一種具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，應(yīng)用于高溫電解領(lǐng)域，包括電解室、電極、進(jìn)料裝置、出料裝置和出料室，其特征是沿爐蓋上電極入口邊緣，密封性固定一波紋管，波紋管的上端連接一上法蘭，上法蘭通過連接板與陽極升降裝置連接，電極與所述上法蘭軸向密封連接，電極下端從波紋管中伸向熔池，電極采用一根長電極，或由多根短電極續(xù)接而成。還在熔池上設(shè)置了熔池蓋板。在發(fā)熱元件與保溫層之間設(shè)置隔熱屏。本實(shí)用新型提出的這種高溫連續(xù)小型電解實(shí)驗(yàn)爐，結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強(qiáng)，由于密封性增強(qiáng)，電解爐能夠?qū)崿F(xiàn)高溫電解難熔金屬，特別適合于熔鹽電解二氧化鈦制備金屬鈦。
【專利說明】一種具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電解爐，特別是關(guān)于一種實(shí)驗(yàn)用的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解爐。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用電解技術(shù)生產(chǎn)致密金屬鈦，比用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)海綿鈦大約能節(jié)約成本30%左右，而且環(huán)保無污染。高溫連續(xù)電解爐就是用于鈦與鈦合金及某些有色金屬及其合金熔煉的設(shè)備，對這種電解爐，除具備一般高溫爐的特點(diǎn)以外，還需要在電解系統(tǒng)，密封系統(tǒng)，力口料、出料系統(tǒng)等方面滿足設(shè)計(jì)要求，使其可在不破壞氣氛條件下進(jìn)行加料、測溫、電解熔煉、鑄錠冷卻及出錠，實(shí)現(xiàn)合金連續(xù)生產(chǎn)。
[0003]但現(xiàn)有的一些小型實(shí)驗(yàn)電解爐，主要為鋁電解爐，可控溫度低于1000°C，且爐膛為開放式結(jié)構(gòu)，沒有考慮結(jié)構(gòu)密封、保溫與傳熱等相關(guān)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決現(xiàn)有小型高溫連續(xù)電解爐的密封、保溫、進(jìn)出料等問題，使其滿足高溫連續(xù)電解鈦金屬的要求，本實(shí)用新型提供一種具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，適用于實(shí)驗(yàn)室科研實(shí)驗(yàn)，它能夠在高達(dá)1800°C的高溫下，熔鹽電解鈦等難熔金屬，特別適合于熔鹽電解二氧化鈦制備金屬鈦。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，包括電解室、電極、進(jìn)料裝置、出料裝置和出料室，電解室由外及內(nèi)依次由爐殼、保溫層、發(fā)熱元件、熔池圍設(shè)而成，爐殼上有爐蓋，進(jìn)料裝置主要由加料器和加料管組成，出料裝置主要由閥桿、球閥和導(dǎo)流管組成，其特征在于，沿所述爐蓋上電極入口的邊緣，密封性固定一波紋管，所述波紋管的上端固定連接一上法蘭，所述上法蘭通過連接板與所述陽極升降裝置連接，所述電極與所述上法蘭密封連接，電極下端從所述波紋管中伸向所述熔池，所述電極采用一根長電極，或由多根短電極續(xù)接而成。
[0006]進(jìn)一步講，所述熔池上設(shè)置了熔池蓋板，由石墨材料制成，蓋板上設(shè)置有加料管口、電極口和閥桿口。
[0007]在所述爐殼和爐蓋外表面設(shè)置有冷卻水套。
[0008]所述爐蓋與爐殼通過法蘭連接，中間有高溫密封圈密封。
[0009]所述加料管與加料管口之間、電極與電極口之間、閥桿與閥桿口之間都留有一定的間隙。
