專利名稱：基于偏析法的高純鋁提純裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種冶煉技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于偏析法的高純鋁提純
裝置。
背景技術(shù)：
在高純鋁提純進化方面，偏析法較常用的三層液電解法精煉技術(shù)耗能低，環(huán)境污 染小，效率高，成為目前高純鋁提純凈化的主要方法之一。目前工業(yè)應(yīng)用的工藝有幾種，但 其工藝特點和技術(shù)水平不盡相同，其工藝的載體_設(shè)備也各種各樣。 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?6204334. 6，記載了一種"精鋁生 產(chǎn)定向結(jié)晶爐"，該技術(shù)由提純爐，爐壁為保溫材料砌制而成，爐底為耐火材料易散熱復(fù)合 層，加熱方式為電阻加熱，攪拌采用電磁攪拌或機械攪拌。冷卻方式為底部水冷套冷卻，熱 量透過爐底由冷卻水帶走，使得金屬在爐底結(jié)晶凝固，產(chǎn)生定向凝固。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計是定向 凝固偏析法提純的基本形式，存在如下問題1結(jié)晶方式為定向樹枝晶生長，不利于雜質(zhì)元 素的擴散；2爐壁與爐底的材料雖然和鋁不潤濕，但同樣存在雜質(zhì)元素向鋁液中的擴散，限 制了這種結(jié)構(gòu)的提純效率；3固相與液相共存，在攪拌的作用下，不利于雜質(zhì)元素在末端的 聚積。 進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?3230414，記載了一種"偏析法精鋁生產(chǎn)裝置"， 該技術(shù)包括保溫系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、凝固結(jié)晶系統(tǒng)、提升旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)，通過控制冷 卻介質(zhì)的冷卻作用和結(jié)晶溫度來提高提純效率，但是在凝固過程中的晶體生長速度不易控 制，且裝置較為復(fù)雜，達到良好提純效率的整個生產(chǎn)過程的技術(shù)要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于偏析法的高純鋁提純裝置， 本發(fā)明采用非機械方式的電磁場和中心加熱裝置，通過控制熔體流場改善鋁熔體偏析過程 中排出的雜質(zhì)元素的擴散與分布情況，加快溶質(zhì)元素在熔體中的混合擴散，降低固、液界面 前沿的雜質(zhì)濃度，達到提高鋁的提純效率的目的。 本發(fā)明具體是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括內(nèi)加熱裝置、若干個電磁攪 拌器和提純爐體，其中內(nèi)加熱裝置位于提純爐體的中心，電磁攪拌裝器位于提純爐體的四 周。 所述的電磁攪拌器的個數(shù)為偶數(shù)個且對稱設(shè)置于提純爐體的四周。
所述的內(nèi)加熱裝置包括套管、加熱元件和第一固定支架，其中加熱元件位于套
管內(nèi)部，第一固定支架分別與套管和提純爐體固定連接使套管懸置于提純爐體正中。 所述的提純爐體包括石墨坩堝、導(dǎo)熱介質(zhì)、鋼殼、導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層、冷卻器和第二固定
支架，其中石墨坩堝位于鋼殼的內(nèi)部，導(dǎo)熱介質(zhì)位于石墨坩堝與鋼殼之間，導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層與
鋼殼的外側(cè)面接觸連接，冷卻器包覆于導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層的外側(cè)，第二固定支架固定設(shè)置于冷卻
器的底部，所述電磁攪拌裝器具體位于冷卻器的外部四周并接觸連接。
3液倒入石墨坩堝內(nèi)，開啟電磁攪拌器攪拌熔體。凝固開始后給內(nèi)加熱 裝置通電，并緩慢提高電熱元件功率。石墨坩堝經(jīng)水冷卻器強制冷卻，以控制固液界面有穩(wěn) 定合適的溫度梯度。電磁場攪拌熔體，水冷卻裝置強制冷卻以及中心內(nèi)加熱裝置的共同作 用，控制坩堝內(nèi)熔體流場及晶體的凝固過程。待鋁層凝固到一定厚度后，將剩余熔體傾倒出 去，坩堝內(nèi)的固體即為已提純的材料。 本發(fā)明采用非機械方式的電磁場攪拌熔體，無需直接接觸鋁液，減少污染，可在極 短的時間內(nèi)使鋁液攪拌均勻，使熔體中的雜質(zhì)元素分布均勻一致。采用中心加熱裝置，緩慢 提高其功率，控制固液界面保持穩(wěn)定的溫度梯度。在坩堝壁外采用水冷式強制冷卻，提高生 產(chǎn)效益，并通過調(diào)節(jié)坩堝外部導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層的厚度來控制冷卻的強度。在不同生長速度和溫 度梯度下，由于受到電磁攪拌器的功率和頻率以及晶體的生長速度的影響，固相的提純效 果不同。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明俯視圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。 如圖1和圖2所示，本實施例包括內(nèi)加熱裝置1、電磁攪拌器2和提純爐體3，其 中內(nèi)加熱裝置1位于提純爐體3的中心，電磁攪拌裝器位于提純爐體3的四周。
