JP3211622B2 - アルミニウムスクラップの精製方法 - Google Patents
アルミニウムスクラップの精製方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶解原料に含まれてい
る不純物を晶出分離し、純度の高いα−Ａｌ晶を選択的
に晶出成長させることによりアルミニウムスクラップを
精製する方法に関する。
る不純物を晶出分離し、純度の高いα−Ａｌ晶を選択的
に晶出成長させることによりアルミニウムスクラップを
精製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶湯中に浸漬した冷却体表面に晶出物を
成長させる偏析法でアルミニウムスクラップを精製する
際、精製純度は、冷却体の表面で凝固する晶出物の形状
に影響される。そのため、精製純度を高めるため、晶出
物の形状コントロールが種々検討されている。たとえ
ば、冷却体として管状体（以下、冷却管という）を用い
たものでは、特公昭５９−４５７３９号公報にみられる
ように冷却管のメタル界面深さの上下の外周に断熱材を
取り付け、或いは特公平２−２７４２３号公報にみられ
るように冷却管内部のメタル界面深さ上下にヒータを取
り付けることにより晶出凝固体の形状をコントロールす
る方法が提案されている。
成長させる偏析法でアルミニウムスクラップを精製する
際、精製純度は、冷却体の表面で凝固する晶出物の形状
に影響される。そのため、精製純度を高めるため、晶出
物の形状コントロールが種々検討されている。たとえ
ば、冷却体として管状体（以下、冷却管という）を用い
たものでは、特公昭５９−４５７３９号公報にみられる
ように冷却管のメタル界面深さの上下の外周に断熱材を
取り付け、或いは特公平２−２７４２３号公報にみられ
るように冷却管内部のメタル界面深さ上下にヒータを取
り付けることにより晶出凝固体の形状をコントロールす
る方法が提案されている。
【０００３】しかし、冷却管外周に断熱材を取り付ける
方法では、アルミ溶湯に耐える適当な断熱材が少ないこ
と，断熱材が冷却管から剥離し易いこと，操業条件によ
っては断熱材の表面にアルミニウムが凝固し、このアル
ミニウムを取り除くとき断熱材に破損が生じ易いこと等
の問題があり、操業上の問題が多い。また、冷却管内部
にヒータを取り付ける方法では、冷却管を回転させる場
合に電源の取入れ機構が複雑になるだけでなく、高温に
さらされることから絶縁が難しく、且つ断線等のトラブ
ルが多発する等の問題がある。また、冷却管底部に精製
アルミニウムを凝固させない方法としては、特公昭６０
−１７００８号公報にみられるように冷却管底部外面に
断熱材を取り付けたり、特公平５−６５４１５号公報に
みられるように冷却管底部の肉厚を厚くしたり、底面方
向の冷媒の吹出し口を中止したりする方法が提案されて
いる。しかし、底面外部に断熱材を取り付けるとき、断
熱材の剥離等、種々の問題が生じる。しかも、何れの方
法でも底面が完全にアルミ溶湯に常時接触しているケー
スが多く、冷却管が侵食される欠点がある。
方法では、アルミ溶湯に耐える適当な断熱材が少ないこ
と，断熱材が冷却管から剥離し易いこと，操業条件によ
っては断熱材の表面にアルミニウムが凝固し、このアル
ミニウムを取り除くとき断熱材に破損が生じ易いこと等
の問題があり、操業上の問題が多い。また、冷却管内部
にヒータを取り付ける方法では、冷却管を回転させる場
合に電源の取入れ機構が複雑になるだけでなく、高温に
さらされることから絶縁が難しく、且つ断線等のトラブ
ルが多発する等の問題がある。また、冷却管底部に精製
アルミニウムを凝固させない方法としては、特公昭６０
−１７００８号公報にみられるように冷却管底部外面に
断熱材を取り付けたり、特公平５−６５４１５号公報に
みられるように冷却管底部の肉厚を厚くしたり、底面方
向の冷媒の吹出し口を中止したりする方法が提案されて
いる。しかし、底面外部に断熱材を取り付けるとき、断
熱材の剥離等、種々の問題が生じる。しかも、何れの方
法でも底面が完全にアルミ溶湯に常時接触しているケー
スが多く、冷却管が侵食される欠点がある。
【０００４】本発明者等も、偏析法によるアルミニウム
スクラップの精製を調査・研究し、その過程で、冷却体
の表面にα−Ａｌ晶を晶出させることによりアルミニウ
ム溶湯を生成する方法を開発し、その一部を特願平７−
３０１０９号として出願した。この方法では、図１に示
すような管状の回転冷却体１０や図２に示すような円板
状の回転冷却体２０を使用する。精製されるアルミニウ
ムスクラップは、精製容器３０に収容され、外周からヒ
ータ３１で加熱される。また、精製容器３０に装着した
蓋体３２に設けた温度制御用のバーナ３３で加熱するこ
ともできる。これにより、α−Ａｌの凝固点より僅かに
高い温度に保持されたアルミニウム溶湯Ｍが調製され
る。溶融状態に保持された溶湯Ｍに、回転冷却体１０，
２０が浸漬される。管状の回転冷却体１０は、軸方向に
ガス通路をもつ内管１１の先端部近傍に外管１２を嵌め
合せている。内管１１は、蓋体３２を貫通して上方に延
び、カップリング１３を介しモータ１４の出力軸に接続
されている。モータ１４から延びたアーム１５は、モー
タ１６で回転される送りネジ１７に嵌挿されている。こ
れにより、回転冷却体１０は、精製容器３０の内部で昇
降自在に回転する。円板状の回転冷却体２０も、同様な
機構によって昇降自在に回転する。
スクラップの精製を調査・研究し、その過程で、冷却体
