CN216237219U - 一种析晶提纯加热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种析晶提纯加热炉，所述析晶提纯加热炉包括炉体、顶盖和搅拌装置，所述炉体内套设有坩埚，所述搅拌装置通过顶盖插入至所述坩埚中，所述坩埚的外壁套设有至少一圈加热带，所述炉体内和顶盖内均设置有加热件，所述顶盖开设有至少一个通孔，所述通孔用于通入保护气。在本实用新型中，在铝偏析定向凝固提纯过程中，析晶提纯加热炉可以避免表面金属凝固过快造成直径变大，从而碰撞坩埚造成事故，也可以减缓氧化，降低氧化铝渣的形成，使得加热炉具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

Description

一种析晶提纯加热炉

技术领域

本实用新型属于金属提纯技术领域，涉及提纯加热炉的设计，尤其涉及一种析晶提纯加热炉。

背景技术

目前，通常把铝含量大于99.95％的铝称为高纯铝，其生产工艺是以铝含量99.70～99.90％的原铝或铝锭为原料，经三层电解法或偏析法提纯后的产品。高纯铝比原铝有更好的导电性、导热性、可塑性、反光性和抗腐蚀性，另外高纯铝也是导磁性非常小的物质，纯度越高，导磁性越小。所以高纯铝作为高性能、高附加值的新兴结构功能材料在低温电工技术、低温电磁构件和电子工业领域有着特殊的用途。

CN102277505B公开了一种定向凝固提纯高纯铝的方法及其熔炼炉，该定向凝固提纯高纯铝的方法按以第一步选料、第二步熔炼、第三步凝固提纯、第四步获得成品进行，该熔炼炉包括炉壳、加热装置、容器、搅拌装置和冷却装置；在炉壳内固定安装有容器，在炉壳与容器之间自上而下间隔固定安装有不少一个的加热装置；在容器下方的炉底处安装有冷却装置，在冷却装置和炉壳之间安装有炉底测温装置。该发明方法具有能耗低、处理量大、效率高、产品纯度高的优点，可用于大批量生产5N至6N的高纯铝。该发明熔炼炉结构合理而紧凑，使用方便，其通过加热装置、炉底冷却装置、炉底测温装置的配合使用，能极大地提高工作效率，从而提高了提纯出来的高纯铝的质量。

CN113106267A公开了一种超高纯铝晶析方法，选取高纯铝原料在石墨坩埚中融化成铝液，将晶析装置插入石墨坩埚，旋转装置驱动石墨管套套同步旋转，向石墨管套套内的气冷系统持续通入冷却气体开始晶析，晶析过程中保持晶析机转速匀速性，并通过调整冷却气路内冷却气体的流向，使与铝液接触的石墨管套套表面定向凝固和析出一定厚度的倒蘑菇型高纯度晶析物；当达到晶析设定时间，首先停止晶析装置旋转，然后停止向转体内通入冷却气体，从石墨坩埚中抬出晶析装置，摘下晶析机下方石墨管套上的结晶物，得到高纯晶析物，倒出埚中剩余铝液，将高纯晶析物再次放入坩埚中重复晶析可得到纯度更高的晶析物。该方法解决了现有技术中提纯成本高，提纯效果不佳的问题。

CN112553473A公开了一种高纯度铝纯化方法以及装置，该纯化方法包括以下步骤：对铝原料熔炼；在熔炼结束后向熔融铝中插入析晶冷却管以及分离部件；并使析晶冷却管旋转，分离部件环绕析晶冷却管旋转，且二者旋转方向相反。通过在熔炼结束后向熔融铝中插入析晶冷却管以及分离部件；并使析晶冷却管和分离部件反向旋转，能够有效地防止熔融铝随着析晶冷却管一起旋转，这样就加快了相对旋转速度，熔融铝往反方向旋转，从而能够使得浓化层变薄，纯化效率提高，进而能够使得析晶量增加。

