(57)【要約】【課題】容易で精度良く、アルミニウム精製における凝固界面を検出する方法およびその装置を提供すること。【解決手段】本発明の容器内に融点以上に保持したアルミニウムの溶湯を攪拌機で攪拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる際の凝固界面を検出する方法は、６００〜８００℃に加熱した鉄製の検知棒を溶湯内に昇降させて行うことを特徴とし、凝固界面の検出装置は、アルミニウムの溶湯内に挿入して凝固界面に接触させる鉄製の検知棒、該検知棒を６００〜８００℃に加熱する加熱炉、該検知棒を昇降させる昇降手段、該検知棒が凝固界面に接したときに稼働するセンサを有する界面検出器、ならびに該昇降手段および界面検出器からの信号を受信して昇降手段の動作を制御すると共に凝固界面位置を決定する制御手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に融点以上に保持したアルミニウムの溶湯を攪拌機で攪拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる際の凝固界面を検出する方法において、６００〜８００℃に加熱した鉄製の検知棒を溶湯内に昇降させて行うことを特徴とする凝固界面の検出方法。
【請求項２】
検知棒を環状加熱炉に挿入して加熱することを特徴とする請求項１記載の凝固界面の検出方法。
【請求項３】
検知棒を環状体の中を通し、環状体と接触させて付着したスケールを除去することを特徴とする請求項１または２記載の凝固界面の検出方法。
【請求項４】
検知棒が丸棒であり、その直径が５〜２０ｍｍφであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の凝固界面の検出方法。
【請求項５】
容器内に融点以上に保持したアルミニウムの溶湯を攪拌機で攪拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる際の凝固界面を検出する装置であって、アルミニウムの溶湯内に挿入して凝固界面に接触させる鉄製の検知棒、該検知棒を６００〜８００℃に加熱する加熱炉、該検知棒を昇降させる昇降手段、該検知棒が凝固界面に接したときに稼働するセンサを有する界面検出器、ならびに該昇降手段および界面検出器からの信号を受信して昇降手段の動作を制御すると共に凝固界面位置を決定する制御手段を有することを特徴とする凝固界面の検出装置。
【請求項６】
検知棒を通して接触させ、付着したスケールを除去するための環状体を有することを特徴とする請求項５記載の凝固界面の検出装置。
【請求項７】
昇降手段が、検知棒を保持して上昇させる第一昇降手段と該第一昇降手段を保持して昇降させる第二昇降手段の２段からなることを特徴とする請求項５または６記載の凝固界面の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム精製における凝固界面の検出方法およびその装置に関する。詳しくはアルミニウム溶湯を冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる際の凝固界面を検出する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムを精製する方法として、アルミニウム溶湯を攪拌しながら冷却してアルミニウムを晶出させ、Ｓｉ、Ｆｅ等の不純物を残液に濃縮させる偏析法が知られている。原料のアルミニウム溶湯を精製容器に入れ、容器底部に配置した冷却体で冷却すると、精製アルミニウムが精製容器の底部に成長する。このとき、精製精度を高めるため、凝固界面を検出し、アルミニウム溶湯の攪拌を制御する必要がある。
【０００３】
凝固界面の検出方法として、黒鉛棒を手動でアルミニウム溶湯に下降させ、凝固界面に接触させて検出する方法（特許文献１参照。）、耐火物製の検出体を自動でアルミニウム溶湯に下降させ、凝固界面に接触させて検出する方法（特許文献２参照。）、また、アルミニウム溶湯の攪拌機を回転させながら下降させ、回転用モーターの電流変化を検出して行う方法（特許文献３参照。）が知られている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の方法は、検知棒が凝固界面や容器壁に張り出した凝固アルミニウムに接触した時等に、割れて剥れたりして品質低下の原因となる。また検知棒にアルミニウムが付着してスケールとなり、このスケールは除去し難く、検知棒による凝固界面の検知が不可能になることがあるという問題を有している。
また、特許文献３の方法は、攪拌機が凝固界面に接した時に攪拌機を停止する必要があるが、攪拌機を停止すると凝固アルミニウムの純度が急に悪くなり、均質な精製アルミニウムを得ることが不可能になる。さらに、回転軸にアルミニウムが凝固して負荷が不均一になり回転用モーターの電流が変化して、検知精度が低下したり、攪拌機が凝固界面に接した時に過大な負荷となったりすることがあり、それに耐える大型の設備にしておく必要がある等の問題を有している。
したがって、容易で精度良く、アルミニウム精製における凝固界面を検出する方法およびその装置が望まれている。
【特許文献１】特公昭３８−１６６０４号公報
【特許文献２】特公昭６２−１８２５５号公報
