CN101948958A - 一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法及设备。涉及一种电磁冶金及有色金属真空蒸馏精炼及提纯技术。目的是提高有色金属粗金属或合金或化合物电磁悬浮真空蒸馏或还原蒸馏精炼产物的纯净度、冶炼效率，降低成本。一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，其特殊之处是：利用电磁感应悬浮线圈产生的电磁悬浮力及搅拌作用，对有色金属物料进行处于电磁悬浮状态的加热及搅拌作用并使其进行元素蒸馏过程。一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，由真空炉体，电磁感应线圈，坩埚，冷凝器，真空进料装置等组成，其主要特征是：电磁感应线圈是电磁感应悬浮线圈，位于真空炉体的外面或里面；冷凝器位于真空炉体上部。

Description

一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法及设备 

技术领域

本发明涉及一种有色金属冶金技术，属真空蒸馏和精炼及提纯冶金技术。 

背景技术

锆、钛等有色金属精炼需要达到高的纯净度，以利制备高性能锆合金、钛合金；现有的精炼方法不能充分满足需要，且成本高、效率不高。依据在一定温度下各元素的蒸气压差异和元素的挥发及冷凝转变速度与温度、真空度关系，采用真空蒸馏可将粗金属、合金或化合物中元素进行蒸馏或还原蒸馏分离、提纯，并可获得纳米、微米级的粉粒。但是，产物可能受到坩埚材料污染。利用电磁悬浮熔炼可使金属被感应加热并处于悬浮状态进行熔炼，避免了熔融金属被坩埚材料接触污染，有利于物料吸附之气体的放出，提高冶金质量及效率。但是，产品的纯净度有限。真空蒸馏冶金可获得很高纯净度的金属。尚未出现电磁悬浮真空蒸馏精炼技术。 

目前，国内外所具有的有色金属真空蒸馏和还原方法及设备有：利用电阻加热或感应加热等的各种蒸馏炉或还原炉；被蒸馏物料为液体或固体，物料均是非悬浮状态的；没有被蒸馏物料在蒸馏过程中处于电磁悬浮状态的。^[1、2、3]在冶炼过程中物料处于悬浮状态的有：冷坩埚真空感应熔炼^[3]；最新发展的电磁悬浮真空熔炼技术，其物料是非悬浮的^[4]；有一种电磁外感应真空蒸馏炉^[5]，其物料也是非悬浮的。目前，在真空冶金技术方面现没有真空电磁悬浮蒸馏的方法及设备^[6]。如果研究将有色金属真空蒸馏和还原技术与电磁悬浮熔炼技术科学地结合起来，创新发展一种电磁悬浮真空蒸馏和还原冶炼理论及方法是有重要意义的。 

参考文献： 

[1]戴永年，杨斌.有色金属材料的真空冶金[M].冶金.北京：冶金工业出版社，2000. 

[2]戴永年，杨斌.有色金属真空冶金[M].冶金.北京：冶金工业出版社，2009. 

[3]李安国，饶先发，穆春发.真空冶金现状及应用前景[J].世界有色金属，2009(7)：32-34. 

[4]王永清，等.电磁悬浮熔炼技术的发展及其在金属中气体分析领域的应用[J].冶金分析，2008，28(11)：16-23 

[5]罗文洲.ZL200520022513.9，实用新型专利公告说明书.中华人民共和国知识产权局，2006年6月30日. 

[6]李安国饶先发廖春发.真空冶金现状及应用前景[J].世界有色金属，2009(7)：32-34 

发明内容

本发明目的： 

提供一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法及设备，以通过使物料处于电磁悬浮状态进行真空蒸馏或还原蒸馏过程，显著增大物料的表面积，从而显著提高元素的挥发速度，并使物料不与坩埚接触受污染，提高有色金属真空蒸馏及还原蒸馏冶炼产物的纯净度，提高冶炼的效率、降低冶炼成本。 

