[发明专利]一种熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的装置及方法

权利要求书

1.一种熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的装置，其特征在于由电解槽系统及其下方的浇铸系统组成；电解槽系统包括电解加热炉、电解铁坩埚、石墨坩埚、石墨阳极和电位测试探头；电解铁坩埚位于电解加热炉内，电解铁坩埚套在石墨坩埚外，石墨坩埚侧壁上设有刚玉绝缘衬板；石墨阳极和电位测试探头插入石墨坩埚内；石墨坩埚的底部设有底口通道和底口旋塞，底口通道穿过电解铁坩埚并与电解加热炉底部连通；浇铸系统包括浇铸加热炉、浇铸铁坩埚、模具和交流感应线圈；浇铸铁坩埚位于浇铸加热炉内部；浇铸铁坩埚套在模具外；交流感应线圈设在浇铸铁坩埚外；浇铸加热炉顶部的法兰盖上设有气体进出口和浇铸通道，浇铸通道与底口通道连通。

2.根据权利要求1所述的熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的装置，其特征在于所述的底口通道的侧壁上设有石墨内衬；浇铸通道的侧壁上设有石墨内衬。

3.根据权利要求1所述的熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的装置，其特征在于所述的浇铸铁坩埚外壁上设有冷却水套。

4.根据权利要求1所述的熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的装置，其特征在于所述的电位测试探头由工作电极和参比电极组成，两个电极并排设置；参比电极包括一端封口刚玉管及其内部的银丝，一端封口刚玉管内还装有参比熔盐，一端封口刚玉管的侧壁上开设有毛细孔；工作电极由包括单孔刚玉管及其内部的钨丝；钨丝和银丝分别与电压表的两极连接。

5.一种熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：

（1）将阴极母合金和熔盐电解质加入到石墨坩埚内，通过电解加热炉升温将阴极母合金和熔盐电解质全部加热至全部熔化，然后继续加热至高于全部熔化温度20~50℃；然后将电解原料加入到石墨坩埚内，使电解原料熔化并与熔盐电解质混合均匀；

阴极母合金的加入量按熔盐电解质和电解原料为阴极母合金重量的1.5~2倍；

电解原料的加入量按电解原料占电解原料与熔盐电解质总重量的4~10%；

（2）将石墨阳极的底面浸入到熔化的熔盐电解质中，并使石墨阳极的底面低于熔化的熔盐电解质液面10~20mm；

（3）将装有参比熔盐的电位测试探头插入到熔化的阴极母合金中，参比电极的毛细孔浸没在熔化的熔盐电解质中，使参比熔盐完全熔化，此时电位测试探头的两个电极与电压表连接；所述的参比熔盐为参比电解质与AgCl混合制成，参比电解质与石墨坩埚内的熔盐电解质成分相同，AgCl为参比电解质总重量的1±0.1%；

（4）以石墨阳极为阳极，以熔化的阴极母合金为阴极，向两极通电进行电解，通过观测电压表测量两极的电位控制合金熔体的成分，当电压表上的示数达到目标值后停止电解，在石墨坩埚底部获得铝合金熔体；通过电解加热炉对铝合金熔体加热保持电解时的温度；

（5）将浇铸加热炉抽真空或通入惰性气体将空气排出，并将浇铸加热炉内温度加热至650~750℃；

（6）打开底口旋塞使石墨坩埚通过底口通道与浇铸通道连通，铝合金熔体进入模具内部，至全部铝合金熔体流入模具中并且表面覆盖有熔盐电解质；给交流感应线圈通电，对铝合金熔体施加磁场进行电磁搅拌，搅拌时间为10~20min后停止保温，并保持电磁搅拌10~20min，铝合金熔体凝固后获得铝合金锭。

6.根据权利要求5所述的熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的方法，其特征在于所述的将铝合金熔体冷却至常温时，向浇铸铁坩埚外设置的冷却水套内通入冷却水，使铁坩埚和模具降温，并使铝合金熔体加速降温。

7.根据权利要求5所述的熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的方法，其特征在于所述的电解原料为Li₂O或MgCl₂；当电解原料为Li₂O时，阴极母合金是预计制备的铝合金中除锂以外其他金属元素成分的含量配制；当电解原料为MgCl₂时，阴极母合金是预计制备的铝合金中除镁以外其他金属元素成分的含量配制；所述的熔盐电解质为LiCl或KCl-CaCl₂-NaCl混合电解质，当熔盐电解质为KCl-CaCl₂-NaCl混合电解质时，KCl占混合电解质总重量的9.5%，CaCl₂占混合电解质总重量的49.5%，NaCl占混合电解质总重量的41%。

8.根据权利要求5所述的熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的方法，其特征在于所述的阴极母合金是按预计制备的铝合金中除锂或镁以外其他金属元素成分的含量配制。