專利名稱：高純鋁真空提純凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種金屬提純凈化裝置，特別是一種高純鋁真空提純凈化裝置，屬于鑄造冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用偏析法對(duì)金屬尤其是鋁進(jìn)行提純凈化，排除其中的雜質(zhì)元素，是一種已經(jīng)成熟的工業(yè)化工藝方法。上海交通大學(xué)在2002年申請(qǐng)的發(fā)明專利，名稱為高純鋁的真空連續(xù)體純凈化裝置，申請(qǐng)?zhí)枮?2111338.6，該專利提出了一種可以連續(xù)進(jìn)鋁液、間歇吸除雜質(zhì)元素富集層液體的裝置。該裝置利用帶保溫器的導(dǎo)液管，將液態(tài)鋁吸入到結(jié)晶坩堝中，結(jié)晶時(shí)以圓柱狀晶體平界面生長方式為主，通過嚴(yán)格控制加熱區(qū)和冷卻區(qū)的溫度，控制吸取鋁液的量和時(shí)間間隔，控制真空度的大小，提純后的純度可達(dá)到5N5。該發(fā)明雖然結(jié)構(gòu)合理，工藝先進(jìn)，自動(dòng)控制程度高，但系統(tǒng)過于復(fù)雜，影響提純效率的因素太多，不易精確操控。另外，提純后晶體中雜質(zhì)分布狀態(tài)易受多種因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高純鋁真空提純凈化裝置，該裝置以固體鋁錠為原材料，通過控制凝固坩堝中液體的流動(dòng)，促進(jìn)偏析過程排出的雜質(zhì)元素的擴(kuò)散與分散，提高提純效率，從而降低提純過程的復(fù)雜控制，簡化工藝，降低成本。
本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型采用引下法生長方式，熔化坩堝采用上粗下細(xì)的結(jié)構(gòu)，與結(jié)晶臺(tái)配合的部分為變細(xì)的頸部。為了提高坩堝熔體中偏析出的雜質(zhì)元素的分散，降低固、液界面前沿的雜質(zhì)濃度，在設(shè)備的上部加裝旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，帶動(dòng)攪拌器對(duì)熔化后的熔體進(jìn)行攪拌。通過控制攪拌速度，以達(dá)到控制坩堝內(nèi)熔體的流場(chǎng)，提高溶質(zhì)元素的擴(kuò)散效果，并保證晶體在一定條件下以平界面生長。
本實(shí)用新型主要包括爐殼，熔化裝置，凝固裝置，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)，引下機(jī)構(gòu)和固定支架。熔化裝置設(shè)置于爐膛內(nèi)的上部，固定于固定支架上；凝固裝置位于熔化裝置的下方，并與熔化裝置的中心一致，由固定支架上部的壓板壓緊而緊密連接；旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)設(shè)置于爐殼的頂部，通過螺釘固定于爐殼頂部，旋轉(zhuǎn)軸由密封圈動(dòng)密封伸入到爐腔內(nèi)，其中心與熔化裝置的中心一致；引下機(jī)構(gòu)位于爐殼的底部，通過動(dòng)密封的連桿與爐殼配合接入；固定支架作為內(nèi)部裝置的固定部件，設(shè)置于爐膛內(nèi)。
爐殼為雙層水冷殼體，用于圍成真空爐腔，爐殼上接有真空接口和冷卻水、電源接口。熔化裝置用于熔化待提純的鋁錠，由坩堝、上加熱感應(yīng)線圈和下加熱線圈組成，坩堝置于上加熱感應(yīng)線圈和下加熱線圈中，由固定支架的上壓板壓緊與凝固裝置相接。旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器和陶瓷攪拌器組成，聯(lián)軸器把陶瓷攪拌器和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸連接起來，陶瓷攪拌器深入到坩堝中，并由外部控制攪拌槳距坩堝底部的高度。凝固裝置是保證鋁晶體以平界面生長的關(guān)鍵部件，由環(huán)形冷卻器和結(jié)晶臺(tái)組成，結(jié)晶臺(tái)置于環(huán)形冷卻器內(nèi)，并且與環(huán)形冷卻器配合向下滑動(dòng)，環(huán)形冷卻器通過螺栓與固定支架固定。下引機(jī)構(gòu)由下引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和下引傳動(dòng)連桿組成，下引傳動(dòng)連桿通過動(dòng)密封與爐殼配合，伸入到爐殼內(nèi)，下引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由螺釘固定于爐殼底部，結(jié)晶臺(tái)通過螺紋同下引傳動(dòng)連桿相接。固定支架由上壓板和支撐立柱組成，上壓板設(shè)置在支撐立柱上。
