一种连续高效制备高纯铝的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种连续高效制备高纯铝的方法及其装置。所述方法包括仔晶准备、铝液准备、拉晶准备、拉晶、多熔区提纯、切杂步骤。所述装置包括中间包、依次竖直于中间包上方的石墨套筒、结晶器、晶体提拉轮及第一区域熔炼区，晶体提拉轮设于结晶器轴线两侧且环绕中空部与结晶器同轴，第一区域熔炼区设区域熔炼—结晶及拉晶机构，第一区域熔炼区上部至少设有与其相同的第二区域熔炼区。本发明专利技术在上引法偏析提纯精铝基础上进一步提纯铝：铝液在仔晶虹吸作用及结晶器冷却下凝固，配合滚轮拉晶使晶体生长，完成凝固的铝棒在多熔区悬浮区域熔炼提纯，能在连续生产精铝的同时进一步提纯，一次性由电解铝液得高纯度高纯铝，有效降低生产能耗并提高生产效率。

A continuous and efficient method for preparing high purity aluminum and its device

The invention discloses a method for continuously and efficiently preparing high-purity aluminum and a device thereof. The methods include preparation of crystal grains, preparation of aluminum liquid, preparation of crystal pulling, crystallization, multi zone purification and impurity cutting. The device includes a middle bag, a graphite sleeve above the middle bag, a crystallizer, a crystal pulling wheel and a first regional melting zone. The crystal pulling wheel is located on both sides of the axis of the crystallizer and is surrounded by the hollow part and the crystallizer. The first regional melting zone is composed of regional melting, crystallizing and drawing mechanism, and the first region melting zone. The upper part has at least the same second zone melting zone. The present invention further purify aluminum on the basis of purifying refined aluminum: aluminum liquid solidifies under crystal siphon and crystallizer cooling and cooperates with roller crystal to make the crystal grow. The solidified aluminum rod is purified and purified in the suspension region of the multi melting zone. It can be further purified at the same time as the continuous production of fine aluminum, and the electrolytic aluminum liquid is made at one time. High purity and high purity aluminum can be used to reduce energy consumption and increase production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种连续高效制备高纯铝的方法及其装置
本专利技术属于有色冶金
，具体涉及一种纯度高、方法稳定简便、装置结构简单、能耗低、生产效率高的连续高效制备高纯铝的方法及其装置。
技术介绍
