。

660〜665℃に保持されている溶融アルミニウム
（Fe：350ppm、Si：280ppmを含む一次電解地
金）250Kg中に上記の冷却管を深さ650mmまで挿入
し、内管の頭部を回転軸に取付けた。冷却管を
300rpmで回転させながら、冷却管内に冷却媒体
導入管をその底部近くまで挿入し、これを通して
室温の空気を３m³／hrで導入した。90分後に冷却
管を引上げたところ、約102Kgの純化されたアル
ミニウムが付着していた。アルミニウムの付着形
状はいずれの部分もほぽ同一で、浴面付近が特に
肥大するということはなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る冷却管の１例の縦断面
図である。 １……炭素質材料製の外管、２……金属製の内
管、３……外管の上端部分、４……間隙、５……
炭素質材料製のカバー、６……断熱材、７……外
管の底蓋、８……螺子、９……炭素質材料製の
栓、１０……断熱材。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 炭素質材料製の外管とこれよりも長くかつこ
   れに嵌合した金属製の内管とからなり、両管は
   一体に結合されており、外管の上端部分におい
   ては高温にさらされても両管が密着しないよう
   に構成されており、かつ外管の上端部分を除い
   ては両管は高温にさらされたときにその側壁が
   互に密着するように構成されていることを特徴
   とする金属純化用冷却管。 (2) 両管がその底部においてのみ一体に結合され
   ていることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項に記載の冷却管。 (3) 外管から突出している内管部分のうち、少く
   とも外管に隣接する部分の外壁が断熱材で被覆
   されていることを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項または第２項に記載の冷却管。