用于低温氯化制取四氯化钛的一次反应炉的制作方法

本发明涉及一种一次反应炉，尤其是涉及一种用于低温氯化制取四氯化钛的一次反应炉，属于冶金生产设备设计制造技术领域。

背景技术：

我国的钒钛磁铁矿资源十分丰富，综合利用价值极高。低温选择性氯化制取四氯化钛工艺是某钢铁集团公司国内首创的提钛技术，其生产线、生产设备目前仅存在于该钢铁集团公司。高温碳化—低温选择性氯化工艺路线经济性好、工艺路线成熟，已经作为国内提钛产业的主要生产工艺。低温氯化炉作为氯化系统的核心设备，主要负责将合格粒度的碳化渣与氯气在低温条件下反应生成四氯化钛。目前，国内低温氯化炉除了在某国内钢铁集团公司内存，以及其下属企业提交的申请号为201810778511.4，发明名称为低温氯化炉的发明专利申请提供的相应技术方案外，均没有可供参考的结构。而上述存在的两种低温氯化炉不仅为直筒结构的单炉体反应炉，而且均是通过底部加料和排渣，在炉体的顶部也仅设置有一个排烟口。这种结构的低温氯化炉，在低温氯化过程中仅进行一次反应，反应不彻底；而且由于氯化反应为放热反应，从而使炉内温度极不容易控制，导致氯化率较低，约为60～75％。低温氯化炉要求炉内反应温度保持在400-600℃，最多不超过700℃，否则会使反应失效。再者，低温氯化反应过程中，炉体运行震动严重、炉体结构无法保证长时间连续运行、局部关键结构不满足功能要求等诸多缺陷。

随着产业规模的扩大，低温氯化提钛逐渐进入大型化、规模化生产，既要保证合格的氯化率，又能满足设备的使用要求，对低温氯化炉提出了新要求。采用现有单炉体，不仅无法保证碳化钛的平均氯化率达到85％，而且不能满足生产工艺要求、经济性也不高。同时，由于产能扩大，如果单纯的增大炉体直径，炉体底部加料的方式也不满足工艺要求，炉内的反应温度更加难以控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种反应温度易控制，能满足大型化、规模化生产工艺要求的用于低温氯化制取四氯化钛的一次反应炉。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于低温氯化制取四氯化钛的一次反应炉，所述的一次反应炉包括流化床、返泥浆输送接口和反应炉本体，所述反应炉本体敞开的下端部通过所述的流化床封闭，所述的返泥浆输送接口布置在所述反应炉本体的中上部；低温氯化反应过程中，氯气通过所述的流化床从底部输入所述的反应炉本体中，调控所述反应炉本体内部反应温度的泥浆通过所述的返泥浆输送接口，在外部返泥浆系统的配合下从该反应炉本体的中上部输入所述的反应炉本体中。

进一步的是，所述的一次反应炉还包括支撑稳定装置，所述的反应炉本体通过所述的支撑稳定装置支撑，并在氯化反应过程中通过该支撑稳定装置保持稳定。

上述方案的优选方式是，所述的支撑稳定装置包括环形主力支撑结构和弹性辅支撑结构，所述的反应炉本体通过所述的环形主力支撑结构支撑，氯化反应过程的所述反应炉本体通过所述的弹性辅支撑结构保持稳定，所述的弹性辅支撑结构以顶部支撑点为基准在其内部弹性件的配合下沿高度方向可自由伸缩。

进一步的是，所述的一次反应炉还包括测温孔系，所述的测温孔系沿高度方向顺序的布置在反应炉本体反应段的侧壁上；氯化反应过程中反应炉本体内部的反应温度通过插入所述测温孔系中的温度检测仪测定。

上述方案的优选方式是，所述的反应炉本体包括沿高度方向顺序连接的反应筒体、变径段、扩大段和炉顶收口密封段，所述的流化床布置在所述反应筒体的下端部，在所述炉顶收口密封段的顶板上和反应筒体顶部的侧壁上均布置有所述的返泥浆输送接口，支撑稳定装置的环形主力支撑结构与所述反应筒体的上部固定连接，支撑稳定装置的弹性辅支撑结构与所述反应筒体的中下部固定连接，所述的测温孔系沿高度方向顺序的布置在所述反应筒体的侧壁上。

