(57)【要約】【課題】Ａｌ及びＡｌ合金溶湯においてダイオキシン発生等のない非ハロゲン系元素を用いた精練用フラックスであり、かつ、脱水素除去能力、アルカリ金属除去能力及び非介在物除去能力ともに優れた溶湯精錬用フラックス、ならびに、当該フラックスを用いた精錬方法を提供することである。【解決手段】Ａｌ又はＡｌ合金溶湯中に吹込む精錬用フラックスであって、少なくとも１種以上の硫酸塩化合物の５０重量％以上と、Ｌｉ炭酸塩を除く少なくとも１種以上の炭酸塩化合物の５０重量％未満とを含むことを特徴とする非ハロゲン系フラックス、ならびに、当該フラックスを用いた精錬方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ又はＡｌ合金溶湯中に吹込む精錬用フラックスであって、少なくとも１種以上の硫酸塩化合物の５０重量％以上と、Ｌｉ炭酸塩を除く少なくとも１種以上の炭酸塩化合物の５０重量％未満とを含むことを特徴とする非ハロゲン系フラックス。
【請求項２】
前記少なくとも１種以上の硫酸塩化合物を６０〜８０重量％と、前記少なくとも１種以上の炭酸塩化合物を２０〜４０重量％含む、請求項１に記載の非ハロゲン系フラックス。
【請求項３】
前記少なくとも１種以上の硫酸塩化合物がＫ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４及びミョウバンから選択され、かつ、前記少なくとも１種以上の炭酸塩化合物がＫ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３及びＭｇＣＯ３から選択される、請求項１又は２に記載の非ハロゲン系フラックス。
【請求項４】
溶解炉中にＡｌ又はＡｌ合金を溶解し、溶解したＡｌ又はＡｌ合金の溶湯中に不活性ガスをキャリヤーとして請求項１〜３のいずれか一項に記載の非ハロゲン系フラックスを供給し、Ａｌ又はＡｌ合金を精錬する精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ及びＡｌ合金溶湯の精錬用フラックスに関し、更に詳しくは、Ａｌ及びＡｌ合金溶湯から少なくともアルカリ金属等の不純物、酸化物等の介在物、水素等のガス成分を除去するための非ハロゲン系フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ及びＡｌ合金は、その軽量性、美観、熱伝導性、成形性、リサイクル性等の点で優れた特徴を有しており、飲料用缶、自動車用素材や建築用アルミサッシを始めとして様々な分野で利用されている。通常、Ａｌ合金展伸材用の鋳塊或いは鋳物等の製造工程において、溶解炉でＡｌ原料(Ａｌ地金或いはＡｌ合金材製品のスクラップなど)を溶解して、成分を調製しＡｌ合金溶湯の精練を行う。この精練工程においては、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ及びＬｉなどのアルカリ金属元素、水素ガス、ならびに、非金属介在物など製品品質や製造工程不良などに影響を及ぼす有害物質を必要に応じ低減、除去することが望まれる。
【０００３】
Ａｌ合金溶湯の上記有害物質を除去する精練方法として、現在一般的に広く行われている方法としては、ハロゲン系元素、例えば塩素ガスやフッ素ガス等を単体或いは混合ガスとして溶湯中に吹き込む方法、或いは、塩化物系フラックスをキャリアガスである不活性ガスと共に吹き込む方法が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、塩素ガスは人体に対し極めて有害であるだけでなく、近年大きく問題視されているダイオキシン類の発生源となるので好ましくない。フッ素ガスは地球温暖化傾向が大きく、また水質を汚染させるなどの有害物質であり好ましくない。このように、近年の地球環境保護の観点より、これらハロゲン系ガスの使用は極力廃止すべきである。
【０００５】
