JPH022936B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属の純化装置に関するものであり、
詳しくは分別結晶法により不純な溶融金属から純
化された金属を取得するための装置に関するもの
である。

分別結晶法により高純度のアルミニウムを製造
する方法はいくつか提案されている（特公昭49−
5806、50−20536、特開昭55−89439、56−55530
および56−112429参照）。これらの方法では、分
配係数が１より小さい不純物元素、例えば鉄、珪
素などは、晶出するアルミニウム結晶から排除さ
れて母液中に残留する。従つて、晶出したアルミ
ニウムと母液とを適宜の方法で分離することによ
り、高純度のアルミニウムを取得することができ
る。本発明者らも先に、内部に冷却媒体流通管を
有する床を備えた容器に溶融アルミニウムを収容
し、これを撹拌しながら床を冷却して床上にアル
ミニウムを晶出させることにより、高純度のアル
ミニウムを取得する方法を提案した（特願昭56−
201181参照）。

この方法では、床は溶融アルミニウムを汚染せ
ずかつ熱伝導が良いように炭素質材料、通常はア
ルミニウム電解槽の陰極部と同じく焼成した炭素
ブロツク、特に準黒鉛質ないし黒鉛質の炭素ブロ
ツクで構成される。そして電解槽の陰極部にコレ
クターバーを設置するのと同様に炭素ブロツクに
溝を穿設し、そこに冷却媒体流通用の金属管を埋
設する。

この方法においては、炭素ブロツクと金属管と
の間の熱伝導を良好にすることが必要である。こ
れは炭素ブロツクと金属管とを密着させることに
より達成される。しかし金属管は炭素ブロツクよ
りも熱膨張率が大きいので、両者を密着させてお
くと、晶析操作中に金属管の熱膨張により炭素ブ
ロツクに圧力がかかり、炭素ブロツクに亀裂が生
ずる危険性がある。また、この方法では、金属管
は晶析操作毎に加熱−冷却を反復するので、金属
管に変形を生じ、これにより炭素ブロツクに不均
一な圧力がかかつてこれに亀裂が生ずる危険性も
ある。

本発明は、炭素ブロツクと金属管とを密着させ
ておいても、炭素ブロツクに大きな圧力が発生し
ないような床構造を備えた金属の純化装置を提供
するものである。

本発明に係る装置は、炭素質材料で構成されて
いてその内部に冷却媒体流通管を有する床を備え
た容器と該容器内に吊下げ設置されている撹拌機
とを有する、不純な溶融金属から純化された金属
を該床上に析出させるための装置であつて、該流
通管にはその管軸に沿つて連続した切り欠き部が
形成されており、かつ該切り欠き部は管軸に垂直
な面内における冷却管の周長の増加に応じてその
幅を収縮し得る膨張吸収材により密閉されている
ことを特徴とするものである。

