一种稀土电解用自动加料设备及其操作方法与流程

本发明涉及加料装置技术领域，具体而言，涉及一种稀土电解用自动加料设备及其操作方法。

背景技术：

稀土是重要的战略资源，素有“工业味精”的美誉。稀土元素是活性很强的金属，在通常条件下难以用一般的方法从其化合物中提炼出来。工业生产中主要采用熔盐电解法和金属热还原的方法由稀土的氧化物、氟化物和氯化物制取稀土金属或其合金。目前，熔盐电解法已广泛应用于大规模生产稀土金属。

稀土电解过程中，电解质中氧化稀土的充分电解是电解过程中重要的工艺参数之一。电解质中氧化稀土含量过高会在电解槽中产生结料，影响电解槽的正常电解，降低电流效率，从而增加电耗；而电解质中氧化稀土含量过低，电解槽会出现缺料现象，无法继续进行电解，从而导致电流效率下降。总之，电解质中的氧化稀土过多或者过少都会降低电流使用率，增加电耗，同时还会伴随产品质量的不合格。

目前我国的熔盐电解生产稀土金属技术工艺已处于世界领先水平，尽管技术工艺很先进，但生产控制自动化程度不高，绝大多数的电解稀土制备企业中仅依靠操作人员经验进行人工下料，这样容易因工人经验差异而导致电解质中的氧化稀土不能得到充分的电解，使得生产效率和工艺稳定性难以保障，从而增加生产成本。另外，由于稀土电解温度高达1000℃以上，完全依靠人工下料，使得工人劳动强度很大，且物料飞扬严重。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种稀土电解用自动加料设备，其通过自动控制下料，做到定时、定量、均匀下料，使得电解质中的氧化稀土得到充分的电解，提高生产效率和保证工艺的稳定性。

本发明的第二个目的在于提供一种稀土电解用自动加料设备的操作方法，其能降低工人劳动强度。

本发明的实施例是这样实现的：

一种稀土电解用自动加料设备，包括用以控制加料总量的物料暂存装置、用以控制物料单次加料量的定量装置和用以均匀投加物料的加料装置；所述物料暂存装置、定量装置和加料装置依次通过物料通道连通以使物料依次流通，所述加料装置的出料口延伸至稀土电解槽上方用以向稀土电解槽投加物料。

进一步的，所述物料暂存装置为电磁振动盘，所述定量装置包括计量装置和第一平振送料装置，所述计量装置连通电磁振动盘用以承接电磁振动盘的排出的物料，计量装置安装于所述第一平振送料装置用以将计量装置上的物料送入所述加料装置，加料装置包括导料槽和第二平振送料装置，所述导料槽一端连通所述计量装置用以承接计量装置排出的物料，导料槽另一端延伸至电解槽上方，导料槽安装于所述第二平振送料装置用以将物料送入电解槽；

进一步的，所述稀土电解用自动加料设备还包括控制器，所述控制器分别与所述电磁振动盘、计量装置、第一平振送料装置、第二平振送料装置电连接用以接收计量装置称取物料的重量信息并根据此信息控制电磁振动盘、第一平振送料装置和第二平振送料装置的启停。

进一步的，所述第二平振送料装置倾斜设置，所述导料槽顺着第二平振送料装置安装且靠近电解槽一端低于靠近计量装置一端。

进一步的，所述第二平振送料装置的倾斜角度为：与竖直平面的夹角为60～75°。

进一步的，所述控制器与所述物料暂存装置间串联有第一振动控制器，控制器与所述第一平振送料装置之间串联有第二振动控制器，控制器与所述第二平振送料装置之间串联有第三振动控制器。

进一步的，还包括用以储存物料的物料箱，所述物料箱通过螺旋输送机连通所述物料暂存装置用以向物料暂存箱输送物料，物料暂存装置设有用以限制物料暂存装置物料高度的限位传感器，所述限位传感器通过所述控制器与螺旋输送机的电机电连接用以根据物料高度信号控制螺旋输送机的启停。

进一步的，所述控制器包括处理器、按键、显示器和壳体，所述处理器设于所述壳体内且分别与所述物料暂存装置、计量装置、第一平振送料装置、第二平振送料装置、限位传感器、螺旋输送机的电机电连接，所述按键嵌设于壳体，按键与处理器电连接用以调节加料次数、加料时间间隔和系统延时时间，所述显示器嵌设于壳体，显示器与处理器电连接用以显示计量装置称取的重量和第二平振送料装置启动的次数。

