高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備，包括各自獨(dú)立的提純裝置和加熱裝置，所述提純裝置包括冷卻裝置、提純導(dǎo)熱層、提純保溫坩堝和攪拌裝置，在提純保溫坩堝正上方設(shè)有提純爐蓋，在提純爐蓋兩側(cè)分別設(shè)有抽真空裝置和測(cè)溫裝置，在提純爐蓋下方設(shè)有第一加熱機(jī)構(gòu)；所述加熱裝置包括絕熱層、加熱導(dǎo)熱層和加熱坩堝，在加熱坩堝正上方設(shè)有加熱爐蓋，在加熱爐蓋兩側(cè)分別設(shè)有抽真空裝置和測(cè)溫裝置，在加熱爐蓋下方設(shè)有第二加熱機(jī)構(gòu)，在加熱坩堝底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)加熱坩堝及內(nèi)部物料進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。采用本實(shí)用新型可極大地提高高純鋁的提純效率，具有能耗低、處理量大、效率高、產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0002]本實(shí)用新型涉及一種純鋁提純?cè)O(shè)備，特別是涉及一種高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備，屬于鋁冶金提純【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]利用偏析法對(duì)鋁進(jìn)行提純凈化是工業(yè)化應(yīng)用的工藝方法，偏析法提純技術(shù)目前主要有分布結(jié)晶法、區(qū)域熔煉法和定向凝固法。定向凝固法又可分為冷卻管凝固法、底部冷卻法、側(cè)壁冷卻法、上部提升凝固法、橫向凝固法等；定向凝固法具有能耗低、設(shè)備和工藝相對(duì)簡(jiǎn)單和實(shí)收率較高的優(yōu)點(diǎn)，適用于大批量生產(chǎn)4N至6N的高純鋁，是高純鋁提純技術(shù)的主要研宄發(fā)展方向。
[0005]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?CN 201110224938.8中記載了一種“定向凝固提純高純鋁的方法及其熔煉爐”，該定向凝固高純鋁的方法按以第一步選料、第二步熔煉、第三步凝固提純、第四步獲得成品進(jìn)行，該熔煉爐包括爐殼、加熱裝置、容器、攪拌裝置和冷卻裝置；在爐殼內(nèi)固定安裝有容器，在爐殼與容器之間自上而下間隔固定安裝有不少于一個(gè)的加熱裝置；在容器下方的爐底安裝有冷卻裝置；在冷卻裝置與爐殼之間安裝有爐底測(cè)溫裝置。該發(fā)明方法具有能耗低、材料量大、效率高、產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于大批量生產(chǎn)5N至6N的高純鋁。但該發(fā)明在使用過程中存在一些不足:1、由于所有操作在單一爐體內(nèi)完成，其加熱、冷卻效率比較低，生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，造成產(chǎn)能較低；2、由于提純結(jié)晶體的生長(zhǎng)方式由底部向上堆積，不利于雜質(zhì)元素在末端的聚集，造成其提純效率不高；3、提純后結(jié)晶錠為了滿足純度的要求，需從尾部去除厚度的15%?70%，造成成品率不高。
[0006]實(shí)用新型內(nèi)容:
[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備，采用該設(shè)備進(jìn)行高純鋁的提純工藝，具有流程短、能耗低、提純效率和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，可用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)4N至6N的高純鋁。
[0008]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0009]一種高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備，包括提純裝置和加熱裝置，所述提純裝置和加熱裝置各自獨(dú)立，共同設(shè)置在一個(gè)大熔煉爐殼內(nèi)部，所述提純裝置由外而內(nèi)依次包括冷卻裝置、提純導(dǎo)熱層、提純保溫坩禍和攪拌裝置，在所述提純保溫坩禍正上方設(shè)置有提純爐蓋，在所述提純爐蓋兩側(cè)分別設(shè)置有抽真空裝置和測(cè)溫裝置，在所述提純爐蓋的下方對(duì)稱設(shè)置有第一加熱機(jī)構(gòu)，所述攪拌裝置位于所述提純爐蓋的軸心處可進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動(dòng)，所述提純保溫坩禍和提純導(dǎo)熱層的底部設(shè)置有冷卻介質(zhì)出口，所述冷卻介質(zhì)出口與外部循環(huán)水池相連接；所述加熱裝置位于所述提純裝置的一側(cè)，所述加熱裝置由外而內(nèi)依次包括絕熱層、加熱導(dǎo)熱層和加熱坩禍，在所述加熱坩禍正上方設(shè)置有加熱爐蓋，在所述加熱爐蓋兩側(cè)分別設(shè)置有第二抽真空裝置和第二測(cè)溫裝置，在所述加熱爐蓋下方設(shè)置有第二加熱機(jī)構(gòu)，所述加熱坩禍底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，在所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)下面設(shè)置有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)加熱坩禍及其內(nèi)部物料進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)連桿通過螺紋與所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相連接；所述提純導(dǎo)熱層和加熱導(dǎo)熱層由高導(dǎo)熱性石墨纖維編織而成，厚度為10?20mm ;所述冷卻裝置等距離環(huán)繞于所述提純導(dǎo)熱層四周。
