一种金属钛生产设备及金属钛生产方法与流程

1.本发明涉及冶金及化工技术领域，尤其涉及一种金属钛生产设备及金属钛生产方法。


背景技术：

2.金属钛因为具有低密度、高熔点、超高的比强度和优异的耐腐蚀性能，被广泛的应用在航天、海洋工程、交通运输等领域。金属钛的制备方法可分为物理法和化学法两大类。物理法包括雾化法、等离子球化法、机械破碎法、造粒烧结法等。
3.其中雾化法制备钛粉技术是以海绵钛作为基础原料进行后续加工，加工过程中容易引入新的杂质，难以得到高纯钛；碘化钛热分解法虽然可以有效的去除氧元素，但目前产量小、工艺不稳定，关键技术与设备尚未完全掌握；熔盐电解法可以有效的去除fe、cu、cr等重金属元素以及氧元素，但是在去除mn、v等与钛电位接近的杂质元素时效果不好；电子束熔炼法能明显降低c、n、h以及其它低熔点金属杂质元素含量，但是产物中的氧和重金属元素必须要提前去除，一般不能作为一个独立的提纯钛的方法；传统的kroll法制备钛粉需要将海绵钛原料进行氢化、破碎、脱氢等工艺过程，且不能降低金属镁带入的杂质，同时制得的粉末形状不规则，间歇式生产。
4.气相金属热还原法是一种有效的获得高纯度、球形度好、流动性好的金属钛粉且成本低方法。但是，在相关技术中，针对气相金属热还原法相对研究较少，因此，亟需一种可连续加料、连续出料的气相金属热还原法制备高纯金属钛的生产装置。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种金属钛生产设备及金属钛生产方法，可连续加料、连续生产出高纯度、球形度好、流动性好的高纯钛粉，降低生产成本。
6.本公开实施例所提供的技术方案如下：
7.一种金属钛生产设备，包括：
8.加热炉，所述加热炉的第一端设有用于供给四氯化钛气体的第一进气管和用于供给氩气的第二进气管，所述加热炉的第二端设有排气管，所述加热炉的内腔从所述第一端至所述第二端依次为气相反应区、冷凝区和卸料区，所述冷凝区设有冷凝装置；
9.用于向所述气相反应区内投放金属物料的加料装置，所述加料装置设置于所述加热炉外，且所述加料装置的出料口与所述气相反应区相通；
10.用于气化所述金属物料，以使气化后的所述金属物料与四氯化钛气体进行反应的气化室，所述气化室位于所述气相反应区内，且位于所述出料口的正下方以盛放所述金属物料。
11.示例性的，所述加料装置包括自上而下依次设置的储料仓和过渡仓，其中所述储料仓与所述过渡仓之间通过隔板隔离开，且所述隔板上设有可调节角度的料口。
12.示例性的，所述气化室内设有用于气化所述金属物料的坩埚。
13.示例性的，所述冷凝装置包括环绕在所述冷凝区的外侧壁上的循环冷凝水管。
14.示例性的，所述冷凝区内设有用于将冷凝沉降的生成物排送至所述卸料区的排料器。
15.示例性的，所述排料器为螺旋排料器。
16.示例性的，所述卸料区设有卸料仓，所述卸料仓位于所述冷凝区的侧下方。
17.示例性的，所述加热炉上设有翻盖。
18.本公开实施例还提供一种金属钛生产方法，所述方法包括如下步骤：
19.通过所述第一进气管向所述加热炉内供给四氯化钛气体，通过所述第二进气管向所述加热炉内供给氩气，以使所述氩气将所述四氯化钛气体载入所述气相反应区；
20.通过所述加料装置向所述气化室内加金属物料，以使所述金属物料气化；
21.将所述加热炉加热至反应温度，使气化后的金属物料与所述四氯化钛气体在所述气相反应区内发生反应；
22.通过所述冷凝器对进入所述冷凝区的生成物冷凝沉降；
23.冷凝沉降后的生成物进入所述卸料区。
24.示例性的，所述方法中，所述反应温度为800～1200℃；冷凝沉降后的生成物通过排料器输送至所述卸料区。
25.本公开实施例所带来的有益效果如下：
26.本公开实施例所提供的金属钛生产设备及金属钛生产方法，其加热炉上设有供给四氯化钛气体和氩气的进气管，还包括可连续向加热炉内投放金属物料的加料装置，可在加热炉的气相反应区内，原料之间发生反应，而生成金属钛气体，金属钛气体继而进入冷凝区被冷凝沉降之后，进入卸料区可连续排料。由此可见，本公开实施例提供的金属钛生产设备可实现气相金属热还原法制备高纯金属钛，以制备高纯度、球形度好、流动性好的高纯钛粉。在本公开进一步实施例中，可实现高纯钛的连续性生成，提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
27.图1表示本公开实施例中提供的金属钛生产设备的结构示意图。
28.图中，各部件标记如下：
29.加热炉10；第一进气管11；第二进气管12；排气管13；气相反应区a；冷凝区b；卸料区c；冷凝装置20；加料装置30；储料仓31；过渡仓32；气化室40；排料器50。
具体实施方式
30.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
31.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似
的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
32.图1所示为本公开实施例提供的金属钛生产设备的结构示意图。
