CN103334125A - 一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法 - Google Patents

Abstract

一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，将放有氯化钙熔盐(19)的坩埚(1)置于真空反应器(2)内，先对坩埚内的氯化钙熔盐进行低恒温抽水分处理，水分去除后通过氩气进气管(11)充入氩气并通过水套(6)对炉上盖(16)实施冷却，专用电阻炉(3)匀速上升至1000℃，通过升降杆(13)自动下降两个电极杆(14)使得二氧化钛(7)和石墨板(17)进入坩埚内且电流均控制在50A，电解产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管(15)被排入废气回收罐中，待真空反应器随炉体自然冷却到室温时在限位挡板(9)的作用下再通过升降杆将炉上盖和耐火盖(8)一同吊出炉体外并取出被电解的二氧化钛。

Description

一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，特别涉及到一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法。

背景技术

钛的冶炼工艺比较成熟的是Kroll法，Kroll法是非连续的，不仅生产成本高、设备损失大，而且环境污染严重。

为降低其生产成本和扩大生产规模，也有采用FFC熔盐电解法，熔盐电解法炼钛的工艺操作尚处于试验阶段，其流程大致如下：

二氧化钛电极片制备→熔盐电解→电极片清洗→检测

上述熔盐电解是熔盐电解法的关键过程，具体方法就是以制备好的二氧化钛为阴极电极片，以致密石墨板为阳极，在氯化钙的高温熔盐中进行电解，电解温度950℃，电解槽电压3V，电解过程中从阴极二氧化钛电极片中电离出氧离子并迁移到阳极进行放电生成一氧化碳和二氧化碳并从电解槽中放出，阴极电极片中的钛金属被保留下来，电解完成后，提升电极杆将阴极电极片放在电阻炉内并在氩气保护下随炉自然冷却至室温，打开炉盖取出阴极电极片并经清洗后即可得到海绵钛。

上述熔盐电解法的真空密封性较差，耐高温熔盐的腐蚀性也较差，而且电阻炉的能耗也较大。

专利公开号CN2778832Y公开了一种直接用二氧化钛为原料生产海绵钛的熔盐电解槽，介绍了该电解槽的制作方法并介绍了阳极和阴极的制作方法，所依据的冶炼工艺不同于上述熔盐电解法。

发明内容

为解决熔盐电解法中存在的真空密封性较差、耐高温熔盐的腐蚀性较差以及电阻炉的能耗也较大等问题，本发明提供了一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，该方法将真空反应器镶嵌在专用电阻炉内，配套设置的耐火盖对真空反应器实施密封，配套设置的炉上盖对专用电阻炉实施密封，专用电阻炉的热效率可以得到充分发挥，可以电解出质量较优的海绵钛，使得FFC熔盐电解法的发展技术更加成熟化、安全化、节能化。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，专用电阻炉上配置有导电装置和测温装置，导电装置使专用电阻炉的最高温度不低于950℃，熔盐电解法涉及到坩埚，坩埚内存放有氯化钙熔盐，二氧化钛作为阴极电极片，石墨板作为阳极片，电解过程产生一氧化碳和二氧化碳，坩埚置于真空反应器内，真空反应器内通入氩气，真空反应器与坩埚配套使用，设定真空反应器的外径为D，设定真空反应器的高度为H，本发明的特征是：

