(57)【要約】アルミニウム−ケイ素合金を製造する方法及びシステムを提供し、前記方法及びシステムは、シリカを所定の温度に予熱することと、予熱シリカとアルミニウムとを混ぜ合わせてアルミニウムを融解させアルミニウム−ケイ素合金を製造することとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム−ケイ素合金を製造する方法であって、
シリカを所定の温度に予熱することと、
アルミニウムと予熱シリカとを混ぜ合わせて、アルミニウムを融解させ、アルミニウム−ケイ素合金を製造すること、とを含む方法。
【請求項２】
前記シリカを約１３００℃〜約１４００℃の温度に予熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリカが、約１〜約５ｍｍの平均直径を有する粒子の形態である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アルミニウムを、前記予熱シリカと混ぜ合わせる前に約１２００℃又はそれ以下の温度に予熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アルミニウムを約１０００℃〜約１１００℃の温度で融解させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウムが、固体インゴット、ショット、プレート、又はペレットの形態である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アルミニウムを、前記予熱シリカと混ぜ合わせる前にシリカ粒子でコーティングする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記シリカ粒子を、液体スラリーとして前記アルミニウムの表面に塗布し、乾燥させる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アルミニウムが、アルミニウム−ケイ素合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記混ぜ合わせた予熱シリカとアルミニウムとを撹拌する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記予熱シリカとアルミニウムとを回転窯内で混ぜ合わせる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転窯が、断熱性耐火物を含む内張りを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記回転窯が、約０．１ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭで回転する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記回転窯が、約３ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭで回転する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転窯が、約３ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭで回転する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記回転窯内の雰囲気を不活性ガスでパージすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記不活性ガスがアルゴンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
アルミニウム−ケイ素合金を製造する方法であって、
回転窯内でシリカを所定の温度に予熱することと、
アルミニウムを前記予熱シリカに添加して、前記アルミニウムを融解させることと、
不活性雰囲気を前記回転窯内に供給することと、
前記回転窯を撹拌して、アルミニウム−ケイ素合金を製造すること、とを含む方法。
【請求項１９】
前記シリカが、約１〜約５ｍｍの平均直径を有する粒子を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記シリカを約１３００℃〜約１４００℃の温度に予熱する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記回転窯が、断熱性耐火物を含む内張りを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記回転窯が、約０．１ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭで回転する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
アルミニウム−ケイ素合金を製造するシステムであって、