进一步的，所述物料箱、螺旋输送机、物料暂存装置、定量装置和加料装置均安装于底座上，所述底座设有便于移动的万向轮。

进一步的，所述底座设有把手。

一种如上任意一项所述的稀土电解用自动加料设备的操作方法，操作步骤如下：

s1.设定单次投加量、投加次数、加料间隔时间和延时反应时间；

s2.将物料置于物料暂存装置；

s3.将物料暂存装置内的物料送入定量装置，当定量装置内的物料的量到达单次投加量后，暂停物料暂存装置的送料，同时定量装置将物料送入加料装置；

s4.同时开启加料装置，将物料送入稀土电解槽；

s5.等待加料间隔时间耗尽后，重复s3和s4步骤，直至投加次数用尽；

s6.最后一次加料完成后，等待延时反应时间耗尽后结束。

本发明的有益效果是：

本发明设计合理，通过设置物料暂存装置、定量装置和加料装置形成的三级加料形式，实现了定时、定量、均匀的下料，使得电解质中的氧化稀土得到充分的电解，提高生产效率和保证工艺的稳定性；同时还可降低工人劳动强度和物料的飞扬损失，改善生产车间环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的稀土电解用自动加料设备的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的控制器示意图；

图3为本发明实施例2提供的控制器面板示意图；

图标：1-物料暂存装置，2-定量装置，21-计量装置，22-第一平振送料装置，3-加料装置，31-导料槽，32-第二平振送料装置，4-控制器，5-物料箱，6-螺旋输送机，7-底座，71-万向轮，72-把手。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平、竖直或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

此外，“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的平行，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种稀土电解用自动加料设备，包括用以控制加料总量的物料暂存装置1、用以控制物料单次加料量的定量装置2和用以均匀投加物料的加料装置3；物料暂存装置1、定量装置2和加料装置3依次通过物料通道连通以使物料依次流通，加料装置3的出料口延伸至稀土电解槽上方用以向稀土电解槽投加物料；

物料暂存装置1可以为任意具有物料储存及向其他装置运送物料功能的设备或设备的组合，例如桶和物料输送机的组合，而本实施例中采用的一种较佳的实施方式为：物料暂存装置1为电磁振动盘，当定量装置2承接的物料达到单次投加量时，电磁振动盘停止向电子称重下料，由于电磁振动盘出料均匀速度平稳，所以降低了由于惯性将电磁振动盘中的物料带入到电子秤上的误差，有效的保证电子称量系统中的物料是用户设定的单次加料量；

定量装置2可以为任意具有称重和向其他装置运送物料功能的设备或设备的组合，本实施例中采用的一种较佳的实施方式为：定量装置2包括计量装置21和第一平振送料装置22，计量装置21连通电磁振动盘用以承接电磁振动盘的排出的物料，计量装置21安装于第一平振送料装置22用以将计量装置21上的物料送入加料装置3，承接的物料到达设定的单次加料量以后，计量装置21下方的第一平振送料装置22开始工作，将计量装置21中的物料输送至加料装置3；

加料装置3可以为任意具有物料输送功能的设备，本实施例中采用的一种较佳的实施方式为：加料装置3包括导料槽31和第二平振送料装置32，导料槽31一端连通计量装置21用以承接计量装置21排出的物料，导料槽31另一端延伸至电解槽上方，导料槽31安装于第二平振送料装置32用以将物料送入电解槽；导料槽31顺着第二平振送料装置32安装且靠近电解槽一端低于靠近计量装置21一端；可以实现定时均匀的加料；需要说明的是，在实际生产过程中，通常将第二平振送料装置32有一定倾斜的设置，而倾斜的角度使不定的，经过申请人多次的实验，认为以下为最佳方式：第二平振送料装置32的倾斜角度为：与竖直平面的夹角为60～75°；

上述稀土电解用自动加料设备的操作方法为：操作步骤如下：

s1.设定单次投加量、投加次数、加料间隔时间和延时反应时间；

s2.将物料置于物料暂存装置1；

s3.将物料暂存装置1内的物料送入定量装置2，当定量装置2内的物料的量到达单次投加量后，暂停物料暂存装置1的送料，同时定量装置2将物料送入加料装置3；

s4.同时开启加料装置3，将物料送入稀土电解槽；

s5.等待加料间隔时间耗尽后，重复s3和s4步骤，直至投加次数用尽；

s6.最后一次加料完成后，等待延时反应时间耗尽后结束。

本发明通过设置物料暂存装置、定量装置和加料装置形成的三级加料形式，实现了定时、定量、均匀的下料，使得电解质中的氧化稀土得到充分的电解，提高生产效率和保证工艺的稳定性；同时还可降低工人劳动强度和物料的飞扬损失，改善生产车间环境。