现有技术在冷却管凝固法的使用过程中，冷却管上的金属凝固后的固体会缓慢长大，由于金属液表面和空气接触温度更低一些，导致表面冷却凝固的速度要比液面下的凝固速度快很多，直径会变的比较大，同时表面与空气接触容易形成氧化铝，在搅动的状态下形成很多铝渣粘附在凝固的金属上，加深了直径增大的影响。表面金属凝固直径太大主要带来两个影响：一是增大了凝固金属和石墨坩埚壁碰撞的风险，二是为了避免碰撞需要提早结束提纯导致提纯出来的凝固锭子会很小，影响产量。因此，亟需设计开发一种铝纯化的装置，解决铝偏析定向凝固提纯过程中，铝液面层由于凝固长大和氧化影响持续提纯的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种析晶提纯加热炉，在本实用新型中，在铝偏析定向凝固提纯过程中，析晶提纯加热炉可以避免表面金属凝固过快造成直径变大，从而碰撞坩埚造成事故，也可以减缓氧化，降低氧化铝渣的形成，使得加热炉具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种析晶提纯加热炉，所述析晶提纯加热炉包括炉体、顶盖和搅拌装置，所述炉体内套设有坩埚，所述搅拌装置通过顶盖插入至所述坩埚中，所述坩埚的外壁套设有至少一圈加热带，所述炉体内和顶盖内均设置有加热件，所述顶盖开设有至少一个通孔，所述通孔用于通入保护气。

在本实用新型中，在铝偏析定向凝固提纯过程中，析晶提纯加热炉可以避免表面金属凝固过快造成直径变大，从而碰撞坩埚造成事故，也可以减缓氧化，降低氧化铝渣的形成，使得加热炉具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

需要说明的是，现有技术中的加热炉一般采用电阻加热，整个坩埚外壁布满加热片(或电阻丝)，起到加热熔化铝锭的作用。金属熔化后，向金属液中插入冷却管开始定向凝固析晶，此时金属液温度会固定在金属的凝固点温度，靠析晶放出的热量维持周围的金属保持在凝固温度点的液态状态，为保证正常析晶，此时整个炉体是不加热的。但在坩埚外围没加热时，坩埚上端最先冷却下来(中下部在炉体里冷却慢)，所以靠近坩埚壁上端周围的温度是比较低的，此时金属液也会在坩埚壁上端开始缓慢凝固。如果不采取措施，坩埚壁上凝固的金属块会和冷却管上析晶产出的金属块碰撞造成事故，只能提早取出析晶管，造成产量低的问题。为解决上述问题，本实用新型在靠近金属液面的坩埚壁外围单独增加一圈独立的加热装置，在析晶的过程中单独开启加热。提供一定的热量，使得金属液不会凝固在坩埚壁上，依据实际工艺去调整放热量，热量太多会造成冷却管无法正常析晶，太少起不到上述作用。

需要说明的是，现有技术在析晶的过程中由于金属液面温度相对较低，析晶出的固体上方容易先长大，为解决上述问题，本实用新型在冷却管周围增加一层带加热功能的盖子，加热方向对着金属液面，盖子可以把整个坩埚罩上，加热的功率大小需依据工艺调整，太大会造成无法正常析晶，太小起不到作用。

需要说明的是，现有技术中冷却管在金属液中旋转，金属液定向析晶在冷气管上，会带动整个液面波动甚至搅动，从而造成大量的金属氧化物，影响析晶效果，为解决上述问题，本实用新型在上述盖子下方(液面上方)通入保护气(如氩气)保护，可以减缓金属氧化物的生成。

值得注意的是，本实用新型通过在坩埚的外壁套设有至少一圈加热带，炉体内和顶盖内均设置有加热件，顶盖开设有至少一个通孔等三种方式，共同解决了凝固金属和石墨坩埚壁产生碰撞的问题，与此同时，可以减缓氧化，降低氧化铝渣的形成，使得加热炉具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

