专利名称：高纯铝真空提纯净化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种金属提纯净化装置，特别是一种高纯铝真空提纯净化装置，属于铸造冶金领域。
背景技术：
利用偏析法对金属尤其是铝进行提纯净化，排除其中的杂质元素，是一种已经成熟的工业化工艺方法。上海交通大学在2002年申请的发明专利，名称为高纯铝的真空连续体纯净化装置，申请号为02111338.6，该专利提出了一种可以连续进铝液、间歇吸除杂质元素富集层液体的装置。该装置利用带保温器的导液管，将液态铝吸入到结晶坩埚中，结晶时以圆柱状晶体平界面生长方式为主，通过严格控制加热区和冷却区的温度，控制吸取铝液的量和时间间隔，控制真空度的大小，提纯后的纯度可达到5N5。该发明虽然结构合理，工艺先进，自动控制程度高，但系统过于复杂，影响提纯效率的因素太多，不易精确操控。另外，提纯后晶体中杂质分布状态易受多种因素的影响。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高纯铝真空提纯净化装置，该装置以固体铝锭为原材料，通过控制凝固坩埚中液体的流动，促进偏析过程排出的杂质元素的扩散与分散，提高提纯效率，从而降低提纯过程的复杂控制，简化工艺，降低成本。
本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型采用引下法生长方式，熔化坩埚采用上粗下细的结构，与结晶台配合的部分为变细的颈部。为了提高坩埚熔体中偏析出的杂质元素的分散，降低固、液界面前沿的杂质浓度，在设备的上部加装旋转系统，带动搅拌器对熔化后的熔体进行搅拌。通过控制搅拌速度，以达到控制坩埚内熔体的流场，提高溶质元素的扩散效果，并保证晶体在一定条件下以平界面生长。
本实用新型主要包括炉壳，熔化装置，凝固装置，旋转搅拌机构，引下机构和固定支架。熔化装置设置于炉膛内的上部，固定于固定支架上；凝固装置位于熔化装置的下方，并与熔化装置的中心一致，由固定支架上部的压板压紧而紧密连接；旋转搅拌机构设置于炉壳的顶部，通过螺钉固定于炉壳顶部，旋转轴由密封圈动密封伸入到炉腔内，其中心与熔化装置的中心一致；引下机构位于炉壳的底部，通过动密封的连杆与炉壳配合接入；固定支架作为内部装置的固定部件，设置于炉膛内。
炉壳为双层水冷壳体，用于围成真空炉腔，炉壳上接有真空接口和冷却水、电源接口。熔化装置用于熔化待提纯的铝锭，由坩埚、上加热感应线圈和下加热线圈组成，坩埚置于上加热感应线圈和下加热线圈中，由固定支架的上压板压紧与凝固装置相接。旋转搅拌机构由旋转驱动机构、联轴器和陶瓷搅拌器组成，联轴器把陶瓷搅拌器和旋转驱动机构带动的旋转轴连接起来，陶瓷搅拌器深入到坩埚中，并由外部控制搅拌桨距坩埚底部的高度。凝固装置是保证铝晶体以平界面生长的关键部件，由环形冷却器和结晶台组成，结晶台置于环形冷却器内，并且与环形冷却器配合向下滑动，环形冷却器通过螺栓与固定支架固定。下引机构由下引传动机构和下引传动连杆组成，下引传动连杆通过动密封与炉壳配合，伸入到炉壳内，下引传动机构由螺钉固定于炉壳底部，结晶台通过螺纹同下引传动连杆相接。固定支架由上压板和支撑立柱组成，上压板设置在支撑立柱上。
工作时，接通真空接口，接通冷却水管路。当真空度到5Pa时，接通上中频加热线圈和下加热线圈的电源，对坩埚加热。同时在环形结晶器中通过引下机构移动结晶台，与坩埚底部的圆孔配合，形成坩埚的底部。铝锭熔化后，通过连杆把同旋转机构相连的搅拌器插入熔体中一定的深度，并按一定速度旋转搅拌。启动下引传动机构，结晶台沿环形冷却器滑动下移，开始晶体生长的过程。结晶完毕，关闭中频加热电源，打开炉门，取出凝固提纯后的晶体。向上移动结晶台堵住坩埚的底部。坩埚中加入铝锭，关闭炉门，开始下一个工作循环。
本实用新型结构合理，工艺先进，操作简便，晶体生长控制精度高，通过控制搅拌产生的流场，提高偏析过程中产生杂质元素的扩散，保证坩埚内熔体温度均匀。在强制冷却的作用下，提高了晶体保持平界面生长时的速度，生长速度可高达15cm/h。晶体形态的有效控制，提高了提纯的生产效率，4N纯铝经一次提纯，80％投入料的平均纯度可以达到5N以上。
图1本实用新型结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本实用新型主要包括炉壳1，熔化装置2，凝固装置3，旋转搅拌机构4，引下机构5和固定支架6。熔化装置2设置于炉膛内的上部，固定于固定支架6上；凝固装置3位于熔化装置2的下方，并与熔化装置2的中心一致，由固定支架6的上压板7压紧而紧密连接，旋转搅拌机构4设置于炉壳1的顶部，旋转搅拌机构4的旋转轴由密封圈动密封伸入到炉腔内，其中心与熔化装置2的中心一致，引下机构5位于炉壳1的底部，通过动密封的连杆20与炉壳1配合接入，固定支架6作为内部装置的固定部件，设置于炉膛内。
炉壳1为双层水冷壳体，炉壳1上接有真空接口9和冷却水、电源接口10。
