JPS5921933B2 - 溶融金属精錬装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融金属を精錬する為の装置に関係する。

本発明は、溶融金属一般に使用されうるけれども、特に
はアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、錫、鉛及び
それらの合金を精錬することと関連しそして米国特許第
３７４３２６３号についての改善である。

基本的に、上記特許に記載される装置において実施され
る方法は、融体全体を通してきわめて小さな気泡の形で
散気ガスを分散することと関係する。

水素は融体から気泡中に収着されることによシ除去され
、同時に他の非金属不純物は浮揚作用によシトロス層中
に浮遊せしめられる。

散気ガスの分散は、融体中に高程度の乱流を創生ずる回
転式散気器の使用によシ達成される。

乱流は小さな非金属粒子を大きな粗菓合体へと凝集せし
め、これらは気泡によって融体表面に浮揚せしめられる
。

融体中でのこのような乱流の発生はまた、散気ガスと融
体との完全な混合を保証しそして容器内部を付着物や酸
化物の沈積のない状態に維持する。

融体から浮揚した非金属不純物は装置系からドロスと共
に除去され、同時に融体から脱離した水素は消耗散気ガ
スと共に装置系から放出される。

この方法が実施されそしてここで関心のある装置系にお
いては、精錬されるべき金属が入口区画室（或いは導溝
）を通して第１精錬区画室に流入し、邪魔板を越えて、
第２精錬区画室に流入する。

区画室台々は自身の回転式散気装置を装備している。

その後、溶融金属は出口管に通人しそして出口区画室へ
と流れる。

出口区画室は、スペースの効率的利用の為に、精錬装置
の同じ端において入口区画室の側面に沿って並置されて
いる。

この配列のコンパクトな性質は、小規模にまとめられた
設備を与える点で有益である。

この設備は、コンパクトでありしかも操業において現在
も良好に稼動しているけれども、単位時間当ＩＣ６００
００ポンドの最大金属精錬容量しか有しない。

しかし多くのプラントは、更に一層高い精錬能力への必
要性を有してお仄にもかかわらず既存の設備の大規模化
、例えば３精錬区画室／３精錬散気装置系へと更新する
に対処しうるスペースをもはや有していない。

追加スペースを有する他のプラントでも、その精錬区画
室の各々に対して更に一層の精錬容量の拡大を求めてい
る。

従って、本発明の目的は、既存の精錬装置において、寸
法の程々の増大しか伴わずして装置の精錬能力を増大す
ることができまた精錬区画室当シ一層大きな精錬能力を
与えることのできる改善を提供することである。

本発明に従えば、 （ａ）入口帯域及び出口帯域と、両者の間に邪魔板構造
体によシ分画されて直列状態で配列される少くとも２つ
の精錬区画室であって、直列状態の第１精錬区画室が前
記入口帯域に隣りあって接続されそして最後の精錬区画
室が前記出口帯域に隣りあって接続されるように配列さ
れる精錬区画室と、ドロス除去手段とを具備する容器と
、 （ｂ） 各精錬区画室のほぼ中央に配置される回転式
散気装置であって、上端に駆動手段を装備しそして下端
に回転子を固設せしめた軸を備え、そして上端が区画室
の上部に位置づけられそして下端が区画室の底部に位置
づけられているような回転式散気装置と を包含する溶融金属精錬の為の既存の装置において有意
義な改善が為しうろことが見出された。

改善点は、 （１）前記入口帯域及び出口帯域を、溶融金属が該入口
帯域の底部から前記第１精錬区画室の底部へと流れそし
て最後の精錬区画室の上部から該出口帯域の上部へと流
れることを許容するような態様で位置づけ、そして （２）前記各分画用邪魔板構造体として、間隔を置いて
配置される第１及び第２邪魔板からなる邪魔板構造体が
使用され、その場合（ｉ）該第１邪魔板が容器の入口側
にありそして第２部邪魔板が容器の出口側にありそして
（１１）溶融金属が一つの精錬区画室の上部から第１邪
魔板の上端を越えて第１及び第２邪魔板の間の空間に入
シそして第２邪魔板の下側を通って次の精錬区画室の底
部に流れることを許容するような態様で配列されている ことから成る。

