JPS62280334A - 高純度アルミニウムの製造装置用回転冷却体 - 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】 ３、発明の詳細な説明 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装置用回転冷却体
に関する。

従来技術とその問題点 偏析凝固の原理を利用して、アルミニウムをより高純度
に精製することにより高純度のアルミニウムを製造する
装置が知られている（特開昭５７−８２４３７号）。こ
の装置は、溶融アルミニウムを保持するためのるつぼと
、るつぼ内に入れられかつ溶融アルミニウム中に浸漬さ
れる回転自在の回転冷却体とよりなる。ぞして、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
保持しておぎ、この加熱された溶融アルミニウム中に冷
却体を浸漬し、この冷却体の表面温度を上記凝固温度以
下に保持して凝固速度を遅くするとともに、この冷却体
を回転させて凝固界面近傍に排出された不純物を分散混
合さけることににす、液相中にお（プる凝固界面近傍の
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往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。そして、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Ｗ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
ば平滑に仕上げられていたので、冷却体の回転数を大き
くずれば遠心力が増大して冷却体の円面に最初に晶出し
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。

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＠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Ｈ１体の周面から剥
離した固相アルミニウムが溶けるざ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
精製間の純度が悪くなる。また、上記の剥離は生じたり
生じなかったりするので、得られる精製間の純度を所望
の純度にすることがむずかしい。さらに、一定時間に付
着凝固する改が少なくなるので、生産性が低下する。

この発明の目的は、上述したような晶出アルミニウムの
回転冷却体の周面からの剥離を防止し、この剥離によっ
て起こる上記問題の発生を防止した高純度アルミニウム
の製箔装置用回転冷却体を提供することにある。

問題点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装置用回転冷
部体は、るつぼと上下動自在の回転冷ｕＩ体とよりなり
、るつぼ内に入れられた溶融アルミニウム中に回転冷却
体を浸漬し、回転冷却体を回転させながらその周面に高
純度アルミニウムを所望厚さに晶出させる高純度アルミ
ニウムの製造装置に用いられる回転冷却体であって、外
周面に晶出アルミニウム剥離防止用凹所が形成されたも
のである。

上記において、回転冷却体としては、たとえば黒鉛、レ
ラミツクスなどの非金属耐熱材料からなるものを用いる
のがよい。このような材料はアルミニウムと反応けず、
アルミニウムを汚染するおそれがないからである。また
、晶出アルミニウム剥離防止用凹所としては円周方向に
所定間隔をおいて形成された上下方向に伸びる複数の縦
溝、上下方向に所定間隔をおいて形成された全周にわた
る複数の環状溝、１または２以上のスパイラル状の溝、
多数の点在する凹み、粗面化処理により形成された凹み
およびこれらを組合せたものなどがある。

実　　施　　例 以下、この発明の実施例を、図面を参照しながら説明す
る。

実施例］ この実施例は、第１図に示すものである。

第１図はこの発明の回転冷却体を備えた高純度アルミニ
ウムの製造装置を示す。

第１図において、高純度アルミニウムの製造装＠（１）
は、黒Ｋｉ製溶潟保持るつぼ（２）と、上下動自在の回
転冷却体（３）と、円周方向に所定間隔をおいてるつぼ
（２）の内周面に円周方向に所定間隔をおいて着脱自在
に固定された８枚の溶融アルミニウム流速低下用邪魔板
（４）とよりなる。

るつぼ（２）内に入れられる溶融アルミニウム（６）の
蚤はほぼ一定ωに定められている。回転冷却体（３）は
黒鉛等からつくられたものであって、下方に向って徐々
に細くなりかつ両端が閉塞された中空のテーバ筒状であ
る。回転冷却体（３）の周面には、円周方向に所定間隔
をおいて形成された複数の上下方向に伸びる縦溝からな
る晶出アルミニウム剥離防止用凹所（７）が形成されて
いる。また回転冷却体（３）は中空回転軸（５）の下端
に取付けられており、その内部に、中空回転軸（５）内
に配置された冷却流体供給管（図示路）から冷却流体が
供給されるようになっている。邪魔板（４）の上端は、
るつぼ（２）内に所定■の溶融アルミニウム（６）を入
れたさい、常にその液面よりも下方に位置するようにな
されている。また、邪魔板（４）のるつぼ（２）内周面
の突出端縁は、下方に向って内方に傾斜しており、回転
冷ｋ】体（４）の周面とほぼ平行となっている。

