JP2742833B2 - 溶融アルミニウム保持・精練容器 - Google Patents
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-
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶融アルミニウムを保持し精練するための
装置に関し、特に、改良された耐火断熱材を組入れた溶
融アルミニウム保持・精練装置に関する。
装置に関し、特に、改良された耐火断熱材を組入れた溶
融アルミニウム保持・精練装置に関する。
従来の技術 アルミニウムの精練において精練容器として外部から
加熱するようにした、耐火材で内張りされた鋳鉄桶を使
用することは、そのような桶の有効寿命が短く、しかも
予測しにくいという点で不利であることが判明してい
る。このような欠点は、亀裂、膨出、塩素腐蝕又は侵食
による鋳鉄桶の破損に基因する。更に、そのような鋳鉄
桶に関連する設計上の制約から、清掃するのが困難な形
状の使用を余儀なくされ、鋳鉄桶の商業ベースでの使用
に実用上の不利益をもたらすことになる。
加熱するようにした、耐火材で内張りされた鋳鉄桶を使
用することは、そのような桶の有効寿命が短く、しかも
予測しにくいという点で不利であることが判明してい
る。このような欠点は、亀裂、膨出、塩素腐蝕又は侵食
による鋳鉄桶の破損に基因する。更に、そのような鋳鉄
桶に関連する設計上の制約から、清掃するのが困難な形
状の使用を余儀なくされ、鋳鉄桶の商業ベースでの使用
に実用上の不利益をもたらすことになる。
上記のような欠点を克服する試みとして、精練容器の
蓋から懸架させた、内部抵抗加熱コイル付き炭化珪素管
のような垂直筒状浸漬加熱器を有する耐火材内張り容器
から成る精練装置が開発された。しかしながら、この装
置では、加熱器の寿命が制限され、しかも実際上加熱器
を交換するのが非常に困難であった。加熱器が炭化珪素
管の破断のために故障すると、その破断した管の破片
が、容器内の溶融アルミニウムにガスを吹込むための旋
回ノズルを破損させることがしばしばあった。更に、こ
の装置は、隣接する加熱管の間、及び加熱管と容器の壁
との間に多くの凹部が存在し、それらの凹部にドロスが
溜って容易には除去することができないので清掃するこ
とが非常に困難であった。
蓋から懸架させた、内部抵抗加熱コイル付き炭化珪素管
のような垂直筒状浸漬加熱器を有する耐火材内張り容器
から成る精練装置が開発された。しかしながら、この装
置では、加熱器の寿命が制限され、しかも実際上加熱器
を交換するのが非常に困難であった。加熱器が炭化珪素
管の破断のために故障すると、その破断した管の破片
が、容器内の溶融アルミニウムにガスを吹込むための旋
回ノズルを破損させることがしばしばあった。更に、こ
の装置は、隣接する加熱管の間、及び加熱管と容器の壁
との間に多くの凹部が存在し、それらの凹部にドロスが
溜って容易には除去することができないので清掃するこ
とが非常に困難であった。
このような問題が存在するので、アルミニウム又はそ
の他の溶融金属のための更に改良された精練装置が開発
された。その精練装置は、全耐火材製の装置であり、２
つの対置した側壁をグラファイトブロックで形成し、グ
ラファイトブロックに形成した、頂部が開放し、底部が
閉鎖した垂直穴内に電気加熱素子を挿入したものであっ
た。この装置のその他の特長は、米国特許第4,040,610
号に記載されているが、この装置は、上述した浸漬加熱
器の使用に随伴する欠点を克服するとともに、内部加熱
源を提供するものであった。それは、加熱器の寿命を延
長し、侵食を最小限にし、装置の修理を容易にすること
が判明している。この装置は、アルミニウムを溶融状態
で保持するようになされた容器を備えており、その容器
は、溶融金属に対して不透過性の内側耐火ライニングを
有する殻体から成り、ライニングは、殻体の内壁のう
ち、溶融金属の頂面より下に位置する部分についてはグ
ラファイトブロックで形成されており、それらのブロッ
クの１つ又は２つ以上のブロック内に少くとも１つの加
熱手段が配設されている。アルミニウムの精練に使用す
るためのものとして、この装置は、又、溶融金属及びガ
スのための入口及び出口の他に、容器内に配設された少
くとも１つの回転するガス分配手段を備えている。
の他の溶融金属のための更に改良された精練装置が開発
された。その精練装置は、全耐火材製の装置であり、２
つの対置した側壁をグラファイトブロックで形成し、グ
ラファイトブロックに形成した、頂部が開放し、底部が
閉鎖した垂直穴内に電気加熱素子を挿入したものであっ
た。この装置のその他の特長は、米国特許第4,040,610
号に記載されているが、この装置は、上述した浸漬加熱
器の使用に随伴する欠点を克服するとともに、内部加熱
源を提供するものであった。それは、加熱器の寿命を延
長し、侵食を最小限にし、装置の修理を容易にすること
が判明している。この装置は、アルミニウムを溶融状態
で保持するようになされた容器を備えており、その容器
は、溶融金属に対して不透過性の内側耐火ライニングを
有する殻体から成り、ライニングは、殻体の内壁のう
ち、溶融金属の頂面より下に位置する部分についてはグ
ラファイトブロックで形成されており、それらのブロッ
クの１つ又は２つ以上のブロック内に少くとも１つの加
熱手段が配設されている。アルミニウムの精練に使用す
るためのものとして、この装置は、又、溶融金属及びガ
スのための入口及び出口の他に、容器内に配設された少
くとも１つの回転するガス分配手段を備えている。
加熱器を内蔵したグラファイトブロックを用いた全耐
火材製装置は、当該技術における望ましい改良をもたら
すものであることが認められ、商業用アルミニウム精練
に有利に使用されてきた。しかしながら、商業用の操業
において遭遇する実際の作動上の問題点を克服すること
によって更に改良することが装置の安定性を高める上で
望ましい。そのような問題点の１つは、そのような精練
装置に用いられる耐火ライニングと断熱材に関する問題
である。
火材製装置は、当該技術における望ましい改良をもたら
すものであることが認められ、商業用アルミニウム精練
に有利に使用されてきた。しかしながら、商業用の操業
において遭遇する実際の作動上の問題点を克服すること
によって更に改良することが装置の安定性を高める上で
望ましい。そのような問題点の１つは、そのような精練
装置に用いられる耐火ライニングと断熱材に関する問題
である。
在来の全耐火材製溶融アルミニウム炉又は保持容器の
構造においては、通常、容器に鋳込可能な緻密耐火材又
は緻密耐火煉瓦で内張（ライニング）が施されている。
そのようなライニング材は、緻密であり、隔離され泡の
ような形の僅かな細孔を有しているだけであるから溶融
したアルミニウムによって浸潤されない。この緻密ライ
ニング材の内側に低密度の耐火断熱材が裏当てされてお
り、低密度の耐火断熱材はスチール製の殻体内に包被さ
れている。しかしながら、この内側緻密耐火ライニング
を完全に流体密に（漏れ止め）することは非常に困難で
ある。溶融金属が耐火ライニングの亀裂や継目を通して
低密度の耐火断熱材に進入し、断熱材を通して漏れ出る
のを防止するために、一般には、容器内に保持された溶
融金属がその最高温度にあるとき、緻密ライニングの外
側温度が、処理中の溶融アルミニウム合金の融点より低
くなるように装置を設計するのが普通である。
構造においては、通常、容器に鋳込可能な緻密耐火材又
は緻密耐火煉瓦で内張（ライニング）が施されている。
そのようなライニング材は、緻密であり、隔離され泡の
ような形の僅かな細孔を有しているだけであるから溶融
したアルミニウムによって浸潤されない。この緻密ライ
ニング材の内側に低密度の耐火断熱材が裏当てされてお
り、低密度の耐火断熱材はスチール製の殻体内に包被さ
れている。しかしながら、この内側緻密耐火ライニング
を完全に流体密に（漏れ止め）することは非常に困難で
ある。溶融金属が耐火ライニングの亀裂や継目を通して
低密度の耐火断熱材に進入し、断熱材を通して漏れ出る
のを防止するために、一般には、容器内に保持された溶
融金属がその最高温度にあるとき、緻密ライニングの外
側温度が、処理中の溶融アルミニウム合金の融点より低
くなるように装置を設計するのが普通である。
好適な緻密ライニング耐火材の熱伝導率は、断熱耐火
材に比べて比較的高い。ここでいう熱伝導率は、特定の
温度下で1in当り１゜Fの温度勾配でのBTU/時・ft2で表わ
される。このような硬い緻密耐火材の熱伝導率は、通
常、150゜F（822℃）の温度下で14〜20である。例えば、
硬い緻密耐火ライニング材として一般に使用されている
アルフラックス66のような高アルミナ鋳込可能耐火材の
熱伝導率は、通常、1500゜F（822℃）の温度下で14であ
り、1000゜F（542℃）の温度下で19である。アルフラッ
クス66の密度は、160l/ft3（2560kg/m3）であり、その
ような緻密耐火材の密度は、一般に、160〜180lb/ft
3（2560〜2880kg/m3）である。
材に比べて比較的高い。ここでいう熱伝導率は、特定の
温度下で1in当り１゜Fの温度勾配でのBTU/時・ft2で表わ
される。このような硬い緻密耐火材の熱伝導率は、通
常、150゜F（822℃）の温度下で14〜20である。例えば、
硬い緻密耐火ライニング材として一般に使用されている
アルフラックス66のような高アルミナ鋳込可能耐火材の
