CN115142098A - 一种异型阴极以及应用其调节极距稳定的电解炉 - Google Patents

Abstract

一种异型阴极以及应用其调节极距稳定的电解炉，包括炉体，炉体内置有阳极和阴极，阴极连接至电源装置的负极，阳极关于阴极对称设置，并连接至电源装置的正极，阴极正下方设置有接收器，阴极在炉体炉底的投影落入接收器的范围内；所述阴极为柱体，阳极上部连接有角铁；所述阳极在炉体底部上的投影位置固定；所述阴极侧面为曲面，其截面半径存在一极小值和一极大值，截面半径由极小值向极大值递增，并且，阴极顶部连接至一转动装置，阴极在转动装置的驱动下转动。采用本发明的异型阴极的电解炉，通过半径递增的结构特征补偿阳极在电解过程中的消耗，维持极距的稳定。

Description

一种异型阴极以及应用其调节极距稳定的电解炉

技术领域

本发明涉及稀土电解领域，具体涉及一种异型阴极，还涉及一种应用有异型阴极的电解炉，通过固定阳极，单独转动阴极即可稳定极距。

背景技术

稀土元素，是元素周期表ⅢB族中镧系和钪、钇共17种元素的总称，常用RE或REE表示，具有独特的光学、电学、磁学等性能，是当代高新技术领域的重要原材料。含稀土元素制造的新型功能材料、电子材料、光学材料、特殊合金及有机金属化合物等广泛用于电子信息、新能源、新材料、节能环保、航空航天等高新技术领域。中国稀土矿产资源丰富，为发展稀土工业发展提供了较好的资源条件。在稀土金属及其合金生产中，电解是常用生产方法，稀土金属及其合金生产的电解温度通常在约900℃以上。

参考附图1-2，在炉体内设置相对的阴极3和阳极2，阴极连接至电源装置的负极，阳极连接至电源装置的正极，其间间距即极距，熔盐在此电场内进行氧化还原反应，金属阳离子在阴极处得电子形成液态金属。阳极一般采用石墨材质，根据常识，石墨为电的良导体，且质地软，阳极顶部固定连接角铁6，使得阳极悬置在炉体内，阴极为柱状，阳极为圆心角小于180°的扇状，根据电解中伴随的氧化还原反应，阳极作为消耗品，在液面高度h下，面向阴极的一面逐渐被消耗，即阳极厚度逐渐变薄，这将导致极距逐渐增大，电解速率降低。

现有技术下的解决方案均采用对调节装置调节阳极2与阴极3之间的距离，补偿阳极的消耗，维持极距的稳定，但对阳极的消耗量的把控困难，且需要对所有阳极单独进行调节，实现难度高；再有，阳极消耗至既定的厚度后需要更换，增加了调节装置的结构复杂度和控制难度。

发明内容

根据背景技术提出的问题，本发明提供一种异型阴极以及应用其调节极距稳定的电解炉来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

一种异型阴极，阴极侧面为曲面，其截面半径存在一极小值和一极大值，截面半径由极小值向极大值递增。

可选地，所述阴极侧面为连续曲面，半径由极小值向极大值递增，截面边缘线为渐开线或近似渐开线动。任意一阳极与阴极相对面的间距不恒定在极距上，而是在包含极距的小范围内，阴极持续转动，后续半径更大的曲面正对当前被消耗的阳极，维持极距稳定在初始极距或在其附近小幅度波动。

可选地，所述阴极侧面为不连续的分段曲面，分段曲面与阳极数量和曲率一致，任意一组分段曲面与阳极的极距一致，极距为固定值；所述分段曲面到阴极转动中心的距离构成一组公差为σ的等差数列，公差σ也为每一组曲面与阳极一阶段反应所消耗的阳极厚度；阳极的厚度大于阳极数量与公差σ的乘积。阳极每次电解消耗厚度σ后，阴极转动以下一半径增加的公差σ弥补阳极所消耗的厚度σ，此维持极距恒定。

一种通过异型阴极和阳极控制极距稳定的方法，具体包括以下步骤：

S1，设置初始电解时阳极厚度一致，各阳极与阴极分段曲面正对且极距相等；

S2，开启第一阶段电解，电解既定时长，各阳极被消耗σ厚度后，将半径最大曲面所对应的阳极进行更换；

S3，阴极转动既定角度，开启第二阶段电解，于S2-S3之间循环。

一种通过异型阴极和阳极控制极距稳定的方法，具体包括以下步骤：

S1，设置初始电解时，阳极可消耗厚度呈现等差数列，公差与阴极分段曲面半径的公差值相同，可消耗厚度最小的阳极与曲面半径最大的阳极曲面对应，其余各面依次类推对应，并且，各阳极与阴极分段曲面的极距相等；