回転窯内に配置されたシリカを予熱するように使用可能な熱源を受容するように構成された窯開口部を備えるチャンバを含む回転窯であって、アルミニウムを受容するように構成された入口を更に含む前記回転窯と、前記予熱シリカとアルミニウムとを撹拌し混ぜ合わせて、前記アルミニウムを融解させ、アルミニウム−ケイ素合金を製造するための回転駆動機構と、前記回転窯から前記アルミニウム−ケイ素合金を取り出すための出口と、を含む回転窯を含む、前記システム。
【請求項２４】
前記チャンバの内面が、断熱性耐火物を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記回転駆動機構が、約０．１ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭの間の速度で窯を回転させるように使用可能な駆動モータ及び駆動ギアを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記熱源が、バーナーを含み、かつ前記回転窯が、前記開口部のための窯カバーと、前記窯内に配置されたシリカを加熱するために前記窯開口部を通して挿入されそして前記開口部から引き出されるように構成されたバーナーと、を更に含む、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム−ケイ素合金の製造、より具体的には、シリカのアルミニウムう熱還元を介したアルミニウム−ケイ素合金の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金は、アルミニウムを融解させ、融解アルミニウムを１２００℃超に加熱することにより製造できる。次いで、シリカ（ＳｉＯ２）を石英微粒子又はケイ砂の形態で添加し、３０〜１２０分間融解アルミニウムと混合してよい。融解アルミニウムを１２００℃超の温度に過熱することにより、シリカと混ぜ合わせたときの融解アルミニウムの全体温度は、約１１５０℃の標的反応温度に達し得る。この熱により、シリカを融解アルミニウムで還元することができ、その結果、アルミニウム−シリカ合金と、シリカ及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の副生成物スラグが生じる。スラグは、融解アルミニウム−ケイ素合金よりも重く（すなわち、密度の高い）、合金から分離し、融解浴の底部に沈み、そこで除去される。このように製造されたアルミニウム−ケイ素合金は、次いで、化学、ソーラ、又は半導体の用途で用いるためのより精製された形態のケイ素に更に加工してもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、誘導炉の使用等の現在の加熱プロセスでは、シリカの反応に望ましい温度を実現するために、融解アルミニウムを過剰に加熱（すなわち、過熱）しなければならない。これにより、アルミニウムは、過剰加熱により生じる蒸気として失われる。更に、シリカはアルミニウムよりも密度が低いので、添加されたシリカは、融解アルミニウム上に浮く傾向があり、それによって混合が困難になり、且つシリカと融解アルミニウムとの全体的な反応が妨げられる。シリカは浮く傾向があり、また、典型的にグラファイトで製作される高温耐性混合ブレードは脆性であり且つ混合中に生じる剪断応力のために折れる傾向があるので、混合物を撹拌することは困難である。最後に、副生成物スラグ（典型的に、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２）は、高い融解温度を有し、固体スラグ粒子は、スラグが融解浴の底部に沈むにつれてアルミニウム−ケイ素合金の一部を捕捉する場合がある。また、副生成物スラグは、炉の耐火性内張りに付着し、除去が困難なクラストを形成する場合がある。現在のプロセスはこのように非効率であるので、シリカの還元及びアルミニウム−シリカ合金の形成におけるアルミニウムの利用率は、わずか約５０％である。つまり、元のアルミニウムの約半分しかケイ素と合金を形成せず、残りは、蒸気、スラグとして失われるか、又はスラグの分離により捕捉される。アルミニウムはプロセスのコスト全体のうち大きな部分を占めるので、アルミニウム−ケイ素合金を製造するためのより効率的な方法を提供することが依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態では、アルミニウム−ケイ素合金を製造する方法は、シリカを所定の温度に予熱し、予熱シリカとアルミニウムとを混ぜ合わせてアルミニウムを融解させ、アルミニウム−ケイ素合金を製造することを含む。「所定の温度」とは、混ぜ合わせたときにアルミニウムが融解し、且つシリカ及びアルミニウムが、アルミノサーミック反応が生じるのに適切な温度（すなわち、約１０００℃超）になるように、シリカの融点（約１６２５℃）未満であるが、アルミニウムの融点（約６６０℃）を超える温度を意味する。
【０００５】
