专利名称：：融液保持容器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种融液保持容器。
背景技术：
：作为保持金属溶液或像溶融盐这样的融液的容器(以下也记作“融液保持容器”)，使用耐热金属制容器或像盛钢桶(ladle)这样的铁制容器等。像盛钢桶这样的铁制容器通常将容器的内侧用陶瓷衬里。作为该衬里材料，一般使用可铸型不定形耐火物。用这样的耐火物衬里的铁制容器，若使用中耐火物层出现开裂或裂缝，则融液到达铁制外皮，所以铁制外皮损伤，严重时发生融液渗出的问题。当铁制外皮损伤时，必需剥下耐火物层，再次施加不定形耐火物，在操作上生产效率下降，经济损失亦大。以往，在融液保持容器中，为了防止由融液渗透引起的破损或腐蚀，人们研究开发了各种多层结构或耐火物组成。专利文献I中公开了在内衬材料的外层部配有低透气性定形材料以形成多层内衬结构的感应炉(inductionfurnace)。为了防止锌等低熔点、低沸点金属渗透到感应炉的内衬耐火物中的组织内，该感应炉形成在内衬材料的外层部配有低透气性定形材料、在其内侧层配有干式不定形耐火物的两层结构。专利文献2中公开了回转窑(rotarykiln)，该回转窑在铁制罐体的内面镶衬不渗透性膜、并于其内侧形成砖层以形成两层衬里结构，以使铁制罐体不被活性碳的原料中所含的盐酸以及制造氧化锌或氧化钛时产生的腐蚀性气体等腐蚀。专利文献3中公开了感应熔炉(inductionmeltingfurnace)的漏液检测装置。在溶解金属的溶液保持感应炉中，当溶解含有锌等沸点低的金属的合金时，形成下述的两层结构与溶液接触的内面由烧结粉末耐火材料得到的溶液保持衬里形成，在其外周设有由可铸型水泥形成圆筒状的线圈保持衬里。专利文献4中公开了高耐用性非铁金属用耐火物，该耐火物在除铝以外的非铁金属(铜、锌、铅等)用的溶矿炉、自溶炉、转炉、保持炉等容器中耐蚀性和耐散裂性(耐火物因龟裂、裂缝而剥离的现象)提高。该耐火物以Al2O3作为主成分，还含有Zr02、Cr203、Si02。但是，在上述文献所记载的融液保持容器中，关于考虑了构成该容器的部材的致密性、绝热性、热传导性的衬里结构则没有任何研究，尚存进一步改善的空间。例如,在利用四氯化娃的锌还原来制造高纯度娃的制程(fabricationprocess)中，必需极力抑制杂质的混入，因此希望使用更高性能的融液保持容器。作为这样的融液保持容器，可以列举保持在四氯化硅的锌还原反应中副生成的氯化锌的融液或该氯化锌与锌的混合融液的融液保持容器等。在高纯度硅的制程中，副生成的氯化锌通常通过溶融盐电解而分离成锌和氯，回收分离的锌，以再次用作四氯化硅的还原剂。为了将高纯度的硅用作半导体用或太阳电池用的原料，在高纯度硅的制程中，必须极力抑制杂质的混入。因此，像上述那样回收副生成的氯化锌进行再利用时，作为保持副生成的氯化锌的融液或该氯化锌与锌的混合融液的融液保持容器，必须是能够防止融液被杂质污染的容器。迄今为止，人们尚未开发可以抑制融液的渗透以及裂缝或开裂的发生、还可以防止融液被杂质污染的融液保持容器。特别是关于保持像上述那样的氯化锌的融液或该氯化锌与锌的混合融液的容器的构成部材没有任何研究。于是，人们强烈要求开发将融液的渗透以及裂缝或开裂的发生抑制在最小限度、适合保持融液、且不污染该融液的融液保持容器。先前技术文献专利文献专利文献I:日本专利特开平11-211359号公报专利文献2:日本专利特开平6-26767号公报专利文献3:日本专利特开平9-303971号公报专利文献4:日本专利特开平7-61858号公报