S2，开启第一阶段电解，电解既定时长，各阳极被消耗公差厚度后，将半径最大曲面所对应的阳极进行更换；

S3，阴极转动既定角度，开启第二阶段电解，于S2-S3之间循环。

作为优选地，所述阴极侧面为不连续的分段曲面，分段曲面与阳极数量和曲率一致，任意一组分段曲面与阳极的极距一致，且极距为固定值；分段曲面到阴极转动中心的距离构成一组公差为σ的等差数列，同时公差σ也为每一组曲面与阳极一阶段反应所消耗的阳极厚度；半径最大的分段曲面与半径最小的分段曲面之间还设置为假极位，所述假极位不带电；阳极的厚度大于阳极数量减一后的差值与公差σ的乘积。假极位的作用在于，可用于更换阳极的时长为下一阶段的电解时长，通过假极位的隔离使得更换耗尽的阳极对其余阳极无影响，电解进程连续。

一种通过异型阴极和阳极控制极距稳定的方法，具体包括以下步骤：

S1，设置初始电解时，阳极可消耗厚度呈现等差数列，公差与阴极分段曲面半径的公差值相同，可消耗厚度最小的阳极与曲面半径最大的阳极曲面对应，可消耗厚度最大的阳极与曲面半径最小的阳极曲面对应，其余各面依次类推对应，未被消耗的阳极正对假极位；并且，各阳极与阴极分段曲面的极距相等；

S2，开启第一阶段电解，电解既定时长，各阳极被消耗公差厚度后，半径最大曲面所对应的阳极被完全消耗；

S3，阴极转动既定角度，开启第二阶段电解，被消耗完全的阳极正对假极位，对此阳极进行更换，于S2-S3之间循环。

作为优选地，所述阳极为类扇形，朝向阴极的一面为柱面，厚度由中部向两侧逐渐增厚；所述阳极在背向阴极的一面为柱面，其曲率小于朝向阴极的柱面曲率。作用在于便于加工制造。单个阳极的资源节约33％左右，且电解过程避免了阳极掉落的情况发生，保证了电解的效率和质量。

本发明还提供一种应用异型阴极进行极距稳定性调节的电解炉，包括炉体，炉体内置有阳极和阴极，阴极连接至电源装置的负极，阳极关于阴极对称设置，并连接至电源装置的正极，阴极正下方设置有接收器，阴极在炉体炉底的投影落入接收器的范围内；

所述阴极连接在转动装置上，阴极在转动装置的驱动下转动；

所述阳极通过角铁连接在阳极更换机构上；所述阳极更换机构包括：

横梁，其下部设置有滑槽，所述滑槽内设置有滑块，角铁连接在滑块上，横梁由炉体外部顶部向炉体内延伸；

吊架，将横梁连接在升降装置上，升降装置将阳极向上拉出炉体；

安装板，设于电解炉外，其上设置有螺杆，螺杆上配合设置有移动座，阳极通过连杆连接至移动座；

第一电机，输出连接螺杆，用于将阳极拉出炉体。

作为优选地，阳极更换机构还包括有：

枢轴，设置在移动座上；

摆动盘，同轴设置在枢轴上，在驱动装置的驱动下以枢轴为轴小幅度往复摆动；

两等长的连杆，分别连接阳极的两侧的角铁和摆动盘，两等长的连杆与角铁和摆动盘的四个枢接点构成一平行四边形；

通过连杆带动阳极往复摆动，作用在于对液态电解质起到一定的搅拌作用，有利于电解质流动及气体的逸出，更重要在于使气体也不易附着在阳极上，将阳极效应降低到最低程度。

作为优选地，所述摆动盘上设置有一空腔，驱动摆动盘摆动的驱动装置包括：

第二电机，固定在安装板上；

偏心凸轮，连接在第二电机的输出上，并位于空腔内，偏心凸轮与空腔壁接触；

当第二电机驱动偏心凸轮转动时，偏心凸轮通过与腔壁的作用驱动摆动盘往复摆动。

作为优选地，阴极上连接有一集气罩，集气罩顶部连接有出气管道，电解炉顶部设置有气刀管，气刀管喷气方向朝向阳极，向阳极喷出保护气体；所述出气管道上设置引风机，用于在集气罩内形成负压。