作为本实用新型一种优选的技术方案，其特征在于，所述炉体活动连接顶盖。

需要说明的是，本实用新型对炉体和顶盖的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，炉体和顶盖在本实用新型中的作用是构成加热炉的必要特征，其中顶盖可以活动连接炉体，方便操作，且有加热装置，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的炉体和顶盖均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对炉体和顶盖的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述炉体和坩埚均为U型结构。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述搅拌装置包括搅拌电机，所述搅拌电机连接冷却管，所述冷却管内的气体通过搅拌电机进行混合和输送。

需要说明的是，本实用新型对冷却管的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，冷却管在本实用新型中的作用是为反应物提供降温环境，冷却管穿过具有加热装置的顶盖插入至坩埚中，使得冷却管周围不会急剧降温液体不会快速凝固，规避风险，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的冷却管均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对冷却管的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述搅拌电机还连接有升降电机，用于调整操作高度。

需要说明的是，本实用新型对搅拌电机的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，搅拌电机在本实用新型中的作用是连接冷却管，并带动冷却管进行旋转，从而搅拌液体，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的搅拌电机均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对搅拌电机的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

需要说明的是，本实用新型对升降电机的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，升降电机在本实用新型中的作用是连接搅拌电机，从而驱使冷却管进行高度调整，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的升降电机均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对升降电机的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述搅拌电机和升降电机均设置于炉体外。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述加热件为热敏电阻。

需要说明的是，本实用新型对热敏电阻的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，热敏电阻在本实用新型中的作用是提供热源，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的热敏电阻均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对热敏电阻的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述搅拌装置竖向设置于坩埚正中心。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述加热带套设在坩埚外壁上，且套设高度和需析晶提纯的物质液面高度相同。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述保护气为氩气或氮气。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

在本实用新型中，在铝偏析定向凝固提纯过程中，析晶提纯加热炉可以避免表面金属凝固过快造成直径变大，从而碰撞坩埚造成事故，也可以减缓氧化，降低氧化铝渣的形成，使得加热炉具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施方式提供的析晶提纯加热炉的结构示意图；

其中，1-炉体；2-顶盖；3-冷却管；4-通孔；5-加热件；6-加热带。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种析晶提纯加热炉，如图1所示，所述析晶提纯加热炉包括炉体1、顶盖2和搅拌装置，炉体1内套设有坩埚，搅拌装置通过顶盖2插入至坩埚中，坩埚的外壁套设有至少一圈加热带6，炉体1内和顶盖2内均设置有加热件5，顶盖2开设有至少一个通孔4，通孔4用于通入保护气，进一步地，加热带6套设在坩埚外壁上，且套设高度和需析晶提纯的物质液面高度相同，保护气为氩气或氮气。

在本实用新型中，在铝偏析定向凝固提纯过程中，析晶提纯加热炉可以避免表面金属凝固过快造成直径变大，从而碰撞坩埚造成事故，也可以减缓氧化，降低氧化铝渣的形成，使得加热炉具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

需要说明的是，现有技术中的加热炉一般采用电阻加热，整个坩埚外壁布满加热片(或电阻丝)，起到加热熔化铝锭的作用。金属熔化后，向金属液中插入冷却管3开始定向凝固析晶，此时金属液温度会固定在金属的凝固点温度，靠析晶放出的热量维持周围的金属保持在凝固温度点的液态状态，为保证正常析晶，此时整个炉体1是不加热的。但在坩埚外围没加热时，坩埚上端最先冷却下来(中下部在炉体1里冷却慢)，所以靠近坩埚壁上端周围的温度是比较低的，此时金属液也会在坩埚壁上端开始缓慢凝固。如果不采取措施，坩埚壁上凝固的金属块会和冷却管3上析晶产出的金属块碰撞造成事故，只能提早取出析晶管，造成产量低的问题。为解决上述问题，本实用新型在靠近金属液面的坩埚壁外围单独增加一圈独立的加热装置，在析晶的过程中单独开启加热。提供一定的热量，使得金属液不会凝固在坩埚壁上，依据实际工艺去调整放热量，热量太多会造成冷却管3无法正常析晶，太少起不到上述作用。

