CN204702818U - 一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于熔盐电解技术领域，特别涉及一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉。本实用新型为了克服现有电解装置存在阴极使用寿命短、炉内温度分布不均匀、电解产品杂质多、电能损失大、阳极板利用率低、既浪费时间，又导致生产成本增加的缺点，为了解决上述技术问题，本实用新型提供了这样一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉；包括有气缸、阳极体、电解炉、绝缘体、石墨内衬、液态金属、阴极、控制系统和热电偶。本实用新型达到了阴极使用寿命长、炉内温度分布均匀、电解效率高、电流均匀、能够节省电能、阳极板利用率高，不仅减少石墨阳极材料损耗，节省了制备阳极的石墨材料，而且提高了电解产品纯度的效果。
Description
技术领域
本实用新型属于熔盐电解技术领域，特别涉及一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉。
背景技术
近年来，稀土金属及其合金由于其独特的物理、化学性质被广泛应用于电子、制导、航空、磁性等高新技术领域，已经成为我国重要的战略资源；加之我国稀土蕴含量丰富，我国已发展成为世界最大的稀土金属生产、消费和出口国。目前，我国稀土金属产业发展迅速，熔盐电解法制取稀土金属及合金的工艺技术也有了跨时代的进步，而电解炉则是电解生产过程中不可或缺的装置。
目前，以氧化物为原料、氟化物为熔盐体系的稀土金属电解，其电解炉型为上阴极电解炉，这种电解炉的特点是阳极和阴极从电解炉上方平行浸入到电解质中，在正对着阴极的下方放置一个钨或钼等耐高温耐腐蚀且不与稀土金属反应的坩埚用于盛接电解出的金属。当前工业生产使用的电解炉主要有3000～4000A小型电解炉和万安以上的大型电解炉。
中国专利99127580.2公开了一种在传统氟化体系熔盐电解炉上使用块状多阳极的电解槽，这种电解槽以圆形石墨槽为槽体，阴极从上方插入，环绕阴极有多个块状阳极，且阳极板是固定安装在炉盖板上，炉盖板兼作导电板，阳极在电解过程中依次更换，更换过程中不间断电解，目前3000～4000A小型的稀土电解槽都采用了这种方法。
中国专利01212927.5公开了一种多阴极多阳极电解槽，这种电解炉由若干个石墨块砌筑成方形石墨槽，内壁连续环绕多个阳极板成矩形结构，多个阴极间隔排列于石墨槽的纵向轴线上，这种槽型大多应用在万安电解槽上。
中国专利02240881.9公开了一种熔盐电解生产稀土金属的圆形万安培电解槽，这种电解槽采用圆形石墨槽，阳极为多层，阴极为多个；从电解槽中心位置向外，中心位置为圆柱状阳极，环绕中心圆柱状阳极为多根阴极，最外层为圆环型的阳极。
以上电解槽共同的特点是，电解槽的阳极和阴极都从电解槽的上方平行插入电解质中，阳极和阴极之间距离固定。这种槽型共有的缺点是，电解过程中随着阳极的消耗，极距不断增大，电压随之升高，带来一部分的电能损失；上插阴极下端浸泡在液面下，剩余部分则暴露于空气中，气液界面处会发生复杂的多相反应及机械摩损，导致该处成为易损部位，降低了阴极的使用寿命；电解槽温度分布不均匀，底部炉温低而上部炉温高，造成炉底造渣，同时高温液面使得电解质挥发严重，影响电解效率；稀土金属在阴极析出后流入坩埚的过程中，行程很长，使得金属在电解质中的二次回溶几率、金属与碳的反应几率大大增加，以上各种因素致该种电解炉型的各项经济技术指标不高，每块阳极碳块的利用率在75％以下，普遍电流效率在80％以下，能量有效利用率只有约20％。
因此，针对目前使用的电解炉存在的缺陷，如何对现有的稀土电解用电解炉进行改进，在当今的形势下显得越来越迫切。
实用新型内容
（1）要解决的技术问题
本实用新型为了克服现有电解装置存在阴极使用寿命短、炉内温度分布不均匀、电解产品杂质多、电解效率低、电能损失大、阳极板利用率低、更换频繁、操作繁杂，既浪费时间，又导致生产成本增加的缺点，本实用新型要解决的技术问题是提供一种阴极使用寿命长、炉内温度分布均匀、电解效率高、电流均匀、能够节省电能、减少损耗、阳极板利用率高，不仅减少石墨阳极材料损耗，降低了生产成本，节省了制备阳极的石墨材料，而且提高了电解产品纯度的节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉。
（2）技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了这样一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉；包括有气缸、阳极体、电解炉、绝缘体、石墨内衬、液态金属、阴极、控制系统和热电偶；所述石墨内衬为凹槽型；所述石墨内衬安装在电解炉内的中下部；所述绝缘体安装在石墨内衬两端凸起处；所述石墨内衬底部上方放置有液态金属；所述阴极安装在石墨内衬中；所述阳极体与气缸连接安装在电解炉上方；所述热电偶安装在电解炉内的电解质中；所述热电偶与控制系统连接。