作为优选地，所述集气罩呈下大上小的喇叭口状，作用在于于顶部增大与电解炉炉壁的间隔，提供部件的安装空间，底部扩大气体的覆盖面积，易于所产生的废气的排出；

作为优选地，布料口的出料方向朝向集气罩，通过布料口向电解炉内持续补充原料，来料的每次补充量与每次抽取的量相当，作用在于维持电解质液面高度相对波动小，原料由布料口泄出后自由落体运动先接触在集气罩上，集气罩的喇叭口状形状对原料存在降速和导向作用，目的在于降低原料落入电解质中的速度，避免电解质液面波动较大和飞溅。

作为优选地，所述阴极连接在悬吊系统上，所述接收器的接收面积接近阴极的截面积；目的在于当需要抽取金属液时，悬吊系统侧移使接收器、阴极存在错位，接收器存在外露于阴极的部分，作为虹吸管下移进入接收器的需求空间。

作为优选地，所述集气罩底部边缘设置避位槽，用于在集气罩被悬吊系统侧移至一侧；此设置的目的在于保留虹吸管下移所需空间的前提下，尽可能增大集气罩的覆盖面积。

有益效果：与现有技术相比，采用本发明的异型阴极的电解炉，通过半径递增的结构特征补偿阳极在电解过程中的消耗，维持极距的稳定。

附图说明

图1：现有技术下阳极关于阴极对称设置的示意图；

图2：现有技术下阳极消耗的剖面示意图；

图3：实施例1的所述的曲面连续的异型阴极以及阳极设置示意图；

图4：实施例2的所述的曲面不连续的异型阴极以及阳极设置示意图；

图5：实施例3的所述的曲面不连续且设置假极位的异型阴极以及阳极示意图；

图6：本发明阳极电解消耗情况示意图；

图7：本发明电解炉的结构示意图；

图8：阳极更换机构的结构俯视图；

图9：阴极与虹吸管的错位效果图；

图中：炉体1、阳极2、阴极3、接收器4、虹吸管5、角铁6、转动装置7、假极位8、横梁9、吊架10、端座9、压力传感器10、安装板11、螺杆12、移动座13、变速齿轮箱14、第一电机15、枢轴16、摆动盘17、空腔171、连杆18、第二电机19、偏心凸轮20、吊杆21、布料口22、集气罩23、避位槽231、出气管道24、气刀管25。

具体实施方式

接下来结合附图1-9对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。

参考附图7-8，一种异型阴极以及应用其调节极距稳定的电解炉，包括作为结构主体的炉体1，炉体1内置有阳极2和阴极3，所述阴极3悬置于炉体的中部，且阴极3连接至电源装置的负极，阴极3优选耐高温的钨、钼等金属材质，所述阳极2关于阴极3对称设置，阳极2连接至电源装置的正极，所述阳极2采用石墨材质，阳极2、阴极3之间形成一电场，其间间距即极距，熔盐在此电场内进行氧化还原反应，金属阳离子在阴极3处得电子形成液态金属。

阴极3正下方设置有接收器4，阴极3处所得到的液态金属落入接收器中被收集，液态金属形成于阴极表面，所述阴极3在炉体1炉底的投影落入接收器4的范围内，作用在于使金属液能落入接收器内，目前金属液的抽取方式包括有通过虹吸管5的虹吸原理进行抽取的方式，作用还在于在接收器上预留有不与阴极触碰的虹吸管设置或升降空间。所述接收器4的边缘高于炉体底部槽，作用在于阻挡杂质成分进入到接收器内。

现有常规的阴极3为柱形；所述阳极2顶部与角铁6连接，角铁6在电解时位于电解质液面之上，阳极2大部分浸没在电解质中，阳极2的截面为类扇形，其朝向阴极3的一侧为弧面，各阳极2与阴极3的距离即极距。在电解过程中，阳极2是消耗品，在电解过程中不断被消耗，极距增加增大。为维持极距稳定，本实施例采用异型阴极，参考附图3，具体技术方案如下：

