一种具有良好密封结构的高温连续电解实验炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，应用于高温电解领域，包括电解室、电极、进料装置、出料装置和出料室，其特征是沿炉盖上电极入口边缘，密封性固定一波纹管，波纹管的上端连接一上法兰，上法兰通过连接板与阳极升降装置连接，电极与所述上法兰轴向密封连接，电极下端从波纹管中伸向熔池，电极采用一根长电极，或由多根短电极续接而成。还在熔池上设置了熔池盖板。在发热元件与保温层之间设置隔热屏。本实用新型提出的这种高温连续小型电解实验炉，结构简单，可操作性强，由于密封性增强，电解炉能够实现高温电解难熔金属，特别适合于熔盐电解二氧化钛制备金属钛。
【专利说明】一种具有良好密封结构的高温连续电解实验炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电解炉，特别是关于一种实验用的具有良好密封结构的高温连续电解炉。
【背景技术】
[0002]目前，用电解技术生产致密金属钛，比用传统工艺生产海绵钛大约能节约成本30%左右，而且环保无污染。高温连续电解炉就是用于钛与钛合金及某些有色金属及其合金熔炼的设备，对这种电解炉，除具备一般高温炉的特点以外，还需要在电解系统，密封系统，力口料、出料系统等方面满足设计要求，使其可在不破坏气氛条件下进行加料、测温、电解熔炼、铸锭冷却及出锭，实现合金连续生产。
[0003]但现有的一些小型实验电解炉，主要为铝电解炉，可控温度低于1000°C，且炉膛为开放式结构，没有考虑结构密封、保温与传热等相关问题。
实用新型内容
[0004]为了解决现有小型高温连续电解炉的密封、保温、进出料等问题，使其满足高温连续电解钛金属的要求，本实用新型提供一种具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，适用于实验室科研实验，它能够在高达1800°C的高温下，熔盐电解钛等难熔金属，特别适合于熔盐电解二氧化钛制备金属钛。
[0005]本实用新型的技术方案是，一种具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，包括电解室、电极、进料装置、出料装置和出料室，电解室由外及内依次由炉壳、保温层、发热元件、熔池围设而成，炉壳上有炉盖，进料装置主要由加料器和加料管组成，出料装置主要由阀杆、球阀和导流管组成，其特征在于，沿所述炉盖上电极入口的边缘，密封性固定一波纹管，所述波纹管的上端固定连接一上法兰，所述上法兰通过连接板与所述阳极升降装置连接，所述电极与所述上法兰密封连接，电极下端从所述波纹管中伸向所述熔池，所述电极采用一根长电极，或由多根短电极续接而成。
[0006]进一步讲，所述熔池上设置了熔池盖板，由石墨材料制成，盖板上设置有加料管口、电极口和阀杆口。
[0007]在所述炉壳和炉盖外表面设置有冷却水套。
[0008]所述炉盖与炉壳通过法兰连接，中间有高温密封圈密封。
[0009]所述加料管与加料管口之间、电极与电极口之间、阀杆与阀杆口之间都留有一定的间隙。
[0010]加料管口的直径比加料管的直径大l_2cm，电极口的直径比电极的直径大2_6cm，阀杆口的直径比阀杆的直径大l_2cm，所有这些有助于在保证动作件动作的前提下尽可能的保证密封。
[0011]所述加料管与所述炉盖上为轴向密封连接，且设置有多个加料管，加料快。
[0012]在所述发热元件与保温层之间设置隔热屏隔热。[0013]下端带有所述球阀的所述阀杆，与所述炉盖为轴向密封连接，所述球阀与所述熔池底部设置的出料口相对，通过球阀与出料口的开度控制出料量。
[0014]本实用新型由于采取以上技术方案，可获得以下有益效果:1、本实用新型提出的这种高温连续小型电解实验炉，结构简单，通过在电极与炉盖的接口处设置波纹管和法兰，让波纹管与炉盖密封连接，电极下端从波纹管中穿过，上端与法兰密封连接，使得电极既能保证与炉盖的密封，又能实现电极的动态伸缩，即实现所谓的动态密封效果。2、通过在熔池上增加熔池盖，在炉壳与炉盖间设置密封圈，加强了保温效果，也防止了熔池高温对炉盖的辐射，使得熔池温度可达1800°C高温。3、通过把炉盖上的接口密封做好，同时把熔池盖上的进料管口、电极口、阀杆口设置的稍大些，使得进料管、电极、阀杆都能方便的运动，增加了操作灵活性。整体来讲，由于该电解炉能够实现整体密封，因此可以在气氛保护或真空条件下进行电解。由于满足了高温要求，该电解炉适用于难熔金属的熔盐电解，特别适合于熔盐电解二氧化钛制备金属钛。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的结构剖视示意图。
