一種TiCl₄自動加料裝置和自動加料方法

專利名稱：一種TiCl₄自動加料裝置和自動加料方法
技術領域：
本發明涉及一種自動加料裝置和利用該自動加料裝置的自動加料方法，更具體地講，涉及在鎂熱還原真空蒸餾法生產海綿鈦時，設置于反應器進料口的一種TiCl4自動加料裝置和利用該自動加料裝置的自動加料方法。
背景技術：
利用鎂熱還原真空蒸餾法生產海綿鈦時，將精鎂和精四氯化鈦置于反應器內并在850°C條件下反應生成海綿鈦，再將所獲得的海綿鈦于高達1000°C的溫度下經真空蒸餾獲 得純凈的海綿鈦。由于鎂熱反應是強放熱反應，并且該反應主要集中在反應器的液面處進行，因此在工業生產海綿鈦時，需要控制一定的TiCl4加料速度以控制整個鎂熱還原反應。實際生產中，若不能對TiCl4的加料速度和加入量進行精確的計量，則將影響反應器內的液面及排料制度，特別是對反應中的熱量及溫度控制影響更大，這將直接影響鎂熱還原反應的操作工藝和整坨海綿鈦的質量。目前，四氯化鈦的加料器大多采用轉子流量計來手動調節TiCl4的加料速率，但事實上，在整個還原周期內，TiCl4的加料速率不是恒定的，其中所說的加料速率為平均加料速率。一般情況下，反應前期的TiCl4加料速率較低，反應中期的TiCl4加料速率較高，反應后期隨著Mg還原劑的使用，TiCl4加料速率又變低。采用轉子流量計時，必須經常對加料速率進行手動調節，其操作工序繁雜，而且轉子流量計顯示為瞬時的加料速率，加料的總量計量一般要依靠與其相連的高位槽液位變化來核算，整個操作比較麻煩，計量也很不方便。

發明內容
針對現有技術中存在的不足，本發明的目的之一在于解決上述現有技術中存在的一個或多個問題。本發明的一個目的在于提供一種可以有效實現TiCl4的精確計量及加料速率調節的TiCl4自動加料裝置。本發明的另一個目的在于提供一種利用上述TiCl4自動加料裝置進行自動加料的方法。為了實現上述目的，本發明的一方面提供了一種TiCl4自動加料裝置，所述自動加料裝置包括進料管、加料單元、位置感測單元、連接管、出料管和控制終端，進料管包括左進料支管和右進料支管，出料管包括左出料支管和右出料支管，左進料支管、右進料支管、左出料支管和右出料支管上各設有一個閥門，連接管的一端位于左進料支管閥門與左出料支管閥門之間，連接管的另一端位于右進料支管閥門與右出料支管閥門之間，其中，所述加料單元包括定容套管、活塞式密封環，定容套管設置在連接管上，活塞式密封環設置于定容套管中并且能夠沿著定容套管的內壁作往復運動，位置感測單元與控制終端連接以將感測到的活塞式密封環在定容套管中的位置信息傳遞給控制終端，控制終端根據所述位置信息控制各個閥門的開合。
根據本發明的TiCl4自動加料裝置的一個實施例，所述位置感測單元包括磁性鋼球和磁性探頭，其中，磁性鋼球的數量為兩個并且分別設置在活塞式密封環的兩個端面的中心處，磁性探頭的數量為兩個并且分別沿著定容套管的中心對稱平面設置在定容套管的兩端部的外壁面上，磁性探頭連接至控制終端。根據本發明的TiCl4自動加料裝置的一個實施例，所述磁性探頭可以沿著定容套管的外壁面直線地移動。根據本發明的TiCl4自動加料裝置的一個實施例，所述左進料支管電磁閥與右出料支管電磁閥同時開合，所述右進料支管電磁閥與左出料支管電磁閥同時開合，所述左進料支管電磁閥與右進料支管電磁閥交替開合。
根據本發明的TiCl4自動加料裝置的一個實施例，所述定容套管由耐TiCl4腐蝕的不銹鋼材料制成，所述活塞式密封環由耐TiCl4腐蝕的不銹鋼材料制成，所述磁性鋼球由永磁體材料制成。本發明的另一方面提供了一種TiCl4自動加料方法，使用上述TiCl4自動加料裝置向反應器中添加TiCl4。根據本發明的TiCl4自動加料方法，所述自動加料方法還包括如下步驟I)根據所加TiCl4的密度與定容套管的體積，計算單次的加料量；2)控制左進料支管電磁閥與右出料支管電磁閥同時開合，右進料支管電磁閥與左出料支管電磁閥同時開合，左進料支管電磁閥與右進料支管電磁閥交替開合；3)根據所需加料速率在控制終端設置每對同時開合的電磁閥的開合周期，以控制單位時間內活塞式密封環在定容套管內的運動次數，活塞式密封環在定容套管內由左向右或由右向左運動一次即實現一次加料。