本實用新型涉及一種生產(chǎn)稀土金屬及其合金用電解爐以及由該電解爐組成的電解爐組和使用方法。屬于稀土冶金設備及應用技術領域。

背景技術：

在稀土金屬及其合金生產(chǎn)中，電解是常用生產(chǎn)方法。稀土金屬及其合金生產(chǎn)的電解溫度通常在約900℃以上。

公布日為2010年08月18日，公布號為CN101805914A名稱為“底部陰極導流式稀土電解槽”的中國專利申請中公開了“一種底部陰極導流式稀土電解槽，適用于稀土電解槽改造和開發(fā)。本發(fā)明陽極正下方放置陰極，陽極底部為圓弧形凹面，陰極頂部為圓弧形凸面，陽極的圓弧形凹面與陰極的圓弧形凸面相對應，陰極并列設置，相連接處形成導流槽，陰極與石墨坩堝之間設有高溫絕緣層，陰極下面放置有陰極導電排”技術方案，取得了“本發(fā)明設計了新型的陰陽極結構，滿足了由于稀土金屬都比較活潑需要電解過程陰極高電流密度，陽極低電流密度的要求；采用導流式陰極結構降低了電解金屬液滴在電解區(qū)域停留時間，能有效的減少金屬二次氧化，提高金屬收得率；采用底部陰極布置方式能有效的利用現(xiàn)在鋁電解槽成熟的布線方式和技術，有利于本發(fā)明槽型的推廣和大型化”技術效果。該技術方案由于陰極工作面積大于陽極工作面積，陰極電流密度小于陽極電流密度，導致輸入功率下降，生產(chǎn)能力下降；導流槽之間有縫隙，熔鹽易滲漏接觸耐火材料層，易出現(xiàn)穿槽等缺陷，生產(chǎn)的金屬品質差；反應時產(chǎn)生的氣體不易逸出，易產(chǎn)生陽極效應，有礙正常生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術電解槽存在的上述缺陷，本實用新型提供一種電解爐，采用如下技術方案：

電解爐，包括陽極調整部件3、爐膛5、爐壁6、外殼7、陰極8、陽極9和保溫層16；自外向內(nèi)依次為外殼7、保溫層16、爐壁6、爐膛5，爐壁6內(nèi)的空腔形成頂部開口的爐膛5；自上而下依次為陽極調整部件3、爐膛5、陽極9和陰極8；所述陰極8位于爐膛5內(nèi)，至少有一端穿過爐壁6、保溫層16和外殼7伸出外殼7之外；所述陽極9自爐膛5頂部的開口伸入爐膛5內(nèi)；陰極8與陽極9組成電解工作對，陽極9具有與陰極8適應的電解工作面；所述陽極調整部件3控制陽極9運動；其中陽極9設有排氣通道。

本實用新型優(yōu)選技術方案之一，至少有2對電解工作對。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，所述陽極9由左陽極91和右陽極92組成，所述左陽極91和右陽極92之間有間隙成為排氣通道。更佳的是左陽極91和右陽極92的運動分別由不同的陽極調整部件控制。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，還包括進料管1，所述進料管1自爐膛5頂部的開口伸入爐膛5內(nèi)。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，所述進料管1伸入排氣孔2內(nèi)。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，所述陰極(8)沿長度方向傾斜。即陰極(8)沿長度方向與水平面有夾角α。以α＝5-10°為更佳。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，陽極9比陰極8更寬。即陽極9的電解工作面比陰極8的電解工作面更大。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，陰極8的接線端81還設有冷卻裝置12。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，所述坩堝10的底自一端向另一端傾斜。

本實用新型再一優(yōu)選技術方案，所述陽極9運動包括上下運動和/或左右運動、前后運動，所述上下運動為垂直方向運動，所述左右運動為水平方向沿陰極8徑向運動，所述前后運動為水平方向沿陰極8軸向運動。

本實用新型電解爐的使用方法，陽極調整部件3控制陽極9上下運動和/或左右運動、前后運動，所述上下運動為垂直方向運動，所述左右運動為水平方向沿陰極9橫截面運動，所述前后運動為水平方向沿陰極8長度方向運動。

本實用新型電解爐的使用方法優(yōu)選技術方案之一，還通過調整電源電壓和/或電流調整工藝參數(shù)。

本實用新型電解爐的另一使用方法，通過調整電源電壓和/或電流調整工藝參數(shù)。

本實用新型電解爐技術方案由于具有陽極設有排氣通道2等技術特征，具有以下優(yōu)點：

1.陽極不防礙電解時產(chǎn)生的氣體逸出，可以克服陽極大型化后電解時產(chǎn)生的氣體聚集在陽極電解工作面頂部造成局部絕緣而產(chǎn)生的陽極效應，有利于提高生產(chǎn)效率和保持平穩(wěn)電解。

