一種高純鋁連續(xù)提純裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高純鋁連續(xù)提純裝置，利用坩堝、坩堝蓋、結(jié)晶器一起組成旋流器結(jié)構(gòu)來(lái)提純鋁液。一方面由于正常偏析，結(jié)晶器內(nèi)固液界面上獲得純凈的鋁晶體，夾雜從固液界面擴(kuò)散到鋁液，使附近鋁液由于夾雜含量升高而密度變大；另一方面由于離心作用下的比重偏析，夾雜含量高的鋁液離心到坩堝壁，并逐漸移動(dòng)到底流口，夾雜含量低的鋁液由于密度小而被擠壓到固液界面附近；正常偏析與比重偏析同時(shí)作用下，提純效率大大提高。本實(shí)用新型可連續(xù)生產(chǎn)，節(jié)能高效，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，并能通過(guò)各種方式進(jìn)行組合使用。
【專利說(shuō)明】一種高純鋁連續(xù)提純裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于金屬鋁提純【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及的是一種高純鋁連續(xù)提純裝置， 特別是一種5N或6N高純鋁的偏析法連續(xù)提純裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 宏觀偏析亦稱為"區(qū)域偏析"，指金屬鑄錠(鑄件）中各宏觀區(qū)域化學(xué)成分不均勻的 現(xiàn)象，包括正常偏析、反常偏析和比重偏析。
[0003] 旋流器作為一種常見(jiàn)的分離分級(jí)設(shè)備，其工作原理是離心沉降。上部為中空的圓 柱體，下部為與圓柱體相通的倒椎體，當(dāng)待分離的兩相(或多相）混合液以一定壓力從旋流 器周邊切向進(jìn)入旋流器內(nèi)后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的三維橢圓型強(qiáng)旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)。由于重相或輕 相之間存在著密度差，其受到的離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，受離心沉降作用， 大部分重相經(jīng)旋流器底流口排出，而大部分輕相由溢流管排出，從而達(dá)到分離分級(jí)的目的。
[0004] 偏析法又稱凝固提純法，是利用熔融鋁凝固結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生偏析現(xiàn)象而提取高純鋁的 工藝。由于偏析法有著低能耗、低成本、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，使用越來(lái)越廣泛。
[0005] 經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有偏析法提純高純鋁技術(shù)多利用正常偏析原理。例如中國(guó)專 利申請(qǐng)?zhí)枮?3230212. 6的實(shí)用新型專利，公開了實(shí)用新型名稱為《高純鋁真空提純凈化裝 置》的提純凈化裝置，該裝置以固體鋁為原材料，上部的熔化裝置將原材料熔化，底部凝固 裝置使鋁液凝固并下引，利用凝固界面的正常偏析使夾雜元素?cái)U(kuò)散到液相中，并通過(guò)攪拌 產(chǎn)生的流場(chǎng)促進(jìn)夾雜元素的擴(kuò)散，從而達(dá)到提純的目的。此技術(shù)操作簡(jiǎn)便、控制精度高，但 其缺點(diǎn)是：1，固液界面附近夾雜含量高的鋁液被攪拌到整個(gè)鋁液中，污染了夾雜含量低的 鋁液；2,由于通過(guò)攪拌來(lái)促進(jìn)夾雜元素?cái)U(kuò)散，為了防止攪拌過(guò)程中鋁液氧化吸氫，需要真空 處理，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低；3,熔鋁工作由提純裝置完成，降低了提純裝置的使 用效率，也增加了能耗；4,鋁錠尾部需要切割去除，且越靠近尾部純度越低，質(zhì)量不均勻。
[0006] 經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，也有少數(shù)偏析法提純技術(shù)利用的是比重偏析原理。例如中國(guó)專 利申請(qǐng)?zhí)枮?01210070142. 6的實(shí)用新型專利，公開了實(shí)用新型名稱為《高純鋁的提取方法 和設(shè)備》的提取方法和設(shè)備，該裝置利用結(jié)晶溫度時(shí)初晶密度和母液密度的不同，在重力作 用下分離，從而得到純度較高的鋁液。該方法可連續(xù)提純、操作簡(jiǎn)單、能耗低，但其缺點(diǎn)是： 1，重力作用下，比重偏析程度低，提純效率低，且隨著金屬純度提高，提純效率會(huì)越來(lái)越低； 2,由于在結(jié)晶溫度進(jìn)行提純，溫度控制要求高，容易凝固造成堵塞管道等嚴(yán)重后果。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種高純鋁連續(xù)提純裝置，同時(shí)利用 正常偏析和比重偏析對(duì)鋁液進(jìn)行提純，從而達(dá)到高效提純的目的。
