(57)【要約】本発明は、溶融アルミニウム合金とアルミニウム結晶の混合物の中に入っているアルミニウム結晶の割合を調節する方法に関する。本発明に従い、前記混合物の電気抵抗を４点測定で測定する。その測定した電気抵抗を用いて、前記混合物に入っている結晶の割合を狭い限界の範囲内に一定に保持することができる。本発明は、また、本方法を実施するに適した装置にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融アルミニウム合金とアルミニウム結晶の混合物の中に入っているアルミニウム結晶の割合を調節する方法であって、前記混合物の電気抵抗を４点測定で測定することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記混合物を連続的に撹拌する請求項１記載の方法。
【請求項３】
汚染されているアルミニウムの分別結晶化中に実施する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記結晶化を連続的結晶化として実施する請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記電気抵抗を実質的に一定に保持する請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウム結晶の割合を±４％の限界、好適には±２％の限界の範囲内に一定に維持する請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
前記汚染が少なくとも部分的にＦｅで構成されている請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の方法を用いてアルミニウム結晶の割合を調節する装置であって、前記混合物を保持する容器、前記容器の内容物の温度を調節する手段、および電流を流すための２個の電極と電圧を測定するための２個の電極を有する４点オーム計を含んで成っていて前記電極が好適には保護管に取り巻かれている装置。
【請求項９】
前記保護管がセラミック材料、好適にはＡｌ２Ｏ３で構成されている請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記保護管の中に入っている電流搬送用電極および電圧測定用電極が使用中に溶融アルミニウムを含有する請求項８または９記載の装置。
【請求項１１】
前記電流搬送用電極が前記容器の壁から少なくとも前記電流搬送用電極と電流搬送用電極の間の距離の半分に等しい距離の所に位置する請求項８−１０のいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記電圧測定用電極の各々が関連した電流搬送用電極から少なくとも５ｍｍの距離の所に位置する請求項８−１１のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融アルミニウム合金とアルミニウム結晶の混合物の中に入っているアルミニウム結晶の割合を調節する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融アルミニウム合金とアルミニウム結晶の混合物は、例えば、汚染されているアルミニウムに分別結晶化を受けさせている時に存在する。分別結晶化は、汚染されている金属合金を精製する公知方法であり、これはとりわけ特許文献１に記述されている。分別結晶化の形態の１つは懸濁結晶化である。懸濁結晶化では、汚染されている金属合金を溶融状態からゆっくりと冷却する。固化が始まるにつれて非常に高純度の金属が結晶化して析出し、そして冷却を継続するにつれて結晶化して析出して来る金属の純度が次第に低くなる。そのような混合物に入っている結晶化しなかった液体から結晶を分離することによって、元々の金属合金の純度よりも有意に高い純度を有する合金で構成されている金属結晶が得られる。加うるに、また、より高度に汚染されている金属でも懸濁結晶化を利用することができ、この場合には、純度が低い金属が最初に結晶化して析出して来る。
【０００３】
