专利名称：基于偏析法的高纯铝提纯装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种冶炼技术领域的装置，具体是一种基于偏析法的高纯铝提纯
装置。
背景技术：
在高纯铝提纯进化方面，偏析法较常用的三层液电解法精炼技术耗能低，环境污 染小，效率高，成为目前高纯铝提纯净化的主要方法之一。目前工业应用的工艺有几种，但 其工艺特点和技术水平不尽相同，其工艺的载体_设备也各种各样。 经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号96204334. 6，记载了一种"精铝生 产定向结晶炉"，该技术由提纯炉，炉壁为保温材料砌制而成，炉底为耐火材料易散热复合 层，加热方式为电阻加热，搅拌采用电磁搅拌或机械搅拌。冷却方式为底部水冷套冷却，热 量透过炉底由冷却水带走，使得金属在炉底结晶凝固，产生定向凝固。这种结构设计是定向 凝固偏析法提纯的基本形式，存在如下问题1结晶方式为定向树枝晶生长，不利于杂质元 素的扩散；2炉壁与炉底的材料虽然和铝不润湿，但同样存在杂质元素向铝液中的扩散，限 制了这种结构的提纯效率；3固相与液相共存，在搅拌的作用下，不利于杂质元素在末端的 聚积。 进一步检索发现，中国专利申请号03230414，记载了一种"偏析法精铝生产装置"， 该技术包括保温系统、卸料系统、凝固结晶系统、提升旋转系统、液压驱动系统，通过控制冷 却介质的冷却作用和结晶温度来提高提纯效率，但是在凝固过程中的晶体生长速度不易控 制，且装置较为复杂，达到良好提纯效率的整个生产过程的技术要求较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于偏析法的高纯铝提纯装置， 本发明采用非机械方式的电磁场和中心加热装置，通过控制熔体流场改善铝熔体偏析过程 中排出的杂质元素的扩散与分布情况，加快溶质元素在熔体中的混合扩散，降低固、液界面 前沿的杂质浓度，达到提高铝的提纯效率的目的。 本发明具体是通过以下技术方案实现的，本发明包括内加热装置、若干个电磁搅 拌器和提纯炉体，其中内加热装置位于提纯炉体的中心，电磁搅拌装器位于提纯炉体的四 周。 所述的电磁搅拌器的个数为偶数个且对称设置于提纯炉体的四周。
所述的内加热装置包括套管、加热元件和第一固定支架，其中加热元件位于套
管内部，第一固定支架分别与套管和提纯炉体固定连接使套管悬置于提纯炉体正中。 所述的提纯炉体包括石墨坩埚、导热介质、钢壳、导热调节层、冷却器和第二固定
支架，其中石墨坩埚位于钢壳的内部，导热介质位于石墨坩埚与钢壳之间，导热调节层与
钢壳的外侧面接触连接，冷却器包覆于导热调节层的外侧，第二固定支架固定设置于冷却
器的底部，所述电磁搅拌装器具体位于冷却器的外部四周并接触连接。
3液倒入石墨坩埚内，开启电磁搅拌器搅拌熔体。凝固开始后给内加热 装置通电，并缓慢提高电热元件功率。石墨坩埚经水冷却器强制冷却，以控制固液界面有稳 定合适的温度梯度。电磁场搅拌熔体，水冷却装置强制冷却以及中心内加热装置的共同作 用，控制坩埚内熔体流场及晶体的凝固过程。待铝层凝固到一定厚度后，将剩余熔体倾倒出 去，坩埚内的固体即为已提纯的材料。 本发明采用非机械方式的电磁场搅拌熔体，无需直接接触铝液，减少污染，可在极 短的时间内使铝液搅拌均匀，使熔体中的杂质元素分布均匀一致。采用中心加热装置，缓慢 提高其功率，控制固液界面保持稳定的温度梯度。在坩埚壁外采用水冷式强制冷却，提高生 产效益，并通过调节坩埚外部导热调节层的厚度来控制冷却的强度。在不同生长速度和温 度梯度下，由于受到电磁搅拌器的功率和频率以及晶体的生长速度的影响，固相的提纯效 果不同。
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明俯视图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 如图1和图2所示，本实施例包括内加热装置1、电磁搅拌器2和提纯炉体3，其 中内加热装置1位于提纯炉体3的中心，电磁搅拌装器位于提纯炉体3的四周。