发明内容融液保持容器所需具备的功能有以下3点i)保温功能、即融液的放热量少ii)保持功能、即融液的渗透量少iii)防止来自保持容器的杂质污染的功能保持氯化锌等金属氯化物的融液的容器，通常对金属或氧化物的熔化效果(存在于融液与容器的接触面的氧化物等溶出的现象)大，存在着容易受到由来自与融液接触的容器材料的杂质溶出引起的污染的问题。因此，在融液保持容器方面当然必需考虑上述要件i)和ii)，而特别是在保持氯化锌等金属氯化物的融液的容器方面，要求满足上述要件iii)o本发明鉴于上述实际情况而设，其目的在于提供一种融液保持容器，该融液保持容器保持金属融液及/或金属盐融液，融液的放热量少，抑制融液的渗透以及裂缝或开裂的发生，不仅适合保持融液，还能够防止融液被杂质污染。本发明人等为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现使用具有特定的多层结构的融液保持容器，融液的放热量少，融液的渗透以及裂缝或开裂的发生被抑制在最小限度，不仅适合保持融液，还能够防止融液被杂质污染，从而完成了本发明。SP，本发明是有关于例如下述[I][5]。[I]融液保持各器，该融液保持各器保持金属融液及/或金属盐融液，其特征在于自该容器的内侧起依序具有第I层，由视孔率为小于等于12%的耐火物所形成；第2层，由800下的热传导度为小于等于4W/mk的耐火物所形成；以及第3层，由热传导度大于第2层的耐火物所形成。[2]如[I]所述的融液保持容器，其特征在于将500的融液静置浸溃30天时，形成上述第I层的材料在上述融液中的溶出量为小于等于0.2重量％；构成上述第I层的耐火物在800下的热传导度为大于等于15W/mk；构成上述第2层的耐火物的视孔率(apparentporosity)为小于等于20%；构成上述第3层的耐火物的视孔率为小于等于12%、且800下的热传导度为大于等于15W/mk。[3]如[I]或[2]所述的融液保持容器，其特征在于将500的融液保持30天时，上述第2层与第3层的界面的温度低于上述融液的熔点。[4]如[I][3]中任一项所述的融液保持容器，其特征在于在上述第3层的外侧还具有金属层。[5]如[I][4]中任一项所述的融液保持容器，其特征在于上述金属融液为锌的融液，上述金属盐融液为氯化锌的融液。基于上述，本发明的融液保持容器，融液的放热量少，融液的渗透以及裂缝或开裂的发生被抑制在最小限度，不仅适合保持融液，还能够防止融液被杂质污染。图I是本发明的融液保持容器的断面模式图的一例。具体实施例方式以下，对本发明的融液保持容器进行详细说明。<融液保持各器〉本发明的融液保持容器，是保持金属融液及/或金属盐融液的容器，其特征在于，具有以下3层第I层，由视孔率为小于等于12%的耐火物所形成；第2层，由800下的热传导度为小于等于4W/m-k的耐火物所形成；以及第3层，由热传导度大于第2层的耐火物所形成。上述构成的融液保持容器，融液的放热量少，抑制融液的渗透以及裂缝或开裂的发生，不仅适合保持融液，还能够防止融液被杂质污染，[第I层]与所保持的融液接触的第I层由致密的耐火物形成。藉由由致密的耐火物形成第I层，可以抑制融液的渗透。构成第I层的耐火物的视孔率为小于等于12%，更佳的是510%。构成第I层的耐火物的视孔率为上述范围内时，存在可以抑制融液渗透的倾向。构成第I层的耐火物在800下的热传导度较佳的是大于等于15W/mk，更佳的是1520W/m*k。构成第I层的耐火物的热传导度为上述范围内时，具有提高融液保持容器的耐热冲击性的倾向。需要说明的是，在本发明中，视孔率及热传导度是利用下述实施例所示的测定方法得到的值。