专用电阻炉中的炉体呈凹状，在炉体内的侧壁上垒放有小型耐火砖而在其底部垒放有大型耐火砖+上面一层小型耐火砖，在所述小型耐火砖的内壁四周间隔相等的镶嵌有数个垂直排列的加热棒，将上端缩口的真空反应器置于所述上面一层小型耐火砖上，真空反应器的外壁四周不与所述小型耐火砖的砖壁接触即所述小型耐火砖的内壁四周空间宽度＞D，真空反应器的上端由两层所述小型耐火砖封闭，由所述小型耐火砖在炉体内形成的有效空间高度≥H，导电装置设置在所述小型耐火砖之上并与数个垂直排列的加热棒相连，测温装置设置在所述小型耐火砖中间且测温头抵住真空反应器外壁，在炉体上端的法兰端面配置密封槽，所述密封槽内镶嵌耐高温密封圈，与所述法兰直径相配的炉上盖上端面四周配置有水套，水套通过活接头与冷却水相连，炉上盖的中心配置氩气进气管出口，围绕炉上盖的中心两侧对称配置两个密封套，在炉上盖的下端通过数个拉簧吊挂有耐火盖，耐火盖呈п状且由氧化铝空心球砖一次压铸而成，耐火盖的最大外径≤所述小型耐火砖的内壁四周空间宽度，耐火盖的密封外径与D匹配，耐火盖的密封内径与坩埚内径匹配，在耐火盖的中心配置氩气进气管，围绕耐火盖的中心两侧对称配置两个通孔，所述通孔分别穿插有电极杆，每个电极杆上均配置有限位挡板，两个电极杆通过横杆联接后再与升降杆联接，在一个电极杆的下端通过不锈钢丝缠绕有所述阴极电极片，所述阴极电极片的总重控制在300～500g之间，在另一个电极杆的下端通过不锈钢棒插接有所述阳极片，所述不锈钢棒+所述阳极片的总重与所述阴极电极片的总重相匹配，两个电极杆的直径与两个密封套的内径匹配，在其中一个所述通孔旁设置出气管，出气管穿过炉上盖，炉上盖上端配置密封罩；

将放有氯化钙熔盐的坩埚置于真空反应器内，通过所述法兰和炉上盖对接孔的螺栓联接以及耐高温密封圈以实现埋设于炉体内的真空反应器与耐火盖之间的密封，先对坩埚内的氯化钙熔盐进行低恒温抽水分处理，此时专用电阻炉内的炉温控制在50～80℃，待氯化钙熔盐水分去除后再通过氩气进气管向密封的真空反应器内通入氩气并通过水套对炉上盖实施冷却，当氩气在密封的真空反应器内形成正压时再将专用电阻炉的炉温匀速上升至1000℃，通过测温装置能够测出密封的真空反应器内温度达到950℃以上时，再通过升降杆自动下降两个电极杆，使得所述阴极电极片和所述阳极片进入坩埚内的氯化钙熔盐中进行电解并制备出海绵钛，此时在所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流均控制在50A，而电解过程产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管被排入废气回收罐中，当电解制备海绵钛结束后再通过升降杆自动上升两个电极杆并切断专用电阻炉电源、切断所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流以及切断氩气供应，使得所述阴极电极片上电解出的海绵钛脱离氯化钙熔盐，待真空反应器随炉体自然冷却到室温时在限位挡板的作用下再通过升降杆将炉上盖和耐火盖一同吊出炉体外并取出被电解的所述阴极电极片，对被电解的所述阴极电极片进行清洗即可得到纯度达99.0%的海绵钛。

加热棒由硅碳棒制作而成。

真空反应器由不锈钢制作而成。

炉上盖由Q235普通钢制作而成。

所述氧化铝空心球砖的氧化铝含量大于99%，所述氧化铝空心球砖的体积密度控制在1.8g/cm³。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、根据熔盐电解脱氧的工艺原理，本发明的真空反应器既要满足低恒温抽水分处理的要求，又要为电解制备出的海绵钛营造良好的氩气保护冷却密封区域，所以真空反应器具有密封性高，同时也具有耐高温腐蚀性。

2、真空反应器、专用电阻炉、耐火盖及炉上盖1具有结构简单、操作方便、实用性强等特点，使得钛冶炼的环境污染和设备损失消耗都达到了较低水平。

3、氧化铝空心球砖压铸而成的耐火盖在电解过程中与不锈钢制作而成的真空反应器形成密封区域，既能防止氯化钙熔盐挥发到炉上盖，又能防止高温时对炉体造成热损坏。

4、由于有限位挡板的限制作用，通过升降杆能将炉上盖和耐火盖一同吊出炉体外并取出被电解的所述阴极电极片使其与真空反应器脱离。

5、将加热棒垂直竖放，方便加热棒与导电装置的联接以及以后的维修和更换。

附图说明

图1是本发明的结构及方法示意简图。

图1中：1-坩埚，2-真空反应器，3-专用电阻炉，4-加热棒，5-导电装置，6-水套，7-二氧化钛，8-耐火盖，9-限位挡板，10-密封套，11-氩气进气管，12-密封罩，13-升降杆，14-电极杆，15-出气管，16-炉上盖,17-石墨板，18-耐高温密封圈，19-氯化钙熔盐，20-测温装置，21-炉体。