の表面にα−Ａｌ晶を晶出させることによりアルミニウ
ム溶湯を生成する方法を開発し、その一部を特願平７−
３０１０９号として出願した。この方法では、図１に示
すような管状の回転冷却体１０や図２に示すような円板
状の回転冷却体２０を使用する。精製されるアルミニウ
ムスクラップは、精製容器３０に収容され、外周からヒ
ータ３１で加熱される。また、精製容器３０に装着した
蓋体３２に設けた温度制御用のバーナ３３で加熱するこ
ともできる。これにより、α−Ａｌの凝固点より僅かに
高い温度に保持されたアルミニウム溶湯Ｍが調製され
る。溶融状態に保持された溶湯Ｍに、回転冷却体１０，
２０が浸漬される。管状の回転冷却体１０は、軸方向に
ガス通路をもつ内管１１の先端部近傍に外管１２を嵌め
合せている。内管１１は、蓋体３２を貫通して上方に延
び、カップリング１３を介しモータ１４の出力軸に接続
されている。モータ１４から延びたアーム１５は、モー
タ１６で回転される送りネジ１７に嵌挿されている。こ
れにより、回転冷却体１０は、精製容器３０の内部で昇
降自在に回転する。円板状の回転冷却体２０も、同様な
機構によって昇降自在に回転する。
【０００５】管状の回転冷却体１０（図１）は、内管１
１から送り込まれた冷却媒体ｇがギャップ１８を経て外
管１２から放出されることにより冷却される。冷却媒体
ｇには、空気，非酸化性ガス，霧状の水分を含む空気等
が使用される。冷却媒体ｇの流動により、外管１２の管
壁を介して溶湯Ｍが冷却される。円板状の回転冷却体２
０（図２）は、内管２１に外管２２を嵌め合わせた二重
管構造をもっており、内管２１及び外管２２の下端部に
共に半径方向に広がった円形状のフランジ２３，２４が
取り付けられており、フランジ２３には複数のオリフィ
ス２５が形成されている。フランジ２３から一定の間隔
を保った底壁２７が取り付けられている。冷却媒体ｇ
は、外管２２に送り込まれ、内管２１と外管２２との間
を経て、フランジ４４と４３との間に形成された分配室
２８に導入される。次いで、冷却媒体ｇは、オリフィス
２５，２５・・を経て冷却室２９に流入する。
１から送り込まれた冷却媒体ｇがギャップ１８を経て外
管１２から放出されることにより冷却される。冷却媒体
ｇには、空気，非酸化性ガス，霧状の水分を含む空気等
が使用される。冷却媒体ｇの流動により、外管１２の管
壁を介して溶湯Ｍが冷却される。円板状の回転冷却体２
０（図２）は、内管２１に外管２２を嵌め合わせた二重
管構造をもっており、内管２１及び外管２２の下端部に
共に半径方向に広がった円形状のフランジ２３，２４が
取り付けられており、フランジ２３には複数のオリフィ
ス２５が形成されている。フランジ２３から一定の間隔
を保った底壁２７が取り付けられている。冷却媒体ｇ
は、外管２２に送り込まれ、内管２１と外管２２との間
を経て、フランジ４４と４３との間に形成された分配室
２８に導入される。次いで、冷却媒体ｇは、オリフィス
２５，２５・・を経て冷却室２９に流入する。
【０００６】冷却室２９内の冷却媒体ｇは、底壁２７を
介して溶湯Ｍを冷却する。冷却媒体ｇの抜熱能が底壁２
７の面内で均一化されているので、冷却された溶湯Ｍか
ら底壁２７の下面に万遍なくα−Ａｌが晶出する。溶湯
Ｍとの熱交換によって昇温した冷却媒体ｇは、冷却室２
９から内管２１を経て系外に排出される。溶湯Ｍの温度
が下がるとき、初晶が金属間化合物の系では、先ず回転
冷却体１０，２０を冷却する前に溶湯の温度を下げ、た
とえばＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物を炉底に
沈降させる。金属間化合物の晶出に伴って、残りの溶湯
Ｍが純化され、温度が更に下がる。そして、回転冷却体
１０，２０を冷却すると、α−Ａｌ晶の晶出が始まる。
このとき、α−Ａｌ晶と溶湯Ｍとの界面に排出されるＳ
ｉ，Ｆｅ，Ｃｕ等の不純物は、回転冷却体１０，２０の
回転によってα−Ａｌ晶から分離され、一部は溶湯Ｍに
比較して比重が大きな金属間化合物Ｉとして溶湯Ｍ中を
落下し、残りは母液中に拡散する。沈降分離した金属間
化合物Ｉは、回転冷却体１０，２０の回転で生じる溶湯
Ｍの撹拌流により、精製容器３０の底部中央に溜る。
介して溶湯Ｍを冷却する。冷却媒体ｇの抜熱能が底壁２
７の面内で均一化されているので、冷却された溶湯Ｍか
ら底壁２７の下面に万遍なくα−Ａｌが晶出する。溶湯
Ｍとの熱交換によって昇温した冷却媒体ｇは、冷却室２
９から内管２１を経て系外に排出される。溶湯Ｍの温度
が下がるとき、初晶が金属間化合物の系では、先ず回転
冷却体１０，２０を冷却する前に溶湯の温度を下げ、た
とえばＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物を炉底に
沈降させる。金属間化合物の晶出に伴って、残りの溶湯
Ｍが純化され、温度が更に下がる。そして、回転冷却体
１０，２０を冷却すると、α−Ａｌ晶の晶出が始まる。
このとき、α−Ａｌ晶と溶湯Ｍとの界面に排出されるＳ
ｉ，Ｆｅ，Ｃｕ等の不純物は、回転冷却体１０，２０の
回転によってα−Ａｌ晶から分離され、一部は溶湯Ｍに
比較して比重が大きな金属間化合物Ｉとして溶湯Ｍ中を
落下し、残りは母液中に拡散する。沈降分離した金属間
化合物Ｉは、回転冷却体１０，２０の回転で生じる溶湯
Ｍの撹拌流により、精製容器３０の底部中央に溜る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】管状回転冷却体１０の
側面や円板状回転冷却体２０の底面にα−Ａｌ晶を晶出