2.陽極沿垂直方向上下運動，可以調整陰陽兩極的距離，控制電解工藝參數(shù)；陽極沿陰極的徑向左右運動可以控制陽極均勻消耗及控制電解工藝參數(shù)；陽極沿陰極的軸向前后運動和/或沿陰極的徑向左右運動，達到攪拌電解質和加速氣體逸出的效果；陽極沿陰極軸向運動還可以露出較多的坩堝位置，方便出爐。

3.陽極利用率高，浪費少，更換方便。

4.陰極電流密度大于陽極電流密度，有利于電解反應的進行和金屬的匯集。

5.產(chǎn)品沿陰極弧面快速流至坩堝中，在電解反應區(qū)的停留時間短；陰極相對于水平面傾斜有利于集中匯集在坩堝內(nèi)。

6.設置多組電解工作對，將多個坩堝相互連通，匯集出爐，生產(chǎn)能力大，有利于電解爐大型化，生產(chǎn)的金屬產(chǎn)品質量更均勻，有利于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和提高產(chǎn)品品質。

附圖說明

圖1是實施例1、2示意圖。

圖2是實施例3、4示意圖。

圖3是實施例6示意圖。

圖4是實施例5示意圖。

圖5是實施例1、2、示意圖。

圖6是實施例3、4、5、6示意圖。

圖7是實施例3、4示意圖。

圖8是實施例5、6示意圖。

圖9是實施例1、2示意圖。

圖10是實施例3、4、5、6示意圖。

圖11是實施例3、4、5、6示意圖。

圖12是實施例3、4、5、6示意圖。

具體實施方式

實施例1

電解爐(參見圖1、圖5及圖9)，包括進料管1、排氣孔2、陽極調整部件3、爐蓋4、爐膛5、爐壁6、外殼7、陰極8、陽極9、坩堝10、保溫層16、導流圈19和防滲絕緣部件20。自外向內(nèi)依次為外殼7、保溫層16、爐壁6、爐膛5，爐壁6內(nèi)的空腔形成頂部開口的爐膛5。自上而下依次為陽極調整部件3、爐蓋4、爐膛5、陽極9、陰極8和坩堝10。所述爐蓋4罩在爐膛5的開口上方。所述陽極調整部件3、陽極9、陰極8及坩堝10數(shù)量各為1件，所述陰極8橫截面呈圓形，位于爐膛5內(nèi)，兩端分別穿過爐壁6、保溫層16和外殼7伸出外殼7之外；坩堝10位于陰極8下方。所述陽極9自爐膛5頂部的開口伸入爐膛5內(nèi)；陰極8與陽極9組成電解工作對。所述陽極調整部件3位于爐蓋4之上，具有導桿31，所述導桿31下端呈燕尾狀，穿過爐蓋4，上端連接于陽極調整部件3，下端的燕尾嵌入陽極9上端的燕尾槽95；陽極調整部件3通過導桿31帶動陽極9上下、前后、左右運動和/或轉動。所述陽極9由上下兩塊陽極塊組成，所述各陽極塊具有多個上下貫通的排氣孔2，其下端具有燕尾93，上端具有燕尾槽95，上陽極塊的燕尾93嵌入下陽極塊的燕尾槽95連接成陽極9，并使得排氣孔2暢通；位于下陽極塊下端的電解工作面為與陰極8的外形相適應的弧面。所述燕尾槽相對于陰極8水平設置且與陰極8基本垂直。所述進料管1穿過爐蓋4伸入爐膛5內(nèi)。所述導流圈19分別環(huán)套固定于陰極8在爐膛5內(nèi)的兩端，不與陽極9或爐壁6接觸，頂端伸入陽極9與爐壁6之間的空隙，下端的鉛垂線位于坩堝10內(nèi)。所述防滲絕緣部件20位于陰極8兩端將陰極8與爐壁6、保溫層16及外殼7隔開。

電解金屬鑭時以氧化鑭為原料，以氟化物為熔鹽。陽極9與電源的正極連接，陽極9及排氣孔2的上端位于熔鹽液面之上。陰極8在外殼7外與電源的負極連接。在爐膛5內(nèi)的陰極8浸泡在熔融的電解質中與其上部的弧面陽極9形成工作對。接通電源后鑭化合物在陰極8上被電解析出成液態(tài)金屬鑭沿陰極8流下被收集于坩堝10內(nèi)，導流圈19保證生產(chǎn)的液態(tài)金屬鑭不落于坩堝10之外。

