專利名稱：超聲、旋轉(zhuǎn)電磁場在熔鋁精煉中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫冶金熔煉中的金屬精煉與提純范疇。高溫冶金技術(shù)，其中包括有色金屬和鋼鐵的精煉、提純過程，也可以說是{造渣}技術(shù)， 其共同目的都是把熔融于液態(tài)金屬熔體中的有害金屬雜質(zhì)、氣體和非金屬夾雜物等析出或轉(zhuǎn) 移到熔渣中，使其達到所需要的純度、純潔度和其微觀組織結(jié)構(gòu)(晶體)的最佳形態(tài)。
技術(shù)背景目前，在有色金屬冶鋁行業(yè)中，對精品鋁、高純鋁的餘雜、提純、精煉和晶粒細化等生 產(chǎn)工藝，多年來變化不大。目前國內(nèi)外采用的技術(shù)方法雖然有許多種，但因其存在工藝繁雜、 提純凈度有限、生產(chǎn)成本高，或?qū)Νh(huán)境有污染、有損工人健康等缺陷，因而不同程度地影響 了冶鋁企業(yè)精品鋁的生產(chǎn)和高端特種鋁金屬的深加工。已成為冶鋁行業(yè)關(guān)注解決的技術(shù)難題。在鋁電解生產(chǎn)液態(tài)原鋁與鋁加工重熔、鑄錠及精煉過程中，對熔融于鋁液中的氫、雜質(zhì) 元素和非金屬夾雜物的清除方法，主要是1、充注氣體；2、添加熔劑；3、過濾；4、攪拌； 5、真空法等等。上述各種方法的主要缺陷1、單質(zhì)氣或混合氣體充注除氫、除雜，在鋁液中不可避免的 存在較大盲區(qū)，致使其作用或反應(yīng)范圍有限；其次產(chǎn)泡量少，分布不均，氣泡勢能小且氣泡 形態(tài)及傳遞可控性差，從而ik成氣泡俘獲雜質(zhì)和氫的效率不高，特別是對于彌散于鋁液中的 "固態(tài)小質(zhì)點"和"點狀呆氫"的俘獲率更低。這就造成鋁的純度從99.7%到99.9%以上的0. 3個百分點不易上去的重要原因之一。2、添加熔劑，因鋁液溫度一粘度及雜質(zhì)分散性等熱 流體分子動力學(xué)、界面化學(xué)過程控制難度較大等原因，造成反應(yīng)不完全。熔煉反應(yīng)形成的痕 量級高勢能納微米尺度的復(fù)合型有害顆粒，即鋁液中的殘留物，使之更不易脫除。這也是造 成鋁的純度從99.9%、 99.99%到99.999%幾個品質(zhì)臺階，不易突破的原因之一。3、攪拌，包 括機械和旋轉(zhuǎn)氣泡攪拌，雖然成本低、工藝簡單，但其剪切化學(xué)反應(yīng)的作用范圍及效果極為 有限，槽、爐中熔體的相當(dāng)部分是盲區(qū)或死區(qū)，其作用范圍主要是在攪拌軸線附近形成的渦 流區(qū)，雖然對較大粒徑的雜質(zhì)顆粒有加速沉淀和上浮液面的促進作用，但對熔融于鋁液中P 級或小于P級細微雜質(zhì)元素和非金屬顆粒物，則剝離作用顯得不大。這也是造成降低鋁中雜 質(zhì)含量不易突破，清除效率不夠高的又一個重要原因。4、過濾法，因濾網(wǎng)材料和孔徑的局限 性等原因，對微小顆粒的除雜效果也不太理想，尤其在99.9%以上精品高純鋁工業(yè)化生產(chǎn)時 更顯困難。5、三層液鋁電解精煉鋁方法，可以制得高純度的精鋁。但是其工藝比較復(fù)雜，而 且正品產(chǎn)出率較低，需加入電解質(zhì)，有HF氣體逸出，耗電量較大，目前其在國內(nèi)的產(chǎn)量很少， 年產(chǎn)量不足二萬噸，遠遠不能滿足需要。我國是鋁金屬生產(chǎn)大國，但不是冶鋁強國，雖然產(chǎn)能大，然而精品少，遠遠不適應(yīng)國家 的實際需要。例如航空航天用鋁、軍工用鋁、輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)工程用鋁、輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)工程 用鋁(汽車、高速列車、特大型建筑工程等)以及超高壓、大電流電工鋁電子工業(yè)，化工和 冶金用鋁等。因此，研究高純度及各種用途合金鋁產(chǎn)品具有十分重要的意義。這就需要在鋁 冶煉生產(chǎn)環(huán)節(jié)中進行技術(shù)革新，這樣不僅能提高鋁材使用價值，還能增加產(chǎn)品附加值。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述液態(tài)原鋁及其精練過程中現(xiàn)使用方法的種種不足，使現(xiàn)在精品鋁、高純鋁 生產(chǎn)時的提純、除雜過程的不完全、不穩(wěn)定、不簡潔、不經(jīng)濟、正品產(chǎn)出率低的現(xiàn)狀，得到 顯著的改善。我們采用了.1、 微爆技術(shù)、多維層狀連續(xù)嫘旋線瞬態(tài)渦流技術(shù)，亦即物理場技術(shù)，其特征是在鋁液中，可 控的、可分層的大彌散度、強勢能、小直徑氣泡密集陣及氣爆體俘獲與分子碰撞、共振、自 旋、團聚等功能效應(yīng)，這是本技術(shù)保證精鋁提煉的主要手段，也是本方法的核心。