また、塩素ガス或いは塩化物系フラックスを用いて溶湯を精錬する場合、ダイオキシンの発生に加えて、溶湯成分によってはＭｇＣｌ２が形成されるという問題点がある。ＭｇＣｌ２は、融点が７１２℃であり、溶湯温度（７２０℃程度）において液状化する上に高流動性も有しているため、一般的に広く使用されている濾過式のフィルターでは除去できず、製品中に混入して不具合原因となる問題がある。
【０００６】
このような状況において、これまでにいくつかの非ハロゲン系フラックスの提案がなされている。例えば、特開平７−２０７３５８号公報には、Ｋ２ＳＯ４を主成分とし融点降下剤としてリチウム化合物やマグネシウム化合物を加えた混合系フラックスが開示されている。しかしながら、この非ハロゲン系フラックスでは、水素ガス量を０．１５ｃｃ/１００ｇＡｌ程度まで低減できる優れた脱ガス効果を示す一方で、従来の塩素ガス或いは塩素系フラックスを用いた精練と比べ、アルカリ金属や非金属介在物の低減除去能力が劣る欠点があった。また、リチウム化合物を使用した場合には、溶湯中へのリチウムの混入が不可避となる。リチウムは、材料の機械的性質の異方性を助長し、例えば、厚板材料などのように板厚方向の強度や延性が低い材料に悪影響を与えるが、他のアルカリ金属元素に比べて除去することが困難な問題がある。
【特許文献１】特開平７−２０７３５８号公報
【０００７】
特開平１１−３２３４４９号公報には、Ｋ２ＳＯ４単体をフラックスとする方が混合系フラックスに比べて精錬能力が高いことが示されている。この非ハロゲンフラックスは、水素ガス量を０．２ｃｃ/１００ｇＡｌまで低減し、非金属介在物であるアルミナ酸化物を２００ｐｐｍまで低減するものの、アルカリ金属の低減除去が劣るという欠点があった。
【特許文献２】特開平１１−３２３４４９号公報
【０００８】
特開２００００−２３９７５７号公報には、ミョウバンを含有するフラックスが開示されている。この非ハロゲンフラックスは、水素ガス量を０．１０〜１２ｃｃ/１００ｇＡｌまで低減するとともに非金属介在物であるアルミナ酸化物を２００ｐｐｍまで低減できるものの、やはりアルカリ金属の低減除去能力に劣るという欠点があった。
【特許文献３】特開２００００−２３９７５７号公報
【０００９】
特開２００３−２５３３５３号公報には、硫酸塩化合物の１種もしくは相異なる硫酸塩化合物２種以上の混合物を用いたフラックスが開示されており、アルカリ金属元素を１００ｐｐｍから１０ｐｐｍに低減可能な効果が示されているものの、脱水素或いは脱非金属介在物除去の面で劣るという欠点があった。
【特許文献４】特開２００３−２５３３５３号公報
【００１０】
また、フラックスに炭酸塩を用いると分解して酸素と炭酸ガスとを発生し、その結果、アルミニウム溶湯の酸化を促進させるという悪影響を及ぼすことが、下記非特許文献１に報告されている。
【非特許文献１】軽金属、第５４巻、第２号（２００４）、ｐ．７５−８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明において解決しようとする課題は、Ａｌ及びＡｌ合金溶湯においてダイオキシン発生等のない非ハロゲン系元素を用いた精練用フラックスであり、かつ、従来の非ハロゲンフラックスよりも、脱水素除去能力、アルカリ金属除去能力及び非介在物除去能力ともに優れた溶湯精錬用フラックスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、溶解炉又は保持炉においてＡｌ又はＡｌ合金溶湯中に吹き込む精錬用フラックスについて鋭意検討した結果、硫酸塩化合物と炭酸塩化合物との活用に着目し、硫酸塩化合物と、Ｌｉ炭酸塩を除く炭酸塩化合物とを含む非ハロゲン系フラックスを用いることで、脱水素除去能力、アルカリ金属除去能力及び非介在物除去能力が向上することを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
本発明は請求項１において、Ａｌ又はＡｌ合金溶湯中に吹込む精錬用フラックスであって、少なくとも１種以上の硫酸塩化合物の５０重量％以上と、Ｌｉ炭酸塩を除く少なくとも１種以上の炭酸塩化合物の５０重量％未満とを含むことを特徴とする非ハロゲン系フラックスとした。
【００１４】
