JPS62252887A - 溶融アルミニウムを保持及び精錬するための改善装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶融アルＺ　＋ラム保持用装置、殊にかかる装
置において使用される加熱素子の保護に関する。

〔従来の技術〕〔発明が解決しようとする問題点〕アル
ミニウムを精練する場合に精錬用容器として外部加熱式
耐火材ライニングを施した鋳鉄槽（タブ）を使用する方
法は該檜の寿命が制限されまた寿命の予見が幾分１ｔ［
なために欠点を有するものであることが知られている。

この不都合な条件は割れやバルジ、塩化物による腐食や
浸食による鋳鉄槽の破損によって生ずるものである。更
に、かかる鋳鉄槽に固有な設計上の制約のために洗滌が
困難な形のもの管使用しなければならず、それらｔ産業
上使用する上で追加的な実用上の不利益を生みだしてい
る。

かかる欠点を克服せんと、精錬容器カバーから垂下され
た内部螺旋形抵抗加熱素子を備えるシリコンカーバイド
チューブの如き直立のチューブ状浸漬ヒータを有する耐
火性内張シ容器から成る精錬装置が考案されている。こ
の場合、該ヒータの寿命が制限されておシその取〕代え
が事実上困難であった。シリコンカーバイドチューブの
破壊によってヒータが破損したとき、破壊されたチュー
ブ片のために容器内の溶融アルミニウムへガスを噴射さ
せるために使用される回転ノズルが破壊される結果をひ
きおこされることが多い。その他、かかる装置は隣接し
たヒータ管どうしやヒータ管と容器壁間に多数の凹所が
存在してそこにドロスが蓄積しうまく除去することが困
難なために清浄するのがすこぶる１４ｉ鎧であった。

このような問題点がある結果、アルミニウムその他の溶
融金属管精錬するための改良装置が開発された。この装
置は二つの対向する側壁が内部に設けられた直立孔内に
電気加熱素子を配置するグラファイトブロックからそれ
ぞれ構成され、該孔がその頂部で開放し、その底部で閉
じた全耐火材系として構成されている。この装置の他の
楓々な特徴は米国特許第４，０４０，４１０号中に開示
されているとおシである。この装置は内部加熱源を備え
る一方、浸清ヒータの使用に伴う欠点を克服している。

この装置はヒータの寿命を大きくシ、浸食を最小限にし
装置の修理を容易にすることが判明している。溶融状態
のアルミニウムを収納するためには、かかる装置はアル
ミニウムを溶融状態に収納するに適し、溶融金属を透過
させない断熱シェルと、浴表面下となるように設定され
たシェル内側部分に対して施こされたグラファイトブロ
ックから成るライニングと、該ブロックの一つもしくは
それ以上の内部に配置された少なくとも一つの加熱手段
とから成る容器を備えている。また、アルミニウムの精
錬に使用するために該装置は溶融金属とガスの入口及び
出口手段と共に、容器内に配置された少なくとも一つの
回転式ガス分配手段を備えている・ かかるグラファイト加熱ブロックを使用する耐火装置は
斯界に望ましい改善を与えることが判明しておシ、産業
用アルミ精錬作業に使用されて効果をあげている。にも
かかわらず、産業上使用するばあいに遭遇する実際上の
作業上の問題点を克服することによってその適合性を一
層増すためにかかる装置を更に改良することが求められ
ている。

遭遇する問題のうちの主要なものは一般的に使用される
作業条件の下でヒータの寿命が比較的短いという点であ
る。かかる破損の一つの形態はグラファイトヒータブロ
ックが通常その頂部から酸化することによって生ずるも
のである。ヒータブロックが頂部からはじまってその後
精錬もしくは係結容器の金属浴面より下にまで酸化する
と、溶融アルミニウムは酸化したブロック管通ってヒー
タのキャビティ内へ流入してその内部に配置された電気
加熱素子を短絡・故障させることになる。更に、使用さ
れるプロセスガス中に塩素が含まれる場合には、溶融ア
ルミ中に形成される液体塩化物がグラファイトブロック
を通人してヒータのキャビティの底部に蓄積しその内部
に位置決めされた該電気加熱素子管短絡・故障させるこ
とになる。