熱伝導率は、通常、1500゜F（822℃）の温度下で14であ
り、1000゜F（542℃）の温度下で19である。アルフラッ
クス66の密度は、160l/ft3（2560kg/m3）であり、その
ような緻密耐火材の密度は、一般に、160〜180lb/ft
3（2560〜2880kg/m3）である。
上述したような在来の装置に使用されている内側ライ
ニングは、かなり厚くしなければならない。従って、容
器の壁全体の厚みを比較的薄くするために耐火断熱材を
かなり薄くしなければならないが、その結果として、相
当に大きい熱損失が生じることを斟酌しなければならな
い。しかしながら、一般には、相当に低い熱損失レベル
で作動させることが望ましい。そのような作動において
は、容器の清掃を容易にすることや、作動の融通性を高
くするなどの実際的な利点が得られるように作動容器の
１つの側壁内だけに加熱素子を配置することが望まし
い。しかしながら、熱損失を少なくするために断熱耐火
材の厚みを増大させると、先に指摘したように壁の全厚
を通しての所望の温度分布を維持するために断熱耐火材
の厚みの増大に比例して内側緻密耐火ライニングの厚み
を増大させなければならない。その結果、熱損失を所望
のレベルにまで制限するには、その所望の制限が実際に
達成可能であるとしても、容器の壁を非常に厚くしなけ
ればならない。容器の壁の全厚を増大させると、小型の
精練装置にとっては外表面も著しく増大することになる
ので、壁厚の増大によって得られる利点が、それに対応
して容器の実効壁面積が増大することによって多少相殺
されてしまう。又。場合によっては、そのような厚い壁
の容器を設置することが許されないような狭い工場内に
設置しなければならないことがある。以上の説明から、
相当に低い熱損失レベルで作動することができ、中庸程
度に厚い壁を組入れた全耐火材精練装置を求める切実な
要望があることが理解されよう。
ニングは、かなり厚くしなければならない。従って、容
器の壁全体の厚みを比較的薄くするために耐火断熱材を
かなり薄くしなければならないが、その結果として、相
当に大きい熱損失が生じることを斟酌しなければならな
い。しかしながら、一般には、相当に低い熱損失レベル
で作動させることが望ましい。そのような作動において
は、容器の清掃を容易にすることや、作動の融通性を高
くするなどの実際的な利点が得られるように作動容器の
１つの側壁内だけに加熱素子を配置することが望まし
い。しかしながら、熱損失を少なくするために断熱耐火
材の厚みを増大させると、先に指摘したように壁の全厚
を通しての所望の温度分布を維持するために断熱耐火材
の厚みの増大に比例して内側緻密耐火ライニングの厚み
を増大させなければならない。その結果、熱損失を所望
のレベルにまで制限するには、その所望の制限が実際に
達成可能であるとしても、容器の壁を非常に厚くしなけ
ればならない。容器の壁の全厚を増大させると、小型の
精練装置にとっては外表面も著しく増大することになる
ので、壁厚の増大によって得られる利点が、それに対応
して容器の実効壁面積が増大することによって多少相殺
されてしまう。又。場合によっては、そのような厚い壁
の容器を設置することが許されないような狭い工場内に
設置しなければならないことがある。以上の説明から、
相当に低い熱損失レベルで作動することができ、中庸程
度に厚い壁を組入れた全耐火材精練装置を求める切実な
要望があることが理解されよう。
この問題に対する１つの解決法は、溶融アルミニウム
の浸透を防止するバリヤーとして断熱耐火ライニングを
使用することである。この方法では、精練チャンバーを
精練容器の保守に便利なように容易に掻取り清掃するこ
とができるグラファイト、耐火珪素、緻密アルミナ鋳込
耐火材等の硬い緻密材料で内張りするのが普通である。
しかしながら、そのようなライニングの表面は、流体密
（漏れ止め）継目を有していないので、液体金属即ち溶
融アルミニウムがそのような表面の継目を透過するおそ
れがある。例えば容器の１つ又はそれ以上の壁を構成す
る加熱器内蔵グラファイトブロック等を含むそのような
硬いライニング材には、耐火繊維質断熱板として一般的
に使用されている、例えば10〜20lb/ft3（160〜320kg/m
3）の比較的低密度の板に比べて、例えば601b/ft3（960
kg/m3）の比較的高密度の耐火繊維質断熱板を裏当する
ことが望ましい。それらの比較的高密度の耐火繊維質断
熱板は、できるだけ完全に嵌め合わされるが、もちろ
ん、それらの間の継目は流体密ではない。しかし、上述
した緻密（高密度の）内側ライニングは、それが３〜4i
n（7.62〜10.16cm）程度の比較的薄い厚さのものであっ
ても、比較的低密度（例えば、20lb/ft3（320kg/m3）
で、熱伝導率の低い耐火繊維質断熱材で裏当てされた場
合、装置の熱損失を制限することができるとともに、高
密度のライニングの外面の温度をアルミニウムの融点よ
り低い温度に維持することができる。
の浸透を防止するバリヤーとして断熱耐火ライニングを
使用することである。この方法では、精練チャンバーを
精練容器の保守に便利なように容易に掻取り清掃するこ
とができるグラファイト、耐火珪素、緻密アルミナ鋳込
耐火材等の硬い緻密材料で内張りするのが普通である。
しかしながら、そのようなライニングの表面は、流体密
（漏れ止め）継目を有していないので、液体金属即ち溶
融アルミニウムがそのような表面の継目を透過するおそ
れがある。例えば容器の１つ又はそれ以上の壁を構成す
る加熱器内蔵グラファイトブロック等を含むそのような
硬いライニング材には、耐火繊維質断熱板として一般的
に使用されている、例えば10〜20lb/ft3（160〜320kg/m
3）の比較的低密度の板に比べて、例えば601b/ft3（960
kg/m3）の比較的高密度の耐火繊維質断熱板を裏当する
ことが望ましい。それらの比較的高密度の耐火繊維質断
熱板は、できるだけ完全に嵌め合わされるが、もちろ
ん、それらの間の継目は流体密ではない。しかし、上述
した緻密（高密度の）内側ライニングは、それが３〜4i
n（7.62〜10.16cm）程度の比較的薄い厚さのものであっ
ても、比較的低密度（例えば、20lb/ft3（320kg/m3）
で、熱伝導率の低い耐火繊維質断熱材で裏当てされた場
合、装置の熱損失を制限することができるとともに、高
密度のライニングの外面の温度をアルミニウムの融点よ
り低い温度に維持することができる。
上述した耐火繊維質断熱板の熱伝導率は、通常、上記
硬い緻密な内側ライニングの耐火材より大幅に、即ち１
桁低い。例えば、60lb/ft3（960kg/m3）の密度を有す
る、後述のPC-45繊維質断熱板は、1500゜F（822℃）の温
度下で1.6の熱伝導率を有し、750゜F（402℃）の温度下
で1.1の熱伝導率を有する。いわゆるAL−３板のような2
0lb/ft3（320kg/m3）の低い密度を有する繊維質断熱板
は、1600゜F（878℃）の温度下で1.6の熱伝導率を有し、
1200°Ｆ（654℃）の温度下で0.9の熱伝導率を有し、20
0゜F（94℃）の温度下で0.5の熱伝導率を有する。これら
の値は、一般に1500゜F（822℃）の温度下で1.8より低
く、1.0〜1.6の熱伝導率を有する耐火繊維質断熱板にと
って典型的なものである。そのような耐火繊維質断熱板
の密度は、一般に80lb/ft3（1280kg/m3）より小さく、
通常15〜70lb/ft3（240〜1120kg/m3）である。
硬い緻密な内側ライニングの耐火材より大幅に、即ち１
桁低い。例えば、60lb/ft3（960kg/m3）の密度を有す
る、後述のPC-45繊維質断熱板は、1500゜F（822℃）の温
度下で1.6の熱伝導率を有し、750゜F（402℃）の温度下
で1.1の熱伝導率を有する。いわゆるAL−３板のような2
0lb/ft3（320kg/m3）の低い密度を有する繊維質断熱板
は、1600゜F（878℃）の温度下で1.6の熱伝導率を有し、
1200°Ｆ（654℃）の温度下で0.9の熱伝導率を有し、20
0゜F（94℃）の温度下で0.5の熱伝導率を有する。これら
の値は、一般に1500゜F（822℃）の温度下で1.8より低
く、1.0〜1.6の熱伝導率を有する耐火繊維質断熱板にと
って典型的なものである。そのような耐火繊維質断熱板
の密度は、一般に80lb/ft3（1280kg/m3）より小さく、
通常15〜70lb/ft3（240〜1120kg/m3）である。
以上の説明から分るように、耐火繊維質断熱板は、精
練装置において溶融アルミニウムバリヤー（溶融アルミ
ニウムの浸透を防止するバリヤー）として一般に使用さ
れている緻密耐火ライニングよりはるかに低い密度及び
熱伝導率を有する。
練装置において溶融アルミニウムバリヤー（溶融アルミ
ニウムの浸透を防止するバリヤー）として一般に使用さ
れている緻密耐火ライニングよりはるかに低い密度及び
熱伝導率を有する。
溶融金属のバリヤーとして比較的高密度の耐火繊維質断
熱板を使用するこの方法は、そのような断熱板材が後述
するように溶融アルミニウムによる浸透又は浸潤に抵抗
することができることに依存している。そのような溶融
金属のバリヤーとしての用途に適するとみられる好適な
市販の耐火繊維質断熱材は、レックス−ロト・コーポレ
ーシヨンからPC-45という商品番号で販売されている比
較的高密度（60lb/ft3（960kg/m3））の断熱板である。
この断熱板を溶融アルミニウム内に最高11週間浸漬した
ところ、アルミニウムの浸透はほとんどみられなかっ