[0010]加料管口的直徑比加料管的直徑大l_2cm，電極口的直徑比電極的直徑大2_6cm，閥桿口的直徑比閥桿的直徑大l_2cm，所有這些有助于在保證動(dòng)作件動(dòng)作的前提下盡可能的保證密封。
[0011]所述加料管與所述爐蓋上為軸向密封連接，且設(shè)置有多個(gè)加料管，加料快。
[0012]在所述發(fā)熱元件與保溫層之間設(shè)置隔熱屏隔熱。[0013]下端帶有所述球閥的所述閥桿，與所述爐蓋為軸向密封連接，所述球閥與所述熔池底部設(shè)置的出料口相對，通過球閥與出料口的開度控制出料量。
[0014]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，可獲得以下有益效果:1、本實(shí)用新型提出的這種高溫連續(xù)小型電解實(shí)驗(yàn)爐，結(jié)構(gòu)簡單，通過在電極與爐蓋的接口處設(shè)置波紋管和法蘭，讓波紋管與爐蓋密封連接，電極下端從波紋管中穿過，上端與法蘭密封連接，使得電極既能保證與爐蓋的密封，又能實(shí)現(xiàn)電極的動(dòng)態(tài)伸縮，即實(shí)現(xiàn)所謂的動(dòng)態(tài)密封效果。2、通過在熔池上增加熔池蓋，在爐殼與爐蓋間設(shè)置密封圈，加強(qiáng)了保溫效果，也防止了熔池高溫對爐蓋的輻射，使得熔池溫度可達(dá)1800°C高溫。3、通過把爐蓋上的接口密封做好，同時(shí)把熔池蓋上的進(jìn)料管口、電極口、閥桿口設(shè)置的稍大些，使得進(jìn)料管、電極、閥桿都能方便的運(yùn)動(dòng)，增加了操作靈活性。整體來講，由于該電解爐能夠?qū)崿F(xiàn)整體密封，因此可以在氣氛保護(hù)或真空條件下進(jìn)行電解。由于滿足了高溫要求，該電解爐適用于難熔金屬的熔鹽電解，特別適合于熔鹽電解二氧化鈦制備金屬鈦。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
[0016]圖中，1-保溫層，2-發(fā)熱元件，3-熔池蓋板，4-熔池，5-加料器，6-加料管，7_加料管口，8-石墨電極，9-連接板，10-上法蘭，11-波紋管，12-電極口，13-閥桿，14-爐蓋，15-閥桿口，16-球閥，17-出料口，18-導(dǎo)流管，19-坩堝，20-出氣管，21-爐殼，22-出料室。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0018]如圖1所示，本實(shí)用新型主要介紹的是指電解爐系統(tǒng)中除去冷卻系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、電控系統(tǒng)以外的電解爐主體部分，它主要包括電解室、電極、進(jìn)料裝置、出料裝置和出料室?guī)撞糠帧?br> [0019]與常規(guī)設(shè)計(jì)一樣，本實(shí)用新型的電解室也主要是由爐殼21、保溫層1、發(fā)熱元件2、熔池4、爐蓋14組成。爐殼21是由具有良好焊接性能的軋制鋼板加工而成，為防止不均勻引起變形和保護(hù)密封圈，在爐殼的外圍包有水冷套。發(fā)熱元件2設(shè)置于爐殼21與熔池4之間，距離熔池4外側(cè)面大約2-4cm。發(fā)熱元件2由石墨材料制成。為了進(jìn)一步減少爐殼的散熱損失和蓄熱損失，提高爐子的熱效率，在發(fā)熱元件2的外圍設(shè)置保溫層I (為石墨氈)，其主要作用是隔熱、保溫及減少熱損失。進(jìn)一步地，一般還可以在發(fā)熱元件2與保溫層I之間設(shè)置隔熱屏進(jìn)一步減少熱損失(圖1中未示出隔熱屏的設(shè)置)。熔池4位于電解室的中心，由石墨材料制成，用做高溫熔鹽電解用的電解池，在電解的過程中兼做熔鹽電解用的陰極。爐殼21、保溫層1、發(fā)熱元件2、熔池4可以為層層環(huán)包的方形或筒形結(jié)構(gòu)均可。在爐殼21的頂部蓋設(shè)爐蓋14。
