液态金属净化装置

摘要

本发明公开了一种液态金属净化装置，包括釜体，设置在釜体顶端的釜盖，设置在釜体底部的排渣口，设置在釜体外壁的加热装置，还包括液态金属排出管,内置于釜体内的滤芯,设置在釜体或者釜盖上的液态金属入口，设置在釜体上的液态金属出口，滤芯的一端封闭，另一端为出口端，出口端设置有和液态金属出口相互配合的连接结构，滤芯设置在靠近釜体底部，液态金属排出管通过液态金属出口连接滤芯。本发明不需要额外加热装置对滤芯进行加热，并综合了沉降法和过滤法的优点。与传统过滤法相比，固体颗粒去除效果更好、效率更高、处理量更大、能耗更低、使用和维护更方便。

权利要求

1.液态金属净化装置，包括釜体(1)，设置在釜体(1)顶端的釜盖(2)，设置在釜体底部的排渣口(3)，设置在釜体(1)外壁的加热装置(8)，其特征在于，还包括液态金属排出管(7),内置于釜体(1)内的滤芯(6),设置在釜体(1)或者釜盖(2)上的液态金属入口(4)，设置在釜体(1)上的液态金属出口(5)，所述滤芯(6)的一端封闭，另一端为出口端，所述出口端设置有和液态金属出口(5)相互配合的连接结构，所述滤芯(6)设置在靠近釜体底部，所述液态金属排出管(7)通过液态金属出口(5)连接滤芯(6)；所述滤芯(6)和釜体底部之间留有空间。

2.根据权利要求1所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述滤芯(6)的出口端设置有和液态金属出口(5)相互配合的连接结构为液态金属出口(5)设置有内螺纹，滤芯(6)的出口端设置有外螺纹。

3.根据权利要求1所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述滤芯(6)为筒状滤芯。

4.根据权利要求1所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述滤芯(6)由多孔材料制成，孔径为1μm～50μm。

5.根据权利要求1所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述釜盖(2)上还设置有真空口(203)。

6.根据权利要求1所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述釜盖(2)上还设置有第一视镜(201)和第二视镜(202)。

7.根据权利要求1所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述釜体底部为圆型封头结构。

8.根据权利要求7所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述加热装置(8)包括主加热装置(801)和副加热装置(802)，所述主加热装置(801)设置在釜体(1)外侧壁，所述副加热装置(802)设置在釜体底部外壁，排渣口(3)穿过副加热装置(802)。

9.根据权利要求8所述的液态金属净化装置，其特征在于，所述主加热装置(801)、副加热装置(802)和釜体(1)为相互适配的结构。

说明书

液态金属净化装置

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种液态金属净化装置。

背景技术

[0002] 许多金属，如用于制造电池材料的金属锂或锂铝合金，使用前需先将金属锭材通过挤压成型工艺或者轧制成型工艺制成金属薄带，目前工业生产的金属薄带的厚度已可达到20μm。金属薄带的生产过程中，存在于金属锭材中的固体颗粒杂质会严重影响金属薄带的生产，特别是较薄的高端金属薄带，固体颗粒杂质对金属薄带生产的影响尤为严重。因此，需要在金属锭材的冶炼和浇铸生产过程中对液态金属进行净化处理，去除液态金属中的固体颗粒杂质。

[0003] 对于许多用作结构材料的金属或合金，其材料强度要求较高，固体颗粒杂质的存在，会造成制作构件内的应力集中，降低材料强度。因此，也需要在金属材料的冶炼和浇铸生产过程中对液态金属进行净化处理，去除液态金属中的固体颗粒杂质。

[0004] 在金属或者合金的冶炼和浇铸生产过程中，去除液态金属中的固体颗粒杂质的方法有沉降法和过滤法。

[0005] 沉降法是将液态金属置于沉降装置中，固体颗粒杂质在重力作用下沉降到装置底部。显而易见，沉降法耗时长，作业效率低，能耗高，因此在液态金属净化中很少单独采用。