本技術(shù)方法相對于原鋁三層液電解精煉和剛性區(qū)域熔煉法或偏析法，就其工藝流程及裝 置來說，我們的方法更加簡潔，除雜、提純效果都更為顯著，是對上述方法的補充和改善。 本方法己顯現(xiàn)出在高溫冶金多個相關(guān)專業(yè)極有可能獲得應(yīng)用的良好前景。 2、我們所研制的技術(shù)及其工藝裝置(如示意圖所示)應(yīng)用的目的，在于為冶鋁工業(yè)提供一種 全新的，以簡潔、經(jīng)濟、綠色環(huán)保為顯著特征的工藝方法及其專用裝置，即在鋁電解槽、保 溫爐或重熔爐等現(xiàn)有常規(guī)生產(chǎn)裝置上裝配必要的部件，在不添加任何提純介質(zhì)的前提下，完 成精品鋁、高純鋁等有色金屬在內(nèi)的在線連續(xù)除雜、提純、精煉和晶粒細化生產(chǎn)過程。
具體實施方式
-將工業(yè)用鋁加熱熔解。用氬氣或氮氣保護，防止氧化，減少損失。用本發(fā)明的設(shè)備進行 處理，達到提純目的后，即行停止。 實施例1:用98.55%的普鋁5kg，放于容器內(nèi)，用電阻爐加熱熔化，氬氣保護，用本發(fā)明的物理場 技術(shù)處理2mm后，取樣分析，測得如下結(jié)果得理前Al標稱 含量(％)處理后Al 含量(>%)主要雜質(zhì)(<%)FeSiCuH其它雜質(zhì)(單個)98.5599.90.020.040.02未測出0.02實施例2:用工業(yè)997y。純鋁5kg，在電阻爐上熱熔，氬氣保護，用本方法處理lmin后，取樣分析 得結(jié)果如下得理前A1標稱處理后Al主要雜質(zhì)(<%)含量(％)含量(>%)FeSiCuH其它雜質(zhì)(單個)98.7099.90.030.03o扁未測出」0.035實施例3: 用98.55%的普鋁5kg，在工頻爐上加熱熔化，氬氣保護， 結(jié)果如下-用本方法處理3min后，測得得理前Al標稱處理后Al主要雜質(zhì)(<%)含量(％)含量(>%)FeSiCuH其它雜質(zhì)(單個)98.5599.990.0010.0020細2未測出0細8實施例4: 用99.7%工業(yè)純鋁5kg，在工頻爐加熱溶化，氬氣保護，用本方法處理2min取樣分析得 結(jié)果如下得理前Al標稱處理后Al主要雜質(zhì)(<%)含量(％)含量(>%)FeSiCuH其它雜質(zhì)(單個)99.799.990.00170.00150.0002未測出0.0066權(quán)利要求
1、一種超聲和旋轉(zhuǎn)電磁場在熔鋁精煉中的應(yīng)用，此方法的特征在于利用了超聲的微爆技術(shù)和螺旋電磁場瞬態(tài)換向渦流攪拌技術(shù)相結(jié)合的物理場技術(shù)，這兩項物理場技術(shù)在熔融的鋁液中，具有可控的、分層大彌散度，強勢能、小直徑氣泡密集陣及氣泡體浮獲，并具有分子碰撞、共振、自旋、團聚等功能效應(yīng)。
2、如權(quán)利要求1所述的一種超聲和旋轉(zhuǎn)電磁場在熔鋁精煉中的應(yīng)用方法，其特征在于為 實現(xiàn)此方法所設(shè)計的工藝裝置。此裝置為目前冶鋁工業(yè)提供一種全新的，以簡潔、經(jīng)濟、綠 色環(huán)保為顯著特征的工藝方法及專用裝置。此裝置可以安裝在鋁電解槽、保溫爐或重熔爐上， 在不添加任何提純介質(zhì)前提下，完成精品鋁、高純鋁等有色金屬在內(nèi)的在線連續(xù)除雜、提純、 精煉和晶粒細化的生產(chǎn)過程。
全文摘要
本發(fā)明是用超聲和旋轉(zhuǎn)電磁場的物理綜合場方法，對金屬熔煉提純，脫氫，去除金屬雜質(zhì)和非金屬夾雜物，提高金屬晶體細化，以生產(chǎn)出高純度的金屬，在去渣過程中不加入電介質(zhì)，不通入脫氫用的氯氣或加入含氟物質(zhì)。用此方法在熔鋁精煉提純實驗中，證實此方法行之有效。此方法所用設(shè)備就是超聲和旋轉(zhuǎn)電磁場。亦即微爆技術(shù)和多維層狀連續(xù)螺旋線瞬態(tài)換向渦流技術(shù)的綜合物理場技術(shù)，其特征是在金屬(如鋁)液中，應(yīng)用可控的分層大彌散度、強勢能、小直徑氣泡密集陣及氣爆體俘獲，用分子碰撞、共振、自旋、團聚等功能效應(yīng)。除雜的速度快，效果好，節(jié)省能源、無污染。此方法在金屬熔煉提純生產(chǎn)和實驗中未見有公開文獻報道。
文檔編號C22B9/02GK101591736SQ20081009744
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者杰 吳, 吳修明, 梁保勝, 王啟政 申請人:杰 吳