生產(chǎn)過程中陽極9不斷消耗，可以通過調整部件3控制陽極9升降保持極距不變，控制相應工藝參數(shù)。也可以通過調整部件3控制陽極9沿陰極8的軸向前后運動和/或沿陰極8的徑向左右運動，達到攪拌電解質和加速氣體逸出的效果。另外，陽極9左右運動還可以控制陽極9下端的消耗速度，陽極9前后運動方便出爐。生產(chǎn)中產(chǎn)生的氣體沿陽極9排氣孔2逸出熔鹽。當陽極9某側的未端過長時，可以減小該未端與陰極8的距離，達到加速消耗該未端縮短其長度的目的。也可以通過調整部件3控制陽極9沿鉛垂線轉動調整陽極9不同部位的消耗速度和/或工藝參數(shù)、攪拌。

由于陽極電解工作面大于陰極電解工作面，陰極電流密度大于陽極電流密度，有利于電解反應的進行和金屬的匯集。在陽極電解工作面產(chǎn)生的氣體逸出方便，克服了由于電解時產(chǎn)生的氣體聚集在陽極電解工作面頂部造成局部絕緣而產(chǎn)生的陽極效應，有利于提高生產(chǎn)效率。陽極的運動可以防止在陽極電解工作面產(chǎn)生的氣體粘附在陽極電解工作面，加快氣體逸出速度，也可以加快氧化鑭在熔鹽中的溶解速度和改善熔鹽等電解質的流動狀況。

陰極8的兩端分別伸出外殼7，可以在其任意一端或丙端與電源聯(lián)接。即接線方便。

實施例2

電解爐(參見圖1、圖5及圖9)。本實施例基本與實施例1相同，不同之處在于陽極調整部件3、陽極9、陰極8、坩堝10、導流圈19及導桿31等數(shù)量各為2件，陽極9、陰極8及坩堝10兩兩平行布置于爐膛5內(nèi)。所述各陰極8沿長度方向相對于水平面傾斜3°。所述2件坩堝10之間連通，一同出爐。各陰極8沿長度方向相對于水平面傾斜使產(chǎn)品更快地離開電解反應區(qū)域，有利于集中和收集。

相對于實施例1，本實施例提高了爐膛5的利用率，生產(chǎn)能力大，有利于電解爐大型化。生產(chǎn)的金屬鑭產(chǎn)品質量更均勻。

實施例3

電解爐(參見圖2、圖6、圖7、圖10、圖11及圖12)，包括進料管1、排氣通道2、陽極調整部件3、爐蓋4、爐膛5、爐壁6、外殼7、陰極8、陽極、坩堝10、保溫層16、導流圈19和防滲絕緣部件20。自外向內(nèi)依次為外殼7、保溫層16、爐壁6、爐膛5，爐壁6內(nèi)的空腔形成頂部開口的爐膛5。自上而下依次為陽極調整部件3、爐蓋4、爐膛5、陽極、陰極8和坩堝10。所述爐蓋4罩在爐膛5的開口上方。所述陽極調整部件3為2臺，所述陽極，陰極8及坩堝10數(shù)量各為1件。所述陰極8橫截面呈圓形，位于爐膛5內(nèi)，一端穿過爐壁6、保溫層16和外殼7伸出外殼7之外，在陰極8與爐壁6、保溫層16和外殼7之間有防滲絕緣部件20；陰極8的另一端位于爐壁6中，此處的陰極8與爐壁6之間有防滲絕緣部件20。伸出外殼7之外的陰極8內(nèi)有冷卻通道12a，所述冷卻通道12a伸入至爐壁6與保溫層16交界處。坩堝10位于陰極8下方。所述陽極包括左陽極和右陽極，分別自爐膛5頂部的開口伸入爐膛5內(nèi)，所述左陽極和右陽極分別由上陽極塊91和下陽極塊92組成，所述上陽極塊91和下陽極塊92(已部分消耗的下陽極塊92下端具有與陰極8相適應的工作面)分別具有6個螺紋96及孔97，所述各螺紋96為內(nèi)螺紋，位于孔97的上端，按兩列三排布置，上陽極塊91和下陽極塊92四角的螺紋96及孔97分別通過螺栓98連接；所述螺栓98一端具有正方形或六角形膨大部90，另一端具有螺紋99，所述螺紋99為外螺紋，與螺紋96匹配，螺栓98的膨大部90位于上陽極塊91的螺紋96之上，螺紋99穿過上陽極塊91的螺紋96及孔97伸入下陽極塊92的螺紋96中將上陽極塊91和下陽極塊92連接；陰極8與陽極9組成電解工作對。所述陽極調整部件3位于爐蓋4之上，具有導桿31，所述導桿31下端左右各有孔32，穿過爐蓋4，上端連接于陽極調整部件3，螺栓98的膨大部90位于孔32之上，螺紋99穿過孔32伸入上陽極塊91中排的螺紋96連接上陽極塊91；各陽極調整部件3通過導桿31分別帶動左右陽極9上下、前后和/或左右運動。所述左陽極和右陽極之間的間隙形成排氣通道2。各陽極塊92下端的電解工作面為與陰極8的外形相適應的弧面。所述進料管1穿過爐蓋4伸入爐膛5內(nèi)的排氣通道2內(nèi)。所述導流圈19分別環(huán)套固定于陰極8在爐膛5內(nèi)的兩端，不與陽極9或爐壁6接觸，頂端伸入陽極9與爐壁6之間的空隙，下端的鉛垂線位于坩堝10內(nèi)。