そのような方法を実施する時の１つの問題は、そのような混合物に入っている結晶の割合を調節するのが困難な点にある。しかしながら、このことはそのような方法を産業で用いようとする時に必要である。懸濁結晶化では、結晶の割合を調節しようとする時に前記混合物の温度測定を利用しようとしても不可能であるか或はほとんど不可能である。一方では、測定すべき温度が高く、アルミニウムの場合にはほぼ７００℃であることから、その温度を正確に測定するのは困難であり、他方では、ある決まった温度で高純度のアルミニウムが結晶化し、従って、その温度の時に高純度のアルミニウムは完全に液体であるか或は完全に結晶化しているばかりでなくそれらの間の可能な状態のいずれも取り得る。従って、温度測定を用いて前記混合物に入っている結晶の割合を調節するのは不可能であり、冷却が過度であると、その混合物が完全に固化する可能性もあり、その結果として、温度測定を用いてそれを調節するのは不可能である。もし、アルミニウムが汚染されている度合が僅かであるならば、完全に液化した状態と完全に結晶化した状態の間に温度の差が存在するが、この温度差は非常に小さく、存在する不純物に依存し、それを正確に知るのは一般に不可能である。従って、汚染されているアルミニウムの産業的懸濁結晶化で混合物に入っている結晶の割合を合理的な限界の範囲内に一定に保持する目的で温度測定を利用するのは不可能である。
【特許文献１】米国特許第３，８４０，３６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの目的は、例えば分別結晶化中などで溶融アルミニウム合金とアルミニウム結晶の混合物の中に入っているアルミニウム結晶の割合を調節することを可能にする方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、正確かつ産業規模で使用可能な前記種類の方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の更に別の目的は、簡潔で信頼できる前記種類の方法を提供することにある。
【０００７】
加うるに、本発明の目的は、本方法の実施を可能にする装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
溶融アルミニウム合金とアルミニウム結晶の混合物の中に入っているアルミニウム結晶の割合を調節する目的で前記混合物の電気抵抗を４点測定（ｆｏｕｒ−ｐｏｉｎｔ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）で測定する方法を用いてこれらの目的の１つ以上を達成する。
【０００９】
そのような電気抵抗測定を用いると、結晶のパーセントが未知であっても溶融物の中の結晶の割合を正確に調節することが可能になる、と言うのは、結晶が示す抵抗の方が溶融物が示す抵抗よりも有意に低い（２．２倍）からである。本発明に従うそのような方法を用いると、どの不純物が存在するかを正確に知る必要も状態図（ｐｈａｓｅ  ｄｉａｇｒａｍｓ）も全く知る必要もなく産業用途に充分な精度で溶融物に入っている結晶の割合を一定に保持することが可能になる。
【００１０】
しかしながら、溶融アルミニウムが示す抵抗は低いことから非常に正確に測定する必要がある。従って、抵抗を４点測定で測定するが、この４点測定では、電流を前記混合物の中の２点の間に通しそしてこの２つの電流搬送点（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）の間の電圧場の中の電圧を２つの個別の電圧測定点の間で測定する。そのような２つの電圧測定点の所に発生する電流は無視出来るほどであり、その結果として、接触抵抗の測定が回避される。前記電流搬送点と電流搬送点の間で用いるべき電流強度は、４０ｍｍの路に渡って１０分の数ミリボルトの電圧を測定することができるように少なくとも５アンペアである。
【００１１】
そのような４点測定は温度測定から全く完全に独立させて実施可能である。
【００１２】
結晶と溶融物の間の比率をその混合物の全体に渡って一定に保持しかつ測定を実施する混合用容器の壁に付着する結晶の成長にできるだけ対抗する目的で好適には前記混合物を連続的に撹拌する。
【００１３】
本方法を、好適には、汚染されているアルミニウムの分別結晶化中に実施する。汚染されているアルミニウムの分別結晶化では、その混合物に入っている結晶の割合を正確に調節することが非常に重要である。
【００１４】
本発明に従う方法は、アルミニウムのバッチ式分別結晶化において結晶が限定したパーセントで得られたら直ぐに混合物を分離する目的で実施可能である。
【００１５】