工作時(shí)，接通真空接口，接通冷卻水管路。當(dāng)真空度到5Pa時(shí)，接通上中頻加熱線圈和下加熱線圈的電源，對(duì)坩堝加熱。同時(shí)在環(huán)形結(jié)晶器中通過引下機(jī)構(gòu)移動(dòng)結(jié)晶臺(tái)，與坩堝底部的圓孔配合，形成坩堝的底部。鋁錠熔化后，通過連桿把同旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連的攪拌器插入熔體中一定的深度，并按一定速度旋轉(zhuǎn)攪拌。啟動(dòng)下引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)晶臺(tái)沿環(huán)形冷卻器滑動(dòng)下移，開始晶體生長的過程。結(jié)晶完畢，關(guān)閉中頻加熱電源，打開爐門，取出凝固提純后的晶體。向上移動(dòng)結(jié)晶臺(tái)堵住坩堝的底部。坩堝中加入鋁錠，關(guān)閉爐門，開始下一個(gè)工作循環(huán)。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，工藝先進(jìn)，操作簡便，晶體生長控制精度高，通過控制攪拌產(chǎn)生的流場(chǎng)，提高偏析過程中產(chǎn)生雜質(zhì)元素的擴(kuò)散，保證坩堝內(nèi)熔體溫度均勻。在強(qiáng)制冷卻的作用下，提高了晶體保持平界面生長時(shí)的速度，生長速度可高達(dá)15cm/h。晶體形態(tài)的有效控制，提高了提純的生產(chǎn)效率，4N純鋁經(jīng)一次提純，80％投入料的平均純度可以達(dá)到5N以上。


圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型主要包括爐殼1，熔化裝置2，凝固裝置3，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)4，引下機(jī)構(gòu)5和固定支架6。熔化裝置2設(shè)置于爐膛內(nèi)的上部，固定于固定支架6上；凝固裝置3位于熔化裝置2的下方，并與熔化裝置2的中心一致，由固定支架6的上壓板7壓緊而緊密連接，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)4設(shè)置于爐殼1的頂部，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)4的旋轉(zhuǎn)軸由密封圈動(dòng)密封伸入到爐腔內(nèi)，其中心與熔化裝置2的中心一致，引下機(jī)構(gòu)5位于爐殼1的底部，通過動(dòng)密封的連桿20與爐殼1配合接入，固定支架6作為內(nèi)部裝置的固定部件，設(shè)置于爐膛內(nèi)。
爐殼1為雙層水冷殼體，爐殼1上接有真空接口9和冷卻水、電源接口10。
熔化裝置2由絕緣保溫隔板8、坩堝11、上加熱感應(yīng)線圈12和下加熱線圈13組成，坩堝11置于上加熱感應(yīng)線圈12和下加熱線圈13中，由固定支架6的上壓板7壓緊與凝固裝置3相接，絕緣保溫隔板8安裝于上壓板7與上加熱線圈12中。
旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)4由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14、聯(lián)軸器15和陶瓷攪拌器16組成，聯(lián)軸器15把陶瓷攪拌器16和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸連接起來，陶瓷攪拌器16深入到坩堝11中，并由外部控制攪拌槳距坩堝11底部的高度。
凝固裝置3由環(huán)形冷卻器17和結(jié)晶臺(tái)18組成，結(jié)晶臺(tái)18置于環(huán)形冷卻器17內(nèi)，并且與環(huán)形冷卻器17配合向下滑動(dòng)，環(huán)形冷卻器17通過螺栓與固定支架6固定。
下引機(jī)構(gòu)5由下引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)19和下引傳動(dòng)連桿20組成，下引傳動(dòng)連桿20通過動(dòng)密封與爐殼1配合，伸入到爐殼1內(nèi)，下引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)19由螺釘固定于爐殼1底部，結(jié)晶臺(tái)18通過螺紋同下引傳動(dòng)連桿20相接。
固定支架6由上壓板7和支撐立柱21組成，上壓板7設(shè)置在支撐立柱21上。