[0011]本實(shí)用新型將提純裝置和加熱裝置設(shè)置成相互獨(dú)立的兩部分，使提純過程能夠精確控制固液界面保持穩(wěn)定的溫度梯度，有效降低固液界面前沿熔體中雜質(zhì)的濃度，從而控制凝固過程，保持較高的提純效率和提純質(zhì)量；加熱過程利用提純后鋁固體的余熱，配合高保溫的加熱裝置，在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用下，坩禍連同鋁固體做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加速了鋁固體的熔化，加熱效率較常規(guī)加熱可提高兩倍以上。采用本實(shí)用新型可極大地提高高純鋁的提純效率，具有能耗低、處理量大、效率高、產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0012]本實(shí)用新型的攪拌裝置為機(jī)械攪拌，攪拌槳位于提純坩禍內(nèi)，與凝固界面的距離保持在30?10mm ;也可采用電磁攪拌系統(tǒng)。
[0013]本實(shí)用新型的第一加熱機(jī)構(gòu)和第二加熱機(jī)構(gòu)均可采用電加熱器，也可采用燃?xì)饧訜嵯到y(tǒng)。
[0014]本實(shí)用新型的冷卻裝置等距離環(huán)繞于提純導(dǎo)熱層四周，冷卻介質(zhì)無縫均勻覆蓋提純導(dǎo)熱層側(cè)部，冷卻介質(zhì)為水冷卻，也可采用氣體冷卻，對(duì)應(yīng)于熔體溫度的高低進(jìn)行自動(dòng)控制，冷卻水的流量為每秒0.5?10m3。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖1中，各標(biāo)號(hào)所表不的結(jié)構(gòu)為:I 提純裝置，2 加熱裝置，3 提純爐蓋，4 攬樣裝置，5 提純銷固體，6 提純保溫樹禍，7 提純導(dǎo)熱層，8 尾銷液，9第一加熱機(jī)構(gòu)，10冷卻裝置，11抽真空裝置，12測(cè)溫裝置，13冷卻介質(zhì)出口，14絕熱層，15加熱爐蓋，16旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，17傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，18旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，19---第二加熱機(jī)構(gòu)，20---恪煉爐殼，21---第二抽真空裝置，22---第二測(cè)溫裝置，
50凝固鋁固體，60加熱坩禍，70加熱導(dǎo)熱層。
[0017]【具體實(shí)施方式】:
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的解釋和說明:
[0019]參見圖1，一種高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備，包括提純裝置，I和加熱裝置2，提純裝置I和加熱裝置2各自獨(dú)立，共同設(shè)置在一個(gè)大熔煉爐殼20內(nèi)部，提純裝置I由外而內(nèi)依次包括冷卻裝置10、提純導(dǎo)熱層7、提純保溫坩禍6和攪拌裝置4，在提純保溫坩禍6正上方設(shè)有提純爐蓋3，在提純爐蓋3兩側(cè)分別設(shè)置有抽真空裝置11和測(cè)溫裝置12，在提純爐蓋3下方對(duì)稱設(shè)置有第一加熱機(jī)構(gòu)9，攪拌裝置4位于提純爐蓋3的軸心處可進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動(dòng)，在提純保溫坩禍6和提純導(dǎo)熱層7的底部設(shè)置有冷卻介質(zhì)出口 13，冷卻介質(zhì)出口 13與外部循環(huán)水池相連接；加熱裝置2位于提純裝置I 一側(cè)，加熱裝置2由外而內(nèi)依次包括絕熱層14、加熱導(dǎo)熱層70和加熱坩禍60，在加熱坩禍60正上方設(shè)置有加熱爐蓋15，在加熱爐蓋15兩側(cè)分別設(shè)置有第二抽真空裝置21和第二測(cè)溫裝置22，在加熱爐蓋15下方設(shè)置有第二加熱機(jī)構(gòu)19，在加熱坩禍60底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)16，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)16下面設(shè)置有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)18，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)18由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)加熱坩禍60及其內(nèi)部物料進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0020]其中:旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)18的轉(zhuǎn)動(dòng)連桿通過螺紋與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)16相連接；提純導(dǎo)熱層7和加熱導(dǎo)熱層70均由高導(dǎo)熱性石墨纖維編織而成，厚度為10?20mm ;冷卻裝置10等距離環(huán)繞于所述提純導(dǎo)熱層7四周。
[0021]采用上述高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備進(jìn)行提純的提純方法，其具體步驟如下:
[0022]①將精煉后的原鋁液熔體倒入提純裝置1中的提純保溫坩禍6內(nèi)，閉合提純爐蓋3，開啟攪拌裝置4攪拌熔體，并啟動(dòng)抽真空裝置11使提純保溫坩禍6內(nèi)形成真空；
[0023]②當(dāng)原鋁液熔體開始凝固后給第一加熱機(jī)構(gòu)9通電，并緩慢提高功率，通過測(cè)溫裝置12控制熔體溫度在650°C?660°C之間，通過冷卻裝置10對(duì)提純導(dǎo)熱層7進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，控制提純保溫坩禍6內(nèi)熔體固液界面的溫度梯度在5°C?20°C之間，結(jié)晶2?4小時(shí)；
