CN1212413C - 高纯铝单层晶体凝固提纯装置 - Google Patents
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Abstract
一种高纯铝单层晶体凝固提纯装置属于铸造金属领域。本发明主要包括：炉壳、熔化装置、结晶装置、牵引机构和固定支架，其连接方式为：熔化装置设置于炉膛上部，由固定支架固定，结晶装置置于熔化装置下方，熔化装置的导液管悬于结晶装置的上方，结晶装置固定于固定支架上，通过螺栓与牵引机构相连，牵引机构置于炉壳外，通过连杆与炉壳和结晶装置配合。本发明结构简单，工艺合理，简化了晶体生长过程中温度场和浓度场的分布状况，提高了晶体生长界面的可控制性，而且晶体生长速度最高可达20cm/h，生产效率比常规偏析法提高30%，提纯纯度可达5N5。成型的铝锭为板状，可以采用轧机刀具切断，减少了大直径铝锭由于锯切带来的污染。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种高纯铝提纯净化装置，特别是一种高纯铝单层晶体凝固提纯装置，属于铸造冶金领域。
背景技术
利用偏析法对金属尤其是铝进行提纯净化，排除其中的杂质元素，是一种已经成熟的工业化工艺方法。早在上世纪80年代，法国、美国等国家都对高纯铝的提纯工艺做了研究，国内对偏析法提纯工艺也进行了探索。经文献检索发现，1996年，新疆众和股份有限公司申请号为96204334.6的实用新型专利，就涉及到了铝偏析法提纯的装置。该装置结构简单，利用感应加热熔化，靠在熔化炉底部添加冷却器，实现了精铝的定向凝固。但是，此装置的设计，不能防止在熔化和凝固过程中外部杂质元素的侵入，也不能有效控制晶体生长的方式和杂质元素的分布。由于整个装置暴露在空气中，对于铝液的氧化吸氧、空气吸氢等，都不能有效防护，所以只能用于纯度低于4N纯铝的生产。对生产纯度高于5N的高纯铝，是完全不符合条件的。
发明内容
本发明针对背景技术中的不足，提供一种高纯铝单层晶体凝固提纯装置，使其针对纯金属凝固过程中易于长大的特点，采用扁平板状生长模式，从而达到变晶体三维生长为二维生长，界面温度场变得简单，界面形态易于控制，达到溶质元素的有效排除。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括：炉壳、熔化装置、结晶装置、牵引机构和固定支架，其连接方式为：熔化装置设置于炉膛上部，由固定支架固定，结晶装置置于熔化装置下方，熔化装置的导液管悬于结晶装置的上方，结晶装置固定于固定支架上，通过螺栓与牵引机构相连，牵引机构置于炉壳外，通过连杆与炉壳和结晶装置配合。
炉壳为双层水冷壳体，用于围成真空炉腔，炉壳上接有真空接口和冷却水接口。熔化装置用于熔化待提纯的固体铝块，由中频感应加热线圈、底部带有导液管的熔化坩埚、保温套和柱塞组成，熔化坩埚置于线圈中，熔化坩埚和线圈之间为保温套，柱塞用于堵塞熔化坩埚底部的导液管口。熔化装置的熔化坩埚底部导液管的柱塞通过连杆接出炉壳外。
结晶装置由结晶台、首端水冷套、高温反射罩、底部结晶水冷套和保温加热器组成，结晶台为扁平薄槽状坩埚，深度远小于长和宽，以保证液态的金属铝以薄层在结晶台中铺展开，首端水冷套位于结晶台一端，和结晶台侧壁紧密相贴，底部结晶水冷套和保温加热器设置于结晶台底部，冷却水套与结晶台紧密接触，冷却水通过接口进出。冷却水套和保温加热器设置在同一个平台上，通过螺纹与牵引机构相连，通过导轨和固定支架相连。结晶台尾端和两侧带有保温层，并和固定支架通过螺钉固定连接。高温反射罩由三层钼片组成，覆盖在结晶台顶部，对结晶台中的铝液起保温的作用。高温反射罩上开有放置导液管的孔。
本发明工作时，首先接通真空接口，当真空到限后，打开中频电源，通过线圈对熔化坩埚中的铝锭进行熔化；铝锭熔化后，进行保温，同时打开结晶装置的保温加热器电源，接通首端水冷套、底部结晶水冷套的冷却水；关闭中频电源，拔开熔化坩埚底部导液管的柱塞，铝液沿熔化坩埚导液管流入到结晶台，同时启动牵引机构，底部的结晶冷却水套和保温加热器随同安装平台由连杆牵引自首端向尾端移动，开始结晶；结晶台上的铝液由其首端和底部水冷系统冷却结晶，结晶速度由牵引机构的速度控制；保温加热器控制界面前沿的温度梯度；结晶完毕，关闭保温加热器的电源，打开炉门，取出提纯后的晶体，柱塞重新堵住坩埚底部导液管口，结晶台结晶冷却水套和保温加热器复位，开始下一个工作循环。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明结构简单，工艺合理，简化了晶体生长过程中温度场和溶质浓度场的分布状况，提高了晶体生长界面的可控制性，而且晶体生长速度最高可达20cm/h，生产效率比常规偏析法提高30％，提纯纯度可达5N5。成型的铝锭为板状，可以采用轧机刀具切断，减少了大直径铝锭由于锯切带来的污染。
附图说明