本発明を図面に基づいて説明するに、第１図は
本発明に係る装置の１例の下方部分の平面図であ
り、主として床表面を構成する炭素ブロツクと、
その内部に埋設されている冷却媒体流通管との関
係を模式的に示すためのものである。第２図およ
び第３図は、それぞれ第１図のＡ−A′およびＢ
−B′に沿う縦断面図である。この装置は、長方
形の浅い鍋状でその側壁に溶融金属の排出入口を
形成してある下部構造と、その上部を覆う上部構
造と、この上部構造から吊下げ設置した撹拌機と
から成つている。図中、１は断熱レンガ層、２は
耐火レンガ層である。耐火レンガ層のうち溶融ア
ルミニウムと接触する側壁部分には、溶融アルミ
ニウムを汚染しないもの、例えば高アルミナ質耐
火レンガを用いる。若し所望ならば、溶融アルミ
ニウムと接触する側壁部分も、底面と同じく、耐
火レンガ層の上にさらに炭素質材料で内張りを施
してもよい。この場合には、内張り層上へのアル
ミニウムの晶出を避けるため、熱が内張り層を通
つて底面の炭素質材料層に流出しないような構造
とする。３は床の表層を構成する炭素質材料の層
である。通常、この層はアルミニウム電解槽の陰
極と同じく、炭素ブロツク４を並べ、その間隙に
炭素質結合材を充填することにより構成される。
炭素ブロツクとしては、黒鉛ないし準黒鉛質の熱
伝導率の大きいものが好ましい。なお、所望なら
ば、炭素ブロツク４の上面にさらに炭素質材料、
例えば上記の炭素質結合材を被覆して、溶融金属
の流動により炭素ブロツクが減耗するのを防止す
ることもできる。５は炭素質材料層３中に埋設さ
れている冷却媒体流通管である。金属を晶出させ
るに際し、溶融金属の熱は炭素質材料層３を経
て、この冷却媒体流通管内の冷却媒体に伝えられ
る。従つて炭素質材料は熱伝導率の大きいものが
好ましく、また床が均一に冷却されるように冷却
媒体は、隣り合う管内で、その流通方向が逆にな
つているのが好ましい。炭素質材料層３の形状は
長方形ないしこれに類似の形状、例えばその四隅
を丸くした形状とし、その長軸の中心線上に撹拌
機８を複数台配置するのが好ましい（特願昭57−
138251「アルミニウムの純化方法」参照）。撹拌機
８も、溶融アルミニウムに接する部分は、これを
汚染しない材料、好ましくは黒鉛で構成する。ま
た撹拌機は上部構造に設けた駆動装置（図示せ
ず）に取付けられており、晶出した金属面との距
離が常に一定範囲にあるように、駆動中に晶出金
属面の上昇に応じて漸次引上げるようにする。さ
らに晶出操作が終了したならば、撹拌機は容器外
に取出して、晶出した金属を再溶解させる際の加
熱により、撹拌機が損傷しないようにする。従つ
て撹拌機は、このような昇降が可能なように設置
する。

６および７は、長手側壁に設けた溶融金属の排
出口である。９は短手側壁に設けた溶融金属の導
入口である。１０はバーナーであり、燃料油ない
しは燃料ガスを燃焼させて晶析操作中は溶融金属
の表面を加熱して底面以外に金属が晶出しないよ
うにし、晶析終了後は残余の母液を排出したのち
晶出金属を加熱して再溶解させるためのものであ
る。

第４図は第２図の炭素ブロツクと冷却媒体流通
管との部分の拡大図である。流通管５には、その
管軸に沿つて連続した切り欠き部１１が形成され
ており、かつ、この切り欠き部１１は、管軸に垂
直な面内における冷却管の周長の増加を吸収し得
る膨張吸収材１２により密閉されている。膨張吸
収材１２は管軸方向に連続した凹凸を有する波形
板からなつており、その両側端部は切り欠き部１
１の左右の管壁１３および１４に溶接されてい
る。従つて晶析操作中に炭素ブロツク４からの伝
熱により流通管５が高温に加熱されると、流通管
５は管軸に垂直な面内において熱膨張し、その周
長が増加する。この膨張の圧力の一部は炭素ブロ
ツク４に吸収され、残部は切り欠き部１１の間隔
が縮少することにより吸収される。このとき、波
形板から成る膨張吸収材は、切り欠き部１１の間
隔の縮少に容易に追随してその幅を縮少する。な
お、膨張吸収材は、切り欠き部１１の間隔の変化
に容易に追随し得るものであれば、他の形状であ
つてもよい。例えば第５図はその１例で、管軸方
向に連続した膨出部を有する板からなる膨張吸収
材を冷却管に溶接したものである。また第６図
は、冷却管よりも著しく強度の小さい平板を膨張
吸収材としたもので、熱膨張の圧力が加わると容
易に変形して、切り欠き部１１の間隔の縮少を吸
収することができる。

次に図示した装置を用いてアルミニウムの純化
を行なう方法の１例について説明すると、先ず装
置に溶融アルミニウムを導入口９から入れ、これ
に撹拌機８を挿入して撹拌する。次いで冷却媒体
流通管５に空気その他の冷却媒体を流通させて床
３を冷却し、床面上にアルミニウム１５を晶出さ
せる。冷却媒体の流通量は、アルミニウムの晶出
速度、すなわちアルミニウムの晶出面の上昇速度
が10〜150mm／時となるように選択するのが好ま
しい。また、撹拌機８の回転速度は、撹拌翼の先
端速度として、１〜10m／秒が好ましい。

