CN1070428A

CN1070428A - 精炼铝熔体的方法及设备

Info

Publication number: CN1070428A
Application number: CN91108722A
Authority: CN
Inventors: 孙金根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1993-03-31

Abstract

本发明提供的方法和设备用于铝熔体的精炼，铝熔体与精炼气泡相向进入一个细长的竖直孔道，孔道的下部是气体精炼剂发泡装置，上部是流槽，竖直孔道中铝熔体液面的高度准确恒定，铝熔体流量控制设在熔体流的下端。本方法及其设备所得铝熔体的气体及钠含量降低到一个新的标准。

Description

本发明涉及一种精炼铝熔体的方法及设备，用于铝熔体的精炼。

现有的精炼铝熔体技术是向铝熔体中注入精炼剂，精炼剂的作用是：化学反应去杂、浮选去杂和扩散脱气，在精炼剂的成分和铝熔体的精炼温度确定之后，影响精炼效果的因素如下：

1、精炼剂气泡的比表面积。它与精炼效果成正相关，比表面积越大，精炼效果越好;

2、精炼周密度。是指精炼剂气泡进入铝熔体后，精炼剂气泡有效去杂半径以内的铝熔体与全部铝熔体的比值。有效去杂半径以外的铝熔体视为漏炼熔体。精炼周密度越高，精炼效果越好;

3、精炼剂气泡与铝熔体的运动方向。在精炼容器中，如果富杂铝熔体（有害物质含量较高的铝熔体）与贫杂铝熔体（经过精炼剂气泡的去杂作用后，有害杂质含量少的铝熔体）的分布两极化，则铝熔体与精炼剂气泡理想的运动方向应该是：铝熔体从富杂端向贫杂端运动，精炼剂气泡从贫杂端向富杂端运动。这两种运动方向越准确，精炼效果越好。二者的运动方向对于扩散脱气尤为重要。如果铝熔体中的氢密度大于精炼剂气泡中的氢密度，则铝熔体中氢的递减量为 (Z_熔－Z_泡)/2 。Z_熔为铝熔体中氢的密度，Z_泡为精炼剂气泡中氢的密度。在实际的各种精炼容器中，气泡与铝熔体之间存在着连续的相对运动，一个铝熔体质点将接触多个精炼剂气泡，如果这些气泡中氢的密度均小于铝熔体中氢的密度，则铝熔体中氢的递减量为 (Z_熔－Z_泡)/(2ⁿ) 式中n为铝熔体质点接触精炼剂气泡的个数。因为精炼剂气泡中氢的原始含量为零，所以铝熔体与精炼剂气泡分别从两极出发作完全相向运动，而且精炼流程（即铝熔体与精炼剂气泡相向运动的距离）足够长，才有可能使铝熔体中氢的密度趋近于零。

综合上述各种因素，本发明给出切换当量的概念，切换当量是铝熔体与精炼剂气泡更换接触的量值，以下述近似计算式表示：

V＝F[L₁+L₂·（-cosα）]

式中V代表切换当量（米³），

F代表进入铝熔体的精炼剂气泡的表面积总和（米²），

L₁代表精炼剂气泡的运动距离（米），

L₂代表铝熔体的运动距离（米），

α代表精炼剂气泡的运动轨迹与铝熔体运动轨迹的夹角，角α是一个矢量。

4、覆盖剂对去杂产物的吸附作用。随着覆盖剂中去杂产物含量的增高，覆盖剂的吸附作用将随之减弱，最后趋于动平衡。更换覆盖剂以保持其吸附性能和保护作用，尤其是连续更换覆盖剂，以确保去杂产物及时排出精炼系统之外，将有利于提高精炼效果。

