稀土熔鹽電解爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稀土生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種用于稀土金屬及稀土合金生產(chǎn)的稀土熔鹽電解爐。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的稀土熔鹽電解爐有多種的結(jié)構(gòu)，例如陰極上置、陰極下置和液態(tài)下陰極等結(jié)構(gòu)，其中陰極上置的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品得率和質(zhì)量較高，而陰極下置的結(jié)構(gòu)則被認(rèn)為是大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展方向。
[0003]現(xiàn)有的電解爐均面臨使用壽命較短的技術(shù)問(wèn)題，通常僅有3、4個(gè)月，但是從中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN1073170C的資料顯示，從一周之后，電解爐的產(chǎn)量即開(kāi)始降低，電流強(qiáng)度下降、電阻率上升，能耗增加?，F(xiàn)有技術(shù)中采用了多種方法以克服該技術(shù)問(wèn)題。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN1090247C記載了一種生產(chǎn)稀土金屬及合金的熔鹽電解槽，采用了碳結(jié)打結(jié)層的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抗氧化的效果。采用石墨粉、石油焦、氧化鋁及稀土氧化物或氟化物等組分制成。但是該方案的碳及非稀土雜質(zhì)含量偏高，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，且爐體熱平衡不易控制，容易造成爐溫偏高。
[0005]日本專(zhuān)利昭61-253391記載了一種熔鹽電解裝置及相關(guān)組件，生產(chǎn)稀土釹，采用了在電解槽內(nèi)襯鎢、鉬等價(jià)格昂貴金屬材料的方案，配合充惰性氣體的密封電解槽結(jié)構(gòu)，存在的問(wèn)題是生產(chǎn)成本較高。而且在稀土氧化物生產(chǎn)線(xiàn)路中，在直流電場(chǎng)的作用下，會(huì)生成氧氣并與石墨反應(yīng)生成一氧化碳(CO)及二氧化碳(C02)，因此僅靠填充惰性氣體，也難以起到抗氧化的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種稀土熔鹽電解爐，能夠較大程度上延長(zhǎng)電解爐的使用壽命，優(yōu)選的方案中，還能夠提高單一稀土金屬或稀土合金的產(chǎn)品質(zhì)量。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種稀土熔鹽電解爐，包括鋼套，電解槽設(shè)于鋼套內(nèi)，陽(yáng)極設(shè)于電解槽內(nèi)，陰極位于電解槽內(nèi)，陰極上設(shè)有集氣罩；
所述的集氣罩中，絕緣材質(zhì)的罩體通過(guò)固定架安裝在陰極上。
[0008]優(yōu)選的方案中，所述的陽(yáng)極成筒形結(jié)構(gòu)；或者多個(gè)陽(yáng)極布置成筒形結(jié)構(gòu)；筒形結(jié)構(gòu)橫截面為圓形或多邊形；
陰極位于陽(yáng)極內(nèi)，罩體底部與陽(yáng)極之間形成用于進(jìn)料的狹縫。
[0009]優(yōu)選的方案中，罩體與陰極之間設(shè)有用于供桿狀工具通過(guò)和排氣的通路。
[0010]優(yōu)選的方案中，罩體上方沿著圓周均布有多個(gè)進(jìn)料口，以使原料落在罩體上，并沿狹縫進(jìn)入到電解槽內(nèi)。
[0011]優(yōu)選的方案中，罩體的頂端和底端之間通過(guò)平滑曲面過(guò)渡，罩體從上至下的切線(xiàn)與陰極軸線(xiàn)之間的夾角逐步增大。
[0012]優(yōu)選的方案中，在電解槽上方朝向內(nèi)側(cè)設(shè)有氣刀管，氣刀管上設(shè)有朝向內(nèi)側(cè)的噴氣縫隙，多個(gè)保護(hù)氣管與氣刀管連接。
[0013]優(yōu)選的方案中，在電解槽頂部還設(shè)有防氧化層。
[0014]優(yōu)選的方案中，在電解槽與鋼套之間設(shè)有填料層。
[0015]優(yōu)選的方案中，陽(yáng)極表面設(shè)有復(fù)合石墨襯套，復(fù)合石墨襯套由導(dǎo)電膨化石墨繩編織而成。
[0016]優(yōu)選的方案中，導(dǎo)電膨化石墨繩由多根導(dǎo)電膨化石墨帶轉(zhuǎn)捻制成，每根導(dǎo)電膨化石墨帶內(nèi)卷繞有碳纖維線(xiàn)。
