电解炉的制作方法

本发明涉及一种生产稀土金属及其合金用电解炉以及由该电解炉组成的电解炉组和使用方法。属于稀土冶金设备及应用技术领域。

背景技术：

在稀土金属及其合金生产中，电解是常用生产方法。稀土金属及其合金生产的电解温度通常在约900℃以上。

公布日为2010年08月18日，公布号为CN101805914A名称为“底部阴极导流式稀土电解槽”的中国专利申请中公开了“一种底部阴极导流式稀土电解槽，适用于稀土电解槽改造和开发。本发明阳极正下方放置阴极，阳极底部为圆弧形凹面，阴极顶部为圆弧形凸面，阳极的圆弧形凹面与阴极的圆弧形凸面相对应，阴极并列设置，相连接处形成导流槽，阴极与石墨坩埚之间设有高温绝缘层，阴极下面放置有阴极导电排”技术方案，取得了“本发明设计了新型的阴阳极结构，满足了由于稀土金属都比较活泼需要电解过程阴极高电流密度，阳极低电流密度的要求；采用导流式阴极结构降低了电解金属液滴在电解区域停留时间，能有效的减少金属二次氧化，提高金属收得率；采用底部阴极布置方式能有效的利用现在铝电解槽成熟的布线方式和技术，有利于本发明槽型的推广和大型化”技术效果。该技术方案由于阴极工作面积大于阳极工作面积，阴极电流密度小于阳极电流密度，导致输入功率下降，生产能力下降；导流槽之间有缝隙，熔盐易渗漏接触耐火材料层，易出现穿槽等缺陷，生产的金属品质差；反应时产生的气体不易逸出，易产生阳极效应，有碍正常生产。

技术实现要素：

针对现有技术电解槽存在的上述缺陷，本发明提供一种电解炉，采用如下技术方案：

电解炉，包括阳极调整部件3、炉膛5、炉壁6、外壳7、阴极8、阳极9和保温层16；自外向内依次为外壳7、保温层16、炉壁6、炉膛5，炉壁6内的空腔形成顶部开口的炉膛5；自上而下依次为阳极调整部件3、炉膛5、阳极9和阴极8；所述阴极8位于炉膛5内，至少有一端穿过炉壁6、保温层16和外壳7伸出外壳7之外；所述阳极9自炉膛5顶部的开口伸入炉膛5内；阴极8与阳极9组成电解工作对，阳极9具有与阴极8适应的电解工作面；所述阳极调整部件3控制阳极9运动；其中阳极9设有排气通道。

本发明优选技术方案之一，至少有2对电解工作对。

本发明再一优选技术方案，所述阳极9由左阳极91和右阳极92组成，所述左阳极91和右阳极92之间有间隙成为排气通道。更佳的是左阳极91和右阳极92的运动分别由不同的阳极调整部件控制。

本发明再一优选技术方案，还包括进料管1，所述进料管1自炉膛5顶部的开口伸入炉膛5内。

本发明再一优选技术方案，所述进料管1伸入排气孔2内。

本发明再一优选技术方案，所述阴极(8)沿长度方向倾斜。即阴极(8)沿长度方向与水平面有夹角α。以α＝5-10°为更佳。

本发明再一优选技术方案，阳极9比阴极8更宽。即阳极9的电解工作面比阴极8的电解工作面更大。

本发明再一优选技术方案，阴极8的接线端81还设有冷却装置12。

本发明再一优选技术方案，所述坩埚10的底自一端向另一端倾斜。

本发明再一优选技术方案，所述阳极9运动包括上下运动和/或左右运动、前后运动，所述上下运动为垂直方向运动，所述左右运动为水平方向沿阴极8径向运动，所述前后运动为水平方向沿阴极8轴向运动。

本发明电解炉的使用方法，阳极调整部件3控制阳极9上下运动和/或左右运动、前后运动，所述上下运动为垂直方向运动，所述左右运动为水平方向沿阴极9横截面运动，所述前后运动为水平方向沿阴极8长度方向运动。

