CN103436920A - 高温熔盐电解稀土金属出槽装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温熔盐电解稀土金属出槽装置，包括带金属液出口的真空储液包，真空储液包紧固于翻转式升降平台车上，真空储液包的一端与插入熔盐电解槽中的虹吸管连通，另一端通过金属波纹管与真空缓冲罐连通，真空缓冲罐接有真空泵，本发明还提供了利用所述高温熔盐电解稀土金属出槽装置的方法，本发明利用虹吸原理，使熔融态的金属液吸入真空储液包，随之对多个铸模进行浇铸，缩短了出槽时间，降低了槽体热量损失，避免了槽况波动，克服了工人劳动强度大、操作环境恶劣等缺点，降低了生产成本、提高了产品质量，且稳定性好，保证了金属液顺利从电解槽到浇铸到铸模，又避免了浇铸后稀土金属取出及浇铸室的密封困难，不易于为现场所接受的问题。
Description
技术领域
本发明属于稀土金属冶金技术领域，特别涉及一种高温熔盐电解稀土金属出槽装置及方法，用于氟化物熔盐体系氧化物稀土电解大型槽工业生产。
背景技术
因稀土元素具有独特的性能，加之我国稀土自然丰富，我国已发展成为世界最大的稀土金属生产、消费和出口国。熔盐电解是生产单一轻稀土金属、混合稀土金属及稀土合金的最主要的工业方法。随着我国稀土金属产业的不断发展和壮大，氟化物熔盐体系氧化物电解工艺（简称氧化物电解工艺）已成为主流生产工艺，目前的电解槽规格多为3000～8000A。但是，就其产能、规模、稳定性及长远的发展前景而言，大型电解槽则比中、小电解槽显示出不可比拟的优势，而且大型电解槽便于实现自动化程度更高，装备更完善的改进升级，适于集约化、规模化生产的，这对稳定生产工艺和产品质量，降低生产成本，提高生产效率有着重要意义。因此，规模为万安培的槽型已在国内一些企业相继开始投产运行。但液态稀土金属/合金自动出槽成为制约生产顺利进行的一个重要关键。因为，仍采用人工出端锅或舀出等简单出炉方式，劳动强度将很大，能耗高、辅材消耗大、槽况受人为影响等弊端更为凸显。
国内目前的电解槽产业化生产中，槽中电解的稀土金属液出炉方式主要还是采用钛勺人工舀出或用不锈钢坩埚钳夹出方式。人工出炉存在时间长、槽体热量损失较多、槽况波动大、工人劳动强度大、辐射热量大、操作环境恶劣等缺点，导致电解不连续、生产成本偏高、产品质量的稳定性差。为此，在稀土熔盐电解领域中，出金属装置已被广泛研究和应用（如中国专利01209185.5、专利号200520127615.7等）。但存在的问题有：（1）极易发生稀土金属冷凝在虹吸管及进炉端口堵塞，极难清理，这与虹吸管形状、长短以及无保温措施有关。（2）熔融态金属进入真空出炉包时无法确定何时虹吸完毕而停止虹吸操作。（3）在整个出炉过程中，真空出炉包热量扩散快，还需反复开拆、密封导致操作困难、劳动强度大。（4）美国的Shedd E S和Goldsmith J R提出的预埋钼引出管电加热后流出和氮化硼虹吸管虹吸方法，但存在出槽时需要在密封体系中、氩气保护状态下、仅适用于低熔点的稀土金属和虹吸管的制作工艺复杂、成本较高，且易发生金属堵塞管道或吸管骤冷骤热，因此，这两种出炉方式在实际生产中也难以得到推广和应用，更不适用于我国敞口体系下大型化稀土电解的实际生产。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温熔盐电解稀土金属出槽装置及方法，保证了金属液能顺利地从电解槽到浇铸到铸模，避免了浇铸后稀土金属取出及浇铸室的密封困难，适宜于现场作业。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高温熔盐电解稀土金属出槽装置，包括带金属液出口31的真空储液包3，真空储液包3紧固于翻转式升降平台车2上，真空储液包3的一端与插入熔盐电解槽中的虹吸管1连通，另一端通过金属波纹管4与真空缓冲罐5连通，真空缓冲罐5接有真空泵7。