更に、ヒータとヒータ結線部の腐食が、アルミ精錬中に
発生する液体もしくは蒸気状態の塩化物が精錬室からグ
ラファイトブロックの相互接続された細孔を経て該グラ
ファイト内のヒータ領域内へ入る結果として生ずること
が判っている。かかるヒータの比較的短い特命の原因上
克服することはアルｉ　ニウム収納及び精錬容器を開発
するうえで重要な進展をもたらすことになろう＠ 〔発明の目的〕 本発明の目的はアルミニウムを収納及び精錬するための
電気加熱式の装置の改良を提供することである。

本発明の目的は更に、グラファイトブロック内に位置決
めされた電気加熱素子の寿命が好都合に延長されるアル
ｉ　＋ラム収納及び精錬用容器を提供することである〇 本発明の目的は更に、内部に電気加熱素子が位置決めさ
れるグラファイトブロックが酸化から保護され、該加熱
素子が塩化物による腐食から保護されるアルミニウム収
納もしくは精練用容器を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、容器内のアルミニウム溶湯の浴面上部のグラ
ファイトブロックの内側表面上への耐火ブロックの位置
決めと、グラファイトブロック上部の容器シェルに取付
けられる支持プレート及び金属加熱素子容器をグラファ
イトブロック内に位置決めされる金属製加熱素子容器の
使用全組合せる０かかる素子を相互に関連して組合わせ
ることによってブロックの酸化と、塩化物の加熱素子に
対する侵食作用は効果的に防止する仁とができる。

〔実施例〕

以下、図面に即して本発明の詳細な説明する。

本発明の目的はグラファイトブロックがその側部もしく
は頂部から酸化することｔ防止し、グラファイトブロッ
クの細孔を通しての塩化物の通人による電気加熱要素へ
の侵食作用を排除するよう機能する前述の相互に関連す
る要素の組合せによって達成される。それ故、本発明の
改良容器においては、グラファイトブロック内にヒータ
を配置するという債ましい利益を減殺する重大な問題は
首尾良く克服される。

本発明は、該アルミニウムを精錬しながらあるいは精錬
せずに溶融アルミを採納するための容器であって、溶融
アルミを透過させない底壁と側壁を有する断熱シェルを
備えシェルの少なくとも一つの側壁上にグラファイトブ
ロックライニングを組込んだ容器に関するものであるこ
とが理解されよう。グラファイトブロックは容器内の設
定作業浴面上部にまで延在し、容器内の溶融アルミと接
触するように位置決めされる。

該ブロックはその内部にその上端からブロックの底部方
向に延びる（但し、底部にまでは達しない）開口を備え
ている。電気加熱素子、すなわち、電気抵抗加熱素子は
、グラファイトブロックと電気的に接触しないようにし
て該開口内に支持された状態でグラファイトブロック内
の開口内に配置される。それは、ヒータの特命が比較的
短いという点を除いては、産業上実施するにあいに遭遇
する作業条件の下では全体として満足のゆくようなもの
であるといえる。

図面について述べると、加熱素子を塩化物の作用から保
護すると共にグラファイトブロックを酸化から保護する
、ヒータ寿命を向上させるために使用される要素の組合
せが示されている。炉のシェルは参照番号１で示され、
それに対して底壁と側壁上に従来の耐火断熱材２が付設
される◇散所熱材は溶融アルミに非浸透性である。かよ
うにして断熱されたシェルの少なくとも一つの内側側壁
上には、容器内の設定作業浴面準位４ｆ：超えて延在す
るようにグラファイトブロック５が位置決めされ、該グ
ラフアイトブロツク３は保持もしくはｍ錬作業中に容器
内に維持された溶融アル４ニウム溶体５と接触するよう
に位置決めされる。グラファイトブロック３は、その内
部にその上端部７から該ブロックの底部８方向（但し、
底部には達しない）に仲人する開孔６を有している＠本
発明を実施するに当って、支持プレート手段？がシェル
１に装着密封され、該ブロックの上端７の上方の位置で
グラファイトブロック３″ｆ：ａｆって容器内に内方に
延びている。図面の好ましい具体例では、該支持プレー
ト９は、支持プレート９を本発明の他の特長と組合せや
すくする為その最も内側端に７５ンジ部分１０含有して
いることが判る。金ｍ製加熱素子容器１１が該グツファ
イトブロック３内の開口６内に配置されておシ、この場
合該容器１１がグラフアイトブロツク上方にまで延び支
持プレート９に固定密封される仁とがわかる。この目的
のために、容器１１は、都合良くは、支持プレート９内
の開口内管延び、該プレートの上面に固定密封される７
ランク部分を備えている。

