CN111961882B - 金属钠再熔炼及成型机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种金属钠再熔炼及成型机。包括：手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、输送管道、控制系统及自动浇注系统，所述真空系统对所述手套箱进行抽真空，所述热处理熔炼炉对钠进行熔炼，并与所述手套箱相连接，所述输送管道连接热处理熔炼炉以及自动浇筑系统，实现液态钠的传递，所述控制系统与所述手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、输送管道及自动浇注系统相连接。因此，可以在钠熔融后，将残留的石蜡蒸发出，从而获得高纯度金属钠，并且，整个过程在真空环境下进行，可以防止金属钠被氧化。

Description

金属钠再熔炼及成型机

技术领域

本发明涉及气氛真空领域，特别是涉及一种金属钠再熔炼及成型机。

背景技术

钠金属由于容易被氧化，因此，日常存放多为放置在石蜡中，这就导致钠中会残留有石蜡，在实际使用时，会影响钠的纯度。

因此，需要一种设备，能够较好的将钠进行提纯。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种金属钠再熔炼及成型机，获得高纯度金属钠。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属钠再熔炼及成型机，包括：

手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、输送管道、控制系统及自动浇注系统，所述真空系统对所述手套箱进行抽真空，所述热处理熔炼炉对钠进行熔炼，并与所述手套箱相连接，所述输送管道连接热处理熔炼炉以及自动浇筑系统，实现液态钠的传递，所述控制系统与所述手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、输送管道及自动浇注系统相连接。

可选的，对于所述的金属钠再熔炼及成型机，所述手套箱包括两套，一个设置在所述热处理熔炼炉上方，一个设置在自动浇注系统上方。

可选的，对于所述的金属钠再熔炼及成型机，所述热处理熔炼炉包括加热电炉和加热罐体，所述加热罐体设置在所述加热电炉中；所述加热电炉最大升温速率不小于10℃/min，恒温精度±1℃，实现内反应釜内最高温度500℃；所述加热罐体顶部设置有水冷层。

可选的，对于所述的金属钠再熔炼及成型机，所述加热罐体设置在手套箱下方并与手套箱连接，在连接处设置有水冷装置。

可选的，对于所述的金属钠再熔炼及成型机，所述手套箱采用加厚不锈钢材质，操作手套配有真空门，与真空腔体连通。

可选的，对于所述的金属钠再熔炼及成型机，所述自动浇注系统包括收集罐，所述收集罐外部整体加热，温度小于等于100℃。

可选的，对于所述的金属钠再熔炼及成型机，所述收集罐包括多个，呈圆形排布在旋转框架上，实现持续收集。

可选的，对于所述的金属钠再熔炼及成型机，所述控制系统设置在电器控制柜中，两套手套箱设置在所述电器控制柜的相对两侧。

本发明提供的一种金属钠再熔炼及成型机，包括：手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、输送管道、控制系统及自动浇注系统，所述真空系统对所述手套箱进行抽真空，所述热处理熔炼炉对钠进行熔炼，并与所述手套箱相连接，所述输送管道连接热处理熔炼炉以及自动浇筑系统，实现液态钠的传递，所述控制系统与所述手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、输送管道及自动浇注系统相连接。因此，可以在钠熔融后，将残留的石蜡蒸发出，从而获得高纯度金属钠，并且，整个过程在真空环境下进行，可以防止金属钠被氧化。

附图说明

图1为本发明一实施例中金属钠再熔炼及成型机的结构示意图；

图2为本发明一实施例中钠输送示意图；

图3为本发明一实施例中热处理熔炼炉的结构示意图；

图4为本发明一实施例中储存罐的结构示意图；

图5为本发明一实施例中收集罐的排布示意图；

图6为本发明一实施例中冷却装置的示意图；

图7为本发明一实施例中冷却装置的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的金属钠再熔炼及成型机进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在下面的描述中，应该理解，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在基底、层(或膜)、区域和/或图案“上”时，它可以直接位于另一个层或基底上，和/或还可以存在插入层。另外，应该理解，当层被称作在另一个层“下”时，它可以直接位于另一个层下，和/或还可以存在一个或多个插入层。另外，可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。

如图1所示，本发明实施例提出了一种金属钠再熔炼及成型机，包括：

一种金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，包括：

手套箱10、热处理熔炼炉50、真空系统、输送管道、控制系统20及自动浇注系统30，所述真空系统对所述手套箱10进行抽真空，所述热处理熔炼炉50对钠进行熔炼，并与所述手套箱10相连接，所述输送管道连接热处理熔炼炉50以及自动浇筑系统30，实现液态钠的传递，所述控制系统20与所述手套箱10、热处理熔炼炉50、真空系统、输送管道及自动浇注系统30相连接。

