專利名稱：高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種提純凈化裝置，特別是一種高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置，屬于鑄造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用偏析法對金屬尤其是鋁進行提純凈化，是一種已經(jīng)普遍工業(yè)化的工藝方法。法國PICHENY公司的申請?zhí)枮?7100033的發(fā)明專利曾涉及此種工藝。但是，我們發(fā)現(xiàn)在利用偏析法進行提純時，單純地依靠自然對流或強制攪拌，不可能把在提純過程中偏析出來的雜質(zhì)元素去除掉(而在凝固后再采取加壓擠出法，也不能完全將雜質(zhì)元素寄出)，這樣當晶體進一步繼續(xù)生長時，析出元素在剩余的液相中累積，使得固液界面前沿的溶質(zhì)濃度增加。根據(jù)公式，CE=kE·C0，其中C0-界面前沿的溶質(zhì)濃度；CE-凝固后的固相的濃度；kE-溶質(zhì)非平衡分配系數(shù)，界面前沿雜質(zhì)元素的累積結(jié)果導致C0的值升高，在條件穩(wěn)定時kE值保持不變，則固相的溶質(zhì)濃度CE就相應(yīng)地升高，其結(jié)果就是提純的效果較差，凝固的鋁錠尾部雜質(zhì)元素含量較高，其切除及再處理重熔造成能源的浪費，這就使得生產(chǎn)效率降低，能耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置，改變了傳統(tǒng)的加鋁方式和降低液相前沿雜質(zhì)元素濃度的方法，采用真空控制連續(xù)進鋁方式，利用吸取裝置吸出固液界面前沿富集的雜質(zhì)元素，從根本上消除了析出雜質(zhì)元素的聚集對提純過程的影響，本發(fā)明主要包括鋁液電解槽、提純爐體、真空廢液回收爐，具體連接方式為鋁液電解槽由陶瓷導管(一)通過截止閥(一)與提純爐體連接，提純爐體由陶瓷導管(二)通過截止閥(二)與真空廢液回收爐相連接。
鋁液電解槽是盛裝待提純鋁液的容器，主要包括容器和陶瓷過濾器，陶瓷過濾器嵌裝在容器底部的出液通道口。
鋁液電解槽的底部或下部設(shè)有鋁液陶瓷導管(一)的接口，出口處嵌裝有陶瓷過濾器，陶瓷導管(一)、(二)外包覆有電阻絲加熱器，導管(一)通過截流閥(一)進入真空爐室。
提純爐體主要包括雙區(qū)加熱坩堝，吸取裝置，冷卻系統(tǒng)，結(jié)晶臺，抽拉機構(gòu)，導向密封套和固定支架，吸取裝置懸掛于雙區(qū)加熱坩堝內(nèi)部，冷卻系統(tǒng)置于雙區(qū)加熱坩堝底部，通過螺栓和壓板與坩堝緊密結(jié)合。坩堝的底部中心有一個圓孔，結(jié)晶臺套在冷卻系統(tǒng)內(nèi)，并與坩堝的圓孔配合。結(jié)晶臺通過導向密封套密封后與抽拉機構(gòu)的下引桿用螺紋連接。整個坩堝和冷卻凝固裝置由固定支架支撐，支架通過焊接和螺釘將整個機構(gòu)固定在爐底上。
提純爐體上接有保護氣體入口和真空接口。
真空爐室上接有氬氣入口和真空接口，吸取裝置通過截止閥(二)和陶瓷導管(二)相連，直接通入到真空廢液回收爐中，真空廢液回收爐和真空泵相連。
本發(fā)明的工作原理和工作過程如下1、接通真空管路，關(guān)閉截流閥(一)和(二)，對整個真空爐室進行抽真空，打開電源對保溫坩堝的加熱器通電升溫，結(jié)晶臺處于坩堝底部圓孔內(nèi)，與坩堝壁形成容器，用以承裝鋁熔體，接通冷卻系統(tǒng)的冷卻水。
2、待真空到限時，打開截流閥(一)，真空爐室與大氣壓之間的壓力差把鋁液從電解槽中通過陶瓷過濾器、管路經(jīng)截流閥(一)進入到坩堝中。隨后把吸液擋板和吸管放入坩堝中指定位置。其外壁和坩堝之間的夾層為上層鋁液的下流通道，和下層吸液擋板與晶體之間的間隙一起作為高溫加熱的區(qū)域，鋁液在此區(qū)域中被加熱到較高溫度。
3、啟動抽拉機構(gòu)，下引桿導引結(jié)晶臺帶動已凝固的晶體下行。
4、按照工藝要求，當固液界面前沿的溶質(zhì)濃度達到一定程度時，就要對固液界面前沿的富集溶質(zhì)液體進行抽取換液，首先打開氬氣保護氣體入口的開關(guān)，對真空爐體充氣，隨著氣體的進入，爐體內(nèi)的真空度降低。這樣爐體與真空廢液回收爐之間產(chǎn)生壓力差，打開截流閥(二)，壓力差抽取液體并導入到真空保溫處理爐中。
5、當生長的晶體長度達到要求時，閉截流閥(一)，打開氬氣管路的開關(guān)，向爐內(nèi)充入氬氣，利用抽取吸管把剩余的鋁液吸走排入到保溫處理爐，以防止剩余鋁液的氧化。關(guān)閉截流閥(二)，打開爐門，取走提純完畢的晶體，重新安裝結(jié)晶平臺，關(guān)閉爐門，抽真空，進行下一個工作循環(huán)。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明利用真空下的熔煉和保溫，大大降低了提純過程中氧原子的侵入，利用抽取法將固液界面前沿鋁液穩(wěn)定控制在允許的工藝范圍內(nèi)。通過連續(xù)加入鋁液，節(jié)省了鋁重熔所耗費的大量能源，含雜質(zhì)濃度較高的提純廢鋁液直接得到處理，制備出的高純鋁錠在整個錠的長度中質(zhì)量保持穩(wěn)定，可以減少甚至不用截去末端，生產(chǎn)效率大大提高。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明鋁液電解槽結(jié)構(gòu)示意3本發(fā)明提純爐體結(jié)構(gòu)示意4本發(fā)明真空廢液回收爐結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明主要包括鋁液電解槽(1)、提純爐體(2)、真空廢液回收爐(3)，具體連接方式為鋁液電解槽(1)由陶瓷導管(4)通過截止閥(5)與提純爐體(2)連接，提純爐體(2)由陶瓷導管(6)通過截止閥(7)與真空廢液回收爐(3)相連接。