好ましくは、シリカは、約１．０〜約５．０ｍｍ、より好ましくは約２．０〜約５．０ｍｍの平均粒子直径を有する粒子の形態で提供される。一般的に、直径約０．６ｍｍ未満の粒径は好ましくない。また、アルミニウムは、予熱シリカと混ぜ合わせる前に予熱してもよく、アルミニウムは、周囲温度であってもよい。アルミニウムを予熱する場合、予熱シリカと混ぜ合わせる前に、その融点よりは高いが約１２００℃未満である温度に炉内で加熱することが好ましい。アルミニウムは、固体のインゴット、ショット、プレート、ペレット、又は任意の他の好適な形態で提供してよい。アルミニウムは、実質的に純粋な形態であってもよく、又は例えば、８０重量％アルミニウム及び２０重量％ケイ素等のアルミニウム−ケイ素合金の形態であってもよい。１つの実施形態では、予熱シリカと混ぜ合わせる前にシリカ粒子でアルミニウムをコーティングする。例えば、シリカ粒子から液体スラリーを形成し、アルミニウムの表面に塗布し、スラリーを乾燥させてもよい。アルミニウムをシリカ粒子で予めコーティングすると、過度の酸化からアルミニウムを防ぐことが見出された。
【０００６】
好ましくは、アルミニウムが融解した時点で、混ぜ合わせた予熱シリカと融解アルミニウムとを撹拌して、混合を促進する。シリカを予熱することにより、アルミニウムを予熱又は過熱する必要がなくなる。結果として、調製中の酸化及び蒸発により失われるアルミニウムが減り、より多くのアルミニウムをケイ素との合金形成に利用することができるようになる。
【０００７】
別の実施形態では、アルミニウム−ケイ素合金を製造する方法は、回転窯内でシリカを所定の温度に予熱し、アルミニウムを予熱シリカに添加してアルミニウムを融解させ、回転窯内に不活性雰囲気を提供し、回転窯を撹拌してアルミニウム−ケイ素合金を製造することを含む。好ましくは、回転窯は、断熱性耐火物を含む内張りを含む。一般的に、回転窯は、約０．１〜約３０ＲＰＭ、約３〜約３０ＲＰＭ、又は約３〜約１５ＲＰＭで回転される。
【０００８】
更に別の実施形態では、アルミニウム−ケイ素合金を製造するシステムとして、例えば、バーナー等の熱源を受容するように構成された窯開口部を有するチャンバを含む回転窯が挙げられる。熱源は、回転窯内に配置されたシリカを予熱するように使用可能であり、回転窯は、好ましくは、アルミニウムを受容するための入口を含み、アルミニウムは周囲温度で添加されてもよく、又は炉内で予熱して融解させてもよい。回転窯は、シリカ及びアルミニウムを撹拌し、混ぜ合わせて、アルミニウム−ケイ素合金を製造するための回転駆動機構を含む。
【０００９】
一般的に、本発明の実施形態を実施することにより得られるアルミニウム−ケイ素合金は、約２０〜約５５重量％のケイ素と約８０〜約４５重量％のアルミニウムとを含む。例えば、１つの実施形態では、得られるアルミニウム−ケイ素合金は、約５０重量％のケイ素と約５０重量％のアルミニウムとを含む。
【００１０】
これら及び更なる特徴及び利点は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲からより十分に理解されるであろう。
【００１１】
図面に記載する実施形態は、事実上実例及び例示であり、添付の特許請求の範囲により定義される本発明を限定することを意図するものではない。以下の詳細な説明の例示的実施形態は、以下の図面と共に読むことで理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書に提示する実施形態のうちの１つ以上に係るアルミニウム−ケイ素合金を製造する例示的な方法の概略フローチャート。
【図２】アルミニウム−ケイ素合金を製造するシステムの１つの実施形態の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の実施形態は、シリカのアルミニウム熱還元反応を介してアルミニウム−ケイ素合金を製造する方法及びシステムを提供する。典型的には、アルミニウム−ケイ素合金は、約２０〜約５５重量％のケイ素と約８０〜約４５重量％のアルミニウムとを含む。例えば、１つの実施形態では、得られるアルミニウム−ケイ素合金は、約５０重量％のケイ素と約５０重量％のアルミニウムとを含む。アルミニウム−ケイ素合金という用語は、ホウ素及びリン等の混入物質を微量しか含有しない任意のアルミニウム−ケイ素合金を指す。微量とは、重量当たり約１００重量ｐｐｍ（ｐｐｍｗ）未満として定義される。具体的には、本発明の実施形態は、調製中のアルミニウムの損失がより少なく、より多くのアルミニウムをケイ素との合金形成に利用できるように、アルミニウムをより効率的に使用するために、回転窯、予熱シリカ、及び／又は不活性ガス雰囲気を用いてアルミニウム−ケイ素合金を製造する方法及びシステムを提供する。
【００１４】
更に、アルミノサーミック反応により生成される副生成物スラグ（一般的に、酸化アルミニウム）は固体として形成され、これは、一旦融解アルミニウム−ケイ素合金を流し出した時点で、空にした後で、反応器から容易に除去することができる。個々に又は組合せて用いられるこれら方法及びシステムは、アルミニウム−ケイ素合金製造の全体的な効率を改善し、調製中に失われるアルミニウムの量を減少させる。
【００１５】
シリカは、以下の一般反応に従って約９００℃超の温度におけるアルミノサーミック反応でアルミニウムにより還元され得る：
４Ａｌ＋３ＳｉＯ２＝３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３      （反応Ｉ）
【００１６】
