一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉的制作方法

本实用新型涉及电化学冶金设备技术领域，具体涉及一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉。

背景技术：

工业界一般是将纯度在99.995％以上，即金属杂质总和在50ppm以下的钛称为高纯钛。主要应用于大规模集成电路、航空航天、医疗合金等高科技领域。目前，高纯钛的制备方法可以分为物理法和化学精炼法两大类。其中物理法主要有区域熔炼法、偏析法、高真空熔炼法、真空蒸馏法、电迁移法、电磁场提纯法、光激发精制法、电子束熔炼法等。化学精炼法主要有溶剂萃取法、置换沉淀法、氯化物精馏法、碘化物热分解法、歧化分解法、熔析精炼法、熔盐电解法等。在上述方法中,得到广泛应用和发展的有克劳尔法、碘化物热分解法、熔盐电解法和电子束熔炼法。

熔盐电解法是利用电化学原理制取纯钛的一种方法。该方法是以粗钛、钛合金或钛化合物作阳极，在一定析出电位下使原料钛溶入电解液中，并在阴极析出高纯钛。电解过程中溶出电位比钛高的杂质留在阳极上或沉淀在电解液中，溶出电位比钛低的杂质也同钛一起溶入电解液中。熔盐电解法是发展比较早的一种方法。实际生产中熔盐电解法主要作为一种精炼方法，即利用海绵钛作为阳极在熔盐中进行电解提纯。

但是在真空高温熔盐电解TiO2制备海绵钛的生产工艺过程中，在高温下电解槽内熔盐熔融并产生气化，特别是在高温真空条件下，其熔盐气化速度会大大增加；且在真空泵的抽力作用下，其熔盐蒸汽通过真空管道进入真空泵，这样就有两个致命弱点和危害：一是熔盐消耗量大，增加产生成本；二是熔盐进入真空泵内，对真空泵设备产生严重的腐蚀和磨损，致使真空泵的工作寿命大大降低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的是现有技术中真空高温熔盐电解TiO2制备海绵钛的过程中熔盐产生气化，消耗量大，成本高昂；同时熔盐熔融产生的熔盐蒸汽对真空泵产生腐蚀，缩短真空泵使用寿命的问题，目的在于提供一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种组合冷凝式熔盐循环装置，包括冷凝器以及设置在冷凝器外部的液冷夹套，所述冷凝器包括中空的气体通道，在气体通道内设有冷却盘，所述冷却盘与气体通道之间设有通气孔，冷却盘上设有换热管，所述液冷夹套包括液冷换热腔室，在液冷换热腔室的外壁设有进液管道和出液管道，所述换热管的进液口和出液口与液冷换热腔室连通。

优选方案，所述气体通道的顶部设有密封盖板，所述密封盖板与气体管道密封连接，在密封盖板上设有真空抽气管道。

优选方案，所述冷却盘包括第一冷却盘和第二冷却盘，第一冷却盘与第二冷却盘沿气体通道的轴线方向间隔设置，所述第一冷却盘包括支撑板，所述支撑板与气体管道连接，在支撑板上设有向上凸起的盖体，在盖体内设置所述换热管，所述支撑板上开设有通气孔，所述第二冷却盘为开口逐步缩小的漏斗形，在第二冷却盘的底部开设有通气孔，在第二冷却盘的底面设置所述换热管。

优选方案，所述换热管为直径逐步缩小的螺旋盘形管，所述换热管分别与第一冷却盘和第二冷却盘焊接连接。

优选方案，所述液冷换热腔室包括外筒体和内筒体，内筒体与外筒体之间设有容纳冷凝液的密封腔室，所述进液管道和出液管道与外筒体密封连接，出液管道位于外筒体的下部，进液管道位于外筒体的上部。

