CN114752968B - 一种新型熔盐电解电流调整系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型熔盐电解电流调整系统，包括电解电流调整装置、阳极电流监测装置和阴极升降装置；电解电流调整装置包括圆盘固定装置、阴极调整轴、限位圆盘；圆盘固定装置的上端面设置有阴极调整上轨道，下端面设置有阴极调整下轨道；阴极调整轴活动设置在圆盘固定装置上；阴极调整轴的底端连接有阴极棒；阳极电流监测装置活动设置在阳极卡具上；本设计通过电流监测装置实时监测每块石墨阳极片电流，为实时掌握熔盐反应状态提供数据支撑；针对每块阳极，对应一个阴极棒，可根据阳极所监测的电流大小，通过调整对应的阴极棒位置，实时调整极距，提高熔盐中电流、温度分布的均匀性，从而提高电流效率，避免阳极效应的发生。
Description
技术领域
本发明涉及熔盐电解技术领域，具体为一种新型熔盐电解电流调整系统。
背景技术
稀土熔盐电解法是生产稀土金属及其合金的主要生产工艺，电解槽坩埚(炉胆)由石墨材料制成，作为该工艺的关键设备，其结构直接影响稀土金属产品质量、工作效率和生产成本。利用熔盐电解法生产稀土金属多采用氟化物电解体系，所采用的电解槽槽型为敞口式，电解时坩埚中间插入阴极棒，坩埚周边挂装石墨阳极片，由此形成电极产生电场，熔炼温度在1000℃以上。氧化稀土加入石墨坩埚后，高温和熔盐助溶使氧化稀土溶解，析出的稀土金属离子由电场作用趋向阴极，析出的氧则与坩埚内石墨材料(碳)产生反应，形成气体挥发。
一般情况下，稀土熔盐电解生产所用石墨坩埚均为规则圆柱体结构，实际生产中，以阴极棒为中心轴对称分布不少于2组阳极片，阳极片一端固定于卡具上，通过调整卡具位置将阳极片沿石墨坩埚内壁环向排列悬挂于电解液中。阴极棒下部正对位置放置有一外形为规则圆柱体的金属接收器，反应生成的金属液滴在阴极棒上富集，金属液滴达到一定重量后自阴极棒底端下落至金属接收器中。
在稀土熔盐电解反应中，阴极直接固定在升降架铜排上，通过升降架带动阴极进入电解槽中进行电解反应，如专利公开号CN203222626U公开的一种稀土金属电解炉固定式阴极升降架及专利公开号CN204825074U公开的一种物联网式稀土金属电解炉阴极升降装置。
目前，熔盐电解中阴极升降架基本结构为单侧受力，阴极悬空置于电解槽液面上方，这样的弊端是，单点、一侧受力，调节缓慢，上升过程中阴极容易晃动的安全隐患，且无法控制阴极插入熔盐中的深度，长时间以后，承载阴极一侧难免发生倾斜，无法使阴极保持与液面垂直，导致极距出现差异，而熔盐电解液中电流的平稳、电解体系的正常运行均是靠极距来调整，极距过大或过小，对电解反应效率均有较大影响，在实际操作中，为使阴极垂直于液面，操作员需要反复调整升降架，这也直接增加了工作量。
石墨阳极片在电解过程中，往往随着反应的进行而消耗变薄，因阳极片耗消速度不同，导致薄厚不一，极距也产生差异，常规按每8小时更换一个阳极片，新更换的阳极片因未消耗其厚度大于老阳极片，极距也相对更小，阴极与阳极之间的距离过小，首先容易引起阳极效应，氟化稀土参与电解；其次熔盐运动加剧，其携带阴极析出的稀土金属与阳极析出的氧气发生二次反应，降低了电流效率。阴极与阳极之间的距离过大，会增大电解槽中熔盐的温度梯度，加剧熔盐的温度分布的不均匀性，造成局部温度过高或过低，从而对电解生产造成一些不良的影响。