[0006] 过滤法通常是在液态金属容器的下端设置与容器相连的管道式过滤装置，通过管道式过滤装置，对液态金属进行过流过滤。由于必需保证管道式过滤器的温度高于待过滤金属的熔点，才能保证液态金属的流动性，因此使用过程中必须对过滤器进行加热。但是由于过滤器壳体与滤芯之间存在间隙，加热时传热较慢，热效率不高。此外，管道式过滤器由于结构限制，普遍过滤面积偏小。同时，由于滤芯与壳体间的间隙空间有限，导致容纳滤渣能力不足，限制了滤芯的过滤能力，实际使用时需要频繁更换滤芯，使用很不方便，特别是金属或合金液体中固体颗粒较多和颗粒尺寸较大时，普通管式过滤器很容易被堵塞，造成停产。

[0007] 管道式过滤装置的技术方案，如中华人民共和国国家知识产权局于2013年11月27日公开的授权公告号为CN203307394U的专利文献名称是液态金属净化装置，包括由耐高温的过滤孔、设置在过滤孔内部的滤芯，过滤孔下游的过滤孔侧壁上设置有突起的三角锥，三角锥均布于过滤孔侧壁上，三角锥下方设置有用于向过滤孔内部注射脱模剂的通道。

[0008] 上述结构的管道式过滤装置，需要一个加热装置对滤芯进行加热。

发明内容

[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种将滤芯内置在釜体内，不需要额外加热装置对滤芯进行加热的液态金属净化装置。

[0010] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

[0011] 液态金属净化装置，包括釜体，设置在釜体顶端的釜盖，设置在釜体底部的排渣口，设置在釜体外壁的加热装置，还包括液态金属排出管,内置于釜体内的滤芯,设置在釜体或者釜盖上的液态金属入口，设置在釜体上的液态金属出口，滤芯的一端封闭，另一端为出口端，出口端设置有和液态金属出口相互配合的连接结构，滤芯设置在靠近釜体底部，液态金属排出管通过液态金属出口连接滤芯。

[0012] 进一步，滤芯和釜体底部之间留有空间。

[0013] 进一步，滤芯的出口端设置有和液态金属出口相互配合的连接结构为液态金属出口设置有内螺纹，滤芯的出口端设置有外螺纹。

[0014] 进一步，滤芯为筒状滤芯。

[0015] 进一步，滤芯由多孔材料制成，孔径为1μm～50μm。

[0016] 进一步，釜盖上还设置有真空口。

[0017] 进一步，釜盖上还设置有第一视镜和第二视镜。

[0018] 进一步，釜体底部为圆型封头结构。

[0019] 进一步，加热装置包括主加热装置和副加热装置，主加热装置设置在釜体外侧壁，副加热装置设置在釜体底部外壁，排渣口穿过副加热装置。

[0020] 进一步，主加热装置、副加热装置和釜体为相互适配的结构。

[0021] 本发明的液态金属净化装置适用于金属及合金冶金铸造技术领域，只要是采用内置式滤芯和釜体相互配合及设置釜内沉降区来实现液态金属净化以去除固体颗粒的技术领域都可以适用。

[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0023] 1、本发明的液态金属净化装置，滤芯设置在稍高于釜体底部的位置，滤芯直接浸泡在液态金属中，与液态金属等温，不需要额外设备对滤芯加热，只需在釜体外侧壁设置主加热装置和副加热装置对液态金属保温。因此，供热方案简单、能耗低、供热效率高。同时，由于不像外置式管道过滤器那样有结构尺寸限制，本方案滤芯的设置空间大，可选择尺寸较大、过滤面积大的滤芯，能大幅提高过滤效率。另外，滤芯和釜体底部之间形成体积较大的固体颗粒杂质沉降区，沉降区具有较大的容渣能力，因此滤芯的过滤量大，过滤能力强，过滤效率高，滤芯损耗小，使用时间长。在釜体底部设置排渣口，排渣操作简单、排渣效率高。

