专利名称：高纯铝真空提纯装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种铸造冶金技术领域的装置，具体是一种平均高纯度高于5N 的高纯铝真空提纯装置。
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PECHINEY公司的申请号为87100033的发明专利曾涉及此种工艺，用分步结晶法提纯 金属特别是铝。将一定量的液体金属放入一个外部加热的容器内，金属液内还要侵入个内 循环冷却体，结晶后，收集容器底部所形成的全部小晶体，用活塞加压，使小晶体结成大晶 体。然后把容器倾斜，同时加压和加热，把含大量杂质的液体倒出来，将大晶体和金属液分 开。但是，我们发现利用偏析法进行提纯，当晶体进一步继续生长时，析出元素在剩余的液 相中累积，使得液固界面前沿熔体中杂质的浓度增加。根据公式，G = k^。，其中c。-界面前 沿的溶质浓度；Cf凝固后的固相的浓度；kf溶质非平衡分配系数，界面前沿杂质元素的累 积结果导致C。的值升高，在条件稳定时kE值保持不变，则固相的溶质浓度(V就相应地升高， 其结果就是提纯的效果较差，后期凝固的铝锭杂质元素含量较高，再采取加压挤出法，也不 能完全将杂质元素挤出。 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1388259记载了一种"高纯铝的 真空连续体纯净化装置"，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，且 提纯后晶体中杂质分布状态易受多种因素的影响。 进一步检索发现，中国专利文献号CN2611388记载了一种"高纯铝真空提纯净化 装置"，该技术以固体铝锭为原材料，在设备的上部加装旋转驱动系统，带动搅拌器对熔化 后的熔体进行搅拌，促进偏析过程排出的杂质元素的扩散与分散，以期提高提纯效率。该装 置虽然简化了工艺，降低了成本，但是在实际操作中发现机械搅拌无法精确控制坩埚内熔 体的流场，溶质元素的扩散不好，提纯效率并不高，且搅拌器直接与熔体接触，容易造成熔 体污染。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种高纯铝真空提纯装置，以固体4N 铝锭为原材料，利用中频感应加热熔化，电磁搅拌控制坩埚中熔体的流场，促进偏析过程排 出的杂质元素的扩散与分散，降低液固界面前沿熔体中杂质的浓度，从而控制凝固过程，提 高提纯效率。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括炉壳、熔化装置、凝固装置、绝热 装置、电磁搅拌装置、下引机构和固定支架，其中电磁磁搅拌装置、熔化装置和绝热装置依
3次由外而内固定设置于固定支架上，绝热装置包围在坩埚的外围，凝固装置位于熔化装置 的下方并与熔化装置同轴固定设置，下引机构位于炉壳的底部并与凝固装置的下端相连， 固定支架固定设置于炉壳内。 所述的熔化装置包括坩埚和感应加热线圈，其中坩埚置于感应加热线圈内并与 凝固装置固定连接相接。 所述的凝固装置包括刹式抱紧冷却器和结晶台，其中刹式抱紧冷却器固定设 置于结晶台外部，结晶台固定设置于熔化装置的下端。 所述的下引机构包括传动单元和下引传动连杆，其中下引传动连杆与炉壳密 封连接，传动单元固定设置于炉壳底部并与下引传动连杆相连通。 本发明结构合理，工艺先进，操作简便，通过感应线圈电磁搅拌，无需直接接触溶 液，减少污染，可在极短的时间内使溶液的温度均匀，实现溶液成分的均匀化，促进偏析过 程排出的杂质元素的扩散与分散，降低液固界面前沿熔体中杂质的浓度，4N纯铝经提纯， 85%投入料的平均纯度可以达到5N以上，提高提纯效率。刹式抱紧冷却器对剖成两半开 合，通过外部弹簧推力抱紧在结晶台上，当工作开始后，凝固后的铝锭进入冷却区域，刹式 抱紧冷却器抱紧在铝锭表面，增加传热能力，强制冷却，提高晶体保持平界面生长时的速 度。
图1为本发明结构示意图
图2为图1中A区域放大俯视图
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所示，本发明主要包括炉壳1 、熔化装置2、凝固装置3、绝热装置4、电磁搅 拌装置5、下引机构6和固定支架7，其中电磁搅拌装置5、熔化装置2和绝热装置4依次 由外而内固定设置于固定支架7上，绝热装置4包围在坩埚8的外围，凝固装置3位于熔化 装置2的下方并与熔化装置2同轴固定，电磁搅拌装置5包围在熔化装置2的外围，下引机 构6位于炉壳的底部，通过动密封的连杆15与炉壳1配合接入，固定支架7固定设置于炉 壳l内。 所述的炉壳l为双层水冷壳体，炉壳l上接有真空接口 16、冷却水接口和电源接口 17。 所述的熔化装置2包括坩埚8和感应加热线圈9，其中坩埚8置于感应加热线 圈9内，由固定支架7的上压板10压紧通过绝热垫片14与凝固装置3相接。绝热装置4 包围在坩埚8外围。 