次いで、シリカの還元により生成されたケイ素をアルミニウムと混ぜ合わせて、約２０〜約５５重量％のケイ素と約８０〜約４５重量％のアルミニウムとを含むアルミニウム−ケイ素合金を製造する。１つの実施形態では、アルミニウム−ケイ素合金は、約５０重量％のアルミニウムと約５０重量％のケイ素とを含む。
【００１７】
図１を参照すると、アルミニウム−ケイ素合金を製造するための例示的な方法１０が示されている。方法１０は、工程１００においてシリカを所定の温度に予熱することを含む。好ましくは、シリカは、小粒子の形態であり、典型的には、約１．０〜約５．０ｍｍ又は約２〜約５ｍｍの平均直径を有する。このプロセスで用いられるシリカは、当該技術分野において容易に知ることができる方法により製造してもよく、商業的に購入してもよい。シリカは、様々な物理的状態又は相のシリカを更に含んでもよい。例えば、シリカは、本明細書に記載のようにアルミニウム−ケイ素合金を形成するために予熱され、アルミニウムと混合されるように使用可能な、ケイ砂、破砕石英、石英微粒子、溶融シリカ、又は任意の他の相若しくは物理的状態、あるいはこれらの任意の組合せを含んでよい。
【００１８】
アルミニウムは、工程２００において、アルミニウムを融解させるのに十分な時間、予熱シリカと混ぜ合わせられる。上記の通り、アルミニウムを予熱シリカと混ぜ合わせる前に、アルミニウムをシリカ粒子でコーティングしてもよい。アルミニウムは、インゴット、ショット、プレート、又はペレットを含む任意の便利な形態で供給され得る。アルミニウムは、実質的に純粋であってもよく、又は例えば、８０重量％アルミニウム及び２０重量％ケイ素を含有する合金等のアルミニウム−ケイ素合金の形態であってもよい。一旦アルミニウムが融解した時点で、工程３００において、例えば、回転窯内等でその混合物を撹拌して、アルミニウム−ケイ素合金を製造することが好ましい。上記のように、シリカの温度は、添加されたアルミニウムが融解し、アルミノサーミック反応が生じるような温度である。あるいは、上記のように、予熱シリカと混ぜ合わせる前にアルミニウムも予熱してもよい。両プロセスは、シリカを予熱するのとほぼ同時に融解アルミニウムが生成されるように、実質的に同時に行ってもよい。あるいは、得られる生成物が、混ぜ合わせが適用できる状態で維持される限り、どちらのプロセスも他のプロセスの前に行ってもよい。例えば、シリカの予熱を最初に行う場合、熱損失の量を減少させるか又は最小化して、その予熱状態を保つために、予熱シリカを断熱筐体内で保存してもよい。同様に、アルミニウムの予熱を最初に行う場合、熱損失の量を減少させるか又は最小化して、その融解状態を保つために、得られる融解アルミニウムを断熱筐体内で保存してもよい。
【００１９】
工程１００におけるシリカの予熱は、シリカを所定の温度、典型的には約１０００℃〜約１５５０℃、約１３００℃〜約１４００℃、又は〜約１３００℃の範囲に予熱することを含む。当業者に理解されるように、加熱温度は、方法１０全体を通して変化又は変動し得る。したがって、シリカを約１３００℃の温度に予熱するという場合、実際の温度は変動する場合があり、常に前記温度で一定に保たれる訳ではないと理解すべきである。
【００２０】
１つの実施形態では、シリカは回転窯内で予熱する。図２に概略的に示すように、窯１１は、概して水平の構成に配置され且つ外壁１２を有する、概して円筒形の形状を有する。外壁１２の内張りは、断熱性耐火物１４である。また、窯１１は、窯開口部１６と窯カバー１８とを含む。例えば、稼働時、窯開口部を介してシリカ１５を窯内に投入する。窯開口部は更に、例えば、ガス源２２を供給するガスバーナーを含み得るバーナー２０等の熱源を受容するように構成される。バーナーを用いて窯内のシリカを望ましい所定の温度に加熱する。所定の温度に達した時点で、バーナー２０を取り外し、窯カバー１８により窯開口部１６を閉じる。１つの実施形態では、その所定の温度に達した後、周囲温度の固体アルミニウムを窯開口部１６を通して添加する。断熱性耐火物１４は、窯からの熱損失を減少させるように使用可能な任意の耐熱性及び断熱性の材料を含んでよく、且つアルミニウム−ケイ素合金生成物を汚染しない。例えば、耐火物は、シリカ含有アルミナ、グラファイト、シリコンカーバイド、又は窒化ケイ素を含み得る。図示のように、回転窯１１は、駆動モータ２６と操作可能に連結するギア２４により駆動される。
【００２１】
図１及び図２の両方を参照すると、方法１０は、代替方法として、予熱シリカと混ぜ合わせる前にアルミニウムを融解させて融解アルミニウムを生成することを含む。アルミニウムは、例えば、誘導炉等の炉２８内に収容してよいが、他の種類の炉を用いてもよい。上述のように、その融解は、シリカの予熱前、予熱後、又は予熱中に行ってよい。アルミニウムは、約６６０℃の公称融解温度を超えて加熱されるが、先行技術のように過熱される訳ではない。１つの実施形態では、これは、アルミニウムを約１０００℃〜約１２００℃、約１０５０℃〜約１１５０℃、又は〜約１１００℃の温度に加熱することを含む。アルミニウムを先行技術のプロセスよりも低い温度に加熱することにより、調製中に酸化及び／又は蒸発して失われるアルミニウムが減少する。用いられる温度がより低いと、アルミニウムの酸化が減速する。１つの実施形態では、誘導炉２８内でアルミニウムを融解させる。別の実施形態では、それに限定されるものではないが、電気アーク炉又はガス炉等での任意の他の加熱装置を用いてもよい。