在美国专利文献中，公开了专利号为3737305，题为“精炼铝熔体”的专利，其特征主要是在原有以惰性气体为精炼剂的基础上，加入微量（≤8%）的氯化物或氯气，其精炼设备见附图9，隔板51左侧为精炼区52，铝熔体自入口53流入精炼容器54，与来自膨胀器55生发的精炼剂气泡7进行更换接触，精炼后铝熔体由隔板右侧经出口56排出。其不足之处在于向大体积铝熔体注入小群体精炼剂气泡，漏炼熔体较多;铝熔体与精炼剂气泡的相向运动不准确，运动距离较短，因而切换当量不大，覆盖剂不能连续地在熔体液面进行代谢。在又一篇美国专利文献中，公开了专利号为3870511，题为“精炼铝熔体的方法”的专利，其特征主要是，气体精炼剂为惰性气体，参见附图10和11（图中A表示隋性气体），气体精炼剂经预热后，由转子58和定子59剪切成细小气泡，呈环流进入由隔板60分隔开的两个精炼区61和62，铝熔体经入口63依次经过该两精炼区，再从出料管64和出口57排出。其不足之处在于：贫杂铝熔体与富杂铝熔体无规则地混流;转子的搅拌使铝熔体裹挟气泡作同向运动;二者的相向运动距离甚小，且∠α为正角;因而切换当量较小;覆盖剂不能连续地在熔体液面进行代谢。

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种精炼铝熔体的方法及设备。

本发明的目的可以通过以下的技术解决方案来实现。本发明的方法是：令铝熔体连续流过一个竖直孔道，形成一根长90～240厘米、直径9～32厘米的铝熔体柱，铝熔体与精炼剂气泡在铝熔体柱内作准确的相向运动，铝熔体的运动速度为2-10厘米/秒;铝熔体柱的上端形成小面积的铝液面，熔融的液体覆盖剂连续均匀地注入铝熔体柱的顶部（流槽），同时从流槽的开放端连续排出，熔融的覆盖剂呈连续代谢状态。铝熔体柱的下端生发细密的精炼剂气泡，使铝熔体柱任意方向的截面上都有均匀密布的精炼剂气泡;铝熔体柱的液面高度恒定在覆盖剂得以连续地排出的水平面上，以保证精炼剂气泡将去杂产物带入覆盖剂中并及时排出精炼系统之外;在铝熔体柱的范围内消除紊流，使铝熔体与精炼剂气泡能够平稳地更换接触;铝熔体在进入和流出竖直孔道时都要穿越微孔材料，以这种方法消除铝熔体范围内的紊流。铝熔体进入竖直孔道时所穿越的微孔材料，同时兼作过滤介质，使铝熔体的过滤和精炼同体在线完成。

本发明的技术数据进一步限定为：

发泡介质微孔直径 0.4-0.02毫米

铝熔体柱中精炼剂气泡的密度 40-60%

发泡面积与竖直孔道横截面积的比值 0.9-2.2，

最佳1.7-1.9

覆盖剂代谢量 4-40公斤/分钟

本发明的设备主要由过流箱、流槽、竖管、压盖、过流筒、发泡介质、发泡箱、对接机构、调节阀、联动飘浮塞、气体精炼剂注管、覆盖剂和外壳组成。其中由流槽、竖管、压盖、过流筒和发泡介质构成竖直孔道，竖直孔道的下游设有调节阀，以控制铝熔体的流量。竖直孔道的上游设有联动飘浮塞，以恒定铝熔体的液面高度。

流槽具有如下特征：不管流槽内腔的总体形状如何，其厚度等于或接近竖管内径，其高度应以过流箱中的铝熔体不能从流槽顶部进入流槽为准，流槽的一端是开放的，该开放端能够伸到过流箱之外，流槽的长度需视其上是否装有过滤介质。

发泡介质是平板形或锥筒形。

在竖直孔道各部份中，竖管与压盖之间的对接是由对接机构提供推力来实现的，压盖上有凹口，凹口与竖管下端的凸口对接吻合，两者的凹凸关系可以互换，在对接机构中滑杆在滑套中横向滑动，柱塞可以纵向顶起滑套。

