[发明专利]一种用于制备超高纯铝的炉胆装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于金属提纯技术领域，涉及一种在氩气保护的定向凝固制备超高纯铝的的炉胆装置和方法。

技术背景

  利用偏析法提取超高纯铝在现有技术中已经较为普遍的应用，中国专利文献号CN101191160记载了一种“高纯铝提取装置”，在该装置是根据偏析理论，利用上提拉的方法，在该专利中提到了一种用于提取高纯铝的炉胆结构，该结构只有金属外壳和石墨坩埚组成，炉胆上盖没有任何特殊说明，这样一种结构存在一定的缺点，若金属外壳太薄，不足以承载坩埚和铝锭的重量，容易发生坩埚炸裂，铝液泄露的危险；若金属外壳太厚，铝液从上往下逐渐凝固，但由于散热条件的限制，铝液仍处于高温状态，热量很难透过金属外壳散失，导致冷却效果差，提纯效果差，生产周期长。

  对现已公布的专利检索发现，中国专利文献号CN101696472A记载了一种“超高纯铝提纯方法”， 该技术是将原料精铝装入提纯炉中，抽真空，并用燃气炉加热熔化；再将提纯炉移入结晶炉中，提纯炉中铝液在结晶炉加热器内旋转运动，通过控制结晶炉的散热量，达到提纯效果；该专利中提到了一种真空提纯炉，但没有具体说明该提纯炉的密封方法以及提纯炉的内部结构，不同的提纯炉结构会直接影响高纯铝的提纯效果。

  进一步检索发现，中国专利文献号CN101748281记载了一种“高纯铝真空提纯装置”，该装置将加热装置、搅拌装置和绝热装置都置于真空环境中，并根据定向凝固原理，采用下引法生长方式，制备高纯铝，该发明虽然结构合理，但真空炉的空间大，为达到生产要求的真空度，需用两级真空泵，所需抽真空设备功率高，并且高真空度还难以保证，导致提纯效率降低。

发明内容

  本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种结构简单，提纯效果好，并且节能、高效，在氩气保护下通过定向凝固技术制备超高纯铝的一种炉胆装置。

  为解决上述技术问题，本发明的炉胆装置由外向内依次为炉胆外框架、薄壁密封套、石墨坩埚；炉胆装置上部为铰链式炉盖，炉盖上设有进水孔，出水孔，观察孔，抽气孔，进气孔，排气孔，测温孔和测压孔；炉盖与炉胆外框架间安装有宽度为1~3cm的橡胶密封条。

炉胆外框架从上往下有三部分组成，上部为台阶状的侧壁密封环套，中部由4块纵向钢板通过径向钢板连接而成倒锥台形状，下端炉胆底部用同样的钢板与纵向钢板焊接而成；炉胆外框架材料均为耐热钢，厚度为0.3cm~0.8cm，侧壁密封环套直径为25cm~40cm，长度为0.1m~0.4m，中部直径为20cm~32cm，长度为0.5m~1.3m，底部直径与纵向钢板下端直径相等；炉胆外框架主要起承载作用，承重150Kg~300Kg；薄壁密封套在炉胆外框内层，上部通过无缝焊接与炉胆外框的侧壁密封环套连接，使炉胆内部成为密封环境；薄壁密封套材料为耐热钢，厚度为0.06cm~0.15cm，长度为0.5m~1.4m；最里层为高纯石墨坩埚，坩埚紧贴薄壁密封套内侧，石墨坩埚上部配有中间带孔的石墨盖，石墨坩埚的纯度达99.9wt%~99.999wt%，坩埚壁厚2cm~3cm，内径15cm~23cm，外径19cm~29cm。

炉胆上部的铰链式炉盖为上下两层，边缘密封，中间为空的空心炉盖，进水孔和出水孔与炉盖内型腔相连，目的是凝固提纯铝时，在炉胆顶部形成定向的冷却环境，降低铝液温度，提高提纯效率；观察孔连通至炉胆内部，在观察孔端部用橡胶密封垫片和透明玻璃通过金属卡箍紧固，起到密封作用，观察孔直径为1.5cm~4cm；抽气孔连通至炉胆内部，外部与真空泵相连接，作用是在熔化铝锭之前对炉胆内部抽真空；测压孔、进气孔和排气孔共用一个通道，连通至炉胆内部，在通道外端安装四通接口，进气和排气分别控制，进气口外端与氩气瓶连接，进气口的目的是在炉胆内部抽成真空后，通入氩气保护；排气口目的是在铝液熔化时炉胆内部气体膨胀，释放气体减压，防止炉胆膨胀变形；测压孔外接压力表，实时测量炉胆内部气压值，保证铝液提纯质量；测温孔连通至炉胆内部，安装热电偶，实时测量炉胆内部温度，保证提纯效率。

在炉胆外框与炉盖之间安装橡胶密封圈，并且两者通过卡扣螺栓连接紧固，保证炉胆的密封效果。

提纯炉胆的操作步骤：

（1）装料，要求：坩埚内，铝料从底往上，要装密集，切不可使铝料卡在石墨坩埚内而使得铝料不能到坩埚底部。

（2）盖上石墨盖，在侧壁密封环套表面安装橡胶密封条，再盖上炉盖，确保炉套内部的密封性。

（3）关闭排气阀和氩气接入阀，打开真空泵抽阀。