进一步的是，所述的反应筒体包括壳体和衬覆在该壳体内侧壁上的内衬结构，所述的反应筒体通过所述壳体的上端与所述的变径段连接，所述的反应筒体通过所述壳体的下端与所述的流化床连接。

上述方案的优选方式是，所述的内衬结构包括沿厚度方向向内顺序设置的永久层和工作层，所述的永久层与所述壳体的内侧壁贴接连接，在所述永久层的顶部设置有与所述永久层一体成型的斜面包覆体，向筒体内部倾斜的所述斜面包覆体的倾斜面与水平面的夹角在45～80°之间，所述工作层的顶面包覆在所述的斜面包覆体中。

进一步的是，所述的内衬结构还包括多道沿高度方向顺序布置的托转环，所述托转环的外圈面与所述壳体的内侧壁焊接连接，所述托转环的其它部位包覆在所述的永久层和所述的工作层中。

上述方案的优选方式是，所述的壳体、变径段、扩大段和炉顶收口密封段均由不锈钢材料制成，呈倒圆锥形的所述变径段的侧壁与水平面的夹角在30～80°之间，在所述反应筒体的上部还设置有固体物料输入口和四氯化钛渣输出口，在所述反应筒体底部的侧壁上还设置有排渣口和应急排渣口。

进一步的是，所述的流化床包括分布板、分布器、气包和流化床支撑结构，在所述的分布板上均布的分布器安装孔，由多根喷吹导杆构成的分布器通过所述的分布器安装孔安装在所述反应筒体的下端，各根所述喷吹导杆的进气端分别与所述的气包连接，所述的流化床通过所述的流化床支撑结构支撑在所述反应筒体的下端。

本发明的有益效果是：本申请通过设置一个包括流化床、返泥浆输送接口和反应炉本体的一次反应炉，并将所述反应炉本体敞开的下端部通过所述的流化床封闭，所述的返泥浆输送接口布置在所述反应炉本体的中上部，然后在低温氯化反应过程中，使氯气通过所述的流化床从底部输入所述的反应炉本体中，使调控所述反应炉本体内部反应温度的常温泥浆通过所述的返泥浆输送接口，在外部返泥浆系统的配合下从该反应炉本体的中上部输入所述的反应炉本体中。这样，由于在所述反应炉本体的中上部设置了返泥浆输送接口，并在低温氯化反应过程中通过该返泥浆输送接口，在外部返泥浆系统的配合下将外部淋洗、精制工序产生的常温泥浆重新输入反应炉，达到降低超过700℃的炉内温度的目的，从而不仅可以有效的实现对炉内反应温度的有产控制，而且参与反应的氯气通过流化床从底部输入所述的反应炉本体中，还能满足大型化、规模化生产工艺要求。

附图说明

图1为本发明涉及到的高氯化率低温氯化组合炉体的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明用于低温氯化制取四氯化钛的一次反应炉即主炉的主剖示意图；

图4为图3的右侧视图；

图5为图3的俯视图；

图6为图3的i部视图；

图7为图4的ii部视图。

图中标记为：流化床1、返泥浆输送接口2、反应炉本体3、支撑稳定装置4、环形主力支撑结构5、弹性辅支撑结构6、支撑点7、测温孔系8、反应筒体9、变径段10、扩大段11、炉顶收口密封段12、壳体13、内衬结构14、永久层15、工作层16、斜面包覆体17、托转环18、固体物料输入口19、四氯化钛渣输出口20、排渣口21、应急排渣口22、分布板23、分布器24、气包25、流化床支撑结构26、喷吹导杆27、主炉28、副炉29、炉间u型阀30、工艺管口31。

