專利名稱：：融液保持容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種融液保持容器。
背景技術(shù)：
：作為保持金屬溶液或像溶融鹽這樣的融液的容器(以下也記作“融液保持容器”)，使用耐熱金屬制容器或像盛鋼桶(ladle)這樣的鐵制容器等。像盛鋼桶這樣的鐵制容器通常將容器的內(nèi)側(cè)用陶瓷襯里。作為該襯里材料，一般使用可鑄型不定形耐火物。用這樣的耐火物襯里的鐵制容器，若使用中耐火物層出現(xiàn)開裂或裂縫，則融液到達(dá)鐵制外皮，所以鐵制外皮損傷，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生融液滲出的問題。當(dāng)鐵制外皮損傷時(shí)，必需剝下耐火物層，再次施加不定形耐火物，在操作上生產(chǎn)效率下降，經(jīng)濟(jì)損失亦大。以往，在融液保持容器中，為了防止由融液滲透引起的破損或腐蝕，人們研究開發(fā)了各種多層結(jié)構(gòu)或耐火物組成。專利文獻(xiàn)I中公開了在內(nèi)襯材料的外層部配有低透氣性定形材料以形成多層內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的感應(yīng)爐(inductionfurnace)。為了防止鋅等低熔點(diǎn)、低沸點(diǎn)金屬滲透到感應(yīng)爐的內(nèi)襯耐火物中的組織內(nèi)，該感應(yīng)爐形成在內(nèi)襯材料的外層部配有低透氣性定形材料、在其內(nèi)側(cè)層配有干式不定形耐火物的兩層結(jié)構(gòu)。專利文獻(xiàn)2中公開了回轉(zhuǎn)窯(rotarykiln)，該回轉(zhuǎn)窯在鐵制罐體的內(nèi)面鑲襯不滲透性膜、并于其內(nèi)側(cè)形成磚層以形成兩層襯里結(jié)構(gòu)，以使鐵制罐體不被活性碳的原料中所含的鹽酸以及制造氧化鋅或氧化鈦時(shí)產(chǎn)生的腐蝕性氣體等腐蝕。專利文獻(xiàn)3中公開了感應(yīng)熔爐(inductionmeltingfurnace)的漏液檢測裝置。在溶解金屬的溶液保持感應(yīng)爐中，當(dāng)溶解含有鋅等沸點(diǎn)低的金屬的合金時(shí)，形成下述的兩層結(jié)構(gòu)與溶液接觸的內(nèi)面由燒結(jié)粉末耐火材料得到的溶液保持襯里形成，在其外周設(shè)有由可鑄型水泥形成圓筒狀的線圈保持襯里。專利文獻(xiàn)4中公開了高耐用性非鐵金屬用耐火物，該耐火物在除鋁以外的非鐵金屬(銅、鋅、鉛等)用的溶礦爐、自溶爐、轉(zhuǎn)爐、保持爐等容器中耐蝕性和耐散裂性(耐火物因龜裂、裂縫而剝離的現(xiàn)象)提高。該耐火物以Al2O3作為主成分，還含有Zr02、Cr203、Si02。但是，在上述文獻(xiàn)所記載的融液保持容器中，關(guān)于考慮了構(gòu)成該容器的部材的致密性、絕熱性、熱傳導(dǎo)性的襯里結(jié)構(gòu)則沒有任何研究，尚存進(jìn)一步改善的空間。例如,在利用四氯化娃的鋅還原來制造高純度娃的制程(fabricationprocess)中，必需極力抑制雜質(zhì)的混入，因此希望使用更高性能的融液保持容器。作為這樣的融液保持容器，可以列舉保持在四氯化硅的鋅還原反應(yīng)中副生成的氯化鋅的融液或該氯化鋅與鋅的混合融液的融液保持容器等。在高純度硅的制程中，副生成的氯化鋅通常通過溶融鹽電解而分離成鋅和氯，回收分離的鋅，以再次用作四氯化硅的還原劑。為了將高純度的硅用作半導(dǎo)體用或太陽電池用的原料，在高純度硅的制程中，必須極力抑制雜質(zhì)的混入。