所述阳极2在炉体底部上的投影位置固定；

所述阴极3侧面为曲面，其截面半径存在一极小值和一极大值，截面半径由极小值向极大值递增，并且，阴极3顶部连接至一转动装置7，阴极3在转动装置的驱动下转动。

在电解开始时，各阳极2到阴极3的距离相等，即极距一致，而在电解过程中，如背景技术阐述的，阳极2是等厚度被消耗，导致极距增大，在电解过程中，阴极3在转动装置的驱动下转动，基于阴极3半径由极小值向极大值递增的结构特性，将半径更大的侧曲面转向此前半径更小的曲面所正对的阳极2，使得极距回归到初始状态，即通过转动阴极3将其上半径更大的曲面转向去弥补阳极2的厚度消耗。

需要说明的是，转动装置7的作用在于驱动阴极3按既定程序转动，其实现方案为常规技术手段即可，本实施例不进行详细阐述。而阴极3的半径极大值曲面所对应的阳极2被消耗后，转动阴极3后将是阴极的半径极小值曲面，因此需要对此阳极进行更换，采用新的未被消耗的阳极正对阴极3的半径极小值曲面，即，阴极的半径极大值曲面每转过一阳极后对此阳极进行更换，在每周转一圈360°后降全部阳极更换一轮。下面本发明给出两个关于阴极的具体实施例。

实施例1，参考附图3；

所述阳极2在炉体底部上的投影位置固定；

所述阴极3侧面为连续曲面，截面半径存在一极小值和一极大值，并且，截面半径由极小值向极大值递增，即截面边缘线为渐开线或近似渐开线；阴极3顶部连接至一转动装置，阴极3在转动装置的驱动下转动。

在本实施例1下，任意一阳极与阴极相对面的间距不恒定在极距上，而是在包含极距的小范围内，随着电解进程的深入，阳极逐渐被消耗减薄，而阴极在转动装置的驱动下持续转动，以后续半径更大的曲面正对当前被消耗的阳极，维持极距稳定在初始极距或在其附近小幅度波动。阴极3的半径极大值曲面所对应的阳极2被消耗后，对此阳极进行更换，采用新的未被消耗的阳极，使之正对后续阴极3的半径极小值曲面。

实施例2，参考附图4，

所述阳极2在炉体底部上的投影位置固定；

所述阴极3侧面为不连续的分段曲面，分段曲面与阳极数量和曲率一致，目的在于使任意一组分段曲面与阳极的极距一致，且极距为固定值；阴极3顶部连接至一转动装置，阴极3在转动装置的驱动下转动。

所述分段曲面到阴极3转动中心的距离构成一组公差为σ的等差数列，同时所述公差σ也为每一组曲面与阳极反应所消耗的阳极厚度，即阳极每次电解消耗厚度σ后，转动装置驱动阴极转动，以下一半径增加的公差σ弥补阳极所消耗的厚度σ，以此维持极距恒定。

在本实施例下，任意一阳极与阴极相对面的极距恒定，且为固定值，随着电解进程的深入，阳极逐渐被消耗减薄，而阴极在转动装置的驱动下间歇性转动，以后续半径等长增大的分段曲面正对当前被消耗的阳极，维持极距稳定在初始的固定极距。阴极上半径最大的曲面所对应的阳极被消耗后，对此阳极进行更换，采用新的未被消耗的阳极，使之正对后续阴极的最小半径曲面。

所述阳极2的厚度大于阳极数量与公差σ的乘积，目的在于保证阴极3转动一周的电解过程中，所有阳极均能与阴极之间形成稳定电场。本实施例中，设定阴极3上半径最小的曲面为h，极距为l，阳极的数量为四，则阴极3上半径最大的曲面为h+3σ，阳极的可消耗厚度不小于4σ。

作为优选地，本实施例还提供一种通过异型阴极和阳极控制极距稳定的方法，具体包括以下步骤：

S1，设置初始电解时阳极厚度一致，各阳极与阴极分段曲面正对且极距相等；

S2，开启第一阶段电解，电解既定时长，各阳极被消耗σ厚度后，将半径最大曲面所对应的阳极进行更换；

S3，阴极转动既定角度，开启第二阶段电解，于S2-S3之间循环。

本方法中，阳极型号单一，但初始阶段即阴极的第一周转动电解，阳极未达到最大消耗量，存在残余，造成浪费。

基于此，本发明还提供另一种通过异型阴极和阳极控制极距稳定的方法，具体包括以下步骤：

S1，设置初始电解时，阳极可消耗厚度呈现等差数列，公差与阴极分段曲面半径的公差值相同，可消耗厚度最小的阳极与曲面半径最大的阳极曲面对应，其余各面依次类推对应，并且，各阳极与阴极分段曲面的极距相等；

