專利名稱：高純鋁真空提純裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種鑄造冶金技術領域的裝置，具體是一種平均高純度高于5N 的高純鋁真空提純裝置。
背景技術：
利用偏析法對金屬尤其是鋁進行提純凈化，是一種已經普遍工業化的工藝方法。 法國PECHINEY公司的申請號為87100033的發明專利曾涉及此種工藝，用分步結晶法提純 金屬特別是鋁。將一定量的液體金屬放入一個外部加熱的容器內，金屬液內還要侵入個內 循環冷卻體，結晶后，收集容器底部所形成的全部小晶體，用活塞加壓，使小晶體結成大晶 體。然后把容器傾斜，同時加壓和加熱，把含大量雜質的液體倒出來，將大晶體和金屬液分 開。但是，我們發現利用偏析法進行提純，當晶體進一步繼續生長時，析出元素在剩余的液 相中累積，使得液固界面前沿熔體中雜質的濃度增加。根據公式，G = k^。，其中c。-界面前 沿的溶質濃度；Cf凝固后的固相的濃度；kf溶質非平衡分配系數，界面前沿雜質元素的累 積結果導致C。的值升高，在條件穩定時kE值保持不變，則固相的溶質濃度(V就相應地升高， 其結果就是提純的效果較差，后期凝固的鋁錠雜質元素含量較高，再采取加壓擠出法，也不 能完全將雜質元素擠出。 經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN1388259記載了一種"高純鋁的 真空連續體純凈化裝置"，該裝置利用帶保溫器的導液管，將液態鋁吸入到結晶坩堝中，結 晶時以圓柱狀晶體平界面生長方式為主，通過嚴格控制加熱區和冷卻區的溫度，控制吸取 鋁液的量和時間間隔，控制真空度的大小，提純后的純度可達到5N5。該發明雖然結構合理， 工藝先進，自動控制程度高，但系統過于復雜，影響提純效率的因素太多，不易精確操控，且 提純后晶體中雜質分布狀態易受多種因素的影響。 進一步檢索發現，中國專利文獻號CN2611388記載了一種"高純鋁真空提純凈化 裝置"，該技術以固體鋁錠為原材料，在設備的上部加裝旋轉驅動系統，帶動攪拌器對熔化 后的熔體進行攪拌，促進偏析過程排出的雜質元素的擴散與分散，以期提高提純效率。該裝 置雖然簡化了工藝，降低了成本，但是在實際操作中發現機械攪拌無法精確控制坩堝內熔 體的流場，溶質元素的擴散不好，提純效率并不高，且攪拌器直接與熔體接觸，容易造成熔 體污染。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種高純鋁真空提純裝置，以固體4N 鋁錠為原材料，利用中頻感應加熱熔化，電磁攪拌控制坩堝中熔體的流場，促進偏析過程排 出的雜質元素的擴散與分散，降低液固界面前沿熔體中雜質的濃度，從而控制凝固過程，提 高提純效率。 本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括爐殼、熔化裝置、凝固裝置、絕熱 裝置、電磁攪拌裝置、下引機構和固定支架，其中電磁磁攪拌裝置、熔化裝置和絕熱裝置依