本発明は請求項２において、前記少なくとも１種以上の硫酸塩化合物の含有量を６０〜８０重量％とし、前記少なくとも１種以上の炭酸塩化合物の含有量を２０〜４０重量％とした。
【００１５】
本発明は請求項３において、前記少なくとも１種以上の硫酸塩化合物がＫ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４及びミョウバンから選択され、かつ、前記少なくとも１種以上の炭酸塩化合物がＫ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３及びＭｇＣＯ３から選択されるようにした。
【００１６】
本発明は請求項４において、溶解炉中にＡｌ又はＡｌ合金を溶解し、溶解したＡｌ又はＡｌ合金の溶湯中に不活性ガスをキャリヤーとして請求項１〜３のいずれか一項に記載の非ハロゲン系フラックスを供給し、Ａｌ又はＡｌ合金を精錬する精錬方法とした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の非ハロゲン系フラックスは、少なくとも１種以上の炭酸塩化合物を５０重量％未満含有することにより、Ｃａを炭酸塩として除去可能とすると共に、炭酸ガスの酸化作用による発熱作用が発揮される。更に、少なくとも１種以上の硫酸塩化合物を５０重量％以上含有することにより、ＳＯＸガスによる溶湯表面の覆い作用で炭酸ガスによる溶湯の酸化作用を抑制できる。また、本発明の精錬方法では、上記非ハロゲン系フラックスを用いることにより、熱効率が優れたＡｌ又はＡｌ合金の精錬が可能となる。
【００１８】
なお、本発明で用いるミョウバンとは、一般式Ｒ３Ｒ１（ＳＯ４）２・ｎＨ２Ｏ（ｎ＝１２、１０、６、４、３、２又は０）の組成式で表される３価の金属（Ｒ３）と１価の金属等（Ｒ１）硫酸塩の複塩の総称を意味する。３価の金属（Ｒ３）は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ等であり、１価の金属等（Ｒ１）は、Ｋ、ＮＨ４、Ｎａ等である。代表的なミョウバンは
、ＡｌＫ（ＳＯ４）２・ｎＨ２Ｏ（ｎ＝１２、１０、６、４、３、２又は０）で表わされるカリウムミョウバン又は焼きミョウバンと、ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・ｎＨ２Ｏ（ｎ＝１２、１０、６、４、３、２又は０）で表わされるアンモニウムミョウバン又は焼きミョウバンである。
【００１９】
また、本発明において規定するアルカリ金属には、通常のアルカリ金属の範疇である、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムに加えて、通常のアルカリ土類金属の範疇にある、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムも含まれるものとする。
なお、以下の説明において、「Ａｌ」とはＡｌ及びＡｌ合金の両方を示す意味に用いるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る非ハロゲン系フラックスは、炭酸塩化合物と硫酸塩化合物から成る。炭酸塩化合物はＣａ除去能力の向上と発熱作用を発揮し、硫酸化合物はＣＯ２酸化による溶湯の酸化を抑制する。
【００２１】
Ａ．非ハロゲン系フラックス
Ａ−１．炭酸塩化合物
本発明で用いる炭酸塩化合物は、Ｌｉ炭酸塩を除く少なくとも１種以上の炭酸塩化合物であり、工業的に活用するのに安価で、反応性も十分に高いものが望まれる。但し、リチウム炭酸塩を使用した場合、溶湯中へのリチウムの混入は不可避であり、リチウムは他のアルカリ金属よりも除去することが困難であるにもかかわらず、材料の機械的性質の異方性を助長し、例えば厚板材料などのように板厚方向の強度や延性が低い材料にとっては悪影響を与えるという欠点があるため用いられない。
【００２２】