[0024]③當(dāng)結(jié)晶結(jié)束后，關(guān)閉攪拌裝置4、第一加熱機(jī)構(gòu)9和冷卻裝置10，開啟提純爐蓋3，將提純保溫坩禍6移出提純裝置1后，倒出提純保溫坩禍6內(nèi)品位低的尾鋁液8，此時(shí)提純保溫坩禍6內(nèi)的固體即為已提純的提純鋁固體5 ;
[0025]④將上述溫度在500 °C?550 °C的提純保溫坩禍6移入帶有絕熱層14的加熱裝置2中的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)16上，閉合加熱爐蓋15，此時(shí)的提純保溫坩禍6即為加熱裝置2中的加熱坩禍60，提純鋁固體5即為加熱裝置2中的凝固鋁固體50 ;
[0026]⑤啟動(dòng)第二抽真空裝置21使加熱坩禍60內(nèi)形成真空，開啟第二加熱機(jī)構(gòu)19來熔化所述的凝固鋁固體50，通過第二測(cè)溫裝置22控制加熱溫度在750°C?800°C之間，使其保持在銷恪點(diǎn)之上；同時(shí)開啟傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)18帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)16進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，使加熱坩禍60中的凝固鋁固體50在加熱裝置2內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加速凝固鋁固體50的熔化速度，有效降低熔化過程的氧化損失；
[0027]⑥將熔化后的高純鋁液連同加熱坩禍60再次放入提純裝置1中，此時(shí)的加熱坩禍60即為提純保溫坩禍6，重復(fù)步驟①?⑤，直至獲得符合純度要求的高純鋁固體。
[0028]其中:提純保溫坩禍6內(nèi)鋁液保溫溫度為660°C?680°C，凝固溫度為650°C?660°C，凝固界面的結(jié)晶速率為4?8cm/h。
[0029]本實(shí)用新型通過將提純裝置1和加熱裝置2設(shè)置成相互獨(dú)立的兩部分，使提純過程能夠精確控制固液界面保持穩(wěn)定的溫度梯度，有效降低固液界面前沿熔體中雜質(zhì)的濃度，從而控制凝固過程，保持較高的提純效率和提純質(zhì)量；加熱過程利用提純后鋁固體的余熱，配合高保溫的加熱裝置2，在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用下，坩禍連同鋁固體做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加速了鋁固體的熔化，加熱效率較常規(guī)加熱可提高兩倍以上。采用本實(shí)用新型可極大地提高高純鋁的提純效率，具有能耗低、處理量大、效率高、產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備，包括提純裝置(I)和加熱裝置(2)，所述提純裝置(I)和加熱裝置(2)各自獨(dú)立，共同設(shè)置在一個(gè)大熔煉爐殼(20)內(nèi)部，其特征在于:所述提純裝置(I)由外而內(nèi)依次包括冷卻裝置(10)、提純導(dǎo)熱層(7)、提純保溫坩禍(6)和攪拌裝置(4)，在所述提純保溫坩禍(6)正上方設(shè)置有提純爐蓋(3)，在所述提純爐蓋(3)兩側(cè)分別設(shè)置有抽真空裝置(11)和測(cè)溫裝置(12)，在所述提純爐蓋(3)的下方對(duì)稱設(shè)置有第一加熱機(jī)構(gòu)(9)，所述攪拌裝置(4)位于所述提純爐蓋(3)的軸心處可進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動(dòng)，所述提純保溫坩禍(6)和提純導(dǎo)熱層(7)的底部設(shè)置有冷卻介質(zhì)出口( 13)，所述冷卻介質(zhì)出口(13 )與外部循環(huán)水池相連接；所述加熱裝置(2 )位于所述提純裝置(I)的一側(cè)，所述加熱裝置(2)由外而內(nèi)依次包括絕熱層(14)、加熱導(dǎo)熱層(70)和加熱坩禍(60)，在所述加熱坩禍(60)正上方設(shè)置有加熱爐蓋(15)，在所述加熱爐蓋(15)兩側(cè)分別設(shè)置有第二抽真空裝置(21)和第二測(cè)溫裝置(22)，在所述加熱爐蓋(15)下方設(shè)置有第二加熱機(jī)構(gòu)(19)，所述加熱坩禍(60)底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(16)，在所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(16)下面設(shè)置有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(18)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(18)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(17)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)加熱坩禍(60)及其內(nèi)部物料進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁定向凝固短流程提純?cè)O(shè)備，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(18)的轉(zhuǎn)動(dòng)連桿通過螺紋與所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(16)相連接；所述提純導(dǎo)熱層(7)和加熱導(dǎo)熱層(70)均由高導(dǎo)熱性石墨纖維編織而成，厚度為10?20mm ;所述冷卻裝置(10)等距離環(huán)繞于所述提純導(dǎo)熱層(7)四周。
【文檔編號(hào)】C22B9/02GK204224679SQ201420728053
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】戴飛 申請(qǐng)人:河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司