專利名稱：原鋁連續(xù)換液定向凝固連鑄提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原鋁提純的新方法，尤其涉及一種原鋁連續(xù)換液定向凝固連鑄提純方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。
文獻(xiàn)《精鋁市場(chǎng)預(yù)測(cè)及生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向》(曲直，《世界有色金屬》1999年第5期)和文獻(xiàn)《鋁冷凝法提純過(guò)程分析及工藝實(shí)踐》(盧良棟，《有色金屬(冶煉部分)》1997年第3期)介紹了采用三層液電解法和偏析法提純?cè)X的方法。三層液電解法生產(chǎn)精鋁能耗高(為偏析法的8倍)。同時(shí)，在電解過(guò)程中產(chǎn)生氟化氫、一氧化碳、二氧化硫等有害氣體及廢電解液嚴(yán)重污染環(huán)境；偏析法是利用合金凝固時(shí)偏析現(xiàn)象進(jìn)行提純的方法，主要方法有(1)分別結(jié)晶精制法，(2)定向凝固精制法。這種方法不能連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，并殘留鋁液對(duì)已提純的鋁存在二次污染。
本發(fā)明技術(shù)方案的原理是在熱型定向凝固連鑄的基礎(chǔ)上，加上連續(xù)換液裝置，其目的是用流動(dòng)金屬液和攪拌作用來(lái)連續(xù)更換固液界面前沿的金屬液，減小擴(kuò)散層的厚度或破壞擴(kuò)散層，使固液界面前沿保持成分為C0(原鋁中雜質(zhì)元素，如Na、Fe，和Si等的含量)，凝固出的固相成分一直保持K0C0(K0是原鋁中雜質(zhì)元素的平衡分配系數(shù))，以便獲得最佳的提純效果。
為此，本發(fā)明的技術(shù)方案中首先在熔化保溫爐中熔化原鋁，把鋁液引入與連鑄設(shè)備相連的流槽中，采用電磁泵和在鑄棒凝固界面前沿安放攪拌器的方法，使鑄棒凝固界面前沿鋁液進(jìn)行流動(dòng)和攪拌換液，然后采用帶有加熱結(jié)晶器和與之分離的冷卻器的連鑄系統(tǒng)進(jìn)行定向凝固連鑄提純。
本發(fā)明的提純方法按如下步驟進(jìn)行(1)在熔煉保溫爐中熔化原鋁，過(guò)熱50-150℃；(2)采用加熱體把結(jié)晶器加熱，溫度超過(guò)鋁的熔點(diǎn)，把引晶棒放在結(jié)晶器內(nèi)；(3)把鋁液從熔化保溫爐引入流槽，當(dāng)鋁液充滿后，打開電磁泵使鋁液流動(dòng)，并采用攪拌器進(jìn)行攪拌，在鑄棒的固液界面進(jìn)行換液，鋁液的流動(dòng)速度大于連鑄速度。
(4)在連鑄開始階段，連鑄速度要慢，逐步加速，平穩(wěn)的過(guò)渡到所要求的速度(10-800mm/min)，進(jìn)入穩(wěn)定階段，提純開始。
(5)當(dāng)剩余鋁液不能充滿流槽時(shí)，提純結(jié)束。
本發(fā)明在實(shí)際操作過(guò)程中，可根據(jù)所提純鋁的精度要求，確定鋁液的循環(huán)次數(shù)和鋁液的利用率。
本發(fā)明適用于去除原鋁中平衡分配系數(shù)小于1的雜質(zhì)元素。例如，原鋁中雜質(zhì)元素Fe、Si和Na的平衡分配系數(shù)分別為0.027，0.024和0.014，原鋁雜質(zhì)成分為Fe0.16～0.5％，Si0.13～0.45％，Na8～12ppm，鋁液經(jīng)過(guò)一次循環(huán)后，采用連續(xù)換液定向凝固連鑄提純后的雜質(zhì)元素的含量為Fe0.00432～0.0135％，Si0.00312～0.0108，Na0.112～0.168ppm，經(jīng)提純后Al＞99.9％，達(dá)到精鋁水平。