为了增加本装置对物料的储存能力，减少人工投加物料的次数，本装置还包括用以储存物料的物料箱5，物料箱5通过螺旋输送机6连通电磁振动盘用以向电磁振动盘输送物料，电磁振动盘设有用以限制电磁振动盘物料高度的限位传感器；

在实际生产中，为了方便操作人员移动，因此将物料箱5、螺旋输送机6、物料暂存装置1、定量装置2和加料装置3均安装于底座7上，底座7设有便于移动的万向轮71，底座7还设有把手72；

限位传感器通过控制器4与螺旋输送机6的电机电连接用以根据物料高度信号控制螺旋输送机6的启停；

为了增加本装置的自动化程度，稀土电解用自动加料设备还包括控制器4，控制器4包括处理器、按键、显示器和壳体，处理器设于壳体内且分别与电磁振动盘、计量装置21、第一平振送料装置22、第二平振送料装置32、限位传感器、螺旋输送机6的电机、报警装置电连接；当装置通电后，启动螺旋输送机将物料箱5内的物料向电磁振动盘运送物料，当物料高度到达限位传感器的限位高度后，限位传感器向处理器发出信号，处理器收到信号后停止螺旋输送机同时启动电磁振动盘，电磁振动盘向计量装置21输送物料，计量装置21承接的物料重量达到设定的单次加料重量后，计量装置21向处理器发出信号，处理器收到信号后暂停电磁振动盘，并启动第一平振送料装置22和第二平振送料装置32，第一平振送料装置22振动使得计量装置21上的物料落入导料槽31内，第二平振送料装置32振动使得物料顺着导料槽31落入电解槽内，处理器等待加料间隔时间耗尽后，处理器控制电磁振动盘再次启动，重复上述操作，直至设定的投加次数耗尽，最后一次加料完成后，等待延时反应时间耗尽后，处理器控制报警装置启动，报警完成电解；

按键嵌设于壳体，按键与处理器电连接用以调节加料次数、加料时间间隔和延时反应时间，显示器嵌设于壳体，显示器与处理器电连接用以显示计量装置21称取的重量和第二平振送料装置32启动的次数；

限位传感器在本实施例中采用光电传感器检测电磁振动盘物料位置高度，障碍法检测，检测有效距离0～30cm，通过传感器上的电位器可调节检测距离的远近，顺时针增大检测距离，逆时针减小检测距离。物料通过螺旋上料装置进入电磁振动盘中，便通过光电传感器检测，当物料堆积至传感器正前方时，当距离小于调节的有效距离时，螺旋上料装置停止上料，保证电磁振动盘中的物料不溢出；

电磁振动盘采用304不锈钢ys-400mm振动盘，表面喷有pu胶涂层，物料进入振动盘并停止上料以后，振动盘工作，通过电磁振动盘内部周围的螺旋导轨将底部的物料输送至电磁振动盘的出口，进入计量装置21；

控制器为s7-200系列的cpu-221处理器，通过往处理器里面写入程序，自动判断加料的当前工作状态，实现自动加料的过程，实现人机交互；

在使用时，只需通过握持扶手72推动本装置到电解槽前端，并固定好万向轮71，导料槽31对准电解槽炉口即可，人工将原料倒入物料箱5，通过电源线给本装置通电，通过参数设计按键设置好每次加料量，然后按系统启动按钮，螺旋输送机6将物料箱5中的物料提升至电磁振动盘中，通过物料限位传感器判断物料是否到达指定高度，到达指定高度后，螺旋输送机6停止上料，电磁振动盘开始工作，原料通过物料通道送到计量装置21，当重量到达设置的单次加料量时，电磁振动盘停止工作，第一平振送料装置22开始工作，物料经过物料通道到达加料装置3上，加料装置的第二平振送料装置32开始工作，通过导料槽31将原料加至电解槽中，延时一段时间后，设备重复上述加料工作，本周期最后一次加料以后，系统自动延时一段时间，让电解质中的氧化稀土得到充分电解，延时完成后，系统报警提示工人出炉，至此完成一个周期的加料工作。