[0016]图中，1-保温层，2-发热元件，3-熔池盖板，4-熔池，5-加料器，6-加料管，7_加料管口，8-石墨电极，9-连接板，10-上法兰，11-波纹管，12-电极口，13-阀杆，14-炉盖，15-阀杆口，16-球阀，17-出料口，18-导流管，19-坩埚，20-出气管，21-炉壳，22-出料室。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对实用新型进行详细的描述。
[0018]如图1所示，本实用新型主要介绍的是指电解炉系统中除去冷却系统、加料系统、卸料系统、抽真空系统、电控系统以外的电解炉主体部分，它主要包括电解室、电极、进料装置、出料装置和出料室几部分。
[0019]与常规设计一样，本实用新型的电解室也主要是由炉壳21、保温层1、发热元件2、熔池4、炉盖14组成。炉壳21是由具有良好焊接性能的轧制钢板加工而成，为防止不均匀引起变形和保护密封圈，在炉壳的外围包有水冷套。发热元件2设置于炉壳21与熔池4之间，距离熔池4外侧面大约2-4cm。发热元件2由石墨材料制成。为了进一步减少炉壳的散热损失和蓄热损失，提高炉子的热效率，在发热元件2的外围设置保温层I (为石墨毡)，其主要作用是隔热、保温及减少热损失。进一步地，一般还可以在发热元件2与保温层I之间设置隔热屏进一步减少热损失(图1中未示出隔热屏的设置)。熔池4位于电解室的中心，由石墨材料制成，用做高温熔盐电解用的电解池，在电解的过程中兼做熔盐电解用的阴极。炉壳21、保温层1、发热元件2、熔池4可以为层层环包的方形或筒形结构均可。在炉壳21的顶部盖设炉盖14。
[0020]进料装置，参见图1所示，主要由加料器5和加料管6组成。加料管6上部连接加料器5，可以实现在氩气保护下进行加料，下部穿过炉盖14伸入到熔池4中，与炉盖之间采取轴密封方式，具有防散热、防漏气的功能。
[0021]石墨电极8，也是穿过炉盖14进入熔池4。石墨电极8采用一根或多根石墨电极续接，电极直径为100-400mm。[0022]出料装置，包括阀杆13、球阀16和导流管18。下端带有球阀16的阀杆13，穿过炉盖14进入到熔池4的底端，与熔池4底部设置的出料口 17相对，并通过球阀16控制出料口 17的开度。导流管18连接在出料口 17的下部，坩埚19放置在导流管下方。出料室22位于电解室的下方，使液体钛从电解室的熔池4流入到出料室中的坩埚19中进行冷却。这里，阀杆13与炉盖14也是轴密封，保证了阀杆与电解室的密封。
[0023]作为一种常规设计，在炉盖14上还设置有出气管20，用于气体的排出。
[0024]为了加强炉体的保温和密封功能，本实用新型在此基础上做了进一步改进，包括:
[0025]1、在熔池4上设置了熔池盖板3，由石墨材料制成，盖板上设置有加料管口 7、电极口 12、阀杆口 15，这既保证了熔池内的温度，又降低了熔池4对炉盖14的热辐射；
[0026]2、为了防止热辐射造成炉盖14过热和变形，以及保护密封元件，在炉盖14的上表面也设置有冷却水套；
[0027]3、带有水冷套的炉盖14与炉壳21通过法兰连接，中间有高温密封圈密封，可以保证电解室的密封；
[0028]4、在做上述改进的基础上，加料管6、石墨电极8、阀杆13分别对应地穿过熔池盖板3上的加料管口 7、电极口 12、阀杆口 15，进入熔池；并且加料管6与加料管口 7之间、石墨电极8与电极口 12之间、阀杆13与阀杆口 15之间都留有一定的间隙，以便加料管6快速地插入和电极8、阀杆13的上下运动。较佳地，加料管口 7的直径比加料管的直径大l-2cm左右，电极口 12的直径比石墨电极8直径大2-6cm左右，阀杆口 15直径比阀杆13的直径大l-2cm左右；
[0029]5、为了保证电解的连续进行，在炉盖14上可以设置一个、两个或多个加料管6。
[0030]6、为了进一步保证石墨电极8与炉盖14之间的密封，并且电极可上下运动，本实用新型对此部分结构做了改进，采用了动态密封结构，方式是设置一波纹管11，下端固定在炉盖14的电极入口的边缘保持与炉盖的密封良好，上端固定连接一上法兰10 ;上法兰10上方连接一连接板9，连接板9与阳极升降装置实现固定连接；石墨电极8穿过连接板9、上法兰10、波纹管11以及炉盖14和熔池盖板3上的电极口进入熔池4，其中石墨电极8与上法兰10之间有密封材料，通过螺母压紧，从而达到石墨电极8与上法兰10之间的密封目的。这样，石墨电极8就通过上法兰10和波纹管11实现了与炉盖14之间的动密封，通过波纹管11的压缩实现电极8的下降。