しかしながら、本方法を、好適には、そのような結晶化を連続的結晶化として実施する時に用いる。連続的分別結晶化の場合には、汚染されている溶融状態のアルミニウムを連続的に供給しかつ結晶と溶融アルミニウム合金の混合物を連続的に排出させる。この目的で、その混合物を多少とも冷却すべきであり、とりわけ、供給する汚染されているアルミニウムの温度の関数として冷却すべきである。その上、前記４点測定を用いて前記混合物の冷却を調節すべきである。
【００１６】
好適には、連続的結晶化中に電気抵抗を一定に保持する。その上、また、排出される混合物に入っている結晶の割合も一定にし、これを最適な値に設定することができる。例として、前記抵抗を一定に保持することで、冷却そして／またはアルミニウムの供給および排出を調節することができる。
【００１７】
アルミニウム結晶の割合を好適には±４％の限界の範囲内、より好適には±２％の限界の範囲内に一定に保持する。この性質の限界は、次の工程で混合物を容易に結晶と溶融アルミニウムに分離することができることを意味する。
【００１８】
本方法を、好適には、汚染が少なくとも部分的にＦｅで構成されているアルミニウムに対して用いる。特に、ＡｌＦｅの場合の共晶融点は高純度アルミニウムの融点の直ぐ下であり、その結果として、その工程を正確に制御、従って測定を正確に行う必要がある。
【００１９】
本発明は、また、この上に記述した方法を用いてアルミニウムの結晶の割合を調節するに適した装置にも関し、この装置は、前記混合物を保持する容器、前記容器の内容物の温度を調節する手段、および電流を流すための２個の電極と電圧を測定するための２個の電極を有する４点オーム計（ｆｏｕｒ−ｐｏｉｎｔ  ｏｈｍｍｅｔｅｒ）を含んで成り、好適には、前記電極は保護管で取り巻かれている。
【００２０】
従って、温度制御を伴う公知容器を用いて本発明に従う方法を実施し、ここでは、それ自体公知の４点オーム計装置を用いて４点測定を実施するが、しかしながら、電流搬送用電極（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）を好適には少なくとも部分的に保護管で取り巻く。そのような保護管を用いて金属製電極が溶融物の中に溶解しないように保護しかつまた電流が溶融物の中の正確な位置に供給されかつそこから出て行くようにする。
【００２１】
前記保護管を好適にはセラミック材料、より好適にはＡｌ２Ｏ３で構成させる。セラミック材料は溶融アルミニウムに耐え得る材料であり、Ａｌ２Ｏ３は容易に入手可能でありかつ比較的安価な材料である。
【００２２】
有利な態様に従い、前記保護管の中に入っている電流搬送用電極および電圧測定用電極は使用中に溶融アルミニウムを含有する。溶融する電極を用いることは、電極と溶融物の間に酸化物層が全く存在せず、その結果として、接触抵抗が低いことを意味する。
【００２３】
有利な態様に従い、前記電流搬送用電極を前記容器の壁から少なくとも前記電流搬送用電極と電流搬送用電極の間の距離の少なくとも半分に等しい距離の所に位置させる。その結果として、前記容器の内壁に結晶がいくらか成長したとしても、それにも拘らず、電流が前記混合物の中の電流搬送電極と電流搬送電極の間をほとんど完全に流れ、前記容器壁に付着している結晶の中を通ることはないか或はほとんどないであろう。
【００２４】
前記電圧測定用電極の各々を関連した電流搬送用電極から少なくとも５ｍｍの距離の所に位置させるのが好適である。そのようにすると、前記電流搬送電極に結晶がいくらか成長しても、前記電圧測定用電極による電圧測定にほとんどか或は全く影響が生じない。
【００２５】
本発明を典型的な態様を基にしかつ添付図を参考にして説明する。
【００２６】
図１に、汚染されているアルミニウムの分別結晶化中に溶融アルミニウム合金とアルミニウム結晶の混合物の中に入っている結晶のパーセントを調節する装置１の態様を示す高度に図式的な図を示す。装置１は、混合物３を保持する容器２、４点測定を実施するための電極を保護する管４、５、６および７、そして混合物の温度を調節する装置（示していない）および撹拌装置（示していない）を含んで成る。明らかに、本分野の技術者に知られているように、前記容器に混合物用の入り口および出口、絶縁材料などを取り付けてもよい。
【００２７】
