淺談如何提高鎂法生產(chǎn)海綿鈦生產(chǎn)效率

陳楊

摘要：生產(chǎn)效率的提高一直是目前國(guó)內(nèi)各海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)追求的目標(biāo)，因?yàn)樯a(chǎn)效率的提高伴隨著能耗的降低及企業(yè)綜合實(shí)力的提升，相信通過不斷摸索與努力，我們一定能走到世界前列。

關(guān)鍵詞：鎂法生產(chǎn)海綿鈦;生產(chǎn)效率;提高措施

1海綿鈦制備工藝現(xiàn)狀

1.1金屬熱還原工藝

金屬熱還原工藝是生產(chǎn)海綿鈦的主要方法，包括Kroll（鎂熱還原法）、HunLer（鈉熱還原法），隨著采用HunLer法生產(chǎn)海綿鈦的美網(wǎng)RMI以及英國(guó)狄賽德鈦公司的關(guān)閉，后者已經(jīng)被淘汰，Kroll法現(xiàn)占據(jù)主導(dǎo)地位。

1.2 FFC工藝

該工藝是熔鹽電解同態(tài)二氧化鈦制備海綿鈦的新工藝，南英國(guó)劍橋大學(xué)的FraV、Farting和Chen丁2000年提出。該工藝是在9500C條件下，以固體Ti0，作為陰極，石果作為陽極，在CaCl，熔鹽電解質(zhì)中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，TiO2在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，沉積到電解槽底部：

TiO2+4e-=Ti+202

（1）

石墨陽極被氧化成CO或CO2。由于采用熔融CaCl2為電解質(zhì)，電解過程中很難避免Ca2+被還原為金屬Ca，因此還可能發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng)：

TiO2+2Ca=Ti+2Ca0

（2）

FFC 工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是流程短、工藝簡(jiǎn)單、能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。同時(shí)，Ti02容易獲得、存儲(chǔ)和運(yùn)輸。FFC 工藝比當(dāng)前常規(guī)冶煉工藝更直接、更干凈，理論上該工藝可以減少用傳統(tǒng)冶煉法生產(chǎn)鈦50%的成本。國(guó)內(nèi)昆明理工大學(xué)、重慶大學(xué)、中科院過程工程研究所、東北大學(xué)等都進(jìn)行了嘗試性探索研究。但隨著對(duì)FFC 工藝的進(jìn)一步深入研究，該工藝暴露出的問題也越來越多，主要包括：

①電解速度、電流效率低、反應(yīng)速度慢、產(chǎn)率低，電解12h的電流效率僅有20%左右;②電解質(zhì)吸水嚴(yán)重;③雖然工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備操作方便，但是對(duì)于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模并生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品還存在一定的問題;④電位很難控制。

2影響生產(chǎn)效率因素

2.1還原加料速度

還原期間加料速度是制約生產(chǎn)效率的重要因素之一，若能在保證海綿鈦質(zhì)量的前提下適當(dāng)提高加料速度不但可以縮短還原周期、節(jié)約電耗，還可以增加投爐數(shù)量、提高產(chǎn)能。

2.2排氯化鎂見鎂

鎂還原四氯化鈦是一個(gè)強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，其副產(chǎn)品氯化鎂在1000℃下密度比鎂略大，隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸沉入反應(yīng)器底部并將底部的鎂擠到反應(yīng)器上部繼續(xù)反應(yīng)，隨著加料量逐漸增加反應(yīng)器空間逐漸變小，需要將氯化鎂按要求分階段排出，在這一過程中若由于溫度或料速等的影響易導(dǎo)致產(chǎn)生的氯化鎂難以沉人反應(yīng)器底部，底部的鎂也無法上升到反應(yīng)器上部，就容易導(dǎo)致排氯化鎂時(shí)將鎂帶出反應(yīng)器，導(dǎo)致鎂的損失，一般出現(xiàn)這種現(xiàn)象都需采取停料恒溫，然后再加排氯化鎂。因此排氯化鎂見鎂直接導(dǎo)致生產(chǎn)的停頓，停料恒溫不但導(dǎo)致消耗大量電能，也延長(zhǎng)了反應(yīng)器的占爐周期，降低了生產(chǎn)效率。

2.3轉(zhuǎn)蒸餾操作

還原結(jié)束后進(jìn)行轉(zhuǎn)蒸餾涉及到的主要操作有爐殼檢漏、熱電偶定位、冷熱端反應(yīng)器過道對(duì)接及過道焊接完后整體檢漏等，這一過程涉及大量人員操作及行車配合等問題。

2.4蒸餾期間過道及內(nèi)加熱器故障

蒸餾期間沒備故障易導(dǎo)致生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)不符合規(guī)程要求，甚至引起生產(chǎn)停頓，因此選擇性能良好的過道及內(nèi)加熱器是保證生產(chǎn)順利進(jìn)行的根本。

3改善措施

3.1提高還原加料速度

鎂還原四氯化鈦加料速度理論值為llOkg/h.m-2，反應(yīng)器直徑越大加料速度理論上可以越大。某廠反應(yīng)器直徑為1.8m，理論計(jì)算加料速度約為280kg/h，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上將加料速度增加到300kg/h進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：

從上表可以看出，提高料速后還原周期普遍下降了20h左右，而且鈦坨品質(zhì)得到了提升。

3.2選擇合適的工藝控制參數(shù)

針對(duì)還原期間見鎂問題可以針對(duì)排氯化鎂實(shí)際情況采取排氯化鎂前適當(dāng)提前反應(yīng)器底部溫度、調(diào)節(jié)料速、反應(yīng)帶溫度精心控制等方式來達(dá)到防止見鎂的目的。蒸餾期間豎管頻繁堵塞也與蒸餾期間冷端溫度及水位控制有關(guān)系，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，注重?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及經(jīng)驗(yàn)積累。

3.3加強(qiáng)設(shè)備選型及維護(hù)

選擇適合蒸餾期間使用的過道及內(nèi)加熱器，針對(duì)頻繁拆裝帶來的設(shè)備損壞等問題應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督，注意設(shè)備維護(hù)，統(tǒng)一放置完好及檢修中設(shè)備，設(shè)備使用前進(jìn)行檢查，做好標(biāo)記。

4結(jié)束語

由于鎂還原法生產(chǎn)過程幾十年來變化甚微，要想通過改變工藝操作來達(dá)到降低成本的目的難度可想而知，我們只能在現(xiàn)有操作的基礎(chǔ)上將生產(chǎn)效率提高，減少占爐周期，提高產(chǎn)能，最終達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。

參考文獻(xiàn)：

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