CN109487301B - 一种稀土金属或合金的工业化生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产稀土金属或合金的方法，提供一种通过称重系统精确采集上一炉的出炉产品的重量，并传输给控制系统，由控制系统根据上一炉的出炉产品的重量计算出本炉需要精确加料的总量，并指令加料系统进行连续均匀加料，如此连续循环进行步即实现按每炉电解所需精确加料，电解得到产品质量稳定的稀土金属或合金。本发明不仅降低了工人的劳动强度，还提高了产品的质量，稳定了生产，本申请真正实现了稀土电解过程中精确加料，按需给料的。此方法在操作实施过程中简单，维修率低，大大提高生产效率和降低生产成本，为实现产业的工业化和信息化奠定了坚实的基础。

Description

一种稀土金属或合金的工业化生产方法

技术领域

本发明申请属于稀土冶金领域，具体涉及一种稀土电解的工业化生产方法。

背景技术

在稀土氟化物熔盐电解体系的电解过程中，由于熔盐挥发和渗漏、氟化物参与电解等原因会导致电解质有所损失和比例改变。当熔盐数量减少时，会导致产量降低，成本增加，当氟化物含量降低或升高时，会导致产品质量下降，生产成本增加。因此，保证电解质体系的稳定非常重要。

在现有的电解工艺中，电解质，氟化稀土和氟化锂分别加入，由于氟化锂的熔点比电解质的熔点低，而氟化稀土的熔点比电解质的熔点高，导致氟化锂易损失，氟化稀土难以熔化。并且，由于在电解过程中，电解质体系会逐渐失去平衡，补加氟化物和氟化锂的数量和时间不能较好控制，导致电解质体系长期处于不稳定状态。所以影响电解槽内电解体系的稳定主要为不能按需给料和加料的均匀性差。

在稀土氟化物熔盐电解体系的电解过程中，为了稳定电解质体系，稀土氧化物的加入量需要精确控制，如果在电解过程中不按照电解炉的实际情况所需投料，则整个电解体系中的两种电解质之间的比例以及两种电解质和稀土氧化物的比例就是一个动态变化的过程，不再稳定。那么，电解产品的质量也会不稳定，电流效率也会随之降低。目前，在不改变现有上挂阴极类槽型的情况下，电流效率达到80％后工艺指标难再有提升空间(该数据引自文献：陈德宏，颜世宏，李宗安，庞思明，徐立海，郭栩毅，3000A液态下阴极电解制备稀土金属关键技术研究，中国稀土学报，2011，29(06):769-772)。行业的常规生产水平是凭感觉手动加料或者采用非智能的加料机加料，产品总合格率在80％以下，电单耗在9-11度/kg，(该数据引自文献：庞思明，颜世宏，李宗安，陈德宏，徐立海，赵斌，我国熔盐电解法制备稀土金属及其合金工艺技术进展，稀有金属，2011，35(03):440-450)。

现有的工业化制备稀土金属或稀土合金的方法中，氧化物加入到电解槽中的现有技术方法有两种：人工加料和加料机加料。

人工加料的缺点一方面是人工加料仅凭经验控制加料量，随意性强，对于电解槽物料需求量控制不准，无法定量控制和均匀加入，存在加料存在滞后性和不确定性，炉台内物料的波动性大，导致产品质量参差不齐，产品合格率低，车间的自动化程度低。另一方面，动作幅度大，易产生扬尘，工人工作环境恶劣，且易造成厂房粉尘过量，增加处理成本，人工加料需要工人长时间的接近高温炉台，热辐射严重，易发生中暑等事件，也正是由于这方面的原因，该生产方法的操作工年龄偏大，年轻人不太愿意参与。

近年来也有采用自动加料机代替人工加料的操作，自动加料机虽然部分程度上减少了工作强度和改善了工人的操作环境，但基本上也仅限于前期设定加料量的参数，加料机始终根据该加料参数，无法做到主动实时监控槽体内电解质的氧化物所需量，也就无法实现精确的控制电解槽内所需求的稀土物料量，所以连续生产的产品质量依然不稳定。