3次由外而內固定設置于固定支架上，絕熱裝置包圍在坩堝的外圍，凝固裝置位于熔化裝置 的下方并與熔化裝置同軸固定設置，下引機構位于爐殼的底部并與凝固裝置的下端相連， 固定支架固定設置于爐殼內。 所述的熔化裝置包括坩堝和感應加熱線圈，其中坩堝置于感應加熱線圈內并與 凝固裝置固定連接相接。 所述的凝固裝置包括剎式抱緊冷卻器和結晶臺，其中剎式抱緊冷卻器固定設 置于結晶臺外部，結晶臺固定設置于熔化裝置的下端。 所述的下引機構包括傳動單元和下引傳動連桿，其中下引傳動連桿與爐殼密 封連接，傳動單元固定設置于爐殼底部并與下引傳動連桿相連通。 本發明結構合理，工藝先進，操作簡便，通過感應線圈電磁攪拌，無需直接接觸溶 液，減少污染，可在極短的時間內使溶液的溫度均勻，實現溶液成分的均勻化，促進偏析過 程排出的雜質元素的擴散與分散，降低液固界面前沿熔體中雜質的濃度，4N純鋁經提純， 85%投入料的平均純度可以達到5N以上，提高提純效率。剎式抱緊冷卻器對剖成兩半開 合，通過外部彈簧推力抱緊在結晶臺上，當工作開始后，凝固后的鋁錠進入冷卻區域，剎式 抱緊冷卻器抱緊在鋁錠表面，增加傳熱能力，強制冷卻，提高晶體保持平界面生長時的速 度。
圖1為本發明結構示意圖
圖2為圖1中A區域放大俯視圖
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施 例。 如圖1所示，本發明主要包括爐殼1 、熔化裝置2、凝固裝置3、絕熱裝置4、電磁攪 拌裝置5、下引機構6和固定支架7，其中電磁攪拌裝置5、熔化裝置2和絕熱裝置4依次 由外而內固定設置于固定支架7上，絕熱裝置4包圍在坩堝8的外圍，凝固裝置3位于熔化 裝置2的下方并與熔化裝置2同軸固定，電磁攪拌裝置5包圍在熔化裝置2的外圍，下引機 構6位于爐殼的底部，通過動密封的連桿15與爐殼1配合接入，固定支架7固定設置于爐 殼l內。 所述的爐殼l為雙層水冷殼體，爐殼l上接有真空接口 16、冷卻水接口和電源接口 17。 所述的熔化裝置2包括坩堝8和感應加熱線圈9，其中坩堝8置于感應加熱線 圈9內，由固定支架7的上壓板10壓緊通過絕熱墊片14與凝固裝置3相接。絕熱裝置4 包圍在坩堝8外圍。 所述的電磁攪拌裝置5采用感應線圈電磁攪拌器13，感應線圈電磁攪拌器13裝在 感應加熱線圈9外。 如圖1和圖2所示，所述的凝固裝置3包括剎式抱緊冷卻器11和結晶臺12，其中剎式抱緊冷卻器11對剖成兩半開合，通過外部彈簧20推力抱緊在結晶臺12上，結晶臺 12固定設置于坩堝8的下端；當工作開始后，凝固后的鋁錠21進入冷卻區域，剎式抱緊冷 卻器11抱緊在鋁錠21表面。結晶臺12為燕尾型。 所述的下引機構6包括傳動單元19和下引傳動連桿15，其中下引傳動連桿15 通過動密封與爐殼1配合，伸入到爐殼1內，傳動單元19由螺釘固定于爐殼1下方并與下 引傳動連桿15相連通，結晶臺12通過螺紋同下引傳動連桿15相接。 所述的固定支架7包括上壓板10和支撐立柱18，其中上壓板10設置在支撐立 柱18上。 工作時，接通真空接口 16，接通冷卻水管路。當真空度到5Pa時，接通感應加熱線 圈9電源，對坩堝8加熱。將結晶臺12與坩堝8底部的圓孔配合，形成坩堝8的底部。鋁 錠熔化后，接通感應線圈電磁攪拌器13電源，進行電磁攪拌。啟動傳動單元19，結晶臺12 滑動下移，凝固后的鋁錠進入冷卻區域，剎式抱緊冷卻器11抱緊在鋁錠表面，開始晶體生 長的過程。結晶完畢，關閉加熱電源，待鋁錠下引脫離剎式抱緊冷卻器ll后，取出凝固提純 后的晶體。向上移動結晶臺12堵住坩堝8的底部。坩堝8中加入鋁錠，關閉爐門，開始下 一個工作循環。 