鋁液電解槽(1)主要包括容器(8)和陶瓷過濾器(9)，陶瓷過濾器(9)嵌裝在容器(8)底部的出液通道口。
鋁液電解槽(1)的底部或下部設(shè)有鋁液陶瓷導管(4)的接口，出口處嵌裝有陶瓷過濾器(9)，陶瓷導管(4)、(6)外包覆有電阻絲加熱器(10)，導管(4)通過截流閥(5)進入真空爐室(11)。
提純爐體(2)主要包括雙區(qū)加熱坩堝(12)，吸取裝置(13)，冷卻系統(tǒng)(14)，結(jié)晶臺(15)，抽拉機構(gòu)(16)，導向密封套(17)和固定支架(18)，吸取裝置(13)懸掛于雙區(qū)加熱坩堝(12)內(nèi)部，冷卻系統(tǒng)(14)置于雙區(qū)加熱坩堝(12)底部，通過螺栓和壓板與坩堝(12)緊密結(jié)合。坩堝(12)的底部中心有一個圓孔，結(jié)晶臺(15)套在冷卻系統(tǒng)(14)內(nèi)，并與坩堝(12)的圓孔配合，結(jié)晶臺(15)通過導向密封套(17)密封后與抽拉機構(gòu)(16)的下引桿用螺紋連接，整個坩堝和冷卻凝固裝置由固定支架(18)支撐，支架(18)通過焊接和螺釘將整個機構(gòu)固定在爐底上。
提純爐體(2)上接有保護氣體入口(19)和真空接口(20)。
權(quán)利要求
1.一種高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置，主要包括鋁液電解槽(1)、提純爐體(2)和真空廢液回收爐(3)，其特征在于具體連接方式為鋁液電解槽(1)由陶瓷導管(4)通過截止閥(5)與提純爐體(2)連接，提純爐體(2)由陶瓷導管(6)通過截止閥(7)與真空廢液回收爐(3)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置，其特征是鋁液電解槽(1)主要包括容器(8)和陶瓷過濾器(9)，陶瓷過濾器(9)嵌裝在容器(8)底部的出液通道口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置，其特征是鋁液電解槽(1)的底部或下部設(shè)有鋁液陶瓷導管(4)的接口，出口處嵌裝有陶瓷過濾器(9)，陶瓷導管(4)、(6)外包覆有電阻絲加熱器(10)，導管(4)通過截流閥(5)進入真空爐室(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置，提純爐體(2)主要包括雙區(qū)加熱坩堝(12)，吸取裝置(13)，冷卻系統(tǒng)(14)，結(jié)晶臺(15)，抽拉機構(gòu)(16)，導向密封套(17)和固定支架(18)，吸取裝置(13)懸掛于雙區(qū)加熱坩堝(12)內(nèi)部，冷卻系統(tǒng)(14)置于雙區(qū)加熱坩堝(12)底部，通過螺栓和壓板與坩堝(12)緊密結(jié)合，坩堝(12)的底部中心有一個圓孔，結(jié)晶臺(15)套在冷卻系統(tǒng)(14)內(nèi)，并與坩堝(12)的圓孔配合，結(jié)晶臺(15)通過導向密封套(17)密封后與抽拉機構(gòu)(16)的下引桿用螺紋連接，整個坩堝和冷卻凝固裝置由固定支架(18)支撐，支架(18)通過焊接和螺釘將整個機構(gòu)固定在爐底上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置，其特征是提純爐體(2)上接有保護氣體入口(19)和真空接口(20)。
全文摘要
高純鋁的真空連續(xù)提純凈化裝置屬于鑄造領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括:鋁液電解槽、提純爐體、真空廢液回收爐,鋁液電解槽由陶瓷導管(一)通過截止閥(一)與提純爐體連接,提純爐體由陶瓷導管(二)通過截止閥(二)與真空廢液回收爐相連接。本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步,本發(fā)明利用真空下的熔煉和保溫,大大降低了提純過程中氧原子的侵入,利用抽取法將固液界面前沿鋁液穩(wěn)定控制在允許的工藝范圍內(nèi),通過連續(xù)加入鋁液,節(jié)省了鋁重熔所耗費的大量能源,含雜質(zhì)濃度較高的提純廢鋁液直接得到處理,制備出的高純鋁錠在整個錠的長度中質(zhì)量保持穩(wěn)定,可以減少甚至不用截去末端,生產(chǎn)效率大大提高。
文檔編號C22B9/00GK1388259SQ02111338
公開日2003年1月1日 申請日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者張佼, 孫寶德, 丁文江 申請人:上海交通大學