凝固させる際、晶出物の形状を制御することが凝固速度
のコントロールにつながり、ひいては晶出物の純度を向
上させることにもなる。管状の回転冷却体１０には、図
３の（ａ）〜（ｆ）に示すような形状でα−Ａｌ晶が晶
出する。円板状の回転冷却体２０には、図３の（ｇ）〜
（ｉ）に示すような形状でα−Ａｌ晶が晶出する。本発
明者等の調査・研究によるとき、これら晶出物の形状の
うちで（ｅ），（ｆ）及び（ｉ）が凝固速度が均一にコ
ントロールされ、得られた晶出物の純度も高くなってい
ることが判った。しかし、晶出物の形状制御は、従来で
は冷却体１０，２０そのものの材質や断熱構造等の改良
で対応している。このような対応であると、結果として
設備の複雑化や制作コストの上昇等の問題を派生させ
る。本発明は、晶出物の形状が図３の（ｅ），（ｆ）又
は（ｉ）になるように冷却条件を制御することにより、
設備構成自体に影響を及ぼすことなく、従来の精製装置
を使用して純度の高い精製アルミニウムを高生産性で得
ることを目的とする。
側面や円板状回転冷却体２０の底面にα−Ａｌ晶を晶出
凝固させる際、晶出物の形状を制御することが凝固速度
のコントロールにつながり、ひいては晶出物の純度を向
上させることにもなる。管状の回転冷却体１０には、図
３の（ａ）〜（ｆ）に示すような形状でα−Ａｌ晶が晶
出する。円板状の回転冷却体２０には、図３の（ｇ）〜
（ｉ）に示すような形状でα−Ａｌ晶が晶出する。本発
明者等の調査・研究によるとき、これら晶出物の形状の
うちで（ｅ），（ｆ）及び（ｉ）が凝固速度が均一にコ
ントロールされ、得られた晶出物の純度も高くなってい
ることが判った。しかし、晶出物の形状制御は、従来で
は冷却体１０，２０そのものの材質や断熱構造等の改良
で対応している。このような対応であると、結果として
設備の複雑化や制作コストの上昇等の問題を派生させ
る。本発明は、晶出物の形状が図３の（ｅ），（ｆ）又
は（ｉ）になるように冷却条件を制御することにより、
設備構成自体に影響を及ぼすことなく、従来の精製装置
を使用して純度の高い精製アルミニウムを高生産性で得
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の精製方法は、そ
の目的を達成するため、アルミニウムスクラップを溶解
した溶湯に冷却体を浸漬し、冷却体の表面にα−Ａｌ晶
を晶出成長させる際、α−Ａｌ晶出温度Ｔ0（℃）に対
してアルミニウム溶湯の湯面上方にある雰囲気の温度Ｔ
1（℃）をＴ1＝Ｔ0−（０〜２４）の範囲に維持するこ
とを特徴とする。不純物の一部が金属間化合物の初晶と
して晶出する組成をもつアルミニウム合金を精製する場
合には、初晶として晶出する金属間化合物を炉底に沈降
分離させた後、アルミニウム溶湯に浸漬した冷却体の表
面にα−Ａｌ晶を晶出成長させる。湯面の上方約１０ｃ
ｍにおける雰囲気温度がＴ1＝Ｔ0−（０〜２４）の条件
を満足するとき、好適な冷却条件が得られ、晶出物の形
状が図３の（ｅ），（ｆ）又は（ｉ）になる。操業的に
は、α−Ａｌの晶出温度より雰囲気温度を下げた方が晶
出物の形状制御が容易になる。これは、雰囲気温度を低
くすることにより、晶出物が凝固する際に発生する凝固
潜熱の抜熱が容易になることに由来するものと推察され
る。冷却体としては、図１の管状冷却体１０，図２の円
板状冷却体２０等を使用することができる。これら冷却
体は、回転式、或いは回転させることなく固定式の何れ
であってもよい。また、図４に示されるような管状冷却
体を使用する場合、内管１１の底面にも通気口４２を形
成し、底面における冷却媒体の吹出し率を全吹出し量の
０．１〜５％に調整することが好ましい。
の目的を達成するため、アルミニウムスクラップを溶解
した溶湯に冷却体を浸漬し、冷却体の表面にα−Ａｌ晶
を晶出成長させる際、α−Ａｌ晶出温度Ｔ0（℃）に対
してアルミニウム溶湯の湯面上方にある雰囲気の温度Ｔ
1（℃）をＴ1＝Ｔ0−（０〜２４）の範囲に維持するこ
とを特徴とする。不純物の一部が金属間化合物の初晶と
して晶出する組成をもつアルミニウム合金を精製する場
合には、初晶として晶出する金属間化合物を炉底に沈降
分離させた後、アルミニウム溶湯に浸漬した冷却体の表
面にα−Ａｌ晶を晶出成長させる。湯面の上方約１０ｃ
ｍにおける雰囲気温度がＴ1＝Ｔ0−（０〜２４）の条件
を満足するとき、好適な冷却条件が得られ、晶出物の形
状が図３の（ｅ），（ｆ）又は（ｉ）になる。操業的に
は、α−Ａｌの晶出温度より雰囲気温度を下げた方が晶
出物の形状制御が容易になる。これは、雰囲気温度を低
くすることにより、晶出物が凝固する際に発生する凝固
潜熱の抜熱が容易になることに由来するものと推察され
る。冷却体としては、図１の管状冷却体１０，図２の円
板状冷却体２０等を使用することができる。これら冷却
体は、回転式、或いは回転させることなく固定式の何れ
であってもよい。また、図４に示されるような管状冷却
体を使用する場合、内管１１の底面にも通気口４２を形
成し、底面における冷却媒体の吹出し率を全吹出し量の
０．１〜５％に調整することが好ましい。
【０００９】
【作用】α−Ａｌ晶は、図３に示すように種々の形状と
なって冷却体１０，２０に晶出する。晶出物の形状がこ
のように異なることは、次の理由によるものと考えら
れ、純度の高い精製品を得る上では図３（ｅ），（ｆ）
及び（ｉ）の形状が好ましい。管状の冷却体１０の側面
にα−Ａｌ晶を晶出させるとき、雰囲気温度が低過ぎる
場合、アルミニウム溶湯Ｍから雰囲気に放散される熱量
