CN1166792C - 高纯铝的真空连续提纯净化装置 - Google Patents
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Abstract
高纯铝的真空连续提纯净化装置属于铸造领域。本发明主要包括:铝液电解槽、提纯炉体、真空废液回收炉,铝液电解槽由陶瓷导管(一)通过截止阀(-)与提纯炉体连接,提纯炉体由陶瓷导管(二)通过截止阀(二)与真空废液回收炉相连接。本发明具有实质性特点和显著进步,本发明利用真空下的熔炼和保温,大大降低了提纯过程中氧原子的侵入,利用抽取法将固液界面前沿铝液稳定控制在允许的工艺范围内,通过连续加入铝液,节省了铝重熔所耗费的大量能源,含杂质浓度较高的提纯废铝液直接得到处理,制备出的高纯铝锭在整个锭的长度中质量保持稳定,可以减少甚至不用截去末端,生产效率大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种提纯净化装置,特别是一种高纯铝的真空连续提纯净化装置,属于铸造领域。
背景技术
利用偏析法对金属尤其是铝进行提纯净化,是一种已经普遍工业化的工艺方法。法国PICHENY公司的申请号为87100033的发明专利曾涉及此种工艺。但是,我们发现在利用偏析法进行提纯时,单纯地依靠自然对流或强制搅拌,不可能把在提纯过程中偏析出来的杂质元素去除掉(而在凝固后再采取加压挤出法,也不能完全将杂质元素寄出),这样当晶体进一步继续生长时,析出元素在剩余的液相中累积,使得固液界面前沿的溶质浓度增加。根据公式,CE=kE·C0,其中C0-界面前沿的溶质浓度;CE-凝固后的固相的浓度;kE-溶质非平衡分配系数,界面前沿杂质元素的累积结果导致C0的值升高,在条件稳定时kE值保持不变,则固相的溶质浓度CE就相应地升高,其结果就是提纯的效果较差,凝固的铝锭尾部杂质元素含量较高,其切除及再处理重熔造成能源的浪费,这就使得生产效率降低,能耗增加。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足,提供一种高纯铝的真空连续提纯净化装置,改变了传统的加铝方式和降低液相前沿杂质元素浓度的方法,采用真空控制连续进铝方式,利用吸取装置吸出固液界面前沿富集的杂质元素,从根本上消除了析出杂质元素的聚集对提纯过程的影响。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:铝液电解槽、提纯炉体、真空废液回收炉,具体连接方式为:铝液电解槽由陶瓷导管(一)通过截流阀(一)与提纯炉体连接,提纯炉体由陶瓷导管(二)通过截流阀(二)与真空废液回收炉相连接。
铝液电解槽是盛装待提纯铝液的容器,主要包括:容器和陶瓷过滤器,陶瓷过滤器嵌装在容器底部的出液通道口。
铝液电解槽的底部或下部设有铝液陶瓷导管(一)的接口,出口处嵌装有陶瓷过滤器,陶瓷导管(一)、(二)外包覆有电阻丝加热器,导管(一)通过截流阀(一)进入真空炉室。
提纯炉体包括:双区加热坩埚,吸取装置,冷却系统,结晶台,抽拉机构,导向密封套和固定支架,吸取装置悬挂于双区加热坩埚内部,冷却系统置于双区加热坩埚底部,通过螺栓和压板与坩埚紧密结合。坩埚的底部中心有一个圆孔,结晶台套在冷却系统内,并与坩埚的圆孔配合。结晶台通过导向密封套密封后与抽拉机构的下引杆用螺纹连接。整个坩埚和冷却凝固装置由固定支架支撑,支架通过焊接和螺钉将整个机构固定在炉底上。
提纯炉体上接有保护气体入口和真空接口。
真空炉室上接有氩气入口和真空接口,吸取装置通过截流阀(二)和陶瓷导管(二)相连,直接通入到真空废液回收炉中,真空废液回收炉和真空泵相连。
本发明的工作原理和工作过程如下:
1、接通真空管路,关闭截流阀(一)和(二),对整个真空炉室进行抽真空,打开电源对保温坩埚的加热器通电升温,结晶台处于坩埚底部圆孔内,与坩埚壁形成容器,用以承装铝熔体,接通冷却系统的冷却水。
2、待真空到限时,打开截流阀(一),真空炉室与大气压之间的压力差把铝液从电解槽中通过陶瓷过滤器、管路经截流阀(一)进入到坩埚中。随后把吸液挡板和吸管放入坩埚中指定位置。其外壁和坩埚之间的夹层为上层铝液的下流通道,和下层吸液挡板与晶体之间的间隙一起作为高温加热的区域,铝液在此区域中被加热到较高温度。
