CN103361676B - 一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，高温动密封方法通过高温动密封装置实现，高温动密封装置包含冷却水套(9)、压盖(10)、顶圈(11)、密封圈(12)、耐火纤维棉(13)以及外套(14)，将外套焊接在炉上盖(6)上，外套下端填充耐火纤维棉，外套上端配置冷却水套并通过顶圈配置密封圈，经压盖的旋合作用使密封圈对电极杆(5)实施有效密封，本发明经对炉上盖与反应器所形成密闭容器进行检测：电极杆上下运动时的极限真空度在所述密闭容器内可以达到20～33P，所述密闭容器内漏气率可以控制在5P/10分钟～10P/10分钟，电解出的海绵钛纯度可以提高到99.3%以上，减少了漏气现象。
Description
技术领域
本发明属于钛熔盐电解炉技术领域，尤其涉及到一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法。
背景技术
在FFC熔盐电解提炼金属钛中，钛熔盐电解炉是其关键工艺设备。
图1是钛熔盐电解炉的结构示意简图，熔盐电解炉包括电阻炉1、石墨坩埚2、电极升降杆4、炉上盖6、反应器8，其中电极升降杆4同时带动两个电极杆5，在两个电极杆5的下方分别吊挂有阴极片3、石墨阳极7。
钛熔盐电解炉的工作原理是：把吊挂有阴极片和石墨阳极的两个电极杆通过平杆与电极升降杆联接，两个电极杆位于炉上盖正中两侧的通孔内并随电极升降杆可以同时实现上下移动，石墨坩埚置于反应器内，反应器置于电阻炉内，在反应器的上方盖有炉上盖，石墨坩埚存放熔盐。先通过密封圈及螺栓将炉上盖和反应器联接在一起形成密闭容器，阴极片和石墨阳极位于石墨坩埚的上方，对所述密闭容器进行低恒温抽空除气除水操作，待石墨坩埚内的熔盐水分去除后，向所述密闭容器内充入氩气使其升至微正压，当反应器的温度升到1000℃时，通过电极升降杆同时下降两个电极杆，使得阴极片和石墨阳极进入石墨坩埚内并与熔盐开始电解。电解结束后，提升电极升降杆使得两个电极杆脱离熔盐，所述密闭容器在氩气的保护下冷却至室温，最后打开炉上盖并取出阴极片，将阴极片清洗后即可提炼出金属钛。
在上述工作中，其中有三次涉及到电极杆的动密封，分别为：
1、低恒温抽空除气除水操作时，所述密闭容器内的水分和空气都要被抽空并处于真空状态，此时两个电极杆与炉上盖正中两侧的通孔处必须处于密封状态且无漏气现象；
2、电解开始前，要求两个电极杆同时下降将阴极片和石墨阳极放入熔盐中，同时下降的过程必须保两个电极杆与炉上盖正中两侧的通孔处于密封状态且无漏气现象；
3、电解结束时，要求两个电极杆同时上升，同时上升的过程必须保两个电极杆与炉上盖正中两侧的通孔处于密封状态且无漏气现象，因为此时所述密闭容器需在氩气的保护下冷却至室温。
由此可以看出，两个电极杆与炉上盖正中两侧的通孔处的动密封对钛熔盐电解炉正常工作起着至关重要的作用。
现有电极杆与炉上盖的通孔密封大多采用单纯密封圈，由于钛熔盐电解炉的炉温可以达到1000℃，密封圈很难适应高温环境，尤其是在电极杆的上下移动过程中密封圈的密封效果并不理想，经常产生漏气现象，使钛熔盐电解炉提炼金属钛的纯度得不到保证，成品率较低，浪费现象较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，该高温动密封方法通过高温动密封装置来实现电极杆在高温状态下的上下移动密封问题，漏气现象得到大大降低，为钛熔盐电解炉提供了良好的真空密封环境。