根據本發明的TiCl4自動加料方法，所述位置感測單元感測到活塞式密封環位于定容套管的兩端處時，位置感測單元將感測到的活塞式密封環在定容套管中的位置信息傳遞給控制終端，控制終端控制所述活塞式密封環所處位置一側的對側進料支管閥門和同側出料支管閥門關閉，待每對同時開合的閥門的一個開合周期結束后，控制終端控制述活塞式密封環所處位置一側的同側進料支管閥門和對側出料支管閥門開啟。根據本發明的TiCl4自動加料方法，一側磁性探頭接收到同側磁性鋼球的最強磁場時，所述一側磁性探頭記錄活塞式密封環在定容套管內的位置信息并將所述位置信息反饋至控制終端，控制終端控制所述一側磁性探頭的對側進料支管電磁閥和同側出料支管電磁閥關閉，待每對同時開合的電磁閥的一個開合周期結束后，控制終端控制所述一側磁性探頭的同側進料支管電磁閥和對側出料支管電磁閥開啟。根據本發明的TiCl4自動加料方法，所述自動加料方法還包括根據TiCl4的密度實時調整磁性探頭的位置，以控制活塞式密封環在定容套管內的運動范圍。本發明的TiCl4自動加料裝置結構簡單、計量精確，本發明的TiCl4自動加料方法簡單易行、方便有效、可實現加料的自動控制。采用本發明的TiCl4自動加料裝置及方法能實現TiCl4的精確計量及加料速度控制，可以有效地減少因加料速率不穩定和計量不準確導致的生產中液面波動幅度過大、產品質量低下等問題，有效地保證生產的順行和產品的質量。


通過下面結合附圖對本發明的示例性實施例的描述，本發明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中圖I是本發明示例性實施例的TiCl4自動加料裝置的結構示意圖。圖2A是本發明示例性實施例的加料單元和位置感測單元的左視圖。圖2B是本發明示例性實施例的加料單元和位置感測單元的俯視圖。附圖標記說明I-進料管、2-左進料支管、3-右進料支管、4-左出料支管、5-右出料支管、6-出料管、7-連接管、8-1-左進料支管閥門、8-2-右進料支管閥門、8-3-左出料支管閥門、8-4-右出料支管閥門、9-定容套管、10-活塞式密封環、11-磁性鋼球、12-磁性探頭。·
具體實施例方式在下文中，將結合附圖對本發明的示例性實施例作進一步詳細的描述。首先對本發明示例性實施例的TiCl4自動加料裝置進行說明。圖I是本發明示例性實施例的TiCl4自動加料裝置的結構示意圖。如圖I所示，根據本實施例的TiCl4自動加料裝置包括進料管I、加料單元、位置感測單元、連接管7、出料管6和控制終端，其中，進料管I包括左進料支管2和右進料支管3，出料管6包括左出料支管4和右出料支管5，物料通過左進料支管2或右進料支管3流入自動加料裝置并且通過左出料支管4或右出料支管5流出自動加料裝置。左進料支管2、右進料支管3、左出料支管4和右出料支管5上各設有一個閥門，閥門可以對物流流動進行有序地控制。連接管7的一端位于左進料支管閥門8-1與左出料支管閥門8-3之間，連接管7的另一端位于右進料支管閥門8-2與右出料支管閥門8-4之間，連接管7連接兩側的進料管支管和出料支管。所述閥門優選為電磁閥，但不限于此。圖2A是本發明示例性實施例的加料單元和位置感測單元的左視圖，圖2B是本發明示例性實施例的加料單元和位置感測單元的俯視圖。如圖2A和圖2B所示,加料單元包括定容套管9、活塞式密封環10。其中，定容套管9為有效容積固定的中空管，定容套管9設置在連接管7上，即定容套管9與連接管7連通，物料可以通過連接管7流入或流出定容套管9。活塞式密封環10設置于定容套管9中并且能夠沿著定容套管9的內壁作往復運動。位置感測單元與控制終端連接以將感測到的活塞式密封環10在定容套管9中的位置信息傳遞給控制終端，控制終端根據位置信息控制各個閥門的開合。其中，位置感測單元可以為設置在活塞式密封環10中的磁片及感應該磁片的位置傳感器，但不限于此。如圖2A和圖2B所示，本實施例的位置感測單元包括磁性鋼球11和磁性探頭12，其中，磁性鋼球11的數量為兩個并且分別設置在活塞式密封環10的兩個端面的中心處，磁性探頭12的數量為兩個并且分別沿著定容套管9的中心對稱平面設置在定容套管9的兩端部的外壁面上，磁性探頭12連接至控制終端(未示出)。