更には、 （ａ） 入口区画室と、第１ドロス除去区画室と、第
１精錬区画室と、第２精錬区画室と、出口区画室と、第
２ドロス除去区画室という６つの区画室を具備する容器
であって、邪魔板１が入口区画室と第１精錬区画室とを
分画し邪魔板１［が第１精錬区画室と第２精錬区画室と
を分画し邪魔板ｉ１１が第２精錬区画室と第２ドロス除
去区画室とを分画し、邪魔板Ｉｖが第２ドロス除去区画
室と出口区画室とを分画しそして邪魔板■が第１精錬区
画室と第１ドロス除去区画室とを分画するような態様で
一つの区画室から別の区画室への溶融金属の流れを許容
する邪魔板を具備する容器と、 （ｂ） 各精錬区画室のほぼ中央に配置される回転式
散気装置であって、上端に駆動手段を装備しそして下端
に回転子を固設せしめた軸を備え、そして上端が区画室
の上部に位置づけられそして下端が区画室の底部に位置
づけられているような回転式散気装置と を包含する溶融金属精錬の為の装置において、邪魔板Ｉ
が入口区画の底部から第１精錬区画室の底部へと溶融金
属が流れることを許容するような態様で位置づけられ、 邪魔板１１が間隔を置いて配列される第１及び第２邪魔
板から成シ、第１及び第２邪魔板が、溶融金属が第１精
錬区画室の上部から第１邪魔板の上端を越えて第１及び
第２邪魔板の間の空間に入りそして第２邪魔板の下側を
通って、第２の精錬区画室の底部に流れることを許容す
るような態様で配列されており、 邪魔板１［１が溶融金属が第２精錬区画室の上部から第
２ドロス除去区画室の上部へと流れることを許容するよ
うな態様で位置づけられ、 邪魔板１■が溶融金属が第２ドロス除去区画室の底部か
ら出口区画室の底部へ流れることを許容するような態様
で位置づけられ、 邪魔板■が溶融金属が第１精錬区画室の上部から第１ド
ロス除去区画室の上部へそして第１ドロス除去区画室の
底部から第１精錬区画室の底部へと流れることを許容す
るような態様で位置づけられる ことを特徴とする溶融金属精錬装置を提供することによ
りコンパクトな設備が実現される。

上記改善点の実現における第一段階は、既知のコンパク
トな装置の精錬容量を制限しているのは伺かを確認する
ことであった。

この制限が装置系を通して流れる液体金属の許容しうる
ヘッド差（ｈｅａｄ ｄｒｏｐ ）によシ引起されるこ
とが見出された。

「ヘッド差」は、液体金属が入口導溝において装置系に
流入する高い方の水準と液体金属が出口導溝において装
置系を離れる低い方の水準との間の差である。

６００００ポンド／時間の最大容量において、このヘッ
ド差は約２〜３インチである。

このコンパクトな装置の形態は、もつと大きなヘッド差
を使用してこの最大容量で或いはそれ以上で操業するこ
とを不可能でないにせよ困難とする。

ヘッド差を大きくすることによる出口導溝における金属
水準の低下は、流れ速度の増大をもたらし、これは浮遊
ドロスと精錬ずみ金属流れとの混合の可能性を高める。

更に、金属流速の増大から生じる出口流れ速度の増大は
ドロス混合の機会を増す。

金属流速の増大はまた主に出口管において流体原振を増
し、結局とれは追加的なヘッド差をもたらす。

更に、一層高い金属流量は同じ程度の精錬効。果を達成
するのに散気器に対して一層高い回転速度と一層高い散
気速度を必要とする。

これら回転速度及び散気速度の増大はまたヘッド差を増
加する。

斯くして、この問題への解決策は、ヘッド差を制限する
為の方法を見出しそしてそうすること。

においてそこから幾つかのマイナスの因子を克服するこ
とにあるように思われる。

既知のコンパクトな装置の精錬容量はまた、第２精錬区
画から第１精錬区画へと戻って溶湯が混ざる量がかなり
あるという事実により制御される。

。一つの回転式散気装置が一定の作動条件、即ち回転速
度、気体流量、ノズル及び区画室寸法等において粒状物
を除去する速度は、存在する粒状物の濃度に比例する。

同条件下での水素除去速度は水素含量の２乗に比例する
。

これら条件下で、２つ。以上の回転式散気装置を有する
装置系の精錬容量の改善は、各散気装置が別々の精錬区
画室にありそして溶湯流れが一方向のみであるよう配列
される時に得られる。

即ち、もし意図する流れ模様がここでのように第１区画
室から第２区画室へと向４けられるものなら、第２区画
室から第１区画室へ戻っての流れが実質上存在してはな
らない。