た。
熱板を使用するこの方法は、そのような断熱板材が後述
するように溶融アルミニウムによる浸透又は浸潤に抵抗
することができることに依存している。そのような溶融
金属のバリヤーとしての用途に適するとみられる好適な
市販の耐火繊維質断熱材は、レックス−ロト・コーポレ
ーシヨンからPC-45という商品番号で販売されている比
較的高密度（60lb/ft3（960kg/m3））の断熱板である。
この断熱板を溶融アルミニウム内に最高11週間浸漬した
ところ、アルミニウムの浸透はほとんどみられなかっ
た。
溶融金属のバリヤーとして、例えばPC-45のような比
較的高密度の耐火繊維質断熱板を用いて構成した精練装
置を作動させたところ、驚いたことに、グラファイト製
の加熱器内蔵ブロック（以下、単に「加熱器ブロック」
とも称する）の近傍にホットスポットを生じたことが分
った。作動温度での熱損失が加熱器の能力を越えたので
作動を停止し、装置を部分的に分解したところ、PC-45
断熱板はアルミニウムによって完全に浸潤されているこ
とが判明した。PC-45断熱板の裏側にある比較的低密度
の断熱材の部分も、アルミニウムによって浸潤されてい
ることが認められた。PC-45断熱板の溶融金属の浸潤が
生じたところは、完全に金属が詰っており、金属による
浸潤は、精練容器内の溶融アルミニウムの液面より数イ
ンチも上にまで毛管作用により金属が吸上げられていた
ほど完全なものであった。
較的高密度の耐火繊維質断熱板を用いて構成した精練装
置を作動させたところ、驚いたことに、グラファイト製
の加熱器内蔵ブロック（以下、単に「加熱器ブロック」
とも称する）の近傍にホットスポットを生じたことが分
った。作動温度での熱損失が加熱器の能力を越えたので
作動を停止し、装置を部分的に分解したところ、PC-45
断熱板はアルミニウムによって完全に浸潤されているこ
とが判明した。PC-45断熱板の裏側にある比較的低密度
の断熱材の部分も、アルミニウムによって浸潤されてい
ることが認められた。PC-45断熱板の溶融金属の浸潤が
生じたところは、完全に金属が詰っており、金属による
浸潤は、精練容器内の溶融アルミニウムの液面より数イ
ンチも上にまで毛管作用により金属が吸上げられていた
ほど完全なものであった。
緻密耐火断熱板へのアルミニウムの予想外の浸潤は、
その精練装置における有効性を台無しにするものであ
る。浸潤（又は「浸透」とも称する）とは、耐火繊維質
断熱板の内部空隙（細孔）が溶融アルミニウムで満たさ
れることをいう。その結果、比較的低密度の耐火繊維質
断熱板の特性が、非常に低い熱伝導性から該比較的低密
度の耐火繊維質断熱板の内部空隙に浸透した溶融アルミ
ニウムのそれに近い熱伝導性に変化する。かくして、溶
融アルミニウムは、該繊維質断熱板のライニングに浸潤
し、その結果、浸潤部分を通しての温度の低下は極く僅
かであった。そのような状況下では、溶融アルミニウム
は、断熱ライニングを完全に透過し、精練容器の外側ス
チール製殻体にまで達して殻体を破損することになる。
いうまでもなく、外側スチール製殻体にまで達するその
ような溶融金属の浸透は、許容し得ない。
その精練装置における有効性を台無しにするものであ
る。浸潤（又は「浸透」とも称する）とは、耐火繊維質
断熱板の内部空隙（細孔）が溶融アルミニウムで満たさ
れることをいう。その結果、比較的低密度の耐火繊維質
断熱板の特性が、非常に低い熱伝導性から該比較的低密
度の耐火繊維質断熱板の内部空隙に浸透した溶融アルミ
ニウムのそれに近い熱伝導性に変化する。かくして、溶
融アルミニウムは、該繊維質断熱板のライニングに浸潤
し、その結果、浸潤部分を通しての温度の低下は極く僅
かであった。そのような状況下では、溶融アルミニウム
は、断熱ライニングを完全に透過し、精練容器の外側ス
チール製殻体にまで達して殻体を破損することになる。
いうまでもなく、外側スチール製殻体にまで達するその
ような溶融金属の浸透は、許容し得ない。
当業者には明らかなように、精練装置の耐火繊維質断
熱板ライニングへの溶融アルミニウムのそのような浸潤
の問題は、それよりはるかに高い密度を有し、１桁大き
い熱伝導率を有する硬い緻密な材料の処理とは基本的に
異なる。そのような硬い緻密な材料は、溶融アルミニウ
ムの浅い浸透とそれによって生じる化学反応の結果とし
て、一般に、表面劣化を生じる。そのような硬い緻密な
耐火材料がアルミニウムのような溶融金属で徐々に表面
浸潤されると、耐火材料が膨出又は亀裂を生じ、耐火材
料から耐火成分が遊離してアルミニウム製品中へ混入す
るという望ましくない結果を生じる。米国特許第4,174,
972号は、そのような硬い緻密な耐火材料がアルミニウ
ムのような溶融金属で徐々に表面浸潤されるのを防止す
るためにアルカリ金属弗化物又はアルカリ土類金属弗化
物を添加することを開示している。同特許でいう硬い緻
密な耐火材料とは、溶融アルミニウムとの接触に耐える
耐火材、即ち、溶融アルミニウムによって浸潤されな
い、アルミナ−シリカの含有量の高い鋳込可能なコンク
リートのことである。先の述べたように、そのような慣
用の内側ライニング材は、通常断熱ライニングとして使
用されるが、溶融アルミニウムのバリヤーとしては使用
されない比較的緻密でなく、熱伝導率の低い材料に比べ
て、高い密度及び熱伝導特性を有する。
熱板ライニングへの溶融アルミニウムのそのような浸潤
の問題は、それよりはるかに高い密度を有し、１桁大き
い熱伝導率を有する硬い緻密な材料の処理とは基本的に
異なる。そのような硬い緻密な材料は、溶融アルミニウ
ムの浅い浸透とそれによって生じる化学反応の結果とし
て、一般に、表面劣化を生じる。そのような硬い緻密な
耐火材料がアルミニウムのような溶融金属で徐々に表面
浸潤されると、耐火材料が膨出又は亀裂を生じ、耐火材
料から耐火成分が遊離してアルミニウム製品中へ混入す
るという望ましくない結果を生じる。米国特許第4,174,
972号は、そのような硬い緻密な耐火材料がアルミニウ
ムのような溶融金属で徐々に表面浸潤されるのを防止す
るためにアルカリ金属弗化物又はアルカリ土類金属弗化
物を添加することを開示している。同特許でいう硬い緻
密な耐火材料とは、溶融アルミニウムとの接触に耐える
耐火材、即ち、溶融アルミニウムによって浸潤されな
い、アルミナ−シリカの含有量の高い鋳込可能なコンク
リートのことである。先の述べたように、そのような慣
用の内側ライニング材は、通常断熱ライニングとして使
用されるが、溶融アルミニウムのバリヤーとしては使用
されない比較的緻密でなく、熱伝導率の低い材料に比べ
て、高い密度及び熱伝導特性を有する。
発明が解決しようとする課題 以上の説明から明らかなように、溶融金属バリヤーと
して過度のアルミニウム浸潤を受けることのない耐火繊
維質断熱板を組入れた精練用の溶融金属保持容器の開発
を求める切なる要望がある。本発明は、このような課題
を解決することを企図したものである。
して過度のアルミニウム浸潤を受けることのない耐火繊
維質断熱板を組入れた精練用の溶融金属保持容器の開発
を求める切なる要望がある。本発明は、このような課題
を解決することを企図したものである。
従って、本発明の目的は、アルミニウム保持精練用の
改良された全耐火材製容器を提供することである。
改良された全耐火材製容器を提供することである。
本発明の他の目的は、アルミニウム保持精練用容器に
用いられる作動条件下においてアルミニウムによる過度
の浸潤を受けることなくアルミニウムによる過度の浸潤
を受けることなくアルミニウムバリヤーとして使用する
ことができる耐火繊維質断熱材を用いることができるよ
うにした全耐火材製のアルミニウム保持精練用容器を提
供することである。
用いられる作動条件下においてアルミニウムによる過度
の浸潤を受けることなくアルミニウムによる過度の浸潤
を受けることなくアルミニウムバリヤーとして使用する
ことができる耐火繊維質断熱材を用いることができるよ
うにした全耐火材製のアルミニウム保持精練用容器を提
供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために、耐火繊維質断
熱材を断熱層としてのみならずアルミニウムバリヤーと
しても機能するように組入れた全耐火材製のアルミニウ
ム保持精練用容器を提供する。上記容器の作動条件下で
生じる該断熱材への望ましくないアルミニウムの浸潤
は、アルミニウムバリヤーとして用いられる耐火繊維質
断熱材中に少量の金属ハロゲン化物を添加することによ
って防止される。
熱材を断熱層としてのみならずアルミニウムバリヤーと
しても機能するように組入れた全耐火材製のアルミニウ
ム保持精練用容器を提供する。上記容器の作動条件下で
生じる該断熱材への望ましくないアルミニウムの浸潤
は、アルミニウムバリヤーとして用いられる耐火繊維質
断熱材中に少量の金属ハロゲン化物を添加することによ
って防止される。
発明の具体的な説明 本発明の上記目的は、溶融アルミニウム保持精練容器
にアルミニウム遮蔽層として金属ハロゲン化物を導入し
た耐火繊維質断熱材を使用することによって達成され
る。金属ハロゲン化物は、それが存在しなければ、溶融
アルミニウム保持精練容器の通常の作動条件下において
アルミニウムがそのような低密度耐火繊維質断熱材の内
部空隙に驚くほど浸透するのを防止する働きをする。そ
のような低密度、低熱伝導性耐火繊維質断熱板は、通常
は、アルミニウムの浸透を受けない。そのことは、その
ような材料のサンプルをを上述したような長期間溶融ア