本发明的技术解决方案： 

一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，利用电磁感应悬浮线圈产生的磁悬浮力及搅拌作用，对一定真空度和温度的真空蒸馏炉中的有色金属物料，进行感应加热并使其在处于电磁悬浮状态及电磁搅拌运动中，进行元素蒸馏过程，元素或化合物蒸发的气体再于冷凝器中进行冷凝，达到对有色金属物料进行精炼目的，其特殊之处是：利用电磁感应悬浮线圈产生的电磁悬浮力及搅拌作用，对有色金属物料进行处于电磁悬浮状态的加热及搅拌作用并使其进行元素蒸馏过程。 

根据上述技术解决方案，所述之物料可是能导电的粗金属或合金或化合物与金属还原剂的混合物；物料可呈固态或液态。 

根据上述技术解决方案，所述之蒸馏可是直接蒸馏或还原蒸馏。 

一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，由真空炉体，抽真空装置，可控高频电源，电磁感应线圈，稳定线圈，坩埚，冷凝器，真空计，测温仪表，真空进料装置，真空出料装置等组成，电磁感应线圈与坩埚同轴线或近似同轴线，坩埚位于真空炉体内，其特征是：所述之电磁感应线圈是电磁感应悬浮线圈；电磁感应悬浮线圈位于真空炉体的外面或里面并位于所述之冷凝器的下方；所述之冷凝器位于所述之真空炉体的上部；所述之真空进料装置的下料管口之轴线于所述之电磁感应悬浮线圈的轴线重合或基本重合。 

根据上述技术解决方案，所述之电磁感应悬浮线圈可位于真空炉体的内部或外部。 

根据上述技术解决方案，所述之电磁感应悬浮线圈可由多匝串联的圆柱形或倒圆锥形的悬浮线圈和位于其上方、电流方向与其相反、与其串联的稳定线圈组成。 

根据上述技术解决方案，所述之电磁感应悬浮线圈的表面上可包覆耐高温的、对电绝缘但可导磁的覆层。 

根据上述技术解决方案，所述之坩埚位于所述之电磁感应悬浮线圈的内部时，可采用导磁材料制造。 

根据上述技术解决方案，所述之坩埚位于所述之电磁感应悬浮线圈的内部时，可采用冷坩埚。 

本发明的优点： 

本发明的有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，将现有的有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法与电磁悬浮熔炼技术结合，发展了一种真空磁悬浮蒸馏和还原蒸馏精炼技术，可望显著提高有色金属精炼、提纯产物质量与效率和降低精炼成本。可使被蒸馏物料呈电磁悬浮态加热并进行搅拌，可显著增大被蒸发物料的表面积，显著加快元素蒸发速度；可避免坩埚材料对物料的污染，获得很高纯净度的金属。所述之电磁悬浮真空蒸馏方法中的特征技术部分，是现有的电磁悬浮真空熔炼方法与真空蒸馏方法的创造性结合，使物料在足够强的电磁感应作用下呈悬浮状态加热及搅拌并进行元素蒸馏或还原蒸馏挥发；所述之电磁感应线圈的表面上包覆耐高温的、对电绝缘但可导磁的覆层，可防止电磁感应线圈与物料的导电蒸气之间或与真空炉体之间产生放电。所述之电磁真空悬浮蒸馏装置中的特征技术部分，实际是在现有电磁感应悬浮线圈、真空蒸馏炉体及冷凝器、真空进料管、坩埚技术基础上的创造性组合。本发明技术可提高钛、锆等难冶炼、提纯金属的冶炼纯净度、提高冶炼效率、降低冶炼成本。 

附图说明：

图1是本发明之实施例一的电磁悬浮真空蒸馏装置之特征技术部分设计方案示意图。其中：1-真空炉壳；2-坩埚；3-电磁感应悬浮线圈之悬浮线圈；4-电磁感应悬浮线圈之稳定线圈；5-真空进料装置之下管。 

图2是本发明之实施例二的电磁悬浮真空蒸馏精炼设备之特征技术部分设计方案示意图。其中：7-真空炉体；8-坩埚；9-电磁感应悬浮线圈；10-电磁感应悬浮线圈；11-冷凝器；12-真空进料装置(下料管口)。 

