CN109930013B - 一种制备海绵铪的还原炉 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种制备海绵铪的还原炉,包括四氯化铪升华炉、镁锭熔融炉和连通管,连通管连通四氯化铪升华炉和镁锭熔融炉;镁锭熔融炉设有可升降加料管和温度控制***,镁锭熔融炉包括炉体和炉盖;可升降加料管设置于炉盖,且位于镁锭熔融炉内;连通管通过可升降加料管连通镁锭熔融炉,可升降加料管的出口能够在镁锭熔融炉内上下移动;温度控制***能够控制镁锭熔融炉内的温度小于预设温度。由此,能够提高还原效率,且能够防止生成低价铪黑粉,提高产品回收率;防止海绵铪产品的致密度过高的问题,方便海绵铪后期破碎,提高成品率。
Description
技术领域
本发明涉及还原炉,尤其涉及一种制备海绵铪的还原炉。
背景技术
近年来,新材料行业发展迅速,铪已被广泛应用于航空航天、核电反应堆、核动力反应堆、医疗以及石油化工等领域。锆铪材料更是核能工业的核心材料,主要用作核燃料的包套材料及核反应堆的减速和控制材料,需求量日益增加,发展前景可观。
海绵铪的生产工艺主要为:氧化铪经氯化、提纯、还原、蒸馏、破碎得到海绵铪金属。现有镁还原设备为一体式结构或双罐式结构,但是存在以下缺点:1、熔融罐内的加料管的出口位于顶部,从升华罐内升华的HfCl4与熔融罐内的镁发生气气反应生成低价铪黑粉,造成产品回收率低,产品质量差。2、HfCl4与镁发生的还原反应为剧烈的放热反应,会使熔融罐内的温度升高,难以维持温度温度,则海绵铪因高温而烧结,从而使海绵铪砣尤其是中心部位海绵铪产品的致密度过高,烧结的海绵铪结构致密,破碎困难,难以破碎到产品指标规定的粒度。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种制备海绵铪的还原炉,解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
根据本发明的一个方面,提供一种制备海绵铪的还原炉,包括四氯化铪升华炉、镁锭熔融炉和连通管,连通管连通四氯化铪升华炉和镁锭熔融炉;镁锭熔融炉设有可升降加料管和温度控制***,镁锭熔融炉包括炉体和炉盖;可升降加料管设置于炉盖,且位于镁锭熔融炉内;连通管通过可升降加料管连通镁锭熔融炉,可升降加料管的出口能够在镁锭熔融炉内上下移动;温度控制***能够控制镁锭熔融炉内的温度小于预设温度。
本发明通过将镁锭熔融炉中的加料管设置成可升降结构,当镁锭被加热成熔融状态时,将加料管的出料口下降至熔融的镁液中,能够增加HfCl4气体与镁液的接触面积,提高还原效率,且能够防止HfCl4与镁锭熔融炉内的镁发生气气反应生成低价铪黑粉,提高产品回收率;此外通过设置温度控制***,能够控制镁锭熔融炉内的温度在预设温度范围内,海绵铪因高温而烧结,从而使海绵铪砣尤其是中心部位海绵铪产品的致密度过高的问题,方便海绵铪后期破碎,提高成品率。
在一些实施方式中:可升降加料管包括内管、外管和驱动装置,内管上端设置于炉盖,外管套设于内管,驱动装置驱动外管上下移动。
在一些实施方式中:炉盖设有供内管设置的通孔,内管上端边缘与炉盖上侧面固定连接,内管与通孔内壁之间具有供外管设置于的空隙。
在一些实施方式中:驱动装置设置于炉盖内;驱动装置包括直齿轮、第一伞形齿轮、第二伞形齿轮和操作部,外管侧壁设有齿口,直齿轮、第一伞形齿轮和第二伞形齿轮均设于炉盖内,直齿轮与外管的齿口啮合,第一伞形齿轮与直齿轮同轴连接,且能够同步转动,第二伞形齿轮与第一伞形齿轮啮合,操作部能够操作第二伞形齿轮转动。
在一些实施方式中:操作部包括转盘和把手,转盘与第二伞形齿轮同轴固定连接,转盘位于炉盖上侧面,把手设置于转盘上侧面边缘处。
在一些实施方式中:温度控制***包括设置于镁锭熔融炉中的加热电阻丝、温度传感器、控制器和冷却水夹套,加热电阻丝设置于炉体内;温度传感器设置于炉盖,且能够检测炉体内的温度,冷却水夹套设置于炉体侧壁内,冷却水夹套上端设有进水口,冷却水夹套下端设有出水口,进水口设有控制阀,控制器电连接于加热电阻丝、温度传感器和控制阀。