[0020]進(jìn)料裝置，參見圖1所示，主要由加料器5和加料管6組成。加料管6上部連接加料器5，可以實(shí)現(xiàn)在氬氣保護(hù)下進(jìn)行加料，下部穿過爐蓋14伸入到熔池4中，與爐蓋之間采取軸密封方式，具有防散熱、防漏氣的功能。
[0021]石墨電極8，也是穿過爐蓋14進(jìn)入熔池4。石墨電極8采用一根或多根石墨電極續(xù)接，電極直徑為100-400mm。[0022]出料裝置，包括閥桿13、球閥16和導(dǎo)流管18。下端帶有球閥16的閥桿13，穿過爐蓋14進(jìn)入到熔池4的底端，與熔池4底部設(shè)置的出料口 17相對，并通過球閥16控制出料口 17的開度。導(dǎo)流管18連接在出料口 17的下部，坩堝19放置在導(dǎo)流管下方。出料室22位于電解室的下方，使液體鈦從電解室的熔池4流入到出料室中的坩堝19中進(jìn)行冷卻。這里，閥桿13與爐蓋14也是軸密封，保證了閥桿與電解室的密封。
[0023]作為一種常規(guī)設(shè)計(jì)，在爐蓋14上還設(shè)置有出氣管20，用于氣體的排出。
[0024]為了加強(qiáng)爐體的保溫和密封功能，本實(shí)用新型在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步改進(jìn)，包括:
[0025]1、在熔池4上設(shè)置了熔池蓋板3，由石墨材料制成，蓋板上設(shè)置有加料管口 7、電極口 12、閥桿口 15，這既保證了熔池內(nèi)的溫度，又降低了熔池4對爐蓋14的熱輻射；
[0026]2、為了防止熱輻射造成爐蓋14過熱和變形，以及保護(hù)密封元件，在爐蓋14的上表面也設(shè)置有冷卻水套；
[0027]3、帶有水冷套的爐蓋14與爐殼21通過法蘭連接，中間有高溫密封圈密封，可以保證電解室的密封；
[0028]4、在做上述改進(jìn)的基礎(chǔ)上，加料管6、石墨電極8、閥桿13分別對應(yīng)地穿過熔池蓋板3上的加料管口 7、電極口 12、閥桿口 15，進(jìn)入熔池；并且加料管6與加料管口 7之間、石墨電極8與電極口 12之間、閥桿13與閥桿口 15之間都留有一定的間隙，以便加料管6快速地插入和電極8、閥桿13的上下運(yùn)動(dòng)。較佳地，加料管口 7的直徑比加料管的直徑大l-2cm左右，電極口 12的直徑比石墨電極8直徑大2-6cm左右，閥桿口 15直徑比閥桿13的直徑大l-2cm左右；
[0029]5、為了保證電解的連續(xù)進(jìn)行，在爐蓋14上可以設(shè)置一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)加料管6。
[0030]6、為了進(jìn)一步保證石墨電極8與爐蓋14之間的密封，并且電極可上下運(yùn)動(dòng)，本實(shí)用新型對此部分結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，采用了動(dòng)態(tài)密封結(jié)構(gòu)，方式是設(shè)置一波紋管11，下端固定在爐蓋14的電極入口的邊緣保持與爐蓋的密封良好，上端固定連接一上法蘭10 ;上法蘭10上方連接一連接板9，連接板9與陽極升降裝置實(shí)現(xiàn)固定連接；石墨電極8穿過連接板9、上法蘭10、波紋管11以及爐蓋14和熔池蓋板3上的電極口進(jìn)入熔池4，其中石墨電極8與上法蘭10之間有密封材料，通過螺母壓緊，從而達(dá)到石墨電極8與上法蘭10之間的密封目的。這樣，石墨電極8就通過上法蘭10和波紋管11實(shí)現(xiàn)了與爐蓋14之間的動(dòng)密封，通過波紋管11的壓縮實(shí)現(xiàn)電極8的下降。
[0031]這樣，電解爐整體上就實(shí)現(xiàn)了密封，真空泵抽真空裝置在升溫前將爐內(nèi)空氣排出，然后充入氬氣，在氬氣保護(hù)氣氛下就可進(jìn)行金屬熔鹽電解。
[0032]下面是一個(gè)具體的電解實(shí)施例，分以下步驟進(jìn)行:
[0033]I)將二氧化鈦造粒制得粒度為2-8_的顆粒；