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，该高温动密封方法中具有相同配置的高温动密封装置主要用于熔盐电解炉中炉上盖正中两侧通孔内所配置两个电极杆的密封，熔盐电解炉的炉温可以达到1000℃，两个电极杆在高温状态下可以同时随电极升降杆实现上下移动，给定电极杆的直径为D并与所述通孔的内径匹配，所述两侧通孔间的中心距满足两套高温动密封装置的安装，炉上盖配置有循环冷却水通道，每套高温动密封装置包含冷却水套、压盖、顶圈、密封圈、耐火纤维棉以及外套，高温动密封装置相对单个电极杆的高温动密封方法如下：
将所述通孔进行扩孔至D1并称其为杆孔，所述D1与外套的外径匹配，外套的内孔分为上圆孔d1和下圆孔d2，其中所述d2＞所述D匹配且所述d2＜所述d1，所述d1与密封圈的外径匹配，所述上圆孔的有效长度＜所述下圆孔的有效长度，将外套焊接在所述杆孔内并使所述上圆孔完全处于炉上盖的上端，在外套上端的外圆端面设置环形水管，所述水管通过冷却水套与炉上盖配置的循环冷却水通道相连并对外套上段实施冷却，在外套内插入电极杆且在所述下圆孔处填充满耐火纤维棉止所述上圆孔和所述下圆孔的结合凸台处，耐火纤维棉填充在所述下圆孔处起到了对外套下端的隔热效果；顶圈的外径与所述d1匹配且由上顶圈、中顶圈以及下顶圈构成，所述上顶圈的下端面、所述中顶圈的上下两端面以及所述下顶圈的上端面均具有形环槽，这些所述形环槽均与密封圈的外形形状相匹配，先在所述上圆孔的下端放入所述下顶圈且使所述形环槽向上，放入密封圈后再放入所述中顶圈，再放入密封圈后放入所述上顶圈且使所述形环槽向下，由于所述上圆孔的上端配置有内螺纹孔，通过压盖的旋合能使上下配置的两个密封圈得到相互压紧，压紧的两个密封圈并在耐火纤维棉的隔热效果以及冷却水套的冷却效果下对电极杆实施有效密封，有效密封相对钛熔盐电解炉产生的作用如下：
①在低恒温抽空除气除水操作时，密封圈能对电极杆实施真空密封且产生漏气的现象得到有效控制；
②电解开始前两个电极杆同时下降将阴极片和石墨阳极放入反应器熔盐中，在下降过程中两个电极杆与炉上盖所述杆孔处在外套、密封圈、顶圈及耐火纤维棉的共同作用下对炉上盖与反应器所形成的密闭容器实施真空密封且产生漏气的现象得到有效控制；
③电解结束后两个电极杆同时上升，由于耐火纤维棉的隔热效果、冷却水套的冷却效果以及密封圈的密封效果使电极杆处不产生漏气现象，可以保证所述密闭容器内的氩气不泄露，氩气不泄露对所述密闭容器冷却至室温起到了促进作用。
外套采用耐热钢制作而成。
顶圈采用聚四氟制作而成。
密封圈或为O型密封圈，或为骨架式真空密封圈。
由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：
1、高温动密封方法通过高温动密封装置来实现电极杆在高温状态下的上下移动密封问题，漏气现象得到大大降低，为钛熔盐电解炉提供了良好的真空密封环境，也为FFC法这种新的钛提炼技术的产业化推广做好了基本保障。
2、高温动密封方法实用性强，操作方便，经久耐用之特点。
3、高温动密封装置具有制作简单，安装方便。
附图说明
图1是钛熔盐电解炉的结构示意简图。
图2是本发明高温动密封装置的结构示意简图。
上述图中：1-电阻炉；2-石墨坩埚；3-阴极片；4-电极升降杆；5-电极杆；6-炉上盖；7-石墨阳极；8-反应器；9-冷却水套；10-压盖；11-顶圈；12-密封圈；13-耐火纤维棉；14-外套。
具体实施方式