所述的內(nèi)加熱裝置1包括套管4、加熱元件5和第一固定支架6，其中加熱元件 5位于套管4內(nèi)部，第一固定支架6分別與套管4和提純爐體3固定連接使套管4懸置于提 純爐體3正中。 所述的電磁攪拌器2共4個且對稱設(shè)置于提純爐體3的四周，該電磁攪拌器2的 攪拌頻率為0. 5-30Hz。 所述的提純爐體3包括石墨坩堝7、導(dǎo)熱介質(zhì)8、鋼殼9、導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層10、冷卻器11 和第二固定支架12，其中石墨坩堝7位于鋼殼9的內(nèi)部，導(dǎo)熱介質(zhì)8位于石墨坩堝7與鋼 殼9之間，導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層10與鋼殼9的外側(cè)面接觸連接，冷卻器11包覆于導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層10的 外側(cè)，第二固定支架12固定設(shè)置于冷卻器11的底部，所述電磁攪拌裝器具體位于冷卻器11 的外部四周并接觸連接。 所述的導(dǎo)熱介質(zhì)8采用高導(dǎo)熱性石墨粘結(jié)劑； 所述的導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層10采用無機纖維織構(gòu)，其厚度控制在10-50mm ; 所述的冷卻器11內(nèi)設(shè)有冷卻水入口 13以及冷卻水出口 14使得導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層10外
流通冷卻水。在凝固過程中，冷卻水從入口 13進入后，水位不斷上升至冷卻水出口 14流出，
完成冷卻過程。 所述的冷卻水的流通速度每秒0. l-10M3 ;
本實施例通過以下三組方式進行提純
4
1 :當電磁攪拌頻率為lHz，輸入電流為100A時，石墨坩堝7內(nèi)的鋁的生長速度為 2cm/h，鋁的提純效率可以達到70%。 2 :當電磁攪拌頻率為5Hz，輸入電流為150A時，石墨坩堝7內(nèi)的鋁的生長速度為 5cm/h，鋁的提純效率可以達到80%。 3 :當電磁攪拌頻率為10Hz，輸入電流為150A時，石墨坩堝7內(nèi)的鋁的生長速度為 10cm/h，鋁的提純效率可以達到65%。
權(quán)利要求
一種基于偏析法的高純鋁提純裝置，其特征在于包括內(nèi)加熱裝置、若干個電磁攪拌器和提純爐體，其中內(nèi)加熱裝置位于提純爐體的中心，電磁攪拌裝器位于提純爐體的四周；所述的內(nèi)加熱裝置包括套管、加熱元件和第一固定支架，其中加熱元件位于套管內(nèi)部，第一固定支架分別與套管和提純爐體固定連接使套管懸置于提純爐體正中；所述的電磁攪拌器的個數(shù)為偶數(shù)個且對稱設(shè)置于提純爐體的四周。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏析法的高純鋁提純裝置，其特征是，所述的電磁攪拌 器的攪拌頻率為0. 5-30Hz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏析法的高純鋁提純裝置，其特征是，所述的提純爐體 包括石墨坩堝、導(dǎo)熱介質(zhì)、鋼殼、導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層、冷卻器和第二固定支架，其中石墨坩堝位 于鋼殼的內(nèi)部，導(dǎo)熱介質(zhì)位于石墨坩堝與鋼殼之間，導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層與鋼殼的外側(cè)面接觸連接， 冷卻器包覆于導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層的外側(cè)，第二固定支架固定設(shè)置于冷卻器的底部，所述電磁攪拌 裝器具體位于冷卻器的外部四周并接觸連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于偏析法的高純鋁提純裝置，其特征是，所述的導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層采用無機纖維織構(gòu)，其厚度控制在10-50mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏析法的高純鋁提純裝置，其特征是，所述的冷卻器內(nèi) 設(shè)有冷卻水入口以及冷卻水出口使得導(dǎo)熱調(diào)節(jié)層外流通冷卻水。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于偏析法的高純鋁提純裝置，其特征是，所述的冷卻水的 流通速度每秒0. 1-10立方米。
全文摘要
一種金屬提純技術(shù)領(lǐng)域的基于偏析法的高純鋁提純裝置，包括內(nèi)加熱裝置、若干個電磁攪拌器和提純爐體。其中內(nèi)加熱裝置位于提純爐體的中心，電磁攪拌裝器位于提純爐體的四周且均勻分布。本發(fā)明通過控制熔體流場改善鋁熔體偏析過程中排出的雜質(zhì)元素的擴散與分布情況，加快溶質(zhì)元素在熔體中的混合擴散，降低固、液界面前沿的雜質(zhì)濃度，達到提高鋁的提純效率的目的。
文檔編號C22B21/00GK101748291SQ20101030087
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者東青, 孫寶德, 張佼, 戴永兵, 李飛, 王俊, 疏達, 董錦芳, 陳慧, 高海燕 申請人:上海交通大學(xué)