如图1可见，还具有一底板40，从而承载其他各部件。

在本发明一实施例中，所述手套箱10包括两套，一个设置在所述热处理熔炼炉50上方，一个设置在自动浇注系统30上方。

更具体的，包括两组支架，所述两组支架设置在所述底板40上，分别支撑一套所述手套箱10。

请参考图2，示意了本发明中钠的流向，其过程涉及：气瓶向加热腔(具体可以是加热罐体501)加压，液态钠进入第一个储存罐60，关闭加热腔与储存罐之间的阀门，气瓶向第一储存罐加压，液态钠进入第二个储存罐60，第二个储存罐60连接如图1所示的右侧的手套箱。

请参考图3，所述热处理熔炼炉50包括加热电炉502和加热罐体501，所述加热罐体501设置在所述加热电炉502中；所述加热电炉502最大升温速率不小于10℃/min，恒温精度±1℃，实现内反应釜内最高温度500℃；所述加热罐体顶部设置有水冷层。

请参考图4，示意了储存罐的结构示意图，包括储存罐60，以及加热罐体601，储存罐60设置于加热罐体601中，从而可以维持储存罐合适的温度。

进一步的，通过氟橡胶O型圈配合水冷层与手套箱用螺栓连接，保证加热罐体与手套箱的密封性能。氟橡胶O型圈挤压密封，通过KF真空可快速方便连接密封、拆装方便。

在下部采用螺旋导风槽，便于在加热完毕后加快冷却速度；冷水层与冷水机组可以采用SUS304不锈钢管及快速接口连接，以防止漏水、渗水等。

所述加热电炉由双层炉壳、高纯氧化铝多晶纤维固化合金丝炉膛及温控仪表等组成；例如，炉膛可以采用日本三菱旗下生产的高纯氧化铝多晶纤维固化内嵌瑞典Kanthal的合金丝，采用真空吸附成型，电热丝成分OCr₂₇A_l7Mo₂，电阻丝半埋入结构。

在一个实施例中，电热丝采用圆周式往复缠绕布线。

所述电热炉采用立式开启式设计(双开门)，方便炉膛及外保护加热釜(即加热罐体501)的维护及更换。

进一步的，可以采用人工智能调节技术，PID模糊控制，并具有自整定功能，多段控温、控制精准。进一步的，可以实现远程控制和曲线存储。

通过控制系统的控制，可以具有超温报警和断电保护的功能。

内置热电偶采用K型热电偶作为控温元件，一点控温，一点内部测温有效保证控温精度，温度的均匀性和金属钠内部真实温度。

在一个实施例中，加热电压：220V，功率：5KW。

在一个实施例中，所述加热罐体501设置在手套箱10下方并与手套箱10连接，在连接处设置有水冷装置。例如可以是循环水冷设计，连接冷水机有效保证腔体与手套箱密封处“O”型圈的使用寿命。水冷接口布置在手套箱外部，从而避免冷却水进入手套箱上通水冷却，保护与内釜密封用的氟橡胶O型圈。

所述加热罐体501例如采用耐腐蚀的SUS304全不锈钢材质，内径100～200mm，例如150mm，深度200～500m，例如300mm，釜盖采用相SUS304材料加工。

所述手套箱10采用加厚不锈钢304材质，操作手套配有真空门102，所述手套箱10与真空腔体连通，进一步的，可以通过过渡腔体103连接，保证高真空下手套的寿命。内部可以设置有压差组件、照明灯、窥视窗隔离门、检修门、氧含量分析仪、湿度计、温度计、报警提示等。

在本发明中，真空度小于等于10Pa。

所述自动浇注系统30包括收集罐303，所述收集罐外部整体加热，温度小于等于100℃。

请参考图5，所述收集罐303包括多个，呈圆形排布在旋转框架302上，实现持续收集。

进一步的，还包括旋转机构304，与所述旋转框架302连接，从而进一步实现收集罐303的旋转。

所述控制系统20设置在电器控制柜中，两套手套箱设置在所述电器控制柜的相对两侧。

所述控制系统20具有手动/自动双重造作功能，可随时切换。手动控制可在现场利用控制柜人机界面设置的按钮进行手动操作，各个泵和阀可以单独的打开和关闭，自动控制可用欧姆龙PLC通过前期的程序设置，具备远程控制和一键启动功能，根据客户实验需求和工艺流程，可实现真空泵的启停；加热系统电源功率调节以及启停；可实现程序自动控制，并对各个工艺参数(如温度，真空度，钠流量等)进行显示、控制和记录。

控制系统20具有完善的报警系统。可以对水压、水温、水流量、气氛压力、真空泵故障、加热过流，断偶等监控和报警。当发报警时系统会根据各个故障做出相应的保护动作并发出声光报警，触摸屏和工控机也会对故障进行实时的显示、记录和归档方便下次查询。