本発明はまた、グラファイトブロック３の内側表面上に
位置決めされた耐火板１３に−備えている。

この耐火板は容器内のメルト、即ち溶融アルミニウム５
の液面を超えたところでグラファイトブロック３を気相
の機素と接触しないように保護するために垂直に地びて
いる。このために、耐火板１３の下端は設定作業浴面水
準４より下方に延びているだけでなく更に容器内の設定
体止浴面水準１４よりも下方向に延びている。耐火板１
３の下端は都合よくは該グラファイトブロック３内のノ
ツチ１５内に位置決めされるものとして示されている。

また、耐火板１５はグラファイトブロック金全面的に保
護するためにほぼシェルの両側にまで水平に延びている
ことも理解されよう〇耐火板１５は、その上端部で支持
プレート９の７ラング部分１０と容器の全体シェル１の
一部管構成するプレート１６との間に位置決めされそし
て固定されているものとして示されている。この耐火板
１３を支持プレート９と容器シェルに固定するためにボ
ルト手段１７を使用するのが便利である。

本発明の好都合な具体例のばあい、容器カバーは電気カ
バー１８と容器内の溶融アルミニウム溶体をおお５独立
のカバー１９ｆ：備える。電気カバー１８は便宜上、支
持プレート９の７ラング部分１０とシェル１に対して接
続するものとして示しである・カバー１９は便宜上シェ
ルプレート１６に接続密封するものとして示しである。

当業者には、該カバー１９が精練作業中に溶融アルミニ
ウムと共にガスを導入するために使用される従来のガス
分配手段用の支持体（図示せず）も兼ねることができる
ことを理解されよう。

本発明の諸要素は、組合わさって、ヒータの寿命ｔＭし
く拡大するようにグラファイトブロック開口内に配置さ
れたヒータに保護を与え、以って全体としてアルミニウ
ム保持もしくは精錬容器の寿命を延長することができる
。本発明を実施する際に使用される従来技術による電気
加熱素子は従来の設計によるもので標準的な市販品とし
て当該技術分野において容易に入手できることが理解で
きよう。便宜上、かかるヒータは描かれていないが、金
属容器１１内に位置決めされ、別体の電気力、−＜−１
ａｇ便宜的に取外すことによって容易に取扱い操作する
ことができよう。もし望むならば、空気の如きパージガ
スを該カバーの下部のスペースを通過させて通気を与え
ることができる。

金属容器１１内に電気加熱素子を位置決めすることによ
って、塩化物がプロセスガスとして使用される作業条件
において、さもなくばグラファイトブロック開口６の底
部に蓄積してその内部に配置された加熱素子を短絡・故
障させる恐れのある液体塩化物による侵食作用から加熱
素子を保護することができることがわかるであろう。同
様にして、金属容器１１も、精錬作業中に発生してグラ
ファイトの相互接続された細孔を通過して、本発明を用
いなければ容器室から開口６内に移行してその内部のヒ
ータと接触する液体もしくは蒸気状態の塩化物による腐
食から該加熱要素とヒータ結線部を保護することが判る
。しかしながら、それだけでは、金属加熱素子容器１１
は、それが取付けられる支持プレート９と共に、当該技
術分野において期待される程のヒータ寿命の延長を効果
的に実現することはできない。本発明の目的を工業上意
義のある態様で達成するととｔ可能ならしめるのは１前
記素子と容器のシェル？耐火板１５と組合わせるととに
よってである＠先に述べたように、内部にヒータが位置
決めされるグラファイトブロック５は、頂部、及び側部
から容器内の溶融アルミの水準に至るまで酸化作用にさ
らされる。