本發(fā)明把先進(jìn)的定向凝固技術(shù)與高效的連鑄技術(shù)結(jié)合起來(lái)，同目前的偏析法比具有高效、連續(xù)等特點(diǎn)；同三層液電解法比，具有能耗低、無(wú)污染等特點(diǎn)。


及
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明原鋁連續(xù)換液定向凝固連鑄提純法的示意圖。
圖中，1為熔化保溫爐；2鋁液流槽；3為鑄棒固液界面；4為結(jié)晶器；5為加熱體；6為冷卻器；7為鑄棒；8為鋁液流動(dòng)方向；9為攪拌器；10為鋁液流動(dòng)循環(huán)路線；11為引晶棒；12為電磁泵。
熔化保溫爐1、流槽2與電磁泵12組成鋁液循環(huán)系統(tǒng)，其流動(dòng)方向?yàn)?，路線為10，鋁液攪拌器9安放在連鑄的固液界面3前沿，結(jié)晶器4與鋁液流槽2安裝一起，流槽采用耐火材料，溫度保持660-680℃，結(jié)晶器4采用石墨或耐火材料。
提純時(shí)，先在熔煉保溫爐1中熔化原鋁，采用加熱體5把結(jié)晶器4加熱，溫度超過(guò)鋁的熔點(diǎn)，把引晶棒11放在結(jié)晶器4內(nèi)，把鋁液從熔化保溫爐1引入流槽2，當(dāng)鋁液充滿后，采用電磁泵12和攪拌器9在鑄棒7的固液界面3進(jìn)行換液。鋁液的流動(dòng)速度大于連鑄速度，連鑄速度逐步加快，平穩(wěn)過(guò)渡到100mm/min，進(jìn)入穩(wěn)定階段，提純開始。當(dāng)剩余鋁液不能充滿流槽2時(shí)，提純結(jié)束。
加熱結(jié)晶器4的溫度高于660℃，利用與之分離的冷卻器6，可定向凝固連鑄出柱狀晶或單晶精鋁鑄棒。
權(quán)利要求
1.一種原鋁連續(xù)換液定向凝固連鑄提純方法，其特征在于采用連續(xù)換液裝置和定向凝固連鑄裝置，先在熔煉保溫爐(1)中熔化原鋁，采用加熱體(5)把結(jié)晶器(4)加熱至溫度超過(guò)鋁的熔點(diǎn)，把引晶棒(11)放在結(jié)晶器(4)內(nèi)，把鋁液從熔化保溫爐(1)引入流槽(2)，當(dāng)鋁液充滿后，打開電磁泵(12)使鋁液流動(dòng)，并采用攪拌器(9)進(jìn)行攪拌，在鑄棒(7)的固液界面(3)進(jìn)行換液，鋁液的流動(dòng)速度大于連鑄速度，連鑄速度逐步加快，平穩(wěn)過(guò)渡到10-800mm/min，進(jìn)入穩(wěn)定階段后開始提純。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的原鋁連續(xù)換液定向凝固連鑄提純方法，其特征在于加熱結(jié)晶器(4)的溫度高于660℃，利用與之分離的冷卻器(6)定向凝固連鑄出柱狀晶或單晶精鋁鑄棒。
全文摘要
一種原鋁連續(xù)換液定向凝固連鑄提純方法,采用連續(xù)換液裝置和定向凝固連鑄裝置,在熔煉保溫爐中熔化原鋁后,采用加熱體把結(jié)晶器加熱至溫度超過(guò)鋁的熔點(diǎn),把引晶棒放在結(jié)晶器內(nèi),把鋁液引入流槽,采用電磁泵和攪拌器在鑄棒的固液界面進(jìn)行換液,并將連鑄速度逐步加快到穩(wěn)定階段后開始提純。本發(fā)明把先進(jìn)的定向凝固技術(shù)與高效的連鑄技術(shù)結(jié)合起來(lái),具有高效、連續(xù)、能耗低、無(wú)污染等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22B21/06GK1360067SQ01132329
公開日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者許振明, 李建國(guó), 李小亞 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)