CN104818498B - 一种电解炉组 - Google Patents
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Abstract
一种电解炉组及其电解方法，属于稀土冶金电解设备及其使用技术领域。包括共用电源(12)、至少2台电解炉和至少1台辅助电源(13)；各电解炉包括阴极(31)和阳极(36)；共用电源(12)与各电解炉按照共用电源(12)的正极与第一台电解炉的阳极(36)连接、其后每台电解炉的阳极(36)与前一台电解炉的阴极(31)连接、最末一台电解炉的阴极(31)与共用电源(12)的负极连接组成。共用电源(12)向各电解炉供电的电路为主电路(41)；各辅助电源(13)的正极分别与对应电解炉的阳极(36)连接，负极分别与各对应电解炉的阴极(31)连接。具有控制灵敏、使用方便、能源利用率高、电耗低等优点。产品电单耗随电解炉组中电解炉数量增加而降低。
Description
技术领域
本发明属于稀土冶金电解设备技术领域。涉及一种电解炉组及其电解方法。
背景技术
在稀土金属及其合金生产中，电解是常用生产方法。
名称为一种稀土熔盐电解的节电方法，公开日为2005年11月02日，公开号为CN1690252A的中国专利申请公开了“将多个电解槽以串联供电的方式组合在一起，然后用一套整流电源设备对多个电解槽同时供电……采用带有风冷装置的电解槽，在某一电解槽温度过高时将该电解槽的冷却装置开启”的技术方案以解决某一电解槽温度过高的技术问题。该技术方案存在将部分能源转移至与产品关联性不强的环境,既浪费了能源又污染了环境、难以准确控制电解槽温度等缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供电解炉组及其电解方法。采用如下技术方案：
一种电解炉组，包括共用电源12、至少2台电解炉和至少1台辅助电源13；所述各电解炉分别包括阴极31和阳极36；所述共用电源12与各电解炉按照共用电源12的正极与第一台电解炉的阳极36连接、其后每台电解炉的阳极36与前一台电解炉的阴极31连接、最末一台电解炉的阴极31与共用电源12的负极连接组成。共用电源12向各电解炉供电的电路为主电路41。各电解炉中至少有一台电解炉配有辅助电源13。所述各辅助电源13的正极与各对应电解炉的阳极36连接，负极与各自电解炉的阴极31连接。
本发明优选技术方案之一，还包括开关1和开关2。所述各开关2位于主电路41中各电解炉的阳极36与前一电解炉的阴极31之间或第一台电解炉的阳极36与共用电源12的正极之间。所述各开关1的一端连接于主电路41中各开关2之前，另一端连接于主电路41中下一开关2之前组成各控制电路42。所述开关2可以切断共用电源12向各电解炉的供电，此时接通开关1不影响电解炉组中其它电解炉的使用。
本发明再一优选技术方案，还包括开关及将每一台电解炉自电解炉组中分别切停的。所述各控制电路42分别包括各开关1。
本发明再一优选技术方案，所述电解炉包括阳极导电板32、绝缘垫圈33、保温层34、炉壁35、炉外壳37、坩埚38和炉膛39；自外向内依次为炉外壳37、保温层34、炉壁35、炉膛39；炉壁35形成的空腔为炉膛39，所述炉壁35内有阴极31、阳极36和坩埚38；所述保温层34由保温材料筑成，所述炉壁35由石墨等材料筑成，所述阴极31、阳极36分别悬挂于炉膛39内，坩埚38位于阴极31下方；阴极31与电源负极连接，所述阳极导电板32一端与阳极36连接，另一端与电源正极连接。