[0024] 2、本发明的液态金属净化装置，可根据后续工序的需要，选择具有合适孔径滤孔的滤芯作为过滤核心组件，过滤质量有保证；釜盖上设置有真空口，在保温沉降阶段，可将釜体内抽成真空状态，保温效果好，有利于固体杂质沉降，在过滤阶段，向釜体内注入非反应性气体，进行加压过滤，提高过滤能力和过滤效率。釜盖上设置有第一视镜和第二视镜，便于观测釜体内的情况，根据不同的情况制定适宜的作业方案。

[0025] 3、本发明的液态金属净化装置，由于采用在靠近釜体底部设置滤芯,液态金属排出管通过液态金属出口连接滤芯，过滤结构简单、组件少、易于设计和制造、制造成本低；由于采用将固体颗粒杂质沉降和过滤分开处理，固体颗粒杂质对滤芯影响很小，大部分颗粒，特别是较大颗粒进入沉降区，不通过滤芯，大大降低了滤芯堵塞的可能性，滤芯的更新和维护成本低；由于过滤能力强、过滤效率高、故障发生的机会低，极大提高了生产效率，降低生产成本。

附图说明

[0026] 图1为本发明的结构示意图。

[0027] 图2为本发明釜盖的结构示意图。

[0028] 图中附图标记分别表示为：1-釜体，2-釜盖，3-排渣口，4-液态金属入口，5-液态金属出口，6-滤芯，7-液态金属排出管，8-加热装置，201-第一视镜，202-第二视镜，203-真空口，801-主加热装置,802-副加热装置。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0030] 如图1、图2所示，本发明的液态金属净化装置，包括釜体1，设置在釜体1顶端的釜盖2，设置在釜体底部的排渣口3，设置在釜体1外壁的加热装置8，还包括液态金属排出管7,内置于釜体内的滤芯6，设置在釜体1或者釜盖2上的液态金属入口4，设置在釜体1上的液态金属出口5，滤芯6的一端封闭，另一端为出口端，出口端设置有和液态金属出口5相互配合的连接结构，滤芯6设置在靠近釜体底部，液态金属排出管7通过液态金属出口5连接滤芯6。

[0031] 如图1、图2所示，在靠近釜体底部设置滤芯6，滤芯6和釜体底部之间可以接触也可以不接触。上述滤芯6一端封闭，另一端为出口端，出口端设置有和液态金属出口5相互配合的连接结构。滤芯6的截面形状可以是圆形，也可以是椭圆形，还可以是方形或者矩形，甚至可以是异形。在釜体1或者釜盖2上设置液态金属入口4,在釜体1上设置液态金属出口5，滤芯6和液态金属出口5连接，连接方式可以是螺纹连接，也可是直接插接。液态金属排出管7通过液态金属出口5连接滤芯6。其中，液态金属入口4和液态金属出口5可以设置在同侧的釜体1侧壁上，也可以设置在异侧的釜体1侧壁上，优选的方式是设置在两个相对侧面釜体1侧壁上。在釜体1的外壁设置加热装置8，在釜体底部设置排渣口3，在釜体1顶端设置釜盖2。通过以上结构组合可制成本发明的液态金属过滤装置。

[0032] 使用中，滤芯6直接浸泡在液态金属中，滤芯6的温度和液态金属温度保持一致，液态金属通过滤芯6，再经过液态金属排出管7流出釜体1，因此，不需要额外的加热设备对滤芯6进行加热。由于滤芯6的温度和液态金属的温度保持一致，滤芯6和液态金属排出管7均保持畅通状态，确保了过滤流量，提高了过滤效率，降低了设备损耗。

