CN101591736A - 超声、旋转电磁场在熔铝精炼中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明是用超声和旋转电磁场的物理综合场方法，对金属熔炼提纯，脱氢，去除金属杂质和非金属夹杂物，提高金属晶体细化，以生产出高纯度的金属，在去渣过程中不加入电介质，不通入脱氢用的氯气或加入含氟物质。用此方法在熔铝精炼提纯实验中，证实此方法行之有效。此方法所用设备就是超声和旋转电磁场。亦即微爆技术和多维层状连续螺旋线瞬态换向涡流技术的综合物理场技术，其特征是在金属(如铝)液中，应用可控的分层大弥散度、强势能、小直径气泡密集阵及气爆体俘获，用分子碰撞、共振、自旋、团聚等功能效应。除杂的速度快，效果好，节省能源、无污染。此方法在金属熔炼提纯生产和实验中未见有公开文献报道。

Description

超声、旋转电磁场在熔铝精炼中的应用

技术领域

本发明属于高温冶金熔炼中的金属精炼与提纯范畴。

高温冶金技术，其中包括有色金属和钢铁的精炼、提纯过程，也可以说是{造渣}技术，其共同目的都是把熔融于液态金属熔体中的有害金属杂质、气体和非金属夹杂物等析出或转移到熔渣中，使其达到所需要的纯度、纯洁度和其微观组织结构(晶体)的最佳形态。

背景技术

目前，在有色金属冶铝行业中，对精品铝、高纯铝的除杂、提纯、精炼和晶粒细化等生产工艺，多年来变化不大。目前国内外采用的技术方法虽然有许多种，但因其存在工艺繁杂、提纯净度有限、生产成本高，或对环境有污染、有损工人健康等缺陷，因而不同程度地影响了冶铝企业精品铝的生产和高端特种铝金属的深加工。已成为冶铝行业关注解决的技术难题。

在铝电解生产液态原铝与铝加工重熔、铸锭及精炼过程中，对熔融于铝液中的氢、杂质元素和非金属夹杂物的清除方法，主要是：1、充注气体；2、添加熔剂；3、过滤；4、搅拌；5、真空法等等。

上述各种方法的主要缺陷：1、单质气或混合气体充注除氢、除杂，在铝液中不可避免的存在较大盲区，致使其作用或反应范围有限；其次产泡量少，分布不均，气泡势能小且气泡形态及传递可控性差，从而造成气泡俘获杂质和氢的效率不高，特别是对于弥散于铝液中的“固态小质点”和“点状呆氢”的俘获率更低。这就造成铝的纯度从99.7％到99.9％以上的0.3个百分点不易上去的重要原因之一。2、添加熔剂，因铝液温度-粘度及杂质分散性等热流体分子动力学、界面化学过程控制难度较大等原因，造成反应不完全。熔炼反应形成的痕量级高势能纳微米尺度的复合型有害颗粒，即铝液中的残留物，使之更不易脱除。这也是造成铝的纯度从99.9％、99.99％到99.999％几个品质台阶，不易突破的原因之一。3、搅拌，包括机械和旋转气泡搅拌，虽然成本低、工艺简单，但其剪切化学反应的作用范围及效果极为有限，槽、炉中熔体的相当部分是盲区或死区，其作用范围主要是在搅拌轴线附近形成的涡流区，虽然对较大粒径的杂质颗粒有加速沉淀和上浮液面的促进作用，但对熔融于铝液中μ级或小于μ级细微杂质元素和非金属颗粒物，则剥离作用显得不大。这也是造成降低铝中杂质含量不易突破，清除效率不够高的又一个重要原因。4、过滤法，因滤网材料和孔径的局限性等原因，对微小颗粒的除杂效果也不太理想，尤其在99.9％以上精品高纯铝工业化生产时更显困难。5、三层液铝电解精炼铝方法，可以制得高纯度的精铝。但是其工艺比较复杂，而且正品产出率较低，需加入电解质，有HF气体逸出，耗电量较大，目前其在国内的产量很少，年产量不足二万吨，远远不能满足需要。

我国是铝金属生产大国，但不是冶铝强国，虽然产能大，然而精品少，远远不适应国家的实际需要。例如：航空航天用铝、军工用铝、轻质高强结构工程用铝、轻质高强结构工程用铝(汽车、高速列车、特大型建筑工程等)以及超高压、大电流电工铝电子工业，化工和冶金用铝等。因此，研究高纯度及各种用途合金铝产品具有十分重要的意义。这就需要在铝冶炼生产环节中进行技术革新，这样不仅能提高铝材使用价值，还能增加产品附加值。

发明内容：

为了克服上述液态原铝及其精练过程中现使用方法的种种不足，使现在精品铝、高纯铝生产时的提纯、除杂过程的不完全、不稳定、不简洁、不经济、正品产出率低的现状，得到显著的改善。我们采用了：

1、微爆技术、多维层状连续螺旋线瞬态涡流技术，亦即物理场技术，其特征是在铝液中，可控的、可分层的大弥散度、强势能、小直径气泡密集阵及气爆体俘获与分子碰撞、共振、自旋、团聚等功能效应，这是本技术保证精铝提炼的主要手段，也是本方法的核心。

本技术方法相对于原铝三层液电解精炼和刚性区域熔炼法或偏析法，就其工艺流程及装置来说，我们的方法更加简洁，除杂、提纯效果都更为显著，是对上述方法的补充和改善。本方法已显现出在高温冶金多个相关专业极有可能获得应用的良好前景。

2、我们所研制的技术及其工艺装置(如示意图所示)应用的目的，在于为冶铝工业提供一种全新的，以简洁、经济、绿色环保为显著特征的工艺方法及其专用装置，即在铝电解槽、保温炉或重熔炉等现有常规生产装置上装配必要的部件，在不添加任何提纯介质的前提下，完成精品铝、高纯铝等有色金属在内的在线连续除杂、提纯、精炼和晶粒细化生产过程。

具体实施方式：

将工业用铝加热熔解。用氩气或氮气保护，防止氧化，减少损失。用本发明的设备进行处理，达到提纯目的后，即行停止。

实施例1：

用98.55％的普铝5kg，放于容器内，用电阻炉加热熔化，氩气保护，用本发明的物理场技术处理2min后，取样分析，测得如下结果：

实施例2：

用工业997％纯铝5kg，在电阻炉上热熔，氩气保护，用本方法处理1min后，取样分析得结果如下：

实施例3：

用98.55％的普铝5kg，在工频炉上加热熔化，氩气保护，用本方法处理3min后，测得结果如下：

实施例4：

用99.7％工业纯铝5kg，在工频炉加热溶化，氩气保护，用本方法处理2min取样分析得结果如下：

Claims (2)

1、一种超声和旋转电磁场在熔铝精炼中的应用，此方法的特征在于利用了超声的微爆技术和螺旋电磁场瞬态换向涡流搅拌技术相结合的物理场技术，这两项物理场技术在熔融的铝液中，具有可控的、分层大弥散度，强势能、小直径气泡密集阵及气泡体浮获，并具有分子碰撞、共振、自旋、团聚等功能效应。

2、如权利要求1所述的一种超声和旋转电磁场在熔铝精炼中的应用方法，其特征在于为实现此方法所设计的工艺装置。此装置为目前冶铝工业提供一种全新的，以简洁、经济、绿色环保为显著特征的工艺方法及专用装置。此装置可以安装在铝电解槽、保温炉或重熔炉上，在不添加任何提纯介质前提下，完成精品铝、高纯铝等有色金属在内的在线连续除杂、提纯、精炼和晶粒细化的生产过程。