本发明再一优选技术方案，包括共用电源12、24台电解炉(依次为A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、U、V、W、X、Y及Z)、24台辅助电源(依次为A13、B13……Z13)及48个开关(依次为A1、A2、B1、B2、C1、C2……Z1及Z2)。所述共用电源12与上述24台电解炉串联。即第1台电解炉A的阳极A36与共用电源12的正极连接、阳极A36与共用电源12之间有开关A2；自第2台电解炉B起，各电解炉的阳极36与前一台电解炉的阴极31连接、各电解炉的阳极36与前一台电解炉的阴极31之间有开关2……以此类推；至第24台电解炉Z的阴极Z31与共用电源12的负极连接组成电解炉组。
所述辅助电源A13的正极与阳极A36连接，负极与阴极A31连接；所述辅助电源B13的正极与阳极B36连接，负极与阴极B31连接……以此类推。
所述各开关1与导线分别组成各控制电路42并联在主电路41中对应电解炉的两端。即开关A1的一端连接于主电路41中共用电源12与开关A2之间，开关A1的另一端连接于主电路41中阴极A31与开关B2之间，控制电路A42与开关A2联合可以切停电解炉A；所述开关B1与导线组成控制电路B42并联在电解炉B的阳极B36和阴极B31，即开关B1的一端连接于主电路41中阴极A31与开关B2之间，开关B1的另一端连接于主电路41中阴极B31与开关C2之间，控制电路B42与开关B2联合可以切停电解炉B……以此类推。
其中前8台电解炉A、B、C、D、E、F、G、H生产金属钕，电解温度1030-1150℃，辅助电源A13-H13输出电流300-800A；中间4台电解炉J、K、L、M生产金属镧，电解温度1000-1100度。辅助电源J13-M13输出电流0－500A；后12台电解炉N、P、Q、R、S、T、U、V、W、X、Y、Z生产镨钕合金，电解温度1030-1150度。辅助电源N13-Z13输出电流200－600A。
本发明电解炉组使用方法，通过调整共用电源12输出电流和/或电压调整各电解炉工艺参数。
本发明电解炉组使用方法再一优选技术方案，以共用电源12为各电解炉提供主要电源，通过共用电源12输出的电流和/或电压调整各电解炉电解电压、电解温度、电解电流、电流密度等工艺参数。
通过调整辅助电源13输出电流调整各对应电解炉总电流强度从而调整电解温度等工艺参数。
本发明电解炉组使用方法再一优选技术方案，所述电解炉组中任一电解炉需暂停时，控制各开关接通控制电路42将任一电解炉自电解炉组中切除。
本发明电解炉组使用方法再一优选技术方案，由共用电源12提供各电解炉所需总电压和需要的最低电解电流。需要调整各电解炉的电解电流、电流密度、温度等工艺参数时，可以控制各辅助电源13调整相应电解炉的电解炉温度、电流、电流密度等工艺参数。自电解炉组中切停1台或多台电解炉后，应调整共用电源12输出的总电压和/或电流调整相应工艺参数。还可以控制各辅助电源13调整对应电解炉的电解炉温度、电流、电流密度等工艺参数。
本发明电解炉组具有总电压损耗低、各电解炉炉温适宜、产品电单耗低、电解炉组可以整体关联控制也可单一控制等优点。采用高电压电源，降低了电源设备自身的损耗，电解炉串联后电路损耗也降低，能源利用率高。可以调整任一电解炉电流控制炉温等工艺参数。在电解炉组中不仅可以生产单一产品，也可以在电解炉组中同时生产多种产品。产品电单耗随电解炉组中工作的电解炉数量增加而降低。
附图说明
图1为实施例1示意图。
图2为实施例2、3示意图。
图3为对比例示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1。
电解炉组，包括共用电源12、电解炉A、电解炉Z和辅助电源Z13各1台；所述电解炉A包括阴极A31、及阳极A36。电解炉Z包括阴极Z31、及阳极Z36；电解炉Z配有辅助电源Z13。所述共用电源12的正极与阳极A36连接，阳极Z36与阴极A31连接，阴极Z31与共用电源12的负极连接组成。所述辅助电源Z13的正极与阳极Z36连接，负极与阴极Z31连接。
