[發明專利]一種提高海綿鈦生產效率、降低能耗的裝置和方法

在審

• 申請號: 201610317739.4
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN105779791A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 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;C22B5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及稀有金屬冶金技術領域，特別涉及鎂熱還原法生產鈦、鋯、鉿、釩、鉻等其他金屬及其金屬的合金工藝技術。

背景技術

本發明適用于所有金屬鹵化物金屬熱還原法生產，比如：四氯化鈦鎂熱還原法生產海綿鈦、四氯化鋯鎂熱還原法生產海綿鋯等。為便于說明和理解，本發明以海綿鈦生產為特例進行具體分析和說明。

鎂熱還原法是目前海綿鈦生產的主要方法，其生產過程主要包括四氯化鈦鎂熱還原過程和真空蒸餾分離過程。

眾所周知，鎂熱法海綿鈦生產周期長、能耗高、單爐產量等問題一直是業內人士所面臨的急待解決的問題。究其原因：在還原過程中釋放出的大量熱量，現有技術僅僅是采用空氣自然對流換熱方式或強制通風對流換熱方式對反應器反應帶附近的器璧進行吹風散熱，而對于液態金屬鎂中心區域由于熱量的聚集造成部分金屬鎂汽化，這些汽化的金屬鎂和四氯化鈦氣體反應生成游離鈦粉和鈦的低價氯化物，同時高溫還會造成鈦晶燒結，形成鈦坨硬芯；而在真空蒸餾過程中，殘留在海綿鈦混合體中的氯化鎂和金屬鎂需要在高溫高真空條件下經過汽化、擴散、逸出三個環節被去除，特別是殘留在鈦坨中心區域的氯化鎂和金屬鎂的汽化、擴散、逸出需要穿過相當于鈦坨半徑距離的致密海綿鈦聚集體才能夠得以去除，這也是真空蒸餾時間漫長的主要原因，也使得海綿鈦電耗成本居高不下，成為高能耗產品。對于鈦坨硬芯中殘留的氯化鎂和金屬鎂即使在高溫高真空下也難以去除掉，只好將此部分硬芯鈦作為廢品處理。尤其是隨著反應器爐型的增大，上述問題越加突出。

一方面是鎂熱還原反應產生大量的熱量難以排除，使得還原反應效率受到限制；另一方面在還原反應開始前需要將固體鎂錠加熱熔化并將溫度升高到750－850℃，需要大量電力能源。

針對上述問題，也有許多相關專利技術進行了研究，但是至今也沒有哪一種技術能夠應用于生產實踐。

參考文獻如下：

1、ZL200710011744.3鎂法海綿鈦生產反應器內部熱交換的裝置

2、ZL200810068707.0海綿鈦生產還原過程的散熱及鈦坨成孔裝置

3、ZL200620133754.5一種沒法海綿鈦的四氯化鈦氫化裝置

4、ZL201410744377.8一種海綿鈦生產用的鈦坨分隔裝置

5、ZL201510259466.8一種海綿鈦還原蒸餾反應裝置及生產工藝

6、CN201210568944.X一種生產海綿鈦用的還原裝置

5、科技文章《海綿鈦還原過程熱平衡分析與節能措施研究》

6、科技文章《鎂熱法生產海綿鈦還原過程強制散熱研究》。

發明內容

本發明第一個目的是解決液態金屬鎂中心區域聚集的熱量排除或吸收問題，提高還原反應效率。

本發明第二個目的是降低還原劑金屬鎂由固態鎂錠變成液態金屬鎂所需要的熱能，降低電耗成本。

本發明第三個目的是通過減少海綿鈦混合體中殘留的金屬鎂和氯化鎂的擴散路徑，縮短海綿鈦蒸餾時間，并降低電耗成本、降低海綿鈦產物氣體含量。

為此，本發明公開一種提高海綿鈦生產效率、降低能耗的裝置。本發明是在現有還原蒸餾反應器系統的軸心部位設置一個含有可熔性柱狀體的裝置，該裝置包括兩部分：可熔性柱狀體、反應器上蓋引出套管；可熔性柱狀體穿過并垂直于反應器上蓋設置，其底部伸入金屬鎂初始液面以下、穩定在反應器篩板的上部、下部或者水平位置的區域，可熔性柱狀體位于反應器上蓋以上的部分，被封閉在與反應器上蓋密閉固定連接的反應器上蓋引出套管中。

所述可熔性柱狀體的構成物質可選擇自金屬鎂、金屬鈣、金屬鋁、金屬鋅、金屬鹵化物中的一種物質或上述一種以上物質的混合物，其中：金屬鹵化物為金屬氯化物、金屬氟化物、金屬碘化物。

所述可熔性柱狀體由一個可熔性長柱狀體構成，或者由一個以上的可熔性短柱狀體縱向疊加組合而成，其中的每個可熔性短柱狀體的構成物質可以是同一種物質、或者是不同種物質。

所述可熔性柱狀體為實心的或空心的圓柱體、棱柱體、圓臺體、棱臺體、球臺形體或橢球臺形體中的任何一種形狀的柱體。

所述可熔性柱狀體通過其內孔垂直穿套并固定在中心定位柱上。

所述反應器上蓋引出套管具有可開啟的用于提供可熔性柱狀體補充料的密閉入口。

本發明裝置的工作原理和步驟如下：

⑴、在還原爐反應器裝配時，將可熔性柱狀體組裝就位，然后進行產前準備；