本发明电解炉的使用方法优选技术方案之一，还通过调整电源电压和/或电流调整工艺参数。

本发明电解炉的另一使用方法，通过调整电源电压和/或电流调整工艺参数。

本发明电解炉技术方案由于具有阳极设有排气通道2等技术特征，具有以下优点：

1.阳极不防碍电解时产生的气体逸出，可以克服阳极大型化后电解时产生的气体聚集在阳极电解工作面顶部造成局部绝缘而产生的阳极效应，有利于提高生产效率和保持平稳电解。

2.阳极沿垂直方向上下运动，可以调整阴阳两极的距离，控制电解工艺参数；阳极沿阴极的径向左右运动可以控制阳极均匀消耗及控制电解工艺参数；阳极沿阴极的轴向前后运动和/或沿阴极的径向左右运动，达到搅拌电解质和加速气体逸出的效果；阳极沿阴极轴向运动还可以露出较多的坩埚位置，方便出炉。

3.阳极利用率高，浪费少，更换方便。

4.阴极电流密度大于阳极电流密度，有利于电解反应的进行和金属的汇集。

5.产品沿阴极弧面快速流至坩埚中，在电解反应区的停留时间短；阴极相对于水平面倾斜有利于集中汇集在坩埚内。

6.设置多组电解工作对，将多个坩埚相互连通，汇集出炉，生产能力大，有利于电解炉大型化，生产的金属产品质量更均匀，有利于实现自动化生产和提高产品品质。

附图说明

图1是实施例1、2示意图。

图2是实施例3、4示意图。

图3是实施例6示意图。

图4是实施例5示意图。

图5是实施例1、2、示意图。

图6是实施例3、4、5、6示意图。

图7是实施例3、4示意图。

图8是实施例5、6示意图。

图9是实施例1、2示意图。

图10是实施例3、4、5、6示意图。

图11是实施例3、4、5、6示意图。

图12是实施例3、4、5、6示意图。

具体实施方式

实施例1

电解炉(参见图1、图5及图9)，包括进料管1、排气孔2、阳极调整部件3、炉盖4、炉膛5、炉壁6、外壳7、阴极8、阳极9、坩埚10、保温层16、导流圈19和防渗绝缘部件20。自外向内依次为外壳7、保温层16、炉壁6、炉膛5，炉壁6内的空腔形成顶部开口的炉膛5。自上而下依次为阳极调整部件3、炉盖4、炉膛5、阳极9、阴极8和坩埚10。所述炉盖4罩在炉膛5的开口上方。所述阳极调整部件3、阳极9、阴极8及坩埚10数量各为1件，所述阴极8横截面呈圆形，位于炉膛5内，两端分别穿过炉壁6、保温层16和外壳7伸出外壳7之外；坩埚10位于阴极8下方。所述阳极9自炉膛5顶部的开口伸入炉膛5内；阴极8与阳极9组成电解工作对。所述阳极调整部件3位于炉盖4之上，具有导杆31，所述导杆31下端呈燕尾状，穿过炉盖4，上端连接于阳极调整部件3，下端的燕尾嵌入阳极9上端的燕尾槽95；阳极调整部件3通过导杆31带动阳极9上下、前后、左右运动和/或转动。所述阳极9由上下两块阳极块组成，所述各阳极块具有多个上下贯通的排气孔2，其下端具有燕尾93，上端具有燕尾槽95，上阳极块的燕尾93嵌入下阳极块的燕尾槽95连接成阳极9，并使得排气孔2畅通；位于下阳极块下端的电解工作面为与阴极8的外形相适应的弧面。所述燕尾槽相对于阴极8水平设置且与阴极8基本垂直。所述进料管1穿过炉盖4伸入炉膛5内。所述导流圈19分别环套固定于阴极8在炉膛5内的两端，不与阳极9或炉壁6接触，顶端伸入阳极9与炉壁6之间的空隙，下端的铅垂线位于坩埚10内。所述防渗绝缘部件20位于阴极8两端将阴极8与炉壁6、保温层16及外壳7隔开。