优选地，所述电解炉还设置有警报器；所述警报器与控制系统连接。
优选地，所述石墨内衬底部呈波浪形。
优选地，所述石墨内衬与阴极砌为一个整体。
工作原理：在电解过程中，通电的阴极从石墨内衬底部进入电解炉中，与石墨内衬底部放置的液态金属连接，共同构成电解炉的阴极，与气缸连接的阳极体能够在电解炉中的电解质中上下移动；通电后，液态阴极上能够直接电解析出金属产品，金属产品则均匀铺在石墨内衬波浪形的底部上，热电偶深入电解质中，时刻监测电解炉内的温度，当温度高于所设警报温度时，立刻向控制系统发送信号，控制系统控制警报器响起，提醒工作人员注意温度的变化。
所述电解炉还设置有警报器，所述警报器与控制系统连接，时刻监控电解炉内温度的变化，防止温度过高，影响电解出金属产品的纯度。
所述石墨内衬底部呈波浪形，可以自动均匀盛放电解出的金属产品，避免液态金属过渡集中，使电流均匀。
所述石墨内衬与阴极砌为一个整体。
气缸属机械领域现有技术，连接结构为成熟技术，在此不再赘述。
警报器和热电偶为现有成熟技术，其连接方式在此不再赘述，控制系统通过所属领域编程即可实现。
（3）有益效果
本实用新型解决了现有电解装置存在阴极使用寿命短、炉内温度分布不均匀、电解产品杂质多、电解效率低、电能损失大、阳极板利用率低、更换频繁、操作繁杂，既浪费时间，又导致生产成本增加的缺点，本实用新型达到了阴极使用寿命长、炉内温度分布均匀、电解效率高、电流均匀、能够节省电能、减少损耗、阳极板利用率高，不仅减少石墨阳极材料损耗，降低了生产成本，节省了制备阳极的石墨材料，而且提高了电解产品纯度的效果。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图中的标记为：1-气缸，2-阳极体，3-电解炉，4-绝缘体, 5-石墨内衬，6-液态金属，7-阴极，8-警报器,9-控制系统，10-热电偶。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例1
一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉，如图1所示，包括有气缸1、阳极体2、电解炉3、绝缘体4、石墨内衬5、液态金属6、阴极7、控制系统9和热电偶10；所述石墨内衬5为凹槽型；所述石墨内衬5安装在电解炉3内的中下部；所述绝缘体4安装在石墨内衬5两端凸起处；所述石墨内衬5底部上方放置有液态金属6；所述阴极7安装在石墨内衬5中；所述阳极体2与气缸1连接安装在电解炉3上方；所述热电偶10安装在电解炉3内的电解质中；所述热电偶10与控制系统9连接。
所述电解炉3还设置有警报器8；所述警报器8与控制系统9连接。
所述石墨内衬5底部呈波浪形。
所述石墨内衬5与阴极7砌为一个整体。
工作原理：在电解过程中，通电的阴极7从石墨内衬5底部进入电解炉3中，与石墨内衬5底部放置的液态金属6连接，共同构成电解炉3的阴极7，与气缸1连接的阳极体2能够在电解炉3中的电解质中上下移动；通电后，液态阴极7上能够直接电解析出金属产品，金属产品则均匀铺在石墨内衬5波浪形的底部上，热电偶10深入电解质中，时刻监测电解炉3内的温度，当温度高于所设警报温度时，立刻向控制系统9发送信号，控制系统9控制警报器8响起，提醒工作人员注意温度的变化。
所述电解炉3还设置有警报器8，所述警报器8与控制系统9连接，时刻监控电解炉3内温度的变化，防止温度过高，影响电解出金属产品的纯度。
所述石墨内衬5底部呈波浪形，可以自动均匀盛放电解出的金属产品，避免液态金属6过渡集中，使电流均匀。
所述石墨内衬5与阴极7砌为一个整体。
气缸1属机械领域现有技术，连接结构为成熟技术，在此不再赘述。
警报器8和热电偶10为现有成熟技术，其连接方式在此不再赘述，控制系统9通过所属领域编程即可实现。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉，其特征在于，包括有气缸（1）、阳极体（2）、电解炉（3）、绝缘体（4）、石墨内衬（5）、液态金属（6）、阴极（7）、控制系统（9）和热电偶（10）；所述石墨内衬（5）为凹槽型；所述石墨内衬（5）安装在电解炉（3）内的中下部；所述绝缘体（4）安装在石墨内衬（5）两端凸起处；所述石墨内衬（5）底部上方放置有液态金属（6）；所述阴极（7）安装在石墨内衬（5）中；所述阳极体（2）与气缸（1）连接安装在电解炉（3）上方；所述热电偶（10）安装在电解炉（3）内的电解质中；所述热电偶（10）与控制系统（9）连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉，所述电解炉（3）还设置有警报器（8）；所述警报器（8）与控制系统（9）连接。
3.根据权利要求1所述的一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉，所述石墨内衬（5）底部呈波浪形。
4.根据权利要求1所述的一种节能型高性能稀土金属及其合金液态阴极电解炉，所述石墨内衬（5）与阴极（7）砌为一个整体。
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