熔化装置2由绝缘保温隔板8、坩埚11、上加热感应线圈12和下加热线圈13组成，坩埚11置于上加热感应线圈12和下加热线圈13中，由固定支架6的上压板7压紧与凝固装置3相接，绝缘保温隔板8安装于上压板7与上加热线圈12中。
旋转搅拌机构4由旋转驱动机构14、联轴器15和陶瓷搅拌器16组成，联轴器15把陶瓷搅拌器16和旋转驱动机构14带动的旋转轴连接起来，陶瓷搅拌器16深入到坩埚11中，并由外部控制搅拌桨距坩埚11底部的高度。
凝固装置3由环形冷却器17和结晶台18组成，结晶台18置于环形冷却器17内，并且与环形冷却器17配合向下滑动，环形冷却器17通过螺栓与固定支架6固定。
下引机构5由下引传动机构19和下引传动连杆20组成，下引传动连杆20通过动密封与炉壳1配合，伸入到炉壳1内，下引传动机构19由螺钉固定于炉壳1底部，结晶台18通过螺纹同下引传动连杆20相接。
固定支架6由上压板7和支撑立柱21组成，上压板7设置在支撑立柱21上。
权利要求1.一种高纯铝真空提纯净化装置，主要包括炉壳(1)，熔化装置(2)，凝固装置(3)，引下机构(5)和固定支架(6)，其特征在于还包括旋转搅拌机构(4)，熔化装置(2)设置于炉膛内的上部，固定于固定支架(6)上；凝固装置(3)位于熔化装置(2)的下方，并与熔化装置(2)的中心一致，由固定支架(6)的上压板(7)压紧而紧密连接，旋转搅拌机构(4)设置于炉壳(1)的顶部，旋转搅拌机构(4)的旋转轴由密封圈动密封伸入到炉腔内，其中心与熔化装置(2)的中心一致，引下机构(5)位于炉壳(1)的底部，通过动密封的连杆(20)与炉壳(1)配合接入，固定支架(6)作为内部装置的固定部件，设置于炉膛内。
2.根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯净化装置，其特征是，旋转搅拌机构(4)由旋转驱动机构(14)、联轴器(15)和陶瓷搅拌器(16)组成，联轴器(15)把陶瓷搅拌器(16)和旋转驱动机构(14)带动的旋转轴连接起来，陶瓷搅拌器(16)深入到坩埚(11)中，并由外部控制搅拌桨距坩埚(11)底部的高度。
3.根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯净化装置，其特征是，凝固装置(3)由环形冷却器(17)和结晶台(18)组成，结晶台(18)置于环形冷却器(17)内，并且与环形冷却器(17)配合向下滑动，环形冷却器(17)通过螺栓与固定支架(6)固定。
4.根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯净化装置，其特征是，熔化装置(2)由坩埚(11)、上加热感应线圈(12)和下加热线圈(13)组成，坩埚(11)置于上加热感应线圈(12)和下加热线圈(13)中，由固定支架(6)的上压板(7)压紧与凝固装置(3)相接。
5.根据权利要求2或3或4所述的高纯铝真空提纯净化装置，其特征是，坩埚(11)采用上粗下细的结构，与结晶台(18)配合的部分为变细的颈部。
6.根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯净化装置，其特征是，炉壳(1)为双层水冷壳体，炉壳(1)上接有真空接口(9)和冷却水、电源接口(10)。
7.根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯净化装置，其特征是，下引机构(5)由下引传动机构(19)和下引传动连杆(20)组成，下引传动连杆(20)通过动密封与炉壳(1)配合，伸入到炉壳(1)内，下引传动机构(19)由螺钉固定于炉壳(1)底部，结晶台(18)通过螺纹同下引传动连杆(20)相接。
8.根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯净化装置，其特征是，固定支架(6)由上压板(7)和支撑立柱(21)组成，上压板(7)设置在支撑立柱(21)上。
专利摘要一种高纯铝真空提纯净化装置属于铸造冶金领域。本实用新型主要包括炉壳，熔化装置，凝固装置，旋转搅拌机构，引下机构和固定支架。熔化装置设置于炉膛内的上部，固定于支架上；凝固装置位于熔化装置的下方，并与熔化装置的中心一致，由支架上部的压板压紧而紧密连接，旋转搅拌机构设置于炉壳的顶部，旋转轴由密封圈动密封伸入到炉腔内，其中心与熔化装置的中心一致；引下机构位于炉壳的底部，通过动密封的连杆与炉壳配合接入；固定支架作为内部装置的固定部件，设置于炉膛内。本实用新型结构合理，操作简便，晶体生长控制精度高，通过控制搅拌产生的流场，提高偏析过程中产生杂质元素的扩散，保证坩埚内熔体温度均匀。
文档编号C22B21/00GK2611388SQ0323021
公开日2004年4月14日 申请日期2003年4月10日 优先权日2003年4月10日
发明者张佼, 孙宝德, 何博, 倪红军 申请人:上海交通大学