将500的融液静置浸溃I个月时，形成第I层的材料在上述融液中的溶出量较佳的是小于等于0.2重量％，更佳的是0.050.2重量％。若形成第I层的材料在上述融液中的溶出量为上述范围内，则可以防止融液被杂质污染。作为形成第I层的耐火物，可以列举例如碳化硅系可铸型耐火物。上述碳化硅系可铸型耐火物的构成成分主要是=SiC为75重量％90重量％(较佳的是80重量％85重量％)、Al2O3为5重量％15重量％(较佳的是5重量％10重量％)、SiO2为I重量％10重量％(较佳的是3重量％8重量％)。[第2层]设置于第I层的外侧的第2层由绝热性能大于上述第I层的绝热耐火物形成。藉由由绝热性能大于第I层的绝热耐火物形成第2层，可以抑制融液的放热量。构成上述第2层的耐火物在800下的热传导度为小于等于4W/mk,较佳的是I4W/mk。若构成第2层的耐火物的热传导度为上述范围内，则可以抑制融液的放热量。构成第2层的耐火物的视孔率较佳的是小于等于20%，更佳的是1020%。构成第2层的耐火物的视孔率为上述范围内时，存在可以抑制融液渗透的倾向。作为形成第2层的耐火物，可以列举例如绝热可铸型(castable)耐火物。上述绝热可铸型耐火物的构成成分主要是SiC为0重量％40重量％(较佳的是20重量％40重量％)、Al2O3为30重量％70重量％(较佳的是30重量％60重量％)、SiO2为20重量％40重量％(较佳的是20重量％30重量％)。[第3层]设置于第2层的外侧的第3层由热传导度大于第2层的耐火物形成。藉由由热传导度大于第2层的耐火物形成第3层，可以使耐火物层中的溶融线(低于融液的熔点的温度区域)不向容器外侧移动。即，藉由使用热传导度大于第2层的高热传导性耐火物作为第3层，在第2层内实现融液的凝固，因此可以防止融液的渗漏。因此，即使在第3层外侧形成有金属层的情况下，也可以防止该金属层与融液直接接触，结果，可以防止融液被污染。此外，由于高热传导性的耐火物可以减小内部的温度梯度，所以加热过程所引起的耐火物的裂缝(散裂)也可以得到抑制。构成第3层的耐火物在800下的热传导度较佳的是大于等于15W/mk，更佳的是1520W/m*k。若构成第3层的耐火物的热传导度为上述范围内，则可以使第3层的内外温度差达到最小限度，容易将内面温度设计成保持融体的熔点以下。构成第3层的耐火物的视孔率较佳的是小于等于12%，更佳的是510%。构成第3层的耐火物的视孔率为上述范围内时，存在可以抑制融液渗透的倾向。作为形成第3层的耐火物，可以列举例如碳化硅系可铸型耐火物。上述碳化硅系可铸型耐火物的构成成分主要是=SiC为75重量％90重量％(较佳的是80重量％85重量％)、Al2O3为5重量％15重量％(较佳的是5重量％10重量％)、SiO2为I重量％10重量％(较佳的是3重量％8重量％)。第3层只要满足上述特性即可，没有特别限定，但较佳的是由与第I层相同的耐火物形成。本发明的融液保持容器，在上述第3层的外侧可以还具有金属层。藉由具有金属层，可以提高融液保持容器的强度。形成上述金属层的金属种类有铁、不锈钢等。上述金属融液的具体例子有锌、铝、镁等金属的融液。上述金属盐融液的具体例子有氯化锌、氯化铝、氯化镁等金属盐的融液。融液保持容器的形状有纵型圆筒容器、横型圆筒容器、箱型容器、逆吊钟状容器等各种形状，对形状没有特别限定。形状为圆筒容器的融液保持容器，例如藉由在圆筒金属制容器的内侧镶衬施工上述第I层第3层而形成，并藉由充分养生^curing*即可得到。本发明的融液保持容器，较佳的是，将500的融液保持30天时，上述第2层与上述第3层的界面温度低于上述融液的熔点。