[發明專利]一種具有惰性包覆層的管式換熱器及在海綿鈦生產中的應用

有效

• 申請號: 201610272636.0
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN105925820B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 王進民;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 王進民
• 主分類號: C22B34/12
• 分類號: C22B34/12;F28D7/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種具有惰性包覆層的管式換熱器，其特征在于：由管式換熱器(3)、表面惰性包覆層(5)及其內部循環流動的液態冷卻介質構成；具有惰性包覆層的管式換熱器(1)垂直設置在還原爐反應器上蓋(16)，并通過其外壁固定法蘭(14)與還原爐反應器上蓋開口法蘭(15)密封固定，其底部(10)伸入還原劑金屬鎂初始液面(7-1)以下，其上部從反應器上蓋(16)引出作為換熱器冷卻介質的入口和出口；

該惰性包覆層(5)物質具有以下特性：

⑴、在還原反應過程中，該物質或該物質在反應器內部反應形成的產物具有一定的惰性，也就是說，該物質或該物質在反應器內部反應形成的產物具有不與還原爐反應器內的其他物質四氯化鈦、金屬鎂、氯化鎂、鈦的低價氯化物發生化學反應的特性，并且在冷卻介質的作用下能夠在管式換熱器(3)的外表面保持凝固狀態，從而起到阻隔管式換熱器(3)金屬表面與反應器內部氣氛直接接觸的作用，同時也起到阻隔了新生鈦晶在管式換熱器(3)金屬表面的生長、沉積和附著的作用；

⑵、在還原蒸餾的全部過程中，該物質或該物質在反應器內部參加化學反應所形成的產物不影響鎂熱還原產物海綿鈦的質量；

⑶、該物質或該物質在反應器內部反應形成的產物具有相對較低的熔點或軟化點，在還原過程結束后不阻礙管式換熱器(3)從反應器中抽出；

惰性包覆層(5)的形成方式采用以下幾種方式中的一種：

⑴、管式換熱器(3)位于反應器內部管段的外表面整體進行惰性物質預先包覆的方式；

⑵、管式換熱器(3)位于反應器內部從液態金屬鎂還原反應結束液面(7-2)位置或(7-2)的稍上位置至管式換熱器底端(10)之間管段的外表面局部進行惰性物質預先包覆的方式；

⑶、管式換熱器(3)位于反應器內部并處于液態金屬鎂還原反應起始液面(7-1)位置或(7-1)稍下位置上部管段的外表面進行惰性物質預先包覆，剩余部分段在反應器內通過借助管式換熱器周圍的液態金屬鎂和/或液態氯化鎂自凝固形成惰性包覆層的方式。

2.根據權利要求1所述一種具有惰性包覆層的管式換熱器，其特征在于：所述惰性包覆層(5)物質選自金屬鹵化物、熔點或軟化點低于900℃的金屬或其合金中的一種或兩種以上混合物，或者是金屬鹵化物和所述金屬的混合物。

3.根據權利要求1所述一種具有惰性包覆層的管式換熱器，其特征在于：所述液態循環冷卻介質，選自金屬鈉、金屬鉀、金屬鋰、其他低熔點金屬或低熔點金屬合金中的任意一種，或低熔點熔鹽或其混合物。

4.根據權利要求1所述一種具有惰性包覆層的管式換熱器，其特征在于：所述的液態冷卻介質的最低溫度要高于其熔點溫度，最高溫度要低于其汽化點溫度和金屬鎂熔點溫度；液態冷卻介質的工作溫度要求確保管式換熱器(3)表面惰性包覆層始終保持凝固狀態。

5.一種具有惰性包覆層的管式換熱器在海綿鈦生產中的應用方法，主要應用于金屬鹵化物金屬熱還原法生產的熱量散除和產物中心成孔，其特征在于：

步驟1：在海綿鈦鎂熱還原反應過程中，表面具有惰性包覆層的管式換熱器(1)在液態冷卻介質的作用下其表面的惰性包覆層始終處于凝固狀態，隨著反應的進行，惰性包覆層(5)的厚度隨換熱器周圍區域液態鎂的溫度及冷卻介質入口與出口溫度差的變化而變化，鎂熱還原反應產生的聚集在中心區域的熱量，通過液態金屬鎂、惰性包覆層(5)和管式換熱器的外管(4)管璧與循環流動的液態冷卻介質進行對流傳導換熱，被及時排出；同時還避免了由于還原爐液鎂表面中心區域熱量集聚而造成的新生鈦晶高溫燒結問題和由于液態金屬鎂高溫汽化而生成的低價鈦和游離鈦問題；由于惰性包覆層(5)的存在，避免了新生鈦晶以管式換熱器(3)金屬外壁為活性中心成核，阻隔了新生鈦晶在管式換熱器(3)外壁上的結晶、沉積和附著，由此避免了管式換熱器與鈦坨的粘結問題；

步驟2：還原階段結束后，停止冷卻介質的循環，惰性包覆層(5)受熱熔化脫落，從而在管式換熱器(3)與鈦坨之間自形成空隙，鈦坨軸心形成孔洞，使鈦坨里部距離鈦坨表面的最大路徑長度由原來的鈦坨的半徑距離減小到二分之一半徑距離以下，當進入蒸餾階段后鈦坨內部氯化鎂和金屬鎂的擴散速度和揮發速度得以提高，蒸餾的時間周期縮短一半以上，同時也避免了由于反應器長時間蒸餾而造成的鈦坨氧化、氮化及過熱燒結問題。