优选方案，所述支撑板环形板，所述盖体为半球形，支撑板与盖体为一体成型结构，所述第一冷却盘和第二冷却盘为铜板材质，所述换热管为铜管。

优选方案，所述第一冷却盘、第二冷却盘和换热管表面镀有钴镍合金层。

优选方案，所述进液管道设有阀门，所述阀门与进液管道螺栓连接，所述阀门用于控制进液管道的冷凝液流量。

优选方案，液冷换热腔室的顶部和底部设有安装法兰，所述密封盖板与液冷换热腔室的顶部安装法兰螺栓连接，液冷换热腔室设有热电偶温度计，所述热电偶温度计用于检测液冷换热腔室内冷凝液的温度。

另一方面，本实用新型还提供了一种电解炉，安装有上述的组合冷凝式熔盐循环装置。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本实用新型的一种组合冷凝式熔盐循环装置及安装该装置的电解炉，该装置安装在熔盐电解炉上，并与熔盐电解炉的真空气流管道连通，熔盐蒸汽在被抽真空过程中，熔盐蒸汽在本装置中快速冷却凝结形成熔盐固态颗粒，熔盐固态颗粒在重力作用下，熔盐固态颗粒就自动循环回落至熔盐电解炉中，对熔盐进行回收在利用。因此使用本装置的熔盐电解炉后，使每一个生产周熔盐消耗量从35％降至1％以下，大大降低了生产成本，同时也提高了真空泵的使用寿命，减少了真空泵的维修周期。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的组合冷凝式熔盐循环装置结构示意图；

图2为本实用新型的组合冷凝式熔盐循环装置安装在电解炉上的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-液冷换热腔室，2-进液管道，3-出液管道，4-气体通道，5-第一冷却盘，6-第二冷却盘，7-换热管，8-密封盖板，9-真空抽气管道，10-上安装法兰，11-下安装法兰，12-熔盐电解炉。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1和图2所示，本实用新型一种组合冷凝式熔盐循环装置，包括冷凝器以及设置在冷凝器外部的液冷夹套，冷凝器包括中空的气体通道4，气体通道4优选为不锈钢管，在气体通道4内设有对熔盐蒸汽进行冷却的冷却盘，冷却盘包括第一冷却盘5和第二冷却盘6，第一冷却盘5和第二冷却盘6组合成一组冷却单元。第一冷却盘5与第二冷却盘6沿气体通道4的轴线方向间隔设置，在气体通道4内根据现场生产需要可以设置多组冷却单元，多组冷却单元在气体通道4内间隔均布排列。

第一冷却盘5包括支撑板，支撑板为环形板，支撑板的外缘与气体管道4的内壁固定连接，在支撑板的中部设有向上凸起的盖体，盖体为半球形，支撑板与盖体为一体成型结构。在盖体内设置有换热管7，换热管7与盖体的内壁进行贴合连接，支撑板上开设有通气孔。第二冷却盘6为开口逐步向下缩小的漏斗形结构，第二冷却盘6位于第一冷却盘5的上方，在第二冷却盘6的底部开设有通气孔，在第二冷却盘6的底面设置有换热管7，该换热管7与第二冷却盘6的底面贴合连接。第一冷却盘5的通气孔与第二冷却盘6通气孔采用交错设置，在气体通道4内的熔盐蒸汽向上流通的过程中，熔盐蒸汽首先从第一冷却盘5的通气孔进入，然后与第二冷却盘6接触，在第二冷却盘6阻挡熔盐蒸汽流向的过程中，熔盐蒸汽的流向发生变化，这样可以增大熔盐蒸汽与第二冷却盘6的接触面积和时间，加快对熔盐蒸汽进行冷却。

换热管7为直径逐步缩小的螺旋盘形管，换热管7分别与第一冷却盘5和第二冷却盘6焊接连接，第一冷却盘5和第二冷却盘6为铜板材质，换热管7为铜管材料。由于铜材具有优良的导热性能，同时在大气、海水和某些非氧化性酸(盐酸、稀硫酸)、碱、盐溶液及多种有机酸(醋酸、柠檬酸)中，有良好的耐蚀性，因此特别适用本装置。

