一种液态稀土金属出炉装置的制作方法

本发明涉及稀土熔盐电解技术领域，尤其涉及一种液态稀土金属出炉装置。

背景技术：

液态稀土金属出炉是稀土电解生产过程中的一个重要工序。目前，国内稀土熔盐电解领域所采用的稀土金属出炉方式主要有：钛勺人工出炉方式、坩埚钳人工出炉方式、虹吸机械出炉方式三种；然而，人工出炉方式存在辐射热量大、操作环境恶劣、劳动强度大；虽然虹吸机械出炉方式可以改善人工出炉的缺陷，但是对于虹吸机械出炉方式而言，由于在使用过程中，吸管极易堵塞、变形，进而导致流速难以控制、稀土金属不易成型，且难以实现浇注小锭（例如，小于4kg的金属锭）。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种液态稀土金属出炉装置，用以解决现有技术中存在的稀土金属溶液出炉流速难以控制以及稀土金属不易成型的问题。

本发明技术方案如下：

一种液态稀土金属出炉装置，包括：电解槽（1）、接收器（2）、溢流管（3）、浇注室（4）、缓冲罐（5）和真空泵（6）；其中，

所述接收器（2）设置在所述电解槽（1）的底部，所述溢流管（3）的一端连接所述接收器（2），另一端连接所述浇注室（4）；所述溢流管（3）的外壁缠绕有用于对所述溢流管（3）加热或冷却的第一水冷感应线圈（7）；所述浇注室（4）还设置有铸锭模具（8）以及可倾倒电解质溶液的坩埚（9），连接所述浇注室（4）的所述溢流管（3）的一端正对所述铸锭模具（8）；所述浇注室（4）与所述缓冲罐（5）通过第一真空管（10）连接，所述第一真空管（10）上设置有第一真空阀（11），所述缓冲罐（5）通过第二真空管（12）与真空泵（6）连接，所述第二真空管（12）上设置有第二真空阀（13）。

可选地，所述溢流管（3）的一端连接所述接收器（2）的底部，所述接收器（2）具有至少一个台阶结构，以便于液态稀土金属流入所述溢流管（3）中。

可选地，所述坩埚（9）的外壁缠绕有第二水冷感应线圈（14），所述第二水冷感应线圈（14）用于对所述坩埚（9）进行加热或冷却。

可选地，所述浇注室（4）中还包括转轴（15），所述坩埚（9）可配合所述转轴（15）一起旋转以倾倒电解质溶液。

可选地，所述浇注室（4）中还设置有折流装置（16），所述折流装置（16）用于盛接所述溢流管（3）流出的液态稀土金属并引流至所述铸锭模具（8）。

可选地，所述折流装置（16）具体包括：金属槽（17）、前挡板（18）、后挡板（19）以及两个侧挡板（20），其中，所述前挡板（18）设置在所述金属槽（17）上边沿且靠近所述溢流管（3），后挡板（19）设置在所述金属槽（17）上边沿且远离所述溢流管（3），且所述前挡板（18）不高于所述后挡板（19）。

可选地，所述后挡板（19）由下至上逐渐向外倾斜，所述侧挡板（20）配合所述前挡板（18）和所述后挡板（19）衔接贴合。

可选地，所述金属槽（17）至少包含一个漏斗状下孔口（21），每个下孔口（21）对应所述铸锭模具（8）中的一个模型。

可选地，所述溢流管（3）的材质为钼单质或钨单质或钼钨合金；所述溢流管（3）的孔径尺寸为25-32mm。

可选地，所述第一水冷感应线圈（7）和第二水冷感应线圈（14）的材质均为铜；所述第一水冷感应线圈（7）和第二水冷感应线圈（14）的孔径尺寸为5-10mm。

本发明有益效果如下：

通过本发明方案，将溢流管（3）从电解槽（1）的接收器（2）的下方接入，一方面采用重力的方式让液态稀土金属自然流出，另一方面也会采用真空的方式辅助出炉；而且本申请在溢流管（3）外壁缠绕第一水冷感应线圈（7），从而通过加热的方式避免凝结，而且，还可以通过断电的方式对溢流管（3）进行冷却，进而，提升了对溢流管（3）中的液态稀土金属的流速的控制效果。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种液态稀土金属出炉装置的结构示意图；

图2为为本发明对坩埚（9）进行剖切得到的侧视图；

图3为本发明折流装置（16）的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明所涉及的技术方案进行详细描述，本发明包括但并不限于以下实施例。