【特許文献３】特開平７−９７６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、容易で精度良く、アルミニウム精製における凝固界面を検出する方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らはかかる課題を解決するために、容器内に融点以上に保持したアルミニウムの溶湯を攪拌機で攪拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる際の凝固界面を検出する方法およびその装置について鋭意検討した結果、鉄製の検知棒を６００℃以上に加熱してアルミニウムの溶湯内に昇降させて行うことによって、アルミニウム精製における凝固界面を、検知棒にアルミニウムが付着、凝固して検知ができなくなることもなく、容易で精度良く検出できることを見出し、本発明に至った。
すなわち本発明は、容器内に融点以上に保持したアルミニウムの溶湯を攪拌機で攪拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる際の凝固界面を検出する方法において、６００〜８００℃に加熱した鉄製の検知棒を溶湯内に昇降させて行うことを特徴とする凝固界面の検出方法である。
また、容器内に融点以上に保持したアルミニウムの溶湯を攪拌機で攪拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる際の凝固界面を検出する装置であって、アルミニウムの溶湯内に挿入して凝固界面に接触させる鉄製の検知棒、該検知棒を６００〜８００℃に加熱する加熱炉、該検知棒を昇降させる昇降手段、該検知棒が凝固界面に接したときに稼働するセンサを有する界面検出器、ならびに該昇降手段および該界面検出器からの信号を受信して昇降手段の動作を制御すると共に凝固界面位置を決定する制御手段を有することを特徴とする凝固界面の検出装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によって、アルミニウム精製における凝固界面を、検知棒にアルミニウムが付着、凝固して検知ができなくなることもなく、容易で精度良く検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
アルミニウムの精製は、容器に収容したアルミニウムの溶湯を外部から加熱してアルミニウムの融点以上に保持し、溶湯を撹拌機で撹拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させて行い、その際に、凝固界面の位置によって攪拌機の位置、場合により回転数を調整して行う。
【０００９】
本発明において、６００〜８００℃に加熱した鉄製の検知棒をアルミニウムの溶湯内に昇降させて、検知棒を凝固界面に接触させて界面の検出を行う。検知棒が基準点から凝固界面に接触するまでの距離から凝固界面の位置を決定する。
約６００℃以上に加熱することによって、酸化物被膜を形成させて検知棒の損耗を抑制すると共に、検知棒へアルミニウムが付着してスケール（凝固塊）となることを抑制することができる。このことによって付着したスケールの掻き落し作業を無くし、またスケールの付着によって使用できなくなるのを避けることができる。約８００℃以上に加熱してもそれに見合った効果は得られず、むしろ酸化消耗量が多くなり好ましくない。
【００１０】
検知棒としては、通常、直径が５〜３０ｍｍφの丸棒が用いられるが、これに限らず角棒を用いることもできる。
検知棒の加熱は、通常、環状加熱炉を用いて行われるが、これに限られるものではない。
【００１１】
なお、上記のとおり、６００〜８００℃に加熱した鉄製の検知棒を使用することによって、検知棒へのスケールの付着を抑制することができるが、多少、アルミニウムが付着してスケールとなることがある。その場合にはスケールを除去して使用するのが好ましい。その際には、検知棒を環状体の中を通し、環状体と接触させることによって容易にスケールを除去することができる。検知棒を通す環状体との間隔は約０．５〜１ｍｍである。
なお、検知棒から多少剥離する酸化被膜は精製アルミニウムの品質に影響しない。
【００１２】
検知棒を手動で溶湯内に昇降させて凝固界面の位置を決定することができるが、６００〜８００℃に加熱した鉄製の検知棒を使用し、必要により検知棒を環状体の中を通し、環状体と接触させることによって容易にスケールを除去することによって、自動検出装置が可能になる。
図１は本発明における凝固界面の検出装置の一例の断面模式図である。アルミニウムの精製は、容器１に収容したアルミニウムの溶湯を外部から加熱してアルミニウムの融点以上に保持し、溶湯を撹拌機２で撹拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを凝固体として成長させる。その際に、凝固界面の位置によって攪拌機の位置、場合により回転数を調整して行う。
【００１３】
約６００〜８００℃に加熱した鉄製の検知棒５を溶湯内に昇降させて凝固界面の検出を行う。検知棒５は環状加熱炉１１で約６００〜８００℃に加熱する。環状加熱炉の内側に環状体１６が設置され、検知棒の昇降の際にスケールが除去されるが、環状体の設置位置は環状加熱炉の内側に限られるものではない。
【００１４】
検知棒はエアシリンダー（第一昇降手段）１０に取り付けられ、昇降する。エアシリンダーは第二昇降手段６に取り付けられ、昇降する。第二昇降手段はエンコーダ付モーター７、上下にスプロケット８およびチェーン９からなる。エンコーダ付モーター７の回転によって緩やかにチェーンが上下し、それに伴って検知棒が溶湯中に下降し、凝固界面に接触し、また上昇し、溶湯から取り出される。
