一種分離過(guò)共晶鋁硅合金的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種分離過(guò)共晶鋁硅合金的裝置，屬于電磁冶金【技術(shù)領(lǐng)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(dòng)的感應(yīng)裝置、底部有帶有支撐機(jī)構(gòu)的托盤(pán)；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(jī)構(gòu)、內(nèi)部有模子、外部有冷卻環(huán)；石英管的外徑小于石墨坩堝的內(nèi)徑，倒置的石英管套入石墨坩堝。該裝置分離過(guò)共晶硅鋁合金制備初晶硅和共晶硅鋁合金流程短,操作過(guò)程簡(jiǎn)單且節(jié)能環(huán)保,生產(chǎn)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(jīng)歷此過(guò)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(shuō)明】一種分離過(guò)共晶鋁硅合金的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種分離過(guò)共晶鋁硅合金的裝置，屬于電磁冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁硅合金以其良好的力學(xué)性能和優(yōu)良的鑄造性能，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、儀表及工程機(jī)械等工業(yè)，是制造行業(yè)重要的合金材料。鋁硅合金的生產(chǎn)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(guó)主要是采用兌摻法生產(chǎn)，即用電解法生產(chǎn)的原鋁和用工業(yè)硅經(jīng)過(guò)按比例重熔制得。這樣從礦石到成品要經(jīng)過(guò)氧化鋁廠、電解鋁廠、工業(yè)硅廠等多道工序才能完成，生產(chǎn)流程長(zhǎng)、能耗高使鋁硅合金成本居高不下，而且生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境影響很大。而電熱法以其原料來(lái)源廣泛、能源消耗少、生產(chǎn)能力大、工藝流程短、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)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(shí)，電爐運(yùn)行正常，可連續(xù)生產(chǎn)多天；然而電熱法在制取含鋁50%以上的鋁硅合金時(shí)，常出現(xiàn)塌料、爐底上漲等現(xiàn)象，生產(chǎn)很不穩(wěn)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(jīng)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(chǎn)品，但增加了能源成本。
[0003]隨著社會(huì)高速發(fā)展，煤、石油、天然氣等化石能源總有一天會(huì)枯竭，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展就必須依靠可再生能源。太陽(yáng)能由于清潔、安全、資源相對(duì)廣泛和充足，因此被認(rèn)為是最有希望成為未來(lái)替代化石能源的可再生能源。太陽(yáng)能級(jí)硅是光伏產(chǎn)品的主要原材料，如何低成本生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)硅成為世界目前研究的熱點(diǎn)之一。目前，世界上制備太陽(yáng)能級(jí)硅的方法主是改良的西門子法和硅烷法。西門子法技術(shù)成熟，但是這種生產(chǎn)技術(shù)投資大、生產(chǎn)成本高、成本降低潛力不大。而硅烷法在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)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(guò)共晶鋁硅合金中的硅分離出來(lái)，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(yáng)能級(jí)硅的初晶硅是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種分離過(guò)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(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理可以獲得聞純度的太陽(yáng)能級(jí)娃，最終獲得合格的鋁硅合金和太陽(yáng)能級(jí)硅兩種產(chǎn)品。
[0006]本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)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(dòng)的感應(yīng)裝置2、底部有帶有支撐機(jī)構(gòu)I的托盤(pán)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(jī)構(gòu)9、內(nèi)部有模子8、外部有冷卻環(huán)7 ;石英管5的外徑小于石墨坩堝3的內(nèi)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(nèi)壁有內(nèi)硅灰石層4。硅灰石層是一種娃灰石的涂層，娃灰石的化學(xué)通式為Ca0.SiO2,化學(xué)組成為CaO:48.25%、SiO2:51.75%，因其具有熔點(diǎn)低、高溫熔融粘度低和良好的隔熱性能等特點(diǎn)，硅灰石層起到很好的潤(rùn)滑和保護(hù)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(zhì)耐火材料材料，在約1500°C高溫下起密封作用。
[0010]所述感應(yīng)裝置2為高頻感應(yīng)爐，主要由爐體、變頻設(shè)備，感應(yīng)線圈和水冷系統(tǒng)組成。
[0011]所述模子8分布于石英管5內(nèi)部的底端,冷卻環(huán)7分布在石英管5的外部且與模子8的位置對(duì)應(yīng)。
[0012]本實(shí)用新型分離過(guò)共晶鋁硅合金裝置的使用方法為:
[0013]( I)將過(guò)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(diào)節(jié)感應(yīng)裝置2的電流和頻率，保溫后得到熔融的過(guò)共晶鋁硅合金；或者是將過(guò)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(diào)節(jié)感應(yīng)裝置2的電流和頻率；
[0014](2)保持感應(yīng)裝置2不動(dòng)并維持步驟(I)的電流和頻率，通過(guò)冷卻環(huán)7將石英管5的模子8的溫度調(diào)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(shí)將支撐桿I按照相同的速度向上運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，熔開(kāi)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(guò)共晶招娃合金的成分為30?60wt%娃、39?69wt%招,其余為雜質(zhì)。
