專利名稱：一種連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉是一種連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的方法及設(shè)備，特別是一種能耗低、成品率高、生產(chǎn)效率高的偏析提純方法，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，是一種已經(jīng)成熟的工業(yè)化工藝方法。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，有多種偏析法制備高純鋁的發(fā)明專利，其中中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?2111339. 4，公開了發(fā)明名稱為《高純鋁的真空連續(xù)體純凈化方法》，該申請(qǐng)人提出了一種連續(xù)進(jìn)鋁液、間歇吸除雜質(zhì)元素富集層液體的方法。該方法以液態(tài)鋁為原料，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)間間隔以及控制真空度的大小，提純后晶體的純度可達(dá)到5N5。 該發(fā)明雖然工藝先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，但系統(tǒng)過于復(fù)雜，不易操控且該方法不是真正的連續(xù)化生產(chǎn)方法，補(bǔ)液過程不但影響生產(chǎn)的連續(xù)化，還破壞了提純的穩(wěn)定環(huán)境條件，不利于產(chǎn)品成分的穩(wěn)定。此外，該方法存在雜質(zhì)元素的富集層，對(duì)于提純率受濃度影響較大的元素其提純效果不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，發(fā)明一種精鋁及高純鋁的結(jié)晶在流動(dòng)的熔融鋁中完成的方法，熔融鋁由靜置爐中流出的鋁液提供，流動(dòng)的鋁液源源不斷的提供了提純?cè)?，配合滾輪拉晶裝置真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)高純鋁或精鋁的連續(xù)化偏析提純方法及專用設(shè)備。它使其能在連續(xù)化生產(chǎn)高純鋁的基礎(chǔ)上大大降低生產(chǎn)過程的能耗并提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的方法目的步驟如下①將金屬熔融鋁或電解鋁液直接置入靜置爐(15)內(nèi)，通過輸送管和流量控制塞
(14)，讓從靜置爐(15)中流出的熔融金屬鋁液直接進(jìn)入坩堝(I)內(nèi)盛裝熔融金屬鋁液的液面之下，液面下的金屬鋁液出口為一個(gè)或多個(gè)；②提純爐(10)內(nèi)放置安裝有坩堝(1)，坩堝(I)中預(yù)設(shè)有熱電偶(11)，以實(shí)時(shí)測(cè)得坩堝(I)中金屬鋁液溫度，控制金屬鋁液出口流量，讓坩堝(I)中熔融金屬鋁液的液面保持恒定；③熔融金屬鋁液從坩堝(I)側(cè)部或者下部安裝有一個(gè)或多個(gè)結(jié)晶器(17)，熔融金屬鋁液在結(jié)晶器(17)部位被冷卻，完成定向凝固結(jié)晶，冷卻過程中熔融金屬鋁液發(fā)生連續(xù)偏析結(jié)晶，獲得棒狀的招結(jié)晶體，即聞純招或精招;④隨著鋁晶體的不斷生長(zhǎng)，通過一個(gè)引晶頭(22)夾住或卡住已結(jié)晶的鋁晶體
(18)—端端頭，以引晶頭(22)—端連接的引晶桿(21)將提純后的鋁晶體(18)引入由數(shù)對(duì)摩擦引導(dǎo)輪(19)構(gòu)成的滾輪拉晶裝置，引導(dǎo)提純后的鋁晶體(18)以2-200mm/h的拉晶速度向前移動(dòng)，達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度后切割機(jī)(20)自動(dòng)將提純后的鋁晶體切斷，完成連續(xù)化偏析提純生產(chǎn)高純鋁過程。所述的坩堝(I)中鋁液保溫溫度為660°C — 710°C;鋁晶體向前運(yùn)動(dòng)的速度為10 —lOOmm/h ;所述的靜置爐(15)中鋁液溫度為670°C _750°C。所述的滾輪拉晶裝置由兩對(duì)或兩對(duì)以上摩擦引導(dǎo)輪(19)，提拉過程由引晶頭
