一种高纯金属熔炼提纯与定向凝固一体化装置的制作方法

1.本实用新型属于高纯金属生产技术领域，涉及一种高纯金属熔炼提纯与定向凝固一体化装置。


背景技术：

2.随着科技的发展，高纯度金属铸锭的应用更为广泛，需求量也在不断增加，所以寻求低成本、高纯度金属铸锭的获得方法有着重要的意义。传统的高纯金属提纯技术中,不同的方法有着较大的差异：电解精炼法生产周期长且质量不稳定；阴离子交换法工艺复杂质量不稳定且不利于环保；区熔精炼法能耗高且效率低，同时，以上的方法都不能获得较大铸锭。
3.较大金属铸锭只能通过坩埚熔炼来获得，目前高纯金属铸锭的提纯设备中，主要采用电子束熔炼与定向凝固相结合的工艺方法，针对熔炼和定向凝固，分别采用熔炼炉和定向凝固炉去处理，当经过高温熔炼的高纯度金属从熔炼炉中转出，送入定向凝固炉的周转过程中，液态的高纯度金属中很容易带入杂质，导致高纯度金属纯度不足。


技术实现要素：

4.本实用新型克服了现有技术的不足，提出一种高纯金属熔炼提纯与定向凝固一体化装置，解决现有设备生产高纯度的大铸锭时纯度有限的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型是通过如下技术方案实现的。
6.一种高纯金属熔炼提纯与定向凝固一体化装置，包括高温纯化炉，所述高温纯化炉内设置有熔炼加热腔；所述高温纯化炉内还设置凝固冷却腔和升降装置；所述凝固冷却腔内设置有冷却换热装置；所述升降装置连接有坩埚；通过升降装置带动坩埚在所述的熔炼加热腔和凝固冷却腔之间移动。
7.进一步的，所述凝固冷却腔位于熔炼加热腔的下方，所述高温纯化炉的底部连接有升降装置；升降装置上部连接有坩埚，坩埚与熔炼加热腔的底部连接。
8.进一步的，所述坩埚的底部连接有温度检测装置。
9.进一步的，所述坩埚底部通过石墨支撑结构与升降装置相连接。
10.进一步的，所述坩埚底部设置有保温结构。
11.进一步的，所述冷却换热装置为冷却水盘管结构，所述冷却水盘管设置在熔炼加热腔底部至高温纯化炉底部之间，所述升降装置和坩埚位于冷却水盘管中心。
12.进一步的，所述熔炼加热腔由上保温毡和下保温毡围成；所述熔炼加热腔内设置有加热装置和测温装置；所述熔炼加热腔连接有真空泵组。
13.更进一步，所述高温纯化炉炉体分为上炉腔和下炉腔；所述下炉腔连接有丝杠升降机；通过丝杠升降机用于将下炉腔与上炉腔闭合户开启；所述上保温毡位于上炉腔内，所述下保温毡位于下炉腔内。
14.更进一步的，所述上保温毡通过上保温毡吊杆与上炉腔顶部相连接。
15.本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为：
16.本实用新型根据真空熔炼提纯与定向凝固提纯相结合的纯化工艺对现有的纯化炉进行改进，按照保温毡的保温作用、通水铜盘管的冷却作用，在炉腔内形成高温区与低温区。将石墨坩埚中待提纯的金属材料在高温区进行真空熔炼提纯，达到相应要求，再通过升降机构，石墨坩埚由高温区逐渐进入低温区进行定向凝固提纯，凝固过程中保持较大的温度梯度，全部凝固且待炉温降低到100℃以下，开启升降机构，将坩埚提升至初始位置。整个提纯过程金属材料不需要转换容器，大大降低了操作难度，减小了带入杂质的可能。
17.采用本实用新型所述的真空熔炼提纯与定向凝固提纯相结合的提纯装置，实现了低成本、高纯度金属铸锭的生产，也实现了保证原始纯度使更高纯度金属重熔成铸锭的工艺。
附图说明
18.图1为本实用新型所述高纯金属熔炼提纯与定向凝固一体化装置的主视图。