本實施例采用下引法生長方式，熔化坩堝8采用上粗下細的結構，與結晶臺12配 合的部分為變細的頸部。為了提高偏析出的雜質元素的擴散與分散，降低液固界面前沿熔 體中雜質的濃度，在感應加熱線圈9外設計加裝電磁攪拌器13，通過電磁力控制坩堝8中 液體的流動，避免直接與熔體接觸，在極短的時間內使溶液的溫度均勻，設定適當的攪拌強 度，可以實現溶液成分的均勻化，促進偏析過程排出的雜質元素的擴散與分散，降低液固界 面前沿熔體中溶質的濃度，從而控制凝固過程，提高提純效率。與機械式攪拌相比，可進行 少波浪的圓滑的攪拌，這樣對減少金屬表面的氧化損失有利。凝固系統采用剎式抱緊冷卻 方式，剎式抱緊冷卻器11對剖成兩半開合，通過彈性壓力，抱緊在已經凝固的鋁錠表面，改 輻射導熱為傳導導熱，提高導熱效率，保證大尺寸鋁錠生產速度，有利于提高生產效率。
本實施例經測試得到其晶體的最大生長速度可達27cm/h，4N純鋁經一次提純， 85%投入料的平均純度可以達到5N以上，平均晶粒尺寸在150ym以下。
權利要求
一種高純鋁真空提純裝置，包括爐殼、熔化裝置、凝固裝置、絕熱裝置、電磁攪拌裝置、下引機構和固定支架，其特征在于電磁磁攪拌裝置、熔化裝置和絕熱裝置依次由外而內固定設置于固定支架上，絕熱裝置包圍在坩堝的外圍，凝固裝置位于熔化裝置的下方并與熔化裝置同軸固定設置，下引機構位于爐殼的底部并與凝固裝置的下端相連，固定支架固定設置于爐殼內。
2. 根據權利要求1所述的高純鋁真空提純裝置，其特征是，所述的熔化裝置包括坩堝 和感應加熱線圈，其中坩堝置于感應加熱線圈內并與凝固裝置固定連接相接。
3. 根據權利要求l所述的高純鋁真空提純裝置，其特征是，所述的凝固裝置包括剎式 抱緊冷卻器和結晶臺，其中剎式抱緊冷卻器固定設置于結晶臺外部，結晶臺固定設置于熔 化裝置的下端。
4. 根據權利要求1所述的高純鋁真空提純裝置，其特征是，所述的下引機構包括傳動 單元和下引傳動連桿，其中下引傳動連桿與爐殼密封連接，傳動單元固定設置于爐殼底部 并與下引傳動連桿相連通。
5. 根據權利要求1所述的高純鋁真空提純裝置，其特征是，所述的爐殼為雙層水冷殼 體，爐殼上接有真空接口 、冷卻水接口和電源接口 。
6. 根據權利要求1所述的高純鋁真空提純裝置，其特征是，所述的電磁攪拌裝置采用 感應線圈電磁攪拌器，感應線圈電磁攪拌器裝在感應加熱線圈外。
全文摘要
一種鑄造冶金技術領域的高純鋁真空提純裝置，包括爐殼、熔化裝置、凝固裝置、絕熱裝置、電磁攪拌裝置、下引機構和固定支架，其中電磁磁攪拌裝置、熔化裝置和絕熱裝置依次由外而內固定設置于固定支架上，絕熱裝置包圍在坩堝的外圍，凝固裝置位于熔化裝置的下方并與熔化裝置同軸固定設置，下引機構位于爐殼的底部并與凝固裝置的下端相連，固定支架固定設置于爐殼內。本發明的晶體的最大生長速度可達27cm/h，4N純鋁經一次提純，85％投入料的平均純度可以達到5N以上，平均晶粒尺寸在150μm以下。
文檔編號C22B9/04GK101748281SQ20101030027
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月14日 優先權日2010年1月14日
發明者東青, 何博, 孫寶德, 張佼, 戴永兵, 李飛, 王俊, 疏達, 董錦芳, 陳慧, 高海燕 申請人:上海交通大學