所述真空储液包3为外部带保温层的中空长方体结构，其内部设置有斜度挡板32，斜度挡板32的上方设置有水平的高度挡板33。
所述虹吸管1和金属波纹管4分别与真空储液包3上两个相对的水平端连接，所述金属液出口31设置于斜度挡板32的倾斜面上延伸线上，金属液出口31配置有封口螺母。
所述高度挡板33为设置于真空储液包3的出液极限位置。
所述真空储液包3顶部相对于高度挡板33设置有石英玻璃视窗34。
所述翻转式升降平台车2的翻转角度大于等于斜度挡板32的倾斜角度。
所述虹吸管1为直线圆角虹吸管，由钛基材料制成。
所述虹吸管1管道外设置有进行控温的辅助加热或者保温装置。
所述翻转式升降平台车2在熔盐电解槽和浇铸模具之间移动。
本发明还提供了利用所述高温熔盐电解稀土金属出槽装置的方法，包括如下步骤：
通过翻转式升降平台车2将真空储液包3移至熔盐电解槽附近，保持金属液出口31密封；
堵住虹吸管1的管口，开启真空泵7，进行抽真空；
待熔盐电解槽中原料电解完全之后，调节虹吸管1的行程至熔盐电解槽槽底上方10～20mm，并深入槽内预热1min～2min；
打开虹吸管1与真空储液包3间的阀门，开始抽取金属液，抽取完毕后切断真空泵7，将虹吸管1提离出熔盐电解槽；
打开真空储液包3上的金属液出口31，控制翻转式升降平台车2侧翻，使得金属液平稳流出逐个浇铸各模具。
与现有技术相比，本发明利用虹吸原理，使熔融态的金属液吸入真空储液包，随之对多个铸模进行浇铸。通过该出槽方法操作能实现电解连续、减少了出炉时间、槽体热量损失、槽况波动、辐射热量等，克服了工人劳动强度大、操作环境恶劣等缺点，降低了生产成本、提高了产品质量，且稳定性好。而且，保证了金属液顺利从电解槽到浇铸到铸模，又避免了浇铸后稀土金属取出及浇铸室的密封困难，不易于为现场所接受的问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2为本发明真空储液包示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种高温熔盐电解稀土金属出槽装置，包括带金属液出口31的真空储液包3，真空储液包3紧固于翻转式升降平台车2上，真空储液包3的一端与虹吸管1连通，另一端通过金属波纹管4与真空缓冲罐5连通，真空缓冲罐5通过真空连接管6接真空泵7。虹吸管1为直线圆角虹吸管，由高温耐热、抗腐蚀、导热系数小、易于制作，且不影响产品质量的钛基材料制成，虹吸管1插入电解槽熔盐中的深度可根据需求自由调整。在虹吸管1管道外，需加装一定长度的辅助加热或者保温设施进行控温。金属波纹管4为具有较高的力学性能、优良的冲压性能、高温耐热、抗腐蚀、导热系数小、易于制作，且不影响产品质量的钛或钛合金材料制成。
如图2所示，真空储液包3为外部带保温层的中空长方体结构，其内部设置有斜度挡板32，斜度挡板32的上方设置有水平的高度挡板33。虹吸管1和金属波纹管4分别与真空储液包3上两个相对的水平端连接，金属液出口31设置于斜度挡板32的倾斜面上延伸线上，位于真空储液包3的出液极限位置。金属液出口31配置有封口螺母用于将其密封。真空储液包3顶部相对于高度挡板33设置有石英玻璃视窗34，便于观察控制出液限。在真空储液包外需加装辅助加热或者保温设施进行控温。
翻转式升降平台车2在熔盐电解槽和浇铸模具之间移动，实现浇铸。其翻转角度应至少与真空储液包3内的斜度挡板32的角度相平齐，斜度挡板32的倾斜角度在本实施例中取25°。
设备连接完毕之后，确定电源线连接情况正常，即可开启真空泵7和真空缓冲罐5。然后用预备好的塞子堵住虹吸管1管口，并用封口螺母密封金属液出口31，同时密封放气口。开启真空缓冲罐5与真空储液包3联通阀，检查虹吸管1的接口、真空泵7以及各管口连接部位保证无漏气现象。
正式虹吸前，可进行模拟试抽，准确测量好电解槽高度后调节虹吸管1行程至槽底上方10～20mm，模拟操作整个过程，确定无异常（操作多次之后，达到熟练程度，便可无需模拟操作），即可开始准备操作虹吸出槽。
