[发明专利]一种高温电解炉的分层出料结构及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电解冶金领域，尤其涉及一种高温电解炉的分层出料结构及其操作方法。

背景技术

钛及钛合金具有比重轻、比强度高、高温下抗蠕变性能好、耐腐蚀等优良性能，在航空航天、冶金、汽车等行业广泛用做结构材料，同时还可以作为功能材料如储氢材料、形状记忆合金材料等。目前海绵钛的生产工艺为Kroll法，也称为镁热还原法，该方法是先由含钛的矿物制取四氯化钛，再用镁还原四氯化钛从而制得海绵钛，最后经过真空自耗电电弧熔炼制成致密钛锭，然后经过轧制、车削等机械手段制成最终产品。现行镁还原法虽然是比较成熟的工业生产方法，但是由于生产过程存在工艺流程长、工序多、能耗高、不能连续生产等问题，并且所用的金属还原剂镁也是由电解得到，因此生产成本高，环境污染严重，限制了钛的应用。

为了解决这一问题，发明人提出了一种高温熔盐电解二氧化钛制备金属钛的方法（参见专利号为：ZL200810118616.3的专利，其全部内容将通过引用的方式包含在本申请中），该方法是在高温下以石墨电极为阳极，以二氧化钛或其它钛氧化物为阴极，在氟化钙熔盐中进行电解，二氧化钛或其它钛氧化物被电解还原为液态的钛，由于密度的差异，钛沉到最底层，当累积的钛达到一定的量后，从高温炉底部出料。由于高温下氧阴离子扩散速度快，从而加速了脱氧速度，因而该方法电流效率高，电耗低，与传统工艺比较可节能50%，电流效率提高到90%以上。

如果钛氧化物中含有铁的氧化物，在电解的过程中，电解电位比钛高的铁先于钛析出，由于密度比钛大，因此聚集到最底层，为了防止铁等杂质进入产品钛，对产品纯度造成影响，因此出料口的设计至关重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种一种高温电解炉的分层出料结构及其操作方法。

具体而言，本发明提供了一种高温电解炉的分层出料结构，包括：第一出料口（3），其设置在高温电解炉的坩埚（12）的底部，且其开度通过第一阀控制；导流台（11），其设置为从所述坩埚的底部凸起的凸台结构，在所述导流台（11）上设置了第二出料口（13），使得只有当所述坩埚（12）中熔液的液面高度高于所述导流台凸起高度时，才能从所述第二出料口（13）排出，所述第二出料口（13）开度通过第二阀控制；第一出料管（4），其与所述第一出料口（3）连通，用于将熔液排出到位于其下方的出料舟（17）中，第一插板阀（6）设置在所述第一出料管（4）的出口末端，用于打开或封闭所述第一出料管（4）；第二出料管（14），其与所述第二出料口（13）连通，用于将熔液排出到位于其下方的出料舟（17）中，第二插板阀（16）设置在所述第二出料管（14）的出口末端，用于打开或封闭所述第二出料管（14）；第一加热元件（5），用于加热所述第一出料管（4）；第二加热元件（15），用于加热所述第二出料管（14）；空气冷却元件（7），用于冷却所述第一出料管（4）或第二出料管（14）。

进一步地，所述第一阀包括第一连接杆（1）和第一封头（2），所述第一连接杆（1）带动第一封头（2）运动，使得所述第一封头与第一出料口配合从而控制所述第一出料口的开度；所述第二阀包括第二连接杆（9）和第二封头（10），所述第二连接杆（9）带动第二封头（10）运动，使得所述第二封头与第二出料口配合从而控制所述第二出料口的开度。

进一步地，所述第一封头（2）和第二封头（10）为球形、锥状或柱状。

进一步地，所述第一和第二出料管（4,14）采用整体耐高温金属材料制成，能承受高温和骤热的变化。

进一步地，所述第一和第二出料管（4，14）为等径直管，或者为变径管、局部弯曲管、肚形管。

特别地，本发明还提供了一种高温电解炉的分层出料方法，所述高温电解炉包括位于所述高温电解炉的坩埚底部的第一出料口（3），其开度通过第一阀控制；从所述坩埚底部凸起的导流台（11），所述导流台（11）上设置有第二出料口（13），开度通过第二阀控制；所述出料方法采用如下步骤：打开所述第二阀，执行放高位料操作，使得熔液经第二出料口排出到出料舟（17）中，从观测点（19）观察出料舟中的出料量，当接近预定放料量时，调节第二阀的开度，降低第二出料口（13）的出料量；当通过观测点观察到出料舟中出现可明显区分的未电解物料时，关闭所述第二阀；接着，打开所述第一阀，执行放低位料操作，将含有杂质的熔液经所述第一出料口排出。