これは、多くの連続貫流作業において周知のステージン
グ効果と呼びうるものである。

ここで図面を参照すると、第１及び２図は、４つの外側
壁２０と底壁２１とを有する直方体状の精錬容器を示す
。

内壁２２及び２３と邪魔板が容器を６つの別個の区画室
に分画している。

代表的に、外側壁２０及び底壁２１は、外側から内側へ
と、例えば耐火断熱体、加熱要素収納間隙室、鋳鉄製シ
ェル並びに容器の空気に露呈しない部分を内張シするグ
ラファイト板及び残部を内張シする炭化珪素板を含む数
層から構成される。

これら層は従来型式のものであり、図示を省略しである
。

代表的精錬容器はまた密閉系を保持する為の蓋２４をも
具備している。

邪魔板は好ましくはグラファイト或いは炭化珪素製若し
くはその被覆を備えるものとされる。

融体の行路と開運して、入口帯域は、昏３０及び邪魔板
２を含む入口区画室１とドロス除去区画室６を含み、そ
して出口帯域はドロス除去区画室１３と邪魔板１４及び
唇３１を含む出口区画室１５を含んでいる。

溶湯の流れが矢印によって表わされている。

溶湯は、最初、＠３０を越えて入口区画室１に流れ込み
そして邪魔板２の下側を通って精錬区画室３に通る。

邪魔板２は溶湯が上記以外の行路をたどらないよう構成
されている。

精錬区画室３において、溶湯は回転式散気装置４の作用
下に置かれそして精錬反応が進行する。

ドロスは溶湯の上面に蓄積しそして溶湯上面に沿って邪
魔板５の上端を越えてドロス除去区画室６内へと浮遊し
、ここで掬いとられそして残る溶湯は邪魔板５の下側を
通シそして精錬区画室３に戻る。

入口区画室１とドロス除去区画室６が互いに完全に邪魔
板２２によシ分画されていることが理解されよう。

溶湯はその後、邪魔板Ｔの上端を越え、邪魔板１と９と
の間の空間８に入りそして邪魔板９の下側を通って精錬
区画室１０へと入シ、ここで回転式散気装置１１と接触
しそして更に追加精錬を受ける。

表面上に浮遊するドロスを伴う溶湯は、第２精錬区画室
１０から邪魔板１２を越えてドロス除去区画室１３の上
部へと進行する。

ドロスはここで掬い出されそして浴湯は邪魔板１４の下
側を通って出口区画室１５へと入り、ここから唇３１を
越えそして装置系外に出て、従来からの使用地点（図示
なし）へと移送される。

出口区画室１５は溶湯の移動に関する限り精錬区画室と
直接連結されていないことを銘記されたい。

邪魔板５，１及び１２の上端は好ましくは、ドロス層の
掬い取りを可能としそして精錬区画室３及び１０の壁を
清浄にしうろことを妨げない範囲でできるだけ高くされ
る。

通常の使用において、装置系が休止状態即ち精錬を実施
していない時、溶湯水準は、入口区画１の辱３０或いは
出口区画室１５の辱３１どちらか低い方の水準乃至その
上方の水準にまで減少される。

これは装置の休止水準と呼ばれる。

邪魔板５，７及び１２の上端は、それらがドロスの精錬
区画室からドロス除去区画室の方への自由な移動を妨げ
ないようこの水準よシ僅か下例えば約１５インチ下に位
置づけられる。

邪魔板５，９及び１４の下端と容器床２１との間の間隔
は、比較的制限のない溶湯流れを与えるに丁度充分なも
のとされ、例えば代表的構造において約６インチである
。

邪魔板７及び９間の距離即ち空間８の巾は作業上の経験
にやはシ基くが、大まかに言って容器２４の床から邪魔
板９の下端までの距離の約半分である。

邪魔板９は、邪魔板２及び１４と同じくまた入口区画室
１とドロス除去区画室６との間及び出口区画室１５と精
錬区画室１０との間の共通壁２２及び２３と同じく容器
の上端まで通常延在する。

本装置は、装置系を通しての溶湯の流量を少くとも約１
００％増大するのに使用されうるだけでなく、従来通シ
のまた増大せる流量において回転ノズルの回転速度及び
気体流量を増大することにより一層大きな程度の精錬を
与えるのに使用されうる。

更に、ヘッド差が実質上排除される、即ち１インチ以下
である為、流量、回転速度及び気体流量の任意の数の組
合せが可能である。

装置が３つ乃至それ以上の精錬区画室を備えて建設され
る場合、直列状態にある第１から最後の精錬区画室の中
間の精錬区画室への側方或いは上部からの出入口がドロ
ス除去及び清掃の為に設けられる。

