CN107675211A - 控温式稀土电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控温式稀土电解槽，包括炉体，炉体包括炉膛，炉膛的外部设有外钢套，炉膛的外壁与外钢套之间设有保温材料，炉底放置有收集稀土金属的钼或钨坩锅；炉壁内表面附着有弧形或方形石墨块作为阳极，阳极与所述炉口处设置的阳极导电支架固定连接；采用钨钼棒作为阴极插入熔炼中心区，炉壁上部与阳极之间安装有测温传感器，炉底下部安装有辅助加热装置，由测温传感器、辅助加热装置、控制器构成温度闭环控制系统。炉壁的外部安装有内钢套，内钢套为由耐高温不锈钢板制作成的空心密封腔体。具有保温隔热、炉内温度均衡、节能环保、操作简单等特点，使用后杜绝了积底和阳极效用现象发生、受作业干扰后炉温恢复迅速，稀土金属产品质量得到提升。

Description

控温式稀土电解槽

技术领域

本发明涉及一种用于稀土熔盐电解工艺的电解设备，尤其涉及一种控温式稀土电解槽。

背景技术

稀土熔盐电解工艺是稀土金属(合金)生产制备的主流方法，电解槽作为该工艺的主要设备，其结构直接影响稀土金属产品质量、工作效率和生产成本。氧化稀土在熔盐助融时，电解设备内的熔炼温度在1050℃左右，电解过程中维持一个均衡、稳定的熔炼温度，是电解工艺正常进行的前提条件之一。

现行稀土电解槽一般是采用石墨材料做炉膛，由内钢套包围，在炉外壳和内钢套中间填充有耐火材料砖、石棉一类保温物质；炉膛周边装有石墨阳极，炉膛中间插入钨钼合金棒作为阴极，炉膛内盛有熔盐，在阴极、阳极极间电场的作用下，熔盐作为电阻发热呈熔融态，同时维持电解过程所需的温度。存在的问题：1、炉膛内各点温度差异很大，主要原因是：①敞开的炉口是散热通道，形成热量集中点，较炉膛中部温度高；②阴、阳极端点电流强度最大，发热温度也最高；③炉底电流强度最弱，发热温度最低。各点温度通过炉口和炉壁向外部散发热量，由于无自行均衡调节功能，因此沿电极垂直方向存在较大的温度差，炉膛内温度极不均匀。2、加料、出炉、搅拌以及阳极消耗等工况变化，引起炉内温度上升或下降。由于没有自动控温调节措施，电解过程的温度一直处于波动状态。

由此可见，现行电解槽无法做到炉内各点温度均衡，也无法做到熔炼过程温度恒定。上述问题使稀土电解槽工况不稳定、只能凭经验操作、无规律可循，是导致金属产品质量差、收率低、电耗高的主要原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种炉内温度均衡的控温式稀土电解槽。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的控温式稀土电解槽，包括炉体，所述炉体包括炉膛，所述炉膛的外部设有外钢套，所述炉膛的外壁与所述外钢套之间设有保温材料，所述炉膛包括炉底和上方敞口的炉壁，所述炉壁的上部设有炉盖板，所述炉壁与炉盖板之间设有刚玉绝缘板，所述炉盖板对应炉壁敞口的部位设有炉口，所述炉口下方由炉壁和炉底围成的区域为熔炼区；

所述炉底放置有收集稀土金属的钼或钨坩锅；

所述炉壁内表面附着有弧形或方形石墨块作为阳极，所述阳极与所述炉口处设置的阳极导电支架固定连接；

采用钨钼棒作为阴极插入熔炼中心区，所述钨钼棒的下端与炉底留有距离；

所述炉壁上部与阳极之间安装有测温传感器，所述炉底下部安装有辅助加热装置，由测温传感器、辅助加热装置、控制器构成温度闭环控制系统。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的控温式稀土电解槽，具有保温隔热、炉内温度均衡、节能环保、操作简单等特点，使用后杜绝了积底和阳极效用现象发生、受作业干扰后炉温恢复迅速，稀土金属产品质量得到提升。

附图说明

图1为本发明实施例提供的控温式稀土电解槽的结构示意图。

图中：

1.外钢套，2.保温材料，3.密封腔体，4.炉膛内壁，5.刚玉绝缘板，6.炉盖板，7.阳极(石墨板)，8.阳极导电支架，9.阴极(钨钼棒)，10.测温传感器，11.熔炼区，12.坩锅，13.辅助加热装置，14.控制器；A.炉口，B.炉底。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的控温式稀土电解槽，其较佳的具体实施方式是：

包括炉体，所述炉体包括炉膛，所述炉膛的外部设有外钢套，所述炉膛的外壁与所述外钢套之间设有保温材料，所述炉膛包括炉底和上方敞口的炉壁，所述炉壁的上部设有炉盖板，所述炉壁与炉盖板之间设有刚玉绝缘板，所述炉盖板对应炉壁敞口的部位设有炉口，所述炉口下方由炉壁和炉底围成的区域为熔炼区；