具体实施方式

本发明是一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，也是熔盐电解法中熔盐电解的扩展方法之一，该方法将真空反应器镶嵌在专用电阻炉内，配套设置的耐火盖对真空反应器实施密封，配套设置的炉上盖对专用电阻炉实施密封，专用电阻炉的热效率可以得到充分发挥，可以电解出质量较优的海绵钛，使得FFC熔盐电解法的发展技术更加成熟化、安全化、节能化。

专用电阻炉3上配置有导电装置5和测温装置20，导电装置5使专用电阻炉3的最高温度不低于950℃，熔盐电解法涉及到坩埚1，坩埚1内存放有氯化钙熔盐19，氯化钙熔盐19的存放量占石墨坩埚2容量的2/3为宜，二氧化钛7作为阴极电极片，石墨板17作为阳极片，电解过程产生一氧化碳和二氧化碳，坩埚1置于真空反应器2内，真空反应器2内通入氩气，真空反应器2与坩埚1配套使用，设定真空反应器2的外径为D，设定真空反应器2的高度为H。

本发明的特征是：

专用电阻炉3中的炉体21呈凹状，在炉体21内的侧壁上垒放有小型耐火砖而在其底部垒放有大型耐火砖+上面一层小型耐火砖，所述小型耐火砖用于炉体的保温，所述大型耐火砖用于真空反应器的承压，在所述小型耐火砖的内壁四周间隔相等的镶嵌有数个垂直排列的加热棒4，垂直排列的加热棒4便于更换维修，将上端缩口的真空反应器2置于所述上面一层小型耐火砖上，真空反应器2的外壁四周不与所述小型耐火砖的砖壁接触即所述小型耐火砖的内壁四周空间宽度＞D，真空反应器2的上端由两层所述小型耐火砖封闭，由所述小型耐火砖在炉体内形成的有效空间高度≥H，导电装置5设置在所述小型耐火砖之上并与数个垂直排列的加热棒4相连，测温装置20设置在所述小型耐火砖中间且测温头抵住真空反应器外壁，在炉体21上端的法兰端面配置密封槽，所述密封槽内镶嵌耐高温密封圈18，与所述法兰直径相配的炉上盖16上端面四周配置有水套6，水套6通过活接头与冷却水相连，炉上盖16的中心配置氩气进气管出口，围绕炉上盖16的中心两侧对称配置两个密封套10，在炉上盖16的下端通过数个拉簧吊挂有耐火盖8，耐火盖8呈п状且由氧化铝空心球砖一次压铸而成，氧化铝空心球砖压铸而成的耐火盖8在电解过程中与不锈钢制作而成的真空反应器2形成密封区域，既能防止氯化钙熔盐19挥发到炉上盖16，又能防止高温时对炉体21造成热损坏。耐火盖8的最大外径≤所述小型耐火砖的内壁四周空间宽度，耐火盖8的密封外径与D匹配，耐火盖8的密封内径与坩埚内径匹配，在耐火盖8的中心配置氩气进气管11，围绕耐火盖8的中心两侧对称配置两个通孔，所述通孔分别穿插有电极杆14，每个电极杆14上均配置有限位挡板9，两个电极杆14通过横杆联接后再与升降杆13联接，在一个电极杆的下端通过不锈钢丝缠绕有所述阴极电极片，所述阴极电极片的总重控制在300～500g之间，在另一个电极杆的下端通过不锈钢棒插接有所述阳极片，所述不锈钢棒+所述阳极片的总重与所述阴极电极片的总重相匹配，两个电极杆14的直径与两个密封套10的内径匹配，在其中一个所述通孔旁设置出气管15，出气管15穿过炉上盖16，炉上盖16上端配置密封罩12。