晶出操作の間、バーナー１０により溶融アルミ
ニウム表面を加熱して、表面および側壁からの熱
損失を補償し、底面以外の個所にアルミニウムが
晶出しないようにする。加熱は連続的でも断続的
でもよいが、溶融アルミニウムが融点よりも若干
高い温度、通常はほぼ662℃に維持されるように
行なう。また、アルミニウムの晶出につれて撹拌
機８を連続的ないし間欠的に引上げて、晶出面と
撹拌翼の下端との距離が常にほぼ一定となるよう
にする。通常、この距離は10〜100mmが好ましい。
晶出面の検出は直接行なうことも、また冷却熱量
から間接的に推定することもできる。

所定量のアルミニウム、通常は仕込んだアルミ
ニウムの30〜70％、好ましくは40〜50％、が晶出
した時点で晶析を停止し、装置を傾動させて残存
する溶融アルミニウムを排出口６から流出させ
る。晶出操作中に溶融アルミニウムを装置に供給
−排出することも不可能ではないが、温度制御が
困難なので、好ましい方法ではない。なお溶融ア
ルミニウムの排出に先立つて撹拌機８を装置外に
引上げ、またバーナー１０で溶融アルミニウムを
急速に加熱して、その粘度を低下させるのが有利
である。通常は665〜667℃まで加熱して溶融アル
ミニウムを流出させるが、若し晶出アルミニウム
の過度の溶融を避け得るように急速に加熱するこ
とが可能ならば、もつと高い温度まで加熱しても
よい。残存する溶融アルミニウムの排出が終了し
たならば、装置を水平に戻し、バーナーで晶出ア
ルミニウムを加熱溶融させ、装置を逆方向に傾動
させて純化された溶融アルミニウムを排出口７か
ら流出させ、所定の形状に鋳造して製品とする。

本発明によれば、炭素ブロツクと冷却媒体流通
管とを密着させておいても、晶析操作に際し炭素
ブロツクに過大な圧力がかかることが無い。従つ
て両者を密着させて、両者間の熱伝導を良好に維
持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である装置の下方部
分の平面図であり、図中の矢印は冷却媒体の流れ
の方向を示す。第２図は第１図の装置のＡ−
A′に沿う縦断面図である。第３図は第１図の装
置のＢ―B′に沿う縦断面図である。なお、第２
図および第３図において、撹拌機の支持機構は省
略されている。第４図は第２図の炭素ブロツクと
冷却媒体流通管との部分の拡大図である。第５図
および第６図は、第４図のものとは異なる形状の
膨張吸収材を用いた冷却媒体流通管の例である。 １……断熱レンガ層、２……耐火レンガ層、３
……炭素質材料層、４……炭素ブロツク、５……
冷却媒体流通管、６，７……溶融金属排出口、８
……撹拌機、９……溶融金属導入口、１０……バ
ーナー、１１……切り欠き部、１２……膨張吸収
材、１３……切り欠き部の左側部分、１４……切
り欠き部の右側部分、１５……晶出金属層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素質材料で構成されていてその内部に冷却
   媒体流通管を有する床を備えた容器と該容器内に
   吊下げ設置されている撹拌機とを有する不純な溶
   融金属から純化された金属を該床上に析出させる
   ための装置であつて、該流通管にはその管軸に沿
   つて連続した切り欠き部が形成されており、かつ
   該切り欠き部は管軸に垂直な面内における冷却管
   の周長の増加に応じてその幅を収縮し得る膨張吸
   収材により密閉されていることを特徴とする装
   置。 ２ 床が炭素ブロツクで構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 膨張吸収材が管軸方向に連続した凹凸を有す
   る波形板であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の装置。 ４ 膨張吸収材が管軸方向に連続した膨出部を有
   する板であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の装置。