炭酸塩化合物としては、炭酸リチウム（ＬｉＣＯ３）以外であれば特に制限されるものではないが、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸ルビジウム（ＲｂＣＯ３）、炭酸セシウム（ＣｅＣＯ３）、炭酸フランシウム（ＣＯ３）、炭酸ベリリウム（ＢｅＣＯ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、炭酸ラジウム（ＬａＣＯ３）の単独又は任意に選択される２種以上の混合物がに用いられる。これらのうち、Ｋ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＭｇＣＯ３の単独又は任意に選択される２種以上の混合物が好適に用いられ、Ｋ２ＣＯ３が特に好適に用いられる。
【００２３】
Ｎａ２ＣＯ３は工業的に安価であるが、風解性があって水分を吸収しやすく溶湯中への水素の混入原因となりうること、また溶湯のＮａ汚染が問題となる可能性があることから、吸水率を、０．５％以下に、より好ましくは０．３％以下に、さらに好ましくは０．１％以下に管理するのが望ましい。できれば、Ｎａの混入に伴う汚染が問題にならないようなアルミニウム合金に対して使用することが望ましい。同様に、ＭｇＣＯ３に関しても、反応性は良好ではあるがＭｇによる溶湯汚染が問題となる可能性があるため、Ｍｇによる溶湯汚染が問題にならないアルミニウム合金に対して使用することが望ましい。
【００２４】
炭酸化合物のフラックスにおける含有量は、フラックス全体の５０重量％未満であり、好ましくは２０〜４０重量％である。炭酸塩の分解によって発生する炭酸ガスは、フラックスを継続して発熱させる効果を有する一方において、Ａｌ溶湯の一部を酸化させてしまう。そのため、含有量が５０重量％を超えると溶湯の酸化を促進させ、製品歩留の低下、更には溶湯中の酸化物系介在物の増加を招く。溶湯酸化によるこのような支障を防止するには、炭酸塩化合物の含有量を４０重量％以下とするのが好ましい。また、炭酸塩化合物による上記効果を十分に発揮させるには、炭酸塩化合物の含有量を２０重量％以上とするのが好ましい。
【００２５】
一般に、フラックスに炭酸塩を用いると分解して酸素と炭酸ガスとを発生し、その結果、アルミニウム溶湯の酸化を促進させるという悪影響を及ぼすとされていた。しかし、本発明者らはＣａ除去について種々検討し、一般的なＡｌ合金の注湯温度である７２０℃におけるＣａ化合物の生成自由エネルギーの値を比較した結果、ＣａＣＯ３が最も生成しやすく、次いでＣａＯ、ＣａＳの順であることが判明した。これは、炭酸塩がＡｌ溶湯中で分解すると酸素と炭酸ガスとを発生し（式１）、この酸素とカルシウムが反応して（カルシウムが酸素によって酸化され）酸化カルシウムを生成し（式２）、次いで、この酸化カルシウムが前記炭酸ガスと反応して（炭酸ガスの酸化作用により）炭酸カルシウムが生成する（式３）反応が主反応として生起するためと考えられる。
ＣＯ３２−→Ｏ２−＋ＣＯ２          （式１）
[Ｃａ]＋Ｏ２−→ＣａＯ          （式２）
ＣａＯ＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３        （式３）
上記（式２）における[Ｃａ]は、溶湯中の溶融したカルシウム原子を示す。
【００２６】
したがって、フラックスに炭酸塩を用いても、上記式１〜３の反応を利用することにより、アルミニウム溶湯のアルミニウムの酸化を低減しつつ、Ｃａを炭酸塩として除去することにより、これまで以上にＣａ除去精錬効果を向上できる利点がある。
【００２７】
また、炭酸塩化合物を用いることにより炭酸塩の分解によって発生する炭酸ガスは、酸化カルシウムを酸化したりＡｌ溶湯の一部を不可避的に酸化するが、これらの酸化反応は発熱反応である。したがって、炭酸ガスによる酸化反応は、フラックスを継続的に発熱させる発熱剤として働きフラックスの分解を促進できる利点がある。
【００２８】
