一種分離過共晶鋁硅合金的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種分離過共晶鋁硅合金的裝置，屬于電磁冶金【技術領域】。包括熔料裝置和提拉裝置，熔料裝置的主體為石墨坩堝，石墨坩堝的外部有活動的感應裝置、底部有帶有支撐機構的托盤；提拉裝置的主體為倒置的石英管，倒置的石英管的頂部有引錠機構、內部有模子、外部有冷卻環；石英管的外徑小于石墨坩堝的內徑，倒置的石英管套入石墨坩堝。該裝置分離過共晶硅鋁合金制備初晶硅和共晶硅鋁合金流程短,操作過程簡單且節能環保,生產成本低，分離出的初晶硅除雜效果均比普通定向凝固好，而經歷此過程獲得的鋁硅熔體脫去了一定的氫氣，可以獲得性能較好的共晶鋁硅合金。
【專利說明】一種分離過共晶鋁硅合金的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種分離過共晶鋁硅合金的裝置，屬于電磁冶金【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鋁硅合金以其良好的力學性能和優良的鑄造性能，被廣泛應用于航空、汽車、儀表及工程機械等工業，是制造行業重要的合金材料。鋁硅合金的生產方法主要有兌摻法，熔鹽電解法以及電熱法等等。目前在我國主要是采用兌摻法生產，即用電解法生產的原鋁和用工業硅經過按比例重熔制得。這樣從礦石到成品要經過氧化鋁廠、電解鋁廠、工業硅廠等多道工序才能完成，生產流程長、能耗高使鋁硅合金成本居高不下，而且生產過程對環境影響很大。而電熱法以其原料來源廣泛、能源消耗少、生產能力大、工藝流程短、環境污染小等優點將成為冶煉鋁硅合金的主要方法。電熱法制取含鋁較低的鋁硅合金時，電爐運行正常，可連續生產多天；然而電熱法在制取含鋁50%以上的鋁硅合金時，常出現塌料、爐底上漲等現象，生產很不穩定。為了獲得含鋁高的鋁硅合金，通常是由電熱法獲得含鋁量低的鋁硅合金經純鋁稀釋后得到含鋁量較高的鋁硅合金。這樣做，雖然可以獲得鋁含量合格的鋁硅合金的產品，但增加了能源成本。
[0003]隨著社會高速發展，煤、石油、天然氣等化石能源總有一天會枯竭，要實現經濟的可持續發展就必須依靠可再生能源。太陽能由于清潔、安全、資源相對廣泛和充足，因此被認為是最有希望成為未來替代化石能源的可再生能源。太陽能級硅是光伏產品的主要原材料，如何低成本生產太陽能級硅成為世界目前研究的熱點之一。目前，世界上制備太陽能級硅的方法主是改良的西門子法和硅烷法。西門子法技術成熟，但是這種生產技術投資大、生產成本高、成本降低潛力不大。而硅烷法在生產過程中產生易爆氣體,不安全。
[0004]鑒于以上情況，如何低成本將電熱法制取的鋁含量低的過共晶鋁硅合金中的硅分離出來，不僅可以制得含鋁量較高的鋁硅合金，而且還能得到制取太陽能級硅的初晶硅是非常有意義的。
【發明內容】
[0005]為克服現有技術的不足，本實用新型提供一種分離過共晶鋁硅合金的裝置，可以將鋁含量低的鋁硅合金分離出初晶硅，獲得鋁含量較高的鋁硅合金，這樣，就可以獲得合格的招娃合金，而初晶娃再經過進一步處理可以獲得聞純度的太陽能級娃，最終獲得合格的鋁硅合金和太陽能級硅兩種產品。
[0006]本實用新型的裝置結構為:包括熔料裝置和提拉裝置，熔料裝置的主體為石墨坩堝
[0007]3，石墨坩堝3的外部有活動的感應裝置2、底部有帶有支撐機構I的托盤13 ;提拉裝置的主體為倒置的石英管5,倒置的石英管5的頂部有引錠機構9、內部有模子8、外部有冷卻環7 ;石英管5的外徑小于石墨坩堝3的內徑，倒置的石英管5套入石墨坩堝3。
