RU2001122115A - Способ очистки алюминия методом сегрегации и устройство для его осуществления - Google Patents

Claims (37)

1. Способ очистки алюминия с помощью сегрегации, имеющий целью образование в результате роста твердой массы, называемой блюмом, очень высокой чистоты из массы жидкого алюминия, называемой маточной жидкостью, причем этот способ осуществляется в устройстве, содержащем огнеупорный тигель, приспособления для нагрева тигля, по меньшей мере одно приспособление для утрамбовывания, приспособления для вертикального перемещения приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания, и приспособления для отделения кристаллов, причем способ включает операцию роста в тигле блюма на дне тигля, которая включает образование кристаллов алюминия путем кристаллизации на по меньшей мере одной поверхности приспособления, называемой зоной кристаллизации, температура которой ниже температуры ликвидуса названной маточной жидкости; отделение кристаллов с помощью приспособления для отделения кристаллов; миграция кристаллов в направлении к дну тигля под действием силы тяжести; накопление кристаллов на верхней поверхности твердой массы; утрамбовывание кристаллов и твердой массы с помощью приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания; частичное повторное расплавление твердой массы в процессе роста с помощью нагревательных приспособлений, отличающийся тем, что измеряют высоту Н блюма во время операции роста и корректируют мощность нагрева Р в зависимости от измеренной высоты Н с целью получения скорости роста высоты, которая уменьшается с течением времени.

2. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что корректирование зависит от разницы между измеренной высотой Н и значением расчетным значением Но, то есть в зависимости от Н-Но, где Но обозначает изменяющееся во времени предусмотренное расчетное значение.

3. Способ очистки по п.1 или 2, отличающийся тем, что высоту Н измеряют с помощью приспособления для утрамбовывания.

4. Способ очистки по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в конце операции роста осуществляют физическое разделение остаточной маточной жидкости и конечного блюма.

5. Способ очистки по п.4, отличающийся тем, что операцию разделения проводят, когда блюм достигает предусмотренной высоты Hf.

6. Способ очистки по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что кристаллы образуются одновременно на внутренней стенке тигля и на части приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания.

7. Способ очистки по п.6, отличающийся тем, что для образования кристаллов на приспособлении или каждом из приспособлений для утрамбовывания, часть приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания попеременно погружают и выводят таким образом, чтобы достичь охлаждения части приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания, называемой зоной кристаллизации, до температуры более низкой, чем температура ликвидуса маточной жидкости во время выхода и образования кристаллов в названной зоне во время погружения.

8. Способ очистки по п.7, отличающийся тем, что время погружения Те указанной части приспособления для утрамбовывания больше времени погружения Ti указанной части.

9. Способ очистки по п.7 или 8, отличающийся тем, что названное утрамбовывание включает приложение давления к твердой массе с помощью приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания и поддержания этого давления в течение периода времени Tc, которое в значительной степени близко к времени погружения Ti.

10. Способ очистки по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что отделение кристаллов на тигле и на приспособлении или каждом из приспособлений для утрамбовывания производится в погруженном положении приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания.

11. Способ очистки по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что отделение кристаллов на приспособлении или каждом из приспособлений для утрамбовывания осуществляют в процессе погружения приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания.

12. Способ очистки по любому из пп.7-11, отличающийся тем, что миграция кристаллов по направлению к дну тигля происходит во время периода погружения Те приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания.

13. Способ очистки по любому из пп.7-11, отличающийся тем, что размеры приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания и размеры тигля таковы, что, когда приспособление или каждое из приспособлений для утрамбовывания погружено, свободная поверхность жидкого алюминия поднимается в такой степени, что он в значительной степени покрывает всю поверхность зоны кристаллизации на внутренней стенке тигля, а также таковы, что, когда приспособление или каждое из приспособлений для утрамбовывания выведено, свободная поверхность жидкого алюминия опускается в такой степени, что верхняя часть образовавшейся в названной зоне кольцевой периферии кристаллов по крайней мере частично выходит из жидкого металла и что эти кристаллы могут быть отделены без проникновения в жидкий металл приспособлений для отделения кристаллов.

14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что он включает операцию отпиливания основания и/или головки необработанного блюма.

15. Устройство для очистки алюминия сегрегацией, подходящее для образования путем роста массы твердого алюминия, называемой блюмом, очень высокой чистоты из массы жидкого алюминия, называемой маточной жидкостью, содержащее огнеупорный тигель, печь, оборудованную приспособлениями для нагрева тигля, приспособления для образования кристаллов частичной кристаллизацией на специальных поверхностях, называемых зонами кристаллизации, приспособления для отделения кристаллов, по меньшей мере одно приспособление для утрамбовывания кристаллов и блюма, приспособления для вертикального перемещения приспособления или каждого приспособления для утрамбовывания и приспособления, обеспечивающие повторное расплавление блюма путем нагрева в процессе роста, отличающееся тем, что оно содержит приспособления для измерения высоты Н твердой массы, и приспособления для управления мощностью нагрева в зависимости от измеренной высоты Н таким образом, чтобы достичь скорости роста высоты, которая уменьшается в течение времени.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что приспособление или каждое из приспособлений для утрамбовывания (12) содержит стержень (9) и жестко связанную с ним трамбовочную насадку (10), приспособления для образования кристаллов частичной кристаллизацией одновременно на стержне (9) и на внутренней стенке тигля (26) в зонах (29, 29а), называемых зонами кристаллизации, приспособления (13, 14) для отделения кристаллов от стержня и внутренней стенки, причем существует свободное пространство (28) между насадкой (10) и внутренней стенкой (26) тигля, достаточное для обеспечения прохода кристаллов, отделенных приспособлениями для отделения кристаллов, во время миграции кристаллов к нижней части тигля под действием силы тяжести.

