鋁精制裝置和鋁精制方法
【專利摘要】本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)縮短精制時(shí)間及提高成品率的鋁精制裝置。本發(fā)明的鋁精制裝置包括：有底的容器(10)，該有底的容器(10)對(duì)原料鋁的熔液進(jìn)行收容；加熱元件(20)，該加熱元件(20)對(duì)容器(10)進(jìn)行加熱；冷卻元件(30)，該冷卻元件(30)對(duì)容器(10)的一部分進(jìn)行冷卻；以及初晶剝離元件(40)，該初晶剝離元件(40)使在容器(10)的內(nèi)表面上析出的初晶粒子(PAl)剝離，其特征是，冷卻元件(30)具有供冷卻用氣體流動(dòng)的氣體流路(3a)，氣體流路(3a)形成于沿所述容器的外表面配置的環(huán)狀流路部(31)的內(nèi)側(cè)，環(huán)狀流路部(31)具有與容器的外表面相對(duì)的至少一個(gè)直接冷卻用開口(3b)。
【專利說(shuō)明】鋁精制裝置和鋁精制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁精制裝置及鋁精制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在專利文獻(xiàn)1等中公開了利用偏析凝固法的鋁精制方法。專利文獻(xiàn)1所公開的 精制方法是對(duì)含有Fe、Si、包晶系元素及其它不可避免含有的元素作為雜質(zhì)的錯(cuò)或錯(cuò)合金 (以下，稱為"原料鋁"）進(jìn)行精制的方法，其包括：局部冷卻過(guò)程，在該局部冷卻過(guò)程中，將 收容有熔液的容器的上部附近局部地冷卻來(lái)使鋁的初晶粒子析出；結(jié)晶成長(zhǎng)過(guò)程，在該結(jié) 晶成長(zhǎng)過(guò)程中，將在容器內(nèi)表面上析出的初晶粒子剝落來(lái)使其沉積到容器下部，并且將沉 積后的初晶粒子的堆積物壓實(shí)來(lái)使鋁的晶體成長(zhǎng)；以及金屬熔液排出過(guò)程，在該金屬熔液 排出過(guò)程中，將含有雜質(zhì)的熔液從容器排出。
[0003] 此外，在專利文獻(xiàn)1中公開了如下精制裝置，以作為能進(jìn)行上述精制方法的精制 裝置，其中，上述精制裝置包括：有底的容器，該有底的容器對(duì)原料鋁的熔液進(jìn)行收容；力口 熱元件，該加熱元件對(duì)容器加熱；冷卻元件，該冷卻元件將容器的內(nèi)表面的一部分（以下稱 為"析晶面"。）進(jìn)行冷卻；以及初晶剝離元件，該初晶剝離元件使在析晶面上析出的初晶粒 子剝離。冷卻元件包括與容器的外表面接觸的管道和使冷卻用氣體在管道中流動(dòng)的冷卻用 設(shè)備（鼓風(fēng)機(jī)等），通過(guò)利用在管道內(nèi)流動(dòng)的冷卻用氣體奪取管壁的熱量，來(lái)對(duì)容器的一部 分進(jìn)行冷卻。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開2002 - 155322號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008] 在這種鋁精制方法中，由于在對(duì)析晶面進(jìn)行冷卻的同時(shí)，需要對(duì)容器的適當(dāng)部位 進(jìn)行加熱，以避免在容器的上部等處發(fā)生熔液的凝固，因此，在將析晶面冷卻到低于初晶點(diǎn) 的溫度之前，需要耗費(fèi)時(shí)間。
[0009] 此外，在這種鋁精制方法中，從底部及側(cè)面對(duì)堆積物進(jìn)行加熱，并根據(jù)堆積物的高 度位置來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)節(jié)。若堆積物的上端遠(yuǎn)離析晶面很多，則對(duì)堆積物進(jìn)行加熱的 影響便無(wú)法波及到析晶面，但是若堆積物（鋁結(jié)晶）的厚度增加，而使再次熔融的位置（加 熱位置）靠近析晶面，則析晶面的溫度很難降低，并且由于低于初晶點(diǎn)的區(qū)域變窄，因此， 存在析晶量減少的可能性。
[0010] 根據(jù)專利文獻(xiàn)1的精制裝置或精制方法，雖然能夠獲得高純度的鋁，但是由于沒 有采取用于解決上述問(wèn)題的對(duì)策，因此，存在導(dǎo)致精制時(shí)間冗長(zhǎng)及成品率變差的可能性。 [0011] 基于這樣的觀點(diǎn)，本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)縮短精制時(shí)間及提高 成品率的鋁精制裝置和鋁精制方法。