が多く、湯面での凝固が促進される。他方、湯面から深
い部分では、凝固潜熱が放散されず、凝固が遅延する。
その結果、α−Ａｌ晶出物は、湯面で浴内部に向けて小
径化された形状（ａ）になる。しかも、湯面における凝
固速度が大きすぎることから、α−Ａｌ晶の晶出に際し
て不純物或いは純度の低いＡｌが晶出物に取り込まれ、
得られた精製品の純度が低下する。底面の吹出し率を大
きくして底面からの冷却を高めた冷却体１０では、冷却
体１０の下端側にα−Ａｌ晶出物が大きく成長する
（ｂ）。このとき、底面における凝固速度が早すぎる
と、底面に成長した晶出物に不純物或いは純度の低いＡ
ｌが取り込まれ、側面に成長した晶出物に比較して純度
が低下する。また、（ｂ）の形状をもつ晶出物は、精製
中に冷却体１０から脱落し易く、精製効率を低下させる
ことになる。
なって冷却体１０，２０に晶出する。晶出物の形状がこ
のように異なることは、次の理由によるものと考えら
れ、純度の高い精製品を得る上では図３（ｅ），（ｆ）
及び（ｉ）の形状が好ましい。管状の冷却体１０の側面
にα−Ａｌ晶を晶出させるとき、雰囲気温度が低過ぎる
場合、アルミニウム溶湯Ｍから雰囲気に放散される熱量
が多く、湯面での凝固が促進される。他方、湯面から深
い部分では、凝固潜熱が放散されず、凝固が遅延する。
その結果、α−Ａｌ晶出物は、湯面で浴内部に向けて小
径化された形状（ａ）になる。しかも、湯面における凝
固速度が大きすぎることから、α−Ａｌ晶の晶出に際し
て不純物或いは純度の低いＡｌが晶出物に取り込まれ、
得られた精製品の純度が低下する。底面の吹出し率を大
きくして底面からの冷却を高めた冷却体１０では、冷却
体１０の下端側にα−Ａｌ晶出物が大きく成長する
（ｂ）。このとき、底面における凝固速度が早すぎる
と、底面に成長した晶出物に不純物或いは純度の低いＡ
ｌが取り込まれ、側面に成長した晶出物に比較して純度
が低下する。また、（ｂ）の形状をもつ晶出物は、精製
中に冷却体１０から脱落し易く、精製効率を低下させる
ことになる。
【００１０】雰囲気温度が高すぎる場合には、アルミニ
ウム溶湯から雰囲気に放散される熱量がなく、湯面にお
ける凝固の進行が期待できない。その結果、凝固速度が
遅く、α−Ａｌ晶出物は専ら冷却体１０の下部に厚く成
長する（ｃ）。また、冷却体１０の上部に晶出したα−
Ａｌが剥離し易くなる。アルミニウム溶湯Ｍに浸漬した
冷却体１０の回転速度が高過ぎると、冷却体１０の表面
に付着した晶出物が遠心力によって剥離脱落する
（ｄ）。晶出物がこのような形状になる場合には、冷却
体１０の回転数を調整することにより、適正形状をもつ
晶出物を成長させることが要求される。雰囲気温度が適
正に維持され、且つ冷却条件が冷却体１０の表面に関し
て均一であると、α−Ａｌ晶出物は、冷却体１０の側面
に均一な厚みで成長する（ｅ）。更に、冷却体１０の底
面における抜熱機能を向上させると、底面にもα−Ａｌ
晶出物が成長する（ｆ）。このような均一な厚みで成長
した晶出物からは、純度の高い精製品が得られる。ま
た、形状（ｆ）の晶出物は、精製効率を上げる上で有効
である。
ウム溶湯から雰囲気に放散される熱量がなく、湯面にお
ける凝固の進行が期待できない。その結果、凝固速度が
遅く、α−Ａｌ晶出物は専ら冷却体１０の下部に厚く成
長する（ｃ）。また、冷却体１０の上部に晶出したα−
Ａｌが剥離し易くなる。アルミニウム溶湯Ｍに浸漬した
冷却体１０の回転速度が高過ぎると、冷却体１０の表面
に付着した晶出物が遠心力によって剥離脱落する
（ｄ）。晶出物がこのような形状になる場合には、冷却
体１０の回転数を調整することにより、適正形状をもつ
晶出物を成長させることが要求される。雰囲気温度が適
正に維持され、且つ冷却条件が冷却体１０の表面に関し
て均一であると、α−Ａｌ晶出物は、冷却体１０の側面
に均一な厚みで成長する（ｅ）。更に、冷却体１０の底
面における抜熱機能を向上させると、底面にもα−Ａｌ
晶出物が成長する（ｆ）。このような均一な厚みで成長
した晶出物からは、純度の高い精製品が得られる。ま
た、形状（ｆ）の晶出物は、精製効率を上げる上で有効
である。
【００１１】円板状の冷却体２０を使用した場合でも、
雰囲気温度が低過ぎると、湯面近傍でα−Ａｌ晶出物が
優先的に成長し、冷却体２０の下面に成長するα−Ａｌ
晶が比較的に減少する（ｇ）。逆に雰囲気温度が高すぎ
ると、凝固速度が遅く、α−Ａｌ晶出物が冷却体２０の
下面中央部から下向きに成長する（ｈ）。これに対し、
雰囲気温度が適正に維持された条件下では、冷却体２０
の下面及び側面にα−Ａｌ晶出物が万遍なく成長し
（ｉ）、冷却体２０の表面が精製反応に効果的に利用さ
れ、純度のよい精製品が得られる。本発明者等による種
々の実験結果から、図３（ｅ），（ｆ），（ｉ）の形状
をもつ晶出物が形成されるとき、適正な速度で凝固反応
が進行し、晶出物の形状も良好で、純度のよい精製品が
得られることが判った。なかでも、底面の抜熱能を向上
させた冷却体１０を使用して得られる晶出物（ｆ）は、
底面の抜熱能を期待していない冷却体１０を使用した場
合に得られる晶出物（ｅ）に比較して１バッチ当りの精
製量も多くなり、しかも冷却体１０の底面がアルミ溶湯
によって侵食されることも防止される。
雰囲気温度が低過ぎると、湯面近傍でα−Ａｌ晶出物が
優先的に成長し、冷却体２０の下面に成長するα−Ａｌ
晶が比較的に減少する（ｇ）。逆に雰囲気温度が高すぎ
ると、凝固速度が遅く、α−Ａｌ晶出物が冷却体２０の
