[發(fā)明專(zhuān)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410233683.5
• 申請(qǐng)日: 2014-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103993335A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高炳亮;張世鏢;祝浩;王兆文;石忠寧;胡憲偉;于江玉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25C3/36
• 分類(lèi)號(hào): C25C3/36;B22D27/04;B22D27/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電解冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置及方法。

背景技術(shù)

鋁鋰合金具有比重輕、強(qiáng)度與彈性模量高、抗腐蝕、耐高溫和超低溫以及高比剛強(qiáng)度等一系列優(yōu)點(diǎn)從而廣泛應(yīng)用于航空航天及國(guó)防太空等領(lǐng)域。鋁鎂合金具有質(zhì)量輕、散熱性較好、抗壓性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、包裝、船舶等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)生產(chǎn)鋁合金主要采用對(duì)摻法，這種方法是將鋁和高純度金屬按照一定配比一起熔煉，鑄成鋁合金。此工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備復(fù)雜、活潑金屬的回收率較低，而且由于金屬之間的密度及熔點(diǎn)差別較大，很難制取成分均勻的鋁合金。鑒于傳統(tǒng)制備鋁合金方法存在的缺點(diǎn)，研究者開(kāi)始探索其它的一些更好的制備鋁合金的方法。其中熔鹽電解制備鋁合金為最具有代表性的方法之一。

與對(duì)摻法相比，熔鹽電解法制取鋁合金，具有減少輕金屬二次熔鑄的氧化損失，工藝穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。以鋁鋰合金為例，在工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用中，對(duì)鋁鋰合金的純度要求較高，要求堿金屬鈉、鉀的含量小于5ppm，鈣的含量小于10ppm。商業(yè)應(yīng)用中的商品鋰純度為99.9%左右，含鈉、鈣大約200ppm，鉀約100ppm。使用這樣的鋰產(chǎn)品經(jīng)對(duì)摻法很難制取符合要求的鋁鋰合金。若需經(jīng)對(duì)摻法制取符合要求的鋁鋰合金，需要對(duì)原料金屬鋰進(jìn)一步提純，這樣使得制取的鋁鋰合金的成本大大提高。

熔鹽電解法是制取鋁合金較理想的方法之一，在電解制取鋁合金過(guò)程中一般以金屬鋁或鋁合金為陰極，通過(guò)電解金屬化合物在陰極還原析出金屬，通過(guò)擴(kuò)散和陰極金屬鋁或鋁合金形成鋁合金；例如，徐君莉等以L(fǎng)iCl-KCl為電解質(zhì)體系，固態(tài)Al為陰極，采用熔鹽電解法直接制取了Al-Li母合金；李繼東等在LiCl-LiF-Li₂CO₃純鋰鹽體系中，以L(fǎng)i₂CO₃為原料，通過(guò)電解制備了鋁鋰中間合金；日本住友輕金屬公司以Al-Cu合金為陰極，在LiCl-KCl熔鹽體系中通過(guò)電解制取了Al-Cu-Li母合金；楊少華等在BaF₂-LiF-MgF₂-MgO熔鹽體系中，以MgO為原料，通過(guò)電解制備了Al-Mg母合金；可見(jiàn)通過(guò)熔鹽電解法制備母合金是可行的，但是熔鹽電解法制取的母合金，還要經(jīng)對(duì)摻法進(jìn)一步熔煉才能得到符合要求的鋁合金；查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)通過(guò)熔鹽電解法一步制備某一牌號(hào)鋁合金的報(bào)道。若想通過(guò)電解法直接制取合格的某一特定牌號(hào)鋁合金，在線(xiàn)檢測(cè)和控制合金成分的技術(shù)是關(guān)鍵，也是目前熔鹽電解法制備鋁合金的難點(diǎn)；由于鋁合金在鑄造過(guò)程中很容易偏析，電解制備鋁合金的鑄造過(guò)程也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有制備特定牌號(hào)鋁合金技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置方法，通過(guò)將能夠在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的電解裝置與澆鑄系統(tǒng)進(jìn)行組合，根據(jù)需要制備的合金，以相應(yīng)的合金組分作為陰極，采用LiCl或KCl-CaCl₂-NaCl作為熔鹽電解質(zhì)，采用Li₂O或MgCl₂作為電解原料，控制熔鹽電解質(zhì)的溫度及在線(xiàn)檢測(cè)電位，制成鋁合金熔體，通過(guò)控制澆鑄條件制成特定牌號(hào)的鋁合金鑄錠。

本發(fā)明的熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置由電解槽系統(tǒng)及其下方的澆鑄系統(tǒng)組成；電解槽系統(tǒng)包括電解加熱爐、電解鐵坩堝、石墨坩堝、石墨陽(yáng)極和電位測(cè)試探頭；電解鐵坩堝位于電解加熱爐內(nèi)，電解鐵坩堝套在石墨坩堝外，石墨坩堝側(cè)壁上設(shè)有剛玉絕緣襯板；石墨陽(yáng)極和電位測(cè)試探頭插入石墨坩堝內(nèi)；石墨坩堝的底部設(shè)有底口通道和底口旋塞，底口通道穿過(guò)電解鐵坩堝并與電解加熱爐底部連通；澆鑄系統(tǒng)包括澆鑄加熱爐、澆鑄鐵坩堝、模具和交流感應(yīng)線(xiàn)圈；澆鑄鐵坩堝位于澆鑄加熱爐內(nèi)部；澆鑄鐵坩堝套在模具外；交流感應(yīng)線(xiàn)圈設(shè)在澆鑄鐵坩堝外；澆鑄加熱爐頂部的法蘭蓋上設(shè)有氣體進(jìn)出口和澆鑄通道，澆鑄通道與底口通道連通。

上述裝置中，電位測(cè)試探頭由工作電極和參比電極組成，兩個(gè)電極并排設(shè)置；參比電極包括一端封口剛玉管及其內(nèi)部的銀絲，一端封口剛玉管內(nèi)還裝有參比熔鹽，一端封口剛玉管的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有毛細(xì)孔；工作電極由包括單孔剛玉管及其內(nèi)部的鎢絲；鎢絲和銀絲分別與電壓表的兩極連接。

上述裝置中，澆鑄通道與底口通道之間密封連接。

上述裝置中，底口通道的側(cè)壁上設(shè)有石墨內(nèi)襯。

上述裝置中，澆鑄通道的側(cè)壁上設(shè)有石墨內(nèi)襯。

上述裝置中，底口旋塞通過(guò)螺紋與底口通道連接，底口旋塞上固定有旋塞導(dǎo)桿用于轉(zhuǎn)動(dòng)底口旋塞。

上述裝置中，電解鐵坩堝上固定有坩堝導(dǎo)桿用于升降電解鐵坩堝并作為陰極導(dǎo)線(xiàn)。