このような構成において、溶解炉（図示路）で溶解され
たＦｅ、Ｓ　ｉ　、Ｃｕ、ＭＯなどの共晶不純物を含む
精製すべきアルミニウム（６）がるつぼ（２）に送り込
まれる。このとき、回転冷却体（３）は上昇位置にあっ
てるつぼ（２）の外にある。るつぼ（２）内に所定子の
溶融アルミニウムが入れられた後、回転冷却体（３）が
溶融アルミニウム（６）中に浸漬される。そして、回転
冷却体（３）の内部に冷Ｈ１流体を供給しつつ回転冷却
体（３）を回転させると、この回転冷却体（３）の表面
にまず平滑な凝固面を有する最も高純度の初晶アルミニ
ウムが晶出する。共晶不純物は液相中に排出されて凝固
界面近傍の液相中に共晶不純物の不純物濃化層ができる
。また、回転冷却体（３）の回転によって溶融アルミニ
ウム（６）も回転冷却体（３）の回転方向と同方向に流
れるが、邪魔板（４）によって溶融アルミニウム（６）
の流速が低下させられるので、回転冷却体（３）の周速
をそ／υなに大きくしなくても、回転冷ｒｄ１体（３）
と液相との相対速度、すなわち回転冷却体（３）の周速
と溶融アルミニウム（６）の流速との差はかなり大きく
なる。したがって界面近傍に形成された不純物濃化層と
他の大部分の液相との撹拌混合が効果的に行なわれ、不
純物濃化層中の不純物が液相全体に分散ぼられて不純物
濃化層の厚さが薄くなり、この部分での温度勾配も人き
くなる。しかも、邪魔板（４）により溶融アルミニウム
（６）の乱流も発生し、これによっても不純物濃化層は
簿くされる。この状態で凝固を進行させると、冷却体（
３）の周面に元のアルミニウムよりもはるかに高純度の
アルミニウム塊が得られる。そして、回転冷却体（３）
の周面に形成された晶出アルミニウム剥離防止用凹所（
７）の働きにより、上記操作の間中、回転冷却体（３）
の周面に晶出したアルミニウムの剥離が防止される。

また、邪魔板（４）の上端は液面の下方にあるので液面
近傍での溶融アルミニウムの乱流や、液面での波立ちや
、これらを原因とする溶融アルミニウムの飛散が生じる
のが防止される。邪魔板（４）の上端が液面よりも上方
にあると、上記乱流および波立ちが発生し、大気との接
触反応による酸化物の生成や溶融アルミニウム中への水
素の侵入が起こる。したがって、精製効率が悪くなる。

また、上記乱流や波立ちにより溶融アルミニウムが飛散
してるつぼ（２）の内面や邪魔板の液面よりも上方に存
在する部分に付着凝固し、精製効率を低下させたり、生
産性を低下させたりするおそれがある。しかも、溶融ア
ルミニウムの表面の浮滓の粘度が高くなり、回転冷却体
を回転させながら溶融アルミニウム中から引上げるさい
に、酸化物等の滓がるつぼに付着し、生産性を低下させ
る。