如图1所示，为本发明实施例所提供的一种液态稀土金属出炉装置的结构示意图，该装置主要包括：电解槽（1）、接收器（2）、溢流管（3）、浇注室（4）、缓冲罐（5）和真空泵（6）。

其中，所述接收器（2）设置在所述电解槽（1）的底部，所述溢流管（3）的一端连接所述接收器（2），另一端连接所述浇注室（4）。具体地，可通过在接收器（2）的底部钻一通孔，然后将溢流管（3）预埋在电解槽（1）中，以引接到接收器（2）的通孔处，且保持衔接密封。

而考虑到需要将溢流管（3）预埋在电解槽（1）中，那么，需要选择耐高温的材质，因此，本申请中的溢流管（3）优选以钼单质或钨单质或钼钨合金为佳；所述溢流管（3）的孔径尺寸为25-32mm。

所述溢流管（3）的外壁缠绕有用于对所述溢流管（3）加热或冷却的第一水冷感应线圈（7）。其中，第一水冷感应线圈（7）通过缠绕的方式设置在溢流管（3）外壁，其线圈内径中充满了循环冷水，当开启线圈，即对第一水冷感应线圈（7）通电时，开始对线圈进行加热，线圈的热量能够保证溢流管（3）中的液态稀土金属流速稳定，而不会出现凝结；当关闭时，即对第一水冷感应线圈（7）断电时，线圈停止加热，线圈内的循环冷水开始冷却该溢流管（3），进而，使得溢流管（3）内的液态稀土金属凝结而不发生流动，从而，起到截止的作用。由此可知，本发明中设置的溢流管（3）起到阀门开关的作用，当通电时，相当于打开阀门，使得液态稀土金属流动至浇注室（4），当断电时，相当于关闭阀门，使得液态稀土金属停止流动，起到截止的作用。该设计避免了额外设置阀门的必要，且保证了液态稀土金属的流速稳定，简化了结构设计。

所述浇注室（4）还设置有铸锭模具（8）以及可倾倒电解质溶液的坩埚（9），连接所述浇注室（4）的所述溢流管（3）的一端正对所述铸锭模具（8）。由于在浇筑液态稀土金属之前需要在铸锭模具（8）的表面设置电解质溶液，以保证浇注得到的金属锭的表面光滑稳定。由于本申请主要依靠从电解槽（1）的下方利用重力的方式让液态稀土金属自然流入溢流管（3）中，无法实现采用现有虹吸方式从上方得到电解质溶液以在虹吸提取到液态稀土金属之前进行电解质溶液的设置涂抹，因此，本申请采用在浇筑室（4）中设置坩埚（9），并将固体电解质放入坩埚（9）中进行加热，在进行出炉之前，将坩埚（9）中加热的电解质溶液倾倒入铸锭模具（8）中。而且，溢流管（3）的一端正对铸锭模具（8），以便于流经溢流管（3）的液态稀土金属能够流入铸锭模具（8）中。

所述浇注室（4）与所述缓冲罐（5）通过第一真空管（10）连接，所述第一真空管（10）上设置有第一真空阀（11），所述缓冲罐（5）通过第二真空管（12）与真空泵（6）连接，所述第二真空管（12）上设置有第二真空阀（13）。

此外，在该装置中的浇注室（4）的侧壁还设置有第一放气阀（22），浇注室（4）的上方还设置有观察孔（23）以及室门（24）。

由上述方案可知，不同于现有技术的是，本申请将虹吸所用的吸管换做溢流管（3），不是将该溢流管（3）由上方插进电解槽（1）的溶液中仅利用真空方式将液态稀土金属由下至上吸出来，而是将溢流管（3）从电解槽（1）的接收器（2）的下方接入，一方面采用重力的方式让液态稀土金属自然流出，另一方面也会采用真空的方式辅助出炉；而考虑到现有技术中吸管易阻塞且流速不稳定等问题，本申请在溢流管（3）外壁缠绕第一水冷感应线圈（7），从而通过加热的方式避免凝结，而且，还可以通过断电的方式对溢流管（3）进行冷却，进而，提升了对溢流管（3）中的液态稀土金属的流速的控制效果。

可选地，所述溢流管（3）的一端连接所述接收器（2）的底部，在本申请中，为了能够加速液态稀土金属在接收器（2）中的流速，可将所述接收器（2）设计为具有至少一个台阶结构，以便于液态稀土金属流入所述溢流管（3）中。其实，还可以为一个斜坡结构，或者具有类似倾斜趋势的结构。