また、一般的にフラックスによる溶湯中の介在物除去精錬は、以下２点の作用によって進行する。（１）吹き込まれたフラックスが溶湯中で反応して分解し、ヒューム状となったフラックスが溶湯／介在物の界面に入り介在物との濡れ性を改善して、介在物を吸着・浮上分離させる。（２）溶湯中でフラックスが分解反応して発生した微細な精錬ガスが溶湯中の介在物を吸着し、浮上・分離させる。これらの作用に鑑みれば、溶湯中に吹き込まれて即座に反応・分解するフラックスの方が介在物の除去精錬効果が高いと言える。また、水素除去精錬、アルカリ金属除去精錬反応についても、溶湯中に吹き込まれて即座に反応・分解するフラックスの方が精錬能力は高いと言える。すなわち、フラックスとしては分解性の高いものが望ましい。
本発明では、フラックスに炭酸塩化合物を加えることにより、その共晶結効果によって硫酸塩化合物の融点が降下するため、溶湯温度における硫酸塩化合物の分解性を高める利点もある。
【００２９】
塩化物系フラックスによる溶湯処理の場合には、合金成分によってはＭｇＣｌ２が形成される。ＭｇＣｌ２は７１２℃の融点を有し、溶湯温度において液状化する。ＭｇＣｌ２は高流動性も有しているため、一般的に広く使用されている濾過式のフィルターでは除去できず、製品中に混入して不具合原因となる。硫酸塩及び炭酸塩を用いて溶湯処理を行なう場合には、硫化物、硫酸塩、炭酸塩及び酸化物等が反応生成物として発生するが、これらの化合物はいずれも浮上分離或いは濾過式フィルターによって除去可能である。このように、硫酸塩及び炭酸塩系のフラックスでは、塩化物系のフラックスを用いた処理において除去が困難であったＭｇＣｌ２のような液状介在物を生成しない利点もある。
【００３０】
以上のように、炭酸塩を活用することによりＣａ除去能力が向上し、更には、発熱作用や硫酸塩化合物の融点効果作用によりフラックスの分解による反応性を促進できるため、従来のフラックッスに比べてアルカリ金属除去能、水素除去能、介在物の除去能が向上する。また、塩化物系フラックスを使用して溶湯を精錬する際に生成するＭｇＣｌ２などの液状介在物の発生もなく、フラックスの原因による製品不具合を防止できる。
【００３１】
Ａ−２．硫酸塩化合物
フラックスに炭酸塩化合物を使用する場合には、不可避的に発生する炭酸ガスによる溶湯酸化を抑制するために、硫黄酸化物（ＳＯＸガス）による溶湯表面覆い効果を有する硫酸塩も共に使用することが効果的であることが判明した。例えば、Ｋ２ＳＯ４の分解反応によって発生するＳＯＸガスは、溶湯表面雰囲気より密度が大きいことから溶湯精錬時に溶湯表面を覆い、Ａｌ成分と大気中に存在する酸素及び／又は水分との酸化反応によるメタルロスを防止できる。このように、フラックス成分には、高度の溶湯精錬作用等を発揮する炭酸塩化合物に加えて、溶湯表面覆い効果を発揮可能な硫酸塩化合物も含有させる必要がある。
【００３２】
本発明では、少なくとも１種以上の硫酸塩化合物も用いられる。硫酸塩化合物としては特に制限されるものではないが、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、ミョウバン（Ｒ３Ｒ１（ＳＯ４）２・ｎＨ２Ｏ（ｎ＝１２、１０、６、４、３、２又は０））、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸ルビジウム（ＲｂＳＯ４）、硫酸セシウム（ＣｅＳＯ４）、硫酸フランシウム（ＳＯ４）、硫酸ベリリウム（ＢｅＳＯ４）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ４）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫酸ラジウム（ＬａＳＯ４）の単独又は任意に選択される２種以上の混合物が好適に用いられる。これらのうち、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、ミョウバンの単独又は任意に選択される２種以上の混合物が特に好適に用いられる。
【００３３】
フラックスによる精錬作用を発揮させるためには、硫酸塩化合物が分解してＡｌ溶湯中の除去すべき不純物と反応する必要がある。したがって、硫酸塩化合物又は炭酸塩化合物の融点が溶湯温度と比較して高い場合、或いは、融点は低いもののこれら化合物の流動性を高める必要がある場合には、相異なる２種以上の硫酸塩化合物の混合物を用いるのが好ましい。例えば、Ｋ２ＳＯ４とやミョウバンとの混合物が好適に使用される。