电解炉A、Z与共用电源12形成串联电路41，使2台电解炉A、Z共用1台电源12组成电解炉组。
共用电源12及辅助电源Z13对电解炉Z形成并联供电电路。
电解时，由共用电源12提供电解炉A、Z所需主要电能。通过调整共用电源12输出电流、电压调整电解炉组中所需电解电流较低的电解炉A达到适宜工艺参数。如电解炉Z的炉温等工艺参数偏低时，可以开启并控制辅助电源Z13调整电解炉Z的总电流以调整相应工艺参数。
本实施例电解炉A、Z串联后，共用电源12输出的总电压低于电解炉A、Z未串联前单独使用时的电压和。产品金属钕平均电单耗下降。
主要电解工艺技术指标：
电解炉A、Z均生产金属钕。
电解炉A、Z电解温度1030-1100度。
共用电源12输出电压19V，输出电流约5000A。
辅助电源Z13输出电流100A－500A。
金属钕平均电单耗为8.1KW.h/kg.Nd。
实施例2
参见图2。
电解炉组，包括1台共用电源12、4台电解炉(A、N、P、Z)、4台辅助电源(A13、N13、P13、Z13)及8个开关(A1、A2、N1、N2、P1、P2、Z1及Z2)。所述电解炉A包括阴极A31、及阳极A36，并配有辅助电源A13。所述电解炉N包括阴极N31、及阳极N36，并配有辅助电源N13。所述电解炉P包括阴极P31、及阳极P36，并配有辅助电源P13。所述电解炉Z包括阴极Z31、及阳极Z36，并配有辅助电源Z13。
所述阳极A36与共用电源12的正极连接、A36与共用电源12之间有开关A2，阴极A31与阳极N36连接，阴极A31与阳极N36之间有开关N2，阴极N31与阳极P36连接、阴极N31与阳极P36之间有开关P2，阴极P31与阳极Z36连接、阴极P31与阳极Z36之间有开关Z2，阴极Z31与共用电源12的负极连接组成电解炉组。
所述辅助电源A13的正极与阳极A36连接，负极与阴极A31连接。所述辅助电源N13的正极与阳极N36连接，负极与阴极N31连接。所述辅助电源P13的正极与阳极P36连接，负极与阴极P31连接。所述辅助电源Z13的正极与阳极Z36连接，负极与阴极Z31连接。
所述开关A1与导线组成控制电路A42并联在电解炉A的电路中，控制电路A42与开关A2联合可以切停电解炉A。所述开关N1与导线组成控制电路N42并联在电解炉N的电路中，控制电路N42与开关N2联合可以切停电解炉N。所述开关P1与导线组成控制电路P42并联在电解炉P的电路中，控制电路P42与开关P2联合可以切停电解炉P。所述开关Z1与导线组成控制电路Z42并联在电解炉Z的电路中，控制电路Z42与开关Z2联合可以切停电解炉Z。
上述各开关2及对应的各控制电路42组合作用，可以将电解炉A、N、P、Z自电解炉组中任意切除而不影响其余电解炉的使用。
电解时，由共用电源12提供电解炉A、N、P、Z所需总电压和需要的最低电解电流。需要调整各电解炉的电解电流、电流密度、温度等工艺参数时，可以控制各辅助电源13调整相应电解炉的电解炉温度、电流、电流密度等工艺参数。
自电解炉组中任意切除电解炉A、N、P、Z后，应调整共用电源12输出的总电压和/或电流调整相应工艺参数。还可以各控制辅助电源13调整对应电解炉的电解炉温度、电流、电流密度等工艺参数。
主要电解工艺技术指标：
电解炉A、N、P、Z均生产金属镧。
电解炉A、N、P、Z电解温度1000-1100度。
共用电源12输出电压38V，输出电流约5000A。
辅助电源A13关闭。辅助电源N13输出电流100A－300A。辅助电源P13输出电流100A－500A。辅助电源Z13输出电流300A－800A。
平均产品金属镧电单耗为8.1KW.h/kg.La。
实施例3
参见图2。