【００２２】
１つの実施形態では、シリカを予熱し、アルミニウムを融解させて融解アルミニウムを生成した後、例えば、回転窯等の反応器内で予熱シリカと融解アルミニウムとを混ぜ合わせる。１つの実施形態では、反応器は、予熱シリカを移動させずに融解アルミニウムを予熱シリカに直接添加するようにシリカを予熱する容器が含まれる。例えば、シリカを窯１１内で予熱する場合、アルミニウム及びシリカを混合するために導管３０を介して融解アルミニウムを窯に添加する。上述のように窯が窯開口部１６を含む場合、窯開口部１６を介して融解アルミニウムを窯に添加してもよく、続いて窯カバー１８で窯開口部１６を閉じて、予熱シリカ及び融解アルミニウムの熱損失及び／又は材料損失を減少させることもできる。
【００２３】
更に、任意の好適な輸送方法を用いて、予熱シリカと融解アルミニウムとを混ぜ合わせてもよい。１つの実施形態では、断熱搬送装置を用いて、シリカを予熱した場所に融解アルミニウムを移送してもよい。別の実施形態では、重力及び／又はゲートの開閉により誘発されたときに、融解アルミニウムがある箇所から別の箇所に流動するように、炉の筐体と融解アルミニウムとの間にチャネルを予め配置してもよい。２つを混ぜ合わせたときに、シリカが予熱されたままであり且つアルミニウムが融解したままであるように、任意の他の再配置の代替形態を用いてもよい。
【００２４】
方法１０は、更に、予熱シリカとアルミニウムとの混合を促進するために、工程３００において、チャンバを回転させることによる等、内部的に又は外部的に窯１１等の反応器を撹拌することを含んでもよい。具体的には、チャンバの撹拌は、２つが互いに十分混合されるように、予熱シリカとアルミニウムとを収容している間チャンバを回転させることを含んでもよい。アルミニウムを固体として添加する場合、この撹拌により熱の移動が増加して、アルミニウムがより迅速に融解する。１つの実施形態では、チャンバの底部、すなわち床に最も近い部分が、チャンバの頂上部、すなわち床から最も遠い部分に向かって回転するように、チャンバの横軸の周りに回転させる。別の実施形態では（図示しない）、反応器は、反応器が回転している間チャンバ内で移動して混合を更に促進するグラファイトスターラ等のスターラを内部に含んでもよい。１つの実施形態では、シリカを回転窯１１内で予熱する場合、反応器は、融解アルミニウムを炉２８から回転窯に直接添加して混合を促進できるような回転窯を含み得る。
【００２５】
工程３００における反応器の撹拌（回転窯の回転等）は、方法１０中の任意の時点で開始してよい。例えば、１つの実施形態では、反応器は、シリカの予熱後であるがシリカとアルミニウムとを混ぜ合わせる前に撹拌してよい。別の実施形態では、反応器は、予熱シリカとアルミニウムとを混ぜ合わせた後に撹拌してもよい。更に別の実施形態では、反応器は、方法１０全体を通して連続的に撹拌してもよい。１つの実施形態では、窯１１は、予熱シリカ及び／又はアルミニウムの全重量及び望ましい撹拌の程度に応じて様々な速度で回転させてよい。１つの実施形態では、窯は、約０．１ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭ、約３ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭ、又は約３ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭの速度で回転する。別の実施形態では、窯の回転速度は、方法１０全体を通して変動し得る。更に別の実施形態では、窯は、回転が予熱シリカとアルミニウムとの混合を促進するように、任意の他の速度で又はその他の任意の工程間で回転させてもよい。また、窯は、予熱シリカとアルミニウムとを混合して、アルミニウムを融解させ、アルミニウム−ケイ素合金を製造するのに十分な時間回転させてよい。１つの実施形態では、予熱シリカとアルミニウムとを混ぜ合わせ、約１０分間〜約２００分間、約２０分間〜約１５０分間、又は約３０分間〜約１２０分間、窯１１内で回転させる。予熱シリカとアルミニウムとを混合する時間は、全体のバッチサイズ、シリカの予熱温度、アルミニウムの温度、反応器からの熱損失率、及び／又は反応器内における撹拌の程度に部分的に依存する。
【００２６】
別の実施形態では、不活性雰囲気を反応器に供給して、反応器の酸素をパージする。例えば、雰囲気は、アルゴン、ヘリウム、若しくはこれらの任意の組合せ、又は酸素をほとんど若しくは全く含有せず、且つシリカ及びアルミニウムと反応しない任意の他の雰囲気を実質的に含んでよい。不活性雰囲気は、予熱シリカとアルミニウムとをチャンバ内で連続混合することができる任意の利用可能な方法を介して提供され得る。図２に図示する１つの実施形態では、窯１１は、不活性ガスをチャンバ内に送り込むことができる入り口孔３４を含み得る。チャンバは、入り口孔と組合せて、不活性雰囲気を連続的に供給するように窯の雰囲気をフラッシングできる出口孔３６を更に含んでもよい。別の実施形態では、反応器が実質的に不活性雰囲気で密封されるように反応器を封止するとき、不活性ガスを反応器にポンプ供給してもよい。更に別の実施形態では、多孔質プラグを反応器の壁に配置し、不活性ガスを注入するために用いてもよい。このような実施形態では、多孔質プラグの配置位置は、反応器内における予熱シリカとアルミニウムとの混合を更に促進する更なる効果を有し得る。あるいは、予熱シリカとアルミニウムとが混合されている間反応器内の雰囲気が酸素をほとんど又は全く含有しないように、任意の他の方法を使用してもよい。反応器内の酸素の量を最小化することにより、酸化により失われるアルミニウム及びケイ素の量が減少し、合金のケイ素含量が増加する。