【００３４】
硫酸化合物のフラックスにおける含有量は、フラックス全体の５０重量％以上であり、好ましくは６０〜８０重量％である。５０重量％未満では、Ａｌ溶湯中の不純物を十分に除去できないからである。
【００３５】
炭酸塩化合物と硫酸塩化合物について述べたが、精錬要求に応じて使用する炭酸塩化合物と硫酸塩化合物の種類、ならびに、それらの含有量を適宜決定する必要がある。また、本発明の非ハロゲン系フラックスは、炭酸塩化合物と硫酸塩化合物を含有するものであるが、本発明の目的であるダイオキシン発生等がないこと、脱水素除去能力、アルカリ金属除去能力及び非介在物除去能力に優れていること、を満たせば、炭酸塩化合物と硫酸塩化合物以外の物質を含有していてもよい。
【００３６】
Ｂ．精錬方法
本発明の非ハロゲン系フラックスを用いたＡｌ及びＡｌ合金の精錬は、以下のようにして行なわれる。
本発明では、炭酸塩化合物と硫酸塩化合物とのフラックスを溶湯に供給しつつ溶湯内を撹拌混合する精錬方法が採用される。このような撹拌混合には、ランスパイプからのキャリヤーガスとフラックスとの供給添加によって撹拌混合を与える方法、回転インペラーのパイプからキャリヤーガスとフラックスとを溶湯に供給する際に、発生する微細なガスバブルをインペラーで撹拌混合する方法、電磁力で撹拌混合する方法、溶湯の吸引と排出によって撹拌混合を与える方法等が含まれる。
【００３７】
不活性ガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウム等が用いられ、これをキャリヤーとして炭酸塩化合物と硫酸塩化合物との粉末混合物から成るフラックスが溶湯中に添加される。キャリヤーガス吹き込み量は、溶湯深さにも依存するが、フラックスと溶湯との十分な反応時間を確保するために、１０〜２００リットル／分であり、より好ましくは２０〜１００リットル／分であり、更に好ましくは３０〜１００リットル／分である。２００リットル／分を超えると、ガスバブルによる攪拌混合作用が過剰になり、溶湯面のあばれが顕著となる。１０リットル／分未満では、十分な攪拌混合作用が期待できない。
また、フラックスの溶湯への供給量は、Ａｌ溶湯の全重量に対して０．０５〜０．５重量％、好ましくは０．１〜０．２重量％である。０．０５重量％未満では、フラックス供給量が少なく十分な反応が生起しないこととなる。また、０．５重量％を超えたのでは、フラックスが過剰となって、未反応フラックスが介在物となったり、酸化が著しく促進されることとなる。
【００３８】
本発明では、フラックスを溶湯中に確実に浸漬させて反応させると共に、撹拌混合によって溶湯面を波立たせないように溶湯流速を適度に緩やかに保つことが必要である。溶湯流速は、０．０１〜５ｍ／秒とするのが好ましい。溶湯流速が０．０１ｍ／秒未満では十分な撹拌混合効果が得られず、溶湯とフラックスとの反応が局所的に生起して均一化されない。溶湯流速が５ｍ／秒を超えると、流速が速過ぎて溶湯中に浸漬しているフラックスが溶湯流に乗って浮上し炉全体の溶湯に対して十分な反応時間を確保できない。なお、溶湯の流速とは、溶湯表面における水平方向の移動速度とし、溶湯表面に配置した市販耐火物の移動速度によって規定される速度を意味する。
【００３９】
本発明の精錬方法の好適な実施態様では、インペラー型撹拌器が用いられる。このような撹拌器は、機械的に回転するインペラーのパイプ部を通してキャリヤーガスと共にフラックスを供給し、パイプ部先端の構造によってキャリヤーガスのガスバブルを微細に発生させつつ撹拌混合するものである。インペラーは溶解炉や保持炉の底面から２００ｍｍ以上の溶湯深さに配置される。溶湯深さが２００ｍｍ未満では、溶湯中に装入するパイプから噴出するガスが炉底部の介在物を巻き込み易くなり好ましくない。インペラーの回転数は、その形状にも依存するが５０〜５００ｒｐｍ、好ましくは５０〜３００ｒｐｍ、より好ましくは５０〜１５０ｒｐｍである。５００ｒｐｍを超えると攪拌過剰となり溶湯面のあばれが顕著となる。５０ｒｐｍ未満では、ガスバブルを十分に微細にできず、フラックスを均一に添加できない。