中間区画室は精錬区画室３及び１０と実質上同じ構造を
有するが、但し邪魔板７と９のような邪魔板組合せ体が
区画室の上流側及び下流側の各々に位置づけられる。

斯くして、直列にある各精錬区画室への入口は底部の近
くにありそして出口は上部の近くにある。

ここで具体例を示す。

図面に示したような上記装置が次の寸法に従つて作製さ
れた： （１）回転子（第５図）は７．５インチ直径及び２／、
６インチ厚である。

周辺１ｄ８つの翼３５を形成するようノツチづけされ、
各翼は１インチ巾Ｘ１．２５インチ長である。

（１１）回転子位置二回転子の下面は精錬区画室の底面
から５インチである。

Ｇｉｏ ２つの精錬区画の各々は２３インチ巾×２９
インチ長である。

（ｉψ 精錬中の各精錬区画室における溶湯深さは２９
インチである。

（Ｘ／）入口区画室は４インチ巾Ｘｌ１インチ長である
。

（ＶＤ 出口区画室は６インチ巾Ｘｌ１インチ長であ
る。

０ｉｐ邪魔板２，９及び１４の下側の開口は６インチ高
である。

（ｙｉｉ）邪魔板７と９との間隔は３インチである。

この装置は次の条件下で水モデルとして作動実験された
： （１） 流量は１２００００ポンド／時間の液体アル
ミニウム流量に相当する水容積である。

（２）回転子速度は５５０回転／分である。

（３）各回転子への気体（窒素）流量は、アルゴン或い
は窒素の６ ｆｔ ”／分（ＣＦＭ）に相当するよう模
擬された（実際の流量は液体アルミニウム温度に加熱さ
れたプロセスガスのη容積膨張を補償するよう１８ＣＦ
Ｍである） （４）装置に流入する水は約６〜８Ｉ）Ｐｍの溶解酸素
を含着している。