權(quán)利要求1.一種高純鋁真空提純凈化裝置，主要包括爐殼(1)，熔化裝置(2)，凝固裝置(3)，引下機(jī)構(gòu)(5)和固定支架(6)，其特征在于還包括旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)(4)，熔化裝置(2)設(shè)置于爐膛內(nèi)的上部，固定于固定支架(6)上；凝固裝置(3)位于熔化裝置(2)的下方，并與熔化裝置(2)的中心一致，由固定支架(6)的上壓板(7)壓緊而緊密連接，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)(4)設(shè)置于爐殼(1)的頂部，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)(4)的旋轉(zhuǎn)軸由密封圈動(dòng)密封伸入到爐腔內(nèi)，其中心與熔化裝置(2)的中心一致，引下機(jī)構(gòu)(5)位于爐殼(1)的底部，通過動(dòng)密封的連桿(20)與爐殼(1)配合接入，固定支架(6)作為內(nèi)部裝置的固定部件，設(shè)置于爐膛內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁真空提純凈化裝置，其特征是，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)(4)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)、聯(lián)軸器(15)和陶瓷攪拌器(16)組成，聯(lián)軸器(15)把陶瓷攪拌器(16)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸連接起來，陶瓷攪拌器(16)深入到坩堝(11)中，并由外部控制攪拌槳距坩堝(11)底部的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁真空提純凈化裝置，其特征是，凝固裝置(3)由環(huán)形冷卻器(17)和結(jié)晶臺(tái)(18)組成，結(jié)晶臺(tái)(18)置于環(huán)形冷卻器(17)內(nèi)，并且與環(huán)形冷卻器(17)配合向下滑動(dòng)，環(huán)形冷卻器(17)通過螺栓與固定支架(6)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁真空提純凈化裝置，其特征是，熔化裝置(2)由坩堝(11)、上加熱感應(yīng)線圈(12)和下加熱線圈(13)組成，坩堝(11)置于上加熱感應(yīng)線圈(12)和下加熱線圈(13)中，由固定支架(6)的上壓板(7)壓緊與凝固裝置(3)相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的高純鋁真空提純凈化裝置，其特征是，坩堝(11)采用上粗下細(xì)的結(jié)構(gòu)，與結(jié)晶臺(tái)(18)配合的部分為變細(xì)的頸部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁真空提純凈化裝置，其特征是，爐殼(1)為雙層水冷殼體，爐殼(1)上接有真空接口(9)和冷卻水、電源接口(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁真空提純凈化裝置，其特征是，下引機(jī)構(gòu)(5)由下引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(19)和下引傳動(dòng)連桿(20)組成，下引傳動(dòng)連桿(20)通過動(dòng)密封與爐殼(1)配合，伸入到爐殼(1)內(nèi)，下引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(19)由螺釘固定于爐殼(1)底部，結(jié)晶臺(tái)(18)通過螺紋同下引傳動(dòng)連桿(20)相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純鋁真空提純凈化裝置，其特征是，固定支架(6)由上壓板(7)和支撐立柱(21)組成，上壓板(7)設(shè)置在支撐立柱(21)上。
專利摘要一種高純鋁真空提純凈化裝置屬于鑄造冶金領(lǐng)域。本實(shí)用新型主要包括爐殼，熔化裝置，凝固裝置，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)，引下機(jī)構(gòu)和固定支架。熔化裝置設(shè)置于爐膛內(nèi)的上部，固定于支架上；凝固裝置位于熔化裝置的下方，并與熔化裝置的中心一致，由支架上部的壓板壓緊而緊密連接，旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)設(shè)置于爐殼的頂部，旋轉(zhuǎn)軸由密封圈動(dòng)密封伸入到爐腔內(nèi)，其中心與熔化裝置的中心一致；引下機(jī)構(gòu)位于爐殼的底部，通過動(dòng)密封的連桿與爐殼配合接入；固定支架作為內(nèi)部裝置的固定部件，設(shè)置于爐膛內(nèi)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，操作簡便，晶體生長控制精度高，通過控制攪拌產(chǎn)生的流場(chǎng)，提高偏析過程中產(chǎn)生雜質(zhì)元素的擴(kuò)散，保證坩堝內(nèi)熔體溫度均勻。
文檔編號(hào)C22B21/00GK2611388SQ0323021
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者張佼, 孫寶德, 何博, 倪紅軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)