CN1162557C - 原铝连续换液定向凝固连铸提纯方法 - Google Patents

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Abstract

一种原铝连续换液定向凝固连铸提纯方法，采用连续换液装置和定向凝固连铸装置，在熔炼保温炉中熔化原铝后，采用加热体把结晶器加热至温度超过铝的熔点，把引晶棒放在结晶器内，把铝液引入流槽，采用电磁泵和搅拌器在铸棒的固液界面进行换液，并将连铸速度逐步加快到稳定阶段后开始提纯。本发明把先进的定向凝固技术与高效的连铸技术结合起来，具有高效、连续、能耗低、无污染等特点。

Description

原铝连续换液定向凝固连铸提纯方法
技术领域：
本发明涉及一种原铝提纯的新方法，尤其涉及一种原铝连续换液定向凝固连铸提纯方法，属于冶金技术领域。
背景技术：
我国把含99.95％≤Al＜99.999％的铝称为精铝，而含Al≥99.999％的铝称为高纯铝。精铝比原铝具有更好的导电性、延展性、反射性和抗腐蚀性。特别是抗腐蚀性，可比原铝约提高9倍。随着铝的纯度提高，导磁性越小，低温导电性越好。因此，精铝在低温电工技术、电子工业及电子计算机、天文望远镜、石油化工、原子能雷达、航天航空、电动汽车、半导体工业部门有着广泛用途。如用作电解电容器、集成电路配线、计算机外部记忆装置、磁盘合金基体金属等。目前几乎90％的精铝用来生产精铝箔、配制光亮铝合金、特种铝合金及拉制热喷涂用铝丝等。国产精铝目前只能满足市场需求的三分之一，而且有存在滞销的被动局面，大量需要进口。因此，急需开发出具有自主知识产权的、高效的和高质量的精铝生产技术。
文献《精铝市场预测及生产技术发展动向》(曲直，《世界有色金属》1999年第5期)和文献《铝冷凝法提纯过程分析及工艺实践》(卢良栋，《有色金属(冶炼部分)》1997年第3期)介绍了采用三层液电解法和偏析法提纯原铝的方法。三层液电解法生产精铝能耗高(为偏析法的8倍)。同时，在电解过程中产生氟化氢、一氧化碳、二氧化硫等有害气体及废电解液严重污染环境；偏析法是利用合金凝固时偏析现象进行提纯的方法，主要方法有(1)分别结晶精制法，(2)定向凝固精制法。这种方法不能连续进行生产，生产效率低，并残留铝液对已提纯的铝存在二次污染。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的原铝连续换液定向凝固连铸提纯方法，能耗低，无污染，并能获得很好的提纯效果。
本发明技术方案的原理是在热型定向凝固连铸的基础上，加上连续换液装置，其目的是用流动金属液和搅拌作用来连续更换固液界面前沿的金属液，减小扩散层的厚度或破坏扩散层，使固液界面前沿保持成分为Co(原铝中杂质元素，如Na、Fe，和Si等的含量)，凝固出的固相成分一直保持KoCo(Ko是原铝中杂质元素的平衡分配系数)，以便获得最佳的提纯效果。
为此，本发明的技术方案中首先在熔化保温炉中熔化原铝，把铝液引入与连铸设备相连的流槽中，采用电磁泵和在铸棒凝固界面前沿安放搅拌器的方法，使铸棒凝固界面前沿铝液进行流动和搅拌换液，然后采用带有加热结晶器和与之分离的冷却器的连铸系统进行定向凝固连铸提纯。
本发明的提纯方法按如下步骤进行：
(1)在熔炼保温炉中熔化原铝，过热50-150℃；
(2)采用加热体把结晶器加热，温度超过铝的熔点，把引晶棒放在结晶器内；
(3)把铝液从熔化保温炉引入流槽，当铝液充满后，打开电磁泵使铝液流动，并采用搅拌器进行搅拌，在铸棒的固液界面进行换液，铝液的流动速度大于连铸速度。
(4)在连铸开始阶段，连铸速度要慢，逐步加速，平稳的过渡到所要求的速度(10-800mm/min)，进入稳定阶段，提纯开始。
(5)当剩余铝液不能充满流槽时，提纯结束。
本发明在实际操作过程中，可根据所提纯铝的精度要求，确定铝液的循环次数和铝液的利用率。
本发明适用于去除原铝中平衡分配系数小于1的杂质元素。例如，原铝中杂质元素Fe、Si和Na的平衡分配系数分别为0.027，0.024和0.014，原铝杂质成分为：Fe：0.16～0.5％，Si：0.13～0.45％，Na：8～12ppm，铝液经过一次循环后，采用连续换液定向凝固连铸提纯后的杂质元素的含量为Fe：0.00432～0.0135％，Si：0.00312～0.0108，Na：0.112～0.168ppm，经提纯后Al＞99.9％，达到精铝水平。
本发明把先进的定向凝固技术与高效的连铸技术结合起来，同目前的偏析法比具有高效、连续等特点；同三层液电解法比，具有能耗低、无污染等特点。
附图说明及具体实施方式：
图1为本发明原铝连续换液定向凝固连铸提纯法的示意图。
图中，1为熔化保温炉；2铝液流槽；3为铸棒固液界面；4为结晶器；5为加热体；6为冷却器；7为铸棒；8为铝液流动方向；9为搅拌器；10为铝液流动循环路线；11为引晶棒；12为电磁泵。
熔化保温炉1、流槽2与电磁泵12组成铝液循环系统，其流动方向为8，路线为10，铝液搅拌器9安放在连铸的固液界面3前沿，结晶器4与铝液流槽2安装一起，流槽采用耐火材料，温度保持660-680℃，结晶器4采用石墨或耐火材料。
提纯时，先在熔炼保温炉1中熔化原铝，采用加热体5把结晶器4加热，温度超过铝的熔点，把引晶棒11放在结晶器4内，把铝液从熔化保温炉1引入流槽2，当铝液充满后，采用电磁泵12和搅拌器9在铸棒7的固液界面3进行换液。铝液的流动速度大于连铸速度，连铸速度逐步加快，平稳过渡到100mm/min，进入稳定阶段，提纯开始。当剩余铝液不能充满流槽2时，提纯结束。
加热结晶器4的温度高于660℃，利用与之分离的冷却器6，可定向凝固连铸出柱状晶或单晶精铝铸棒。

Claims (1)

1、一种原铝连续换液定向凝固连铸提纯方法，其特征在于采用连续换液装置和定向凝固连铸装置，先在熔炼保温炉(1)中熔化原铝，过热50-150℃，采用加热体(5)把结晶器(4)加热至温度超过铝的熔点660℃，把引晶棒(11)放在结晶器(4)内，把铝液从熔化保温炉(1)引入流槽(2)，流槽(2)温度保持660-680℃，当铝液充满后，打开电磁泵(12)使铝液流动，并采用搅拌器(9)进行搅拌，在铸棒(7)的固液界面(3)进行换液，铝液的流动速度大于连铸速度，连铸速度逐步加快，平稳过渡到10-800mm/min，进入稳定阶段后开始提纯，利用加热结晶器(4)及与之分离的冷却器(6)，定向凝固连铸出纯度＞99.9％的柱状晶或单晶精铝铸棒。
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