一种在感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法与流程

一、技术领域

本发明涉及一种金属材料加工提纯方法，尤其是一种在感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法。

二、

背景技术：

镉是一种吸收中子的优良金属，镉主要用于制造新型照明光源镉灯，还可作反应堆的控制材料，其化合物在炼油工业中可作催化剂。在实际应用中，必须将镉高度提纯后应用到产品中，才能保证产品质量。

目前国内用于提纯的设备只有电阻式区熔设备，用其设备采用的工艺方法也存在着许多不足。电阻式区熔设备只能对半导体材料进行提纯，不能对金属材料进行高质量的提纯。究其原因是金属材料导热性能好，传感灵敏，而电阻式控温传达指令滞后，实际温度和指令有误差，控温不精准，熔区长度很难控制，因此电阻式区熔及相应的提纯方法不能生产出很好的金属类的高纯产品。所以，需要研究出一种适用于高度提纯镉的方法，来满足镉的工业生产需求。

三、

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种控温精准、运行稳定、熔区可控、工艺简单、效率高的在感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法。

实现本发明的目的采用的技术方案是：该工艺方法应用的感应式区熔炉包括工作台架、炉体支架、石英管炉体、感应加热装置、充气装置、放气装置、吸真空装置、传动装置、plc触摸屏控制系统和移动平台；工作台架上安装有充气装置、放气装置、吸真空装置、传动装置、plc触摸屏控制系统和移动平台；工作台架上靠炉体支座固定有石英管炉体，石英管炉体内设有石英舟，石英舟内装有镉材料；石英管炉体两端固定有可使石英管封闭的不锈钢密封套，充气装置、放气装置、吸真空装置分别通过不锈钢密封套与石英管内腔相连接；工作台架下面安装有可调节高低的地脚，台架上的传动装置连接有移动平台，移动平台上固定有感应加热装置，感应加热装置的上端连接有多组加热支架，加热支架内装有感应加热圈，石英管炉体位于感应加热圈内；plc触摸屏控制系统与感应加热装置和伺服电机相连接。

应用感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法，其步骤如下：

(1)、首先调节感应式区熔炉工作台架的地脚，使石英管炉体相对于水平面产生一定倾斜角度，以保证金属由固态转为液态时的流动性；石英管炉体相对于水平面产生的倾斜角度，一般按3度倾斜角度倾斜。

(2)、将镉金属料置于石英舟内，再将石英舟放入石英管炉体中，然后将石英管炉体的两端用不锈钢密封套密封。

(3)、用吸真空装置将石英管炉体内腔抽真空，然后充气装置源源不断的将高纯惰性气体输入到石英管炉体中，以保护镉金属在加热时不能被氧化。同时，将放气装置的阀门打开将气体放入特定器皿中，实现保护气体循环流动。

(4)、启动设备后，操纵plc触摸屏控制系统精确控制高频感应加热装置，装置将三相工频交流电转变为频率为20khz高频电流，高频电流使感应加热圈产生高强度磁场发出高热，加热熔化石英舟内镉金属；当加热达到一定温度后，镉金属熔化，在一端形成2mm-10mm的熔区。

(5)、保持温度一定温度为，控制感应加圈移动速度与方向，按一定的速度从首端向另一端移动；控制加热线圈从石英舟的首端移动到尾端数次次，使镉金属融化在石英舟中；由于镉金属料中含有的杂质与液态镉的分配系数不同，杂质富集在镉金属棒两端，从而达到感应加热区熔提纯镉金属的目的。

(6)、冷却后，将石英舟中的镉金属棒料取出分为三段，去掉首尾含杂部分，其中部为高纯的镉产品。

本发明在感应式区熔炉中生产高纯镉的工艺方法的优点是：

(1)、该区熔炉最大的特点是采用感应式加热工艺方法，该方法彻底克服了电阻式加热控温不精准，温控精度差，热区控制不稳定，熔区长度很难控制，设备预热时间长的不足。感应式加热方法区熔炉预热时间短，控温精准，熔区可控，节能环保。

(2)由于感应加热装置的上端连接的加热支架和感应加热圈为多组，每组都是一个独立的高频电源，可根据每一个工位实际区熔情况，分别进行不同的温度控制，更可以根据生产需求，关闭不需要的工位，从而提高了生产效率，减少能源浪费，效率高，节能环保。