ブロックが酸化作用をこうむると、ブロックの酸化され
た部分は実際上、溶融アル１　ニウムの水準以下にまで
下って拡大延長することが判明した。

こうした事態が起きると溶融アルミはグラファイトの酸
化によって生じた開口スペースを通って流入し、金属加
熱素子容器１１を腐食させ溶解させその内部に配置され
たヒータを短絡・損傷することになる。耐火シート１３
は容器内の溶融アルミニウム水準上部に気相で存在する
ｍ素による酸化からグラファイトブロックを保藤する・
この結果を確実にするために該耐火材は先に述べたよう
に耐火板は水平に横切ってまた容器内の設定休止水準１
４より下方に延びることが望ましい。それ故、耐火板１
３はグラファイトブロック３の内側を容器内のメルト水
準上部で気相酸化することから効果的に保護する働きを
行う。にもかかわらず、グラファイトブロックの所望さ
れざる酸化は本発明を実施する際に使用されるような諸
要素の望ましい組合せが存在しない場合にはグラファイ
トブロックの頂部７から生ずるおそれがある。

しかしながら、本発明の実施例の場合、頂部からのグラ
ファイトブロックの酸化は、（１）支持プレート手段９
ｔ−シェル１に取付は密封し、（２）金属容器の７２ン
ジ部分を該支持プレート９に取付は密封し、（３）支持
プレート９０７ランジ部分１ｏと容器シェル全体の一部
を形成するプレート１６との間に耐火板１３を固定する
ことによって回避することができる。本実施例の場合、
グラファイトブロック９はその頂部もしくは内側から開
始される酸化作用から保護され、それによってかかる不
都合な酸化が容器内のメルト水準まで拡大するに際して
グラファイトの酸化によってっくシ出される開放空間も
しくは孔を通って溶融アルミニウムが不都合に通過する
危険を排除することができる。

かくして、本発明は、新漬のグラファイトヒータブロッ
ク方式の場合に遭遇する間迦点を全て便宜な且つ高度に
効果的な方法で克服することを可能にする。当業者には
本発明の範囲から逸脱せずに本発明の細部に各種の変更
、修正を加えることができることが理解されると思う。

そのため、そのようなグラファイトブロック９を特定の
容器内に１つ以上使用して、一つ以上の電気加熱要素を
一つもしくはそれ以上のかかるグラファイトブロック内
の別々の開口６内に配置することもできる。

同様にして、容器内で断熱材２０の如き従来の断熱材を
、支持プレート９下方でグラファイトブロック３上方、
あるいはカバー９の下部の如きその他の箇所に追加して
組込むこともまた望ましい。

グラファイトブロックの開口６はブロックの内側表面の
方向に下方に傾斜して図示されている点に注意されたい
。このことは実際的な設計上の考慮を反映したものであ
って、そのことにより、ヒータをメルト領域のブロック
内側表面に近接して配置することができる一方、その上
端部に金属加熱素子容器を支持プレート手段に固定する
ための十分な余裕をもうけることを可能にする。しかし
ながら、ヒータが容器内で溶融アルミを十分に加熱する
ことができる限シにおいて、下部方向にほぼ垂直にもし
くはそれ以外の方向に延びるようにグラファイトブロッ
ク内に開口を位置決めすることも本発明の範囲内にある
。

精錬作業のためにガス分配手段が当該技術分野において
公知の、所与の用途において使用するに便利な任意のか
かる手段を備えることもできることが理解されより。シ
ャフト駆動による回転ロータを使用した回転ガス分配手
段管との目的のために一般的に使用することができる。