[0033] 使用中，由于滤芯6设置在釜体1内，釜体1内的空间较大，可选择尺寸较大、过滤面积大的滤芯6进行过滤作业，使滤芯6具有较强的过滤能力、较高的过滤效率。

[0034] 下面是本发明的液态金属净化装置的优选实施方式：

[0035] 液态金属净化主要是去除液态金属中的固体颗粒杂质。如果通过滤芯6的固体颗粒杂质多，会很快堵塞滤孔，影响到滤芯6的过滤能力和过滤效率。

[0036] 为了确保滤芯6具有良好的过滤能力和过滤效率，作为优选，如图1所示，滤芯6和釜体底部之间留有空间。

[0037] 在靠近釜体底部的釜体1内设置滤芯6时,在釜体底部和滤芯6下部之间留出一定的容积空间，这个空间也就是固体颗粒杂质沉降区。容积空间的大小由滤芯6和釜体底部的距离决定。根据液态金属中固体颗粒杂质的含量来确定这个距离。使用中，先对液态金属中的固体颗粒杂质进行沉降，粒度较大的固体颗粒杂质先行沉降到沉降区，接着是粒度中等的固体颗粒杂质沉降到沉降区，再是粒度较小的固体颗粒杂质沉降到沉降区。沉降区处于滤芯6下方。沉降后，固体颗粒杂质对滤芯6过滤影响大幅减小，滤芯6堵塞的机会减少，滤芯6的过滤流量加大，过滤能力增强，过滤效率提高，滤芯6损耗减小。

[0038] 为了方便滤芯6和液态金属排出管7的更换，作为优选，如图1所示，滤芯6的出口端设置有和液态金属出口5相互配合的连接结构为液态金属出口5设置有内螺纹，滤芯6的出口端设置有外螺纹。将滤芯6的连接结构和液态金属出口5的连接结构设计成相互配合的螺纹连接结构，采用纯铁垫片密封。螺纹连接结构便于滤芯6的更换和维护。

[0039] 为了确保尽量少的固体杂质沉降到滤芯6，提高滤孔的贯通率和贯通度，作为优选，滤芯6为筒状滤芯。筒状滤芯，固体杂质很难沉降在其上，同时筒状滤芯具有较大的过滤面积，较高的过滤能力和过滤效率。

[0040] 为了提高过滤质量，作为优选，滤芯6由多孔材料制成，孔径为1μm～50μm。

[0041] 根据经验值孔径为1μm～50μm的滤孔基本能满足绝大多数液态金属的过滤需求。

[0042] 为了能有效改变釜体1内的气压，以利于液态金属的保温沉降和加压过滤，作为优选，如图1、图2所示，釜盖2上还设置有真空口203。

[0043] 设置真空口203，真空泵通过真空口203和釜体1连接，将釜体1内抽成真空状态。釜体1内保持真空状态，热量对流小，保温效果好，同时不会产生新的固体颗粒杂质。真空口203也可和注非反应性气设备连接，在釜体1注入非反应气，提高釜体1内的气压，进行加压过滤，提高过滤效率和过滤能力，本发明可使用氩气作为非反应性气体，但不局限于氩气，根据不同的过滤物料选择不同的非反应性气体。

[0044] 为了及时了解釜体1内的情况，作为优选，如图1、图2所示，釜盖2上还设置有第一视镜201和第二视镜202。使用中，可以采用第一视镜201提供光源，第二视镜202作为观察用，反之亦然；通过第一视镜201和第二视镜202，可以及时了解过滤情况，以便及时加压，提高作业效率和作业质量。

[0045] 为了便于将沉降区的固体杂质排出釜体1，作为优选，如图1所示，釜体底部为圆型封头结构，固体颗粒杂质在重力作用下，通过排渣口3排出，排渣作业简单。这种结构还便于釜体1的清洗。

[0046] 为了确保液态金属净化装置具有良好的保温效果，作为优选，如图1所示，加热装置8包括主加热装置801和副加热装置802，主加热装置801设置在釜体1外侧壁，副加热装置802设置在釜体底部外壁，排渣口3穿过副加热装置802。

[0047] 在釜体1的外壁设置主加热装置801，主加热装置801的数量可以是奇数个，也可以是偶数个，可根据实际需要进行配置。主加热装置801对称设置在釜体1外壁的四周。在使用中，主加热装置801从釜体1的外壁对釜体1内进行保温供热，副加热装置802从釜体底部对釜体1内进行保温供热。主加热装置801和副加热装置802共同构成本发明的供热结构。这种供热结构，其结构布局合理，供热效率高，能耗低，确保釜体1内液态金属具有良好的流动性，也有利于固体颗粒杂质的沉降。