图3是本发明之实施例三的一种电磁悬浮真空蒸馏精炼设备之特征技术部分设计方案示意图。其中：13-真空炉体；14-坩埚；15-电磁感应悬浮线圈；16-电磁感应悬浮线圈；17-冷凝器；18-真空进料装置之下料管口。 

具体实施方式

根据前述技术解决方案，本发明的实施方式可是：在科研或生产中，针对待精炼、提纯的某种有色金属粗金属或合金物料，或待还原精炼的有色金属化 合物物料，在现有有色金属真空蒸馏及电磁悬浮真空熔炼的理论和设备及工艺技术基础上，根据本发明的所述电磁悬浮真空蒸馏方法及所述电磁悬浮真空蒸馏装置的设计方案之特征技术，设计具体的电磁悬浮真空蒸馏方法及工艺并设计制造一种电磁悬浮真空蒸馏装置，经过试验及修改设计、制造后，即可实际应用于经过预处理的物料的电磁悬浮真空蒸馏或还原蒸馏精炼。所述之电磁悬浮真空蒸馏方法中的非特征技术部分，依据现有的有色金属真空蒸馏方法及工艺和电磁悬浮真空熔炼方法及工艺，结合已有的相关有色金属真空蒸馏及真空熔炼装置，即可选择、设计；对于特征技术部分，是现有的电磁悬浮真空熔炼方法与真空蒸馏方法的创造性结合，使物料在足够强的电磁感应作用下呈悬浮状态加热及搅拌并进行元素蒸馏或还原蒸馏挥发，然后，使挥发金属气体在对蒸发的金属元素气体再于与需要的真空冷凝过程相对应之组成、结构的冷凝器中进行冷凝、收集。所述之电磁真空悬浮蒸馏装置中的非特征技术部分，根据情况采用现有的技术即可；对于特征技术部分，实际是在现有电磁感应悬浮线圈、真空蒸馏炉体及冷凝器、真空进料管、坩埚技术基础上的创造性组合，根据所述技术解决方案进行设计制造即可。 

实施例一： 

根据前述技术解决方案，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，对具有导磁、导电性的粗金属或合金或化合物与金属还原剂的混合物之液态物料，利用电磁悬浮蒸馏装置的电磁感应悬浮线圈对在一定真空度的真空蒸馏炉中的有色金属物料产生的电磁感应发热作用和电磁悬浮力及搅拌力，进行感应加热并使其在处于电磁悬浮状态及被搅拌运动中达到一定温度，进行元素蒸馏过程，对蒸发的金属元素气体再于与需要的真空冷凝过程相对应之组成、结构的冷凝器中进行冷凝，达到物料中元素进行分离、提纯或还原、提纯精炼目的。所采用的工艺方法是电磁感应悬浮真空蒸馏及冷凝分离。根据上述技术解决方案的一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，由真空炉体，抽真空装置，可控高频电源，电磁感应线圈，稳定线圈，坩埚，冷凝器，真空计，测温仪表，真空进料装置，真空出料装置等组成，电磁感应线圈与坩埚同轴线，坩埚位于真空炉体内，其特殊之处是：所述之电磁感应线圈是电磁感应悬浮线圈3、4；电磁感应悬浮线圈位于真空炉体1的外面并位于所述之冷凝器的下方；所述之冷凝器位于所述之真空炉体的上部；所述之真空进料装置的下料管口6之轴线于所述之电磁感应悬浮线圈的轴线重合或基本重合。 所述之电磁感应悬浮线圈3、4可位于真空炉体1的外部。所述之电磁感应悬浮线圈可由多匝串联的圆柱形或倒圆锥形的悬浮线圈3和位于其上方、电流方向与其相反、与其串联的稳定线圈4组成。所述之电磁感应悬浮线圈3、4的表面上可包覆耐高温的、对电绝缘但可导磁的覆层。所述之坩埚2位于所述之电磁感应悬浮线圈3、4的内部、可采用导磁材料制造。其真空进料装置可采用现有的可用于液态物料真空进料的装置。所述之冷凝器5的结构可是与蒸馏挥发后的金属蒸气的冷凝过程相对应之现有的结构。本实施例一之有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置的其余部分的设计方案可采用现有的有色金属真空蒸馏炉技术，在图1中略。 