因此，像上述那樣回收副生成的氯化鋅進(jìn)行再利用時(shí)，作為保持副生成的氯化鋅的融液或該氯化鋅與鋅的混合融液的融液保持容器，必須是能夠防止融液被雜質(zhì)污染的容器。迄今為止，人們尚未開發(fā)可以抑制融液的滲透以及裂縫或開裂的發(fā)生、還可以防止融液被雜質(zhì)污染的融液保持容器。特別是關(guān)于保持像上述那樣的氯化鋅的融液或該氯化鋅與鋅的混合融液的容器的構(gòu)成部材沒有任何研究。于是，人們強(qiáng)烈要求開發(fā)將融液的滲透以及裂縫或開裂的發(fā)生抑制在最小限度、適合保持融液、且不污染該融液的融液保持容器。先前技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I:日本專利特開平11-211359號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平6-26767號公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本專利特開平9-303971號公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本專利特開平7-61858號公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容融液保持容器所需具備的功能有以下3點(diǎn)i)保溫功能、即融液的放熱量少ii)保持功能、即融液的滲透量少iii)防止來自保持容器的雜質(zhì)污染的功能保持氯化鋅等金屬氯化物的融液的容器，通常對金屬或氧化物的熔化效果(存在于融液與容器的接觸面的氧化物等溶出的現(xiàn)象)大，存在著容易受到由來自與融液接觸的容器材料的雜質(zhì)溶出引起的污染的問題。因此，在融液保持容器方面當(dāng)然必需考慮上述要件i)和ii)，而特別是在保持氯化鋅等金屬氯化物的融液的容器方面，要求滿足上述要件iii)o本發(fā)明鑒于上述實(shí)際情況而設(shè)，其目的在于提供一種融液保持容器，該融液保持容器保持金屬融液及/或金屬鹽融液，融液的放熱量少，抑制融液的滲透以及裂縫或開裂的發(fā)生，不僅適合保持融液，還能夠防止融液被雜質(zhì)污染。本發(fā)明人等為了解決上述課題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用具有特定的多層結(jié)構(gòu)的融液保持容器，融液的放熱量少，融液的滲透以及裂縫或開裂的發(fā)生被抑制在最小限度，不僅適合保持融液，還能夠防止融液被雜質(zhì)污染，從而完成了本發(fā)明。SP，本發(fā)明是有關(guān)于例如下述[I][5]。[I]融液保持各器，該融液保持各器保持金屬融液及/或金屬鹽融液，其特征在于自該容器的內(nèi)側(cè)起依序具有第I層，由視孔率為小于等于12%的耐火物所形成；第2層，由800下的熱傳導(dǎo)度為小于等于4W/mk的耐火物所形成；以及第3層，由熱傳導(dǎo)度大于第2層的耐火物所形成。[2]如[I]所述的融液保持容器，其特征在于將500的融液靜置浸潰30天時(shí)，形成上述第I層的材料在上述融液中的溶出量為小于等于0.2重量％；構(gòu)成上述第I層的耐火物在800下的熱傳導(dǎo)度為大于等于15W/mk；構(gòu)成上述第2層的耐火物的視孔率(apparentporosity)為小于等于20%；構(gòu)成上述第3層的耐火物的視孔率為小于等于12%、且800下的熱傳導(dǎo)度為大于等于15W/mk。[3]如[I]或[2]所述的融液保持容器，其特征在于將500的融液保持30天時(shí)，上述第2層與第3層的界面的溫度低于上述融液的熔點(diǎn)。[4]如[I][3]中任一項(xiàng)所述的融液保持容器，其特征在于在上述第3層的外側(cè)還具有金屬層。