電解金屬釹時以氧化釹為原料，以氟化物為熔鹽。冷卻水沿冷卻通道12a冷卻位于保溫層16及其之外的陰極，降低陰極8外側的溫度，有利于防止熔鹽滲漏。當大部分下陽極塊92消耗掉后上陽極塊91也開始消耗，自然形成與陰極8表面相適應的電解工作面。當下陽極塊92全部消耗完后將上陽極塊91與導桿31拆開，將原上陽極塊91改作新的下陽極塊92，并在導桿31與新下陽極塊92之間安裝新上陽極塊91組成新左陽極或右陽極，陽極塊利用率高。

陽極及排氣通道2的上端位于熔鹽液面之上，反應產(chǎn)生的氣體方便地從排氣通道2逸出熔鹽。

進料管1伸入爐膛5內(nèi)的排氣通道2內(nèi)將電解物料直接加入高溫反應區(qū)，物料溶解快，反應區(qū)內(nèi)原料濃度高。

陰極8的一端伸出外殼7，可以方便地與電源聯(lián)接。相對于陰極8的兩端分別伸出外殼7，減少了一個潛在的泄漏點，同時減少了散熱點，有利于節(jié)約能源。

實施例4

電解爐(參見圖2、圖6、圖7、圖10、圖11及圖12)。本實施例基本與實施例3相同，不同之處在于陽極調整部件3及導桿31各為4件，陽極9、陰極8及坩堝10數(shù)量各為2件。陽極9、陰極8及坩堝10兩兩并排布置于爐膛5內(nèi)。所述2件坩堝10之間連通，一同出爐。所述各陰極8沿長度方向相對于水平面傾斜5°。

實施例5

電解爐(參見圖4、圖6、圖8、圖10、圖11及圖12)，包括進料管1、排氣通道、陽極調整部件3、爐蓋4、爐膛5、爐壁6、外殼7、陰極8、陽極9、坩堝10、保溫層16、導流圈19和防滲絕緣部件20。自外向內(nèi)依次為外殼7、保溫層16、爐壁6、爐膛5，爐壁6內(nèi)的空腔形成頂部開口的爐膛5。自上而下依次為陽極調整部件3、爐蓋4、爐膛5、陽極9、陰極8和坩堝10。所述爐蓋4罩在爐膛5的開口上方。所述陽極調整部件3、陽極9、陰極8及坩堝10數(shù)量各為1件。所述陰極8橫截面呈瓦形，位于爐膛5內(nèi)，一端穿過爐壁6、保溫層16和外殼7伸出外殼7之外，在陰極8與爐壁6、保溫層16和外殼7之間有防滲絕緣部件20；陰極8的另一端位于爐壁6中，此處的陰極8與爐壁6之間有防滲絕緣部件20。伸出外殼7之外的陰極8內(nèi)有冷卻通道12b，所述冷卻通道12b伸入至爐壁6與保溫層16交界處。坩堝10位于陰極8下方。所述陽極9包括左陽極和右陽極，分別自爐膛5頂部的開口伸入爐膛5內(nèi)，所述左陽極和右陽極之間有間隙22；所述左陽極和右陽極分別由上陽極塊和下陽極塊組成，所述上陽極塊和新下陽極塊(已部分消耗的下陽極塊下端具有與陰極8相適應的工作面)分別具有9個螺紋96及孔97，按三列三排布置，上陽極塊和下陽極塊四角的螺紋96及孔97分別通過螺栓98連接；所述螺栓98一端具有正方形或六角形膨大部90，另一端具有螺紋99，螺栓98的膨大部90位于上陽極塊的螺紋96之上，螺紋99穿過上陽極塊的螺紋96及孔97伸入下陽極塊的螺紋96中將上陽極塊和下陽極塊連接成左陽極或右陽極；陰極8與陽極9組成電解工作對。所述各陽極塊剩余的螺紋96及孔97連通成為排氣孔21。所述陽極調整部件3位于爐蓋4之上，具有導桿31，所述導桿31下端左右各有孔32，穿過爐蓋4，上端連接于陽極調整部件3，螺栓98的膨大部90位于孔32之上，螺紋99穿過孔32伸入上陽極塊中排的螺紋96連接上陽極塊91；各陽極調整部件3通過導桿31分別帶動左右陽極9上下、前后和/或左右運動。所述間隙22及各排氣孔21共同組成排氣通道。各下陽極塊下端的電解工作面為與陰極8的外形相適應的弧面。所述進料管1穿過爐蓋4伸入間隙22內(nèi)。所述導流圈19分別環(huán)套固定于陰極8在爐膛5內(nèi)的兩端，不與陽極9或爐壁6接觸，頂端伸入陽極9與爐壁6之間的空隙，下端的鉛垂線位于坩堝10內(nèi)。所述陰極8沿長度方向相對于水平面傾斜10°。