[0012] 解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0013] 解決上述技術(shù)問(wèn)題的本發(fā)明的鋁精制裝置包括：有底的容器，該有底的容器對(duì)原 料錯(cuò)的烙液進(jìn)行收容；加熱元件，該加熱元件對(duì)上述容器進(jìn)行加熱；冷卻元件，該冷卻元件 對(duì)上述容器的一部分進(jìn)行冷卻；以及初晶剝離元件，該初晶剝離元件使在上述容器的內(nèi)表 面上析出的初晶粒子剝離，其特征是，上述冷卻元件具有供冷卻用氣體流動(dòng)的氣體流路，上 述氣體流路形成于沿上述容器的外表面配置的環(huán)狀流路部的內(nèi)側(cè)，上述環(huán)狀流路部具有與 上述容器的外表面相對(duì)的至少一個(gè)直接冷卻用開口。
[0014] 在本發(fā)明的鋁精制裝置中，由于容器的外表面經(jīng)由設(shè)于環(huán)狀流路部的直接冷卻用 開口而暴露于氣體流路，因此，冷卻用氣體直接與容器的外表面接觸。也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā) 明，能夠經(jīng)由直接冷卻用開口直接奪取容器的熱量，因此，與沒有設(shè)置直接冷卻用開口的 情況相比，能夠提高冷卻效率，進(jìn)而能夠縮短將容器的內(nèi)表面的一部分（以下，稱為"析晶 面"）冷卻至低于初晶點(diǎn)的溫度所需的時(shí)間（至初晶粒子析出之前的時(shí)間）。此外，若冷卻效 率提高，則即便在對(duì)環(huán)狀流路部附近進(jìn)行加熱的情況下，析晶面的溫度也不容易上升（作 為低于初晶點(diǎn)的區(qū)域不容易變窄），因此析晶量不容易減少。
[0015] 由于冷卻用氣體的溫度隨著朝向氣體流路的下游側(cè)而上升，因此，冷卻效率在氣 體流路的上游側(cè)與下游側(cè)處會(huì)產(chǎn)生差異，存在使析晶量發(fā)生偏集的可能性。在希望減小析 晶量的偏集的情況下，最好將上述氣體流路劃分成沿上下方向排列的多個(gè)分割流路，在一 個(gè)上述分割流路與和該一個(gè)分割流路相鄰的其它的上述分割流路中，冷卻用氣體的流動(dòng)方 向相反。若是這樣，由于析晶面的溫度的偏差變小，因此，不容易發(fā)生析晶量的偏集。
[0016] 另外，若使最上層及最下層的上述分割流路與上述直接冷卻用開口連通，則在析 晶面的上緣部及下緣部處也能夠提高冷卻效率，但另一方面，存在使加熱元件所受到的負(fù) 荷增大可能性。在這種情況下，最好使上述直接冷卻用開口與最上層及最下層的上述分割 流路之外的上述分割流路連通。若是這樣，由于接近環(huán)狀流路部的區(qū)域內(nèi)的溫度的降低會(huì) 受到抑制，因此，能夠減小加熱元件所受到的負(fù)荷。
[0017] 在環(huán)狀流路部設(shè)置多個(gè)直接冷卻用開口的情況下，最好設(shè)定在冷卻用氣體的流動(dòng) 方向上隔著相等間隔排列的多個(gè)直接冷卻區(qū)域，在多個(gè)上述直接冷卻區(qū)域中分別形成至少 一個(gè)上述直接冷卻用開口。若是這樣，由于直接冷卻用開口規(guī)則地配置，因此，析晶面的溫 度的偏差變小，進(jìn)而使析晶量不容易發(fā)生偏集。
[0018] 若增大直接冷卻用開口的開口面積的合計(jì)值，則能使冷卻效率提高，但存在使加 熱元件所受到的負(fù)荷（電力等能耗量）增大的可能性。為了不對(duì)加熱元件施加多余的負(fù)荷， 較為理想的是，在將上述環(huán)狀流路部的內(nèi)周壁的表面積設(shè)為P、將上述直接冷卻用開口的開 口面積的合計(jì)值設(shè)為Q時(shí)，以使〇/(P+Q)的值為〇. 1以下的方式設(shè)定上述直接冷卻用開口 的開口面積。此外，若以使〇/(P+Q)的值為0.02以下的方式設(shè)定上述直接冷卻用開口的開 口面積，則能在提高對(duì)析晶面的冷卻效率的同時(shí)不會(huì)對(duì)加熱元件帶來(lái)多余的負(fù)荷，因此是 較為理想的。