下面中央部から下向きに成長する（ｈ）。これに対し、
雰囲気温度が適正に維持された条件下では、冷却体２０
の下面及び側面にα−Ａｌ晶出物が万遍なく成長し
（ｉ）、冷却体２０の表面が精製反応に効果的に利用さ
れ、純度のよい精製品が得られる。本発明者等による種
々の実験結果から、図３（ｅ），（ｆ），（ｉ）の形状
をもつ晶出物が形成されるとき、適正な速度で凝固反応
が進行し、晶出物の形状も良好で、純度のよい精製品が
得られることが判った。なかでも、底面の抜熱能を向上
させた冷却体１０を使用して得られる晶出物（ｆ）は、
底面の抜熱能を期待していない冷却体１０を使用した場
合に得られる晶出物（ｅ）に比較して１バッチ当りの精
製量も多くなり、しかも冷却体１０の底面がアルミ溶湯
によって侵食されることも防止される。
【００１２】底面の抜熱能を高めた冷却体１０として
は、図４に示す断面構造をもつものが使用される。湯面
Ｌより下方に位置する内管１１の側面に複数の通気孔４
１を形成すると共に、底面にも通気孔４２を形成する。
そして、通気孔４１，４２の開口面積を調整することに
より、吹出し率を調整する。たとえば、直径６０．５ｍ
ｍの内管１１を使用し、湯面Ｌから５０ｍｍしたの位置
から内管１１の先端近傍までの側面に直径８ｍｍの通気
孔４１を５４個形成する。他方、内管１１の底部中央
に、直径５ｍｍの通気孔４１を１個形成する。このと
き、内管１１の底部における冷却媒体ｇの吹出し率は、
（π×２．５2 ×１／π×４2 ×５４）×１００＝０．
７％となる。
は、図４に示す断面構造をもつものが使用される。湯面
Ｌより下方に位置する内管１１の側面に複数の通気孔４
１を形成すると共に、底面にも通気孔４２を形成する。
そして、通気孔４１，４２の開口面積を調整することに
より、吹出し率を調整する。たとえば、直径６０．５ｍ
ｍの内管１１を使用し、湯面Ｌから５０ｍｍしたの位置
から内管１１の先端近傍までの側面に直径８ｍｍの通気
孔４１を５４個形成する。他方、内管１１の底部中央
に、直径５ｍｍの通気孔４１を１個形成する。このと
き、内管１１の底部における冷却媒体ｇの吹出し率は、
（π×２．５2 ×１／π×４2 ×５４）×１００＝０．
７％となる。
【００１３】この内管１１の底部における吹出し率が０
％の場合、すなわち内管１１の底部から冷却媒体ｇを吹
出さない場合には、冷却管１０の外周面の下面が冷却さ
れないため、図３（ａ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示
すように冷却体１０の下面にα−Ａｌ晶が晶出又は成長
せず、冷却体１０の表面を晶出物の成長に利用する効率
が低下する。また、冷却体１０の下面がアルミニウム溶
湯Ｍに露出した状態になるので、冷却体１０の素材によ
ってはアルミニウム溶湯Ｍにより冷却体１０が侵食され
る。しかし、吹出し率が５％を超えるようになると、冷
却体１０の下面における冷却効果が大きくなりすぎ、図
３（ｂ）に示すような晶出物が形成される。この場合、
冷却体１０の下面における凝固速度が目標値より早いた
め、下面に成長した晶出物は、冷却体１０の側面に成長
した晶出物に比較して純度が悪くなる。他方、吹出し率
を０．１〜５％の範囲に調整した冷却体１０では、図３
（ｆ）に示すように冷却体１０の側面及び底面が高い効
率で晶出物の成長に利用され、均一な厚みをもち形状が
良好な晶出物が得られる。また、冷却体１０の表面が晶
出物で覆われ、アルミニウム溶湯Ｍによる冷却体１０の
侵食も防止される。
％の場合、すなわち内管１１の底部から冷却媒体ｇを吹
出さない場合には、冷却管１０の外周面の下面が冷却さ
れないため、図３（ａ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示
すように冷却体１０の下面にα−Ａｌ晶が晶出又は成長
せず、冷却体１０の表面を晶出物の成長に利用する効率
が低下する。また、冷却体１０の下面がアルミニウム溶
湯Ｍに露出した状態になるので、冷却体１０の素材によ
ってはアルミニウム溶湯Ｍにより冷却体１０が侵食され
る。しかし、吹出し率が５％を超えるようになると、冷
却体１０の下面における冷却効果が大きくなりすぎ、図
３（ｂ）に示すような晶出物が形成される。この場合、
冷却体１０の下面における凝固速度が目標値より早いた
め、下面に成長した晶出物は、冷却体１０の側面に成長
した晶出物に比較して純度が悪くなる。他方、吹出し率
を０．１〜５％の範囲に調整した冷却体１０では、図３
（ｆ）に示すように冷却体１０の側面及び底面が高い効
率で晶出物の成長に利用され、均一な厚みをもち形状が
良好な晶出物が得られる。また、冷却体１０の表面が晶
出物で覆われ、アルミニウム溶湯Ｍによる冷却体１０の
侵食も防止される。
【００１４】
実施例１：Ｓｉ：０．６４重量％及びＦｅ：０．４５重
量％を含むアルミニウムサッシスクラップを溶解したア
ルミニウム溶湯Ｍに、直径１１０ｍｍの管状冷却体１０
を湯面から３００ｍｍの深さまで浸漬し、冷却空気を１
０００リットル／分の流量で供給しながら管状冷却体１
０を１００ｒ．ｐ．ｍで回転させた。管状冷却体１０と
しては、直径６０ｍｍの内管１１の底部に通気孔４２を
形成し、底部の吹出し率を０．７％に設定したものを使
用した。晶出温度Ｔ0 は６５４〜６５２℃の範囲である
ので、Ｔ1 ＝Ｔ0 −（２〜１４）℃となるように炉内の
雰囲気温度Ｔ1 を６４０〜６５０℃に保持した。この条
件下で、冷却体１０の側面及び底面にα−Ａｌ晶出物を
１５分間成長させた。得られた晶出物は、冷却体１０の
