CN108690996A - 一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉，包括冷凝器以及设置在冷凝器外部的液冷夹套，冷凝器包括中空的气体通道，在气体通道内设有冷却盘，冷却盘与气体通道之间设有通气孔，冷却盘上设有换热管，液冷夹套包括液冷换热腔室，在液冷换热腔室的外壁设有进液管道和出液管道，换热管的进液口和出液口与液冷换热腔室连通。本发明还提供了安装该装置的电解炉。该装置安装在熔盐电解炉上，熔盐蒸汽在本装置中快速冷却凝结形成熔盐固态颗粒，熔盐固态颗粒在重力作用下自动循环回落至熔盐电解炉中，对熔盐进行回收在利用。因此使用本装置的熔盐电解炉后，大大降低了生产成本，同时也提高了真空泵的使用寿命。

Description

一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉

技术领域

本发明涉及电化学冶金设备技术领域，具体涉及一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉。

背景技术

工业界一般是将纯度在99.995％以上，即金属杂质总和在50ppm以下的钛称为高纯钛。主要应用于大规模集成电路、航空航天、医疗合金等高科技领域。目前，高纯钛的制备方法可以分为物理法和化学精炼法两大类。其中物理法主要有区域熔炼法、偏析法、高真空熔炼法、真空蒸馏法、电迁移法、电磁场提纯法、光激发精制法、电子束熔炼法等。化学精炼法主要有溶剂萃取法、置换沉淀法、氯化物精馏法、碘化物热分解法、歧化分解法、熔析精炼法、熔盐电解法等。在上述方法中,得到广泛应用和发展的有克劳尔法、碘化物热分解法、熔盐电解法和电子束熔炼法。

熔盐电解法是利用电化学原理制取纯钛的一种方法。该方法是以粗钛、钛合金或钛化合物作阳极，在一定析出电位下使原料钛溶入电解液中，并在阴极析出高纯钛。电解过程中溶出电位比钛高的杂质留在阳极上或沉淀在电解液中，溶出电位比钛低的杂质也同钛一起溶入电解液中。熔盐电解法是发展比较早的一种方法。实际生产中熔盐电解法主要作为一种精炼方法，即利用海绵钛作为阳极在熔盐中进行电解提纯。

但是在真空高温熔盐电解TiO2制备海绵钛的生产工艺过程中，在高温下电解槽内熔盐熔融并产生气化，特别是在高温真空条件下，其熔盐气化速度会大大增加；且在真空泵的抽力作用下，其熔盐蒸汽通过真空管道进入真空泵，这样就有两个致命弱点和危害：一是熔盐消耗量大，增加产生成本；二是熔盐进入真空泵内，对真空泵设备产生严重的腐蚀和磨损，致使真空泵的工作寿命大大降低。

发明内容

本发明所要解决的是现有技术中真空高温熔盐电解TiO2制备海绵钛的过程中熔盐产生气化，消耗量大，成本高昂；同时熔盐熔融产生的熔盐蒸汽对真空泵产生腐蚀，缩短真空泵使用寿命的问题，目的在于提供一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉。

本发明通过下述技术方案实现：

一种组合冷凝式熔盐循环装置，包括冷凝器以及设置在冷凝器外部的液冷夹套，所述冷凝器包括中空的气体通道，在气体通道内设有冷却盘，所述冷却盘与气体通道之间设有通气孔，冷却盘上设有换热管，所述液冷夹套包括液冷换热腔室，在液冷换热腔室的外壁设有进液管道和出液管道，所述换热管的进液口和出液口与液冷换热腔室连通。