[0019] 解決上述技術(shù)問(wèn)題的本發(fā)明的鋁精制方法包括：金屬熔液注入過(guò)程，在該金屬熔 液注入過(guò)程中，將原料鋁的熔液注入有底的容器；局部冷卻過(guò)程，在該局部冷卻過(guò)程中，通 過(guò)使冷卻用氣體在以包圍上述容器的方式配置的氣體流路流動(dòng)，來(lái)將上述容器的內(nèi)表面的 一部分冷卻至低于初晶點(diǎn)的溫度；晶體成長(zhǎng)過(guò)程，在該晶體成長(zhǎng)過(guò)程中，將在上述容器的內(nèi) 表面上析出的初晶粒子剝落來(lái)使其沉積到上述容器的下部，并且將沉積后的初晶粒子的堆 積物壓實(shí)來(lái)使鋁的晶體成長(zhǎng)；以及金屬熔液排出過(guò)程，在該金屬熔液排出過(guò)程中，將上述熔 液從容器排出，其特征是，在上述局部冷卻過(guò)程中，使在上述氣體流路中流動(dòng)的冷卻用氣體 的至少一部分與上述容器的外表面直接接觸。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，與冷卻用氣體不直接與容器的外表面接觸的情況相比，能夠提高冷 卻效率。也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，能夠縮短直到初晶粒子析出之前的時(shí)間（將容器的內(nèi)表面 的一部分冷卻至低于初晶點(diǎn)的溫度之前所需的時(shí)間）。此外，根據(jù)本發(fā)明，即使在對(duì)環(huán)狀流 路部附近進(jìn)行加熱的情況下，析晶面的溫度也不容易上升，因而，析晶量不容易減少。
[0021] 在上述金屬熔液排出過(guò)程中，較為理想的是，通過(guò)使上述容器的上下翻轉(zhuǎn)，來(lái)將上 述熔液從上述容器排出。若是這樣，能夠?qū)⒃谌萜鲀?nèi)殘留的熔液迅速地排出，并且能夠容易 地將熔液與晶體分離。
[0022] 此外，若將堆積物壓實(shí)時(shí)的壓力低于4. 0X104(Pa)，則有存在于初晶粒子間的 間隙或是結(jié)晶間的間隙的熔液的擠壓不充分的可能性，而若超過(guò)1. lXl〇5(Pa)，則有使 鋁精制裝置受損的可能性，因此，在上述晶體成長(zhǎng)過(guò)程中，較為理想的是，以4. 0X104? 1. lX105(Pa)的壓力，來(lái)將上述堆積物壓實(shí)。
[0023] 在含有包晶系元素作為雜質(zhì)的情況下，進(jìn)行包晶系元素分離過(guò)程，在該包晶系元 素分離過(guò)程中，將硼和含硼化合物中的至少一方添加到原料鋁的熔液中，并且吹入含有氧 化氣體的氣體，并將在上述熔液的表面上浮起的包晶系元素或包晶系元素化合物去除，在 上述金屬熔液注入過(guò)程中，將在上述包晶系元素分離過(guò)程中得到的熔液注入上述容器。若 是這樣，能夠減少烙液中的包晶系元素的量。
[0024] 發(fā)明效果
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)縮短精制時(shí)間及提高成品率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的鋁精制裝置的剖視圖。
[0027] 圖2是圖1的XI - XI剖視圖。
[0028] 圖3是圖1的局部放大圖。
[0029] 圖4(a)是環(huán)狀流路部的局部放大圖，圖4(b)是環(huán)狀流路部的側(cè)視圖。
[0030] 圖5(a)是圖2的Y1 - Y1剖視圖，圖5(b)是圖2的Y2 - Y2剖視圖，圖5(c)是 圖2的Y3 - Y3剖視圖。
[0031] 圖6是圖1的X2 - X2剖視圖。
[0032] 圖7是表示前處理裝置的剖視圖。
[0033] 圖8是表示初晶粒子的結(jié)晶狀況的剖視圖。
[0034] 圖9是本發(fā)明實(shí)施方式的鋁精制裝置的變形例。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 本發(fā)明實(shí)施方式的鋁精制方法是為了從原料鋁（含有Fe、Si、包晶系元素及其它 不可避免含有的元素作為雜質(zhì)的原料鋁）的熔液中獲得高純度的鋁而實(shí)施的。本實(shí)施方式 的鋁精制方法是利用圖1所示的鋁精制裝置1和圖7所示的前處理裝置2來(lái)進(jìn)行的。
[0036] 首先，對(duì)鋁精制裝置1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0037] 鋁精制裝置1是通過(guò)利用偏析現(xiàn)象的分步結(jié)晶法來(lái)使鋁的晶體成長(zhǎng)的裝置，如圖 1所示，其包括：容器10,該容器10對(duì)原料鋁的熔液（以下，稱為"原料熔液A"）進(jìn)行收容； 加熱元件20,該加熱元件20對(duì)容器10進(jìn)行加熱；冷卻元件30,該冷卻元件30對(duì)容器10的 內(nèi)表面的一部分（析晶面）進(jìn)行冷卻；初晶剝離元件40,該初晶剝離元件40使在容器10的 內(nèi)表面上析出的初晶粒子P A1剝離；以及隔熱件50,該隔熱件50將容器10覆蓋。