具体实施方式

如图3～图7所示是本发明提供的一种反应温度易控制，能满足大型化、规模化生产工艺要求的用于低温氯化制取四氯化钛的一次反应炉。所述的一次反应炉包括流化床1、返泥浆输送接口2和反应炉本体3，所述反应炉本体3敞开的下端部通过所述的流化床1封闭，所述的返泥浆输送接口2布置在所述反应炉本体3的中上部；低温氯化反应过程中，氯气通过所述的流化床1从底部输入所述的反应炉本体3中，调控所述反应炉本体3内部反应温度的常温泥浆通过所述的返泥浆输送接口2，在外部返泥浆系统的配合下从该反应炉本体3的中上部输入所述的反应炉本体3中。本申请通过设置一个包括流化床、返泥浆输送接口和反应炉本体的一次反应炉，并将所述反应炉本体敞开的下端部通过所述的流化床封闭，所述的返泥浆输送接口布置在所述反应炉本体的中上部，然后在低温氯化反应过程中，使氯气通过所述的流化床从底部输入所述的反应炉本体中，使调控所述反应炉本体内部反应温度的常温泥浆通过所述的返泥浆输送接口，在外部返泥浆系统的配合下从该反应炉本体的中上部输入所述的反应炉本体中。这样，由于在所述反应炉本体的中上部设置了返泥浆输送接口，并在低温氯化反应过程中通过该返泥浆输送接口，在外部返泥浆系统的配合下将外部淋洗、精制工序产生的常温泥浆重新输入反应炉，达到降低超过700℃的炉内温度的目的，从而不仅可以有效的实现对炉内反应温度的有产控制，而且参与反应的氯气通过流化床从底部输入所述的反应炉本体中，还能满足大型化、规模化生产工艺要求。

上述实施方式中，为了更好的适应大型化、规模化生产的工艺要求，保证炉体直径扩大后仍能满足放热反应的炉体变化要求，本申请所述的一次反应炉还包括支撑稳定装置4，所述的反应炉本体3通过所述的支撑稳定装置4支撑，并在氯化反应过程中通过该支撑稳定装置4保持稳定。此时，所述的支撑稳定装置4优选为包括环形主力支撑结构5和弹性辅支撑结构6，所述的反应炉本体3通过所述的环形主力支撑结构5支撑，氯化反应过程的所述反应炉本体3通过所述的弹性辅支撑结构6保持稳定，所述的弹性辅支撑结构6以顶部支撑点7为基准在其内部弹性件的配合下沿高度方向可自由伸缩。同时，为了准确的掌握炉体内的反应温度，以利用于控制输入炉内的常温泥浆的量，所述的一次反应炉还包括测温孔系8，所述的测温孔系8沿高度方向顺序的布置在反应炉本体反应段的侧壁上；氯化反应过程中反应炉本体3内部的反应温度通过插入所述测温孔系8中的温度检测仪测定。本申请所述的环形主力支撑结构5可以包括固装在壳体外的圆环形支座和支撑该支座的桁架梁柱系统，也可以是仅包括桁架梁柱系统，壳体直接支撑在所述的桁架梁柱系统。而所述的弹性辅支撑结构6的较为简单结构为内部设置有压缩弹簧的伸缩筒体，当最简单的结构就是直接通过多组压缩弹簧直接支撑。

相应的，为了在满足大型化、规模化生产要求条件下的扩大炉体结构，本申请对现有的氯化炉炉体进行了较大的改进，具体为所述的反应炉本体3包括沿高度方向顺序连接的反应筒体9、变径段10、扩大段11和炉顶收口密封段12，所述的流化床1布置在所述反应筒体9的下端部，在所述炉顶收口密封段12的顶板上和反应筒体顶部的侧壁上均布置有所述的返泥浆输送接口2，支撑稳定装置4的环形主力支撑结构5与所述反应筒体9的上部固定连接，支撑稳定装置4的弹性辅支撑结构6与所述反应筒体9的中下部固定连接，所述的测温孔系8沿高度方向顺序的布置在所述反应筒体9的侧壁上。此时，为了使本申请所述的反应筒体9适应400～700℃的高温要求，所述的反应筒体9包括壳体13和衬覆在该壳体内侧壁上的内衬结构14，所述的反应筒体9通过所述壳体13的上端与所述的变径段10连接，所述的反应筒体9通过所述壳体13的下端与所述的流化床1连接。所述的内衬结构14包括沿厚度方向向内顺序设置的永久层15和工作层16，所述的永久层15与所述壳体13的内侧壁贴接连接，在所述永久层15的顶部设置有与所述永久层15一体成型的斜面包覆体17，向筒体内部倾斜的所述斜面包覆体17的倾斜面与水平面的夹角在45～80°之间，所述工作层16的顶面包覆在所述的斜面包覆体17中。所述的内衬结构14还包括多道沿高度方向顺序布置的托转环18，所述托转环18的外圈面与所述壳体13的内侧壁焊接连接，所述托转环18的其它部位包覆在所述的永久层15和所述的工作层16中。通过斜面包覆体17对永久层15的保护可以有效的延长炉体的使用时长，延长维修、维护时间，而托转环18可以保证内衬结构14的稳定。