可选地，在本申请中，浇注室（4）中的坩埚（9）的外壁缠绕有第二水冷感应线圈（14），所述第二水冷感应线圈（14）用于对所述坩埚（9）进行加热或冷却。其效果与第一水冷感应线圈（7）一样，在此不做赘述。具体的加热温度以及加热时间可根据所要加热的固体电解质的类型选择。

另外，参照图2所示，为本申请对坩埚（9）进行剖切得到的侧视图，由此图可知，所述浇注室（4）中还包括转轴（15），所述坩埚（9）可配合所述转轴（15）一起旋转以倾倒电解质溶液。另外，还可以包含一个连接转轴（15）一端的手柄（27），以便于工作人员进行调节，使得坩埚（9）旋转到合适的倾倒角度，将其中的电解质溶液倾倒至铸锭模具（8）。

仍参照图1所示，所述浇注室（4）中还设置有折流装置（16），所述折流装置（16）用于盛接所述溢流管（3）流出的液态稀土金属并引流至所述铸锭模具（8）。

参照图3所示，所述折流装置（16）具体包括：金属槽（17）、前挡板（18）、后挡板（19）以及两个侧挡板（20），其中，所述前挡板（18）设置在所述金属槽（17）上边沿且靠近所述溢流管（3），后挡板（19）设置在所述金属槽（17）上边沿且远离所述溢流管（3），且所述前挡板（18）不高于所述后挡板（19）。由于该溢流管（3）中流出的液态稀土金属的流速较快，为了避免溅射，可设置这样的折流装置以有效引流液体，防止液态稀土金属溅射到其他地方。

优选地，可将浇注室（4）中溢流管（3）的一端与前挡板（18）接触，这样，可提升引流效果。

可选地，参照图3所示，所述后挡板（19）由下至上逐渐向外倾斜，所述侧挡板（20）配合所述前挡板（18）和所述后挡板（19）衔接贴合。另外，该折流装置（16）还可以包含焊接在侧挡板（20）外侧的固定卡子（25），以实现对折流装置（16）的固定。

所述金属槽（17）至少包含一个漏斗状下孔口（21），每个下孔口（21）对应所述铸锭模具（8）中的一个模型。其实，该金属槽（17）中的下孔口（21）的数量可根据实际需求设定，或者，可配合铸锭模具（8）的数量进行选取。一般情况下，为了提升生产效率，都会同时浇注多个模型，以便于同时形成多个金属锭。

可选地，所述溢流管（3）的材质为钼单质或钨单质或钼钨合金；所述溢流管（3）的孔径尺寸为25-32mm。

可选地，所述第一水冷感应线圈（7）和第二水冷感应线圈（14）的材质均为铜；所述第一水冷感应线圈（7）和第二水冷感应线圈（14）的孔径尺寸为5-10mm。其中，第一水冷感应线圈（7）和第二水冷感应线圈（14）可通过连接相应的变频器以实现通电导通。

可选地，本申请中坩埚（9）可以为刚玉坩埚，即其材质可以为氧化铝或钨或钼或钨钼合金。

下面简单介绍该液态稀土金属出炉装置的工作原理。

首先，出炉之前，在坩埚（9）内放置4～5kg固体电解质，开启对应第二水冷感应线圈（14）的变频器，调节功率使固体电解质熔化。

之后，关闭第一放气阀（22）、第二放气阀（26），开启真空泵（6），打开缓冲罐（5）与真空泵（6）之间的第二真空阀（13），使得压力降至0.08Mpa。

接着，开启溢流管（3）上的第一水冷感应圈（7）的控制开关，同时将坩埚（9）中熔化的电解质溶液通过转动手柄的方式使得坩埚（9）倾斜而注入铸锭模具（8）中，关闭对应第二水冷感应线圈（14）的变频器。打开浇注室（4）与缓冲罐（6）之间的第一真空阀（11），通过观察孔（23）观察液态稀土金属从溢流管（3）流经折流装置（16），注入铸锭模具（8）中，当液态稀土金属注满铸锭模具（8）体积的3/4时，关闭第一真空阀（11），打开第一放气阀（22）。从而，实现较为稳定的出炉铸锭。

由此，通过该方案，不仅可以淘汰人工出炉的落后工艺技术，降低人工劳动强度，减少辐射热量对人体的伤害，还可以改善虹吸装置吸管易堵塞、变形、流速不稳定、金属不易成型等问题，推动稀土金属电解行业的自动化技术发展和大规模产业化发展

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。