回転式散気装置の散気作用は、溶解酸素の一部を除去し
て非金属不純物及び水素を除去する溶湯中での作用を模
疑する。

入口及び出口流れの酸素含量が測定される。

結果 （１）出口区画室における液体水準は入口区画室におけ
る液体水準とほぼ同じである。

相対水準は回転子の回転速度及び気体流量を変えること
により変更されうる。

この例において気体流量の増大は入口区画室における水
準に対して出口区画室の水準を増大した。

回転速度の増加は反対の作用を与えた。

同水準の流れを得る為或いは所望なら入口水準よ如わず
かに高い或いは低い出口水準を得る為回転子速度及び気
体流量を変えることは実際上簡単なことである。

（ｉｊ） 精錬の程度（水からの酸素の除去により測
定して）は、６００００ポンド／時間の液体アルミニウ
ム流量に相自する水容積流量を使用して２ノズルコンパ
クトシステムが最大ＮＨ速度で作動される時のそれと同
一であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本装置の一具体例の平面図であり、第２図は第
１図の２−２線に沿う垂直断面図であり、第３図は第１
図の入口端部の斜視図であり、第４図は同じく出口端部
の斜視図であり、そして第５図はこの具体例で使用され
る回転子の平面図である。 １：入口区画室入口帯域、６：ドロス除去区画室入口帯
域、３．１１：精錬区画室、４．１１ ：散気装置、１
５：出口区画室、１３ニドロス除去区画室、２，５，７
，９，１２．１４：邪魔板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）入口帯域及び出口帯域と、両者の間に邪魔板構
   造体により分画されて直列状態で配列される少くとも２
   つの精錬区画室であって、直列状態の第１精錬区画室が
   前記入口帯域に隣りあって接続されそして最後の精錬区
   画室が前記出口帯域に隣りあって接続されるように配列
   される精錬区画室と、ドロス除去手段とを具備する容器
   と、 （ｂ） 各精錬区画室のほぼ中央に配置される回転式
   散気装置であって、上端に駆動手段を装備しそして下端
   に回転子を固設せしめた軸を備え、そして上端が区画室
   の上部に位置づけられそして下端が区画室の底部に位置
   づけられているような回転式散気装置と を包含する溶融金属精錬の為の装置において、（１）前
   記入口帯域及び出口帯を、溶融金属が該入口帯域の底部
   から前記第１精錬区画室の底部へと流れそして最後の精
   錬区画室の上部から該出口帯域の上部へと流れることを
   許容するような態様で位置づけ、そして （２）前記各分画用邪魔板構造体として、間隔を置いて
   配置される第１及び第２邪魔板からなる邪魔板構造体が
   使用され、その場合（１）該第１邪魔板が容器の入口側
   にありそして第２邪魔板が容器の出口側にあシそして（
   ｉｉ）溶融金属が一つの精錬区画室の上部から第１邪魔
   板の上端を越えて第１及び第２邪魔板の間の空間に入シ
   そして第２邪魔板の下側を通って次の精錬区画室の底部
   に流れることを許容するような態様で配列されている ことを特徴とする溶融金属精錬装置。 ２ 人口帯域が、入口区画室とドロス除去区画室とから
   構成され、入口区画室を第１精錬区画室から分画しそし
   て溶融金属が入口区画室の底部から第１精錬区画室の底
   部へと流れることを許容するような態様で位置づけられ
   ている邪魔板１と、第１精錬区画室とドロス除去区画室
   とを分画しそして溶融金属が第１精錬区画室の上部から
   ドロス除去区画室の上部へとそしてドロス除去区画室の
   底部から第１精錬区画室の底部へと流れることを許容す
   るような態様で位置づけられている邪魔板１１とを具備
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 出口帯域が、出口区画室とドロス除去区画室とから
   構成されそして最後の精錬区画室とドロス除去区画室と
   を分画しそして溶融金属が最後の精錬区画室の上部から
   ドロス除去区画室の上部へと流れることを許容するよう
   な態様で位置づけられる邪魔板Ｉ［Ｉと、ドロス除去区
   画室と出口区画室とを分画しそして溶融金属がドロス除
   去区画室の底部から出口区画室の底部へと流れることを
   許容する邪魔板１ｖとを具備する特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ４ 第１邪魔板がその上端が装置の休止水準直下にある
   よう位置づけられる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５（ａ）入口区画室と、第１ドロス除去区画室と、第１
   精錬区画室と、第２精錬区画室と、出口区画室と、第２
   ドロス除去区画室という６つの区画室を具備する容器で
   あって、邪魔板１が入口区画室と第１精錬区画室とを分
   画し、邪魔板１１が第１精錬区画室と第２精錬区画室と
   を分画し、邪魔板ｉｉｉが第２精錬区画室と第２ドロス
   除去区画室とを分画し邪魔板ｉｖが第２ドロス除去区画
   室と出口区画室とを分画し、そして邪魔板Ｖが第１精錬
   区画室と第１ドロス除去区画室とを分画するような態様
   で一つの区画室から別の区画室への溶融金属の流れを許
   容する邪魔板を具備する容器と、 （ｂ） 各精錬区画室のほぼ中央に配置される回転式
   散気装置であって、上端に駆動手段を装備しそして下端
   に回転子を固設せしめた軸を備え、そして上端が区画室
   の上部に位置づけられそして下端が区画室の底部に位置
   づけられているような回転式散気装置と を包含する溶融金属精錬の為の装置において、邪魔板１
   が入口区画室の底部から第１精錬区画室の底部への溶融
   金属が流れることを許容するような態様で位置づけられ
   、′１ ′） 邪魔板１１が間隔を置いて配列される第１及び第２邪魔
   板から成択第１及び第２邪魔板が、溶融金属が第１精錬
   区画室の上部から第１邪魔板の上端を越えて第１及び第
   ２邪魔板の間の空間に入シそして第２邪魔板の下側を通
   って第２精錬区画室の底部に流れることを許容するよう
   な態様で配列されており、 邪魔板１１１が溶融金属が第２精錬区画室の上部から第
   ２ドロス除去区画室の上部へと流れることを許容するよ
   うな態様で位置づけられ、 邪魔板１■が溶融金属が第２ドロス除去区画室の底部か
   ら出口区画室の底部へ流れることを許容するような態様
   で位置づけられ、 邪魔板Ｖが溶融金°属が第１精錬区画室の上部から第１
   ドロス除去区画室の上部へそして第１ドロス除去区画室
   の底部から第１精錬町画室の底部へと流れることを許容
   するような態様で位置づけられる ことを特徴とする溶融金属精錬装置。 ６ 邪魔板１：の第１邪魔板、邪魔板ｉｉ１及び邪魔板
   ■がそれらの上端が装置の休止水準直下にあるよう位置
   づけられる特許請求の範囲第５項記載の装置。