电解金属镧时以氧化镧为原料，以氟化物为熔盐。阳极9与电源的正极连接，阳极9及排气孔2的上端位于熔盐液面之上。阴极8在外壳7外与电源的负极连接。在炉膛5内的阴极8浸泡在熔融的电解质中与其上部的弧面阳极9形成工作对。接通电源后镧化合物在阴极8上被电解析出成液态金属镧沿阴极8流下被收集于坩埚10内，导流圈19保证生产的液态金属镧不落于坩埚10之外。

生产过程中阳极9不断消耗，可以通过调整部件3控制阳极9升降保持极距不变，控制相应工艺参数。也可以通过调整部件3控制阳极9沿阴极8的轴向前后运动和/或沿阴极8的径向左右运动，达到搅拌电解质和加速气体逸出的效果。另外，阳极9左右运动还可以控制阳极9下端的消耗速度，阳极9前后运动方便出炉。生产中产生的气体沿阳极9排气孔2逸出熔盐。当阳极9某侧的未端过长时，可以减小该未端与阴极8的距离，达到加速消耗该未端缩短其长度的目的。也可以通过调整部件3控制阳极9沿铅垂线转动调整阳极9不同部位的消耗速度和/或工艺参数、搅拌。

由于阳极电解工作面大于阴极电解工作面，阴极电流密度大于阳极电流密度，有利于电解反应的进行和金属的汇集。在阳极电解工作面产生的气体逸出方便，克服了由于电解时产生的气体聚集在阳极电解工作面顶部造成局部绝缘而产生的阳极效应，有利于提高生产效率。阳极的运动可以防止在阳极电解工作面产生的气体粘附在阳极电解工作面，加快气体逸出速度，也可以加快氧化镧在熔盐中的溶解速度和改善熔盐等电解质的流动状况。

阴极8的两端分别伸出外壳7，可以在其任意一端或丙端与电源联接。即接线方便。

实施例2

电解炉(参见图1、图5及图9)。本实施例基本与实施例1相同，不同之处在于阳极调整部件3、阳极9、阴极8、坩埚10、导流圈19及导杆31等数量各为2件，阳极9、阴极8及坩埚10两两平行布置于炉膛5内。所述各阴极8沿长度方向相对于水平面倾斜3°。所述2件坩埚10之间连通，一同出炉。各阴极8沿长度方向相对于水平面倾斜使产品更快地离开电解反应区域，有利于集中和收集。

相对于实施例1，本实施例提高了炉膛5的利用率，生产能力大，有利于电解炉大型化。生产的金属镧产品质量更均匀。

实施例3

电解炉(参见图2、图6、图7、图10、图11及图12)，包括进料管1、排气通道2、阳极调整部件3、炉盖4、炉膛5、炉壁6、外壳7、阴极8、阳极、坩埚10、保温层16、导流圈19和防渗绝缘部件20。自外向内依次为外壳7、保温层16、炉壁6、炉膛5，炉壁6内的空腔形成顶部开口的炉膛5。自上而下依次为阳极调整部件3、炉盖4、炉膛5、阳极、阴极8和坩埚10。所述炉盖4罩在炉膛5的开口上方。所述阳极调整部件3为2台，所述阳极，阴极8及坩埚10数量各为1件。所述阴极8横截面呈圆形，位于炉膛5内，一端穿过炉壁6、保温层16和外壳7伸出外壳7之外，在阴极8与炉壁6、保温层16和外壳7之间有防渗绝缘部件20；阴极8的另一端位于炉壁6中，此处的阴极8与炉壁6之间有防渗绝缘部件20。伸出外壳7之外的阴极8内有冷却通道12a，所述冷却通道12a伸入至炉壁6与保温层16交界处。坩埚10位于阴极8下方。所述阳极包括左阳极和右阳极，分别自炉膛5顶部的开口伸入炉膛5内，所述左阳极和右阳极分别由上阳极块91和下阳极块92组成，所述上阳极块91和下阳极块92(已部分消耗的下阳极块92下端具有与阴极8相适应的工作面)分别具有6个螺纹96及孔97，所述各螺纹96为内螺纹，位于孔97的上端，按两列三排布置，上阳极块91和下阳极块92四角的螺纹96及孔97分别通过螺栓98连接；所述螺栓98一端具有正方形或六角形膨大部90，另一端具有螺纹99，所述螺纹99为外螺纹，与螺纹96匹配，螺栓98的膨大部90位于上阳极块91的螺纹96之上，螺纹99穿过上阳极块91的螺纹96及孔97伸入下阳极块92的螺纹96中将上阳极块91和下阳极块92连接；阴极8与阳极9组成电解工作对。所述阳极调整部件3位于炉盖4之上，具有导杆31，所述导杆31下端左右各有孔32，穿过炉盖4，上端连接于阳极调整部件3，螺栓98的膨大部90位于孔32之上，螺纹99穿过孔32伸入上阳极块91中排的螺纹96连接上阳极块91；各阳极调整部件3通过导杆31分别带动左右阳极9上下、前后和/或左右运动。所述左阳极和右阳极之间的间隙形成排气通道2。各阳极块92下端的电解工作面为与阴极8的外形相适应的弧面。所述进料管1穿过炉盖4伸入炉膛5内的排气通道2内。所述导流圈19分别环套固定于阴极8在炉膛5内的两端，不与阳极9或炉壁6接触，顶端伸入阳极9与炉壁6之间的空隙，下端的铅垂线位于坩埚10内。