先に言及した特許中に開示されているように、かかる回
転ロータは垂直羽根と、シャフトを包囲する保論スリー
ブと固定して取付けられたステータを備えているのが普
通である。ガスを該ロータとステータの間の空間に導入
するための手段が設けられるのはいうまでもない。

本発明の装置内には任意の都合のよい構造材料を使用す
ることができるが、耐火板は本文中に開示されたように
用途に好都合なシート形態ヲした、セラミックファイバ
で補強した構造用アルミナであることが望ましい点に貿
意されたい。市販されて入手できるかかるシートはツル
カープロダクト社により市販される２４００″Ｆまで有
用性をもったＺＩＲＣＡＲ耐火板タイプ１００である。

はぼ７５％のアルミナ（ＡｈＯｓ）と、１６％シリカと
９％の他の金属酸化物から成るかかるシートは高温補強
プラスチックの範囲に相当する所望の高度なたわみ強さ
と圧縮強さ含有してお〕、シかも通常プラスチックの最
高使用温度をはるかに超える温度水準まで強度を有用性
を保持するものである。更に、かかるシートの機械的性
質は一般に入手できるアスベスト−セメント材料のそれ
ｔ−凌駕している。

当業者は、同様にしてそれらを溶融アルミニウムに対し
て高い耐性をもったものにするような、さもなくば本発
明の実施する場合に使用するにふされしいものとするよ
うな性質をもった他の各種材料が存在すること全理解さ
れるであろう。

０素が支持プレート上部からグラファイトブロックの頂
部へ通り抜けることを防止するべく、支持プレートをシ
ェルに密封するためにダウ−コーニングのＲＴＶシーラ
ントやその他の市販シーラント組成の如き高温用シリコ
ンシーラントを使用することが望ましい。グラファイト
開口の側壁と金属加熱素子容器との間の環状空間を下っ
て酸素が通過しないようにする追加的保証の為に、所望
なら、かかるシーラントを金属加熱素子容器全支持プレ
ートに対して密封着するために使用することもできる。

本発明を実施する際に使用される容器シェルと支持プレ
ートは鋼製であるのが普通である。金属加熱素子容器は
その内側表面上に醸化スケールが生ずることを制限し高
温の熱サイクルによって生ずる歪みや割れに耐えること
ができるようにステンレス鋼もしくはその他の耐熱合金
によって作製することが儀ましい。しかしながら、当業
者は本発明のかかる要素は他の任意の過当な倒斜・シー
トもしくはボードで作成して便利さと安価さと寸法の便
益を与えることができるということを理解されたい〇 〔発明の効果〕 ヒータ寿命を延長することに関連する特長以外の有利特
長が本発明を実施するうえでもたらされることが発見さ
れた０すなわち、ヒータが位置決めされるグラフアイト
ブロツクに対してだけでなく容器シェルとカバーに非常
に良好な断熱性を与えることによって、系内の熱損失を
、必要とされる熱の全てを容器の一側壁からのみ供給す
ることができる程、十分に小さくすることができる。こ
のことは、結局、糸を清浄と放棄が容易になるように設
計することを可能ならしめるものである。