[5]如[I][4]中任一項(xiàng)所述的融液保持容器，其特征在于上述金屬融液為鋅的融液，上述金屬鹽融液為氯化鋅的融液?；谏鲜?，本發(fā)明的融液保持容器，融液的放熱量少，融液的滲透以及裂縫或開裂的發(fā)生被抑制在最小限度，不僅適合保持融液，還能夠防止融液被雜質(zhì)污染。圖I是本發(fā)明的融液保持容器的斷面模式圖的一例。具體實(shí)施例方式以下，對本發(fā)明的融液保持容器進(jìn)行詳細(xì)說明。<融液保持各器〉本發(fā)明的融液保持容器，是保持金屬融液及/或金屬鹽融液的容器，其特征在于，具有以下3層第I層，由視孔率為小于等于12%的耐火物所形成；第2層，由800下的熱傳導(dǎo)度為小于等于4W/m-k的耐火物所形成；以及第3層，由熱傳導(dǎo)度大于第2層的耐火物所形成。上述構(gòu)成的融液保持容器，融液的放熱量少，抑制融液的滲透以及裂縫或開裂的發(fā)生，不僅適合保持融液，還能夠防止融液被雜質(zhì)污染，[第I層]與所保持的融液接觸的第I層由致密的耐火物形成。藉由由致密的耐火物形成第I層，可以抑制融液的滲透。構(gòu)成第I層的耐火物的視孔率為小于等于12%，更佳的是510%。構(gòu)成第I層的耐火物的視孔率為上述范圍內(nèi)時(shí)，存在可以抑制融液滲透的傾向。構(gòu)成第I層的耐火物在800下的熱傳導(dǎo)度較佳的是大于等于15W/mk，更佳的是1520W/m*k。構(gòu)成第I層的耐火物的熱傳導(dǎo)度為上述范圍內(nèi)時(shí)，具有提高融液保持容器的耐熱沖擊性的傾向。需要說明的是，在本發(fā)明中，視孔率及熱傳導(dǎo)度是利用下述實(shí)施例所示的測定方法得到的值。將500的融液靜置浸潰I個(gè)月時(shí)，形成第I層的材料在上述融液中的溶出量較佳的是小于等于0.2重量％，更佳的是0.050.2重量％。若形成第I層的材料在上述融液中的溶出量為上述范圍內(nèi)，則可以防止融液被雜質(zhì)污染。作為形成第I層的耐火物，可以列舉例如碳化硅系可鑄型耐火物。上述碳化硅系可鑄型耐火物的構(gòu)成成分主要是=SiC為75重量％90重量％(較佳的是80重量％85重量％)、Al2O3為5重量％15重量％(較佳的是5重量％10重量％)、SiO2為I重量％10重量％(較佳的是3重量％8重量％)。[第2層]設(shè)置于第I層的外側(cè)的第2層由絕熱性能大于上述第I層的絕熱耐火物形成。藉由由絕熱性能大于第I層的絕熱耐火物形成第2層，可以抑制融液的放熱量。構(gòu)成上述第2層的耐火物在800下的熱傳導(dǎo)度為小于等于4W/mk,較佳的是I4W/mk。若構(gòu)成第2層的耐火物的熱傳導(dǎo)度為上述范圍內(nèi)，則可以抑制融液的放熱量。構(gòu)成第2層的耐火物的視孔率較佳的是小于等于20%，更佳的是1020%。構(gòu)成第2層的耐火物的視孔率為上述范圍內(nèi)時(shí)，存在可以抑制融液滲透的傾向。作為形成第2層的耐火物，可以列舉例如絕熱可鑄型(castable)耐火物。上述絕熱可鑄型耐火物的構(gòu)成成分主要是SiC為0重量％40重量％(較佳的是20重量％40重量％)、Al2O3為30重量％70重量％(較佳的是30重量％60重量％)、SiO2為20重量％40重量％(較佳的是20重量％30重量％)。[第3層]設(shè)置于第2層的外側(cè)的第3層由熱傳導(dǎo)度大于第2層的耐火物形成。藉由由熱傳導(dǎo)度大于第2層的耐火物形成第3層，可以使耐火物層中的溶融線(低于融液的熔點(diǎn)的溫度區(qū)域)不向容器外側(cè)移動(dòng)。即，藉由使用熱傳導(dǎo)度大于第2層的高熱傳導(dǎo)性耐火物作為第3層，在第2層內(nèi)實(shí)現(xiàn)融液的凝固，因此可以防止融液的滲漏。