电解金属钕时以氧化钕为原料，以氟化物为熔盐。冷却水沿冷却通道12a冷却位于保温层16及其之外的阴极，降低阴极8外侧的温度，有利于防止熔盐渗漏。当大部分下阳极块92消耗掉后上阳极块91也开始消耗，自然形成与阴极8表面相适应的电解工作面。当下阳极块92全部消耗完后将上阳极块91与导杆31拆开，将原上阳极块91改作新的下阳极块92，并在导杆31与新下阳极块92之间安装新上阳极块91组成新左阳极或右阳极，阳极块利用率高。

阳极及排气通道2的上端位于熔盐液面之上，反应产生的气体方便地从排气通道2逸出熔盐。

进料管1伸入炉膛5内的排气通道2内将电解物料直接加入高温反应区，物料溶解快，反应区内原料浓度高。

阴极8的一端伸出外壳7，可以方便地与电源联接。相对于阴极8的两端分别伸出外壳7，减少了一个潜在的泄漏点，同时减少了散热点，有利于节约能源。

实施例4

电解炉(参见图2、图6、图7、图10、图11及图12)。本实施例基本与实施例3相同，不同之处在于阳极调整部件3及导杆31各为4件，阳极9、阴极8及坩埚10数量各为2件。阳极9、阴极8及坩埚10两两并排布置于炉膛5内。所述2件坩埚10之间连通，一同出炉。所述各阴极8沿长度方向相对于水平面倾斜5°。

实施例5

电解炉(参见图4、图6、图8、图10、图11及图12)，包括进料管1、排气通道、阳极调整部件3、炉盖4、炉膛5、炉壁6、外壳7、阴极8、阳极9、坩埚10、保温层16、导流圈19和防渗绝缘部件20。自外向内依次为外壳7、保温层16、炉壁6、炉膛5，炉壁6内的空腔形成顶部开口的炉膛5。自上而下依次为阳极调整部件3、炉盖4、炉膛5、阳极9、阴极8和坩埚10。所述炉盖4罩在炉膛5的开口上方。所述阳极调整部件3、阳极9、阴极8及坩埚10数量各为1件。所述阴极8横截面呈瓦形，位于炉膛5内，一端穿过炉壁6、保温层16和外壳7伸出外壳7之外，在阴极8与炉壁6、保温层16和外壳7之间有防渗绝缘部件20；阴极8的另一端位于炉壁6中，此处的阴极8与炉壁6之间有防渗绝缘部件20。伸出外壳7之外的阴极8内有冷却通道12b，所述冷却通道12b伸入至炉壁6与保温层16交界处。坩埚10位于阴极8下方。所述阳极9包括左阳极和右阳极，分别自炉膛5顶部的开口伸入炉膛5内，所述左阳极和右阳极之间有间隙22；所述左阳极和右阳极分别由上阳极块和下阳极块组成，所述上阳极块和新下阳极块(已部分消耗的下阳极块下端具有与阴极8相适应的工作面)分别具有9个螺纹96及孔97，按三列三排布置，上阳极块和下阳极块四角的螺纹96及孔97分别通过螺栓98连接；所述螺栓98一端具有正方形或六角形膨大部90，另一端具有螺纹99，螺栓98的膨大部90位于上阳极块的螺纹96之上，螺纹99穿过上阳极块的螺纹96及孔97伸入下阳极块的螺纹96中将上阳极块和下阳极块连接成左阳极或右阳极；阴极8与阳极9组成电解工作对。所述各阳极块剩余的螺纹96及孔97连通成为排气孔21。所述阳极调整部件3位于炉盖4之上，具有导杆31，所述导杆31下端左右各有孔32，穿过炉盖4，上端连接于阳极调整部件3，螺栓98的膨大部90位于孔32之上，螺纹99穿过孔32伸入上阳极块中排的螺纹96连接上阳极块91；各阳极调整部件3通过导杆31分别带动左右阳极9上下、前后和/或左右运动。所述间隙22及各排气孔21共同组成排气通道。各下阳极块下端的电解工作面为与阴极8的外形相适应的弧面。所述进料管1穿过炉盖4伸入间隙22内。所述导流圈19分别环套固定于阴极8在炉膛5内的两端，不与阳极9或炉壁6接触，顶端伸入阳极9与炉壁6之间的空隙，下端的铅垂线位于坩埚10内。所述阴极8沿长度方向相对于水平面倾斜10°。