33.如图1所示，本公开实施例所提供的金属钛生产设备包括：
34.加热炉10，所述加热炉10的第一端设有用于供给四氯化钛气体的第一进气管11和用于供给氩气的第二进气管12，所述加热炉10的第二端设有排气管13，所述加热炉10的内腔从所述第一端至所述第二端依次为气相反应区a、冷凝区b和卸料区c，所述冷凝区b设有冷凝装置20；
35.用于向所述气相反应区a内投放金属物料的加料装置30，所述加料装置30设置于所述加热炉10外，且所述加料装置30的出料口与所述气相反应区a相通；
36.用于气化所述金属物料，以使气化后的所述金属物料与四氯化钛气体进行反应的气化室40，所述气化室40位于所述气相反应区a内，且位于所述出料口的正下方以盛放所述金属物料。
37.本公开实施例所提供的金属钛生产设备，其加热炉10上设有供给四氯化钛气体和氩气的进气管，还包括向加热炉10内投放金属物料的加料装置30，可在加热炉10的气相反应区a内，原料之间发生反应，而生成金属钛气体，金属钛气体继而进入冷凝区b被冷凝沉降之后，进入卸料区c。由此可见，本公开实施例提供的金属钛生产设备可实现气相金属热还原法制备高纯金属钛，以制备高纯度、球形度好、流动性好的高纯钛粉。
38.本公开的一些示例性实施例中提供的金属钛生产设备，可以实现连续加料、连续生产。以下对本公开实施例提供的金属钛生产设备进行更为详细的说明。
39.在一些实施例中，如图1所示，所述加料装置30包括自上而下依次设置的储料仓31和过渡仓32，其中所述储料仓31与所述过渡仓32之间通过隔板33隔离开，且所述隔板33上设有可调节角度的料口。采用这种方案，在生产金属钛时，可在所述储料仓31内预先装入金属物料(例如金属镁或金属钙等)，然后通过调节所述隔板33上的料口的角度，将所述储料仓31内的金属物料加入至过渡仓32内，从而可以实现连续加料的目的，进而实现连续性生产。
40.在一些实施例中，如图1所示，所述气化室40内设有用于气化所述金属物料的坩埚。该坩埚可选用陶瓷坩埚。通过加热该坩埚，可使得坩埚内的金属物料气化。
41.在一些实施例中，如图1所示，所述冷凝装置20包括环绕在所述冷凝区b的外侧壁上的循环冷凝水管。可以理解的是，在其他实施例中，所述冷凝装置20不限于此。
42.在一些实施例中，如图1所示，所述冷凝区b内设有用于将冷凝沉降的生成物排送至所述卸料区c的排料器50。通过该排料器50的设置，可以实现将冷凝沉降的生成物连续性地排出至卸料区c，进而实现生产连续性。
43.在一些实施例中，如图1所示，所述排料器50为螺旋排料器50。当然可以理解的是，在实际应用中，所述排料器50不限于此。
44.在一些实施例中，如图1所示，所述卸料区c设有卸料仓，所述卸料仓位于所述冷凝
区b的侧下方，且所述排气管13位于所述冷凝区b的侧上方。
45.示例性的，所述加热炉10上设有翻盖。可通过所述翻盖打开加热炉10以进行快速冷却。
46.需要说明的是，一些实施例中，所述第一进气管11、所述第二进气管12和所述排气管13以及所述加热炉10的炉体均可选用不锈钢制造。所述加热炉10可整体呈横置的长管状。所述排气管13上设有排气阀。
47.本公开实施例还提供一种金属钛生产方法，采用本公开实施例提供的金属钛生产设备生产金属钛，所述方法包括如下步骤：
48.通过所述第一进气管向所述加热炉内供给四氯化钛气体，通过所述第二进气管向所述加热炉内供给氩气，以使所述氩气将所述四氯化钛气体载入所述气相反应区；
49.通过所述加料装置向所述气化室内加金属物料，以使所述金属物料气化；
50.将所述加热炉加热至反应温度，使气化后的金属物料与所述四氯化钛气体在所述气相反应区内发生反应；
51.通过所述冷凝器对进入所述冷凝区的生成物冷凝沉降；
52.冷凝沉降后的生成物进入所述卸料区。
53.示例性的，所述方法中，所述反应温度为800～1200℃；冷凝沉降后的生成物通过排料器输送至所述卸料区。
54.以下说明本公开实施例提供的金属钛生产设备的具体工程过程：
55.首先，通过第二进气管12路中的氩气(ar)将第一进气管11路中的四氯化钛(ticl4)气体载入到加热炉10的气相反应区a中；
56.然后，在所述储料仓31内预先装入高纯还原性金属物料(例如金属镁或金属钙等)，通过调整所述储料仓31与所述过渡仓32之间的隔板33，使得所述金属物料进入所述过渡仓32内；
57.然后，将加热炉10加热至800～1200℃，使反应物加热至反应温度，形成的生成物通过冷凝器在冷凝区b冷凝沉降后，并被螺旋排料器50将产物排送至卸料区c，反应过程中多余的气体通过排气管13排出收集处理。
58.反应结束后，可以通过翻盖打开加热炉10进行快速冷却。
59.有以下几点需要说明：
60.(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
61.(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
62.(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
63.以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。