调节阀用以控制流量，其实质是得到铝熔体所需的流速，调节阀是由动阀片、定阀片、阀心组成，两个阀片夹紧阀心后，阀心可以在两阀片之间转动并使三者的内孔互相前切。

本发明对比现有技术具有如下优点：

与“精炼铝熔体”（美国专利号为3737305）进行比较。本发明在精炼剂气泡与铝熔体相向运动的准确度、二者的运动距离、气体精炼剂的比表面积等方面都有显著提高，导致切换当量成倍增加，精炼周密度大幅度提高。与“精炼铝熔体的方法”（美国专利号为3870511）进行比较，本发明在精炼周密度，贫、富杂铝熔体分布两极化，精炼剂气泡与铝熔体的相向运动，二者的运动距离都有着根本性的改进，该现有技术剧烈的搅拌所形成的涡流裹挟精炼剂气泡作同向运动，使铝熔体更换接触新气泡的机会减少，又由于涡流产生的切变力与离心力破坏了气泡对夹渣颗粒的吸附作用，所以精炼效果受到限制。对本发明在切换当量上的优越性作更深入的解释可以叙述为：假设精炼剂气泡直径为0.8毫米，铝熔体柱中精炼剂气泡密度为50%，铝熔体的运动速度为4厘米/秒，铝熔体柱高度为100厘米，则与精炼剂气泡直径相同的铝熔体质点在完成精炼流程后更换接触3000-6000个Z_泡＜Z_熔的精炼剂气泡。假设精炼剂气泡直径为0.1毫米，铝熔体柱中精炼剂气泡密度为50%，铝熔体的运动速度为4厘米/秒，熔体柱高度为200厘米，则与精炼剂气泡直径相同的铝熔体质点在完成精炼流程后更换接触80000-200000个Z_泡＜Z_熔的精炼剂气泡。这些优点是上述两项现有技术达不到的。因此，本发明的去氢效果极佳，所得铝熔体最终氢含量可降至0.1～0.02毫升/100克，比上述现有技术的去氢结果（0.15毫升/100克）有了大幅度的提高。现有技术都是向大体积的铝熔体注入精炼剂气泡，漏炼铝熔体比本发明多。现有技术对覆盖剂的更换都不如本发明能够连续进行。

附图的图面说明如下：

图1为本发明原理示意图。

图2为本发明精炼设备（竖直孔道精炼器）结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为流槽的剖视图。

图5为图4的俯视图。

图6为对接机构操纵发泡箱部分与竖管吻合的示意图。

图7为节流阀的构造示意图。

图8为图7的B-B剖视图。

图9为现有技术（“精炼铝熔体”，专利号为3737305）的附图。

图10为现有技术（“精炼铝熔体的方法”，专利号为3870511）的附图。

图11为图10的俯视图。

本发明下面将结合实施例作进一步详述：参照图2，本发明的方法是：令铝熔体4与预热过的精炼剂气泡7在一个细长的竖直孔道中作准确的相向运动，形成一根密含精炼剂气泡的铝熔体柱，铝熔体柱的上端形成小面积的铝液面，熔融的液体覆盖剂3均匀地注入铝熔体柱的顶部（流槽21），以便在这个小面积范围内代谢，铝熔体柱的下端生发细密的精炼剂气泡，使铝熔体任意方向的截面上都有均匀密布的精炼剂气泡，铝熔体柱的液面高度恒定在覆盖剂得以连续地排出的水平面上，以保证精炼剂气泡将去杂产物带入覆盖剂中并及时排出精炼系统之外，铝熔体柱的流速控制在2～10厘米/秒的特定范围内，这一速度范围能够使化学反应去杂、浮选去杂和扩散脱气过程得以充份完成，同时使精炼剂的利用率和设备处理铝熔体的能力达到理想状态。铝熔体柱的上游设过滤介质24，即消除了铝熔体柱中的紊流，同时使铝熔体的过滤与精炼同体在线完成。

本发明的设备主要由过流箱19、流槽21、竖管8、压盖9、过流筒11、发泡介质12、发泡箱10、对接机构、调节阀20、联动飘浮塞、覆盖剂3和外壳16、17、44组成。

参照图2，过流箱19的底部穿入石墨质竖管8，竖管的上端插接石墨质流槽21，流槽和竖管也可以用硅酸铝或其它耐高温材料制作。流槽、竖管、压盖、过流筒和发泡介质，在竖管和压盖对接好后形成细长的竖直孔道。过流箱有盖1和外壳17，竖管有外壳16，发泡箱有外壳44，外壳内壁筑保温层2。外壳16的下端固定带螺纹的金属套15，金属托环14旋入套15中压紧竖管。过流箱以流管18与静置炉或其它铝熔体容器连通。