【００４０】
溶湯（１）に装入するインペラー型撹拌器（２）の装入方向は、炉（３）の鉛直方向（４）においては床面（水平面）に対して垂直（９０度）であってもよいが、水平面に対して１０〜３０度、好ましくは１０〜２０度、より好ましくは１０〜１５度だけ傾斜させて装入される（図１）。３０度を超えると炉底面の介在物を巻き込むこととなり、１０度未満では、インペラーシャフトが必要以上に長くなり操作上のハンドリングが困難になるからである。
【００４１】
一方、インペラー型撹拌器（２）の炉（３）の水平方向（５）の装入方向においては、炉の装入孔（６）に対して垂直に装入（炉の水平断面が円形とした場合に円の中心（７）に向けて装入）してもよいが、装入孔（６）に対して垂直の位置から、２０〜７０度、好ましくは３０〜６０度だけずらして装入される（図２）。このようにずらして装入することにより、炉内全体にわたってインペラー型撹拌器の回転に伴う緩やかな推進力を得ることができる。ずらす角度が２０度未満では、中心部のみが攪拌されるだけなのでフラックスの均一添加が困難となり、７０度を超えると炉体壁面へのダメージが大きくなり操作上不利となる。
【実施例】
【００４２】
次に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
実施例１〜６及び比較例１〜６
表１に示すように、硫酸塩化合物と炭酸塩化合物との混合非ハロゲン系フラックスを用いた。以下の溶解条件によってＡｌの精錬を行ない、不純物元素及び介在物を含む溶湯を精練した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
溶解条件
原料：９９．７％地金８０％+印刷板スクラップ２０％
溶解炉：５０トン重油焚き反射型溶解炉
溶解方式：大気溶解方式
溶湯品種：ＪＩＳ１１００
溶解温度（精錬温度）：７５０℃
精錬条件
フラックスの添加方法：キャリヤーガスとして窒素ガスを使用し、ランスパイプを用い                        て１００リットル/分で溶湯に添加しつつ、回転インペラーを                        １５０ｒｐｍで回転させて攪拌した。
回転インペラー：ランスパイプの先に装着された一体型、又は、ランスパイプとは別個                  の分離型
キャリヤーガス吹き込み角度：鉛直方向については床面から１５°だけ傾斜させ、水平
方向については装入孔に対して６０°だけずらして装入
した。
フラックス供給量：全溶湯重量に対し０．１５重量％を２０分間で供給した。
精錬時間：３０分
精錬後の保持時間：３０分
初期溶湯各種有害成分濃度：水素含有量０．４±０．１ｃｃ/１００ｇ溶湯、Ｃａ濃度
１００ｐｐｍ、介在物（Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２
Ｏ４）濃度：４００ｐｐｍ
【００４６】
精練後に、Ｃａ除去効果、水素ガス除去効果、介在物除去効果、メタルロス率及び排出ガス中におけるダイオキシン類発生有無の各種評価を行った。各評価には以下の分析方法を用いた。
【００４７】
評価項目と評価方法
Ｃａ金属成分：ＪＩＳ湿式分析法
水素ガス：ランズレ−法
介在物：ＪＩＳ規定の抽出定量法
メタルロス率：（除さい垢重量／溶解重量）×１００％、ここで、溶解重量とはＡｌの
全溶解重量を示し、除さい垢重量とは溶解重量から精錬後の鋳塊重量
を差し引いた重量を示す
排出ガス中ダイオキシン類発生有無：排ガス配管からサンプリングした試料のダイオキ
シン類の化学分析
【００４８】
評価結果を表２に示す。表２に示す品質指標は下記の通りである。
【００４９】
【表２】
2006307256.tif 000004
【００５０】
溶湯品質
○：Ｃａ濃度が２０ｐｐｍ未満であり、水素濃度が０．１５ｃｃ／１００ｇ未満であり