[0038] 容器10包括有底圓筒狀的內(nèi)側(cè)容器11和覆蓋內(nèi)側(cè)容器11的有底圓筒狀的外側(cè) 容器12。內(nèi)側(cè)容器11由石墨等耐熱材料制成，外側(cè)容器12由不銹鋼等金屬材料制成。外 側(cè)容器12的內(nèi)表面與內(nèi)側(cè)容器11的外表面接觸。此外，在外側(cè)容器12的開口端上安裝有 蓋（未圖示）。
[0039] 加熱元件20配置在容器10的周圍。本實(shí)施方式的加熱元件20包括：下部加熱器 21，該下部加熱器21對(duì)容器10的底部進(jìn)行加熱；多段（在本實(shí)施方式中為四段）的中部加 熱器22、22、…，這些中部加熱器22、22、…對(duì)從容器10的下部至高度方向的中部的區(qū)域 進(jìn)行加熱；以及上部加熱器23,該上部加熱器23對(duì)容器10的上部進(jìn)行加熱。下部加熱器 21、多個(gè)中部加熱器22、22、…及上部加熱器23互相獨(dú)立，而能分別地進(jìn)行溫度控制。
[0040] 下部加熱器21以覆蓋容器10底部的方式配置。中部加熱器22、22、…以在下部 加熱器21與冷卻元件30之間的區(qū)域內(nèi)將容器10包圍的方式配置。上部加熱器23以在冷 卻元件30的上側(cè)的區(qū)域?qū)⑷萜?0包圍的方式配置。
[0041] 冷卻元件30包括：氣體流路3a，冷卻用氣體能在上述氣體流路3a中流動(dòng)；以及未 圖示的冷卻用設(shè)備（例如鼓風(fēng)機(jī)等），該冷卻用設(shè)備用于使冷卻用氣體在氣體流路3a中流 動(dòng)。
[0042] 如圖2所示，本實(shí)施方式的冷卻元件30包括：環(huán)狀流路部31，該環(huán)狀流路部31沿 容器10的外表面配置；第一供氣部32及第二供氣部33,上述第一供氣部32及第二供氣部 33從未圖示的吸氣口延伸至環(huán)狀流路部31 ;以及排氣部34,該排氣部34從環(huán)狀流路部31 延伸至未圖示的排氣口。氣體流路3a(參照?qǐng)D1)形成在環(huán)狀流路部31、第一供氣部32、第 二供氣部33及排氣部34的內(nèi)側(cè)（內(nèi)部空間）。
[0043] 環(huán)狀流路部31以包圍容器10的方式配置。環(huán)狀流路部31由不銹鋼材料制成。
[0044] 如圖3所示，環(huán)狀流路部31包括截面呈矩形的外殼（內(nèi)周壁311、外周壁312、上 壁313及下壁314)和將上述外殼的內(nèi)部空間沿上下分隔的分隔壁315。即，在環(huán)狀流路部 31中，氣體流路被劃分成在上下方向上并排的多個(gè)分割流路31a?31f。此外，在本實(shí)施方 式中，示出了分割流路31a?31f的截面形狀為矩形的情況，但不旨在限定分割流路的截面 形狀。雖未圖示，但分割流路的截面形狀也可以是圓形。這種情況下，只要利用截面呈圓形 的不銹鋼管來(lái)形成各分割流路即可。
[0045] 內(nèi)周壁311是與容器10的外周面（外側(cè)容器12)隔著間隙地相對(duì)的部位，外周壁 312是與內(nèi)周壁311隔著間隔地相對(duì)的部位。上壁313是將內(nèi)周壁311的上部與外周壁312 的上部連接的部位，下壁314是將內(nèi)周壁311的下部與外周壁312的下部連接的部位。此 夕卜，也可以使內(nèi)周壁311與容器10的外周面抵接。
[0046] 分隔壁315是用于將氣體流路（=環(huán)狀流路部31的內(nèi)部空間）分割成多個(gè)分割 流路31a?31f的分隔壁，其沿上下隔著間隔地并排設(shè)置多個(gè)。分隔壁315的數(shù)量沒有限 制，但較為理想的是，將分隔壁315的數(shù)量設(shè)定為奇數(shù)，以使氣體流路的分割數(shù)為偶數(shù)。
[0047] 在環(huán)狀流路部31中形成有與容器10的外表面相對(duì)的多個(gè)直接冷卻用開口 3b、 3b、…。