同様にして、耐火側壁内に浴温制御熱電対を取付けて回
転ガス分配手段自体以外の内部障害物を排除することも
できることが判った。

本発明はアルミニウム保持及び精錬するための装置を開
発する上で意義ある進展を示すものである。グラファイ
トヒータブロック金高度に望ましい形で使用した場合に
は、本発明は斯界で経験する実際的な作業上の不利益、
即ち各種実際的作業条件の下でヒータの短寿命全克服す
ることができる。この不利益を克服することにおいて、
本発明はアルミニウム保持及び精錬に対するグラファイ
トヒータブロック方式を向上させ、かかる方式を実際の
作業において使用するにより便宜で、低コストかつ望ま
しいものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置の断面の概略線図である。 １・・・炉シェル ２・・・耐火断熱材 ３・・・グラファイトブロック ４・・・作業浴面水準 ５・・・溶融アルミ ６・・・開口 ア・・・上端部 ８・・・底部 ９・・・支持プレート １５・・・耐火板 １５・・・ノツチ １１・・・金属容器 １０・・・フランジ部分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融アルミニウムを精錬を伴つてあるいは伴わずに
   保持するための容器であつて、（１）溶融アルミニウム
   に非浸透性の底壁と側壁を有する断熱シェルと、（２）
   該シェルの少なくとも一つの内側壁上のグラフアイトブ
   ロツクライニングにして、容器内の設定作業浴水準上方
   に延在しそして容器内の溶融アルミニウムと接触状態に
   あるように位置決めされ、そして内部に上端から該ブロ
   ックの底部方向に向けて該底部の手前まで延びる開口を
   有するグラフアイトブロツクと、（３）前記グラフアイ
   トブロツク内の開口内にグラフアイトブロツクと電気的
   に接触しない状態で支持された電気抵抗加熱素子とを包
   含する容器において、 （ａ）前記シェルに付設され、そして前記グラフアイト
   ブロツク上部の位置で該グラフアイトブロツクを覆つて
   容器内に内側方向に延在する支持プレート手段と、 （ｂ）前記グラフアイトブロツク内の開口内に配置され
   、該グラフアイトブロツクより上部方向に延びそして該
   支持プレート手段に密封着された金属製加熱素子容器と
   、 （ｃ）前記グラフアイトブロツクの内側表面上に位置決
   めされ、そして容器内の溶体水準上部で気相の酸素と接
   触することから該グラフアイトブロツクを保護するよう
   垂直方向に延在する耐火板であつて、該グラフアイトブ
   ロツクを酸化作用から完全に保護するためにシェルの両
   側部にほぼ水平に延在する耐火板と、 を備え、それにより該耐火板と支持プレート手段とがシ
   ェルと金属加熱素子容器と協働して、グラフアイトブロ
   ツクがその側部或いは頂部から容器内の溶体水準下方に
   まで酸化し、続いて溶融アルミニウムがグラフアイトブ
   ロツク内の開口内へ流入するのを防止する作用を為し、
   そして該金属容器がグラフアイトブロツクの相互接続す
   る細孔を通過することのできる液体もしくは蒸気状態の
   塩化物による侵食作用から加熱素子を保護する働きをす
   ることを特徴とする溶融アルミニウム保持容器。 ２、金属容器がその上端部にフランジ部分を有し、該フ
   ランジ部分が支持プレート手段に固定される特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 ３、耐火板がその上端部において該シェルの一部を構成
   する金属プレートと支持プレート手段との間に固定され
   、その下端部が容器内の溶体の下方設定水準より下にま
   で延びている特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４、耐火板の下端部がグラフアイトブロツク内のノツチ
   内に位置決めされる特許請求の範囲第３項に記載の装置
   。 ５、支持プレート手段とグラフアイトブロツクの上端部
   との間に位置決めされた断熱手段を備える特許請求の範
   囲第３項に記載の装置。 ６、支持プレート手段がその内側端部において上部方向
   に延びるフランジ部分を備え、該フランジ部分とシェル
   の一部を構成する金属プレートが、その間に位置決めさ
   れた耐火板の上端部と互いに固着される特許請求の範囲
   第３項に記載の装置。 ７、支持プレート手段上に位置決めされ耐火シェルに固
   定された電気接続部カバーと、容器内の溶体スペース上
   に位置決めされた別個の溶体スペースカバーとを備える
   特許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８、フランジ部分が支持プレート手段に密封着される特
   許請求の範囲第２項に記載の装置。 ９、ガスを容器内の溶融アルミニウム内に噴射するため
   のガス分配手段を備える特許請求の範囲第７項に記載の
   装置。 １０、ガス分配手段が垂直羽根を備える、シャフト駆動
   される回転ロータと該シャフトを包囲する保護スリーブ
   に固定されたステータを備え、更にガスを該ロータとス
   テータ間の空隙内に通すようガス分配手段に導入するた
   めの手段を備える特許請求の範囲第９項に記載の装置。