底面から上方２９０ｍｍの位置にある側面に直径３４０
ｍｍの厚みまで成長していた。また、冷却体１０の底面
から下方に２０ｍｍの厚みで成長していた。この晶出物
から得られた精製品の純度は、Ｓｉ：０．２２重量％及
びＦｅ：０．１３重量％であった。
量％を含むアルミニウムサッシスクラップを溶解したア
ルミニウム溶湯Ｍに、直径１１０ｍｍの管状冷却体１０
を湯面から３００ｍｍの深さまで浸漬し、冷却空気を１
０００リットル／分の流量で供給しながら管状冷却体１
０を１００ｒ．ｐ．ｍで回転させた。管状冷却体１０と
しては、直径６０ｍｍの内管１１の底部に通気孔４２を
形成し、底部の吹出し率を０．７％に設定したものを使
用した。晶出温度Ｔ0 は６５４〜６５２℃の範囲である
ので、Ｔ1 ＝Ｔ0 −（２〜１４）℃となるように炉内の
雰囲気温度Ｔ1 を６４０〜６５０℃に保持した。この条
件下で、冷却体１０の側面及び底面にα−Ａｌ晶出物を
１５分間成長させた。得られた晶出物は、冷却体１０の
底面から上方２９０ｍｍの位置にある側面に直径３４０
ｍｍの厚みまで成長していた。また、冷却体１０の底面
から下方に２０ｍｍの厚みで成長していた。この晶出物
から得られた精製品の純度は、Ｓｉ：０．２２重量％及
びＦｅ：０．１３重量％であった。
【００１５】実施例２： 実施例１と同じアルミニウム溶湯Ｍに、直径２８０ｍｍ
の円板状回転冷却体２０を浸漬し、冷却空気を３０００
リットル／分の流量で供給しながら円板状冷却体２０を
５０ｒ．ｐ．ｍで回転させた。晶出温度Ｔ0は６５４〜
６５２℃の範囲であるので、Ｔ1＝Ｔ0−（０〜８）℃と
なるように炉内の雰囲気温度Ｔ1を６４６〜６５４℃に
保持した。この条件下で、冷却体２０の下面及び側面に
α−Ａｌ晶出物を１５分間成長させた。得られた晶出物
は、冷却体２０の底面から３５ｍｍの厚みで直径３１０
ｍｍまで成長していた。この晶出物から得られた精製品
の純度は、Ｓｉ：０．２０重量％及びＦｅ：０．１４重
量％であった。
の円板状回転冷却体２０を浸漬し、冷却空気を３０００
リットル／分の流量で供給しながら円板状冷却体２０を
５０ｒ．ｐ．ｍで回転させた。晶出温度Ｔ0は６５４〜
６５２℃の範囲であるので、Ｔ1＝Ｔ0−（０〜８）℃と
なるように炉内の雰囲気温度Ｔ1を６４６〜６５４℃に
保持した。この条件下で、冷却体２０の下面及び側面に
α−Ａｌ晶出物を１５分間成長させた。得られた晶出物
は、冷却体２０の底面から３５ｍｍの厚みで直径３１０
ｍｍまで成長していた。この晶出物から得られた精製品
の純度は、Ｓｉ：０．２０重量％及びＦｅ：０．１４重
量％であった。
【００１６】実施例３： Ｓｉ：８．０２重量％及びＦｅ：０．６８重量％を含む
自動車用アルミニウムスクラップを溶解したアルミニウ
ム溶湯Ｍに、実施例１と同じ管状冷却体１０を湯面から
３００ｍｍの深さまで浸漬し、冷却空気を３０００リッ
トル／分の流量で供給しながら管状冷却体１０を２００
ｒ．ｐ．ｍで回転させた。晶出温度Ｔ0は５９４〜５９
２℃の範囲であるので、Ｔ1＝Ｔ0−（０〜２４）℃とな
るように炉内の雰囲気温度Ｔ1を５７０〜５９４℃に保
持した。この条件下で、冷却体１０の側面及び底面にα
−Ａｌ晶出物を１５分間成長させた。得られた晶出物
は、冷却体１０の軸方向に関して３２０ｍｍの長さで直
径２４０ｍｍの厚みまで成長していた。この晶出物から
得られた精製品の純度は、Ｓｉ：３．３１重量％及びＦ
ｅ：０．２０重量％であった。
自動車用アルミニウムスクラップを溶解したアルミニウ
ム溶湯Ｍに、実施例１と同じ管状冷却体１０を湯面から
３００ｍｍの深さまで浸漬し、冷却空気を３０００リッ
トル／分の流量で供給しながら管状冷却体１０を２００
ｒ．ｐ．ｍで回転させた。晶出温度Ｔ0は５９４〜５９
２℃の範囲であるので、Ｔ1＝Ｔ0−（０〜２４）℃とな
るように炉内の雰囲気温度Ｔ1を５７０〜５９４℃に保
持した。この条件下で、冷却体１０の側面及び底面にα
−Ａｌ晶出物を１５分間成長させた。得られた晶出物
は、冷却体１０の軸方向に関して３２０ｍｍの長さで直
径２４０ｍｍの厚みまで成長していた。この晶出物から
得られた精製品の純度は、Ｓｉ：３．３１重量％及びＦ
ｅ：０．２０重量％であった。
【００１７】実施例４： 実施例３と同じアルミニウム溶湯Ｍに、実施例２と同じ
円板状回転冷却体２０を浸漬し、冷却空気を３０００リ
ットル／分の流量で供給しながら円板状冷却体２０を１
５０ｒ．ｐ．ｍで回転させた。晶出温度Ｔ0は５９４〜
５９２℃の範囲であるので、Ｔ1＝Ｔ0−（４〜２４）℃
となるように炉内の雰囲気温度Ｔ1を５７０〜５９０℃
に保持した。この条件下で、冷却体２０の下面及び側面
にα−Ａｌ晶出物を１５分間成長させた。得られた晶出
物は、冷却体２０の底面から２５ｍｍの厚みで直径３０
０ｍｍまで成長していた。この晶出物から得られた精製
品の純度は、Ｓｉ：３．２０重量％及びＦｅ：０．１８
重量％であった。実施例１〜４に示すような実験を種々
のアルミニウムスクラップに対して繰り返した結果、α
−Ａｌの晶出温度に対して雰囲気温度を適正に調節する
とき、形状が良好で純度の高い精製品が得られることを
確認した。すなわち、アルミニウムサッシスクラップの
精製にあたっては、α−Ａｌの晶出温度Ｔ0が６５０℃
付近にあるので、晶出温度Ｔ0より０〜１０℃低い６４
０〜６５０℃の範囲に雰囲気温度Ｔ1を保持することが
有効である。他方、自動車用Ａｌスクラップの精製にあ
たっては、α−Ａｌの晶出温度Ｔ0が５９０℃付近にあ
るので、晶出温度Ｔ0より０〜２０℃低い５７０〜５９