[0048] 直接冷卻用開口 3b是為了將冷卻用氣體直接吹向容器10的外表面而形成的構(gòu) 件，其由貫穿內(nèi)周壁311的圓形的孔構(gòu)成。直接冷卻用開口 3b的靠容器10 -側(cè)的開口端 與容器10的外表面隔著間隙地相對(duì)。將直接冷卻用開口 3b設(shè)為圓形的孔時(shí)的開口直徑例 如最好設(shè)定為1?7_左右。此外，不對(duì)直接冷卻用開口 3b的形狀進(jìn)行限制。雖未圖示， 但也可以將呈多邊形的孔或是長(zhǎng)孔作為直接冷卻用開口 3b，還可以將在容器10的周向上 連續(xù)的狹縫作為直接冷卻用開口 3b。
[0049] 直接冷卻用開口 3b與最上層的分割流路31a和最下層的分割流路31f之外的分 割流路31b?31e連通。即、在中段的分割流路31b?31e分別與直接冷卻用開口 3b連通， 最上層的分割流路31a及最下層的分割流路31f不與直接冷卻用開口 3b連通。
[0050] 如圖4(a)所示，在中段的分割流路31b中，沿冷卻用氣體的流動(dòng)方向（容器10的 周向）隔著間隔地與多個(gè)直接冷卻用開口 3b、3b、…連通。此外，雖未圖示，但其它的分割 流路31c?31e亦是如此。
[0051] 本實(shí)施方式的環(huán)狀流路部31具有沿冷卻用氣體的流動(dòng)方向（容器10的周向）隔 著相等間隔地排列的多個(gè)直接冷卻區(qū)域3c、3c、…，在多個(gè)直接冷卻區(qū)域3c、3c、…分別形 成有至少一個(gè)直接冷卻用開口 3b。如圖4(b)所示，在本實(shí)施方式中，示出了在每一個(gè)直接 冷卻區(qū)域3c配置八個(gè)（分割通路31b?31e各兩個(gè)）的直接冷卻用開口 3b的情況，但并 不旨在限定直接冷卻用開口 3b的個(gè)數(shù)及配置。此外，圖4(b)所示的箭頭表示冷卻用氣體 的流動(dòng)方向。
[0052] 直接冷卻用開口 3b的開口面積和直接冷卻用開口 3b的數(shù)量可以適當(dāng)設(shè)定，但為 了不對(duì)加熱元件20(參照?qǐng)D1)造成多余的負(fù)荷，較為理想的是，在將內(nèi)周壁311的表面積 (環(huán)狀流路部31中、與容器10相對(duì)的面的面積）設(shè)為P、將直接冷卻用開口 3b、3b、…的開 口面積的合計(jì)值設(shè)為Q時(shí)，使〇/(P+Q)的值為〇. 1以下。特別是，若使〇/(P+Q)的值為〇. 02 以下，則由于能在提高析晶面的冷卻效率的同時(shí)不會(huì)對(duì)加熱元件20造成多余的負(fù)荷，因此 較為理想。此外，在由圓形的管材形成環(huán)狀流路部31的情況下，管材的周壁中、位于比穿過(guò) 管材的截面中心的垂直面更靠容器10-側(cè)的部分（呈一分為二后的圓筒狀的部分）為內(nèi) 周壁。
[0053] 如圖5 (a)所不，第一供氣部32具有：第一供氣總管32a，該第一供氣總管32a從 吸氣口（未圖示）延伸；第一供氣集管32b，該第一供氣集管32b與第一供氣總管32a的下 游端連接；以及多個(gè)（在本實(shí)施方式中為三個(gè)）第一供氣支管32(3、32(3、32(：，這些第一供氣 支管32c、32c、32c從第一供氣集管32b延伸至環(huán)狀流路部31。第一供氣集管32b是配置在 氣體流路3a的分岔部位的中空構(gòu)件。第一供氣支管32c、32c、32c的內(nèi)部空間與從上開始 的第奇數(shù)層的分割流路31a、31c、31e (最上層的分割流路31a、從上開始的第三層的分割流 路31c和從上開始的第五層的分割流路31e)連通。即，第一供氣部32內(nèi)的氣體流路3a分 岔成三個(gè)后，與分割流路31a、31c、31e連通。此外，圖5中的箭頭表示冷卻用氣體的流動(dòng)方 向。
[0054] 如圖6所示，在環(huán)狀流路部31與第一供氣部32的連接部分設(shè)有導(dǎo)向壁316。導(dǎo)向 壁316是用于使從第一供氣部32導(dǎo)入環(huán)狀流路部31的冷卻用氣體沿一個(gè)方向（在圖5中 的逆時(shí)針方向）流動(dòng)的分隔壁，其設(shè)置在環(huán)狀流路部31的內(nèi)部。
[0055] 如圖5(b)所示，第二供氣部33包括：第二供氣總管33a，該第二供氣總管33a從 吸氣口（未圖示）延伸；第二供氣集管33b，該第二供氣集管33b與第二供氣總管33a的下 游端連接；以及多個(gè)（在本實(shí)施方式中為三個(gè)）第二供氣支管33(3、33(3、33(：，這些第二供氣 支管33c、33c、33c從第二供氣集管33b延伸至環(huán)狀流路部31。第二供氣集管32b是配置在 氣體流路3a的分岔部位的中空構(gòu)件。第二供氣支管33c、33c、33c的內(nèi)部空間與從上開始 的第偶數(shù)層的分割流路31b、31d、31f (從上開始的第二層的分割流路31b、從上開始的第四 層的分割流路31d和從上開始的第六層（最下層）的分割流路31f)連通。即，第二供氣部 33內(nèi)的氣體流路3a分岔成三個(gè)后，與分割流路31b、31d、31f連通。