電解鐠釹合金時以氧化鐠釹為原料，以氟化物為熔鹽。冷卻水沿冷卻通道12b冷卻位于保溫層16及其之外的陰極，降低陰極8外側的溫度，有利于防止熔鹽滲漏。

陽極及間隙22、排氣孔21的上端均位于熔鹽液面之上，反應產(chǎn)生的氣體方便地逸出熔鹽。排氣孔21附近的氣體可以沿排氣孔21及時地逸出熔鹽。各下陽極大部分消耗后相應的上陽極塊也開始消耗，并自然形成與陰極8表面相適應的電解工作面。當下陽極塊全部消耗完后可以在導桿31下端與原上陽極塊拆開后在其之間加入新的上陽極塊，將原上陽極塊改作新的下陽極塊組成新的左陽極或右陽極。

陰極8橫截面上凸的呈瓦形，產(chǎn)生的鐠釹合金沿陰極8弧形上表面快速流至其下方的坩堝10中。鐠釹合金在電解反應區(qū)的停留時間短。

實施例6

電解爐(參見圖3、圖6、圖8、圖10、圖11及圖12)，包括進料管1、排氣通道、陽極調整部件3、爐蓋4、爐膛5、爐壁6、外殼7、陰極8、陽極9、坩堝10、保溫層16、導流圈19和防滲絕緣部件20。本實施例所述電解爐除陽極調整部件3數(shù)量及陰極8形狀外均與實施例5相同所述陽極調整部件3為2臺，所述陽極9，陰極8及坩堝10數(shù)量各為1件。所述陰極8位于爐膛5內(nèi)的部分寬度較寬，由多根截面呈矩形的金屬棒81交聯(lián)成網(wǎng)狀組成，所述金屬棒81之間有間隔82。所述2臺陽極調整部件3分別控制左陽極或右陽極運動。所述左陽極或右陽極運動包括上下移動、沿陰極8的軸向前后運動、沿陰極8的橫向左右運動、沿沿陽極橫軸線轉動和/或沿陽極立軸線轉動。所述陰極8沿長度方向相對于水平面傾斜8°。

電解金屬鐠時以氧化鐠為原料，以氟化物為熔鹽。冷卻水沿冷卻通道12b冷卻位于保溫層16及其之外的陰極，降低陰極8外側的溫度，有利于防止熔鹽滲漏。

由于陰極8爐內(nèi)的部分有間隔82，電解面積小于陽極電解面積，有利于提高電解溫度，電解生產(chǎn)的金屬鐠沿間隔82快速流進坩堝10中，停留時間極短，極大地減少二次反應。

由于陰極8電解工作面為較寬的平面，陽極9相應有相當部分電解工作面也近似為平面，反應產(chǎn)生的氣體如無法及時從間隙22中排出，可以從多個排氣孔21中排出。

以上僅是本實用新型所列舉的幾種優(yōu)選方式，本領域技術人員應理解，本實用新型實施方式并不限于以上幾種，任何在本實用新型的基礎上所作的等效變換，均應屬于本實用新型的范疇。