专利名称：高纯铝的真空连续提纯净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种提纯净化装置，特别是一种高纯铝的真空连续提纯净化装置，属于铸造领域。
背景技术：
利用偏析法对金属尤其是铝进行提纯净化，是一种已经普遍工业化的工艺方法。法国PICHENY公司的申请号为87100033的发明专利曾涉及此种工艺。但是，我们发现在利用偏析法进行提纯时，单纯地依靠自然对流或强制搅拌，不可能把在提纯过程中偏析出来的杂质元素去除掉(而在凝固后再采取加压挤出法，也不能完全将杂质元素寄出)，这样当晶体进一步继续生长时，析出元素在剩余的液相中累积，使得固液界面前沿的溶质浓度增加。根据公式，CE=kE·C0，其中C0-界面前沿的溶质浓度；CE-凝固后的固相的浓度；kE-溶质非平衡分配系数，界面前沿杂质元素的累积结果导致C0的值升高，在条件稳定时kE值保持不变，则固相的溶质浓度CE就相应地升高，其结果就是提纯的效果较差，凝固的铝锭尾部杂质元素含量较高，其切除及再处理重熔造成能源的浪费，这就使得生产效率降低，能耗增加。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种高纯铝的真空连续提纯净化装置，改变了传统的加铝方式和降低液相前沿杂质元素浓度的方法，采用真空控制连续进铝方式，利用吸取装置吸出固液界面前沿富集的杂质元素，从根本上消除了析出杂质元素的聚集对提纯过程的影响，本发明主要包括铝液电解槽、提纯炉体、真空废液回收炉，具体连接方式为铝液电解槽由陶瓷导管(一)通过截止阀(一)与提纯炉体连接，提纯炉体由陶瓷导管(二)通过截止阀(二)与真空废液回收炉相连接。
铝液电解槽是盛装待提纯铝液的容器，主要包括容器和陶瓷过滤器，陶瓷过滤器嵌装在容器底部的出液通道口。
铝液电解槽的底部或下部设有铝液陶瓷导管(一)的接口，出口处嵌装有陶瓷过滤器，陶瓷导管(一)、(二)外包覆有电阻丝加热器，导管(一)通过截流阀(一)进入真空炉室。
提纯炉体主要包括双区加热坩埚，吸取装置，冷却系统，结晶台，抽拉机构，导向密封套和固定支架，吸取装置悬挂于双区加热坩埚内部，冷却系统置于双区加热坩埚底部，通过螺栓和压板与坩埚紧密结合。坩埚的底部中心有一个圆孔，结晶台套在冷却系统内，并与坩埚的圆孔配合。结晶台通过导向密封套密封后与抽拉机构的下引杆用螺纹连接。整个坩埚和冷却凝固装置由固定支架支撑，支架通过焊接和螺钉将整个机构固定在炉底上。
提纯炉体上接有保护气体入口和真空接口。
真空炉室上接有氩气入口和真空接口，吸取装置通过截止阀(二)和陶瓷导管(二)相连，直接通入到真空废液回收炉中，真空废液回收炉和真空泵相连。
本发明的工作原理和工作过程如下1、接通真空管路，关闭截流阀(一)和(二)，对整个真空炉室进行抽真空，打开电源对保温坩埚的加热器通电升温，结晶台处于坩埚底部圆孔内，与坩埚壁形成容器，用以承装铝熔体，接通冷却系统的冷却水。
2、待真空到限时，打开截流阀(一)，真空炉室与大气压之间的压力差把铝液从电解槽中通过陶瓷过滤器、管路经截流阀(一)进入到坩埚中。随后把吸液挡板和吸管放入坩埚中指定位置。其外壁和坩埚之间的夹层为上层铝液的下流通道，和下层吸液挡板与晶体之间的间隙一起作为高温加热的区域，铝液在此区域中被加热到较高温度。
3、启动抽拉机构，下引杆导引结晶台带动已凝固的晶体下行。
4、按照工艺要求，当固液界面前沿的溶质浓度达到一定程度时，就要对固液界面前沿的富集溶质液体进行抽取换液，首先打开氩气保护气体入口的开关，对真空炉体充气，随着气体的进入，炉体内的真空度降低。这样炉体与真空废液回收炉之间产生压力差，打开截流阀(二)，压力差抽取液体并导入到真空保温处理炉中。
5、当生长的晶体长度达到要求时，闭截流阀(一)，打开氩气管路的开关，向炉内充入氩气，利用抽取吸管把剩余的铝液吸走排入到保温处理炉，以防止剩余铝液的氧化。关闭截流阀(二)，打开炉门，取走提纯完毕的晶体，重新安装结晶平台，关闭炉门，抽真空，进行下一个工作循环。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明利用真空下的熔炼和保温，大大降低了提纯过程中氧原子的侵入，利用抽取法将固液界面前沿铝液稳定控制在允许的工艺范围内。通过连续加入铝液，节省了铝重熔所耗费的大量能源，含杂质浓度较高的提纯废铝液直接得到处理，制备出的高纯铝锭在整个锭的长度中质量保持稳定，可以减少甚至不用截去末端，生产效率大大提高。