这就导致电解槽的阳极与阴极极距必须稳定、一致、且选择合理的范围，过大过小都不利于电解生产。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种新型熔盐电解电流调整系统，实时监测每块石墨阳极片电流，同时，针对每块阳极，对应一个阴极棒，可根据所监测的电流大小，通过调整对应的阴极棒位置，实时调整极距，提高熔盐中电流、温度分布的均匀性，从而提高电流效率，避免阳极效应的发生。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型熔盐电解电流调整系统，横跨设置在电解槽坩埚的上方，电解槽坩埚上设置有台板，台板上设置有用于固定阳极片的阳极卡具，包括电解电流调整装置、阳极电流监测装置和阴极升降装置；
电解电流调整装置包括圆盘固定装置、阴极调整轴、限位圆盘；圆盘固定装置的形状为圆柱体，其内部设有空腔；圆盘固定装置的上端面设置有与空腔连通的阴极调整上轨道，下端面设置有与空腔连通的阴极调整下轨道，阴极调整上轨道和阴极调整下轨道对称设置；阴极调整轴活动设置在圆盘固定装置内部的空腔里，且阴极调整轴的顶端穿过阴极调整上轨道并向外延伸，底端穿过阴极调整下轨道并向外延伸；每个阳极片配置一个对应的阴极调整轴；阴极调整轴的底端连接有阴极棒；限位圆盘活动设置在圆盘固定装置的顶部中间位置，且限位圆盘的底部穿过阴极调整上轨道并延伸至圆盘固定装置的空腔内；
阳极电流监测装置活动设置在阳极卡具上，每个阳极片对应配置一个阳极电流监测装置，用于实时监测对应阳极片的电流数值；
阴极升降装置包括三个环形对称分布于电解槽坩埚四周的多级液压支撑立柱；多级液压支撑立柱的顶端与圆盘固定装置固定连接。
优选地，所述阴极调整轴贴合阴极调整上轨道、阴极调整下轨道的上下两面处均设置有卡盘。
优选地，阴极调整轴一侧的阴极调整上轨道、阴极调整下轨道上分别设置有限位锯齿，阴极调整轴上设置有与限位锯齿啮合的齿圈。
优选地，所述限位圆盘、卡盘的直径均大于阴极调整上轨道和阴极调整下轨道的宽度。
优选地，所述阴极调整上轨道和阴极调整下轨道的形状均为十字形。
优选地，所述限位圆盘活动设置在阴极调整上轨道的中心位置。
优选地，所述圆盘固定装置上表面边缘凸出三个环状凸起；所述环状凸起相对圆盘固定装置上表面圆心呈环形对称分布，且其圆心角取值范围为30-60°；所述三个环状凸起分别与三个液压支撑立柱固定连接。
优选地，三个所述环状凸起上表面同时连接有一个圆环，所述圆环直径小于等于圆盘固定装置的上表面直径；所述圆环中间设有镂空圆，且镂空圆的直径大于限位圆盘的直径。
优选地，所述多级液压支撑立柱的底部设置有万向轮。
与现有技术相比，本方案具有以下优点：
1、本方案在每块阳极卡具上安装有电流监测装置，可以实时监测每块石墨阳极片电流，为实时掌握熔盐反应状态提供数据支撑。
2、本方案中的熔盐电解电流调整系统，针对每块阳极，对应一个阴极棒，可根据阳极所监测的电流大小，通过调整对应的阴极棒位置，实时调整极距，提高熔盐中电流、温度分布的均匀性，从而提高电流效率，避免阳极效应的发生。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明的立体结构图；
图4为本发明中电解电流调整装置的结构示意图；
图5为本发明中电解电流调整装置的立体结构图；
图6为本发明中阳极电流监测装置的安装位置示意图。
其中：