[0031]这样，电解炉整体上就实现了密封，真空泵抽真空装置在升温前将炉内空气排出，然后充入氩气，在氩气保护气氛下就可进行金属熔盐电解。
[0032]下面是一个具体的电解实施例，分以下步骤进行:
[0033]I)将二氧化钛造粒制得粒度为2-8_的颗粒；
[0034]2)将粒度为2-8mm的颗粒在温度150_300°C下干燥处理20_30min后制得二氧化钛球团；
[0035]3)将制备好的二氧化钛球团加入到熔池中，将电解质加入熔池中，所述电解质是氟化钙或者是氟化钙与氟化锂的混合熔盐，该混合熔盐中氟化锂的重量百分比含量为
0-20%,电解质加入量为熔池容量的2/3 ；
[0036]4)将电解炉抽真空至I X KT1-SXKT3Pa,然后向电解炉中充入氩气，保持电解压力为 IO-1OOPa ；
[0037]5)电解时，将电解电源的正极与石墨阳极连接，电解电源的负极与熔池相连，阳极电极采用石墨电极8，在电解电压2.5-3.0V,电源输出电流1-lOkA，电解温度1700-1900°C条件下进行熔盐电解，电解时间为50-500min，得到的液态金属钛；
[0038]6)由出料装置的球阀16控制电解室出料口的开度，将金属液态层放出到出料坩埚19中冷却，出炉量为总钛量的1/4-1/3，随后重复操作加入下一批原料。产品在出料室冷却后，打开出料室的门取出钛锭，将钛锭取样分析测定其纯度，在上述实验中测得的纯度为99.93%。
【权利要求】
1.一种具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，包括电解室、电极、进料装置、出料装置和出料室，电解室由外及内依次由炉壳、保温层、发热元件、熔池围设而成，炉壳上有炉盖，进料装置主要由加料器和加料管组成，出料装置主要由阀杆、球阀和导流管组成，其特征在于， 沿所述炉盖上电极入口的边缘，密封固定一波纹管，所述波纹管的上端固定连接一上法兰，所述上法兰通过连接板与阳极升降装置连接，所述电极与上法兰之间有密封材料，通过螺母压紧，所述电极下端从波纹管中伸向所述熔池。
2.根据权利要求1所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，所述熔池上设置了熔池盖板，由石墨材料制成，盖板上设置有加料管口、电极口和阀杆口。
3.根据权利要求1所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，在所述炉壳和炉盖外表面设置有冷却水套。
4.根据权利要求1或3所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，所述炉盖与炉壳通过法兰连接，中间有高温密封圈密封。
5.根据权利要求1或2或3所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，所述加料管与加料管口之间、电极与电极口之间、阀杆与阀杆口之间都留有一定的间隙。
6.根据权利要求5所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，力口料管口的直径比加料管的直径大l_2cm，电极口的直径比电极的直径大2-6cm，阀杆口的直径比阀杆的直径大l_2cm。
7.根据权利要求1或2或3所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，所述加料管与所述炉盖上为轴向密封连接，且设置有多个加料管。
8.根据权利要求1或2或3所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，在所述发热元件与保温层之间设置隔热屏。
9.根据权利要求1或2或3所述的具有良好密封结构的高温连续电解实验炉，其特征在于，下端带有所述球阀的所述阀杆，与所述炉盖为轴向密封连接，所述球阀与所述熔池底部设置的出料口相对，通过球阀与出料口的开度控制出料量。
【文档编号】C25C3/28GK203474925SQ201320623716
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】贾文成, 刘美凤, 曹志新 申请人:宝纳资源控股(集团)有限公司