本发明是一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，通过高温动密封装置来实现电极杆在高温状态下的上下移动密封问题，漏气现象得到大大降低，为钛熔盐电解炉提供了良好的真空密封环境。
在高温动密封方法中具有相同配置的高温动密封装置主要用于熔盐电解炉中炉上盖6正中两侧通孔内所配置两个电极杆5的密封，本发明不讨论炉上盖6与反应器8所形成密闭容器的密封问题，熔盐电解炉的炉温可以达到1000℃，两个电极杆5在高温状态下可以同时随电极升降杆4实现上下移动，给定电极杆5的直径为D并与所述通孔的内径匹配，所述两侧通孔间的中心距满足两套高温动密封装置的安装，炉上盖6上配置有循环冷却水通道，每套高温动密封装置包含冷却水套9、压盖10、顶圈11、密封圈12、耐火纤维棉13以及外套14，高温动密封装置相对单个电极杆的高温动密封方法如下：
将所述通孔进行扩孔至D1并称其为杆孔，所述D1与外套14的外径匹配，外套14的内孔分为上圆孔d1和下圆孔d2，其中所述d2＞所述D匹配且所述d2＜所述d1，所述d1与密封圈的外径匹配，所述上圆孔的有效长度＜所述下圆孔的有效长度，将外套14焊接在所述杆孔内并使所述上圆孔完全处于炉上盖6的上端，外套14焊接后要经过耐压、耐高温及防水试验，并符合相关标准。
在外套14上端的外圆端面设置环形水管，所述水管通过冷却水套9与炉上盖6配置的循环冷却水通道相连并对外套14上段实施冷却，在外套14内插入电极杆5且在所述下圆孔处填充满耐火纤维棉13止所述上圆孔和所述下圆孔的结合凸台处，耐火纤维棉13填充在所述下圆孔处起到了对外套14下端的隔热效果，外套14采用耐热钢制作而成。
顶圈11的外径与所述d1匹配且由上顶圈、中顶圈以及下顶圈构成，顶圈采用聚四氟制作而成，所述聚四氟具有良好的隔热效果。
所述上顶圈的下端面、所述中顶圈的上下两端面以及所述下顶圈的上端面均具有形环槽，这些所述形环槽均与密封圈12的外形形状相匹配，先在所述上圆孔的下端放入所述下顶圈且使所述形环槽向上，放入密封圈12后再放入所述中顶圈，再放入密封圈12后放入所述上顶圈且使所述形环槽向下，密封圈或为O型密封圈，或为骨架式真空密封圈，建议使用骨架式真空密封圈，此时两个骨架式真空密封圈最好采用一正一反的配对安装形式，其密封效果更佳。
由于所述上圆孔的上端配置有内螺纹孔，通过压盖10的旋合能使上下配置的两个密封圈12得到相互压紧，压紧的两个密封圈12并在耐火纤维棉13的隔热效果以及冷却水套9的冷却效果下对电极杆5实施有效密封，有效密封相对钛熔盐电解炉产生的作用如下：
①在低恒温抽空除气除水操作时，密封圈能对电极杆实施真空密封且产生漏气的现象得到有效控制；
②电解开始前两个电极杆同时下降将阴极片和石墨阳极放入反应器熔盐中，在下降过程中两个电极杆与炉上盖所述杆孔处在外套、密封圈、顶圈及耐火纤维棉的共同作用下对炉上盖与反应器所形成的密闭容器实施真空密封且产生漏气的现象得到有效控制；
③电解结束后两个电极杆同时上升，由于耐火纤维棉的隔热效果、冷却水套的冷却效果以及密封圈的密封效果使电极杆处不产生漏气现象，可以保证所述密闭容器内的氩气不泄露，氩气不泄露对所述密闭容器冷却至室温起到了促进作用。
在不考虑炉上盖6与反应器8的密封问题时，使用本发明的高温动密封装置对熔盐电解炉中炉上盖6正中两侧通孔内所配置两个电极杆5实施密封，经对炉上盖6与反应器8所形成密闭容器进行检测：电极杆上下运动时的极限真空度在所述密闭容器内可以达到20～33P，所述密闭容器内漏气率可以控制在5P/10分钟～10P/10分钟，电解出的海绵钛纯度可以达到99.3%以上，其密封效果是显而易见的。