【００２７】
予熱シリカとアルミニウムとを混合した結果として、予熱シリカは、反応Ｉに従ってケイ素に還元される。ケイ素がアルミニウムと結合して、アルミニウム−ケイ素合金が形成される。アルミニウム−ケイ素合金とともに、副生成物スラグも生成され、前記副生成物スラグは、典型的に、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む。本発明の幾つかの実施形態により想到される稼働温度において、副生成物スラグは固体のままである。
【００２８】
また、方法１０は、工程４００において副生成物スラグからアルミニウム−ケイ素合金を分離することを含む。アルミニウム−ケイ素合金の分離は、任意の多数の方法で実施できる。例えば、副生成物スラグは、アルミニウム−ケイ素合金が融解液体である間、固体のままである。アルミニウム−ケイ素合金は反応器から注ぎ出されるが、副生成物スラグは後に残るように反応器を傾けてもよい。別の実施形態では、湯出口３８を反応器内に設けて、融解アルミニウム−ケイ素合金を鋳型等に流し込み、前記鋳型で合金を冷却及び固化させてもよい。別の実施形態では、融解アルミニウム−ケイ素合金の温度に耐えるのに適した金網又は多孔質ひしゃくを使用して、副生成物スラグ及び／又は他の混入物質を反応器から除去してもよい。アルミニウム−ケイ素合金を副生成物スラグ及び任意の他の添加物又は微粒子から実質的に単離する、アルミニウム−ケイ素合金を分離する任意の他の代替プロセス又は方法を用いてもよい。
【００２９】
ここで、アルミニウム−ケイ素合金は、アルミニウムが加熱される温度が、融解アルミニウムを得るために先行技術で用いられるプロセスよりも低いようにシリカを予熱することにより製造されることを理解すべきである。融解及び調製中のアルミニウムの温度がより低いことは、アルミニウムの任意の酸化及び／又は蒸気損失を減少させる助けとなる。更に、予熱シリカとアルミニウムとを混ぜ合わせるときに利用される反応器は、回転等により撹拌して、２つの混合を促進できる。１つの実施形態では、不活性雰囲気の添加による酸素のパージは、更に、合金プロセスの全体的な効率を改善するのに役立つ。
【００３０】
「具体的には」、「好ましくは」、「一般的に」及び「典型的に」等という用語は、本明細書において、請求される発明の範囲を制限するため、又は請求される発明の構造又は機能にとって特定の特徴が重大、不可欠、又は更には重要であることを示すために利用されるものではないことに留意されたい。むしろこれらの用語は、本発明の特定の実施形態において使用してもしなくてもよい代替的又は追加的特徴を強調することを単に意図している。また、「実質的に」及び「約」等の用語は、本明細書において、任意の量的比較、値、測定、又は他の表現に起因し得る固有の不確実性の程度を表すことに留意されたい。
【００３１】
本発明の詳細説明及びその特定の実施形態への参照により、添付の請求項に定義される本発明の範囲を逸脱することなく、修正及び変形が可能であることが明らかであろう。より具体的には、本発明の一部の態様は、本明細書において、好ましい又は特に有利であると特定されていても、本発明は、本発明のこれらの好ましい態様に必ずしも制限されないと考えられる。
【図１】
2013528708.tif 000003
【図２】
2013528708.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月22日(2013.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム−ケイ素合金を製造する方法であって、
シリカを所定の温度に予熱すること、
アルミニウムと前記予熱シリカとを混ぜ合わせて、アルミニウムを融解させ、アルミニウム−ケイ素合金を製造すること、とを含む方法であって、前記混ぜ合わせたアルミニウムと予熱シリカとを撹拌する前記方法。
【請求項２】