[0017]本發(fā)明提供的一種稀土熔鹽電解爐，通過(guò)設(shè)置的集氣罩引走電解反應(yīng)生成的氧氣(O2)及一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)與保護(hù)氣管引入的惰性氣體，例如氮?dú)?N2)保護(hù)氣氛，降低了電解爐中石墨陽(yáng)極的氧化速度，采用該結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了電解爐的使用壽命一倍以上，大幅降低了生產(chǎn)成本。優(yōu)選的方案中，設(shè)置的復(fù)合石墨襯套進(jìn)一步延長(zhǎng)了電解爐的使用壽命。且當(dāng)電解爐的生產(chǎn)率下降，僅需更換復(fù)合石墨襯套即可，也進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。復(fù)合石墨襯套的耐溫、抗氧化性能也高于普通石墨電極。設(shè)置的集氣罩還有利于均勻進(jìn)料，避免因進(jìn)料影響到稀土金屬的質(zhì)量。本發(fā)明尤其適用于大電流的氧化物熔鹽電解生產(chǎn)，例如高于5000A的大電流氧化物熔鹽電解爐。設(shè)置的集氣罩也有效避免了出現(xiàn)爐體熱平衡不佳的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]圖1為本發(fā)明的剖視示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明中復(fù)合石墨襯套的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明中導(dǎo)電膨化石墨繩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明中集氣罩的局部放大示意圖。
[0023]圖中:鋼套1，填料層2，電解槽3，陽(yáng)極4，復(fù)合石墨襯套5，導(dǎo)電膨化石墨帶51，碳纖維線(xiàn)52，保護(hù)氣管6，氣刀管7，進(jìn)料口 8，集氣罩9，罩體91，固定架92，陰極10，防氧化層11，虹吸管12，收集皿13。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1~4中，一種稀土熔鹽電解爐，包括鋼套1，電解槽3設(shè)于鋼套I內(nèi)，優(yōu)選的方案中，在電解槽3頂部還設(shè)有防氧化層11。電解槽3可以為石墨塊襯砌的槽體，或者表面覆蓋有例如鎢、鉬等耐高溫金屬的槽體，又或者采用硅基陶瓷槽體，例如碳化硅陶瓷及氮化硅陶瓷槽體，本例中優(yōu)選采用石墨槽。
[0025]石墨材質(zhì)的陽(yáng)極4設(shè)于電解槽3內(nèi)，優(yōu)選的方案中，所述的陽(yáng)極4成筒形結(jié)構(gòu)；或者多個(gè)陽(yáng)極4布置成筒形結(jié)構(gòu)；筒形結(jié)構(gòu)的橫截面為圓形或多邊形，例如矩形或六邊形。
[0026]優(yōu)選的陽(yáng)極4與升降裝置連接，以便于在陽(yáng)極4損耗之后隨之降低陽(yáng)極4的高度，以確保生產(chǎn)效率。本例中陽(yáng)極4與電解槽3的底部設(shè)有間距。
[0027]鎢、鉬等金屬材質(zhì)制成的陰極10位于電解槽3內(nèi)。具體的，陰極10位于陽(yáng)極4的筒形結(jié)構(gòu)之內(nèi)，如圖1中所示，收集皿13位于陰極10的正下方。收集皿13的邊緣高于電解槽3的底部凹槽。以阻擋雜質(zhì)成分進(jìn)入到收集皿13內(nèi)。
[0028]如圖1、4中，在陰極10上設(shè)有集氣罩9，罩體91底部與陽(yáng)極4之間形成用于進(jìn)料的狹縫。優(yōu)選的陰極10與升降裝置連接，以便于使陰極和集氣罩升起，利于初始進(jìn)料和出爐。設(shè)置的集氣罩9便于將反應(yīng)生成的氧氣及一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)收集并排出到集氣罩9的頂部，通過(guò)降低氧氣含量來(lái)保護(hù)石墨槽和石墨電極。該結(jié)構(gòu)還適用于氯化物熔鹽電解法中，利于收集生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒氣體進(jìn)行無(wú)害化處理。優(yōu)選的，可以在集氣罩9頂部連接氣體收集裝置，形成一定的負(fù)壓，從而確保整個(gè)電解槽3內(nèi)的氣體均從集氣罩9的底部吸入，然后從集氣罩9的頂部排出。罩體91底部與陽(yáng)極4之間形成的狹縫寬度在不影響進(jìn)料的情況下，應(yīng)盡可能的小，本例中采用15mm。
[0029]優(yōu)選的方案如圖1中，在電解槽3頂部設(shè)有保護(hù)氣管6 ;優(yōu)選的方案中，在電解槽3上方朝向內(nèi)側(cè)設(shè)有氣刀管7，氣刀管7上設(shè)有朝向內(nèi)側(cè)的噴氣縫隙，多個(gè)保護(hù)氣管6與氣刀管7連接。由此結(jié)構(gòu)，接入氮?dú)?、氬氣等保護(hù)氣體，進(jìn)一步降低了陽(yáng)極4和石墨槽的氧化速率，延長(zhǎng)了整個(gè)電解爐的使用壽命。保護(hù)氣體從氣刀管7成面狀被噴出后，在集氣罩9頂部負(fù)壓的影響下，從集氣罩9底部進(jìn)入，從集氣罩9頂部被排出，形成U形路徑，將陽(yáng)極4和石墨槽與空氣隔開(kāi)，避免空氣中的氧氣接觸陽(yáng)極4和石墨槽，并將電解過(guò)程中產(chǎn)生的氧氣排出。在本例中，陽(yáng)極的損耗僅限于浸沒(méi)在熔鹽中的部分，通過(guò)不斷降低陽(yáng)極4，即可確保連續(xù)生產(chǎn)。
[0030]如圖4中，所述的集氣罩9中，絕緣材質(zhì)的罩體91通過(guò)固定架92安裝在陰極10上，罩體91底部直徑大于罩體91頂部直