[0016]所述步驟(I)中感應(yīng)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(guò)共晶鋁硅合金時(shí)，待溫度升為1000°C?1600°C后保溫Imin?20min即得到熔融的過(guò)共晶招娃合金。
[0018]本實(shí)用新型的原理:熔融態(tài)的過(guò)共晶鋁硅熔體逐漸拉離感應(yīng)線圈時(shí)，在熔體中會(huì)形成一定的溫度梯度，進(jìn)而形成一定的粘度梯度，根據(jù)鋁硅二元相圖，當(dāng)鋁硅熔體的溫度低于液相線時(shí)會(huì)有初晶硅從過(guò)共晶鋁硅熔體中析出。未析出的硅以擴(kuò)散方式，析出的初晶硅由于受到洛倫茨力，電磁力驅(qū)動(dòng)作用向低溫區(qū)遷移，并且由于粘度作用留滯于低溫區(qū)。所以，共晶鋁硅熔體經(jīng)歷過(guò)程后，會(huì)在低溫區(qū)富集初晶硅，而在高溫區(qū)存留鋁硅熔體，排出凝固后將形成共晶鋁硅合金。根據(jù)此原理，過(guò)共晶鋁硅合金可分離成初晶硅和共晶鋁硅合金。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果是:過(guò)共晶鋁硅進(jìn)料可以是固體料，也可以是熔融狀態(tài)的；不需要將鑄錠切割，也不需要翻轉(zhuǎn)石墨坩堝就能分離出初晶硅和共晶鋁硅合金；根據(jù)實(shí)際情況，待初晶硅鑄錠生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)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(kāi)始新一輪初晶硅的富集，實(shí)現(xiàn)初晶硅的連鑄。該裝置分離過(guò)共晶硅鋁合金制備初晶硅和共晶硅鋁合金流程短，操作過(guò)程簡(jiǎn)單且節(jié)能環(huán)保，生產(chǎn)成本低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，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(jīng)歷此過(guò)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(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0021]圖中:1-支撐機(jī)構(gòu)，2-感應(yīng)裝置，3-石墨坩禍，4-內(nèi)硅灰石層，5_石英管6_外硅灰石層，7-冷卻環(huán)，8-模子，9-引錠機(jī)構(gòu)，10-初晶硅鑄錠，11-共晶鋁硅熔體，12-密封料，13-托盤(pán)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]實(shí)施方式一:如圖1所示，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)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(dòng)的感應(yīng)裝置2、底部有帶有支撐機(jī)構(gòu)I的托盤(pán)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(jī)構(gòu)9、內(nèi)部有模子8、外部有冷卻環(huán)7 ;石英管5的外徑小于石墨i甘禍3的內(nèi)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(nèi)壁有內(nèi)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(nèi)部的底端，冷卻環(huán)7分布在石英管5的外部且與模子8的位置對(duì)應(yīng)。
[0025]實(shí)施方式二:如圖1所示，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)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(dòng)的感應(yīng)裝置2、底部有帶有支撐機(jī)構(gòu)I的托盤(pán)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(jī)構(gòu)
9、內(nèi)部有模子8、外部有冷卻環(huán)7 ;石英管5的外徑小于石墨i甘禍3的內(nèi)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(nèi)部的底端，冷卻環(huán)7分布在石英管5的外部且與模子8的位置對(duì)應(yīng)。
[0027]實(shí)施方式三:如圖1所示，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)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(dòng)的感應(yīng)裝置2、底部有帶有支撐機(jī)構(gòu)I的托盤(pán)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(jī)構(gòu)
9、內(nèi)部有模子8、外部有冷卻環(huán)7 ;石英管5的外徑小于石墨i甘禍3的內(nèi)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(nèi)壁有內(nèi)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(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種分離過(guò)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(shè)置有活動(dòng)的感應(yīng)裝置(2)、底部有帶有支撐機(jī)構(gòu)(I)的托盤(pán)(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(jī)構(gòu)(9)、內(nèi)部有模子(8)、外部有冷卻環(huán)(7);石英管(5)的外徑小于石墨坩堝(3)的內(nèi)徑，倒置的石英管(5 )套入石墨坩堝(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離過(guò)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(nèi)壁有內(nèi)娃灰石層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離過(guò)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(jù)權(quán)利要求1所述的分離過(guò)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(nèi)部的底端,冷卻環(huán)(7)分布在石英管(5)的外部且與模子(8)的位置對(duì)應(yīng)。
【文檔編號(hào)】C30B30/04GK203429279SQ201320402194
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】呂國(guó)強(qiáng), 薛海洋, 馬文會(huì), 余文軸 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)