电解镨钕合金时以氧化镨钕为原料，以氟化物为熔盐。冷却水沿冷却通道12b冷却位于保温层16及其之外的阴极，降低阴极8外侧的温度，有利于防止熔盐渗漏。

阳极及间隙22、排气孔21的上端均位于熔盐液面之上，反应产生的气体方便地逸出熔盐。排气孔21附近的气体可以沿排气孔21及时地逸出熔盐。各下阳极大部分消耗后相应的上阳极块也开始消耗，并自然形成与阴极8表面相适应的电解工作面。当下阳极块全部消耗完后可以在导杆31下端与原上阳极块拆开后在其之间加入新的上阳极块，将原上阳极块改作新的下阳极块组成新的左阳极或右阳极。

阴极8横截面上凸的呈瓦形，产生的镨钕合金沿阴极8弧形上表面快速流至其下方的坩埚10中。镨钕合金在电解反应区的停留时间短。

实施例6

电解炉(参见图3、图6、图8、图10、图11及图12)，包括进料管1、排气通道、阳极调整部件3、炉盖4、炉膛5、炉壁6、外壳7、阴极8、阳极9、坩埚10、保温层16、导流圈19和防渗绝缘部件20。本实施例所述电解炉除阳极调整部件3数量及阴极8形状外均与实施例5相同所述阳极调整部件3为2台，所述阳极9，阴极8及坩埚10数量各为1件。所述阴极8位于炉膛5内的部分宽度较宽，由多根截面呈矩形的金属棒81交联成网状组成，所述金属棒81之间有间隔82。所述2台阳极调整部件3分别控制左阳极或右阳极运动。所述左阳极或右阳极运动包括上下移动、沿阴极8的轴向前后运动、沿阴极8的横向左右运动、沿沿阳极横轴线转动和/或沿阳极立轴线转动。所述阴极8沿长度方向相对于水平面倾斜8°。

电解金属镨时以氧化镨为原料，以氟化物为熔盐。冷却水沿冷却通道12b冷却位于保温层16及其之外的阴极，降低阴极8外侧的温度，有利于防止熔盐渗漏。

由于阴极8炉内的部分有间隔82，电解面积小于阳极电解面积，有利于提高电解温度，电解生产的金属镨沿间隔82快速流进坩埚10中，停留时间极短，极大地减少二次反应。

由于阴极8电解工作面为较宽的平面，阳极9相应有相当部分电解工作面也近似为平面，反应产生的气体如无法及时从间隙22中排出，可以从多个排气孔21中排出。

以上仅是本发明所列举的几种优选方式，本领域技术人员应理解，本发明实施方式并不限于以上几种，任何在本发明的基础上所作的等效变换，均应属于本发明的范畴。