[發明專利]一種高純鋁的提純裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201410453657.3
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104232932A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 何天明
• 申請（專利權）人: 東莞市長安東陽光鋁業研發有限公司
• 主分類號: C22B21/00
• 分類號: C22B21/00;C22B9/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊晞

技術領域

本發明涉及一種鑄造冶金技術領域的裝置，特別涉及一種高純鋁的提純裝置，本發明還涉及該種提純裝置的使用方法。

技術背景

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對鋁的純度要求很高，一般需要使用5N至6N的高純鋁。目前世界各國對鋁的提純，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。

目前常規偏析法生產高純鋁技術，熔煉與結晶在同一個爐中進行，且一般都在真空條件下進行，抽真空、換氣及熔煉時間在4～6h才能開始結晶，在真空條件下，凝固末端時，雜質富集的殘余熔體不能直接導出，需繼續結晶至完全凝固，延長了工藝時間；在真空條件下，凝固完成后，爐內充氣、開爐等所需時間不少于1h；同時，熔煉-結晶一體爐的單爐熔量都較小，結晶過程不能連續進行，生產效率較低。通過檢索發現，中國專利文獻CN101748281B發明了一種“高純鋁真空提純裝置”，該裝置以4N高純鋁為原料，采用真空條件下感應加熱熔煉，加電磁攪拌，向下長晶方式的定向凝固技術對原料進行提純。該方法的電磁攪拌系統作用于整個爐體，可在極短的時間內使溶液的溫度均勻，促進偏析過程排出的雜質元素的擴散與分散，降低液固界面前沿熔體中溶質的濃度，從而控制凝固過程，提高提純效率。但該裝置為真空條件下熔煉，設備成本較高、生產效率較低；該裝置集熔煉、凝固于一體，不利于規模化工業生產；同時，該裝置中電磁攪拌與感應線圈位置重疊，感應線圈產生的磁場對電磁攪拌器磁場干擾較大，難以對液固界面進行均勻、有效的攪拌，其排雜效果也有待提高。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種高純度鋁提純裝置，以鋁熔體為原料，利用電阻加熱進行加熱保溫，電磁攪拌控制生長界面熔體的流場，促進偏析過程排出的雜質元素的擴散與分散，降低結晶過程中液固界面前沿熔體中雜質的濃度，從而控制凝固過程，提高提純效率。

為達到上述目的，本發明提出了如下技術方案：

本發明的技術方案提供了一種高純鋁的提純裝置，包括爐體、加熱裝置、凝固裝置、電磁攪拌裝置、下引機構和固定支架。其中：加熱裝置固定于固定支架上并位于隔熱裝置內側，凝固裝置位于爐體的下方并與爐體同軸連接，電磁攪拌裝置與凝固裝置水平放置并同軸固定，下引機構位于爐體的底部并與凝固裝置的下端相連；所述的凝固裝置包括：脹縮式抱緊結晶器、水平結晶器和高純鋁盤，其中：脹縮式抱緊結晶器為兩半式結構，固定設置于水平結晶器外部，水平結晶器與高純鋁盤通過螺紋固定連接為一體，與坩堝同軸固定設置于坩堝的下端，高純鋁盤與坩堝直接相連；所述的加熱裝置為加熱電阻絲，且采用多段獨立控制輸出功率。

根據上述技術方案提供的設備，所述的爐體包括：爐殼、隔熱裝置、坩堝，其中隔熱裝置位于爐殼和加熱裝置之間，并包圍在坩堝的周圍。

根據上述技術方案提供的設備，所述的爐殼包括：爐蓋、爐蓋啟合裝置、觀察窗。其中爐蓋啟合裝置位于爐殼的左上角爐蓋和爐體交接處，觀察窗位于爐蓋上并呈小長方形。

根據上述技術方案提供的設備，坩堝呈上大下小的無底圓筒型，置于加熱電阻絲內并與凝固裝置同軸相連。

根據上述技術方案提供的設備，所述的下引機構包括：傳動絲桿、電機和下引傳動連桿，其中：下引傳動連桿上端與水平結晶器固定連接，下端通過電機與傳動絲桿相連，傳動絲桿固定于固定支架上。

一種的高純鋁提純裝置的使用方法，包括以下步驟：備爐，上升下引機構至高純鋁盤與坩堝接觸，開啟加熱裝置爐溫升至700～760℃后保溫；偏析，開啟爐蓋，將熔化處理后的鋁熔體注入本裝置中后關閉爐蓋，加熱至700～760℃后保溫0.5h，開啟電磁攪拌器，啟動凝固裝置和下引機構，晶體生長至所需高度時，開啟導液閥，將頂層殘余鋁液全部排出；關閉電源，待鋁錠下引脫離脹縮式抱緊結晶器后，取出凝固提純后的晶體。

根據上述技術方案提供的方法，步驟2)中下引機構的下引速率為10～30cm/h。

本發明的有益效果在于：