电解炉组，包括共用电源12、24台电解炉(A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、U、V、W、X、Y及Z)、24台辅助电源(A13、B13……Z13)及48个开关(A1、A2、B1、B2……Z1及Z2)。所述共用电源12与上述24台电解炉串联。即第1台电解炉A的阳极A36与共用电源12的正极连接、阳极A36与共用电源12之间有开关A2；自第2台电解炉B起，各电解炉的阴极31与前一台电解炉的阳极36连接……以此类推；至第24台电解炉Z的阴极Z31与共用电源12的负极连接组成电解炉组。
所述辅助电源A13的正极与阳极A36连接，负极与阴极A31连接；所述辅助电源B13的正极与阳极B36连接，负极与阴极B31连接……以此类推。
所述开关A1与导线组成控制电路A42并联在电解炉A的阳极A36和阴极A31，即开关A1的一端连接于主电路41中共用电源12与开关A2之间，开关A1的另一端连接于主电路41中阴极A31与开关B2之间，控制电路A42与开关A2联合可以切停电解炉A；所述开关B1与导线组成控制电路B42并联在电解炉B的阳极B36和阴极B31，即开关B1的一端连接于主电路41中阴极A31与开关B2之间，开关B1的另一端连接于主电路41中阴极B31与开关C2之间，控制电路B42与开关B2联合可以切停电解炉B……以此类推。
上述各开关2及各对应的控制电路42组合作用，可以将24台电解炉中任一台或多台电解炉自电解炉组中任意切停而不影响其余电解炉的使用。
电解时，由共用电源12提供各电解炉所需总电压和按电解炉组中需要最低电解电流的电解炉所需提供电流。需要调整各电解炉的电解电流、电流密度、温度等工艺参数时，可以控制各辅助电源13调整相应电解炉的电解炉温度、电流、电流密度等工艺参数。
自电解炉组中切停电解炉后，可以调整共用电源12输出的总电压和/或电流调整相应工艺参数。还可以控制各辅助电源13调整对应电解炉的电解炉温度、电流、电流密度等工艺参数。
自电解炉组中切停1-2台电解炉后，可以不调整共用电源12输出的总电压、电流，仅调整各辅助电源13输出的电压和/或电流控制对应电解炉的电解温度、电流、电流密度等工艺参数。
主要电解工艺技术指标：
前8台电解炉A-H生产金属钕，电解温度1030-1150度，辅助电源A13-H13输出电流300-800A；产品金属钕平均电单耗为7.6KW.h/kg.Nd；
中间4台电解炉J-M生产金属镧，电解温度1000-1100度。辅助电源J13-M13输出电流0－500A；产品金属镧平均电单耗为7.9KW.h/kg.La；
后12台电解炉N-Z生产镨钕合金，电解温度1030-1150度。辅助电源N13-Z13输出电流200－600A。产品镨钕合金平均电单耗为7.6KW.h/kg.RE。
共用电源12输出电压230V，输出电流约5000A。
对比例
参见图3
现有5KA稀土熔盐电解炉，包括阴极31和阳极36。该电解炉配有电源29。所述阴极31与电源29的负极连接，阳极36与电源正极连接。
采用本对比例5KA电解炉电解生产稀土金属钕的主要工艺技术指标：
电解电流强度约5000A，电解槽电压9.5V，电解温度1030-1150度，平均电单耗为8.8KW.h/kg.Nd。
以上仅是本发明所列举的几种优选方式，本领域技术人员应理解，本发明实施方式并不限于以上几种，任何在本发明的基础上所作的等效变换，均应属于本发明的范畴。
Claims (10)
1.一种电解炉组，包括共用电源(12)、至少2台电解炉和至少1台辅助电源(13)；所述各电解炉分别包括阴极(31)和阳极(36)，各电解炉中至少有1台电解炉配有辅助电源(13)；所述共用电源(12)与各电解炉按照共用电源(12)的正极与第一台电解炉的阳极(36)连接、其后每台电解炉的阳极(36)与前一台电解炉的阴极(31)连接、最末一台电解炉的阴极(31)与共用电源(12)的负极连接组成，共用电源(12)向各电解炉供电的电路为主电路(41)；所述各辅助电源(13)的正极分别与对应电解炉的阳极(36)连接，负极分别与各对应电解炉的阴极(31)连接。