加热棒4由硅碳棒制作而成。

真空反应器2由不锈钢制作而成。

炉上盖16由Q235普通钢制作而成。

所述氧化铝空心球砖的氧化铝含量大于99%，所述氧化铝空心球砖的体积密度控制在1.8g/cm³。

上述所述可以制备小量的海绵钛，这是由于坩埚的容量所限，如果增大坩埚的容量，也可以增大海绵钛的制备量，这对本领域是显而易见的，此外真空反应器2、专用电阻炉3、耐火盖8及炉上盖16具有结构简单、操作方便、实用性强等特点，使得钛冶炼的环境污染和设备损失消耗都达到了较低水平。

将放有氯化钙熔盐19的坩埚1置于真空反应器2内，通过所述法兰和炉上盖16对接孔的螺栓联接以及耐高温密封圈18以实现埋设于炉体21内的真空反应器2与耐火盖8之间的密封，先对坩埚1内的氯化钙熔盐19进行低恒温抽水分处理，此时专用电阻炉3内的炉温控制在50～80℃，待氯化钙熔盐19水分去除后再通过氩气进气管11向密封的真空反应器内通入氩气并通过水套6对炉上盖16实施冷却，当氩气在密封的真空反应器内形成正压时再将专用电阻炉3的炉温匀速上升至1000℃，通过测温装置20能够测出密封的真空反应器内温度达到950℃以上时，再通过升降杆13自动下降两个电极杆14，使得所述阴极电极片和所述阳极片进入坩埚1内的氯化钙熔盐19中进行电解并制备出海绵钛，此时在所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流均控制在50A，而电解过程产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管15被排入废气回收罐中，当电解制备海绵钛结束后再通过升降杆13自动上升两个电极杆14并切断专用电阻炉3电源、切断所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流以及切断氩气供应，使得所述阴极电极片上电解出的海绵钛脱离氯化钙熔盐19，待真空反应器2随炉体21自然冷却到室温时在限位挡板9的作用下再通过升降杆13将炉上盖16和耐火盖8一同吊出炉体21外并取出被电解的所述阴极电极片，对被电解的所述阴极电极片进行清洗即可得到纯度达99.0%的海绵钛。

根据熔盐电解脱氧的工艺原理，真空反应器2既要满足所述低恒温抽水分处理的要求，又要为电解制备出的海绵钛营造良好的氩气保护冷却密封区域，所以真空反应器2必须具有密封性高，即要求具有较高的真空度，同时具有耐高温腐蚀性。

通过以上陈述，本发明可以很好的完成电解制备海绵钛，并电解出质量较优的海绵钛，使得FFC法更加成熟化、安全化、节能化。

Claims (5)

1.一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，专用电阻炉(3)上配置有导电装置(5)和测温装置(20)，导电装置(5)使专用电阻炉(3)的最高温度不低于950℃，熔盐电解法涉及到坩埚(1)，坩埚(1)内存放有氯化钙熔盐(19)，二氧化钛(7)作为阴极电极片，石墨板(17)作为阳极片，电解过程产生一氧化碳和二氧化碳，坩埚(1)置于真空反应器(2)内，真空反应器(2)内通入氩气，真空反应器(2)与坩埚(1)配套使用，设定真空反应器(2)的外径为D，设定真空反应器(2)的高度为H；其特征是：