在一些实施方式中:冷却水夹套为以炉体轴心为中心的螺旋结构。
在一些实施方式中:控制阀为电磁阀。
在一些实施方式中:预设温度为830~850℃。
在一些实施方式中:出水口设有开关阀。
附图说明
图1是本发明一种制备海绵铪的还原炉的结构示意图;
图2是本发明一种制备海绵铪的还原炉的驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明,对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示,一种制备海绵铪的还原炉,包括四氯化铪升华炉1、镁锭熔融炉2和连通管3,连通管3连通四氯化铪升华炉1和镁锭熔融炉2,四氯化铪升华炉1和镁锭熔融炉2均为电阻加热炉,四氯化铪升华炉1用于将炉内的HfCl4加热升华为气体,HfCl4气体通过连通管3进入到镁锭熔融炉2内,连通管3管壁周围可以设置电阻加热,镁锭熔融炉2能够将炉内的镁锭加热成融融状态。
镁锭熔融炉2设有可升降加料管4和温度控制***5,镁锭熔融炉2包括炉体21和炉盖22;可升降加料管4设置于炉盖22,且位于镁锭熔融炉2内。连通管3通过可升降加料管4连通镁锭熔融炉2,连通管3与可升降加料管4之间法兰连接,可升降加料管4的出口能够在镁锭熔融炉2内上下移动。温度控制***5能够控制镁锭熔融炉2内的温度在预设温度范围内。
可升降加料管4包括内管41、外管42和驱动装置43,内管41上端设置于炉盖22,外管42套设于内管41外管42与内管41之间活动连接,驱动装置43驱动外管42上下移动。
炉盖22下侧中心处设有供内管41设置的通孔,内管41上端边缘与炉盖22上侧面固定连接,内管41与通孔内壁之间具有供外管42设置于的空隙23。
驱动装置43设置于炉盖22内;驱动装置43包括直齿轮44、第一伞形齿轮45、第二伞形齿轮46和操作部,外管42侧壁设有齿口47,直齿轮44、第一伞形齿轮45和第二伞形齿轮46均通过转轴设于炉盖22内部,直齿轮44一侧伸入到空隙23内,直齿轮44与外管42的齿口47啮合,第一伞形齿轮45与直齿轮44同轴固定连接,且能够同步转动,第一伞形齿轮45的轴线平行于炉盖22设置,第二伞形齿轮46与第一伞形齿轮45啮合,第二伞形齿轮46的轴线垂直于炉盖22设置,操作部能够操作第二伞形齿轮46转动。
操作部包括转盘48和把手49,转盘48与第二伞形齿轮46同轴固定连接,转盘48位于炉盖22上侧面,把手49固定设置于转盘48上侧面边缘处。通过把手49能够转动转盘48,进而驱动外管42上下移动。
在本实施例中,炉盖22为加厚型,外管42的升降距离为炉盖22的厚度。
温度控制***5包括设置于镁锭熔融炉2中的加热电阻丝51、温度传感器52、控制器53和冷却水夹套54,加热电阻丝51固定设置于炉体21内,加热电阻丝51沿炉体21内侧壁设置;温度传感器52设置于炉盖22,且能够检测炉体21内的温度,冷却水夹套54设置于炉体21侧壁内,具体来说,冷却水夹套54为在炉体21侧壁内部一体成型有冷却水通道;还可以是炉体2包括内壁和外壁,内壁和外壁之间固定设置有冷却水夹套54。冷却水夹套54可以是以炉体21轴心为中心的螺旋结构。
冷却水夹套54上端开设有进水口55,冷却水夹套54下端开设有出水口56,进水口通过法兰设有控制阀57,控制阀53为电磁阀;出水口56法兰连接有开关阀58。控制器53电连接于加热电阻丝51、温度传感器52和控制阀57。
在本实施例中,预设温度为830~850℃。当镁锭熔融炉2内的温度高于850℃时,控制器53控制电磁阀打开,冷却水夹套54对镁锭熔融炉2的内部进行降温,当温度低于850℃时,控制器53控制电磁阀关闭。