2.如权利要求1所述电解炉组，其特征在于还包括开关及将任一台电解炉自电解炉组中切停的控制电路(42)。
3.如权利要求2所述电解炉组，其特征在于包括共用电源(12)，24台电解炉A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、U、V、W、X、Y及Z，24台辅助电源A13、B13……Z13，及48个开关A1、A2、B1、B2、C1、C2……Z1及Z2；所述共用电源(12)与上述24台电解炉串联，即第1台电解炉A的阳极A36与共用电源(12)的正极连接、阳极A36与共用电源(12)之间有开关A2；自第2台电解炉B起，各电解炉的阳极(36)与前一台电解炉的阴极(31)连接、在前一台电解炉的阴极(31)与后一台电解炉的阳极(36)之间有开关2……以此类推；至第24台电解炉Z的阴极Z31与共用电源(12)的负极连接；
各电解炉分别配备1台辅助电源(13)，各辅助电源(13)的正极与对应电解炉的阳极(36)连接，各辅助电源(13)的负极与对应电解炉的阴极(31)连接；
所述开关A1与导线组成控制电路A42，开关A1的两端分别并联在电解炉A的阳极A36或阴极A31，即开关A1的一端连接于主电路41中共用电源(12)与开关A2之间，开关A1的另一端连接于主电路(41)中阴极A31与开关B2之间，控制电路A42与开关A2联合可以切停电解炉A；所述开关B1与导线组成控制电路B42并联在电解炉B的阳极B36和阴极B31，即开关B1的一端连接于主电路(41)中阴极A31与开关B2之间，开关B1的另一端连接于主电路(41)中阴极B31与开关C2之间，控制电路B42与开关B2联合可以切停电解炉B……以此类推；
其中前8台电解炉A、B、C、D、E、F、G、H生产金属钕，电解温度1030-1150℃，辅助电源A13-H13输出电流300-800A；中间4台电解炉J、K、L、M生产金属镧，电解温度1000-1100度；辅助电源J13-M13输出电流0－500A；后12台电解炉N、P、Q、R、S、T、U、V、W、X、Y、Z生产镨钕合金，电解温度1030-1150度，辅助电源N13-Z13输出电流200－600A。
4.如权利要求1所述电解炉组的使用方法，其特征在于以共用电源(12)为各电解炉提供电源，通过共用电源(12)输出的电流和/或电压调整电解炉组的电解工艺参数。
5.如权利要求4所述电解炉组的使用方法，其特征在于由共用电源(12)提供各电解炉所需总电压和需要的最低电解电流，控制各辅助电源(13)调整对应电解炉的电解工艺参数。
6.如权利要求4所述电解炉组的使用方法，其特征在于所述电解炉组中任意电解炉需暂停时，控制各开关切断主电路(41)向该电解炉供电的电路并接通该电解炉的控制电路(42)将该电解炉自电解炉组中切停。
7.如权利要求6所述电解炉组的使用方法，其特征在于自电解炉组中切停1台以上电解炉后，可以调整共用电源(12)输出的总电压和/或电流调整相应工艺参数。
8.如权利要求7所述电解炉组的使用方法，其特征在于自电解炉组中切停电解炉后，可以调整各辅助电源(13)输出的电压和/或电流调整对应电解炉的工艺参数。
9.如权利要求5-8任一所述电解炉组的使用方法，其特征在于优先调整共用电源(12)输出的总电压。
10.如权利要求6所述电解炉组的使用方法，其特征在于自电解炉组中切停1台或2台电解炉后，可以仅调整其余未停止工作电解炉对应辅助电源(13)的输出的电压和/或电流调整未停止工作电解炉的工艺参数。
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