10、电解电流调整装置；20、阳极电流监测装置；30、阴极升降装置；13、阴极调整上轨道；11、阴极调整轴；12、阴极调整下轨道；14、圆盘固定装置；15、阴极棒；16、限位圆盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，一种新型熔盐电解电流调整系统，横跨设置在电解槽坩埚的上方，电解槽坩埚上设置有台板，台板上设置有用于固定阳极片的阳极卡具，包括电解电流调整装置10、阳极电流监测装置20和阴极升降装置30；
如图1、图4和图5所示，电解电流调整装置10包括圆盘固定装置14、阴极调整轴11、限位圆盘16；圆盘固定装置14的形状为圆柱体，其内部设有空腔；圆盘固定装置14的上端面设置有与空腔连通的阴极调整上轨道13，下端面设置有与空腔连通的阴极调整下轨道12，阴极调整上轨道13和阴极调整下轨道12对称设置；阴极调整轴11活动设置在圆盘固定装置14内部的空腔里，且阴极调整轴11的顶端穿过阴极调整上轨道13并向外延伸，底端穿过阴极调整下轨道12并向外延伸；每个阳极片配置一个对应的阴极调整轴11；如图4所示，阴极调整轴11的底端连接有阴极棒15，阴极棒15与熔盐液面垂直，便于操作和熔盐反应；可通过移动阴极调整轴11在阴极调整上轨道13、阴极调整下轨道12中的位置，手动调整对应阴极棒15的位置，改变极距，最终实现对电流的调整；限位圆盘16活动设置在圆盘固定装置14的顶部中间位置，且限位圆盘16的底部穿过阴极调整上轨道13并延伸至圆盘固定装置14的空腔内，该圆盘可限制调节量程，避免极距过大，影响电流效率；限位圆盘16直径大于阴极调整上轨道13实际宽度，避免其自阴极调整上轨道13中心掉落；
如图3、图6所示，阳极电流监测装置20活动设置在阳极卡具上，便于更换；每个阳极片对应配置一个阳极电流监测装置20，用于实时监测对应阳极片的电流数值，便于操作员随时调整阴极位置，从而控制反应电流，避免产生梯度；
如图3所示，阴极升降装置30包括三个环形对称分布于电解槽坩埚四周的多级液压支撑立柱；三点支撑，在设备稳定性、固定阴极位置方面要远优于传统的一侧受力、单个阴极悬空下插的设计；多级液压支撑立柱的顶端与圆盘固定装置14固定连接。
进一步的，如图4、图5所示，阴极调整轴11贴合阴极调整上轨道13、阴极调整下轨道12上下两面均设置有卡盘，每个阴极调整轴11上下共对应4个卡盘，通过上下两端固定，提高阴极调整轴11运行过程中的稳定性；卡盘直径大于阴极调整上轨道13、阴极调整下轨道12实际宽度，确保卡盘牢固定位，防止脱落。
进一步的，如图4所示，阴极调整轴11一侧的阴极调整上轨道13、阴极调整下轨道12上分别设置有限位锯齿，阴极调整轴11上设置有与限位锯齿啮合的齿圈，便于阴极调整轴11在轨道上运行和定位。
进一步的，如图5所示，阴极调整上轨道13和阴极调整下轨道12的形状均为十字形，其具体形状及轨道多少根据阴极数量和实际需要调整，一般来说，阳极越多，对应的阴极越多，考虑到其调整轨道和方向，其难度越大。
进一步的，如图5所示，限位圆盘16活动设置在阴极调整上轨道13的中心位置。
进一步的，如图3所示，圆盘固定装置14上表面边缘凸出三个环状凸起；环状凸起相对圆盘固定装置14上表面圆心呈环形对称分布，采用三点受力，结构上更稳定，阴极升降更加平稳，提高操作的准确性，其圆心角取值范围为30-60°；三个环状凸起分别与三个液压支撑立柱固定连接。
