一种用于海绵钛生产的反应设备
一种用于海绵钛生产的反应设备
摘要：本文针对海绵钛生产工艺技术中成本高、污染严重、生产周期长的缺点，研究了一种工艺化生产海绵钛的反应设备，能够保证海绵钛生产的正常进行, 有效保证海绵钛的产品品质。与现有技术相比，设备成本低、生产过程中环保无害，采用该设备所生产的海绵钛的还原率和产率更高，从根本上解决了用特殊工艺生产海绵钛的反应设备问题。
关键词：海绵钛；生产；反应设备
一、研究背景
国内外的海绵钛生产工艺主要是：金属热还原法，尤其是指利用金属还原剂(R)与金属氧化物或氯化物(MX) 的反应制备金属M 。已经实现工业化生产的钛冶金方法为镁热还原法(Kroll 法) 和钠热还原法(Hunter 法) 。因为Hunter 法比Kroll 法生产成本高，所以目前在工业中广泛应用的方法只有Kroll 法。在克罗尔(Kroll) 法中的主要工艺过程为：镁锭经除氧化膜与杂质之后，置于反应器中加热熔化，再通入四氯化钛(TiCl4)，反应生成的钛颗粒沉积，生成的液态氯化镁通过渣口及时排出。反应温度通常保持在800 ～ 900℃，反应时间在几小时至几天之间。最终产物中残留的金属镁与氯化镁可用盐酸清洗除去，也可在900℃下空蒸馏除去，并保持钛的高纯度。克罗尔法的缺点是成本较高，生产周期较长，并且污染环境，限制了进一步的应用和推广。目前，该工艺并没有根本的改变，仍然是间歇式生产，未能实现生产的连续化，并且也没有相应的改进设备研发，不利于海绵钛制造技术的进一步发展。
二、技术方法
为了解决现有技术中成本高、污染严重、生产周期长的缺点，本研究提供了一种工艺化生产海绵钛的方法：
方法1 ：氟钛酸钾用铝热还原法制备钛的方法：
涉及到的方程式为：3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+4AlF3
方法2 ：氟钛酸钾用镁热还原方法制备海绵钛：
涉及到的方程式为：K2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2KF
方法3 ：氟钛酸钾用铝- 镁热还原制备方法
涉及到的化学方程式为：
3K2TiF6+4Al=3Ti+6KF+4AlF3
K2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2KF
由于原料中，氟钛酸钾、铝、镁都为固体，因此，本研究设计了一种用于生产海绵钛的设备，反应器和带有搅拌装置的反应器盖，反应器盖与反应器之间设置有密封圈；反应器盖的侧面设置有用于控制反应器盖升降的升降装置，反应器盖上方还设置有电阻炉，电阻炉下方设置有阀门；反应器盖上方设置有抽真空管和充气管。
本研究采用以上技术方法的优点在于，电阻炉中可加入金属，使其熔融后，通过阀门的控制，使熔融后的金属滴入反应器中，提高了反应的速率，升降装置的设置，使加原料时方便，抽真空管的设置使反应保持一定的真空度，充气管的设置更进一步满足反应时不与氧气接触，使铝能完全融化而进行反应，提高了反应的效率。
其中抽真空管侧面设置有用于检测所述反应器内的真空度的真空压力表。本研究进一步采用上述技术特征，其优点在于，真空压力表的设置使在反应中能时刻确保反应器中的真空度，如果真空度不够，可以及时抽真空，提高了反应的效率。
其中反应器盖上还设置有用于与所述反应器固定连接的紧锁机构和紧锁气缸。本研究进一步采用上述技术特征，其优点在于，保证反应器在完全密封的条件下进行，进一步提高了反应的效率。
其中搅拌装置包括：用于提供动力的搅拌电机和设置在搅拌电机下方的搅拌杆；升降装置包括与反应器盖相连的垂直升降结构，垂直升降结构下方设置有用于提供功力的升降液压缸，和用于调节所述升降液压缸的液压转向马达；反应器的内壁设置有用于加热的金属坩埚和电炉丝；反应器上还设置有热电偶。本研究进一步采用上述这些技术特征，其优点在于，电炉丝用于给反应器均匀加热，使反应器内的原料加热平衡，进一步提高了反应的效率。由于坩埚对热能起保温隔热作用，减少热量的散失，使反应器内金属的熔化过程的温度得以保证，使冶炼能够顺利进行。
其中升降液压缸上方用于控制升降装置运动的触摸屏和电控箱；电控箱下方设置有回转支承。
本研究中生产海绵钛设备的结构示意图为：
说明：图1 为本研究中的一种用于海绵钛生产的反应设备，包括： 反应器10 和带有搅拌装置21 的反应器盖20，反应器盖20 与反应器10 之间设置有密封圈16 ；反应器盖20 的侧面设置有用于控制反应器盖20 升降的升降装置30，反应器盖20 上方还设置有密封的电阻炉40，电阻炉40 下方设置有阀门42，反应器盖20 上方设置有抽真空管12和充气管13。抽真空管12 侧面设置有用于检测所述反应器10 内的真空度的真空压力表11。反应器盖20 上还设置有用于与反应器10 固定连接的紧锁机构15 和紧锁气缸14。搅拌装置21 包括：用于提供动力的搅拌电机22 和设置在搅拌电机22 下方的搅拌杆23。升降装置30 包括与反应器盖20 相连的垂直升降结构31，垂直升降结构31 下方设置有用于提供功力的升降液压缸35，和用于调节升降液压缸35 的液压转向马达32
。反应