CN203938717U - 一种高纯铝连续提纯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高纯铝连续提纯装置，利用坩埚、坩埚盖、结晶器一起组成旋流器结构来提纯铝液。一方面由于正常偏析，结晶器内固液界面上获得纯净的铝晶体，夹杂从固液界面扩散到铝液，使附近铝液由于夹杂含量升高而密度变大；另一方面由于离心作用下的比重偏析，夹杂含量高的铝液离心到坩埚壁，并逐渐移动到底流口，夹杂含量低的铝液由于密度小而被挤压到固液界面附近；正常偏析与比重偏析同时作用下，提纯效率大大提高。本实用新型可连续生产，节能高效，结构简单，安全可靠，并能通过各种方式进行组合使用。

Description

一种高纯铝连续提纯装置

技术领域

本实用新型属于金属铝提纯技术领域，具体涉及的是一种高纯铝连续提纯装置，特别是一种5N或6N高纯铝的偏析法连续提纯装置。

背景技术

宏观偏析亦称为“区域偏析”，指金属铸锭（铸件）中各宏观区域化学成分不均匀的现象，包括正常偏析、反常偏析和比重偏析。

旋流器作为一种常见的分离分级设备，其工作原理是离心沉降。上部为中空的圆柱体，下部为与圆柱体相通的倒椎体，当待分离的两相（或多相）混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于重相或轻相之间存在着密度差，其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分重相经旋流器底流口排出，而大部分轻相由溢流管排出，从而达到分离分级的目的。

偏析法又称凝固提纯法，是利用熔融铝凝固结晶时产生偏析现象而提取高纯铝的工艺。由于偏析法有着低能耗、低成本、环保的优势，使用越来越广泛。

经文献检索发现，现有偏析法提纯高纯铝技术多利用正常偏析原理。例如中国专利申请号为03230212.6的实用新型专利，公开了实用新型名称为《高纯铝真空提纯净化装置》的提纯净化装置，该装置以固体铝为原材料，上部的熔化装置将原材料熔化，底部凝固装置使铝液凝固并下引，利用凝固界面的正常偏析使夹杂元素扩散到液相中，并通过搅拌产生的流场促进夹杂元素的扩散，从而达到提纯的目的。此技术操作简便、控制精度高，但其缺点是：1，固液界面附近夹杂含量高的铝液被搅拌到整个铝液中，污染了夹杂含量低的铝液；2，由于通过搅拌来促进夹杂元素扩散，为了防止搅拌过程中铝液氧化吸氢，需要真空处理，难以实现连续生产，生产效率低；3，熔铝工作由提纯装置完成，降低了提纯装置的使用效率，也增加了能耗；4，铝锭尾部需要切割去除，且越靠近尾部纯度越低，质量不均匀。

经文献检索发现，也有少数偏析法提纯技术利用的是比重偏析原理。例如中国专利申请号为201210070142.6的实用新型专利，公开了实用新型名称为《高纯铝的提取方法和设备》的提取方法和设备，该装置利用结晶温度时初晶密度和母液密度的不同，在重力作用下分离，从而得到纯度较高的铝液。该方法可连续提纯、操作简单、能耗低，但其缺点是：1，重力作用下，比重偏析程度低，提纯效率低，且随着金属纯度提高，提纯效率会越来越低；2，由于在结晶温度进行提纯，温度控制要求高，容易凝固造成堵塞管道等严重后果。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的上述不足，提供一种高纯铝连续提纯装置，同时利用正常偏析和比重偏析对铝液进行提纯，从而达到高效提纯的目的。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：本实用新型由中间包、坩埚、电磁搅拌器、坩埚盖、结晶器、晶种、上引机构、切割机构组成。

进一步：所述中间包内盛装提纯前的铝液，并对铝液保温，底部预留出铝口。所述坩埚上部为中空圆柱体段，圆柱体段沿圆柱切线方向预留进料管，进料管与中间包出口密封连接，下部为中空倒锥体，倒锥体尖端处预留底流口。所述电磁搅拌器设置于坩埚外壁，利用电磁力使铝液使铝液在坩埚内沿轴线高速旋转。所述坩埚盖与坩埚上沿密封连接，坩埚盖中心预留开口。所述结晶器设置于坩埚盖开口处，与坩埚盖密封连接，结晶器内通以冷却水，使铝液能够不断凝固。所述晶种由高纯铝做成，截面和结晶器内孔截面一致，在提纯开始前放置于结晶器内，使铝液在晶种上不断凝固成铝棒而被引出，新引出的铝棒进入上引机构后即可切下晶种。所述上引机构设置在结晶器上方，不断从结晶器内往上牵引铝棒，精确控制上引机构的上引速度即可控制晶体生长速度。所述切割机构设置于上引机构上方，可垂直上下移动，当铝棒达到需要的长度后可对铝棒进行切割，切割的过程中切割机构随铝棒同步移动。

本实用新型的优点在于：

本实用新型由于搅拌区域与空气隔绝，而中间包内液面平稳，表面有氧化皮保护，所以无需进行真空处理。设备整体结构简单、体积小、安全可靠。

本实用新型的原材料为液态铝液，方便实现集中熔化，节省能源；所得高纯铝棒可以切割出各种不同的长度，满足各种要求，减少再次重熔铸造，节省能源，减少工序；所得尾铝为液态，可以直接进行铸造或回炉，无需切割、重熔等工序，节省能源，减少工序。

本实用新型在同一工序内同时利用正常偏析和比重偏析对铝液进行提纯，使提纯效率大大提高。

本实用新型可实现连续生产，且铝棒各处纯度均匀。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为中间包与坩埚连接俯视图。