此外，上述的人工加料和加料机加料，均无法确保实时精确记录每次加料的时间和加料量，数据的保存无法得到保障，产品的可追溯性差。

因此，如何提高规模化生产稀土金属或合金的过程中物料加入量的精确度，是目前本领域工作人员亟待解决的问题。目前，已有相关的工作者在努力研发方法。

(1)、公开号为CN103898556B的发明专利记载了一种稀土氧化物电解炉的控制系统，包括DSP控制器、氧化物加料控制系统、锂盐加料控制系统、锂盐称重系统、氧化物称重系统、温度控制系统、电压控制系统、电流控制系统、人机HMI和控制台。其中，用DSP控制器实时计算电阻Rp时，是通过红外测量电解液的液面高度变化来判断是否加入氧化物还是加入LiF来实现调控电阻Rp值，从而判断是否需要加入氧化物，并通过理论计算得出需要加入的原料的加入量。但根据实际生产经验来说，电解液的电阻Rp值不仅有电解液的液位一个影响因素，还受电解质组分之间的比例影响和受电解质各组分与氧化物的比例等内在因素的影响，REF在电解过程中会参与电解，所以仅凭电解液的液位变化来自动控制电阻 Rp值是一种不精确的自动控制方法，且基于该方法的后按理论计算获得加料量的加料方法也是不精确的加料方法。

(2)、公开号为CN204702817U的实用新型专利记载了一种用于制备超低碳含量稀土金属的精确自动加料装置；包括有电动机、加料装置、电动机、加料装置、电解槽、阳极体、远程控制器和控制系统。其核心方法是控制系统控制电动机的开启，在加料装置中加入原料，电动机带动螺旋输送机旋转，精确控制原料的添加，视觉识别系统时刻监测电解槽内的熔融液的变化以及加料装置出料口的出料情况，当视觉识别系统发现熔融液的变化或者加料装置出料口发生堵塞时，立刻向控制系统发送信号，控制系统立刻控制电动机停止旋转，停止添加原料，同时报警器响起，提醒工作人员注意；工作人员也可以通过远程控制器控制加料装置的开启，以期达到精确加料的效果。但该方法中的视觉识别系统是用于监控熔融液的变化或者加料装置出料口发生堵塞等状况的，仅是粗略的监控物料的加入时状况，而无法探测到电解槽内部的电解液相关参数的变化值，实质上就无法实现真正的精确加料。

发明内容

本申请克服了本行业长久以来现有加料方式不能精确控制电解槽内所需物料量，不能够按需供给，严重影响产品的质量，导致工业生产的不稳定，增加了生产成本的问题。

本发明申请提供一种通过称重系统精确采集上一炉的出炉产品的重量，并传输给控制系统，由控制系统根据上一炉的出炉产品的重量计算出本炉需要精确加料的总量，并指令加料系统进行连续均匀加料，如此连续循环进行步即实现按每炉电解所需精确加料，电解得到产品质量稳定的稀土金属或合金的方法。其中，电解中每一炉的间隔定义为：第一炉产品已经冷却且产品重量数据被采集时至第二炉产品重量数据被采集时之间的间隔。所述的本炉需要精确加料的总量的计算公式为本炉需要精确加料的总量＝上一炉产品的产量m*β。其控制系统为一个可收集和处理分析相关数据，并精确发送指令的智能系统。该方法可以在稀土电解工业化生产中实现精确控制电解过程中物料的加入量，不仅降低了工人的劳动强度，还提高了产品的质量，稳定了生产。

本发明的具体技术方案是：

提供一种稀土金属或合金的工业化生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)称重系统采集上一炉的出炉产品的重量，并传输给控制系统，

b)控制系统根据上一炉的出炉产品的重量m计算出本炉需要精确加料的原料总量，并指令加料系统进行连续均匀加料，

c)如此连续循环进行步骤a)和b)即实现精确加料，连续电解得到产品质量稳定的稀土金属或合金，所述的本炉需要精确加料的总量的计算公式为本炉需要精确加料的总量＝m*β，所述为β系数。

本发明优选技术方案之一，其特征在于所述的原料为稀土氧化物或稀土氧化物与氟化物的混合物，所述氟化物为稀土氟化物或氟化锂中至少一种。

本发明优选技术方案之一，所述的稀土金属包含La、Ce、Pr、Nd金属，合金包含LaCe、 PrNd、NdFe、PrNdDy、PrNdFe、DyFe、HoFe、GdFe、YFe合金。

