CN203869502U - 偏析炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大型铝精炼偏析炉。在钢炉壳（1）内侧砌筑有保温内衬（3），在保温内衬（3）内安置有石墨坩埚（2），在保温内衬（3）内侧与石墨坩埚（2）之间镶嵌有加热元件组（4），在石墨坩埚（2）上方安装有压锭石墨锥体（5），压锭石墨锥体（5）上部与石墨轴杆（14）、电动机及涡轮蜗杆机构（10）连接；在钢炉壳（1）外侧设置有支架（13），支架（13）上端连接有移动小车（9），在移动小车（9）的车架内侧竖梁（16）上设置有限位开关（11），在电动机及涡轮蜗杆机构（10）上连接有计数器（12）。移动小车（9）的车架包括下横梁（15）、竖梁（16）和上横梁（17）；在横梁（15）上安装有铝晶体刮圈板（8）。本实用新型用于生产高纯精铝，可提高设备产能，并大幅降低企业的建设投资、生产能耗和维护费用。
Description
技术领域
本实用新型涉及用于高纯铝生产的一种大型铝精炼偏析炉。
背景技术
随着铝纯度的提高，其抗腐蚀性、可塑性、导电性、反光性等性能均得到了很大的提高；因为高纯精铝性能优良，使其应用范围越来越广。近年来随着中国经济的稳步发展，在现代工业的许多领域如电子工业、电解电容器、集成电路配线材料、计算机记忆盘、超导体、磁浮悬体材料、喷涂材料、低温电磁构件、航天航空和汽车工业等对比原铝更纯的高纯精铝的需要迅速增长，因而开发适合国情的大型精铝偏析炉技术是势在所趋。目前，提纯精铝（AL≥ 99.998％）的三层液铝电解精炼技术虽然在国际上虽只有中国、日本、德国、法国、美国、挪威等少数国家拥有，但三层液铝电解精炼法普遍存在着系列投资大、能耗高、维护费高及不能间断运行等缺点，目前日本使用的偏析炉容量仅有1.5吨/日产能。随着我国鼓励建设资源节约型、环境友好型“两型”社会，传统的铝电解精炼技术已不适应于对我国工业化、规模化进程的需求。
目前，国内已有的铝精炼装备技术的专利技术主要包括：①由东北大学霍秀静等发明的“定向结晶法净化原铝装置”，②由上海交通大学孙宝德等发明的“高纯铝单层晶体凝固提纯装置”，③由新疆众和股份有限公司刘宗仁等发明的“精铝生产定向结晶炉”。这几种铝精炼装备的缺点主要是装备庞大，单体设备复杂，不利于系列生产偏析炉的灵活布局，而且单体设备产能较小，不利于企业规模化生产。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于：提供一种结构工效高、投资小、能耗低、便于自动化作业的大型铝精炼偏析炉，并克服了现有铝精炼偏析炉普遍存在容量及产能规模小、不经济等不足。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：在钢炉壳内侧设置有保温内衬，在保温内衬内有石墨坩埚，在保温内衬内侧镶嵌有加热元件组，在石墨坩埚上方安装有压锭石墨锥体，压锭石墨锥体上部与电动机及涡轮蜗杆机构连接；在钢炉壳外侧设置有支架，支架上端连接有移动小车，在移动小车的车架竖梁内侧设置有限位开关，在上横梁上的电动机及涡轮蜗杆机构上装有计数器。
压锭石墨锥体和石墨轴杆通过绝热连接件与电动机及涡轮蜗杆机构连接。
移动小车的车架包括下横梁、竖梁和上横梁；在横梁上设置有铝晶体刮圈板。
石墨坩埚的内径为在φ1250±250 mm，内侧深度为2000±150mm。
石墨坩埚与轴杆采用高纯度石墨材料（固定碳含量≥99.99%，密度≥1.8kg/m3）制成。
电动机及涡轮蜗杆机构设置在上横梁上。
压锭石墨锥体采用高纯度石墨材料制成，压锭石墨锥体5的园椎体部分直径约φ1200±250mm，椎角约45±5 度，压锭石墨椎5的园锥体四周布置有能让铝液上浮的孔洞；石墨轴杆14的直径约为石墨坩埚内径的20～35%。
保温内衬镶嵌有加热元件组（如电阻丝）；
石墨坩埚与轴杆采用高纯度石墨材料制成，目的是尽可能不要污染高纯铝产品。石墨坩埚的内径可在φ1250±250 mm，内侧深度在2000±150mm，这样设计的大型铝精炼偏析炉的日产能可达到2.0±0.5吨左右。