图1本发明结构示意2本发明铝液电解槽结构示意3本发明提纯炉体结构示意4本发明真空废液回收炉结构示意图
具体实施例方式如图1、图2、图3和图4所示，本发明主要包括铝液电解槽(1)、提纯炉体(2)、真空废液回收炉(3)，具体连接方式为铝液电解槽(1)由陶瓷导管(4)通过截止阀(5)与提纯炉体(2)连接，提纯炉体(2)由陶瓷导管(6)通过截止阀(7)与真空废液回收炉(3)相连接。
铝液电解槽(1)主要包括容器(8)和陶瓷过滤器(9)，陶瓷过滤器(9)嵌装在容器(8)底部的出液通道口。
铝液电解槽(1)的底部或下部设有铝液陶瓷导管(4)的接口，出口处嵌装有陶瓷过滤器(9)，陶瓷导管(4)、(6)外包覆有电阻丝加热器(10)，导管(4)通过截流阀(5)进入真空炉室(11)。
提纯炉体(2)主要包括双区加热坩埚(12)，吸取装置(13)，冷却系统(14)，结晶台(15)，抽拉机构(16)，导向密封套(17)和固定支架(18)，吸取装置(13)悬挂于双区加热坩埚(12)内部，冷却系统(14)置于双区加热坩埚(12)底部，通过螺栓和压板与坩埚(12)紧密结合。坩埚(12)的底部中心有一个圆孔，结晶台(15)套在冷却系统(14)内，并与坩埚(12)的圆孔配合，结晶台(15)通过导向密封套(17)密封后与抽拉机构(16)的下引杆用螺纹连接，整个坩埚和冷却凝固装置由固定支架(18)支撑，支架(18)通过焊接和螺钉将整个机构固定在炉底上。
提纯炉体(2)上接有保护气体入口(19)和真空接口(20)。
权利要求
1.一种高纯铝的真空连续提纯净化装置，主要包括铝液电解槽(1)、提纯炉体(2)和真空废液回收炉(3)，其特征在于具体连接方式为铝液电解槽(1)由陶瓷导管(4)通过截止阀(5)与提纯炉体(2)连接，提纯炉体(2)由陶瓷导管(6)通过截止阀(7)与真空废液回收炉(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的这种高纯铝的真空连续提纯净化装置，其特征是铝液电解槽(1)主要包括容器(8)和陶瓷过滤器(9)，陶瓷过滤器(9)嵌装在容器(8)底部的出液通道口。
3.根据权利要求1所述的这种高纯铝的真空连续提纯净化装置，其特征是铝液电解槽(1)的底部或下部设有铝液陶瓷导管(4)的接口，出口处嵌装有陶瓷过滤器(9)，陶瓷导管(4)、(6)外包覆有电阻丝加热器(10)，导管(4)通过截流阀(5)进入真空炉室(11)。
4.根据权利要求1所述的这种高纯铝的真空连续提纯净化装置，提纯炉体(2)主要包括双区加热坩埚(12)，吸取装置(13)，冷却系统(14)，结晶台(15)，抽拉机构(16)，导向密封套(17)和固定支架(18)，吸取装置(13)悬挂于双区加热坩埚(12)内部，冷却系统(14)置于双区加热坩埚(12)底部，通过螺栓和压板与坩埚(12)紧密结合，坩埚(12)的底部中心有一个圆孔，结晶台(15)套在冷却系统(14)内，并与坩埚(12)的圆孔配合，结晶台(15)通过导向密封套(17)密封后与抽拉机构(16)的下引杆用螺纹连接，整个坩埚和冷却凝固装置由固定支架(18)支撑，支架(18)通过焊接和螺钉将整个机构固定在炉底上。
5.根据权利要求1所述的这种高纯铝的真空连续提纯净化装置，其特征是提纯炉体(2)上接有保护气体入口(19)和真空接口(20)。
全文摘要
高纯铝的真空连续提纯净化装置属于铸造领域。本发明主要包括:铝液电解槽、提纯炉体、真空废液回收炉,铝液电解槽由陶瓷导管(一)通过截止阀(一)与提纯炉体连接,提纯炉体由陶瓷导管(二)通过截止阀(二)与真空废液回收炉相连接。本发明具有实质性特点和显著进步,本发明利用真空下的熔炼和保温,大大降低了提纯过程中氧原子的侵入,利用抽取法将固液界面前沿铝液稳定控制在允许的工艺范围内,通过连续加入铝液,节省了铝重熔所耗费的大量能源,含杂质浓度较高的提纯废铝液直接得到处理,制备出的高纯铝锭在整个锭的长度中质量保持稳定,可以减少甚至不用截去末端,生产效率大大提高。
文档编号C22B9/00GK1388259SQ02111338
公开日2003年1月1日 申请日期2002年4月12日 优先权日2002年4月12日
发明者张佼, 孙宝德, 丁文江 申请人:上海交通大学