保護管４、５、６および７をセラミック材料で構成させて、各々に電流搬送用電極Ｉ１およびＩ２または電圧測定用電極Ｕ１およびＵ２を入れる。図１には、前記電流搬送用電極および電圧測定用電極を直径が２ｍｍのアルミニウム線で作られた固体状電極（これはセラミック材料を越えて突き出ている）として示す。
【００２８】
使用中、電流を電流搬送用電極Ｉ１から電流搬送用電極Ｉ２に向かって流す。電圧測定用電極Ｕ１およびＵ２を前記電流搬送用電極Ｉ１とＩ２の間に位置させる、と言うのは、それらの間の電圧差が最大であるからである。電流が前記容器の壁（これに付着している結晶）を通って流れないか或はほとんど流れないことを確保する目的で、前記電極を前記容器の壁から前記電流搬送電極と電流搬送電極の間の距離の少なくとも半分の距離の所に位置させるべきである。前記電圧測定用電極と電圧測定用電極の間の距離を例えば約５０ｍｍにする。前記電流搬送用電極と関連した電圧測定用電極の間の距離ｂを例えば５ｍｍにする。
【００２９】
前記電極がある程度溶融する可能性があることは示していない。そのような場合、前記保護管から突き出ている固体状態の電極がこれの末端部の所で少なくとも部分的に溶融して対応する保護管の中に中空のメニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）を形成するであろう。前記電極はこれの末端部の所で（部分的に）溶融することから、混合物３と電極の間の接触抵抗が非常に低くなり、その結果として、４点測定の精度がより高くなるであろう。
【００３０】
図２に、４点測定を実施する方法を高度に図式的に示す。電流Ｉを電流源から基準抵抗体Ｒ１そして溶融物に通して連続的に流す。この溶融物もまた明らかに抵抗体（Ｒ２で表す）である。この２つの抵抗体Ｒ１とＲ２を横切る電圧を測定する。電流Ｉを非常に高い度合の精度で絶えず測定すべきである。次に、Ｒ１とＲ２を横切る電圧の測定値および基準抵抗Ｒ１の既知の値を基にして抵抗Ｒ２を測定することができる。
【００３１】
明らかに、電流および電圧を測定かつ処理しそしてこの情報を基にして温度調節用装置を制御する計算を行いかつ制御する装置を存在させる必要があるであろう。
【００３２】
ここに、図１を参照して本発明に従う方法を説明する。
【００３３】
若干汚染されているアルミニウムを容器２に導入して、これが完全に溶融するまで加熱する。この溶融させたアルミニウムの中に電流搬送用電極Ｉ１およびＩ２ならびに電圧測定用電極Ｕ１およびＵ２と一緒に保護管４、５、６および７を入れる。前記電極の末端部が（部分的に）溶融するまで待つ方が好適である。次に、図２に示す構造配置に従って強度が例えば１０Ａの電流を前記溶融物の中に通す。次に、温度調節装置を用いて前記溶融物をゆっくりと冷却する。ある瞬間に結晶が前記溶融物の中に沈殿するが、これらの結晶を撹拌装置で前記溶融物の中にできるだけ均一に分布させる。この結晶の組成は前記溶融物のそれよりも純粋である。これらの結晶が示す抵抗の方が前記溶融物のそれよりも低いことから、この混合物の抵抗値が低下するであろう。理論的には、その溶融物の中に存在する結晶のパーセントを電圧測定用電極Ｕ１とＵ２の間の電圧（これを４点測定で測定）および前記汚染されているアルミニウムの既知組成を基にして決定することができる。実際には、特定の電極を限定した様式で配置させて実験を行うことを基にして、どの電圧の時に結晶がどれくらいのパーセントで存在するかを決定する必要があるであろう。
【００３４】
この上に示した本文はバッチ式工程の説明を与えるものである。実際には、本方法を好適には連続工程として実施し、この場合には、汚染されているアルミニウムを完全に溶融させた状態で連続的に供給しそして（より強く汚染された）溶融アルミニウムと結晶の混合物を連続的に排出させる。この場合には、結局のところ、出て来る結晶のパーセントが一定になるように、冷却または加熱手段を用いて混合物の中の抵抗を一定に保持することが重要である。連続方法では、得られる結晶のパーセントをゆっくり調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１に、本発明に従う装置の典型的な態様を示す高度に図式的な図を示す。
【図２】図２に、本発明に従う４点測定の電流回路を示す高度に図式的な図を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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