一种异型阳极以及电解炉的制作方法

本发明涉及稀土电解领域，具体涉及一种异型阳极以及电解炉。

背景技术：

1、稀土元素，是元素周期表ⅲb族中镧系和钪、钇共17种元素的总称，常用re或ree表示，具有独特的光学、电学、磁学等性能，是当代高新技术领域的重要原材料。含稀土元素制造的新型功能材料、电子材料、光学材料、特殊合金及有机金属化合物等广泛用于电子信息、新能源、新材料、节能环保、航空航天等高新技术领域。中国稀土矿产资源丰富，为发展稀土工业发展提供了较好的资源条件。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。

2、参考附图1-2，在炉体内设置相对的阴极3和阳极2，阴极连接至电源装置的负极，阳极连接至电源装置的正极，其间间距即极距，熔盐在此电场内进行氧化还原反应，金属阳离子在阴极处得电子形成液态金属。阳极一般采用石墨材质，根据常识，石墨为电的良导体，且质地软，阳极顶部固定连接角铁6，使得阳极悬置在炉体内，阴极为柱状，阳极为圆心角小于180°的圆环状，根据电解中伴随的氧化还原反应，阳极作为消耗品，在液面高度h下，面向阴极的一面逐渐被消耗，导致极距逐渐增大，电解速率降低，更重要的，阳极厚度随电解深入而逐渐变薄，在未完全消耗时就需要进行更换，如附图1中所示的，边线l1电解前阳极未消耗的状态，边线l2为阳极更换时的状态，边线l1、边线l2之间的间距即极距增大的部分，此时阳极还存在剩余部分无法被进一步利用。

3、经分析原因在于：参考附图2，阳极为圆环状，其重心可能并不位于阳极上，且阳极重力g对其与角铁6的连接部位产生极大的力矩，再加之，阳极在电解过程中存在对电解质液体的搅拌作用，根据力的相互作用原理，电解质液体对阳极存在阻力，阻力对连接处也存在较大的力矩；随着阳极被消耗变薄，其机械强度不足以支撑起稳定，存在掉落的风险。因此需要在阳极消耗到既定厚度后将其取出以进行更换，但这不仅造成阳极的实际利用率较低，也压缩了炉体的工作时间。

技术实现思路

1、根据背景技术提出的问题，本发明提供一种异型阳极以及电解炉来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

2、一种异型阳极，顶部连接角铁，截面为类扇形结构，其朝向阴极的一面为柱面，厚度由中部向两侧逐渐增厚。

3、进一步地，所述阳极在背向阴极的一面也为柱面，其曲率小于朝向阴极的柱面曲率，作用在于便于加工制造。

4、可选地，背向阴极的柱面圆心o2为与其关于阴极对称的另一未减薄处理阳极的第二背弧线与阳极对称中轴线的交点，或，

5、背向阴极的柱面圆心o2为阳极的对称中轴线与炉体边缘线的交点。

6、本发明还提供了一种应用有异型阳极的电解炉，包括炉体，炉体内置有阳极和阴极，阴极连接至电源装置的负极，阳极关于阴极对称设置，并连接至电源装置的正极，阴极正下方设置有接收器，阴极在炉体炉底的投影落入接收器的范围内；所述阴极为柱体。