图3为实施例1结构示意图。

图4为实施例2结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2所示，本实用新型主要由中间包1、坩埚2、电磁搅拌器3、坩埚盖4、结晶器5、晶种6、上引机构7、切割机构8组成。中间包1作为原料铝液的过渡容器，可对其内铝液进行保温，中间包1底部预留出铝口；坩埚2上部为中空圆柱体段，圆柱体段沿圆柱切线方向预留进料管，进料管密封连接到中间包1的出铝口上，铝液沿切线方向进入坩埚时即开始旋转；坩埚2下部为中空倒锥体，倒锥体尖端处预留底流口；电磁搅拌器3设置于坩埚外壁，使铝

液在坩埚内沿轴线高速旋转，旋转方向与铝液进入坩埚2时旋转方向一致；坩

埚盖4设置于坩埚上，与坩埚2上沿密封连接，坩埚盖4中心预留开口；结晶器5设置于坩埚盖4开口处，与坩埚盖密封连接；坩埚2、坩埚盖4、结晶器5一起组成旋流器结构，使坩埚内重相从底流口流出，轻相进入结晶器；晶种6由高纯铝做成，在提纯开始前放置于结晶器5内，在结晶器5的冷却作用下晶种6上不断凝固出高纯铝，并被上引机构7牵引；上引机构7设置在结晶器5上方，不断从结晶器5内往上牵引铝棒；切割机构8设置于上引机构7上方，当牵引出的铝棒达到需要的长度后对铝棒进行切割，切割的过程中切割机构8随铝棒移动。

本实用新型工作流程如下：

提纯工作开始前先将晶种放入结晶器内。

往中间包内注入原料铝液，铝液在重力作用下从中间包沿切线方向由坩埚圆柱体段进入坩埚并开始旋转，并在电磁搅拌器加速下铝液高速旋转。

当铝液接触到晶种后，一方面由于正常偏析，固液界面上获得纯净的铝晶体，夹杂从固液界面扩散到铝液，使附近铝液由于夹杂含量升高而密度变大；另一方面由于离心作用下的比重偏析，夹杂含量高的铝液离心到坩埚壁，并逐渐移动到底流口，夹杂含量低的铝液由于密度小而被挤压到固液界面附近；正常偏析与比重偏析同时作用下，在固液界面源源不断凝固出高纯铝。

结晶器内的铝棒在上引机构的牵引下匀速上移，达到需要的长度后由切割机构切下即为成品。

底部含夹杂较多的铝液从底流口流出后被回收。

随着高纯铝棒的引出和尾铝的流出，不断往中间包内补充原料铝液，使中间包内液面保持在一定高度，即可实现连续生产。

实施例1：

如图3所示为多组提纯装置组合使用的一种结构，本实施例6个提纯装置共用同一中间包，以方便原料铝液的集中控制。本实施例采用4N7铝液原料，生产出直径200mm高纯铝棒，产品纯度达到5N3，每小时产量为50kg。

实施例2：

如图4所示为多组提纯装置组合使用的另一种结构，第一套提纯装置产生的尾液直接进入下面的第二套设备，以合理利用第一套装置生产是的尾液。本实施例第一套装置采用4N7铝液原料，生产出直径200mm高纯铝棒，产品纯度达到5N3，每小时产量8kg；第二套提纯装置生产出直径100mm高纯铝棒，产品纯度达到4N7，每小时产量2kg。

Claims (8)

1.一种高纯铝连续提纯装置，其特征是：包括：中间包、坩埚、电磁搅拌器、坩埚盖、结晶器、晶种，所述中间包用作为铝液提纯前的过渡容器，中间包的底部预留出铝口；所述坩埚为铝液处理时的容器，坩埚与中间包连通，坩埚上部为中空圆柱体段，坩埚下部为中空倒锥体，倒锥体尖端处预留底流口；所述电磁搅拌器设置于坩埚外壁，使铝液能够在坩埚内沿轴线旋转；所述坩埚盖设置于坩埚上，与坩埚上沿密封连接，坩埚盖上预留开口；所述结晶器设置于坩埚盖开口处，与坩埚盖密封连接；所述晶种由高纯铝做成，放置于结晶器内，使铝液在晶种上不断凝固成铝棒而被引出。

2.根据权利要求书1所述的高纯铝连续提纯装置，其特征是，所述中间包内设置有保温层，对铝液保温。

3.根据权利要求书1所述的高纯铝连续提纯装置,其特征是坩埚上部的圆柱体段沿圆柱切线方向预留进料管，进料管连接到中间包的出铝口上。

4.根据权利要求书1所述的高纯铝连续提纯装置,其特征是，坩埚盖中心预留开口。

5.根据权利要求书1所述的高纯铝连续提纯装置,其特征是，结晶器内通以冷却水，使铝液能够不断凝固。

6.根据权利要求书1所述的高纯铝连续提纯装置,其特征是，晶种截面和结晶器内孔截面一致。

7.根据权利要求书1所述的高纯铝连续提纯装置,其特征是，还包括上引机构，所述上引机构设置在结晶器上方，包括与晶种摩擦接触的转轮，通过摩擦力不断从结晶器内往上牵引铝棒，精确控制上引机构的上引速度即可控制晶体生长速度。

8.根据权利要求书1所述的高纯铝连续提纯装置,其特征是，还包括切割机构，切割机构设置于上引机构上方，切割机构设在一升降装置上，切割机构可在垂直方向上移动，当铝棒达到需要的长度后可对铝棒进行切割，切割的过程中随铝棒同步移动。