独立的电控柜面板上配有触摸屏，实时显示记录真空度，温度等数据。并在面板上集成控温仪表，急停开关，控制总开关等。内部电器元件采用施耐德、欧姆龙等品牌。

本发明中还包括水冷系统。所述水冷系统由进水管、蝶阀、回水管、电接点压力表、软水管、进水源等组成，有效保护各个密封圈不被高温破坏，确保系统长时间安全、稳定的运行。

设置备用水源支路接口，安装电磁阀系统，当冷水机组出现过温、欠流等故障时，有报警功能。

回水管采用封闭式的结构形式，各个冷却部分的回水带有流量指示器。

进水主管路上设有电接点压力表，其作用是当水压不足时，提供信号给控制系统，然后由控制系统判断报警或切断电源。

为使设备美观，所有软水管均可以采用通明胶管。

所述水冷系统的压强在0.2-0.4MPa之间。

进一步的，在本发明中，加热石蜡成气态经过真空机组抽出无法直接排出需经过特殊冷却处理，请参考图6和图7，图6示意了本发明中的冷却装置80，图7示意了冷却装置内部结构，包括多个水冷管801和多个交替设置的支撑盘802，例如采用气体从底部进入通过水冷盘管凝结成固态石蜡，顶部真空机组抽真空。可以通过观察窗101观察石蜡的量。顶部盘管与上盖采用整体焊接结构便于拆卸清理。机械泵抽出来的气体经过金属管道排到设备的顶部，排出。

综上所述，本发明具有如下优点：

采用不诱钢304内釜密封腔体，保证实验环境纯净。

采用真空机组，保证实验所需真空要求。

炉体采用双开门结构，均匀性高，安装方便方便安装维护。

炉体采用水冷加氟胶圈密封，密封性高安全可靠。管路输送阀门及密封采用耐高温阀门和卡套接头密封。保证加热过程中可靠密封。

加热腔体内与腔体外都配置热电偶，实时控制检测内外温度，了解腔体内真实温度。

根据石蜡和钠的沸点，熔点的不同。通过抽真空加热到石蜡的沸点，然后通过降温捞渣，再通过腔体加压收集的方式得到高纯钠。

整体设备紧凑，安装方便，操作简单。

配备进口电磁阀，高精度金属钠流量控制仪，更好的控制金属钠在收集

升温安全

(1)设备设有超温和断偶保护，漏电保护，操作安全可靠。

(2)双层壳体，夹层间风冷降温，保证外壳温度小于50度。

操作安全

(1)加热系统安全保护；

(2)真空系统安全保护；

(3)电器系统安全保护配备四级指示灯和漏保护开关；

(4)ups不间断电源保证在紧急情况下管路辅助加热，管内不堵死，储钠罐钠不凝固；

(5)冷却水水温水压流量系统安全保护；

(6)手套箱氧含量实时检查系统；

(7)手套箱湿度温度监测；

(8)钠储备加热真空压力传感器，监测控制压力的变化；

设备的智能化控制

(1)设备具有手动/自动双重操作功能，可随时切换；

(2)PLC控制，人机界面触摸屏，实时显示记录工艺参数；

(3)多方面传感器实时监测整个运行过程。

整体设备模块化设计、制造、运输和安装，大大缩短了安装调试时间，可确保尽早投入使用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，包括：

手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、气瓶、输送管道、控制系统及自动浇注系统，所述真空系统对所述手套箱进行抽真空，所述热处理熔炼炉对钠进行熔炼，并与所述手套箱相连接，所述输送管道连接热处理熔炼炉以及自动浇筑系统，实现液态钠的传递，所述控制系统与所述手套箱、热处理熔炼炉、真空系统、输送管道及自动浇注系统相连接；所述手套箱的一个设置在所述自动浇注系统上方；所述热处理熔炼炉包括加热罐体；所述气瓶向所述加热罐体加压，液态钠进入第一个储存罐，关闭所述加热罐体加压与所述第一个储存罐之间的阀门，所述气瓶向所述第一储存罐加压，液态钠进入第二个储存罐，所述第二个储存罐连接所述自动浇注系统上方的手套箱。

2.如权利要求1所述的金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，所述手套箱的另一个设置在所述热处理熔炼炉上方。

3.如权利要求2所述的金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，所述热处理熔炼炉包括加热电炉和加热罐体，所述加热罐体设置在所述加热电炉中；所述加热电炉最大升温速率不小于10℃/min，恒温精度±1℃，实现内反应釜内最高温度500℃；所述加热罐体顶部设置有水冷层。

4.如权利要求3所述的金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，所述加热罐体设置在手套箱下方并与手套箱连接，在连接处设置有水冷装置。

5.如权利要求2金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，所述手套箱采用加厚不锈钢材质，操作手套配有真空门，与真空腔体连通。

6.如权利要求2所述的金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，所述自动浇注系统包括收集罐，所述收集罐外部整体加热，温度小于等于100℃。

7.根据权利要求6所述的金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，所述收集罐包括多个，呈圆形排布在旋转框架上，实现持续收集。

8.如权利要求2-7任一项所述的金属钠再熔炼及成型机，其特征在于，所述控制系统设置在电器控制柜中，两套手套箱设置在所述电器控制柜的相对两侧。

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