在本发明的融液保持容器中保持500的融液30天时，藉由控制此时的上述第2层与第3层的界面温度使其低于上述融液的熔点，即使融液通过上述第I层及上述第2层的裂缝或开裂而渗透出来，融液在上述第2层与上述第3层的界面固化，渗透也不会再向前进行。其结果，融液不会到达容器最外廓的金属外皮而带来侵蚀等损伤。上述第2层与上述第3层的界面温度的控制，藉由选定上述第I层及第3层的耐火物材料、或将上述第I层及第3层的厚度最优化而达成。此外，藉由使第I层及第2层的厚度达到一定程度，也可以使上述第2层与上述第3层的界面温度低于上述融液的熔点。特别是藉由增加绝热性能大的第2层的厚度，可以有效率地使上述第2层与上述第3层的界面温度低于上述融液的熔点。考虑到各耐火物用量等经济性以及容器的小型性等，较佳的是，一边将耐火物厚度抑制在必需的最低限度，一边按照可以使上述第2层与上述第3层的界面温度低于上述融液的熔点的方式进行融液保持容器的设计。在现实中，考虑到经济性，例如融液保持容器的外径为大于等于40cm时，各层的厚度较佳的是小于等于200mm。将500的融液保持30天时，融液保持容器的外侧表面温度较佳的是小于等于200。将500*的融液保持30天时，若融液保持容器的外侧表面温度为上述范围内，则保持融液不会到达外壁，金属制容器的寿命延长，热能的损耗也可抑制在低水准。较佳的是，按照保持500的融液30天时融液保持容器的外侧表面温度在上述范围内的方式设计各层的厚度。〈用途〉本发明的融液保持容器可用于下述装置例如，在利用四氯化硅的锌还原进行的高纯度硅的制造方法中，凝缩液化副生成的氯化锌气体、或副生成的氯化锌气体与未反应的锌气体的凝缩液化装置；滞留、贮留副生成的氯化锌的融液、或副生成的氯化锌与锌的混合融液的融液贮留(收纳)槽；附设于还原反应炉中以供应原料锌气体的锌蒸发器；以及用于电解副生成的氯化锌以回收锌和氯的电解槽等。需要说明的是，本发明人虽然藉由已经申请的日本特愿2009-168812号，公开了回收在利用四氯化硅的锌还原进行的高纯度硅的制造方法中副生成的氯化锌和未反应的锌的凝缩液化装置，但没有特别提及该凝缩液化装置的构成材料。实施例以下，根据实施例进一步具体说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。[热传导度]关于耐火物的热传导度，将试验片加热保持在400及800，根据JISR2616热流法的耐火物砖的试验法来测定。[视孔率]关于耐火物的视孔率，将试验片于还原气氛中加热保持在1000，根据JISR2205来测定。[弯曲强度]关于耐火物的弯曲强度，将试验片加热保持在110及1000，根据JISR2213来测定。[压缩强度]关于耐火物的压缩强度，将试验片加热保持在110及1000，根据JISR2553的可铸型耐火物的试验法来测定。[实施例I](I)融液保持容器的制造作为构成融液保持容器的部材，使用具有表I所示的组成及物理性质的耐火物A(日本特殊炉材股份有限公司制造、FlexiteKERSIK-PB)及耐火物B(日本特殊炉材股份有限公司制造、FlexiteTM-65C3)、以及纵型圆筒铁制容器(外径为75cm、长度为75cm、厚度为6mm)。于上述纵型圆筒铁制容器的内侧，以50mm的厚度镶衬施工耐火物A，形成由该耐火物A构成的层(第3层)。再于该耐火物A构成的层(第3层)之上，以150mm的厚度镶衬施工耐火物B，形成由该耐火物B构成的层(第2层)。进一步于该耐火物B构成的层(第2层)之上，以50mm的厚度镶衬施工耐火物A，形成由该耐火物A构成的层(第I层)。