综上所述,本发明通过将镁锭熔融炉中的加料管设置成可升降结构,当镁锭被加热成熔融状态时,将加料管的出料口下降至熔融的镁液中,能够增加HfCl4气体与镁液的接触面积,提高还原效率,且能够防止HfCl4与镁锭熔融炉内的镁发生气气反应生成低价铪黑粉,提高产品回收率;此外通过设置温度控制***,能够控制镁锭熔融炉内的温度在预设温度范围内,海绵铪因高温而烧结,从而使海绵铪砣尤其是中心部位海绵铪产品的致密度过高的问题,方便海绵铪后期破碎,提高成品率。
以上所述仅是本发明的一种实施方式,应当指出,对于本领域普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干相似的变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种制备海绵铪的还原炉,其特征在于:包括四氯化铪升华炉(1)、镁锭熔融炉(2)和连通管(3),所述连通管(3)连通所述四氯化铪升华炉(1)和镁锭熔融炉(2);所述镁锭熔融炉(2)设有可升降加料管(4)和温度控制***(5),所述镁锭熔融炉(2)包括炉体(21)和炉盖(22);所述可升降加料管(4)设置于所述炉盖(22),且位于所述镁锭熔融炉(2)内;所述连通管(3)通过所述可升降加料管(4)连通所述镁锭熔融炉(2),所述可升降加料管(4)的出口能够在所述镁锭熔融炉(2)内上下移动;所述温度控制***(5)能够控制所述镁锭熔融炉(2)内的温度小于预设温度;所述温度控制***(5)包括设置于所述镁锭熔融炉(2)中的加热电阻丝(51)、温度传感器(52)、控制器(53)和冷却水夹套(54),冷却水夹套(54)为以所述炉体(21)轴心为中心的螺旋结构。
2.根据权利要求1所述的一种制备海绵铪的还原炉,其特征在于:所述可升降加料管(4)包括内管(41)、外管(42)和驱动装置(43),所述内管(41)上端设置于所述炉盖(22),所述外管(42)套设于所述内管(41),所述驱动装置(43)驱动所述外管(42)上下移动。
3.根据权利要求2所述的一种制备海绵铪的还原炉,其特征在于:所述炉盖(22)设有供所述内管(41)设置的通孔,所述内管(41)上端边缘与所述炉盖(22)上侧面固定连接,所述内管(41)与所述通孔内壁之间具有供所述外管(42)设置于的空隙(23)。
4.根据权利要求3所述的一种制备海绵铪的还原炉,其特征在于:所述驱动装置(43)设置于所述炉盖(22)内;所述驱动装置(43)包括直齿轮(44)、第一伞形齿轮(45)、第二伞形齿轮(46)和操作部,所述外管(42)侧壁设有齿口(47),所述直齿轮(44)、第一伞形齿轮(45)和第二伞形齿轮(46)均设于所述炉盖(22)内,所述直齿轮(44)与所述外管(42)的齿口(47)啮合,所述第一伞形齿轮(45)与所述直齿轮(44)同轴连接,且能够同步转动,所述第二伞形齿轮(46)与所述第一伞形齿轮(45)啮合,所述操作部能够操作所述第二伞形齿轮(46)转动。
5.根据权利要求4所述的一种制备海绵铪的还原炉,其特征在于:所述操作部包括转盘(48)和把手(49),所述转盘(48)与所述第二伞形齿轮(46)同轴固定连接,所述转盘(48)位于所述炉盖(22)上侧面,所述把手(49)设置于所述转盘(48)上侧面边缘处。
6.根据权利要求1所述的一种制备海绵铪的还原炉,其特征在于:所述加热电阻丝(51)设置于所述炉体(21)内;所述温度传感器(52)设置于所述炉盖(22),且能够检测所述炉体(21)内的温度,所述冷却水夹套(54)设置于所述炉体(21)侧壁内,所述冷却水夹套(54)上端设有进水口(55),所述冷却水夹套(54)下端设有出水口(56),所述进水口设有控制阀(57),所述控制器(53)电连接于所述加热电阻丝(51)、温度传感器(52)和控制阀(57);所述控制阀(57)为电磁阀;所述预设温度为830~850℃;所述出水口(56)设有开关阀(58)。
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