[發明專利]定向凝固提純高純鋁的方法及其熔煉爐

有效

• 申請號: 201110224938.8
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102277505A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 洪濤;努力古·依明
• 申請（專利權）人: 新疆眾和股份有限公司
• 主分類號: C22B21/06
• 分類號: C22B21/06;C22B9/02
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標事務所 65105
• 代理人: 周星瑩;湯建武

技術領域

本發明涉及高純鋁冶煉提純裝置技術領域，是一種定向凝固提純高純鋁的方法及其熔煉爐，特別是一種定向凝固提純5N至6N的高純鋁的方法及其熔煉爐。

背景技術

在電子工業領域，尤其是在光電子存儲媒體、半導體器件、超導電纜等高技術領域需要使用5N至6N的高純鋁。高純鋁的純度表示方法有兩種，一種是直接寫出鋁含量或行業標準牌號，如99.95%、99.99%、AL99.993A%等；一種是用“數字+N”或“數字+N+數字”表示，如4N表示99.99%，4N6表示99.996%等。一般在沒有說明具體的檢測元素時，鋁含量以中國有色金屬行業標準“重熔用精鋁錠YS／T665至2009”中的規定為準。目前世界各國大多采用三層液電解精煉法、偏析原理提純法、有機溶液電解法等來制備各種純度的高純或高純鋁。先進的三層液電解法提取鋁的純度基本在4N至4N8之間，但電耗一般在13000kwh/t以上，是偏析法的4至5倍左右，成本降低已經很困難，同時在電解過程中產生氟化氫、一氧化碳、二氧化硫等有害氣體及廢電解液嚴重污染環境；有機溶液電解法由于能耗高，產量低，工藝復雜，一般用于7N以上純度超高純鋁的少量制取，不適合工業化生產。偏析原理提純法屬于物理提純方法，根據原料、工藝和設備的不同可以用來制備3N5%至6N%純度的高純鋁，具有能耗低、勞動強度小、無化學反應污染,使用越來越廣泛。

鋁的偏析原理提純法有多種實現方式，目前主要有分布結晶法、區域熔煉法、定向凝固法。分布結晶法在國外已經大量工業化使用，提純效果取決于原鋁的純度，一般使用99.5%至99.95%的鋁原料經提純可獲得3N5至4N5的高純鋁，但生產效率低，并且殘留鋁液對已提純的鋁存在污染，工藝和設備復雜，提純效果有限；區域熔煉法能夠獲得5N5至6N的高純鋁，主要用于將三層液法或其他偏析法高純鋁進一步提純，設備復雜，效率低下，能耗較高，不適合工業化生產。定向凝固法具有能耗低、提純鋁和實收率較高的優點，適于大批量生產4N至6N的高純鋁，設備和工藝也相對簡單，是高純鋁提純技術的主要研究發展方向。定向凝固法還可以分為冷卻管凝固法、底部冷卻法、側壁冷卻法、上部提升凝固法、橫向凝固法等。現有的公開文獻中已經有對上述定向凝固法的技術資料介紹，但其檢測的元素個數較少，質量水平低，且工藝復雜，尺寸小，產量低，難于實現大規模量產。目前，使用定向凝固法生產高純鋁的核心技術問題是如何改進、優化結晶方式，提高產品質量同時保持較好的提純效果和較高的生產效率。在行業內，使用定向凝固法實現批量生產5N至6N高純鋁的工藝方法和設備均屬于商業秘密，國內外未見有關具體報導。

發明內容

本發明提供了一種定向凝固提純高純鋁的方法及其熔煉爐，克服了上述現有技術之不足，并能夠得到5N至6N的高純鋁,有效解決高純鋁產品的提純效果及效率低、能耗高、成本大等諸多問題，其具有能耗低、處理量大、效率高、產品純度高的優點，可用于大批量生產高純鋁。

本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的：一種定向凝固提純高純鋁的方法，其按以下步驟進行：

第一步，選料，選用純度4N至5N的鋁原料，并對上述鋁原料的表面進行物理清潔；

第二步，熔煉，將第一步中準備好的鋁原料放入熔煉爐提純容器內，將鋁原料加熱到670℃至730℃，使鋁原料取全部熔化，得到鋁液體；

第三步，凝固提純，將第二步所得的鋁液體在670℃至730℃下靜置7分鐘至80分鐘；然后對熔煉爐爐底實施冷卻，對鋁液體實施加熱，使鋁液體的溫度從結晶面向上由低到高控制在660℃至700℃范圍內，從爐底向上結晶，1小時至8小時后得到結晶錠，結晶過程中將攪拌槳預熱烘干后置于鋁液體中實施旋轉攪拌或/和實施電磁攪拌；

第四步，獲得成品，根據純度需求的不同，從結晶錠的尾部去除厚度的15%至70%部分，能夠得到5N至6N的高純鋁。

下面是對上述發明技術方案之一的進一步優化或/和改進：

上述攪拌器的攪拌槳通過旋轉方式進行攪拌。

上述攪拌器的攪拌槳與凝固界面之間的距離控制在10毫米至50毫米；在上述第一步中的高純鋁原料物理清潔后去除高純鋁原料表面的氧化膜；上述加熱通過加熱裝置進行；上述攪拌還可通過電磁攪拌裝置進行電磁攪拌。

本發明在凝固提純過程中，采用了分段加熱裝置和冷卻裝置，控制凝固界面處熔體的溫度。