利用偏析法对金属尤其是铝进行提纯，是一种已经成熟的工业化工艺方法。经文献检索发现，已有多种偏析法制备高纯铝的专利技术专利，其中如中国专利申请号为201210401987.9、201610943495.0，分别公开了名称为《一种连续偏析提纯精铝及高纯铝的方法及设备》和《一种上引法偏析提纯精铝的方法》的专利技术专利，公开专利中提出了一种依托连续供液的连续铸造、连铸连轧等生产线的供液系统，配合滚轮拉晶装置真正实现了连续化提纯铝的方法。该方法以不循环流动液态铝为原料，通过严格控制拉晶速度、温度梯度等工艺参数来进行铝的提纯，实现了真正的连续化提纯。该类专利技术虽然具有工艺先进、自动化程度高、产品质量稳定的优势，但由于工艺限制仅能进行一次提纯，导致产品纯度不高，要想对铝进行多次提纯以获得更高纯度的高纯铝，需对连续提纯后的铝再进行下料—重熔—提纯过程，又回归到传统的偏析提纯工艺，导致存在生产效率低、能耗高等缺点。又如中国专利申请号为201510669414.8，公开了名称为《一种多熔区区域熔炼生产高纯铝的方法》的专利技术专利，专利中提出的熔炼方法虽然通过多熔区的设置，实现了多次提纯一次完成，提高了生产效率，但仍未摆脱重复下料—重熔—提纯的间断式生产过程，也仍然存在生产效率低、能耗高等缺点。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种纯度高、方法稳定简便、能耗低、生产效率高的连续高效制备高纯铝的方法，本专利技术的第二目的在于提供一种结构简单且能实现第一目的的装置。本专利技术的第一目的是这样实现的：包括仔晶准备、铝液准备、拉晶准备、拉晶、多熔区提纯、切杂步骤，具体包括：A、仔晶准备：制备一定长度的仔晶穿过结晶器并以晶体提拉轮夹持固定，在结晶器中通入冷却水；B、铝液准备：将熔融的金属铝液导入中间包中并保持铝液液面高度稳定；C、拉晶准备：待中间包中的铝液温度稳定后，将A步骤中带有仔晶的结晶器插入铝液液面以下，待结晶器、仔晶及铝液达到平衡，然后在晶体提拉轮作用下匀速向上拉晶，得到铝晶体；D、拉晶：将C步骤拉出的铝晶体依次穿过密闭并充满惰性气体的至少两段区域熔炼区，启动各区域熔炼区内的感应加热装置使其中的铝晶体形成熔融区，铝晶体在各区域熔炼区的晶体提拉轮提拉下同步移动并确保各区域熔炼区中的铝溶体在虹吸作用下保持固定形态；E、多熔区提纯：随着各晶体提拉轮的不断向上提拉铝晶体，被各感应加热装置熔化的铝晶体缓慢位移出感应加热装置并凝固，依次完成熔化—凝固的提纯过程，经过凝固提纯后的铝晶体达到一定长度后由在线下料装置切割下料；F、切杂：将E步骤下料得到的提纯后坯料切除首尾，获得中部高纯铝。本专利技术的第二目的是这样实现的：包括中间包、静置炉、加热及保温层、石墨套筒、结晶器、晶体提拉轮、第一区域熔炼区，所述静置炉通过供液管与中间包连通，所述中间包外壁固定设置加热及保温层，所述石墨套筒中空竖直设置于中间包的上方并能上下移动，所述石墨套筒上部同轴固定设置中空并连接有冷却水系统的结晶器，所述晶体提拉轮及第一区域熔炼区依次固定设置于结晶器的上部轴线延伸方向，所述晶体提拉轮对称设置于结晶器的轴线延伸两侧且工作部环绕形成的中空部与结晶器同轴，所述第一区域熔炼区为充满惰性气体且上下设置有穿过铝晶体的通孔的中空腔体结构，所述第一区域熔炼区设置有使穿过的铝晶体悬浮区域熔炼—结晶及拉晶的机构，所述第一区域熔炼区上部还同轴至少设置与第一区域熔炼区相同的第二区域熔炼区。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术的多熔区悬浮区域熔炼所用棒状坯料为上引法连续偏析提纯所得，所制备的坯料成分均匀稳定和长度不受行程限制，本专利技术实现了上引法连续偏析提纯与多熔区悬浮区域熔炼工艺的无缝对接，实现了坯料在较高温度下的多次重熔，大大降低了铝重熔时的能量消耗；2、本专利技术同过在中间包的上方设置多熔区悬浮熔炼区，采用竖直向上的方向提纯精铝，既能够节省工作空间，而且竖直方向提纯使铝晶体在轴线方向受力均匀，保证了提纯出的高纯铝质量稳定；3、本专利技术通过多组感应加热线圈的排列设置，实现了一次完成多次重熔—提纯过程，加热及提拉动力控制系统的集成控制减少了控制系统的设置，即增加了系统控制的稳定性，又减少了设备投入成本，同时又提高了生产效率。因此，本专利技术具有纯度高、方法稳定简便、装置结构简单、能耗低、生产效率高的特点。附图说明图1为本专利技术之方法工艺流程图；图2为本专利技术之装置结构原理示意图；图中：1-中间包，2-过滤板，3-静置炉，4-热电偶，5-流量控制塞，6-加热及保温层，7-石墨套筒，8-结晶器，9-密闭腔，10-晶体提拉轮，11-支架，12-铝结晶体，A-第一区域熔炼区，A1-石墨隔板，A2-冷却线圈，A3-感应加热装置，A4-第一晶体提拉轮，A5-密闭外壳，A6-保护气体入口，A7-保护气体出口，A8-冷却水入口，A9-冷却水出口，B-第二区域熔炼区，N-第N区域熔炼区。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变更或改进，均属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术的方法包括仔晶准备、铝液准备、拉晶准备、拉晶、多熔区提纯、切杂步骤，具体包括：A、仔晶准备：制备一定长度的仔晶穿过结晶器并以晶体提拉轮夹持固定，在结晶器中通入冷却水；B、铝液准备：将熔融的金属铝液导入中间包中并保持铝液液面高度稳定；C、拉晶准备：待中间包中的铝液温度稳定后，将A步骤中带有仔晶的结晶器插入铝液液面以下，待结晶器、仔晶及铝液达到平衡，然后在晶体提拉轮作用下匀速向上拉晶，得到铝晶体；D、拉晶：将C步骤拉出的铝晶体依次穿过密闭并充满惰性气体的至少两段区域熔炼区，启动各区域熔炼区内的感应加热装置使其中的铝晶体形成熔融区，铝晶体在各区域熔炼区的晶体提拉轮提拉下同步移动并确保各区域熔炼区中的铝溶体在虹吸作用下保持固定形态；E、多熔区提纯：随着各晶体提拉轮的不断向上提拉铝晶体，被各感应加热装置熔化的铝晶体缓慢位移出感应加热装置并凝固，依次完成熔化—凝固的提纯过程，经过凝固提纯后的铝晶体达到一定长度后由在线下料装置切割下料；F、切杂：将E步骤下料得到的提纯后坯料切除首尾，获得中部高纯铝。