进一步的，为了适应反应物质之一的氯气为气体的生产特点，进而为了尽可能的降低氯气的无反应排出损耗，同时，又方便本申请所述反应炉本体的加工制造和维修、维护，所述的壳体13、变径段10、扩大段11和炉顶收口密封段12均由不锈钢板材卷制而成，呈倒圆锥形的所述变径段10的侧壁与水平面的夹角在30～80°之间，在所述反应筒体9的上部还设置有固体物料输入口19和四氯化钛渣输出口20，在所述反应筒体底部的侧壁上还设置有排渣口21和应急排渣口22。所述的流化床1包括分布板23、分布器24、气包25和流化床支撑结构26，在所述的分布板23上均布的分布器安装孔，由多根喷吹导杆27构成的分布器24通过所述的分布器安装孔安装在所述反应筒体9的下端，各根所述喷吹导杆27的进气端分别与所述的气包25连接，所述的流化床1通过所述的流化床支撑结构26支撑在所述反应筒体9的下端。

实施例一

如图1、图2所示，本发明涉及到的高氯化率低温氯化组合炉体设有一个一次反应炉即主炉28和两个二次反应炉即副炉29，主炉28和副炉29之间通过炉间u型阀30连接，在所述的主炉和副炉上均安装有包含有排渣口21、应急排渣口22的若干工艺管口31。各个部件具体结构如下，

第一部分：主炉

主炉主要由流化床、反应筒体、变径段、扩大段、炉顶收口段、炉体支撑、返泥浆系统、测温系统、各类工艺管口组成。

流化床主要由分布板、分布器、气包、流化床支撑组成，分布板根据具体工艺参数设置均匀分布的小孔，分布器由若干喷吹导杆组成，设置两个气包进行对向进气，气包进气方向与出气方向须呈垂直夹角。

主炉反应筒体由壳体和内衬组成；壳体材质为2520不锈钢；内衬结构分为工作层和永久层，永久层与壳体内表面粘接，内衬最高处设置为斜面，斜面材料均为永久层所用材料，斜面角度γ范围为45°～80°之间；根据具体结构在不同高度，内衬中设置托转环；托转环外圈与壳体内表面接触，内圈须包裹在内衬中，不允许裸露。反应筒体底部采用法兰式与流化床连接，以方便炉内事故时排渣。

变径段材质为2520不锈钢，角度α须保证在30°～80°之间。

炉体支撑分为两部分，分别是环形主力支撑和弹簧辅助支撑。其中环形主力支撑点须在反应筒体上半段；弹簧辅助支撑均匀分布在反应筒体下半段。当炉体正常工作时，由于炉内反应为放热反应，温度急剧升高，炉体震动较大。主、副搭配的双层支撑方式可保证在炉体反应时承重稳定可靠，且有减震作用。同时，炉体由于温度急剧身高，产生热胀反应，主要呈炉体高度方向伸长。这种支撑方式会保证当炉体受热伸长时，以主力支撑点为基准，向上伸长为自由端，向下伸长部分有弹簧辅助支撑作为补偿，大大提高了炉体稳定性。

返泥浆系统由炉顶返泥浆管口和辅助返泥浆管口组成。低温氯化反应为放热反应，反应热量较大，反应过程中根据温度变化必须掺入氯化后的氯化渣又称返渣，以稀释原料中的tic含量并吸收系统热量，从而调整反应温度。炉顶返泥浆口均匀分布在炉体顶部，具体数量由工艺要求给定，其结构由外层套管和泥浆疏导管组成，泥浆疏导管端部需伸进炉体向下延伸至扩大段空腔范围；辅助返泥浆口分布在反应筒体上部沿周边均匀布置；其结构仅设外层套管，泥浆疏导管可根据具体使用过程中的实际要求增加。