前記シリカを約１３００℃〜約１４００℃の温度に予熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリカが、約１〜約５ｍｍの平均直径を有する粒子の形態である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルミニウムを、前記予熱シリカと混ぜ合わせる前に約１２００℃またはそれ以下の温度に予熱する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記アルミニウムを約１０００℃〜約１１００℃の温度で融解させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウムが、固体インゴット、ショット、プレート、又はペレットの形態である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記アルミニウムを、前記予熱シリカと混ぜ合わせる前にシリカ粒子でコーティングする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記シリカ粒子を、液体スラリーとして前記アルミニウムの表面に塗布し、乾燥させる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アルミニウムが、アルミニウム−ケイ素合金である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記予熱シリカとアルミニウムとを回転窯内で混ぜ合わせる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記回転窯が、断熱性耐火物を含む内張りを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転窯が、約０．１ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭで回転する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記回転窯が、約３ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭで回転する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記回転窯が、約３ＲＰＭ〜約１５ＲＰＭで回転する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転窯内の雰囲気を不活性ガスでパージすることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記不活性ガスがアルゴンを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
アルミニウム−ケイ素合金を製造する方法であって、
回転窯内でシリカを所定の温度に予熱することと、
アルミニウムを前記予熱シリカに添加して、前記アルミニウムを融解させることと、
不活性雰囲気を前記回転窯内に供給することと、
前記回転窯を撹拌して、アルミニウム−ケイ素合金を製造すること、とを含む方法。
【請求項１８】
前記シリカが、約１〜約５ｍｍの平均直径を有する粒子を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリカを約１３００℃〜約１４００℃の温度に予熱する、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記回転窯が、断熱性耐火物を含む内張りを含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記回転窯が、約０．１ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭで回転する、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
アルミニウム−ケイ素合金を製造するシステムであって、
回転窯内に配置されたシリカを予熱するように使用可能な熱源を受容するように構成された窯開口部を備えるチャンバを含む回転窯であって、アルミニウムを受容するように構成された入口を更に含む前記回転窯と、前記予熱シリカとアルミニウムとを撹拌し混ぜ合わせて、前記アルミニウムを融解させ、アルミニウム−ケイ素合金を製造するための回転駆動機構と、前記回転窯から前記アルミニウム−ケイ素合金を取り出すための出口と、を含む回転窯を含む、システム。
【請求項２３】
前記チャンバの内面が、断熱性耐火物を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記回転駆動機構が、約０．１ＲＰＭ〜約３０ＲＰＭの間の速度で窯を回転させるように使用可能な駆動モータ及び駆動ギアを含む、請求項２２又は２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記熱源がバーナーを含み、かつ前記回転窯が、前記開口部のための窯カバーと、前記窯内に配置されたシリカを加熱するために前記窯開口部を通して挿入され、そして前記開口部から引き出されるように構成されたバーナーと、を更に含む、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載のシステム。
【国際調査報告】
2013528708.tif 000005
2013528708.tif 000006
2013528708.tif 000007
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