19.图2为图1的俯视图。
20.图3为图2的a-a向剖视图。
21.图中，1-上炉腔、2-下炉腔、3-支撑柱、4-丝杠升降机、5-真空泵组、6-上保温毡、7-上保温毡吊杆、8-热交换块、9-下保温毡、10-下保温毡支撑架、11-第二热交换块、12-保温毡、13-石墨支柱、14-石墨支撑块、15-加热电极、16-加热器、17-石墨坩埚、18-红外测温管、19-热电偶、20-铜盘管、21-铜盘管支撑架、22-升降装置。
具体实施方式
22.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面结合实施例及附图详细说明本实用新型的技术方案，但保护范围不被此限制。
23.如图1-3所示，本实施例提供了一种高纯金属熔炼提纯与定向凝固一体化装置，包括高温纯化炉，高温纯化炉的外部整体与现有的高温纯化炉相同：分为上炉腔1和下炉腔2，上炉腔1通过底部的支撑柱3固定支撑；且上炉腔1连接有真空泵组5；下炉腔2在丝杠升降机4的作用下，可以从上炉腔1的底部进行开启和关闭，用于进料和出料。
24.由上炉腔1和下炉腔2组成的高温纯化炉内设置有熔炼加热腔、凝固冷却腔和升降装置22；熔炼加热腔用于实现金属的真空高温熔炼；凝固冷却腔用于熔炼金属的定向凝固；本实施例中升降装置22采用叉梁型的升降机；凝固冷却腔位于熔炼加热腔的下方，所述升降装置22连接在下炉腔2的底部；升降装置22上部连接有石墨坩埚17。
25.具体的，上炉腔1的顶部通过上保温毡吊杆7连接有底部敞口的上保温毡6，上保温毡6内设置有加热器16；加热器16连接有加热电极15；上保温毡6内连接有红外测温管18，用于监测上保温毡6内的温度。下炉腔2的上部连接有下保温毡支撑架10；所述下保温毡支撑架10上固定有下保温毡9；下保温毡9上连接有热交换块8；在丝杠升降机4的作用下，带动下炉腔2向上运动可以将下保温毡9和上保温毡6相扣合。
26.在下保温毡支撑架10的下表面至下炉腔2的底部设置有铜盘管20，铜盘管20通过
铜盘管支撑架21固定在下炉腔2内，铜盘管20用于通入冷却水对铜盘管20包围的区域进行冷却。升降装置22和石墨坩埚17位于冷却水盘管围绕的区域内。
27.具体的，石墨坩埚17底部通过石墨支撑块14和石墨支柱13与升降装置22相连接。石墨坩埚17底部还连接有热电偶19、保温毡12和第二热交换块11；石墨坩埚17与下保温毡9滑动连接，当石墨坩埚17移动进入上保温毡6内之后，保温毡12与下保温毡9密封扣合。上述的热交换块8和第二热交换块11均为现有结构，是与通盘管共同作用，在坩埚内部的液态金属凝固的过程中，起到保证坩埚内部热量自上而下的定向流动，保证液态金属实现定向凝固的作用。
28.完成装料后开始热处理工艺，由红外测温管18来监测上保温毡6、下保温毡9、保温毡12围成区域内部的温度，控制好相应的工艺气体，开始真空熔炼提纯，达到相应要求后，通过升降装置22来降低石墨坩埚17，下降过程通过热电偶19的显示温度来判断液态金属凝固是否开始，当凝固开始后，使升降装置22保持恒定的下降速度通过铜盘管20稳定下降，金属材料的固液界面保持在相同的高度，直到全部凝固完成定向凝固提纯。待炉温降低到100℃以下，将下炉腔2通过丝杠升降机4下降与上炉腔1分离，然后开启升降装置22，将坩埚提升后进行出料。
29.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。