０℃の範囲に雰囲気温度Ｔ1を保持することが有効であ
る。
円板状回転冷却体２０を浸漬し、冷却空気を３０００リ
ットル／分の流量で供給しながら円板状冷却体２０を１
５０ｒ．ｐ．ｍで回転させた。晶出温度Ｔ0は５９４〜
５９２℃の範囲であるので、Ｔ1＝Ｔ0−（４〜２４）℃
となるように炉内の雰囲気温度Ｔ1を５７０〜５９０℃
に保持した。この条件下で、冷却体２０の下面及び側面
にα−Ａｌ晶出物を１５分間成長させた。得られた晶出
物は、冷却体２０の底面から２５ｍｍの厚みで直径３０
０ｍｍまで成長していた。この晶出物から得られた精製
品の純度は、Ｓｉ：３．２０重量％及びＦｅ：０．１８
重量％であった。実施例１〜４に示すような実験を種々
のアルミニウムスクラップに対して繰り返した結果、α
−Ａｌの晶出温度に対して雰囲気温度を適正に調節する
とき、形状が良好で純度の高い精製品が得られることを
確認した。すなわち、アルミニウムサッシスクラップの
精製にあたっては、α−Ａｌの晶出温度Ｔ0が６５０℃
付近にあるので、晶出温度Ｔ0より０〜１０℃低い６４
０〜６５０℃の範囲に雰囲気温度Ｔ1を保持することが
有効である。他方、自動車用Ａｌスクラップの精製にあ
たっては、α−Ａｌの晶出温度Ｔ0が５９０℃付近にあ
るので、晶出温度Ｔ0より０〜２０℃低い５７０〜５９
０℃の範囲に雰囲気温度Ｔ1を保持することが有効であ
る。
【００１８】比較例：管状回転冷却体１０を使用し、本
発明で規定した範囲を外れる条件下で実施例１と同じア
ルミニウムサッシスクラップの溶湯を精製した場合を、
実施例１及び３と対比して図５に示す。雰囲気温度が低
過ぎる比較例１では、湯面近傍の凝固速度が大きく、精
製品の純度が悪かった。雰囲気温度が高すぎる比較例２
では、全体的に凝固速度が遅く、純度が高い精製品が得
られたものの、生産性に問題があった。また、内管底部
からの吹出し率を大きくした比較例３では、形状が不良
な晶出物が成長し、精製品の純度も悪かった。また、円
板状の回転冷却体２０を使用してアルミニウムサッシス
クラップの溶湯を精製した場合、雰囲気温度を５００〜
５３０℃に設定すると、図３（ｇ）に示すように、湯面
近傍での凝固速度が大きく、純度の低い精製品が得られ
た。逆に雰囲気温度を７２０〜７５０℃と高く設定する
と、図３（ｈ）に示す形状をもつ晶出物が成長し、純度
が高い精製品が得られたものの、低い精製効率であっ
た。
発明で規定した範囲を外れる条件下で実施例１と同じア
ルミニウムサッシスクラップの溶湯を精製した場合を、
実施例１及び３と対比して図５に示す。雰囲気温度が低
過ぎる比較例１では、湯面近傍の凝固速度が大きく、精
製品の純度が悪かった。雰囲気温度が高すぎる比較例２
では、全体的に凝固速度が遅く、純度が高い精製品が得
られたものの、生産性に問題があった。また、内管底部
からの吹出し率を大きくした比較例３では、形状が不良
な晶出物が成長し、精製品の純度も悪かった。また、円
板状の回転冷却体２０を使用してアルミニウムサッシス
クラップの溶湯を精製した場合、雰囲気温度を５００〜
５３０℃に設定すると、図３（ｇ）に示すように、湯面
近傍での凝固速度が大きく、純度の低い精製品が得られ
た。逆に雰囲気温度を７２０〜７５０℃と高く設定する
と、図３（ｈ）に示す形状をもつ晶出物が成長し、純度
が高い精製品が得られたものの、低い精製効率であっ
た。
【００１９】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、初晶が金属間化合物である組成をもつアルミニウム
スクラップの溶湯に冷却体を浸漬して、冷却体の側面や
下面にα−Ａｌ晶を晶出させることによりアルミニウム
を精製するとき、α−Ａｌの晶出温度との関連で雰囲気
温度を制御している。この温度制御により、α−Ａｌ晶
の凝固速度を冷却体の表面全体に均一化することがで
き、純度のよい精製品が得られる。また、管状冷却体の
内管底部に通気孔を形成し、底面冷却能を向上させると
き、管状冷却体の底面にも純度のよい晶出物が成長し、
精製効率が向上すると共に、アルミニウム溶湯による冷
却体の侵食も抑制される。
は、初晶が金属間化合物である組成をもつアルミニウム
スクラップの溶湯に冷却体を浸漬して、冷却体の側面や
下面にα−Ａｌ晶を晶出させることによりアルミニウム
を精製するとき、α−Ａｌの晶出温度との関連で雰囲気
温度を制御している。この温度制御により、α−Ａｌ晶
の凝固速度を冷却体の表面全体に均一化することがで
き、純度のよい精製品が得られる。また、管状冷却体の
内管底部に通気孔を形成し、底面冷却能を向上させると
き、管状冷却体の底面にも純度のよい晶出物が成長し、
精製効率が向上すると共に、アルミニウム溶湯による冷
却体の侵食も抑制される。
【図１】 本発明に従った精製方法を実施する精製装置
の一例
の一例
【図２】 本発明に従った精製方法を実施する精製装置
の他の例
の他の例
【図３】 雰囲気温度等に影響によって異なった形状に
成長したα−Ａｌ晶出物の数例
成長したα−Ａｌ晶出物の数例
【図４】 底面の抜熱能を向上させた管状冷却体
【図５】 管状冷却体を使用してアルミニウム溶湯を精
製した場合の操業条件が精製結果に与える影響を対比し
た図表
製した場合の操業条件が精製結果に与える影響を対比し
た図表
Ｍ：溶湯 α−Ａｌ：精製された晶出物 Ｉ：金属
間化合物 ｇ：冷却媒体 １０：管状回転冷却体 １１：内管 １２：外管
１３：カップリング １４，１６：モータ １５：アーム １７：送りネ