、介在物濃度が１００ｐｐｍ未満であり、残留Ｌｉ濃度が０ｐｐｍの場合であり良      好とした。
△：上記評価項目のうち１つ以上満たせない項目があるものであり不良とした。
メタルロス判定
○：メタルロス率が３％以下であり良好とした。
△：メタルロス率が３％を超え４％以下であり不良とした。
×：メタルロス率が４％を超え４．５％以下であり不良とした。
【００５１】
実施例１〜６では、溶湯品質が良好で、メタルロスが少なく、かつ、精錬排出ガス中においてダイオキシン類の発生はみられず、良好な精錬結果が得られた。
【００５２】
比較例１では、溶湯品質は良好であったが、フラックスにＫＣｌとして塩素成分が含有されているため排出ガス中にダイオキシン類が発生している。また、フラックスのＫ２ＳＯ４含有量が少量なためＳＯＸガスによる溶湯表面の覆い効果が十分に発揮されず、酸化によるメタルロス率が高くなっており、製造歩留が低下した。
【００５３】
比較例２では、精錬後のＣａ濃度が３０ｐｐｍ、水素濃度が０．１５ｃｃ／１００ｇＡｌ、介在物濃度が１００〜１５０ｐｐｍとなり、精錬効果が十分でなかった。
【００５４】
比較例３、６では、フラックス成分中にＬｉ２ＣＯ３としてＬｉ成分が含まれており溶湯中にＬｉが残留した。Ｌｉは、他のアルカリ金属（例えばＣａ、Ｎａ、Ｍｇ等）と比較して除去し難くく、別工程での溶湯精錬処理において脱Ｌｉを行なうべく通常よりも過剰処理を行う必要があり、製造コストが全体に増加してしまう。
【００５５】
比較例４では、溶湯品質は良好であった。しかしながら、フラックスのＫ２ＳＯ４含有量が少量なためＳＯＸガスによる溶湯表面の覆い効果が十分に発揮されず、また、炭酸ガスによるメタル酸化が著しいため、メタルロス率が高くなっており、製造歩留が低下した。
【００５６】
比較例５では、溶湯品質は良好であった。しかしながら、フラックスのＫ２ＳＯ４含有量されていないためＳＯＸガスによる溶湯表面の覆い効果が発揮されず、また、炭酸ガスによるメタル酸化が著しいため、メタルロス率が高くなっており、製造歩留が低下した。
【００５７】
実施例及び比較例の比較より、本発明は従来技術において達成されていた非ハロゲン系元素を用いた溶湯精錬及び精錬時のメタルロス防止を可能にしつつ、更に、溶湯精練能力、特には脱アルカリ金属精練及び脱介在物精錬能力を向上させるものである。
【００５８】
なお、本発明者は、合金系としてＪＩＳ２０００、ＪＩＳ３０００、ＪＩＳ３０００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ５０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ７０００系等についても、上記ＪＩＳ１１００系と同様の実験を行ったところ、上記ＪＩＳ１１００系での実施例１〜６及び比較例１〜６と同様の結果を得た。また、フラックスの吹込みキャリアガスとして、アルゴン、ネオン、ヘリウムガスを用いた場合も、上記窒素ガスを用いた実施例１〜６及び比較例１〜６と同様の結果を得た。更に、溶解炉として誘導溶解炉を用いた場合も、上記反射型溶解炉を用いた実施例１〜６及び比較例１〜６と同様の結果を得た。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は以上のように構成されており、Ａｌ中におけるアルカリ金属元素、水素、介在物を効率良く除去可能でき、かつ、排出ガス中のダイオキシン類の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】溶湯中にエンペラー型撹拌器を装入する際の鉛直方向における装入角度の説明図
【図２】溶湯中にエンペラー型撹拌器を装入する際の水平方向における装入角度の説明図
【符号の説明】
【００６１】
１  溶湯
２  エンペラー型撹拌器
３  溶解炉
４  鉛直方向
５  水平方向
６  炉のエンペラー型撹拌器の装入孔
７  炉の水平方向の中心
【図１】
2006307256.tif 000005
【図２】
2006307256.tif 000006