[發明專利]一種用于制備超高純鋁的爐膽裝置和方法

有效

• 申請號: 201410454924.9
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104263969A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 趙玉濤;梁向鋒;賈志宏;張力
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22B21/06
• 分類號: C22B21/06;C22B9/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于金屬提純技術領域，涉及一種在氬氣保護的定向凝固制備超高純鋁的的爐膽裝置和方法。

技術背景

??利用偏析法提取超高純鋁在現有技術中已經較為普遍的應用，中國專利文獻號CN101191160記載了一種“高純鋁提取裝置”，在該裝置是根據偏析理論，利用上提拉的方法，在該專利中提到了一種用于提取高純鋁的爐膽結構，該結構只有金屬外殼和石墨坩堝組成，爐膽上蓋沒有任何特殊說明，這樣一種結構存在一定的缺點，若金屬外殼太薄，不足以承載坩堝和鋁錠的重量，容易發生坩堝炸裂，鋁液泄露的危險；若金屬外殼太厚，鋁液從上往下逐漸凝固，但由于散熱條件的限制，鋁液仍處于高溫狀態，熱量很難透過金屬外殼散失，導致冷卻效果差，提純效果差，生產周期長。

??對現已公布的專利檢索發現，中國專利文獻號CN101696472A記載了一種“超高純鋁提純方法”，?該技術是將原料精鋁裝入提純爐中，抽真空，并用燃氣爐加熱熔化；再將提純爐移入結晶爐中，提純爐中鋁液在結晶爐加熱器內旋轉運動，通過控制結晶爐的散熱量，達到提純效果；該專利中提到了一種真空提純爐，但沒有具體說明該提純爐的密封方法以及提純爐的內部結構，不同的提純爐結構會直接影響高純鋁的提純效果。

??進一步檢索發現，中國專利文獻號CN101748281記載了一種“高純鋁真空提純裝置”，該裝置將加熱裝置、攪拌裝置和絕熱裝置都置于真空環境中，并根據定向凝固原理，采用下引法生長方式，制備高純鋁，該發明雖然結構合理，但真空爐的空間大，為達到生產要求的真空度，需用兩級真空泵，所需抽真空設備功率高，并且高真空度還難以保證，導致提純效率降低。

發明內容

??本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種結構簡單，提純效果好，并且節能、高效，在氬氣保護下通過定向凝固技術制備超高純鋁的一種爐膽裝置。

??為解決上述技術問題，本發明的爐膽裝置由外向內依次為爐膽外框架、薄壁密封套、石墨坩堝；爐膽裝置上部為鉸鏈式爐蓋，爐蓋上設有進水孔，出水孔，觀察孔，抽氣孔，進氣孔，排氣孔，測溫孔和測壓孔；爐蓋與爐膽外框架間安裝有寬度為1~3cm的橡膠密封條。

爐膽外框架從上往下有三部分組成，上部為臺階狀的側壁密封環套，中部由4塊縱向鋼板通過徑向鋼板連接而成倒錐臺形狀，下端爐膽底部用同樣的鋼板與縱向鋼板焊接而成；爐膽外框架材料均為耐熱鋼，厚度為0.3cm~0.8cm，側壁密封環套直徑為25cm~40cm，長度為0.1m~0.4m，中部直徑為20cm~32cm，長度為0.5m~1.3m，底部直徑與縱向鋼板下端直徑相等；爐膽外框架主要起承載作用，承重150Kg~300Kg；薄壁密封套在爐膽外框內層，上部通過無縫焊接與爐膽外框的側壁密封環套連接，使爐膽內部成為密封環境；薄壁密封套材料為耐熱鋼，厚度為0.06cm~0.15cm，長度為0.5m~1.4m；最里層為高純石墨坩堝，坩堝緊貼薄壁密封套內側，石墨坩堝上部配有中間帶孔的石墨蓋，石墨坩堝的純度達99.9wt%~99.999wt%，坩堝壁厚2cm~3cm，內徑15cm~23cm，外徑19cm~29cm。

爐膽上部的鉸鏈式爐蓋為上下兩層，邊緣密封，中間為空的空心爐蓋，進水孔和出水孔與爐蓋內型腔相連，目的是凝固提純鋁時，在爐膽頂部形成定向的冷卻環境，降低鋁液溫度，提高提純效率；觀察孔連通至爐膽內部，在觀察孔端部用橡膠密封墊片和透明玻璃通過金屬卡箍緊固，起到密封作用，觀察孔直徑為1.5cm~4cm；抽氣孔連通至爐膽內部，外部與真空泵相連接，作用是在熔化鋁錠之前對爐膽內部抽真空；測壓孔、進氣孔和排氣孔共用一個通道，連通至爐膽內部，在通道外端安裝四通接口，進氣和排氣分別控制，進氣口外端與氬氣瓶連接，進氣口的目的是在爐膽內部抽成真空后，通入氬氣保護；排氣口目的是在鋁液熔化時爐膽內部氣體膨脹，釋放氣體減壓，防止爐膽膨脹變形；測壓孔外接壓力表，實時測量爐膽內部氣壓值，保證鋁液提純質量；測溫孔連通至爐膽內部，安裝熱電偶，實時測量爐膽內部溫度，保證提純效率。

在爐膽外框與爐蓋之間安裝橡膠密封圈，并且兩者通過卡扣螺栓連接緊固，保證爐膽的密封效果。

提純爐膽的操作步驟：

（1）裝料，要求：坩堝內，鋁料從底往上，要裝密集，切不可使鋁料卡在石墨坩堝內而使得鋁料不能到坩堝底部。

（2）蓋上石墨蓋，在側壁密封環套表面安裝橡膠密封條，再蓋上爐蓋，確保爐套內部的密封性。

（3）關閉排氣閥和氬氣接入閥，打開真空泵抽閥。