所述的电磁搅拌装置5采用感应线圈电磁搅拌器13，感应线圈电磁搅拌器13装在 感应加热线圈9外。 如图1和图2所示，所述的凝固装置3包括刹式抱紧冷却器11和结晶台12，其中刹式抱紧冷却器11对剖成两半开合，通过外部弹簧20推力抱紧在结晶台12上，结晶台 12固定设置于坩埚8的下端；当工作开始后，凝固后的铝锭21进入冷却区域，刹式抱紧冷 却器11抱紧在铝锭21表面。结晶台12为燕尾型。 所述的下引机构6包括传动单元19和下引传动连杆15，其中下引传动连杆15 通过动密封与炉壳1配合，伸入到炉壳1内，传动单元19由螺钉固定于炉壳1下方并与下 引传动连杆15相连通，结晶台12通过螺纹同下引传动连杆15相接。 所述的固定支架7包括上压板10和支撑立柱18，其中上压板10设置在支撑立 柱18上。 工作时，接通真空接口 16，接通冷却水管路。当真空度到5Pa时，接通感应加热线 圈9电源，对坩埚8加热。将结晶台12与坩埚8底部的圆孔配合，形成坩埚8的底部。铝 锭熔化后，接通感应线圈电磁搅拌器13电源，进行电磁搅拌。启动传动单元19，结晶台12 滑动下移，凝固后的铝锭进入冷却区域，刹式抱紧冷却器11抱紧在铝锭表面，开始晶体生 长的过程。结晶完毕，关闭加热电源，待铝锭下引脱离刹式抱紧冷却器ll后，取出凝固提纯 后的晶体。向上移动结晶台12堵住坩埚8的底部。坩埚8中加入铝锭，关闭炉门，开始下 一个工作循环。 本实施例采用下引法生长方式，熔化坩埚8采用上粗下细的结构，与结晶台12配 合的部分为变细的颈部。为了提高偏析出的杂质元素的扩散与分散，降低液固界面前沿熔 体中杂质的浓度，在感应加热线圈9外设计加装电磁搅拌器13，通过电磁力控制坩埚8中 液体的流动，避免直接与熔体接触，在极短的时间内使溶液的温度均匀，设定适当的搅拌强 度，可以实现溶液成分的均匀化，促进偏析过程排出的杂质元素的扩散与分散，降低液固界 面前沿熔体中溶质的浓度，从而控制凝固过程，提高提纯效率。与机械式搅拌相比，可进行 少波浪的圆滑的搅拌，这样对减少金属表面的氧化损失有利。凝固系统采用刹式抱紧冷却 方式，刹式抱紧冷却器11对剖成两半开合，通过弹性压力，抱紧在已经凝固的铝锭表面，改 辐射导热为传导导热，提高导热效率，保证大尺寸铝锭生产速度，有利于提高生产效率。
本实施例经测试得到其晶体的最大生长速度可达27cm/h，4N纯铝经一次提纯， 85%投入料的平均纯度可以达到5N以上，平均晶粒尺寸在150ym以下。
权利要求
一种高纯铝真空提纯装置，包括炉壳、熔化装置、凝固装置、绝热装置、电磁搅拌装置、下引机构和固定支架，其特征在于电磁磁搅拌装置、熔化装置和绝热装置依次由外而内固定设置于固定支架上，绝热装置包围在坩埚的外围，凝固装置位于熔化装置的下方并与熔化装置同轴固定设置，下引机构位于炉壳的底部并与凝固装置的下端相连，固定支架固定设置于炉壳内。
2. 根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯装置，其特征是，所述的熔化装置包括坩埚 和感应加热线圈，其中坩埚置于感应加热线圈内并与凝固装置固定连接相接。
3. 根据权利要求l所述的高纯铝真空提纯装置，其特征是，所述的凝固装置包括刹式 抱紧冷却器和结晶台，其中刹式抱紧冷却器固定设置于结晶台外部，结晶台固定设置于熔 化装置的下端。
4. 根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯装置，其特征是，所述的下引机构包括传动 单元和下引传动连杆，其中下引传动连杆与炉壳密封连接，传动单元固定设置于炉壳底部 并与下引传动连杆相连通。
5. 根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯装置，其特征是，所述的炉壳为双层水冷壳 体，炉壳上接有真空接口 、冷却水接口和电源接口 。
6. 根据权利要求1所述的高纯铝真空提纯装置，其特征是，所述的电磁搅拌装置采用 感应线圈电磁搅拌器，感应线圈电磁搅拌器装在感应加热线圈外。
全文摘要
一种铸造冶金技术领域的高纯铝真空提纯装置，包括炉壳、熔化装置、凝固装置、绝热装置、电磁搅拌装置、下引机构和固定支架，其中电磁磁搅拌装置、熔化装置和绝热装置依次由外而内固定设置于固定支架上，绝热装置包围在坩埚的外围，凝固装置位于熔化装置的下方并与熔化装置同轴固定设置，下引机构位于炉壳的底部并与凝固装置的下端相连，固定支架固定设置于炉壳内。本发明的晶体的最大生长速度可达27cm/h，4N纯铝经一次提纯，85％投入料的平均纯度可以达到5N以上，平均晶粒尺寸在150μm以下。
文档编号C22B9/04GK101748281SQ20101030027
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月14日 优先权日2010年1月14日
发明者东青, 何博, 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