采用本实用新型后，若以年产能为 1万吨的铝精炼厂装备24台大型偏析炉系列为例，一般本实用新型大型偏析炉的吨铝投资仅0.4万元/吨，与同等规模的铝精炼厂采用66台60kA三层液电解精铝槽系列的吨铝投资高约1万元/吨相比，可节约建设投资0.6亿元，同时，大型偏析炉的电耗低于1000kWh/ t-Al，远低于三层液铝精炼电解槽的直流电耗15000kWh/ t-Al，每年生产可降低能耗1.4亿度（kWh）用电量，相当于年节约能源1720.6万吨标准煤，企业年可节能增效0.56亿元，直接生产效益是十分明显的，加之节能减排的效果，其社会效率也十分显著。
本实用新型的大型铝精炼偏析炉的工作容量为2.0±0.5吨/日，适用于建设产能在5000吨/年以上规模的大中型铝精炼厂。
附图说明
附图1为本实用新型的大型铝精炼偏析炉的结构示意图。
图中：1——钢炉壳，2——石墨坩埚，3——保温内衬，4——加热元件组，5——带孔压锭石墨锥体，6——高纯铝锭，7——不纯原铝液，8——铝晶体刮圈板，9——移动小车，10——电动机及涡轮蜗杆，11——限位开关，12——计数器，13——支架，14——石墨轴杆，15——下横梁，16——竖梁，17——上横梁，18——绝热连接件。
具体实施方式：
本实用新型的实施方式举例如下：本实用新型的大型铝精炼偏析炉的由钢炉壳1、石墨坩埚2、保温内衬3、加热元件组4、带孔压锭石墨锥体5、铝晶体刮圈板8、移动小车9、电动机及涡轮蜗杆10，限位开关11、计数器12、支架13、石墨轴杆14、下横梁15、竖梁16、上横梁17、绝热连接件18等组成。在钢炉壳1内侧砌筑有保温内衬3，在保温内衬3内安置有石墨坩埚2，在保温内衬3内侧镶嵌有加热元件组4，在石墨坩埚2内上方设置有压锭石墨锥体5，压锭石墨锥体5和石墨轴杆14通过绝热连接件18与上部电动机及涡轮蜗杆机构10连接；在钢炉壳1外侧设置有支架13，支架13的轨道上端设置有移动小车9，在移动小车9的竖梁16内侧设置有限位开关11，在电动机及涡轮蜗杆机构10上连接有计数器12。
石墨坩埚2的内径为在φ1250±250 mm，内侧深度为2000±150mm。
压锭石墨锥体5和石墨轴杆14通过绝热连接件18与上部电动机及涡轮蜗杆机构10连接。
石墨坩埚2与轴杆14采用高纯度石墨材料制成, 压锭石墨锥体5的园椎体部分直径约φ1200±250mm，椎角约45±5 度，压锭石墨椎5的园锥体四周布置有能让铝液上浮的孔洞；石墨轴杆14的直径约为石墨坩埚内径的20～35%。
移动小车9的车架包括下横梁15、竖梁16和上横梁17；在横梁15中部设置有铝晶体刮圈板8。
电动机及涡轮蜗杆机构10安装在上横梁17上。
本实用新型大型铝精炼偏析炉的主要作业过程如下：
过程1：生产初期，首先从铝熔炼炉或铝液抬包中用风动溜槽向石墨坩埚2中注入待精炼的高温不纯原铝液7，然后调控钢炉壳1内的加热元件组4的发热功率，使石墨坩埚内的不纯原铝液体7的各部位温度缓慢降低，通过降温使原铝液逐步冷却产生偏析现象，偏析过程中，原铝液中的可溶共晶杂质（如Fe，Si，Cu等）偏析进入液相，只有如Ti, V, Zr等微量包晶体元素杂质随金属铝进入固相，大量金属铝则结晶进入凝固相并因重力而沉淀到石墨坩埚2的底部得以提纯而生成高纯铝锭6；
移动小车9的中下部安装有带孔压锭石墨锥体5及石墨轴承14、电动机及涡轮蜗杆10以及计数器12等，电动机驱动涡轮蜗杆10可以使带孔压锭石墨锥体5及石墨轴承14作上下升降运动。
过程2：水平滑动移动小车9，使其附带的带孔压锭石墨锥体5置于石墨坩埚2的正上方，偏析过程持续一段时间（约40～60秒）后，石墨坩埚中的原铝液体已在坩埚底部偏析凝固了部分的高纯铝结晶体，随后，启动电机驱动涡轮蜗杆10带动带孔压锭石墨锥体5下降进入石墨坩埚下部铝液之中，并压紧石墨坩埚底部凝固的高纯铝结晶体（时间约15～20秒）使之形成某一高度的高纯铝锭6，高纯铝锭的压紧高度h t 随时间变化并可由移动小车上涡轮蜗杆10上安装的计数器12测量，带孔压锭石墨锥体5压紧石墨坩埚2底部高纯铝锭时，凝固物中残留的液体铝会在压紧过程中被挤压而穿过带孔压锭石墨锥体5周边布置的空洞上浮至上部不纯铝液之中继续偏析过程；