ルミニウム中に浸漬させる実験質での検査によって確認
された。そのようなアルミニウムの浸透は、本発明によ
る金属ハロゲン化物を包含しない溶融アルミニウム保持
精練容器においては発生することが判明している。
にアルミニウム遮蔽層として金属ハロゲン化物を導入し
た耐火繊維質断熱材を使用することによって達成され
る。金属ハロゲン化物は、それが存在しなければ、溶融
アルミニウム保持精練容器の通常の作動条件下において
アルミニウムがそのような低密度耐火繊維質断熱材の内
部空隙に驚くほど浸透するのを防止する働きをする。そ
のような低密度、低熱伝導性耐火繊維質断熱板は、通常
は、アルミニウムの浸透を受けない。そのことは、その
ような材料のサンプルをを上述したような長期間溶融ア
ルミニウム中に浸漬させる実験質での検査によって確認
された。そのようなアルミニウムの浸透は、本発明によ
る金属ハロゲン化物を包含しない溶融アルミニウム保持
精練容器においては発生することが判明している。
特定の実施例においては、アルミニウムを精練する、
しないに拘らず溶融アルミニウムを保持するための本発
明による容器は、典型的な例では容器の底壁及び側壁に
前記底密度耐火繊維質断熱材ライニングを組入れた、通
常はスチール製の外側殻体を有する。その底密度耐火繊
維質断熱材ライニングは、溶融金属の透過を受け易い。
本発明によれば、該底密度耐火繊維質断熱材ライニング
の内壁に容器のための追加の断熱層として機能する処理
された耐火繊維質断熱材ライニングを貼設する。そのよ
うな処理された耐火繊維質断熱材ライニングの１つの内
側側壁に、グラファイト又はその他の緻密な、比較的熱
伝導率の高い耐火材のブロックライニングを内張りす
る。通常、電気加熱素子を該ブロックライニングに形成
した開口内に配設する。容器のその他の内側側壁及び底
壁に過度の損傷を受けることなく掻取り清掃することが
できる適当な硬い緻密耐火材の比較的薄い層で内張りす
る。この緻密な内側耐火ライニングを流体密に維持する
のは非常に困難であるから、上記処理された耐火繊維質
断熱材層は、容器のアルミニウムバリヤーとして機能す
る。
しないに拘らず溶融アルミニウムを保持するための本発
明による容器は、典型的な例では容器の底壁及び側壁に
前記底密度耐火繊維質断熱材ライニングを組入れた、通
常はスチール製の外側殻体を有する。その底密度耐火繊
維質断熱材ライニングは、溶融金属の透過を受け易い。
本発明によれば、該底密度耐火繊維質断熱材ライニング
の内壁に容器のための追加の断熱層として機能する処理
された耐火繊維質断熱材ライニングを貼設する。そのよ
うな処理された耐火繊維質断熱材ライニングの１つの内
側側壁に、グラファイト又はその他の緻密な、比較的熱
伝導率の高い耐火材のブロックライニングを内張りす
る。通常、電気加熱素子を該ブロックライニングに形成
した開口内に配設する。容器のその他の内側側壁及び底
壁に過度の損傷を受けることなく掻取り清掃することが
できる適当な硬い緻密耐火材の比較的薄い層で内張りす
る。この緻密な内側耐火ライニングを流体密に維持する
のは非常に困難であるから、上記処理された耐火繊維質
断熱材層は、容器のアルミニウムバリヤーとして機能す
る。
本発明の実施において、内側断熱層間アルミニウムバ
リヤーとして用いられる上記処理された耐火繊維質断熱
材即ち耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質
断熱材中に、精練操作中そのような耐火繊維質断熱板又
は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材の内部空隙へのアル
ミニウムの有意の浸透を防止する働きをする金属弗化物
又は珪酸塩を導入する。そのような金属ハロゲン化物を
包含しない耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊
維質断熱材を通常の浸漬テストにおいてアルミニウムの
浸透に抵抗することができるようにする仕組みは、完全
には解明されていないが、通常のテスト及び用途におい
てそのような底密度繊維質断熱材への金属浸透が生じな
い理由は、そのような金属の浸透を防止するのに十分な
空気中等からの酸素が事前にそのような低密度繊維質断
熱材に浸透するからであると推測される。上述したPC-4
5断熱板材の小片を溶融アルミニウム内に完全に浸漬さ
せて非孔質のロッドによって押えて保持したところ、そ
のような断熱板材へのアルミニウムの浸透は起らなかっ
た。そのような繊維質断熱板材の気孔内に包含された少
量の酸素が、アルミニウムの浸透を有効に排除するよう
に該板材の表面に酸素膜バリヤーを形成するのに十分で
あったと考えられる。
リヤーとして用いられる上記処理された耐火繊維質断熱
材即ち耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質
断熱材中に、精練操作中そのような耐火繊維質断熱板又
は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材の内部空隙へのアル
ミニウムの有意の浸透を防止する働きをする金属弗化物
又は珪酸塩を導入する。そのような金属ハロゲン化物を
包含しない耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊
維質断熱材を通常の浸漬テストにおいてアルミニウムの
浸透に抵抗することができるようにする仕組みは、完全
には解明されていないが、通常のテスト及び用途におい
てそのような底密度繊維質断熱材への金属浸透が生じな
い理由は、そのような金属の浸透を防止するのに十分な
空気中等からの酸素が事前にそのような低密度繊維質断
熱材に浸透するからであると推測される。上述したPC-4
5断熱板材の小片を溶融アルミニウム内に完全に浸漬さ
せて非孔質のロッドによって押えて保持したところ、そ
のような断熱板材へのアルミニウムの浸透は起らなかっ
た。そのような繊維質断熱板材の気孔内に包含された少
量の酸素が、アルミニウムの浸透を有効に排除するよう
に該板材の表面に酸素膜バリヤーを形成するのに十分で
あったと考えられる。
耐火炉又は保持容器のグラファイト製加熱器ブロック
の裏側、即ち金属の浸透が激しい部位に存在する条件を
できるだけ忠実に模したテストにおいて、PC-45断熱板
材の小片サンプルを下端が開放した垂直グラファイト管
内に挿入した。このグラファイト管の上端にガス導入口
を接続し、窒素がすを該管内に流入させながら管を溶融
アルミニウム内に浸漬させた。窒素ガスの流量は、液状
金属（溶融アルミニウム）が管内に進入するのを阻止す
るのに十分な流量とした。この管を溶融金属の温度を75
0〜780℃として３時間この状態に保持した。この間に繊
維質断熱板の細孔内に包含されている酸素は全部該板か
ら流出して拡散し、水を含む揮発成分は蒸発し、上記窒
素によって該板から連れ出された。実際の精練装置にお
いては、精練容器のヘッドスペースを不活性化するのに
用いられる窒素は、精練容器の加熱器ブロック部分を不
活性にし、加熱器ブロックの酸化を抑制するために加熱
器ブロック帯域内へ導入される。
の裏側、即ち金属の浸透が激しい部位に存在する条件を
できるだけ忠実に模したテストにおいて、PC-45断熱板
材の小片サンプルを下端が開放した垂直グラファイト管
内に挿入した。このグラファイト管の上端にガス導入口
を接続し、窒素がすを該管内に流入させながら管を溶融
アルミニウム内に浸漬させた。窒素ガスの流量は、液状
金属（溶融アルミニウム）が管内に進入するのを阻止す
るのに十分な流量とした。この管を溶融金属の温度を75
0〜780℃として３時間この状態に保持した。この間に繊
維質断熱板の細孔内に包含されている酸素は全部該板か
ら流出して拡散し、水を含む揮発成分は蒸発し、上記窒
素によって該板から連れ出された。実際の精練装置にお
いては、精練容器のヘッドスペースを不活性化するのに
用いられる窒素は、精練容器の加熱器ブロック部分を不
活性にし、加熱器ブロックの酸化を抑制するために加熱
器ブロック帯域内へ導入される。
テストでは、次に、溶融金属が上記垂直グラファイト
管内に上昇してテスト中のPC-45断熱板材の小片サンプ
ルの下端に突当ることができるように上記窒素の圧力を
低下させた。若干のガスがグラファイト管内に流入し、
グラファイトの細孔を透過して流出し続けた。このテス
ト装置を２〜３日のテスト期間中この状態に維持した
後、ガスの圧力を増大させて溶融金属をグラファイト管
から再び押出し、グラファイト管を点検のために引抜い
た。
管内に上昇してテスト中のPC-45断熱板材の小片サンプ
ルの下端に突当ることができるように上記窒素の圧力を
低下させた。若干のガスがグラファイト管内に流入し、
グラファイトの細孔を透過して流出し続けた。このテス
ト装置を２〜３日のテスト期間中この状態に維持した
後、ガスの圧力を増大させて溶融金属をグラファイト管
から再び押出し、グラファイト管を点検のために引抜い
た。
その結果、PC-45断熱板は、このテストに使用された
溶融アルミニウム即ち0.2％のMgを含有した溶融アルミ
ニウムで浸潤され、浸潤又は浸透されることが認められ
た。純粋の溶融アルミニウムでも同じ結果となると推測
される。そのような浸潤は、不活性化のために使用され
るの窒素ガスが誤って20ppmの酸素と100ppmの水を含有
したものであった場合にも生じた。その場合、１日のう