Claims (4)
1.一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，该高温动密封方法中具有相同配置的高温动密封装置主要用于熔盐电解炉中炉上盖(6)正中两侧通孔内所配置两个电极杆(5)的密封，熔盐电解炉的炉温可以达到1000℃，两个电极杆(5)在高温状态下可以同时随电极升降杆(4)实现上下移动，给定电极杆(5)的直径为D并与所述通孔的内径匹配，所述两侧通孔间的中心距满足两套高温动密封装置的安装，炉上盖(6)上配置有循环冷却水通道，每套高温动密封装置包含冷却水套(9)、压盖(10)、顶圈(11)、密封圈(12)、耐火纤维棉(13)以及外套(14)，其特征是：
将所述通孔进行扩孔至D1并称其为杆孔，所述D1与外套(14)的外径匹配，外套(14)的内孔分为上圆孔d1和下圆孔d2，其中所述d2与所述D匹配且所述d2＜所述d1，所述d1与密封圈(12)的外径匹配，所述上圆孔的有效长度＜所述下圆孔的有效长度，将外套(14)焊接在所述杆孔内并使所述上圆孔完全处于炉上盖(6)的上端，在外套(14)上端的外圆端面设置环形水管，所述水管通过冷却水套(9)与炉上盖(6)配置的循环冷却水通道相连并对外套(14)上段实施冷却，在外套(14)内插入电极杆(5)且在所述下圆孔处填充满耐火纤维棉(13)至所述上圆孔和所述下圆孔的结合凸台处，耐火纤维棉(13)填充在所述下圆孔处起到了对外套(14)下端的隔热效果；顶圈(11)的外径与所述d1匹配且由上顶圈、中顶圈以及下顶圈构成，所述上顶圈的下端面、所述中顶圈的上下两端面以及所述下顶圈的上端面均具有形环槽，这些所述形环槽均与密封圈(12)的外形形状相匹配，先在所述上圆孔的下端放入所述下顶圈且使所述形环槽向上，放入密封圈(12)后再放入所述中顶圈，再放入密封圈(12)后放入所述上顶圈且使所述形环槽向下，由于所述上圆孔的上端配置有内螺纹孔，通过压盖(10)的旋合能使上下配置的两个密封圈(12)得到相互压紧，压紧的两个密封圈(12)在耐火纤维棉(13)的隔热效果以及冷却水套(9)的冷却效果下对电极杆(5)实施有效密封，有效密封相对钛熔盐电解炉产生如下作用：
①在低恒温抽空除气除水操作时，密封圈能对电极杆实施真空密封且产生漏气的现象得到有效控制；
②电解开始前两个电极杆同时下降将阴极片和石墨阳极放入反应器熔盐中，在下降过程中两个电极杆与炉上盖所述杆孔处在外套、密封圈、顶圈及耐火纤维棉的共同作用下对炉上盖与反应器所形成的密闭容器实施真空密封且产生漏气的现象得到有效控制；
③电解结束后两个电极杆同时上升，由于耐火纤维棉的隔热效果、冷却水套的冷却效果以及密封圈的密封效果使电极杆处不产生漏气现象，可以保证所述密闭容器内的氩气不泄露，氩气不泄露对所述密闭容器冷却至室温起到了促进作用。
2.根据权利要求1所述一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，其特征是：外套(14)采用耐热钢制作而成。
3.根据权利要求1所述一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，其特征是：顶圈(11)采用聚四氟制作而成。
4.根据权利要求1所述一种钛熔盐电解炉中电极杆的高温动密封方法，其特征是：密封圈(12)或为O型密封圈，或为骨架式真空密封圈。
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