第５図には、実施例１の回転冷却体を備えた高純度アル
ミニウムの製造装置の変形例が示されている。

第５図において、高純度アルミニウムの製造装置は、精
製すべきアルミニウムを溶解する溶解炉（１０）に続い
て５つの黒鉛製るつぼ（２Ａ）〜（２Ｅ）が並べられ、
５つのるつぼ（２Ａ）〜（２［）のうち左端のるつぼ（
２Ａ）内には撹拌１（１１）が配置されている。他の４
つのるつぼ（２Ｂ）〜（２Ｆ）内には、第１図に示すも
のと同様な邪魔板（４）が設けられている。また、各る
つぼ（２Ｂ）〜（２Ｅ）に対応して上下動自在の回転冷
却体（３）が設けられている。隣り合うるつぼ（２Ａ）
〜（２Ｅ）どうしは、上端部において連結１　（１２）
によって互いに連通状に接続され、左端のるつぼ（２Ａ
）に溶解炉（１ｏ）から供給されるアルミニウム溶湯を
受けるための受は硼（１５）が取り付けら、れ、また右
端のるつぼ（２Ｆ）の上端部に溶湯排出１　（１６）が
取り付けられている。

このような構成の高純度、アルミニウムの製造装置にお
いて、溶解炉（１０）内で溶融させられた精製すべきア
ルミニウムは、各るつぼ（２Ａ）〜（２Ｆ）に送り込ま
れる。まず、左端のるつぼ（２Ａ）において、溶湯中に
ホウ素を添加して撹拌ｎ　（１１）で撹拌すると、ホウ
素が溶湯中に含まれるＴｉ、■、Ｚｒ等の包晶不純物と
反応してＴ　！　Ｂ２、ＶＢ２、ＺｒＢ２等の不溶製ホ
ウ化物が生成する。

各るつぼ（２Ｂ）〜（２［）にお【ノる溶湯ｍが所定債
に達したとぎに、冷却体（３）を下降させて溶湯中に浸
漬し、その内部に中空回転軸（５）から冷却流体を供給
しつつこれを回転ざける。すると、偏析凝固の原理によ
り回転冷却体（３）の周面にだけ高純度アルミニウムが
晶出する。共晶不純物および左端のるつぼ（２八）で添
加した余剰のホウ素は液相中に排出され、冷却体（３）
の回転により生じる遠心力によって冷却体（３）から遠
ざけられる。また溶融アルミニウム中に含まれていた台
底ホウ化物も、回転冷却体（３）の回転により生じる遠
心力によって冷ｍ体（３）から遠ざけられるので、回転
冷却体（３）の周面に晶出したアルミニウムに金属ホウ
化物が含まれることはなくなる。こうして、溶解炉（１
０）から供給される元のアルミニウムよりも高純度かつ
所望の純度のアルミニウムが得られる。左端のるつぼ（
２八）を除く、他の４つのるつぼ（２Ｂ）〜（２Ｅ）に
おける回転冷却体（３）の凹所（７）の作用は第１図に
示す装置の場合と同様である。

実施例２ この実施例は、第２図に示すものである。

第２図に示す高純度アルミニウムの製造装置用回転冷却
体（１３）は、その周面に、全周にわたる環状渦からな
る晶出アルミニウム剥離防止用凹所（１４）が上下に所
定間隔をおいて複数形成されたものである。

実施例３ この実施例は、第３図に示すものである。

第３図に示す高純度アルミニウムの製造装置用回転冷却
体（２３）は、その周面に、スパイラル状溝からなる晶
出アルミニウム剥離防止用凹所（２４）が所定間隔をお
いて相互に平行となるように複数形成されたものである
。

実施例４ この実施例は、第４図に示すものである。

第４図に示す高純度アルミニウムの製造装置用回転冷却
体（３３）は、その周面に、２方向のスパイラル状溝か
らなる晶出アルミニウム剥離防止用凹所（３４）が、同
方向を向いたものが相互に平行となりかつ異方向を向い
たものが交差するように複数形成されたものである。