検知棒は第二昇降手段に直接取り付けられていてもよいが、検知棒の先端が凝固界面に接触した際に、界面を検出するのに必要以上の圧力を凝固界面にかけ、アルミニウムの晶析に影響して純度が低下する恐れがあるので、検知棒の先端が凝固界面に接したことを検知したら第一昇降手段のエアシリンダーが作動して瞬時に検知棒の先端が凝固界面から上昇させるのが好ましい。凝固界面は凹凸状をしており、その谷底から山頂までの高さを少なくとも上昇させる。なお、この高さは従前の測定結果に基づいて決定される。
【００１５】
検知棒が凝固界面に接したときに稼働するセンサを有する界面検出器１２が第二昇降手段に取り付けられている。界面検出器は近接スイッチ１３および振動センサ１４からなり、検知棒を下降中には、近接スイッチがＯＮ、振動センサがＯＦＦの状態であり、検知棒の先端が凝固界面に接すると近接スイッチがＯＦＦになる。攪拌機２があるために、攪拌機直下は凹状になっている。そのため検知棒に横方向に揺れが生じて界面に接触した場合には振動センサがＯＮになる。
【００１６】
制御手段（ＣＰＵ）１５で昇降手段および界面検出器からの信号を受信して昇降手段の動作を制御すると共に凝固界面位置を決定する。
検知棒を昇降させて数か所について凝固界面を検出する。通常、アルミニウムの溶湯を入れた容器を回転できるようにしておき、容器を少しずつ周方向に回転させながら検知棒を昇降させて凝固界面を検出する。
決定された凝固界面位置に基づいて、ポールネジ駆動モーター４を制御して攪拌機を上下させ、また攪拌機モーター３を制御して攪拌機の回転数を変えて、アルミニウムの晶析状態を制御可能になる。
【００１７】
図１の凝固界面の検出装置について、稼働手順の一例を以下に述べる。
（１）環状加熱炉１１で検知棒の下部を約６００℃以上で加熱して酸化皮膜を形成させる。
（２）第二昇降手段６のエンコーダ付モーター７を駆動して、チェーン９に取り付けたエアシリンダー（第一昇降手段）１０に保持された検知棒５を下降させる。
（３）凝固界面に検知棒５の先端部が接触すると、近接スイッチ１３がＯＮからＯＦＦとなる。
（４）凝固界面の撹拌機の直下は凹んでいるため，検知棒５に横方向の揺れが生じて界面に接触した場合は振動センサ１４がＯＦＦからＯＮとなる。
（５）近接スイッチ１３のＯＦＦ信号、または振動センサ１４のＯＮ信号を検出した場合には、エンコーダの信号からこの位置を制御手段（ＣＰＵ）１５記録するとともにエアシリンダー（第一昇降手段）１０を作動させ、瞬時に検出棒５を少なくとも凝固界面の凹凸の谷底から山頂までの高さで予め設定した距離（Ｈｍｍ）を上昇させる。
（６）検出棒５をＨｍｍ上昇させた状態で、エンコーダ付モーター７を作動させてＨｍｍより少し上に持ち上げる。その状態でエアシリンダー１０のピストンの位置を上死点から下死点の位置に戻し、検知棒を周方向に移動し（通常、容器を回転させて）再び凝固界面に検知棒５を下降させる。
（７）（３）〜（６）を４〜５回程繰り返し、周方向に凝固界面の位置の平均値を求め、凝固開始点の位置より上昇速度を求める。この上昇速度と管理値と比較し、ボールネジ駆動モーター４に制御信号を送る。
（８）この制御信号でボールネジ駆動モーター４を作動させて、撹拌機２を上昇させる。
（８）凝固界面の周方向の位置検出が終った検知棒５は、環状加熱炉中で６００℃以上に加熱し、環状体１６の中を移動させてスケールの除去を行う。
（９）スケール除去の際に、環状体と接触した部分では、検知棒に生成していた酸化被膜が脱落することもある。その部分を再生させるために検知棒は６００℃以上の環状加熱炉中に保持する。
（１０）所定の時間が経過後、（２）から開始する。
（１１）（２）〜（１０）の操作を繰り返して、所定の位置まで凝固界面が上昇したら、一連の操作は終了する。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例で更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１９】
炭素鋼（SS400）製の直径が１０ｍｍφの検知棒を環状加熱炉で約６５０℃に１時間加熱し、酸化被膜を形成させた。アルミニウムの溶湯を攪拌機で攪拌しながら底部から冷却して精製アルミニウムを製造する装置のアルミニウムの溶湯中にこの検知棒を手動で挿入して凝固界面に接触させて凝固界面の位置を検出した。
検知棒をアルミニウムの溶湯から引き上げたところ、アルミニウムの付着によるスケールの生成が少し見られた。そのまま検知棒を環状加熱炉で７００℃に加熱し、次に内径が１０．５ｍｍφの環状体に通し、接触させてスケール除去を行った。容易にスケールを除去することができた。
この操作を繰り返したが、スケールが増大することもなく、凝固界面の検出を行うことが可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明における凝固界面の検出装置の一例の断面模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  容器
２  攪拌機
３  攪拌機モーター
４  ポールネジ駆動モーター
５  検知棒
６  昇降手段（第二昇降手段）
７  エンコーダ付モーター
８  スプロケット
９  チェーン
１０  エアシリンダー（第一昇降手段）
１１  環状加熱炉
１２  界面検出器
１３  近接スイッチ
１４  振動センサ
１５  ＣＰＵ
１６  環状体
【図１】
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