然后，充分养生(takecare)各耐火物A及B,制造自容器的内侧起依序具有上述第I层第3层以及金属(铁)层的融液保持容器。(2)融液保持容器的评价向上述(I)中制造的融液保持容器中导入80kg的氯化锌的融液，再向融液中插入带有保护管的电热加热器，控制融液温度在500，保持此状态30天。此时的恒定状态后的融液保持容器的外侧表面温度为167。再将500的融液静置浸溃30天，之后测定由耐火物A构成的层(第I层)在融液中的溶出量，溶出量为0.I重量％。[比较例I](I)融液保持容器的制造作为构成融液保持容器的部材，使用具有表I所示的组成及物理性质的耐火物A以及纵型圆筒铁制容器(外径为75cm、长度为75cm、厚度为6mm)。于上述纵型圆筒铁制容器的内侧，以200mm的厚度镶衬施工耐火物A，形成由该耐火物A构成的层(第I层)。然后，充分养生耐火物A，制造自容器的内侧起具有上述第I层及金属(铁)层的融液保持容器(内径为35cm)。(2)融液保持容器的评价向上述(I)中制造的融液保持容器中导入80kg的氯化锌的融液，再向融液中插入带有保护管的电热加热器，控制融液温度在500，保持此状态30天。此时的恒定状态后的融液保持容器的外侧表面温度为359，超过了作为设计目标的200。[比较例2]在比较例I中，藉由导热计算算出使融液保持容器的外侧表面温度达到150左右所必需的、由耐火物A构成的层(第I层)的厚度。其结果，为了使融液保持容器的外侧表面温度达到145，由耐火物A构成的层(第I层)的厚度必需达到1，500mm。由耐火物A构成的层(第I层)的厚度为1，500mm时，无法进行实效的容器的设备设计，由此判定使用单层的耐火物A难以接受。[表I]权利要求1.一种融液保持容器，该融液保持容器保持金属融液及/或金属盐融液，其特征在于自该容器的内侧起依序具有第I层、第2层以及第3层，其中该第I层是由视孔率为小于等于12%的耐火物所形成，该第2层是由800下的热传导度为小于等于4W/mk的耐火物所形成，该第3层是由热传导度大于第2层的耐火物所形成。2.根据权利要求I所述的融液保持容器，其特征在于将500的融液静置浸溃30天时，形成上述第I层的材料在上述融液中的溶出量为小于等于0.2重量％；构成上述第I层的耐火物在800下的热传导度为大于等于15W/mk；构成上述第2层的耐火物的视孔率为小于等于20%；构成上述第3层的耐火物的视孔率为小于等于12%、且800下的热传导度为大于等于15W/mk。3.根据权利要求I或2所述的融液保持容器，其特征在于将500的融液保持30天时，上述第2层与上述第3层的界面温度低于上述融液的熔点。4.根据权利要求1-3任一项所述的融液保持容器，其特征在于在上述第3层的外侧还具有金属层。5.根据权利要求1-4任一项所述的融液保持容器，其特征在于上述金属融液为锌的融液，上述金属盐融液为氯化锌的融液。全文摘要提供一种融液保持容器，在保持金属融液及/或金属盐融液的融液保持容器中，融液的放热量少，融液的渗透以及裂缝或开裂的发生被抑制在最小限度，此保持容器不仅适合保持融液，还能够防止融液被杂质污染。此融液保持容器保持金属融液及/或金属盐融液，且特征在于，自该容器的内侧起依序具有由视孔率为小于等于12％的耐火物所形成的第1层、由800··下的热传导度为小于等于4W/m·k的耐火物所形成的第2层，以及由热传导度大于第2层的耐火物所形成的第3层。文档编号C04B41/89GK102741640SQ201080061268公开日2012年10月17日申请日期2010年12月16日优先权日2010年1月15日发明者大久保秀一申请人:Jx日鉱日石金属株式会社,东邦钛株式会社,捷恩智株式会社