[发明专利]超声、旋转电磁场在熔铝精炼中的应用

说明书

技术领域

本发明属于高温冶金熔炼中的金属精炼与提纯范畴。

高温冶金技术，其中包括有色金属和钢铁的精炼、提纯过程，也可以说是{造渣}技术， 其共同目的都是把熔融于液态金属熔体中的有害金属杂质、气体和非金属夹杂物等析出或转 移到熔渣中，使其达到所需要的纯度、纯洁度和其微观组织结构(晶体)的最佳形态。

背景技术

目前，在有色金属冶铝行业中，对精品铝、高纯铝的除杂、提纯、精炼和晶粒细化等生 产工艺，多年来变化不大。目前国内外采用的技术方法虽然有许多种，但因其存在工艺繁杂、 提纯净度有限、生产成本高，或对环境有污染、有损工人健康等缺陷，因而不同程度地影响 了冶铝企业精品铝的生产和高端特种铝金属的深加工。已成为冶铝行业关注解决的技术难题。

在铝电解生产液态原铝与铝加工重熔、铸锭及精炼过程中，对熔融于铝液中的氢、杂质 元素和非金属夹杂物的清除方法，主要是：1、充注气体；2、添加熔剂；3、过滤；4、搅拌； 5、真空法等等。

上述各种方法的主要缺陷：1、单质气或混合气体充注除氢、除杂，在铝液中不可避免的 存在较大盲区，致使其作用或反应范围有限；其次产泡量少，分布不均，气泡势能小且气泡 形态及传递可控性差，从而造成气泡俘获杂质和氢的效率不高，特别是对于弥散于铝液中的 “固态小质点”和“点状呆氢”的俘获率更低。这就造成铝的纯度从99.7％到99.9％以上的 0.3个百分点不易上去的重要原因之一。2、添加熔剂，因铝液温度-粘度及杂质分散性等热 流体分子动力学、界面化学过程控制难度较大等原因，造成反应不完全。熔炼反应形成的痕 量级高势能纳微米尺度的复合型有害颗粒，即铝液中的残留物，使之更不易脱除。这也是造 成铝的纯度从99.9％、99.99％到99.999％几个品质台阶，不易突破的原因之一。3、搅拌，包 括机械和旋转气泡搅拌，虽然成本低、工艺简单，但其剪切化学反应的作用范围及效果极为 有限，槽、炉中熔体的相当部分是盲区或死区，其作用范围主要是在搅拌轴线附近形成的涡 流区，虽然对较大粒径的杂质颗粒有加速沉淀和上浮液面的促进作用，但对熔融于铝液中μ 级或小于μ级细微杂质元素和非金属颗粒物，则剥离作用显得不大。这也是造成降低铝中杂 质含量不易突破，清除效率不够高的又一个重要原因。4、过滤法，因滤网材料和孔径的局限 性等原因，对微小颗粒的除杂效果也不太理想，尤其在99.9％以上精品高纯铝工业化生产时 更显困难。5、三层液铝电解精炼铝方法，可以制得高纯度的精铝。但是其工艺比较复杂，而 且正品产出率较低，需加入电解质，有HF气体逸出，耗电量较大，目前其在国内的产量很少， 年产量不足二万吨，远远不能满足需要。

我国是铝金属生产大国，但不是冶铝强国，虽然产能大，然而精品少，远远不适应国家 的实际需要。例如：航空航天用铝、军工用铝、轻质高强结构工程用铝、轻质高强结构工程 用铝(汽车、高速列车、特大型建筑工程等)以及超高压、大电流电工铝电子工业，化工和 冶金用铝等。因此，研究高纯度及各种用途合金铝产品具有十分重要的意义。这就需要在铝 冶炼生产环节中进行技术革新，这样不仅能提高铝材使用价值，还能增加产品附加值。

发明内容：

为了克服上述液态原铝及其精练过程中现使用方法的种种不足，使现在精品铝、高纯铝 生产时的提纯、除杂过程的不完全、不稳定、不简洁、不经济、正品产出率低的现状，得到 显著的改善。我们采用了：

1、微爆技术、多维层状连续螺旋线瞬态涡流技术，亦即物理场技术，其特征是在铝液中，可 控的、可分层的大弥散度、强势能、小直径气泡密集阵及气爆体俘获与分子碰撞、共振、自 旋、团聚等功能效应，这是本技术保证精铝提炼的主要手段，也是本方法的核心。

本技术方法相对于原铝三层液电解精炼和刚性区域熔炼法或偏析法，就其工艺流程及装 置来说，我们的方法更加简洁，除杂、提纯效果都更为显著，是对上述方法的补充和改善。 本方法已显现出在高温冶金多个相关专业极有可能获得应用的良好前景。

2、我们所研制的技术及其工艺装置(如示意图所示)应用的目的，在于为冶铝工业提供一种 全新的，以简洁、经济、绿色环保为显著特征的工艺方法及其专用装置，即在铝电解槽、保 温炉或重熔炉等现有常规生产装置上装配必要的部件，在不添加任何提纯介质的前提下，完 成精品铝、高纯铝等有色金属在内的在线连续除杂、提纯、精炼和晶粒细化生产过程。

具体实施方式：