ジ １８：ギャップ ２０：円板状回転冷却体 ２１：内管 ２２：外管
２３，２４：フランジ ２５：オリフィス ２
７：底壁 ２８：分配室 ２９：冷却室 ３０：精製容器 ３１：ヒータ ３２：蓋体 ３
３：バーナ ４１：内管の下部側面に形成した通気孔
４２：内管の底面に形成した通気孔
間化合物 ｇ：冷却媒体 １０：管状回転冷却体 １１：内管 １２：外管
１３：カップリング １４，１６：モータ １５：アーム １７：送りネ
ジ １８：ギャップ ２０：円板状回転冷却体 ２１：内管 ２２：外管
２３，２４：フランジ ２５：オリフィス ２
７：底壁 ２８：分配室 ２９：冷却室 ３０：精製容器 ３１：ヒータ ３２：蓋体 ３
３：バーナ ４１：内管の下部側面に形成した通気孔
４２：内管の底面に形成した通気孔
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−190535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−162823（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−295465（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−27423（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22B 1/00 - 61/00
Claims (3)
- 【請求項１】 アルミニウムスクラップを溶解した溶湯
に冷却体を浸漬し、冷却体の表面にα−Ａｌ晶を晶出成
長させる際、α−Ａｌ晶出温度Ｔ0 （℃）に対してアル
ミニウム溶湯の湯面上方にある雰囲気の温度Ｔ1（℃）
をＴ1＝Ｔ 0 −（０〜２４）の範囲に維持することを特徴
とするアルミニウムスクラップの精製方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の冷却体として、底が閉じ
た管内に同じく底が閉じた管を挿入した形状の二重管か
らなり、湯面より下方に位置する内管の側面及び底面に
通気孔を有する断面構造のものであって、内管から冷却
媒体を送給して二重管の外管内を通して前期冷却媒体を
外に排出する際、内管の底面における冷却媒体の吹出し
率が全吹出し量の０．１〜５％である管状冷却体を使用
するアルミニウムスクラップの精製方法。 - 【請求項３】 不純物の一部が金属間化合物の初晶とし
て晶出する組成をもつアルミニウム合金を溶解し、初晶
として晶出する金属間化合物を炉底に沈降分離させた
後、アルミニウム溶湯に浸漬した冷却体の表面にα−Ａ
ｌ晶を晶出成長させる請求項１又は２記載のアルミニウ
ムスクラップの精製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12424795A JP3211622B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | アルミニウムスクラップの精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12424795A JP3211622B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | アルミニウムスクラップの精製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08295964A JPH08295964A (ja) | 1996-11-12 |
| JP3211622B2 true JP3211622B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=14880615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12424795A Expired - Fee Related JP3211622B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | アルミニウムスクラップの精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211622B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO326797B1 (no) | 2005-06-10 | 2009-02-16 | Elkem As | Fremgangsmate og apparat for raffinering av smeltet materiale |
| JP5134817B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2013-01-30 | 昭和電工株式会社 | 金属精製方法及び装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ |
-
1995
- 1995-04-25 JP JP12424795A patent/JP3211622B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08295964A (ja) | 1996-11-12 |
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