一种海绵钛强制散热的装置及方法与流程

[0001]
本发明涉及海绵钛生产设备技术领域，具体涉及一种海绵钛强制散热的装置及方法。


背景技术：

[0002]
在镁热法生产海绵钛的工艺中，四氯化钛的镁热还原是一个强放热反应，在还原生产期间，反应器(4)中心最高温度会超过1200℃。如果未能及时将还原反应产生的余热排走，就会影响海绵钛的内外在质量，延长海绵钛生产周期，增加生产成本。国内海绵钛生产企业无论i型炉还是u型炉，其散热方式有强制散热和自然散热，但多采用强制散热，即通过炉壳风带对还原炉内强制排风，降低炉内反应器温度的散热形式；此散热形式散热快，但国内多数通过反应器表面热电偶反馈的温度范围控制排风机启停，在还原反应的高速加料段，释放热量较多，会造成排风机频繁启动。风机的频繁启动会对反应器进行冷热冲击，导致反应器颈缩变形；同时热电偶只能监控反应器表面的温度，表面温度的降低，并不能反映出还原反应产生的热量是否被转移出来。
[0003]
为确保反应器不会因冷热冲击变形，同时能够将反应释放的热量及时准确的排出体系外，有必要开发出一种连续的强制散热装置及方法。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术中在反应的高速加料段，排风机频繁启停，导致反应器颈缩变形的问题，本发明提供一种根据四氯化钛的加料速度，控制进风量，准确及时的将反应产生的热量排出体系外的一种连续强制散热的装置及方法，其目的在于：避免反应器因冷热冲击导致的变形，提高海绵钛品质。
[0005]
本发明采用的技术方案如下：
[0006]
一种海绵钛强制散热的装置，包括还原炉、反应器，反应器设置于还原炉内，还原炉上设有进风口和出风口，所述进风口连有进风管道，所述进风管道一端设有风机，所述出风口连有出风管道，所述出风管道直接连通空气，所述反应器上设有加料管，所述加料管一端与加料装置连接，加料管上还设有流量计，流量计用来测量四氯化钛的加料量。
[0007]
进一步的，所述进风口和出风口均设在还原炉的上部，所述进风口和出风口的高度相同。
[0008]
进一步的，反应器外壁上还设有热电偶，热电偶向自动控制系统反馈测量反应器的温度。
[0009]
进一步的，所述风机的电机为变频电机，可以通过调整电机的频率，来调节风机的排风量。
[0010]
进一步的，所述进风管道上设有第一量热计，所述出风管道上设有第二量热计，第一量热计和第二量热计用来测量进气口和出气口的气体温度差。
[0011]
进一步的，所述进风管道和出风管道与还原炉通过法兰连接，法兰中间设有密封
圈，保证接口的气密性。
[0012]
进一步的，所述流量计、热电偶、风机、第一量热计和第二量热计均连接自动控制系统，所述自动控制系统为dcs控制系统，dcs控制系统根据流量计测得的四氯化钛的流量、结合第一热量计和第二热量计测得的空气温度差、空气的密度及比热容，计算出单位时间所需的空气排量，计算出对应风机电机的频率，并通过热电偶反馈反应器的温度，再调节电机的频率来调整反应器的温度。
[0013]
一种海绵钛强制散热的方法，根据四氯化钛的加料速度，计算出还原反应产生的热量，即是需要空气携带排出的热量，根据空气的比热及排出空气的温度，即可计算出需要排出空气的体积所携带的热量，然后通过调整排风机的频率，控制进风量，即可准确及时的将反应产生的热量排出体系外，并通过热电偶来检测反应器的温度，整个强制散热过程连续不间断散热，包括以下步骤:
[0014]
s1：加料过程中，通过流量计(9)检测通过加料管(6)的四氯化钛原料的流量，并将数据反馈给自动控制系统；
[0015]
s2：自动控制系统根据四氯化钛原料的流量来确所需的空气排量，通过所需空气排量控制风机(1)的转速；
[0016]
s3：通过热电偶(3)检测反应器(4)的温度，若反应器(4)的温度达到设定温度，风机保持在设定转数；若温度高于设定温度，反馈给自动控制系统，自动控制系统控制电机频率增大，使反应器(4)温度达到设定温度，然后使风机保持在设定转数。
[0017]
进一步的，步骤s2中风机(1)的转速通过得出，其中s代表风机(1)转速；v0代表所需空气排量；v1代表风机(1)排风量；q代表1073k下1kg的四氯化钛完全反应产生热量；c代表空气的比热容；ρ代表空气的密度；t1－t0代表进风口(2)和出风口(10)气体的温差。
[0018]
为进一步验证本发明，申请人做了如下实验：
[0019]
根据当地的海拔，设定空气的密度ρ和比热容c；
[0020]
设1073k下,1kg的四氯化钛完全反应产生热量为q千焦/小时；
[0021][0022]
设空气质量m，空气排量v0，风机排风量v1立方米/转，进风口空气温度t0，排风口空气温度t1，进出口温差t1－t0，；
[0023]
由q＝cm(t1－t0)＝cρv0(t1－t0)得：空气排量立方米/小时
[0024]
计算风机设定转速：转/分钟；
[0025]
根据风机的转速需求，设定风机电机的频率。
[0026][0027]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0028]
1.根据四氯化钛加料速度自动调控风机的排风量，连续不间断的强制散热，确保反应器不会因冷热冲击颈缩变形。
[0029]
2.能够将反应释放的热量及时准确的排出体系外。
[0030]
3.可提高加料速度，降低反应时间。
[0031]
4.避免局部高温导致烧结，缩短蒸馏时间，提高海绵钛品质。