因此，即使在第3層外側(cè)形成有金屬層的情況下，也可以防止該金屬層與融液直接接觸，結(jié)果，可以防止融液被污染。此外，由于高熱傳導(dǎo)性的耐火物可以減小內(nèi)部的溫度梯度，所以加熱過程所引起的耐火物的裂縫(散裂)也可以得到抑制。構(gòu)成第3層的耐火物在800下的熱傳導(dǎo)度較佳的是大于等于15W/mk，更佳的是1520W/m*k。若構(gòu)成第3層的耐火物的熱傳導(dǎo)度為上述范圍內(nèi)，則可以使第3層的內(nèi)外溫度差達(dá)到最小限度，容易將內(nèi)面溫度設(shè)計(jì)成保持融體的熔點(diǎn)以下。構(gòu)成第3層的耐火物的視孔率較佳的是小于等于12%，更佳的是510%。構(gòu)成第3層的耐火物的視孔率為上述范圍內(nèi)時(shí)，存在可以抑制融液滲透的傾向。作為形成第3層的耐火物，可以列舉例如碳化硅系可鑄型耐火物。上述碳化硅系可鑄型耐火物的構(gòu)成成分主要是=SiC為75重量％90重量％(較佳的是80重量％85重量％)、Al2O3為5重量％15重量％(較佳的是5重量％10重量％)、SiO2為I重量％10重量％(較佳的是3重量％8重量％)。第3層只要滿足上述特性即可，沒有特別限定，但較佳的是由與第I層相同的耐火物形成。本發(fā)明的融液保持容器，在上述第3層的外側(cè)可以還具有金屬層。藉由具有金屬層，可以提高融液保持容器的強(qiáng)度。形成上述金屬層的金屬種類有鐵、不銹鋼等。上述金屬融液的具體例子有鋅、鋁、鎂等金屬的融液。上述金屬鹽融液的具體例子有氯化鋅、氯化鋁、氯化鎂等金屬鹽的融液。融液保持容器的形狀有縱型圓筒容器、橫型圓筒容器、箱型容器、逆吊鐘狀容器等各種形狀，對形狀沒有特別限定。形狀為圓筒容器的融液保持容器，例如藉由在圓筒金屬制容器的內(nèi)側(cè)鑲襯施工上述第I層第3層而形成，并藉由充分養(yǎng)生^curing*即可得到。本發(fā)明的融液保持容器，較佳的是，將500的融液保持30天時(shí)，上述第2層與上述第3層的界面溫度低于上述融液的熔點(diǎn)。在本發(fā)明的融液保持容器中保持500的融液30天時(shí)，藉由控制此時(shí)的上述第2層與第3層的界面溫度使其低于上述融液的熔點(diǎn)，即使融液通過上述第I層及上述第2層的裂縫或開裂而滲透出來，融液在上述第2層與上述第3層的界面固化，滲透也不會(huì)再向前進(jìn)行。其結(jié)果，融液不會(huì)到達(dá)容器最外廓的金屬外皮而帶來侵蝕等損傷。上述第2層與上述第3層的界面溫度的控制，藉由選定上述第I層及第3層的耐火物材料、或?qū)⑸鲜龅贗層及第3層的厚度最優(yōu)化而達(dá)成。此外，藉由使第I層及第2層的厚度達(dá)到一定程度，也可以使上述第2層與上述第3層的界面溫度低于上述融液的熔點(diǎn)。特別是藉由增加絕熱性能大的第2層的厚度，可以有效率地使上述第2層與上述第3層的界面溫度低于上述融液的熔點(diǎn)?？紤]到各耐火物用量等經(jīng)濟(jì)性以及容器的小型性等，較佳的是，一邊將耐火物厚度抑制在必需的最低限度，一邊按照可以使上述第2層與上述第3層的界面溫度低于上述融液的熔點(diǎn)的方式進(jìn)行融液保持容器的設(shè)計(jì)。在現(xiàn)實(shí)中，考慮到經(jīng)濟(jì)性，例如融液保持容器的外徑為大于等于40cm時(shí)，各層的厚度較佳的是小于等于200mm。將500的融液保持30天時(shí)，融液保持容器的外側(cè)表面溫度較佳的是小于等于200。將500*的融液保持30天時(shí)，若融液保持容器的外側(cè)表面溫度為上述范圍內(nèi)，則保持融液不會(huì)到達(dá)外壁，金屬制容器的壽命延長，熱能的損耗也可抑制在低水準(zhǔn)。