ちに3/8in（9.525mm）の深さにまでアルミニウムの浸透
が生じた。より純粋な窒素雰囲気でその後のテストで
は、３日間のテスト中の１日当りの浸透率は1/2（12.7m
m）であった。又、不活性明日として窒素の代わりにア
ルゴンを用いた場合は、非常に攻撃的な合金である２％
のMgを含有したアルミニウムを用いての３日間のテスト
期間中、PC-45断熱板の表面のスポット状の湿潤と、PC-
45断熱板の内部空隙の極めて僅かな浸潤が生じただけで
あった。従って、アルゴン不活性化用ガス又はパージガ
スの使用は、アルミニウムの浸透問題に対する１つの可
能な解決法であると考えられる。しかし、この解決法
は、当業者には明らかなように、運転コストの観点から
みて非常に高価な方法である。そこで、実際の商業用ア
ルミニウム精練操作のためのより費用効果の高い解決法
を求める要望があった。
溶融アルミニウム即ち0.2％のMgを含有した溶融アルミ
ニウムで浸潤され、浸潤又は浸透されることが認められ
た。純粋の溶融アルミニウムでも同じ結果となると推測
される。そのような浸潤は、不活性化のために使用され
るの窒素ガスが誤って20ppmの酸素と100ppmの水を含有
したものであった場合にも生じた。その場合、１日のう
ちに3/8in（9.525mm）の深さにまでアルミニウムの浸透
が生じた。より純粋な窒素雰囲気でその後のテストで
は、３日間のテスト中の１日当りの浸透率は1/2（12.7m
m）であった。又、不活性明日として窒素の代わりにア
ルゴンを用いた場合は、非常に攻撃的な合金である２％
のMgを含有したアルミニウムを用いての３日間のテスト
期間中、PC-45断熱板の表面のスポット状の湿潤と、PC-
45断熱板の内部空隙の極めて僅かな浸潤が生じただけで
あった。従って、アルゴン不活性化用ガス又はパージガ
スの使用は、アルミニウムの浸透問題に対する１つの可
能な解決法であると考えられる。しかし、この解決法
は、当業者には明らかなように、運転コストの観点から
みて非常に高価な方法である。そこで、実際の商業用ア
ルミニウム精練操作のためのより費用効果の高い解決法
を求める要望があった。
ハロゲン化物の存在は、窒素パーツガスと共に塩素を
導入することなどによって耐火断熱材のアルミニウムに
よる浸潤又は浸潤を停止又は少くとも減少させるための
別の解決法として考えられた。しかしながら、塩素のそ
のような使用は、危険であり、精練装置の金属部品の腐
蝕を起こすことにもなる。塩化物を水溶液として断熱板
に導入したとすると、通常の精練温度下において塩化物
が相当に揮発性であることと、塩化物がアルミニウムと
接触することとの結果として、非常に揮発性の高い塩化
アルミニウムが生成され易い。従って、作動時間の経過
とともに塩化物の効果が急速に減ぜられることになる。
更に、そのような塩化化合物の多くは、本質的に吸湿性
であり、室温においてさえスチール部品の腐蝕を促進す
る傾向がある。
導入することなどによって耐火断熱材のアルミニウムに
よる浸潤又は浸潤を停止又は少くとも減少させるための
別の解決法として考えられた。しかしながら、塩素のそ
のような使用は、危険であり、精練装置の金属部品の腐
蝕を起こすことにもなる。塩化物を水溶液として断熱板
に導入したとすると、通常の精練温度下において塩化物
が相当に揮発性であることと、塩化物がアルミニウムと
接触することとの結果として、非常に揮発性の高い塩化
アルミニウムが生成され易い。従って、作動時間の経過
とともに塩化物の効果が急速に減ぜられることになる。
更に、そのような塩化化合物の多くは、本質的に吸湿性
であり、室温においてさえスチール部品の腐蝕を促進す
る傾向がある。
本発明の改良された精練容器においては、耐火繊維質
断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材に導入す金
属ハロゲン化物は、多くは非常に高い融点及び沸点を有
する金属弗化物であることが好ましい。先の述べたよう
に、高い撓み温度及び高い圧縮強度特性を有する硬い、
緻密な非繊維質の鋳込可能耐火コンクリート内に少量の
弗素を導入することは、米国特許第4,174,972号に開示
されている。アルカリ金属弗化物又はアルカリ土類金属
弗化物の形の弗素の存在は、Al2O3及びSiO2を含有した
コンクリートが、その耐火特性が許容しえない度合いに
まで損なわれる程に溶融アルミニウムによって化学的に
又は物理化学的に攻撃されるのを防止するといわれてい
る。この米国特許に関連して、アルコン・インターナシ
ョナル・リミテッド社のB.ニヤラ氏は、「軽金属」1986
年に掲載された「通常の珪酸塩耐火材及び鋳鉄器具を溶
融アルミニウム合金による攻撃に耐えるように改良する
ための方法」と題する論文の中でアルミニウム鋳造業に
おいて用いられる耐火材、珪酸アルミニウム、珪酸カル
シウム等は、溶融アルミニウム、特に、より攻撃的な溶
融アルミニウム合金による表面攻撃を受け易いことを示
した上で、多くの場合耐火材パウダーの被覆と組合わせ
て弗化塩溶液を用いる、「珪酸塩−塩化物処理法」と称
される処理方法を開示している。そのための弗化塩溶液
は、MgSiF6・6H2O結晶から調製される。耐火材パウダー
は、スラリーとして使用するが、平滑な耐火材表面を処
理する場合は、省略することができる。又、高マグネシ
ウム−アルミニウム合金による表面攻撃に対して非常に
大きい耐性を有するといわれているムライト（アルミナ
−シリカ）系の高密度鋳込可能材、即ちディヂアーテイ
ラー社製のドリーライフ可鋳造No.423−Ｅは、1.25％の
不溶性の形の弗素を含有していることが確認されてい
る。
断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材に導入す金
属ハロゲン化物は、多くは非常に高い融点及び沸点を有
する金属弗化物であることが好ましい。先の述べたよう
に、高い撓み温度及び高い圧縮強度特性を有する硬い、
緻密な非繊維質の鋳込可能耐火コンクリート内に少量の
弗素を導入することは、米国特許第4,174,972号に開示
されている。アルカリ金属弗化物又はアルカリ土類金属
弗化物の形の弗素の存在は、Al2O3及びSiO2を含有した
コンクリートが、その耐火特性が許容しえない度合いに
まで損なわれる程に溶融アルミニウムによって化学的に
又は物理化学的に攻撃されるのを防止するといわれてい
る。この米国特許に関連して、アルコン・インターナシ
ョナル・リミテッド社のB.ニヤラ氏は、「軽金属」1986
年に掲載された「通常の珪酸塩耐火材及び鋳鉄器具を溶
融アルミニウム合金による攻撃に耐えるように改良する
ための方法」と題する論文の中でアルミニウム鋳造業に
おいて用いられる耐火材、珪酸アルミニウム、珪酸カル
シウム等は、溶融アルミニウム、特に、より攻撃的な溶
融アルミニウム合金による表面攻撃を受け易いことを示
した上で、多くの場合耐火材パウダーの被覆と組合わせ
て弗化塩溶液を用いる、「珪酸塩−塩化物処理法」と称
される処理方法を開示している。そのための弗化塩溶液
は、MgSiF6・6H2O結晶から調製される。耐火材パウダー
は、スラリーとして使用するが、平滑な耐火材表面を処
理する場合は、省略することができる。又、高マグネシ
ウム−アルミニウム合金による表面攻撃に対して非常に
大きい耐性を有するといわれているムライト（アルミナ
−シリカ）系の高密度鋳込可能材、即ちディヂアーテイ
ラー社製のドリーライフ可鋳造No.423−Ｅは、1.25％の
不溶性の形の弗素を含有していることが確認されてい
る。
本発明の実施に当っては、一般的に、低密度耐火繊維
質断熱板又は鋳込可能な形の低密度耐火繊維質断熱板に
少量の弗化カルシウムを導入することが好ましい。弗化
カルシウムは、毒性が低く、比較的安い価格でハウダー
の形で入手することができる。ただし、その他の適当な
金属弗化物やフルオロ珪酸塩を使用することもできるこ
とを理解されたい。例えば、弗化アルミニウム、弗化マ
グネシウム及びその他の弗化物を低密度耐火繊維質断熱
材に導入することができる。
質断熱板又は鋳込可能な形の低密度耐火繊維質断熱板に
少量の弗化カルシウムを導入することが好ましい。弗化
カルシウムは、毒性が低く、比較的安い価格でハウダー
の形で入手することができる。ただし、その他の適当な
金属弗化物やフルオロ珪酸塩を使用することもできるこ
とを理解されたい。例えば、弗化アルミニウム、弗化マ
グネシウム及びその他の弗化物を低密度耐火繊維質断熱
材に導入することができる。
本発明に従って処理された低密度耐火繊維質断熱材
（ここに示された実施例ではPC-45耐火繊維質断熱板）
は、一般には、シリカとアルミナから成る耐火セラミッ
ク繊維質断熱材である。そのような材料の重量比は、市
販のいろいろな等級の繊維質断熱板の密度に応じて異な
るものである。即ち、本発明の実施においては、80lb/f
t3（1280kg/m3）以下、通常は15〜20lb/ft3（240〜320k
g/m3）から55〜70lb/ft3（880〜1120kg/m3）又はそれ以
上の密度まで、好ましくは20〜60lb/ft3（320〜960kg/m
3）までの密度のものを有効に用いることができる。先
に述べたように、160〜180lb/ft3（2560〜2880kg/m3）
程度の程度の密度を有する硬い緻密耐火材の熱伝導率は
1500゜F（822℃）の温度下で14〜20であるのに比べて、
本発明に用いられる繊維質断熱板は、1500°Ｆ（822
℃）の温度下で1.8未満、通常１〜1.6の比較的低い熱伝