(3)、通过更换不同宽度的加热支架和感应加热圈，可以控制熔区宽度，结合速度控制，使熔区宽度小于20mm，提高了区熔提纯效果。

(4)、电控采用plc触屏系统控制，控制精确稳定，操作便捷。

总之，本发明在感应式区熔炉中生产高纯镉的工艺方法工艺简单，预热时间短，控温精准，熔区可控，节能环保，效率高，可满足实验型和生产型的不同需求。

四、附图说明

图1是本发明一种应用感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法的区熔炉结构示意图。

图2是本发明一种应用感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法的区熔炉侧面示意图。

图中：石英舟1，石英管炉体26，不锈钢密封套3，充气装置44，放气装置70，吸真空装置5，plc触摸屏控制系统6，传动装置8，感应加热装置19，移动平台10，加热圈支架11，炉体支座121，工作台架13，感器加热圈14。

五、具体实施方式

在附图中，一种在感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法，该工艺方法应用的感应式区熔炉包括工作台架、炉体支架、石英管炉体、感应加热装置、充气装置、放气装置、吸真空装置、传动装置、plc触摸屏控制系统和移动平台；工作台架13上安装有充气装置44、放气装置70、吸真空装置5、传动装置8、plc触摸屏控制系统6和移动平台10；工作台架13上靠炉体支座121固定有石英管炉体26，石英管炉体26内设有石英舟1，石英舟1内装有镉材料；石英管炉体26两端固定有可使石英管封闭的不锈钢密封套3，充气装置44、放气装置70、吸真空装置5分别通过不锈钢密封套3与石英管炉体26的内腔相连接；工作台架13下面安装有可调节高低的地脚，工作台架上的传动装置8连接有移动平台10，移动平台10上固定有感应加热装置19，感应加热装置19的上端连接有多组加热支架11和感应加热圈14(本发明为9组)，加热支架11内装有感应加热圈14，石英管炉体26位于感应加热圈14内；每组加热支架11和感应加热圈14都是一个独立的高频电源，可根据每一个工位实际区熔情况，操纵plc触摸屏控制系统6分别进行不同的温度控制，更可以根据生产需求，关闭不需要的工位，减少效能浪费。加热支架11和感应加热圈14可制成不同的宽度，通过更换不同宽度的加热支架和感应加热圈，可以控制熔区宽度，结合速度控制，可提高了区熔提纯效果。伺服电机通过传动装置8带动移动平台10移动，移动平台10带动感应加热装置19移动，致使加热支架11和感应加热圈14移动。plc触摸屏控制系统6与感应加热装置19和伺服电机相连接。

应用感应式区熔炉生产高纯镉的工艺方法，其步骤如下：

(1)、首先调节感应式区熔炉工作台架的地脚，使石英管炉体相对于水平面产生一定倾斜角度，以保证金属由固态转为液态时的流动性；石英管炉体相对于水平面产生的倾斜角度，一般按3度倾斜角度倾斜。

(2)、将镉金属料置于石英舟内，再将石英舟放入石英管炉体中，然后将石英管炉体的两端用不锈钢密封套密封。

(3)、用吸真空装置将石英管炉体内腔抽真空，然后充气装置源源不断的将高纯惰性气体输入到石英管炉体中，以保护镉金属在加热时不能被氧化。同时，将放气装置的阀门打开将气体放入特定器皿中，实现保护气体循环流动。

(4)、启动设备后，操纵plc触摸屏控制系统精确控制高频感应加热装置，装置将三相工频交流电转变为频率为20khz高频电流，高频电流使感应加热圈产生高强度磁场发出高热，加热熔化石英舟内镉金属；当加热达到一定温度后，所述的一定温度为321℃，镉金属熔化，在一端形成2mm-10mm的熔区。

(5)、保持温度为321℃，控制感应加圈移动速度与方向，按3cm/h速度从首端向另一端移动；控制加热线圈从石英舟的首端移动到尾端10-15次，使镉金属融化在长500mm、高25mm石英舟中。由于镉金属料中含有的杂质与液态镉的分配系数不同，杂质富集在镉金属棒两端，从而达到感应加热区熔提纯镉金属的目的。

(6)、冷却后，将石英舟中的镉金属棒料取出分为三段，去掉首尾各75mm含杂部分，其中部350mm为高纯的镉产品。