較佳的是，按照保持500的融液30天時(shí)融液保持容器的外側(cè)表面溫度在上述范圍內(nèi)的方式設(shè)計(jì)各層的厚度。〈用途〉本發(fā)明的融液保持容器可用于下述裝置例如，在利用四氯化硅的鋅還原進(jìn)行的高純度硅的制造方法中，凝縮液化副生成的氯化鋅氣體、或副生成的氯化鋅氣體與未反應(yīng)的鋅氣體的凝縮液化裝置；滯留、貯留副生成的氯化鋅的融液、或副生成的氯化鋅與鋅的混合融液的融液貯留(收納)槽；附設(shè)于還原反應(yīng)爐中以供應(yīng)原料鋅氣體的鋅蒸發(fā)器；以及用于電解副生成的氯化鋅以回收鋅和氯的電解槽等。需要說明的是，本發(fā)明人雖然藉由已經(jīng)申請的日本特愿2009-168812號，公開了回收在利用四氯化硅的鋅還原進(jìn)行的高純度硅的制造方法中副生成的氯化鋅和未反應(yīng)的鋅的凝縮液化裝置，但沒有特別提及該凝縮液化裝置的構(gòu)成材料。實(shí)施例以下，根據(jù)實(shí)施例進(jìn)一步具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。[熱傳導(dǎo)度]關(guān)于耐火物的熱傳導(dǎo)度，將試驗(yàn)片加熱保持在400及800，根據(jù)JISR2616熱流法的耐火物磚的試驗(yàn)法來測定。[視孔率]關(guān)于耐火物的視孔率，將試驗(yàn)片于還原氣氛中加熱保持在1000，根據(jù)JISR2205來測定。[彎曲強(qiáng)度]關(guān)于耐火物的彎曲強(qiáng)度，將試驗(yàn)片加熱保持在110及1000，根據(jù)JISR2213來測定。[壓縮強(qiáng)度]關(guān)于耐火物的壓縮強(qiáng)度，將試驗(yàn)片加熱保持在110及1000，根據(jù)JISR2553的可鑄型耐火物的試驗(yàn)法來測定。[實(shí)施例I](I)融液保持容器的制造作為構(gòu)成融液保持容器的部材，使用具有表I所示的組成及物理性質(zhì)的耐火物A(日本特殊爐材股份有限公司制造、FlexiteKERSIK-PB)及耐火物B(日本特殊爐材股份有限公司制造、FlexiteTM-65C3)、以及縱型圓筒鐵制容器(外徑為75cm、長度為75cm、厚度為6mm)。于上述縱型圓筒鐵制容器的內(nèi)側(cè)，以50mm的厚度鑲襯施工耐火物A，形成由該耐火物A構(gòu)成的層(第3層)。再于該耐火物A構(gòu)成的層(第3層)之上，以150mm的厚度鑲襯施工耐火物B，形成由該耐火物B構(gòu)成的層(第2層)。進(jìn)一步于該耐火物B構(gòu)成的層(第2層)之上，以50mm的厚度鑲襯施工耐火物A，形成由該耐火物A構(gòu)成的層(第I層)。然后，充分養(yǎng)生(takecare)各耐火物A及B,制造自容器的內(nèi)側(cè)起依序具有上述第I層第3層以及金屬(鐵)層的融液保持容器。(2)融液保持容器的評價(jià)向上述(I)中制造的融液保持容器中導(dǎo)入80kg的氯化鋅的融液，再向融液中插入帶有保護(hù)管的電熱加熱器，控制融液溫度在500，保持此狀態(tài)30天。此時(shí)的恒定狀態(tài)后的融液保持容器的外側(cè)表面溫度為167。再將500的融液靜置浸潰30天，之后測定由耐火物A構(gòu)成的層(第I層)在融液中的溶出量，溶出量為0.I重量％。[比較例I](I)融液保持容器的制造作為構(gòu)成融液保持容器的部材，使用具有表I所示的組成及物理性質(zhì)的耐火物A以及縱型圓筒鐵制容器(外徑為75cm、長度為75cm、厚度為6mm)。于上述縱型圓筒鐵制容器的內(nèi)側(cè)，以200mm的厚度鑲襯施工耐火物A，形成由該耐火物A構(gòu)成的層(第I層)。