[發明專利]一種熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410233683.5
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103993335A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 高炳亮;張世鏢;祝浩;王兆文;石忠寧;胡憲偉;于江玉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36;B22D27/04;B22D27/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置，其特征在于由電解槽系統及其下方的澆鑄系統組成；電解槽系統包括電解加熱爐、電解鐵坩堝、石墨坩堝、石墨陽極和電位測試探頭；電解鐵坩堝位于電解加熱爐內，電解鐵坩堝套在石墨坩堝外，石墨坩堝側壁上設有剛玉絕緣襯板；石墨陽極和電位測試探頭插入石墨坩堝內；石墨坩堝的底部設有底口通道和底口旋塞，底口通道穿過電解鐵坩堝并與電解加熱爐底部連通；澆鑄系統包括澆鑄加熱爐、澆鑄鐵坩堝、模具和交流感應線圈；澆鑄鐵坩堝位于澆鑄加熱爐內部；澆鑄鐵坩堝套在模具外；交流感應線圈設在澆鑄鐵坩堝外；澆鑄加熱爐頂部的法蘭蓋上設有氣體進出口和澆鑄通道，澆鑄通道與底口通道連通。

2.根據權利要求1所述的熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置，其特征在于所述的底口通道的側壁上設有石墨內襯；澆鑄通道的側壁上設有石墨內襯。

3.根據權利要求1所述的熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置，其特征在于所述的澆鑄鐵坩堝外壁上設有冷卻水套。

4.根據權利要求1所述的熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置，其特征在于所述的電位測試探頭由工作電極和參比電極組成，兩個電極并排設置；參比電極包括一端封口剛玉管及其內部的銀絲，一端封口剛玉管內還裝有參比熔鹽，一端封口剛玉管的側壁上開設有毛細孔；工作電極由包括單孔剛玉管及其內部的鎢絲；鎢絲和銀絲分別與電壓表的兩極連接。

5.一種熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的方法，其特征在于采用權利要求1所述的裝置，按以下步驟進行：

（1）將陰極母合金和熔鹽電解質加入到石墨坩堝內，通過電解加熱爐升溫將陰極母合金和熔鹽電解質全部加熱至全部熔化，然后繼續加熱至高于全部熔化溫度20~50℃；然后將電解原料加入到石墨坩堝內，使電解原料熔化并與熔鹽電解質混合均勻；

陰極母合金的加入量按熔鹽電解質和電解原料為陰極母合金重量的1.5~2倍；

電解原料的加入量按電解原料占電解原料與熔鹽電解質總重量的4~10%；

（2）將石墨陽極的底面浸入到熔化的熔鹽電解質中，并使石墨陽極的底面低于熔化的熔鹽電解質液面10~20mm；

（3）將裝有參比熔鹽的電位測試探頭插入到熔化的陰極母合金中，參比電極的毛細孔浸沒在熔化的熔鹽電解質中，使參比熔鹽完全熔化，此時電位測試探頭的兩個電極與電壓表連接；所述的參比熔鹽為參比電解質與AgCl混合制成，參比電解質與石墨坩堝內的熔鹽電解質成分相同，AgCl為參比電解質總重量的1±0.1%；

（4）以石墨陽極為陽極，以熔化的陰極母合金為陰極，向兩極通電進行電解，通過觀測電壓表測量兩極的電位控制合金熔體的成分，當電壓表上的示數達到目標值后停止電解，在石墨坩堝底部獲得鋁合金熔體；通過電解加熱爐對鋁合金熔體加熱保持電解時的溫度；

（5）將澆鑄加熱爐抽真空或通入惰性氣體將空氣排出，并將澆鑄加熱爐內溫度加熱至650~750℃；

（6）打開底口旋塞使石墨坩堝通過底口通道與澆鑄通道連通，鋁合金熔體進入模具內部，至全部鋁合金熔體流入模具中并且表面覆蓋有熔鹽電解質；給交流感應線圈通電，對鋁合金熔體施加磁場進行電磁攪拌，攪拌時間為10~20min后停止保溫，并保持電磁攪拌10~20min，鋁合金熔體凝固后獲得鋁合金錠。

6.根據權利要求5所述的熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的方法，其特征在于所述的將鋁合金熔體冷卻至常溫時，向澆鑄鐵坩堝外設置的冷卻水套內通入冷卻水，使鐵坩堝和模具降溫，并使鋁合金熔體加速降溫。

7.根據權利要求5所述的熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的方法，其特征在于所述的電解原料為Li₂O或MgCl₂；當電解原料為Li₂O時，陰極母合金是預計制備的鋁合金中除鋰以外其他金屬元素成分的含量配制；當電解原料為MgCl₂時，陰極母合金是預計制備的鋁合金中除鎂以外其他金屬元素成分的含量配制；所述的熔鹽電解質為LiCl或KCl-CaCl₂-NaCl混合電解質，當熔鹽電解質為KCl-CaCl₂-NaCl混合電解質時，KCl占混合電解質總重量的9.5%，CaCl₂占混合電解質總重量的49.5%，NaCl占混合電解質總重量的41%。

8.根據權利要求5所述的熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的方法，其特征在于所述的陰極母合金是按預計制備的鋁合金中除鋰或鎂以外其他金屬元素成分的含量配制。