优选方案，所述气体通道的顶部设有密封盖板，所述密封盖板与气体管道密封连接，在密封盖板上设有真空抽气管道。

优选方案，所述冷却盘包括第一冷却盘和第二冷却盘，第一冷却盘与第二冷却盘沿气体通道的轴线方向间隔设置，所述第一冷却盘包括支撑板，所述支撑板与气体管道连接，在支撑板上设有向上凸起的盖体，在盖体内设置所述换热管，所述支撑板上开设有通气孔，所述第二冷却盘为开口逐步缩小的漏斗形，在第二冷却盘的底部开设有通气孔，在第二冷却盘的底面设置所述换热管。

优选方案，所述换热管为直径逐步缩小的螺旋盘形管，所述换热管分别与第一冷却盘和第二冷却盘焊接连接。

优选方案，所述液冷换热腔室包括外筒体和内筒体，内筒体与外筒体之间设有容纳冷凝液的密封腔室，所述进液管道和出液管道与外筒体密封连接，出液管道位于外筒体的下部，进液管道位于外筒体的上部。

优选方案，所述支撑板环形板，所述盖体为半球形，支撑板与盖体为一体成型结构，所述第一冷却盘和第二冷却盘为铜板材质，所述换热管为铜管。

优选方案，所述第一冷却盘、第二冷却盘和换热管表面镀有钴镍合金层。

优选方案，所述进液管道设有阀门，所述阀门与进液管道螺栓连接，所述阀门用于控制进液管道的冷凝液流量。

优选方案，液冷换热腔室的顶部和底部设有安装法兰，所述密封盖板与液冷换热腔室的顶部安装法兰螺栓连接，液冷换热腔室设有热电偶温度计，所述热电偶温度计用于检测液冷换热腔室内冷凝液的温度。

另一方面，本发明还提供了一种电解炉，安装有上述的组合冷凝式熔盐循环装置。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明的一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉，该装置安装在熔盐电解炉上，并与熔盐电解炉的真空气流管道连通，熔盐蒸汽在被抽真空过程中，熔盐蒸汽在本装置中快速冷却凝结形成熔盐固态颗粒，熔盐固态颗粒在重力作用下，熔盐固态颗粒就自动循环回落至熔盐电解炉中，对熔盐进行回收在利用。因此使用本装置的熔盐电解炉后，使每一个生产周熔盐消耗量从35％降至1％以下，大大降低了生产成本，同时也提高了真空泵的使用寿命，减少了真空泵的维修周期。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的组合冷凝式熔盐循环装置结构示意图；

图2为本发明的组合冷凝式熔盐循环装置安装在电解炉上的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-液冷换热腔室，2-进液管道，3-出液管道，4-气体通道，5-第一冷却盘，6-第二冷却盘，7-换热管，8-密封盖板，9-真空抽气管道，10-上安装法兰，11-下安装法兰，12-熔盐电解炉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1和图2所示，本发明一种组合冷凝式熔盐循环装置，包括冷凝器以及设置在冷凝器外部的液冷夹套，冷凝器包括中空的气体通道4，气体通道4优选为不锈钢管，在气体通道4内设有对熔盐蒸汽进行冷却的冷却盘，冷却盘包括第一冷却盘5和第二冷却盘6，第一冷却盘5和第二冷却盘6组合成一组冷却单元。第一冷却盘5与第二冷却盘6沿气体通道4的轴线方向间隔设置，在气体通道4内根据现场生产需要可以设置多组冷却单元，多组冷却单元在气体通道4内间隔均布排列。

第一冷却盘5包括支撑板，支撑板为环形板，支撑板的外缘与气体管道4的内壁固定连接，在支撑板的中部设有向上凸起的盖体，盖体为半球形，支撑板与盖体为一体成型结构。在盖体内设置有换热管7，换热管7与盖体的内壁进行贴合连接，支撑板上开设有通气孔。第二冷却盘6为开口逐步向下缩小的漏斗形结构，第二冷却盘6位于第一冷却盘5的上方，在第二冷却盘6的底部开设有通气孔，在第二冷却盘6的底面设置有换热管7，该换热管7与第二冷却盘6的底面贴合连接。第一冷却盘5的通气孔与第二冷却盘6通气孔采用交错设置，在气体通道4内的熔盐蒸汽向上流通的过程中，熔盐蒸汽首先从第一冷却盘5的通气孔进入，然后与第二冷却盘6接触，在第二冷却盘6阻挡熔盐蒸汽流向的过程中，熔盐蒸汽的流向发生变化，这样可以增大熔盐蒸汽与第二冷却盘6的接触面积和时间，加快对熔盐蒸汽进行冷却。

