[发明专利]一种高纯无氧铜的制备装置和制备方法

说明书

本发明涉及铜的冶金法提纯技术领域，公开了一种高纯无氧铜的制备装置，包括炉体、石墨坩埚、隔热笼、感应加热系统、真空系统、散热系统、保护气装置和二次加料装置，感应加热系统包括感应加热线圈及变频柜，石墨坩埚、感应加热线圈、隔热笼均固定在炉体内，石墨坩埚位于隔热笼内，感应加热线圈位于隔热笼的外围，真空系统、保护气装置均与炉体相通，二次加料装置用于向石墨坩埚二次加料，散热系统用于石墨坩埚内铜熔体结晶、冷却过程的散热，通过本发明的装置和方法解决现有高纯无氧铜的制备方法中存在的单批次生产量小、产品含氧量高、工艺生产成本过高的问题。

技术领域

本发明涉及铜的冶金法提纯技术领域，特别是一种高纯无氧铜的制备装置和制备方法。

背景技术

高纯铜一般以电解阴极铜为原料，然后通过多次电解法、离子交换法、区熔法、真空结合定向凝固、电子束结合定向凝固等技术手段提纯所得，电解精炼法和离子交换法工艺复杂、质量不稳定，环保压力大；区熔精炼法能耗较高、单次装料少、生产效率低，成本高；电子束结合定向凝固法，设备造价昂贵，投资成本高。而真空结合定向凝固的方法，目前的技术，一般是一次性将铜料放入到石墨坩埚进行感应熔化精炼，铜料之间的空隙将占据坩埚一定的空间，使得石墨坩埚一次盛装的铜料比较少，单批次生产量较少，如为增加生产量而一味加大石墨坩埚的尺寸，而石墨坩埚的空间又没能被充分有效利用，会无谓的增加设备及生产成本；据报道，现有类似设备只有试验性的装置，单批次生产高纯铜只有几十公斤，成本高，效率低，难以满足日益增长的市场需求；同时，由于设备及其工艺参数的局限性，在熔化精炼期间无法更有效的除去铜熔体中的氧等气体元素，使得最终产品的含氧量较高。

发明内容

为此，需要提供一种高纯无氧铜的制备装置和制备方法，解决现有高纯无氧铜制备技术上存在的单次生产量小、产品含氧量高、生产成本过高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高纯无氧铜的制备装置，包括炉体、石墨坩埚、隔热笼、感应加热系统、真空系统、散热系统、保护气装置和二次加料装置，所述感应加热系统包括感应加热线圈，所述石墨坩埚、感应加热线圈、隔热笼均固定在炉体内，所述石墨坩埚位于隔热笼内，所述感应加热线圈位于隔热笼的外围，所述真空系统、保护气装置均与炉体相通，所述二次加料装置用于向石墨坩埚二次加料，所述散热系统用于石墨坩埚内铜熔体结晶、冷却过程的散热。

进一步，所述二次加料装置包括加料仓、连接管和导料管，所述导料管设置炉体内，所述加料仓位于炉体外，所述加料仓通过连接管与导料管相通，所述加料仓与连接管的连接处设有插板阀，所述加料仓与真空系统相通，所述导料管远离连接管的管口位于石墨坩埚的上方，所述导料管的外围设有保温隔热套。加料仓与真空系统连通，进行二次加料时，打开加料仓仓门，先将铜料放入加料仓，接着关闭仓门，开启真空系统与加料仓的连接通道，将加料仓内抽至真空度与炉体内部相同，再打开加料仓底部的插板阀，补加的铜料通过连接管和导料管加入到石墨坩埚中已经熔化的铜熔体中，加料仓的设置能够有效防止二次加料时外部空气进入炉体，危害产品提纯效果。

进一步，还包括水冷系统，所述炉体设有冷却夹套，所述水冷系统与冷却夹套相通，所述散热系统包括散热石墨块、隔热板、隔热升降电机、升降丝杆和支撑立柱，所述隔热板位于隔热笼的下方，所述隔热板与隔热笼围合形成隔热腔，升降丝杆的两端连接隔热升降电机和隔热板，所述隔热升降装置驱动隔热板升降运动，所述散热石墨块位于隔热腔内，所述支撑立柱的顶部贯穿隔热板，所述散热石墨块固定在支撑立柱的顶部，所述石墨坩埚放置在散热石墨块上。

隔热板和隔热笼围合形成隔热腔，石墨坩埚位于隔热腔内，当进行熔炼时，隔热板和隔热笼能够有效的进行保温，熔炼完毕后，隔热升降电机带动隔热板下降，打开隔热腔，石墨坩埚内铜熔体的热量通过底部的散热石墨块，以热辐射及气体对流等热交换方式，将热量传递至炉体的冷却夹套，之后被水冷系统的冷却水带走，由此在装有高温铜熔体的石墨坩埚纵向，自上而下形成温度由高到低的温度梯度，由此实现铜熔体自下而上的定向结晶。