[0056] 雖未圖示，但在環(huán)狀流路部31與第二供氣部33的連接部分設(shè)有導(dǎo)向壁。該導(dǎo)向 壁是用于使從第二供氣部33導(dǎo)入環(huán)狀流路部31的冷卻用氣體沿一個(gè)方向流動(dòng)的分隔壁， 其設(shè)置在環(huán)狀流路部31的內(nèi)部。另外，在本實(shí)施方式中，以使冷卻用氣體在從上開始的第 奇數(shù)層的分割流路31a、31c、31e與和上述分割流路31a、31c、31e相鄰的第偶數(shù)層的分割流 路31b、31d、31f中的流動(dòng)方向相反的方式設(shè)置導(dǎo)向壁。
[0057] 如圖5(c)所示，排氣部34包括：排氣支管34a、34a、…，該排氣支管34a、34a、… 從環(huán)狀流路部31延伸；排氣集管34b，該排氣集管34b與排氣支管34a、34a、…的下游端連 接；以及排氣總管34c，該排氣總管34c從排氣集管34b延伸至未圖示的排氣口。排氣集管 34b是配置在排氣支管34a、34a、…的匯流部位的中空構(gòu)件。排氣支管34a、34a、…的內(nèi)部 空間與分割流路31a?31f連通。
[0058] 如圖1所示，初晶剝離元件40包括：支承棒41 ;圓板狀的剝離擠壓部42,該剝離擠 壓部42設(shè)置在支承棒41的下端；以及未圖示的動(dòng)力源，該動(dòng)力源使支承棒41及剝離擠壓 部42上下運(yùn)動(dòng)。支承棒41及剝離擠壓部42由石墨等耐熱材料制成。
[0059] 剝離擠壓部42具有與容器10的內(nèi)徑相同的外徑，并在容器10的內(nèi)周面上滑動(dòng)。 在剝離擠壓部42上形成有通液孔42a。通液孔42a是沿上下貫穿剝離擠壓部42的通孔。
[0060] 隔熱件50是提高容器10的保溫效果的構(gòu)件，其以包圍加熱元件20及環(huán)狀流路部 31的方式配置。隔熱件50由具有耐火性及隔熱性的材料構(gòu)成。
[0061] 接著，參照?qǐng)D7,對(duì)前處理裝置2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0062] 前處理裝置2是對(duì)含有包晶系元素作為雜質(zhì)的原料鋁的熔液（以下，稱為"原料熔 液凡"）進(jìn)行使包晶系元素的量減少的處理的裝置，其包括：坩鍋60,該坩鍋60對(duì)原料熔液 M。進(jìn)行保持；硼添加元件70,該硼添加元件70將硼及含硼化合物中的至少一方添加到坩鍋 60內(nèi)的原料熔液凡中；以及氣體吹入元件80,該氣體吹入元件80將含有氧化氣體的氣體 吹入坩鍋60內(nèi)的原料熔液中。
[0063] ；t甘鍋60是有底圓筒狀的容器。：t甘鍋60的內(nèi)表面被石墨、不定形耐火物、耐火磚等 耐熱材料所覆蓋。
[0064] 硼添加元件70包括：貯存容器71，在該貯存容器71中對(duì)硼及含硼化合物中的至 少一方進(jìn)行貯存；投入管72,該投入管72從貯存容器71的底部朝向坩鍋60延伸；以及開 閉閥73,該開閉閥73將投入管72打開、關(guān)閉。
[0065] 氣體吹入元件80包括：旋轉(zhuǎn)支承管81 ;攪拌葉片82,該攪拌葉片82設(shè)置在旋轉(zhuǎn)支 承管81的下端；動(dòng)力源83,該動(dòng)力源83與旋轉(zhuǎn)支承管81的上端部連接；旋轉(zhuǎn)接頭84,該旋 轉(zhuǎn)接頭84夾設(shè)在動(dòng)力源83與旋轉(zhuǎn)支承管81之間；氣體供給源85,該氣體供給源85對(duì)含 有氧化氣體的氣體（大氣及二氧化碳等）進(jìn)行蓄積；氣體供給管86,該氣體供給管86從氣 體供給源85延伸至旋轉(zhuǎn)接頭84 ;以及壓力調(diào)節(jié)閥87,該壓力調(diào)節(jié)閥87設(shè)置于氣體供給管 86 〇
[0066] 旋轉(zhuǎn)支承管81及攪拌葉片82由石墨等耐熱材料制成。在攪拌葉片82上形成有 與旋轉(zhuǎn)支承管81連通的氣體排出口 82a。