(22)、引晶桿(21)和摩擦引導(dǎo)輪(19)共同完成，無行程限制，完成連續(xù)化生產(chǎn)。生產(chǎn)連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的設(shè)備是，提純爐(10)為密封狀箱體，提純爐
(10)頂部開的觀察孔(2)，提純爐(10)四周爐壁呈空心狀，提純爐(10)底部開有冷卻水入 口(8)，提純爐(10)上部開有冷卻水出口(3)，提純爐(10)與坩堝(I)兩者相互接觸的底部裝有保溫層(4)。所述的坩堝(I)外壁圓周包裹有空心管狀的線圈(5)，空心管狀的線圈(5)通過控制器與電源連接并與冷水管聯(lián)通，當(dāng)空心管狀的線圈(5)接通高頻電流時(shí)，空心管狀的線圈
(5)發(fā)生電感應(yīng)加熱，作為坩堝(I)保溫之用；當(dāng)空心管狀的線圈(5)內(nèi)部通入冷水時(shí)，空心管狀的線圈(5 )整體變冷，起到降低坩堝(I)溫度之用。所述的提純爐中的坩堝(I)與靜置爐(15)之間通過輸料管道接通，從靜置爐(15)引出的輸料管道至少為一根，輸料管道(7)上裝有流量控制塞(6、14)和擋板(13)。所述結(jié)晶器(17)外壁空心管中通入冷卻水或冷卻氣體，讓結(jié)晶器(17)內(nèi)形成特定溫度場(chǎng)。本發(fā)明之所以能獲得通過偏析法連續(xù)獲得精鋁及高純鋁，原因之一是主要通過保證坩堝(I)內(nèi)的金屬鋁液總量，讓從靜置爐(15)流入的熔融金屬鋁液，使坩堝(I)偏析結(jié)晶排出的雜質(zhì)，能迅速擴(kuò)散到坩堝(I)內(nèi)的熔融金屬鋁液中，坩堝(I)內(nèi)鋁液成分不會(huì)發(fā)生變化，保證坩堝內(nèi)鋁液成份的相對(duì)穩(wěn)定性，避免偏析法雜質(zhì)聚集層的存在，大大提高了提純率。同時(shí)，直接從坩堝(I)流入到金屬鋁液面下的熔融金屬鋁液對(duì)坩堝(I)金屬鋁液也起到很好的攪拌作用，讓偏析提純過程中排出的雜質(zhì)能被及時(shí)帶走或帶離偏析結(jié)晶區(qū)域，保證偏析結(jié)晶提純區(qū)域金屬鋁成分的均勻穩(wěn)定，整個(gè)偏析結(jié)晶提純過程無需配備攪拌系統(tǒng)，極大降低了坩堝(I)保溫過程的能量消耗，提純后的鋁液對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)活動(dòng)無影響。原因之二是本發(fā)明可將坩堝(I)放置在一個(gè)相對(duì)密封的提純爐殼(10)內(nèi)，保持提純爐(9)內(nèi)的相對(duì)環(huán)境氣氛恒定，從而讓拉制的偏析提純鋁質(zhì)量不受影響。在坩堝(I)四周外壁包裹有空心管狀銅線圈(5)，空心管狀銅線圈(5)即做冷凝管又做保溫線圈，讓整個(gè)提純過程中坩堝(I)內(nèi)所需熔融金屬鋁液保持在一定溫度范圍內(nèi)，以保證熔融金屬鋁液自身的流動(dòng)性，源源不斷的提供熔融金屬鋁液為偏析結(jié)晶提純穩(wěn)定的原料，配合滾輪提拉裝置真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)高純鋁，并極大的提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明隨著鋁晶體的不斷生長(zhǎng)，通過一個(gè)引晶頭(22)夾住/卡住已結(jié)晶的鋁晶體一端端頭，將鋁晶體引入到由摩擦引導(dǎo)輪(19)構(gòu)成的滾輪拉晶裝置，高純鋁的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了真正的連續(xù)化，省了常規(guī)偏析提純鋁后切尾工序，提高了成品率。