主炉炉体还包括若干工艺管口，包括进料口、烘炉口、出料口、排渣口、应急排渣口、人孔、防爆孔、测压口等，本专利包括以上管口但不局限于此。

测温系统沿反应筒体垂直不同高度分布若干测温口，同时在炉顶分布一个测温口。

第二部分：副炉

副炉分为副炉a和副炉b，每个副炉单独配套有流化床、反应筒体、返泥浆系统、测温系统，共用一个变径段、扩大段和炉顶收口段，并设炉体支撑装置。

流化床主要由分布板、分布器、气包、流化床支撑组成，分布板根据具体工艺参数设置均匀分布的小孔，分布器由若干喷吹导杆组成。

副炉反应筒体由壳体和内衬组成；壳体材质为2520不锈钢；内衬结构分为工作层和永久层，永久层与壳体内表面粘接，内衬最高处设与永久层所用材料一致的斜面，斜面角度γ范围为45°～80°；根据具体结构在不同高度面上，内衬中设置托转环；托转环外圈与壳体内表面接触，内圈须包裹在内衬中，不允许裸露。

变径段材质为2520不锈钢，角度β须保证在30°～80°之间。变径段底部与反应筒体连接处须保证平滑过渡，不允许有水平面，以防止反应物料堆积。

副炉a和副炉b共用一个扩大段，材质为2520不锈钢；扩大段平面形状为：两端为半径相同的半圆，中部为矩形形状。这种结构既保证了反应的通畅性又简化了副炉的炉体结构。

炉体支撑分为三部分，分别是环形主力支撑、弹簧辅助支撑和炉间支撑。副炉a和副炉b共用一个环形主力支撑装置，其支撑点须在反应筒体上半段；副炉a和副炉b分别单独设弹簧辅助支撑，均匀分布在反应筒体下半段；在副炉a和副炉b反应筒体间设钢结构支撑，保证炉体静态受力平衡。

返泥浆系统由炉顶返泥浆管口和辅助返泥浆管口组成；炉顶返泥浆口均匀分布在炉体顶部，具体数量由工艺要求给定，其结构由外层套管和泥浆疏导管组成，泥浆疏导管端部需伸进炉体向下延伸至扩大段空腔范围；辅助返泥浆口分布在反应筒体上部沿周边均匀布置；其结构仅设外层套管，泥浆疏导管可根据具体使用过程中的实际要求增加。

副炉炉体还包括若干工艺管口，包括进料口、出料口、排渣口、应急排渣口、人孔、防爆孔、测压口等，本专利包括以上管口但不局限于此。

测温系统沿反应筒体垂直不同高度分布若干测温口，同时在炉顶分布一个测温口。

第三部分：炉间u型阀

炉间u型阀共设2个，其中一个炉间u型阀一端与主炉出料口连接，另一端与副炉a进料口相连；另一个炉间u型阀一端与主炉出料口连接，另一端与副炉b进料口相连。

其具体的运过程如下，

低温氯化炉为氯化系统核心设备，主要负责将合格粒度碳化渣与氯气在低温条件下反应生成四氯化钛。

正常生产时，原料由主炉加料口连续加入，循环氯气通入主炉；主炉中部设两个排渣口通过u型阀连续交替向副炉排渣，副炉a排渣和受渣时，副炉b通氯气反应，副炉b排渣和受渣时，副炉a通氯气反应。

在反应过程中，通过炉顶返泥浆系统对反应炉体内返渣，降温，从而达到对反应温度控制的目的。

温度检测可根据反应筒体不同高度上的测温口进行实时测量。

这种组合炉体实现物料连续不间断的两次反应，即原料经过主炉反应后通过主炉出料口进入副炉a或副炉b，进行二次反应，使反应更彻底，从而保证氯化率达到85％以上，经济性良好，可实现规模化、产业化生产。