图1本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括：炉壳1、熔化装置2、结晶装置3、牵引机构4和固定支架5，其连接方式为：熔化装置2设置于炉膛上部，由固定支架5固定，结晶装置3置于熔化装置2下方，熔化装置2中的导液管悬于结晶装置3的上方。熔化装置2中包括：加热线圈8、熔化坩埚9、保温套10和坩埚柱塞11。结晶装置3包括：扁平结晶槽12、首端水冷套13、高温反射罩14、底部结晶水冷套15、底部保温加热器16和尾端及侧面保温层17，底部结晶水冷套15和底部保温加热器16固定于同一个平台上。熔化坩埚9底部的导液管悬于扁平结晶槽12的上方。结晶装置3固定于固定支架5上，固定底部结晶水冷套15和底部保温加热器16的平台通过螺栓与牵引机构4相连，牵引机构4置于炉壳1外，通过连杆与炉壳1和结晶装置3配合。
炉壳1为双层水冷壳体，炉壳1上接有真空接口6和冷却水接口7。
熔化装置2由中频感应加热线圈8、底部带有导液管的熔化坩埚9、保温套10和柱塞11组成，熔化坩埚9置于加热线圈8中，熔化坩埚9和加热线圈8之间为保温套10，柱塞11用于堵塞熔化坩埚9底部的导液管口。
熔化坩埚9底部导液管的柱塞11通过连杆接出炉壳1外。
结晶装置3由结晶台12、首端水冷套13、高温反射罩14、底部结晶水冷套15和底部保温加热器16组成，首端水冷套13位于结晶槽12一端，和扁平结晶槽12侧壁紧密相贴，底部结晶水冷套15和底部保温加热器16设置于扁平结晶槽12底部，底部结晶水冷套15与扁平结晶槽12底面紧密接触，冷却水通过接口7进出，高温反射罩14覆盖在扁平结晶槽12顶部。
扁平结晶槽12为扁平薄槽状坩埚，深度远小于长和宽，扁平结晶槽12尾端和两侧带有保温层17，并和固定支架5通过螺钉固定连接。
高温反射罩14上开有放置熔化坩埚9底部的导液管的孔。
底部结晶水冷套15和底部保温加热器16设置在同一个平台上，通过螺纹与牵引机构4相连，通过导轨和固定支架5相连。
Claims (8)
1、一种高纯铝单层晶体凝固提纯装置，包括：炉壳(1)、熔化装置(2)、结晶装置(3)、牵引机构(4)和固定支架(5)，其特征在于连接方式为：熔化装置(2)设置于炉膛上部，由固定支架(5)固定，结晶装置(3)置于熔化装置(2)下方，熔化装置(2)中包括：加热线圈(8)、熔化坩埚(9)、保温套(10)和坩埚柱塞(11)，结晶装置(3)包括：扁平结晶槽(12)、首端水冷套(13)、高温反射罩(14)、底部结晶水冷套(15)、底部保温加热器(16)和尾端及侧面保温层(17)，底部结晶水冷套(15)和底部保温加热器(16)固定于同一个平台上，熔化坩埚(9)底部的导液管悬于扁平结晶槽(12)的上方，结晶装置(3)固定于固定支架(5)上，固定底部结晶水冷套(15)和底部保温加热器(16)的平台通过螺栓与牵引机构(4)相连，牵引机构(4)置于炉壳(1)外，通过连杆与炉壳(1)和结晶装置(3)配合，扁平结晶槽(12)为扁平槽状坩埚，其深度远小于长和宽。
2、根据权利要求1所述的高纯铝单层晶体凝固提纯装置，其特征是，首端水冷套(13)位于扁平结晶槽(12)一端，和扁平结晶槽(12)侧壁紧密相贴，底部结晶水冷套(15)和底部保温加热器(16)设置于扁平结晶槽(12)底部，底部结晶水冷套(15)与扁平结晶槽(12)底紧密接触，冷却水通过接口(7)进出，高温反射罩(14)覆盖在扁平结晶槽(12)顶部。
3、根据权利要求2所述的高纯铝单层晶体凝固提纯装置，其特征是，扁平结晶槽(12)首端与首端水冷套(13)紧密接触，尾端和两侧带有保温层(17)，并和固定支架(5)通过螺钉固定连接。
4、根据权利要求1和2所述的高纯铝单层晶体凝固提纯装置，其特征是，高温反射罩(14)上开有放置熔化坩埚(9)底部的导液管的孔。
5、根据权利要求1或2所述的高纯铝单层晶体凝固提纯装置，其特征是放置在扁平结晶槽(12)底部的底部结晶冷却水套(15)和底部保温加热器(16)按设定位置固定在同一个平台上，该平台通过螺纹与牵引机构(4)相连，通过导轨和固定支架(5)相连。
6、根据权利要求1所述的高纯铝单层晶体凝固提纯装置，其特征是炉壳(1)为双层水冷壳体，炉壳(1)上接有真空接口(6)和冷却水接口(7)。
7、根据权利要求1所述的高纯铝单层晶体凝固提纯装置，其特征是熔化装置(2)由中频感应加热线圈(8)、底部带有导液管的熔化坩埚(9)、保温套(10)和坩埚柱塞(11)组成，熔化坩埚(9)置于线圈(8)中，熔化坩埚(9)和线圈(8)之间为保温套(10)，坩埚柱塞(11)用于堵塞熔化坩埚(9)底部的导液管口。
8、根据权利要求1或7所述的高纯铝单层晶体凝固提纯装置，其特征是用于密封熔化坩埚(9)底部导液管口的坩埚柱塞(11)通过连杆接出炉壳(1)外。
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