3、启动抽拉机构,下引杆导引结晶台带动已凝固的晶体下行。
4、按照工艺要求,当固液界面前沿的溶质浓度达到一定程度时,就要对固液界面前沿的富集溶质液体进行抽取换液,首先打开氩气保护气体入口的开关,对真空炉体充气,随着气体的进入,炉体内的真空度降低。这样炉体与真空废液回收炉之间产生压力差,打开截流阀(二),压力差抽取液体并导入到真空保温处理炉中。
5、当生长的晶体长度达到要求时,闭截流阀(一),打开氩气管路的开关,向炉内充入氩气,利用抽取吸管把剩余的铝液吸走排入到真空废液回收炉,以防止剩余铝液的氧化。关闭截流阀(二),打开炉门,取走提纯完毕的晶体,重新安装结晶平台,关闭炉门,抽真空,进行下一个工作循环。
本发明具有实质性特点和显著进步,本发明利用真空下的熔炼和保温,大大降低了提纯过程中氧原子的侵入,利用抽取法将固液界面前沿铝液浓度稳定控制在允许的工艺范围内。通过连续加入铝液,节省了铝重熔所耗费的大量能源,含杂质浓度较高的提纯废铝液直接得到处理,制备出的高纯铝锭在整个锭的长度中质量保持稳定,可以减少甚至不用截去末端,生产效率大大提高。
附图说明
图1本发明结构示意图
图2本发明铝液电解槽结构示意图
图3本发明提纯炉体结构示意图
图4本发明真空废液回收炉结构示意图
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示,本发明包括:铝液电解槽(1)、提纯炉体(2)、真空废液回收炉(3),具体连接方式为:铝液电解槽(1)由陶瓷导管(4)通过截流阀(5)与提纯炉体(2)连接,提纯炉体(2)由陶瓷导管(6)通过截流阀(7)与真空废液回收炉(3)相连接。
铝液电解槽(1)包括:容器(8)和陶瓷过滤器(9),陶瓷过滤器(9)嵌装在容器(8)底部的出液通道口。
铝液电解槽(1)的底部或下部设有铝液陶瓷导管(4)的接口,出口处嵌装有陶瓷过滤器(9),陶瓷导管(4)、(6)外包覆有电阻丝加热器(10),导管(4)通过截流阀(5)进入真空炉室(11)。
提纯炉体(2)包括:双区加热坩埚(12),吸取装置(13),冷却系统(14),结晶台(15),抽拉机构(16),导向密封套(17)和固定支架(18),吸取装置(13)悬挂于双区加热坩埚(12)内部,冷却系统(14)置于双区加热坩埚(12)底部,通过螺栓和压板与坩埚(12)紧密结合。坩埚(12)的底部中心有一个圆孔,结晶台(15)套在冷却系统(14)内,并与坩埚(12)的圆孔配合,结晶台(15)通过导向密封套(17)密封后与抽拉机构(16)的下引杆用螺纹连接,整个坩埚和冷却凝固装置由固定支架(18)支撑,支架(18)通过焊接和螺钉将整个机构固定在炉底上。提纯炉体(2)上接有保护气体入口(19)和真空接口(20)。
Claims (1)
1、一种高纯铝的真空连续提纯净化装置,包括:铝液电解槽(1)、提纯炉体(2)和真空废液回收炉(3),其特征在于,具体连接方式为:铝液电解槽(1)由陶瓷导管(4)通过截流阀(5)与提纯炉体(2)连接,提纯炉体(2)由陶瓷导管(6)通过截流阀(7)与真空废液回收炉(3)相连接,铝液电解槽(1)包括:容器(8)和陶瓷过滤器(9),陶瓷过滤器(9)嵌装在容器(8)底部的出液通道口,铝液电解槽(1)的底部或下部设有铝液陶瓷导管(4)的接口,出口处嵌装有陶瓷过滤器(9),陶瓷导管(4、6)外包覆有电阻丝加热器(10),提纯炉体(2)包括:双区加热坩埚(12),吸取装置(13),冷却系统(14),结晶台(15),抽拉机构(16),导向密封套(17)和固定支架(18),吸取装置(13)悬挂于双区加热坩埚(12)内部,冷却系统(14)置于双区加热坩埚(12)底部,通过螺栓和压板与双区加热坩埚(12)紧密结合,双区加热坩埚(12)的底部中心有一个圆孔,结晶台(15)套在冷却系统(14)内,并与双区加热坩埚(12)的圆孔配合,结晶台(15)通过导向密封套(17)密封后与抽拉机构(16)的下引杆用螺纹连接,整个坩埚和冷却凝固装置由固定支架(18)支撑,支架(18)通过焊接和螺钉将整个机构固定在炉底上,提纯炉体(2)上接有保护气体入口(19)和真空接口(20)。
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