CN102864316B - 海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置 - Google Patents

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Abstract

海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，包括用于托住反应器筒体的托盘，所述托盘通过一连接杆件与设置在加热炉下端的顶升驱动机构连接。本发明在反应器筒体底部增加一托盘，用托盘托住反应器筒体自重和反应器筒体内物料重力，使反应器筒体自重和反应器筒体内物料的重力作用在托盘上，反应器筒体在高温时没有拉应力作用从而减缓或杜绝蠕变的发生。

Description

海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置
技术领域
本发明涉及海绵钛还原反应技术领域，具体来说涉及一种在海绵钛还原反应中，其海绵钛还原蒸馏反应器筒体的防高温蠕变伸长装置。
背景技术
现有的海绵钛还原蒸馏反应器筒体，其服役条件是在高温(最高～1050℃)、真空(反应器筒体外部真空度较内部真空度低)、长时间(一个还原蒸馏工艺周期约15天)状态下工作，其主材采用碳素结构钢板焊接而成，在生产使用中存在以下不足：
由于海绵钛还原蒸馏反应器筒体主材采用碳素结构钢板焊接而成，工作时其底部悬空放置在加热炉的炉膛内，见图1-4。其中，升温后的反应器筒体长度H2大于升温前的反应器筒体长度H1，保温后的反应器筒体长度H3大于升温后的反应器筒体长度H2，降到室温后的反应器筒体长度H4小于保温后的反应器筒体长度H3，但是大于升温前的反应器筒体长度H1。
一方面在升温过程中海绵钛还原蒸馏反应器筒体轴线产生热膨胀而发生伸长，理论上热膨胀是可逆和有限的；但是，另一方面在高温、长时间条件下反应器筒体自重以及内部物料重量使反应器筒体产生持续拉应力，从金属学理论角度讲金属材料内部晶格将发生滑移、位错攀移、晶界强度降低、材料的各向异性增强(即材料拉应力方向热强度越来越低)的现象，使材料发生热蠕变伸长。由于热蠕变使海绵钛还原蒸馏反应器筒体轴线被拉长，横截面缩小，也使材料抵抗热蠕变强度降低；再则，由于碳素结构钢高温下抗氧化能力很低，从而产生大量的氧化皮，也使筒体横截面减小加速蠕变。理论上高温蠕变是不可逆和无限的，直至材料断裂。碳素结构钢高温性能与不锈钢或耐热不锈钢相比很差；
而海绵钛还原蒸馏反应器筒体降温时由于高温蠕变产生的伸长量被永久保留下来，同时原本因热膨胀而发生的可逆伸长量，也因筒体自重和物料重量的共同作用不能完全恢复而成为永久伸长量。
综上所述，在高温蠕变和氧化的共同作用下，随着使用时间和次数的增加，筒体轴线加速蠕变伸长和筒体横截面加速减小，最终由于横截面减小到筒体设计的极限尺寸时筒体失效报废，大大降低反应器筒体的使用寿命。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，以解决现有技术中的海绵钛还原蒸馏反应器筒体在高温条件下工作热蠕变严重的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，其特征在于，包括用于托住反应器筒体的托盘，所述托盘通过一连接杆件与设置在加热炉下端的顶升驱动机构连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述顶升驱动机构为液压驱动机构，所述液压驱动机构包括液压缸、油泵、电机和控制阀门组。进一步，在本发明中，所述控制阀门组包括电磁阀、节流阀、溢流阀。
进一步，在本发明的一个优选实施例中，所述液压缸的活塞上设置有水冷装置。
在本发明的一个优选实施例中，还包括一液压控制系统，所述液压控制系统包括起控制作用的压力继电器、用于测量炉膛的温度传感器以及PLC控制器，所述压力继电器、温度传感器均与PLC控制器连接，所述PLC控制器与控制阀门组连接。
本发明在反应器筒体底部增加一托盘，用托盘托住反应器筒体自重和反应器筒体内物料重力，使反应器筒体自重和反应器筒体内物料的重力作用在托盘上，反应器筒体在高温时没有拉应力作用从而减缓或杜绝蠕变的发生。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：
图1为现有技术中的反应器筒体在升温前的状态示意图；
图2为现有技术中的反应器筒体在升温后的状态示意图；
图3为现有技术中的反应器筒体在保温后的状态示意图；
图4为现有技术中的反应器筒体在降温后的状态示意图；
图5为使用本发明后的反应器筒体在升温前的状态示意图；
图6为使用本发明后的反应器筒体在升温后的状态示意图；
图7为使用本发明后的反应器筒体在保温后的状态示意图；