其中，一側磁性探頭12可以感應同側磁性鋼球11的位置，繼而獲得活塞式密封環10在定容套管9中的位置信息并將該位置信息傳遞至控制終端，控制終端根據具體的設置信息控制各個閥門有規則地動作，實現精確自動加料。控制終端可以為計算機或PLC等控制設備。優選地，定容套管7由耐TiCl4腐蝕的不銹鋼材料制成，活塞式密封環10也由耐TiCl4腐蝕的不銹鋼材料制成，磁性鋼球11則由永磁體材料制成，但不限于此。本發明的TiCl4自動加料裝置利用了固定容積計量的原理，即通過固定套管的體積進而固定套管內的TiCl4體積，通過活塞式密封環10在定容套管9中的往復運動，實現一定質量的TiCl4加料。但由于TiCl4物料在不同溫度下的密度可能不同，這會對TiCl4的精確加料造成不良影響，則作為優選的實施方式，磁性探頭12可以沿著定容套管9的外壁面直線地移動，從而能夠控制活塞式密封環10在定容套管9中的位置來實現加料時TiCl4的精確計量。具體地，磁性探頭12可以通過設置在定容套管9的外壁面上的支撐桿設置并沿著該支撐桿直線移動，具體可參見圖2B，具體的操作方法將在下文中詳細描述。為了保證本發明的TiCl4自動加料裝置的加料效率，本發明設置了兩條進料支管和兩條出料支管，但需要嚴格控制各管路上閥門的開合順序以實現對加料的精確控制。具體地，左進料支管閥門8-1與右出料支管閥門8-4同時開合，右進料支管閥門8-2與左出料支管閥門8-3同時開合，左進料支管閥門8-1與右進料支管閥門8-2交替開合。 下面將詳細描述本發明示例性實施例的TiCl4自動加料方法。本發明的TiCl4自動加料方法使用上述TiCl4自動加料裝置向反應器中添加TiCl40具體地,上述自動加料方法還包括幾個步驟首先需根據所加TiCl4的密度與定容套管9的體積，計算單次的加料量。其中，單次加料即是活塞式密封環10在定容套管9內由左向右或由右向左運動一次的過程。其次，需設置控制終端以控制左進料支管閥門8-1與右出料支管閥門8-4同時開合，右進料支管閥門8-2與左出料支管閥門8-3同時開合，左進料支管閥門8-1與右進料支管閥門8-2交替開合。然后，需根據所需加料速率在控制終端設置每對同時開合的閥門的開合周期，以控制單位時間內活塞式密封環10在定容套管9內的運動次數，實現對加料速率的精確控制。S卩，一個開合周期內，活塞式密封環10在定容套管9內由左向右或由右向左運動一次，實現一次加料。其中，一個開合周期即指每對同時開合的閥門一次開啟至一次閉合的時間；交替開合即指關閉一側進料支管閥門與對側出料支管閥門后，再開啟對側進料支管閥門與一側出料支管閥門，該開啟的動作可以與該關閉的動作同時發生，也可以延后發生。加料時，位置感測單元感測到活塞式密封環10位于定容套管9的兩端處時，位置感測單元將感測到的活塞式密封環10在定容套管9中的位置信息傳遞給控制終端，控制終端控制活塞式密封環10所處位置一側的對側進料支管閥門和同側出料支管閥門關閉，待每對同時開合的閥門的一個開合周期結束后，控制終端控制述活塞式密封環所處位置一側的同側進料支管閥門和對側出料支管閥門開啟。在本實施例中，加料時，由連接管流入的TiCl4推動活塞式密封環10在定容套管9內由左向右或由右向左運動，當一側磁性探頭12接收到同側磁性鋼球11的最強磁場時，該一側磁性探頭12會記錄下活塞式密封環10在定容套管9內的位置信息并將該位置信息反饋至控制終端。此時，控制終端控制該一側磁性探頭12的對側進料支管閥門和同側出料支管閥門關閉，以阻止定容套管7內物料的流入和流出，待每對同時開合的閥門的一個開合周期結束后，控制終端控制該一側磁性探頭12的同側進料支管閥門和對側出料支管閥門開啟，繼續下一次加料，依次循環。一般來說，當一側磁性探頭12接收到同側磁性鋼球11的最強磁場時，活塞式密封環10位于定容套管7的兩端處，此時的一次加料量為最大值。