液冷夹套包括液冷换热腔室1，在液冷换热腔室1的外壁设有进液管道2和出液管道3，液冷换热腔室包括外筒体和内筒体，内筒体与外筒体之间设有容纳冷凝液的密封腔室，内筒体与外筒体有选为不锈钢管体，进液管道2和出液管道3与外筒体焊接密封连接，出液管道3位于外筒体的下部，进液管道2位于外筒体的上部。在使用过程中冷凝液从液冷换热腔室1下部的进液管道2进入液冷换热腔室1内，在进液管道2持续供冷凝液的过程中，液冷换热腔室1内被冷凝液充满，在冷凝液温度升高到设定值后从出液管道3排出，以此来对熔盐蒸汽进行冷却。之所以把进液通道2设置在液冷换热腔室1的下部，把出液通道3设置在液冷换热腔室1的上部是由于为了使冷凝液与熔盐蒸汽的接触面积大，接触时间长。如果冷凝液是从液冷换热腔室1的上部进的时候，冷凝液在重力的作用下顺着管壁就流出去了，与熔盐蒸汽几乎没有热交换；而从液冷换热腔室1的下部进冷凝液的时候，冷凝液是慢慢充满液冷换热腔室1，这样冷凝液可以在液冷换热腔室1内停留最长的时间，同时冷凝液与熔盐蒸汽的热交换是通过液冷换热腔室1的管壁进行，液冷换热腔室1中充满了冷凝液，热交换效率更高。

本第一冷却盘5与第二冷却盘6的换热管7的进液口和出液口与液冷换热腔室1连通，液冷换热腔室1内的冷凝液进入换热管7内对换热管7进行热交换。由于液冷换热腔室1内的冷凝液是出于流动状态，因此进入换热管7中的冷凝液也在流动，从而对换热管7进行降温，保证换热管7处于低温状态。换热管7与熔盐蒸汽进行接触的过程中，换热管7对熔盐蒸汽进行冷却，熔盐蒸汽被换热管7快速冷却凝结形成熔盐固态颗粒，熔盐固态颗粒在重力作用下，熔盐固态颗粒就自动循环回落至熔盐电解炉12中。因此解决了熔盐消耗量大，生产成本高的问题；同时由于熔盐蒸汽被冷却形成熔盐固态颗粒，不会被真空泵所抽出，减少了熔盐蒸汽对真空泵的腐蚀和和磨损，提高了真空泵的使用寿命，减少维修费用。

优选实施例方案，在气体通道4的顶部设有密封盖板8，密封盖板8与气体管道4密封连接，保证连接的气密性，在密封盖板8上设有真空抽气管道9，真空抽气管道9与真空泵连接，真空泵通过抽真空对熔盐电解炉12内形成负压。

优选实施例方案，在第一冷却盘5、第二冷却盘6和换热管7的表面镀有钴镍合金层，钴镍合金层具有优良的导热性，耐磨性和抗腐蚀性，由于熔盐就有腐蚀性，因此在第一冷却盘5、第二冷却盘6和换热管7的表面镀有钴镍合金层具有良好的抗腐蚀性，提高本装置的使用寿命，减少设备维护。

优选实施例方案，在进液管道2设有阀门(图中未出)，该阀门与进液管道2螺栓连接，该阀门用于控制进液管道2的冷凝液流量，通过阀门控制进液管道2的冷凝液流量实现液冷换热腔室1内的冷却液的更换速度，保证液冷换热腔室1内的冷却液温度保持在45摄氏度左右。

优选实施例方案，液冷换热腔室1的顶部和底部设有上安装法兰10和下安装法兰11，密封盖板8与液冷换热腔室1的顶部的上安装法兰10螺栓连接，下安装法兰11与熔盐电解炉12连接。液冷换热腔室1设有热电偶温度计(图中未示出)，热电偶温度计用于检测液冷换热腔室1内冷凝液的温度，便于人员时刻监控液冷换热腔室1内冷凝液的温度，本装置的冷凝液的温度保持在45摄氏度左右，通过调节阀门的大小来控制冷却液的更换速度，保证了本装置的可靠运行。

另一方面，本实用新型还提供了一种电解炉，该电解炉为熔盐电解炉12，熔盐电解炉12安装有上述实施例的组合冷凝式熔盐循环装置。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。