换热管7为直径逐步缩小的螺旋盘形管，换热管7分别与第一冷却盘5和第二冷却盘6焊接连接，第一冷却盘5和第二冷却盘6为铜板材质，换热管7为铜管材料。由于铜材具有优良的导热性能，同时在大气、海水和某些非氧化性酸(盐酸、稀硫酸)、碱、盐溶液及多种有机酸(醋酸、柠檬酸)中，有良好的耐蚀性，因此特别适用本装置。

液冷夹套包括液冷换热腔室1，在液冷换热腔室1的外壁设有进液管道2和出液管道3，液冷换热腔室包括外筒体和内筒体，内筒体与外筒体之间设有容纳冷凝液的密封腔室，内筒体与外筒体有选为不锈钢管体，进液管道2和出液管道3与外筒体焊接密封连接，出液管道3位于外筒体的下部，进液管道2位于外筒体的上部。在使用过程中冷凝液从液冷换热腔室1下部的进液管道2进入液冷换热腔室1内，在进液管道2持续供冷凝液的过程中，液冷换热腔室1内被冷凝液充满，在冷凝液温度升高到设定值后从出液管道3排出，以此来对熔盐蒸汽进行冷却。之所以把进液通道2设置在液冷换热腔室1的下部，把出液通道3设置在液冷换热腔室1的上部是由于为了使冷凝液与熔盐蒸汽的接触面积大，接触时间长。如果冷凝液是从液冷换热腔室1的上部进的时候，冷凝液在重力的作用下顺着管壁就流出去了，与熔盐蒸汽几乎没有热交换；而从液冷换热腔室1的下部进冷凝液的时候，冷凝液是慢慢充满液冷换热腔室1，这样冷凝液可以在液冷换热腔室1内停留最长的时间，同时冷凝液与熔盐蒸汽的热交换是通过液冷换热腔室1的管壁进行，液冷换热腔室1中充满了冷凝液，热交换效率更高。

本第一冷却盘5与第二冷却盘6的换热管7的进液口和出液口与液冷换热腔室1连通，液冷换热腔室1内的冷凝液进入换热管7内对换热管7进行热交换。由于液冷换热腔室1内的冷凝液是出于流动状态，因此进入换热管7中的冷凝液也在流动，从而对换热管7进行降温，保证换热管7处于低温状态。换热管7与熔盐蒸汽进行接触的过程中，换热管7对熔盐蒸汽进行冷却，熔盐蒸汽被换热管7快速冷却凝结形成熔盐固态颗粒，熔盐固态颗粒在重力作用下，熔盐固态颗粒就自动循环回落至熔盐电解炉12中。因此解决了熔盐消耗量大，生产成本高的问题；同时由于熔盐蒸汽被冷却形成熔盐固态颗粒，不会被真空泵所抽出，减少了熔盐蒸汽对真空泵的腐蚀和和磨损，提高了真空泵的使用寿命，减少维修费用。

优选实施例方案，在气体通道4的顶部设有密封盖板8，密封盖板8与气体管道4密封连接，保证连接的气密性，在密封盖板8上设有真空抽气管道9，真空抽气管道9与真空泵连接，真空泵通过抽真空对熔盐电解炉12内形成负压。