本發(fā)明生產(chǎn)高純鋁或精鋁的過程由于生產(chǎn)速度相對(duì)于普通鋁的生產(chǎn)來說非常緩慢，故其對(duì)后續(xù)生產(chǎn)的影響可以忽略不計(jì)。本發(fā)明方法整個(gè)提純過程所需保溫能量很少，且無需攪拌系統(tǒng)，提純后的鋁液對(duì)后續(xù)生產(chǎn)活動(dòng)無影響，熔融鋁液的流動(dòng)保證了提純?cè)铣煞值姆€(wěn)定性，在工藝條件一定的情況下很好的保證了產(chǎn)品成分的均勻性，該方法在極大的提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)也提高成品率，且下拉或側(cè)拉定向凝固提純工藝不受提純爐內(nèi)氣氛環(huán)境的影響。本發(fā)明生產(chǎn)工藝節(jié)省了龐大復(fù)雜的電磁攪拌裝置，同時(shí)節(jié)省了大量電能，是真正的連續(xù)化提純過程，整個(gè)提純過程能耗低，產(chǎn)品成分穩(wěn)定，成品率高。


圖I本發(fā)明各部份連總體接關(guān)系的俯視方向示意圖。圖2本發(fā)明連續(xù)化生產(chǎn)高純鋁的結(jié)構(gòu)示意圖(以側(cè)向定向凝固為例)。圖3為圖2結(jié)晶部分A-A方向剖面圖?！?br> 圖中1坩堝、2觀察孔、3冷卻水出口、4保溫層、5線圈、6流量控制塞、7連續(xù)鑄軋或需連續(xù)供應(yīng)鋁液系統(tǒng)、8漏斗、9冷卻水入口、10提純爐爐殼、11熱電偶、12過濾板、13擋板、14流量控制塞、15靜置爐、16鋁液流通主通道、17結(jié)晶器、18提純后的鋁晶體、19摩擦引導(dǎo)輪、20在線切割機(jī)、21引晶桿、22引晶頭。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明精鋁及高純鋁連續(xù)偏析提純的方法，其特征是將電解鋁液或溶化后的金屬鋁液置入靜置爐15內(nèi)，從靜置爐15中流出的熔融金屬鋁液經(jīng)過安裝在輸料管道中的過濾板12后流向提純爐中的坩堝I內(nèi)，預(yù)設(shè)安裝在提純爐內(nèi)的坩堝I中的熱電偶11，實(shí)時(shí)測(cè)得提純爐內(nèi)的坩堝I中金屬鋁液溫度，以確定金屬鋁液的保溫溫度、冷卻功率及拉晶速度等工藝參數(shù)，控制鋁液出口流量，讓提純爐內(nèi)的坩堝I中熔融金屬鋁液的液面保持恒定，熔融金屬鋁液在坩堝I側(cè)部或者下部的結(jié)晶器17完成定向凝固法并被冷卻，冷卻過程的熔融金屬鋁液發(fā)生連續(xù)偏析結(jié)晶，獲得棒狀的鋁結(jié)晶體(即高純鋁或精鋁)，隨著鋁晶體的不斷生長(zhǎng)，通過一個(gè)引晶頭22夾住/卡住已結(jié)晶的鋁晶體一端端頭，將鋁晶體引入到摩擦引導(dǎo)輪19構(gòu)成的滾輪拉晶裝置，牽引鋁晶體以2-200mm/h的拉晶速度向前運(yùn)動(dòng)，達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度后切割機(jī)20自動(dòng)將鋁晶體切斷或下料，完成連續(xù)化偏析提純生產(chǎn)高純鋁過程；所述精鋁及高純鋁的連續(xù)偏析提純結(jié)晶過程是在不斷供給的流動(dòng)的金屬鋁液中完成，流動(dòng)鋁液源源不斷的提供連續(xù)偏析提純?cè)?；所述的拉晶方式根?jù)場(chǎng)地情況可采用下拉或測(cè)拉的拉晶方式；所述的拉晶方式根據(jù)場(chǎng)地情況采用一個(gè)部位或者兩個(gè)及兩個(gè)以上部位同時(shí)拉晶的方式。所述的結(jié)晶器可以部分通入冷卻水或冷卻氣體，讓結(jié)晶器內(nèi)鋁進(jìn)行結(jié)晶，并保持特定的溫度梯度使鋁在結(jié)晶溫度點(diǎn)附近結(jié)晶；所述的提純爐坩堝I中鋁液保溫溫度為660°C -710 °C ;所述的拉晶速度為10-100mm/h ;所述的靜置爐15中鋁液溫度為6700C -750O。以下是本發(fā)明具體操作步驟(I)引晶桿21及引晶頭(22)歸位到待拉晶位置。(2)打開擋板13在過濾擋板12的作用下使過濾過的鋁液流入坩堝I中，調(diào)節(jié)流量控制塞14鋁液流出坩堝的流量，使坩堝內(nèi)的鋁液保持固定量。(3)通過流量控制塞14的大小來調(diào)節(jié)坩堝內(nèi)流量的大小，以增強(qiáng)或減弱攪拌效
