CN2880850Y - 一种直接从铝矿中提炼铝的真空炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种直接从铝矿中提炼铝的真空炉，是一种真空冶金设备，其包括升华器1、炉壳2、气体喷头3、石墨坩埚4、石墨冷凝盘5、炉盖8、以及石墨发热体10、发热体底座12、水冷电极13等部分组成。升华装置1通过法兰及连杆连接在炉体底盖14上，真空炉炉壳2通过法兰连接在炉体底盖14上，气体喷头3倒扣在石墨坩埚4内部的凸起部分，四个冷凝盘组成的冷凝部分5放置在石墨坩埚4上，石墨发热体10放置在发热体底座12上，石墨保温套11通过其底座放置在发热体底座12上。本实用新型具有温度控制准确、真空度高的特点。
Description
一、技术领域：真空冶金设备
二、背景技术：
在专利U.S 734,480中公开了一套常压下用低价氯化物分解，分别从氧化铝和铝合金中炼铝的设备，该套设备是由反应室、低价氯化铝分解室和氯化铝冷凝室构成的三室连通的设备，反应室的壁为很厚的保温层，而低价氯化铝分解室的壁为导热性好的陶瓷材料。反应室的底部和顶部设有水冷电极，在顶部水冷电极上打了一个轴向的洞，便于从AlCl3升华装置中出来的AlCl3气体通过气体引入管及洞进入反应室。磨得很细的混合均匀的高沸点原料碳和氧化铝置于容器中，通过螺旋进料器进入反应室中，与AlCl3气体在1900℃的高温下发生反应。主反应方程式为 ，所得到的反应气体主要为AlCl、CO和未反应的AlCl3，这些气体通过气体通道进入低价氯化铝分解室，分解室的温度有鼓风机控制在250℃左右，在该室中发生分解反应 ，所得到的金属铝固体冷凝在分解室的内壁上，定期通过电阻丝加热使它变为液体后，从金属铝出口放出。未凝性气体AlCl3和CO通过管道进入AlCl3冷凝室，AlCl3得到冷凝，并通过排放斜口放出。CO被泵抽走。反应室中未反应的物质定期从排渣口排走。从该设备的结构来看最大的问题是低沸点原料AlCl3经过升华得到的气体通过设于反应室顶盖的水冷石墨电极进入反应室的部分，在电极的水冷部分低沸点原料AlCl3气体很容易就冷凝在导管的内壁，时间一长，就堵塞了管道，使低沸点原料AlCl3气体无法进入反应室，反应就无法进行，出现死炉情况。
三、发明内容
本设计的目的是设计一种直接从铝矿中提炼铝的真空炉，包括升华器、石墨坩埚、石墨冷凝盘，石墨发热体等部分，工作时炉内能够形成一个温度在1000℃～2000℃范围内的高温区、一个温度在850℃～50℃的低温区，以及温度在室温～800℃的升华区的真空炉，具备温度控制准确、真空度高的特点。
本实用新型是通过以下的技术方案来实现的。
图1为本设计的组成结构图，其包括升华器1、炉壳2、气体喷头3、石墨坩埚4、石墨冷凝盘5、冷却水出口管6、炉盖热电偶锥套7、炉盖8、炉壳热电偶锥套9、石墨发热体10、石墨保温套11、发热体底座12、水冷电极13、炉体底盖14、气体引入管15、插温度计口16、升华装置的加热套17。升华装置1通过法兰及连杆连接在炉体底盖14上，真空炉炉壳2通过法兰连接在炉体底盖14上，气体喷头3倒扣在石墨坩埚4内部的凸起部分，四个冷凝盘组成的冷凝部分5放置在石墨坩埚4上，冷却水出口6焊在真空炉炉壳2的上部，炉盖热电偶锥套7焊在炉盖8上其中心线与炉子中心线重合，炉盖8用法兰连接在真空炉炉壳2上，炉壳热电偶锥套9焊在真空炉炉壳2的一侧，其中心线高度与最下层冷凝盘中部的孔同高，石墨发热体10放置在发热体底座12上，石墨保温套11通过其底座放置在发热体底座12上，两者之间用绝缘材料相隔，发热体底座12靠两个螺帽固定在水冷电极的顶部，水冷电极13靠两个螺帽固定在炉体底盖14上，气体引入管15上部靠螺纹与石墨坩埚4相连，下部插入炉体底盖14上，插温度计口16焊接在升华装置1的侧面中部，加热套17套在升华装置1的外围。
在冶炼过程中，高沸点原料盛放在坩埚中，低沸点原料放在低沸点物升华器中，通过水冷电极13将外界的电流引到真空炉中发热体底座上，导致置于发热体底座上的发热体发热，发热体中心的坩埚温度迅速上升，由于发热体外围设置了多层保温层，因此此坩埚内的温度是整个真空炉内温度最高的部分，形成了该真空炉的高温区，当高温区达到预定温度时通过低沸点物料升华装置外的加热套给升华装置内的低沸点原料升温，如此低沸点原料通过升华进入高温区与置于高温区的物料反应，产生的金属气体进入低温区得到冷凝。在整个过程中用真空泵抽真空，该真空炉的密封性好，真空度可达到0.5Pa。
