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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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
%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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の一例
の他の例
成長したα−Al晶出物の数例
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
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
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。
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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 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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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 |
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JPH08295964A JPH08295964A (ja) | 1996-11-12 |
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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 |
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-
1995
- 1995-04-25 JP JP12424795A patent/JP3211622B2/ja not_active Expired - Fee Related
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