一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法 |
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| 申请号 | CN202410190806.5 | 申请日 | 2024-02-20 | 公开(公告)号 | CN118028620A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 南通泰德电子材料科技有限公司; | 发明人 | 张奎宏; 石晶晶; 石潇; 丁潇; 丁蔡辰; 范录; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及金属提纯技术领域，具体地说，涉及一种 电磁搅拌 下的定向 凝固 提取超高纯 铝 方法。包括如下步骤S1、将顶盖打开，然后再将待 熔化 的铝 块 加入到内胆中并通过 锁 紧装置将顶盖与罐体密封；S2、通过加热装置将铝块融化， 液压缸 本体推动锥形斗和磁 转子 没入液体铝中，磁线圈产生的电磁对磁转子相互作用，使磁转子对液体铝进行搅拌，减少溶液中的溶质浓度，提高铝的纯度；S3、向冷却装置中注入冷 水 对内胆底部进行冷却，液体铝由上到下形成 温度 差，被顶出件顶出的磁转子对附着在内胆内壁上的固体颗粒进行刮除，配合翻转机构和辅助机构的辅助作用，使固体颗粒进入到锥形斗中集中收集，进而降低了固体杂质在液体中的含量，可提高铝的纯度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法，其特征在于：包括如下方法步骤： |
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| 说明书全文 | 一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法技术领域[0001] 本发明涉及金属提纯技术领域，具体地说，涉及一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法。 背景技术[0002] 定向凝固法是一种利用强迫降温或加热的方式，对晶粒的生长方向进行控制，从而使其与热传导方向相反，从而实现连续的单向晶化。该工艺采用电磁搅拌技术，在固体和 液体的临界状态下，强行搅动液相，从而减少溶液中的溶质浓度，从而促进溶液的扩散，从 而提高纯度，从而使结晶继续长大，最终获得高纯度的铝。 [0003] 在定向凝固提取高纯铝时，而为了便于将金属液体产生均匀的搅拌效果，且提高了反应效率和产品质量，很多铝提纯炉中采用电磁搅拌的方式进行搅拌，这样即安全又不 需要机械密封，由于金属固体在熔融或搅拌过程中与其他金属颗粒摩擦而产生带电的微小 固体颗粒，这些带电的微小固体颗粒会漂浮在液体上影响制备铝的纯度，而在电磁搅拌的 作用下产生涡流效应，使得带电微小固体颗粒会聚集在涡流的最外侧，进而附着在罐体内 壁上，且罐体的吸附的固体颗粒能力有限，当涡流效应减弱时，外侧的固体颗粒会向内侧移 动，影响制备铝的纯度降低。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0005] 为实现上述目的，本发明目的在于，提供了一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法，包括如下方法步骤： [0009] 其中，所述罐体和顶盖，顶盖通过设置在罐体周围的多个锁紧装置与顶盖密封配合，所述顶盖底部固定连接顶出件，所述顶盖顶部设有的液压缸本体与锥形斗转动连接，锥 形斗固定连接磁转子，所述锥形斗位于罐体内设有的内胆中，且所述内胆的外部设有磁线 圈和加热装置，内胆底部设有冷却装置； [0010] 所述磁线圈通电使磁转子转动对内胆内的熔化的液体进行搅拌，液体产生涡流使带电的固体颗粒聚集在外侧上端的内胆内壁，通过所述液压缸本体反向拉动锥形斗向上移 动，使顶出件与刮除机构向外侧扩张并对内胆内壁附着的固体颗粒进行刮除，所述锥形斗 滑动连接刮除机构，同时，被所述顶出件顶出的翻转机构与锥形斗转动连接，所述翻转机构 将锥形斗开设的缺口打开，使刮除机构刮除后的固体颗粒进入到锥形斗中，且所述翻转机 构向外扩展并在锥形斗转动的过程中，滑动连接的翻转机构的辅助机构拨动固体颗粒使其 向锥形斗内流动。 [0011] 作为本技术方案的进一步改进，所述刮除机构包括刮板和顶杆，所述刮板通过转杆滑动连接锥形斗，转杆转动连接的辅助环和顶杆滑动连接，在所述液压缸本体向上顶出 时，顶出件将顶杆向外顶出使刮板对内胆内壁上附着的固体颗粒进行刮除。 [0012] 作为本技术方案的进一步改进，所述顶杆滑动连接支杆和锥形斗，支杆固定连接锥形斗的内壁，所述顶杆上套有的第一弹簧一端与锥形斗内壁相抵，且第一弹簧另一端与 固定连接顶杆的限位板相抵，所述刮板滑动连接的挡板与锥形斗滑动连接。 [0013] 作为本技术方案的进一步改进，所述锥形斗底部通过多个螺栓将磁转子和过滤板固定，所述磁转子上方开设多个通孔。 [0014] 作为本技术方案的进一步改进，所述翻转机构包括滑动连接外伸杆的翻转板，所述翻转板转动连接锥形斗，所述外伸杆固定连接的辅助套环滑动连接固定在锥形斗内壁的 立柱，每个所述立柱上套有的第二弹簧均与辅助套环底部相抵。 [0015] 作为本技术方案的进一步改进，所述液压缸本体带动锥形斗向上移动时，所述顶出件的底部与立柱外边缘的辅助套环相抵，且所述顶出件呈倒立锥形与顶杆滑动连接。 [0016] 作为本技术方案的进一步改进，所述辅助机构由叶片、螺旋杆和辅助杆构成，所述叶片和螺旋杆固定连接，所述螺旋杆转动连接辅助杆，且所述辅助杆滑动连接的固定环与 翻转板固定连接，所述翻转板一侧呈坡体状，以便在翻转板打开时，液体中的固体颗粒进入 到锥形斗中。 [0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果： [0019] 1、该电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法中，在对熔化的液体进行搅拌时，通过将磁线圈通电使磁转子和锥形斗在液体中转动，提高铝的纯度，促进溶液的扩散，使用 导管向冷却装置中注入冷水对锥形斗的底部进行冷却，而加热装置对锥形斗液体进行加 热，使得结晶逐渐长大，从而获得高纯度的铝，其次，被顶出件顶出的磁转子对附着在内胆 内壁上的固体颗粒进行刮除，配合翻转机构和辅助机构的辅助作用，使固体颗粒进入到锥 形斗中集中收集，进而降低了固体杂质在液体中的含量，可提高铝的纯度。 [0020] 2、该电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法中，通过翻转板向外扩展提高与液体之间的接触面积，有助于减少溶液中的溶质浓度，从而促进溶液的扩散，并且，翻转板扩 展之后使叶片向固体颗粒聚集区移动，液体和锥形斗旋转形成速度差，以此带动叶片和螺 旋杆转动，同时，滑轮在滑槽中转动，叶片来回拨动使聚集区中的固体颗粒晃动，防止固体 颗粒集中附着在锥形斗的内壁上，使得聚集区中的固体颗粒从锥形斗的缺口输送到锥形斗 中，提高铝的纯度。 附图说明 [0021] 图1为本发明的整体结构示意图； [0022] 图2为本发明的罐体剖切前结构前视图； [0023] 图3为本发明的内胆和锥形斗爆炸结构示意图； [0024] 图4为本发明的锥形斗、过滤板和磁转子爆炸结构示意图； [0025] 图5为本发明的锥形斗剖切结构示意图； [0026] 图6为本发明的辅助套环、立柱、第二弹簧和翻转板爆炸结构示意图； [0027] 图7为本发明的辅助机构结构示意图； [0028] 图8为本发明的A处放大结构示意图。 [0029] 图中各个标号意义为： [0030] 100、罐体；101、顶盖；102、锁紧装置；103、液压缸本体；104、冷却装置；105、磁线圈；106、顶出件； [0031] 200、磁转子；201、锥形斗；202、内胆；203、加热装置；204、过滤板； [0032] 300、刮除机构；301、刮板；302、辅助环；303、顶杆；304、第一弹簧；305、挡板； [0033] 400、辅助机构；401、叶片；402、螺旋杆；403、固定环；404、第三弹簧；405、辅助杆；406、滑轮；407、滑槽； [0034] 500、翻转机构；501、辅助套环；502、外伸杆；503、翻转板；504、立柱；505、第二弹簧。 具体实施方式[0035] 下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实 施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本发明保护的范围。 [0036] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特 定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0037] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。 [0038] 如图1和图2所示，提供了一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法，包括如下方法步骤： [0039] S1、将顶盖101打开，然后再将待熔化的铝块加入到内胆202中并通过锁紧装置102将顶盖101与罐体100密封； [0040] S2、通过加热装置203将铝块融化，液压缸本体103推动锥形斗201和磁转子200没入液体铝中，磁线圈105产生的电磁与磁转子200相互作用，使磁转子200对液体铝进行搅 拌，减少溶液中的溶质浓度，提高铝的纯度； [0041] S3、向冷却装置104中注入冷水对内胆202底部进行冷却，液体铝由上到下形成温度差，使液体铝中结晶继续长大，最终获得高纯度的铝； [0042] 通过向罐体100内部设有的内胆202内加入铝块，然后，顶盖101通过设置在罐体100周围的多个锁紧装置102与顶盖101密封配合，即锁紧装置102主要由液压缸和锁紧爪组 成，通过固定在罐体100周围的多个液压缸，液压缸推动转动连接罐体100和液压缸的锁紧 爪将顶盖101锁紧，使顶盖101和罐体100密封配合。 [0043] 然后，通过对加热装置203进行通电，使铝块加热至其熔点以上，并转化为液态铝，接着，固定在顶盖101上的液压缸本体103推动锥形斗201和磁转子200伸入液体中，而此时 的刮除机构300远离内胆202的内壁，于是，将磁线圈105通电，磁线圈105产生的磁场使磁转 子200产生扭转，进而对液态铝进行搅拌，以促进液态铝中的杂质分离和提纯。 [0044] 当锥形斗201完全没入液态铝中时，由于多组刮除机构300位于锥形斗201的外侧并向外伸展，也能够促进对液态铝的搅拌，有助于减少溶液中的溶质浓度， [0045] 待液态铝将要结晶时，即上方的液态铝与底部的液态铝之间形成温度梯度差，这种温度差是通过将外部冷水注入冷却装置104中，同时加热装置203加热使得液态铝由上到 下温度形成由高到低的梯度差。 [0046] 因此，在上述结构的基础之上，通过图3和图4进一步对刮除机构300结构进行公开，刮除机构300包括刮板301和顶杆303，随着液态铝的凝固，通过液压缸本体103拉动转动 连接的锥形斗201向上反向移动，而在此过程中，由于刮板301通过转杆滑动连接锥形斗 201，转杆转动连接的辅助环302和顶杆303滑动连接，于是，当锥形斗201的高度上升到顶杆 303的端部与顶出件106接触时，通过顶杆303滑动连接支杆和锥形斗201，支杆固定连接锥 形斗201的内壁，以此保证顶杆303横向滑动时的稳定。 [0047] 接着，顶出件106将顶杆303向外顶出，转杆向外侧倾斜，刮板301向内胆202内壁靠近，且辅助环302和顶杆303之间产生滑动，刮板301与内胆202的内壁相贴合，从而在锥形斗 201的转动下对内胆202内壁上附着的固体颗粒进行刮除。 [0048] 为了防止附着在内胆202内壁的固体颗粒过多，在刮板301重力的作用下会使刮板301向外伸出，导致刮板301在进入内胆202中与固体颗粒相抵，导致刮板301与固体颗粒之 间的阻力增大，所以，在顶杆303上套有第一弹簧304，在顶杆303向外侧推动转杆转动时，第 一弹簧304一端与锥形斗201内壁相抵，且第一弹簧304另一端与固定连接顶杆303的限位板 相抵，进而将第一弹簧304压缩，当锥形斗201向下移动时，在第一弹簧304的弹性作用下反 向推动限位板将转杆和刮板301拉回，使刮板301顺利进入液态铝中。 [0049] 进一步的，通过图5和图6进一步对翻转机构500的具体结构进行公开，翻转机构500包括滑动连接外伸杆502的翻转板503，翻转板503转动连接锥形斗201，具体在工作时： 液压缸本体103拉动锥形斗201向上移动，当顶出件106的底部与立柱504外边缘的辅助套环 501相抵时，由于辅助套环501呈倒立锥形与顶杆303滑动连接，所以，固定连接外伸杆502的 辅助套环501被向下顶出，辅助套环501将固定连接锥形斗201的立柱504上套有的第二弹簧 505压缩，使第二弹簧505的弹性势能增大，以便在顶出件106反向移动脱离辅助套环501时， 多个第二弹簧505能够向上推动辅助套环501使其恢复到初始高度，所以，外伸杆502下压与 翻转板503之间产生滑动，进而推动翻转板503向外展开并将锥形斗201开设的与翻转板503 相配合的缺口打开，以便后期固体颗粒流入锥形斗201中。 [0050] 与此同时，向外扩张的翻转板503还会将刮除机构300向外推出，因此，通过图7对辅助机构400的具体结构进行公开，辅助机构400由叶片401、螺旋杆402和辅助杆405构成， 由于锥形斗201自转的同时被浸没在液态铝中，而液态铝产生的涡流与与磁线圈105的磁场 相互作用，使得液态铝转动，借助于锥形斗201和液态铝之间存在转速差，以及螺旋杆402转 动连接辅助杆405，辅助杆405滑动连接的固定环403与翻转板503固定连接，使得叶片401与 固定连接的螺旋杆402在液态铝中旋转，有助于将刮板301刮除后的固体颗粒从聚集区中经 过缺口输送到锥形斗201内部，以此减少液态铝中固体颗粒的含量，提高铝的纯度。 [0051] 此外，通过将翻转板503一侧设置成坡体状，挡板305滑动连接锥形斗201，所以，当刮板301被转杆顶出之后还会带动底部的挡板305向外移动，同时，挡板305还会向上沿着锥 形斗201的坡面移动，以便在翻转板503打开时，升高的挡板305可将聚集区中的固体颗粒挡 住，使固体颗粒不断增多时能够从缺口进入到锥形斗201中，从而对固体颗粒进行收集，降 低固体颗粒在液态铝中的含量。 [0052] 此外，叶片401在液态铝中转动的过程中，由于固定连接翻转板503的固定环403上开设有滑槽407如图8示出，使得叶片401转动时会到带动螺旋杆402一侧转动连接的滑轮 406沿着滑槽407滑动，即滑轮406沿着滑槽407的轨迹运动，并且，在辅助杆405外部套有的 第三弹簧404与固定环403固定连接，第三弹簧404固定连接辅助杆405，使得转动的叶片401 在第三弹簧404的拉动下始终保持滑轮406与滑槽407贴合，辅助杆405与固定环403之间产 生滑动，叶片401来回在液态铝中拨动，使聚集区中的固体颗粒晃动，降低固体颗粒在内胆 202内壁上的附着同时对液态铝还能够起到搅拌的作用。 [0053] 优选的，在螺旋杆402的输送下将固体颗粒输送至锥形斗201中，固体颗粒被固定在锥形斗201底部的过滤板204过滤，液态铝经过磁转子200上方开设多个通孔漏出，进而降 低固体颗粒在液态铝中的含量，提高液态铝的纯度。 [0054] 最后，当液态铝凝固之后，停止加热和冷却工作，将顶盖101取下，使用吊机将内胆202吊出，并将内胆202中的固体铝取出。 |
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