17. Устройство по п.15 или 16, отличающееся тем, что мощностью нагрева Р управляют в зависимости от разности между Н и Но, где Но является меняющейся во времени предусмотренной расчетной величиной.

18. Устройство по любому из пп.15-17, отличающееся тем, что оно снабжено единственным приспособлением для утрамбовывания.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что оно содержит приспособление для измерения высоты Н массы, утрамбованной с помощью приспособления для утрамбовывания.

20. Устройство по любому из пп.16-19, отличающееся тем, что приспособления для образования кристаллов используют понижение температуры внутренней стенки за счет эффекта отвода тепла таким образом, чтобы инициировать образование кристаллов в зоне кристаллизации на внутренней стенке.

21. Устройство по любому из пп.16-19, отличающееся тем, что приспособления для образования кристаллов используют охлаждение стержня путем излучения и/или конвекции, когда он выведен, в результате чего происходит образование кристаллов в зоне кристаллизации на стержне в погруженном состоянии.

22. Устройство по любому из пп.16-21, отличающееся тем, что свободное пространство (28) между насадкой и внутренней стенкой тигля образовано расстоянием между периферией насадки и стенкой, которое является практически постоянным и большим или равным 30 мм, предпочтительно от 50 до 100 мм.

23. Устройство по любому из пп.16-22, отличающееся тем, что стержень (9) и насадка (10) полностью или частично выполнены из графита.

24. Устройство по любому из пп.16-23, отличающееся тем, что стержень (9) защищен от окисления и истирания.

25. Устройство по любому из пп.16-23, отличающееся тем, что стержень полностью или частично состоит из графита, обработанного против окисления на воздухе пропиткой соединением такого типа как фосфат алюминия или цинка, фосфорная кислота или их смесь или борная кислота.

26. Устройство по любому из пп.16-23, отличающееся тем, что поверхностную зону стержня пропитывают противоизносным соединением такого типа как SiC.

27. Устройство по любому из пп.16-23, отличающееся тем, что стержень покрыт футеровкой или защитным покрытием из керамики, позволяющими избежать окисления или истирания стержня, такого типа как покрытие из карбида кремния или алюминия.

28. Устройство по любому из пп.16-27, отличающееся тем, что верхняя часть (27) насадки (10) имеет форму усеченного конуса.

29. Устройство по любому из пп.16-28, отличающееся тем, что насадка (10) оборудована системой каналов (11) между нижней поверхностью, называемой поверхностью уплотнения (15), и верхней поверхностью (27) насадки.

30. Устройство по любому из пп.16-28, отличающееся тем, что насадка (10) и стержень (9) представляют собой две отдельные, хотя и соединенные между собой детали и теплопроводность стыка между двумя деталями мала, т.е. по меньшей мере в 10 раз меньше теплопроводности стержня, в результате чего между стержнем и насадкой возникает по крайней мере частичный тепловой разрыв.

31. Устройство по любому из пп.16-30, отличающееся тем, что размеры приспособления или каждого из приспособлений для утрамбовывания и тигля таковы, что, когда приспособление или каждое из приспособлений для утрамбовывания находится в нижнем положении, свободная поверхность жидкого алюминия поднимается в такой степени, что она в значительной мере покрывает всю зону кристаллизации на внутренней стенке тигля, а когда приспособление или каждое из приспособлений для утрамбовывания переводится в верхнее положение, свободная поверхность жидкого алюминия опускается в такой степени, что верхняя часть кольцевой периферии кристаллов, образовавшейся в названной выше зоне, по крайней мере частично поднимается над жидким металлом и что кристаллы могут быть отделены без проникновения в жидкий металл приспособлений для отделения кристаллов.

32. Устройство по любому из пп.16-31, отличающееся тем, что оно содержит приспособления, служащие для того, чтобы операция отделения кристаллов производилась на стержне, когда приспособление или каждое из приспособлений для утрамбовывания находится в состоянии подъема, и на поверхности тигля, когда приспособление или каждое из приспособлений для утрамбовывания находится в верхнем положении.

33. Устройство по любому из пп.16-32, отличающееся тем, что тигель (2) обладает цилиндрической симметрией относительно оси С, называемой осью вращения, что устройство содержит приспособления (17), приводящие тигель во вращение относительно оси вращения С; и что соскабливание по всему периметру зоны кристаллизации (29) на тигле осуществляется комбинированным действием возвратно-поступательных вертикальных движений приспособления для отделения кристаллов (14) и вращения названного тигля.

34. Устройство по любому из пп.16-33, отличающееся тем, что тигель (2) заключен в стальной корпус (3), с бортиком (30), в то время как корпус (3) установлен на наклонных валках (18), имеющих форму усеченного конуса, через посредство пластины (16), поддерживающей блок тигель/корпус.

35. Устройство по любому из пп.16-34, отличающееся тем, что между тиглем и нагревательными приспособлениями верхней части печи установлен тепловой экран.

36. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что осуществляют ультраочистку алюминия с чистотой по крайней мере 99,97% до алюминия с чистотой не менее 99,999%.

37. Устройство по любому из пп.15-35, отличающееся тем, что осуществляют ультраочистку алюминия с чистотой по крайней мере 99,97% до алюминия с чистотой не менее 99,999%.