[0067] 動(dòng)力源83由能夠以每分鐘0?1200轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行正反向旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)等構(gòu) 成。動(dòng)力源83的輸出軸經(jīng)由旋轉(zhuǎn)接頭84而與旋轉(zhuǎn)支承管81的上端連接。此外，在使旋轉(zhuǎn) 支承管81和攪拌葉片82進(jìn)行正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠在不對(duì)原料熔液凡的表面進(jìn)行大幅擾動(dòng) 的情況下，對(duì)原料熔液凡進(jìn)行攪拌。
[0068] 氣體供給源85經(jīng)由旋轉(zhuǎn)接頭84及氣體供給管86而與旋轉(zhuǎn)支承管81連通。氣體 供給源85內(nèi)的含有氧化氣體的氣體經(jīng)過(guò)氣體供給管86、旋轉(zhuǎn)接頭84及旋轉(zhuǎn)支承管81，而 從氣體排出口 82a吹入原料熔液凡中。含有氧化氣體的氣體的氣泡在被攪拌葉片82微細(xì) 化的同時(shí)擴(kuò)散。
[0069] 接著，對(duì)利用鋁精制裝置1(參照?qǐng)D1)及前處理裝置2 (參照?qǐng)D7)的鋁精制方法 進(jìn)行說(shuō)明。此外，在本實(shí)施方式中，示出了對(duì)含有Fe、Si、包晶系元素及其它不可避免含有 的元素作為雜質(zhì)的原料鋁進(jìn)行精制的情況。
[0070] 在本實(shí)施方式的鋁精制方法中，包括包晶系元素分離過(guò)程、金屬熔液注入過(guò)程、局 部冷卻過(guò)程、晶體成長(zhǎng)過(guò)程以及金屬熔液排出過(guò)程。另外，包晶系元素分離過(guò)程在前處理裝 置2中進(jìn)行，局部冷卻過(guò)程、晶體成長(zhǎng)過(guò)程及金屬熔液排出過(guò)程在鋁精制裝置1中進(jìn)行。
[0071] 如圖7所示，包晶系元素分離過(guò)程是將硼及含硼化合物中的至少一方添加到原料 烙液凡（含有Fe、Si、包晶系元素及其它不可避免含有的元素作為雜質(zhì)的原料錯(cuò)的烙液） 中，并且吹入含有氧化氣體的氣體，并將在原料熔液凡的表面上浮起的包晶系元素或包晶 系元素化合物去除的過(guò)程。
[0072] 在包晶系元素分離過(guò)程中，首先，將規(guī)定量的原料熔液吣注入坩鍋60中。接著， 利用硼添加元件70將硼及含硼化合物中的至少一方添加到坩鍋60內(nèi)的原料熔液凡中，然 后在以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度（例如每分鐘400轉(zhuǎn)）使攪拌葉片82正反向旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，從氣體排 出口 82a對(duì)原料熔液吹入含有氧化氣體的氣體。在持續(xù)吹入含有氧化氣體的氣體經(jīng)過(guò) 規(guī)定時(shí)間后，停止吹入含有氧化氣體的氣體，然后，將在原料熔液凡的表面上浮起的包晶系 元素硼化物吸附渣撈起、分離并排出。在經(jīng)過(guò)包晶系元素分離過(guò)程后，就能夠獲得幾乎不含 包晶系元素的原料烙液札。
[0073] 在內(nèi)徑為800 (mm)、內(nèi)部高度為1000 (mm)的坩鍋60中注入含有30質(zhì)量ppm的 Ti (鈦）、50質(zhì)量ppm的V (釩）的原料熔液1. 0 (t)，并添加1. 3 (kg)的硼母合金后，以80 (1/ min)的流量吹入含有氧化氣體的氣體達(dá)20分鐘，從而使鋁熔液中的Ti變?yōu)?質(zhì)量ppm，V 變?yōu)?質(zhì)量ppm。順帶一提的是，在進(jìn)行了吹入氬氣以代替含有氧化氣體的氣體的比較實(shí)驗(yàn) 后，鋁熔液中的Ti變?yōu)?質(zhì)量ppm，V變?yōu)?3質(zhì)量ppm。
[0074] 另外，上述試驗(yàn)中的Ti和V的去除速度由下式1所示的一次反應(yīng)速率式表示，去 除速率系數(shù)k如下表1所示。
[0075] C = C〇e七· --式 1
[0076] 其中：
[0077] C :時(shí)間t分鐘后的濃度（質(zhì)量ppm)
[0078] Q :初始濃度（質(zhì)量ppm)
[0079] k :去除速率系數(shù)
[0080] t :反應(yīng)時(shí)間（min)
[0081] 表 1
[0082]

【權(quán)利要求】