果O(4)由熱電偶11測(cè)量鋁溶液的溫度來確定啟用線圈(5)的冷卻或加熱功能，最終使鋁液溫度保持在合適的溫度范圍內(nèi)。(5)控制好鋁液溫度后，結(jié)晶器部分通入冷卻水或冷卻氣體，使結(jié)晶器內(nèi)鋁進(jìn)行結(jié)晶，并保持特定的溫度梯度使鋁在結(jié)晶溫度點(diǎn)附近結(jié)晶，同時(shí)使摩擦引導(dǎo)輪19以某一速度均勻的拉晶。(6)高純鋁錠拉至一定長(zhǎng)度后由在線切割機(jī)20進(jìn)行在線下料。實(shí)施例I :靜置爐內(nèi)為熔融99. 85A1，靜置爐流出的鋁液溫度為700°C，控制坩堝內(nèi)鋁液溫度，使鋁液在結(jié)晶器處的溫度控制在710°C范圍內(nèi)，控制結(jié)晶器的冷卻速度，確保鋁液凝固界面處于結(jié)晶器入口處， 后以200mm/h的速率拉制晶體，鋁晶體生長(zhǎng)至一定長(zhǎng)度后下料檢測(cè)，鋁的純度可達(dá)到99. 95A1。實(shí)施例2 :靜置爐內(nèi)為熔融99. 85A1，靜置爐流出的鋁液溫度為695°C，控制坩堝內(nèi)鋁液溫度，使鋁液在結(jié)晶器處的溫度控制在678 °C范圍內(nèi)，控制結(jié)晶器的冷卻速度，確保鋁液凝固界面處于結(jié)晶器入口處，后以100mm/h的速率拉制晶體，鋁晶體生長(zhǎng)至一定長(zhǎng)度后下料檢測(cè)，鋁的純度可達(dá)到99. 98A1。實(shí)施例3 :靜置爐內(nèi)為熔融99. 85A1，靜置爐流出的鋁液溫度為695°C，控制坩堝內(nèi)鋁液溫度，使鋁液在結(jié)晶器處的溫度控制在670°C范圍內(nèi)，控制結(jié)晶器的冷卻速度，確保鋁液凝固界面處于結(jié)晶器入口處，后以10mm/h的速率拉制晶體，鋁晶體生長(zhǎng)至一定長(zhǎng)度后下料檢測(cè)，鋁的純度可達(dá)到99. 995A1。實(shí)施例4 :靜置爐內(nèi)為熔融99. 98A1，靜置爐流出的鋁液溫度為695°C，控制坩堝內(nèi)鋁液溫度，使鋁液在結(jié)晶器處的溫度控制在660°C范圍內(nèi)，控制結(jié)晶器的冷卻速度，確保鋁液凝固界面處于結(jié)晶器入口處，后以2mm/h的速率拉制晶體，鋁晶體生長(zhǎng)至一定長(zhǎng)度后下料檢測(cè)，鋁的純度可達(dá)到99. 9995A1。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的方法，其特征是包括以下步驟 ①將金屬熔融鋁或電解鋁液直接置入靜置爐(15)內(nèi)，通過輸送管和流量控制塞(14)，讓從靜置爐(15)中流出的熔融金屬鋁液直接進(jìn)入坩堝(I)內(nèi)盛裝熔融金屬鋁液的液面之下，液面下的金屬鋁液出口為一個(gè)或多個(gè)； ②提純爐(10)內(nèi)放置安裝有坩堝(1)，坩堝(I)中預(yù)設(shè)有熱電偶(11)，以實(shí)時(shí)測(cè)得坩堝(I)中金屬鋁液溫度，控制金屬鋁液出口流量，讓坩堝(I)中熔融金屬鋁液的液面保持恒定; ③熔融金屬鋁液從坩堝(I)側(cè)部或者下部安裝有一個(gè)或多個(gè)結(jié)晶器(17)，熔融金屬鋁液在結(jié)晶器(17)部位被冷卻，完成定向凝固結(jié)晶，冷卻過程中熔融金屬鋁液發(fā)生連續(xù)偏析結(jié)晶，獲得棒狀的招結(jié)晶體，即聞純招或精招； ④隨著鋁晶體的不斷生長(zhǎng)，通過一個(gè)引晶頭(22)夾住或卡住已結(jié)晶的鋁晶體(18)—端端頭，以引晶頭(22)—端連接的引晶桿(21)將提純后的鋁晶體(18)引入由數(shù)對(duì)摩擦引導(dǎo)輪(19)構(gòu)成的滾輪拉晶裝置，引導(dǎo)提純后的鋁晶體(18)以2-200mm/h的拉晶速度向前移動(dòng)，達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度后切割機(jī)(20)自動(dòng)將提純后的鋁晶體切斷，完成連續(xù)化偏析提純生產(chǎn)高純鋁過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的方法，其特征在于坩堝(I)中鋁液保溫溫度為660°C — 710V ;鋁晶體向前運(yùn)動(dòng)的速度為10 - lOOmm/h ;所述的靜置爐(15)中鋁液溫度為670°C-750°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的方法，其特征在于滾輪拉晶裝置由兩對(duì)或兩對(duì)以上摩擦引導(dǎo)輪(19)，提拉過程由引晶頭(22)、引晶桿(21)和摩擦引導(dǎo)輪(19 )共同完成，無行程限制，完成連續(xù)化生產(chǎn)。
4.一種生產(chǎn)連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的設(shè)備，其特征在于提純爐(10)為密封狀箱體，提純爐(10)頂部開的觀察孔(2)，提純爐(10)四周爐壁呈空心狀，提純爐(10)底部開有冷卻水入口(8)，提純爐(10)上部開有冷卻水出口(3)，提純爐(10)與坩堝(I)兩者相互接觸的底部裝有保溫層(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的設(shè)備，其特征在于坩堝(I)外壁圓周包裹有空心管狀的線圈(5)，空心管狀的線圈(5)通過控制器與電源連接并與冷水管聯(lián)通，當(dāng)空心管狀的線圈(5)接通高頻電流時(shí)，空心管狀的線圈(5)發(fā)生電感應(yīng)加熱，作為坩堝(I)保溫之用；當(dāng)空心管狀的線圈(5)內(nèi)部通入冷水時(shí)，空心管狀的線圈(5)整體變冷，起到降低坩堝(I)溫度之用。
6.如權(quán)利要求3或4所述的連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的設(shè)備，其特征在于提純爐中的坩堝(I)與靜置爐(15)之間通過輸料管道接通，從靜置爐(15)引出的輸料管道至少為一根，輸料管道(7 )上裝有流量控制塞(6、14 )和擋板(13 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的連續(xù)偏析提純精鋁及高純鋁的設(shè)備，其特征是所述結(jié)晶器(17)外壁空心管中通入冷卻水或冷卻氣體，讓結(jié)晶器(17)內(nèi)形成特定溫度場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)化偏析提純精鋁及高純鋁的方法及設(shè)備,屬于鑄造冶金領(lǐng)域。本發(fā)明主要特征是精鋁及高純鋁的結(jié)晶在流動(dòng)的熔融鋁中完成，依托需連續(xù)供液的連續(xù)鑄造、連鑄連軋等生產(chǎn)線的供液系統(tǒng)，熔融鋁由靜置爐中流出的鋁液提供，流動(dòng)的鋁液源源不斷的提供了提純?cè)?，配合滾輪拉晶裝置真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)高純鋁。該方法整個(gè)提純過程無需攪拌系統(tǒng)，極大降低了保溫過程的能量消耗，提純后的鋁液對(duì)后續(xù)生產(chǎn)活動(dòng)無影響，熔融鋁液的流動(dòng)保證了提純?cè)铣煞值姆€(wěn)定性，在工藝條件一定的情況下很好的保證了產(chǎn)品成分的均勻性，該方法在極大的提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)也降低了能耗，定向凝固提純工藝不受提純爐內(nèi)氣氛環(huán)境的影響。
文檔編號(hào)C22B21/06GK102864314SQ20121040198
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月21日
發(fā)明者楊鋼, 李玉章, 譚國(guó)寅, 趙偉, 方樹銘, 湯皓元, 陳越, 閆洪, 岳有成 申請(qǐng)人:昆明冶金研究院