可降低电耗的阴极固定装置的制作方法

本实用新型涉及一种可降低电耗的阴极固定装置，应用于稀土金属生产中。

背景技术：

熔盐电解是生产单一稀土金属、混合稀土金属及稀土合金的主要方式。其主要采用氟化物熔盐电解体系，使用的装置主要是3000～8000安的中型电解槽和万安以上的大型电解槽，其槽型结构根据阴阳极分布特点分为两种，阴阳极纵向分布式和横向分布式。当前工业生产中，主要采用阴阳极横向分布式的上插式电解槽，其阴极分为两种，一种是不耗阴极，采用钨棒或钼棒，用于生产稀土金属钕、镨钕等；另一种是自耗阴极，主要采用铁棒，用于生产稀土铁合金。

目前生产镝铁、钬铁、钆铁等稀土铁合金的电解槽使用的阴极主要是纯铁棒。在电解过程中，将阴极铁棒固定在安装支架上，并将其底端插入电解液中，随着阴极铁棒不断被消耗，在阴极表面与稀土金属形成合金。

然而具体生产过程中，在阴极被消耗的过程中，底端会慢慢形成一个锥形棒尖，这样会严重阻碍稀土电解过程，极大地增加了阴阳极间距和阴极电阻，造成槽电压不断升高，电能消耗增大，电流效率大大降低，同时熔盐温度不断升高，阴极铁棒溶解消耗加快，在成本增加的同时产品合格率也很低；为了缓解上述问题，需要用把阴极棒从熔盐中取出来，再采用人工的方式冒着高温烫伤的风险剪掉锥形阴极铁棒尖，调节阴极棒在安装支架上的固定位置，最后重新将阴极棒插入预设的深度进行电解，过程繁琐、大大增大了电解操作难度。与此同时，由于阴极连接设置在安装支架上，在电解过程中，阴极发热会通过传导使安装支架发热、温度升高，安装支架温度升高反作用使阴极温度进一步升高、同时其本身的电阻也会升高，从而大大增加了电耗。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够保持稳定的阴阳极间距，保证槽电压和能耗稳定、避免熔盐温度升高和阴极快速溶解；同时，能够保证固定阴极的安装支架温度和电阻稳定、保持电耗稳定的可降低电耗的阴极固定装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种可降低电耗的阴极固定装置，包括安装支架，所述安装支架上设有阴极固定臂，所述阴极固定臂通过定位部件固定在安装支架上，且阴极固定臂端部安装阴极管，所述阴极管的中轴线与阴极固定臂的长度方向垂直；所述阴极固定臂包括散热铜板和设在散热铜板两侧的水冷换热片Ⅰ和水冷换热片Ⅱ，每个水冷换热片中皆往复式布设水冷管，水冷换热片Ⅰ和水冷换热片Ⅱ中的水冷管连接到一起，且其中一个水冷管从其所在的水冷换热片Ⅰ引出的位置设有进水口，另一个水冷管从其所在的水冷换热片Ⅱ引出的位置设有出水口。

进一步的，还包括升降机构，所述升降机构为丝杠螺母机构，且丝杠螺母机构包括设在安装支架中的滚珠丝杆和设在阴极固定臂端部的丝杆滑块，所述丝杆滑块套在滚珠丝杆上且可顺着滚珠丝杆上下滑动，所述滚珠丝杆由电机驱动旋转。

优选的，所述定位部件包括套筒和顶紧手柄，所述套筒焊接在阴极固定臂的端部，且套在安装支架上，顶紧手柄前端的螺柱从外部穿过套筒，并顶在安装支架上。

优选的，所述阴极管为圆管形，且内径d₁与外径d₂的关系为

优选的，所述阴极管由纯铁制成。

优选的，所述安装支架底部设有万向滚轮。

本实用新型结构精巧，阴极管在基本不增大阴极电阻的情况下，可以有效消除传统铁棒阴极电解过程中形成的锥形棒尖，从而始终维持合理的阴阳极间距，保持槽电压相对稳定，不会有多余的能耗，从而减小了熔盐电解的温度波动，提升了稀土电解的电流效率，在降低能耗的同时避免了阴极的快速溶解损耗、在避免浪费的同时提升了产品合格率，在这个过程中，不用人工剪切高温的铁棒尖，依靠升降过程调节阴极插入熔盐的深度即可；通过水冷管的进水口向两个水冷换热片中通入冷却水，由于水冷管往复式布设在水冷换热片中，可以增大冷却水与两片水冷换热片的接触面积、提高了降温的效果，由于水冷换热片Ⅰ和水冷换热片Ⅱ包覆散热铜板，可以迅速为散热铜板降温，并且散热铜板本身由铜制成，热传导效率高，充分保证了散热效率，从而避免部件由高温引起的电阻升高，提升了电流效率，降低了能耗。

附图说明

图1是阴极管固定到阴极固定臂上的结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本实用新型整体安装的结构示意图；