专用电阻炉(3)中的炉体(21)呈凹状，在炉体(21)内的侧壁上垒放有小型耐火砖而在其底部垒放有大型耐火砖+上面一层小型耐火砖，在所述小型耐火砖的内壁四周间隔相等的镶嵌有数个垂直排列的加热棒(4)，将上端缩口的真空反应器(2)置于所述上面一层小型耐火砖上，真空反应器(2)的外壁四周不与所述小型耐火砖的砖壁接触即所述小型耐火砖的内壁四周空间宽度＞D，真空反应器(2)的上端由两层所述小型耐火砖封闭，由所述小型耐火砖在炉体内形成的有效空间高度≥H，导电装置(5)设置在所述小型耐火砖之上并与数个垂直排列的加热棒(4)相连，测温装置(20)设置在所述小型耐火砖中间且测温头抵住真空反应器外壁，在炉体(21)上端的法兰端面配置密封槽，所述密封槽内镶嵌耐高温密封圈(18)，与所述法兰直径相配的炉上盖(16)上端面四周配置有水套(6)，水套(6)通过活接头与冷却水相连，炉上盖(16)的中心配置氩气进气管出口，围绕炉上盖(16)的中心两侧对称配置两个密封套(10)，在炉上盖(16)的下端通过数个拉簧吊挂有耐火盖(8)，耐火盖(8)呈п状且由氧化铝空心球砖一次压铸而成，耐火盖(8)的最大外径≤所述小型耐火砖的内壁四周空间宽度，耐火盖(8)的密封外径与D匹配，耐火盖(8)的密封内径与坩埚内径匹配，在耐火盖(8)的中心配置氩气进气管11，围绕耐火盖(8)的中心两侧对称配置两个通孔，所述通孔分别穿插有电极杆(14)，每个电极杆(14)上均配置有限位挡板(9)，两个电极杆(14)通过横杆联接后再与升降杆(13)联接，在一个电极杆的下端通过不锈钢丝缠绕有所述阴极电极片，所述阴极电极片的总重控制在300～500g之间，在另一个电极杆的下端通过不锈钢棒插接有所述阳极片，所述不锈钢棒+所述阳极片的总重与所述阴极电极片的总重相匹配，两个电极杆(14)的直径与两个密封套(10)的内径匹配，在其中一个所述通孔旁设置出气管(15)，出气管(15)穿过炉上盖(16)，炉上盖(16)上端配置密封罩(12)；

将放有氯化钙熔盐(19)的坩埚(1)置于真空反应器(2)内，通过所述法兰和炉上盖(16)对接孔的螺栓联接以及耐高温密封圈(18)以实现埋设于炉体(21)内的真空反应器(2)与耐火盖(8)之间的密封，先对坩埚(1)内的氯化钙熔盐(19)进行低恒温抽水分处理，此时专用电阻炉(3)内的炉温控制在50～80℃，待氯化钙熔盐(19)水分去除后再通过氩气进气管(11)向密封的真空反应器内通入氩气并通过水套(6)对炉上盖(16)实施冷却，当氩气在密封的真空反应器内形成正压时再将专用电阻炉(3)的炉温匀速上升至1000℃，通过测温装置(20)能够测出密封的真空反应器内温度达到950℃以上时，再通过升降杆(13)自动下降两个电极杆(14)，使得所述阴极电极片和所述阳极片进入坩埚(1)内的氯化钙熔盐(19)中进行电解并制备出海绵钛，此时在所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流均控制在50A，而电解过程产生的一氧化碳和二氧化碳以及剩余的氩气通过出气管(15)被排入废气回收罐中，当电解制备海绵钛结束后再通过升降杆(13)自动上升两个电极杆(14)并切断专用电阻炉(3)电源、切断所述阳极片和所述阴极电极片上通过的电流以及切断氩气供应，使得所述阴极电极片上电解出的海绵钛脱离氯化钙熔盐(19)，待真空反应器(2)随炉体(21)自然冷却到室温时在限位挡板(9)的作用下再通过升降杆(13)将炉上盖(16)和耐火盖(8)一同吊出炉体(21)外并取出被电解的所述阴极电极片，对被电解的所述阴极电极片进行清洗即可得到纯度达99.0%的海绵钛。

2.根据权利要求1所述一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，其特征是：加热棒(4)由硅碳棒制作而成。

3.根据权利要求1所述一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，其特征是：真空反应器(2)由不锈钢制作而成。

4.根据权利要求1所述一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，其特征是：炉上盖(16)由Q235普通钢制作而成。

5.根据权利要求1所述一种在专用电阻炉上采用熔盐电解法制备海绵钛的方法，其特征是：所述氧化铝空心球砖的氧化铝含量大于99%，所述氧化铝空心球砖的体积密度控制在1.8g/cm³。

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