所述炉底放置有收集稀土金属的钼或钨坩锅；

所述炉壁内表面附着有弧形或方形石墨块作为阳极，所述阳极与所述炉口处设置的阳极导电支架固定连接；

采用钨钼棒作为阴极插入熔炼中心区，所述钨钼棒的下端与炉底留有距离；

所述炉壁上部与阳极之间安装有测温传感器，所述炉底下部安装有辅助加热装置，由测温传感器、辅助加热装置、控制器构成温度闭环控制系统。

所述炉壁的外部安装有内钢套，所述内钢套为由耐高温不锈钢板制作成的空心密封腔体。

所述炉体为敞口式圆柱形结构，或者是长条两端半园型结构，或者是长方型结构；

所述炉壁和炉底由碳素材料一次加工成型。

整个炉膛由炉底处规则分布竖立的耐高温材料支撑。

本发明的控温式稀土电解槽，具有采用空腔自均衡温度结构、温度连续监测、具有主动辅助加热功能、温度闭环控制。

炉底放置有钼或钨坩锅用于稀土金属的收集；外钢套安装在炉体外壁起固定炉体作用；炉壁上部与阳极之间安装有测温传感器，用于炉内侧面温度的连续监测；炉底下部安装有辅助加热装置；由测温传感器、辅助加热装置、控制器构成温度闭环控制，保证炉体底部合适的温度，杜绝结底现象；整个炉膛由炉底处规则分布竖立的耐高温材料支撑，避免保温材料在高温下收缩致使炉体塌陷。

具体实施例：

如图1所示，在阴极、阳极电场作用下，电流通过熔盐体电阻发热在熔炼区产生高温，一般情况是阴极末端温度最高，炉口温度次之，炉底温度最低。炉内温度均通过炉壁向炉外壳方向发散，对炉内温度而言，既不保温也不调温，仍然是不均衡。

在炉膛和保温材料之间，按圆周方向增加一圈耐高温钢制结构密封腔体3，熔炼过程中，炉内各点温度沿炉壁传递，当传递到密封腔体体内侧时，空腔阻断温度传递通道，迫使温度沿炉壁上下发散，强制性均衡炉内上下部分的温度，使炉内垂直各点温度一致；另一方面，密封腔体体内空气也吸收热量，在空腔内均衡上下各点温度，同时也抑制热量散发，具有保温隔热的效果；

在炉侧安装测温传感器10、炉底下部安装辅助加热装置13，电解炉内上下各点温度的均衡由密封腔体3实现，当炉内平均温度过高或过低时则由改变电解电流大小来调节，而炉底(坩锅周边)则是温度调节的盲区，特别是在加料、出炉、搅拌以及更换阳极等工况变化时，引起炉底温度下降，如果未能及时恢复底部温度，则会导致积底、阳极效应等故障，严重时报废炉体。

本方案由测温传感器、辅助加热装置、控制器构成温度闭环控制。测温传感器连续采集炉内(底)温度情况并将数据反馈至控制器，控制器结合温度动态平衡算法控制辅助加热装置发热量的大小。当炉底温度偏低时，加大辅助加热装置功率输出，使炉底温度上升；当炉底温度过高时，减少辅助加热装置功率输出，使炉底温度下降，炉底温度始终保持在合适范围，不受工况变化的影响。

以上所述仅为本发明的基本原理，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明已试验应用，实践表明，控温式稀土电解槽具有保温隔热、炉内温度均衡、节能环保、操作简单等特点，使用后杜绝了积底和阳极效用现象发生、受作业干扰后炉温恢复迅速，稀土金属产品质量得到提升。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种控温式稀土电解槽，其特征在于，包括炉体，所述炉体包括炉膛，所述炉膛的外部设有外钢套，所述炉膛的外壁与所述外钢套之间设有保温材料，所述炉膛包括炉底和上方敞口的炉壁，所述炉壁的上部设有炉盖板，所述炉壁与炉盖板之间设有刚玉绝缘板，所述炉盖板对应炉壁敞口的部位设有炉口，所述炉口下方由炉壁和炉底围成的区域为熔炼区；

所述炉底放置有收集稀土金属的钼或钨坩锅；

所述炉壁内表面附着有弧形或方形石墨块作为阳极，所述阳极与所述炉口处设置的阳极导电支架固定连接；

采用钨钼棒作为阴极插入熔炼中心区，所述钨钼棒的下端与炉底留有距离；

所述炉壁上部与阳极之间安装有测温传感器，所述炉底下部安装有辅助加热装置，由测温传感器、辅助加热装置、控制器构成温度闭环控制系统。

2.根据权利要求1所述的控温式稀土电解槽，其特征在于，所述炉壁的外部安装有内钢套，所述内钢套为由耐高温不锈钢板制作成的空心密封腔体。

3.根据权利要求2所述的控温式稀土电解槽，其特征在于，所述炉体为敞口式圆柱形结构，或者是长条两端半园型结构，或者是长方型结构。

4.根据权利要求3所述的控温式稀土电解槽，其特征在于，所述炉壁和炉底由碳素材料一次加工成型。

5.根据权利要求1至4任一项所述的控温式稀土电解槽，其特征在于，整个炉膛由炉底处规则分布竖立的耐高温材料支撑。