该自动加料设备上有高精度的计量装置21，通过电子计量系统称量每次加入电解炉中物料的重量。当物料从电磁振动盘出来经过物料通道到达计量装置21上面，计量装置21进行称量，称量的重量在控制器上的显示屏上显示出来，当计量装置21上的物料达到设定的单次重量时，电磁振动盘停止向计量装置21下料，由于电磁振动盘出料均匀速度平稳，所以降低了由于惯性将电磁振动盘中的物料带入到电子秤上的误差，保证电子称量系统中的物料是用户设定的单次加料量。到达设定的单次加料量以后，计量装置21下方的第一平振送料装置22开始工作，将计量装置21中的物料输送至加料装置3上，计量装置21上物料减少的过程中在显示器上可以实时看见，计量装置21每下完一次物料，系统自动进行去皮，保证下一次单次称量值为设定的标准值，同时显示器上的加料次数自动加一，工人可以通过显示屏知道已经加了多少物料。

本装置中有三个振动控制器，控制器4用于控制电磁振动盘，控制器4用于控制第一平振送料装置22，控制器4用于控制第二平振送料装置32，该设备的三级电磁振动既可以相互配合工作也可以按控制器上的按键进行独立单个流程工作，控制器4与电磁振动盘间串联有第一振动控制器，控制器4与第一平振送料装置22之间串联有第二振动控制器，控制器4与第二平振送料装置32之间串联有第三振动控制器，第一振动控制器、第二振动控制器和第三振动控制器上均设有频率调节旋钮、半波/全波工作状态选择，设备一般工作在半波状态下，在使用过程中可以通过频率调节旋钮调节振动器的振动幅度，根据实际需要调节振动速度的快慢(下料速度的快慢)，整个过程可控，并且可以做到定时、均匀加料。

本发明采用的一种稀土电解称量式三级磁振自动均匀加料设备具有以下几方面优点：

1、本发明所采用的一种稀土电解称量式三级磁振自动均匀加料设备结构新颖独特且操作简单，设备投资费用低，容易大规模生产制造；

2、可以在一个加料周期多次加料中达到定时、定量、均匀的加料，能够充分保证电解质里面的氧化稀土得到充分电解，提高稀土氧化物生产过程中的生产效率和工艺稳定性，提高电流使用效率，效果显著；

3、设备对物料要求不高，适用于稀土电解中的任何物料，适用于任何稀土电解行业；

4、降低工人劳动强度，减少物料飞扬，改善电解车间作业环境。

实施例2

本实施例中采用的控制器如图3所示，本装置在用户界面下只可进行单次加料量设置，通过控制器上的按键设置，保证设备操作简单，防止工人误操作导致系统紊乱。控制面板上从左自右分别为k1，k2，k3，k4，具体设置单次加料量方法：待机状态下长按k1，显示000000，按k4移动光标，按k3，显示000000，按k1，显示ed-001，按k4移动光标，按k3修改为000x00，x即为设定的单次加料量(单位：克，若x为3，即为300g)，按k1确认该值，按k2返回到控制界面。

该设备在管理员界面下可设置加料次数、加料时间间隔、系统延时时间和对电子计量系统校正等功能。根据申请人多次试用后设定设备默认加料次数为50次，加料间隔时间为2分钟，前30秒为上料和下料时间，后面90秒为系统等待时间，保证电解质里面的氧化稀土得到充分的电解，一个周期内总的加料量为加料字数乘以单次加料量。

实验例

通过自动加料设备可以实现多个加料周期内定时定量均匀的加料，具体效果见表1(模拟试验中采用电子秤进行计量实际下料量)。

表1

自动加料设备运行过程中，随机取五次物料，与精度为1mg的天平比对，比对结果见表2(加料设备单次加料量为100g)。

表2

通过自动加料设备在多个加料周期内均匀的加料，使得电解质中的氧化稀土得到充分的电解，提高电解效率和产品质量，具体效果见表3(每个周期为2h，料比以pn2o3物料为例)。

表3

通过自动加料设备进行定时定量均匀加料，提高电流使用率，节约电耗，降低企业生产成本，具体效果见表4。

表4

通过自动加料设备进行定时定量均匀加料，减少物料飞扬，改善生产车间环境，具体效果见表5。

表5

综上所述，本发明对设备结构简单、操作简单，能实现定时、定量、均匀加料，使得电解质中的氧化稀土得到充分电解，从而提高稀土氧化物生产过程中的生产效率和工艺稳定性，提高电流使用效率，降低人工操作强度，实现一人看守多台电解设备，间接改善生产车间作业环境，是一种适用于大批量工业生产的，切实可行的稀土电解自动加料的设备。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。