1. 一種鋁精制裝置，包括： 有底的容器，該有底的容器對(duì)原料鋁的熔液進(jìn)行收容； 加熱元件，該加熱元件對(duì)所述容器進(jìn)行加熱； 冷卻元件，該冷卻元件對(duì)所述容器的一部分進(jìn)行冷卻；以及 初晶剝離元件，該初晶剝離元件使在所述容器的內(nèi)表面上析出的初晶粒子剝離， 其特征在于， 所述冷卻元件具有供冷卻用氣體流動(dòng)的氣體流路， 所述氣體流路形成于沿所述容器的外表面配置的環(huán)狀流路部的內(nèi)側(cè)， 所述環(huán)狀流路部具有與所述容器的外表面相對(duì)的至少一個(gè)直接冷卻用開口。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋁精制裝置，其特征在于， 所述氣體流路劃分為在上下方向上排列的多個(gè)分割流路， 在一個(gè)所述分割流路與和該一個(gè)分割流路相鄰的其它的所述分割流路中，冷卻用氣體 的流動(dòng)方向相反。
3. 如權(quán)利要求2所述的鋁精制裝置，其特征在于， 所述直接冷卻用開口與除最上層和最下層的所述分割流路之外的所述分割流路連通。
4. 如權(quán)利要求1所述的鋁精制裝置，其特征在于， 所述環(huán)狀流路部具有多個(gè)直接冷卻區(qū)域，這些直接冷卻區(qū)域在冷卻用氣體的流動(dòng)方向 上隔著相等間隔地排列， 在多個(gè)所述直接冷卻區(qū)域中分別形成有至少一個(gè)所述直接冷卻用開口。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋁精制裝置，其特征在于， 在將所述環(huán)狀流路部的內(nèi)周壁的表面積設(shè)為P、將所述直接冷卻用開口的開口面積的 合計(jì)值設(shè)為Q時(shí)，QAP+Q)的值為〇. 1以下。
6. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋁精制裝置，其特征在于， 在將所述環(huán)狀流路部的內(nèi)周壁的表面積設(shè)為P、將所述直接冷卻用開口的開口面積的 合計(jì)值設(shè)為Q時(shí)，QAP+Q)的值為〇. 02以下。
7. -種鋁精制方法，包括： 金屬熔液注入過(guò)程，在該金屬熔液注入過(guò)程中，將原料鋁的熔液注入有底的容器； 局部冷卻過(guò)程，在該局部冷卻過(guò)程中，通過(guò)使冷卻用氣體在以包圍所述容器的方式配 置的氣體流路中流動(dòng)，來(lái)將所述容器的內(nèi)表面的一部分冷卻至低于初晶點(diǎn)的溫度； 晶體成長(zhǎng)過(guò)程，在該晶體成長(zhǎng)過(guò)程中，將在所述容器的內(nèi)表面上析出的初晶粒子剝落 來(lái)使其沉積到所述容器的下部，并且將沉積后的初晶粒子的堆積物壓實(shí)來(lái)使鋁的晶體成 長(zhǎng)；以及 金屬熔液排出過(guò)程，在該金屬熔液排出過(guò)程中，將所述熔液從容器排出， 所述鋁精制方法的特征在于， 在所述局部冷卻過(guò)程中，使在所述氣體流路中流動(dòng)的冷卻用氣體的至少一部分與所述 容器的外表面直接接觸。
8. 如權(quán)利要求7所述的鋁精制方法，其特征在于， 在所述金屬熔液排出過(guò)程中，通過(guò)使所述容器上下翻轉(zhuǎn)，來(lái)將所述熔液從所述容器排 出。
9. 如權(quán)利要求7所述的鋁精制方法，其特征在于， 在所述晶體成長(zhǎng)過(guò)程中，以4. Ο X 104?1. 1 X 105 (Pa)的壓力，來(lái)將所述堆積物壓實(shí)。
10. 如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的鋁精制方法，其特征在于， 進(jìn)行包晶系元素分離過(guò)程，在該包晶系元素分離過(guò)程中，將硼和含硼化合物中的至少 一方添加到含有包晶系元素作為雜質(zhì)的原料鋁的熔液中，并且吹入含有氧化氣體的氣體， 并將在所述熔液的表面上浮起的包晶系元素或包晶系元素化合物去除， 在所述金屬熔液注入過(guò)程中，將在所述包晶系元素分離過(guò)程中得到的熔液注入所述容 器。
【文檔編號(hào)】C22B9/02GK104145034SQ201280069267
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月7日
【發(fā)明者】金森照己, 與津岳志, 林雅章 申請(qǐng)人:日本輕金屬株式會(huì)社