参照图2、3、4、5，流槽21的内腔是一个狭长的空间，一端开放，其厚度等于或接近于竖管内径，开放的一端能够伸入到过流箱之外为准，高度以过流箱中的铝熔体不能从流槽顶部进入流槽为准。流槽中设隔板5，起加固流槽和封闭气体精炼剂的作用。流槽外壁或过流箱上游安装过滤介质24。

参照图2，发泡箱10内自下而上分别是气体精炼剂注管13、发泡介质12、过流筒11和压盖9，压盖有外螺纹，发泡箱上口有内螺纹，压盖旋入发泡箱上口，一并压紧过流筒和发泡介质。发泡箱整体固定于外壳44之中，图6所显示的一种方式是两个对合的外壳44夹紧发泡箱。气体精炼剂是惰性气体和氯气或氯化物的混合气，并经过预热。发泡介质以耐高温的多孔材料制作，孔隙度在45%以上，发泡介质制成平板形或锥筒形（图2只表示出锥筒形），锥筒形发泡介质增大了发泡面积;同时还可以细化气泡7，这是由于锥筒形的锥面与铝熔体的剪切作用可以破坏发泡介质对精炼剂气泡的吸附作用，因而就能够进一步缩小气泡的直径。发泡面积与竖直孔道横截面积的比值取0.9-2.2，最佳值为1.7-1.9。发泡介质外周及被过流筒压往的部分有金属套34，金属套与发泡介质制成一体，以防止精炼剂气体从旁路逸出。过流筒11由过流量足够大（即每分钟可过流60-800公斤铝熔体）的微孔材料制成，过流筒的作用是：使铝熔体不致在流出竖直孔道时造成紊流，否则紊流将气泡卷离竖直孔道而随流外逸，并破坏气泡的均匀分布及增加气泡聚合的可能性。

参照图2、6，压盖9上有凹口，凹口与竖管下端的凸口对合吻接，两者的凹凸关系可以互换。对接机构的滑杆25可以在滑套26中作水平方向的滑动，滑套固定在柱塞缸27的柱塞顶部，柱塞的旋转和滑杆的滑动使发泡箱得以与竖管垂向对中。对接时，柱塞缸提供推力，使压盖9与竖管8吻合。

参照图2，外壳44的上部浮放着保温套35，对竖管与压盖的吻合部位进行保温，保温套可随时取下便于发泡箱部分的安装或修理。

参照图2、7、8，发泡箱下部的外侧有节流阀，节流阀的定阀片30（定阀片30与发泡箱10是一体）与动阀片28压紧阀心29，转动手柄45，驱动丝杠46旋转，丝杠带动压板以导向块48为导向前移，以推压弹簧31进而压紧阀心，压紧后的阀心可以在两阀片之间自由转动而使各自的内孔互相剪切以达到调节流量的目的，由搬手32拨转阀心。阀片和阀心的材料以石墨为佳。

参照图2，恒定竖直孔道中铝熔体液面的高度是通过联动飘浮塞20来实现的，联动飘浮塞由定位轴37、联动头36、套筒丝母40、飘浮箱41、丝杠38、手轮39、传动杆42、塞头43和手动杆33组成，套筒丝母、传动杆和手动杆固定在联动头上，联动头以定位轴为圆心转动。当不需要熔体流入过流箱时，手动杆末端挂重物23，使塞头堵住流管口18，随着精炼过程的进行，供液系统中熔体的液面逐渐降低，流管18中铝熔体的压力亦随之降低，此时需通过手轮39和丝杠调整漂浮箱的浮力，以保证竖直孔道中铝熔体液面的高度不变。

整个精炼设备由若干个烧嘴（图中未表示）或由电热材料6加热。

参照图2，在能够涉及到流槽的位置设甘埚，甘埚流嘴22通入流槽，甘埚中熔融覆盖剂3，液体覆盖剂均匀连续地流入流槽并覆盖于流槽内的铝熔体液面上，连同去杂产物一起连续地排出流槽。