[0008] 本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本實(shí)用新型由中間包、坩堝、電磁攪拌 器、?甘堝蓋、結(jié)晶器、晶種、上引機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)組成。
[0009] 進(jìn)一步：所述中間包內(nèi)盛裝提純前的鋁液，并對(duì)鋁液保溫，底部預(yù)留出鋁口。所述 坩堝上部為中空?qǐng)A柱體段，圓柱體段沿圓柱切線方向預(yù)留進(jìn)料管，進(jìn)料管與中間包出口密 封連接，下部為中空倒錐體，倒錐體尖端處預(yù)留底流口。所述電磁攪拌器設(shè)置于坩堝外壁， 利用電磁力使鋁液使鋁液在坩堝內(nèi)沿軸線高速旋轉(zhuǎn)。所述坩堝蓋與坩堝上沿密封連接，坩 堝蓋中心預(yù)留開口。所述結(jié)晶器設(shè)置于坩堝蓋開口處，與坩堝蓋密封連接，結(jié)晶器內(nèi)通以冷 卻水，使鋁液能夠不斷凝固。所述晶種由高純鋁做成，截面和結(jié)晶器內(nèi)孔截面一致，在提純 開始前放置于結(jié)晶器內(nèi)，使鋁液在晶種上不斷凝固成鋁棒而被引出，新引出的鋁棒進(jìn)入上 引機(jī)構(gòu)后即可切下晶種。所述上引機(jī)構(gòu)設(shè)置在結(jié)晶器上方，不斷從結(jié)晶器內(nèi)往上牽引鋁棒， 精確控制上引機(jī)構(gòu)的上引速度即可控制晶體生長(zhǎng)速度。所述切割機(jī)構(gòu)設(shè)置于上引機(jī)構(gòu)上 方，可垂直上下移動(dòng)，當(dāng)鋁棒達(dá)到需要的長(zhǎng)度后可對(duì)鋁棒進(jìn)行切割，切割的過(guò)程中切割機(jī)構(gòu) 隨鋁棒同步移動(dòng)。
[0010] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0011] 本實(shí)用新型由于攪拌區(qū)域與空氣隔絕，而中間包內(nèi)液面平穩(wěn)，表面有氧化皮保護(hù)， 所以無(wú)需進(jìn)行真空處理。設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安全可靠。
[0012] 本實(shí)用新型的原材料為液態(tài)鋁液，方便實(shí)現(xiàn)集中熔化，節(jié)省能源；所得高純鋁棒可 以切割出各種不同的長(zhǎng)度，滿足各種要求，減少再次重熔鑄造，節(jié)省能源，減少工序；所得尾 鋁為液態(tài)，可以直接進(jìn)行鑄造或回爐，無(wú)需切割、重熔等工序，節(jié)省能源，減少工序。
[0013] 本實(shí)用新型在同一工序內(nèi)同時(shí)利用正常偏析和比重偏析對(duì)鋁液進(jìn)行提純，使提純 效率大大提1?。
[0014] 本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，且鋁棒各處純度均勻。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為中間包與坩堝連接俯視圖。
[0017] 圖3為實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖4為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型主要由中間包1、坩堝2、電磁攪拌器3、坩堝蓋4、結(jié) 晶器5、晶種6、上引機(jī)構(gòu)7、切割機(jī)構(gòu)8組成。中間包1作為原料鋁液的過(guò)渡容器，可對(duì)其內(nèi) 鋁液進(jìn)行保溫，中間包1底部預(yù)留出鋁口；坩堝2上部為中空?qǐng)A柱體段，圓柱體段沿圓柱切 線方向預(yù)留進(jìn)料管，進(jìn)料管密封連接到中間包1的出鋁口上，鋁液沿切線方向進(jìn)入坩堝時(shí) 即開始旋轉(zhuǎn)；坩堝2下部為中空倒錐體，倒錐體尖端處預(yù)留底流口；電磁攪拌器3設(shè)置于坩 堝外壁，使鋁
[0021] 液在坩堝內(nèi)沿軸線高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與鋁液進(jìn)入坩堝2時(shí)旋轉(zhuǎn)方向一致；坩
[0022] 堝蓋4設(shè)置于坩堝上，與坩堝2上沿密封連接，坩堝蓋4中心預(yù)留開口；結(jié)晶器5設(shè) 置于坩堝蓋4開口處，與坩堝蓋密封連接；坩堝2、坩堝蓋4、結(jié)晶器5 -起組成旋流器結(jié)構(gòu)， 使坩堝內(nèi)重相從底流口流出，輕相進(jìn)入結(jié)晶器；晶種6由高純鋁做成，在提純開始前放置于 結(jié)晶器5內(nèi)，在結(jié)晶器5的冷卻作用下晶種6上不斷凝固出高純鋁，并被上引機(jī)構(gòu)7牽引； 上引機(jī)構(gòu)7設(shè)置在結(jié)晶器5上方，不斷從結(jié)晶器5內(nèi)往上牽引鋁棒；切割機(jī)構(gòu)8設(shè)置于上引 機(jī)構(gòu)7上方，當(dāng)牽引出的鋁棒達(dá)到需要的長(zhǎng)度后對(duì)鋁棒進(jìn)行切割，切割的過(guò)程中切割機(jī)構(gòu)8 隨鋁棒移動(dòng)。
[0023] 本實(shí)用新型工作流程如下：
[0024] 提純工作開始前先將晶種放入結(jié)晶器內(nèi)。