S2，开启第一阶段电解，电解既定时长，各阳极被消耗公差厚度后，将半径最大曲面所对应的阳极进行更换；

S3，阴极转动既定角度，开启第二阶段电解，于S2-S3之间循环。

本方法中，初始阶段即阴极的第一周转动电解时阳极可消耗厚度不同，且每阶段电解均保证与半径最大曲面所对应阳极的可消耗厚度被完全消耗，阳极最大消耗量，不存在残余，无浪费。

实施例3，参考附图5；

所述阳极2设置在阴极四周，在炉体底部上的投影位置固定；

所述阴极3侧面为不连续的分段曲面，分段曲面与阳极数量和曲率一致，使任意一组分段曲面与阳极的极距一致，且极距为固定值；所述分段曲面到阴极3转动中心的距离构成一组公差为σ的等差数列，同时所述公差σ也为每一组曲面与阳极反应所消耗的阳极厚度；并且，半径最大的分段曲面与半径最小的分段曲面之间还设置为假极位8，所述假极位8不带电。

同理，阳极每次电解消耗厚度σ后，阴极3顶部连接至一转动装置，阴极3在转动装置的驱动下转动，转动装置驱动阴极转动，以下一半径增加的公差σ弥补阳极所消耗的厚度σ，以此维持极距恒定。

在本实施例下，与实施例2一样，极距恒定且为固定值，随着电解进程的深入，阳极逐渐被消耗减薄，而阴极在转动装置的驱动下间歇性转动，以后续半径等长增大的分段曲面正对当前被消耗的阳极，维持极距稳定在初始的固定极距。区别在于：阴极上半径最大的曲面所对应的阳极被完全消耗后，转动至与下一阳极相对，而与之毗邻的假极位8则正对此被完全消耗的阳极，基于假极位8不带电，不形成电场，此时采用新的未被消耗的阳极进行更换，使之正对假极位8，作用在于，可用于更换阳极的时长为下一阶段的电解时长，即通过假极位的隔离使得更换耗尽的阳极对其余阳极无影响，电解进程连续。

此时，所述阳极2的厚度大于阳极数量减一后的差值与公差σ的乘积(刚加入的阳极不参与电解过程)，目的在于保证阴极3转动一周的电解过程中，所有阳极均能与阴极之间形成稳定电场。

适应于本实施例3的一种通过异型阴极和阳极控制极距稳定的方法，具体包括以下步骤：

S1，设置初始电解时，阳极可消耗厚度呈现等差数列，公差与阴极分段曲面半径的公差值相同，可消耗厚度最小的阳极与曲面半径最大的阳极曲面对应，可消耗厚度最大的阳极与曲面半径最小的阳极曲面对应，其余各面依次类推对应，未被消耗的阳极正对假极位；并且，各阳极与阴极分段曲面的极距相等；

S2，开启第一阶段电解，电解既定时长，各阳极被消耗公差厚度后，半径最大曲面所对应的阳极被完全消耗；

S3，阴极转动既定角度，开启第二阶段电解，被消耗完全的阳极正对假极位，对此阳极进行更换，于S2-S3之间循环。

本方法中，初始阶段即阴极的第一周转动电解时阳极可消耗厚度不同，且每阶段电解均保证与半径最大曲面所对应阳极的可消耗厚度被完全消耗，阳极最大消耗量，不存在残余，无浪费；且通过假极位的隔离可使得更换耗尽的阳极时对其余阳极无影响，保证电解进程的连续性。

随着电解的进行，阳极作为消耗品存在可消耗厚度，所述阳极2顶部与角铁6连接，角铁6在电解时位于电解质液面之上，阳极2大部分浸没在电解质中，而现有技术下的阳极2的截面为扇形，其重心可能并不位于阳极上。在消耗过程中，阳极厚度随电解深入而逐渐变薄，在未完全消耗时就需要进行更换，如附图1-2中所示的，边线L₁电解前阳极未消耗的状态，边线L₂为阳极更换时的状态，边线L₁、边线L₂之间的间距即极距增大的部分也是被消耗的部分，此时阳极还存在剩余部分无法被进一步消耗。