附图说明
[0032]
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0033]
图1是本发明海绵钛强制散热装置的结构示意图。
[0034]
附图标记
[0035]
1-风机、2-进风口、3-热电偶、4-反应器、5-还原炉、6-加料管、7-第二量热计、8-第一量热计、9-流量计、10-出风口、11-进风管道、12-出风管道。
具体实施方式
[0036]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037]
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该
发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
下面结合图1对本发明作详细说明。
[0039]
一种海绵钛强制散热的装置，包括还原炉5、反应器4，反应器4设置于还原炉5内，还原炉5上设有进风口2和出风口10，所述进风口2连有进风管道11，所述进风管道11一端设有风机1，所述出风口10连有出风管道12，所述出风管道12直接连通空气，所述反应器4上设有加料管6，所述加料管一端连有加料装置，所述加料管6上还设有流量计9，所述流量计9用来测量四氯化钛的加料量。当加料装置开始向反应器4加四氯化钛原料，加料过程中，流量计9检测通过加料管6的四氯化钛原料的流量，并将数据反馈给自动控制系统，自动控制系统控制调节电机的频率，风机1将冷空气从进风管道11吹入还原炉5，带走反应器4的温度，热空气经由出风口10从出风管道12排出到空气中。
[0040]
优选的，所述进风口2和出风口10均设在还原炉5的上部，所述进风口2和出风口10的高度相同。
[0041]
优选的，所述反应器4外壁上还设有热电偶3，热电偶3向自动控制系统反馈测量反应器的温度。
[0042]
优选的，所述风机1的电机为变频电机，通过调整电机的频率，来调节风机1的排风量。
[0043]
优选的，所述进风管道11上设有第一量热计8，所述出风管道12上设有第二量热计7，第一量热计和第二量热计用来测量进气口和出气口的气体温度差。
[0044]
优选的，所述进风管道11和出风管道12与还原炉5通过法兰连接，法兰中间设有密封圈，保证接口的气密性。
[0045]
优选的，所述流量计9、热电偶3、风机1、第一量热计8和第二量热计7均连接自动控制系统，所述自动控制系统为dcs控制系统，dcs控制系统根据流量计测得的四氯化钛的流量、结合第一热量计8和第二热量计7测得的空气温度差、空气的密度及比热容，计算出单位时间所需的空气排量，计算出对应风机1电机的频率，并通过热电偶3反馈反应器4的温度，再调节电机的频率来调整反应器4的温度。
[0046]
一种海绵钛强制散热的方法，根据四氯化钛的加料速度，计算出还原反应产生的热量，即是需要空气携带排出的热量，根据空气的比热及排出空气的温度，即可计算出需要排出空气的体积所携带的热量，然后通过调整排风机1的频率，控制进风量，即可准确及时的将反应产生的热量排出体系外，并通过热电偶3来检测反应器4的温度，整个强制散热过程连续不间断散热，包括以下步骤:
[0047]
s1：加料过程中，通过流量计9检测通过加料管6的四氯化钛原料的流量，并将数据反馈给自动控制系统；
[0048]
s2：自动控制系统根据四氯化钛原料的流量来确所需的空气排量，通过所需空气排量控制风机1的转速；
[0049]
s3：通过热电偶3检测反应器4的温度，若反应器4的温度达到设定温度，风机保持在设定转数；若温度高于设定温度，反馈给自动控制系统，自动控制系统控制电机频率增
大，使反应器4温度达到设定温度，然后使风机保持在设定转数。
[0050]
进一步的，步骤s2中风机1的转速通过得出，其中s代表风机1转速；v0代表所需空气排量；v1代表风机1排风量；q代表1073k下1kg的四氯化钛完全反应产生热量；c代表空气的比热容；ρ代表空气的密度；t1－t0代表进风口2和出风口10气体的温差。
[0051]
为进一步验证本发明，申请人做了如下实验数据：
[0052]
根据当地的海拔，设定空气的密度ρ和比热容c；
[0053]
设1073k下,1kg的四氯化钛完全反应产生热量为q千焦/小时；
[0054][0055]
设空气质量m，空气排量v0，风机排风量v1立方米/转，进风口空气温度t0，排风口空气温度t1，进出口温差t1－t0，；
[0056]
由q＝cm(t1－t0)＝cρv0(t1－t0)得：空气排量立方米/小时
[0057]
计算风机转速：转/分钟；
[0058]
自动控制系统根据风机的转速，设定风机电机的频率。
[0059][0060]
优选的，设定加料速度为450kg/h，对应的风机1设定转速为2900rmp，当加料速度增加至600kg/h时，自动控制系统调控风机1的转速至设定转速4005rmp，热电偶3反馈反应器4的实际温度，若反应器4的温度达到设定温度，风机1保持在设定转数4005rmp；若温度高于设定温度，反馈给自动控制系统，自动控制系统增加风机1设定转速，使反应器4温度达到设定温度，然后风机1转速保持不变。
[0061]
需要注意的是本申请中涉及到的dcs自动控制原理属于现有技术，因此本申请中不再具体阐述。
[0062]
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。