[0025] 往中間包內(nèi)注入原料鋁液，鋁液在重力作用下從中間包沿切線方向由坩堝圓柱體 段進(jìn)入坩堝并開始旋轉(zhuǎn)，并在電磁攪拌器加速下鋁液高速旋轉(zhuǎn)。
[0026] 當(dāng)鋁液接觸到晶種后，一方面由于正常偏析，固液界面上獲得純凈的鋁晶體，夾雜 從固液界面擴(kuò)散到鋁液，使附近鋁液由于夾雜含量升高而密度變大；另一方面由于離心作 用下的比重偏析，夾雜含量高的鋁液離心到坩堝壁，并逐漸移動(dòng)到底流口，夾雜含量低的鋁 液由于密度小而被擠壓到固液界面附近；正常偏析與比重偏析同時(shí)作用下，在固液界面源 源不斷凝固出高純鋁。
[0027] 結(jié)晶器內(nèi)的鋁棒在上引機(jī)構(gòu)的牽引下勻速上移，達(dá)到需要的長(zhǎng)度后由切割機(jī)構(gòu)切 下即為成品。
[0028] 底部含夾雜較多的鋁液從底流口流出后被回收。
[0029] 隨著高純鋁棒的引出和尾鋁的流出，不斷往中間包內(nèi)補(bǔ)充原料鋁液，使中間包內(nèi) 液面保持在一定高度，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0030] 實(shí)施例1 :
[0031] 如圖3所示為多組提純裝置組合使用的一種結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例6個(gè)提純裝置共用同 一中間包，以方便原料鋁液的集中控制。本實(shí)施例采用4N7鋁液原料，生產(chǎn)出直徑200mm高 純鋁棒，產(chǎn)品純度達(dá)到5N3,每小時(shí)產(chǎn)量為50kg。
[0032] 實(shí)施例2 :
[0033] 如圖4所示為多組提純裝置組合使用的另一種結(jié)構(gòu)，第一套提純裝置產(chǎn)生的尾液 直接進(jìn)入下面的第二套設(shè)備，以合理利用第一套裝置生產(chǎn)是的尾液。本實(shí)施例第一套裝置 采用4N7鋁液原料，生產(chǎn)出直徑200mm高純鋁棒，產(chǎn)品純度達(dá)到5N3,每小時(shí)產(chǎn)量8kg ;第二 套提純裝置生產(chǎn)出直徑100mm高純鋁棒，產(chǎn)品純度達(dá)到4N7,每小時(shí)產(chǎn)量2kg。
【權(quán)利要求】
1. 一種高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是：包括：中間包、坩堝、電磁攪拌器、坩堝蓋、結(jié) 晶器、晶種，所述中間包用作為鋁液提純前的過(guò)渡容器，中間包的底部預(yù)留出鋁口；所述坩 堝為鋁液處理時(shí)的容器，坩堝與中間包連通，坩堝上部為中空?qǐng)A柱體段，坩堝下部為中空倒 錐體，倒錐體尖端處預(yù)留底流口；所述電磁攪拌器設(shè)置于坩堝外壁，使鋁液能夠在坩堝內(nèi)沿 軸線旋轉(zhuǎn)；所述坩堝蓋設(shè)置于坩堝上，與坩堝上沿密封連接，坩堝蓋上預(yù)留開口；所述結(jié)晶 器設(shè)置于坩堝蓋開口處，與坩堝蓋密封連接；所述晶種由高純鋁做成，放置于結(jié)晶器內(nèi)，使 鋁液在晶種上不斷凝固成鋁棒而被引出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是，所述中間包內(nèi)設(shè)置有保 溫層，對(duì)錯(cuò)液保溫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是坩堝上部的圓柱體段沿圓 柱切線方向預(yù)留進(jìn)料管，進(jìn)料管連接到中間包的出鋁口上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是，坩堝蓋中心預(yù)留開口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是，結(jié)晶器內(nèi)通以冷卻水，使 鋁液能夠不斷凝固。
6. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是，晶種截面和結(jié)晶器內(nèi)孔 截面一致。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是，還包括上引機(jī)構(gòu)，所述上 引機(jī)構(gòu)設(shè)置在結(jié)晶器上方，包括與晶種摩擦接觸的轉(zhuǎn)輪，通過(guò)摩擦力不斷從結(jié)晶器內(nèi)往上 牽引鋁棒，精確控制上引機(jī)構(gòu)的上引速度即可控制晶體生長(zhǎng)速度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的高純鋁連續(xù)提純裝置，其特征是，還包括切割機(jī)構(gòu)，切割機(jī) 構(gòu)設(shè)置于上引機(jī)構(gòu)上方，切割機(jī)構(gòu)設(shè)在一升降裝置上，切割機(jī)構(gòu)可在垂直方向上移動(dòng)，當(dāng)鋁 棒達(dá)到需要的長(zhǎng)度后可對(duì)鋁棒進(jìn)行切割，切割的過(guò)程中隨鋁棒同步移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】C22B21/06GK203938717SQ201420308282
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】李霞 申請(qǐng)人:李霞