導率を有する。金属フルオロ珪酸塩は、どのような組成
の耐火繊維質断熱材に対しても用いることができる。た
だし、金属弗化物だけが使用される場合は、本発明の実
施において用いられる耐火繊維質断熱材はシリカ結合材
を含有したものとした場合に最良の結果が得られる。
（ここに示された実施例ではPC-45耐火繊維質断熱板）
は、一般には、シリカとアルミナから成る耐火セラミッ
ク繊維質断熱材である。そのような材料の重量比は、市
販のいろいろな等級の繊維質断熱板の密度に応じて異な
るものである。即ち、本発明の実施においては、80lb/f
t3（1280kg/m3）以下、通常は15〜20lb/ft3（240〜320k
g/m3）から55〜70lb/ft3（880〜1120kg/m3）又はそれ以
上の密度まで、好ましくは20〜60lb/ft3（320〜960kg/m
3）までの密度のものを有効に用いることができる。先
に述べたように、160〜180lb/ft3（2560〜2880kg/m3）
程度の程度の密度を有する硬い緻密耐火材の熱伝導率は
1500゜F（822℃）の温度下で14〜20であるのに比べて、
本発明に用いられる繊維質断熱板は、1500°Ｆ（822
℃）の温度下で1.8未満、通常１〜1.6の比較的低い熱伝
導率を有する。金属フルオロ珪酸塩は、どのような組成
の耐火繊維質断熱材に対しても用いることができる。た
だし、金属弗化物だけが使用される場合は、本発明の実
施において用いられる耐火繊維質断熱材はシリカ結合材
を含有したものとした場合に最良の結果が得られる。
本発明によれば、ここに述べられた溶融アルミニウム
の保持及び精練のための容器に使用される低密度耐火繊
維質断熱材に0.5重量％から5.0重量％の上記金属弗化物
又は金属フルオロ珪酸塩、即ちアルカリ金属ハロゲン化
物又はアルカリアルカリ土類金属ハロゲン化物を導入す
ることができる。このようにして本発明に従って処理さ
れた耐火繊維質断熱材の厚みは、特定のアルミニウム精
練に関連し作動条件に応じて変えることができるが、容
器のスチール製殻体の破損の防止を確実にするために
は、溶融アルミニウムが容器の断熱材に完全に浸透する
ので、容器のアルミニウムバリヤーライニングの外側面
即ち冷温側、即ち容器のスチール製殻体側が、アルミニ
ウムの融点より低い温度になるようにしなければならな
い。本発明によれば、断熱ライニングの所要の厚み全部
の素材として上記のように処理された耐火繊維質断熱板
を使用してもよく、あるいは、上記のように処理された
断熱ライニングの外側温度がアルミニウムの融点より低
い温度になるように、上記のように処理されていない耐
火繊維質断熱板の追加の外側層と組合わせて、望ましく
ないアルミニウムの浸透を実質的に防止するのに十分な
量の上記のように処理された耐火繊維質断熱板又は鋳込
可能な形の耐火繊維質断熱材を用いることができる。当
業者には明らかなように、比較的高い密度の断熱材は、
精練容器の外側断熱層として一般的に使用されている比
較的低密度の上記のように処理されていない断熱材のよ
うな低密度材料より一般に熱伝導性が低い。本発明によ
れば、典型的な精練容器においては一般的に、例えば4i
n（10.16cm）厚の上記のように処理されたPC-45耐火繊
維質断熱板に3in（7.62cm）厚の上記のように処理され
ていない、一般に低密度の断熱材を裏当して成る６又は
7in（15.24又は17078cm）厚の断熱材を用いる。低密度
の、例えば30lb/ft3（480kg/m3）の耐火繊維質打庵熱板
を上記のように処理した形で使用する実施例において
は、通常、容器のライニングは、3in（7.62cm）厚の低
密度の上記のように処理された材料と、4in（10.16cm）
厚の低密度の上記のように処理されていない材料とで構
成することができる。そのような処理された耐火繊維質
断熱板は、費用等の観点からは、特定の容器に対して必
要とされるだけに限定して使用することが一般には望ま
しいが、容器の殻体に隣接する上記のように処理されて
いない断熱板の冷温外側面に裏当を施すことなく、容器
のライニングの全厚を上記のように処理された耐火繊維
質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材で構成し
てもよいことは留意されたい。
の保持及び精練のための容器に使用される低密度耐火繊
維質断熱材に0.5重量％から5.0重量％の上記金属弗化物
又は金属フルオロ珪酸塩、即ちアルカリ金属ハロゲン化
物又はアルカリアルカリ土類金属ハロゲン化物を導入す
ることができる。このようにして本発明に従って処理さ
れた耐火繊維質断熱材の厚みは、特定のアルミニウム精
練に関連し作動条件に応じて変えることができるが、容
器のスチール製殻体の破損の防止を確実にするために
は、溶融アルミニウムが容器の断熱材に完全に浸透する
ので、容器のアルミニウムバリヤーライニングの外側面
即ち冷温側、即ち容器のスチール製殻体側が、アルミニ
ウムの融点より低い温度になるようにしなければならな
い。本発明によれば、断熱ライニングの所要の厚み全部
の素材として上記のように処理された耐火繊維質断熱板
を使用してもよく、あるいは、上記のように処理された
断熱ライニングの外側温度がアルミニウムの融点より低
い温度になるように、上記のように処理されていない耐
火繊維質断熱板の追加の外側層と組合わせて、望ましく
ないアルミニウムの浸透を実質的に防止するのに十分な
量の上記のように処理された耐火繊維質断熱板又は鋳込
可能な形の耐火繊維質断熱材を用いることができる。当
業者には明らかなように、比較的高い密度の断熱材は、
精練容器の外側断熱層として一般的に使用されている比
較的低密度の上記のように処理されていない断熱材のよ
うな低密度材料より一般に熱伝導性が低い。本発明によ
れば、典型的な精練容器においては一般的に、例えば4i
n（10.16cm）厚の上記のように処理されたPC-45耐火繊
維質断熱板に3in（7.62cm）厚の上記のように処理され
ていない、一般に低密度の断熱材を裏当して成る６又は
7in（15.24又は17078cm）厚の断熱材を用いる。低密度
の、例えば30lb/ft3（480kg/m3）の耐火繊維質打庵熱板
を上記のように処理した形で使用する実施例において
は、通常、容器のライニングは、3in（7.62cm）厚の低
密度の上記のように処理された材料と、4in（10.16cm）
厚の低密度の上記のように処理されていない材料とで構
成することができる。そのような処理された耐火繊維質
断熱板は、費用等の観点からは、特定の容器に対して必
要とされるだけに限定して使用することが一般には望ま
しいが、容器の殻体に隣接する上記のように処理されて
いない断熱板の冷温外側面に裏当を施すことなく、容器
のライニングの全厚を上記のように処理された耐火繊維
質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材で構成し
てもよいことは留意されたい。
当業者には明らかなように、本発明の細部において、
あるいは、本発明の実施に使用するための上記のように
処理された耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊
維質断熱材の調製において、特許請求の範囲に記載され
た本発明の範囲から逸脱することなくいろいろな変更又
は改変を行うことができる。例えば、市販されている耐
火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材
は、いろいろな異なる耐火材−結合材配合物を用いてい
ろいろな製造法によって製造することができることは当
該技術において周知である。本発明の目的のためには、
金属ハロゲン化物を耐火材−結合剤配合物に添加し、任
意の好便な態様で、かつ、耐火断熱材を製造するのに用
いられる工程に適合するような態様で耐火材−結合剤配
合物と完全に混合することができる。又、上記のように
処理された耐火断熱材層は、保持又は精練容器の内側表
面を構成するようにすることができるが、そのような容
器の内側方面には、一般にはそして好ましくは、掻取り
等によって容易に製造することができる硬い緻密な比較
的熱伝導性の高い内側耐火ライニング材で内張りする。
そのような清掃及び保守の容易な好適な内側耐火ライニ
ング材の例としては、アルミナ、シリカ、炭化物及びグ
ラファイト等がある。先に述べたように、電気加熱手段
を配設することが必要とされる精練容器の少くとも１つ
の内側側壁には、通常、グラファイトブロックのライニ
ングが使用される。グラファイトは溶融アルミニウムの
保持及び精練のために用いられる容器内に通常設定され
る作動条件下において酸化されるおそれがあるので、一
般には、電気加熱手段を配設することが必要とされる精
練容器の側壁にのみ、内側グラファイトライニングが使
用される。
あるいは、本発明の実施に使用するための上記のように
処理された耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊
維質断熱材の調製において、特許請求の範囲に記載され
た本発明の範囲から逸脱することなくいろいろな変更又
は改変を行うことができる。例えば、市販されている耐
火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材
は、いろいろな異なる耐火材−結合材配合物を用いてい