需要说明的是，现有技术在析晶的过程中由于金属液面温度相对较低，析晶出的固体上方容易先长大，为解决上述问题，本实用新型在冷却管3周围增加一层带加热功能的盖子，加热方向对着金属液面，盖子可以把整个坩埚罩上，加热的功率大小需依据工艺调整，太大会造成无法正常析晶，太小起不到作用。

需要说明的是，现有技术中冷却管3在金属液中旋转，金属液定向析晶在冷气管上，会带动整个液面波动甚至搅动，从而造成大量的金属氧化物，影响析晶效果，为解决上述问题，本实用新型在上述盖子下方(液面上方)通入保护气(如氩气)保护，可以减缓金属氧化物的生成。

值得注意的是，本实用新型通过在坩埚的外壁套设有至少一圈加热带6，炉体1内和顶盖2内均设置有加热件5，顶盖2开设有至少一个通孔4等三种方式，共同解决了凝固金属和石墨坩埚壁产生碰撞的问题，与此同时，可以减缓氧化，降低氧化铝渣的形成，使得加热炉具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

炉体1活动连接顶盖2，本实用新型对炉体1和顶盖2的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，炉体1和顶盖2在本实用新型中的作用是构成加热炉的必要特征，其中顶盖2可以活动连接炉体1，方便操作，且有加热装置，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的炉体1和顶盖2均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对炉体1和顶盖2的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

炉体1和坩埚均为U型结构，搅拌装置包括搅拌电机，进一步地，搅拌电机连接冷却管3，冷却管3内的气体通过搅拌电机进行混合和输送，本实用新型对冷却管3的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，冷却管3在本实用新型中的作用是为反应物提供降温环境，冷却管3穿过具有加热装置的顶盖2插入至坩埚中，使得冷却管3周围不会急剧降温液体不会快速凝固，规避风险，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的冷却管3均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对冷却管3的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

搅拌电机还连接有升降电机，用于调整操作高度，搅拌电机和升降电机均设置于炉体1外，搅拌装置竖向设置于坩埚正中心。本实用新型对搅拌电机的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，搅拌电机在本实用新型中的作用是连接冷却管3，并带动冷却管3进行旋转，从而搅拌液体，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的搅拌电机均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对搅拌电机的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

本实用新型对升降电机的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，升降电机在本实用新型中的作用是连接搅拌电机，从而驱使冷却管3进行高度调整，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的升降电机均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对升降电机的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

加热件5为热敏电阻，本实用新型对热敏电阻的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，热敏电阻在本实用新型中的作用是提供热源，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的热敏电阻均可用于本实用新型中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对热敏电阻的尺寸、形状和材质进行适应性调整。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种析晶提纯加热炉，其特征在于，所述析晶提纯加热炉包括炉体、顶盖和搅拌装置，所述炉体内套设有坩埚，所述搅拌装置通过顶盖插入至所述坩埚中，所述坩埚的外壁套设有至少一圈加热带，所述炉体内和顶盖内均设置有加热件，所述顶盖开设有至少一个通孔，所述通孔用于通入保护气。

2.根据权利要求1所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述炉体活动连接顶盖。

3.根据权利要求1所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述炉体和坩埚均为U型结构。

4.根据权利要求1所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌电机，所述搅拌电机连接冷却管，所述冷却管内的气体通过搅拌电机进行混合和输送。

5.根据权利要求4所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述搅拌电机还连接有升降电机，用于调整操作高度。

6.根据权利要求5所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述搅拌电机和升降电机均设置于炉体外。

7.根据权利要求1所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述加热件为热敏电阻。

8.根据权利要求1所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述搅拌装置竖向设置于坩埚正中心。

9.根据权利要求1所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述加热带套设在坩埚外壁上，且套设高度和需析晶提纯的物质液面高度相同。

10.根据权利要求1所述的析晶提纯加热炉，其特征在于，所述保护气为氩气或氮气。

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