图5是本实用新型采用的阴极管示意图；

图6是阴极管插入熔盐电解逐步消耗的剖面图；

图7是现有阴极插入熔盐消耗后的结构示意图；

图中，1.安装支架，2.阴极固定臂，2-1.散热铜板，2-2.水冷换热片Ⅰ， 2-3.水冷换热片Ⅱ，2-4.水冷管，2-4a.进水口，2-4b.出水口，3.阴极管， 4.套筒，5.顶紧手柄，6.万向滚轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-图7所示是可降低电耗的阴极固定装置，包括安装支架1，所述安装支架1上设有阴极固定臂2，所述阴极固定臂2通过定位部件固定在安装支架1 上，且阴极固定臂2端部安装阴极管3，所述阴极管3的中轴线与阴极固定臂2 的长度方向垂直；所述阴极固定臂2包括散热铜板2-1和设在散热铜板2-1两侧的水冷换热片Ⅰ2-2和水冷换热片Ⅱ2-3，每个水冷换热片中皆往复式布设水冷管 2-4，水冷换热片Ⅰ2-2和水冷换热片Ⅱ2-3中的水冷管2-4连接到一起，且其中一个水冷管2-4从其所在的水冷换热片Ⅰ2-2引出的位置设有进水口2-4a，另一个水冷管2-4从其所在的水冷换热片Ⅱ2-3引出的位置设有出水口2-4b。

优选的，还可以包括升降机构，所述升降机构为丝杠螺母机构，且丝杠螺母机构包括设在安装支架1中的滚珠丝杆和设在阴极固定臂2端部的丝杆滑块，所述丝杆滑块套在滚珠丝杆上且可顺着滚珠丝杆上下滑动，所述滚珠丝杆由电机驱动旋转。电机旋转可以驱动安装支架1中的滚珠丝杆旋转，丝杆滑块与其配合上下移动，同时带动阴极固定臂2上下平行移动。

优选的，所述定位部件包括套筒4和顶紧手柄5，所述套筒4焊接在阴极固定臂2的端部，且套在安装支架1上，顶紧手柄5前端的螺柱从外部穿过套筒4，并顶在安装支架1上。采用这样的方式即可将阴极固定臂2固定在安装支架1 上，且阴极固定臂2在安装支架1上的位置可以自由调节。

优选的，所述阴极管3为圆管形，且内径d₁与外径d₂的关系为经试验证实，采用这样的形状和尺寸能够保证稳定的电解速度。

优选的，所述阴极管3由纯铁制成。

优选的，所述安装支架1底部设有万向滚轮6。安装支架1可以根据生产要求依靠万向滚轮6移动到需要的位置进行电解。

生产过程中，将阴极管3固定在阴极固定臂2上，并调整定位部件，松开顶紧手柄5，将套筒4顺着安装支架1移动到需要的位置，直至阴极管3插入熔盐中预设的深度，旋入顶紧手柄5，顶住安装支架1，即可进行电解过程。在这一过程中，如图6所示，阴极管3的管壁会被逐步消耗，管壁逐步变薄，管体长度变小，但不会像传统的阴极棒那样形成图7示出的锥形棒尖，从而可以维持合理的阴阳极间距，保持槽电压相对稳定，不会有多余的电能消耗，从而减小了熔盐电解的温度波动，提升了稀土电解的电流效率，在降低能耗的同时稳定的温度也避免了阴极的快速溶解损耗、在避免浪费的同时有效提升了产品合格率。在电解的过程中不需要人工剪切电极，间隔一段时间通过定位部件调整阴极固定臂2 在安装支架1上的位置，使阴极固定臂2向下平移保证阴极管3在熔盐中的深度稳定即可。此外，如图1-图3所示，由于阴极固定臂2包括散热铜板2-1和设在散热铜板2-1两侧的水冷换热片Ⅰ2-2和水冷换热片Ⅱ2-3，散热铜板2-1可以有效散热，通过水冷管2-4的进水口2-4a向两个水冷换热片中通入冷却水，由于水冷管2-4往复式布设在水冷换热片Ⅰ2-2和水冷换热片Ⅱ2-3中，可以增大冷却水与两片水冷换热片的接触面积、提高了降温的效果，由于水冷换热片Ⅰ2-2和水冷换热片Ⅱ2-3包覆散热铜板2-1，可以迅速为散热铜板2-1降温，并且散热铜板2-1本身由铜制成，热传导效率高，充分保证了散热效率，从而快速降温、避免高温导致的电阻升高，提升了电流效率，降低了能耗。优选的，本实用新型可以直接与冷却水循环系统连接，即将进水口2-4a与水泵连接，出水口2-4b与制冷水箱连接，运行时水泵将制冷水箱中的冷水吸出并通过进水口2-4a送至水冷管2-4，水从出水口2-4b出来后再进入制冷水箱被冷却，从而实现循环冷却。