[0048] 为了提高主加热装置801和副加热装置802的供热效率，作为优选，如图1所示，主加热装置801、副加热装置802和釜体1为相互适配的结构。相互适配的结构是指它们之间的接触面在大小、形状和尺寸上都基本相近。采用这种结构的加热装置，热量传递效率高，能耗小。

[0049] 以上是本发明的一部分优选的实施方式，通过优选的实施方式进一步提高本发明的容渣能力、过滤能力，过滤效率，提高本发明的可操作性和易用性。

[0050] 下面以液态锂金属中的氮氧化物固体颗粒杂质降除为例，采用本发明实现固体颗粒杂质降除，具体实施过程如下：

[0051] 基于后续生产中要将锂锭材挤压或轧制成40μm厚度的金属薄带，需要将粒径大于40μm的氮氧化物固体颗粒杂质去除，为了保证金属薄带的质量，因此选择滤孔孔径为25μm的圆筒状滤芯6。

[0052] 本实施例的净化装置，包括釜体底部具有圆型封头结构的釜体1，在釜体1顶端设置釜盖2，釜盖2上设置有真空口203、第一视镜201和第二视镜202，在釜体底部中间区域设置有排渣口3，釜体1上部设置有液态金属入口4，在液态金属入口4对侧的釜体1侧壁下部设置液态金属出口5，滤孔孔径为25μm的圆筒状滤芯6，滤芯6设置在靠近釜体底部，滤芯6和釜体底部之间留出一定的空间作为沉降区。液态金属排出管7通过液态金属出口5连接滤芯6。在釜体1外侧壁设置主加热装置801，主加热装置801的数量为4个，在釜体底部外壁设置副加热装置802，排渣口3穿过副加热装置802。主加热装置801、副加热装置
802与釜体1为相互配合的结构。

[0053] 使用前，先清洗过滤装置，将清洗后的污垢通过排渣口3排出，关闭排渣口3和液态金属排出管7，将公知的真空泵通过真空口203连接釜体1。

[0054] 开启主加热装置801和副加热装置802，通过液态金属入口4注入液态锂金属，通过第一视镜201或者第二视镜202观察釜体1内的液态锂金属情况。注入完成后，关闭液态金属入口4，开启真空泵，对釜体1进行抽真空作业，作业完成关闭真空泵，让固态颗粒杂质进行保温沉降。保温沉降时，较大粒度固体杂质先行沉降到滤芯6下面的沉降区，接着是中等粒度固体杂质沉降到滤芯6下面的沉降区，较小粒度固体杂质最后沉降到滤芯6下面的沉降区。

[0055] 保温沉降完成，将真空泵切换成公知的注氩气设备。开启液态金属排出管7，开始进行过滤作业。液态锂金属经滤芯6，然后经过液态金属排出管7流出，进入铸造工艺。通过第一视镜201或者第二视镜202观察釜体1内的液态锂金属的容量变化，当液态锂金属的容量低于某值时，开启注氩气设备，向釜体1中注入氩气，注入氩气的速度根据液态锂金属过滤的需要而定，确保釜体1内有足够的气压确保过滤作业顺利进行。

[0056] 过滤作业完成后，关掉主加热装置801，打开排渣口3，将滤渣排出釜体1内，然后清洗釜体1，清洗完成，关闭副加热装置802。

[0057] 采用本发明的液态金属净化装置进行液态锂金属处理，所得到的金属锂锭或者锂铝合金锭中的氮含量小于100ppm。

[0058] 以上是本发明的液态金属净化装置的实施过程，从实施过程可以看出，本发明所采用方案的滤芯不需要额外的加热装置对其加热。本发明的液态金属净化装置将沉降法和过滤法有机结合，降低了滤渣对滤芯6的影响。本发明获得了比现有技术过滤装置更大的滤渣容纳能力，更强的过滤能力，更高的过滤效率，同时本发明的供热效率高，能量利用率高、能耗低，设备损耗小，维护成本低。