ろいろな製造法によって製造することができることは当
該技術において周知である。本発明の目的のためには、
金属ハロゲン化物を耐火材−結合剤配合物に添加し、任
意の好便な態様で、かつ、耐火断熱材を製造するのに用
いられる工程に適合するような態様で耐火材−結合剤配
合物と完全に混合することができる。又、上記のように
処理された耐火断熱材層は、保持又は精練容器の内側表
面を構成するようにすることができるが、そのような容
器の内側方面には、一般にはそして好ましくは、掻取り
等によって容易に製造することができる硬い緻密な比較
的熱伝導性の高い内側耐火ライニング材で内張りする。
そのような清掃及び保守の容易な好適な内側耐火ライニ
ング材の例としては、アルミナ、シリカ、炭化物及びグ
ラファイト等がある。先に述べたように、電気加熱手段
を配設することが必要とされる精練容器の少くとも１つ
の内側側壁には、通常、グラファイトブロックのライニ
ングが使用される。グラファイトは溶融アルミニウムの
保持及び精練のために用いられる容器内に通常設定され
る作動条件下において酸化されるおそれがあるので、一
般には、電気加熱手段を配設することが必要とされる精
練容器の側壁にのみ、内側グラファイトライニングが使
用される。
又、当業者には明らかなように、耐火繊維質断熱板又
は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材のライニングを形成
する場合、それらの断熱材と断熱材との間の間隙をでき
るだけ少なくするために継目に適当な耐火セメント填充
するのが、必須の要件ではないが、普通である。耐火繊
維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材のすべ
ての表面に、必ずしも必要ではないが、一般には目止め
剤を被覆する。充填剤として、例えば、レックス−ロト
・コーポレーシヨンから販売されている市販のPC増量剤
を、それに添加した少量の金属ハロゲン化物、例えば2.
5重量％のCaF2と共に、用いることが望ましいことが認
められた。目止め剤としては、レックス−ロト・コーポ
レーシヨンから販売されている市販のPC目止め剤を、好
ましくは、金属カロゲン化物、例えば５重量％のCaF2と
共に、用いるのが好適で、有効である。
は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材のライニングを形成
する場合、それらの断熱材と断熱材との間の間隙をでき
るだけ少なくするために継目に適当な耐火セメント填充
するのが、必須の要件ではないが、普通である。耐火繊
維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材のすべ
ての表面に、必ずしも必要ではないが、一般には目止め
剤を被覆する。充填剤として、例えば、レックス−ロト
・コーポレーシヨンから販売されている市販のPC増量剤
を、それに添加した少量の金属ハロゲン化物、例えば2.
5重量％のCaF2と共に、用いることが望ましいことが認
められた。目止め剤としては、レックス−ロト・コーポ
レーシヨンから販売されている市販のPC目止め剤を、好
ましくは、金属カロゲン化物、例えば５重量％のCaF2と
共に、用いるのが好適で、有効である。
本発明が対象とするアルミニウム保持・精練容器の使
用においては、窒素、アルゴン又はその他の不活性化ガ
スを用いての容器のヘッドスペースの不活性化は、加熱
器ブロック帯域を不活性化し、それによって加熱器ブロ
ックの酸化を抑制するために加熱器ブロック帯域内へ不
活性ガスを導入することによって行われる。この操作
は、上記耐火繊維質断熱材の細孔内に存在する酸素を断
熱材から拡散放逐し、それによって該断熱材への望まし
くないアルミニウムの浸潤を生じる結果となると考えら
れるが、精練容器内には、問題を惹起する原因となる他
の条件も存在し、そのような問題も、本発明の実施にお
いて耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断
熱材の使用により克服される。比較的低密度の耐火繊維
質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材の内部空
隙への望ましくないアルミニウムの浸潤は、グラファイ
ト製の加熱器内蔵ブロックの周りに直接隣接して配設さ
れている耐火繊維質断熱材において最も生じ易いことが
判明しているが、そのような浸潤は、比較的遅い速度で
ではあるが、容器ライニングの他の部分にも生じること
がある。本発明によれば、上記のように処理した耐火繊
維質断熱材が用いられている容器ライニングのすべての
部分においてアルミニウムの浸潤を効果的に防止するこ
とができる。
用においては、窒素、アルゴン又はその他の不活性化ガ
スを用いての容器のヘッドスペースの不活性化は、加熱
器ブロック帯域を不活性化し、それによって加熱器ブロ
ックの酸化を抑制するために加熱器ブロック帯域内へ不
活性ガスを導入することによって行われる。この操作
は、上記耐火繊維質断熱材の細孔内に存在する酸素を断
熱材から拡散放逐し、それによって該断熱材への望まし
くないアルミニウムの浸潤を生じる結果となると考えら
れるが、精練容器内には、問題を惹起する原因となる他
の条件も存在し、そのような問題も、本発明の実施にお
いて耐火繊維質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断
熱材の使用により克服される。比較的低密度の耐火繊維
質断熱板又は鋳込可能な形の耐火繊維質断熱材の内部空
隙への望ましくないアルミニウムの浸潤は、グラファイ
ト製の加熱器内蔵ブロックの周りに直接隣接して配設さ
れている耐火繊維質断熱材において最も生じ易いことが
判明しているが、そのような浸潤は、比較的遅い速度で
ではあるが、容器ライニングの他の部分にも生じること
がある。本発明によれば、上記のように処理した耐火繊
維質断熱材が用いられている容器ライニングのすべての
部分においてアルミニウムの浸潤を効果的に防止するこ
とができる。
PC断熱板に２％のCaF2を含有させて成る耐火繊維質断
熱板を用いての、上述した実験室テストにおいては、75
0℃の温度下での３日間までのテストでアルミニウムに
よる浸潤は生じなかった。商業用アルミニウム精練容器
においては、特に高Mg含量アルミニウム合金を精練する
場合のように、耐火繊維質断熱材に添加するCaF2又はそ
の他の金属ハロゲン化物の含有量を高くすることが望ま
しい場合もある。２％の弗化カルシウムを含有した上記
のように処理した耐火繊維質断熱材を用いて構成した５
基のアルミニウム精練装置を数カ月間商業運転させたと
ころ、それらの装置のどれにもホットスポットが生じな
かった。これらに対して、上記のように処理した耐火繊
維質断熱材を用いずに構成した３基のアルミニウム精練
装置では、数週間の運転でアルミニウムの浸潤に起因す
るホットスポットが生じた。上記のように処理した耐火
繊維質断熱材を用いて構成した５基のアルミニウム精練
装置のうち１基は、アルミニウムの浸潤に関係のない問
題により２か月後に運転を停止した。この装置を点検の
ために部分的に分解したところ、上記のように処理した
耐火繊維質断熱材への溶融アルミニウムの浸潤はみられ
なかった。
熱板を用いての、上述した実験室テストにおいては、75
0℃の温度下での３日間までのテストでアルミニウムに
よる浸潤は生じなかった。商業用アルミニウム精練容器
においては、特に高Mg含量アルミニウム合金を精練する
場合のように、耐火繊維質断熱材に添加するCaF2又はそ
の他の金属ハロゲン化物の含有量を高くすることが望ま
しい場合もある。２％の弗化カルシウムを含有した上記
のように処理した耐火繊維質断熱材を用いて構成した５
基のアルミニウム精練装置を数カ月間商業運転させたと
ころ、それらの装置のどれにもホットスポットが生じな
かった。これらに対して、上記のように処理した耐火繊
維質断熱材を用いずに構成した３基のアルミニウム精練
装置では、数週間の運転でアルミニウムの浸潤に起因す
るホットスポットが生じた。上記のように処理した耐火
繊維質断熱材を用いて構成した５基のアルミニウム精練
装置のうち１基は、アルミニウムの浸潤に関係のない問
題により２か月後に運転を停止した。この装置を点検の
ために部分的に分解したところ、上記のように処理した
耐火繊維質断熱材への溶融アルミニウムの浸潤はみられ
なかった。
発明の効果 以上の説明から分るように、本発明は、当該技術分野
に大きな進歩をもたらし、実際の商業的運転において遭
遇していた大きな問題点を克服する。即ち、本発明は、
容器の断熱ライニングへの溶融アルミニウムの浸潤を防
止する手段を提供することによって、好都合なサイズの
精練容器を長期間保守サービスをする必要がなく過度の
熱損失を生じることなく使用することを可能にし、商業
用アルミニウム精練作動全体の効率を大幅に向上させ
る。
に大きな進歩をもたらし、実際の商業的運転において遭
遇していた大きな問題点を克服する。即ち、本発明は、
容器の断熱ライニングへの溶融アルミニウムの浸潤を防
止する手段を提供することによって、好都合なサイズの
精練容器を長期間保守サービスをする必要がなく過度の
熱損失を生じることなく使用することを可能にし、商業