[0034]2)將粒度為2-8mm的顆粒在溫度150_300°C下干燥處理20_30min后制得二氧化鈦球團(tuán)；
[0035]3)將制備好的二氧化鈦球團(tuán)加入到熔池中，將電解質(zhì)加入熔池中，所述電解質(zhì)是氟化鈣或者是氟化鈣與氟化鋰的混合熔鹽，該混合熔鹽中氟化鋰的重量百分比含量為
0-20%,電解質(zhì)加入量為熔池容量的2/3 ；
[0036]4)將電解爐抽真空至I X KT1-SXKT3Pa,然后向電解爐中充入氬氣，保持電解壓力為 IO-1OOPa ；
[0037]5)電解時(shí)，將電解電源的正極與石墨陽極連接，電解電源的負(fù)極與熔池相連，陽極電極采用石墨電極8，在電解電壓2.5-3.0V,電源輸出電流1-lOkA，電解溫度1700-1900°C條件下進(jìn)行熔鹽電解，電解時(shí)間為50-500min，得到的液態(tài)金屬鈦；
[0038]6)由出料裝置的球閥16控制電解室出料口的開度，將金屬液態(tài)層放出到出料坩堝19中冷卻，出爐量為總鈦量的1/4-1/3，隨后重復(fù)操作加入下一批原料。產(chǎn)品在出料室冷卻后，打開出料室的門取出鈦錠，將鈦錠取樣分析測定其純度，在上述實(shí)驗(yàn)中測得的純度為99.93%。
【權(quán)利要求】
1.一種具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，包括電解室、電極、進(jìn)料裝置、出料裝置和出料室，電解室由外及內(nèi)依次由爐殼、保溫層、發(fā)熱元件、熔池圍設(shè)而成，爐殼上有爐蓋，進(jìn)料裝置主要由加料器和加料管組成，出料裝置主要由閥桿、球閥和導(dǎo)流管組成，其特征在于， 沿所述爐蓋上電極入口的邊緣，密封固定一波紋管，所述波紋管的上端固定連接一上法蘭，所述上法蘭通過連接板與陽極升降裝置連接，所述電極與上法蘭之間有密封材料，通過螺母壓緊，所述電極下端從波紋管中伸向所述熔池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，所述熔池上設(shè)置了熔池蓋板，由石墨材料制成，蓋板上設(shè)置有加料管口、電極口和閥桿口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，在所述爐殼和爐蓋外表面設(shè)置有冷卻水套。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，所述爐蓋與爐殼通過法蘭連接，中間有高溫密封圈密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，所述加料管與加料管口之間、電極與電極口之間、閥桿與閥桿口之間都留有一定的間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，力口料管口的直徑比加料管的直徑大l_2cm，電極口的直徑比電極的直徑大2-6cm，閥桿口的直徑比閥桿的直徑大l_2cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，所述加料管與所述爐蓋上為軸向密封連接，且設(shè)置有多個(gè)加料管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，在所述發(fā)熱元件與保溫層之間設(shè)置隔熱屏。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的具有良好密封結(jié)構(gòu)的高溫連續(xù)電解實(shí)驗(yàn)爐，其特征在于，下端帶有所述球閥的所述閥桿，與所述爐蓋為軸向密封連接，所述球閥與所述熔池底部設(shè)置的出料口相對，通過球閥與出料口的開度控制出料量。
【文檔編號(hào)】C25C3/28GK203474925SQ201320623716
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】賈文成, 劉美鳳, 曹志新 申請人:寶納資源控股(集團(tuán))有限公司