阳极重力G对其与角铁6的连接部位产生极大的力矩，再加之，阳极在电解过程中存在对电解质液体的搅拌作用，根据力的相互作用电解质液体对阳极存在阻力，阻力对连接处也存在较大的力矩；随着阳极被消耗变薄，其机构强度不足以支撑起稳定，存在掉落的风险。因此需要在阳极消耗到既定厚度后将其取出以进行更换，也即现有的扇形阳极的可消耗厚度相对于实际厚度的比值并不高(一般低于70％)，造成阳极的极大浪费，也压缩了炉体的工作时间。

为解决阳极利用率不高且存在在连接处断裂的技术问题，本实施例也将阳极2的结构设置为异型结构，具体地：所述阳极2在朝向阴极3的一面维持柱面，而其厚度由中部向两侧逐渐增厚。

参考附图6，根据力学原理，扇形阳极2中部相对于与角铁6连接处的力臂最大，对连接处的不利影响最大，而本实施例的阳极2在中部的厚度最薄，作用在连接处的重力最小，并且越靠近角铁阳极的厚度越厚，在连接处的厚度最大，与角铁的连接稳定性最强。实际上，本实施例的阳极呈现类扇形，相对于完整的扇形结构，其削减部分S₁是现有的扇形结构对连接处表现显著不利影响的部分，同时，在电解过程中，朝向阴极3的一面等厚度逐渐被消耗，即使阳极中部部分S₂被完全消耗，两端部分S₃还与角铁稳定连接，不存在掉落的风险，从资源消耗的角度看，削减部分S₁也是相对于现有技术所节约的阳极资源，因此，本实施例所述的类扇形阳极具有显著的进步性效果。

所述阳极2在背向阴极3的一面也为柱面，其曲率小于朝向阴极3的柱面曲率，作用在于便于加工制造。经验证，采用本发明的阳极，单个阳极的资源消耗率相比下降了33％左右，且电解过程避免了阳极掉落的情况发生，保证了电解的效率和质量。

所述阳极2是消耗品，在电解过程中不断被消耗，需要将阳极取出进行更换，现有技术下的阳极2与升降装置连接，以便于在阳极损耗之后上升将阳极取出并更换新的阳极。本实施例设置了阳极更换机构，分别悬吊各阳极，独立对各阳极进行更换操作。

参考附图7-8，所述阳极更换机构包括有一横梁9，横梁9下设置有滑槽(未示出)，所述滑槽可以为凸型槽或燕尾槽，滑槽内设置有滑块(未示出)，阳极两侧的角铁6连接在滑块上，使得阳极存在相对于滑槽的滑动自由度；所述横梁9由炉体外部顶部向炉体内延伸，所述阳极2连接在横梁9上，所述横梁9通过吊架10连接在升降装置上，横梁9在升降装置上的作用下进行升降操作，以将阳极抬升至全部外露于炉体的高度或下放至正对阴极的高度。

炉体外设置有安装板11，安装板11内设置有一螺杆12，螺杆12上配合设置有一移动座13，所述阳极2所连接的角铁6连接至移动座13；螺杆12端部连接在第一电机15的输出上所述第一电机15固定在安装板11上。所述第一电机15依据压力传感器10所测数值的反馈控制转动周数，通过螺杆12控制安装板11的位移距离，进而拉动阳极2在横梁9的滑槽内靠近阴极滑动，以动态补偿极距的变动，维持极距的稳定。所述变速齿轮箱14的作用在于将极距的微小位移量放大为第一电机15可准确控制的转动周数上。

所述移动座13上连接有枢轴16，枢轴16上同轴设置有一摆动盘17，所述摆动盘17可相对于枢轴16转动，用于固定石墨阳极的两侧的角铁分别通过等长的连杆18连接在摆动盘17上，两等长的连杆18与角铁和摆动盘17的四个枢接点构成一平行四边形，所述摆动盘17在驱动装置的驱动下以枢轴16为轴小幅度往复摆动，通过连杆18带动阳极2往复摆动，作用在于对液态电解质起到一定的搅拌作用，有利于电解质流动及气体的逸出，更重要在于使气体也不易附着在阳极上，将阳极效应降低到最低程度。

