一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽的制作方法

1.本实用新型涉及熔盐电解槽技术领域，特别是涉及一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽。


背景技术：

2.稀土被称为“新材料之母”，被广泛应用于新能源、航天军工和电子信息等领域，在现代工业和国防事业中有着重要的战略应用。稀土金属(合金)的制备方法主要有熔盐电解法和金属热还原法，而熔盐电解法具有产物成分均匀、易控制、生产效率高、操作过程连续以及电解成本低等优势，广泛用于制备稀土金属(合金)。据统计，中国稀土金属(合金)产品有95％以上是由熔盐电解法生产的。电解槽是电解生产稀土金属(合金)的主要设备，熔盐电解法制备稀土金属时，以稀土氟化物和氟化锂的混合物为电解质，以石墨为阳极，钨或钼等金属棒为阴极，通入大电流直流电进行电解，稀土金属通过槽底的钨或钼坩埚承接，从而获得稀土金属(合金)。
3.稀土金属熔盐电解过程为放热过程，工业应用的6ka～10ka电解槽电解过程产生的热量足够维持熔盐熔化状态。但在进行一些探索性的试验研究时，电解用的电流较小，电解电流密度小，电解产生的热量不足以维持熔盐的熔化状态，因此需要借助外加热设施保证槽体的热量平衡。在金属冶炼过程中，外加热设备多采用中频电源进行感应加热，可以解决冶炼过程热量不足的问题。但采用中频电炉加热时，加热圈需通入水对感应线圈进行冷却，而在小型试验过程中产生的不稳定影响因素较多，高温易发生熔盐溅射、炉体穿漏等现象，对主体设备损害大，电解金属遇水容易爆炸，试验成本高。
4.因此，市场上急需一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽，用于解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用电热丝来提供电解所需热能，结构简单、便于控制，并且设有保温装置可以有效的减少热量损失。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.本实用新型公开了一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽，包括由内到外依次设置的电解装置、外加热装置、保温装置和电解槽壳体；
8.所述电解装置包括内钢套、石墨槽和阳极主体，所述石墨槽设置于所述内钢套内，所述阳极主体位于所述石墨槽内，所述阳极主体的上端能够用于连接电解电源的正极，所述石墨槽内能够用于放置坩埚；
9.所述外加热装置包括电热丝，所述电热丝设置于所述内钢套的外侧。
10.优选的，所述内钢套与所述石墨槽之间的间隙中填充有石墨粉。
11.优选的，所述阳极主体的下端位于所述石墨槽内，所述阳极主体的上端通过螺丝固定有阳极连接件，所述阳极连接件通过阳极电连接线与电解电源的正极相连接。
12.优选的，所述阳极连接件的下端放置于所述石墨槽的槽口上，所述阳极连接件与所述石墨槽之间设有垫圈，所述垫圈的材质为氧化铝。
13.优选的，所述电解槽壳体、所述内钢套和所述阳极连接件的材质均为q235钢板；
14.所述电解槽壳体的钢板厚度为4mm，所述内钢套的钢板厚度为4mm，所述阳极连接件的钢板厚度为10mm。
15.优选的，所述保温装置包括耐火砖，所述耐火砖的外侧设有保温砖，所述保温砖的外侧设有石棉板，所述石棉板的外侧为所述电解槽壳体。
16.优选的，所述耐火砖的内壁上设有加热凹槽，所述加热凹槽为螺旋结构，所述电热丝设置于所述加热凹槽内。
17.优选的，所述保温装置的内壁上设有测温装置，所述测温装置为热电偶。
18.优选的，所述石墨槽和所述阳极主体的材质均为等静压石墨材料，所述石墨槽和所述阳极主体的密度为1.85g/cm3。
19.优选的，所述石墨槽的槽底处设有一个放置凹槽，所述坩埚能够用于放置在所述放置凹槽内；
20.所述坩埚材质为钼金属。
21.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
22.本实用新型提供了一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽，通过电热丝对石墨槽进行外加热，维持熔盐熔化及电解过程所需的热量，且电热丝可根据内钢套大小进行灵活调节，满足不同产量的稀土金属及合金的试验需求；另外，本实用新型提供的保温装置降低了电解过程的热量损失，提高了热能利用率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
24.图1为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽的结构示意图；
25.图2为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中阳极连接件的俯视图；
26.图3为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中阳极连接件的正视图；
27.图4为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中内钢套的俯视图；
28.图5为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中内钢套的正视图；
29.图6为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中石墨槽的俯视图；
30.图7为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中石墨槽的正视图；
31.图8为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中阳极主体的俯视图；
32.图9为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中阳极主体的正视图；