优选实施例方案，在第一冷却盘5、第二冷却盘6和换热管7的表面镀有钴镍合金层，钴镍合金层具有优良的导热性，耐磨性和抗腐蚀性，由于熔盐就有腐蚀性，因此在第一冷却盘5、第二冷却盘6和换热管7的表面镀有钴镍合金层具有良好的抗腐蚀性，提高本装置的使用寿命，减少设备维护。

优选实施例方案，在进液管道2设有阀门(图中未出)，该阀门与进液管道2螺栓连接，该阀门用于控制进液管道2的冷凝液流量，通过阀门控制进液管道2的冷凝液流量实现液冷换热腔室1内的冷却液的更换速度，保证液冷换热腔室1内的冷却液温度保持在45摄氏度左右。

优选实施例方案，液冷换热腔室1的顶部和底部设有上安装法兰10和下安装法兰11，密封盖板8与液冷换热腔室1的顶部的上安装法兰10螺栓连接，下安装法兰11与熔盐电解炉12连接。液冷换热腔室1设有热电偶温度计(图中未示出)，热电偶温度计用于检测液冷换热腔室1内冷凝液的温度，便于人员时刻监控液冷换热腔室1内冷凝液的温度，本装置的冷凝液的温度保持在45摄氏度左右，通过调节阀门的大小来控制冷却液的更换速度，保证了本装置的可靠运行。

另一方面，本发明还提供了一种电解炉，该电解炉为熔盐电解炉12，熔盐电解炉12安装有上述实施例的组合冷凝式熔盐循环装置。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，包括冷凝器以及设置在冷凝器外部的液冷夹套，所述冷凝器包括中空的气体通道，在气体通道内设有冷却盘，所述冷却盘与气体通道之间设有通气孔，冷却盘上设有换热管，所述液冷夹套包括液冷换热腔室，在液冷换热腔室的外壁设有进液管道和出液管道，所述换热管的进液口和出液口与液冷换热腔室连通。

2.根据权利要求1所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，所述气体通道的顶部设有密封盖板，所述密封盖板与气体管道密封连接，在密封盖板上设有真空抽气管道。

3.根据权利要求1所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，所述冷却盘包括第一冷却盘和第二冷却盘，第一冷却盘与第二冷却盘沿气体通道的轴线方向间隔设置，所述第一冷却盘包括支撑板，所述支撑板与气体管道连接，在支撑板上设有向上凸起的盖体，在盖体内设置所述换热管，所述支撑板上开设有通气孔，所述第二冷却盘为开口逐步缩小的漏斗形，在第二冷却盘的底部开设有通气孔，在第二冷却盘的底面设置所述换热管。

4.根据权利要求3所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，所述换热管为直径逐步缩小的螺旋盘形管，所述换热管分别与第一冷却盘和第二冷却盘焊接连接。

5.根据权利要求1所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，所述液冷换热腔室包括外筒体和内筒体，内筒体与外筒体之间设有容纳冷凝液的密封腔室，所述进液管道和出液管道与外筒体密封连接，出液管道位于外筒体的下部，进液管道位于外筒体的上部。

6.根据权利要求3所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，所述支撑板环形板，所述盖体为半球形，支撑板与盖体为一体成型结构，所述第一冷却盘和第二冷却盘为铜板材质，所述换热管为铜管。

7.根据权利要求6所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，所述第一冷却盘、第二冷却盘和换热管表面镀有钴镍合金层。

8.根据权利要求1所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，所述进液管道设有阀门，所述阀门与进液管道螺栓连接，所述阀门用于控制进液管道的冷凝液流量。

9.根据权利要求1或2所述的一种组合冷凝式熔盐循环装置，其特征在于，液冷换热腔室的顶部和底部设有安装法兰，所述密封盖板与液冷换热腔室的顶部安装法兰螺栓连接，液冷换热腔室设有热电偶温度计，所述热电偶温度计用于检测液冷换热腔室内冷凝液的温度。

10.一种电解炉，其特征在于，所述电解炉安装如权利要求1-9任一项所述的组合冷凝式熔盐循环装置。