示例而非限定，本实施例提供一种驱动装置以驱动摆动盘17摆动，所述安装板11上固定有一第二电机19，第二电机19的输出连接有偏心凸轮20，所述摆动盘17上设置有一空腔171，所述偏心凸轮20位于此空腔171内，偏心凸轮20与空腔171壁存在接触作用，当第二电机19驱动偏心凸轮20转动时，偏心凸轮20通过与腔壁的作用驱动摆动盘17往复摆动。当然，采用其他的例如曲柄遥杆机构也同样可行，本实施例不做限定。

所述安装板11通过吊杆21连接在横梁9上，使得安装板11与横梁9同步升降，作用在于，不仅在电解过程中对极距进行动态补偿，还在阳极需要更换时，与横梁9同步上升，当阳极外露于炉体后，可将阳极拉出炉体外，进而可于炉体外更换阳极。需要说明的是，此时压力传感器的数值需要考虑吊杆21所承载的拉力。

所述炉体顶部设置有布料口22，通过布料口向炉体内持续补充原料，阳极2往复摆动也有利于原料搅拌以更好地均布在液态电解质中，较佳地，来料的每次补充量与每次抽取的量相当，作用在于维持电解质液面高度相对波动小，阳极浸没在电解质内的高度相对变动可忽略。

在电解过程中，阳极2表面可能存在阳极效应，所谓阳极效应，是阳极和电解质之间电流的传输受到抑制而产生的阻塞现象，高压下甚至能听到爆裂声。在阳极上，氧离子失去电子，被氧化成CO₂或CO，离子在电极上得到或失去电子转变成不带电的原子这一过程叫离子放电，由于离子放电的结果，在阴极上出现电子不足，在阳极上出现电子过剩，在直流电外加电压的作用下，阳极上过剩的电子经过导线会流向阴极。分解电压在正常生产条件下，电解的结果主要是稀土氧化物被分解，在阴极上析出稀土金属，在阳极上释放出CO₂和CO。

阴极3上连接有一集气罩23，集气罩23顶部连接有出气管道24，并且，炉体1顶部设置有气刀管25，气刀管25喷气方向朝向阳极2，所喷出的气体为N₂，阳极处富集N₂用于对阳极形成隔离保护，阳极处富集N₂逐渐由集气罩23底部进入集气罩23并最终由出气管道24排出，形成U形排气通路。所述出气管道24上设置引风机，用于在集气罩23内形成负压，便于N₂排出。

所述集气罩23呈下大上小的喇叭口状，作用在于于顶部增大与炉体炉壁的间隔，提供部件例如布料口22、气刀管25的安装空间，底部扩大气体的覆盖面积，易于所产生的废气的排出，并且，布料口22的出料方向朝向集气罩23，电解过程中所添加的原料由布料口22泄出后自由落体运动先接触在集气罩23上，集气罩23的喇叭口状形状对原料存在降速和导向作用，目的在于降低原料落入电解质中的速度，避免电解质液面波动较大和飞溅。

所述气刀管25固定在横梁9上，其喷气方向与阳极朝向阴极的一面呈现一锐角，目的在于延长N₂与阳极表面的作用距离，且减小垂直作用于阳极的表面的作用力。所述气刀管25上存在朝向内侧的喷气缝隙，从此缝隙喷出氮气保护气体，降低了阳极的氧化速率。

参考附图9，所述接收器4设于阴极3的下方，阴极上发生还原反应得到金属并被接收器收集，所述接收器面积需大于阴极，以提供虹吸管抽取金属液的需要，而接收器面积过大时易进入杂质。所述阴极3连接在的转动装置位于以移动平台上，通过移动平台的移动联动转动装置侧移，接收器4与集气罩23存在错位。目的在于使得接收器4的接收面积可接近阴极3的截面积，当需要抽取金属液时，悬吊系统侧移使接收器4、阴极3存在错位，接收器4存在外露于阴极3的部分，作为虹吸管下移进入接收器4的需求空间。

所述集气罩23底部边缘设置避位槽231，用于在集气罩23被悬吊系统侧移至一侧时，提供虹吸管5的动作空间，此设置的目的在于保留虹吸管下移所需空间的前提下，尽可能增大集气罩23的覆盖面积

采用本发明的异型阴极的电解炉，通过半径递增的结构特征补偿阳极在电解过程中的消耗，维持极距的稳定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异型阴极，其特征在于：阴极侧面为曲面，其截面半径存在一极小值和一极大值，截面半径由极小值向极大值递增。