所述的内加热装置1包括套管4、加热元件5和第一固定支架6，其中加热元件 5位于套管4内部，第一固定支架6分别与套管4和提纯炉体3固定连接使套管4悬置于提 纯炉体3正中。 所述的电磁搅拌器2共4个且对称设置于提纯炉体3的四周，该电磁搅拌器2的 搅拌频率为0. 5-30Hz。 所述的提纯炉体3包括石墨坩埚7、导热介质8、钢壳9、导热调节层10、冷却器11 和第二固定支架12，其中石墨坩埚7位于钢壳9的内部，导热介质8位于石墨坩埚7与钢 壳9之间，导热调节层10与钢壳9的外侧面接触连接，冷却器11包覆于导热调节层10的 外侧，第二固定支架12固定设置于冷却器11的底部，所述电磁搅拌装器具体位于冷却器11 的外部四周并接触连接。 所述的导热介质8采用高导热性石墨粘结剂； 所述的导热调节层10采用无机纤维织构，其厚度控制在10-50mm ; 所述的冷却器11内设有冷却水入口 13以及冷却水出口 14使得导热调节层10外
流通冷却水。在凝固过程中，冷却水从入口 13进入后，水位不断上升至冷却水出口 14流出，
完成冷却过程。 所述的冷却水的流通速度每秒0. l-10M3 ;
本实施例通过以下三组方式进行提纯
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1 :当电磁搅拌频率为lHz，输入电流为100A时，石墨坩埚7内的铝的生长速度为 2cm/h，铝的提纯效率可以达到70%。 2 :当电磁搅拌频率为5Hz，输入电流为150A时，石墨坩埚7内的铝的生长速度为 5cm/h，铝的提纯效率可以达到80%。 3 :当电磁搅拌频率为10Hz，输入电流为150A时，石墨坩埚7内的铝的生长速度为 10cm/h，铝的提纯效率可以达到65%。
权利要求
一种基于偏析法的高纯铝提纯装置，其特征在于包括内加热装置、若干个电磁搅拌器和提纯炉体，其中内加热装置位于提纯炉体的中心，电磁搅拌装器位于提纯炉体的四周；所述的内加热装置包括套管、加热元件和第一固定支架，其中加热元件位于套管内部，第一固定支架分别与套管和提纯炉体固定连接使套管悬置于提纯炉体正中；所述的电磁搅拌器的个数为偶数个且对称设置于提纯炉体的四周。
2. 根据权利要求1所述的基于偏析法的高纯铝提纯装置，其特征是，所述的电磁搅拌 器的搅拌频率为0. 5-30Hz。
3. 根据权利要求1所述的基于偏析法的高纯铝提纯装置，其特征是，所述的提纯炉体 包括石墨坩埚、导热介质、钢壳、导热调节层、冷却器和第二固定支架，其中石墨坩埚位 于钢壳的内部，导热介质位于石墨坩埚与钢壳之间，导热调节层与钢壳的外侧面接触连接， 冷却器包覆于导热调节层的外侧，第二固定支架固定设置于冷却器的底部，所述电磁搅拌 装器具体位于冷却器的外部四周并接触连接。
4. 根据权利要求3所述的基于偏析法的高纯铝提纯装置，其特征是，所述的导热调节层采用无机纤维织构，其厚度控制在10-50mm。
5. 根据权利要求1所述的基于偏析法的高纯铝提纯装置，其特征是，所述的冷却器内 设有冷却水入口以及冷却水出口使得导热调节层外流通冷却水。
6. 根据权利要求5所述的基于偏析法的高纯铝提纯装置，其特征是，所述的冷却水的 流通速度每秒0. 1-10立方米。
全文摘要
一种金属提纯技术领域的基于偏析法的高纯铝提纯装置，包括内加热装置、若干个电磁搅拌器和提纯炉体。其中内加热装置位于提纯炉体的中心，电磁搅拌装器位于提纯炉体的四周且均匀分布。本发明通过控制熔体流场改善铝熔体偏析过程中排出的杂质元素的扩散与分布情况，加快溶质元素在熔体中的混合扩散，降低固、液界面前沿的杂质浓度，达到提高铝的提纯效率的目的。
文档编号C22B21/00GK101748291SQ20101030087
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者东青, 孙宝德, 张佼, 戴永兵, 李飞, 王俊, 疏达, 董锦芳, 陈慧, 高海燕 申请人:上海交通大学