本精炼设备工作前，过流箱19内的大空隙处填入氧化铝或硅酸铝填块，以减少过流箱中尾压头残液。过流箱底部设放干流口（填块与放干流口图中未示出）。

五个实施例的参数见下表。

用实施例一至五的方法及设备精炼铝熔体的工艺流程如下：

1、安装发泡介质，过流筒、压盖及节流阀，调整发泡箱的水平位置，令其与竖管垂直对齐，向柱塞缸打压，令发泡箱与竖管对接吻合。完成精炼设备其它部分的安装。

2、烘烤精炼设备至干燥。

3、启动加热装置，将精炼器保温层以内的各部分加热至690-760℃，并保持此温度直至精炼完毕。

4、关闭节流阀，用气体精炼剂注管向竖直孔道注入比重大于空气的惰性气体，例如氩气，将空气从竖直孔道上口排出。

5、待竖直孔道内的空气排净后，摘除手动杆末端的重物，令熔体穿越过滤介质进入竖直孔道。

6、注入该炉次所需成分的气体精炼剂。

7、调节联动飘浮箱浮力，使流槽内的铝熔体液面接近流槽嘴高度而不溢出为准。

8、向流槽内的铝熔体液面连续均匀供给予熔融的液体覆盖剂，并任其从流槽嘴排出。

9、向铝熔体柱连续均匀地通入精炼剂气泡30-120秒钟，待竖直孔道内的铝熔体得到充分精炼后，开通节流阀，调准流量，开始连续精炼。

10、全炉熔体精炼完毕后，关闭节流阀，手动杆挂重物，待下一炉次再炼，精炼器中的残液及精炼器温度维持原状;如需要转组或更换过滤介质，则放尽残液，操作完毕。

Claims

1、一种精炼铝熔体的方法，包括加热精炼设备、过滤铝熔体、生发精炼剂气泡、以精炼剂气泡精炼铝熔体和施加覆盖剂，其特征在于，令铝熔体连续流过一个竖直孔道，形成一根长90～240厘米、直径9～32厘米的铝熔体柱，铝熔体与精炼剂气泡在铝熔体柱内作准确的相向运动，铝熔体的运动速度为2～10厘米/秒，铝熔体柱的上端形成小面积的铝液面，熔融的覆盖剂连续均匀地注入铝熔体柱的顶部，并且在这个小面积范围内连续代谢，铝熔体柱的下端生发精炼剂气泡，使铝熔体柱任意方向的截面上都有均匀密布的精炼剂气泡，铝熔体柱的液面高度恒定在覆盖剂得以连续排出的水平面上，在铝熔体柱的范围内消除紊流，使铝熔体与精炼剂气泡能够平稳地更换接触。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

a、发泡介质微孔直径为0.4-0.02毫米，

b、铝熔体柱中精炼剂气泡的密度为40-60%，

c、发泡面积与竖直孔道横截面积的比值为0.9-2.2，最佳值为1.7-1.9，

d、覆盖剂的代谢量为4-40公斤/分钟，

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铝熔体在进入和流出竖直孔道时，都要穿越微孔材料以消除铝熔体柱范围内的紊流，铝熔体进入竖直孔道时所穿越的微孔材料同时兼作过滤介质。

4、一种精炼铝熔体的设备，包括气体精炼剂注管、覆盖剂、电热材料和外壳，其特征在于，由过流箱、流槽、竖管、压盖、过流筒、发泡介质、发泡箱、对接机构、调节阀和联动飘浮塞组成。

5、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，流槽、竖管、压盖、过流筒和发泡介质形成竖直孔道，竖直孔道的下游设调节阀，以控制铝熔体的流量，竖直孔道的上游设联动飘浮塞，以恒定铝熔体的液面高度。

6、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，流槽内腔的厚度等于或接近于竖管内径，其开放的一端能够伸到过流箱之外，其高度以过流箱中的铝熔体不能从流槽顶部进入流槽为准，流槽内腔靠近开放端的位置设纵向隔板。

7、根据权利要求4所述的设备，其特征在于发泡介质的形状制成平板形或锥筒形。

8、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，压盖上有凹口，凹口与竖管下端的凸口对接吻合，两者的凹凸关系可以互换。

9、根据权利要求5所述的设备，其特征在于，调节阀由动阀片、定阀片、阀心组成，定阀片和动阀片夹紧阀心，阀心被夹紧后可以在两个阀片之间转动以使三者的内径互相剪切。