进一步的，如图3所示，三个环状凸起上表面同时连接有一个圆环，圆环直径小于等于圆盘固定装置14的上表面直径，避免过大，加大装置质量；圆环中间设有镂空圆，且镂空圆的直径大于限位圆盘16的直径，便于随时将限位圆盘16取出，进行阴极及相关设备更换。
进一步的，如图3所示，阴极升降装置30采用液压传动，液压传动装置一般共用一个液压罐，以期达到同时升降，其3个多级液压支撑立柱底部分别设有万向轮，可自用活动，切实做到了方便快捷，随时可升降，随时可移走。
Claims (6)
1.一种新型熔盐电解电流调整系统，横跨设置在电解槽坩埚的上方，电解槽坩埚上设置有台板，台板上设置有用于固定阳极片的阳极卡具，其特征在于，包括电解电流调整装置(10)、阳极电流监测装置(20)和阴极升降装置(30)；
电解电流调整装置(10)包括圆盘固定装置(14)、阴极调整轴(11)、限位圆盘(16)；圆盘固定装置(14)的形状为圆柱体，其内部设有空腔；圆盘固定装置(14)的上端面设置有与空腔连通的阴极调整上轨道(13)，下端面设置有与空腔连通的阴极调整下轨道(12)，阴极调整上轨道(13)和阴极调整下轨道(12)对称设置；阴极调整轴(11)活动设置在圆盘固定装置(14)内部的空腔里，且阴极调整轴(11)的顶端穿过阴极调整上轨道(13)并向外延伸，底端穿过阴极调整下轨道(12)并向外延伸；每个阳极片配置一个对应的阴极调整轴(11)；阴极调整轴(11)的底端连接有阴极棒(15)；限位圆盘(16)活动设置在圆盘固定装置(14)的顶部中间位置，且限位圆盘(16)的底部穿过阴极调整上轨道(13)并延伸至圆盘固定装置(14)的空腔内；
阳极电流监测装置(20)活动设置在阳极卡具上，每个阳极片对应配置一个阳极电流监测装置(20)，用于实时监测对应阳极片的电流数值；
阴极升降装置(30)包括三个环形对称分布于电解槽坩埚四周的多级液压支撑立柱；多级液压支撑立柱的顶端与圆盘固定装置(14)固定连接；
所述阴极调整轴(11)贴合阴极调整上轨道(13)、阴极调整下轨道(12)的上下两面处均设置有卡盘；
阴极调整轴(11)一侧的阴极调整上轨道(13)、阴极调整下轨道(12)上分别设置有限位锯齿，阴极调整轴(11)上设置有与限位锯齿啮合的齿圈；
所述限位圆盘(16)、卡盘的直径均大于阴极调整上轨道(13)和阴极调整下轨道(12)的宽度。
2.如权利要求1所述的一种新型熔盐电解电流调整系统，其特征在于，所述阴极调整上轨道(13)和阴极调整下轨道(12)的形状均为十字形。
3.如权利要求2所述的一种新型熔盐电解电流调整系统，其特征在于，所述限位圆盘(16)活动设置在阴极调整上轨道(13)的中心位置。
4.如权利要求1所述的一种新型熔盐电解电流调整系统，其特征在于，所述圆盘固定装置(14)上表面边缘凸出三个环状凸起；所述环状凸起相对圆盘固定装置(14)上表面圆心呈环形对称分布，且其圆心角取值范围为30-60°；所述三个环状凸起分别与三个液压支撑立柱固定连接。
5.如权利要求4所述的一种新型熔盐电解电流调整系统，其特征在于，三个所述环状凸起上表面同时连接有一个圆环，所述圆环直径小于等于圆盘固定装置(14)的上表面直径；所述圆环中间设有镂空圆，且镂空圆的直径大于限位圆盘(16)的直径。
6.如权利要求4所述的一种新型熔盐电解电流调整系统，其特征在于，所述多级液压支撑立柱的底部设置有万向轮。
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