[0008]所述石英管5的外壁有外硅灰石層6、石墨坩堝3的內壁有內硅灰石層4。硅灰石層是一種娃灰石的涂層，娃灰石的化學通式為Ca0.SiO2,化學組成為CaO:48.25%、SiO2:51.75%，因其具有熔點低、高溫熔融粘度低和良好的隔熱性能等特點，硅灰石層起到很好的潤滑和保護作用。
[0009]所述石墨坩堝3的底部有出料口，出料口填滿密封料12，密封料12為含90%Si02以上的硅質耐火材料材料，在約1500°C高溫下起密封作用。
[0010]所述感應裝置2為高頻感應爐，主要由爐體、變頻設備，感應線圈和水冷系統組成。
[0011]所述模子8分布于石英管5內部的底端,冷卻環7分布在石英管5的外部且與模子8的位置對應。
[0012]本實用新型分離過共晶鋁硅合金裝置的使用方法為:
[0013]( I)將過共晶鋁硅合金放入石墨坩堝3，然后將石英管5倒置并套入石墨坩堝3中，調節感應裝置2的電流和頻率，保溫后得到熔融的過共晶鋁硅合金；或者是將過共晶鋁硅合金熔體直接放入石墨坩堝3中，然后將石英管5倒置并套入石墨坩堝3中，調節感應裝置2的電流和頻率；
[0014](2)保持感應裝置2不動并維持步驟(I)的電流和頻率，通過冷卻環7將石英管5的模子8的溫度調整為550°C?650°C，然后按7?30 μ m/s的速度將引錠桿9向上提拉，為了使固液界面不致分離，同時將支撐桿I按照相同的速度向上運動，直到石墨坩堝5中的共晶鋁硅合金與形成的初晶硅完全分離，停止引錠桿9和支撐桿I的運動，熔開出料口的密封料12，從出料口流出的即為共晶鋁硅合金熔體，石英管5的模子8中得到的即為初晶硅。
[0015]所述過共晶招娃合金的成分為30?60wt%娃、39?69wt%招,其余為雜質。
[0016]所述步驟(I)中感應裝置2的電流均為12?64A、頻率均為5?300kHz。
[0017]所述步驟(I)的石墨坩堝3中加入過共晶鋁硅合金時，待溫度升為1000°C?1600°C后保溫Imin?20min即得到熔融的過共晶招娃合金。
[0018]本實用新型的原理:熔融態的過共晶鋁硅熔體逐漸拉離感應線圈時，在熔體中會形成一定的溫度梯度，進而形成一定的粘度梯度，根據鋁硅二元相圖，當鋁硅熔體的溫度低于液相線時會有初晶硅從過共晶鋁硅熔體中析出。未析出的硅以擴散方式，析出的初晶硅由于受到洛倫茨力，電磁力驅動作用向低溫區遷移，并且由于粘度作用留滯于低溫區。所以，共晶鋁硅熔體經歷過程后，會在低溫區富集初晶硅，而在高溫區存留鋁硅熔體，排出凝固后將形成共晶鋁硅合金。根據此原理，過共晶鋁硅合金可分離成初晶硅和共晶鋁硅合金。
[0019]本實用新型的有益效果是:過共晶鋁硅進料可以是固體料，也可以是熔融狀態的；不需要將鑄錠切割，也不需要翻轉石墨坩堝就能分離出初晶硅和共晶鋁硅合金；根據實際情況，待初晶硅鑄錠生長到一定長度后切割，將模子連同剩余初晶硅鑄錠放回石英管中初始位置開始新一輪初晶硅的富集，實現初晶硅的連鑄。該裝置分離過共晶硅鋁合金制備初晶硅和共晶硅鋁合金流程短，操作過程簡單且節能環保，生產成本低。根據實驗，分離出的初晶硅(招除夕卜)除雜效果均比普通定向凝固好，而經歷此過程獲得的鋁硅熔體脫去了一定的氫氣，可以獲得性能較好的共晶鋁硅合金。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明裝置結構示意圖。[0021]圖中:1-支撐機構，2-感應裝置，3-石墨坩禍，4-內硅灰石層，5_石英管6_外硅灰石層，7-冷卻環，8-模子，9-引錠機構，10-初晶硅鑄錠，11-共晶鋁硅熔體，12-密封料，13-托盤。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本實用新型作進一步說明。