本发明优选技术方案之一，所述的β为0.8～1.5。

本发明优选技术方案之一，所述安时变化值、系数值和计算所得的时段物料的加入量可以输出和保存。

本发明优选技术方案之一，所述输出或保存的内容均可显示于控制系统的屏幕上。

本发明优选技术方案之一，连续电解生产镨钕金属时，上一炉金属冷却、剥离后，称重系统采集上一炉金属的重量为7.4kg，控制系统依据计算公式本炉需要精确加入氧化镨钕的量＝7.4*1.13＝8.36(系数取值为1.13)，生产时原料中混有氧化镨钕、氟化镨钕和氟化锂，其比例氧化镨钕：氟化镨钕：氟化锂＝100:7:0.6，因此本炉用料＝8.36/(100/107.6)＝9.00kg，自动加料机依据控制系统计算好的本炉用料量均匀给料，过程中隔10分钟一次搅拌，出炉，得镨钕产品。

有益效果

本申请提供的一种稀土金属或合金的工业化生产方法，其有益效果在于可以精确控制电解槽设备所需稀土物料量，并通过加料机或自动机加料机落入电解槽内；采集的是每一炉产品重量的实时信息，可以及时的补充电解槽所需物料量，即可实现按需加料并可均匀加料；采用所述控制加料方法操作简单、成本低。采用及时、精确的控制稀土物料加入量方法，使生产过程稳定，产品合格率大大提高。

采用本发明所述控制加料方法降低了劳动强度、提高了生产效率，降低了生产成本。采用该发明控制精确给料，可以提高单产10～15％；提高产品总合格率10～15％；节约用电10～15％。目前电解行业生产成本电耗约占50％，采用该发明降低电耗达20％，具有非常大的经济效益。

本发明方法能实现生产工艺实时自动管控，对生产过程实现全程精细化监控，一旦出现生产波动，控制系统可立即采取有效的调控措施调整参数，使生产成本降到最低。可精确掌握实时原料消耗和产品产出，生产成本做到日清月结，方便管理生产。

本发明方法能够确保实时精确记录每次加料的时间和加料量，加料信息和电解槽电流情况均显示在控制系统显示屏幕上，不但可以减少生产过程中专人统计生产数据的工作量，而且直接在需要时可从存储系统中调出数据，数据及时准确，有储存装置让数据得以实时保存，从而保障了产品及工艺的可追溯性。

本发明方法的自动化控制系统和加料装置能为操作工人提供更好的工作环境，不需要长时间接近电解炉台，每天减少人工加料带来的劳动强度，既降低了劳动强度又减少手动加料引起的扬尘，还减少炉台的热辐射对职工身体造成的伤害，从而降低工作人员的安全隐患和患职业病的概率，提高了员工工作中的幸福指数。良好的工作环境和较低的劳动强度可以吸引更多年轻人的参与，解决就业难题。

具体实施方式

实施例1

连续电解生产镨钕合金时，上一炉金属冷却、剥离后，称重系统采集上一炉金属的重量为7.4kg，控制系统依据计算公式本炉需要精确加入氧化镨钕的量＝7.4×1.13＝8.36(系数取值为1.13)，生产时原料中混有氧化镨钕、氟化镨钕和氟化锂，其比例氧化镨钕：氟化镨钕：氟化锂＝100:7:0.6，因此本炉用料＝8.36/(100/107.6)＝9.00kg，自动加料机依据控制系统计算好的本炉用料量均匀给料，过程中隔10分钟一次搅拌，出炉，得镨钕产品，此为一个加料过程一炉金属的生产过程，如此循环完成整个生产过程。班产镨钕金属60.3kg(8小时)，每公斤产品电耗为7.1度，月一次合格率C＜300ppm占比95％。