用アルミニウム精練作動全体の効率を大幅に向上させ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−30810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−80107（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−144569（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−12799（ＪＰ，Ｕ)
Claims (9)
- 【請求項１】溶融アルミニウムに対して不透過性とすべ
き耐火断熱ライニングを底壁及び側壁に備えた外側容器
殻体を有する溶融アルミニウム保持・精練容器であっ
て、 前記耐火断熱ライニングの少くとも一部分として、少量
のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の弗化物又はフル
オロ珪酸塩を含有した耐火繊維質断熱材が使用されてお
り、該金属弗化物又はフルオロ珪酸塩の含有量は、該耐
火繊維質断熱材の重量を基準として0.5〜５重量％であ
り、該耐火繊維質断熱材は、80lb/ft3（1280kg/m3）未
満の非常に低い密度を有し、1500゜F（822℃）の温度下
において1in（2.54cm）当り１゜F（0.56℃）の温度勾配
で1.8BTU/時・ft2（4.88kcal/時・m2）未満の熱伝導率
を有し、該耐火繊維質断熱材の内部空隙内が溶融アルミ
ニウムによって浸潤されることがなく、該金属弗化物又
はフルオロ珪酸塩の存在が、断熱ライニングとしても、
溶融アルミニウムバリヤーとしても機能する該耐火繊維
質断熱材への溶融アルミニウムの望ましくない浸潤を有
効に防止する働きをすることを特徴とする溶融アルミニ
ウム保持・精練容器。 - 【請求項２】前記金属弗化物は、弗化カルシウムである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の溶融ア
ルミニウム保持・精練容器。 - 【請求項３】前記耐火繊維質断熱材は、15〜70lb/ft
3（240〜1120kg/m3）の密度を有するものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の溶融アルミニ
ウム保持・精練容器。 - 【請求項４】前記耐火繊維質断熱材は、20〜60lb/ft
3（320〜960kg/m3）の密度を有するものであることを特
徴とする特許請求の範囲第３項に記載の溶融アルミニウ
ム保持・精練容器。 - 【請求項５】前記耐火繊維質断熱材は、鋳込可能な形の
耐火繊維質断熱材であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 - 【請求項６】前記耐火断熱ライニングの内側面に硬い緻
密内側耐火ライニングを付設し、該硬い緻密内側耐火ラ
イニングは、その表面を掻取ることによって比較的容易
に清掃することができるように比較的高い熱伝導性の材
料から成り、該硬い緻密内側耐火ライニングは、160〜1
80lb/ft3（2560〜2880kg/m3）程度の密度を有し、1500゜
F（822℃）の温度下において1in（2.54cm）当り１゜F
（0.56℃）の温度勾配で14〜20BTU/時・ft2（37.97〜5
4.24Kcal/時・m2）程度の熱伝導率を有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の溶融アルミニウム
保持・精練容器。 - 【請求項７】該容器の少くとも１つの側壁は、グラファ
イトブロックの内側ライニングを有し、該グラファイト
ブロック内に配設された電気加熱手段を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第６項に記載の溶融アルミニウム
保持・精練容器。 - 【請求項８】前記耐火繊維質断熱ライニングは、前記側
壁の、少くとも前記グラファイトブロックを囲繞する内
側部分を構成することを特徴とする特許請求の範囲第７
項に記載の溶融アルミニウム保持・精練容器。 - 【請求項９】前記耐火繊維質断熱ライニングは、該容器
のすべての側壁の断熱材を構成することを特徴とする特
許請求の範囲第７項に記載の溶融アルミニウム保持・精
練容器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US436829 | 1989-11-14 | ||
| US07/436,829 US4998710A (en) | 1987-05-22 | 1989-11-14 | Apparatus for holding and refining of molten aluminum |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03173722A JPH03173722A (ja) | 1991-07-29 |
| JP2742833B2 true JP2742833B2 (ja) | 1998-04-22 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2304181A Expired - Fee Related JP2742833B2 (ja) | 1989-11-14 | 1990-11-13 | 溶融アルミニウム保持・精練容器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0428363B1 (ja) |
| JP (1) | JP2742833B2 (ja) |
| KR (1) | KR950008373B1 (ja) |
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| AU (1) | AU627133B2 (ja) |
| CA (1) | CA2029750C (ja) |
| DE (1) | DE69020500T2 (ja) |
| ES (1) | ES2073539T3 (ja) |
| NO (1) | NO178976C (ja) |
| RU (1) | RU2074907C1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| RU2270409C1 (ru) * | 2004-07-22 | 2006-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Промтрейдинтелл" | Футеровка ванны металлургической емкости |
| JP5561999B2 (ja) * | 2009-10-28 | 2014-07-30 | ニチアス株式会社 | 金属鋳造用耐火成形体、金属鋳造用耐火成形体の製造方法、金属鋳造用不定形耐火組成物及び金属鋳造用溶湯保持部材 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4174972A (en) * | 1975-05-29 | 1979-11-20 | Drouzy Michel L | Nonfibrous castable refractory concrete having high deflection temperature and high compressive strength and process |
| FR2312468A1 (fr) * | 1975-05-29 | 1976-12-24 | Ucpi | Matiere refractaire, utile notamment a la preparation et au transport de l'aluminium |
| US4040610A (en) * | 1976-08-16 | 1977-08-09 | Union Carbide Corporation | Apparatus for refining molten metal |
| JPS5612799U (ja) * | 1979-07-06 | 1981-02-03 | ||
| JPS59144569A (ja) * | 1983-02-07 | 1984-08-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | アルミ鋳造用具 |
| US4681819A (en) * | 1984-06-11 | 1987-07-21 | Alcan International Limited | Treatment of refractory articles |
| CA1274859A (en) * | 1987-06-26 | 1990-10-02 | Alcan International Limited | Insulating lightweight refractory materials |
| EP0329485A3 (en) * | 1988-02-19 | 1990-07-18 | R.A. Barnes Inc. | Linings for crucible furnaces and transfer vessels and method of applying same |
-
1990
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|---|---|
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