带孔压锭石墨锥体5下降压紧高纯铝锭的高度h t 通过计数器12测量的数据信号可反馈至控制室测算出来，为了控制带孔压锭石墨锥体5的升降行程（总行程约1950mm左右，升级速度约200mm/s），在移动小车上部升降导板的竖梁16内侧安装有几组预设高度的限位开关（11），以通过控制升降高度来避免升降作业过程中损坏石墨坩埚或移动小车等装备。
过程3：带孔压锭石墨锥体5压紧高纯铝锭6一定时间（时间约15～20秒）后，提升压锭石墨锥体使之上升至原铝液上方一定高度（每次提升高度约5～20mm，提升保持时间约25～40秒），在带孔压锭石墨锥体5上升过程中，石墨轴杆14上因石墨材料散热较好而附着部分结晶铝将被铝晶体刮圈板8刮下并沉淀到石墨坩埚底部；
上述1～3过程完成后即为第一次偏析生产循环周期。
第二次偏析周期开始时，首先根据第一次偏析生产循环周期测量的高纯铝凝固体的压紧高度h t 值来确定石墨坩埚的加热功率并调整坩埚内的铝液温度，再次进行第二次降温偏析生产周期。
过程4：加热元件组4每一次偏析周期的加热总功率W t 是高纯铝锭7压紧高度h t 的函数，一般有如下经验公式（经验系数可通过试验回归方程获得）：
W t ＝∫﹛k 1 ·（h t －h 0 ）＋k 2 ·（h i －h 0 ）／△t﹜
式中：W t 为每一次偏析周期中发热元件组预设的加热总功率；
k 1 、k 2 为经验系数（经验系数可通过回归试验获得）；
h 0 为每一次偏析循环预设的高纯铝锭压紧高度；
h t 为上一次偏析循环测量的高纯铝锭实际压紧高度；
△t为每一次偏析循环周期的偏析时间。
多次重复上述1～5的偏析过程（约15次）直至取样分析石墨坩埚中残留的不纯原铝液体中的杂质累积到饱和状态后。提升带孔压锭石墨锥体5回到上升原位；
移走移动小车9（可继续用于其他偏析炉的作业），用车间内的起重设备吊出钢炉壳1中的石墨坩埚2，倾倒出石墨坩埚2中上部残留的不纯原铝液体（废铝）和底部压紧凝固的高纯铝锭6，再待高纯铝锭6冷却后，根据铝纯度需求锯取其顶部某一高度的不合格凝固部分（约100mm），剩下的下部结晶体就是铝精炼生产所需的合格产品——高纯铝锭（铝纯度可达Al99.998%以上）。
Claims (7)
1.一种偏析炉，其特征在于：在钢炉壳（1）内侧设置有保温内衬（3），在保温内衬（3）内安置有石墨坩埚（2），在保温内衬（3）内侧镶嵌有加热元件组（4），在石墨坩埚（2）上方安装有压锭石墨锥体（5），压锭石墨锥体（5）和石墨轴杆（14）通过绝热连接件（18）与上部电动机及涡轮蜗杆机构（10）连接；在钢炉壳（1）外侧设置有支架（13），支架（13）上端连接有移动小车（9），在移动小车（9）的车架上的竖梁（16）内侧设置有限位开关（11），在电动机及涡轮蜗杆机构（10）上连接有计数器（12）。
2.根据权利要求1所述的偏析炉，其特征在于：压锭石墨锥体（5）和石墨轴杆（14）通过绝热连接件（18）与上部电动机及涡轮蜗杆机构（10）连接。
3.根据权利要求1所述的偏析炉，其特征在于：移动小车（9）的车架包括下横梁（15）、竖梁（16）和上横梁（17）；在横梁（15）上设置有铝晶体刮圈板（8）。
4.根据权利要求1所述的偏析炉，其特征在于：石墨坩埚（2）的内径约φ1250±250 mm，内侧深度约2000±150mm。
5.根据权利要求1所述的偏析炉，其特征在于：石墨坩埚（2）与轴杆（14）采用高纯度石墨材料制成。
6.根据权利要求3所述的偏析炉，其特征在于：电动机及涡轮蜗杆机构（10）设置在上横梁（17）上。
7.根据权利要求1所述的偏析炉，其特征在于：压锭石墨锥体（5）和石墨轴杆采用高纯度石墨材料制成，压锭石墨锥体5的园椎体部分直径约φ1200±250mm，椎角约45±5 度，压锭石墨椎5的园锥体四周布置有孔洞；石墨轴杆14的直径约为石墨坩埚内径的20～35%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20141008 |