实施例2

连续电解生产金属钕时，上一炉金属冷却、剥离后，称重系统采集上一炉金属的重量为 6.5kg，控制系统依据计算公式本炉需要精确加入氧化钕的量＝6.5×1.12＝7.28(系数取值为 1.12)，自动加料机依据控制系统计算好的本炉需用氧化钕的料均匀给料，过程中隔5分钟一次搅拌，出炉，的金属钕，此为一个加料一炉的生产过程，如此循环完成整个生产过程。班产金属钕55.2kg(8小时)，每公斤产品电耗为7.3度，月一次合格率C＜300ppm占比96％

实施例3

连续电解生产金属镧时，上一炉金属冷却、剥离后，人工称重为6.2kg，依据计算公式本炉需要精确加氧化镧的量＝6.2×1.17＝7.25(系数取值为1.17)，人工将计算好的本炉用料量均匀加入，过程中隔6分钟一次，出炉，的金属镧，此为一个加料出炉生产过程，如此循环完成整个生产过程。班产金属镧51.5kg(8小时)，每公斤产品电耗为6.8度，月一次合格率 C＜300ppm占比90％

实施例4

连续电解生产镝铁合金时，上一炉金属冷却、剥离后，称重系统采集上一炉金属的重量为7.9kg(镝铁中镝含量为80％)，控制系统依据计算公式本炉需要精确加入氧化镝的量＝7.9 ×0.8×1.0＝6.3(系数取值为1.0)，自动加料机依据控制系统计算好的本炉需用氧化镝的料均匀给料，过程中隔5分钟一次搅拌，出炉，得镝铁产品，此为一个加料一炉的生产过程，如此循环完成整个生产过程。班产镝铁合金65kg(8小时)，每公斤产品电耗为7.0度，月一次合格率C＜300ppm占比99％

实施例5

连续电解生产金属镧铈合金时，上一炉金属冷却、剥离后，称重系统采集上一炉金属的重量为6.8kg，控制系统依据计算公式本炉需要精确加入氧化镧铈的量＝6.5×1.50＝9.75(系数取值为1.50)，自动加料机依据控制系统计算好的本炉需用氧化镧铈的料均匀给料，过程中隔 5分钟一次搅拌，出炉，得镧铈合金，此为一个加料一炉的生产过程，如此循环完成整个生产过程。班产镧铈合金54.1kg(8小时)，每公斤产品电耗为6.7度，月一次合格率C＜300ppm 占比92％

实施例6

连续电解生产钆铁合金时，上一炉金属冷却、剥离后，称重系统采集上一炉金属的重量为8.8kg(钆铁中钆含量为73％)，控制系统依据计算公式本炉需要精确加入氧化镝的量＝8.8 ×0.73×0.8＝5.2系数取值为0.8)，自动加料机依据控制系统计算好的本炉需用氧化钆的料均匀给料，过程中隔5分钟一次搅拌，出炉，得钆铁产品，此为一个加料一炉的生产过程，如此循环完成整个生产过程。班产钆铁合金65.5kg(8小时)，每公斤产品电耗为6.9度，月一次合格率C＜300ppm占比98.5％。

Claims (1)

1.一种稀土金属或合金的工业化生产方法，包括以下步骤：

a)称重系统采集上一炉的出炉产品的重量，并传输给控制系统，

b)控制系统根据上一炉的出炉产品的重量m计算出本炉需要精确加料的原料总量，并指令加料系统进行连续均匀加料，

c)如此连续循环进行步骤a)和b)即实现精确加料，连续电解得到产品质量稳定的稀土金属或合金，所述的本炉需要精确加入稀土氧化物总量的计算公式为

本炉需要精确加入稀土氧化物的总量＝m*β，所述β为系数；

其特征在于，连续电解生产镨钕金属时，上一炉金属冷却、剥离后，称重系统采集上一炉金属的重量为7.4kg，控制系统依据公式计算本炉需要精确加入氧化镨钕的量＝7.4*1.13＝8.36,所述系数β取值为1.13，生产时原料中混有氧化镨钕、氟化镨钕和氟化锂，其比例氧化镨钕：氟化镨钕：氟化锂＝100:7:0.6，因此本炉用料＝8.36/(100/107.6)＝9.00kg，自动加料机依据控制系统计算好的本炉用料量均匀给料，过程中隔10分钟一次搅拌，出炉，得镨钕产品。