33.图10为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中坩埚的俯视图；
34.图11为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中坩埚的正视图；
35.图12为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中垫圈的俯视图；
36.图13为本实用新型实施例具有外加热功能的试验熔盐电解槽中垫圈的正视图；
37.图中：1、电解槽壳体；2、石棉板；3、保温砖；4、耐火砖；5、阳极连接件；6、内钢套；7、石墨槽；8、阳极主体；9、坩埚；10、金属阴极；11、螺丝；12、垫圈；13、电热丝；14、加热凹槽；15、热电偶；16、电热丝电连接线正极；17、电热丝电连接线负极；18、阳极电连接线；19、阴极电连接线。
具体实施方式
38.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.本实用新型的目的是提供一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用电热丝来提供电解所需热能，结构简单、便于控制，并且设有保温装置可以有效的减少热量损失。
40.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
41.如图1-图13所示，本实施例提供了一种具有外加热功能的试验熔盐电解槽，包括由内到外依次设置的电解装置、外加热装置、保温装置和电解槽壳体1；
42.其中，电解装置包括内钢套6、石墨槽7和阳极主体8，对其具体结构，如图4-图5所示，内钢套6为下端封闭上端开口的圆筒状结构；如图6-图7所示，石墨槽7也为一下端封闭上端开口的圆筒状结构，石墨槽7的壁厚要比内钢套6的厚度厚，且石墨槽7的外径要小于内钢套6的内径；石墨槽7设置于内钢套6内，阳极主体8位于石墨槽7内，阳极主体8的上端能够用于连接电解电源的正极，石墨槽7内的槽底能够用于放置坩埚9；
43.外加热装置包括电热丝13，电热丝13设置于内钢套6的外侧。
44.在实际使用时，以电解制备钇镍合金为例：将氟化钇、氟化锂熔盐加入至石墨槽7内，采用外加热装置将石墨槽7内温度加热至1050℃，将熔盐熔化。控制外加热装置的温度为1150℃、电解电流为600a、电解电压为6v，以φ20
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1000mm的镍棒为金属阴极10，金属阴极10的下端位于石墨槽7内，金属阴极10的上端通过阴极电连接线19连接于电解电源的负极。加入氧化钇原料，进行熔盐电解试验。每电解40min取出石墨槽7底部的坩埚9，将坩埚9内金属和熔盐倒入模具中，每炉可以的得到钇镍合金约450g。采用具有外加热功能的试验熔盐电解槽制备的钇镍合金成分均匀、性能稳定。
45.于本实施例中，内钢套6与石墨槽7之间的间隙中填充有石墨粉，其作用是对石墨槽7进行固定支撑。
46.于本实施例中，阳极主体8的下端位于石墨槽7内，阳极主体8的上端与内钢套6的上端平齐且略高于石墨槽7的上端，阳极主体8的上端通过镀锌m4
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40mm型号的螺丝11固定有阳极连接件5，阳极连接件5通过阳极电连接线18的铜线缆与电解电源的正极相连接。
47.对于阳极连接件5的具体形状，如图2-图3所示，中部为下端封闭上端开口的圆筒状结构，且下端设有中心通孔，便于金属阴极10的穿过，中心通孔的周围还圆周分布有多个连接孔，便于螺丝11的穿过。阳极连接件5的两端各固定有一个长条片，可以用来与阳极电连接线18电连接。
48.于本实施例中，阳极连接件5的下端放置于石墨槽7的槽口上，由于阳极主体8的上端略高于石墨槽7的上端，当阳极连接件5固定到阳极主体8的上端时，阳极连接件5与石墨槽7的上端会存在环形空隙，在阳极连接件5与石墨槽7之间的环形空隙处设有垫圈12，以此将阳极主体8与石墨槽7隔离开，对于垫圈12的具体结构，如图12-图13所示，其为一常见的环形圈结构，垫圈12的材质为氧化铝。
49.于本实施例中，电解槽壳体1、内钢套6和阳极连接件5的材质均为q235钢板；
50.此外，电解槽壳体1的钢板厚度为4mm，内钢套6的钢板厚度为4mm，阳极连接件5的钢板厚度为10mm。
51.于本实施例中，保温装置包括耐火砖4，耐火砖4的外侧设有保温砖3，保温砖3的外侧设有石棉板2，石棉板2的外侧为电解槽壳体1。即，耐火砖4、保温砖3、石棉板2以及电解槽壳体1是由内到外依次设置的，其中位于最内侧的耐火砖4的中心处设有电解凹槽，电解装置设置于电解凹槽内。利用多层保温结构，可以有效的避免电热丝13产生的热量大量流失。
52.于本实施例中，耐火砖4的内壁上设有加热凹槽14，加热凹槽14的材质为氧化铝，加热凹槽14为螺旋结构，电热丝13设置于加热凹槽14内，电热丝13为hre铁铬铝合金丝，电热丝13沿着加热凹槽14的方向螺旋分布于内钢套6的外侧壁上，这样设置可以有效的增加电热丝13产生的热量与内钢套6的接触效率，增强加热效果。此外，电热丝13的两端均会依次穿过耐火砖4、保温砖3、石棉板2以及电解槽壳体1，电热丝13的一端为电热丝电连接线正极16，用于连接加热电源正极，另一端为电热丝电连接线负极17，用于连接加热电源负极。
53.于本实施例中，保温装置的内壁上设有测温装置，测温装置为热电偶15，热电偶15依次贯穿耐火砖4、保温砖3、石棉板2以及电解槽壳体1，以此来实时监测电解装置以及外加热装置工作时的温度。
54.于本实施例中，石墨槽7和阳极主体8的材质均为等静压石墨材料，石墨槽7和阳极主体8的密度为1.85g/cm3。
55.于本实施例中，石墨槽7的槽底处设有一个放置凹槽，坩埚9能够用于放置在放置凹槽内，放置凹槽能够对坩埚9起到一个定位的作用，防止坩埚9在工作时左右晃动；
56.坩埚9材质为钼金属，本领域技术人员还可以根据实际需要将其替换为其他的材质，不仅仅局限于钼金属。
57.本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。