所述B步骤中的中间包在导入金属铝液前预热至温度700~800℃，所述C步骤中间包中的铝液温度为700~800℃。所述C步骤中结晶器的石墨套筒插入铝液液面以下5~15cm。所述D步骤中各区域熔炼区内的感应加热装置中的铝晶体熔融区温度为670~730℃，铝晶体的拉晶速度为20~200mm/h。所述D步骤中区域熔炼区内的感应加热装置至少设置有两段感应加热区。所述D步骤中中间包中的铝液通过静置炉按2~4T/h速度补充使液面高度保持固定。所述E步骤中经过凝固提纯后的铝晶体长度达到750~850mm时由在线下料装置切割下料，得到提纯坯料。所述F步骤中将提纯后坯料头部切除80~120mm和尾部切除180~220mm，获得中部的高纯铝。如图2所示，本专利技术的装置包括中间包1、静置炉3、加热及保温层6、石墨套筒7、结晶器8、晶体提拉轮1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续高效制备高纯铝的方法，其特征在于包括仔晶准备、铝液准备、拉晶准备、拉晶、多熔区提纯、切杂步骤，具体包括：A、仔晶准备：制备一定长度的仔晶穿过结晶器并以晶体提拉轮夹持固定，在结晶器中通入冷却水；B、铝液准备：将熔融的金属铝液导入中间包中并保持铝液液面高度稳定；C、拉晶准备：待中间包中的铝液温度稳定后，将A步骤中带有仔晶的结晶器插入铝液液面以下，待结晶器、仔晶及铝液达到平衡，然后在晶体提拉轮作用下匀速向上拉晶，得到铝晶体；D、拉晶：将C步骤拉出的铝晶体依次穿过密闭并充满惰性气体的至少两段区域熔炼区，启动各区域熔炼区内的感应加热装置使其中的铝晶体形成熔融区，铝晶体在各区域熔炼区的晶体提拉轮提拉下同步移动并确保各区域熔炼区中的铝溶体在虹吸作用下保持固定形态；E、多熔区提纯：随着各晶体提拉轮的不断向上提拉铝晶体，被各感应加热装置熔化的铝晶体缓慢位移出感应加热装置并凝固，依次完成熔化—凝固的提纯过程，经过凝固提纯后的铝晶体达到一定长度后由在线下料装置切割下料；F、切杂：将E步骤下料得到的提纯后坯料切除首尾，获得中部高纯铝。

【技术特征摘要】
1.一种连续高效制备高纯铝的方法，其特征在于包括仔晶准备、铝液准备、拉晶准备、拉晶、多熔区提纯、切杂步骤，具体包括：A、仔晶准备：制备一定长度的仔晶穿过结晶器并以晶体提拉轮夹持固定，在结晶器中通入冷却水；B、铝液准备：将熔融的金属铝液导入中间包中并保持铝液液面高度稳定；C、拉晶准备：待中间包中的铝液温度稳定后，将A步骤中带有仔晶的结晶器插入铝液液面以下，待结晶器、仔晶及铝液达到平衡，然后在晶体提拉轮作用下匀速向上拉晶，得到铝晶体；D、拉晶：将C步骤拉出的铝晶体依次穿过密闭并充满惰性气体的至少两段区域熔炼区，启动各区域熔炼区内的感应加热装置使其中的铝晶体形成熔融区，铝晶体在各区域熔炼区的晶体提拉轮提拉下同步移动并确保各区域熔炼区中的铝溶体在虹吸作用下保持固定形态；E、多熔区提纯：随着各晶体提拉轮的不断向上提拉铝晶体，被各感应加热装置熔化的铝晶体缓慢位移出感应加热装置并凝固，依次完成熔化—凝固的提纯过程，经过凝固提纯后的铝晶体达到一定长度后由在线下料装置切割下料；F、切杂：将E步骤下料得到的提纯后坯料切除首尾，获得中部高纯铝。2.根据权利要求1所述连续高效制备高纯铝的方法，其特征在于所述B步骤中的中间包在导入金属铝液前预热至温度700~800℃，所述C步骤中间包中的铝液温度为700~800℃。3.根据权利要求2所述连续高效制备高纯铝的方法，其特征在于所述C步骤中结晶器的石墨套筒插入铝液液面以下5~15cm。4.根据权利要求2所述连续高效制备高纯铝的方法，其特征在于所述D步骤中各区域熔炼区内的感应加热装置中的铝晶体熔融区温度为670~730℃，铝晶体的拉晶速度为20~200mm/h。5.根据权利要求2所述连续高效制备高纯铝的方法，其特征在于所述E步骤中经过凝固提纯后的铝晶体长度达到750~850mm时由在线下料装置切割下料，得到提纯坯料。6.根据权利要求5所述连续高效制备高纯铝的方法，其特征在于所述F步骤中将提纯后坯料头部切除80~120mm和尾部切除180~220mm，获得中部的高纯铝。7.一种连续高效制备高纯铝的装置，其特征在于包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王应武，左孝青，李玉章，杨钢，包崇军，闫森，
申请(专利权)人：昆明理工大学，昆明冶金研究院，云南省科学技术院，
类型：发明
国别省市：云南,53