然后，充分養(yǎng)生耐火物A，制造自容器的內(nèi)側(cè)起具有上述第I層及金屬(鐵)層的融液保持容器(內(nèi)徑為35cm)。(2)融液保持容器的評價(jià)向上述(I)中制造的融液保持容器中導(dǎo)入80kg的氯化鋅的融液，再向融液中插入帶有保護(hù)管的電熱加熱器，控制融液溫度在500，保持此狀態(tài)30天。此時(shí)的恒定狀態(tài)后的融液保持容器的外側(cè)表面溫度為359，超過了作為設(shè)計(jì)目標(biāo)的200。[比較例2]在比較例I中，藉由導(dǎo)熱計(jì)算算出使融液保持容器的外側(cè)表面溫度達(dá)到150左右所必需的、由耐火物A構(gòu)成的層(第I層)的厚度。其結(jié)果，為了使融液保持容器的外側(cè)表面溫度達(dá)到145，由耐火物A構(gòu)成的層(第I層)的厚度必需達(dá)到1，500mm。由耐火物A構(gòu)成的層(第I層)的厚度為1，500mm時(shí)，無法進(jìn)行實(shí)效的容器的設(shè)備設(shè)計(jì)，由此判定使用單層的耐火物A難以接受。[表I]權(quán)利要求1.一種融液保持容器，該融液保持容器保持金屬融液及/或金屬鹽融液，其特征在于自該容器的內(nèi)側(cè)起依序具有第I層、第2層以及第3層，其中該第I層是由視孔率為小于等于12%的耐火物所形成，該第2層是由800下的熱傳導(dǎo)度為小于等于4W/mk的耐火物所形成，該第3層是由熱傳導(dǎo)度大于第2層的耐火物所形成。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的融液保持容器，其特征在于將500的融液靜置浸潰30天時(shí)，形成上述第I層的材料在上述融液中的溶出量為小于等于0.2重量％；構(gòu)成上述第I層的耐火物在800下的熱傳導(dǎo)度為大于等于15W/mk；構(gòu)成上述第2層的耐火物的視孔率為小于等于20%；構(gòu)成上述第3層的耐火物的視孔率為小于等于12%、且800下的熱傳導(dǎo)度為大于等于15W/mk。3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的融液保持容器，其特征在于將500的融液保持30天時(shí)，上述第2層與上述第3層的界面溫度低于上述融液的熔點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的融液保持容器，其特征在于在上述第3層的外側(cè)還具有金屬層。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的融液保持容器，其特征在于上述金屬融液為鋅的融液，上述金屬鹽融液為氯化鋅的融液。全文摘要提供一種融液保持容器，在保持金屬融液及/或金屬鹽融液的融液保持容器中，融液的放熱量少，融液的滲透以及裂縫或開裂的發(fā)生被抑制在最小限度，此保持容器不僅適合保持融液，還能夠防止融液被雜質(zhì)污染。此融液保持容器保持金屬融液及/或金屬鹽融液，且特征在于，自該容器的內(nèi)側(cè)起依序具有由視孔率為小于等于12％的耐火物所形成的第1層、由800··下的熱傳導(dǎo)度為小于等于4W/m·k的耐火物所形成的第2層，以及由熱傳導(dǎo)度大于第2層的耐火物所形成的第3層。文檔編號C04B41/89GK102741640SQ201080061268公開日2012年10月17日申請日期2010年12月16日優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日發(fā)明者大久保秀一申請人:Jx日鉱日石金屬株式會(huì)社,東邦鈦株式會(huì)社,捷恩智株式會(huì)社