次にこの発明の回転冷却体を用いて行なった操作例につ
いて、比較操作例とともに説明する。

操作例１ この操作例は、実施例１の回転冷却体を備えた第１図に
示す装置を用いて行なったものである。

回転冷却体（３）の上端部の外径を１５０ｍｍ。

凹所（７）の深さをＱ、７ｍｍ、幅１．５ｍｍおよび隣
接する凹所（７）の上端部間の間隔を１Ｑｍｍとしてお
く。そして、るつぼ（２）内にＦｅｄ、０８ｗｔ％、ｓ
　ｒ　ｏ、　０６ｗｔ％を含有する溶融アルミニウム（
６）を入れて６７０℃に加熱保持しておく。ついで、テ
ーパ筒状の回転冷却体（３）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
４０　Ｏｒｐｍで回転させた。この操作を３０分間行な
った後冷却体（３）を上昇させかつその回転を停止させ
た。

冷却体（３）の周面には５ｋＯのアルミニウム塊が晶出
していた。そして、冷却体（３）の周面に晶出したアル
ミニウム塊を除去し、このアルミニウム塊中のＦｅおよ
び３ｉの平均不純物濃度を測定したところ、Ｆｅ０．０
０３ｗｔ％、Ｓ＋Ｏ。

００８ｗｔ％であった。また、この操作の途中では、晶
出したアルミニウムの回転冷却体（３）の周面からの剥
離は認められなかった。

操作例２ この操作例は、邪魔板が設けられていないことを除いて
は第１図に示す装置と同様の構成であり、かつ実施例１
の回転冷却体を佑えた高純度アルミニウムの製造装置を
用いて、上記操作例１と同様の条件で行なったものであ
る。その結果、得られたアルミニウム塊中のＦｅおよび
５ｉ（７）平均不純物濃度はＦｅ０．００６ｗｔ％、ｓ
　ｉ　ｏ、ｏｌｏｗｔｘであった。また、この操作の途
中でも晶出したアルミニウムの回転冷却体（３）周面か
らの剥離は認められなかった。

比較操作例 この操作例は、回転冷却体の周面に晶出アルミニウム剥
離防止用凹所が形成されていないことを除いては上記実
施例１と同様の回転冷却体を用いて、上記操作例２と同
様の条件で行なったものである。その結果、３０分間操
作を行なった後、冷却体の周面には４．５／（ｇのアル
ミニウム塊が晶出しており、このアルミニウム塊中のＦ
ｅおよびＳｉの平均不純物濃度はＦｅｄ。

ｏｏｓ宥ｔ％、ＳｉＯ，０１２ｗｔ％であった。この操
作の途中では、その初期に回転冷却体の周面に晶出した
アルミニウムの剥離が２回認められた。

発明の効果 この発明の回転冷却体によれば、晶出アルミニウム剥離
防止用凹所の存在により、高純度アルミニウムの製造作
業中の、回転冷却体周面からの晶出アルミニウムの剥離
が防止される。したがって、晶出アルミニウムの剥離の
結果起こる上述した諸問題の発生を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例１の回転冷却体を備えた高純
度アルミニウムの製造装置の一例を示す垂直断面図、第
２図はこの発明の実施例２を不す正面図、第３図はこの
発明の実施例３を示す正面図、第４図はこの発明の実施
例４を示す正面図、第５図はこの発明の実施例１の回転
冷却体を備えた高純度アルミニウムの製造装置の他の例
を示す垂直断面図である。 （１）・・・高純度アルミニウムの製造装置、（２）（
２８）〜（２Ｅ）・・・るつぼ、（３）（１３）（２３
）（３３）・・一回転冷却体、（６）・・・溶融アルミ
ニウム、（７）（１４）（２４０３４）・・・晶出アル
ミニウム剥離防止用凹所。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. るつぼと上下動自在の回転冷却体とよりなり、るつぼ内
   に入れられた溶融アルミニウム中に回転冷却体を浸漬し
   、回転冷却体を回転させながらその周面に高純度アルミ
   ニウムを所望厚さに晶出させる高純度アルミニウムの製
   造装置に用いられる回転冷却体であって、外周面に晶出
   アルミニウム剥離防止用凹所が形成された高純度アルミ
   ニウムの製造装置用回転冷却体。