[0023]實施方式一:如圖1所示，本發明的裝置結構為:包括熔料裝置和提拉裝置，熔料
[0024]裝置的主體為石墨坩堝3，石墨坩堝3的外部有活動的感應裝置2、底部有帶有支撐機構I的托盤13 ;提拉裝置的主體為倒置的石英管5，倒置的石英管5的頂部有引錠機構9、內部有模子8、外部有冷卻環7 ;石英管5的外徑小于石墨i甘禍3的內徑,倒置的石英管5套入石墨坩堝3。石英管5的外壁有外硅灰石層6、石墨坩堝3的內壁有內硅灰石層4。石墨坩堝3的底部有出料口，出料口填滿密封料12。模子8分布于石英管5內部的底端，冷卻環7分布在石英管5的外部且與模子8的位置對應。
[0025]實施方式二:如圖1所示，本發明的裝置結構為:包括熔料裝置和提拉裝置，熔料
[0026]裝置的主體為石墨坩堝3，石墨坩堝3的外部有活動的感應裝置2、底部有帶有支撐機構I的托盤13 ;提拉裝置的主體為倒置的石英管5，倒置的石英管5的頂部有引錠機構
9、內部有模子8、外部有冷卻環7 ;石英管5的外徑小于石墨i甘禍3的內徑,倒置的石英管5套入石墨坩堝3。石墨坩堝3的底部有出料口，出料口填滿密封料12。模子8分布于石英管5內部的底端，冷卻環7分布在石英管5的外部且與模子8的位置對應。
[0027]實施方式三:如圖1所示，本發明的裝置結構為:包括熔料裝置和提拉裝置，熔料
[0028]裝置的主體為石墨坩堝3，石墨坩堝3的外部有活動的感應裝置2、底部有帶有支撐機構I的托盤13 ;提拉裝置的主體為倒置的石英管5，倒置的石英管5的頂部有引錠機構
9、內部有模子8、外部有冷卻環7 ;石英管5的外徑小于石墨i甘禍3的內徑,倒置的石英管5套入石墨坩堝3。石英管5的外壁有外硅灰石層6、石墨坩堝3的內壁有內硅灰石層4。石墨坩堝3的底部有出料口，出料口填滿密封料12。
[0029]以上結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種分離過共晶鋁硅合金的裝置，其特征在于:包括熔料裝置和提拉裝置，熔 料裝置的主體為石墨坩堝(3)，石墨坩堝(3)的外部設置有活動的感應裝置(2)、底部有帶有支撐機構(I)的托盤(13);提拉裝置的主體為倒置的石英管(5)，倒置的石英管(5)的頂部有引錠機構(9)、內部有模子(8)、外部有冷卻環(7);石英管(5)的外徑小于石墨坩堝(3)的內徑，倒置的石英管(5 )套入石墨坩堝(3 )。
2.根據權利要求1所述的分離過共晶鋁硅合金的裝置，其特征在于:所述石英管(5)的外壁有外娃灰石層(6)、石墨?甘禍(3)的內壁有內娃灰石層(4)。
3.根據權利要求1所述的分離過共晶鋁硅合金的裝置，其特征在于:所述石墨坩堝(3)的底部有出料口，出料口填滿密封料(12)。
4.根據權利要求1所述的分離過共晶鋁硅合金的裝置，其特征在于:所述模子(8)分布于石英管(5)內部的底端,冷卻環(7)分布在石英管(5)的外部且與模子(8)的位置對應。
【文檔編號】C30B30/04GK203429279SQ201320402194
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月8日 優先權日:2013年7月8日
【發明者】呂國強, 薛海洋, 馬文會, 余文軸 申請人:昆明理工大學