图8为使用本发明后的反应器筒体在降温后的状态示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图5-8，在海绵钛还原蒸馏反应中，反应器筒体主材采用碳素结构钢板焊接而成，工作时其底部悬空放置在加热炉的炉膛内，一方面在升温过程中反应器筒体轴线产生热膨胀而发生伸长；但是，另一方面，在高温、长时间条件下反应器筒体自重以及内部物料重量使反应器筒体产生持续拉应力，从金属学理论角度讲金属材料内部晶格将发生滑移、位错攀移、晶界强度降低、材料的各向异性增强(即材料拉应力方向热强度越来越低)的现象，使材料发生热蠕变伸长。反应器筒体发生热蠕变的前提条件是(1)在一定的温度下；(2)同时要有一定的持续拉应力。在一定的温度下反应器筒体轴线长度将会伸长，其伸长量由两个因素引起，其一，钢材的线膨胀，其二，钢材的蠕变；钢材的线膨胀是不可抗拒的，但是若无伸长方向的拉应力则钢材的线膨胀是可逆的，蠕变则是不可逆的。
海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，包括托盘1和顶升驱动机构。
托盘1用于托住反应器筒体2，设置在反应器筒体2的下端。托盘采用耐热钢制作。
顶升驱动机构固定安装在加热炉的下端。在本实施例中，顶升驱动机构为液压驱动机构，液压驱动机构包括底座4、液压缸5、油泵、电机和控制阀门组。控制阀门组包括电磁阀、节流阀、溢流阀。在加热炉3的下端焊接安装带有底座的液压缸5，液压缸的活塞上设置有水冷装置6，以降低活塞的温度。温度传感器。液压驱动机构还与一液压控制系统连接，所述液压控制系统包括起控制作用的压力继电器、用于测量炉膛的温度传感器、以及PLC控制器，温度传感器设置在加热炉的炉膛内。压力继电器、温度传感器均与PLC控制器(可编程逻辑控制器)连接，PLC控制器与控制阀门组连接。
安装时：
1)在加热炉的炉底钢结构和炉衬中心开一圆孔；
2)反应器筒体的下端设置托盘，连接杆件的上端与托盘连接，下端从加热炉的圆孔伸出，并可沿该圆孔上下运动。
3)在加热炉的下端焊接安装带有底座的液压缸，液压缸的缸体与加热炉密封固接。
4)将液压缸、油泵、电机和控制阀门组连接好，
5)将液压控制系统安装调试好；
工作时，将反应器筒体装入还原蒸馏炉内，液压缸活塞带动托盘上升，当活塞上升一定高度时，托盘与反应器筒体底部接触时，液压缸压力将会升高，当压力升高到压力继电器设定(动作)压力时，油泵停止工作，托盘与反应器筒体保持相对静止。
当加热炉的炉膛温度升高时、反应器筒体将发生不可抗拒的热膨胀伸长，液压缸所承受的压力将增大，此时，PLC控制器通过温度传感器测量炉膛的温度并及时发出指令使电磁阀打开，液压缸内液压油在压力作用下自动流出液压缸，托盘下降；托盘下降的量或电磁阀打开的时间由PLC所设定的程序决定。
当加热炉的炉膛温度降低时，反应器筒体将发生收缩，此时，PLC控制器通过温度传感器测量加热炉炉膛的温度并及时发出指令使油泵工作，液压缸活塞托住托盘上升，给反应器底部一个外力促使其收缩，液压缸活塞托住托盘上升的量或油泵工作时间由PLC所设定的程序决定。
当加热炉的炉膛在某一温度保温时筒体即无热膨胀也无热收缩，但是，此时若无外力托住反应器筒体底部，反应器筒体将在自重和物料重力作用下发生蠕变伸长。由于此时反应器筒体底部被托盘托住，反应器筒体自重以及筒体内物料的重力全部叠加作用在托盘上，反应器筒体将不会产生拉应力，反应器筒体在此温度时的蠕变将会大大减缓甚至杜绝。
使用本发明后，如图5-8所示，升温后的反应器筒体长度H2大于升温前的反应器筒体长度H1，保温后的反应器筒体长度H3基本等于升温后的反应器筒体长度H2(长度数据非常接近)，降到室温后的反应器筒体长度H4小于保温后的反应器筒体长度H3，且基本等于升温前的反应器筒体长度H1。
采用适当的控制技术，，可使此规格的反应器筒体底部高度与温度的对应关系控制在0.4～0.6mm/10℃之间。
采用本发明后，反应器筒体的使用寿命可延长到原使用寿命的1-3倍。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，其特征在于，包括用于托住反应器筒体的托盘，所述托盘通过一连接杆件与设置在加热炉下端的顶升驱动机构连接。
2.根据权利要求1所述的海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，其特征在于，所述顶升驱动机构为液压驱动机构，所述液压驱动机构包括液压缸、油泵、电机和控制阀门组。
3.根据权利要求2所述的海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，其特征在于，所述控制阀门组包括电磁阀、节流阀、溢流阀。
4.根据权利要求2所述的海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，其特征在于，所述液压缸的活塞上设置有水冷装置。
5.根据权利要求3所述的海绵钛还原蒸馏反应器筒体防高温蠕变伸长装置，其特征在于，还包括一液压控制系统，所述液压控制系统包括起控制作用的压力继电器、用于测量炉膛的温度传感器以及PLC控制器，所述压力继电器、温度传感器均与PLC控制器连接，所述PLC控制器与控制阀门组连接。
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