本设计具备以下的特点：
1、在真空炉中能够产生三个温度区，该三个区域为：高温区、冷凝区、升华区，其中高温区的温度可以达到2000℃，铝土矿与焦炭、三氯化铝的反应在此区域发生；冷凝区的温度在850℃～50℃之间，在此区域可以让从坩埚而来的金属气体及低沸点物依据凝固点不同得到冷凝，便于收集；而升华区的温度在室温～800℃之间；实现了一个设备有三个温度区，而且三个温度区的温度能够实现独立控制。
2、设备结构简单，加工精度要求不高，造价低。
3、操作方便，每次实验完毕，只要依次打开炉盖，取下各级冷凝盘，可从冷凝盘上得到金属，接着取出坩埚，可将坩埚中的反应残渣取出，如果开始新的实验，可按相反的次序安装好设备，将低沸点反应原料通过气体引入管加到升华装置中，通过螺纹连接将装好料的坩埚连到气体引入管上，接着将各级冷凝盘放到坩埚上，将炉盖盖上，抽真空，加热进行反应，直到反应结束。
四、附图说明：
图1为本实用新型的主剖视图，图中1是升华器、2是炉壳、3是气体喷头、4是石墨坩埚、5是石墨冷凝盘、6是冷却水出口管、7是炉盖热电偶锥套、8是炉盖、9是炉壳热电偶锥套、10是石墨发热体、11是石墨保温套、12是发热体底座、13是水冷电极、14是炉体底盖、15是气体引入管、16是插温度计口、17是升华装置的加热套。
五、具体实施方式：结合实施例给出具体设计参数。
处理原料为工业氧化铝及低沸点AlCl3，如图1所示，本实施例包括升华器1、炉壳2、气体喷头3、石墨坩埚4、石墨冷凝盘5、冷却水出口管6、炉盖热电偶锥套7、炉盖8、炉壳热电偶锥套9、石墨发热体10、石墨保温套11、发热体底座12、水冷电极13、炉体底盖14、气体引入管15、插温度计口16、升华装置的加热套17。升华装置1通过法兰及连杆连接在炉体底盖14上，真空炉炉壳2通过法兰连接在炉体底盖14上，气体喷头3倒扣在石墨坩埚4内部的凸起部分，四个冷凝盘组成的冷凝部分5放置在石墨坩埚4上，冷却水出口6焊在真空炉炉壳2的上部，炉盖热电偶锥套7焊在炉盖8上其中心线与炉子中心线重合，炉盖8用法兰连接在真空炉炉壳2上，炉壳热电偶锥套9焊在真空炉炉壳2的一侧，其中心线高度与最下层冷凝盘中部的孔同高，石墨发热体10放置在发热体底座12上，石墨保温套11通过其底座放置在发热体底座12上，两者之间用绝缘材料相隔，发热体底座12靠两个螺帽固定在水冷电极的顶部，水冷电极13靠两个螺帽固定在炉体底盖14上，气体引入管15上部靠螺纹与石墨坩埚4相连，下部插入炉体底盖14上，插温度计口16焊接在升华装置1的侧面中部，加热套17套在升华装置1的外围。
具体设计参数：
1、处理量：工业氧化铝原料：3kg/批，低沸点AlCl3原料量：2kg/批；
2、炉子尺寸：炉高为1000mm，内直径500mm；
3、升华器1内直径为100mm；
4、石墨坩埚4内直径为105mm；
5、石墨冷凝盘5内直径为130mm；
6、电功率为30KW。
Claims (1)
1、一种直接从铝矿中提炼铝的真空炉，其特征在于：其包括升华器(1)、炉壳(2)、气体喷头(3)、石墨坩埚(4)、石墨冷凝盘(5)、冷却水出口管(6)、炉盖热电偶锥套(7)、炉盖(8)、炉壳热电偶锥套(9)、石墨发热体(10)、石墨保温套(11)、发热体底座(12)、水冷电极(13)、炉体底盖(14)、气体引入管(15)、插温度计口(16)、升华器的加热套(17)，升华器(1)通过法兰及连杆连接在炉体底盖(14)上，真空炉炉壳(2)通过法兰连接在炉体底盖(14)上，气体喷头(3)倒扣在石墨坩埚(4)内部的凸起部分，四个冷凝盘组成的冷凝部分(5)放置在石墨坩埚(4)上，冷却水出口(6)焊在真空炉炉壳(2)的上部，炉盖热电偶锥套(7)焊在炉盖(8)上其中心线与炉子中心线重合，炉盖用法兰连接在真空炉炉壳上，炉壳热电偶锥套(9)焊在真空炉炉壳的一侧，其中心线高度与最下层冷凝盘中部的孔同高，石墨发热体(10)放置在发热体底座(12)上，石墨保温套(11)通过其底座放置在发热体底座(12)上，两者之间用绝缘材料相隔，发热体底座(12)靠两个螺帽固定在水冷电极的顶部，水冷电极(13)靠两个螺帽固定在炉体底盖(14)上，气体引入管(15)上部靠螺纹与石墨坩埚(4)相连，下部插入炉体底盖(14)上，插温度计口(16)焊接在升华器的侧面中部，加热套17套在升华器(1)的外围。
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