实施例二：根据前述技术解决方案，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，与实施例一中的基本相同，所不同的是：所述之物料是呈固态的金属化合物粉及金属还原剂粉的混合物；所采用的工艺方法是真空还原蒸馏及冷凝分离。根据上述技术解决方案的一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，其组成、结构如图2所示，与实施例一基本相同，所不同的是：所述之电磁感应悬浮线圈9、10位于真空炉体7的里面；所述之坩埚8位于所述之电磁感应悬浮线圈3、4的内部、可采用冷坩埚；其真空进料装置(下料管口为12)可采用现有的可用于固体粉料真空进料的装置；所述之冷凝器11的结构可是与还原蒸馏挥发后的金属蒸气的冷凝过程相对应之现有的结构。本实施例二之有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置的其余部分的设计方案可采用现有的有色金属真空蒸馏炉技术，在图2中略。 

实施例三：根据前述技术解决方案，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，与实施例一中的基本相同。根据上述技术解决方案的一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，其组成、结构如图3所示，与实施例一基本相同，所不同的是：所述之电磁感应悬浮线圈15、16位于真空炉体13的里面。所述之坩埚为14；所述之真空进料装置之下料管口为18；所述之冷凝器17的结构可是与蒸馏挥发后的金属蒸气的冷凝过程相对应之现有的结构。本实施例二之有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置的其余部分的设计方案可采用现有的有色金属真空蒸馏炉技术，在图3中略。 

Claims (9)

1.一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，利用电磁感应悬浮线圈产生的磁悬浮力及搅拌作用，对一定真空度和温度的真空蒸馏炉中的有色金属物料，进行感应加热并使其在处于电磁悬浮状态及电磁搅拌运动中，进行元素蒸馏过程，元素或化合物蒸发的气体再于冷凝器中进行冷凝，达到对有色金属物料进行精炼目的，其特征是：利用电磁感应悬浮线圈产生的电磁悬浮力及搅拌作用，对有色金属物料进行处于电磁悬浮状态的加热及搅拌作用并使其进行元素蒸馏过程。

2.根据权利要求1，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，其特征是：所述之物料可是能导电的粗金属或合金或化合物与金属还原剂的混合物；物料可呈固态或液态。

3.根据权利要求1或2，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法，其特征是：所述之蒸馏可是直接蒸馏或还原蒸馏。

4.一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，由真空炉体，抽真空装置，可控高频电源，电磁感应线圈，稳定线圈，坩埚，冷凝器，真空计，测温仪表，真空进料装置，真空出料装置等组成，电磁感应线圈与坩埚同轴线或近似同轴线，坩埚位于真空炉体内，其特征是：所述之电磁感应线圈是电磁感应悬浮线圈；电磁感应悬浮线圈位于真空炉体的外部或内部并位于所述之冷凝器的下方；所述之冷凝器位于所述之真空炉体的上部；所述之真空进料装置的下料管口之轴线于所述之电磁感应悬浮线圈的轴线重合或基本重合。

5.根据权利要求4，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，其特征是：所述之电磁感应悬浮线圈可位于真空炉体的内部或外部。

6.根据权利要求4，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，其特征是：所述之电磁感应悬浮线圈可由多匝串联的圆柱形或倒圆锥形的悬浮线圈和位于其上方、电流方向与其相反、与其串联的稳定线圈组成。

7.根据权利要求4或6，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，其特征是：所述之电磁感应悬浮线圈的表面上可包覆耐高温的、对电绝缘但可导磁的覆层。

8.根据权利要求4，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，其特征是：所述之坩埚位于所述之电磁感应悬浮线圈的内部时，可采用导磁材料制造。

9.根据权利要求4，一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏装置，其特征是：所述之坩埚位于所述之电磁感应悬浮线圈的内部时，可采用冷坩埚。 

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