2.根据权利要求1所述的异型阴极，其特征在于：

所述阴极侧面为连续曲面，半径由极小值向极大值递增，截面边缘线为渐开线或近似渐开线动。

3.根据权利要求1所述的异型阴极，其特征在于：

所述阴极侧面为不连续的分段曲面，分段曲面与阳极数量和曲率一致，任意一组分段曲面与阳极的极距一致，极距为固定值；所述分段曲面到阴极转动中心的距离构成一组公差为σ的等差数列，公差σ也为每一组曲面与阳极一阶段反应所消耗的阳极厚度；

阳极的厚度大于阳极数量与公差σ的乘积。

4.根据权利要求1所述的异型阴极，其特征在于：

所述阴极侧面为不连续的分段曲面，分段曲面与阳极数量和曲率一致，任意一组分段曲面与阳极的极距一致，且极距为固定值；分段曲面到阴极转动中心的距离构成一组公差为σ的等差数列，同时公差σ也为每一组曲面与阳极一阶段反应所消耗的阳极厚度；

半径最大的分段曲面与半径最小的分段曲面之间还设置为假极位(8)，且假极位不带电；

阳极的厚度大于阳极数量减一后的差值与公差σ的乘积。

5.一种通过权利要求1-4任一条所述的异型阴极调节极距稳定的电解炉，包括炉体(1)，炉体内置有阳极(2)和阴极(3)，阴极(3)连接至电源装置的负极，阳极(2)关于阴极(3)对称设置，并连接至电源装置的正极，阴极(3)正下方设置有接收器(4)，阴极(3)在炉体(1)炉底的投影落入接收器(4)的范围内；其特征在于：

所述阴极(3)连接在转动装置上，阴极在转动装置的驱动下转动；

所述阳极(2)通过角铁(6)连接在阳极更换机构上；

所述阳极更换机构包括：

横梁(9)，其下部设置有滑槽，所述滑槽内设置有滑块，角铁连接在滑块上，横梁由炉体外部顶部向炉体内延伸；

吊架(10)，将横梁连接在升降装置上，升降装置将阳极向上拉出炉体；

安装板(11)，设于炉体外，其上设置有螺杆(12)，螺杆上配合设置有移动座(13)，角铁通过连杆(18)连接至移动座；

第一电机(15)，输出连接螺杆(12)，将阳极拉出炉体。

6.根据权利要求5所述的电解炉，其特征在于，阳极更换机构还包括有：

枢轴(16)，设置在移动座(13)上；

摆动盘(17)，同轴设置在枢轴(16)上，在驱动装置的驱动下以枢轴(16)为轴小幅度往复摆动；

两等长的连杆(18)，分别连接阳极的两侧的角铁和摆动盘(17)，两等长的连杆(18)与角铁和摆动盘(17)的四个枢接点构成一平行四边形；

第二电机(19)，固定在安装板(11)上；

偏心凸轮(20)，连接在第二电机(19)的输出上，并位于空腔(171)内，偏心凸轮(20)与空腔(171)壁接触。

7.根据权利要求5所述的电解炉，其特征在于：

所述阳极为类扇形，朝向阴极的一面为柱面，厚度由中部向两侧逐渐增厚；

所述阳极在背向阴极的一面为柱面，其曲率小于朝向阴极的柱面曲率。

8.根据权利要求6所述的电解炉，其特征在于：

阴极(3)上连接有一集气罩(23)，集气罩(23)顶部连接有出气管道(24)，炉体(1)顶部设置有气刀管(25)，气刀管(25)喷气方向朝向阳极(2)，向阳极(2)喷出保护气体；所述出气管道(24)上设置引风机。

所述集气罩(23)呈下大上小的喇叭口状；

布料口(18)的出料方向朝向集气罩(23)，来料的每次补充量与每次抽取的量相当，维持电解质液面高度相对波动小。

9.根据权利要求8所述的电解炉，其特征在于：

所述安装板(11)通过吊杆(21)连接在横梁上，安装板与横梁同步升降；

所述气刀管(25)固定在横梁(9)上，其喷气方向与阳极朝向阴极的一面呈现一锐角。

10.根据权利要求9所述的电解炉，其特征在于：

所述阴极(3)连接在悬吊系统上，所述接收器(4)的接收面积接近阴极(3)的截面积，在抽取金属液时，悬吊系统侧移使接收器(4)、阴极(3)存在错位；

所述集气罩(23)底部边缘设置避位槽(231)。

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