當TiCl4的密度發生變化時，可以根據TiCl4的密度實時調整磁性探頭12在活塞式密封環10的中心線上的位置，以控制活塞式密封環10在定容套管9內的位置，即當不需要最大的一次加料量時，可以將活塞式密封環10的運動范圍控制在靠近定容套管9的兩端的兩個對稱位置之間。具體地講，通過調整磁性探頭12的位置，使活塞式密封環10移動至所需位置時，一側磁性探頭12可以接收到同側磁性鋼球11的最強磁場，該一側磁性探頭12則記錄下活塞式密封環10在定容套管9內的該所需位置信息并將該所需位置信息反饋至控制終端。此時，控制終端控制該一側磁性探頭12的對側進料支管閥門和同側出料支管閥門關閉，以阻止定容套管9內物料的流入和流出并阻止活塞式密封環10的繼續移動，待每對同時開合的閥門的一個開合周期結束后，控制終端控制該一側磁性探頭12的同側進料支管閥門和對側出料支管閥門開啟，繼續下一次加料，依次循環，由此可實現加料時TiCl4的精確計量。但需要說明的是，上述操作是在不改變已設置好的閥門的開合周期的情況下進行。當然，當TiCl4的密度發生變化時，也可以通過直接調整閥門的開合周期來保證加料 量和加料速率的穩定。開始進行海綿鈦生產的還原反應時，當活塞式密封環10位于定容套管9的最左端時，開啟左進料支管閥門8-1與右出料支管閥門8-4，關閉右進料支管閥門8-2與左出料支管閥門8-3，利用TiCl4高位槽的壓力推動活塞式密封環10由左向右運動，則TiCl4經由進料管I、左進料支管2、連接管7流入定容套管9內，當活塞式密封環10移動至定容套管9的最右端時，TiCl4充滿活塞式密封環10左側的整個空間中，此時定容套管9右端的磁性探頭12接收到活塞式密封環10右側端面上的磁性鋼球11的最強磁場，該磁性探頭12記錄下活塞式密封環10在定容套管9內的位置信息并將該位置信息反饋至控制終端，控制終端控制左進料支管閥門8-1與右出料支管閥門8-4關閉，待一個開合周期結束后，控制終端控制右進料支管閥門8-2與左出料支管閥門8-3開啟，即開始第二個周期的加料過程，同樣地，利用TiCl4高位槽的壓力推動活塞式密封環10由右向左運動，則TiCl4經由進料管I、右進料支管3、連接管7流入定容套管9內，當活塞式密封環10移動至定容套管9的最左端時，TiCl4充滿活塞式密封環10右側的整個空間中，之前定容套管7中的TiCl4則經由連接管7、左出料支管4、出料管6加入反應器中，同時，定容套管9左端的磁性探頭12接收到活塞式密封環10左側端面上的磁性鋼球11的最強磁場，該磁性探頭12記錄下活塞式密封環10在定容套管9內的位置信息并將該位置信息反饋至控制終端，控制終端控制右進料支管閥門8-2與左出料支管閥門8-3關閉，待一個開合周期結束后，控制終端控制左進料支管閥門8-1與右出料支管閥門8-4開啟，又開始下一個周期的加料過程，依次循環。只要在控制終端上設定好閥門的開合周期，就能實現TiCl4的精確計量和加料，而閥門的開合周期均可以通過控制終端實現自動化的控制。綜上所述，本發明的TiCl4自動加料裝置結構簡單、計量精確，本發明的TiCl4自動加料方法簡單易行、方便有效、可實現加料的自動控制。采用本發明的TiCl4自動加料裝置及方法能實現TiCl4的精確計量及加料速度控制，可以有效地減少因加料速率不穩定和計量不準確導致的生產中液面波動幅度過大、產品質量低下等問題，有效地保證生產的順行和產品的質量。盡管上面結合實施例示出并描述了本發明的TiCl4自動加料裝置和自動加料方法，但是本領域普通技術人員將理解的是，在不脫離權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以在這里做出形 式和細節上的各種改變。
權利要求
1.一種TiCl4自動加料裝置，其特征在于，所述自動加料裝置包括進料管、加料單元、位置感測單元、連接管、出料管和控制終端，進料管包括左進料支管和右進料支管，出料管包括左出料支管和右出料支管，左進料支管、右進料支管、左出料支管和右出料支管上各設有一個閥門，連接管的一端位于左進料支管閥門與左出料支管閥門之間，連接管的另一端位于右進料支管閥門與右出料支管閥門之間，其中， 所述加料單元包括定容套管、活塞式密封環，定容套管設置在連接管上，活塞式密封環設置于定容套管中并且能夠沿著定容套管的內壁作往復運動，位置感測單元與控制終端連接以將感測到的活塞式密封環在定容套管中的位置信息傳遞給控制終端，控制終端根據所述位置信息控制各個閥門的開合。