在电解过程金属液出槽时，仅停止正常加料，可不停止电解操作。在出金属前，搅动槽底，判断原料是否完全电解（如若未完全电解，待电解完全之后在进行相关操作）。确定电解完全之后，将翻转式升降平台车2开至槽边适当位置，打开翻转式升降平台，调节虹吸管1使得进入槽体熔盐内，高度控制在炉底上方10～20mm，让虹吸管1深入槽内预热1min～2min。而后开启虹吸管1与真空储液包3间阀门，开始抽取金属液。抽液中应注意观察稀土金属（合金）和熔盐电解质的流入情况，当真空储液包3内液体上升到高度挡板33位置处时（通过石英玻璃视窗34判断）表示抽金属完毕，随即切断真空泵7，断掉电源，然后使虹吸管1缓慢提离出电解槽。
随后打开金属液出口31密封帽，再操纵翻转式升降平台车2侧翻，通过浇铸口平稳流出稀土金属液逐个浇铸各模具。
浇铸完成后关闭所有开关，进入下一次出槽准备。
Claims (10)
1.一种高温熔盐电解稀土金属出槽装置，包括带金属液出口（31）的真空储液包（3），其特征在于，真空储液包（3）紧固于翻转式升降平台车（2）上，真空储液包（3）的一端与插入熔盐电解槽中的虹吸管（1）连通，另一端通过金属波纹管（4）与真空缓冲罐（5）连通，真空缓冲罐（5）接有真空泵（7）。
2.根据权利要求1所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述真空储液包（3）为外部带保温层的中空长方体结构，其内部设置有斜度挡板（32），斜度挡板（32）的上方设置有水平的高度挡板（33）。
3.根据权利要求2所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述虹吸管（1）和金属波纹管（4）分别与真空储液包（3）上两个相对的水平端连接，所述金属液出口（31）设置于斜度挡板（32）的倾斜面上延伸线上，金属液出口（31）配置有封口螺母。
4.根据权利要求2所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述高度挡板（33）为设置于真空储液包（3）的出液极限位置。
5.根据权利要求2所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述真空储液包（3）顶部相对于高度挡板（33）设置有石英玻璃视窗（34）。
6.根据权利要求2所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述翻转式升降平台车（2）的翻转角度大于等于斜度挡板（32）的倾斜角度。
7.根据权利要求1所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述虹吸管（1）为直线圆角虹吸管，由钛基材料制成。
8.根据权利要求1或7所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述虹吸管（1）管道外设置有进行控温的辅助加热或者保温装置。
9.根据权利要求1所述的高温熔盐电解稀土金属出槽装置，其特征在于，所述翻转式升降平台车（2）在熔盐电解槽和浇铸模具之间移动。
10.利用权利要求1所述高温熔盐电解稀土金属出槽装置的方法，包括如下步骤：
通过翻转式升降平台车（2）将真空储液包（3）移至熔盐电解槽附近，保持金属液出口（31）密封；
堵住虹吸管（1）的管口，密封放气口，开启真空泵（7），进行抽真空；
待熔盐电解槽中原料电解完全之后，调节虹吸管（1）的行程至熔盐电解槽槽底上方10～20mm，并深入槽内预热1min～2min；
打开虹吸管（1）与真空储液包（3）间的阀门，开始抽取金属液，抽取完毕后切断真空泵（7），将虹吸管（1）提离出熔盐电解槽；
打开真空储液包（3）上的金属液出口（31），控制翻转式升降平台车（2）侧翻，使得金属液平稳流出逐个浇铸各模具。
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