7、进一步地，还包括有极距补偿机构，所述极距补偿机构包括：

8、横梁，其下部设置有滑槽，所述滑槽内设置有滑块，角铁连接在滑块上，横梁由炉体外部顶部向炉体内延伸；

9、吊架，将横梁连接在升降装置上；

10、端座，设于电解炉外，所述横梁的一端连接在端座内，所述端座与吊环同步升降；

11、压力传感器，内置于端座是内顶部，用于横梁的力矩动态变化；

12、安装板，设于电解炉外，其上设置有螺杆，螺杆上配合设置有移动座，阳极通过连杆连接至移动座；

13、第一电机，用于根据压力传感器所获取的变化值驱动螺杆转动，补偿极距的位移变动，维持极距稳定。

14、进一步地，所述螺杆连接在变速齿轮箱的输出上，第一电机连接在变速齿轮箱的输入上，作用在于将极距的微小位移量放大为第一电机可准确控制的转动周数上。

15、进一步地，压力值的变动近似为与极距值成正比例关系，易于反馈控制。

16、进一步地，角铁转动连接在滑块上，还包括有：

17、枢轴，设置在移动座上；

18、摆动盘，同轴设置在枢轴上，在驱动装置的驱动下以枢轴为轴小幅度往复摆动；

19、两等长的连杆，分别连接阳极的两侧的角铁和摆动盘，两等长的连杆与角铁和摆动盘的四个枢接点构成一平行四边形；

20、通过连杆带动阳极往复摆动，作用在于对液态电解质起到一定的搅拌作用，有利于电解质流动及气体的逸出，更重要在于使气体也不易附着在阳极上，将阳极效应降低到最低程度。

21、进一步地，所述摆动盘上设置有一空腔，驱动摆动盘摆动的驱动装置包括：

22、第二电机，固定在安装板上；

23、偏心凸轮，连接在第二电机的输出上，并位于空腔内，偏心凸轮与空腔壁接触；

24、当第二电机驱动偏心凸轮转动时，偏心凸轮通过与腔壁的作用驱动摆动盘往复摆动。

25、进一步地，所述安装板通过吊杆连接在横梁上，安装板与横梁同步升降；作用在于，不仅在电解过程中对极距进行动态补偿，还在阳极需要更换时，与横梁同步上升，当阳极外露于炉体后，可将阳极拉出炉体外，进而可于炉体外更换阳极。

26、进一步地，阴极上连接有一集气罩，集气罩位于电解质液面之上，集气罩顶部连接有出气管道，电解炉顶部设置有气刀管，气刀管喷气方向朝向阳极，向阳极喷出保护气体；所述出气管道上设置引风机，用于在集气罩内形成负压。

27、进一步地，所述集气罩呈下大上小的喇叭口状，作用在于于顶部增大与电解炉炉壁的间隔，提供部件的安装空间，底部扩大气体的覆盖面积，易于所产生的废气的排出；

28、进一步地，布料口的出料方向朝向集气罩，通过布料口向电解炉内持续补充原料，来料每次补料量和电解反应速率相匹配，作用在于维持电解质液面高度相对波动小，原料由布料口泄出后自由落体运动先接触在集气罩上，集气罩的喇叭口状形状对原料存在降速和导向作用，目的在于降低原料落入电解质中的速度，避免电解质液面波动较大和飞溅。

29、进一步地，所述气刀管固定在横梁上，其喷气方向与阳极朝向阴极的一面呈现一锐角；目的在于延长保护气与阳极表面的作用距离，且减小垂直作用于阳极的表面的作用力。

30、进一步地，吊架在横梁上的位置满足：气刀管反作用力对于吊架支点的力矩与吊杆对于吊架支点的力矩相等；作用在于使得压力传感器的数值变动直接反应为阳极的消耗量。

31、进一步地，所述阴极连接在悬吊系统上，所述接收器的接收面积接近阴极的截面积；目的在于当需要抽取金属液时，悬吊系统侧移使接收器、阴极存在错位，接收器存在外露于阴极的部分，作为虹吸管下移进入接收器的需求空间。

32、作为优选地，所述集气罩底部边缘设置避位槽，用于在集气罩被悬吊系统侧移至一侧；此设置的目的在于保留虹吸管下移所需空间的前提下，尽可能增大集气罩的覆盖面积。

33、有益效果：与现有技术相比，采用本发明的阳极的电解炉，单个阳极的资源消耗率相比下降了33％左右，且电解过程避免了阳极掉落的情况发生，保证了电解的效率和质量；电解炉还设置有极距补偿机构，使得极距在电解过程中可依据阳极的消耗自动地动态补偿，维持极距的稳定，保证了电解效率和质量，还可以对阳极进行摆动，以利于电解质搅拌和气体逸出。