2.根據權利要求I所述的TiCl4自動加料裝置，其特征在于，所述位置感測單元包括磁性鋼球和磁性探頭，其中，磁性鋼球的數量為兩個并且分別設置在活塞式密封環的兩個端面的中心處，磁性探頭的數量為兩個并且分別沿著定容套管的中心對稱平面設置在定容套管的兩端部的外壁面上，磁性探頭連接至控制終端。
3.根據權利要求2所述的TiCl4自動加料裝置，其特征在于，所述磁性探頭可以沿著定容套管的外壁面直線地移動。
4.根據權利要求I所述的TiCl4自動加料裝置，其特征在于，所述左進料支管閥門與右出料支管閥門同時開合，所述右進料支管閥門與左出料支管閥門同時開合，所述左進料支管閥門與右進料支管閥門交替開合。
5.根據權利要求I所述的TiCl4自動加料裝置，其特征在于，所述定容套管由耐TiCl4腐蝕的不銹鋼材料制成，所述活塞式密封環由耐TiCl4腐蝕的不銹鋼材料制成，所述磁性鋼球由永磁體材料制成。
6.一種TiCl4自動加料方法，其特征在于，使用權利要求I至5中任一項所述的TiCl4自動加料裝置向反應器中添加TiCl4。
7.根據權利要求6所述的TiCl4自動加料方法，其特征在于，所述自動加料方法還包括如下步驟 1)根據所加TiCl4的密度與定容套管的體積，計算單次的加料量； 2)控制左進料支管閥門與右出料支管閥門同時開合，右進料支管閥門與左出料支管閥門同時開合，左進料支管閥門與右進料支管閥門交替開合； 3)根據所需加料速率在控制終端設置每對同時開合的閥門的開合周期，以控制單位時間內活塞式密封環在定容套管內的運動次數，活塞式密封環在定容套管內由左向右或由右向左運動一次即實現一次加料。
8.根據權利要求7所述的TiCl4自動加料方法，其特征在于，所述位置感測單元感測到活塞式密封環位于定容套管的兩端處時，位置感測單元將感測到的活塞式密封環在定容套管中的位置信息傳遞給控制終端，控制終端控制所述活塞式密封環所處位置一側的對側進料支管閥門和同側出料支管閥門關閉，待每對同時開合的閥門的一個開合周期結束后，控制終端控制述活塞式密封環所處位置一側的同側進料支管閥門和對側出料支管閥門開啟。
9.根據權利要求8所述的TiCl4自動加料方法，其特征在于，一側磁性探頭接收到同側磁性鋼球的最強磁場時，所述一側磁性探頭記錄活塞式密封環在定容套管內的位置信息并將所述位置信息反饋至控制終端，控制終端控制所述一側磁性探頭的對側進料支管閥門和同側出料支管閥門關閉，待每對同時開合的閥門的一個開合周期結束后，控制終端控制所述一側磁性探頭的同側進料支管閥門和對側出料支管閥門開啟。
10.根據權利要求9所述的TiCl4自動加料方法，其特征在于，所述自動加料方法還包括根據TiCl4的密度實時調整磁性探頭的位置，以控制活塞式密封環在定容套管內的運動范圍。
全文摘要
本發明公開了一種TiCl4自動加料裝置和自動加料方法，所述自動加料裝置包括進料管、加料單元、位置感測單元、連接管、出料管和控制終端，其中加料單元包括定容套管、活塞式密封環，所述定容套管具有固定的有效容積，活塞式密封環在定容套管中來回運動實現一定質量TiCl4的自動加料。所述自動加料方法使用所述自動加料裝置進行TiCl4的加料。本發明的TiCl4自動加料裝置結構簡單、計量精確，TiCl4自動加料方法簡單易行、方便有效、可實現加料的自動控制。采用本發明的TiCl4自動加料裝置及方法能實現TiCl4的精確計量及加料速度控制，可以有效地減少因加料速率不穩定和計量不準確導致的生產中液面波動幅度過大、產品質量低下等問題，有效地保證生產順行和產品質量。
文檔編號C22B9/02GK102676848SQ20121008637
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者夏建輝, 姜方新, 張繼東, 李開華, 楊仰軍, 程曉哲, 苗慶東 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司